一种旗帜升降控制方法及装置

技术领域

本发明涉及技术领域，尤其涉及一种旗帜升降控制方法及装置。

背景技术

目前，在旗帜升降的过程中，当无音乐匹配时，对旗帜升降速度的控制精准要求较低，但当升旗过程中需要进行配乐时，音乐与升旗速度的匹配难度较大，尤其在人工对旗帜进行升降的过程中，上述问题尤为突出。

鉴于上述问题，本设计人基于从事此类产品工程应用多年丰富的实务经验及专业知识，并配合学理的运用，积极加以研究创新，以期设计一种旗帜升降控制方法及装置。

发明内容

本发明的目的就是针对现有技术中存在的缺陷提供一种旗帜升降控制方法，以及一种旗帜升降控制装置，从而解决背景技术中所指出的问题。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：

一种旗帜升降控制方法，包括以下步骤：

通过步进电机带动辊筒转动，所述辊筒用于对升降旗帜的线材进行收卷和放卷，通过旗帜升起过程中的最低高度和最高高度，对所述辊筒将旗帜全部升起时所述步进电机的转轴所需转动的圈数N进行计算；

将旗帜升起过程中所配音乐按时长平均分为S段，根据每段的时长对用于控制所述步进电机的数字信号进行调整；

建立所述步进电机角位移和音乐调用段数之间的关系，从而保证所述步进电机转动N圈后，音乐对应完成播放。

进一步地，所述步进电机的转动通过转动子程序控制实现，在升旗过程中所述转动子程序的调用次数与所述音乐的段数相等。

一种旗帜升降控制装置，包括：

辊筒，用于对升降旗帜的线材进行收卷和放卷，沿轴线均匀分布有若干容线槽，所述容线槽用于供一列所述线材缠绕若干圈以实现收卷，其中，两所述容线槽之间通过隔板分割，且所述隔板边缘设置有豁口；

步进电机，带动所述辊筒转动，且通过单片机进行控制；

导线装置，用于按照设定频率将所述线材自一端所述容线槽逐一向相邻所述容线槽进行导向，使得所述线材平均收卷在各个所述容线槽中；

其中，每个所述容线槽对所述线材的收卷过程对应播放升旗音乐中的设定时长。

进一步地，所述导线装置包括：

导线块，设置有导线孔，通过移动改变所述导线孔的位置，实现向所述辊筒导线位置的调整；

直线动力装置，提供沿所述辊筒轴向匀速运动的动力；

限位组合，包括柔性限位带和弹性安装结构；所述弹性安装结构用于弹性连接所述直线动力装置和导线块，包括两安装板和两弹簧，两所述安装板与所述直线动力装置的动力输出端固定连接，两所述弹簧分别位于所述导线块在所述辊筒轴向方向的两端，且连接所述导线块和安装板；所述柔性限位带上包括在所述辊筒轴向方向上通过限位块分割的若干段限位位置，所述限位块在所述导线块移动过程中对所述导线块进行阻挡而使得一侧所述弹簧拉力增大，且在当所述弹簧的拉力到达设定极限时，通过来自所述导线块的挤压而产生的形变使得所述导线块移动至下一段位置，其中，所述导线块与所述容线槽一一对应设置。

进一步地，所述弹性安装结构还包括导轨，所述导轨相对于所述安装板固定设置，顶部设置有导向槽，所述导线块底部设置有凸起，所述凸起嵌入所述导向槽内实现导向。

进一步地，所述限位块为拱形结构。

进一步地，所述柔性限位带与所述导线块贴合的表面设置有聚四氟乙烯层。

进一步地，所述直线动力装置包括丝杆、丝母和导向杆；

所述丝杆两端通过轴承固定，且其中一端固定有第一齿轮，所述第一齿轮与所述步进电机输出端的输出齿轮啮合，所述导向杆与丝杆平行固定设置，所述丝母套设在所述丝杆和导向杆外围；

所述安装板固定于所述丝母上。

进一步地，所述隔板的边缘设置有导角结构。

进一步地，所述导线块顶部为拱形结构。

通过本发明的技术方案，可实现以下技术效果：

通过本发明技术方案有效实现了旗帜升起过程中的匀速控制，通过与步进电机角位移的对应关系重新以步进电机的转动程序定义了音乐的各段间的播放节奏，完全避免了目前人工升降旗帜时升降高度和音乐难以精准对应的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为旗帜升降控制方法的流程示意图；

