旋转LED立体显示装置及方法与流程

本发明属于3d显示的广告技术领域，特别涉及一种旋转led立体显示装置及方法。

背景技术：

当前3d显示技术发展成多个方向，如虚拟显示（vr）、裸眼3d、水幕电影还有旋转风扇式的三维显示。现有旋转风扇式的显示技术以人眼视觉暂留为基础，通过旋转时改变led亮灯的顺序和颜色，最后经过旋转组合成一幅完整的图片，该技术为人们提供了视频上的震撼。

现有的旋转风扇式的三维显示存在以下缺点：

1.本质上还是二维显示，只不过由于风扇旋转时，扇页基本上消失不见，只留下扇面上的led光源所生成的平面图案，给人造成图片飘在空中的映像，如果图片再有些变动，会让人觉得像3d一样，但如果从其它方向来看（不从正面观看），它的视觉效果就消失不见了(它只能从正面观看)。

2.亮度不够，如果在有光源的地方现有技术产品显示效果会变差，特别是如果在户外正常光照下显示效果是非常差的。

技术实现要素：

为了解决现有技术中存在的问题，本发明提出了一种旋转led立体显示装置及方法，从各个角度都能观看到3d效果，就像一个实物悬浮在空中一样，而且达到高亮度，以观赏柱的形式供人们观赏，适用于广场、景区、室内大厅等场合。

为了实现上述目的，本发明采用以下的技术方案：

本发明提供了一种旋转led立体显示装置，包括：

玻璃罩；

电机，固定在所述玻璃罩底板的中心；

灯珠固定架，位于玻璃罩内，上端与玻璃罩转动连接，下端与所述电机的输出轴固定连接；

灯珠板，安装在所述灯珠固定架上，所述灯珠板上均匀布置多颗灯珠；

以及中央控制板，安装在所述灯珠固定架的底部，所述中央控制板与灯珠板控制连接。

进一步地，还包括支撑架，所述支撑架固定在玻璃罩的底板上，所述电机的输出轴通过承重轴承与灯珠固定架下端固定的转轴连接。

进一步地，还包括安装在所述灯珠固定架底部两侧的霍尔传感器和与霍尔传感器配套的磁铁，所述磁铁固定在支撑架的上方，所述霍尔传感器与中央控制板连接。

进一步地，还包括碳刷和与碳刷配套的导电环，所述碳刷固定在支撑架的上方，所述导电环固定在灯珠固定架下端的转轴上，所述导电环与碳刷相接触，所述导电环输出220交流电，220v交流电经过设置在灯珠固定架上的开关电源变为5v直流电，5v直流电为中央控制板和灯珠板供电。

进一步地，所述灯珠板包括多块灯珠单元板，多块灯珠单元板通过排线级联，每块灯珠单元板均包括灯珠驱动芯片和多颗灯珠；所述灯珠板上横向间隔开设多个通风条。

进一步地，在所述玻璃罩的底板内嵌蓝牙音箱。

进一步地，所述中央控制板包括主控芯片fpga和分别与主控芯片fpga连接的wifi模块、存储芯片、电源模块、蓝牙音频模块以及网口芯片；所述wifi模块用于接收远程终端发送的节目信息，所述存储芯片用于将rgb数据分别存储在对应的存储芯片中，所述蓝牙音频模块用于连接蓝牙音箱，所述网口芯片用于级联下一级中央控制板。

进一步地，还包括移动机构，所述移动机构采用高频响应电磁铁，所述高频响应电磁铁对称安装在灯珠固定架的上梁和下梁上，所述高频响应电磁铁的伸缩杆与灯珠板上下端固定连接，所述灯珠固定架的左竖杆和右竖杆上均开设有用于灯珠板滑动的导槽。

