专利名称:无线分布式led交通诱导屏的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种无线分布式LED交通诱导屏。包括一个协调器（103）、多个路由显示节点（101）、多个终端显示节点（102）、一个控制模块（104）和一个通信模块（105）；协调器（103）与多个路由显示节点（101）之间，多个路由显示节点（101）与多个终端显示节点（102）之间都进行双向无线通信；控制模块（104）的一个串口与协调器（103）连接，控制模块（104）的另一个串口与通信模块（105）连接。本实用新型显示屏被分为多个独立的子区域，利用ZigBee无线网络对各子区域的分布式控制，增强了系统可靠性；数据吞吐量被分担到多个CPU上，提高了系统稳定性；所有节点硬件结构相同，提高了电路板通用性、互换性，同时降低了印刷电路板制板成本。
【专利说明】无线分布式LED交通诱导屏
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及LED显示屏技术，特别是一种无线分布式LED交通诱导显示屏。
【背景技术】
[0002]LED交通诱导屏广泛应用于城市道路和高速公路上，随着人力成本增加，诱导屏维修成本也逐年提高，研发高可靠性、高稳定性、低维修率的交通诱导屏已成为市场的必然。
[0003]中国专利说明书“基于ZigBee的无线LED显示屏控制系统”(授权公告号:CN 102289359 B)，“一种基于TD-SCDMA网络的无线LED显示屏系统”(授权公告号:CN203746360 U)公开了将无线通信技术用于LED显示屏，前者使用ZigBee技术，后者使用3G技术。它们的不足之处在于:仅采用无线通信技术代替有线串行通信实现对整块LED显示屏的无线数据通信，但在LED显示屏内部依然采用有线集中式控制方法，并不能改善LED显示屏工作的可靠性和稳定性。
[0004]中国专利说明书“分布式无线LED显示系统”(授权公告号:CN 101206820 B)公开了一种单像素分布式显示，集中式无线数据通信的LED显示系统，其不足之处在于:每个像素都需要独立的控制器及相关电路，当像素较多时，硬件成本很高；像素间距很大，不适合像素间距紧凑的LED显示屏系统；采用集中式无线数据通信，直接造成显示更新速度慢，只适合显示预先存储好的图形和文字信息。
【发明内容】
[0005]本实用新型的目的是为了解决上述系统存在的问题，提供了一种采用ZigBee无线网络控制的分布式LED交通诱导屏。
[0006]本实用新型是这样实现的:无线分布式LED交通诱导屏包括一个协调器、多个路由显示节点、多个终端显示节点、一个控制模块和一个通信模块。协调器与多个路由显示节点之间，多个路由显示节点与多个终端显示节点之间都进行双向无线通信。控制模块的一个串口与协调器连接，控制模块的另一个串口与通信模块连接。
[0007]协调器，建立Zigbee无线网络、管理网络节点、提供节点间的路由信息、存储网络节点数据转发表信息。与路由显示节点和终端显示节点进行数据通信。与控制模块双向通信获取各个子区域显示数据和命令，并反馈各个子区域状态信息给控制模块。
[0008]路由显示节点，与协调器和终端显示节点通信，对Zigbee网络中的数据进行存储、融合与转发；控制16x16 LED点阵面板显示，读取温湿度采集单元的数据。
[0009]终端显示节点，与路由显示节点通信，获取显示数据和命令，并回馈所属子区域状态信息，控制16x16 LED点阵面板显示，读取温湿度采集单元的数据。
[0010]控制模块，解释和处理LED交通诱导屏与远程控制中心的通信协议；根据显示内容在字库闪速存储器中读取待显示文字的点阵数据，并按照诱导屏所划分的各个16X16LED点阵子区域分别打包；将各子区域对应的点阵数据包经串口发送给协调器；反馈LED交通诱导屏的状态信息给远程控制中心。
[0011]通信模块，通过光缆、3G、GPRS或RS485方式与远程控制中心双向通信，一方面获取显示数据和命令，另一方面回馈诱导屏状态给远程控制中心；通信模块还通过串口与控制模块实现双向通信，一方面转发远程控制中心的显示数据和命令给控制模块，另一方面获取控制模块传送的诱导屏状态信息。
[0012]路由显示节点和终端显示节点均由高频核心板和低频底板组成。高频核心板包含一片CC2530片上系统芯片；低频底板包含:LED驱动单元、16x16 LED点阵面板、串行通信单元和温湿度采集单元；高频核心板和低频底板通过双排插针和双排插座连接；CC2530片上系统芯片经双排插针和双排插座连接到LED驱动单元、温湿度采集单元和串行通信单元；LED驱动单元又连接16x16 LED点阵面板。
