機電大專(zhuān)畢業(yè)論文
當前我國機電一體化技能型人才非常緊缺,負有培養機電技能型人才任務(wù)的高職大專(zhuān)院校機電專(zhuān)業(yè)也隨之成為熱門(mén)專(zhuān)業(yè),今年又有新的畢業(yè)生資源了。
【一】 成人高等教育2013屆畢業(yè)論文
題目: 101
完成日期：
專(zhuān)科畢業(yè)論文成績(jì)評定表 論文題目 智能小車(chē)的設計 論文：共 24 審批教師評語(yǔ)：成績(jì)： 教師(簽名)：
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80C51單片機是一款八位單片機，他的易用性和多功能性受到了廣大使用者的好評。
這里介紹 的是如何用80C51 單片機來(lái)實(shí)現長(cháng)春工業(yè)大學(xué)的畢業(yè)設計，該設計是結合科研項目而確定的設計類(lèi) 課題。
本系統以設計題目的要求為目的，采用80C51 單片機為控制核心，利用超聲波傳感器檢測道 路上的障礙，控制電動(dòng)小汽車(chē)的自動(dòng)避障，快慢速行駛，以及自動(dòng)停車(chē)，并可以自動(dòng)記錄時(shí)間、里 程和速度，自動(dòng)尋跡和尋光功能。
整個(gè)系統的電路結構簡(jiǎn)單，可靠性能高。
實(shí)驗測試結果滿(mǎn)足要求， 本文著(zhù)重介紹了該系統的硬件設計方法及測試結果分析。
采用的技術(shù)主要有： 新型芯片的采用;關(guān)鍵詞：80C51 單片機;光電檢測器;PWM 調速;電動(dòng)小車(chē) 緒論1.1 智能小車(chē)設計背景 隨著(zhù)汽車(chē)行業(yè)的快速發(fā)展，關(guān)于汽車(chē)的研究也就越來(lái)越受人關(guān)注。
本設計就是在 這樣的背景下提出的，指導教師已經(jīng)有充分的準備。
本題目是結合科研項目而確定的設 計類(lèi)課題。
設計的智能電動(dòng)小車(chē)應該能夠實(shí)時(shí)顯示時(shí)間、速度、里程，具有自動(dòng)尋跡、 尋光、避障功能，可程控行駛速度、準確定位停車(chē)。
根據題目的要求，確定如下方案：在現有玩具電動(dòng)車(chē)的基礎上，加裝光電、紅外線(xiàn)、 超聲波傳感器及金屬探測器，實(shí)現對電動(dòng)車(chē)的速度、位置、運行狀況的實(shí)時(shí)測量，并將 測量數據傳送至單片機進(jìn)行處理，然后由單片機根據所檢測的各種數據實(shí)現對電動(dòng)車(chē)的 智能控制。
這種方案能實(shí)現對電動(dòng)車(chē)的運動(dòng)狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)控制，控制靈活、可靠，精度高，可 滿(mǎn)足對系統的各項要求。
本設計采用 MCS-51 系列中的 80C51 單片機。
以 80C51 制核心，利用超聲波傳感器檢測道路上的障礙，讓電動(dòng)小汽車(chē)能夠自動(dòng)避障，快慢速行駛，以及自動(dòng)停車(chē)，并可以自動(dòng)記錄時(shí)間、里程和速度，自動(dòng)尋跡和尋光功能。
80C51 是一款八位單片機，它的易用性和多功能性受到了廣大使用者的喜愛(ài)。
它是第三代單片 機的代表。
1.2智能小車(chē)的意義 第三代單片機包括了 Intel 公司發(fā)展 MCS-51 系列的新一代產(chǎn)品，如 8xC152 80C51FA/FB80C51GA/GB8xC4518xC452，還包括了 PhilipsSiemensADM JujutsuOKIATMEL 等公司以80C51 為核心推出的大量各具特色與80C51 兼容 的單片機。
新一代的單片機的最主要的技術(shù)特點(diǎn)是向外部接口電路擴展，以實(shí)現 Microcomputer 完善的控制功能為己任，將一些外部接口功能單元如 A/DPWM PCA(可編程計數器陣列)WDT(監視定時(shí)器)高速 口計數器的捕獲/比較邏輯等。
這一代單片機中，在總線(xiàn)方面最重要的進(jìn)展是為單片機配置了芯片間的串行總線(xiàn)， 為單片機應用系統設計提供了更加靈活的方式。
Philips 公司還為這一代單片機 80C51 系列8xC592 單片機引入了具有較強功能的設備間網(wǎng)絡(luò )系統總線(xiàn)CAN。
新一代單片機為外部提供了相當完善的總線(xiàn)結構，為系統的擴展與配置打下了良好 的基礎。
本設計就采用了比較先進(jìn)的 80C51 為控制核心，80C51 采用 CHOMS 工藝，功耗 很低。
該設計具有實(shí)際意義，可以應用于玩具、機器人、醫療器械等諸多方面。
特別是 在足球機器人研究方面具有很好的發(fā)展前景;在考古方面也用到了超聲波傳感器進(jìn)行檢 測。
所以本設計與生活實(shí)際相結合，現實(shí)意義很強。
智能電動(dòng)小車(chē)的總體設計方案2.1 總體方案論證 采用AT89C51 單片機作為整機的控制單元。
以AT89C51 單片機為核心的控制電路，采用模塊化的設計方案，運用光電傳感器、 金屬探測傳感器、超聲波傳感器組成不同的檢測電路，實(shí)現小車(chē)在行駛中、探測預埋金 屬鐵片、自動(dòng)尋跡、 躲避障礙物、測量里程等問(wèn)題。
并將測量數據傳送至單片機進(jìn)行 處理，然后由單片機根據所檢測的各種數據實(shí)現對電動(dòng)小車(chē)的智能化控制。
在此系統中，反射式紅外光電傳感器檢測黑線(xiàn)，然后將信號傳送到單片機系統進(jìn)行 處理，使小車(chē)沿軌道自主行走;電感式接近開(kāi)關(guān)電路代替金屬傳感器探測預埋在軌道下 的金屬鐵片，并發(fā)出聲光信息進(jìn)行提示;通過(guò)霍爾元件測量小車(chē)行駛里程;采用 脈沖寬度調制(PWM)全橋式驅動(dòng)電路控制電機的轉向，實(shí)現電動(dòng)小車(chē)的正反向行駛、快慢速行駛及轉彎;采用 LCD1602 實(shí)時(shí)顯示小車(chē)行駛的時(shí)間。
此系統比較靈活，采用 軟件方法來(lái)解決復雜的硬件電路部分，使系統硬件簡(jiǎn)潔化，各類(lèi)功能易于實(shí)現，具有高 度的智能化、人性化，一定程度體現了智能，能滿(mǎn)足系統的要求。
此方案的基本原理如 下圖2.1 所示。
圖2.1 智能車(chē)運行基本原理框圖 顯示模塊 C51 單片機 蔽障模塊 尋找光源 模塊 測量里程模塊 電機驅動(dòng)模塊 探測軌跡 模塊 探測金屬 模塊 聲音提示 2.2探測軌跡模塊 在本設計中，要求電動(dòng)小車(chē)沿著(zhù)路面的黑色軌道行駛。
其探測路面黑線(xiàn)的基本原理： 光線(xiàn)照射到路面并反射，由于黑線(xiàn)和白紙對光的反射系數不同，可以根據接收到的反射 光強弱來(lái)判斷是否是黑線(xiàn)。
利用這個(gè)原理，可以控制電動(dòng)小車(chē)行走的路跡。
下面的方案 是根據本原理設計的。
采用反射式紅外線(xiàn)光電傳感器。
紅外探測法，即利用紅外線(xiàn)在不同顏色的物體表面具有不同的反射性質(zhì)的特點(diǎn) 在小車(chē)行駛過(guò)程中不斷地向地面發(fā)射紅外光，當紅外光遇到白色紙質(zhì)地板時(shí)發(fā)生漫反射，反射光被裝在電動(dòng)小車(chē)上的接收管接收;如果遇到黑線(xiàn)則紅外光被吸收，電動(dòng)小車(chē) 上的接收管接收不到紅外光。
單片機根據是否收到反射回來(lái)的紅外光來(lái)確定黑線(xiàn)的位 置，從而控制小車(chē)的行走路線(xiàn)。
采用紅外線(xiàn)發(fā)射，外面可見(jiàn)光對接收信號的影響較小， 再用射極輸出器對信號進(jìn)行隔離。
紅外線(xiàn)光電傳感器的特點(diǎn)是尺寸小、使用方便、工作狀態(tài)受溫度影響小。
