一种显示全彩图案与动画的圣诞树及其控制方法.pdf

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1、(10)申请公布号 CN 102697370 A (43)申请公布日 2012.10.03 CN 102697370 A *CN102697370A* (21)申请号 201210204890.9 (22)申请日 2012.06.20 A47G 33/06(2006.01) A47G 33/08(2006.01) (71)申请人 黄曙阶 地址 523000 广东省东莞市桥头镇邓屋村新 湖工业区 13 号 申请人 黄曙秋 (72)发明人 黄曙秋 (74)专利代理机构 东莞市中正知识产权事务所 44231 代理人 刘林 (54) 发明名称 一种显示全彩图案与动画的圣诞树及其控制 方法 (57) 摘。

2、要 本发明公开了一种显示全彩图案与动画的圣 诞树及其控制方法， 圣诞树包括一体的圣诞树树 干或者分段的圣诞树树干， 以及固定在所述圣诞 树树干上或者挂接在所述圣诞树树干上的至少 一根枝条或至少一片树叶， 其特征在于 ： 在所述 圣诞树上布置有至少一束光纤束、 至少一个三色 LED 晶片光源和至少一个驱动模块， 所述光纤束 的尾端靠近所述三色 LED 晶片光源， 所述驱动模 块与至少一个三色 LED 晶片光源相连， 一个所述 驱动模块与控制器相连并和其余的所述驱动模块 通过输入接口和输出接口依次串联， 所述驱动模 块采用串行级联通信接收和发送显示数据， 所述 控制器用于通过程序运算实时依次产生每。

3、个所述 驱动模块的全彩图案或全彩动画的显示数据并依 次发送给所述驱动模块。 (51)Int.Cl. 权利要求书 1 页 说明书 5 页 附图 8 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书 1 页 说明书 5 页 附图 8 页 1/1 页 2 1. 一种显示全彩图案与动画的圣诞树， 包括一体的圣诞树树干或者分段的圣诞树树 干， 以及固定在所述圣诞树树干上或者挂接在所述圣诞树树干上的至少一根枝条或至少一 片树叶， 其特征在于 ： 在所述圣诞树上布置有至少一束光纤束、 至少一个三色 LED 晶片光 源和至少一个驱动模块， 所述光纤束的尾端靠近所述三色 LED 晶片光。

4、源， 所述驱动模块与 至少一个三色 LED 晶片光源相连， 一个所述驱动模块与控制器相连并和其余的所述驱动模 块通过输入接口和输出接口依次串联， 所述驱动模块采用级联串行通信接收和发送显示数 据， 所述控制器用于通过程序运算实时依次产生每个所述驱动模块的全彩图案或全彩动画 的显示数据并依次发送给所述驱动模块。 2. 根据权利要求 1 所述的显示全彩图案与动画的圣诞树， 其特征在于 ： 所述光纤束的 头端布置在所述枝条或者所述树叶上。 3. 根据权利要求 2 所述的显示全彩图案与动画的圣诞树， 其特征在于 ： 所述三色 LED 晶片光源布置在所述枝条的根部。 4. 根据权利要求 3 所述的显示全。

5、彩图案与动画的圣诞树， 其特征在于 ： 所述驱动模块 布置在所述枝条的根部。 5. 根据权利要求 4 所述的显示全彩图案与动画的圣诞树， 其特征在于 ： 在每段所述圣 诞树树干上设置有至少一个枝条固定座， 所述枝条固定座上设置有至少一个挂接口， 所述 挂接口用于固定所述枝条。 6. 根据权利要求 5 所述的显示全彩图案与动画的圣诞树， 其特征在于 ： 所述枝条固定 座套接在所述圣诞树树干上。 7. 根据权利要求 6 所述的显示全彩图案与动画的圣诞树， 其特征在于 ： 在每段所述圣 诞树树干与其它段所述圣诞树树干的连接处设置有止转装置。 8. 根据权利要求 7 所述的显示全彩图案与动画的圣诞树，。

