课程设计宠物自动喂食机设计
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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
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引 言
随着我国社会经济水平的快速发展，城市化的进程不断加速。我国国民生活水平不断得到提高，我国的宠物业也得到了飞速的发展。由于城市生活水平的封闭性、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的发展。家庭宠物的饲养已经成为了城市居生活消遣的新方式。宠物的喂养和看护往往是宠物主人最关心的问题，目前宠物主要还是依靠人工进行喂食。
而在当今社会中，人们的工作与学习是十分的繁忙，当人们外出时间比较长时对宠物的食物和水的供给就出出现了比较大的问题。特别是当人们出差在外或者是，旅游度假时，经常不能及时的对家中的宠物给予很好地照顾，宠物的饮食常成为困扰人们主要问题。本装置就是针对此问题而设计的一种装置。他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的同时，也对人们的出行减少了后顾之忧。
课程设计的目的和要求
课程设计的目的：
1、掌握机电一体化系统的设计过程和方法，包括参数的选择、传动设计、零件计算、结构设计、计算机控制等培养系统分析及设计的能力。
2、综合应用过去所学的理论知识，提高联系实际和综合分析的能力，进一步巩固、加深和拓宽所学的知识。
3、训练和提高设计的基本技能，如计算，绘图，PLC，运用设计资料、标准等。 设计要求：
1.设计内容包括：总体设计，机械系统的设计与计算，计算机控制系统设计，编写设计计算说明书；
2.设计要求包括：定时投放饲料，具有开机自检功能，可以设定开启关闭时间的长短，适应不同宠物食量的需要；
3.机械部分的设计：零件图，装配示意图； 4.计算机控制的设计：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.编写设计计算说明书1份。
（一）、主轴的设计
在宠物自动喂食机上采用直接由电机带动主轴旋转，控制料口的开启和关闭，由于电机选用的是具有自锁功能的直流减速电机，中间不采用减速装置，简化结构设计，使系统的结构尽量的紧凑。所以直接用电机驱动主轴，省去中间的减速环节。
（二）、主轴材料的选择:
主轴的选用45钢，45钢的加工性能较为理想，材料的价格比较低廉，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。所以如果需要表面硬度，又希望发挥45钢优越的机械性能，常将45钢表面渗碳淬火，这样就能得到需要的表面硬度。调质处理后零件具有良好的综合机械性能，广泛应用于各种重要的结构零件，特别是那些在交变负荷下工作的连杆、螺栓、齿轮及轴类等。
（三）、主轴加工方法的选择:
由于主轴是间歇回转类零件，不需要长时间的连续运转，所以加工的精度不需要很高，在普通的车床上既可以加工。又因为主轴的外形相对简单，不需要经常的换刀，所以加工的时间教短。在加工主轴时，需要注意的是径向尺寸的控制，不过通过合理的安排加工工艺可以解决。最后的端部的钻孔是需要控制空之间的距离，所以在单件试制的时候可以不用专用的夹具，在大量生产的时候需要安排专用的夹具，提高生产效率。尤其需要注意的是孔中心的确定，因为是后续安装旋转件的，所以要控制中心的偏差。
（四）、主轴参数计算：
1.主轴尺寸的确定：
由设计题目中要求可知：下料口的孔直径为5mm.由《机械设计手册》表6.2-3取主轴的直径为5mm;
1）估取主轴的长度和直径
:
i. 1-2段轴用于安装联轴器，故取直径为5mm。
1、精确校核轴的疲劳强度 1、判断危险截面
由于截面IV处受的载荷较大，直径较小，所以判断为危险截面
2、截面IV右侧的
b
Mm
17.5MPa W
截面上的转切应力为 T
b m
T
2
T2
7.64MPa WT
15.98
7.99MPa 2
由于轴选用40cr，调质处理，所以
B 735MPa， 1 386MPa， 1 260MPa。
（[2]P355表15-1）
a）综合系数的计算 由
r2D 0.045， 1.6经直线插入，知道因轴肩而形成的理论应d55d
力集中为 2.23， 1.81，
（[2]P38附表3-2经直线插入）
轴的材料敏感系数为q 0.85，q 0.87，
（[2]P37附图3-1）
故有效应力集中系数为
k 1 q ( 1) 2.05 k 1 q ( 1) 1.70
查得尺寸系数为 0.72，扭转尺寸系数为 0.76，
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由示意图可知，两旋转件在旋转时有一个90度角的角度差，通过行程开关输出的信号的不同来分辨料口的开合处于什么样的状态，然后通过单片机系统的处理，输出相应的信号，带动电机的旋转，来控制料口的开合。料口的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，料口处于关闭状态，（2）两行程开关有一个闭合输出信号时，料口处于完全打开状态。
