婴幼儿多功能摇摆床 设计说明书

婴幼儿多功能摇摆床设计说明书学院: 广西工学院

机械工程系

班级：机自092班

组长: 姚木深

组员: 姚木深潘永登周家俊指导教师: 高中庸

日期：2011年6月20日

目录

引言（设计背景）

1.整体方案思路设计

2产品尺寸简介

3多功能介绍

4. 主模块选择

5.曲柄滑块摇杆机构模块（运动过程和结果分析）

6.结论

引言

随着现代社会生活步伐的加快，年轻父母忙于工作而相对的无暇照顾好自己的宝宝。在宝宝的睡眠中，婴儿摇床是一件很重要的工具。在我们的市场调研中，我们发现在各大超市里所卖的婴儿床都只局限于手动和电动两种方式。但是仅这两种方不能真正的给使用的家长带来方便，因为这些必须要有人在旁边或者到一定时间要去切断电源，这样并不是现在家长需要的。因为现在的家长大都忙于工作没有足够时间来照顾婴儿，于是大多婴儿都是交给父母来照顾，而父母由于年龄原因可能会照顾不当，因此我们小组在经过讨论后决定设计一套自动的婴儿摇摆床，来满足家长们的需求。

随着科技的发展，智能的婴儿床开始越来越多地受到人们的青睐。完美的功能和简单方便的操作，给初为父母的你轻松生活的享受，也给宝宝带来一个温馨而舒适的睡眠环境。外接12V直流安全低电压和智能过流保护，让你能够放心使用。摇床采用床体摇杆悬挂，摆动柔和，无震动感，无噪音，使婴儿的大脑神经调节平稳，入睡迅速，可以避免因摇摆的不均匀让孩子晕床，吐奶等现象。摇床内安装有立体声功放和高品质音箱，能达到专业音响媲优的音乐效果，床神带有USB借口方便家长选择音乐。婴儿常半夜啼哭，父母们往往为了照顾婴儿而疲惫不堪．针对上述问题，我们组准备通过设计一个简单又实用的的摇摆床来减轻父母的负担，该设计主要由一个可调速的电动机和曲柄滑块机构来实现下面介绍系统的主要研究思路。

1.整体方案思路设计

针对上述问题，我们所做的智能婴儿床能有效地解决问题当小孩半夜醒来吵醒了父母时，父母可以到婴儿床，打开婴儿床的动力装置，设置好动力装置运动的时间，运动完设定的时间电动机就自动停了下来。婴儿床平稳均衡摇动，可使用婴儿的大脑神经调节平稳、入睡迅速。试验中发现，使用电动摇篮入睡的时间，比传统的手动摇篮入睡的时间提前2－4分钟。经专家证实，传统的手动摇篮摆幅大小不稳定，摆的速度也不稳定。在摇动过程中出现头昏，吐奶现象。而自动摇篮可根据婴儿的需要来调节稳定的摆动，对婴儿脑神经的保护由良好的作用。因此，小儿入睡快、安稳。且伴随轻轻的催眠曲哄着婴儿慢慢入睡。优美动听的音乐催眠，符合现代早期教育观念，对婴儿进行音乐和美的熏陶。结构合理，样式新颖，功能齐全，节约能源，经专家论证，均衡稳定的摇动有利婴儿身心健康，对婴儿的脑神经的保护有良好作用，优美的音乐催眠也符合早期教育的理念。

2产品尺寸简介

产品摇篮体尺寸：92*46*30cm （长*宽*高）

产品展开尺寸：101*60*92cm （长*宽*高）

产品净重8.8KG适合0到18个月的宝宝，最大承受20KG

产品材料组成：全棉卡通布，无毒无辐射的烤漆工艺。东丽100#ABS塑胶原料。

3多功能介绍

1）超大LCD液晶屏显示：采用超大LCD4寸液晶显示平台操作，操作简单。

2）LCD背光显示：带背光显示方便夜间操作，光线柔和不刺激宝宝。3）全自动摇摆功能：可依据需要设定摇篮摇摆时间。摇摆动作顺畅自由，不会造成颤动的摇摆。

4）音乐播放功能：支持内存卡拓展，优秀的音响效果，适合宝宝的催眠。

5）声控功能：具有延时功能，当设定的摇摆时间使用完停止摇摆后，听到宝宝哭声连续30后才会自动摇摆，避免外界干扰而错误启动。6）尿温测控报警功能：宝宝尿床时报警系统会感应并通过扩音器发音提醒宝宝尿床，避免长时间未更换尿布而给宝宝带来皮肤病。

4. 主模块选择

1）MP3音乐播放模块

此设计采用单片机的P0口的0、l、2、3引脚分别连接CD4066控制引脚4、6、12、13。由于大多数MP3的按钮都是低电平触发的，所以将CD4066中的2、3、7、8、10脚都接地。在温度、湿度，声音三个枪测模块中，当检测到其中一个模块有信号，马上有睢片机根据程序作出响应，给P0．0送一个1．5秒的高电平，这样给MP3开机，然后然后给P0．1一个短暂的高电平进行播放。其它下一曲，七一曲都是类似的控制，还有一些组合控制由自己编程的设置而定。控制MP3包括：MP3的选歌，下一曲，音量，以及录音。

