毕业设计（论文）基于GSM的太阳能LED显示屏设计

1、2011届毕业生毕业论文题 目: 基于gsm的太阳能led显示屏设计 院系名称： 电气工程学院 专业班级： 电气0701 学生姓名： 学 号： 指导教师： 教师职称： 2011年 5 月 21 日摘 要能源短缺将是影响本世纪经济发展和社会稳定的一个重要问题。太阳能将成为本世纪电能的主要来源之一，这已成为大家的共识。从发展来看，光伏并网将所发电力馈入公共电网是太阳能发电的主流。但是，这并非太阳能发电的全部。能够充分发挥太阳能无处不在、无须铺设电缆、即发即用优点的光伏发电应用也必将成为太阳能利用的重要部分。诸如光伏扬水、光伏照明、太阳能交通信号灯，太阳能电动汽车等均属此范畴。太阳能led信息显示屏

2、利用光伏发电提供的电源，驱动led信息显示屏发布相关信息，信息屏采用无线通信方式获取和更新显示信息。这对于安装在公路、码头、广场等没有电力线、或铺设电缆不方便处是最好的选择。光伏应用系统更多时候成为一个相对孤立的整体，因为它无需电缆供电。这时，采取何种方法对其进行维护(含信息更新、设备维护)是一个非常重要的问题，无线通信己变得非常廉价、方便、广泛的情况下采用基于无线通信的远程维护是必然之选。本文首先介绍了太阳能eld显示屏的原理及其构成，分析了在众多无线通信方式中选用gsm网络的优势。提出了利用gsm短消息进行数据传输，控制太阳能led信息显示屏的方法。进行了太阳能led显示屏总体结构设计、基

3、于atmegal6单片机的核心控制电路设计、基于tc35i的gsm通信模块设计，完成了通信控制软件的开发和调试。关键词：太阳能 ；sms ；tc35i ；led屏title design of the solar led display screen based on gsm abstract the lack of energy resources is a serious problem which influences the economic development and social stability of the 21st century.reproducible solar

4、energy will be the important proportion of the total electric energy in this century,which is accepted by most of us.in the future,grid-connected photovoltaic system is the important form of photovoltaic application.however,there are other means which can also make full advantages of sollar energy,s

5、uch as photovoltaic pumping,photovoltaic lighting,solar traffic lights,solar electric vehicles and so on.solar led display is powerd by solar energy,and it releases information which is updated by wireless communications.this installation is the best option when set on roads,docks and square without

6、 electricity lines or laying cables.photovoltaic applications are often relatively isolated because they do not have electricity cables.therefore,how to control and maintain them is a very important issue.nowadays,wireless communication is convenient,cheao and widely used.therefore,the design of a w

7、ireless remote control approach of photovoltaic systems is very necessary.this paper introduces the princiole and component of the solar led display.the analysis of various wireless communications methods shows advantages of the gsm network.this paper proposes an approach to control the solar led di

8、splay by short message.the overall structure of the solar led display is designed.the core control circuit based on atmega16 microcontroller and the gsm communications module based on tc35i are presented.it also completed the software development and debugging about the commmunication control.keywor

9、ds: solar energy;sms;tc35;led display 目 次abstractii1.绪论11.1 课题产生的背景和研究意义11.2 无线控制太阳能led显示屏简介12.gsm网络及其短消息业务42.1 sms的概念和特点42.2 sms相对于其它业务的优点52.3 gsm网络及其发展53.太阳能led显示屏系统硬件设计83.1硬件系统的总体设计83.2gsm moden的电路设计103.3 单片机硬件电路设计133.4 硬件设计需要注意的问题154.太阳能led显示屏系统软件设计184.1 mcu与gsm模块的通讯原理184.2 atmega16与tc35i的通讯程序设计

10、194.3 unicode码的解析程序设计234.4 mcu与pca9545的通讯程序设计24总 结 与 展 望27致 谢29参 考 文 献30附 录321. 绪论1.1 课题产生的背景和研究意义太阳能的大规模应用将是二十一世纪人类社会进步的重要标志，本世纪内太阳能发电将成为电能的主要来源之一，这已成为大家的共识。并且从目前来看，光伏并网这类将所发电力馈入公共电网的应用是光伏发电的趋势。但是，这并非太阳能发电的全部，能够充分发挥太阳能无所不在、无须铺设电缆、具有即发即用特点的光伏发电应用系统也必将成为太阳能利用的重要部分。小型太阳能光伏发电应用系统是指将太阳能转换为电能后直接用于驱动某种用电装

