智能窗簾課程設計

1、<p><b>　　前 言</b></p><p>　　如今伴隨著信息時代的到來，人們的生活水平日益提高，方便、快捷、自動、智能成為時代的主題，在現(xiàn)代家庭生活環(huán)境中，居家環(huán)境早已不僅僅局限在物理空間上，人們更為關注的是一個安全、方便、舒適的環(huán)境，自動化的電子產品自然成為人們追求的目標。 </p><p>　　窗是人心靈的眼睛，窗簾則是眼睛上的

2、睫毛，窗簾在防止強光射入，幫助人們合理的安排時間，美化室內環(huán)境，保證個人隱私，增強居家環(huán)境方面有重要作用。隨著人們生活節(jié)奏的加快，窗簾的自動化隨之產生。</p><p>　　本產品是在學習機械原理及設計和電工學等知識，通過實踐，觀察，思考的基礎上設計而成的，且人性化的思想理念也體現(xiàn)了科學技術在人們生活中的作用。</p><p>　　通過幾個月的努力，使我們深刻感受到了電學，力學，加工工藝，

3、理論知識與實踐相結合在機械設計中的重要性。加強和拓展這些方面的知識對機械學子們是很有必要的。</p><p>　　由于我們能力、經驗以及一些方面的知識有限，許多地方未能深入的研究，如有誤漏之處，敬請評委老師批評指正。</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　1課題分析1</b></

4、p><p><b>　　1.1設計目的1</b></p><p>　　1.2設計達到的功能和要求1</p><p>　　1.3 設計內容和主要步驟2</p><p>　　1.4 小組成員及其分工2</p><p><b>　　2機械結構設計3</b></p>

5、<p>　　2.1 設計參數計算3</p><p>　　2.2 機械部件的選擇3</p><p>　　2.3 機械結構的設計4</p><p>　　2.4 機械結構裝配圖5</p><p><b>　　3控制電路設計6</b></p><p>　　3.1 電機的選擇6&l

6、t;/p><p>　　3.2 傳感器的選擇7</p><p>　　3.3 PLC的選擇9</p><p>　　3.4 控制系統(tǒng)電路圖11</p><p>　　4 控制系統(tǒng)設計12</p><p>　　4.1 控制系統(tǒng)工作原理12</p><p>　　4.2 控制系統(tǒng)框圖13</p&

7、gt;<p>　　4.3. 控制過程流程圖。13</p><p>　　4.4 PLC控制程序14</p><p><b>　　5 結語15</b></p><p><b>　　6 附錄16</b></p><p>　　5.1 機械結構裝配圖16</p><

8、p>　　5.2 控制系統(tǒng)電路圖17</p><p>　　5.3 PLC控制程序18</p><p><b>　　參考文獻19</b></p><p><b>　　1課題分析</b></p><p><b>　　1.1設計目的</b></p><p

9、>　　如果說建筑是凝固的音樂，那么完美的家庭智能化自動控制系統(tǒng)則是這首</p><p>　　樂曲上絕妙的音符。在科技發(fā)達、物質富庶的今天，自控系統(tǒng)已不單純是實現(xiàn)室內基本安防、照明、采暖的工具，而且是建筑裝飾的一種實用藝術品，是自動化技術與建筑藝術的統(tǒng)一體。完善的自控系統(tǒng)集裝飾、照明、安防及節(jié)能于一身，盡力達到完美與和諧的統(tǒng)一，充分利用科學與藝術的搭配，光與影的組合以及安防與空調的自動控制來創(chuàng)造各種舒適、優(yōu)雅

10、的環(huán)境，以加強室內空間效果的氣氛。而智能窗簾作為智能家居的一部分，更顯得尤為重要。試想，當你在看電視前還要去理會那窗簾的開關實在是一件煩人的事情，當你躺在床上的時候，發(fā)現(xiàn)窗簾沒有關上的時候，當你早上醒來發(fā)現(xiàn)房間里烏黑一片……你是不是很惱火啊。</p><p>　　作為一個家的主人你需要可調節(jié)的透光度去適應不同天氣下的室內環(huán)境。</p><p>　　智能窗簾是帶有一定自我反應、調節(jié)、控制功能

