اصول طراحی پایه صفحه نمایش LED در قطار مترو
اصول طراحی پایه صفحه نمایش LED مترو؛ به عنوان یک ترمینال نمایش اطلاعات عمومی در مترو، صفحه نمایش LED داخلی ارزش تجاری و مدنی بسیار گسترده ای دارد.
در حال حاضر، وسایل نقلیه مترو که در چین فعالیت می کنند، عموماً به صفحه نمایش LED داخلی مجهز هستند، اما عملکردهای اضافی کمی وجود دارد و محتوای نمایشگر تک صفحه ای است. به منظور همکاری با استفاده از سیستم اطلاعات مسافر جدید مترو، ما یک صفحه نمایش پویا LED مترو چند اتوبوسی جدید طراحی کرده ایم.
صفحه نمایش نه تنها دارای چندین رابط اتوبوس در ارتباطات خارجی است، بلکه از دستگاه های اتوبوس تک و اتوبوس I2C در طراحی مدار کنترل داخلی نیز استفاده می کند.
دو نوع صفحه نمایش LED در مترو وجود دارد: یکی در خارج از واگن قرار می گیرد تا بخش در حال حرکت قطار، جهت حرکت و نام ایستگاه فعلی را نمایش دهد که با زبان های چینی و انگلیسی سازگار است. سایر اطلاعات خدمات نیز می توانند با توجه به نیازهای عملیاتی نمایش داده شوند. نمایش متن می تواند ایستا، پیمایشی، ترجمه، آبشاری، انیمیشن و سایر جلوه ها باشد و تعداد کاراکترهای نمایش داده شده 16 × 12 کاراکتر ماتریسی 16 نقطه ای است. دیگری صفحه نمایش LED داخلی ترمینال است که در قطار قرار می گیرد. صفحه نمایش LED داخلی ترمینال می تواند ترمینال را با توجه به الزامات عملکرد قطار از پیش تنظیم کند و ترمینال فعلی و همچنین دمای فعلی داخل قطار را در زمان واقعی نمایش دهد، با 16 کاراکتر × هشت کاراکتر ماتریسی 16 نقطه ای.
ترکیب سیستم
صفحه نمایش سیستم LED از یک واحد کنترل میکروکامپیوتر تک تراشه و یک واحد نمایشگر تشکیل شده است. یک واحد نمایشگر می تواند 16 × 16 کاراکتر چینی را نمایش دهد. اگر یک اندازه خاص از سیستم نمایش گرافیکی LED تولید شود، می توان آن را با استفاده از چندین واحد نمایشگر هوشمند و روش "بلوک های ساختمانی" محقق کرد. ارتباط سریال بین واحدهای نمایشگر در سیستم استفاده می شود. واحد کنترل علاوه بر کنترل واحد نمایشگر و انتقال دستورالعمل ها و سیگنال های کامپیوتر بالایی، با یک سنسور دمای دیجیتال اتوبوس تک 18B20 نیز تعبیه شده است. با تشکر از طراحی ماژول مدار کنترل، اگر نیاز به اندازه گیری رطوبت وجود داشته باشد، 18b20 را می توان به مدار ماژول متشکل از DS2438 از Dallas و HIH23610 از HoneywELL ارتقا داد. به منظور پاسخگویی به نیازهای ارتباطی کل وسیله نقلیه، از اتوبوس CAN برای ارتباط بین کامپیوتر بالایی و هر واحد کنترل در وسیله نقلیه استفاده می شود.
طراحی سخت افزار
واحد نمایشگر از صفحه نمایش LED و مدار نمایشگر تشکیل شده است. برد واحد نمایشگر LED از 4 ماژول ماتریسی × 64 واحد نمایشگر هوشمند جهانی ماتریسی تشکیل شده است، یک واحد نمایشگر می تواند 4 کاراکتر یا نماد چینی ماتریسی 16 × 16 را نمایش دهد. ارتباط سریال بین واحدهای نمایشگر در سیستم استفاده می شود، به طوری که کار کل سیستم هماهنگ و یکپارچه است. مدار نمایشگر از دو پورت کابل تخت 16 پین، دو درایور اتوبوس سه حالته 74H245، یک اینورتر شش گانه 74HC04D، دو رمزگشای هشت گانه 74H138 و هشت قفل شیفت 74HC595 تشکیل شده است. هسته مدار کنترل، میکروکنترلر پرسرعت 77E58 از WINBOND است و فرکانس کریستال 24 مگاهرتز است. AT29C020A یک ROM 256K برای ذخیره کتابخانه کاراکتر چینی ماتریسی 16 × 16 و جدول کد ASCII ماتریسی 16 × 8 است. AT24C020 یک EP2ROM مبتنی بر اتوبوس سریال I2C است که عبارات از پیش تنظیم شده مانند نام ایستگاه مترو، سلام و احوالپرسی و غیره را ذخیره می کند. دمای داخل وسیله نقلیه توسط سنسور دمای دیجیتال اتوبوس تک 18b20 اندازه گیری می شود. SJA1000 و TJA1040 به ترتیب کنترل کننده و فرستنده گیرنده اتوبوس CAN هستند.
