CN213069513U - 一种基于pov-led的旋转计时器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于POV‑LED的旋转计时器，包括单片机模块、时钟模块、红外接收模块、LED显示模块、按键模块、电源指示模块、报警模块和电源模块；所述时钟模块、红外接收模块、LED显示模块、按键模块和报警模块均与单片机模块连接，所述单片机模块、时钟模块、红外接收模块、LED显示模块、按键模块、电源指示模块和报警模块均与电源模块连接；本实用新型采用了POV‑LED技术，通过红外技术，确定指针显示的初始位置，通过LED的闪烁以及高速旋转，形成稳定的表盘和指针转动，以达到计时效果。与传统计时器相比，该实用新型新颖时尚，同时大大降低了成本，具有良好的前景。

Description

一种基于POV-LED的旋转计时器

技术领域

本实用新型是基于视觉暂留原理开发的一种旋转式的多功能计时器，可用于匀快速旋转的物体（如风扇等）；具体是一种基于POV-LED的旋转计时器。

背景技术

人眼在观察景物时，光信号传入大脑神经，需经过一段短暂的时间，光的作用结束后，视觉形象并不立即消失，这种残留的视觉称“后像”，视觉的这一现象则被称为“视觉暂留”。

视觉暂留(Persistence of vision)现象是光对视网膜所产生的视觉在光停止作用后，仍保留一段时间的现象，对于中等亮度的光刺激，视觉暂留时间约为0.1至0.4秒。

目前， LED时钟一般采用传统的LED点阵屏进行显示，需要使用LED铺满整个显示屏，因此屏幕越大LED的数量就越大，这使得LED屏价格高昂、安装及操作极其麻烦，同时也由于使用器件数目多而不易维护。

发明内容

本实用新型所要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足提供一种基于POV-LED的旋转计时器，本基于POV-LED的旋转计时器只需要使用单排LED灯（即能填满圆形屏幕的半径长度的单排LED灯），即可实现LED时钟的显示，由于LED灯使用数量少，从根本上避免了传统LED显示屏的种种不足。

为实现上述技术目的，本实用新型采取的技术方案为：

一种基于POV-LED的旋转计时器，包括单片机模块、时钟模块、红外接收模块、LED显示模块、按键模块、电源指示模块、报警模块和电源模块；所述时钟模块、红外接收模块、LED显示模块、按键模块和报警模块均与单片机模块连接，所述单片机模块、时钟模块、红外接收模块、LED显示模块、按键模块、电源指示模块和报警模块均与电源模块连接；

所述单片机模块包括单片机STC12C5A60S2、复位电路和晶振电路，所述单片机STC12C5A60S2的引脚9与复位电路连接，引脚18和引脚19均与晶振电路连接，引脚20连接地线，引脚3、引脚8和引脚28均与时钟模块连接，引脚12与红外接收模块连接，引脚21与报警电路连接，引脚26与按键电路连接，引脚35、引脚36、引脚37、引脚38和引脚39均与LED显示模块连接，引脚40连接电源VCC；

所述LED显示模块包括电阻R1至电阻R12以及发光二极管LED1至发光二极管LED12，电阻R1至电阻R12的一端同时连接电源VCC，电阻R1的另一端通过发光二极管LED1与所述单片机STC12C5A60S2的引脚39连接，电阻R2的另一端通过发光二极管LED2与所述单片机STC12C5A60S2的引脚38连接，电阻R3的另一端通过发光二极管LED3与所述单片机STC12C5A60S2的引脚38连接，电阻R4的另一端通过发光二极管LED4与所述单片机STC12C5A60S2的引脚38连接，电阻R5的另一端通过发光二极管LED5与所述单片机STC12C5A60S2的引脚38连接，电阻R6的另一端通过发光二极管LED6与所述单片机STC12C5A60S2的引脚38连接，电阻R7的另一端通过发光二极管LED7与所述单片机STC12C5A60S2的引脚37连接，电阻R8的另一端通过发光二极管LED8与所述单片机STC12C5A60S2的引脚37连接，电阻R9的另一端通过发光二极管LED9与所述单片机STC12C5A60S2的引脚37连接，电阻R10的另一端通过发光二极管LED10与所述单片机STC12C5A60S2的引脚36连接，电阻R11的另一端通过发光二极管LED11与所述单片机STC12C5A60S2的引脚36连接，电阻R12的另一端通过发光二极管LED12与所述单片机STC12C5A60S2的引脚35连接。

