지하철 전광판의 기본 설계 원리
지하철 LED 디스플레이 화면의 기본 설계 원리;지하철의 공공 정보 디스플레이 터미널로서 실내 LED 디스플레이는 매우 광범위한 민간 및 상업적 가치를 가지고 있습니다.
현재 중국에서 운행되는 지하철 차량에는 일반적으로 실내 LED 디스플레이가 장착되어 있지만 추가 기능과 단일 화면 디스플레이 콘텐츠가 거의 없습니다.새로운 메트로 승객 정보 시스템의 사용과 협력하기 위해 새로운 다중 버스 메트로 LED 다이내믹 디스플레이 화면을 설계했습니다.
디스플레이 화면은 외부 통신에서 다중 버스 인터페이스를 가질 뿐만 아니라 내부 제어 회로 설계에서 단일 버스 및 I2C 버스 장치를 채택합니다.
두 종류가 있습니다LED 스크린지하철에서: 하나는 객차 외부에 배치되어 기차 운행 구간, 운행 방향 및 현재 역 이름을 표시하며 중국어 및 영어와 호환됩니다.작업 요구에 따라 다른 서비스 정보도 표시할 수 있습니다.텍스트 표시는 정적, 스크롤링, 번역, 폭포, 애니메이션 및 기타 효과가 될 수 있으며 표시되는 문자 수는 16 × 12 16 도트 매트릭스 문자입니다.다른 하나는 열차에 배치되는 터미널 실내 LED 디스플레이입니다.터미널 실내 LED 디스플레이는 열차 운행 요구 사항에 따라 터미널을 미리 설정할 수 있으며 실시간으로 현재 터미널과 열차의 현재 온도를 16자 × 8개의 16도트 매트릭스 문자로 표시할 수 있습니다.
시스템 구성
LED 디스플레이 시스템 화면은 단일 칩 마이크로 컴퓨터 제어 장치와 디스플레이 장치로 구성됩니다.단일 디스플레이 장치는 16 × 16 한자를 표시할 수 있습니다.일정 크기의 LED 그래픽 디스플레이 시스템이 생산되면 여러 개의 지능형 디스플레이 장치와 "빌딩 블록" 방식을 사용하여 구현할 수 있습니다.시스템의 디스플레이 장치 간에는 직렬 통신이 사용됩니다.디스플레이 장치를 제어하고 상위 컴퓨터의 명령 및 신호를 전송하는 것 외에도 제어 장치에는 단일 버스 디지털 온도 센서 18B20이 내장되어 있습니다.제어 회로의 모듈 설계 덕분에 습도 측정에 대한 요구 사항이 있는 경우 18b20은 Dallas의 DS2438과 HoneywELL의 HIH23610으로 구성된 모듈 회로로 업그레이드할 수 있습니다.전체 차량의 통신 요구를 충족시키기 위해 차량의 상위 컴퓨터와 각 제어 장치 간의 통신에 CAN 버스가 사용됩니다.
하드웨어 디자인
디스플레이 장치는 LED 디스플레이 패널과 디스플레이 회로로 구성됩니다.LED 디스플레이 장치 보드는 4 도트 매트릭스 모듈 × 64 도트 매트릭스 범용 지능형 디스플레이 장치로 구성되며 단일 디스플레이 장치는 4 16 × 16 도트 매트릭스 한자 또는 기호를 표시할 수 있습니다.전체 시스템의 작업이 조정되고 통합되도록 시스템의 디스플레이 장치 간에 직렬 통신이 사용됩니다.디스플레이 회로는 2개의 16핀 플랫 케이블 포트, 2개의 74H245 tristate 버스 드라이버, 1개의 74HC04D 6 인버터, 2개의 74H138 8 디코더 및 8개의 74HC595 시프트 래치로 구성됩니다.제어 회로의 핵심은 WINBOND의 고속 마이크로 컨트롤러 77E58이며 수정 주파수는 24MHz입니다. AT29C020A는 16 × 16 도트 매트릭스 한자 라이브러리와 16 × 8 도트 매트릭스 ASCII 코드 테이블을 저장하는 256K ROM입니다.AT24C020은 I2C 직렬 버스를 기반으로 하는 EP2ROM으로 지하철역 이름, 인사말 등과 같은 미리 설정된 문장을 저장합니다. 차량의 온도는 단일 버스 디지털 온도 센서 18b20에 의해 측정됩니다.SJA1000 및 TJA1040은 각각 CAN 버스 컨트롤러 및 트랜시버입니다.
