CN100440275C - 旋转可视表面上的信息可视化装置 - Google Patents

Abstract

本装置可用在机器、附属装置、车辆、电扇、及其他的旋转可视表面上。其特征是：较高质量的图像显示、可靠性、和增强的信息能力。它包括N个光源，均匀地在柔性基片(2)上设置成阵列并借助于驱动器(3)将各光源的输出端连接到安装在基片(2)上的、有独立电源(5)的微控制器(4)。一个同步传感器(6)连接到微控制器(4)。光源可以是一单色的LED或三色的RGB，或它们的组合。同步传感器(6)当被安装到其旋转轴不垂直于地球表面的旋转表面上时，同步传感器将对重力做出反应；或者，只要该旋转轴垂直于地球表面，则同步传感器将在相对于给定不动点的位置上被激励。一个光传感器(7)连接到微控制器(4)，后者又与控制面板(8)连接。传感器(6)和(7)及控制面板(8)都设置在基片(2)上。微控制器(4)有串行接口(9)。

Description

旋转可视表面上的信息可视化装置

技术领域

本发明涉及旋转可视表面上的信息可视化装置，用在机器、装置、运输车辆、电扇及其他的旋转可视表面上。

背景技术

一种已知的信息可视化装置包括：N个光源-单色发光二极管(LED)，在硬质均匀基片上均匀地排列成阵列，其输入端连接到独立电源供电的并固定到基片的控制电路。基片本身沿径向设置在自行车轮两个相邻辐条之间。控制电路由离心控制的开关构成，其输出端连接到时延控制器的输入端，时延控制器的第一输出端连接到可视图形选择器的输入端，它的第二个输出端连接到设定延迟时间的控制器。可视图形选择器和时延控制器的输出端连接到可控电源的输入端，可控电源的输出端连接到发光控制器。当自行车轮转动时，离心控制开关被触发接通，并接通可视图形选择器。形成的图形是从选择器存储的图形集合中预选的。设定延迟时间的控制器分配不同的闪光时间给每个单独的二极管。发光二极管在不同时间的继续闪光，产生准度量场，它显示被瞬变视觉增强的二维单色图像[US5800039]。

这种装置的一个缺点是，形成的图像连续地漂移，因为它与车轮的转速不同步。此外，由于它仅仅产生二维单色图像，因此它有较低的信息能力。

这种装置的另一个缺点是，该装置在车轮旋转时一直在工作，与环境光的强度无关。这导致降低的图像感受能力，特别是在白天或明亮侧光的情况下。这种冗余工作模式导致快速消耗独立的电源，从而需要频繁地更换电源。该装置的另一个缺点是它的有限范围，因为它仅仅适用于自行车，且仅在安装到自行车辐条之间的特定位置才起作用。

现有技术中已知的另一种信息可视化装置，专门设计成用于运输车辆。它由一组到M组光源构成，每组光源包含均匀地排列成阵列的N个发光二极管。每组LED安装在单独的硬质的均匀基片上。一块基片上的所有二极管都有相同的色。这些二极管连接到有独立电源的各自的控制电路。基片沿径向设置在彼此有相等角距离的旋转物体，例如自行车轮上。各组的控制电路连接到中央微控制器的串行输出总线。该信息可视化装置包括有独立电源、控制面板、和存储器的微控制器。中央微控制器可以安装在基片之一上，因此，它与该基片上的发光二极管组有共同的电源。一块磁铁固定到机器的静态部分，例如，自行车的前叉。一个同步传感器固定在车辆旋转部分的合适位置，例如车轮上，并在它每次通过磁铁时被触发。这种检测器的输出端连接到微处理器的信息输入端口。可以看到的图像图形由控制面板预先选择。当自行车轮旋转时，微处理器被检测器激活，并开始发送控制信号到各组二极管。与此同时，微处理器定出车轮的转速，并基于该转速确定二极管的闪光时刻，以便在相同位置形成图像。这样，由于瞬变视觉，发光二极管在不同时间的继续发光，产生准度量场，它显示M组二维单色图像，每组图像有不同色[PCT/US00/25098]。

