單級(jí)三葉泵-項(xiàng)目文件總匯

一種便攜式微型氣體采樣泵的設(shè)計(jì)項(xiàng)目編號(hào)：120100項(xiàng)目成員：龐駿德何東亮

鄭皓峰指導(dǎo)老師：巴要帥藺增目錄項(xiàng)目簡(jiǎn)介項(xiàng)目實(shí)施（機(jī)械）項(xiàng)目實(shí)施（電路）產(chǎn)品測(cè)試項(xiàng)目實(shí)施產(chǎn)品測(cè)試項(xiàng)目實(shí)施（電路）項(xiàng)目簡(jiǎn)介目錄創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)1.1項(xiàng)目概述作品名稱：一種可調(diào)速微型氣體采樣泵的設(shè)計(jì)其屬于氣體檢測(cè)裝置的一

部分，主要用于氣體采樣

并將采樣的氣體通過(guò)氣體

檢測(cè)儀進(jìn)行氣體成分的檢

測(cè)。可以通過(guò)程序控制進(jìn)行泵流量調(diào)節(jié)，較好適應(yīng)儀

器儀表、化工分析、醫(yī)療

保健、醫(yī)藥衛(wèi)生、食品、

生物工程、自動(dòng)控制中某

些對(duì)流量有嚴(yán)格要求的場(chǎng)

合！項(xiàng)目實(shí)施產(chǎn)品測(cè)試項(xiàng)目實(shí)施（電路）項(xiàng)目介紹目錄1.2研究?jī)r(jià)值這種便攜式可調(diào)速微型氣體采樣泵體積小、重量輕、壽命長(zhǎng)、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用方便、便于攜帶、長(zhǎng)期在大氣壓情況下工作而不損壞、超負(fù)荷工作也不會(huì)燒毀等優(yōu)點(diǎn)。微型隔膜廣泛應(yīng)用于科研，氣體采樣，儀器儀表，化工分析，醫(yī)療保健，醫(yī)藥衛(wèi)生，食品，生物工程，自動(dòng)控制，環(huán)保等眾多領(lǐng)域時(shí)，對(duì)泵抽速的要求就顯得尤為重要了，高質(zhì)量的微型采樣泵無(wú)疑應(yīng)該具有傳統(tǒng)機(jī)械功能以及自動(dòng)化的現(xiàn)代控制功能，這也是現(xiàn)有機(jī)械設(shè)備往自動(dòng)化發(fā)展的趨勢(shì)。

①通過(guò)三個(gè)管路（兩個(gè)進(jìn)氣口一個(gè)排氣口）將兩個(gè)泵腔結(jié)合在一起，并且巧妙地將泵腔布置在電機(jī)的上下側(cè)，相對(duì)于國(guó)外兩腔的方式，結(jié)構(gòu)更加緊湊；②因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)是對(duì)稱，其對(duì)偏心輪引起的偏心有更好的抵消作用;

③這樣的結(jié)構(gòu)相對(duì)于具有同樣體積的單個(gè)泵腔的泵來(lái)說(shuō),一個(gè)工作循環(huán)其具有吸排氣各兩次，隔膜的受力會(huì)更加?。ㄒ?yàn)閮煞N等體積的結(jié)構(gòu)，兩腔的結(jié)構(gòu)泵腔小）；

