基于STM32的LED显示屏信息发布系统

摘  要：文章设计了一种基于STM32的LED显示屏信息发布系统，该系统以STM32为主控制器，采用能效高、寿命长的LED显示屏作为显示器件，使用目前通用的4G通讯技术作为无线通讯方式。将采集到的气象数据以及相关气象信息通过4G通讯发送至LED显示屏控制器，LED显示屏控制器控制LED显示屏显示。既能保证信息传递的及时可靠，又能大大地降低人力物力的消耗。

关键词：STM32、LED显示屏、4G通讯技术

0 引言

气象信息与人们的日常生活息息相关，如何将气象信息及时准确地送达人们的视野并指导人们合理的安排日常工作和生活变得尤为重要。LED以其能效高、寿命长、视角广能特点应经被广泛地应用于商场、机场、银行和道路交通等场所，并且LED显示屏可以全天候、长时间的工作，其作为气象信息发布拥有独特的优势。

传统的LED显示屏信息发布，是通过布线来完成，或者工作人员携带便携设备到现场通过有线连接进行数据更新。其中前者建设成本高，后者的缺点在于难以做到显示数据的实时更新，同时也加大了工作人员的工作量，增加了企业运作的人力成本开支。本文设计的LED显示屏发布系统解决了上述问题，该系统不需要太多的布线，而是采用无线通讯的方式，实现对显示屏的实时控制。

LED显示屏信息发布系统的控制器采用ST公司的以Cortex-M3为内核的STM32系列产品作为CPU，它以Cortex-M3内核为基础，增加了高性能的外围设备。与普通的8位单片机相比，STM32在价格、开发难度以及性价比方面都有明显的优势。该系统具有无线远程更新程序的功能，更新程序方便快捷。

LED显示屏信息发布系统的整体结构如图1所示，系统由气象采集器、4G通讯模块、屏幕参数存储模块、LED显示屏控制模块、电源模块以及远程控制中心组成。LED控制器从气象采集器或者远程控制中心获取需要显示的内容，根据屏幕参数存储模块设置好的显示格式重新组织数据串，根据LED显示屏的协议封装协议并发送，实现信息的实时发布。LED控制器可以显示的内容有：时间、气象数据以及文本内容。

如图1所示，从气象数据源获取的角度看，该系统有两种工作方式：一种工作方式是将气象采集器与LED控制器直接连接，LED控制器实时的从气象采集器获取数据，这种方式适用于气象采集器与LED显示屏安装位置临近的情况，气象采集器与LED显示系统可以通过无线的433M模块通讯，该模块的通讯距离一般在几公里以内。在这种工作方式中，可以通过4G通讯模块实时发布天气预报、预警信息以及通知消息等。另一种工作方式是气象采集器将数据上报到控制中心，由控制中心统一调度，将气象数据、天气预报、预警信息以及通知消息等统筹安排之后，直接通过4G通讯实时地发布到LED显示屏。

2 4G通讯模块

4G是第四代移动信息技术的简称，是目前较为通用的移动信息技术。4G通信技术是在3G通信技术的基础上，不断地优化升级、创新发展，因此在保留了3G通讯技术优势的同时，也衍生出了自身固有的特征：4G通讯技术的无线通信信号更加稳定、数据的传输速率更高、兼容性更平滑、通信质量更好。4G通讯技术有TDD-LTE和FDD-LTE两种通信模式。

该系统的4G通讯模块选用移远公司的EC20模块，分别支持中国移动、中国联通、中国电信的2G、3G、4G通讯，使用何种网络主要取决于选用何种SIM卡以及安装地区的网络情况。STM32处理器通过RS232与4G模块相连，通过AT命令对模块进行初始化并配置网络连接成功之后，就可以通过TCP/IP协议实现数据的收发。

LED显示屏信息发布系统的4G通讯模块通讯流程如图2所示，上电之后，对4G模块进行参数初始化，打开会话，建立连接之后，就可以与中心进行正常的通讯了。此外，LED显示屏控制器会通过心跳的方式保持TCP通道实时在线，以便保证发布信息的实时性。

3 LED显示屏控制模块

LED显示屏在采购时，显示屏的厂家通常会提供配置分析软件，用于LED显示屏的参数配置和信息发布。由于我们需要显示的气象数据信息是实时更新的，因此这种方法没有办法满足我们的要求，我们需要开发一个可以实时更新显示内容的LED显示屏控制器。

根据显示需求，LED显示屏的相关参数被存储在了屏幕参数存储模块之中，包括显示方式、显示区域以及字体大小等。LED显示屏初始化完成之后，LED显示屏控制器根据预先设置好的屏幕显示参数将显示内容组织好，遵照LED显示屏的驱动协议，将显示内容通过RS232发送至LED显示屏。当显示内容发生变化时，控制器发送给LED显示屏的协议串也会随之发生变化，实现显示内容的实时更新。工作流程如图3所示。

LED显示屏具有分区显示和翻页显示功能，可以根据用户需求，在不同位置显示不同内容，如果显示内容较多，可以实现自动翻页显示。

4 应用效果

如图4所示为LED显示屏的应用效果，该站点显示的是实时的气象观测数据。目前，LED显示屏信息发布系统已经被应用在了多个站点。经过验证，该系統运行稳定、信息发布及时可靠，大大降低了人力的介入成本。

5 结论

本文设计了一个基于STM32的LED显示屏信息发布系统，该系统可以实时地发布气象数据、天气预报、气象预警等气象信息。本系统采用目前较为通用的4G无线通讯技术，无线LED显示屏不受地域、距离、布线的束缚，信息传快速准确，可以大大地节约人力成本。相信基于STM32的LED显示屏信息发布系统将会给气象信息发布带来极大的便利。

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作者简介：李雅君（1988-），女，汉族，河北省沧州市海兴县人，天津大学，硕士研究生，工程师，主要从事工作：气象采集器、设施农业、通讯技术等的设备研发