劉 健，邢昆明，王靜婷

（1.天津工業(yè)大學(xué)工程教學(xué)實(shí)習(xí)訓(xùn)練中心，天津 300387；2.西安翻譯學(xué)院工程技術(shù)學(xué)院，陜西西安 710105）

0 引言

現(xiàn)在市場上的氣球充氣工具有手持式或腳踏式打氣筒和自動充氣泵，充氣完成后一般還需要兩個人的配合來完成系扣封口工作，所以在需要使用大量氣球的進(jìn)行渲染氛圍時，將會耗費(fèi)大量的勞動力和體力完成氣球封口任務(wù)。

為了解決氣球自動封口的問題，申請?zhí)枮椤?00420120819.3”的實(shí)用新型專利申請?zhí)岢隽艘环N氣球封口裝置，該裝置由外套管、封閉膜、充氣管構(gòu)成。將封閉膜套在充氣管上，氣球套在封閉膜上，氣球口套在充氣管上，外套管套在氣球口外側(cè)，外套管內(nèi)的凹形卡環(huán)與充氣管外的凸形卡環(huán)相配合，使氣球固定且鎖閉；充氣時，氣體從充氣管腔經(jīng)充氣管上的通氣孔進(jìn)入封閉膜袋內(nèi)，由封閉膜上的透氣孔進(jìn)入氣球腔內(nèi)，當(dāng)氣球腔內(nèi)氣壓大于封閉膜袋內(nèi)氣壓時，封閉膜袋自由端被壓扁，透氣孔封閉，同時充氣管壁上的通氣孔也被關(guān)閉，氣體不能外泄。該裝置可實(shí)現(xiàn)氣球的自動封口，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，且每個氣球都要配一個該裝置才行，不經(jīng)濟(jì)。

基于上述問題，設(shè)計(jì)了一套簡單易用、便攜式的自動充氣并能對氣球進(jìn)行自動封口的設(shè)備，一個人便可以輕松完成大量氣球的充氣任務(wù)。

1 工作原理

該設(shè)備采用HT46RU232作為主控芯片控制鍵盤輸入模塊、數(shù)碼管顯示模塊、電機(jī)控制模塊、自動計(jì)時模塊等外圍設(shè)備[1]，實(shí)現(xiàn)充氣時間輸入、充氣時間顯示、自動充氣、自動擰緊、自動封口等功能。

1.1 各模塊介紹

（1）鍵盤輸入模塊完成不同充氣用品不同的充氣時間預(yù)設(shè)。

（2）數(shù)碼管顯示模塊采用共陰四位數(shù)碼管對充氣時間輸入值的顯示，用移位寄存器和譯碼器與數(shù)碼管連接分別控制其未選與段選。

（3）自動充氣模塊通過控制直流電機(jī)齒輪嚙合組成的曲柄滑塊機(jī)構(gòu)帶動活塞進(jìn)行充氣工作。

（4）自動擰緊及封口模塊采用直流電機(jī)帶動圓環(huán)旋轉(zhuǎn)將氣球擰緊，轉(zhuǎn)到一定程度后電機(jī)控制中斷程序開始執(zhí)行自動點(diǎn)膠器控制程序進(jìn)行封口。

1.2 工作過程介紹

圖1 設(shè)備整體結(jié)構(gòu)圖

如圖1所示，使用時，利用手持氣球桿1將氣球嘴橡皮圈套在特制充氣嘴3的卡槽中；按下啟動充氣泵及自動計(jì)時按鍵，記錄氣球充滿氣時所需時間；將第一個充滿的氣球撒氣后重新套到充氣嘴的卡槽中；拔下滴液管壁上小孔的塞子，利用注射器2往滴液管5中注入適量502膠水，插入塞子；利用鍵盤輸入模塊設(shè)定第一次試驗(yàn)獲得的氣球充氣時間，并在數(shù)碼管顯示模塊顯示出來，按下主控芯片控制板7的啟動按鈕，充氣泵開始工作，同時計(jì)時開始，當(dāng)達(dá)到充氣時間后，充氣泵停止工作，氣球完成自動充氣，充滿氣的氣球正好卡在自動擰緊機(jī)構(gòu)的橡膠圈4內(nèi)；自動擰緊機(jī)構(gòu)中的直流電機(jī)開始工作，通過齒輪傳動機(jī)構(gòu)帶動橡膠圈旋轉(zhuǎn)，由于橡膠圈與氣球的摩擦作用帶動氣球開始旋轉(zhuǎn)，達(dá)到預(yù)設(shè)時間2秒時，直流電機(jī)停止工作，氣球嘴被擰緊；在自動擰緊機(jī)構(gòu)開始工作的同時，自動封口機(jī)構(gòu)的直流電機(jī)開始工作，通過偏心輪6帶動滴液管中軸的細(xì)針上下運(yùn)動，使502液體從滴液管口流下并滴在擰緊的氣球嘴上將氣球封口。

