机械电子学设计（通用11篇）
机械电子学设计 篇1
数控电脑刻字机(简称刻字机)是一种广告应用的数控电子设备，狭意的刻字机主要用途是刻不干胶字，广义刻字机是很广范围的包括数控金属刻字机和激光印章雕刻机等，我这里主要指前者。笔者作为单位负责人曾对这种设备做过数年时间的生产研究，同时也对进口刻字机做过市场开发，笔者所在单位产品曾在本省有较大的市场占有率。本文主要以刻字机为例子，探讨电子设备结构的机械电子学设计问题。
（一）电子设备结构的机械电子学设计
传统电子设备结构主要是对电子设备作电磁兼容(EMC)、散热通风、机构、防震隔冲、总体布局等设计，是综合性的设计技术，是提高产品质量，增强产品竞争力的重要途径。80年代初期，美国日本的机械电子学开始流入我国，它有机将机、电、磁、声、光、热、化学、生物等多门全新的独立交叉的学科结合起来，它不再依靠单一技术，而是最大限度地综合应用各门学科最新技术成果，将产品设计的更完善。电子设备结构的机械电子学设计是机械电子学应用到电子设备结构设计，是电子设备结构设计的新的发展阶段。机械电子学设计主要持有四个观点即系统观点，动态观点，控制观点，优化观点。系统观点：机、电、磁、声、光、热、化学、生物等多门全新的独立交叉的学科结合一体;动态、控制和优化观点：认为主要是对系统进行从宏观到微观的全面可行的，闭环控制，特点就是反馈，即系统动力学。设计和制造本身也需要高度的同一，设计延伸到制造。笔者认为其观点是产品内部和外部系统同一到产品，体现在完美的性能，关键看闭环多少和效果，在产品本身使用闭环提高产品性能，在生产过程使用闭环保证设计的符合，因此在系统前提下，设计和制造使用闭环控制的多少和效果是产品机械电子学程度的决定和衡量因素。
（二）国产数控刻字机结构设计
数控刻字机主要有电脑控制板和步进电机等电子电气部分，又有导轨、刻字车、刻字头、导纸滚轴和机架等机械部件，还有导刀导纸机构等电磁光融合，是典型的机械电子产品或俗称机电产品。
目前国产数控刻字机主要是模仿进口机开发的，一般属于经济型，主要是一些规模不大的私人企业生产，有的规模大点，也主要是生产中挡的经济机器，常发故障主要有：乱刻、刻字变形、纸跑偏、刻不透、字不封口胶拔不下、不杀车、噪声大等，原因主要来自设计，在于其机械电子学方面，在系统、动态、控制和优化上因着眼经济性而做的不够完善，特别是全面的质量控制和闭环控制很少，有很多工作需要做。因此认为国产机器目前不能说是机械电子学设计制造的产品。对此一般主要只做了设计考虑：
1. 刻字车—刻字头导刀下刀机构：刻字车水平方向左右移刀主要使用步进电机，同步带传动。刻字头上下运刀，一般在刻字车里采用永磁铁钕铁硼电磁下刀，要求精准设计电磁铁，达到力度适中，阻尼合适，磨损很小。刻字头使用精密超小轴承和钕铁硼细丸，轻铝制造使之旋转灵活，换刀简单方便，重量轻，运动惯性小。
2. 导纸机构：采用步进电机和同步带传动，重量轻的精密磨砂轴(此轴为国产刻字的难题之一)。
3. 控制方面：高性能的数控主板和步进电机。
4. 总体布局：准确定位安装字车导轨和导纸弧面(上为字车导轨型材，下为导纸弧面型材)。
5. 电磁兼容设计将机体接地装置安排好，热方面考虑底板设置风扇外排，防震隔冲需要减小字车相关件惯量、使用橡胶垫机脚、合理选用纸下刻刀胶条材料。生物学考虑具体到这里是人机工程学设计。
（三）进口刻字机数控刻字机机械电子学设计
1. 设计方面的比较
(1)先进的双回路闭环伺服控制和精密无声伺服电机，精密专用导轨;
(2)光电制导导纸机构，精密表面摩擦长轴，保证无声精准;
(3)无声精准下刀转刀;精密字车带传感器;
(4)高可靠性数控电路板，高性能的软件系统决不误操作;
(5)工作时电磁泄漏、噪声、震动等十分微弱，故障率极低，近乎完美;
(6)将普通意义的电子设备结构设计全面提升到机械电子学设计，机械、电子、软件高度统一于一体。
2. 设计的工艺性的比较
利用先进制造技术，提高每个部件精度可靠性等的前提下，达到整体和谐，易造，易用，易维护。举个很简单的例子，进口机的每个螺丝都是合适拧紧防松，并且在需要维护时可以轻易取下而不至于造成维护困难，这一点国产机器很难做到。
设计延伸到制造系统，从微观到宏观，有效使用了很多闭环控制，从而使机器有较高的性能及性能价格比。我们虽然有对机械电子学设计的不同观点，但根据其各种定义诠释，我认为国外著名品牌刻字机是高程度机械电子学设计制造的产品值得借鉴学习。
（四）论如何面对机械电子学设计现状
从日本美国韩国等国家进口的数控刻字机产品，它们综和运用了机械电子学设计，产品性能明显比国产好，从该细分市场该项产品看，我国的精密电子机械产品水平还是与世界先进水平相差较远，原因不是中国人不行(如中国台湾某刻字机品牌的水平相当可以)，而是应该在机械电子学设计方面加大研究力度，并将研究成果应用到生产，不承认我国落后的现实是不行的，盲目自悲更是无益，只有看到差距，迎头赶上方为上策。
参考文献
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[2]Jacob buur m.sc.E.E, 刘晓明.机械电子学设计方法的一种框架[J].机械与电子, 1996, (01) :010.
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[4]魏茂春.刻字机常见故障及检修[J].仪器仪表用户, 2006, (02) :067.
机械电子学设计 篇2
课题名称：LC-20粮食自动称重系统电气控制部分设计
一、论文资料的准备
1、概述
粮食自动称重系统是采用高精度称重传感器、微电脑控制仪表相结合的高技术产品。实现多种工业场合的各种不同物料的称重包装。可与配料系统、输送系统、计量系统等形成一条自动化称重流水线。称重传感器是自动化称重控制和贸易计量的重要手段，对贸易结算、交通运输、港口计量和科学研究都起到了重要作用。称重传感器具有反应速度快，测量范围广、应用面广、结构简单、使用操作方便、便于计算机控制等特点。被广泛应用于交通运输、港口、机械制造和国防等各个领域
2、国内外发展情况
50年代中期电子技术的渗入推动了称重器的发展。60年代初期出现机电结合式电子称重器以来，经过40多年的不断改进与完善，我国电子称重器从最初的机电结合型发展到现在的全电子型和数字智能型。我国电子衡器的技术装备和检测试验手段基本达到国际90年代中期的水平。电子称重技术从静态称重向动态称重发展：计量方法从模拟测量向数字测量发展;测量特点从单参数测量向多参数测量发展，特别是对快速称重和动态称重的研究与应用。但就总体而言，我国电子衡器产品的数量和质量与工业发达国家相比还有较大差距，其主要差距是技术与工艺不够先进、工艺装备与测试仪表老化、开发能力不足、产品的品种规格较少、功能不全、稳定性和可靠性较差等。
国外发达国家社会化大生产程度较高，粮食生产都在大农场进行。其机械化水平较高，从生产、加工到销售都实行散装运输。粮食散装运输车在国外特别是在发达国家已经很盛行，且近年来发展很迅速。 我国是粮食生产和消费者大国。据统计，我国粮食产量4亿多吨。我国粮食生产较分散，从农户到粮食收购站，再转运至仓库、加工厂、粮店，整个过程都是用麻袋贮运，装卸靠人抬肩扛。在一些大型仓库、加工厂也只采用了皮带运输机来搬运，机械化程度很低。因此，发展粮食散装运输和贮存不仅可节省大量劳力、物力，并且在很大程度上促进粮食生产、运输、贮存、加工和销售等的机械化的发展。 70年代末80年代初，国内曾尝试采用粮食散装贮运和加工，某些地方的粮食加工厂、仓库、粮店等部门也投入了一些资金，进行粮食散装的配套设备改装和更新。但由于长期以来人们一贯使用麻袋装卸，改变和更新是个比较大的社会性工程，牵涉到粮食生产、加工、贮存、运输、销售等许多部门的协调发展。再则，采用粮食散装运输车还需要解决粮泄漏和雨淋等问题。因此，从目前来看，短时间内要在粮食行业全面实行粮食散装贮运尚存在一些困难。但随着社会化大生产的发展和各行各业现代化程度的提高，在我国粮食生产、加工、贮存、运输、销售等环节实行粮食散装，势在必行。粮食自动称重系统的应用，将节约大量的人力物力，提高生产效率。本系统可以实现对散粮的直接运输，称量，工作效率得到很大的提高，同时本系统可以通过传感器对粮食的重量直接测量。本系统可以对粮食重量进行精确称量，减小了称量的误差。
