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婴儿自动摇篮的设计论文.doc

婴儿自动摇篮的设计【三维SW】【全套CAD图纸+毕业论文】【原创资料】

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SolidWorks三维图3D

6020-32-M6_214.SLDPRT

6020-50-M10_214.SLDPRT

6050-32-M6-40_214.SLDPRT

6050-50-M10-50_214.SLDPRT

GB894．1-86轴用弹性挡圈A型17.SLDPRT

GB／T276-94深沟球轴承6203.SLDPRT

~$电动摇篮装配图.SLDASM

~$立支架-1.sldprt

吊杆.SLDPRT

底座.SLDPRT

控制器.SLDPRT

摆杆.SLDPRT

摆轴.SLDPRT

摇篮.SLDPRT

摇篮连接座.SLDPRT

横支杆.SLDPRT

横支杆2.SLDPRT

电动摇篮装配图.IGS

电动摇篮装配图.SLDASM

电机.SLDPRT

电机安装板.SLDPRT

界面面板.SLDPRT

立支架.SLDPRT

立支架2.SLDPRT

连接座.SLDPRT

摆杆.dwg

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摇篮控制电路.dwg

电动摇篮装配图.dwg

电机安装板.dwg

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关键词：: 婴儿自动摇篮设计三维 sw 全套 cad 图纸毕业论文原创资料

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摘要

本文设计的一款婴儿自动摇篮，包括控制器、床架、摇篮床、摇摆机构等。本次设计的摇篮车能够监测婴儿的体温、监测婴儿是否尿床、播放MP3和控制摇摆功能，本文利用SOLIDWORKS软件对整个自动摇篮进行三维建模，并导出二维工程图，最后利用AT89S51单片机完成婴儿摇篮车控制系统的设计。

关键词：自动摇篮，控制器，三维建模，单片机

Abstract

with the social life rhythm is more and more intense, the work pressure is more and more big, take care of the baby has become a big problem for some young parents. When a baby is born when the family, the family nursing infants not so plenty of people, often during the day only one person for care, and may be older, labor ability weak elderly, nursing in addition to taking care of the baby, I often have to bear a lot of household work, in a word, the workload is relatively large the labor intensity is large.

An automatic baby cradle is designed in this paper, including the controller, frame, cradle, rocking mechanism etc.. The design of the bassinet capable of monitoring the baby's body temperature, monitoring whether the baby bed wetting, play MP3 and control the swing function, the three-dimensional modeling of the handheld cotton picker using the software SOLIDWORKS, and the output of engineering drawing, finally using AT89S51 microcontroller to complete the design of control system of the baby bassinet.

Keywords: automatic cradle, 3D modeling, controller, MCU

摘要i

Abstractii

第一章引言1

1.1 课题研究的目的及意义1

1.2课题的研究现状及发展趋势1

1.2.1国内的研究现状1

1.2.2国外研究现状2

1.2.3 发展趋势2

1.3 课题设计思路2

1.4 本文主要研究的内容3

第二章自动摇篮的总体方案的设计4

2.1自动摇篮的组成及各部分关系概述4

2.2 自动摇篮驱动方案的确认4

2.3 总体方案拟定4

第三章自动摇篮整体结构的设计6

3.1 驱动电机的选择6

3.2 摇篮框架的设计8

3.3 摇摆机构的设计9

3.4 摇篮床的设计10

第四章摇篮控制系统的设计11

4.1 控制方案设计12

4.2 单片机概述12

4.2.1 单片机的硬件结构12

4.2.2 单片机的引脚14

4.3 系统电路的设计17

4.3.1 声音检测电路17

4.3.2 温度、湿度检测电路17

4.3.3 显示电路18

4.3.4 定时设置电路20

4.3.5 电机驱动电路21

4.3.5 音乐播放、报警电路22

4.3.6 单片机的最小系统22

4.4 摇篮控制系统软件设计23

4.4.1 主程序模块设计23

4.4.2 液晶显示模块设计26

4.4.3 温度、湿度处理模块设计27

4.4.4 键盘扫描模块设计28

4.4.5 电机驱动模块设计30

第五章自动摇篮三维造型的设计31

5.1 Solidworks软件简介32

5.2 零件建模33

5.2.1摇篮连接座三维建模的形成33

5.2.2 立支架的三维建模形成34

5.2.3其他零件的三维模型造型34

5.3零件装配35

5.4三维向二维的转换37

第六章结论38

6.1 本论文所取得的结果39

6.2 技术展望39

参考文献40

致谢41

第一章引言

1.1 课题研究的目的及意义

随着现在社会的生活节奏越来越紧张，工作压力的越来越大，照顾宝宝成了一些年轻父母的一大难题。当家庭中有婴儿出生的时候，对家庭中婴儿的看护不像以前那么人手充足，白天往往只有一个人作看护，且可能是年龄较大的，劳动能力较弱的长者，看护人除了照料婴儿之外，平时往往还要承担大量的家务工作，总之，工作量比较大，劳动强度也较大。如何使看护婴儿成为一项轻松地事情，使看护者能抽出更多的精力去做其他事情？目前，市场上公开使用的婴儿摇篮，基本上是采用秋千的原理制作的。使用时是由专人守在摇篮边不停的摇动，摇篮才能不停地摆动。这类摇篮由于不能长时间自动摇动，因此不但耗费人力，增加劳动强度，且给使用者带来一定的麻烦。并且现有的摇篮笨重体积大，占用室内面积多，使用太费力，看护体力消耗大，特别是在农村，由于幼儿园较少，看小孩成了父母及爷爷奶奶的一种负担，让人苦不可言。

