气球自动充气封口设备的研发*

刘 健，邢昆明，王静婷

（1.天津工业大学工程教学实习训练中心，天津 300387；2.西安翻译学院工程技术学院，陕西西安 710105）

0 引言

现在市场上的气球充气工具有手持式或脚踏式打气筒和自动充气泵，充气完成后一般还需要两个人的配合来完成系扣封口工作，所以在需要使用大量气球的进行渲染氛围时，将会耗费大量的劳动力和体力完成气球封口任务。

为了解决气球自动封口的问题，申请号为“200420120819.3”的实用新型专利申请提出了一种气球封口装置，该装置由外套管、封闭膜、充气管构成。将封闭膜套在充气管上，气球套在封闭膜上，气球口套在充气管上，外套管套在气球口外侧，外套管内的凹形卡环与充气管外的凸形卡环相配合，使气球固定且锁闭；充气时，气体从充气管腔经充气管上的通气孔进入封闭膜袋内，由封闭膜上的透气孔进入气球腔内，当气球腔内气压大于封闭膜袋内气压时，封闭膜袋自由端被压扁，透气孔封闭，同时充气管壁上的通气孔也被关闭，气体不能外泄。该装置可实现气球的自动封口，但结构复杂，且每个气球都要配一个该装置才行，不经济。

基于上述问题，设计了一套简单易用、便携式的自动充气并能对气球进行自动封口的设备，一个人便可以轻松完成大量气球的充气任务。

1 工作原理

该设备采用HT46RU232作为主控芯片控制键盘输入模块、数码管显示模块、电机控制模块、自动计时模块等外围设备[1]，实现充气时间输入、充气时间显示、自动充气、自动拧紧、自动封口等功能。

1.1 各模块介绍

（1）键盘输入模块完成不同充气用品不同的充气时间预设。

（2）数码管显示模块采用共阴四位数码管对充气时间输入值的显示，用移位寄存器和译码器与数码管连接分别控制其未选与段选。

（3）自动充气模块通过控制直流电机齿轮啮合组成的曲柄滑块机构带动活塞进行充气工作。

（4）自动拧紧及封口模块采用直流电机带动圆环旋转将气球拧紧，转到一定程度后电机控制中断程序开始执行自动点胶器控制程序进行封口。

1.2 工作过程介绍

图1 设备整体结构图

如图1所示，使用时，利用手持气球杆1将气球嘴橡皮圈套在特制充气嘴3的卡槽中；按下启动充气泵及自动计时按键，记录气球充满气时所需时间；将第一个充满的气球撒气后重新套到充气嘴的卡槽中；拔下滴液管壁上小孔的塞子，利用注射器2往滴液管5中注入适量502胶水，插入塞子；利用键盘输入模块设定第一次试验获得的气球充气时间，并在数码管显示模块显示出来，按下主控芯片控制板7的启动按钮，充气泵开始工作，同时计时开始，当达到充气时间后，充气泵停止工作，气球完成自动充气，充满气的气球正好卡在自动拧紧机构的橡胶圈4内；自动拧紧机构中的直流电机开始工作，通过齿轮传动机构带动橡胶圈旋转，由于橡胶圈与气球的摩擦作用带动气球开始旋转，达到预设时间2秒时，直流电机停止工作，气球嘴被拧紧；在自动拧紧机构开始工作的同时，自动封口机构的直流电机开始工作，通过偏心轮6带动滴液管中轴的细针上下运动，使502液体从滴液管口流下并滴在拧紧的气球嘴上将气球封口。

2 设备硬件介绍

（1）自动充气装置

根据活塞式打气筒的工作原理，基于曲柄滑块机构设计了自动充气装置，如图2所示，该装置由直流电机作为主动件驱动，通过连杆实现活塞的往复移动。

（2） 自 动封口装置

自动封口过程包括自动拧紧和自动封口两个步骤，装置的整体结构如图3所示。

①气球拧紧机构。在气球内部压力达到额定值之后，充气电机停转。图3中自动拧紧机构中的电机带动小齿轮，小齿轮与大齿轮啮合。当气球已经膨胀得很大时，由紧固在大齿轮上的支架带动旋转，使气球的口径10 mm左右处的橡胶，拧成较紧的麻花状。从开始到旋转结束的这段时间，由控制电机的单片机控制。

②自动封口机构。在气球快要拧紧时（这个时间由实验调试测得），由单片机控制的电机启动，使封口装置点胶封口。

电机带动连杆做圆周运动，使带针尖的光轴上提，在胶管里的502胶液体便沿着胶管的下口竖直流出，滴到需要封住的的地方。

图2 自动充气装置的工作原理图

图3 自动封口装置

此结构有一个很大的创新点：解决了502胶液堵住点胶口的一大难题。具体过程如下：502胶水在密闭的环境中是不容易凝固的，所以在滴液管的顶部用橡胶圈密封，滴液管中轴的细针穿过橡胶圈和滴液管底部的小孔，细针跟滴液管底部的小孔过盈配合，滴液管壁上开有小孔且由塞子封住，构成了相对密闭的环境。光轴下端伸出点胶口一段距离（胶液已经加到点胶管中），当电机带动后，光轴上提14 mm，这个距离正好使光轴下端处在点胶管中，胶液竖直流下，滴到需要封口处，此时带着气球旋转的电机仍然在转动，完成封口。由于光轴端部带针尖，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适量502胶水，插入塞子。

3 设备软件介绍

该设备的程序控制整体流程图如图4所示。

图4 控制流程图

4 总结

本设备的创新点是在充气完成后可以自动将气球点胶封口，这样可以省去大量的劳动力和劳动量。

该设备可以给小到气球、足球、篮球，大到自行车、电动车等的轮胎进行自动充气，特别适用于大量气球的充气工作，当给气球充气后可完成自动封口，这样可以省去大量的劳动力和劳动量。本设备具有模块小、功能全、成本低等特点，所以具有广阔的市场前景。

［1］盛群公司.盛群半导体股份有限公司HT-IDE3000使用手册［Z］.2006.

［2］童诗白，华成英.模拟电子技术基础［M］.北京：高等教育出版社，2001.

［3］钟启仁.HT46XX单片机原理与实践［M］.北京：北京航空航天大学出版社，2008.

［4］顾绳谷.电机及拖动基础［M］.北京：机械工业出版社，2008.

［5］谭浩强.C程序设计［M］.北京：清华大学出版社，2005.

［6］张鹏.HOLTEK HT46系列单片机语言实例教程［M］.北京：北京邮电大学出版社，2010.