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黃河科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(文獻(xiàn)翻譯) 第 15 頁
高速數(shù)控銑床混合聚合物混凝土床身的設(shè)計與制造
Jung Do Suh ?Dai Gil Lee
收稿日期：2006/9月22日接受日期：2007年6月11日/發(fā)表時間：2008年1月23日施普林格科學(xué)和商業(yè)媒體B.V.2008
摘要：為了最大限度地提高精密產(chǎn)品(如夾具和模具)的生產(chǎn)效率，機(jī)床應(yīng)保證高速運(yùn)轉(zhuǎn)時不產(chǎn)生振動。隨著機(jī)床運(yùn)行速度的提高，振動問題已成為制約制造精密產(chǎn)品的主要因素。因?yàn)橹匾臋C(jī)床、精密機(jī)床、工具機(jī)床對功能結(jié)構(gòu)剛度和高阻尼要求較高，但傳統(tǒng)的高剛度金屬的阻尼較低，因此這可不能同時作為床身結(jié)構(gòu)的使用，反之亦然。本文介紹了混合聚合物混凝土在精密機(jī)床床身結(jié)構(gòu)的中的應(yīng)用。焊接鋼結(jié)構(gòu)的外殼和聚合物混凝土填充組成的混合聚合物混凝土床的設(shè)計，在本次試驗(yàn)的混合機(jī)床工具床中表現(xiàn)出了良好的阻尼特性和廣泛的頻率（G =2.93-5.69％）。高速龍門銑床制造機(jī)就是通過靜態(tài)和動態(tài)分析有限元方法，測得在高速加工過程中穩(wěn)定時主軸角滑動的速度和加速度分別為35000 rpm和30 m/s2。
關(guān)鍵詞： 聚合物混凝土 機(jī)床 阻尼 精密加工
1引言
現(xiàn)代精密機(jī)床生產(chǎn)精密產(chǎn)品時要求加工速度高。為了達(dá)到要求，機(jī)床必須有高阻尼以及高結(jié)構(gòu)剛度?，F(xiàn)代機(jī)床通常配備有高速主軸系統(tǒng)，它的旋轉(zhuǎn)到35,000 rpm和加速度30 m/s2（Suh and Lee 2002）。在這些高運(yùn)行速度下，機(jī)床結(jié)構(gòu)的脆弱部分容易振動，從而導(dǎo)致表面光潔度差，達(dá)不到準(zhǔn)確的產(chǎn)品尺寸（(Suh and Lee2004）。此外，共振，這種自我誘導(dǎo)振動，也會對刀具壽命產(chǎn)生不利的影響（(Clancy and Shin 2002）。機(jī)床的振動經(jīng)常由低阻尼造成，如果機(jī)床結(jié)構(gòu)的阻尼太低，由于自然機(jī)床結(jié)構(gòu)的固有頻率不會無限增加，必然會導(dǎo)致在高速運(yùn)轉(zhuǎn)時自我誘導(dǎo)或再生的振動的發(fā)生。由于傳統(tǒng)金屬材料阻尼特性低，組成機(jī)床結(jié)構(gòu)的金屬材料，不能有高剛度和高阻尼兩個特性，因此可以使用輔助減震器，如阻尼動態(tài)減震器，蘭徹斯特減振器，液壓阻尼器等產(chǎn)品來達(dá)到這個目的。然而，這些輔助減震器只限于在預(yù)確定模式和頻率下使用（EMA和瑪瑞2000年）。雖然可以通過增加更高的材料剛性或增加截結(jié)構(gòu)模量來增加機(jī)床結(jié)構(gòu)剛度，但是阻尼和剛度金屬結(jié)構(gòu)卻不能同時增加，因此獲得高阻尼的最佳途徑就是采用三明治高剛度的外殼和高結(jié)構(gòu)聚合物混凝土阻尼填充的結(jié)構(gòu)。聚合物混凝土由于其剛度適中，成本低，成為一種潛在材料機(jī)床床身結(jié)構(gòu)的材料（金等。 1995年，科爾特斯和卡斯蒂略2007）：雖然聚合物混凝土（取決于樹脂粘結(jié)劑系統(tǒng)，其價格范圍從$ 300/m3元至2,000元/ m3）與傳統(tǒng)的相比水泥混凝土（$ 50/m3- $ 80/m3）比較昂貴，但傳統(tǒng)的水泥混凝土由于其較低的強(qiáng)度和對電阻的影響是不適合應(yīng)用在機(jī)床上。（2007年科爾特斯和卡斯蒂略）。
本文介紹了設(shè)計和制造混合聚合物混凝土機(jī)床的床身，是由焊接鋼面的夾層結(jié)構(gòu)和聚合物混凝土為填充的設(shè)計方式。通過靜態(tài)和動態(tài)分析后，對混合床聚合物混凝土的基本性能進(jìn)行了測試。所開發(fā)的混合聚合物混凝土床身被納入高速龍門式軋機(jī)ING機(jī)的床體結(jié)構(gòu)中（FV400，大宇重工業(yè)機(jī)械有限公司，韓國）。動態(tài)特性沖動的動態(tài)結(jié)構(gòu)的測定測試結(jié)果顯示，與鋼或案件的阻尼因素的鐵床結(jié)構(gòu)（G =0.2-0.3％）相比，混合聚合物具體展品具有更加優(yōu)良的阻尼特性（G =2.93-5.69％）。
2 聚合物混凝土的特點(diǎn)
聚合物混凝土是由骨料與聚合物基體結(jié)合所形成的，聚合物通常是環(huán)氧樹脂或不飽和聚酯樹脂組成。由于不飽和聚酯樹脂的凝結(jié)溫度為-100 K，不能滿足溫度要求，因此環(huán)氧樹脂是性能更好的材料（由韓國愛敬化學(xué)有限公司提供）。作為一種韌性材料，聚酯便宜，和其多樣化的結(jié)構(gòu)固化的速度，更適合作為機(jī)床床身。此外，材料的性能對聚合物混凝土有著決定性的作用，但是材料在總體積中占有較高的百分比也會使聚合物混凝土具有較高的剛度。
這里聚集了分組其網(wǎng)號碼，如＃1.0-1.5，#1.5-3.2，#3.2-6.4，＃6.4-12.0和大于12的沙子。若要確定近似的混合比例，有人通過線性的一般概念包裝理論，認(rèn)為較小的聚集體占據(jù)了較大空間的形成無效集合體。例如，礫石＃1.0＃1.5的形式喪失約40％的空間，這個空間可由礫石＃1.5＃3.2等填充。暫定的混合比例決定線性包裝的理論和聚合物混凝土的密實(shí)填充的最佳混合比例通過一些實(shí)驗(yàn)確定如表1所示。
圖1顯示了測量聚合物原料的聚酯和花崗巖具體阻尼因素的沖動動態(tài)測試圖。
從中可以看出測得的阻尼因素，從2％至4％不等，較廣泛的頻率和潛在價值遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)的金屬材料。此外，還對聚合物混凝土的屬性進(jìn)行了脈沖的動態(tài)測試（ASTM C215-91）。
表1聚合物混凝土的組成
礫石（絲網(wǎng)＃） 沙聚酯
1.0–1.5 1.5–3.2 3.2–6.4 6.4–12.0
Wt.% 30.3 15.4 7.1 7.1 30.0 10.0
Vol.% 26.7 13.6 6.3 6.3 26.4 21.8
圖1 阻尼因素與聚合物混凝土在不同頻率下的變化
圖2 脈沖動態(tài)測試測量聚酯和花崗巖的屬性
表2和表3分別列出的標(biāo)本的大小和機(jī)械性能。圖3描述測量頻率，阻尼因素的變化關(guān)系。此外，聚合物表面的混凝土剪切強(qiáng)度和鋼鋼粗糙度測量圖所示（英斯特朗公司，美國）。
表2動態(tài)測試混凝土的試件尺寸
樣式
長度（mm）
寬度（mm）
高度（mm）
1
240
97
97
2
360
97
97
3
280
97
97
表3聚合物混凝土性能
密度（kg/m3
電子（GPa）
G（GPa）
米
2260
25.2
10.5
0.2
圖3 聚合物混凝土阻尼因素G的折線圖
嵌在高分子聚合物混凝土和鋼線材的模型組成具體如圖所示（速度為0.1毫米/分鐘）。 鋼筋表面包裹著砂紙和各種網(wǎng)組成的固化聚合物。從圖中的實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，表面的抗剪強(qiáng)度的增加跟粗糙度增加有關(guān)系。
圖4 測量聚合物混凝土和鋼的剪切強(qiáng)度：（a）測試照片（b）標(biāo)本照片（毫米）
