自動(dòng)旋轉(zhuǎn)餐桌的設(shè)計(jì)

1、摘要 編號(hào) 淮安信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文題 目自動(dòng)旋轉(zhuǎn)餐桌的設(shè)計(jì)學(xué)生姓名楊磊學(xué) 號(hào)42911121系 部電氣工程系專 業(yè)機(jī)電一體化班 級(jí)429111指導(dǎo)教師龔希賓顧問教師揭志遠(yuǎn)二一三年十月摘 要隨著社會(huì)不斷進(jìn)步，科技在飛速發(fā)展，電子技術(shù)早已經(jīng)滲透到各個(gè)領(lǐng)域，人們的生活也隨時(shí)代不斷改善,餐桌也產(chǎn)生了質(zhì)的變化，傳統(tǒng)餐桌已經(jīng)滿足不了我們對(duì)更加完美的追求。本文介紹的思想一種利用多普勒效應(yīng)實(shí)現(xiàn)客人伸手夾菜時(shí)，電機(jī)隨機(jī)停止運(yùn)行，客人伸手夾菜結(jié)束電機(jī)恢復(fù)旋轉(zhuǎn)功能的控制系統(tǒng)，不需要設(shè)置任何按鈕，這也是該餐桌的設(shè)計(jì)最大亮點(diǎn)?？紤]安全、方便等因素 ，具體介紹了利用多普勒效應(yīng)檢測(cè)人體位置和動(dòng)作的電路方案，以單片機(jī)為

2、控制核心的控制系統(tǒng)的電路方案及用蝸輪蝸桿的機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的構(gòu)成等，使自動(dòng)餐桌的設(shè)計(jì)智能化、人性化，使我們就餐更加舒適。也通過此系統(tǒng)的研究可以使我可以全面的掌握系統(tǒng)開發(fā)的流程，為今后開發(fā)更好的智能化自動(dòng)旋轉(zhuǎn)餐桌作參考。 關(guān)鍵詞：自動(dòng)旋轉(zhuǎn)餐桌 多普勒效應(yīng) 單片機(jī) 蝸輪蝸桿機(jī)構(gòu)AbstractWith the continuous progress of society,with the rapid development of science and technology,electronic technology has already penetrated into all fields,The

3、 life of people also with times and continuously improve the,the table also produced a qualitative change,The traditional table can not meet our pursuit of a more perfect.This paper introduces the thought a guest for food using Doppler effect,Motor random stop running,Control system for motor recove

4、ry after guests dishes rotation function,Do not need to set any button, which is the biggest bright spot table design.Considering the factors of safety, convenience, concretely introduces the circuit scheme of body position and motion detection using the Doppler effect, the circuit scheme of the con

5、trol system of control core and a mechanical transmission mechanism of the worm and worm gear structure with single chip microcomputer as,The automatic table design intelligent, humanization, make us eat more comfortable.Through the study of this system can make I can fully understand the developmen

6、t process of the system,For the future development of better intelligent automatic rotary dining table for reference.Key words: Automatic Lazy Susan Doppler Effect Monolithic Microcomputer ,worm and turbine StructureI目錄目 錄摘 要I第1章 緒論11.1 前言11.2 課題目的及意義21.3 課題設(shè)計(jì)主要內(nèi)容2第2章 硬件電路的設(shè)計(jì)32.1 主要器件的選擇32.1.1運(yùn)放32.1

