基于STM32單片機的無線LED消息顯示系統

于雅楠， 李 靖， 張曉蕊

(天津職業技術師范大學 信息技術工程學院， 天津 300222)

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基于STM32單片機的無線LED消息顯示系統

于雅楠， 李 靖， 張曉蕊

(天津職業技術師范大學 信息技術工程學院， 天津 300222)

以STM32單片機為核心，根據實際使用要求對LED顯示器內容進行設置，并支持多塊LED顯示器的任意組合與拼接，實現多種信息顯示方式。數據信息通過PC機串口通信進行實時調整，由無線收發模塊KYL1020U完成遠距離傳輸，并顯示在LED顯示器上。系統將字模轉換部分放在PC端，減輕了單片機端的處理任務，同時系統可以擴展更多的數據信息顯示功能。系統結構簡單，體積小，重量輕，使用方便，測試結果表明該系統具有實時性與高可靠性等特點，能夠滿足用戶的實際需求。

無線通信； 單片機； LED顯示器； 串口通信

0 引 言

隨著科技的發展，LED顯示屏已經逐步取代紙質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節[1-2]。本文以單片機技術為核心，開發基于無線通信協議的LED消息顯示系統，使得智能控制與辦公自動化成為可能。

系統綜合采用無線數據傳輸、USB串口通信、點陣控制顯示等技術，可實現LED點陣顯示屏對消息的實時顯示，并能提供多種顯示方式。首先在上位機進行消息內容的字符碼轉換，并通過USB端口與發送端進行通信，發送端通過無線模塊將數據發送至遠程接收端，接收端通過LED點陣顯示屏顯示PC機所發送的信息。另外，系統可根據實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間、藍牙模塊用于無線收發數據、溫濕度感應模塊用于顯示溫濕度等。本系統主要用于宣傳、公告、消息發布、信息展示等功能，可應用于銀行、郵電、稅務、醫院、機場、車站、證券市場、電力、海關、體育場等各種場所中。

1 整體框架

系統以STM32單片機為核心，根據實際要求對LED顯示器內容進行編輯與調整，并支持多塊LED顯示器的任意組合與拼接。

單片機根據程序指令控制外圍器件，即LED顯示器。LED顯示的內容由無線收發模塊進行遠程通信，脫離了傳統依靠數據線路通信方式的限制，可進行自由交互式的數據傳遞。該技術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方式，采用上位機程序實時轉換漢字成字符碼并傳輸至顯示終端的方式，達到顯示多種字體和文字的效果。系統的整體框架如圖1所示。

圖1 系統整體框架圖

2 硬件電路設計

系統LED顯示部分電路原理如圖2所示。該電路利用了16×16的LED點陣顯示方法，并在此基礎上改進為16×64的點陣顯示。

圖2 LED原理圖

2.1 LED顯示部分結構圖

LED顯示部分主要包括三大模塊：LED顯示器、單片機模塊[3-6]和無線收發模塊。無線收發模塊基于無線通信協議和串口協議將上位機發送過來的數據傳遞給單片機，單片機處理接收到的數據后，依次交由LED顯示器進行顯示[7-9]。LED顯示部分結構見圖3。

圖3 LED顯示部分結構圖

2.2 LED顯示器參數

系統選用的點陣屏如圖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GPIO便可驅動。

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

作為LED顯示器的驅動，在單片機STM32[10-11]基礎上增加了無線模塊。

本控制端主控使用增強型STM32F103單片機，時鐘頻率達到72 MHz，是同類產品中性能最高的產品。功耗低，內置32 k到128 k的閃存，時鐘頻率72 MHz時，從閃存執行代碼。運行速度快，可拓展性為后期的升級提供了更便捷的方式。

2.4 無線收發模塊

系統選用KYL1020U無線收發模塊，與單片機采用異步通信接口連接。該無線收發模塊主要負責完成數據的遠程通信，通信選用ISM頻段，無需申請。無線模塊體積小、功耗低、穩定性和可靠性極高，能方便為用戶提供雙向的數據信號傳輸、檢測和控制[12]。模塊標準配置提供8個信道，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 無線收發模塊 圖7 無線引腳圖

圖6 無線收發模塊 圖7 無線引腳圖

在無線模塊引腳圖中共有9個引腳，其中引腳1接電源地；引腳2接直流電源3～5 V；引腳3為數據接收端RXD口，連接處理器的數據發送引腳P3.1；引腳4為無線數據發送端TXD口，連接單片機的數據接收口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為無線數據發送端口，在本系統設計中懸空處理；引腳7為無線數據接收端口，在本系統設計中懸空處理；引腳8為無線SLEEP口，用于休眠控制模式，可置低電平或將該引腳懸空；引腳9為無線TEST口，用于無線傳輸的內部調試。

3 系統軟件設計

3.1 系統工作流程圖

無線LED消息顯示系統PC端VB程序[13-15]的頂層數據流程如圖8所示。

圖8 頂層數據流程圖

首先，進行串口的參數設定以及初始化，在文本框內輸入漢字數據，打開串口并發送轉換后的字符碼。如果打開串口失敗或文本框出現數字、字母或未輸入漢字，則提示重新輸入或設置。

3.2 系統功能模塊圖

無線LED消息顯示系統的功能模塊如圖9所示，其中包括串口設置模塊、數據輸入模塊以及數據發送模塊。

圖9 系統功能模塊圖

串口設置模塊的主要功能為設置端口號和波特率。數據輸入模塊的主要功能為輸入漢字數據。數據發送模塊的主要功能有：① 打開串口并檢測串口是否已經打開；② 判斷輸入數據是否為字母或數字；③ 發送字模數據。

4 系統安裝與調試

測試階段，單片機通電進行系統調試。使用USB接口將無線接收端插在PC機上，打開用戶端發送界面。使用時首先選擇串口號，再在發送區輸入中文字符，點擊發送，等待數秒后，硬件部分就會顯示出相應的發送區內容。在下次輸入文字內容前點擊停止，硬件部分則停止顯示，之后可再次發送其他內容。

5 結 語

無線傳輸技術減少了電纜布線和消息更換時的人工操作環節，采用上位機程序實時將漢字轉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方式，縮短了系統設置與檢測周期，并具有顯示多種字體的效果。

本文搭建了基于STM32單片機的無線LED消息顯示系統，并完成了系統的整體調試。使用STM32單片機，使系統具有運算速度快、任務處理能力強、可拓展等特點。使用KYL-1020U無線通信模塊套件，使系統具有遠距離傳輸、便于更換、傳輸速度快等特點。系統結構簡單，使用方便，具有實時性與高可靠性等特點，能夠滿足用戶實際使用要求。

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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

天津市教委科研計劃項目(20130404)；天津職業技術師范大學校級重點預研項目(KJY1303，KYQD13001)

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

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

TP 277

A

1006-7167(2016)05-0127-03