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1、目 录 第一章 绪论11.1 智能微型孵化出雏器的背景11.2 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22.1 有关孵化的基础知识22.2 孵化器的机械组成与设计22.3 孵化器的主要电子配件与选择5 第三章 翻蛋机构的设计113.1 翻蛋机构简介113.2 翻蛋机构涉及的有关知识113.3 翻蛋机构的设计方案.14第四章 翻蛋机构的仿真194.1 关于UG运动仿真194.2 翻蛋机构的仿真过程19 第五章 电路及程序设计285.1 智能孵化器内部总体框图285.2 温度采集与控制电路285.3 湿度采集与控制电路.295.4 A/D转换电路与温湿度控制305.5
2、程序框图设计30 致 谢34 参考文献35第一章 绪 论1.1 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
3、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，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
4、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
5、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。 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
6、。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
7、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：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
8、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： 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
9、，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：图2-5 翻蛋装置2.3 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=0.075W 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 品牌
10、产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-37GB5201.2120.045123722.7ROHS电机如下图所示：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
11、力inch-H2O建准风扇超静音风扇HA30101V30.44123670003030103.517.60.08风扇如下图所示：图2-7 散热扇3. 温度传感器的选择 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
12、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
13、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
14、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 热敏电阻器型号型号标称阻值范围at25CRn（）允许偏差（%）电阻温度系数（%C）时间常数（s）最大电压（V）外形尺寸DmaxTmaxMF1133003300020-2 -6.530167.64.0该热敏电阻器如下图所示： 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，
15、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-2s620%95%5%060C602%335. 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，
16、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
17、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
18、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/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： 图2-10 ADC0809内部逻辑结构图第三章 翻蛋机构的设计3.1 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经常要进行翻转
