Principe de conception de base de l'écran d'affichage LED dans les trains de métro
Le principe de conception de base de l'écran d'affichage LED de métro ; En tant que terminal d'affichage d'informations orienté vers le public dans le métro, l'affichage LED intérieur a une très large gamme de valeurs civiles et commerciales.
À l'heure actuelle, les véhicules de métro en exploitation en Chine sont généralement équipés d'un écran d'affichage LED intérieur, mais il existe peu de fonctions supplémentaires et un seul contenu d'affichage à l'écran. Afin de coopérer avec l'utilisation du nouveau système d'information aux passagers du métro, nous avons conçu un nouvel écran d'affichage dynamique LED de métro multi-bus.
L'écran d'affichage dispose non seulement de plusieurs interfaces de bus pour la communication externe, mais adopte également des dispositifs de bus unique et de bus I2C dans la conception du circuit de contrôle interne.
Il existe deux types d'écrans LED dans le métro : l'un est placé à l'extérieur de la voiture pour afficher la section de fonctionnement du train, le sens de marche et le nom de la station actuelle, qui est compatible avec le chinois et l'anglais ; D'autres informations de service peuvent également être affichées en fonction des besoins de l'exploitation ; L'affichage du texte peut être statique, défilant, en translation, en cascade, en animation et autres effets, et le nombre de caractères affichés est de 16 × 12 caractères matriciels de 16 points. L'autre est l'écran d'affichage LED intérieur du terminal, qui est placé dans le train. L'écran d'affichage LED intérieur du terminal peut prérégler le terminal en fonction des exigences de fonctionnement du train et afficher le terminal actuel en temps réel, ainsi que la température actuelle dans le train, avec 16 caractères × Huit caractères matriciels de 16 points.
Composition du système
L'écran du système d'affichage LED est composé d'une unité de contrôle à micro-ordinateur monocarte et d'une unité d'affichage. Une seule unité d'affichage peut afficher 16 × 16 caractères chinois. Si une certaine taille de système d'affichage graphique LED est produite, elle peut être réalisée en utilisant plusieurs unités d'affichage intelligentes et la méthode des "blocs de construction". La communication série est utilisée entre les unités d'affichage du système. En plus de contrôler l'unité d'affichage et de transmettre les instructions et les signaux de l'ordinateur supérieur, l'unité de contrôle est également intégrée à un capteur de température numérique à bus unique 18B20. Grâce à la conception modulaire du circuit de contrôle, s'il existe des exigences de mesure de l'humidité, 18b20 peut être mis à niveau vers le circuit modulaire composé de DS2438 de Dallas et de HIH23610 de HoneywELL. Afin de répondre aux besoins de communication de l'ensemble du véhicule, le bus CAN est utilisé pour la communication entre l'ordinateur supérieur et chaque unité de contrôle du véhicule.
Conception matérielle
L'unité d'affichage est composée d'un panneau d'affichage LED et d'un circuit d'affichage. La carte d'unité d'affichage LED est composée de 4 modules matriciels × 64 unités d'affichage intelligentes universelles matricielles, une seule unité d'affichage peut afficher 4 caractères chinois ou symboles matriciels de 16 × 16 points. La communication série est utilisée entre les unités d'affichage du système, de sorte que le travail de l'ensemble du système soit coordonné et unifié. Le circuit d'affichage se compose de deux ports de câble plat à 16 broches, de deux pilotes de bus à trois états 74H245, d'un inverseur six 74HC04D, de deux décodeurs huit 74H138 et de huit verrous à décalage 74HC595. Le cœur du circuit de contrôle est le microcontrôleur haute vitesse 77E58 de WINBOND, et la fréquence du cristal est de 24 MHz. AT29C020A est une ROM de 256K pour le stockage de la bibliothèque de caractères chinois matriciels de 16 × 16 points et de la table de codes ASCII matriciels de 16 × 8 points. AT24C020 est une EP2ROM basée sur le bus série I2C, qui stocke des instructions prédéfinies, telles que les noms de stations de métro, les salutations, etc. La température dans le véhicule est mesurée par le capteur de température numérique à bus unique 18b20. SJA1000 et TJA1040 sont respectivement le contrôleur et l'émetteur-récepteur de bus CAN.
