投影旋轉時鐘

吳日明

（浙江海洋學院機電工程學院 浙江 舟山 316000）

0 引言

現今人們家庭用的時鐘主要還是傳統意義上的時鐘，固定的表盤與表針，顯示效果單一，不能滿足時鐘不但用來看時間還是一件很好的裝飾品的要求。 隨著科技的發展網絡上出現了以DIY 為主要形式的旋轉時鐘作品。但是隨著單片機技術、高亮發光二極管制造技術和高速穩定電機制造技術的發展，這種千奇百怪、創意無限的電子旋轉時鐘必將走進千家萬戶。

1 整體框架

1.1 視覺殘留

人眼在觀察景物時，光信號傳入大腦神經，需經過一段短暫的時間，光的作用結束后，視覺形象并不立即消失，這種殘留的視覺稱 “后像”， 視覺的這一現象則被稱為 “視覺暫留”。 物體在快速運動時, 當人眼所看到的影像消失后，人眼仍能繼續保留其影像0.1-0.4 秒左右的圖像， 這種現象被稱為視覺暫留現象。是人眼具有的一種性質。人眼觀看物體時，成像于視網膜上，并由視神經輸入人腦，感覺到物體的像。 但當物體移去時，視神經對物體的印象不會立即消失，而要延續0.1 -0.4 秒的時間，人眼的這種性質被稱為“眼睛的視覺暫留”。 因此投影旋轉時鐘要想能實現效果那么就應該保證要有一定的旋轉速度，這里我采用一般的小電機就可實現。 整體的實物圖如圖1 所示。

圖1 整體實物圖

1.2 顯示原理

正常的時鐘采用LED 組成的數碼管顯示，而這里投影旋轉時鐘是直接用激光管來顯示，因為要想達到投影的效果一般的LED 是無法實現的， 普通的LED 發出的光是散的不會聚焦所以不可能實現投影功能。 激光管發射的光它具有光點不發散、集中的優良效果，同時它的驅動電路跟普通的LED是一樣的，顯示原理跟LED 燈也一樣。 點陣我想大家應該清楚，這原理就是利用點陣的思想這里我連接了16 個激光管，分別接在單片機的P0、P2 口利用旋轉時的視覺殘留來實現時鐘顯示，其效果跟點陣是一模一樣，見圖2“1”的點陣。

圖2 “1”的點陣

這里數碼管是共陽極，所以從上到下從左到右分別為：

0xFF,0xFF,0xEF,0xDF,0xEF,0xDF,0x07,0xC0,0xFF,0xDF,0xFF,0xDF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF 這里我們想象一下每一列都是16 個激光管這樣只要我們讓他掃描到這些“0”、“1”代碼，時間又在人的視覺殘留的時間內（0.1-0.4 秒）這樣我們就能看到數字“1”同時也能在天花板上看到“1”，同理其他的數字也是這樣實現的這樣我們就能顯示時鐘了。 但是只單單的這樣會出現一個數字漂浮的現象，所謂數字漂浮是指因為電機的旋轉速度不同從而導致相應的數字顯示的位置不同，如本來12:11:10 如果發生漂浮就會可能出現“2”的地方變成“1”之類的錯誤。 我采用了紅外線發射接收原理來克服這個困難，紅外接收管接收到紅外發射管發射出來的紅外線時它會導通， 這樣我就可以利用這個特點來連接單片機的相應端角。 見圖3 紅外接收。

圖3 紅外接收

其中P3.2 是外中斷0 的端角，只有紅外接收管為低電平時P3.2 才進入中斷發出一個信號，這時才顯示數字其他情況不去顯示這樣一來就不會發生數字漂浮的現象了。

1.3 無線供電

供電是這次實驗的最大困難，這次是旋轉的時鐘我們不能像正常的那樣給單片機供電這樣不僅很麻煩而且有一定的危險。 我利用電機旋轉的功能想到了“電磁感應”的原理，（電磁感應：變化的磁場在周圍空間產生電場，當導體處在此電場中時，導體中的自由電子在電場力作用下作定向移動而產生電流即感應電流；如果不是閉合回路，則導體中自由電子的定向移動使斷開處兩端積累正、 負電荷而產生電勢差——感應電動勢。 ）這樣我設計了如下的原理圖4。

