CN110425490A - 一种重力控制型球状电子万花筒灯 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种重力控制型球状电子万花筒灯，其结构包括：上壳体和下壳体，所述的上壳体包括上球壳、封装盖板与透明隔离板，所述的下壳体包括下球壳、三棱镜、重力传感装置、棱镜固定板、LED灯矩阵、LED固定板及集成电路，所述的LED灯矩阵由多个LED小灯泡串并联组成，所述的集成电路包括除噪电路、比较电路、时序电路、编码译码电路。本发明采用球壳样外观，在提升电子万花筒的电路存放空间的同时，增加了万花筒灯的新颖性与趣味性，且通过各逻辑电路将球壳转动时对侧壁的不同影响转化为光源形状与颜色的改变，解决了万花筒科学原理单一、只能在光线较亮的地方观察到图案的弊端，具有能耗小、花纹种类繁多、无使用条件限制的特点。
Description
技术领域
本发明涉及电子万花筒领域，更具体的是涉及一种重力控制型球状电子万花筒灯。
背景技术
万花筒作为一种广受人们喜爱的儿童玩具，在19世纪就广为流传。其工作原理是通过三棱镜的光反射原理，将底层的彩屑由多次反射形成美丽的对称图案。然而，由于万花筒本身依靠的是通过自然光照射在彩色碎屑上来进行反射的原理，意味着在光线不充足的地方，观察者通过万花筒观察花纹的效果并不是很好，这在某种程度上限制了万花筒的使用条件。除此以外，市面上常见的万花筒形状多为圆柱形，这使得万花筒外观的可选择性受到了限制，且造成在设计电子万花筒的过程中芯片及线路的存放空间的限制。而现阶段采用灯泡作为灯源的设计普遍存在颜色变化较为单一，或是仅改变光源的光强和颜色，造成所转动的万花筒灯产生的花纹形状仍旧只由内部所存放的纸屑依三棱镜反射后的图案决定，而光源所在电路仅决定图案颜色，导致变化不够丰富、不能有效的将电子知识与光学知识充分结合等技术问题。
发明内容
本发明的目的在于克服了现有技术的缺陷，提供了基于重力传感装置和基本逻辑电路实现的一种重力控制型球状万花筒灯，该灯具有结构新颖、能耗较小、无使用条件限制且内部的光源颜色及其形状均随万花筒灯转动而变化的特点。本发明的特征在于在转动万花筒的过程中，其侧壁上每一点所受压力的影响都是不同且不断变化的，重力传感装置将转动时每一点产生的模拟信号反馈给集成电路，并由模数转换电路与进制转换电路转换为二进制码，每一个二进制组合控制一种灯泡的点亮方式与点亮颜色，从而实现通过转动调控光源的点亮形状与点亮颜色的目的。
实现本发明目的的具体技术方案为：
一种重力控制型球状万花筒灯，其包括：组装好的上壳体以及安装于上壳体下方的下壳体，所述的上壳体包括上球壳、封装盖板以及透明隔离板，所述的上球壳开口朝下且内部设置有卡槽和通孔，所述的卡槽规则排列在上球壳的侧壁，所述的通孔设置在上球壳的顶部，所述的封装盖板与通孔贴合且透光性良好，所述的透明隔离板的边缘与上球壳内壁相切并通过卡槽固定在封装盖板的正下方；
进一步，所述的上球壳为内部中空的半球壳结构，球壳厚度大于卡槽的预设深度。
进一步，所述的上球壳的卡槽数量分别2或3或4，卡槽排列方式按照卡槽的数量在上壳层内距壳顶某一固定竖直距离的侧壁处按圆周等距、环绕设置。
进一步，所述的盖板尺寸与上壳层通孔相同，透光性良好且与通孔贴合严密。
所述的下壳体包括下球壳、集成电路、LED固定板、LED灯矩阵、棱镜固定板、三棱镜和重力传感装置，所述的下球壳开口朝上与上球壳相连且内部设置有规则排列在侧壁的卡槽，所述的集成电路的背部与LED固定板的下表面相连，所述的LED固定板与透明隔离板平行并通过卡槽固定在下球壳的内壁，所述的LED灯矩阵固定在LED固定板的上表面，所述的棱镜固定板的边缘与下球壳内壁相切并通过卡槽平行固定在LED固定板的正上方，所述的三棱镜固定在棱镜固定板的上表面，所述的重力传感装置与三棱镜的外表面贴合。
进一步，所述的下球壳的卡槽分别为4或6或8个，卡槽排列方式按照每2或3或4个为一组等距排列在侧壁所在的圆周上。
