CN102881252A

CN102881252A - 通过物体的机械运动构成图像的显示器

Info

Publication number: CN102881252A
Application number: CN2012103273181A
Authority: CN
Inventors: 沈骞
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2012-08-29
Filing date: 2012-08-29
Publication date: 2013-01-16

Abstract

本发明提供一种通过物体的机械运动构成图像的显示器，包括装置：显示芯片，其用于输出LED驱动信号；MCU单元，其用于根据接收到的所述LED驱动信号生成伺服电机控制信号；伺服电机，其用于根据所述伺服电机控制信号执行相应的机械动作。本发明提供了一种新的显示系统，通过机械运动的变换间接作用于人的感官，其显示效果能够让盲人感知到，还可以用于户外大型娱乐活动设施，增加活动的新意和乐趣。

Description

通过物体的机械运动构成图像的显示器

技术领域

本发明涉及显示系统，尤其是触摸式显示系统，具体地，涉及通过物体的机械运动构成图像的显示器。

背景技术

人类获取的信息有80％来自视觉，因此可以想象盲人生活在一个怎样枯燥乏味的世界，能否让盲人体验到正常人丰富的视觉感受？显示技术在不断进步，如今的显示技术已经高度发达，大多显示设备已经可以显示出物体极细微的部分。但所有显示设备都是通过点阵的光变换直接作用于人眼，从而产生视觉，显然盲人无法感受这样的视觉。因此有必要开发一种能够让盲人也能够感受图像的显示系统。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种通过物体的机械运动构成图像的显示器。

根据本发明的一个方面，提供一种通过物体的机械运动构成图像的显示器，包括如下装置：

显示芯片，其用于输出LED驱动信号；

MCU单元，其用于根据接收到的所述LED驱动信号生成伺服电机控制信号；

伺服电机，其用于根据所述伺服电机控制信号执行相应的机械动作。

优选地，所述LED驱动信号为PWM信号。

优选地，所述MCU单元包括如下部分：

占空比检测单元，其用于检测R、G、B三个通道PWM信号的占空比；

第一处理单元，其用于根据所述R、G、B三个通道PWM信号的占空比生成灰度比例值；

信号输出单元，其用于根据所述灰度比例值生成所述伺服电机控制信号。

优选地，所述占空比检测装置采用外部中断方式检测R、G、B三个通道PWM信号的占空比。

优选地，所述MCU单元包括如下装置：

误差判断装置，其用于消除抖动。

优选地，还包括圆筒和小球，所述小球根据所述伺服电机的机械动作在圆筒内运动。

优选地，所述MCU单元和所述伺服电机分别配置有各自的电源。

优选地，所述MCU单元的电源为三端稳压模块。

优选地，所述伺服电机的电源为7805稳压模块。

优选地，所述MCU单元包括MEGA64芯片。

本发明提供了一种新的显示系统，通过机械运动的变换间接作用于人的感官，这种感官可以是触觉、视觉或者其他。如果作用于触觉，这对盲人来说是个好消息，此外这套系统产生的显示效果也很吸引人，可以用于户外大型娱乐活动设施，增加活动的新意和乐趣。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1示出根据本发明的通过物体的机械运动构成图像的显示器的结构示意图；

图2示出根据本发明的通过物体的机械运动构成图像的显示器中伺服电机所控制小球的结构示意图；

图3示出占空比计算的原理示意图。

具体实施方式

R、G、B(红、绿、蓝)三种颜色按照不同比例组合可以构成自然界任意一种颜色。显示器都由若干点构成点阵，每个点都包含R、G、B三元色显示单元。这样显示器就可以显示出自然界任意图像。本发明采用常见的LED显示系统的控制器，控制器向显示屏发出串行数据，每个显示单元接收到对应的显示数据，然后显示单元控制LED发出相应的光线，我们把每个显示单元的信号提取出来，经过一定运算转换成伺服电机的转动角度信号，再用若干伺服电机控制每一个点状物体运动，这些点状物体的高度各不相同就可构成一个深浅层次各不相同的点阵，从而构成一幅“机械图像”。如果这些点状物体都是反光材料，那么它们的高度层次或者角度不同所反射的光强不等同样可以呈现出该点灰度的变化，从而构成一幅灰度图像。