11、的窗簾。如根據室內環(huán)境狀況自動調光線強度。使得達到室內人體適應的光線亮度而不至于對人眼睛的傷害為了解決這些生活中碰到的實際問題，智能窗簾設計便應運而生。</p><p>　　1.2設計達到的功能和要求</p><p>　　目前，國外已大量應用機器人技術，機器人自動化生產線成套裝備已成為自動化成套裝備的主流以及未來自動化生產線的發(fā)展方向。</p><p>　　隨著國民

12、經濟的發(fā)展和科學技術水平的提高，特別是計算機技術、通信技術、網絡技術、控制技術的迅猛發(fā)張，生活現(xiàn)代化得以實現(xiàn)，居住環(huán)境向舒適化、安全化發(fā)展。家居智能化在這種形勢下應運而生。</p><p>　　本次設計是基于PLC控制技術的隨光線強弱來自動控制型智能窗簾。每個人對壞境室內光線強弱適應能力不同，室內主人可根據自己的需求自行調節(jié)所適應的最佳光線強度，連接電源并選擇控制類型（自動控制/手動控制）。選擇自動控制時，智能窗

13、簾由室內光線強度的變化，而經由相關器件接收、處理、控制信號，達到自行調節(jié)窗簾的開合程度，從而使光線的強弱程度達到主人所預先設定的值范圍。選擇手動控制時，由于室內主人在黑夜白天的特殊需求而自行來控制窗簾的開合（例如在晚上、睡覺等時候，根據主人的需要是要求把窗簾閉合，而不影響睡眠質量，但是根據預先設定和程序設定，智能型窗簾是會依設定值打開窗簾的，所以需要手動控制來關閉窗簾） 智能窗簾說需達到的要求：（1）窗簾能根據室內光線強弱自動調節(jié)自

14、身開合量；</p><p>　?。?）滿足不同客戶需求，能讓客戶手動初始化窗簾所需調節(jié)的光線強弱；（3）、解決窗簾臨界條件不斷正反轉問題以節(jié)約電量；（4）、窗簾結構簡單美觀，占位空間小，適用不同門窗需求。</p><p>　　1.3 設計內容和主要步驟</p><p>　　本次設計主要工作就是通過系統(tǒng)軟件的編程和硬件的設計來實現(xiàn)對自動家居窗簾單元的結構控制。系統(tǒng)用G

15、X-developer軟件來編程，采用步序狀態(tài)字的變化來實現(xiàn)。硬件采用的是三菱FX2N-16MR-001 PLC來進行驅動，使直流電動機按照編制好的程序來工作。通過軟件和硬件的結合從而實現(xiàn)對自動家居窗簾單元的結構控制。 </p><p>　　本次設計的意義在于更多的了解三菱FX2N-16MR-001 PLC的應用，能熟練的使用V4.0 STEP 7 Micro WIN SP3軟件編程，并且能自己設計出硬件，自己去

16、設計、焊接、組裝和調試。這使得自己對自動控制有了更深刻的認識了解。</p><p>　　主要步驟：（1）控制電路設計。對智能控制窗簾整體流程構思及所需元件的選擇，為設計智能窗簾做初步系統(tǒng)的整體構思，為進一步的設計制作打下基礎。</p><p>　　（2）機械結構設計。對智能控制窗簾整體外形的設計，設計出外形美觀、廉價、小型使用的結構類型，并對電路元件的使用進行配合使用。</p>

17、<p>　?。?）控制系統(tǒng)設計。對智能控制窗簾整體的運作控制進行安排設計，根據智能窗簾的實現(xiàn)功能，對PLC控制程序設計、PLC課程軟件調試運行。</p><p>　?。?）設計結尾階段。智能控制窗簾的設計說明書的編寫和設計實驗心得總結。</p><p>　　1.4 小組成員及其分工</p><p>　　13謝偉軍 ：控制系統(tǒng)設計（PLC控制程序設計

18、 PLC課程軟件調試 控制系統(tǒng)工作原理</p><p>　　控制系統(tǒng)框圖 控制過程流程圖 課程設計說明書）</p><p>　　27李偉雄 ：控制電路設計（電機的選擇 傳感器的選擇 PLC的選擇 控制系統(tǒng)電路圖）</p><p>　　67吳海富 ：機械結構設計（設計參數計算 機械部件的選擇 機械結構的設計 機械結構裝配圖） </p>&l