这种装置的一个缺点是，它降低图像的感受能力，因为它仅产生二维单色图像。

该装置的另一个缺点是，它的机构相当复杂，因为它包含多个借助于活动导线互联的独立元件。这种与磁铁的到位及检测器的耦合，降低它的可靠性。

这种装置的再一个缺点，是它持久工作模式导致的能量损失。

这种装置的又一个缺点是，高质量图像的产生，要求各个发光源非常精确地定位在车辆的转动部分。

另一种将车辆，特别是自行车的转动可视表面上的信息可视化装置也是已知的[GB2311401]。该装置由许多个单色发光二极管组成，这些发光二极管排列成一个阵列并可以独立地控制。该LED阵列沿径向配置在绕轴旋转的运输车辆结构的一个可视载体单元上，亦即纵向地配置在一个辐条上。它们闪光和变淡取决于旋转的自行车轮的当前角速度。载体辐条配备有传感器，用以确定转动位置，当传感器经过安装在自行车框架上的磁铁周围时，通过发送一个限定LED起始位置和相继同步闪光的信号来进行通信。鉴此，利用人眼的惰性建立准度量场，它显示由发光二极管在不同时间的闪光产生的二维单色不动图像。控制信号是由控制电子单元产生的，该控制电子单元在二极管转动期间使LED在预定位置上闪光。该控制单元放置在同一辐条上。辐条上闪光单元的电源，由设置在其上的电池或自行车发电机担当。该装置还包括光传感器，用以在强侧光的情况下关断该装置。还提供从平静模式转换到备用模式的可能性。

这种装置的缺点是由于以下原因导致它效率低下的：

在自行车的特性是慢角速度时，闪光元件开始在规定位置闪光需要的时间要比人眼惰性的持续时间长，因而所获得的图像是“闪烁”的，即质量是低的；

该装置只能再现预先输入电子单元的图像。因此该装置具有低的用户价值；

该装置在强侧光情况下被光传感器关闭后，仍保持关断状态并应该手动地再次开启，这使它在运动期间，即在它应当工作期间，用起来不方便。

再一种用于将运输车辆，特别是自行车的转动可视表面上的信息可视化的装置也是已知的[DE 197621C1]。它由许多个一种或不同色的发光二极管(LED)组成，排列成阵列并独立地受到控制。LED阵列沿径向配置在绕轴旋转的运输车辆结构的至少一个可视载体单元上。LED的闪光和变淡取决于旋转单元的当前角速度。由于自行车轮旋转的速度较慢，因此相应的LED阵列配置在至少三个辐条上。这三个辐条均匀地配置成为具有120°的间隔。在这三个载体辐条的每个上都设置了一个传感器，该传感器当经过自行车框架的另一传感器的周围时进行通信，并产生用于限定LED起始位置和相继同步闪光的信号。鉴此，利用人眼的惰性建立准度量场，它显示由LED在不同瞬间的闪光产生的二维不动图像。载体单元配备了与位于车辆框架上另一个传感器通信的传感器，该另一个传感器发送确定LED起始位置和相继同步闪光的信号，以便产生可视图形。控制信号由一个或几个处理器产生。处理器可以放置在载体转动单元上并从另一个处理器接收信号，该另一个处理器不可动地固定到车辆的框架。载体转动单元上各个单元的电源由设在相同位置上的电源单元提供。为了避免如果一些LED组不是严格地按照120°放置，或不与其它LED组相同高度放置而出现的几何差异性，围绕载体转动单元上每一LED阵列，有径向的加倍的阵列。在处理器的命令下，径向的加倍阵列可控地被开启，以代替主阵列。

这种装置的缺点是，它错综复杂，包含许多经不可靠通信信道互相连接的独立元件。这就降低装置的可靠性。

又一种将车辆，特别是自行车(设计原型)的转动可视表面上的信息可视化的装置[GB2326513]，也是已知的。它由许多个发光二极管组成，这些二极管排列成一个径向阵列，也可以排列成多于1个径向阵列。每单个径向阵列都配置在各自的辐条上，并有16个LED，全配置在一个硬支架上的一个平面内，且利用导线管将它们连接到设置在车轮轮毂附近的同一辐条上的控制器。每个控制器包括存储器，其内存储用于控制LED闪光的程序。鉴此，利用人眼的惰性建立准度量场，它显示由LED在不同时间的闪光产生的二维单色不动图像。载体辐条还有传感器一簧片继电器，该传感器当经过安装在自行车框架上的磁铁周围时进行通信，并发送用于限定LED起始位置和相继同步闪光的信号。控制程序在该装置生产制造时事先通过计算机引导输入到控制器的存储器中。

这种装置的一个缺点是：由于自行车轮较慢的角转动速度，因而产生的图像是“闪烁”的。

这种装置的另一个缺点是：图像是单色的和二维的，降低它的吸引力。

这种装置的再一个缺点是：当阵列数大于1时，它们的同步是复杂的，因为计及当前的与先前的阵列之间角度的控制程序，要输入到每个依次相连的控制器。这一步只能在自行车制造时完成，况且，由于自行车轮和辐条的运行所导致变形，致使图像的质量不佳。

这种装置的又一个缺点是：由于存在电缆连接，在自行车运行期间易使电缆连接损坏-电缆连接能够被周围物体刮蹭和撕开，能够被侧面的碰撞断开，如此等等，致使它的可靠性下降。

