旋轉LED立體顯示系統設計

徐志豪　劉峰　陳世豪　邸志剛　賈春榮

摘要：在人們的娛樂生活中，傳統平面LED顯示屏已相當成熟，而LED球形屏最近幾年才出現的，其能夠360度全方位顯示內容。本設計開發一款大型彩色動態旋轉LED顯示系統，解決平面LED顯示系統和單色旋轉LED顯示系統的缺點。使之在特定的環境中，有著更優越的應用。

關鍵詞：旋轉LED顯示;視覺暫留;光電技術

中圖分類號：TN873 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2019）03-0164-01

0 引言

隨著信息時代的科學技術發展，信息顯示技術百花齊放，并各有所長。LED顯示具有亮度高、清晰度高、色彩鮮艷、視角寬等優點。其獨特的優越性，促使其從廣播、電力等高端專業領域擴展到能源、工業、民生、公共管理等領域。

在此之前，LED全彩顯示主要用于廣告媒體、運動場地、舞臺背景和市政工程。現國內市場已經有了面向電子創意作品的小型單色旋轉LED顯示屏，但尚不具備廣泛的應用條件。顏色顯示單一，顯示面積過小，無法實時更新數據，性價比低等缺點，使之無法廣泛應用。[1]結合現有條件，本設計旨在于設計一款更大顯示面積，更豐富色彩顯示，提高旋轉顯示系統的性價比的旋轉LED顯示系統。

1 設計原理

旋轉LED顯示系統由三個部分構成：機械結構、STM32主控板和MBI5024LED驅動板。顯示板在主控板程序的控制下，進行LED燈的控制顯示，并在機械結構電機的帶動下，線動成面，成為一個曲面的顯示屏。電路結構如圖1所示。

本設計以STM32單片機為核心控制芯片。由電機帶動主板旋轉達到一定速度穩定旋轉，使單排LED旋轉起來，給人的視覺效果將是一個圓柱或一個球形，并通過紅外模塊來感知旋轉速度及起始位置。本顯示屏擬選用具有超高處理速度，超低功耗，穩定性能STM32RCT6 單片機為主要控制元件，采用16位MBI5024LED驅動芯片，行掃描、列驅動進行動態掃描。

彩屏通過選用了三基色[2-3]混色的原理，通過時間混色法，LED點亮不同顏色，然后在同一空間位置重合實現。

2 整體設計

機械結構：機械結構可以稱作為本設計的骨架，后續的硬件電路和其搭載的軟件系統都需要一個牢固穩定的機械結構方能穩定高效的工作，尤其對于本設計來說，高速旋轉的葉片更是高度需求一個設計精良的骨架。

主控板電路：主控電路板電路原理圖如圖2所示，主控電路板以貼片式封裝的STM32F103RCT6單片機為主控芯片，從嵌入式最小硬件系統組成上來說，主控芯片STM32采用ARM Cortex內核，48KRAM，256KROM單片機上I/O口均被引出，為后續開發留下空間。電源電路采用兩節4.8V電池和過流保護電路加3.3V穩壓直流芯片LM2596為系統供電，體積小，功耗低，成本低。時鐘電路以一個8MHz石英晶振作為的系統時鐘源，并添加了一個32.768KHz的晶振作為RTC（實時時鐘）的時鐘源，以輸出實時信息。

LED驅動電路：驅動芯片型號為聚積科技所生產的MBI5024 LED恒流驅動芯片。MBI5024是利用PrecisionDriveTM技術。MBI5024的輸入電壓為3.3至5伏特，提供16個電流源，可以在每個輸出級提供1～45mA的電流量來驅動LED;并且可以通過選用不同阻值的外接電阻器來調整MBI5024各輸出級的電流大小，通過這種機制，可精確地控制LED的發光亮度。通過9片MBI5024芯片，實現對3組單列48個LED燈的位控制。由于芯片的栓鎖功能，使用該芯片點亮一個LED和點亮所有LED所需時間是一樣的，顯著的減少了LED的點亮時間，并增強了混色顯示的效果。

3 實驗結果

經過調試，顯示效果十分理想，實物顯示效果圖如圖3所示，目前顯示系統可十分理想得顯示不同色彩，不同字體，不同大小的文字信息，且當前顯示系統可實現7種顏色自由切換，并顯示了日期等相關信息。

4 結語

本文對其整體系統進行研究實驗，確定部件選型，設計合理，已做出實物顯示，整體性能可靠。相對市面上和其他研究者的研究也有著很多的內容和功能的創新，針對本設計的實際運轉情況而言，本設計還存在待完善和進一步發展的空間。但就當前設計而言，完全可以在很多場合實現對普通平面LED顯示屏進行替代。

參考文獻

[1] 梁光勝，秦菁，陳世宏，陳志勇.旋轉彩色LED顯示屏設計與實現[J].液晶與顯示，2014，29（05）：850-855.

[2] 諸葛橋忠.嵌入式LED全彩屏控制系統設計[J].電子世界，2017（05）：111.

[3] 朱廣耀. LED顯示屏系統功能分析與關鍵技術研究[J].無線互聯科技，2017，（15）：48-49.

Design of Rotating LED Stereoscopic Display System

XU Zhi-hao，LIU Feng，CHEN Shi-hao，DI Zhi-gang，JIA Chun-rong

（College of Electrical Engineering， North China University of Technology， Tangshan? Hebei? 063200）

Abstract：In people's entertainment life， the traditional flat LED display screen has been quite mature， while the LED spherical screen appeared in recent years， which can display 360 degrees of all-round content. This design develops a large color dynamic rotating LED display system to solve the shortcomings of flat LED display system and monochrome rotating LED display system. Make it have more superior application in specific environment.

Key words：rotating LED display; visual temporary; photoelectric technology