家庭式自動(dòng)推拉大門(mén)的設(shè)計(jì)

1、目 錄1引言12 方案的選擇12.1 紅外感應(yīng)方式的選擇12.2 門(mén)的類(lèi)型的選擇33 系統(tǒng)圖54 工作原理65 模塊介紹95.1 紅外感應(yīng)模塊95.2 機(jī)電控制模塊115.3 大門(mén)模塊135.3.1 木材的選用135.3.2 大門(mén)的設(shè)計(jì)145.3.3 軸承的選擇145.3.4 軸的選擇145.3.5 電動(dòng)機(jī)的選擇145.3.6 減速器的選擇155.3.7 齒輪齒條的選擇15結(jié)束語(yǔ)16致謝16參考文獻(xiàn)171 引言隨著社會(huì)的不斷進(jìn)步，人們不斷去追求舒適的，方便的，智能化的生活環(huán)境。于是相應(yīng)的電子產(chǎn)品產(chǎn)生，自動(dòng)門(mén)同樣出現(xiàn)在人們的生活中。隨著門(mén)的技術(shù)、性能日趨成熟、完善，它被廣泛應(yīng)用在政府機(jī)關(guān)、銀行、

2、醫(yī)院、商業(yè)、工業(yè)等不同行業(yè)，改善了人們的生產(chǎn)生活條件。自動(dòng)門(mén)的控制方式日趨多樣化，有繼電器控制，單片機(jī)控制，plc控制等等。同時(shí)，人們也比較喜歡清靜的居住環(huán)境，城市郊區(qū)的鄉(xiāng)村院落時(shí)尚典雅，環(huán)境相對(duì)較好，是人們比較理想的選擇。在各種自動(dòng)化的家具中，院落大門(mén)是其中的重要一項(xiàng)。目前，自動(dòng)門(mén)主要有自動(dòng)平移門(mén)、自動(dòng)平開(kāi)門(mén)、自動(dòng)旋轉(zhuǎn)門(mén)、自動(dòng)圓弧門(mén)、自動(dòng)氣密門(mén)以及自動(dòng)屏蔽門(mén)。 帶有紅外感應(yīng)的自動(dòng)平移門(mén)在現(xiàn)在的市場(chǎng)上比較常見(jiàn)，這種門(mén)的工作流程是當(dāng)有人站在大門(mén)前時(shí)，紅外感應(yīng)立刻采集到相應(yīng)的信號(hào)，傳遞給控制部分，控制部分進(jìn)行相應(yīng)的判斷，實(shí)現(xiàn)大門(mén)的啟動(dòng)，延時(shí)，等到人們通過(guò)之后，大門(mén)自動(dòng)關(guān)閉，非常適合院落式居住家庭，

3、但是，目前的各種自動(dòng)門(mén)的外型豪華，各種控制器件價(jià)格昂貴，主要應(yīng)用在比較高級(jí)的場(chǎng)合，造價(jià)高，這種原因?qū)е伦詣?dòng)大門(mén)沒(méi)能走進(jìn)普通家庭，鑒于此，本設(shè)計(jì)本著經(jīng)濟(jì)實(shí)用的原則，選用各種廉價(jià)的元件，經(jīng)過(guò)適當(dāng)?shù)慕M合，形成自動(dòng)門(mén)的各個(gè)組成部分，即實(shí)現(xiàn)了既定的控制要求，又降低了成本。本設(shè)計(jì)主要應(yīng)用在家庭式的院落大門(mén)，主要有紅外感應(yīng)，繼電器控制和大門(mén)的設(shè)計(jì)幾部分組成，優(yōu)點(diǎn)主要是非接觸式控制，造價(jià)低，性價(jià)比高，缺點(diǎn)是功能相對(duì)簡(jiǎn)單，靈敏度不高。 2 方案的選擇本設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)是采用紅外線控制，紅外線控制是個(gè)很廣泛的技術(shù)領(lǐng)域，它是通過(guò)一定的技術(shù)對(duì)被控物體實(shí)施一定距離的控制, 紅外探測(cè)器能探測(cè)到人體運(yùn)動(dòng)的紅外光譜，人體運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生

4、相應(yīng)的信號(hào)將觸發(fā)相應(yīng)控制電路，大門(mén)會(huì)自動(dòng)打開(kāi)，十分方便。2.1 紅外感應(yīng)方式的選擇紅外線接收解調(diào)專用集成電路cx20106的控制：它的電路外圍還需要接一些電阻和電容元件，做成印刷板時(shí)需要把二極管、三極管、電阻、電容、集成塊做在一塊，并且外殼需要金屬封裝，因此體積比較大，抗干擾能力也比較弱，長(zhǎng)期使用會(huì)使它的頻率發(fā)生偏移，現(xiàn)在市場(chǎng)上這種紅外接收已被淘汰。tx05d反射式紅外控制：實(shí)際上是一種一體化的紅外線發(fā)射，接收器件，它內(nèi)部包含紅外線發(fā)射，接收及信號(hào)放大與處理電路，能夠以非接觸形式檢測(cè)出前方一定范圍內(nèi)的人體或物體，并轉(zhuǎn)換成高電平信號(hào)輸出。由于tx05d內(nèi)部采用了低功耗器件和抗干擾電路，所以工作穩(wěn)

