一种带usb接口的led电子胸牌及其实现方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种LED，尤其涉及一种LED电子胸牌。
【背景技术】
[0002]目前，LED电子胸牌已经广泛应用于社交场合的工作人员的佩戴，用于公司的广告和个人信息显示。由于LED电子胸牌属于销量大，价格低的产品，市场价格竞争相对较为激烈。然而目前市场上的LED电子胸牌多采用驱动芯片74HC595完成LED阵列驱动，同时其控制器采用带异步串口的单片机，数据下载需要使用PL2303完成USB-RS232的通信转换，这些集成电路均增加了系统的成本，导致了产品的价格竞争力下降。同时，在售LED电子胸牌均未对锂电池进行保护，导致了锂电池的使用寿命不高。
【发明内容】
[0003]本发明的目的在于提供一款价格低、性能好、带高速USB接口、长寿命的LED电子胸牌，无须使用驱动芯片即可完成LED显示阵列的驱动。
[0004]本发明的技术方案为:
[0005]一种带USB接口的LED电子胸牌，其特征在于，包括控制器10，与控制相连的LED阵列20、USB接口 50、锂电池30以及按键开关60，还包括与锂电池相连的充电及保护电路40 ；
[0006]控制器10用于整个系统的控制、LED阵列的驱动及显示；
[0007]LED阵列20用于显示控制器10输出的内容；
[0008]锂电池30为控制器10提供可持续电源；
[0009]充电及保护电路40为锂电池30的充电蓄能、过充、过放、过电流提供保护，防止锂电池损坏，同时为控制器10提供电压基准；
[0010]USB接口 50用作电子胸牌的显示图形或汉字下载以及充电接口 ；
[0011]按键开关60用于显示模式及内容的切换以及实现LED电子胸牌的开启和关闭。
[0012]进一步，充电及保护电路40，包括充电电路410、第一降压电路420、第二降压电路430、锂电池保护电路440、电池电压采样电路450 ；
[0013]充电电路410，用于给锂电池充电，包括由单刀双掷开关Kl、锂电池串联组成的电路；充电模块的输入端VCC_IN连接USB接口 50，通过单刀双掷开关Kl控制充电模块的工作或断开；单刀双掷开关Kl的一输出端连接电池，给电池充电，另一输出端连接第二降压电路430 ；
[0014]电池电压采样电路450:用于实时采集锂电池的电压，并将该电压值转换为电量通过LED阵列显示出；其输入端藕接于USB接口 50，其输出端连接于控制器AD采样端PC2脚；
[0015]第一降压电路420，为控制器判断是否有USB接入提供参考电压，其输入端连接VCC_IN电源，输出端连接控制器PCl脚；
[0016]第二降压电路430，为控制器对LED电子胸牌开关状态的判别提供参考电压，其输入端连接单刀双掷拨动开关Kl的输出端，输出端连接控制器PC3引脚；
[0017]锂电池保护电路440:用于调节锂电池的过充、过放、过流、短路保护，其输入端连接单刀双掷开关Kl的输出端。
[0018]进一步，电池电压采样电路450包括稳压电路和滤波电路，稳压电路由限流电阻R6、稳压二极管S3组成。
[0019]进一步，第一降压电路420，由电阻R8和R7串联组成，电阻R8的输入端连接VCC_IN电源，电阻R8的输出端连接控制器PCl脚，为控制器提供USB插入的采样判断参考；R7的输出端接地。
[0020]进一步，第二降压电路430，由电阻R9和RlO串联组成，电阻R9的输入端连接单刀双掷开关Kl的输出端，电阻R9的输出端连接控制器PC3脚，为控制器对LED电子胸牌开关状态的判别提供参考。
[0021]进一步，锂电池保护电路440，包括保护IC Ul与电阻Rl、R2、电容Cl，保护IC Ul采用专用锂电池保护集成电路DW06D，用于调节锂电池的过充、过放、过流、短路保护；电阻Rl的输入端连接单刀双掷开关Kl的输出端，输出端连接Ul的第5引脚VDD ；U1的第6引脚VSS和第3引脚S2连接电池的负极；U1的第6引脚VSS和第5引脚VDD之间连接有去耦电容Cl ；U1的第I引脚V-经电阻R2接地，Ul的第2引脚SI接地。
[0022]进一步，单刀双掷开关Kl采用SS12D07VG2单刀双掷拨动开关，用于实现LED电子胸牌的开启和关闭。
[0023]进一步，控制器10采用STM32F102C8单片机。
[0024]进一步，所述充电电路410中设置有防止USB接口短接的开关二极管S2。
[0025]一种带USB接口的LED电子胸牌实现方法，其特征在于，包括如下步骤:
[0026]步骤S1:上电初始化，进行系统初始化工作，开启AD及USB外设，初始化系统时钟、AD外设、USB外设，设置GP1 口，将所使用的33个1 口设置为输出口 ；
[0027]步骤S2:通过读取控制器10的PCl引脚AD采样值，判断是否有USB接入；控制器PCl引脚为ADCll通道，读取AD转换结果，并转换为模拟电压；
[0028]当无USB接入时，此时控制器10的PCl引脚读取的电压值为0V，系统进入执行步骤S3 ;当有USB接入时，USB输入的+5V电压，经过电压分压后，应该在PCl引脚上产生约1.6V的电压值，系统进入执行步骤S4 ；
[0029]步骤S3:系统进入正常显示状态；当无USB接入时，同时控制器在工作，说明开关必然处于打开状态，系统直接进入正常显示模式，在此模式下，系统按照事先下载的图形或者字体进行显示，同时可以通过LED电子胸牌背面的按键进行显示模式的修改与操作；
