中山大学电力电子考研经验小总结.docx
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中山大学电力电子考研经验小总结
ECE476:
无线实时控制持久性与视觉装置
DevelopedbyJonathanDiamondandHonghaoTian乔纳森钻石和宏浩田开发
IntroductionHighLevelDesignHardwareSoftwareResultsConclusionDonors/ContributorsAppendices引进高层次设计硬件和软件的结果结论捐助者/提供者附录
Introduction介绍
Wesetouttomakeaneasytointeractwith,highlycustimizablePOVdisplay我们的目标是做一个简单的互动,高度custimizablePOV显示
Indecidingonaprojectwelookedforachallengethatwouldhaveagoodmixofhardwareandsoftwareproblems.在决定一个项目时,我们看着一个挑战,将有一个良好的硬件和软件问题的混合。
Weendedupprimarilyconcentratingonlookingatunusualdisplaytechnologiesanddecidedthatapersistenceofvision(POV)displaywouldbeagoodbalance.我们结束了主要集中在寻找不同寻常的显示技术,并决定持续的视力(POV)显示将是一个很好的平衡。
APOVdisplayisadisplaycreatedbyrotatinganarrayofLEDsrapidly.一个POV显示是创建一个显示快速旋转LED阵列。
Duetothefactthathumaneyescanonlyrendersomanyimagespersecond,thefastspinningLEDSseemlikeasoliddisplay.由于这样的事实,人类的眼睛只能每秒渲染的那么多的图像,快速旋转的LED似乎像一个坚实的显示。
WhilemanyPOVprojectshavebeendesignedbefore,theytendtobeverystatic.虽然许多POV项目已设计之前,他们往往是非常静态的。
Oftentheyonlydisplayoneimageoranimationandusuallyhavenointeractivity.他们往往只显示一个图像或动画,通常没有互动。
Wesetouttomakeaverymodularmultipurposedesign.我们的目标是非常模块化的多用途设计。
OuroriginalgoalwastomaketwodifferentLEDarrays,a2DversionwithRGBLEDsanda3DversionthatusesmonochromeLEDs.我们最初的目标是使两个不同的LED阵列,与RGBLED的2D版和3D版本使用单色的LED。
Whileweonlyhadtimetomakethe2Ddisplay,ourdesignmakesiteasyfortheusertoswaptheLEDarrayforadifferentone.虽然我们只有使2D显示的时间,我们的设计很容易让用户换一个不同的LED阵列。
Additionally,ourdesignisfullycustomizable.此外,我们的设计是完全可定制。
Imagescanbeuploadedandmanagedfromacomputerconnectedwirelessly,ascanthefirmware.图片可以上传和管理无线连接的计算机,作为固件。
HighLevelDesign高层次的设计
Wefoundtheideaforthepersistenceofvisiondevice(alsoknownasapropellerclock)here.我们发现这里持久的视觉装置(又称螺旋桨时钟)的想法。
Toimproveuponthedevicewefound,wewantedawayforthepropellerclocktocommunicatewithacomputeranddecidedtousetheserialprotocolforthis.来改善设备,我们发现,我们希望一个螺旋桨时钟的方式与计算机通信,并决定使用的串行协议。
Atthesametime,wedecidedtomakeafriendlyGUIwithJAVAsothatanyusercanintuitivelydotheupdates.在同一时间,我们决定用JAVA做一个友好的图形用户界面,使任何用户都可以直观地做了更新。
TheserialinterfacethatweendedupusingistheXBee.我们结束了使用串行接口的XBee。
Thisdevicewasextremelyhelpfulsinceitallowsustohavewirelessserialcommunication.这个装置是非常有用的,因为它可以让我们拥有无线串行通信。
Atthesametimeitisalsoextremelyeasytouse.同时,它也是非常容易使用。
Theyworkrightoutoftheboxandonlyneedstobepluggedintothelaptopandourdevice.他们的工作权利开箱,只需要插入到笔记本电脑和我们的设备。
Inordertomakeourmultipurposepropellerclock,wedecidedtomaketwomaincomponents.为了使我们多用途螺旋桨时钟,我们决定把两个主要组成部分。
ThemaincircuitboardwilldoallthecalculationsnecessarytofigureoutwhatLEDstoturnonwhilethesecondaryboardwillonlyhaveLEDs.主电路板将做所有必要的计算,要弄清楚什么样的LED,以打开,而二板只会有发光二极管。
Thiswouldmakeitextremelysimpletoswitchbetweenthe2Dvs3Dpropellerclockthatweenvisioned.这将使得它极其简单的二维和三维的螺旋桨,我们设想的时钟之间切换。
ThemaincircuitboardisalsouniquesinceitcaneitherreaddatafromtheexternalEEPROMs(romcontrol)orbecontrolleddirectly(directcontrol).主电路板也是独一无二的,因为它可以从外部EEPROM(ROM控制)读取数据,或直接控制(直接控制)。