进一步，所述的集成电路包括依次相连的阻容除噪电路、比较电路、时序逻辑电路和编码译码电路，所述的阻容除噪电路由旁路电容和串行电阻组成且其信号输入由重力传感装置的输出控制，所述的旁路电容的容值满足电源端及电源线对地的频率为晶振频率的2-3倍，所述的串行电阻的阻值满足阻容除噪电路的阻抗匹配；所述的比较电路由比较器和各支路电阻组成，所述的比较器的数量由所设置的重力传感装置的输出信号节点决定，信号经比较器与内部预设数值比较后输出高低电平；所述的时序逻辑电路由时钟脉冲激励、多位寄存器组成，所述的时钟脉冲激励将固定电平输送给电路，与上一级的比较电路的输出电平耦合后进入多位寄存器中；所述的编码译码电路由编码器与译码器构成，所述的编码器将输入信号转化为十进制数字信号，所述的译码器将十进制数字信号转化为二进制输出，每位输出信号的高低电平分别控制不同灯泡的开关状态。
进一步，所述的LED固定板位于对角处的两侧开有对称的两处平行缺口，连接各部件的导线分别从两处缺口中通过。
进一步，所述的LED灯矩阵由各色LED灯泡组成，按照颜色的不同在矩阵内按不同的形状排列，不同颜色的灯泡间并联相接，根据输入二进制信号呈现各种颜色、图案的组合。
进一步，所述的棱镜固定板在位于对角处的两侧开有对称的、边缘与LED固定板缺口边缘平行的两处缺口，连接重力传感装置与LED灯矩阵的引线从最近一侧的缺口处经过。
进一步，所述的三棱镜由三块矩形玻璃组成，所述的矩形玻璃内表面光滑反光、外表面经磨砂处理形成哑光的玻璃平面。
进一步，所述的重力传感装置包括前端受力片、灵敏弹簧、后端处理模块，所述的前端受力片将自身重力在球壳转动时的变化通过灵敏弹簧反馈后端处理模块，后端处理模块经内部算法计算得到对应变化量的模拟信号，最终通过引线传递给集成电路的输入端。
本发明的有益效果：
1、本发明通过重力传感装置、各基本逻辑电路与编码译码电路的协同作用将转动万花筒时的壳壁扰动转化为实时变化的二进制电学码，每一个二进制组合控制一种被点亮的图案形状，从而将传统万花筒中转动过程中仅光路不断变化转化为光路与被反射物体形状、颜色、大小同时变化的效果。
2、采用LED实时变化矩阵，在解决光源问题的同时，解决了采用传统的发光芯片只能同时产生一种单一彩光的问题：在发明中，转动对LED实时变化矩阵的影响可实现随机点亮矩阵内各位置处彩灯的效果，从而让被照射物体本身随转动产生随机的图案、颜色、大小，进而再由随机的光路反射形成最终的彩色花纹。通过两次的随机过程产生花样更为复杂、种类更为繁多的图案，且电路所要求的工作电压较小，在一定程度上降低了能耗。
3、采用球形设计，解决了传统的电万花筒中线路冗杂缺少存放空间需要加长万花筒的弊端，提高了可利用空间，且结构新颖，增加了万花筒的趣味性。
附图说明
图1为本发明结构组成示意图；
图2为本发明中上壳体各部分组件及其位置关系示意图；
图3为本发明中下壳体各部分组件及其位置关系示意图；
图4为重力加速度传感装置与集成电路的连接关系示意图；
图5为本发明实施例所述四色LED灯矩阵的各颜色间排列关系示意图；
图6为本发明实施例所述集成电路原理图；
图7为本发明制作流程图。
这里需要指出的是，图5所示控制四色LED发光的集成电路原理图只是作为一个实施例而采取的其中一种实现方法，本发明保护范围不仅仅局限于该电路，而是包括所有通过电路设计控制不同颜色LED灯的发光组合从而实现所述重力控制型球状电子万花筒灯。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行更为清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一则实施例而非全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本实施方式中所述的各部件上下关系是基于万花筒灯的灯体的垂直轴而呈现的位置关系，其中，上壳体在上，开口朝下，下壳体在下，开口朝上。
实施例