5、定可靠，性能優(yōu)良，可廣泛應(yīng)用于各種自動(dòng)檢測(cè)，本器件屬模塊化產(chǎn)品，全部電路焊裝在一只 46x32x17mm（不包括安裝支架）的塑料盒內(nèi)。盒的側(cè)面設(shè)有狀態(tài)指示和靈敏度調(diào)節(jié)孔，一只紅色發(fā)光管用來(lái)指示開(kāi)關(guān)的工作狀態(tài)，平時(shí)熄滅，有反射物時(shí)發(fā)光。靈敏度調(diào)節(jié)孔用來(lái)調(diào)節(jié)反射檢測(cè)距離，順時(shí)針調(diào)整距離增大，逆時(shí)針調(diào)距離減小。tx05d通過(guò)一條1.5米的雙芯屏蔽線作為輸出引線，其中紅色線為電源正極，白色線為輸出端，銅網(wǎng)接電源負(fù)極。白色線靜態(tài)時(shí)為低電平，有反射物時(shí)輸出高電平。實(shí)際應(yīng)用時(shí)，如需加長(zhǎng)引出線，可選用相同材質(zhì)的雙芯屏蔽線即可。但是它的檢測(cè)距離與工作電壓有關(guān)，電壓越高檢測(cè)距離越遠(yuǎn)。在tx05d的前方或側(cè)面不應(yīng)有

6、大面積的阻擋物或反射物，影響其正常工作。所以根據(jù)本設(shè)計(jì)的要求不宜采用這種控制電路1。紅外線二極管控制：使用紅外發(fā)光二極管獲得近紅外光是相當(dāng)簡(jiǎn)便的。紅外發(fā)光二極管是一種由pn結(jié)構(gòu)成的注入電流型發(fā)光器件，在加上合適的正向偏置電壓后，就可以發(fā)出一定波長(zhǎng)的近紅外光。紅外發(fā)光二極管的特性：紅外線是一種不可見(jiàn)光，人眼是覺(jué)察不到的。電子技術(shù)中是用紅外發(fā)光二極管(又稱紅外發(fā)射二極管)來(lái)產(chǎn)生紅外線。常用的紅外發(fā)光二極管(如se303、ph303)，其外形和發(fā)光二極管led相似，紅外發(fā)光管正向?qū)üぷ鲿r(shí)，發(fā)出紅外光(近紅外線約0.93m)。二極管的管壓降約1.4v，工作電流一般小于20ma。為了適應(yīng)不同的工作電壓

7、，二極管的回路中常串有電阻作為二極管限流電阻。采用紅外線二極管去控制受控裝置時(shí)，受控裝置中均有相應(yīng)的紅外光電轉(zhuǎn)換元件，如紅外接收二極管，光電三極管等。紅外線發(fā)射與接收的方式有兩種，其一是直射式，其二是反射式。直射式是指發(fā)光管和接收管安放在發(fā)射與受控物的兩端，中間相距一定距離；反射式指發(fā)光管和接收管并列在一起，平時(shí)接收管始終無(wú)光照，在發(fā)光管發(fā)出的紅外光遇到反射物時(shí)，接收管收到反射回來(lái)的紅外線時(shí)工作。雙管紅外發(fā)射電路，可提高發(fā)射功率，增加紅外發(fā)射的作用距離。本設(shè)計(jì)的紅外光發(fā)射電路中，ne555時(shí)基振蕩器產(chǎn)生一定占空比的脈沖信號(hào)，驅(qū)動(dòng)紅外發(fā)光二極管，使其發(fā)射出一系列等幅的紅外光脈沖信號(hào)。在紅外接收電

