正六面体端面特征自识别系统的设计与制作.pdf

藤|显l 皿C O N T E S T17 1 w t i：扎?引q?一”1：m q f。”。”中”1?1+”叩”?”忖”|_ 州州I”m 堋憩_ i=：L，j m j j mL；|m j?j m。j|k 4|t t 札；请ih j i；i I i l，k t I|i。：j|k n|m*【Ik jk。t k h t kk h o“瀛正六面体端面特征自识别系统的设计与制作黪作者李宝泉，吕铁男吉林工业职业技术学院郭毅东丰县广播电影电视局本正六面体端面特征自识别系统是2 0 1 0 年吉林省大学生电子设计竞赛试题，比赛结束后，本人动手设计、制作了该识别系统，实现了设计要求的全部功能，介绍如下。设计要求：在正六面体相应各个表面安装1 6个L E D，作为标记【类似于传统的骰子)，能够对正六面体端面进行识别，内置控制电路。随机转动六面体，等待此六面体静止后，实现自动识别平行于地面上方的端面并点亮L E D。用L E D 不同位数显示标记信息，其它端面L E D 灯不亮。采用无线方式将上端面标记信息(如1、2 6)传送到外部信息接收器，能够将识别次数及标记存储及回放等。本设计采用技术成熟的芯片，且成本低、端面识别准确。可供电子爱好者参考学习。I 二焉黼澜该识别系统以单片机S T C l 2 C 5 4 1 0 A D 为控制核心，系统分为正六面体，外部信息接收器两部分。根据正六面体内置水银开关检测正六面体端面信息，经过单片机判断处理后控制对应的L E D 点亮并将端面信息编码，通过内置编码芯片P T 2 2 6 2 构成的无线发射电路发送编码信息。由解码芯片P T 2 2 7 2构成的信息接收器接收信号，进行解码，通过液晶一oI 面体端面卜oI 竺型堡堡1c n。日量片机图15 0I2 0 1 1 0 2I 嗍e l e l 6 9 c o r n显示器显示端面信息。通过P T 2 2 7 2 的V T 管脚输出高电平信号实现记录次数，通过单片机内部存储器进行标识存储。通过按键控制实现回放。系统框图见图1。1 正六面体端面检测模块本制作由8 组端面检测模块组成，每组模块分别由水银开关作为偏值电阻(水银开关未接通时阻值无穷大)、三极管9 0 1 2 和负载电阻等构成。其中负载电阻R 1 一R 8 选1 0 K，三极管发射极输出端面检测信号，分别送给S T C l 2 C 5 4 1 0 A D 单片机的P 2口。当随机转动正六面体静止后，相应部位的四组水银开关接通，P N P 管9 0 1 2 的基极偏值电阻变小，发射极跟随基极输出低电平送给单片机识别。反之。基极开路，晶体管电流很小，发射极输出高电平。模块电路如图2。2 正六面体内置无线发射模块本制作采用编码芯片P T 2 2 6 2 芯片设计的四键遥控模块(成品)作为发射模块。遥控模块具有价格低廉。发射机体积小巧、外观精致，耗电低，工作稳定可靠等优点。选择发射频率4 3 3 M H z 或者3 1 5 M H z。注意发射器和接收器频率保持一致，收发双方的地址码(A 0 A 7)设置保持一致。可以定义为悬空、接地或者高电平等。设置不同的地址码防止测试、使用时产生干扰。P T 2 2 6 2 数据输入端使用三位D O、D 1、D 2 进行数据编码。为了使无线发射器与单片机相连接，对无线发射器进行改造。方法是使用T L P 6 2 6 3 光电耦合器的三组光敏三极管来代替发射器上的三个按键，将光电耦合器万方数据、黔辘，讯?|j l|l 弹撵群嘴?嘶i 甲w 州j t l 哪i r#?咿|乳1 j q F 媳喝1|j2 l I 喁+帑4 群删稻蛐，瓢嚆蝴q 帮羁”警罐麟喝哥孙嚷粥繁哆擎l 码智翳悄鹊、i p 警锣 i 甲j 玎l 晔壤|妣拖蠹酗；堪乩哧姒珏她|j 盼0b 镰 堪虹镰魄趣t 雌呱汹：J l 磷 t 撼赫幽幽漱妊艋罐酶峨蛐|i 1 嘞*啪孙谯ki敦0 眩。