自適應全自動電視支架的設計

梁菲菲， 宋承繼， 戚娜

(陜西工業職業技術學院,信息工程學院, 陜西,咸陽 712000)

0 引言

現在，電視已成為人們生活中必不可少的內容，但也隨之給人們帶來了新的健康問題，尤其對青少年眼睛的危害最為嚴重。應對眼睛疲勞，有一個不容忽視的應對措施：改變看電視的環境，養成良好的看電視習慣。但人們往往處于輕松和隨意的狀態，很少有人端端正正看電視，針對這種情況，市場上銷售的愛格7M壁掛式傾斜液晶電視支架、北京市大中萬能壁掛架、廣東可旋轉可調節電視支架、樂歌液晶電視機可調節壁掛架等電視支架[1]都可通過手動調節電視機偏轉角度來使得人眼與電視機的相對位置達到較好狀態，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調節電視機架的次數較頻繁，調節十分麻煩；并且人們大都根據自我感覺來調節電視支架，往往不能調到最科學、最合理的角度。本文設計的全自動平板電視支架就能解決上述問題,不需要手動調節，全自動一鍵調節電視機的偏轉角度，更加科學、有效地減緩眼睛疲勞。此外，這種電視支架還可監測人眼與電視機的距離，并在距離較近時做出提醒，幫助青少年及時調整與電視機的距離，預防青少年近視。

1 系統設計

自適應全自動平板電視支架，由控制部分和運行部分組成。控制部分包括遙控器和信號接收器，運行部分包括機械部分和電路部分。系統設計框圖見圖1。

圖1 系統設計框圖

1.1 控制部分

遙控器作為開關機信號、上下調節信號、左右調節信號、全自動調節信號和距離信號的產生和發射裝置。首先通過按鍵編址電路輸入所需控制電路的位號，同時啟動編碼電路產生帶有地址編碼信息和開關狀態信息的編碼脈沖信號，再通過無線電發射電路將該信號發射出去[2]。遙控器面板簡圖見圖2。

圖2 遙控器面板簡圖

按下on鍵時，啟動電視支架的運動；按下U鍵時，啟動步進電機1，半自動遙控向上調節角度；按下D鍵時，啟動步進電機1，半自動遙控向下調節角度；按下L鍵時，啟動步進電機2，半自動遙控向左調節角度；按下R鍵時，啟動步進電機2，半自動遙控向右調節角度；按下dis鍵時，啟動距離程序，調節支節角度；按下off鍵時，停止電視支架的運動。支架上的信號接收器的單片機電路通過解碼電路進行編碼地址確認，確認是否為本遙控開關系統地址[3]：如果是，則單片機電路產生相應的控制信號控制開關電路動作；如果不是，則解碼電路不解碼，單片機電路不響應，開關電路無任何動作。其流程如圖3所示。

圖3 平臺主程序流程圖

1.2 運行部分

1.2.1 機械部分

機械裝置[4]由2個步進電機和齒輪[5]、滑塊、自鎖螺紋、底座、支架等必要的構件組成。底座固定，材料為木質，支架用自鎖螺紋[6]連接，并與齒輪固定以實現扭矩的傳動，內螺紋和上面的平板(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齒輪上[7]，步進電機[8]2驅動齒輪將扭矩傳遞到支架上，因為支架與上面的平板是固定的，所以當支架轉動時帶動平板一起左右轉動，這樣就實現了電視機左右角度的變化[9]。從右視圖可以看到步進電機1通過此輪系和螺帽連接，螺桿的一端和螺帽旋和，另一端通過球面高副與滑槽連接，滑槽中軸與支架1通過轉動副連接，螺桿上的螺紋可實現自鎖，因此滑槽會繞著中軸平穩地轉動，從而實現俯仰角的變化。機械運動簡圖如圖4支架圖所示。

1-信號接收器；2-指示燈；3-電路；4-轉動架1；5-轉軸；6-自鎖螺紋；7-平板；8-步進電機2；9-步進電機1；10-帶齒輪螺母

運動狀態的描述如下。

(1)在主視圖上可以看到支架連接在一個齒輪上，步進電機2驅動齒輪將扭矩傳遞到支架上，因為支架與上面的平板是固定的，所以當支架轉動時帶動平板一起左右轉動，這樣就實現了電視機左右角度的變化。

(2)俯仰角度的變化是靠步進電機1來驅動的，在右視圖里可以看到步進電機1通過齒輪系帶動螺母轉動，從而使螺桿產生相對運動，螺桿的另一端通過球面高副和滑槽連接，由于滑槽中軸與支架1通過轉動副連接，因此滑槽會繞著平穩地轉動，從而實現俯仰角的調節。因為螺桿上的螺紋可實現自鎖，所以當步進電機不通電時，平板也能保持穩定。

(3)整個裝置都采用自鎖螺紋保證在裝置斷電情況下系統的穩定。

1.2.2 電路部分

近似認為人眼的位置與遙控器位置一致，當按下遙控器dis鍵后，遙控器發出距離信號[10]，支架上的接收器的單片機電路通過解碼電路進行編碼地址確認，并產生控制信號控制開關電路動作，對應的指示燈亮[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4個指示燈的狀態為關閉

……

//距離判斷后對LED信號初始化

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

{

……

while(flag) //收到測距07信號

{

switch(((int)AX)%2) //判斷距離區間

{

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 創新點

(1)全自動模式

自適應全自動電視支架具有2個自由度，可以實現左右偏轉角和俯仰角的自動調節。遙控器作為開關機信號、上下調節信號、左右調節信號、全自動調節信號和距離信號的產生和發射裝置，支架上的信號接收器接收并確認不同的無線電信號，根據設計好的程序產生相應的控制信號，從而運行對應的過程全自動調節，方便實用，最大限度地減少了手動調節的一系列不方便。

(2)創新性的機械結構

自適應全自動電視支架采用創新性的設計齒輪系，降低了對驅動力矩的要求，從而可以選擇驅動力矩較小的步進電機作為動力，大大節省了制造成本，具有很強的市場競爭力。該支架帶動電視機偏轉時，通過螺紋實現自鎖，電視機偏轉一定角度的同時能保證電視機的平穩[12]。總體結構上，該支架體積小，質量輕，可拆卸性強。

(3)步進電機配合驅動器

步進電機配合驅動器使用，很多驅動器都支持細分功能，控制更精確。此外，通過驅動器信號輸入端輸入的脈沖數量和頻率實現步進電機的角度和速度控制，無需反饋信號，控制方便。

3 總結

全自動調節的電視機架，通過電機一體化，自動調節上下左右偏轉角度，監測提醒人眼與電視機的距離，最大程度地減少了電視機對青少年眼睛的傷害，有利于防止青少年患上電視眼、近視眼等眼科疾病。本機同時也適合其他看電視人群，方便地調節電視機偏轉角度，緩解因看電視位置不佳而引起的頸椎酸痛等其他身體問題。本電視機架不僅可以給人們的生活帶來很多的便利，同時具有較好的推廣應用價值。在使用的過程中，建議不要將高溫物體放在電視機架旁，防止電機的磁性材料退磁。