自动窗的设计毕业设计.docx
- 文档编号:17059855
- 上传时间:2023-07-21
- 格式:DOCX
- 页数:35
- 大小:641.50KB
自动窗的设计毕业设计.docx
《自动窗的设计毕业设计.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《自动窗的设计毕业设计.docx(35页珍藏版)》请在冰点文库上搜索。
自动窗的设计毕业设计
自动窗的设计
学生姓名:
指导教师:
合作指导教师:
专业名称:
机械设计制造及其自动化
所在学院:
机械与动力工程学院
2021年6月
摘要I
AbstractII
第一章绪论1
自动窗设计背景1
自动窗的工作原理1
自动窗的进展现状1
自动窗的进展趋势2
要紧研究内容2
第二章整体设计方案的选择与论证3
操纵系统设计方案的选择与论证3
系统方案5
机械传动系统方案的选择5
第三章操纵系统详细设计7
硬件介绍7
单片机操纵电路16
直流电机的接口电路设计16
光电耦合电路18
第四章机械部份具体设计19
直流电机的选择19
主动轴的设计19
部份零部件件的二维及三维图21
第五章结论与建议24
结论24
建议24
致谢25
参考文献26
附录27
摘要
随着科技的不断进展,自动窗在人们日常生活中愈来愈取得了普遍的应用,同时人们对其平安性及各方面的性能的要求也愈来愈高。
自动窗是随着人们对生活条件的不断追求,科技的不断进展应运而生的高科技产品。
本设计中机械系统部份,采纳直流电机驱动带转动,窗体体挂接在同步带上。
当带转动时,带动窗体动作,实现开关。
操纵系统部份利用光敏电阻和雨水传感器作为感应器,检测到光线强弱及雨水转变时,将其转化为电信号,传给单片机。
通过单片机操纵直流电机,驱动传动机构,实现窗的自动开关。
关键词:
自动窗,单片机,传感器。
Abstract
Withthecontinuousdevelopmentofscienceandtechnology,automaticwindowinPeople'sDailylifeinterruptsawiderangeofapplications,itssecurityandthepropertiesofthedemandishigherandhigher.Theautomaticwindowiswithpeoplelivingconditionsforthepursuitofscienceandtechnology,thedevelopmentofhigh-techproducts.Thisdesignusedcmotordrivetheribbonrunning,byjoiningonthesynchronousbelt,thewindowcanopenandclosethecontrolsystem,theinductorthatthisdesignusingarephotoresistanceandrainsensor,whenlightandrainwaterchange,detectiontohumanradiationoftheinfraredrayenergychangeturnitintoelectricalsignals,tomicrocontroller.DCmotorasthewindowdrivedevice.Bythesingle-chipmicrocomputercontrollingDCmotor,andtheDCmotordrivingtransmissionmachine.thewindowopenandcloseautomatically.
Keywords:
automaticwindow,microcomputer,sensor.
