Информационная строка dis-95r
Габаритные размеры: 1500 х 170 х 90
Напряжение питания: 220 В (+/-10%), 50 Гц
Потребляемая мощность: 60 Ватт
Режим работы: непрерывный
Структура строки: 8 х 128
Высота символа: 95 мм
Яркость светодиода: 500 мКд
Количество шрифтов: 2 (узкий, широкий)
Количество алфавитов: 2 (латинский, кириллица)
Количество символов в строке: 16 широким шрифтом / 21 узким шрифтом
Общее количество вводимых символов текста: 24 000
Управление: Компьютерная клавиатура (длина интерфейса до 25 м); Компьютер (ос Windows 2000/ХР, наличие СОМ порта)
Интерфейс передачи данных: RS 232 (RS 485 по договорённости, длина интерфейса RS 232 до 150м, RS 485 до 1000 м)
Стандартный комплект поставки:
Информационная строка
Клавиатура управления / программное обеспечение
Интерфейсный кабель 10м
Элементы крепления
Инструкция по эксплуатации Стоимость стандартной комплектации: 23 800 рублей
1.2 Анализ процесса отображения информационного табло.
Существует большое количество устройств бегущей строки, отличающихся по своим параметрам: размерность матрицы, ее яркость, угол обзора, поддержка графических изображений, цветность и пр. Для выбора конкретных характеристик изделия необходимо прежде всего определить технические требования к бегущей строке, которые в значительной мере зависят от места установки, от предполагаемого информационного содержания, целевой аудитории. Рассмотрим основные параметры, по которым производят выбор и исполнение бегущей строки.
Цветность. Существуют три больших класса: монохромные (одного цвета свечения), многоцветные и полноцветные. В монохромных табло следует только понять и выбрать, какой цвет предпочтителен. В основном используется 3 цвета - красный, зеленый, желтый. Под полноцветным табло понимаются изделия с воспроизведением всей гаммы цветов (до 16,7 миллионов цветов), многоцветные табло воспроизводят ограниченное количество цветов (от 3 до 65536).
Яркость. Для табло наружного размещения, или предназначенных для работы в помещении, но в условиях прямого уличного освещения (например, витрина) используются светоизлучающие источники яркого типа. Так, для нормального наблюдения картинки на табло в ярких лучах летнего солнца необходимы источники света с силой 1,2...3 канделы. ( Для ориентировки - 1 кандела по силе света соответствует примерно лампочке мощностью 1 Вт.) В помещениях можно использовать источники света значительно менее мощные. Как правило, достаточно 30...150 милликандел. Качество цветопередачи и яркость свечения определяются типом и количеством светодиодов каждого цвета, входящих в состав одного кластера. Наиболее высокая яркость свечения и естественная передача цветов достигается при использовании в составе кластеров высокоэффективных светодиодов Pure-Green (525 нм), Ultra-Red(660 нм), Blue (470 нм).
Изображение.
Для воспроизведения текста необходимо иметь как минимум 7 строк, чтобы воспроизвести символы размером 5 х 7 точек. По горизонтали число точек может быть произвольным, однако слишком короткая бегущая строка имеет плохую читаемость, а слишком длинная – высокую стоимость. Поэтому выбор размерности матрицы – это всегда компромисс между стоимостью и желанием заказчика. Большее число строк позволяет использовать красивые шрифты со сложным начертанием символов, наклонные, жирные и т.д., а также использовать символы разного размера. Это придает тексту большую привлекательность и эффективность. Практический предел – 16 строк.
Пылевлагозащищенность.
При установке бегущей строки в помещении исключается прямое попадание воды, ветра с пылью, поэтому защита от этих факторов в виде герметичных уплотнений не нужна. На улице под открытом небом или под козырьком корпус устройства должен полностью исключать попадание внутрь посторонних предметов, влаги. Немаловажным является вопрос защиты от вандализма. Усложнение конструкции, ее упрочнение, герметизация повышают стоимость бегущей строки, но эти меры полностью оправданы.
Спецэффекты.
