二、设计实例

（一）明确设计目的

在很多大型运动场的周边，我们经常可以看到会定时翻转的广告牌（图4-27），它在占地面积不变的情况下，可顺序展示多幅广告，大大提升了广告的展示效果。现在，我们就设计一个定时翻转的广告牌。

（二)确定被控量及设计指标

控制广告牌的翻转或移动，实际上可以用卷动广告纸或广告布来实现。如果我们用滚筒来带动广告纸的转动，那么控制广告牌翻转或移动实际上就转化为控制滚筒的转动。根据滚筒直径的大小和一幅广告纸的尺寸，控制滚筒转动的角度或圈数就可达到翻转广告的目的。所以，我们可以把滚筒转动的角度或圈数定位系统的被控制量。

广告牌有尺寸大小，更换广告内容的速度有快有慢。如果任务还有造价等要求，这些都要作为系统的指标确定下来，作为制定方案的重要依据。

（三）确定系统结构

通过上述步骤，我们就可以根据确定的参数确定控制系统的结构。

控制系统有开环和闭环、手动和自动等形式，你决定采取哪种形式呢？下面是两个可以实现画面翻转的例子，可能对你的方案设计有所启发。

图4-28是方案（1），它将需要展示的画面（广告）连在一起，然后卷在两根轴上，当同时转动两根转轴时，画面就可以依次显示。图4-29是另一种实现画面翻转的方案（2），三棱柱的每一面对应一幅画的一部分，当所有三棱柱同时转动时，可将三幅图像顺序显示出来。

讨论与分析

1．你能写出几种实现方案吗？

2．你的方案与别人的方案相比有哪些优缺点吗？

3．你的方案可行吗？（如材料是否容易得到、加工是否容易、造价是否合理等。）

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（四）选择实现方法

广告牌的翻动可以采用手动或电动，一般来说，采用电动方式有可能使翻动自动进行，实际效果会更好些。

使用电动机可以实现自动翻转。为了是广告牌的翻转平稳且易于控制，广告牌的翻转速度不宜太快。电动机的转速一般都很快，所以要考虑安装减速装置，如果使用减速电机（图4-30），也可以自行设计减速装置，设计时应把装置的总传动比合理地分配到各级。图4-31所示的是几种常用的减速方法。

如果采用图4-28的方案，当电动机带动卷轴缓慢转动时，广告画面会不停的循环更换。但这种方法有一个缺点，就是画面会不停地走动，广告的展示效果不是很好。能不能当出现一幅完整的画面时，暂停几秒，然后再启动电动机，转换到下一幅呢？答案是肯定的，但要解决下面两个问题。

（1）电动机转动、停止的时间要可以控制。

（2）当出现一幅完整的画面时，电动机正好停止。

（五）部件模型及主要参数的确定

对一个复杂的控制系统，再确定了系统结构后，要对系统中的各部分建立对应的数学模型，然后进行一些简单的运算，得到一些必要的参数，然后用实验的方法调试系统的工作，直到满意为止。

对于上面提出的两个问题，可以采用定时控制器（图4-32）来解决。这种定时控制器有一组可控制的开关，开关的通断时间可以通过定时器上的按键进行设置。我们可以根据需要设置开关的接通时间和断开时间，从而控制电动机转动和停止的持续时间。在电动机转速一定的情况下，控制电动机的转动时间，实际就控制了转轴转动的角度或圈数。

假设如图4-33所示，一幅画面的高度为h，转轴的半径为r，转轴每秒转n圈，则电动机转动的时间t应为：

t=(h+πr)/(2πr*n)

定时器的可编程开关能通过的电流和工作电压是有限制的，这可通过查阅所选取的定时器的说明书获得。如果使用的电动机功率较大，可能不能直接用定时器的可编程开关去控制电动机的工作。解决的方法是通过一个可控制较大的功率的继电器(图4-34）进行“中转”：定时器的开关控制继电器，继电器的开关再去控制电动机。

讨论与分析

1．你能否还有其他实现控制广告画翻转的方法？

2．你的实现方法与别人的相比有哪些优缺点？

（六）验证、完成你的设计

确定了设计方案，并按选定的控制方法验证了各个部分的工作后，就可以将他们组装起来。在《技术和设计1》中，我们学习了个各种设计和交流的方法，所以应尽可能做到：

（1）用计算机绘制各部分的原理图及安装图。

（2）设计系统制作的工作流程。

（3）协同工作，共同完成整个设计。

（七）评估你的设计

当你完成设计后，它是否达到你的预期目的，你可能要从以下几个方面进行评估：

（1）系统是否安全、可靠？能否按设计的要求工作？

（2）其他同学对你的设计有什么看法？

（3）整个系统的造价是多少？

（4）如果你有更多的时间，你将会对设计做哪些改进？

（5）为你的设计写一份使用说明书。

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