④還具有自動(dòng)化的控制功能，這是符合設(shè)計(jì)高質(zhì)量的機(jī)械設(shè)備的發(fā)展趨勢(shì)。本泵通過(guò)調(diào)節(jié)單片機(jī)的PWM，并通過(guò)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器ULN2003A對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行控制，來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)泵抽速的調(diào)節(jié)。應(yīng)用價(jià)值創(chuàng)新價(jià)值學(xué)習(xí)價(jià)值軟件：能夠掌握Autocad、SolidWorks、Caxa、UG等二維和三維建模軟件。加工工藝：對(duì)快速成型、注塑加工、橡膠成型等加工工藝有一個(gè)初步了解，并能夠熟悉整個(gè)產(chǎn)品的加工過(guò)程。科研過(guò)程：初步掌握科研過(guò)程，鍛煉科研能力。工程實(shí)踐：對(duì)工廠的加工能力、價(jià)格以及產(chǎn)品的加工方法和過(guò)程有較深的了解。創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目實(shí)施產(chǎn)品測(cè)試項(xiàng)目實(shí)施（電路）項(xiàng)目介紹目錄創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)2.1項(xiàng)目實(shí)施步驟收集材料資料分析初定方案理論分析結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)零件設(shè)計(jì)模型制作加工組裝產(chǎn)品調(diào)試產(chǎn)品優(yōu)化后期整理項(xiàng)目實(shí)施產(chǎn)品測(cè)試項(xiàng)目實(shí)施（電路）項(xiàng)目介紹目錄創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)收集資料收集相關(guān)資料,把盡可能多的資料收集到手，以供參考?？梢酝ㄟ^(guò)圖書館借閱，以及網(wǎng)上搜集，還有指導(dǎo)教師提供相關(guān)資料，查一些期刊雜志這樣把有關(guān)微型隔膜氣體采樣泵的資料搜集完畢，并進(jìn)行初步整理。資料分析把有用資料挑選出來(lái)并進(jìn)行匯總，然后就整理出一份知識(shí)儲(chǔ)備冊(cè)用來(lái)查找資料的索引。通過(guò)一段時(shí)間的自學(xué)和老師指導(dǎo)，我們初步弄懂微型隔膜泵的結(jié)構(gòu)、零件、原理、材料、制造工藝檢測(cè)誤差、使用方法、可獲得的真空度等必須儲(chǔ)備的知識(shí)。初定方案根據(jù)搜集的資料指出要解決的問(wèn)題，針對(duì)此問(wèn)題帶來(lái)

