我们的旋转led灯报告 2

旋转LED灯制作报告
学校：
专业：
作者：
作品名称：旋转LED灯
摘要：
本设计基于人的视觉停留效果，即物体在快速运动时, 当人眼所看到的影像消失后，人眼仍能继续保留其影像0.1-0.4秒左右的图像，设计了一个在高速旋转的电机上用利用51单片机控制两排LED灯的亮灭，进行字符或图形的显示。

我们为了能够对电机进行速度的控制，又用了另外一块51，同时通过红外遥控来控制这两块单片机，让电机能够正反转或是加速减速和显示字符图画的选择。

利用AH3144单极性霍尔传感器来达到同步的目的。

本次设计的一个难点是供电问题，在我们很多天的不断尝试后，我们最后利用了还算比较稳定的自制机械供电，基本可以达到要求。

在设计中还许多地方受条件和自身能力的限制，还有很多地方不够完善，有待改善和进一步学习。

目录
一、设计要求 (1)
二、系统方案 (1)
三、硬件电路设计 (3)
3-1主板红外控制电路 (3)
3-2霍尔传感器模块 (4)
3-3平面LED驱动模块 (4)
3-4立体LED驱动模块 (5)
3-5温度传感器模块 (6)
3-6时钟DS1302模块................................ . (7)
3-7电机控制电路 (7)
3-8主板供电模块 (8)
四、程序设计 (10)
五、效果图展示 (11)
六、元件清单 (12)
七、项目总结 (12)
一、设计要求：
旋转LED灯，顾名思义就是控制LED灯在高速的旋转的过程中不停地闪烁利用人的视觉暂停使看到LED灯显示出来的图案或者文字。

要使电路板旋转要使用到直流电机，直流电机也要经过控制，使电机可以达到正转、反转、暂停、调速等功能。

并且在电路板高速旋转的状态下给电路板上的控制器件持续稳定的供电。

二、系统方案：
系统的设计我们采用模块化分工设计，像大多数电子产品一样分为硬件模块和软件模块两大方面。

硬件方面又细分为电机控制电路、主控板电路、供电电路、驱动模块、显示模块，又在硬件的每个模块又分别给予软件上的支持，使硬件与软件高度耦合，最终达到我们的设计要求。

三、硬件电路设计：
主板实物图简介：
3-1）
单片机以其集成度高、功能强、可靠性高、体积小、功耗低、价格廉、使用灵活等一系列优点得到迅速的发展，渗透到我们生活的各个领域，几乎很难找到哪个领域没有单片机的踪迹。

导弹的导航装置，飞机上各种仪表的控制，计算机的网络通讯与数据传输，工业自动化过程的实时控制和数据处理，广泛使用的各种智能IC卡，民用豪华轿车的安全保障系统等，这些都离不开单片机。

系统采用STC89C52为主控芯片，芯片引脚及使用情况如下电路
3-2）主板红外控制模块与单片机外部中断1连接用于接收遥控器的控制：
3-3）霍尔传感器模块：与单片机外部中断T0连接，用于确定旋转的起始位置。

霍尔传感器处于工作状态时，输出总是处于高电平状态，当磁钢N极接近传感器正面的有效距离，输出端变为低电平。

当磁钢撤离传感器有效距离，输出端又显示低电平，从而产生下降边沿，使单片机中断口接收到下降沿，从而发出中断，使得电路能够同步。

当霍尔传感器感应到N极时会回到原始状态，达到复位的功能。

霍尔传感器是一种磁传感器。

它可以检测磁场及其变化，可在各种与磁场
有关的场合中使用。

霍尔传感器以霍尔效应为其工作基础，是由霍尔元件和它的附属电路组成的集成传感器。

霍尔传感器在工业生产、交通运输和日常生活中有着广泛的应用。

此次实验中运用了AH3144单极性霍尔开关电路。

AH3144E、AH3144L是由电压调整器，霍尔电压发生器，差分放大器，施密特触发器和集电极开路的输出级组成的磁敏感电路，其输入是磁感应强度，输出是一个数字电压讯号。

它是一种单磁极工作的磁敏感电路，适合于矩形或者柱形磁体下的工作。

AH3144L的工作温度范围为-40~150℃，可用于汽车工业和军事工程中。

它们有两种封装形式：TO-92UA和TO-92T。

霍尔传感器原理如下图：
3-4）平面LED驱动模块，采用俩块串转并芯片595驱动十六个LED，而控制口只需四根线，极大程度上节约了单片机IO口的资源。

74HC595，是为Motorola的SPI总线开发的一款串并转换芯片。

由于74HC595的输入输出电平兼容LSTTL,NMOS,CMOS电平，且具有较强的输出负载能力，而被广泛
地运用于MCU（微控制器）、MPU（微处理器）的I/O口扩展。

74HC595在5V供电的时候能够达到30MHz的时钟速度，每个并行输出端口均能承受20mA的灌电流和拉电流。

这个特点保证了不用增加额外的扩流电路即可轻松的驱动LED。

它输入端允许500nS的上升（下降）时间，对严重畸形的时钟脉冲仍能检测。

这样就可以容纳较大的传输线对地电容，使本设计的抗干扰能力增强。

4HC595并行输出端与LED模块列线之间通过100Ω的电阻连接，这里电阻起到分压，去除红色LED的并联嵌位作用。

使红绿两组LED均能正常发光。

3-5）温度传感器模块仅仅占用一个IO口很实用：
3-6）时钟DS1302模块，此时钟电路是实现实时时钟显示的必须占用IO资源也不多驱动也比较简单。

DS1302是DALLAS公司推出的涓流充电时钟芯片，内含有一个实时时钟/日历和31字节静态RAM。

通过简单的串行接口与单片机进行通信：实时时钟/ 日历电路提供秒、分、时、日、日期、月、的信息，每月的天数和闰年的天数可自动调整：时钟操作可通过AM/PM指示决定采用24或者12小时格式。

