林慶林, 歐海寧, 陳建洪

(湄洲灣職業(yè)技術(shù)學(xué)院 自動化工程系 ,福建 莆田 351254)

基于移動數(shù)據(jù)OLED顯示器接口控制及其應(yīng)用研究

林慶林, 歐海寧, 陳建洪

(湄洲灣職業(yè)技術(shù)學(xué)院 自動化工程系 ,福建 莆田 351254)

隨著互聯(lián)網(wǎng)快速發(fā)展，全球進入了全新的移動信息時代，人機交互信息尤為重要。而OLED具備超現(xiàn)代的顯示性能，是各種智能設(shè)備的首選顯示器件。本系統(tǒng)采用STM32F103、SIM900A等芯片進行系統(tǒng)控制。利用SIM900A與串口進行通信。實現(xiàn)產(chǎn)所實時監(jiān)控、短信通知、門禁系統(tǒng)等功能。從而實現(xiàn)把家庭甚至小區(qū)的智能系統(tǒng)、預(yù)警系統(tǒng)濃縮于小小的OLED屏幕，并對整個系統(tǒng)加以有效的監(jiān)控和管理。本文主要是研究手機信息與移動數(shù)據(jù)OLED相互傳遞。并探討這一功能如何應(yīng)用在環(huán)境監(jiān)測設(shè)備、新概念住宅家電、智能小區(qū)設(shè)備中。

OLED；移動數(shù)據(jù)；STM32F103；SIM900A

1 移動數(shù)據(jù)OLED系統(tǒng)概述

1.1 移動數(shù)據(jù)OLED的現(xiàn)狀

OLED(Organic Light Emitting Diode,有機發(fā)光二極管)顯示技術(shù)是指在電場的驅(qū)動下，讓載流子產(chǎn)生注入和復(fù)合，進而達到發(fā)光的技術(shù)。其原理是利用ITO(indium tin oxide,銦錫氧化物)作為器件透明的陽極，器件的陰極采用金屬電極，在兩極施加一定的電壓，電子和空穴分別注入到對應(yīng)的傳輸層，進而遷移到達發(fā)光層，在發(fā)光層中，電子和空穴相遇形成激子，激發(fā)發(fā)光分子產(chǎn)生受激輻射，從而發(fā)出可見光。由于陽極采用的是ITO透明導(dǎo)電極，從這一側(cè)能夠觀察到可見光，從而達到發(fā)光顯示的目的[1-3]。OLED擁有優(yōu)良又多元化的特性，所以基于OLED顯示技術(shù)有待進一步發(fā)掘其應(yīng)用潛質(zhì)[2]。

1.2 移動數(shù)據(jù)OLED的開發(fā)意義

目前，移動數(shù)據(jù)OLED在人機交互的應(yīng)用中已經(jīng)有了極大的發(fā)展，并在一些住宅、小區(qū)的環(huán)境檢測設(shè)備中有了一定的應(yīng)用，但還處于發(fā)展階段。目前，移動數(shù)據(jù)OLED面向的大都是高消費群體。設(shè)計一款價格低廉、性價比高、功能齊全、易于安裝和簡單實用的移動數(shù)據(jù)OLED控制系統(tǒng)，符合市場趨勢。本系統(tǒng)以STM32f103作為核心，利用SIM900A優(yōu)秀移動數(shù)據(jù)傳輸性能，實現(xiàn)移動數(shù)據(jù)OLED系統(tǒng)對環(huán)境地監(jiān)測，并實時顯示監(jiān)測信息。本系統(tǒng)可以實現(xiàn)移動數(shù)據(jù)的遠程控制、對收到的信息加以保存。在此基礎(chǔ)上，如果增設(shè)相關(guān)的防火報警系統(tǒng)、安全系統(tǒng)，在報警設(shè)施啟動時，則用戶手機能及時地收到報警信息[4]。

1.3 開發(fā)主要內(nèi)容

本次開發(fā)的移動數(shù)據(jù)OLED系統(tǒng)主要是從軟件方面進行詳盡地描述并涵蓋硬件的實施。其中包括應(yīng)用技術(shù)和相關(guān)的移植技術(shù)。以STM32為核心主控部件，STM32在物聯(lián)網(wǎng)構(gòu)建思想的實際應(yīng)用中有著極好的表現(xiàn)，能夠?qū)崿F(xiàn)移動數(shù)據(jù)OLED穩(wěn)定運行，且在智能家居的應(yīng)用也有著良好的表現(xiàn)[5]。

