مبدأ التصميم الأساسي لشاشة العرض LED في قطار الأنفاق

مبدأ التصميم الأساسي لشاشة العرض LED في قطار مترو الأنفاق

مبدأ التصميم الأساسي لشاشة عرض LED في مترو الأنفاق؛ كجهاز عرض معلومات موجه للجمهور في مترو الأنفاق، تتمتع شاشة العرض LED الداخلية بقيمة مدنية وتجارية واسعة جدًا.

في الوقت الحاضر، غالبًا ما تكون مركبات مترو الأنفاق التي تعمل في الصين مجهزة بشاشة عرض LED داخلية، ولكن هناك عدد قليل من الوظائف الإضافية ومحتوى عرض شاشة واحد. من أجل التعاون مع استخدام نظام معلومات الركاب الجديد في مترو الأنفاق، قمنا بتصميم شاشة عرض ديناميكية LED جديدة متعددة الحافلات لمترو الأنفاق.

لا تحتوي شاشة العرض على واجهات حافلات متعددة في الاتصال الخارجي فحسب، بل تعتمد أيضًا أجهزة حافلات فردية وأجهزة حافلات I2C في تصميم دائرة التحكم الداخلية.

هناك نوعان من شاشات LED في مترو الأنفاق: أحدها يوضع على الجزء الخارجي من العربة لعرض قسم تشغيل القطار، واتجاه التشغيل واسم المحطة الحالية، وهو متوافق مع اللغتين الصينية والإنجليزية؛ يمكن أيضًا عرض معلومات الخدمة الأخرى وفقًا لاحتياجات التشغيل؛ يمكن أن يكون عرض النص ثابتًا، أو التمرير، أو الترجمة، أو الشلال، أو الرسوم المتحركة وغيرها من التأثيرات، وعدد الأحرف المعروضة هو 16 × 12 حرف مصفوفة نقطية 16. والآخر هو شاشة العرض LED الداخلية الطرفية، والتي توضع في القطار. يمكن لشاشة العرض LED الداخلية الطرفية أن تضبط الطرفية مسبقًا وفقًا لمتطلبات تشغيل القطار، وتعرض الطرفية الحالية في الوقت الفعلي، بالإضافة إلى درجة الحرارة الحالية في القطار، مع 16 حرفًا × ثمانية أحرف مصفوفة نقطية 16.

تكوين النظام

تتكون شاشة نظام عرض LED من وحدة تحكم حاسوبية أحادية الشريحة ووحدة عرض. يمكن لوحدة عرض واحدة عرض 16 × 16 حرفًا صينيًا. إذا تم إنتاج حجم معين من نظام عرض رسومات LED، فيمكن تحقيقه باستخدام عدة وحدات عرض ذكية وطريقة "بناء الكتل". يتم استخدام الاتصال التسلسلي بين وحدات العرض في النظام. بالإضافة إلى التحكم في وحدة العرض ونقل التعليمات والإشارات من الكمبيوتر العلوي، يتم أيضًا تضمين مستشعر درجة الحرارة الرقمي للحافلة الفردية 18B20. بفضل تصميم الوحدة لدائرة التحكم، إذا كانت هناك متطلبات لقياس الرطوبة، فيمكن ترقية 18b20 إلى دائرة الوحدة المكونة من DS2438 من Dallas و HIH23610 من HoneywELL. من أجل تلبية احتياجات الاتصال للمركبة بأكملها، يتم استخدام حافلة CAN للاتصال بين الكمبيوتر العلوي وكل وحدة تحكم في المركبة.

