基于MSP430單片機(jī)的太陽(yáng)能LED自行車(chē)顯示系統(tǒng)設(shè)計(jì)

基于MSP430單片機(jī)的太陽(yáng)能LED自行車(chē)顯示系統(tǒng)設(shè)計(jì)摘要：本文介紹了太陽(yáng)能LED自行車(chē)顯示系統(tǒng)的硬件構(gòu)成、主要部件和器件的選型原則及系統(tǒng)的軟件框架。在MSP430單片機(jī)系統(tǒng)控制下，4條LED燈條實(shí)現(xiàn)文字，圖片的穩(wěn)定顯示，并且配合傳感器可以進(jìn)行車(chē)速檢測(cè)，穩(wěn)定顯示等作用。整個(gè)系統(tǒng)充分利用了LED壽命長(zhǎng)、光效高、無(wú)輻射與低功耗的特點(diǎn)，最大程度地簡(jiǎn)化了硬件電路，使系統(tǒng)具有較高的性?xún)r(jià)比和可靠性。關(guān)鍵詞：動(dòng)屏顯示；自行車(chē)LED裝飾；POV LED0 引言L(fǎng)ED壽命長(zhǎng)、光效高、無(wú)輻射與低功耗，基于太陽(yáng)能LED的自行車(chē)顯示系統(tǒng)穩(wěn)定可靠、方便快捷，以自行車(chē)作為傳媒載體，打破了目前市場(chǎng)上的廣告大多通過(guò)平面報(bào)刊、電視電臺(tái)、手機(jī)網(wǎng)絡(luò)等進(jìn)行宣傳的傳統(tǒng)方法，較之更有廣泛的群眾基礎(chǔ)和性?xún)r(jià)比。 本作品充分考慮了LED在我國(guó)的良好市場(chǎng)前景，以及自行車(chē)的廣大群眾基礎(chǔ)，將兩者完美的結(jié)合在一起，相得益彰。1.自行車(chē)LED顯示系統(tǒng)簡(jiǎn)介本文介紹的自行車(chē)車(chē)輪LED顯示系統(tǒng)是通過(guò)安裝在自行車(chē)輪輻上的LED旋轉(zhuǎn)形成較清晰畫(huà)面的裝置。其工作原理是：在自行車(chē)車(chē)輪上對(duì)稱(chēng)地安裝4條LED燈條，每條燈條上有32個(gè)獨(dú)立的高亮LED以及燈條外側(cè)有一霍爾傳感器，燈條上的LED采用矩陣形式使得線(xiàn)路簡(jiǎn)化I/O口占用較少，白天的時(shí)候太陽(yáng)能電池通過(guò)TP4056充電芯片為鋰離子電池充電，晚上時(shí)整個(gè)系統(tǒng)開(kāi)始工作，LED燈條彼此配合利用人眼的視覺(jué)惰性在自行車(chē)輪輻上顯示出畫(huà)面來(lái)。自行車(chē)車(chē)輪LED顯示系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示，由太陽(yáng)能電池、充電電路、鋰電池、電源穩(wěn)壓電路、MSP430單片機(jī)控制系統(tǒng)、LED燈條、傳感器等主要部分組成。該系統(tǒng)具有充電過(guò)程自動(dòng)調(diào)節(jié)、根據(jù)環(huán)境光強(qiáng)自動(dòng)啟動(dòng)顯示電路，顯示畫(huà)面隨車(chē)輪轉(zhuǎn)速自動(dòng)調(diào)節(jié)等功能。2系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)2.1系統(tǒng)電源設(shè)計(jì)在系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)時(shí),估算本系統(tǒng)的總功耗為0.264W(系統(tǒng)電壓3.3V電流0.08A)。市面上一塊50X50mm的太陽(yáng)能電池,一般輸出功率為0.35W(5V/0.07A),因?yàn)榘滋斐潆姇r(shí)間大于晚上使用時(shí)間，所以滿(mǎn)足系統(tǒng)要求。充電電路白天為系統(tǒng)鋰電池充電，同時(shí)提供太陽(yáng)能電池電壓信號(hào)給單片機(jī)，單片機(jī)通過(guò)辨別外界光強(qiáng)從而確定是否啟動(dòng)LED燈條。2.2系統(tǒng)主控芯片主控芯片選用MSP430F149單片機(jī)，采用精簡(jiǎn)指令集（RISC）結(jié)構(gòu)，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器都可以參加多種運(yùn)算，功能強(qiáng)，運(yùn)行速度快，在3V工作電壓主頻為1MHz下最大功耗為430uA，在低功耗模式下最小功耗可以降為0.1uA，功耗極低。同時(shí)MSP430有6組I/O口滿(mǎn)足系統(tǒng)需要。2.3LED燈條設(shè)計(jì)本系統(tǒng)利用人眼的視覺(jué)暫留,讓LED燈條快速在人的眼前形成畫(huà)面。LED燈條以陣列的形式，通過(guò)本身的移動(dòng)來(lái)顯示文字，依靠車(chē)輪轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)燈條移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)文字或圖案的顯示。