第一章绪论
自动窗设计背景
窗户是咱们生活中必不可少的衡宇设计,他不仅能够采光而且能够使室内空气流通,若是室内的通风条件不行,空气流通不顺畅,不但会阻碍咱们的心情,更易滋长病菌,危害人类的健康,可见窗户能够给人类的生活带来了极大的方便与好处。
随着科技及电子技术的进展,光控及湿度操纵系统设计能够给人们的生活带来了专门大的方便。
为了保证日常生活环境的舒适,关键确实是解决室内的通风问题。
但通常的方式确实是通过人工的去实现开关,但是问题确实是人不是不时刻刻都能记得窗户的开关,自动窗却能够。
不仅如此本设计还能自动改善室内空气。
因此,本设计物美价廉、方便快捷。
自动窗的工作原理
自动窗的操纵由驱动部份和传感器两部份组成,城市里大楼的窗户之多有成百上千个,若是在窗户上添加一个雨水传感器和光敏电阻,用于检测外界的天气状况,并在每一个窗户旁安装上直流电机与滑轮皮带机构,传感器将检测到的光强度及天气的湿度状况信息传送到单片机上,通过单片机向直流电机发送信号,电机得电后转动,带动电机上的皮带,再通过皮带拉动窗户从而带动窗户的关闭与开启,就可自动保证室内良好的通风和防潮。
自动窗的进展现状
随着国民经济的不断增加与生活水平的不断提高,我国对建筑节能的需求和熟悉在慢慢提高,并已从无熟悉无法规的时期慢慢进入了高度重视与散布明确实施的法规化时期,1996年公布的《民用建筑节能设计标准》要求建筑节能指标提高50%,1997年公布的《国家化学建材推行应用“九五”打算和2020年计划纲要》规定新建节能建筑和既有住宅节能改造工程必需利用节能窗,优先利用塑料窗,建设部、国家经贸委、质量技监局、建材局文件,建住房[1999]295号《关于在住宅建设中淘汰掉队产品的通知》中明确指出“踊跃开发生产、推行应用木塑复合窗、钢塑复合共挤节能保温窗及隔热保温型铝合金窗等新型节能窗”。
和其它建筑节能法规的公布实施,说明建筑节能的更进一步进展,已经成为我国经济技术进展中的一项重大举措。
在我国的建筑门窗产品市场上,铝门窗产品占的比例最大,为55%;第二是塑料门窗,占的比例为35%;钢门窗产品有6%的份额;其它材料的产品占了剩余的4%。
我国金属门窗拥有庞大的市场和广漠的进展空间。
《建设情形通报》[建设部办公厅2000年2月18日第四期]有数字显示:
从1996年到1998年,每一年别离建成城乡住宅亿、亿平方米,咱们在2001年—2020年间,按全国新建住宅及旧房改造每一年需要12亿平米的建筑面积,建筑门窗量按20%计算,每一年需要的门窗总量约为亿平米,铝合金门窗量约9000万亿平米,塑料门窗量约3600万-7200万平米,其他为铝木复合窗,木窗,钢窗等。
隐形纱窗约占门窗总量的4∕1左右,约为6000万平米,可见需求之大。
在最近几年的几年来,欧洲、北美、日、韩地域,住宅窗体产品启闭方式已开始向自动化方向进展。
如德国的诺托、意大利的图兰朵、韩国的LG等,均有自动化窗体生产。
在中国,自动窗正在慢慢为人们所重视,不仅各类入口的自动窗和自动开窗器出此刻中国的市场上,而且以天韵自动窗为代表的具有完全的自主知识产权,技术先进,功能完善的国产自动窗慢慢成为国内市场的主体,愈来愈多的自动窗体被应用到各类建筑当中。
由于自动窗是方才进展起来的新产品,尚未形成成熟、稳固的行业,尚未形成统一的行业标准和标准,因此目前市场上的自动窗产品在方方面面的不同超级大,多数产品还不能算是成熟、完善的自动窗。
自动窗的进展趋势
进入21世纪以来,人类在不断的通过自动化来代替人工操作,而自动窗确实是其中之一,关于高楼而言,自动窗不仅解决了自然因素对室内的阻碍,而且省时省力,最要紧的是平安,。
人有疏忽大意的时候,可是机械可不能,一个专门好的机械能够保证在适合的时候为咱们做出正确的选择,自动窗能够依照天气状况为咱们营造舒适的室内环境,对咱们的身心健康有踊跃的帮忙。
