电动婴儿床设计课程设计.docx
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电动婴儿床设计课程设计
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1
2.1设计分析1
2.2相关参数计算1
2.2.1曲柄滑块机构中最小传动角γmin的计算2
2.2.2计算极位夹角2
2.2.3.设计变量X的取值范围3
2.2.4.曲柄滑块机构各构件尺寸4
三、传感部分设计4
3.1声控部分4
3.1.1驻极体话筒4
3.1.2ADC0804芯片5
四、PLC控制设计5
4.1PLC控制设计分析5
4.1.1现场器件与PLC内部等效继电器地址编号的对照表6
4.1.2PLC与现场器件的实际安装接线图6
4.1.3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5~10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γmin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γ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，γ值亦不同，最小传动角γ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），γ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γ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0～41.437cm，X=10.256cm时，γmin的最大值为18.473°。
2.2.4.曲柄滑块机构各构件尺寸
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。
因而它的输出阻抗值很高（Xc=1/2~tfc），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。
3.1.2ADC0804芯片
ADC0804就是一种A/D转换器，所谓A/D转换器就是模拟/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
4.1PLC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，KM2、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5~10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1
X400
SB2
音乐播放开关2
X401
SB3
故事教学开关3
X402
SB4
传感器输出信号4
X403
SB
总开关
X404
FR
热继电器
X405
现场器件
说明
内部继电器地址
输
出
KM1
继电器1
Y430
KM2
继电器2
Y431
KM3
继电器3
Y432
KT
时间继电器
T451
4.1.2PLC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5PLC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6PLC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涉及到电子、机械、自动控制等多个学科领域，是一个综合性的应用研究课题。
由于水平有限本文着重以简单实用为前提，设计了具有多功能的婴摇摆儿床。
整个系统可靠性较高，比较实用，而且易于维护和扩展。
七、参考文献
【1】机电传动控制张海根主编高等教育出版社
【2】机械原理孙恒陈作模葛文杰主编高等教育出版社
【3】机械设计璞良贵主编高等教育出版社
【4】电工学秦增煌主编高等教育出版社
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