一、项目概述

Rotating LED Sphere 是一套完全开源的桌面级POV 视觉暂留球形显示系统，原型灵感来源于拉斯维加斯巨型 Sphere 球幕。设备依靠 LED 环形阵列高速旋转，利用人眼视觉暂留效应，在空中构建出 170mm 直径的虚拟球面显示屏，无需实体球面屏幕即可显示图片、GIF 动画与自定义球面视频。项目全部 PCB 工程、固件代码、3D 打印结构、装配文档对外开放，面向电子爱好者、创客，支持完整 DIY 复刻；项目协议为 CC‑BY‑NC‑SA 4.0，仅限非商业使用。

二、工作原理

系统核心为视觉暂留 (POV) 成像：电机带动环形 LED 电路板持续旋转，霍尔传感器实时采集转子旋转角度，主控芯片根据角度位置，在精确的时间点点亮对应 RGB‑LED。人眼会将不同时刻不同位置的光点叠加，拼接成为完整连续的球面图像。

旋转的 LED 电路板不使用电刷滑环供电，而是采用磁耦合无线感应供电，通过一对发射、接收线圈隔空传递电能，彻底消除滑环磨损、接触打火的问题，提升整机寿命与可靠性。

三、硬件系统

主控与信号处理

1. RP2040 微控制器：作为核心运算单元，负责角度读取、LED 时序控制、图像帧解析、电机调速。

2. 可选 ESP32 模块：拓展 WiFi 网页控制接口，电脑、手机浏览器可直接访问，上传素材、切换画面、调节亮度转速。

3. SD 卡存储模块：本地存储 GIF、静态图片以及项目自定义 rs64 球面视频格式文件，脱机播放媒体素材。

LED 驱动单元

• 共 64 颗 RGB LED 组成环形阵列，球面有效分辨率 64×256 像素。

• 使用 24 位串行移位寄存器搭配 MOSFET 实现 LED 驱动；硬件采用限流电阻保护 LED，官方推荐取值 270Ω，支持 8 级 PWM 亮度调节。

供电系统

项目经历两代供电迭代：

1. 新版采用 USB‑C PD 供电（CH224K 芯片），外部 PD 电源输出 9‑24V，最大 3A 输出，替代早期 12V 直流输入方案。

2. 底座端线圈将电能转换为交变磁场，旋转端接收线圈感应取电，给旋转电路板、LED、主控供电。

3. 板载 TPS54302 降压芯片，为驱动电机提供足够电流；设置实体按键实现电机增速、减速控制。

机械与传感部件

1. 霍尔传感器：用于转子旋转相位同步，保证图像不会发生错位、撕裂。

2. 3D 打印全套结构件：包含底座外壳、转子圆盘、电机固定座，配套打印参数与装配图纸。

3. 直流驱动电机，电路板做了大孔径机械加固，强化电机转轴与 LED 圆环的连接强度；装配时需要做转子动平衡，抑制高速旋转带来的震动。

四、软件与固件功能

1. 媒体解码：支持静态图片、GIF 动画播放，同时使用自定义rs64球面视频格式，适配球面显示优化。

2. 脱机运行：读取 SD 卡内媒体文件，上电直接播放预设内容，无需上位机。

3. 网页控制（ESP32 选配）：浏览器端完成素材上传、画面切换、转速调节、亮度参数修改。

4. 转速闭环控制：按键调速，到达最高转速自动限幅，具备基础的运行保护逻辑。

五、关键注意事项

1. 电源适配：供电电压会直接影响 LED 亮度，12V 供电场景软件端必须降低亮度；高压工况需要满足 2‑3A 电流输出，避免供电不足画面异常。

2. 机械动平衡：高速旋转状态下不平衡会产生剧烈震动，是 DIY 复刻的主要难点。

3. 开源协议限制：项目禁止商业用途；二次修改、分享必须遵循 CC‑BY‑NC‑SA4.0 协议。

4. 装配要点：转子、线圈位置需要对齐，霍尔传感器安装位置直接决定成像是否扭曲错位。

六、应用场景

适合创客作品展、电子竞赛、毕业设计、桌面创意摆件，用于 POV 显示、无线电能传输技术学习演示。

七、License

CC BY-SA 4.0

八、项目地址

https://github.com/lhm0/rotating_sphere