黑板粉塵綠色分區(qū)全自動(dòng)收集系統(tǒng)技術(shù)報(bào)告

1、 “挑戰(zhàn)杯”比賽項(xiàng)目技術(shù)報(bào)告題目 黑板粉塵綠色分區(qū)全自動(dòng)收集系統(tǒng) 學(xué)生姓名 王春軍 郭東 韓少博 指導(dǎo)教師 韋煒 周毓明 學(xué)校 西安文理學(xué)院 2013年4月黑板粉塵綠色分區(qū)全自動(dòng)收集系統(tǒng)摘要：對(duì)傳統(tǒng)黑板而言，市場(chǎng)上現(xiàn)有的粉塵收集系統(tǒng)有兩大缺陷：只能收集黑板擦拭過程中產(chǎn)生的粉塵，而對(duì)寫粉筆字時(shí)產(chǎn)生的粉塵無能為力；需要人的參與，無法實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)收集。針對(duì)上述缺點(diǎn)，研制了一種新型黑板粉塵收集系統(tǒng)。該裝置在不改變傳統(tǒng)黑板的基礎(chǔ)上，將黑板分為四個(gè)區(qū)域，當(dāng)人接近某一區(qū)域時(shí)，超靜音風(fēng)扇開始工作，對(duì)該區(qū)域?qū)懛酃P字和擦拭過程中產(chǎn)生的粉塵進(jìn)行全自動(dòng)收集。該裝置包括機(jī)械結(jié)構(gòu)和分區(qū)控制系統(tǒng)兩部分，機(jī)械結(jié)構(gòu)分為上體結(jié)構(gòu)和

2、下體結(jié)構(gòu)，通過對(duì)粉塵的受力模型分析，估算收集粉塵所需功率，從而選擇靜音風(fēng)扇和吸塵裝置，并對(duì)裝置整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)；分區(qū)控制系統(tǒng)是通過光電開關(guān)的檢測(cè)狀態(tài)控制風(fēng)扇的運(yùn)轉(zhuǎn)，通過驅(qū)動(dòng)直流電機(jī)控制風(fēng)向板的角度，以STC89C52單片機(jī)作為控制核心實(shí)現(xiàn)區(qū)域控制邏輯。 該系統(tǒng)主要應(yīng)用在教學(xué)環(huán)境中，以減少粉筆粉塵對(duì)人體和教學(xué)設(shè)備的損害。它具有高效節(jié)能，成本低廉，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，便于操作，可靠性高，實(shí)用性強(qiáng)的特點(diǎn)。關(guān)鍵字：粉塵收集；單片機(jī)；自動(dòng)控制；高效節(jié)能；目錄第一章 緒 論11.1 研究目的及意義11.2 市場(chǎng)調(diào)研及需求分析11.3 主要研究?jī)?nèi)容21.4 本章小結(jié)2第二章 總體方案設(shè)計(jì)32.1 結(jié)構(gòu)部分設(shè)計(jì)32.2

3、 分區(qū)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)32.3 本章小結(jié)4第三章 裝置上體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)53.1 靜音風(fēng)扇選取53.2 風(fēng)向板設(shè)計(jì)93.3 支承架設(shè)計(jì)93.4 本章小結(jié)10第四章 裝置下體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)114.1 吸塵裝置確定114.2 導(dǎo)風(fēng)板設(shè)計(jì)124.3 導(dǎo)塵板設(shè)計(jì)124.4 粉塵收集盒設(shè)計(jì)134.5 箱體設(shè)計(jì)144.6 面板設(shè)計(jì)154.7 本章小結(jié)15第五章 分區(qū)控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)165.1 光電檢測(cè)模塊165.2 單片機(jī)最小系統(tǒng)165.3 風(fēng)扇驅(qū)動(dòng)模塊175.4 電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊175.5 本章小結(jié)18第六章 控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)196.1 開發(fā)環(huán)境及端口定義196.2 控制系統(tǒng)子程序196.3 控制系統(tǒng)主程序216.4 本

4、章小結(jié)22結(jié)束語23致謝25參考文獻(xiàn)26附錄27附錄1 導(dǎo)塵板零件圖27附錄2 支承架零件圖27附錄3 粉塵盒零件圖28附錄4 裝配圖29附錄5 控制系統(tǒng)原理圖30附錄6 控制系統(tǒng)源程序32“挑戰(zhàn)杯”比賽項(xiàng)目技術(shù)報(bào)告第一章 緒 論1.1 研究目的及意義根據(jù)國(guó)家有關(guān)統(tǒng)計(jì)資料顯示：我國(guó)師生每年因上課吸入的粉筆灰約200克/人，患呼吸道、肺部疾病的約為20%/年。一些教學(xué)設(shè)備，如多媒體工作臺(tái)，精密實(shí)驗(yàn)儀器等也會(huì)因?yàn)榉蹓m污染而大大減少使用壽命。黑板粉塵已經(jīng)成為教學(xué)環(huán)境污染的一大危害。      為了解決這一難題，我們研制了黑板粉塵自動(dòng)收集裝置，希望藉由此裝置來改

