机电一体化毕业论文

机电大专毕业论文

时间:2023-04-01 02:37:39 机电一体化毕业论文 我要投稿

机电大专毕业论文

  当前我国机电一体化技能型人才非常紧缺,负有培养机电技能型人才任务的高职大专院校机电专业也随之成为热门专业,今年又有新的毕业生资源了。

机电大专毕业论文

  【一】 成人高等教育2013届毕业论文

  题目: 101

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  专科毕业论文成绩评定表 论文题目 智能小车的设计 论文:共 24 审批教师评语:成绩: 教师(签名):

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  80C51单片机是一款八位单片机,他的易用性和多功能性受到了广大使用者的好评。

  这里介绍 的是如何用80C51 单片机来实现长春工业大学的毕业设计,该设计是结合科研项目而确定的设计类 课题。

  本系统以设计题目的要求为目的,采用80C51 单片机为控制核心,利用超声波传感器检测道 路上的障碍,控制电动小汽车的自动避障,快慢速行驶,以及自动停车,并可以自动记录时间、里 程和速度,自动寻迹和寻光功能。

  整个系统的电路结构简单,可靠性能高。

  实验测试结果满足要求, 本文着重介绍了该系统的硬件设计方法及测试结果分析。

  采用的技术主要有: 新型芯片的采用;关键词:80C51 单片机;光电检测器;PWM 调速;电动小车 绪论1.1 智能小车设计背景 随着汽车行业的快速发展,关于汽车的研究也就越来越受人关注。

  本设计就是在 这样的背景下提出的,指导教师已经有充分的准备。

  本题目是结合科研项目而确定的设 计类课题。

  设计的智能电动小车应该能够实时显示时间、速度、里程,具有自动寻迹、 寻光、避障功能,可程控行驶速度、准确定位停车。

  根据题目的要求,确定如下方案:在现有玩具电动车的基础上,加装光电、红外线、 超声波传感器及金属探测器,实现对电动车的速度、位置、运行状况的实时测量,并将 测量数据传送至单片机进行处理,然后由单片机根据所检测的各种数据实现对电动车的 智能控制。

  这种方案能实现对电动车的运动状态进行实时控制,控制灵活、可靠,精度高,可 满足对系统的各项要求。

  本设计采用 MCS-51 系列中的 80C51 单片机。

  以 80C51 制核心,利用超声波传感器检测道路上的障碍,让电动小汽车能够自动避障,快慢速行驶,以及自动停车,并可以自动记录时间、里程和速度,自动寻迹和寻光功能。

  80C51 是一款八位单片机,它的易用性和多功能性受到了广大使用者的喜爱。

  它是第三代单片 机的代表。

  1.2智能小车的意义 第三代单片机包括了 Intel 公司发展 MCS-51 系列的新一代产品,如 8xC152 80C51FA/FB80C51GA/GB8xC4518xC452,还包括了 PhilipsSiemensADM JujutsuOKIATMEL 等公司以80C51 为核心推出的大量各具特色与80C51 兼容 的单片机。

  新一代的单片机的最主要的技术特点是向外部接口电路扩展,以实现 Microcomputer 完善的控制功能为己任,将一些外部接口功能单元如 A/DPWM PCA(可编程计数器阵列)WDT(监视定时器)高速 口计数器的捕获/比较逻辑等。

  这一代单片机中,在总线方面最重要的进展是为单片机配置了芯片间的串行总线, 为单片机应用系统设计提供了更加灵活的方式。

  Philips 公司还为这一代单片机 80C51 系列8xC592 单片机引入了具有较强功能的设备间网络系统总线CAN。

  新一代单片机为外部提供了相当完善的总线结构,为系统的扩展与配置打下了良好 的基础。

  本设计就采用了比较先进的 80C51 为控制核心,80C51 采用 CHOMS 工艺,功耗 很低。

  该设计具有实际意义,可以应用于玩具、机器人、医疗器械等诸多方面。

  特别是 在足球机器人研究方面具有很好的发展前景;在考古方面也用到了超声波传感器进行检 测。

  所以本设计与生活实际相结合,现实意义很强。

  智能电动小车的总体设计方案2.1 总体方案论证 采用AT89C51 单片机作为整机的控制单元。

  以AT89C51 单片机为核心的控制电路,采用模块化的设计方案,运用光电传感器、 金属探测传感器、超声波传感器组成不同的检测电路,实现小车在行驶中、探测预埋金 属铁片、自动寻迹、 躲避障碍物、测量里程等问题。

  并将测量数据传送至单片机进行 处理,然后由单片机根据所检测的各种数据实现对电动小车的智能化控制。

  在此系统中,反射式红外光电传感器检测黑线,然后将信号传送到单片机系统进行 处理,使小车沿轨道自主行走;电感式接近开关电路代替金属传感器探测预埋在轨道下 的金属铁片,并发出声光信息进行提示;通过霍尔元件测量小车行驶里程;采用 脉冲宽度调制(PWM)全桥式驱动电路控制电机的转向,实现电动小车的正反向行驶、快慢速行驶及转弯;采用 LCD1602 实时显示小车行驶的时间。

  此系统比较灵活,采用 软件方法来解决复杂的硬件电路部分,使系统硬件简洁化,各类功能易于实现,具有高 度的智能化、人性化,一定程度体现了智能,能满足系统的要求。

  此方案的基本原理如 下图2.1 所示。

  图2.1 智能车运行基本原理框图 显示模块 C51 单片机 蔽障模块 寻找光源 模块 测量里程模块 电机驱动模块 探测轨迹 模块 探测金属 模块 声音提示 2.2探测轨迹模块 在本设计中,要求电动小车沿着路面的黑色轨道行驶。

  其探测路面黑线的基本原理: 光线照射到路面并反射,由于黑线和白纸对光的反射系数不同,可以根据接收到的反射 光强弱来判断是否是黑线。

  利用这个原理,可以控制电动小车行走的路迹。

  下面的方案 是根据本原理设计的。

  采用反射式红外线光电传感器。

  红外探测法,即利用红外线在不同颜色的物体表面具有不同的反射性质的特点 在小车行驶过程中不断地向地面发射红外光,当红外光遇到白色纸质地板时发生漫反射,反射光被装在电动小车上的接收管接收;如果遇到黑线则红外光被吸收,电动小车 上的接收管接收不到红外光。