因此，本课题设计一款多功能自动摇床以满足看护者的需要，智能婴儿摇篮和普通摇篮相比，功能强大，声控、遥控、电动、音乐集于一体，能够很好的为宝宝及其监护人提供很大的方便，使婴儿和监护人都能有充足的睡眠环境，使睡眠问题不再困扰婴儿的健康成长和监护人的正常作息。随着社会经济的发展，文化的进步，越来越多拥有宝宝的家庭需要一款智能婴儿摇篮，在未来将体现其优越性，为有宝宝家庭带来幸福，使用看护婴儿不再是一项负担，而是一件娱乐而有趣的事情，使宝宝在音乐的陪伴下成长。

毕业设计是对大学四年所学知识的运用和实践，对婴儿自动摇篮的设计进行尝试，对该领域有进一步的理解和认识，熟悉相关技术标准，巩固机械设计、绘图，电路设计、软件应用等方面知识，提高运用国家标准、设计手册、设计图册等工具能力。

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内容简介：: 浙江师范大学行知学院本科毕业设计 (论文 )开题报告分院工学分院专业机械设计制造及其自动化学生姓名郑伟学号 11556436 指导教师李晓梅职称教授合作导师职称论文题目婴儿自动摇篮的设计一、选题背景和意义 1 选题背景：随着现在社会的生活节奏越来越紧张，工作压力的越来越大，照顾宝宝成了一些年轻父母的一大难题。当家庭中有婴儿出生的时候，对家庭中婴儿的看护不像以前那么人手充足，白天往往只有一个人作看护，且可能是年龄较大的，劳动能力较弱的长者，看护人除了照料婴儿之外，平时往往还要承担大量的家务工作，总之，工作量比较大，劳动强度也较大。如何使看护婴儿成为一项轻松地事情，使看护者能抽出更多的精力去做其他事情？目前，市场上公开使用的婴儿摇篮，基本上是采用秋千的原理制作的。使用时是由专人守在摇篮边不停的摇动，摇篮才能不停地摆动。这类摇篮由于不能长时间自动摇动，因此不但耗费人力，增加劳动强度，且给使用者带来一定的麻烦。并且现有的摇篮笨重体积大，占用室内面积多，使用太费力，看护体力消耗大，特别是在农村，由于幼儿园较少，看小孩成了父母及爷爷奶奶的一种负担，让人苦不可言。 2 选题意义：，因此，本课题设计一款多功能自动摇床以满足看护者的需要，智能婴儿摇篮和普通摇篮相比，功能强大，声控、遥控、电动、音乐集于一体，能够很好的为宝宝及其监护人提供很大的方便，使婴儿和监护人都能有充足的睡眠环境，使睡眠问题不再困扰婴儿的健康成长和监护人的正常作息。随着社会经济的发展，文化的进步，越来越多拥有宝宝的家庭需要一款智能婴儿摇篮，在未来将体现其优越性，为有宝宝家庭带来幸福，使用看护婴儿不再是一项负担，而是一件娱乐而有趣的事情，nts使宝宝在音乐的陪伴下成长。毕业设计是对大学四年所学知识的运用和实践，对婴儿自动摇篮的设计进行尝试，对该领域有进一步的理解和认识，熟悉相关技术标准，巩固机械设计、绘图，电路设计、软件应用等方面知识，提高运用国家标准、设计手册、设计图册等工具能力。二、国内外研究现状、发展动态（ 1）国内研究现状目前，国内各大网店已继推出了一些智能婴儿摇床的产品，得到了一些客户的青睐。如：约翰兔电动婴儿床实木带蚊帐多功智能婴儿摇篮床 bb 宝宝自动摇篮。但在国内市场也有一些婴儿用的摇篮，功能较少，达不到智能化，摇摆幅度也没有进行过检测，主要依靠用户主观感觉来决定系统的运行，不具有科学性，因此还有许多可以研究和进步的空间。（ 2）国内发展动态我国是个人口大国，现在每年出生的婴儿近 1000 多万，而摇篮又是新生儿的必备品，具有很大的发展空间和市场前景。越来越多的厂商开始关注这方面的技术创新和资金的投入。（ 3）国外研究现状美国著名的婴儿产品制造商 4moms 公司近日推出了两团具有自动哄婴儿功能的电动推车，分别是 MamaRoo 和 Origami。卡耐基梅隆大学的机器人工程师们建立一家名为 4moms 的婴儿电子产品公司，该公司总部位于宾夕法尼亚州的匹兹堡。近日，该公司推出了两款具有看护婴儿功能的电动推车。这两款婴儿推车能在婴儿哭闹的时候让孩子情绪平静下来，还能逗得孩子咯咯笑。美国著名的婴儿产品制造商费雪今日推出了一款电动摇篮秋千。如下图所示：nts 此外，英国考文垂大学 4 名男生日前联手发明了一种可使婴儿在自动摇摆中安然入睡的小床。伴随着这种新发明的亮相，摇篮曲以及那些专门用来哄小孩子进入梦乡的枕边故事或许真的会成为历史。目前，由他们设计发明的一张标准尺寸的样板床正在该大学的年度学位展上展出，该展览将于 6 月 9 日结束。不久前，日本一家公司研制成功一种自动婴儿摇篮，当婴儿啼哭时，摇篮便自动摇动。这种被称为 Do-Re-Mi 摇篮是一个可调整的置于一支座上的婴儿座，这个支座不仅是一个暗盒式狭带录音机，而且是一个摇动摇篮的机械装置。当婴儿啼哭时它会自动开机摇动，同时这个暗盒式狭带录音机可以播放预先录下的音乐或婴儿父母的声音。这家制造商说 Do-Re-Mi 摇篮能辨别出幼儿和成年人的声音，以便它不会由于疏忽而突然自动开机，妨碍婴儿的睡眠。（ 4）国外发展动态一些发达国家对生活质量的重视程度相对我国而言比较高，因此，在智能婴儿车的发展方面，这些发达国家已经有了相当成熟的技术。已经开始了广泛的应用。但在这方面的研究仍然没有停止，依然还有很大的技术提升空间。 nts三、研究的内容及可行性分析 1.研究内容：设计一款多功能自动摇床，主要实现如下功能： 1）摇篮自动摇摆功能这是婴儿自动摇床的最基本功能之一。舒适的摇篮摇摆可以帮助婴儿在规律性的摇摆中把情绪稳定下来，安静入睡。本摇摆功能实现摇摆幅度可随意调节，可定时摇摆，可用遥控器在远距离遥控。