因此本方 案易于實(shí)現，也比較可靠。
2.3 檢測金屬鐵片模塊 利用電感式接近開(kāi)關(guān)代替金屬探測器。
接近開(kāi)關(guān)又稱(chēng)為無(wú)觸點(diǎn)接近開(kāi)關(guān)，是理想的電子開(kāi)關(guān)量傳感器。
它除可以完成行程 控制和限位保護外，還是一種非接觸型的檢測裝置，可用于檢測零件尺寸和測速等，也 可用于變頻計數器、變頻脈沖發(fā)生器、液面控制等。
當金屬檢測體接近開(kāi)關(guān)的感應區域，開(kāi)關(guān)就能無(wú)接觸，無(wú)壓力、無(wú)火花、迅速發(fā)出 電氣指令，準確反應出運動(dòng)機構的位置和行程，即使用于一般的行程控制。
其定位精度、 操作頻率、使用壽命、安裝調整的方便性和對惡劣環(huán)境的適用能力，是一般機械式行程 開(kāi)關(guān)所不能相比的。
因此用它作為小車(chē)的金屬傳感器，簡(jiǎn)單易行、抗干擾性能優(yōu)越。
2.4 避障模塊 考慮到在測障過(guò)程中小車(chē)車(chē)速及反應調向速度的限制，小車(chē)應在距障礙物30CM的 范圍內做出反應，這樣在繞過(guò)障礙物后，可尋找到最佳的位置和方向。
否則，如果范圍 太大，則可能產(chǎn)生對障礙物的判斷失誤;范圍過(guò)小又很容易造成車(chē)身撞上障礙物或雖繞過(guò)障礙物卻無(wú)法實(shí)現理想定向。
根據上述要求，提出下方案。
采用超聲波傳感器探測障礙物。
超聲波傳感器安裝于小車(chē)前端，在規定的檢測距離內，當探測到障礙物時(shí)，超聲波 傳感器給出脈沖信號至單片機，單片機檢測到該信號后，調整小車(chē)的方向，以控制小車(chē) 準確地繞過(guò)障礙物，而且避免因小車(chē)自然轉彎而導致的盲目方向控制。
這樣不但能準確 完成測量，而且能避免電路的復雜性。
同時(shí)，超聲波傳感器具有頻率高、繞射現象小，特別是方向性好、能夠成為射線(xiàn)而 定向傳播等特點(diǎn)。
超聲波對液體、固體的穿透能力很大，尤其是在光線(xiàn)不透明的固體中， 它可穿透幾十米的深度。
超聲波碰到雜質(zhì)或分界面會(huì )產(chǎn)生明顯反射，形成回波，碰到活 動(dòng)物體能產(chǎn)生多普勒效應。
因此超聲波檢測廣泛應用在生產(chǎn)、國防、醫學(xué)等方面。
鑒于智能電動(dòng)小車(chē)應以是以智能為顯著(zhù)特點(diǎn)，所以該采用該案。
2.5 尋找光源模塊 利用由光敏電阻組成的光控開(kāi)關(guān)電路。
利用光敏電阻阻值隨光強弱變化的特性組成光控開(kāi)關(guān)電路，檢測光源。
光敏電阻是 用光電導體制成的光電器件，又稱(chēng)光電管，它是基于半導體內光電效應工作的。
當無(wú)光 照射時(shí)，光敏電阻值(暗電阻)很大，電路中電流很小。
當光敏電阻受到一定波長(cháng)范圍 的光照時(shí)，它的阻值(亮電阻)急劇減少，因此電路中電流迅速增加。
光敏電阻具有很高的靈敏度、很好的光譜特性，光譜響應從紫外區一直到紅外區， 而且體積小、重量輕、性能穩定，因此在自動(dòng)化技術(shù)中得到了廣泛的應用。
2.6 顯示模塊 采用LCD1602 液晶顯示器。
LCD 廣泛應用于微型計算機控制系統中。
與LED 相比，它具有功耗低，抗干擾能 力強，體積小，廉價(jià)的特點(diǎn)，且有良好的人機界面，直觀(guān)，顯示效果漂亮。
目前已廣泛 應用在各種顯示領(lǐng)域。
另外，LCD 在大小和形狀上更加靈活，接口簡(jiǎn)單，不但可以顯 示數字、字符，而且可以顯示漢字和圖形，因此在袖珍儀表、醫療儀器、分析儀器及低 功耗便攜式儀器中，LCD 已成為一種占主導地位的顯示器件。
2.7測量里程模塊 本電路中在小車(chē)橡膠輪中鑲嵌12 個(gè)磁鋼，將霍爾集成片固定在車(chē)輪附近的車(chē)身上， 由于每轉過(guò)一個(gè)磁鋼時(shí)，霍爾集成片的輸出端都會(huì )輸出一個(gè)脈沖，這樣輪子每轉一圈， 霍爾集成片都會(huì )輸出 12 個(gè)脈沖，故每?jì)蓚�(gè)脈沖之間，輪子走過(guò)輪子的周長(cháng)的 1/12,， 則可通過(guò)計算平均每秒發(fā)生幾個(gè)脈沖來(lái)計算小車(chē)速度，即：小車(chē)速 度=輪子的周長(cháng)/12*n 個(gè)脈沖/秒。
同理，小車(chē)行駛的路程也可以計 算出，即：行駛路程=輪子的周長(cháng)/12*m 個(gè)脈沖(全程)。
在物理結構上，我們將該檢測裝置裝在后車(chē)輪上。
因為前輪經(jīng) 常轉彎，容易造成脈沖計數的誤差，故安裝在后輪上才能測得實(shí)際 的速度和路程。
2.8 電動(dòng)機驅動(dòng)模塊 采用H 型脈沖寬度調制(PWM)全橋式驅動(dòng)電路。
通過(guò)PWM脈寬調制的方法，實(shí)現對小車(chē)速度的控制。
這種調速方式有調速特性?xún)?yōu) 良、調整平滑、調速范圍廣、過(guò)載能力大，能承受頻繁的負載沖擊，還可以實(shí)現頻繁的 快速啟動(dòng)、制動(dòng)和反轉等優(yōu)點(diǎn)，是一種廣泛采用的調速技術(shù)。
型全橋式電路保證了可以簡(jiǎn)單地實(shí)現轉速和方向的控制。
這種驅動(dòng)電路可以很方便實(shí)現直流電機的四象限運行，分別對應正轉、正轉制動(dòng)、反轉、反轉制動(dòng)。
為了電路設計簡(jiǎn)單，采用電機專(zhuān)用驅動(dòng)芯片L298N，其驅動(dòng)電流大，瞬時(shí)電流最高 可達2A，為電機驅動(dòng)專(zhuān)門(mén)設計，工作穩定可靠。
完全滿(mǎn)足設計要求。
系統的硬件電路設計單片機(SCM)是單片微型計算機的簡(jiǎn)稱(chēng)。
它是把中央處理器 CPU、隨機存儲器 RAM、只讀存儲器ROM、I/O 接口電路、定時(shí)/計數器以及輸入輸出適配器都集成在一 塊芯片上，構成一個(gè)完整的微型計算機。
隨著(zhù)SCM在技術(shù)上、體系上不斷擴展其控制 功能，國際上已經(jīng)采用MCU 代替單片機的名詞。
它的最大優(yōu)點(diǎn)是體積小，可放在儀表 內部。
但存儲量小，輸入輸出適配器簡(jiǎn)單，功能較低。
目前，單片機在民用和工業(yè)測控 領(lǐng)域得到最廣泛的應用，早已深深地融入人們的生活中。
近年來(lái)，AT89C51 在我國非 常流行，它最大的特點(diǎn)是內部有可以多次重復編程的閃爍 ROM，并且閃爍 ROM 可以 直接用編程器來(lái)擦寫(xiě)(電擦寫(xiě))，使用起來(lái)比較方便。
一個(gè)單片機應用系統的硬件電路設計包含有兩部分內容：一是系統擴展，即單片機 內部的功能單元，如ROMRAMI/O口定時(shí)/記數器中斷系統等能量不能滿(mǎn)足應用 系統的要求時(shí)，必須在片外進(jìn)行擴展，選擇適當的芯片，設計相應的電路。
二是系統配 置，既要按照系統功能要求配置外圍設備，如鍵盤(pán)顯示器打印機A/DD/A轉換器等， 又要設計合適的接口電路。
本系統采用AT89C51單片機作為中央處理器。
其主要任務(wù)是在小車(chē)行走過(guò)程中不斷 讀取傳感器采集到的數據，將得到的數據進(jìn)行處理后，來(lái)控制小車(chē)行走，同時(shí)將相關(guān)數 據送顯示單元動(dòng)態(tài)顯示。
在本系統中，AT89C51單片機的P1口用于LCD1602顯示，P2.0、P2.1口用于電動(dòng)機的 PWM驅動(dòng)控制，P0.3、P0.4口用于探測軌跡，P0.5口用于探測障礙物，P0.0、P0.1口用于 尋找光源。
P0.6用于LED提示，P0.7用于蜂鳴器報警，P3.2外部中斷0用于檢測金屬鐵片， P3.3外部中斷1用于計數脈沖，從而達到測量里程的目的。
3.1 檢測軌跡電路 軌跡探測電路根據反射接收原理配置了一對紅外線(xiàn)發(fā)射、接收傳感器。
