设计公交车站牌报站屏

　　　目前，多数公交车站牌都采用固定板块方式显示站点信息，其内容固定、信息量少，修改站点信息麻烦，不能快速、便捷地更新站点信息。本文设计了一种由单片机控制的报站屏，可动态、实时地显示公交车站的站点信息，同时采用太阳能供电，减少了城市供电的压力，达到了节约电能的目的。太阳能（Solar Energy），一般是指太阳光的辐射能量，在现代一般用作发电。

　　1 系统框图

　　本系统采用华邦公司的W78E58单片机作为系统的中央控制单元，可实现同一站牌不同路数公交车站点的静态显示、动态显示和定时显示控制。

　　系统由主控制单元和辅助控制单元两大模块组成，分别如图1和图2所示。图1为主控制单元结构图，主要完成LED点阵显示和定时显示控制。其中6264为64Kbit的RAM扩展，用来补充W78E58内部RAM空间不足；AT24C256是容量为256Kbit的E2ROM，用来保存站点信息及更新数据信息；RS232通信模块用来更新站点信息和升级系统。

　　

    图2为辅助控制单元结构图，主要完成电源动态管理和蓄电池充放电控制。

　　2 系统硬件设计

　　2.1 显示屏驱动显示电路

　　显示屏分成屏体和控制器两部分。显示器是属于电脑的I/O设备，即输入输出设备。它可以分为CRT、LCD等多种。它是一种将一定的电子文件通过特定的传输设备显示到屏幕上再反射到人眼的显示工具。屏体的主要部分是显示阵列及行列驱动电路。显示时扫描方式分为两步，每行有一个行驱动器，各行的同名列共用一个列驱动器。由单片机给出行选通信号，从行开始依次对各行扫描；对于列，根据各列所存数据，确定相应的列驱动器是否将该列与行接通，如果接通，则该行该列的LED点亮，全部各行都扫描一遍后（一个扫描周期），再从行开始，进行下一个周期的扫描。

　　显示数据从驱动芯片到显示模块以并行方式传输，但显示数据从单片机到驱动芯片则以串行方式传输。串行传输的控制电路简单、设计容易，但串行数据传输需要较长时间，这可由软件弥补，也可考虑单片机的控制速度。单片机是一种集成在电路芯片，是采用超大规模集成电路技术把具有数据处理能力的中央处理器CPU随机存储器RAM、只读存储器ROM、多种I/O口和中断系统、定时器/计时器等功能（可能还包括显示驱动电路、脉宽调制电路、模拟多路转换器、A/D转换器等电路）集成到一块硅片上构成的一个小而完善的计算机系统。

　　显示驱动电路由74HC595组成。74HC595是硅结构的CMOS器件， 兼容低电压TTL电路，遵守JEDEC标准。 74HC595是具有8位移位寄存器和一个存储器，三态输出功能。 移位寄存器和存储器是分别的时钟。 数据在SHcp的上升沿输入，在STcp的上升沿进入到存储寄存器中去。

　　LED显示屏驱动电路与控制系统相配合，分为动态扫描型驱动和静态锁存型驱动两种。LED（Light Emitting Diode），发光二极管，是一种固态的半导体器件，它可以直接把电转化为光。LED的心脏是一个半导体的晶片，晶片的一端附在一个支架上，一端是负极，另一端连接电源的正极，使整个晶片被环氧树脂封装起来。半导体晶片由两部分组成，一部分是P型半导体，在它里面空穴占主导地位，另一端是N型半导体，在这边主要是电子。但这两种半导体连接起来的时候，它们之间就形成一个“P-N结”。其工作时序如图3所示。

　　2.2 显示屏主控制电路

　　华邦51系列单片机中W78E58是8位微控制器，工作频率为40MHz，W78E58与8052完全兼容，具有256B的片内RAM和32KB的可编程及可擦除只读存储器。片内EPROM允许对程序存储器在线重新编程，也可用常规的EPROM编程器编程，具有编程后的编码保护功能，全静态设计。显示屏主控制电路如图4所示。

　　为了使更新的站点信息和定时显示时间在系统掉电后仍能恢复，设计时必须考虑将常数保存起来。由于W78E58单片机片内没有EEPROM，所以采用了外部扩展方式。

　　静态显示只需在定时中断处理程序中从显示缓冲区调入相应的一行显示数据，然后选中该行即可实现该行的显示，如此循环，便可显示整个内容。设置一个显示缓冲区，该区应包括两部分，一部分用来保存当前LED显示屏上显示的4个汉字点阵数据，另一部分为点阵数据预装载区，用来保存即将进入LED显示屏的1个汉字的点阵数据。滚动指针始终指向显示屏的右边原点。当滚动指针移动到需要显示的点阵数据存储区第1个汉字的首地址时，显示缓冲区LED显示区为空白，而预装载区已保存了第1个待显示汉字的点阵数据。当需要滚动显示时，可在接下来的扫描周期的每个行扫描中断处理程序中，对显示缓冲区的相应行点阵数据左移一位，同时更改显示缓冲区的内容。该操作要确保在1.25ms的中断时间内完成（W78E58采用24MHz晶振，可以实现该操作）。打字显示要求汉字在显示屏上按从左到右顺序一个个出现，如同打字效果。设计时可采用如下方法：首先将LED显示屏对应的显示缓冲区全部清零，即LED显示空白，然后每间隔一个“软定时器”设定的动态显示时间，显示缓冲区依次加入一个汉字点阵数据并进行扫描显示，这样就可达到打字显示的效果。

