LED洗墙灯自动清洗器的设计与研究

户兴刚　郝传柱　王星宇　于智超

摘  要：根据对于生活中LED洗墙灯的清洗工作方式的研究，报告了洗墙灯清洗工作存在高危、高损耗的现状，故阐述了自动清洗器代替传统清洗方式的必要性。文章给出一份对于自动实现清洗功能的自动清洗器的设计方案，运用自动化控制技术与传感器来实现洗墙灯清洗工作的自动化，解决洗墙灯清洗工作的难题。并且，在未来机械代替人工作的时代，随着对于LED洗墙灯清洗器的不断更新完善，自动清洗器在未来会成为非常实用的自动工具。

关键词：自动化清洗器;传感器;LED洗墙灯

中图分类号：TH12;TP18      文献标识码：A 文章编号：2096-4706（2020）09-0150-03

Led Wall Washing Lamp Automatic Cleaner

HU Xinggang，HAO Chuanzhu，WANG Xingyu，YU Zhichao

（Shandong Huayu University of Technology，Dezhou  253034，China）

Abstract：According to the research on the cleaning method of LED wall lamp in our life，this paper reports the current situation of high risk and high loss in the cleaning work of wall lamp，so it expounds the necessity of replacing the traditional cleaning method with the automatic cleaner. In this paper，an analysis and design scheme of the automatic cleaner is given. The automatic control technology and sensor are used to realize the automation of the wall lamp cleaning work and solve the problem of the wall lamp cleaning work. And，in the future era of mechanical work instead of people，for LED wall washing lamp cleaner constantly updated and improved，automatic cleaner will become a very practical automatic tool in the future.

Keywords：automatic washer;sensor;LED wall washing lamp

0  引  言

隨着城市亮化工程的不断推进，城市中的高楼大厦为营造漂亮的夜间城市效果，开始大量使用LED洗墙灯，从而达到装饰夜景的效果。由于大多数LED洗墙灯安装在户外，表面会附着大量的灰尘，不及时清理就会严重地削弱其使用效果，缩短使用寿命。如果采用人工清洗的方法，在产生人工费用的同时，清洗时间和工人的安全问题也难以得到保障，人工清洗周期也比较长，所以本文设计的LED洗墙灯自动清洗器便应运而生。

1  LED洗墙灯的清洗方式分析与研究

1.1  LED洗墙灯自动清洗器研究动态与环境

近几年，随着国内城市规模的蓬勃发展，城市的名牌效应也越来越显著，LED洗墙灯需求量日益扩大，但户外LED洗墙灯的养护领域几乎无人问津，清理方式依然采用人工清洗，清洗范围有限、耗时长、人工成本高。因此专门针对LED洗墙灯的清洗装置还无任何深入研究。随着科技的发展进步，如今各个领域的清洗装置正在不断改进和优化，在结构设计、工作原理、工作环境适应度等研究方面都取得了不小的进展。科学家研发设计出了适合于广大应用范围的各式各样功能的清洁机，如高压清洗机、超声波清洗机、液压清洗机、超高压移动式清洗机、工业用不锈钢高压清洗机、防爆高压清洗机等等。随着材料科学和电子技术的飞跃发展，各种清洗装置相继出现，产品的造型也逐渐改进，符合时代的发展特点，通过各种各样的功能来满足不同的清洗需要，但这些设备大都体积大、生产成本高、清洗范围广却无针对性，不适合应用于LED洗墙灯清洗工作。

山东华宇工学院针对LED洗墙灯的有效清洗工作设计出了合理的清洗器，拥有生产成本低、体积小、便于操作及携带等优点，因此整体研究是清洗LED洗墙灯的一个良好开端。

以山东华宇工学院为例，随着学校的发展和更多高层教学楼的建造，洗墙灯的使用量也随之增加，清洗工作量也大大增加。作者对洗墙灯清洗方式进行了分析，在此期间，针对LED洗墙灯特有的清洗问题，充分利用了学校的图书馆进行各种相关资料的查询，对国内外这方面的研究进行了总结，在进行了各种理论与技术研究后，最终确定了LED洗墙灯自动清洗器的设计方案。

1.2  传统洗墙灯的清洗方式分析

当下洗墙灯的清洗方法有两种：第一种是人工登高进行手工清洗，第二种是进行拆卸清洗。

第一种方法即找寻清洁工，利用登高工具在高楼大厦外侧悬挂进行手工清洗。由于一般LED洗墙灯都安装在高楼大厦的外部，在清洗时也存在很多不确定性的因素，从而清洁工的人身安全存在一定的隐患，属于高危工作，所花费的费用也很高。并且一栋楼的LED洗墙灯非常多，人工清洗操作慢，非常耗时。

第二种方法是将LED洗墙灯进行拆卸，然后送往专门的清洗工厂进行清洗。这种方法适用于形状不规则与安放位置不规则的场合。虽然这种方法相比较人工清洗要更加便捷。但是该方法在经常拆装的过程中难免会对洗墙灯或者建筑外墙造成损伤，故这种方法也不是长久之计。