作为本实用新型进一步改进的技术方案，所述红外接收模块包括电阻R16和红外接收头IR1838，所述红外接收头IR1838的引脚1连接电阻R16的一端，电阻R16的另一端同时与电源VCC和单片机STC12C5A60S2的引脚12连接，所述红外接收头IR1838的引脚2连接地线，所述红外接收头IR1838的引脚3连接电源VCC。

作为本实用新型进一步改进的技术方案，所述时钟模块包括电阻R17至电阻R20、晶振Y2、电容C5和芯片DS1302，所述芯片DS1302的引脚1通过电容C5连接地线，且引脚1通过电阻R17连接电源VCC，所述芯片DS1302的引脚2和引脚3分别与晶振Y2的两端连接，所述芯片DS1302的引脚4连接地线，所述芯片DS1302的引脚5通过电阻R20连接电源VCC，所述芯片DS1302的引脚6通过电阻R19连接电源VCC，所述芯片DS1302的引脚7通过电阻R18连接电源VCC，所述芯片DS1302的引脚8连接3V电源。

作为本实用新型进一步改进的技术方案，所述按键电路包括电阻R14和按键SW1，所述电阻R14的一端连接电源VCC，另一端同时与按键SW1一端和单片机STC12C5A60S2的引脚26连接，按键SW1另一端连接地线。

作为本实用新型进一步改进的技术方案，所述报警电路包括电阻R15、三极管Q1、电容C2和蜂鸣器B1，所述电阻R15的一端与单片机STC12C5A60S2的引脚21连接，所述电阻R15的另一端与三极管Q1的基极连接，三极管Q1的集电极连接地线，三极管Q1的发射极与蜂鸣器B1的一端连接，蜂鸣器B1的另一端连接电源VCC，蜂鸣器B1的两端分别与电容C2的两端连接。

作为本实用新型进一步改进的技术方案，所述电源模块用于通过开关SW2分别为单片机模块、时钟模块、红外接收模块、LED显示模块、按键模块、报警模块和电源指示模块提供电源VCC；

所述电源指示模块包括电阻R21和发光二极管LED13，所述电阻R21的一端通过开关SW2与电源模块连接，电阻R21另一端通过发光二极管LED13连接地线。

作为本实用新型进一步改进的技术方案，所述复位电路包括电容C1和电阻R13，所述电容C1和电阻R13的一端同时与单片机STC12C5A60S2的引脚9连接，电容C1的另一端连接电源VCC，电阻R13的另一端连接地线；所述晶振电路包括电容C3、电容C4和晶振Y1，所述晶振Y1的一端同时与电容C3一端和单片机STC12C5A60S2的引脚18连接，所述晶振Y1的另一端同时与电容C4一端和单片机STC12C5A60S2的引脚19连接，电容C3的另一端和电容C4的另一端同时连接地线。

本实用新型的有益效果为：

时钟画面是由一列发光二极管LED1-LED12绕圆心按顺时针方向逐列高速扫描过去的，每到一列单片机控制相应的LED灯点亮或者熄灭，要在0.1秒内扫描完一圈，重复执行这样的扫描，人的眼睛看上去就形成了一幅时钟的画面。转速越高，LED灯越多，分辨率就越高，看上去就越逼真。

