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《华东理工大学》 2017年
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通用型电子站牌LED显示系统的研发与设计

龚旭龙  
【摘要】:随着我国经济发展、城市化进程加快,人们对城市基础设施要求变高,传统的静态公交站牌已经不能满足乘客,于是提出了电子站牌的概念。所谓电子站牌,是以动态的方式,在传统站牌基础上给乘客及时提供车辆到站、车辆延误等情况,方便乘客出行,提高社会服务水平与质量。但是,大部分的电子站牌暴露在户外,并且由于现场环境的不可控性,往往会对电子站牌的运行产生一定影响。因此,如何提高电子站牌的预报站准确性、降低故障率以及增强电子站牌的预报站效果具有非常重要的意义和作用。本文主要研究了公交电子站牌系统中LED控制卡鲁棒性的改进、预报站效果的改进以及通信方面稳定性的增强等。LED控制卡以2G/3G的GPRS网络作为数据接收介质,UPD作为通信协议,RS232/485作为内部传输方式,以意法半导体公司的Crotex-M3芯片STM32F103作为主控芯片、Altera公司的EP1C3T144芯片作为LED控制芯片。其中,在UDP协议的基础上进行了改进提高了通信的稳定性及效率,针对LED的显示方式通过将算法移植到FPGA中提高了显示效率,降低了系统的复杂度,并且针对户外型的电子站牌在鲁棒性上做了改进。最后,整个公交电子站牌优化升级后,将系统在实际应用中进行测试,该型号公交电子站牌已经通过测试,并在江苏、安徽等省份中多个城市投入运行,运行情况良好,市民反映积极。
【关键词】:电子站牌 嵌入式 FPGA LED UDP
【学位授予单位】:华东理工大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:U491.17
【目录】:
  • 摘要5-6
  • Abstract6-9
  • 第1章 绪论9-13
  • 1.1 研究背景及意义9-10
  • 1.2 国内LED显示技术的变迁10-11
  • 1.2.1 从低速拼接到自由快速拼接的转换10
  • 1.2.2 从行业无序发展到行业标准化的转换10
  • 1.2.3 从耗能走到节能的转换10-11
  • 1.3 国外LED显示技术专利的激烈竞争11
  • 1.4 本文所做的工作11-13
  • 第2章 嵌入式系统及LED显示关键技术13-22
  • 2.1 LED控制卡的嵌入式系统特征13-14
  • 2.1.1 控制卡实现组紧密相关的特定功能13-14
  • 2.1.2 扫描及报站功能具有高性能和实时的要求14
  • 2.2 LED显示系统基本嵌入式模型14-16
  • 2.2.1 LED显示系统软件的基本特征和要求15
  • 2.2.2 LED显示系统应用软件开发的特点15-16
  • 2.3 LED控制卡同步与异步的区分16
  • 2.4 电子站牌系统中的通信方式16
  • 2.5 μC/OS-Ⅱ在LED显示系统上的应用16-18
  • 2.6 LED控制卡的性能分析18-21
  • 2.6.1 LED显示系统基本概念18-19
  • 2.6.2 LED控制卡性能理论推导19-21
  • 2.7 本章小结21-22
  • 第3章 LED显示系统的硬件设计22-31
  • 3.1 控制卡总体设计方案22-23
  • 3.1.1 控制卡硬件框图22
  • 3.1.2 控制卡设计方案22-23
  • 3.1.3 控制卡性能要求23
  • 3.2 主控MCU芯片选型23-24
  • 3.3 控制卡扫描芯片电路设计24-25
  • 3.4 电源设计兼容看门狗电路及ISP功能25-27
  • 3.5 通讯模块电路设计27-29
  • 3.5.1 串口电路设计27-28
  • 3.5.2 网口电路设计28-29
  • 3.6 传感器模块设计29-30
  • 3.7 控制卡IO电路设计30
  • 3.7.1 开关量采集电路设计30
  • 3.7.2 继电器控制设计30
  • 3.8 控制卡硬件调试30
  • 3.9 本章小结30-31
  • 第4章 LED显示系统的软件设计31-49
  • 4.1 LED显示系统流程图31-32
  • 4.2 LED显示系统需求说明32-39
  • 4.2.1 LED屏体显示内容32-33
  • 4.2.2 LED屏控制卡功能33
  • 4.2.3 电子站牌公交数据命令帧33-39
  • 4.3 LED显示系统的控制逻辑设计39
  • 4.3.1 屏体参数逻辑控制软件设计39
  • 4.3.2 屏体安全控制软件设计39
  • 4.4 LED显示系统通信软件设计39-41
  • 4.4.1 通信接口模式设计39
  • 4.4.2 屏体通信策略设计39-40
  • 4.4.3 字库烧写协议设计40-41
  • 4.4.4 集中管理路由协议设计41
  • 4.5 LED控制卡代码总结41-46
  • 4.5.1 LED显示系统关键结构体41-43
  • 4.5.2 LED显示系统关键任务43
  • 4.5.3 LED显示系统中FPGA相关设计总结43-46
  • 4.6 LED显示系统软件效果46-48
  • 4.6.1 通用型效果46-47
  • 4.6.2 表格式效果47-48
  • 4.7 本章小结48-49
  • 第5章 LED显示系统的验证49-52
  • 5.1 电子站牌显示数据测试用例49-51
  • 5.2 LED显示系统性能分析51
  • 5.3 LED显示系统效果图51-52
  • 第6章 结论52-53
  • 参考文献53-55
  • 致谢55

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