基於mcu的全視角三維空間顯示系統的製作方法
2023-05-21 10:31:06
專利名稱：基於mcu的全視角三維空間顯示系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種LED顯示屏幕，具體涉及一種全視角三維空間顯示系統。
背景技術：
目前，在LED領域的研究開發工作成績斐然，在日常生活中，隨處可見多種多樣的 顯示器，如常見的液晶顯示器、LED顯示屏等。隨著時代的進步各種異型的LED屏幕也漸漸的被生產出來，執行著吸引觀眾眼球 的任務。如今市場上也有了很多新型的LED顯示屏，一些旋轉LED就孕育而生。如基於51 單片機的旋轉LED鐘錶和數字電子鐘及平面旋轉LED顯示屏，這些產品已經足夠的成熟，在 一些場合已經使用。這些產品的主要特點是建立在平面旋轉，只能顯示一些比較簡單的文 字而很難顯示較複雜的文字和圖像。在立體旋轉LED顯示屏方面也有了一些不小的成就，如臺式旋轉LED顯示屏、立體 旋轉LED顯示屏，這些顯示屏的相同點在於顯示的只是單色圖案，比較單調。還有一些是由 LED圍繞而成的立體顯示器，都沒有很好的視覺衝擊力，不能很好的體現LED絢麗的色彩及 活潑的顯示特性，並且大面積的顯示器耗材也是相當大的，這樣就會大大增加顯示器的成 本。
發明內容
本發明針對現有LED顯示屏所存在的缺陷，而提供一種新型的全視角三維空間顯 示系統，該顯示系統基於微處理器並利用「視覺暫留」原理，通過使用電機來帶動三排不同 顏色的LED在空間裡高速旋轉，同時對燈的亮滅進行合理的控制，從而可以在三維空間內 實現多彩圖像顯示。為了達到上述目的，本發明採用如下的技術方案基於MCU的全視角三維空間顯示系統，該顯示系統包括支架、電源模塊、電機、立 體顯示屏，所述電源模塊和電機安置在支架上，並為立體顯示屏提供穩壓電源，所述電機帶 動立體顯示屏轉動形成立體顯示效果。所述立體顯示屏由控制主板和若干LED葉子顯示板組成，所述LED葉子顯示板由 葉子板和排列在葉子板上的LED組成，所述LED葉子顯示板之間兩端分別連接形成多面顯 示的顯示體，所述控制主板控制LED葉子顯示板上的LED，並和LED葉子顯示板一併由電機 帶動進行同步轉動形成立體顯示效果。所述每塊LED葉子顯示板上的LED顯示顏色不同。所述控制主板主要由中央處理模塊、電機轉速檢測模塊、LED控制模塊、存儲模塊 以及電源裝置組成，所述電源裝置在控制主板隨電機同步轉動的情況下獲取電源模塊提供 的電源並提供給控制主板，所述電機轉速檢測模塊實時獲取電機轉軸旋轉的速度信號並傳 至中央處理模塊，所述中央處理模塊根據速度信號計算得到所有LED實時的位置，並根據 從存儲模塊中獲取需要顯示圖像的信息，形成控制LED的控制信號，所述LED控制模塊接收中央處理模塊產生的控制信號，並根據該控制信號控制相應的LED。所述電機轉速檢測模塊主要由霍爾元件組成。所述電源裝置包括電刷和集電環，所述集電環安置在電機上，並從電源模塊獲取 電源，所述電刷安置控制主板上，並與集電環配合，實現電源模塊對旋轉的控制主板供電。所述控制主板上還包括串口通訊模塊。所述存儲模塊中包括外部FLASH存儲器晶片。所述LED控制模塊由解碼模塊和鎖存模塊組成，所述解碼模塊對控制信號進行譯 碼，並對鎖存模塊進行片選，所述鎖存模塊對控制信號進行鎖存，以此來保持LED的亮、滅 狀態。根據上述技術方案得到的顯示系統相對於傳統LED的顯示屏、寬虹燈等廣告媒體 相比，其立體美感不同凡響，視覺效果極佳，還有性能穩定、功耗較小以及使用價值高、應用 範圍廣等優勢。