电磁式交互式电子白板振动装置设计.doc

摘 要随着电磁式交互电子白板运用的设计制造日渐成熟，其运用也日渐广泛。在电子白板的用户中，近90%来自教育行业，近10%来自商业用户，其它为军事、政府等机构，由此可看出电子白板在教育领域受到了广大师生的亲睐。但电子白板属于精密的电子仪器，对于其内部结构的紧密性和稳定性又很高的要求，所以设计一台电子白板振动装置是很具有重要的理论意义和实用价值的。本设计通过对振动装置的调查和研究，对装置的原理和结构进行了探讨和分析，提出了装置运动系统的设计思路。其次，讨论和确定了装置的总体结构布局。本装置的运动系统分为主运动系统和振动系统，主运动系统采用卷扬机控制吊机起吊以吊起载物台达到多角度振动的目的，振动系统选择了电磁式激振器，内部电磁线圈通入交流电后，铁心与衔铁发生相对振动而达到起振的目的。再次，对装置电路结构和组件部件的选用进行了详细的计算和选取。本设计所述的电子白板振动装置，有着安装方便、结构简单、制造成本低等优点，主要运用与中型电子白板的检验。关键词：电子白板；电磁振动；运动系统。Abstract With the electromagnetic interactive whiteboard application in design and manufacture of increasingly mature, its use has become widespread. The electronic whiteboard users nearly 90% from the education industry nearly 10% from business users, the other for military, government and other institutions, which can be seen in the field of education electronic whiteboard by teachers and students of the pro-lai. But the electronic whiteboard to sophisticated electronic equipment for its internal structure, tightness and stability and very high demand, so the design of an electronic whiteboard vibration detecting device has the important theory significance and the practical value. Based on the investigation and Study on vibration detecting device, the detecting device principle and structure was discussed and analyzed, put forward the detection device motion system design. Secondly, discuss and determine the detection device structure layout. The device of the motion system is divided into a main motion system and the vibration system, main movement system adopts winch control crane hoist to lift stage reach multi-angle vibration detection purposes, vibration system selects electromagnetic vibration exciter, the internal electromagnetic coil into alternating current, caring and the armature relative vibration and the vibration objective. Once again, the detector circuit structure and assembly of components of a detailed calculation and selection.The electronic whiteboard detection device, has convenient installation, simple structure, low manufacturing cost advantages, main application and medium-sized electronic whiteboard detection.Keywords:Electronic whiteboard; Electromagnetic vibration; Motion system. 