8、路中，光電探測(cè)器（紅外光電二極管）用來(lái)將接收到的紅外脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電信號(hào)。光電接收管在沒(méi)收到紅外光信號(hào)時(shí)，光電管中流過(guò)的電流很小，即只有很小的“暗電流”，負(fù)載上無(wú)電脈沖信號(hào)輸出；當(dāng)有紅外光脈沖信號(hào)照射時(shí)，光電管的內(nèi)阻急劇減少，電流增大，并在負(fù)載電阻上得到相應(yīng)的電脈沖信號(hào)。由于檢測(cè)出的信號(hào)微弱，需經(jīng)電壓放大器放大后，輸出正極性脈沖信號(hào)，加至觸發(fā)電路，使觸發(fā)器可靠翻轉(zhuǎn)，并輸出規(guī)范的控制信號(hào)，驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)作。紅外發(fā)射、接收電路均有完整的配套器件，這些器件不僅售價(jià)低而且可靠，電路簡(jiǎn)單。依據(jù)本課題的要求使用這種控制方式最為經(jīng)濟(jì)。2.2 門(mén)的類(lèi)型的選擇 目前，市場(chǎng)上的門(mén)主要有平開(kāi)門(mén)，折疊門(mén)，推拉門(mén)

9、，伸縮推拉門(mén)，升降門(mén)，卷簾門(mén)，各種大門(mén)的示意圖如圖1 2所示。 . 圖1 各種大門(mén)示意圖實(shí)現(xiàn)門(mén)的開(kāi)啟和關(guān)閉的電機(jī)主要有兩種，分別是直線電機(jī)和轉(zhuǎn)動(dòng)電機(jī)，門(mén)的數(shù)量主要單扇和雙扇，也有四扇的，門(mén)的性質(zhì)主要分為兩種，剛性的和伸縮的，這些門(mén)的各種特點(diǎn)的關(guān)系可用圖2加以簡(jiǎn)單的說(shuō)明。 平開(kāi)門(mén)技術(shù)途徑直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)雙扇門(mén)轉(zhuǎn)動(dòng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)四扇折疊門(mén)雙扇門(mén)剛性門(mén)伸縮門(mén)推拉門(mén)剛性門(mén)卷簾門(mén)升降門(mén)單扇門(mén)轉(zhuǎn)動(dòng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)雙扇門(mén)單扇門(mén)直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)圖2 大門(mén)的技術(shù)實(shí)現(xiàn)途徑 本設(shè)計(jì)主要考慮成本的高低，各種電動(dòng)門(mén)的成本表1所示，顯然

10、，推拉單扇門(mén)的造價(jià)最低。各種門(mén)的優(yōu)缺點(diǎn)如下：平開(kāi)門(mén)的優(yōu)點(diǎn)：地面不用安裝導(dǎo)軌，減少了行車(chē)的顛簸和設(shè)施的造價(jià)，適用于大門(mén)兩側(cè)有建筑物的場(chǎng)合；缺點(diǎn)：需要有開(kāi)門(mén)的相應(yīng)空間，門(mén)在開(kāi)啟的過(guò)程中，在以門(mén)寬為半徑的活動(dòng)范圍內(nèi)不能有障礙物。表1 電動(dòng)大門(mén)的技術(shù)組合類(lèi)型 轉(zhuǎn)動(dòng)電動(dòng)機(jī) 直線電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)機(jī)構(gòu) 執(zhí)行機(jī)構(gòu)門(mén)體機(jī)構(gòu)數(shù)量/門(mén)成本平開(kāi)門(mén)兩扇簡(jiǎn)單2較低四扇折疊簡(jiǎn)單4較高推拉門(mén) 剛性單扇簡(jiǎn)單1較低簡(jiǎn)單1最低剛性雙扇簡(jiǎn)單2較高簡(jiǎn)單2較高伸縮單扇復(fù)雜1高復(fù)雜1高 伸縮雙扇復(fù)雜2較高復(fù)雜2較高升降門(mén)簡(jiǎn)單1較低 卷簾門(mén) 較復(fù)雜1較低推拉門(mén)，推拉門(mén)是指大門(mén)沿門(mén)寬方向移動(dòng)，優(yōu)點(diǎn)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，它所需要的空間較小，因?yàn)檠亻T(mén)寬方向移動(dòng)，

11、基本不需要其余空間，門(mén)的材料可以選用木材或者其它的，造價(jià)最低；缺點(diǎn)，地面需要安裝導(dǎo)軌，考慮靠家庭應(yīng)用，導(dǎo)軌的材料不需要太昂貴，主要是結(jié)實(shí)耐用，比如水泥的材料就行。伸縮門(mén)的優(yōu)點(diǎn)：外觀豪華大方，很好的塑造企事業(yè)單位的形象，重量輕；缺點(diǎn)：結(jié)構(gòu)復(fù)雜，造價(jià)高，維修不方便。綜上所述，本設(shè)計(jì)選用推拉單扇門(mén)。3 系統(tǒng)圖本設(shè)計(jì)是由多個(gè)模塊組成 ，整個(gè)設(shè)計(jì)主要有紅外感應(yīng)模塊，機(jī)電控制模塊，大門(mén)模塊等3大模塊組成。系統(tǒng)各模塊之間的關(guān)系示意圖如圖3所示。紅外感應(yīng)模塊機(jī)電控制模塊大門(mén)模塊圖3 系統(tǒng)總體框架紅外模塊中采用反射式收發(fā)模式，發(fā)光管和接收管并列在一起，平時(shí)接收管始終無(wú)光照，只在發(fā)光管發(fā)出的紅外光遇到反射物時(shí)，接