11、置，既环保、又无须铺设电缆，尤其是能够解决无电地区的供电问题。诸如光伏led显示屏、光伏扬水、光伏照明、太阳能交通信号灯、太阳能供电的气象监测、水文监测，太阳能电动汽车等均属此范畴。 光伏led显示屏系统为新一代绿色能源的广告宣传照明产品，具有节约能源，环保，美观，可靠实用的优点。该系统可以发展成便携式，野外式，楼面或楼顶安装式等，可根据实际需要设计。为建设节约型城市的需求，随着信息化社会的发展，广告媒体以及交通道路等等的发展，对led显示屏以及控制系统的市场需求量在迅速扩大，应用前景广阔。它的主要应用场合体现在:1，独立小型太阳能光伏发电系统；2，道路交通信息显示；3，风景游览区旅游信息显示

12、；4，户外，集群，列车led显示屏广告等；5，机场，港口，车站旅客引导led广告屏；6，邮政，电信，商场购物中心等服务领域的业务宣传。以取代传统的crt显示屏、灯箱等。本论文主要研究太阳能el公显示屏的控制及通信系统，由于该装置主要采用分散、孤立的布置方式，对其信息更新、远程维护的最佳方法必然是通过无线通信来实现。因为现在无线通信的覆盖面越来越大、传输速度越来越高，增值服务内容越来越丰富。1.2 无线控制太阳能led显示屏简介本论文设计了一个非常实用的l印屏幕显示系统。这个系统可以通过短消息来定制led的显示内容同时控制其显示方式，又使用太阳能供电，极大地方便了用户。系统的结构框图如图1.1所

13、示:图1.1 系统结构框图如图所示:太阳能光伏电池给蓄电池充电，蓄电池的电经过变换后送到各部分。蓄电池系统包括充电的最优控制以及多路dc/dc变换等。单片机控制系统是核心，负责从通信模块获取信息，通过解码后，把信息按要求的方式送led显示屏。本系统主要硬件架构如图1.2所示:图1.2 硬件架构图该架构主要分三个功能模块：(1)单片机和gsm模块的通信。单片机负责从通信模块里面得到控制和显示数据 ，送到sarm缓冲区，以便作进一步的计算和处理。(2)字符编码转换。单片机从缓冲区读到字符uincode码计算其字库点阵地址，然后将得到的02位地址通过总线送到i/0扩展器，通过字库把字符uincode

14、码翻译成字符的点阵信息。单片机读出点阵信息并送到sar材缓冲区。一部分信息将被存储到eeprom。(3)led显示模块。单片机从以m缓冲区读取字符点阵数据，送到lde驱动模块 ，再由驱动模块送lde阵列显示。本系统硬件相对简单，但系统软件的工作量大，单片机要负责控制所有的模块及它们之间的联系，我们用sram缓冲区作为传递数据的中介，极大地方便了编程，我们只要设置好数据在缓冲区的位置及格式，将很方便地在其他地方调用它。数据的大概走向如下。短消息的接收及显示驱动都是基于中断的处理方式。图1.3 软件流程图2. gsm网络及其短消息业务2.1 sms的概念和特点sms是短信息服务(short mes

15、sage service)的简称，它是gsm移动通信技术提供的一项基木数据业务。sms通过无线控制信道进行传输，经短消息业务中心完成存储和前转，实现手机发送和接收有限长度的文本信息的功能。一条短信最多可以包含160个英文字母(8 bit编码)或70个非拉丁字母(16 bit编码)，如中文汉字。历史上第一条短消息是1992年在英国通过沃达丰(vodafone)公司的gsm网络从一台pc发送到一部手机上的。sms属于gsm第一阶段(phasel)的标准，但目前sms己经被集成到了很多网络标准中，如sms，cdma，tdma，phs等移动网络都支持sms，这使sms成为一项非常普及的移动数据业务。短

16、消息按实现的方式可以分为小区广播短消息(cbs)和点到点短消息(sms)。我们通常提到的短消息业务主要是指点到点短消息。本文研究的短消息业务也是指点对点短消息业务。在点到点短消息业务中，短消息可以是从一个移动台发送到另一个移动台，从一个计算机到一个移动台，或者相反。这些消息由短消息业务中心(smsc)来保存，并在可以传递时转发消息。每个gsm网络必须支持一个或多个smsc对消息进行分类和确定路由。点对点短消息和小区广播短消息的实现方式不同。点对点短消息是gsmphasel标准定义的业务，它通过信令信道传送，在无业务信道呼叫时使用sdcch(standalone dedicated contro

