项目概述

本项目是一套基于视觉暂留（POV,Persistence of Vision）原理开发的圆盘旋转彩色成像装置。设备采用 CD 电机驱动径向 LED 阵列高速旋转，利用人眼视觉暂留效应，使离散点亮的 LED 光点融合形成完整圆形彩色画面。创新采用 Royer 谐振无线电能传输方案，摒弃传统旋转设备必备的导电滑环，消除机械摩擦、信号干扰等缺陷；硬件采用 ESP32+RP2040 双微控制器分工架构，搭载 WiFi 网页控制系统，支持自定义图片、网络时钟、气象信息等多种显示模式，整体结构模块化，便于复刻与二次开发。

硬件架构

整机分为供电底座板与旋转显示板两大独立圆形 PCB 组件，圆盘直径 120mm，尺寸与标准 CD 光盘一致。

1. 供电底座板

   • 供电输入：12~24V 直流电源；集成 Royer 无线谐振逆变电路，向上方旋转板无线输送电能；

   • 驱动单元：CD 光驱电机驱动电路，搭配电位器实时调节电机转速；

   • 同步检测：霍尔传感器，每旋转一圈输出基准同步信号，用于 LED 点亮时序对齐；

2. 旋转显示板

   • 主控单元：RP2040 负责 LED 硬实时时序控制；ESP32 承担 WiFi 联网、Web 服务、SD 卡文件存储；两芯片通过 SPI 总线通信；

   • 显示单元：56 颗 RGB LED 沿径向排布，搭配 7 路级联 24 位移位寄存器驱动；通过 PWM 调节 RGB 三色亮度实现彩色混色；

   • 机械配重：电路板元器件对称布局，并配备配重块，消除高速旋转下的重心偏移，抑制抖动。

工作原理

电机带动显示板持续高速旋转，霍尔传感器输出旋转相位基准信号。RP2040 根据实时旋转角度，在对应角度位置精准控制 LED 点亮与色彩。

任意瞬时仅有少量 LED 发光，但由于人眼视觉暂留特性，视网膜上短暂留存的光点影像相互叠加，肉眼观测到连续完整的圆形图像；固件内置极坐标映射算法，修正 LED 径向排布带来的图像几何畸变。

软件功能

1. Web 网页控制系统

   设备开启后可作为 WiFi 热点或接入局域网，用户通过浏览器访问内置网页，无需额外软件；支持上传图片、切换显示模式、调整设备参数、管理本地素材文件。

2. 多模式显示能力

• 自定义图像模式：加载 SD 卡内图片，转换为极坐标格式进行圆形成像；

• 网络时钟模式：联网获取标准时间，展示圆形表盘；

• 气象信息模式：联网拉取天气数据，实时展示天气信息。

3. 双 MCU 任务划分

• ESP32：网络连接、Web 服务、时间与天气数据获取、图片解析存储，向 RP2040 下发图像数据；

• RP2040：响应旋转同步信号，高精度定时器中断控制 LED 时序，实时渲染画面。

核心创新点

1. 无滑环无线供电：使用 Royer 振荡电路实现无线输电，省去导电滑环，降低机械噪音、磨损与电气故障；

2. 双主控异构分工：ESP32 负责网络交互等高时延任务，RP2040 专注 LED 实时时序驱动，保障画面稳定不撕裂；

3. 全可视化网页操控：支持手机、电脑跨平台访问，便捷更换画面、配置功能；

4. 机械平衡优化设计：元器件对称布局 + 配重结构，保障高速旋转稳定性。

应用场景

创意桌面摆件、电子科普展示、科创竞赛作品、创客实验室演示教具，可进一步拓展动态动画、文字滚动等特效功能。

License

• CC BY-SA 4.0

项目地址

https://github.com/lhm0/rotating_display_color