[0013]CC2530片上系统芯片，实现Zigbee网络中节点与协调器，以及节点之间的无线通信。控制16x16 LED点阵面板显示，读取温湿度采集单元数据等。
[0014]LED驱动单元,为16x16 LED点阵面板显示提供驱动电流。
[0015]16x16 LED点阵面板，每个象素由红、绿、黄三色多个LED构成，形成16x16点阵，用于显示信息和交通位图。
[0016]串行通信单元，用于路由显示节点和终端显示节点的调试和维修。
[0017]温湿度采集单元，内含温度和湿度传感器，可以获取显示节点所属子区域的温度和湿度?η息。
[0018]控制模块其特征在于包括:ARM STM32微处理器，环境光传感单元，字库闪速存储器。环境光传感单元和字库闪速存储器都连接到ARM STM32微处理器的1/0(输入/输出)引脚上。
[0019]ARM STM32微处理器，实现与通信模块、协调器的数据通信，读取环境光传感单元采集的屏外亮度信息，操作字库闪速存储器。
[0020]环境光传感单元，包含安装在LED交通诱导屏顶部、正面和背面的三个采集环境光的娃光电池传感器。
[0021]字库闪速存储器，用于存储国标汉字、西文的点阵数据和交通位图点阵信息。
[0022]根据本实用新型的LED交通诱导屏，整块显示屏被分为多个子区域，各个子区域独立控制16x16 LED点阵面板显示，实现了 LED交通诱导屏的分布式控制；借助ZigBee网络实现了协调器与屏内各子区域间的无线数据通信。
[0023]本实用新型的优点在于:①能够将故障影响范围限定在子区域内部，防止了故障扩散，增加了系统可靠性，减少了维修频度。②采用Zigbee无线网络实现数据通信，无须使用通信电缆和总线收发器，避免了因通信电缆或总线收发器故障引起的全屏或大面积显示失效，并在增加了系统可靠性同时还能节约成本。③能够将数据吞吐量分担到多个CPU上，使整个系统成为多核并行处理机，对单个处理器的性能要求显著降低，从而增加了系统的稳定性。④所有路由节点和显示节点全部采用相同的硬件设计，均含较小面积的高频核心板与较大面积的低频底板，提高了电路板的通用性、互换性，同时降低了印刷电路板制板成本。⑤通信模块有多种类型，使交通诱导屏对外具有统一的通信接口，提高了整个诱导屏系统的通用性。
【附图说明】
[0024]图1为本实用新型系统结构框图。
[0025]图2为本实用新型控制模块框图。
[0026]图3为本实用新型显示节点框图。
【具体实施方式】
[0027]下面结合附图详细说明本实用新型的【具体实施方式】。
[0028]实施例:
[0029]无线分布式LED交通诱导屏点阵为256x48，整块显示屏被分为48个子区域，每个子区域包含16x16点阵，由子区域内高频核心板301上的CC2530片上系统芯片3011独立控制，成为Zigbee网络中的一个显示节点，所述的显示节点包括路由显示节点101和终端显示节点102，48个子区域形成了 48个显示节点，这些显示节点与协调器103 —起构成Zigbee无线短距网络。
[0030]图1是系统结构框图，是按照本实用新型实现的无线分布式交通诱导屏系统，该系统由路由显示节点101，终端显示节点102，协调器103，控制模块104和通信模块105构成。整块显示屏包含I个协调器和48个显示节点，各显示节点独立控制其子区域中的16x16点阵进行显示，协调器103与路由显示节点101，路由显示节点101与终端显示节点102都是通过Zigbee网络实现无线通信，从而实现了整块LED交通诱导屏的无线分布式控制，其有益之处在于:1)当一个或几个显示节点发生故障时，只影响一个或几个16x16点阵区域显示，而其它区域的显示不受影响，因此有效避免了故障扩散，不会引起全屏或大面积显示失效，从而增加了 LED交通诱导屏的可靠性，同时减少了维修频度。2)采用Zigbee无线网络不需要额外的通信电缆和总线收发器，避免了通信电缆或总线收发器故障引起的全屏或大面积显示失效，而且还能节约成本。3)每个子区域都由CC2530片上系统芯片3011实现对16x16点阵的显示和控制，这就能将全屏数据吞吐量分担到各子区域的多个CPU上，使整个分布式系统成为一个多核并行处理机，从而对单个CPU性能要求显著降低，使系统稳定性得到了增强。
[0031]图2是控制模块框图，控制模块104包括:ARM STM32微处理器202，环境光传感单元201，字库闪速存储器203。环境光传感单元201包含三个采集环境光的硅光电池传感器，分别安装在LED交通诱导屏顶部、正面和背面。ARM STM32微处理器202主要完成:LED交通诱导屏与远程控制中心的通信协议解释和处理，从字库闪速存储器203中读取各个子区域显示所需的点阵数据并打包，将各子区域对应的点阵数据包由串口发送给协调器103。字库闪速存储器203用于存储国标汉字、西文的点阵数据以及交通位图点阵数据。