圖5鋼和聚合物混凝土之間的剪切強(qiáng)度以及鋼的表面粗糙度如圖所示
3設(shè)計和制造工藝
3.1混合機(jī)床的理論設(shè)計
機(jī)床的功能要求（FRS）如下：（托比亞斯1965年。Kim等1995）
FR1：增加結(jié)構(gòu)剛度 FR2：增加結(jié)構(gòu)阻尼
由于床身外形尺寸，需要考慮組裝與其他部件的關(guān)系，所以其外形被設(shè)計成一個三明治結(jié)構(gòu)組成的鋼面和聚合物混凝土填充的結(jié)構(gòu)。由于夾層結(jié)構(gòu)阻尼很大程度上來自核心材料的阻尼，因此，設(shè)計可以通過以下脫鉤設(shè)計參數(shù)（DPS）來說明（SUH2001年）。
DP1的：鋼組成的鋼板厚度基數(shù)（面對三明治結(jié)構(gòu)）
DP2：聚合物混凝土阻尼特性
FR1X 0 DP1
FR2?xX DP2e1T
夾層結(jié)構(gòu)的另外的好處是其在制造業(yè)不僅可以增加結(jié)構(gòu)剛度也可以作為聚合物混凝土模具。
圖6顯示了高速龍門式銑床機(jī)床結(jié)構(gòu)。在這項(xiàng)工作中，其規(guī)格如表4所示。?機(jī)床床身組成的混合結(jié)構(gòu)種焊接鋼作為基礎(chǔ)，聚合物混凝土作為核心填補(bǔ)其內(nèi)部空腔。本機(jī)床床類型有兩個功能，即直線電機(jī)安裝和安裝LM指南。如圖?6所示的移動框架幻燈片，從上面可以看出LM-指南和驅(qū)動由直線電機(jī)安裝在豎列機(jī)床床身位置。因此，豎列應(yīng)該抵抗慣性力和拉力21KN的直線電機(jī)的移動，使豎列彎曲。因此，豎列的大變形的主要來源，在設(shè)計過程中，也被選定為主要設(shè)計的一部分。此外，由于豎列是最弱的部件的結(jié)構(gòu)，在振動時產(chǎn)生位移相對大于其他部分。
圖6結(jié)構(gòu)機(jī)床（FV400，大宇重工工業(yè)機(jī)械有限公司，韓國）
表4規(guī)格（FV400，大宇機(jī)床重工業(yè)機(jī)械有限公司，韓國）
規(guī)范
值
大?。▁9個Y9 Z，毫米） 18309 60091850
傳輸范圍（×9?Z，Y 9毫米） 600 9400 9400
?加速轉(zhuǎn)移（的X，Y，Z幻燈片，m/s2） 14，14，20
質(zhì)譜（的X，Y，Z幻燈片，公斤） 5501100，290
清拆直線電機(jī)（毫米） 0.9±0.3
LM指南變形限制（LM） ±30
引力的直線電機(jī)（千牛） 21
主軸最高轉(zhuǎn)速（rpm） 35,000
圖7焊接鋼基地機(jī)床床體（a）頂視圖 （b）底視圖
圖8機(jī)床床體靜撓度引力和慣性力的關(guān)系
圖7顯示了焊接的鋼鐵基地和DPS有關(guān)，并顯示了 X1-X3，Y1 -Y6和Z1-Z3的鋼板厚度。為了確定的DPS，采用ANSYS軟件6.0（美國）對靜態(tài)和動態(tài)特性進(jìn)行了計算分析。此外的阻尼因素，也使用的能源關(guān)系振動來產(chǎn)生。為了模擬實(shí)際的靜負(fù)荷和變形，支持六個點(diǎn)作用力和底面固定慣性力也按照LM-指南和應(yīng)用直線電機(jī)的實(shí)際位置進(jìn)行測試，如圖8所示。慣性力Fx和 Fz對應(yīng)每個LM指南的兩點(diǎn)，而慣性力Fy和拉力Fp則是對應(yīng)零件直線電機(jī)安裝。此外，豎列抗性由X方向上LM-塊導(dǎo)軌的LM-2.09109N/米彈性剛度和在Z方向的2.59109N/ M彈性剛度來測量。
圖8和表6顯示變形的結(jié)果變化時的邊界條件和DPS值。從結(jié)果表6，有人發(fā)現(xiàn)，結(jié)構(gòu)的剛度在很大程度上取決于在X方向上板的厚度，與Y方向板的厚度關(guān)系不大。對圖9和表8顯示的結(jié)果進(jìn)行動態(tài)分析時發(fā)現(xiàn)，發(fā)生在振動過程中的主要變形垂直列和第一振動模態(tài)列垂直偏轉(zhuǎn)形狀通過一個集中載荷的懸臂梁時振動會消失。為了獲得了較高的自然頻率在X方向增加鋼面厚度，但增加后效果也并不顯著。這是因?yàn)?，在增加厚度的鋼面X方向不僅增加了結(jié)構(gòu)剛度，也增加了其質(zhì)量阻礙固有頻率的增加。
表5為靜態(tài)分析的邊界條件
表6慣性機(jī)床床身的變形和吸引力力量（LM）之間的關(guān)系
表7鋼鐵板塊鋼鐵基體的組成尺寸（mm）
然而，眾所周知，第一模式大部分由于其龐大的振動能量使其產(chǎn)生應(yīng)變，在其中的阻尼垂直列對應(yīng)的梁阻尼性能和應(yīng)變能量分別儲存在鋼面和聚合物混凝土核心中。為了估計機(jī)床結(jié)構(gòu)，垂直導(dǎo)柱被假定為X方向鋼面和??聚合物混凝土核心組成的一個夾心懸臂梁，如圖10、圖 11所示，其中集中負(fù)載P1和 P2如圖 10，做適當(dāng)調(diào)整，即P1/P2=1249，相應(yīng)的靜態(tài)撓度的幅度類似振動模式。在這項(xiàng)測試中，有人推測，總應(yīng)變能源是鋼中儲存的應(yīng)變能量的總和與外殼、聚合物混凝土核心和消散能量是成正比的，阻尼因素和單位的總應(yīng)變能U與鋼面US和混凝土核心UC應(yīng)變能有關(guān)。
圖9振動模式的機(jī)床形狀：（a）1，（b）2，（c）3，（d）4
表8有限元分析得到的固有頻率（赫茲）
圖10第一振動模式的垂直列阻尼因子估算示意圖
其中S和C代表鋼和混凝土，而AS和AC則代表由不銹鋼和聚合物占的具體區(qū)域，其中鋼面的壓力和聚合物混凝土核心的計算方法如下：
其中x和T、C代表從它的中間的距離軸下的危險點(diǎn)和鋼面。M，V和D分別表示彎矩，剪切力和抗彎剛度。一旦厚度的鋼面和??聚合物混凝土核心超過鋼的應(yīng)變能量時，阻尼因子G的情況如上，垂直列計算如下（(Rao 1978; Sun and Lu 1995）。
WD表示每耗能振動周期。由于第一振動頻率如表8所述，阻尼系數(shù)在所有情況下無法測得。具體GC可從圖3中100赫茲的推斷出可能為8.8％。而鋼GS阻尼系數(shù)約是0.2％。通過表7，計算出案例1案例3 中g(shù)值分別為3.3％，3.4％和3.7％。案例4和案例6，G的計算值也為3.3％，3.4％和3.7％，因?yàn)橄鄳?yīng)的鋼板厚度在X方向是相同的，而板在Y方向的厚度被忽略。從阻尼值可得，計算出的阻尼因素增加，鋼面厚度X方向也會下降。因此，案例4中表7被確定為設(shè)計值因?yàn)闄C(jī)床結(jié)構(gòu)制造應(yīng)具有較高的剛度和阻尼系數(shù)為3.3％，所以可以制造足夠大的機(jī)床床身結(jié)構(gòu)。
3.2聚合物混凝土機(jī)床
制造機(jī)床床身聚合物混凝土床制造聚合物混凝土澆成的鋼鐵基礎(chǔ)如圖12，由常溫固化的鋼板焊接組成的鋼鐵基礎(chǔ)在定位澆筑過程中面朝下，這樣很容易充滿聚合物混凝土。詳細(xì)的制造工藝聚合物混凝土如下：
（一）用清水洗干凈制造的鋼面床身。
（二）聚酯樹脂按預(yù)先確定的重量或體積比混合。
（三）在加注混凝土?xí)r要用重力和振動使混合更加均勻。
（四）在室溫下凝固聚合物混凝土。
（五）其他部位的安裝，按照裝配和安裝LM指南和直線電機(jī)的要求。
圖12機(jī)器焊接的鋼鐵基地的照片機(jī)床床身：（a）底視圖，和（b）頂視圖
圖13聚合物混凝土機(jī)床床身的照片
圖13聚合物的照片顯示了在這項(xiàng)工作中的具體機(jī)床床身的制造外形。
4 聚合物混凝土機(jī)床床身的動態(tài)特性
