旋轉(zhuǎn)LED的設(shè)計(jì)與制作

王紅超

（廈門海洋職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電系，福建 廈門，361000）

1 旋轉(zhuǎn)LED的原理

旋轉(zhuǎn)LED一般只有一排（或一列）發(fā)光LED，通過電機(jī)帶動(dòng)這些LED旋轉(zhuǎn)起來，每次轉(zhuǎn)到同一個(gè)的位置時(shí)讓同樣的燈亮，如果旋轉(zhuǎn)的速度足夠快，每秒鐘能重復(fù)25次以上（每個(gè)人都存在一些差異，此值會(huì)略有不同），因?yàn)槿搜鄣摹耙曈X暫留”作用，看起來好像整個(gè)一圈的圖案都穩(wěn)定的顯示在空中。圖1是旋轉(zhuǎn)LED顯示出固定的數(shù)字3的示意圖[1]。如果這些發(fā)光LED每旋轉(zhuǎn)n圈后有規(guī)律的變化，那么顯示出來的圖案也會(huì)有規(guī)律的變化。

圖1 旋轉(zhuǎn)LED顯示原理

圖2 一個(gè)旋轉(zhuǎn)LED靜止時(shí)的狀態(tài)和轉(zhuǎn)動(dòng)后顯示的圖案（圖片來源于網(wǎng)絡(luò)）

2 設(shè)計(jì)與制作旋轉(zhuǎn)LED中的難點(diǎn)

通常的旋轉(zhuǎn)LED會(huì)包含十幾至幾十個(gè)發(fā)光LED，其中設(shè)計(jì)與制作的難點(diǎn)主要在兩個(gè)部分。

2.1 如何給旋轉(zhuǎn)部分供電

旋轉(zhuǎn)LED的主板固定在電機(jī)的轉(zhuǎn)子上，工作時(shí)是在高速旋轉(zhuǎn)的，不能用通常的兩根電源線給主板供電。目前常用的供電方式有：電刷供電、無線供電、改造電機(jī)等。改造電機(jī)這種方法需要制作者有較高的動(dòng)手能力和比較精密的加工設(shè)備。比較適合廠家生產(chǎn)，不推薦個(gè)人使用。電刷供電是最簡單的一種方式，手工制作容易，而且供電效率高，但存在機(jī)械磨損。對于小型的旋轉(zhuǎn)LED，消耗的電能比較小，可以采用無線供電的方法。這種方法效率不高，但是外觀會(huì)比較好看，也比較容易實(shí)現(xiàn)。無線輸電的原理類似變壓器，但是磁路不是通過硅鋼片閉合的，而是通過空氣。圖3左邊所示是一種無線輸電的初級線圈，右圖是次級線圈[2]。小型旋轉(zhuǎn)LED一般是直流電供電，為了進(jìn)行無線輸電，必須把電源提供的直流電轉(zhuǎn)換成初級線圈里的交流電，圖4是其中一種簡單的把直流電轉(zhuǎn)換成交流電的原理圖[2]。次級線圈感應(yīng)出跟初級線圈同頻率的交流電，為了給電路板上的單片機(jī)和LED等器件供電，需要對其進(jìn)行整流、濾波和穩(wěn)壓，如圖5所示[2]。

圖3 固定在底座上的初級線圈和固定在電路板上的次級線圈

圖4 無線輸電小板電路圖

圖4所示的自激振蕩電路剛上電時(shí)，三極管Q1的基極電壓是低電平，Q1截止，Q2的基極電壓為高電平，Q2也截止。直流電源通過R1、R3對電容C2充電，當(dāng)C2兩端的電壓充到一定程度，使Q1基極電壓為高電平，Q1飽和導(dǎo)通，Q2基極電壓變成低電平，Q2也導(dǎo)通，有電流流過初級線圈L1。Q2導(dǎo)通后，C2通過R1、R3放電，放電到一定程度，Q1基極電壓變成低電平，Q1截止，Q2基極電壓變成高電平，Q2也截止，電流無法流過初級線圈L1。然后直流電源又通過R1、R3對電容C2充電，如此反復(fù)通過功率三極管Q2的導(dǎo)通和截止把5V直流電變換成流過初級線圈L1的交流電。

