一种基于LED数码管的显示装置的制作方法

本发明涉及led显示控制技术领域，尤其涉及一种基于led数码管的显示装置。

背景技术：

目前，led屏已得到广泛应用，常见的led屏多是由大量led组成的显示点阵平板，通常采用循环扫描方法，逐行点亮led；人眼对动态频次分辨率为1/16～1／24ｓ，由于视觉滞后效应，所以屏幕上单行led会连成一幅静态画面。上述led屏存在如下缺点：整屏led数量巨大，成本高，而且极易坏掉，一定面积led的非正常工作使得整屏显示都受到影响，更换或者维修工作量较大；其次大量驱动电路、散热器件，导致led屏的应用场所受限。

现有技术中，有研究人员针对上述缺陷提出了旋转显示臂的概念，通过控制一行或一列led快速移动位置和改变点亮状态来实现图形的显示的,只要使不断运动的led在t1时刻位置为c1,对应状态为s1,t2时刻位置为c2,状态为s2,依此类推,tn时刻,位置为cn,状态为sn,如果led在各位置循环变换速度足够快,最终同样可以显示出一幅稳定的图像，然而上述概念只是停留在实验室，没有相应的消费级产品以及控制方法。

技术实现要素：

针对以上问题，本发明提供的基于led数码管的显示装置采用视觉暂留原理，仅仅使用三根显示臂便能够显示丰富的色彩、数字、文字或图案等信息，克服了传统整屏led数量巨大、成本高、显示形状固定等缺点，同时，该装置的驱动装置基于风能，不依赖电机和电源，适合应用于公园、娱乐场、景区等户外环境，能够作为广告牌、炫彩显示装置等。

本法采用如下技术方案：

一种基于led数码管的显示装置，其特征在于，包括显示臂、显示控制器、转速传感器、信号源、摆动头、舵板、支撑杆、控制箱、底座、旋转装置、风力驱动装置、传动装置、机电转换装置、机电控制器、整流/逆变电路和蓄电池，其中：

所述显示臂的数量为三个，显示臂包括条形壳体、均布在条形壳体正面的多个led、设置在条形壳体的末端且用于连接显示控制器的连接件、设置在条形壳体两侧且用于固定显示臂与旋转装置的固定件、设置在led上方的透明灯罩以及用于传输信号的连接软线；所述显示控制器用于控制显示臂工作，显示控制器包括圆形连接座、安装在圆形连接座上的电路壳体、设置在电路壳体内部的圆形电路板，所述电路壳体的侧壁上设置有多个与连接软线匹配工作的通讯接口，其中，所述圆形电路板基于显示臂数目、led数目以及当前转速产生led的控制信号，以控制基于led数码管的显示装置展示不同的色彩、数字、文字或图案；所述转速传感器与信号源配合工作用于检测显示臂的旋转速度；所述转速传感器包括霍尔传感器、红外管传感器或电容式传感器，其中，所述转速传感器安装在显示臂或旋转装置上，所述转速传感器的待检测信号源固定在非旋转的物体上，通过计算转速传感器的信号脉冲周期获取当前转速；所述摆动头为空心壳体；所述舵板设置在所述空心壳体上，舵板根据风向调整摆动头的位置，使摆动头顺风布置，摆动头可旋转的安装在支撑杆上；所述控制箱安装在支撑杆的底部；所述底座安装在控制箱的底部；所述旋转装置安装在摆动头的一侧、用于带动显示臂和显示控制器旋转，所述风力驱动装置安装在摆动头的另一侧、用于获取风能；所述传动装置安装在摆动头和支撑杆内部，传动装置一方面用于将风力驱动装置获取的动能传递给旋转装置，传动装置另一方面用于将风力驱动装置获取的动能传递给机电转换装置；所述机电转换装置一方面将机械能转换成电能，机电转换装置另一方面也能将电能转换成机械能；所述机电控制器控制机电转换装置和整流/逆变电路，以实现显示臂所需要的转速范围；所述蓄电池用于储存或释放电能。

