電動嬰兒床設計課程設計

1、<p><b>　　?</b></p><p><b>　　課程設計</b></p><p>　　題 目 電動嬰兒床設計 </p><p>　　院 系 機械工程學院 </p><p>　　

2、專 業(yè) 機械設計制造及其自動化 </p><p>　　年 級 2009級 </p><p>　　組員姓名 </p><p>　　指導教師 </p><p>

3、;　　完成課程設計時間 2013 年 4 月</p><p><b>　　目 錄 </b></p><p><b>　　摘 要I</b></p><p><b>　　引 言I</b></p><p>　　一、整體方案設計（各功能）1</p><

4、;p>　　二、曲柄滑塊機構1</p><p><b>　　2.1設計分析1</b></p><p>　　2.2相關參數(shù)計算1</p><p>　　2.2.1曲柄滑塊機構中最小傳動角γmin的計算2</p><p>　　2.2.2計算極位夾角2</p><p>　　2.2.3.設計變

5、量 X的取值范圍3</p><p>　　2.2.4.曲柄滑塊機構各構件尺寸4</p><p>　　三、傳感部分設計4</p><p><b>　　3.1聲控部分4</b></p><p>　　3.1.1駐極體話筒4</p><p>　　3.1.2 ADC0804芯片5</p>

6、;<p>　　四、PLC控制設計5</p><p>　　4.1 PLC控制設計分析5</p><p>　　4.1.1現(xiàn)場器件與PLC內(nèi)部等效繼電器地址編號的對照表6</p><p>　　4.1.2 PLC與現(xiàn)場器件的實際安裝接線圖6</p><p>　　4. 1.3梯形圖7</p><p>&l

7、t;b>　　五、三維模擬圖7</b></p><p><b>　　六、總結8</b></p><p><b>　　七、參考文獻8</b></p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　嬰兒睡覺時常會醒來哭，可能在在深夜、也可能在父母做飯

8、或其他繁忙時刻，讓父母疲憊不堪，既不能休息好也不能做很好的照顧孩子。隨著智能機器的行業(yè)的不斷發(fā)展，電動嬰兒床越發(fā)受到小孩父母的歡迎。</p><p>　　為此，我們設計了基于PLC控制的電動嬰兒床，當嬰兒睡覺哭醒時，可以實現(xiàn)嬰兒床的自動搖晃和播放催眠曲。同時，我們設計的嬰兒床還加有教學模塊和娛樂模塊，有助于嬰兒智力的發(fā)展。此設計，主要涉及到機械原理、機械設計、電工學、傳感器等方面的知識。</p>&

9、lt;p><b>　　引 言</b></p><p>　　隨著科技越來越發(fā)達，智能的嬰兒床也開始越來越多地受到人們的青睞。搖床精美的外觀設計和流暢的線條，帶給人質(zhì)的美感，優(yōu)質(zhì)全木的結構與顏色的和諧搭配，加上環(huán)保油漆的精心烤制，盡顯購買者的檔次與品位，完美的功能和簡單方便的操作，給初為父母的你輕松生活的享受，也給寶寶帶來一個溫馨而舒適的睡眠環(huán)境。嬰兒常半夜啼哭，父母們往往為了照顧嬰兒而疲

10、憊不堪．針對上述問題，我們組準備通過設計一個簡單又實用的的搖擺床來減輕父母的負擔，該設計主要由一個可調(diào)速的電動機和滑塊曲柄機構來實現(xiàn)下面介紹系統(tǒng)的主要研究思路。</p><p>　　整體方案設計（各功能）</p><p>　　圖 1 搖擺及教學控制電路</p><p>　　遙控嬰兒床主要由曲柄滑塊機構、傳感部分、PLC控制器、電動機、教學娛樂部分組成。其控制電路如

11、圖1，接通電源后，當嬰兒哭泣（哭聲頻率達到一定值）時，傳感器（駐極體話筒）接受轉換成電信號，經(jīng)放大調(diào)理電路后使SB4，接通時間繼電器KT，時間繼電器設定一定時間（一般為5~10分鐘），控制搖擺機構的運動，嬰兒床開始搖動，運動到設定時間后即停止運動。當需要對嬰兒進行英語教學時，按下英語教學開關SB1，使英語教學模塊的繼電器KM1接通，并使英語教學模塊通電。當按下音樂播放開關SB2、故事教學開關SB3，其工作原理和英語教學原理相同。<