7、.2調(diào)制與解調(diào)32.1.3 單片機(jī)的選擇52.1.4 電路器件表62.2系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計(jì)72.2.1 電路系統(tǒng)框架設(shè)計(jì)72.3完整的硬件電路設(shè)計(jì)82.3.1轉(zhuǎn)盤結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)82.3.2 超聲波檢測(cè)電路設(shè)計(jì)102.3.3處理及控制電路設(shè)計(jì)12第3章 系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)143.1 電路軟件設(shè)計(jì)的總體思路14第4章 系統(tǒng)的綜合調(diào)試154.1 變速系統(tǒng)154.2 多普勒效應(yīng)的檢測(cè)輸出調(diào)試154.3 整體布局與調(diào)整15第五章 結(jié)論16致 謝17參考文獻(xiàn)19III第1章 緒論1.1 前言 中國(guó)的餐飲文化可以追溯幾千年，但是旋轉(zhuǎn)餐桌卻是外來品。根據(jù)現(xiàn)有資料，最早的旋轉(zhuǎn)餐桌是出現(xiàn)在18世紀(jì)中期的英國(guó)，至今已經(jīng)有20

8、0多年的歷史；而旋轉(zhuǎn)餐桌被國(guó)人普遍接受，則是在20世紀(jì)晚期。短短的數(shù)年時(shí)間，餐桌可以旋轉(zhuǎn)已經(jīng)被人們認(rèn)為是飯店餐桌必備的功能。目前，中國(guó)大陸、港臺(tái)以及東南亞部分地區(qū)是使用旋轉(zhuǎn)餐桌最集中的地區(qū)。這其中，中國(guó)，95%以上的餐館、酒店都配置了旋轉(zhuǎn)餐桌。而且，隨著人們經(jīng)濟(jì)條件的改善，旋轉(zhuǎn)餐桌進(jìn)入家庭的普及率也越來越高。而且，科技發(fā)展到今天，和人們生活緊密相關(guān)的產(chǎn)品都在朝著更方便、經(jīng)濟(jì)、實(shí)用、高效的方向發(fā)展。無線電讓生活更美好已經(jīng)不再是一句空泛的口號(hào)。旋轉(zhuǎn)餐桌也是一樣，手動(dòng)向自動(dòng)的轉(zhuǎn)化是必然的趨勢(shì)。手動(dòng)轉(zhuǎn)盤無論從結(jié)構(gòu)上還是技術(shù)上，都已經(jīng)非常成熟，趨于完善，競(jìng)爭(zhēng)已經(jīng)趨于白熱化。以產(chǎn)品來講，一個(gè)成熟產(chǎn)品和巨大

9、的市場(chǎng)代表著必然需要有新的替代產(chǎn)品出現(xiàn)來打破競(jìng)爭(zhēng)，達(dá)到新的平衡。在結(jié)構(gòu)和技術(shù)上，手動(dòng)轉(zhuǎn)盤產(chǎn)品已經(jīng)做到了極致。隨著社會(huì)不斷進(jìn)步，科技在飛速發(fā)展，電子技術(shù)早已經(jīng)滲透到各個(gè)領(lǐng)域，人們的生活也隨時(shí)代不斷改善。唯一能夠突破的一點(diǎn)就是手動(dòng)與自動(dòng)的區(qū)別。根據(jù)市場(chǎng)調(diào)研，電動(dòng)旋轉(zhuǎn)餐桌以逐漸被一些高檔的餐館所啟用，但均需依靠人工或遙控等方式來改變餐桌的旋轉(zhuǎn)情況，其智能化、人性化程度較低。本文利用傳感器知識(shí)，電力拖動(dòng)知識(shí)，單片機(jī)技術(shù)研發(fā)的自動(dòng)旋轉(zhuǎn)餐桌，依照市場(chǎng)的需求，在設(shè)計(jì)和制作的時(shí)候充分考慮到智能化，人性化的設(shè)計(jì)，并以最低成本來達(dá)到目的。我們?cè)O(shè)計(jì)和制作一種利用多普勒效應(yīng)實(shí)現(xiàn)客人伸手夾菜時(shí)，電機(jī)隨機(jī)停止運(yùn)行，客人伸