在LED燈條數(shù)的選取上，以人眼的視覺(jué)暫留時(shí)間為0.1秒計(jì)自行車(chē)一般行駛的速度為20km/h，為獲得良好的顯示效果則需要LED顯示的刷新率為0.1s也就是10次每秒,自行車(chē)輪每轉(zhuǎn)一圈前進(jìn)2m，自行車(chē)速v=20km/h=5.56m/s。若自行車(chē)輪周長(zhǎng)l=2m，刷新率為 10次/秒，車(chē)速為20km/h則自行車(chē)輪安裝LED燈條條數(shù)n=10*l/v，經(jīng)過(guò)計(jì)算得出n為4時(shí)成本最低，效果較好。LED燈條采用4X4矩陣布局，在每個(gè)節(jié)點(diǎn)上安裝兩個(gè)極性相反的LED，即在一個(gè)節(jié)點(diǎn)的兩端控制電流的方向就能控制在該節(jié)點(diǎn)是哪個(gè)LED點(diǎn)亮。用該種LED陣列可以讓32個(gè)獨(dú)立的LED用8根導(dǎo)線(xiàn)控制,大大減少了成本已經(jīng)系統(tǒng)端口的占用。2.4 傳感器設(shè)計(jì)為了使每一次顯示的畫(huà)面都能穩(wěn)定,且顯示的位置相對(duì)自行車(chē)固定則需要在系統(tǒng)上加裝傳感器,因?yàn)樽孕熊?chē)輪相對(duì)自行車(chē)是旋轉(zhuǎn)的,所以采用非接觸式傳感器-霍爾傳感器,在自行車(chē)車(chē)架上安裝磁鐵,當(dāng)霍爾傳感器接近磁鐵時(shí)則會(huì)有一次電平跳變,單片機(jī)檢測(cè)這一電平跳變進(jìn)行數(shù)據(jù)顯示輸出,以及進(jìn)行測(cè)速和顯示的調(diào)整。3系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)3.1系統(tǒng)主程序軟件設(shè)計(jì)本系統(tǒng)由主程序、LED顯示子程序和顯示校正子程序組成。系統(tǒng)供電后進(jìn)入到低功耗模式，充電電路與單片機(jī)連接，外界無(wú)陽(yáng)光時(shí)停止充電，此時(shí)低電平觸發(fā)單片機(jī)中斷，退出低功耗模式，系統(tǒng)開(kāi)始工作，檢測(cè)LED燈條是否經(jīng)過(guò)磁鐵。若檢測(cè)到LED燈條的傳感器電平跳變時(shí)則執(zhí)行LED燈條子程序。在LED燈條1檢測(cè)到傳感器信號(hào)跳變時(shí)單片機(jī)還啟動(dòng)內(nèi)部的計(jì)數(shù)器，等到LED燈條2傳來(lái)跳變信號(hào)時(shí)停止計(jì)數(shù)器，進(jìn)入顯示校正子程序。系統(tǒng)的主程序流程圖如圖3所示。3.2燈條顯示子程序在系統(tǒng)進(jìn)入到LED顯示子程序后，從內(nèi)存中讀取需要顯示的數(shù)據(jù)，顯示數(shù)據(jù)為四組2位16進(jìn)制數(shù)，對(duì)應(yīng)燈條上的每一個(gè)LED。程序從LED1到LED32依次與顯示數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，相同的點(diǎn)亮該LED。當(dāng)1列LED比較完畢后進(jìn)入到循環(huán)程序，循環(huán)次數(shù)越多，字的顯示時(shí)間越長(zhǎng)。通過(guò)控制循環(huán)的次數(shù)就能控制在不同的車(chē)速下都能顯示出穩(wěn)定的圖像來(lái)。當(dāng)循環(huán)結(jié)束后在從內(nèi)存中讀取下一列需要顯示的數(shù)據(jù)，直到顯示結(jié)束。3.3顯示校正子程序因?yàn)樽孕熊?chē)車(chē)速是實(shí)時(shí)變化的，固定方法顯示的畫(huà)面肯定不穩(wěn)定。于是采用計(jì)算兩個(gè)傳感器反饋的電平信號(hào)的時(shí)差計(jì)算出當(dāng)前的車(chē)速，修改燈條顯示子程序內(nèi)的循環(huán)變量的辦法，達(dá)到校正的目的。同時(shí)當(dāng)自行車(chē)車(chē)輪轉(zhuǎn)速較慢或不轉(zhuǎn)時(shí)，內(nèi)部計(jì)數(shù)器溢出，此時(shí)系統(tǒng)進(jìn)入低功耗模式LED燈關(guān)閉。4結(jié)束語(yǔ)本系統(tǒng)能源利用低碳環(huán)保。太陽(yáng)能光電池的安裝使本系統(tǒng)清潔，高效，無(wú)污染，完全符合全球倡導(dǎo)的低碳理念。同時(shí)文字顯示穩(wěn)定可靠。整個(gè)系統(tǒng)充分利用了LED壽命長(zhǎng)、光效高、無(wú)輻射與低功耗的特點(diǎn)最大程度地簡(jiǎn)化了硬件電路，使系統(tǒng)具有較高的性?xún)r(jià)比和可靠性。圖3控制系統(tǒng)主程序流程圖參考文獻(xiàn)：【1】 徐開(kāi)蕓，汪木蘭，邵宇峰，鄧樂(lè)等. 可折疊便攜式微型太陽(yáng)能光伏電站控制系統(tǒng)設(shè)計(jì).1002-6673(2008)TP273.5，TK514【2】 沈建華，楊艷琴等.MSP430系列16位超低功耗單片機(jī)原理與實(shí)踐.北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2008.