无线供电线状led旋转灯的研制

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1、无线供电线状LED旋转灯的研制崔远慧陈鹤升谈博强王智森大连工业大学信息科学与工程学院从降低LED显示系统的功耗出发，研制了一款基于电磁感应原理、由互感线圈无线供电的低功耗LED旋转灯。该旋转灯由3V直流电源向直流电机和无线模块XKT-510供电；电机带动互感线圈的次级线圈转动，切割由XKT-510供电的初级线圈的磁场;次级线圈产生的感应电流经过整流、滤波和稳压后，向显示单元和主控单元供电。为了保证系统的稳定性，详细阐述了互感线圈的参数计算方法、整流二极管的参数计算方法和旋转灯系统的配重设计方案。设计了以STC15L2K08S2为主

2、控芯片、由56个线状LED点阵排列显示的硬件电路，并给出丫包括主控驱动电路、无线供电电路、AC-DC转换电路、恒流供电电路以及记录LH）旋转圈数的起点检测电路的设计方案。经测试，该旋转灯的电源输出功率为0.024Wo利用T法检测该旋转灯的转速，所得最大相对误差为0.032%。测试结果表明，系统的稳定性较好、功耗较低。该旋转灯其有结构简单、经济实用的特点。它的成功研制对大型LED显示屏的实际应用有一定的指导意义，对利用LED进行其他非旋转显示控制也具有一定的理论参考价值。关键词：电磁感应;互感线圈;无线供电;LED;低功耗;旋转灯;

3、恒流;目前，国内外对于利用LliD实现旋转显示功能的研究越来越多。邹军等［1-2］对立体发光WD灯片的光学性能进行了研究，指出WD立体显示需要保证较大的光通量;张玉杰、孙加存等［3-4］对LED可调光显示技术进行了详细的研宄;滕松m从视觉滞后的原理出发，设计并实现了旋转显示系统;沈杰等［6-8］对LED灯的显示方式和显示过程中的调制方式进行了研究;Chen等M对如何用更小的体积获得相同的光照显示效果进行丫研宄;刘姣等m为植物叶片设计了阵列LED红外光谱检测仪;桂立等Uil研宄了LED在光源近场模型下的光学测量方法;姜文锋等对体三维

4、显示中屏幕机械运动误差对显示的影响进行了研究。上述文献中提到的WD均采用电池直接供电。杨信锟［13］设计了一种无线供电式LED旋转广告牌，但该论文中只描述了工作原理，没有对电路中各器件的具体参数进行详细的设计和计算说明。本设计根据电磁感应原理，利用直流电机带动互感线圈的次级线圈转动，由次级线圈产生的感应电流经相关信号技术处理后向线状LED灯和主控电路供电。本文详细阐述了各部分电路的硬件设计和参数选择，最终成功制作了在3V直流电机驱动下的56个线状LED（每个LED灯的额定电压为5V,额定电流为10m八）旋转灯，实现丫对文字和图片的

5、立体显示。通过对该旋转灯电机转速的测定，验证了系统的稳定性与可靠性。1工作原理及系统组成该LED旋转灯由2部分组成，以互感线圈的初级和次级线圈为分界点，分別为底座部分和显示控制部分。系统结构框图如图1所示。图1系统结构框图Fig.1Structurediagramofthesystem图1中，底座部分由直流电源、电机、无线供电模块、互感线圈的初级线圈和壳体组成。其中，直流电源向电机和无线供电模块供电，无线供电模块向互感线圈的初级线圈供电。电机按一定转速带动互感线圈的次级线圈旋转，产生旋转磁场，并在次级线圈中得到感应电流。显示控制部

6、分主耍包括互感线圈的次级线圈、LED显示灯、主控电路和针对次级线圈产生的感应电流的信号处理电路，如AC-DC转换电路、恒流电路等。次级线圈的感应电流经整流、滤波和稳压后，向主控电路芯片供电。显示部分由56个灯并联组成。为了保证所有LED灯在显示时具有相同的亮度，在向LH）灯供电之前，需要进行恒流变换。2关键参数设计2.1配重设计旋转灯的上、下2个部分通过直流电机的旋转轴相连。电机带动包括次级线圈在内的上半部分旋转，旋转过程屮极易出现上、下不同心的状态。而运动误差的幅度和立体显示的效果存在必然的联系XM。为了保证显示效果，必须对整个

7、系统在运行过程中的同心性和稳定性加以设计。本设计从2个方面考虑。（1）在底座的4个角增加了吸盘设计，使旋转球可以牢固地贴近地而。（2）对底座进行配重处理。式中:k为系统的平衡系数，在（T1之间取值，经过试验，最终确定k=0.4;L为额定载荷，即上部球体的质量，g;U为整个系统的质量，g，其包括上、下2个部分。通过式（1），计算得到的p约为200g。2.2整流参数设计旋转灯的上半部分釆用电磁感应无线供电。互感线圈的参数选择是保证旋转灯匀速旋转的关键。本设计采用无线供电模块XKT-510向初级线圈供电。该模块要求初级线圈缠绕得越薄越好

8、。考虑到次级线圈所带负载要求输出电压为5V、电流为0.56A，则根据式（2）得到次级线圈的电压值，并根据式（3）、式（4）选择整流二极管参数。式屮:U为负载电压;U为次级线圈需要得到的电压。由U=5V，计算得U=6V。式中：TP为整流二极管整流电流