RGB-МАТРИЦА С ДИНАМИЧЕСКОЙ ПОДСВЕТКОЙ

Область техники.
Полезная модель относится к области робототехники,  в том числе роботизированные игрушки, роботы для образовательных целей, квадракоптеры, подводные роботы, робототехнические конструкторы.
RGB-матрицу с динамической подсветкой в робототехнике можно применять в декоративных целях, в качестве подсветки, а также для отображения статуса робота, а именно: загрузка операционной системы, заряд/разряд аккумуляторной батареи, отображение «эмоций» робота в виде символьных изображений, как статических, так динамических.
RGB-матрица с динамической подсветкой преимущественно крепится на видеокамерах модульного типа используемых в робототехнике, а именно: роботизированные игрушки, роботы для образовательных целей, квадракоптеры, подводные роботы, робототехнические конструкторы; при этом использование RGB-матрицы с динамической подсветкой ни в коем случае не ограничивается этим.
Уровень техники.
В современном уровне техники наиболее популярными на сегодняшний день являются светодиодные RGB матрицы. RGB-технология позволяет не только получать белый цвет, но и перемещаться по цветовой диаграмме, управляя этим процессом вручную или с помощью программы. Таким же образом можно получать различные цветовые температуры белого света. Поэтому RGB-матрицы с успехом используются в светодинамических приборах. RGB светодиоды незаменимы для цветной заливки сцены, создания динамических цветовых эффектов, архитектурной и интерьерной подсветки.
Например, известна светодиодная RGB матрица 4×4 (https://lib.chipdip.ru/787/DOC002787739.pdf). В данной RGB матрице светодиодная лента состоит из шестнадцати светодиодов и собрана на одном нитовом модуле, при этом в каждый RGB-светодиод встроен контроллер.
Однако данная RGB матрица имеет ряд недостатков, а именно: в ней отсутствует динамическая подсветка; а также она имеет относительно большие габариты.
Сущность полезной модели.
Данное техническое решение направлено на расширение арсенала технических средств определенного назначения, а в качестве технического результата, достигаемого заявленным решением, является реализация заявленной полезной моделью указанного назначения, а именно, реализация RGB-матрицы с динамической подсветкой.
Данный технический результат достигается благодаря RGB-матрице с динамической подсветкой, содержащей корпус, внутри которого расположены
светодиодная цепь, разделенная на две группы RGB-светодиодов;
DC/DC маломощный линейный регулятор напряжения с малым падением напряжения и защитой от переполюсовки, на вход которого подается напряжение постоянного тока, а выход регулятора подключен ко входу микроконтроллера (2) с энергонезависимой памятью (2.1), к RGB-светодиодным драйверам (3, 4) и PNP транзисторному ключу (7), вход/выход микроконтроллера (2) подключен к выходу/входу RGB-светодиодному драйверу (3) постоянного тока с глобальным контролем яркости, при этом драйвера (3, 4) соединены между собой для передачи управляющих команд от микроконтроллера (2) драйверу (3), а через него драйверу (4), и выполнены с возможностью обнаружения разрыва/замыкания светодиодной цепи, один из драйверов подключен к трехканальному PNP транзисторному ключу (7), который подключен выходом к анодам первой и второй группы RGB-светодиодов (5, 6), при этом первый драйвер подключен к катодам первой группы RGB-светодиодов, а второй драйвер подключен к катодам второй группы RGB-светодиодов;
и содержит программу для управления процессом воспроизведения статических/анимированных, знаковых и символьных изображений, и управления яркостью, контрастностью, цветом и частотой мерцания светодиодов.
В частных вариантах осуществления технического решения в RGB-матрице драйвера осуществляют защиту от перегрева и режим энергосбережения.
В частных вариантах осуществления технического решения в RGB-матрице каждая группа RGB-светодиодов включает по 40 RGB-светодиодов.
В частных вариантах осуществления технического решения в RGB-матрице RGB-светодиодные драйвера являются 48-канальными.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Реализация полезной модели будет описана в дальнейшем в соответствии с прилагаемыми чертежами, которые представлены для пояснения сути полезной модели и никоим образом не ограничивают область полезной модели. К заявке прилагаются следующие чертежи:
фиг. 1 - RGB-матрица с динамической подсветкой - вид сверху.
фиг. 2 - RGB-матрица с динамической подсветкой - вид снизу.
фиг. 3 - функциональная схема RGB-матрицы, с динамической подсветкой.
Осуществление полезной модели.
На фиг. 1 и фиг. 2 изображен общий вид RGB-матрицы с динамической подсветкой соответственно с различных ракурсов.
Далее со ссылкой на фиг. 3 приведена подробная конструкция RGB-матрицы с динамической подсветкой.
Заявленная RGB-матрицы выполнена малых габаритов, а именно не более 50х40 мм и разрешением 4x20, для отображения визуальной информации и статуса устройства на котором будет использоваться RGB-матрица, в виде символов, знаков, а также для декоративной подсветки. RGB-матрица выполнена с возможностью монтажа на миниатюрной модульной видеокамере, например, мини камера 3.0 мегапикселя AR0330 H.264/MJPEG/CMOS веб камера usb hd, данный вариант выбора камеры для заявленного решения не должен трактоваться как ограничивающий иные варианты камер, которые должны быть понятны для специалиста в данной области техники.
Внутри корпуса RGB-матрицы расположена светодиодная цепь, разделенная на две группы RGB-светодиодов (5, 6) с общим катодом SMD0603, при этом каждая группа включает по 40 RGB-светодиодов. В результате чего осуществляется наиболее быстрая возможность управления подсветкой отдельных групп RGB-светодиодов матрицы, а именно осуществляется динамическая подсветка, что позволяет добиться более высокого соотношения динамического контраста, что положительным образом сказывается на получаемом изображении.
