亮度和色度可调的组合式3D RGB LED光立方装置及控制方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种亮度和色度可调的组合式3D RGB LED光立方装置及控制方法，装置包括多个3D RGB光立方单元、WIFI无线路由器和移动终端，所述多个3D RGB光立方单元通过WIFI无线路由器与移动终端连接，每个3D RGB光立方单元包括多个RGB发光二极管组成的阵列光立方、面驱动电路、数控电阻电路、层驱动电路、单片机控制器、USB接口、WIFI模块和光传感器，所述面驱动电路、数控电阻电路、层驱动电路、光传感器、USB接口以及WIFI模块均与单片机控制器连接，所述阵列光立方与面驱动电路和数控电阻电路连接，所述数控电阻电路还和层驱动电路连接。本发明专利技术可以实现对每一个RGB发光二极管的三种颜色和亮度的控制。

A combined 3D RGB LED Light Cube device with adjustable brightness and chroma and its control method

【技术实现步骤摘要】
亮度和色度可调的组合式3DRGBLED光立方装置及控制方法
本专利技术属于光立方的
，具体涉及一种亮度和色度可调的组合式3DRGBLED光立方装置及控制方法。
技术介绍
虽然LED光立方被越来越广泛的应用到各个领域，人们对于LED光立方的性能要求也越来越高。目前的LED光立方产品品种繁多，但是也存在着诸多问题：1.采用的是单色LED，无法显示出真彩色立体画面。2.显示出的画面亮度不均匀、不可调，如单个LED显示时亮，全LED显示时暗，在不同外部光环境下光立方的显示亮度无法进行自动调整。3.采用的是非同步的PWM波形输出，容易产生画面闪动。4.显示的光立方体的体积固定，无法组合应用，只能在固定的光立方中进行画面显示，无法根据显示需要进行任意组合，形成更大体积的光立方显示体。因此，一种亮度和色彩可调的LED光立方是本领域技术人员研究的方向。
技术实现思路
本专利技术的主要目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种亮度和色度可调的组合式3DRGBLED光立方装置及控制方法，实现对每一个RGB发光二极管的三种颜色和亮度的控制。为了达到上述目的，本专利技术采用以下技术方案：一种亮度和色度可调的组合式3DRGBLED光立方装置，包括多个3DRGB光立方单元、WIFI无线路由器和移动终端，所述多个3DRGB光立方单元通过WIFI无线路由器与移动终端连接，每个3DRGB光立方单元包括多个RGB发光二极管组成的阵列光立方、面驱动电路、数控电阻电路、层驱动电路、单片机控制器、USB接口、WIFI模块和光传感器，所述面驱动电路、数控电阻电路、层驱动电路、光传感器、USB接口以及WIFI模块均与单片机控制器连接，所述阵列光立方与面驱动电路和数控电阻电路连接，所述数控电阻电路还和层驱动电路连接；所述WIFI无线路由器将3DRGB光立方单元的WIFI模块传输的数据与移动终端连接，实现远程控制各3DRGB光立方单元的功能。作为优选的技术方案，每个3DRGB光立方单元由8×8×8只RGBLED组成的阵列光立方，所有的RGBLED为共阴极RGBLED，额定驱动电压2.7V-3.8V；额定驱动电流为20mA。作为优选的技术方案，所述数控电阻电路包括固定电阻和与固定电阻并联的数字电位器；所述数控电阻电路在单片机控制器的控制下，根据每个面驱动RGBLED的数目实时改变限流电阻的阻值，保持流过每个RGBLED的电流基本一致，实现光立方亮度的均匀；同时，根据外围光环境的变化时实改变数据电阻的阻值，使流过RGBLED的电流基本一致，自动改变3DRGB光立方单元的亮度。作为优选的技术方案，所述层驱动电路是在单片机控制器的控制下，用于同数控电阻电路共同实现对每个层的RGBLED驱动和亮度度控制；所述层控制电路采用9926A场效应管模块作为层控制器，根据控制电平高低来控制场效应管的导通和截止，从而控制每个层的RGBLED阴极公共端与电源负极的通断，并通过单片机控制器控制片选层组成不同的图案。作为优选的技术方案，所述面驱动电路是在单片机控制器的控制下，用于接收单片机控制器发来的数据，并驱动和控制选通后的某个面的2DRGBLED；所述面驱动电路采用74HC573作为面驱动电路，控制RGBLED的R、G、B三个管脚，当层扫描信号通过层驱动电路产生后，由74HC573驱动选通或关闭面2DRGBLED上的RGBLED阳极。