2  LED洗墻灯自动清洗器设计必要性

目前对洗墙灯清洗工作，大部分是以人工为主。市面上还未出现简易的智能装置来代替人工操作。由上文对人工操作的分析得知，在进行洗墙灯人工操作清洗时，不仅耗费的资金比较多，而且人工操作的安全性无法得到保障。为了更廉价、方便、安全地完成洗墙灯的清洗工作，利用廉价简易的材料与检测元件构成一自动装置可轻易地解决这一项工作难题。

3  LED洗墙灯自动清洗器设计分析

3.1  材料选择

由于LED洗墙灯的清洗工作的作业空间位于高层建筑外侧，并且洗墙灯的材料是由铝合金材质构成，受力面积较小，所以不适用于承受过重的物体，以免对洗墙灯造成破坏或产生高空坠物的危险。选定的材料必须具备硬度足够、重量适宜、价格合理的特点，于是通过比较各种材料的耐用度与材质，决定采用塑料制成其外壳。目前市面上的塑料半成品价格便宜、质量合格，通过3D打印技术或模具化地进行加工制成，可以更快、更便捷地制成成品。利用塑料制成的成品都可以满足设计要求，不仅制成成本较低，而且成品质量较轻，在高空操作中可更加方便完成工作。

3.2  结构设计

如图1所示，LED洗墙灯自动清洗器采用半开式结构，可以在使用时直接卡放在洗墙灯上，LED洗墙灯自动清洗器能够自动清洗横向排列的LED洗墙灯（竖列排放的LED洗墙灯因雨水的冲刷而不需要采用清洗器进行清洗，横列排放的LED洗墙灯经雨水冲刷后表面还会存有晒干后的灰尘和污渍），并且使清洗器中心垂直于洗墙灯，在使用过程中更有附着力，不易脱落。壳体下面的横槽部分，放入可充电电池与清洗液，从而增加下坠重力使重心下移，加强清洗器在洗墙灯上的稳定性。

3.3  传动结构与工作部分设计

如图2所示，图中左轮为清洗轮，条形毛刷按螺旋形状缠绕在清洗轮上，增大了与洗墙灯之间的摩擦力，同时增加了毛刷与灰尘的附着力。灰尘随着轮子的转动附着于毛刷上，并及时排出。右轮为驱动轮，在进一步增大摩擦力的同时，也可以起到了提高清洗力度的效果。

在设计时，考虑到洗墙灯自动清洗器运行时需要始终保持直线行驶，或者方向角稍稍偏向墙体，防止出现清洗器脱离洗墙灯掉落的问题。如图3箭头所示，调整轮轴与墙之间呈一个小于90°的夹角，这样可保证洗墙灯自动清洗器在运行过程中向内偏移，保持平稳运行。并且清洗轮采用将毛刷呈螺旋状缠绕的方法，从而改变一定的方向角，在快速清洁的同时也能够使清洁器在洗墙灯上稳定地运行。

3.4  自动结束工作设计

如图4所示，作者在设计时考虑到，如果自动清洗器走到洗墙灯尽头时不及时停止会造成自动清洗器脱轨坠落。针对这一问题，在自动清洗器前安装了红外传感器，并且配合单片机编写一定的程序，来实现当清洗器行驶到洗墙灯末端时，红外传感器接收到洗墙灯消失的信号，将信号反馈给单片机，单片机下达停止命令后，电机便停止运行。

4  工作流程设计

如图5所示是LED洗墙灯自动清洗器的工作总流程。首先在打开清洗器开关后，LED洗墙灯自动清洗器的红外线检测装置便会自动检测是否有LED洗墙灯灯带。如果检测到有LED洗墙灯灯带，便会开始自动清洗。与此同时，清洗器喷洒清洗液，清洗轮以螺旋形式的缠绕方法开始清理灰尘和污渍，直到LED洗墙灯自动清洗器清洗到尽头时发出警报并且停止工作。如果开始时LED洗墙灯自动清洗器安放不当，红外线无法检测到LED洗墙灯灯带，LED洗墙灯自动清洗器便会自动发出警报并且停止清洗前进。

5  结  论

当今时代，自动化机械代替人工进行一系列高危、高损耗的工作已经屡见不鲜。由于洗墙灯清洗工作的难度与损耗较高，本文设计了LED洗墙灯自动清洗器来代替人工完成清洗洗墙灯的工作。在未来，随着城市亮化工程的不断推进，洗墙灯将大量使用。洗墙灯的清洗工作也将大大增加，LED洗墙灯自动清洗器的需求量将稳增不减，并且它将比传统人力清洗更加省力、省时、安全，为人们解决清洗工作的难题。

参考文献：

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[3] 李建忠.单片机原理及应用：第2版 [M].陕西：西安电子科技大学出版社，2008.

作者简介：户兴刚（1998.07—），男，汉族，山东泰安人，本科，研究方向：电气工程及其自动化;郝传柱（1983.04—），男，汉族，山东聊城人，讲师，工程师，本科，研究方向：自动化、控制工程。