图2为旗帜升降控制装置的结构示意图；

图3为辊筒的结构示意图；

图4为图3中A处的局部放大图；

图5为导线装置的结构示意图；

图6为图5中B处的局部放大图；

图7为导线装置与辊筒相对位置关系的示意图；

图8为图7中C处的局部放大图（补充线材）；

图9为柔性限位带的局部放大图；

附图标记：1、辊筒；11、容线槽；12、隔板；13、豁口；2、步进电机；3、导线装置；31、导线块；32、直线动力装置；32a、丝杆；32b、丝母；32c、导向杆；33、柔性限位带；33a、限位块；33b、聚四氟乙烯层；34、弹性安装结构；34a、安装板；34b、弹簧；34c、导轨。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

在本发明的描述中，需要说明的是，属于“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或者位置关系为基于附图所示的方位或者位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

如图1所示，一种旗帜升降控制方法，包括以下步骤：

S1：通过步进电机带动辊筒转动，辊筒用于对升降旗帜的线材进行收卷和放卷，通过旗帜升起过程中的最低高度和最高高度，对辊筒将旗帜全部升起时步进电机的转轴所需转动的圈数N进行计算；

S2：将旗帜升起过程中所配音乐按时长平均分为S段，根据每段的时长对用于控制步进电机的数字信号进行调整；

S3：建立步进电机角位移和音乐调用段数之间的关系，从而保证步进电机转动N圈后，音乐对应完成播放。

例如，辊筒转动100圈实现旗帜自底部到顶部的升起，即N为100；升旗时所配音乐为国歌，标准时间为43秒，将该43秒音乐分为20段，即S为20；在升旗过程中步进电机每转动5圈，即1800°角位移时音乐播放一段2.15秒，可确保步进电机转动100圈后20段音乐刚好播放完成；在降旗过程中可按照上述步进电机的控制方式，仅仅取消音乐的播放即可。通过上述技术方案有效实现了旗帜升起过程中的匀速控制，通过与步进电机角位移的对应关系重新以步进电机的转动程序定义了音乐的各段间的播放节奏，完全避免了目前人工升降旗帜时升降高度和音乐难以精准对应的问题。

本发明中，对于步进电机的控制和用于播放音乐的喇叭均可通过单片机实现控制，单片机也被称为单片微控器，属于一种集成式电路芯片。在单片机中主要包含CPU、只读存储器ROM和随机存储器RAM等，多样化数据采集与控制系统能够让单片机完成各项复杂的运算，无论是对运算符号进行控制，还是对系统下达运算指令都能通过单片机完成。

在具体实施过程中，可基于单片机的硬件和软件设计及实现方法，电路设计系统稳定，电机转速可调，特别适用于日常的国旗升降使用，它具有全集成化，智能化，高精度，高性能，高可靠性和低价格等优点，采用由达林顿管组成的H桥型PWM电路，通过单片机控制达林顿管使之工作在占空比可调的开关状态，可精确调整步进电机的运动状态，这种电路由于工作在管子的饱和截止模式下，效率较高，H桥电路保证了可以简单的实现转速和方向的控制，用其控制电机，电平将更加稳定，有效减少故障的产生。采用步进电机来实现升降国旗，显著特点是具有快速的启停能力，如果负荷不超过步进电机所能提供的动态转矩值，就能够立即使步进电机启动或反转，另一个显著特点是转换精度高，正转反转控制灵活。

作为上述实施例的优选，步进电机的转动通过转动子程序控制实现，在升旗过程中转动子程序的调用次数与音乐的段数相等。在上述优选方案中，对转动子程序的多次调用相对于单次调用而实现升降旗全过程的控制更加可避免电路上产生的干扰，可实现音乐控制和升降旗步进电机控制的同时单机进行，在升旗配乐较为单一的具体应用场合中可大大的节省费用。

如图2~9所示，一种旗帜升降控制装置，包括：辊筒1，用于对升降旗帜的线材进行收卷和放卷，沿轴线均匀分布有若干容线槽11，容线槽11用于供一列线材缠绕若干圈以实现收卷，其中，两容线槽11之间通过隔板12分割，且隔板12边缘设置有豁口13；步进电机2，带动辊筒1转动，且通过单片机进行控制；导线装置3，用于按照设定频率将线材自一端容线槽11逐一向相邻容线槽11进行导向，使得线材平均收卷在各个容线槽11中；其中，每个容线槽11对线材的收卷过程对应播放升旗音乐中的设定时长。