3、自动称重技术发展前景
电子称重器总的发展趋势是小型化、模块化、集成化、智能化;其技术性能趋向是速率高、准确度高、稳定性高、可靠性高;其功能趋向是称重计量的控制信息和非控制信息并重的“智能化”功能;其应用性能趋向于综合性和组合性。1.小型化 体积小、高度低、重量轻。钢板或铝板就是秤体的台面，称重传感器既是传感元件，又是承力支点，极大地减化了秤体结构，不但降低了成本，而且提高了稳定性和可靠性。大型已经采用长方形闭合截面的薄壁型钢，并联排队列焊接成一个整体的竹排式结构的秤体，4个称重传感器分别安装在最外边两根薄壁型钢两端的切口内，安装在称重传感器承力点上的固定支承就是秤体的承力支点，既减化了承力传力机构，又节省了秤体高度，这是一种很有发展前途的秤体结构。
a.模块化 在实际应用中，根据各行业用户的需要，选择标准模块其中10余种常用的标准规格即可。这种模块化的分体式结构，不仅提高了产品的通用性、互换性和可靠性，而且也大大地提高了生产效率和产品质量。同时还降低了成本，增强了企业的市场竞争能力。
b.集成化 对于某些品种和结构的电子衡器，例如小型电子平台秤、专用秤、便携式静动态电子轮轴秤、静动态电子轨道衡等，都可以实现秤体与称重传感器，钢轨与称重传感器，轨道衡秤体与铁路线路一体化。
c.智能化 电子称重器的称重显示控制器与电子计算机组合，利用电子计算机的智能来增加称重显示控制器的功能。使称重器在原有功能的`基础上，增加推理、判断、自诊断、自适应、自组织等功能，这就是当今市场上采用微机化称重显示控制器的电子衡器与采用智能化称重显示控制器。
d.综合性 电子称重技术的发展规律就是不断的加强基础研究并扩大应用，扩展新技术领域，向相邻学科和行业渗透，综合各种技术去解决称重计量、自动控制、信息处理等问题。例如在流量计量专业，如果按照传统的理论和方法建造一套标准大流量测量系统，价格相当昂贵。如果采用称重法即质量流量法，只要将重量和时间测量准确，大流量的测量问题就迎刃而解了。
e.组合性 在工业称重计量过程或工艺流程中，不少称重计量系统还要求具有可组合性，即测量范围等可以任意设定;硬件能够依据一定的工作条件和环境作某些调整，硬件功能向软件方向发展;软件能按一定的程序进行修改和扩展;输入输出数据与指令可以使用不同的语言和条形码，并能与外部的控制和数据处理设备进行通信
二、本课题的目的(重点及拟解决的关键问题)
a.我国是粮食生产和消费者的大国，粮食自动称重系统实现与配料系统、输送系统、计量系统等形成一条自动化称重流水线。改变了原来传统的麻袋贮运，装卸靠人抬肩扛的习俗，大大的解放了生产力和节省了大量的物力与人力。
b.粮食自动称重系统是采用高精度的称重传感器、微电脑控制仪表相结合的高技术产品在国外特别是发达国家已经很盛行。随着我国科技实力的增长，大量的外国科技被引入，而发展粮食自动称重系统不仅促进粮食运输、加工、储存和销售的机械化发展，与国际潮流接轨也符合我国是粮食大国的国情。
c.由于我国是一个农业大国，农业是一个支柱产业，每年有大量的粮食需要流通，传统的称量方法不仅费时费力，而且在运输过程中麻袋易磨损并造成大量的物质浪费。传统称重运输成本高且也会浪费粮食。因此本课题就是为了解决上诉问题儿进行的优化设计，实现粮食称重、打包的自动化。改变传统的人为称重避免了粮食泄露、粮食斤数不准的问题。并且当中采用的气压传动避免产生漏油现象，污染粮食。其工作压力低，使用安全，不污染环境，成本低。
d.我的课题设计是为了实现粮食运送、称重、打包自动化控制，并且能够几个部分可以作为一个整体有紧密的配合。协调和解决粮食物流环节链各构成部分存在的问题，促进各构成部分之间的密切衔接，确保粮食物流环节链始终处于良性元转状态，使粮食物流真正做到快捷，高效。
e.实行粮食散装运输是个大的社会性工程，首先应更新人们长期以来形成的传统观念，大力宣传粮食散装运输的优势性和重要性，介绍国外粮食散装运输的先进技术和管理经验，激发人们改变我国粮食运输落后现状的信心，使我国粮食运输逐步向现代化迈进。并且结合国外的先进粮食运输技术和我国粮食运输的特点，建立起具有中国特色的的粮食运输体系，促进我国粮食事业的迅猛发展，开创我国粮食自动化的新纪元。
f.本毕业设计是对机械电子工程专业学生在毕业前的一次全面训练，目的在于巩固和扩大学生在校期间所学的基础知识和专业知识，训练学生综合运用所学知识分析和解决问题的能力通过设计对所学的知识结构进行重新整合，将所学知识与工程实际问题想结合，掌握一定的设计方法体系和手段，积累一定的时间经验，培养分析问题与解决问题的能力，从而掌握进行科技创新所必需的知识与技能，是培养、锻炼学生独立工作能力和创新精神之最佳手段。毕业设计要求每个学生在工作过程中，要独立思考，刻苦钻研，有所创造的分析、解决技术问题。通过毕业设计，使学生掌握粮食称重系统总体及电气控制系统设计的基本方法，为今后步入工作岗位打下良好的基础。
三、主要内容、研究方法、研究思路
(1) 设计任务：
①总体设计：
A. 总体方案及总体参数的确定;
B. 结构型式选择及参数的确定;
C. 输送机的输送能力与计量漏斗计量能力的匹配计算;
②电气控制系统设计：
A. 电气控制回路设计(包括手动和自动控制系统)，要求能够对计量数据进行管理和处理(如数据储存、累加和打印等);
B. 电气元件的选择计算;
C. 控制柜结构设计及布线图设计;
③控制流程框图及控制柜的三维造型设计：
(2) 技术参数及要求：
①额定计量能力：20吨/小时，计量漏斗容重1.5t;
②设备结构尺寸：≯3800x1800x2300mm;
③粮食输送与计量采用分体式结构，设备重量控制在5吨以内;
④计量设备和输送装置都采用拖挂方式转移场地，设备尽可能轻且操作简单;
⑤设备既能自动操作、又能手动操作;
⑥计量数据可动态显示，计量结果可以用打印机输出。
(3) 设计要求：
①主要任务：学生应在指导教师指导下独立完成给定的设计任务，编写符合要求的设计说明书，并正确绘制机械与电气工程图纸，并绘制有关图表。
②知识要求：学生在毕业设计工作中，应综合运用多学科的理论、知识与技能，分析与解决工程问题。通过学习、研究与实践，使得理论认识深化、知识领域扩展、专业技能延伸。
③能力培养要求：学生应学会依据技术课题任务，进行资料的调研、收集、加工与整理和正确使用工具书;培养学生掌握有关工程设计的程序、方法与技术规范，提高工程设计计算、图纸绘制、编写技术文件的能力;锻炼学生分析与解决工程实际问题的能力
研究方法：
1、文献研究法：文献研究法是通过调查文献来获得资料从而掌握所要研究问题的一种方法。例如我们可以进入一些文库查看前人的论文和研究成果。
2、调查法：它是有目的、有计划、有系统地搜集有关研究对象现实状况或历史状况的材料的方法。调查方法是科学研究中常用的基本研究方法。例如我们去搜寻一些关于毕业设计的资料和调查自动称重系统的历史发展和未来前景。
3、观察法：观察法是指研究者根据一定的研究目的、研究提纲或观察表，用自己的感官和辅助工具去直接观察被研究对象，从而获得资料的一种方法。我们参观了张家口市的粮食基地，直观的去观察自动称重系统的工作流水线。
研究思路：首先随着社会电子称重技术的高速发展与应用领域的扩大，再对比一下国内外的科技发展，我觉得粮食自动称重系统这一课题的毕业设计具有很强的实际意义。然后调查粮食自动称重的现实状况和历史状况初步了解该课题，制定时间表合理安排总体进度和阶段性工作内容并通过一系列的研究手段来完成毕业设计的主要内容。最后可以设计出应用于实际的系统。
四、总体安排和进度(包括阶段性工作内容及完成日期)
日期间隔 任务
20XX.3.28-20XX.4.4 总体参数确定及总体设计
20XX.4.5-20XX.4.16 输送机的输送能力与计量漏斗计量能力的匹配计算
20XX.4.17-20XX.4.30 电气原理图及控制系统设计
20XX.5.1-20XX.5.17 控制柜及面板设计
20XX.5.18-20XX.5.30 控制柜布线图设计
20XX.6.1-20XX.6.11 控制流程图及控制柜的三维建模
20XX.6.12-20XX.6.24 准备论文及答辩
五、主要参考文献
[I] 朱善君等. 可编程序控制系统原理、应用、维护. 清华大学出版社, 1992. 3.