10、手夾菜結(jié)束電機(jī)恢復(fù)旋轉(zhuǎn)功能的控制系統(tǒng)，不需要設(shè)置任何按鈕，這也是該餐桌的設(shè)計(jì)1最大亮點(diǎn)?？紤]安全、方便等因素，我們采用可充電電池來提供能量并且可以隨意放置在現(xiàn)用的餐桌的轉(zhuǎn)盤系統(tǒng)中。1.2 課題目的及意義 培養(yǎng)我們嚴(yán)肅認(rèn)真的科學(xué)態(tài)度和求實(shí)的工作作風(fēng)，形成正確的世界觀，掌握科學(xué)的方法論。 培養(yǎng)我們綜合應(yīng)用所學(xué)基礎(chǔ)理論、專門知識(shí)、基本技能，發(fā)現(xiàn)。分析、解決與設(shè)計(jì)相關(guān)的實(shí)際問題的能力，以及從事其他科學(xué)研究工作或負(fù)擔(dān)專門技術(shù)工作的基本能力。 訓(xùn)練我們作為本專業(yè)學(xué)生在實(shí)踐工作中應(yīng)用書本閱讀來解決實(shí)際操作方面的問題，訓(xùn)練我們的邏輯思維和表達(dá)能力，以及訓(xùn)練在團(tuán)隊(duì)中的團(tuán)結(jié)合作互幫互助的品質(zhì)。 本設(shè)計(jì)的意義以降低

11、產(chǎn)品成本，減小產(chǎn)品體積和降低單片機(jī)出錯(cuò)率為著手點(diǎn)，盡量使自己的設(shè)計(jì)在同一類產(chǎn)品中有較大的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。在保證高可靠性的前提下，本設(shè)計(jì)選擇了合適的低成本電路。成本低、高效環(huán)保，推廣性大，是我設(shè)計(jì)的重要內(nèi)容。1.3 課題設(shè)計(jì)主要內(nèi)容 本課題設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容是硬件電路的設(shè)計(jì)、軟件電路設(shè)計(jì)、最后的系統(tǒng)的綜合調(diào)試，其中包括主要器件的選擇，如單片機(jī)的選擇，設(shè)計(jì)框圖及完整的硬件電路圖、軟件電路的的繪制。19第2章 硬件電路的設(shè)計(jì) 第2章 硬件電路的設(shè)計(jì)2.1 主要器件的選擇 2.1.1運(yùn)放 LM324是四運(yùn)放集成電路，它采用14腳雙列直插塑料封裝，外形如圖所示。它內(nèi)部包含四組形式完全相同的運(yùn)算放大器，除電源外，四

12、組運(yùn)放相互獨(dú)立，其管腳排列見圖2-1所示。 圖2-1 LM324管腳排列 由于LM324四運(yùn)放電路具有電源電壓范圍寬，靜態(tài)功耗小，可單電源使用，價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)，因此采用本設(shè)計(jì)所采用。2.1.2調(diào)制與解調(diào) LM567為通用音調(diào)譯碼器，當(dāng)輸入信號(hào)小于通帶內(nèi)時(shí)提供飽和晶體管對(duì)地開關(guān)，電路由I和Q檢波器構(gòu)成，由電壓控制震蕩器驅(qū)動(dòng)震蕩器確定譯碼器中心頻率。用外接原件獨(dú)立設(shè)定中心頻率帶寬和輸出延遲。 LM567主要用于震蕩、調(diào)制、解調(diào)、和遙控編、譯碼電路。如電力線載波通信，對(duì)講機(jī)亞音頻譯碼，遙控等。 在設(shè)計(jì)中，LM567是系統(tǒng)電路的主要功能塊，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖2-2所示。LM567的主要性能指標(biāo)如下： 邏輯

