自動換幅燈箱的設計

嚴佑華+肖萍+藺倞+黃亞本

摘 要：本文主要對自動換幅燈箱的機械傳動控制部分，電路控制部分和單片機控制程序的編寫進行設計，從而到達上述功能。由于自動換幅燈箱工作于室外，環境條件復雜多變，本設計針對目前自動換幅燈箱存在全天候情況下運行不可靠的問題設計可行的實施方案。

關鍵詞：自動換幅燈箱；控制；設計

自動換幅燈箱是一種新型的廣告發布媒體，與普通廣告媒體相比具有成本低廉、實用性強、環保、廣告畫面變化生動的優點，具有很高的實用性、藝術價值和經濟效益。通過對烏魯木齊市多個公交站點以及路邊廣告展示設備的調研，了解其結構特點及其運行方式，并通過網絡查閱了多種樣式廣告機分析對比選優的基礎上進行設計的。在此次設計過程中，本著廣告機的基本原理和外支架的布局安排進行了改進設計，使得廣告機的功能更加完善，并力求在經濟性方面取得最佳效果。同時力求使設計產品標準化，通用化，符合用戶的要求。

1 方案的選擇

根據設計要求給定的條件和要求：幅面尺寸1500mm（長）×1000mm（寬）、布面運行速度：0.1～0.3m/S 、每幅展示時間：10～600S可調 、設備總重：<250Kg 、最大組件重量：<40Kg 。進行了廣泛深入的調查現役的燈箱式多幅畫面自動展示設備和查閱相關的的文獻資料等。選擇下面的方案：利用齒輪機構作為減速裝置，如圖1所示為此燈箱式多幅面展示裝置工作原理示意圖。多幅面廣告裝置完整的工作過程如下：電動機4通過齒輪減速機構帶動滾筒6轉動，把廣告布卷繞在滾筒上，此時廣告畫面自下而上運動。當廣告布移動的距離接近一幅畫面的高度時，紅外線檢測發出指令使電動機4轉入低速運行，當廣告布移動的距離等于一幅廣告畫面的高度時紅外線檢測裝置通過檢測孔9檢測到這一位置，控制裝置發出指令使電動機斷電同時啟動制動器。這時要展示的廣告畫面停留在展示窗內進行展示，展示時間由控制系統設定。當展示時間達到設定值，電動機4再次啟動、運轉，重復上述各動作過程展示下一幅廣告。正向展示最后一幅廣告時控制系統通過檢測孔3檢測到此信息，完成最后一幅畫面， 展示后控制系統啟動反向電動機，此時廣告畫面自上而下運動按照逆向順序展示各幅廣告的內容。

2 機械部分設計

機械部分的設計主要包括電動機、滾筒、同步帶、電磁制動器、支撐軸、軸承座、潤滑和密封等方面。已知設計任務書中要求廣告布速度為0.1-0.3m/s，這里取0.3m/s則在不計摩擦力時選用浙江佳雪公司的90YYJR60—3M型減速電動機（減速比25），這款電動機自帶制動器與減速機構。廣告布纏繞在滾筒上，并隨滾筒的旋轉而運動。本次設計，采用空心的滾筒。1m長的滾筒用于大型戶外廣告設備時，其最大的撓度不得超過8mm，否則會導致廣告布將走偏并起皺。電磁制動器的作用是在驅動電機被切斷電源的瞬間，迅速制動，使卷筒立刻停止轉動，從而保證廣告布面準確定位和張緊。其制動力矩M（不計摩擦阻力矩），電機、卷筒及傳動帶輪的轉動慣量J，制動時間t之間的關系，符合動量矩定理。根據廣告設備的特點及使用范圍，我最后確定選用同步帶，這種傳動形式來實現進給傳動。考慮到安裝軸承和對卷輥的聯接，需要一支撐軸。在該支撐軸上一端安裝軸承和帶輪，另一端聯接卷輥。根據軸向定位的要求確定軸的各段直徑和長度。另外，考慮到軸承的固定要選擇相應的軸承座，所以可以選擇在市場上容易購買的帶軸承座的軸承。

3 控制部分設計

考慮到實際因素，為了在不影響性能的前提下節約材料降低成本，可以將電路分為兩部分，一部分在廣告機箱內，負責控制單片機的運行以及夜間照明，作為控制電路，這部分電路在每臺廣告機內都有；另一部分在箱外，用于調整開關夜間照明時間等調試工作，作為鍵盤顯示電路，這部分可以所有廣告機共用。廣告機中控制電路需要穩定的直流電源供電。單相交流電源經過電源變壓器、整流電流、濾波電路和穩壓電源轉換成穩定的直流電壓。220V交流電經過變壓器轉變為9V和15V交流電，經過單相橋式整流電路、電容濾波電路、穩壓器W1W2組成的穩壓電路，輸出所需的5V和12V直流電。直流電源電路原理圖如圖2所示。鍵盤顯示電路部分和控制電路部分省略。

4 檢測部分設計

檢測方法如圖3，在廣告布每幅廣告幅面的背面固定位置并列安裝一塊黑色標記和一塊金屬箔，兩標記為一組測試對象，分別用反射取樣式光電傳感器和金屬接近開關檢測，將兩種檢測器作為一組，其輸出信號接與門（單片機輸入端為低電平有效）接入單片機，控制減速電機停轉，實現幅面自動定格。這樣可以有效提高檢測的可靠性，消除在室外復雜多變環境中對檢測結果的影響。這里反射取樣式光電傳感器發出的是紅外光，可以基本忽略日光的影響。廣告布首尾檢測同理，在廣告布首尾各安裝一組標記，分別檢測，將首尾兩組傳感器檢測的輸出信號接與門接入單片機，無論檢測到的信號來自首還是尾，都直接通過程序控制兩個運動方向相反的減速電機交替運行，實現自動反向往復運動。

5 結論

本次設計中，完成自動換幅燈箱的功能有：1.畫面自動切換：畫卷是有許多幅的畫面連接起來組成的，各個畫面可以隨著電機的轉動而自動切換。 2.畫面停頓：畫卷內的畫面可以按照用戶的設定時間停頓，也可以按照系統缺省的時間停頓。 3.系統的時鐘功能：系統自帶的時鐘功能。既可以做為系統運行時間的計時，用來記錄系統本次運行的時間，也可做為實際時間來使用。不過作為實際時間來使用的時候，需要用戶預先校準時間。 4.設置時間和畫面停頓時間：無論是實際時間，還是記錄燈箱的運行時間，用戶都可以通過鍵盤來設定時間或是計時的值。5.設置自動開、關燈時間：在程序設計中輸入開、關燈時間值，當到達設定值時，單片機輸出信號繼電器執行相應動作。

參考文獻

[1]機械技術手冊編委會會編.機械設計手冊新版2.北京：機械工業出版社，2004.8

[2]濮良貴，陳國定.機械設計[M].北京：高等教育出版社，2013.

[3]吳宗澤主編，機械設計師手冊.上下冊.北京：機械工業出版社.2002

[4]濮良貴、紀名剛等主編，機械設計第八版.北京：高等教育出版社.2006.5

[5]余夢生，吳宗澤主編.機械零部件設計手冊――選型、設計、指南.北京：機械工業出版社.1996

作者簡介

嚴佑華（1985-），男，安徽廬江，本科，機電助理工程師，新疆煤田地質局156煤田地質勘探隊，研究方向：機電一體化、機械設計與制造。