课程设计宠物自动喂食机设计.docx
《课程设计宠物自动喂食机设计.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《课程设计宠物自动喂食机设计.docx（30页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
课程设计宠物自动喂食机设计
摘要
本次设计宠物自动喂食机的基本功能和设计思路，根据给定的规定动作顺序，综合运用所学的基本理论、基本知识和相关的机械设计专业知识，完成宠物自动喂食机理论方案的创新设计，并绘制必要的零部件图，其中包括装置的原理方案构思和拟定；原理方案的实现、传动方案的设计，主要结构的设计简图；设计计算与说明。
宠物自动喂食机设计要求：
定时投放饲料，具有开机自检功能，可以设定开启关闭时间的长短，适应不同宠物食量的需要，使用电动机驱动，其电源应为安全电源。
宠物自动喂食机设计的主要技术关键问题为：
饲料的定时投放，料口的开合角度的确定，定时长短的设计，时间设定模块的组合。
关键字：
单片机设计计算定时机构
1主轴的设计
在宠物自动喂食机上采用直接由电机带动主轴旋转，控制料口的开启和关闭，由于电机选用的是具有自锁功能的直流减速电机，中间不采用减速装置，简化结构设计，使系统的结构尽量的紧凑。
所以直接用电机驱动主轴，省去中间的减速环节。
1.1主轴材料的选择:
主轴的选用45钢，45钢的加工性能较为理想，材料的价格比较低廉，但是这是一种中碳钢，淬火性能并不好，45号钢可以淬硬至HRC42~46。
所以如果需要表面硬度，又希望发挥45钢优越的机械性能，常将45钢表面渗碳淬火，这样就能得到需要的表面硬度。
调质处理后零件具有良好的综合机械性能，广泛应用于各种重要的结构零件，特别是那些在交变负荷下工作的连杆、螺栓、齿轮及轴类等。
1.2主轴加工方法的选择:
由于主轴是间歇回转类零件，不需要长时间的连续运转，所以加工的精度不需要很高，在普通的车床上既可以加工。
又因为主轴的外形相对简单，不需要经常的换刀，所以加工的时间教短。
在加工主轴时，需要注意的是径向尺寸的控制，不过通过合理的安排加工工艺可以解决。
最后的端部的钻孔是需要控制空之间的距离，所以在单件试制的时候可以不用专用的夹具，在大量生产的时候需要安排专用的夹具，提高生产效率。
尤其需要注意的是孔中心的确定，因为是后续安装旋转件的，所以要控制中心的偏差。
2主轴参数计算：
2.1主轴尺寸的确定：
由设计题目中要求可知：
下料口的孔直径为5mm.由《机械设计手册》表6.2-3取主轴的直径为5mm;
2.1.1估取主轴的长度和直径:
图2-1轴的长度和直径
1）1-2段轴用于安装联轴器，故取直径为5mm。
2）2-3段安装活动挡片，直径5mm。
3）3-4段分隔段，直径为5mm。
4）4-5段为过度段，直径为16mm。
5）5-6段安装旋转件，直径为40mm。
2.1.2根据轴向定位的要求确定轴的各段长度
1）1-2段为安装联轴器为30mm
2）2-3段为安装活动挡片长度为60mm。
3）3-4段为为分隔长度为10mm
4）4-5段用于安装旋转件长度为6mm。
5）5-6段安装旋转件长度为10
2.2轴上力的校合
66207.563.5
图2-2轴上力的校合
2.3精确校核轴的疲劳强度
2.3.1判断危险截面
由于截面IV处受的载荷较大，直径较小，所以判断为危险截面
2.3.2截面IV右侧的
截面上的转切应力为
由于轴选用40cr，调质处理，所以
，
，
。
（[2]P355表15-1）
综合系数的计算
由
，
经直线插入，知道因轴肩而形成的理论应力集中为
，
，
（[2]P38附表3-2经直线插入）
轴的材料敏感系数为
，
，
（[2]P37附图3-1）
故有效应力集中系数为
查得尺寸系数为
，扭转尺寸系数为
，
（[2]P37附图3-2）（[2]P39附图3-3）
轴采用磨削加工，表面质量系数为
，
（[2]P40附图3-4）
轴表面未经强化处理，即
，则综合系数值为
a）碳钢系数的确定
碳钢的特性系数取为
，
b）安全系数的计算
轴的疲劳安全系数为
故轴的选用安全。
3行程开关旋转件的设计