使用測試測量床FFT分析儀測試聚合物混凝土在沖動動態(tài)的動態(tài)特性B＆K（丹麥）六分床是固定的，如圖 9所示。測量儀器如下，雙通道FFT分析儀（邦凱2032），電荷放大器（B＆K 2626），沖動錘子（B＆K 8202），加速度計（B＆K 4374），和力傳感器屋（B＆K 8200）。然后對測試結(jié)果進(jìn)行比較，計算出有限元。圖14和表9顯示測量FRF（頻率響應(yīng)函數(shù)）阻尼因子與頻率的結(jié)果。使用相關(guān)公式的方法，通過動態(tài)測試獲得阻尼因子G的計算結(jié)果（Nashif等1985）。
表9 通過脈沖動態(tài)測試機(jī)床床身的動態(tài)特性
（F2 - F1）和fr分別代表的半功率帶寬度和相應(yīng)的自然頻率，從動態(tài)測試的結(jié)果發(fā)現(xiàn)，這是混合機(jī)床床身在固有頻率的頻率范圍內(nèi)阻尼因素G的值在2.93-5.69％之間，與鋼或鐵床結(jié)構(gòu)的阻尼因素值0.2-0.3％相比，均優(yōu)于它們。在第一模式的情況下，計算和測量阻尼因素分別為3.30和4.13。差異可以歸因于在計算過程中忽視阻尼發(fā)生在鋼鐵界面和聚合物混凝土層之間這個條件。
5 結(jié)論
在這項(xiàng)研究中，可以用聚合物混凝土床焊接鋼面結(jié)構(gòu)，即混合結(jié)構(gòu)，設(shè)計和制造的高速銑床，而聚合物混凝土原料的最佳混合比例可通過實(shí)驗(yàn)獲得。機(jī)械聚合物混凝土的性能以及附著力其表面性能鋼強(qiáng)度和粗糙度這些動態(tài)特性對混合聚合物混凝土床有著一定的影響。從對這些動態(tài)特性的方面對混合聚合物混凝土床的脈沖做了動態(tài)測試的結(jié)果中發(fā)現(xiàn)，混合機(jī)器機(jī)床床身在固有頻率范圍內(nèi)的阻尼因素為2.93%-5.69%，遠(yuǎn)大于鋼結(jié)構(gòu)或鐵床結(jié)構(gòu)（0.2-0.3％）。因此混合聚合物混凝土龍門型高速已被納入銑床的范圍內(nèi)（FV400，大宇重工機(jī)械有限公司，韓國）。
鳴謝
這項(xiàng)工作是由韓國研究基金會贈款資助政府（MOEHRD) 商務(wù)部（M01-2004-000-10374-0），工業(yè)和朝鮮半島能源政府支持而完成的。作者要感謝韓國大宇重工業(yè)工業(yè)機(jī)械有限公司，在混合聚合物混凝土制造和測試床方面做出的合作。
畢業(yè)設(shè)計說明書
題 目：帶隱蔽式護(hù)欄的多功能兒童床設(shè)計
學(xué) 號：0710210117
姓 名：林金杭
班 級：2007級（3）班
專 業(yè)：機(jī)械設(shè)計制造及其自動化
指導(dǎo)教師：范劍
學(xué) 院：機(jī)械工程學(xué)院
答辯日期：2011年4月23日
畢 業(yè) 設(shè) 計 說 明 書
摘 要
隨著生活水平的提高，兒童床的種類多種多樣。本文介紹了帶隱蔽式護(hù)欄的多功能兒童床兩大功能，分別是兒童床的控制系統(tǒng)和兒童床的結(jié)構(gòu)變形?？刂葡到y(tǒng)在工作狀態(tài)下，可以檢測兒童的體溫以及是否尿床，一旦體溫出現(xiàn)異?；蛘甙l(fā)生尿床現(xiàn)象，都會發(fā)出音樂提醒。與此同時，設(shè)計了紅外發(fā)射和接受電路，在床沿構(gòu)建一道“隱蔽式護(hù)欄”，控制系統(tǒng)檢測到兒童觸碰或越過隱蔽式護(hù)欄時，便發(fā)出音樂提醒看護(hù)人員。另一方面，兒童床可以變身帶書架的書桌。當(dāng)兒童床被閑置的時候，可將兒童床重新組裝，使其變成帶書架的書桌。
關(guān)鍵詞：單片機(jī)；隱蔽式護(hù)欄；結(jié)構(gòu)變形；兒童床
IV
Abstract
With the developing of living level, the category of the child’s cot become various. This text shows two functions of the multifunctional child’s cot attached with the concealed guardrail, which are the control system of child’s cot and structural changes in shape of child’s cot respectively. In the working status, the control system can detect the child’s body temperature and whether the bedwetting is happened or not, and once the temperature appears unusual or the phenomena of bedwetting has happened, the music alerts will be made, at the same time, the infrared inductor will also be in the working status, and when the child is coming across the cordon, the music alerts will be made to warn the parents. On the other hand, the child’s cot can be changed to be a desk with a bookshelf. When the child’s cot is being set aside, it can be rebuilt to a desk with a bookshelf.
Key words: microcontroller; conceal rail; structural deformation; cribs
目 錄
摘 要 I
Abstract II
第1章 課題的背景和意義 1
1.1 課題的背景 1
1.2 課題的意義 1
第2章 畢業(yè)設(shè)計主要內(nèi)容 2
第3章. 方案的選擇和確定 2
3.1 兒童床設(shè)計方案 2
3.2 結(jié)構(gòu)變形設(shè)計方案 4
3.3 兒童床控制系統(tǒng)方案 5
第4章 兒童床床身及其變形改裝設(shè)計 9
4.1 床身結(jié)構(gòu)設(shè)計 9
4.2 變形改裝的結(jié)構(gòu)設(shè)計 11
第5章 兒童床控制系統(tǒng)硬件電路設(shè)計 12
5.1 最小控制系統(tǒng)設(shè)計 12
5.2 溫度檢測電路模塊設(shè)計 13
5.3 尿濕檢測電路模塊設(shè)計 14
5.4 紅外檢測電路模塊設(shè)計 14
5.5 蜂鳴器電路模塊設(shè)計 14
5.6 按鍵及顯示電路模塊設(shè)計 15
5.7 硬件電路端口分配 16
第6章 兒童床控制系統(tǒng)軟件設(shè)計 16
6.1 主程序設(shè)計 16
6.2 音樂及報警軟件模塊設(shè)計 17
6.3 紅外檢測軟件模塊設(shè)計 18
6.4 溫度檢測軟件模塊設(shè)計 19
6.5 尿濕檢測軟件模塊設(shè)計 20
第7章 設(shè)計小結(jié) 21
參考文獻(xiàn) 23
致 謝 25
附錄1 電路原理圖 26
附錄2 程序源代碼 27
附錄3 零件圖與裝配圖
畢 業(yè) 設(shè) 計 說 明 書
第1章 課題的背景和意義
1.1 課題的背景
當(dāng)可愛的寶寶降臨到世界，年輕的父母便承擔(dān)起撫養(yǎng)寶寶的職責(zé)。在工作生活快節(jié)奏的現(xiàn)代社會，父母經(jīng)過一天的忙碌回到家，哄好寶寶吃喝拉撒睡覺后，自己也要有足夠的睡眠。但寶寶的作息時間完全不合大人同步，這時他們不得不隨時待命，自己的生活規(guī)律完全被打亂。尤其是在晚上時間照顧寶寶的方方面面。這是就要發(fā)掘?qū)殞毜膬和驳臐撃?，讓它時刻發(fā)揮呵護(hù)寶寶的功能。年輕的父母一般剛開始都缺乏撫養(yǎng)寶寶的經(jīng)驗(yàn)，比如尿床或者發(fā)熱了不一定能及時發(fā)現(xiàn)并采取相應(yīng)辦法，這也需要發(fā)揮兒童床輔助看護(hù)寶寶的功能。讓它在寶寶尿床或者發(fā)熱的第一時間告知身邊的人員。而目前市場上已有的兒童床功能單一，且缺乏人性化的呵護(hù)方式，使用起來仍然不方便，尤其是在輔助呵護(hù)寶寶的方面還是做的比較膚淺。隨著寶寶的長大，兒童床就成了一件擺設(shè)，扔了可惜，留著又占空間，實(shí)屬一種浪費(fèi)。