2)定时器模块

工作原理

采用CD4060的循环定时控制器电路由电源电路、定时器和控制执行电路组成，其电路原理图如图所示：

220V交流电压经C2降压、UR整流、VS稳压、R5限流及C3滤波后，为继电器K和IC提供直流12V电压，同时将VL点亮。

IC通电工作后，对时钟振荡器产生的振荡信号进行计数和分频处理，当延时接通时间（等待时间）结束时，IC的Q14端(3脚）输出高电平，．使VT导通，K吸合，其常开触点将负载（受控电器）的工作电源接通。IC又开始对定时工作时间江作动作时间）进行计数，当定时工作时间结束时，IC的Q14端变为低电平，使VT截止，K释放，负载断电；同时IC内部的计数器复位，进人下一个定时周期。如此周而复始，使负载按设定的时间间歇地通电工作。调整

R2和C1的参数或改变IC的Q4~Q14输出端连线即可设定延时接通时间和定时工作时间。按该电路中的参数值，延时接通时间为3h，定时工作时间为20min。

3)元器件选择

IC选用CD4060或CC4060 14位串行二进制计数／分频／振荡器数字集成电路。VT选用S8050或C8050、3DG8050型硅NPN晶体管。VD1选用IN4001型硅整流二极管；VD2~VD4均选用1N4148型硅开关二极管；VS选用1N4742（1W、12V）型硅稳压二极管；VL选用Φ5mm发光二极管；UR选用IA、50V 的整流桥堆。

Rl, R2, R4, R6和R7均选用1/4W金属膜电阻器；R3和R5均选用1/2W

金属膜电阻器。

Cl选用独石电容器；C2选用耐压值为450V的CBB电容器；C3选用耐压值为16V的铝电解电容器。

K选用小型12V直流继电器，其触点电流负荷应根据负载的实际功率而定。

4)电动机的选择

电动机方面我们经过深思熟虑，了解到一般出生的婴儿有4~8KG，12个月后有8~12KG，24个月后有10~15KG，36个月后有12~18KG，所以选取了YC7114

单相异步电动机。YC系列电动机为全封闭结构，采用先进技术设计，使用优质材料制造，符合IEC标准的有关规定。该电机采用电容启动、运转，集中了起动转距大、运转平稳、温升低、噪声小、过载能力强等优点。对于只有单相电源的家庭，尤为适用于家用电器。

YC7114的技术参数：功率120W、电流4/2A、电压110/220V、转速1400r/min、额定转矩2.8、外形尺寸252x161x176mm、质量6.4KG、极数4极。

5)变频器的使用

变频器是怎样控制电机转速的：

变频器是利用电力半导体器件的通断作用把电压、频率固定不变的交流电变成电压、频率都可调的交流电源。

现在使用的变频器主要采用交—直—交方式（VVVF变频或矢量控制变频），先把工频交流电源通过整流器转换成直流电源，然后再把直流电源转换成频率、电压均可控制的交流电源以供给电动机。

变频器主要由整流（交流变直流）、滤波、再次整流（直流变交流）、制动单元、驱动单元、检测单元微处理单元等组成的。

1)). 电机的旋转速度为什么能够自由地改变？

电机旋转速度单位：r/min 每分钟旋转次数，也可表示为rpm.

例如：2极电机50Hz 3000 [r/min]

4极电机50Hz 1500 [r/min]

结论：电机的旋转速度同频率成比例

感应式交流电机（以后简称为电机）的旋转速度近似地确决于电机的极数和频率。由电机的工作原理决定电机的极数是固定不变的。由于该极数值不是一个连续的数值（为2的倍数，例如极数为2，4，6），所以一般不适和通过改变该值来调整电机的速度。

另外，频率能够在电机的外面调节后再供给电机，这样电机的旋转速度就可以被自由的控制。

因此，以控制频率为目的的变频器，是做为电机调速设备的优选设备。

n = 60f/p

n: 同步速度

f: 电源频率

p: 电机极对数

结论：改变频率和电压是最优的电机控制方法

如果仅改变频率而不改变电压，频率降低时会使电机出于过电压（过励磁），导致电机可能被烧坏。因此变频器在改变频率的同时必须要同时改变电压。输出频率在额定频率以上时，电压却不可以继续增加，最高只能是等于电机的额定电压。

例如：为了使电机的旋转速度减半，把变频器的输出频率从50Hz改变到25Hz，这时变频器的输出电压就需要从400V改变到约200V

2)). 当电机的旋转速度（频率）改变时，其输出转矩会怎样？

变频器驱动时的起动转矩和最大转矩要小于直接用工频电源驱动

电机在工频电源供电时起动和加速冲击很大，而当使用变频器供电时，这些冲击就要弱一些。工频直接起动会产生一个大的起动起动电流。而当使用变频器时，变频器的输出电压和频率是逐渐加到电机上的，所以电机起动电流和冲击要小些。