6、 其特征在于 ： 所述驱动模块 接收并转发与其串联的其它所述驱动模块的显示数据。 9. 一种显示全彩图案与动画的圣诞树控制方法， 其特征在于， 包括步骤 ： A1、 根据全彩图案或者全彩动画设置基本显示数据 ； A2、 在控制器内对所述基本显示数据进行运算， 产生每个驱动模块的显示数据， A3、 将所述显示数据依次发送给所述驱动模块。 10. 根据权利要求 9 所述的显示全彩图案与动画的圣诞树控制方法， 其特征在于 ： 所述 控制器设为单片机， 所述基本显示数据存储于所述单片机的 ROM 内。 权 利 要 求 书 CN 102697370 A 2 1/5 页 3 一种显示全彩图案与动画的圣诞树。

7、及其控制方法 技术领域 0001 本发明涉及发光装饰工艺品技术领域， 具体涉及一种显示全彩图案与动画的圣诞 树及其控制方法。 背景技术 0002 人造圣诞树发光装饰灯一般是采用单色灯珠或自闪七彩灯珠做成的。 单色灯可分 多路控制， 使其发生简单的明灭或明暗闪烁变化， 自闪 LED 灯珠可以发出不同颜色的光， 但 这种灯不可控。也有在圣诞树基部用可控三基色 LED 灯或者在用其他灯隔着可转动的透光 色盘， 再用光纤导光使圣诞树发光颜色变化或可调， 但这种做法发光亮度很低， 并且不能显 示各种图案与动画， 亦有案例用三基色 LED 网灯覆盖在圣诞树上， 但这种做法不仅成本高 昂， 而且灯线裸露， 。

8、影响美观， 还需要消费者自己操作， 品质难以保障并存在安全隐患。 假如 要使发光装饰固定在树上产生全彩图案与动画， 现有技术会面临以下难题 ： 1. 树叶较软会摆动， 发光阵列固定在树上容易改变位置。 0003 2. 树体太大且发光点阵处于离散状态， 不能像 LED 屏一样电路集成， 因各点需要 单独控制， 假如都用导线与控制器相连， 那么导线与控制接口太多结构太复杂。 0004 3. 要表现树形保证较高的发光密度， 需要很多灯。而全彩 LED 灯太昂贵。 0005 4. 控制全彩点阵产生图案与动画的数据量非常大， 若是动画时间长或动画种类很 多， 那么就要容量较大的存储器存储这些数据， 相应。

9、的控制器硬件结构也很复杂。 因此无论 是灯饰成本还是控制成本， 即使能做出这样的圣诞树， 也只能是一种奢侈消费。 发明内容 0006 本发明要解决的技术问题是提供一种显示全彩图案与动画的圣诞树及其控制方 法， 克服现有技术的显示全彩图案与动画的控制装置和控制方法应用到发光圣诞树上时导 致圣诞树生产成本昂贵、 控制复杂、 制作困难的缺陷。 0007 本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案为 ： 一种显示全彩图案与动画的圣诞树， 包括一体的圣诞树树干或者分段的圣诞树树干， 以及固定在所述圣诞树树干上或者挂接在所述圣诞树树干上的至少一根枝条或至少一片 树叶， 在所述圣诞树上布置有至少一束光纤束、 。

10、至少一个三色 LED 晶片光源和至少一个驱 动模块， 所述光纤束的尾端靠近所述三色 LED 晶片光源， 所述驱动模块与至少一个三色 LED 晶片光源相连， 一个所述驱动模块与控制器相连并和其余的所述驱动模块通过输入接口和 输出接口依次串联， 所述驱动模块采用级联串行通信接收和发送显示数据， 所述控制器用 于通过程序运算实时依次产生每个所述驱动模块的全彩图案或全彩动画的显示数据并依 次发送给所述驱动模块。 0008 所述的显示全彩图案与动画的圣诞树， 其中所述光纤束的头端布置在所述枝条或 者所述树叶上。 0009 所述的显示全彩图案与动画的圣诞树， 其中所述三色 LED 晶片光源布置在所述枝 说。