的矛盾，根據(jù)TRIZ理論查詢相關(guān)創(chuàng)新方法，再結(jié)合現(xiàn)有的產(chǎn)品，提出解決方法，初步確定產(chǎn)品方案。在所確定的方案中根據(jù)最優(yōu)矩陣法確定最佳方案。理論分析一部分是機(jī)械部分，其原理是一個(gè)彈性膜片被一個(gè)偏心輪上下?tīng)縿?dòng)，對(duì)其機(jī)械部分進(jìn)行理論分析。另一部分是電路部分，該部分主要是電機(jī)和單片機(jī)最小系統(tǒng)電路的設(shè)計(jì)，其主要是用單片機(jī)控制直流電動(dòng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)。2.2方案具體流程項(xiàng)目實(shí)施產(chǎn)品測(cè)試項(xiàng)目實(shí)施（電路）項(xiàng)目介紹目錄創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)2.2方案具體流程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)參照已有產(chǎn)品，主要從使用便捷，實(shí)用性進(jìn)行工藝以及機(jī)構(gòu)、原理的方向進(jìn)行改造。零件設(shè)計(jì)參看零件設(shè)計(jì)有關(guān)書籍，如機(jī)械設(shè)計(jì)、泵的組合設(shè)計(jì)、真空獲得方法、現(xiàn)代泵理論與設(shè)計(jì)。并與指導(dǎo)老師及有經(jīng)驗(yàn)的工人進(jìn)行聯(lián)系，確保零件的設(shè)計(jì)易于加工且具有可行性。模型制作根據(jù)solidworks等軟件建造的虛擬模型，利用實(shí)驗(yàn)室的快速成型機(jī)進(jìn)行初步的制作，已進(jìn)行零件的初步檢驗(yàn)，對(duì)零件進(jìn)行修改和完善。加工組裝對(duì)模型制作里的零件進(jìn)行可行性分析及修改后，聯(lián)系工廠進(jìn)行注塑加工或從相關(guān)的生產(chǎn)企業(yè)購(gòu)買。然后進(jìn)行產(chǎn)品的組裝。項(xiàng)目實(shí)施產(chǎn)品測(cè)試項(xiàng)目實(shí)施（電路）項(xiàng)目介紹目錄創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)2.2方案具體流程產(chǎn)品調(diào)試針對(duì)已成型的產(chǎn)品，按照相關(guān)的測(cè)試方法進(jìn)行測(cè)試，看是否滿足初步的設(shè)計(jì)要求若不滿足則返回之前的設(shè)計(jì)步驟找出問(wèn)題的癥結(jié)所在，并進(jìn)行合理的分析，提出解決的辦法。產(chǎn)品優(yōu)化若產(chǎn)品已經(jīng)滿足要求，征詢消費(fèi)者的意見(jiàn)，綜合分析提出更有效的修改方案，比如外形的改進(jìn)等。后期整理對(duì)之前工作進(jìn)行總結(jié)，找出不足，并進(jìn)行改正。項(xiàng)目實(shí)施產(chǎn)品測(cè)試項(xiàng)目實(shí)施（電路）項(xiàng)目介紹目錄創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)2一種便攜式微型氣體采樣泵的設(shè)計(jì)機(jī)械部分電路部分一種便攜式微型氣體采樣泵的設(shè)計(jì)項(xiàng)目實(shí)施（機(jī)械部分）產(chǎn)品測(cè)試項(xiàng)目實(shí)施（電路）項(xiàng)目介紹目錄創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)2.1微型隔膜泵工作原理：電機(jī)的圓周運(yùn)動(dòng)，通過(guò)機(jī)械裝置使泵內(nèi)部的隔膜做往復(fù)式運(yùn)動(dòng)，從而改變泵腔內(nèi)的體積，在抽氣口處與外界大氣壓產(chǎn)生壓力差，在壓力差的作用下，將氣體吸入泵腔，再?gòu)呐艢饪谂懦觥Ｖ傅木褪俏⑿驼婵毡茫妇邆湟贿M(jìn)一出的抽氣嘴、排氣嘴各一個(gè)，內(nèi)部通過(guò)機(jī)械裝置使泵內(nèi)部的隔膜做往復(fù)式運(yùn)動(dòng)，并且在進(jìn)口處能夠持續(xù)形成真空或負(fù)壓，排氣嘴處形成微正壓；工作介質(zhì)主要為氣體，體積小巧的一種儀器。研究趨勢(shì):隨著科技的發(fā)展，市場(chǎng)對(duì)小型真空泵的需求不斷增加，很多國(guó)內(nèi)外的企業(yè)和科研單位都加大了小型真空泵的研究，并且很多產(chǎn)品已經(jīng)投入到了市場(chǎng)，獲得了一定的市場(chǎng)價(jià)值。