1、本科生毕业论文（设计）题 目: 办公智能提示牌设计 姓 名: 学 院: 电气与电子工程学院 专 业: 电子信息工程 班 级: 学 号: 指 导教师: 职称: 年 月 日安徽科技学院教务处制目录摘 要 .3第 1 章 引言 .5第 2 章 硬件设计 .52.1 主要芯片 .52.1.1 STM32F407VG 单片机芯片 .52.1.2 ESP8266 2.4G 无线芯片 .72.2 LCD 显示屏 .8第 3 章 操作系统 .93.1 C/OS-II 系统 .93.2 LwIP .10第 4 章 软件设计 .104.1 无线驱动 .104.2 屏幕驱动 .124.3 初始化服务器端 .134.
2、4 显示界面设计 .144.4.1 提示牌显示界面 .144.4.2 客户端显示界面 .144.5 客户端网络传输 .154.6 传输内容与格式 .15第 5 章 系统集成与调试 .165.1 服务器端集成与调试 .165.2 客户端集成与调试 .18第 6 章 总结 .19致谢 .21参考文献 .22附录 .231、液晶显示屏 .232、无线模块 .243、开发板模块 .25办公智能提示牌设计摘 要随着互联网的不断发展与进步，越来越多的设备步入了“智能时代”。但作为日常工作中常用的提示牌，大多数却依旧使用着卡片式的小纸牌。这样做既不利于对于环境的保护，又给使用中添加了不便。而结合现代的电子科
3、学技术，完全可以实现一种永久不需要更换且更加人性化和智能化的这样一种办公提示牌。考虑到目前智能手机的普及度，文中采用了手机端对提示牌进行控制的方案。这样既可以大大减少成本，又能够提升使用体验。并且符合当前大力提倡绿色办公的主题，同时也可以提供更加便捷的办公服务。具体的实现流程是由手机将特定的消息内容通过网络发送给无线芯片，无线芯片将接收到的二进制数据包后解析成具体的文本内容，然后再发送给单片机进行处理。单片机根据内部设定好的特定规则，将文本内容拆分为标题信息和提示信息两部分，并发送给屏幕来进行显示。这样就实现了从客户端到屏幕之间显示内容的传输和控制。关键词：智能； 办公提示牌； 单片机； 无线
4、控制；Smart Office Hint CardAbstractWith the continuous development and progress of the Internet, more and more devices came into the “smart era”. However, most of office hint cards are still using little scraps of paper. This is not conducive to the protection of the environment, but also to make offi
5、ce life inconvenience. Combine the modern electronic science and technology, we can design a kind of smart office hint card which does not need to be replaced and more humane and intelligent. Consider the popularity of smart phones, I use the phone as the client to control the display information. T
6、his can greatly reduce the cost, but also to enhance the user experience. And this design not only can meets the theme of green office, but also can make our office life more convenient.The specific implement process is as follow: First, the smart phone sent the specific message content through the
7、network to wireless chips. And, while the wireless chip received this binary packets, the chip can parse this packets into specific text content and sent this info to single-chip microcomputer. Single-chip microcomputer according to internal rules to divide this text content into two parts of the ti
