CN101398994B - 多功能晃动式led显示装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多功能晃动式LED显示装置，它包括：一主控CPU单元，对采集到的信息进行抽样处理转化为适合LED列显示的字库并存储在主控CPU单元内部的存储器中供调用；一运动参数检测单元，检测整个LED显示装置在晃动时的运动参数，同时将这些物理参数传输给主控CPU单元处理；一电源管理单元，产生合适的电压为整个LED显示装置提供电源；及LED显示列单元，将主控CPU单元内部的存储器中存储的由主控CPU单元转化的LED列显示的字库显示出来；所述运动参数检测单元通过数字接口与所述主控CPU单元连接，所述LED显示列单元通过控制总线和数据总线与所述主控CPU单元连接，所述电源管理单元与所述主控CPU单元、运动参数检测单元及LED显示列单元连接。

Description

多功能晃动式LED显示装置

技术领域

本发明涉及一种LED显示装置，特别涉及是一种基于运动传感器的智能LED列动态显示图文的多功能晃动式LED显示装置。 

背景技术

目前，利用LED列动态显示的技术和专利在国内外都有报道，这些现有的技术和装置的主要思路都是通过一列LED以一定速度按照一定轨迹在空中划过，在不同时刻改变此列LED在不同轨迹点的显示内容，由于人眼视觉残留效果，整体给人完整的图文显示效果。 

但是现有的LED显示装置，无法对LED列在晃动时的参数进行检测，只是通过简单的使用微处理器对LED列的显示频率进行调节，无法准确判定晃动时的LED列的最大摆幅点和理想的显示时间段和区域，从而导致在晃动时LED列的正程和返程的显示内容重叠，以及显示字体大小不一或显示内容在摆动边缘无法显示等情形出现，造成显示效果不理想。而且，现有的LED显示装置通过微处理器设定后可调性比较差，当使用者以不同速率、不同晃动方向进行摆幅晃动时就无法正确的进行工作。 

同时，现有的LED显示装置不具有人机输入界面和PC下载支持等功能，只能采用储存器预存显示内容，通过开关等方式进行选择，因此，现有的LED显示装置的显示内容比较有限和单一，限制了该装置的广泛应用。 

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种多功能晃动式LED显示装置，有效克服了现有的LED显示装置挥舞方向单一，显示重影和图文忽大忽小的现象，具有较强的智能性、适用性。 

本发明所要解决的技术问题可以通过以下技术方案来实现： 

一种多功能晃动式LED显示装置，其特征在于，它包括： 

一主控CPU单元，对采集到的信息进行抽样处理转化为适合LED列显示的字库并存储在主控CPU单元内部的存储器中供调用； 

一运动参数检测单元，检测整个LED显示装置在晃动时的运动参数，同时将这些物理参数传输给主控CPU单元处理； 

一电源管理单元，产生合适的电压为整个LED显示装置提供电源；及LED显示列单元，将主控CPU单元内部的存储器中存储的由主控CPU单元转化的LED列显示的字库显示出来； 

所述运动参数检测单元通过数字接口与所述主控CPU单元连接，所述LED显示列单元通过控制总线和数据总线与所述主控CPU单元连接，所述电源管理单元与所述主控CPU单元、运动参数检测单元及LED显示列单元连接。 

所述多功能晃动式LED显示装置还包括一LCD显示装置，所述LCD显示装置通过数据总线和控制总线与所述主控CPU单元连接，同步显示当前显示的内容。 

所述LCD显示装置为LCD触摸屏显示装置，通过所述LCD显示装置可直接输入所要显示的内容并将信号传输给主控CPU单元。 

所述LCD触摸屏显示装置包括触摸屏、触摸屏控制单元、LCD列显示单元及其显示控制单元，其中触摸屏控制单元和LCD列显示控制单元通过数据总线和控制总线与主控CPU单元相连。 

所述LED显示装置上还设有供下载使用的接插件，所述接插件与所述主控CPU单元连接，外部设备通过所述的接插件可直接将需要显示的个性化文字和图案输入到所述LED显示装置中并在晃动时显示出来。 

所述LED显示装置还包括一PC端的控制软件，使用者在所述控制软件的界面中输入自己想要显示的个性化文字和图案，通过控制软件转化成适合LED显示列单元的图文库并通过所述接插件固化到所述LED显示装置中。 

