家庭式自动推拉大门的设计.doc

目录1引言.12方案的选择.12.1红外感应方式的选择.12.2门的类型的选择.33系统图.54工作原理.65模块介绍.95.1红外感应模块.95.2机电控制模块.115.3大门模块.135.3.1木材的选用.135.3.2大门的设计.135.3.3轴承的选择.145.3.4轴的选择.145.3.5电动机的选择.145.3.6减速器的选择.155.3.7齿轮齿条的选择.15结束语.16致谢.16参考文献.1611引言随着社会的不断进步，人们不断去追求舒适的，方便的，智能化的生活环境。于是相应的电子产品产生，自动门同样出现在人们的生活中。随着门的技术、性能日趋成熟、完善，它被广泛应用在政府机关、银行、医院、商业、工业等不同行业，改善了人们的生产生活条件。自动门的控制方式日趋多样化，有继电器控制，单片机控制，PLC控制等等。同时，人们也比较喜欢清静的居住环境，城市郊区的乡村院落时尚典雅，环境相对较好，是人们比较理想的选择。在各种自动化的家具中，院落大门是其中的重要一项。目前，自动门主要有自动平移门、自动平开门、自动旋转门、自动圆弧门、自动气密门以及自动屏蔽门。带有红外感应的自动平移门在现在的市场上比较常见，这种门的工作流程是当有人站在大门前时，红外感应立刻采集到相应的信号，传递给控制部分，控制部分进行相应的判断，实现大门的启动，延时，等到人们通过之后，大门自动关闭，非常适合院落式居住家庭，但是，目前的各种自动门的外型豪华，各种控制器件价格昂贵，主要应用在比较高级的场合，造价高，这种原因导致自动大门没能走进普通家庭，鉴于此，本设计本着经济实用的原则，选用各种廉价的元件，经过适当的组合，形成自动门的各个组成部分，即实现了既定的控制要求，又降低了成本。本设计主要应用在家庭式的院落大门，主要有红外感应，继电器控制和大门的设计几部分组成，优点主要是非接触式控制，造价低，性价比高，缺点是功能相对简单，灵敏度不高。2方案的选择本设计控制系统是采用红外线控制，红外线控制是个很广泛的技术领域，它是通过一定的技术对被控物体实施一定距离的控制,红外探测器能探测到人体运动的红外光谱，人体运动产生相应的信号将触发相应控制电路，大门会自动打开，十分方便。2.1红外感应方式的选择红外线接收解调专用集成电路CX20106的控制：它的电路外围还需要接一些电阻和电容元件，做成印刷板时需要把二极管、三极管、电阻、电容、集成块做在一块，并且外壳需要金属封装，因此体积比较大，抗干扰能力也比较弱，长期使用会使它的频率发生偏移，现在市场上这种红外接收已被淘汰。TX05D反射式红外控制：实际上是一种一体化的红外线发射，接收器件，它内部包含红外线发射，接收及信号放大与处理电路，能够以非接触形式检测出前2方一定范围内的人体或物体，并转换成高电平信号输出。由于TX05D内部采用了低功耗器件和抗干扰电路，所以工作稳定可靠，性能优良，可广泛应用于各种自动检测，本器件属模块化产品，全部电路焊装在一只46x32x17mm（不包括安装支架）的塑料盒内。盒的侧面设有状态指示和灵敏度调节孔，一只红色发光管用来指示开关的工作状态，平时熄灭，有反射物时发光。灵敏度调节孔用来调节反射检测距离，顺时针调整距离增大，逆时针调距离减小。TX05D通过一条1.5米的双芯屏蔽线作为输出引线，其中红色线为电源正极，白色线为输出端，铜网接电源负极。白色线静态时为低电平，有反射物时输出高电平。实际应用时，如需加长引出线，可选用相同材质的双芯屏蔽线即可。但是它的检测距离与工作电压有关，电压越高检测距离越远。在TX05D的前方或侧面不应有大面积的阻挡物或反射物，影响其正常工作。所以根据本设计的要求不宜采用这种控制电路1。红外线二极管控制：使用红外发光二极管获得近红外光是相当简便的。红外发光二极管是一种由PN结构成的注入电流型发光器件，在加上合适的正向偏置电压后，就可以发出一定波长的近红外光。红外发光二极管的特性：红外线是一种不可见光，人眼是觉察不到的。电子技术中是用红外发光二极管(又称红外发射二极管)来产生红外线。常用的红外发光二极管(如SE303、PH303)，其外形和发光二极管LED相似，红外发光管正向导通工作时，发出红外光(近红外线约0.93m)。二极管的管压降约1.4V，工作电流一般小于20mA。