一种车载光感太阳能窗帘的设计
2020-08-06曹嘉平朱玉杰罗中禹
曹嘉平 朱玉杰 罗中禹
摘要:为解决汽车行驶过程中牟窗外变化的光强影响乘员的舒适性这一问题,设计了一种车载光感太阳能窗帘装置,该装置可根据窗外光照强弱,自动控制帘体开合,保证了车内光照强度适宜。该窗帘融合了电子工程、机械工程、控制理论等科学技术,操作简单,节能环保,功能相对完善。
关键词:汽车窗帘;光感控制;机械设计
中图分类号:TP23 文献标识码:A 文章编号:1674-9944(2020)04-0190-02
1 引言
伴随着交通运输业的快速发展,汽车已走进千家万户,成为人们出行的首选方式。近年来我国汽车产业保持快速增长态势,这也为汽车窗帘行业带来巨大市场[1]。此外,车内照明作为汽车内部环境的重要组成部分,对营造美的空间享受、改善运输服务质量、提升乘员舒适感和满意度有着十分重要的意义[2]。然而,目前市面上已有的汽车窗帘主要用于遮光隔热的功能,在汽车行驶过程中无法根据车窗外不断变化的光强自动调节,影响了乘员的驾乘便捷性与舒适性。针对这一现象,设计一款车载光感太阳能窗帘,该窗帘在阳光充足时自动闭合,当阳光强度减弱自动打开,以保证汽车内部光强保持适宜,方便人们在车内的各种活动。
2 工作原理
车载光感窗帘的工作流程如图1所示。机械传动部分核心机构为丝杠螺母副的变形——螺杆滑块传动副。支架整体为立方体结构,支架中间部分设置有螺杆的固定孔位,下方设置有滑槽。滑槽内设置有可以与上方螺杆啮合的齿条状滑块,其中,螺杆为普通矩形细牙双线螺纹,滑块设置其与螺杆法面压力角相同,分度线与螺杆分度圆相切保证啮合。支架左端设置有放置电机和电池的下沉平台,电机通过联轴器和螺杆连接实现转矩输入,通过螺杆滑块之间的传动副,将电机输入的转动变为平动。滑块的下端与窗帘的移动端相连接,窗帘的固定端通过螺钉紧固在支架一侧,同时在固定端设置触点并与电源项相连接以实现对电能的收集。
工作时,电机正转驱动滑块向远离固定端方向移动使窗帘自动关闭,电机反转则驱动滑块向靠近固定端移动使窗帘自动打开。控制核心部分采用STC89C52单片机。在支架的两侧分别设置有两个光敏电阻以实时采集当前位置的平均光强,通过PCB电源层为其供电。两个光敏的输出引脚分别接人单片机的P1.0,P1.1,实现AD转换功能。在程序中设置一个可以修改的光强阈值,将两个光敏电阻采集到的光强平均值与该阈值进行比较,当采集值大于阈值时,通过控制单片机P2.0引脚输出高电平P2.0与共阳极接法的TB6600步进电机驱动器DIR引脚相连,使电机正转控制窗帘关闭,当采集值小于阂值时P2.0输出低电平驱动电机反转控制窗帘打开[3~6]。电机旋转的圈数可在程序中进行修改,工作流程如图1所示。
3 车载光感太阳能窗帘结构
窗帘的主要结构由支架,帘布,和电源模块三部分组成,如图2所示。窗帘的机械传动结构和控制模块均设置在支架内。其主要作用为支撑电机、电机驱动器以及固定传动螺杆等主要传动结构。支架整体为立方体结构,中间部分设置有螺杆的固定孔位,下方设置有滑槽,其内有与上方螺杆啮合的滑块,通过螺杆的旋转运动驱动滑块进行水平运动从而控制窗帘的打开与关闭。支架上方设置有固定块,可以将整个窗帘固定在车内窗帘的帘布则采用柔性光伏电池层加遮光涂层的双层设计。工作时,将窗帘的固定端固定在支架上,移动端与滑块相连,控制窗帘开闭的同时,可以收集一定量的太阳能并将其转换为电能储存下来,供给窗帘本身或其他用途[7~9]。
4 结语
结合市场上现有汽车窗帘的不足之处,设计一款车载光感太阳能窗帘,该窗帘根据光照强度的变化自动调节帘体开合,为乘员提供舒适的驾乘体验,同时利用太阳能供电,符合节能环保的理念。
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收稿日期:2020-01-06
基金项目:国家级大学生创新训练项目(编号:201910225032);哈尔滨市应用技术研究与开发项目(编号2014RFXXJ108)
作者简介:曹嘉平(1999-),女,东北林业大学工程技术学院学生。
通讯作者:朱玉杰(1965-),女,博士,教授,研究生导师,研究方向为工业工程、TRIZ理论、创新设计.