基于大学生创新实践的Wi—Fi和4G网络智控LED显示系统

李宇鸿 韩丽丽 马文婷 于泽

摘要：基于Wi-Fi和4G网络的智控LED显示系统是LED显示领域面向信息化、智能化发展的产物，整套系统以STM8单片机为核心，近程以Wi-Fi作为媒介，远程以4G网络作为媒介，实现对多块LED全方位无线智控以及信息传输的功能。

关键词：智控LED显示系统；Wi-Fi；4G网络；无线信息传输；远程控制

中图分类号：TP37 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2018）07-0180-02

1 系统背景

随着“共享+”概念的流行，共享单车等越来越多承载着共享概念的事物应运而生，而在当下的这个信息化时代，共享信息也变得尤为重要[1-2]。在线下，信息共享更多的是依赖于LED[3]。体育场、机场等公共场所，LED显示屏无处不在[4-5]。随着LED的迅猛发展，其暴露出的问题日渐明显，繁琐的控制与操作方式使得LED的发展受到很大程度的限制[6]。

2 系统整体概述

系统以STM8单片机为核心，将两个串口分别连接插入SIM卡的4G模块和Wi-Fi模块，用于接收手机的4G信号和路由器的宽带网络。收到的信号传输到LED驱动，由汉字库及转换电路组成的LED驱动控制LED显示。可实现LED上汉字以及图片的显示；加入倒计时以及时钟电路，由STM8单片机控制实现倒计时以及时钟的功能。

3 系统硬件电路设计

系统LED显示原理如图1所示。该电路利用了由8 个点阵LED 显示单元组成的16*32 显示屏。

3.1 LED显示系统设计

LED显示部分主要包括三大模块：LED驱动模块、数据存储模块和无线收发模块[7-9]。如图2所示。

3.2 LED显示屏参数

本团队采用单块屏作为展示。其室内可视角度大于160度， 工作电压低（仅1.2～4.0V），能主动发光具有足够亮度（大于2000mcd/m2），且亮度易用电压调节，耐冲击、抗振动[9]。

3.3 4G模块

为满足远程控制系统的实时性与稳定性需求，本团队选择华为ME909S-821与STM8相连接作为远程通讯模块。该模块除了支持 FDD LTE/TD-LTE两种LTE制式外，还向下兼容2G/3G，支持TD-SCDMA/DC-HSPA等频段，使得信号接收的质量与稳定性得到良好的保障[10-12]。

3.4 Wi-Fi模块

ESP8266_wifi模块通过TCP/IP协议与上位机进行透传通讯，内为32位MCU，不管是反应速度還是时效性都可以得到很好的保证[13]。除此之外，在联机方面Wi-Fi速度相对较快，能够无需网桥直接接入互联网，而且可以无缝与上位机进行通信。

4 系统设计

4.1 基于4G网络的远程控制系统设计

基于4G网络的远程控制系统由上位机和下位机两部分组成。一个上位机对应多个下位机，运行安卓或iOS操作系统的手机移动端通过4G网络对应控制不同型号、区域的多LED显示屏，实现多LED同时显示的功能。

4.2 基于Wi-Fi无线网络的近程控制系统

基于Wi-Fi无线网络的近程控制系统大致分为三个部分——手机、无线路由器和多LED显示屏。手机将LED显示屏上所需的文字或图片信息通过某一特定路由器中转，凭借发出的宽带网络传送到多LED显示屏上。

5 软件设计

上位机部分的设计主要是App设计，手机的App设计一方面涉及到手机对多LED显示屏的远程控制以及信息传输，另一方面涉及到硬件的功能实现。设计开发环境为Android Studio，通过人机交互界面操作，实现对通信参数的设置和显示方式的设置[14-15]。

6 系统安装与调试

使用手机中的App将要修改的信息通过Wi-Fi以及4G网络发送到LED显示屏中，LED显示屏可精确显示输入的文字或图片信息，经过多次调试，100米以内可实现Wi-Fi的无线数据传输及智控，大于100米时可通过4G网络对LED显示屏进行远程控制。

7 结语

本团队搭建了一款基于STM8的Wi-Fi和4G网络智控LED显示系统。运用STM8单片机，使系统具有运行速度快、节能、性价比高等特点；与Wi-Fi接收模块和4G模块相连，结构简单，使用方便、快捷。该系统在极大程度上满足了用户对LED显示系统的实际使用需求。

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