自动旋转餐桌的设计

摘要 编号 淮安信息职业技术学院毕业论文题 目自动旋转餐桌的设计学生姓名杨磊学 号系 部电气工程系专 业机电一体化班 级指导教师龚希宾顾问教师揭志远二一三年十月摘 要随着社会不断进步，科技在飞速发展，电子技术早已经渗透到各个领域，人们的生活也随时代不断改善,餐桌也产生了质的变化，传统餐桌已经满足不了我们对更加完美的追求。本文介绍的思想一种利用多普勒效应实现客人伸手夹菜时，电机随机停止运行，客人伸手夹菜结束电机恢复旋转功能的控制系统，不需要设置任何按钮，这也是该餐桌的设计最大亮点。考虑安全、方便等因素 ，具体介绍了利用多普勒效应检测人体位置和动作的电路方案，以单片机为控制核心的控制系统的电路方案及用蜗轮蜗杆的机械传动机构的构成等，使自动餐桌的设计智能化、人性化，使我们就餐更加舒适。也通过此系统的研究可以使我可以全面的掌握系统开发的流程，为今后开发更好的智能化自动旋转餐桌作参考。 关键词：自动旋转餐桌 多普勒效应 单片机 蜗轮蜗杆机构AbstractWith the continuous progress of society,with the rapid development of science and technology,electronic technology has already penetrated into all fields,The life of people also with times and continuously improve the,the table also produced a qualitative change,The traditional table can not meet our pursuit of a more perfect.This paper introduces the thought a guest for food using Doppler effect,Motor random stop running,Control system for motor recovery after guests dishes rotation function,Do not need to set any button, which is the biggest bright spot table design.Considering the factors of safety, convenience, concretely introduces the circuit scheme of body position and motion detection using the Doppler effect, the circuit scheme of the control system of control core and a mechanical transmission mechanism of the worm and worm gear structure with single chip microcomputer as,The automatic table design intelligent, humanization, make us eat more comfortable.Through the study of this system can make I can fully understand the development process of the system,For the future development of better intelligent automatic rotary dining table for reference.Key words: Automatic Lazy Susan Doppler Effect Monolithic Microcomputer ,worm and turbine StructureI目录目 录摘 要I第1章 绪论11.1 前言11.2 课题目的及意义21.3 课题设计主要内容2第2章 硬件电路的设计32.1 主要器件的选择32.1.1运放32.1.2调制与解调32.1.3 单片机的选择52.1.4 电路器件表62.2系统硬件电路的设计72.2.1 电路系统框架设计72.3完整的硬件电路设计82.3.1转盘结构设计82.3.2 超声波检测电路设计102.3.3处理及控制电路设计12第3章 系统软件的设计143.1 电路软件设计的总体思路14第4章 系统的综合调试154.1 变速系统154.2 多普勒效应的检测输出调试154.3 整体布局与调整15第五章 结论16致 谢17参考文献19III第1章 绪论1.1 前言 中国的餐饮文化可以追溯几千年，但是旋转餐桌却是外来品。根据现有资料，最早的旋转餐桌是出现在18世纪中期的英国，至今已经有200多年的历史；而旋转餐桌被国人普遍接受，则是在20世纪晚期。短短的数年时间，餐桌可以旋转已经被人们认为是饭店餐桌必备的功能。