地鐵列車led顯示屏的基本設計原理
地鐵led顯示屏的基本設計原則；室內led顯示屏作為地鐵面向公眾的信息顯示終端，具有非常廣泛的民用和商業價值。
目前國內運營的地鐵車輛普遍配備室內led顯示屏，但附加功能較少，顯示內容單一。為了配合新地鐵乘客信息系統的使用，我們設計了一款新型多路公交地鐵LED動態顯示屏。
該顯示屏不僅在對外通信上有多個總線接口，在內部控制電路設計上也採用了單總線和I2C總線器件。
有兩種LED屏幕地鐵上：置於車廂外側，顯示列車運行區間、運行方向和當前站名，中英文兼容；也可根據操作需要顯示其他服務信息；文字顯示可以是靜態、滾動、平移、瀑布、動畫等多種效果，顯示字符數為16×12 16點陣字符。另一種是航站樓室內LED顯示屏，放置在列車內。航站樓室內LED顯示屏可根據列車運行要求預置航站樓，實時顯示當前航站樓，以及車內當前溫度，16字符×8個16點陣字符。
系統組成
LED顯示系統屏由單片機控制單元和顯示單元組成。單個顯示單元可顯示16×16個漢字。如果要製作一定尺寸的LED圖文顯示系統，可以採用若干個智能顯示單元，採用“搭積木”的方法來實現。系統中顯示單元之間使用串行通信。控制單元除了控制顯示單元和傳遞上位機的指令和信號外，還嵌有單總線數字溫度傳感器18B20。得益於控制電路的模塊設計，如果有濕度測量需求，可以將18b20升級為Dallas的DS2438和HoneywEL的HIH23610組成的模塊電路。為滿足整車通信需要，採用CAN總線進行上位機與車內各控制單元的通信。
硬件設計
顯示單元由LED顯示面板和顯示電路組成。LED顯示單元板由4個點陣模塊×64點陣通用智能顯示單元組成，單個顯示單元可顯示4個16×16點陣漢字或符號。系統中各顯示單元之間採用串行通訊方式，使整個系統的工作協調統一。顯示電路由2個16腳扁平電纜端口、2個74H245三態總線驅動器、1個74HC04D 6位反相器、2個74H138 8位譯碼器和8個74HC595移位鎖存器組成。控制電路的核心是WINBOND公司的高速微控制器77E58，晶振頻率為24MHz AT29C020A是一塊256K的ROM，用於存儲16×16點陣漢字庫和16×8點陣ASCII碼表。AT24C020是一個基於I2C串行總線的EP2ROM，存儲預設語句，如地鐵站名、問候語等。車內溫度由單總線數字溫度傳感器18b20測量。SJA1000和TJA1040分別是CAN總線控制器和收發器。
控制電路單元設計
整個系統以華邦動態微控制器77E58為核心。77E58採用重新設計的微處理器內核，其指令與51系列兼容。但由於時鐘週期只有4個週期，在相同時鐘頻率下其運行速度一般比傳統8051高2~3倍。從而很好的解決了大容量漢字動態顯示對單片機的頻率要求，同時也提供了看門狗。77E58通過鎖存器74LS373控制閃存AT29C020，大小為256K。由於內存容量大於64K，設計採用分頁尋址方式，即P1.1和P1.2用於為閃存選擇頁，分為4頁。每頁尋址大小為64K。P1.5除了選用AT29C020芯片外，還要保證P1.1和P1.2在16針排線接口上復用時不會導致AT29C020誤動作。CAN控制器是通信的關鍵部分。為了提高抗干擾能力，在CAN控制器SJA1000和CAN收發器TJA1040之間增加了一個6N137高速光耦。單片機通過P3.0選擇CAN控制器SJA1000芯片。18B20是單總線設備。它只需要一個 I/O 端口作為設備和微控制器之間的接口。它可以直接將溫度轉換成數字信號，以9位數字編碼方式串行輸出。控制電路選用P1.4，完成18B20的片选和數據傳輸功能。AT24C020的時鐘線SCL和雙向數據線SDA分別接單片機的P1.6和P1.7.16腳扁線接口，是控制電路和顯示電路的接口部分。
