毕业设计 阳伞自动控制系统设计.doc

毕业设计本科毕业设计阳伞自动控制系统设计目 录摘要与关键词……………………………………………………………………………………………II0 引言………………………………………………………………………………………………………11 工作原理…………………………………………………………………………………………………11.1电机控制电路………………………………………………………………………………………11.2电机和阳伞连接示意图……………………………………………………………………………2 1.3电动机工作的基本原理……………………………………………………………………………31.4继电器的工作原理…………………………………………………………………………………31.5近开关的工作原理…………………………………………………………………………………32 控制系统的总体结构设计………………………………………………………………………………42.1系统框图……………………………………………………………………………………………42.2系统电动机正反转电路的设计……………………………………………………………………42.3接近开关电路设计…………………………………………………………………………………52.4整体开关控制电路的设计…………………………………………………………………………53 实验结果…………………………………………………………………………………………………64 结语………………………………………………………………………………………………………7参考文献…………………………………………………………………………………………………7致谢………………………………………………………………………………………………………7阳伞自动控制系统设计摘 要设计了一种自动化阳伞控制系统。

系统采用开关电路控制继电器组开关的通断进而控制电动机的正反转，然后让电动机带动阳伞的伸缩当阳伞完全伸展开后电动机会自动停止转动，阳伞被完全收缩完后，电转机也会自动停止转动，阳伞可以停在任何位置并可在该位置任意伸缩该系统对于阳伞的控制有较高的精度，可以实现阳伞伸缩和暂停的自动化关键词阳伞；自动；控制系统Automatic control system design of sun umbrellaAbstractSun umbrella, a design of automation control system. Control system uses circuit switching relay group of on-off switch to control the motor’s positive, and then motor drive Sun umbrella stretching. When Sun umbrella fully extend the motor will automatically stop rotating, While Sun umbrella was completely opened, power transfer will automatically stop moving, Sun umbrella may be parked in any location and at the location it can do any expansion. The system for the control of Sun umbrella have a higher degree of accuracy, and can achieve Sun umbrella’s flexibility and suspend automatically.KeywordsSun Umbrella; Automatic; Control System80 引言近年来，阳伞已广泛应用于居民住宅小区、私人别墅、酒店、大型商场等场合。

在国外，阳伞的发展已相对成熟，在国内从事阳伞行业的单位不在少数，但大多都是作为国外阳伞代理商身份亮相国内在阳伞的自主研发上还处于初级阶段[1]本设计利用基本逻辑门控制阳伞打开与闭合,控制系统结构简单、工作稳定、安全可靠、易于操作1 工作原理阳伞的自动控制系统总体工作分两步：第一步是控制电动机正反转的工作原理，第二步是电动机和伞的连接工作原理1. 1 电机控制电路开关整体控制电动机的电路图如下[2]：图1整体开关控制电路图中继电器J1、J2、J3、J4的信号输入端一端接5V电源VCC，另 一端和与非门连接，实际上真正的控制端口只有一个，就是和与非门连接的那个端口，继电器控制端口信号为低电平有效依据上面的逻辑函数式，按钮开关K2 按下时，继电器的J2、J3输出开关闭合，电源通过继电器J3、电动机、继电器J2构成回路，此时电动机反转，通过同样的分析可知按钮开关K1按下时电动机正转，K3、K4是两个接近开关，K3安装在伞的完全收回处，K4安装在伞的完全展开处1. 2 电动机和阳伞的连接示意图电动机和阳伞的连接示意图如图2、图3所示[3]电机逆时针转转轴c图2阳伞伸开图阳伞的伞布是饶在转轴c上的，转轴c通过皮带和滑轮与电动机的转轴连接，电动机逆时针转动时，转轴c也是逆时针转动，这样，伞布缓缓展开，直到展开到了的尽头，伞的最前端的金属片被接近开关K4感知，伞自动停止运动。

电机顺时针转转轴c图3阳伞收缩图电动机顺时针转动时，转轴c也顺时针转动，阳伞被拉回在全部被拉回时，金属片被接近开关K3感知，伞便停止了运动1.3 电动机工作的基本原理电动机也称为“马达”，是把电能转变为机械能的机器利用电动机可以把发电机所产生的大量电能，应用到生产事业中去电动机因输入的电流不同，可分为直流电动机与交流电动机本设计中着重介绍直流电动机任何电动机的工作原理都是建立在磁感应理论基础之上的，直流电机也是如此[4]磁感应定义：当电流通过导体时，在导体周围有磁场产生当导体中的电流大小改变时，其磁场强弱也随之变化；当导体中电流方向改变时，其磁场方向也相应改变这种载流导体所产生的磁场，称为感应磁场，这种现象被称为电磁感应现象当我们在磁场中放置一个能自由旋转的载流线圈，载流线圈在磁场中受到电磁力矩，便可发现载流线圈饶中心轴线转动载流线圈中的电流方向决定着线圈的转动方向直流电动机的大致构造：磁极、线圈、转子、电刷、换向器、电刷与电源线连接直流电动机一般有两个接线引脚，我们定义为a、b引脚，当a引脚接电源的正极，b引脚接电源的负极时，不妨令电动机正转；当b引脚接电源的正极，a引脚接电源的负极时，电动机则反转。