作为优选的技术方案，所述单片机控制器用于输出面数据，控制数控电阻电路和层扫描，实现对3DRGB光立方体进行亮度和色度控制，在3DRGB光立方体上显示各种各样的图案以及RGB色彩的变化；所述单片机控制器采用STC15W4K单片机。作为优选的技术方案，所述USB接口用于完成上位机与单片机控制器的数据通信；所述USB接口采用CH340G芯片；所述WIFI模块通过单片机控制器与USB接口的连接，实现数据的无线网络传输；所述WIFI模块采用DT-06无线WIFI串口透传模块；所述光传感器用于时实监测当前环境亮度，并将与当前亮度成正比的测光电压连接到单片机控制器的AD接口端，将模拟测光电压转换为数字量。本专利技术还提供了一种亮度和色度可调的组合式3DRGBLED光立方装置的控制方法，包括下述步骤：检测3DRGB光立方单元在作用时的当前环境的亮度，提供给单片机控制器参考亮度数据，以对3DRGB光立方单元显示的亮度进行自动调整；数控电阻电路在单片机控制器的控制下，根据3DRGB光立方单元所处的当前光照环境，实时改变每层限流电阻的阻值，实现3DRGB光立方单元亮度随当前光照环境的变化而自适应变化；同时，根据每个面驱动RGBLED的数目实时改变限流电阻的阻值，保持流过每个RGBLED的电流基本一致，即实现3DRGB光立方单元亮度的均匀；接收上位机通过WIFI模块和USB接口传送过来的显示图形数据，存入单片机控制器的存储器中并进入色度自动调整状；将送来的显示图形数据，通过下装到单片机控制器中的定时器计数器中，实现对3DRGB光立方单元的同步PWM驱动；向上位机发送当前光立方的工作状态和显示状态，从而为上位机进行下一步控制提供状态数据，执行完通信状态后，系统进入休眠状态，等待下次显示数据到来。作为优选的技术方案，所述对3DRGB光立方单元显示的亮度进行自动调整，具体为：环境亮度数据由光传感器连接到单片机控制器的AD接口端，将模拟测光电压转换为数字量实现，整机启动后3DRGB光立方单元全灭，保证光传感器采集到的光强度为当前环境的亮度值，然后，系统开启光立方全亮，进入到亮度自动调整状态。作为优选的技术方案，在对3DRGB光立方单元的同步PWM驱动具体为：所述单片机控制器内置第一定时器、第二定时器、第三定时器和第四定时器；所述第一定时器内的数值用于确定RGBLED红色PWM的宽度，数值从0-255变化；所述第二定时器内的数值用于确定RGBLED绿色PWM的宽度，数值从0-255变化；所述第三定时器内的数值用于确定RGBLED蓝色PWM的宽度，数值从0-255变化；所述第四定时器内的数值用于确定RGBLED扫描周期T，数值为255不变。本专利技术的原理为：在面2DRGBLED8×8×3共阳点阵的基础上，应用层叠技术分8层共阴，搭建成一个组合式3DRGBLED立方体。单片机控制器控制面驱动电路、数控电阻电路和层驱动电路输出，间接实现对组合式3DRGBLED光立方的亮度和色度控制，采用逐层扫描的工作方式，利用人们视觉暂留效应，实现动静态文字和图像的立体显示。实现控制面2DRGBLED8×8×3共阳点阵，共需要64×3个引脚，共有8层8面2DRGBLED8×8×3共阳点阵，需要再用8个引脚来控制每个层的通断。由于单片机控制器的端口数量有限，在控制单面64只×3RGBLED灯时，每只RGBLED灯有R、G、B三个管脚，共64×3个引脚，采用24块锁存器74HC573暂存数据本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种亮度和色度可调的组合式3D RGB LED光立方装置，其特征在于，包括多个3DRGB光立方单元、WIFI无线路由器和移动终端，所述多个3D RGB光立方单元通过WIFI无线路由器与移动终端连接，每个3D RGB光立方单元包括多个RGB发光二极管组成的阵列光立方、面驱动电路、数控电阻电路、层驱动电路、单片机控制器、USB接口、WIFI模块和光传感器，所述面驱动电路、数控电阻电路、层驱动电路、光传感器、USB接口以及WIFI模块均与单片机控制器连接，所述阵列光立方与面驱动电路和数控电阻电路连接，所述数控电阻电路还和层驱动电路连接；所述WIFI无线路由器将3D RGB光立方单元的WIFI模块传输的数据与移动终端连接，实现远程控制各3D RGB光立方单元的功能。/n