  单片机根据是否收到反射回来的红外光来确定黑线的位 置,从而控制小车的行走路线。

  采用红外线发射,外面可见光对接收信号的影响较小, 再用射极输出器对信号进行隔离。

  红外线光电传感器的特点是尺寸小、使用方便、工作状态受温度影响小。

  因此本方 案易于实现,也比较可靠。

  2.3 检测金属铁片模块 利用电感式接近开关代替金属探测器。

  接近开关又称为无触点接近开关,是理想的电子开关量传感器。

  它除可以完成行程 控制和限位保护外,还是一种非接触型的检测装置,可用于检测零件尺寸和测速等,也 可用于变频计数器、变频脉冲发生器、液面控制等。

  当金属检测体接近开关的感应区域,开关就能无接触,无压力、无火花、迅速发出 电气指令,准确反应出运动机构的位置和行程,即使用于一般的行程控制。

  其定位精度、 操作频率、使用寿命、安装调整的方便性和对恶劣环境的适用能力,是一般机械式行程 开关所不能相比的。

  因此用它作为小车的金属传感器,简单易行、抗干扰性能优越。

  2.4 避障模块 考虑到在测障过程中小车车速及反应调向速度的限制,小车应在距障碍物30CM的 范围内做出反应,这样在绕过障碍物后,可寻找到最佳的位置和方向。

  否则,如果范围 太大,则可能产生对障碍物的判断失误;范围过小又很容易造成车身撞上障碍物或虽绕过障碍物却无法实现理想定向。

  根据上述要求,提出下方案。

  采用超声波传感器探测障碍物。

  超声波传感器安装于小车前端,在规定的检测距离内,当探测到障碍物时,超声波 传感器给出脉冲信号至单片机,单片机检测到该信号后,调整小车的方向,以控制小车 准确地绕过障碍物,而且避免因小车自然转弯而导致的盲目方向控制。

  这样不但能准确 完成测量,而且能避免电路的复杂性。

  同时,超声波传感器具有频率高、绕射现象小,特别是方向性好、能够成为射线而 定向传播等特点。

  超声波对液体、固体的穿透能力很大,尤其是在光线不透明的固体中, 它可穿透几十米的深度。

  超声波碰到杂质或分界面会产生明显反射,形成回波,碰到活 动物体能产生多普勒效应。

  因此超声波检测广泛应用在生产、国防、医学等方面。

  鉴于智能电动小车应以是以智能为显著特点,所以该采用该案。

  2.5 寻找光源模块 利用由光敏电阻组成的光控开关电路。

  利用光敏电阻阻值随光强弱变化的特性组成光控开关电路,检测光源。

  光敏电阻是 用光电导体制成的光电器件,又称光电管,它是基于半导体内光电效应工作的。

  当无光 照射时,光敏电阻值(暗电阻)很大,电路中电流很小。

  当光敏电阻受到一定波长范围 的光照时,它的阻值(亮电阻)急剧减少,因此电路中电流迅速增加。

  光敏电阻具有很高的灵敏度、很好的光谱特性,光谱响应从紫外区一直到红外区, 而且体积小、重量轻、性能稳定,因此在自动化技术中得到了广泛的应用。

  2.6 显示模块 采用LCD1602 液晶显示器。

  LCD 广泛应用于微型计算机控制系统中。

  与LED 相比,它具有功耗低,抗干扰能 力强,体积小,廉价的特点,且有良好的人机界面,直观,显示效果漂亮。

  目前已广泛 应用在各种显示领域。

  另外,LCD 在大小和形状上更加灵活,接口简单,不但可以显 示数字、字符,而且可以显示汉字和图形,因此在袖珍仪表、医疗仪器、分析仪器及低 功耗便携式仪器中,LCD 已成为一种占主导地位的显示器件。

  2.7测量里程模块 本电路中在小车橡胶轮中镶嵌12 个磁钢,将霍尔集成片固定在车轮附近的车身上, 由于每转过一个磁钢时,霍尔集成片的输出端都会输出一个脉冲,这样轮子每转一圈, 霍尔集成片都会输出 12 个脉冲,故每两个脉冲之间,轮子走过轮子的周长的 1/12,, 则可通过计算平均每秒发生几个脉冲来计算小车速度,即:小车速 度=轮子的周长/12*n 个脉冲/秒。

  同理,小车行驶的路程也可以计 算出,即:行驶路程=轮子的周长/12*m 个脉冲(全程)。

  在物理结构上,我们将该检测装置装在后车轮上。

  因为前轮经 常转弯,容易造成脉冲计数的误差,故安装在后轮上才能测得实际 的速度和路程。

  2.8 电动机驱动模块 采用H 型脉冲宽度调制(PWM)全桥式驱动电路。

  通过PWM脉宽调制的方法,实现对小车速度的控制。

  这种调速方式有调速特性优 良、调整平滑、调速范围广、过载能力大,能承受频繁的负载冲击,还可以实现频繁的 快速启动、制动和反转等优点,是一种广泛采用的调速技术。

  型全桥式电路保证了可以简单地实现转速和方向的控制。

  这种驱动电路可以很方便实现直流电机的四象限运行,分别对应正转、正转制动、反转、反转制动。

  为了电路设计简单,采用电机专用驱动芯片L298N,其驱动电流大,瞬时电流最高 可达2A,为电机驱动专门设计,工作稳定可靠。

  完全满足设计要求。

  系统的硬件电路设计单片机(SCM)是单片微型计算机的简称。

  它是把中央处理器 CPU、随机存储器 RAM、只读存储器ROM、I/O 接口电路、定时/计数器以及输入输出适配器都集成在一 块芯片上,构成一个完整的微型计算机。

  随着SCM在技术上、体系上不断扩展其控制 功能,国际上已经采用MCU 代替单片机的名词。

  它的最大优点是体积小,可放在仪表 内部。

  但存储量小,输入输出适配器简单,功能较低。

  目前,单片机在民用和工业测控 领域得到最广泛的应用,早已深深地融入人们的生活中。

  近年来,AT89C51 在我国非 常流行,它最大的特点是内部有可以多次重复编程的闪烁 ROM,并且闪烁 ROM 可以 直接用编程器来擦写(电擦写),使用起来比较方便。