12、收管收到反射回來(lái)的紅外線才工作。雙管紅外發(fā)射電路，可提高發(fā)射功率，增加紅外發(fā)射的作用距離機(jī)電控制模塊中采用互鎖繼電器控制，避免短路事故的發(fā)生，紅外感應(yīng)模塊中采集到的信號(hào)控制互鎖繼電器，實(shí)現(xiàn)電機(jī)的正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)換，延時(shí)繼電器實(shí)現(xiàn)大門(mén)的延時(shí)環(huán)節(jié)，確保人們安全通過(guò)。大門(mén)模塊中采用木質(zhì)大門(mén)，時(shí)尚經(jīng)濟(jì)。大門(mén)的拖動(dòng)選用齒輪齒條傳動(dòng) ，因?yàn)辇X輪齒條傳動(dòng)穩(wěn)定性高，所以大門(mén)在開(kāi)啟和關(guān)閉的過(guò)程中都比較平穩(wěn)。本設(shè)計(jì)中各個(gè)具體部分的關(guān)系如圖4所示。 紅外發(fā)射器紅外接收器控制部分大門(mén)開(kāi)啟大門(mén)關(guān)閉耦合繼電器電機(jī)正轉(zhuǎn)電機(jī)反轉(zhuǎn)電機(jī)停止延時(shí)圖4 各部分具體關(guān)系4 工作原理在本設(shè)計(jì)中，感應(yīng)探測(cè)器負(fù)責(zé)采集外部信號(hào)，如同人們的眼睛，

13、當(dāng)有移動(dòng)的物體進(jìn)入它的工作范圍時(shí)，它就給主控制器一個(gè)脈沖信號(hào)；動(dòng)力馬達(dá)：提供開(kāi)門(mén)與關(guān)門(mén)的主動(dòng)力，控制自動(dòng)感應(yīng)門(mén)門(mén)扇開(kāi)啟和關(guān)閉的動(dòng)作。自動(dòng)感應(yīng)門(mén)扇行進(jìn)軌道：就象火車(chē)的鐵軌，約束門(mén)扇的吊具走輪系統(tǒng)，使其按特定方向行進(jìn)。門(mén)扇吊具走輪系統(tǒng)：用于吊掛活動(dòng)門(mén)扇，同時(shí)在動(dòng)力牽引下帶動(dòng)門(mén)扇運(yùn)行。齒輪齒條系統(tǒng)：齒條焊接在門(mén)的底部，與減速器相連接的齒輪與齒條相嚙合，齒輪將電動(dòng)機(jī)的動(dòng)力傳遞給齒條，齒條帶動(dòng)門(mén)的運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)門(mén)的啟閉。系統(tǒng)的整個(gè)流程見(jiàn)圖5。開(kāi)始若k1或k2有信號(hào)開(kāi)門(mén)sb2打開(kāi) 電機(jī)停延時(shí)10秒，若k1或k2有信號(hào)關(guān)門(mén)若k1或k2有信號(hào)sb3打開(kāi)，電機(jī)停結(jié)束圖5 系統(tǒng)流程圖電機(jī)的正反轉(zhuǎn)開(kāi)關(guān)采用復(fù)合按鈕，起到

14、連鎖作用，另一方面用的是接觸器的動(dòng)斷觸點(diǎn)之間的互鎖，采用動(dòng)斷觸點(diǎn)進(jìn)行連鎖，不論什么原因，只要是一個(gè)接觸器是吸合狀態(tài)，它的連鎖動(dòng)斷觸點(diǎn)就必然將另一個(gè)接觸器線圈電路切斷，就能避免主觸點(diǎn)被強(qiáng)烈的電弧“燒焊”在一起而造成的電源短路事故。 磁性行程限位開(kāi)關(guān)是指開(kāi)關(guān)上帶有磁性，在門(mén)復(fù)位的過(guò)程中，大門(mén)上面相應(yīng)部位的磁性部位將使行程開(kāi)關(guān)復(fù)位，不影響下次的運(yùn)行。電機(jī)接線如圖63所示。其中km1為正向接觸器，為km2反向接觸器。 圖6 電機(jī)的接線圖整個(gè)過(guò)程的流程如下，當(dāng)有人進(jìn)門(mén)或者出門(mén)時(shí)，紅外感應(yīng)部分采集到相應(yīng)的光信號(hào)并轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，生成的電信號(hào)使耦合繼電器閉合，處于吸合狀態(tài)的耦合繼電器將其控制的按鈕sb1啟動(dòng)，