本发明还提供了一种旋转led立体显示方法，包含以下步骤：

上电后，电机旋转；

供电通过碳刷供电，经过开关电源将220v交流电变成5v直流电供给中央控制板和灯珠板；

主控芯片fpga通过wifi模块接收待显示的节目信息，主控芯片fpga将rgb数据分别存储到相应的存储芯片；

当霍尔传感器检测灯珠板在0°时，主控芯片fpga开始进行新一轮数据刷新，通过灯珠驱动芯片有规律的点亮灯珠；

当霍尔传感器检测灯珠板转到180°时，上端的移动机构带动灯珠板向上提升，主控芯片fpga通过灯珠驱动芯片有规律的点亮灯珠；

灯珠固定架旋转360°后，就形成一幅完整的三维图像，此时下端的移动机构带动灯珠板向下恢复到原位置。

进一步地，所述电机每秒至少转动24圈。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

现有常见的3d旋转风扇或3d电影，只能从正面显示3d效果，其他方向观看不到3d效果。本发明的旋转led立体显示装置，上电后，电机旋转，供电通过碳刷供电，并经过开关电源变成5v直流电供给灯珠板和中央控制板，中央控制板有电后，执行灯珠扫描程序，灯珠就会有规律的点亮，点亮的颜色可以通过pwm控制灯珠内的rgb发光二极管来显示不同的颜色，由于电机的快速旋转，通过前后左右观看，甚至是顶部都可以观看到真实的三维效果，大大加强了视觉上的效果；并且该装置以立柱的形式来展示画面，具有防水、降噪、高亮度等特点，非常适合户外使用，可以布置在景区、公园、商业街、商场等场合。

为了满足显示效果，同时又要减小风阻，本发明采用移动机构来实现灯珠板的升降，180°可以扫描完成一屏数据，在180°开始提升灯珠板，扫描下一个180°的数据，这样旋转360°后，就能呈现出一个高像素的三维图像。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例的旋转led立体显示装置的结构示意图；

图2是本发明实施例的旋转led立体显示装置的中央控制板的电路原理框图；

图3是当显示为一个立方体图像时，灯珠固定架的位置关系图（图中仅示出4个位置）。

图中序号所代表的含义为：

1.玻璃罩，101.顶板，102.底板，2.电机，3.灯珠固定架，301.上梁，302.下梁，303.左竖杆，304.右竖杆，305.转轴，4.支撑架，5.电机输出轴，6.承重轴承，7.霍尔传感器，8.磁铁，9.碳刷，10.导电环，11.灯珠板，12.蓝牙音箱，13.高频响应电磁铁，14.伸缩杆，15.轴承，16.通风条，17.主控芯片fpga，18.wifi模块，19.电源模块，20.蓝牙音频模块，21.网口芯片，22.绿色存储芯片，23.红色存储芯片，24.蓝色存储芯片，25.红色led刷新电路，26.绿色led刷新电路，27.蓝色led刷新电路，28.灯珠驱动芯片，29.rgb彩色灯珠阵列。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，本实施例的旋转led立体显示装置，包括玻璃罩1、电机2、灯珠固定架3、灯珠板11和中央控制板。优选的，玻璃罩1的形状为圆柱体，采用双层隔音透明玻璃，电机2固定在玻璃罩1底板102的中心，灯珠固定架3位于玻璃罩1的内部，灯珠固定架3上端的转轴305与玻璃罩1的顶板101通过轴承15连接，防止轴偏，下端与电机输出轴5固定连接，优选的，灯珠固定架3为矩形钢结构框体，由上梁301、下梁302、左竖杆303和右竖杆304构成，在矩形框体内部横向间隔设置三块矩形板，灯珠板11安装在灯珠固定架3上，灯珠板11上均匀布置多颗灯珠，中央控制板安装在灯珠固定架3的底部，中央控制板与灯珠板11控制连接。

该装置还包括支撑架4，支撑架4固定在玻璃罩1的底板102上，电机输出轴5通过承重轴承6与灯珠固定架3下端固定的转轴305连接，使用承重轴承6连接电机输出轴5和灯珠固定架3下端的转轴305，承重轴承6具有支撑整个灯珠固定架3以及安装在灯珠固定架3上的部件。

本实施例中的电机2采用220v/380v交流电机2，为了精准控制电机2转速，增加变频器来控制电机2的恒定转速。

在灯珠固定架3的底部左右两侧各安装一个霍尔传感器7，在支撑架4的上方固定一块与霍尔传感器7配套使用的磁铁8，霍尔传感器7与中央控制板连接，霍尔传感器7用于检测灯珠板11在0°和180°的位置，作为计算每排灯珠开启关闭的基点和作为提升和降低灯珠板11的启动信号。

