基于SIM300的无线LED显示屏控制系统设计与实现

　　在自定义的STCP 通信协议中，制定了一系列管理无线LED 显示屏控制器的通信指令，主要为上位机软件的编程提供具体的通信结构和规范。通信包格式如表1所示：

　　表1 通信包格式

　　注：

　　完整数据长度： 整型字节(4 个字节长度)，整个通信包的长度;

　　命令字： 根据无线LED 显示屏控制器通信指令表，见表2;

　　显式控制字： 0-无;1-上移;2-下移;3-左移;4-右移;5-静止;6-闪烁;7-删除;

　　数据内容：需要显示信息内容;

　　校验和： 全部数据累加校验和;

　　根据无线LED 显示屏控制器实际运用需要，制定了发送、删除、显示、连接、断开指令等。这些指令的代码和主要作用如表2 所示。

　　表2 通信指令表

　　上位机软件通过Internet 网络将数据发送到无线LED 显示屏控制器后，LED 显示屏控制器需要对收到的数据进行处理。根据指令的不同，可以控制LED 显示屏的显示内容及显示模式(例如上移、下移、左移、右移、静止、闪烁、删除等)。

　　4 软件设计

　　本系统的软件设计包括两部分： 上位机软件和AVR 单片机的控制程序。上位机软件完成与GPRS 模块的通信， 控制LED 显示屏上显示的数据信息;AVR单片机的控制软件主要完成系统初始化，GPRS 网络连接，接收上位机发送的信息，分析接收信息内容，完成指令， 并按需将发布信息转换为点阵信息， 送到LED显示屏进行显示。

　　4.1 AVR 单片机的控制程序

　　AVR 单片机的控制程序主要完成以下功能：连接GPRS 网络、数据传输、控制LED 屏显示。

　　(1)初始化系统及SIM300 模块，连接GPRS 网络;(2)依照显示屏控制器与上位机的通信协议，与上位机通信握手，接收指令，解析指令，并将显示数据等信息存储与处理;(3)通过串口驱动LED 屏，进行信息的显示等。

　　下面简单介绍SIM300 模块与上位机实现TCP/IP无线通信流程。

　　AT+CGDCONT=1，“IP”，“CMNET” --注册中国移动网络

　　OK

　　AT+CGCLASS? --显示GPRS 信息移动的类型

　　+CGCLASS： “B”

　　OK

　　AT+CGATT? --GPRS 服务附加/分离

　　+CGATT： 1

　　OK

　　AT+CGACT=1，1 --环境激活

　　OK

　　AT +CIPSTART = “TCP”，“202.196.87.7”，“2020” -- 启动

　　TCP 连接(上位机IP 地址及端口号)

　　OK

　　CONNECT OK --连接成功

　　AT+CIPSEND --通过TCP 发送数据

　　> HELLO

　　SEND OK --发送成功

　　4.2 上位机软件

　　本系统的上位机软件主要采用VC 设计一个通信界面，实现与LED 远程控制器通信。用户界面部分采用MFC 框架基于Dialog 实现。在利用Visual C++进行通过TCP/IP 协议网络传输数据开发时， 采用IOCP 框架来实现Windows Socket 的完成端口模型。

　　IOCP 即I/O 完成端口(I/O Completion Port)，是一个异步I/O 的API，它可以高效地将I/O 事件通知给应用程序。一个套接字在被创建后，与一个完成端口进行关联。当一个事件发生的时候，此完成端口就将被操作系统加入一个队列中， 然后应用程序可以对核心层进行查询以得到此完成端口。当某项I/O 操作一旦完成， 某个可以对该操作结果进行处理的工作线程就会收到一则通知。在此应用程序中创建一定数量的工作线程来处理重叠I/O 请求的通知。

　　IOCP 框架的启动流程如图6 所示。

　　IOCP 框架的实现步骤如下：

　　(1)初始化Winsock 工作环境，并创建完成端口，创建完成端口线程，建立一个监听套接字，使套接字与完成端口关联起来;

　　(2)监听套接字开始工作，当监听套接字接收到客户端TCP 的连接请求时，IOCP 会获取并处理该消息，创建对应的Socket 对象进行接收处理，完成连接工作;

　　(3)当客户端完成TCP 连接后，可以开始数据通信，由I/O 线程来负责分发I/O 请求，通过线程池来分配逻辑处理环境;

　　(4)在接收数据后，将微软提供的一个I/O 数据结构(WSAOVERLAPPED)进行扩展，完成协议解析和数据处理。

　　此外，这里的线程池只是一个管理队列，用于处理线程资源的管理， 用最少的线程完成最大业务逻辑的处理。真正执行的线程函数也不完成详细的业务处理，仅仅完成对I/O 请求的再调用，而由虚函数实现I/O 请求的再处理。

　　为了提高软件的友好性， 框架采用Windows 的消息机制，与UI 进行交互，通过窗口消息将框架的相关信息传递给UI 窗口。因此在框架中保留了一个指针成员， 并在需要的时候通过该指针调用消息响应函数向窗口发送消息，UI 根据消息反映框架的运行信息。

　　5 结语

　　根据近年来GSM/GPRS 数据通信技术等发展的趋势，本文提出了基于GPRS 网络的、使用低成本SIM300模块的无线LED 屏控制器的设计方案， 该系统利用TCP/IP 协议实现了基于GPRS 网络的无线数据的传送。上位机将文字或图片信息数据通过GPRS 网络传输到远程LED 屏终端， 也可以接收客户端发送的数据，再根据数据的内容相应地完成各种命令，控制LED屏显示相应的信息。该系统设计经测试取得了良好的效果。