電動(dòng)?jì)雰捍苍O(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)

1、重慶三峽學(xué)院課程設(shè)計(jì)題 目 電動(dòng)?jì)雰捍苍O(shè)計(jì) 院 系 機(jī)械工程學(xué)院 專 業(yè) 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 年 級(jí) 2009級(jí) 組員姓名指導(dǎo)教師完成課程設(shè)計(jì)時(shí)間 2013 年 4 月目 錄 摘 要I引 言I一、整體方案設(shè)計(jì)（各功能）1二、曲柄滑塊機(jī)構(gòu)12.1設(shè)計(jì)分析12.2相關(guān)參數(shù)計(jì)算12.2.1曲柄滑塊機(jī)構(gòu)中最小傳動(dòng)角min的計(jì)算22.2.2計(jì)算極位夾角22.2.3.設(shè)計(jì)變量X的取值范圍32.2.4.曲柄滑塊機(jī)構(gòu)各構(gòu)件尺寸4三、傳感部分設(shè)計(jì)43.1聲控部分43.1.1駐極體話筒43.1.2 ADC0804芯片5四、PLC控制設(shè)計(jì)54.1 PLC控制設(shè)計(jì)分析54.1.1現(xiàn)場(chǎng)器件與PLC內(nèi)部等效繼電器地址

2、編號(hào)的對(duì)照表64.1.2 PLC與現(xiàn)場(chǎng)器件的實(shí)際安裝接線圖64. 1.3梯形圖7五、三維模擬圖7六、總結(jié)8七、參考文獻(xiàn)8摘 要嬰兒睡覺(jué)時(shí)常會(huì)醒來(lái)哭，可能在在深夜、也可能在父母做飯或其他繁忙時(shí)刻，讓父母疲憊不堪，既不能休息好也不能做很好的照顧孩子。隨著智能機(jī)器的行業(yè)的不斷發(fā)展，電動(dòng)?jì)雰捍苍桨l(fā)受到小孩父母的歡迎。為此，我們?cè)O(shè)計(jì)了基于PLC控制的電動(dòng)?jì)雰捍?，?dāng)嬰兒睡覺(jué)哭醒時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)嬰兒床的自動(dòng)搖晃和播放催眠曲。同時(shí)，我們?cè)O(shè)計(jì)的嬰兒床還加有教學(xué)模塊和娛樂(lè)模塊，有助于嬰兒智力的發(fā)展。此設(shè)計(jì)，主要涉及到機(jī)械原理、機(jī)械設(shè)計(jì)、電工學(xué)、傳感器等方面的知識(shí)。引 言 隨著科技越來(lái)越發(fā)達(dá)，智能的嬰兒床也開(kāi)始越來(lái)越多

3、地受到人們的青睞。搖床精美的外觀設(shè)計(jì)和流暢的線條，帶給人質(zhì)的美感，優(yōu)質(zhì)全木的結(jié)構(gòu)與顏色的和諧搭配，加上環(huán)保油漆的精心烤制，盡顯購(gòu)買者的檔次與品位，完美的功能和簡(jiǎn)單方便的操作，給初為父母的你輕松生活的享受，也給寶寶帶來(lái)一個(gè)溫馨而舒適的睡眠環(huán)境。嬰兒常半夜啼哭，父母?jìng)兺鶠榱苏疹檵雰憾v不堪針對(duì)上述問(wèn)題，我們組準(zhǔn)備通過(guò)設(shè)計(jì)一個(gè)簡(jiǎn)單又實(shí)用的的搖擺床來(lái)減輕父母的負(fù)擔(dān)，該設(shè)計(jì)主要由一個(gè)可調(diào)速的電動(dòng)機(jī)和滑塊曲柄機(jī)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)下面介紹系統(tǒng)的主要研究思路。1、 整體方案設(shè)計(jì)（各功能）圖 1 搖擺及教學(xué)控制電路遙控嬰兒床主要由曲柄滑塊機(jī)構(gòu)、傳感部分、PLC控制器、電動(dòng)機(jī)、教學(xué)娛樂(lè)部分組成。其控制電路如圖1，接通電

