一、设计方案
在制作过程中首先要考虑整个旋转LED系统的结构,首先是机械结构,因为如果机械机构做得不好就会使整个系统不稳定。由于整个系统在高速的旋转中,平衡问题就是我们必须首先考虑的问题,为了解决这个问题,我们必须首先调节轴两边的长度及各个元器件位置的分布,尽量使两边的重心离轴的距离一样,但是两边LED灯的分布则成了这个系统的难点,由于两边竖着的灯在高速旋转的时候需要很大的向心力,所以这样会使整个旋转部分抖动厉害,为了解决这个问题我们做了很多尝试,最终把所有的器件都放到了旋转板上(竖着部分只有LED灯),这样一来就是抖动小多了,这就为整个旋转LED系统做了一个很好的铺垫。
接下来要考虑的就是怎样为高速旋转的部分供电,这就是整个系统的一个难点。我们首先选用了电刷供电,为了弄懂电刷供电原理我们特意拆了电机进行研究,虽然最后我们成功了,但是电刷供电稳定性差,从而导致整个系统不稳定。之后我们又尝试了无线供电,但无线供电在传输的过程中损耗较大,导致电路板上电能不足,灯的亮度微弱,效果不佳。鉴于以上原因,最后,我们选择了直接供电方式,虽然不是很美观,但效果非常好,系统运行较稳定。
二、工作原理
1.工作原理
实验证明,人的大脑无法清洗辨识运动速度过快的物体。当物体运动速度达到20~40转/秒时,大脑无法辨别物体的运动。如下图所示。
本设计以STC12C5410单片机位主控芯片,在一个固定台上安装电机,通过电机驱动连接杆旋转,在连接杆的两端安装有两排弧形LED阵列,这两排LED阵列半径不同,因而旋转起来会呈现双层环形效果。只要控制灯在适当的时候亮灭就可以形成显示屏的效果。其结构示意图如下图所示。
其原理图如下图所示。
本作品涉及的技术主要有,单片机控制、LED驱动、电源供电等方面的知识。
(1)单片机控制:当某个LED在高速的旋转情况之下,会以某个频率在空间的某一点来回出现。所以需要通过定单片机控制,让其在对应时刻点亮或是熄灭,超过一定的频率时,由于人眼的视觉暂留效应,而无法分辨出在闪烁。因而可以通过单片机定时器的功能控制其显示内容。
(2)LED驱动电路:由于旋转会降低LED显示的亮度,为此我们选择高亮度的发光二极管,与单片机1/0相连,通过单片机程序设定控制LED灯的亮灭。
(3)电源的供电方式:旋转LED显示屏的硬件难点既是电路板的供电问题,因为系统始终处于高速旋转的状态,在此我们将电机驱动和LED驱动供电部分分开,这样虽然增加了硬件开销,但使得系统更加简单。
2.系统电路图
该系统包括两个相同的上图的电路。下图是其外围电路。
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