純手工打造搖擺LED時(shí)鐘—原理圖+程序

ID:140725 · 發(fā)表于 2016-10-11 21:27

看到市場(chǎng)上正在流行的時(shí)尚商品——搖擺LED 時(shí)鐘，感覺非常新穎獨(dú)特，正在玩單片機(jī)的我，激起了自己也想DIY 一個(gè)的沖動(dòng)。不就是一個(gè)流水燈嗎？有什么難的？！于是，一個(gè)單片機(jī)項(xiàng)目就這樣開始了。然而動(dòng)手以后才知道問題并非想象那樣簡(jiǎn)單，因沒有任何現(xiàn)成的資料，機(jī)械的、電子的和編程的問題一大堆，一個(gè)一個(gè)需要自己來解決。經(jīng)歷二十多天的苦戰(zhàn)和無數(shù)次的修改與調(diào)試，作品終于完成，基本達(dá)到預(yù)先要求。
現(xiàn)將制作資料整理出來，與廣大DIY 愛好者分享。
一. 整體方案
本制作是根據(jù)視覺暫留原理, 讓一排8 只LED作往復(fù)運(yùn)動(dòng), 在空中呈現(xiàn)八個(gè)字符的顯示屏，可顯示數(shù)字或英文字符。開機(jī)后先顯示“Welcome!”歡迎字符(見圖1), 再進(jìn)入時(shí)鐘顯示狀態(tài)。顯示屏同時(shí)顯示“時(shí)” 、“分” 、“秒”信息，用“：”分隔(見圖2)。

圖1 開機(jī)畫面圖2 運(yùn)行狀態(tài)
顯示分“正常運(yùn)行”、“調(diào)分”和“調(diào)時(shí)” 三種狀態(tài)。當(dāng)處于調(diào)整狀態(tài)時(shí)，調(diào)整的項(xiàng)會(huì)閃現(xiàn)，以便識(shí)別。為此，設(shè)置三個(gè)調(diào)整按鍵，一個(gè)為“狀態(tài)鍵”，一個(gè)為“加法鍵”，一個(gè)為“減法鍵”。(見圖3)

圖3 按鍵的設(shè)置圖4 音圈電機(jī)組件
搖棒的動(dòng)力部分采用從廢舊硬盤拆下的音圈電機(jī)（見圖4），驅(qū)動(dòng)采用直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)方式。
結(jié)構(gòu)方面，將音圈電機(jī)直接安裝在萬用板上，將萬用板的四周用四根螺柱與一透明有機(jī)板結(jié)合成一體，構(gòu)成支撐搖棒底座。（見圖5, 圖6）。

圖5 萬用板與有機(jī)板構(gòu)成底座圖6 底座側(cè)面
二. 實(shí)作要點(diǎn)
1．主板的結(jié)構(gòu)布局見圖7。

圖7 主板布局圖8 搖棒上的LED
2．LED 的焊接，將LED 兩腳跨接在電路板兩端的方式進(jìn)行焊接。使LED 緊密排列在一起。
3．搖棒上的LED 與主板上的信號(hào)用柔性排線連接，音圈電機(jī)供電占2 位，LED 信號(hào)傳輸占9 位，所以至少要11 位的排線。（見圖9）

圖9 排線與拉簧圖10 拉簧
4．為保持搖棒的平衡, 在搖棒接近旋轉(zhuǎn)軸的兩端加裝兩只拉簧，這兩只拉簧的規(guī)格盡量保持一致，彈性強(qiáng)弱要適中，最好可多找?guī)追N規(guī)格的試試。（圖9，圖10）
5．采用驅(qū)動(dòng)直流電機(jī)正反轉(zhuǎn)的方式，驅(qū)動(dòng)音圈電機(jī)來回?cái)[動(dòng)。讓電機(jī)正、反轉(zhuǎn)的方法很多，最典型的是H 橋電路驅(qū)動(dòng)，H 橋電路原理見圖11，常見的是用三級(jí)管代替圖中的開關(guān)。

圖11 H 橋驅(qū)動(dòng)原理
為了簡(jiǎn)化電路，最好采用H 橋功能的集成電路。這種IC 很多，比如象TA7257，TA8429H，L6203 等，這里用的是三菱公司的M54544AL(見圖12)。IC 各腳定義見圖13。