因此自动窗将愈来愈多的被人们所同意,而自动窗系统也将愈来愈多的应用于其他的领域,使得它有一个良好的进展前景。
在不久的以后,自动窗操纵室内环境或许已经不能让人知足,将集结合美观,平安等于一体,在众多的盗窃案件中,有很多确实是通过窗户进入的,那么完全能够设计一个自动防盗装置,报警装置,那时自动窗将欲来越多的走进人们的生活,各类优势注定自动窗愈来愈智能。
要紧研究内容
本设计的主若是针对窗户的平安性、和窗户的人性化进行研究,通过充分利用传感器与单片机结合,设计一个自动检测天气并自动开关窗实现维持室内环境舒适的功能。
第二章整体设计方案的选择与论证
操纵系统设计方案的选择与论证
自动窗操纵系统有许多特点:
整体上能够分为价钱和结构两方面,自动窗不但结构简单,更是价钱低廉。
一样情形下,自动窗是以直流电机作为动力的,其它类型的自动窗和这种自动窗相较结构都比较复杂,价钱也相对较高。
本设计的一个要紧优势确实是靠得住性较高,应用了光敏传感器与雨水传感器,在+12V电压下即能够工作,因此完全能够用蓄能电池作为其备用电源,进一步的提高了其靠得住性,关于那些位置较高、不方便手动开关的外窗来讲,有效性更好。
可是因监测系统会受到外界各类因素的干扰因此会产生较大的误差;又由于检测环境的复杂、和各类干扰的阻碍,检测系统的稳固性和靠得住性均会有不同程度的下降。
光强传感器选择
方案一:
采纳光敏电阻。
光敏电阻为了能更好地吸收光一样情形下制成薄片状结构。
光线的强弱与电阻的大小相关联。
当光线较强时,半导体内原先处于稳态的电子因吸收了能量而被激发为自由电子。
光照的强度越大电阻值就越小是总所周知的;相反,光照的强度越弱电阻值越大。
光敏电阻是人类充分利用内光电效应的原理研制出来的一种电子器件。
一样情形下,都是将光敏电阻的电极做成打扮图案似的以提高其灵敏度。
光敏电阻除具有灵敏度高、反映快等优势外,在高温、多湿等等的恶劣环境下,仍然能够稳固、靠得住的工作。
方案二:
HA2003光照传感器。
HA2003是一种把光信号转化为电信号然后再经调理电路的调剂将该电压值转化为0~2V或4~20mA的光电转换模块。
HA2003传感器不但具有耐侵蚀,响应速度快(<1s的优势),而且还能够选用电压或电流作为输出。
长距离传输时具有较强的抗干扰能力,量程为200~20万lx误差为±7%但是价钱昂贵。
综上可知:
由于光敏电阻随光照强度的转变其阻值随之而改变,又因它响应速度较快,灵敏度高,价钱低廉而取得普遍的应用。
因此,选用方案一较好。
湿度传感器的选择
方案一:
采纳HOS-201湿敏传感器。
0~100%RH是它所能够测量的范围的宽度,0~50℃也确实是要求他的工作温度范围是在那个区间的,一旦超过了那个区间,那么他的性能就有可能发生专门大的转变,阻抗在75%RH(25℃)时的阻值为1MΩ的高湿度开关传感器。
传感器是用于操纵开关的传感器,但它不能检测宽带带宽范围内的湿度,因此,它要紧用于判定规定值以下或以上的湿度电平。
方案二:
采纳HS1100/HS1101湿度传感器。
这种传感器跟一个电容的性能差不多它的值都会因为一些因素的转变而发生转变,随空气湿度的增大其所测量的值随之而增大。
1%~100%RH是它能够检测的湿度的范围;16pF~200pF是它的电容量的转变区间就这么大,误差范围是±2%RH这么大;从那个角度来看它的灵敏度仍是挺高的。
响应时刻那么小于5S;温度系数为℃。
方案三:
采纳圆盘状的雨水传感器。
圆盘状的雨水传感器的正反面上均印有两条平行的螺旋状的铜线,当外界下雨时,传感器上会有积水,该传感器的阻值会下降到很小很小,如此单片机就会收到一个低电平的信号,改传感器确实是利用那个低电平的信号操纵电动机的运转情形。