顯示單元連接與控制
顯示電路部分通過16針扁線口（1）與控制電路部分的16針扁線口相連，將單片機的指令和數據傳送給LED顯示電路。16芯扁線（2）用於多屏級聯。其接法與16針扁線口（1）基本相同，但需要注意的是其R端接圖2中從左至右第8顆74H595的DS端，級聯時，會與下顯示屏的16針扁平電纜（1）端口串聯（如圖1所示）。CLK為時鐘信號端，STR為行鎖存端，R為數據端，G(GND)、LOE為行光使能端，A、B、C、D為行選擇端。各端口具體功能如下： A、B、C、D為行選擇端，用於控制上位機向顯示面板指定行具體發送數據，R為數據終端，它接受微控制器傳輸的數據。LED顯示單元的工作時序如下：CLK時鐘信號端在R端接收到一個數據後，控制電路手動給出一個脈衝上升沿，STR為一行數據（16×4） 64個數據發送完畢後，給出一個脈衝上升沿鎖存數據；微控制器將 LOE 設置為 1 以點亮線路。顯示電路原理圖如圖3所示。
模塊化設計
地鐵車輛根據實際情況對室內led顯示屏有不同的要求，所以我們在設計電路時充分考慮了這一點，即在保證主要功能和結構不變的情況下，具體模塊可以互換。這種結構使得LED控制電路具有良好的擴展性和易用性。
溫濕度模塊
在南方炎熱多雨的地區，雖然車內有恆溫空調，但濕度也是乘客關心的重要指標。我們設計的溫濕度模塊具有測量溫度和濕度的功能。溫度模塊和溫濕度模塊具有相同的插座接口，均為單總線結構，由P1.4口控制，互換方便。HIH3610是Honeywell公司生產的帶電壓輸出的三端集成濕度傳感器。DS2438 是一個具有單總線通信接口的 10 位 A/D 轉換器。芯片內含高分辨率數字溫度傳感器，可用於濕度傳感器的溫度補償。
485總線擴展模塊
485公交車作為成熟廉價的公交車，在工業領域和交通領域有著不可替代的地位。為此，我們設計了一個485總線擴展模塊，可以代替原來的CAN模塊進行對外通訊。該模塊採用MAXIM的光電隔離MXL1535E作為485收發器。為了保證控制兼容性，MXL1535E和SJA1000都是通過P3.0片選的。此外，RS2485端與控制器或控制邏輯端之間通過變壓器提供2500VRMS電氣隔離。模塊輸出部分增加了TVS二極管電路，減少線路浪湧干擾。跳線也可以用來決定是否加載總線終端電阻。
軟件設計
系統軟件由上位機管理軟件和機組控制器控制軟件組成。上位機管理軟件是在Windows22000操作平台上使用C++BUILD6.0開發的，包括顯示方式選擇（包括靜態、閃爍、滾動、打字等）、滾動方向選擇（包括上下滾動和左右滾動）。右滾動）、動態顯示速度調整（即文字閃爍頻率、滾動速度、打字顯示速度等）、顯示內容輸入、顯示預覽等。
系統運行時，系統不僅可以根據預先設置顯示站內公告、廣告等字符，還可以手動輸入需要顯示的字符。機組控制器的控制軟件由8051的KEILC編程，固化在單片機77E58的EEPROM中。主要完成上下位機通訊、溫濕度數據採集、I/O接口控制等功能。實際運行時，溫度測量精度達到±0.5℃，濕度測量精度達到±2%RH
結論
本文從硬件原理圖設計、邏輯結構、組成框圖等方面介紹了地鐵室內LED顯示屏的設計思路，通過現場總線接口模塊和溫濕度模塊接口的設計，使室內LED顯示屏能夠適應不同環境的要求，具有良好的擴展性和通用性。經過多次試驗，室內led顯示屏已應用於國內地鐵新建乘客信息系統，效果良好。實踐證明，該顯示屏能很好地完成漢字圖形的靜態顯示和各種動態顯示，並具有亮度高、無閃爍、邏輯控制簡單等特點，完全滿足地鐵車輛的顯示要求。為了LED屏幕.
發佈時間：Dec-16-2022