5、善教學(xué)環(huán)境，保證師生的身體健康和教學(xué)設(shè)備的正常工作。1.2 市場(chǎng)調(diào)研及需求分析雖然現(xiàn)在多媒體教學(xué)設(shè)備得到了廣泛應(yīng)用，但很多學(xué)科教學(xué)還需要寫大量的板書?，F(xiàn)有的傳統(tǒng)黑板不能有效收集粉筆灰，無法控制粉筆灰的飄散。 根據(jù)調(diào)研，目前市場(chǎng)上的粉塵收集裝置都只對(duì)一部分粉塵進(jìn)行收集,如圖1.1所示的黑板擦拭裝置，都僅僅只對(duì)擦黑板時(shí)產(chǎn)生的粉塵進(jìn)行收集而沒有考慮到寫粉筆字時(shí)粉塵四處飄揚(yáng)的問題。本裝置通過人體感應(yīng)光電開關(guān)驅(qū)動(dòng)超靜音風(fēng)扇轉(zhuǎn)動(dòng)從而使在寫粉筆字和擦黑板時(shí)產(chǎn)生的粉塵都能被自動(dòng)分區(qū)收集。由于使用了超靜音風(fēng)扇和分區(qū)控制手段，該系統(tǒng)不會(huì)影響師生的正常上課，同時(shí)具有綠色環(huán)保性。裝置只需固定在黑板上下的墻體上，安裝方

6、便，所以初步估計(jì)本產(chǎn)品具有很大的潛在市場(chǎng)需求量，值得開發(fā)推廣。 (a) (b)圖1.1常見黑板擦拭裝置1.3 主要研究?jī)?nèi)容1、通過收集有關(guān)資料，對(duì)現(xiàn)有黑板進(jìn)行詳細(xì)研究，確定總體方案；2、外部結(jié)構(gòu)的材料選擇，尺寸、位置確定；3、控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)；4、控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)；5、相關(guān)工程圖樣繪制及模型制作。1.4 本章小結(jié)本章介紹了設(shè)計(jì)此裝置的目的和意義，對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行市場(chǎng)調(diào)研和需求分析，確定主要研究?jī)?nèi)容。第二章 總體方案設(shè)計(jì)2.1 結(jié)構(gòu)部分設(shè)計(jì)2.1.1 上體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)裝置上體結(jié)構(gòu)由靜音風(fēng)扇, 支承架和風(fēng)向板三部分組成。靜音風(fēng)扇向下吹風(fēng)形成風(fēng)簾。支承架支承靜音風(fēng)扇和風(fēng)向板。風(fēng)向板使粉塵緊貼黑板向下運(yùn)動(dòng)。2.

7、1.2 下體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)黑板下體結(jié)構(gòu)包括吸塵裝置、導(dǎo)風(fēng)板、導(dǎo)塵板、粉塵收集盒、面板和箱體。箱體用于固定所有下體結(jié)構(gòu)部件和放置控制系統(tǒng)中的光電開關(guān)和電路板。裝置只需安裝在黑板的上下墻體上，不用改造黑板，簡(jiǎn)單方便，節(jié)省成本。風(fēng)路如下圖所示,風(fēng)沿著黑板進(jìn)入裝置下部分,再從黑板左右的出風(fēng)口出去。這一設(shè)計(jì)還可將從從黑板兩側(cè)落下的粉塵吹入裝置工作區(qū)域內(nèi)。圖2.1 總體結(jié)構(gòu)示意圖2.2 分區(qū)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)分區(qū)控制系統(tǒng)是以單片機(jī)為主控制器，主要由光電檢測(cè)模塊，風(fēng)扇驅(qū)動(dòng)模塊和電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊組成。光電檢測(cè)模塊將檢測(cè)到的信號(hào)送入單片機(jī)，風(fēng)扇驅(qū)動(dòng)模塊驅(qū)動(dòng)風(fēng)扇工作，電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊控制風(fēng)向板正反轉(zhuǎn)，從而調(diào)節(jié)風(fēng)向。收集粉塵的整個(gè)過程

