พูดคุยเกี่ยวกับหลักการออกแบบพื้นฐานของจอแสดงผล LED ในรถไฟใต้ดิน

หลักการออกแบบพื้นฐานของหน้าจอแสดงผล LED ในรถไฟใต้ดิน

หลักการออกแบบพื้นฐานของหน้าจอแสดงผลแบบรถไฟใต้ดินในฐานะที่เป็นสถานีแสดงข้อมูลสาธารณะในรถไฟใต้ดิน จอแสดงผล LED ในอาคารมีมูลค่าทางแพ่งและเชิงพาณิชย์ที่หลากหลายมาก

ในปัจจุบัน รถไฟใต้ดินที่ให้บริการในประเทศจีนโดยทั่วไปมีการติดตั้งจอแสดงผล LED ในอาคาร แต่มีฟังก์ชั่นเพิ่มเติมเล็กน้อยและเนื้อหาการแสดงผลหน้าจอเดียวเพื่อให้ความร่วมมือกับการใช้ระบบข้อมูลผู้โดยสารรถไฟใต้ดินใหม่ เราได้ออกแบบหน้าจอแสดงผลไดนามิก LED สำหรับรถไฟใต้ดินหลายสายใหม่

หน้าจอแสดงผลไม่เพียงแต่มีอินเทอร์เฟซบัสหลายตัวในการสื่อสารภายนอกเท่านั้น แต่ยังใช้อุปกรณ์บัสเดี่ยวและบัส I2C ในการออกแบบวงจรควบคุมภายในอีกด้วย

มีสองชนิดหน้าจอ LEDบนรถไฟใต้ดิน: มีตู้หนึ่งวางอยู่ด้านนอกตู้โดยสารเพื่อแสดงส่วนวิ่งของรถไฟ ทิศทางการวิ่ง และชื่อสถานีปัจจุบัน ซึ่งใช้ได้กับภาษาจีนและอังกฤษข้อมูลบริการอื่น ๆ สามารถแสดงได้ตามความต้องการในการดำเนินงานการแสดงข้อความอาจเป็นแบบคงที่ การเลื่อน การแปล น้ำตก ภาพเคลื่อนไหว และลักษณะพิเศษอื่นๆ และจำนวนอักขระที่แสดงคือ 16 × 12 16 อักขระดอทเมทริกซ์อีกอันหนึ่งคือจอแสดงผล LED ภายในอาคารผู้โดยสารซึ่งวางอยู่ในรถไฟจอแสดงผล LED ของเทอร์มินัลในอาคารสามารถตั้งค่าล่วงหน้าของเทอร์มินัลได้ตามความต้องการในการใช้งานรถไฟ และแสดงเทอร์มินัลปัจจุบันตามเวลาจริง รวมถึงอุณหภูมิปัจจุบันในรถไฟ ด้วยอักขระ 16 ตัว × 8 อักขระแบบดอทเมทริกซ์ 16 ตัว

องค์ประกอบของระบบ

หน้าจอระบบแสดงผล LED ประกอบด้วยหน่วยควบคุมไมโครคอมพิวเตอร์ชิปตัวเดียวและหน่วยแสดงผลหน่วยแสดงผลเดียวสามารถแสดงตัวอักษรจีน 16 × 16หากระบบแสดงผลกราฟิก LED มีขนาดใดขนาดหนึ่ง สามารถรับรู้ได้โดยใช้หน่วยแสดงผลอัจฉริยะหลายหน่วยและวิธีการของ "หน่วยการสร้าง"การสื่อสารแบบอนุกรมจะใช้ระหว่างหน่วยแสดงผลในระบบนอกเหนือจากการควบคุมหน่วยแสดงผลและการส่งคำแนะนำและสัญญาณของคอมพิวเตอร์ส่วนบนแล้ว หน่วยควบคุมยังฝังเซ็นเซอร์อุณหภูมิแบบดิจิตอลบัสเดียว 18B20ด้วยการออกแบบโมดูลของวงจรควบคุม หากมีข้อกำหนดสำหรับการวัดความชื้น 18b20 สามารถอัปเกรดเป็นวงจรโมดูลที่ประกอบด้วย DS2438 จาก Dallas และ HIH23610 จาก HoneywELLเพื่อตอบสนองความต้องการด้านการสื่อสารของรถทั้งคัน บัส CAN ใช้สำหรับการสื่อสารระหว่างคอมพิวเตอร์ส่วนบนและหน่วยควบคุมแต่ละตัวในรถยนต์

