一种带USB接口的LED电子胸牌及其实现方法技术

本发明专利技术公开了一种带USB接口的LED电子胸牌及其实现方法，包括控制器(10)，与控制相连的LED阵列(20)、USB接口(50)、锂电池(30)以及按键开关(60)，还包括与锂电池相连的充电及保护电路(40)；控制器(10)用于整个系统的控制、LED阵列的驱动及显示；充电及保护电路(40)为锂电池(30)的充电蓄能、过充、过放、过电流提供保护，为控制器提供电压基准；USB接口(50)用作电子胸牌的显示图形或汉字下载以及充电接口；按键开关(60)用于显示模式及内容的切换以及电子胸牌的开启和关闭。本发明专利技术产品成本低、性能好、带高速USB接口、寿命长，无须使用驱动芯片即可完成LED显示阵列的驱动。

【技术实现步骤摘要】
一种带USB接口的LED电子胸牌及其实现方法
本专利技术涉及一种LED，尤其涉及一种LED电子胸牌。
技术介绍
目前，LED电子胸牌已经广泛应用于社交场合的工作人员的佩戴，用于公司的广告和个人信息显示。由于LED电子胸牌属于销量大，价格低的产品，市场价格竞争相对较为激烈。然而目前市场上的LED电子胸牌多采用驱动芯片74HC595完成LED阵列驱动，同时其控制器采用带异步串口的单片机，数据下载需要使用PL2303完成USB-RS232的通信转换，这些集成电路均增加了系统的成本，导致了产品的价格竞争力下降。同时，在售LED电子胸牌均未对锂电池进行保护，导致了锂电池的使用寿命不高。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一款价格低、性能好、带高速USB接口、长寿命的LED电子胸牌，无须使用驱动芯片即可完成LED显示阵列的驱动。本专利技术的技术方案为:一种带USB接口的LED电子胸牌，其特征在于，包括控制器10，与控制相连的LED阵列20、USB接口50、锂电池30以及按键开关60，还包括与锂电池相连的充电及保护电路40；控制器10用于整个系统的控制、LED阵列的驱动及显示；LED阵列20用于显示控制器10输出的内容；锂电池30为控制器10提供可持续电源；充电及保护电路40为锂电池30的充电蓄能、过充、过放、过电流提供保护，防止锂电池损坏，同时为控制器10提供电压基准；USB接口50用作电子胸牌的显示图形或汉字下载以及充电接口；按键开关60用于显示模式及内容的切换以及实现LED电子胸牌的开启和关闭。进一步，充电及保护电路40，包括充电电路410、第一降压电路420、第二降压电路430、锂电池保护电路440、电池电压采样电路450；充电电路410，用于给锂电池充电，包括由单刀双掷开关K1、锂电池串联组成的电路；充电模块的输入端VCC_IN连接USB接口50，通过单刀双掷开关K1控制充电模块的工作或断开；单刀双掷开关K1的一输出端连接电池，给电池充电，另一输出端连接第二降压电路430；电池电压采样电路450：用于实时采集锂电池的电压，并将该电压值转换为电量通过LED阵列显示出；其输入端藕接于USB接口50，其输出端连接于控制器AD采样端PC2脚；第一降压电路420，为控制器判断是否有USB接入提供参考电压，其输入端连接VCC_IN电源，输出端连接控制器PC1脚；第二降压电路430，为控制器对LED电子胸牌开关状态的判别提供参考电压，其输入端连接单刀双掷拨动开关K1的输出端，输出端连接控制器PC3引脚；锂电池保护电路440：用于调节锂电池的过充、过放、过流、短路保护，其输入端连接单刀双掷开关K1的输出端。进一步，电池电压采样电路450包括稳压电路和滤波电路，稳压电路由限流电阻R6、稳压二极管S3组成。进一步，第一降压电路420，由电阻R8和R7串联组成，电阻R8的输入端连接VCC_IN电源，电阻R8的输出端连接控制器PC1脚，为控制器提供USB插入的采样判断参考；R7的输出端接地。进一步，第二降压电路430，由电阻R9和R10串联组成，电阻R9的输入端连接单刀双掷开关K1的输出端，电阻R9的输出端连接控制器PC3脚，为控制器对LED电子胸牌开关状态的判别提供参考。