[II] 余雷声等. 电气控制与PLC 应用.机械工业出版社, . 10.
[III] 李长安. 称重传感器并联电路的选配方法. 传感器技术, 1996( 3).
[IV] 宋文敏等. 电子称技术. 中国计量出版社,1991. 9.
[V] 张道林，胡敦俊.粮食自动计量输送系统的设计[J].粮油加工，1994(6)：15-16.
[VI] 于庆广.可编程控制器原理及系统设计[M],北京：清华大学出版社.
[VII] 孟华，杨光伟等 一种定量自动称重控制器的设计与实现仪表技术与传感器
[Ⅷ] 程宪平可编程控制器原理与应用. 北京：化学工业出版社，.8.
[Ⅸ] 张钧富 传感器(第三版). 北京：机械工业出版社，.5.
[Ⅹ] 冯喜 红枣分级生产线自动称重系统的设计 宁夏工程技术.
[Ⅺ]李南，陈奇 碳粉糊生产线自动称重系统的实现机床与液压，，36(12).
机械电子学设计 篇3
一机械电子式无级变速器对汽车运行的影响
机械电子式无级变速器是提高汽车性能的理想装置，具有良好的经济性、动力性和驾驶平顺性，而且降低了排放和成本。CVT主要有：带式CVT、链式CVT及锥盘滚轮式CVT等。金属带式是由行星齿轮机构、起步装置、V形带轮与金属带、减速机构构成；行星齿轮机构可以实现CVT的倒挡行驶，多片湿式离合器结构热负荷能力低，坡道起步性能好，驾驶容易方便，可以阻隔发动机引起的部分振动和冲击，提供速比变化范围一般为1.0～2.0，运用主、从动带轮可动锥盘的轴向运动，改变了传动半径，从而实现汽车的速比变化。
二硬件设计系统控制。
1、信号控制系统
1.1满足电子控制系统的功能要求。无级变速单元速比是发动机实现控制系统的设计目标的保证，电子控制系统用于信号分析处理并输出相应控制信号的控制单元的转换，变速器部件对收集的信号进行实时采集和处理，并将信息与存储于其中的控制规律进行比较，计算出目标控制量，并通过电路输出带动控制机构运动，从而实现变速器挡位的自动切换。霍尔齿轮传感器，用于发动机转速以及输出转速信号的采集；功率分流式，用于无级变速单元速比检测，利用无级变速的齿轮减速和螺旋丝杠机构进行调节，换挡执行电机的换挡机构对应变速器的不同挡位.依据控制简便的原则，选用直流电机作为动力源，通过螺旋丝杠来实现挡位的切换；磁粉离合器，首先需要控制磁粉离合器接合的初始输出转矩，通过控制磁粉离合器的励磁电流增长率实现。其次是磁粉离合器通过磁粉实现接合和分离，能够有效降低传动系统中的振动并防止系统过载，采用的控制策略和控制方法，保证接合过程中发动机运转稳定。
1.2信号设计。信号可以分为输入信号和输出信号，输入输出信号根据信号类型分为模拟信号和数字信号；数字信号又可分为开关信号和PWM信号。通过对信号分类后即可针对该类信号设计实现电路设计。采用“组合工况法”确定CVT的特殊工况，这使TCU控制能够适应汽车工作的特殊状况。
2、建立仿真模拟系统
2.1建立模仿曲线图。从仿真曲线均可看出，车辆实际速比和实际夹紧力均能有效的跟随各自的目标速比和目标夹紧力变化，且速比控制效果和夹紧力控制效果令人满意。使用原型仿真系统，可以对速比控制和夹紧力控制进行仿真试验，同时也可以能够对实际控制算法执行结果进行实时验证。利用优化控制算法，可以减少实际台架测试与整车标定的工作量，缩短无级变速器电子控制研发费用。硬件在仿真测试阶段为测试人员提供一个适应性强，界面友好的测试环境，通过在虚拟环境中对新的电控单元及软件进行大量测试，根据实际传感器发送的信号，利用其控制算法程序进行信号输出，将夹紧力控制信号和离合器控制信号形成了整个无级变速器电子控制单元的闭环，实时的硬件在环仿真系统实现了对新控制板的优化控制。最后系统采用模块化的设计，按其功能进行分类实现，采用Matlab/Simulink进行控制算法策略的开发，模块功能结构清晰，修改维护方便，有效的地提高了软件的开发效率和质量、缩短开发时间、降低开发成本，经过实车测试，使汽车的运行达到了理想的控制效果。
2.2仿真控制设计系统。CVT在我國发展迅速，也积累了丰富的使用和监测经验，制造厂通过对CVT的总体控制，进一步降低其油耗，减少有害气体排放，提高其动力性及舒适性。仿真控制系统是通过改进并向滑移控制技术，实现更优良的性能。在控制方法方面，将先进的模糊控制、网络控制、自适应控制等理论等应用于CVT离合器控制、速比控制和夹紧力控制中，进一步实现更为精确的控制。在发达国家，结合鲁棒模型匹配方法，建立并增强其抗干扰性能，通过设计模糊增益调度系统，应用液压伺服系统的控制器中，利用非线性补偿系统，进行仿真和装车试验。开发的汽车自适应模糊控制系统目的在于使CVT系统各方面性能最优化，从装车效果来看，将这些控制系统能够降低故障率，实现免维修、少维护。
机械电子结合软启动装置设计 篇4
关键词：机械电子,软启动,设计探究
近些年来, 带式传输机凭借其连续、高效、运行可靠及地形适应力强等特点, 在冶金、煤炭、采矿、港口、石油等行业中的作用日益凸显, 成为了粉散物料高效运输的主要机械设备。我国学者针对带式传输机的工作原理进行了大量的实验研究, 然而仍然存在一些如传动效率低、系统结构复杂等问题。尤其是伴随现代工业的高速发展, 对带式传输机的要求正逐步向大功率、大运量、大倾角、高带速的方向发展。由于带式传输机经常高负载运行, 其启动、运行及停动过程中存在诸多问题, 因此, 十分有必要研究开发传动效率高、结构及控制系统简单、性能优良、维护方便、安全平稳的机械电子软启动装置控制系统, 它可以使带式传输机在高负载情况下实现整个系统的逐步启动, 达到平稳运行, 安全停动的要求。
1 机械电子软启动控制系统组成
机械电子软启动控制系统总体由上位计算机、变频器、可编程控制器 (PLC) 等组成, 为了实现对控制系统的维护, 可将变频器、可编程控制器等统一安装在控制柜内。将异步电动机作为执行机构, 最终控制带式传输机。
控制系统以计算机为主, 可编程控制器为辅。控制系统软件设计完成后, 计算机将控制程序装载到可编程控制器, 计算机作为控制主机, 主要负责对可编程控制器程序的在线修改、数据采集、处理及控制输出等, 而可编程控制器主要负责处理大量循环动作。
2 机械电子软启动控制系统流程
机械电子软启动控制系统流程是指控制系统在收到运行信号后, 自动对带式传输机进行的一系列调控, 包括带式输送机的启动、运行、验带、软停车等, 完全根据用户的设定及要求来实现。要想完成控制系统流程的一系列操作, 对控制系统的硬件设计也提出了要求, 因此系统选用了高可靠性能的可编程控制器作为控制中心。当控制系统工作时, 可编程控制器根据现场传感器检测到的数据进行分析处理, 通过控制变频器输出来调控调速电机运转, 使其按照设定达到预定转速。之后微型计算机根据可编程控制器的数据分析对现场参数进行跟踪、分析和管理。
机械电子软启动控制系统主要工作流程具体为, 当控制系统受到开始命令后, 系统首先进行自检, 传感器检测数据并传给可编程控制器, 之后调节电机分时空载启动, 输送机主电机开始做启动准备, 当主电机由低速开始运行并按照用户设定曲线开始加速时, 机器设备松闸直到主电机开始正常运行, 此时机器的冷却系统、润滑系统及电机功率自行检测。当机器负载软停车时, 可编程控制器调节变频器的输出频率调节调速电机, 通过速度合成使主电机缓慢减速为零, 直至系统完全停车时, 可编程控制器与主电机断开并切断调速电机的电源, 此时系统工作结束。
3 机械电子软启动控制系统软件设计
机械电子软启动控制系统采用了国际领先、可靠性强的可编程控制器作为核心, 以微型计算机作为上位机来控制整个系统。在硬件配套设施完善的情况下, 就需要根据用户的直接需求, 对可编程控制器和计算机进行软件程序的设定编写, 来作为软启动控制系统运行的媒介。软件程序设计的好坏, 直接影响着带式输送机工作运行的稳定性、可靠性及效率。
3.1 可编程控制器的程序设计
可编程控制器作为软启动控制系统的核心, 其程序设计方案主要是根据控制系统主要功能及控制系统流程图来实现的, 采用结构简单、方便直观的梯形图来表示。
3.2 上位机软件系统的程序设计
