CN105120551A - 基于bme技术的无线led控制***及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于BME技术的无线LED控制***及方法，所述***包括：PC端，用于发送RF数据帧；协调器，所述协调器与PC端相连，包括内部具有BME位操作机制的微控制器，所述微控制器内集成有无线传输模块；LED终端，包括若干终端节点和LED点阵屏，所述终端节点与协调器通过无线传输模块连接，接收PC端发送的RF数据帧，所述LED点阵屏分别与终端节点相连。本发明采用KW01微控制器集成无线模块，使得设计电路简单、***器件少、一体化，节省硬件成本；无线传输方式，有利于LED安装、布线方便；自主设计通信帧格式，增强了通信稳定性、准确性；利用位操作引擎技术操作GPIO外设存储空间，编译后生成极少代码，尤其大大减少了程序执行的指令周期。

Description

基于BME技术的无线LED控制***及方法

技术领域

本发明涉及LED控制技术领域，特别是涉及一种基于BME技术的无线LED控制***及方法。

背景技术

在现代信息社会中，大量的各种各样的信息需要人们以不同的方式去感受、接收和处理。研究表明，在人们经各种感觉器宫从外界获得的信息中，近80％的信息是通过眼睛获得的。各种信息最终都要通过信息显示来实现人、机交换。在众多的平板信息显示技术中，LCD、PDP以及LED等显示技术不进步。LED显示技术则依靠其独特的低功耗、高亮度、长寿命等优势而倍受业界人士关注。近年来，随着信息化社会的发展，LED显示屏己经从公共信息展示等商业应用开始向消费类多媒体应用渗透，越来越广泛地应用到工业、交通、金融、信息广告及大型体育赛况直播等各行业，迅速发展成一种电子广告媒体。目前，LED显示屏作为一种信息的传播媒体，己经成为城市信息现代化建设的标志。LED显示屏产业正成为我国电子信息产业的重要组成部分。

尽管目前LED显示屏的应用范围越来越广，但是在应用中也暴露出一些新的问题，在LED显示屏信息的传送方式上，现在的有线数据传送己经不能满足技术上和经济上的要求。无论是高速公路上的，还是机场、码头、广场、大厦上的大型LED显示屏，都带有长长的电缆或光缆，不仅增加了费用，而且容易在通信上造成故障。采用有线传输方式受到了限制，故应用范围局限性很大，改用无线传输方式则有其突出的优点。

LED点阵是一种低功耗、低损耗、低价格的显示器件，经过微控制器的控制，它可以显示各种各样的字符、汉字和图形，并且可以实现屏幕的上下左右滚动、动画、闪烁、文本特征显示等功能；LED点阵显示屏具有美观的画面、较低的功耗、较长的寿命等优点，被广泛运用在商场、街道、广场、车站和机场等人群密集或流动量大的场合，用来及时的传播信息和电视，尤其用来播放广告、产品介绍等更有良好的经济效益和社会效益；传统的LED点阵屏出厂的时候就已经将要显示的文字内容固化到产品上了，若要更改显示内容需要通过线缆连接专业仪器来更新显示内容，在不方便连接线缆的场合显得很麻烦，操作性不强。

目前，有关LED显示屏信息发布方法和装置很多是基于无线传输技术，但是提供的技术方案很多是利用计算机来发布信息，利用的无线网络技术也是要收费的。缺少一种便捷、免费的LED显示屏信息发布方法和装置。现有控制***中客户端为能够上网的PC机，用户通过操作PC机来编辑信息，通过网络录入网络服务器，再通过无线网络发送信息，LED显示屏控制端通过无线接收模块接收信息并显示。利用的无线网络传输技术为GSM/GPRS/CDMA或是3G的无线传输方法，均是要付费的。

因此，针对上述技术问题，有必要提供一种基于BME技术的无线LED控制***及方法。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种基于BME技术的无线LED控制***及方法。