所述PC端的控制软件与所述接插件之间通过电缆连接。 

所述运动参数检测单元包括高性能的三轴加速度传感器及其外围元器件，能提供X、Y、Z三方向的运动加速度，同时其还具有运动检测功能、温度提示、自由落体检测等功能，通过数字接口提供加速度、温度等物理参数供主控CPU单元处理。 

所述电源管理单元包括电池、电源转换芯片和LCD显示驱动供电芯片及其外围元器件电路；所述电池固定在电池舱内，与电源转换芯片和LCD显示驱动供电芯片相连负责产生合适电压供给整机芯片、电子元件和LCD显示屏。 

所述电池与电源转换芯片和LCD显示驱动供电芯片之间通过开关连接，由开关控制电池的通断。 

所述LED显示列单元包括采用高效发光二极管规则排成一竖列安装固定在整机外壳上的LED显示列和LED驱动单元，所述LED显示列通过连接线与LED驱动单元相连，LED驱动单元通过控制总线与主控CPU单元相连。 

本发明的多功能晃动式LED显示装置具有以下特点： 

1、本发明通过运动参数检测单元在一两次晃动“学习”后，能准确把握使用者当前的运动状况(如速度、摆幅、方向)，并进行实时的显示调整，给出理想的显示图像和文字，没有重影、字体忽大忽小、边缘不显等状况出现； 

2、本发明采用触摸屏作为人机输入界面，用户通过手指或者触笔可以输入自己的个性化文字和图案，主控CPU采集处理成合适显示的字库，预存起来在晃动时显示，这种输入方式修改灵活，可设计个性化图案、文字； 

3、本发明还设计了下载接口和PC端的软件，用户可以在PC软件界面上输入自己理想的图案，或者键入自己想显示的文字，该软件会生成标准的适合LED列显示的图文库，并通过下载电缆和接口固化至装置中，用户在下次晃动时即可展示自己设计的图像和文字； 

4、利用运动参数检测单元，能实现温度提示，防摔保护，运动量提示等多种功能，丰富了人机间的交互，具有较强的可视性；当用户大幅晃动不慎甩出时，运动参数检测单元可自主检测装置处于自由落体状态，提示CPU进入掉电保护模式，从而防止电子器件摔坏受损和程序紊乱等状况出现； 

5、当用户在应用场合长时间晃动时，通过界面可以显示用户晃动次数和里程，当用于演唱会场时，可给出激励提示，从而间接帮助完成歌唱家与观众的互动，促进演唱会气氛； 

6、良好的人机界面，显示方式较新颖，并可灵活修改显示内容和设计个性化显示图文，能广泛应用与演唱会，球赛等大型集会，为宣传活动和互动提供良好媒介，可以应用于大型装潢或手机、玩具等应用场合，为产品增加新卖点。 

本发明的多功能晃动式LED显示装置，通过触摸屏和PC界面两种图文输入方式，能在任何时间、地点输入个性化或者标准图案、文字，具有极大的灵活性和适应性，功能强大，可以输出温度，挥舞次数、里程等信息，与用户进行良好互动，同时还可在装置摔落时，进入掉电保护模式，极大增强了装置的实用寿命；具有多功能、外形美观，可根据用户挥舞状况进行自适应学习判决等强大功能，能广泛应用与演唱会，球赛等大型集会，为宣传活动和互动提供良好媒介，也可以应用于大型装潢或手机、大型玩具等应用场合，为产品增加新卖点，实现本发明的目的。 

附图说明

以下结合附图和具体实施方式来进一步说明本发明。 

图1为本发明手持晃动式LED显示棒电路连接示意图； 

图2为触摸屏图文输入方式原理框图； 

图3为PC界面图文输入方式原理框图； 

图4为PC界面图文输入方式程序设计框图； 

图5为运动检测单元功能输出示意图； 

图6为显示控制原理框图。 

具体实施方式

如图1所示，一种多功能晃动式LED显示装置，它包括：主控CPU单元1、运动参数检测单元2、电源管理单元3、LED显示列单元4及LCD触摸屏显示装置5。 

电源管理单元3包括电池31、电源转换芯片32和LCD显示驱动供电芯片33及其外围元器件电路；所述电池31固定在电池舱内，与电源转换芯片32相连负责产生合适电压供给主控CPU单元1、LCD触摸屏显示装置5和其它电子元件。 

电池31固定在电池舱内，与开关34相连，开关34负责整个电力的通断，电池31通过开关34与电源转换芯片32和LCD显示驱动供电芯片33相连；LCD显示驱动供电芯片33负责驱动LCD触摸屏显示装置5，其他芯片元器件均由电源转换芯片32提供，所述电源转换芯片32为3.3V DC/DC电源转换芯片。 