該三維空間的旋轉顯示系統只需要紅綠藍三種顏色的LED，在旋轉時通過軟體合 理控制燈的亮滅，就能得到多達8種豐富色彩的三維空間圖案。另外即便視覺效果這麼好， 但它的成本價格依然很合理，為城市的節能和環保做出了突出的貢獻並且視覺效果也相當 的好。由於採用的LED所發光完全無有害輻射，亦不會像雷射器那樣有傷害人眼的潛在威 脅。這樣做的好處是既可以吸引眼球又可以對寶貴的電力資源進行極大的節約同時製造的 成本可以大幅度的削減。該顯示系統可以運用於各個行業中，為廣告信息的發布上爭光添彩，為產品質量 的宣傳上錦上添花。可應用在酒店大堂、酒吧、夜場、娛樂場所或舞臺等，營造新奇而震撼的 立體燈光氣氛。應用於展覽會、產品發布會、商業活動、商場櫥窗等場所作布景，吸引觀眾眼 球。可用於招牌廣告、臨街燈飾、室內裝飾、走廊過道等場合。為廣告信息的發布上爭光添 彩，為產品質量的宣傳上錦上添花。
以下結合附圖和具體實施方式
來進一步說明本發明。
圖1為本發明的結構示意圖。圖2為本發明中控制主板的結構框圖。圖3為本發明中LED葉子顯示板的截面圖。圖4為本發明中LED控制原理圖。
具體實施例方式為了使本發明實現的技術手段、創作特徵、達成目的與功效易於明白了解，下面結 合具體圖示，進一步闡述本發明。本發明利用「視覺暫留」原理，通過電機來帶動三排不同顏色的LED在空間裡高速 旋轉，同時對LED的亮滅進行合理的控制，從而形成可以在三維空間內實現多彩圖像顯示 的顯示系統，該系統顯示的360°視角的活潑多彩的畫面給人一種很強的視覺衝擊力，可大 大吸引人們前來觀看並賞閱其上面的顯示信息，此外其少量的材料合理的價格更能讓人們 感到物有所值。
基於上述原理，本發明採用如圖1所示全視角三維空間顯示系統。由圖可知，該顯 示系統包括支架100、電源模塊200、電機300、立體顯示屏400。其中電源模塊200安置在支架100的底部，並將220V的交流電轉變成8V的直流 穩壓電源，以提供給立體顯示屏400。電機300安置在支架100上，工作電源為220V的交流電。立體顯示屏400為一多面顯示的顯示體，其整體通過相應的軸套安置在電機300 上，並由電機300帶動，隨轉軸進行不同轉動，從而形成立體顯示效果。為了達到360°全視角的顯示，本發明中的立體顯示屏400由控制主板401 (如圖 2所示)和三塊LED葉子顯示板402組成，其中控制主板401用於控制三塊LED葉子顯示板 402的顯示。為了達到完美的顯示效果，LED葉子顯示板402設計成圓弧狀，其由圓弧狀的葉子 板402a和排列在葉子板上的LED 402b組成(如圖3所示)。同時三塊圓弧形的LED葉子顯示板402之間分別通過兩端進行相接，並相互對稱 分布，形成一個三弧面顯示的的顯示體。該顯示體的底部通過軸套安置在電機300上，其內 部通過一連接裝置403固定在電機300的轉軸301上，以便實現隨電機中的轉軸301同步轉動。該連接裝置403由連接盤403a和三根連接杆403b組成，其中連接盤403a固定 在電機300的轉軸301上，並通過三根連接杆403b分別連接三塊圓弧形的LED葉子顯示 板402。這樣通過該連接裝置403電機300的轉軸301便能帶動三塊圓弧形的LED葉子顯 示板402同步轉動，由於三塊LED葉子顯示板402是圓弧形並且對稱設置，所以在高速轉動 時，便會形成一個球形，從而能夠實現360°全視角的顯示。本發明中三塊LED葉子顯示板402分別為獨立的顯示單元，並顯示不同的顏色，具 體可分別為紅、藍、綠三種顏色。為便於對三塊LED葉子顯示板402顯示的實時控制，控制主板401安置在連接盤 403a上，也隨轉軸301同步轉動。