Principio básico de diseño de la pantalla LED en trenes de metro
El principio básico de diseño de la pantalla LED del metro; Como terminal de visualización de información orientada al público en el metro, la pantalla LED interior tiene un valor civil y comercial muy amplio.
En la actualidad, los vehículos de metro que operan en China generalmente están equipados con pantallas LED interiores, pero hay pocas funciones adicionales y un solo contenido de visualización en pantalla. Para cooperar con el uso del nuevo sistema de información para pasajeros de metro, hemos diseñado una nueva pantalla dinámica LED de metro multibús.
La pantalla no solo tiene múltiples interfaces de bus en la comunicación externa, sino que también adopta dispositivos de bus único y bus I2C en el diseño del circuito de control interno.
Hay dos tipos de pantallas LED en el metro: una se coloca en el exterior del vagón para mostrar la sección de funcionamiento del tren, la dirección de funcionamiento y el nombre de la estación actual, que es compatible con chino e inglés; También se puede mostrar otra información de servicio según las necesidades de funcionamiento; La visualización de texto puede ser estática, de desplazamiento, de traducción, en cascada, de animación y otros efectos, y el número de caracteres mostrados es de 16 × 12 caracteres de matriz de puntos 16. La otra es la pantalla LED interior de la terminal, que se coloca en el tren. La pantalla LED interior de la terminal puede preestablecer la terminal de acuerdo con los requisitos de funcionamiento del tren y mostrar la terminal actual en tiempo real, así como la temperatura actual en el tren, con 16 caracteres × Ocho caracteres de matriz de puntos 16.
Composición del sistema
La pantalla del sistema de visualización LED se compone de una unidad de control de microordenador de un solo chip y una unidad de visualización. Una sola unidad de visualización puede mostrar 16 × 16 caracteres chinos. Si se produce un determinado tamaño de sistema de visualización gráfica LED, se puede realizar utilizando varias unidades de visualización inteligentes y el método de "bloques de construcción". Se utiliza la comunicación en serie entre las unidades de visualización del sistema. Además de controlar la unidad de visualización y transmitir las instrucciones y señales del ordenador superior, la unidad de control también está integrada con un sensor de temperatura digital de bus único 18B20. Gracias al diseño modular del circuito de control, si existen requisitos para la medición de la humedad, 18b20 se puede actualizar al circuito modular compuesto por DS2438 de Dallas e HIH23610 de HoneywELL. Para satisfacer las necesidades de comunicación de todo el vehículo, se utiliza el bus CAN para la comunicación entre el ordenador superior y cada unidad de control del vehículo.
Diseño de hardware
La unidad de visualización se compone de un panel de visualización LED y un circuito de visualización. La placa de la unidad de visualización LED se compone de 4 módulos de matriz de puntos × 64 unidades de visualización inteligentes universales de matriz de puntos, una sola unidad de visualización puede mostrar 4 caracteres chinos o símbolos de matriz de puntos 16 × 16. Se utiliza la comunicación en serie entre las unidades de visualización del sistema, de modo que el trabajo de todo el sistema esté coordinado y unificado. El circuito de visualización consta de dos puertos de cable plano de 16 pines, dos controladores de bus de tres estados 74H245, un inversor seis 74HC04D, dos decodificadores ocho 74H138 y ocho pestillos de desplazamiento 74HC595. El núcleo del circuito de control es el microcontrolador de alta velocidad 77E58 de WINBOND, y la frecuencia del cristal es de 24MHz AT29C020A es una ROM de 256K para almacenar la biblioteca de caracteres chinos de matriz de puntos 16 × 16 y la tabla de códigos ASCII de matriz de puntos 16 × 8. AT24C020 es una EP2ROM basada en el bus serie I2C, que almacena declaraciones preestablecidas, como nombres de estaciones de metro, saludos, etc. La temperatura en el vehículo se mide mediante el sensor de temperatura digital de bus único 18b20. SJA1000 y TJA1040 son el controlador y el transceptor del bus CAN, respectivamente.
