毕业设计(论文)-智能孵化器设计.doc
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1、烟台大学毕业论文(设计) 1 目 录 第一章 绪论1 1.1 智能微型孵化出雏器的背景1 1.2 智能微型孵化出雏器的发展1 第二章 智能微型孵化出雏器的组成与设计2 2.1 有关孵化的基础知识2 2.2 孵化器的机械组成与设计2 2.3 孵化器的主要电子配件与选择5 第三章 翻蛋机构的设计11 3.1 翻蛋机构简介11 3.2 翻蛋机构涉及的有关知识11 3.3 翻蛋机构的设计方案14 第四章 翻蛋机构的仿真.19 4.1 关于 UG 运动仿真 19 4.2 翻蛋机构的仿真过程19 第五章 电路及程序设计28 5.1 智能孵化器内部总体框图28 5.2 温度采集与控制电路28 5.3 湿度采
2、集与控制电路29 5.4 A/D 转换电路与温湿度控制30 5.5 程序框图设计30 致 谢34 参考文献35 烟台大学毕业论文(设计) 1 第一章 绪 论 1.1 智能微型孵化出雏器的背景智能微型孵化出雏器的背景 孵化器,英文为 incubator,本义是指人工孵化禽蛋的专门的设备。后来被引入经济领 域,用于指一个集中的空间,能够在企业创办初期举步维艰时,提供研究、生产、经营的 场地,通讯、办公等方面的共享设施,系统的培训和咨询、融资、法律和市场推广等方面 的支持,旨在对高新技术成果、科技型和创业型企业进行孵化,以推动合作和交流,使创 业者将发明或成果尽快形成商品然后进入市场,提供综合服务帮
3、助新兴的中小企业成熟长 大形成规模,降低创业企业的风险和成本,提高企业成活率和成功率,最终使企业“做大”, 为社会培养成功的企业和企业家。 随着市场需求的多元化,一些制造智能微型孵化器的厂家逐渐增加,不仅使得企业规 模变大、产品多样化,而且也迎合了少年儿童们的需求,增加了孩子们的创新意识和动手 实践的能力。 1.2 智能微型孵化出雏器的智能微型孵化出雏器的发展发展 我国企业孵化器的发展已形成自己的特色并开始呈现出多种形式。孵化器正朝着形式 多样化、功能专业化、投资主体多元化的方向发展。 形式多样化: 不仅有综合性的创业中心,而且近年来发展了一批留学人员创业园、大 学科技园和海外创业园等。如今,
4、已有依托清华大学、上海交通大学、重庆大学、四川大 学等高等院校建立了 58 家大学科技园孵化器;北京、上海、苏州等地依托创业中心和高新 区建立了 50 多家留学人员创业园,为海内外留学人员和海外华人提供创业的全程服务;在 美国、俄罗斯、新加坡、英国等地建立了海外创业园。 功能专业化: 兴建了一批以中小型的软件开发企业为主要培育对象的软件园;上海张 江生物医药孵化器、北京医科大学医药孵化器、北京 863 软件孵化器、北京北内制造业孵 化基地、北京新材料孵化器、陕西杨凌农业专业孵化器、天津塘沽海洋技术专业孵化器等 一批专业技术孵化器已经投入运营。 投资主体多元化: 除了有政策性孵化器外,商业性孵化
5、器的发展呈现良好态势;管理 体制已从事业型为主,向企业型、事业单位企业化管理并重模式转变。一批国有和民营大 中型企业、风险投资机构和跨国公司已经在中国创建了企业孵化器,以孵化器数量最多的 北京为例,在 2000 年统计的 25 家孵化器中,大学投资的孵化器占 5 家,国企投资的孵化 器占 7 家,民营企业投资的占 1 家,政府投资占 7 家,国外公司投资的占 2 家,其他孵化 器占 3 家。 烟台大学毕业论文(设计) 2 第二章 智能微型孵化出雏器的组成与设计 2.1 有关孵化的基础知识有关孵化的基础知识 1. 种蛋的入孵 入孵又称上蛋。一切准备好以后,即可上蛋正式开始孵化。入孵的方法一般使得