摇篮采用软悬挂，软驱动，摇动起来无噪音，无振动感，摇摆均匀。 2）音乐播放功能适当的音乐可催眠，可使婴儿变得更聪明。因此本婴儿自动摇床特设音乐播放功能，床内配置有音响系统，可以播放 mp3 音乐。 mp3 音乐可以网上或其他来源下载。婴儿自动摇床控制系统可以从外置的移动存储器中读取这些文件。而且婴儿自动摇床设有母体心音播放功能，可播放模仿婴儿在母体羊水中听到的心跳声，使婴儿睡得更踏实。 3）哭声检测功能婴儿在睡眠中醒来，如果父母不在身边，往往会因为孤独、恐惧、寂寞而啼哭。本设计中实现哭声检测功能，在摇床内安装哭声感应器，当感应到婴儿的哭声时，摇床会自动向远程的遥控器发出报警，并同时使摇篮自动摇摆和播放让婴儿舒适的各种声音、音乐。 4）摇篮的结构设计摇篮车最重要的依然是安全性，这就要求摇篮结构的牢固性，市面上存在很多的结构类型，因此要选择一种最可靠的结构。 5）外形设计摇篮的外观直接影响着该产品的销售量。时尚，新颖，卡通是婴儿摇篮外形最受人们喜爱的款式。这样，不仅能吸引使用者的眼球，还能让宝宝获得一个更愉悦的兴趣。 2.可行性分析（ 1）经济可行性：本课题的设计方案的重心主要是放在理论的计算与资料的查找，所需的经费基本为零。因此，在经济方面是可行的。 nts （ 2）技术上的可行性，智能婴儿车的技术要求基本为本专业的专业知识，虽然所涉及的方面比较广泛，但其主要设计核心在大学均有学习，主要是对这些知识的理解与应用，因此，在技术上也是可行的。（ 3）应用的可行性，本课题的设计成果具有相当广泛的应用市场，随着社会经济的发展，文化的进步，越来越多拥有宝宝的家庭需要一款智能婴儿摇篮，在未来将体现其优越性，为有宝宝家庭带来幸福，使用看护婴儿不再是一项负担，而是一件娱乐而有趣的事情，使宝宝在音乐的陪伴下成长。 nts四、解决的关键问题及难点 1解决的关键问题（ 1）由于该课题尚处于研究开发阶段，所能找到的相关资料及参考比较少，前期的开展工作就遇到了困难。（ 2）婴儿车安全性分析，婴儿车的质量安全是最重要的，宝宝是脆弱的，不能受到一点的伤害，因此在材料的选择和结构的稳定性方面的要求就比较高。（ 3）控制系统，为了让父母能更方便的使用，该婴儿车采用遥控和手动控制的方式，其中还包括 MP3 的控制，尿湿检测装置的控制以及哭声检测装置的控制。 2解决的关键问题的难点（ 1）摇篮摇摆的幅度与频率的计算，为了让智能摇篮的摇摆更适合宝宝的睡眠，一个合适的摇摆幅度和频率是最重要的，我认为模拟宝宝在妈妈怀中的状态是最舒适的，模拟妈妈的摇摆幅度和频率，这就需要大量的参考数据与计算量。（ 2）发动机的选取与电路图的设计，摇篮的电压不能太大，以免对宝宝造成伤害。合理，简单的电路图能让总体结构更轻巧，方便。（ 3）控制系统的编程，单片机的编程，在这方面我的实践能力不是很强，大都还处于理论层次的理解。这是设计过程中一个很大的难点。五、研究方法与技术路线 1. 研究方法（ 1 ）文献搜集法。搜集自动婴儿车的设计方案，结构案例，安全检测，外形设计等相关期刊专著以及网络文献，对资料进行归纳，整理，分类，分析，得出相关的研究成果，为本论文的研究奠定理论基础。（ 2）系统分析法。在整个项目研究过程中，始终贯彻以理论知识为基础，以实践为根本，进行调研分析，以此对本论文进行布局，设计，保证本课题体系结构的逻辑性，科学性和可行性。（ 3）定性与定量分析法。通过计算分析以确定结构的稳定性和安全性和材料的选取。以及通过计算来确定发动机的选取，调速电路图的设计与控制程序的编程。 2. 技术路线 nts 六、论文的进度安排 2014 年 10 月 -2014 年 11 月进行参观调研，收集相关资料，整理资料，完成调研开题报告； 2014 年 11 月 -2014 年 12 月总体结构方案设计，结构分析和设计 2014 年 11 月 -2015 年 01 月三维造型设计；完成外文资料译文 2015 年 01 月 -2015 年 01 月毕业设计中期检查 2015 年 02 月 -2015 年 04 月完成总装配图的绘制，进行仿真设计，运动学分析动力学分析； 2015 年 04 月 -2015 年 05 月撰写毕业设计说明书，准备答辩自动婴儿摇篮的研究研究方案的提出研究内容 1 摇篮自动摇摆功能 2 音乐播放功能 3 哭声检测功能 4 尿湿检测功能 5 摇篮结构设计 6 外形设计理论基础：理论力学材料力学机械设计单片机设计机械原理 PLC 电气控制技术研究方法：文献参考；和指导老师讨论；定量和定性计算；整体方案的确定检测与优化方案 nts七、主要参考文献 1 王珺，董芳，陈孝桢，基于 PLC 和 HMI 控制的自动婴儿摇篮床技术 2 延海霞婴儿摇篮产品设计开发与研究 3 卢文娟婴儿自动摇床的设计 4 刘韶杰，王善根声控 /遥控电动摇篮控制器 5 陈静茹，章若红，秦紫明婴儿摇篮结构安全要求探析 6 邹兴德婴儿哭啼自动摇床制作法 7 于大国机械制造技术基础与工艺学课程设计教程 8 王先奎机械制造工艺学 9 漆汉宏 PLC 电气控制技术 10 孙学强机械制造基础 11 刘鸿文材料力学 1 12 Studies in Computational Intelligence Amir A. F. Nassiraei , Kazuo Ishii 13 Bioinspiration and Robotics Walking and Climbing Robots Daisuke Chugo , Kuniaki Kawabata , Hayato Kaetsu , Hajime Asama , Taketoshi Mishima 八、指导教师意见签名： 201 年月日 nts九、开题审查小组意见开题审查小组组长签名： 201 年月日（这部分内容不少于 3000 字左右） nts nts 毕业设计题目婴儿自动摇篮的设计学生姓名学号系部专业班级指导教师二一五年 X 月 nts 摘要随着现在社会的生活节奏越来越紧张，工作压力的越来越大，照顾宝宝成了一些年轻父母的一大难题。