噴泉式洗面盆的設(shè)計【說明書+SOLIDWORKS】
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注意事項在最后面。
一、市場調(diào)查研究:
本文所介紹的噴水式洗臉盆的設(shè)計基于紅外線反射原理,由紅外發(fā)射電路、紅外接收放大電路、控制電路、電磁閥、電源等組成。當人或事物靠近時,其根據(jù)高矮自動產(chǎn)生控制信號,繼電器動作,控制水壓大小,再控制電磁閥得電吸合從而自動打開水源;反之則自動關(guān)閉水源。與傳統(tǒng)供水設(shè)施相比,能夠提高水資源的使用效率。并且使用方便,且由于不需要用手接觸水龍頭,避免了病菌的傳播。該系統(tǒng)電路設(shè)計簡單實用,可以廣泛用于商場、學(xué)校、辦公大樓等人員密集場所。
二、設(shè)計方案:
基于以上對市場現(xiàn)有的噴水式的水龍頭性能分析,設(shè)計一款噴水式洗臉盆。
1、設(shè)計要求:
能根據(jù)不同人的身高要求快速噴出適當高度的水柱,同時也能在人離開時后,迅速停止水流的流出,從而起到節(jié)約水源的作用。
2、 結(jié)構(gòu)設(shè)計 :
本產(chǎn)品由洗臉盆的結(jié)構(gòu)裝置、以及紅外線感應(yīng)的水龍頭,以及壓力開關(guān)以及相應(yīng)的控制系統(tǒng)組成。
2.1水龍頭的構(gòu)成
水龍頭采用了反射式紅外傳感器。紅外線的發(fā)射和接收一般使用紅外發(fā)光二極管和紅外接收管來完成。當有物體靠近時,一部份紅外光被反射到接收管。反射式紅外傳感器(如圖2-1所示)。
水龍頭的正視圖側(cè)視圖(如圖2-2所示),水龍頭安裝示意圖。
圖1 紅外線感應(yīng)傳感器
圖2 水龍頭的正視圖側(cè)視圖
圖3 水龍頭安裝圖
3、洗臉盆外形設(shè)計如下圖:
4、反射式光電傳感器
反射式光電傳感器可以用來檢測地面明暗和顏色的變化,也可以探測有無接近的物體。此次設(shè)計的紅外線控制自動水龍頭就運用了它這個特點。光譜范圍,靈敏度,抗干擾能力,輸出特性等都是反射式光電傳感器的重要參數(shù)。這種光電傳感器的基本原理是,當人或有物體接近時,反射了紅外光,光敏元件接收到光信號,從而進行光電轉(zhuǎn)換,電磁閥作用,使水源打開。
紅外線控制自動水龍頭的控制過程是:當人或物體靠近自動水龍頭時,紅外發(fā)射光電管發(fā)出的紅外經(jīng)人和物體反射到紅外接收光電管。接收光電管接收到的反射光信號自動轉(zhuǎn)換為電信號,經(jīng)過后續(xù)電路進一步放大、整形、譯碼,最后驅(qū)動電路控制電磁閥動作打開水源。根據(jù)人的高度進行調(diào)節(jié)控制。
紅外線發(fā)射電路的功能是利用紅外線發(fā)光二極管發(fā)射光脈沖,從而實現(xiàn)電路對人體或物體的感應(yīng)。紅外線接收電路功能是利用光敏元件接收發(fā)射出來的光脈沖,并且將光脈沖信號轉(zhuǎn)化為電信號,同時對其進行放大。時間延遲電路的功能是利用單穩(wěn)態(tài)電路的特性,實現(xiàn)對自動水龍頭開關(guān)打開時間的控制。自動水龍頭開關(guān)電路的功能是利用電磁閥作為自動水龍頭的開關(guān),從而可以通過電信號對自來水進行控制。電源電路的功能是為上述所有電路提供直流電源。
5、紅外反射式光電傳感器特性與工作原理
紅外線發(fā)射電路的功能是利用紅外線發(fā)光二極管發(fā)射光脈沖,從而實現(xiàn)電路對人體或物體的感應(yīng)。紅外線接收電路功能是利用光敏元件接收發(fā)射出來的光脈沖,并且將光脈沖信號轉(zhuǎn)化為電信號,同時對其進行放大。時間延遲電路的功能是利用單穩(wěn)態(tài)電路的特性,實現(xiàn)對自動水龍頭開關(guān)打開時間的控制。自動水龍頭開關(guān)電路的功能是利用電磁閥作為自動水龍頭的開關(guān),從而可以通過電信號對自來水進行控制。電源電路的功能是為上述所有電路提供直流電源。
反射式光電傳感器的光源有多種,常用的有紅外發(fā)光二極管,普通發(fā)光二極管,以及激光發(fā)光二極管,前兩種光源容易受到外界光源的干擾,而激光二極管發(fā)出的光的頻率比較集中,傳感器只結(jié)合搜很窄的頻率范圍信號,不容易被干擾,但價格較貴。理論上光電傳感器只要位于被測區(qū)域反射表面可受到光源照射,同時又能被接收管接收到的范圍進行檢測,然而這是一種理想的結(jié)果。因為光的反射受到多種因素的影響,如反射表面的形狀、顏色、光潔度、日光燈照射等不確定因素。如果直接用發(fā)射和接收管進行測量,將會因為干擾而產(chǎn)生錯誤信號。采用對反射光強進行測量的方法可以提高系統(tǒng)的可靠性和準確性。紅外反射光強法的測量原理是將發(fā)射信號經(jīng)調(diào)制后送給紅外管發(fā)射,光敏管接收調(diào)制的紅外信號(如圖2-5所示)