进一步优选的，所述显示臂的连接件为u型接口，所述u型接口的底部设置有安装螺丝，所述u型接口的两竖臂上垂直设置有可拆卸的定位件，所述定位件为螺丝、螺栓、铆钉或定位轴中的一种；所述显示臂的固定件为绑带或伸缩夹，所述伸缩夹包括夹壳、设置在夹壳两侧的固定螺丝、设置在夹壳背面的后盖、设置在夹壳内部的伸缩杆、夹壳外侧的夹头以及设置在夹头上的弹性摩擦体，其中：所述后盖通过侧面的螺纹与夹壳可拆卸连接，所述夹壳设置有容纳伸缩杆的伸缩腔，所述伸缩杆靠近后盖的一端固定有限位块，所述伸缩杆的另一端连接所述夹头，所述伸缩杆上套设有压簧，所述压簧的两端分别由限位块和伸缩腔的缩口限位。

进一步优选的，所述显示控制器的圆形连接座包括圆盘、设置在圆盘上多组弧形腰槽，所述弧形腰槽的数量为3个，所述弧形腰槽对称布置且与圆盘同心；所述显示控制器的圆形连接座、电路壳体和圆形电路板的中心分别设置有同心安装孔，所述多个安装孔通过安装件固定，所述安装件为螺丝、螺栓、铆钉或定位轴中的一种。

进一步优选的，所述旋转装置包括3个旋转杆、安装旋转杆的圆盘和固定圆盘用的旋转轴，所述旋转轴由摆动头的一侧插入摆动头的内部；所述风力驱动装置包括多个旋转风叶、安装旋转风叶的圆头和固定圆头用的驱动轴，所述驱动轴由摆动头的另一侧插入摆动头的内部，所述传动装置包括大齿轮、小齿轮、第一锥齿轮、第二锥齿轮和传动杆，所述大齿轮套设在驱动轴上，所述小齿轮套设在旋转轴上，所述第一锥齿轮套设在旋转轴上，所述第二锥齿轮套设在所述传动杆的顶部，所述传动杆通过多个滚动轴承安装在支撑杆内部，所述传动杆的底部机械连接有机电转换装置。

进一步优选的，所述机电转换装置包括一个永磁铁转子和多组围绕永磁铁转子布置的线圈，所述永磁铁转子设置在传动杆的底部，所述线圈的数量为3至12中任意自然数，每组线圈的接入和断开均由机电控制器控制，所述整流/逆变电路包括整流电路和逆变电路，整流/逆变电路的工作由机电控制器控制，所述蓄电池连接所述整流/逆变电路。

进一步优选的，所述机电控制器的具体工作流程如下：

1）开始；

2）初始化；

3）机电控制器通过转速传感器获取显示臂的当前转速w’；

4）基于当前转速w’和最低转速w*，判断当前风力情况：

当w’＜w*时，机电控制器判断为微风情况，机电控制器控制整流/逆变电路中的逆变电路启动，机电控制器控制相隔120°的三个线圈接入，通过控制逆变电路将蓄电池的直流电转换为交流电供线圈带动永磁铁转子运动，驱动显示臂以最低转速w*运动；

当w*＜w’≤2w*时，机电控制器判断为中风情况，机电控制器控制所有线圈断开，由风力驱动装置直接驱动旋转装置；

当2w*＜w’时，机电控制器判断为大风情况，机电控制器控制整流/逆变电路中的整流电路启动，机电控制器控制线圈分阶段接入，通过控制整流电路将交流电供线圈中的电流整流后存储在蓄电池中，通过控制接入线圈的数量实现发电阻力的调整，以实现显示臂稳定运转。

5）判断是否关闭；

6）当系统确认未关闭时，执行步骤3）；

7）当系统确认关闭时；

8）程序结束。

进一步优选的，所述最低转速w*=（2π）/(0.2*3)，其中，0.2为200ms，3为显示臂的数目。

进一步优选的，所述圆形电路板上设置有处理器、以及与所述处理器相连的无线传输电路、接口通讯电路、传感器电路、存储电路和整流/逆变电路，其中：所述处理器为fpga、dsp或mcu中的一种，处理器基于显示臂数目、led数目以及当前转速产生led的控制信号，以控制基于led数码管的显示装置展示不同的色彩、数字、文字或图案；所述无线传输电路用于处理器与上位机、手机或单片机之间的无线通讯；所述接口通讯电路用于上位机与处理器之间的通讯；所述传感器电路用于传感器信号的转换；所述整流/逆变电路用于蓄电池的充、放电管理工作；所述处理器通过连接软线将控制信号发送至显示臂上驱动电路。