การออกแบบฮาร์ดแวร์

หน่วยแสดงผลประกอบด้วยแผงแสดงผล LED และวงจรแสดงผลบอร์ดหน่วยแสดงผล LED ประกอบด้วยโมดูลดอทเมทริกซ์ 4 ดอทเมตริกซ์ × 64 ดอทเมทริกซ์ หน่วยแสดงผลอัจฉริยะสากล หน่วยแสดงผลหนึ่งหน่วยสามารถแสดงอักขระหรือสัญลักษณ์ภาษาจีน 16 × 16 ดอทเมทริกซ์ได้ 4 ตัวการสื่อสารแบบอนุกรมจะใช้ระหว่างหน่วยแสดงผลในระบบ เพื่อให้การทำงานของทั้งระบบประสานกันและเป็นหนึ่งเดียววงจรแสดงผลประกอบด้วยพอร์ตเคเบิลแบบแบน 16 พินสองพอร์ต ไดรเวอร์บัสไตรสเตต 74H245 สองตัว อินเวอร์เตอร์ 74HC04D หกตัว หนึ่งตัว ตัวถอดรหัส 74H138 แปดตัว และสลักเปลี่ยนเกียร์ 74HC595 แปดตัวแกนหลักของวงจรควบคุมคือไมโครคอนโทรลเลอร์ความเร็วสูง 77E58 ของ WINBOND และความถี่คริสตัลคือ 24MHz AT29C020A เป็น ROM 256K สำหรับจัดเก็บไลบรารี่ตัวอักษรจีนแบบดอทเมทริกซ์ 16 × 16 และตารางรหัส ASCII แบบเมทริกซ์ 16 × 8AT24C020 เป็น EP2ROM ที่ใช้บัสอนุกรม I2C ซึ่งจัดเก็บข้อความที่ตั้งไว้ล่วงหน้า เช่น ชื่อสถานีรถไฟใต้ดิน คำทักทาย ฯลฯ อุณหภูมิในรถวัดโดยเซ็นเซอร์อุณหภูมิดิจิตอลบัสเดี่ยว 18b20SJA1000 และ TJA1040 เป็นตัวควบคุมบัส CAN และตัวรับส่งสัญญาณตามลำดับ