19、,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中的应用也越来越广泛。例如：夏天
20、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（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。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
21、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。（5）工作液体即液压油，是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
22、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. 液体的泄漏和可压缩性使液压传动难以保证严格的传动比； 2. 液压传动在工作过程中能量损失较大，不宜作远距离传动； 3. 液压传动对油温变化比较敏感，不
23、宜在很高和很低的温度下工作； 4. 液压传动出现故障时，不易查找出原因。（二）齿轮传动1. 齿轮传动简介 齿轮传动是利用两齿轮的轮齿相互啮合传递动力和运动的机械传动。按齿轮轴线的相对位置分平行轴圆柱齿轮传动、相交轴圆锥齿轮传动和交错轴螺旋齿轮传动。2. 齿轮传动类型按装置形式分：1）开式、半开式传动 在农业机械、建筑机械以及简易的机械设备中，有一些齿轮传动没有防尘罩或机壳，齿轮完全暴露在外边，这叫开式齿轮传动。这种传动不仅外界杂物极易侵入，而且润滑不良，因此工作条件不好，轮齿也容易磨损，故只宜用于低速传动。齿轮传动装有简单的防护罩，有时还把大齿轮部分地浸入油池中，则称为半开式齿轮传动。它工作条
24、件虽有改善，但仍不能做到严密防止外界杂物侵入，润滑条件也不算最好。2）闭式传动 而汽车、机床、航空发动机等所用的齿轮传动，都是装在经过精确加工而且封闭严密的箱体(机匣)的，这称为闭式齿轮传动(齿轮箱)。它与开式或半开式的相比，润滑及防护等条件最好，多用于重要的场合。按齿面硬度分：1）软齿面齿轮 轮齿工作面的硬度小于或等于350HBS或38HRC；2）硬齿面齿轮 轮齿工作面的硬度大于350HBS或38HRC3.齿轮传动特点1)效率高 在常用的机械传动中,以齿轮传动效率为最高,闭式传动效率为96%99%，这对大功率传动有很大的经济意义。2）结构紧凑 比带、链传动所需的空间尺寸小。4)传动比稳定 传
25、动比稳定往往是对传动性能的基本要求。齿轮传动获得广泛应用，正是由于其具有这一特点。3)工作可靠、寿命长 设计制造正确合理、使用维护良好的齿轮传动，工作十分可靠，寿命可长达一二十年，这也是其它机械传动所不能比拟的。这对车辆及在矿井内工作的机器尤为重要。但是齿轮传动的制造及安装精度要求高，价格较贵，且不宜用于传动距离过大的场合。（三）凸轮传动1. 凸轮传动简介凸轮机构是由凸轮，从动件和机架三个基本构件组成的高副机构。凸轮是一个具有曲线轮廓或凹槽的构件，一般为主动件，作等速回转运动或往复直线运动。与凸轮轮廓接触，并传递动力和实现预定的运动规律的构件，一般做往复直线运动或摆动，称为从动件。 凸轮机构在
26、应用中的基本特点在于能使从动件获得较复杂的运动规律。因为从动件的运动规律取决于凸轮轮廓曲线，所以在应用时，只要根据从动件的运动规律来设计凸轮的轮廓曲线就可以了。凸轮机构广泛应用于各种自动机械、仪器和操纵控制装置。2. 凸轮机构的类型 按两活动构件之间相对运动特性分为平面凸轮机构和空间凸轮机构，平面凸轮机构又可分为盘型凸轮和移动凸轮。 按从动件形状分为：尖顶从动件，滚子从动件，平底从动件 按从动件运动形式分为：直动从动件凸轮机构，摆动从动件凸轮机构 按凸轮锁和的方式分为：力锁和，形锁和3. 凸轮机构的特点1） 凸轮机构的优点： 结构简单、紧凑、设计方便，可实现从动件任意预期运动，因此在机床、纺织
27、机械、轻工机械、印刷机械、机电一体化装配中大量应用。2） 凸轮机构的缺点：点、线接触易磨损；凸轮轮廓加工困难；行程不大。（四）平面连杆传动1. 平面连杆传动简介平面连杆机构是许多构建用低副连接组成的平面机构。低副是面接触，耐磨损；加上转动副和移动副的接触表面是圆柱面和平面，制造简便，易于获得较高的制造精度。因此，平面连杆机构在各种机械和仪器中获得广泛应用。连杆机构的缺点是：低副中存在间隙，数目较多的低副会引起运动累积误差；而且它的设计比较复杂，不易精确地实现复杂地运动规律。最简单地平面连杆机构是由四个构件组成的机构，称为平面四杆机构。它的应用非常广泛，而且是组成多杆机构的基础。平面连杆机构中最
