基于PLC的小型電動(dòng)清潔車設(shè)計(jì)

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1、 題 目： 基于PLC的小型電動(dòng)清潔車設(shè)計(jì) 目錄 摘要··································1 1、 前言································3 （一）研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì) 2、 設(shè)計(jì)準(zhǔn)備·····························6 （1） 市場(chǎng)調(diào)研 （2） 選擇PLC的原因 （3） 設(shè)計(jì)思路及可行性 <1>自動(dòng)避障 <2>電源設(shè)計(jì) <3>電路設(shè)計(jì) （四）

2、設(shè)計(jì)所需準(zhǔn)備內(nèi)容 3、 設(shè)計(jì)過程····························· 9 （一）設(shè)計(jì)草圖制作 （二）裝配圖組裝 （三）裝配圖渲染 （四）動(dòng)畫演示 （五）電路設(shè)計(jì) <1>電路板尺寸布置 <2>散熱設(shè)計(jì) <3>電磁兼容型設(shè)計(jì) <4>地線設(shè)計(jì) 4、 結(jié)論································15 五、致謝································16 6、 參考文獻(xiàn)······························18 誠(chéng)信承諾書 本人鄭重承諾

3、：本人承諾呈交的畢業(yè)設(shè)計(jì)《基于PLC的小型電動(dòng)清潔車設(shè)計(jì)》是在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下，獨(dú)立開展研究取得的成果，文中引用他人的觀點(diǎn)和材料，均在文后按順序列出其參考文獻(xiàn)，設(shè)計(jì)使用的數(shù)據(jù)真實(shí)可靠。 本人簽名： 日期： 年 月 日 摘要 從“智能家居”想法的萌生開始，全球智能化家居產(chǎn)業(yè)就飛速發(fā)展，從十幾年前比爾蓋茨的智能豪宅內(nèi)部細(xì)節(jié)公諸于世，到現(xiàn)在掃地機(jī)器人、自動(dòng)洗碗機(jī)等智能家居的屢見不鮮，短短數(shù)十年，智能化、自動(dòng)化的產(chǎn)品已經(jīng)對(duì)我們的家庭生活進(jìn)行了天翻地覆的改變。 本

4、設(shè)計(jì)意在通過設(shè)計(jì)出一款智能清潔小車，探究其加入智能家居其中一環(huán)的可能性，并以小窺大，研究其是否能應(yīng)用在更大的領(lǐng)域——目前城市街道清潔，目前城市道路清潔丶重工業(yè)工廠丶日化工廠等環(huán)境仍在采用人工清潔的方式進(jìn)行著清潔工作，這些人工清潔的方式讓清潔工人飽受危險(xiǎn)和折磨，但其實(shí)這些工作任務(wù)都是我們?cè)O(shè)計(jì)出來(lái)的產(chǎn)品完全能夠勝任的，它們能夠代替清潔人員進(jìn)行工作，并且在不少相關(guān)紀(jì)錄片中，出現(xiàn)了這樣的身影，清潔機(jī)器人讓這些工廠丶企業(yè)降低了清潔成本的同時(shí)，高效地完成了清潔任務(wù)，我們使用SW等軟件設(shè)計(jì)，意在將我們的想法變成現(xiàn)實(shí)，我們的設(shè)計(jì)結(jié)果也十分成功，達(dá)到了預(yù)期效果。 清楚了研究的現(xiàn)狀及其意義利于我們進(jìn)一步的研究和

5、設(shè)計(jì)。 關(guān)鍵詞：PLC 清潔小車 渲染仿真 Abstract Since the birth of the idea of "Intelligent furniture", the global Intelligent furniture industry has been developing rapidly. From the internal details of Bill Gates's Smart House published more than ten years ago to the common occurrence of smart home, such

6、as floor sweeper robot, automatic dishwasher, etc., in just a few decades, intelligent and automatic products have changed our family life dramatically. The purpose of this design is to design an intelligent cleaning car to explore the possibility of adding it into the smart home, and to study wh

7、ether it can be applied in a larger area by peeping into the big area - at present, the urban street cleaning, at present, the urban road cleaning, heavy industry factory, daily chemical factory and other environments are still cleaning in the way of artificial cleaning The way makes the cleaner suf

8、fer from danger and torture, but in fact, these tasks are completely competent by the products designed by us. They can replace the cleaner to work, and in many related documentaries, there are such figures. The cleaning robot enables these factories and enterprises to reduce the cost of cleaning, a

9、t the same time, effectively complete the cleaning task. We Using SW and other software design, we intend to turn our ideas into reality, and our design results are also very successful, achieving the expected results. A clear understanding of the status and significance of the study is conducive

