【正文】 工作狀態(tài)的，即廣告牌是正常展開的。 20 圖 系統(tǒng)總體程序流程圖 程序設(shè)計(jì) 關(guān)于整個(gè)控制系統(tǒng)程序的編寫和設(shè)計(jì)，按照程序流程圖 進(jìn)行即可。當(dāng)紅外限位開關(guān)傳感器 2 檢測(cè)到廣告牌已放到位，把此信號(hào)傳給單片機(jī)，經(jīng)單片機(jī)處理后，控制電機(jī)，使其停止轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)檢測(cè)到有強(qiáng)風(fēng)后又把廣告牌收起，如此實(shí)現(xiàn)廣告牌的智能抗風(fēng)的功能。因?yàn)榕_(tái)風(fēng)可能不穩(wěn)定，所以當(dāng)廣告牌是因?yàn)橛信_(tái)風(fēng)來了而被收起的，必須要 做一定的延時(shí)，以避免電機(jī)急啟動(dòng)，減小對(duì)電機(jī)和廣告牌的損傷。（以上所有尺寸均含不銹鋼本身的厚度及邊長(zhǎng)） 19 圖 廣告牌框架圖 3. 軟件設(shè)計(jì) 總體程序流程圖 本次設(shè)計(jì)以單片機(jī)為核心控制器，電機(jī)為輸出，紅外開關(guān)為傳感器，輔以風(fēng)速傳感器模塊，因此程序的設(shè)計(jì)要把握好器件間彼此的關(guān)聯(lián)和響應(yīng)，重心是單片機(jī)對(duì)信號(hào)的處理，做出相應(yīng)的響應(yīng)。底座使用的材料同樣也是不銹鋼，其由兩條長(zhǎng) 560mm，寬 37mm，高15mm 的不銹鋼空心長(zhǎng)方體和一根直徑為 64mm 長(zhǎng)為 350mm 的圓柱不銹鋼管組成。廣告牌邊框的長(zhǎng) 960mm，寬 700mm,而實(shí)際廣告牌的長(zhǎng)是 930mm，寬是 700mm。 18 表 所使用齒輪的參數(shù) 類型/ 名稱 模數(shù)/模 直徑/mm 孔徑/mm 齒厚/mm 臺(tái)階直徑/mm 臺(tái)階高度/mm 齒數(shù) /齒 質(zhì)量/kg 螺絲孔 臺(tái)階正齒輪 1 17 5 8 6 15 2 個(gè)頂絲 臺(tái)梯正齒輪 1 92 12 10 40 10 90 2 個(gè)M5 廣告牌框架結(jié)構(gòu)參數(shù) 廣告牌框架結(jié)構(gòu)主要由最頂上的保護(hù)頂架、廣告牌主展板、支撐柱和底座等組成，全是不銹 鋼框架結(jié)構(gòu)。此外，廣告牌下方的兩根光軸的兩端還分別安裝了一塊永久磁鐵，其與鋼結(jié)構(gòu)框架上的四個(gè)電磁鐵分別構(gòu)成一套系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)廣告牌的固定作用，而磁鐵的磁性則是根據(jù)所要抗的風(fēng)的風(fēng) 速來設(shè)計(jì)的。系統(tǒng)中一共使用了四個(gè)帶座軸承，其孔徑為 12mm，直徑為為 38mm。整個(gè)框架基本上都是不銹鋼結(jié)構(gòu)，使用的是海利 304 不銹鋼，其橫截面是邊長(zhǎng)為24mm 的空心正方形。每一塊廣告牌分別固定在一根光軸上，當(dāng)控制中心驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，電機(jī)帶動(dòng)光軸轉(zhuǎn)動(dòng)，即可實(shí)現(xiàn)廣告牌的收放了！而所謂廣告牌的智能抗風(fēng)，是指當(dāng)風(fēng)速傳感器檢測(cè)到的風(fēng)速達(dá)到系統(tǒng)設(shè)定值時(shí)，中央控制器會(huì)自動(dòng)控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，把廣告牌卷在光軸上，減小廣告牌與風(fēng)的接觸面積，以減小對(duì)風(fēng)的阻力，從而實(shí)現(xiàn)智能抗風(fēng)。這一部分是整個(gè)設(shè)計(jì)的核心，其能否很好的實(shí)現(xiàn)，至關(guān)重要，所以要考慮的東西很多。 17 廣告牌機(jī)械系統(tǒng) 廣告牌的機(jī)械系統(tǒng)，是本次設(shè)計(jì)的控制對(duì)象，也是核心部件。使用的散熱扇是臺(tái)式電腦主機(jī)的 CPU 上專用的 AVC7015 散熱扇，其電器參數(shù)如下： (1)尺寸： 70mm*70mm*15mm； (2)工作電壓： 12V； (3)額定電流： ； (4)額定功率： (5)軸承：?jiǎn)螡L珠軸承。 