上位机软件系统的程序设计涉及用户界面设计及数据处理、硬件接口通讯两大部分内容, 要想保证机械电子软启动控制系统的良好运作, 必须将上位机的用户界面设计和接口通讯两方面完美结合。
当今计算机软件信息技术高速发展, Microsoft Visual Basic软件在大规模通信控制、信息管理系统等方面具有出色的表现, 是一款理想的开发工具。而汇编语言程序具有执行速度高、目标代码高效紧凑等特点, 在硬件的程序设计中也有着不可替代的作用。因此, 机械电子软启动系统的上位机结合以上两款软件的优点, 利用Microsoft Visual Basic软件来设计用户界面和数据处理, 利用汇编语言程序来设计接口模块, 将两者的优点合二为一, 从而实现了其他编程软件都无法达到的优化效果。
上位机软件系统的主界面为简单明了的图形界面, 包含了控制系统中的常用功能, 设置了系统的菜单栏、工具栏、控制栏、数据分析栏、系统状态栏等内容, 为用户提供了一个友好、形象、快捷的人机交互环境。
3.3 上位机软件系统流程
机械电子软启动系统中的上位机软件系统主要包括了权限设置、外接程序、帮助系统、远程控制、参数设定、参数检测、网络通讯七大部分。
用户权限设置系统包含了用户权限和系统锁定两部分内容。机械电子软启动控制系统是对机械设备运行中各个环节的有力控制, 在运行中对机械设备采取合理有效的控制能够保证机械设备稳定、安全运行。而不合格的操作者或非法操作者将会从根本上对设备的运行造成威胁, 甚至会破坏整个生产线从而给企业造成重大损失。因此对上位机软件系统必须加强用户权限设置, 保证除了合格的操作人员能够操作系统外, 其它任何人都无法破坏系统。
外接程序、帮助系统、远程控制和网络通讯能够为用户使用该系统提供最大的便利, 可以及时为用户提供帮助, 遇到疑难杂症还可以使用网络通讯或远程控制解决问题, 更加人性化。外界系统还包括离线编程、动态仿真及程序下载三部分, 使上位机软件系统保持在最新状态。
参数设定系统包括了系统参数设定、技术参数设定和曲线设定三部分内容, 通过对各种参数的设定来满足用户对控制系统使用的要求, 全方面、多方位的设定可有效保证机械设备的良好运行。
参数检测部分主要包含了状态监测、参数显示、故障诊断、错误报警、工作日志、曲线生成和数据采集七部分功能。通过对设备运行的参数显示和状态监测, 可以方便用户根据设备运行情况进行控制。而系统工作日志生成、工作曲线生成和数据采集, 可以方便用户对现场采集到的数据进行进一步的分析整理从而为改进系统功能提供数据支持。错误报警系统设置能够让设备运行在某一环节出错后及时向用户发出警示信息, 从而让用户及时作出挽救措施, 以免造成不必要的损失。故障检测能够对设备运行中的各项指标进行动态跟踪, 以便于在第一时间发现故障的发生, 从而保证控制系统的平稳可靠运行。
4 结论
在我国产业化高速发展的背景下, 大功率传输机械设备的启动控制系统无法满足用户的需求, 无法实现真正的软启动控制要求。虽然造价昂贵的CST控制系统能够有效地解决机械设备软启动问题, 但其高昂的造价和复杂的结构根本无法适应我国的国情, 得不到普及。而机械电子软启动结合装置不仅能够有效解决机械设备的软启动问题, 还具有造价低、结构简单、维护方便等特点, 真正做到了从用户的实际需求出发, 因此它将在我国得到大范围的推广, 在我国日后的机械设备运行中起到举足轻重的作用。
参考文献
[1]郑学坚, 周斌.微型计算机原理及应用[M].北京:清华大学出版社, 2000:35-89.
分析我国机械电子行业创新 篇5
关键词：机械电子行业 问题 创新研讨
中图分类号：F246.63 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）01（c）-0242-02
机械电子行业这个词汇听起来好似有些生僻，其实它与人们的生活息息相关。比如我们买火车票时用的自动售票机，私家车上的安全气囊，办公室里的复印机都是机电一体化的研究成果。因此，提高我国机械电子行业的创新能力和水平，对老百姓生活的改善也是十分必要的。
1 机械电子技术的概述
（1）机械电子系统将机械学、电子学、信息技术和计算机技术有效的结合在一起，机电一体化产品是通过一体化技术和机械系统以及微电子系统的结合，并赋予一定功能和新能的产品。
（2）机械电子系统具有智能化的特征，在我国大部分机械行业都朝着一体化的方向发展，由于一体化系统能实现控制、检测、信息处理的自动化，这样就有利于机械行业向着机电一体化的方向发展，机电一体化的实现，节约了机械行业的成本；机械电子系统具有整体结构最优化特征，机械电子具有系统性、综合性、完整性和科学性的特点，在机械电子系统的设计中，可以将机械、电子、硬件和软件实现同一功能，使系统得到优化。用电子装置来取代原来的机械装置，可以有效简化机械结构，在一定程度上改善装置的操作性能；机械电子系统具有经济效益最大化的特征，所有产品研发的最终目的都是为了获得经济效益，决定经济效益的主要因素有成本和最终的销售利润。机械电子系统的利用，可以从根本上降低产品的生产的成本，达到利益最大化的目的。
2 机械电子行业存在的问题
2.1 起步晚
较一些发达国家而言，我国机械电子行业起步较晚，所以在各个方面都比较落后，缺乏专业性、整体性和统一性、独立性。而且随着这一行业的发展，问题也越来越明显，起点低加之跑的慢，所以越来越落后。近几年，国家也提高了对机械电子行业的重视，机械电子专业也开始进驻各大高校，相关专业人才日益增多，这个行业的发展也开始崭露头角。
2.2 科技落后
鉴于我国整体的科技发展水平与发展国家都存在着一定的差距，这种差距体现在各行各业，机械电子行业也属于其中一方面。科技的落后不仅影响它的起步，更会影响它今后的发展。目前传统产品还在占据着我国机电产品的市场，自动化和智能化高的产品还是少数，缺乏成套设备。科技落后已经成为影响我国机械电子行业发展的一大阻碍，不改变现状，我国机械电子行业的春天就不会到来。
2.3 利润低
由于传统的产品占据市场，附加值低，工艺落后，这样的产品很难产生出高利润。投产之后不能产生可观的回报，企业自然不愿意将资金投入产品的研发之中。这样就形成了恶性循环，越赚不到钱就越得不到回报，越得不到回报就越不想投入，越没有投入就越不能提高技术水平，这样循环往复，严重阻碍我国机械电子行业的科技进步。
2.4 人才缺乏
科技的进步靠人才，我国机械电子行业之所以科技落后，产品低端，一个重要的原因是缺乏相关人才。没有人才的企业就像是没有灵魂的躯壳，再庞大的构架也只能是行尸走肉，没有任何可供发掘的潜力。
3 机械电子行业创新的必要性
我国机械电子行业目前大部分企业的创新性不足，科技水平较低，这就严重制约了它们在国际市场上的进一步发展。要想解决我国机械电子行业面临的困境，提高企业创新意识、创新能力，发展高科技产品是唯一办法。
3.1 促进产品更新换代
企业的发展要尊重市场规律，以市场为导向，开发符合市场需求的产品，淘汰不符合市场需求的产品，长期生产同类产品，必然会被市场所淘汰。这就要求企业要根据市场的动向，促进产品的更新换代，这是维持企业长期发展的保障。在机械电子行业，存进产品更新换代的重要法宝就是提高科学技术，进行科技创新，创新是企业发展的不竭动力，是产品赢得市场的重要保障，没有创新就没有产品的更新换代，没有产品的更新换代就没有市场，没有市场就没有发展，没有发展的企业就是死路一条，企业终将在残酷的市场竞争中被踢出局。
3.2 提高产品智能化发展
我国机械电子行业现在处于缺乏產品智能化发展的阶段，促进产品智能化发展对提高我国机械电子行业的整体水平至关重要。而想要提高产品智能化发展必须要科技创新、技术进步。机械电子行业的发展需要具备智能功能，智能功能的具备需要依赖先进的技术，所以技术进步是促进产品智能化发展的必要条件。
3.3 产品创新的重要性
在激烈的市场竞争中，企业存活和发展的关键在于它所占拥有的创新能力，任何一个企业要想走得长远，持续创新才是保障。科学技术是生产力，而且是第一生产力。我国机械电子行业要想取得长足的发展，离开产品创新是万万不行的。因此，产品创新是捷径也是唯一的途径。
4 机械电子行业的创新方法