系統(tǒng)設(shè)計的控制方式：

(1)通過用戶手機發(fā)送AT命令到 GPRS 模塊，經(jīng)過 RS232 串口與嵌入式控制器通信，實現(xiàn)相關(guān)的操作；

(2)系統(tǒng)通過以上方式實現(xiàn)對系統(tǒng)的服務(wù)器部分手動發(fā)送當(dāng)前移動數(shù)據(jù)OLED環(huán)境情況的短信；

(3)系統(tǒng)通過以上方式實現(xiàn)對服務(wù)器部分、環(huán)境的預(yù)警功能，并自動發(fā)送當(dāng)前移動數(shù)據(jù)、OLED環(huán)境情況短信給移動設(shè)備；

(4)可更改服務(wù)器允許的訪問用戶。

2 移動數(shù)據(jù)OLED的總體設(shè)計方案

2.1 系統(tǒng)核心控制流程

本設(shè)計以STM32 嵌入式控制芯片作為檢測系統(tǒng)的主控，并增設(shè)溫濕度傳感器、煙霧傳感器及紅外傳感器作為子模塊實現(xiàn)對周圍環(huán)境、安全的檢測。當(dāng)系統(tǒng)檢測到危險信息時，能夠及時地顯示于OLED屏幕并通過手機等移動通訊設(shè)備將信息發(fā)送于用戶，實現(xiàn)即時警報[6]。

本文設(shè)計的移動數(shù)據(jù)OLED可分為設(shè)備控制和移動控制。利用SIM900A來傳輸移動端信息?？刂破鞑捎玫氖?2 位微處理器、基于 ARM Cortex-M3 內(nèi)核的嵌入式器件STM32F103。子模塊增設(shè)溫濕度傳感器模塊，完成模塊與嵌入式器件之間的連接，實現(xiàn)系統(tǒng)間通信[7]。系統(tǒng)的總框圖如圖 1所示。

圖1 移動數(shù)據(jù)OLED系統(tǒng)流程圖

2.2設(shè)計思路

系統(tǒng)分為3個模塊：

(1)環(huán)境數(shù)據(jù)采集模塊：由外接的溫濕度傳感器對室內(nèi)的環(huán)境信息進行檢測，嵌入式控制器搜集由溫濕度傳感器發(fā)送來的信息，對信息采集、分析后顯示于OLED屏幕。

(2)移動數(shù)據(jù)傳輸模塊：由遠程網(wǎng)絡(luò)通信模塊和GPRS 模塊通信模塊構(gòu)成。GPRS 模塊采用 SIM900A芯片，通過無線通訊與用戶手持設(shè)備之間 AT 命令的互發(fā)來實現(xiàn)即時監(jiān)測信息的交互。

(3)下位機模塊：此硬件模塊以STM32F103為核心，連接各模塊，對環(huán)境的實時監(jiān)測。

3 硬件設(shè)計

3.1 STM32主控簡介

32位ARM微控制器STM32的性能較為優(yōu)越，具有低能耗、執(zhí)行效率高、開發(fā)較為簡單、低成本等優(yōu)點。且最高工作頻率72MHz，在存儲器的0等待周期訪問時可達1.25DMips/MHz。而且現(xiàn)在STM32F1系列的MCU的存儲器可以實現(xiàn)從32K到512K字節(jié)的閃存和最大64K字節(jié)的SRAM。具有相對較多的快速I /O 端口。

3.1.1 最小系統(tǒng)電路

系統(tǒng)由時鐘電路、復(fù)位電路、備份電源電路以及啟動模式選擇電路組成。主時鐘為無源晶振，頻率為8MHz，配置芯片內(nèi)部寄存器。

(1)主控電路主時鐘電路圖如圖2所示。

圖2 主控電路主時鐘

(2)RTC時鐘，32.768KHZ，用于實時時鐘模塊提供時鐘信號，電路如圖3所示。

圖 3 RTC時鐘電路

(3)主控復(fù)位電路如圖4所示。

圖4 主控復(fù)位電路

(4)備份電源電路如圖5所示，輸入電壓為3.3V，只要保存系統(tǒng)掉電時，備份寄存器的數(shù)據(jù)。

圖5 備份電源電路

(5)啟動模式選擇電路如圖6所示。

圖6 啟動模式選擇電路

3.2 SIM900A 簡介

以SIM900A作為 GPRS 控制模塊。SIM900 價格低、功能齊全、性能穩(wěn)定、體積小、性價比高。具有兩頻段 GSM/GPRS 無線模塊，且內(nèi)部有 TCP/IP 協(xié)議，可將數(shù)據(jù)通過 IP 協(xié)議的格式發(fā)送到網(wǎng)絡(luò)。