13、兼容輸出具有100mA電流吸收能力；可調(diào)帶寬從0%至14%；寬帶信號(hào)輸出與噪聲的高抑制；對(duì)信號(hào)抗干擾；高穩(wěn)定的中心頻率；中心頻率調(diào)節(jié)從0.01HZ到500kHZ；電源電壓5V-15V；圖2-2 LM567的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖2.1.3 單片機(jī)的選擇 ATMEL2051是帶有2KBFlash可編程序、可擦除只讀存儲(chǔ)器的低壓、高性能八位CMOS微型計(jì)算機(jī)。它采用ATMEL的高密非易失存貯技術(shù)制造，并和工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)51指令集和引腳結(jié)構(gòu)兼容。通過在單塊芯片上組合通用的CPL1和lash存儲(chǔ)器，使ATMEL2051成為一強(qiáng)勁的微型計(jì)算機(jī)。的、它為許多嵌入式控制應(yīng)用提供了高度靈活的成本的解決方法。 ATMEL20

14、51提供以下標(biāo)準(zhǔn)功能：2KBFlash存儲(chǔ)器：128字節(jié)RAM：15條I/o引線：2個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，一個(gè)5向量2級(jí)中斷結(jié)構(gòu)：一個(gè)全雙工竄行口：一個(gè)精密模擬比較器以及片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘電路。 由于ATME2051的通用性和廉價(jià)特點(diǎn)，目前已被大多數(shù)小型控制系統(tǒng)所采用。本設(shè)計(jì)中，單片機(jī)的作用主要是用于多普勒效應(yīng)檢測(cè)電路輸出信號(hào)的檢測(cè),控制信號(hào)的輸出及相關(guān)延時(shí)功能等，ATMEL2051單片機(jī)的功能和容量，儀完全適用于本設(shè)計(jì)，故為本設(shè)計(jì)所采用。2.1.4 電路器件表表2-1 檢測(cè)電路器件表 表2-2控制電路器件表2.2系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計(jì)2.2.1 電路系統(tǒng)框架設(shè)計(jì)電源低電壓報(bào)警電路 超聲波發(fā)射電路

15、人體運(yùn)動(dòng)與距離檢測(cè)電路直流電機(jī)單片機(jī)處理電路電機(jī)控制電路 超聲波接收電路直流電源圖2-3電路系統(tǒng)框圖 電路系統(tǒng)主要由檢測(cè)電路、處理電路、電源（電池）檢測(cè)報(bào)警電路、電機(jī)控制電路構(gòu)成，電路系統(tǒng)由可充電電池供電，并在底盤上設(shè)置開關(guān)和充電口。2.3完整的硬件電路設(shè)計(jì)2.3.1轉(zhuǎn)盤結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 圖2-4為轉(zhuǎn)盤結(jié)構(gòu)示意圖，臺(tái)面組件采用目前通用的手動(dòng)轉(zhuǎn)盤結(jié)構(gòu)，其中心軸延伸出傳動(dòng)齒輪（蝸輪），電機(jī)與轉(zhuǎn)盤間采用蝸輪蝸桿傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，以達(dá)到相應(yīng)減速的要求，如圖2-5所示。底盤上相間分布超聲波發(fā)射、接收器件（分別采用并聯(lián)方式）。 圖2-4 轉(zhuǎn)盤結(jié)構(gòu)示意圖 圖2-5 蝸輪蝸桿傳動(dòng)機(jī)構(gòu)2.3.2 超聲波檢測(cè)電路設(shè)計(jì) 圖2-6中

16、，LS1和LS2均為電壓高音喇叭組，用來發(fā)送和接收超聲波。電路核心為567鎖相環(huán)集成電路，完成發(fā)送和接收的雙重功能。第腳方波輸出，其頻率由R6調(diào)整，送至Q3后，由其發(fā)射極耦合至由Q2和Q4組成的功放部分，最后推動(dòng)LS1向外發(fā)送超聲波。接收超聲波由另一喇叭組LS2完成，經(jīng)Q7和Q6的兩級(jí)高增益放大后送至第腳，只要接受信號(hào)頻率在567的寬帶之內(nèi)，D1便可發(fā)光。 567的調(diào)頻輸出腳為第腳，信號(hào)由此腳經(jīng)電容C4送至超低頻但晶體管放大級(jí)Q5的基極，放大后送至背壓整流電路C13、D3、D4、C14和R20、R21，是FM信號(hào)變成模擬電壓輸出給電壓比較器（遲滯型）最后經(jīng)電壓比較、電壓跟隨電路輸出給控制電路。