10、 to our further research and design. Key words: PLC cleaning car rendering simulation 前言 隨著智能家居發(fā)展日新月異，城市中上班族白領(lǐng)等這一類的人群平時(shí)家庭衛(wèi)生清潔就成為了一個(gè)問題，為了滿足這類人的需求，一款智能的清潔小車就應(yīng)運(yùn)而生。 之前做過的機(jī)電產(chǎn)品市場(chǎng)營(yíng)銷的市場(chǎng)調(diào)研分析中,曾對(duì)于智能家電有過大數(shù)據(jù)的分析研究其中我們通過問卷調(diào)查的形式對(duì)各個(gè)年齡層的消費(fèi)者進(jìn)行過問卷調(diào)查。有四成的人覺得傳統(tǒng)家居能滿足當(dāng)前生活的所有基本需求, 在這他們當(dāng)中, 不乏有許多是曾經(jīng)嘗試購(gòu)買使用過的用

11、戶，他們的初體驗(yàn)比較糟糕, 不想再進(jìn)行嘗試;還有部分中老年人, 我們口中所謂的“先進(jìn)、便捷”反而成為他們的麻煩。也拒絕進(jìn)行學(xué)習(xí)和嘗試。有六成的消費(fèi)者愿意接受, 希望自己的生活向便捷化發(fā)展, 受訪者跨越各個(gè)年齡段;還有部分持觀望態(tài)度, 不反對(duì)也不支持。完善產(chǎn)品, 降低產(chǎn)品入門門檻，利用起數(shù)量龐大潛在客戶數(shù)量，迫在眉睫。因?yàn)槠?擁有十分可觀的發(fā)展前景。我國(guó)現(xiàn)階段正處于居民消費(fèi)能力高速發(fā)展的階段。國(guó)家為了促進(jìn)城市發(fā)展,提出了許多惠民政策, 這為行業(yè)的發(fā)展奠定了厚實(shí)的基礎(chǔ)。打開各類網(wǎng)購(gòu)平臺(tái)，在搜索引擎上搜索“掃地機(jī)器人”等字樣，出來(lái)的產(chǎn)品琳瑯滿目，小米、美的等等知名的國(guó)電品牌都有推出他們的相關(guān)產(chǎn)品，多

12、品牌競(jìng)爭(zhēng)一方面利好：促進(jìn)產(chǎn)品去陳出新、加快產(chǎn)品的功能更新、更加貼合消費(fèi)者的使用需求潮流，另一方面則會(huì)讓消費(fèi)者陷入選擇困難的境地，在相同價(jià)格預(yù)期、功能日漸相似的產(chǎn)品當(dāng)中，一個(gè)“業(yè)務(wù)能力”可靠的產(chǎn)品才能夠脫穎而出。以智能清潔車為例，那么強(qiáng)勁的清潔能力、可遠(yuǎn)程操控的特點(diǎn)，我相信這將會(huì)是一個(gè)好的能夠被消費(fèi)者選擇的重要原因。消費(fèi)者的體驗(yàn)是智能家居市場(chǎng)規(guī)模的決定性因素, 在我們的調(diào)查報(bào)告中顯示, 雖然有六成的人愿意接受智能家居, 但是在這其中有七成的人對(duì)智能家居的體驗(yàn)并不滿意, 他們的智能家居體驗(yàn)與購(gòu)買之前的預(yù)期情況不一樣甚至大部分產(chǎn)品比他們預(yù)期的差許多。我們?cè)O(shè)計(jì)出的產(chǎn)品是要讓用戶滿意, 讓用戶體會(huì)到智能

13、家居的安全可靠、便捷方便。在選擇不購(gòu)買掃地機(jī)器人的消費(fèi)者中，其中一個(gè)原因是它的價(jià)格昂貴, 不能被大部分人負(fù)擔(dān)，該類型產(chǎn)品甚至有兩千至三千的價(jià)位，但是功能性與均價(jià)一千的產(chǎn)品所差無(wú)幾，無(wú)非是提供了許多附加功能，而商家所美化的所謂“附加功能”在日常生活中使用的次數(shù)十分有限。昂貴的智能家居并不是智能家居的真正產(chǎn)品,標(biāo)價(jià)虛高更多的是品牌價(jià)值。 我相信智能終端遠(yuǎn)程控制一定會(huì)帶給消費(fèi)者完美的用戶體驗(yàn)。許多被調(diào)查者中大部分是工薪階層, 他們希望下班到家時(shí)就能有一個(gè)舒適、干凈的環(huán)境，這正好切合所需。 這次設(shè)計(jì)是在當(dāng)前市場(chǎng)上有相關(guān)產(chǎn)品的前提下，進(jìn)行的研究，我們利用大學(xué)所學(xué)的專業(yè)知識(shí)，意在了解清潔小車的工作流程，

