（机械电子工程专业论文）基于gsm信息通信的广告机控制系统研究.pdf

浙江理t 大学硕士学位论文 摘要 为了解决当前滚动式广告机分布地区不同、分布较广、数量众多、设备检测维护不便 的问题，本文提出研制基于g s m 信息通信的广告机控制系统设计方案。 g s m 短消息作为一种非常成熟通信模式，具有投资少、运营成本低、信息覆盖面广的 优点，对于解决广告机监控覆盖面广、实时性要求不太高、采集点分散的监控采集的系统 具有无可比拟的优势，能将运行维护人员从繁重的维护监控工作中解放出来，及时发现并 定位设备故障，大大减少了系统停用带来的不良影响。研究通过g s m 短消息作为一种数据 传输模式来进行通信，利用西门子t c 3 5 i 无线模块进行短消息的发送和接受达到对广告机 设备实施监控，有效的解决设备远程监控的问题，在性能上较传统滚动式广告机有较大的 提升。 本文研究的主要内容是基于g s m 短消息通信的滚动式广告机控制系统硬件设计和g s m 信息通信的实现。首先详细介绍了系统的功能和各个功能模块的硬件电路设计，包括人机 界面单元设计、无线模块电路设计、无刷直流电机控制电路设计、时钟电路设计等方面内 容。然后对于广告机运行过程中控制方面的难点进行了解决：采用画布走动缓起缓刹的方 式减少了画布走动过程中产生的振动和噪音，采用自检和三相无刷直流电机三相霍尔检测 的方式得到了准确的位置信息，使得广告机画布走位十分到位，避免产生偏差。最后，实 现s t c l 2 c 5 a 6 0 s 2 处理器与西门子t c 3 5 i 无线模块之间的通信，当处理器通过各种信号和 各种数据的计算处理，会产生系统故障报警的信号，则对相应的故障报警所反应的信息按 一定的编码方式进行编码，再根据短信息中心号码、接收短信息目的用户号码、编码方式 以及短信息有效期生产p d u 格式数据。最后利用a t 指令 a t + c m g s 】来发送短信息到用 户手机上，或接受用户手机的命令信息使广告机做相应的动作。 目前，基于g s m 信息通信的广告机控制系统的基本功能已经实现，系统能够正常的运 行，基本实现了预期的目标。 关键词：g s m ；短消息；广告机；无线模块 i 浙江理工大学硕士学位论文 r e s e a r c ho na d v e r t i s i n gm a c h i n ec o n t r o ls y s t e mb a s e do ng s m i n f 0 r m a t i o nc o m m u n i c a t i o n a b s t r a c t i no r d e rt os o l v es o m e 小l e s t i o ns u c ha sd i 饪b r e n td i s t r i b u t i o nr e g i o n ，w i d ed i s t r i b u t i o n ，l a r g e 咖o u n t ， d e v i c e p r 0 v i n ga j l d i n c o m m o d i o u sm a i n t a i n a n c e o ft h e p r e s e n tt u m b i i n g 一帅e a d v e r t i s i n gm a c k n e ，c o n t r 0 1s y s t e md e s i g i ls c h 锄eo fa d v e n i s i n gm a c h i n eb a l s e d o ng s m i n f o r n l a t i o nc o n u n u i l i c a t i o n 、) l ，a 【sd e v e l o p e di n l i st 1 1 e s i s a sap r o v e nc o m m u n i c a t i o nm o d e ，g s ms h o r ti n e s s a g eh a st h ea d v 釉g eo fl e s s i n v e s t m e n t ，l o wo p e r a t i n gc o s t sa n dw i d ei n f - o n l l a t i o nc o v e r a g e a n di t h a l st h ei n c o m p a r a b l l e a d v a n t a g eo fs o l v i n gs o m es y s t e mw i t hw i d em o n i t o r i n gc o v e r a g e ，n o tt o oh i g l l r e a l t i m e d e m a n da n ds c a _ t t e r e dm o n i t o r i n gc o l l e c tp o i n to fa d v e r t i s i n gm a c h i n e t h i sm e t h o dc a nf 沱e o p e r a t i o nm a i n t e n a i l c ep