8、tle and content. Finally, the screen displayed the hint title and hint content. On this way, we realize the display content delivered between the smart phone and the screen. Keyword: intelligence; office hint card; MCU; wireless;第 1 章 引言目前国内外大部分办公室采购的都是以铝合金加上亚力克板作为主要材质的办公提示牌。主要的优点是便宜，简单。但是如果单个或者少量采购
9、的话成本依然不可忽视。而且一次性更换的成本等于换新成本。短时间内看的话，价格比较实惠，长期看不仅有成本问题，而且由于有部分提示牌的固定方式和放置的地方比较特殊。更换十分不方便。而一些比较高档的提示牌，售价却往往让大部分采购者却步。因此，我准备设计的新型办公智能提示牌既可以满足长期使用，也可以随使用环境变化而自定义更新内容。这样就可以满足绝大多数的用户需求。并且，通过较低的硬件成本来做到低廉的售价。让大多数用户都可以买得起，用的上。并且能够提供比当前提示牌更加智能化、人性化的功能，能够简单，方便的使用和定制。第 2 章 硬件设计2.1 主要芯片2.1.1 STM32F407VG 单片机芯片主芯片
10、设计采用了意法半导体公司设计的 DISCOVERY-F4 系列开发板。 该开发板是基于 STM32F407VGT6 芯片，该芯片为意法半导体公司生产的基于 ARM Contex M4 内核的处理芯片。其拥有 1MB 的高容量 FLASH 存储器，192KB 的RAM，芯片封装为 LQFP100 封装,引脚数为 100 引脚。板上自带的 ST-LINK/V2 调试器可以用来直接对芯片进行烧写。开发板电源通过 USB 总线或者外部 5V 电源来供电，对外输出电源电压为 3.3V 和 5V。芯片引脚图如下：STM32F407 的主系统由 32 位多层 AHB 总线矩阵构成，可实现八条主控总线和七条被
11、控总线的互连。借助总线矩阵，可以很容易实现主控总线到被控总线的访问，这样即使有多个高速外设同时运行，系统也可以实现并发访问和高效运行。由于这次设计采用的是意法半导体公司设计好的开发板模块，除了STM32F407 主芯片和最小电路以外还具有一些附加的板载资源，包括：LIS302DL(3 轴数字输出加速器)；MP45DT02（全向数字麦克风）；CS43L22(音频 DAC 集成了 CLASS D 扬声器驱动器)；8 个 LED 指示灯；2 个按钮，（用户按键和复位健）；扩展 USB OTG 接口。在这次设计中，用到的板载资源只有四盏LED 灯，用来表示当前的系统状态。由上可知，这块开发板所用到的
12、STM 系列芯片,功能上是比较强大的，完全可以满足我们这里的设计需求。并且如果以后有更多的功能需求，也可以比较容易实现，而不需要变更主芯片设计方案，大大节省了设计成本。而较一般单片机而言，这块单片机拥有较大的内置 FLASH。这样，我们可以将中文字库和一些简单的图片这些一般需要放在外置 FLASH 中的资源直接放入内置 FLASH 中来减少外置 FLASH 带来的多余成本，并可以进一步降低开发难度。2.1.2 ESP8266 2.4G 无线芯片ESP8266 是一款 2.4G Wi-Fi 模块，可将用户的物理设备连接到 2.4G Wi-Fi 无线网络上，进行互联网或者局域网之间的相互通信。并且
13、有着高性能，低功耗的特点。实物图请参见附录 2。具体模块的 PCB 原理图如下：在本设计中，本芯片主要功能是为单片机与智能手机之间提供一个信息交互的“桥”的作用。主要性能特性如下：(1)可以支持无线802.11 b/g/n 标准(2)支持STA/AP/STA+AP 三种工作模式，并可以随时切换模式(3)内置32位高性能MCU (4)超低能耗模式 实际上，考虑到作为一块办公智能提示牌，基本上都需要长时间不间断的持续运行。无线芯片更需要保持长时间的稳定运行来确保提示牌内容能正常变更和显示。这样，就不得不考虑无线芯片的长时间工作的稳定性问题和无线芯片的功耗问题。在这里采用的ESP8266无线芯片不仅