14、并且自制一臺(tái)功能清晰、定位明確的理想機(jī)器，讓我們從智能家居的一個(gè)角落“管中窺豹”得到智能家居浪潮中的少許啟發(fā)。 本設(shè)計(jì)是基于大二所學(xué)的PLC課程，從課程中了解到的存在，讓我們能夠方便可靠地去實(shí)現(xiàn)電氣設(shè)備的自動(dòng)化，而設(shè)計(jì)目的就是在于利用簡(jiǎn)單的編程，和合理化的小車設(shè)計(jì)從而實(shí)現(xiàn)代替人力去對(duì)家庭環(huán)境進(jìn)行保潔，使得人們的生活體驗(yàn)、生活幸福指數(shù)得到提升，以上我們的設(shè)計(jì)理念。 研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì) （1）研究現(xiàn)狀 智能小車、機(jī)器人的發(fā)展研究從上世紀(jì)60年代至今已有幾十年的歷史，自上世紀(jì)60年代末期，第一臺(tái)自主移動(dòng)機(jī)器人問世之后，經(jīng)過幾十年的優(yōu)勝劣汰，智能機(jī)器人已經(jīng)從最初的示范教學(xué)模仿機(jī)

15、器人發(fā)展到現(xiàn)在的具有自我感知、學(xué)習(xí)功能的智能產(chǎn)品，在技術(shù)上取得了很大的進(jìn)步，許多國(guó)家都對(duì)智能機(jī)器人進(jìn)行了大量的研究。由于各國(guó)的科研實(shí)力不同，其水平也有高低，且研發(fā)策略方向各有不同，其中美國(guó)和日本在目前研究中處于世界領(lǐng)先地位。 法國(guó)提出了讓智能機(jī)器人具有自動(dòng)認(rèn)知功能的一項(xiàng)科技策略，使其能夠在復(fù)雜的環(huán)境中通過自主感知、判斷從而自動(dòng)執(zhí)行各種動(dòng)作。美國(guó)發(fā)明的智能機(jī)器人，可以幫助人們送信件、食品等生活用品，還可以牽引吸塵器來(lái)打掃衛(wèi)生。 日本目前已經(jīng)研制成功的人形機(jī)器人，其可以模仿人們的各種面部表情而且非常逼真。近年來(lái)出現(xiàn)的手術(shù)機(jī)器人已經(jīng)廣泛的應(yīng)用在

16、實(shí)際醫(yī)療手術(shù)中，而且穩(wěn)定性好，安全性高。我國(guó)的智能小車、機(jī)器人的研究已經(jīng)有三十多年的歷史，特別是在軍事領(lǐng)域的應(yīng)用方面已經(jīng)取得了較大的成果，已經(jīng)相繼研制出了復(fù)雜的智能機(jī)器人，危險(xiǎn)作業(yè)機(jī)器人、仿人機(jī)器人、復(fù)合結(jié)構(gòu)移動(dòng)機(jī)器人等。國(guó)內(nèi)的許多高校也都在進(jìn)行著這方面的研究，而且也有了層出不窮的成果，例如中科院研制的能夠和人對(duì)話的機(jī)器人、上海交大研制的具有較強(qiáng)越障能力的仿人關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)的機(jī)器人等等。與此同時(shí)，我國(guó)也開展了智能移動(dòng)機(jī)器人基礎(chǔ)理論研究，在某些方面取得了世界領(lǐng)先的成果，正在逐漸縮小與發(fā)達(dá)國(guó)家的差距。 （2）發(fā)展趨勢(shì) 隨著各方面技術(shù)的不斷進(jìn)步與完善，各個(gè)國(guó)家對(duì)于智能小車、機(jī)器人的科研

17、能力都在逐步的加強(qiáng)，未來(lái)的智能機(jī)器人可能會(huì)朝著以下幾個(gè)方面發(fā)展：使用高強(qiáng)度的輕質(zhì)材料讓其的結(jié)構(gòu)越來(lái)越輕便，動(dòng)作執(zhí)行更加靈活；應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)化技術(shù)來(lái)遠(yuǎn)距離操作控制機(jī)器人群體為人們的生活帶來(lái)方便；通過復(fù)雜生物機(jī)電系統(tǒng)和人機(jī)耦合系統(tǒng)來(lái)研究出具有仿生感知、生物神經(jīng)的仿人機(jī)器人。相信未來(lái)會(huì)有具有更高智能化的、更加生動(dòng)有趣的智能機(jī)器人出現(xiàn)在我們的周圍，而且會(huì)極大的改變和方便人們的生產(chǎn)生活。 設(shè)計(jì)準(zhǔn)備 （1） 市場(chǎng)調(diào)研 在清潔小車、掃地機(jī)器人的設(shè)計(jì)過程中，設(shè)計(jì)者經(jīng)常會(huì)將產(chǎn)品設(shè)計(jì)成圓形的機(jī)器，在外觀上收到部分消費(fèi)者的喜愛，但是忽略了清潔死角會(huì)因?yàn)檫@個(gè)外形設(shè)計(jì)而存在，所以在設(shè)計(jì)中將清