（七）、减速电动机的选择：
直流齿轮减速电动机由于其结构简单，性能可靠，故选择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
本系统包括机械部分和伺服电机控制两部分。根据所给的要求，拟用开环控制结构设计方案，其开环系统结构原理如图1。
（2）控制口线
PSEN(片外取指控制)、ALE（地址锁存控制）、EA（片外存储器选择）、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。又因为8031在外接程序存储器或数据存储器时地址的低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组成了一个最小的计算机应用系统。如图
MCS-51的程序存储器空间与数据存储器空间是相互独立的。用户可最多扩展到64kb的程序存储器几64kb的数据存储器，编址为0000H~FFFFH。片内8kb单元地址要求地址线13根（A0~A12）。
它由P0和P2.0~P2.4 组成。地址锁存器的锁存信号为ALE。程序存储器的取地址消耗为PSEN。由于程序存储器芯片只有一片，所以其片选端（31）直接接地。
8031芯片本身的连接31必须接地来表明选择外部存储器外，还必须有复位和时钟电路。在此系统中有P1、P3口作为用户I/O口使用；74LS373为地址锁存器，他是一片三态输出8D触发器，当OE=1时三态门导通，输出线上为8为锁存器的状态。当OE=1
影响第0组的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 ; ORG 0BH ; LJMP GOTO
ORG 40H ;初始化
MAIN:MOV SP,#5FH ; MOV 30H,#12H ; MOV 31H,#00H ; MOV 32H,#00H ; MOV 35H,#06H ; MOV 36H,#30H ; MOV 37H,#09H ; MOV 38H,#00H ; MOV 39H,#06H ; MOV 3AH,#11H ; MOV 3BH,#05H ;主程序
定时器0中断入口 设堆栈
存放小时,设初值 存放分钟,设初值 存放秒,设初值
第一个闹钟的小时位,设初值 第一个闹钟的分钟位,设初值 第二个闹钟的小时位,设初值 第二个闹钟的分钟位,设初值 存放年 存放月 存放日
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 ; SETB 01H ; SETB 02H ; CLR 03H ; CLR 04H ; CLR 05H ; CLR 06H ;"1"为关
SETB 07H ; SETB 08H ; SETB 09H ;时,"1"为分钟 SETB 0AH ;时,"1"为分钟 SETB 0BH ;时,"1"为分钟
秒闪烁暂存 20H.0 闹钟1输出位 20H.1 闹钟2输出位 20H.2 按键2是否有效标致位 20H.3 按键3是否有效标致位 20H.4 按键2是否有效标致位 20H.5 闹钟开关标致 20H.6 "0"为开显示缓存,小数点1 显示缓存,小数点2
时钟加减标致位 "0"为小闹钟1加减标致位"0"为小闹钟2加减标致位"0"为小
SETB P1.0
MOV 3CH,30H ;将暂存的数转成字形 显示30H MOV 3DH,31H ;将暂存的数转成字形 显示31H MOV 3EH,#0ABH ;将暂存的数转成字形 显示" t" CLR 07H ; SETB 08H ; LCALL MXIAN ; LCALL ADDM1 ; LCALL ADDH1 ; LCALL DECMH ; CLR P2.6 JNB P2.0,MENU2 SJMP MENU1
MENU2:JNB P2.0,$ ; SETB P1.0
MOV 3CH,39H ; MOV 3DH,3AH ; MOV 3EH,3BH ; CLR 07H ; CLR 08H ;显示小数点1 不显示小数点2 显示菜单1 按键加一分钟 按键加一小时 减一分钟/一小时 日期调整 将暂存的数转成字形 显示39H 将暂存的数转成字形 显示3AH 将暂存的数转成字形 显示3BH 显示小数点1 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,$ ; SETB P1.0
MOV 3CH,35H ; MOV 3DH,36H ; MOV 3EH,#0A1H ; CLR 07H ; SETB 08H ; LCALL MXIAN ; LCALL T1M1 ; LCALL T1H1 ; LCALL DECT1 ; CLR P2.6 JNB P2.0,MENU4
闹钟1 将暂存的数转成字形 显示35H 将暂存的数转成字形 显示36H 将暂存的数转成字形 显示" 1" 显示小数点1 不显示小数点2 显示菜单3 闹钟1分钟+1 闹钟1小时+1
闹钟1减1小时/1分钟
CS1:SETB P2.6 RET
;-------------------------------------------------------------------
ADDM1:MOV P0,#0FFH ; MOV P2,#10111111B JNB P2.2,ADDM11
