CN102930807A

CN102930807A - 二线并联led彩色球泡灯显示屏控制系统

Info

Publication number: CN102930807A
Application number: CN2012103185424A
Authority: CN
Inventors: 严萍; 方振海; 史旦旦; 李剑清
Original assignee: Zhejiang University of Technology ZJUT
Current assignee: Zhejiang University of Technology ZJUT
Priority date: 2012-08-31
Filing date: 2012-08-31
Publication date: 2013-02-13
Anticipated expiration: 2032-08-31
Also published as: CN102930807B

Abstract

一种二线并联LED彩色球泡灯显示屏控制系统，包括LED彩色球泡灯阵列、LED控制器和主计算机，所述主计算机与所述微处理机连接，所述微处理机与所述驱动保护电路连接，所述驱动保护电路与所述GTR晶体管桥堆的受控端连接，所述直流电源与所述GTR晶体管桥堆的输入端连接，所述GTR晶体管桥堆的输出端与所述二根系统总线连接，所述两根系统总线分别与LED彩色球泡灯阵列中的每个LED彩色球泡灯电连接；LED彩色球泡灯包括：直流稳压电路、信号采集电路、微处理器和LED驱动电路。本发明提供一种有效减少I/O接口数量、降低硬件成本、提升稳定性的二线并联LED彩色球泡灯显示屏控制系统。

Description

二线并联LED彩色球泡灯显示屏控制系统

技术领域

本发明涉及显示屏控制系统，尤其是一种LED显示屏控制系统。

背景技术

目前LED显示屏控制系统主要由视频控制器、扫描控制器等组成。计算机标准DVI显卡的数据输出到视频控制器，通过专用网络连接线传输给扫描控制器，扫描控制器再将各级灰度的数据分别发送到显示驱动电路。系统可通过级连扫描控制器的方式加以扩展，最大控制范围由产品性能决定。系统运行时，视频控制软件播放各种动画文件，在LED显示屏幕上同步显示与控制电脑完全一致的播放画面。系统RGB显示数据和控制信号的输出一般采用并行方式，外加直流电源的供电，使大型显示屏的数据线、控制线和电源线过于复杂，容易引起各显示节点插座接触不良，信号传输阻抗产生变化影响系统显示。如传统的LED数据扫描控制器100型可以支持六个通道（一个插座即一个通道）的LED数据输出，每个通道包括RGB数据线各2位、扫描信号线6位，六个通道为36位数据线，加上12位扫描线，共48位线信号输出。而一个通道只能管理一只LED彩色球泡灯，要组成大型LED彩色球泡灯显示屏，需要大量的LED数据扫描控制器，其大量的I/O接口数使得整个显示系统可靠性下降，系统硬件制作成本也非常高。如何使大型LED彩色球泡灯显示屏I/O接口数最少，系统稳定性最高，同时降低硬件成本，这是研发人员一直考虑的课题。

发明内容

为了克服已有大型LED彩色球泡灯显示屏的I/O接口数过多、硬件成本高、稳定性较差的不足，本发明提供一种有效减少I/O接口数量、降低硬件成本、提升稳定性的二线并联LED彩色球泡灯显示屏控制系统。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种二线并联LED彩色球泡灯显示屏控制系统，包括LED彩色球泡灯阵列、LED控制器和主计算机，其中，所述LED控制器包括：

直流电源，用以为整个显示系统提供电源；

微处理机，用以在系统同步时钟为基准下，根据通讯协议把要显示的LED彩色球泡灯的地址、色彩灰度、亮度进行数据转换，通过直流电源极性的变化，在二根系统总线上形成电压波形信号；

驱动保护电路，用以驱动和保护GTR晶体管桥堆；

GTR晶体管桥堆，有四只GTR晶体管组成，以开关的方式，使直流电源的正负极性依据电压波形信号而变化，并输出到二根系统总线；

所述主计算机与所述微处理机连接，所述微处理机与所述驱动保护电路连接，所述驱动保护电路与所述GTR晶体管桥堆的受控端连接，所述直流电源与所述GTR晶体管桥堆的输入端连接，所述GTR晶体管桥堆的输出端与所述二根系统总线连接，所述两根系统总线分别与LED彩色球泡灯阵列中的每个LED彩色球泡灯电连接；

所述LED彩色球泡灯包括：

信号采集电路，用于接收二根系统总线传输的电压波形信号；

直流稳压电路，用以将二根系统总线传输的电压波形信号整流为直流稳压电压，并供给微处理器；

微处理器，与所述微处理机具有同步的系统同步时钟，用以将电压波形信号按照通信协议解压转换为LED彩色球泡灯的地址、色彩灰度、亮度数据，并进行色彩灰度、亮度数据的控制；

