物聯網廣告牌控制系統的硬件設計

張春雨

摘 要：物聯網就是物物相連的互聯網。其含義有兩層：第一，物聯網的核心和基礎仍然是互聯網，是在互聯網基礎上的延伸和擴展的網絡；第二，其用戶端延伸和擴展到了任何物品與物品之間，進行信息交換和通信。因此，物聯網的定義是通過射頻識別（RFID）、紅外感應器、全球定位系統、激光掃描器等信息傳感設備，按約定的協議，把任何物品與互聯網相連接，進行信息交換和通信，以實現對物品的智能化識別、定位、跟蹤、監控和管理的一種網絡。該文介紹的是將物聯網技術應用于廣告牌當中的一種硬件的應用設計，主要核心技術為ZIGBEE局域網的建立及信息的遠程數據傳輸。

關鍵詞：物聯網 射頻識別 ZIGBEE局域網

中圖分類號：TN87 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2012）12（a）-00-01

物聯網廣告牌控制系統框圖如圖1所示，由MCU、SIM900、zigbee的主節點及計算機構成系統的上位機；zigbee的功能節點和LED 廣告牌構成下位機。該系統即可以通過計算機對廣告牌數據進行局域網的廣播和數據更新，也可以通過用戶手機，以發送短信的形式對LED廣告牌進行遠距離廣播和數據傳輸。（功能芯片說明：SIM900為SIMCOM公司的通信模塊。它屬于四頻GSM/GPRS模塊，完全采用SMT封裝形式，同時采用了功能強大的ARM926EJ-S芯片處理器。SIM900采用工業標準接口，工作頻率為GSM/GPRS 850/900/1800/1900 MHz，可以低功耗實現語音、SMS、數據和傳真信息的傳輸。另外，SIM900的尺寸大小為24×24×3mm，能適用于M2M應用中的各類設計需求，尤其適用于緊湊型產品設計。Zigbee是基于IEEE802.15.4標準的低功耗個域網協議。根據這個協議規定的技術是一種短距離、低功耗的無線通信技術。其特點是近距離、低復雜度、自組織、低功耗、低數據速率、低成本。主要適合用于自動控制和遠程控制領域，可以嵌入各種設備。簡而言之，ZigBee就是一種便宜的，低功耗的近距離無線組網通訊技術。本設計建議使用鼎泰克公司的zigbee無線通信模塊。）

計算機通過zigbee主節點對外進行廣播及數據更新流程：在計算機中編輯想要發送的信息，通過串口將信息發送至MCU，再經過MCU處理，將數據傳至zigbee的主節點模塊，主節點模塊收到數據后，以廣播或者點對點的形式無線傳輸給下位機的zigbee功能節點，功能節點再將數據轉送給LED廣告牌，實現遠距離的數據傳輸和信息的更新。此種傳輸方式可以最大更新500個漢字，能傳輸漢字的個數與MCU中EEPROM的容量有關，如果選擇更大容量的EEPROM，則可以傳輸更多的漢字來達到用戶的要求。用戶手機通過zigbee主節點對外進行廣播及數據更新流程：手機遠程更新廣告牌的原理與計算機更新廣告的流程大致相同，其基本流程為用戶編輯短信并發送→SIM900模塊接收短信數據并通過串口傳輸至MCU→MCU將數據處理傳送至zigbee主節點→zigbee主節點以廣播或者點對點的方式發送至zigbee功能節點→zigbee功能節點同樣通過串口將數據更新至廣告牌并顯示。手機遠距離傳輸的傳輸方式最大可以更新70個漢字，這是因為中國電信規定每條短信不能超過70字。手機發送信息的模式與計算機發送信息的模式最大的不同是手機發送沒有距離的限制，比較適合緊急的情況進行信息的傳送；而計算機則只能通過zigbee進行數據發送，如果想達到足夠遠的距離，必須在每1.6 km處添加一個新的zigbee模塊。系統電源部分應該一共有兩種。一種是SIM900的4 V電源，另外一種是zigbee模塊的3.3 V電源，由于SIM900模塊需要較大的電流才能穩定工作，所以在穩壓器件的選擇上選擇29302可調穩壓，其輸出電流可達3 A。3.3 V電源則使用比較常見的1117三端穩壓器件。系統上位機主節點與下位機主節點采用同一電路，如果單片機下載的程序為上位機主節點程序，則該模塊為上位機主節點功能；如果單片機下載的程序為功能節點程序，則該模塊為下位機功能節點。

由于zigbee模塊為3.3 V器件，所以在MCU器件的選擇上，最好選擇3.3 V的芯片，方便MCU與zigbee模塊的通信匹配問題。市面上比較常見的LED廣告牌，大多使用串口DB9的標準接口，所以在下位機功能節點模塊上應附著MAX3232通信模塊，該芯片為電平轉換芯片，可以將3.3 V電平轉換為12 V電平，該接口方式同樣也適用于上位機主節點，如果這樣設計，則上位機主節點則必須連接計算機的DB9接口，這樣設計其實對于有些筆記本電腦是有缺陷的，因為筆記本大部分是不帶DB9接口的。PL2303是一種USB轉串口的通信芯片，它可以將計算機上的USB接口虛擬為DB9接口，以串口的通信協議進行數據的傳輸，這樣設計不僅僅可以使臺式機可以連接上位機主節點，還可以使筆記本電腦與其連接實現數據的傳輸。用戶手機信息接收模塊（SIM900）是用來接收用戶手機所發送的短信，該模塊是SIMCOM公司出品的通信模塊，使用2.4G無線通信頻率，需要注意的是SIM900在接收短信或者發送短信時，其功率有可能達到最大值（電流可達到2A），所以在設計電路時，需要將SIM900的電源和地加粗來滿足2A電流的通過。

物聯網LED廣告牌告別了傳統的需要人力將數據進行硬性連接并更新數據的方式，使用無線zigbee傳輸，讓用戶更加方便靈活的控制LED顯示屏，它標志了物聯網技術的一種新型應用領域。相信過不了多久，數據傳輸將不僅僅限于文字。圖像、聲音等等信息也將實現無附加費用的，高效率的數據傳輸。