圖5 一種無線輸電旋轉(zhuǎn)LED主板電路圖

2.2 在旋轉(zhuǎn)的過程中如何確定發(fā)光LED的位置

比較精確的辦法是使用旋轉(zhuǎn)位置編碼器，適合對畫面品質(zhì)要求較高的場合。如果要求不高可以采用如下簡單的辦法：LED燈每旋轉(zhuǎn)一圈確定一個(gè)起始點(diǎn)，后續(xù)各點(diǎn)采用一個(gè)固定的延時(shí)實(shí)現(xiàn)。確定一個(gè)起始點(diǎn)的簡單辦法如圖6所示，可以在底座上固定一個(gè)磁鋼，電路板上的霍爾元件在旋轉(zhuǎn)到磁鋼上面時(shí)會(huì)輸出不同的電平值；也可以采用光電對管或干簧管等來確定起始點(diǎn)。

圖6 確定旋轉(zhuǎn)LED的起始點(diǎn)（圖片來源于網(wǎng)絡(luò)）

3 程序設(shè)計(jì)

單片機(jī)系統(tǒng)的程序代碼跟硬件密切相關(guān)，采用圖5所示的電路圖制作的旋轉(zhuǎn)LED，單片機(jī)采用普通的51單片機(jī)，給出顯示一個(gè)“廈”字的簡單程序，以便初學(xué)者理解及在此基礎(chǔ)上編寫更復(fù)雜的程序使用。

#include"REG51.H"

#define uchar unsigned char

#define uintunsigned int//宏定義

sbit KEY=P3^2;//紅外檢測起點(diǎn)

今年HK IWSC頒發(fā)了多個(gè)獎(jiǎng)項(xiàng)給屬于冷涼氣候葡萄酒產(chǎn)區(qū)，成績斐然，其于亞洲的受歡迎程度可見一斑。特別是來自新西蘭的葡萄酒，近年來在中國內(nèi)地的進(jìn)口量、額和均價(jià)都在持續(xù)上漲。從今年公布的2017年進(jìn)口數(shù)據(jù)可以看出，新西蘭的對華出口總額增長超過30%，出口量達(dá)到十年前的10倍。

uchar code zimo[] ={0xFF,0xBF,0xFF,0xCF,

0x00,0xF0,0xFA,0x7F,0x0A,0x76,0xAA,0xB8,0xA2,0xA 2,0xAA,0xDA,0xAA,0xDA,0xAA,0xAA,0xAA,0xB2,0x0A,0x3A,0xFA,0xBF,0xFE,0xBF,0xFF,0xFF,0xFF,0xF F};//pctolcd2002取模軟件設(shè)置：陽碼 逐列 順向取模/*"廈",0*/

void DelayUs(uint N)/*****延時(shí)子程序12M晶振*****/

{

uint x;

for(x=0;x<=N;x++);

}

void main(void)/*****主函數(shù)*****/

{

while(1)//主程序中只檢測按鍵

{

if(KEY==0)//紅外接收管 判斷起始位

{

for(i=0;i<16;i++)//每轉(zhuǎn)一圈 前進(jìn)一列

{

P2=zimo[i*2] ;//送數(shù)據(jù)低位顯示

P0=zimo[i*2+1] ;//送數(shù)據(jù)高位顯示

DelayUs(30);//延時(shí)讓LED亮起來 每列延時(shí)的時(shí)間

P2=0XFF;

P0=0XFF;

DelayUs(2);}}}}

4 結(jié)論

興趣是最好的老師，旋轉(zhuǎn)LED炫酷、好玩，非常適合單片機(jī)和電子制作初學(xué)者制作和學(xué)習(xí)使用，可以鍛煉他們的動(dòng)手能力，又可以通過編程訓(xùn)練邏輯思維能力。

[1] 張瑞春.旋轉(zhuǎn)柱式顯示屏的原理與設(shè)計(jì)[J] .2006，22，（13）.

[2] DIY視界.十字旋轉(zhuǎn)LED制作說明 [EB/OL] .[2014-12-10] .http://item.taobao.com/item.htm?spm=a230r.1.14.9.tS5URw&id=205 98783096&ns=1&abbucket=2#detail