Thisgivesusalotofversatility.这给了我们很多的多功能性。
Romcontrolmakesanimationssimpletodowhilethedirectcontrolallowsustodisplayaclock,dynamicallygeneratedmessages(Gamingcapabilityisalsobeinglookedat).ROM控制,使动画的简单做的直接控制,同时允许我们显示一个时钟,动态生成的消息(游戏能力也正在看着)。
MoredetailsonhowthisallworkscanbefoundunderHardwareDesign.可以根据硬件设计,这是如何工作的更多细节。
HardwareDesign硬件设计
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DisplayinAction显示在行动
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UndersideofDisplay显示底面
∙
DisplaywithoutRGBBoard没有显示的RGB局
Power功率
Powerwasamajorissueinourdesign.权力是在我们的设计中的重大问题。
Sinceweneedtopoweramotorandalso32RGBLEDs(96individualLEDs),thecurrentbeingdrawnistremendous.由于我们需要电源电机和32个RGBLED的(96个单个LED),目前正在制定的是巨大的。
Asaresult,wedecidedtousetwopowersuppliestopowerthemotorandtheLEDs.因此,我们决定使用两个电源供应器功率电机和LED。
AnotherreasonwhywedidthisisbecausetwoseparatepowersourcesgetridofthenoisethatmighthaveoccurredifthemotorpowersupplywasusedtopowertheLEDSaswell.为什么我们这样做的另一个原因是因为两个独立的电源,如果电机电源使用功率的LED以及可能出现的噪音得到摆脱。
Thetotalcurrentneededbythemicrocontrollerunit,theEEPROMs,andtheLEDdriversisabout450mAfromthe5Vregulator.约5V稳压450毫安的微控制器的EEPROM,LED驱动器所需的总电流是。
TheXBeethatweuseforthewirelesscommunicationtakesabout50mAfroma3.3linearregulator.我们使用无线通信的XBee约需50毫安从3.3线性稳压器。
TheLEDStakeabout173mAfroma9Vpowersupply.的LED从一个9V电源173毫安。
Thismeansthatweneedtodrawabout673mAinorderforthePCBboardstowork.这意味着,我们需要借鉴673毫安为了工作的PCB板。
ThisnumberwasactuallyevenhigherinouroriginallycalculationssincethedatasheetontheLEDssaidthattheyeachneedabout10mA(2mAendedworkingjustaswell),or960mAforall96toturnon.这个数字实际上是在我们原先的计算甚至更高,因为在LED上的数据说,他们每人需要所有96个左右10毫安(2毫安结束工作一样好),或960毫安打开。
Thatwouldhavemeantthetotalcurrentbeingdrawnwouldhavebeenaround1500mA.这将意味着,正在制定的总电流会一直1500毫安左右。
Thismakesbatterypowernotfeasible.这使得电池电源并不可行。
Duracellbatterieshavea0.83amp-hourratingat1Acurrentdraw,sothebatterieswouldhavediedwaytooquickly.金霸王电池在1A电流0.83安培小时评级,因此电池会死亡方式太快。
Asaresult,wedecidedtouseabrushingsystemtosupplythepowerwhichisexplainedinmoredetailsunderbrushing.因此,我们决定使用刷牙的系统供应下的更多细节解释的权力,刷牙。
EssentiallytopowerthePCBboards,apoweradapterisusedtopass9V(1.1Arating)tothespinningboard.主要是电源的PCB板,电源适配器被用来传递9V(1.1A评级)纺丝板。
The9VgoesstraighttotheLEDsandthe5Vregulator.9V去直到LED和5V稳压器。
TheregulatorgoesthroughaPIfilterandthentoa3.3Vregulatorandtherestofthe5Vdevices.稳压器通过PI过滤器,然后去一个3.3V稳压器和5V器件的其余部分。
ThePIfilterensuresthatslightcurrentvariationscausedbythenoisybrushingareremoved.PI滤波器确保被删除,轻微的嘈杂刷牙引起的电流变化。
Asaresult,weneverhadanybrownoutsexceptforwhenthebrushingfails(explainedinmoredetailbelow).因此,我们从未有过任何停电,除了刷牙失败(下文将详细解释)。
Themotorhasitsownindependent5V(2.5Arating)powersupplysotherewasnoproblemthere.电机有自己独立的5V(2.5A评级)电源所以没有问题。
Costs成本
Budgetingwasalsoanissuesinceweareonlyallowedtouse$70inadditiontowhatwehavelyingaround.预算也是一个问题,因为我们只允许使用70美元,除了我们已经躺在附近。
Ourdesignrequiresmanyconnectionsbetweenmultipledevices,soitwasimpossibletodobyhandtogetthesmallformfactorweneeded.我们的设计需要多个设备之间的连接,所以这是不可能的手做小的形式因素,我们需要。