1.2 課題的意義
隨著人民生活水平的日益提高，生活節(jié)奏加快，年輕的父母在感受到寶寶降生的喜悅和幸福后，即承擔(dān)起養(yǎng)護(hù)寶寶的重?fù)?dān)?，F(xiàn)在的家庭中，很多年輕的爸爸媽媽都有工作在身，白天一般請人照顧寶寶，晚上回到家后自己照顧呵護(hù)寶寶。經(jīng)歷了一天的緊張繁忙的工作之后，年輕的父母本已略顯疲備需要充分的休息。但是懵懂的寶寶可不管那么多，不論什么時候想吃的時候就要吃，睡醒了就要有人逗他玩，哭鬧的時候還要有人哄，尤其重要的是寶寶尿床了必須要及時更換尿布，寶寶的身體發(fā)熱了要及時提醒父母關(guān)注寶寶的健康等等，這些都需要寶寶身邊的親人尤其是年輕父母花時間，花精力去照顧，然而忙碌了一天之后已經(jīng)疲憊不堪，再哄寶寶入睡以后先睡個安穩(wěn)覺都很困難。一般年輕的爸爸媽媽缺乏呵護(hù)寶寶的經(jīng)驗(yàn)。一旦寶寶尿床了，而尿布如果得不到及時更換，寶寶稚嫩的皮膚很容易受到感染；或者寶寶身體不舒服一般都會引發(fā)發(fā)熱等癥狀，情況不嚴(yán)重的時候?qū)殞毑粫休^大反應(yīng)的，這時恰巧是治療預(yù)防的最佳時機(jī)，然而，往往是當(dāng)寶寶哭鬧的比較慘烈的時候，父母們才會引起關(guān)注，但這時最佳的治療機(jī)會錯過了，很多事情就顯得很是被動，如果搖床的配套設(shè)施上能夠及時檢測寶寶的尿濕和體溫情況并能作聲光提醒的話，很多煩惱都可以提前得到化解，使家庭更加溫馨、祥和。
本項(xiàng)目正對目前市場上嬰兒搖床產(chǎn)品功能不全、質(zhì)量良莠不齊的現(xiàn)狀，為方便年輕父母更好的照顧自己的寶寶，根據(jù)“ 以人為本”的設(shè)計理念研制一種新型智能嬰兒搖床，為“平安家庭”建設(shè)添磚加瓦，為寶寶營造良好的成長環(huán)境。
第2章 畢業(yè)設(shè)計主要內(nèi)容
1．設(shè)計帶隱蔽式護(hù)欄的兒童床床架機(jī)構(gòu)，即運(yùn)用紅外感應(yīng)制作成隱形護(hù)欄，可以防止寶寶頭部撞擊護(hù)欄而造成的傷害。并且兒童床的床架機(jī)構(gòu)可以經(jīng)過重新裝備可變身為書桌等家具。
2．運(yùn)用pro/e或UG等運(yùn)動仿真軟件對兒童床床架機(jī)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計、裝配和受力分析。
3．設(shè)計該多功能兒童床的控制系統(tǒng)軟、硬件使之具有如下功能：睡眠計時、體溫測試、顯示和超標(biāo)提醒、尿濕狀態(tài)顯示和尿濕提醒、隱蔽式護(hù)欄設(shè)置和越界提醒。
第3章. 方案的選擇和確定
3.1 兒童床設(shè)計方案
方案一:搖籃床有以下幾點(diǎn)要求:
1、床的穩(wěn)定性要好。不要推推就會散架。挑床時，與挑家具是一樣，牢固最主要。
2、搖籃床內(nèi)不要有突出物。
3、定期檢查。使用過程中要把活動架的活動部位要定期檢查，是否在連接過程中非常可靠。螺釘、螺母是否松動。如果寶寶用力運(yùn)動是否會翻到等。
4、表面要光滑。
5、可以活動的搖籃床的高位、低位，上下調(diào)節(jié)，注意把握松緊度。
6、認(rèn)真閱讀并使用說明書。它會告訴你怎么安裝，怎么調(diào)試。使用功能多的，比如從搖籃變成搖床，從搖床變成普通的床，怎么變？說明書上要齊全，一定要看得懂。把搖籃床組裝好看一看，功能是否與說明書上一樣，與父母所期望的是否一樣。
7、原料不管是塑料的、木頭的還是噴塑的(把表面噴成塑料)，都是安全材料。主要看父母喜歡什么，一般木制和噴塑的比較多。純塑料的比較少。
方案二:寶寶床有以下幾點(diǎn)要求:
1、光滑。床的表面要光滑，沒有毛刺，以免小孩在玩時不小心劃傷皮膚；
2、突出物。床里面不能有任何突出物；
3、堅固性。結(jié)構(gòu)比較牢靠，穩(wěn)定性要好，特別堅固，不能是一推就晃，注意床的材質(zhì)是否堅固，可以長期使用；
4、床板。床板的厚度是否可以保證小孩在上面蹦玩安全；
5、床欄。嬰兒床的一個特點(diǎn)是小孩站在里面玩。床欄一定要高于600毫米，小孩站在里面翻不出來。
6、拐角。床的拐角要比較圓滑。一般的搖籃床、嬰兒床床欄桿、床頭都是軟包。不會磕著、碰著小孩。
7、間距。床欄桿之間的間距都有具體的規(guī)定，一般不會使小孩的腳丫卡進(jìn)去，而小手可伸縮自如。
方案三:幼兒床有以下幾點(diǎn)要求:
1、幼兒床的選擇時要注意小孩睡覺時是否老實(shí)，小孩睡覺時難免翻身，打滾，最好買帶護(hù)欄的床；
2、有的小孩睡覺特別老實(shí)，睡普通的床沒有關(guān)系，但是媽媽要特別注意不要讓他摔下來；
3、有的小孩睡覺不老實(shí)，可以使用很低的床(20公分)，在床旁邊鋪上厚厚的地毯，小孩萬一掉下來，摔一兩次也沒有關(guān)系。摔一兩次他就記住了，很低的床，小孩也比較方便。
本設(shè)計主要針對4-10歲兒童，這時的孩子已經(jīng)睡不下寶寶床，作為父母，就要開始考慮給孩子準(zhǔn)備一個合適的兒童床了。兒童床一要注意確保床的穩(wěn)固，沒有倒塌的危險。因?yàn)檫@一時期的孩子活潑、好動、喜歡在兒童床上跳上跳下。二要注意要選擇環(huán)保型材料做成的床具，對兒童的健康不會造成損害。三要注意為孩子選擇睡床不能太軟，由于孩子處在成長發(fā)育期，骨骼，背柱沒有完全發(fā)育到位，兒童床過軟容易造成兒童骨骼發(fā)育變形。四要注意兒童床的細(xì)節(jié)設(shè)計，從安全角度考慮，兒童床的邊角都設(shè)計成圖形或者弧形。家長應(yīng)充分考慮到兒童好動的天性，容易磕碰受傷，因此，應(yīng)選擇那些無尖利的棱角、堅固不易破碎的兒童床，才能避免孩子受傷。
兒童床的設(shè)計可以根據(jù)居室的面積來選擇，如果居室面積不大，就可設(shè)計成一款床與書桌相連的床，上面可以做成床或是做成柜子，下面可以做個書桌，同時，還可以擺上一臺電腦，既實(shí)用又美觀。如果居室面積大，可以設(shè)計成一款式樣簡單的兒童床，配上一個電腦桌，用靚麗的色彩進(jìn)行房間的點(diǎn)綴，會為房間增色不少。
該兒童床主要針對居室面積不大的情況所設(shè)計的，要在滿足上述所講的幾個要點(diǎn)下同時要求床應(yīng)比較低，離地近：矮床方便寶貝上下，而且萬一不小心從床上滾落，也不會受到嚴(yán)重傷害。
通過上述比較可得出結(jié)論：方案三較合適本設(shè)計課題。
3.2 結(jié)構(gòu)變形設(shè)計方案
方案一:會長大的床
兒童床作為大件家具不可能兩三年一換，而兒童是不斷成長的。如果您想選一張能夠滿足孩子各個時期需要的兒童床，那么選擇那種床頭、尾板可折疊，能調(diào)節(jié)拉長的床不失為明智之舉。
方案二:立體利用空間的床
如果居室不大，為了給寶貝更多的游戲空間，充分利用空間的雙層床也是一個很好的選擇。下層供寶貝睡覺，上層可成為寶貝的娛樂場所，還可堆放各種玩具，方便老人或保姆照顧寶貝。但對于年齡小又不老實(shí)的小家伙來說，雙層床似乎有危險，媽咪可以選擇安裝護(hù)欄，需要的時候?yàn)閷氊惏惭b一個，在旁邊遮擋一下。
方案三:可自由組合的床
兒童們喜歡變化。所以那種可以適應(yīng)兒童的不同成長時期，組合出無數(shù)不同的布置方案的床也很不錯。一個基本的床可以變成高架床、上下床、L形床、一字形組合，亦可以變換回原樣。同時，床與滑梯、書桌、衣柜、書架、帳篷等也可以進(jìn)行各種組合！給寶貝一個想像空間！
