TW201525958A - 圓球型ｌｅｄ旋轉顯示器 - Google Patents

Abstract

本發明係一種圓球型LED旋轉顯示器，其係使用微電腦控制器控制高轉速馬達驅動直式LED顯示模組定速旋轉，而產生圓球狀顯示幕，其顯示原理是利用人類視覺對於高頻動態畫面所產生的視覺暫留特性，因此使用PC編輯文字與圖形，並透過無線傳輸技術將資料傳送至單排直式的RGB LED燈組，由紅外線感測器來進行旋轉角度之偵測，使畫面能夠達到定點顯示的效果，利用微電腦控制器控制，並透過高轉速馬達帶動旋轉來達到與市面上廣告看板相同的顯示效果，並藉以達到360度球狀顯示面。

Description

圓球型LED旋轉顯示器

本發明係關於一種3D球狀顯示器，顯示幕為圓球狀，尤其針對以單排LED顯示模組之快速移動，達到如同廣告看板效果般的顯示性能。

按由於近年來大家都非常重視節能及環保的觀念，加上科技的進步，LED漸漸廣泛的取代傳統鎢絲燈泡與陰極燈管，運用LED元件的產品非常的多，如：紅綠燈、廣告看板、電腦螢幕、汽車儀表顯示器等等，而國外也有業者及學者將此方法運用於自行車輪框、火車隧道之廣告看板等，舉例來說市面上的廣告看板使用的LED數量往往與顯示面板大小成正比，相對的成本也隨著顯示面板大小而增加，檢修也相當不便，侷限於平面顯示畫面，立體功能的產品並不常見。

因此上述陸續研發之自行車輪框，在此舉出先前技術，如新型M312484號「發光圖形字幕旋轉輪」<下稱引證前案一>，其主要係增加車輛側邊的照明及娛樂效果，此一裝置係利用眼睛視覺暫留的現象，將單排或數排LED裝在車輪上；當車輪旋轉時，控制電路可藉由不同的閃爍頻率和延遲時間讓LED顯示靜態或動 態的圖形或文字，此創作可應用於腳踏車、汽車、摩托車的車輪及可旋轉的裝置上；電池為此創作的電源供應，電池置於電池室內再與LED發光模組電路相接，此LED發光模組外會套上一防水套座以適用於各種環境下和增長使用壽命；由於不同的旋轉速度需要不同的LED閃爍頻率及延遲時間，因此，此創作還應用一永久磁鐵與感應器來偵測速度，藉由速度的判斷，本創作即可自動計算每一顆LED所需的頻率及延遲時間，此創作不僅可強化行車的安全性，同時也增加使用者與觀賞者的娛樂效果。

另近年較新之技術如新型證書第M436623號「智慧型輪框顯像裝置」<下稱引證前案二>，其主要係指一種可隨時變換圖形影像之輪框顯像裝置，其至少包含有一處理模組、至少一發光模組及一手持裝置所組成，該處理模組與持裝置分設有相對之無線傳輸單元，其中手持裝置內建有可編輯圖案之圖形編輯程式，且處理模組具有一連接該等發光模組之影像轉換單元，而發光模組係由系列設於車輪輪框內之LED燈所構成，藉此，本創作可利用車輪轉動使發光模組之LED燈產生視覺暫留形成圖像，而呈現所需之圖樣，並利用手持裝置以無線傳輸模組匯入圖案至處理模組中，以克服以往需連接至電腦中更新、編輯圖像所造成的不便與困擾，並可提升輪框內圖案影像變換的便利性。

上述兩個引證前案都是利用輪圈裝設顯示裝置於輪框內的平面顯示設計，一樣是利用人類視覺暫留之影像顯示效果，只是仍然侷限於平面的顯示。

本發明者鑑於前述的引證前案僅僅利用視覺暫留產生的平面影像，應該可以利用感測技術與其他的控制技術整合再進一步增進其他功能於3D顯示技術上，進而用心研究開發，因此本發明主要目的係在提供一種圓球型LED旋轉顯示器，其主要係利用微電腦控制器控制旋轉馬達來驅動一直式LED顯示模組，搭配控制馬達轉速為定轉速、及紅外線定位功能並且以PC設計人機介面程式，透過無線傳輸技術來控制旋轉式球狀之顯示器，達到即時顯示各種字形及花式圖案之功能。

