多模式旋转LED显示屏的设计与实现

摘 要：借助人的视觉暂留，通过互感线圈进行无线供电，采用红外遥控技术实时控制单片机来控制整个系统，以旋转机械平面扫描方式显示各种图像字符，能自适应转速的快慢自动调节显字宽度，可视范围达到360度。具有显示新颖、成本低、功耗小、实用性强等特点，有着十分广阔的实用价值和商业前景。

关键词：单片机；LED；无线供电；红外遥控；立体旋转

中图分类号：TN873 文献标识码：A 文章编号：1674-7712 （2013） 10-0021-01

LED显示屏是由LED器件阵列组成，通过一定的控制方式，用于显示文字、图像行情等各种信息以及电视、录像信号的屏幕。目前，市场上见到的LED传统显示屏，主要由发光二极管阵列构成，因其原理简单、易于控制等优点被广泛采用。但随着经济的发展，需求的丰富化，传统的LED显示屏因器件数量多、硬件连接复杂、视角受限、显示画面单调、空间浪费等不足，已经不能很好的满足实际需要。本设计采用立体旋转LED的先进设计理念，成功解决了传统平面LED显示屏器件数量多、无法全方位显示等众多问题，达到了以少量LED能显示更为丰富复杂的图文画面的效果，节约了成本，符合节约、低碳的绿色倡导理念，并且显示新颖化、画面多层化、视觉美观化，极具吸引力，具有广阔的市场前景。

一、立体旋转LED屏基本原理

旋转式LED显示屏，是植根于“视觉滞后效应”和LED显示屏控制软件基础上，通过同步控制发光二极管位置和点亮状态来实现图文显示的新型显示屏，核心技术在于精确控制LED位置与发光状态的同步。

而立体旋转是将整个系统分为纵向和横向两个方向的旋转，横向旋转相当于树木的横切面这个方向上的旋转，纵向旋转是相对于横向旋转而言，可以根据不同需求改变横向和纵向之间的夹角，本文介绍横向和纵向垂直，即成90°夹角的旋转。

（一）传统LED显示屏基本原理。传统的平面LED显示大多采用逐行换位下移扫描点亮LED的方式，每一像素点都要有与之一一对应的LED灯，才能正常显示。其基本原理示意图1-1，其中（a）（b）（c）（d）（e）分别对应不同时刻的状态，（f）对应最终看到的效果。

（二）平面旋转基本原理。平面旋转工作时以内侧端为圆心成圆形旋转。控制LED的亮灭时间和速度组成字符、汉字或图像，工作示意图如图1-2。图示显示的是一个数字“1”，图（g）灯全灭状态，图（h）所示为较低速度下这一排灯全亮的状态，图（i）是较快速度下的显示状态，图（j）是全速状态下最终显示状态，清晰直观的显示了数字“1”。

（三）立体旋转基本原理。当电机正常工作时，立体的灯也会在程序的控制下有序的工作，这里采用一列接一列的扫描方式控制显示，其扫描过程如下图1-3所示。图（k）（l）（m）分别是不同状态下的显示情况，（n）是最终效果。

二、系统总体设计

系统横面由20个LED组成，纵面由16个LED组成，由单片机的个I/O端口操控其他各个模块的工作，当匀速的直流电机通电时，通过无线供电模块，单片机所在的电路板会随着电动机转动。根据霍尔传感器原理，每当霍尔元件转到磁钢附近时，电路输出端变为低电平，从而产生下降边沿，使单片机中断口接收到下降沿而发出中断，使得电路能够同步，最终显示出特定的字符。总体设计流程图如图2-1所示。

三、硬件设计

（一）电源模块：由于旋转对电源的特殊要求，供电方式必须为无线供电，经方案验证，最终选择用无线供电线圈模块进行供电。220V交流电压经过变压器输出为12V交流电压，再经过桥式整流成为单向脉冲电压，再经过滤波电路成为比较平稳的直流电压，最后通过7805稳压成输出稳定的8V直流电。

（二）红外遥控模块：红外遥控的发射电路是采用红外发光二极管来发出经过调制的红外光波；红外接收电路由红外接收二极管负责接收，它们将红外发射器发射雕红外光转换为相应的电信号，再送后置放大器，进而进行精准控制。

（三）LED显示模块：平面采用20个LED，立体采用16个并排LED，利用人眼的“视觉暂留效应”，通过软件精确同步控制LED位置亮灭状态来实时显示文字及图案，可视角度达360°。

四、关键技术

（1）系统正常工作需要稳定的电流，所以就需要提供一个稳定的供电电源，采用桥式整流较好的解决了旋转屏控制电路的供电。（2）用视觉暂留效应并通过软件程序消影解决旋转屏单列LED旋转扫描实现字符或其他图像显示，容易出现粘滞，形成拖影的现象。（3）通过软件攻克平面旋转显示不稳定现象。

五、总结

旋转LED屏作为一种新型的LED显示屏以其成本低，可视范围大等独特优点，也越来越受到人们的重视。本文论述了旋转LED的工作原理，并加以实现，可以实现多种花样的画面，比如时间显示，各种汉字有序显示，笑脸等其他丰富图案，不但节省了资源，更重要的给人以视觉冲击，具有很大的潜在市场。

参考文献：

[1]诸昌钤.LED屏原理及工程技术[M].成都：电子科技大学出版社，2000.

[2]沈新创，钱平.基于视觉暂留原理的旋转式线阵LED显示屏开发[J].上海应用技术学院学报，2007（7）：150-153.

[3]关积珍，陆家和.LED显示屏的技术及其市场和产业发展[J].激光与红外，2003（33）：466-470.