专业课程设计宠物自动喂食机设计.doc

分类号　　　　　　　　　　　　

郑州电力高等专科学校

《机电一体化系统设计》课程
结 课 论 文

题　　　　目 宠物自动喂食机　　　　　　　　　　　　　　

并列英文题目　pet automatic feeding machine　　　　　　　　　　　　　

系　　部　机电工程系　　　 专业　机电一体化技术专业　　　　　　　
姓　　名　 袁培杰　　　　 　班级　机电1202 　
指引教师　　王云霞　　　　　 职称　　　　　　　
论文报告提交日期　　　　　　　

郑州电力高等专科学校

摘 要
本次设计宠物自动喂食机基本功能和设计思路，依照给定规定动作顺序，综合运用所学基本理论、基本知识和有关机械设计专业知识，完毕宠物自动喂食机理论方案创新设计，并绘制必要零部件图，其中涉及装置原理方案构思和拟定；原理方案实现、传动方案设计，重要构造设计简图；设计计算与阐明。
宠物自动喂食机设计规定：定期投放饲料，具备开机自检功能，可以设定启动关闭时间长短，适应不同宠物食量需要，使用电动机驱动，其电源应为安全电源。
宠物自动喂食机设计重要技术核心问题为：饲料定期投放，料口开合角度拟定，定期长短设计，时间设定模块组合。

核心字：单片机;设计计算;定期;机构;

Abstract
Pet the basic function of automatic feeding machine and the design design concept，according to the regulation of a given action sequence，the integrated use of the basic theory，basic knowledge and related mechanical design professional knowledge，complete pet scheme creative design，automatic feeding machine theory and draw the necessary spare parts diagram，including the device，the principle of design and drawing up；The realization of the principle scheme，the transmission scheme design，the design of main structure diagram；Design calculation and specification.
Pet automatic feeding machine design requirements：on the feed regularly，have boot self-checking function，can set the length of the opening closing time，to adapt to the needs of different pet food intake，using motor drive，the power supply shall be the safe power supply.
Pet automatic feeding machine design and the main technical key problems as follows：feed the timing，the determination of mouth opening and closing Angle，the design of the length of time，time setting module combination.

Key words：Single chip microcomputer Design calculation；timing；institutions

目 录
中文摘要
英文摘要
引 言 ……………………………………………………1
课程设计目和规定………………………………………2
主轴设计……………………………………………………2
主轴材料选取………………………………………………2
主轴加工办法拟定…………………………………………2
主轴参数计算………………………………………………3
轴上力校合…………………………………………………4
行程开关旋转件设计………………………………………5
减速电动机选取……………………………………………5
控制系统设计…………………………………………………6
设计小结………………………………………………………29
参照资料目录…………………………………………………30
引 言
随着国内社会经济水平迅速发展，都市化进程不断加速。国内国民生活水平不断得到提高，国内宠物业也得到了飞速发展。由于都市生活水平封闭性、个性化和人口老龄化等问题不断凸显出来。人民生活中休闲、消费和情感寄托方式也呈现出多样化发展。家庭宠物饲养已经成为了都市居生活消遣新方式。宠物饲养和看护往往是宠物主人最关怀问题，当前宠物重要还是依托人工进行喂食。
而在当今社会中，人们工作与学习是十分繁忙，当人们外出时间比较长时对宠物食物和水供应就出浮现了比较大问题。特别是当人们出差在外或者是，旅游度假时，经常不能及时对家中宠物予以较好地照顾，宠物饮食常成为困扰人们重要问题。本装置就是针对此问题而设计一种装置。她对家居智能化起到了积极地作用，在提高人们生活效率与乐趣同步，也对人们出行减少了后顾之忧。