การออกแบบหน่วยวงจรควบคุม

ทั้งระบบใช้ไดนามิกไมโครคอนโทรลเลอร์ 77E58 ของ Winbond เป็นแกนหลัก77E58 ใช้แกนไมโครโปรเซสเซอร์ที่ออกแบบใหม่ และคำแนะนำนั้นเข้ากันได้กับซีรีส์ 51อย่างไรก็ตาม เนื่องจากรอบสัญญาณนาฬิกามีเพียง 4 รอบ ความเร็วในการทำงานโดยทั่วไปจึงสูงกว่า 8051 แบบเดิม 2~3 เท่าที่ความถี่สัญญาณนาฬิกาเดียวกันดังนั้นข้อกำหนดด้านความถี่สำหรับไมโครคอนโทรลเลอร์ในการแสดงผลไดนามิกของตัวอักษรจีนความจุสูงจึงได้รับการแก้ไขเป็นอย่างดี และยังมีสุนัขเฝ้าบ้านให้ด้วย77E58 ควบคุมหน่วยความจำแฟลช AT29C020 ผ่านสลัก 74LS373 ที่มีขนาด 256Kเนื่องจากความจุของหน่วยความจำมากกว่า 64K การออกแบบจึงใช้วิธีการกำหนดที่อยู่เพจ นั่นคือ P1.1 และ P1.2 ใช้เพื่อเลือกเพจสำหรับหน่วยความจำแฟลช ซึ่งแบ่งออกเป็นสี่เพจขนาดที่อยู่ของแต่ละหน้าคือ 64Kนอกจากการเลือกชิป AT29C020 แล้ว P1.5 ยังช่วยให้แน่ใจว่า P1.1 และ P1.2 จะไม่ทำให้ AT29C020 ทำงานผิดพลาด เมื่อนำชิปเหล่านั้นกลับมาใช้ใหม่บนอินเทอร์เฟซสายเคเบิลแบบแบน 16 พินตัวควบคุม CAN เป็นส่วนสำคัญของการสื่อสารเพื่อปรับปรุงความสามารถในการป้องกันการรบกวน จึงเพิ่มออปโตคัปเปลอร์ความเร็วสูง 6N137 ระหว่างตัวควบคุม CAN SJA1000 และตัวรับส่งสัญญาณ CAN TJA1040ไมโครคอนโทรลเลอร์เลือกชิปคอนโทรลเลอร์ CAN SJA1000 ผ่าน P3.018B20 เป็นอุปกรณ์บัสเดียวต้องการพอร์ต I/O เพียงพอร์ตเดียวสำหรับอินเทอร์เฟซระหว่างอุปกรณ์และไมโครคอนโทรลเลอร์สามารถแปลงอุณหภูมิเป็นสัญญาณดิจิตอลโดยตรงและส่งออกเป็นอนุกรมในโหมดรหัสดิจิตอล 9 บิตP1.4 ถูกเลือกในวงจรควบคุมเพื่อให้การเลือกชิปและฟังก์ชันการรับส่งข้อมูลของ 18B20 เสร็จสมบูรณ์สายเคเบิลนาฬิกา SCL และสายเคเบิลข้อมูลสองทิศทาง SDA ของ AT24C020 เชื่อมต่อตามลำดับกับอินเทอร์เฟซลวดแบนพิน P1.6 และ P1.7.16 ของไมโครคอนโทรลเลอร์ ซึ่งเป็นส่วนอินเทอร์เฟซของวงจรควบคุมและวงจรแสดงผล

การเชื่อมต่อหน่วยแสดงผลและการควบคุม

ส่วนวงจรแสดงผลเชื่อมต่อกับพอร์ตลวดแบน 16 พินของส่วนวงจรควบคุมผ่านพอร์ตลวดแบน 16 พิน (1) ซึ่งส่งคำสั่งและข้อมูลของไมโครคอนโทรลเลอร์ไปยังวงจรแสดงผล LEDลวดแบน 16 พิน (2) ใช้สำหรับการเรียงซ้อนหน้าจอแสดงผลหลายหน้าโดยพื้นฐานแล้วการเชื่อมต่อจะเหมือนกับพอร์ตลวดแบน 16 พิน (1) แต่ควรสังเกตว่าปลาย R เชื่อมต่อกับปลาย DS ของ 74H595 ตัวที่แปดจากซ้ายไปขวาในรูปที่ 2 เมื่อต่อเรียงกัน จะเป็น ต่ออนุกรมกับพอร์ตสายแบน 16 พิน (1) ของหน้าจอแสดงผลถัดไป (ดังแสดงในรูปที่ 1)CLK คือเทอร์มินัลสัญญาณนาฬิกา STR คือเทอร์มินัลสลักแถว R คือเทอร์มินัลข้อมูล G (GND) และ LOE คือเทอร์มินัลเปิดใช้งานไฟแถว และ A, B, C, D เป็นเทอร์มินัลเลือกแถวฟังก์ชันเฉพาะของแต่ละพอร์ตมีดังนี้: A, B, C, D คือเทอร์มินัลการเลือกแถว ซึ่งใช้เพื่อควบคุมการส่งข้อมูลเฉพาะจากคอมพิวเตอร์เครื่องบนไปยังแถวที่กำหนดบนแผงแสดงผล และ R คือข้อมูล เทอร์มินัลซึ่งรับข้อมูลที่ส่งโดยไมโครคอนโทรลเลอร์ลำดับการทำงานของหน่วยแสดงผล LED เป็นดังนี้: หลังจากขั้วต่อสัญญาณนาฬิกา CLK ได้รับข้อมูลที่ขั้วต่อ R วงจรควบคุมจะให้ขอบที่เพิ่มขึ้นของพัลส์ด้วยตนเอง และ STR จะอยู่ในแถวข้อมูล (16 × 4) หลังจากส่งข้อมูลทั้งหมด 64 รายการแล้ว จะมีการเพิ่มขอบของพัลส์เพื่อล็อคข้อมูลLOE ถูกตั้งค่าเป็น 1 โดยไมโครคอนโทรลเลอร์เพื่อให้แสงขึ้นที่เส้นแผนผังของวงจรแสดงผลแสดงในรูปที่ 3

