于雅楠， 李 靖， 張曉蕊

(天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué) 信息技術(shù)工程學(xué)院， 天津 300222)

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基于STM32單片機(jī)的無線LED消息顯示系統(tǒng)

于雅楠， 李 靖， 張曉蕊

(天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué) 信息技術(shù)工程學(xué)院， 天津 300222)

以STM32單片機(jī)為核心，根據(jù)實(shí)際使用要求對LED顯示器內(nèi)容進(jìn)行設(shè)置，并支持多塊LED顯示器的任意組合與拼接，實(shí)現(xiàn)多種信息顯示方式。數(shù)據(jù)信息通過PC機(jī)串口通信進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)整，由無線收發(fā)模塊KYL1020U完成遠(yuǎn)距離傳輸，并顯示在LED顯示器上。系統(tǒng)將字模轉(zhuǎn)換部分放在PC端，減輕了單片機(jī)端的處理任務(wù)，同時(shí)系統(tǒng)可以擴(kuò)展更多的數(shù)據(jù)信息顯示功能。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，體積小，重量輕，使用方便，測試結(jié)果表明該系統(tǒng)具有實(shí)時(shí)性與高可靠性等特點(diǎn)，能夠滿足用戶的實(shí)際需求。

無線通信； 單片機(jī)； LED顯示器； 串口通信

0 引 言

隨著科技的發(fā)展，LED顯示屏已經(jīng)逐步取代紙質(zhì)廣告成為新媒體的主要載體，而老式的U盤傳輸或有線傳輸方式顯得頗為繁瑣，不可避免地增加人工操作的環(huán)節(jié)[1-2]。本文以單片機(jī)技術(shù)為核心，開發(fā)基于無線通信協(xié)議的LED消息顯示系統(tǒng)，使得智能控制與辦公自動(dòng)化成為可能。

系統(tǒng)綜合采用無線數(shù)據(jù)傳輸、USB串口通信、點(diǎn)陣控制顯示等技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)LED點(diǎn)陣顯示屏對消息的實(shí)時(shí)顯示，并能提供多種顯示方式。首先在上位機(jī)進(jìn)行消息內(nèi)容的字符碼轉(zhuǎn)換，并通過USB端口與發(fā)送端進(jìn)行通信，發(fā)送端通過無線模塊將數(shù)據(jù)發(fā)送至遠(yuǎn)程接收端，接收端通過LED點(diǎn)陣顯示屏顯示PC機(jī)所發(fā)送的信息。另外，系統(tǒng)可根據(jù)實(shí)際需求增加其他功能模塊，例如GPS全球定位模塊用于顯示位置和時(shí)間、藍(lán)牙模塊用于無線收發(fā)數(shù)據(jù)、溫濕度感應(yīng)模塊用于顯示溫濕度等。本系統(tǒng)主要用于宣傳、公告、消息發(fā)布、信息展示等功能，可應(yīng)用于銀行、郵電、稅務(wù)、醫(yī)院、機(jī)場、車站、證券市場、電力、海關(guān)、體育場等各種場所中。

1 整體框架

系統(tǒng)以STM32單片機(jī)為核心，根據(jù)實(shí)際要求對LED顯示器內(nèi)容進(jìn)行編輯與調(diào)整，并支持多塊LED顯示器的任意組合與拼接。

單片機(jī)根據(jù)程序指令控制外圍器件，即LED顯示器。LED顯示的內(nèi)容由無線收發(fā)模塊進(jìn)行遠(yuǎn)程通信，脫離了傳統(tǒng)依靠數(shù)據(jù)線路通信方式的限制，可進(jìn)行自由交互式的數(shù)據(jù)傳遞。該技術(shù)減少了電纜布線和撤換等人工操作。取消顯示終端字庫固化的傳統(tǒng)方式，采用上位機(jī)程序?qū)崟r(shí)轉(zhuǎn)換漢字成字符碼并傳輸至顯示終端的方式，達(dá)到顯示多種字體和文字的效果。系統(tǒng)的整體框架如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)整體框架圖

2 硬件電路設(shè)計(jì)

系統(tǒng)LED顯示部分電路原理如圖2所示。該電路利用了16×16的LED點(diǎn)陣顯示方法，并在此基礎(chǔ)上改進(jìn)為16×64的點(diǎn)陣顯示。

圖2 LED原理圖

2.1 LED顯示部分結(jié)構(gòu)圖

LED顯示部分主要包括三大模塊：LED顯示器、單片機(jī)模塊[3-6]和無線收發(fā)模塊。無線收發(fā)模塊基于無線通信協(xié)議和串口協(xié)議將上位機(jī)發(fā)送過來的數(shù)據(jù)傳遞給單片機(jī)，單片機(jī)處理接收到的數(shù)據(jù)后，依次交由LED顯示器進(jìn)行顯示[7-9]。LED顯示部分結(jié)構(gòu)見圖3。

