LED水文信息显示屏.doc

LED水文信息显示屏吴建华，张石娃，司风林，王正军（黄河水文水资源科学研究所，河南 郑州 450004）摘 要：本文介绍了一种在普通水文站使用的LED水文信息显示屏。介绍了显示屏的外观结构、显示内容，着重介绍了显示屏的电路结构、软件及其工作过程。最后给出了显示屏的性能指标。关键词：LED数码管；片机；示屏；水文信息随着水文测验技术装备的发展，目前在许多水文站都配置了计算机、自记水位计、雨量计等水文测验仪器设备。这些设备解决了水文数据的自动采集与记录存储，提高了水文测验技术的自动化水平。但是，这些仪器设备各自为政，采集到的数据显示格式不一，尤其是在水情值班室、会议室和办公室里不能方便及时的直接了解当前水情信息。为此，我们设计开发了一种适合普通水文站使用的LED水文信息显示屏。该显示屏将各种有关信息以同一的格式集中显示，具有美观大方、显示清晰、性能可靠、能组网、造价低、免维护、安装调试方便等特点，将其安装于水文站的水情值班室、办公室的墙上，可使水文工作人员能方便及时地了解本站的各种水文信息。1 显示屏外观及显示内容显示屏的结构采用专用铝合金型材制作，显示面板进行了专门设计，美观大方。为了使电路简单可靠和降低造价，尽量达到一屏可显示水文站全部信息的目的，采用字高为1.2英寸的LED数字数码管显示可变的数字信息，固定不变的汉字内容则采用物美价廉的彩色喷绘工艺直接绘在显示屏面板上。显示内容如图1所示（略）。第一行显示的是日期、时间、星期及当前的室内温度，时间秒的显示由两个发光二极管闪动表示。日期、时间、星期的数据由显示屏内部时钟模块DS12887提供，该时钟电路模块的内部具有后备电池和固态数据存储单元，在停电时，显示屏不工作，时钟电路仍在正常运行，重新上电时无须对时钟重新设置，即可正常显示日期、时间等。第一行的最右边显示的是室内温度，该温度数据由显示屏的控制电路通过温度传感器自动采集，室内温度的显示每分钟自动更新一次。第一行以下显示的是有关水文信息，其中水位、流量、水温、气温是实时信息，显示屏通过通信接口收到有关设备发送的有关信息实时自动更新显示。水温显示没有负值。气温显示出现负值时，将显示负号和整数位，不再显示小数点和小数位。其他显示内容如8时水位、8时流量、昨日流量、昨日雨量、昨日沙量等不是实时信息，可每日更新一次，通过人工操作显示屏右端的按键或操作遥控器按键输入有关信息进行更新，也可以通过计算机输入软件输入更新。水位、流量、水温、气温等即时信息也可以通过以上三种人工方法输入到显示屏。当前正在显示的信息都将保存在内部固态数据存储单元中，如遇停电，所有正在显示的信息不会丢失，一旦重新上电仍将显示停电前的显示内容，每日更新的信息无须再重新输入，即时显示信息在收到有关设备发送的数据后则实时自动更新。2 电路硬件结构LED水文信息显示屏的硬件结构框图如图2所示（略），这是一个以单片机P89C58为核心的数据接收和显示输出终端。单片机通过数据总线和I/O接口和其它电路器件相连，在程序的控制下：控制日历时钟、温度传感器工作；接收并判断遥控接收模块、键盘、计算机及其他有关设备传送的数据，送显示模块进行显示等。2.1 数据输入遥控接收模块、键盘输入、数据输入接口是显示屏的三种输入方式。通过操作遥控器手柄或者按动显示屏上的键盘，可以对各种显示内容进行逐位的修改或输入，数据是通过遥控接收模块或键盘输入接口送至单片机的有关数据输入口处理，这两种是人工手动输入方式，遥控输入的距离一般在5米以内。遥控器和键盘输入都各有四个按键，这四个按键分别是功能键1、功能键2、数字键和复位键。