电动婴儿床设计课程设计

1、重庆三峡学院课程设计题 目 电动婴儿床设计 院 系 机械工程学院 专 业 机械设计制造及其自动化 年 级 2009级 组员姓名指导教师完成课程设计时间 2013 年 4 月目 录 摘 要I引 言I一、整体方案设计（各功能）1二、曲柄滑块机构12.1设计分析12.2相关参数计算12.2.1曲柄滑块机构中最小传动角min的计算22.2.2计算极位夹角22.2.3.设计变量X的取值范围32.2.4.曲柄滑块机构各构件尺寸4三、传感部分设计43.1声控部分43.1.1驻极体话筒43.1.2 ADC0804芯片5四、PLC控制设计54.1 PLC控制设计分析54.1.1现场器件与PLC内部等效继电器地址

2、编号的对照表64.1.2 PLC与现场器件的实际安装接线图64. 1.3梯形图7五、三维模拟图7六、总结8七、参考文献8摘 要婴儿睡觉时常会醒来哭，可能在在深夜、也可能在父母做饭或其他繁忙时刻，让父母疲惫不堪，既不能休息好也不能做很好的照顾孩子。随着智能机器的行业的不断发展，电动婴儿床越发受到小孩父母的欢迎。为此，我们设计了基于PLC控制的电动婴儿床，当婴儿睡觉哭醒时，可以实现婴儿床的自动摇晃和播放催眠曲。同时，我们设计的婴儿床还加有教学模块和娱乐模块，有助于婴儿智力的发展。此设计，主要涉及到机械原理、机械设计、电工学、传感器等方面的知识。引 言 随着科技越来越发达，智能的婴儿床也开始越来越多

3、地受到人们的青睐。摇床精美的外观设计和流畅的线条，带给人质的美感，优质全木的结构与颜色的和谐搭配，加上环保油漆的精心烤制，尽显购买者的档次与品位，完美的功能和简单方便的操作，给初为父母的你轻松生活的享受，也给宝宝带来一个温馨而舒适的睡眠环境。婴儿常半夜啼哭，父母们往往为了照顾婴儿而疲惫不堪针对上述问题，我们组准备通过设计一个简单又实用的的摇摆床来减轻父母的负担，该设计主要由一个可调速的电动机和滑块曲柄机构来实现下面介绍系统的主要研究思路。1、 整体方案设计（各功能）图 1 摇摆及教学控制电路遥控婴儿床主要由曲柄滑块机构、传感部分、PLC控制器、电动机、教学娱乐部分组成。其控制电路如图1，接通电

4、源后，当婴儿哭泣（哭声频率达到一定值）时，传感器（驻极体话筒）接受转换成电信号，经放大调理电路后使SB4，接通时间继电器KT，时间继电器设定一定时间（一般为510分钟），控制摇摆机构的运动，婴儿床开始摇动，运动到设定时间后即停止运动。当需要对婴儿进行英语教学时，按下英语教学开关SB1，使英语教学模块的继电器KM1接通，并使英语教学模块通电。当按下音乐播放开关SB2、故事教学开关SB3，其工作原理和英语教学原理相同。二、曲柄滑块机构2.1设计分析要实现婴儿床的连续摇摆或移动常用的机构有曲柄摇杆机构和曲柄滑块机构，考虑到所选机构的简单性以及机构传力性能的好坏，在这里我们采用曲柄滑块机构。曲柄滑块机

5、构有一个重要特点是具有急回特性。故可按行程速比系数K来设计具有最优传力性能的曲柄滑块机构。 2.2相关参数计算在这里我们设计曲柄滑块机构的滑块行程H=18cm，行程速比系数K=1.3，待定设计参数为a、b和e。 2.2.1曲柄滑块机构中最小传动角min的计算传动角是四杆机构传动性能的重要指标之一，工程上常以值来衡量机构的传力性能。传动角越大，对机构传动愈有利。曲柄滑块机构如图2所示，图中AB为曲柄，长度为a，BC为连杆，长度为b，偏心距为e。图2 曲柄滑块机构原理图当主动件为曲柄时，随着其位置不同，值亦不同，最小传动角出现在曲柄与滑块导路垂直的位置，其值为： （1）2.2.2计算极位夹角如下图

6、b，现设AC1=X，将X作为设计变量，如果确定了A点的位置，a、b和e也就确定。下面找出a、b和e与设计变量X之间的关系，最终可求出最小传动角与X的关系表达式：图3 机构设计图如图在AC1C2中 因为 所以 (2)又因为所以 (3)将 代入 (1)可得 （4）将式（2）、（3）代入式（4），的最小值仅为X的函数，然后对X求导使其导数等于0，进而可求得的最小值。2.2.3.设计变量X的取值范围 当A点位于点时X最小： 当A点位于M点时X取最大: 将已知数值代入以上各式可得： X的取值范围为041.437cm，X=10.256cm时，min的最大值为18.473°。2.2.4.曲柄滑块机

