基于单片机的自动换灯器设计-开题报告

中 北 大 学毕业设计开题报告学 生 姓 名：学 号：学 院 、 系 ： 信息与自动化学院专 业 ： 电气工程及其自动化专业设 计 题 目 ： 基于单片机的自动换灯器指 导 教 师 : 2013 年 3 月 15 日毕 业 设 计 开 题 报 告1结合毕业设计情况，根据所查阅的文献资料，撰写 2000 字左右的文献综述：文 献 综 述1.1 课题提出的背景和意义目前，人们更换较高位置的灯泡，一般都需要借助梯子或是凳子，爬到高处，手工更换这些灯具，费事又危险。对于年老体弱或是生活不便的人来说，更换灯泡无疑是一个巨大的挑战，而对于物业公司、市政部门等需要频繁且大量进行灯泡更换的有关单位来说，手工更换更是个浪费人力浪费时间的举动。 随着社会进程的推进，机械化在生产生活中得到相当大的应用，利用自动化机械代替人工解决问题成了社会发展的趋势。 当前，为了解决更换灯泡的问题，不少发明爱好者和专业的研究机构尝试过采用机器来代替人工进行灯泡的更换 1。本自动换灯器是一种利用自动化原理实现自动更换灯泡的装置。它由动力模块，夹持模块，拆装模块，监控模块，电子控制模块以及支架支座等部分组成，能够自如地夹持住灯泡并把灯泡旋进或旋出灯泡座，从而完成灯泡的安装和拆卸。 在工作时，工作人员在地面操作台上启动装置，换灯器支架在电子升降装置的作用下完成伸长、缩短等一系列动作。当升降杆调整至合适位置时，电子控制系统驱动舵机摆动，进而带动机械臂夹紧灯泡，使得安装在机械臂上的电机与灯泡密切接触。此时驱动电机转动，将带动灯泡旋转完成灯泡的安装和拆卸。整套装置在单片机的全程控下以确保操作的准确性。 自动换灯器集自动控制、体系结构、动力输出、实时检测等众多技术与一体，是自动化、智能化技术高度发展的产物，也是一个国家自动化水平的有力体现，在日常生活中具有很大的应用前景 2。 1.2 国内外研究状况到目前为止国内的一些企业有一些关于换灯器的产品推出来，一般市面上我们所见到的一些产品都是要手动进行操作的，自动换灯器目前来说还是空缺.手动的换灯器一般是基于一根长杆，杆顶有一个灯泡固定器.下面举几种我们常见的换灯器 3 .例一：本实用新型涉及一种换灯器，包括长杆，其特征在于：所述长杆的一端设置有用于抓紧灯泡塑料头的松紧爪，所述松紧爪具有多个松紧指，所述长杆内设置有用于驱动松紧爪松开和收紧的丝杆螺母结构，所述松紧指分别通过活动连接杆与螺母相连接，所述长杆的另一端设置有用于驱动丝杆旋转的驱动装置。本实用新型方便用户更换高空灯泡，克服了现在高空更换灯炮的难题，操作简单、快速且安全 4 5。如下图所示例二 本实用新型一种高空换灯器，含有杆体和扳手，在杆体前端装有固定爪，在固定爪的对应面通过活动连接销设有活动爪，形成一对爪体，所述固定爪和活动爪的前端设有前端凸起；在杆体的上下段设有下固定扣和上固定扣，在下固定扣的下面通过活动连接销设有扳手，所述扳手的上端连接柔性刹车线，所述柔性刹车线的另一端穿过下固定扣和上固定扣与活动爪的下端连接，在活动爪下端至上固定扣之间的柔性刹车线上套接有弹簧，扳手的扳动能带动所述活动爪的张合。本实用新型能适应多种路灯灯泡的更换，它能方便地卡住路灯灯泡并拧下来，固定好新的灯泡后再装上去，操作非常方便 6 7。如下图所示.总结：我就对以上国内已有的换灯器做了已有的了解之后不难发现都有一个共同的问题就是目前市面上的换灯器一般都是要手动进行操作的，对于一些危险地区灯具的拆换就会存在一定的安全隐患所以对灯具的自动拆换就显得很有必要 8.下面我对本次课题将要做的自动换灯器做一下简单的介绍1.基本构思：对于这次自动换灯器的设计我们要用到单片机，步进电机，升降杆，杆顶吸盘，红外传感器.首先用红外传感器测出杆顶吸盘与灯泡的距离，然后计算出步进电机应该旋转的圈数使升降杆往上升使吸盘与灯泡紧密的结合，然后用异步电机控制吸盘旋转同时升降杆下降将灯泡拆下 9.2.对用到的主要部件国内外的发展状况进行简介2.1 AT89S51 单片机单片机品种繁多，就应用情况看，应用最广者当属 Intel 公司的 MCS-51 系列 8 位机。在 Philips 等公司推出新一代 80C51 系列单片机后，各种型号的 80C51 层出不穷。MCS-51 系列单片机是 Intel 公司在总结 MCS-48 系列单片机的基础上于 20 世纪 80年代初推出的高档 8 位单片机。MCS-51 系列的制成及发展与 HMOS 工艺的发展密切相关 ，HMOS 是高性能的 NMOS 工艺。而 CMOS 与 HMOS 工艺的结合则产生了 C-HMOS 工艺的产品，例如 80C51、80C31 等。这类产品既保持了 HMOS 高速和高封装密度的特点，又具有 CMOS 低功耗的优点。C-HMOS 工艺的单片机具有掉电保护和冻结运行两种独特的处理方式。