3.2.1 SIM900A模塊的特性

SIM900A模塊的基本特性如表1所示。

表1 SIM900A模塊的基本特性

SIM900A模塊的功能特性如表2所示。

表2 SIM900A模塊的功能特性

3.2.2 SIM900A模塊的AT指令簡介

GSM的AT命令如表3所示。

表3 GSM的AT命令

3.2.3 SIM900A模塊短信的讀取與發(fā)送

下面將闡述如何利用SIM900A 模塊功能進行短信讀取和短信發(fā)送。

(1)AT+CNMI，用于接收到新的信息時候的指示。指令：AT+CNMI=2，1，當(dāng)有新的信息被SIM卡接收時，SIM900A模塊就會把數(shù)據(jù)傳輸給串口，如：+CMTI: "SM",1，表示收到接收到新消息，存儲在 SIM 卡的位置 1。

(2)AT+CMGF，用于設(shè)置短消息模式， SIM900A 支持 PDU 模式和文本( TEXT)模式等 2種模式，發(fā)送： AT+CMGF=1，即可設(shè)置為文本模式。

(3)AT+CSCS，用于設(shè)置 TE 字符集。

(4)AT+CSMP，用于設(shè)置文本模式，具體指令為發(fā)送：AT+CSMP=17,167,2,25。

(5)AT+CMGR，用于讀取短信，比如發(fā)送： AT+CMGR=1，則可以讀取 SIM 卡存儲在位置1 的短信。

(6)AT+CMGS，用于發(fā)送短信，在"GSM"字符集下，最大可以發(fā)送 180個字節(jié)的英文字符，

(7)AT+CPMS，用于查詢/設(shè)置優(yōu)選消息存儲器，通過發(fā)送： AT+CPMS?，可以查詢當(dāng)前 SIM卡最大支持多少條短信存儲，以及當(dāng)前存儲了多少條短信等信息。如返回： +CPMS:"SM",1,50,"SM",1,50,"SM",1,50，表示當(dāng)前 SIM卡最多能夠存儲 50 條信息，目前已經(jīng)有 1 條存儲的信息。

3.3 溫濕度傳感器DHT11簡介

圖7 溫濕度傳感器DHT11外觀圖

本設(shè)計中子模塊用到的傳感器為具有已校準(zhǔn)數(shù)字輸出的溫濕度傳感器——DHT11，實物如圖7所示。DHT11溫濕度傳感器在可靠性和穩(wěn)定性方面的表現(xiàn)尤為突出。不僅如此，DHT11溫濕度傳感器還具有功耗低、響應(yīng)速度快、環(huán)境適應(yīng)性強等優(yōu)點。在傳感器方面具有一個電阻式感濕元件和一個NTC測溫元件[8]。在精確度方面，DHT11傳感器則保持了穩(wěn)定且精確的優(yōu)秀性能，因為每個傳感器都有嚴格的校準(zhǔn)。校準(zhǔn)系數(shù)存在OTP內(nèi)存中，在實際應(yīng)用中，可以通過調(diào)用這些系數(shù)來處理器件內(nèi)部的檢測信號。而且DHT11傳感器的體積小，具有很強的環(huán)境適應(yīng)性，而且在保證穩(wěn)定工作的同時，也不易對周邊環(huán)境產(chǎn)生影響[9]。

3.4 甲烷傳感器MQ-2簡介

在移動數(shù)據(jù)OLED系統(tǒng)增設(shè)甲烷傳感器MQ-2子模塊。電路圖如圖8所示， MQ-2具有較高的靈敏度和快速的響應(yīng)恢復(fù)特性，能夠及時地檢測到家庭液化氣等有害氣體的泄露并及時反饋。用戶設(shè)置相應(yīng)的報警系統(tǒng)便能夠遠程收到危險信息并處理?？捎糜谄胀彝サ陌踩O(jiān)測，小區(qū)、社區(qū)的防火安全監(jiān)測。具有很高的適用性和價值[10]。