课程设计目和规定
课程设计目：
1、掌握机电一体化系统设计过程和办法，涉及参数选取、传动设计、零件计算、构造设计、计算机控制等培养系统分析及设计能力。
2、综合应用过去所学理论知识，提高联系实际和综合分析能力，进一步巩固、加深和拓宽所学知识。
3、训练和提高设计基本技能，如计算，绘图，PLC，运用设计资料、原则等。
设计规定：
1.设计内容涉及：总体设计，机械系统设计与计算，计算机控制系统设计，编写设计计算阐明书；
2.设计规定涉及：定期投放饲料，具备开机自检功能，可以设定启动关闭时间长短，适应不同宠物食量需要；
3.机械某些设计：零件图，装配示意图；
4.计算机控制设计：控制系统接口图一张；
5.控制装置采用直流减速电机驱动，MCS-51或单片机FX2N-PLC控制系统，软件环分，由键盘输入实现开环控制。
6.编写设计计算阐明书1份。
（一）、主轴设计
在宠物自动喂食机上采用直接由电机带动主轴旋转，控制料口启动和关闭，由于电机选用是具备自锁功能直流减速电机，中间不采用减速装置，简化构造设计，使系统构造尽量紧凑因此直接用电机驱动主轴，省去中间减速环节。
（二）、主轴材料选取:
主轴选用45钢，45钢加工性能较为抱负，材料价格比较低廉，但是这是一种中碳钢，淬火性能并不好， 45号钢可以淬硬至HRC42~46。因此如果需要表面硬度，又但愿发挥45钢优越机械性能，常将45钢表面渗碳淬火，这样就能得到需要表面硬度。调质解决后零件具备良好综合机械性能，广泛应用于各种重要构造零件，特别是那些在交变负荷下工作连杆、螺栓、齿轮及轴类等。
（三）、主轴加工办法选取:
由于主轴是间歇回转类零件，不需要长时间持续运转，因此加工精度不需要很高，在普通车床上既可以加工。又由于主轴外形相对简朴，不需要经常换刀，因此加工时间教短。在加工主轴时，需要注意是径向尺寸控制，但是通过合理安排加工工艺可以解决。最后端部钻孔是需要控制空之间距离，因此在单件试制时候可以不用专用夹具，在大量生产时候需要安排专用夹具，提高生产效率。特别需要注意是孔中心拟定，由于是后续安装旋转件，因此要控制中心偏差。
（四）、主轴参数计算：
1.主轴尺寸拟定：
由设计题目中规定可知：下料口孔直径为5mm.由《机械设计手册》表6.2-3取主轴直径为5mm;
1）估取主轴长度和直径:

i. 1-2段轴用于安装联轴器，故取直径为5mm。
ii. 2-3段安装活动挡片，外径5mm。
iii. 3-4段分隔段，直径为5mm。
iv. 4-5段为过度段，直径为16mm。
v. 5-6段安装旋转件，直径为40mm。
2） 依照轴向定位规定拟定轴各段长度
1. 1-2段为安装联轴器为30mm
2. 2-3段为安装活动挡片长度为60mm。
3. 3-4段为为分隔长度为10mm
4. 4-5段用于安装旋转件长度为6mm。
5. 5-6段安装旋转件长度为10

（五）、轴上力校合
66 207.5 63.5

1、精准校核轴疲劳强度
1、判断危险截面
由于截面IV处受载荷较大，直径较小，因此判断为危险截面
2、截面IV右侧

截面上转切应力为

由于轴选用40cr，调质解决，因此
，，。
（[2]P355表15-1）
a）综合系数计算
由，经直线插入，懂得因轴肩而形成理论应力集中为，，
（[2]P38附表3-2经直线插入）
轴材料敏感系数为，，
（[2]P37附图3-1）
故有效应力集中系数为

查得尺寸系数为，扭转尺寸系数为，
（[2]P37附图3-2）（[2]P39附图3-3）
轴采用磨削加工，表面质量系数为，
（[2]P40附图3-4）
轴表面未经强化解决，即，则综合系数值为

b)碳钢系数拟定
碳钢特性系数取为，
c)、安全系数计算
轴疲劳安全系数为

故轴选用安全。
（六）、行程开关旋转件设计

由示意图可知，两旋转件在旋转时有一种90度角角度差，通过行程开关输出信号不同来辨别料口开合处在什么样状态，然后通过单片机系统解决，输出相应信号，带动电机旋转，来控制料口开合。料口状态有完全关闭和完全打开两种状态，（1）两行程开关都输出信号时，料口处在关闭状态，（2）两行程开关有一种闭合输出信号时，料口处在完全打开状态。
（七）、减速电动机选取：
直流齿轮减速电动机由于其构造简朴，性能可靠，故选取直流齿轮减速电动机。
ZGA25R-310式直流齿轮减速电动机产品数据：ZGA25R-310
使用电压:DC6V   转速： 20rpm 外径:25mm    
总长:51mm 伸出轴长:10mm 扭力:1-3KG
（八）、控制系统设计
1、系统方案设计构成
本系统涉及机械某些和伺服电机控制两某些。依照所给规定，拟用开环控制构造设计方案，其开环系统构造原理如图1。