طراحی واحد مدار کنترل
کل سیستم میکروکنترلر پویا 77E58 از Winbond را به عنوان هسته در نظر می گیرد. 77E58 یک هسته ریزپردازنده بازطراحی شده را اتخاذ می کند و دستورالعمل های آن با سری 51 سازگار است. با این حال، از آنجایی که چرخه ساعت تنها 4 چرخه است، سرعت اجرای آن به طور کلی 2 تا 3 برابر بیشتر از 8051 سنتی با همان فرکانس ساعت است. بنابراین، الزامات فرکانس برای میکروکنترلر در نمایش پویا کاراکترهای چینی با ظرفیت بالا به خوبی حل می شود و نگهبان نیز ارائه می شود. 77E58 حافظه فلش AT29C020 را از طریق قفل 74LS373 با اندازه 256K کنترل می کند. از آنجایی که ظرفیت حافظه بیشتر از 64K است، طراحی روش آدرس دهی صفحه بندی را اتخاذ می کند، یعنی P1.1 و P1.2 برای انتخاب صفحات برای حافظه فلش استفاده می شوند که به چهار صفحه تقسیم می شود. اندازه آدرس دهی هر صفحه 64K است. علاوه بر انتخاب تراشه های AT29C020، P1.5 تضمین می کند که P1.1 و P1.2 باعث عملکرد نادرست AT29C020 در هنگام استفاده مجدد از رابط کابل تخت 16 پین نمی شوند. کنترل کننده CAN بخش کلیدی ارتباط است. به منظور بهبود توانایی ضد تداخل، یک اپتوکوپلر پرسرعت 6N137 بین کنترل کننده CAN SJA1000 و فرستنده گیرنده CAN TJA1040 اضافه شده است. میکروکنترلر تراشه کنترل کننده CAN SJA1000 را از طریق P3.0 انتخاب می کند. 18B20 یک دستگاه اتوبوس تک است. فقط به یک پورت I/O برای رابط بین دستگاه و میکروکنترلر نیاز دارد. می تواند مستقیماً دما را به یک سیگنال دیجیتال تبدیل کرده و آن را به صورت سریال در حالت کد دیجیتال 9 بیتی خروجی دهد. P1.4 در مدار کنترل برای تکمیل عملکردهای انتخاب تراشه و انتقال داده های 18B20 انتخاب شده است. کابل ساعت SCL و کابل داده دو جهته SDA از AT24C020 به ترتیب به P1.6 و P1.7.16 پین رابط های سیم تخت میکروکنترلر متصل می شوند که بخش های رابط مدار کنترل و مدار نمایشگر هستند.
اتصال و کنترل واحد نمایشگر
بخش مدار نمایشگر با پورت سیم تخت 16 پین بخش مدار کنترل از طریق پورت سیم تخت 16 پین (1) متصل می شود که دستورالعمل ها و داده های میکروکنترلر را به مدار نمایشگر LED منتقل می کند. سیم تخت 16 پین (2) برای آبشاری کردن چندین صفحه نمایش استفاده می شود. اتصال آن اساساً مشابه پورت سیم تخت 16 پین (1) است، اما باید توجه داشت که انتهای R آن به DS هشتمین 74H595 از چپ به راست در شکل 2 متصل است، هنگام آبشاری کردن، به صورت سری با پورت کابل تخت 16 پین (1) صفحه نمایش بعدی متصل می شود (همانطور که در شکل 1 نشان داده شده است). CLK ترمینال سیگنال ساعت، STR ترمینال قفل ردیف، R ترمینال داده، G (GND) و LOE ترمینال های فعال کننده نور ردیف و A، B، C، D ترمینال های انتخاب ردیف هستند. عملکردهای خاص هر پورت به شرح زیر است: A، B، C، D ترمینال های انتخاب ردیف هستند که برای کنترل ارسال داده های خاص از کامپیوتر بالایی به ردیف تعیین شده در صفحه نمایش استفاده می شوند و R ترمینال داده است که داده های منتقل شده توسط میکروکنترلر را می پذیرد. توالی کار واحد نمایشگر LED به شرح زیر است: پس از اینکه ترمینال سیگنال ساعت CLK داده ای را در ترمینال R دریافت کرد، مدار کنترل به صورت دستی یک لبه صعودی پالس می دهد و STR در یک ردیف داده (16 × 4) است. پس از انتقال تمام 64 داده، یک لبه صعودی پالس برای قفل کردن داده ها داده می شود. LOE توسط میکروکنترلر روی 1 تنظیم شده است تا خط را روشن کند. نمودار شماتیک مدار نمایشگر در شکل 3 نشان داده شده است.
طراحی ماژولار
وسایل نقلیه مترو با توجه به وضعیت واقعی، الزامات متفاوتی برای صفحه نمایش LED داخلی دارند، بنابراین ما این موضوع را هنگام طراحی مدار به طور کامل در نظر گرفته ایم، یعنی تحت شرایط اطمینان از اینکه عملکردهای اصلی و ساختارها بدون تغییر باقی می مانند، ماژول های خاص را می توان تعویض کرد. این ساختار باعث می شود مدار کنترل LED قابلیت گسترش و سهولت استفاده خوبی داشته باشد.
