基于视觉暂留原理的旋转式线阵LED显示屏开发

基于视觉暂留原理的旋转式线阵LED显示屏开发 基于视觉暂留原理的旋转式线阵LED显示 屏开发 第7卷第2期 2007年6月 上海应用技术学院 JOI瓜NAI.OFSHANGHAIINsrIr不E0Fn妇.0GY Vl01.7No.2 Jun.2007 文章编号:1671—7333(2007)02—0150—04 基于视觉暂留原理的旋转式线阵 LED显示屏开发 沈新创,钱平 (上海应用技术学院机械与自动化工程学院,上海200235) 摘要:基于"视觉暂留"原理,开发出了一种旋转式线阵LED显示屏.从机械与电气两个方 面介绍了该LED显示屏的.重点介绍了轴套的设计及软件设计,实现了显示屏转动与屏 幕显示内容出现时序的匹配.该显示屏具有原理应用巧妙,成本降低,解析度提高,节省能源 等特点. 关键词:视觉暂留;C8051F310;LED屏幕 中图分类号:TN873文献标识码:A DevelopmentofRevolvingLinearLED ScreenBasedonVisionHysteresis SFBT_,NXin—chuang,QIANPing (SchoolofMechanicalandAutomationEngineering,ShanghaiInstituteofTechnology,Sha nghai200235,China) Abstract:Basedonthevisionhysteresis,arevolvinglinearLEDscreenisdeveloped.Thedesi gnofthis screenisintroducedindetail.Linkeristheemphasesonmechanicaldesign.andtheCMOSclip C805110 isusedintheelectricaldevicedesign,theapplicationsoftwareisdesignedtomatchtherunning screenof thedisplaytime.TheRevolvingLinearLEDScreenhasmanyexcellentperformancesanditw illbeaccept— edbythefuturemarket. Keywords:visionhysteresis;C8051F310;LEDscreen 人的眼睛对动态频次分辨率一般为1/16, 1/24S.电影片放映机以24帧/s的速度过卷,由 于视觉滞后效应,使映现在屏幕上的单个静态画 面,变成了连续动作的图文画面,配上声音就成了 电影.而LED旋转式显示屏,也是植根于"视觉 滞后效应"和LED显示屏控制软件基础上而演绎 出来的电子信息显示媒体,但它比历经百年发展 起来的电影更复杂.在能稳定旋转的载体上安装 多列LED发光器件,静止时,各列发光管等间距 分列排开,随着旋转速度的加快,在计算机软件精 确的时序控制下,不断扫描出预设的图案,符号和 文字,犹如海市蜃楼般的幻景映现流淌在柱型,球 型,盘型,扇型等载体的表面上,给人以全新的感 觉. 收稿日期:2007—03—14 作者简介:沈新刨(1985一),男,机械与自动化工程学院03103202班学生. 第2期沈新创,等:基于视觉暂留原理的旋转式线阵uD显示屏开发151 本文介绍的旋转式线阵LED屏幕是以高亮 发光二极管LED为发光器件,并结合机械部分精 确设计以及合理运用"视觉暂留"原理开发出来 的,其节能高亮的特点以及在成本,环保方面的优 势决定它具有极好的应用前景. 1机械部分设计 1.1总体设计 设备机械部分总体结构如图1所示.图中, 最上部是一个圆筒,圆筒上有四列LED,每列有 16个二极管;圆筒的作用是使四列LED通过绕 轴心转动,达到像一个16ITUTI×16ITUTI面阵LED 文字显示屏的目的;LED的尺寸是ITUTI,它们 之间的间距是7ITUTI.中间是连接圆筒和电动机 的轴套;下部是一个直流电动机,电动机作为整个 设计中的一个关键部件,需要根据视觉暂留原理 达到一定的转速,同时便于控制.本设计选择的 直流电动机的为,额定电压:30V;额定功 率:50W;最大转速:2200r/min. 一 图1机械部分总体结构示意图 1.2轴套的设计 轴套的设计是本次开发的一个难点和重点, 轴套的设计尺寸图如图2所示. 设计轴套时主要考虑的问题是紧固问题,因 为电动机要达到1500r/min的高速运转,如果安 装不够牢固,则会产生整体构架松动,零件脱落乃 至整体崩溃的问题,会造成安全隐患.所以在轴 套的上方开了3个M4的螺孔,与上方圆筒的底 座用螺丝固定.下面轴套侧面开了1个M4的螺 孔,通过螺丝插入电动机轴芯的槽内达到牢固稳 定的效果.这样设计可以保证上方的圆筒在高速 旋转的过程中,不会出现整体结构松动而引起圆 筒飞出伤人的事故. 图2轴套的设计尺寸图 另外,当电动机高速转动时,不可能接人大量 的信号线进入圆筒,否则会使外接信号线在转动 的时候绞合在一起.所以在设计的时候将程序写 入芯片内,置于转筒中央,但是两根电源线是必不 可少的,根据目前的硬件配置和状况只能外接,所 以在电动机的轴套上方开了2条5ITUTI的槽,并 布上磷青铜皮,在槽内开2个直径2.5ITUTI的圆 孔直通轴套的中心圆孔,由这2个圆孔引入2条 电线分别焊接于2条铜皮上,另外一端则与芯片 的线路板接上,在电动机转动的时候通过外设支 架连接电源与轴套上的2条铜皮接触供电. 