1、新型晾衣架机电系统设计摘 要：本次设计的晾衣架是在对市场上现有的各类型晾衣架进行研究分析的基础上，通过查阅资料，综合运用所学知识设计出的一款气动新型晾衣架。晾衣架类型为伸缩式，主体为贴壁式交叉杆件伸缩机构，执行元件为晾衣架下端的两个双作用气缸，控制系统以80C51单片机为控制核心。需要晾晒衣物时气缸推动晾衣架向外伸出，不使用时气缸拉动晾衣架使之紧贴墙壁。在设计过程中，运用Pro/e完成晾衣架的实体建模及运动分析，用Keil进行控制程序的编译，再用Proteus软件对单片机控制系统进行模拟仿真以完成此次设计。关键词：晾衣架；气动；机电系统；单片机Design of new type of dry
2、er of mechatronics systemAbstract：The design of the dryer is existing in the market based on the analysis of each type of dryer was studied,by looking at data,Integrated use of knowledge in the design of a new pneumatic dryer,For the telescopic airer type,Subject to stick wall cross bar telescopic m
3、echanism,Actuators for drying rack bottom two double-acting cylinder,The control system with the 80C51 single chip processor as the core.Need air basks in clothings cylinder push protruding from the dryer,When not in use cylinder pull clothes-horse make it close to the wall.In the design process,Usi
4、ng Pro/e complete clothes-horse entity modeling and motion analysis,Control program using Keil compiler,Then use Proteus simulation software of single-chip microcomputer control system to complete the design.Keywords:clothes-horse;pneumatic;mechatronics;single chip microcomputer目 录1 前言12 晾衣架主体设计42.1
5、晾衣架结构设计42.2 晾衣架尺寸设计及强度校核42.2.1 各杆件强度校核53 气动技术与气缸控制回路设计63.1气动技术63.1.1气动技术简介63.1.2 气动技术应用63.1.3 气动技术的发展前景73.2气动回路设计73.2.1 气动回路中各元件简介83.2.2 气缸的选择94 控制系统设计114.1单片机原理114.1.1 单片机原理概述114.1.2 单片机的应用系统114.1.3 80C51简介134.2 其他主要器件介绍174.2.1 继电器介绍174.2.2 串行下载口介绍194.3 各部分电路设计214.3.1 电源电路214.3.2 时钟电路224.3.3按键电路224
6、.3.4 控制电磁阀工作电路234.4 系统软件设计与实现24结 论25参考文献26致 谢27附 录28311 前言 衣架是由一个名叫艾伯特帕克豪斯的工人发明的。当时他是美国密执安州的一家金属丝及小手工制品公司制作灯罩的铁匠，一天他生气地发现工厂衣帽间的挂衣钩已被全部占用，他气冲冲的拿出一段铅丝，弯成大衣肩部的形状并在上面加了钩子。这个发明被他老板据为己有并取得专利，这便是衣架的起源。 衣架是我国较早出现的一种家具，周朝开始实行礼制，贵族阶层对衣冠十分重视，为了适应这种需要，较早就出现了专门用来悬挂衣物的架子。各个朝代的衣架形式各有不同，名称也有所不同。春秋时期，横架的木杆，用以挂衣曰“桁”，
7、又叫“木施”。在宋代，衣架的使用较前代更为普遍，并且有形象的资料，河南禹县宋墓壁画梳妆图中的衣架，它由两根立柱支撑一根横杆，横杆两头长出立柱，两头微向上翘，并做成花朵状。下部用两横木墩以稳定立柱，在上横杆下部的两柱之间，另加一根横枨，以起加固作用。明代衣架整体造型仍保持着传统模式，但用材、制作、装饰尤精。衣架下端以两块墩子木作足，里外两面浮雕回纹，墩上植立柱，前后两个镂雕卷草花站牙抵夹。站牙上部和下部分用榫与立柱和座墩连接，两墩安装用小块木料攒接的棂格，由于棂格具有一定的宽度，故可以摆放鞋履等物。各个横材与立柱结合部的下侧，都有透雕拐子回纹花牙承托。衣架从选材、设计、雕刻制作，在明代都达到了很
8、高的艺术水平。明清衣架造型典雅，装饰精美，雕刻细致，漆色光亮。明清官员头戴乌纱红缨帽，身着前后缀有补子的盘领马蹄袖长袍，故清代衣架高大，站牙立柱上设有横杆，二端出挑，雕有纹饰，衣袍搭在横杆上，谓龙门架。清朝实行“易服”政策，推行穿满人服装，满人体魄剽悍而高大，所穿的服装体积大，份量重。有钱、有地位人的衣服，是由堆花绣凤的绫罗绸缎组成，因此，造就清代衣架的繁华、端庄、巨大，是这一个时期的特征，也是区别其他时代的不同之处。清代衣架又俗称“朝服架”，主要挂置男用官服所用，因此，所有的衣架主梁都如同二条仰首的双龙，傲气地横卧在那里，象征着官运亨通，其余的如“福”、“禄”、“寿”及各种装饰性花饰，则进一