目 录摘要IAbstractII第1章 绪论1 1.1 电磁式交互电子白板简介1 1.2 电磁式交互电子白板起源及其发展情况3 1.2.1 电磁式交互电子白板起源及其国外发展情况3 1.2.2 电磁式交互电子白板国内发展情况3 1.3 研究电磁式交互电子白板振动装置的目的和意义3第2章 系统分析及方案制定4 2.1 基本参数4 2.2 总体布局要求4 2.3 总体方案确定5 2.4 总体方案工作原理6 2.5 振动装置运动系统方案设计6 2.5.1 振动装置的总体结构6 2.5.2 运动方案8第3章 主运动系统的设计及校核9 3.1 振动体系的选型9 3.1.1 整体结构9 3.1.2 激振器9 3.1.3 激振器安装情况10 3.2 卷扬机的选型11 3.2.1 卷扬机介绍11 3.2.2 卷扬机计算与选型12 3.2.3 卷扬机安装情况15 3.3 减震器弹簧的初步选型与计算17 3.3.1 初选参数17 3.3.2 计算弹簧丝17 3.3.3 弹簧丝安装情况19 3.4 载物台转动轴的初步选型与计算20 3.4.1 转动轴基础参数的初选20 3.4.2 转动轴的强度校核20 3.4.3 转动轴轴承基础参数的计算22 3.4.4 转动轴及轴承的安装情况24 3.5 吊钩弹簧的初步选型与计算24 3.5.1 初选参数24 3.5.2 计算弹簧丝25 3.5.3 弹簧丝及吊钩安装情况27第4章 控制电路部分设计28 4.1 系统设计思想28 4.1.1 系统概述28 4.2 系统硬件设计28 4.2.1 单片机与PC机串口通信电路28 4.2.2 AT89S51和三相异步电机的接口器件29 4.2.3 外部控制30 4.2.4 AT89S51和激振器的连接电路31 4.3 AT89S51等元件介绍32 4.3.1 AT89S51简单介绍32 4.3.2 AT89S51主要性能特点32 4.3.3 AT89S51管脚说明32 4.3.4 MAX232简单介绍35 4.3.5 MAX232关键特性35 4.3.6 MAX232管脚说明35 4.3.7 8155 简单介绍36 4.4 总电路图38结论39致谢40参考文献41CONTENTSAbstractIChaptert 1 Introduction11.1 Electromagnetic interactive whiteboard.1 1.2 Electromagnetic interactive whiteboard origin and development3 1.2.1 Electromagnetic interactive whiteboard origins and developments abroad3 1.2.2 Electromagnetic interactive whiteboard domestic and development situation3 1.3 Studies the electromagnetic interaction whiteboard vibration detecting device of the purpose and significance of3Chapter 2 System analysis and project4 2.1 Basic parameters4 2.2 The overall layout requirements4 2.3 Overall scheme5 2.4 Overall plan principle6 2.5 Detector motion system design6 2.5.1 Detection device structure6 2.5.2 Motion scheme8Chapter 3 Main motion system design and verification9 3.1 Vibration system selection9 3.1.1 Whole structure9 3.1.2 Exciter9 3.1.3 Vibrator installation10 3.2 hoist Selection11 3.2.1 Hoist is introduced11 3.2.2 Calculation and selection of windlass12 3.2.3 Hoist installation15 3.3 Shock