主控CPU单元1是一高性能单片机同时也包括外围相连电子元器件，其与运动参数检测单元2、LED显示列单元4和LCD触摸屏显示装置5均通过数据口相连。主控CPU单元1是整个装置的处理中心，实现运动参数检测单元2初始化与运动参数的提取与处理，LED显示列单元4的逻辑输出，LCD触摸屏显示装置5的控制初始化及坐标的提取和LCD显示控制等功能。 

LCD触摸屏显示装置5包括触摸屏51、触摸屏控制单元52、LCD显示单元53及其显示控制单元54，其中触摸屏控制单元和LCD列显示控制单元通过数据总线和控制总线与主控CPU单元1相连。其中触摸屏51、触摸屏控制芯片52负责用户图文坐标输入，并将坐标通过数字接口传给主控CPU单元1；LCD显示单元53及其显示控制单元54负责从主控CPU单元1接收显示数据，从而实现用户输入图文的回显和其他运动信息、温度状态的显示。 

运动参数检测单元2包括高性能的三轴加速度传感器及其外围元器件，能提供X、Y、Z三方向的运动加速度，同时其还具有运动检测功能、温度提示、自由落体检测等功能，通过数字接口提供加速度、温度等物理参数供主控CPU单元处理。 

LED显示列单元4包括采用高效发光二极管规则排成一竖列安装固定在整机外壳上的LED显示列41和LED驱动单元42，所述LED显示列41通过连接线与LED驱动单元42相连，LED驱动单元42通过控制总线与主控CPU单元1相连，主控CPU单元1输出控制逻辑电平从而控制LED列41各灯在某时刻的亮灭，按前描述的显示原理，给用户整体的图文视觉映象。 

本发明的多功能晃动式LED显示装置还设有供下载使用的接插件6，接插件6与主控CPU单元1连接，外部设备通过接插件6可直接将需要显示的个性化文字和图案输入并在晃动时显示出来。 

本发明的多功能晃动式LED显示装置还包括一PC端的控制软件7，使用者在所述控制软件7的界面中输入自己想要显示的个性化文字和图案，通过控制软件7转化成适合LED显示列单元4的图文库并通过所述接插件6固化到所述LED显示装置中；所述PC端的控制软件7与所述接插件6之间通过电缆连接。 

整机外壳是一特别设计的塑料模具，模具采用两页设计，中间用螺丝连 接固定，主控CPU单元1、运动参数检测单元2、电源管理单元3、LED显示列单元4及LCD触摸屏显示装置5等电路板上元器件固定在模具内壳，触摸屏51与LCD显示单元53镶嵌在模具正面，模具后页设计了一个电池舱安放电池31，还有一个供下载用的接插件6与下载电缆连接，模具上半部特意设计成方管状负责安放LED显示列41，LED显示列41前方有一个透明的保护罩。开关54镶嵌在模具侧面，通过开关54的开闭负责电池31电力的接入。 

用户通过触摸屏51设计自己喜欢的个性化图文，同时也可以通过PC输入显示图文，供给主控CPU单元1显示时使用。当用户挥舞装置时，运动参数检测单元2获取用户运动方向、速度及摆幅等物理产量提供给主控CPU单元1，主控CPU单元1通过算法设定灯的显示时间段和每列显示持续时间，指示显示驱动逻辑。LED显示列41在LED驱动单元42驱动下，按照指定的显示时序显示对应内容，由于人眼视觉残留效应整体给人合理的图文显示效果。 

本发明支持两种输入方式：触摸屏输入和PC界面输入，下面详细描述。 

如图2所示，开关54闭合后，主控CPU单元1通过数据和控制总线对触摸屏控制单元52和LCD显示控制单元54进行初始状态设置，使触摸屏控制单元52和LCD显示控制单元54进入合理的工作状态(图2中a所示)。当用户手指或者触笔接触触摸屏51时，位置坐标信息以电压形式输出给触摸屏控制单元52，该单元内集成模数转换器，将模拟电压信号转为坐标信号，并通过串口供主控CPU单元1使用(图2中b所示)。主控CPU单元1通过数据和控制总线将用户划过的图文轨迹坐标实时传给LCD显示控制单元54的显存部分，由该单元按照一定的显示格式传给LCD显示单元53刷屏显示(图2中c所示)。同时主控CPU单元1会将用户输入图文坐标存在暂存中，并通过一定算法进行提取，将上述图文坐标提取成适合LED显示列41显示的16×16的字库点阵，供显示时使用(图2中d所示)。 