4.1 进行市场调查，创新产品
在过去的产品生产中，企业很少存在市场意识，产品一般由国家操控，这就造成创新的动力不足的现象，许多产品没有发生根本性的改变。随着市场经济的不断发展，竞争机制促使企业进行不断的创新，只有这样才能在市场经济中生存下去。所以在企业生产之前，一定要对市场进行分析和调差，从市场中获取重要的信息，进而对企业生产的产品进行改造和创新，通过创新来使产品满足市场和客户的需求。在生产前要对产品进行合理的规划，对产品的创新进行开发和研究，以此增强企业的竞争力，为以后的发展奠定良好的基础。
4.2 资源创新
信息、资金和人才在新产品开发中都起到一定的作用，资金的投入是一项科研项目顺利进行的保障。在产品研发的过程中，要适当的采用方法和措施，不断增加科技投入，将资金用于企业的技术开发和新产品的产业化发展中。在新技术不断发展的今天，现代信息技术已经成为产品创新的关键。现代社会的竞争主要是人才的竞争，在企业的发展过程中，对人才的利用是企业发展的必要保证。在产品开发过程中，必须要发挥技术人员的创造性，使其在新产品开发中发挥一定的作用，加强企业对高端人才的培养。
4.3 保护和利用知识产权
目前，我国许多产品都已经申请专利，在企业产品开发中，要体现自身的专有技术，要以专利的形式来保护自身研发的成果，企业在新产品研发和技术的研究方面，应该对其产生的研究成果加强认识，对专利进行保护。在确定技术开发的方向过程中，应该对各项专利进行全面的研究，开发出新产品。在创新开发过程中，应该提高开发的起点，提高产品的水平，注意对技术进行保密，在研发成功后要及时的申请专利，以保护企业的知识产权，在新产品的开发过程中，应该利用最新的技术来武装产品，为企业提供一定的服务。
5 结语
综上所述，随着人类的发展和科技的进步，科技创新成为机械电子行业的首要目标。随着机械电子行业的发展，其中的部分问题也日益暴露出来，传统的机械制造模式已经无法满足人民的需求。我国的机械电子行业起步较晚，但随着时间的推移，机械电子行业已经得到广泛的应用，并逐步取代了原有的机械制造模式。本文就机械电子行业如何进行创新进行了简要探讨。
参考文献
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一种新型电子机械锁的设计 篇6
随着生活水平的提高,人们对物质生活的要求越来越高,尤为注重住宅安全问题。随着生物特征识别技术的发展,指纹识别技术逐渐进入人们的生活领域,指纹锁[1,2]进入了人们的家庭。常见的指纹锁,需要管理员指纹或者管理员密码,才能进行指纹和密码的添加和删除操作。本文设计的电子机械锁,具有上述功能,还可以用正确钥匙管理指纹和密码。
常见的指纹锁配备的机械锁,可使用普通的正确钥匙打开,安全级别较低,很容易被专业人员破解。本文设计的基于PIC16F72的机械锁,配套的钥匙内置编码芯片,能够设置正确钥匙以及发送钥匙编码信息,只有用正确钥匙才能打开,不能被铁丝或其他非法钥匙打开,安全性大大提高。在非法开门的情况下,机械锁发送报警信息。
1系统设计方案
电子机械锁,分为电子锁和机械锁这两个部分。电子锁以单片机ATmega162[3,4]为核心,通过指纹识别[5]模块,完成了对指纹管理的操作;通过键盘,完成密码管理的操作;通过超外差接收模块,能够接收来自机械锁的钥匙编码信息,完成与机械锁的通信[6]。
机械锁以PIC单片机PIC16F72为核心,获取钥匙编码信息,经超外差发送模块发送。超外差发送和接收模块的工作频率在433 MHz,PCB布线时注意超外差模块,远离其他器件,不然会影响系统的工作状态。另外,该系统要求体积小,供电方便,整个系统的功耗[7,8]要尽量低。
1.1 电子锁框图
电子锁主体为AVR单片机ATmega162、指纹识别模块、超外差接收模块、12 V电子锁驱动、门锁、键盘、按键和指示灯等,如图1所示。指纹识别模块型号为:TFS-M12,采用TI的DSP芯片TMS320VC5501,指纹算法采用TFS-9[9,10]。稳定快速的芯片以及优良的指纹算法,不仅提高了整个系统的识别率以及缩短了识别时间,而且大大缩短了整个系统的研发时间。
电子锁在不使用的时候,处于睡眠状态。用户打开指纹识别模块上的金属防尘罩时,产生唤醒信号,电子锁进入正常工作状态。
正常工作状态下,电子锁支持两种开门方式:指纹开门和输入密码开门。指纹采集头上输入指纹,指纹识别模块将当前指纹与已存指纹进行比较,单片机ATmega162接收到比较结果,若正确产生开门信号,经12 V电子锁驱动,打开门锁。键盘输入密码,单片机ATmega162将当前输入密码和用户设置的正确密码进行比较,若正确产生开门信号,经12 V电子锁驱动,打开门锁。输入指纹和密码的机会共3次,若3次都错误,系统进入睡眠状态。
1.2 机械锁框图
机械锁主体为PIC单片机PIC16F72、超外差发送模块、设置键、指示灯等,如图2所示。设置正确钥匙步骤:按下设置键,指示灯常亮,插入需要设置的钥匙,等待指示灯有规律的闪烁3下,设置成功;设置完成后用正确钥匙开门1次,恢复正常使用状态。当插入错误钥匙或者是铁丝等非法钥匙时,指示灯会快速闪烁,并通过超外差发送模块发送报警信息。
为了降低整个系统的功耗,机械锁在不使用时,处于不工作状态。在安装机械锁的时候,会在机械锁的锁芯安装一个金属转接口,该金属转接口连接了电子锁的防尘罩,转动金属转接口,不仅给机械锁供电使之进入正常工作状态,还唤醒电子锁,让电子锁进入正常工作状态。转动金属转接口,还使得电子锁中的单片机ATmega162第4口的第5位(即P4.5)变成高电平,电子锁只处理来自机械锁发出的信息。
机械锁正常工作状态时,插入钥匙,单片机PIC16F72会识别钥匙的编码,若正确,则打开锁芯上的阀,可以转动钥匙开门,若错误则发送错误钥匙信息,锁芯的阀依旧关闭,不能开门,从而保证了用户的安全。
1.3 电子锁和机械锁的通信
电子锁和机械锁之间的通信是通过超外差发送和接收模块完成。机械锁发送如图3所示的信息,每位数据宽度为1 ms。由于噪声的影响,单片机ATmega162只能通过查询方式接收。
前导码是由23位数据组成。数据码由FAH码、地址码以及KEY码组成,每个数据码有10位,分别由8位数据、起始位(1)和结束位(0)组成。
地址码就是机械锁的识别码,识别码是惟一的,每次读取KEY码,都会将当前地址码和存储的地址码进行比较,若相同才能读取KEY码,因此不会接收来自其他用户的锁发出的信息。
KEY码就是钥匙的编码,每个钥匙的编码是惟一的,因此可以记录用户家庭成员的开门信息,方便用户查询。电子机械锁应用在办公场合时,若发生偷窃情况,可以查询最近的开门信息,来确定怀疑对象;也可以查询特殊钥匙开门情况,比如保姆工作的具体时间。若发生非法开门时,KEY码为0x00,接收到该KEY码时,产生报警信号。
2指纹识别算法原理
2.1 指纹识别算法
指纹识别分为以下4个步骤如图4所示。
指纹图像预处理是最重要的一步,关系到后面提取的特征点的正确与否。
由于指纹采集设备的不完善性,对于干、湿、脏、老化、磨损的指纹,往往难以采集到清晰的图像,因此需要图像增强,是指纹图像预处理中重要的一步,采用Gabor滤波[11]完成。根据指纹图像局部区域的纹线分布具有较稳定的方向和频率,设计相应的Gabor带通滤波器,能有效地在局部区域对指纹进行修正和滤噪。Gabor函数是惟一能达到时频测不准关系下界的函数,二维表达式为:
Gabor函数是二维高斯函数在空间频率域的平移函数,σx,σy为对应于x方向和y方向的角频率平移参数。二维Gabor函数的实部和虚部可各自表示为一个函数,分别称为偶Gabor和奇Gabor函数。偶Gabor函数适于增强目标物体,而奇Gabor函数适于增强物体边缘。
Gabor滤波器系数分量为:
式中:x=mcos φ+nsin φ;y=-msin φ+ncos φ;(i,j)为当前点的坐标,φ为当前点(块)的方向,f为当前块(整体)的正弦平面波的频率;(m,n)取值范围与指纹图像的坐标(i,j)取值范围相同。σx,σy增大,对噪声的适应能力增强,但有可能会产生伪纹线;减小,消除噪声的作用减弱。