进一步，锂电池保护电路440，包括保护ICU1与电阻R1、R2、电容C1，保护ICU1采用专用锂电池保护集成电路DW06D，用于调节锂电池的过充、过放、过流、短路保护；电阻R1的输入端连接单刀双掷开关K1的输出端，输出端连接U1的第5引脚VDD；U1的第6引脚VSS和第3引脚S2连接电池的负极；U1的第6引脚VSS和第5引脚VDD之间连接有去耦电容C1；U1的第1引脚V-经电阻R2接地，U1的第2引脚S1接地。进一步，单刀双掷开关K1采用SS12D07VG2单刀双掷拨动开关，用于实现LED电子胸牌的开启和关闭。进一步，控制器10采用STM32F102C8单片机。进一步，所述充电电路410中设置有防止USB接口短接的开关二极管S2。一种带USB接口的LED电子胸牌实现方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤S1：上电初始化，进行系统初始化工作，开启AD及USB外设，初始化系统时钟、AD外设、USB外设，设置GPIO口，将所使用的33个IO口设置为输出口；步骤S2:通过读取控制器10的PC1引脚AD采样值，判断是否有USB接入；控制器PC1引脚为ADC11通道，读取AD转换结果，并转换为模拟电压；当无USB接入时，此时控制器10的PC1引脚读取的电压值为0V，系统进入执行步骤S3；当有USB接入时，USB输入的+5V电压，经过电压分压后，应该在PC1引脚上产生约1.6V的电压值，系统进入执行步骤S4；步骤S3：系统进入正常显示状态；当无USB接入时，同时控制器在工作，说明开关必然处于打开状态，系统直接进入正常显示模式，在此模式下，系统按照事先下载的图形或者字体进行显示，同时可以通过LED电子胸牌背面的按键进行显示模式的修改与操作；S4：通过读取控制器10的PC3引脚电压值判定开关状态；控制器10的PC3引脚为ADC13通道，读取AD转换结果，并转换为模拟电压；当单刀双掷开关K1处于触点2-1之间连接时，表明有USB接入但是与锂电池断开，此时5V电压经过电阻分压后，在PC3引脚应产生2.5V电压，则执行步骤S5；否则，当开关处于触点2-3之间连接时，控制器的PC3引脚应产生0V电压，跳至执行步骤S6；S5：系统进行下载模式；系统通过USB接口与上位机进行通信，接收上位机发送的数据指令，当接收完毕时，通过LED阵列将图形或者文字进行显示出来，同时可以通过LED电子胸牌背面的按键进行显示模式的修改与操作；S6：系统进入充电模式；此时通过I/0口读取控制器10的PC2引脚的电压，以判别当前的锂电池电压，并转换为电量数据，最终在LED阵列上显示出来。本专利技术的有益效果为：(1)采用STM32F103C8的普通快速IO口直接驱动LED阵列，避免了驱动集成电路的使用，有效降低了成本。(2)采用带有全速USB接口的STM32F103C8控制器，PC机软件可直接与LED电子胸牌进行高速USB通信，从而省去了USB转RS232电路(PL2303),较大幅度降低了产品的成本，全速的USB不仅增加了系统的稳定性，也提高系统的可靠性。(3)采用锂电池保护电路为锂电池提供过充、过放、过电流等保护，增加了电池的使用寿命。附图说明图1是本专利技术的结构框图；图2是充电及保护电路电路图；图3是本专利技术实现的流程图。具体实施方式为了使本专利技术实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合图示与具体实施例，进一步阐述本专利技术。如图1所示，带USB接口的LED电子胸牌，包括控制器10，与控制相连的LED阵列20、USB接口50、锂电池30以及按键开关60，还包括与锂电池相连的充电及保护电路40。其中控制器10用于整个系统的控制、LED阵列的驱动及显示。控制器10采用STM32F102C8高性能低价单片机，其采用ARM32位CPU，LQFP44封装，内部晶体振荡器，多达37个快速IO口，内部集成16通道12位AD外设，并具有一个全速USB2.0接口。