1）如图1、图2所示，本实施例所选取的球壳外径大小为126mm，内径大小为124mm，包括上壳体1与下壳体2两个部分，其中，上壳体1分为上球壳11、通孔封装盖板12与透明隔离板13三个部分，其中上球壳11的高度为83mm，并在顶部打上直径为10mm的通孔111，分别在距离顶部26mm的位置处设置2个卡槽112。其中，所述的通孔封装盖板12的厚度为0.5mm，直径为12mm,从上球壳11的内部固定到通孔111的正下方。所述的透明隔离板13厚度为2mm，直径为98mm，与上球壳11内侧壁相切并固定在卡槽112内。
2）如图1、图3所示，下壳体2包括下球壳21、三棱镜22、重力传感装置 23、棱镜固定板24、LED灯矩阵25、LED固定板26、集成电路27七个部分。其中，在下球壳壳壁距底部的竖直距离为39mm处设置有2个卡槽211，在竖直距离为28mm的位置处设置有2个卡槽212，所述的棱镜固定板24直径为110mm、厚度为2m且与下球壳21内壁相切并固定在卡槽211中，其位于对角线的两处含有两对称缺口241，所述的LED固定板26直径为98mm、厚度为2mm且平行于棱镜固定板24并固定在卡槽212中，其位于对角线的两处含有两对称缺口261，且缺口边缘与棱镜固定板的缺口241边缘平行。
所述的三棱镜22固定在棱镜固定板24的正中心，其中三棱镜22的高度小于透明隔离板13与棱镜固定板 24的距离，所述重力传感装置23固定在三棱镜22外表面的侧面，其引线穿过棱镜固顶板缺口241与LED固定板缺口261与集成电路27相连。
所述的LED灯矩阵25固定在LED固定板26上表面的正中心，其引线穿过LED固定板缺口261与集成电路27相连，所述的集成电路27固定在LED固定板26的下表面的正中心。
3）如图4、图5、图6所示，重力传感装置23将输出信号以模拟信号的形式作用于集成电路27的输入端，经旁路电容C1和旁路电阻R1、串联电阻R2的耦合作用消除因转动的加速度不稳定而产生的干扰信号，并使较为稳定的电信号进入16个OP07CP比较器U1-U16所在的比较电路，通过R3-R19的分压作用将预设额定电压分为不同的电平数值而分别与输入电平做比较，从而将模拟信号转化为所对应的数值为1-16的十进制数字信号，信号经这16个74LS74N的D触发器U17-U32和电流源I所构成的时序电路使信号摆幅减小形成稳压，进一步降低输出信号的不稳定性，最后通过74LS148所在的译码芯片U33-U34将信号转化为二进制码，经过基本逻辑电路U35-U39进行进一步的信号处理，并最终将每位的高低电平传递给四色LED灯矩阵25，从而控制红、黄、蓝、绿各路彩色灯泡LED1-LED4的工作状态：输出高电平时表示所控制的一路灯泡颜色全部点亮，输出为低电平时表示所控制的一路灯泡颜色全部不亮，不同颜色的灯泡之间并联连接且不同二进制位的高低电平之间无相互作用，从而使LED灯矩阵产生多种变化图案。
4）如图1、图2、图3、图6、图7所示，一种重力控制型球状万花筒灯的制作流程如下：先制作一完整球壳，在球壳的对应位置处制作对应的卡槽112、211、212，后切割球壳，使球壳分为上球壳11和下球壳21，对于所述上球壳11，在其顶部制作大小恰当的通孔111，之后分别安装通孔封装盖板12与透明隔离板13，并将透明玻璃板牢牢固定在对应的卡槽112中从而制得上壳体1；对于所述下球壳21，先将集成电路27安装在LED固定板26上，后将LED固定板26固定在下球壳的卡槽212中，在LED固定板上表面的中心处放置LED灯矩阵25，之后，在LED固定板26上方放置棱镜固定板24并将其固定在卡槽211中，最后，将三棱镜22放置在棱镜固定板24的中央从而完成下壳体2的组装；
在这一过程中，贴于三棱镜侧面的重力传感装置23将球壳转动时产生的变化信号传递给阻容电路，比较电路将信号进一步转化为数字量，通过时序逻辑电路使电学信号进一步稳定，后由编码译码电路转化为多位二进制信号控制LED灯矩阵中每一支路的彩灯点亮情况达到随机点亮的效果。