該電路包括 一個(gè)紅外發(fā)光二極管、一個(gè)紅外光敏三極管及其上拉電阻。
如圖3.1 所示。
紅外發(fā)光二 極管發(fā)射一定強度的紅外線(xiàn)照射物體，紅外光敏三極管在接收到反射回來(lái)的紅外線(xiàn)后導 通，發(fā)出一個(gè)電平跳變信號。
當小車(chē)在白色地面行駛時(shí)，裝在車(chē)下的紅外發(fā)射管發(fā)射紅外線(xiàn)信號， 經(jīng)白色反射 后，被接收管接收，一旦接收管接收到信號，那么圖3.1 中光敏三極管將導通，輸出低 電平，經(jīng)LM306 電壓比較器送單片機控制。
當小車(chē)行駛到黑色引導線(xiàn)時(shí)，紅外線(xiàn)信號 被黑色吸收后，光敏三極管截止，輸出高電平，從而實(shí)現了通過(guò)紅外線(xiàn)檢測信號的功能。
將檢測到的信號送到單片機I/O 口檢測到的信號為高電平時(shí)，表明紅外光被地上的黑色引導線(xiàn)吸收了，表明小車(chē)處在黑色的引導線(xiàn)上;同理，當I/O 口檢測到的信 號為低電平時(shí)，表明小車(chē)行駛在白色地面上。
即當小車(chē)底部的某邊紅外線(xiàn)收發(fā)對管遇到 黑帶時(shí)輸入電平為高電平，反之為低電平。
R1 10 R210 R410 R310 R5Q1 NPN C1 1u U2D1 LED +5 OUT圖3.1 軌跡探測電路圖 為了保證小車(chē)沿黑線(xiàn)行駛，采用了兩個(gè)檢測器并行排列，左右方向都可以進(jìn)行控制， 控制精度得以提高。
在小車(chē)行走過(guò)程中，結合查詢(xún)方式，通過(guò)程序控制小車(chē)行走軌跡。
如果左方向偏離黑線(xiàn)，則右側的探頭就會(huì )檢測到黑線(xiàn)，把信號傳送到單片機，進(jìn)行處理 校正。
控制其向右轉;如果右方向偏離黑線(xiàn)，則左側的探頭就會(huì )檢測到黑線(xiàn)，把信號傳 送到單片機，進(jìn)行處理校正。
控制其向左轉。
從而保證小車(chē)沿黑線(xiàn)行駛。
電路中的可調電阻可調節靈敏度，以滿(mǎn)足小車(chē)在不同光度的環(huán)境中能夠尋跡。
由于 接收對管裝在車(chē)底，發(fā)射距離的遠近較難控制，調節可調電阻，靈敏度不高，因此采用 在對管上套一塑料管，屏蔽外界光的影響，靈敏度將大幅提升。
在該電路中，加比較器 LM306的目的是使模擬量轉化為開(kāi)關(guān)量，便于處理。
3.2檢測金屬片電路 電感式接近開(kāi)關(guān)由三大部分組成：LC 振蕩器、開(kāi)關(guān)電路及放大輸出電路。
它的工 作原理是外界的金屬性物體對它的高頻—振蕩器產(chǎn)生非接觸式感應作用。
振蕩器即是由 纏繞在鐵氧體磁芯上的線(xiàn)圈構成的LC 振蕩電路。
振蕩器通過(guò)傳感器的感應面，在其前 方產(chǎn)生一個(gè)高頻交變的電磁場(chǎng)。
當外界的金屬性導電物體接近這一磁場(chǎng)，并到達感應區 時(shí)，在金屬物體內產(chǎn)生渦流效應，這個(gè)渦流反作用于接近開(kāi)關(guān)，從而導致LC 振蕩電路 振蕩能力衰減，振幅變小，內部電路的參數發(fā)生變化，即稱(chēng)之為阻尼現象。
這一振蕩的 變化，即被開(kāi)關(guān)的后置電路放大處理并轉換為一確定的輸出信號，觸發(fā)開(kāi)關(guān)并驅動(dòng)控制 器件，從而達到非接觸式目標檢測之目的。
這種接近開(kāi)關(guān)所能檢測 的物體必須是金屬物體。
其原理框圖如圖3.2 所示。
圖3.2接近開(kāi)關(guān)原理框圖 在車(chē)底中部安裝一個(gè)金屬檢測傳感器，將其檢測面對準運行路面，當小車(chē)通過(guò)金屬 鐵塊時(shí)，輸出端輸出一個(gè)高電平信號，將這個(gè)高電平信號通過(guò)74LS04 反相器，將信號 用單片機檢測出來(lái)，借此控制電動(dòng)機產(chǎn)生相應的動(dòng)作，并聲光提示。
檢測金屬鐵片電路 原理圖如圖3.3 所示。
74LS0 圖3.3檢測金屬鐵片電路原理圖 3.3 檢測障礙物電路 采用超聲波傳感器探測障礙物。
超聲波是一種在彈性介質(zhì)中的機械振蕩，其頻率超 20KHz，分橫向振蕩和縱向振蕩兩種，超聲波可以在氣體、液體及固體中傳播，其傳播速度不同。
它有折射和反射現象，且在傳播過(guò)程中有衰減。
利用超聲波的特性，可 Lc振蕩器 晶體 開(kāi)關(guān) 放大 電路 10 做成各種超聲波傳感器，結合不同的電路，可以制成超聲波儀器及裝置，在通訊、醫療 及家電中獲得廣泛應用。
作為超聲波傳感器的材料，主要為壓電晶體。
壓電晶體組成的超聲波傳感器是一種 可逆傳感器，它可以將電能轉變成機械振蕩而產(chǎn)生超聲波，同時(shí)它接收到超聲波時(shí)，也 能轉變成電能，故它分為發(fā)送器和接收器。
超聲波傳感器有透射型、反射型兩種類(lèi)型， 常用于防盜報警器、接近開(kāi)關(guān)、測距及材料探傷、測厚等。
本設計應用反射式超聲波探測電路探測障礙物。
該電路分為超聲發(fā)射電路，超聲接 收電路和信號處理電路。
超聲發(fā)射電路超聲發(fā)射電路由時(shí)基電路 555 組成，555 振蕩電路的頻率可以調整，調節電位器 RP1 可以將接受超聲傳感器的輸出電壓調至最大，通�？烧{至40kHz。
電路如圖3.4 D2555 R8 2kR6 1k R7 1kC5 1uC3 1uC4 1uR9 1k Y1 +5v 圖3.4 超聲波發(fā)射電路 該電路用到時(shí)基電路LM555。
LM555 時(shí)基電路內部由分壓器、比較器、觸發(fā)器、 輸出管和放電管等組成，是模擬電路和數字電路的混合體。
其各個(gè)引腳的功能如下：6腳為閥值端(TH)，是上比較器的輸入。
2腳為觸發(fā)端(TR)， 是下比較器的輸入。
3腳為輸出端(OUT)，有0和1兩種狀態(tài)，它的狀態(tài)由輸入端所加的 電平?jīng)Q定。
7腳為放電端(DIS)，是內部放電管的輸出，它有懸空和接地兩種狀態(tài)，也是 由輸入端的狀態(tài)決定。
4腳為復位端(R)，叫上低電平(< 0.3V)時(shí)可使輸出端為低電平。
5腳為控制電壓端(CV )，可以用它來(lái)改變上下觸發(fā)電平值。
8腳為電源(VCC)，1腳為地 (GND)。
11 一般可以把 LM555 電路等效成一個(gè)大放電開(kāi)關(guān)的R-S 觸發(fā)器。
這個(gè)特殊的觸發(fā)器 有兩個(gè)輸入端：閥值端(TH)可看成是置零端 R，高電平有效;觸發(fā)端(TR)可看成 是置位端S，低電平有效。
它只有一個(gè)輸出端OUT，OUT可等效成觸發(fā)器的Q 端。
放電 端(DIS)可看成由內部放電開(kāi)關(guān)控制的一個(gè)接點(diǎn)，放電開(kāi)關(guān)由觸發(fā)器的反Q端控制：反 Q=1時(shí)DIS 端接地;反Q=0時(shí)DIS端懸空。
此外這個(gè)觸發(fā)器還有復位端 R，控制電壓端CV， 電源端VCC和接地端GND。
圖3.5是等效的觸發(fā)器和它的功能真值表。
圖3.5 等效的觸發(fā)器和它的功能真值表 這個(gè)特殊的R-S 觸發(fā)器工作原理： 兩個(gè)輸入端的觸發(fā)電平要求一高一低：置零端R即閥值端TH要求高電平，而置位端S即觸發(fā)端TR則要求低電平。
兩個(gè)輸入端的觸發(fā)電平，是使它們翻轉的閥值電壓值也不同，當CV端不接控制電壓時(shí)，對TH(R)端來(lái)講，大于2/3VCC是高電平1，小于2/3VCC是低電平0;而對 TR (S)端來(lái)講，大于1/3VCC是高電平1，小于1/3VCC是低電平0。
如果在控制端CV加上控 制電壓VC，這時(shí)上觸發(fā)電平就變成VC值，而下觸發(fā)電平則變成 1/2VC。
可見(jiàn)改變控制 端的控制電壓值可以改變上下觸發(fā)電平值。