圖8 甲烷傳感器MQ-2電路圖

MQ-2氣體傳感器是利用目標(biāo)氣體對電導(dǎo)率的影響而研制的。煙霧傳感器接線圖如圖9所示。其氣敏器件原型利用電阻率會隨著目標(biāo)氣體的濃度的變化而變化，從而實現(xiàn)將目標(biāo)氣體濃度的信號轉(zhuǎn)換為電信號。

圖9 煙霧傳感器接線圖

4 軟件設(shè)計

4.1 系統(tǒng)總設(shè)計流程圖

由于版幅關(guān)系，編寫的軟件在此省略。系統(tǒng)總設(shè)流程圖如圖10所示。

圖10 移動數(shù)據(jù)OLED系統(tǒng)主流程圖

5 系統(tǒng)測試結(jié)果

測試中，先設(shè)定SIM900A中使用的SIM卡。

步驟1：啟動系統(tǒng)，OLED屏顯示環(huán)境檢測數(shù)據(jù)，并等待發(fā)送信息，如圖11所示。手動按下發(fā)送鍵，系統(tǒng)向指定SIM卡發(fā)送信息，并顯示發(fā)送情況，如圖12所示。設(shè)定對象SIM卡成功收到來自環(huán)境檢測系統(tǒng)的數(shù)據(jù)信息[10-11]。

圖11 測試圖片

圖12 測試圖片

步驟2：手機端向系統(tǒng)發(fā)送環(huán)境檢測信息反饋指令，并收到來自檢測系統(tǒng)的環(huán)境信。如圖13所示。

圖13 測試圖片

步驟3：向系統(tǒng)SIM卡發(fā)送文字信息，系統(tǒng)接收顯示并保存，手動可查看信息。如圖14和圖15所示。

圖14 測試圖片

圖15 測試圖片

6 結(jié)語

OLED顯示技術(shù)作為最具潛力的顯示技術(shù)，具有極大的發(fā)展空間。本文設(shè)計的移動數(shù)據(jù)OLED立足于物聯(lián)網(wǎng)思維，構(gòu)建一套完整的移動數(shù)據(jù)傳輸和反饋體系，具有很大的實際研究價值。

(1)作為新型智能家居的顯示設(shè)備，能夠在顯示家電數(shù)據(jù)的同時，實現(xiàn)遠程控制，帶給用戶良好的智能家居體驗。

(2)增設(shè)紅外傳感器和報警設(shè)備，在安全監(jiān)控中加以應(yīng)用，實現(xiàn)實時監(jiān)控。

(3)移動數(shù)據(jù)OLED應(yīng)用于智能家居系統(tǒng)。利用移動端設(shè)備對信息的可控性，接入各種家電模塊，將各種智能家電的功能模塊顯示在OLED屏上。

(4)本系統(tǒng)還可應(yīng)用于消防系統(tǒng)，在實現(xiàn)遠程監(jiān)測的同時，保證危險信息的及時傳遞。

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責(zé)任編輯：程艷艷

Research on Interface Control of OLED Indicator Based on Mobile Data and Its Application

LIN Qinglin, OU Haining，CHEN Jianhong

(Department of Automation Engineering, Meizhouwan Technical College, Putian 351254, China)

With the rapid development of the Internet, the world has entered a new era of mobile information, and human-computer interaction information is particularly important. OLED with ultramodern display performance is the first choice for a variety of intelligent devices. This system uses STM32F103, SIM900A and other chips to carry out system control and uses SIM900A to communicate with the serial port, achieving real-time monitoring, SMS notification, access control systems and other functions, and further to realize the concentration of family or even intelligent system and early warning system of residential community in a small OLED screen, so as give effective monitoring and management to the entire system. This paper aims to study the transmission of mobile phone information and mobile data OLED, and discusses how to use this function in environmental monitoring equipment, residential appliances with new concept and intelligent residential equipment.

OLED; mobile data; STM32F103; SIM900A

2016-10-21

林慶林(1972-)，男，福建莆田人，講師，主要從事應(yīng)用電子方面研究。

TP274

A

1009-3907(2017)04-0012-07