圖 OLED 顯示器模塊實(shí)物 散熱器 本次設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)硬件部分有些龐大，需要的電源很 多，使用的芯片很多，整個(gè)控制系統(tǒng)硬件會(huì)散發(fā)出一定的熱量，為了降低溫度，使系統(tǒng)能夠更好更安全的正常工作，所以給系統(tǒng)加了散熱器。在實(shí)際應(yīng)用中， CS 端不用再接，因?yàn)楸灸K已經(jīng)接地了。因?yàn)轱@示器對(duì)電路的要求很高，所以本次設(shè)計(jì)并沒有自己做電路，而是直接使用龍邱智能科技的 OLED 顯示器模塊，此顯示器的分辨率為 128*64，顯示屏的尺寸為 吋，整個(gè) 模塊的尺寸為 *。鍵盤中所用到的四個(gè)按鍵的功能分別是： （ 1） 1號(hào)按鍵的作用是當(dāng)廣告牌的收放是處于手動(dòng)狀態(tài)時(shí)，一直按著 1號(hào)按鍵， 廣告牌就收起，直到停止對(duì)按鍵的使用或者廣告牌也收到位； （ 2） 2 號(hào)按鍵的作用是當(dāng)廣告牌的收放處于手動(dòng)狀態(tài)時(shí)，一直按著 2 號(hào)按鍵， 廣告牌就被放下，直到停止按 2 號(hào)按鍵或者廣告牌已放到位； （ 3） 3 號(hào)按鍵起廣告牌收放的自動(dòng)和手動(dòng)切換的作用，軟件部分設(shè)計(jì)是使廣告 牌一開始處于自動(dòng)收放的狀 態(tài)，當(dāng)按下按鍵 3 時(shí)，就切換成手動(dòng)收放狀態(tài) 了，再按一次，就變成自動(dòng)收放狀態(tài)了； （ 4） 4 號(hào)按鍵的作用是控制廣告牌四周的 LED 等的開和關(guān)。本次設(shè) 計(jì)的鍵盤一共有八個(gè)按鍵，實(shí)際用到了四個(gè)，流出了四個(gè)裕量，以備以后對(duì)系統(tǒng)做改進(jìn)之需。 雖然本次設(shè)計(jì)的是智能抗風(fēng)廣告牌，但考慮到操作員對(duì)系統(tǒng)的維護(hù)以及廣告的更換等原因，不得不設(shè)計(jì)一套鍵盤。 鍵盤的設(shè)計(jì) 鍵盤是微機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中最常用的輸入設(shè)備，在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，操作人員通常是通過鍵盤向單片機(jī)系統(tǒng)輸入指令、地址和數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單的人機(jī)通信功能。 E18D80NK傳感器的技術(shù)參數(shù)如下 : （ 1） 供電 電源： 100mA/5V 供電； （ 2）輸出電流： DC/SCR/繼電器 （ 3） 消耗電流： DC25mA； （ 4）響應(yīng)時(shí)間： 2ms； （ 5）指向角：≤ 15176。此傳感器具有探測(cè)距離遠(yuǎn)、受可見光干擾小、易于裝配、價(jià)格便宜、使用方便等特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于機(jī)器人避障、流水線計(jì)件等眾多場(chǎng)合。根據(jù)本次設(shè)計(jì)的要求，開關(guān)傳感器所需工作的環(huán)境，本人選擇了 E18D80NK 紅外光電開關(guān)漫反射式避障傳感器。本設(shè)計(jì)使用的是電壓輸出型 JLFS2 風(fēng)速傳感器，其實(shí)物及信號(hào)輸出定義如圖 所示。整體具有非?？煽康碾姶鸥蓴_抗擊能力，能保證主機(jī)可以在－ 20℃～＋ 50℃ ,濕度 35％～ 85％（不結(jié)露）范圍內(nèi)均能正常工作。 風(fēng)速傳感器 在現(xiàn)實(shí)生活中，三杯式風(fēng)速傳感器是使用較多的戶外風(fēng)速傳感器。在這次設(shè)計(jì)中，這兩種傳感器屬于及其重電壓V 空載轉(zhuǎn)速 rpm/min 負(fù)載轉(zhuǎn)速 rpm/min 減速箱長(zhǎng) 約 mm 額定力矩 m 堵轉(zhuǎn)力矩 m 堵轉(zhuǎn)電流 A 空載電流 A 減速比 1:00 功率 W 重量 約 g 負(fù)載電流 A 3 6 5 27 8 50 1 500 96 3 681 545 15 1 80 6 12 10 27 12 70 2 500 80 6 1363 1090 15 1 2 80 12 11 9 27 12 70 2 500 12 1250 1000 15 1 2 80 24 6 27 68 2 500 1 24 863 960 15 2 1 80 13 要的硬件之一，要能實(shí)現(xiàn)智能，必須得有這兩種傳感器，缺一不可。 