1.4 继电器工作的原理继电器是一种电子控制器件，它具有称输入回路和称输出回路，是一个四端有源器件，其中两个端子为输入控制端，两个端子为输出控制端，通常应用于自动控制电路，它实际上是用较小的电流去控制较大电流的一种“自动开关” [5]在此次设计中我们选择了电磁继电器，电磁继电器一般由铁芯、线圈、衔铁、触点簧片等组成的只要圈两端加上一定的电压，线圈中就会流过一定的电流，从而产生电磁效应，衔铁就会在电磁力吸引的作用下克服返回弹簧的拉力吸向铁芯，从而带动衔铁的动触点与静触点（常开触点）吸合当线圈断电后，电磁的吸力也随之消失，衔铁就会在弹簧的反作用力返回原来的位置，使动触点与原来的静触点（常闭触点）吸合这样吸合、释放，从而达到了在电路中的导通、切断的目的对于继电器的“常开、常闭”触点，可以这样来区分：继电器线圈未通电时处于断开状态的静触点，称为“常开触点”；处于接通状态的静触点称为“常闭触点”1.5 接近开关的工作原理接近开关是传感器家族中众多种类中的一个，它是利用电磁工作原理，用先进的工艺制成的，是一种位置传感器[6]它能通过传感器与物体之间的位置关系变化，将非电量或电磁量转化为所希望的电信号，从而达到控制或测量的目的。

转换元件辅助电源信号调理转换电路敏感元件被测物接近开关由敏感元件和转换元件组成组成方框图如图4所示图4接近开关组成方框图其中，敏感元件是指接近开关中能直接感受或响应被测量的部分；转换元件是指接近开关中能将敏感元件感受或响应的被测量转换成适于传输测量的电信号部分由于接近开关输出信号一般很弱，需要有信号调理与转换电路，进行放大、运算调制等，此外信号调理转换电路以及接近开关的工作必须有辅助的电源，因此信号调理转换电路以及所需要的电源都作为接近开关组成的一部分随着半导体器件与集成技术在接近开关中的应用，接近开关的信号调理转换电路与敏感元件集成在同一芯片上，安装在接近开关的壳体里2 控制系统的总体结构设计2.1 系统框图按钮开关继电器通断电机正反转接近开关阳伞伸缩图5阳伞的自动控制系统总体结构图阳伞的自动控制系统总体结构如图5所示图中，阳伞的伸展和收缩是通过电动机的正反转来实现的 [7,8]，电动机的正反转是通过四个继电器的四个输出端的状态（接通或断开）来完成，继电器的开关状态又是由按钮开关和接近开关的状态控制的，当然，接近开关的断开还是接通是由阳伞的状态决定的2.2 系统电动机正反转电路的设计图6为电动机正反转的电路图。

J4MJ2J1J3+Vcc控制信号端口图6电动机正反转原理图 图中，J1、J2 、J3 、J4分别为电磁式继电器，我们可以通过控制信号端口的输入信号来控制继电器的输出端口开关的通断，当控制信号端口有电流通过时，相应的输出端口的开关就接通，当控制信号端口无电流通过时，相应的输出端口的开关就断开若J1 、J4开关接通时，有从左到右的电流通过电动机，不妨设此时电动机顺时针转动，若J3、J2开关接通时，有从右到左的电流通过电动机，此时电动机逆时针转动当J1、J3开关接通， J2、J4开关断开时，或者J2、J4开关接通，J1、J3开关断开时电动机停止驱动，当然J1、 J2、J3、J4都断开时，电动机也是停止驱动的这样，通过电磁式铁继电器J1、J2、J3、J4的输出端口开关不同的通断状态的组合，就实现了电动机的三个状态：正转、反转、停止驱动根据转换要求，电磁式铁继电器J1、J2、J3、J4选用 5V直流控制，电动机选用直流5V或8V，电源选择直流5V或8V2.3接近开关电路设计电感式接近开关属于一种有开关量输出的位置传感器,它由LC高频振荡器和放大处理电路组成，利用金属物体在接近这个能产生电磁场的振荡感应头时，使物体内部产生涡流[9]。

这个涡流反作用于接近开关，使接近开关振荡能力衰减，内部电路的参数发生变化，由此识别出有无金属物体接近，进而控制开关的通或断这种接近开关所能检测的物体必须是金属物体在阳伞展开的最大位置处安装一个接近开关K4，K4作为电路反馈开关，属于控制电路的一部分只有当阳伞完全展开，金属片接近它时，K4才会马上闭合，闭合后有一高电平信号通过K4输入到控制系统，电动机马上停止驱动，阳伞定格在完全展开状态处当电动机反转时，阳伞开始收缩，在阳伞的完全收回处，也安装有一接近开关K3，它是用来检测伞是否完全收回，当伞完全收回的那一刻，也就是伞上的待测金属物即将。