按动功能键显示器第一行的日历、时间等内容将逐位循环闪动，按动功能键2水位、流量等内容逐位循环闪动，按动数字键可以修改闪动的数字，按动复位键系统复位。接收计算机或其他水文设备的数据输入接口采用485或232数据接口，通过计算机输入软件将需要显示的信息直接发送到显示屏上或直接接收有关水文设备发送的及时数据。一般采用485通信接口接收计算机和有关水文设备的数据，这样可以将计算机和有关水文设备以及多个显示屏以并联方式连接。2.2 数据输出及显示模块显示屏的数据输出即将接收到的数据通过输出接口送至显示模块，显示模块的显示驱动器采用MAX7219芯片，这是一种具有串行数据接口的LED显示驱动器，通过时钟、数据及装入三条接口线与单片机进行串行通信，每片7219可以直接驱动8位LED显示器，如果需要驱动多位LED显示器，可以将多个7219串联使用。由P89C58单片机的3个I/O接口分别作为一组时钟、数据及装入接口，对7219进行数据通信操作。为了提高显示响应速度，由P89C58单片机的12个I/O接口组成4组时钟、数据及发送接口，分别驱动4个显示模块，考虑到显示屏的物理结构，将这4个显示模块分别组成为：1.日期、时间、星期、室温，需显示14位，由2片7219驱动；2.水位、8时水位、作日雨量，显示16位内容，由3片7219驱动；3.流量、8时流量、作日流量，需显示15位，由3片7219驱动；4.水温、气温、作日沙量，有10位显示，由2片7219驱动。2.3 日历时钟及数据存储 采用DS12887时钟芯片作为日历时钟，利用DS12887内部64个字节存储器作为显示屏的数据存储器。DS12C887具有日历、时钟、低功耗静态RAM、输出方波信号等功能，它内部封装一个可充电的小锂电池，可保证在无外部电源时其内部电路能正常工作和保存数据。DS12C887可以方便地与单片机接口，由单片机系统对其进行操作，进行修改和得到日历、时钟信息，输出方波信号用于秒信号的显示。2.4 温度传感器为了用户使用的方便，显示屏还有当前的室温显示。室温的测量，采用具有单总线结构的单片数字式温度传感器DS18B20， DS18B20可以由P89C58单片机一个I/O口控制进行温度测量，直接向单片机输出温度数据。2.5 电源系统显示屏采用交流220V供电,由内部配置的开关电源提供+5V和+12V,+12V单独供遥控接收模块使用,其他电路均使用+5V供电。3 显示屏的工作软件单片机P89C58的软件采用MCS-51汇编语言编写，经过汇编以后的程序以机器语言形式由编程器固化在P89C58内部的程序存储器中。显示屏的工作过程就是单片机执行程序的过程。系统软件采用模块化设计，分成如下几个部分：主程序模块、数据接收模块、温度测量模块、键盘管理模块、显示驱动模块等，由主程序进行统一管理分别调用其它模块完成显示屏的数据接收和显示工作。主程序流程如图3（略）所示，在上电或按动复位键时程序将开始从第一条指令执行。系统初始化将设置从计算机或其他设备自动接收数据的工作方式、DS12887时钟芯片的工作方式等；取数据分别显示的功能是将显示的信息从数据存储器取出并调用显示驱动模块进行分别显示；按动功能键1或功能键2程序将进入键盘管理程序，可对显示屏显示的信息进行修改，修改完毕必须按动复位键退出键盘管理，程序进入正常工作；数据接收程序模块采用单片机串行口中断工作方式，如图4（略）所示，当收到一组正确数据后，数据接收程序置位数据收到标志，主程序调用数据处理程序将收到的数据分别存入相应存储单元；主程序每一分钟调用一次温度测量程序用于更新室温显示，温度测量程序流程框图