11、 明 书 CN 102697370 A 3 2/5 页 4 条的根部。 0010 所述的显示全彩图案与动画的圣诞树， 其中所述驱动模块布置在所述枝条的根 部。 0011 所述的显示全彩图案与动画的圣诞树， 其中在每段所述圣诞树树干上设置有至少 一个枝条固定座， 所述枝条固定座上设置有至少一个挂接口， 所述挂接口用于固定所述枝 条。 0012 所述的显示全彩图案与动画的圣诞树， 其中所述枝条固定座套接在所述圣诞树树 干上。 0013 所述的显示全彩图案与动画的圣诞树， 其中相临所述枝条固定座的所述挂接口上 下交错， 间隔的所述枝条固定座的所述挂接口上下对齐。 所述的显示全彩图案与动画的圣诞树， 。

12、其中在每段所述圣诞树树干与其它段所述圣诞 树树干的连接处设置有止转装置。 0014 所述的显示全彩图案与动画的圣诞树， 其中所述驱动模块接收并转发与其串联的 其它所述驱动模块的显示数据。 0015 一种显示全彩图案与动画的圣诞树控制方法， 包括步骤 ： A1、 根据全彩图案或者全彩动画设置基本显示数据 ； A2、 在控制器内对所述基本显示数据进行运算， 产生每个驱动模块的显示数据， A3、 将所述显示数据依次发送给所述驱动模块。 0016 所述的显示全彩图案与动画的圣诞树控制方法， 其中所述控制器设为单片机， 所 述基本显示数据存储于所述单片机的 ROM 内。 0017 本发明的有益效果 ： 。

13、本发明采用通过程序运算方式实时产生用于显示全彩图案和 动画的显示数据， 而不是将预先设置的帧显示数据调入内存后进行发送， 这样就不必设置 较大的外部存储器与RAM， 控制装置简单， 因此大大降低了控制器成本。 而用光纤分光后， 使 一个点光源变成一片发光区域， 即使树叶摆动， 发光区域的总体位置不会变， 从而解决发光 阵列不易固定的问题， 同时一个点光源变成了十几个， 实现理想的光点密度而降低了百分 之九十以上的灯饰成本。 本发明除了能做到物美价廉， 还有以下优点 ： 发光方式可根据消费 者喜好自由选择， 增强了其通用性， 提高了同一棵树的重复利用价值。LED 照明素有环保节 能的美称， 但圣。

14、诞树是一个观赏品而并非照明工具， 发光性能太好灯太亮， 直接观赏时对人 的眼睛反而有伤害， 本发明采用光纤分光， 使每个光点亮度适中， 做到了真正的环保， 而用 光纤分光后， 不仅使灯的成本降低了， 结构简化了， 还节省了百分之九十以上的电能。采用 光纤分光后， LED 晶片光源和电线都不用外露， 这不仅使圣诞树自然仿真， 还保护了 LED 晶 片光源与电线， 提高了圣诞树的品质与使用寿命。 附图说明 0018 本发明包括如下附图 ： 图 1 为本发明显示全彩图案与动画的圣诞树示意图 ； 图 2 为本发明光纤、 三色 LED 晶片和控制模块布置示意图 ； 图 3 为本发明三色 LED 晶片和控。

15、制模块布局示意图 ； 图 4 为本发明圣诞树树干示意图 ； 说 明 书 CN 102697370 A 4 3/5 页 5 图 5 为本发明枝条固定座示意图 ； 图 6 为本发明圣诞树全彩发光阵列示意图 ； 图 7 为本发明全彩发光阵列变形示意图 ； 图 8 为本发明驱动模块示意图 ； 图 9 为本发明驱动模块级联通信示意图 ； 图 10 为本发明级联驱动模块电路图 ； 图 11 为本发明通信信号时序图 ； 图 12 为本发明颜色表示数据单元示意图 ； 图 13 为本发明动画显示数据示意图 ； 图 14 为本发明基本显示数据示意图 ； 图 15 为本发明由基本显示数据经计算后得到的动画显示数据 。