其中，提取普通显示器的点阵单元信号并非易事，而户外大型LED显示屏的每一个点阵单元都由显示芯片驱动。该显示芯片有数据输入、输出和LED驱动端口，可以很容易提取到该像素点的显示信号，一般的驱动信号是PWM信号，该信号周期4ms，可控制LED产生256级灰度变化，通过MCU的外部中断可以测出PWM信号的占空比，我们的MCU采用比较常见的8MHz震荡频率，那么一个机器周期1/8微秒，如果不分频，理论上在控制LED信号的一个周期中可以最多捕捉到10000个以上的计数，从而可计算出PWM的占空比，而控制伺服电机是周期为20ms的PWM信号，将提取的PWM信号的参数通过一定的算法即可转换为伺服电机的控制信号。

下面结合附图具体说明：

如图1所示，根据本发明提供的通过物体的机械运动构成图像的显示器，包括显示芯片1、MCU单元2、伺服电机3，其中，所述显示芯片1用于接收控制信号并输出LED驱动信号；所述MCU单元2用于根据接收到的所述LED驱动信号生成伺服电机控制信号；所述伺服电机3用于根据所述伺服电机控制信号执行相应的机械动作。其中，所述LED驱动信号为PWM信号。所述MCU单元包括MEGA64芯片。

具体地，所述MCU单元包括占空比检测单元21、第一处理单元22，信号输出单元23，其中，所述占空比检测单元21用于检测R、G、B三个通道PWM信号的占空比；所述第一处理单元22用于根据所述R、G、B三个通道PWM信号的占空比生成灰度比例值，所述信号输出单元23用于根据所述灰度比例值生成所述伺服电机控制信号。

其中，由于需要检测R、G、B三个通道PWM信号的占空比，我们选用了计数器和中断资源丰富的MEGA64微处理器，具有8个外部中断和4个定时/计数器，选用三个外部中断和三个定时/计数器分别检测R、G、B三个通道的PWM信号占空比。

灰度图在工业中运用很广，在许多情况下都需要将彩色图像转换成灰度图像。所谓灰度图像其实就是一种黑白图像，但又与一位的位图不同，一位的位图只有黑和白两种颜色，灰度图的颜色数明显多于两种，以8位灰度图像来说，就有256个灰度级别，除了纯黑和纯白的颜色，其他的都是介于黑和白之间的灰色，只是白和黑所占的比例不同而已。

根据人眼对红绿蓝三色的敏感程度，可以使用以下比例式进行转换：

Gray＝R*0.3+G*0.59+B*0.11.....................公式一

这也是最常用的一种转换，另外还有一种常用的转换叫平均值法，即取红绿蓝三色的平均值为灰度：

Gray＝(R+G+B)/3.......................................公式二

本发明优选地选用公式一来转换，将测得的R、G、B三个通道的信号占空比带入公式一即可得到一个灰度比例值，将该值乘以一个倍率即可得伺服电机的PWM控制信号。

更为具体地，所述占空比检测单元21采用外部中断方式检测R、G、B三个通道PWM信号的占空比。由于测量数值存在一定误差和干扰因素，因此在实际实验中发现伺服电机有轻微抖动，观察MCU输出的数据发现有+1的上下波动，为了消除这种误差和干扰造成的抖动，特设计如下消抖程序，将当前测得的数据和前面测得数据比对，如果大于1，则认为是正常的数据变化，如果小于1，则再作比对，如果两次数据的比对都小于1则认为是误差，这样可以很好的消除抖动，电机表现很平稳。程序片段如下：

进一步地，所述MCU单元和所述伺服电机分别配置有各自的电源。其中，所述MCU单元的电源为三端稳压模块。优选地，所述伺服电机的电源为7805稳压模块。其中，由于电路采用大量的同一模块级联而成，并且每一个模块都有大功率的伺服电机在运转，相互干扰比较严重，对电源电压要求也较高，因此采用了三端稳压模块和电容滤波为MCU提供稳定的电源。TM1803用来接收从级联的上级模块送来的数据并转换为R、G、B三个通道的PWM信号，同时把剩余的数据传送到下一个级联的模块处理，为了进一步降低伺服电机对MCU的干扰，这里采用7805稳压模块单独为伺服电机供电。该电路要求产生精确的PWM信号控制伺服电机，因此采用外部8M晶振为MCU产生精确的震荡信号。