e r s o n n e lf 硒mh e a v ym a i n t e n a n c em o n i t o r i n gj o b ，f i n d a n dl o c a t e e q u i p m e n tf a i l u r ci nt i m e ，黟e a t l yr e d u c eu 1 1 d e s i r a b l ei m p a c tb e c a u s eo ft h es y s t e mo u t a g e g s m s h o r tm e s s a g ew a su s e df o rak i n do f d a t a 仃 m s m i s s i o nm o d e s i e m e n st c 3 5 iw i r e l e s sm o d u l e w a su s e df o rm o n i t o r i n ga d v e r t i s i n gm a c 址n ed e v i c eb ys e n d i n ga n dr e c e i v i n gs h o i r tm e s s a g e t h e s em e t h o d se f f e c t i v e l ys o l v et h ep r o b l e mo fr e m o t em o l l i t o r i n ge q u i p m e n t ，h a v eb i g g e r p r o m o t i o ni np e 订b 衄a n c et h a l l 仃a d i t i o n a lt u 】m b l i n g t y p ea d v e n i s i n gm a c h i n e t h i st h e s i sm a i m yi n c l u d e sc o n t r o is y s t e mh a r d w a r ed e s i g no ft u m b l i n g - t y p ea d v e n i s i n g m a c h i n eb a s e do ng s mi n f o n n a t i o nc o m m u n i c a t i o na r l di m p l e m e n t a t i o no fg s mi n f o 册a t i o n c o m m u n i c a t i o n f i r s t l y ，h a r d w a r ec i r c u i td e s i g no fs y s t e m a t i cf u n c t i o n a n de a c hf u n c t i o n a l m o d u l ew e r ei n t r o d u c e di nd e t a i l ，i n c l u d i n gm ec i r c u “d e s i g no fh 哪a n - c o m p u t e ri n t e r l a c e ， w i r e i e s sm o d u l e ，b r u s l l l e s sc o n t i 伽叫sc u r 代n td y n 锄oa n dc l o c k i n g t h e nt l l ec o n t r o l l i n g d i 所c u l t ) ，o fa d v e n i s i n gm a c h i n ei nt h ep r o c e s s 唧s o l v e d ：r h ev i b m t i o na n dn o i s ew h i c hw e r e g e n e r a t e db ya d v e n i s i n gm a c h i n ei nt h ep r o c e s sw e r er e d u c e db yt h e 、a yo fc a n v a u sm o v i n g ， s l o ws t a i r t a n ds l o wb r a k e t h ee x a c tl o c a t i o ni n f o 肿a t i o nc a nb eo b t a i n e db ym e 、v a yo f s e l f c h e c 妯n ga n d 埘p h a s eh a l ld e t e c t i o nw i t ht r i p h a s eb r u s h l e s sc o n t i n u o u sc u r r e n td y n a m o ， m a k e sa d v e r t i s i n gm a c h i n ec a n v a s1 0 c a t ee x a c t l y ，a v o i d sp r o d u c i n gd e v i a t i o n f i n a l l y ，t h e i v 浙江理t 大学硕士学位论文 c o m m u