如图3、图4所示，针对用户PC端下载，本发明还涉及一个PC端的控制软件7，输入图文经过一定算法转为合适LED显示列41显示的字库，然后通过接插件6，固化在主控CPU单元1，驱动指导LED显示列单元4工作。所述控制软件7设计了一个类似于画图板的图像输入界面，用户可以在该界面输入希望显示的图形，利用图形编程获取该图型的坐标，按照一定算法，将 上述坐标转为适合LED显示列41显示的16*16的点阵字库。同时用户也可以在控制软件7界面下输入想显示的文字，由控制软件7得到该文字的对应机内码，然后按照一定算法换算成区位码，按照区位码查找对应的PC内字库，提出字库后，按照一定的算法，转换成适合LED显示列41显示的字库矩阵。最后这些字或图形通过接插件6固化在主控CPU单元1的只读存储器中，供显示时调用。 

如图5所示，运动参数检测单元2包括一高性能的三轴加速度传感器及其外围元器件，其功能强大，具有温度传感器21，XYZ三轴加速度传感器22，自由落体检测器23。开机后，三轴加速度传感器22进入加速度测量模式，也可以由主控CPU单元1通过控制总线对其状态寄存器进行设置，使得该传感器22进入运动检测模式。传感器22设置正确后，主控CPU单元1可以通过数据总线对其X、Y、Z三轴加速度传感器22进行读写操作获取对应方向的加速度值。通过这些加速度值可以判断当前用户挥舞方向为左右还是前后或者上下，根据物理常识可知均匀挥舞时启动或者停止时刻加速度值最大，从加速度最值可以判断挥舞的摆幅点，这些信息可以作为主控CPU单元1显示控制的依据。从加速度方向改变次数就可以知道其挥舞次数，从加速度也可以推知一段时间内的整个运动里程。 

此外，主控CPU单元1还可以通过数据总线读出温度传感器21的值从而获取当前温度信息供LCD显示单元53显示。特别是当用户挥舞动作剧烈导致装置脱手时，该传感器21某一特定引脚电平突变可以将其以硬中断方式通知主控CPU单元1进入调电保护模式，保护CPU芯片安全性。 

如图6所示，装置从存储器资源中获得用户通过触摸屏或PC界面输入的显示图文字库，用户开始晃动后，主控CPU单元1从加速度传感器22获取加速度信息，起始一两次挥舞作为“学习”过程，从加速度信息获取当前用户挥舞方向和摆幅等信息。因为主控CPU单元1可以分别从X、Y、Z轴加速度传感器22中读取加速值从而判断挥舞的确定方向，数值的正负值可以指示左右、上下、前后。加速度的最值或速度零点可作为挥舞的最大摆幅点，从而获取当前用户挥舞的周期和摆幅点。但是注意到装置挥舞摆幅点起始和停止时速度相对较慢，若以等间隔显示各字库的某列，则在挥舞摆幅点各列显示间隔很小，导致各列重叠和整个字给人压缩感，所以我们设定一个合适的加 速度门限(根据加速度实际测量结果可知挥舞过程中，速度/加速度变化情况为类余弦曲线)，这样可以避开摆幅点而在中间挥舞过程速度变化相对较平缓的位置开始显示，从实际测量结果我们发现实际显示时间只占挥舞一次周期的1/3左右显示相对平缓稳定，没有字符压缩伸展情况。同时考虑挥舞正程(以左右挥舞为例，从左到右)和返程(以左右挥舞为例，从右到左)，显示同一列精确重合较难，从而导致显示重叠的“重影”现象，因此我们设计时只有正程显示。判断出摆幅点后正程和返程判断就非常容易了。关于列与列之间显示的时间间隔设定，若以等间隔显示，时间间隔短会出现图文“瘦长”现象，间隔长则相反会出现图文“扁肥”想象，我们经过反复试验，显示间隔1ms左右，显示效果最符合人眼视觉效果，当然具体显示间隔还是要根据用户挥舞周期和显示图文数目来确定具体的列显示时间间隔。 

本发明对用户的运动状态实施监控，用前两次的运动状态来作为训练序列指导调整当前LED显示列41显示参数，所以控制具有实时性可有效避免以前专利技术显示频率固定，无法克服用户在不同场合下忽快忽慢的状况，具有极大的灵活性和较强的智能性。 