17、l channel，独立专用控制信道)，有业务信道呼叫时使用sacch(510，associated contro1 channel，慢伴随控制信道)，由于短消息的传送使用信令信道，因此数据速率很有限。点对点短消息是一项基本的电信业务，也可以作为数据传输的载体，如信息点播服务，远程数据采集等。sms具有以下几方面的特点:(1)sms采用的使存储一转发机制，即短消息被发送出去之后，不是直接发送给对方，而是先存储在短信息服务中心(short hessage service center，smsc)，然后再由短信息中心将短消息转发给接收方。如果接收方关机或不在服务区内，smsc就会自动保存该短消息，

18、等到接收方在服务区出现的时候再行发送。(2)sms对发送信息具有保证的双向服务。与普通的寻呼机制不同，寻呼机的发送方不清楚消息是否发送成功，而sms发送方可以再将短消息发送出去之后得到一条确认通知，返回传递成功或失败的信息，以及不能到达的原因。(3)sms可以与语音、数据、传真等业务一起进行传输。由于sms使非对称业务，它使用57信令信道传输数据分组，所以及时在业务信道处于高峰期的情况下，短消息也照样可以顺利传送，sms还可以实现全国和国际漫游。2.2 sms相对于其它业务的优点短消息业务是gms系统中最为简单、最方便的数据通信方式。无需申请开通，所有手机都支持短消息业务。短消息业务的优点如下

19、:(1)收费低廉。对于消费者来说，资费始终是首要关心的问题。尽管语音和上网业务资费不断下调，但相对短消息服务费用来说还有很大差距。消息服务单向收费，接收方免费，价格优势不言而喻。(2)随时随地。短消息跟电话不一样，打电话要求接听方同时在另一端，而短信用户可以随时随地地发送短信，不用担心对方有没有开机，也不用担心对方是否在服务区，因为短信息是采用存储一转发方式，短消息服务中心能够存储信息，对由于关机或其它原因而没有收到的短消息临时存储，并在hlr中设置等待标志，一旦对方开机或回到服务区，gsm系统会及时通知短消息服务中心重发，用户即可收到短消息。(3)多种数据承载能力。短消息服务有三种模式：块(

20、block)模式、文本(text)模式和pdu(protocol description unit)模式。其中，pdu模式时下最为流行，通过pdu编码可以传输文字、声音及图像，随着sms的升级版ems和mms的出现和发展，短消息将能够支持更丰富多彩的数据。(4)可以保障传输中的安全。如果用户使用stk卡，那么短消息在发送之前，可以通过stk卡将信息加密后进行传输。在到达目的地后由接收者将信息解密。实现点到点的信息安全保障。2.3 gsm网络及其发展gsm 系统由一系列功能单元组成，分为ms(移动台)、bss(基站子系统)、nss(网络子系统)、0ss(操作维护子系统)等几个主要部分。(1)移动

21、台(ms)移动台是整个系统中直接由用户使用的设备，可分为车载型、便携型和手持型三种。它由两部分组成:移动终端(ms)和客户识别卡(sim)。在gsm系统中，物理设备与移动用户是相互独立的。也就是说，用户的所有信息都存储在sim卡上，系统中的任何一个移动台都可以利用sim卡来识别移动用户。由网络来进行相关的认证，保证使用移动网的是合法用户。移动台有自己的识别码imei，称为国际移动台设备识别号。每个移动台的imei都是唯一的，网络对imei进行检查，可以保证移动台的合法性。sim卡中存储着用户的所有信息，包括国际移动用户识别码imsi等。(2)基站子系统(bss)广义来说 ，基站子系统包含了gs

22、m数字移动通信系统中无线通信部分的所有基础设施，它通过无线接口直接与移动台实现通信连接，同时又连到网络端的交换机，为移动台和交换子系统提供传输通路，因此，bss可以看作移动台与交换机之间的桥梁。按gsm规范提出的基本结构，bs 由两个基本部分组成:通过无线接口与移动台一侧相连的基站。收、发信机(bts)和与交换机一侧相连的基站控制器(bsc)。从功能上看，bts主要负责无线传输，bsc主要负责控制和管理。值得指出的是，在gs协规范中，一个基站子系统是指一个bsc以及由它所管辖的所有bts，而不是一个交换机所带的无线系统。bts在网络的固定部分和无线部分之间提供中继，移动用户通过空中接口与bts