8、自動(dòng)進(jìn)行，只需定期清理位于裝置兩側(cè)粉塵收集盒即可，環(huán)保方便?？刂葡到y(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖2.2所示 圖2.2 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖圖2.3 分區(qū)控制示意圖 (注：17號(hào)光電開關(guān)依次控制圖中七個(gè)縱向區(qū)域的粉塵收集)2.3 本章小結(jié)本章分析了黑板粉塵自動(dòng)收集裝置的整體方案，介紹了結(jié)構(gòu)部分和控制系統(tǒng)的組成，并畫出整體結(jié)構(gòu)示意圖。第三章 裝置上體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)選用教學(xué)中普遍且常見的黑板，黑板的規(guī)格統(tǒng)一為3000mm×20mm×1000mm。3.1 靜音風(fēng)扇選取3.1.1 噪聲要求教室是學(xué)生上課自習(xí)的地方，應(yīng)保持安靜無噪音，由于此風(fēng)扇需要在教學(xué)過程中隨時(shí)啟停，因此選擇風(fēng)扇時(shí)應(yīng)首要考慮該風(fēng)扇的噪音

9、指數(shù)。查得噪音小于40db時(shí)屬微弱噪音，對(duì)教學(xué)環(huán)境影響很小，因此本次設(shè)計(jì)選擇的風(fēng)扇所產(chǎn)生聲音的最大分貝不得超過40db。3.1.2 尺寸要求若風(fēng)扇外形尺寸過小，風(fēng)速和通風(fēng)量等都會(huì)減小，會(huì)直接影響到粉塵收集的質(zhì)量，無法滿足設(shè)計(jì)要求。故風(fēng)扇的外形尺寸應(yīng)在90mm×90mm×25mm至150mm×150mm×35mm之間。3.1.3 型號(hào)確定根據(jù)以上幾個(gè)方面設(shè)計(jì)要求，選用型號(hào)為3610ML-05W-B49的靜音風(fēng)扇，實(shí)物圖見圖3.1。尺寸為90mm×90mm×25mm，電壓24V，電流0.16A。 該型號(hào)靜音風(fēng)扇有以下特點(diǎn)：1、噪音指數(shù)??；

10、2、強(qiáng)度高；3、質(zhì)量輕；4、緊湊性設(shè)計(jì)節(jié)約安裝空間；5、輪緣式支架安裝非常簡(jiǎn)便。 圖3.1 風(fēng)扇實(shí)物圖3610ML-05W-B49型靜音風(fēng)扇的風(fēng)量、靜壓特性如圖3.2所示：圖3.2 風(fēng)量-靜壓特性圖3.1.4 風(fēng)扇校核本裝置選用的靜音風(fēng)扇的風(fēng)力大小必須使得規(guī)定區(qū)域內(nèi)的粉塵全部收集至裝置內(nèi)，即只要保證黑板最下端的粉塵顆粒的速度不為0即可滿足設(shè)計(jì)要求。(1)粉塵顆粒受力分析通過實(shí)驗(yàn)表明，粉塵在下落過程中，由于顆粒質(zhì)量太輕，通常是脫離黑板表面漂浮在空氣中緩慢下落，因此可以忽略顆粒與黑板的摩擦力。對(duì)粉塵顆粒進(jìn)行受力分析，可以得到粉塵顆粒受到垂直向下的重力，和來自靜音風(fēng)扇的力。要證明所選用的風(fēng)扇滿足設(shè)計(jì)

11、要求，只需驗(yàn)證黑板最下端的粉塵顆粒受力不為0即可。(2)靜音風(fēng)扇校核圖3.3是黑板粉塵自動(dòng)收集裝置上半部分的結(jié)構(gòu)示意圖，其中，靜音風(fēng)扇固定在板上，是出風(fēng)口到裝置下體部分垂直高度，是風(fēng)扇的厚度，為風(fēng)扇出風(fēng)口到裝置下體部分的最長(zhǎng)距離。已知 ，則 （3.1）帶入數(shù)據(jù)得： 圖3.3 上半部分結(jié)構(gòu)示意圖將出風(fēng)口到吸塵裝置的入風(fēng)口平均分為10段，每段長(zhǎng)度為108.17mm,取另每段的速度為,由于風(fēng)力在向前吹的過程中，主要受到空氣阻力，風(fēng)力隨著距離的增大而逐漸減小,因此風(fēng)是做勻減速運(yùn)動(dòng)。風(fēng)扇通風(fēng)量的計(jì)算公式 （3.2）式中： 風(fēng)扇的通風(fēng)量（） 風(fēng)扇出風(fēng)口面積（） 風(fēng)扇第一段初速度已知風(fēng)扇通風(fēng)量,風(fēng)扇出風(fēng)口面