[0030]S4:通过读取控制器10的PC3引脚电压值判定开关状态；控制器10的PC3引脚为ADC13通道，读取AD转换结果，并转换为模拟电压；
[0031]当单刀双掷开关Kl处于触点2-1之间连接时，表明有USB接入但是与锂电池断开，此时5V电压经过电阻分压后，在PC3引脚应产生2.5V电压，则执行步骤S5 ;否则，当开关处于触点2-3之间连接时，控制器的PC3引脚应产生OV电压，跳至执行步骤S6 ；
[0032]S5:系统进行下载模式；系统通过USB接口与上位机进行通信，接收上位机发送的数据指令，当接收完毕时，通过LED阵列将图形或者文字进行显示出来，同时可以通过LED电子胸牌背面的按键进行显示模式的修改与操作；
[0033]S6:系统进入充电模式；此时通过I/O 口读取控制器10的PC2引脚的电压，以判别当前的锂电池电压，并转换为电量数据，最终在LED阵列上显示出来。
[0034]本发明的有益效果为:
[0035](I)采用STM32F103C8的普通快速1 口直接驱动LED阵列，避免了驱动集成电路的使用，有效降低了成本。
[0036](2)采用带有全速USB接口的STM32F103C8控制器，PC机软件可直接与LED电子胸牌进行高速USB通信，从而省去了 USB转RS232电路(PL2303)，较大幅度降低了产品的成本，全速的USB不仅增加了系统的稳定性，也提高系统的可靠性。
[0037](3)采用锂电池保护电路为锂电池提供过充、过放、过电流等保护，增加了电池的使用寿命。
【附图说明】
[0038]图1是本发明的结构框图；
[0039]图2是充电及保护电路电路图；
[0040]图3是本发明实现的流程图。
【具体实施方式】
[0041]为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合图示与具体实施例，进一步阐述本发明。
[0042]如图1所示，带USB接口的LED电子胸牌，包括控制器10，与控制相连的LED阵列20、USB接口 50、锂电池30以及按键开关60，还包括与锂电池相连的充电及保护电路40。
[0043]其中控制器10用于整个系统的控制、LED阵列的驱动及显示。控制器10采用STM32F102C8高性能低价单片机，其采用ARM 32位CPU，LQFP44封装，内部晶体振荡器，多达37个快速1 口，内部集成16通道12位AD外设，并具有一个全速USB2.0接口。LED阵列20采用11X44(11行，44列)LED点阵，采用单片机的普通1 口直接驱动，共需使用33个1 口，用于图形或者汉字的阵列显示。USB接口 50采用MINI USB 5针接口，用作电子胸牌的显示图形或汉字下载以及充电接口。锂电池30采用市售的3.7V 500mA聚合物锂电池，为控制器提供可持续电源。充电及保护电路40为锂电池30的充电蓄能、锂电池的过充、过放、过电流等提供保护，防止锂电池损坏，同时为控制器10提供电压基准。按键开关60包含一个按键及一个微动拨动开关，按键用于显不模式及内容的切换，开关用于实现LED电子胸牌的开启和关闭。
[0044]LED电子胸牌共有三个工作状态，分别为正常显示、充电显示和关闭状态。当无USB电源接入时，若开关打开，LED电子胸牌进入正常显示状态，USB按照事先下载的字体或图形进行依次显示，此时可通过按键切换显示模式或内容；若开关关闭，供电电路切断，LED电子胸牌进入关闭状态，不显示任何内容。当有USB接入时，则LED电子胸牌进入充电显示状态，此时LED显示屏显示内容视开关状态而定；若开关打开，LED电子胸牌会进入充电模式，同时在点阵阵列上显示实时电量信息；若开关关闭，LED电子胸牌会进入下载显示模式，此时，可在PC机上通过USB接口将所要显示的字体或图形下载至电子胸牌的单片机控制器，之后LED电子胸牌则按照下载的字体或图形进行依次显示，此时可通过按键切换显示模式或内容。
[0045]如图2所示，为充电及保护电路电路图，包括充电电路410、电池电压采样电路450、第一降压电路420、第二降压电路430、锂电池保护电路440。
[0046]充电电路410:由二极管S2、单刀双掷开关K1、锂电池依次串联组成；充电模块的输入端藕接于USB接口，通过单刀双掷开关Kl控制充电模块的工作或断开；开关Kl的一输出端连接电池，给电池充电另一输出端连接第二降压电路430。
[0047]其中二极管S2采用ST4148贴片开关二极管，具有压降低，功耗小等特点，用于防止USB 口的意外短接，从而避免锂电池快速放电而损坏。
[0048]电池电压采样电路450:用于实时采集锂电池电压，并将该电压值转换为电量(百分比)通过LED阵列显示出；其输入端藕接于USB接口，其输出端连接于控制器AD采样端PC2脚。电池电压采样电路包括稳压电路和滤波电路，稳压电路由限流电阻R6、稳压二极管S3组成，限流电阻R6采用IK贴片电阻，稳压二极管Kl采用ZMM3V3硅基稳压二极管，稳定电压为3.3V，用于将电源电压稳压后，送入LED电子胸牌控制器做AD采样，以实时采集锂电池电压值，为LED电子胸牌充电时的电量显示提供数据；滤波电路由滤波电容C9组成，滤波电容C9采用104 0402贴片电容，用于滤除电源电压中的高频分量。
[0049]开关S3采用SS12D07VG2单刀双掷拨动开关，用于实现LED电子胸牌的开启和关闭。
[0050]第一降压电路420，由电阻R8和R7串联组成，电阻R8的输入端连接VCC