23、相连，bts包括收发信机和天线，以及与无线接口有关的信号处理电路等，它也可以看作是一个复杂的无线解调器。在gsm系统中，为了保持bts尽可能的简单，bts往往只包含那些靠近无线接口所必须的功能。bsc通过bst和移动台的远端命令管理所有的无线接口，主要是进行无线信道的分配、释放以及越区信道切换的管理等，起着bss系统中交换设备的作用。bsc由bts控制部分，交换部分和公共处理器部分等组成。根据bts的业务能力，一台bsc可以管理多达几十个bts。(3)网络与交换子系统(nss)网络与交换子系统包括实现gsm的主要交换功能的交换中心以及管理用户数据和移动性的所需的数据库，有时也称之为交换子系统。

24、它的主要作用是管理gsm用户和其它网络用户之间的通信。nss可分为如下几个功能单元:移动业务交换中心msc:msc是网络的核心，它完成最基本的交换功能，即实现移动用户与其它网络用户之间的通信连接。为此,它提供面向系统其它功能实体的接口、到其它网络的接口以及与其它sc互连的接口。msc为用户提供承载业务、基本业务与补充业务等一系列服务。作为网络的核心，msc还支持位置登记、越区切换和自动漫游等移动性能及其它网络功能。拜访位置寄存器(vlr)：vlr是一个动态数据库，是存msc为了处理所管辖区域中枢(统称拜访客户)的来话、去话呼叫所需检索的信息，例如客户的号码，所在位置区域的识别，向客户提供的服务

25、等参数。为已经登记的移动用户提供建立呼叫接续的毕业条件。归属位置寄存器(hlr):hlr是系统的中央数据库，是存储管理部门用于移动客户管理的数据。每个移动客户都应在其归属位置寄存器(hlr)注册登记，它主要存储两类信息:一是有关客户的参数;一是有关客户目前所处位置的信息，以便建立至移动台的呼叫路由，例如msc，vlr地址等。鉴权中心 (auc):auc用于产生为确定移动用户的身份和对呼叫保密所需鉴权、加密的三参数的功能实体。用以保护用户在系统中的合法地位不受侵犯。设备识别 寄存器(eir):eir 存储与移动台imei 有关的信息。它可以对移动台的imei进行核查，以确定移动台的合法性，防止未

26、经许可的移动台设备使用移动网。(4) 操作与维护子系统(oss)0ss是操作人员与系统设备之间的中介，它实现了系统的集中操作与维护，完成包括移动用户管理、移动设备管理及网络操作维护等功能。它的一侧与设备相连，另一侧是作为人机接口的计算机工作站。这些专门用于操作维护的设备被称为操作维护中心omc。gsm系统的每个组成部分都可以以通过特有的网络连接至omc，从而实现集中维护。3. 太阳能led显示屏系统硬件设计3.1 硬件系统的总体设计3.1.1独立运行光伏发电系统系统框图如3.1所示图3.1 光伏系统框图独立运行系统中，电能唯一来源于太阳能电池阵列。为保证稳定性和运行效率，系统必须配备贮能蓄电池

27、来储存和调节电能，当在夜晚或日光不强等外在条件影响下，太阳能电池不能为负载提供足够的能量时，蓄电池向负载提供能量以保证电能稳定。另一方面，当日光充足使得系统能提供多于负载所需要的能量时，蓄电池将贮存多余的电能。独立运行光伏发电系统总结构如图3.1所示，一般由光伏阵列、控制器、蓄电池等组成。在自然界中，物体电阻率在103108/cm左右的称为半导体。大部分半导体的特点在于其导电能力和电阻率对参入的微量杂质的种类和浓度十分敏感，具有对温度和光照等外部条件变化的热敏、光敏等特性。半导体还具有很强的光伏效应。所谓光伏效应是指物体吸收光能后，其内部能传导电流的载流子分布状态和浓度发生变化，由此产生出电流