19、t;p><b>　　2機械結構設計</b></p><p>　　2.1 設計參數計算</p><p>　　2.2 機械部件的選擇</p><p><b>　　1、連接裝置</b></p><p><b>　　方案一：鍵連接</b></p><p>

20、　　由于鍵連接在細軸上不宜加工，費用高，所以不適合；</p><p>　　方案二：過盈配合連接</p><p>　　由于過盈配合不宜拆裝，所以不適合；</p><p><b>　　方案三：銷連接</b></p><p>　　由于容易加工，費用低，拆裝方便，所以適合；</p><p><b&g

21、t;　　方案四：聯(lián)軸器連接</b></p><p>　　要求同軸度不高，在市場上容易買到，所以適合。</p><p><b>　　2 、 傳動裝置</b></p><p><b>　　方案一：摩擦傳動</b></p><p>　　由于摩擦阻力大，對加工表面粗糙度要求高，易磨損，所以不適合

22、；</p><p><b>　　方案二：滑動軸承</b></p><p>　　由于滑動軸承摩擦力較滾動軸承大，潤滑維護較滾動軸承復雜，所以不適合；</p><p><b>　　方案三：滾動軸承</b></p><p>　　由于啟動阻力小，潤滑維護方便，在市場上容易買到，所以適合；</p>

23、<p>　　2.3 機械結構的設計</p><p>　　機械結構各零件設計：</p><p>　　2.4 機械結構裝配圖</p><p><b>　　3控制電路設計</b></p><p><b>　　3.1 電機的選擇</b></p><p>　　1. 電機型

24、號的選擇</p><p>　　采用微型減速箱與直流電機的組合。</p><p>　　6DK-06-12電機 12V 6w 空載3300rpm 負載3000rpm</p><p>　　配備微型齒輪減速箱6GN50K-GN18K 減速比50 搭配后轉速60rpm左右 </p><

25、;p>　　2. 電機的控制方法</p><p>　　通過控制其電流方向從而控制他的轉向</p><p>　　3.2 傳感器的選擇</p><p>　　1. 傳感器的工作原理</p><p><b>　　一．光敏電阻：</b></p><p>　　光敏電阻又稱光導管，常用的制作材料為硫化鎘，這

26、些制作材料利用半導體的光電導效應制成的一種電阻值隨入射光的強弱而改變的電阻器，又稱為光電導探測器；入射光強，電阻減小，入射光弱，電阻增大。這是由于光照產生的載流子都參與導電，在外加電場的作用下作漂移運動，電子奔向電源的正極，空穴奔向電源的負極，從而使光敏電阻器的阻值迅速下降。</p><p>　　光敏電阻器一般用于光的測量、光的控制和光電轉換（將光的變化轉換為電的變化）。</p><p>

27、　　光敏電阻的工作原理是基于內光電效應。在半導體光敏材料兩端裝上電極引線，將其封裝在帶有透明窗的管殼里就構成光敏電阻，為了增加靈敏度，兩電極常做成梳狀。通常采用涂敷、噴涂、燒結等方法在絕緣襯底上制作很薄的光敏電阻體及梳狀歐姆電極，接出引線，封裝在具有透光鏡的密封殼體內，以免受潮影響其靈敏度。入射光消失后，由光子激發(fā)產生的電子—空穴對將復合，光敏電阻的阻值也就恢復原值。在光敏電阻兩端的金屬電極加上電壓，其中便有電流通過，受到一定波長的光線

28、照射時，電流就會隨光強的增大而變大，從而實現(xiàn)光電轉換。</p><p>　　二．對射式光電開關/紅外對管</p><p>　　主要：（1）發(fā)射器紅外燈自動開關。（2）接收器</p><p>　　對射式光電開關的結構圖：</p><p>　　對射式光電開關的工作原理：</p><p>　　當物體進入發(fā)射器跟接收器之間時，