Самая простая бегущая строка – это устройство, которое циклически отображает один и тот же текст (и только текст) с неизменной скоростью и интервалом. Этот тип табло давно никто не выпускает; технический прогресс позволяет практически беспредельно усложнять и совершенствовать бегущую строку, добавляя в ней все новые и новые функции: вывод текста по всем направлениям, специальные эффекты вывода текста, запланированный вывод, автоматическая смена яркости, ее градация по всему изображению, отображение дополнительной информации (времени, температуры, давления и пр.), поддержка нескольких шрифтов, цветовое выделение, раскраска текста и т.д. Причем на стоимость изделия это влияния не оказывает.
Программирование.
Практически все модели могут программироваться как с помощью обычной PC-совместимой клавиатуры, так и с помощью ПК. Подключение осуществляется через интерфейс RS-232. Некоторые фирмы предлагают возможность подключения бегущей строки через WiFi, Ethernet или другим "экзотическим" способом, н-р, через GSM-модем. Это также удобно для табло, удаленных на значительное расстояние, но повышает стоимость конечного продукта.
1.3 Разработка функциональной схемы
Функциональная схема устройства приведена на листе 1 графического приложения. Светодиодная матрица представляет собой набор из светодиодов, соединенных по строкам и столбцам в 2 группы. Аноды светодиодов образуют строковые сигналы управления, а катоды – сигналы столбцов. Из-за большого числа светодиодов вся матрица разделена на 2 подматрицы, сигналы строк в которых управляются от независимых ключей – усилителей тока. Усилители столбцов представляют собой нижние ключи, которые подключаются к сдвиговому регистру. В регистр информация загружается в последовательном коде от микроконтроллера, который управляет всем устройством. Верхними ключами строк контроллер управляет непосредственно с выходов своих 8-битных портов. Текст, выводимый бегущей строкой, а также все параметры этого текста, спецэффекты, хранятся в специальной энергонезависимой flash-памяти, с которой контроллер связан по интерфейсу SPI.
Настройка работы бегущей строки, запись текста, параметров осуществляются с ПК через USB адаптер интерфейса RS-232. Для его поддержки в устройстве предусмотрен специальный адаптер, который преобразует сигналы ТТЛ-уровня в сигналы стандарта RS-232 и обратно. Стандартный COM-порт ПК имеет всего 8 сигналов, из которых используется всего 2: TxD – передача данных и RxD – прием данных. Обмен данными осуществляется в полудуплексном режиме, по протоколу Modbus ASCII.
Датчик температуры представляет собой интегральную микросхему типа DS1820 производства фирмы Dallas. Данные выдаются в цифровом виде, по специальному однопроводному интерфейсу 1-Wire®. Этот уникальный интерфейс позволяет передавать команды и данные в обоих направлениях всего по одному проводу, а также запитывать сам датчик от этого же провода. Разумеется, для подключения датчика требуется также "земляной" провод. Более того, специальная система адресации и связанных с этим команд позволяет посадить на общую шину неограниченное число датчиков, благодаря наличию у каждого датчика уникального, неповторяющегося, 64-битного адреса, записываемого при их производстве. В данном устройстве подключение нескольких датчиков не требуется, поэтому эта возможность не используется. Корректность передаваемых по интерфейсу информации проверяется специальным 8-битным циклическим кодом CRC8. Описание интерфейса 1-Wire® и его системы команд приведено в Приложении А.
Как было сказано, для настройки параметров табло, коррекции времени используется ПК. Для большего удобства работы с панелью на ее боковой стенке устанавливаются 2 кнопки, подключаемые напрямую к микроконтроллеру. Они позволяют с помощью простой последовательности шагов подстроить текущее время без использования ПК.