单片机   光电    耦合  驱动 执行   机构
详细原理：编写单片机指令，通过扫描键盘输入数字记录需要转动角度，然后计算需要输出脉冲，用软件办法实现脉冲输出，然后由光电耦合电路减小外部干扰，由功率放大电路实现功率放大，然后接减速电动机，通过联轴器把力矩传到主轴。带动料口开关。
2、单片机选用
本设计选用ATS9S51芯片，片内无ROM或者EPROM，使用时必要配备外部程序存储器EPROM。本设计选用了2764扩展其空间，8031引脚分3大功能：
（1）I/O口线
P0,P1,P2,P3共4个八位口。
（2）控制口线
PSEN(片外取指控制)、ALE（地址锁存控制）、EA（片外存储器选取）、RESET（复位控制）。
（3）电源和时钟。
ATS9S51最小应用系统。ATS9S51内部不带ROM，需要外接EPROM作为外部程序存储器。又由于8031在外接程序存储器或数据存储器时地址低8位信息和数据信息分时送出，故还需要采用一片74LS373来锁存低8为地址信息。这样，一片2764EPROM和一片74LS373构成了一种最小计算机应用系统。如图
MCS-51程序存储器空间与数据存储器空间是互相独立。顾客可最多扩展到64kb程序存储器几64kb数据存储器，编址为0000H~FFFFH。片内8kb单元地址规定地址线13根（A0~A12）。
它由P0和P2.0~P2.4 构成。地址锁存器锁存信号为ALE。程序存储器取地址消耗为PSEN。由于程序存储器芯片只有一片，因此其片选端（31）直接接地。
8031芯片自身连接31必要接地来表白选取外部存储器外，还必要有复位和时钟电路。在此系统中有P1、P3口作为顾客I/O口使用；74LS373为地址锁存器，她是一片三态输出8D触发器，当OE=1时三态门导通，输出线上为8为锁存器状态。当OE=1时输出为高住抗转台。G为锁存信号输入线，G=1时锁存器输出等于D端输入，G输入短跳变将输入信息锁存到8为锁存器中。
当8031在访问外部程序存储器时，P2口输入高8为地址：P6口分时传送底8为地址和指令字节。在ALE为高电平时，P0口输出地址有效，并由ALE下降沿锁存到地址锁存器中，此时外部程序存储器宣统信号线PSEN浮现低电平，选通相应外部。EPROM存储器；相应指令字节出当前EPROM数据线（O0~O7）上，输入到P0口，CPU将指令字节读入指令寄存器。

（九）、程序编写
连线图：

程序设计：
AT89S51,F=6MHz
影响第0组R1,R2,R3,R4,R5,R6,R7
20H,21H,30H,31H,32H,35H,36H,37H,38H,39H,3AH,3BH,3CH,3DH,3EH;;
ORG 00H ;程序从这里开始
SJMP MAIN ;主程序
ORG 0BH ;定期器0中断入口
LJMP GOTO

ORG 40H
;初始化
MAIN:MOV SP,#5FH ;设堆栈
MOV 30H,#12H ;存储小时,设初值
MOV 31H,#00H ;存储分钟,设初值
MOV 32H,#00H ;存储秒,设初值
MOV 35H,#06H ;第一种闹钟小时位,设初值
MOV 36H,#30H ;第一种闹钟分钟位,设初值
MOV 37H,#09H ;第二个闹钟小时位,设初值
MOV 38H,#00H ;第二个闹钟分钟位,设初值
MOV 39H,#06H ;存储年
MOV 3AH,#11H ;存储月
MOV 3BH,#05H ;存储日
MOV 3CH,#00H ;显示缓存,第1，2位
MOV 3DH,#00H ;显示缓存,第3，4位
MOV 3EH,#00H ;显示缓存,第5，6位

CLR 00H ;秒闪烁暂存 20H.0
SETB 01H ;闹钟1输出位 20H.1
SETB 02H ;闹钟2输出位 20H.2
CLR 03H ;按键2与否有效标致位 20H.3
CLR 04H ;按键3与否有效标致位 20H.4
CLR 05H ;按键2与否有效标致位 20H.5
CLR 06H ;闹钟开关标致 20H.6 "0"为开"1"为关
SETB 07H ;显示缓存,小数点1
SETB 08H ;显示缓存,小数点2
SETB 09H ;时钟加减标致位 "0"为小时,"1"为分钟
SETB 0AH ;闹钟1加减标致位"0"为小时,"1"为分钟
SETB 0BH ;闹钟2加减标致位"0"为小时,"1"为分钟