对于每一点,根据其方向、频率,求出Gabor滤波器系数,然后根据式(3)计算当前点滤波后的值:
从图5可很明显地看出,经过Gabor滤波处理后,图像对比增强,纹理清晰,特征明显,提高了后续提取指纹特征点的正确率。
2.2 指纹识别模块的通信协议
指纹识别模块作为从设备,通过串口,由主芯片ATmega162发送相关命令对其进行控制。
命令接口:19 200 b/s 1起始位 1 停止位(无校验位)。
主芯片发送的命令及指纹模块的应答数据长度为8 B,数据格式如下:
CMD:命令/应答类型;P1,P2,P3:命令参数;Q1,Q2,Q3:应答参数;CHK:校验和,为第2 字节到第6 字节的异或值;Q3用于返回操作的有效性信息,表示操作是否成功,数据是否存在,采集指纹超时等。
3程序设计
系统从睡眠状态启动时,首先进行系统初始化,然后进入正常工作状态,如图6所示。
转动机械锁上的金属转接口会改变单片机ATmega162的P4.5的状态。开启金属转接口,单片机ATmega162处理来自机械锁发送的信息;关闭金属转接口,单片机ATmega162处理来自电子锁上指纹识别模块或键盘的信息。
系统还开启了两个中断:设置中断和匹配中断。匹配中断就是电子锁和指定的机械锁进行匹配,只接收来自指定的机械锁发出的信息;设置中断就是指纹和密码的管理。
3.1 匹配中断
匹配中断是链接多特征电子机械锁两个部分的前提,初次安装电子机械锁必须进行匹配中断。在开启该中断前,必须设置好正确钥匙。匹配中断为外部中断,通过按下控制系统模块上的匹配键,进入匹配中断如图7所示。
3.2 设置中断
设置中断分为两种模式:普通模式和特殊模式。特殊模式就是利用正确钥匙管理指纹和密码,如图8所示。
多特征电子机械锁添加了钥匙管理指纹和密码的功能,目前的指纹锁并不具备该功能。当没有管理员指纹,而密码忘记的情况下,该锁可以用正确钥匙进行指纹和密码的添加和删除,给用户带来了方便。
4实验结果与分析
超外差发送和接收模块之间的通信,由于外界噪声和系统本身的影响,不是每次都能接收到如图3的信息,可能会出现通信错误的情况,为此进行可靠性测试实验。
用示波器精确测量超外差接收模块上的波形的时序,调整代码,使侦测点落在高电平的中间;仔细计算延时函数,确保时间的准确性。在实际调试过程中,进行了5组的实验,每组的测试条件都不同,如温度、环境噪声等,每组测试100次,共计500次的测试,只出现了2次没有正确识别钥匙的情况,可靠性达到99.6%,具有实际应用价值。
5结语
本文设计的电子机械锁,巧妙利用超外差发送和接收模块,把两个相对独立的部分链接起来。整个系统以单片机ATmega162为核心,直接控制指纹识别模块和键盘,并通过超外差发送和接收模块,间接控制机械锁部分。多特征电子机械锁不仅可以用管理员指纹和密码管理用户信息,还可以使用正确钥匙管理用户信息,目前市场上还没有具备该功能的锁出现。该锁功能强大,给用户带来了方便和快捷的同时,安全性也得到大大提高。
参考文献
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机械电子式软起动装置设计探讨 篇7
1 机械电子式软起动装置的结构和结构特点
机械电子式软起动装置主要由机械传动操作系统和控制系统两部分组成, 传动系统包括蜗杆传动设备、齿轮减速设备和发动电机3部分, 控制系统包括调速电机、编程控制设备、变频设备和计算机4部分。机械电子式软起动装置进行工作时可以有效控制调速电机的转动速度和频率, 从而确保输出轴能够进行无极调速[1]。
和传统的启动设备相比, 机械电子式软起动装置具有以下特点:
(1) 该起动装置内部装有双电机起动行星齿轮, 它能有效控制起动装置的运行速度, 从而使机械电子式软起动装置的操作过程更加简单、便捷。
(2) 该起动装置具有较强的稳定性, 安全系数也比较高, 在使用过程中很少发生质量问题和故障, 大大减少了维修次数和养护费用, 从而在一定程度上降低传动设备的运行成本, 同时也确保该设备运行的连续性, 提高设备的工作效率, 适合在行业内大面积推广。
(3) 因为该装置在运行过程中可以根据需要调节运转功率的大小, 在不使用启动液的情况下也能实现起动、传输工作, 受环境约束的程度小, 方便应用在各式各样的工作环境中。
2 机械电子式软起动装置的软件设计
机械电子式软起动装置内部控制系统的结构根据世界上的先进技术设计制造, 并利用计算机技术充分控制该装置每一个工作环节的流程和运行, 鉴于其结构比较复杂, 所以在设计必须严格按照科学的方法和制作工艺进行。
2.1 可编控程序制软件设计
在设计可编控制程序设备时必须要经历两个方面的过程, 其一为设计整个操作系统的编程语言, 其二为设计某一问题的具体形象语言。
通常来说, 这两个模块的设计都能在一定程度上时整个系统的构造变得简单, 楼梯形状的代码结构还能大大节省内存空间。控制系统的实际应用功能和控制系统的的设计操作流程图是在设计该控制系统时必须要考虑的参考标准[2], 并在此基础上根据控制系统实际运行过程的需要制定合理的设计方案, 以保证该设计能够为控制系统提供全部的功能。
2.2 上位机软件的编程设计
目前被广泛应用在通讯控制和分布式控制系统设计上的主要工具就是VB开发工具, 它也是业界最受欢迎的设计工具之一。机械电子式软起动程序的完整过程可以由结合口的通接讯来实现, 经过它设计的语言程序通常在工作效率和执行程度上具有较高的水平。目标代码在设计程序的过程中起着十分重要的作用, 而且目标代码越紧凑, 设计出的程序功能越稳定。机械电子式软起动装置的程序设计应用了目标代码和VB开发工具, 通过设计操作界面和处理数据来实现该装置的功能[3]。上位机软件的编程设计包括可参数分析、参数控制、数据分析、离线编程、权限设计、远程监控等多个过程, 在设计时利用先进的设计工具和方法将这些功能全部实现, 按照设计规定落实各个设计环节的要求, 确保上位机应用系统的功能。
3 机械电子式软起动装置的硬件设计
要想将机械电子式软起动装置设计得合理, 就要剖析该装置的内部结构。一般的机械电子式软起动装置都采用双电机行星齿轮作为减速结构, 这也是该装置内最主要的部件。装置的主机运行后驱动设备上的太阳轮, 随之行星齿轮也开始转动驱动行星架的运行, 经过这些部件的循环运行最终使整个装置持续处于运行的状态中。这些硬件是确保机械电子式软起动装置正常工作的基础, 因此在设计时必须注意它们的选择和安装。
皮带传送机在工作时对环境的要求非常苛刻, 也对系统运行过程的控制提出了较高要求, 为满足这些要求, 在设计时应该使用可靠性高、稳定性强的可编程序控制器来控制核心操作系统。同时根据实际运行的情况, 确定机械电子式软起动装置各项系统的参数进而分析控制的内容和过程, 利用计算机的和可编程序控制器相接的优势, 完成对该设备操作过程的参数记录和分析。在设计机械电子式软起动装置的硬件时还要考虑到用户的需求包括价格、质量、重量、体积等。
蜗杆传动系统也是机械电子式软起动装置中十分重要的硬件结构, 它的主要功能就是和行星齿轮一起参与该装置运行速度的调节, 通过调整行星齿轮的转速控制调速电机输出轴的转动速度[4]。在该设备起动之后的一段时间内主电机的动力会给蜗杆传动系统施加一定量的负载力, 所以在设计蜗杆传动系统时必须为其设定自锁功能, 以保证系统维持在锁定状态或者使系统稳定在低速状态。由于蜗杆传动系统的自锁功能受到滑动速度、摩擦力、润滑度等因素的影响, 所以在设计时要充分考虑这些因素并采取一定的防护措施提高其自锁水平。
4 结语
机械电子式软起动装置随科技的发展而诞生, 和以往的传动运输设备相比复杂程度较大。但不可否认的是它极大地推动了我国散装货物运输装取的发展, 同时也在一定程度上提高了我国的经济发展水平, 体现了我国的技术水平, 对其他的行业发展也起到了促进作用。
参考文献
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[3]宋莹.对机械电子式软起动装置设计的分析[J].科技致富向导, 2013 (21) :398.