超聲波接收電路超聲波接收電路使用超聲波接收傳感器，當它接收到超聲波信號(為正弦波信號) 后輸入到集成比較器LM393 進(jìn)行處理。
LM393 輸出的是比較規范的方波信號。
將此方 波信號輸出到信號處理電路。
電路如圖3.6 所示。
12 PLT OPM-10 TACMO+ TACMO- 11 U1X1 039K D3ZENER1 U2AUC 2M P1D2 500P 100p D1LED 033k +1 OUT圖3.6 超聲波接收和處理電路 信號處理電路信號處理電路使用集成電路LM2907N，它原是測量轉速用的IC，其內部有F/V 換器和比較器、充電泵、高增益運算放大器，它的輸出要求有一定頻率的信號，能將頻率信號轉換為直流電壓信號。
LM2907N 具有以下特點(diǎn)： LM2907N進(jìn)行頻率倍增時(shí)只需使用一個(gè)RC 網(wǎng)絡(luò ); 最大50mA的輸出電流可驅動(dòng)開(kāi)關(guān)管、發(fā)光二極管等; 比較器的滯后電壓為30mV利用這個(gè)特性可以抑制外界干擾; 具有保護電路，不會(huì )受高于Vcc值或低于地參考點(diǎn)輸入信號的損傷;
在零頻率輸入時(shí)，LM2907N的輸出電壓可根據外圍電路自行調節; 13LM2907N 的內部結構及各引腳功能如圖3.9 所示，LM2907N 的引腳功能如下： 腳(F)和11腳(IN-)為運算放大器/比較器的輸入端; 腳(IN+)和10腳(UF1)為運算放大器的輸入端; 12腳為接地端(GND); 6，7，13，14腳未用。
1110 1410 0k 100u 100u +1 0v 圖3.7LM2907N 原理框圖 腳接到單片機輸入口。
由圖3.7 可以看出，由于兩個(gè)串聯(lián) 5.1kΩ 電阻的分壓，LM290N7 的10 腳電壓V op -=6V，這是內部比較器的參考電壓。
內部比較 腳電壓為Vop +輸入電壓，它是電阻R(51KΩ)上的電壓，這個(gè)電壓和頻率有關(guān) op+大于V op -時(shí)，比較器輸出為“1”，LM2907N 內部三極管導通(或飽和)輸 出為“0”，則發(fā)光二極管LED 點(diǎn)亮。
因此，當超聲發(fā)射電路由LM555 產(chǎn)生40KHz 方波來(lái)起振超聲波發(fā)射探頭，使其發(fā) 射超聲波，如智能電動(dòng)小車(chē)前方遇到障礙物時(shí)，此超聲波信號被障礙物反射回來(lái)，超聲 波接收電路接收到超聲波信號(為正弦波信號)后輸入到比較器 LM393 使其調整為方 14 波輸出到LM2907N，LM2907N 芯片會(huì )把此方波信號的頻率轉化為對應電壓值，當此電 號引腳輸出低電平，LED處于發(fā) 光狀態(tài)。
即當有障礙物時(shí)LED 處于發(fā)光狀態(tài)，LM2907N 號引腳輸出低電平，同時(shí)通過(guò)8 腳將信號送給單片機，使單片機該根據信號控制小車(chē)轉向，從而實(shí)現避開(kāi)障礙物 的目的。
3.4 檢測光源電路 利用光敏電阻阻值隨光強弱變化的特性組成光控開(kāi)關(guān)電路，如圖3.8所示，檢測光源。
為了檢測光線(xiàn)的強弱，我們在小車(chē)左前方、右前方加了2只光敏傳感器，即光敏電阻。
它 根據照射在它上面的光線(xiàn)的強弱，阻值發(fā)生變化，輸出電壓隨之變化。
當小車(chē)前方無(wú)光 照射時(shí)， 光敏電阻阻值很大，三極管處于截止狀態(tài)， 集電極輸出高電平;當有光照射 光敏電阻阻值變小，三極管飽和導通 此調整車(chē)頭方向，使其沿光源方向行駛。
R1 12K R4 2K 7KR3 Q1 R2 +5V OUT 圖3.8 光源檢測電路 3.5 顯示電路 本設計采用LCD1602 顯示，其與單片機的連接方式如圖3.9 所示。
單片機的P1 與LCD1602的連接。
15 P1 17P3 /UR16 P3 /T115 P3 /TU14 P3 /INT113 P3 /INTD12 P3 /TXD11 P3 XD10 P2 1528 P2 1427 P2 1326 P2 1225 P2 1124 P2 1023 P2 22P2 21P0 D732 P0 D633 P0 D534 P0 D435 P0 D336 P0 D237 P0 D138 P0 D039 P1 ALE30 EA 31 XTAL218 XTAL1 19 PS EN 49 U1 UU LCD1 圖3.9顯示電路 該電路用到2 行16 個(gè)字的DM-162 液晶模塊，它采用標準的14 腳接口，如圖3.10 所示。
其中： 圖3.10 DM-162 液晶模塊 腳：VSS為地電源 腳：VDD接5V 正電源 腳：V0為液晶顯示器對比度調整端，接正電源時(shí)對比度最弱，接地電源 時(shí)對比度最高。
腳：RS為寄存器選擇，高電平時(shí)選數據寄存器、低電平時(shí)選指令寄存器。
腳：RW為讀寫(xiě)信號線(xiàn)，高電平時(shí)進(jìn)行讀操作，低電平時(shí)進(jìn)行寫(xiě)操作。
當16 RS RW共同為低電平時(shí)可以寫(xiě)入指令或者顯示地址，當RS 為低電平 RW為高電平 時(shí)可以讀忙信號，當RS 為高電平RW為低電平時(shí)可以寫(xiě)入數據。
第7～14腳：D0～D7 位雙向數據線(xiàn)。
3.6 測量里程電路 本設計采用霍爾傳感器A4EE測量里程。
A4EE集成霍爾開(kāi)關(guān)屬于開(kāi)關(guān)型的霍爾器件， 其工作電壓范圍比較寬(4.5～18V)，其輸出的信號符合TTL電平標準。
它由穩壓器A、 霍爾電勢發(fā)生器(即硅霍爾片)B、差分放大器C、施密特觸發(fā)器D和OC門(mén)輸出E五個(gè)基本部 分組成。
【二】機電一體化畢業(yè)論文
國家開(kāi)放大學(xué) 畢業(yè)論文(設計) 題目：機電一體化 學(xué)習中心： 吳忠電大分校 學(xué) 姓 專(zhuān) 號： 1464001402456 名： 吳 占 忠 業(yè)： 機電一體化 指導教師： 史 景 江 2016 年 5 月 17 日 機電一體化畢業(yè)論文 摘 要 作為機電系的一名學(xué)生，將來(lái)工作學(xué)習都會(huì )以機電為主，所以必須掌握好各種機電 的專(zhuān)業(yè)知識。
我會(huì )本著(zhù)認真的態(tài)度對待專(zhuān)業(yè)課的學(xué)習，提高自己的專(zhuān)業(yè)素養.接下來(lái)我 將介紹一下我對電動(dòng)機發(fā)展史的認識 關(guān)鍵詞：機電一體化 電動(dòng)機 機械技術(shù) 微電子技術(shù) 機電一體化畢業(yè)論文 目錄 緒論 --------------------------------------------------------------4
第一章 我國發(fā)展機電一體化面臨的形式以及對策----------------------5
一、機電一體化技術(shù)發(fā)展歷程及其趨勢------------------------5
二、典型機電一體化產(chǎn)--------------------------------------7
三、我國發(fā)展“機電一體化”面臨的形式和任務(wù)----------------7
四、我國發(fā)展“機電一體化”的對策--------------------------9
第二章 電動(dòng)機的發(fā)展及工作原理------------------------------------11
一、電動(dòng)機技術(shù)發(fā)展及現狀----------------------------------11
二、電動(dòng)機工作原理----------------------------------------12
三、電動(dòng)機的維護------------------------------------------13.