图3-1行程开关旋转件
由示意图可知，两旋转件在旋转时有一个90度角的角度差，通过行程开关输出的信号的不同来分辨料口的开合处于什么样的状态，然后通过单片机系统的处理，输出相应的信号，带动电机的旋转，来控制料口的开合。
料口的状态有完全关闭和完全打开两种状态，
（1）两行程开关都输出信号时，料口处于关闭状态，
（2）两行程开关有一个闭合输出信号时，料口处于完全打开状态。
4减速电动机的选择：
直流齿轮减速电动机由于其结构简单，性能可靠，故选择直流齿轮减速电动机。
ZGA25R-310式直流齿轮减速电动机产品数据：
ZGA25R-310使用电压:
DC-6V
转速：
20rpm
外径:
25mm
总长:
51mm
伸出轴长:
10mm
扭力:
1-3KG
5控制系统设计
5.1系统方案设计构成
本系统包括机械部分和伺服电机控制两部分。
根据所给的要求，拟用开环控制结构设计方案，其开环系统结构原理如下：
图5-1开环系统结构原理图
具体原理：
编写单片机指令，通过扫描键盘输入的数字记录需要转动的角度，然后计算需要输出的脉冲，用软件的方法实现脉冲的输出，然后由光电耦合电路减小外部的干扰，由功率放大电路实现功率的放大，然后接减速电动机，通过联轴器把力矩传到主轴。
带动料口的开关。
5.2单片机的选用
本设计选用ATS9S51芯片，片内无ROM或者EPROM，使用时必须配置外部的程序存储器EPROM。
本设计选用了2764扩展其空间，8031的引脚分3大功能：
5.2.1I/O口线
P0,P1,P2,P3共4个八位口。
5.2.2控制口线
PSEN（片外取指控制）、ALE（地址锁存控制）、EA（片外存储器选择）、RESET（复位控制）。
5.2.3电源和时钟
ATS9S51最小应用系统。
ATS9S51内部不带ROM，需要外接EPROM作为外部程序存储器。
又因为8031在外接程序存储器或数据存储器时地址的低8位信息和数据信息分时送出，故还需要采用一片74LS373来锁存低8为地址信息。
这样，一片2764EPROM和一片74LS373组成了一个最小的计算机应用系统。
如图
MCS-51的程序存储器空间与数据存储器空间是相互独立的。
用户可最多扩展到64kb的程序存储器几64kb的数据存储器，编址为0000H~FFFFH。
片内8kb单元地址要求地址线13根（A0~A12）。
它由P0和P2.0~P2.4组成。
地址锁存器的锁存信号为ALE。
程序存储器的取地址消耗为PSEN。
由于程序存储器芯片只有一片，所以其片选端（31）直接接地。
8031芯片本身的连接31必须接地来表明选择外部存储器外，还必须有复位和时钟电路。
在此系统中有P1、P3口作为用户I/O口使用；74LS373为地址锁存器，他是一片三态输出8D触发器，当OE=1时三态门导通，输出线上为8为锁存器的状态。
当OE=1时输出为高住抗转台。
G为锁存信号输入线，G=1时锁存器输出等于D端输入，G输入短跳变将输入信息锁存到8为锁存器中。
当8031在访问外部程序存储器时，P2口输入高8为地址：
P6口分时传送底8为地址和指令字节。
在ALE为高电平时，P0口输出的地址有效，并由ALE的下降沿锁存到地址锁存器中，此时外部程序存储器宣统信号线PSEN出现低电平，选通相应的外部。
EPROM存储器；相应的指令字节出现在EPROM的数据线（O0~O7）上，输入到P0口，CPU将指令字节读入指令寄存器。
6程序编写
6.1连线图：
图6-1连线图
6.2程序设计：
单片机：
AT89S51,F=6MHz，影响第0组的R1,R2,R3,R4,R5,R6,R7，
20H,21H,30H,31H,32H,35H,36H,37H,38H,39H,3AH,3BH,3CH,3DH,3EH。
ORG00H;程序从这里开始
SJMPMAIN;主程序
ORG0BH;定时器0中断入口
LJMPGOTO
ORG40H;初始化
MAIN:
MOVSP,#5FH;设堆栈
MOV30H,#12H;存放小时,设初值
MOV31H,#00H;存放分钟,设初值
MOV32H,#00H;存放秒,设初值
MOV35H,#06H;第一个闹钟的小时位,设初值