absorber spring preliminary selection and calculation17 3.3.1 Primary parameters17 3.3.2 Calculation of spring wire17 3.3.3 Spring wire installation19 3.4 Atage rotary shaft preliminary selection and calculation20 3.4.1 Rotating shaft foundation parameters primaries20 3.4.2 Rotating shaft strength check20 3.4.3 Rotating shaft bearing basic parameter calculation22 3.4.4 Rotating shaft and bearing installation24 3.5 Hook spring preliminary selection and calculation24 3.5.1 Primary parameters24 3.5.2 Calculation of spring wire25 3.5.3 Spring wire and hook installation27Chapter 4 Control circuit design28 4.1 System design idea28 4.1.1 System overview28 4.2 Hardware system design28 4.2.1 Single-chip computer and PC serial communication circuit28 4.2.2 AT89S51 and three-phase asynchronous motor interface device29 4.2.3 External control30 4.2.4 Detection circuot31 4.3 AT89S51components are introduced32 4.3.1 AT89S51brief introduction32 4.3.2 AT89S51main features32 4.3.3 AT89S51pin description32 4.3.4 MAX232brief introduction35 4.3.5 MAX232key characteristics35 4.3.6 MAX232pin description35 4.3.7 8155 a brief introduction36 4.4 The total circuit diagram38Conclusion39Thanks40Reference41 XI第1章 绪 论1.1 电磁式交互电子白板简介磁感应式电子白板主要由电子白板、无线电子笔和软件组成。当电子笔在电子白板上投影仪投影区域内书写或操作时，电子白板通过电磁感应的原理可以检测并捕捉到电子笔发射的电磁波从而形成精确定位，并通过连接网线将该信息传送给所连接的计算机，从而构成一个完整的交互演示系统。交互式电子白板可以与电脑进行信息通讯，将电子白板连接到PC，并利用投影机将PC上的内容投影到电子白板屏幕上，在专门的应用程序的支持下，可以构造一个大屏幕、交互式的协作会议或教学环境。利用特定的定位笔代替鼠标在白板上进行操作，可以运行任何应用程序，可以对文件进行编辑、注释、保存等在计算机上利用键盘及鼠标可以实现的任何操作。先科红外交互式电子白板也支持复印，将电子白板直接与打印机连接，通过特定的白板笔进行板书，需要打印时，只需按下面板上的打印键即可实现彩色或黑白打印。还可以作为PC白板使用，将电子白板与PC相连，此时的电子白板就相当于一个面积特别大的手写板，可以在上面任意书写、绘画并即时的在PC上显示，文件保存为图形文件。此功能一般需要一个专用的应用程序支持。如果通过特定的应用程序如MICROSOFT的NETMEETING，交互式电子白板就可以通过网络与其他办公室、会议室进行交流，实现网络会议。电子白板是一个较新的产品，它汇集了尖端电子技术、软件技术等多种高科技手段研发的高新技术产品，它通过应用电磁感应原理，可以结合计算机和投影机，可以实现无纸化办公及教学，它可以象普通白板或教学黑板一样直接用笔书写，然后输到电脑里去，相对于投影机、普通白板，电子白板有其自身的优点。以下就是电子白板的优点介绍： 1. 通常我们开会，演讲的人需要不停的在白板上书写着自己的要点重点，而听讲的人就需要不停的记录，生怕有所遗漏，有了电子白板以后只需认真听讲就可以了，演讲的人书写完之后，只需轻按一下按键或按一下遥控器，就可以把白板上书写的内容完完整整的打印下来，只需几秒钟的时间；或者使用电脑的人只需轻按一下按键或按一下遥控器，就可以把白板上书写的内容完完整整的输入到电脑里，非常方便，具有普通白板不可比拟的优势。 