四、結論--------------------------------------------------16
致謝---------------------------------------------------------------17
參考文獻-----------------------------------------------------------18
機電一體化畢業(yè)論文 緒 論 近幾十年來(lái)，隨著(zhù)電力電子技術(shù)、微電子技術(shù)及現代控制理論的發(fā)展，中、小功率 電動(dòng)機在工農業(yè)生產(chǎn)及人們的日常生活中都有極其廣泛的的應用。
特別是鄉鎮企業(yè)及家 用電器的迅速，更需要大量的中小功率電動(dòng)機。
由于這種電動(dòng)機的發(fā)展及廣泛的應用， 它的使用、保養和維護工作也越來(lái)越重要。
本文主要介紹了電動(dòng)機技術(shù)發(fā)展及現狀、工 作原理、電動(dòng)機的運行維護。
1 機電一體化畢業(yè)論文 第一章 我國發(fā)展機電一體化面臨的形式以及對策
一、機電一體化技術(shù)發(fā)展歷程及其趨勢 自電子技術(shù)一問(wèn)世,電子技術(shù)與機械技術(shù)的結合就開(kāi)始了,只是出現了半導體 集成電路,尤其是出現了以微處理器為代表的大規模集成電路以后,"機電一體化"技術(shù) 之后有了明顯進(jìn)展,引起了人們的廣泛注意.
“機電一體化”這個(gè)詞是日本安川電機公司在上世紀 60 年代末作商業(yè)注冊時(shí)最先 創(chuàng )用的。
當時(shí)及 70 年代，人們一直把機電一體化看作是機械與電子的結合。
國內早期 將“機電一體化技術(shù)”與“機械電子學(xué)”并用，近年來(lái)“機電一體化”更流行使用。
關(guān)于“機電一體化”這個(gè)名詞的起源，說(shuō)法很多。
早在 1971 年，日本“機械設計” 雜志副刊就提出了“Electronics”這一名詞，從圖 47.6-1 可見(jiàn)它是融合機械技術(shù)、電 子技術(shù)、信息技術(shù)等多種技術(shù)為一體的新興的技術(shù)。
采用機電一體化技術(shù)設計和制造出 的產(chǎn)品，稱(chēng)之為機電一體化產(chǎn)品。
2 機電一體化畢業(yè)論文 從系統科學(xué)的觀(guān)點(diǎn)來(lái)看，機電一體化產(chǎn)品又可稱(chēng)之為機電一體化系統，它是集機械元 件和電子元件于一體的復合系統。
信息技術(shù)驅使機械系統在不同程度上利用數據庫，連洗衣機和其他消費品也用上了 數據庫驅動(dòng)系統。
這樣，對機電一體化的系統設計方法的探索、成型和系統集成以及并 行工程設計和控制的實(shí)施日顯重要。
此外，光學(xué)也進(jìn)入了機電一體化，產(chǎn)生了“光機電 一體化”的新領(lǐng)域。
進(jìn)入 90 年代，通信技術(shù)進(jìn)入了機電一體化，機器可像機器人系統那樣遙控和虛擬 現實(shí)多媒體等技術(shù)緊密聯(lián)系的計算機控制的網(wǎng)絡(luò )化機電一體化日益普及。
有些機電一體 化機械可兩用，有的在性能上更是多用途的，尤其是微傳感器和執行器技術(shù)的發(fā)展，和 半導體技術(shù)以光刻為基礎的方法以及和傳統機電一體化微型化方法的結合，開(kāi)創(chuàng )了以精 密工程和系統集成為特點(diǎn)的機電一體化新分支“微機電一體化”。
雖然微加工方法尚未 成熟，但將逐漸成為集成控制系統的一個(gè)組成部分。
之后，機電一體化隨著(zhù)自動(dòng)化技術(shù) 的發(fā)展而日益發(fā)展，穩步進(jìn)入了 21 世紀
1.光機電一體化.一般的機電一體化系統是由傳感系統、能源系統、信息處理系統、機 械結構等部件組成的.因此,引進(jìn)光學(xué)技術(shù),實(shí)現光學(xué)技術(shù)的先天優(yōu)點(diǎn)是能有效地改進(jìn)機 電一體化系統的傳感系統、能源(動(dòng)力)系統和信息處理系統.光機電一體化是機電產(chǎn)品 發(fā)展的重要趨勢.
二、機電一體化的發(fā)展進(jìn)程 2.自律分配系統化——柔性化.未來(lái)的機電一體化產(chǎn)品,控制和執行系統有足夠的 “冗余度”， 有較強的“柔性”， 能較好地應付突發(fā)事件， 被設計成“自律分配系統”。
在自律分配系統中，各個(gè)子系統是相互獨立工作的，子系統為總系統服務(wù)，同時(shí)具有本 身的“自律性”，可根據不同的環(huán)境條件作出不同反應。
其特點(diǎn)是子系統可產(chǎn)生本身的 信息并附加所給信息，在總的前提下，具體“行動(dòng)”是可以改變的。
這樣，既明顯地增 加了系統的適應能力(柔性)，又不因某一子系統的故障而影響整個(gè)系統。
3.全息系統化——智能化。
今后的機電一體化產(chǎn)品“全息”特征越來(lái)越明顯，智能 化水平越來(lái)越高。
這主要收益于模糊技術(shù)、信息技術(shù)(尤其是軟件及芯片技術(shù))的發(fā)展。
除此之外，其系統的層次結構，也變簡(jiǎn)單的“從上到下”的形勢而為復雜的、有較多冗 余度的雙向聯(lián)系。
3 機電一體化畢業(yè)論文 4.“生物一軟件”化—仿生物系統化。
今后的機電一體化裝置對信息的依賴(lài)性很大， 并且往往在結構上是處于“靜態(tài)”時(shí)不穩定，但在動(dòng)態(tài)(工作)時(shí)卻是穩定的。
這有點(diǎn)類(lèi) 似于活的生物：當控制系統(大腦)停止工作時(shí)，生物便“死亡”，而當控制系統(大腦) 工作時(shí)，生物就很有活力。
仿生學(xué)研究領(lǐng)域中已發(fā)現的一些生物體優(yōu)良的機構可為機電 一體化產(chǎn)品提供新型機體，但如何使這些新型機體具有活的“生命”還有待于深入研 究。
這一研究領(lǐng)域稱(chēng)為“生物——軟件”或“生物——系統”， 而生物的特點(diǎn)是硬件(肌 體)——軟件(大腦)一體，不可分割。
看來(lái)，機電一體化產(chǎn)品雖然有向生物系統化發(fā)展 趨，但有一段漫長(cháng)的道路要走。
5.微型機電化——微型化。
目前，利用半導體器件制造過(guò)程中的蝕刻技術(shù)，在實(shí)驗 室中已制造出亞微米級的機械元件。
當將這一成果用于實(shí)際產(chǎn)品時(shí)，就沒(méi)有必要區分機 械部分和控制器了。
屆時(shí)機械和電子完全可以“融合”，機體、執行機構、傳感器、CPU 等可集成在一起，體積很小，并組成一種自律元件。
這種微型機械學(xué)是機電一體化的重 要發(fā)展方向。
二、典型的機電一體化產(chǎn)品 機電一體化產(chǎn)品分系統(整機)和基礎元、部件兩大類(lèi)。
典型的機電一體化系統有： 數控機床、機器人、汽車(chē)電子化產(chǎn)品、智能化儀器儀表、電子排版印刷系統、CAD/CAM 系統等。
典型的機電一體化元、部件有：電力電子器件及裝置、可編程序控制器、模糊 控制器、微型電機、傳感器、專(zhuān)用集成電路、伺服機構等。
這些典型的機電一體化產(chǎn)品 的技術(shù)現狀、發(fā)展趨勢、市場(chǎng)前景分析從略。