16、； 图 16 为本发明动画显示实施例的显示数据发送流程图。 具体实施方式 0019 下面根据附图和实施例对本发明作进一步详细说明 : 如图1、 图2、 图3、 图4和图5所示， 本发明显示全彩图案与动画的圣诞树包括一体的圣 诞树树干或者分段的圣诞树树干 11， 以及固定在圣诞树树干 11 上或者挂接在圣诞树树干 11上的至少一根枝条12或至少一片树叶13， 在圣诞树上布置有至少一束光纤束14、 至少一 个三色 LED 晶片光源 15 和至少一个驱动模块 16， 光纤束 14 的尾端靠近三色 LED 晶片光源 15， 驱动模块 16 与至少一个三色 LED 晶片光源 15 相连， 一个驱动模块 。

17、16 与控制器 17 相连 并和其余的驱动模 16 块通过输入接口和输出接口依次串联， 驱动模块 16 采用级联串行通 信接收和发送显示数据， 控制器 17 用于通过程序运算实时依次产生每个驱动模块 16 的全 彩图案或全彩动画的显示数据并依次发送给驱动模块 16。如图 2 所示， 在本发明的具体实 施例中光纤束 14 的头端布置在枝条 12 或者树叶 13 上。三色 LED 晶片光源 15 布置在枝条 12 的根部。驱动模块 16 布置在枝条 12 的根部。在每段圣诞树树干 11 上设置有至少一个 枝条固定座18， 枝条固定座上设置有至少一个挂接口181， 挂接口181用于固定枝条12。 枝。

18、 条固定座 18 套接在圣诞树树干 11 上。相临枝条固定座 18 的挂接口 181 上下交错， 间隔的 枝条固定座 18 的挂接口 181 上下对齐。在每段圣诞树树干 11 与其它段圣诞树树干 11 的 连接处设置有止转装置19。 驱动模块16接收并转发与其串联的其它驱动模块16的显示数 据。 0020 本发明显示全彩图案与动画的圣诞树控制方法， 包括步骤 ： A1、 根据全彩图案或者全彩动画设置基本显示数据 ； A2、 在控制器内对所述基本显示数据进行运算， 产生每个驱动模块的显示数据， A3、 将所述显示数据依次发送给所述驱动模块。 0021 控制器 17 设为单片机， 基本显示数据存储。

19、于单片机的 ROM 内。 0022 下面对本发明作进一步说明 ： 圣诞树有主干， 主干分段或不分段， 主干有分段结构 时， 有止转装置19， 主干上有枝条12时， 枝条12分层分布， 每层枝条12数量相等， 并且排列 有规律， 在每个枝条 12 上布置一个三色 LED 晶片光源 15， 主干上没有枝条 12 而只有树叶 13 时 （如树头位置） ， 按一定数量的树叶 13 划分多个彼此相邻的区域， 在这个区域里布置一 说 明 书 CN 102697370 A 5 4/5 页 6 个三色 LED 晶片光源 15， 每个一个三色 LED 晶片光源 15 连接驱动模块 16， 驱动模块 16 由 一。

20、个驱动芯片及外围电路构成， 驱动装置 16 驱动至少一个三色 LED 晶片光源 15， 每个三色 LED 晶片光源 15 就近设置一束光纤 14， 光纤 14 的一端有平整截面， 另一端细分成多束绑缚 于树叶或用胶粘剂粘合在树叶 13 上， 也可以在树叶 13 上自然分散。如图 6 所示， 用这种方 式装饰的圣诞树， 所有的光纤头端形成了一个沿锥面分布的全彩阵列。将锥面阵列纵向剖 开并展开可用扇面阵列表示。如图 7 所示， 为了方便显示数据的计算， 图 6 的扇面阵列可以 变形为图 7 的形状。所有驱动模块 16 通过信号线彼此相连并与控制器 17 联接， 以及电源 线， 电源 ； 控制器 1。