【技术特征摘要】
1.一种亮度和色度可调的组合式3DRGBLED光立方装置，其特征在于，包括多个3DRGB光立方单元、WIFI无线路由器和移动终端，所述多个3DRGB光立方单元通过WIFI无线路由器与移动终端连接，每个3DRGB光立方单元包括多个RGB发光二极管组成的阵列光立方、面驱动电路、数控电阻电路、层驱动电路、单片机控制器、USB接口、WIFI模块和光传感器，所述面驱动电路、数控电阻电路、层驱动电路、光传感器、USB接口以及WIFI模块均与单片机控制器连接，所述阵列光立方与面驱动电路和数控电阻电路连接，所述数控电阻电路还和层驱动电路连接；所述WIFI无线路由器将3DRGB光立方单元的WIFI模块传输的数据与移动终端连接，实现远程控制各3DRGB光立方单元的功能。


2.根据权利要求1所述亮度和色度可调的组合式3DRGBLED光立方装置，其特征在于，每个3DRGB光立方单元由8×8×8只RGBLED组成的阵列光立方，所有的RGBLED为共阴极RGBLED，额定驱动电压2.7V-3.8V；额定驱动电流为20mA。


3.根据权利要求1所述亮度和色度可调的组合式3DRGBLED光立方装置，其特征在于，所述数控电阻电路包括固定电阻和与固定电阻并联的数字电位器；所述数控电阻电路在单片机控制器的控制下，根据每个面驱动RGBLED的数目实时改变限流电阻的阻值，保持流过每个RGBLED的电流基本一致，实现光立方亮度的均匀；同时，根据外围光环境的变化时实改变数据电阻的阻值，使流过RGBLED的电流基本一致，自动改变3DRGB光立方单元的亮度。


4.根据权利要求1所述亮度和色度可调的组合式3DRGBLED光立方装置，其特征在于，所述层驱动电路是在单片机控制器的控制下，用于同数控电阻电路共同实现对每个层的RGBLED驱动和亮度度控制；所述层控制电路采用9926A场效应管模块作为层控制器，根据控制电平高低来控制场效应管的导通和截止，从而控制每个层的RGBLED阴极公共端与电源负极的通断，并通过单片机控制器控制片选层组成不同的图案。


5.根据权利要求1所述亮度和色度可调的组合式3DRGBLED光立方装置，其特征在于，所述面驱动电路是在单片机控制器的控制下，用于接收单片机控制器发来的数据，并驱动和控制选通后的某个面的2DRGBLED；所述面驱动电路采用74HC573作为面驱动电路，控制RGBLED的R、G、B三个管脚，当层扫描信号通过层驱动电路产生后，由74HC573驱动选通或关闭面2DRGBLED上的RGBLED阳极。


6.根据权利要求1所述亮度和色度可调的组合式3DRGBLED光立方装置，其特征在于，所述单片机控制器用于输出面数据，控制数控电阻电路和层扫描，实现对3DRGB光立方体进行亮度和色度控制，在3DRGB光立方体上显示...

【专利技术属性】
技术研发人员：董兵，陈思溯，赖雄辉，杨军，
申请(专利权)人：广东轻工职业技术学院，
类型：发明
国别省市：广东;44