三、我國發(fā)展“機電一體化”面臨的形勢和任務(wù) 機電一體化工作主要包括兩個(gè)層次：一是用微電子技術(shù)改造傳統產(chǎn)業(yè)，其目的是節 能、節材，提高工效，提高產(chǎn)品質(zhì)量，把傳統工業(yè)的技術(shù)進(jìn)步提高一步;二是開(kāi)發(fā)自動(dòng) 化、數字化、智能化機電產(chǎn)品，促進(jìn)產(chǎn)品的更新?lián)Q代。
(一)我國“機電一體化”工作面臨的形勢 1. 我國用微電子技術(shù)改造傳統工業(yè)的工作量大而廣，有難度 4 機電一體化畢業(yè)論文 2. 3. 我國用機電一體化技術(shù)加速產(chǎn)品更新?lián)Q代，提高市場(chǎng)占有率的呼聲高，有壓力。
我國用機電一體化產(chǎn)品取代技術(shù)含量和附加值低，耗能、耗水、耗材高，污染、 擾民產(chǎn)品的責任重，有意義。
在我國工業(yè)系統中，能耗、耗水大戶(hù)，對環(huán)境污染嚴重的 企業(yè)還占相當大的比重。
近年來(lái)我國的工業(yè)結構、產(chǎn)品結構雖然幾經(jīng)調整，但由于多種 原因，成效一直不夠明顯。
這里面固然有上級領(lǐng)導部門(mén)的政出多門(mén)問(wèn)題，有企業(yè)的“故 土難離”“死守故業(yè)”問(wèn)題，但不可否認也有優(yōu)化不出理想的產(chǎn)業(yè)，優(yōu)選不出中意的產(chǎn) 品問(wèn)題。
上佳的答案早就擺在了這些企業(yè)的面前，這就是發(fā)展機電一體化，開(kāi)發(fā)和生產(chǎn) 有關(guān)的機電一體化產(chǎn)品。
機電一體化產(chǎn)品功能強、性能好、質(zhì)量高、成本低，且具有柔 性，可根據市場(chǎng)需要和用戶(hù)反映時(shí)產(chǎn)品結構和生產(chǎn)過(guò)程做必要的調整、改革，而無(wú)須改 換設備。
這是解決機電產(chǎn)品多品種、少批量生產(chǎn)的重要出路。
同時(shí)，可為傳統的機械工 業(yè)注入新鮮血液，帶來(lái)新的活力，把機械生產(chǎn)從繁重的體力勞動(dòng)中解脫出來(lái)，實(shí)現文明 生產(chǎn)。
(二) 我國“機電一體化”工作的任務(wù) 我國在機電一體化方面的任務(wù)可以概括為兩句話(huà)：一句話(huà)是廣泛深入地用機電一體 化技術(shù)改造傳統產(chǎn)業(yè);另一句話(huà)是大張旗鼓地開(kāi)發(fā)機電一體化產(chǎn)品，促進(jìn)機電產(chǎn)品的更 新?lián)Q代。
總的目的是促進(jìn)機電一體產(chǎn)業(yè)的形成、 為我國產(chǎn)業(yè)結構和產(chǎn)品結構調整作貢獻。
總之，機電一體化技術(shù)既是振興傳統機電工業(yè)的新鮮血液和源動(dòng)力，又是開(kāi)啟我國 機電行業(yè)產(chǎn)品結構、產(chǎn)業(yè)結構調整大門(mén)的鑰匙。
四、我國發(fā)展“機電一體化”的對策 (一)加強統籌安排，協(xié)調發(fā)展計劃 目前，我國從事“機電一體化”研究開(kāi)發(fā)及生產(chǎn)的單位很多。
各自都有一套自己的 發(fā)展策略。
各單位的計劃由于受各自立足點(diǎn)、著(zhù)眼點(diǎn)的限制，難免只考慮局部利益，各 主管部門(mén)的有關(guān)計劃和規劃，也有統一考慮不足，統籌安排不夠的問(wèn)題，同時(shí)缺少綜觀(guān) 全局的有權威性的發(fā)展計劃和戰略規劃。
因此，建議各主管部門(mén)責成有關(guān)單位在進(jìn)行深 5 機電一體化畢業(yè)論文 入調查研究、科學(xué)分析的基礎上，制定出統管全局的“機電一體化”研究、開(kāi)發(fā)、生產(chǎn) 計劃和規劃，避免開(kāi)發(fā)上重復，生產(chǎn)上撞車(chē)! (二)強化行業(yè)管理，發(fā)揮“協(xié)會(huì )”作用 目前，我國“機電一體化”較熱，而按目前的行業(yè)劃分方法和管理體制，“政出多 門(mén)”是難哆的。
因此，我國有必要明確一個(gè)“機電一體化”行業(yè)的統管機構，根據目前 國家政治體制改革和經(jīng)濟體制改革的精神，以及機電一體化行業(yè)特點(diǎn)，我們建議，盡快 加強北京機電一體化協(xié)會(huì )的建設，賦予其行業(yè)管理職能。
“協(xié)會(huì )”要進(jìn)一步擴大領(lǐng)導機 構——理事會(huì )的代表層面和復蓋面，要加強辦公室、秘書(shū)處的建設;要通過(guò)其精明干練 的辦事機構、經(jīng)濟實(shí)體，組織“行業(yè)”發(fā)展計劃、戰略規劃的擬制;指導行業(yè)布點(diǎn)布局 的調整， 進(jìn)行發(fā)展突破口的選擇， 抓好重點(diǎn)工程的試點(diǎn)和有關(guān)項目的發(fā)標、 招標工作
(三)優(yōu)化發(fā)展環(huán)境、增大支持力度 優(yōu)化發(fā)展環(huán)境指通過(guò)宣傳群眾，造成一種社會(huì )上下、企業(yè)內外都重視、支持“機電 一體化”發(fā)展的氛圍，如盡快為外商到我國投資發(fā)展“機電一體化”產(chǎn)業(yè)提供方便;盡 可能為興辦開(kāi)發(fā)、生產(chǎn)機電一體化產(chǎn)品的高新技術(shù)企業(yè)開(kāi)綠燈;盡力為開(kāi)發(fā)、生產(chǎn)機電 一體化產(chǎn)品調配好資源要素等。
增大支持力度，在技術(shù)政策上，要嚴格限制耗電、耗水、耗材高的傳統產(chǎn)品的發(fā)展， 對未采用機電一體化技術(shù)落后產(chǎn)品限制強制淘汰;大力提倡用機電一體化技術(shù)對傳統產(chǎn) 業(yè)進(jìn)行改造，對有關(guān)機電一體化技術(shù)對傳統產(chǎn)業(yè)乾地改造，對有關(guān)技術(shù)開(kāi)發(fā)、應用項目 優(yōu)先立項、優(yōu)先支持，對在技術(shù)開(kāi)發(fā)、應用中做出貢獻的單位領(lǐng)導、科技人員進(jìn)行表彰 獎勵等。
(四)突出發(fā)展重點(diǎn)，兼顧“兩個(gè)層次” 機電一體化產(chǎn)業(yè)復蓋面非常廣，而我們的財力、人力和物力是有限的，因此我們在 抓機電一體化產(chǎn)業(yè)發(fā)展時(shí)不能面面俱到、平鋪直敘，而應分清主次，大膽取舍，有所為， 有所不為。
要注意抓兩個(gè)層次上的工作。
第一個(gè)層次是“面上”的工作，即用電子信息 技術(shù)對傳統產(chǎn)業(yè)進(jìn)行改造，在傳統的機電設備上植入或嫁接上微電子(計算機)裝置，使 6 機電一體化畢業(yè)論文 “機械”和“電子”技術(shù)在淺層次上結合。
第二個(gè)層次是“提高”工作，即在新產(chǎn)品設 計之初， 就把“機械”與“電子”統一起來(lái)進(jìn)行考慮， 使“機械”與“電子”密不可分， 深度結合，生產(chǎn)出來(lái)的新產(chǎn)品起碼正做到機電一體化。
7 機電一體化畢業(yè)論文 第二章 電動(dòng)機的發(fā)展及工作原理 一、電動(dòng)機技術(shù)發(fā)展及現狀 電機是利用電磁感應原理工作的機械。
隨著(zhù)生產(chǎn)的發(fā)展而發(fā)展的，反過(guò)來(lái)，電機的 發(fā)展又促進(jìn)了社會(huì )生產(chǎn)力的不斷提高。