6、鸡蛋 的钝端朝上。 2. 孵化条件的控制 由于现代孵化机已经机械化、自动化,管理都非常简单,主要注意温度和湿度的变化 ,观察控制系统的灵敏程度。遇有失灵情况及时采取措施。再者是要保持孵化器内部的清 洁,应经常进行清洗或替换,孵化器的风扇叶片和蛋架等均应保持清洁,否则影响孵化器 内部的通风,污染正在孵化的胚胎。应该经常留意孵化器内部部件如电动机,风扇的运转 情况,如电动机是否发热,机内有无异常的噪声等。 3. 照蛋 照蛋的主要目的是观察胚胎的发育情况,剔除无精蛋、破蛋、死胚蛋。 正常的胚蛋血管网鲜红,扩散较宽,黑眼明显; 无精蛋的蛋内透明,转动时之间卵黄的阴影; 破蛋的外壳有裂痕; 死胚蛋没有血
7、管网,有血线和溶血。 4. 落盘 入孵到第21或第22天,把胚蛋移入出雏盘或出雏器,同时调整温、湿度使之符合出雏 的相应条件。落盘与第3照同时进行。 5. 出雏 胚胎发育正常时,满21天就开始出雏。此时应关闭机内的照明灯,以免雏鸡骚动影响 出雏。出雏期间,视出壳情况,拣出空蛋壳和绒毛已干的雏鸡,以利继续出雏。一般出雏 达30%40%才拣1次. 2.2 孵化器的机械组成与设计孵化器的机械组成与设计 孵化器的机械部分是完成孵化工作的重要支撑,是提供孵化的重要场所。它主要是由 孵化器外壳,换气窗,加湿装置,蛋框及蛋框架,翻蛋装置等。 1. 孵化器外壳 由于本设计是一个智能微型孵化出雏器,是一种玩具型
8、孵化器,因此该孵化器是一个 外型比较小,重量比较轻,且外观比较可爱或易被儿童们接受的外壳设计。其外壳材料应 为轻质的塑料,外型设计如下图: 烟台大学毕业论文(设计) 3 图 2-1 孵化器外壳 2. 换气窗 为了保证鸡蛋在孵化过程中能够吸收氧气和呼出二氧化碳,并保证在代谢增强时能够 吸收更多的氧气,应有换气窗装置。其设计如下图: 图 2-2 换气窗 3. 加湿装置 为了保证在孵化过程中能够保持适当的湿度,应设有盛水的装置来保持湿度。其设计 如下图所示: 烟台大学毕业论文(设计) 4 图 2-3 加湿装置 4. 蛋框与蛋框架 蛋框是鸡蛋入孵的支撑架,其设计关系到鸡蛋的受热均匀,以及对鸡蛋周围温度
9、的采 集等问题,因此蛋框应使得鸡蛋与外界接触的面积大致相等,才能保证其受热均匀,有利 于鸡蛋的孵化。蛋框架是蛋框的支撑部件,有利于对鸡蛋进行翻蛋控制,也防止鸡蛋受到 损害。其设计如下图所示: 图 2-4 蛋框及蛋框架 5. 翻蛋装置 观察母鸡在自然孵化时,经常用脚、喙把种蛋上下左右翻动,并把窝边和窝外的种蛋 不断调换位置,这种生物本能的反应就是翻蛋。其作用是让胚胎的各个部位均匀受热,促 进气体代谢和营养吸收,有利于胚胎发育,避免胚胎与壳膜粘连,有助于胚胎运动,保证 胎位正常,提高孵化率。翻蛋装置设计如下图所示: 烟台大学毕业论文(设计) 5 图 2-5 翻蛋装置 2.3 孵化器的主要电子配件及
10、选择孵化器的主要电子配件及选择 孵化器中的主要电子配件有电动机,风扇,温度传感器,湿度传感器等。 1. 电动机的型号选择过程如下: 凸轮以及鸡蛋,蛋框,蛋框架重量总为 500g,翻转鸡蛋时应在 2 秒内上升 30mm。 所以在 2 秒内的功率为 P=0.075WtSF 203 . 0 105 . 0 凸轮转速大致为 612 rpm ,转速很低。经查阅,功率为 0.84W 的微型电机的转速一般 在 15000 rpm,转速太高,无法完成运动,因此选用自带减速器的微型电机经过自动减速后, 转速为 12 rpm,满足工作要求。 选用的电机型号如下: 表 2-1 减速电机型号 电机如下图所示: 品牌产