12、積帶入數(shù)據(jù)：在一個(gè)大氣壓下的標(biāo)準(zhǔn)空氣阻力： （3.3）式中： 空氣阻力系數(shù)，通常 空氣密度，（) 風(fēng)扇出風(fēng)口面積（）帶入數(shù)據(jù)：計(jì)算空氣質(zhì)量： （3.4）帶入數(shù)據(jù)：可由式 （3.5） 得到加速度：由于風(fēng)力做的是勻減速運(yùn)動(dòng)故加速度應(yīng)為負(fù)值，故 計(jì)算每一段的風(fēng)速： （3.6） （3.7）由（3.6）和（3.7）聯(lián)立可以解得每段的風(fēng)速，以下是計(jì)算數(shù)據(jù)： ;因?yàn)椋试擄L(fēng)扇滿足設(shè)計(jì)要求。3.2 風(fēng)向板設(shè)計(jì)風(fēng)向板位于風(fēng)扇前面，通過直流電機(jī)調(diào)節(jié)風(fēng)向板的角度。從而將粉塵控制在吸塵裝置作用范圍內(nèi)。3.2.1 材料選擇風(fēng)向板的長(zhǎng)寬比例較大，且只通過兩端的兩根軸固定在支承架上，因此材料必須輕質(zhì)，經(jīng)討論后選擇工程塑料。

13、3.2.2 尺寸確定為便于安裝，風(fēng)向板的長(zhǎng)度稍短于支承架的長(zhǎng)度，為2990mm，寬度與風(fēng)扇寬相等，總體尺寸為2990mm×100mm×2mm，其結(jié)構(gòu)如圖3.4所示：圖3.4 風(fēng)向板結(jié)構(gòu)示意圖（單位mm）3.3 支承架設(shè)計(jì)支承架位于黑板上方,通過膨脹螺釘固定在墻體上，其作用是固定靜音風(fēng)扇和風(fēng)向板。3.3.1 材料選擇由于要承載靜音風(fēng)扇和風(fēng)向板的重量，并使整個(gè)上體結(jié)構(gòu)穩(wěn)固固定在墻體上，該材料應(yīng)該具備一定的強(qiáng)度剛度，質(zhì)量輕。為滿足設(shè)計(jì)加工要求，材料還應(yīng)具備一定的韌性。綜合考慮，選擇鋁合金板。鋁合金密度低，強(qiáng)度比較高，塑性好，可加工成各種型材，具有優(yōu)良的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性和抗蝕性。3.

14、3.2 結(jié)構(gòu)確定 根據(jù)靜音風(fēng)扇的外形尺寸和風(fēng)向板的角度調(diào)節(jié)，確定支承架的整體尺寸為3000mm×120mm×120mm，風(fēng)扇前面支承架高為30mm，其結(jié)構(gòu)如圖3.5所示： 圖3.5 支承架結(jié)構(gòu)示意圖（單位mm） 3.4 本章小結(jié)本章對(duì)黑板粉塵自動(dòng)收集裝置的上體結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析設(shè)計(jì)，確定了靜音風(fēng)扇的型號(hào)，并對(duì)風(fēng)扇進(jìn)行校核，對(duì)風(fēng)向板和支承架的選材、整體尺寸都進(jìn)行了設(shè)計(jì)。第四章 裝置下體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)由于黑板尺寸較長(zhǎng)，為保證整體裝配方便，將下體裝置分為左右兩完全相同部分。4.1 吸塵裝置確定4.1.1 選擇吸塵裝置由于市場(chǎng)上現(xiàn)有的吸塵器大多體積較大，噪音較大，不符合本次設(shè)計(jì)的環(huán)境要求。選擇

15、通過反裝靜音風(fēng)扇，吸風(fēng)面向上，吹風(fēng)面朝下，將粉塵吸入。選用風(fēng)扇型號(hào)與上體部分風(fēng)扇相同。反裝風(fēng)扇實(shí)物圖如圖4.1所示圖4.1 反裝靜音風(fēng)扇實(shí)物圖4.1.2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為保證支承架受力均衡，使吹下的灰塵順利通過吸塵裝置，將支承架設(shè)計(jì)成燕尾式。具體尺寸如圖4.2所示：圖4.2 風(fēng)扇結(jié)構(gòu)示意圖（單位mm）4.2 導(dǎo)風(fēng)板設(shè)計(jì)由于吸塵裝置是豎直向下吹，為避免各個(gè)風(fēng)扇吸進(jìn)的粉塵相互干擾產(chǎn)生揚(yáng)塵，需在風(fēng)扇一側(cè)安裝傾斜一定角度的導(dǎo)風(fēng)板，使收集到的粉塵能夠更順利地通過導(dǎo)塵板進(jìn)入收集盒，同時(shí)也使風(fēng)路暢通。4.2.1 材料選擇 導(dǎo)風(fēng)板只起引導(dǎo)風(fēng)向的作用，材料需輕質(zhì)，為安裝方便，選擇工程塑料。4.2.2 結(jié)構(gòu)確定由于導(dǎo)塵

