基于大學(xué)生創(chuàng)新實(shí)踐的Wi—Fi和4G網(wǎng)絡(luò)智控LED顯示系統(tǒng)

李宇鴻 韓麗麗 馬文婷 于澤

摘要：基于Wi-Fi和4G網(wǎng)絡(luò)的智控LED顯示系統(tǒng)是LED顯示領(lǐng)域面向信息化、智能化發(fā)展的產(chǎn)物，整套系統(tǒng)以STM8單片機(jī)為核心，近程以Wi-Fi作為媒介，遠(yuǎn)程以4G網(wǎng)絡(luò)作為媒介，實(shí)現(xiàn)對(duì)多塊LED全方位無(wú)線智控以及信息傳輸?shù)墓δ堋?/p>

關(guān)鍵詞：智控LED顯示系統(tǒng)；Wi-Fi；4G網(wǎng)絡(luò)；無(wú)線信息傳輸；遠(yuǎn)程控制

中圖分類號(hào)：TP37 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-9416（2018）07-0180-02

1 系統(tǒng)背景

隨著“共享+”概念的流行，共享單車等越來(lái)越多承載著共享概念的事物應(yīng)運(yùn)而生，而在當(dāng)下的這個(gè)信息化時(shí)代，共享信息也變得尤為重要[1-2]。在線下，信息共享更多的是依賴于LED[3]。體育場(chǎng)、機(jī)場(chǎng)等公共場(chǎng)所，LED顯示屏無(wú)處不在[4-5]。隨著LED的迅猛發(fā)展，其暴露出的問(wèn)題日漸明顯，繁瑣的控制與操作方式使得LED的發(fā)展受到很大程度的限制[6]。

2 系統(tǒng)整體概述

系統(tǒng)以STM8單片機(jī)為核心，將兩個(gè)串口分別連接插入SIM卡的4G模塊和Wi-Fi模塊，用于接收手機(jī)的4G信號(hào)和路由器的寬帶網(wǎng)絡(luò)。收到的信號(hào)傳輸?shù)絃ED驅(qū)動(dòng)，由漢字庫(kù)及轉(zhuǎn)換電路組成的LED驅(qū)動(dòng)控制LED顯示。可實(shí)現(xiàn)LED上漢字以及圖片的顯示；加入倒計(jì)時(shí)以及時(shí)鐘電路，由STM8單片機(jī)控制實(shí)現(xiàn)倒計(jì)時(shí)以及時(shí)鐘的功能。

3 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)

系統(tǒng)LED顯示原理如圖1所示。該電路利用了由8 個(gè)點(diǎn)陣LED 顯示單元組成的16*32 顯示屏。

3.1 LED顯示系統(tǒng)設(shè)計(jì)

LED顯示部分主要包括三大模塊：LED驅(qū)動(dòng)模塊、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊和無(wú)線收發(fā)模塊[7-9]。如圖2所示。

3.2 LED顯示屏參數(shù)

本團(tuán)隊(duì)采用單塊屏作為展示。其室內(nèi)可視角度大于160度， 工作電壓低（僅1.2～4.0V），能主動(dòng)發(fā)光具有足夠亮度（大于2000mcd/m2），且亮度易用電壓調(diào)節(jié)，耐沖擊、抗振動(dòng)[9]。

3.3 4G模塊

為滿足遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性與穩(wěn)定性需求，本團(tuán)隊(duì)選擇華為ME909S-821與STM8相連接作為遠(yuǎn)程通訊模塊。該模塊除了支持 FDD LTE/TD-LTE兩種LTE制式外，還向下兼容2G/3G，支持TD-SCDMA/DC-HSPA等頻段，使得信號(hào)接收的質(zhì)量與穩(wěn)定性得到良好的保障[10-12]。

3.4 Wi-Fi模塊

ESP8266_wifi模塊通過(guò)TCP/IP協(xié)議與上位機(jī)進(jìn)行透?jìng)魍ㄓ崳瑑?nèi)為32位MCU，不管是反應(yīng)速度還是時(shí)效性都可以得到很好的保證[13]。除此之外，在聯(lián)機(jī)方面Wi-Fi速度相對(duì)較快，能夠無(wú)需網(wǎng)橋直接接入互聯(lián)網(wǎng)，而且可以無(wú)縫與上位機(jī)進(jìn)行通信。

4 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

4.1 基于4G網(wǎng)絡(luò)的遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

基于4G網(wǎng)絡(luò)的遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)由上位機(jī)和下位機(jī)兩部分組成。一個(gè)上位機(jī)對(duì)應(yīng)多個(gè)下位機(jī)，運(yùn)行安卓或iOS操作系統(tǒng)的手機(jī)移動(dòng)端通過(guò)4G網(wǎng)絡(luò)對(duì)應(yīng)控制不同型號(hào)、區(qū)域的多LED顯示屏，實(shí)現(xiàn)多LED同時(shí)顯示的功能。

4.2 基于Wi-Fi無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的近程控制系統(tǒng)

基于Wi-Fi無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的近程控制系統(tǒng)大致分為三個(gè)部分——手機(jī)、無(wú)線路由器和多LED顯示屏。手機(jī)將LED顯示屏上所需的文字或圖片信息通過(guò)某一特定路由器中轉(zhuǎn)，憑借發(fā)出的寬帶網(wǎng)絡(luò)傳送到多LED顯示屏上。

5 軟件設(shè)計(jì)

上位機(jī)部分的設(shè)計(jì)主要是App設(shè)計(jì)，手機(jī)的App設(shè)計(jì)一方面涉及到手機(jī)對(duì)多LED顯示屏的遠(yuǎn)程控制以及信息傳輸，另一方面涉及到硬件的功能實(shí)現(xiàn)。設(shè)計(jì)開發(fā)環(huán)境為Android Studio，通過(guò)人機(jī)交互界面操作，實(shí)現(xiàn)對(duì)通信參數(shù)的設(shè)置和顯示方式的設(shè)置[14-15]。

6 系統(tǒng)安裝與調(diào)試

使用手機(jī)中的App將要修改的信息通過(guò)Wi-Fi以及4G網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到LED顯示屏中，LED顯示屏可精確顯示輸入的文字或圖片信息，經(jīng)過(guò)多次調(diào)試，100米以內(nèi)可實(shí)現(xiàn)Wi-Fi的無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸及智控，大于100米時(shí)可通過(guò)4G網(wǎng)絡(luò)對(duì)LED顯示屏進(jìn)行遠(yuǎn)程控制。

7 結(jié)語(yǔ)

本團(tuán)隊(duì)搭建了一款基于STM8的Wi-Fi和4G網(wǎng)絡(luò)智控LED顯示系統(tǒng)。運(yùn)用STM8單片機(jī)，使系統(tǒng)具有運(yùn)行速度快、節(jié)能、性價(jià)比高等特點(diǎn)；與Wi-Fi接收模塊和4G模塊相連，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用方便、快捷。該系統(tǒng)在極大程度上滿足了用戶對(duì)LED顯示系統(tǒng)的實(shí)際使用需求。

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