n i c a t i o nb e t 、e e ns t c12 c 5 a 6 0 s 2p r o c e s s o r 锄ds i e m e n st c 3 5 i 诵r e l e s sm o d u l ew a s i m p l e m e n t e d w h e na l lk i n d so fs i g n a la r i dd a t aw e r ec o m p u t e da 1 1 dh a n d l e db yt h ep r o c e s s o r ， t l l ec o r r e s p o n d i n gf a i l u r ew a n l i n gm e s s a g ec o d eb ys o m ee n c o d e dm o d e t h e np uf 0 瑚a td a t a w a sp r o d u c e db ys h o i r tm e s s a g ec e n t e rn 啪b e r ，p u 驴s eu s e rn u m b e ro fr e c e i v i n gm e s s a g e ， e n c o d e dm o d e ，d e a d l i n e ，n l e nm o b i l ep h o n cu s e rr e c e i v e st h es h o nm e s s a g eb yu s i n ga t i n s t r u c t i o n 【a t + c m g s 】，o ra d v e n i s i n gm a c l l i n e r e c e i v e sc o m m a i l di n f o 啪a t i o na n dm a k e c o r r e s p o n d i n ga c t i o n sf 0 册m o b i l ep h o n e u s e r a tp r e s e n t ，t l l eb a s i c 如n c t i o n a l i t yo fa d v e i r t i s i n gm a c h i n ec o n 切d ls y s t e mb a s e do ng s m i n f o 册a t i o nc o m m u n i c a t i o ni si m p l e m e n t e d ，t h es y s t e mc a nr u nn o m a l l y ，b a l s i c a l l ya c l l i e v et h e e x p e c t e do u t c o m e s k e yw o r d s ：g s m ；s h o r tm e s s a g e ；a d v e r t i s i n gm a c h i n e ；w i r e l e s sm o d u l e v 浙江理工大学硕士学位论文 1 1 广告机的行业背景和技术现状 1 1 1 广告机整体行业背景 第一章绪论 广告机的内容无非以广告为主，比如汽车、手机、电脑之类的，目不暇接，偶尔插上 一些娱乐咨询，也只能算一种点缀。据多家权威市场监测机构调查显示，城市里的广告机 轻而易举地吸引了群众的眼球。这些人对广告机中出现的广告的关注度甚至大大超过了电 视、广播、报纸等传统媒体中的广告。 无论官员还是百姓，绝大多数人不会在等车或走路的时候仍然忙着处理工作，百无聊 赖，正是广告伺机渗透的时间。调查公司通过2 0 0 个样本作了如下估算：城市里的员工平 均一天会在等候、乘坐公车或其他非工作时间耗费很多。对于有头脑、有想象力的商家而 言，一个巨大的市场浮现在眼前。 2 0 世纪末期，中国广告机行业开始起步。进入新世纪以来，广告机产业在我国取得了 蓬勃发展。更为可喜的是，从零起步的广告机产业经过短短十年左右的发展，不但完全占 领了国内市场，在全球市场也取得了不斐的成绩。近年来，我国广告机尤其是广告灯箱、 广告播放器等产品出口增长迅猛，我国日益成为全球广告机行业的生力军。近年来，在大 中城市不少商场、酒店、楼宇电梯口、公共汽车、地铁口里，经常可以看到人群密集的地 方安装有广告机不断播放各式各样的广告。专家预计：这些广告在城市的到达率将会超过 广播等媒体，成为我国的主要媒体类型。而广告电视投资回报比高达1 7 9 ，无论作为媒 体还是广告载体的巨大优势和成长潜力，广告机都是投资回报比最高的广告载体。业内人 士预计，在未来五年内，中国总体广告市场的营业额可达1 0 0 0 亿至1 5 0 0 亿元，广告机的 市场空间非常巨大。 1 1 - 2 广告机技术现状及发展趋势 ( 1 ) 广告灯箱 广告灯箱根据形态差异，可分为换画滚动灯箱、导光板超薄灯箱、立杆式吸塑灯箱、 落地式吸塑灯箱、悬挂式吸塑灯箱等。广告灯箱是广告器材行业的热门出口产品之一，其 浙江理工大学硕士学位论文 中亚克力材质的广告灯箱日益成为国内外市场的新宠。亚克力有着优异的综合性能，立体 感强、透明度高、透光度达9 2 ，宛如水晶，有“塑料皇后 之美誉。