MOV R2,#2 ;设定期次数
MOV R3,#50
MOV R4,#25
MOV TMOD,#02H ;设定期器0工作方式为方式2
MOV TH0,#56 ;设初始值
MOV TL0,#56
SETB TR0 ;启动定期器和中断
SETB ET0
SETB EA
主程序
MMAIN:JNB P2.0,MMAIN ;时钟主程序
MMAIN2:LCALL XIAN ;显示
LCALL CS ;按键秒清零
LCALL DAT ;与否显示年月日
LCALL DSQ ;定期器
LCALL T1T2 ;闹钟开关
CLR P2.6 ;按键有效
JNB P2.0,MENU1
SJMP MMAIN2

MENU1:JNB P2.0,$ ;时钟调节
SETB P1.0
MOV 3CH,30H ;将暂存数转成字形 显示30H
MOV 3DH,31H ;将暂存数转成字形 显示31H
MOV 3EH,#0ABH ;将暂存数转成字形 显示" t"
CLR 07H ;显示小数点1
SETB 08H ;不显示小数点2
LCALL MXIAN ;显示菜单1
LCALL ADDM1 ;按键加一分钟
LCALL ADDH1 ;按键加一小时
LCALL DECMH ;减一分钟/一小时
CLR P2.6
JNB P2.0,MENU2
SJMP MENU1

MENU2:JNB P2.0,$ ;日期调节
SETB P1.0
MOV 3CH,39H ;将暂存数转成字形 显示39H
MOV 3DH,3AH ;将暂存数转成字形 显示3AH
MOV 3EH,3BH ;将暂存数转成字形 显示3BH
CLR 07H ;显示小数点1
CLR 08H ;显示小数点2
LCALL MXIAN ;显示菜单2
LCALL DATEN ;年份+1
LCALL DATEM ;月份+1
LCALL DATED ;+1日
CLR P2.6
JNB P2.0,MENU3
SJMP MENU2

MENU3:JNB P2.0,$ ;闹钟1
SETB P1.0
MOV 3CH,35H ;将暂存数转成字形 显示35H
MOV 3DH,36H ;将暂存数转成字形 显示36H
MOV 3EH,#0A1H ;将暂存数转成字形 显示" 1"
CLR 07H ;显示小数点1
SETB 08H ;不显示小数点2

LCALL MXIAN ;显示菜单3
LCALL T1M1 ;闹钟1分钟+1
LCALL T1H1 ;闹钟1小时+1
LCALL DECT1 ;闹钟1减1小时/1分钟
CLR P2.6
JNB P2.0,MENU4
SJMP MENU3

MENU4:JNB P2.0,$ ;闹钟2
SETB P1.0
MOV 3CH,37H ;将暂存数转成字形 显示37H
MOV 3DH,38H ;将暂存数转成字形 显示38H
MOV 3EH,#0A2H ;将暂存数转成字形 显示" 2"
CLR 07H ;显示小数点1
SETB 08H ;不显示小数点2
LCALL MXIAN ;显示菜单4
LCALL T2M1 ;闹钟2分钟+1
LCALL T2H1 ;闹钟2小时+1
LCALL DECT2 ;闹钟减2小时/1分钟
CLR P2.6
JNB P2.0,MENU5
SJMP MENU4
MENU5:LJMP MMAIN

中断解决
GOTO:PUSH A ;保护现场
DJNZ R3,GOTO1
MOV R3,#50
DJNZ R4,GOTO1
MOV R4,#25
CPL 00H ;20H.0 用于秒闪烁
DJNZ R2,GOTO1
MOV R2,#02H ;配合定期器定期一秒

MOV A,32H ;秒位与否为59秒，是：秒清零，分钟+1，判断分钟...
CJNE A,#59H,M1 ;否：跳转到秒+1
MOV 32H,#00H

MOV A,31H ;分钟位同上
CJNE A,#59H,M2
MOV 31H,#00H

MOV A,30H ；小时位同上
CJNE A,#23H,M3
MOV 30H,#00H
LCALL ADDD

SJMP GOTO1
M1:ADD A,#01 ;秒+1
DA A
MOV 32H,A
SJMP GOTO1
M2:ADD A,#01 ;分钟+1
DA A
MOV 31H,A
SJMP GOTO1
M3:ADD A,#01 ；小时+1
DA A
MOV 30H,A
SJMP GOTO1

GOTO1:POP A ;恢复现场
RETI
时钟显示专用子程序
XIAN:MOV A,32H ;将暂存数转成字形
SWAP A
MOV B,#10H
DIV AB
LCALL ZH
MOV P0,A ;LED显示秒位
MOV P2,#0FEH
LCALL DELAY
MOV A,B
LCALL ZH
MOV P0,A
MOV P2,#0FDH
LCALL DELAY