进一步优选的，其特征在于，所述显示控制器的具体工作流程如下：

1）开始；

2）初始化；

3）无线通讯程序：显示控制器通过无线通讯方式与上位机、手机或单片机之间建立通讯，显示控制器获得显示臂数目、led数目、数据间隔角度δα和待显示信息；

4）转速检测程序：显示控制器通过无线通讯程序或转速传感器获取当前测量转速；

5）转速判断程序：显示控制器基于当前测量转速和x个历史转速信息，采用移动平均算法或者指数平滑算法估算未来转速w，并判断未来转速w是否处于稳定状态：当未来转速w处于稳定状态时，显示控制程序能够显示色彩、数字、文字或图案信息；当未来转速w处于非稳定状态时，显示控制程序能够显示色彩或简单图案信息；

6）显示控制程序：显示控制器基于未来转速w、待显示信息、显示臂数目3、led数目m和和每列数据间隔的角度δα，产生工作信号，以控制led实现明暗、色彩变换，展示出相应的色彩、数字、文字或图案；

7）判断是否关闭；

8）当系统确认未关闭时，执行步骤3）；

9）当系统确认关闭时；

10）程序结束。

进一步优选的，所述显示控制程序具体包括如下步骤：

1）基于显示臂的数量3、单个显示臂的led数量m和每列数据间隔的角度δα，构建基于led数码管的显示装置的平面极坐标系，其中，δα的取值范围0.1-2°；

2）从上位机或手机中获取需要显示色彩、数字、文字或图案信息；

3）将上述步骤中的信息利用坐标转换，从笛卡尔直角坐标系转换成平面极坐标系；

4）基于数据间隔角度δα和当前转速w计算出led的间隔点亮时间δt，δt=δα/w；

5）基于间隔点亮时间δt和平面极坐标系信息，产生相应的pwm信号，不同负载周期的pwm信号能够实现led的调光。

本发明的一种基于led数码管的显示装置具有以下有益效果：

（1）该显示装置采用视觉暂留原理，仅仅使用三根显示臂便能够显示丰富的色彩、数字、文字或图案等信息，克服了传统整屏led数量巨大、成本高、显示形状固定等缺点，同时，该装置的驱动装置基于风能，不依赖电机和电源，适合应用于公园、娱乐场、景区等户外环境，能够作为广告牌、炫彩显示装置等。

（2）该基于led数码管的显示装置利用风能驱动，不再依赖外部电源或者电机，能够真正意义上实现长时间的户外运动，该风能驱动装置具有自适应调整的功能，能够保证旋转装置的转速在合适的范围内。

（3）该基于led数码管的显示装置便于拆装，显示臂和显示控制器之间通过连接件实现机械连接，连接件为u型接口，将u型接口上的通孔对准弧形腰槽，通过螺丝、螺栓、铆钉或定位轴即可实现连接，显示臂和显示控制器之间通过连接软线实现电路连接，将显示控制器设置为圆形结构，放置在旋转的中心位置可以极大的降低旋转时所需要的额外扭矩。

（4）显示臂通过固定件安装在旋转叶片或旋转轮上，固定件一般选择绑带或伸缩夹，能够实现快速安装，同时根据实用情况，合理的增加显示臂可以保持画面稳定,降低画面抖动、边缘模糊等问题,提升图像显示质量。

（5）能够与上位机、单片机或手机进行无线通讯，特别是能够与手机进行通讯，在改变显示臂数量后能够及时更新系统设置，同时，通过手机远程输入需要显示的色彩、文字或图案信息，增加了娱乐性能，同时，能够与单片机通讯可以与汽车的车载系统互联，获取当前转速信息。

（6）转速判断程序可以有效估算未来转速w，由显示臂安装在旋转装置上，其转速均不可能发生突变，因此基于当前测量值和多个历史转速信息能够估算未来转速w，这种计算方式比单纯的参照当前测量值要准确的多，因为点亮时间对于该装置显示的清晰度至关重要。

（7）该显示控制程序基于坐标转换和pwm控制，能够充分发挥全彩led的展示效果。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的整体结构示意图；