从上面的一些方案能够看出来尽管说这三种方案都能够知足咱们设计的一些要求,可是综合比较能够发觉仍是第三种方案是最划算的,因为第三种方案不但结构简单,反映灵敏更重要的是价钱相关于另两种两个来讲较低;而方案二中的传感器要用到振荡电路,不但电路的设计相对较为复杂,而且其抗干扰能力较差。
综合各类缘故选用第三种来作为本次设计的雨水检测系统的传感器。
2.1.3主控方案的选择
方案一:
采纳单片机主控方案。
采纳集成的单片机主控,通过光照传感器和雨水传感器,将结果传送到单片机操纵的主控器。
方框图如以下图1所示
光敏电阻和雨水传感器
单片机主控制器
图1单片机主控方案框图
方案二:
采纳PC机主控方案。
如以下图2所示:
当采纳PC机作为主操纵器时,光照信号和雨水信号的处置进程同上一方案相同,但采纳鼠标代替键盘方式,若是利用PC机作为主控器,必需有相应的配套软件与之相适应,这就增加了编程的难度,PC机主控方案的框图如下:
光强传感器和雨水传感器
A/D转换器
单片机控制的检测系统
PC机主控器
人机接口接口
图2 PC机主控方案框图
综上能够清楚的看出方案一简单明了,设计进程简单,操纵方便,因此选用第一种方案。
系统方案
综上所述,光强传感器采纳第一种方案,湿度传感器采纳第三种方案,主控部份采纳第一种
方案。
依照所设计的任务和要求,操纵器采纳单片机STC89C52RC,光强传感器采纳光敏电阻,
湿度传感器采纳雨水传感器,系统设计方框如如下图:
晶振电路
复位电路
STC89C52RC
雨水传感器
光敏电阻
直流电机驱动模块
光电耦合器控制电路
图3系统整体方案设计
机械传动系统方案的选择
机械传动系统的工作原理:
由电机拉动皮带再通过连接件拉动窗户右半叶,从而实现窗户的开关。
机械系统组成:
电机、主动轮、从动轮、皮带、连接件、窗体。
因为窗体是日常生活中常见的铝合金窗体,电机用的是12V直流电机驱动,因此如此的设计
不仅简单而且有效,本钱低,能够普遍的应用于生活当中。
1.从动轮2.窗体左半叶3.窗体右半叶4.连接件5.主动轮
图4 机械传动方案示用意
第三章操纵系统详细设计
硬件介绍
STC89C52RC单片机的结构[9]
(1)特点
STC89C52RC集中了其他众多单片机的优势于身上,比如集中了FLASH程序的编程和在线编程之类的东西,这就使得低价位的单片机取代高价位的应用在各类操纵领域。
STC89C52RC单片机具有低功耗和高性能等优势,普遍应用于可用干电池供电的系统的便携式产品的设计中。
要紧特性如下:
1.2*8位内部RAM数据存储空间,8K字节的可重擦写Flash闪烁内存,内带2K字节的EEPROM存储空间;
2.其工作频率范围为:
0~40MHz,相当于一般8051单片机的0~80MHz。
3.32根可编程I/O线;
4.共6个中断源,其中外部中断源两个;
5.其工作温度范围:
-40℃~+85℃;
由于该设计需要将编写好的编写程序下载到单片机中,因此要求单片机必需具有足够的存储空间,它具有8K字节的Flash完全能知足要求。
32位的I/O口线能够使单片机与光敏电阻、雨水传感器、键盘电路、按键电路和直流电机等的连接变得可能。
16位的按时器使读取数据变得加倍简单,同时该结构不但有利于晶振电路及复位电路的连接,它还能够在断电状态时保留RAM内的数据。
把它跟80C51单片机作比较的情形下,它的优势就更多了因为它能够省下一笔买烧写器的钱如此的话就比较方便了。
(2)STC89C52RC的引脚功能及连接
引脚图如以下图5所示。
图5引脚图
VCC(40):
接电源。
GND(20):
接地。
P0口(39~32):
P0端口不但能够作为通用输入输出口利用,另一方面它还有第二功能,这是大伙儿都比较熟悉的,但利历时要先对锁存器写“1”,这的准双向口的要求;也能够作为输出,输出时8个74LS类型的TTL负载都能够被它驱动起来。
P1口(1~8):