ماژول دما و رطوبت
در مناطق گرم و بارانی در جنوب، اگرچه یک کولر گازی با دمای ثابت در ماشین وجود دارد، اما رطوبت نیز یک شاخص مهم است که مسافران به آن اهمیت می دهند. ماژول دما و رطوبت طراحی شده توسط ما عملکرد اندازه گیری دما و رطوبت را دارد. ماژول دما و ماژول دما و رطوبت دارای رابط سوکت یکسان هستند که هر دو ساختار اتوبوس تک هستند و توسط پورت P1.4 کنترل می شوند، بنابراین تعویض آنها راحت است. HIH3610 یک سنسور رطوبت یکپارچه سه ترمینال با خروجی ولتاژ است که توسط شرکت Honeywell تولید می شود. DS2438 یک مبدل A/D 10 بیتی با یک رابط ارتباطی اتوبوس تک است. این تراشه حاوی یک سنسور دمای دیجیتال با وضوح بالا است که می تواند برای جبران دما سنسورهای رطوبت استفاده شود.
ماژول توسعه اتوبوس 485
به عنوان یک اتوبوس بالغ و ارزان، اتوبوس 485 موقعیت غیرقابل تعویضی در زمینه های صنعتی و ترافیکی دارد. بنابراین، ما یک ماژول توسعه اتوبوس 485 طراحی کرده ایم که می تواند ماژول CAN اصلی را برای ارتباطات خارجی جایگزین کند. این ماژول از MXL1535E ایزوله نوری MAXIM به عنوان فرستنده گیرنده 485 استفاده می کند. برای اطمینان از سازگاری کنترل، MXL1535E و SJA1000 از طریق P3.0 انتخاب تراشه می شوند. علاوه بر این، عایق الکتریکی 2500VRMS بین سمت RS2485 و کنترلر یا سمت منطق کنترل از طریق ترانسفورماتور ارائه شده است. مدار دیود TVS به قسمت خروجی ماژول اضافه شده است تا تداخل موج خط را کاهش دهد. همچنین می توان از جامپرها برای تصمیم گیری در مورد بارگذاری مقاومت ترمینال اتوبوس استفاده کرد.
طراحی نرم افزار
نرم افزار سیستم از نرم افزار مدیریت کامپیوتر بالایی و نرم افزار کنترل واحد کنترلر تشکیل شده است. نرم افزار مدیریت کامپیوتر بالایی بر روی پلت فرم سیستم عامل Windows22000 با استفاده از C++BUILD6.0 توسعه یافته است، از جمله انتخاب حالت نمایش (از جمله استاتیک، چشمک زن، پیمایشی، تایپ و غیره)، انتخاب جهت پیمایش (از جمله پیمایش بالا و پایین و پیمایش چپ و راست)، تنظیم سرعت نمایش پویا (یعنی فرکانس چشمک زدن متن، سرعت پیمایش، سرعت نمایش تایپ و غیره)، ورودی محتوای نمایش، پیش نمایش نمایش و غیره.
هنگامی که سیستم در حال اجرا است، سیستم نه تنها می تواند کاراکترهایی مانند اعلام ایستگاه و تبلیغات را با توجه به تنظیمات از پیش تعیین شده نمایش دهد، بلکه می تواند به صورت دستی کاراکترهای نمایش مورد نیاز را نیز وارد کند. نرم افزار کنترل واحد کنترلر توسط KEILC از 8051 برنامه ریزی شده و در EEPROM کامپیوتر تک تراشه 77E58 جامد شده است. این عمدتاً ارتباط بین کامپیوترهای بالا و پایین، جمع آوری داده های دما و رطوبت، کنترل رابط I/O و سایر عملکردها را تکمیل می کند. در طول عملیات واقعی، دقت اندازه گیری دما به ± 0.5 ℃ می رسد و دقت اندازه گیری رطوبت به ± 2٪ RH می رسد.
نتیجه
این مقاله ایده طراحی صفحه نمایش LED داخلی مترو را از جنبه های طراحی شماتیک سخت افزار، ساختار منطقی، نمودار بلوک ترکیب و غیره معرفی می کند. از طریق طراحی ماژول رابط فیلد اتوبوس و رابط ماژول رطوبت دما، صفحه نمایش LED داخلی می تواند با الزامات محیط های مختلف سازگار شود و قابلیت توسعه و تطبیق پذیری خوبی دارد. پس از آزمایش های متعدد، صفحه نمایش LED داخلی در سیستم اطلاعات مسافر جدید مترو داخلی استفاده شده است و اثر خوبی دارد. این عمل ثابت می کند که صفحه نمایش می تواند نمایش استاتیک کاراکترها و گرافیک های چینی و نمایش های پویا مختلف را به خوبی تکمیل کند و دارای ویژگی های روشنایی بالا، بدون سوسو زدن، کنترل منطقی ساده و غیره است که به طور کامل الزامات نمایش وسایل نقلیه مترو را برای صفحه نمایش LED برآورده می کند.