15、從而線圈km1得電并實(shí)現(xiàn)自鎖，其常開(kāi)觸點(diǎn)閉合，電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)電路接通，電機(jī)開(kāi)始正轉(zhuǎn)，大門(mén)按照設(shè)計(jì)的速度被拉開(kāi)，磁性行程限位開(kāi)關(guān)sb3復(fù)位。當(dāng)完全打開(kāi)時(shí)，大門(mén)會(huì)撞開(kāi)磁性行程限位開(kāi)關(guān)sb2，首先是km1線圈失電，電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)電路被切斷，電動(dòng)機(jī)停止正轉(zhuǎn)，延時(shí)開(kāi)關(guān)kt打開(kāi)，系統(tǒng)進(jìn)入延時(shí)階段，當(dāng)預(yù)定的延時(shí)時(shí)間完成后，km2線圈得電并實(shí)現(xiàn)自鎖，其常開(kāi)觸點(diǎn)閉合，電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)電路接通，電動(dòng)機(jī)開(kāi)始反轉(zhuǎn)，大門(mén)的磁性部位使磁性行程開(kāi)關(guān)sb2復(fù)位，在關(guān)門(mén)過(guò)程中，當(dāng)有人員由外到內(nèi)或由內(nèi)到外通過(guò)光電檢測(cè)開(kāi)關(guān)k2或k1時(shí)，應(yīng)立即停止關(guān)門(mén)，并自動(dòng)進(jìn)入開(kāi)門(mén)程序。當(dāng)關(guān)門(mén)動(dòng)作完成后，大門(mén)撞開(kāi)行程開(kāi)關(guān)sb3，sb3斷開(kāi)，km2線圈失電，反轉(zhuǎn)

16、電路斷開(kāi)，電機(jī)停止。當(dāng)再次有人靠近時(shí)，整個(gè)電路再次循環(huán)。 5 模塊介紹5.1 紅外感應(yīng)模塊 電源電路如圖7所示。系統(tǒng)采用220v供電，220v市電經(jīng)過(guò)t降壓、d1d4整流、c1濾波后產(chǎn)生12v直流電，作為繼電器的驅(qū)動(dòng)電壓。12v電壓經(jīng)過(guò)7805穩(wěn)壓后產(chǎn)生5v電壓，作為控制器的主電源。電容c2作為高頻旁路電容，將高頻信號(hào)旁路到地。同樣電容c3為濾波電容，c4為高頻旁路電容。r1為限流電阻，在設(shè)計(jì)的過(guò)程中，濾波電容要盡量選擇的大，因?yàn)樵陔娐分幸箅妷罕容^穩(wěn)定。紅外信號(hào)發(fā)射模塊是以時(shí)基ne555集成電路為核心，由r11、r9、c1等組成無(wú)穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器和紅外光電發(fā)射管組成，ne555集成塊各引腳的功

17、能介紹如下：1腳： 電源負(fù)端(vss) 2腳：低觸發(fā)端3腳：輸出端4腳：強(qiáng)制復(fù)位端5腳：控制端6腳：高觸發(fā)端7腳：放電端8腳：電源正極(vdd)圖7 電源電路 電源的工作原理分析如下：當(dāng)接通電源后，電源+vcc通過(guò)r9、r11給c1充電，隨著c1充電的進(jìn)行，它的電壓逐漸上升。當(dāng)上升到（2/3）+vcc時(shí)，第一個(gè)比較器輸出低電平，rs觸發(fā)翻轉(zhuǎn)到q=0,電路輸出為vo=0,因而在此期間c1通過(guò)r11放電，隨c1放電的進(jìn)行，它上面的電壓下降，當(dāng)下降到（1/3）+vcc時(shí)，第二個(gè)比較器輸出為低電平，使觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)為q=1，電路輸出再次變?yōu)関o=1，電容c1再次充電，如此周而復(fù)始，電路輸出得到周期性矩形脈

18、沖信號(hào),以驅(qū)動(dòng)所接的紅外發(fā)光二極管發(fā)出脈動(dòng)的紅外光信號(hào)。電路參數(shù)計(jì)算。當(dāng)電容器c1上電壓由（1/3）+vcc充到（2/3）+vcc時(shí)所需時(shí)間為t1,則 （1）當(dāng)電容器c1上電壓由（2/3）+vcc下降到（1/3）+vcc時(shí)所需時(shí)間為t2，則 （2）從而可求出圖7所示電路的震蕩頻率f= （3） 由于ne555時(shí)基內(nèi)部的比較器靈敏度較高，而且采用差分電路形式，它的震蕩頻率受電源電壓和溫度變化的影響很小。ne555時(shí)基電路產(chǎn)生周期性振蕩頻率就是由上面的計(jì)算公式（3）計(jì)算出來(lái)的，其周期性的振蕩頻率以驅(qū)動(dòng)紅外線發(fā)射二極管向外發(fā)射紅外線光束作為傳感信號(hào)。在紅外感應(yīng)模塊中，紅外信號(hào)發(fā)射模塊是由ne555時(shí)基