16、板的傾斜角度為3o，三個(gè)導(dǎo)風(fēng)板最底端所在直線應(yīng)與導(dǎo)塵板平行，因此左箱體從左到右導(dǎo)風(fēng)板長(zhǎng)度分別為158mm,129mm,100mm，右箱體相同，寬均為120mm，方向與水平面夾角均為135o。其結(jié)構(gòu)如圖4.3所示圖4.3 左部分導(dǎo)風(fēng)板結(jié)構(gòu)示意圖（單位mm）4.3 導(dǎo)塵板設(shè)計(jì)粉塵通過吸塵裝置無法直接到達(dá)收集盒內(nèi)，需要一個(gè)導(dǎo)塵板將吸入的粉塵導(dǎo)入盒內(nèi)。4.3.1 材料選擇導(dǎo)塵板的作用是引導(dǎo)灰塵進(jìn)入粉塵盒，為方便加工和安裝，材料選擇鋁合金。4.3.2 結(jié)構(gòu)確定由于黑板較長(zhǎng)，故裝置設(shè)計(jì)成兩邊對(duì)稱結(jié)構(gòu)。將導(dǎo)塵板設(shè)計(jì)為V形結(jié)構(gòu)，使接收到的粉塵能夠聚集在導(dǎo)塵板最底端，利于粉塵滑落至粉塵盒。尺寸為1495mm&#

17、215;120mm×28mm。導(dǎo)塵板應(yīng)傾斜一角度，為防止導(dǎo)塵V板與靜音風(fēng)扇和光電開關(guān)發(fā)生干涉，經(jīng)反復(fù)試驗(yàn)，選擇導(dǎo)塵板與水平面的夾角為3o。在導(dǎo)塵板底端400mm沖壓出十個(gè)10mm×60mm的槽，導(dǎo)下的粉塵由此滑落，同時(shí)確保風(fēng)路暢通。其結(jié)構(gòu)如圖4.4所示圖4.4 導(dǎo)塵板結(jié)構(gòu)示意圖（單位mm）4.4 粉塵收集盒設(shè)計(jì)4.4.1 材料選擇粉塵收集盒只起收集粉塵作用，為了加工方便，選擇鋁合金。4.4.2 結(jié)構(gòu)確定為了方便對(duì)收集的粉塵進(jìn)行集中清理，將收集盒設(shè)計(jì)成推拉式放置在箱體左右下角導(dǎo)塵板下面，材料同樣為鋁合金，同時(shí)為使收集盒的尺寸與整個(gè)裝置的下半部分相協(xié)調(diào)，將收集盒設(shè)計(jì)為長(zhǎng)方形結(jié)構(gòu)

18、，尺寸4000mm×120mm×80mm,同樣做成對(duì)稱結(jié)構(gòu)，清理方便。其結(jié)構(gòu)如圖4.5所示 圖4.5 粉塵收集盒結(jié)構(gòu)示意圖（單位mm）4.5 箱體設(shè)計(jì)箱體固定吸塵裝置，導(dǎo)風(fēng)板和導(dǎo)塵板，放置粉塵收集盒和控制裝置的元器件。兩側(cè)面上的出風(fēng)口將黑板兩邊飄落的粉塵吹回至裝置工作區(qū)域內(nèi)。4.5.1 材料選擇由于裝置尺寸較大，箱體要承受各個(gè)零部件的力，還要將整個(gè)裝置固定在墻上，因此應(yīng)有足夠的強(qiáng)度與硬度，還應(yīng)有足夠的韌性和塑形，經(jīng)比較，選擇和裝置上部分支承架相同的材料:鋁合金。4.5.2 結(jié)構(gòu)確定由于黑板尺寸較大，為了保證箱體受力均勻，將箱體設(shè)計(jì)為左右兩相同部分，外形呈長(zhǎng)方體，尺寸各為15

19、00mm×120mm×265mm。在左箱體的左側(cè)面和右箱體的右側(cè)面各有兩個(gè)尺寸為80mm×10mm的出風(fēng)口,在左箱體右邊留出尺寸為200mm×80mm的檢修口放置控制器件，便于檢修。其結(jié)構(gòu)如圖4.6所示圖4.6 箱體結(jié)構(gòu)示意圖（單位mm）4.6 面板設(shè)計(jì)面板位于裝置下半部分最上面,平鋪于整個(gè)箱體上。面板上布滿直徑4mm的孔,各孔間距5mm,使粉塵順利導(dǎo)下。材料選擇鋁合金，兩面板尺寸均為1500mm×120mm×5mm。其結(jié)構(gòu)如圖4.7所示圖4.7 面板部分結(jié)構(gòu)示意圖（單位mm）4.7 本章小結(jié)本章對(duì)黑板粉塵收集裝置的下半部分進(jìn)行分析設(shè)