方案四:帶有收納功能的床
兒童的玩具衣物都超多。因此，購買時應(yīng)注重收納功能，配置帶有床下有抽屜、櫥柜的兒童床是個不錯的辦法。里面既可以收納衣物也可以放些小玩具，還可以塞一些被褥，將不常用的東西放在里面，減少了屋子里的雜亂。
方案五:可變書桌的床
當(dāng)兒童們漸漸長大，原本的兒童床已經(jīng)不再適合孩子們了。這時要是放在家里就占了一定的空間；丟掉又會覺得可惜。如何處理好這兒童床有時讓父母們非常頭痛。這時如果能讓兒童床變?yōu)闀?，既可以省下了空間也可以讓孩子們有個學(xué)習(xí)的地方。使兒童床得到了最大程度上的使用。
綜上通過對比可知各種結(jié)構(gòu)的兒童床都有它的優(yōu)點(diǎn)。但可變書桌的兒童床更能省下空間、更能展現(xiàn)其使用率。所以本結(jié)構(gòu)設(shè)計確定第五方案為最佳方案。
3.3 兒童床控制系統(tǒng)方案
該兒童床控制系統(tǒng)的設(shè)計硬件系統(tǒng)包括CPU、測溫傳感器、尿濕傳感器、紅外傳感器。
3.3.1 CPU選型
方案一: ATMEL單片機(jī)
本控制系統(tǒng)功能比較簡單，所用I/O端口較少，只需一個單片機(jī)就可以控制，所以選用目前比較常見和通用的MCS-51系列單片機(jī)。而在MCS-51系列里，所有產(chǎn)品都是以8051為核心電路發(fā)展起來的。所以本兒童床控制系統(tǒng)選用8051作為控制芯片。8051單片機(jī)采用HMOS的半導(dǎo)體工藝生產(chǎn)，即高速、高密度、短溝道MOS工藝，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。其帶有串行I/O接口和A/D轉(zhuǎn)換，而且其特殊功能寄存器有21個，離散的分布在80H~FFH地址范圍內(nèi)，只占用了21個地址。8051單片機(jī)內(nèi)有256B的數(shù)據(jù)存儲器，分為低128B的片內(nèi)RAM和高128B的特殊功能寄存器區(qū)。8其中斷源包括2個外部中斷、2個定時器溢出中斷和一個串行口中斷。本兒童床控制系統(tǒng)主要功能有計時功能，而其內(nèi)部有兩個16位的可編程定時/計數(shù)器，可編程選擇其作為計數(shù)器用。此外，工作方式、定時時間、計數(shù)值、啟動、中斷請求等都有程序設(shè)定。此單片機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域及其廣泛，由于其優(yōu)良的性價比，特別適合我國的國情，故在我國得到廣泛的使用。
方案二:MicroChip單片機(jī)
MicroChip單片機(jī)的主要產(chǎn)品是PIC 16C系列和17C系列8位單片機(jī),CPU采用RISC結(jié)構(gòu),分別僅有33,35,58條指令,采用Harvard雙總線結(jié)構(gòu),運(yùn)行速度快,低工作電壓,低功耗,較大的輸入輸出直接驅(qū)動能力,價格低,一次性編程,小體積。適用于用量大,檔次低,價格敏感的產(chǎn)品.在辦公自動化設(shè)備,消費(fèi)電子產(chǎn)品,電訊通信,智能儀器儀表,汽車電子,金融電子,工業(yè)控制不同領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用。
方案三: Motorola單片機(jī)
Motorola是世界上最大的單片機(jī)廠商.從M6800開始,開發(fā)了廣泛的品種,4位,8位,16位32位的單片機(jī)都能生產(chǎn),其中典型的代表有:8位機(jī)M6805,M68HC05系列,8位增強(qiáng)型M68HC11,M68HC12 ,16位機(jī)M68HC16, 32位機(jī)M683XX. Motorola單片機(jī)的特點(diǎn)之一是在同樣的速度下所用的時鐘頻率較Intel類單片機(jī)低得多,因而使得高頻噪聲低,抗干擾能力強(qiáng),更適合于工控領(lǐng)域及惡劣的環(huán)境 。
根據(jù)以上三種單片機(jī)的特點(diǎn)，ATMEL單片機(jī)由于其優(yōu)良的性價比，且適用于本控制系統(tǒng)故選擇方案一。
3.3.2測溫傳感器
方案一: DS18B20溫度傳感器
DS18B20是DALLAS公司生產(chǎn)的單總線式數(shù)字溫度傳感器，它具有微型化、低功耗、高性能、搞干擾能力強(qiáng)、易配處理器等優(yōu)點(diǎn)，特別適用于構(gòu)成多點(diǎn)溫度測控系統(tǒng)，可直接將溫度轉(zhuǎn)化成串行數(shù)字信號（提供9位二進(jìn)制數(shù)字）給單片機(jī)處理，且在同一總線上可以掛接多個傳感器芯片。 DS18B20是世界上第一片支持 “一線總線”接口的溫度傳感器。一線總線獨(dú)特而且經(jīng)濟(jì)的特點(diǎn)，使用戶可輕松地組建傳感器網(wǎng)絡(luò)，為測量系統(tǒng)的構(gòu)建引入全新概念。DS18B20支持“一線總線”接口，測量溫度范圍為 -55°C~+125°C，在-10~+85°C范圍內(nèi),精度為±0.5°C?，F(xiàn)場溫度直接以“一線總線”的數(shù)字方式傳輸，大大提高了系統(tǒng)的抗干擾性。適合于惡劣環(huán)境的現(xiàn)場溫度測量，如：環(huán)境控制、設(shè)備或過程控制、測溫類消費(fèi)電子產(chǎn)品等。與前一代產(chǎn)品不同，新的產(chǎn)品支持3V~5.5V的電壓范圍，使系統(tǒng)設(shè)計更靈活、方便。而且DS18B20更便宜，體積更小。 DS18B20可以程序設(shè)定9~12位的分辨率，精度為±0.5°C?？蛇x更小的封裝方式，更寬的電壓適用范圍。分辨率設(shè)定，及用戶設(shè)定的報警溫度存儲在EEPROM中，掉電后依然保存。DS18B20的性能是新一代產(chǎn)品中最好的！性能價格比也非常出色！ 繼“一線總線”的早期產(chǎn)品后，DS18B20開辟了溫度傳感器技術(shù)的新概念。DS18B20使電壓、特性及封裝有更多的選擇，讓我們可以構(gòu)建適合自己的經(jīng)濟(jì)的測溫系統(tǒng)。
方案二: AD590溫度傳感器
AD590是美國模擬器件公司的電流輸出型溫度傳感器，供電電壓范圍為3~30V，輸出電流223μA（-50℃）~423μA（+150℃），靈敏度為1μA/℃。當(dāng)在電路中串接采樣電阻R時，R兩端的電壓可作為喻出電壓。注意R的阻值不能取得太大，以保證AD590兩端電壓不低于3V。AD590輸出電流信號傳輸距離可達(dá)到1km以上。作為一種高阻電流源，最高可達(dá)20MΩ，所以它不必考慮選擇開關(guān)或CMOS多路轉(zhuǎn)換器所引入的附加電阻造成的誤差。適用于多點(diǎn)溫度測量和遠(yuǎn)距離溫度測量的控制。
方案三: LM135/235/335溫度傳感器
LM135/235/335系列是美國國家半導(dǎo)體公司（NS）生產(chǎn)的一種高精度易校正的集成溫度傳感器，工作特性類似于齊納穩(wěn)壓管。該系列器件靈敏度為10mV/K，具有小于1Ω的動態(tài)阻抗，工作電流范圍從400μA到5mA，精度為1℃，LM135的溫度范圍為-55℃~+150℃，LM235的溫度范圍為-40℃~+125℃，LM335為-40℃~+100℃。封裝形式有TO-46、TO-92、SO-8。該系列器件廣泛應(yīng)用于溫度測量、溫差測量以及溫度補(bǔ)償系統(tǒng)中。
由于DS18B20適用于各種狹小空間設(shè)備數(shù)字測溫和控制領(lǐng)域。所以本控制系統(tǒng)就選定DS18B20為測溫傳感器，故選方案一。
3.3.3尿濕傳感器選擇
方案一: 氧化鋁濕度傳感器
