基于STM32的智能廣告系統(tǒng)設(shè)計(jì)

姚江云 張華宇 聶臻 湯金鎰

摘 要：本項(xiàng)目設(shè)計(jì)了一款基于嵌入式硬件平臺(tái)的智能廣告系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要由主控芯片STM32F103VET6、智能液晶串口屏、SD卡存儲(chǔ)器、電源、按鍵等部件構(gòu)成，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)三大類廣告內(nèi)容進(jìn)行有序播放或選擇性播放。硬件方面，主要通過(guò)STM32F103VET6主控芯片的串口控制傳輸指令對(duì)顯示器SD卡內(nèi)部?jī)?chǔ)存的廣告視頻及圖片進(jìn)行播放和切換，以達(dá)到廣告系統(tǒng)智能控制的目的;軟件方面，通過(guò)C語(yǔ)言進(jìn)行模塊化編程設(shè)計(jì)。經(jīng)過(guò)測(cè)試，該系統(tǒng)最終完成顯示器的操控，能實(shí)現(xiàn)廣告內(nèi)容的流暢播放與切換，且運(yùn)行穩(wěn)定。

關(guān)鍵詞：廣告系統(tǒng);嵌入式;串口屏

Abstract： An intelligent advertising system based on embedded hardware platform was designed in this project. The system is mainly composed of the main control chip STM32F103VET6， intelligent LCD serial screen， SD card memory. power supply， buttons and other components， which can realize the orderly or selective play of three kinds of advertising contents. In hardware aspect， the video and pictures stored in SD card of display are played and switched by serial port control transmission instruction of STM32F103VET6 main control chip， so as to achieve the purpose of intelligent control of the advertising system. In software aspect， modular programming is designed by C language. After testing. the system finally completes the control of the display， can smoothly realize the broadcast and switching of advertising content， and runs stably.

Keywords： advertising system; embedded; serial screen

隨著經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，商業(yè)經(jīng)濟(jì)突顯出越來(lái)越重要的作用，其中用來(lái)刺激消費(fèi)者的商業(yè)廣告也越來(lái)越被各廠商所重視[1]。目前，國(guó)內(nèi)商業(yè)廣告的投放形式仍十分粗略，主要集中在海報(bào)、廣告牌等模式，類似的廣告模式只能對(duì)消費(fèi)者起到一定的提醒作用，并不能起到關(guān)鍵性作用，存在效率低、成本高、信息量少、互動(dòng)性弱等缺點(diǎn)。隨著信息化、智能化時(shí)代的到來(lái)，在國(guó)外，有的廣告系統(tǒng)能根據(jù)消費(fèi)者的興趣播放對(duì)應(yīng)的廣告[2];有的廣告系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)信息查詢或語(yǔ)音互動(dòng)等功能，具有共享性、互動(dòng)性的特點(diǎn)[3]。

本項(xiàng)目設(shè)計(jì)了一款基于嵌入式硬件平臺(tái)的智能廣告系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了將多種廣告內(nèi)容集成于同一系統(tǒng)內(nèi)，可以進(jìn)行各種廣告內(nèi)容的輪流循環(huán)播放，也可以對(duì)廣告大類進(jìn)行選擇性播放，所有廣告內(nèi)容畫(huà)面清晰、語(yǔ)音流暢，觀看體驗(yàn)較好。該廣告系統(tǒng)具有信息量大、交互性好、成本低的特點(diǎn)，為廣告系統(tǒng)的智能化開(kāi)發(fā)奠定了基礎(chǔ)。

1 系統(tǒng)整體方案設(shè)計(jì)

該廣告系統(tǒng)主要包括STM32F103VET6主控板、工業(yè)串口屏幕、電源、按鍵等元件，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。該系統(tǒng)主要播放三大類廣告，包括城市發(fā)展宣傳類廣告、汽車品牌及企業(yè)發(fā)展宣傳類廣告、技術(shù)團(tuán)隊(duì)宣傳類廣告。其廣告模式分為兩種：在無(wú)人操作的模式下可以按設(shè)定的順序輪流播放三大類廣告，也可以手動(dòng)選擇播放某一類廣告。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

2.1 主控芯片選型及電路設(shè)計(jì)

廣告系統(tǒng)的主控板電路是系統(tǒng)的核心部件，在選型過(guò)程中，應(yīng)首先考慮芯片的性能是否滿足系統(tǒng)設(shè)計(jì)需求，其次要考慮系統(tǒng)的可擴(kuò)展性、成本、耐用性、操作性等因素。