图2为本发明的内部传动结构示意图；

图3为本发明的显示臂结构示意图；

图4为本发明的显示控制器结构示意图；

图5为本发明的显示控制器内部结构示意图；

图6为本发明的显示控制器侧面结构示意图；

图7为本发明的连接件结构示意图；

图8为本发明的固定件结构示意图；

图9为本发明中显示臂和显示控制器的装配结构示意图；

图10为本发明中显示控制器的电路连接示意图；

图11为本发明的显示控制器工作流程示意图；

图12为本发明中机电控制器的电路连接示意图。

图中：1-显示臂、101-条形壳体、102-led、103-连接件、1031-u型接口、1032-安装螺丝、1033-定位件、104-固定件、1041-夹壳、1042-固定螺丝、1043-后盖、1044-伸缩杆、1045-夹头、1046-压簧、1047-限位块、1048-弹性摩擦体、105-透明灯罩、106-连接软线、2-显示控制器、201-圆形连接座、202-电路壳体、203-圆形电路板、204-通讯接口、205-安装件、2011-圆盘、2012-弧形腰槽、3-转速传感器、4-信号源、5-摆动头、6-舵板、7-支撑杆、8-控制箱、9-底座、10-旋转装置、11-风力驱动装置、12-传动装置、1201-大齿轮、1202-小齿轮、1203-第一锥齿轮、1204-第二锥齿轮、1205-传动杆13-机电转换装置、1301-永磁铁转子、1302-线圈、14-机电控制器、15-整流/逆变电路、16-蓄电池。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1和图2所示，一种基于led数码管的显示装置包括显示臂1、显示控制器2、转速传感器3、信号源4、摆动头5、舵板6、支撑杆7、控制箱8、底座9、旋转装置10、风力驱动装置11、传动装置12、机电转换装置13、机电控制器14、整流/逆变电路15和蓄电池16，其中：显示臂1为装有多个led的直臂结构，在旋转状态下三个相隔120°的显示臂1能够显示出色彩、文字和图案，显示控制器2为圆形结构布置在显示臂1的中间，显示臂1和显示控制器2可拆卸安装在旋转装置10的旋转杆上，旋转装置10的带动是依靠风力驱动装置11或传动装置12，具体工作方式参见后面的机电控制器14的具体工作流程。

图2中，摆动头5为空心壳体，舵板6设置在空心壳体上，舵板6的数量可以为1个或多个，分别设置在空心壳体的顶部和两侧，舵板6根据风向调整摆动头5的位置，使摆动头5顺风布置，摆动头5通过轴承可旋转的安装在支撑杆7上；控制箱8安装在支撑杆7的底部；底座9安装在控制箱8的底部；机电转换装置13、机电控制器14、整流/逆变电路15和蓄电池16设置在控制箱8内部，旋转装置10安装在摆动头5的一侧、用于带动显示臂1和显示控制器2旋转，风力驱动装置11安装在摆动头5的另一侧、用于获取风能。

具体的，旋转装置10包括3个旋转杆、安装旋转杆的圆盘和固定圆盘用的旋转轴，旋转轴由摆动头5的一侧插入摆动头5的内部；风力驱动装置11包括多个旋转风叶、安装旋转风叶的圆头和固定圆头用的驱动轴，驱动轴由摆动头5的另一侧插入摆动头5的内部，传动装置12安装在摆动头5和支撑杆7内部，传动装置12一方面用于将风力驱动装置11获取的动能传递给旋转装置10，传动装置12另一方面用于将风力驱动装置11获取的动能传递给机电转换装置13，传动装置12包括大齿轮1201、小齿轮1202、第一锥齿轮1203、第二锥齿轮1204和传动杆1205，大齿轮1201套设在驱动轴上，小齿轮1202套设在旋转轴上，第一锥齿轮1203套设在旋转轴上，第二锥齿轮1204套设在传动杆1205的顶部，传动杆1205通过多个滚动轴承安装在支撑杆7内部，传动杆1205的底部机械连接有机电转换装置13。