17、工作時(shí)，發(fā)送部分和接收部分同時(shí)進(jìn)行，將LS1和LS2相間對(duì)準(zhǔn)四周。若目標(biāo)不動(dòng)，則收到的超聲頻率與發(fā)射頻率相同，輸出為零；若目標(biāo)靠近并移動(dòng)，則根據(jù)多普勒效應(yīng)按接收頻率比發(fā)送頻率或高或低，輸出不再是零，移動(dòng)越快，讀數(shù)越大。R20用于調(diào)節(jié)測(cè)控距離。圖2-6 超聲波信號(hào)檢測(cè)電路2.3.3處理及控制電路設(shè)計(jì) 圖2-7 信號(hào)處理與控制電路 圖27 為信號(hào)處理與控制電路，超聲波檢測(cè)電路將夾菜信號(hào)送至單片機(jī)（P3.4）后，單片機(jī)便檢測(cè)到相應(yīng)信號(hào)，并使P1.1置零，使電機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)；當(dāng)P3.4腳信號(hào)消失后，單片機(jī)經(jīng)適當(dāng)延時(shí)后又使P1.1置1，使電機(jī)恢復(fù)運(yùn)行。單片機(jī)的另一功能是電池電壓檢測(cè)與報(bào)警，當(dāng)9V電池電壓降到

18、8V一下時(shí)，電壓比較器將給單片機(jī)提供欠壓信號(hào)，單片機(jī)便啟動(dòng)欠壓報(bào)警電路，通知用戶充電。第3章 系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)3.1 電路軟件設(shè)計(jì)的總體思路電路通電后，初始化端口，使P3.4、P3.5、P1.1、P1.2均置零，隨即檢測(cè)有無夾菜信號(hào)，若無，則啟動(dòng)電機(jī)運(yùn)行；隨后檢測(cè)電池電壓是否充足，若無欠壓情況，則重復(fù)檢測(cè)夾菜信號(hào)，否則，啟動(dòng)報(bào)警電路，并轉(zhuǎn)入檢測(cè)夾菜信號(hào)。當(dāng)檢測(cè)到有夾菜信號(hào)時(shí)候，P1.1置零，電機(jī)停止運(yùn)行，單片機(jī)作適當(dāng)延時(shí)后重復(fù)檢測(cè)夾菜信號(hào)，知道信號(hào)消失后轉(zhuǎn)入電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)。3.2 系統(tǒng)軟件的程序框圖圖3-1 系統(tǒng)程序框圖第4章 系統(tǒng)的綜合調(diào)試第4章 系統(tǒng)的綜合調(diào)試4.1 變速系統(tǒng) 電路采用小型直流

19、電機(jī)，工作電壓為6v。實(shí)際試驗(yàn)時(shí)，電機(jī)所加工作電壓可在大范圍調(diào)節(jié)（1.5v-6v），電機(jī)均能保證一定的轉(zhuǎn)動(dòng)力矩。變速系統(tǒng)若采用蝸輪蝸桿傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，減速效果明顯，其缺點(diǎn)是在停電時(shí)，有自鎖現(xiàn)象。本設(shè)計(jì)正在慮使用非蝸輪蝸桿傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，以免自鎖現(xiàn)象的發(fā)生。4.2 多普勒效應(yīng)的檢測(cè)輸出調(diào)試 電路中，LM567(2) 腳對(duì)地電容器C16的選擇十分關(guān)鍵。太大，多普勒效應(yīng)不明顯，太小，不能有效去除高頻成分。R20用于控制檢測(cè)靈敏度，可視實(shí)際桌子尺寸進(jìn)行調(diào)節(jié)。4.3 整體布局與調(diào)整 各電壓陶瓷片按并聯(lián)接方式進(jìn)行，按收發(fā)間隔式均布在座子外側(cè)，實(shí)際調(diào)整時(shí)需加抗振墊片。第5章 結(jié)論第五章 結(jié)論 通過設(shè)計(jì)、制作自動(dòng)餐桌，培