本发明的保护内容不局限于以上实施例。在不背离发明构思的精神和范围下，本领域技术人员能够想到的变化和优点都被包括在本发明中，并且以所附的权利要求书为保护范围。
Claims (7)
1.一种重力控制型球状万花筒灯，其包括：组装好的上壳体以及安装于上壳体下方的下壳体，其特征在于：
所述的上壳体包括上球壳、封装盖板以及透明隔离板，所述的上球壳开口朝下且内部设置有卡槽和通孔，所述的卡槽规则排列在上球壳的侧壁，所述的通孔设置在上球壳的顶部，所述的封装盖板与通孔贴合且透光，所述的透明隔离板的边缘与上球壳内壁相切并通过卡槽固定在封装盖板的正下方；
所述的下壳体包括下球壳、集成电路、LED固定板、LED灯矩阵、棱镜固定板、三棱镜和重力传感装置，所述的下球壳开口朝上与上球壳相连且内部设置有规则排列在侧壁的卡槽，所述的集成电路的背部与LED固定板的下表面相连，所述的LED固定板与透明隔离板平行并通过卡槽固定在下球壳的内壁，所述的LED灯矩阵固定在LED固定板的上表面，所述的棱镜固定板的边缘与下球壳内壁相切并通过卡槽平行固定在LED固定板的正上方，所述的三棱镜固定在棱镜固定板的上表面，所述的重力传感装置与三棱镜的外表面贴合。
2.根据权利要求1所述的重力控制型球状电子万花筒灯，其特征在于：所述的集成电路包括依次相连的阻容除噪电路、比较电路、时序逻辑电路和编码译码电路，所述的阻容除噪电路由旁路电容和串行电阻组成且其信号输入由重力传感装置的输出控制，所述的旁路电容的容值满足电源端及电源线对地的频率为晶振频率的2-3倍，所述的串行电阻的阻值满足阻容除噪电路的阻抗匹配；所述的比较电路由比较器和各支路电阻组成，所述的比较器的数量由所设置的传感装置的输出信号节点决定，信号经比较器与内部预设数值比较后输出高低电平；所述的时序逻辑电路由时钟脉冲激励、多位寄存器组成，所述的时钟脉冲激励将固定电平输送给电路，与上一级的比较电路的输出电平耦合后进入多位寄存器中；所述的编码译码电路由编码器与译码器构成，所述的编码器将输入信号转化为十进制数字信号，所述的译码器将十进制数字信号转化为二进制输出，每位输出信号的高低电平分别控制不同灯泡的开关状态。
3.根据权利要求1所述的重力控制型球状电子万花筒灯，其特征在于：所述的LED固定板的两侧开有对称的两处缺口，连接集成电路、LED灯矩阵和重力传感装置的引线从两处缺口中通过。
4.根据权利要求1所述的重力控制型球状电子万花筒灯，其特征在于：所述的LED灯矩阵由各色LED灯泡组成，按照颜色的不同在矩阵内排列，所述的LED灯泡并联相接，并根据输入信号呈现各种颜色和图案的组合，其输出信号由引线从LED固定板的缺口中穿过并与集成电路相连。
5.根据权利要求1所述的重力控制型球状电子万花筒灯，其特征在于：所述的棱镜固定板的两侧开有对称的、边缘与LED固定板缺口边缘平行的两处缺口，连接重力传感装置与LED灯矩阵的引线从最近一侧的缺口处经过。
6.根据权利要求1所述的重力控制型球状电子万花筒灯，其特征在于：所述的三棱镜由三块矩形玻璃组成，所述的矩形玻璃内表面光滑反光、外表面经磨砂处理形成哑光的玻璃平面。
7.根据权利要求1所述的重力控制型球状电子万花筒灯，其特征在于：所述的重力传感装置包括前端受力片、灵敏弹簧和后端处理模块，所述的前端受力片通过灵敏弹簧与后端处理模块相连，所述的后端处理模块的输出由引线从LED固定板和棱镜固定板的夹缝中经过并与集成电路的输入相连。
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112289253A (zh) * | 2020-06-02 | 2021-01-29 | 深圳市杰理微电子科技有限公司 | Led单元的驱动电路、led单元及显示屏 |
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| CN110425490B (zh) | 2024-01-23 |
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