MOV36H,#30H;第一个闹钟的分钟位,设初值
MOV37H,#09H;第二个闹钟的小时位,设初值
MOV38H,#00H;第二个闹钟的分钟位,设初值
MOV39H,#06H;存放年
MOV3AH,#11H;存放月
MOV3BH,#05H;存放日
MOV3CH,#00H;显示缓存,第1，2位
MOV3DH,#00H;显示缓存,第3，4位
MOV3EH,#00H;显示缓存,第5，6位
CLR00H;秒闪烁暂存20H.0
SETB01H;闹钟1输出位20H.1
SETB02H;闹钟2输出位20H.2
CLR03H;按键2是否有效标致位20H.3
CLR04H;按键3是否有效标致位20H.4
CLR05H;按键2是否有效标致位20H.5
CLR06H;闹钟开关标致20H.6"0"为开"1"为关
SETB07H;显示缓存,小数点1
SETB08H;显示缓存,小数点2
SETB09H;时钟加减标致位"0"为小时,"1"为分钟
SETB0AH;闹钟1加减标致位"0"为小时,"1"为分钟
SETB0BH;闹钟2加减标致位"0"为小时,"1"为分钟
MOVR2,#2;设定时次数
MOVR3,#50
MOVR4,#25
MOVTMOD,#02H;设定时器0工作方式为方式2
MOVTH0,#56;设初始值
MOVTL0,#56
SETBTR0;启动定时器和中断
SETBET0
SETBEA
主程序
MMAIN:
JNBP2.0,MMAIN;时钟主程序
MMAIN2:
LCALLXIAN;显示
LCALLCS;按键秒清零
LCALLDAT;是否显示年月日
LCALLDSQ;定时器
LCALLT1T2;闹钟开关
CLRP2.6;按键有效
JNBP2.0,MENU1
SJMPMMAIN2
MENU1:
JNBP2.0,$;时钟调整
SETBP1.0
MOV3CH,30H;将暂存的数转成字形显示30H
MOV3DH,31H;将暂存的数转成字形显示31H
MOV3EH,#0ABH;将暂存的数转成字形显示"t"
CLR07H;显示小数点1
SETB08H;不显示小数点2
LCALLMXIAN;显示菜单1
LCALLADDM1;按键加一分钟
LCALLADDH1;按键加一小时
LCALLDECMH;减一分钟/一小时
CLRP2.6
JNBP2.0,MENU2
SJMPMENU1
MENU2:
JNBP2.0,$;日期调整
SETBP1.0
MOV3CH,39H;将暂存的数转成字形显示39H
MOV3DH,3AH;将暂存的数转成字形显示3AH
MOV3EH,3BH;将暂存的数转成字形显示3BH
CLR07H;显示小数点1
CLR08H;显示小数点2
LCALLMXIAN;显示菜单2
LCALLDATEN;年份+1
LCALLDATEM;月份+1
LCALLDATED;+1日
CLRP2.6
JNBP2.0,MENU3
SJMPMENU2
MENU3:
JNBP2.0,$;闹钟1
SETBP1.0
MOV3CH,35H;将暂存的数转成字形显示35H
MOV3DH,36H;将暂存的数转成字形显示36H
MOV3EH,#0A1H;将暂存的数转成字形显示"1"
CLR07H;显示小数点1
SETB08H;不显示小数点2
LCALLMXIAN;显示菜单3
LCALLT1M1;闹钟1分钟+1
LCALLT1H1;闹钟1小时+1
LCALLDECT1;闹钟1减1小时/1分钟
CLRP2.6
JNBP2.0,MENU4
SJMPMENU3
MENU4:
JNBP2.0,$;闹钟2
SETBP1.0
MOV3CH,37H;将暂存的数转成字形显示37H
MOV3DH,38H;将暂存的数转成字形显示38H
MOV3EH,#0A2H;将暂存的数转成字形显示"2"
CLR07H;显示小数点1
SETB08H;不显示小数点2
LCALLMXIAN;显示菜单4
LCALLT2M1;闹钟2分钟+1
LCALLT2H1;闹钟2小时+1
LCALLDECT2;闹钟减2小时/1分钟
CLRP2.6
JNBP2.0,MENU5
SJMPMENU4
MENU5:
LJMPMMAIN
中断处理
GOTO:
PUSHA;保护现场
DJNZR3,GOTO1