從 19 世紀末期起，電動(dòng)機就逐漸代替蒸汽機作 為拖動(dòng)生產(chǎn)機械的原動(dòng)機，一個(gè)多世紀以來(lái)，雖然電機的基本結構變化不大，但是電機 的類(lèi)型增加了許多，在運行性能，經(jīng)濟指標等方面也都有了很大的改進(jìn)和提高，而且隨 著(zhù)自動(dòng)控制系統和計算機技術(shù)的發(fā)展，
在一般旋轉電機的理論基礎上又發(fā)展出許多種類(lèi) 的控制電機，控制電機具有高可靠性、好精確度、快速響應的特點(diǎn)，已成為電機學(xué)科的 一個(gè)獨立分支。
在現代化工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中， 為了實(shí)現各種生產(chǎn)工藝過(guò)程， 需要各種各樣的生 產(chǎn)機械。
拖動(dòng)各種生產(chǎn)機械運轉，可以采用氣動(dòng)，液壓傳動(dòng)和電力拖動(dòng)。
由于電力拖動(dòng) 具有控制簡(jiǎn)單、調節性能好、耗損小、經(jīng)濟，能實(shí)現遠距離控制和自動(dòng)控制等一系列優(yōu) 點(diǎn)，因此大多數生產(chǎn)機械都采用電力拖動(dòng)。
按照電動(dòng)機的種類(lèi)不同， 電力拖動(dòng)系統分為直流電力拖動(dòng)系統和交流電力拖動(dòng)系統 兩大類(lèi)。
縱觀(guān)電力拖動(dòng)的發(fā)展過(guò)程，交，直流兩種拖動(dòng)方式并存于各個(gè)生產(chǎn)領(lǐng)域。
在交流電 出現以前，直流電力拖動(dòng)是唯一的一種電力拖動(dòng)方式，19 世紀末期，由于研制出了經(jīng)濟 實(shí)用的交流電動(dòng)機，致使交流電力拖動(dòng)在工業(yè)中得到了廣泛的應用，但隨著(zhù)生產(chǎn)技術(shù)的 發(fā)展，特別是精密機械加工與冶金工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程的進(jìn)步，對電力拖動(dòng)在起動(dòng)，制動(dòng)，正 反轉以及調速精度與范圍等靜態(tài)特性和動(dòng)態(tài)響應方面提出了新的，更高的要求。
由于交 流電力拖動(dòng)比直流電力拖動(dòng)在技術(shù)上難以實(shí)現這些要求，所以 20 世紀以來(lái)，在可逆， 可調速與高精度的拖動(dòng)技術(shù)領(lǐng)域中，相當時(shí)期內幾乎都是采用直流電力拖動(dòng)，而交流電 力拖動(dòng)則主要用于恒轉速系統。
雖然直流電動(dòng)機具有調速性能優(yōu)異這一突出特點(diǎn)，但是由于它具有電刷與換向器 (又稱(chēng)整流子)，使得他的故障率較高，電動(dòng)機的使用環(huán)境也受到了限制(如不能在有 易爆氣體及塵埃多的場(chǎng)合使用)，其電壓等級，額定轉速，單機容量的發(fā)展也受到了限 制。
所以，在 20 世紀 60 年代以后，隨著(zhù)電力電子技術(shù)的發(fā)展，半導體交流技術(shù)的交流 8 機電一體化畢業(yè)論文 技術(shù)的交流調速系統得以實(shí)現。
尤其是 70 年代以來(lái)，大規模集成電路和計算機控制技 術(shù)的發(fā)展，為交流電力拖動(dòng)的廣泛應用創(chuàng )造了有利條件。
諸如交流電動(dòng)機的串級調速， 各種類(lèi)型的變頻調速，無(wú)換向器電動(dòng)機調速等，使得交流電力拖動(dòng)逐步具備了調速范圍 寬，穩態(tài)精度高，動(dòng)態(tài)響應快以及在四象限做可逆運行等良好的技術(shù)性能，在調速性能 方面完全可與直流電力拖動(dòng)媲美。
除此之外，由于交流電力拖動(dòng)具有調速性能優(yōu)良，維 修費用低等優(yōu)點(diǎn)，因此它今后將廣泛應用于各個(gè)工業(yè)電氣自動(dòng)化領(lǐng)域中，并逐步取代直 流電力拖動(dòng)而成為電力拖動(dòng)的主流。
經(jīng)歷了 100 多年的技術(shù)發(fā)展，電動(dòng)機自身的理論基本成熟。
隨著(zhù)電工技術(shù)的發(fā)展， 對電能的轉換、控制以及高效使用的要求越來(lái)越高。
電磁材料的性能不斷提高，電工電 子技術(shù)的廣泛應用，為電動(dòng)機的發(fā)展注入了新的活力。
未來(lái)電動(dòng)機將會(huì )沿著(zhù)單位功率體積更小、機電能量轉換效率更高、控制更靈活的方 向繼續發(fā)展。
一批"巨無(wú)霸"電機、一批"光怪陸奇"電機將同時(shí)展現在世人眼前。
二、電動(dòng)機工作原理 目前較常用的主要是交流電動(dòng)機，它可分為兩種：1、三相異步電動(dòng)機。
2、單相交 流電動(dòng)機。
第一種多用在工業(yè)上，而第二種多用在民用電器上。
下面以三相異步電動(dòng)機 為例介紹其基本工作原理。
起來(lái)， 形成一個(gè)籠型的閉合繞組。
定子三相繞組可接成星形， 也可以接成三角形。
綜上分析可知，三相異步電動(dòng)機轉動(dòng)的基本工作原理是： (1) 三相對稱(chēng)繞組中通人三相對稱(chēng)電流產(chǎn)生圓形旋轉磁場(chǎng)。
(2) 轉子導體切割旋轉磁場(chǎng)感應電動(dòng)勢和電流; (3) 轉子載流導體在磁場(chǎng)中受到電磁力的作用，從而形成電磁轉距，驅使電動(dòng)機 轉子轉動(dòng)。
三：電動(dòng)機的運行維護 (一) 電動(dòng)機啟動(dòng)前的準備 為了保證電動(dòng)機正常安全地啟動(dòng)，一般啟動(dòng)前應作好下述準備： (1) 檢查電源是否有電，電壓是否正常，若電源電壓過(guò)高或過(guò)低，都不宜啟動(dòng)。
(2) 啟動(dòng)器是否正常，如零部件有無(wú)損壞，使用是否靈活，觸頭接觸是否良好， 接線(xiàn)是否正確、牢固等。
9 機電一體化畢業(yè)論文 (3) 熔絲規格大小是否合適，安裝是否牢固，有無(wú)熔斷或損傷。
(4) 電動(dòng)機接線(xiàn)板上接頭有無(wú)松動(dòng)或氧化。
(5) 檢查傳動(dòng)裝置，如皮帶輕緊是否合適，連接是否牢固，聯(lián)軸器的螺絲、銷(xiāo)子 是否緊固等。
(6) 傳動(dòng)電動(dòng)機轉子和負載機械的轉軸，看其轉動(dòng)是否靈活。
(7) 檢查電動(dòng)機及啟動(dòng)電器外殼是否接地，接地線(xiàn)有無(wú)斷路，接地螺絲是否松動(dòng)、 脫落等。
(8) 搬開(kāi)電動(dòng)機周?chē)碾s物并清除機座表面灰塵、油垢等。
(9) 檢查負載機械是否妥善地作好了啟動(dòng)準備。
(10) 對正常運行中的繞線(xiàn)式電動(dòng)機，應經(jīng)常觀(guān)察電動(dòng)機滑環(huán)有無(wú)偏心擺動(dòng)現象; 觀(guān)察滑環(huán)的火花是否發(fā)生異�，F象。
滑環(huán)上碳刷是否要更換。
(二) 啟動(dòng)時(shí)應注意的問(wèn)題 (1) 接通電源后，如果電動(dòng)機不轉，應立即切斷電源，絕不能遲疑等待，更不能 帶電檢查電動(dòng)機發(fā)故障，否則將會(huì )燒毀電動(dòng)機和發(fā)生危險。
