【文章內(nèi)容簡介】 源。 實現(xiàn)方法： 主要通過電機的改裝。 電機的改裝： 電路的供電和 LED 的定位是本制作的一個難點。裝在電機上的電路始終在高速旋轉(zhuǎn)，無法使用通常的方法來給電路供電。但可以通過對電機的改造來解決。一般的直流電機是線圈作為轉(zhuǎn)子，而永磁體作為定子的。 它 是通過電刷來實現(xiàn)給線圈供電的，而且直流電機的旋轉(zhuǎn)需要交變的電流，這是由固定在轉(zhuǎn)子軸上的換向器來巧妙的實現(xiàn)直流變?yōu)榻涣鞯摹?本設(shè)計的 電路是固定在電機的轉(zhuǎn)子上的，它和轉(zhuǎn)子是保持相對靜止的。因此，可以從電機的轉(zhuǎn)子中取得電源。方法很簡單，也就是從電機的換向器上用漆包線把電引到電路板上，經(jīng)整流 、 濾波后給單片機電路供電。換向器上的每個電極什么時候變化 ，是和電機轉(zhuǎn)子的位子有關(guān)的，可以使用其中的一路信號來給 LED 顯示的起始位置定位。 具體改裝過程如下： 1) 拆開電機，注意拆的時候別弄壞了電機的電刷； 2) 小心地從電機換向器上的三個電極引出三條漆包線； 3) 取下電機外殼的含油軸承； 4) 在軸承的圓片上面鉆了幾個小孔，把那三條漆包線從小孔里穿出來。從而可以用來保護漆包線在轉(zhuǎn)子和定子結(jié)合出的安全。 (注意：替代上去的部分是和轉(zhuǎn)子保持固定，和外殼之間是可以旋轉(zhuǎn)的 )。 5) 組 裝回整個電機，電機改裝至此結(jié)束 。 重心調(diào)節(jié) 重心調(diào)節(jié)是最困難的一個技術(shù)環(huán)節(jié)。旋轉(zhuǎn)的重心直接關(guān)系到系統(tǒng)的穩(wěn)定的運行，以 7 及安全性問題。旋轉(zhuǎn)的重心如果不在轉(zhuǎn)軸上的話，在高速的旋轉(zhuǎn)中，會產(chǎn)生劇烈的抖動，在巨大的離心力下，會使整個系統(tǒng)分解，產(chǎn)生安全隱患。所以，重心調(diào)節(jié)是必須解決的問題。下面介紹重心調(diào)節(jié)的方法。 首先是電路板的外觀設(shè)置。根據(jù)物理質(zhì)心計算方法，可知道，均勻的圓盤的重心就在圓盤的中心。但是，由于電子器件的封裝，重量都是不同的，圓盤電路板的重心是不均勻分布的，比較難調(diào)節(jié)，故不采 用這種方法。 根據(jù)杠桿原理，當支點兩端的物體的質(zhì)量與力距乘積相等時，杠桿就處于平衡。因此我采用了長條方型的電路板結(jié)構(gòu)。 圖 杠桿原理示意圖 如上圖 所示，只要 M1*L1 = M2*L2 時，在布 PCB 的同時，只要通過簡單的測量和計算便可以使得杠桿處于平衡。 電源設(shè)計 由于電源是從電機中引出來的，所以需要通過整流、濾波才能為系統(tǒng)供電。如圖 所示為具體的設(shè)計電路。 圖 整流電路圖 M1 M2 L1 L2 電機輸出 8 圖 穩(wěn)壓電路 LED 旋轉(zhuǎn)同步設(shè)計 該電路分為兩個部分： 中斷系統(tǒng) 采用中斷是為了更有效的利用單片機內(nèi)部資源。為了能夠連續(xù)的顯示文字和圖象，本文采用了外部中斷的方法，即在外部中斷的時候，計算和調(diào)整顯示文字和圖象的時間。為了得到可靠的外部中斷源，有兩種方法。其一，如圖 所示： 圖 采用光感的外部中斷電路 但是，這種方法功耗相對比較大，而且成本比較高。 為了減少制作成本，通過比較，有個更好的方法。因為電機是三相的，帶電刷轉(zhuǎn)動的，即每轉(zhuǎn)一周，三個電刷會得到從高到低， 又從低到高的邏輯電平狀態(tài)。因此可以從中引出一條線來作為外部中斷源，穩(wěn)壓輸入 9 這個方法簡單容易實現(xiàn)，其具體的電路如圖 ： 圖 簡單的外部中斷電路圖 該方法利用電刷在轉(zhuǎn)動過程中的電平變化 ， 通過一個三極管 S8050 轉(zhuǎn)換成單片機可以識別的數(shù)字邏輯電平，解決了外部 中斷 的問題，電路簡單，可靠性高。 