圖12 電機(jī)驅(qū)動(dòng)IC

圖13 M56544AL 各腳定義
6．電原理圖見圖14。

圖14 電原理圖
7．完成圖見圖15。

圖15 完成圖
三. 軟件設(shè)計(jì)
1．搖棒的啟動(dòng)
為了使搖棒從靜止?fàn)顟B(tài)過度到正常運(yùn)行狀態(tài)，在正式顯示前加一啟動(dòng)程序。其實(shí)質(zhì)就是逐漸加快驅(qū)動(dòng)的頻率，一直到搖棒正常擺動(dòng)為止。通過下面的代碼實(shí)現(xiàn)
do {
mm++;
Delay(120+mm);
put1=~put1; put2=~put2;
}while(mm<60);
Delay(20); //根據(jù)實(shí)際情況確定延時(shí)值
2．秒閃現(xiàn)的實(shí)現(xiàn)：數(shù)字或字符的閃現(xiàn)是通過變量Ms 和數(shù)組w[]實(shí)現(xiàn)的，如需要八位字符中的間的第4 位閃現(xiàn)，則w[3]=1。這是通過全局變量Ms 在void timer0(void)函數(shù)中每隔一秒改變一次狀態(tài)（0 或1），打開或關(guān)閉顯示。
if(Ms*w[ii-3]==1) P2=0xff; else P2=~ASCIIDOC[v[ii]*6+jj]; //正向顯示
if(Ms*w[10-ii]==1) P2=0xff; else P2=~ASCIIDOC[v[13-ii]*6+5-jj]; //反向顯示
3．調(diào)試中發(fā)現(xiàn)，顯示屏上的字符并不是一樣寬的（見圖16），仔細(xì)分析是由于搖棒在運(yùn)動(dòng)中，一直受力，而且所受的力是隨時(shí)變化的。為方便精確調(diào)整顯示，特別作了一個(gè)顯示中斷表Tr[]，改變顯示LED 的時(shí)間段，協(xié)調(diào)顯示效果。

圖16 調(diào)整前的顯示
4．按鍵去抖程序
按鍵的去抖采用軟件編程實(shí)現(xiàn)，其方法是當(dāng)檢測(cè)到按鍵的接口出現(xiàn)低電平后，隔一段時(shí)間再檢測(cè)，如還是低電平，則確認(rèn)為有效，否則無效。具體的程序是通過函數(shù)unsigned char ChKey(bit Key)完成的。
5．顯示同步
因沒有位置傳感器，顯示同步完全靠時(shí)鐘中斷來確定。這樣就有一個(gè)問題，音圈電機(jī)的驅(qū)動(dòng)信號(hào)在什么時(shí)刻改變，顯示才能保持在中間，并能保證正反顯示能很好地重合。經(jīng)實(shí)際觀察, 音圈電機(jī)的驅(qū)動(dòng)信號(hào)在顯示中部, 要根據(jù)具體情況細(xì)調(diào)。由程序中的變量Ta 調(diào)試確定。
6．完整C51 程序代碼
請(qǐng)見附件
四．調(diào)試方法
雖說是個(gè)機(jī)電一體的制作，但調(diào)試過程并不復(fù)雜。
1．機(jī)械部分的調(diào)整主要是兩只拉簧, 要盡量保證兩邊受力一致，讓搖棒靜態(tài)時(shí)保持在豎直狀態(tài)。
2．軟件部分，先將void timer1(void)函數(shù)中的“Ti=-Tr[ii*6+jj];”這段程序刪除，試著讓Ti 取一常數(shù)值（大約-2000 左右）看顯示效果（搖棒擺動(dòng)的幅度），一直到滿意為止，這時(shí)正反顯示可能沒有重合，接著試Ta 的取值，范圍在42 到50 之間，使正反顯示重合為止。最后一步就是調(diào)整顯示的不均勻性，將“Ti=-Tr[ii*6+jj];”這段程序恢復(fù)回來，試著改變Tr[]表中數(shù)組元素的值，并保證表中的元素的平均值為開始Ti 取得的值，讓顯示的每個(gè)字符寬度一致為止。
五．結(jié)語
本制作電路簡(jiǎn)單，其原理實(shí)質(zhì)就是LED 流水燈，而關(guān)鍵的音圈電機(jī)也很容易找到，很適合剛?cè)腴T的單片機(jī)愛好者制作。制作還有發(fā)揮的地方，
1. 添加時(shí)鐘IC，使顯時(shí)更精準(zhǔn)，而且不怕掉電；
2. 加裝位置傳感器，增加顯示的穩(wěn)定性；
3. 增添搖控功能，使調(diào)整更方便。

程序：

純手工打造搖擺LED時(shí)鐘.rar (2.37 KB, 下載次數(shù): 43)