專利名稱：二線并聯(lián)led彩色球泡燈顯示屏控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及顯示屏控制系統(tǒng)，尤其是一種LED顯示屏控制系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
目前LED顯示屏控制系統(tǒng)主要由視頻控制器、掃描控制器等組成。計算機標(biāo)準(zhǔn)DVI顯卡的數(shù)據(jù)輸出到視頻控制器，通過專用網(wǎng)絡(luò)連接線傳輸給掃描控制器，掃描控制器再將各級灰度的數(shù)據(jù)分別發(fā)送到顯示驅(qū)動電路。系統(tǒng)可通過級連掃描控制器的方式加以擴展，最大控制范圍由產(chǎn)品性能決定。系統(tǒng)運行時，視頻控制軟件播放各種動畫文件，在LED顯示屏幕上同步顯示與控制電腦完全一致的播放畫面。系統(tǒng)RGB顯示數(shù)據(jù)和控制信號的輸出一般采用并行方式，外加直流電源的供電，使大型顯示屏的數(shù)據(jù)線、控制線和電源線過于復(fù)雜，容易引起各顯示節(jié)點插座接觸不良，信號傳輸阻抗產(chǎn)生變化影響系統(tǒng)顯示。如傳統(tǒng)的LED數(shù)據(jù)掃描控制器100型可以支持六個通道(一個插座即一個通道)的LED數(shù)據(jù)輸出，每個通道包括RGB數(shù)據(jù)線各2位、掃描信號線6位，六個通道為36位數(shù)據(jù)線，加上12位掃描線，共48位線信號輸出。而一個通道只能管理一只LED彩色球泡燈，要組成大型LED彩色球泡燈顯示屏，需要大量的LED數(shù)據(jù)掃描控制器，其大量的I/O接口數(shù)使得整個顯示系統(tǒng)可靠性下降，系統(tǒng)硬件制作成本也非常高。如何使大型LED彩色球泡燈顯示屏I/O接口數(shù)最少，系統(tǒng)穩(wěn)定性最高，同時降低硬件成本，這是研發(fā)人員一直考慮的課題。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服已有大型LED彩色球泡燈顯示屏的I/O接口數(shù)過多、硬件成本高、穩(wěn)定性·較差的不足，本發(fā)明提供一種有效減少I/o接口數(shù)量、降低硬件成本、提升穩(wěn)定性的二線并聯(lián)LED彩色球泡燈顯示屏控制系統(tǒng)。本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是一種二線并聯(lián)LED彩色球泡燈顯示屏控制系統(tǒng)，包括LED彩色球泡燈陣列、LED控制器和主計算機，其中，所述LED控制器包括直流電源，用以為整個顯示系統(tǒng)提供電源；微處理機，用以在系統(tǒng)同步時鐘為基準(zhǔn)下，根據(jù)通訊協(xié)議把要顯示的LED彩色球泡燈的地址、色彩灰度、亮度進行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，通過直流電源極性的變化，在二根系統(tǒng)總線上形成電壓波形信號；驅(qū)動保護電路，用以驅(qū)動和保護GTR晶體管橋堆；GTR晶體管橋堆，有四只GTR晶體管組成，以開關(guān)的方式，使直流電源的正負(fù)極性依據(jù)電壓波形信號而變化，并輸出到二根系統(tǒng)總線；所述主計算機與所述微處理機連接，所述微處理機與所述驅(qū)動保護電路連接，所述驅(qū)動保護電路與所述GTR晶體管橋堆的受控端連接，所述直流電源與所述GTR晶體管橋堆的輸入端連接，所述GTR晶體管橋堆的輸出端與所述二根系統(tǒng)總線連接，所述兩根系統(tǒng)總線分別與LED彩色球泡燈陣列中的每個LED彩色球泡燈電連接；