LED 驅(qū)動電路。 本文采用了 MAXIN 公司的 MAX6969 大電流 LED 驅(qū)動芯片，其外部接口電路非常簡單。如下圖： (圖上的 OUT0 到 OUT15 通過一個 100Ω 電阻接到 LED 上 )。 圖 MAX6969 驅(qū)動電路 MAXIM6969是 MAXIM公司采用先進的技術(shù)生產(chǎn)的具有高集成度的電路器件。MAX6969串行接口 LED驅(qū)動器提供 16個漏極開路、恒流吸收、額定 LED 驅(qū)動器輸出。 MAX6969采用 3V至 電源供電。 MAX6969電源和 LED電源能以任意順序上電。 10 所有恒流輸出均由一個外部電阻設(shè)置，每路高達 55mA。 MAX6969采用 25Mb、工業(yè)標準4線串口控制。 MAX6969采用工業(yè)標準移位寄存器加鎖存器形式的串行接口。數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)輸入 DIN和時鐘輸入 CLK移入驅(qū)動器 的 16位移位寄存器。 16個時鐘周期后，輸入數(shù)據(jù)出現(xiàn)在輸出 DOUT，此工作模式可實現(xiàn)多個 MAX6969級聯(lián)。鎖存使能輸入 LE將移位寄存器的 16位數(shù)據(jù)裝入 16位輸出鎖存器，以決定各個 LED的開關(guān)。輸出使能輸入 OE控制所有 16個輸出的開關(guān)，其快速響應(yīng)特性適合作為控制 LED亮度的 PWM輸入。 其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖 ： 圖 MAXIM6969 的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 MAX6969工作時序圖如下： MAX6969的串口為 4線串口，使用 4路輸入 (DIN、 CLK、 LE和 OE) 和 1路數(shù)據(jù)輸出(DOUT)。該接口用于向 MAX6969寫入顯示數(shù)據(jù)。串口數(shù)據(jù)字長為 16位，即 D0–D15。見上圖。五個接口引腳的功能如下所述。 DIN是串行數(shù)據(jù)輸入，在 CLK信號的上升沿進行采樣時必須保持穩(wěn)定。數(shù)據(jù)移入時，首先移入 MSB。即首先同步輸入數(shù)據(jù)位 D15，然后依次輸入其它 15位數(shù)據(jù)，到 LSB位 D0結(jié)束。 CLK是串行時鐘輸入，在其上升沿將數(shù)據(jù)通過 DIN移入 MAX6969的 16位移位寄存器。 LE是 MAX6969鎖存器的裝載輸入。 LE為高電平時 (透明傳輸鎖存器 )，數(shù)據(jù)由 MAX6969的 16位移位寄存器傳輸至 16位鎖存器，并在 LE下降沿鎖存數(shù)據(jù) (圖 )。 11 圖 MAXIM6969控制時序圖 第四個輸入為輸出驅(qū)動器提供輸出使能控制。 OE為高電平時強制輸出 OUT0–OUT15為高阻態(tài)，并且不會改變輸出鎖存器的內(nèi)容，為低電平時則使能輸出 OUT0–OUT15， 以反映輸出鎖存器的狀態(tài)。 OE獨立于串口工作。無論 OE為何狀態(tài)，數(shù)據(jù)都可移入串口移位寄存器并鎖存。 DOUT是串行數(shù)據(jù)輸出，在 CLK的上升沿將數(shù)據(jù)從 MAX6969的 16位移位寄存器移 出。 DIN輸入端的數(shù)據(jù)移入移位寄存器，并在 16個時鐘周期后出現(xiàn)在 DOUT端。 下 面簡單的計算一下這個電路的功耗。 MAX6969LED 驅(qū)動電流的大小是由一個外部電阻決定的。在本電路中，這個電阻 RSET 取 360Ω。 