一種智能二踢腳的設計

高卿光 李根 李洪齊

摘要：燃放煙花是中國的傳統(tǒng)習俗，據(jù)調查顯示，中國目前煙花爆竹平均每月出口數(shù)量為25427噸。燃放大量的煙花爆竹會對環(huán)境造成嚴重的影響！如今保護環(huán)境已成世界發(fā)展主流，然而燃放煙花又是中國傳統(tǒng)習俗，在這種條件下電子煙花替代傳統(tǒng)鞭炮、煙花是當今的主流趨勢。本設計出于對環(huán)境的保護和傳統(tǒng)燃放二踢腳的習俗的傳承，通過增大氣壓的方式給二踢腳推力，用以模擬二踢腳升空的效果。通過STM32的特定編程可以實現(xiàn)在空中最高點處發(fā)聲發(fā)光來模擬二踢腳在空中的爆炸。該設計具有良好的可行性，符合目前國家的保護環(huán)境、減少環(huán)境污染的政策。

關鍵詞：保護環(huán)境;智能化;電子煙花;二踢腳;

1項目背景

自從火藥在中國古代被發(fā)明出來，煙花炮竹就被聰慧的中國人民給制造了出來。由于燃放煙花炮竹所帶來的視覺上的盛宴，廣大人民都非常喜歡燃放煙花炮竹。隨著時間的推移，燃放煙花炮竹成為了中國的傳統(tǒng)習俗，每逢盛大節(jié)日、集體慶祝都會燃放煙花炮竹進行慶祝。煙花炮竹給我們帶來歡樂的同時，也把大量有毒有害的物質留給了我們，它不僅存在安全隱患，同樣也存有污染隱患和健康隱患。燃放大量的煙花炮竹會對環(huán)境造成嚴重的污染，霧霾天氣越來越嚴重。空氣中的二氧化硫、一氧化碳濃度明顯增高，空氣中二氧化氮，二氧化硫和可吸入顆粒物都超出國家規(guī)定的標準。這些增加的污染物對身體健康存在著嚴重的危害。另外燃放煙花爆竹還產(chǎn)生固體廢棄物污染。根據(jù)環(huán)境衛(wèi)生部門的數(shù)據(jù)，春節(jié)放鞭炮后，垃圾量會成倍增加，加重了節(jié)日期間環(huán)衛(wèi)工人的負擔。滿地紙屑、煙塵，嚴重影響了環(huán)境衛(wèi)生。燃放煙花爆竹還會水污染。如果是在下雨或下雪時燃放煙花爆竹，污染物會排放到周圍水體之中，污染周圍河流。

在這種情況下電子煙花替代傳統(tǒng)鞭炮、煙花是當今的主流趨勢。本設計出于對環(huán)境的保護和傳統(tǒng)燃放二踢腳的習俗的傳承，通過增大氣壓的方式給二踢腳推力，用以模擬二踢腳升空的效果。通過STM32的特定編程可以實現(xiàn)在空中最高點處發(fā)聲發(fā)光來模擬二踢腳在空中的爆炸。該設計具有良好的可行性，符合目前國家的保護環(huán)境、減少環(huán)境污染的政策。

2產(chǎn)品設計

2.1 發(fā)射架的外形結構

該發(fā)射架的外形是由三維建模之后利用3D打印機打印出來的一個300mm*300mm*400mm的一個長方體結構。其結構與目前市面上所售賣的煙花的外形相仿。在發(fā)射架的上部具有一個與二踢腳可以相配合的孔，用于將二踢腳填入其中。該結構即是二踢腳發(fā)射的發(fā)射架。因此就要求其具有良好的穩(wěn)定性，結構上的合理性，防止在受到二踢腳（炮彈）的反沖力后發(fā)生傾斜或者翻覆等突發(fā)情況以致對人員造成人身上的傷害。而該結構的設計避免了這種情況的發(fā)生。另外，在該外形結構的在底座上加配重，加固邊緣，更加的確保了其安全性。

2.2 二踢腳（炮彈）的設計

二踢腳的外形是由兩個橢圓圓柱堆疊而成，下方是一個長大約150mm的橢圓柱，上方是一個稍大于且稍短于下方橢圓柱的一個空心圓柱。這就大致的設計出了二踢腳的外形結構。在該二踢腳的周圍上附有燈帶以及LED燈珠用于模擬煙花升空后綻放出的絢麗的煙花效果。

2.3 氣動發(fā)射裝置以及二踢腳鎖緊裝置

該二踢腳的發(fā)射采用氣動的方式將其發(fā)射出去。氣動裝置采用一個小氣泵，該小氣泵的電源用12V的航模電池便可以使用。利用單向閥與二踢腳發(fā)射的氣缸相連。為了保證二踢腳發(fā)射的氣密性，在二踢腳的下部固定有密封圈與發(fā)射架上的孔筒緊密的貼合在一起用以保證氣密性，經(jīng)試驗，該方法能夠較好的保證氣密性。

為了防止氣泵在給二踢腳輸入動力的時候出現(xiàn)二踢腳提前飛出去的危險情況，還設計了一個二踢腳的鎖緊裝置。作品中二踢腳的上部和卡槽均設置為橢圓形，當兩橢圓處于交叉位置時，卡槽可以限制二踢腳上升，當兩橢圓的位置處于重合時，二踢腳將沿著卡槽中橢圓的輪廓垂直上升;經(jīng)試驗驗證，該結構具有良好的可行性。

2.4 電子設計

為了模擬傳統(tǒng)煙花的聲音效果。我們在該裝置上家裝了一個揚聲裝置，該裝置模擬傳統(tǒng)煙花的聲響。該揚聲裝置裝在發(fā)射架上，不隨二踢腳升到空中因此具有良好的可行性，并且簡單實用、便于檢查更換。

2.5 二踢腳回收裝置

為了重復利用，提高使用效率，我們設計二踢腳的回收裝置，該回收裝置的實質是一個降落傘結構，在二踢腳升到空中時，降落傘變回自動打開，從而實現(xiàn)二踢腳的重復利用！

3 技術優(yōu)勢

3.1 環(huán)境保護方面

相比起普通可升空的鞭炮（二踢腳），作品運用氣壓提供動力電子元件模擬二踢腳等方法做到無污染，完全符合國家近年頒布的《煙花爆竹管理條例》中所提倡的。

3.2 傳統(tǒng)方面

在保護環(huán)境的同時尊重了傳統(tǒng)習俗，彌補了電子鞭炮無法升空的不足。

3.3 安全方面

二踢腳屬于較危險一類的煙花爆竹，該智能二踢腳的安全方面層層保護，極大的避免了出現(xiàn)安全問題。

4結語：

該設計具有良好的可行性，符合目前國家的保護環(huán)境、減少環(huán)境污染的政策。具有良好的市場應用前景。

參考文獻：

[1]劉曄霍玉玲.《春節(jié)期間燃放煙火對鎮(zhèn)江市環(huán)境空氣的影響》[J].環(huán)保科技，2017-02-15

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[3]孫恒陳作模葛文杰.《機械原理》

[4]濮良貴陳國定吳立言.《機械設計》