18、潔小車設(shè)計(jì)成方形，使得清潔范圍內(nèi)無(wú)死角，這是其一。在與設(shè)計(jì)小組成員的討論中，我們對(duì)小車的顏色定下了主要基調(diào)，使用撞色的極強(qiáng)反差，讓清潔小車成為智能家居的一員的同時(shí)，能夠帶給成年人、幼童、寵物極強(qiáng)的警示作用，保證了安全性，也確保了清潔小車的工作正常運(yùn)行。 （2） 選擇PLC的原因 PLC即可編程控制器的應(yīng)用廣泛，在大二專業(yè)課對(duì)PLC的使用讓我們記憶猶新，簡(jiǎn)單的邏輯圖、梯形圖即可完成一整套清晰的邏輯，從而快速直接地完成用戶所需。 PLC可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)，其內(nèi)部采用大規(guī)模集成電路技術(shù)，生產(chǎn)制造工藝十分嚴(yán)格，內(nèi)部采用了先進(jìn)的技術(shù)進(jìn)行了抗干擾處理，這也使得PLC有非常高的可靠性。

19、PLC的應(yīng)用場(chǎng)景廣泛，我們的設(shè)計(jì)小巧，而三菱FN系列的PLC完全有能力勝任——承擔(dān)起清潔小車心臟的作用。Plc的功能單元在近幾年得到開發(fā)，數(shù)量增多，PLC在其擔(dān)任的角色上也顯得更加如魚得水。 體積小、重量輕、能耗低，這三點(diǎn)完全掩蓋過同行的光芒，由于它體積小，也更加容易裝配在清潔小車的內(nèi)部，為小車裝配其他功能元件給予了更加多的可能性。 近些年的發(fā)展PLC實(shí)現(xiàn)通信技術(shù)全覆蓋，能夠遠(yuǎn)距離、跨區(qū)域進(jìn)行I/O口的控制，多臺(tái)plc之間能夠?qū)崿F(xiàn)同位連接，這也意味著以plc為核心的電氣元件能夠遠(yuǎn)端控制了。主機(jī)接受計(jì)算機(jī)的命令，并將執(zhí)行結(jié)果通知遠(yuǎn)端的另一臺(tái)計(jì)算機(jī)。當(dāng)然，我們的設(shè)計(jì)中存在多電路控制，但是不存在

20、多PLC，但是這意味著，用戶可進(jìn)行遠(yuǎn)距離控制智能清潔小車的工作、停止。 控制系統(tǒng)的監(jiān)控功能也是一大亮點(diǎn)，它能夠記憶某些異常情況，比如工業(yè)上的溫度控制處理、地鐵隧道中的實(shí)時(shí)監(jiān)控，在異常情況發(fā)生時(shí)自動(dòng)終止程序運(yùn)行，可靠并且穩(wěn)定，因?yàn)槠淇梢哉{(diào)整時(shí)間、溫度、壓力等等的設(shè)定值，使得調(diào)試、使用、維護(hù)更加方便。 （三）設(shè)計(jì)思路及可行性 設(shè)計(jì)思路主要從清潔小車的功能切入，首先清潔小車清潔吸塵功能為首位，結(jié)合日常城市道路中的清潔車，我們的設(shè)計(jì)就有了大概框架，車頭部分加入了兩個(gè)清潔毛刷，雙邊刷的設(shè)計(jì)，雙向聚灰聚塵，有效聚攏細(xì)小灰塵、毛發(fā)等，邊邊角角除塵能力顯著。其次清潔小車是自動(dòng)尋跡小車，

21、在室內(nèi)進(jìn)行避障、循環(huán)運(yùn)行，那么傳感器部分就順理成章地加入到車身，同時(shí)靈活的輪胎轉(zhuǎn)向器也加入到設(shè)計(jì)中，再融入供電設(shè)備及連接傳感器的電路板主板，一個(gè)智能清潔小車的雛形就已經(jīng)完成了大概了。 感應(yīng)避障方案 方案一： 采用紅外感應(yīng)器及配套的障礙物來(lái)檢測(cè)小車前方的障礙。紅外感應(yīng)器分布在小車的四個(gè)輪子的正上方。其運(yùn)行避障的流程如下： 紅外發(fā)射器發(fā)出紅外光，遇到距離過近的物體，紅外線就會(huì)反射回來(lái)，然后被光敏三極管吸收，并輸入信號(hào)，PLC進(jìn)行反應(yīng)，輸出信號(hào)，輪轂驅(qū)動(dòng)電機(jī)做出反應(yīng)，進(jìn)行左右的轉(zhuǎn)向調(diào)節(jié)，當(dāng)然在前方無(wú)障礙物的情況下，清潔小