主控CPU单元1得到上述运动信息后即可在合适的时刻，输出给LCD显示驱动电路，尤其分别驱动16个高亮LED灯。主控CPU单元1通过运行其上的客户程序，负责整个的资源管理和界面展示以及资源调度。 

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征及其优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。 

Claims (10)

1.一种多功能晃动式LED显示装置，其特征在于，它包括：

一主控CPU单元，对采集到的信息进行抽样处理转化为适合LED列显示的字库并存储在主控CPU单元内部的存储器中供调用；

一运动参数检测单元，检测整个LED显示装置在晃动时的运动参数，同时将这些物理参数传输给主控CPU单元处理；

一电源管理单元，产生合适的电压为整个LED显示装置提供电源：及

LED显示列单元，将主控CPU单元内部的存储器中存储的由主控CPU单元转化的LED列显示的字库显示出来；

所述运动参数检测单元通过数字接口与所述主控CPU单元连接，所述

LED显示列单元通过控制总线和数据总线与所述主控CPU单元连接，所述电源管理单元与所述主控CPU单元、运动参数检测单元及LED显示列单元连接；所述运动参数检测单元包括高性能的三轴加速度传感器及其第一外围元器件，所述运动参数检测单元还具有温度传感器，运动检测器，自由落体检测器，所述运动参数检测单元能提供X、Y、Z三方向的运动加速度，通过运动参数检测单元准确把握使用者当前的运动状况，并进行实时的显示调整，给出理想的显示图像和文字；

主控CPU单元可以通过数据总线读出温度传感器的值从而获取当前温度信息供LCD显示单元显示，当用户挥舞动作剧烈导致装置脱手时温度传感器某一特定引脚电平突变可以将其以硬中断方式通知主控CPU单元进入调电保护模式，保护CPU芯片安全性。

2.根据权利要求1所述的多功能晃动式LED显示装置，其特征在于：所述多功能晃动式LED显示装置还包括一LCD显示装置，所述LCD显示装置通过数据总线和控制总线与所述主控CPU单元连接，同步显示当前显示的内容。

3.根据权利要求2所述的多功能晃动式LED显示装置，其特征在于：所述LCD显示装置为LCD触摸屏显示装置，通过所述LCD显示装置可直接输入所要显示的内容并将信号传输给主控CPU单元。

4.根据权利要求3所述的多功能晃动式LED显示装置，其特征在于：所述LCD触摸屏显示装置包括触摸屏、触摸屏控制单元、LCD列显示单元及其显示控制单元，其中触摸屏控制单元和LCD列显示控制单元通过数据总线和控制总线与主控CPU单元相连。

5.根据权利要求1所述的多功能晃动式LED显示装置，其特征在于：所述LED显示装置上还设有供下载使用的接插件，所述接插件与所述主控CPU单元连接，外部设备通过所述的接插件可直接将需要显示的个性化文字和图案输入到所述LED显示装置中并在晃动时显示出来。

6.根据权利要求5所述的多功能晃动式LED显示装置，其特征在于：所述LED显示装置还包括一PC端的控制软件，使用者在所述控制软件的界面中输入自己想要显示的个性化文字和图案，通过控制软件转化成适合LED显示列单元的图文库并通过所述接插件固化到所述LED显示装置中。

7.根据权利要求6所述的多功能晃动式LED显示装置，其特征在于：所述PC端的控制软件与所述接插件之间通过电缆连接。

8.根据权利要求1所述的多功能晃动式LED显示装置，其特征在于：所述电源管理单元包括电池、电源转换芯片和LCD显示驱动供电芯片及其第二外围元器件电路；所述电池固定在电池舱内，与电源转换芯片和LCD显示驱动供电芯片相连负责产生合适电压供给整机芯片、电子元件和LCD显示屏。

9.根据权利要求8所述的多功能晃动式LED显示装置，其特征在于：所述电池与电源转换芯片和LCD显示驱动供电芯片之间通过开关连接，由开关控制电池的通断。

10.根据权利要求1所述的多功能晃动式LED显示装置，其特征在于：所述LED显示列单元包括采用高效发光二极管规则排成一竖列安装固定在整机外壳上的LED显示列和LED驱动单元，所述LED显示列通过连接线与LED驱动单元相连，LED驱动单元通过控制总线与主控CPU单元相连。

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