1、课程设计机电一体化系统设计课程设计教学单位: 机电工程学院专 业: 机械设计制造及其自动化班 级: 10 机械 C（机电一体化）1.学号: 2010100203013 学生姓名: 谢伟军 2.学号: 2010100203027 学生姓名: 李伟雄 3.学号: 2010100203067 学生姓名: 吴海富 指导教师: 何伟 完成时间: 2013 年 11 月 10 日电子科技大学中山学院机电工程学院I前 言如今伴随着信息时代的到来，人们的生活水平日益提高，方便、快捷、自动、智能成为时代的主题，在现代家庭生活环境中，居家环境早已不仅仅局限在物理空间上，人们更为关注的是一个安全、方便、舒适的环境，
2、自动化的电子产品自然成为人们追求的目标。 窗是人心灵的眼睛，窗帘则是眼睛上的睫毛，窗帘在防止强光射入，帮助人们合理的安排时间，美化室内环境，保证个人隐私，增强居家环境方面有重要作用。随着人们生活节奏的加快，窗帘的自动化随之产生。本产品是在学习机械原理及设计和电工学等知识，通过实践，观察，思考的基础上设计而成的，且人性化的思想理念也体现了科学技术在人们生活中的作用。通过几个月的努力，使我们深刻感受到了电学，力学，加工工艺，理论知识与实践相结合在机械设计中的重要性。加强和拓展这些方面的知识对机械学子们是很有必要的。由于我们能力、经验以及一些方面的知识有限，许多地方未能深入的研究，如有误漏之处，敬请
3、评委老师批评指正。II课程设计任务书目 录1 课题分析 .11.1 设计目的 .11.2 设计达到的功能和要求 .11.3 设计内容和主要步骤 .21.4 小组成员及其分工 .22 机械结构设计 .32.1 设计参数计算 .32.2 机械部件的选择 .32.3 机械结构的设计 .42.4 机械结构装配图 .53 控制电路设计 .63.1 电机的选择 .63.2 传感器的选择 .73.3 PLC 的选择 .93.4 控制系统电路图 .114 控制系统设计 .124.1 控制系统工作原理 .124.2 控制系统框图 .134.3. 控制过程流程图。 .134.4 PLC 控制程序 .145 结语
4、.156 附录 .165.1 机械结构装配图 .165.2 控制系统电路图 .175.3 PLC 控制程序 .18参考文献 .1911 课题分析1.1 设计 目的如果说建筑是凝固的音乐，那么完美的家庭智能化自动控制系统则是这首乐曲上绝妙的音符。在科技发达、物质富庶的今天，自控系统已不单纯是实现室内基本安防、照明、采暖的工具，而且是建筑装饰的一种实用艺术品，是自动化技术与建筑艺术的统一体。完善的自控系统集装饰、照明、安防及节能于一身，尽力达到完美与和谐的统一，充分利用科学与艺术的搭配，光与影的组合以及安防与空调的自动控制来创造各种舒适、优雅的环境，以加强室内空间效果的气氛。而智能窗帘作为智能家居
5、的一部分，更显得尤为重要。试想，当你在看电视前还要去理会那窗帘的开关实在是一件烦人的事情，当你躺在床上的时候，发现窗帘没有关上的时候，当你早上醒来发现房间里乌黑一片你是不是很恼火啊。作为一个家的主人你需要可调节的透光度去适应不同天气下的室内环境。智能窗帘是带有一定自我反应、调节、控制功能的窗帘。如根据室内环境状况自动调光线强度。使得达到室内人体适应的光线亮度而不至于对人眼睛的伤害为了解决这些生活中碰到的实际问题，智能窗帘设计便应运而生。1.2 设计 达到的功能和要求目前，国外已大量应用机器人技术，机器人自动化生产线成套装备已成为自动化成套装备的主流以及未来自动化生产线的发展方向。随着国民经济的
6、发展和科学技术水平的提高，特别是计算机技术、通信技术、网络技术、控制技术的迅猛发张，生活现代化得以实现，居住环境向舒适化、安全化发展。家居智能化在这种形势下应运而生。本次设计是基于 PLC 控制技术的随光线强弱来自动控制型智能窗帘。每个人对坏境室内光线强弱适应能力不同，室内主人可根据自己的需求自行调节所适应的最佳光线强度，连接电源并选择控制类型（自动控制/手动控制） 。选择自动控制时，智能窗帘由室内光线强度的变化，而经由相关器件接收、处理、控制信号，达到自行调节窗帘的开合程度，从而使光线的强弱程度达到主人所预先设定的值范围。选择手动控制时，由于室内主人在黑夜白天的特殊需求而自行来控制窗帘的开合