Conception de l'unité de circuit de contrôle
L'ensemble du système prend le microcontrôleur dynamique 77E58 de Winbond comme cœur. Le 77E58 adopte un cœur de microprocesseur repensé, et ses instructions sont compatibles avec la série 51. Cependant, comme le cycle d'horloge n'est que de 4 cycles, sa vitesse de fonctionnement est généralement 2 à 3 fois supérieure à celle du 8051 traditionnel à la même fréquence d'horloge. Par conséquent, les exigences de fréquence pour le microcontrôleur dans l'affichage dynamique de caractères chinois de grande capacité sont bien résolues, et le chien de garde est également fourni. Le 77E58 contrôle la mémoire flash AT29C020 via le verrou 74LS373, avec une taille de 256K. Étant donné que la capacité de la mémoire est supérieure à 64K, la conception adopte la méthode d'adressage par pagination, c'est-à-dire que P1.1 et P1.2 sont utilisés pour sélectionner les pages pour la mémoire flash, qui est divisée en quatre pages. La taille d'adressage de chaque page est de 64K. En plus de sélectionner les puces AT29C020, P1.5 garantit que P1.1 et P1.2 ne provoqueront pas de mauvais fonctionnement de l'AT29C020 lorsqu'ils sont réutilisés sur l'interface de câble plat à 16 broches. Le contrôleur CAN est la partie clé de la communication. Afin d'améliorer la capacité anti-interférence, un optocoupleur haute vitesse 6N137 est ajouté entre le contrôleur CAN SJA1000 et l'émetteur-récepteur CAN TJA1040. Le microcontrôleur sélectionne la puce du contrôleur CAN SJA1000 via P3.0. 18B20 est un dispositif à bus unique. Il ne nécessite qu'un seul port d'E/S pour l'interface entre le dispositif et le microcontrôleur. Il peut directement convertir la température en un signal numérique et le sortir en série en mode de code numérique à 9 bits. P1.4 est sélectionné dans le circuit de contrôle pour effectuer les fonctions de sélection de puce et de transmission de données de 18B20. Le câble d'horloge SCL et le câble de données bidirectionnel SDA de l'AT24C020 sont respectivement connectés à P1.6 et P1.7.16 interfaces de câble plat à broches du microcontrôleur, qui sont les parties d'interface du circuit de contrôle et du circuit d'affichage.
Connexion et contrôle de l'unité d'affichage
La partie circuit d'affichage est connectée au port de câble plat à 16 broches de la partie circuit de contrôle via le port de câble plat à 16 broches (1), qui transmet les instructions et les données du microcontrôleur au circuit d'affichage LED. Le câble plat à 16 broches (2) est utilisé pour la mise en cascade de plusieurs écrans d'affichage. Sa connexion est fondamentalement la même que le port de câble plat à 16 broches (1), mais il convient de noter que son extrémité R est connectée à l'extrémité DS du huitième 74H595 de gauche à droite dans la figure 2, lors de la mise en cascade, il sera connecté en série avec le port de câble plat à 16 broches (1) de l'écran d'affichage suivant (comme indiqué sur la figure 1). CLK est la borne du signal d'horloge, STR est la borne de verrouillage de ligne, R est la borne de données, G (GND) et LOE sont les bornes d'activation de ligne, et A, B, C, D sont les bornes de sélection de ligne. Les fonctions spécifiques de chaque port sont les suivantes : A, B, C, D sont des bornes de sélection de ligne, qui sont utilisées pour contrôler l'envoi spécifique de données de l'ordinateur supérieur à la ligne désignée sur le panneau d'affichage, et R est la borne de données, qui accepte les données transmises par le microcontrôleur. La séquence de fonctionnement de l'unité d'affichage LED est la suivante : après que la borne du signal d'horloge CLK reçoit une donnée à la borne R, le circuit de contrôle donne manuellement un front montant d'impulsion, et le STR est dans une ligne de données (16 × 4) Après que les 64 données soient transmises, un front montant d'impulsion est donné pour verrouiller les données ; Le LOE est réglé sur 1 par le microcontrôleur pour allumer la ligne. Le schéma du circuit d'affichage est présenté sur la figure 3.
Conception modulaire
Les véhicules de métro ont des exigences différentes pour l'affichage LED intérieur en fonction de la situation réelle, nous en avons donc pleinement tenu compte lors de la conception du circuit, c'est-à-dire que, à condition de garantir que les fonctions et les structures principales restent inchangées, des modules spécifiques peuvent être interchangés. Cette structure confère au circuit de contrôle LED une bonne extensibilité et une grande facilité d'utilisation.