29、形成阻擋的時候，物件被檢查。</p><p>　　2. 傳感器的性能參數</p><p>　　根據光敏電阻的光譜特性，可分為三種光敏電阻器：紫外光敏電阻器、紅外光敏電阻器、可見光光敏電阻器。</p><p>　　光敏電阻的主要參數是：</p><p>　?。?）光電流、亮電阻。光敏電阻器在一定的外加電壓下，當有光照射時，流過的電流稱為光電流，

30、外加電壓與光電流之比稱為亮電阻，常用“100LX”表示。</p><p>　?。?）暗電流、暗電阻。光敏電阻在一定的外加電壓下，當沒有光照射的時候，流過的電流稱為暗電流。外加電壓與暗電流之比稱為暗電阻，常用“0LX”表示。</p><p>　　（3）靈敏度。靈敏度是指光敏電阻不受光照射時的電阻值（暗電阻）與受光照射時的電阻值（亮電阻）的相對變化值。</p><p>

31、　　（4）光譜響應。光譜響應又稱光譜靈敏度，是指光敏電阻在不同波長的單色光照射下的靈敏度。若將不同波長下的靈敏度畫成曲線，就可以得到光譜響應的曲線。</p><p>　?。?）光照特性。光照特性指光敏電阻輸出的電信號隨光照度而變化的特性。從光敏電阻的光照特性曲線可以看出，隨著的光照強度的增加，光敏電阻的阻值開始迅速下降。若進一步增大光照強度，則電阻值變化減小，然后逐漸趨向平緩。在大多數情況下，該特性為非線性。&l

32、t;/p><p>　?。?）伏安特性曲線。伏安特性曲線用來描述光敏電阻的外加電壓與光電流的關系，對于光敏器件來說，其光電流隨外加電壓的增大而增大。</p><p>　?。?）溫度系數。光敏電阻的光電效應受溫度影響較大，部分光敏電阻在低溫下的光電靈敏較高，而在高溫下的靈敏度則較低。</p><p>　?。?）額定功率。額定功率是指光敏電阻用于某種線路中所允許消耗的功率，當

33、溫度升高時，其消耗的功率就降低。</p><p>　　3. PLC對傳感器的控制和檢測方法</p><p>　　通過兩個電壓比較器對其進行比較然后轉化成數字量，plc再對其進行處理</p><p>　　3.3 PLC的選擇</p><p>　　1. PLC的型號和參數</p><p>　　FX2N-16MR-001&#

34、160;    輸入點： 8，8 繼電器輸出</p><p>　　● 控制規(guī)模：16~256點 ● 內置8K容量的RAM存儲器，最大可以擴展到16K ● CPU運算處理速度0.08μS/基本指令 ● 在FX2N系列右側可連接輸入輸出擴展模塊和特殊功能模塊 ● 基本單元內置2軸獨立最高20kHz定位功能(晶體管輸出型）編輯本段詳細介紹FX2n系列是FX系列PLC家族中最先進的系列。

35、由于FX2n系列具備如下特點：最大范圍的包容了標準特點、程式執(zhí)行更快、全面補充了通信功能、適合世界各國不同的電源以及滿足單個需要的大量特殊功能模塊，它可以為你的工廠自動化應用提供最大的靈活性和控制能力。 為大量實際應用而開發(fā)的特殊功能 開發(fā)了各個范圍的特殊功能模塊以滿足不同的需要----模擬I/O，高速計數器。 定位控制達到16軸，脈沖串輸出或為J和K型熱電偶或Pt傳感器開發(fā)了溫度模塊。 對每一個FX2n主單元可配置總計達8個特殊功能模

36、塊。 網絡和數據通信 連接到世界上最流行的開放式網絡 CC-Link，Profibus Dp和DeviceNet或者采用傳感器層次的網絡解決您的通信需要。 其它功能 內置式24V直流電源 24V、400mA直流電源可用于外圍設備，如傳感器或</p><p>　　2. PLC的工作原理</p><p>　　1.CPU運算和控制中心起“心臟”作用?？v：當從編程器輸入的程序存入到用戶程序存儲