本装置可以利用旋转的物体，实现LED时钟的显示，该显示方式较为新颖，比较有发展前景。整体电路结构简单，稳定可靠。

附图说明

图1为本实用新型的电路结构框图。

图2为本实用新型的电路原理示意图。

图3 中（a）为本实用新型LED灯列中发光二极管LED1-LED12全灭时的显示状态图。

图3 中（b）为本实用新型发光二极管LED12常亮时LED灯列高速旋转状态示意图。

图3 中（c）为本实用新型秒针单独运作时的显示状态图。

图3 中（d）为本实用新型在时钟模式下秒针、分针、时针共同运作时的显示状态图。

具体实施方式

下面根据附图对本实用新型的具体实施方式作出进一步说明：

如图1所示，一种基于POV-LED的旋转计时器，包括单片机模块、时钟模块、红外接收模块、LED显示模块、按键模块、电源指示模块、报警模块和电源模块；所述时钟模块、红外接收模块、LED显示模块、按键模块和报警模块均与单片机模块连接，所述单片机模块、时钟模块、红外接收模块、LED显示模块、按键模块、电源指示模块和报警模块均与电源模块连接。

如图2所示，所述单片机模块包括单片机STC12C5A60S2（U1）、复位电路和晶振电路，所述单片机STC12C5A60S2的引脚9与复位电路连接，引脚18和引脚19均与晶振电路连接，引脚20连接地线，引脚3、引脚8和引脚28均与时钟模块连接，引脚12与红外接收模块连接，引脚21与报警电路连接，引脚26与按键电路连接，引脚35、引脚36、引脚37、引脚38和引脚39均与LED显示模块连接，引脚40连接电源VCC。所述复位电路包括电容C1和电阻R13，所述电容C1和电阻R13的一端同时与单片机STC12C5A60S2的引脚9连接，电容C1的另一端连接电源VCC，电阻R13的另一端连接地线。所述晶振电路包括电容C3、电容C4和晶振Y1，所述晶振Y1的一端同时与电容C3一端和单片机STC12C5A60S2的引脚18连接，所述晶振Y1的另一端同时与电容C4一端和单片机STC12C5A60S2的引脚19连接，电容C3的另一端和电容C4的另一端同时连接地线。

如图2所示，所述LED显示模块包括电阻R1至电阻R12以及发光二极管LED1至发光二极管LED12，电阻R1至电阻R12的一端同时连接电源VCC，电阻R1的另一端通过发光二极管LED1与所述单片机STC12C5A60S2的引脚39连接，电阻R2的另一端通过发光二极管LED2与所述单片机STC12C5A60S2的引脚38连接，电阻R3的另一端通过发光二极管LED3与所述单片机STC12C5A60S2的引脚38连接，电阻R4的另一端通过发光二极管LED4与所述单片机STC12C5A60S2的引脚38连接，电阻R5的另一端通过发光二极管LED5与所述单片机STC12C5A60S2的引脚38连接，电阻R6的另一端通过发光二极管LED6与所述单片机STC12C5A60S2的引脚38连接，电阻R7的另一端通过发光二极管LED7与所述单片机STC12C5A60S2的引脚37连接，电阻R8的另一端通过发光二极管LED8与所述单片机STC12C5A60S2的引脚37连接，电阻R9的另一端通过发光二极管LED9与所述单片机STC12C5A60S2的引脚37连接，电阻R10的另一端通过发光二极管LED10与所述单片机STC12C5A60S2的引脚36连接，电阻R11的另一端通过发光二极管LED11与所述单片机STC12C5A60S2的引脚36连接，电阻R12的另一端通过发光二极管LED12与所述单片机STC12C5A60S2的引脚35连接。

如图2所示，所述红外接收模块包括电阻R16和红外接收头IR1838（HR1），所述红外接收头IR1838的引脚1连接电阻R16的一端，电阻R16的另一端同时与电源VCC和单片机STC12C5A60S2的引脚12连接，所述红外接收头IR1838的引脚2连接地线，所述红外接收头IR1838的引脚3连接电源VCC。

