依据机械转动旋转扫描的显示原理，提出了一种新型显示屏的设计方案。该系统采用无线方式进行数据传输，并对显示数据进行时序上的开槽处理，使旋转柱式显示屏可以实时显示计算机编辑的图文信息，而且可视范围达360°。
关键词：LED显示屏；旋转扫描；无线数据传输

引言
LED显示屏已广泛应用于广告行业及车站、银行、商场等公共场所，它具有功耗小、寿命长、色彩好等优点。传统的扫描式显示屏存在以下问题：显示屏整个面积全由LED模块组成，器件数量多，成本高；由于显示屏是一个平面，而且LED像素点有一定视角限制，显示屏的可视范围被局限到正面某个范围之内，在应用中使显示屏的信息发布受到了空间的限制。而旋转柱式显示屏客服了以上两个不足，以机械转动扫描方式代替逐行扫描，成本大大降低，可视范围打到了360°。本文基于旋转式扫描显示原理，提出一种新型显示屏的系统设计。

1、旋转扫描显示原理
人眼具有视觉暂留的特性，当画面以一定速率刷新时，我们看到的就是连续的图像。电视机显示采用逐点扫描方式，每秒钟要刷新画面50场（25帧），在人眼中则是一幅完整的画面。传统LED显示屏一般采用1/16扫描，16行逐行循环点亮，由于刷新速率足够大，看到的也是一幅稳定的画面。它的原理如图1所示，其中a），b），c），d），e）分别是不同时刻的显示状态，f）为人眼看到的完整画面“3”。
在这种LED显示屏中，采用的是逐行换位下移点亮器件的扫描方式，每一行都必须有LED显示器件，这就使显示屏的成本偏大。
 

旋转扫描方式显示器只有一列，由电机带动它进行旋转，运行到某一位置时就显示该位置的状态，到下一位置后又显示下一位置的状态，即一列显示器件要完成全部图像的显示，扫描过程由机械转动更换位置来实现。其显示原理如图2所示。图中a），b），c）是不同时刻的显示状态，d）是人眼看到的完整画面“3”。
 

由于旋转扫描成像不是平面，而是一个柱面，所以称之为旋转柱式显示屏，其观看视角是360°。

2、显示屏系统组成
本系统组成结构如图3所示。系统主要由控制电路、数据无线接口、电机组成。
 

2.1 控制电路
该系统采用单片机控制，主要完成图文信息的存储，显示数据的组织、显示及同步控制。
2.1.1 信息存储
显示屏一次接收计算机编辑好的一定容量的图文信息，存储在控制板上的大容量掉电不丢失的数据存储器中。如容量为128K*8的8128或容量为512K*8的8512，它们掉电后数据能保持几年，一个16*16点阵汉字需要32*8的容量，因此一片8128可存4000个汉字。
2.1.2 显示数据的组织
在控制板上有两片刷新存储器A和B，由接口控制交替工作。例如，某一时刻单片机将下一幅显示内容往A中写入，同时刷新电路读出B中内容输出到显示列，等A中内容组织完毕后，切换接口，刷新电路从A中读出数据送去显示，单片机又在B中组织下一幅显示内容，如此反复，则使显示屏完成诸如上下滚、左右飞入飞出、闪烁、拉幕等多种动感强烈的显示方式。
在数据组织上，要注意旋转柱式显示屏与传统显示屏的区别，传统显示屏采用逐行循环扫描方式，数据是逐列移位装入的，而旋转柱式显示屏采用逐列扫描，数据是逐行移位装入的。一般接收到的数据格式与传统显示屏相同，在往刷新存储器中写入数据时要注意显示数据的整理，使得刷新电路读出的数据字节正好是8行的某一列数据。
2.1.3 显示及同步控制
在控制板中设置了数据读出电路，由计数器构成行、列地址发生器，从刷新存储器读出的内容加载给移位显示存储器，若要保证画面的稳定，必须加上场同步信号，使显示列转到同一空间位置时显示同样的内容，在机械转动时检测到位置同步信号，作为场同步信号去控制地址发生器，便可以得到稳定的图像。

2.2 电机
旋转柱式显示屏的扫描方式是机械转动扫描，转动由电机带动显示列来实现。为能让人观察到稳定的完整的图像，场扫描频率要大于45Hz，电机转速要在3000转/分钟左右。另外，电机必须具有良好的转速稳定性，否则转速不均匀会造成显示图像局部的水平失真（伸展或压缩），从而感觉图像不稳定，所以一般采用稳速电机。另外，显示屏结构要对称，使其高速旋转时不发生震动。其机械结构示意如图4所示（为了增加亮度，采用对称双显示列结构）。
 

2.3 数据通信无线接口
为使显示内容在较长时间内不需要更改，可以选择在显示屏停止转动时，通过有线传输的方式将数据传输给控制板存储起来，然后断开信号传输线开始旋转显示。对于一般广告、产品和服务介绍，这样的方式是基本满足要求的，但如果需要显示诸如新闻、金融、报站等实时信息，每次的内容的更改都必须停下来是不现实的。为了满足这方面要求，显示屏上加装了无线数据通信接口，将计算机送来的信息通过低功率的无线模块实现近距离的无线通信。这样就可以在任何时候将更改的内容发送给显示屏，实现显示信息的实时更新。

3、应用中的几个问题
旋转柱式显示屏虽然较传统显示屏有成本低、视角大的优点，但它也有一些应用中的问题和不足。在设计中有必要加以注意。
1）亮度偏低。
由于是旋转扫描，每一列持续的时间是有限的，设半径为R，在显示每一列时每列持续时间得到的几何尺寸是d。
为了解决亮度偏低的问题，可采用两个方法：一是增加显示器件亮度，选用超高亮度LED；二是增加显示阵列，如双阵列、四阵列。这些方法虽然可以大大提高亮度，但由于LED亮度和显示列数不可能做得很大，所以旋转柱式显示屏目前仍然只能作为室内或室外夜间使用。
2）尺寸受限。
由于亮度的原因，旋转显示屏的尺寸不可能做得很大，目前市内显示屏多采用R5㎜的发光管，一般显示直径在1米以下，室外使用时发光二极管可增加至直径30㎜~40㎜。如夜间使用，从发光管参数可以计算出直径约可达到5米~6米，但目前室外尚未见使用。
3）显示效果。
转动扫描使图文的显示在横向上发生了点阵粘连，竖方向上又可以看到点阵的分离，近距离观看时尤为明显。与传统行扫显示屏对比情况如图5所示。如果要达到横向点阵的分离，必须在显示驱动上对显示数据在时序上开槽，即增加黑的时间，使横向上点阵能够分离。
 

4、结语
旋转柱式显示屏成本较低，而且360°观看角度使之非常适合像大厅、候车室一类场合。如果亮度问题解决得好，可应用于室外，尤其是一些广告塔、楼顶等场合，效果比霓虹灯要好，是LED显示屏的一个新品种、新方向。如果解决了视频数据的传输，则可以做出旋转柱式视频显示屏，显示视频的控制电路较为成熟，显示列只需换为RGB阵列即可，这样应用范围可大大增加。