4.1.1 引脚功能如图 4-1-1 所示 Error! Reference source not found.VCC：接正极电源 +5vGND：接地RST：复位信号输入引脚XTAL1，XTAL2：接外部晶振引脚，外部时钟电路如图1-6P0，P1，P2，P3：不扩展功能作双向 I/O 口用，访问外部存储器时，P2 ， P0 分别做地址总线高低 8 位地址 10 11。2.2 步进电机步进电机最早是在1920年由英国人所开发。1950年后期晶体管的发明也逐渐应用在步进电机上，这对于数字化的控制变得更为容易。以后经过不断改良，使得今日步进电机已广泛运用在需要高定位精度、高分解性能、高响应性、信赖性等灵活控制性高的机械系统中 12 13.在生产过程中要求自动化、省人力、效率高的机器中，我们很容易发现步进电机的踪迹，尤其以重视速度、位置控制、需要精确操作各项指令动作的灵活控制性场合步进电机用得最多。步进电机作为执行元件，是机电一体化的关键产品之一, 广泛应用在各种自动化控制系统中。随着微电子和计算机技术的发展，步进电机的需求量与日俱增，在各个国民经济领域都有应用 14 15 16.2.3 升降杆目前国内外的升降杆主要用于雷达的探测装置也有部分用于天线的升降 17，升降杆按外形来分主要有3种即圆柱形，方形和人字形，按驱动形式分有液压型，气动型和电动形.不同形式的升降杆有其各自的特点根据其使用条件使用要求的不同有着各自的使用范围.例如国内生产的圆柱形升降杆一般能升至15米左右的高度大概能承重200kg左右的物品.由于本次研究课题基本对升降杆没什么要求我们选最简易的升降杆即可 18 19 20.参考文献:1包卫平，李雅娴.升降高杆照明灯设计.杭州:杭州科技职业技术学院.2011-11-152何翠瑜.内置手动天线升降杆设计.河北:信息产业部五十四所.2001-10-083冯光.采用自抗扰控制器的高性能异步电机调速系统.北京: 清华大学电机工程与应用电子技术系.2001-10-224陈亚风.50 米升降杆的设计与力学分析.南京:南京理工大学.2008-12-165张木旺.新型换灯器.中国专利网.2012-09-19.6黄斌，易云剑.煤车安装简易升降杆更换上升管.华菱涟钢焦化厂.2009-11-197申广建.基于 RS-485 的单片机与三菱变频器通讯的多电机控制研究.陕西: 西安交通大学装备智能诊断与控制研究所.2011-04-228胡文华，王正茂.基于电机控制专用单片机的 SPWM 变频器.陕西:西安交通大学2002-12-119刘琨伟.移动通信车天线升降杆的选用及抗风计算.济南：济南萨博特种汽车有限公司.2011-06-0310钱欣.异步电机变频调速控制策略的研究.合肥:合肥工业大学.2008-05-0111曾午平.剪叉式液压升降台参数设计及结构分析.太原:太原科技大学.2009-07-0112邓志全，王晓琳.无轴承异步电机的转子磁场定向控制.南京:南京航空航天大学自动化学院电气工程系。2003-03-（23）13 Buja E S;Indri G B Optimal Pulse Width Modulation for Feeding AC Motor 1997(01)14张芸.串励电动机控制器软件设计与实现.江苏:苏州大学.2005-10-0515王伟，赵文祥.基于 DSP 的感应电机控制.农机研究所.2004-（5）16PASSINO K M，YURKOUIC L sFuzzy controlPhot-oprint editionBeijing：Tsinghua University Press200117杨艳.升降平台动力学分析.重庆:西南大学.2009-05-0118齐素然.五节结构伸缩臂的结构原理.机械工程师.2007-11，140-14119汪兰天.水平旗杆升降系统安全冗余度的研究.天津:天津大学.2007-08-0120Teax Instrument Implementation of a Speed Field Orientated Control ofThree Phase AC Induction Motor Using TMS320F240，BPRA076 毕 业 设 计 开 题 报 告本课题要研究或解决的问题和拟采用的研究手段（途径）：2.1 本课题要解决的问题1、精准确定升降杆与灯泡方位相一致，在吸盘底部装一只激光笔发出光线打到灯泡上易于肉眼观察调整升降杆的方位。2、测出灯泡高度将数据传送给单片机，单片机发出信号控制异步电机转动使升降杆往上升到达一定高度之后，单片机发出信号使其停止上升，控制另外一个异步电机转动带动吸盘旋转将灯泡卸下.3、用 keil 软件进行编程将程序导入单片机中进行模拟.2.2 拟用研究的手段（途径）1.定量分析法：大致估算灯泡的大概高度，和灯泡所在的方位使吸盘能准确与灯泡相吻合（肉眼观察）2.定性分析法：通过对距离的测量，精确的计算出步进电机应该旋转的圈数当升降杆接触灯泡并且与其相吻合