  一个单片机应用系统的硬件电路设计包含有两部分内容:一是系统扩展,即单片机 内部的功能单元,如ROMRAMI/O口定时/记数器中断系统等能量不能满足应用 系统的要求时,必须在片外进行扩展,选择适当的芯片,设计相应的电路。

  二是系统配 置,既要按照系统功能要求配置外围设备,如键盘显示器打印机A/DD/A转换器等, 又要设计合适的接口电路。

  本系统采用AT89C51单片机作为中央处理器。

  其主要任务是在小车行走过程中不断 读取传感器采集到的数据,将得到的数据进行处理后,来控制小车行走,同时将相关数 据送显示单元动态显示。

  在本系统中,AT89C51单片机的P1口用于LCD1602显示,P2.0、P2.1口用于电动机的 PWM驱动控制,P0.3、P0.4口用于探测轨迹,P0.5口用于探测障碍物,P0.0、P0.1口用于 寻找光源。

  P0.6用于LED提示,P0.7用于蜂鸣器报警,P3.2外部中断0用于检测金属铁片, P3.3外部中断1用于计数脉冲,从而达到测量里程的目的。

  3.1 检测轨迹电路 轨迹探测电路根据反射接收原理配置了一对红外线发射、接收传感器。

  该电路包括 一个红外发光二极管、一个红外光敏三极管及其上拉电阻。

  如图3.1 所示。

  红外发光二 极管发射一定强度的红外线照射物体,红外光敏三极管在接收到反射回来的红外线后导 通,发出一个电平跳变信号。

  当小车在白色地面行驶时,装在车下的红外发射管发射红外线信号, 经白色反射 后,被接收管接收,一旦接收管接收到信号,那么图3.1 中光敏三极管将导通,输出低 电平,经LM306 电压比较器送单片机控制。

  当小车行驶到黑色引导线时,红外线信号 被黑色吸收后,光敏三极管截止,输出高电平,从而实现了通过红外线检测信号的功能。

  将检测到的信号送到单片机I/O 口检测到的信号为高电平时,表明红外光被地上的黑色引导线吸收了,表明小车处在黑色的引导线上;同理,当I/O 口检测到的信 号为低电平时,表明小车行驶在白色地面上。

  即当小车底部的某边红外线收发对管遇到 黑带时输入电平为高电平,反之为低电平。

  R1 10 R210 R410 R310 R5Q1 NPN C1 1u U2D1 LED +5 OUT图3.1 轨迹探测电路图 为了保证小车沿黑线行驶,采用了两个检测器并行排列,左右方向都可以进行控制, 控制精度得以提高。

  在小车行走过程中,结合查询方式,通过程序控制小车行走轨迹。

  如果左方向偏离黑线,则右侧的探头就会检测到黑线,把信号传送到单片机,进行处理 校正。

  控制其向右转;如果右方向偏离黑线,则左侧的探头就会检测到黑线,把信号传 送到单片机,进行处理校正。

  控制其向左转。

  从而保证小车沿黑线行驶。

  电路中的可调电阻可调节灵敏度,以满足小车在不同光度的环境中能够寻迹。

  由于 接收对管装在车底,发射距离的远近较难控制,调节可调电阻,灵敏度不高,因此采用 在对管上套一塑料管,屏蔽外界光的影响,灵敏度将大幅提升。

  在该电路中,加比较器 LM306的目的是使模拟量转化为开关量,便于处理。

  3.2检测金属片电路 电感式接近开关由三大部分组成:LC 振荡器、开关电路及放大输出电路。

  它的工 作原理是外界的金属性物体对它的高频—振荡器产生非接触式感应作用。

  振荡器即是由 缠绕在铁氧体磁芯上的线圈构成的LC 振荡电路。

  振荡器通过传感器的感应面,在其前 方产生一个高频交变的电磁场。

  当外界的金属性导电物体接近这一磁场,并到达感应区 时,在金属物体内产生涡流效应,这个涡流反作用于接近开关,从而导致LC 振荡电路 振荡能力衰减,振幅变小,内部电路的参数发生变化,即称之为阻尼现象。

  这一振荡的 变化,即被开关的后置电路放大处理并转换为一确定的输出信号,触发开关并驱动控制 器件,从而达到非接触式目标检测之目的。

  这种接近开关所能检测 的物体必须是金属物体。

  其原理框图如图3.2 所示。

  图3.2接近开关原理框图 在车底中部安装一个金属检测传感器,将其检测面对准运行路面,当小车通过金属 铁块时,输出端输出一个高电平信号,将这个高电平信号通过74LS04 反相器,将信号 用单片机检测出来,借此控制电动机产生相应的动作,并声光提示。

  检测金属铁片电路 原理图如图3.3 所示。

  74LS0 图3.3检测金属铁片电路原理图 3.3 检测障碍物电路 采用超声波传感器探测障碍物。

  超声波是一种在弹性介质中的机械振荡,其频率超 20KHz,分横向振荡和纵向振荡两种,超声波可以在气体、液体及固体中传播,其传播速度不同。

  它有折射和反射现象,且在传播过程中有衰减。

  利用超声波的特性,可 Lc振荡器 晶体 开关 放大 电路 10 做成各种超声波传感器,结合不同的电路,可以制成超声波仪器及装置,在通讯、医疗 及家电中获得广泛应用。

  作为超声波传感器的材料,主要为压电晶体。

  压电晶体组成的超声波传感器是一种 可逆传感器,它可以将电能转变成机械振荡而产生超声波,同时它接收到超声波时,也 能转变成电能,故它分为发送器和接收器。

  超声波传感器有透射型、反射型两种类型, 常用于防盗报警器、接近开关、测距及材料探伤、测厚等。

  本设计应用反射式超声波探测电路探测障碍物。

  该电路分为超声发射电路,超声接 收电路和信号处理电路。

  超声发射电路超声发射电路由时基电路 555 组成,555 振荡电路的频率可以调整,调节电位器 RP1 可以将接受超声传感器的输出电压调至最大,通常可调至40kHz。

  电路如图3.4 D2555 R8 2kR6 1k R7 1kC5 1uC3 1uC4 1uR9 1k Y1 +5v 图3.4 超声波发射电路 该电路用到时基电路LM555。

