自適應(yīng)全自動(dòng)電視支架的設(shè)計(jì)

梁菲菲， 宋承繼， 戚娜

(陜西工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院,信息工程學(xué)院, 陜西,咸陽(yáng) 712000)

0 引言

現(xiàn)在，電視已成為人們生活中必不可少的內(nèi)容，但也隨之給人們帶來(lái)了新的健康問(wèn)題，尤其對(duì)青少年眼睛的危害最為嚴(yán)重。應(yīng)對(duì)眼睛疲勞，有一個(gè)不容忽視的應(yīng)對(duì)措施：改變看電視的環(huán)境，養(yǎng)成良好的看電視習(xí)慣。但人們往往處于輕松和隨意的狀態(tài)，很少有人端端正正看電視，針對(duì)這種情況，市場(chǎng)上銷售的愛(ài)格7M壁掛式傾斜液晶電視支架、北京市大中萬(wàn)能壁掛架、廣東可旋轉(zhuǎn)可調(diào)節(jié)電視支架、樂(lè)歌液晶電視機(jī)可調(diào)節(jié)壁掛架等電視支架[1]都可通過(guò)手動(dòng)調(diào)節(jié)電視機(jī)偏轉(zhuǎn)角度來(lái)使得人眼與電視機(jī)的相對(duì)位置達(dá)到較好狀態(tài)，較大程度地緩解眼睛疲勞。但看電視左右位置的不確定性使得手動(dòng)調(diào)節(jié)電視機(jī)架的次數(shù)較頻繁，調(diào)節(jié)十分麻煩；并且人們大都根據(jù)自我感覺(jué)來(lái)調(diào)節(jié)電視支架，往往不能調(diào)到最科學(xué)、最合理的角度。本文設(shè)計(jì)的全自動(dòng)平板電視支架就能解決上述問(wèn)題,不需要手動(dòng)調(diào)節(jié)，全自動(dòng)一鍵調(diào)節(jié)電視機(jī)的偏轉(zhuǎn)角度，更加科學(xué)、有效地減緩眼睛疲勞。此外，這種電視支架還可監(jiān)測(cè)人眼與電視機(jī)的距離，并在距離較近時(shí)做出提醒，幫助青少年及時(shí)調(diào)整與電視機(jī)的距離，預(yù)防青少年近視。

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

自適應(yīng)全自動(dòng)平板電視支架，由控制部分和運(yùn)行部分組成?？刂撇糠职ㄟb控器和信號(hào)接收器，運(yùn)行部分包括機(jī)械部分和電路部分。系統(tǒng)設(shè)計(jì)框圖見(jiàn)圖1。

圖1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)框圖

1.1 控制部分

遙控器作為開(kāi)關(guān)機(jī)信號(hào)、上下調(diào)節(jié)信號(hào)、左右調(diào)節(jié)信號(hào)、全自動(dòng)調(diào)節(jié)信號(hào)和距離信號(hào)的產(chǎn)生和發(fā)射裝置。首先通過(guò)按鍵編址電路輸入所需控制電路的位號(hào)，同時(shí)啟動(dòng)編碼電路產(chǎn)生帶有地址編碼信息和開(kāi)關(guān)狀態(tài)信息的編碼脈沖信號(hào)，再通過(guò)無(wú)線電發(fā)射電路將該信號(hào)發(fā)射出去[2]。遙控器面板簡(jiǎn)圖見(jiàn)圖2。