氧化鋁傳感器的突出優(yōu)點(diǎn)是，體積可以非常?。ɡ缬糜谔娇諆x的濕敏元件僅90μm厚、12mg重），靈敏度高（測量下限達(dá)-110℃露點(diǎn)），響應(yīng)速度快（一般在 0.3s 到 3s 之間），測量信號直接以電參量的形式輸出，大大簡化了數(shù)據(jù)處理程序，等等。另外，它還適用于測量液體中的水分。如上特點(diǎn)正是工業(yè)和氣象中的某些測量領(lǐng)域所希望的。因此它被認(rèn)為是進(jìn)行高空大氣探測可供選擇的幾種合乎要求的傳感器之一。也正是因?yàn)檫@些特點(diǎn)使人們對這種方法產(chǎn)生濃厚的興趣。然而，遺憾的是盡管許多國家的專業(yè)人員為改進(jìn)傳感器的性能進(jìn)行了不懈的努力，但是在探索生產(chǎn)質(zhì)量穩(wěn)定的產(chǎn)品的工藝條件，以及提高性能穩(wěn)定性等與實(shí)用有關(guān)的重要問題上始終未能取得重大的突破。因此，到目前為止，氧化鋁濕度傳感器通常只能在特定的條件和有限的范圍內(nèi)使用。
方案二: 陶瓷濕度傳感器
在濕度測量領(lǐng)域中，對于低濕和高濕及其在低溫和高溫條件下的測量，到目前為止仍然是一個薄弱環(huán)節(jié)，而其中又以高溫條件下的濕度測量技術(shù)最為落后。以往，通風(fēng)干濕球濕度計幾乎是在這個溫度條件下可以使用的唯一方法，而該法在實(shí)際使用中亦存在種種問題，無法令人滿意。另一方面，科學(xué)技術(shù)的進(jìn)展，要求在高溫下測量濕度的場合越來越多，例如水泥、金屬冶煉、食品加工等涉及工藝條件和質(zhì)量控制的許多工業(yè)過程的濕度測量與控制。因此，自60年代起，許多國家開始竟相研制適用于高溫條件下進(jìn)行測量的濕度傳感器。 考慮到傳感器的使用條件，人們很自然地把探索方向著眼于既具有吸水性又能耐高溫的某些無機(jī)物上。實(shí)踐已經(jīng)證明，陶瓷元件不僅具有濕敏特性，而且還可以作為感溫元件和氣敏元件。這些特性使它極有可能成為一種有發(fā)展前途的多功能傳感器。寺日、福島、新田等人在這方面已經(jīng)邁出了頗為成功的一步。他們于 1980 年研制成稱之為“濕瓷 - Ⅱ型”和“濕瓷 - Ⅲ型”的多功能傳感器。前者可測控溫度和濕度，主要用于空調(diào)，后者可用來測量濕度和諸如酒精等多種有機(jī)蒸氣，主要用于食品加工方面。
方案三: 電阻式氯化鋰濕度傳感器
電阻濕度特性原理的氯化鋰電濕敏元件具有較高的精度，同時結(jié)構(gòu)簡單、價廉，適用于常溫常濕的測控等一系列優(yōu)點(diǎn)。氯化鋰元件的測量范圍與濕敏層的氯化鋰濃度及其它成分有關(guān)。單個元件的有效感濕范圍一般在20％RH 以內(nèi)。例如0.05％的濃度對應(yīng)的感濕范圍約為（80～100）％RH ，0.2％的濃度對應(yīng)范圍是（60～80）％RH 等。由此可見，要測量較寬的濕度范圍時，必須把不同濃度的元件組合在一起使用。
通過對上述三種方案所用范圍的比較，可知第三種方案更能適用于本系統(tǒng)。
3.3.4紅外傳感器選擇
方案一:光電二極管
光電二極管是將光信號變成電信號的半導(dǎo)體器件。它的核心部分也是一個PN結(jié)，和普通二極管相比，在結(jié)構(gòu)上不同的是，為了便于接受入射光照，PN結(jié)面積盡量做的大一些，電極面積盡量小些，而且PN結(jié)的結(jié)深很淺，一般小于1微米。光電二極管是在反向電壓作用之下工作的。沒有光照時，反向電流很?。ㄒ话阈∮?.1微安），稱為暗電流。當(dāng)有光照時，攜帶能量的光子進(jìn)入PN結(jié)后，把能量傳給共價鍵上的束縛電子，使部分電子掙脫共價鍵，從而產(chǎn)生電子——空穴對，稱為光生載流子。
它們在反向電壓作用下參加漂移運(yùn)動，使反向電流明顯變大，光的強(qiáng)度越大，反向電流也越大。這種特性稱為“光電導(dǎo)”。光電二極管在一般照度的光線照射下，所產(chǎn)生的電流叫光電流。如果在外電路上接上負(fù)載，負(fù)載上就獲得了電信號，而且這個電信號隨著光的變化而相應(yīng)變化。
方案二:熱釋電紅外傳感器
主要是由一種高熱電系數(shù)的材料，如鋯鈦酸鉛系陶瓷、鉭酸鋰、硫酸三甘鈦等制成尺寸為2*1mm的探測元件。在每個探測器內(nèi)裝入一個或兩個探測元件，并將兩個探測元件以反極性串聯(lián)，以抑制由于自身溫度升高而產(chǎn)生的干擾。由探測元件將探測并接收到的紅外輻射轉(zhuǎn)變成微弱的電壓信號，經(jīng)裝在探頭內(nèi)的場效應(yīng)管放大后向外輸出。為了提高探測器的探測靈敏度以增大探測距離，一般在探測器的前方裝設(shè)一個菲涅爾透鏡，該透鏡用透明塑料制成，將透鏡的上、下兩部分各分成若干等份，制成一種具有特殊光學(xué)系統(tǒng)的透鏡，它和放大電路相配合，可將信號放大70分貝以上，這樣就可以測出10~20米范圍內(nèi)人的行動。但熱釋電紅外傳感器有以下幾個缺點(diǎn)：
1．容易受各種熱源、光源干擾。
2．被動紅外穿透力差，人體的紅外輻射容易被遮擋，不易被探頭接收。
3．環(huán)境溫度和人體溫度接近時，探測和靈敏度明顯下降，有時造成短時失靈。
本設(shè)計項(xiàng)目是檢測人體的紅外，而方案二中人體紅外輻射容易被遮擋，不易接收。故方案一為最佳方案。
第4章 兒童床床身及其變形改裝設(shè)計
4.1 床身結(jié)構(gòu)設(shè)計
此款兒童床是適用于10歲以下的兒童。所以長度設(shè)計為150cm，寬度設(shè)計為88cm。此時的兒童睡覺不安穩(wěn)，很容易摔下床，所以床的高度設(shè)計為30cm。“隱蔽式”護(hù)欄能及時的檢測到兒童的越界情況，讓父母有充足的時間作出反應(yīng)（如圖4.1所示）。床四周的板采用8個床鉸鏈連接，采用沉頭螺釘固定（如圖4.2所示），床身中間設(shè)計三根橫條，將床板安裝其上，以保證其牢固性。在床的背后設(shè)計了四塊橫板，可以加固床的質(zhì)量。考慮到10歲兒童的標(biāo)準(zhǔn)體重為40kg，床板的受力分析如圖4.3所示，可知床板符合設(shè)計要求。在床中間兩塊板中設(shè)計了四個插孔，將床豎立起按上一塊桌板即當(dāng)做書架和書桌（如圖4.4所示），最后是床頭板，采用圓弧形狀，外形簡單、美觀、大方。
圖4.1 紅外傳感器構(gòu)建的“隱蔽式”護(hù)欄
圖4.2 床鉸鏈與沉頭螺釘圖
圖4.3 床板受力分析圖
圖4.4 床底圖
4.2 變形改裝的結(jié)構(gòu)設(shè)計
此款兒童床可以變身書桌，首先將床身如圖整個豎起，就成了書架，再將桌板上的兩個圓柱凸起扣在中間橫板對應(yīng)的插口中，中間兩塊橫板都有插口，這樣可以調(diào)節(jié)書桌的高度。再將兩根圓柱形的桌腳與桌板下十字形的孔對應(yīng)連接，就變成了書桌。這樣一張兒童床就變身成了書架和書桌。（如圖4.5所示）
圖4.5 書桌圖
第5章 兒童床控制系統(tǒng)硬件電路設(shè)計
5.1 最小控制系統(tǒng)設(shè)計
因?yàn)?0C51單片機(jī)內(nèi)部自帶8K的ROM和256字節(jié)的RAM，因?yàn)椴槐貥?gòu)建軍單片機(jī)系統(tǒng)的擴(kuò)展電路。如圖，單片機(jī)最小系統(tǒng)有復(fù)位電路和振蕩電路。值得注意的一點(diǎn)是單片 機(jī)的31腳 EA / VP 必須接高電平，否則系統(tǒng)將不能運(yùn)行。因?yàn)樵撃_不接時為低電平，單片機(jī)將直接讀取外部程序存儲器， 而系統(tǒng)沒有外部程序存儲器， 所以 EA / VP 必須接VCC。 在按鍵兩端并聯(lián)一個電解電容，濾除交流干擾，增加系統(tǒng)抗干擾能力。（如圖5.1所示）
圖5.1 最小控制系統(tǒng)圖
5.2 溫度檢測電路模塊設(shè)計
該模塊為輸入模塊，此模塊的電路原理如圖5.2所示。當(dāng)檢測到溫度超過了規(guī)定的正常值，讀入對應(yīng)的單片機(jī)端口為低電平信號，反之當(dāng)沒有檢測到溫度有異常端口保持高電平。
圖5.2 溫度檢測電路圖