22、車將保持電位持續(xù)運(yùn)行，以達(dá)到全方位、全面積的清潔效果。 方案二： 超聲波的避障原理與紅外感應(yīng)器的原理大致相同，同樣在遇到障礙物的時(shí)候，此時(shí)是超聲波發(fā)射裝置發(fā)出的信號(hào)被超聲波接收裝置所感應(yīng)，輸入信號(hào)至PLC相應(yīng)模塊做出反應(yīng)并且發(fā)出信號(hào)，給到輪轂驅(qū)動(dòng)電機(jī)，使得輪轂進(jìn)行轉(zhuǎn)向。 在本設(shè)計(jì)中我們采用了第一種方案，實(shí)現(xiàn)小車的自動(dòng)避障功能。 電源模塊的選擇 電源是小車系統(tǒng)運(yùn)行的基本條件，電源性能直接影響整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性。小車的供電電源我們選擇的是干電池集合模塊分組進(jìn)行供電。這樣即使有一個(gè)電源模塊無(wú)法正常運(yùn)行、亦或是發(fā)生泄漏等極端情況，小車也能正常運(yùn)行，并且得到反饋

23、之后可以第一時(shí)間進(jìn)行修復(fù)、替換。 方案一：采用8節(jié)1.5V干電池串聯(lián)共12V直接給輪轂驅(qū)動(dòng)電機(jī)及其他電路供電，然后通過穩(wěn)壓電路降壓后給PLC進(jìn)行供電。 方案二：采用12V蓄電池直接供電，同樣的方法降壓后給PLC供電。蓄電池具有較長(zhǎng)的續(xù)航能力以及電壓輸出的值基本不怎么變化，但是因?yàn)樾铍姵氐捏w積和質(zhì)量過大，并不符合我們的設(shè)計(jì)要求。 在本設(shè)計(jì)中我們采用了第一種方案，實(shí)現(xiàn)小車的供電。 硬件電路設(shè)計(jì) 本設(shè)計(jì)的智能清潔小車有三個(gè)：紅外感應(yīng)模塊、給水模塊和智能小車部分硬件模塊。其中紅外感應(yīng)模塊包含紅外線發(fā)射、紅外線電源模塊，兩個(gè)子模塊；

24、給水模塊包括水泵、蓄水箱，也是兩個(gè)子模塊，智能小車部分硬件模塊包含PLC、電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊、避障循跡模塊、紅外接收器模塊、電源模塊6個(gè)子模塊。 （四）設(shè)計(jì)所需準(zhǔn)備內(nèi)容 基于PLC的清潔小車，所需準(zhǔn)備內(nèi)容有三菱PLC的FN系列產(chǎn)品。 通過查閱SOLIDWORKS的教學(xué)材料、書籍，學(xué)習(xí)使用軟件SOLIDWORKS 2018參與進(jìn)行小車的裝配圖制作、小車的渲染圖制作、小車的仿真動(dòng)畫制作。 設(shè)計(jì)過程 （1） 設(shè)計(jì)草圖制作 使用SW 2018軟件是因?yàn)椋裰笆炀毑僮鬟^的CAD軟件了。只是從之前的平面設(shè)計(jì)制圖，三視圖變成了現(xiàn)在

25、的立體零件裝配圖，并且能夠模擬仿真，轉(zhuǎn)化成為爆炸圖等優(yōu)質(zhì)功能。 SW幾乎涵蓋了智能清潔小車設(shè)計(jì)的整個(gè)生命鏈從草圖繪制，零件裝配圖的尺寸確定再到裝配體的仿真、材料選定，到最后的動(dòng)畫模擬仿真，它全部都能夠勝任，甚至能夠返璞歸真，將設(shè)計(jì)好的小車的三視圖進(jìn)行導(dǎo)出。 主要是確定大的框架后，對(duì)內(nèi)部尺寸進(jìn)行再細(xì)化的安排，首先小車的底盤進(jìn)行數(shù)據(jù)的預(yù)估計(jì)，這樣就相應(yīng)地得出小車的輪轂尺寸信息，其次小車的結(jié)構(gòu)注定承重條件有限，過大的水箱會(huì)影響之后的電路板拼接安裝，并且會(huì)增加輪轂驅(qū)動(dòng)電機(jī)的負(fù)載，所以水箱容量的設(shè)置是在100ml-200ml的合適范圍內(nèi)，安裝在小車的中間。再其次預(yù)估PLC及電源元件、線路板的尺寸，我