7、构各构件尺寸 曲柄a=8.6cm连杆 b=18.8cm 偏心距 e=5.6cm三、传感部分设计3.1声控部分声控部分原理电路图如图4所示，主要由驻极体话筒、带通滤波电路、调理放大电路、ADC0804组成。驻极体话筒相当于传感器，驻极体话筒检测到小孩哭声，产生电压变化，经过带通滤波电路，使频率在300HZ（小孩的哭声频率）左右的的声音通过，避免外部例如脚步、大人说话声等一系列声音的干扰，然后通过调理放大电路后将信号传给ADC0804芯片进行数模转换，最后将信号传给PLC处理，启动音乐模块和摇动模块。图4声控部分电路原理图3.1.1驻极体话筒 驻极体话筒应用十分广泛，具有体积小、结构简单、电声性能

8、好、价格低的特点，广泛用于盒式录音机、无线话筒及声控等电路中。由于输入和输出阻抗很高，所以要在这种话筒外壳内设置一个场效应管作为阻抗转换器，为此驻极体电容式话筒在工作时需要直流工作电压。声电转换的关键元件是驻极体振动膜。它是一片极薄的塑料膜片，在其中一面蒸发上一层纯金薄膜。然后再经过高压电场驻极后，两面分别驻有异性电荷。膜片的蒸金面向外，与金属外壳相连通。膜片的另一面与金属极板之间用薄的绝缘衬圈隔离开。这样，蒸金膜与金属极板之间就形成一个电容。当驻极体膜片遇到声波振动时，引起电容两端的电场发生变化，从而产生了随声波变化而变化的交变电压。驻极体膜片与金属极板之间的电容量比较小，一般为几十pF。因

9、而它的输出阻抗值很高(Xc=1/2tfc)，约几十兆欧以上。这样高的阻抗是不能直接与音频放大器相匹配的。所以在话筒内接入一只结型场效应晶体三极管来进行阻抗变换。场效应管的特点是输入阻抗极高、噪声系数低。普通场效应管有源极(S)、栅极(G)和漏极(D)三个极。这里使用的是在内部源极和栅极间再复合一只二极管的专用场效应管。接二极管的目的是在场效应管受强信号冲击时起保护作用。场效应管的栅极接金属极板。这样，驻极体话筒的输出线便有三根。即源极S，一般用蓝色塑线，漏极D，一般用红色塑料线和连接金属外壳的编织屏蔽线。3.1.2 ADC0804芯片 ADC0804就是一种A/D转换器，所谓 A/D 转换器就

10、是模拟/数字转换器（ADC），是将输入的模拟信号转换成数字信号。信号输入端可以是传感器或转换器的输出，而ADC 的数字信号也可能提供给微处理器，以便广泛地应用。四、PLC控制设计4.1 PLC控制设计分析根据摇摆及教学控制电路，PLC移位寄存器控制摇摆机构的动力输入、英语教学模块的开关、音乐播放模块的开关以及故事教学模块的开关。图中，SB1为英语教学模块的启动开关，SB2为音乐播放模块的启动开关，SB3为故事教学模块的启动开关，SB4为传感器接受婴儿声音的输入信号，该信号使PLC控制摇摆机构运动，SB为整个婴儿床的总开关；KM1为控制英语教学模块的继电器，当它通电后，触发英语教学模块的启动，K

11、M2、KM3分别为音乐播放模块、故事教学模块的继电器，KT为时间继电器，它接受来自传感器的输出信号SB4，控制摇摆机构的启动。打开总开关后，当婴儿哭泣（哭声频率达到一定值）时，传感器（驻极体话筒）接受信号并发出信号SB4，接通时间继电器KT，时间继电器设定一定时间（一般为510分钟），控制摇摆机构的运动，婴儿床开始摇动，运动到设定时间后即停止运动。当需要对婴儿进行英语教学时，按下英语教学开关SB1，使英语教学模块的继电器KM1接通，并使英语教学模块通电。当按下音乐播放开关SB2、故事教学开关SB3，其工作原理和英语教学原理相同。4.1.1现场器件与PLC内部等效继电器地址编号的对照表根据摇摆及

12、教学控制电路选定与各开关、器件等现场器件相对应的PLC内部等效继电器的地址编号，对照表1所示表1 现场器件与PLC内部继电器对照表现场器件说明内部继电器地址输入SB1英语教学开关1X400SB2音乐播放开关2X401SB3故事教学开关3X402SB4传感器输出信号4X403SB总开关X404FR热继电器X405现场器件说明内部继电器地址输出KM1继电器1Y430KM2继电器2Y431KM3继电器3Y432KT时间继电器T4514.1.2 PLC与现场器件的实际安装接线图根据表1，画出PLC与现场器件的实际连接图，如下图所示。图5 PLC与现场器件的连接4. 1.3梯形图满足图5摇摆及教学控制电路所示功能的移位寄存器件控制的梯形图如下图4所示。图 6 PLC梯形图五、三维模拟图图7 总体部分图8 拆分图六、总结多功能智能型婴儿床系统的开发