不過(guò)這種小型便捷的真空泵由于采用不同的材料和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)會(huì)得到不一樣的市場(chǎng)效果，綜合價(jià)格以及使用的情況，微型泵的研究以及應(yīng)用有著長(zhǎng)足的發(fā)展。項(xiàng)目實(shí)施（機(jī)械）產(chǎn)品測(cè)試項(xiàng)目實(shí)施（電路）項(xiàng)目介紹目錄創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)2.2微型隔膜泵結(jié)構(gòu)組成微型隔膜泵靜止部分泵腔密封墊片連接件運(yùn)動(dòng)部分軸承隔膜隔膜連接桿偏心輪項(xiàng)目實(shí)施（機(jī)械）產(chǎn)品測(cè)試項(xiàng)目實(shí)施（電路）項(xiàng)目介紹目錄創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)2.3方案發(fā)散項(xiàng)目實(shí)施（機(jī)械）產(chǎn)品測(cè)試項(xiàng)目實(shí)施（電路）項(xiàng)目介紹目錄創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)2.4方案篩選功能部分（偏心輪設(shè)計(jì)）偏心輪形狀偏心輪材料偏心輪平衡選擇方法偏心輪塑料自身平衡凸輪金屬外加配重其他功能部分（連接隔膜與偏心輪部分）連接隔膜與偏心輪部分分支個(gè)數(shù)連接隔膜與偏心輪部分材料連接隔膜與偏心輪部分與隔膜及偏心輪的配合方式選擇方法1工程塑料裝配配合2橡膠粘接一體3金屬陶瓷等等項(xiàng)目實(shí)施（機(jī)械）產(chǎn)品測(cè)試項(xiàng)目實(shí)施（電路）項(xiàng)目介紹目錄創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)2.4方案篩選功能部分（吸排氣管路及泵腔設(shè)計(jì)）進(jìn)排氣管路形狀有多少個(gè)進(jìn)排氣口泵腔的截面形狀管路與泵腔實(shí)現(xiàn)吸排氣方式選擇方法圓錐形1進(jìn)1出拋物線單大孔圓柱形2進(jìn)2出圓形多小孔正方形多進(jìn)多出雙曲線（與拋物線類似）飛機(jī)機(jī)翼原理等等2進(jìn)1出柱形+曲線待定橢圓形功能部分（隔膜部分）隔膜材料隔膜形狀（泵腔）隔膜形狀（墊片）隔膜安裝方式（泵腔）隔膜安裝方式（管路）選擇方法金屬圓形待定配合粘接橡膠其他粘接自由塑料薄膜其他彈性體項(xiàng)目實(shí)施（機(jī)械）產(chǎn)品測(cè)試項(xiàng)目實(shí)施（電路）項(xiàng)目介紹目錄創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)2.4方案篩選功能部分（單片機(jī)部分）單片機(jī)型號(hào)單片機(jī)價(jià)格顯示器電機(jī)驅(qū)動(dòng)器選擇方法STC89C52RC少于10元LED燈LMD18200ATS89C51少于`10元LED數(shù)碼管ULN20031602LCD（字符液晶顯示）ULN280312864LCD（點(diǎn)陣液晶顯示）項(xiàng)目實(shí)施（機(jī)械）產(chǎn)品測(cè)試項(xiàng)目實(shí)施（電路）項(xiàng)目介紹目錄創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)2.5理論計(jì)算一直電機(jī)的轉(zhuǎn)速n=6600r/min，功率p=3w，偏心輪的偏心距e=0.6mm，泵腔直徑為d=16mm，θ為偏心輪幾何中心與質(zhì)心連線與水平方向夾角則泵的排氣速率，電機(jī)一個(gè)工作工作周期，完成兩次排氣。故排氣速率驗(yàn)算電機(jī)功率是否滿足機(jī)械效率取w=0.95，設(shè)吸氣時(shí)腔壓力為近似等于大氣壓，則此時(shí)壓力產(chǎn)生的隔膜受力即活塞桿受力所需功率同樣尺寸的成都新為誠(chéng)微型泵SA751.5其流量為1.5L/min創(chuàng)新點(diǎn)一：本泵為雙泵腔，其與具有同樣體積的單個(gè)泵腔的泵來(lái)說(shuō),一個(gè)工作循環(huán)其具有吸排氣各兩次，提高了流量。項(xiàng)目實(shí)施（機(jī)械）產(chǎn)品測(cè)試項(xiàng)目實(shí)施（電路）項(xiàng)目介紹目錄創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新點(diǎn)二：采用對(duì)稱機(jī)構(gòu)，其對(duì)偏心輪引起的偏心有更好的抵消作用創(chuàng)新點(diǎn)三：通過(guò)三個(gè)管路（兩個(gè)進(jìn)氣口一個(gè)排氣口）將兩個(gè)泵腔結(jié)合在一起，并且巧妙地將泵腔布置在電機(jī)的上下