  LM555 时基电路内部由分压器、比较器、触发器、 输出管和放电管等组成,是模拟电路和数字电路的混合体。

  其各个引脚的功能如下:6脚为阀值端(TH),是上比较器的输入。

  2脚为触发端(TR), 是下比较器的输入。

  3脚为输出端(OUT),有0和1两种状态,它的状态由输入端所加的 电平决定。

  7脚为放电端(DIS),是内部放电管的输出,它有悬空和接地两种状态,也是 由输入端的状态决定。

  4脚为复位端(R),叫上低电平(< 0.3V)时可使输出端为低电平。

  5脚为控制电压端(CV ),可以用它来改变上下触发电平值。

  8脚为电源(VCC),1脚为地 (GND)。

  11 一般可以把 LM555 电路等效成一个大放电开关的R-S 触发器。

  这个特殊的触发器 有两个输入端:阀值端(TH)可看成是置零端 R,高电平有效;触发端(TR)可看成 是置位端S,低电平有效。

  它只有一个输出端OUT,OUT可等效成触发器的Q 端。

  放电 端(DIS)可看成由内部放电开关控制的一个接点,放电开关由触发器的反Q端控制:反 Q=1时DIS 端接地;反Q=0时DIS端悬空。

  此外这个触发器还有复位端 R,控制电压端CV, 电源端VCC和接地端GND。

  图3.5是等效的触发器和它的功能真值表。

  图3.5 等效的触发器和它的功能真值表 这个特殊的R-S 触发器工作原理: 两个输入端的触发电平要求一高一低:置零端R即阀值端TH要求高电平,而置位端S即触发端TR则要求低电平。

  两个输入端的触发电平,是使它们翻转的阀值电压值也不同,当CV端不接控制电压时,对TH(R)端来讲,大于2/3VCC是高电平1,小于2/3VCC是低电平0;而对 TR (S)端来讲,大于1/3VCC是高电平1,小于1/3VCC是低电平0。

  如果在控制端CV加上控 制电压VC,这时上触发电平就变成VC值,而下触发电平则变成 1/2VC。

  可见改变控制 端的控制电压值可以改变上下触发电平值。

  超声波接收电路超声波接收电路使用超声波接收传感器,当它接收到超声波信号(为正弦波信号) 后输入到集成比较器LM393 进行处理。

  LM393 输出的是比较规范的方波信号。

  将此方 波信号输出到信号处理电路。

  电路如图3.6 所示。

  12 PLT OPM-10 TACMO+ TACMO- 11 U1X1 039K D3ZENER1 U2AUC 2M P1D2 500P 100p D1LED 033k +1 OUT图3.6 超声波接收和处理电路 信号处理电路信号处理电路使用集成电路LM2907N,它原是测量转速用的IC,其内部有F/V 换器和比较器、充电泵、高增益运算放大器,它的输出要求有一定频率的信号,能将频率信号转换为直流电压信号。

  LM2907N 具有以下特点: LM2907N进行频率倍增时只需使用一个RC 网络; 最大50mA的输出电流可驱动开关管、发光二极管等; 比较器的滞后电压为30mV利用这个特性可以抑制外界干扰; 具有保护电路,不会受高于Vcc值或低于地参考点输入信号的损伤;

  在零频率输入时,LM2907N的输出电压可根据外围电路自行调节; 13LM2907N 的内部结构及各引脚功能如图3.9 所示,LM2907N 的引脚功能如下: 脚(F)和11脚(IN-)为运算放大器/比较器的输入端; 脚(IN+)和10脚(UF1)为运算放大器的输入端; 12脚为接地端(GND); 6,7,13,14脚未用。

  1110 1410 0k 100u 100u +1 0v 图3.7LM2907N 原理框图 脚接到单片机输入口。

  由图3.7 可以看出,由于两个串联 5.1kΩ 电阻的分压,LM290N7 的10 脚电压V op -=6V,这是内部比较器的参考电压。

  内部比较 脚电压为Vop +输入电压,它是电阻R(51KΩ)上的电压,这个电压和频率有关 op+大于V op -时,比较器输出为“1”,LM2907N 内部三极管导通(或饱和)输 出为“0”,则发光二极管LED 点亮。

  因此,当超声发射电路由LM555 产生40KHz 方波来起振超声波发射探头,使其发 射超声波,如智能电动小车前方遇到障碍物时,此超声波信号被障碍物反射回来,超声 波接收电路接收到超声波信号(为正弦波信号)后输入到比较器 LM393 使其调整为方 14 波输出到LM2907N,LM2907N 芯片会把此方波信号的频率转化为对应电压值,当此电 号引脚输出低电平,LED处于发 光状态。

  即当有障碍物时LED 处于发光状态,LM2907N 号引脚输出低电平,同时通过8 脚将信号送给单片机,使单片机该根据信号控制小车转向,从而实现避开障碍物 的目的。

  3.4 检测光源电路 利用光敏电阻阻值随光强弱变化的特性组成光控开关电路,如图3.8所示,检测光源。

  为了检测光线的强弱,我们在小车左前方、右前方加了2只光敏传感器,即光敏电阻。

  它 根据照射在它上面的光线的强弱,阻值发生变化,输出电压随之变化。

  当小车前方无光 照射时, 光敏电阻阻值很大,三极管处于截止状态, 集电极输出高电平;当有光照射 光敏电阻阻值变小,三极管饱和导通 此调整车头方向,使其沿光源方向行驶。

  R1 12K R4 2K 7KR3 Q1 R2 +5V OUT 图3.8 光源检测电路 3.5 显示电路 本设计采用LCD1602 显示,其与单片机的连接方式如图3.9 所示。

  单片机的P1 与LCD1602的连接。

  15 P1 17P3 /UR16 P3 /T115 P3 /TU14 P3 /INT113 P3 /INTD12 P3 /TXD11 P3 XD10 P2 1528 P2 1427 P2 1326 P2 1225 P2 1124 P2 1023 P2 22P2 21P0 D732 P0 D633 P0 D534 P0 D435 P0 D336 P0 D237 P0 D138 P0 D039 P1 ALE30 EA 31 XTAL218 XTAL1 19 PS EN 49 U1 UU LCD1 图3.9显示电路 该电路用到2 行16 个字的DM-162 液晶模块,它采用标准的14 脚接口,如图3.10 所示。