兼顾白天、夜晚两 种视觉效果，不但使用寿命长，而且不受雨天影响，看上去把城市装点得更加美丽动人， 因此越来越多地被广泛采用。 2 0 0 3 年至今，我国广告灯箱出口持续保持增长势头，2 0 0 7 年出口总额己达1 1 2 2 百万 美元，比2 0 0 6 年高出5 0 2 百万美金，同比增长8 0 9 7 。考虑到国内广告灯箱在国际市场 具有明显的成本优势以及产业升级等综合因素，国内广告灯箱出口形势将持续增长。另者， 美国、香港作为国内广告灯箱的前两大出口地，分别占比3 8 8 、9 3 ，市场潜力巨大。 ( 2 ) 广告播放器 广告播放器根据显像原理差异，可分为液晶广告屏、l e d 广告屏等。在2 0 0 3 。2 0 0 7 年 间，出口形势一路攀升。2 0 0 7 年，出口额达9 1 0 百万美金，同比增长3 5 9 百万美金，增 幅达4 1 。香港、美国和日本等地是主要海外市场。不过，我国的广告播放器产业仍处于 简单加工装配阶段，技术含量偏低，使行业发展受到制约。 ( 3 ) l e d 广告机 l e d 广告机是一实用新型的消费前沿动态广告信息发布媒体。球体内的光源为 超高亮度的大视角l e d ( 发光二极管) 列阵【l 】。内置微电脑芯片处理经个人电脑编辑 并储存于记忆体内的图文信息后，按非常精确的时序不断地点亮和熄灭特定的l e d 点，同时在直流无刷电机的驱动下高速旋转，在人眼的视觉暂留现象的作用下，用户 想要的图文就会神奇地出现并悬浮在球体内的3 6 0 度的视觉空问中。宝石一样晶莹的 球体内，一道道流光溢彩的动态图文带给人们的是全新的视觉体验。 ( 4 ) 滚动式广告机 滚动广告灯箱起源于欧洲，这个新概念的兴起不仅仅可以最大限度地利用广告牌空 间，还可以让受众欣赏到更多赏心悦目的广告画面，更好地吸引到他们的目光。在一张广 告牌上面同时发布多种信息可以在有限的空间上提高广告的冲击力，增加产品的销售量， 因为这种广告具有的滚动特性，它那种不断变换的广告画面能最大限度的吸引受众的注意 力。不能否定，受众的注意力是会比较集中在广告牌上的文字诉求信息上，但他们对滚动 画面兴趣肯定会比单一平面广告高。根据调查显示，由于画面更迭出现，使得行人愿意 停下来观看的时间增加了2 5 ，如果刚好在画面滚动时，这种机会还会增加一倍，人们就 是想停下来看下一幅出现的画面。 这种动态的广告牌让产品广告更接近我们的现实生活，特别是在人流量，车流量比较 2 浙江理工人学硕十学位论文 繁忙的地段，这种广告牌带给受众带来不同的感受。 图1 1 滚动式广告机 滚动灯。箱有厚度薄、亮度高、发光面均匀、省电等突出特j i i ，使其在广告，_ 外媒体中 运用的范围越来越j “，所占有的市场份额也越来越大又山于国家电力资源供应紧张，因此 滚动式广告机比传统灯箱：肖能、省电6 0 7 0 的超薄灯箱受到了市场的亲眯。山于滚动灯箱 的核心产品导光板的制作难度较蒯2 l ，只有规模较人的企业j 具备其生产制作能力，这都 严重阻碍了超薄灯箱的市场投放量。 滚动灯箱的核心技术足将侧光源转换为而光源的导光板，市场中主要是印刷导光板和 雕亥0 导光板，这两种导光板的尺寸规格足吲定的，一般彳 能按照个性化定制所需的导光板 尺寸。制作滚动灯箱般使用匀光板( 也称纳米导光板) ，这种导光板叮以任意裁切【引， 丁以利片j 匀光板的个性化制作各种尺寸的滚动灯箱。 ( 4 ) 其他广告机 媒体播放系统是“第五媒体”传输、发布、管理、控制的平台，正在社会各：f ，各 业逐渐推广应用，对多媒体信息的快速和有效传播起着不可估量的作用。媒体播放系 统伍“第“媒体”市场以及其他多媒体信息发布和运营领域具有很大的市场潜力i 训。 同时还可以j 屹刚于大型体育和义化娱乐活动，如奥运会、博览会等，以及囊人囡内外 会议的信息发布。“第，i 媒体”的使， j 器材包括广告机、蓝刊：广告机、网络广告机、 1 浙江理工大学硕士学位论文 液晶广告机、楼宇液晶广告机、车载液晶广告机、框架液晶广告机、落地液晶广告机、 触摸式液晶广告机、按钮式液晶广告机等【5 】。 1 1 - 3 滚动式广告机结构及工作原理 滚动式广告机主要由上下两个三相无刷直流电机、上下两个限位开关、上下两个卷曲 滚筒、控制电路系统、多画面合成的可卷曲画布、照明电灯、外部支架构成。广告机的画 布是由几幅不同的宣传画合成的，每幅画面的长度等于广告机上下两个滚筒中心之间的距 离，两个三相无刷直流电机和上下两个限位开关分别安装在上下两个卷曲滚筒内部。两个 三相无刷直流电机的转轴带动上下两个卷曲滚筒转动。画布展示在上下两个卷曲滚筒之 间，画布其余部分卷曲在上下两个滚筒表面上。当两个卷曲滚筒转动时自然带动画布的滚 动，两个卷曲滚筒同时顺时针运动时画布向上翻转，两个卷曲滚筒同时逆时针运动时画布 向下翻转。滚动式广告机在运行过程中会一直向下或向上展示画布，当画布向上运动到顶 时广告机会响应下限位开关的报警信号使画布展示完成后会向下运动继续展示画布，而画 布向下运动到底时广告机会响应下限位开关的报警信号使画布展示完成后会向上运动继 续展示画布，这种运动情况会持续的进行，周而复始。整个广告机的运行是依靠控制电路 控制完成的，广告机的控制电路安装在外部支架内侧，固定安装。