基于無線供電的LED 顯示屏的設計

錢 凱 李 卓

（桂林理工大學信息科學與工程學院，廣西 桂林541004）

近年來隨著計算機技術和屏幕顯示技術的不斷發展，屏幕在生活、勞動、商業等各個領域的應用越來越廣泛。隨著生活水平的不斷提高，人們的需求也在不斷提高，對待傳統顯示屏也是一樣，在顯示分辨率以及故障率方面的要求也在提高，在這種趨勢下，一種新型的旋轉顯示屏將會成為未來的主流顯示屏。旋轉顯示屏利用人眼的視覺停滯作用，利用盡可能少的硬件達到與傳統顯示屏相同的效果，有需要才會刺激生產，視覺停滯效果加上近年來的新技術，比如無線網絡技術，或者無線電源技術，在數據壓縮方面提供多維彩色視覺顯示，達到更好的顯示效果。傳統電源使用時間長了會老化，降低供電效果，近年來無線供電開始普及，延長了設備的使用壽命，將兩者結合設計一種高效使用的顯示屏，具有更長的使用壽命，節約更多的材料。

1 系統設計

設計研究的主要內容分為硬件部分和軟件部分，首先硬件部分對不同模塊的設計應該符合實現效果的要求，顯示模塊要正常使用，首先LED 燈需要在不影響旋轉的情況下還能正常受芯片控制，其次是對控制芯片的選擇，保證有足夠的運行速度來控制實時的LED 燈變化和進行時鐘信息或者文字信息的處理。時鐘數據的顯示需要依靠時鐘芯片提供基本的時間信息，由主控板進行信息的處理并顯示，如何提供時間信息成為該模塊的主要研究內容。串口通信是進行數據傳輸的主要渠道，可以將程序寫入到設備以實現文字的更改和時鐘信息的校準。在供電模塊上，需要實現無線供電的方式，同時需要給電機一個平穩的電壓來保證穩定的旋轉速度來保證顯示效果，還要保證時鐘電路的電源，研究供電方案的可行性以及方案的實施。要達到穩定的顯示效果，還要完成起始點的檢測，防止文字重疊的現象，影響顯示效果，研究起始點的定點方案。

2 硬件設計

2.1 單片機的選擇

圖1 單片機控制最小系統電路圖

單片機最小系統如圖1 所示，選用STC12C5A32S2 單片機為控制核心，該芯片不僅運行速度較快，而且抗干擾能力很強，并且具有不可解密的特性[1]，符合我們對該設計的要求，增加設備的穩定性，保證在設備使用過程中的信息不被篡改和不被其他信號所干擾，所以我們在本次設計中采用STC12C5A32S2 單片機為控制核心。最小系統模塊主要是時鐘振蕩電路跟復位電路組成，在XTAL1 與XTAL2 之間連接晶振和電容，組成諧振電路，使用18.432MHZ 晶振[2]，結合單片機內部電路產生時鐘頻率，增加單片機運行速度。將電路植入到旋轉板上，在控制顯示的情況下不影響旋轉。在單片機的REST 引腳連接一個上拉電阻，實現上電復位，通電之后自動復位，保證系統正常運行和保護電路。

2.2 無線供電模塊

無線供電模塊如圖2 所示，供電方式采用雙電源供電，用直流電源給電機供電，無線供電給單片機供電，直流電源給電機提供穩定電壓，使電機穩定工作，無線供電電源給單片機供電，減少信號波動，提高穩定性，所以在本次設計中采用雙電源供電的方式。本次設計在主控板的供電方式上選擇無線供電的方式，減少直流供電造成的老化，避免降低使用效果。無線供電的主要原理是電磁感應，當在閉合電路中，穿過閉合電路的磁通量發生改變，就會產生感應電動勢，再通過初級線圈將能量傳輸到次級線圈，進而產生電流為主控板供電[3-5]，這樣設計是因為供電過程無接觸，減少材料損耗，延長使用壽命。本次設計采用高頻振蕩電路，在電路中Q1 跟Q2 可以組成正反饋電路，通過線圈跟磁芯互感，在次級線圈能產生感應電流[6]。

圖2 無線供電模塊電路圖

2.3 屏幕顯示模塊

屏幕顯示采用貼片式LED，優點是便于安裝，體積小，比較符合本次設計要求，重量較輕，對旋轉沒有干擾，分別將兩塊燈板的LED 燈正極連接實現統一供電，保證穩定顯示，負極跟單片機引腳相連，實現每個LED 燈的獨立控制，避免LED 的相互影響，從而導致顯示錯誤等情況發生。將兩塊燈板相互垂直焊接，在旋轉的時候能同時產生上面跟側面兩塊顯示屏[7]，節約了材料，提升顯示效果。

綜上所述本次設計采用STC12C5A32S2 單片機為主控芯片，選擇雙電源供電，提升設計的整體穩定性，采用貼片式LED為顯示裝置，實現無線供電的旋轉LED 顯示屏，并且能穩定顯示時鐘和文字。

3 軟件設計與系統調試

軟件方面采用KELL 公司開發的單片機開發系統，可以給開發過程帶來很大的便利。數據傳輸部分使用STC-ISP 進行程序下載和串口檢測，連接部分使用的是USB 接口，使用USB 轉串口驅動進行配置，實現程序的下載。將要顯示的文字通過取模軟件轉換為16 進制寫入程序中，燒錄到設備中，程序需要檢測開關是否啟動，并進行數據的檢測，如果沒有數據會繼續初始化，將不會顯示任何文字信息，如果檢測到數據就會開始檢測起始點，保證文字從起始點開始顯示，文字顯示設置為循環，當文字顯示完之后會重新開始顯示，如果沒有數據輸入即錯誤時，則無法直接讀取與顯示相應的文本，必須返回初始化處理；最終循環掃描返回初始化過程，軟件流程圖的程序中直接輸入漢字的情況下設備就無法進行識別，所以需要將要顯示的文字進行處理，轉換為16 進制，才能讓設備識別并顯示，所以這里在轉換時使用PCtoLCD2002 軟件對文本進行處理，該軟件能夠將輸入的文字進行處理，轉換為16 進制，從而達到顯示效果。

4 結論

本文通過單片機控制LED 的亮滅，在發動機的作用下，兩組高速旋轉LED就可以利用人眼的停滯效果實現屏幕文字顯示。因此，通過使用少量的LED，可以產生良好的動畫效果。旋轉范圍是一個周角，高速旋轉之后可以出現兩塊屏幕，合理利用資源，降低成本，彌補傳統顯示器的不足。