时钟模块负责记录时间数据，节省单片机的资源，提高其工作效率，保证计时精度；并且其模块可在系统掉电后正常计时，不需重新设定时钟时间。如图2所示，时钟模块包括电阻R17至电阻R20、晶振Y2、电容C5和芯片DS1302（IC1），所述芯片DS1302的引脚1通过电容C5连接地线，且引脚1通过电阻R17连接电源VCC，所述芯片DS1302的引脚2和引脚3分别与晶振Y2的两端连接，所述芯片DS1302的引脚4连接地线，所述芯片DS1302的引脚5通过电阻R20连接电源VCC，所述芯片DS1302的引脚6通过电阻R19连接电源VCC，所述芯片DS1302的引脚7通过电阻R18连接电源VCC，所述芯片DS1302的引脚8连接接口JP2，接口JP2用于连接3V电源。

如图2所示，所述按键电路包括电阻R14和按键SW1，所述电阻R14的一端连接电源VCC，另一端同时与按键SW1一端和单片机STC12C5A60S2的引脚26连接，按键SW1另一端连接地线。

如图2所示，所述报警电路包括电阻R15、三极管Q1、电容C2和蜂鸣器B1，所述电阻R15的一端与单片机STC12C5A60S2的引脚21连接，所述电阻R15的另一端与三极管Q1的基极连接，三极管Q1的集电极连接地线，三极管Q1的发射极与蜂鸣器B1的一端连接，蜂鸣器B1的另一端连接电源VCC，蜂鸣器B1的两端分别与电容C2的两端连接。

如图2所示，所述电源模块用于通过开关SW2分别为单片机模块、时钟模块、红外接收模块、LED显示模块、按键模块、报警模块和电源指示模块提供电源VCC。

如图2所示，所述电源指示模块包括电阻R21和发光二极管LED13，所述电阻R21的一端通过开关SW2与接口JP1连接，接口JP1即为电池盒，用于连接5V电池即电源模块，电阻R21另一端通过发光二极管LED13连接地线。当开关SW2闭合时，电源模块为其他模块供电，电源指示模块中的发光二极管LED13亮；当开关SW2断开时，电源模块停止为其他模块供电，发光二极管LED13灭。

本实施例的电源模块采用3节5V电池供电，能够为单片机提供较为稳定的工作电压，电池盒直接固定在本实施例上，避免了在高速旋转的情况下，供电导线带来的不便，对旋转物体的要求也随之降低。本实施例整体结构固定在旋转物体上，通过旋转物体带动整体结构旋转，其中LED1-LED12位于同一条直线上，且LED1位于旋转结构中心，因此，LED1-LED12为能填满圆形屏幕的半径长度的单排LED灯。

旋转点阵LED显示屏在高速旋转时，使用通过软件延时使之在相应的时刻亮灭，人的视觉暂留现象，从而形成完整连续的图像。因此对于显示方面可以采用单片机依据其晶振频率控制延时来实现。单片机负责数据的处理并控制LED的显示；红外接收模块由一体化红外接收头和红外接收管组成，分别负责处理红外遥控器发出的调时信号和识别旋转的起始位置的作用。

旋转计时器首先是各种初始化及DS1302的初始时间设定，然后单片机采用查询方式查询P3.2是否接受到了中断信号，接收到中断说明指针已经旋转到起点。查询到信号之后读取DS1302的时间，然后通过LED旋转点阵显示。当有红外调控信号调整时间时，红外接收头IR1838将接受到红外脉冲，会以下降沿的方式给单片机一组下降沿脉冲中断信号，单片机接收到脉冲后，通过编程和定时器，记录每一个脉冲的宽度，实现对信号的识别，实现时钟时间的调整。

假设12点那个刻度为0°，则每个小时时针之间的角度为360°÷12=30°，于是当整一列发光二极管每旋转30°，该LED灯就点亮一个瞬间以呈现出时间刻度。如果在小于0．1秒内这列LED灯能旋转完一圈，人眼就会误认为先后产生的12个刻度是同一时间显示出来的。