圖4 無線供電原理圖

這里連接了大線圈（52T），而小線圈（68T）不過對于線圈沒有具體的要求適合就行，所以當小線圈放在電機的軸上這樣只要電機旋轉就會有電提供給電路板，實現了無線供電的功能，經過測試它能提供的電壓是比較穩定的不會有太大的起伏。

1.4 時鐘芯片

旋轉時鐘的本質還是時鐘， 而對于時鐘來說我選用了DS1302 時鐘芯片此芯片是美國DALLAS 公司推出的一種高性能、低功耗、帶RAM 的實時時鐘電路，它可以對年、月、日、周日、時、分、秒進行計時，具有閏年補償功能，工作電壓為2.5V～5.5V。采用三線接口與CPU 進行同步通信，并可采用突發方式一次傳送多個字節的時鐘信號或RAM 數據。 DS1302內部有一個31×8 的用于臨時性存放數據的RAM 寄存器。DS1302 是DS1202 的升級產品，與DS1202 兼容，但增加了主電源/后背電源雙電源引腳，同時提供了對后背電源進行涓細電流充電的能力。 圖5 為引腳圖。

圖5 引腳圖

各引腳的功能為：Vcc1：主電源；Vcc2 備份電源。 SCLK:串行時鐘，輸入，控制數據的輸入與輸出；I/O：三線接口時的雙向數據線；CE 輸入信號，在讀、寫數據期間，必須為高。 該引腳有兩個功能：第一，CE 開始控制字訪問移位寄存器的控制邏輯； 其次，CE 提供結束單字節或多字節數據傳輸的方法。見圖2-7 其連接只需三根線只要CE、I/O、SCLK 跟單片機的P3.5、P3.6、P3.7 相連即可。

1.5 紅外遙控

設計的投影時鐘不僅僅具有以上的功能，它還有紅外遙控控制的功能，遙控器可以讓旋轉時鐘實現顯示上的切換即可以顯示時間也可以切換顯示自己備注的漢字，這樣一來只有我們看看旋轉時鐘我們就可以記起今天要做的事了。HS0038 紅外接收一體化我主要采用這來實現紅外遙控的控制， 紅外接收電路一體化的紅外接收裝置將遙控信號的接收、放大、檢波、整形集于一身，并且輸出可以讓單片機識別的TTL 信號，這樣大大簡化了接收電路的復雜程度和電路的設計工作，方便使用。見圖2-7 所示HS0038 是十分簡單的一個角接地，一個角接電源，還有一個角接單片機的P3.3 角。對應的軟件設計是：利用不同按鍵的紅外代碼不同文明就可以區分不同的按鍵， 然后很程序里的數值比較做出相應的判斷，最后實現相應的功能。

2 整體系統原理圖

整體原理圖見圖6。

圖6 整體原理圖

3 結論

本文詳細介紹了投影旋轉時鐘的組成部分以及各個部分的構成原理，我個人認為這是個十分有趣的實驗，因為這個實驗打破了大家習以為常的時鐘思想以為時鐘就是平常的電子時鐘，其實我們現實生活中我們可以多去想想這樣我們就能創造出不一樣的東西了。 這次的投影旋轉時鐘是結合日常生活但是結合自己新的思想制作出來的，希望大家也都能在現實生活中尋找新型事物。

［1］樓然苗,李光飛.51 系列單片機設計實例[M].北京:北京航空航天大學出版社,2003.

［2］丁鎮生.傳感器及其遙控遙測技術應用[M].北京:北京電子工業出版社,2003.

［3］張友漢.電子線路設計應用手冊[M].福建:福建科技出版社,2003.

［4］沈任元,吳勇.常用電子元器件簡明手冊[M].北京:北京機械工業出版社,2001.

［5］求是科技.單片機典型模塊設計實例導航[M].北京:北京人民郵電出版社,2005.

［6］李華.自主輪式機器人THMR-V 的混和模糊邏輯控制[J].機器人,2003,9（11）:23-26.

［7］何桂麗,林善希.中國來電顯示標準[S].北京:北京標準出版社,1998.

［8］ 李東生.PROTEL99SE 電子設計技術入門與應用[M].北京:北京電子工業出版社,2002.

［9］Petovello M G, Lachapelle G. Estimation of clock stability using GPS[J]. GPS Solutions, 2000, 4（1）: 21-33.

［10］Nordic Single chip 433/868/915MHz Transceiver nRF905 datasheet, 2004, 7（3）: 25-37.

［11］NationalSemiconductor.LM1881VideoSync Separator General Description. April, 2001.