37、器中，然后CPU根據系統(tǒng)所賦予的功能（系統(tǒng)程序存儲器的解釋編譯程序），把用戶程序翻譯成PLC內部所認可的用戶編譯程序。橫：輸入狀態(tài)和輸入信息從輸入接口輸進，CPU將之存入工作數據存儲器中或輸入映象寄存器。然后由CPU把數據和程序有機地結合在一起。把結果存入輸出映象寄存器或工作數據存儲器中，然后輸出到輸出接口、控制外部驅動器。組成：CPU由控制器、運算器和寄存器組成。這些電路集成在一個芯片上。CPU通過地址總線、數據總線與I/O接口電

38、路相連接。2． 存儲器具有記憶功能的半導體電路，分為系統(tǒng)程序存儲器和用戶存儲器。系統(tǒng)程序存儲器用以存放系統(tǒng)程序，包括管理程序，監(jiān)控程序以及對用戶程序做編譯處理的解釋編譯程序。由只讀存儲器、ROM組成。廠家使用的，內容不可更改，斷電不消失。用戶存儲器：分為用戶程序存儲區(qū)和工作數據存儲區(qū)。由隨機存取存儲器（RAM）組成。用戶使用的。斷電內容消失。常用高效的鋰電池作為后備電源，壽命一般為3~5年。3．輸入/輸出接口（1）輸入接口：

39、光電耦合器由兩個發(fā)光二極度管和光</p><p>　　PLC采用“順序掃描，不斷循環(huán)”的工作方式1．每次掃描過程，集中采集輸入信號，集中對輸出信號進行刷新。2．輸入刷新過程，當輸入端口關閉時，程序在進行執(zhí)行階段時，輸入端有新狀態(tài)，新狀態(tài)不能被讀入。只有程序進行下一次掃描時，新狀態(tài)才被讀入。3．一個掃描周期分為輸入采樣，程序執(zhí)行，輸出刷新。4．元件映象寄存器的內容是隨著程序的執(zhí)行變化而變化的。5．掃描周

40、期的長短由三條決定。（1）CPU執(zhí)行指令的速度（2）指令本身占有的時間（3）指令條數，現(xiàn)在的PLC掃描速度都是非?？斓?。6．由于采用集中采樣，集中輸出的方式，存在輸入/輸出滯后的現(xiàn)象，即輸入/輸出響應延遲。</p><p>　　3.4 控制系統(tǒng)電路圖</p><p><b>　　Plc接線圖</b></p><p>　　信號采集電路圖

41、 主電路圖</p><p><b>　　4 控制系統(tǒng)設計</b></p><p>　　4.1 控制系統(tǒng)工作原理</p><p>　　Ⅰ 設置兩個光敏電阻，分別為上限光敏電阻和下限光敏電阻，光線強度高于設置值時，輸出高電平1；低于時輸出低電平0，用于設置光線強度的適應范圍。</p&

42、gt;<p>　　當上下限光敏電阻都輸出低電平0時，表示室內光線強度過暗，需要程序控制電機將窗簾上升。</p><p>　　當上限光敏電阻輸出低電平0，而下限光敏電阻輸出高電平1時，表示室內光線強度在所設定的適應值范圍內，需要程序將電機停止。</p><p>　?、?當上下限光敏電阻都輸出高電平1時，表示室內光線強度過亮，需要程序控制電機將窗簾下移。</p>

43、<p>　?、?放置兩個對射式光電開關的位置，分別放置在智能窗簾的上下兩端，用于檢測窗簾是否開閉情況。對射式光電開關被窗簾阻擋時，輸出高電平1；未被阻擋時，輸出低電平0.</p><p>　?、?當兩個對射式光電開關都被窗簾阻擋時，則其都輸出1，表示窗簾全關，那么程序將阻止電機控制窗簾繼續(xù)向下移動的狀態(tài)。</p><p>　?、?當上端的對射式光電開關被阻擋，而下

44、端未被阻擋時，輸出1,0，表示窗簾半開。 </p><p>　　③ 當兩個對射式光電開關都未被阻擋時，都輸出0，表示窗簾全開，那么程序將阻止電機控制窗簾繼續(xù)向上移動的狀態(tài)。</p><p>　　4.2 控制系統(tǒng)框圖</p><p>　　4.3. 控制過程流程圖。</p><p>　　4.4 PLC控制程序</p><

45、p>　　輸入輸出繼電器地址分配表：</p><p><b>　　梯形圖：</b></p><p><b>　　5 結語</b></p><p><b>　　13謝偉軍：</b></p><p>　　通過本學期的機電一體化課程設計學習研究，從而了解到，首先要有自己小組上獨特

