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摘要：本文介绍自动伸缩雨棚工作原理和结构设计，并描述了自动伸缩雨棚结构特点，该自动伸缩雨棚结构具有运行原理简单，功能新颖，其成功设计不仅满足市场需求，同时也对其他型机构的设计具有一定的参考意义。满足雨雪天气下露天场所的使用，这种能自动伸缩机构的设计就可为这些场所顶棚设计提供新的参考方案。
关键词：自动伸缩；雨棚的设计；研究
引言
现有的雨棚都是用手动伸缩或者开关式电动伸缩,都是靠人来控制的雨棚，如果下雨人不能操纵雨棚使它及时伸出那么就起不到挡雨的作用，导致无法工作或作业。自动伸缩式雨棚，使用方便，操作简单，可以满足大面积或大区域的场所使用，确保这些区域可以满足全天候的使用和作业。同时，自动伸缩雨棚又与消防系统进行联动，确保发生火灾时，雨棚能够自动打开，确保救援和烟雾疏散，保证人员安全。自动伸缩雨棚既为一种新型的自动结构，同时也为其他类似场所的顶棚设计提供了新的参考方案。
1.自动伸缩雨棚结构设计分析
1.1系统设计
GSM远程控制的自动伸缩雨棚的结构框图如图1所示，主要有TC35GSM模块、单片机最小系统板、直流电机驱动板、直流电机和雨棚机械结构构成。
TC35是德国西门子公司生产的--种900MHz/1800MHz双频GSM模块，它借助现有的CSM蜂窝移动通信系统,主要完成与现有蜂窝移动通信系统的对接,它需要--张与手机类似的SIM卡,里面包含了号码,具有全世界唯一性。它并将短信信息(包括号码和内容)转化成一串二进制代码利用串行口输出。单片机系统利用串口接收TC35模块的输出信息，并对该信息进行分析,假如确实是指定用户发送的信息和命令，单片机将根据这-指令和预先设计的程序，做出规定的反应。如非指定用户的信息,则丢弃。L298N是-种功率驱动电路,内部包含两套双H桥,电路原理图如图2所示。它主要用于驱动直流电机,直流电机可带动后面的雨篷机械装置实现雨篷开合。
1.2.软件设计思路和流程图
该系统包含GSM模块程序和单片机处理程序两部分程序。GSM模块程序主要完成以下功能:初始化GSM模块,收发短信和串口通信三部分程序其中最核心的GSM数据接收子程序对MC35模块的AT命令操作主要有以下几行设置的:
(1)AT命令格式为AT+CMGF,单片机通过启动电路使CSM启动,并通过向其AT命令来确定GSM已经启动，如果GSM已启动将返回“OK"。
(2)设定CSM的短消息模式为文本模式。设置成功后返回“OK"。
(3)进人工作状态,发送指定的短消息并等待接收监控中心命令以及删除已读短消息。单片机处理程序流程图如图3所示。该部分可接收CSM模块发来的短信数据串口程序，并对接收到的信号和数据进行判断和分析程序;并根据有效命令执行外围硬件动作程序。
1.3雨棚牵引系统结构设计
雨棚牵引系统主要由滑轮组、电动防护装置、牵引传动机构、钢桁架、导轮组等组成。雨棚运行轨道安装误差及因室外环境对桁架的影响，雨棚牵引系统设置了滑轮组与导轮组，滑轮组采用无轮缘走轮结构，导轮组采用有轮缘走轮结构。牵引传动机构安装在钢桁架内部，其主要由减速电机、联轴器、链轮等组成，减速电机两侧各通过联轴器带动轮组运行，牵引传动机构与雨棚运行轨道采用销齿轮传动形式，保证雨棚展开或收缩时运行平稳。