12、/p><p><b>　　二、曲柄滑塊機構</b></p><p><b>　　2.1設計分析</b></p><p>　　要實現(xiàn)嬰兒床的連續(xù)搖擺或移動常用的機構有曲柄搖桿機構和曲柄滑塊機構，考慮到所選機構的簡單性以及機構傳力性能的好壞，在這里我們采用曲柄滑塊機構。曲柄滑塊機構有一個重要特點是具有急回特性。故可按行程速比系數(shù)K

13、來設計具有最優(yōu)傳力性能的曲柄滑塊機構。 </p><p><b>　　2.2相關參數(shù)計算</b></p><p>　　在這里我們設計曲柄滑塊機構的滑塊行程H=18cm，行程速比系數(shù)K=1.3，待定設計參數(shù)為a、b和e。 </p><p>　　2.2.1

14、曲柄滑塊機構中最小傳動角γmin的計算</p><p>　　傳動角是四桿機構傳動性能的重要指標之一，工程上常以γ值來衡量機構的傳力性能。傳動角越大，對機構傳動愈有利。</p><p>　　曲柄滑塊機構如圖2所示，圖中AB為曲柄，長度為a，BC為連桿，長度為b，偏心距為e。</p><p>　　圖2 曲柄滑塊機構原理圖</p><p>　　當主

15、動件為曲柄時，隨著其位置不同，γ值亦不同，最小傳動角γ出現(xiàn)在曲柄與滑塊導路垂直的位置，其值為：</p><p><b>　?。?）</b></p><p>　　2.2.2計算極位夾角</p><p>　　如下圖b，現(xiàn)設AC1=X，將X作為設計變量，如果確定了A點的位置，a、b和e也就確定。下面找出a、b和e與設計變量X之間的關系，最終可求出最小

16、傳動角與X的關系表達式：</p><p><b>　　圖3 機構設計圖</b></p><p>　　如圖在△AC1C2中 </p><p><b>　　因為 </b></p><p><b>　　所以 </b></p><p><b>

17、;　　(2)</b></p><p><b>　　又因為 </b></p><p>　　所以 (3)</p><p>　　將 代入 (1)</p><p>　　可得 （4）</p><p>

18、;　　將式（2）、（3）代入式（4），γ的最小值僅為X的函數(shù)，然后對X求導使其導數(shù)等于0，進而可求得γ的最小值。</p><p>　　2.2.3.設計變量 X的取值范圍</p><p>　　當A點位于點時X最小：</p><p>　　當A點位于M點時X取最大:</p><p>　　將已知數(shù)值代入以上各式可得：</p><p

19、>　　X的取值范圍為0～41.437cm，X=10.256cm時，γmin的最大值為18.473°。</p><p>　　2.2.4.曲柄滑塊機構各構件尺寸</p><p><b>　　曲柄a=8.6cm</b></p><p>　　連桿 b=18.8cm</p><p>　　偏心距 e=5.6cm<

20、;/p><p><b>　　三、傳感部分設計</b></p><p><b>　　3.1聲控部分</b></p><p>　　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。駐極體話筒相當于傳感器，駐極體話筒檢測到小孩哭聲，產(chǎn)生電壓變化，經(jīng)過帶通濾波電路，使頻率在300HZ（小孩

21、的哭聲頻率）左右的的聲音通過，避免外部例如腳步、大人說話聲等一系列聲音的干擾，然后通過調(diào)理放大電路后將信號傳給ADC0804芯片進行數(shù)模轉換，最后將信號傳給PLC處理，啟動音樂模塊和搖動模塊。</p><p>　　圖4聲控部分電路原理圖</p><p>　　3.1.1駐極體話筒</p><p>　　駐極體話筒應用十分廣泛，具有體積小、結構簡單、電聲性能好、價格低的特

22、點，廣泛用于盒式錄音機、無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)設置一個場效應管作為阻抗轉換器，為此駐極體電容式話筒在工作時需要直流工作電壓。</p><p>　　聲電轉換的關鍵元件是駐極體振動膜。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)過高壓電場駐極后，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。這