19、集成電路組成的多諧振蕩器和紅外線發(fā)光二極管ds1、ds2組成的。 由ne555時(shí)基集成電路組成的多諧振蕩器，其振蕩脈沖由555的3腳輸出。輸出的脈沖信號(hào)經(jīng)r12后可直接驅(qū)動(dòng)紅外發(fā)光二極管ds1、ds2向外發(fā)射控制信號(hào)。由于一個(gè)發(fā)射器要同時(shí)為進(jìn)、出兩個(gè)接收器發(fā)送控制信號(hào)。因此采用兩只紅外發(fā)射二極管串聯(lián)并分開(kāi)安裝。圖8 紅外線發(fā)射電路紅外信號(hào)接收模塊是由紅外光電二極管u5、u6組成的，當(dāng)紅外光電二極管接收到紅外線信號(hào)時(shí)便將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)并送至運(yùn)算放大器u1a和u1b，經(jīng)放大后，再經(jīng)d3、d4、r5、r6送至運(yùn)算放大器u1d、u1c，以作進(jìn)一步放大，以提高輸入信號(hào)增益。最后輸出驅(qū)動(dòng)后級(jí)負(fù)載。電路

20、如圖9所示。圖9 紅外線接收電路紅外接收器有兩個(gè)：一個(gè)為進(jìn)門(mén)接收器，另一個(gè)為出門(mén)接收器。兩個(gè)接收器均采用紅外光電二極管。這樣，當(dāng)電路通電后，其發(fā)、收的中心頻率一致，在紅外光路傳輸正常（無(wú)人遮擋）時(shí)，ds1、ds2發(fā)出的紅外光脈沖信號(hào)直射在光電接收管u5、 u6的窗口上，u5、u6將該紅外光脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電信號(hào)，經(jīng)lm324放大，d3、d4整流，r5、c2和r6、c3限幅、濾波后，在其4518的輸出端14腳和8腳輸出低電平信號(hào)。該低電平信號(hào)對(duì)后級(jí)電路不發(fā)生作用。 當(dāng)有人走進(jìn)大門(mén)時(shí)，其紅外光路被人體遮擋住，進(jìn)門(mén)接收器u5接收不到ds1發(fā)來(lái)的紅外光信號(hào)，u5輸出便轉(zhuǎn)呈高電平。該上跳變脈沖經(jīng)u1

21、2a、u12d門(mén)電路兩次反向后，加至cd4518的1腳，經(jīng)cd4518的3腳輸出， 引起耦合繼電器工作，并且lm324的14腳輸出高電平加至cd4518的9腳復(fù)位端。 在另一條“出”紅外光路中，“出”紅外光路的電路工作原理與上述“進(jìn)”紅外光路類(lèi)同。當(dāng)“出”紅外光路傳輸正常（不受遮擋）時(shí)，u6輸出低電平，該低電平信號(hào)對(duì)后級(jí)的電路沒(méi)有影響 。當(dāng)“出”紅外光路中有人出門(mén)時(shí)，光路被遮擋，出門(mén)接收器u6接收不到ds2發(fā)來(lái)的紅外光信號(hào)，u6輸出便轉(zhuǎn)呈高電平。該上跳變脈沖經(jīng)u12b、u12c門(mén)電路兩次反向后，加至機(jī)械裝置電路的9腳 ，經(jīng)cd4518的11腳輸出，跟上面的動(dòng)作一樣， 同樣引起耦合繼電器的開(kāi)啟。

22、紅外收發(fā)器安裝在門(mén)的上方，向內(nèi)向外各有一對(duì)收發(fā)裝置，引出的管腳接到耦合繼電器。5.2 機(jī)電控制模塊在本設(shè)計(jì)中，采用耦合繼電器實(shí)現(xiàn)弱電和強(qiáng)電的連接，耦合繼電器的內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)如圖104所示。圖10 耦合繼電器內(nèi)部結(jié)構(gòu)交流固態(tài)繼電器為四端元件，兩個(gè)輸出端，兩個(gè)輸入端。輸入輸出之間采用光電隔離，沒(méi)有電氣聯(lián)系，控制電和輸出電路之間不會(huì)互相干擾。其輸入端僅要求很小的控制電流，輸出回路采用雙向可控硅來(lái)通斷負(fù)載電源。內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖11所示，其工作原理為：當(dāng)有效控制信號(hào)從1、2端輸入時(shí)，光耦gd的二極管導(dǎo)通，通過(guò)光電耦合的作用，gd的三極管導(dǎo)通，造成t1截止，t1的集電極輸出高電平。此時(shí)scr的工作還取決于t2的