篆0 眩，鬈0 陀2R，涨40 乾3 惫0 陀4，R 涨60 陀5 黑0 陀6，R 眯80 哪iid 烈烈烈烈剽烈剽s 9 0 1 2 l 水罡三兰!j 奎竖翌型兰墨!到三墨三兰!罡篓!兰!j!竖!兰!l 查竖翌茎：1 兰至!型i图3 改造后的发射模块：用U 1 U 2 U 3 代替按键本制作采用由3 的发光二极管作为显示器。限流电阻1 K Q，驱动器选择9 0 1 2 三极管。六个端面上分别安装1 6 个发光二极管。电路如图4。4 无线接收模块本制作采用解码芯片P T 2 2 7 2芯片设计的无线遥控开关接收器(成品)作为接收模块。接收模块的信号频率应与发送端保持一致。P T 2 2 7 2 接收器的数据输出端D O、D 1、D 2 连接单片机的P 2 0、P 2 1、P 2 2 管脚用于接收解码信号，通过单片机进行信号处理送液晶显示器显示端面信息。通过P T 2 2 7 2 的V T 输出信号记-一-_-。-。-_-。-。-。_-。-。_ 一。一。一。一一一一一一一。：+一5 V：|霹震霜鄹|i0 震0 霰0 霰噼0 震0 嚣0 翟0 卿铆；：40 删铘乖0 罴0 带瞬0 钢剜罴ll 吲永9 刮0 1 21 K I X,、鲫杈卿，k 杈二引k 杈：2i图42 0 1 1 0 2-电孑翻佑I5 1万方数据懿习员l 皿C O N T E S Tt 1 。1 1E j 扭|m I|、I“喈?一一t j-：。n 弹。1 t t|I：珀 掣弹l ”|q 哪嘲：，豫j t t j m l 憎b 静；m 址f 铲?嚣墨。H4；k 1，|一fk Iq 4 缸矗 备z，i s 镛s t l m“1 d，i i I!拈t 一。i j I 甜i k|：挂啦t m f tk 珏矗t 矗。i I?矗t：k 矗恤扎女l 椒；瓤r 呻m 幽i 妇k 霭录六面体转动次数，该信号由低电平变为高电平时表示收到发射信号。再通过S 9 0 13 三极管组成的集电极输出电路进行电平转换，输出信号送给单片机的外中断I N T O 口。设置单片机外中断I N T 0 为边沿触发方式。通过中断服务子程序实现记录正六面体转动次数。具体电路如图5。转动，电源安装在内部，不可以外接电源并且正六面体拆卸较麻烦，选择充电电池，在正六面体外测留有充电插座。7 核心电路整机的核心电路分为发射器和接收器两部分，蓟R 15F 产R 4 5 1 0 K 87C 16 5P34LM358234嘲_ 瞄IU|lIIl 上I1IJ|l斟R331 1 71Ql j 芷刍、图5 无线遥控接收模块5 接收器显示模块接收器显示模块采用1 2 8 6 4 液晶显示器。电路如图6。陀2V c c乾3P Z R s rP Z 0附日F l l 0P 1 7T X 踟黾1P 1 6x r A L 2P 1 5耻1P 1 4阮纠N T 0P 1 3l 盯1 氇3P 1 2T“阿4P 1 1T I P 3 5P 1 0P 2 4P 3 7F 2 5P Z 7G N DP 2 6S T C l 2 C 5 4 1 0 A D1 2 8 X 6 4液晶显示器6 正六面体电源模块本设计采用4 节1 2 V 镍氢充电电池串联组成电源模块，由于正六面体需要灵活5 2-2 0 11 0 2I n 惴e l e l 6 9 c o m图7 为发射部分，图8为接收部分。本设计采用C 语言程序控制，整机程序框图如图9。发射器通过查询方式检测正六面体端面信息并作出相应的操作。流程图a 所示。接收器也通过查询方式检测编码信号并显示端面信息。流程图b。通过外中断I N T 0 来记录正六面体转动次数。流程图c 所示。图8五；I，基一茁一刀笛为一孔一压一复一到一一伯一侣一仃一惦1234567890123J，万方数据(c)图91 正六面体外壳的制作与安装本制作采用4 m m 厚的有机玻璃板制成正六面体外壳部分。