2电气部分设计 2.1硬件设计 电气部分硬件总体设计原理如图3所示.本 设计采用了C8051F310单片机为核心,利用其处 理速度快,具有丰富的内置资源和I/O口多的优 势对LED进行控制.CS051F31x器件是完全集 成的混合信号片上系统型MCU芯片,片内Sili— conLabs二线(C2)开发接口允许使用安装在最终 应用系统上的产品MCU进行非侵入式(不占用 片内资源),全速,在系统调试.调试逻辑支持观 察和修改存储器和寄存器,支持断点,单步,运行 和停机命令.在使用C2进行调试时,所有的模 拟和数字外设都可全功能运行. 152上海应用技术学院第7卷 图3电气部分总体设计原理图 选择MC14514译码器,逻辑高电平输出,经 过限流电阻与LED相接.MC14514译码器能提 供16位输出(硬件设计每列LED为16个),且具 有输人锁存功能,仅占用单片机4个I/O口,并能 提供U,D相当的亮度. 将64个LED做在4块板上,16个为一组, ,这样就可 通过MC14514对每个LED进行操作 以自由控制每个灯的亮与暗,若是真彩LED,则 可通过控制其色彩达到更好的视觉效果.LED 必须加人相应的限流电阻,防止在电平接人瞬间 将LED击穿以致损坏,在设计中,采用了100欧 姆的贴片电阻. 2.2软件设计 在实时操作系统下的主程序如图4所 示. 本设计的难点在于对点的捕捉,由于电动机 的转速大约在2000r/min,因此控制LED何时 点亮是关键.我们的设计运用了光电传感器,在 电动机座部分设置反光点,并将传感器及其单片 机等一同放人旋转装置中,在装置底部开孔将传 感器探头固定,并和反光点基本处于同一位置,这 样在高速运行的过程中,传感器将每次反射都反 馈给单片机,从而通过算法得出每排灯的位置. 但必须先对光电传感器初始化,在反光点处检测 图4主程序流程图 到信号后发给单片机时,由于电动机的转动,可能 出现不稳定的周期,因此先求平均周期,再进行单 片机I/O口的操作.由单片机提取相应的字库,则 可显示出文字.此装置可接无线射频芯片将汉字 第2期沈新创,等:基于视觉暂留原理的旋转式线阵LED显示屏开发 通过串口由电脑发给单片机则对应显示该汉字,选 用的芯片为(21211X~0,此部分有待进一步开发. 其中值得注意的是,MC14514设定工作在输 入锁存的状态下,在下一次对其操作之前, MC14514保持原有状态,这样则可以大大增加 LED的亮度.另外,MC14514由单片机进行对 P1口的操作即可完成;在操作之后,选中相应的 LED后,适当的延时以保证亮度. 3结论 与平板式LED显示屏和其他显示器技术(如 CRT,LCD,PDP)相比较,旋转式线阵LED屏幕 有着几个明显优势.(1)成本低.与平板式LED 屏相比,发光器成本可降低10,20倍以上,总体 成本可降低5,10倍以上.这对以高价位LED 管为发光器的全彩色显示屏来说,更有使用价值; (2)分辨率高.(3)功耗小.包括强电功耗在 内,一般最大功耗约150W/m2,而平板式户外全 彩屏则为1500W/m2左右,100m2的全彩屏则 需160kVA供电.因负荷太大,往往成为平板式 全彩屏使用的主要障碍. 通过对快速运转,视觉暂留,时序软件等几个 部分的结合,最终开发出旋转式的线阵LED屏 幕.通过设计,我们认识到:(1)必须使电动机保 持相对较稳定的速度,否则屏幕在电动机高速旋 转和单片机快速运算的过程中将出现误差,导致 屏幕效果不好,甚至出现斜点;(2)应保证圆筒内 电源的稳定,否则将导致整个系统无法正常运行; (3)时序软件方面,采用C的编程,对每列LED 进行操作,并可以对应字库显示出汉字,数字,英 文等. 参考文献: [1]汪清明.LED点阵显示牌的设计与动态显示控制 [J].微计算机信息,2001,17(8):64—67. [2]邱寄帆.LED电子显示屏原理与实现[J].成都航空 职业技术学院,2001,17(1):47—51. [3]丁元杰.单片微机原理及应用[M].北京:机械工业 出版社,2002. [4]何立民.单片机应用技术选编[M].北京:北京航空 航天大学出版社,2000. [5]诸昌钤.LED显示屏系统原理及工程技术[M].成 都:电子科技大学出版社,2000. [6]苏家健,曹柏荣.单片机原理及应用[M].北京:高等 教育出版社,2004. ? 下期文章摘要预报? 电子商务研究中的行业理论模型述评 熊焰 行为理论模型在电子商务的研究中发挥越来越重要的作用.了行为理论模型 在 电子商务研究中得到广泛应用的原因,并介绍了合理行业模型,行为模型,技 术接受 模型在电子商务中的应用情况,对技术接受模型在电子商务中应用的最新模型进 行了述 评,并总结了行为模型在电子商务研究中的应用趋势. 流线型主梁断面的气动导纳互谱识别 陈晓冬,葛耀君 气动导纳是描述大跨度桥梁断面抖振气动力的关键环节,现存的各种导纳函数识别 方法以及经典的SeEtl,'S函数均与试验结果存在着不小的误差.本文摈弃相关的假定,引 入了考虑六个导纳的互谱导纳识别方法,对于流线型主梁的典型断面进行了气动导纳识 别,并分析了栏杆,紊流度,攻角等对识别结果的影响.