当家庭中有婴儿出生的时候，对家庭中婴儿的看护不像以前那么人手充足，白天往往只有一个人作看护，且可能是年龄较大的，劳动能力较弱的长者，看护人除了照料婴儿之外，平时往往还要承担大量的家务工作，总之，工作量比较大，劳动强度也较大。本文设计的一款婴儿自动摇篮，包括控制器、床架、摇篮床、摇摆机构等。本次设计的摇篮车能够监测婴儿的体温、监测婴儿是否尿床、播放 MP3 和控制摇摆功能，本文利用 SOLIDWORKS 软件对整个自动摇篮进行三维建模，并导出二维工程图，最后利用 AT89S51 单片机完成婴儿摇篮车控制系统的设计。关键词：自动摇篮，控制器，三维建模，单片机 nts Abstract with the social life rhythm is more and more intense, the work pressure is more and more big, take care of the baby has become a big problem for some young parents. When a baby is born when the family, the family nursing infants not so plenty of people, often during the day only one person for care, and may be older, labor ability weak elderly, nursing in addition to taking care of the baby, I often have to bear a lot of household work, in a word, the workload is relatively large the labor intensity is large. An automatic baby cradle is designed in this paper, including the controller, frame, cradle, rocking mechanism etc. The design of the bassinet capable of monitoring the babys body temperature, monitoring whether the baby bed wetting, play MP3 and control the swing function, the three-dimensional modeling of the handheld cotton picker using the software SOLIDWORKS, and the output of engineering drawing, finally using AT89S51 microcontroller to complete the design of control system of the baby bassinet. Keywords: automatic cradle, 3D modeling, controller, MCU nts目录摘要 . i Abstract . ii 第一章引言 . 1 1.1 课题研究的目的及意义 . 1 1.2 课题的研究现状及发展趋势 . 1 1.2.1 国内的研究现状 . 1 1.2.2 国外研究现状 . 2 1.2.3 发展趋势 . 2 1.3 课题设计思路 . 2 1.4 本文主要研究的内容 . 3 第二章自动摇篮的总体方案的设计 . 4 2.1 自动摇篮的组成及各部分关系概述 . 4 2.2 自动摇篮驱动方案的确认 . 4 2.3 总体方案拟定 . 4 第三章自动摇篮整体结构的设计 . 6 3.1 驱动电机的选择 . 6 3.2 摇篮框架的设计 . 8 3.3 摇摆机构的设计 . 9 3.4 摇篮床的设计 . 10 第四章摇篮控制系统的设计 . 12 4.1 控制方案设计 . 12 4.2 单片机概述 . 12 4.2.1 单片机的硬件结构 . 12 4.2.2 单片机的引脚 . 14 4.3 系统电路的设计 . 17 4.3.1 声音检测电路 . 17 4.3.2 温度、湿度检测电路 . 17 4.3.3 显示电路 . 19 4.3.4 定时设置电路 . 20 4.3.5 电机驱动电路 . 21 4.3.5 音乐播放、报警电路 . 22 4.3.6 单片机的最小系统 . 22 4.4 摇篮控制系统软件设计 . 23 4.4.1 主程序模块设计 . 23 4.4.2 液晶显示模块设计 . 26 4.4.3 温度、湿度处理模块设计 . 27 4.4.4 键盘扫描模块设计 . 29 4.4.5 电机驱动模块设计 . 30 第五章自动摇篮三维造型的设计 . 32 5.1 Solidworks 软件简介 . 32 5.2 零件建模 . 