基于无线远程通讯的智能化旋转led显示装置制造方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种基于无线远程通讯的智能化旋转LED显示装置，由机械旋转机构、电源传输机构、LED驱动电路、无线通讯模块组成，机械旋转机构由其上设有8列竖直LED竖屏阵列板的旋转平台及电机驱动装置组成，电源传输机构采用电刷式轴承输电机构，LED驱动电路由单片机、数据存储器FIFO、转速检测电路、串入并出转换电路、LED显示电路及轴承输电模块组成，无线通讯模块通过无线传输通讯设备及串口与LED驱动电路通讯联接。本实用新型特点是在电源传输机构中利用两个轴承将旋转平台上电路板电源直接与供电电源连接，使得整套系统运行更加稳定、持久；利用8列竖直LED竖屏阵列板进行显示输出，增大了清晰度，并实现了四周旋转显示功能。
【专利说明】基于无线远程通讯的智能化旋转LED显示装置
【技术领域】
[0001]本实用新型属于信息传播设备【技术领域】，涉及一种基于无线远程通讯的智能化旋转LED显示装置，其产品可用于室内办公室信息显示装置设计、户外可无线更换数据的广告屏幕设计以及车辆等移动物体上进行动态信息发布。
【背景技术】
[0002]点阵LED显示装置因其具有显示亮度高、寿命长、节约电能及便于数字控制等特点，迄今已被广泛应用于各类显示装置制作领域。但由于本身特性的限制，其在大型显示设备制作过程中存在有点阵密集、控制所需信息量大等问题，并由于器件的密集布置导致了成本的增加和安装的难度，为后续控制电路设计带来了难题，也增加了产品的维护难度。
[0003]传统型的旋转式LED显示装置由于结构所限，无法为电路板提供有效电源，为此大多采用电池供电系统进行供电。这样就使得显示装置的上部电路板供电与下端电机供电相互隔离，降低了系统使用时间，限制了其屏幕大小的发展。由于LED灯也采用电池供电，亦使得其续航能力与显示装置屏幕大小受到了极大的限制，其结果就使传统旋转LED显示装置在显示上其LED数量不足，显示像素过少，整体显示效果低，只能用于显示简单的数字及图形。
实用新型内容
[0004]本实用新型的目的在于对现有技术存在的问题加以解决，针对液晶显示装置在圆形空间中的显示应用方向，提供一种结构线路简单、制作成本低、可实现四周旋转显示功能、显示内容丰富流畅、显示的色彩亮度和清晰度好、整套系统的续航能力与适应能力强的基于无线远程通讯的智能化旋转LED显示装置。
[0005]为解决上述技术问题，本实用新型的实现方案是这样的:
[0006]一种基于无线远程通讯的智能化旋转LED显示装置，由机械旋转机构、电源传输机构、LED驱动电路、无线通讯模块组成，其中:
[0007]所述的机械旋转机构由其上设置有LED竖屏阵列板的旋转平台以及用于驱动旋转平台旋转的电机驱动装置组成；
[0008]所述的电源传输机构米用电刷式轴承输电机构，包括两个按上下位同轴套装于电机驱动装置输出传动轴上的内轴套和外轴套，两轴套内外壁间隔设的腔槽内按上下位分设配置有两副金属轴承，两轴承的外侧壁分别与外电源的正极和负极滑动连接，两轴承的内侧壁分别与LED驱动电路控制线的正极连线和负极连线滑动连接；
[0009]所述的LED驱动电路通过控制电路板设置在旋转平台上，由单片机、数据存储器FIFO、转速检测电路、串入并出转换电路(即具有串入并出功能的741s598芯片转换电路)、LED显示电路及轴承输电模块(即电源传输机构)组成，数据存储器FIFO、转速检测电路和轴承输电模块的输入端分别通至单片机的对应输入端，单片机的输出端经串入并出转换电路后与LED显示电路的输入端联接；[0010]所述的无线通讯模块通过无线传输通讯设备及串口与LED驱动电路通讯联接。
[0011]本实用新型的实现方案还在于:机械旋转机构中的电机驱动装置包括一部配置有减速箱的交流电机，交流电机的输出传动轴通过旋转轴承装置与旋转平台连接。
[0012]本实用新型的实现方案还在于:减速箱的减速比为1:8，交流电机的转速为1440转/分?1680转/分。
[0013]本实用新型的实现方案还在于:在旋转平台外周按环形阵列分布均匀设置有8列竖直LED竖屏阵列板，其分布圆周直径为300?600mm。