圖3 LED顯示部分結(jié)構(gòu)圖

2.2 LED顯示器參數(shù)

系統(tǒng)選用的點(diǎn)陣屏如圖4和圖5所示，單塊屏尺寸為30.4 cm×7.5 cm，工作電壓5 V，使用上線約為5.3 V，LED顯示屏接口使用8個(gè)GPIO便可驅(qū)動(dòng)。

圖4 LED顯示器正面

圖5 LED顯示器背面及組成

2.3 STM32單片機(jī)

作為LED顯示器的驅(qū)動(dòng)，在單片機(jī)STM32[10-11]基礎(chǔ)上增加了無線模塊。

本控制端主控使用增強(qiáng)型STM32F103單片機(jī)，時(shí)鐘頻率達(dá)到72 MHz，是同類產(chǎn)品中性能最高的產(chǎn)品。功耗低，內(nèi)置32 k到128 k的閃存，時(shí)鐘頻率72 MHz時(shí)，從閃存執(zhí)行代碼。運(yùn)行速度快，可拓展性為后期的升級提供了更便捷的方式。

2.4 無線收發(fā)模塊

系統(tǒng)選用KYL1020U無線收發(fā)模塊，與單片機(jī)采用異步通信接口連接。該無線收發(fā)模塊主要負(fù)責(zé)完成數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程通信，通信選用ISM頻段，無需申請。無線模塊體積小、功耗低、穩(wěn)定性和可靠性極高，能方便為用戶提供雙向的數(shù)據(jù)信號傳輸、檢測和控制[12]。模塊標(biāo)準(zhǔn)配置提供8個(gè)信道，滿足用戶多種通信組合方式的需要，并且傳輸速率與接口波特率成正比。無線收發(fā)模塊如圖6所示，其無線引腳電路如圖7所示。

圖6 無線收發(fā)模塊 圖7 無線引腳圖

圖6 無線收發(fā)模塊 圖7 無線引腳圖

在無線模塊引腳圖中共有9個(gè)引腳，其中引腳1接電源地；引腳2接直流電源3～5 V；引腳3為數(shù)據(jù)接收端RXD口，連接處理器的數(shù)據(jù)發(fā)送引腳P3.1；引腳4為無線數(shù)據(jù)發(fā)送端TXD口，連接單片機(jī)的數(shù)據(jù)接收口P3.0口；引腳5為無線模塊的信號地GND，此引腳可懸空或接電源地；引腳6為無線數(shù)據(jù)發(fā)送端口，在本系統(tǒng)設(shè)計(jì)中懸空處理；引腳7為無線數(shù)據(jù)接收端口，在本系統(tǒng)設(shè)計(jì)中懸空處理；引腳8為無線SLEEP口，用于休眠控制模式，可置低電平或?qū)⒃撘_懸空；引腳9為無線TEST口，用于無線傳輸?shù)膬?nèi)部調(diào)試。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

3.1 系統(tǒng)工作流程圖

無線LED消息顯示系統(tǒng)PC端VB程序[13-15]的頂層數(shù)據(jù)流程如圖8所示。

圖8 頂層數(shù)據(jù)流程圖

首先，進(jìn)行串口的參數(shù)設(shè)定以及初始化，在文本框內(nèi)輸入漢字?jǐn)?shù)據(jù)，打開串口并發(fā)送轉(zhuǎn)換后的字符碼。如果打開串口失敗或文本框出現(xiàn)數(shù)字、字母或未輸入漢字，則提示重新輸入或設(shè)置。

3.2 系統(tǒng)功能模塊圖

無線LED消息顯示系統(tǒng)的功能模塊如圖9所示，其中包括串口設(shè)置模塊、數(shù)據(jù)輸入模塊以及數(shù)據(jù)發(fā)送模塊。

圖9 系統(tǒng)功能模塊圖

串口設(shè)置模塊的主要功能為設(shè)置端口號和波特率。數(shù)據(jù)輸入模塊的主要功能為輸入漢字?jǐn)?shù)據(jù)。數(shù)據(jù)發(fā)送模塊的主要功能有：① 打開串口并檢測串口是否已經(jīng)打開；② 判斷輸入數(shù)據(jù)是否為字母或數(shù)字；③ 發(fā)送字模數(shù)據(jù)。

4 系統(tǒng)安裝與調(diào)試

測試階段，單片機(jī)通電進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)試。使用USB接口將無線接收端插在PC機(jī)上，打開用戶端發(fā)送界面。使用時(shí)首先選擇串口號，再在發(fā)送區(qū)輸入中文字符，點(diǎn)擊發(fā)送，等待數(shù)秒后，硬件部分就會顯示出相應(yīng)的發(fā)送區(qū)內(nèi)容。在下次輸入文字內(nèi)容前點(diǎn)擊停止，硬件部分則停止顯示，之后可再次發(fā)送其他內(nèi)容。

5 結(jié) 語

無線傳輸技術(shù)減少了電纜布線和消息更換時(shí)的人工操作環(huán)節(jié)，采用上位機(jī)程序?qū)崟r(shí)將漢字轉(zhuǎn)換成字符碼并傳輸至顯示終端，取消字庫固化在顯示終端的傳統(tǒng)方式，縮短了系統(tǒng)設(shè)置與檢測周期，并具有顯示多種字體的效果。