显示秒针、分针和时针的方法跟显示时间刻度的原理一样。如图3中（a）所示，该装置采用了12支发光二极管LED1-LED12。当LED灯列匀高速旋转时，远离圆心的最外侧的LED12常亮，则会出现如图3中（b）黑色部分所示的圆框，以此来表示为时钟表盘。在此基础上，控制余下LED1-LED11来表示指针，在1秒之内，使之在同一位置闪烁，使之在表盘上形成1秒的短暂停留，当1秒结束之后，将在此位置顺时针旋转6°的位置闪烁，以达到秒针在表盘上旋转一格的效果，以此类推，肉眼可以看见秒针在表盘上顺利旋转，每转一圈即为一分钟。

灯列里面靠内部的LED1-LED9用来显示分针，在秒针显示的同时，这9支LED同时兼顾分针的显示。在秒针显示位置闪烁之后，到达分针显示位置还要再闪烁一次，而它们向下一个闪烁位置（即顺时针6°的位置）移动的时间间隔也延长至1分钟。

最靠内的LED1-LED6，除了秒针和分针之外，还要负责时针的显示。与分针类似，分别在秒针、分针位置闪烁以后，还需要在时针位置闪烁，下一个闪烁位置为顺时针60°，时间长度为1小时。

最终，在时钟模式下，整个表盘会呈现如图3中（d）所示的画面，而在计时模式下，则会呈现图3中（c）的画面，仅有秒针单独运作，作为短时计时所用。在时钟模式下，如果两个或三个指针重叠，则只能看见较长的那根指针（如图3中（c）所示，在时钟模式下，即为12点整或0点整），但由于钟表的特性，重叠时间不会超过一分钟，两三秒即可判断正确时间，不会产生较大影响。在计时模式下，需提前设置好计时时间，在计时开始时蜂鸣器B1会发出一声滴鸣，结束时发出两声滴鸣，以示区分。在两种模式切换和计时清零时，都需要进行红外校准，以达到视觉的最佳效果。按键电路可进行两种模式切换和计时清零。

本实用新型的保护范围包括但不限于以上实施方式，本实用新型的保护范围以权利要求书为准，任何对本技术做出的本领域的技术人员容易想到的替换、变形、改进均落入本实用新型的保护范围。

Claims (7)

1.一种基于POV-LED的旋转计时器，其特征在于：包括单片机模块、时钟模块、红外接收模块、LED显示模块、按键模块、电源指示模块、报警模块和电源模块；所述时钟模块、红外接收模块、LED显示模块、按键模块和报警模块均与单片机模块连接，所述单片机模块、时钟模块、红外接收模块、LED显示模块、按键模块、电源指示模块和报警模块均与电源模块连接；

所述单片机模块包括单片机STC12C5A60S2、复位电路和晶振电路，所述单片机STC12C5A60S2的引脚9与复位电路连接，引脚18和引脚19均与晶振电路连接，引脚20连接地线，引脚3、引脚8和引脚28均与时钟模块连接，引脚12与红外接收模块连接，引脚21与报警电路连接，引脚26与按键电路连接，引脚35、引脚36、引脚37、引脚38和引脚39均与LED显示模块连接，引脚40连接电源VCC；