2. 普通白板通常书写一段时间后，墨迹斑斑，很难擦净，电子白板都使用质地较好的白板模，轻轻一擦，就可以擦的十分干净，再配上厂家赠送的白板护理液，定期护理，使白板常用常新。 3. 电子白板由于采用模来书写，可以做成多幅的书写板面，一面书写完就可以翻到下一幅面书写，另外，为了满足现代化办公的需要，雅谷电子白板有几款产品把电子白板的其中一个幅面改成投影幕布，更加方便公司会议的需求，我们要书写时可以书写，要投影时，不需要再打开幕布，只需按一下按键，白板就自动更换到投影幕布。 4. 现在电子白板也和其它电子产品一样，更新换代的速度很快，现阶段，新型的互动式电子白板也可以做到电脑里的文档或一幅图可以在白板显示出来，我们只需要一只电子笔，就可以任意在白板修改电脑里的东西，而且幅面可以做到比教学用的黑板还要大，这更加方便了我们的教学与会议。而且还可以通过与视频会议系统相连，实现远程开会与远程教学。其工作形式如下图1-1所示：图1-1 电子白板工作简图1.2 电磁式交互电子白板起源及其发展情况1.2.1 电磁式交互电子白板起源及其国外发展情况电子白板最先是在欧美国家兴起的，加拿大SMART科技公司在1991年首先向市场推出第一块交互式电子白板。在2001年前后电子白板已经具备一定的市市场，并且高速发展，至2006年前后，全球出货量达到近40万台，2007年保持了10%以上的增长速度，2008-2009年是电子白板市场的爆发期，增长速度达50%以上。在电子白板的用户中，近90%来自教育行业，近10%来自商业用户，其它为军事、政府等机构。1.2.2 电磁式交互电子白板国内发展情况 我国的电子白板发展起步相对较晚，在1995年引进了第一块交互式电子白板，到2006年仍没有形成一个完整的产业，全国出货量仅仅只有不到一万台，但增长速度惊人，到2009年，中国的电子白板经过3年高速增长，产品和技术应用不断深入，总出货量达到6万台以上。在中国的电子白板用户中，近95%来自教育行业，其它行业只占有极小的部分。随着新的解决方案不断推出，大大提高了用户的应用层次，同时有力的推动了教育信息化跨步前进。对教育领域有很大的贡献。选择电子白板时，应尽量选择品牌的白板，如松下，巨龙，南极洲（Antarc），普乐士等产品，品牌的白板不管是在板面材质，功能，还是在软件支持等都要远远好于一些杂乱的品牌。 1.3 研究电磁式交互电子白板振动装置的目的和意义本设计的目标是通过参照相关的振动国标设计出的系统，对电磁式交互电子白板在运输或者运行中可能因为振动或颠簸造成的影响或损坏进行提前的预防和控制。电磁式交互电子白板在如今的社会已经得到了普遍的运用，尤其是在教学方面更是运用广泛。本设计能在电磁式交互电子白板投入使用前，更好的振动其在防震方面的性能，避免因运输或者使用导致的振动，使其发生损坏而对运用者产生不便，让电磁式交互电子白板能更好的发挥其性能，为人们服务。第2章 系统分析及方案制定2.1 基本参数白板为1700mm1200mm，重量为30kg，振动激励频率范围：5 Hz 22 Hz振动幅度：0.25mm振动加速度2.5m/s2.2 总体布局要求振动装置总体布局的基本要求有以下几点：1. 首先必须满足如振动范围、工作精度和经济性等各种要求；2. 确保实现既定振动方法所要求的载物台的振动，在经济合理的条件下，尽量采用合理的吊机机构，以简化机构，提高传动精度；3. 确保振动装置具有与所要求的振动工作相适应的弹性、热变形及噪音水平；4. 应便于观察振动过程，便于操作、调整和维修，便于输送、装卸工件和清理。注意防护，确保安全；5. 结构简单，合理可靠，便于加工和装配；6. 体积小，重量轻，节约原材料，降低制作成本，缩小占地面积外形美观大方。 表面形成运动的影响:不同角度的振动需要考虑不同的布局方案，多角度的运动是振动的关键。由此可知，多角度的运功直接决定了振动装置布局的形式是影响振动装置布局的决定性因素。因而，在布局振动装置时，必须根据振动及其工作角度要求，全面且综合地考虑工作方法及运动，以期作出具有较好技术经济效果的布局设计。 振动装置运动分配的影响:振动装置的运动分配不同。对于同一种运动分配的布局，由于多角度振动的设置及其工作结构形式的不同，也将使振动装置的布局出现变化。在分配振动装置运动时，应注意以下几点：1. 移动部件的重量应尽量轻。在其他条件相同的情况下，越小，所需电机功率和传动件的尺寸也越小。2. 应有利于提高工作精度。3. 应有利于提高振动装置刚度，缩小占地面积。 2.3 总体方案确定 通过查阅相关书籍资料，设计振动装置如图2-1所示两种方案，布局方案(a):载物台右侧通过内部轴与支撑板上的轴承配合。以千斤顶将载物台顶起实现多角度放置振动。