28、常用的是四杆机构，它的构件数目最少，且能转换运动。多于四杆的平面连杆机构称多杆机构，它能实现一些复杂的运动，但杆多且稳定性差。 2. 铰链四杆机构的基本类型 铰链四杆机构：所有运动副均为转动副的四杆机构成为铰链四杆机构。它是平面四杆机构的基本型式。图3-1 铰链四杆机构 4-机架-构件 1,3-连架杆-直接与机架相连的构件 2-连杆-不直接与机架相连的构件其中：连架杆1为曲柄（能做整周回转的连架杆）；连架杆3为摇杆（仅能在某一角度范围内往复摆动的连架杆）。转动副A，B为整转副，转动副C，D为摆动副。在铰链四杆机构中，按连架杆能否作整周转动，将四杆机构分为3种基本型式。 1）曲柄摇杆机构 铰链四
29、杆机构的两个连架杆中，若其一为曲柄，另一为摇杆则称其为曲柄摇杆机构。 2）双曲柄机构 若铰链四杆机构中的两个连架杆均为曲柄则称其为双曲柄机构。在双 曲柄机构中，若相对两杆平行且长度相等则称其为平行四边形机构。若双曲柄机构中两相对杆的长度分别相等，但不平行则称其为逆平行四边形机构。 3）双摇杆机构 若铰链四杆机构中的两个连架杆均为摇杆则称其为双摇杆机构。3.3 翻蛋机构的设计方案 翻蛋机构的设计要求应使得蛋框架上下翻转3035，既可防止胚胎与内壳膜粘连，又可促进通风换气，防止霉蛋。有条件的单位，可以建造条件比较好的简易蛋序，蛋库内设置自动翻蛋架，蛋盘与孵化机内的蛋盘配套，可以大大提高工效。 根据
30、以上总结的学过机械相关的的知识，可设计出以下的翻转机构，并将这几种翻蛋机构方案进行分析，然后再筛选出最佳的设计方案。方案一：气压或液压传动的形式： 图3-2 液压传动方式 1-蛋框架 2-液压缸 方案二：齿轮齿条形式： 图3-3 齿轮齿条式 1-蛋框架 2-齿轮 3-齿条方案三：铰链四杆机构形式： 图3-4铰链四杆机构式 1-蛋框架 2-铰链四杆机构 方案四：电磁铁形式： 图3-5 电磁铁式 1-蛋框架 2-电磁铁方案五：凸轮传动形式：图3-6 凸轮式 1-蛋框架 2-凸轮方案分析：方案一：液压传动的控制调节简单，操作方便、省力，易实现自动化。但是液压装置对蛋框架的翻转角度不容易精确地控制，油
31、的泄漏也比较严重，并且不能实现蛋框架向下翻转的运动。方案二：齿轮齿条传动对蛋框架相对方案一容易控制，传动稳定，但是齿轮的制造和加工精度高，成本高。方案三：铰链四杆传动制作方便，耐磨损，也易于获得很高的精度。但是设计比较较复杂，很难获得要求的运动规律。方案四：电磁铁方法很容易实现自动化，但是磁力的计算复杂，而且线圈设计比较复杂，控制不精确。方案五：凸轮传动结构简单、紧凑、设计方便，可实现从动件任意预期运动，但是点、线接触易磨损；行程不大。综上对五套方案的分析，就成本，加工难易程度、精度，控制精度考虑，凸轮传动最为合适，蛋框架翻转角度不大，因此凸轮的行程不是很大，适合凸轮传动，而且凸轮传动结构简单
32、，设计方便。第四章 翻蛋机构的仿真4.1 关于UG运动仿真随着中国汽车行业的快速发展，各汽车厂为了尽可能早的抢占市场，对汽车模具的生产周期要求越来越短，精度要求越来越高,这就对模具设计以及制造等各个环节提出了更高的要求.随着CAD/CAM技术的深入应用，二维设计逐渐显现出越来越多的劣势，三维设计也就自然而然的成为国内汽车模具设计人员必须掌握的设计手段。对模型进行运动仿真也就有了依据。UGNX自带的机构运动分析模块MOTION提供机构仿真分析和文档生成功能，可在UG环境定义机构，包括铰链、连杆、弹簧、阻尼、初始运动条件、添加阻力等，然后直接在UG中进行分析，仿真机构运动。采用UGNX自带的机构运
33、动分析模块MOTION提供机构的仿真分析功能可以极其方便的对设计方案进行模拟、验证、修改、优化，彻底改变传统机械设计方案需要组织研究团队进行复杂设计计算，制造物理机验证结果的冗长过程，缩短生产周期，节约设计成本。一旦熟练的掌握了此方法，就可以在极短的时间内给出完整且极具说服力的设计方案。运动仿真是UG模块中的主要部分，它能对任何二维或三维机构进行复杂的运动学分析、动力分析和设计仿真。通过UG/Modeling的功能建立一个三维实体模型，利用UG/Motion的功能给三维实体模型的各个部件赋予一定的运动学特性，再在各个部件之间设立一定的连接关系既可建立一个运动仿真模型。UG/Motion的功能可
34、以对运动机构进行大量的装配分析工作、运动合理性分析工作，诸如干涉检查、轨迹包络等，得到大量运动机构的运动参数。通过对这个运动仿真模型进行运动学或动力学运动分析就可以验证该运动机构设计的合理性，并且可以利用图形输出各个部件的位移、坐标、加速度、速度和力的变化情况，对运动机构进行优化。4.2 翻蛋机构的仿真过程第一步： 进入仿真界面 数据准备完成以后首先要进入运动仿真模块才能进行相关操作，按照下图依次选择开始运动仿真即进入了仿真界面，如下图所示：图4-1 进入运动仿真第二步：新建仿真 进入了仿真界面，右击运动导航器上选择新建仿真，出现一个环境对话框，选择动态，点击确定进入该装配图的仿真界面。如下图
35、所示：图4-2 新建仿真图4-3 选择环境第三步：新建连杆 在运动导航器里右击motion1，选择新连杆，在接下来弹出的对话框中填写L001，并选择三维模型中的蛋框架作为L001；选择连杆为L002；选择凸轮为L003。其过程如下图所示：图4-4 创建新连杆图4-5 创建连杆L001图4-6 创建连杆L002图4-7 创建连杆L003第四步：新建运动副：选择蛋框架L001为连杆，与其咬合的连杆为连杆L002，这两个连杆组成旋转副J001；选择连杆L002为连杆，与其咬合的连杆为凸轮L003，这两个连杆也组成旋转副J002；选择凸轮L003为连杆，凸轮为主动轮，因此没有与其咬合的连杆，因此凸轮自