5.3 尿濕檢測電路模塊設(shè)計
該模塊是一塊輸入模塊，此模塊的電路原理如圖5.3所示。當(dāng)電阻式氯化鋰濕度傳感器檢測到有水時，濕度傳感器就導(dǎo)通，讀入對應(yīng)的單片機(jī)端口為低電平信號，反之當(dāng)沒有檢測到水時端口保持高電平。
圖5.3 尿濕檢測電路圖
5.4 紅外檢測電路模塊設(shè)計
該模塊為輸入模塊,當(dāng)有東西碰到時,單片機(jī)對應(yīng)的端口為高電平,反之要是沒東西碰到就一直為低電平信號.圖5.4為電路原理圖。
圖5.4 紅外檢測電路圖
5.5 蜂鳴器電路模塊設(shè)計
音樂報警模塊是一個輸出模塊。當(dāng)P1.2口輸出高電平信號，蜂鳴器不工作；當(dāng)P1.2口輸出低電平信號，蜂鳴器發(fā)出聲音報警聲音。
該模塊在本系統(tǒng)中的作用是當(dāng)進(jìn)入睡眠狀態(tài)時，如果碰到紅外感應(yīng)、檢測到濕度或是溫度超過了正常值這三者中的一者，則 P1.2口為低電平此時本系統(tǒng)就發(fā)出音樂報警的提示。其原理如下圖5.5所示。
圖5.5 蜂鳴器電路圖
5.6 按鍵及顯示電路模塊設(shè)計
為了使操作者操作簡單，本系統(tǒng)以盡量少的按鍵控制模式進(jìn)行設(shè)計，設(shè)計有2個按鍵如圖5.6，開始按鍵和重新計時按鍵。因?yàn)榘存I數(shù)量極少，本系統(tǒng)以獨(dú)立式按鍵將該按鍵模塊聯(lián)入8051芯片。其電路原理圖如下圖所示，當(dāng)用戶按下某鍵，讀入對應(yīng)的單片機(jī)端口為低電平信號，反之沒有按鍵時端口保持高電平。
圖5.6 蜂鳴器電路圖
顯示電路模塊為輸出模塊，當(dāng)按下按鍵模塊中的開始鍵，八段數(shù)碼管就顯示時間和溫度值。八段數(shù)碼管采用共陰極型， P0.0-P0.7接上鎖存器后，然后接六個八段數(shù)碼管的各段控端（a、b、c、d、e、f、g、dp），亦即P0口為段控端口，通過該口輸出顯示數(shù)位的字字型碼。P2.0-P2.2接一個譯碼器，利用譯碼器的八個輸出端口中的六個來控制輸出的字符顯示在哪個數(shù)碼管上。當(dāng)位控口輸出低電平時點(diǎn)亮，以動態(tài)掃描的方式顯示一個完整的數(shù)值。其原理圖如圖5.7所示：
圖5.7 顯示電路圖
5.7 硬件電路端口分配
考慮到本系統(tǒng)的控制內(nèi)容比較簡單，如上述硬件模塊電路所述，使用HOT-51單片機(jī)的引腳如下表3.3所示。用T0做計數(shù)器，T1做計時器。內(nèi)存單元中主要使用TH0、TL0保存?zhèn)鞲衅饔嫈?shù)脈沖個數(shù)；使用TH1、TL1設(shè)置計時定時時間；使用30H存放設(shè)定的計數(shù)值；41H、31H分別存放計數(shù)和計時的當(dāng)前運(yùn)行值；50H存放待顯示值； 60H單元存入按鍵鍵值。系統(tǒng)工作狀態(tài)標(biāo)志位，當(dāng)其為0表計數(shù)工作狀態(tài)，1表計時工作狀態(tài)；01H位為0時表示運(yùn)行態(tài)，為1時表示暫停態(tài)。如表5.1所示。
表5.1 控制端口使用情況表
P0.0-0.7
INTO，T0
P2.4
P1.7
P1.2
INT1
八段數(shù)碼管段控口
按鍵輸入
DS18B20輸入
紅外感應(yīng)輸入
蜂鳴器輸出
濕度感應(yīng)輸入
第6章 兒童床控制系統(tǒng)軟件設(shè)計
6.1 主程序設(shè)計
當(dāng)系統(tǒng)上電后，首先啟動計數(shù)中斷，初始化各內(nèi)存單元。然后掃描鍵盤調(diào)按鍵子程序，檢測是開始鍵是否按下，如果有再檢測各端口電平的高低，高電平時轉(zhuǎn)入相應(yīng)的子程序。其流程圖如6.1所示：
圖6.1 主程序流程圖
6.2 音樂及報警軟件模塊設(shè)計
當(dāng)系統(tǒng)檢測到紅外、尿濕、溫度傳感器連接端口有一者出現(xiàn)低電平時，蜂鳴器發(fā)出報警音樂。當(dāng)檢測歌曲已唱完系統(tǒng)將重新回到開始程序。其流程圖如6.2所示。
圖6.2 音樂報警流程圖
6.3 紅外檢測軟件模塊設(shè)計
當(dāng)要讀P1.7口的電平，首先要先送“1”進(jìn)去。接著判斷P1.7是高電平還是低電平。如果是低電平剛轉(zhuǎn)入到音樂報警子程序；反之要是出現(xiàn)在高電平則返回繼續(xù)檢測P1.7口電平的高低。
圖6.3 紅外檢測流程圖
6.4 溫度檢測軟件模塊設(shè)計
根據(jù)DS18B20的通訊協(xié)議，主機(jī)控制DS18B20完成溫度轉(zhuǎn)換必須經(jīng)過三個步驟：每一次讀寫之前都要對DS18B20進(jìn)行復(fù)位，復(fù)位成功后發(fā)送一條ROM指令，最后發(fā)送RAM指令，這樣才能對DS18B20進(jìn)行預(yù)定的操作。復(fù)位要求主CPU將數(shù)據(jù)線下拉500微秒，然后釋放，DS18B20收到信號后等待16～60微秒左右，后發(fā)出60～240微秒的存在低脈沖，主CPU收到此信號表示復(fù)位成功。其流程圖如下。
圖6.4 溫度檢測流程圖
6.5 尿濕檢測軟件模塊設(shè)計
當(dāng)要讀P3.3（INT1）口的電平，首先要先送“1”進(jìn)去。接著判斷P3.3是高電平還是低電平。如果是低電平剛轉(zhuǎn)入到音樂報警子程序；反之要是出現(xiàn)在高電平則返回繼續(xù)檢測P3.3口電平的高低。
圖6.5 尿濕檢測流程圖
第7章 設(shè)計小結(jié)
本次畢業(yè)設(shè)計對我受益匪淺，讓我對Pro／E軟件技術(shù)的應(yīng)用，對其基本概述、基本2D草圖繪制（草繪模式、基本幾何圖形繪制、草圖的編輯、草圖的幾何約束操作、尺寸標(biāo)注與修改）、基本實(shí)體特征繪制（新建零件文件操作方法、拉伸、旋轉(zhuǎn)、掃描、混合等特征的操作）、基準(zhǔn)特征的應(yīng)用（基準(zhǔn)平面、基準(zhǔn)軸、基準(zhǔn)點(diǎn)、基準(zhǔn)坐標(biāo)系、基準(zhǔn)曲線）、工程圖特征的設(shè)計（孔、筋、圓角、倒角、拔模）、特征的操作（特征的刪除、隱含與恢復(fù)、插入、修改與定義、復(fù)制、陣列、圖層的操作）、高級實(shí)體特征的應(yīng)用（可變剖面掃描特征、掃描混合特征、螺旋掃描特征）、曲面特征的應(yīng)用（基本曲面特征的應(yīng)用、邊界混合曲面特征，曲面特征編輯、曲面的實(shí)體化），零件裝配設(shè)計（裝配約束類型、基本操作、編輯操作）、及PRO／E工程圖（基本操作、工程圖環(huán)境變量、圖框格式與標(biāo)題欄、工程圖的詳細(xì)操作）的基本操作等有了更深入的了解。也讓我了解了關(guān)于更多設(shè)計理念來源于實(shí)際，從中找出最適合的設(shè)計方法。同時遇到問題要和同學(xué)互相討論交流。讓我將平常學(xué)的基本技能及應(yīng)用方法學(xué)以致用，使我的綜合應(yīng)用能力有了很大提高和進(jìn)步。
首先，尋找有關(guān)的資料和課題并且研究設(shè)計方案，進(jìn)行設(shè)計的總體規(guī)劃，理清課程設(shè)計思路，但是將這些具體的方案落實(shí)到每一個設(shè)計環(huán)節(jié)和步驟中，難免會出現(xiàn)一些錯誤，這就需要在進(jìn)行設(shè)計的過程中利用所掌握的知識認(rèn)真排查錯誤原因，多方面的思考問題，不斷地改正自己的設(shè)計不足之處和錯誤。