  其中: 图3.10 DM-162 液晶模块 脚:VSS为地电源 脚:VDD接5V 正电源 脚:V0为液晶显示器对比度调整端,接正电源时对比度最弱,接地电源 时对比度最高。

  脚:RS为寄存器选择,高电平时选数据寄存器、低电平时选指令寄存器。

  脚:RW为读写信号线,高电平时进行读操作,低电平时进行写操作。

  当16 RS RW共同为低电平时可以写入指令或者显示地址,当RS 为低电平 RW为高电平 时可以读忙信号,当RS 为高电平RW为低电平时可以写入数据。

  第7~14脚:D0~D7 位双向数据线。

  3.6 测量里程电路 本设计采用霍尔传感器A4EE测量里程。

  A4EE集成霍尔开关属于开关型的霍尔器件, 其工作电压范围比较宽(4.5~18V),其输出的信号符合TTL电平标准。

  它由稳压器A、 霍尔电势发生器(即硅霍尔片)B、差分放大器C、施密特触发器D和OC门输出E五个基本部 分组成。

  【二】机电一体化毕业论文

    国家开放大学 毕业论文(设计) 题目:机电一体化 学习中心: 吴忠电大分校 学 姓 专 号: 1464001402456 名: 吴 占 忠 业: 机电一体化 指导教师: 史 景 江 2016 年 5 月 17 日 机电一体化毕业论文 摘 要 作为机电系的一名学生,将来工作学习都会以机电为主,所以必须掌握好各种机电 的专业知识。

  我会本着认真的态度对待专业课的学习,提高自己的专业素养.接下来我 将介绍一下我对电动机发展史的认识 关键词:机电一体化 电动机 机械技术 微电子技术 机电一体化毕业论文 目录 绪论 --------------------------------------------------------------4

  第一章 我国发展机电一体化面临的形式以及对策----------------------5

  一、机电一体化技术发展历程及其趋势------------------------5

  二、典型机电一体化产--------------------------------------7

  三、我国发展“机电一体化”面临的形式和任务----------------7

  四、我国发展“机电一体化”的对策--------------------------9

  第二章 电动机的发展及工作原理------------------------------------11

  一、电动机技术发展及现状----------------------------------11

  二、电动机工作原理----------------------------------------12

  三、电动机的维护------------------------------------------13.

  四、结论--------------------------------------------------16

  致谢---------------------------------------------------------------17

  参考文献-----------------------------------------------------------18

  机电一体化毕业论文 绪 论 近几十年来,随着电力电子技术、微电子技术及现代控制理论的发展,中、小功率 电动机在工农业生产及人们的日常生活中都有极其广泛的的应用。

  特别是乡镇企业及家 用电器的迅速,更需要大量的中小功率电动机。

  由于这种电动机的发展及广泛的应用, 它的使用、保养和维护工作也越来越重要。

  本文主要介绍了电动机技术发展及现状、工 作原理、电动机的运行维护。

  1 机电一体化毕业论文 第一章 我国发展机电一体化面临的形式以及对策

  一、机电一体化技术发展历程及其趋势 自电子技术一问世,电子技术与机械技术的结合就开始了,只是出现了半导体 集成电路,尤其是出现了以微处理器为代表的大规模集成电路以后,"机电一体化"技术 之后有了明显进展,引起了人们的广泛注意.

  “机电一体化”这个词是日本安川电机公司在上世纪 60 年代末作商业注册时最先 创用的。

  当时及 70 年代,人们一直把机电一体化看作是机械与电子的结合。

  国内早期 将“机电一体化技术”与“机械电子学”并用,近年来“机电一体化”更流行使用。

  关于“机电一体化”这个名词的起源,说法很多。

  早在 1971 年,日本“机械设计” 杂志副刊就提出了“Electronics”这一名词,从图 47.6-1 可见它是融合机械技术、电 子技术、信息技术等多种技术为一体的新兴的技术。

  采用机电一体化技术设计和制造出 的产品,称之为机电一体化产品。

  2 机电一体化毕业论文 从系统科学的观点来看,机电一体化产品又可称之为机电一体化系统,它是集机械元 件和电子元件于一体的复合系统。

  信息技术驱使机械系统在不同程度上利用数据库,连洗衣机和其他消费品也用上了 数据库驱动系统。

  这样,对机电一体化的系统设计方法的探索、成型和系统集成以及并 行工程设计和控制的实施日显重要。

  此外,光学也进入了机电一体化,产生了“光机电 一体化”的新领域。

  进入 90 年代,通信技术进入了机电一体化,机器可像机器人系统那样遥控和虚拟 现实多媒体等技术紧密联系的计算机控制的网络化机电一体化日益普及。

  有些机电一体 化机械可两用,有的在性能上更是多用途的,尤其是微传感器和执行器技术的发展,和 半导体技术以光刻为基础的方法以及和传统机电一体化微型化方法的结合,开创了以精 密工程和系统集成为特点的机电一体化新分支“微机电一体化”。

  虽然微加工方法尚未 成熟,但将逐渐成为集成控制系统的一个组成部分。

  之后,机电一体化随着自动化技术 的发展而日益发展,稳步进入了 21 世纪

  1.光机电一体化.一般的机电一体化系统是由传感系统、能源系统、信息处理系统、机 械结构等部件组成的.因此,引进光学技术,实现光学技术的先天优点是能有效地改进机 电一体化系统的传感系统、能源(动力)系统和信息处理系统.光机电一体化是机电产品 发展的重要趋势.

