基于STM32的LED顯示屏信息發(fā)布系統(tǒng)

摘? 要：文章設(shè)計(jì)了一種基于STM32的LED顯示屏信息發(fā)布系統(tǒng)，該系統(tǒng)以STM32為主控制器，采用能效高、壽命長的LED顯示屏作為顯示器件，使用目前通用的4G通訊技術(shù)作為無線通訊方式。將采集到的氣象數(shù)據(jù)以及相關(guān)氣象信息通過4G通訊發(fā)送至LED顯示屏控制器，LED顯示屏控制器控制LED顯示屏顯示。既能保證信息傳遞的及時(shí)可靠，又能大大地降低人力物力的消耗。

關(guān)鍵詞：STM32、LED顯示屏、4G通訊技術(shù)

0 引言

氣象信息與人們的日常生活息息相關(guān)，如何將氣象信息及時(shí)準(zhǔn)確地送達(dá)人們的視野并指導(dǎo)人們合理的安排日常工作和生活變得尤為重要。LED以其能效高、壽命長、視角廣能特點(diǎn)應(yīng)經(jīng)被廣泛地應(yīng)用于商場、機(jī)場、銀行和道路交通等場所，并且LED顯示屏可以全天候、長時(shí)間的工作，其作為氣象信息發(fā)布擁有獨(dú)特的優(yōu)勢。

傳統(tǒng)的LED顯示屏信息發(fā)布，是通過布線來完成，或者工作人員攜帶便攜設(shè)備到現(xiàn)場通過有線連接進(jìn)行數(shù)據(jù)更新。其中前者建設(shè)成本高，后者的缺點(diǎn)在于難以做到顯示數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)更新，同時(shí)也加大了工作人員的工作量，增加了企業(yè)運(yùn)作的人力成本開支。本文設(shè)計(jì)的LED顯示屏發(fā)布系統(tǒng)解決了上述問題，該系統(tǒng)不需要太多的布線，而是采用無線通訊的方式，實(shí)現(xiàn)對顯示屏的實(shí)時(shí)控制。

LED顯示屏信息發(fā)布系統(tǒng)的控制器采用ST公司的以Cortex-M3為內(nèi)核的STM32系列產(chǎn)品作為CPU，它以Cortex-M3內(nèi)核為基礎(chǔ)，增加了高性能的外圍設(shè)備。與普通的8位單片機(jī)相比，STM32在價(jià)格、開發(fā)難度以及性價(jià)比方面都有明顯的優(yōu)勢。該系統(tǒng)具有無線遠(yuǎn)程更新程序的功能，更新程序方便快捷。

LED顯示屏信息發(fā)布系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)如圖1所示，系統(tǒng)由氣象采集器、4G通訊模塊、屏幕參數(shù)存儲模塊、LED顯示屏控制模塊、電源模塊以及遠(yuǎn)程控制中心組成。LED控制器從氣象采集器或者遠(yuǎn)程控制中心獲取需要顯示的內(nèi)容，根據(jù)屏幕參數(shù)存儲模塊設(shè)置好的顯示格式重新組織數(shù)據(jù)串，根據(jù)LED顯示屏的協(xié)議封裝協(xié)議并發(fā)送，實(shí)現(xiàn)信息的實(shí)時(shí)發(fā)布。LED控制器可以顯示的內(nèi)容有：時(shí)間、氣象數(shù)據(jù)以及文本內(nèi)容。

如圖1所示，從氣象數(shù)據(jù)源獲取的角度看，該系統(tǒng)有兩種工作方式：一種工作方式是將氣象采集器與LED控制器直接連接，LED控制器實(shí)時(shí)的從氣象采集器獲取數(shù)據(jù)，這種方式適用于氣象采集器與LED顯示屏安裝位置臨近的情況，氣象采集器與LED顯示系統(tǒng)可以通過無線的433M模塊通訊，該模塊的通訊距離一般在幾公里以內(nèi)。在這種工作方式中，可以通過4G通訊模塊實(shí)時(shí)發(fā)布天氣預(yù)報(bào)、預(yù)警信息以及通知消息等。另一種工作方式是氣象采集器將數(shù)據(jù)上報(bào)到控制中心，由控制中心統(tǒng)一調(diào)度，將氣象數(shù)據(jù)、天氣預(yù)報(bào)、預(yù)警信息以及通知消息等統(tǒng)籌安排之后，直接通過4G通訊實(shí)時(shí)地發(fā)布到LED顯示屏。