33 5.2.1 摇篮连接座三维建模的形成 . 33 nts5.2.2 立支架的三维建模形成 . 34 5.2.3 其他零件的三维模型造型 . 34 5.3 零件装配 . 35 5.4 三维向二维的转换 . 37 第六章结论 . 39 6.1 本论文所取得的结果 . 39 6.2 技术展望 . 39 参考文献 . 40 致谢 . 41 nts 1 第一章引言 1.1 课题研究的目的及意义随着现在社会的生活节奏越来越紧张，工作压力的越来越大，照顾宝宝成了一些年轻父母的一大难题。当家庭中有婴儿出生的时候，对家庭中婴儿的看护不像以前那么人手充足，白天往往只有一个人作看护，且可能是年龄较大的，劳动能力较弱的长者，看护人除了照料婴儿之外，平时往往还要承担大量的家务工作，总之，工作量比较大，劳动强度也较大。如何使看护婴儿成为一项轻松地事情，使看护者能抽出更多的精力去做其他事情？目前，市场上公开使用的婴儿摇篮，基本上是采用秋千的原理制作的。使用时是由专人守在摇篮边不停的摇动，摇篮才能不停地摆动。这类摇篮由于不能长时间自动摇动，因此不但耗费人力，增加劳动强度，且给使用者带来一定的麻烦。并且现有的摇篮笨重体积大，占用室内面积多，使用太费力，看护体力消耗大，特别是在农村，由于幼儿园较少，看小孩成了父母及爷爷奶奶的一种负担，让人苦不可言。因此，本课题设计一款多功能自动摇床以满足看护者的需要，智能婴儿摇篮和普通摇篮相比，功能强大，声控、遥控、电动、音乐集于一体，能够很好的为宝宝及其监护人提供很大的方便，使婴儿和监护人都能有充足的睡眠环境，使睡眠问题不再困扰婴儿的健康成长和监护人的正常作息。随着社会经济的发展，文化的进步，越来越多拥有宝宝的家庭需要一款智能婴儿摇篮，在未来将体现其优越性，为有宝宝家庭带来幸福，使用看护婴儿不再是一项负担，而是一件娱乐而有趣的事情，使宝宝在音乐的陪伴下成长。毕业设计是对大学四年所学知识的运用和实践，对婴儿自动摇篮的设计进行尝试，对该领域有进一步的理解和认识，熟悉相关技术标准，巩固机械设计、绘图，电路设计、软件应用等方面知识，提高运用国家标准、设计手册、设计图册等工具能力。 1.2 课题的研究现状及发展趋势 1.2.1 国内的研究现状目前，国内各大网店已继推出了一些智能婴儿摇床的产品，得到了一些客户的青睐。如：约翰兔电动婴儿床实木带蚊帐多功智能婴儿摇篮床 bb 宝宝自动摇篮。 nts 2 但在国内市场也有一些婴儿用的摇篮，功能较少，达不到智能化，摇摆幅度也没有进行过检测，主要依靠用户主观感觉来决定系统的运行，不具有科学性，因此还有许多可以研究和进步的空间。 1.2.2 国外研究现状美国著名的婴儿产品制造商 4moms 公司近日推出了两团具有自动哄婴儿功能的电动推车，分别是 MamaRoo 和 Origami。卡耐基梅隆大学的机器人工程师们建立一家名为 4moms 的婴儿电子产品公司，该公司总部位于宾夕法尼亚州的匹兹堡。近日，该公司推出了两款具有看护婴儿功能的电动推车。这两款婴儿推车能在婴儿哭闹的时候让孩子情绪平静下来，还能逗得孩子咯咯笑。美国著名的婴儿产品制造商费雪今日推出了一款电动摇篮秋千。此外，英国考文垂大学 4 名男生日前联手发明了一种可使婴儿在自动摇摆中安然入睡的小床。伴随着这种新发明的亮相，摇篮曲以及那些专门用来哄小孩子进入梦乡的枕边故事或许真的会成为历史。目前，由他们设计发明的一张标准尺寸的样板床正在该大学的年度学位展上展出，该展览将于 6 月 9 日结束。不久前，日本一家公司研制成功一种自动婴儿摇篮，当婴儿啼哭时，摇篮便自动摇动。这种被称为 Do-Re-Mi 摇篮是一个可调整的置于一支座上的婴儿座，这个支座不仅是一个暗盒式狭带录音机，而且是一个摇动摇篮的机械装置。当婴儿啼哭时它会自动开机摇动，同时这个暗盒式狭带录音机可以播放预先录下的音乐或婴儿父母的声音。这家制造商说 Do-Re-Mi 摇篮能辨别出幼儿和成年人的声音，以便它不会由于疏忽而突然自动开机，妨碍婴儿的睡眠。 1.2.3 发展趋势我国是个人口大国，现在每年出生的婴儿近 1000 多万，而摇篮又是新生儿的必备品，具有很大的发展空间和市场前景。越来越多的厂商开始关注这方面的技术创新和资金的投入。一些发达国家对生活质量的重视程度相对我国而言比较高，因此，在智能婴儿车的发展方面，这些发达国家已经有了相当成熟的技术。已经开始了广泛的应用。但在这方面的研究仍然没有停止，依然还有很大的技术提升空间。 1.3 课题设计思路 1）参考所有与自动摇篮产品相关数据，了解整个自动摇篮的整机系统的组成。 nts 3 2）自动摇篮整机方案的确认。 3）自动摇篮整机的设计计算，并对主要零部件进行设计校核。 4）婴儿摇篮控制系统的设计 5）自动摇篮整机三维建模。 1.4 本文主要研究的内容设计一款多功能自动摇床，主要实现如下功能： 1）摇篮自动摇摆功能这是婴儿自动摇床的最基本功能之一。舒适的摇篮摇摆可以帮助婴儿在规律性的摇摆中把情绪稳定下来，安静入睡。本摇摆功能实现摇摆幅度可随意调节，可定时摇摆，可用遥控器在远距离遥控。摇篮采用软悬挂，软驱动，摇动起来无噪音，无振动感，摇摆均匀。 2）音乐播放功能适当的音乐可催眠，可使婴儿变得更聪明。因此本婴儿自动摇床特设音乐播放功能，床内配置有音响系统，可以播放 mp3 音乐。 mp3 音乐可以网上或其他来源下载。婴儿自动摇床控制系统可以从外置的移动存储器中读取这些文件。而且婴儿自动摇床设有母体心音播放功能，可播放模仿婴儿在母体羊水中听到的心跳声，使婴儿睡得更踏实。 