  二、机电一体化的发展进程 2.自律分配系统化——柔性化.未来的机电一体化产品,控制和执行系统有足够的 “冗余度”, 有较强的“柔性”, 能较好地应付突发事件, 被设计成“自律分配系统”。

  在自律分配系统中,各个子系统是相互独立工作的,子系统为总系统服务,同时具有本 身的“自律性”,可根据不同的环境条件作出不同反应。

  其特点是子系统可产生本身的 信息并附加所给信息,在总的前提下,具体“行动”是可以改变的。

  这样,既明显地增 加了系统的适应能力(柔性),又不因某一子系统的故障而影响整个系统。

  3.全息系统化——智能化。

  今后的机电一体化产品“全息”特征越来越明显,智能 化水平越来越高。

  这主要收益于模糊技术、信息技术(尤其是软件及芯片技术)的发展。

  除此之外,其系统的层次结构,也变简单的“从上到下”的形势而为复杂的、有较多冗 余度的双向联系。

  3 机电一体化毕业论文 4.“生物一软件”化—仿生物系统化。

  今后的机电一体化装置对信息的依赖性很大, 并且往往在结构上是处于“静态”时不稳定,但在动态(工作)时却是稳定的。

  这有点类 似于活的生物:当控制系统(大脑)停止工作时,生物便“死亡”,而当控制系统(大脑) 工作时,生物就很有活力。

  仿生学研究领域中已发现的一些生物体优良的机构可为机电 一体化产品提供新型机体,但如何使这些新型机体具有活的“生命”还有待于深入研 究。

  这一研究领域称为“生物——软件”或“生物——系统”, 而生物的特点是硬件(肌 体)——软件(大脑)一体,不可分割。

  看来,机电一体化产品虽然有向生物系统化发展 趋,但有一段漫长的道路要走。

  5.微型机电化——微型化。

  目前,利用半导体器件制造过程中的蚀刻技术,在实验 室中已制造出亚微米级的机械元件。

  当将这一成果用于实际产品时,就没有必要区分机 械部分和控制器了。

  届时机械和电子完全可以“融合”,机体、执行机构、传感器、CPU 等可集成在一起,体积很小,并组成一种自律元件。

  这种微型机械学是机电一体化的重 要发展方向。

  二、典型的机电一体化产品 机电一体化产品分系统(整机)和基础元、部件两大类。

  典型的机电一体化系统有: 数控机床、机器人、汽车电子化产品、智能化仪器仪表、电子排版印刷系统、CAD/CAM 系统等。

  典型的机电一体化元、部件有:电力电子器件及装置、可编程序控制器、模糊 控制器、微型电机、传感器、专用集成电路、伺服机构等。

  这些典型的机电一体化产品 的技术现状、发展趋势、市场前景分析从略。

  三、我国发展“机电一体化”面临的形势和任务 机电一体化工作主要包括两个层次:一是用微电子技术改造传统产业,其目的是节 能、节材,提高工效,提高产品质量,把传统工业的技术进步提高一步;二是开发自动 化、数字化、智能化机电产品,促进产品的更新换代。

  (一)我国“机电一体化”工作面临的形势 1. 我国用微电子技术改造传统工业的工作量大而广,有难度 4 机电一体化毕业论文 2. 3. 我国用机电一体化技术加速产品更新换代,提高市场占有率的呼声高,有压力。

  我国用机电一体化产品取代技术含量和附加值低,耗能、耗水、耗材高,污染、 扰民产品的责任重,有意义。

  在我国工业系统中,能耗、耗水大户,对环境污染严重的 企业还占相当大的比重。

  近年来我国的工业结构、产品结构虽然几经调整,但由于多种 原因,成效一直不够明显。

  这里面固然有上级领导部门的政出多门问题,有企业的“故 土难离”“死守故业”问题,但不可否认也有优化不出理想的产业,优选不出中意的产 品问题。

  上佳的答案早就摆在了这些企业的面前,这就是发展机电一体化,开发和生产 有关的机电一体化产品。

  机电一体化产品功能强、性能好、质量高、成本低,且具有柔 性,可根据市场需要和用户反映时产品结构和生产过程做必要的调整、改革,而无须改 换设备。

  这是解决机电产品多品种、少批量生产的重要出路。

  同时,可为传统的机械工 业注入新鲜血液,带来新的活力,把机械生产从繁重的体力劳动中解脱出来,实现文明 生产。

  (二) 我国“机电一体化”工作的任务 我国在机电一体化方面的任务可以概括为两句话:一句话是广泛深入地用机电一体 化技术改造传统产业;另一句话是大张旗鼓地开发机电一体化产品,促进机电产品的更 新换代。

  总的目的是促进机电一体产业的形成、 为我国产业结构和产品结构调整作贡献。

  总之,机电一体化技术既是振兴传统机电工业的新鲜血液和源动力,又是开启我国 机电行业产品结构、产业结构调整大门的钥匙。

  四、我国发展“机电一体化”的对策 (一)加强统筹安排,协调发展计划 目前,我国从事“机电一体化”研究开发及生产的单位很多。

  各自都有一套自己的 发展策略。

  各单位的计划由于受各自立足点、着眼点的限制,难免只考虑局部利益,各 主管部门的有关计划和规划,也有统一考虑不足,统筹安排不够的问题,同时缺少综观 全局的有权威性的发展计划和战略规划。

  因此,建议各主管部门责成有关单位在进行深 5 机电一体化毕业论文 入调查研究、科学分析的基础上,制定出统管全局的“机电一体化”研究、开发、生产 计划和规划,避免开发上重复,生产上撞车! (二)强化行业管理,发挥“协会”作用 目前,我国“机电一体化”较热,而按目前的行业划分方法和管理体制,“政出多 门”是难哆的。

  因此,我国有必要明确一个“机电一体化”行业的统管机构,根据目前 国家政治体制改革和经济体制改革的精神,以及机电一体化行业特点,我们建议,尽快 加强北京机电一体化协会的建设,赋予其行业管理职能。

  “协会”要进一步扩大领导机 构——理事会的代表层面和复盖面,要加强办公室、秘书处的建设;要通过其精明干练 的办事机构、经济实体,组织“行业”发展计划、战略规划的拟制;指导行业布点布局 的调整, 进行发展突破口的选择, 抓好重点工程的试点和有关项目的发标、 招标工作

  (三)优化发展环境、增大支持力度 优化发展环境指通过宣传群众,造成一种社会上下、企业内外都重视、支持“机电 一体化”发展的氛围,如尽快为外商到我国投资发展“机电一体化”产业提供方便;尽 可能为兴办开发、生产机电一体化产品的高新技术企业开绿灯;尽力为开发、生产机电 一体化产品调配好资源要素等。

  增大支持力度,在技术政策上,要严格限制耗电、耗水、耗材高的传统产品的发展, 对未采用机电一体化技术落后产品限制强制淘汰;大力提倡用机电一体化技术对传统产 业进行改造,对有关机电一体化技术对传统产业乾地改造,对有关技术开发、应用项目 优先立项、优先支持,对在技术开发、应用中做出贡献的单位领导、科技人员进行表彰 奖励等。