Diseño de la unidad de circuito de control
Todo el sistema toma el microcontrolador dinámico 77E58 de Winbond como núcleo. El 77E58 adopta un núcleo de microprocesador rediseñado, y sus instrucciones son compatibles con la serie 51. Sin embargo, debido a que el ciclo de reloj es de solo 4 ciclos, su velocidad de funcionamiento es generalmente de 2 a 3 veces superior a la del 8051 tradicional a la misma frecuencia de reloj. Por lo tanto, los requisitos de frecuencia para el microcontrolador en la visualización dinámica de caracteres chinos de gran capacidad están bien resueltos, y también se proporciona el vigilante. El 77E58 controla la memoria flash AT29C020 a través del pestillo 74LS373, con un tamaño de 256K. Dado que la capacidad de la memoria es superior a 64K, el diseño adopta el método de direccionamiento de paginación, es decir, P1.1 y P1.2 se utilizan para seleccionar páginas para la memoria flash, que se divide en cuatro páginas. El tamaño de direccionamiento de cada página es de 64K. Además de seleccionar los chips AT29C020, P1.5 asegura que P1.1 y P1.2 no causarán un mal funcionamiento de AT29C020 cuando se reutilicen en la interfaz de cable plano de 16 pines. El controlador CAN es la parte clave de la comunicación. Para mejorar la capacidad antiinterferencias, se añade un optoacoplador de alta velocidad 6N137 entre el controlador CAN SJA1000 y el transceptor CAN TJA1040. El microcontrolador selecciona el chip del controlador CAN SJA1000 a través de P3.0. 18B20 es un dispositivo de bus único. Solo necesita un puerto de E/S para la interfaz entre el dispositivo y el microcontrolador. Puede convertir directamente la temperatura en una señal digital y emitirla en serie en un modo de código digital de 9 bits. P1.4 se selecciona en el circuito de control para completar las funciones de selección de chip y transmisión de datos de 18B20. El cable de reloj SCL y el cable de datos bidireccional SDA de AT24C020 están conectados respectivamente a P1.6 y P1.7.16 interfaces de cable plano de pines del microcontrolador, que son las partes de la interfaz del circuito de control y el circuito de visualización.
Conexión y control de la unidad de visualización
La parte del circuito de visualización está conectada con el puerto de cable plano de 16 pines de la parte del circuito de control a través del puerto de cable plano de 16 pines (1), que transmite las instrucciones y los datos del microcontrolador al circuito de visualización LED. El cable plano de 16 pines (2) se utiliza para conectar en cascada múltiples pantallas. Su conexión es básicamente la misma que el puerto de cable plano de 16 pines (1), pero debe tenerse en cuenta que su extremo R está conectado al extremo DS del octavo 74H595 de izquierda a derecha en la Figura 2, al conectar en cascada, se conectará en serie con el puerto de cable plano de 16 pines (1) de la siguiente pantalla (como se muestra en la Figura 1). CLK es el terminal de señal de reloj, STR es el terminal de pestillo de fila, R es el terminal de datos, G (GND) y LOE son los terminales de habilitación de luz de fila, y A, B, C, D son los terminales de selección de fila. Las funciones específicas de cada puerto son las siguientes: A, B, C, D son terminales de selección de fila, que se utilizan para controlar el envío específico de datos desde el ordenador superior a la fila designada en el panel de visualización, y R es el terminal de datos, que acepta los datos transmitidos por el microcontrolador. La secuencia de trabajo de la unidad de visualización LED es la siguiente: después de que el terminal de señal de reloj CLK recibe un dato en el terminal R, el circuito de control da manualmente un flanco ascendente de pulso, y el STR está en una fila de datos (16 × 4) Después de que se transmiten los 64 datos, se da un flanco ascendente de pulso para bloquear los datos; El LOE se establece en 1 por el microcontrolador para iluminar la línea. El diagrama esquemático del circuito de visualización se muestra en la Figura 3.
Diseño modular
Los vehículos de metro tienen diferentes requisitos para la pantalla LED interior según la situación real, por lo que lo hemos considerado completamente al diseñar el circuito, es decir, bajo la condición de asegurar que las funciones y estructuras principales permanezcan sin cambios, los módulos específicos pueden ser intercambiados. Esta estructura hace que el circuito de control LED tenga una buena capacidad de expansión y facilidad de uso.