MOVR3,#50
DJNZR4,GOTO1
MOVR4,#25
CPL00H;20H.0用于秒闪烁
DJNZR2,GOTO1
MOVR2,#02H;配合定时器定时一秒
MOVA,32H;秒位是否为59秒，是：
秒清零，分钟+1，判断分钟
CJNEA,#59H,M1;否：
跳转到秒+1
MOV32H,#00H
MOVA,31H;分钟位同上
CJNEA,#59H,M2
MOV31H,#00H
MOVA,30H;小时位同上
CJNEA,#23H,M3
MOV30H,#00H
LCALLADDD
SJMPGOTO1
M1:
ADDA,#01;秒+1
DAA
MOV32H,A
SJMPGOTO1
M2:
ADDA,#01;分钟+1
DAA
MOV31H,A
SJMPGOTO1
M3:
ADDA,#01;小时+1
DAA
MOV30H,A
SJMPGOTO1
GOTO1:
POPA;恢复现场
RETI
时钟显示专用子程序
XIAN:
MOVA,32H;将暂存的数转成字形
SWAPA
MOVB,#10H
DIVAB
LCALLZH
MOVP0,A;LED显示秒位
MOVP2,#0FEH
LCALLDELAY
MOVA,B
LCALLZH
MOVP0,A
MOVP2,#0FDH
LCALLDELAY
MOVA,31H;将暂存的数转成字形
SWAPA
MOVB,#10H
DIVAB
LCALLZH
MOVP0,A;LED显示分钟位
MOVC,00H
MOVP0.7,C;秒闪烁
MOVP2,#0FBH
LCALLDELAY
SETBP0.7;取消显示小数点
MOVA,B
LCALLZH
MOVP0,A
MOVP2,#0F7H
LCALLDELAY
MOVA,30H;将暂存的数转成字形
SWAPA
MOVB,#10H
DIVAB
LCALLZH
MOVP0,A;LED显示小时位
CLRP0.7;显示小数点
MOVP2,#0EFH
LCALLDELAY
SETBP0.7;取消显示小数点
MOVA,B
LCALLZH
MOVP0,A
MOVP2,#0DFH
LCALLDELAY
RET
DELAY:
MOVR5,#0AH;延时1mS（6MHz）
L1:
MOVR6,#19H
L2:
DJNZR6,L2
DJNZR5,L1
RET
ZH:
MOVDPTR,#TAB;字形转换
MOVCA,@A+DPTR
MOVP2,#0FFH;消影
RET
TAB:
DB0C0H,0F9H,0A4H,0B0H,99H,92H,82H,0F8H,80H,90H;字形0~9
DB0FFH,87H,0C8H,0A1H,86H,8EH;字形A="",B="t",C="n",F="F",-hsz
TAB2:
DB30H,31H,28H,31H,30H,31H,30H,31H,31H,30H,31H,30H,31H;每个月的天数,平年
TAB3:
DB30H,31H,29H,31H,30H,31H,30H,31H,31H,30H,31H,30H,31H;每个月的天数,闰年
显示子程序结束
菜单显示子程序
MXIAN:
MOVA,3EH;将暂存的数转成字形
SWAPA
MOVB,#10H
DIVAB
LCALLZH
MOVP0,A;LED显示5,6位
MOVP2,#0FEH
LCALLDELAY
MOVA,B
LCALLZH
MOVP0,A
MOVP2,#0FDH
LCALLDELAY
MOVA,3DH;将暂存的数转成字形
SWAPA
MOVB,#10H
DIVAB
LCALLZH
MOVP0,A;LED显示3,4位
MOVC,08H
MOVP0.7,C;是否显示小数点2
MOVP2,#0FBH
LCALLDELAY
SETBP0.7;取消显示小数点
MOVA,B
LCALLZH
MOVP0,A
MOVP2,#0F7H
LCALLDELAY
MOVA,3CH;将暂存的数转成字形
SWAPA
MOVB,#10H
DIVAB
LCALLZH
MOVP0,A;LED显示1,2位
MOVC,07H
MOVP0.7,C;是否显示小数点1
MOVP2,#0EFH
LCALLDELAY
SETBP0.7;取消显示小数点
MOVA,B
LCALLZH