CLR 03H ; ADDM11:JB 03H,ADDM12 JB P2.2,ADDM12
LCALL MXIAN ; MOV P0,#0FFH MOV P2,#10111111B JB P2.2,ADDM12
SETB 03H ; SETB 09H ; MOV A,31H ; CJNE A,#59H,M21 MOV 31H,#00H SJMP ADDM12 M21:ADD A,#01
加一分钟 按键2是否有效 这四个为去抖动按键2是否有效 时钟加减标致位 分钟 +1
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是否有效 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是否有效 CLR 09H ;时钟加减标致位 MOV A,30H ; 小时 +1 CJNE A,#23H,H31
MOV 30H,#00H SJMP ADDH12 H31:ADD A,#01 DA A MOV 30H,A ADDH12:SETB P2.6 RET
;-------------------------------------------------------------------
DECMH:MOV P0,#0FFH ;减一分钟/一小时 MOV P2,#10111111B JNB P2.1,DECM11
CLR 05H ;按键1是否有效 DECM11:JB 05H,DECM12 JB P2.1,DECM12
LCALL MXIAN ;这四个为去抖动 MOV P0,#0FFH MOV P2,#10111111B JB P2.1,DECM12
SETB 05H ;按键1是否有效
CLR 03H ;按键2是否有效 T1M11:JB 03H,T1M12 JB P2.2,T1M12
LCALL MXIAN ;这四个为去抖动 MOV P0,#0FFH MOV P2,#10111111B JB P2.2,T1M12
SETB 03H ;按键2是否有效 SETB 0AH ;时钟加减标致位 MOV A,36H ;分钟 +1 CJNE A,#59H,T1M13 MOV 36H,#00H SJMP T1M12 T1M13:ADD A,#01 DA A MOV 36H,A T1M12:SETB P2.6 RET
;---------------------------------------------------------
T1H1:MOV P0,#0FFH ;闹钟1加一小时
RET
;---------------------------------------------------------
T2H1:MOV P0,#0FFH ;闹钟2加一小时 MOV P2,#10111111B JNB P2.3,T2H11
CLR 04H ; T2H11:JB 04H,T2H12 JB P2.3,T2H12
LCALL MXIAN ; MOV P0,#0FFH MOV P2,#10111111B JB P2.3,T2H12
SETB 04H ; CLR 0BH ; MOV A,37H ; CJNE A,#23H,T2H13 MOV 37H,#00H SJMP T2H12 T2H13:ADD A,#01 DA A
按键3是否有效 这四个为去抖动按键3是否有效 时钟加减标致位 小时 +1
MOV 37H,A T2H12:SETB P2.6 RET
;------------------------------闹
1------------------------------
DECT1:MOV P0,#0FFH ;减一分钟/一小时 MOV P2,#10111111B JNB P2.1,DECT11
CLR 05H ;按键1是否有效 DECT11:JB 05H,DECT12 JB P2.1,DECT12
LCALL MXIAN ;这四个为去抖动 MOV P0,#0FFH MOV P2,#10111111B JB P2.1,DECT12
SETB 05H ;按键1是否有效 JNB 0AH,DECT13
MOV A,36H ;分钟 -1 CJNE A,#00H,DECT14 MOV 36H,#59H
钟
;---------------------------------------------------------
DATEM:MOV P0,#0FFH ;月份加1 MOV P2,#10111111B JNB P2.2,DATEM1
CLR 03H ; DATEM1:JB 03H,DATEM2 JB P2.2,DATEM2
LCALL MXIAN ; MOV P0,#0FFH MOV P2,#10111111B JB P2.2,DATEM2
SETB 03H ; ADDM:MOV A,3AH ; CJNE A,#12H,DATEM3 MOV 3AH,#01H
LCALL ADDN ; SJMP DATEM2 DATEM3:ADD A,#01 DA A
按键2是否有效 这四个为去抖动按键3是否有效 月份 +1 年份+1
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