26、們將小車尾部做為核心：驅(qū)動(dòng)元件的上方成為了線路板排式插入的空間。 在初步確定小車各個(gè)零件尺寸之后，使用SolidWorks 2018 進(jìn)行零件圖的繪制。 （二）裝配圖組裝 裝配圖組裝通過網(wǎng)課的學(xué)習(xí)，掌握了SolidWorks2018的基本操作包括：裁剪實(shí)體、延伸、拉伸等等，通過同軸線、同軸心以及基準(zhǔn)點(diǎn)的配合實(shí)現(xiàn)裝配體的組裝，通過參考文獻(xiàn)得到零件參數(shù)規(guī)格，基本操作后通過零件圖調(diào)整基準(zhǔn)點(diǎn)后的相互配合得到裝配圖。 （三）裝配圖渲染 PhotoView 360渲染，通過內(nèi)置的的3D渲染插件，可以對(duì)零件以及零件構(gòu)成的裝配圖進(jìn)行外觀、布景的美化和貼圖編輯，選擇

27、日常生活中該設(shè)計(jì)的工作場(chǎng)所進(jìn)行布景、裝飾，然后對(duì)零件進(jìn)行渲染處理，并對(duì)渲染細(xì)節(jié)進(jìn)行設(shè)置。 在SW 2018版本中，“PhotoView 360”作為SW本身的一個(gè)插件存在，無(wú)需額外安裝，可以給到十分醒目的仿真體驗(yàn)。 裝配圖渲染是SW自帶的功能，首先將清潔小車表面選擇合適的材料，在這里我選擇了鍍鉻的啞光材料，當(dāng)然在實(shí)物制作中會(huì)選擇其他價(jià)格適中、強(qiáng)度到位的材料作為替換。其次選擇醒目的撞色配色，最后將小車渲染，放入軟件自帶的環(huán)境模擬場(chǎng)景中得到渲染后的清潔小車如下圖所示。 （四）動(dòng)畫演示 通過Instant 3D插件，使智能清潔小車和模擬家庭場(chǎng)景的路面基準(zhǔn)點(diǎn)配合，特

28、意在模擬路面上，刻畫出彎曲的路徑曲線，并加入帶有警示的雪糕筒作為測(cè)試道具，從而模擬清潔小車在家庭環(huán)境中的避障、防倒、防側(cè)翻的功能。 使用SolidWorks來(lái)進(jìn)行動(dòng)畫仿真并非是設(shè)計(jì)內(nèi)容，Instant 3D作為插件能夠做出多軸減速器、搖桿結(jié)構(gòu)等等機(jī)械設(shè)計(jì)的仿真，給予觀眾更直觀的認(rèn)識(shí)，能更加清楚的認(rèn)識(shí)到不管是純機(jī)械部件也好，亦或是電氣設(shè)備，它們背后的機(jī)械原理，正逢疫情，我們的實(shí)驗(yàn)小組因?yàn)闀r(shí)間、地點(diǎn)的約束，選擇采用一種動(dòng)畫仿真的形式代替實(shí)物進(jìn)行展示。 （五）電路設(shè)計(jì) 智能清潔小車的電路設(shè)計(jì)是分開設(shè)計(jì)的，不共地的分開設(shè)計(jì)，讓功能區(qū)域和驅(qū)動(dòng)區(qū)域電路在運(yùn)

29、行當(dāng)中，波形圖正常且不會(huì)失真，大大增強(qiáng)了電路的可靠性。 以上排線圖將電源電路、復(fù)位電路、晶振電路紅外遙控接收電路、舉升電路分開接地，完成了以上所述，在現(xiàn)實(shí)的運(yùn)行中，保證了清潔小車的“心臟”部分有條不紊地工作，該設(shè)計(jì)部分必不可少。 輸入接口 輸入開關(guān)名稱 輸出接口 驅(qū)動(dòng)設(shè)備 吸塵風(fēng)機(jī)驅(qū)動(dòng)電路： P0.1-P0.2 風(fēng)機(jī)驅(qū)動(dòng)開關(guān) P1.1-P1.2 吸塵風(fēng)機(jī) 水泵電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路： P0.3-P0.4 水泵驅(qū)動(dòng)開關(guān) P1.3-P1.4 水泵電機(jī) 輪轂電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路： P0.5

30、-P0.6 單輪開關(guān) P1.5-P1.6 單輪電機(jī) P0.7-P2.0 單輪開關(guān) P1.7 單輪電機(jī) P2.1-P2.2 單輪開關(guān) P3.3 單輪電機(jī) P2.3-P2.4 單輪開關(guān) P3.2 單輪電機(jī) 清潔掃刷電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路： P2.5-P2.6 左掃刷開關(guān) P3.5 掃刷電機(jī) P2.7 P3.0 右掃刷開關(guān) P3.4 掃刷電機(jī)