为了实现上述目的，本发明实施例提供的技术方案如下：

一种基于BME技术的无线LED控制***，所述***包括：

PC端，用于发送RF数据帧；

协调器，所述协调器与PC端相连，包括内部具有BME位操作机制的微控制器，所述微控制器内集成有无线传输模块；

LED终端，包括若干终端节点和LED点阵屏，所述终端节点与协调器通过无线传输模块连接，接收PC端发送的RF数据帧，所述LED点阵屏分别与终端节点相连。

作为本发明的进一步改进，所述微控制器为内部具有BME位操作机制的KW01微控制器。

作为本发明的进一步改进，所述PC端与协调器通过串口或USB相连，所述终端节点和LED点阵屏通过串口或USB相连。

相应地，一种基于BME技术的无线LED控制方法，所述方法包括：

S1、PC端输入LED终端需要显示汉字，封装为数据包，并发送至协调器；

S2、协调器通过无线传输方式发送数据包至LED终端中的终端节点；

S3、终端节点对数据包进行解包并判断数据帧为写数据命令或参数设置命令；如果是写数据命令，则写入对应Flash中，并进行数据帧差错检测，如有错误，发送重发帧命令至PC端进行丢帧重发，直至所有数据发送成功；如果是参数设置命令，则将根据命令参数进行调整，并保存Flash中；

S4、LED点阵屏根据终端节点接收到的数据包滚动显示数据包中的汉字。

作为本发明的进一步改进，所述方法还包括：

PC端发送显示亮度、移动速率、移动方式给终端节点控制LED终端上汉字的显示方式。

作为本发明的进一步改进，所述步骤S2中数据帧包括帧头和数据，一个数据帧大小为60B，帧头大小为10B，数据大小为50B。

作为本发明的进一步改进，所述帧头包括：2B大小的终端节点地址、2B大小的协调器地址、1B大小的第一命令、1B大小的第二命令、1B大小的当前帧号、2B大小的发送字节数、1B大小的保留字节。

作为本发明的进一步改进，所述方法还包括：

数据帧发送结束，PC端发送结束命令。

作为本发明的进一步改进，所述方法还包括：

根据定时器数据，若协调器未接收到数据包，在设定阈值时间判定数据帧发送结束。

作为本发明的进一步改进，所述步骤S3中还包括：

在终端节点中，没收到1帧数据的同时设置缓冲区，对缓冲区进行处理，读取丢帧的帧号。

本发明的有益效果是：

采用KW01微控制器集成无线模块，使得设计电路简单、***器件少、一体化，节省硬件成本；

无线传输方式，有利于LED安装、布线方便；

自主设计通信帧格式，增强了通信稳定性、准确性；

利用位操作引擎技术操作GPIO外设存储空间，编译后生成极少代码，尤其大大减少了程序执行的指令周期，在需要极大提高程序运行速度和减少代码空间的特定场合下使用。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明一具体实施方式中基于BME技术的无线LED控制***的模块示意图；

图2为本发明一具体实施方式中基于BME技术的无线LED控制方法的流程示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

参图1所示，本发明的第一实施方式中，基于BME技术的无线LED控制***包括：

PC端10，用于发送RF数据帧；

协调器20，协调器与PC端相连，包括内部具有BME位操作机制的微控制器(未图示)，微控制器内集成有无线传输模块(未图示)；

LED终端30，包括若干终端节点31和LED点阵屏32，终端节点31与协调器20通过无线传输模块连接，接收PC端发送的RF数据帧，LED点阵屏32分别与终端节点31相连。

其中，PC端与协调器通过串口或USB相连，终端节点和LED点阵屏通过串口或USB相连。

传统的LED点阵屏出厂的时候就已经将要显示的文字内容固化到产品上了，若要更改显示内容需要通过线缆连接专业仪器来更新显示内容，在不方便连接线缆的场合显得很麻烦，操作性不强。

现有的无线网络传输技术为，均为分离式模块(MCU+模块)，包括：

GSM/GPRS/CDMA或是3G，均是要付费；

使用单独Wifi单独模块；

使用单独无线传输单独模块；

使用单独蓝牙模块的无线传输方法。

另外，在MCU编程中，通常情况下，对外设寄存器的操作，只能进行整字节读取/写入(Load/Store)。一般需要进行“读-改-写”操作，即读内存赋给临时变量，然后对临时变量进修改，最后将临时变量结果写回内存。这样编译后会生成多条指令，执行的指令周期长，代码占用空间也大。在嵌入式应用中经常会出现执行效率要求较高的场景，尤其是对外设寄存器的频繁操作需要提高运行速度，使用普通的读取/写入方法，会产生较多的指令运行周期，降低***的运行效率。一般编写程序采用封装函数，程序的可读性好和可移植性高，易于阅读，在无需考虑代码空间和执行时间时，是编程者普遍常用的方法。