照明电灯位于支架的顶 部，在夜晚提供照明。 1 2 通信技术在广告机控制领域的应用 通信技术的发展，以及科技时代的来临，劳动力成本占企业经营成本的比重逐渐增大 是不利于企业自身发展的，现代化的通信信息监控系统将代替传统产业中的许多劳动力和 有人值守的工作、劳动密集型工作，实现现场设备不需要人员看管，监控中心集中维护、 集中管理、集中监控的现代化无线通信系鲥6 j 【7 j 。 目前，整个广告机控制领域的无线通信监控系统还处在一个较低的水平，多是采用有 线传输，也有采用发传真，打电话的形式通过人工来控制，较先进的通过自行组建的网络 来进行自动控制，广告机设备采用有线技术有着局限性，它们过多的依赖远端现场和控制 室之间的物理连线，尤其是当被监控设备处于噪音干扰大或气温异常的恶劣环境中、工作 和维护人员不宜久留的工作场所，采用有线传输模式显然会遇到更大的困难，需要付出更 大的代价，有线传输方式在监控的距离上有一定的限制，而且在抗干扰性、稳定性等方面 存在明显的不足。在这种情况下，由于各种原因不能及时发现和排除出现的故障，导致整 浙江理工大学硕士学位论文 个监控系统存在隐患、运行效率不高、不便于管理【8 】，而且这种模式也无法解决灵活监控、 快速部署的通信监控的要求。g s m 短消息作为一种同渐成熟的通信方式，具有运营成本低、 投资少信息、覆盖面广的优点，可以有效替代市场上现有覆盖面广的、实时性要求不太高 的、采集点分散的广告机监控系统。可以将运行维护人员从繁重的现场维护监控工作中解 放出来，提高了广告机监控系统的运行质量，无线通信系统增强了广告机的可控性和可靠 性，能及时发现并定位设备故障，大大减少了系统停用或错误运行带来的不良影响【9 1 。 现代城市的街道、公路和商场到处都是广告机，因为城市中的广告机分布非常广泛， 种类众多，通过采用有线线路实施统一控制则需要巨大的代价。在城市广告机集群控制的 应用中，各种广告机的检测和控制是一个较大难题。如果采用无线短消息模块，则可以将 整个城市分为许多“部分”，每个“部分”的广告机由一个无线模块控制，然后利用无线 模块批量发送信息的功能，在检测中心对每个“部分”的无线模块发送控制信号，每个“部 分 将广告机动作完成的情况集体上报，可以使反馈及时到位i l0 1 。如果有报警则可以迅速 的通知维护工作人员进行维修，节省了资源。 1 3 研究的目的和意义 现如今，动态的广告形式所带来的影响力越来越大，因为它是十分贴切我们的生活的， 而且它也同时将多样产品以及服务信息传达给人们，在一定程度上也拉动了消费，推动社 会经济的发展。随着广告机制造业发展的越来越繁荣，滚动广告灯箱由于在户内外广告媒 体界里享有美名，因此越来越受到广告制造商的青睐，也占据了一定的市场份额。通过与 市场上现有广告机的比较，本课题着力研究滚动广告机换页滚动过程中如何实现缓起缓 刹，达到广告机画面滚动过程更加平稳。最后，建立采用集机电、计算机、自动化、通信 等多种先进功能为一体的先进的无线监控管理系统，成功实现了对无线分布式系统的实时 监控管理和灵活部署j 。 滚动式广告机一般数量众多、分布较广，目前，市场上大多数滚动式广告机的监控设 备还是采用有线传输方式，这无疑给设备的监控和维护带来不便。本文讨论通过g s m 短 消息作为一种数据传输模式来进行通信，应用西门子t c 3 5 i 无线模块进行用户和设备之间 通过短消息的发送和接受达到对广告机设备实施监控，则有效的解决以上问题，无线监控 能及时发现和定位设备故障，大大减少了系统停用或无人监管带来的不良影响，在性能和 科技含量上较传统滚动式广告机有较大的提升。 浙江理：亡火学硕士学位论文 1 4 本文各章节的内容安排 本文主要是应用现有的数字移动通信网络( g s m ) 结合西门子公司的无线通讯模块 t c 3 5 i 实现对远距离的滚动式广告机目标的监测与控制，并利用g s m 的短消息业务( s m s ) 实现信息通信和数据传输【1 2 l 。维护人与和用户通过手机或p c 机就能对远程目标实现实时的 监控，给设备的维护人与和用户带来极大的方便。具体内容包括以下几个部分： 第一章：论述了本论文的研究背景、目的以及意义，介绍了广告机整体行业背景和基于g s m 短消息的无线通信系统技术在广告机领域的应用。 第二章：对滚动式广告机的控制系统做了详细的论述，重点讨论了广告机实时控制单元和 人机界面单元的总体设计。 第三章：重点描述了广告机硬件系统的结构功能，对t c 3 5 i 模块电路进行了设计，阐述了 实时控制单元，人机界面单元和电机驱动电路之间的联系。 第四章：重点介绍了滚动式广告机各个程序模块的设计，根据g s m 短消息的无线通信系统 的功能要求对滚动式广告机监控系统进行了开发设计。 第五章：深入探索了广告机的调试过程。 第六章：对论文的研究工作进行总结，并对后续的研究工作进行展望。 6 浙江理丁大学硕士学位论文 2 1 控制功能需求 第二章滚动式广告机控制系统总体设计 滚动式广告机是站力式广告灯箱，可以应用在街道、宾馆、商店等众多场合，可以以 转动卷曲画布的方式依次显示2 到l o 幅不同的广告画面，一组或多组广告机可同步运行。 