31、 1、 電路板的尺寸與器件的布置 ?? 國(guó)家的印制電路板標(biāo)準(zhǔn)隔幾年會(huì)更新一次，電路板根據(jù)網(wǎng)上的尺寸數(shù)據(jù)，按需求選擇。大了印制線條就會(huì)長(zhǎng)，繼而增加了阻抗，抗噪聲能力直線下滑，電路板的制作費(fèi)用隨之提高；電路板的大小偏小，那么使得散熱也會(huì)成為問題，同時(shí)也會(huì)干擾附近的線路。在電元器件的安裝擺放方面與其它邏輯電路的安裝大致相同，需要把同一大類的電元器件盡量靠著擺放，相互靠近可以讓小車在清潔作業(yè)中減少噪音。在相關(guān)實(shí)驗(yàn)當(dāng)中得出的實(shí)驗(yàn)結(jié)果也印證了這一點(diǎn)。 邏輯電路附近保持空缺是最好的，在此處我們選擇啟用多個(gè)電路板，并且在彩圖繪制之初，就在后輪電機(jī)上方留下了電路板的放置空間，假如無(wú)該空間，電路板安

32、裝在小車底部，則會(huì)增加小車運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)與不確定性，并且電路板外置會(huì)減少可使用的時(shí)間長(zhǎng)短。 二、散熱設(shè)計(jì) ? 由于散熱而導(dǎo)致的機(jī)器失靈屢見不鮮，采用何種方式進(jìn)行排版是重中之重，我們通過查閱相關(guān)資料，將排列規(guī)則反復(fù)研究，最終確定了直排立式的安裝方式。 （1） 利用空氣冷卻，冷熱空氣對(duì)流的方式，可冷卻PCB板，這種情況將其縱向排列即可，可充分降溫。 （2） 小的竅門，將PCB板上的元器件進(jìn)行區(qū)分，電容、集成電路等等放在上風(fēng)口處。大規(guī)模的集成電路可以放置在下風(fēng)口進(jìn)行通風(fēng)。前者為低耗元件。后者為高耗能元件。 （3） 大功率的元器件我們放置在PCB板的末端，也就是靠近清潔小車外殼的一端，縱向?qū)?/p>

33、面大功率元件靠上，橫向?qū)用娲蠊β试繖C(jī)箱外殼，即可充分降溫。 （4） 一些受熱影響使用的電元器件應(yīng)放在通風(fēng)良好的地方（即小車尾部的空間）避免將它放在熱源的頂部，良好的PCB板布局實(shí)際上也是保障了核心的安全問題。 （5） 設(shè)備內(nèi)PCB板的散熱主要依靠空氣流動(dòng)，在組裝時(shí)可以外置散熱風(fēng)扇，功率合理的情況下，使得小車電路部分更加安全。配置器件、印制電路板做到避免在某個(gè)區(qū)域留有較大的空缺部分，這是考慮到空氣流動(dòng)時(shí)總是趨向于阻力小的地方流動(dòng)。 三、電磁兼容性設(shè)計(jì) ? 電子設(shè)備在電磁環(huán)境下能夠正常運(yùn)轉(zhuǎn)則非常考驗(yàn)它的電磁兼容性。通過改變物理參數(shù)使得電子設(shè)備能夠在強(qiáng)磁干擾、正常完成清潔任務(wù)，并且自身

34、所釋放的電子干擾不會(huì)影響其它電器的使用，這就是此設(shè)計(jì)的目的所在。 （1）導(dǎo)線寬度 ? ? PCB板排線上所產(chǎn)生的電磁干擾主要是來(lái)源于電感因素而產(chǎn)生的，因此應(yīng)盡量降低PCB板排線的電感量。PCB板排線的電感量通過公式得知和它的長(zhǎng)度是成正比的，和它的徑向長(zhǎng)度是呈現(xiàn)反比的，排線越短、越細(xì)越能抑制這種現(xiàn)象。驅(qū)動(dòng)器銜接的信號(hào)線會(huì)有瞬變電流通過，PCB板排線越短越好短。我們?cè)O(shè)計(jì)的電路PCB板排線寬在0.5mm。 （2）排線方式 ? ? 在PCB板排線正面進(jìn)行橫向排線，反面進(jìn)行交叉方向的排線，然后在使用用金屬化孔連接的方式。不用長(zhǎng)距離的排線也是進(jìn)一步抑制它們線與線之間的電磁干擾。 四、接地的情況分