在本实施方式中，微控制器为内部具有BME位操作机制的KW01微控制器。

飞思卡尔公司最新推出的以Cortex-M0+为内核的KW01微控制器内部具有“位操作引擎”BME(BitManipulationEngine)位操作机制。从硬件上提供了对外设地址空间用“读-改-写”的操作方式来实现位操作。

KW01微控制器是飞思卡尔针对汽车市场最新开发的微控制器(MCU)，有非常广泛的应用范围。由于芯片的高可靠性，也大量应用于一般的工业控制***中。KW01微控制器内部具有“位操作引擎”这种位操作机制，从硬件上提供了对外设地址空间用“读-改-写”的操作方式来实现位操作。硬件设计采用相对比较复杂的地址封装技术和映射机制，一般程序员在编程时不会使用，在高级编程中使用该技术，实现对位的快速操作。本发明通过详细解析位操作引擎技术要点及其与普通位操作方法的比较，并给出实际应用案例，为编程人员提供参考。使用这种机制能够降低总线的占用率和CPU执行时间，***的运行速度，降低***的功耗。

本实施方式中采用KW01微控制器集成无线模块，使得设计电路简单、***器件少、一体化，节省硬件成本；采用无线传输方式，有利于LED安装、布线方便。

在本发明的第二实施方式中，一种基于BME技术的无线LED控制方法，其特征在于，该方法包括：

S1、PC端输入LED终端需要显示汉字，封装为数据包，并发送至协调器；

S2、协调器通过无线传输方式发送数据包至LED终端中的终端节点；

S3、终端节点对数据包进行解包并判断数据帧为写数据命令或参数设置命令；如果是写数据命令，则写入对应Flash中，并进行数据帧差错检测，如有错误，发送重发帧命令至PC端进行丢帧重发，直至所有数据发送成功；如果是参数设置命令，则将根据命令参数进行调整，并保存Flash中；

S4、LED点阵屏根据终端节点接收到的数据包滚动显示数据包中的汉字。

结合图2所示，该LED控制方法包括：

1)由PC端通过软件界面输入LED终端需要显示汉字，并可以根据所选择字体自动提取对应的汉字点阵字库，封装为数据包，通过串口发送给协调器；

2)协调器节点从串口收到PC数据帧后由RF转发至设备终端节点；

3)设备终端节点通过RF收到数据包后，将数据解包进行判断，如果是写数据命令，则并写入对应Flash中，并进行数据帧差错检测，如有错误，RF发送重发帧命令给PC方软件进行丢帧重发，直至所有数据发送成功；如果是参数设置命令，则将根据命令参数进行调整，并保存Flash中；

4)协调器节点通过RF收到终端节点数据包后，直接通过串口将数据转发送至PC端；

5)PC端根据收到的数据包，判断本轮数据是否发送成功，还是需要进行丢帧重发；

6)接收成功后，LED终端能够滚动显示接收的汉字；

7)PC方软件可以发送显示亮度、移动速率、移动方式给协调器节点控制LED汉字的显示方式。

本实施方式中，PC端主要包括串行通信口参数及其启停设置、发送无线数据帧至KW01协调器、汉字点阵字库自动提取转换、数据帧丢帧重发、LED屏幕显示控制，屏幕LED数量设置，LED屏幕测试等，详细设计如下：

(1)串行通信口参数及其启停设置：用于完成串口号选择，串口波特率，起始位，停止位，数据位等参数设置，同时进行相应串口的启停控制；

(2)协调器连接定时测试：指定串口打开后定期(4S)发送向协调器节点发送握手信号，串口中断事件函数接收到会送握手信号后循环显示握手次数(0-9)；

(3)汉字点阵字库自动提取转换

通过软件界面输入LED屏幕需要显示汉字，并可以根据所选择字体自动提取对应的汉字16X16点阵字库，每个汉字形成32字节数据，存放至缓冲区；各种16X16点阵字体库，可以利用点阵生成软件HZKCreator.exe来生成不同的字体库。当然，也可以利用C#程序自动读取***TureType字库，自动转换为点阵字库。

