POV旋转LED制作经历

POV旋转LED制作经历
作者：小卒
POV旋转LED屏原理也非常简单，就好像是普通的流水灯，然后让流水灯再旋转起来，利用人眼的视觉暂留时间就可以在大脑中形成完整的文字。

亲手制作的旋转LED，废话不多说，先上几张成品效果图，由于属于业余爱好，个人经费预算有限，多种物料都取之废品之上，纯属业余，如文中有理解不正确之处还请多多指正。

为了这张图片，断断续续累积把我近3个月的业余时间都用掉了，虽然不是什么高科技玩意儿，网上也有很多教程，不过自己亲手做出来也不是件那么容易的事，经历了许多困难，下面一一道来，以便后续有爱好者制作时参考，少走些弯路。

之前用51单片机作过一个摇摇棒，效果一般，因为每个人摇动的速度及幅度都不一样，导致在不同的人手里显示效果有差异，后来想升级改进一下程序，无意间想起之前在LED广告展览会上看到过一个球形的旋转LED广告牌，可以当作地球仪也可以显示字和图片等，所以自己也想搞一个旋转LED显示来玩玩儿，也因此把那个摇摇棒升级的事抛一边不管了。

画原理图：首先就是画原理图，如下图所示，原理图比较简单，主控制部分我用现成的STM32迷你开发板替代的（主要是没钱打样PCB板啊），下面对其他部分电路大概简述一下：此系统供电压为5V，电流1.5A以上的电源
RTC电池供电：此部分是电池为RTC实时时钟供电，用于掉电后保存数据（暂没安装电池）
Boot启动选择：选择STM32以哪种方式启动，具体启动方式可参考ST官网规格书
SWD：此为J-Link仿真调试接口，SWD模式只需前4 pin针即可
USART：USB转TTL串口通讯接口
红外接收和红外发射：我使用的是一个红外对射管（包含一个发射和一个接收）
无线供电发射与接收：此部分我是在淘宝上买的现成的模块，原因后续再讲
无线供电时钟源：产生方波，给无线供电电路提供脉冲源
LED显示部分：原理图画的32颗LED灯（PA和PB每个口16个LED），因为平衡问题旋转时抖动太大，故实际我只用了PB口的16个LED灯，即16点阵，来减小抖动量，有兴趣的可以试一下32点阵
选物料，搭电路：PCB画板打样费用较贵，故用现有的STM32迷你开发板替代主控部分，其他电路手动搭建，紧接着就是选物料，电子物料选的基本都是常用物料，电机是从被宝宝报废掉的玩具上拆的；
初步调试：写程序，先在开发板上进行主程序的调试，在没有旋转的情况下进行刷屏显示（即流水灯），看点阵显示是否正常，经过两周业余时间的调试，主程序在没有旋转中断的情况下没什么问题了安装电机：因为电机需要固定在一个支架上，手头又没有合适支架，后来实然想到用红牛罐，于是去超市买罐红牛，喝完后把上盖打磨去掉，然后再在底部打上安装孔，将电机固定在红牛罐上，由于是金属罐感觉还算结实，以方便后续组装连调用
如下两图为固定电机用的红牛罐
下图为PCB托板固定于电机轴上
无线供电：无线供电部分，我认为是本制作第一个遇到的难点，最初我是按如上原理图进行焊接调试的，显波器单独测试方波发生电路没问题，可以调节电容的大小产生不同频率的方波，由于测试不方便，后续测试我用信号发生器替代，线圈是我从变压器里拆的漆包线自己绕的（下面有图），线圈越扁平效果越好，开始用8050三极管驱动线圈发射电磁场，接收端接LED没问题，可以正常供电，但供电电流太小（个人理解在一定范围内电磁场变化越快，传输效率应该越高），经测试用20KHz左右的方波驱动时供电电流最大，短路电流也只有80mA左右，无法满足设备运行所需的功率；后来又用大功率MOS管替代8050三极管，一下把LED都给烧了，感觉挺强劲的，测量其短路电流能达到220mA以上，实际组装后发现开发板有时能工作，有时不能工作，发射线圈电流也挺大的但LED 亮度却十分微弱，再拆下来单独测试线圈，对比发现有两个问题
1.传输距离达不到要求，在收发线圈紧挨着时最流最大，稍微离开点（约3-4mm左右）电流就迅速减小
2.涡流效应，因为红牛罐是金属的，PCB托板为多层板，内层也存在大面积铺铜，在变化的磁场中会产生
涡流，吸收磁场产生热量（类似于电磁炉）
随后把红牛罐换成了一塑料的，PCB托板也找了一个双层板且无铺铜板子替代，把铜走线全部拆掉后测试，效果有所改善，网上查得提高频率可增加传输距离，但实际验证是提高频率后功率却减小了，距离也没感觉到有啥改善，也许是因为集肤效应的缘故吧，因为是自己绕的线圈，用的是单股的粗线，待频率提高后由于集肤效应电流只在导线的表面走，因为是单股线表面积有限，导致功率变小，手里没有多股细漆包线，无法进一步验证，无奈选择淘宝购买一个线圈，无意间发现有成套的无线供电模块，于是买了一套，用于替代原理图上的无线供电收发电路那部分，有了此模块可省去不少时间，无线供电部分到此为止算是淘宝帮我解决了。