  (四)突出发展重点,兼顾“两个层次” 机电一体化产业复盖面非常广,而我们的财力、人力和物力是有限的,因此我们在 抓机电一体化产业发展时不能面面俱到、平铺直叙,而应分清主次,大胆取舍,有所为, 有所不为。

  要注意抓两个层次上的工作。

  第一个层次是“面上”的工作,即用电子信息 技术对传统产业进行改造,在传统的机电设备上植入或嫁接上微电子(计算机)装置,使 6 机电一体化毕业论文 “机械”和“电子”技术在浅层次上结合。

  第二个层次是“提高”工作,即在新产品设 计之初, 就把“机械”与“电子”统一起来进行考虑, 使“机械”与“电子”密不可分, 深度结合,生产出来的新产品起码正做到机电一体化。

  7 机电一体化毕业论文 第二章 电动机的发展及工作原理 一、电动机技术发展及现状 电机是利用电磁感应原理工作的机械。

  随着生产的发展而发展的,反过来,电机的 发展又促进了社会生产力的不断提高。

  从 19 世纪末期起,电动机就逐渐代替蒸汽机作 为拖动生产机械的原动机,一个多世纪以来,虽然电机的基本结构变化不大,但是电机 的类型增加了许多,在运行性能,经济指标等方面也都有了很大的改进和提高,而且随 着自动控制系统和计算机技术的发展,

  在一般旋转电机的理论基础上又发展出许多种类 的控制电机,控制电机具有高可靠性、好精确度、快速响应的特点,已成为电机学科的 一个独立分支。

  在现代化工业生产过程中, 为了实现各种生产工艺过程, 需要各种各样的生 产机械。

  拖动各种生产机械运转,可以采用气动,液压传动和电力拖动。

  由于电力拖动 具有控制简单、调节性能好、耗损小、经济,能实现远距离控制和自动控制等一系列优 点,因此大多数生产机械都采用电力拖动。

  按照电动机的种类不同, 电力拖动系统分为直流电力拖动系统和交流电力拖动系统 两大类。

  纵观电力拖动的发展过程,交,直流两种拖动方式并存于各个生产领域。

  在交流电 出现以前,直流电力拖动是唯一的一种电力拖动方式,19 世纪末期,由于研制出了经济 实用的交流电动机,致使交流电力拖动在工业中得到了广泛的应用,但随着生产技术的 发展,特别是精密机械加工与冶金工业生产过程的进步,对电力拖动在起动,制动,正 反转以及调速精度与范围等静态特性和动态响应方面提出了新的,更高的要求。

  由于交 流电力拖动比直流电力拖动在技术上难以实现这些要求,所以 20 世纪以来,在可逆, 可调速与高精度的拖动技术领域中,相当时期内几乎都是采用直流电力拖动,而交流电 力拖动则主要用于恒转速系统。

  虽然直流电动机具有调速性能优异这一突出特点,但是由于它具有电刷与换向器 (又称整流子),使得他的故障率较高,电动机的使用环境也受到了限制(如不能在有 易爆气体及尘埃多的场合使用),其电压等级,额定转速,单机容量的发展也受到了限 制。

  所以,在 20 世纪 60 年代以后,随着电力电子技术的发展,半导体交流技术的交流 8 机电一体化毕业论文 技术的交流调速系统得以实现。

  尤其是 70 年代以来,大规模集成电路和计算机控制技 术的发展,为交流电力拖动的广泛应用创造了有利条件。

  诸如交流电动机的串级调速, 各种类型的变频调速,无换向器电动机调速等,使得交流电力拖动逐步具备了调速范围 宽,稳态精度高,动态响应快以及在四象限做可逆运行等良好的技术性能,在调速性能 方面完全可与直流电力拖动媲美。

  除此之外,由于交流电力拖动具有调速性能优良,维 修费用低等优点,因此它今后将广泛应用于各个工业电气自动化领域中,并逐步取代直 流电力拖动而成为电力拖动的主流。

  经历了 100 多年的技术发展,电动机自身的理论基本成熟。

  随着电工技术的发展, 对电能的转换、控制以及高效使用的要求越来越高。

  电磁材料的性能不断提高,电工电 子技术的广泛应用,为电动机的发展注入了新的活力。

  未来电动机将会沿着单位功率体积更小、机电能量转换效率更高、控制更灵活的方 向继续发展。

  一批"巨无霸"电机、一批"光怪陆奇"电机将同时展现在世人眼前。

  二、电动机工作原理 目前较常用的主要是交流电动机,它可分为两种:1、三相异步电动机。

  2、单相交 流电动机。

  第一种多用在工业上,而第二种多用在民用电器上。

  下面以三相异步电动机 为例介绍其基本工作原理。

  起来, 形成一个笼型的闭合绕组。

  定子三相绕组可接成星形, 也可以接成三角形。

  综上分析可知,三相异步电动机转动的基本工作原理是: (1) 三相对称绕组中通人三相对称电流产生圆形旋转磁场。

  (2) 转子导体切割旋转磁场感应电动势和电流; (3) 转子载流导体在磁场中受到电磁力的作用,从而形成电磁转距,驱使电动机 转子转动。

  三:电动机的运行维护 (一) 电动机启动前的准备 为了保证电动机正常安全地启动,一般启动前应作好下述准备: (1) 检查电源是否有电,电压是否正常,若电源电压过高或过低,都不宜启动。