该装置还包括碳刷9和与碳刷9配套使用的导电环10，碳刷9固定在支撑架4的上方，导电环10固定在灯珠固定架3下端的转轴305上，导电环10与碳刷9紧密接触，碳刷9连接220v交流电，经过导电环10传导220v交流电，220v交流电经过安装在灯珠固定架3底部的开关电源变为5v直流电，5v直流电为中央控制板和灯珠板11供电，通过碳刷9供电可以提供足够的电源，达到高亮度，采用导电环10将220v电传递给开关电源，防止电线缠绕在一起。

灯珠板11包括多块灯珠单元板，多块灯珠单元板通过排线级联成更大尺寸的显示屏，每块灯珠单元板均包括灯珠驱动芯片28和多颗灯珠，灯珠单元板的输入信号通过灯珠驱动芯片28（采用icn2038或者sum2016）来点亮led灯珠，由于灯珠驱动芯片28有串行数据输出的功能，把串行数据输出端接到灯珠单元板的输出端，作为下级灯珠单元的输入信号，灯珠可采用插件全彩灯珠或者贴片smd2525/smd3535。在灯珠板11上横向间隔开设有多个通风条16，通风条16用于减小旋转时的风阻。为了均匀供电，对每个灯珠单元板进行单独供电。

在玻璃罩1的底板102内嵌蓝牙音箱12，用于播放录制好的音频。

如图2所示，中央控制板包括主控芯片fpga17和分别与主控芯片fpga17连接的wifi模块18、存储芯片、电源模块19、蓝牙音频模块20以及网口芯片21；wifi模块18用于接收远程终端（手机或者电脑）发送的节目信息，手机会对3d图像结合层高、层宽进行处理，处理后生成每层对应的数据传给主控芯片fpga17，如果想改节目信息，通过wifi与主控芯片fpga17连接，进行内容的更换；蓝牙音频模块20用于连接蓝牙音箱12，网口芯片21用于级联下一级中央控制板，存储芯片包括红色存储芯片23、蓝色存储芯片24、绿色存储芯片22和音频存储芯片，因为旋转显示对刷新频率要求比普通显示屏刷新要高，为了提高刷新频率，本实施例使用rgb分别扫描的方式进行，rgb数据单独存储。主控芯片fpga17的内部有红色led刷新电路25、绿色led刷新电路26和蓝色led刷新电路27，主控芯片fpga17通过wifi模块18接收到要显示的节目信息，接收到节目信息后，主控芯片fpga17将红色数据存入红色存储芯片23，将绿色数据存入绿色存储芯片22，将蓝色数据存入蓝色存储芯片24，rgb数据是分开存储的，将音频信息存储到音频存储芯片，节目信息发送完，开始工作，主控芯片fpga17将音频信号输出给蓝牙音频模块20，蓝牙音频模块20通过主控芯片fpga17发送的at指令连接到蓝牙音箱12上。当霍尔传感器7检测到0°时，开始新的一轮数据刷新，红色led刷新电路25只刷新红色数据，蓝色led刷新电路27只刷新蓝色数据，绿色led刷新电路26只刷新绿色数据，刷新过后，灯珠通过灯珠驱动芯片28驱动，颜色通过pwm控制，每个灯珠都会显示彩色光点，经过旋转组成一幅立体的彩色图像，因为rgb数据是分开存储的，所以在数据读取时相互不会干扰，从而提高了刷新频率。为了设备的扩展性，中央控制板上还载有网口芯片21，当灯珠的数量过多时，可以增加新的中央控制板，新的中央控制板上设置有网口芯片21用于接收数据，级联时发送数据，会标注数据信息，当第一个中央控制板接收完数据后，判断如果是第二个中央控制板的数据，直接通过网口芯片21传送到第二个中央控制板，第二个中央控制板根据rgb数据分别存入相应的存储芯片。

由于旋转的原因，要想增加显示像素就要增加灯珠的个数，如果增加灯珠的个数，那么就会增加风阻，为了确保显示效果，又要减小风阻，我们采用了移动机构移动灯珠板11的方式来实现，移动机构采用高频响应电磁铁13，高频响应电磁铁13对称安装在灯珠固定架3的上梁301和下梁302上，高频响应电磁铁13的伸缩杆14与灯珠板11上下端固定连接，灯珠固定架3的左竖杆303和右竖杆304上均开设有用于灯珠板11滑动的导槽。如果将灯珠间距5*5mm更改为10*5mm，这样增加了行距，减小了风阻，为了满足像素的要求，采用高频响应电磁铁13将灯珠板11向上移动5mm，这样10*5mm的效果就变成了5*5mm的效果。需要说明的是，除了可以实现灯珠板11的上下移动，那么同样原理，也可以在灯珠固定架3的左竖杆303和右竖杆304上对称安装高频响应电磁铁13，用于灯珠板11的左右移动，从而改变列距。另外，我们还应考虑到高频响应电磁铁13的动作延时产生的影响，针对这个问题，已知高频响应电磁铁13的动作延时时间t，然后当达到180°时，此时再延长时间t的显示时间，然后再进入下一个180°显示，这样就克服了高频响应电磁铁13带来的动作延时产生的视觉影响。