这种装置还有一个缺点是：难于更换控制程序，因为要更换控制程序，只能从自行车机械地抽出存储器送到相应的车辆维修站完成。

发明内容

本发明的目的是在旋转可视表面上建立一种信息可视化装置，它提供较高质量的生成图像、可靠性、和增强的信息能力。

这个目的是通过提供一种将旋转可视表面上的信息可视化的装置，用以可操作地显示图像而实现的，该装置包括多个光源-N个发光元件-二极管LED，均匀地在基片上配置成一个阵列，并且借助于驱动器连接到有独立电源的微控制器。微控制器安装在基片上。同步传感器连接到微控制器，而用于检测周围环境照度的另一个光传感器也连接到微控制器。该发光元件是一色的LED或三色的RGB，基片是柔性的。同步传感器当被安装到其旋转轴不垂直于地球表面的旋转表面上时，同步传感器将对重力作出反应；如果该旋转轴垂直于地球表面，则同步传感器将在相对于给定不动点的位置上被启动。微控制器连接到控制面板。两个传感器和控制面板固定到基片上。微控制器有串行接口。

基片可以容纳包含相同或不同数目LED的附加的发光元件组，这些发光元件组有相同或不同的色，或者它们是RGB，或者是这些组的组合。这些LED组可以平行地排列，可以排列成阵列，排列成棋盘式图形，或在同一平面中或离基片不同距离上排列成任何其它预设的图形。

基片的底部还可以覆盖粘性箔。

基片可以是硬质的并有预设的外形。

这种用于将旋转可视表面上的信息可视化的装置的优点是：它提供较高的生成图像的质量、可靠性、和具有增强的信息的能力。

附图说明

附图展示的本发明优选实施例，给出该装置的详细描述：

图1是装置的方框图；

图2是有单个LED阵列的装置的三向投影图；

图3是有三个平行LED阵列的装置的三向投影图；

图4是有排列成棋盘式图形的三个平行LED阵列的装置的三向投影图；

图5是有对角排列的三个平行LED阵列的装置的三向投影图；

图6是有单个RGB阵列的装置的三向投影图；

图7是有对角排列的三个平行LED阵列的装置的三向投影图，每个LED阵列放置在离基片不同的距离上；

图8是有预设外形硬质基片2的装置的三向投影图；

图9是安装在旋转表面和轮缘13的外表面上的装置的三向投影图；

图10至图13是利用该装置产生的准度量图像的样本表示；

图14是安装在圆柱14旋转外表面上的装置的三向投影图。

具体实施方式

这种用于将旋转可视表面上的信息可视化的装置，用以可操作地显示图像，该装置包括多个光源-N个发光元件-二极管(LED)1，在基片2上均匀地排列成阵列，并借助于驱动器3连接到有独立电源5的微控制器4。微控制器4安装在基片2上。一个同步传感器6连接到微控制器4，而另一个光传感器7也连接到微控制器4，用于检测周围环境照度。发光元件1是单色的LED或三色的RGB，基片2是柔性的，而同步传感器6当被安装到其旋转轴不垂直于地球表面的旋转表面上时，同步传感器将对重力作出反应；如果该旋转轴垂直于地球表面，则同步传感器将在相对于给定不动点的位置上被启动。微控制器4与控制面板8连接。两个传感器6和7及控制面板都设置在基片2上。微控制器4有串行接口9。

基片2可以容纳包含相同或不同数目LED的另外的平行的发光元件组(图2，3，4，5，7)，这些发光元件组有相同或不同的色，或者是RGB(图6)，或者是这些组的组合。这些LED组可以排列成阵列，排列成棋盘式图形，或在同一平面中或离基片2不同距离上排列成任何其它预设图形。

基片2的底部还可以覆盖粘性箔10(图2至7)。

基片2是可以是硬质的并有预设外形(图8)。

电源中的电池放置在以活动顶盖12密封的机壳11内。机壳11也安装在基片上。

该装置的电子单元设置在基片宽广部分的合适位置上。

该装置可以安装在轮缘13上(图9)。

在配置了该装置的物体旋转期间，该装置产生图10至13所示的准矩阵图像14。

该装置可以安装在旋转物体15的外表面上(图14)。

本发明的应用

微控制器4包含有多个不同可视图形的库，例如图像、文字、灯光效应、或以上三者的组合，它们是在微控制器制作之前，记录在微控制器的存储器上。在使用该装置的时候，接口9和外部源(在附图中没有画出)允许在微控制器4的存储器中添加另外的图形库。外部源可以是个人计算机，膝上型计算机，笔记本计算机，或配有软件并支持该装置的通信协议的专用装置，以及数据的输入和处理的专用装置。这样允许你在现场、根据操作员的优先选择、在线、等等，对装置重复编程。

借助于粘性箔10，该装置可以固定地设置在物体的旋转部分，例如轮缘13上。建议该装置相对于转轴沿径向设置。电池放置在机壳11内，在此之后密封活动顶盖12，例如用螺丝拧紧，确保电池的防护。当电池功率消耗完之后，按照相反的顺序更换电池。