제어회로부 설계
전체 시스템은 Winbond의 동적 마이크로 컨트롤러 77E58을 핵심으로 사용합니다.77E58은 재설계된 마이크로프로세서 코어를 채택했으며 해당 명령은 51 시리즈와 호환됩니다.그러나 클록 주기가 4주기에 불과하기 때문에 동일한 클록 주파수에서 일반적으로 실행 속도가 기존 8051보다 2~3배 더 빠릅니다.따라서 대용량 한자의 동적 디스플레이에서 마이크로 컨트롤러에 대한 주파수 요구 사항이 잘 해결되고 감시 장치도 제공됩니다.77E58은 256K 크기의 래치 74LS373을 통해 플래시 메모리 AT29C020을 제어합니다.메모리 용량이 64K보다 크므로 설계는 페이징 주소 지정 방법을 채택합니다. 즉, P1.1 및 P1.2는 4개의 페이지로 분할되는 플래시 메모리의 페이지를 선택하는 데 사용됩니다.각 페이지의 주소 지정 크기는 64K입니다.AT29C020 칩을 선택하는 것 외에도 P1.5는 P1.1 및 P1.2가 16핀 플랫 케이블 인터페이스에서 재사용될 때 AT29C020의 오작동을 일으키지 않도록 합니다.CAN 컨트롤러는 통신의 핵심 부분입니다.간섭 방지 기능을 향상시키기 위해 CAN 컨트롤러 SJA1000과 CAN 트랜시버 TJA1040 사이에 6N137 고속 옵토커플러가 추가되었습니다.마이크로 컨트롤러는 P3.0을 통해 CAN 컨트롤러 SJA1000 칩을 선택합니다.18B20은 단일 버스 장치입니다.장치와 마이크로컨트롤러 사이의 인터페이스에는 하나의 I/O 포트만 필요합니다.온도를 직접 디지털 신호로 변환하여 9비트 디지털 코드 모드에서 직렬로 출력할 수 있습니다.P1.4는 18B20의 칩 선택 및 데이터 전송 기능을 완료하기 위해 제어 회로에서 선택됩니다.AT24C020의 클록 케이블 SCL과 양방향 데이터 케이블 SDA는 제어 회로와 디스플레이 회로의 인터페이스 부분인 마이크로 컨트롤러의 P1.6 및 P1.7.16 핀 플랫 와이어 인터페이스에 각각 연결됩니다.
디스플레이 유닛 연결 및 제어
디스플레이 회로부는 16핀 플랫 와이어 포트(1)를 통해 제어 회로부의 16핀 플랫 와이어 포트와 연결되어 마이크로컨트롤러의 명령 및 데이터를 LED 디스플레이 회로로 전송합니다.16핀 플랫 와이어(2)는 여러 디스플레이 화면을 계단식으로 연결하는 데 사용됩니다.그 연결은 기본적으로 16핀 플랫와이어 포트(1)와 동일하나 주의할 점은 그림 2에서 왼쪽에서 오른쪽으로 8번째 74H595의 DS끝에 그 R끝이 연결된다는 점이다. 다음 디스플레이 화면의 16핀 플랫 케이블(1) 포트와 직렬로 연결합니다(그림 1 참조).CLK는 클록 신호 단자, STR은 행 래치 단자, R은 데이터 단자, G(GND) 및 LOE는 행 조명 활성화 단자, A, B, C, D는 행 선택 단자입니다.각 포트의 특정 기능은 다음과 같습니다. A, B, C, D는 상위 컴퓨터에서 디스플레이 패널의 지정된 행으로 특정 데이터 전송을 제어하는 데 사용되는 행 선택 터미널이고 R은 데이터입니다. 마이크로컨트롤러가 전송한 데이터를 받아들이는 터미널.LED 디스플레이 장치의 작동 순서는 다음과 같습니다. CLK 클록 신호 단자가 R 단자에서 데이터를 수신한 후 제어 회로는 수동으로 펄스 상승 에지를 제공하고 STR은 데이터 행(16 × 4)에 있습니다. 64개의 데이터가 모두 전송된 후 펄스의 상승 에지가 주어져 데이터를 래치합니다.LOE는 라인을 밝히기 위해 마이크로컨트롤러에 의해 1로 설정됩니다.디스플레이 회로의 개략도는 그림 3에 나와 있습니다.