需要说明的是，大齿轮1201和小齿轮1202的作用是：降低驱动轴的扭矩、增加驱动轴传输的转速，因为旋转轴工作时必须高于最低转速，因此，针对获取的风能需要降扭增速。同时，第一锥齿轮1203和第二锥齿轮1204的作用是：改变动能传递方向，将水平方向的动能传递至垂直方向，使得机电转换装置13工作，机电转换装置13一方面将机械能转换成电能，机电转换装置13另一方面也能将电能转换成机械能；机电控制器14控制机电转换装置13和整流/逆变电路15，以实现显示臂1所需要的转速范围；蓄电池16用于储存或释放电能。

需要进一步说明的是，大齿轮1201和小齿轮1202可以是普通齿轮，也可以是单向传动齿轮，即只可以大齿轮1201向小齿轮1202传递动能，小齿轮1202向大齿轮1201传递时，会出现打滑情况，这种单向传递是为了在低风速情况下，机电控制器14控制机电转换装置13将蓄电池16的电能转换成旋转装置的动能时，不必浪费能量带动风力驱动装置11运动。

具体的，本实施例中，机电转换装置13包括一个永磁铁转子1301和多组围绕永磁铁转子1301布置的线圈1302，永磁铁转子1301设置在传动杆1205的底部，线圈1302的数量为3至12中任意自然数，每组线圈1302的接入和断开均由机电控制器14控制，整流/逆变电路15包括整流电路和逆变电路，整流/逆变电路15的工作由机电控制器14控制，蓄电池16连接整流/逆变电路15。本实施例中，线圈1302的数量为12，12组线圈1302均匀布置。

显示臂1的结构如图3所示，显示控制器2的结构如图4所示，一般情况下，显示臂1的数量应能平分360°，这种对称布局可以简化控制程序，本方案3个显示臂。

图3中，显示臂1包括条形壳体101、均布在条形壳体1正面的多个led102、设置在条形壳体101的末端且用于连接显示控制器2的连接件103、设置在条形壳体101两侧且用于固定显示臂1与旋转装置的固定件104、设置在led102上方的透明灯罩105以及用于传输信号的连接软线106，具体的，为了进一步增加显示效果本实例中的led102采用全彩led灯珠。

图4中，显示控制器2包括圆形连接座201、安装在圆形连接座201上的电路壳体202、设置在电路壳体202内部的圆形电路板203，圆形电路板203的布局如图3所示，电路壳体202的侧壁上设置有多个与连接软线106匹配工作的通讯接口204，其中，圆形电路板203基于显示臂1数目、led102数目以及当前转速产生led102的控制信号，以控制基于led数码管的显示装置展示不同的色彩、数字、文字或图案。

需要说明的是，显示控制器2的圆形连接座201、电路壳体202和圆形电路板203的中心分别设置有同心安装孔，3个安装孔通过安装件205固定，安装件205为螺丝、螺栓、铆钉或定位轴中的一种。

需要进一步说的是，还包括用于测量转速的转速传感器3，转速传感器包括霍尔传感器、红外管传感器或电容式传感器，其中，转速传感器3安装在显示臂1的后面，转速传感器3的待检测信号源固定在非旋转的物体上，如摆动头5上，通过计算转速传感器3的信号脉冲周期获取当前转速，具体的，当采用霍尔传感器时，磁条可以固定在摆动头5上；当红外管传感器时，红外源同理可以布置上述位置。当然，也可以通过无线传输的方式获取当前转速。在不考虑成本的情况，为了提升控制精度可以在每个显示臂1上都安装转速传感器3。

本实施中的显示臂1、显示控制器2之间为可拆卸连接，能够灵活的调整夹角，方便显示臂1的扩充和减少。为了实现上述目的，采用了如图7所示的连接件103，其中，显示臂1的连接件103为u型接口1031，u型接口1031的底部设置有安装螺丝1032，u型接口1031的两竖臂上垂直设置有可拆卸的定位件1033，定位件1033为螺丝、螺栓、铆钉或定位轴中的一种，同时，也采用了圆形连接座201的结构，显示控制器2的圆形连接座201包括圆盘2011、设置在圆盘2011上多组弧形腰槽2012，弧形腰槽2012的数量为3个，弧形腰槽2012对称布置且与圆盘2011同心。

