基于無線供電技術(shù)的LED旋轉(zhuǎn)屏的設(shè)計與實現(xiàn)

【摘要】本文通過無線供電技術(shù)實現(xiàn)對旋轉(zhuǎn)主板的供電；通過STC89C52RC單片機實現(xiàn)對LED的控制和顯示；通過紅外通信實現(xiàn)對顯示字符的紅外操作；通過電機驅(qū)動實現(xiàn)LED的旋轉(zhuǎn)顯示。通過對旋轉(zhuǎn)主板和底座主板的設(shè)計，實現(xiàn)了LED旋轉(zhuǎn)顯示的功能。

【關(guān)鍵詞】無線供電；單片機；旋轉(zhuǎn)屏

一、總體設(shè)計方案

1.設(shè)計思路

LED旋轉(zhuǎn)屏包括旋轉(zhuǎn)主板，該旋轉(zhuǎn)主板可以實現(xiàn)LED旋轉(zhuǎn)顯示功能，而顯示內(nèi)容可以通過STC89C52RC單片機開發(fā)，旋轉(zhuǎn)主板的供電部分可以選擇直接用電池給主板供電，可是，電池裝在主板上隨主板轉(zhuǎn)動，成本高，壽命短，影響轉(zhuǎn)速。本文采用無觸點、長壽命的無線供電技術(shù)，通過電磁耦合，傳遞能量。

2.總體設(shè)計

LED旋轉(zhuǎn)屏采用無線供電技術(shù)，以STC89C 52RC單片機為核心開發(fā)實現(xiàn)的，其硬件電路包括：無線供電模塊、單片機控制顯示模塊，紅外通信模塊，電機驅(qū)動模塊等四個部分構(gòu)成。

其總體構(gòu)成如圖1所示。

二、硬件電路設(shè)計

LED旋轉(zhuǎn)屏包括旋轉(zhuǎn)主板和底座主板。

旋轉(zhuǎn)主板包括旋轉(zhuǎn)主板自身和兩個與之相垂直的顯示板，顯示板的兩側(cè)各安裝有16只LED，其中一側(cè)的LED受單片機控制，用于顯示內(nèi)容；另一側(cè)的LED是用于配重，以減小高速轉(zhuǎn)動過程中旋轉(zhuǎn)屏的振動和噪聲。LED旋轉(zhuǎn)屏通過同步控制發(fā)光二極管（LED）位置和點亮狀態(tài)來實現(xiàn)圖文顯示，其可視視角可以從每個方向看到顯示屏顯示的內(nèi)容。該設(shè)計根據(jù)人眼暫留效應(yīng)，利用直流電機的旋轉(zhuǎn)帶動LED高速旋轉(zhuǎn)，會在視覺效果上會產(chǎn)生一個圓柱型的LED顯示屏。

旋轉(zhuǎn)主板實現(xiàn)LED旋轉(zhuǎn)顯示功能，底座主板實現(xiàn)無線輸電功能，旋轉(zhuǎn)主板與底座主板之間通過線圈耦合，輸送電能。

本文采用無線供電技術(shù)實現(xiàn)主板的供電；采用STC89C52RC單片機實現(xiàn)LED的控制和顯示；采用紅外通信模塊實現(xiàn)顯示字符的紅外操作；采用電機驅(qū)動模塊實現(xiàn)其旋轉(zhuǎn)顯示功能。其原理圖如圖2和圖3所示。

1.無線供電模塊

電磁耦合可以視為使用非放射性的無線能量傳輸方式來驅(qū)動電器，若將兩個線圈繞組分開，則成為某種意義上的無線供電。然而，在兩個線圈遠(yuǎn)離的時候，磁力線會嚴(yán)重發(fā)散到空氣中，效率的明顯下降；當(dāng)兩個線圈線圈距離較近時，效率損失較少。因而，本文采用近距離電能的無線傳輸采用感應(yīng)式無線電能傳輸技術(shù)。感應(yīng)式無線電能傳輸，即，原邊線圈與次級線圈在處於同一磁場時，在原邊線圈通電將電能轉(zhuǎn)化為磁能，通過感應(yīng)式的方式將磁能傳遞給次級線圈并且轉(zhuǎn)化為電能，為負(fù)載提供電能。

本文利用互補正反饋電路將直流信號轉(zhuǎn)化為高頻交流信號，通過線圈將交流信號送到旋轉(zhuǎn)的主板電路上，主板電路上利用5.1V的穩(wěn)壓二極管，將收到的交流信號轉(zhuǎn)化成5.1V直流電源，通過220Uf的電解電容濾波，供給單片機，使單片機正常工作，其原理圖如圖4所示。