3）哭声检测功能婴儿在睡眠中醒来，如果父母不在身边，往往会因为孤独、恐惧、寂寞而啼哭。本设计中实现哭声检测功能，在摇床内安装哭声感应器，当感应到婴儿的哭声时，摇床会自动向远程的遥控器发出报警，并同时使摇篮自动摇摆和播放让婴儿舒适的各种声音、音乐。 4）摇篮的结构设计摇篮车最重要的依然是安全性，这就要求摇篮结构的牢固性，市面上存在很多的结构类型，因此要选择一种最可靠的结构。 5）外形设计摇篮的外观直接影响着该产品的销售量。时尚，新颖，卡通是婴儿摇篮外形最受人们喜爱的款式。这样，不仅能吸引使用者的眼球，还能让宝宝获得一个更愉悦的兴趣。 nts 4 第二章自动摇篮的总体方案的设计 2.1 自动摇篮的组成及各部分关系概述自动摇篮主要由执行系统、驱动系统和控制系统组成。执行系统：执行系统是自动摇篮摇摆工作的部件。驱动系统：为执行系统各部件提供动力，并驱动其动力的装置。常用的有液压传动、气压传动和电传动。控制系统：完成自动摇篮实现各种功能的部件。 2.2 自动摇篮驱动方案的确认目前机械设备的主要驱动形式有四大类：液压驱动、气动驱动、电机驱动、内燃机驱动。液压驱动具有输出功率大、控制精度高、可无级调速，反应灵敏，可实现连续轨迹控制等优点。但是液压传动有较多的能量损失 (泄漏损失、压力损失等 )，传动效率相对低。液压传动需要配套设备如：液压站、各种液压控制阀等，它适用于重载、低速驱动，成本高，体积大。然而本文设计的是自动摇篮，完全属于家用，所以液压驱动并不适合。气动驱动功率 /质量比大，体积小，结构紧凑，密封问题较小，成本低。但是气源对于自动摇篮是个问题，所以气压驱动不合适。电机驱动与气动驱动和液压驱动相比，具有能精确定位，反应灵敏，可实现高速、高精度的连续轨迹控制，伺服性好等优点；对于本自动摇篮来说，可以达到要求。 2.3 总体方案拟定因为本自动摇篮的要求是便携，所以本次设计的自动摇篮采用如图 2-1 所示的结构形式： nts 5 图 2-1 自动摇篮方案图自动摇篮的工作原理比较简便，电机带动摇摆轴转动，摇摆轴属于凸轮机构，带动摆杆左右摆动，摆杆的下端和摇篮床链接，在吊杆的作用下使得摇篮作左右摆动工作。 nts 6 第三章自动摇篮整体结构的设计 3.1 驱动电机的选择目前较为常用的电机有直流电机、交流电机和步进电机，对它们的特性、工作原理与控制方式有分类介绍，下面总结如表 3-1 所示：表 3-1 不同电机的特性、工作原理与控制方式电机类型主要特点构造与工作原理控制方式步进电机直接用数字信号控制，与计算机接口简单，没有电刷，维修方便，寿命长。缺点是能量转换效率低，易失步，过载能力弱。按产生转矩的方式可分为：永磁式，反应式和混合式。混合式能产生较大转矩，应用广泛。永磁式是单向励磁，精度高，但易失步，反应式是双向励磁，输出转矩大，转子过冲小，但效率低；混合式是单 -双向励磁，分辨率高，运转平稳。直流电机接通直流电即可工作，控制简单；启动转矩大，转速和转矩容易控制，效率高；需要定时维护和更换电刷，使用寿命短，噪声大。由永磁体定子，线圈转子，电刷和换向器构成。通过电刷和换向器使电流方向随转子的转动角度而变化，实现连续转动。转动控制采用电压控制方式，两者成正比。转矩控制采用电流控制方式，两者也成正比。交流电机没有电刷和换向器，无须维修；驱动电路复杂，价格高。按结构分为同步和异步。无刷直流电机结构与同步电机相同，特性与支流电机相同。分为电压控制和频率控制两种方式。异步电机常采用电压控制。 nts 7 所需电机的功率计算：机器人小车的受力简图如图 2-7 所示：机器人所需的牵引力 : Wfa FFF 式中 aF 机器人移动需要的牵引力 sinmgFW 式中 WF 自身重力而产生的阻力 co smgFf 式中 F 机器人移动所受摩擦力图 2-7 机器人小车的受力简图则有： sinmgFa 式中摩擦系数摆动角度（摆动角度为 30） M 床和婴儿总重量（假设 10KG）则机器人在水平面上运动的功率为： nts 8 NmgF a 50105.010s in WVFP a 501.050 通过以上的比较和计算，我们决定选用广东德昌微电机公司生产的 SRC-555-3250 型直流电动机其外观如图 3-2 所示，技术参数如表 3-2 所示：图 3-2 电动机其外观如图表 2-2 直流电机技术参数表型号额定电压空载最大效率下制动转速电流转速电流力矩功率力矩功率 r/min A r/min A g.cm W g.cm W SRC-555-3250 12v CONSTANT 6100 0.24 5300 1.49 229 12.4 1650 9.20 3.2 摇篮框架的设计摇篮框架是支撑整个摇篮的重要部件，设计要考虑两个方面的因素：第一要提供足够的强度，第二要方便拆装，本次设计的摇篮框架由不锈钢管做成，连接采用连接座连接，方便拆装。其结构图如图 3-3所示： nts 9 图 3-3 摇篮框架结构图 3.3 摇摆机构的设计本次设计的摇摆机构如图 3-4所示。 nts 10 图 3-4 摇篮摇摆机构如图 3-4所示，要来机构是通过直流电机带动摆动轮旋转，摆动轮为凸轮机构，带动摆动杆左右摆动，实现摇摆功能。 3.4 摇篮床的设计摇篮的设计原则是环保，结构牢固，本次设计的摇篮床是采用 PP材料，一次注塑成型，其结构图如图 3-5所示： nts 11 图 3-5 摇篮结构图 nts 12 第四章摇篮控制系统的设计 4.1 控制方案设计本章介绍了由单片机控制的电动摇篮的控制系统。