[0014]本实用新型的实现方案还在于:在外轴套上开有两道分别用于穿过正、负极电源线的通槽，在内轴套上开有两道分别用于穿过LED驱动电路正、负极控制线的通槽。通过通槽将电源线与两个轴承内外圈相连，根据轴承的导电特性，使其传电将电源从电机底部输入旋转屏之上。
[0015]本实用新型的实现方案还在于:LED驱动电路中的单片机采用具有SPI接口的8051F410单片机，串入并出转换电路(具有串入并出功能的741s598芯片转换电路)采用74HC595器件，转速检测电路16采用型号为HS38A400的旋转编码器。
[0016]本实用新型的实现方案还在于:通过转速检测电路对旋转平台进行检测，使显示屏的LED刷新速度与旋转平台的转速满足公式
[0017]y = ax+b,
[0018]式中X为电机旋转速度，y为显示屏刷新速度，a = 7?9, b = O?10。
[0019]与现有技术相比，本实用新型的结构特征及优点包括:在电源传输机构中采用电刷式轴承的导电特性，利用两个轴承使得旋转平台上电路板的电源线可直接与供电电源连接，由于轴承的引入加大了系统负载率，提高了系统续航能力，使得整套系统运行更加稳定、持久；在机械旋转机构中利用8列竖直LED竖屏阵列显示板进行显示输出，通过利用人眼视觉滞留作用，调整旋转速度使得LED灯达到环形显示功能，本系统所形成的圆周屏幕分别率可达到256*360，增大了清晰度，提高了显示面积，降低了 LED灯数量，并实现了四周旋转显示功能；采用无线通讯系统，控制电路可通过无线传输与电脑与其它设备进行通讯，方便远程控制与信号接收处理。
【专利附图】
【附图说明】
[0020]图1是本实用新型一个具体实施例的整体结构示意图。
[0021]图2是图1实施例之侧剖结构示意图。
[0022]图3是本实用新型电源传输机构部分的结构示意图。
[0023]图4是本实用新型LED驱动电路的结构原理示意图。
[0024]图中的各数字标记的名称分别是:1 一顶部固定圆盘，2 — LED竖屏阵列板,3 —支柱，4 一控制电路板，5 —旋转平台，6 —驱动电路控制线，7 —交流电机，8 —内轴套，9 一轴承，10 —电源线，11 一轴承，12 —外轴套，13 —底座，14 一单片机，15 —数据存储器FIFO，16 一转速检测电路，17 —串入并出转换电路，18 - LED显示电路，19 一轴承输电模块。
【具体实施方式】
[0025]如图所示，本实用新型所述的基于无线远程通讯的智能化旋转LED显示装置由机械旋转机构、电源传输机构、LED驱动电路、无线通讯模块组成。
[0026]机械旋转机构由旋转平台5、LED竖屏阵列板2以及电机驱动装置组成，其中的电机驱动装置由配置了减速箱的交流电机7构成。在驱动屏幕进行圆周旋转的选择中，由于设计体积及功率较大，故需采用带减速箱的交流电机7进行驱动，通过选取减速比为1:8的减速箱以此提高电机驱动能力。为保证整套系统的续航能力与适应能力，本实用新型采用市电220V交流电源，整体提高了系统兼容性与适应性。为增强显示效果与亮度，本实用新型在旋转平台上安装了 8列LED竖屏阵列板显示装置。根据人眼视觉延迟要求，该旋转平台需要满足在圆周上同一转角位置对显示内容刷新24次的要求。由于采用了 8列LED竖屏阵列板显示装置呈环形阵列分布，故大大降低了刷新频率要求，有效解决了双屏LED显示所导致的清晰度与亮度不高的问题，提高了显示亮度与清晰度，另外通过圆周阵列均匀排布间接地降低了电机所需转速要求，使得可以在电机前端添加减速箱增加扭矩，为后续大面积旋转LED屏制作所需的驱动力提供了保障。通过计算得出旋转平台5所需的最小速度为:24/8*60 = 180rpm,电机最小转速为180*8 = 1440，为此本实用新型选择电机转速为1440?1680之间为最佳数值。
[0027]本实用新型由于显示系统采用环形阵列LED显示装置，增加了 LED点阵数量使得系统能耗大大增加，本实用新型装置工作大约需要20W功率电源，其中的LED控制与驱动电路若采用5V供电，需要4?5A的电流方能驱动。为此本实用新型设计了一套采用电刷式金属轴承导电特性的新型电源传输机构，如图3所示，它包括按上下位同轴套装于电机驱动装置输出传动轴上的内轴套8和外轴套12，在外轴套2上开有两道分别用于穿过正、负极电源线10的通槽，在内轴套8上开有两道分别用于穿过LED驱动电路正、负极控制线的通槽，在两轴套12、8内外壁间隔设的腔槽内按上下位分设配置有两副金属轴承11、9，两轴承