DS1302与单片机之间能简单地采用同步串行的方式进行通信，仅需用到三个口线：（1）RES（复位）；（2）I/O（数据线）；（3）SCLK（串行时钟）。

时钟/RAM的读/写数据以一个字节或多达31字节的字符组方式通信：DS1302工作时功耗很低，保持数据和时钟信息时功率小于1mW。

电路原图如下：
3-7）电机控制电路：由另一个51单片机控制，并设有红外接头，可以接受外部的信号来实现电机在各种工作状态之间转换，由于底板单片有机剩余IO 口，我们还加上了蜂鸣器控制电路，可以以实现曲子的播放。

我们使用了电机驱动芯片L298.该芯片是ST公司生产的一种高电压、大电流电机驱动芯片。

该芯片采用15脚封装。

主要特点是：工作电压高，最高工作电压可
达46V；输出电流大，瞬间峰值电流可达3A，持续工作电流为2A；额定功率25W。

内含两个H桥的高电压大电流全桥式驱动器，可以用来驱动直流电动机和步进电动机、继电器线圈等感性负载；采用标准逻辑电平信号控制；具有两个使能控制端，在不受输入信号影响的情况下允许或禁止器件工作有一个逻辑电源输入端，使内部逻辑电路部分在低电压下工作；可以外接检测电阻，将变化量反馈给控制电路。

使用L298N芯片驱动电机，该芯片可以驱动一台两相步进电机或四相步进电机，也可以驱动两台直流电机。

我们在这里只用了一个直流电机。

电路原理图如下：
3-8）主板供电模块：是本次制作比较难的一部分，也是我们有特点的地方，我们采用的是电环供电，当工作时轴在转动而环不动，又要从转轴上供给稳定的电压，并且电环与转轴之间的摩擦力又不能太大。

我们先在电机轴上滴上胶水，用一根细铁管套再电机轴上固定，这样铁管与电机转轴不导通，再往细铁管上套上电环（电环又两部分嵌套组成，可以相对自由转动，且两部分导通），此电环与细铁管导通，再往细铁管包一层绝缘胶布，然后再套上另一个电环，固定好之后，就可以从细铁管引一电线出来，从上面那个电话再引一电线出来，这样就可以给上层旋转电路板提供地线和电源线了。

四、程序设计：
五、效果图展示：侧面效果图：
正面效果图：
六、主要元件清单：
七．项目总结
10月初，我们看到了长沙理工举办的第八届物电杯的通知，我和我同学就决定参加这次的比赛。

刚开始我们根本不知道是做什么的，知道看了比赛要求我们觉得旋转LED灯这个我们有可能做出来，然后我们毅然决然的选定这个了。

然后我们开始大量的从网上收集资料，还请问了学长们。

可是在开始的几天了一切都是很迷茫。

不过我们把大体的原理还是搞明白了。

然而我们没有意识到其实问题不是我们想象的那么简单。

旋转LED灯有一个很困难的地方就是给旋转的主板供电问题。

我觉得这是对我们来说最大的阻碍。

在收集资料几天后，我们开始处理这个最难以解决的问题。

俗话说“初生牛犊不怕虎”也许我们就是那样，刚开始我们选择了无线供电，我和我同学做了10多天也没结果，想起来有时候觉得挺搞笑的，我们查阅了很多资料，也问了学长们。

利用了我们所能做到的，而且我们还在淘宝上买了线圈，可是最终我们失败了，那天我们觉得放弃，心里觉得很不是滋味，我们已经做了很多天，就这样我们开始寻找另外一个供电方式。

我们尝试了电刷，不过还是不稳定，最终又失败了。

然后又用另外一种电刷也失败了。

我们又用了轴承导电传输，不过也以失败而告终。

经历了一次次的失败。

我们好犹豫，好迷茫，眼前一片黑暗，不过我们没有放弃，再不断地寻找新方法，皇天不负有心人，我们最后在实验室找到一种东西，然后自制了一个供电系统。

就这样得以解决了。

在做的过程中由于我们没有谨慎的考虑原理图，急着看到成果，结果很多机械问题不得不让我们重新再画一次板子。

特别的是我们由于不小心把我们自制的供电部分弄坏了我们又重新做了一个。

在实验过程中我们还遇到了很多很多问题，最后都被我们解决了。

经历了一个月的奋战，紧张而又充实的实验室生活终于落下了帷幕。

回想这段日子的经历和感受，我感慨万千，每天上课睡觉都想着怎样解决问题，好多天都叫外卖，我们经常帮彼此带饭。

一个个新问题的不断产生，一个个问题又被解决，我拥有了无数难忘的回忆和收获。

脚踏实地，认真严谨，实事求是的学习态度，不怕困难，坚持不懈，吃苦耐劳的精神是我们在这次设计中最大的收益，这是一次意志的磨练是对我们实际能力的一次提升，会对我们未来的学习和工作有很大的帮助。

通过制作这个旋转LED灯，我深刻体会到要做好一件完整的事情，需要系统的思维方式和方法，对待要解决的问题，要耐心、要善于运用已有的资源来充实自己。

同时我也深刻的认识到，在对待一个新事物时，一定要从整体考虑，完成一步以后再做下一步，这样才能更有效。

以前我们别人网上做的视频好炫，我现在想说我们也做出来了，靠的是四个字：永不放弃。

感谢所有帮助我们的同学朋友，也感谢我们队友彼此的鼓励努力。

希望我们再接再厉，做出更炫的东西。

2013年11月26日。