  (2) 启动器是否正常,如零部件有无损坏,使用是否灵活,触头接触是否良好, 接线是否正确、牢固等。

  9 机电一体化毕业论文 (3) 熔丝规格大小是否合适,安装是否牢固,有无熔断或损伤。

  (4) 电动机接线板上接头有无松动或氧化。

  (5) 检查传动装置,如皮带轻紧是否合适,连接是否牢固,联轴器的螺丝、销子 是否紧固等。

  (6) 传动电动机转子和负载机械的转轴,看其转动是否灵活。

  (7) 检查电动机及启动电器外壳是否接地,接地线有无断路,接地螺丝是否松动、 脱落等。

  (8) 搬开电动机周围的杂物并清除机座表面灰尘、油垢等。

  (9) 检查负载机械是否妥善地作好了启动准备。

  (10) 对正常运行中的绕线式电动机,应经常观察电动机滑环有无偏心摆动现象; 观察滑环的火花是否发生异常现象。

  滑环上碳刷是否要更换。

  (二) 启动时应注意的问题 (1) 接通电源后,如果电动机不转,应立即切断电源,绝不能迟疑等待,更不能 带电检查电动机发故障,否则将会烧毁电动机和发生危险。

  (2) 启动时应注意观察电动机、传动装置、负载机械的工作情况,以及线路上的 电流表和电压表的指示,若有异常现象,应立即断电检查,待故障排除后,载行启动。

  (3) 利用手动补偿器或手动星三角启动器启动电动机时,特别要注意操作顺序。

  一定要先将手柄推到启动位置,待电动机转速稳定后再拉到运转位置,防止误操作造成 设备和人身事故。

  (4) 同一线路上的电动机不应同时启动,一般应由大到小逐台启动以免多太电动 机同时启动,线路上电流太大。

  电压降低过多,造成电动机启动困难引起线路故障或使 开关设备跳闸。

  (5) 启动时,若电动机的旋转方向反了,应立即切断电源,将三相电源线中的任 意两相互换一下位置,即可改变电动机转向。

  (三) 电动机运行中的监视 电动机在运行时,值班工作人员可以通过仪表和感觉器官监视其运行情况,以便及 早发现问题,减少或避免故障的发生。

  1. 监视电动机的温度 10 机电一体化毕业论文 电动机正常运行时会发热,使电动机温度升高,但不应超出允许的限度。

  如果电动 机负载过大,使用环境温度过高,通风不畅或运行中发生故障,就会使其温度超出允许 限度,导致绕组过热烧毁,因此电动机温度的高低是反映电动机运行的主要标志,在运 行中经常检查。

  判断电动机是否过热,可以用以下方法: (1) 凭手的感觉:如果以手接触外壳,没有烫手的感觉,说明电动机温度正常; 如果手放上去烫得马上缩回来,说明电动机已经过热。

  (2) 在电动机外壳上滴 2~3 滴水,如果只冒热气没有声音,则说明电动机没有 过热,如果水滴急剧汽化同时伴有"咝咝"声,说明电动机已经过热。

  (3) 判别电动机是否过热的准确方法还是用温度计测量。

  发现电动机过热应该立即停车检查,等查明原因,排除故障后再行使用。

  2. 监视电动机的电流 一般容量较大的电动机应装设电流表,随时对其电流进行监视。

  若电流大小或三相 电流不平衡超过了允许值。

  应立即停车检查。

  容量较小的电动机一般不装电流表,但也 经常用钳形表测量。

  3. 监视电动机的电压 电动机的电源上最好装设一只电压表和转换开关,以便对其三相电源、压进行监视。

  电 动机的电源电压过高、过低或三相电压不平衡,特别是三相电源缺相,都会带来不良后 果。

  如发现这种情况应立即停车,待查明原因,排除故障后再使用。

  4. 注意电动机的振动、响声和气味 电动机正常运行时,应平稳、轻快、无异常气味和响声。

  若发生剧烈振动,噪音和 焦臭气味,应停车进行检查修理。

  5. 注意传动装置的检查 电动机运行时要随时注意查看皮带轮或联轴器有无松动,传动皮带是否有过紧、过 松的现象等,如果有,应停车上紧或进行调整。

  6. 注意轴承的工作情况 电动机运行中应注意轴承声响和发热情况。

  若轴承声音不正常或过热,应检查润滑 情况是否良好和有无磨损。

  7. 注意交流电动机的滑环或直流电动机的换向器火花 电动机运行中,电刷与换向器或滑环之间难免出现火花。

  如果所发生的火花大于某 11 机电一体化毕业论文 一规定限度,尤其是出现放电性的红色电弧火花时,将产生破坏作用,必须及时加以纠 正。

  (四) 电动机的定期检查和保养 为了保证电动机正常工作,除了按操作规程正确使用,运行过程中注意监视和维护 外还应进行定期检查和保养。

  间隔时间可根据电动机的类型、使用环境决定。

  主要检查 和保养项目如下: (1) 及时清除电动机机座外部的灰尘、油泥,如使用环境灰尘较多,最好每天清 扫一次。

  (2) 经常检查接线板螺丝是否松动或烧伤。

  (3) 定期测量电动机的绝缘电阻,若使用环境比较潮湿更应经常测量。

  (4) 定期用煤油清洗轴承并更换新油(一般半年更换一次),换油时不应上满, 一般占油腔的 1/2~1/3,否则,容易发热或甩出,油要从一面加人,可以把没有清洗 干净的杂质,从另一面挤出来。

  (5) 定期检查启动设备,看触头和接线有无烧伤,氧化,接触是否良好等。

  (6) 绝缘情况的检查。

  绝缘材料的绝缘能力因干燥程度不同而异,所以保持电动 机绕组的干燥是非常重要的。

  电动机工作环境潮湿、 工作间有腐蚀性气体等因素的存在, 都会破坏电动机的绝缘。

  最常见的是绕组接地故障即绝缘损坏,使带电部分与机壳等不 应带电的金属部分相碰, 发生这种故障, 不仅影响电动机正常工作。

  还会危及人身安全。

  所以电动机在使用中,应经常检查绝缘电阻,还要注意查看电动机机壳接地是否可靠。

  (7) 除了按上述几项内容对电动机定期维护外,运行一年后要大修一次。

  大修的 目的在于,对电动机进行一次彻底、全面的检查、维护,增补电动机缺少、磨损的元件, 彻底清除电动机内外的灰尘、污物,检查绝缘情况,清洗轴承并检查其磨损情况。

  四:结论 电动机在我国的经济建设中担当着重要的角色,随着我国加入 WTO 后,我国电动 机行业所面临的国际社会的巨大竞争压力和挑战日益加剧。

  从节约能源, 保护环境出发, 高效率电动机是目前国际发展的趋势。

  这样看来,推广中国的高效率电动机是非常有必 要的。

  但是在日常使用过程中如何去维护好,其影响可见一斑。

  本文着重从电动机的技 术发展及现状、工作原理、运行维护进行了初略的探讨和分析,希望能给正在或即将从 事电动机工作的人士一些帮助。

  12 机电一体化毕业论文 参考文献

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