4、源后，當(dāng)嬰兒哭泣（哭聲頻率達(dá)到一定值）時(shí)，傳感器（駐極體話筒）接受轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，經(jīng)放大調(diào)理電路后使SB4，接通時(shí)間繼電器KT，時(shí)間繼電器設(shè)定一定時(shí)間（一般為510分鐘），控制搖擺機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)，嬰兒床開(kāi)始搖動(dòng)，運(yùn)動(dòng)到設(shè)定時(shí)間后即停止運(yùn)動(dòng)。當(dāng)需要對(duì)嬰兒進(jìn)行英語(yǔ)教學(xué)時(shí)，按下英語(yǔ)教學(xué)開(kāi)關(guān)SB1，使英語(yǔ)教學(xué)模塊的繼電器KM1接通，并使英語(yǔ)教學(xué)模塊通電。當(dāng)按下音樂(lè)播放開(kāi)關(guān)SB2、故事教學(xué)開(kāi)關(guān)SB3，其工作原理和英語(yǔ)教學(xué)原理相同。二、曲柄滑塊機(jī)構(gòu)2.1設(shè)計(jì)分析要實(shí)現(xiàn)嬰兒床的連續(xù)搖擺或移動(dòng)常用的機(jī)構(gòu)有曲柄搖桿機(jī)構(gòu)和曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，考慮到所選機(jī)構(gòu)的簡(jiǎn)單性以及機(jī)構(gòu)傳力性能的好壞，在這里我們采用曲柄滑塊機(jī)構(gòu)。曲柄滑塊機(jī)

5、構(gòu)有一個(gè)重要特點(diǎn)是具有急回特性。故可按行程速比系數(shù)K來(lái)設(shè)計(jì)具有最優(yōu)傳力性能的曲柄滑塊機(jī)構(gòu)。 2.2相關(guān)參數(shù)計(jì)算在這里我們?cè)O(shè)計(jì)曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的滑塊行程H=18cm，行程速比系數(shù)K=1.3，待定設(shè)計(jì)參數(shù)為a、b和e。 2.2.1曲柄滑塊機(jī)構(gòu)中最小傳動(dòng)角min的計(jì)算傳動(dòng)角是四桿機(jī)構(gòu)傳動(dòng)性能的重要指標(biāo)之一，工程上常以值來(lái)衡量機(jī)構(gòu)的傳力性能。傳動(dòng)角越大，對(duì)機(jī)構(gòu)傳動(dòng)愈有利。曲柄滑塊機(jī)構(gòu)如圖2所示，圖中AB為曲柄，長(zhǎng)度為a，BC為連桿，長(zhǎng)度為b，偏心距為e。圖2 曲柄滑塊機(jī)構(gòu)原理圖當(dāng)主動(dòng)件為曲柄時(shí)，隨著其位置不同，值亦不同，最小傳動(dòng)角出現(xiàn)在曲柄與滑塊導(dǎo)路垂直的位置，其值為： （1）2.2.2計(jì)算極位夾角如下圖

6、b，現(xiàn)設(shè)AC1=X，將X作為設(shè)計(jì)變量，如果確定了A點(diǎn)的位置，a、b和e也就確定。下面找出a、b和e與設(shè)計(jì)變量X之間的關(guān)系，最終可求出最小傳動(dòng)角與X的關(guān)系表達(dá)式：圖3 機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)圖如圖在AC1C2中 因?yàn)?所以 (2)又因?yàn)樗?(3)將 代入 (1)可得 （4）將式（2）、（3）代入式（4），的最小值僅為X的函數(shù)，然后對(duì)X求導(dǎo)使其導(dǎo)數(shù)等于0，進(jìn)而可求得的最小值。2.2.3.設(shè)計(jì)變量X的取值范圍 當(dāng)A點(diǎn)位于點(diǎn)時(shí)X最小： 當(dāng)A點(diǎn)位于M點(diǎn)時(shí)X取最大: 將已知數(shù)值代入以上各式可得： X的取值范圍為041.437cm，X=10.256cm時(shí)，min的最大值為18.473°。2.2.4.曲柄滑塊機(jī)