20、計(jì)，確定了吸塵裝置及安裝方式,確定導(dǎo)風(fēng)、導(dǎo)塵及收集裝置，完成了對(duì)箱體的設(shè)計(jì)。至此黑板粉塵自動(dòng)收集裝置外部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程全部結(jié)束。第五章 分區(qū)控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)5.1 光電檢測(cè)模塊本裝置的使用環(huán)境是教室，黑板距講臺(tái)的距離不到一米,為不影響老師正常講課，只在寫字和擦黑板時(shí)裝置工作，經(jīng)試驗(yàn)測(cè)量檢測(cè)距離在200mm300mm內(nèi)比較適宜。最終確定光電開關(guān)型號(hào)為E3F-DS30C4，檢測(cè)方式為漫反射型,調(diào)整檢測(cè)距離為270mm。光電開關(guān)實(shí)物圖及參數(shù)見圖5.1和表5.1。圖5.1光電開關(guān)實(shí)物圖表5.1 光電開關(guān)參數(shù)額定電壓5V消耗電流5mA-30mA響應(yīng)時(shí)間DC:<2.5msAC:<30ms檢測(cè)距離

21、300mm5.2 單片機(jī)最小系統(tǒng)單片機(jī)是整個(gè)系統(tǒng)的核心，控制各個(gè)模塊正常工作，以確保系統(tǒng)的正常運(yùn)行。本裝置采用STC89C52作為處理器,最小系統(tǒng)由電源、上電復(fù)位電路、時(shí)鐘振蕩電路組成。 其硬件電路如圖5.2所示圖5.2 單片機(jī)最小系統(tǒng)電路圖5.3 風(fēng)扇驅(qū)動(dòng)模塊本裝置選用的風(fēng)扇電壓為24V，而單片機(jī)的電壓只有5V，因此外接24V開關(guān)電源通過三極管放大電路來驅(qū)動(dòng)風(fēng)扇。+5V電源加到繼電器線圈兩端，當(dāng)單片機(jī)P0口輸出低電平時(shí)，三極管飽和和導(dǎo)通，繼電器吸合,其常開觸點(diǎn)閉合，相當(dāng)于風(fēng)扇接通24V電源，驅(qū)動(dòng)風(fēng)扇運(yùn)轉(zhuǎn)。繼電器線圈在斷電時(shí)易產(chǎn)生反向電動(dòng)勢(shì)，為了防止反向電動(dòng)勢(shì)擊穿三極管，在繼電器線圈兩端并接一

22、個(gè)二極管IN4148，目的在于吸收釋放繼電器斷電時(shí)產(chǎn)生的反向電動(dòng)勢(shì)，從而保護(hù)三極管。驅(qū)動(dòng)電路如圖5.3所示 圖5.3 風(fēng)扇驅(qū)動(dòng)模塊電路圖5.4 電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊本裝置選用ZGA37RG微型直流齒輪減速電機(jī)。電機(jī)實(shí)物圖及參數(shù)見圖5.4及表5.2 表5.2 ZGA37RG直流電機(jī)的參數(shù)表型號(hào)ZGA37RG104i額定電壓DC24（V）額定轉(zhuǎn)矩6.3kg.cm額定電流0.36（A） 產(chǎn)品類型有刷直流電動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)速50（rpm） 圖5.4 直流電機(jī)實(shí)物圖電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊電路如圖5.5所示。設(shè)定兩個(gè)按鍵（P3.2口和P3.3口）作為控制輸入，通過單片機(jī)的輸出口P2.2、P2.3 輸出的電平變化來控制相應(yīng)繼電器的

23、通斷。通過這兩個(gè)按鍵的狀態(tài)變化來實(shí)現(xiàn)電機(jī)的啟動(dòng)和換向功能。ZGA37RG直流電機(jī)的額定電壓為24V，而單片機(jī)輸出的電壓只有5V，為了驅(qū)動(dòng)電機(jī)工作，必須外加24V電源，與繼電器構(gòu)成電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊，通過單片機(jī)控制電機(jī)的正反轉(zhuǎn)從而調(diào)節(jié)風(fēng)向板的角度。圖5.5 電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊電路設(shè)計(jì)5.5 本章小結(jié)本章從硬件的設(shè)計(jì)角度論述了控制系統(tǒng)的硬件組成和工作原理，以及各模塊電路的作用、器件選型等內(nèi)容，全面的分析總結(jié)了裝置的整個(gè)硬件設(shè)計(jì)過程。第六章 控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)6.1 開發(fā)環(huán)境及端口定義控制系統(tǒng)的軟件部分是根據(jù)各電路模塊的控制關(guān)系，利用51單片機(jī)軟件開發(fā)工具Keil C51，對(duì)系統(tǒng)功能進(jìn)行開發(fā)。整體采用模塊化結(jié)構(gòu)