تصميم الأجهزة

تتكون وحدة العرض من لوحة عرض LED ودائرة عرض. تتكون لوحة وحدة عرض LED من 4 وحدات مصفوفة نقطية × 64 وحدة عرض ذكية عالمية المصفوفة النقطية، يمكن لوحدة عرض واحدة عرض 4 أحرف صينية أو رموز مصفوفة نقطية 16 × 16. يتم استخدام الاتصال التسلسلي بين وحدات العرض في النظام، بحيث يتم تنسيق عمل النظام بأكمله وتوحيده. تتكون دائرة العرض من منفذي كابل مسطح 16 سنًا، واثنين من برامج تشغيل ناقل ثلاثية الحالة 74H245، وعاكس واحد 74HC04D سداسي، واثنين من فك التشفير 74H138 وثمانية مزلاج تحويل 74HC595. جوهر دائرة التحكم هو المتحكم الدقيق عالي السرعة 77E58 من WINBOND، وتردد البلورة هو 24 ميجاهرتز AT29C020A عبارة عن ذاكرة ROM بسعة 256 كيلو بايت لتخزين مكتبة الأحرف الصينية المصفوفة النقطية 16 × 16 وجدول رمز ASCII المصفوفة النقطية 16 × 8. AT24C020 عبارة عن EP2ROM يعتمد على ناقل تسلسلي I2C، والذي يخزن العبارات المحددة مسبقًا، مثل أسماء محطات مترو الأنفاق والتحيات وما إلى ذلك. يتم قياس درجة الحرارة في المركبة بواسطة مستشعر درجة الحرارة الرقمي للحافلة الفردية 18b20. SJA1000 و TJA1040 هما على التوالي وحدة تحكم وحزمة إرسال واستقبال حافلة CAN.

تصميم وحدة دائرة التحكم

يأخذ النظام بأكمله المتحكم الدقيق الديناميكي 77E58 من Winbond كنواة. يعتمد 77E58 على نواة معالج دقيق معاد تصميمها، وتتوافق تعليماته مع سلسلة 51. ومع ذلك، نظرًا لأن دورة الساعة هي 4 دورات فقط، فإن سرعة تشغيله أعلى بشكل عام بمقدار 2 ~ 3 مرات من سرعة 8051 التقليدية بنفس تردد الساعة. لذلك، يتم حل متطلبات التردد للمتحكم الدقيق في العرض الديناميكي للأحرف الصينية ذات السعة الكبيرة بشكل جيد، ويتم توفير الحارس أيضًا. يتحكم 77E58 في ذاكرة الفلاش AT29C020 من خلال المزلاج 74LS373، بحجم 256 كيلو بايت. نظرًا لأن سعة الذاكرة أكبر من 64 كيلو بايت، يعتمد التصميم طريقة معالجة التقسيم، أي يتم استخدام P1.1 و P1.2 لتحديد الصفحات لذاكرة الفلاش، والتي تنقسم إلى أربع صفحات. حجم معالجة كل صفحة هو 64 كيلو بايت. بالإضافة إلى تحديد رقائق AT29C020، يضمن P1.5 أن P1.1 و P1.2 لن يتسببا في سوء تشغيل AT29C020 عند إعادة استخدامها على واجهة الكابل المسطح ذات 16 سنًا. وحدة تحكم CAN هي الجزء الرئيسي من الاتصال. من أجل تحسين قدرة مقاومة التداخل، تتم إضافة مقرنة ضوئية عالية السرعة 6N137 بين وحدة تحكم CAN SJA1000 وجهاز الإرسال والاستقبال CAN TJA1040. يحدد المتحكم الدقيق شريحة وحدة تحكم CAN SJA1000 من خلال P3.0. 18B20 هو جهاز حافلة فردية. إنه يحتاج فقط إلى منفذ إدخال/إخراج واحد للواجهة بين الجهاز والمتحكم الدقيق. يمكنه تحويل درجة الحرارة مباشرة إلى إشارة رقمية وإخراجها تسلسليًا في وضع رمز رقمي 9 بت. يتم تحديد P1.4 في دائرة التحكم لإكمال وظائف تحديد الشريحة ونقل البيانات الخاصة بـ 18B20. يتم توصيل كابل الساعة SCL وكابل البيانات ثنائي الاتجاه SDA الخاص بـ AT24C020 على التوالي بـ P1.6 و P1.7.16 واجهات سلكية مسطحة ذات 16 سنًا للمتحكم الدقيق، وهي أجزاء الواجهة لدائرة التحكم ودائرة العرض.

