基于无线供电的LED 显示屏的设计

2020-09-04钱凯李卓

科学技术创新 2020年26期

钱凯李卓

（桂林理工大学信息科学与工程学院，广西桂林541004）

近年来随着计算机技术和屏幕显示技术的不断发展，屏幕在生活、劳动、商业等各个领域的应用越来越广泛。随着生活水平的不断提高，人们的需求也在不断提高，对待传统显示屏也是一样，在显示分辨率以及故障率方面的要求也在提高，在这种趋势下，一种新型的旋转显示屏将会成为未来的主流显示屏。旋转显示屏利用人眼的视觉停滞作用，利用尽可能少的硬件达到与传统显示屏相同的效果，有需要才会刺激生产，视觉停滞效果加上近年来的新技术，比如无线网络技术，或者无线电源技术，在数据压缩方面提供多维彩色视觉显示，达到更好的显示效果。传统电源使用时间长了会老化，降低供电效果，近年来无线供电开始普及，延长了设备的使用寿命，将两者结合设计一种高效使用的显示屏，具有更长的使用寿命，节约更多的材料。

1 系统设计

设计研究的主要内容分为硬件部分和软件部分，首先硬件部分对不同模块的设计应该符合实现效果的要求，显示模块要正常使用，首先LED 灯需要在不影响旋转的情况下还能正常受芯片控制，其次是对控制芯片的选择，保证有足够的运行速度来控制实时的LED 灯变化和进行时钟信息或者文字信息的处理。时钟数据的显示需要依靠时钟芯片提供基本的时间信息，由主控板进行信息的处理并显示，如何提供时间信息成为该模块的主要研究内容。串口通信是进行数据传输的主要渠道，可以将程序写入到设备以实现文字的更改和时钟信息的校准。在供电模块上，需要实现无线供电的方式，同时需要给电机一个平稳的电压来保证稳定的旋转速度来保证显示效果，还要保证时钟电路的电源，研究供电方案的可行性以及方案的实施。要达到稳定的显示效果，还要完成起始点的检测，防止文字重叠的现象，影响显示效果，研究起始点的定点方案。

2 硬件设计

2.1 单片机的选择

图1 单片机控制最小系统电路图

单片机最小系统如图1 所示，选用STC12C5A32S2 单片机为控制核心，该芯片不仅运行速度较快，而且抗干扰能力很强，并且具有不可解密的特性[1]，符合我们对该设计的要求，增加设备的稳定性，保证在设备使用过程中的信息不被篡改和不被其他信号所干扰，所以我们在本次设计中采用STC12C5A32S2 单片机为控制核心。最小系统模块主要是时钟振荡电路跟复位电路组成，在XTAL1 与XTAL2 之间连接晶振和电容，组成谐振电路，使用18.432MHZ 晶振[2]，结合单片机内部电路产生时钟频率，增加单片机运行速度。将电路植入到旋转板上，在控制显示的情况下不影响旋转。在单片机的REST 引脚连接一个上拉电阻，实现上电复位，通电之后自动复位，保证系统正常运行和保护电路。

2.2 无线供电模块

无线供电模块如图2 所示，供电方式采用双电源供电，用直流电源给电机供电，无线供电给单片机供电，直流电源给电机提供稳定电压，使电机稳定工作，无线供电电源给单片机供电，减少信号波动，提高稳定性，所以在本次设计中采用双电源供电的方式。本次设计在主控板的供电方式上选择无线供电的方式，减少直流供电造成的老化，避免降低使用效果。无线供电的主要原理是电磁感应，当在闭合电路中，穿过闭合电路的磁通量发生改变，就会产生感应电动势，再通过初级线圈将能量传输到次级线圈，进而产生电流为主控板供电[3-5]，这样设计是因为供电过程无接触，减少材料损耗，延长使用寿命。本次设计采用高频振荡电路，在电路中Q1 跟Q2 可以组成正反馈电路，通过线圈跟磁芯互感，在次级线圈能产生感应电流[6]。

图2 无线供电模块电路图

2.3 屏幕显示模块

屏幕显示采用贴片式LED，优点是便于安装，体积小，比较符合本次设计要求，重量较轻，对旋转没有干扰，分别将两块灯板的LED 灯正极连接实现统一供电，保证稳定显示，负极跟单片机引脚相连，实现每个LED 灯的独立控制，避免LED 的相互影响，从而导致显示错误等情况发生。将两块灯板相互垂直焊接，在旋转的时候能同时产生上面跟侧面两块显示屏[7]，节约了材料，提升显示效果。

综上所述本次设计采用STC12C5A32S2 单片机为主控芯片，选择双电源供电，提升设计的整体稳定性，采用贴片式LED为显示装置，实现无线供电的旋转LED 显示屏，并且能稳定显示时钟和文字。

3 软件设计与系统调试

软件方面采用KELL 公司开发的单片机开发系统，可以给开发过程带来很大的便利。数据传输部分使用STC-ISP 进行程序下载和串口检测，连接部分使用的是USB 接口，使用USB 转串口驱动进行配置，实现程序的下载。将要显示的文字通过取模软件转换为16 进制写入程序中，烧录到设备中，程序需要检测开关是否启动，并进行数据的检测，如果没有数据会继续初始化，将不会显示任何文字信息，如果检测到数据就会开始检测起始点，保证文字从起始点开始显示，文字显示设置为循环，当文字显示完之后会重新开始显示，如果没有数据输入即错误时，则无法直接读取与显示相应的文本，必须返回初始化处理；最终循环扫描返回初始化过程，软件流程图的程序中直接输入汉字的情况下设备就无法进行识别，所以需要将要显示的文字进行处理，转换为16 进制，才能让设备识别并显示，所以这里在转换时使用PCtoLCD2002 软件对文本进行处理，该软件能够将输入的文字进行处理，转换为16 进制，从而达到显示效果。