2 設(shè)備硬件介紹

（1）自動充氣裝置

根據(jù)活塞式打氣筒的工作原理，基于曲柄滑塊機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)了自動充氣裝置，如圖2所示，該裝置由直流電機(jī)作為主動件驅(qū)動，通過連桿實(shí)現(xiàn)活塞的往復(fù)移動。

（2） 自 動封口裝置

自動封口過程包括自動擰緊和自動封口兩個步驟，裝置的整體結(jié)構(gòu)如圖3所示。

①氣球擰緊機(jī)構(gòu)。在氣球內(nèi)部壓力達(dá)到額定值之后，充氣電機(jī)停轉(zhuǎn)。圖3中自動擰緊機(jī)構(gòu)中的電機(jī)帶動小齒輪，小齒輪與大齒輪嚙合。當(dāng)氣球已經(jīng)膨脹得很大時，由緊固在大齒輪上的支架帶動旋轉(zhuǎn)，使氣球的口徑10 mm左右處的橡膠，擰成較緊的麻花狀。從開始到旋轉(zhuǎn)結(jié)束的這段時間，由控制電機(jī)的單片機(jī)控制。

②自動封口機(jī)構(gòu)。在氣球快要擰緊時（這個時間由實(shí)驗(yàn)調(diào)試測得），由單片機(jī)控制的電機(jī)啟動，使封口裝置點(diǎn)膠封口。

電機(jī)帶動連桿做圓周運(yùn)動，使帶針尖的光軸上提，在膠管里的502膠液體便沿著膠管的下口豎直流出，滴到需要封住的的地方。

圖2 自動充氣裝置的工作原理圖

圖3 自動封口裝置

此結(jié)構(gòu)有一個很大的創(chuàng)新點(diǎn)：解決了502膠液堵住點(diǎn)膠口的一大難題。具體過程如下：502膠水在密閉的環(huán)境中是不容易凝固的，所以在滴液管的頂部用橡膠圈密封，滴液管中軸的細(xì)針穿過橡膠圈和滴液管底部的小孔，細(xì)針跟滴液管底部的小孔過盈配合，滴液管壁上開有小孔且由塞子封住，構(gòu)成了相對密閉的環(huán)境。光軸下端伸出點(diǎn)膠口一段距離（膠液已經(jīng)加到點(diǎn)膠管中），當(dāng)電機(jī)帶動后，光軸上提14 mm，這個距離正好使光軸下端處在點(diǎn)膠管中，膠液豎直流下，滴到需要封口處，此時帶著氣球旋轉(zhuǎn)的電機(jī)仍然在轉(zhuǎn)動，完成封口。由于光軸端部帶針尖，所以可以起到通口的作用。拔下滴液管壁上小孔的塞子，利用注射器往滴液管中注入適量502膠水，插入塞子。

3 設(shè)備軟件介紹

該設(shè)備的程序控制整體流程圖如圖4所示。

圖4 控制流程圖

4 總結(jié)

本設(shè)備的創(chuàng)新點(diǎn)是在充氣完成后可以自動將氣球點(diǎn)膠封口，這樣可以省去大量的勞動力和勞動量。

該設(shè)備可以給小到氣球、足球、籃球，大到自行車、電動車等的輪胎進(jìn)行自動充氣，特別適用于大量氣球的充氣工作，當(dāng)給氣球充氣后可完成自動封口，這樣可以省去大量的勞動力和勞動量。本設(shè)備具有模塊小、功能全、成本低等特點(diǎn)，所以具有廣闊的市場前景。

［1］盛群公司.盛群半導(dǎo)體股份有限公司HT-IDE3000使用手冊［Z］.2006.

［2］童詩白，華成英.模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)［M］.北京：高等教育出版社，2001.

［3］鐘啟仁.HT46XX單片機(jī)原理與實(shí)踐［M］.北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2008.

［4］顧繩谷.電機(jī)及拖動基礎(chǔ)［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2008.

［5］譚浩強(qiáng).C程序設(shè)計(jì)［M］.北京：清華大學(xué)出版社，2005.

［6］張鵬.HOLTEK HT46系列單片機(jī)語言實(shí)例教程［M］.北京：北京郵電大學(xué)出版社，2010.