توصيل وحدة العرض والتحكم

يرتبط جزء دائرة العرض بمنفذ السلك المسطح ذي 16 سنًا من جزء دائرة التحكم من خلال منفذ السلك المسطح ذي 16 سنًا (1)، والذي ينقل التعليمات والبيانات الخاصة بالمتحكم الدقيق إلى دائرة عرض LED. يستخدم السلك المسطح ذو 16 سنًا (2) لتتالي شاشات عرض متعددة. اتصاله هو نفسه بشكل أساسي منفذ السلك المسطح ذي 16 سنًا (1)، ولكن يجب ملاحظة أن طرف R الخاص به متصل بطرف DS من الثامن 74H595 من اليسار إلى اليمين في الشكل 2، عند التتالي، سيتم توصيله على التوالي بمنفذ الكابل المسطح ذي 16 سنًا (1) للشاشة التالية (كما هو موضح في الشكل 1). CLK هو طرف إشارة الساعة، STR هو طرف مزلاج الصف، R هو طرف البيانات، G (GND) و LOE هما أطراف تمكين ضوء الصف، و A و B و C و D هي أطراف تحديد الصف. وظائف محددة لكل منفذ هي كما يلي: A و B و C و D هي أطراف تحديد الصف، والتي تستخدم للتحكم في الإرسال المحدد للبيانات من الكمبيوتر العلوي إلى الصف المحدد على لوحة العرض، و R هو طرف البيانات، والذي يقبل البيانات التي ينقلها المتحكم الدقيق. تسلسل عمل وحدة عرض LED هو كما يلي: بعد أن يتلقى طرف إشارة الساعة CLK بيانات في الطرف R، تعطي دائرة التحكم يدويًا حافة صاعدة للنبضة، و STR في صف من البيانات (16 × 4) بعد إرسال جميع البيانات البالغ عددها 64، يتم إعطاء حافة صاعدة للنبضة لإغلاق البيانات؛ يتم تعيين LOE على 1 بواسطة المتحكم الدقيق لإضاءة الخط. يظهر الرسم التخطيطي لدائرة العرض في الشكل 3.

تصميم معياري

تتمتع مركبات مترو الأنفاق بمتطلبات مختلفة لشاشة العرض LED الداخلية وفقًا للوضع الفعلي، لذلك أخذنا ذلك في الاعتبار الكامل عند تصميم الدائرة، أي في ظل شرط الحفاظ على الوظائف والهياكل الرئيسية دون تغيير، يمكن تبادل وحدات معينة. هذا الهيكل يجعل لدائرة التحكم LED قابلية توسع جيدة وسهولة في الاستخدام.

وحدة درجة الحرارة والرطوبة

في المناطق الحارة والممطرة في الجنوب، على الرغم من وجود مكيف هواء بدرجة حرارة ثابتة في السيارة، إلا أن الرطوبة هي أيضًا مؤشر مهم يهتم به الركاب. تتمتع وحدة درجة الحرارة والرطوبة التي صممناها بوظيفة قياس درجة الحرارة والرطوبة. تحتوي وحدة درجة الحرارة ووحدة درجة الحرارة والرطوبة على نفس واجهة المقبس، وكلاهما عبارة عن هياكل حافلات فردية ويتم التحكم فيها بواسطة منفذ P1.4، لذلك من الملائم تبادلها. HIH3610 هو مستشعر رطوبة متكامل ثلاثي الأطراف مع خرج جهد تنتجه شركة Honeywell. DS2438 هو محول A/D 10 بت مع واجهة اتصال حافلة فردية. تحتوي الشريحة على مستشعر درجة حرارة رقمي عالي الدقة، والذي يمكن استخدامه لتعويض درجة حرارة مستشعرات الرطوبة.