此种方案优点为结构简单，缺点为实现困难，多角度振动时没有弹簧进行减震。布局方案(b):载物台右侧通过内部轴与支撑板上的轴承配合。以吊机将载物台吊起从而进行多角度放置振动。此种方案优点为操作方便，在吊钩上加弹簧，解决了多角度振动没有弹簧减震的问题。缺点是体型较大。经过以上比较，充分考虑到布局的基本要求、影响布局的基本因素及振动装置的基本参数，采用方案(b）。 (a) (b) (a)方案一 (b)方案二 图2-1 振动装置布局简图2.4 总体方案工作原理由载物台、吊机机架、运动系统和控制系统等组成。有两种工作状态，一是载物台水平放置通过激振器起振进行振动，二是用吊机将工作台调到选定位置，再通过激振器起振进行振动。工作原理图如下图2-2所示： 图2-2 工作原理图通过PC主机将输出信号处理发送到单片机，通过单片机分别控制发动机和激振器起振，发动机带动卷扬器控制载物台升降。2.5 振动装置运动系统方案设计本部分着重研究在确定了总体布局型式后对振动装置各部分方案的选择，它包括：激振器的选择和参数、载物台的结构型式和参数、减震器的结构型式和参数、卷扬机的选择和参数、吊机支撑架的结构型式和参数、弹簧吊钩的结构型式和参数、载物台内旋转轴的结构型式和参数。2.5.1振动装置的总体结构总体结构入下图2-3所示：图2-3 总体结构简图机械结构作为振动装置的硬件部分，是实现振动的重要部分。振动装置的机械几何结构由以下几部分组成： 1. 底座部分:作为振动装置整体的基础，承担整个机体的重量，要求稳定坚固。底座由底下的四只脚与地面接触； 2. 减震器部分:减震器部分分为水平减震和多角度振动减震两部分，水平减震为载物台下方的减震器，多角度减震为带有弹簧的吊钩。 3. 载物台部分: 载物台分为水平和多角度放置两种情况，水平支撑由四块侧面固定板和两块底部支撑板组成，主要用来固定和支撑载物台，多角度放置时通过载物台一端内部的轴与轴承的配合，另一端用吊机进行起吊，达到多角度放置的目的。 4. 吊机部分: 吊机部分由卷扬机、吊机支撑杆和带弹簧的吊钩组成，把吊钩连接在载物台的吊环上后，卷扬机工作通过吊绳和滑轮将载物台吊起，以便进行多角度振动。2.5.2 运动方案振动装置主运动方案为两种形式，一为水平振动，二为多角度振动，水平放置用固定板和支撑板将载物台水平固定，多角度振动通过吊机将载物台吊起实现。振动装置选择电磁式激振器，内部电磁线圈接入交流电后，通过衔铁和铁心产生的相对运动，使振动板相应的产生振动。 第3章 主运动系统的设计及校核3.1 振动体系的选型3.1.1 整体结构 电磁式交互电子白板规格为1700mm1200mm 30kg，初步选择载物台为1900mm1400mm120mm。初步选择载物台支撑板为450mm125100mm。初步选择载物台前方侧面固定板为550mm150mm50mm。初步选择载物台后方侧面固定板为650mm150mm50mm。初步选择底板为1350mm2000mm20mm。载物台材料选择铝合金，上诉其他部分为45号钢。总重量约为150kg（包含电子白板重量）。3.1.2 激振器激振器（vibration exciter）是附加在某些机械和设备上用以产生激励力的装置，是利用机械振动的重要部件。激振器能使被激物件获得一定形式和大小的振动量，从而对物体进行振动和强度试验，或对振动测试仪器和传感器进行校准。激振器还可作为激励部件组成振动机械，用以实现物料或物件的输送、筛分、密实、成型和土壤砂石的捣固等工作。按激励型式的不同，激振器分为惯性式电动式、电磁式、电液式、气动式和液压式等型式。激振器可产生单向的或多向的，简谐的或非简谐的激励力。在这里选用的是电磁式激振器，其原理是将周期变化的电流输入电磁铁线圈，在被激件与电磁铁之间便产生周期变化的激励力。振动机械中应用的电磁式激振器通常由带有线圈的电磁铁铁芯和衔铁组成，在铁芯与衔铁之间装有弹簧。当向线圈输入交流电，或交流电加直流电，或半波整流后的脉动电流时，便可产生周期变化的激励力，这种激振器通常是将衔铁直接固定于需要振动的工作部件上。1. 激振器选型根据FMA计算出所需激振力大小M为振动体系总质量 A为振动加速度大小代入已知数据M=150kg A=2.5m/sFMA1502.5=382.5N根据下表3-1所示:表3-1 电磁式激振器基本技术参数表 技术参数 JZQ-1 JZQ-2 JZQ-40 JZQ-50 激振力（N） 10 20 400 500 振幅（mm） 3 3 10 11.5 频率范围（Hz） 10-10k 5-15k 10-4k 10-2k 总重量（kg） 0.8 1.9 20 25 因激振力F382.5N，故选择JZQ-40型激振器。3.1.3 激振器安装情况1. 安装情况 将其安装在载物台下方后，如下图3-1所示： 1-螺栓；2-螺母；3-载物台；4