24、，將系統(tǒng)功能模塊化，依據(jù)硬件電路對(duì)各模塊功能進(jìn)行編程實(shí)現(xiàn)，經(jīng)過對(duì)各模塊進(jìn)行單獨(dú)測(cè)試后，整合各模塊程序，對(duì)系統(tǒng)總程序進(jìn)行測(cè)試，最終形成系統(tǒng)軟件。各主要端口定義如表6.1所示表6.1各端口主要定義P00-P071-8號(hào)靜音風(fēng)扇P10-P161-7號(hào)光電開關(guān)P32,P33控制正反轉(zhuǎn)按鍵P23,P22電機(jī)正反轉(zhuǎn)6.2 控制系統(tǒng)子程序6.2.1 靜音風(fēng)扇驅(qū)動(dòng)程序靜音風(fēng)扇驅(qū)動(dòng)子程序流程如圖6.1所示：程序說明：51單片機(jī)上電后，所有I/O口默認(rèn)為高電平，初始化P0端口為低電平，P1，P2，P3端口為高電平。當(dāng)光電開關(guān)接收到有外界信號(hào)輸入時(shí)，即單片機(jī)的P1端口有低電平輸入時(shí)，信號(hào)會(huì)經(jīng)過單片機(jī)的P0端口傳送給

25、繼電器，通過電磁感應(yīng)控制靜音風(fēng)扇電路的通斷，驅(qū)動(dòng)風(fēng)扇工作；如果光電開關(guān)沒有檢測(cè)到有信號(hào)輸入，則繼續(xù)進(jìn)行檢測(cè)工作。當(dāng)人體離開感應(yīng)區(qū)域時(shí)，光電傳感器無信號(hào)輸入，風(fēng)扇停止工作。6.2.2 直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)程序直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)子程序流程如圖6.2所示：程序說明：51單片機(jī)上電后，所有I/O口默認(rèn)為高電平，故應(yīng)先初始化。保證系統(tǒng)穩(wěn)定后，再判斷正轉(zhuǎn)按鍵（up）是否按下。如果按下，延時(shí)5ms，目的是防止按鍵抖動(dòng)。隨后二次檢測(cè)按鍵是否按下，確定按下后，控制信號(hào)將傳送給單片機(jī)的P3.2端口，由單片機(jī)P2.3端口輸出信號(hào)，驅(qū)動(dòng)直流電機(jī)正轉(zhuǎn)；如果第一次按鍵沒有按下，系統(tǒng)則會(huì)檢測(cè)反轉(zhuǎn)按鍵（down）是否按下，如果有信號(hào)輸入，

26、則會(huì)通過單片機(jī)的P2.2端口輸出，驅(qū)動(dòng)直流電機(jī)反轉(zhuǎn)。由于單片機(jī)執(zhí)行代碼的速度非?？?，而且是循環(huán)檢測(cè)按鍵，因此在程序即將返回前，要進(jìn)行按鍵釋放檢測(cè)。圖6.1 電機(jī)控制子程序流程圖 (1)(2) (3) (4) (5) (6) (7) (8) 圖6.2 靜音風(fēng)扇分區(qū)控制流程圖6.3 控制系統(tǒng)主程序系統(tǒng)軟件主程序不僅體現(xiàn)了系統(tǒng)的操作全過程，而且反應(yīng)出各模塊之間的關(guān)系。它是各程序模塊的總成。其流程如圖6.3所示:程序說明：系統(tǒng)上電之后，單片機(jī)首先要進(jìn)行初始化。其次調(diào)用直流電機(jī)和靜音風(fēng)扇的子程序。圖6.3 系統(tǒng)主程序流程圖6.4 本章小結(jié) 本章從系統(tǒng)軟件的開發(fā)環(huán)境到包含的各個(gè)模塊，詳細(xì)介紹了該控制裝置的