側(cè)，相對(duì)于國(guó)外兩腔的方式，結(jié)構(gòu)更加緊湊；2.6泵的爆炸圖項(xiàng)目實(shí)施產(chǎn)品測(cè)試項(xiàng)目實(shí)施（電路）項(xiàng)目介紹目錄3電路設(shè)計(jì)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)OUTPUTBITP1.0 ;定義按鍵

K1BITP3.2 ;定義按鍵

K2BITP3.3 ;定義按鍵

K3BITP3.4 ;定義按鍵

K4BITP3.5 ;定義按鍵

DISP_DIGIT EQU30H;位選通控制位,傳送到P2口，用于打開(kāi)相應(yīng)的數(shù)碼管

;如等于FEH時(shí)，P2.0為0，第1個(gè)數(shù)碼管得電顯示

DISP_SELEQU31H ;顯示位數(shù)計(jì)數(shù)器，顯示程序通過(guò)它知道正在顯示哪一位數(shù)碼管

;如DISP_SEL為1,表示需要裝載DISP_BUF+1緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)

DISP_BUFEQU50H ;顯示緩沖區(qū)首地址

MIN_GEARSEQU0 ;最小檔位

MAX_GEARSEQU9 ;最高檔位

GEARS EQU23H ;檔位

ORG0000H ;程序開(kāi)始

AJMPMAIN ;跳轉(zhuǎn)到主程序MAIN ORG 000BH ;定時(shí)器T0中斷入口地址

AJMP TIME0 ;跳轉(zhuǎn)到定時(shí)器T0中斷服務(wù)程序,用作數(shù)碼管顯示……3.1程序設(shè)計(jì)3.2控制程序（見(jiàn)作品說(shuō)明書附錄）創(chuàng)新點(diǎn)四：本泵通過(guò)調(diào)節(jié)單片機(jī)的PWM，并通過(guò)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器ULN2003A對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行控制，來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)泵抽速的調(diào)節(jié)。程序設(shè)計(jì)思路程序控制電機(jī)檔位（轉(zhuǎn)速）微型流量測(cè)量裝置測(cè)流量將各檔位對(duì)應(yīng)流量作為DB表供程序顯示微型流量測(cè)量裝置項(xiàng)目實(shí)施產(chǎn)品測(cè)試項(xiàng)目實(shí)施（電路）項(xiàng)目介紹目錄創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)微型流量測(cè)量裝置3.3電路部分的組成電路系統(tǒng)電機(jī)單片機(jī)最小系統(tǒng)電路連接導(dǎo)線LED數(shù)碼管微型流速測(cè)量裝置電機(jī)驅(qū)動(dòng)器項(xiàng)目實(shí)施產(chǎn)品測(cè)試項(xiàng)目實(shí)施（電路）項(xiàng)目介紹目錄3.4電路原理圖創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目實(shí)施產(chǎn)品測(cè)試項(xiàng)目實(shí)施（電路）項(xiàng)目介紹目錄3.5印刷電路板創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)計(jì)劃根據(jù)原理圖，本項(xiàng)目使用Protel99SEPCB設(shè)計(jì)軟件設(shè)計(jì)完成了用于電機(jī)轉(zhuǎn)速控制的PCB板。PCB板電路板正面電路板反面項(xiàng)目實(shí)施產(chǎn)品測(cè)試項(xiàng)目實(shí)施（電路）項(xiàng)目介紹目錄3.6電路程序流程圖創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)定時(shí)器T0和T1賦初值調(diào)用顯示子程序，顯示檔位和流量返回定時(shí)器T0中斷調(diào)節(jié)PWM輸出定時(shí)器T1中斷返回是開(kāi)始初始化變量檔位加1檔位設(shè)為最高值檔位設(shè)為最低值電機(jī)按檔位值轉(zhuǎn)動(dòng)，顯示器顯示檔位和流量系統(tǒng)運(yùn)行正常等待中斷操作掉電結(jié)束電機(jī)啟動(dòng)鍵按下？位檔鍵按下？檔位超過(guò)最大值？檔位小于最小值？檔位減1檔位增加檔位減小是是是否否否否項(xiàng)目實(shí)施產(chǎn)品測(cè)試項(xiàng)目實(shí)施（電路）項(xiàng)目介紹目錄3.9裝配體外殼創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)隔膜泵的形狀、定位、進(jìn)排氣口位置等電路板外形以及電氣元件的布置等裝配體外殼結(jié)構(gòu)外形便攜性、外觀等裝配體上外殼裝配體下外殼項(xiàng)目實(shí)施產(chǎn)品測(cè)試項(xiàng)目實(shí)施（電路）項(xiàng)目介紹目錄創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)計(jì)劃4產(chǎn)品檢測(cè)產(chǎn)品檢測(cè)與產(chǎn)品的設(shè)計(jì)息息相關(guān)機(jī)械部分：根據(jù)原理、結(jié)構(gòu)、修改等設(shè)計(jì)泵，采用快速成型加工安裝、目測(cè)、拆卸、流量測(cè)量平臺(tái)等手段調(diào)試檢測(cè)泵尺寸小，其孔與孔間位置、管路布置、密封、雙隔膜的協(xié)調(diào)等問(wèn)題加工、檢測(cè)反饋思考、修改項(xiàng)目實(shí)施產(chǎn)品測(cè)試項(xiàng)目實(shí)施（電路）項(xiàng)目介紹目錄創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)計(jì)劃4產(chǎn)品檢測(cè)產(chǎn)品檢測(cè)與產(chǎn)品的設(shè)計(jì)息息相關(guān)電路部分：由控制原理，編寫程序、畫原理圖、設(shè)計(jì)和加工電路板在單片機(jī)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)調(diào)程序，電氣元件焊接檢測(cè)電路板程序定時(shí)器的不協(xié)調(diào)、顯示斷續(xù)、PCB元件引腳錯(cuò)誤等下載、加工、檢測(cè)反饋思考、咨詢、修改項(xiàng)目實(shí)施產(chǎn)品測(cè)試項(xiàng)目實(shí)施（電路）項(xiàng)目介紹目錄創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)計(jì)劃4產(chǎn)品檢測(cè)針對(duì)已成型的產(chǎn)品，按照相關(guān)