基於MSP430微控制器的太陽能LED腳踏車顯示系統設計論文

　　摘要：本文介紹了太陽能LED腳踏車顯示系統的硬體構成、主要部件和器件的選型原則及系統的軟體框架。在MSP430微控制器系統控制下，4條LED燈條實現文字，圖片的穩定顯示，並且配合感測器可以進行車速檢測，穩定顯示等作用。整個系統充分利用了LED壽命長、光效高、無輻射與低功耗的特點，最大程度地簡化了硬體電路，使系統具有較高的價效比和可靠性。

　　關鍵詞：動屏顯示；腳踏車LED裝飾；POV LED

　　0 引言

　　LED壽命長、光效高、無輻射與低功耗，基於太陽能LED的腳踏車顯示系統穩定可靠、方便快捷，以腳踏車作為傳媒載體，打破了目前市場上的廣告大多透過平面報刊、電視電臺、手機網路等進行宣傳的傳統方法，較之更有廣泛的群眾基礎和價效比。本作品充分考慮了LED在我國的良好市場前景，以及腳踏車的廣大群眾基礎，將兩者完美的結合在一起，相得益彰。

　　1.腳踏車LED顯示系統簡介

　　本文介紹的腳踏車車輪LED顯示系統是透過安裝在腳踏車輪輻上的LED旋轉形成較清晰畫面的裝置。其工作原理是：在腳踏車車輪上對稱地安裝4條LED燈條，每條燈條上有32個獨立的高亮LED以及燈條外側有一霍爾感測器，燈條上的LED採用矩陣形式使得線路簡化I/O口占用較少，白天的時候太陽能電池透過TP4056充電晶片為鋰離子電池充電，晚上時整個系統開始工作，LED燈條彼此配合利用人眼的.視覺惰性在腳踏車輪輻上顯示出畫面來。

　　腳踏車車輪LED顯示系統結構框圖如圖2所示，由太陽能電池、充電電路、鋰電池、電源穩壓電路、MSP430微控制器控制系統、LED燈條、感測器等主要部分組成。該系統具有充電過程自動調節、根據環境光強自動啟動顯示電路，顯示畫面隨車輪轉速自動調節等功能。

　　2．系統硬體設計

　　2.1 系統電源設計

　　在系統的整體設計時,估算本系統的總功耗為0.264W(系統電壓3.3V電流0.08A)。市面上一塊50X50mm的太陽能電池,一般輸出功率為0.35W(5V/0.07A),因為白天充電時間大於晚上使用時間，所以滿足系統要求。充電電路白天為系統鋰電池充電，同時提供太陽能電池電壓訊號給微控制器，微控制器透過辨別外界光強從而確定是否啟動LED燈條。

　　2.2 系統主控晶片

　　主控晶片選用MSP430F149微控制器，採用精簡指令集（RISC）結構，資料儲存器都可以參加多種運算，功能強，執行速度快，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MSP430有6組I/O口滿足系統需要。

　　2.3 LED燈條設計

　　本系統利用人眼的視覺暫留,讓LED燈條快速在人的眼前形成畫面。LED燈條以陣列的形式，透過本身的移動來顯示文字，依靠車輪轉動帶動燈條移動，實現文字或圖案的顯示。

　　在LED燈條數的選取上，以人眼的視覺暫留時間為0.1秒計腳踏車一般行駛的速度為20km/h，為獲得良好的顯示效果則需要LED顯示的重新整理率為0.1s也就是10次每秒,腳踏車輪每轉一圈前進2m，腳踏車速v=20km/h=5.56m/s。若腳踏車輪周長l=2m，重新整理率為 10次/秒，車速為20km/h則腳踏車輪安裝LED燈條條數n=10*l/v，經過計算得出n為4時成本最低，效果較好。

　　LED燈條採用4X4矩陣佈局，在每個節點上安裝兩個極性相反的LED，即在一個節點的兩端控制電流的方向就能控制在該節點是哪個LED點亮。用該種LED陣列可以讓32個獨立的LED用8根導線控制,大大減少了成本已經系統埠的佔用。

　　2.4 感測器設計

　　為了使每一次顯示的畫面都能穩定,且顯示的位置相對腳踏車固定則需要在系統上加裝感測器,因為腳踏車輪相對腳踏車是旋轉的,所以採用非接觸式感測器--霍爾感測器,在腳踏車車架上安裝磁鐵,當霍爾感測器接近磁鐵時則會有一次電平跳變,微控制器檢測這一電平跳變進行資料顯示輸出,以及進行測速和顯示的調整。

　　3．系統軟體設計

　　3.1系統主程式軟體設計

　　本系統由主程式、LED顯示子程式和顯示校正子程式組成。系統供電後進入到低功耗模式，充電電路與微控制器連線，外界無陽光時停止充電，此時低電平觸發微控制器中斷，退出低功耗模式，系統開始工作，檢測LED燈條是否經過磁鐵。若檢測到LED燈條的感測器電平跳變時則執行LED燈條子程式。

　　在LED燈條1檢測到感測器訊號跳變時微控制器還啟動內部的計數器，等到LED燈條2傳來跳變訊號時停止計數器，進入顯示校正子程式。系統的主程式流程圖如圖3所示。

　　3.2燈條顯示子程式

　　在系統進入到LED顯示子程式後，從記憶體中讀取需要顯示的資料，顯示資料為四組2位16進位制數，對應燈條上的每一個LED。程式從LED1到LED32依次與顯示資料進行比較，相同的點亮該LED。當1列LED比較完畢後進入到迴圈程式，迴圈次數越多，字的顯示時間越長。透過控制迴圈的次數就能控制在不同的車速下都能顯示出穩定的影象來。

　　當迴圈結束後在從記憶體中讀取下一列需要顯示的資料，直到顯示結束。

　　3.3顯示校正子程式

　　因為腳踏車車速是實時變化的，固定方法顯示的畫面肯定不穩定。於是採用計算兩個感測器反饋的電平訊號的時差計算出當前的車速，修改燈條顯示子程式內的迴圈變數的辦法，達到校正的目的。同時當腳踏車車輪轉速較慢或不轉時，內部計數器溢位，此時系統進入低功耗模式LED燈關閉。

　　4．結束語

　　本系統能源利用低碳環保。太陽能光電池的安裝使本系統清潔，高效，無汙染，完全符合全球倡導的低碳理念。同時文字顯示穩定可靠。整個系統充分利用了LED壽命長、光效高、無輻射與低功耗的特點最大程度地簡化了硬體電路，使系統具有較高的價效比和可靠性。

　　參考文獻：

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