11、品类 型 型号额定功 率(w) 额定电 压(v) 额定电 流(A) 额定转 速(rpm) 外形尺 寸 mm 产品认证 顺昌电机直流电 机 SC- 37GB52 0 1.2120.045123722.7ROHS 烟台大学毕业论文(设计) 6 图 2-6 减速电机 2. 风扇的选择 通风换气在孵化过程中起着很关键的作用,因此风扇的选择也至关重要。由于本设计 是智能微型孵化出雏器,空间比较小,功率也很小,因此选用电脑电源散热的小风扇。这 种风扇功率消耗小,噪音小,占用的空间尺寸也小,适用于本设计。经查阅,选择的风扇 型号如下: 表 2-2 散热风扇型号 品牌产品 类型 型号额定 功率 (w) 额定
12、电压 (v) 额定 电流 mA 额定 转速 rpm 外形 尺寸 mm 空气 流通 CFM 噪音 指数 dBA 静压力 inch- H2O 建准 风扇 超静 音风 扇 HA30 101V3 0.44123670003030 10 3.517.60.08 风扇如下图所示: 图 2-7 散热扇 3. 温度传感器的选择 烟台大学毕业论文(设计) 7 热电阻传感器主要用于测量温度及与温度有关的参数,在工业生产中被广泛用于测量- 200C+500C 范围内的温度.按照热电阻的热度不同,热电阻可以分为金属热电阻和半导体 热电阻两类,前者称为热电阻,后者称为热敏电阻。以热电阻或热敏电阻为主要器件制成的传 感器
13、称为热电阻传感器或热敏电阻传感器。根据本设计中所需要测量的温度范围、敏感度、 精确度以及考虑其经济性,热敏电阻传感器为最合适的测温元件。 热敏电阻按温度特性热敏电阻可分为两类,随温度上升电阻增加的为正温度系数热敏 电阻,反之为负温度系数热敏电阻。 (1)正温度系数热敏电阻的工作原理 此种热敏电阻以钛酸钡为基本材料,再掺入适量的稀土元素,利用陶瓷工艺高温烧结 尔成。纯钛酸钡是一种绝缘材料,但掺入适量的稀土元素如镧(La)和铌(Nb)等以后, 变成了半导体材料,被称半导体化钛酸钡。它是一种多晶体材料,晶粒之间存在着晶粒界 面,对于导电电子而言,晶粒间界面相当于一个位垒。当温度低时,由于半导体化钛酸
14、钡 内电场的作用,导电电子可以很容易越过位垒,所以电阻值较小;当温度升高到居里点温 度(即临界温度,此元件的“温度控制点” 一般钛酸钡的居里点为 120C)时,内电场受 到破坏,不能帮助导电电子越过位垒,所以表现为电阻值的急剧增加。因为这种元件具有 未达居里点前电阻随温度变化非常缓慢,具有恒温、调温和自动控温的功能,只发热,不 发红,无明火,不易燃烧,电压交、直流 3440V 均可,使用寿命长。 (2)负温度系数热敏电阻的工作原理 负温度系数热敏电阻是以氧化锰、氧化钴、氧化镍、氧化铜和氧化铝等金属氧化物为 主要原料,采用陶瓷工艺制造而成。这些金属氧化物材料都具有半导体性质,完全类似于 锗、硅晶
