自适应全自动电视支架的设计
2022-04-20梁菲菲宋承继戚娜
梁菲菲， 宋承继， 戚娜
(陕西工业职业技术学院,信息工程学院, 陕西,咸阳 712000)
0 引言
现在，电视已成为人们生活中必不可少的内容，但也随之给人们带来了新的健康问题，尤其对青少年眼睛的危害最为严重。应对眼睛疲劳，有一个不容忽视的应对措施：改变看电视的环境，养成良好的看电视习惯。但人们往往处于轻松和随意的状态，很少有人端端正正看电视，针对这种情况，市场上销售的爱格7M壁挂式倾斜液晶电视支架、北京市大中万能壁挂架、广东可旋转可调节电视支架、乐歌液晶电视机可调节壁挂架等电视支架[1]都可通过手动调节电视机偏转角度来使得人眼与电视机的相对位置达到较好状态，较大程度地缓解眼睛疲劳。但看电视左右位置的不确定性使得手动调节电视机架的次数较频繁，调节十分麻烦；并且人们大都根据自我感觉来调节电视支架，往往不能调到最科学、最合理的角度。本文设计的全自动平板电视支架就能解决上述问题,不需要手动调节，全自动一键调节电视机的偏转角度，更加科学、有效地减缓眼睛疲劳。此外，这种电视支架还可监测人眼与电视机的距离，并在距离较近时做出提醒，帮助青少年及时调整与电视机的距离，预防青少年近视。
1 系统设计
自适应全自动平板电视支架，由控制部分和运行部分组成。控制部分包括遥控器和信号接收器，运行部分包括机械部分和电路部分。系统设计框图见图1。
图1 系统设计框图
1.1 控制部分
遥控器作为开关机信号、上下调节信号、左右调节信号、全自动调节信号和距离信号的产生和发射装置。首先通过按键编址电路输入所需控制电路的位号，同时启动编码电路产生带有地址编码信息和开关状态信息的编码脉冲信号，再通过无线电发射电路将该信号发射出去[2]。遥控器面板简图见图2。
图2 遥控器面板简图
按下on键时，启动电视支架的运动；按下U键时，启动步进电机1，半自动遥控向上调节角度；按下D键时，启动步进电机1，半自动遥控向下调节角度；按下L键时，启动步进电机2，半自动遥控向左调节角度；按下R键时，启动步进电机2，半自动遥控向右调节角度；按下dis键时，启动距离程序，调节支节角度；按下off键时，停止电视支架的运动。支架上的信号接收器的单片机电路通过解码电路进行编码地址确认，确认是否为本遥控开关系统地址[3]：如果是，则单片机电路产生相应的控制信号控制开关电路动作；如果不是，则解码电路不解码，单片机电路不响应，开关电路无任何动作。其流程如图3所示。
图3 平台主程序流程图
1.2 运行部分
1.2.1 机械部分
机械装置[4]由2个步进电机和齿轮[5]、滑块、自锁螺纹、底座、支架等必要的构件组成。底座固定，材料为木质，支架用自锁螺纹[6]连接，并与齿轮固定以实现扭矩的传动，内螺纹和上面的平板(用于固定电视)固定，平板固定在主轴上，从主视图可以看到支架连接在一个齿轮上[7]，步进电机[8]2驱动齿轮将扭矩传递到支架上，因为支架与上面的平板是固定的，所以当支架转动时带动平板一起左右转动，这样就实现了电视机左右角度的变化[9]。从右视图可以看到步进电机1通过此轮系和螺帽连接，螺杆的一端和螺帽旋和，另一端通过球面高副与滑槽连接，滑槽中轴与支架1通过转动副连接，螺杆上的螺纹可实现自锁，因此滑槽会绕着中轴平稳地转动，从而实现俯仰角的变化。机械运动简图如图4支架图所示。
1-信号接收器；2-指示灯；3-电路；4-转动架1；5-转轴；6-自锁螺纹；7-平板；8-步进电机2；9-步进电机1；10-带齿轮螺母
运动状态的描述如下。
(1)在主视图上可以看到支架连接在一个齿轮上，步进电机2驱动齿轮将扭矩传递到支架上，因为支架与上面的平板是固定的，所以当支架转动时带动平板一起左右转动，这样就实现了电视机左右角度的变化。
(2)俯仰角度的变化是靠步进电机1来驱动的，在右视图里可以看到步进电机1通过齿轮系带动螺母转动，从而使螺杆产生相对运动，螺杆的另一端通过球面高副和滑槽连接，由于滑槽中轴与支架1通过转动副连接，因此滑槽会绕着平稳地转动，从而实现俯仰角的调节。因为螺杆上的螺纹可实现自锁，所以当步进电机不通电时，平板也能保持稳定。
(3)整个装置都采用自锁螺纹保证在装置断电情况下系统的稳定。
1.2.2 电路部分
近似认为人眼的位置与遥控器位置一致，当按下遥控器dis键后，遥控器发出距离信号[10]，支架上的接收器的单片机电路通过解码电路进行编码地址确认，并产生控制信号控制开关电路动作，对应的指示灯亮[11]。程序如图5所示。
图5 距离程序图
部分伪代码如下：
int led[4]={0}; //默认4个指示灯的状态为关闭
……
//距离判断后对LED信号初始化
int decideFunction(int led[],int size,AX)
{
……
while(flag) //收到测距07信号
{
switch(((int)AX)%2) //判断距离区间
{
case 0: led[0]=1;break; //指示灯1亮
case 1: led[1]=1;break;
case 2: led[2]=1;break;
default: led[3]=1;break;
}
}
return led;
……
}
……
2 创新点
(1)全自动模式
自适应全自动电视支架具有2个自由度，可以实现左右偏转角和俯仰角的自动调节。遥控器作为开关机信号、上下调节信号、左右调节信号、全自动调节信号和距离信号的产生和发射装置，支架上的信号接收器接收并确认不同的无线电信号，根据设计好的程序产生相应的控制信号，从而运行对应的过程全自动调节，方便实用，最大限度地减少了手动调节的一系列不方便。
(2)创新性的机械结构
自适应全自动电视支架采用创新性的设计齿轮系，降低了对驱动力矩的要求，从而可以选择驱动力矩较小的步进电机作为动力，大大节省了制造成本，具有很强的市场竞争力。该支架带动电视机偏转时，通过螺纹实现自锁，电视机偏转一定角度的同时能保证电视机的平稳[12]。总体结构上，该支架体积小，质量轻，可拆卸性强。
(3)步进电机配合驱动器
步进电机配合驱动器使用，很多驱动器都支持细分功能，控制更精确。此外，通过驱动器信号输入端输入的脉冲数量和频率实现步进电机的角度和速度控制，无需反馈信号，控制方便。
3 总结
全自动调节的电视机架，通过电机一体化，自动调节上下左右偏转角度，监测提醒人眼与电视机的距离，最大程度地减少了电视机对青少年眼睛的伤害，有利于防止青少年患上电视眼、近视眼等眼科疾病。本机同时也适合其他看电视人群，方便地调节电视机偏转角度，缓解因看电视位置不佳而引起的颈椎酸痛等其他身体问题。本电视机架不仅可以给人们的生活带来很多的便利，同时具有较好的推广应用价值。在使用的过程中，建议不要将高温物体放在电视机架旁，防止电机的磁性材料退磁。
