自己动手制作 “POV LED” 旋转LED显示屏

2012年5月1日23:26:54

基础电路焊接完成。

主电路使用我爸N年前的废旧手机电池供电（电池还很耐用的，就是机子严重不行了），电池用普通胶布包在电路板上，并且做了引线方便以后使用万能充充电。

随后用万能表和烧写一个循环点亮LED灯的程序来检查，现象是CPU不立即发热；每个LED灯都像程序写的那样按顺序发光，无偏色、偏亮、偏暗；万能表测得每个IO口的电流不超过40mA。结果表明电路焊接正确，芯片没问题，电池功率足够。

主芯片仍是AVR单片机——ATmega16L。我的最爱，呵呵。由于对时钟频率要求不高，继续使用片内8MHz晶振，得以简化电路。

2012年5月2日13:53:24

完成旋转检测电路的焊接。这里采用44E霍尔传感器和磁钢配合检测是否已经转过一圈。

2012年5月5日12:20:46

想了下，并且也实践了下，双电源供电方案我个人觉得效果不理想。

原因是这个风扇是用无刷电机驱动的，加上原来别人只是为了最求大转速而牺牲了电机力矩，别人是考虑到散热风扇并不需要太大的力，只需要能把扇叶带动就行。正是因为这样，而且我上面还加了塑料板和电池，也是加重了扇叶的重量，而电机的力矩不够大。起初我加大了电源功率，使用12V1A，也就是12W的电源，最多是可以转动，但转速并不能达到要求，而且这样下去会加重电机负担，可能会造成线圈过热烧断。

为了追求无噪音，看来最好的办法是得考虑无线供电方案了。

2012年5月6日下午前，我将电池卸去，接通风扇电源。发现转速仍是不理想，用手掂量下，或许是这增高的硬塑料板太重了。

2012年5月6日下午，决定用氢氧化钠溶液去除塑料板与风扇之间用于粘合的卡夫特AB胶。但家里没有烧碱，于是打算用电解食盐水制取。

往塑料盆里加入五六勺我家的食盐，差不多饱和了。

用12V直流电电解，万能表有示数，电流为6.6mA。反应发生了。负电极处的铜片有气泡生成。因为有氢气和有毒的氯气生成，我放在阳台上做，拍完照后我关门撤了。

但是啊！第一次做的事总有错误。

看完新水浒传第三集后，回来一看。不对劲，原来想漏了一点，我用的是铜片做电极，辛辛苦苦制取得到的烧碱又发生反应了，这铜片

把我的氢氧根吃了，出来像是氢氧化亚铜沉淀，真不该用铜片做电极。没关系，想想下一步用什么做电极好。

2012年5月17日22:44:03

完成整体组装。电源用7.5V1A的开关电源供电。而电路板上仍旧使用原来的3.7V手机电池供电。电机采用有刷减速电机。这电机是我以前推土机玩具里的一个电机，它带有减速齿轮，所以扭矩足够，而且转速还可以。就是噪音大了点，这个对于我后面将要实现的功能稍微有点影响。

相机暂时不在我这，过几天再补上照片。

对于上次那个问题，制取量小点的可以用石墨做电极。后来我同学给了我点NaOH，我直接溶解后放进去泡了。泡了几天，外层多出来的胶水已经变软可以撕去，但里面可能胶水多，溶液进不去，还是很难分离开来，用钢锯也难锯开。

另外，上次意外制取得到的氢氧化亚铜，我让妈妈拿去实验室过滤，得到一杯沉淀。敞口放置在空气中，过了几天，外层的氢氧化亚铜氧化为氢氧化铜，内层被保护着，没氧化。透过玻璃杯的外壁看里面，颜色内外不同，也比较好看。

2012年5月18日23:29:51

AVR单片机的程序编写完成。可显示任意字符和文字的组合，一圈可以显示8个全角字符左右。

2012年5月19日21:29:26

用程序测出转速为5r/s 。感觉还是有点低，转速太低会导致显示闪烁，字符难识别。如果能有更合适的电机改进就好了。

因为人眼感觉不到闪烁的相隔时间是0.1秒以下，即一秒至少要转10圈，人眼才不会感觉到闪烁。那么电机就要求至少有10*60=600rpm的转速了。这个电机不仅有噪音，而且转速经程序测得只有300rpm。所以看上去会有闪烁，而且用相机拍也不会拍得好。

努力寻求合适的电机和无线供电的解决方案……



2012年10月22日23:31:20
时隔半年，考进了钦州二中 ，在这第一学期，碰上广西新课程改革，多出了一个活动“研究性学习”。于是我打算以此作为研究对象。并拉上两位同学组了个队（其实我自己也能独立完成此项目，因为我已经找到了所有问题的解决方案，但为了拉合同学关系、完成这个学分任务，才去组队，而且报告要求也最好3-5人一队）。
我此次定的课题是“飘浮在空中的文字” 。组员赖可钟、黄高松，还有我。当然指导老师非属王伟名啦！感觉好有缘呢。从初二到现在高一，从开始的单片机新手到现在，玩这些电子技术的时候都有碰到与初二时教我们物理电学入门的陆丽莉老师（当然教我电学入门的还有我老爸，但他是小时候学前班一二年级就教我了，尽管从我出生到初二他就只在一年级还是二年级或是三年级？时抛下一句话“电源正负极不能短接”就溜走了....其他什么也没说过，我也没想过还会有什么。好郁闷的说，不过我并不觉得很难，因为我每一次尝试都是新的效果、新的发现，不拘泥于后人得出的计算公式、规律。至于焊接技术、冲击钻之类的工具也都是我小时老是跑去别人施工地上、当我爸在修电器时，默默地看学来的。剩下的全是我自己在外婆家玩电器摸索。扯远了，回来！）有着各种关系的人，此次也不例外，王伟名老师在开学的第一节物理课上，说的第八句话“所以说，我们物理课是这样的喔！”我马上看到了陆老师的影子。因为他的讲课方式和带了我两年的陆老师几乎一致。我想：咦，不会是同一个师傅领出门的吧？事实证明，问了这两人，两人回答一致。听说现在陆老师还当他弟弟的班主任？关系越来越紧密了……