为了便于显示臂1的固定，固定件104可以为绑带或伸缩夹，如图8所示，伸缩夹包括夹壳1041、设置在夹壳1041两侧的固定螺丝1042、设置在夹壳1041背面的后盖1043、设置在夹壳1041内部的伸缩杆1044、夹壳1041外侧的夹头1045以及设置在夹头1045上的弹性摩擦体1048，其中：后盖1043通过侧面的螺纹与夹壳1041可拆卸连接，夹壳1041设置有容纳伸缩杆1044的伸缩腔，伸缩杆1044靠近后盖1043的一端固定有限位块，伸缩杆的另一端连接夹头1045，伸缩杆1044上套设有压簧1046，压簧1046的两端分别由限位块1047和伸缩腔的缩口限位，弹性摩擦体1048可以采用不同的弧度以满足不同需求，例如采用叶片、渐变轮毂等等。

显示臂1和显示控制器2装配好之后，如图9所示。本实施中，展示三臂对称方案，当转速稳定时，即可以展示文字和数字，这种展示具有一定的娱乐功能，也具有一定的积极意义，例如可以展示指示路牌、时间、演出时间等有用信息；当转速不稳定时，可以展示纯粹的色彩或者简单图形信息。

为了实现上述信息的展示，对于圆形电路板203和控制程序提出了较高的要求，本实施例中的圆形电路板203上设置有处理器、以及与处理器相连的无线传输电路、接口通讯电路、传感器电路、存储电路和整流/逆变电路，如图10所示，其中：处理器为fpga、dsp或mcu中的一种，处理器基于显示臂1数目、led102数目以及当前转速产生led102的控制信号，以控制基于led数码管的显示装置展示不同的色彩、数字、文字或图案；无线传输电路用于处理器与上位机、手机或单片机之间的无线通讯；接口通讯电路用于上位机与处理器之间的通讯；传感器电路用于传感器信号的转换；整流/逆变电路用于蓄电池的充、放电管理工作；处理器通过连接软线106将控制信号发送至显示臂1上驱动电路。

具体的，处理器可以采用stm32f722ret6处理器、stm32系列mcu或stc15w408as处理器，具体的外围芯片设置布局可以参考芯片资料，无线传输电路可以采用nrf2401芯片、hx1838芯片或hm-06芯片，接口通讯电路可以采用swd通讯接口；传感器电路可以采用霍尔传感器或红外传感器；存储电路可以采用flash；驱动电路可以采用74hc164、dm164或th5024驱动芯片。

需要说明的是，th5024是专门为led显示臂设计的驱动ic，内建cmos移位寄存器与锁存功能，是串行输入并行输出的数据传输方式。具有16位并行输出，串行输入是通过spi输入，数据传输速率高达35mhz，保证了数据的传输速率，达到设计要求。

需要说明的是，hm-06模块采用csrbluecore芯片，配置256kb、6-8mbit的软件存储空间，支持at指令，采用最小的封装，只有13.5mm*18.5mm*2.3mm大小。

针对上述硬件，显示控制器2的具体工作流程如图11所示：

1开始；

2初始化；

3无线通讯程序：显示控制器2通过无线通讯方式与上位机、手机或单片机之间建立通讯，显示控制器2获得显示臂1数目、led102数目、数据间隔角度δα和待显示信息；

需要说明的是，本实施的led的数目为112个，led的密度越多显示分辨率越高，led的数目取决于驱动电路的驱动能力。

4转速检测程序：显示控制器2通过无线通讯程序或转速传感器3获取当前测量转速；

5转速判断程序：显示控制器2基于当前测量转速和x个历史测量转速信息，采用移动平均算法或者指数平滑算法估算未来转速w；

6显示控制程序：显示控制器2基于未来转速w、待显示信息、显示臂1数目n、led102数目m和和每列数据间隔的角度δα，产生工作信号，以控制led102实现明暗、色彩变换，展示出相应的色彩、数字、文字或图案；