目前，中国大陆、港台以及东南亚部分地区是使用旋转餐桌最集中的地区。这其中，中国，95%以上的餐馆、酒店都配置了旋转餐桌。而且，随着人们经济条件的改善，旋转餐桌进入家庭的普及率也越来越高。而且，科技发展到今天，和人们生活紧密相关的产品都在朝着更方便、经济、实用、高效的方向发展。无线电让生活更美好已经不再是一句空泛的口号。旋转餐桌也是一样，手动向自动的转化是必然的趋势。手动转盘无论从结构上还是技术上，都已经非常成熟，趋于完善，竞争已经趋于白热化。以产品来讲，一个成熟产品和巨大的市场代表着必然需要有新的替代产品出现来打破竞争，达到新的平衡。在结构和技术上，手动转盘产品已经做到了极致。随着社会不断进步，科技在飞速发展，电子技术早已经渗透到各个领域，人们的生活也随时代不断改善。唯一能够突破的一点就是手动与自动的区别。根据市场调研，电动旋转餐桌以逐渐被一些高档的餐馆所启用，但均需依靠人工或遥控等方式来改变餐桌的旋转情况，其智能化、人性化程度较低。本文利用传感器知识，电力拖动知识，单片机技术研发的自动旋转餐桌，依照市场的需求，在设计和制作的时候充分考虑到智能化，人性化的设计，并以最低成本来达到目的。我们设计和制作一种利用多普勒效应实现客人伸手夹菜时，电机随机停止运行，客人伸手夹菜结束电机恢复旋转功能的控制系统，不需要设置任何按钮，这也是该餐桌的设计1最大亮点。考虑安全、方便等因素，我们采用可充电电池来提供能量并且可以随意放置在现用的餐桌的转盘系统中。1.2 课题目的及意义 培养我们严肃认真的科学态度和求实的工作作风，形成正确的世界观，掌握科学的方法论。 培养我们综合应用所学基础理论、专门知识、基本技能，发现。分析、解决与设计相关的实际问题的能力，以及从事其他科学研究工作或负担专门技术工作的基本能力。 训练我们作为本专业学生在实践工作中应用书本阅读来解决实际操作方面的问题，训练我们的逻辑思维和表达能力，以及训练在团队中的团结合作互帮互助的品质。 本设计的意义以降低产品成本，减小产品体积和降低单片机出错率为着手点，尽量使自己的设计在同一类产品中有较大的竞争优势。在保证高可靠性的前提下，本设计选择了合适的低成本电路。成本低、高效环保，推广性大，是我设计的重要内容。1.3 课题设计主要内容 本课题设计的主要内容是硬件电路的设计、软件电路设计、最后的系统的综合调试，其中包括主要器件的选择，如单片机的选择，设计框图及完整的硬件电路图、软件电路的的绘制。19第2章 硬件电路的设计 第2章 硬件电路的设计2.1 主要器件的选择 2.1.1运放 LM324是四运放集成电路，它采用14脚双列直插塑料封装，外形如图所示。它内部包含四组形式完全相同的运算放大器，除电源外，四组运放相互独立，其管脚排列见图2-1所示。 图2-1 LM324管脚排列 由于LM324四运放电路具有电源电压范围宽，静态功耗小，可单电源使用，价格低廉等优点，因此采用本设计所采用。2.1.2调制与解调 LM567为通用音调译码器，当输入信号小于通带内时提供饱和晶体管对地开关，电路由I和Q检波器构成，由电压控制震荡器驱动震荡器确定译码器中心频率。用外接原件独立设定中心频率带宽和输出延迟。 LM567主要用于震荡、调制、解调、和遥控编、译码电路。如电力线载波通信，对讲机亚音频译码，遥控等。 在设计中，LM567是系统电路的主要功能块，其内部结构如图2-2所示。LM567的主要性能指标如下： 逻辑兼容输出具有100mA电流吸收能力；可调带宽从0%至14%；宽带信号输出与噪声的高抑制；对信号抗干扰；高稳定的中心频率；中心频率调节从0.01HZ到500kHZ；电源电压5V-15V；图2-2 LM567的内部结构示意图2.1.3 单片机的选择 ATMEL2051是带有2KBFlash可编程序、可擦除只读存储器的低压、高性能八位CMOS微型计算机。它采用ATMEL的高密非易失存贮技术制造，并和工业标准51指令集和引脚结构兼容。通过在单块芯片上组合通用的CPL1和lash存储器，使ATMEL2051成为一强劲的微型计算机。的、它为许多嵌入式控制应用提供了高度灵活的成本的解决方法。 ATMEL2051提供以下标准功能：2KBFlash存储器：128字节RAM：15条I/o引线：2个16位定时器/计数器，一个5向量2级中断结构：一个全双工窜行口：一个精密模拟比较器以及片内振荡器和时钟电路。 由于ATME2051的通用性和廉价特点，目前已被大多数小型控制系统所采用。本设计中，单片机的作用主要是用于多普勒效应检测电路输出信号的检测,控制信号的输出及相关延时功能等，ATMEL2051单片机的功能和容量，仪完全适用于本设计，故为本设计所采用。2.1.4 电路器件表表2-1 检测电路器件表 表2-2控制电路器件表2.2系统硬件电路的设计2.2.1 电路系统框架设计电源低电压报警电路 超声波发射电路人体运动与距离检测电路直流电机单片机处理电路电机控制电路 超声波接收电路直流电源图2-3电路系统框图 电路系统主要由检测电路、处理电路、电源（电池）检测报警电路、电机控制电路构成，电路系统由可充电电池供电，并在底盘上设置开关和充电口。