การออกแบบโมดูลาร์

ยานพาหนะเมโทรมีข้อกำหนดที่แตกต่างกันสำหรับจอแสดงผล LED ในอาคารตามสถานการณ์จริง ดังนั้นเราจึงพิจารณาอย่างเต็มที่เมื่อออกแบบวงจร นั่นคือภายใต้เงื่อนไขของการทำให้มั่นใจว่าฟังก์ชันและโครงสร้างหลักยังคงไม่เปลี่ยนแปลง โมดูลเฉพาะสามารถแลกเปลี่ยนได้โครงสร้างนี้ทำให้วงจรควบคุม LED มีการขยายตัวที่ดีและใช้งานง่าย

โมดูลอุณหภูมิและความชื้น

ในพื้นที่ร้อนและฝนตกในภาคใต้ แม้ว่าในรถจะมีเครื่องปรับอากาศที่มีอุณหภูมิคงที่ แต่ความชื้นก็เป็นตัวบ่งชี้สำคัญที่ผู้โดยสารให้ความสำคัญเช่นกันโมดูลอุณหภูมิและความชื้นที่เราออกแบบมีฟังก์ชั่นการวัดอุณหภูมิและความชื้นโมดูลอุณหภูมิและโมดูลอุณหภูมิและความชื้นมีอินเทอร์เฟซซ็อกเก็ตเดียวกัน ซึ่งทั้งสองอย่างนี้เป็นโครงสร้างแบบบัสเดี่ยวและควบคุมโดยพอร์ต P1.4 ดังนั้นจึงสะดวกในการแลกเปลี่ยนHIH3610 เป็นเซ็นเซอร์วัดความชื้นแบบรวมสามเทอร์มินัลพร้อมเอาต์พุตแรงดันไฟฟ้าที่ผลิตโดย Honeywell CompanyDS2438 เป็นตัวแปลง A/D 10 บิตพร้อมอินเทอร์เฟซการสื่อสารแบบบัสเดียวชิปประกอบด้วยเซ็นเซอร์อุณหภูมิดิจิตอลความละเอียดสูง ซึ่งสามารถใช้สำหรับการชดเชยอุณหภูมิของเซ็นเซอร์ความชื้น

โมดูลขยายบัส 485

ในฐานะที่เป็นรถบัสที่เติบโตเต็มที่และราคาถูก รถบัส 485 มีตำแหน่งที่ไม่สามารถถูกแทนที่ได้ในด้านอุตสาหกรรมและด้านการจราจรดังนั้นเราจึงออกแบบโมดูลขยายบัส 485 ซึ่งสามารถแทนที่โมดูล CAN เดิมสำหรับการสื่อสารภายนอกได้โมดูลนี้ใช้การแยกโฟโตอิเล็กทริก MXL1535E ของ MAXIM เป็นตัวรับส่งสัญญาณ 485เพื่อให้แน่ใจว่าการควบคุมเข้ากันได้ ทั้ง MXL1535E และ SJA1000 ได้รับเลือกชิปผ่าน P3.0นอกจากนี้ยังมีการแยกทางไฟฟ้า 2500VRMS ระหว่างด้าน RS2485 และด้านคอนโทรลเลอร์หรือลอจิกการควบคุมผ่านหม้อแปลงเพิ่มวงจรไดโอด TVS ในส่วนเอาต์พุตของโมดูลเพื่อลดสัญญาณรบกวนจากไฟกระชากในสายจัมเปอร์ยังสามารถใช้เพื่อตัดสินใจว่าจะโหลดความต้านทานของขั้วต่อบัสหรือไม่