MOV A,31H ;将暂存数转成字形
SWAP A
MOV B,#10H
DIV AB
LCALL ZH
MOV P0,A ;LED显示分钟位
MOV C,00H
MOV P0.7,C ;秒闪烁
MOV P2,#0FBH
LCALL DELAY
SETB P0.7 ；取消显示小数点
MOV A,B
LCALL ZH
MOV P0,A
MOV P2,#0F7H
LCALL DELAY

MOV A,30H ;将暂存数转成字形
SWAP A
MOV B,#10H
DIV AB
LCALL ZH
MOV P0,A ;LED显示小时位
CLR P0.7 ;显示小数点
MOV P2,#0EFH
LCALL DELAY
SETB P0.7 ;取消显示小数点
MOV A,B
LCALL ZH
MOV P0,A
MOV P2,#0DFH
LCALL DELAY
RET

DELAY:MOV R5,#0AH ;延时1mS(6MHz)
L1:MOV R6,#19H
L2:DJNZ R6,L2
DJNZ R5,L1
RET

ZH:MOV DPTR,#TAB ;字形转换
MOVC A,@A+DPTR
MOV P2,#0FFH ;消影
RET

TAB:DB 0C0H,0F9H,0A4H,0B0H,99H,92H,82H,0F8H,80H,90H ;字形0~9
DB 0FFH,87H,0C8H,0A1H,86H,8EH ;字形 A=" ",B="t",C="n",F="F",-hsz

TAB2:DB 30H,31H28H,31H,30H,31H,30H,31H,31H,30H,31H,30H,31H ;每月天数,平年
TAB3:DB 30H,31H,29H,31H,30H,31H,30H,31H,31H,30H,31H,30H,31H ;每月天数,闰年

显示子程序结束
菜单显示子程序
MXIAN:MOV A,3EH ;将暂存数转成字形
SWAP A
MOV B,#10H
DIV AB
LCALL ZH
MOV P0,A ;LED显示5,6位
MOV P2,#0FEH
LCALL DELAY
MOV A,B
LCALL ZH
MOV P0,A
MOV P2,#0FDH
LCALL DELAY

MOV A,3DH ;将暂存数转成字形
SWAP A
MOV B,#10H
DIV AB
LCALL ZH
MOV P0,A ;LED显示3,4位
MOV C,08H
MOV P0.7,C ;与否显示小数点2
MOV P2,#0FBH
LCALL DELAY
SETB P0.7 ；取消显示小数点
MOV A,B
LCALL ZH
MOV P0,A
MOV P2,#0F7H
LCALL DELAY

MOV A,3CH ;将暂存数转成字形
SWAP A
MOV B,#10H
DIV AB
LCALL ZH
MOV P0,A ;LED显示1,2位
MOV C,07H
MOV P0.7,C ;与否显示小数点1
MOV P2,#0EFH
LCALL DELAY
SETB P0.7 ；取消显示小数点
MOV A,B
LCALL ZH
MOV P0,A
MOV P2,#0DFH
LCALL DELAY
RET

按键子程序开始
CS:MOV P0,#0FFH ;秒清零
MOV P2,#10111111B
JB P2.1,CS1
MOV 32H,#00H
CS1:SETB P2.6
RET
;----
ADDM1:MOV P0,#0FFH ;加一分钟
MOV P2,#10111111B
JNB P2.2,ADDM11
CLR 03H ;按键2与否有效
ADDM11:JB 03H,ADDM12
JB P2.2,ADDM12
LCALL MXIAN ;这四个为去抖动
MOV P0,#0FFH
MOV P2,#10111111B
JB P2.2,ADDM12
SETB 03H ;按键2与否有效
SETB 09H ;时钟加减标致位
MOV A,31H ;分钟 +1
CJNE A,#59H,M21
MOV 31H,#00H
SJMP ADDM12
M21:ADD A,#01
DA A
MOV 31H,A
SJMP ADDM12
ADDM12:SETB P2.6
RET
;-------------------------------------------------------------------
ADDH1:MOV P0,#0FFH ;加一小时
MOV P2,#10111111B
JNB P2.3,ADDH11
CLR 04H ;按键3与否有效
ADDH11:JB 04H,ADDH12
JB P2.3,ADDH12
LCALL MXIAN ;这四个为去抖动
MOV P0,#0FFH
MOV P2,#10111111B
JB P2.3,ADDH12
SETB 04H ;按键3与否有效
CLR 09H ;时钟加减标致位
MOV A,30H ；小时 +1
CJ