LED阵列20采用11×44(11行，44列)LED点本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种带USB接口的LED电子胸牌，其特征在于，包括控制器(10)，与控制相连的LED阵列(20)、USB接口(50)、锂电池(30)以及按键开关(60)，还包括与锂电池相连的充电及保护电路(40)；控制器(10)用于整个系统的控制、LED阵列的驱动及显示；LED阵列(20)用于显示控制器(10)输出的内容；锂电池(30)为控制器(10)提供可持续电源；充电及保护电路(40)为锂电池(30)的充电蓄能、过充、过放、过电流提供保护，防止锂电池损坏，同时为控制器(10)提供电压基准；USB接口(50)用作电子胸牌的显示图形或汉字下载以及充电接口；按键开关(60)用于显示模式及内容的切换以及实现LED电子胸牌的开启和关闭。

【技术特征摘要】
1.一种带USB接口的LED电子胸牌，其特征在于，包括控制器(10)，与控制相连的LED阵列(20)、USB接口(50)、锂电池(30)以及按键开关(60)，还包括与锂电池相连的充电及保护电路(40)；控制器(10)用于整个系统的控制、LED阵列的驱动及显示；LED阵列(20)用于显示控制器(10)输出的内容；锂电池(30)为控制器(10)提供可持续电源；充电及保护电路(40)为锂电池(30)的充电蓄能、过充、过放、过电流提供保护，防止锂电池损坏，同时为控制器(10)提供电压基准；USB接口(50)用作电子胸牌的显示图形或汉字下载以及充电接口；按键开关(60)用于显示模式及内容的切换以及实现LED电子胸牌的开启和关闭；充电及保护电路(40)包括充电电路(410)、第一降压电路(420)、第二降压电路(430)、锂电池保护电路(440)、电池电压采样电路(450)；充电电路(410)，用于给锂电池充电，包括由单刀双掷开关K1、锂电池串联组成的电路；充电模块的输入端VCC_IN连接USB接口(50)，通过单刀双掷开关K1控制充电模块的工作或断开；单刀双掷开关K1的一输出端连接电池，给电池充电，另一输出端连接第二降压电路(430)；电池电压采样电路(450)，用于实时采集锂电池的电压，并将该电压值转换为电量通过LED阵列显示出；其输入端藕接于USB接口(50)，其输出端连接于控制器AD采样端PC2脚；第一降压电路(420)，为控制器判断是否有USB接入提供参考电压，其输入端连接VCC_IN电源，输出端连接控制器PC1脚；第二降压电路(430)，为控制器对LED电子胸牌开关状态的判别提供参考电压，其输入端连接单刀双掷拨动开关K1的输出端，输出端连接控制器PC3引脚；锂电池保护电路(440)，用于调节锂电池的过充、过放、过流、短路保护，其输入端连接单刀双掷开关K1的输出端。2.根据权利要求1所述的一种带USB接口的LED电子胸牌，其特征在于，电池电压采样电路(450)包括稳压电路和滤波电路，稳压电路由限流电阻R6、稳压二极管S3组成。3.根据权利要求1所述的一种带USB接口的LED电子胸牌，其特征在于，第一降压电路(420)，由电阻R8和R7串联组成，电阻R8的输入端连接VCC_IN电源，电阻R8的输出端连接控制器PC1脚，为控制器提供USB插入的采样判断参考；R7的输出端接地。4.根据权利要求1所述的一种带USB接口的LED电子胸牌，其特征在于，第二降压电路(430)，由电阻R9和R10串联组成，电阻R9的输入端连接单刀双掷开关K1的输出端，电阻R9的输出端连接控制器PC3脚，为控制器对LED电子胸牌开关状态的判别提供参考。5.根据权利要求1所述的一种带USB接口的LED电子胸牌，其特征在于，锂电池保护电路(440)，包括保护ICU1与电阻R...

【专利技术属性】
技术研发人员：肖永军，丁幺明，李纪平，熊曾刚，易青松，黄永林，马洪华，
申请(专利权)人：湖北工程学院，
类型：发明
国别省市：湖北;42