LED驱动电路，用以驱动LED彩色球泡灯。

进一步，所述主计算机与所述微处理机通过USB接口连接。

更进一步，所述二根系统总线为两条铜质的电线。

再进一步，所述主计算机中包括图像处理控制模块，用以把设计好的动画以1/30秒截取屏幕图像进行处理运算，每帧的图像通过数据口传输到微处机上。

本发明的有益效果主要表现在：有效减少I/O接口数量、降低硬件成本、提升稳定性。

附图说明

图1是本发明原理框图。

图2是本发明数据电源发送原理框图。

图3是本发明数据电源接收原理框图。

图4是本发明数据接收时序图。

图5是本发明数据接收程序框图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。

参照图1～图5，一种二线并联LED彩色球泡灯显示屏控制系统，包括装有图像处理控制软件的主计算机、LED控制器和LED彩色球泡灯阵列；

所述的主计算机与LED控制器之间采用USB串口联接，所述的LED控制器与LED彩色球泡灯阵列之间采用二线并联方式联接。

所述的LED控制器包括：

直流电源：采用直流开关稳压电源，为整个显示系统提供电源；

微处理机：采用89C4051控制器核心，实现嵌入式操作系统，数据包压缩转换转发，内定同步时钟，数据发送，进程调度，帧图像数据转换，灰度和行列扫描控制；

GTR晶体管桥堆：四只GTR晶体管组成，以开关的方式，使直流电源的正负极性依据通讯协议而变化，并输出到二总线；

驱动保护电路：受微处理器控制，驱动和保护GTR晶体管桥堆有效安全工作。

LED彩色球泡灯阵列包括若干LED彩色球泡灯，每个LED彩色球泡灯包括：

微处理器：采用89C4051处理器，实现内定同步时钟，接收数据，数据包减压转换，帧图像数据转换，灰度和亮度控制。

稳压电路：系统二总线电压波形整流为直流电压，并保持稳压工作。

信号采集电路：从系统二总线中采集电压波型，经微处理器分析后，转换为数据。

LED驱动电路：受微处理器控制，驱动LED彩色灯株；

其中，所述主计算机的图像处理控制模块把设计好的动画以1/30秒截取屏幕图像进行处理运算，每帧的图像数据通过主计算机的USB串口传输到LED控制器中；LED控制器对接收的数据包进行压缩编码，通过直流电极性变化形成各种电压波形在系统二总线上传输；并联在二总线上的各个LED球泡灯接收到电压波形经微处理器数据解码，还原成显示数据来驱动LED显示。系统运行时，在主计算机中运行的一套图像处理软件，软件播放的各种动画文件，与在LED显示屏显示的图像保持一致。

上述二总线可以是二条铜质的电线。

本实施例的控制系统中，硬件部分为：主计算机，上位机（微处理机、GTR晶体管，驱动电路和保护电路、直流电正负极性变化电路），下位机（微处理器、信号采集电路、整流稳压电路、RGB驱动电路）。其软件部分有：显示屏动画设计软件、显示色彩灰度级控制、显示亮度控制、显示数据转化成以直流电极性变化电压波形软件、同步时钟产生、数据发送和接收通讯软件。

第一部分功能是要把计算机显示数据、控制信号和直流电源依据通讯协议转化成25V正负极性变化的电压波形在二总线上传输，它的实现是主计算机通过USB接口与上位机（微处理机）连接，上位机（微处理机）的输出端I/O口通过光电隔离器连接GTR晶体管，4只GTR晶体管以桥的方式组成电路并与驱动电路和保护电路连接，直流电源通过GTR晶体管以开和关的形式输出正负极性变化的波形。第二部分功能是有若干个球泡灯（内有微处理器）组成的显示屏从二总线上采集变化的正负极性的电压波形，依据通讯协议还原成显示数据、控制信号，经整流稳压电路还原成直流稳压电源。具体是信号采集电路输入口连接二总线，输出口连接下位机（微处理器）；整流稳压电路输入口连接系统总线，输出口连接下位机（微处理器）；下位机（微处理器）I/O输出口连接RGB驱动电路。

软件技术主要有LED彩色球泡灯显示屏图文动画软件，上位机和下位机以计算机软件的方法结合硬件电路实现系统显示数据、控制数据在二总线上进行数据发送和接收功能。

本实施例中，二线并联LED彩色球泡灯显示屏的控制方法，包括以下步骤：（1）计算机运行图文动画软件，以逐帧动画的方式实现显示屏动画效果，计算机把每帧的图像数据通过USB串口向上位机输出LED彩色球泡灯的地址、色彩灰度、亮度。（2）上位机通过USB串口接收数据，在系统同步时钟为基准下，根据通讯协议把要显示的LED彩色球泡灯的地址、色彩灰度、亮度进行数据转换，通过25V直流电极性的变化，使系统二总线上形成电压波形。（3）若干个LED球泡灯并联于系统二总线上，根据直流电极性变化的电压波形还原成每个LED球泡灯地址、色彩灰度、亮度数据，经驱动电路点亮RGB三原色LED球泡灯。