11、9的外侧壁分别与外电源的正极和负极滑动连接，两轴承11、9的内侧壁分别与LED驱动电路控制线的正极连线和负极连线滑动连接。实际工作中，该装置采用两个金属轴承11、9进行传电。由于轴承内部为金属结构，具有导电特性，而其内外圈相对于其基础线轴为相对静止，没有相对位移，为此利用轴承安装与使用的这条特性，通过将控制电路板正负两极分别通过轴套内线通槽与该接触线槽端的轴承相连，再将外界电源穿过电机其上与轴承外圈相连的轴套，与轴承外圈相连；利用金属轴承的导电特性，将电源送给控制电路板与LED显示装置，使LED旋转屏电源与电机电源合并，延长了 LED旋转屏的使用时间。此项技术的利用有效避免了传电过程中由于平台旋转过快导致的电源线绞缠，电刷损耗等问题，并且由于轴承外圈相对于连接轴套处在相对静止状态，不会产生因高速旋转而导致的电线扭曲等现象的发生，达到了正常供电的需求。
[0028]LED驱动电路通过控制电路板4设置在旋转平台5上，其电路结构如图4所示，由单片机14、数据存储器FIFO、转速检测电路16、串入并出转换电路(具有串入并出功能的741s598芯片转换电路)17、LED显示电路18及轴承输电模块19组成，其中的单片机14采用具有SPI接口的8051F410单片机(该芯片内部具有SPI接口，通过该接口使得单片机可与其他芯片进行通讯)。实际工作中，由于整个显示及驱动电路部分都在旋转，电源由电刷即导电轴承提供。本实用新型采用8个LED竖屏(LED竖屏阵列板)进行显示输出，利用8个竖排LED显示整列组成的显示系统可以大大增强显示色彩亮度与分辨率。该8个竖排LED显示器按照环形阵列进行排布，由于屏幕之间间距缩小，在同一点位，每个屏幕刷新次数增多，这样就可使亮度与清晰度大大提升，并且每个屏幕可以放置256个像素点。为了简化该显示装置中大量LED显示管的驱动线路，在LED控制电路方面，本实用新型采用了基于串入并出的数据传送模式。该模式可以有效降低数据传输线路复杂度，提高数据传输效率。为此在LED显示屏控制端采用了具有串行转并行功能的74HC595芯片，利用该芯片移位寄存器特性与数据锁存功能，可以在向8列LED竖屏传送多达256个开关量的过程中，单位时间内LED屏每个象点保持状态不变。按照LED屏每旋转I周需要显示360列信息且屏幕转速为180rpm合计3rps计算,每列数据的显示时间为1/(3*360) = 0.92mS,要求传送本LED驱动控制板传输数据的速率大于300bps，本实用新型选用74HC595芯片所允许的传送速率为10Mbps，能够满足利用一个CPU在0.9mS的间隔里连续发送8个显示屏的数据。
[0029]为保证显示效果稳定，本实用新型采用闭环控制系统的转速检测电路(旋转编码器HS38A400) 16，在旋转过程中对旋转平台转速进行检测，通过检测平台的旋转速度以确保系统LED等刷新速度与平台旋转速度相吻合，用计算出的屏幕旋转速度及时自动修正发送数据的间隔，以保证图形稳定，进而达到良好的显示效果，避免旋转速度与显示屏刷新频率相冲突所导致的各种跑帧现象发生，同时也降低了对旋转电机速度稳定性的要求，以便利用价格低廉的交流减速电机，降低产品的生产成产。通过将显示刷新速度与电机旋转速度进行比对，经过多次测量与实验确定其最佳修整公式y = ax+b，公式中X为电机旋转速度，y为显示屏刷新速度，a = 7?9, b = O?10。
[0030]本实用新型将串入并出转换电路17用于大量像素点的输出驱动，它使用两线的I2C数据总线，体积小，线路简单，可以在很大程度上简化电路板布线。根据8051F410内部的SPI和74HC595数据接口通讯速率允许达到10Mbps，保证了在0.5ms内完成8个竖直屏的信号传输，总计2K个点阵变量，为整套显示系统提供了缓存区域，使得显示更加流畅。