20、養(yǎng)了我們電子技術(shù)綜合能力和開發(fā)能力，也讓我們的分析問題和解決問題的能力得到提高。在這次設(shè)計(jì)中，我們明白了電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一般過程，強(qiáng)化了prote1的使用，也將多門課程的內(nèi)容進(jìn)行了大融合，提高了實(shí)際應(yīng)用能力。 在設(shè)計(jì)中，查閱了許多資料，拓寬了自己的知識(shí)面，解決了許多設(shè)計(jì)中遇到的問題。比如，在設(shè)計(jì)中，應(yīng)該運(yùn)用那種控制電路，需要什么樣的器件等。以前的知識(shí)僅局限與書本上，只知道老師說用哪個(gè)就用哪個(gè)，從不考慮為什么甚至不去注意這個(gè)系統(tǒng)相對(duì)于別的來講有什么區(qū)別和優(yōu)點(diǎn)。通過這次設(shè)計(jì)，知道了學(xué)習(xí)是不是為了別人而是自己，要從理論甚至實(shí)質(zhì)上來把握。通過這次設(shè)計(jì)，又重新溫習(xí)了以前學(xué)過的知識(shí)，把丟了的部分重新?lián)炱饋恚?/p>

21、明確了各種元器件的功能和電子電路的設(shè)計(jì)思想。 總之，在這次畢業(yè)設(shè)計(jì)中，我們學(xué)會(huì)了許多的知識(shí)，是大學(xué)三年來所學(xué)知識(shí)的綜合運(yùn)用，切實(shí)感受到設(shè)計(jì)的苦與樂。在這里希望各位老師提出意見和建議，我們定會(huì)努力學(xué)習(xí)改進(jìn)，爭(zhēng)取作出更大的進(jìn)步 。致謝致 謝美好的大學(xué)生活隨著畢業(yè)設(shè)計(jì)的結(jié)束也接近了尾聲。在半年的時(shí)間，從選題到設(shè)計(jì)再到最終完成，經(jīng)歷了諸多環(huán)節(jié)。在這個(gè)過程中，有工作的艱辛，有勤勞的汗水，有失敗的迷茫，也有成功的喜悅。在剛開始設(shè)計(jì)時(shí)，我遇到了不少問題，如系統(tǒng)的整體布局，機(jī)構(gòu)的形狀，應(yīng)該先設(shè)計(jì)哪個(gè)機(jī)構(gòu)等各種問題。我通過各種途徑尋找解決的辦法，終于在我不斷努力的情況下找到了與之相識(shí)的解決辦法。在設(shè)計(jì)過程中經(jīng)過和同學(xué)交流與請(qǐng)教，更清晰了整個(gè)系統(tǒng)的大概輪廓。上大學(xué)后，很多同學(xué)都沒有過深入的交流，在設(shè)計(jì)的過程中，我用了分階段的方式，同時(shí)在一定的階段找同學(xué)共同討論，以解決分工中個(gè)人不能解決的問題，在交流中大家積極發(fā)言，和提出意見，我認(rèn)真的完成了這次課程設(shè)計(jì)。個(gè)人認(rèn)為這次設(shè)計(jì)有一次很好的鍛煉了自己的組織能力與思考能力，挺高了處理應(yīng)變與問題的能力。 在學(xué)習(xí)的過程中，不是每一個(gè)問題都能自己解決，向老師請(qǐng)教或向同學(xué)討論是一個(gè)很好的方法，在此衷心感謝給過幫助的老