圖2 遙控器面板簡(jiǎn)圖

按下on鍵時(shí)，啟動(dòng)電視支架的運(yùn)動(dòng)；按下U鍵時(shí)，啟動(dòng)步進(jìn)電機(jī)1，半自動(dòng)遙控向上調(diào)節(jié)角度；按下D鍵時(shí)，啟動(dòng)步進(jìn)電機(jī)1，半自動(dòng)遙控向下調(diào)節(jié)角度；按下L鍵時(shí)，啟動(dòng)步進(jìn)電機(jī)2，半自動(dòng)遙控向左調(diào)節(jié)角度；按下R鍵時(shí)，啟動(dòng)步進(jìn)電機(jī)2，半自動(dòng)遙控向右調(diào)節(jié)角度；按下dis鍵時(shí)，啟動(dòng)距離程序，調(diào)節(jié)支節(jié)角度；按下off鍵時(shí)，停止電視支架的運(yùn)動(dòng)。支架上的信號(hào)接收器的單片機(jī)電路通過(guò)解碼電路進(jìn)行編碼地址確認(rèn)，確認(rèn)是否為本遙控開(kāi)關(guān)系統(tǒng)地址[3]：如果是，則單片機(jī)電路產(chǎn)生相應(yīng)的控制信號(hào)控制開(kāi)關(guān)電路動(dòng)作；如果不是，則解碼電路不解碼，單片機(jī)電路不響應(yīng)，開(kāi)關(guān)電路無(wú)任何動(dòng)作。其流程如圖3所示。

圖3 平臺(tái)主程序流程圖

1.2 運(yùn)行部分

1.2.1 機(jī)械部分

機(jī)械裝置[4]由2個(gè)步進(jìn)電機(jī)和齒輪[5]、滑塊、自鎖螺紋、底座、支架等必要的構(gòu)件組成。底座固定，材料為木質(zhì)，支架用自鎖螺紋[6]連接，并與齒輪固定以實(shí)現(xiàn)扭矩的傳動(dòng)，內(nèi)螺紋和上面的平板(用于固定電視)固定，平板固定在主軸上，從主視圖可以看到支架連接在一個(gè)齒輪上[7]，步進(jìn)電機(jī)[8]2驅(qū)動(dòng)齒輪將扭矩傳遞到支架上，因?yàn)橹Ъ芘c上面的平板是固定的，所以當(dāng)支架轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)帶動(dòng)平板一起左右轉(zhuǎn)動(dòng)，這樣就實(shí)現(xiàn)了電視機(jī)左右角度的變化[9]。從右視圖可以看到步進(jìn)電機(jī)1通過(guò)此輪系和螺帽連接，螺桿的一端和螺帽旋和，另一端通過(guò)球面高副與滑槽連接，滑槽中軸與支架1通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)副連接，螺桿上的螺紋可實(shí)現(xiàn)自鎖，因此滑槽會(huì)繞著中軸平穩(wěn)地轉(zhuǎn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)俯仰角的變化。機(jī)械運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖如圖4支架圖所示。

1-信號(hào)接收器；2-指示燈；3-電路；4-轉(zhuǎn)動(dòng)架1；5-轉(zhuǎn)軸；6-自鎖螺紋；7-平板；8-步進(jìn)電機(jī)2；9-步進(jìn)電機(jī)1；10-帶齒輪螺母

運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的描述如下。

(1)在主視圖上可以看到支架連接在一個(gè)齒輪上，步進(jìn)電機(jī)2驅(qū)動(dòng)齒輪將扭矩傳遞到支架上，因?yàn)橹Ъ芘c上面的平板是固定的，所以當(dāng)支架轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)帶動(dòng)平板一起左右轉(zhuǎn)動(dòng)，這樣就實(shí)現(xiàn)了電視機(jī)左右角度的變化。

(2)俯仰角度的變化是靠步進(jìn)電機(jī)1來(lái)驅(qū)動(dòng)的，在右視圖里可以看到步進(jìn)電機(jī)1通過(guò)齒輪系帶動(dòng)螺母轉(zhuǎn)動(dòng)，從而使螺桿產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，螺桿的另一端通過(guò)球面高副和滑槽連接，由于滑槽中軸與支架1通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)副連接，因此滑槽會(huì)繞著平穩(wěn)地轉(zhuǎn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)俯仰角的調(diào)節(jié)。因?yàn)槁輻U上的螺紋可實(shí)現(xiàn)自鎖，所以當(dāng)步進(jìn)電機(jī)不通電時(shí)，平板也能保持穩(wěn)定。

(3)整個(gè)裝置都采用自鎖螺紋保證在裝置斷電情況下系統(tǒng)的穩(wěn)定。

1.2.2 電路部分

近似認(rèn)為人眼的位置與遙控器位置一致，當(dāng)按下遙控器dis鍵后，遙控器發(fā)出距離信號(hào)[10]，支架上的接收器的單片機(jī)電路通過(guò)解碼電路進(jìn)行編碼地址確認(rèn)，并產(chǎn)生控制信號(hào)控制開(kāi)關(guān)電路動(dòng)作，對(duì)應(yīng)的指示燈亮[11]。程序如圖5所示。