27、軟件構(gòu)成。對(duì)各主要模塊程序的編寫過程和模塊程序之間的調(diào)用關(guān)系通過程序流程圖和文字說明的方式進(jìn)行論述。結(jié)束語圖1為本系統(tǒng)的前期試驗(yàn)?zāi)Ｐ停撃Ｐ徒Y(jié)構(gòu)材料為鍍鋅鐵皮，經(jīng)試驗(yàn)收集效果良好，本裝置即對(duì)該模型的不斷改進(jìn)而得來的。圖1圖2為前期試驗(yàn)?zāi)Ｐ偷膬?nèi)部結(jié)構(gòu)部分，第一層是靜音風(fēng)扇，第二層為導(dǎo)塵板。圖2通過該模型我們現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行粉塵收集試驗(yàn)，絕大多數(shù)粉塵都經(jīng)由裝置被收集到粉塵盒內(nèi), 如圖3所示, 證明了該裝置有很好的粉塵收集效果。圖3盡管多媒體技術(shù)在不斷發(fā)展，黑板仍是課堂教學(xué)所不可缺少的。由于傳統(tǒng)黑板存在著很多弊端，在當(dāng)今節(jié)能環(huán)保的趨勢(shì)下，這種弊端越來越突出，黑板粉塵綠色分區(qū)全自動(dòng)收集系統(tǒng)依靠其分區(qū)控制響應(yīng)很

28、迅速，充分節(jié)約電能；且運(yùn)行過程聲音很小，不會(huì)影響師生的正常上課等優(yōu)點(diǎn),勢(shì)必會(huì)在教學(xué)設(shè)備中占有一席之地。致 謝從十月份報(bào)名參加校級(jí)挑戰(zhàn)杯比賽到現(xiàn)在整體設(shè)計(jì)制造結(jié)束，整個(gè)裝置終于成型并投入使用。首先要感謝我們的導(dǎo)師韋煒老師和周毓明老師,分別從系統(tǒng)控制部分和外部結(jié)構(gòu)部分給與我們很多的意見及建議,整個(gè)過程韋煒老師都悉心指教,每當(dāng)遇到困難時(shí)，他總能給我們提出一個(gè)方向，啟發(fā)我們的思維。他嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶W(xué)風(fēng)、淵博的知識(shí)、敏銳的思維和對(duì)學(xué)生溫和謙虛的態(tài)度使我受益終身。特此向韋老師表示衷心的感謝，并致以崇高的敬意！參 考 文 獻(xiàn)1郭天祥新概念51單片機(jī)CM北京：電子工業(yè)出版社，20092于永，戴佳51單片機(jī)C語言常用模

29、塊與綜合系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)例精講(第二版)M北京：電子工業(yè)出版社，20083張義和例說51單片機(jī)M北京：人民郵電出版社，20084鄔勤文，袁芳單片機(jī)原理、應(yīng)用與實(shí)驗(yàn)M北京：科學(xué)出版社，20095馮曉，劉仲電機(jī)與電氣控制M北京：機(jī)械工業(yè)出版社，20056 譚浩強(qiáng).C程序設(shè)計(jì)M.北京：清華大學(xué)出版社，2000.7江思敏 陳明Protel電路設(shè)計(jì)教程（第二版）M北京：清華大學(xué)出版社，2007附錄附錄1 導(dǎo)塵板零件圖附錄2 支承架零件圖附錄3 粉塵盒零件圖附錄4 裝配圖附錄5 控制系統(tǒng)原理圖附錄6 控制系統(tǒng)源程序#include<reg52.h> /52系列單片機(jī)頭文件/#define uint

30、unsigned int /宏定義/#define uchar unsigned char sbit up=P32; /直流電機(jī)正轉(zhuǎn)/sbit down=P33; /直流電機(jī)反轉(zhuǎn)/sbit fan=P22;sbit zheng=P23;/定義光電開關(guān)檢測(cè)端/sbit key1=P10; sbit key2=P11; sbit key3=P12;sbit key4=P13;sbit key5=P14; sbit key6=P15;sbit key7=P16;/風(fēng)扇驅(qū)動(dòng)端口/sbit out1=P00; sbit out2=P01;sbit out3=P02;sbit out4=P03;sbit

31、out5=P04;sbit out6=P05;sbit out7=P06;sbit out8=P07; void delayms(uint xms) /延時(shí)函數(shù)/ uint i,j; for(i=xms;i>0;i-) /i=xms,即延時(shí)約xms毫秒/ for(j=110;j>0;j-);void motor_z() /直流電機(jī)/if(up=0) delayms(5); if(up=0) while(!up) fan=1; elsefan=0;else fan=0; if(down=0) delayms(5); if(down=0) while(!down) zheng=1; e

32、lsezheng=0; else zheng=0; /光電開關(guān)檢測(cè)/void keyscan1() if(key1&&key2) delayms(10); if(key1&&key2) out1=0; else delayms(10); out1=1; else out1=1; void keyscan2() if(key3&&key1&&key2) delayms(10); if(key1&&key2&&key3) out2=0; else delayms(10); out2=1; else out2=1; void keyscan3() if(key3&&key1&&key2&&key4) delayms(10); if(key1&&key2&&key3&