Módulo de temperatura y humedad
En las zonas cálidas y lluviosas del sur, aunque hay un aire acondicionado de temperatura constante en el coche, la humedad también es un indicador importante que preocupa a los pasajeros. El módulo de temperatura y humedad diseñado por nosotros tiene la función de medir la temperatura y la humedad. El módulo de temperatura y el módulo de temperatura y humedad tienen la misma interfaz de enchufe, ambos son estructuras de bus único y están controlados por el puerto P1.4, por lo que es conveniente intercambiarlos. HIH3610 es un sensor de humedad integrado de tres terminales con salida de voltaje producido por Honeywell Company. DS2438 es un convertidor A/D de 10 bits con una interfaz de comunicación de bus único. El chip contiene un sensor de temperatura digital de alta resolución, que se puede utilizar para la compensación de temperatura de los sensores de humedad.
Módulo de expansión de bus 485
Como un bus maduro y barato, el bus 485 tiene una posición insustituible en el campo industrial y el campo del tráfico. Por lo tanto, hemos diseñado un módulo de expansión de bus 485, que puede reemplazar el módulo CAN original para la comunicación externa. El módulo utiliza el aislamiento fotoeléctrico MXL1535E de MAXIM como el transceptor 485. Para garantizar la compatibilidad del control, tanto MXL1535E como SJA1000 se seleccionan mediante P3.0. Además, se proporciona un aislamiento eléctrico de 2500VRMS entre el lado RS2485 y el controlador o el lado de la lógica de control a través del transformador. Se añade un circuito de diodo TVS a la parte de salida del módulo para reducir la interferencia de sobretensión de la línea. También se pueden utilizar puentes para decidir si se carga la resistencia terminal del bus.
Diseño de software
El software del sistema se compone de software de gestión del ordenador superior y software de control del controlador de la unidad. El software de gestión del ordenador superior se desarrolla en la plataforma operativa Windows22000 utilizando C++BUILD6.0, incluyendo la selección del modo de visualización (incluyendo estático, parpadeo, desplazamiento, escritura, etc.), la selección de la dirección de desplazamiento (incluyendo desplazamiento hacia arriba y hacia abajo y desplazamiento hacia la izquierda y hacia la derecha), el ajuste de la velocidad de visualización dinámica (es decir, la frecuencia de parpadeo del texto, la velocidad de desplazamiento, la velocidad de visualización de escritura, etc.), la entrada de contenido de visualización, la vista previa de la visualización, etc.
Cuando el sistema está funcionando, el sistema no solo puede mostrar los caracteres como el anuncio de la estación y la publicidad de acuerdo con la configuración preestablecida, sino también introducir manualmente los caracteres de visualización requeridos. El software de control del controlador de la unidad está programado por KEILC de 8051 y solidificado en la EEPROM del ordenador de un solo chip 77E58. Completa principalmente la comunicación entre los ordenadores superior e inferior, la adquisición de datos de temperatura y humedad, el control de la interfaz de E/S y otras funciones. Durante el funcionamiento real, la precisión de la medición de la temperatura alcanza ± 0,5 ℃ y la precisión de la medición de la humedad alcanza ± 2% RH
Conclusión
Este documento presenta la idea de diseño de la pantalla LED interior del metro desde los aspectos del diagrama esquemático de hardware, la estructura lógica, el diagrama de bloques de composición, etc. A través del diseño del módulo de interfaz de bus de campo y la interfaz del módulo de humedad de temperatura, la pantalla LED interior puede adaptarse a los requisitos de diferentes entornos, y tiene una buena escalabilidad y versatilidad. Después de muchas pruebas, la pantalla LED interior se ha utilizado en el nuevo sistema de información para pasajeros del metro nacional, y el efecto es bueno. La práctica demuestra que la pantalla puede completar bien la visualización estática de caracteres chinos y gráficos y varias pantallas dinámicas, y tiene las características de alto brillo, sin parpadeo, control lógico simple, etc., lo que satisface plenamente los requisitos de visualización de los vehículos de metro para pantallas LED.