滚动式广告机的控制功能要求有以下几点： ( 1 ) 广告机各个画面的停留时间和画布运动的速度可由用户或维护人员通过人机界面单 元精确设定。 ( 2 ) 广告机切换画面时要求平稳顺畅。 ( 3 ) 广告机需要在每天的某个固定时间自动开启和关闭，开启和关闭的时间可设。 ( 4 ) 广告机在画布运动的过程中要求保证画布表面平整，不能产生画布褶皱或脱落。 ( 5 ) 由于广告机长时间运行后会产生画布偏移的现象，所以广告机应带有开机自检功能 和位置校正功能。 ( 6 ) 广告机要求具备无线监控的能力，要求能够把不同的报警信号发送到用户或维护人 员的手机上，同时也会接受用户或维护人员通过手机发送过来的命令处理信号，根据不同 的命令处理信号广告机会响应不同的处理动作。 滚动式广告机画布停留时间设定范围为1 至3 0 秒，开启和关闭的时间按照北京时间 为基准。因为季节的交替，日出和日落的时间会有所不同，所以滚动式广告机的开启和关 闭时间也可以由人机界面单元进行设定和修改。无线监控的实现使设备更加安全稳定。 7 浙江理 大学硕十学位论文 2 2 控制系统总体设计 图2 1 滚动式广告机整体结构 滚动式广告机的控制功能主要是通过实时控制单元所组成的相关控制系统来实现，其 结构如图2 1 所示。滚动式广告机控制系统主要由实时控制单元、电机驱动电路、人机界 面单元三大部分组成。上电机、下电机、照明电灯和电源则是整个控制系统附带的辅助器 件。上下两个电机选用带有霍尔位置传感器的三相无刷直流电机。主控电路的c p u 是选用 宏晶科技公司的s t c l 2 c 5 4 0 4 a d 芯片，这款芯片对于三相无刷直流电机的控制具有优势。 因为整个广告机系统有两个三相无刷直流电机要控制，s t c l 2 c 5 4 0 4 a d 刚好有2 个p w m 输出口，符合控制要求，而且拥有低功耗、高速、高可靠、强抗静电、强抗干扰和无法解 密等优点。鉴于这些优点s t c l 2 c 5 4 0 4 a d 这款芯片对于整个系统的设计是非常符合的，并 且能保证系统运行高效，安全可靠。 整个系统的用电是由外置电源盒提供，输入2 2 0 v ，输出2 4 v 和1 5 v 电压由实时控制 单元处理后再提供给人机界面单元、电机驱动电路和其他器件。照明电灯则直接由电源盒 提供2 4 v 电压。实时控制单元主要作用是处理和运算各个部件发送过来的信息，存储重要 的信息，发送相关的命令处理信号，保证广告机正常的运行。由于滚动式广告机画布转动 时需要非常的流畅，实时控制单元对于电机的运动控制要求比较高，需要进行画布缓起缓 刹的控制和画布停留位置的精确定位。电机驱动电路的主要作用是对三相无刷直流电机进 行驱动和简化电机的控制1 1 3 1 。 人机界面单元的作用是按要求显示广告机的运动状态、时间等信息，这些信息是由广 浙江理一r 大学硕 ：学位论文 告机实时控制单元经过处理运算传输而来，还可以让用户或维护人! ，! 设置参数和手动摔制 广告机运行工作，当参数设定完成后可以手动下载到主控系统。 整个系统通过实时控制单元进行数据处理和命令下达，还要接受各个部件的信息反 馈，需要很好的统筹安排和处理，以保证系统安全流畅的运行。 2 2 1 人机界面单元 图2 2 人机界面单元示葸图 人机界而单，e 的功能是用来显示由实时控制中元发来的各种广告机的状态信息，通过 用户或维护人员设置的参数可以下载到实时控制单元进行保存和处理【1 4 】。人机界面单元的 功能卡要足以卜几个方面： ( 1 ) 显示当前的北京时问。 ( 2 ) 通过系统白检界面- 叮以手动开启广告机的自检功能，自检完成后显示整个j h l i 前i 的位 置脉冲数。 ( 3 ) 在广j 等机运行时显示j 一告机当前的位置信息。 ( 4 ) 显示画自j 总数和运行时广告机当前所在的画布号。 ( 5 ) 由于有的画布辱幅嘶面的长度有所差异，所以要求可以单独手动设定每幅画的停留 9 浙江理工大学硕士学位论文 位置。 ( 6 ) 广告机的开启和关闭的时间、运行过程中画布停留的时间、画布总数和位置补偿信 息可设。 鉴于上述功能要求，人机界面单元主要由c p u 、m a x 2 3 2 电路、液晶显示屏、u s b 接口、在线程序烧写口、蜂鸣器和8 个单键按钮组成。人机界面单元的c p u 选用 s t c 8 9 c 5 3 r c 芯片，它带有在线程序烧写功能，通过p 3 0 和p 3 1 在加上g n d 、5 v 电源 组成在线程序烧写口，可以方便调试。人机界面单元通过u s b 接口与主控制板进行数据交 换，由u s b 接口作为数据接收的起点和传送的终点，中间经过m a x 2 3 2 电路的处理。安 装蜂鸣器是为了在按键或程序烧写时发出声音提示，已确认按键触发到位和烧写正在进 行。 i 蜂呜器按键液品显示 i 屏 厂、 厂、 z z土 弋 7 r气7 u s t c 8 9 c 5 3 r c ，、，、，、 zz z土 弋7弋7 l 等2 u s b 接口在线程序 烧写口 图2 3 人机界面单元总体框图 l o 浙江理- 丁大学硕士学位论文 2 2 2 实时控制单元 串口通信 电路 e e p r o m 限位开关时钟芯片 o0o 7 s t cl2 c 5 4 0 4 a d p 0 电源电路无线模块 图2 4 实时控制单元框图 实时控制单元由s t c l 2 c 5 4 0 4 a d 芯片、电源电路、无线模块、串口通信电路、e e p r o m 存储单元、限位开关、时钟芯片构成。