如图1所示，主计算机与LED控制器以USB串口相连接，传输图文动画显示数据；LED控制器中的微处理机接收到主计算机输出的显示数据后，将数据压缩编码，以内部时钟作为同步信号，按通讯协议的格式发送脉冲信号，触发四只GTR晶体管通断，来控制二总线上直流电压的极性变化；驱动电路保护电路主要是保护GTR晶体管桥堆不会被电压击穿及工作电路的保护；直流电源电压为25V的开关稳压源；256色彩色球泡灯阵列，通过螺口连接方式并联在系统二总线上。

如图2所示，是本发明的LED控制器的简单电路框图，它包括：微处理机、UAA4002保护电路、4只GTR大功率晶体开关管及直流电源。微处理机接收到主计算机输出数据后经运算压缩，形成各LED球泡灯行列序号、LED的色彩和灰度信号数据包。微处理机经I/O口控制二片UAA4002集成电路，每片UAA4002电路触发2只GTR大功率晶体开关管。直流电压经4只大功率晶体开关管分别导通和关断下，它是利用GTR功率晶体管的开关工作特性使电压极性发生变化，在二总线上形成正负极性变化的电压波形。各LED球泡灯在二总线上获取电压波形，经微处理器还原获得各LED球泡灯行列序号、LED的色彩和灰度信号。为了使GTR具有极快的响应速度，在短路情况下承受着高电压和大电流的冲击，UAA4002保护电路起着重要作用，它能够在极短时间内快速关断GTR，避免GTR瞬间结温急剧上升而烧毁。

如图3所示，是本发明的LED球泡灯简单电路框图，它包括：信号采集电路、直流稳压电路、89C4051微处理器、LED驱动电路及若干RGB LED灯株。若干只LED球泡灯通过螺口插座并联在系统二总线上，每只LED球泡灯内信号采集电路从二总线标号A或B线上获取电压波形，还原成数据，送至89C4051微处理器的I/O口。微处理器以系统同步时钟为基准，依据通讯协议把接收到数据还原成各LED球泡灯行列序号、LED的色彩和灰度信号数据。驱动电路受微处理器控制分别驱动灯内的RGB LED灯株亮闪，形成以若干个LED球泡灯组合的彩色图文动画显示效果。所有LED球泡灯的供电都是从系统二总线上获取，其原理是变化中的电压波形经整流桥堆和稳压电路后，输出为稳定直流电源。

如图4所示，是本发明的二线并联LED彩色球泡灯显示屏控制系统信号通信时序图，其内容是：LED控制器和每只LED球泡灯中的微处理器都设定了系统同步时钟，系统加电瞬间所有的微处理器会同步开始工作。LED控制器中的微处理机以固定的T周期为统一标准，依据通讯协议使直流电极性不断变化产生电压波形向系统二总线传送，而LED球泡灯中的微处理器也以固定的T周期为标准，依据通讯协议接收变化中的电压波形转化为各LED球泡灯行列序号、LED的色彩和灰度信号数据，这是二线并联LED彩色球泡灯显示屏控制系统的关键所在。

如图5所示，是本发明各LED球泡灯从二总线接收电压波形转化成数据的软件框图。

Claims

1.一种二线并联LED彩色球泡灯显示屏控制系统，其特征在于：所述显示屏控制系统包括LED彩色球泡灯阵列、LED控制器和主计算机，其中，所述LED控制器包括：

直流电源，用以为整个显示系统提供电源；

微处理机；用以在内部同步时钟为基准下，根据通讯协议把要显示的LED彩色球泡灯的地址、色彩灰度、亮度进行数据转换，通过直流电源极性的变化，在二根系统总线上形成电压波形信号；

驱动保护电路，用以驱动和保护GTR晶体管桥堆；

GTR晶体管桥堆，有四只GTR晶体管组成，以开关的方式，使直流电源的正负极性依据通讯协议变化形成电压波形信号，并输出到二根系统总线；

所述LED彩色球泡灯包括：

微处理器，与所述微处理机具有同步的内部同步时钟，用以将电压波形信号按照通信协议解压转换为LED彩色球泡灯的地址、色彩灰度、亮度数据，并进行色彩灰度、亮度数据的控制；

LED驱动电路，用以驱动LED彩色球泡灯。

2.如权利要求1所述的二线并联LED彩色球泡灯显示屏控制系统，其特征在于：所述主计算机与所述微处理机通过USB接口连接。

3.如权利要求1或2所述的二线并联LED彩色球泡灯显示屏控制系统，其特征在于：所述二根系统总线为两条铜质的电线。

4.如权利要求1或2所述的二线并联LED彩色球泡灯显示屏控制系统，其特征在于：所述主计算机中包括图像处理控制模块，用以把设计好的图文动画以1/30秒截取屏幕图像进行处理运算，每帧的图像数据传输到微处理机上。