通常，电机产生的转矩要随频率的减小（速度降低）而减小。减小的实际数据在有的变频器手册中会给出说明。

通过使用磁通矢量控制的变频器，将改善电机低速时转矩的不足，甚至在低速区电机也可输出足够的转矩。

3.)) 当变频器调速到大于50Hz频率时，电机的输出转矩将降低

通常的电机是按50Hz电压设计制造的，其额定转矩也是在这个电压范围内给出的。因此在额定频率之下的调速称为恒转矩调速. (T=Te, P<=Pe)

变频器输出频率大于50Hz频率时，电机产生的转矩要以和频率成反比的线性关系下降。

当电机以大于50Hz频率速度运行时，电机负载的大小必须要给予考虑，以防止电机输出转矩的不足。

举例，电机在100Hz时产生的转矩大约要降低到50Hz时产生转矩的1/2。

因此在额定频率之上的调速称为恒功率调速. (P=Ue*Ie)

4.)) 变频器50Hz以上的应用情况

大家知道, 对一个特定的电机来说, 其额定电压和额定电流是不变的。

如变频器和电机额定值都是: 15kW/380V/30A, 电机可以工作在50Hz以上。

当转速为50Hz时, 变频器的输出电压为380V, 电流为30A. 这时如果增大输出频率到60Hz, 变频器的最大输出电压电流还只能为380V/30A. 很显然输出功率不变. 所以我们称之为恒功率调速.

这时的转矩情况怎样呢?

因为P=wT (w:角速度, T:转矩). 因为P不变, w增加了, 所以转矩会相应减小。我们还可以再换一个角度来看:

电机的定子电压U = E + I*R (I为电流, R为电子电阻, E为感应电势)

可以看出, U,I不变时, E也不变.

而E = k*f*X, (k:常数, f: 频率, X:磁通), 所以当f由50-->60Hz时, X会相应减小对于电机来说, T=K*I*X, (K:常数, I:电流, X:磁通), 因此转矩T会跟着磁通X减小而减小. 同时, 小于50Hz时, 由于I*R很小, 所以U/f=E/f不变时, 磁通(X)为常数. 转矩T和电流成正比. 这也就是为什么通常用变频器的过流能力来描述其过载(转矩)能力. 并称为恒转矩调速(额定电流不变-->最大转矩不变)

结论: 当变频器输出频率从50Hz以上增加时, 电机的输出转矩会减小.

5)). 其他和输出转矩有关的因素

发热和散热能力决定变频器的输出电流能力，从而影响变频器的输出转矩能力。载波频率: 一般变频器所标的额定电流都是以最高载波频率, 最高环境温度下能保证持续输出的数值. 降低载波频率, 电机的电流不会受到影响。但元器件的发热会减小。

环境温度：就象不会因为检测到周围温度比较低时就增大变频器保护电流值. 海拔高度: 海拔高度增加, 对散热和绝缘性能都有影响.一般1000m以下可以不考虑. 以上每1000米降容5%就可以了.

5.曲柄滑块摇杆机构模块 运动分析

)cos 1()cos 1(1βθ-+-=b a x ）（ 式中θ为曲柄转角，β为连杆转角。

式（1）对时间求导得： (2)v 1=dx/

θd θ/dt +bsin βd β/dt ;

v 1为齿条移动速度，也为半圈齿轮在分度圆处得线速度，因为

(3)asin θ=bsin β ; 式子（3）对t 求导得 (4)d β/dt=acos θd θ/(bcos βdt); 将式子（4）和ω=d θ/dt 代入式（2) 得（5)v 1=a ωsin(βθ+)/cos β 式子（5）对t 求导得直尺条加速度

(6) j 1=d v 1/dt=a ω[cos(βθ+)/cos β+a 2co 2

θ/(bcos 2β)] ; (7) α=(x-a)/r ; 故 (8) s =Rsin α=Rsin(x-a)/r ; 式子α为摇篮直杆

偏离铅垂位置的摆角，s 为摇篮直杆底部水平位移。 （9）v=R v 1/r =Ra ωsin(βθ+)/(rcos β) ;

(10) j=dv/dt =d(R v1/r)/ dt

={aRω2[cos(β

θ+)/cosβ+a2cos2θ/(bcos2β)]}/r ;

6结论

通过对设计方案的运动机构的初步计算和分析，可以知道设计方案是可行的，并且是简单可靠的。全自动多功能智能型婴儿床系统的开发涉及到电子、机械、自动控制等多个学科领域，是一个综合性的应用研究课题。由于水平有限，复杂运动机构难以完成，本设计着重以简单实用为前提，设计了具有多功能的婴摇摆儿床，初步作出机构构想图，整个系统可靠性较高，比较实用，而且易于维护和扩展。具体需要不断的改进。