28、和电动势的效应。在气体、液体和固体中均可产生出这种效应，然而半导体光伏效应的效率最高。当太阳光照射到半导体的p-n结上，就会在其两端产生光生电压，若外部将p-n结短路，就会产生光电流。光伏电池正是利用了半导体材料的这些特征，把光能直接转化成电能而且在这种发电过程中，光伏电池本身既不发生任何化学变化，也没有机械磨耗；在使用过程中，无噪音，无气无味，对环境无污染。当把众多这样小的太阳能光伏电池单元通过串并联的方式组合在一起，构成光伏电池组件，便会在太阳能的作用下输出功率足够大的电能。3.1.2蓄电池的使用储能是光伏发电系统中的重要部分，尤其当光伏系统作为独立系统运行时，储能环节更是不可缺少的组成部

29、分。地面可获得的太阳光辐射量是不断变化的，一天中从早到晚都在不断的变化之中，而一年四季中不同月份的太阳光辐射量也是不同的，天气的变化更是对它有直接影响。太阳光辐射量强度的变化必然引起直流发电系统输出电能的变化，而这种变化同负载的用电需要没有必然联系，使得光伏电站的发电和用电无法匹配。并网光伏电站，可以利用电网作为储能系统，而独立运行的光伏电站主要是依靠蓄电池来储存多余的电能。铅酸蓄电池是目前光伏发电系统中最常用的储能单元。蓄电池的基本特性直接影响光伏发电系统，配有蓄电池的光伏发电系统的运行特性很大程度上由蓄电池的特性所决定。(1)蓄电池的自放电蓄电池的自放电是指蓄电池在独立存贮期间容量逐渐减少

30、的现象。蓄电池在不带任何负载时由于自放电而使容量损失，直至容量为零。(2)使用寿命是指蓄电池的有效寿命，即规定工作条件下，蓄电池正常工作时间。蓄电池的使用寿命包括使用期限和使用周期。使用期限指包括蓄电池存放时间在内的蓄电池可供使用的时间；使用周期是指蓄电池可以重复使用的次数。当蓄电池发生内部短路或外部损坏而不能使用，使蓄电池使用失效，这时蓄电池的使用寿命终止。由于规定试验方法的不同，同一个蓄电池使用期限也各异。(3)蓄电池的运行方式根据光伏发电系统的使用要求，可将多个同型号蓄电池串联、并联构成蓄电池组。蓄电池组主要有三种运行方式：循环充放电制、定期浮充制和连续浮充制。3.1.3 控制与显示系统

31、系统要实现以下几个功能：(1)远程控制功能。即要求通过远程手机或电脑来控制终端。终端要保值永远在网内，并可靠地与控制端保持连线。所以我们使用gsm模块tc35i，并通过短消息来联系。(2)显示功能。由单片机来驱动led显示模块。由于led的显示需要字符点阵，所以我们使用了字库gt20l，它能快捷地实现unicode码到点阵的转换，减少了对单片机处理时间和存储空间的要求。(3)反馈信息功能。通过查询，控制端能知道系统的所有信息，包括显示和原来设置好的控制信息。所以要求系统能发送反馈短消息。这gsm modem就可以实现。(4)可靠性功能。保证信息可靠地传输。有害信息及时被过滤。(5)扩展功能。需

32、要留下若干通讯的接口，可以便于以后升级之用。比如多余的i/o口等。系统硬件由四部分组成:单片机atmegal6，gms模块tc35i，解码部分以及显示部分。由atlmegal6从tc35i接收短消息，并将内容解码。同时设置了显示数据输出接口，调试接口，sim卡接口等，如图3.2所示:图3.2 系统硬件组成图3.2 gsm moden的电路设计目前，国内已经开始使用的gsm模块有falcom的a2d系列、wavecom的wm02系列、siemens的tc35系列、motorola的dio，d15系列、中兴的zxgm 18系列等。这些模块的功能、用法差别不大。其中西门子的tc35系列模块性价比很高

33、，并且己经有国内的无线电设备入网证。所以本设计选用了西门子tc35i作为通讯设备。tc35i是西门子推出的新一代无线通信gsm模块，功能上与tc35兼容，设计紧凑，高度集成，因而可以大大缩小用户产品的体积。利用它可以快速安全可靠地实现系统方案中的数据、语音传输、短消息服务和传真。tc35i与gsm 2/2+兼容、双频(gsm900/gsml800)、rs232数据口、符合etsi标准gsm0707和gsm0705，且易于升级为gprs模块。模块的工作电压为3.3-4.8v，模块支持标准的at命令集、支持文本和pdu模式的短消息、第三组的二类传真。通过独特的40引脚的zif连接器，实现电源连接、