本項(xiàng)目選擇內(nèi)部資源多、運(yùn)行速度快的STM32系列單片機(jī)作為主控芯片，具體型號(hào)為STM32F103VET6。STM32F103VET6是ST廠推出的基于Cortex-M3內(nèi)核的STM32系列單片機(jī)，最高工作頻率為72 MHz，1.25 DMips/MHz，在外設(shè)方面，具有1 μs的雙12位ADC，4 Mbit/s的UART，18 Mbit/s的SPI等[4-5]。本設(shè)計(jì)主要用到STM32F103VET6芯片的按鍵功能、指示燈（LED）功能、串口通信功能等，該芯片可以從外部存儲(chǔ)器（SD卡）讀取、解碼和輸出音頻信號(hào)。圖2為按鍵模塊、指示燈模塊及串口模塊的電路圖。

①按鍵模塊：進(jìn)行相關(guān)GPIO（General-purpose input/output，通用型之輸入輸出）端口的初始化和使能;配置好相對(duì)應(yīng)的引腳，并設(shè)置循環(huán)點(diǎn)擊函數(shù)，以確保圖片（KEY2）和視頻循環(huán)播放（KEY1）;還要設(shè)置停止退出按鍵（KEY4），手動(dòng)停止并退出到初始界面（圖片0），按鍵KEY3為預(yù)留功能。

②指示燈模塊：LED2為視頻播放提示燈，按鍵奇數(shù)次點(diǎn)擊為亮（高電平），按鍵偶數(shù)次點(diǎn)擊為滅（低電平）;LED3為圖片播放指示燈，按鍵奇數(shù)次點(diǎn)擊為亮（高電平），按鍵偶數(shù)次點(diǎn)擊為滅（低電平）;LED4為視頻停止退出按鍵指示燈，視頻停止信號(hào)發(fā)出后亮起;LED5為預(yù)留功能。

③串口模塊：先配置GPIO端口的初始化和使能，再根據(jù)串口屏的傳輸協(xié)議來(lái)編寫(xiě)串口傳輸程序;規(guī)定好字符串的位數(shù)和指令符號(hào)，并設(shè)置循環(huán)函數(shù)，即從0開(kāi)始自加，到最后一張圖片和視頻時(shí)，清零并返回至0，同時(shí)計(jì)算校驗(yàn)值。

2.2 顯示屏的選型及電路設(shè)計(jì)

顯示屏作為廣告內(nèi)容的主要展示工具，在觀看體驗(yàn)上起著決定性作用，需要綜合考慮性能、尺寸、成本。本設(shè)計(jì)選擇10寸（約33 cm）智能液晶串口屏。該屏幕分辨率為1 024×600（H×V），支持RS232、TTL、485三個(gè)通信協(xié)議，擁有30多種組態(tài)控件，可對(duì)圖形進(jìn)行自由編輯。其具有完善的人機(jī)交互功能，工業(yè)級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，支持ESD EMI測(cè)試。在本設(shè)計(jì)中，串口屏應(yīng)用的主要功能有圖片及視頻的存儲(chǔ)（SD卡）、播放等功能。

系統(tǒng)整體功能的實(shí)現(xiàn)步驟如下：第一，廣告素材的準(zhǔn)備。其中，圖片必須是BMP格式，且分辨率必須與屏幕保持一致;視頻必須為MP3格式。第二，廣告素材的存儲(chǔ)。將準(zhǔn)備好的SD卡進(jìn)行格式化，選好32FAT格式，并創(chuàng)建HMI_SET文件夾，然后將廣告素材存入該文件夾。第三，廣告素材的編輯。在上位機(jī)（模擬器）中對(duì)廣告素材進(jìn)行編輯，主要包括圖片和視頻兩方面。在菜單欄生成配置選項(xiàng)中從0開(kāi)始（初始界面），將圖片依次編號(hào)，生成相關(guān)文件;進(jìn)行視頻素材編輯時(shí)，要對(duì)屏幕固件進(jìn)行升級(jí)，將固件程序“boot.bin”拷貝到SD卡根目錄下的HMI_SET文件夾中，插卡后上電，固件自動(dòng)完成升級(jí)，SD卡要求容量不大于32 GB。把設(shè)定好的視頻進(jìn)行排序（從0開(kāi)始），放入SD卡HMI_SET文件夾里。所有文件下載完成后，斷電重啟屏幕。第四，廣告素材數(shù)據(jù)的傳輸。將配置好的圖片及其他參數(shù)文件（13.bin，14.bin）以及排好序的視頻文件一并放入SD卡內(nèi)，開(kāi)機(jī)前插入屏幕中;等待其數(shù)據(jù)載入完成便可進(jìn)行操作;運(yùn)用STM32的串口傳輸技術(shù)通過(guò)編寫(xiě)程序來(lái)控制視頻和圖片的播放和切換，最終以按鍵的形式體現(xiàn)出來(lái)。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