23、狀態(tài)，t2在這里是載電源的零點(diǎn)檢測(cè)，負(fù)載電壓通過(guò)電橋加在r4和r5上，只要r5、r4的分壓超過(guò)t2的be級(jí)的壓降，t2將飽和導(dǎo)通，則scr的控制級(jí)被箝位為低電平，scr不導(dǎo)通。t1和t2組成的是與門(mén)電路，與門(mén)的輸出端為scr的控制級(jí)，只有當(dāng)有效控制信號(hào)加入，t1截止，同時(shí)負(fù)載電壓又處于零電壓附近，來(lái)不及使t2進(jìn)入飽和導(dǎo)通，此時(shí)scr的門(mén)級(jí)才能注入控制電流而導(dǎo)通，使得雙向可控硅bcr的控制級(jí)得到觸發(fā)脈沖，雙向可控硅bcr導(dǎo)通，負(fù)載接通電源。當(dāng)輸入的控制信號(hào)撤除之后，gd的三極管截止，t1飽和，scr截止，雙向可控硅保持導(dǎo)通直到負(fù)載電流隨外部電壓減小到小于雙向可控硅的維持電流為止，此時(shí)，雙向可控硅

24、才截止，負(fù)載斷開(kāi)電源。 紅外接受器的輸出端口耦合繼電器的p2.0端口，紅外感應(yīng)模塊中采集到的信號(hào)將通這一步的連接實(shí)現(xiàn)信號(hào)的傳遞，控制電機(jī)的開(kāi)啟以及正反轉(zhuǎn)和延時(shí)的切換。耦合繼電器是實(shí)現(xiàn)弱電控制強(qiáng)電的橋梁。在下圖的右端，負(fù)載實(shí)際上繼電器，繼電器的開(kāi)合將控制開(kāi)關(guān)sb1的啟閉，實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)。耦合繼電器在電路中的位置如圖11所示。圖11 耦合繼電器接線圖自動(dòng)門(mén)控制裝置由門(mén)內(nèi)光電探測(cè)開(kāi)關(guān)k1、門(mén)外光電探測(cè)開(kāi)關(guān)k2、磁性行程限位開(kāi)關(guān)sb2、磁性行程限位開(kāi)關(guān)sb3、開(kāi)門(mén)執(zhí)行機(jī)構(gòu)km1（使交流電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)）、關(guān)門(mén)執(zhí)行機(jī)構(gòu)km2（使交流電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)）等部件組成。 控制要求：（1）當(dāng)有人由內(nèi)到外或由外到內(nèi)通過(guò)光電檢

25、測(cè)開(kāi)關(guān)k1或k2時(shí)，開(kāi)門(mén)執(zhí)行機(jī)構(gòu)km1動(dòng)作，電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)，到達(dá)磁性開(kāi)門(mén)限位開(kāi)關(guān)sb2位置時(shí)，電機(jī)停止運(yùn)行。（2）自動(dòng)門(mén)在開(kāi)門(mén)位置停留10秒后，自動(dòng)進(jìn)入關(guān)門(mén)過(guò)程，關(guān)門(mén)執(zhí)行機(jī)構(gòu)km2被起動(dòng)，電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)，當(dāng)門(mén)移動(dòng)到磁性關(guān)門(mén)限位開(kāi)關(guān)sb3位置時(shí)，電機(jī)停止運(yùn)（3）在延時(shí)或者關(guān)門(mén)過(guò)程中，當(dāng)有人員由外到內(nèi)或由內(nèi)到外通過(guò)光電檢測(cè)開(kāi)關(guān)k2或k1時(shí)，應(yīng)立即停止關(guān)門(mén)，并自動(dòng)進(jìn)入開(kāi)門(mén)程序。 (4）在門(mén)打開(kāi)后的10秒等待時(shí)間內(nèi)，若有人員由外至內(nèi)或由內(nèi)至外通過(guò)光電檢測(cè)開(kāi)關(guān)k2或k1時(shí)，必須重新開(kāi)始等待10秒后，再自動(dòng)進(jìn)入關(guān)門(mén)過(guò)程，以保證人員安全通過(guò)。5.3 大門(mén)模塊5.3.1 木材的選用 一方面，家具用材中普通家具的選用原