所述LED显示模块包括电阻R1至电阻R12以及发光二极管LED1至发光二极管LED12，电阻R1至电阻R12的一端同时连接电源VCC，电阻R1的另一端通过发光二极管LED1与所述单片机STC12C5A60S2的引脚39连接，电阻R2的另一端通过发光二极管LED2与所述单片机STC12C5A60S2的引脚38连接，电阻R3的另一端通过发光二极管LED3与所述单片机STC12C5A60S2的引脚38连接，电阻R4的另一端通过发光二极管LED4与所述单片机STC12C5A60S2的引脚38连接，电阻R5的另一端通过发光二极管LED5与所述单片机STC12C5A60S2的引脚38连接，电阻R6的另一端通过发光二极管LED6与所述单片机STC12C5A60S2的引脚38连接，电阻R7的另一端通过发光二极管LED7与所述单片机STC12C5A60S2的引脚37连接，电阻R8的另一端通过发光二极管LED8与所述单片机STC12C5A60S2的引脚37连接，电阻R9的另一端通过发光二极管LED9与所述单片机STC12C5A60S2的引脚37连接，电阻R10的另一端通过发光二极管LED10与所述单片机STC12C5A60S2的引脚36连接，电阻R11的另一端通过发光二极管LED11与所述单片机STC12C5A60S2的引脚36连接，电阻R12的另一端通过发光二极管LED12与所述单片机STC12C5A60S2的引脚35连接。

2.根据权利要求1所述的基于POV-LED的旋转计时器，其特征在于：所述红外接收模块包括电阻R16和红外接收头IR1838，所述红外接收头IR1838的引脚1连接电阻R16的一端，电阻R16的另一端同时与电源VCC和单片机STC12C5A60S2的引脚12连接，所述红外接收头IR1838的引脚2连接地线，所述红外接收头IR1838的引脚3连接电源VCC。

3.根据权利要求2所述的基于POV-LED的旋转计时器，其特征在于：所述时钟模块包括电阻R17至电阻R20、晶振Y2、电容C5和芯片DS1302，所述芯片DS1302的引脚1通过电容C5连接地线，且引脚1通过电阻R17连接电源VCC，所述芯片DS1302的引脚2和引脚3分别与晶振Y2的两端连接，所述芯片DS1302的引脚4连接地线，所述芯片DS1302的引脚5通过电阻R20连接电源VCC，所述芯片DS1302的引脚6通过电阻R19连接电源VCC，所述芯片DS1302的引脚7通过电阻R18连接电源VCC，所述芯片DS1302的引脚8连接3V电源。

4.根据权利要求3所述的基于POV-LED的旋转计时器，其特征在于：所述按键电路包括电阻R14和按键SW1，所述电阻R14的一端连接电源VCC，另一端同时与按键SW1一端和单片机STC12C5A60S2的引脚26连接，按键SW1另一端连接地线。

5.根据权利要求4所述的基于POV-LED的旋转计时器，其特征在于：所述报警电路包括电阻R15、三极管Q1、电容C2和蜂鸣器B1，所述电阻R15的一端与单片机STC12C5A60S2的引脚21连接，所述电阻R15的另一端与三极管Q1的基极连接，三极管Q1的集电极连接地线，三极管Q1的发射极与蜂鸣器B1的一端连接，蜂鸣器B1的另一端连接电源VCC，蜂鸣器B1的两端分别与电容C2的两端连接。

6.根据权利要求5所述的基于POV-LED的旋转计时器，其特征在于：所述电源模块用于通过开关SW2分别为单片机模块、时钟模块、红外接收模块、LED显示模块、按键模块、报警模块和电源指示模块提供电源VCC；

所述电源指示模块包括电阻R21和发光二极管LED13，所述电阻R21的一端通过开关SW2与电源模块连接，电阻R21另一端通过发光二极管LED13连接地线。

7.根据权利要求6所述的基于POV-LED的旋转计时器，其特征在于：所述复位电路包括电容C1和电阻R13，所述电容C1和电阻R13的一端同时与单片机STC12C5A60S2的引脚9连接，电容C1的另一端连接电源VCC，电阻R13的另一端连接地线；所述晶振电路包括电容C3、电容C4和晶振Y1，所述晶振Y1的一端同时与电容C3一端和单片机STC12C5A60S2的引脚18连接，所述晶振Y1的另一端同时与电容C4一端和单片机STC12C5A60S2的引脚19连接，电容C3的另一端和电容C4的另一端同时连接地线。

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