电源电路使外部2 4 v 交流电源需要经过处理后变换 成1 5 v 提供给电机驱动电路，5 v 提供给s t c l 2 c 5 4 0 4 a d 、限位开关、e e p r o m 存储单元、 无线模块和时钟芯片。整个广告机的开机启动和运行过程中所需要的信息和数据都由 e e p r o m 进行读写和存储。由于广告机的开启和关闭需要遵循北京时间，所以主控电路中 含有时钟电路。时钟电路的作用是读取和更新时间信息。串口通信电路充当人机界面单元 与实时控制单元的信息交流的桥梁。上下两个限位开关的作用是检测画布是否运动到尽 头，反馈信号给主控电路，避免画布脱落。 无线模块选用的是应用较广的西门子公司的t c 3 5 i 通信模块。通过无线模块t c 3 5 i ， 滚动式广告机可接受用户或维护人员发送的命令短消息和发送给用户或维护人员报警短 消息，可实现远程报警和监控。 浙江理一j ：火学硕上学位论文 图2 5 t c 3 5 i 无线模块 t c 3 5 i 是一款双频g s m 9 0 0 d c s l 8 0 0 m h z 高度集成的g s m 模块。t c 3 5 i 与g s m 2 2 + 兼容，符合e t s i 标准g s m 0 7 0 7 和g s m 0 7 0 5 ，而且很容易向g p r s 领域过度。t c 3 5 i 模块 集剁频电路和基带予一体，同时还支持r t s o c t s o 的硬件握手和x 0 n ) ( 0 f f 的软件流控 制。该模块支持数据、语音、短消息和传真，带有供标准的a t 指令接口和s i m 应用工 具包。t c 3 5 i 足4 0 引脚带有电源接口、s i m 3 v 接l j 、标准r s 2 3 2 双向接口、模拟语音 接f 、欧姆天线连接器j 。 图2 6t c 3 5 i 结构图 t c 3 5 i 无线模块最重要的部分足g s m 基带信号处理器，它足整个模块的核心部分，它 的作用足处列撕茁过串i 由外部系统发送过来的a t 指令，作为一个协议处理器使用。g s m 模块电源a s l c 部分使片j 线性电压调节器把外部输入的电源电压v b a t t + 进行稳压处理后 供g s m 基带处理器和g s m 射频部分使厂口。g s m 射频翻髟足个单片收发器s m a r t i ， 射频天线部分主要实现信号的调制j 解渊，实现外部射频信号与内部烬带处理器之间的信 1 2 浙江理工大学硕士学位论文 号转换，匹配电源为处理器以及射频部分提供所需的电源，插座是提供给用户的应用接口。 s 洲用来存储一些电话本、用户配置信息、重要信息和其它信剧1 6 1 。 2 2 3 电机驱动电路 广告机画布运动关键在于两个三相无刷直流电机的控制，电机驱动电路专门用来控 制三相无刷直流电机。电机驱动电路是由m c 3 3 0 3 5 芯片、m c 3 3 0 3 9 芯片和功率m o s 管 所组成的控制电路，m c 3 3 0 3 5 可直接驱动功率m o s f e t ，带动电机运转，外接功率m o s 管后驱动三相无刷直流电机，增加一片m c 3 3 0 3 9 电子测速器作为f 转换，引入测速反 馈后，可构成闭环速度调节系统【1 7 】【1 引。经过电机驱动电路的工作，c p u 只要通过正反转控 制端、起停控制端、p w m 输出端即可控制三相无刷电机的运动，简化了整个电机控制过 程。 浙江理1 = 大学硕士学位论文 3 1 人机交互单元设计 3 1 1 液晶电路 第三章滚动式广告机硬件系统设计 o c m l 2 8 6 4 5 是一块1 2 8 6 4 的液晶点阵显示器，可以显示大小英文字母、汉字、各种 常用符号等，方便实用，控制简单易懂。o c m l 2 8 6 4 5 的工作电压是4 5 至5 5 v ，与 s t c 8 9 c 5 3 r c 匹配。v o 脚、v e e 脚和1 0 k 可变电阻所组成的可调电路的作用是通过可变 电阻手动调节液晶显示面板的亮度。d b o 至d b 7 是8 个与s t c 8 9 c 5 3 r c 数据传输的三态 数据总线。刚w 为读写控制口，为o 时m c u 对o c m l 2 8 6 4 5 写操作、为l 时m c u 对 o c m l 2 8 6 4 5 读操作。e 脚为使能信号，r s 为通道选择信号，c d = l 指令通道、c d _ o 数 据通道通道。c s l 、c s 2 为片选信号，仅当c s l = 0 且c s 2 = o 时，o c m l 2 8 6 4 。5 才选通【例。 1 4 浙江理工大学硕士学位论文 3 1 2 m a x 2 3 2 电路 图3 1 液晶显示电路 m a x 2 3 2 芯片是美信公司专门为电脑的r s 一2 3 2 标准串口设计的单电源电平转换 芯片，使用+ 5 v 单电源供电。符合所有的r s 2 3 2 c 技术标准，内部集成两个r s 2 3 2 c 驱 动器和两个r s 。