本文搭建了基于STM32單片機(jī)的無線LED消息顯示系統(tǒng)，并完成了系統(tǒng)的整體調(diào)試。使用STM32單片機(jī)，使系統(tǒng)具有運(yùn)算速度快、任務(wù)處理能力強(qiáng)、可拓展等特點(diǎn)。使用KYL-1020U無線通信模塊套件，使系統(tǒng)具有遠(yuǎn)距離傳輸、便于更換、傳輸速度快等特點(diǎn)。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，具有實(shí)時(shí)性與高可靠性等特點(diǎn)，能夠滿足用戶實(shí)際使用要求。

[1] 喬 威, 王小利. 智能點(diǎn)陣電子顯示屏控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J]. 實(shí)驗(yàn)室研究與探索, 2010, 29(2): 37-39.

[2] 陽橋清，李小武，袁 迪,等. 一種遠(yuǎn)程LED顯示屏系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì)[J]. 湖南科技學(xué)院學(xué)報(bào), 2015(5): 34-36

[3] 張?zhí)m紅, 鄒 華, 劉純利. 單片機(jī)原理及應(yīng)用[M]. 北京: 機(jī)械工業(yè)出版社, 2012: 101-341.

[4] 陳曉楠, 索繼東. 基于單片機(jī)的遠(yuǎn)程控制實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)[J]. 實(shí)驗(yàn)室科學(xué), 2014, 17(3): 61-67.[5] 胡漢才.單片機(jī)原理與接口技術(shù)[M].北京: 清華大學(xué)出版社, 2010: 77-83.

[6] 王 靜. 基于單片機(jī)的數(shù)據(jù)串口通信[D]. 荊州: 長江大學(xué), 2013.

[7] 蒙博宇. STM32自學(xué)筆記[M].北京: 北京航空航天大學(xué)出版社, 2013: 274-773.

[8] 劉同法, 陳忠平, 彭繼衛(wèi). 單片機(jī)外圍接口電路與工程實(shí)踐[M]. 北京: 北京航空航天大學(xué)出版社, 2009: 139-251.

[9] 劉火良, 楊 森.STM32庫開發(fā)實(shí)戰(zhàn)指南[M].北京: 機(jī)械工業(yè)出版社, 2013: 109-248.

[10] 勾慧蘭, 劉光超. 基于STM32的最小系統(tǒng)及串口通信的實(shí)現(xiàn)[J].工業(yè)控制計(jì)算機(jī), 2012, 25(9): 26-29.

[11] 方 旭. 基于STM32處理器和PC主機(jī)的USB通信協(xié)議的實(shí)現(xiàn)[D].濟(jì)南: 山東大學(xué), 2009.

[12] 畢學(xué)卓,王媛媛,陳 潔. 無線收發(fā)模塊在公交系統(tǒng)中的應(yīng)用[J]．辦公自動(dòng)化, 2015(5): 47-49.

[13] 趙雙萍, 羅 琦. LCD/LED漢字多點(diǎn)陣字模提取[J]．微計(jì)算機(jī)信息, 2002,18(5): 55-57.

[14] 李經(jīng)達(dá). 基于鎖存驅(qū)動(dòng)方式的LED顯示屏的硬件設(shè)計(jì)[J]. 計(jì)算機(jī)應(yīng)用研究, 1995(1): 41-43.

[15] 周子琛, 申振寧. 用VB實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)與單片機(jī)的串行通信[J]. 半導(dǎo)體技術(shù), 2002,27(1): 42-44.

Wireless LED Display System Based on STM32 MCU

YUYa-nan,LIJing,ZHANGXiao-rui

(School of Information Technology and Engineering, Tianjin University of Technology and Education, Tianjin 300222, China)

Wireless LED display system is proposed. The system uses STM32 Micro Controller Unite(MCU) as its core. The display content can be set according to actual requirement. The system supports manifold combination modes of multiple LED display, and achieves a variety of information display mode. Data information coan be real-time adjusted through PC serial port. Remote transmission of data is accomplished by wireless transceiver module KYL1020U and then displays on LED. Text conversion is finished on PC in order to reduce the processing tasks of MCU. At the same time, the system can be extended to have more data information display functions. System has simple structure, small volume, light weight and convenient use. Test result shows that the system also has the real-time characteristics and high reliability, can meet users’ actual requirements.

wireless communication; micro controller unite (MCU); LED display; serial communication

2015-05-22

天津市教委科研計(jì)劃項(xiàng)目(20130404)；天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué)校級重點(diǎn)預(yù)研項(xiàng)目(KJY1303，KYQD13001)

于雅楠(1984-)，女，天津人，博士，講師，研究方向：計(jì)算機(jī)控制技術(shù)、傳感技術(shù)、精密檢測技術(shù)。

Tel.：13752430545；E-mail：jesuisyyn@126.com

TP 277

A

1006-7167(2016)05-0127-03