按摩椅原理图设计分析报告

测控技术应用实践

项目设计报告

课程名称: 测控控技术应用实践

项目名称: 按摩椅控制系统

专业: 测控技术与仪器

班级: 测控112

组号: 3

组长: 易瑶

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教师评分:

2014年 05月11日

按摩椅方案设计

摘要：本设计基于高性能、低成本、低功耗的ARM Cortex-M3内核单片机STM32F103为装置控制核心，以简单，精巧方便的机械结构为硬件载体。按摩椅颈腰腿按摩部分直流减速电机，采用电流值8A瞬间可达20A的LM298驱动平稳快速的驱动电机。用自行设计的24V、12V、5V稳压电源给单片机、直流电机、红外开关等供电。通过输出PWM（脉宽调制）波对电机的方向和转速进行控制。110V/8A的开关电源对气泵供电，亦是单片机输出一路PWM波控制气泵对气囊的充气速度,从而达到对人体按摩的效果。音乐播放模块采用主控芯片VLSI 的VS1003对MP3文件解码播放，同时配合背部加热、七彩幻灯、及液晶触摸显示模块形成完整的按摩体系。

关键词： PWM波减速直流电机

一.系统方案

系统整体设计方案

二.系统计算

将公式TH= 9. 08K eI H 和公式P2 =T H nH9. 55可合二为一,成为P 2= 0. 95I H*nHK*e。这是求直流电机输出功率的经验公式, 简便、准确, 读者可验证。公式的物理解释是K e nH 为额定转速下的反电势, 再乘以I H 则等于电磁功率, 0.

95 为经验系数。

R5166 电机计算举例:

( 1) 以1、2 测点U1、I 1、n 1、U2、I 2、n2 两组数据联立方程

求R a。R a=U2 n1- U1 n2n1 I 2- n2 I 1= 0. 14(欧姆) 。

( 2) 根据1 点U1、I 1、n1 和测出的R a, 按式( 2) 计算K e=U1- I1Ra

n1= 0. 00603( V/ r*min- 1) 。

( 3) 有了R a 和K e, 便可计算任意一点的输出功率, 如第4 点, 额定电流为9. 9A, 则按式( 1) , 求出该点输出转矩为T H= 9. 08I HK e= 0. 54( N/m) 。再按式( 3) 求该点额定转速为nH=U- I H R a

K e= 3750( r/ min) , 按式( 4) 便可求出该点输出功率

为P 2=T H nH9. 55= 32( W) ,而电源功率为150w ，故本系统可安全顺利运行。三．系统局部电路

1.1背部发热装置电路

该背部的恒温发热控制系统由555 电路的6、7 脚并接起来接在定时电容CT 上，用2 脚作输入就成为脉冲启动型单稳电路，如图5(a)所示，电路的2 脚平时接高电平，当输入接低电平或输入负脉冲时才启动电路，用等效触发器替代555 后见图5 6)所示，下面分析它的工作原理：稳态：接上电源后，R=1，S=1，输出Vo=0，DIS 端接地，CT 上的电压为0 即R=0，输出仍保持Vo=0，这是它的稳态。暂稳态：输入负脉冲后，输入S=0，输出立即翻转成Vo=1，DIS 端开路，电源通过RT向CT 充电，暂稳态开始。经过时间TD 后，CT 上电压上升到>2/3VDD 时，输入又成为R=1，S=1，这时负脉冲已经消失，输出又翻转成Vo=0，暂稳态结束。这时内部放电开关接通，DIS 端接地， CT 上电荷很快放到零，为下一次定时控制作准备。电路的定时时间TD=1.1RTCT。

图1

1.2电源电路

用220V转24V的变压器引入电源的供电端，再用三端稳压器件78L24、78L12、78L05及79L24、79L12、79L05设计稳压成一路12V稳压电源、一路5V 稳压电源及一路3.3V作为电源模块。24V直接供给电机使是按摩达到一定的力度，5V供给外围电路，3.3V直接单独供给单片机。其中三极管的型号为2SA1302，其相关参数为：功率150W、耐压200V、电流15A。

图2

1.3电机驱动电路

常用的电动机驱动芯片L6203，可以驱动二相电机，输出电压最高可达48V,输出电流最高可达4A,可以直接通过电源来调节输出电压；可以直接用单片机的IO口提供信号；而且电路简单，使用比较方便。

图3

1.4音频解码模块

主控芯片采用的是VLSI 的VS1003的MP3/WMA/MIDI/WAV 音频解码和ADPCM 编码芯

片，它拥有一个高性能的DSP 处理器核VS_DSP，5K 的指令RAM，0.5K 的数据RAM，通过SPI

控制，具有4 个通用IO 口和一个串口，芯片内部还带了一个可变采样率的ADC、一个18 位

的立体声DAC 及音频耳机放大器。VS1003 通过SPI 接口来接受输入的音频数据流，作为系统的从机，我们通过SPI 口向VS1003 不停的输入音频数据，其自动帮助解码了，然后从输出通道输出音乐，同时接上外部音响设备，从而达到按摩椅放音乐的功能。模块电路如图5

图4

1.5红外开关测距电路

按摩椅为适应不同人的身高，在其头部及脚部设置光电检测开关电路，同时通过椅身电机的正反转来调整位置。采用型号为ST188红外发射管，通过调整上拉电阻，调整其检测距离为15厘米左右。红外测距电路如图6及附录2PCB图

图5

1.6液晶显示模块

这里选择一款2.8寸的TFT液晶屏ILI9341，其分辨率为320*240，工作模式为8位数据模式，与MCU的通讯所需IO口较少，速度也较快。输入设备为了使控制方便，人性化，采用触摸屏实现。触摸屏的控制芯片选择由TI公司生产的12位四线触摸屏控制芯片ADS7843，因为该芯片的精度是12Bit，有很高的分辨率，有利于屏幕控制精度的提高。LCD与主控制器是SPI接口方式。其电路设计如

图6所示。

图6