Два RGB-светодиодных драйвера (3, 4) постоянного тока с глобальным контролем яркости, при этом драйвера соединены между собой и выполнены с возможностью обнаружения разрыва/замыкания светодиодной цепи. Кроме того, драйвера (3, 4) выполнены в виде 48-канальных RGB светодиодных драйверов и осуществляют защиту от перегрева, и выполняют режим энергосбережения.
DC/DC маломощный линейный регулятор напряжения с малым падением напряжения и защитой от переполюсовки (1), на вход которого подается напряжение постоянного тока.
Трехканальный PNP транзисторный ключ (7).
RGB-матрица с динамической подсветкой включает микроконтроллер (2) с энергонезависимой памятью (2.1.) для хранения и генерации знаков и символов на RGB-светодиоды (5, 6), а также программу, которая управляет процессом воспроизведения статических/анимированных, знаковых и символьных изображений, и управляет яркостью, контрастностью, цветом, и частотой мерцания RGB-светодиодов путем передачи управляющих команд на RGB-драйвера (3, 4). К микроконтроллеру (2) может быть подключён кварцевый резонатор на 8 МГц. При этом, микроконтроллер (2) может быть выполнен в виде высокопроизводительного маломощного 8-разрядного микроконтроллера с продвинутой RISC архитектурой.
Ниже приводится перечень сценариев, в соответствии с которыми сделаны различные вариации частоты мерцания RGB-светодиодов:
Пошаговая (резкая) смена цветов.
Плавная смена цветов без угасания.
Плавная смена цветов с угасанием.
Резкое мигание одного цвета.
Плавное мигание одного цвета.
Резкое мигание со сменой цветов.
Плавное мигание со сменой цветов.
Яркое монохромное быстрое мигание типа строб.
Яркое быстрое мигание типа строб со сменой цветов.
Тусклое монохромное быстрое мигание типа строб.
Тусклое быстрое мигание типа строб со сменой цветов.
В корпусе RGB-матрицы выполнен интерфейсный вход/выход, что обеспечивает возможность подключения к внешнему микрокомпьютеру или программатору для программирования микроконтроллера.
Далее будет описан принцип работы заявленной RGB-матрицы с динамической подсветкой.
На вход DC/DC маломощного линейного регулятора напряжения с малым падением напряжения и защитой от переполюсовки (1) подается напряжение постоянного тока от 3,3 до 7,5 вольт, выход регулятора подключен ко входу подачи напряжения высокопроизводительного микроконтроллера (2) с энергонезависимой памятью (2.1), к RGB-светодиодным драйверам (3, 4) и PNP транзисторному ключу (7).
Вход/выход микроконтроллера (2) подключен к выходу/входу RGB-светодиодного драйвера (3) постоянного тока с глобальным контролем яркости, при этом драйвер (3) соединен с драйверов (4), для передачи управляющих команд от микроконтроллера (2), при этом RGB-светодиодные драйвера (3, 4) выполнены с возможностью обнаружения разрыва/замыкания светодиодной цепи и осуществляют защиту от перегрева, и выполняют режим энергосбережения.
RGB-светодиодный драйвер (3) подключен к трехканальному PNP транзисторному ключу (7), который подключен выходом к анодам первой и второй группы RGB-светодиодов (5, 6).
После подачи напряжения питания, например, 3.3 В, высокопроизводительный микроконтроллер запускает программу для автономного управления процессом воспроизведения статических или анимированных, знаковых или символьных изображений из энергонезависимой памяти (2.1), формирует сигналы для управления этими изображениями и передает указанные сигналы к драйверу (3) по SPI/BIT-BANG интерфейсу, а драйвер (3)  передает сигналы, поступающие от микроконтроллера драйверу (4), принятые сигналы от микроконтроллера драйвер (3) передает к катодам первой группы RGB-светодиодов, а драйвер (4) передает к катодам второй группы RGB-светодиодов, при этом драйвер (3) подключен к трехканальному PNP транзисторному ключу (7), который подает управляющее напряжение с выхода на аноды 80 RGB-светодиодов с общим катодом SMD0603 (5, 6).
В зависимости от программы, используемой в микроконтроллере (2) и переданных соответствующим образом сигналов, по SPI/BIT-BANG интерфейсу драйверу (3), который в свою очередь передает управляющие сигналы драйверу (4); драйвер (3) используя PNP транзисторный ключ, подает напряжение (высокий уровень) на аноды необходимой цветовой группы R/G/B светодиодных кристаллов или их вариации (например RG/RB/BG) RGB-светодиодов (5, 6), а также передает сигналы низкого уровня или Z-состояния (в зависимости от программы) на катоды первой группы, а драйвер (4), передает катодам второй группы RGB-светодиодов. При совпадении высокого уровня, на одном или нескольких кристаллах, на аноде определенного светодиода, определенной группы, с низким уровнем на его катоде, цепь замыкается, через нее начинает течь ток и кристалл или кристаллы этого светодиода начинают светиться.  Причем за счёт частоты попеременного включения/выключения определенных светодиодов, а также за счет уровня напряжения, который задается широтно-импульсной модуляцией, достигается смена кадров анимированного изображения, плавное или резкое изменение цветовой гаммы, а также яркости и контрастности изображения.
Представленная конструкция заявленной полезной модели позволяет реализовать RGB-матрицу с динамической подсветкой малых размеров.