更进一步地，根据本发明提供的通过物体的机械运动构成图像的显示器还包括圆筒和小球，所述小球根据所述伺服电机的机械动作在圆筒内运动。图2所示，伺服电机通过连杆93控制一个金属小球92在圆筒91中前后运动，小球越往外面运动则越显突兀，盲人的触觉感受越强，反射的光线也越多，显得越亮；往里面运动则越显凹陷，盲人的触觉感受越弱，反射的光线也越少，显得越暗。这样就可以实现图像每个像素灰度的变化。

LED显示屏由若干点构成点阵列，这些像素点通过串行接口级联，每个像素点由单独的芯片驱动，常用芯片为TM1803，该芯片采用单线通讯方式，芯片在上电复位以后，接受DIN端打来的数据，接受够24bit后，DO端口开始转发数据，供下一个芯片提供输入数据，OUTR、OUTG、OUTB三个PWM输出口根据接受到的24bit数据，发出相应的不同占空比的信号，该信号周期4ms。因此，在本发明的一个优选的具体实施方式中：

构建一个MEGA64的实验板，然后用MEGA64的三个外部中断检测R、G、B三个通道PWM信号的占空比，用MEGA8的实验板接受并显示MEGA64测得的数据，实验取得较理想的结果，初步测得PWM信号一个周期的高电平时间为190到8000个机器周期(系统的时钟未分频)。

一块电路板驱动一个伺服电机，正常情况下伺服电机的运转电流在200mA左右，而赌转电流则达到2A左右，系统需要至少100个模块级联而成，这样处于级联初始端的电路可能承受的电流达到20A到200A，普通电路板无法承受如此强的电流，因此该电路板电源连接部分采用手工布线，电源连接线全部加大线宽(见上图)，此外每10块电路板加接一路电源线和主电源直接连接，以此减小级联初始端的电流。

对于控制部分，一个优选的测量PWM占空比的方法，可简述如下，采用外部中断接口连接PWM信号，首先将脉冲信号的上升沿作为中断的触发条件，当PWM信号的上升沿到来时作一个时间标记1，同时将中断触发条件设置为下降沿触发，当脉冲的下降沿到来时再做一个时间标记2，这样两个时间差即为PWM信号一个周期的高电平时间。LED显示屏的PWM信号周期为固定值4ms，这样就可计算出PWM信号的占空比Duty Ratio＝t/T(如图3所示)。

以外部中断2为例(如下)：

分别测出三个通道PWM信号的占空比，根据公式Gray＝R*0.3+G*0.59+B*0.11再经过适当的缩放比例即可计算出灰度值(如下代码段)。

(p＝＝1)？(p＝0)：(data5＝value)；

(q＝＝1)？(q＝0)：(data6＝value)；

(r＝＝1)？(r＝0)：(data4＝value)；

data1＝(3*data4+6*data6+data5)/80；

//RGB三通道灰度化并转换成一个周期的高电平时间

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims

1.一种通过物体的机械运动构成图像的显示器，其特征在于，包括如下装置：

显示芯片，其用于输出LED驱动信号；

2.根据权利要求1所述的通过物体的机械运动构成图像的显示器，其特征在于，所述LED驱动信号为PWM信号。

3.根据权利要求2所述的通过物体的机械运动构成图像的显示器，其特征在于，所述MCU单元包括如下装置：

4.根据权利要求3所述的通过物体的机械运动构成图像的显示器，其特征在于，所述占空比检测装置采用外部中断方式检测R、G、B三个通道PWM信号的占空比。

5.根据权利要求3所述的通过物体的机械运动构成图像的显示器，其特征在于，所述MCU单元包括如下装置：

误差判断装置，其用于消除抖动。

6.根据权利要求1所述的通过物体的机械运动构成图像的显示器，其特征在于，还包括圆筒和小球，所述小球根据所述伺服电机的机械动作在圆筒内运动。

7.根据权利要求1所述的通过物体的机械运动构成图像的显示器，其特征在于，所述MCU单元和所述伺服电机分别配置有各自的电源。

8.根据权利要求7所述的通过物体的机械运动构成图像的显示器，其特征在于，所述MCU单元的电源为三端稳压模块。

9.根据权利要求1所述的通过物体的机械运动构成图像的显示器，其特征在于，所述伺服电机的电源为7805稳压模块。

10.根据权利要求1所述的通过物体的机械运动构成图像的显示器，其特征在于，所述MCU单元包括MEGA64芯片。