15、体材料,体内的载流子数目少,电阻较高;温度升高,体内载流子数目增加,自 然电阻值降低。负温度系数热敏电阻类型很多,使用区分低温、中温、高温三种,有灵敏 度高、稳定性好、响应快、寿命长、价格低等优点,广泛应用于需要定点测温的温度自动 控制电路,如冰箱、空调、温室等的温控系统。 本设计选用负温度系数热敏电阻,因为它随温度变化一般比正温度系数热敏电阻器易 观察,选择的热敏电阻器型号如下: 表 2-3 热敏电阻器型号 外形尺寸型号标称阻值范 围 at25C Rn() 允许偏差 (%) 电阻温度系 数(%C) 时间常数 (s) 最大电压 (V) DmaxTmax MF1133003300020-2 -6
16、.530167.64.0 该热敏电阻器如下图所示: 烟台大学毕业论文(设计) 8 图 2-8 MF11 热敏电阻器 4. 湿敏电阻的选择 由于孵化器内部需要的湿度范围为 60%80%,要求的精度不是很高,而且此设计为玩 具型设计,空间比较小,为满足这种要求,要求我们选用湿敏电阻 SYH-2/SYH-2s,产品型 号及参数如下图所示: 表 2-4 湿敏电阻型号 产品品 牌 产品型号供电电压 V 湿度范围 (RH) 精度 (RH) 工作温度 范围 响应时间 (S) 迟滞 (RH) 25, 60%的 阻值 (K) SyhitechSYH- 2/SYH-2s 620%95%5%060C602%33 5
17、. A/D 转换器的选择 A/D 转换器是一种用来将连续的模拟信号转换成二进制数字量的器件。模拟量可以是电 压、电流等电信号,也可以是声、光、压力、温度、湿度等随时间连续变化的非电量的模 拟量。非电量的模拟量可以通过合适的传感器(如光电传感器、压力传感器、温度传感器) 转换成电信号,模拟量只有转换成数字量才能被计算机采集、分析、计算。 A/D 转换器的技术指标很多,在选择时必须考虑以下几个指标。 (1)分辨率 指输出教字量变化一个相邻数码所需输入模拟电压的变化量。对已定的输入模拟电压, A/D 转换器的位数愈多,分辨率愈高。但分辨率太高,容易受干扰信号的影响。因此,必须 根据实际测试的需要决定
18、 A/D 转换的位数和分辨率。 (2)转换精确度 在转换过程中,任何数码所对应的实际模拟电压与理想模拟电压值之最大偏差与满刻 烟台大学毕业论文(设计) 9 度模拟电压之比的百分数,或以二进制分数来表示相应的数字量。它包括了所有的误差。 通常以最低有效位或百分数满度值来表示,例如,1LSB、2LSB 或0.1%FS,0.Ol%FS 等。转换精确度也与 A/D 转换器的位数有关,在满足测试精度要求前提下,避免选择太高 精度的转换器。 (3)转换速率 指在单位时间内完成转换的次数。逐位比较式 A/D 的转换速率较高,双积分式 AlD 的 转换速率较低。应根据被测信号的频率来选择 A/D 转换器的转换
19、速率。若为直流或缓变信 号可选双积分式 A/D,以提高抗干扰能力。 (4)线性度 是指 A/D 转换器实际的模拟电压与数字的转换关系与理想直线之间之差,或用非线性 误差来表示。通常用多少 LSB 表示,例如 1/2LSB,也可以用相对满度误差表示。 (5)偏移误差 指输入电压为零时,输出数字量不为零之值。它是由放大器或比较器的偏移电压或偏 移电流引起的。常用多少 LSB 表示,或用相对满度误差表示。 由于智能微型孵化器所需的温度大致为 20C,对应的电压值大概为 36V,因此选用一 个 8 位 A/D 转换器即可。ADC0809A/D 转换器是一个采用 CMOS 工艺的逐次逼近式 8 位 A/
