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无线ZigBee自组网LED显示系统的设计

作者：林丽芳

来源：《科技传播》2018年第02期

摘 要 本设计是利用达盛EXP89S51/52/53 作为控制芯片，综合利用了无线收发模块 NRF24L01，蓝牙模块，Flash存储模块等，从而实现了无线控制LED显示屏，实现自组网，节点续传，扩大控制范围的功能。 关键词 ZigBee；自组网；LED显示屏

中图分类号 TP3 文献标识码 A 文章编号 1674-6708（2018）203-0079-02 1 工作原理

该系统由ZigBee无线自组网，通过中心控制系统对LED进行无线控制。该系统由中心控制系统，智能无线终端，移动设备，还有红外线装置等组成。移动设备通过中心控制系统授予权限，设置密码加密，可以及时发送指令，同时LED支持节点续传。中心系统进行统一管理控制，同时通过无线终端ZigBee传送信息，检测移动设备的收发指令情况，通过LED显示出来。在LED显示屏中安装传感器、感温、感光、红外线装置等，采集信息通过ZigBee网络返回信息，实现系统设置的功能。 2 方案设计

以XP89S51/52/53作为控制芯片、采用开关稳压电源作为LED供电电源、采用ZigBee协议进行自组网网络，实现自主对节点（LED显示屏）的增删，利用无线收发模块NRF24L01实现通信，蓝牙模块实现与手机的通信传输。主要系统方案有以下方面。 2.1 中心控制部分

通过对于用户授权的移动设备，进行收发指令，将用户输入的LED显示数据进行转换和编码，利用无线模块将数据发送出去，同时也发送相应的控制指令，以实现独立或同步功能。 2.2 ZigBee自组网部分

设计中使用分布式地址分配网络地址，采用对等网路结构组建网络。选择信道，确定唯一指定的PAN地址并广播建立网路信息等。 2.3 无线节点部分

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该部分主要是由无线模块和单片机组成，完成显示数据的接收，并根据控制指令，在LED显示屏上进行动作，如显示、关闭、闪动等等。同时可根据需要，对节点信道传输功能进行设置，可用于无线信号中继，实现更远距离的节点覆盖。 2.4 LED显示屏部分

由阴极和阳极共同控制，行为阳极，列为阴极。LED屏幕驱动分为行驱动电路和列驱动电路设计两个部分。

系统的软件部分是由PC平台软件和嵌入式处理器构成，通过中心控制进行管理，给指定的移动用户设备授予权限，可连接到自组网中，同时进行信息收发。LED显示屏节点在收到无线模块返回的数据包后进行分析处理，根据节点功能模式，对不是自己的数据包做转发或丢弃处理，对自己的数据进行进一步的拆分处理，将里面包含的显示数据提取出来，并根据指令要求进行显示。根据一定的关系对LED屏的显示进行调整，以达到减少电能消耗，提高LED屏寿命的目的。 3 硬件电路设计 见图1。 4 软件设计

作为一个完整的LED控制控制系统，在完成硬件设计的同时，需要配合相应的软件才能完成更多的系统功能。人机界面程序包括串口数据的接收、发送、输出控制及状态显示等功能。

首先系统上电初始化各个模块，然后组建网络，各个节点入网，手动或自动启动各个无线模块采集LED显示屏的状态信息，并将信息通过无线通信节点由ZigBee网络传输给协调器发送到监控计算机，判断系统时候处于手动控制状态。如果是手动控制状态，则进行手动控制，

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并将控制命令发送至主控制端，表明工作人员正在巡检或者维护LED显示屏；如果正常则按照LED控制界面进行检测或菏泽进行输出控制，使LED显示屏按照既定输入的信息进行显示，并经过ZigBee网络实时显示信息，系统的PC控制界面可选择各ZigBee模块的网络节点号，也可将状态信息和底层数据信息包实时显示。 5 特色和技术说明

利用ZigBee组网技术，将信息传递到每个LED的显示屏节点，并通过相关设备，移动设备发送指令，同时还可以提供其他的功能，大大提高了本系统的实际使用价值。

1）组网智能化：采用ZigBee自组网，无线传输指令。指令通过无线传输发送，显示在LED上，短延时，高容量，高安全。同时减少线路铺设，节约成本。

2）节点续传扩大距离智能化：当整个系统的LED显示屏节点分布超过无线通信距离时，可利用周边的子节点充当中继功能，可极大地扩大系统的控制范围。

3）手持移动设备控制便捷化：通过设置权限，用移动设备进行控制，同时加密，防止其他人滥用，使之更加安全可靠。

4）操作灵活，扩展性好：低成本，低功耗。ZigBee的协议专利免费，减少了线路的设置，耗电较少。可增加传感器进行温湿度信息感应采集显示。

本设计采用了多种技术以达到无线控制LED显示屏显示信息的目的，综合利用了无线ZigBee协议自组网技术、蓝牙技术、LED显示屏技术，上位机软件技术，安卓软件技术，充分利用了这些技术，使系统能在无线技术上进行数据传输至指定LED显示屏上，同时由于无线传输距离有限，而本系统采用的ZigBee技术具有自组网功能，能实现节点的续传功能。 6 适用范围

本文所设计是采用无线ZigBee自组网的方法实现对LED的有效智能控制，ZigBee是IEEE 802.15.4协议，这个协议是一种近距离，低复杂度，低功耗，低数据速率，低成本的双向无线通信技术，常利用于自动控制和远程控制领域。本项目无线ZigBee自组网控制LED显示屏的显示，能实现无线控制，增删节点，能实现信息续传，扩大传输控制的距离，可同时采用上位机和手机进行控制，对指定的地方的LED显示屏发送信息，实现信息传达的高效性，管理便捷性。

适用范围是在大型工厂，公司，人流量大的场所（火车站、汽车站、学校等），广告宣传等行业中，这样，使得LED实现了无线传输，减少线路的铺设，解决了有线连接的缺陷，节约了人力物力，安装也很简单，便于二次维护。此项设计所表达的概念稳定可靠，经济价值高，实用性强。