(2) 啟動(dòng)時(shí)應注意觀(guān)察電動(dòng)機、傳動(dòng)裝置、負載機械的工作情況，以及線(xiàn)路上的 電流表和電壓表的指示，若有異�，F象，應立即斷電檢查，待故障排除后，載行啟動(dòng)。
(3) 利用手動(dòng)補償器或手動(dòng)星三角啟動(dòng)器啟動(dòng)電動(dòng)機時(shí)，特別要注意操作順序。
一定要先將手柄推到啟動(dòng)位置，待電動(dòng)機轉速穩定后再拉到運轉位置，防止誤操作造成 設備和人身事故。
(4) 同一線(xiàn)路上的電動(dòng)機不應同時(shí)啟動(dòng)，一般應由大到小逐臺啟動(dòng)以免多太電動(dòng) 機同時(shí)啟動(dòng)，線(xiàn)路上電流太大。
電壓降低過(guò)多，造成電動(dòng)機啟動(dòng)困難引起線(xiàn)路故障或使 開(kāi)關(guān)設備跳閘。
(5) 啟動(dòng)時(shí)，若電動(dòng)機的旋轉方向反了，應立即切斷電源，將三相電源線(xiàn)中的任 意兩相互換一下位置，即可改變電動(dòng)機轉向。
(三) 電動(dòng)機運行中的監視 電動(dòng)機在運行時(shí)，值班工作人員可以通過(guò)儀表和感覺(jué)器官監視其運行情況，以便及 早發(fā)現問(wèn)題，減少或避免故障的發(fā)生。
1. 監視電動(dòng)機的溫度 10 機電一體化畢業(yè)論文 電動(dòng)機正常運行時(shí)會(huì )發(fā)熱，使電動(dòng)機溫度升高，但不應超出允許的限度。
如果電動(dòng) 機負載過(guò)大，使用環(huán)境溫度過(guò)高，通風(fēng)不暢或運行中發(fā)生故障，就會(huì )使其溫度超出允許 限度，導致繞組過(guò)熱燒毀，因此電動(dòng)機溫度的高低是反映電動(dòng)機運行的主要標志，在運 行中經(jīng)常檢查。
判斷電動(dòng)機是否過(guò)熱，可以用以下方法： (1) 憑手的感覺(jué)：如果以手接觸外殼，沒(méi)有燙手的感覺(jué)，說(shuō)明電動(dòng)機溫度正常; 如果手放上去燙得馬上縮回來(lái)，說(shuō)明電動(dòng)機已經(jīng)過(guò)熱。
(2) 在電動(dòng)機外殼上滴 2~3 滴水，如果只冒熱氣沒(méi)有聲音，則說(shuō)明電動(dòng)機沒(méi)有 過(guò)熱，如果水滴急劇汽化同時(shí)伴有"咝咝"聲，說(shuō)明電動(dòng)機已經(jīng)過(guò)熱。
(3) 判別電動(dòng)機是否過(guò)熱的準確方法還是用溫度計測量。
發(fā)現電動(dòng)機過(guò)熱應該立即停車(chē)檢查，等查明原因，排除故障后再行使用。
2. 監視電動(dòng)機的電流 一般容量較大的電動(dòng)機應裝設電流表，隨時(shí)對其電流進(jìn)行監視。
若電流大小或三相 電流不平衡超過(guò)了允許值。
應立即停車(chē)檢查。
容量較小的電動(dòng)機一般不裝電流表，但也 經(jīng)常用鉗形表測量。
3. 監視電動(dòng)機的電壓 電動(dòng)機的電源上最好裝設一只電壓表和轉換開(kāi)關(guān)，以便對其三相電源、壓進(jìn)行監視。
電 動(dòng)機的電源電壓過(guò)高、過(guò)低或三相電壓不平衡，特別是三相電源缺相，都會(huì )帶來(lái)不良后 果。
如發(fā)現這種情況應立即停車(chē)，待查明原因，排除故障后再使用。
4. 注意電動(dòng)機的振動(dòng)、響聲和氣味 電動(dòng)機正常運行時(shí)，應平穩、輕快、無(wú)異常氣味和響聲。
若發(fā)生劇烈振動(dòng)，噪音和 焦臭氣味，應停車(chē)進(jìn)行檢查修理。
5. 注意傳動(dòng)裝置的檢查 電動(dòng)機運行時(shí)要隨時(shí)注意查看皮帶輪或聯(lián)軸器有無(wú)松動(dòng)，傳動(dòng)皮帶是否有過(guò)緊、過(guò) 松的現象等，如果有，應停車(chē)上緊或進(jìn)行調整。
6. 注意軸承的工作情況 電動(dòng)機運行中應注意軸承聲響和發(fā)熱情況。
若軸承聲音不正�；蜻^(guò)熱，應檢查潤滑 情況是否良好和有無(wú)磨損。
7. 注意交流電動(dòng)機的滑環(huán)或直流電動(dòng)機的換向器火花 電動(dòng)機運行中，電刷與換向器或滑環(huán)之間難免出現火花。
如果所發(fā)生的火花大于某 11 機電一體化畢業(yè)論文 一規定限度，尤其是出現放電性的紅色電弧火花時(shí)，將產(chǎn)生破壞作用，必須及時(shí)加以糾 正。
(四) 電動(dòng)機的定期檢查和保養 為了保證電動(dòng)機正常工作，除了按操作規程正確使用，運行過(guò)程中注意監視和維護 外還應進(jìn)行定期檢查和保養。
間隔時(shí)間可根據電動(dòng)機的類(lèi)型、使用環(huán)境決定。
主要檢查 和保養項目如下： (1) 及時(shí)清除電動(dòng)機機座外部的灰塵、油泥，如使用環(huán)境灰塵較多，最好每天清 掃一次。
(2) 經(jīng)常檢查接線(xiàn)板螺絲是否松動(dòng)或燒傷。
(3) 定期測量電動(dòng)機的絕緣電阻，若使用環(huán)境比較潮濕更應經(jīng)常測量。
(4) 定期用煤油清洗軸承并更換新油(一般半年更換一次)，換油時(shí)不應上滿(mǎn)， 一般占油腔的 1/2~1/3，否則，容易發(fā)熱或甩出，油要從一面加人，可以把沒(méi)有清洗 干凈的雜質(zhì)，從另一面擠出來(lái)。
(5) 定期檢查啟動(dòng)設備，看觸頭和接線(xiàn)有無(wú)燒傷，氧化，接觸是否良好等。
(6) 絕緣情況的檢查。
絕緣材料的絕緣能力因干燥程度不同而異，所以保持電動(dòng) 機繞組的干燥是非常重要的。
電動(dòng)機工作環(huán)境潮濕、 工作間有腐蝕性氣體等因素的存在， 都會(huì )破壞電動(dòng)機的絕緣。
最常見(jiàn)的是繞組接地故障即絕緣損壞，使帶電部分與機殼等不 應帶電的金屬部分相碰， 發(fā)生這種故障， 不僅影響電動(dòng)機正常工作。
還會(huì )危及人身安全。
所以電動(dòng)機在使用中，應經(jīng)常檢查絕緣電阻，還要注意查看電動(dòng)機機殼接地是否可靠。
(7) 除了按上述幾項內容對電動(dòng)機定期維護外，運行一年后要大修一次。
大修的 目的在于，對電動(dòng)機進(jìn)行一次徹底、全面的檢查、維護，增補電動(dòng)機缺少、磨損的元件， 徹底清除電動(dòng)機內外的灰塵、污物，檢查絕緣情況，清洗軸承并檢查其磨損情況。
四：結論 電動(dòng)機在我國的經(jīng)濟建設中擔當著(zhù)重要的角色，隨著(zhù)我國加入 WTO 后，我國電動(dòng) 機行業(yè)所面臨的國際社會(huì )的巨大競爭壓力和挑戰日益加劇。
從節約能源， 保護環(huán)境出發(fā)， 高效率電動(dòng)機是目前國際發(fā)展的趨勢。
這樣看來(lái)，推廣中國的高效率電動(dòng)機是非常有必 要的。
但是在日常使用過(guò)程中如何去維護好，其影響可見(jiàn)一斑。
本文著(zhù)重從電動(dòng)機的技 術(shù)發(fā)展及現狀、工作原理、運行維護進(jìn)行了初略的探討和分析，希望能給正在或即將從 事電動(dòng)機工作的人士一些幫助。
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