所述LED彩色球泡燈包括信號采集電路，用于接收二根系統(tǒng)總線傳輸?shù)碾妷翰ㄐ涡盘?；直流穩(wěn)壓電路，用以將二根系統(tǒng)總線傳輸?shù)碾妷翰ㄐ涡盘栒鳛橹绷鞣€(wěn)壓電壓，并供給微處理器；微處理器，與所述微處理機具有同步的系統(tǒng)同步時鐘，用以將電壓波形信號按照通信協(xié)議解壓轉(zhuǎn)換為LED彩色球泡燈的地址、色彩灰度、亮度數(shù)據(jù)，并進行色彩灰度、亮度數(shù)據(jù)的控制；LED驅(qū)動電路，用以驅(qū)動LED彩色球泡燈。進一步,所述主計算機與所述微處理機通過USB接口連接。更進一步，所述二根系統(tǒng)總線為兩條銅質(zhì)的電線。 再進一步，所述主計算機中包括圖像處理控制模塊，用以把設(shè)計好的動畫以1/30秒截取屏幕圖像進行處理運算，每幀的圖像通過數(shù)據(jù)口傳輸?shù)轿⑻帣C上。本發(fā)明的有益效果主要表現(xiàn)在有效減少I/O接口數(shù)量、降低硬件成本、提升穩(wěn)定性。


圖I是本發(fā)明原理框圖。圖2是本發(fā)明數(shù)據(jù)電源發(fā)送原理框圖。圖3是本發(fā)明數(shù)據(jù)電源接收原理框圖。圖4是本發(fā)明數(shù)據(jù)接收時序圖。圖5是本發(fā)明數(shù)據(jù)接收程序框圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步描述。參照圖I 圖5，一種二線并聯(lián)LED彩色球泡燈顯示屏控制系統(tǒng)，包括裝有圖像處理控制軟件的主計算機、LED控制器和LED彩色球泡燈陣列；所述的主計算機與LED控制器之間采用USB串口聯(lián)接，所述的LED控制器與LED彩色球泡燈陣列之間采用二線并聯(lián)方式聯(lián)接。所述的LED控制器包括直流電源采用直流開關(guān)穩(wěn)壓電源，為整個顯示系統(tǒng)提供電源；微處理機采用89C4051控制器核心，實現(xiàn)嵌入式操作系統(tǒng)，數(shù)據(jù)包壓縮轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)發(fā)，內(nèi)定同步時鐘，數(shù)據(jù)發(fā)送，進程調(diào)度，幀圖像數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，灰度和行列掃描控制；GTR晶體管橋堆四只GTR晶體管組成，以開關(guān)的方式，使直流電源的正負(fù)極性依據(jù)通訊協(xié)議而變化，并輸出到二總線；驅(qū)動保護電路受微處理器控制，驅(qū)動和保護GTR晶體管橋堆有效安全工作。LED彩色球泡燈陣列包括若干LED彩色球泡燈，每個LED彩色球泡燈包括微處理器采用89C4051處理器，實現(xiàn)內(nèi)定同步時鐘，接收數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)包減壓轉(zhuǎn)換，幀圖像數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，灰度和亮度控制。穩(wěn)壓電路系統(tǒng)二總線電壓波形整流為直流電壓，并保持穩(wěn)壓工作。
