2022年简易旋转LED显示装分析方案书 .pdf

1 / 7 摘要系统由红外接收及按键电路、霍尔检测电路、光敏自控电路、16个 LED 线阵显示电路四个电路模块组成。采用AT89S52 单片机为核心，对红外接收传感器及霍尔检测电路进行采集，并控制自检及16 个 LED 线阵图文显示工作。由光敏电阻及 UA741 构成的光敏自控电路，可以通过环境光线改变输出电压，实现 16 个 LED 线阵显示电路亮暗调节。Abstract The system consists of infrared receiving and key circuit, hall detection circuit, photosensitive control circuit, 16 LED graphic display circuit, motor drive circuit five circuit modules. Using AT89S52 SCM as the core, the infrared receiving sensor and hall detection circuit for acquisition, and control self-inspection and 16 LED by a display work. The photosensitive resistance UA741 and a photosensitive control circuit, can through the environment light change the wave to control the output waveform, realize 16 LED graphic display circuit light and dark regulation. 一、系统方案论证与比较1主控电路选择方案一 : 由 FPGA 构成主控电路 , 系统板体积小，运算速度快, 稳定性强 , 而且功能强大 , 可以提供丰富的逻辑单元和I/O口资源，但是成本较高，不符合节能、环保的要求。方案二 : 采用 AT89S52 单片机构成的主控电路，支持ISP 下载技术，控制操作简单，价格低廉，通用性强。经比较分析，考虑到传统的51 单片机就可以满足题目的需要，而且价格低廉，性价比高，因此选择方案二。2亮度自动调电路选择方案一：采用线性较好的光敏电阻，将光敏电阻串入控制电路的输出端再接入线阵LED 灯，当光亮度变化时即可改变电流大小，从而可以达到亮暗调节。但是电路不稳定，性价比差此方案故不采取。方案二：由光敏电阻与NE555构成亮度调节电路。用EN555 、电容、电位器组成振荡电路产生稳定的PWM 波输出。光敏电阻的变化引起输出PWM 波占空比的变化，从而改变显示亮度。方案三：采用 UA741 与光敏电阻搭建电路，组成负反馈放大电路输出。而光敏电阻的变化引起输出电压的变化，从而改变显示亮度，实现亮度随外界环境变化而自动调节。经比较分析，方案三电路稳定、且易于控制，因此选定此方案作为环境亮度变化调节电路。3. 标杆检测电路选择方案一：采用光敏电阻构成的光电检测电路。光敏电阻通过感应光线强度而改变自身阻值，容易受环境光线强弱的影响和周围物体移动的干扰，工作不稳定。而且在电路后级还需要加上比较电路，使得电路复杂，成本较高。方案二：采用霍尔传感器A44E构成的检测电路。霍尔开关具有无触电、低功耗、长使用寿命、响应频率高等特点，所以能够在各类恶劣环境下可靠的工作，而且成本低，电路简单，工作稳定。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页，共 7 页2 / 7 经比较分析，选取方案二来实现移动物体的检测功能。4. 电机的比较与选择方案一：采用步进电机来带动旋转平台，步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的控制元件，使得在速度、位置等控制领域用步进电机变的非常简单。故不选择。方案二：运用交流电机带动旋转平台，交流电机具有调速性能好、易于控制、无需驱动电路、载重能力强等优点。经比较分析，由于步进电机转速不易调整，而交流电机机械特性和调节特性的线性度好，调速范围广、维护方便，满足题目要求，所以我们选择交流电机带动旋转平台，故选择方案二。二、电路理论分析与计算1. 线状点阵 LED驱动参数分析与计算该线状点阵中LED驱动方法为普通的LED 与电阻串联的方式来驱动点亮LED ，该限流电阻计算公式如下：根据设计要求，可求得限流电阻：经计算采用电阻与 LED串联即可。2. 线阵 LED运动参数分析与计算在电机的带动下，线阵LED依靠旋转平台进行旋转，设电机周期为，LED完成需要时间为，软件延时为，它们之间存在下列关系：只要保证，经计算由，得，线阵 LED就能很好的地显示图文。3. 指针式秒表分析与计算指针秒表完全通过软件来控制显示，设电机周期为，LED完成需要时间为，软件延时为、，存在下列关系：保证成立，确定LED完成需要时间为，线阵 LED就能很好的地显示秒表计时。4. 显示亮度自动调节分析与计算采用 UA741 与光敏电阻搭建电路。组成负反馈放大电路输出。而光敏电阻精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页，共 7 页3 / 7 的变化引起输出电压的变化，从而改变显示亮度，实现亮度随外界环境变化而自动调节。光敏电阻的变化引起输出电压的变化，从而改变显示亮度, 即电流控制。控制电流大小计算如下：三、电路模块的设计与分析1系统设计分析系统由红外接收及按键电路、霍尔检测电路、光敏自控电路、16个 LED 线阵显示电路四个电路模块组成。