2.單片機控制與顯示模塊

LED顯示數(shù)據(jù)采用STC89C52RC的P0，P1口并行的送出。當(dāng)LED在高速旋轉(zhuǎn)的情況下，會以某個頻率在空間的某一點來回出現(xiàn)。所以需要通過定時器中斷，讓其在對應(yīng)時刻點亮或熄滅，超過一定的頻率時，由于人眼的暫留效應(yīng)而無法分出LED是否在閃爍；因此可以通過單片機定時器的功能控制其顯示的內(nèi)容。其原理圖如圖5所示。

3.紅外通信模塊

由于LED旋轉(zhuǎn)屏在高速旋轉(zhuǎn)的情況下不便于進(jìn)行接線進(jìn)行顯示內(nèi)容的改變，因而本文選用紅外傳輸數(shù)據(jù)?？梢越柚t外感應(yīng)技術(shù)，隨時更新工作狀態(tài)下旋轉(zhuǎn)屏的顯示內(nèi)容。因而，要求LED旋轉(zhuǎn)屏高速旋轉(zhuǎn)的狀態(tài)下能準(zhǔn)確無誤地接收到紅外數(shù)據(jù)，即在與顯示主板相連的旋轉(zhuǎn)軸的上端有一通孔，在通孔上安裝紅外接收模塊，讓紅外接收的模塊收到的數(shù)據(jù)直接送給顯示主板的89C52RC。其原理圖如圖6所示。

4.電機驅(qū)動模塊

電機主要分成交流電機，直流電機、伺服電機、步進(jìn)電機等幾種。直流電機的控制較為簡單，體積較為小巧，因而本文選擇直流電機，且選用3-6V供電的長軸電動機，該電動機轉(zhuǎn)動不能太快，否則會產(chǎn)生出現(xiàn)顯示時的閃爍感。因而，本電路采用二極管的壓降為電動機供電以降低電動機的轉(zhuǎn)速。其原理圖如圖7所示。

三、軟件設(shè)計

LED旋轉(zhuǎn)屏在設(shè)計中運用了紅外傳感器，在電動機的底部安裝有紅外發(fā)射管并將STC89C 52RC單片機等一同放入旋轉(zhuǎn)裝置中，在裝置底部開孔將紅外接收管固定并和紅外發(fā)射管基本處于同一位置，在這樣的高速運行的過程中，傳感器將每次反射都反饋給單片機，由單片機提取相應(yīng)文字，通過對單片機的I/O口操作，控制LED亮熄從而可以旋轉(zhuǎn)顯示相應(yīng)的文字。

1.主程序流程圖如圖8所示。

2.控制程序說明

（1）當(dāng)程序開始運行的時候，首先就是要對程序進(jìn)行初始化，主要作用就是讓程序按照我們所設(shè)計的初始值去運行。初始化之后，由紅外接收器判斷是否有數(shù)據(jù)送入，如果有數(shù)據(jù)送入就通過紅外接收器進(jìn)行接收，然后將該數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為點陣，再存入顯示緩沖區(qū)，對數(shù)據(jù)進(jìn)行校對，如果有數(shù)據(jù)輸入的話那就將數(shù)據(jù)計數(shù)器進(jìn)行清零。執(zhí)行完成后返回到初始化操作之后重復(fù)以上的操作。

（2）如果紅外接收器沒有檢測到數(shù)據(jù)輸入，有則就返回初始化操作，無就直接讀取相應(yīng)的文字，然后進(jìn)行顯示。對送數(shù)據(jù)計數(shù)器進(jìn)行加1指令。隨后返回到初始化操作之后進(jìn)行循環(huán)掃描。

四、結(jié)束語

本文通過旋轉(zhuǎn)主板和底座主板的設(shè)計，并且針對實際電路進(jìn)行硬件與軟件的調(diào)試，實現(xiàn)了LED的旋轉(zhuǎn)顯示功能。

作者簡介：

李寧，現(xiàn)就讀于南京化工職業(yè)技術(shù)學(xué)院應(yīng)用電子專業(yè)，在王穎老師指導(dǎo)的“旋轉(zhuǎn)LED顯示屏的設(shè)計與制作”科技興趣小組中工作。

王穎（1976—），江蘇南通人，講師，主要從事電子信息技術(shù)教學(xué)與科研工作。