Питание табло осуществляется от внешнего источника постоянного тока, который представляет собой сетевой адаптер с выходным напряжением +6..9В и током до 1 А. Стабилизатор +5В вырабатывает напряжение, необходимое для работы цифровых микросхем. Для питания светодиодной матрицы используется дополнительный регулируемый стабилизатор пониженного напряжения, к выходу которого подключаются ключи строк и столбцов. Это позволяет исключить использование токоограничительных резисторов в цепях столбцов и повысить яркость изображения за счет быстрого переключения между строками. Вместе с резисторами светодиоды создавали бы RC-цепь с ограниченным временем нарастания тока, что при динамической развертке изображения крайне нежелательно. Последовательное подключение стабилизаторов +5В и питания светодиодов распределяет тепловую нагрузку на оба стабилизатора, снижая их нагрев от выделяемой мощности до безопасного уровня.
1.4 Разработка общего алгоритма вывода строки
Отображаемая на табло информация о состоянии каждого светодиода хранится в ОЗУ, в специальной области, которую назовем видеопамятью. Управление светодиодами – отдельная сложная задача, которой подчинена практически вся схема устройства. Она использует видеопамять как входной массив данных, и отображает состояние этой памяти на матрицу светодиодов. Заполнением видеопамяти необходимыми значениями занимается другая функция, которая в принципе отвечает за работу бегущей строки.
Бегущая строка представляет собой текст, движущийся справа налево с заданной скоростью. По достижении конца текста вывод строки прекращается. Текст бегущей строки хранится в энергонезависимой FLASH-памяти, с которой контроллер связывается по SPI-интерфейсу. Предельный размер строки составляет 6912 символов; оставшаяся из 8 Кбайт память используется как ПЗУ знакогенератора, т.е. для хранения растрового шрифта. Фактическая длина строки хранится в специальном параметре, который записывается в память EEPROM контроллера.
Во FLASH-памяти текст записан в обычном виде, в ASCII-кодировке. При выводе очередного символа на экран из памяти считывается его код. Затем с помощью функции знакогенератора определяется начертание символа, состоящее из 5 байт. После этого последовательно, друг за другом с определенной скоростью, в видеопамять сдвигаются эти 5 байтов, после которых идет пустой байт (0x00), служащий разделителем между символами.
Когда весь символ появится на экране, из памяти будет считан код следующего символа и т.д. до конца текста. Таким образом становится понятно, что для работы алгоритма вывода бегущей строки достаточно иметь всего 2 счетчика: счетчик текущего номера (адреса) символа в строке, и счетчик номера столбца при сдвиге изображения этого символа.
Перед каждым запуском строки оба счетчика инициализируются, т.е. обнуляются. Увеличение счетчика текущего символа происходит только после того, как будут сдвинуты все 6 байт изображения предыдущего символа. По достижении конца текста вывод символов прекращается, однако сдвиг изображения продолжается до тех пор, пока за левым краем экрана не исчезнет последний символ строки. Это реализуется проверкой соответствующих условий. В сильно упрощенном виде весь процесс показан на листе 9 Графического приложения. На самом деле, при выводе бегущей строки участвуют сразу несколько параллельных задач, таких как обслуживание прерывания от системного таймера, отсчитывающего интервалы времени 1 мс, и задача подсчета интервала сдвига изображения на 1 столбец влево, и др.
1.5 Выбор микроконтроллера.
В настоящее время существует множество самых разнообразных типов микроЭВМ, называемых микроконтроллерами, отличающихся быстродействием, объемом оперативной и постоянной памяти программ, данных, системой команд, функциональными возможностями и пр. Немаловажным обстоятельством является удобство в использовании ОМЭВМ для разработчика.
Для выбора конкретного типа необходимо подсчитать минимальное число выводов, а также определить необходимые встроенные аппаратные средства для поддержки работы других элементов.
Светодиодная матрица. (6 линий)
Матрица образуется объединением светодиодов в 8 строк и 112 столбцов. Сигналы управления столбцов формируются в сдвиговом регистре, данные в который в последовательном коде передаются с контроллера. Для этого нужно всего 2 линии: данных и тактирования. Для заполнения информации всей строки потребуется всего 112 тактов. Во время сдвига все светодиоды панели должны быть погашены, т.е. после гашения очередной строки и включением следующей выдерживается вынужденная пауза, длительность которой зависит от производительности контроллера и эффективности программного кода, отвечающего за заполнение регистра.