為了可達到前述的目的，本發明所運用的技術手段係在於提供一種圓球型LED旋轉顯示器，其係包括：一旋轉馬達，其係以單晶片微電腦控制驅動直式LED顯示模組以定轉速旋轉之高速馬達；一直式LED顯示模組，係裝設於旋轉馬達兩側之使用微電腦控制器控制直立式單排的LED燈組；一微電腦控制器，其係提供控制旋轉馬達之驅動及LED顯示模組之顯示控制；藉由微電腦控制器控制單排的直式LED顯示模組，並以高速旋轉的方式達到掃描顯示的效果。

因此依據本發明的技術手段，本發明主要技術簡要說明如下所列：本發明之圓球型LED旋轉顯示器，在使用PC編輯文 字與圖形，並透過無線傳輸技術將資料傳送至顯示器，達到即時顯示的效果者。

本發明之圓球型LED旋轉顯示器，具有360度球狀顯示面，透過紅外線感測器來進行旋轉角度之偵測，使畫面能夠達到定點顯示的效果。

本發明之圓球型LED旋轉顯示器，利用微電腦控制器控制單排的RGB LED燈組，並透過高轉速馬達帶動旋轉來達到與市面上廣告看板相同的掃描顯示效果，其製作成本低，且維修容易。

(10)‧‧‧圓球型旋轉顯示器

(20)‧‧‧旋轉馬達

(30)‧‧‧直式LED顯示模組

(40)‧‧‧微電腦控制器

(42)‧‧‧光編碼器

第一圖係本發明較佳實施例之立體圖。

第二圖係本發明較佳實施例之利用視覺暫留顯示矩陣示意圖。

第三圖係本發明較佳實施例之文字掃描示意圖。

第四圖係本發明較佳實施例之LED掃描示意圖。

附件一為本發明實際實施之球形顯示照片一。

附件二為本發明實際實施之球形顯示照片二。

本發明係一種圓球型LED旋轉顯示器(10)，如第一圖所示，主要包括一旋轉馬達(20)，一直式LED顯示模組(30)， 一微電腦控制器(40)，其係使用微電腦控制器(40)控制高轉速旋轉馬達(20)驅動直式LED顯示模組(30)定速旋轉，而產生圓球狀顯示幕。

依目前本發明實際實施例來說明整個系統是以Microchip單晶片微控制單元32MX795F512H作為控制核心，搭配無線傳輸模組進行資料碼接收與解碼，並透過多顆移位暫存器IC-74HCT595控制LED顯示變化，及結合紅外線感知器來做為轉速偵測及顯示角度定位之控制，圖形顯示部分以PC人機介面進行文字及圖案的設計，透過無線傳輸的方式將資料碼傳送至顯示器上即時顯示圖文，經由實際實施之旋轉平台測試，不論是字型顯示或是圖案顯示，均可達到良好的顯示效果。

請參閱第二至第三圖所示，顯示旋轉掃描的方式所呈現，運用旋轉馬達(20)搭載直式LED顯示模組(30)做快速旋轉之動作，使單排直立LED燈組看起來像是矩陣，如第二圖所顯示，例如顯示X之文字，先將X分拆成行，由單晶片將每行所顯示之值輸出至LED燈模組，並控制馬達轉速為定速，使其顯示間隔時間固定，於每一瞬間輸出不同的顯示資料，如第三圖所示，即會形成X之圖樣。

人類之視覺主要是當物體所發出的光進入眼睛時，在視網膜上形成影像，大腦隨即產生影像。如果此時閉上眼睛或將物體移離視線，則大腦中的視覺不會馬上消失，根據醫學報導研究指出影像可以繼續留存約1/16秒(62.5ms)，這種現象稱為視覺 暫留；由於LED具有奈秒級響應時間，若以視覺暫留顯示原理是非常適合作為旋轉顯示器之顯示光源，當直式LED顯示模組(30)旋轉經過光編碼器(42)所設定的原點位置時，直式LED顯示模組(30)以此訊號作為旋轉一圈的起始點，並開始計數旋轉一圈的總時間；若把一圈的時間分割為360等份，此時就可獲得直式LED顯示模組(30)旋轉每一角度之間隔時間，如第四圖所示。配合以下式(1)，式(2)