2 4G通訊模塊

4G是第四代移動信息技術(shù)的簡稱，是目前較為通用的移動信息技術(shù)。4G通信技術(shù)是在3G通信技術(shù)的基礎(chǔ)上，不斷地優(yōu)化升級、創(chuàng)新發(fā)展，因此在保留了3G通訊技術(shù)優(yōu)勢的同時(shí)，也衍生出了自身固有的特征：4G通訊技術(shù)的無線通信信號更加穩(wěn)定、數(shù)據(jù)的傳輸速率更高、兼容性更平滑、通信質(zhì)量更好。4G通訊技術(shù)有TDD-LTE和FDD-LTE兩種通信模式。

該系統(tǒng)的4G通訊模塊選用移遠(yuǎn)公司的EC20模塊，分別支持中國移動、中國聯(lián)通、中國電信的2G、3G、4G通訊，使用何種網(wǎng)絡(luò)主要取決于選用何種SIM卡以及安裝地區(qū)的網(wǎng)絡(luò)情況。STM32處理器通過RS232與4G模塊相連，通過AT命令對模塊進(jìn)行初始化并配置網(wǎng)絡(luò)連接成功之后，就可以通過TCP/IP協(xié)議實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的收發(fā)。

LED顯示屏信息發(fā)布系統(tǒng)的4G通訊模塊通訊流程如圖2所示，上電之后，對4G模塊進(jìn)行參數(shù)初始化，打開會話，建立連接之后，就可以與中心進(jìn)行正常的通訊了。此外，LED顯示屏控制器會通過心跳的方式保持TCP通道實(shí)時(shí)在線，以便保證發(fā)布信息的實(shí)時(shí)性。

3 LED顯示屏控制模塊

LED顯示屏在采購時(shí)，顯示屏的廠家通常會提供配置分析軟件，用于LED顯示屏的參數(shù)配置和信息發(fā)布。由于我們需要顯示的氣象數(shù)據(jù)信息是實(shí)時(shí)更新的，因此這種方法沒有辦法滿足我們的要求，我們需要開發(fā)一個可以實(shí)時(shí)更新顯示內(nèi)容的LED顯示屏控制器。

根據(jù)顯示需求，LED顯示屏的相關(guān)參數(shù)被存儲在了屏幕參數(shù)存儲模塊之中，包括顯示方式、顯示區(qū)域以及字體大小等。LED顯示屏初始化完成之后，LED顯示屏控制器根據(jù)預(yù)先設(shè)置好的屏幕顯示參數(shù)將顯示內(nèi)容組織好，遵照LED顯示屏的驅(qū)動協(xié)議，將顯示內(nèi)容通過RS232發(fā)送至LED顯示屏。當(dāng)顯示內(nèi)容發(fā)生變化時(shí)，控制器發(fā)送給LED顯示屏的協(xié)議串也會隨之發(fā)生變化，實(shí)現(xiàn)顯示內(nèi)容的實(shí)時(shí)更新。工作流程如圖3所示。

LED顯示屏具有分區(qū)顯示和翻頁顯示功能，可以根據(jù)用戶需求，在不同位置顯示不同內(nèi)容，如果顯示內(nèi)容較多，可以實(shí)現(xiàn)自動翻頁顯示。

4 應(yīng)用效果

如圖4所示為LED顯示屏的應(yīng)用效果，該站點(diǎn)顯示的是實(shí)時(shí)的氣象觀測數(shù)據(jù)。目前，LED顯示屏信息發(fā)布系統(tǒng)已經(jīng)被應(yīng)用在了多個站點(diǎn)。經(jīng)過驗(yàn)證，該系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定、信息發(fā)布及時(shí)可靠，大大降低了人力的介入成本。

5 結(jié)論

本文設(shè)計(jì)了一個基于STM32的LED顯示屏信息發(fā)布系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)地發(fā)布?xì)庀髷?shù)據(jù)、天氣預(yù)報(bào)、氣象預(yù)警等氣象信息。本系統(tǒng)采用目前較為通用的4G無線通訊技術(shù)，無線LED顯示屏不受地域、距離、布線的束縛，信息傳快速準(zhǔn)確，可以大大地節(jié)約人力成本。相信基于STM32的LED顯示屏信息發(fā)布系統(tǒng)將會給氣象信息發(fā)布帶來極大的便利。

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作者簡介：李雅君（1988-），女，漢族，河北省滄州市海興縣人，天津大學(xué)，碩士研究生，工程師，主要從事工作：氣象采集器、設(shè)施農(nóng)業(yè)、通訊技術(shù)等的設(shè)備研發(fā)