机械电子学设计 篇8
日前,业界领先的一体化电子产品开发解决方案开发商Altium宣布推出一款创新技术,首次使电子设计人员无需猜测就能以3D的方式实时检测设计板与机械外壳是否匹配,从而避免了费用昂贵的试差工作法,不必再以“等等看”的态度反复进行ECAD-MCAD测试,而在这一新方法出现之前该问题一直是影响产品上市进程的主要问题。
利用Altium早先推出的突破性实时3D PCB可视化技术,现在设计人员可进一步在Altium Designer中链接外部STEP模型,从而将外壳模型直接引入PCB设计环境。通过采用非专有STEP 3D文件格式作为系统机制,Altium可实现ECAD-MCAD协作,从而使企业无需再购买昂贵的集成插件或使用特定的机械CAD封装了。
Altium Designer使设计人员能从外壳模型中直接创建板形,全面完成机械适用性与组件间距的检验,并能更新电路板设计或修改组件的选用与放置,从而确保完全符合物理设计条件的限制要求。一旦机械设计人员更改了外壳设计,这些变动即会在Altium Designer中实现更新。此外,Altium Designer还能将这种完整的电路板设计输出以作为机械设计人员可用的STEP模型。
数码防盗电子机械锁的设计与应用 篇9
伴随着现代经济的发展, 民众对于自身财产以及人身安全的重视度提升, 对于居家门锁在选择的问题上也有了一定的提升。居家门锁就我国民众选择较多的两大类为机械门锁和电子门锁[1]。机械锁原理简单, 且操作较为简单, 适合普通家庭的使用习惯, 机械锁虽好, 但无论再高级的机械锁都可以通过技术开锁进行打开, 因而其安全性较低。而电子锁的原理则相比较为复杂, 且其一旦断电, 则会处于常开的状态, 安全性较差。本文中所主要进行介绍的是基于传统机械锁以及电子锁的技术结合, 同时添加现代数码科技技术所设计开发的一种新型锁, 该锁可以有效的通过内部结构的保护, 保障开锁钥匙的唯一性, 同时一旦有非法开锁的现象发生, 该锁内部的防盗机制便会开启, 直接远程报警至指定的监管系统, 从而大大提升了其安全稳定性。
1 设计目标
(1) 安全性
安全性是本文设计方案的第一目标, 只有足够的保障数码防盗电子机械锁的安全性能, 才能真正意义上实现本文设计方案的价值体现。就本文的设计方案来说, 其安全性目标应当体现在对于非指定数码钥匙进行开锁的过程中, 能够有效的向控制中心报警;还有就是在钥匙丢失的过程中, 用户可以任意删除指定的钥匙, 从而解除由于钥匙丢失而带来的安全性问题。
(2) 稳定性
稳定性主要是为了保障本文设计方案数码防盗电子机械锁能够持续的工作, 其应当展现于当电路被切断之后, 电子机械锁会启用备用内置电路。还有对于本文数码防盗电子机械锁机器重要的一点是一定要保障钥匙特征以及信息的存储稳定性, 因为一旦信息存储出现故障, 那么原本的钥匙便不能进行有效的开锁。
2 设计原则
(1) 简易化原则
在进行数码防盗电子锁设计的过程中, 应当提倡简易化原则, 提倡建议的设计的方案, 以提升锁在工作过程中的稳定性, 避免由于过多复杂繁琐的元器件组合由于元器件或是模块的不稳定性, 影响到锁的稳定性。
(2) 协调性原则
数码防盗电子机械锁, 在设计的过程中, 其包含多种技术, 因而在多种技术的并合设计过程中, 一定要保障协调性, 突出主体, 集合不同技术的优劣势进行弥补, 体现最佳效能展现。
3 设计方案
在对于数码防盗电子机械锁的设计过程中, 应当结合电子锁以及机械锁两大基础锁本身的特点, 同时通过现代数码技术进一步的完善补充, 以提升本设计方案的完善性以及科学性。概括性的来说, 设计方案的内容展现主要为:如图1所示, 该设计方案内部结构主要由数码钥匙、锁芯/接插件、控制器模块、无线通信模块、电源模块、警铃以及存储器模块[2];其主要的工作原理为, 数码钥匙在插入钥匙孔的过程中, 通过空气其模块结合存储器模块内的钥匙信息进行对比, 如果信息吻合, 那么允许开门, 如果钥匙信息不吻合, 那么控制器模块便通过无线通讯模块对于管理中心以及电话报警模块发送报警信息, 报警信息发送的同时, 锁内置警铃也将启动, 直至确认安全后被用户关闭。
4 设计步骤
4.1 数据传输与控制系统设计
在数据传说与控制系统的设计上面, 数码防盗电子机械锁将在传统机械锁钥匙结构的基础之上添加一个64位的二进制编码的数码芯片, 同时此64位的二进制编码的数码芯片具有全球的惟一性[3]。就数码防盗电子机械锁的数据传输, 其主要通过两大部分组成, 一部分是无限通信模块, 一部分是内部通信连接线组成, 内部通讯线路连接线共同穿成一种惟一性的数码识别系统。内部的数据传输主要体现了对于钥匙的识别以及开锁行为。钥匙在插入的过程中, 通过数码防盗电子机械锁内部的ROM (存在于数码防盗电子机械锁的存储器模块) 对于芯片内容以及编码进行识别, 这次数码防盗电子机械锁的首次通讯需求, 此时其需要将相关的信息发送至控制器模块, 然后控制器模块将调取存储器模块的信息对于钥匙信息进行识别以及确认;而外部通信模块的通信展开是基于第一阶段的内部数据传输系统具有一定成果为基础的, 无论是否得到开锁, 该项信息都会被传输给用户信息中心。控制器模块还有一大控制功能便是功耗的降低, 在系统无工作的状态下, 系统将处于待机的状态, 也就是不工作的状态, 只有钥匙插入才能起到控制器系统以及内部相关工作模块。
4.2 控制电路设计
在控制电路的设计过程中, 本设计主要采用了PIC16F72单片机, 其主要作用于电路板上的电路、驱动电路、发射电路、钥匙数码组的控制与管理等。就该单片机的选择问题上, 其具有较为明显的优势, 功耗低、高速运作处理能力、精简化的指令等。其可以在系统无工作的状态下控制电路的模块进入待机状态, 极大的降低功耗, 同时也延长了电源模块的使用寿命问题。PIC16F72单片机在电路控制的过程中对于钥匙设置键、对码键、电路板电路、电池电压控制、发射电路等多个模块进行电路控制, 其具体性的工作原理阐述如下。
钥匙设置键:其作用为首次对于钥匙的设置, 当用户按下钥匙设置键时, 此时数码防盗电子机械锁的控制器则会进入一个钥匙的设置状态, 在该状态下, 用户可以设置自己使用的钥匙, 同时并将此信息传输至控制中心以及数据存储中心, 作为今后开锁的依据以及凭证。
对码键:当用户按下对码键时, 此时控制器将会进行一个对码的状态, 此时所说的对码主要是使得数码防盗电子机械锁内部的钥匙识别码与用户设定的电子钥匙识别码进行批对, 形成惟一性的数码钥匙。
电路板电路控制:在通常情况下电路板上的电池与电路板是不直接进行电路连接的, 只有当钥匙插入的状态下, 才能实现电路与电路板的连接, 同时当钥匙拔出之后, 电路板与电路依然会断开连接。当然, 在钥匙插入的过程中, 电路板与电路实现连接的过程中, 此时钥匙拔出, 两者之间的连接关系断开, 并不是说电路板的任何工作都会处于一个停止的状态, 其可以继续进行未完成的工作, 例如当钥匙不匹配时, 其会进行接下来的报警工作。
电池电压检测:为了更好的延长电源的使用寿命问题, 实现对于电池电压的检测是尤为必要的, 其可以通过实时的电池电压检测, 以保障电池的工作时效, 同时一旦电池电压较低时, 用户便会接收到信息, 以便用户及时的进行电池的更换。
发射电路:在数码防盗电子机械锁中的发射电路采用声表谐振器SAW进行, 其工作的频率为315M/433M, 此类发射电路采用的是高品质的电容, 同时温差的变化以及震动都可以保障发射电路的发射频点不会进行变更。
4.3 控制软件设计
控制软件主要是指系统化的通过一种汇编语言实现对于系统的快速访问以及控制权限的一种设计方法。通常来说在进行控制软件的开发过程中, 要经过多次的调试以及完善, 以保障控制软件的bug及时发现以及修订。在控制软件设计的过程中, 工作流程以及原理如图2所示, 在钥匙插入的过程中, 其会进入一个初始化的过程, 在初始化的之后进行数码钥匙的确认, 以及确认开门信息。
参考文献
[1]乐伟明.电子密码锁[J].科技致富向导, 2013 (33) :194.