通过本实施例，实现了旗帜升旗过程中线材收卷的平均分段，在下半旗过程中，鉴于上述平均分配，可使得步进电机2在线材放卷过程中转动一半圈数即可，更加容易控制；通过对导线装置3的控制，结合线材的整体长度，可使得其中每个容线槽11内所收卷的线材长度是相等的，并通过与升旗音乐设定时长的对应，重新以步进电机2的转动程序定义了音乐的播放节奏，导线装置3对线材导向位置的切换根据容线槽11的绕线能力来调整，即步进电机2在转动设定圈数以使得容线槽11内线材绕满时进行导线位置的切换，且上述设定圈数对应设定时长的音乐，在实施过程中可先对播放音乐进行分段，上述设定时长为其中的一段或者多段。

作为上述实施例的优选，导线装置3包括：导线块31，设置有导线孔，通过移动改变导线孔的位置，实现向辊筒1导线位置的调整；直线动力装置32，提供沿辊筒1轴向匀速运动的动力；限位组合，包括柔性限位带33和弹性安装结构34；弹性安装结构34用于弹性连接直线动力装置32和导线块31，包括两安装板34a和两弹簧34b，两安装板34a与直线动力装置32的动力输出端固定连接，两弹簧34b分别位于导线块31在辊筒1轴向方向的两端，且连接导线块31和安装板34a；柔性限位带33上包括在辊筒1轴向方向上通过限位块33a分割的若干段限位位置，限位块33a在导线块31移动过程中对导线块31进行阻挡，而使得一侧弹簧34b拉力增大，且在当弹簧34b的拉力到达设定极限时，通过来自导线块31的挤压而产生的形变使得导线块31移动至下一段位置，其中，导线块31与容线槽11一一对应设置。

上述导线装置3的工作过程如下：无论在升旗还是降旗的过程中，直线动力装置32均可进行正常的匀速动力输出，从而带动安装板34a直线匀速运动，其中，一侧的弹簧34b会在安装板34a运动的过程中拉动导线块31运动，但在运动的过程中导线块31会受到限位块33a的阻挡，伴随着弹簧34b的拉长，限位块33a会由于导线块31挤压力的增大而使得形变增大，直至弹簧34b的拉力增大到设定的极限值时，导线块31会移动至下一段位置，而重复性的与下一限位块33a实现上述过程。在上述直线动力装置32匀速运动的过程中实现了导线块31的分段运动形式，其中，在每段位置对应一处容线槽11的供线，整个结构简单易行。柔性限位带33可采用橡胶结构，便于成型和安装。上述技术方案相对于原有的在辊筒1逐层收卷的方式，使得线材被平均分段，更加适用于与音乐的节奏对应。

其中，在隔板12上所设置的豁口13可作为在容线槽11内线材的起始端，通过线材沿辊筒1轴向的移动以及辊筒1的转动，可在导线装置3带动线材移位的过程中而形成的倾斜段落入豁口13内，从而在辊筒1继续的转动过程中在下一容线槽11中继续收卷，在放卷的过程中自然的按顺序实现放卷。

作为上述实施例的优选，弹性安装结构34还包括导轨34c，导轨34c相对于安装板34a固定设置，顶部设置有导向槽，导线块31底部设置有凸起，凸起嵌入导向槽内实现导向。通过上述导向槽与凸起的配合，使得导线块31的运动更加稳定。

限位块33a为拱形结构，通过自身所具有的坡面结构对导线块31进行导向，从而使得上述过程更加柔和。出于同样的动作流畅性技术目的，柔性限位带33与导线块31贴合的表面设置有聚四氟乙烯层33b，从而通过聚四氟乙烯的自润滑特性实现导线块31与柔性限位带33之间的润滑，有效延长了柔性限位带33的使用寿命。

作为上述实施例的优选，直线动力装置32包括丝杆32a、丝母32b和导向杆32c；丝杆32a两端通过轴承固定，且其中一端固定有第一齿轮，第一齿轮与步进电机2输出端的输出齿轮啮合，导向杆32c与丝杆32a平行固定设置，丝母32b套设在丝杆32a和导向杆32c外围；安装板34a固定于丝母32b上。通过步进电机2带动丝杆32a转动，节省了动力，有效的降低了装置的成本，丝杆组件的动力输出稳定可靠，且位置精确，通过合理调节第一齿轮和输出齿轮的齿数比，可实现导向块位置与收卷长度的精确对应关系。

作为上述实施例的优选，隔板12的边缘设置有导角结构，从而对进入容线槽11的线材进行导向，保证收卷过程更加顺利的进行。同样出于工作平稳性的目的，导线块31顶部为拱形结构，从而避免对柔性限位带33造成挤压损伤，保证位置移动的平缓实现。

通过本发明中导线装置3的设置可控制收放线节奏与音乐节奏的匹配性，结合单片机的使用，在离线状态下可实现旗帜升降过程的稳定控制。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征及优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。