34、指令、数据、语音信号、及控制信号的双向传输。通过zif(zero insertion force，零阻力插座)连接器及50欧姆天线连接器，可分别连接sim卡插座和天线。方便用户的应用开发及设计。tc35i模块主要由gsm基带处理器、gsm射频模块、电源专用集成电路(asic)、闪存、zif连接器、天线接口六部分组成。作为tc35i的核心，基带处理器主要处理gsm终端内的语音、数据信号，并涵盖了蜂窝射频设备中的所有的模拟和数字功能。在不需要额外硬件电路的前提下，可支持fr.hr和efr语音信道编码。图3.3 tc35i的内部结构图tc35i对外有40个引脚，通过一个zif连接器引出。这40个引脚

35、主要分为5类，即电源供应和充电、数据输入/输出（串行接口）、sim卡、两组音频接口和控制接口。tc35i的供电电压要求在33v-48v之间，tc35i在通话中的典型电流值为300ma，待机时电流损耗更小，但在突发传输时，如有电话呼入、开始发送一条短信时可能需要高达2a的瞬时电流，所以要求电源能提供足够大的电流。这里使用美国国家半导体公司生产的3a电流输出降压开关型集成稳压电路lm2576-adj，它内含固定频率振荡器(52khz)和基准稳压器(1.23v)，并具有完善的保护电路，包括电流限制及热关断电路等，利用该器件只需极少的外围器件便可构成高效稳压电路。图3.4 tc35i的供电电路tc35

36、i的控制信号主要有三个：开机、关机信号输入和状态指示信号输出。tc35i启动有多种方式：通过igt引脚启动正常操作模式；通过power引脚启动充电模式，这是一种受限制的模式，模块没有登录gsm网络，只能给电池进行软件控制下的充电；通过rtc中断启动闹铃模式，此模式下闹铃有效。这里重点讲述怎样启动为正常模式。tc35i通过igt启动时对时序要求较高：在batt+引脚电平达到30v之后将igt引脚(原为高组态)置低，且下降沿不超过1ms，之后保持低电平至少looms再拉高，这时tc35i才可以正常启动。串口通讯电路主要完成与控制端(mcu或pc机等)通信的功能。tc35i的数据接口采用串行异步收发

37、，符合itu-trs-232接口电路标准，工作在cmos电平(2.65v)。数据接口配置为8位数据位、1位停止位、无校验位，波特率在300bps-230400bps之间可选，自动波特率支持范围是1200bps-230400bps。在本系统中，mcu波特率设置为9600bps，tc35i采用默认的自动波特率模式，在tc35i开机后向其发送一条“at”指令，tc35i即可自动识别并设置正确的波特率。tc35i支持标准的at命令集，mcu可以通过at指令来控制它。由于atmegal6的信号电平和tc35i要求的通信电平相符，所以atmegal6的的两个uart口直接和它相连，无需电平转换。sim卡是

38、带微处理器的芯片卡，它由cpu、工作存储器ram、程序存储器rom、数据存储器eeprom和串行通信单元5个模块组成，这5个模块集成在一块集成电路中。sim卡上包含了所有属于本用户的信息，它是一张符合gsm规范的智能卡。sim卡在与手机连接时，最少需要5个连接线-电源vcc、时钟(clk)、数据i/o(data)、复位(rst)、接地端(gnd)。tc35i集成了一个与iso7816-3 ic card标准兼容的sim接口。为了适合外部的sim接口，该接口连接到主接口(zif连接器)。在gsmll.11为sim卡预留5个引脚的基础上，tc35在zif连接器上为sim卡接口预留了6个引脚，所添加

39、的ccin引脚用来检测sim卡支架中是否插有sim卡。当插入sim卡，该引脚置为高电平，系统方可进入正常工作状态。但是目前移动运营商所提供的sim卡均无ccin引脚，所以在设计电路时将引脚ccin与ccvcc相连。tc35i外围电路原理图如图3.5所示图3.5 tc35i外围电路原理图3.3 单片机硬件电路设计单片机是系统的控制中心，负责通信，显示驱动等所有功能的实现。我们需要单片机有一个标准的uart口，因为tc35i就是通过uart口来通讯的。而且我们对它存储器也有要求，需要至少512byte的sram。因此，采用的单片机是atmega16。atmega16有如下特点:16k字节的系统内可