反射光強度的輸出信號電壓(Vout)是反射面與傳感器之間的距離(X)的函數(shù),設(shè)反射面物質(zhì)為同種物質(zhì)時,X與Vout的響應(yīng)曲線是非線性的(如圖2-6所示)。設(shè)定出電壓達到某一閥值時作為目標,不同的目標距離閥值,電壓是不同的
發(fā)射
接收
反射表面
x
圖4 紅外發(fā)射接收原理圖 圖5 光強度相應(yīng)曲線圖
三、控制部分設(shè)計:
1、控制電路硬件設(shè)計
如圖1。主要由單片機控制芯片,熱釋紅外二極管,數(shù)模轉(zhuǎn)換控制電機電路,超聲波模塊等組成。
單片機是主要控制核心,負責(zé)數(shù)據(jù)處理和各個部件運作的管理。
熱釋紅外二極管主要用于判別是否是由人發(fā)出的紅外光,以此區(qū)分人與障礙物。
超聲波模塊主要用于測量人臉與臉盆底部的高度,將高度反饋給單片機后,單片機再決定噴水的高度。
水泵控制模塊主要是為方便單片機進行數(shù)字控制的接口,實現(xiàn)了數(shù)字信號與模擬信號的轉(zhuǎn)變。
圖1 控制電路電氣原理圖
2、控制動作流程設(shè)計
噴泉式洗面盆的控制動作流程如圖2所示。
圖2
3、控制流程軟件設(shè)計
預(yù)定義
如圖3。本段預(yù)定義了控制芯片庫,超聲波模塊,熱釋紅外探測器,DAC0832數(shù)模轉(zhuǎn)換以及程序運行一些中間變量和寄存器。
圖3
主程序
如圖4。本段是按照流程圖編寫。具體動作參考流程圖。
圖4
超聲波讀取人臉位置
如圖5。對Trig進行一個超過10us的高電平脈沖,等待Echo反饋一個高電平,當電平時間處于10us-18ms之間時,為正常測距。當電平時間為36ms時,為出現(xiàn)異常。反饋的高電平持續(xù)時間對應(yīng)測量距離關(guān)系為S=0.172*T(T單位為us,S單位為cm)。
圖5
初始化
如圖6。初始化主要的輸入引腳和需要使用的寄存器。
圖6
水泵控制
如圖7。通過數(shù)模轉(zhuǎn)換來控制水泵的電壓,從而實現(xiàn)實時調(diào)控水泵的水壓。
圖7
中斷設(shè)置
如圖8。外部中斷和定時器用于超聲波的反饋電平持續(xù)時間測量。
圖8
延時子程序
如圖9。延時程序用于產(chǎn)生脈沖的等待時間和兩個工作周期之間的等待。
圖9
心 得 體 會
1、從設(shè)計創(chuàng)意到完成作品的加工制作,我們經(jīng)歷了資料的檢索、查詢、整理與分析,數(shù)據(jù)處理能力得到提升;方案的不斷修改與完善讓我們學(xué)會設(shè)計與加工要統(tǒng)籌兼顧;在機構(gòu)設(shè)計與產(chǎn)品加工中我們將專業(yè)知識充分運用到了實際產(chǎn)品開發(fā)。在整個設(shè)計與制造過程中我們進一步掌握了機械設(shè)計與加工的步驟和要領(lǐng),深刻體會到團隊協(xié)作的重要性,同時團隊成員綜合素質(zhì)和動手能力得到了很大的提高。
2、本次制作充分將所掌握的課本知識融入其中,比如把《機械原理》,計算機編程語言知識運用到機構(gòu)的設(shè)計中,運用《solidworks入門》、《金屬工藝學(xué)》和《PLC編程技術(shù)》知識結(jié)合plc編程、solidworks軟件對零件進行了合理的選材和設(shè)計加工制造。
3、從早期的設(shè)計構(gòu)思到作品加工完成,我們深刻認識到現(xiàn)實與理論往往有較大差距,理論設(shè)想需要得到實驗和實際產(chǎn)品的驗證,機械設(shè)計與制造是一個不斷循環(huán)反復(fù)完善的過程。通過參與作品制作,我們學(xué)到了不少實用知識,真正體會到實踐出真知的道理。
4、當我們耐心地解決一個又一個問題時,體會到機械設(shè)計是一項牽一發(fā)而動全身的工作。因此在加工制造之前考慮整體機構(gòu)各方面因素的時候要非常嚴謹和務(wù)求全面,在追求功能的實現(xiàn)的同時,必須充分地考慮到實際加工的困難、產(chǎn)品的性價比等??傊?,機械設(shè)計要“理論結(jié)合實際”。
注意事項:
1、整個文章里面還需要添加洗面盆的結(jié)構(gòu)設(shè)計部分(包括尺寸的選擇,高度的確定等),材料的選擇,傳感器類型及型號的選擇,傳感器在洗面盆中的安裝位置,水流是如何流出和控制的等這幾個部分。
2、字數(shù)要在3000字以上。
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