電動嬰兒床設計課程設計

1、重慶三峽學院課程設計題 目 電動嬰兒床設計 院 系 機械工程學院 專 業(yè) 機械設計制造及其自動化 年 級 2009級 組員姓名指導教師完成課程設計時間 2013 年 4 月目 錄 摘 要I引 言I一、整體方案設計（各功能）1二、曲柄滑塊機構12.1設計分析12.2相關參數(shù)計算12.2.1曲柄滑塊機構中最小傳動角min的計算22.2.2計算極位夾角22.2.3.設計變量X的取值范圍32.2.4.曲柄滑塊機構各構件尺寸4三、傳感部分設計43.1聲控部分43.1.1駐極體話筒43.1.2 ADC0804芯片5四、PLC控制設計54.1 PLC控制設計分析54.1.1現(xiàn)場器件與PLC內部等效繼電器地址

2、編號的對照表64.1.2 PLC與現(xiàn)場器件的實際安裝接線圖64. 1.3梯形圖7五、三維模擬圖7六、總結8七、參考文獻8摘 要嬰兒睡覺時常會醒來哭，可能在在深夜、也可能在父母做飯或其他繁忙時刻，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。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。引 言 隨著科技越來越發(fā)達，智能的嬰兒床也開始越來越多

3、地受到人們的青睞。搖床精美的外觀設計和流暢的線條，帶給人質的美感，優(yōu)質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。1、 整體方案設計（各功能）圖 1 搖擺及教學控制電路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。其控制電路如圖1，接通電

4、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，經放大調理電路后使SB4，接通時間繼電器KT，時間繼電器設定一定時間（一般為510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。二、曲柄滑塊機構2.1設計分析要實現(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

5、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來設計具有最優(yōu)傳力性能的曲柄滑塊機構。 2.2相關參數(shù)計算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。 2.2.1曲柄滑塊機構中最小傳動角min的計算傳動角是四桿機構傳動性能的重要指標之一，工程上常以值來衡量機構的傳力性能。傳動角越大，對機構傳動愈有利。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。圖2 曲柄滑塊機構原理圖當主動件為曲柄時，隨著其位置不同，值亦不同，最小傳動角出現(xiàn)在曲柄與滑塊導路垂直的位置，其值為： （1）2.2.2計算極位夾角如下圖

6、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，最終可求出最小傳動角與X的關系表達式：圖3 機構設計圖如圖在AC1C2中 因為 所以 (2)又因為所以 (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X求導使其導數(shù)等于0，進而可求得的最小值。2.2.3.設計變量X的取值范圍 當A點位于點時X最?。?當A點位于M點時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，min的最大值為18.473°。2.2.4.曲柄滑塊機

7、構各構件尺寸 曲柄a=8.6cm連桿 b=18.8cm 偏心距 e=5.6cm三、傳感部分設計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，產生電壓變化，經過帶通濾波電路，使頻率在300HZ（小孩的哭聲頻率）左右的的聲音通過，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。圖4聲控部分電路原理圖3.1.1駐極體話筒 駐極體話筒應用十分廣泛，具有體積小、結構簡單、電聲性能

8、好、價格低的特點，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。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(D)三個極。這里使用的是在內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。3.1.2 ADC0804芯片 ADC0804就是一種A/D轉換器，所謂 A/D 轉換器就

10、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。四、PLC控制設計4.1 PLC控制設計分析根據(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，K

11、M2、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SB4，控制搖擺機構的啟動。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510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。4.1.1現(xiàn)場器件與PLC內部等效繼電器地址編號的對照表根據(jù)搖擺及

12、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內部等效繼電器的地址編號，對照表1所示表1 現(xiàn)場器件與PLC內部繼電器對照表現(xiàn)場器件說明內部繼電器地址輸入SB1英語教學開關1X400SB2音樂播放開關2X401SB3故事教學開關3X402SB4傳感器輸出信號4X403SB總開關X404FR熱繼電器X405現(xiàn)場器件說明內部繼電器地址輸出KM1繼電器1Y430KM2繼電器2Y431KM3繼電器3Y432KT時間繼電器T4514.1.2 PLC與現(xiàn)場器件的實際安裝接線圖根據(jù)表1，畫出PLC與現(xiàn)場器件的實際連接圖，如下圖所示。圖5 PLC與現(xiàn)場器件的連接4. 1.3梯形圖滿足圖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。圖 6 PLC梯形圖五、三維模擬圖圖7 總體部分圖8 拆分圖六、總結多功能智能型嬰兒床系統(tǒng)的開發(fā)