信號采集電路從系統(tǒng)二總線中采集電壓波型，經(jīng)微處理器分析后，轉(zhuǎn)換為數(shù)據(jù)。LED驅(qū)動電路受微處理器控制，驅(qū)動LED彩色燈株；其中，所述主計算機的圖像處理控制模塊把設(shè)計好的動畫以1/30秒截取屏幕圖像進行處理運算，每幀的圖像數(shù)據(jù)通過主計算機的USB串口傳輸?shù)絃ED控制器中；LED控制器對接收的數(shù)據(jù)包進行壓縮編碼，通過直流電極性變化形成各種電壓波形在系統(tǒng)二總線上傳輸；并聯(lián)在二總線上的各個LED球泡燈接收到電壓波形經(jīng)微處理器數(shù)據(jù)解碼，還原成顯示數(shù)據(jù)來驅(qū)動LED顯示。系統(tǒng)運行時，在主計算機中運行的一套圖像處理軟件，軟件播放的各種動畫文件，與在LED顯示屏顯示的圖像保持一致。上述二總線可以是二條銅質(zhì)的電線。本實施例的控制系統(tǒng)中，硬件部分為主計算機，上位機(微處理機、GTR晶體管，驅(qū)動電路和保護電路、直流電正負(fù)極性變化電路)，下位機(微處理器、信號采集電路、整流 穩(wěn)壓電路、RGB驅(qū)動電路)。其軟件部分有顯示屏動畫設(shè)計軟件、顯示色彩灰度級控制、顯示亮度控制、顯示數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成以直流電極性變化電壓波形軟件、同步時鐘產(chǎn)生、數(shù)據(jù)發(fā)送和接收通訊軟件。第一部分功能是要把計算機顯示數(shù)據(jù)、控制信號和直流電源依據(jù)通訊協(xié)議轉(zhuǎn)化成25V正負(fù)極性變化的電壓波形在二總線上傳輸，它的實現(xiàn)是主計算機通過USB接口與上位機(微處理機)連接，上位機(微處理機)的輸出端I/O 口通過光電隔離器連接GTR晶體管，4只GTR晶體管以橋的方式組成電路并與驅(qū)動電路和保護電路連接，直流電源通過GTR晶體管以開和關(guān)的形式輸出正負(fù)極性變化的波形。第二部分功能是有若干個球泡燈(內(nèi)有微處理器)組成的顯示屏從二總線上采集變化的正負(fù)極性的電壓波形，依據(jù)通訊協(xié)議還原成顯示數(shù)據(jù)、控制信號，經(jīng)整流穩(wěn)壓電路還原成直流穩(wěn)壓電源。具體是信號采集電路輸入口連接二總線，輸出口連接下位機(微處理器)；整流穩(wěn)壓電路輸入口連接系統(tǒng)總線，輸出口連接下位機(微處理器)；下位機(微處理器)I/O輸出口連接RGB驅(qū)動電路。軟件技術(shù)主要有LED彩色球泡燈顯示屏圖文動畫軟件，上位機和下位機以計算機軟件的方法結(jié)合硬件電路實現(xiàn)系統(tǒng)顯示數(shù)據(jù)、控制數(shù)據(jù)在二總線上進行數(shù)據(jù)發(fā)送和接收功倉泛。本實施例中，二線并聯(lián)LED彩色球泡燈顯示屏的控制方法，包括以下步驟(I)計算機運行圖文動畫軟件，以逐幀動畫的方式實現(xiàn)顯示屏動畫效果，計算機把每幀的圖像數(shù)據(jù)通過USB串口向上位機輸出LED彩色球泡燈的地址、色彩灰度、亮度。(2)上位機通過USB串口接收數(shù)據(jù)，在系統(tǒng)同步時鐘為基準(zhǔn)下，根據(jù)通訊協(xié)議把要顯示的LED彩色球泡燈的地址、色彩灰度、亮度進行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，通過25V直流電極性的變化，使系統(tǒng)二總線上形成電壓波形。(3)若干個LED球泡燈并聯(lián)于系統(tǒng)二總線上，根據(jù)直流電極性變化的電壓波形還原成每個LED球泡燈地址、色彩灰度、亮度數(shù)據(jù)，經(jīng)驅(qū)動電路點亮RGB三原色LED球泡燈。如圖I所示，主計算機與LED控制器以USB串口相連接，傳輸圖文動畫顯示數(shù)據(jù)；LED控制器中的微處理機接收到主計算機輸出的顯示數(shù)據(jù)后，將數(shù)據(jù)壓縮編碼，以內(nèi)部時鐘作為同步信號，按通訊協(xié)議的格式發(fā)送脈沖信號，觸發(fā)四只GTR晶體管通斷，來控制二總線上直流電壓的極性變化；驅(qū)動電路保護電路主要是保護GTR晶體管橋堆不會被電壓擊穿及工作電路的保護；直流電源電壓為25V的開關(guān)穩(wěn)壓源；256色彩色球泡燈陣列，通過螺口連接方式并聯(lián)在系統(tǒng)二總線上。