7、構(gòu)各構(gòu)件尺寸 曲柄a=8.6cm連桿 b=18.8cm 偏心距 e=5.6cm三、傳感部分設(shè)計(jì)3.1聲控部分聲控部分原理電路圖如圖4所示，主要由駐極體話筒、帶通濾波電路、調(diào)理放大電路、ADC0804組成。駐極體話筒相當(dāng)于傳感器，駐極體話筒檢測(cè)到小孩哭聲，產(chǎn)生電壓變化，經(jīng)過(guò)帶通濾波電路，使頻率在300HZ（小孩的哭聲頻率）左右的的聲音通過(guò)，避免外部例如腳步、大人說(shuō)話聲等一系列聲音的干擾，然后通過(guò)調(diào)理放大電路后將信號(hào)傳給ADC0804芯片進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換，最后將信號(hào)傳給PLC處理，啟動(dòng)音樂(lè)模塊和搖動(dòng)模塊。圖4聲控部分電路原理圖3.1.1駐極體話筒 駐極體話筒應(yīng)用十分廣泛，具有體積小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、電聲性能

8、好、價(jià)格低的特點(diǎn)，廣泛用于盒式錄音機(jī)、無(wú)線話筒及聲控等電路中。由于輸入和輸出阻抗很高，所以要在這種話筒外殼內(nèi)設(shè)置一個(gè)場(chǎng)效應(yīng)管作為阻抗轉(zhuǎn)換器，為此駐極體電容式話筒在工作時(shí)需要直流工作電壓。聲電轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵元件是駐極體振動(dòng)膜。它是一片極薄的塑料膜片，在其中一面蒸發(fā)上一層純金薄膜。然后再經(jīng)過(guò)高壓電場(chǎng)駐極后，兩面分別駐有異性電荷。膜片的蒸金面向外，與金屬外殼相連通。膜片的另一面與金屬極板之間用薄的絕緣襯圈隔離開(kāi)。這樣，蒸金膜與金屬極板之間就形成一個(gè)電容。當(dāng)駐極體膜片遇到聲波振動(dòng)時(shí)，引起電容兩端的電場(chǎng)發(fā)生變化，從而產(chǎn)生了隨聲波變化而變化的交變電壓。駐極體膜片與金屬極板之間的電容量比較小，一般為幾十pF。因

9、而它的輸出阻抗值很高(Xc=1/2tfc)，約幾十兆歐以上。這樣高的阻抗是不能直接與音頻放大器相匹配的。所以在話筒內(nèi)接入一只結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)晶體三極管來(lái)進(jìn)行阻抗變換。場(chǎng)效應(yīng)管的特點(diǎn)是輸入阻抗極高、噪聲系數(shù)低。普通場(chǎng)效應(yīng)管有源極(S)、柵極(G)和漏極(D)三個(gè)極。這里使用的是在內(nèi)部源極和柵極間再?gòu)?fù)合一只二極管的專用場(chǎng)效應(yīng)管。接二極管的目的是在場(chǎng)效應(yīng)管受強(qiáng)信號(hào)沖擊時(shí)起保護(hù)作用。場(chǎng)效應(yīng)管的柵極接金屬極板。這樣，駐極體話筒的輸出線便有三根。即源極S，一般用藍(lán)色塑線，漏極D，一般用紅色塑料線和連接金屬外殼的編織屏蔽線。3.1.2 ADC0804芯片 ADC0804就是一種A/D轉(zhuǎn)換器，所謂 A/D 轉(zhuǎn)換器就