Atthesametime,custommadePCBboardsareexpensive.同时,定制PCB板是昂贵的。
Ontopofthat,sincewewantedamodulardesign,weneededtwoPCBboards.最重要的是,因为我们想了模块化设计,我们需要两个PCB板。
Tominimizecost,wedecidedtogetacustommademainboardandetchtheLEDPCBboardbyourselves.为了最大限度地降低成本,我们决定获得通过自己的主板和蚀刻LEDPCB板自定义。
MoredetailscanbefoundunderPCBboard更多的细节可以发现,根据PCB板
MotorSystem电机系统
Aworkingmotorsystemiscriticalforoursuccess.电机系统的工作是我们取得成功的关键。
Forone,itmustspinfastenoughsothatwecangetatleast10framesasecond.为一体,它必须旋转速度不够快,我们可以得到至少10帧每秒。
Lowerrotationspeedwillmakeimagesunrecognizable.较低的转速,使图像面目全非。
Extremelygoodimagesrequire15–30framespersecond,butsincewehaveaspinningdevice,thehigherrotationspeedcanbedangerous.非常好的图像需要15-30帧每秒,但因为我们有一个旋转装置,更高的转速可能是危险的。
Asaresult,weusuallytriedtousethelowestspeedpossible.因此,我们通常试图用尽可能最低的速度。
Brushing刷牙
Asyoucanseefromthepicturebelow,themotorassemblydesignisrelativelystraightforward.正如你可以看到下面的图片,电机装配设计是相对直线前进。
However,perfectingthebrushingtookalongtimeanditwasmaincauseofourheadaches.然而,完善的刷牙花了很长时间,这是我们头痛的主要原因。
Forawhile,weweren'tevenabletotestourcodesincethebrushingwasconstantlylosingcontactorshorting一段时间,我们甚至不能够测试我们的代码,因为刷牙不断失去联系或短路
Thebrushingforthegroundwasrelativelyeasytomake.涂刷地面相对容易。
Wejusttooksomemetalbristlesfromabarbequegrillcleanerandusedthattocontactthemotorshaft.我们只是进行了一些金属从烧烤炉清洁刷毛和使用,与电机轴。
Thiscausestheconnector(custommadescrew)tobegrounded.这将导致接地连接器(定制螺丝)。
Also,sincetheconnectorbetweenthePCBboardandthemotorismetal,theconnector'sheadalwaysenduptouchingthegroundedbristlesaswell.此外,由于PCB板和电机之间的连接器是金属,连接器的头总是最后触摸接地刷毛以及。
Ifyouwanttoreadaboutthedifferentdesignswehadtogothroughtogetthepowerbrushingtowork,clickHERE.如果你想阅读有关的不同的设计,我们不得不去通过获得的权力,刷牙工作,请点击这里。
However,thebrushingwithpowerwasadifferentstoryandwehadtogothroughatotalof6differentrevisionsforit.然而,与权力的刷牙是一个不同的故事,我们不得不去共通过了6个不同版本的。
Thefirstonewedidwasjustaproofofconceptandwemadearegularpieceofwirestickstraightup.我们第一个做的只是一个概念证明,我们做了一个电线杆经常一块直线上升。
Itkeptcontactsoweknewthatthebrushingideawouldwork.它保持接触,所以我们知道,刷牙的想法工作。
Afterthat,inordertoguaranteethatwewouldhavepoweratalltimes,wedecidedtousethreeofthosewiresatthesametime.在这之后,为了保证我们将不得不在所有时间的力量,我们决定在同一时间使用这些电线。
Thisdidnotworkatallsincethefrictionwastoohighandthemotorwouldn'tspin.这并不在所有的工作,因为摩擦过高,马达不会转动。
Afterthatwetriedtousethebarbequegrillcleanerwireaswedidforthegroundbrushing.之后,我们试图用我们涂刷地面烧烤烤架清洁丝。
Unfortunately,itwastoohardtomakethemfitinthelimitedverticalclearancesowegaveuponthatidea.不幸的是,它太硬了,使他们在有限的垂直净空适合,所以我们放弃了这个想法。
Afterthat,wetriedtouseaspecialtypeofwirecalledtheWetNoodle(wirewithhundredsofthinstrandsofmetal)tobeourbrushing.在那之后,我们尝试使用一种特殊类型的电线被称为湿面条(数以百计的薄金属链线),是我们刷牙。
TheWetNoodle'shundred'sofwiresalmostguaranteedcontactwiththeundersideofthePCBboard.湿面条的百年电线几乎可以保证PCB板的底面接触。
Inaddition,thewiresarerelativelysoftduetotheirthinnesssofrictionwaslow.此外,由于其薄的电线都比较软,所以摩擦是低的。
ThisturnedouttoworkwellenoughtodosomebasictestswiththePCBboard,but