Module de température et d'humidité
Dans les zones chaudes et pluvieuses du sud, bien qu'il y ait un climatiseur à température constante dans la voiture, l'humidité est également un indicateur important qui intéresse les passagers. Le module de température et d'humidité que nous avons conçu a la fonction de mesurer la température et l'humidité. Le module de température et le module de température et d'humidité ont la même interface de prise, qui sont toutes deux des structures à bus unique et sont contrôlées par le port P1.4, il est donc pratique de les échanger. HIH3610 est un capteur d'humidité intégré à trois bornes avec une sortie de tension produit par Honeywell Company. DS2438 est un convertisseur A/N 10 bits avec une interface de communication à bus unique. La puce contient un capteur de température numérique haute résolution, qui peut être utilisé pour la compensation de température des capteurs d'humidité.
Module d'extension de bus 485
En tant que bus mature et bon marché, le bus 485 a une position irremplaçable dans le domaine industriel et le domaine du trafic. Par conséquent, nous avons conçu un module d'extension de bus 485, qui peut remplacer le module CAN d'origine pour la communication externe. Le module utilise l'isolation photoélectrique MXL1535E de MAXIM comme émetteur-récepteur 485. Pour assurer la compatibilité du contrôle, MXL1535E et SJA1000 sont sélectionnés par puce via P3.0. De plus, une isolation électrique de 2500VRMS est fournie entre le côté RS2485 et le contrôleur ou le côté logique de contrôle via un transformateur. Un circuit de diode TVS est ajouté à la partie sortie du module pour réduire les interférences de surtension de ligne. Des cavaliers peuvent également être utilisés pour décider s'il faut charger la résistance de terminaison de bus.
Conception logicielle
Le logiciel système est composé d'un logiciel de gestion d'ordinateur supérieur et d'un logiciel de contrôle de contrôleur d'unité. Le logiciel de gestion d'ordinateur supérieur est développé sur la plateforme d'exploitation Windows22000 en utilisant C++BUILD6.0, y compris la sélection du mode d'affichage (y compris statique, clignotant, défilant, dactylographie, etc.), la sélection de la direction de défilement (y compris le défilement vers le haut et vers le bas et le défilement vers la gauche et la droite), le réglage de la vitesse d'affichage dynamique (c'est-à-dire la fréquence de clignotement du texte, la vitesse de défilement, la vitesse d'affichage de la dactylographie, etc.), la saisie du contenu d'affichage, l'aperçu de l'affichage, etc.
Lorsque le système est en cours d'exécution, le système peut non seulement afficher les caractères tels que l'annonce de la station et la publicité selon les paramètres prédéfinis, mais également saisir manuellement les caractères d'affichage requis. Le logiciel de contrôle du contrôleur d'unité est programmé par KEILC de 8051 et solidifié dans l'EEPROM de l'ordinateur monocarte 77E58. Il effectue principalement la communication entre les ordinateurs supérieur et inférieur, l'acquisition de données de température et d'humidité, le contrôle de l'interface d'E/S et d'autres fonctions. Pendant le fonctionnement réel, la précision de la mesure de la température atteint ± 0,5 ℃ et la précision de la mesure de l'humidité atteint ± 2 % HR
Conclusion
Cet article présente l'idée de conception de l'écran d'affichage LED intérieur du métro à partir des aspects du schéma matériel, de la structure logique, du schéma de blocs de composition, etc. Grâce à la conception du module d'interface de bus de terrain et de l'interface du module d'humidité de température, l'écran d'affichage LED intérieur peut s'adapter aux exigences de différents environnements et possède une bonne évolutivité et polyvalence. Après de nombreux tests, l'écran d'affichage LED intérieur a été utilisé dans le nouveau système d'information aux passagers du métro national, et l'effet est bon. La pratique prouve que l'écran d'affichage peut bien compléter l'affichage statique des caractères chinois et des graphiques et divers affichages dynamiques, et présente les caractéristiques de haute luminosité, pas de scintillement, contrôle logique simple, etc., ce qui répond pleinement aux exigences d'affichage des véhicules de métro pour les écrans LED.