圖 370 減速電機(jī)實(shí)物圖 表 370 電機(jī)參數(shù) 注：此參數(shù)表只是在 3V、 6V、 12V 和 24V這幾種電壓狀態(tài)下每一種電壓的兩種情況，其他的不再詳述。其中 P = T * n / 9550 ， T = 9550P / n （ P：功率，單位‘千瓦’，符號(hào)‘ kw’； T：扭矩，單位‘牛米’，符號(hào)‘ Nm’； n：轉(zhuǎn)速，每分鐘 12 轉(zhuǎn)數(shù)，符號(hào)‘ r / min’； 9550：常數(shù)）。電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路原理圖如圖 所示。該芯片主要起到保護(hù)驅(qū)動(dòng)芯片BTN7971B 的作 用。芯片都有一個(gè)共性，即芯片內(nèi)部都是有一些門電路組成， 74LS244 也不列外，其內(nèi)部邏輯圖如圖 所示， 10 邏輯功能如表 所示。 表 BTN7971B 引腳及功能 引腳 符號(hào) IN/OUT 功能 1 GND 接地 2 IN IN 控制信號(hào)輸入端 3 INH IN 芯片電源 8 OUT OUT 功率輸出 5 SR IN 使能端 6 IS OUT 電流檢測(cè)和故障診斷 7 VS 驅(qū)動(dòng)電源引腳 圖 BTN7971B 封裝圖 HD74LS244 三態(tài)緩沖器 HD74LS244 芯片為三態(tài)輸出的八組緩沖器和總線驅(qū)動(dòng)器 ,其主要電氣特性的典型值如表 所示 (不同廠家具體值有所不同 )。對(duì)于本次設(shè)計(jì)，已足以滿足要求。 BTN7971B 與兩路電源連接，分別為邏輯電源和動(dòng)力 電源，邏輯電源使用的是 +5V，用于給芯片供電，能承受的動(dòng)力電源在直流 + 到 +45V 之間，本系統(tǒng)使用 +12V 作為動(dòng)力電源，給電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)提供電源。 BTN7971B 是電機(jī)驅(qū)動(dòng)應(yīng)用程序集成的大電流半橋。因此我們?cè)谶x擇 9 驅(qū)動(dòng)芯片時(shí)，可以綜合各方面的需求來選擇。該核心板雖然可以正常運(yùn)行，但是為了使次核心板能夠更穩(wěn)定更安全的正常運(yùn)行，本人制作了此核心板的底座，使此板能夠平穩(wěn)的放置，且能夠更方便的連接線路避免不慎短路，如圖 所示。單片機(jī)最小系統(tǒng)不僅是單片機(jī)可以正常工作的基本要求，也是保護(hù)單片機(jī)其他的電路系統(tǒng)的保障，這就是每次使用單片機(jī)都必須使用該最小系統(tǒng)的原因。在外部振蕩電路中，單片機(jī)的 EXTAL32 和 XTAL32 管腳分別接至由 晶振和 18PF 電容構(gòu)成的振蕩電路兩側(cè)，為電路提供正常的時(shí)鐘脈沖。這個(gè)單片機(jī)是最近市場(chǎng)上比較受歡迎的一款單片機(jī)，性能優(yōu)越，功能強(qiáng)大，是最近幾年才出品的 32 位單片機(jī)，采用 ARM CortexM4 內(nèi)核，且具有豐富的資源，工作穩(wěn)定，兼容性高，執(zhí)行效率高等特點(diǎn)，完全能滿足本系統(tǒng)的控制要求。為了能合理分配單片機(jī)的 I/O 口資源，在單片機(jī)選型時(shí)可以繪制一張引腳分配表，供之后的設(shè)計(jì)使用。選擇單片機(jī)時(shí)要考慮單片機(jī)所能夠完成的功能、價(jià)格、供電電壓、功耗、 I/O 口電平、管腳數(shù)目以及它的封裝等因素。 7 圖 12V 直流穩(wěn)壓電路原理圖 單片機(jī)最小系統(tǒng)模塊 單片機(jī)的選擇 單片機(jī)是硬件系統(tǒng)的主要控 制核心部件，是整個(gè)系統(tǒng)的信息處理中央也是信息儲(chǔ)存部分，尤為重要。 圖 +、 +5V 直流穩(wěn)壓電源電路原理圖 而自己買的成品電源 12V， 1A的交流電源，用于構(gòu)成 2 個(gè)子電源， 2個(gè)子電源均由整流橋整流，通過 MC7812CT 穩(wěn)壓，最后輸出直流穩(wěn)壓 +12V，如圖 所示。