7判断是否关闭；

8当系统确认未关闭时，执行步骤3；

9当系统确认关闭时；

10程序结束。

需要说明的是，转速判断程序还包括：

显示控制器2基于当前测量转速和x个历史转速信息，采用移动平均算法或者指数平滑算法估算未来转速w，并判断未来转速w是否处于稳定状态：

当未来转速w处于稳定状态时，显示控制程序能够显示色彩、数字、文字或图案信息，具体的，此时未来转速w恒定、或其趋势的波动范围不超过±5%。

当未来转速w处于非稳定状态时，显示控制程序能够显示色彩或简单图案信息，具体的，此时未来转速w的趋势处于加速或减速状态。

需要说明的是，x的数值一般取5-10个。

具体的，显示控制程序具体包括如下步骤：

1基于显示臂1的数量n、单个显示臂1的led102数量m和每列数据间隔的角度δα，构建基于led数码管的显示装置的平面极坐标系，其中，δα的取值范围0.1-2°，δα为2°时的平面极坐标系示意图。

2从上位机或手机中获取需要显示色彩、数字、文字或图案信息；

3将上述步骤中的信息利用坐标转换，从笛卡尔直角坐标系转换成平面极坐标系；

具体的，上述取模过程可以在处理器中完成，也可以通过无线通讯在手机或上位机中完成。

4基于数据间隔角度δα和当前转速w计算出led102的间隔点亮时间δt，δt=δα/w；

5基于间隔点亮时间δt和平面极坐标系信息，产生相应的pwm信号，不同负载周期的pwm信号能够实现led102的调光。

具体的，为了进行pwm调光，字信号处理器或微显示控制器会传送不同负载周期的pwm讯号。因此，通过led串行的平均.电流等于负载周期乘以最大电流。由于通过led的最大电流都相同，因此pwm调光结果会呈现出相当线性的亮度变化。另外，由于led发光的光谱会因电压降幅而产生变化，而电压降幅会因维持最大值的而产生变化，因此led背光的色度(亦即色彩、色相或实际达到白光的程度)在采用pwm调光时可达到绝佳效果。

参考图12，机电控制器14的具体工作流程如下：

1开始；

2初始化；

3机电控制器14通过转速传感器3获取显示臂1的当前转速w’；

4基于当前转速w’和最低转速w*，判断当前风力情况：

具体的，最低转速w*=（2π）/(0.2*3)，其中，0.2为200ms，3为显示臂的数目。

需要一步说明的是，在转速判断程序启动后，还应该加入最低转速的判断，因为采用视觉暂留原理现实一整幅图案和文字需要一定的时间，图像在视网膜上暂留50-200ms，因此，显示臂1数目3乘以未来转速w应至少小于200ms，确保能在视网膜上构建一整幅图。

当w’＜w*时，机电控制器14判断为微风情况，机电控制器14控制整流/逆变电路15中的逆变电路启动，机电控制器14控制相隔120°的三个线圈1302接入，通过控制逆变电路将蓄电池16的直流电转换为交流电供线圈1302带动永磁铁转子1301运动，驱动显示臂1以最低转速w*运动，此时，永磁铁转子1301的旋转通过传动装置12驱动旋转装置10和显示臂1运动，由于采用单向传动齿轮，此时风力驱动装置11自由运动。

当w*＜w’≤2w*时，机电控制器14判断为中风情况，机电控制器14控制所有线圈1302断开，由风力驱动装置11直接驱动旋转装置10，由于所有线圈1302断开，未接入电路，此时，风力驱动装置11带动旋转装置10自由旋转，没有受到任何发电阻力。

当2w*＜w’时，机电控制器14判断为大风情况，机电控制器14控制整流/逆变电路15中的整流电路启动，机电控制器14控制线圈1302分阶段接入，通过控制整流电路将交流电供线圈1302中的电流整流后存储在蓄电池16中，通过控制接入线圈1302的数量实现发电阻力的调整，以实现显示臂1稳定运转。

具体的，开始接入4组相互对称线圈1302，然后再接入8个，再接入12个，逐渐增加接入电路线圈1302的数量，可以逐渐增加发电阻力，以实现转速的稳定可控。

5判断是否关闭；

6当系统确认未关闭时，执行步骤3；

7当系统确认关闭时；

8程序结束。

本发明提供的基于led数码管的显示装置采用视觉暂留原理，仅仅使用三根显示臂便能够显示丰富的色彩、数字、文字或图案等信息，克服了传统整屏led数量巨大、成本高、显示形状固定等缺点，同时，该装置的驱动装置基于风能，不依赖电机和电源，适合应用于公园、娱乐场、景区等户外环境，能够作为广告牌、炫彩显示装置等。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。