40、编程flash(具有同时读写的能力，即rww)，512字节eeprom，1k字节sram，32个通用i/o口线，32个通用工作寄存器，用于边界扫描的jtag接口，支持片内调试与编程，三个具有比较模式的灵活的定时器/计数器(t/c),片内/外中断，可编程串行usart，有起始条件检测器的通用串行接口，8路10位具有可选差分输入级可编程增益(tqfp 封装)的adc，具有片内振荡器的可编程看门狗定时器，一个spi串行端口，以及六个可以通过软件进行选择的省电模式。工作于空闲模式时cpu停止工作，而usart、两线接口、a/d转换器、sram、t/c、spi端口以及中断系统继续工作；掉电模式时晶体振荡

41、器停止振荡，所有功能除了中断和硬件复位之外都停止工作；在省电模式下，异步定时器继续运行，允许用户保持一个时间基准，而其余功能模块处于休眠状态；adc噪声抑制模式时终止cpu和除了异步定时器与adc以外所有i/o模块的工作，以降低adc转换时的开关噪声；standby模式下只有晶体或谐振振荡器运行，其余功能模块处于休眠状态，使得器件只消耗极少的电流，同时具有快速启动能力；扩展standby模式下则允许振荡器和异步定时器继续工作。图3.6 jtag接口atmegal6有32个通用i/o但对于本系统来说仍然不够。特别是在编码转换部分，我们使用了一个48引脚的字库gt20l，所以我们必须扩充i/o我们

42、当初选择atmegal6，正是因为它给我们提供了一个非常好的实现标准两线串行总线通信的硬件接口twi(即12c总线)，通过此接口我们接上专用的i/o芯片飞利浦pca9554，可以得到需要的足够多的i/o当然扩展i/o有其他方法，比如采用译码器，但这增加了编程的复杂度以及可读性，还有硬件电路的扩充。i2c总线是由数据线sda和时钟scl构成的串行总线，可发送和接收数据。在cpu与被控ic之间、ic与ic之间进行双向传送，最高传送速率400kbps。各种被控制电路均并联在这条总线上，但就像电话机一样只有拨通各自的号码才能工作，所以每个电路和模块都有唯一的地址，在信息的传输过程中，i2c总线上并接的

43、每一模块电路既是主控器(或被控器)，又是发送器(或接收器)，这取决于它所要完成的功能。cpu发出的控制信号分为地址码和控制量两部分，地址码用来选址，即接通需要控制的电路，确定控制的种类；控制量决定该调整的类别(如对比度、亮度等)及需要调整的量。这样，各控制电路虽然挂在同一条总线上，却彼此独立，互不相关。由于短消息是使用unicode编码，需要将其转化为led屏显示需要的汉字点阵。这里使用的是专用的转换芯片，即字库gt20l。使用的具体型号是gt20l16vi，这是一款支持unicode3o字符集(27484字)的1516点阵字库芯片，另外还含有2套16点高的半角ascii字符、l套816点as

44、cii黑体字符、l套57点ascii字符、l套78点ascii字符。每个汉字在字库中是以汉字字模的形式存储的，每个点用一个二进制位表示，存1的点，当显示时可以在屏幕上显示亮点，存0的点，则在屏幕上不显示，点阵排列格式为横置横排，即一个字节的高位表示左面的点，低位表示右面的点，排满一行的点后再排下一行。这样把点阵信息用来直接在显示器上按上述规则显示，则将出现对应的汉字。图3.7 8位总线操作模式下的主机接口电路示意图3.4 硬件设计需要注意的问题本系统硬件设计并不复杂，但是仍然要注意硬件设计的一些基本问题，比如电磁兼容。对这些问题的认识有助于培养良好的硬件设计意识，为更复杂，更艰难的系统设计打下

45、基础。3.4.1 pcb电磁兼容设计电磁兼容(emc)指的是一个产品和其他产品共存于特定的电磁环境中，而不会引起其他产品或者自身性能下降或损坏的能力。电磁兼容主要包括两个方面的内容：一是发射性；二是抗扰性，即电磁骚扰性和电磁敏感性。有很多情况可以引起电磁干扰(emi)，这是因为emi常常是无源元件按正常规则工作的意外所造成的结果。在高频系统里，元器件的器件特性都会发生一定的变化。比如一个普通的电容，在高频使用时，就具有电感特性，电容在高频时由于存在着引线电感。相反，一个电感在高频时，由于寄生线耦合使得电感表现出电容特性。因此，设计一个成功的电路，认识到元器件的高频寄生特性，并在pcb设计阶段采