10、是模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器（ADC），是將輸入的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)。信號(hào)輸入端可以是傳感器或轉(zhuǎn)換器的輸出，而ADC 的數(shù)字信號(hào)也可能提供給微處理器，以便廣泛地應(yīng)用。四、PLC控制設(shè)計(jì)4.1 PLC控制設(shè)計(jì)分析根據(jù)搖擺及教學(xué)控制電路，PLC移位寄存器控制搖擺機(jī)構(gòu)的動(dòng)力輸入、英語(yǔ)教學(xué)模塊的開(kāi)關(guān)、音樂(lè)播放模塊的開(kāi)關(guān)以及故事教學(xué)模塊的開(kāi)關(guān)。圖中，SB1為英語(yǔ)教學(xué)模塊的啟動(dòng)開(kāi)關(guān)，SB2為音樂(lè)播放模塊的啟動(dòng)開(kāi)關(guān)，SB3為故事教學(xué)模塊的啟動(dòng)開(kāi)關(guān)，SB4為傳感器接受嬰兒聲音的輸入信號(hào)，該信號(hào)使PLC控制搖擺機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)，SB為整個(gè)嬰兒床的總開(kāi)關(guān)；KM1為控制英語(yǔ)教學(xué)模塊的繼電器，當(dāng)它通電后，觸發(fā)英語(yǔ)教學(xué)模塊的啟動(dòng)，K

11、M2、KM3分別為音樂(lè)播放模塊、故事教學(xué)模塊的繼電器，KT為時(shí)間繼電器，它接受來(lái)自傳感器的輸出信號(hào)SB4，控制搖擺機(jī)構(gòu)的啟動(dòng)。打開(kāi)總開(kāi)關(guān)后，當(dāng)嬰兒哭泣（哭聲頻率達(dá)到一定值）時(shí)，傳感器（駐極體話筒）接受信號(hào)并發(fā)出信號(hào)SB4，接通時(shí)間繼電器KT，時(shí)間繼電器設(shè)定一定時(shí)間（一般為510分鐘），控制搖擺機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)，嬰兒床開(kāi)始搖動(dòng)，運(yùn)動(dòng)到設(shè)定時(shí)間后即停止運(yùn)動(dòng)。當(dāng)需要對(duì)嬰兒進(jìn)行英語(yǔ)教學(xué)時(shí)，按下英語(yǔ)教學(xué)開(kāi)關(guān)SB1，使英語(yǔ)教學(xué)模塊的繼電器KM1接通，并使英語(yǔ)教學(xué)模塊通電。當(dāng)按下音樂(lè)播放開(kāi)關(guān)SB2、故事教學(xué)開(kāi)關(guān)SB3，其工作原理和英語(yǔ)教學(xué)原理相同。4.1.1現(xiàn)場(chǎng)器件與PLC內(nèi)部等效繼電器地址編號(hào)的對(duì)照表根據(jù)搖擺及

12、教學(xué)控制電路選定與各開(kāi)關(guān)、器件等現(xiàn)場(chǎng)器件相對(duì)應(yīng)的PLC內(nèi)部等效繼電器的地址編號(hào)，對(duì)照表1所示表1 現(xiàn)場(chǎng)器件與PLC內(nèi)部繼電器對(duì)照表現(xiàn)場(chǎng)器件說(shuō)明內(nèi)部繼電器地址輸入SB1英語(yǔ)教學(xué)開(kāi)關(guān)1X400SB2音樂(lè)播放開(kāi)關(guān)2X401SB3故事教學(xué)開(kāi)關(guān)3X402SB4傳感器輸出信號(hào)4X403SB總開(kāi)關(guān)X404FR熱繼電器X405現(xiàn)場(chǎng)器件說(shuō)明內(nèi)部繼電器地址輸出KM1繼電器1Y430KM2繼電器2Y431KM3繼電器3Y432KT時(shí)間繼電器T4514.1.2 PLC與現(xiàn)場(chǎng)器件的實(shí)際安裝接線圖根據(jù)表1，畫出PLC與現(xiàn)場(chǎng)器件的實(shí)際連接圖，如下圖所示。圖5 PLC與現(xiàn)場(chǎng)器件的連接4. 1.3梯形圖滿足圖5搖擺及教學(xué)控制電路所示功能的移位寄存器件控制的梯形圖如下圖4所示。圖 6 PLC梯形圖五、三維模擬圖圖7 總體部分圖8 拆分圖六、總結(jié)多功能智能型嬰兒床系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)