В любой момент времени в табло может быть включена только одна строка, или ни одной. Всего строк 8, поэтому можно применить один дешифратор с 3 входами и 8 выходами. Двоичный код на входах определяет активную строку; для полного выключения всех строк на дешифратор с контроллера должен поступать еще один сигнал разрешения/запрета.
Итого
имеем 2 линии для сдвигового регистраную
т строкуыходами. но применить один
дешифратор 3 х 8 строка, или ни одной.
Клавиатура (2 линии)
Для подстройки текущего времени табло достаточно иметь 2 кнопки. При нажатии на одну кнопку активируется режим подстройки времени. Далее при повторном ее нажатии осуществляется переход от часов к минутам, от минут к секундам. При этом подстраиваемое значение мигает. Нажатие второй кнопки циклически изменяет значение параметра. После установки секунд нажатие первой кнопки выводит из данного режима.
Flash-память. (4 линии)
Эта ИМС подключается к контроллеру по SPI-интерфейсу, имеющему всего 4 линии: MOSI, MISO, SCK, CS.
Адаптер сопряжения RS-232 (2 линии)
Сам адаптер сопряжения ничего не требует, однако чтобы он работал, требуется собственно наличие этого интерфейса у микроконтроллера. Для него выделяются две линии: TxD, RxD.
Датчик температуры (1 линия)
Связь с ним осуществляется по однопроводному интерфейсу, данные передаются в обе стороны. Протокол передачи относительно медленный, и для нормальной работы системы требуется использование системы прерываний, как на передачу, так и на прием информации. Поэтому должна быть использована линия внешнего запроса на прерывание. При передаче данных она работает как обычная линия программного вывода; при приеме – смена уровня сигнала на входе должна вызывать соответствующий запрос на прерывание.
Итого требуется 15 линий ввода-вывода, а также интерфейсы SPI, UART, таймеры подсчета текущего времени, регенерации изображения, и обслуживания датчика температуры.
Не менее высокие требования к оперативной памяти. Буферы приема и передачи пакетов протокола Modbus требуют каждый по 40 байтов. "Видеопамять", т.е. хранение состояния каждого светодиода, требует 8*112 бит = 112 байт плюс 8 байт для сдвига – 120 байт. Однопроводный интерфейс вместе с датчиком температуры требует минимум 20 байтов. Внешняя Flash-память текста осуществляет запись информации постранично, по 32 байта. Для ее обслуживания в оперативной памяти также выделяется буфер соответствующего размера. Плюс дополнительные многочисленные байтовые и двухбайтовые переменные, такие как указатели, счетчики, временные переменные, приводят к необходимости иметь более 256 байт ОЗУ.
Текст и параметры бегущей строки хранятся во внешней Flash-памяти. Но есть отдельная группа параметров, которая касается работы непосредственно аппаратной части устройства, н-р, режим работы, корректоры почасового и суточного хода часов, и пр. Эти параметры должны сохраняться в энергонезависимой перепрограммируемой памяти контроллера, т.н. EEPROM. Их немного, поэтому достаточно будет минимального объема, который предоставляет программисту в распоряжение семейство AVR.
1.6 Анализ неисправностей устроиства
Отсутствие блока питания, не корректная работа датчика температуры, разрыв паики на платах
1.7 Выводы
В данном разделе нами было определено что достаточно источники света с силой 30...150 милликандел,т.к информационное табло находится в помнщении. Питание табло осуществляется от внешнего источника постоянного тока, который представляет собой сетевой адаптер с выходным напряжением +6..9В и током до 1 А. Стабилизатор +5В вырабатывает напряжение, необходимое для работы цифровых микросхем. Для питания светодиодной матрицы используется дополнительный регулируемый стабилизатор пониженного напряжения, к выходу которого подключаются ключи строк и столбцов.
И требования к микроконтроллеру имеют следующий вид:
- объем постоянной памяти более 7 Кб;
- объем оперативной памяти более 256 байт;
- наличие памяти EEPROM;
- интерфейс SPI;
- интерфейс UART(RS-232);
- 3 независимых таймера;
- минимум 10 линий ввода-вывода;