46、取措施解决此类电磁兼容问题，显得尤为重要网。好的pcb设计，能的基本保证。所以是获得良好的电磁兼容性在本系统cpb绘制过程中，需注意以下的问题:1、首先在元器件的布局上应注意以功能为中心分区。比如gsm模块和sim卡等应该是一个以通信为任务的部分。而字库和i/0扩展器则应在一起，以便使引线最短。系统的输出也应该在一起并靠近边缘，以便和其他硬件更好地连接。2、电源输入端跨接47f的电解电容，同时根据印制线路板电流的大小，尽量加粗电源线宽度，减少环路电阻。同时、使电源线、地线的走向和数据传递的方向一致，这样有助于增强抗噪声能力。3、地线的连接对电磁兼容的性能有重要的作用，注意电源地与信号地的接入点

47、。稳压模块的电源输入和地单点相接，使电源上的干扰不会窜入整个系统。4、每个集成电路芯片的电源输入脚都配置一个0.lf的去藕电容，且要靠近芯片管脚，使信号先接滤波电容再接芯片电源引脚。5、元件面和焊接面应采用相互垂直、斜交、或者弯曲走线，避免相互平行以减小寄生祸合。6、晶振是高频器件，在它的信号线附近布大面积地，不要有其他信号线从中穿过。晶体外壳要良好接地，以保证其振荡不容易受干扰，从而保证整个系统的稳定。3.4.2 抗环境干扰设计由于系统将在室外使用，一般被安在空中。应用环境相对恶劣，夏天烈日下温度可能高达5060甚至更高，冬天温度则可能降到0以下，为了系统的稳定工作，所用到的ic芯片全部选用

48、工业级芯片，可以在-40+85温度范围内正常工作。同时系统外部需要使用封闭的铁盒屏蔽，进一步降低其它电路电磁干扰的影响。但gsm模块的天线一定要引出来，以便能使gsm网络信号接收良好。 室外的电子系统还要注意防雷击。由于某些传输线暴露于户外，因此极易因为雷击等原因引入过电压。单片机及gsm模块工作电压较低(5v以下)，其本身耐压也非常低，一旦过压引入，就会击穿损坏。在有强烈的浪涌能量出现时，甚至可能发生芯片爆裂，线路板焦糊的现象。雷击浪涌防护除了需要选择优质的防护器件，接地也是其最重要的要求。一般防雷地都必要可靠的连接至大地，且接地电阻不能超过10欧。可靠的接地可以大大提高防护效果，而不良的接

49、地也会大大消弱防护效果。4. 太阳能led显示屏系统软件设计系统软件主要实现以下几个功能:(l)单片机atmegal6和gsm模块tc35i的通信。atmegal6通过at指令从tc35i读取短消息并解析它。(2)单片机把unicode码转换成字符点阵并驱动led显示。图4.1展示了数据的流向以及各模块之间的联系。图4.1 数据流向图atmegal6初始化各i/o及接口后，当短消息来临，串口发生中断，主程序转入短消息中断服务程序，将短消息的用户内容解析出来，并存入e2prom。接下来以字库规定的方式计算每个unicode由码对应的字库地址，送入110扩展芯片pca954，字库接收到地址信息并使

50、能后，atmegal6就可以读取点阵信息了。atmegal6不断扫描led模块，驱动它显示。4.1 mcu与gsm模块的通讯原理4.1.1 软件相关at指令 tc35i 提供标准的uart串行接口，支持gsm07.05所定义的at命令集的指令。因此，mcu能非常方便地通过uart接口与gsm模块相连，并直接使用at命令就可以方便简洁地实现短消息的收发、查询和管理。at命令(at commands)由hayes公司发明，故又称贺氏(hayes)指令，作为计算机和调制解调器之间进行通讯的标准语言，主要用来控制调制解调器(modem)的拨号、应答等控制功能。4.1.2 短消息内容格式表4.1 控制系统的短消息格式起始符密码短信序号内容标志位用户数据结束符1字符2字符1字符1字符1-64字符1字符$00-990-91(查询atmega16)命令标志+命令标志#2（设置atmega16）命令标志+数据3（查询tc35i）命令标志+命令标志4（设置tc35i）命令+数据表4.2 设置时间的短消息格式$14s110510163508#起始符短信序号设置tc35i操作命令（设置时间）时间为2011年5月10号16点35分08秒结束符表4.3 系统发送短消息的格式起始符密码短信序号内容标志位用户数据结束符1字符1字符1字符1字符1-65字符1字符$0（表示系统主动发送）