21、7 负责发送各驱动模块的显示数据。驱动模块 16 采用串行级联通信方式 接收数据。 本发明根据圣诞树像素分布的特点， 设计适合在圣诞树上播放的动画， 并在控制 方法上， 不必使用外部存储器与RAM。 只需一片单片机， 在单片机ROM存储基本显示数据， 通 过程序运算得出其他显示数据， 并且一边运算一边发送， 不占用单片机资源。 这种控制方法 需要结合驱动芯片的通信特点， 现有技术的 LED 串行级联通信驱动芯片有各不相同的通信 协议， 但不论是哪种协议， 它都包含了以下两个步骤 ： 1帧数据传输 串行级联芯片帧数据传输基本原理是一样的， 数据发送时， 第一个级联芯片接收前面 的数据并锁存起来，。

22、 把后面的数据转发给下一个芯片， 这样依次传递， 最终实现一帧数据的 全部发送与接收。这个传输原理， 会使数据接收按级联的次序而有先后顺序。并且完成帧 数据的传输所需要时间受数据发送速度与芯片级联数的影响 2帧数据显示 帧数据显示有一个单独的指令， 为了能让同一帧内所有的数据同时输出显示， 这个 指令不再受数据传送的限制， 有些芯片可以实现同步显示， 有的芯片受限于刷屏速度， 如 UCS1903 的刷屏时间为 ： 0.4 X2X 级联数 （0.4 为芯片延迟时间， 单位为 s） ， 假如有 1024 级 联， 那么刷屏时间为 ： 0.4X2X1024=0.8192MS。尽管不是同步的， 但这个。

23、速度很快， 根本就看 不出灯的启动有先后顺序与闪烁现象。 0023 根据这两个原理， 就可以计算出负责发送数据的单片机在某一特定帧频内可闲置 时间的时间 ： 单片机可闲置时间 =1/ 帧频 - （ （所有数据发送时序脉冲表达最短时间 + 显示指令发送 时序脉冲表达最短时间） ） 利用单片机可闲置的时间， 我们可以进行一帧数据的运算， 由于级联芯片在没接收到 显示指令之前能按发送顺序暂存数据， 假如芯片对帧数据传输的连续性要求不高， 那么我 们不必将整帧数据全部运算好后再发送， 可以边算边发， 只要运算的总时间不要超过单片 机可闲置时间就行， 这样， 级联芯片充当了 RAM 的功能， 大大的节省。

24、了硬件资源。 0024 如图8、 图9和图10所示， 本发明实施例LED驱动模块芯片采用UCS1903， 这种芯片 引脚如图 8 所示。其中 OUTR 为 LED 中 Red( 红 ) PWM 控制输出， OUTG 为 LED 中 Green( 绿 ) PWM 控制输出， OUTB 为 LED 中 Blue( 蓝 ) PWM 控制输出， DIN 为数据输入， DO 为数据输出， 芯片采用单线通讯方式， 采用归零码的方式发送信号。芯片在上电复位以后， 接收 DIN 端打 来的数据， 接收够 24bit 后， DO 端口开始转发数据， 供下一个芯片提供输入数据。在转发之 前， DO 口一直拉低。此。

25、时芯片将不接收新的数据， 芯片 OUTR、 OUTG、 OUTB 三个 PWM 输出口 根据接收到的 24bit 数据， 发出相应的不同占空比的信号， 使 R、 G、 B 三基色发生不同的亮 说 明 书 CN 102697370 A 6 5/5 页 7 度变化， 这亮度变化就可以混合成不同颜色的光。如果 DIN 端输入信号为 RESET 信号， 芯片 将接收到的数据送显示， 芯片将在该信号结束后重新接收新的数据， 在接收完开始的 24bit 数据后， 通过 DO 口转发数据， 芯片在没有接收到 RESET 码前， OUTR、 OUTG、 OUTB 管脚原输出 保持不变， 当接收到 24s 以上。

26、低电平 RESET 码后， 芯片将刚才接收到的 24bit PWM 数据脉 宽输出到 OUTR、 OUTG、 OUTB 引脚上。这种芯片数据发送速度有 400kbs 与 800kbs 两种模式， 为了提高数据发送速度， 我们选用 800kbs 模式， 这时的信号时序波形图如图 11 所示。在这 种模式下， 相当于每发送一个位需要 1.25s， RESET 指令至少需要 24s， 当显示刷新速率达 30帧/秒时， 可级联1024个芯片， 这时控制器内的单片机完全用于数据发送， 没多少可闲置 的时间， 不过， 圣诞树上的动画并不需要这么高的帧频， 也并不需要这么多级联芯片， 假如 我们最快需要 2。