自动夹轨器通过电气联锁，由电机带动螺杆使压缩弹簧产生夹紧力自动夹紧轨道，该方式若在电机停电情况下就无法实现有效的安全保护。本文采用机电配合方式有效保证雨棚运行安全可靠性。电动防护装置由电动推杆、弹性安全插销等组成，在销齿轮传动停止动作时电动推杆自动向下推动弹性安全插销插入销齿内，有效防止雨棚的意外滑动。此外，雨棚牵引系统的电流或速度变化若有异常，则电动推杆可将插销插入销齿内，具有良好的安全防护功能。电动防护装置为雨棚展开或收缩提供了第二道安全保护措施，保证了雨棚在正常展开或收缩时的安全性。钢桁架为钢管经过焊接组成的矩形框架，钢桁架具有良好的强度性能，有效保证了雨棚着雨时的强度。
1.4雨棚运行轨道结构设计
雨棚运行轨道作为雨棚展开收缩轨道，安装固定于看台顶部，每侧各一组轨道，轨道安装时保证一定斜度，便于雨棚展开雨水可以顺利向后滑落。轨道安装同时应保证其水平度，直线度等要求。安装误差将会使其结构变形产生附加应力，导致雨棚无法正常顺利运行。因此，在轨道安装时应制定相应的技术措施保证各项技术指标的要求。在安装时还应保证轨道跨距的调整量。雨棚运行轨道主要由销齿齿条组合件，轨道安装底座等组成。销齿齿条组合件主要由销轴、轴套构成，轮齿与圆柱销轴平衡啮合，具有运行平稳可靠等特点，同时圆柱销轴加工简单、造价低且拆修维护方便，在使用过程中若个别销齿损坏，只需更换损坏的销齿，不需要整体销轮更换。
2.控制系统设计分析
控制系统作为雨棚展开收缩的控制中心，运行过程中应保证雨棚机构在两条运行轨道上的同步运行，同时还应防止雨棚的倾斜运行，控制系统在雨棚移动过程中应时刻注意位置监测及到位后的安全保护监测。
由可编程控制器实现其程序的自动控制功能。雨棚运行轨道上根据定位，监测需求安装各传感器，在极限位置安装限位器及缓冲器。传感器通过可编程控制器进行实时监控雨棚移动位置。遮雨棚的控制系统应实现以下两方面的要求:
①电机正转与反转需相互锁定，即电机正(反)转时不能有反(正)转信号。②发生故障时应该将机械部分锁定,避免发生危险。根据控制系统的要求，应通过对STC89C51单片机编程来对雨水传感器，超声波传感器以及步进电机进行控制。系统中雨水传感器监测雨水信号时，超声波传感器开始工作，当其监测到开门信号时，单片机向电机发出正转指令，遮雨棚伸展开，电机旋转到指定位置时停转，完成伸展动作。当乘客关门时，反之亦然。当系统伸缩遇到故障时,按下急停按键,可使电机停止转动。待正常后,按下继续键,将按上一步的动作直至停止。系统控制部分的程序流程图，如图3。
结语
很多场所因为区域限制或者功能需要，亦或是消防设计问题，导致无法安装大型雨棚，从而影响了作业或工作的需求，自动伸缩雨棚既有雨雪感知装置，又与消防系统进行联动，既能满足场所的全天候作业和需求，又能确保使用安全，为中大型区域场所全天候工作提供了很好的借鉴。自动伸缩雨棚结构具有运行原理简单，功能新颖，其成功设计不仅满足市场需求，满足雨雪天气下这些场所的使用，同时也对其他型机构的设计具有一定的参考意义。
参考文献
[1]马文斌,杨延竹,洪运. 步进电机控制系统的设计及应用[J].电子技术应用.2015.41(11):12-13.
[2]辜承林,陈乔夫,熊永前.电机学(第三版)[M].湖北:华中科技大学出版社,2010
论文作者:赵宝良
论文发表刊物:《城镇建设》2019年14期
论文发表时间:2019/9/29
标签：雨棚论文; 伸缩论文; 轨道论文; 程序论文; 单片机论文; 桁架论文; 电机论文; 《城镇建设》2019年14期论文;