35、析 ? 接地是使得干擾減少的普遍做法。將驅(qū)動(dòng)、功能模塊大大小小電路全部分開接地這樣就解決大部分因共接地線而產(chǎn)生的干擾問題，讓元件能夠正常運(yùn)行。 1、接地點(diǎn)數(shù)? ? 低頻電路涉及到接地點(diǎn)數(shù)的問題，則要考慮工作頻率。如果信號(hào)的工作頻率在1MHz以下，PCB板排線的布線和電源器間的電磁感應(yīng)影響較小，此時(shí)接地電路形成的環(huán)流對(duì)PCB板上元件影響較大，此時(shí)應(yīng)使用單點(diǎn)接地。工作頻率在10MHz以上的時(shí)候，地線阻抗上升，那么降低地線的阻抗，所以多點(diǎn)接地適用。 2、數(shù)電模電分離 ? ? 增加線性電路的接地面積。PCB板上高速邏輯電路、線性電路相分離，兩條地線也同時(shí)分開，分別與電源端的地線連接。 3、

36、接地線加粗 ? 接地線過細(xì)，接地電位將會(huì)因?yàn)殡娏鞯母淖兌l(fā)生改變，電子設(shè)備的電平不穩(wěn)，抗噪聲性能失效。我們將接地線的設(shè)計(jì)盡可能地加粗，使它能通過位于PCB板的允許電流。最終我們的設(shè)計(jì)規(guī)格選擇接地線的寬度為2mm。 4、接地線構(gòu)成閉環(huán)路 ? ? PCB板地線系統(tǒng)只通過數(shù)電來(lái)構(gòu)成，PCB板上的大小集成電路組件，碰上功耗大的電元器件時(shí)，接地線直徑大小會(huì)產(chǎn)生較大的電位差，抗噪音能力下降，接地結(jié)構(gòu)成環(huán)路，電位差值相應(yīng)減小，元件因抗噪音能力恢復(fù)而恢復(fù)穩(wěn)定。 結(jié)論 通過完成這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，我能感覺得到大學(xué)專業(yè)基礎(chǔ)課的學(xué)習(xí)都是鋪墊，至于做出實(shí)物還是需要更多地去自我提高軟件的操作，大學(xué)的意義

37、更多地教會(huì)我們自學(xué)的能力以及解決問題的思維。 這次畢業(yè)設(shè)計(jì)中，清潔小車仍然存在很多漏洞，比如世面上的相關(guān)產(chǎn)品最熱門的就是自動(dòng)分區(qū)域清潔功能、可遠(yuǎn)程控制，在這方面我們的設(shè)計(jì)仍然有功能性的缺失，還有就是外形的設(shè)計(jì)上，沒有考慮到桌子、床鋪的高度，外觀設(shè)計(jì)上可能沒有考慮到這點(diǎn)。 采用PLC的作品可能在運(yùn)算方面有所欠缺、進(jìn)而使得功能性無(wú)法覆蓋更多。 該設(shè)計(jì)構(gòu)成了新型居住環(huán)境控制的小系統(tǒng)、小生態(tài), 在對(duì)人們?nèi)粘Ｉ钯|(zhì)量的改善起到了極其重要的作用, 具有優(yōu)秀的應(yīng)用價(jià)值和良好的發(fā)展前景。就目前國(guó)內(nèi)市場(chǎng)環(huán)境來(lái)看, 人們使用該系統(tǒng)的成本還相對(duì)較高, 加之行業(yè)目前并沒有形

38、成完善的管理標(biāo)準(zhǔn), 對(duì)我國(guó)智能家居的發(fā)展造成了很大的阻礙。因此, 在未來(lái)的發(fā)展中, 應(yīng)逐漸解決以上問題, 才能使我國(guó)智能家居產(chǎn)業(yè)大生態(tài)環(huán)境贏得更好的發(fā)展趨勢(shì)。 最后，要強(qiáng)調(diào)的是這次設(shè)計(jì)，小組成員分工明確，保證了軟件電路、結(jié)構(gòu)組成、外形渲染仿真三合一，讓我們學(xué)會(huì)了更全面地去思考，并將虛擬的設(shè)計(jì)帶入到現(xiàn)實(shí)的生活場(chǎng)景中。這種學(xué)習(xí)的經(jīng)驗(yàn)將會(huì)對(duì)我們以后的工作生活帶來(lái)許多積極影響！ 參考文獻(xiàn) [1] 向曉漢，《PLC編程》，化工出版社 [2] 廖常初，《PLC應(yīng)用技術(shù)》，機(jī)械工程出版社 [3] 黃永紅，《電器控制與PLC應(yīng)用技術(shù)》，機(jī)械工程出版社 [4] 張曉智，《Soli

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