自动换幅灯箱的设计

严佑华+肖萍+蔺倞+黄亚本

摘 要：本文主要对自动换幅灯箱的机械传动控制部分，电路控制部分和单片机控制程序的编写进行设计，从而到达上述功能。由于自动换幅灯箱工作于室外，環境条件复杂多变，本设计针对目前自动换幅灯箱存在全天候情况下运行不可靠的问题设计可行的实施方案。

关键词：自动换幅灯箱；控制；设计

自动换幅灯箱是一种新型的广告发布媒体，与普通广告媒体相比具有成本低廉、实用性强、环保、广告画面变化生动的优点，具有很高的实用性、艺术价值和经济效益。通过对乌鲁木齐市多个公交站点以及路边广告展示设备的调研，了解其结构特点及其运行方式，并通过网络查阅了多种样式广告机分析对比选优的基础上进行设计的。在此次设计过程中，本着广告机的基本原理和外支架的布局安排进行了改进设计，使得广告机的功能更加完善，并力求在经济性方面取得最佳效果。同时力求使设计产品标准化，通用化，符合用户的要求。

1 方案的选择

根据设计要求给定的条件和要求：幅面尺寸1500mm（长）×1000mm（宽）、布面运行速度：0.1～0.3m/S 、每幅展示时间：10～600S可调 、设备总重：<250Kg 、最大组件重量：<40Kg 。进行了广泛深入的调查现役的灯箱式多幅画面自动展示设备和查阅相关的的文献资料等。选择下面的方案：利用齿轮机构作为减速装置，如图1所示为此灯箱式多幅面展示装置工作原理示意图。多幅面广告装置完整的工作过程如下：电动机4通过齿轮减速机构带动滚筒6转动，把广告布卷绕在滚筒上，此时广告画面自下而上运动。当广告布移动的距离接近一幅画面的高度时，红外线检测发出指令使电动机4转入低速运行，当广告布移动的距离等于一幅广告画面的高度时红外线检测装置通过检测孔9检测到这一位置，控制装置发出指令使电动机断电同时启动制动器。这时要展示的广告画面停留在展示窗内进行展示，展示时间由控制系统设定。当展示时间达到设定值，电动机4再次启动、运转，重复上述各动作过程展示下一幅广告。正向展示最后一幅广告时控制系统通过检测孔3检测到此信息，完成最后一幅画面， 展示后控制系统启动反向电动机，此时广告画面自上而下运动按照逆向顺序展示各幅广告的内容。

2 机械部分设计

机械部分的设计主要包括电动机、滚筒、同步带、电磁制动器、支撑轴、轴承座、润滑和密封等方面。已知设计任务书中要求广告布速度为0.1-0.3m/s，这里取0.3m/s则在不计摩擦力时选用浙江佳雪公司的90YYJR60—3M型减速电动机（减速比25），这款电动机自带制动器与减速机构。广告布缠绕在滚筒上，并随滚筒的旋转而运动。本次设计，采用空心的滚筒。1m长的滚筒用于大型户外广告设备时，其最大的挠度不得超过8mm，否则会导致广告布将走偏并起皱。电磁制动器的作用是在驱动电机被切断电源的瞬间，迅速制动，使卷筒立刻停止转动，从而保证广告布面准确定位和张紧。其制动力矩M（不计摩擦阻力矩），电机、卷筒及传动带轮的转动惯量J，制动时间t之间的关系，符合动量矩定理。根据广告设备的特点及使用范围，我最后确定选用同步带，这种传动形式来实现进给传动。考虑到安装轴承和对卷辊的联接，需要一支撑轴。在该支撑轴上一端安装轴承和带轮，另一端联接卷辊。根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度。另外，考虑到轴承的固定要选择相应的轴承座，所以可以选择在市场上容易购买的带轴承座的轴承。

3 控制部分设计

考虑到实际因素，为了在不影响性能的前提下节约材料降低成本，可以将电路分为两部分，一部分在广告机箱内，负责控制单片机的运行以及夜间照明，作为控制电路，这部分电路在每台广告机内都有；另一部分在箱外，用于调整开关夜间照明时间等调试工作，作为键盘显示电路，这部分可以所有广告机共用。广告机中控制电路需要稳定的直流电源供电。单相交流电源经过电源变压器、整流电流、滤波电路和稳压电源转换成稳定的直流电压。220V交流电经过变压器转变为9V和15V交流电，经过单相桥式整流电路、电容滤波电路、稳压器W1W2组成的稳压电路，输出所需的5V和12V直流电。直流电源电路原理图如图2所示。键盘显示电路部分和控制电路部分省略。

4 检测部分设计

检测方法如图3，在广告布每幅广告幅面的背面固定位置并列安装一块黑色标记和一块金属箔，两标记为一组测试对象，分别用反射取样式光电传感器和金属接近开关检测，将两种检测器作为一组，其输出信号接与门（单片机输入端为低电平有效）接入单片机，控制减速电机停转，实现幅面自动定格。这样可以有效提高检测的可靠性，消除在室外复杂多变环境中对检测结果的影响。这里反射取样式光电传感器发出的是红外光，可以基本忽略日光的影响。广告布首尾检测同理，在广告布首尾各安装一组标记，分别检测，将首尾两组传感器检测的输出信号接与门接入单片机，无论检测到的信号来自首还是尾，都直接通过程序控制两个运动方向相反的减速电机交替运行，实现自动反向往复运动。

5 结论

本次设计中，完成自动换幅灯箱的功能有：1.画面自动切换：画卷是有许多幅的画面连接起来组成的，各个画面可以随着电机的转动而自动切换。 2.画面停顿：画卷内的画面可以按照用户的设定时间停顿，也可以按照系统缺省的时间停顿。 3.系统的时钟功能：系统自带的时钟功能。既可以做为系统运行时间的计时，用来记录系统本次运行的时间，也可做为实际时间来使用。不过作为实际时间来使用的时候，需要用户预先校准时间。 4.设置时间和画面停顿时间：无论是实际时间，还是记录灯箱的运行时间，用户都可以通过键盘来设定时间或是计时的值。5.设置自动开、关灯时间：在程序设计中输入开、关灯时间值，当到达设定值时，单片机输出信号继电器执行相应动作。

参考文献

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[2]濮良贵，陈国定.机械设计[M].北京：高等教育出版社，2013.

[3]吴宗泽主编，机械设计师手册.上下册.北京：机械工业出版社.2002

[4]濮良贵、纪名刚等主编，机械设计第八版.北京：高等教育出版社.2006.5

[5]余梦生，吴宗泽主编.机械零部件设计手册――选型、设计、指南.北京：机械工业出版社.1996

作者简介

严佑华（1985-），男，安徽庐江，本科，机电助理工程师，新疆煤田地质局156煤田地质勘探队，研究方向：机电一体化、机械设计与制造。