การออกแบบซอฟต์แวร์

ซอฟต์แวร์ระบบประกอบด้วยซอฟต์แวร์การจัดการคอมพิวเตอร์ส่วนบนและซอฟต์แวร์ควบคุมตัวควบคุมยูนิตซอฟต์แวร์การจัดการคอมพิวเตอร์ส่วนบนได้รับการพัฒนาบนแพลตฟอร์มปฏิบัติการ Windows22000 โดยใช้ C++BUILD6.0 ซึ่งรวมถึงการเลือกโหมดการแสดงผล (รวมถึงการคงที่ การกะพริบ การเลื่อน การพิมพ์ ฯลฯ) การเลือกทิศทางการเลื่อน (รวมถึงการเลื่อนขึ้นและลง และไปทางซ้ายและ การเลื่อนไปทางขวา), การปรับความเร็วการแสดงผลแบบไดนามิก (เช่น ความถี่ข้อความกะพริบ, ความเร็วในการเลื่อน, ความเร็วในการพิมพ์ที่แสดง ฯลฯ), การป้อนเนื้อหาการแสดงผล, การดูตัวอย่างการแสดงผล ฯลฯ

เมื่อระบบกำลังทำงาน ระบบไม่เพียงแต่สามารถแสดงอักขระ เช่น การประกาศของสถานีและโฆษณาตามการตั้งค่าที่ตั้งไว้ล่วงหน้าเท่านั้น แต่ยังสามารถป้อนอักขระที่ต้องการแสดงด้วยตนเองได้อีกด้วยซอฟต์แวร์ควบคุมของคอนโทรลเลอร์ยูนิตได้รับการตั้งโปรแกรมโดย KEILC 8051 และแข็งตัวใน EEPROM ของคอมพิวเตอร์ชิปตัวเดียว 77E58ส่วนใหญ่จะทำการสื่อสารระหว่างคอมพิวเตอร์เครื่องบนและเครื่องล่าง การเก็บข้อมูลอุณหภูมิและความชื้น การควบคุมอินเตอร์เฟส I/O และฟังก์ชันอื่นๆระหว่างการใช้งานจริง ความแม่นยำในการวัดอุณหภูมิถึง ± 0.5 ℃ และความแม่นยำในการวัดความชื้นถึง ± 2% RH

บทสรุป

บทความนี้แนะนำแนวคิดการออกแบบหน้าจอแสดงผล LED ภายในอาคารใต้ดินจากแง่มุมของการออกแบบไดอะแกรมแผนผังฮาร์ดแวร์ โครงสร้างลอจิก แผนภาพบล็อกองค์ประกอบ ฯลฯ ผ่านการออกแบบโมดูลอินเทอร์เฟซบัสฟิลด์และอินเทอร์เฟซโมดูลความชื้นอุณหภูมิ หน้าจอแสดงผล LED ภายในอาคารสามารถ ปรับให้เข้ากับความต้องการของสภาพแวดล้อมที่แตกต่างกัน และมีความสามารถในการปรับขนาดและความคล่องตัวที่ดีหลังจากการทดสอบหลายครั้ง หน้าจอแสดงผลแบบ LED ในอาคารได้ถูกนำมาใช้ในระบบข้อมูลผู้โดยสารใหม่ของรถไฟใต้ดินในประเทศ และผลที่ได้ก็ออกมาดีการปฏิบัติดังกล่าวพิสูจน์ให้เห็นว่าหน้าจอแสดงผลสามารถแสดงผลแบบคงที่ของตัวอักษรจีนและกราฟิกและการแสดงผลแบบไดนามิกต่างๆ ได้เป็นอย่างดี และมีลักษณะเฉพาะของความสว่างสูง ไม่สั่นไหว ควบคุมลอจิกอย่างง่าย ฯลฯ ซึ่งตรงตามข้อกำหนดการแสดงผลของยานพาหนะรถไฟใต้ดิน สำหรับหน้าจอ LED.