本項(xiàng)目軟件編程采用C語(yǔ)言進(jìn)行程序開(kāi)發(fā)，編譯環(huán)境為Keil uVision5。視頻文件和音頻文件適用后綴為MP4。系統(tǒng)的主要工作流程為：將需要播放的廣告導(dǎo)入主控芯片中，判斷廣告是在下載序列還是播放序列，若是在播放序列，直接播放即可，若是在下載序列，待下載完成后再進(jìn)行播放。此外，也可以通過(guò)按鍵選擇播放模式，模式1為輪流播放三大類廣告，模式2為具體選擇某一類廣告。具體程序流程如圖3所示。

程序分為以下幾個(gè)部分：主函數(shù)、按鍵、LED指示燈、定時(shí)器2、串口1、系統(tǒng)延時(shí)、系統(tǒng)時(shí)鐘等子功能模塊。

主函數(shù)：快速調(diào)用其他功能模塊。

按鍵：先預(yù)先設(shè)置按鍵按下的數(shù)值、彈起的數(shù)值、上一次按鍵的數(shù)值（都設(shè)置為0）;規(guī)定用到的I/O端口，設(shè)定推挽輸出模式，I/O口時(shí)鐘響應(yīng)頻率為50 MHz，設(shè)定浮空輸入模式;設(shè)置按鍵響應(yīng)時(shí)間10 ms;按鍵掃描，定時(shí)10 ms執(zhí)行一次。

定時(shí)器2：設(shè)定中斷優(yōu)先級(jí)3級(jí)，使能模式開(kāi)啟;定時(shí)器周期10 ms，定時(shí)器2時(shí)鐘為72 MHz;重復(fù)計(jì)數(shù)初值設(shè)為0;設(shè)置定時(shí)時(shí)間、定時(shí)檔位：1 ms、10 ms、100 ms、500 ms、1 s、3 s、3 min。

串口傳輸：定義_sys_exit（），以避免使用半主機(jī)模式;重定義fputc函數(shù);設(shè)定循環(huán)函數(shù)，循環(huán)發(fā)送，直到發(fā)送完畢;接收緩存，接收標(biāo)志設(shè)定。

傳輸參數(shù)設(shè)置：波特率設(shè)置為115 200;數(shù)據(jù)位8位，停止位1位，無(wú)校驗(yàn)位，無(wú)硬件流控，收發(fā)模式，配置串口參數(shù)。

數(shù)據(jù)、字符、字符串傳輸接收設(shè)置：接收緩存，接收計(jì)數(shù)，接收標(biāo)志位（都從0開(kāi)始），清除標(biāo)志位，判斷接受的數(shù)據(jù)指令頭是否正確;開(kāi)始接收，將接收到的一個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)存入，接收緩存，接收完成，計(jì)算校驗(yàn)。

4 系統(tǒng)功能調(diào)試

把屏幕與主控板連接起來(lái)，用設(shè)定好的控制程序和制定控件進(jìn)行信息傳輸與反饋。

在調(diào)試過(guò)程中遇到的主要問(wèn)題及解決措施為：第一，屏幕在播放并切換視頻時(shí)，如果持續(xù)高頻點(diǎn)擊，會(huì)出現(xiàn)卡死的情況，必須重新上電復(fù)位。解決方案為點(diǎn)擊一次播放視頻按鍵，再點(diǎn)擊一次停止退出按鍵，這樣能有效避免出現(xiàn)上述情況。第二，由于電源是外部供給，所以必須達(dá)到限定的電壓和電流。為此，本設(shè)計(jì)舍棄了USB供電，采用12 V電源適配器進(jìn)行供電。

5 結(jié)語(yǔ)

本研究以增強(qiáng)設(shè)備靈活性、豐富廣告內(nèi)容、提高廣告效益、降低廣告成本為目標(biāo)，提出基于嵌入式硬件平臺(tái)的智能廣告系統(tǒng)設(shè)計(jì)。該系統(tǒng)以STM32系列單片機(jī)STM32F103VET6為核心控制器，以10寸（約33 cm）智能液晶串口屏作為顯示設(shè)備，通過(guò)串口控制傳輸指令對(duì)顯示器SD卡內(nèi)部?jī)?chǔ)存的廣告視頻及圖片進(jìn)行播放和切換，以達(dá)到廣告系統(tǒng)智能控制的目的，對(duì)智能廣告系統(tǒng)的設(shè)計(jì)具有一定的參考意義。經(jīng)過(guò)測(cè)評(píng)和問(wèn)卷調(diào)查發(fā)現(xiàn)，本系統(tǒng)控制下的廣告觀看率和點(diǎn)擊率略高于傳統(tǒng)廣告牌。

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