如果要显示一个圆柱体，那么灯珠从下到上全部点亮，由于旋转的关系，很快一个3d圆柱体就显示出来了，不管从前面左右方向看，都是一个圆柱，并且由于灯珠固定架3旋转和高亮灯珠的作用下，灯珠固定架3会从人们眼睛中消失，从而只看到一个3d圆柱体，显示效果较好。

如果要显示一个立方体，那么灯珠的工作流程就用到霍尔传感器7来提供原点和旋转180度的信息，从原点和180度的信息，再加上每圈转动时间，就可以计算出每排灯珠的开启和关闭顺序，这样灯珠的每圈都循环以上操作，就可以显示出立方体。例如：最下排灯珠，过原点和180度时，作为立方体的对角线，此时灯珠就全部点亮，由于每圈转速一致，那么如果一圈等分成360份，就可以计算出每个时刻点亮灯珠的数量，不同时刻灯珠就相应的减少和增加，形成一个立方体。如图3所示，当过零点时，点亮相应的灯珠，运行到第二个位置时，更新灯珠显示的数量，以此类推，当旋转一周后，重新开始。

本实施例还提供一种旋转led立体显示方法，包含以下步骤：

步骤s11，上电后，电机2旋转，电机2每秒至少转动24圈，才能形成连续的画面。

步骤s12，供电通过碳刷9供电，经过开关电源将220v交流电变成5v直流电供给中央控制板和灯珠板11。

步骤s13，中央控制板有电后，主控芯片fpga17通过wifi模块18接收待显示的节目信息，主控芯片fpga17将rgb数据分别存储到相应的存储芯片。

步骤s14，当霍尔传感器7检测灯珠板11在0°时，主控芯片fpga17开始进行新一轮数据刷新，通过灯珠驱动芯片28有规律的点亮灯珠。

步骤s15，当霍尔传感器7检测灯珠板11转到180°时，上端的移动机构带动灯珠板11向上提升一定距离，主控芯片fpga17通过灯珠驱动芯片28有规律的点亮灯珠；0～180°先扫描一屏数据，在180°的时候提升屏，180～360°再扫描另一屏数据，这样旋转360°后，就组成了一个像素点较高的图像，保证了显示效果，并且由于减少了灯珠数量，减小了风阻。例如：前180°相当于扫描第1、3、5、7行点阵，在180°时提升灯珠板11（提升距离5mm），后180°相当于扫描第2、4、6、8行点阵，转过360°后，相当于将第1、2、3、4、5、6、7、8行点阵组成了一幅图片，那么灯珠间距10*5mm（10是行距，5是列距）可以显示出同5*5mm一样的效果。

步骤s16，灯珠固定架3旋转360°后，就形成一幅完整的三维图像，此时下端的移动机构带动灯珠板11向下恢复到原位置。

本方法提到的移动机构除了可以使用本实施例中的高频响应电磁铁13，也可以使用电动推杆、液压缸、气缸等推拉机构，但是动作没有高频响应电磁铁13快。

为了保证显示效果，又要减小风阻，除了使用上面的移动机构移动灯珠板11的方式来实现，还可以使用另一种方法来实现，即：去掉移动机构，将整个灯珠板11从中间分为左半屏和右半屏，左半屏在奇数行设置灯珠（第1、3、5行/列…），右半屏在偶数行设置灯珠（第2、4、6行/列…），在提高电机2转速的情况下，也可以实现较好的显示效果，减小了风阻。需要强调的是，凡是利用这种将奇数行/列和偶数行/列的灯珠显示形成一整幅图像的方法均属于本发明的保护范围。

本发明可以从不同角度观看，都能观看到真实的三维效果，大大加强了视觉的观赏性，整体以观赏柱的方式供人们欣赏，适用于广场、景区、室内大厅等场合。

最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。