为了适应不同的工作电压，二极管的回路中常串有电阻作为二极管限流电阻。采用红外线二极管去控制受控装置时，受控装置中均有相应的红外光电转换元件，如红外接收二极管，光电三极管等。红外线发射与接收的方式有两种，其一是直射式，其二是反射式。直射式是指发光管和接收管安放在发射与受控物的两端，中间相距一定距离；反射式指发光管和接收管并列在一起，平时接收管始终无光照，在发光管发出的红外光遇到反射物时，接收管收到反射回来的红外线时工作。双管红外发射电路，可提高发射功率，增加红外发射的作用距离。本设计的红外光发射电路中，NE555时基振荡器产生一定占空比的脉冲信号，驱动红外发光二极管，使其发射出一系列等幅的红外光脉冲信号。在红外接收电路中，光电探测器（红外光电二极管）用来将接收到的红外脉冲信号转换成相应的电信号。光电接收管在没收到红外光信号时，光电管中流过的电流很小，即只有很小的“暗电流”，负载上无电脉冲信号输出；当有红外光脉冲信号照射时，光电管的内阻急剧减少，电流增大，并在负载电阻上得到相应的电脉冲信号。由于检测出的信号微弱，需经电压放大器放大后，输出正极性脉冲信号，加至触发电路，使触发器可靠翻转，并输出规范的控制信号，驱动执行机构动作。红外发射、接收电路均有完整的配套器件，这些器件不仅售价低而且可3靠，电路简单。依据本课题的要求使用这种控制方式最为经济。2.2门的类型的选择目前，市场上的门主要有平开门，折叠门，推拉门，伸缩推拉门，升降门，卷帘门，各种大门的示意图如图12所示。.图1各种大门示意图实现门的开启和关闭的电机主要有两种，分别是直线电机和转动电机，门的数量主要单扇和双扇，也有四扇的，门的性质主要分为两种，刚性的和伸缩的，这些门的各种特点的关系可用图2加以简单的说明。4平开门技术途径直线电机驱动转动电机驱动双扇门转动电机驱动转动电机驱动四扇折叠门双扇门刚性门伸缩门推拉门刚性门卷帘门升降门单扇门转动电机驱动双扇门单扇门直线电机驱动转动电机驱动直线电机驱动转动电机驱动直线电机驱动转动电机驱动直线电机驱动转动电机驱动图2大门的技术实现途径本设计主要考虑成本的高低，各种电动门的成本表1所示，显然，推拉单扇门的造价最低。各种门的优缺点如下：平开门的优点：地面不用安装导轨，减少了行车的颠簸和设施的造价，适用于大门两侧有建筑物的场合；缺点：需要有开门的相应空间，门在开启的过程中，在以门宽为半径的活动范围内不能有障碍物。5表1电动大门的技术组合类型转动电动机直线电动机传动机构执行机构门体机构数量/门成本平开门两扇简单2较低四扇折叠简单4较高推拉门刚性单扇简单1较低简单1最低刚性双扇简单2较高简单2较高伸缩单扇复杂1高复杂1高伸缩双扇复杂2较高复杂2较高升降门简单1较低卷帘门较复杂1较低推拉门，推拉门是指大门沿门宽方向移动，优点，结构简单，它所需要的空间较小，因为沿门宽方向移动，基本不需要其余空间，门的材料可以选用木材或者其它的，造价最低；缺点，地面需要安装导轨，考虑靠家庭应用，导轨的材料不需要太昂贵，主要是结实耐用，比如水泥的材料就行。伸缩门的优点：外观豪华大方，很好的塑造企事业单位的形象，重量轻；缺点：结构复杂，造价高，维修不方便。综上所述，本设计选用推拉单扇门。3系统图本设计是由多个模块组成，整个设计主要有红外感应模块，机电控制模块，大门模块等3大模块组成。系统各模块之间的关系示意图如图3所示。图3系统总体框架红外模块中采用反射式收发模式，发光管和接收管并列在一起，平时接收管始终无光照，只在发光管发出的红外光遇到反射物时，接收管收到反射回来的红外线才工作。双管红外发射电路，可提高发射功率，增加红外发射的作用距离机电控制模块中采用互锁继电器控制，避免短路事故的发生，红外感应模块红外感应模块机电控制模块大门模块6中采集到的信号控制互锁继电器，实现电机的正转和反转的转换，延时继电器实现大门的延时环节，确保人们安全通过。大门模块中采用木质大门，时尚经济。大门的拖动选用齿轮齿条传动，因为齿轮齿条传动稳定性高，所以大门在开启和关闭的过程中都比较平稳。本设计中各个具体部分的关系如图4所示。图4各部分具体关系4工作原理在本设计中，感应探测器负责采集外部信号，如同人们的眼睛，当有移动的物体进入它的工作范围时，它就给主控制器一个脉冲信号；动力马达：提供开门与关门的主动力，控制自动感应门门扇开启和关闭的动作。