如圖2所示，是本發(fā)明的LED控制器的簡單電路框圖，它包括微處理機、UAA4002保護電路、4只GTR大功率晶體開關(guān)管及直流電源。微處理機接收到主計算機輸出數(shù)據(jù)后經(jīng)運算壓縮，形成各LED球泡燈行列序號、LED的色彩和灰度信號數(shù)據(jù)包。微處理機經(jīng)I/O口控制二片UAA4002集成電路，每片UAA4002電路觸發(fā)2只GTR大功率晶體開關(guān)管。直流電壓經(jīng)4只大功率晶體開關(guān)管分別導(dǎo)通和關(guān)斷下，它是利用GTR功率晶體管的開關(guān)工作特性使電壓極性發(fā)生變化，在二總線上形成正負(fù)極性變化的電壓波形。各LED球泡燈在二總線上獲取電壓波形，經(jīng)微處理器還原獲得各LED球泡燈行列序號、LED的色彩和灰度信號。為了使GTR具有極快的響應(yīng)速度，在短路情況下承受著高電壓和大電流的沖擊，UAA4002保護電路起著重要作用，它能夠在極短時間內(nèi)快速關(guān)斷GTR，避免GTR瞬間結(jié)溫急劇上升而燒毀。如圖3所示，是本發(fā)明的LED球泡燈簡單電路框圖，它包括信號采集電路、直流穩(wěn)壓電路、89C4051微處理器、LED驅(qū)動電路及若干RGB LED燈株。若干只LED球泡燈通過螺口插座并聯(lián)在系統(tǒng)二總線上，每只LED球泡燈內(nèi)信號采集電路從二總線標(biāo)號A或B線上獲取電壓波形，還原成數(shù)據(jù)，送至89C4051微處理器的I/O 口。微處理器以系統(tǒng)同步時鐘為基準(zhǔn)，依據(jù)通訊協(xié)議把接收到數(shù)據(jù)還原成各LED球泡燈行列序號、LED的色彩和灰度信號數(shù) 據(jù)。驅(qū)動電路受微處理器控制分別驅(qū)動燈內(nèi)的RGB LED燈株亮閃，形成以若干個LED球泡燈組合的彩色圖文動畫顯示效果。所有LED球泡燈的供電都是從系統(tǒng)二總線上獲取，其原理是變化中的電壓波形經(jīng)整流橋堆和穩(wěn)壓電路后，輸出為穩(wěn)定直流電源。如圖4所示，是本發(fā)明的二線并聯(lián)LED彩色球泡燈顯示屏控制系統(tǒng)信號通信時序圖，其內(nèi)容是=LED控制器和每只LED球泡燈中的微處理器都設(shè)定了系統(tǒng)同步時鐘，系統(tǒng)加電瞬間所有的微處理器會同步開始工作。LED控制器中的微處理機以固定的T周期為統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，依據(jù)通訊協(xié)議使直流電極性不斷變化產(chǎn)生電壓波形向系統(tǒng)二總線傳送，而LED球泡燈中的微處理器也以固定的T周期為標(biāo)準(zhǔn)，依據(jù)通訊協(xié)議接收變化中的電壓波形轉(zhuǎn)化為各LED球泡燈行列序號、LED的色彩和灰度信號數(shù)據(jù)，這是二線并聯(lián)LED彩色球泡燈顯示屏控制系統(tǒng)的關(guān)鍵所在。如圖5所示，是本發(fā)明各LED球泡燈從二總線接收電壓波形轉(zhuǎn)化成數(shù)據(jù)的軟件框圖。
權(quán)利要求