7、（例如在晚上、睡觉等时候，根据主人的需要是要求把窗帘闭合，而不影响睡眠质量，但是根据预先设定和程序设定，智能型窗帘是会依设定值打开窗帘的，所以需要手动控制来关闭窗帘）智能窗帘说需达到的要求：（1）窗帘能根据室内光线强弱自动调节自身开合量；2（2）满足不同客户需求，能让客户手动初始化窗帘所需调节的光线强弱；（3） 、解决窗帘临界条件不断正反转问题以节约电量；（4） 、窗帘结构简单美观，占位空间小，适用不同门窗需求。1.3 设计内容和主要步骤本次设计主要工作就是通过系统软件的编程和硬件的设计来实现对自动家居窗帘单元的结构控制。系统用 GX-developer 软件来编程，采用步序状态字的变化来实现
8、。硬件采用的是三菱 FX2N-16MR-001 PLC 来进行驱动，使直流电动机按照编制好的程序来工作。通过软件和硬件的结合从而实现对自动家居窗帘单元的结构控制。 本次设计的意义在于更多的了解三菱 FX2N-16MR-001 PLC 的应用，能熟练的使用 V4.0 STEP 7 Micro WIN SP3 软件编程，并且能自己设计出硬件，自己去设计、焊接、组装和调试。这使得自己对自动控制有了更深刻的认识了解。主要步骤：（1）控制电路设计。对智能控制窗帘整体流程构思及所需元件的选择，为设计智能窗帘做初步系统的整体构思，为进一步的设计制作打下基础。（2）机械结构设计。对智能控制窗帘整体外形的设计，
9、设计出外形美观、廉价、小型使用的结构类型，并对电路元件的使用进行配合使用。（3）控制系统设计。对智能控制窗帘整体的运作控制进行安排设计，根据智能窗帘的实现功能，对 PLC 控制程序设计、PLC 课程软件调试运行。（4）设计结尾阶段。智能控制窗帘的设计说明书的编写和设计实验心得总结。1.4 小组成员及其分工13 谢伟军 ：控制系统设计（PLC 控制程序设计 PLC 课程软件调试 控制系统工作原理控制系统框图 控制过程流程图 课程设计说明书）27 李伟雄 ：控制电路设计（电机的选择 传感器的选择 PLC 的选择 控制系统电路图）67 吴海富 ：机械结构设计（设计参数计算 机械部件的选择 机械结构的
10、设计 机械结构装配图） 32 机械结构设计2.1 设计参数计算2.2 机械部件的选择1、连接装置方案一：键连接由于键连接在细轴上不宜加工，费用高，所以不适合；方案二：过盈配合连接由于过盈配合不宜拆装，所以不适合；方案三：销连接由于容易加工，费用低，拆装方便，所以适合；方案四：联轴器连接要求同轴度不高，在市场上容易买到，所以适合。2 、 传动装置方案一：摩擦传动由于摩擦阻力大，对加工表面粗糙度要求高，易磨损，所以不适合；方案二：滑动轴承由于滑动轴承摩擦力较滚动轴承大，润滑维护较滚动轴承复杂，所以不适合；方案三：滚动轴承由于启动阻力小，润滑维护方便，在市场上容易买到，所以适合；42.3 机械结构的
11、设计机械结构各零件设计：52.4 机械结构装配图63 控制电路设计3.1 电机的选择1. 电机型号的选择采用微型减速箱与直流电机的组合。6DK-06-12 电机 12V 6w 空载 3300rpm 负载 3000rpm配备微型齿轮减速箱 6GN50K-GN18K 减速比 50 搭配后转速 60rpm 左右 2. 电机的控制方法通过控制其电流方向从而控制他的转向73.2 传感器的选择1. 传感器的工作原理一光敏电阻： 光敏电阻又称光导管，常用的制作材料为硫化镉，这些制作材料利用半导体的光电导效应制成的一种电阻值随入射光的强弱而改变的电阻器，又称为光电导探测器；入射光强，电阻减小，入射光弱，电阻增
12、大。这是由于光照产生的载流子都参与导电，在外加电场的作用下作漂移运动，电子奔向电源的正极，空穴奔向电源的负极，从而使光敏电阻器的阻值迅速下降。 光敏电阻器一般用于光的测量、光的控制和光电转换（将光的变化转换为电的变化） 。 光敏电阻的工作原理是基于内光电效应。在半导体光敏材料两端装上电极引线，将其封装在带有透明窗的管壳里就构成光敏电阻，为了增加灵敏度，两电极常做成梳状。通常采用涂敷、喷涂、烧结等方法在绝缘衬底上制作很薄的光敏电阻体及梳状欧姆电极，接出引线，封装在具有透光镜的密封壳体内，以免受潮影响其灵敏度。入射光消失后，由光子激发产生的电子空穴对将复合，光敏电阻的阻值也就恢复原值。在光敏电阻两端的金属电极加上电压，其中便有电流通过，受到一定波长的光线照射时，电流就会随光强的增大而变大，从而实现光电转换。二对射式光电开关/红外对管主要：（1）发射器红外灯自动开关。 （2）接收器对射式光电开关的结构图：
