基于AVR的无线LED屏控制系统设计

　　3、 通信协议设计

　　由于本系统采用了GPRS 网络的通信模式， 所以上位机设置一个LED 控制器管理平台来管理所有的LED 控制器。这个LED 控制器管理平台（即"上位机软件"）通过TCP/IP 协议与LED 屏无线控制器进行通信，而且可以同时控制多台。上位机软件与LED 屏无线控制器之间采用GPRS 方式进行连接， 它们之间的连接关系如图4 所示。

　　LED 屏无线控制器是客户端， 其数据的收发通过上位机软件控制。当LED 屏控制器上电运行后，会主动向上位机软件建立连接并握手，登录成功后，上位机软件与LED 控制器才能进行数据传输。

　　上位机软件与各LED 屏无线控制器之间通信协议是以TCP 协议为基础协议， 并自定义了一个STCP协议层用于封装PDU（数据单元）数据层协议。STCP 协议层只为PDU 的承载框架， 提供安全可靠的传输过程。通信网络层结构图如图5 所示。

图5 通信网络层结构图

　　在自定义的STCP 通信协议中，制定了一系列管理无线LED 显示屏控制器的通信指令，主要为上位机软件的编程提供具体的通信结构和规范。通信包格式如表1所示：

表1 通信包格式

　　注：

　　完整数据长度： 整型字节（4 个字节长度），整个通信包的长度；

　　命令字： 根据无线LED 显示屏控制器通信指令表，见表2;

　　显式控制字： 0-无；1-上移；2-下移；3-左移；4-右移；5-静止；6-闪烁；7-删除；

　　数据内容：需要显示信息内容；

　　校验和： 全部数据累加校验和；

　　根据无线LED 显示屏控制器实际运用需要，制定了发送、删除、显示、连接、断开指令等。这些指令的代码和主要作用如表2 所示。

表2 通信指令表

　　上位机软件通过Internet 网络将数据发送到无线LED 显示屏控制器后，LED 显示屏控制器需要对收到的数据进行处理。根据指令的不同，可以控制LED 显示屏的显示内容及显示模式（例如上移、下移、左移、右移、静止、闪烁、删除等）。

　　4 、软件设计

　　本系统的软件设计包括两部分： 上位机软件和AVR 单片机的控制程序。上位机软件完成与GPRS 模块的通信， 控制LED 显示屏上显示的数据信息；AVR单片机的控制软件主要完成系统初始化，GPRS 网络连接，接收上位机发送的信息，分析接收信息内容，完成指令， 并按需将发布信息转换为点阵信息， 送到LED显示屏进行显示。

　　4.1 AVR 单片机的控制程序

　　AVR 单片机的控制程序主要完成以下功能：连接GPRS 网络、数据传输、控制LED 屏显示。

　　（1）初始化系统及SIM300 模块，连接GPRS 网络；（2）依照显示屏控制器与上位机的通信协议，与上位机通信握手，接收指令，解析指令，并将显示数据等信息存储与处理；（3）通过串口驱动LED 屏，进行信息的显示等。

　　下面简单介绍SIM300 模块与上位机实现TCP/IP无线通信流程。

　　AT+CGDCONT=1,"IP","CMNET" --注册中国移动网络

　　OK

　　AT+CGCLASS? --显示GPRS 信息移动的类型

　　+CGCLASS: "B"

　　OK

　　AT+CGATT? --GPRS 服务附加/分离

　　+CGATT: 1

　　OK

　　AT+CGACT=1,1 --环境激活

　　OK

　　AT +CIPSTART = "TCP","202.196.87.7","2020" -- 启动

　　TCP 连接（上位机IP 地址及端口号）

　　OK

　　CONNECT OK --连接成功

　　AT+CIPSEND --通过TCP 发送数据

　　> HELLO

　　SEND OK --发送成功