23、樣，蒸金膜與金屬極板之間就形成一個電容。當駐極體膜片遇到聲波振動時，引起電容兩端的電場發(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。因而它的輸出阻抗值很高(Xc=1/2~tfc)，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)接入一只結型場效應晶體三極管來進行阻抗變換。場效應管的特點是輸入阻抗極高、噪聲系數(shù)低。普通場效應管有源極(S)、柵極(G)和漏極(

24、D)三個極。這里使用的是在內(nèi)部源極和柵極間再復合一只二極管的專用場效應管。接二極管的目的是在場效應管受強信號沖擊時起保護作用。場效應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。</p><p>　　3.1.2 ADC0804芯片</p><p>　　ADC0804就是一種A/D轉換器，所謂 A/D 轉換

25、器就是模擬/數(shù)字轉換器（ADC），是將輸入的模擬信號轉換成數(shù)字信號。信號輸入端可以是傳感器或轉換器的輸出，而ADC 的數(shù)字信號也可能提供給微處理器，以便廣泛地應用。</p><p><b>　　四、PLC控制設計</b></p><p>　　4.1 PLC控制設計分析</p><p>　　根據(jù)搖擺及教學控制電路，PLC移位寄存器控制搖擺機構的動

26、力輸入、英語教學模塊的開關、音樂播放模塊的開關以及故事教學模塊的開關。圖中，SB1為英語教學模塊的啟動開關，SB2為音樂播放模塊的啟動開關，SB3為故事教學模塊的啟動開關，SB4為傳感器接受嬰兒聲音的輸入信號，該信號使PLC控制搖擺機構運動，SB為整個嬰兒床的總開關；KM1為控制英語教學模塊的繼電器，當它通電后，觸發(fā)英語教學模塊的啟動，KM2、KM3分別為音樂播放模塊、故事教學模塊的繼電器，KT為時間繼電器，它接受來自傳感器的輸出信號S

27、B4，控制搖擺機構的啟動。</p><p>　　打開總開關后，當嬰兒哭泣（哭聲頻率達到一定值）時，傳感器（駐極體話筒）接受信號并發(fā)出信號SB4，接通時間繼電器KT，時間繼電器設定一定時間（一般為5~10分鐘），控制搖擺機構的運動，嬰兒床開始搖動，運動到設定時間后即停止運動。當需要對嬰兒進行英語教學時，按下英語教學開關SB1，使英語教學模塊的繼電器KM1接通，并使英語教學模塊通電。當按下音樂播放開關SB2、故事教學

28、開關SB3，其工作原理和英語教學原理相同。</p><p>　　4.1.1現(xiàn)場器件與PLC內(nèi)部等效繼電器地址編號的對照表</p><p>　　根據(jù)搖擺及教學控制電路選定與各開關、器件等現(xiàn)場器件相對應的PLC內(nèi)部等效繼電器的地址編號，對照表1所示</p><p>　　表1 現(xiàn)場器件與PLC內(nèi)部繼電器對照表</p><p>　　4.1.2 PLC

29、與現(xiàn)場器件的實際安裝接線圖</p><p>　　根據(jù)表1，畫出PLC與現(xiàn)場器件的實際連接圖，如下圖所示。</p><p>　　圖5 PLC與現(xiàn)場器件的連接</p><p><b>　　4. 1.3梯形圖</b></p><p>　　滿足圖5搖擺及教學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。</p&

30、gt;<p>　　圖 6 PLC梯形圖</p><p><b>　　五、三維模擬圖 </b></p><p><b>　　圖7 總體部分</b></p><p><b>　　圖8 拆分圖</b></p><p><b>　　六、總結</b>

31、</p><p>　　多功能智能型嬰兒床系統(tǒng)的開發(fā)涉及到電子、機械、自動控制等多個學科領域，是一個綜合性的應用研究課題。由于水平有限本文著重以簡單實用為前提，設計了具有多功能的嬰搖擺兒床。整個系統(tǒng)可靠性較高，比較實用，而且易于維護和擴展。</p><p><b>　　七、參考文獻</b></p><p>　　【1】機電傳動控制 張海根主編 高等