LED旋转显示屏设计.doc

电子设计竞赛作品

题目：立体旋转LED显示屏
学院：物理与电子科学学院
专业：应用电子技术教育
学生姓名：疯子咬手指
设计时间：2013年6月22号

LED旋转显示屏设计

摘要：本设计在电机高速旋转中利用单片机控制LED的亮灭，进行“湖南科技大学”字样以及小人走路的显示，控制器采用廉价的STC89C52单片机，采用无线供电，红外操控完成显示内容的传输、字库的转换、显示等功能。显示的内容给人一种漂浮的感觉，并且是360°全方位的显示，可以用于很多的场合，比如广告牌、家庭装饰、记分牌、娱乐显示等。
关键词：单片机，LED显示器，旋转显示，无线供电，红外操控
实现功能：
基本功能：
1.通过双电源模式给旋转模块以及电机模块供电，基本实现“湖南科技大学”以及小人走路，但是由于硬件不足（LED亮度不足以及旋转不够快）显示字样笔画有拖长现象，而且无法灵活进行模式转换。
改进功能：
通过无线供电技术减轻旋转模块重量，加快旋转速度，减短点亮单个LED的延时，解决字体笔画旋转时拖长的不足。
利用红外发射接收模块使得旋转LED在转动时能够对其进行建议操作实现旋转LED显示频的模式转换以及亮度调节。
应用PWM模块对电机进行调速。
功能延伸：
1.另外扩展了一块存储器芯片29C040作为字库存储器，储存一个完整的汉字库，通过上位机可以实现电脑的串口直接与单片机的串口实现通信，这样就省去了向以往那样向单片机中烧录hex文件的烦恼，这样就可以更加随意的让显示屏显示自己想要显示的汉字，由于在使用的过程中，与电脑直接相连的单片机要想吧数据传送到旋转板子上的单片机上面，最好的使用方法就是使用无线通信将数据传送给旋转板子的单片机，所以使用无线通信来传送数据。
二、方案论证与比较：
供电方案
1.1方案1：采用固定电池供电。即在电路板是直接附带一个蓄电池，为系统供电。这种供电方式比较简单。但是，有两个问题难以解决。首先，高亮度LED的功耗比较大，而电池的蓄电量有限，这就难以实现系统的长期运作；其二，由于电池的体积和重量比较大，若固定在板子上，电量用完后，难以替换。若不固定，在电机转动的时候可能会甩出去，引起安全隐患。同时，也增加了旋转重心的调节的难度。故不采用此方法。
方案2：采用电刷供电。即在电机的转轴上，手工增加一个电刷，通过电刷为系统供电。此方法能够让系统长期供电，但是由于增加了电刷，电机的摩擦增大，势必会使系统的功耗增加。故不采用此方法。
方案3：采用无线供电。无线供电要以一个较高的频率，较高的电压来驱动线圈，这样才可以产生一个比较强的磁场。我们使用比较简单的桥式振荡电路，只要设置好合适的电阻和电容的大小，那么就可以产生出比较高的频率。无线供电无触点，寿命长。
综合上述3种方案，本设计采用方案3.
电机选择方案
方案1：采用步进电机。步进电机能够准确的定向，但是图像或者文字的分辨率受到步进电机的步进角度的限制。并且步进电机以及控制电路成本较高，并且需要单片机控制，占用CPU的资源。
方案2：采用普通直流电机。此方案不占用单片机I/O口，节省单片机资源，使用方便，成本较低，通过可调电阻可以实现电机转速调节。
综合各方面考虑，为了节省成本，简单系统电路，以及更方便的为系统供电，使系统能够长期工作，故采用方案2。
控制方案
方案1：在旋转LED的旋转模块上添加按键，实现旋转LED显示“湖南科技大学”和小人走路的转换。此方案必须在旋转模块停止工作时才能实现。
方案2：采用红外无线控制。将红外感应器安装在转轴正上方，实现感应器的固定即可实现无线红外的及时通信从而实现旋转LED的模式转换。
硬件设计：
1、总体设计：
无线供电模块

微控制器
STC89C52
电
源

LED阵列

电
机

红外接收器
红外发射器
可调电阻

图1.1系统总框图
2、LED阵列设计
将LED灯按照一定的间隔焊在板子边缘，在第8个等下方嵌入旋转LED的转轴背面采用跳线与转轴连接
3、转轴半径以及重心计算
首先测出LED的长度L，应要求要显示“湖南科技大学”六个字近似于六面长为L的正方形环绕一周，转轴旋转周长近似于4L。有公式S=2πr可得r=L/2π。重心则由力矩公式M1×L1=M2×L2可得。
4、无线供电模块设计
采用无线供电。无线供电要以一个较高的频率，较高的电压来驱动线圈，这样才可以产生一个比较强的磁场。我们使用比较简单的桥式振荡电路，只要设置好合适的电阻和电容的大小，那么就可以产生出比较高的频率。无线供电无触点，寿命长。

5、红外接收发射模块
采用两个红外接收头，一个放置于旋转LED小灯模块上由于随时监测旋转模块旋转复位。从而控制单片机复位。另一个红外接收