待后续有时间了再专门研究一下。

下图为自绕线圈
转速问题：后来发现玩具电机空载转速虽高，但转距很小，带载后转速明显下降，而且电流迅速上升，转一会儿电机就烫手，想再去淘宝买一个电机，不过后来在一次偶然的机会，碰到一老乡吹风机坏了，买了个新的旧的要扔掉，刚好被我收留了，没查啥原因立即拆了取下电机，发现比玩具里的电机大点，也是直流电机，后来测试也是转速高转距小，带载后发热厉害，就这样先凑和着调试用吧。

增加中断：后来增加红外中断，重新调试并更改程序，旋转的情况下初步测试ok
下图为无线供电发射发圈和红外发射电路
此为无线供电发射线圈
此为红外发射二极管
此为迷你开发板
此为无线供电
接收整模块
此为PCB托板，累母为配重
此为红外接收管，组装后与红外发射管对应
此为无线供电接收线圈
此为显示LED灯
旋转平衡问题：我认为是本制作遇到的第二个难点，也是最大的难点，像上面的无线供电部分还可以通过买现成的模块或其他技术手段解决，但对于旋转平衡的问题，就没有那么简单了，我把核心控制板和LED灯条板固定到PCB托板上，然后用吊线法大概找到整板的重心，然后打孔安装于电机轴上，试着旋转一下，速度很低时还好，转速稍微一提高，就开始抖动，后来在PCB托板周围打了一圈的孔用于增加配重（如前示意图的螺母），然后就开始慢慢的试验过程，根据转速试着调整配重的重量及位置，始终无法达到满意的高转速低抖动量，一是因为电机本身转距小带载能力不足，二是抖动更不利于提高转速，我也是束手无策，最终没能完全解决，大概找了一个虽不满意还算是比较好点的平衡位置，就此接着开展后续的工作。

整机连调：接下来就是正式显示字符连调了，频繁的更改程序和调试，用了大概一周左右的时间，由于转速低，虽然能显示但效果很不理想，就又回到了解决旋转平衡的问题上了，要想个办法增大转矩才是，当然是用齿轮了，齿轮可以降低转速提高扭力，于是周末顶着大太阳跑去废品收购站了，两块钱就淘到一个报废遥控玩具车，拆开后发现后轮驱动轮和前轮转向轮均有减速齿轮箱，由于后轮不方便安装，所以选用前轮减速齿轮箱，齿轮箱还算不错，就是减速比有点大，转速不太高，不过扭力确实提高了不少，旋转部分不太好安装，用热熔胶加固了一下，最后测试了一下，效果也不太好，不过比之前强多了，但随之而来的齿轮箱噪音也出现了（忍忍吧）。

休息一下。

增加齿轮箱以后如下图所示
由于转速稍微提高，导致字符显示都变得过于肥胖了，把延时都调小以后效果还不错，如下图所示
结束：最终测量显示转速稳定后仅电机的电流就能达到850mA左右，其他共140mA左右，所以就先用了一个5V，1A的手机充电器作为电源，可以显示，但亮度较弱，可见充电器也不达标啊；由于抖动需要加底座固定，否则旋转的过程中会自己移动，我没加底座，所以用手拿着测试的，测量转速约为60r/s左右，对于目前的结构来说转速已很难提高了，要想提高转速则需要调整整个结构，就不再继续捣鼓了，至此也就结束了整个制作过程。

可以休息一阵子了，晚安！！！。