9、步强调他们的价值观念。古时的衣架到了现代又有了新的演变和发展，传统的款式和现代的实用功能相结合，产生了新的家居制品，别有一番韵味。晾衣架有多种形式，下面介绍几种常见的种类。一、阳台升降式是安装在阳台，通过手摇或电动的方式使晾杆降低，把衣服晾好后，再使晾杆升高的一种晾衣架。这种产品适宜在家庭和宿舍的阳台用。二、壁挂式壁挂式壁挂式晾衣架是装在墙壁上的，安装高度一般到人的胸部，设计合理的应可以打起和放下，平时放下时贴着墙壁，不占用空间，要晾衣服时才打起。这些晾衣架短的适于酒店、宿舍、医院病房、家庭的房间等等。长的适用于室外，如别墅或有院子的房屋。三、落地式落地式落地式晾衣架就是直接放在地上用的一种晾
10、衣架，现时常见的有X型、蝴蝶型（又称翼型）、单杠双杠型几种。适用于房间、阳台和室外。四、拉伸式拉伸式拉伸型晾衣架也是装在墙壁上的，平时可推紧贴在墙壁上，使用时拉开来晾挂衣服。适用于房间、阳台和室外。不管晾衣架的种类有多少，但其主要功能还是用来晒衣服，大家在购买的时候应该以实用性为主。 本次设计完成了如下要求：（1）用Pro/e进行晾衣架主体三维建模及运动分析（2）设计控制气缸伸缩的电气控制原理图（3）单片机控制系统电路原理图设计（4）利用单片机编程实现气缸伸缩的控制（5）运用Proteus软件对单片机控制系统进行模拟仿真 此次设计由于时间仓促和自己知识水平有限，在设计中难免会有些许瑕疵，恳请老
11、师指正。2 晾衣架主体设计2.1晾衣架结构设计本次新型晾衣架的设计拟选用气压或者液压缸作为执行元件。经过网上查阅资料及市场调研分析，拉伸式晾衣架适合与液压或气压缸结合如图2.1。由于以气压作为动力相对于液压成本低许多，且液压传动容易弄脏衣物，而采用气压传动成本较低，且干净清洁，所以选择气缸作为晾衣架的执行元件。杆件材料选择5052-H112铝合金，其拉伸强度为175MPa，屈服强度为195MPa。图2.1 晾衣架三维视图2.2 晾衣架尺寸设计及强度校核 经过实际测量，本人衣服晾起后宽度在430mm左右，晾衣杆撑开后个杆件相互垂直，因此图2.1中绿色长杆两端孔中心距为：L1=430*cos45*
12、2=608mm为适合晾晒其他衣物晾晒，取：L1=610mm去晾衣杆有效晾晒长度为：L2=2500mm2.2.1 各杆件强度校核如图2.2为晾衣架机构简图图2.2 晾衣架机构件图假设晾晒衣物的质量为100kg，且全部晾晒在晾衣架离墙壁最远的晾衣杆上，经过计算，靠墙壁的杆件受最大压力约为：F=5000N。图2.1中棕色杆件的横截面尺寸设计为300mm*150mm，此时横截面所受应力为：1=5000/(300*150)=0.1MPa所受应力远小于所选材料拉伸强度，所以符合设计要求。图2.1中绿色杆件的尺寸设计为300mm*100mm，横截面所受应力为：2=5000/(300*200)=0.08MPa
13、所受应力远小于所选材料拉伸强度，符合设计要求。晾衣杆选择不锈钢管，设计外径为35mm，内径为30mm。3 气动技术与气缸控制回路设计3.1气动技术3.1.1气动技术简介气动技术，全称气压传动与控制技术，是生产过程自动化和机械化的最有效手段之一，具有高速高效、清洁安全、低成本、易维护等优点，被广泛应用于轻工机械领域中，在食品包装及生产过程中也正在发挥越来越重要的作用。3.1.2 气动技术应用气动技术应用的最典型的代表是工业机器人。代替人类的手腕、手以及手指能正确并迅速的做抓取或放开等细微的动作。除了工业生产上的应用之外，在游乐场的过山车上的刹车装置，机械制作的动物表演以及人形报时钟的内部，均采用
14、了气动技术，实现细小的动作。液压可以得到巨大的输出但灵敏度不够；另一方面要用电能来驱动物体，总需要用一些齿轮，同时不能忽视漏电所带来的危险。而与此相比，使用气动技术即安全又对周围环境无污染，即使在很小的空间里，也可以实现细小的动作。如果尺寸相同，其功率能超过电气。与此特性所带来的需求完全相一致的就是半导体产业。在生产线上，实现前进、停止、转动等细小简单的动作，在自动化设备中不可或缺。在其它方面，如制造硅晶片生产线上不可缺少的电阻液涂抹工序中使用的定量输出泵以及与此相配合的周边机器。 另外，虽然气动技术在各工业部门已经获得了广泛应用，但是，在许多应用之间还是存在着相当大差异的。就应用气动技术来说
15、，最基本条件就是要有一台空气压缩机，对已有用于其它用途的空气压缩机的地方，应用气动技术就更方便些。特别是在-些非生产加T部门，如畜牧业、种植业或服装业，情况更是如此。在机器设备制造领域中，大多数场合都有空气压缩机，且气动技术已有应用，每个应用项目在本质上也有许多相似之处，因此，我们可以对机器设备制造中的气动技术应用情况进行归纳终结，并列成表格形式。3.1.3 气动技术的发展前景气动行业的发展也是趋向于保护环境、提高产品的性能、降低成本，同时由于性能的提高和成本的降低又助于节省能源从而利于环境保护，其关键在于提高气动行业的自动化水平，使其产品更加优越，所以气动行业的发展方向大致为： 1 .机电气一体化一体化一体化一体化 2.高压、小型化 3.高效、低成本 4.无油化 5.高寿命、高可靠性 6.集成化、复合型、多功能 7.高速化 随着气动产品越来越多地应用于生物工程、医药、原子能、微电子、机器人等各行业，相应地提出了许多新的要求，因此大力发展新材料、铸造技术、表面热处理、密封技术、计算机技术、传感技术等许多基础技术越来越受到人们的重视。（1）与电子技术结合，大量使用传感器，气动元件智能化；（