MOVP0,A
MOVP2,#0DFH
LCALLDELAY
RET
按键子程序开始
CS:
MOVP0,#0FFH;秒清零
MOVP2,#10111111B
JBP2.1,CS1
MOV32H,#00H
CS1:
SETBP2.6
RET
-------------------------------------------------------------------
ADDM1:
MOVP0,#0FFH;加一分钟
MOVP2,#10111111B
JNBP2.2,ADDM11
CLR03H;按键2是否有效
ADDM11:
JB03H,ADDM12
JBP2.2,ADDM12
LCALLMXIAN;这四个为去抖动
MOVP0,#0FFH
MOVP2,#10111111B
JBP2.2,ADDM12
SETB03H;按键2是否有效
SETB09H;时钟加减标致位
MOVA,31H;分钟+1
CJNEA,#59H,M21
MOV31H,#00H
SJMPADDM12
M21:
ADDA,#01
DAA
MOV31H,A
SJMPADDM12
ADDM12:
SETBP2.6
RET
-------------------------------------------------------------------
ADDH1:
MOVP0,#0FFH;加一小时
MOVP2,#10111111B
JNBP2.3,ADDH11
CLR04H;按键3是否有效
ADDH11:
JB04H,ADDH12
JBP2.3,ADDH12
LCALLMXIAN;这四个为去抖动
MOVP0,#0FFH
MOVP2,#10111111B
JBP2.3,ADDH12
SETB04H;按键3是否有效
CLR09H;时钟加减标致位
MOVA,30H;小时+1
CJNEA,#23H,H31
MOV30H,#00H
SJMPADDH12
H31:
ADDA,#01
DAA
MOV30H,A
ADDH12:
SETBP2.6
RET
-------------------------------------------------------------------
DECMH:
MOVP0,#0FFH;减一分钟/一小时
MOVP2,#10111111B
JNBP2.1,DECM11
CLR05H;按键1是否有效
DECM11:
JB05H,DECM12
JBP2.1,DECM12
LCALLMXIAN;这四个为去抖动
MOVP0,#0FFH
MOVP2,#10111111B
JBP2.1,DECM12
SETB05H;按键1是否有效
JNB09H,DECMH3
MOVA,31H;分钟-1
CJNEA,#00H,DECMH4
MOV31H,#59H
SJMPDECM12
DECMH4:
LCALLDECA
MOV31H,A
SJMPDECM12
DECMH3:
MOVA,30H;小时-1
CJNEA,#00H,DECMH5
MOV30H,#23H
SJMPDECM12
DECMH5:
LCALLDECA
MOV30H,A
DECM12:
SETBP2.6
RET
十进制减法子程序
DECA:
CJNEA,#10H,DECA1;运算范围为1~50
MOVA,#09H
RET
DECA1:
CJNEA,#20H,DECA2
MOVA,#19H
RET
DECA2:
CJNEA,#30H,DECA3
MOVA,#29H
RET
DECA3:
CJNEA,#40H,DECA4
MOVA,#39H
RET
DECA4:
CJNEA,#50H,DECA5
MOVA,#49H
RET
DECA5:
DECA
RET
闹钟按键子程序
T1M1:
MOVP0,#0FFH;闹钟1加一分钟
MOVP2,#10111111B
JNBP2.2,T1M11
CLR03H;按键2是否有效
T1M11:
JB03H,T1M12
JBP2.2,T1M12
LCALLMXIAN;这四个为去抖动
MOVP0,#0FFH
MOVP2,#10111111B
JBP2.2,T1M12
SETB03H;按键2是否有效
SETB0AH
升级会员 