26、則是有適當(dāng)?shù)捻樇y抗壓強(qiáng)度，抗彎強(qiáng)度及抗裂強(qiáng)度，漲縮性小，不翹裂變形。其次要有適當(dāng)大的強(qiáng)度和韌度，紋理直。根據(jù)這種原則，晉冀魯豫地區(qū)的適宜木材有松樹(shù)，華山松，落葉松，云杉，槐樹(shù)，榆木等樹(shù)種。另一方面，對(duì)于珍貴的，量少的，用途廣泛的樹(shù)種，盡量用其它樹(shù)種代替，以便合理利用，充分發(fā)揮木材的價(jià)值，經(jīng)過(guò)綜合考慮，我決定選用槐木，它基本上滿足上面兩個(gè)方面的要求，其氣干密度是0.702g/cm35。5.3.2 大門(mén)的設(shè)計(jì)長(zhǎng)寬厚為 21.80.05 單位為m體積為v=2m1.8m0.05m=0.18 m3 質(zhì)量為m1=0.702 g/cm30.18106 cm3=126.36kg 門(mén)的上面用優(yōu)質(zhì)冷軋鋼帶緊固，鋼

27、帶材料是45鋼。門(mén)的下面用鋼板緊固，鋼板厚度為2mm，鋼板體積為v=0.2cm5.4cm180.4cm+5cm180.4cm0.2cm2cm+2cm5.4cm0.2cm5cm=566.432 cm3 鋼板質(zhì)量 m2=0.0785kg/ cm3566.432 cm3=44.46kg 5.3.3 軸承的選擇當(dāng)量靜載荷 (4)本設(shè)計(jì)中應(yīng)用的是純徑向軸承 選用 (5) (6) so為軸承靜強(qiáng)度安全系數(shù)，本設(shè)計(jì)選用so=1當(dāng)量靜載荷po= （m1 +m2）g=（12.36kg+44.46kg）10n/kg=1708.2 n選用深溝球軸承 查表知道,選用代號(hào)為16001的軸承,內(nèi)徑為12mm,外徑為28m

28、m,軸承寬b=7mm,支撐方式為雙支點(diǎn)各單向固定。5.3.4 軸的選擇實(shí)心軸過(guò)盈配合，過(guò)盈量為 (7) a 磨削軸 a=3 精研軸 a=2 d 理論過(guò)盈量 dy 實(shí)際過(guò)盈量 dy=dd/(d+a)= 12mm2mm/(12mm+3mm)=1.6mm總的軸長(zhǎng)為 l=50mm+40mm+14mm=104mm軸與鋼板的下面為焊接。5.3.5 電動(dòng)機(jī)的選擇 軸承摩擦： (8)m 軸承摩擦力矩 軸承摩擦因數(shù) f 軸承載荷 d 內(nèi)徑 對(duì)于深溝球軸承 =0.00015-0.00022 取=0.002=0.00021780.2 n 12/2 mm=2.2 n mm電動(dòng)機(jī)，y系列三相異步電動(dòng)可作為一般用途的電動(dòng)

29、機(jī)，具有效率高，節(jié)能，噪聲低，振動(dòng)小，運(yùn)行安全的特點(diǎn)，適用于驅(qū)動(dòng)無(wú)特殊要求的場(chǎng)合。本設(shè)計(jì)采用臥式單軸伸出防護(hù)式安裝，380v電壓驅(qū)動(dòng)。查表得，y系列三相異步電動(dòng)機(jī) y802-4 額定功率0.75kw 額定轉(zhuǎn)速為1390n/min，額定轉(zhuǎn)矩 為2.2 n mm， 質(zhì)量 18 kg， 外型285233170 mm5.3.6 減速器的選擇 選用二級(jí)圓柱齒輪減速器，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，是目前用途最廣的減速器，但是，齒輪非對(duì)稱布置易產(chǎn)生輪齒偏載,傳動(dòng)比 i=7-50。電動(dòng)機(jī)和減速器之間選用膜片聯(lián)軸器，膜片聯(lián)軸器公稱轉(zhuǎn)矩2.5 n mm，軸孔選擇16mm。5.3.7 齒輪齒條的選擇大門(mén)開(kāi)啟速度選為 v =0.10845m/s電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速為 n1=1390n/min選擇二級(jí)圓柱齒輪減速器傳動(dòng)比 i=30,則減速器輸出軸的轉(zhuǎn)速為 n2=n1/i=1390/30 n/min=39.72 n/min.輸出軸的角速度為 （9）由 （10） 得 =87mm模數(shù)m=1.5mm則齒輪的齒數(shù)z=d/m=58 齒頂高h(yuǎn)a=1.5mm 齒根高h(yuǎn)f=1.875mm根據(jù)門(mén)的寬度，選擇齒條長(zhǎng)2m，又齒輪齒條結(jié)合關(guān)系知道，齒條的模數(shù)m=1.5mm，齒條寬要大于齒輪寬，選為10cm。圖12 總體效果圖結(jié)束語(yǔ)本文設(shè)計(jì)的自動(dòng)大門(mén)主要應(yīng)用在家庭式的院落大門(mén)，目前市場(chǎng)上的自動(dòng)大門(mén)的