　　2.3 电池板选用及控制电路

　　2.3.1 太阳能电池板和蓄电池的选用

　　通过分析计算发现，点阵屏幕的显示电流不是固定不变的，而是随着点阵显示内容而变化。因此，选用电池板时，需要考虑这些因素。太阳能电池板是太阳能发电系统中的部分，也是太阳能发电系统中价值的部分。其作用是将太阳能转化为电能，或送往蓄电池中存储起来，或推动负载工作。太阳能电池板的质量和成本将直接决定整个系统的质量和成本。

　　红色LED的正向压降为1.8V，正向电流IF为8mA。要达到直流驱动时的显示效果，扫描脉冲的平均电流Ia应等于直流驱动电流Io（约为IF，这里取6mA），Ia必须满足下式才能达到满意的显示效果：

　　IFM为脉冲电流的幅值，根据经验，T/ton取4比较合适，则一行LED的瞬时电流值为：

　　点阵屏的工作电压为5V、工作电流约为1.6A。由于公交站牌一天工作24h，考虑阴天情况下系统的供电，后备电源应具有24h的供电能力，且按80%的放电率计算，则蓄电池的容量为：

　　式中Qx为蓄电池容量，Tx为蓄电池放电时间， IFMN为点阵屏工作电流。因此应选用5V/50Ah免维护蓄电池。

　　有日照时，要求太阳能电池既能给点阵屏供电，也能给蓄电池充电。如按15h充电计算，充电电流为：

　　式中IC为充电电流，Qx为蓄电池容量，TC为充电时间。

　　因此，太阳能电池板需提供的总电流为：

　　I=IC + IFMN =3.3+ 1.6 = 4.9A

　　计算中，加上30%的余量，则要求太阳能电池提供的输出功率为：

　　P=VI（1+0.3）=5×4.9×1.3=31.85W

　　因此，给点阵屏供电应选用5V/35W的电池板。

　　2.3.2 蓄电池供电控制电路

　　所谓蓄电池即是贮存化学能量，于必要时放出电能的一种电气化学设备。蓄电池供电控制电路如图5所示。由于太阳能电池板输出功率随光照变化，其输出电压需要稳压，以减少输出电压的波动。图5中W7806用来稳定电池板的输出电压，同时对蓄电池充电；T3、T4用来检测蓄电池电压并控制其充放电，在蓄电池充满后自动停止充电，若蓄电池电压过低则自动充电，保护蓄电池；电路中C4用来滤除干扰信号。

　　3 系统软件设计

　　3.1 显示屏主体显示

　　程序在初始化后将存储在ROM内部的站点信息读出，送至单片机的RAM进行汉字点阵转换，转换后的数据经过显示效果处理，送入数据缓冲区，调用显示子程序，完成站点信息显示。主程序流程图如图6所示。

　　显示子程序的任务是将缓冲区内的数据读出送到点阵屏显示。点阵显示的原理是按列选择，通过串并转换，将一列的显示数据送至选择的列排点阵中，然后选择下一列。重复上述步骤，即可以实现数据显示。显示子程序的流程图如图7所示。

　　3.2 定时显示控制

　　定时显示依靠外部时间芯片DS1302和主程序中的判断子程序来实现。DS1302 是美国DALLAS公司推出的一种高性能、低功耗、带RAM的实时时钟电路，它可以对年、月、日、周日、时、分、秒进行计时，具有闰年补偿功能，工作电压为2.5V～5.5V。采用三线接口与CPU进行同步通信，并可采用突发方式传送多个字节的时钟信号或RAM数据。DS1302内部有一个31×8的用于临时性存放数据的RAM寄存器。DS1302是DS1202的升级产品，与DS1202兼容，但增加了主电源/后备电源双电源引脚，同时提供了对后备电源进行涓细电流充电的能力。定时显示程序流程图如图8所示。

　　3.3 显示效果控制

　　主程序在开始时设置待显示的效果，在显示效果子程序中，程序判断需要显示的效果后调用不同显示效果处理程序，对缓冲区内的数据进行效果处理，送入显示缓冲区，等待显示调用。其程序流程图如图9所示。

　　本系统可方便地实现功能扩展，如加上升级模块，可实现系统的远程升级；加上网络模块，可以连接互联网，直接通过互联网进行控制，也为以后的智能交通打下基础。此外，本系统经过改进后还可以应于广告宣传，通过远程通信实现对点阵屏幕的远程控制。