圖5 距離程序圖

部分偽代碼如下：

int led[4]={0}; //默認(rèn)4個(gè)指示燈的狀態(tài)為關(guān)閉

……

//距離判斷后對(duì)LED信號(hào)初始化

int decideFunction(int led[],int size,AX)

{

……

while(flag) //收到測(cè)距07信號(hào)

{

switch(((int)AX)%2) //判斷距離區(qū)間

{

case 0: led[0]=1;break; //指示燈1亮

case 1: led[1]=1;break;

case 2: led[2]=1;break;

default: led[3]=1;break;

}

}

return led;

……

}

……

2 創(chuàng)新點(diǎn)

(1)全自動(dòng)模式

自適應(yīng)全自動(dòng)電視支架具有2個(gè)自由度，可以實(shí)現(xiàn)左右偏轉(zhuǎn)角和俯仰角的自動(dòng)調(diào)節(jié)。遙控器作為開(kāi)關(guān)機(jī)信號(hào)、上下調(diào)節(jié)信號(hào)、左右調(diào)節(jié)信號(hào)、全自動(dòng)調(diào)節(jié)信號(hào)和距離信號(hào)的產(chǎn)生和發(fā)射裝置，支架上的信號(hào)接收器接收并確認(rèn)不同的無(wú)線電信號(hào)，根據(jù)設(shè)計(jì)好的程序產(chǎn)生相應(yīng)的控制信號(hào)，從而運(yùn)行對(duì)應(yīng)的過(guò)程全自動(dòng)調(diào)節(jié)，方便實(shí)用，最大限度地減少了手動(dòng)調(diào)節(jié)的一系列不方便。

(2)創(chuàng)新性的機(jī)械結(jié)構(gòu)

自適應(yīng)全自動(dòng)電視支架采用創(chuàng)新性的設(shè)計(jì)齒輪系，降低了對(duì)驅(qū)動(dòng)力矩的要求，從而可以選擇驅(qū)動(dòng)力矩較小的步進(jìn)電機(jī)作為動(dòng)力，大大節(jié)省了制造成本，具有很強(qiáng)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。該支架帶動(dòng)電視機(jī)偏轉(zhuǎn)時(shí)，通過(guò)螺紋實(shí)現(xiàn)自鎖，電視機(jī)偏轉(zhuǎn)一定角度的同時(shí)能保證電視機(jī)的平穩(wěn)[12]。總體結(jié)構(gòu)上，該支架體積小，質(zhì)量輕，可拆卸性強(qiáng)。

(3)步進(jìn)電機(jī)配合驅(qū)動(dòng)器

步進(jìn)電機(jī)配合驅(qū)動(dòng)器使用，很多驅(qū)動(dòng)器都支持細(xì)分功能，控制更精確。此外，通過(guò)驅(qū)動(dòng)器信號(hào)輸入端輸入的脈沖數(shù)量和頻率實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)的角度和速度控制，無(wú)需反饋信號(hào)，控制方便。

3 總結(jié)

全自動(dòng)調(diào)節(jié)的電視機(jī)架，通過(guò)電機(jī)一體化，自動(dòng)調(diào)節(jié)上下左右偏轉(zhuǎn)角度，監(jiān)測(cè)提醒人眼與電視機(jī)的距離，最大程度地減少了電視機(jī)對(duì)青少年眼睛的傷害，有利于防止青少年患上電視眼、近視眼等眼科疾病。本機(jī)同時(shí)也適合其他看電視人群，方便地調(diào)節(jié)電視機(jī)偏轉(zhuǎn)角度，緩解因看電視位置不佳而引起的頸椎酸痛等其他身體問(wèn)題。本電視機(jī)架不僅可以給人們的生活帶來(lái)很多的便利，同時(shí)具有較好的推廣應(yīng)用價(jià)值。在使用的過(guò)程中，建議不要將高溫物體放在電視機(jī)架旁，防止電機(jī)的磁性材料退磁。