2.3完整的硬件电路设计2.3.1转盘结构设计 图2-4为转盘结构示意图，台面组件采用目前通用的手动转盘结构，其中心轴延伸出传动齿轮（蜗轮），电机与转盘间采用蜗轮蜗杆传动机构，以达到相应减速的要求，如图2-5所示。底盘上相间分布超声波发射、接收器件（分别采用并联方式）。 图2-4 转盘结构示意图 图2-5 蜗轮蜗杆传动机构2.3.2 超声波检测电路设计 图2-6中，LS1和LS2均为电压高音喇叭组，用来发送和接收超声波。电路核心为567锁相环集成电路，完成发送和接收的双重功能。第脚方波输出，其频率由R6调整，送至Q3后，由其发射极耦合至由Q2和Q4组成的功放部分，最后推动LS1向外发送超声波。接收超声波由另一喇叭组LS2完成，经Q7和Q6的两级高增益放大后送至第脚，只要接受信号频率在567的宽带之内，D1便可发光。 567的调频输出脚为第脚，信号由此脚经电容C4送至超低频但晶体管放大级Q5的基极，放大后送至背压整流电路C13、D3、D4、C14和R20、R21，是FM信号变成模拟电压输出给电压比较器（迟滞型）最后经电压比较、电压跟随电路输出给控制电路。工作时，发送部分和接收部分同时进行，将LS1和LS2相间对准四周。若目标不动，则收到的超声频率与发射频率相同，输出为零；若目标靠近并移动，则根据多普勒效应按接收频率比发送频率或高或低，输出不再是零，移动越快，读数越大。R20用于调节测控距离。图2-6 超声波信号检测电路2.3.3处理及控制电路设计 图2-7 信号处理与控制电路 图27 为信号处理与控制电路，超声波检测电路将夹菜信号送至单片机（P3.4）后，单片机便检测到相应信号，并使P1.1置零，使电机停止运转；当P3.4脚信号消失后，单片机经适当延时后又使P1.1置1，使电机恢复运行。单片机的另一功能是电池电压检测与报警，当9V电池电压降到8V一下时，电压比较器将给单片机提供欠压信号，单片机便启动欠压报警电路，通知用户充电。第3章 系统软件的设计3.1 电路软件设计的总体思路电路通电后，初始化端口，使P3.4、P3.5、P1.1、P1.2均置零，随即检测有无夹菜信号，若无，则启动电机运行；随后检测电池电压是否充足，若无欠压情况，则重复检测夹菜信号，否则，启动报警电路，并转入检测夹菜信号。当检测到有夹菜信号时候，P1.1置零，电机停止运行，单片机作适当延时后重复检测夹菜信号，知道信号消失后转入电机运行状态。3.2 系统软件的程序框图图3-1 系统程序框图第4章 系统的综合调试第4章 系统的综合调试4.1 变速系统 电路采用小型直流电机，工作电压为6v。实际试验时，电机所加工作电压可在大范围调节（1.5v-6v），电机均能保证一定的转动力矩。变速系统若采用蜗轮蜗杆传动机构，减速效果明显，其缺点是在停电时，有自锁现象。本设计正在虑使用非蜗轮蜗杆传动机构，以免自锁现象的发生。4.2 多普勒效应的检测输出调试 电路中，LM567(2) 脚对地电容器C16的选择十分关键。太大，多普勒效应不明显，太小，不能有效去除高频成分。R20用于控制检测灵敏度，可视实际桌子尺寸进行调节。4.3 整体布局与调整 各电压陶瓷片按并联接方式进行，按收发间隔式均布在座子外侧，实际调整时需加抗振垫片。第5章 结论第五章 结论 通过设计、制作自动餐桌，培养了我们电子技术综合能力和开发能力，也让我们的分析问题和解决问题的能力得到提高。在这次设计中，我们明白了电子系统设计的一般过程，强化了prote1的使用，也将多门课程的内容进行了大融合，提高了实际应用能力。 在设计中，查阅了许多资料，拓宽了自己的知识面，解决了许多设计中遇到的问题。比如，在设计中，应该运用那种控制电路，需要什么样的器件等。以前的知识仅局限与书本上，只知道老师说用哪个就用哪个，从不考虑为什么甚至不去注意这个系统相对于别的来讲有什么区别和优点。通过这次设计，知道了学习是不是为了别人而是自己，要从理论甚至实质上来把握。通过这次设计，又重新温习了以前学过的知识，把丢了的部分重新捡起来，明确了各种元器件的功能和电子电路的设计思想。 总之，在这次毕业设计中，我们学会了许多的知识，是大学三年来所学知识的综合运用，切实感受到设计的苦与乐。在这里希望各位老师提出意见和建议，我们定会努力学习改进，争取作出更大的进步 。致谢致 谢美好的大学生活随着毕业设计的结束也接近了尾声。在半年的时间，从选题到设计再到最终完成，经历了诸多环节。在这个过程中，有工作的艰辛，有勤劳的汗水，有失败的迷茫，也有成功的喜悦。在刚开始设计时，我遇到了不少问题，如系统的整体布局，机构的形状，应该先设计哪个机构等各种问题。我通过各种途径寻找解决的办法，终于在我不断努力的情况下找到了与之相识的解决办法。在设计过程中经过和同学交流与请教，更清晰了整个系统的大概轮廓。上大学后，很多同学都没有过深入的交流，在设计的过程中，我用了分阶段的方式，同时在一定的阶段找同学共同讨论，以解决分工中个人不能解决的问题，在交流中大家积极发言，和提出意见，我认真的完成了这次课程设计。个人认为这次设计有一次很好的锻炼了自己的组织能力与思考能力，挺高了处理应变与问题的能力。 在学习的过程中，不是每一个问题都能自己解决，向老师请教或向同学讨论是一个很好的方法，在此衷心感谢给过帮助的老师