首先，通过红外遥控发送指令数据给单片机AT89S52，使单片机输出自检指令。16 个 LED 线阵显示电路逐盏点亮。红外遥控发送图文显示指令时，16个 LED 线阵显示电路显示图文。红外遥控发送秒表指令， 16个 LED 线阵显示电路以秒表以标志杆为起始标志，秒针随时间动态旋转，旋转一周的时长为601 秒。系统框图如图A-3-1 所示。图 A-3-1 系统总体框图2单片机主控电路主控电路是以单片机最小系统为核心控制，电路如图A-3-2 所示。单片机I/O口对红外遥控进行指令采集，以判断红外遥控输入信息；P0、P2 口则用于传输显示数据，使16 个 LED 线阵显示电路实时显示工作状态。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页，共 7 页4 / 7 图 A-3-2 单片机主控电路3红外接收及按键控制电路红外线接电路用红外收头1838T，电路如图 A-3-3。红外接收头接收发射头发射以宽度 600/900s 为发射脉冲 ,在 5CM 之接收范围内，取50 次接收脉冲之平均值。送给单片机采集数据，使16 个 LED 线阵显示电路显示图文。同时可以通过按键手动控制16 个 LED 线阵显示电路显示图文。图 A-3-3 红外接收及按键控制电路4. 标杆检测电路标杆检测电路采用霍尔传感器采集数据并检测标志杆，把霍尔传感器固定到旋转平台，一块小磁铁固定到标志杆上，并与霍尔传感器水平一条线放置。当旋转平台边缘上网霍尔传感器经过标志位的小磁铁时，传感器感应到磁场发生变化，同时产生输出电压脉冲，并将此脉冲送入单片机。标杆检测电路如图A-3-4。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页，共 7 页5 / 7 图 A-3-4 标杆检测电路5. 亮度自动调节电路亮度自动调节电路采用UA741 与光敏电阻搭建电路。组成负反馈放大电路输出。而光敏电阻的变化引起输出电压的变化，从而改变显示亮度，实现亮度随外界环境变化而自动调节，亮度自动调节电路如图A-3-5。图 A-3-5 亮度自动调节电路四、系统软件设计1系统软件流程图系统的软件程序由C语言编写，使用 Keil 编译环境，详细的程序流程图如图 A-4-1 。系统初始化操作后，立即对红外遥控进行循环扫描，以选择工作模式，并在执行相应的工作模式操作进行图文显示。另外，系统通过中断程序完成的一个指针式秒表的显示。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页，共 7 页6 / 7 图 A-4-1 主程序流程图五、系统测试与分析1系统测试仪器四位半UT-61 万用表 1 台、TPR3003-3C双路直流稳压电源1 台、模拟YB43020BF 示波器 1 台。2系统测试与结果分析1）完成制作一个由16只 LED 构成的线状点阵及其控制电路，安装于可旋转的平台上，在平台的中心设置一个按键，用于功能的切换，电机带动平台以合适速度旋转。2）开机时装置完成显示自检，能对点阵中16 只 LED逐个点亮，每只 LED显示时间约为 1 秒，此时平台不旋转。测试结果如表A-5-1 所示：表 A-5-1 自检测试记录表：第一次测试第二次测试第三次测试平均值16s 17s 16s 16.33s 测试结果分析： 16 只 LED逐个点亮依据三次测试结果表明，每只LED显示时间约为 1 秒，误差 3% 。3）平台开始旋转后，通过无线方式切换，实现16 个同心圆图形分别顺序由大到小）和逆序 由小到大）显示，每个同心圆图形显示时间为1 秒左右。同心圆由大到小测试结果如表A-5-2 所示，同心圆由小到大测试结果如表A-5-3 所示：表 A-5-2 同心圆由大到小测试结果表：第一次测试第二次测试第三次测试平均值8s/16r 9s/16r 10s/16r 9s/16r 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页，共 7 页7 / 7 表 A-5-3 同心圆由小到大测试结果表：第一次测试第二次测试第三次测试平均值10s/16r 7s/16r 8s/16r 8.33s/16r 测试结果分析：同心圆由大到小、由小到大测试结果表明，每个同心圆图形显示时间为 1 秒。4）LED显示亮度能依据环境亮度变化自动调节。环境光线弱，LED显示变暗、环境光线亮， LED显示变亮。5）通过无线方式切换，显示字符“TI 杯”，能稳定显示，无明显漂移。6）通过开关切换电机旋转的速度，可以在两种不同的旋转速度下，LED依然能够稳定的显示图文信息。7）通过无线方式切换，显示一个指针式秒表，该秒表以标志杆为起始标志，秒针随时间动态旋转，旋转一周的时长为601 秒。测试如表 A-5-4 所示：表 A-5-4 秒表测试结果表：第一次测试第二次测试第三次测试平均值50s 61s 72s 59.91s 测试结果分析：根据测试表格结果显示，秒针随时间动态旋转，旋转一周的时长为 601 秒，达到题目要求。六、设计制作总结系统通过单片机实现了在各种模式下的图文现实功能，并且能够对环境光线进行显示亮暗度自动调节，通过测试，完成了题目的全部要求，性价比高，而且节能环保。在四天的比赛中，遇到了许多困难，但困难并没有让我们退怯，反而激发了我们的斗志，激励我们最终完成了整个系统的设计与制作。当然，设计中还存在一些不足之处，也恳请各位老师悉心指正。通过这次模拟电子设计竞赛，我们不但增强了个人能力，还提高了团队协作精神。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 7 页，共 7 页