[0032]协调器103中包含一片Zigbee技术的CC2530片上系统芯片3011，其主要功能是协调建立网络，传输网络信标、管理网络节点及存储网络节点信息，并且提供关联节点之间的路由信息，存储节点数据设备、数据转发表及设备关联表等信息。前面所述的协调器功能由协调器内置代码完成，本实施例中，协调器还需要额外实现两个应用功能:①与控制模块104双向通信。②与显示节点进行双向通信。与控制模块104双向通信，一方面由协调器103的串口接收所述的控制模块104中ARM STM32微处理器202发送的点阵数据和命令；另一方面协调器103还需要将显示节点当前的状态信息等由串口反馈给控制模块104。与显示节点进行双向通信包括将控制模块104接收的数据经内部处理后以广播(一对多通信)或单播(点对点通信)方式转发给各个显示节点；此外还能以单播方式接收显示节点反馈的数据或信息。
[0033]图3是显示节点框图，显示节点包括终端显示节点102和路由显示节点101，两类显示节点采用完全相同的硬件设计，均包含高频核心板301和低频底板302。高频核心板301包含一片Zigbee技术的CC2530片上系统芯片3011 ;低频底板302包含:LED驱动单元3021，16x16 LED点阵面板3022，串行通信单元3023和温湿度采集单元3024
[0034]路由显示节点101和终端显示节点102均采用高频核心板301+低频底板302这种相同硬件设计的有益之处在于:①提高了硬件电路的通用性和互换性，使得不同规格的无线分布式LED交通诱导屏在硬件是通用的，这样可以加快研发速度，降低开发成本，同时为交通诱导屏的维护与维修提供了便利。②所述的高频核心板+低频底板的结构中，高频核心板加工成本高，设计为面积较小的4层印刷电路板，低频底板加工成本低,设计为面积较大的2层印刷电路板，这样设计可以有效降低印刷电路板的加工成本，从而降低了整块LED交通诱导屏的硬件成本。
[0035]高频核心板301上的CC2530片上系统芯片3011实现Zigbee网络通信，完成终端显示节点102与路由显示节点通信101，路由显示节点101之间的通信以及路由显示节点101与协调器103的通信。CC2530片上系统芯片3011还要控制16x16 LED点阵面板3022的显示，并从温湿度采集单元3024读取温湿度传感数据。低频底板302中，LED驱动单元3021为16x16 LED点阵面板3022提供显示所需的驱动电流；16x16 LED点阵面板3022用于显示汉字、西文和交通位图；串行通信单元3023用于显示节点的调试和维修；温湿度采集单元3024用于采集子区域内的温度和湿度。
[0036]路由显示节点101位于Zigbee网络中，可以收到发给本显示节点的数据，也可以收到其它显示节点的数据，路由显示节点101通过地址比较后在内部只处理发给本显示节点的数据。对于发给其它显示节点的数据路由节点起到路由作用，它会将这些数据存储后转发给其它节点，因此路由显示节点101有两个作用:一方面完成本子区域的16x16点阵显示，另一方面则对发给其它显示节点的数据实现路由功能。
[0037]终端显示节点102从路由显示节点101获取显示数据，完成该子区域的16x16 LED点阵显示，并需要向路由显示节点101反馈本终端显示节点102所控制子区域的状态信息。终端显示节点102自身没有路由功能，不能存储转发其它显示节点数据。
[0038]本实施例中，将1/3的显示节点共16个，配置为路由显示节点101，其它2/3显示节点共32个，配置为终端显示节点102，这样系统中存在较多的路由显示节点101，每个终端显示节点102可与多个路由显示节点101通信，其有益之处在于:当某个路由显示节点101发生故障，Zigbee网络仍然能够自动配置其它路由显示节点101为终端显示节点102提供或转发数据，从而有效避免大面积显示失效，提高了 LED交通诱导屏系统工作的可靠性和稳定性。
[0039]通信模块105是远程控制中心106与LED交通诱导屏实现双向通信的媒介，通信模块105的作用是:①获取远程控制中心的显示数据和命令并将获取的显示数据和命令以串口方式发送给控制模块104 ;②从串口接收控制模块104发来的LED交通诱导屏的显示信息、状态信息和故障信息，然后通过3G方式将这些信息反馈给远程控制中心106。
[0040]远程控制中心106需要控制某个区域内公路网络中的各种交通设备，本实施例中采用的通信模块105作为通信中介设备的通信接口为3G转串口，这样LED交通诱导屏就可以采用固定不变的串口作为通信接口，使交通诱导屏对外具有统一的通信接口，提高了整个诱导屏系统的通用性。