[0031]在本实用新型装置具体使用中，由于显示屏所需输出数据量庞大，单片机无法满足其存储要求，为此本实用新型在数据存储方便添加了 FIFO存储芯片(数据存储器FIFO)对往来数据进行临时存储，工作中，外界设备将数据发送至该芯片内部进行缓存，单片机通过远程调用将数据提取并进行输出使用。利用串行数据存储器FIFO来存放要显示的图形数据，一次可以存储切换5个显示屏幕的内容，采用通用的串行接口进行通讯，大大提高了数据存储于提取效率，使得数据在进入单片机前有了缓存区域，增强了系统的数据存储能力。
[0032]由于该LED显示装置在显示过程中，其控制平台处于高速旋转过程中，无法通过有线与外界设备进行通讯，为此本实用新型在旋转平台上扩展了无线通讯模块。该无线通讯模块通过串口与控制电路相连。通过该无线通讯模块，LED驱动电路可以通过无线传输及电脑与其它设备进行通讯，方便更改显示内容与性能调试，实现了远程控制，解决了系统内接存储器空间小、只能静态显示固定图像的问题。通过远程传输，电脑直接将实现设计好的动画数据传送给LED控制电路板，减低了电路板所需存储空间，使得显示内容更加灵活。
【权利要求】
1.一种基于无线远程通讯的智能化旋转LED显示装置，其特征在于:由机械旋转机构、电源传输机构、LED驱动电路、无线通讯模块组成，其中， 所述的机械旋转机构由其上设置有LED竖屏阵列板(2)的旋转平台(5)以及用于驱动旋转平台(5)旋转的电机驱动装置组成； 所述的电源传输机构米用电刷式轴承输电机构，包括两个按上下位同轴套装于电机驱动装置输出传动轴上的内轴套(8)和外轴套(12)，两轴套(12、8)内外壁间隔设的腔槽内按上下位分设配置有两副金属轴承(11、9)，两轴承(11、9)的外侧壁分别与外电源的正极和负极滑动连接，两轴承(11、9)的内侧壁分别与LED驱动电路控制线的正极连线和负极连线滑动连接； 所述的LED驱动电路通过控制电路板(4)设置在旋转平台(5)上，由单片机(14)、数据存储器FIFO(15)、转速检测电路(16)、串入并出转换电路(17)、LED显示电路(18)及轴承输电模块(19)组成，数据存储器FIFO (15)、转速检测电路(16)和轴承输电模块(19)的输入端分别通至单片机(14)的对应输入端，单片机(14)的输出端经串入并出转换电路(17)后与LED显示电路(18)的输入端联接； 所述的无线通讯模块通过无线传输通讯设备及串口与LED驱动电路通讯联接。
2.根据权利要求1所述的基于无线远程通讯的智能化旋转LED显示装置，其特征在于:机械旋转机构中的电机驱动装置包括一部配置有减速箱的交流电机(7)，交流电机(7)的输出传动轴通过旋转轴承装置与旋转平台(5)连接。
3.根据权利要求2所述的基于无线远程通讯的智能化旋转LED显示装置，其特征在于:减速箱的减速比为1:8，交流电机(7)的转速为1440~1680转/分。
4.根据权利要求1所述的基于无线远程通讯的智能化旋转LED显示装置，其特征在于:在旋转平台(5)外周按环形阵列`分布均匀设置有8列竖直LED竖屏阵列板(2)，其分布圆周直径为300~600mm。
5.根据权利要求1所述的基于无线远程通讯的智能化旋转LED显示装置，其特征在于:在外轴套(12)上开有两道分别用于穿过正、负极电源线(10)的通槽，在内轴套⑶上开有两道分别用于穿过LED驱动电路正、负极控制线的通槽。
6.根据权利要求1所述的基于无线远程通讯的智能化旋转LED显示装置，其特征在于:LED驱动电路中的单片机(14)采用具有SPI接口的8051F410单片机，串入并出转换电路(17)采用74HC595器件，转速检测电路(16)采用型号为HS38A400的旋转编码器。
7.根据权利要求1所述的基于无线远程通讯的智能化旋转LED显示装置，其特征在于:通过转速检测电路(16)对旋转平台(5)进行检测，使显示屏的LEDLED刷新速度与旋转平台(5)的转速满足公式
y = ax+b, 式中X为电机旋转速度，Y为显示屏刷新速度，a = 7~9, b = O~10。
【文档编号】G09F9/33GK203406032SQ201320542954
【公开日】2014年1月22日 申请日期:2013年9月2日 优先权日:2013年9月2日
【发明者】郝昱宇, 郝迎吉, 尚长春, 田俊峰, 臧轩 申请人:西安科技大学