P1端口只能够作为通用的I/O端口来用,因为它没有像P0、P2、P3那样有第二功能,可是它内部有上拉电阻,这一点要清楚,能够作为输入也得先给它的锁存器写“1”,这是准双向口的硬性的要求;也能够作为输出,输出时它不像P0能驱动8个,可是它每位能却能够驱动4个74LS类型的TTL负载。
P2口(21~28):
P2端口除能够作为通用的I/O口利用之外,它还具有第二功能,它的内部也有上拉电阻,作为输入也不例外也要先对锁存器写“1”,这也是准双向口的一个硬性的要求;也能够作为输出,输出时每位能驱动4个74LS类型的TTL负载。
P3口(10~17):
P1端口除能够作为通用I/O口利用之外,它也像P0、P2一样也有第二功能,内部也一样上拉电阻,作为输入也得先对锁存器写“1”,这是准双向口的要求;也能够作为输出,输出时每位能驱动4个74LS类型的TTL负载。
P3口也作为AT89C51的一些特殊功能口:
表1P3端口的第二功能
RST(9):
复位信号输入端。
高电平有效。
给单片机复位用的一个端口。
ALE/PROG(30):
该频率为振荡器频率的1/6,访问外部存储器时,ALE输出的脉冲下降沿用于锁存P0口输出的低8位地址线,与P2口结合形成16位地址线;在不访问外部存储器时,该引脚仍以不变的频率周期性的输出脉冲信号,能够用作对外部输出的时钟或按时的目的。
PSEN(29):
外部程序存储器读选通信号输出端,低电平有效。
从外部程序读取指令或常数期间,该信号在每一个机械周期两次有效,在访问片外数据存储器期间,该信号不显现。
EA/VPP(31):
片外程序存储器选用端,低电平有效。
要想访问内部程序存储器,那么你就要把那个引脚上加上高电平才能够;当PC值超过片内程序存储器空间时,那么自动转向外部程序存储器的程序。
若是只访问外部程序存储器,而不管内部是不是有程序存储器,应当把那个引脚上加上低电平才能够。
XTAL1(19):
外接晶体振荡器的一端。
它是片内振荡电路中反向放大器的输入端。
XTAL2(18):
来自反向振荡器的输入。
光敏电阻
(1)光敏电阻的特性
光敏电阻为了更好地吸收光一样情形下制成薄片结构。
光线的强弱与电阻阻值的大小有相当大的关系。
当光线较强时,半导体内原先处于稳态的电子因吸收了能量而被激发的电子称为自由电子,光线越强,激发的电子就越多,那么阻值就会减小,反之那么阻值大。
它的原理结构如下图所示:
图6光敏电阻的原理结构
大体特性及其要紧参数:
(1).暗电阻、亮电阻
暗电阻是指在无光照的条件下的电阻值。
在此条件下的电流为暗电流。
如MG41-21型光敏电阻暗阻≥。
亮电阻或亮阻是指在在有光的条件下的电阻值。
在此条件下的电流也称为亮电流。
(2).伏安特性
由于耗散功率小的缘故,加在其两头的电压不能太高,不然将损坏该器件。
图中的那些虚线确实是许诺的功耗曲线。
图7光敏电阻的伏安特性曲线
1.光照特性
光照特性是指电压必然的条件下,光电流和入射到光敏电阻上的光照强度间的关系。
光敏电阻的缺点确实是因为它不是线性的关系的一样情形下不要用它来作为那些灵敏的元器件来用,以避免阻碍测试的性能。
图8光敏电阻的光照特性曲线
2.光谱特性
光敏电阻的灵敏度随光的波长的不同而不同,这种现象即是光敏电阻的光谱特性。
制作光敏电阻的材料及搀杂浓度会改变它的光谱灵敏度。
其特性曲线如下图所示:
图9光敏电阻的光谱特性曲线
3.光电特性
光电特性是指光敏电阻的光电流和光照间的关系。
它的特性曲线如下图10所示:
图10光敏电阻的光电特性曲线
4.光敏电阻接口电路结构
光敏电阻是利用内光电效应来工作采纳半导体材料制成的光电组元件。
因光敏电阻没有极性,是一个纯电阻器件,它的阻值随光强的增强而减小,随光强的减弱而增大。
光敏电阻和单片机的接口电路如以下图11所示:
图11光敏电阻接口电路原理图
注:
光敏电阻元件并接在比较电路的负输入端,因此会有以下两种情形:
1).光照强时:
光敏电阻接地端阻值最大,使得比较电路负输入端电压为高电平,因此现在输出端输出低电平;
2).光照弱时:
光敏电阻接地端阻值趋近无穷小,使得比较电路负输入端接地,输出端输出高电平。
雨水传感器
1.特性:
1.工作电压:
直流10V~16V
2.工作电流:
<200mA
3.工作温度:
-20℃~85℃
4.感应物质:
雨水、雾水、雪
2.圆盘状雨水传感器接口电路结构:
圆盘状的雨水传感器的正反面上均印有两条平行的螺旋状的铜线,当外界下雨、起雾或下雪时,雨水传感器上会有水,传感器上的两条铜线之间便被水连接而导通,圆盘状雨水传感器的阻值由原先的无穷大变成几乎为零,那么与单片机相连的rain端的电平由高电平变成低电平,并将此电平传送给单片机,从而使单片机做相应反映。
雨水传感器与单片机的接口电路如图12所示:
图12雨水传感器接口电路原理图
DS1232芯片
DS1232芯片它能够监视电源,是具有看门狗功能的芯片,设计复位电路时经常使用那个芯片。
1.产品特点:
(1).能避免单片机死机。
(2).看门狗清零指令和睡眠指令不仅能够使看门狗按时器清零,还能够同时把预分频器清零。
(3).喂狗的机会。
一样安排在等待查询的循环体内、耗时专门大的函数体内或主程序任务队列中而不安排在按时器中断效劳程序中。
(4).在噪声环境下工作时,OPTION寄放器可能会受到干扰而改变。
该芯片的引脚如图13所示
图13DS1232的引脚图
2.引脚概念:
PBRST:
按钮复位输入端;
TD:
按时器延时设置。
接地时,脉冲距离不该超过150ms;若是不连接,那么不得超过600ms;若是连接电源,那么不得超过;
TOL:
5%或10%的电压监测选择端。
GND:
地线;
RST:
高电平有效复位输出端;
RST:
低电平有效复位输出端;
ST:
周期输入端;
VCC:
电源。
在系统工作时,芯片DS1232不断的给引脚7输入一脉冲系列,由引脚2来设定该脉冲的时刻距离,若是大于设定的值那么将强制使系统复位。
图14DS1232的应用电路
图14DS1232的应用原理图,TD接+5V电源时,输入给看门狗的脉冲距离不该超过秒;TOL接地,当电源电压低于时便会引发该芯片输出复位脉冲;
DS1232的功能为电源电压监视、按键复位、按时功能
看门狗按时器周期输入信号ST可从微处置器的地址信号、操纵信号或数据信号中取得,不论哪一种信号均必需能够周期性的访问DS1232,对MCS51系列单片机,推荐利用ALE信号。
DS1232内部第6引脚没上拉电阻,只有当在该引脚上外接一上拉电阻才能够使单片机别的外围接口芯片用低电平复位。
TA8050P电机驱动芯片
该TA8050P是一个电机直接驱动驱动器双向DC电机。
输入DI1和DI2相结合,实现前进、反向、停止和制动模式。
由于输入是TTL兼容的,这IC能够直接操纵一CPU或其他操纵系统,该IC也有各类爱惜功能。
特点:
1.电容量:
2.四种模式:
前进、后退、停止、制动
3.工作电源电压范围:
VCC=6V~16V
4.热关断、短路爱惜、过压关断爱惜功能
5.内置二极管抵消反电动势
6.HSOP-20Pin电源平面包装
表2芯片引脚说明
表3电机正反启停操纵表
注:
表中H为高电平,L为低电平,操纵状态依次为:
停止,前进,反向,关闭。
单片机操纵电路
时钟电路是用于产生单片机工作所需要的时钟信号。
时钟信号则能够由两种方式产生:
即内部时钟方式与外部时钟方式。
内部时钟方式,它是采纳外接晶体与电容组成的并联谐振电路,该晶体能够在~12Hz之间任选,且电容能够在20pF~60pF之间选择。
引脚XTAL1与XTAL2别离是该放大器的输入端与输出端。
把放大器和作为反馈元件的晶体振荡器或者
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 自动 设计 毕业设计