(4)LED屏幕显示参数设置

通过软件界面设置LED屏幕显示参数，并组成数据帧RF发送给终端节点。

协调器主要功能包括运行指示灯闪烁、串行中断接收、串行中断解帧、RF数据发送、RF中断接收，具体文件功能如下：

(1)主头文件app_inc：调用头文件定义，全局变量声明，宏常量定义，登记任务模板编号，声明任务栈及大小，声明任务函数，声明中断处理函数；

(2)主任务函数task_main()：完成全局变量初始化、设备初始化，其他任务创建，中断ISR安装，功能模块使能等功能；

(3)指示灯闪烁任务task_light()：每1秒闪烁一次指示灯；

(4)UART0中断接收处理函数isr_uart0_re()：接收串口数据，并将接收数据存储到接收缓冲区，每次接收到数据后调用获取Tick，以备判断接收是否超时；

(5)RF发送任务task_rf_send()：判断接收数据是否超过最大帧长64或者超时，接收到合法数据包后存入待处理数据缓冲；

(6)RF中断处理gpio_CD_ISR()：进入接收RF中断，置相应RF接收事件位Event_RF_Recv，启动RF接受任务task_rf_Recv()。

(7)RF接收任务task_rf_Recv()：通过RF收到数据包后，封包后送入待处理数据区；

(8)ADC采样任务task_ADC()：该任务获取芯片内部温度传感器采集的温度值，并送入全局变量g_temperature。

(9)任务模板task_templates：定义所有任务函数。

终端节点主要功能包括运行指示灯闪烁、RF中断接收、RF数据发送，Flash数据保存，LED屏幕显示、LED汉字移动，具体功能如下：

(1)主头文件app_inc：调用头文件定义，全局变量声明，宏常量定义，登记任务模板编号，声明任务栈及大小，声明任务函数，声明中断处理函数；

(2)主任务函数task_main()：完成全局变量初始化、设备初始化，其他任务创建，中断ISR安装，功能模块使能等功能；

(3)指示灯闪烁任务task_light()：每1秒闪烁一次指示灯；

(4)RF中断处理gpio_CD_ISR()：进入接收RF中断，置相应RF接收事件位Event_RF_Recv，启动RF接受任务task_rf_Recv()。

(5)RF接收任务task_rf_Recv()：判断RF接收事件位Event_RF_Recv，通过rf收到数据包后，封包后送入待处理数据区；

(6)RF发送任务task_rf_send()：将接受到的数据进行解包判断，如果是写数据命令，则并写入对应Flash中，并进行数据帧差错检测，如有错误，RF发送重发帧命令给PC方软件进行丢帧重发，直至所有所有数据发送成功；如果是参数设置命令，则将根据命令参数进行调整，并保存Flash中。

(7)LED屏幕显示任务task_Led()：将Flash缓冲区中存储的汉字读取送LED屏幕显示，并根据亮度参数进行设置显示亮度。

(8)LED汉字移动任务task_Move()：将屏幕显示的汉字进行移动，根据速率参数、移动方式进行设置移动速率和方式。

(9)ADC采样任务task_ADC()：该任务每隔2S获取芯片内部温度传感器采集的温度值，并送入全局变量g_temperature。

注：该任务可以取消，将该任务的程序段放在终端节点向协调器节点发送数据帧函数前即可，可以减少对LED刷新显示的干扰。保留次任务，为了在后续开发中需要读取ADC采样值。

(10)任务模板task_templates：定义所有任务函数。

本实施方式中数据帧格式设计具体如下：

数据帧格式，帧为60B：10B帧头+50B数据，无线通信双方都一致。

帧头10B：2Btestnode地址(终端节点地址)+2Bpcnode地址(KW01协调器地址)+1B命令1+1B命令2+1B当前帧号+2B发送字节数+1B保留字节。

2B

2B

1B

1B

1B

2B

1B

50B

testnode

pcnode

命令1

命令2

当前帧号

发送字节数

保留字节

数据

例如：

PC端——>LED终端

命令1、命令2：L+W：向LED终端发送1帧数据，要求向Flash写入1帧数据；

命令1、命令2：L+O：向LED终端发送1帧数据，本轮数据帧发送结束命令；

命令1、命令2：L+P：向LED终端发送1帧数据，发送该次显示的汉字数；

LED终端——>PC端

命令1、命令2：L+Y：向PC端发送1帧数据，接收成功命令；

命令1、命令2：L+N：向PC端发送1帧数据，丢帧命令和重发标示缓冲区。

丢帧重发设计：

根据终端节点发送来的数据帧重发命令和重发标示缓冲区，进行丢帧重发。

其中，终端节点判断丢帧方法为：

设置缓冲区共50B，缓冲区第1个字节flag_Buf[0].7代表第1帧，flag_Buf[0].6代表第2帧......flag_Buf[0].0代表第8帧，以此类推。缓冲区初始化为0，某位为1代表成功接收到该帧数据。