其次，運(yùn)用所學(xué)的知識對設(shè)計零件進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，最后進(jìn)行合理的裝配，得到所需最終設(shè)計的產(chǎn)品。對硬件電路的工作原理和可編程知識的掌握是進(jìn)行下一步的軟件設(shè)計的關(guān)鍵。進(jìn)入設(shè)計方案和具體的編程與調(diào)試運(yùn)行階段，在這個階段中，對系統(tǒng)的需求分析和如何采用模塊化設(shè)計思想是設(shè)計方案主要解決的問題。在沒有任何有價值的參考資料的情況下，通過不斷地設(shè)計嘗試和反復(fù)地設(shè)計調(diào)試初步解決了問題。
從一開始的無從下手，資料的整理，在到老師的幫助下，無疑是對我們查閱資料的能力、設(shè)計報告的能力、電腦繪圖等能力的進(jìn)一步提高。很好的鍛煉了理論聯(lián)系實(shí)際，與具體項(xiàng)目、課題相結(jié)合，開發(fā)、設(shè)計產(chǎn)品的能力的進(jìn)一步在課程設(shè)計中使我學(xué)會了很多，也對自己的能力有了進(jìn)一步的提高，為以后的學(xué)習(xí)和工作加強(qiáng)。在設(shè)計過程中，總是遇到這樣或那樣的問題。有時發(fā)現(xiàn)一個問題的時候，需要做大量的工作，花大量的時間才能解決。為以后的工作積累了經(jīng)驗(yàn)，增強(qiáng)了信心。既讓我們懂得了怎樣把理論應(yīng)用于實(shí)際，又讓我們懂得了在實(shí)踐中遇到的問題怎樣用理論去解決，它更是自己綜合運(yùn)用所學(xué)知識,發(fā)現(xiàn)、提出、分析和解決實(shí)際問題,鍛煉實(shí)踐能力的重要環(huán)節(jié)。
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致 謝
時光飛逝，大學(xué)已接近尾聲，四年多的努力與付出，隨著本次論文的完成，將要劃下完美的句號。
首先，感謝母校臺州學(xué)院四年來對我的精心培養(yǎng)，感謝學(xué)院提供的良好的學(xué)習(xí)環(huán)境，學(xué)校人文氣息濃厚，老師們學(xué)術(shù)精湛，工作一絲不茍。
其次，本人在范劍老師的嚴(yán)格要求下，歷經(jīng)數(shù)個月終于成功的完成了畢業(yè)設(shè)計的全部功能要求。在這里我要感謝范劍老師對我的悉心指導(dǎo)和嚴(yán)格的要求。在畢業(yè)設(shè)計過程中曾遇到數(shù)次難題，不管是在方案選擇過程中還是在程序調(diào)試以及床體結(jié)構(gòu)設(shè)計中，范劍老師都不厭其煩的幫助我克服一個又一個的難關(guān)。
范老師為我提供了種種專業(yè)知識上的指導(dǎo)和一些富于創(chuàng)造性的建議，范老師一絲不茍的作風(fēng)，嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的態(tài)度使我深受感動，沒有這樣的幫助和關(guān)懷和熏陶，我不會這么順利的完成畢業(yè)設(shè)計。在此向范劍老師表示深深的感謝和崇高的敬意！
最后，感謝長期以來同學(xué)們的關(guān)心和幫助，我的畢業(yè)設(shè)計課題能如此快的成功離不開同學(xué)的鼓勵。感謝所有支持我的人讓我能夠如此健康快樂地成長。
附錄1 電路原理圖
附錄2 程序源代碼
#include
#define uchar unsigned char
#define uint unsigned int
sbit DQ = P2^3; //DS18B20數(shù)據(jù)口
bit T_1=0;
unsigned int ReadTemperature(void);
sbit key_1= P3^2; //啟動
sbit key_2= P3^3; //報警
sbit key_3= P3^4; //定時器切換
sbit hongwai=P1^7; //紅外控制
uchar code table[10] = {0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f};
uchar Count;
sbit Speak =P1^2; //蜂鳴器器控制腳
void Play_Song();
unsigned int ReadTemperature(void);
void Time_Init();
const uchar th=23;
const uchar tl=10;
bit warm_flag=0;
uint warm_count=0;
bit stop_flag=0;
bit flag_start=0;
uchar buffer[8]={0,0,0,0,0,0,0,0};
uint miao=0;
uint shimiao=0;
extern bit T_1;
int k,b;
void delay_ms(uint ms)
{
int i;
while(ms--)
{
for(i=0;i<112;i++);
}
}
/********************************************************************
* 名稱 : Time0_Init()
* 功能 : 定時器的初始化，11.0592MZ晶振，50ms
* 輸入 : 無
* 輸出 : 無
***********************************************************************/
uchar key_test()
{
uchar key_num=0;
if(key_1==0 || key_2==0 || key_3==0)
{
delay_ms(3);
if(key_1==0 || key_2==0 || key_3==0)
{
if(key_1==0) key_num=1;
else if(key_2==0)key_num=2;
else if(key_3==0) key_num=3;
}
}
while(key_1==0 || key_2==0 || key_3==0);
return key_num;
}
/********************************************************************
* 名稱 : Main()
* 功能 : 主函數(shù)
* 輸入 : 無
* 輸出 : 無
***********************************************************************/
void main()
{
uint temp,oldtemp;
uchar key_n;
uchar i=0;
bit flag_start=0;
P0=0x00;
P2 = 0x0;
temp=ReadTemperature()/10;
delay_ms(200);
oldtemp=ReadTemperature()/10;
Time_Init();
PT1=0;
PT0=1;
while(1)
{
key_n=key_test();
if(hongwai==1) warm_flag=1;
if(key_n==0)
{
temp=ReadTemperature()/10;
delay_ms(30);
if(temp>oldtemp+10)temp=oldtemp;
if(temp>th || temp 0;i--){
DQ = 0; // 給脈沖信號
dat>>=1;
DQ = 1; // 給脈沖信號
if(DQ) dat|=0x80;
delay(4);
}
return(dat);
}
//寫一個字節(jié)
WriteOneChar(unsigned char dat)
{
unsigned char i=0;
for (i=8; i>0; i--){
DQ = 0;
DQ = dat&0x01;
delay(5);
DQ = 1;
dat>>=1;
}
}
//讀取溫度
uint ReadTemperature(void)
{
uchar a=0;
uchar b=0;
uint t=0;
float tt=0;
Init_DS18B20();
EA=0;
WriteOneChar(0xCC); // 跳過讀序號列號的操作
WriteOn