[0041]虽然结合附图描述了本实用新型的实施方式，但是本领域内熟练的技术人员可以在所附权利要求的范围内做出各种变形和修改。
【权利要求】
1.一种无线分布式LED交通诱导屏，其特征在于无线分布式LED交通诱导屏包括一个协调器(103)、多个路由显示节点(101)、多个终端显示节点(102)、一个控制模块(104)和一个通信模块(105);协调器(103)与多个路由显示节点(101)之间，多个路由显示节点(101)与多个终端显示节点(102)之间都进行双向无线通信； 控制模块(104)的一个串口与协调器(103)连接，控制模块(104)的另一个串口与通信模块(105)连接； 协调器(103)，建立Zigbee无线网络、管理网络节点、提供节点间的路由信息、存储网络节点数据转发表信息，协调器(103)与路由显示节点(101)和终端显示节点(102)进行数据通信，与控制模块(104)双向通信获取各个子区域显示数据和命令，并反馈各个子区域状态信息给控制模块(104)； 路由显示节点(101 )，与协调器(103)和终端显示节点(102)通信，对Zigbee网络中的数据进行存储、融合与转发； 控制16x16 LED点阵面板(3022)显示，读取温湿度采集单元(3024)的数据； 终端显示节点(102)，与路由显示节点(101)通信，获取显示数据和命令，并回馈所属子区域状态信息，控制16x16 LED点阵面板(3022)显示，读取温湿度采集单元(3024)的数据； 控制模块(104)，解释和处理LED交通诱导屏与远程控制中心(106)的通信协议；根据显示内容在字库闪速存储器(203)中读取待显示文字的点阵数据，并按照诱导屏所划分的各个16X 16 LED点阵子区域分别打包；将各子区域对应的点阵数据包经串口发送给协调器(103);反馈LED交通诱导屏的状态信息给远程控制中心(106)； 通信模块(105)，通过光缆、3G、GPRS或RS485方式与远程控制中心(106)双向通信，一方面获取显示数据和命令，另一方面回馈诱导屏状态给远程控制中心(106);通信模块(105)还通过串口与控制模块(104)实现双向通信，一方面转发远程控制中心(106)的显示数据和命令给控制模块(104)，另一方面获取控制模块(104)传送的诱导屏状态信息； 路由显示节点(101)和终端显示节点(102)均包括:高频核心板(301)和低频底板(302);高频核心板(301)包含一片CC2530片上系统芯片(3011);低频底板(302)包含:LED驱动单元(3021)、16x16 LED点阵面板(3022)、串行通信单元(3023)和温湿度采集单元(3024)；高频核心板(301)和低频底板(302)通过双排插针和双排插座连接；CC2530片上系统芯片(3011)经双排插针和双排插座连接到LED驱动单元(3021)、温湿度采集单元(3024 )和串行通信单元(3023) ； LED驱动单元(3021)又连接16x16 LED点阵面板(3022)； CC2530片上系统芯片(3011)，实现Zigbee网络中节点与协调器(103)，以及节点之间的无线通信；控制16x16 LED点阵面板(3022)显示，读取温湿度采集单元(3024)数据；LED驱动单元(3021)，为16x16 LED点阵面板(3022)显示提供驱动电流； 16x16 LED点阵面板(3022)，每个象素由红、绿、黄三色多个LED构成，形成16x16点阵，用于显示信息和交通位图； 串行通信单元(3023)，用于路由显示节点(101)和终端显示节点(102)的调试和维修；温湿度采集单元(3024)，内含温度和湿度传感器，能获取显示节点所属子区域的温度和湿度信息； 控制模块(104)包括:ARM STM32微处理器(202)、环境光传感单元(201)和字库闪速存储器(203);环境光传感单元(201)和字库闪速存储器(203)都连接到ARM STM32微处理器(202)的I/O即输入/输出引脚上； ARM STM32微处理器(202)，实现与通信模块(105)、协调器(103)的数据通信，读取环境光传感单元(201)采集的屏外亮度信息，操作字库闪速存储器(203)； 环境光传感单元(201)，包含安装在LED交通诱导屏顶部、正面和背面的三个采集环境光的硅光电池传感器； 字库闪速存储器(203)，用于存储国标汉字、西文的点阵数据和交通位图点阵信息。
【文档编号】G05B19-418GK204270637SQ201420762456
【发明者】张飙, 周国清, 杨小平, 刘源, 程小辉, 周祥, 黎明焱, 刘毅龙 [申请人]桂林理工大学