[2]莫畅峰, 张兴敢.现代数码电子机械锁的设计与应用[J].电子测量技术, 2008 (1) :63-65.
机械电子学设计 篇10
【关键词】机械电子工程;实验教学;改革
引言
机械电子工程是一门将机械设计制造技术与电子技术融为一体的综合性学科，该学科具有丰富的知识点、广泛的涵盖内容以及较宽的使用范围。近年来，在电子信息以及自动控制技术不断发展的背景下，机电系统正在逐渐的向自动化、智能化方向转化。当前，在各行各业中已经很少能够看见没有渗透电子自动控制技术的纯机械了。因此，对现代社会而言，全面掌握机电与控制的复合型人才是当前形势下急需的。
1.现状
1.1 综合设计性实验设置不够
就当前的实验教学现状来看，课时少、时间紧凑等问题的存在严重的影响着教学的质量。虽然在实验器材上能够满足于综合性实验和设计性实验的相关要求，但所开设的实验多数是以演示性或验证性实验为主。比如在“模拟电子技术”、“电路分析”等课程的实验教学当中，大多数学习都是采用的模块化实验仪器，学生在进行实验时只需要进行简单的电源连接与信号线连接就可以直接的进行观察与数据的记录。这样的实验模式严重的限制了学生的思维发展，一些课程的实验课程甚至都达不到教学大纲的要求。在这样教学模式之下，教师将很难调动起学生的学习兴趣与学习积极性，学生的创造性与主观能动性也得不到充分的发挥，而教学的效果显然也较差。
1.2 电类实验设备不足
电气技术实验室的建设其主要的目的是为了满足机械设计制造或者自动化专业以及其他相关专业的电类基础实验。目前虽然在“电路分析”、“数字电子技术”、“模拟电子技术”等基础课程上能够有效的满足实验的要求，但对于较为专业的课程（如“机电一体化系统”、“信号与系统”等），严重缺乏对应的实验设备[1]。
1.3 专业内容广而不精
机械电子工程专业涵盖了电子与机械的课程，因此在课程的设计中必须兼顾到这两个方面的内容，但这两方面的内容将涉及到将近20门专业课（如“模拟电子技术基础”、“电路分析”、“机械制造基础”、“机械设计基础”、“机械制图及计算机绘图”、“单片机原理及接口技术”、“传感器与检测技术”等等），课程的科目偏多，但所开设的实验课时又相对较少，这让学生难以深入的学习。
2.改革对策
2.1 注重演示教学，培养思维能力
在实验教学的过程当中，应该重视演示教学手段，既要将抽象理论知识有效的转化为具体的现象，从而深化学生的感性认识，也要通过教学让学生的操作技能得到进一步的提高。在这样的教学环境下，不但能够有效的培养学生的思维能力以及分析问题的能力，也能够让学生从感性之中接收理论知识。对于学生而言，思维能力的提高能够加强自身对于所学知识的融会贯通、灵活运用，也在无形之中提高了学生的积极性与主动性。加之通过实验教学，能够让学生从实验的数据中来总结相关的公式，然而将这些公式与理论推导相比较，这势必将极大的提高教学效果。
2.2 合并相关性较强的课程实验，单独设立实验课
上述说到，机械电子工程专业的课程内容有很多，且应用性较强。在这样的环境下，对于每一门课程学校都开设了一定学时的实验课（如：8学时、12学时等），以此来帮助学生能够有将理论联系上实际的机会，从而更好的掌握理论知识，提升自身的动手能力。但是，分别开设实验课的模式虽然能够为任课的教师在自主实施课程教学上带来了便捷，但极容易出现各课程实验内容过于基础、综合性不强的问题[2]。因此，我们可以将同类课程相结合的模式来进行实验的教学。比如：“电路分析”、“数字电子技术基础”、“模拟电子技术基础”这三门课程都属于电类专业基础课，三者之间相关性强、联系紧密。因此我们将这三门课程的实验合并成一门实验课程即“电工电子技术实验”，设立学时32学时（根据实际情况）。课程开设时，从电类基础实验开始进行，而后期则完成应用性与设计性较强的两个综合性实验。相信通过这样的实验教学课程，学生能够更好的掌握相关的知识，并能进一步提高自身的实践能力。
2.3 建立开放式的创新实验室
首先，实验室的开放不应该受限于课堂的教学，为学生提供更多的自主动手操作机会，以此来提升学生的主观能动性和学习兴趣性。其次，依托开放式的创新实验室。组织更多的学生參加各类创新的实验活动，比如电子设计竞赛、机械创新大赛、机器人大赛等等。学生通过自主的设计与开发，对实践能力与创新思维的培养有着极大的作用。
3.结语
对于机械电子工程专业的实验内容来说，必须顺应市场的不断变化，不断的增设新的内容到其中。总之，我们必须在不断的学习、交流与创新当中去总结经验，才能真正的实现机械电子工程专业实验教学模式的创新与改革。
参考文献
[1]刘晓红.机械电子工程专业实践性教学的发展趋势及其对策研究[J].广东技术师范学院学报，2011，06：53-55.
机械电子学设计 篇11
机械传动动态模型库系统包括设置绘图环境、绘图图素库、动态模型库和用户标准菜单4大功能模块, 系统框架组成如图1所示。
(1) 设置绘图环境:
该模块主要设置绘图所需的环境, 例如图层、线型、颜色、线宽等。
(2) 绘图图素库:
根据模型库的所有模型分解出基本组成单元——图素, 对图素进行参数化编程, 并建立起图素库, 库中的各图素之间可以像积木那样拼装组合。
(3) 动态模型库:
该模块既可以展示二维零件简图或模型, 也可以展示三维模型。同一模型通过输入值的变化可以动态地展示变化的零件结构模型。
(4) 用户标准菜单:
为了方便使用者操作, 使用户和计算机的交流更加直观, 需要嵌入标准菜单。
2绘图图素库
2.1 建立图素库的基本思想
根据参数图素拼装的原理, 首先将模型库中的模型分解成若干个基本组成元素——图素, 再将每个图素进行参数化编程, 只要给定绘制各图素所需的参数值, 即可快速、准确地绘制该图素, 模型库中的模型是由各图素组合拼装而来。图2为机械传动图素库的组成框图。
2.2 参数化编程
以棘轮为例, 其编程构思如下:
(1) 基准点, 用来确定模型的位置, 属于位置参数。
(2) 旋转角, 用来确定模型的方位, 属于方位参数, 即以基准点为旋转中心, 以图素轴线与水平线的夹角为旋转角可在平面的不同方向上绘制图素, 规定旋转角顺时针为负, 逆时针为正。
(3) 齿数值:由于不同棘轮模型的齿数会发生变化, 所以设置了齿数参数。在本程序设计中, 采用了repeat语句和循环语句, 并令齿数为循环次数, 使程序更完善。
(4) 为了方便图素的插入、选择及删除, 绘图编程命令尽可能使用“pline”。
(5) 三维模型的实现主要通过两种方法:①先编写二维模型程序, 后编写三维模型程序;②在二维零件的基础上通过面域region和拉伸extrude实现三维。棘轮的实现程序如下:
3动态模型库
模型库中的模型可以通过组合拼装获得。图3为机械传动动态模型库的组成框图。
4AutoCAD用户标准菜单
用户使用时只需点击相应的下拉菜单, 激活一个主控件菜单, 而相应的主图像控件菜单项又会激活相关的子图像控件菜单, 最后根据下拉菜单的文字提示操作就可以绘制出相应的模型。这样的用户菜单体系是一种“级联”式的图像控件菜单体系, 对于专业设计中选择标准的图素、模型等操作是十分有效的方法。图4为用户下拉菜单。
5结束语
利用AutoLISP开发的动态模型库, 同一模型只需要输入不同的参数值, 就可以动态地获得结构尺寸不同的零件模型, 大大提高了模型库的灵活性、实用性;且可以通过编写新的程序不断扩充图素库、模型库, 使系统具有良好的交互性、扩展性、实用性和专业性。
摘要：设计了机械传动动态电子模型库。通过AutoLISP编程绘制二维、三维零件实体, 并在AutoCAD下拉菜单中直接选择动态电子模型库中的标准图标按钮, 可以动态地展示模型库中的电子模型。
关键词：AutoLISP,参数图素拼装,模型库,AutoCAD
参考文献
[1]韩国才, 张锂.基于Pro/E的机械零件特征模型库参数化设计[J].制造业自动化, 2006, 28 (4) :14-15.
[2]贺炜, 孙波, 张淳.计算机绘图[M].北京:机械工业出版社, 2002.
[3]孙江宏, 丁立伟, 米洁.VisualLISP R14——2000编程与应用[M].北京:科学出版社, 1999.