參見圖2，整個控制主板401主要由中央處理模塊(MCU)401a、電機轉速檢測模塊 401b、LED控制模塊401c、存儲模塊40Id以及電源裝置40le組成。電源裝置401e在控制主板401隨電機轉軸301同步轉動的情況下獲取電源模塊 200提供的8V穩壓電源，並提供給控制主板401。由於控制主板401處於高速旋轉狀態， 無法直接提供其電源，為此本發明中的電源裝置401e採用一種接觸式供電方式，其由電刷 和集電環組成，集電環安置在電機300上，用於從電源模塊獲取電源，而電刷安置控制主板 401上，並與集電環接觸配合，從其上獲取電源，從而實現電源模塊對旋轉的控制主板401 ^[共 o存儲模塊401d用於存儲需要顯示的圖像數據，本發明採用外部FLASH存儲器芯 片，負責存儲大量的數據，使得圖像更豐富，而不會受主控制晶片的存儲空間大小的限制。電機轉速檢測模塊401b用於實施獲取電機轉軸301旋轉的速度信號，並實時傳至 中央處理模塊401a。電機轉速檢測模塊401b具體是收集電機轉軸301每完成旋轉一周的 信號，其可採用霍爾元件集成開關來實現該功能。按預定位置有規律地將霍爾元件集成開 關布置在物體上，當裝在運動物體上的永磁體經過它時，可以從測量電路上測得脈衝信號，
5根據脈衝信號列可以傳感出該運動物體的位移，再測出單位時間內發出的脈衝數，則可以 確定其運動速度。中央處理模塊(MCU)401a從存儲模塊401d中讀取需要顯示圖像的數據信號以及 從電機轉速檢測模塊401b獲取LED葉子顯示板402的速度信號(由於LED葉子顯示板402 與電機轉軸301為同步轉動，轉軸301的轉速就是LED葉子顯示板的速度)；中央處理模塊 401a根據速度信號可計算得到所有LED實時的位置，即可以得到所有LED在由LED葉子顯 示板402高速旋轉形成的球體上的位置；此時中央處理模塊401a根據獲取需要顯示圖像的 信息，形成控制LED的控制信號，並將該控制信號傳至LED控制模塊401c。LED控制模塊401c根據接收到的控制信號控制相應的LED進行顯示，從而形成 所要顯示的圖像。為了利用「視覺暫留」的原理形成360°全視角的顯示，該LED控制模塊 401c由解碼器401f和鎖存器401g組成(如圖4所示)，其中解碼器401f對中央處理模塊 (MCU) 401a產生的控制信號進行解碼，並對鎖存器401g進行片選，控制相應的鎖存器401g 釋放器鎖存的數據；而鎖存器401g對中央處理模塊(MCU) 401a產生的數位訊號進行鎖存， 以此來保持LED的亮、滅狀態。為進一步提高本發明的實用性，在控制主板401上設置有串口通訊模塊401h(如 圖2所示)。通過該模塊與相應的上位機進行通信，實現人機互動功能，可實現自動更換所 顯示的畫面，色彩，圖像大小，圖像動態等，另外還可通過上位機的圖形編輯軟體，這樣就形 成了完整的圖像顯示、圖形編輯、畫面控制、人機互動的綜合解決方案。本發明工作時，接通電源電機帶動三塊LED葉子顯示板同步轉動，形成一個球體， 此時中央處理模塊獲取顯示圖像信息以及相應的轉速信號，形成控制信號，LED控制模塊根 據控制信號對三塊LED葉子顯示板上的LED進行控制，實現圖像的顯示，其中LED控制模塊 中的解碼器對控制信號解碼進而選著鎖存器，鎖存器對數據信號進行處理，控制LED的亮 滅。由於本發明中的三塊LED葉子顯示板上的LED顯示不同的顏色分別為紅、綠、藍， 這樣可使用紅、綠、藍、黃(紅+綠)、青(綠+藍)、紫(紅+藍)、白(紅+綠+藍)、黑(燈 不亮時為黑色)八種顏色通過高速旋轉形成圖文，最終顯示色和圖文中的顏色對應。為保 證圖片最佳顯示效果，儘可能使用黑色為背景色。以上顯示和描述了本發明的基本原理和主要特徵和本發明的優點。本行業的技術 人員應該了解，本發明不受上述實施例的限制，上述實施例和說明書中描述的只是說明本 發明的原理，在不脫離本發明精神和範圍的前提下，本發明還會有各種變化和改進，這些變 化和改進都落入要求保護的本發明範圍內。本發明要求保護範圍由所附的權利要求書及其 等效物界定。
