新型旋转LED显示屏

新型旋转LED显示屏

一、所遇问题

1.每一点显示时间

保证每个显示点在同一位置显示20次/秒，

单排:单排LED显示屏需要高速电机，这样会较大的消耗功率。

多排:多排LED显示相比于单排LED可以从转速上降低，并且可以将圆周分辨率控制在允许范围内。

LED显示排数电机转速

rpm

电机转速

rps

在圆周分辨率为360点，每个

点的时间间隔(ms)

备注

每排功率占总功率

1 1200 20 1/(20*360)=0.13ms 1/360

2 600 10 1/(10*360)=0.26ms 1/180

4 300

5 1/(5*360)=0.52ms 1/90

8 200 3.3 1/(2.5*2160)=1.04ms 1/45

人眼最小视觉暂留为0.02s=20ms，这样我们选取多排LED可以完全降低我们需求的电机转速

针对LED亮度的问题：

由于是旋转扫描，在每一列上所持续的时间是有限的，设半径为Ｒ，在显示每一列时由每列持续时间得到的几何尺寸是ｄ，单显示列的情况下，每一列的点亮时间ｔ为t=(d/2חR)。若采用为（D5mm发光管，d=5mm，当R=300mm时，t=(5/2ח0

30)=1/377。可见每列点亮时间只有377分之一，这使得单点亮度比其１６循环的十六分之一来只有传统显示屏的23分之一。为了解决亮度偏低的问题，可采用两个办法一个是增加显示器件LED的亮度，选用超高亮度LED，另一个是增加显示阵列，如双阵列，四阵列，这些方法虽然可以大大提高亮度，但由于LED亮度和显示列数不可能做的很大，所以旋转柱式显示屏目前仍然只能作为室内或室外夜间使用。

关于LED抖动和失真的问题：

用单片机控制LED的点亮状态的精度是很高的，但是普通电机的转动角速度不会绝对保持恒定状态，不能保证LED在经过某一位置时其点亮情况完全相同，即使是电机的微小波动也会造成图像的失真和抖动现象。步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元步进电机件。在非超载的情况下，电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响，当步进驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度，称为“步距角”，它的旋转是以固定的角度一步一步运行的。可以通过控制脉冲个数来控制角位移量，从而达到准确定位的目的；同时可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，从而达到调速的目的。显示屏转过的角度始终为步距角，而与ω无关，因此，图像就不会再因旋转角速度的变化而产生失真，并且步进电机不会产生积累误差。关于显示屏是否达到准确位置的校准问题：

在显示屏高速旋转时，显示内容的稳定与否取决于转动的相位LED发光时间的配合精度，针对此问题，我们选用霍尔元件进行相位检查并完成校正功能。

霍尔传感器处于工作状态时，输出总是处于高电平状态，当磁钢N

极接近传感器正面的有效距离，输出端变为低电平。当磁钢撤离传感器

有效距离，输出端又显示低电平，从而产生下降边沿，使单片机中断口

接收到下降沿，从而发出中断，使得电路能够同步。当霍尔传感器感应

到N极时会回到原始状态，达到复位的功能。其中Brp为工作点

“开”的磁感应强度，Bnp为释放点“关”的磁感应强度。当外加的磁感应强度超过动作点Brp时，传感器输出为低电平，当磁感应强度超过动作点Brp时，传感器输出高电平，当磁感应强度降到动作点Bnp以下时，传感器输出。电平不变，一直要降到释放点时，传感器才由低电平跃变为高电平。Brp与Bnp之间的滞后使开关动作更为可靠。

2.电源传输的结构设计:

方案1采用固定电池

供电。即在电路板是直

接附带一个蓄电池,为

系统供电。这种供电方

式比较简单。但是,有两

个问题难以解决。首先,

高亮度LED的功耗比较大,而电池的蓄电量有限,这就难以实现系统的长期运作。其二，由于电池的体积和重量比较大,若固定在板子上,电量用完后,难以替换。若不固定,在电机转动的时候可能会甩出去,引起安全隐患。同时,也增加了旋转重心的调节的难度。故不采用此方法。

方案2采用电刷供电。

即在电机的转轴上,手工

增加一个电刷,通过电刷

为系统供电。此方法能够

让系统长期供电,但是由

于增加了电刷,电机的摩

擦增大,势必会使系统的

功耗增加。故不采用此方

法。

方案3从电机转子中引出电源线,为系统供电。此方法直接在电机的转子中引出电源线,通过整流滤波后,可以作为系统供电,同时也可以作为系统控制时序的中断源。此方法容易实现，并且一举两得，因此选用。

3.数据存储系统设计

在控制板上有两片刷新存储器，分别称为刷新存储器A和B。这两片存储器由接口控制交替工作。例如，某一时刻单片机将下一幅显示内容往A中写入，同时刷新电路读出B中内容输出到显示列，等A中内容组织完毕后，切换接口，刷新电路从A中读出数据送去显示，单片机又往B中组织下一幅显示内容，如此反复，则使显示屏完成诸如上下滚，左右飞入飞出，闪烁，拉幕等多种动感强烈的显示方式.

4.LED接口电路设计：

方案1采用数字信号处理单片机MSP430和LED驱动芯片接口，由于MSP430速度比较快，有较强的运算能力，大大提高了计算调整LED显示的时间的模糊算法的时间，并且能够快速的对通讯数据进行CRC 校验，减少了程序的复杂程度。

方案2采用单片机A T89S52与LED驱动芯片MAX6969接口，A T89S52逻辑能力较强但速度比较慢，价格相对比较便宜，但工作量要比方案1大的多。

5.通讯模块选择：

方案1使用采用红外通讯，电路简单，但红外通讯需要大量的编码、译码，程序设计复杂，且由于A T89S52