1.一種二線并聯(lián)LED彩色球泡燈顯示屏控制系統(tǒng)，其特征在于所述顯示屏控制系統(tǒng)包括LED彩色球泡燈陣列、LED控制器和主計算機，其中，所述LED控制器包括 直流電源，用以為整個顯示系統(tǒng)提供電源； 微處理機；用以在內(nèi)部同步時鐘為基準(zhǔn)下，根據(jù)通訊協(xié)議把要顯示的LED彩色球泡燈的地址、色彩灰度、亮度進行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，通過直流電源極性的變化，在二根系統(tǒng)總線上形成電壓波形信號； 驅(qū)動保護電路，用以驅(qū)動和保護GTR晶體管橋堆； GTR晶體管橋堆，有四只GTR晶體管組成，以開關(guān)的方式，使直流電源的正負(fù)極性依據(jù)通訊協(xié)議變化形成電壓波形信號，并輸出到二根系統(tǒng)總線； 所述主計算機與所述微處理機連接，所述微處理機與所述驅(qū)動保護電路連接，所述驅(qū)動保護電路與所述GTR晶體管橋堆的受控端連接，所述直流電源與所述GTR晶體管橋堆的輸入端連接，所述GTR晶體管橋堆的輸出端與所述二根系統(tǒng)總線連接，所述兩根系統(tǒng)總線分別與LED彩色球泡燈陣列中的每個LED彩色球泡燈電連接； 所述LED彩色球泡燈包括 直流穩(wěn)壓電路，用以將二根系統(tǒng)總線傳輸?shù)碾妷翰ㄐ涡盘栒鳛橹绷鞣€(wěn)壓電壓，并供給微處理器； 信號采集電路，用于接收二根系統(tǒng)總線傳輸?shù)碾妷翰ㄐ涡盘枺? 微處理器，與所述微處理機具有同步的內(nèi)部同步時鐘，用以將電壓波形信號按照通信協(xié)議解壓轉(zhuǎn)換為LED彩色球泡燈的地址、色彩灰度、亮度數(shù)據(jù)，并進行色彩灰度、亮度數(shù)據(jù)的控制； LED驅(qū)動電路，用以驅(qū)動LED彩色球泡燈。
2.如權(quán)利要求I所述的二線并聯(lián)LED彩色球泡燈顯示屏控制系統(tǒng)，其特征在于所述主計算機與所述微處理機通過USB接口連接。
3.如權(quán)利要求I或2所述的二線并聯(lián)LED彩色球泡燈顯示屏控制系統(tǒng)，其特征在于所述二根系統(tǒng)總線為兩條銅質(zhì)的電線。
4.如權(quán)利要求I或2所述的二線并聯(lián)LED彩色球泡燈顯示屏控制系統(tǒng)，其特征在于所述主計算機中包括圖像處理控制模塊，用以把設(shè)計好的圖文動畫以1/30秒截取屏幕圖像進行處理運算，每幀的圖像數(shù)據(jù)傳輸?shù)轿⑻幚頇C上。
全文摘要
一種二線并聯(lián)LED彩色球泡燈顯示屏控制系統(tǒng)，包括LED彩色球泡燈陣列、LED控制器和主計算機，所述主計算機與所述微處理機連接，所述微處理機與所述驅(qū)動保護電路連接，所述驅(qū)動保護電路與所述GTR晶體管橋堆的受控端連接，所述直流電源與所述GTR晶體管橋堆的輸入端連接，所述GTR晶體管橋堆的輸出端與所述二根系統(tǒng)總線連接，所述兩根系統(tǒng)總線分別與LED彩色球泡燈陣列中的每個LED彩色球泡燈電連接；LED彩色球泡燈包括直流穩(wěn)壓電路、信號采集電路、微處理器和LED驅(qū)動電路。本發(fā)明提供一種有效減少I/O接口數(shù)量、降低硬件成本、提升穩(wěn)定性的二線并聯(lián)LED彩色球泡燈顯示屏控制系統(tǒng)。
文檔編號H05B37/02GK102930807SQ20121031854
公開日2013年2月13日 申請日期2012年8月31日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月31日
發(fā)明者嚴(yán)萍, 方振海, 史旦旦, 李劍清 申請人:浙江工業(yè)大學(xué)