權利要求
基於MCU的全視角三維空間顯示系統，其特徵在於，所述顯示系統包括支架、電源模塊、電機、立體顯示屏，所述電源模塊和電機安置在支架上，並為立體顯示屏提供穩壓電源，所述電機帶動立體顯示屏轉動形成立體顯示效果。
2.根據權利要求1所述的基於MCU的全視角三維空間顯示系統，其特徵在於，所述立體 顯示屏由控制主板和若干LED葉子顯示板組成，所述LED葉子顯示板由葉子板和排列在葉 子板上的LED組成，所述LED葉子顯示板之間兩端分別連接形成多面顯示的顯示體，所述控 制主板控制LED葉子顯示板上的LED，並和LED葉子顯示板一併由電機帶動進行同步轉動形 成立體顯示效果。
3.根據權利要求2所述的基於MCU的全視角三維空間顯示系統，其特徵在於，所述每塊 LED葉子顯示板上的LED顯示顏色不同。
4.根據權利要求2所述的基於MCU的全視角三維空間顯示系統，其特徵在於，所述控制 主板主要由中央處理模塊、電機轉速檢測模塊、LED控制模塊、存儲模塊以及電源裝置組成， 所述電源裝置在控制主板隨電機同步轉動的情況下獲取電源模塊提供的電源並提供給控 制主板，所述電機轉速檢測模塊實時獲取電機轉軸旋轉的速度信號並傳至中央處理模塊， 所述中央處理模塊根據速度信號計算得到所有LED實時的位置，並根據從存儲模塊中獲取 需要顯示圖像的信息，形成控制LED的控制信號，所述LED控制模塊接收中央處理模塊產生 的控制信號，並根據該控制信號控制相應的LED。
5.根據權利要求4所述的基於MCU的全視角三維空間顯示系統，其特徵在於，所述電機 轉速檢測模塊主要由霍爾元件組成。
6.根據權利要求4所述的基於MCU的全視角三維空間顯示系統，其特徵在於，所述電源 裝置包括電刷和集電環，所述集電環安置在電機上，並從電源模塊獲取電源，所述電刷安置 控制主板上，並與集電環配合，實現電源模塊對旋轉的控制主板供電。
7.根據權利要求4所述的基於MCU的全視角三維空間顯示系統，其特徵在於，所述存儲 模塊中包括外部FLASH存儲器晶片。
8.根據權利要求4所述的基於MCU的全視角三維空間顯示系統，其特徵在於，所述LED 控制模塊由解碼模塊和鎖存模塊組成，所述解碼模塊對控制信號進行解碼，並對鎖存模塊 進行片選，所述鎖存模塊對控制信號進行鎖存，以此來保持LED的亮、滅狀態。
9.根據權利要求4所述的基於MCU的全視角三維空間顯示系統，其特徵在於，所述控制 主板上還包括串口通訊模塊。
全文摘要
本發明公開了基於MCU的全視角三維空間顯示系統，該顯示系統包括支架、電源模塊、電機、立體顯示屏，其中電源模塊和電機安置在支架上，並為立體顯示屏提供穩壓電源，而電機帶動立體顯示屏轉動形成立體顯示效果。本發明提供的顯示系統相對於傳統LED的顯示屏、寬虹燈等廣告媒體，其立體美感不同凡響，視覺效果極佳，還有性能穩定、功耗較小以及使用價值高、應用範圍廣等優勢。
文檔編號G09F19/02GK101859517SQ20101020178
公開日2010年10月13日 申請日期2010年6月13日 優先權日2010年6月13日
發明者陳楠楠 申請人:上海第二工業大學