因此，本人用 LM317 所制成的電壓可調(diào)電源，把電壓調(diào)到 + 輸出，然后用兩片降壓穩(wěn)壓芯片 LM1117IMP 做成兩個(gè) + 直流穩(wěn)壓電源，用三片降壓穩(wěn)壓芯片LM2940CS 做成三個(gè) +5V 直流穩(wěn)壓電源，五個(gè)電源都是由 + 經(jīng)過降壓穩(wěn)壓后而得的，切都是并在一起的，如圖 所示。另一個(gè)是本人之前購(gòu)買的 12V,1A 交流電源。 本此設(shè)計(jì)一共用了兩個(gè)總電源，一個(gè)是本人利用變壓器和 LM317 自制的由交流 220V 轉(zhuǎn)成的 + 到 +24V 可調(diào)的直流穩(wěn)壓電源，本人購(gòu)買的變壓器是交流220V， 50HZ 輸入，雙 9V 交流輸出。 當(dāng)然，本次設(shè)計(jì)要實(shí)現(xiàn)的是戶外獨(dú)立廣告牌的智能抗風(fēng)，所以廣告牌的框架結(jié)構(gòu)也是本次設(shè)計(jì)的核心部分的之一，它是系統(tǒng)的控制對(duì)象。而一個(gè)系統(tǒng)，再怎么智能，也需要人工控制的時(shí)候，所以本系統(tǒng)還設(shè)計(jì)了一個(gè)按鍵，以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的手動(dòng)和自動(dòng)的切換。 BTN7971B 電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路是單片機(jī)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的連接中點(diǎn)，只有通過 BTN7971B 芯片與單片機(jī)通訊，將單片機(jī)所給信號(hào)經(jīng)過處理，才可以驅(qū)動(dòng)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，同時(shí)控制電機(jī)正反轉(zhuǎn)也是由單片機(jī)發(fā)出信號(hào)控制的。而廣告牌的收放是否到位，主要靠本系統(tǒng)的兩個(gè) E18D80NK 紅外避障傳感器檢測(cè)到的信號(hào)來確定。 在當(dāng)今的生活中，到處都能看到電器產(chǎn)品，一個(gè)系統(tǒng)要運(yùn)行，當(dāng)然離不開電源，關(guān)于本系統(tǒng)所需電源，下文再做詳細(xì)的介紹。因?yàn)橹悄芸癸L(fēng)廣告牌的運(yùn)行是需要系統(tǒng)電源模塊、單片機(jī)最小系統(tǒng)等多個(gè)模塊相互結(jié)合、按一定次序穩(wěn)定工作才能讓廣告牌智能識(shí)別強(qiáng)風(fēng)的來去及自動(dòng)收放，以實(shí)現(xiàn)智能抗風(fēng)的目的。 2. 硬件設(shè)計(jì) 硬件整體方案設(shè)計(jì) 本次設(shè)計(jì)共有兩大系統(tǒng)，一個(gè)是本次設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)，一個(gè)是廣告牌的機(jī)械結(jié)構(gòu)系統(tǒng)。此廣告牌不必借助于氣象臺(tái)傳輸數(shù)據(jù)，且因?yàn)閷?shí)現(xiàn)的是廣告牌的自動(dòng)收放，最大程度的減少了受風(fēng)面積，能夠真正實(shí)現(xiàn)抗強(qiáng)風(fēng)的目的，展板整體顯示效果好。廣告牌的收放，則是把廣告的一端卷在一根由電機(jī)帶動(dòng)的軸上，電機(jī)帶動(dòng)軸轉(zhuǎn)動(dòng)，把廣告布卷起。 據(jù)此，本課題擬設(shè)計(jì)一種智能抗強(qiáng)風(fēng)獨(dú)立戶外廣告牌。其原理是采用風(fēng)速傳感器測(cè)定風(fēng)速，自身判斷風(fēng)力從而帶動(dòng)廣 告牌牌面的葉片做角度調(diào)整，實(shí)現(xiàn)風(fēng)力荷載。但是它采用電網(wǎng)供電需要消耗大量電能，分割成幾塊展板整體顯示效果差，另外當(dāng)風(fēng)級(jí)很大且風(fēng)向不穩(wěn)定時(shí)，子展板的迎風(fēng)方向角也是不確定的，所以同樣不能從根本上滿足戶外廣告牌低成本高抗風(fēng)性的要求。當(dāng)強(qiáng)臺(tái)風(fēng)來襲時(shí)，由氣象臺(tái)將信息傳輸?shù)綇V告牌上的信息接收處理裝置，調(diào)整各子展板的迎風(fēng)方向角，盡可能減小廣告牌迎風(fēng)面積。 于是，有人提出了一種采用電網(wǎng)供電的抗強(qiáng)風(fēng)廣告牌。因?yàn)樗慕Y(jié)構(gòu)堅(jiān)硬且龐大，遇強(qiáng)風(fēng)后倒塌砸傷砸