為掃描顯示時間之計算方式，若結合微電腦控制器(40)即可控制所想要顯示之角度位置，以達到顯示定位之效果。

本發明之直式LED顯示模組(30)分別由不同子模組所構成，分別為LED顯示模組、紅外線感測模組、直流馬達控制模組及顯示器控制模組。

LED顯示模組由88顆高亮度RGB LED所構成，其主要是以Microchip單晶片透過移位暫存器IC控制數多顆LED，本顯示燈組所使用的移位暫存器IC型號為74HCT595[3]，其IC資料傳輸方式 為串入並出，其係將四顆移位暫存器IC的資料輸入腳位串接，移位控制及栓鎖控制腳位則並聯，再利用單晶片產生控制時序即可完成32bit LED燈組控制，由此動作即可由3支IO做出高達32Bit顯示輸出之動作需求。

紅外線感測模組用於轉速及角度偵測，本發明模組設計以兩個圓狀平面刻盤及兩個光遮斷元件組合而成，圓狀平面刻盤主要是固定在機座上，光遮斷元件則固定在旋轉轉軸上，其動作原裡主要是當顯示器高速旋轉時利用光遮斷元件偵測刻盤的刻度，並將偵測訊號提供給顯示器主控核心32MX795F512H進行角度與時間來運算畫面顯示角度位置，本顯示器利用此方式來達到畫面顯示定點控制。

直流馬達控制模組主要是以電壓控制無刷旋轉馬達(20)的轉速變化，其主控制核心為HT66F50晶片，並透過DAC訊號轉換IC DAC0808搭配OP741來達到轉速的控制。

顯示器控制模組是以PIC單晶片32MX795F512H作為主控核心，一開始將由Xbee無線傳輸模組所接收到的封包資料存入32MX795F512H晶片中，32MX795F512H讀取封包資料，並解封包存入內部RAM，再經由紅外線感測模組所提供的訊號計算出畫面顯示的角度位置，並透過移位暫存器IC-74HCT595控制LED燈組顯示出不同的形態的資料碼來達到圖形之顯示。

本發明顯示控制共分為三部分，馬達驅動控制部分是以單晶片微電腦控制馬達驅動器來達到馬達定轉速的效果，顯 示器燈組控制部分是以PIC晶片32MX795 F512H，搭配多顆移位暫存器74HCT595來達到LED顯示之控制效果，而即時傳輸部分則也是以PIC晶片32MX440E512H來進行PC端ASCII之解碼，將解碼後的資料以封包的通訊格式進行資料傳遞，透過無線傳輸模組將資料傳送至顯示器達到即時顯示之效果。

上述實施例中本發明圓球型LED旋轉顯示器(10)，以單晶片微電腦32MX795F512H為控制核心，並且搭配11顆移位暫存器IC 74HCT595來控制88顆高亮度RGB LED，實現了掃描顯示之效果，本顯示器使用PC透過LabVIE軟體開發出人機介面來設計圖案與文字，透過32MX440F512H晶片作為PC所發送的ASCII碼之解碼，再將解碼後之資料以封包的格式透過無線傳輸技術，將顯示資料立即傳送至顯示器達到即時更新顯示之效果。另外也以兩組紅外線感測器來作為時間與角度的計算，使畫面也能夠精準的顯示在使用者所預期的位置上。

上述實施例僅為例示性說明本發明之技術及其功效，而非用於限制本發明。任何熟於此項技術人士均可在不違背本發明之技術原理及精神的情況下，對上述實施例進行修改及變化，因此本發明之權利保護範圍應如後所述之申請專利範圍所列。

(10)‧‧‧圓球型旋轉顯示器

(20)‧‧‧旋轉馬達

(30)‧‧‧直式LED顯示模組

(40)‧‧‧微電腦控制器

(42)‧‧‧光編碼器

Claims (4)

1. 一種圓球型LED旋轉顯示器，由一單排的LED燈組旋轉而產生圓球狀顯示幕，其係包括：一旋轉馬達，其係以單晶片微電腦控制驅動直式LED顯示模組以定轉速旋轉之高速馬達；一直式LED顯示模組，係裝設於旋轉馬達兩側之使用微電腦控制器控制直立式單排的LED燈組；一微電腦控制器，其係提供控制旋轉馬達之驅動及LED顯示模組之顯示控制；藉由微電腦控制器控制直式LED顯示模組，並以高速旋轉的方式達到掃描顯示的效果。
2. 如專利請求項1之圓球型LED旋轉顯示器，所述直式LED顯示模組之LED燈組可為RGB三色LED。
3. 如專利請求項1之圓球型LED旋轉顯示器，所述微電腦控制器係以無線傳輸資料至直式LED顯示模組。
4. 如專利請求項1之圓球型LED旋轉顯示器，所述微電腦控制器係透過紅外線感測器來進行直式LED顯示模組旋轉角度之偵測。