2 3 2 c 接收器1 2 0 】。c 1 、c 1 + 、c 2 、c 2 + 、v s + 、v s 脚和4 只电容构 成电荷泵电路，功能是产生+ 1 2 v 和1 2 v 两个电源，提供给r s 2 3 2 串口电平的需要。 t l o u t 、t 1 i n 、r 1 0 u t 、r l i n 、t 2 0 u t 、t 2 i n 、r 2 0 u t 、r 2 i n 脚构成两个数据通 道，其中脚r 1 i n 、脚r 1 0 u t 、脚t 1 i n 、脚t 1 0 u t 为第一数据通道，脚r 2 i n 、脚r 2 0 u t 、 脚t 2 i n 、脚t 2 0 u t 为第二数据通道。t t l c m o s 数据从t 1 i n 、t 2 i n 输入转换成 r s 2 3 2 数据从t 1o u t 、t 2 0 u t 送到s t c 8 9 c 5 3 r c ；s t c 8 9 c 5 3 r c d er s 2 3 2 数据从 r 1 i n 、r 2 i n 输入转换成t t l c m o s 数据后从r 1 0 u t 、r 2 0 u t 输出【2 。 c 9 5 v 3 1 3 按键扫描电路 图3 2m a x 2 3 2 电路 o u f 人机界面单元的上、下、左、右四个按键，分别为k l 、k 2 、k 3 、k 4 ，四个按键的一 脚依次与s t c 8 9 c 5 3 r c 的p 1 0 、p 1 1 、p 1 2 、p 1 3 相连，当这4 个i o 口出现单个电 平变化时检测到有按键按下。如果有2 个或以上i o 口出现电平变化时，说明同时按 下了2 个或多个按键，这种情况不认为了按键触发。 1 5 浙江理工大学硕士学位论文 k l 一 3 2 实时控制单元设计 3 2 1 c p u 电路 图3 3 按键扫描电路 s t c l 2 c 5 4 0 4 a d 系列单片机是宏晶科技生产的单时钟机器周期( 1 t ) 的单片机，是 高速低功耗_ 超强抗干扰的新一代8 0 5 1 单片机，指令代码完全兼容传统8 0 5 1 ，但速度快 8 1 2 倍。内部集成m a x 8 1 0 专用复位电路，2 路p w m ，8 路高速l o 位，d 转换( 2 5 0 刚s ) ， 针对电机控制，强干扰场合。 1 工作电压：5 5 v 一3 3 v 2 工作频率范围：o 一3 5 m h z ，相当于普通8 0 5 l 的0 4 1 0 h m z 3 用户应用程序空间：8 k 字节 4 片上集成1 2 8 0 字节r a m 5 4 0 个通用i o 口，复位后为：准双向口弱上拉( 普通8 0 5 l 传统i o 口) ，可设置成4 种模 式：准双向口弱上拉、推免强上拉、仅为输出高阻、开漏、每个i o 口驱动能力均可达 到2 0 m a ，但整个芯片最大不超过5 0 m a 6 i s p ( 在系统可编程) l 廿( 在应用可编程) ，无需专业编程器，无需专用仿真器可通过 串口( p 3 o p 3 1 ) 直接下载到用户程序，数秒即可完成 7 有e e p r o m 功能( s t c l 2 c 5 4 0 4 a d a d p w m 无内部e e p r o m ) 8 外部掉电检测电路：在p 4 6 口有一个低压门槛比较器，5 v 单片机为1 3 2 ，误差为 + - 5 ，3 3 v 单片机为1 3 0 ，误差为“3 1 6 浙江理工大学硕士学位论文 9 共4 个1 6 位定时器，两个与传统8 0 5 l 兼容的定时器计数器，再加上2 路p c a 模块可 实现2 个1 6 位定时器 1 0 2 个时钟输出，可由t 0 溢出在p 3 4 厂r 0 输出时钟，可由t 1 溢出在p 3 5 厂r 1 输出时钟 1 1 外部中断i o 口7 路，传统的下降沿中断或低电平触发中断，并支持上升沿中断的p c a 模块，p o w e rd o w n 模式可由外部中断唤醒 i n t o p 3 2i n t l p 3 3t o p 3 4t l p 3 5r x d p 3 6 c c p p 1 3 ( 也可通过寄存器设置到p 4 2 ) c c p p 1 4 ( 也可通过寄存器设置到p 4 3 ) 1 2 p w m 2 路伊c a ( 可编程计数整列，2 路) 也可用来当2 路d a 使用 也可用来实现2 个定时器 也可用来实现2 个外部中断 1 3 通用全双工异步串行口( u a r t ) ，由于s t c l 2 系统是高速的8 0 5 1 ，可再用定时器或 p c a 软件实现多串口。 1 4 s t c l 2 c 5 4 0 4 a d 有双串口，鼢2 p 1 2 ( 也可通过寄存器设置到p 4 2 ) ，d 2 p 1 3 ( 也可 通过寄存器设置到p 4 3 ) 1 5 工作温度范围：4 0 一8 5 摄氏度( 工业级) 0 7 5 摄氏度( 商用级) 芯片管脚分布如下图所示： 跎2 挖，3 l l s t l 凹序3 o b d 矗0 。l 耵a i 2 x 薹 i 】 d 玎o p 3 2 髓p 3 3 嚣i to _ ，p 3