该装置被设定成在电池放入之后即刻运行，而微控制器4在低功率的备用模式下开始工作，为的是延长电池的寿命。当同步传感器6(作为检测运动的传感器工作)收到信号时，微控制器4“苏醒”并检查光传感器7。在明亮的白天，微控制器4切换到低功率消耗模式以节省能量。在黑暗的时间，即，在夜间状态下，微控制器4激活其用于预设时间的内置定时器，与此同时，向发光二极管1发送信号。

在定时器工作的同时，由同步传感器6控制从微控制器4到LED1的信号的传输。车辆轮缘13或物体15每转一圈，该传感器向微控制器4发送一个短脉冲。微控制器4记录直到传感器的下一次激活的时间，并且，为了从准矩阵的准行和准列产生可视图形，使LED 1按适当的次序和需要的持续时间闪光。这是在一定角速度下进行的，以便能使远处观察者充分地感受来自准矩阵场14的信息，其中信息的形式是由发射的频闪效应给出的。通过RGB各组的组合，可以获得引人瞩目的光效应，RGB各组的组合就其本性而言，是建立形成轮廓框架、插入符号等等更高亮度的多色图画及各LED组。因此得到“画中画”的效应。由于广泛地应用于诸如电影、电视、频闪等其它技术领域的人类的瞬变视觉，观察者的眼睛能够感受到产生的视觉效应。准矩阵场14产生的图像数据，存储在微控制器4中。把这种数据记录到微控制器的存储器中有以下两种方法：

第一种方法：数据预先记录在微控制器的存储器中并在以后阶段不能修改。

第二种方法：为了从外部源(在附图中未画出)获得数据，微控制器4利用串行接口9。微控制器4把数据保存在它的非易失性存储器中，然后按照以上描述的方式检索该数据。外部源可以是个人计算机，膝上型计算机，笔记本计算机，或配有软件并支持该装置的通信协议的专用装置，以及数据的输入和处理的专用装置。这样允许对装置重复编程，包括“在现场”和根据你的优先选择。

当光传感器7检测到没有光时，微控制器的定时器4在它每次从同步传感器6接收到信号时使它的数值复位，从而为装置提供足够的工作时间，因此，如果车辆偶然地被照亮(被另一运输车辆的前灯，广告牌，路灯等等)，或者如果同步传感器6没有发射信号(例如，当车辆停在十字路口时)，则发光元件1仍然工作一段短暂时间。按照这种方法，当车辆通过照亮的区域时，其作用是可见的。此外，该装置的这个特征可以使停止的车辆更加清晰可见，因为观察者将能看到单个光阵列，它闪烁发光以警告其它驾驶员存在别的车辆。所以，这个特征可以在黑暗的时间提供交通安全。该装置的另一个功能与使用定时器有关，是在车辆已经停止时，允许你监测电池电平。如果发光元件在车辆已经停止后继续发光，则电池没有耗尽功率。

在长时间停留或在明亮环境下，定时器不复位。这样，微控制器4发送中断发光元件电源的信号，并切换到低功率备用模式，直到装置的下一次激活。

Claims (4)

1.一种用于将旋转可视表面上的信息可视化的装置，包括：

光源-N个发光元件-二极管LED，在基片上均匀地排列成阵列，并借助于驱动器连接到有独立电源并安装在该基片上的微控制器；

同步传感器，连接到微控制器；和

另一个光传感器(7)，用于检测周围环境的照度，也连接到微控制器，

发光元件LED是单色的或多色的，

其特征在于：

该发光元件(1)是RGB，该基片(2)是柔性的，而同步传感器(6)当被安装到其旋转轴不垂直于地球表面的旋转表面上时，同步传感器将对重力做出反应；或者，如果该旋转轴垂直于地球表面，则同步传感器将在相对于给定不动点的位置上被激励，并且

其特征在于：

微控制器(4)与控制面板8连接，该两个传感器(6和7)和控制面板(80都设置在基片(2)上，且微控制器(4)有串行接口(9)。

2.根据权利要求1的用于将旋转可视表面上的信息可视化的装置，其特征在于，基片(2)可以容纳包含相同或不同数目的LED的附加的平行的发光元件组，这些发光元件有相同或不同的颜色，或者是RGB，或者是这样的组的组合，其中，这些LED组可以排列成阵列，排列成棋盘式图形，或在同一平面中或离基片(2)不同距离上排列成任何其它预设图形。

3.根据权利要求1的用于将旋转可视表面上的信息可视化的装置，其特征在于，基片(2)是硬质的并有预设的外形。

4.根据权利要求1的用于将旋转可视表面上的信息可视化的装置，其特征在于，基片的底部用粘性箔(10)覆盖。

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