控制模块由 AT89S51 单片机作为控制核心，硬件电路分为声音检测、温度湿度检测、音乐播放、电机驱动、人机交互和报警等模块。该系统的功能是：输入的哭声信号控制摇篮的启动，当有温湿度报警信号输入时，启动报警系统。人机交互是由定时按键和 LCD 组成，摇篮晃动的时间是由按键预置； LCD 可以显示定时时间和婴儿体温、尿床状态。软件部分应用单片机 C 语言实现了本设计的全部控制功能。控制方案图如图 4-1 所示：图 4-1 基本电路框图 4.2 单片机概述 4.2.1 单片机的硬件结构 MCS 51 系列单片机的内部结构框图如图 4-2 所示。 MCS-51 单片机是把那些作为控制应用所必需的基本功能部件都集中在一个尺寸有限的集成电路芯片上。随着大规模集成电路技术的发展，其控制系统已能够取代以前利用复杂电子线路或数字电路构成的控制系统，还可以软件控制来实现，并能够实现智能化。它由如下功能部件组成。（ 1）微处理器（ CPU）。 MCS-51 单片机中有 1 个 8 位的 CPU，它由运算器和控制器等部件组成。 CPU 是单片机的核心部件，决定了单片机的主要功能特性；（ 2）数据存储器（ RAM）。片内为 128 byte（ 52 子系列为 256byte）其片外数据存储nts 13 器的寻址范围为 64KB，用于存放可读写的数据，如运算的中间结果或最终结果等；（ 3）程序存储器（ ROM/EPROM/EEPROM/FLASH EEPROM）（ 8031 和 8032 没有此部件）。其片外可最多可扩只读存储器的容量至 64KB，主要用于存放已编写的程序，也可以存放一些原始数据和表格；（ 4）中断系统。具有 5 个中断源，可编程为 2 个优先级的中断系统。它可以接收外部中断申请、定时器 /计数器中断申请和串行口中断申请。常用于实时控制、故障自动处理、计算机与外设间传送数据及人机对话等；（ 5）定时器 /计数器。片内有 2 个 16 位定时器 /计数器（ 52 子系列有 3 个 16 位定时器 /计数器），具有四种工作方式。它可以设置为计数方式对外部事件进行计数，也可以设置为定时方式进行定时。计数或定时的范围由软件来设定，一旦计数或定时到则向 CPU发出中断请求， CPU 根据计数或定时的结果对计算机或外设进行控制；图 4-2 MCS 51 系列单片机内部结构框图（ 6） 1 个片内振荡器及时钟电路；（ 7） 4 个 8 位并行 I/O 接口（ PO 口、 P1 口、 P2 口、 P3 口） 32 条可编辑 I/O 线，用于并行数据的输入或输出；（ 8） 1 个串行 I/O 接口。它可使数据一位一位地在计算机与外设之间串行传递，可用软件设置为 4 种工作方式，用于多处理机和通讯、 I/O 口扩展或全双工通用异步接收器（ UART）；（ 9）特殊功能寄存器 SFR。特殊功能寄存器共有 21 个，用于控制和管理内部接口工作。实际上是一些控制寄存器和状态寄存器，是一个具有特殊功能 RAM 区。微处理器（运算部件）控制部件 B RAM P0 口 P2 口特殊功能寄存器（ SFR） ROM P1 口串行口定时 / 计数器中断系统 P3 口 nts 14 由此可见， MCS-51 单片机的硬件结构具有功能部件种类全、功能强等特点。 4.2.2 单片机的引脚 AT89S51 单片机芯片为 40 个引脚， HMOS 工艺制造的芯片采用双列直插（ DIP）方式封装，其引脚示意图如图 2-3 所示。 AT89S51 为 40 个引脚中有电源引脚，时钟引脚，控制引脚以及 I/O 口引脚。下面结合图 4-3 来介绍各引脚的功能。图 4-3 AT89S51 单片机引脚示意图 1.电源引脚电源引脚接入单片机的工作电源。（ 1） Vcc（ 40 脚）：接 +5V 电源正端；（ 2） Vss（ 20 脚）：接地端。 2.时钟引脚两个时钟引脚 XTAL1、 XTAL2 外接晶体与片内的反相放大器构成了一个振荡器，它为单片机提供了时钟控制信号。 2 个时钟引脚也可外接独立的晶体振荡器。（ 1） XTAL1（ 19 脚）：接外部石英晶体的一端。在单片机内部，它是一个反相放大器的输入端，这个放大器构成了片内振荡器；（ 2） XTAL2（ 18 脚）：接外部晶体的另一端。在单片机内部，接至片内振荡器的反相放大器的输出端。来自反向振荡器的输出。 3.控制引脚此类引脚提供控制信号，功能如下： nts 15 （ 1） RST/VPD（ 9 脚） RST 即为 RESET，是复位信号输入端，高电平有效。当单片机振荡器工作时，该引脚上出现持续两个机器周期的高电平时，就可完成复位操作，使单片机回复到初始状态。在单片机正常工作时， 9 脚应小于或等于 0.5V 的低电平。 VPD 为本引脚的第二功能，即备用电源输入端。当主电源 Vcc 发生故障，降低到规定值的低电平或掉电时，该引脚将 +5V 电源自动接入 RST 端，为内部 RAM 提供备用电源，以保证片内 RAM 中的数据不丢失，从而使单片机在复位后能继续正常运行；（ 2） ALE/PROG（ Address Latch Enable/PROGramming,30 脚） ALE为地址锁存允许信号 ,当单片机正常工作后 ,ALE引脚不断输出正脉冲信号 .当单片机访问外部存储器时 ,ALE 输出信号的负跳沿用作单片机发出的 8 位地址 (经外部锁存器锁存 )的锁存控制信号 .即使不访问外部存储器， ALE 端仍有正脉冲信号输出 ,此频率为时钟振荡器频率的 1/6。