27、4 帧 / 秒， 最多 516 级联的话， 那么控制器内的单片机就有足够的闲置时间， 根据公式 ： 单片机可闲置时间 =1/ 帧频 -（所有数据发送时序脉冲表达最短时间 + 显示指令发送 时序脉冲表达最短时间） 单片机可闲置时间 =1/24X1000000-（1.25X24X516+24） =41666.67-15504=26162.67s =26.16ms 也就是说， 我们有 26.16 ms 的时间进行一帧数据的运算， 而芯片对帧数据的传输并没 有严格的连续性要求， 那么我们也可以边运算边发送直至发送完一帧数据， 不过， 假如间断 24s 以上无数据发送的话， 芯片会把这种间断当作 RES。

28、ET 码， 所以， 相邻数据的运算时间不 能超过 24s。 0025 下面用一个动画显示数据的产生过程说明这种运算与控制方法 ： 如图 12 所示的三个圆圈分别表示 3 种不同的颜色， 这 3 种不同的颜色构成的动画显示 数据如图 13 所示 （每种颜色需要 3 个字节表达） ， 由每 6 像素组成一行， 516 灯需要 86 行， 图 中只显示了 16 行， 其它的行的规律性是一样的。假如将这 6 幅图片按一定的速度连续并循 环播放， 那么我们将看到圣诞树就像一个彩色的螺旋体在旋转， 这些颜色从树的底部不断 的向树顶运动。要实现这些图案与这个动画， 只需在单片机 ROM 里贮存如图 14 所。

29、示的基本 显示数据。将这些基本显示数据按图 15 的规律进行计算组合， 就可形成图 13 的动画显示 数据。这些数据块的组合规律为， 同一帧的内的数据块按 6， 5， 4， 3， 2， 1 倒序循环， 各帧的起 始数据块按 1， 2， 3， 4， 5， 6 顺序循环， 根据 UCS1903 按数据发送与控制原理， 就可得出图 16 的流程图， 用这种方法完成数据的运算与发送， 程序十分简单， 而运算过程其实只是在按逻 辑先后顺序一边调用一边发送数据， 几乎没有用到 RAM， 假如采用 36M 晶振， 采用 1 个时钟 / 机器周期的高速单片机进行运算的话， 数据间断最大也只有几微秒， 所有间断。

30、累加不会超 过 20MS（具体要看程序设计） 完全可以正常工作， 而这些数据块只占用 3X6X6=108 字节的 ROM空间， 假如芯片有20KROM用于这些基本显示数据存储 （程序也需另外分配ROM空间） ， 那 么这样的动画可做 100 多个。 0026 本领域技术人员不脱离本发明的实质和精神， 可以有多种变形方案实现本发明， 以上所述仅为本发明较佳可行的实施例而已， 并非因此局限本发明的权利范围， 凡运用本 发明说明书及附图内容所作的等效结构变化， 均包含于本发明的权利范围之内。 说 明 书 CN 102697370 A 7 1/8 页 8 图 1 图 2 说 明 书 附 图 CN 10。

31、2697370 A 8 2/8 页 9 图 3 说 明 书 附 图 CN 102697370 A 9 3/8 页 10 图 4 图 5 说 明 书 附 图 CN 102697370 A 10 4/8 页 11 图 6 图 7 图 8 说 明 书 附 图 CN 102697370 A 11 5/8 页 12 图 9 图 10 说 明 书 附 图 CN 102697370 A 12 6/8 页 13 图 11 图 12 图 13 说 明 书 附 图 CN 102697370 A 13 7/8 页 14 图 14 图 15 说 明 书 附 图 CN 102697370 A 14 8/8 页 15 图 16 说 明 书 附 图 CN 102697370 A 15 。