基于视觉暂留原理的旋转式线阵LED显示屏开发(1)

第7卷第2期 2007年6月 上海应用技术学院学报 JOURNAI，0F掰舢蚓HAIIN盯m胍oF删OLoGY Vbl-7No．2Jm．2007 文章编号：1671—7333(2007)02—0150一04 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U、D显示屏。从机械与电气两个方 面介绍了该U、D显示屏的设计。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；C8051810；U如屏幕 中图分类号：TN873 文献码：A DeVeIOpmentOfReVOIVingLinearLED SCreenBaSedOnViSiOnHyStereSiS S陋八f．Xi咒一c矗“a7zg，QL4NP西zg (Sc}100lofM艘11anicalandAut∞=lationEngirle甜ng，Shar】ghaiInstitute0fTechncdogy，Shar】911ai200235，C}1ina) Abstract：BaSedonthevisionhystereSis，arevolvinglinearU!Dscreenisdeveloped．ThedeSignofthis Screenisintroducedindetail．Linl【eristheernphaSeSonmechallicaldeSign，a11dtheCMOSdipC8051F310 isusedintheelectricaldevicedesign，the印plicationsof押areisdeSignedtomatchtherunningscreenof thedisplaytime．TheRev01vingLinearU、DScreenhaSmanyexcellentperhlT】aneesanditwillbeaccept— edbythefuturenlal-ket． Keywo陆：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U、D旋转式显示屏，也是植根于“视觉 滞后效应”和U、D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um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、扇型等载体的面上，给人以全新的感 觉。 收稿日期：2007一03—14 作者简介：沈新创(1985一)，男，机械与自动化工程学院03103202班学生。 万方数据 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U、D屏幕是以高亮 发光二极管U、D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u、D，每列有 16个二极管；圆筒的作用是使四列u、D通过绕 轴心转动，达到像一个16mm×16mm面阵U、D 文字显示屏的目的；UD的尺寸是筋mm，它们 之间的间距是7mm。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 直流电动机的参数为，额定电压：30V；额定功 率：50W；最大转速：2200r／rmin。 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 的信号线进人圆筒，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5mm的槽，并 布上磷青铜皮，在槽内开2个直径2．5mm的圆 孑L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U、D进行控制。C8051F31x器件是完全集 成的混合信号片上系统型MCU芯片，片内Sili一 ∞nLabs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。 万方数据 上海应用技术学院学报 第7卷 图3 电气部分总体设计原理图 选择MCl4514译码器，逻辑高电平输出，经 过限流电阻与u、D相接。MCl4514译码器能提 供16位输出(硬件设计每列U、D为16个)，且具 有输人锁存功能，仅占用单片机4个I／0口，并能 提供u、D相当的亮度。 将64个L王、D做在4块板上，16个为一组， 通过MCl4514对每个u、D进行操作，这样就可 以自由控制每个灯的亮与暗，若是真彩uD，则 可通过控制其色彩达到更好的视觉效果。LED 必须加入相应的限流电阻，防止在电平接入瞬间 将U、D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U、D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 机等一同放入旋转装置中，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 万方数据 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 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∞000，此部分有待进一步开发。 其中值得注意的是，MCl4514设定工作在输 入锁存的状态下，在下一次对其操作之前， MCl4514保持原有状态，这样则可以大大增加 LED的亮度。另外，MCl4514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U、D显示屏和其他显示器技术(如 CRT、LCD、PDP)相比较，旋转式线阵U∞屏幕 有着几个明显优势。(1)成本低。与平板式U、D 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／rm2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U、D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U、D 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．U、D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 职业技术学院学报，200l，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。分析了行为理论模型在 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、计划行为模型、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SearS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。 万方数据 基于视觉暂留原理的旋转式线阵LED显示屏开发 作者： 沈新创， 钱平， SHEN Xin-chuang， QIAN Ping 作者单位： 上海应用技术学院,机械与自动化工程学院,上海,200235 刊名： 上海应用技术学院学报(自然科学版) 英文刊名： JOURNAL OF SHANGHAI INSTITUTE OF TECHNOLOGY(NATURAL SCIENCE) 年，卷(期)： 2007，7(2) 被引用次数： 3次 参考文献(6条) 1.汪清明 LED点阵显示牌的设计与动态显示控制[期刊论文]-微计算机信息 2001(08) 2.邱寄帆 LED电子显示屏原理与实现 2001(01) 3.丁元杰.吴大伟.陈瀛清 单片微机原理及应用 2002 4.何立民 单片机应用技术选编 2000 5.诸昌钤 LED 显示屏系统原理及工程技术 2000 6.苏家健.曹柏荣 单片机原理及应用 2004 引证文献(3条) 1.李畅.张平.黄小兵 基于Java的增强现实视频子系统的设计和实现[期刊论文]-电脑与信息技术 2009(3) 2.吴翔.田丰.刘锦高 基于旋转屏的一种裸眼立体显示新方法[期刊论文]-电子技术应用 2008(10) 3.邓宏贵.李志坚.吴让亮.施佳佳 基于步进电机细分驱动技术的旋转LED显示屏设计[期刊论文]-液晶与显示 2008(5) 本文链接：http://d.g.wanfangdata.com.cn/Periodical_shyyjsxyxb200702019.aspx 授权使用：绍兴文理学院(sxwlxyIP)，授权号：9a2f92f7-af42-4abe-add6-9e4a00b9a769 下载时间：2010年12月12日