数据帧位表

在终端设备节点，每收到1帧数据的同时设置缓冲区：

flag_buf[(帧号-1)/8]＝flag_buf[(帧号-1)/8]|(0x01<<(7-(帧号-1)％8))

然后PC端根据LED终端回送来的标记缓冲区flag_buf进行处理，，读取丢帧的帧号。

本实施方式中，以LED终端上汉字左移为例，利用“显示屏幕滑动窗口”在整个需要显示的缓冲区上进行一位一位移动，当“显示屏幕滑动窗口”到达显示缓冲区尾部时需转头部读取。当左移位数为0、8、16...时，直接读取1个字节，否则需要由2个相邻字节组合为1个字节；例如：将缓冲区中DISP_BUFF[0][0]，DISP_BUFF[1][0]同一行的字节部分位进行组合为一个字节。

由以上技术方案可以看出，本发明具有以下有益效果：

采用KW01微控制器集成无线模块，使得设计电路简单、***器件少、一体化，节省硬件成本；

无线传输方式，有利于LED安装、布线方便；

自主设计通信帧格式，增强了通信稳定性、准确性；

利用位操作引擎技术操作GPIO外设存储空间，编译后生成极少代码，尤其大大减少了程序执行的指令周期，在需要极大提高程序运行速度和减少代码空间的特定场合下使用。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (10)

1.一种基于BME技术的无线LED控制***，其特征在于，所述***包括：

PC端，用于发送RF数据帧；

协调器，所述协调器与PC端相连，包括内部具有BME位操作机制的微控制器，所述微控制器内集成有无线传输模块；

LED终端，包括若干终端节点和LED点阵屏，所述终端节点与协调器通过无线传输模块连接，接收PC端发送的RF数据帧，所述LED点阵屏分别与终端节点相连。

2.根据权利要求1所述的LED控制***，其特征在于，所述微控制器为内部具有BME位操作机制的KW01微控制器。

3.根据权利要求1所述的LED控制***，其特征在于，所述PC端与协调器通过串口或USB相连，所述终端节点和LED点阵屏通过串口或USB相连。

4.一种基于BME技术的无线LED控制方法，其特征在于，所述方法包括：

S1、PC端输入LED终端需要显示汉字，封装为数据包，并发送至协调器；

S2、协调器通过无线传输方式发送数据包至LED终端中的终端节点；

S3、终端节点对数据包进行解包并判断数据帧为写数据命令或参数设置命令；如果是写数据命令，则写入对应Flash中，并进行数据帧差错检测，如有错误，发送重发帧命令至PC端进行丢帧重发，直至所有数据发送成功；如果是参数设置命令，则将根据命令参数进行调整，并保存Flash中；

S4、LED点阵屏根据终端节点接收到的数据包滚动显示数据包中的汉字。

5.根据权利要求4所述的LED控制方法，其特征在于，所述方法还包括：

PC端发送显示亮度、移动速率、移动方式给终端节点控制LED终端上汉字的显示方式。

6.根据权利要求4所述的LED控制方法，其特征在于，所述步骤S2中数据帧包括帧头和数据，一个数据帧大小为60B，帧头大小为10B，数据大小为50B。

7.根据权利要求6所述的LED控制方法，其特征在于，所述帧头包括：2B大小的终端节点地址、2B大小的协调器地址、1B大小的第一命令、1B大小的第二命令、1B大小的当前帧号、2B大小的发送字节数、1B大小的保留字节。

8.根据权利要求4所述的LED控制方法，其特征在于，所述方法还包括：

数据帧发送结束，PC端发送结束命令。

9.根据权利要求8所述的LED控制方法，其特征在于，所述方法还包括：

根据定时器数据，若协调器未接收到数据包，在设定阈值时间判定数据帧发送结束。

10.根据权利要求4所述的LED控制方法，其特征在于，所述步骤S3中还包括：

在终端节点中，没收到1帧数据的同时设置缓冲区，对缓冲区进行处理，读取丢帧的帧号。