光立方显示控制系统设计

2022-09-11

在科技显示迅速发展的今天, 人们对审美的要求不断地提高, 3D显示效果的美轮美奂已成为人们欣赏的新追求。随着无线技术的蓬勃发展, 各类领域远程控制方法首选无线技术, 尤其是Zigbee的兴起使得远程控制技术更加成熟。本文以STM32单片机为控制核心融合Zigbee无线网络传输技术, 实现了光立方的远程智能控制, 具有良好的市场应用前景。

一、总体系统设计

本系统由16*16*16共4096个LED灯组成, 在16*16LED灯二维面的基础上, 由16层面构成整体的光立方体。设计采用STM32作为控制核心, 采用ULN2803驱动每一层LED灯, 采用八进制三态锁存器74HC573为面驱动器, 结合Zigbee无线通信技术, 实现发光管远程无线控制。采用BH1750采集环境光强信号, 根据环境光调整光立方的LED灯的亮暗。系统分为灯光控制模块、光强检测模块、无线通讯模块、驱动模块等几部分[1,2]。系统总体框图如图1所示:

二、硬件系统设计

(1) 光立方模块制作:光立方由16*16*16共计4096个LED灯构成, 灯间距为22mm, 体积达到38cm*38cm*38cm, 灯与灯的连接选用亚克力条。用亚克力条连接之后就能开始焊接, 这种方式能保障焊接不会出现偏差, 保证等于灯之间的距离保持统一。用这样的方法焊接16个面之后在底板上完成立方体的搭建, 为保证210立方体的牢固, 中间用铁丝加固[3]。光立方搭建方式如图2所654 3示。

(2) 无线采集节点设计。光强采集电路采用数字化传感器BH1750实现, ZigBee网络设计采用美国TI公司CC2530射频芯片完成, 由于CC2530内部集成了14位AD, 故将BH1750的SCL口和SDA口与CC2530的串口连接即可;采用串口通信方式实现与控制器相连。由于Zigbee传输距离为30m左右, 因此为了提高覆盖范围, 考虑加入前置功率放大电路, 扩大发射范围增加网络覆盖面积[4]。

三、软件设计

采用3D动画仿真软件实现动画设计。在动画仿真软件上做出动画、文字等内容便生成对应的HEX文件。ZigBee网络是由网络协调器发起的, 在确定网络协调器之前要保证节点为FFD节点, FFD节点需要向协调器提出请求, 协调器接收到节点的连接请求后根据情况决定是否允许其连接, 然后对请求连接的节点做出响应连接。光强度检测芯片BH1750采集到数据通过网络发送到Zigbee网络协调器, 网络协调器把接收到的数据处理后送到STM32主控芯片, 从而完成一系列的动作达到控制亮度、调节亮度。MCU通过判断、比较命令, 并执行相对应的程序来控制LED光立方的显示。设计时, 通过中断方式控制整体光立方显示[5]。主程序流程图如图3所示。

四、实现结果

本设计在构建整体框架前已完成单面16*16LED测试并显示成功, 在光立方搭建成功后, 整体上电LED灯没有出现半亮或者不亮的现象。光立方通过仿真软件设计, 显示字体、图形效果良好, 图形变换流畅。通过Zigbee网络协调器和BH1705组成的光强调节系统, 在光强过弱或过强时可以自动调节亮度达到光强合适区, 并具有远程智能控制等功能。本系统具有结构简单、可靠性高等特点, 具有较高的应用价值。

摘要：以STM32单片机为控制核心实现16*16*16的光立方设计。采用八进制三态锁存器74HC573为面驱动器、ULN2803作为层驱动器, 通过各点LED灯的亮与灭来显示图形等信息。采用BH1750采集光强信号, 通过无线网络传送给Zigbee网络协调器, 实现光立方远程控制并可以根据环境光强改变光立方的强暗程度。

关键词：STM32,光立方,Zigbee,BH1750