وحدة توسيع حافلة 485

بصفتها حافلة ناضجة ورخيصة، تحتل حافلة 485 مكانة لا يمكن الاستغناء عنها في المجال الصناعي ومجال المرور. لذلك، قمنا بتصميم وحدة توسيع حافلة 485، والتي يمكن أن تحل محل وحدة CAN الأصلية للاتصال الخارجي. تستخدم الوحدة العزل الكهروضوئي MXL1535E من MAXIM كجهاز إرسال واستقبال 485. لضمان توافق التحكم، يتم تحديد كل من MXL1535E و SJA1000 من خلال P3.0. بالإضافة إلى ذلك، يتم توفير عزل كهربائي 2500VRMS بين جانب RS2485 وجانب وحدة التحكم أو منطق التحكم من خلال المحول. تتم إضافة دائرة صمام ثنائي TVS إلى جزء الإخراج من الوحدة لتقليل تداخل اندفاع الخط. يمكن أيضًا استخدام الوصلات لتحديد ما إذا كان سيتم تحميل مقاومة طرف الحافلة.

تصميم البرمجيات

يتكون برنامج النظام من برنامج إدارة الكمبيوتر العلوي وبرنامج التحكم في وحدة التحكم. تم تطوير برنامج إدارة الكمبيوتر العلوي على نظام التشغيل Windows22000 باستخدام C++BUILD6.0، بما في ذلك تحديد وضع العرض (بما في ذلك الثابت، والوميض، والتمرير، والكتابة، وما إلى ذلك)، وتحديد اتجاه التمرير (بما في ذلك التمرير لأعلى ولأسفل والتمرير لليسار واليمين)، وضبط سرعة العرض الديناميكي (أي تردد وميض النص، وسرعة التمرير، وسرعة عرض الكتابة، وما إلى ذلك)، وإدخال محتوى العرض، ومعاينة العرض، وما إلى ذلك.

عند تشغيل النظام، لا يمكن للنظام عرض الأحرف مثل إعلان المحطة والإعلان وفقًا للإعدادات المحددة مسبقًا فحسب، بل يمكنه أيضًا إدخال الأحرف المطلوبة للعرض يدويًا. تمت برمجة برنامج التحكم في وحدة التحكم بواسطة KEILC من 8051 وتصلب في EEPROM من الكمبيوتر أحادي الشريحة 77E58. يكمل بشكل أساسي الاتصال بين أجهزة الكمبيوتر العلوية والسفلية، واكتساب البيانات الخاصة بدرجة الحرارة والرطوبة، والتحكم في واجهة الإدخال/الإخراج والوظائف الأخرى. أثناء التشغيل الفعلي، تصل دقة قياس درجة الحرارة إلى ± 0.5 درجة مئوية وتصل دقة قياس الرطوبة إلى ± 2٪ RH

الخلاصة

تقدم هذه الورقة فكرة تصميم شاشة عرض LED داخلية لمترو الأنفاق من جوانب الرسم التخطيطي للأجهزة، والهيكل المنطقي، والرسم التخطيطي للكتلة المركبة، وما إلى ذلك. من خلال تصميم وحدة واجهة حافلة المجال وواجهة وحدة الرطوبة ودرجة الحرارة، يمكن لشاشة العرض LED الداخلية أن تتكيف مع متطلبات البيئات المختلفة، ولديها قابلية توسع وتنوع جيدين. بعد العديد من الاختبارات، تم استخدام شاشة العرض LED الداخلية في نظام معلومات الركاب الجديد لمترو الأنفاق المحلي، والتأثير جيد. تثبت الممارسة أن شاشة العرض يمكنها إكمال العرض الثابت للأحرف والرسومات الصينية والعروض الديناميكية المختلفة بشكل جيد، ولها خصائص السطوع العالي، وعدم الوميض، والتحكم المنطقي البسيط، وما إلى ذلك، والتي تلبي تمامًا متطلبات العرض لمركبات مترو الأنفاق لـ شاشات LED.