基于STM32单片机的无线LED消息显示系统

于雅楠， 李 靖， 张晓蕊

(天津职业技术师范大学 信息技术工程学院， 天津 300222)



基于STM32单片机的无线LED消息显示系统

于雅楠， 李 靖， 张晓蕊

(天津职业技术师范大学 信息技术工程学院， 天津 300222)

以STM32单片机为核心，根据实际使用要求对LED显示器内容进行设置，并支持多块LED显示器的任意组合与拼接，实现多种信息显示方式。数据信息通过PC机串口通信进行实时调整，由无线收发模块KYL1020U完成远距离传输，并显示在LED显示器上。系统将字模转换部分放在PC端，减轻了单片机端的处理任务，同时系统可以扩展更多的数据信息显示功能。系统结构简单，体积小，重量轻，使用方便，测试结果表明该系统具有实时性与高可靠性等特点，能够满足用户的实际需求。

无线通信； 单片机； LED显示器； 串口通信

0 引 言

随着科技的发展，LED显示屏已经逐步取代纸质广告成为新媒体的主要载体，而老式的U盘传输或有线传输方式显得颇为繁琐，不可避免地增加人工操作的环节[1-2]。本文以单片机技术为核心，开发基于无线通信协议的LED消息显示系统，使得智能控制与办公自动化成为可能。

系统综合采用无线数据传输、USB串口通信、点阵控制显示等技术，可实现LED点阵显示屏对消息的实时显示，并能提供多种显示方式。首先在上位机进行消息内容的字符码转换，并通过USB端口与发送端进行通信，发送端通过无线模块将数据发送至远程接收端，接收端通过LED点阵显示屏显示PC机所发送的信息。另外，系统可根据实际需求增加其他功能模块，例如GPS全球定位模块用于显示位置和时间、蓝牙模块用于无线收发数据、温湿度感应模块用于显示温湿度等。本系统主要用于宣传、公告、消息发布、信息展示等功能，可应用于银行、邮电、税务、医院、机场、车站、证券市场、电力、海关、体育场等各种场所中。

1 整体框架

系统以STM32单片机为核心，根据实际要求对LED显示器内容进行编辑与调整，并支持多块LED显示器的任意组合与拼接。

单片机根据程序指令控制外围器件，即LED显示器。LED显示的内容由无线收发模块进行远程通信，脱离了传统依靠数据线路通信方式的限制，可进行自由交互式的数据传递。该技术减少了电缆布线和撤换等人工操作。取消显示终端字库固化的传统方式，采用上位机程序实时转换汉字成字符码并传输至显示终端的方式，达到显示多种字体和文字的效果。系统的整体框架如图1所示。

图1 系统整体框架图

2 硬件电路设计

系统LED显示部分电路原理如图2所示。该电路利用了16×16的LED点阵显示方法，并在此基础上改进为16×64的点阵显示。

图2 LED原理图

2.1 LED显示部分结构图

LED显示部分主要包括三大模块：LED显示器、单片机模块[3-6]和无线收发模块。无线收发模块基于无线通信协议和串口协议将上位机发送过来的数据传递给单片机，单片机处理接收到的数据后，依次交由LED显示器进行显示[7-9]。LED显示部分结构见图3。

图3 LED显示部分结构图

2.2 LED显示器参数

系统选用的点阵屏如图4和图5所示，单块屏尺寸为30.4 cm×7.5 cm，工作电压5 V，使用上线约为5.3 V，LED显示屏接口使用8个GPIO便可驱动。

图4 LED显示器正面

图5 LED显示器背面及组成

2.3 STM32单片机

作为LED显示器的驱动，在单片机STM32[10-11]基础上增加了无线模块。

本控制端主控使用增强型STM32F103单片机，时钟频率达到72 MHz，是同类产品中性能最高的产品。功耗低，内置32 k到128 k的闪存，时钟频率72 MHz时，从闪存执行代码。运行速度快，可拓展性为后期的升级提供了更便捷的方式。

2.4 无线收发模块

系统选用KYL1020U无线收发模块，与单片机采用异步通信接口连接。该无线收发模块主要负责完成数据的远程通信，通信选用ISM频段，无需申请。无线模块体积小、功耗低、稳定性和可靠性极高，能方便为用户提供双向的数据信号传输、检测和控制[12]。模块标准配置提供8个信道，满足用户多种通信组合方式的需要，并且传输速率与接口波特率成正比。无线收发模块如图6所示，其无线引脚电路如图7所示。

图6 无线收发模块 图7 无线引脚图

图6 无线收发模块 图7 无线引脚图

在无线模块引脚图中共有9个引脚，其中引脚1接电源地；引脚2接直流电源3～5 V；引脚3为数据接收端RXD口，连接处理器的数据发送引脚P3.1；引脚4为无线数据发送端TXD口，连接单片机的数据接收口P3.0口；引脚5为无线模块的信号地GND，此引脚可悬空或接电源地；引脚6为无线数据发送端口，在本系统设计中悬空处理；引脚7为无线数据接收端口，在本系统设计中悬空处理；引脚8为无线SLEEP口，用于休眠控制模式，可置低电平或将该引脚悬空；引脚9为无线TEST口，用于无线传输的内部调试。

3 系统软件设计

3.1 系统工作流程图

无线LED消息显示系统PC端VB程序[13-15]的顶层数据流程如图8所示。

图8 顶层数据流程图

首先，进行串口的参数设定以及初始化，在文本框内输入汉字数据，打开串口并发送转换后的字符码。如果打开串口失败或文本框出现数字、字母或未输入汉字，则提示重新输入或设置。

3.2 系统功能模块图

无线LED消息显示系统的功能模块如图9所示，其中包括串口设置模块、数据输入模块以及数据发送模块。

图9 系统功能模块图

串口设置模块的主要功能为设置端口号和波特率。数据输入模块的主要功能为输入汉字数据。数据发送模块的主要功能有：① 打开串口并检测串口是否已经打开；② 判断输入数据是否为字母或数字；③ 发送字模数据。

4 系统安装与调试

测试阶段，单片机通电进行系统调试。使用USB接口将无线接收端插在PC机上，打开用户端发送界面。使用时首先选择串口号，再在发送区输入中文字符，点击发送，等待数秒后，硬件部分就会显示出相应的发送区内容。在下次输入文字内容前点击停止，硬件部分则停止显示，之后可再次发送其他内容。

5 结 语

无线传输技术减少了电缆布线和消息更换时的人工操作环节，采用上位机程序实时将汉字转换成字符码并传输至显示终端，取消字库固化在显示终端的传统方式，缩短了系统设置与检测周期，并具有显示多种字体的效果。

本文搭建了基于STM32单片机的无线LED消息显示系统，并完成了系统的整体调试。使用STM32单片机，使系统具有运算速度快、任务处理能力强、可拓展等特点。使用KYL-1020U无线通信模块套件，使系统具有远距离传输、便于更换、传输速度快等特点。系统结构简单，使用方便，具有实时性与高可靠性等特点，能够满足用户实际使用要求。

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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

天津市教委科研计划项目(20130404)；天津职业技术师范大学校级重点预研项目(KJY1303，KYQD13001)

于雅楠(1984-)，女，天津人，博士，讲师，研究方向：计算机控制技术、传感技术、精密检测技术。

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

TP 277

A

1006-7167(2016)05-0127-03