20、D 转 换器,片内除 A/D 转换部分还有 8 路模拟开关,可对 8 路模拟电压量实现分时转换,典型 的转换时间为 100us。片内有三态输出缓冲器,可直接与单片机的数据总线连接。 图 2-9 所示为 ADC0809 的引脚图: 图 2-9 ADC0809 引脚图 图 2-10 所示为 ADC0809 的内部逻辑结构图: 烟台大学毕业论文(设计) 10 图 2-10 ADC0809 内部逻辑结构图 烟台大学毕业论文(设计) 11 第三章 翻蛋机构的设计 3.1 翻蛋机构简介翻蛋机构简介 翻蛋机构属于翻转机构,翻转机构在机械工业中运用的比较广泛,例如:柴油机机 体、构架等大型工件在机械加工中需要
21、经常要进行翻转,如果用天车吊着工件进行翻转,由于 大型工件惯性大在翻转过程中会产生较大的冲击,因此存在着很大的安全隐患,所以需要设计 翻转设备以实现大型工件的平稳翻转;翻转在车身设计中也很重要,车身翻转技术是一种 车身在运行过程中,在前进的同时可以进行纵向翻转的新技术,目前主要用于焊接和涂装 之间的强力冲洗工艺、涂装车间前处理及电泳过程的输送;还可用于翻转吊具,翻转吊具 是将坯体带模具、侧板在空中翻转 90 度,吊放置在切割台或切割小车,脱去模框,坯体即 能切割,被广泛应用于运输行业、港口码头、钢铁行业、建筑施工、石油化工等行业。 随着科学技术的发展,人们创新意识的不断提高,翻转机构在现代生活
22、中的应用也越 来越广泛。例如:夏天常见的自动翻转烧烤炉,能够让机构实现 360的自动翻转,使得烤 出来的食物更加美味,而且对于用户们来说使用更加的方便;也用于液晶显示器翻转器, 主要出现在高档会议,交易厅,高级多媒体网络系统,办公家私场所,当打开翻转器时, 显示屏会自动翻转成 108角度,当不使用时,显示屏可通过遥埪(或中控,集控)自动翻 转隐藏于桌面内部。这种产品结构设计精巧,具有防盗,防尘美化桌面等功能。 3.2 翻蛋机构涉及的有关知识翻蛋机构涉及的有关知识 (一)液压传动(一)液压传动 1. 液压传动的基本原理 液压传动是利用封闭系统中的压力液体实现能量转换、传递运动和力的一种传动形 式
23、。它是以液体为工作介质,在液压泵中将机械能转换为液压能,在液压马达或液压缸中 将液压能又转换为机械能,来传递动力的传动方式。 2. 液压系统的组成 一个完整的液压传动系统应包括以下五个基本组成部分: (1)动力组件即液压泵,它的作用是将原动机输入的机械能转换为工作液体的液压能。 (2)执行组件即液压马达或液压缸,它的作用是将液压泵提供的液压能转换为机械能, 并驱动负载做功。 (3)控制组件控制组件包括各种液压控制阀,用来控制液压系统的压力、流量和液流 方向。 (4)辅助组件包括油箱、管道、滤油器、蓄能器、冷却器、加热器以及监测仪表等。 烟台大学毕业论文(设计) 12 (5)工作液体即液压油,是
24、液压系统中传递运动和力的介质,以及液压能的载体。 3. 液压传动的特点 (1)液压传动的优点 1. 液压传动可在运行过程中进行无级调速,调速方便且调速范围大; 2. 在相同功率的情况下,液压传动装置的体积小、重量轻、结构紧凑; 3. 液压传动工作比较平稳、反应快、换向冲击小,能快速启动、制动和频繁换向; 4. 液压传动的控制调节简单,操作方便、省力,易实现自动化。当其与电气控制结合, 更易实现各种复杂的自动工作循环; 5. 液压传动易实现过载保护,液压元件能够自行润滑,故使用寿命较长; 6. 液压元件已实现了系列化、标准化和通用化,故制造、使用和维修都比较方便。 (2)液压传动的缺点 1. 液
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