LED戰術手電筒基本原理及關鍵技術


 


2.1 LED戰術手電筒顯示


 


旋轉LED戰術手電筒是一種通過同步控制發光二極管（LED）位置和點亮狀態來實現圖文顯示的新型顯示屏，因其結構新穎，成本低廉，可視范圍達360°而得到了迅速的發展，其核心技術在于精確控制LED位置與發光狀態的同步。旋轉LED屏的顯示器件只有一列，并且這一列LED由轉速恒定的LED帶動進行旋轉， 同時由控制電路對LED的點亮狀態進行同步控制，使電機每轉過一定角度，這一列LED的顯示內容就改變一次，在旋轉到任何一個位置都有唯一確定的顯示內容，也就是說旋轉LED屏是采用逐列顯示的，并且采用了機械轉動來替代替代掃描顯示，下圖中a,b,c,d是旋轉LED屏在不同時刻的顯示狀態，d是人眼視覺看到的完整的畫面"3"。


 


2.2 三基色LED的顏色灰度控制


 


本設計采用了三基色LED來實現彩色像素的顯示，為了能實現豐富多彩的顏色顯示，需要對LED的顏色灰度進行控制。這主要有兩種即驅動電流控制法和驅動脈沖占空比控制法，但前一種方法實現難度較大成本較高，而后者原理簡單，容易采用數字設計方法實現，因此本文的LED灰度控制采用了占空比控制法。


 


占空比控制法控制LED的亮度實際上是控制LED點亮的時間。周期性地改變LED在一個周期內的點亮時間的長短，從而實現LED的亮度變化。在工作狀態下連續地改變LED在循環周期中的點亮時間就可以實現LED亮度灰度等級的連續變化。對于256色顯示，只需要采用8bit色度數據來控制LED的灰度，列數據位與占空比關系如下圖2所示：


 


2.3 旋轉LED戰術手電設計的關鍵


 


旋轉LED屏的原理并不復雜，其硬件結構也相對簡單，但是要使旋轉LED屏能夠穩定的顯示設定的圖像或文字，需要克服三個技術難點：


 


1.旋轉屏控制控制電路的供電。在系統工作時，控制電路隨著電機的轉子轉動，因此給旋轉著的控制電路和LED提供一個穩定的供電電源具有一定的難度。


 


2.旋轉屏橫向顯示拖影問題。由于旋轉屏采用了單列LED旋轉掃描實現柱面圖像顯示，這使得像數點顯示在橫向上出現了粘滯，形成拖影現象。


 


3.解決顯示亮度不足，由于旋轉LED戰術手電的工作原理決定了相比于普通的平面LED屏，顯示每一列的時間要少許多，因此亮度也會大大減小。


 


要使設計的旋轉LED戰術手電具有較好的顯示效果，需要在設計解決好這三個問題。對于旋轉LED屏的供電來說，采用固定在底座的電刷片和旋轉的金屬導軌或者金屬輪軸接觸的方式給系統供電，是比較簡單而可靠的方法。本文的設計就是通過電刷提供一個恒定的12V直流電壓，再由DC-DC芯片轉換成2.5V、3.3V、5V等電壓來維持控制系統工作。解決旋轉屏的橫向拖影，主要是根據旋轉掃描的特點，在兩列像素點之間插入一個全黑時隙，這樣就可消除兩列圖像顯示點的粘滯感。而對于解決亮度顯示不足的問題，本文的設計在不繼續加大LED燈亮度的情況下，采用的是用四列LED燈來輪流顯示每個旋轉屏上的每個象素點，這樣亮度在旋轉速率不變的情況下就變為原來的四倍。