46、創(chuàng)意上的設計，要切合自身的實踐能力，不過高要求自己且嚴格約束自己。為更好的將理論教學與實踐相結合，成功完成試驗要求，需要我們對PLC應用系統(tǒng)設計及各種傳感元件的知識有深刻了解，通過小組成員之間的興趣，合理的進行分工合作，將整個設計方案分化為幾個小方面放別完成，在自己不能解決及不能完善的部分，組員之間相互討論得出最佳解決方法，培養(yǎng)成員之間的合作精神，節(jié)省時間更大效益的完成所需的任務。熟悉系統(tǒng)設計的全過程；提高對設計課題的分析能力、設計能力

47、、編程能力及解決實際問題的綜合能力。通過本次課程實際的學習，讓我們了解到的自身的一些不足。對于基礎知識掌握的不夠牢固，特別是對于機械結構結構設計應用理解及程序編寫的實踐經驗不夠；對外界硬件認識和市場不了解，使得前期選擇元件有些分歧；在學習中實踐少，導致完成設計過程中，動手能力差，時常在一些細節(jié)方面有失誤；基礎知識不夠扎實，導致在程序編寫上，常常遇到問題。通過本次試驗，根據實踐得出問題是做系統(tǒng)的一個很重要的能力，善于對程序運行的一些現(xiàn)象去

48、找出問題發(fā)現(xiàn)問題，加強實踐能力，獲得更多的實踐</p><p><b>　　27李偉雄：</b></p><p>　　通過本次機電一體化課程設計，本人受益匪淺。1.從組隊到課題的選擇大大激發(fā)了本人對此次課程設計的熱情。2.團隊協(xié)作的重要性。一個人的能力是有限的，本次智能窗簾的課題，沒有團隊明確的分工和互相協(xié)作，是很難在規(guī)定時間里完成的。3.知識的綜合運用與實踐相結合。

49、本次設計中囊括了PLC、傳感器、電機傳動、匯編、機械結構設計等知識。是我們充分做到了學以致用。4.資料的查找與收集。從課題討論到設計需要的相關資料很多，而且大部分都已經忘記。通過本次設計，很好的回顧了學過的知識，提高了資料的查找與篩選能力。5.本人此次主要工作是元器件的選擇。元器件的型號很多，如何選擇適合本課題的，得充分結合本次設計。通過查找大量數據，很好的做到了理論結合實踐。 </p><p><b>

50、;　　67吳海富：</b></p><p>　　對于機電一體化技術，里面所包含的學科很多；各項技術相輔相成。有的機電一體化技術可以通過對 伺服電機的精確控制達到要求。在一個開環(huán)控制系統(tǒng)中所要求的電機與算法都必須十分精確?，F(xiàn)在應用 更多的是機電一體化的閉環(huán)系統(tǒng)，通過一些反饋來達到控制要求。我們的只能窗簾也是用到閉環(huán)控制系 統(tǒng)。通過用紅外對管做行程開關來達到對于電機是否到達一

51、個極限位置的反饋。引入一個反饋后無論對于電機、機構以及算法的要求都大大降低。這也是引入反饋的一大優(yōu)點。理想與實際，做機電一體化作品我們腦海里剛才是浮現(xiàn)的是一個理想模型；但是理想化與實際應用有很大的沖突；因為實際問題要考慮諸多因素，如結構尺寸大小問題。功率問題、以及客戶需求問題等。 </p><p><b>　　6 附錄</b></p><p>　　2.4 機械結構裝配

52、圖</p><p>　　3.4 控制系統(tǒng)電路圖</p><p><b>　　Plc接線圖</b></p><p>　　信號采集電路圖 主電路圖</p><p>　　4.4 PLC控制程序</p><p>　　輸入輸出繼電器地址分配

53、表：</p><p><b>　　梯形圖：</b></p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　[1] 榮雅君.電工學 [M]. 電子技術（非電類）.第2版.北京：機械工業(yè)出版社，2007.</p><p>　　[2] 呂愛華.電氣控制與PLC應用技術（三菱系列）. 北京：電子