前面我也说过，我所做的东西没有充分准备，没有先前做过实验测试某部分的功能是否成功时，我是不会继续发展它的。现在既然已经打算作为研究性学习报告和二中这个学期的科技周的作品了，就说明我已经有信心、条件去完成它。

经过半年，我想我最终决定要使用无线供电技术，因为我实在不愿意听电刷的声音。我在五一电子网站上，买到了一种无刷电机。声称卡死不烧坏，而且扭力、转速都较大（在POVLED上算是较平衡的性能参数）。买回来后事实也如此。还有无线供电，无线供电我还没有进行彻底的研究 ，但我找到了解决它的方案，总不能一直搁置着吧。我用淘宝上较受欢迎的无线供电模块。做的还真保密，接收端的芯片被打磨掉型号等信息，发射端灌满黑胶来封装，只露出四个引脚。
好吧！总有一天我会彻底研究，不止是知道它是电磁感应现象，还是要能自己焊接出它的等效电路，并为各电子元件取最合适的参数值达到最大效率。因为这种技术应用很广。

这是加入了无刷电机后的效果，无线供电明天中午我再继续装。高中搞得我业余时间大大缩减了，真是的，但我不会甘心的。所谓“不到黄河心不死”




2012年10月23日23:29:40
中午完成了无线供电模块的安装，还有重新调整旋转部分的重心以及去掉原来那种绿色的IC卡座，换成更轻更小的卡座。但我不太愿意会不要卡座直接焊上去的。我怕发光二极管的引脚可能会意外刮开漆包线的绝缘层，于是用了电工胶布垫底，外用简单的透明胶布固定在板上。不过我也有点愁，下面的电机用什么固定好呢？就现在这一个小长方体盒子，一转起来是放不稳的。因为我发现这个圆盘的中心轴的里面就不是平的，这个除了找到第二个可替代品外，很难处理，转起来圆盘有点不是很完美的圆，稍微向下方斜一点。这个也无法通过改变重心使它们相互牵制来平衡了。希望影响不大。
我原来还想弄个双色的，但是手头的74HC573不够，只有两块，四块效果就好了。还有很多电路没有焊接完成，一步步来！ 只要整个制作的计划完善，一切都是充满信心和乐趣的。



2012年10月24日13:32:28
电路焊接完成。实验性编程测试表明电路没有问题，LED发光二极管也没问题，无线供电的功率也跟得上。而且较安静，但是要做到绝对安静，需要再来个大一点的底座，这次实验表明我昨天所做的重心调整很成功，虽然转的时候有点晃（晃的时候底座微微撞击桌面发出声音），但是底座的位置始终不改变，不会造成转着转着就全部倒下的这种危险现象。Good！程序将继续改进。




2012年10月27日20:40:45
测试了两天，终于解决字符显示的延时问题了。但是我觉得这延时写死不好，因为这样的话，一旦转速不稳定（达不到8r/s或9r/s） 时，可能会出现字符重复的BUG。因为在第一次外部中断后的显示的延时的时间内，外部中断信号再次到来，两个中断函数穿插着执行，会出现两个相连着的字符的BUG现象。听说网上有流传一种算法，叫做自适应算法。最初由“匠人”提出的，它可以动态调节这个延时时间，使它与电机转速相平衡。有空我会去研究下看看。另外因为内外圈的半径不同，还造成显示的字的边向圆心压缩。这个我想应该可以通过延时来弥补。
另外在发现这个BUG的时候，意外的出现了一幅好看的画面。由“金”字排成一圈造成的。








2012年10月28日16:09:37
昨晚的重复字符的问题得到解决。
今天我意外的发现，昨晚问题判断错误了！
今天我断开电机电源，用手动慢慢转它，想看看那个延时时间和字符显示的关系。但我意外地发现，每当我转过磁铁时，这排LED灯总共闪了两次。一般经过一次LED灯只闪一次（人眼可辨认出的转速情况下），而我发现它闪了两次，两次的间隔大约0.5秒左右。于是我开始怀疑，问题不出在那个延时的数值上面！
后来我再次调整程序，让其中一组LED灯（8个）显示一个变量的数值，这个变量是每一次外部中断函数发生（下降沿信号过来时）时自加一，然后输出显示。
结果我发现，每当我转过一次，LED灯从最初的“00000000”（全亮）

变成“0000010”（从右到左数第二个不亮，其余全亮）LED灯显示的二进制。
即证明这个变量从0经过两次自加一，成了2 。
也就是说外部中断函数产生了两次以上。

既然如此，那我就改写程序，只让这两次外部中断的其中一次处理LED灯，另一次抛弃。
具体如下：
在外部中断函数中

SIGNAL(INT0_vect)

{

static char flag=0x01;//声明一个静态变量flag，并赋予初值0x01

flag=~flag;//每次外部中断产生时，静态变量自身反转