应当注意的是，每当 MCS-51 访问外部数据存储器时（即执行的是 MOVX 指令），在两个机器周期中 ALE 只出现一次，即丢失一个 ALE 脉冲。因此，严格来说，用户不宜用 ALE作精确的时钟源或定时信号。 ALE 端可以驱动 8 个 LS 型 TTL 负载。 /PROG 为本引脚的第二功能。在对片内 EPROM 型单片机编程写入时，此引脚作为编程脉冲输入端；（ 3） /PSEN（ Program Strobe Enable,29 脚）程序存储器允许输出控制端，低电平有效。在单片机访问外部程序存储器时，此引脚输出脉冲负跳沿作为读外部程序存储器的选通信号。此脚接外部程序存储器的 OE（输出允许端）。取指期间，每个机器周期两次 /PSEN 有效，以通过数据总线口读回指令或常数。当访问外部数据存储器时，这两次有效的 /PSEN 信号将不出现；（ 4） EA/VPP（ Enable Address/Voltage Pulse of Programming,31 脚）功能为内 /外程序存储器选择控制端。当 /EA 脚为高电平时，单片机访问片内程序存储器，但在 PC 超过 OFFFH（ 4Kbyte 地址范围，对 8051,8751）时，将自动转向执行外部程序存储器内的程序。当 /EA 脚为低电平时，单片机则只访问外部程序存储器，不论是否有内部程序存储器。对于 8031，因其无内部程序存储器，所以该脚必须接地。 Vpp 为本脚的第二功能。在对 EPROM 型单片机 8751 片内 EPROM 固化编程时，用于施加较高的编程电压。对于 89S51，则加在 Vpp 脚的编程电压为 +5V。 nts 16 4.I/O 口引脚（ 1） P0 口（ 39 脚 32 脚）： P0.0 P0.7 统称为 P0 口。当不接外部存储器与不扩展I/O 接口时，它可作为准双向 8 位输入 /输出接口。当接有外部存储器或扩展 I/O 接口时，P0 口为地址 /数据分时复用口。它分时提供 8 位地址总线和 8 位双向数据总线。 P0 口为一个 8 位漏极开路双向 I/O 口，每脚可吸收 8TTL 门电流。当 P1 口的管脚第一次写 1 时，被定义为高阻态。在 FIASH 编程时， P0 口作为原码输入口，当 FIASH 进行校验时， P0 输出原码，此时 P0 外部必须被拉高；（ 2） P1 口（ 1 脚 8 脚）： P1.0 P1.7 统称为 P1 口，可作为准双向 I/O 接口使用。P1 口管脚写入 1 后，被内部上拉为高，可用作输入， P1 口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。对 EPROM 编程和进行程序验证时， P1 口接收输入的低8 位地址。在 FLASH 编程和校验时， P1 口作为第八位地址接收；（ 3） P2 口（ 21 脚 28 脚）： P2.0 P2.7 统称为 P2 口， P2 口为一个内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口， P2 口缓冲器可接收，输出 4 个 TTL 门电流，当 P2 口被写 “1” 时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。并因此作为输入时， P2 口的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于内部上拉的缘故。当 P2 口用于外部程序存储器或 16 位地址外部数据存储器进行存取时， P2 口输出地址的高八位。在给出地址 “1” 时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时， P2 口输出其特殊功能寄存器的内容。 P2 口在FLASH 编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号；（ 4） P3 口（ 10 脚 17 脚）： P3.0 P3.7 统称为 P3 口。它为双功能口，可以作为一般的准双向 I/O 接口，也可以将每 1 位用于第 2 功能，而且 P3 口的每一条引脚均可独立定义为第一功能的输入 /输出或第二功能。 P3 口的的第二功能，如表 4-1 所示： nts 17 表 4-1 P3 口的第二功能 4.3 系统电路的设计 4.3.1 声音检测电路声音检测是本系统设计中的一个关键部分，要求具有较好的灵敏度和抗干扰能力。驻极体传声器是一种微型声电转换器，这种传声器具有灵敏度高、频率响应范围宽和体积小等优点。在本系统中选用驻极体话筒作为声音检测部分的声音传感器，用其将声音信号变换成电信号。声音检测电路如图 4-4 所示：图 4-4 声音检测电路 4.3.2 温度、湿度检测电路 DHT11 数字温湿度传感器是一款含有已校准数字信号输出的温湿度复合传感器。它应用专用的数字模块采集技术和温湿度传感技术，确保产品具有极高的可靠性与卓越的长期稳定引脚第 2 功能 P3.0 RXD（串行口输入端 0） P3.1 TXD（串行口输出端） P3.2 INT0（部中断 0 请求输入端，低电平有效） P3.3 INT1（中断 1 请求输入端，低电平有效） P3.4 T0（时器 /计数器 0 计数脉冲端） P3.5 T1（时器 /计数器 1 数脉冲端） P3.6 WR（部数据存储器写选通信号输出端，低电平有效） P3

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