모듈식 디자인
메트로 차량은 실제 상황에 따라 실내 LED 디스플레이에 대한 요구 사항이 다르기 때문에 회로를 설계할 때, 즉 주요 기능과 구조가 변경되지 않고 특정 모듈이 상호 교환될 수 있다는 조건에서 이를 충분히 고려했습니다.이 구조는 LED 제어 회로의 확장성과 사용 편의성을 향상시킵니다.
온도 및 습도 모듈
남쪽의 덥고 비가 많이 오는 지역에서는 차량에 일정한 온도의 에어컨이 있지만 습도도 승객이 신경 쓰는 중요한 지표입니다.당사에서 설계한 온도 및 습도 모듈에는 온도 및 습도를 측정하는 기능이 있습니다.온도 모듈과 온도 및 습도 모듈은 동일한 소켓 인터페이스를 가지고 있으며 둘 다 단일 버스 구조이며 P1.4 포트에 의해 제어되므로 교체가 편리합니다.HIH3610은 Honeywell Company에서 생산한 전압 출력이 있는 3단자 통합 습도 센서입니다.DS2438은 단일 버스 통신 인터페이스가 있는 10비트 A/D 변환기입니다.이 칩에는 습도 센서의 온도 보상에 사용할 수 있는 고해상도 디지털 온도 센서가 포함되어 있습니다.
485 버스 확장 모듈
485번 버스는 성숙하고 저렴한 버스로서 산업현장과 교통분야에서 대체불가의 위치를 차지하고 있습니다.따라서 외부 통신을 위해 기존 CAN 모듈을 대체할 수 있는 485 버스 확장 모듈을 설계했습니다.이 모듈은 MAXIM의 광전 절연 MXL1535E를 485 트랜시버로 사용합니다.제어 호환성을 보장하기 위해 MXL1535E와 SJA1000 모두 P3.0을 통해 칩이 선택됩니다.또한 변압기를 통해 RS2485 측과 컨트롤러 또는 제어 논리 측 사이에 2500VRMS의 전기적 절연이 제공됩니다.라인 서지 간섭을 줄이기 위해 모듈의 출력부에 TVS 다이오드 회로가 추가되었습니다.점퍼를 사용하여 버스 종단 저항을 로드할지 여부를 결정할 수도 있습니다.
소프트웨어 디자인
시스템 소프트웨어는 상위 컴퓨터 관리 소프트웨어와 유닛 컨트롤러 제어 소프트웨어로 구성됩니다.상위 컴퓨터 관리 소프트웨어는 C++BUILD6.0을 사용하여 Windows22000 운영 플랫폼에서 개발되었으며 디스플레이 모드 선택(정적, 깜박임, 스크롤, 입력 등 포함), 스크롤 방향 선택(위 및 아래 스크롤 및 왼쪽 및 오른쪽 스크롤), 동적 표시 속도 조정(예: 텍스트 깜박임 빈도, 스크롤 속도, 타이핑 표시 속도 등), 표시 내용 입력, 표시 미리 보기 등
시스템이 실행 중일 때 시스템은 미리 설정된 설정에 따라 방송국 안내 방송 및 광고와 같은 문자를 표시할 수 있을 뿐만 아니라 필요한 표시 문자를 수동으로 입력할 수도 있습니다.단위 제어기의 제어 소프트웨어는 8051의 KEILC에 의해 프로그래밍되고 단일 칩 컴퓨터 77E58의 EEPROM에 고정됩니다.주로 상위 및 하위 컴퓨터 간의 통신, 온도 및 습도 데이터 수집, I/O 인터페이스 제어 및 기타 기능을 완료합니다.실제 가동 시 온도 측정 정확도 ±0.5℃, 습도 측정 정확도 ±2% RH
결론
본 논문은 지하철 실내 LED 전광판의 설계 아이디어를 하드웨어 개략도 설계, 논리 구조, 구성 블록도 등의 측면에서 소개한다. 다양한 환경의 요구 사항에 적응하고 확장성과 다양성이 우수합니다.많은 테스트를 거친 후 실내 LED 디스플레이 화면이 국내 지하철의 새로운 승객 정보 시스템에 사용되었으며 그 효과가 좋습니다.이 실습은 디스플레이 화면이 한자와 그래픽의 정적 디스플레이 및 다양한 동적 디스플레이를 완벽하게 완료할 수 있으며 고휘도, 깜박임 없음, 간단한 논리 제어 등의 특성을 가지고 있어 지하철 차량의 디스플레이 요구 사항을 완전히 충족한다는 것을 증명합니다. ~을 위한LED 스크린.
게시 시간: 2022년 12월 16일