14、性能稳定，并且更是一块超低功耗的芯片。完全符合我设计需要，不仅如此，ESP8266芯片抗干扰性十分优秀且价格适中，非常适合于办公提示牌这种大范围、大规模的使用情形。所以我这里选用了ESP8266作为该系统的无线传输芯片。2.2 LCD 显示屏设计采用的 LCD 显示模块为分辨率 480x320 的 3.5 寸 TFT 彩屏。数据总线为 16 位并行总线。屏幕驱动芯片为 ILI9486 液晶驱动芯片。驱动整个屏幕一共需要连接 24 根线。其中除了 16 根用来做传输数据的 16 位并行总线外，还有片选信号线、寄存器/数据选择信号线、写信号线、读信号线、复位信号线和背光控制信号线。除此之外还有两根
15、电源线。供电电压为直流 3.3V 供电。其具体引脚图如下：屏幕主要用来显示具体的办公提示信息，并能够通过客户端来实时更新上面的显示信息。这里分辨率采用的是 480x320 足以用来显示足够的提示牌信息，又不会显得太浪费性能。采用了彩屏，而不是简单的黑白屏，这样就可以提供更加丰富和多样化的信息。第 3 章 操作系统3.1 C/OS-II 系统C/OS-II 是专门为计算机的嵌入式应用设计的，一种容易移植并且可固化的、可裁剪的、占先式多任务实时内核。该操作系统绝大部分代码是采用高效率的 C 语言编写并适用于多种微处理器，微控制器和数字处理芯片。C/OS-II 主要的特点有占用空间小、执行效率高、实
16、时性能优良和可扩展性强。在单片机系统中嵌入 C/OS-II 可以有效的增强系统的可靠性，并使得调试程序变得十分简单。在以往传统的单片机开发工作中经常遇到程序跑飞或者卡死的状况。一般程序跑飞可以用设置看门狗的办法来解决，而对于后一种情况，尤其是其中牵扯到比较复杂的数学计算的话，就需要设置断点，然后耗费大量时间来慢慢分析。但如果采用 C/OS-II 的话，事情就会变得很简单了。可以把整个程序分成多个任务，每个任务保持相互独立。然后在每个任务中设置超时函数，当时间到达设定的超时期限后，任务就必须释放 CPU 资源。这样的话，即使有一个任务出现错误，也不会影响其他任务。这样不仅提升了系统的可靠性，同时
17、也更容易对程序进行调试。和其他的一些著名的嵌入式操作系统相比，C/OS-II 在单片机系统中的启动过程较为简单，不像大多数操作系统那样，需要把内核先编译成一个二进制映像文件写入 ROM 中，当系统启动后，再从 ROM 中把文件加载到内存中去，最后再运行用户程序。C/OS-II 的内核是与应用程序放在一起然后编译成一个统一的文件，再将这个文件写入 ROM 中就可以了，上电后，就会像像普通的单片机程序一样运行。在这里，C/OS-II 系统主要用来创建无线监听任务，来时刻监听客户端发来的信息用并对屏幕显示内容进行实时动态更新。3.2 LwIPLwIP 全称是 Light Weight (轻型)IP
18、协议。LwIP 的特点是在保持 TCP 协议主要功能的基础上减少对内存的占用，一般来说，它只需十几 KB 的内存空间和40K 左右的 ROM 就可以运行，这使 LwIP 协议栈非常适合在低端的嵌入式系统中使用。LwIP 的主要功能特性包括：支持多网络接口的 IP 转发功能；支持 ICMP协议；支持包括实验性扩展的 UDP 协议；支持包括 RTT 估算、阻塞控制、快速恢复和转发的传输控制协议；支持可选择的 Berkeley 接口 API；提供了专门的内部回调接口来提升应用程序性能；支持 DHCP 协议来进行 IP 地址的动态分配。硬件设计部分所用到的 ESP8266 芯片内部使用了 LwIP 协
19、议栈。通过 LwIP协议栈，ESP8266 芯片可以很简单的实现对无线传输报文的处理和传输。来保证客户端与服务器之间的数据通信服务。第 4 章 软件设计4.1 无线驱动无线模块使用了 ESP8266 芯片的 2.4G 无线模块，由于其内部封装了 LwIP协议栈，且对外采用了串口传输数据，并提供了相应的使用接口（即需发送指定的 AT 指令）。故不需要去进行底层的驱动操作，只需要对无线模块的串口进行初始化操作，并通过调用其提供的外部接口（即通过串口来发送具体的 AT 命令）就可以实现无线传输效果。无线芯片的具体引脚定义内容请参见附录 A。串口引脚初始化代码如下： GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_2|GPIO_Pin_3;GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF;/设置复用模式GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_25MHz; GPIO_InitStructure.GPIO_PuPd = GPIO_PuPd_NOPULL;