RSET = 18000 / IOUT () 因此 IOUT = 18000/360 = 50 mA () 其功耗計算如下 ： PD = (V+ x I+) + (VOUT x DUTY x IOUT x N) () 其中 ： V+ = 供電電壓 I+ = N路輸 出吸收 IOUT LED驅(qū)動電流時的電源工作電流 DUTY = 加至 OE端的 PWM信號占空比 N = 同時用來驅(qū)動 LED的 MAX6969輸出端口數(shù) (最大值為 16) VOUT = MAX6969驅(qū)動負載 LED時端口的輸出電壓 IOUT = 由 RSET設(shè)定的 LED驅(qū)動電流 PD = 功耗，如果電流單位為 mA，其單位為 mW IOUT = 50mA， N = 16， DUTY = 1， VOUT = 2V PD =（ 5V*50mA） +(2V*1*50mA*16) = () 12 旋轉(zhuǎn) LED顯示原理 人眼具有視覺暫留的特性，當畫面以一定速率刷新時，人們看到的就是連續(xù)的圖像 。 旋轉(zhuǎn)掃描的原理：由于人眼具有視覺暫留的特性 ， 當畫面以一定速率刷新時 ， 我們看到的就是連續(xù)的圖像 ， 電視機顯示采用逐點掃描方式 ， 每秒鐘要刷新畫面 50 場 (25 幀 ),而在人眼中則是一幅完整的畫面 ， 傳統(tǒng) LED 顯示屏一般采用 1/16 掃描 ， 16 行進行逐行循環(huán)點亮 ， 由于刷新速率足夠大 ， 看到的也是一幅穩(wěn)定的畫面。它的原理示意如圖 所示 ， 其中 (a) (b) (c) (d) (e) 分別是不同時刻的顯示狀態(tài) ， (f)為人眼看到的完整畫面 “ 3”。 在這種 LED顯示屏中 ， 采用的是逐行換位下移點亮器件的掃描方式 ，每一行都必須 有 LED顯示器件 ， 這就使顯示屏的成本偏大 。 圖 傳統(tǒng) LED 顯示屏的顯示原理圖 旋轉(zhuǎn)掃描方式顯示器只有一列 ， 由電機帶動它進行旋轉(zhuǎn) ， 運行到某一位置時就顯示該位置的狀態(tài) ， 到下一位置后又顯示下一位置的狀態(tài) ， 即一列顯示器件要完成全部圖像的顯示 ， 掃描過程由機械轉(zhuǎn)動更換位置來實現(xiàn) .其顯示原理如圖 。 圖中 a)b)c)是 圖 旋轉(zhuǎn)柱式顯示屏的顯示 原理圖 不同 時刻的顯示狀態(tài) ， d)是人眼看到的完整畫面 “ 3” 。 由于旋轉(zhuǎn)掃描成像不是平面 ， 而是一個柱面 ， 所以稱之為旋轉(zhuǎn)柱式顯示屏 ， 其觀看視角是 360176。 。 13 第三章 系統(tǒng)中所用到的 nRF401 無線芯片介紹 無線數(shù)據(jù)收發(fā)組成結(jié)構(gòu) 無線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)有點對點，點對多點和多點對多點三種。本系統(tǒng)由于實際應(yīng)用的需要，接收器和數(shù)據(jù)終端之間的數(shù)據(jù)傳輸通過 nRF401 進行，構(gòu)成點對點無線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)。整個系統(tǒng)中，兩數(shù)據(jù)終端之間的無線通信采用 433MHz 的頻段作為載波頻率，收發(fā)通過串口通信。 無線數(shù)據(jù)收發(fā)系統(tǒng) 【 1】 可以分為無線收發(fā)控制電路、單片機控制電路、顯示電路和按鍵電路四部分組成， 系統(tǒng)原理 如圖 所示 ： 圖 無線數(shù)據(jù)收發(fā)系統(tǒng) 系統(tǒng)實現(xiàn)過程 當我們需要發(fā)送數(shù)據(jù)時，使用按鍵來輸入所需發(fā)送的信息。按鍵與 單片機 AT89S52的 口相接，單片機 的 口控制信息的發(fā)送與接收，并且 TXD 端（ ）與收發(fā)器的 DIN 端相連，通過 TXD 端將數(shù)據(jù)傳入收發(fā)器，收發(fā)器 接收到數(shù)據(jù)后，通過FSK 調(diào)制，將信號發(fā)送出去； 當我們需要發(fā)送 數(shù)據(jù)時，使用按鍵來輸入所需發(fā)送的信息