首先量好尺寸，用钢锯截成边长为8 c m 8 c m 的正方形(设计要求)，用电钻(选直径为4 c m 钻头)分(b)别在六个正方形有机玻璃板上合适的位置打孔1 6 个，然后将发光二极管安装在正方形有机玻璃板上。防止其松动，用塑料胶枪融化胶棒作为粘合剂固定。再将4 个正方形有机玻璃板连接做成柱状，连接处用胶枪融化胶棒固定。将4 节5 号充电电池分别贴放在柱状体4 个直角处，用胶枪固定，再用导线将其串联构成电源模块。2 0 1 1 0 2I 电孑翻偿I5 3I 箍爿员I i 口C O N T E S T，岳Ff，舛“fm彬，妒口，W“$叶如”珥i轴山耄二1 萎“肼“妒御吖”肿川吁舢”心鹏们惯“峭”“”“”硝，“矿07哪“”“，妒”，“玎心矿=萼州缈=A 6=0I,x=oI-L aJ记录转动次数f 中断返回1万方数据r4 釉|j 韵”l；辨杆雠猾t 礁擎。f 媳曝黔熟释鹋誓辑臀獬饕辑释辑|4|】糖孵*镕钟鼬豫啊葶|髀帮讳*瓣韵躬。嘴嗣i 部。鞘 i 辨 粥钎，钟确淳尊鹊琏熟辨 雌疆k 妇4；，#4|矗硒“虢；t 篱 警堪醯溅锯&，k#瓣旗馥秘妊触盎t 磕龇锤帆缸t h 娃拣仇l 醯妊弛醯瞄j：激童t 讧i 船 缸“娃I 妇l；k 赫强|德妊k 妊溆t t 赵濯然后将正方形有机玻璃板上所有L E D 的阳极用导线相连接到电源开关上，将每个板上的L E D 的阴极用导线连接每个面引出一根控制线。注意柱状体两个堵头处先不要封上。安装见图1 0。图1 02 水银开关的固定将8 支水银开关分别安装在正六面体内测8 个角上。注意水银开关与三个正方形玻璃板成4 5 度，使用胶枪固定。每个开关引出两根导线，注意水银开关与导线连接处用锡焊连接，再套上热缩管防止短路。安装见图11。墩锻)1 关图1 13 无线发射器的设计与安装将遥控发射器外壳去掉，露出线路板。用电烙铁将5 4 _ 2 0 1 1 0 21w w w 0 1 0 1 6 9 c o m电源正负极的金属电池夹卸下来。避免占用过多的空间。保留发射天线。然后将光电耦合器背面贴放在发射器的线路板上。用胶枪固定，按照原理图连接导线。注意裸露导线处用热缩管绝缘。安装见图1 2。图1 24 控制核心电路板的制作本制作以S T C l 2 C 5 4 1 0 单片机为核心。分为制作正六面体内置控制板和信息接收板。按照原理图，使用p r o t e l 9 9 s e 软件绘制单面线路板，然后使用双氧水和稀盐酸按比例混合腐蚀线路板，然后焊接元件。最后在内置控制核心板安装无线发射模块。再连接水银开关、L E D导线。最后将核心板与发射模块放置到正六面体内部。关于具体P C B 版图和元件表请读者从 f e l e l 6 9 c o m下载。5 整机调试整机焊接完毕，首先检查硬件连线有无错误再逐步调试各模块。首先载入l e d 控制小程序。检查l e d 显示是否正常。加入发射编码程序，查看信息接收器是否接收到信号。可在P T 2 2 7 2 的V T 端接一只l e d，判断是否接收到信号。加入显示子程序，发现没有显示字符。调整可调电阻R P l 的值。显示正常。再将P T 2 2 7 2 的V T 端接到三极管的基极上。载入发射器发射编码程序。观察接收端六面体转动次数纪录情况。若异常，检查V T 端信号。检查单片机外中断I N T 0 设置是否正确。接上内置电池，将剩余两个端面安装完毕上电后对系统初始化，摇动六面体3 秒静止后，发现其他端面的l e d 也显示。检查发现六面体导线有短路现象，再次将导线套上热缩管处理一切正常。万方数据正六面体端面特征自识别系统的设计与制作正六面体端面特征自识别系统的设计与制作作者：李宝泉，吕铁男，郭毅作者单位：李宝泉,吕铁男(吉林工业职业技术学院)，郭毅(东丰县广播电影电视局)刊名：电子制作英文刊名：ELECTRONICSDIY年，卷(期)：2011(2)本文链接：http:/