36、身的旋转为旋转副，并且附于凸轮驾驶员一个初速度为驱动力。选择蛋框架L001为连杆，它绕支架做左右摆动，与支架形成旋转副J004。其过程如下图所示：图4-8 创建运动副J001 图4-9 创建运动副J002图4-10 创建运动副J003图4-11 设置驱动第五步：新建解算方案 在运动导航器里，右击motion1，点击新建解算方案，再右击solution，点击解算方案属性，对步数和时间进行设置。其过程如下图所示：图4-12 创建解算方案图4-13 解算方案属性图4-14 解算方案设置第六步：求解生成动画 右击solution，点击求解，然后在工具栏点击动画图标，便生成动画仿真。过程如下图所示：图4
37、-15 求解图4-16 制成动画第七步：仿真结束第五章 电路及程序设计5.1 孵化器内部电路的总体框图本设计是智能微型孵化出雏器，本设计是以MCS-51为核心的一套控制系统，其中包括A/D转换、单片机、复位电路、温度检测、湿度检测、键盘显示、系统软件等部分的设计，总体框图如图4-1所示。 图5-1 孵化器内部总体框图孵化器中的温湿度控制系统是由80C51单片机作为中央控制装置，模数转换器ADC0809，温度传感器MF11和湿度传感器HS1100，风扇，加热设备，加湿设备，键盘显示芯片等共同组成的，其功能和原理如下： 80C51：作为中央控制装置，负责中心运算和控制，协调系统各个模块的工作。 温
38、度传感器MF11：作为温度测量装置，负责系统温度的测量。它的测温范围在-55+150之间，而且精度高。M档在测温范围内非线形误差为0.3。作为电流输出型传感器的一个特点是，和电压输出型相比，它有很强的抗外界干扰能力。 湿度传感器SYH-2SYH-2S：作为湿度测量装置，负责系统对孵化器内部湿度的测量。 模数转换器ADC0809：即由模拟信号转换为数字信号。它共有8个模数转换通道。选择哪一个通道由转换器内部A、B、C的状态决定。 风扇：负责孵化器内部的通风和加湿工作。 加热设备：负责孵化器内部的加热工作。5.2 温度采集与控制电路温度采集电路是用热敏电阻和一个分压电阻形成电压采样点，电压经换算可
39、得到当前温度。用一个大 功率电阻形成温度控制电路，控制点接地，大功率电阻上有电流流过则发热，控制点接+12V，大功率电阻上无电流流过则停止发热。电路图如下图所示：图5-2 温度采集与控制电路框图5.3 湿度采集与控制电路湿度采集电路如下图所示：图5-3 湿度采集与控制电路框图5.4 A/D转换电路与温湿度控制 数据采集选用A/D转换器ADC0809，程序中循环采集A/D转换值，采集完成由单片机接收采集的数据，经计算分析，确定是否加温，加温由8255A的PC0控制。具体电路如下图所示：+5V+12V分压电阻510控制点A热敏电阻Rt采样点V大功率电阻100P0WRP2.7RDMCS-51ADC0
40、809ALESTOECBA8255AAUNL2803PC7PC0 INT0 EOC 图5-4 A/D转换电路与温湿度控制 从连接电路中可知，ADC0809芯片的地址是7FFFH，0809的控制端CBA与地相连，因此采集IN0的信号。采样结束信号EOC与8255的PC7相连，可通过查询测试A/D转换状态。UNL2803是反向驱动电路，A端为0时，A为12V，停止加温；A端为1时，A为0V，开始加温。湿度控制与温度控制相同，在A/D转换器里多加一个通道即可。5.5 程序框图设计1. 系统初始化模块 系统初始化模块的主要功能是完成系统的初始化以及设定系统的工作状态，即在系统中输入系统需要的温度值和湿
41、度值，能够使系统能够进入正常的工作状态。系统的整体框图如下图所示： 键识别LED显示温湿度采样更新LCD实时温湿度显示控制A/D转换开始图5-5 系统初始化框图2. 温湿度控制模块实时值与键入值比较升温降温处理调用控制声光报警是否在设定区间内返回开始 温湿度控制模块也是系统的核心模块，所谓控制模块，就是对用户输入的温度和湿度与当前温室内的实际温湿度进行比较，先进行判断，然后再进行控制，控制模块是决定系统将要进行什么工作，如温度高于上限时需要降温，低于下限时需要升温。温度控制部分的程序整体思路如右图所示： 图5-6 温度控制框图 我们可以用中间值来做控制参考，温度判断控制程序流程图如图所示：T中间值+1返回升温T上限值？ 图5-7 温度控制流程图湿度判断控制部分与温度判断控制部分的功能及流程是相同的，便不再赘述了。3. 采样转换模块转换模块是本系统中的核心模块之一，它负责完成温度和湿度的测量及模拟量转换为数字量的全过程，这也是它为什么这么重要的原因。系统每次转换前ADC0809的IN0IN7送个任意数，表示开始转换，结果是一个数字量，将其转化为BCD码，。送显示程序显示，并将数值返回给主函数。湿度也可以通过此种方法观察变化，得出相应的结论。A/D转换的整体框图如下图所示：启动A
