基于慧鱼模型搭建的自动门设计及其控制电路设计

基于慧鱼模型搭建的自动门设计及其控制电路设计机电系统设计综合实训报告课题：自动门的设计及其控制电路设计学院：机电工程学院毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。

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作者签名：日期：年月日导师签名：日期：年月日指导教师评阅书评阅教师评阅书教研室（或答辩小组）及教学系意见引言在经济飞速发展的当今社会，高楼耸立的大厦、宾馆、酒店、银行、商场、写字楼、车库等，自动门已是随处可见。

自动门的工作方式是通过自动门内外两侧的传感器来感应人或车辆的出入，当人走近自动门时传感器感应到人的存在，给控制器一个开门信号，控制器通过驱动装置将门打开。

当人通过门之后，再将门关闭。

由于自动门在通电后可以实现无人管理，不但能给我们带来进出方便，而且可以节约空调能源、防风、防尘、降低噪音等好处，更能让门显得大方美观。

早期的自动门控制系统采用继电器逻辑控制，已逐渐被淘汰。

基于慧鱼、PLC、单片机控制的自动门由于具有故障率低、可靠性高、维修方便等优点，因而得到广泛的应用。

因此选择自动门作为典型综合实训课题来巩固我们对慧鱼软件、单片机、PLC等应用技术的学习。

1.系统功能分析自动门整体结构图如图1.1所示。

自动门控制装置的硬件组成：自动门控制装置由门内光电探测开关K1，门外光电探测开关K2，开门到位限位开关K3，关门到限位开关K4，开门、关门执行机构KM1（电动机正反转），传动机构等部件。

控制要求：1）当有人由内到外或由外到内通过光电检测开关K1或K2时，开门执行机构KM1动作，电动机正转，到达开门限位开关K3位置时，电机停止运行。

2）自动门在开门位置停留10秒后，自动进入关门过程，关门执行机构KM1被起动，电动机反转，当门移动到关门限位开关K4位置时，电机停止运行。

3）在关门过程中，当有人员由外到内或由内到外通过光电检测开关K2或K1时，应立即停止关门，并自动进入开门程序。

图1.12.总体方案在本次综合实训中，我们分别采用了三种不同的应用技术对自动门进行控制，依次为慧鱼系统控制、PLC控制和单片机控制。

其中慧鱼系统利用“六面可拼接体”这种开放的零件来完成机电一体化的工业设计为主的模型组建，来构建或者模拟现实，充分的培养和发挥了设计者的创新能力，有助于设计者在实践过程中将多学科多领域的综合知识融会贯通。

在本次实训中，我们将分别利用这三种方法来实现一台电动机的正反转（正转开门，反转关门），并用两个行程开关来实现正反转的停止。

自动门在接受到开门信号后，电动机正转开门，在碰到行程开关后停止正转，并在10秒后自动关门，即电动机反转，在碰到行程开关后停止反转。

其中，在关门的时候，如果有开门信号，电动机立刻停止反转关门并正转开门。

2.1流程图根据本课题的控制要求和安全要求，所设计的程序按照下图 2.1所示的流程运行。

图2.1.12.2 参数选择公共场所的自动平移门因为使用非常频繁，不同场合使用的情况也不一样，例如机场、大型超市和医院外门的人员流量每天可达成千上万人次，或者在特定时间段里集中通过大量人员，所以在这种情况下，要使用自动门就必须进行综合考虑。

例如增加门的数量，加大门扇宽度，增加关门延迟时间等。

本次设计的自动门具体参数如表2.1所示。

表2.2.1 自动门具体参数2.3 传感器的选择目前自动门行业的运用的感应开关主要有触摸感应开关，微波感应器，光电传感器，接近感应开关等，根据不同的功能和性能运用在各类不同场合的自动门控制系统中。

结合本课题的实际需要在设计的自动门的人员检测上运用的是微波感应器，又称微波雷达，对物体的移动进行反应，因而反应速度快，适用于行走速度正常的人员通过的场所，它的特点是几乎不受周围环境因素影响。

在防夹人感应器的选择上本设计选用光电传感器，可避免外界光线干扰。

在门关闭时,当有人或车经过安全光线时,门体会自动停止关闭,并自动开门以起到安全作用。

自动门的速度信号采集上运用了非埋入型接近传感器，这种传感器的特点是能检测所有的金属，最大检测距离为20mm，检测距离调节方便，安装简单。

2.3.1 接近开关接近开关又称无触点行程开关，它不仅能代替有触点形成开关来完成行程控制和限位保护，还可以用于高频计数、测速、检测零件尺寸、加工程序的自动衔接。

接近开关按工作原理来分：高频振荡型，感应电桥型，永久磁铁型等。

在这里我们选择高频振荡型来代替电路图中的限位开关。

高频振荡型接近开关，它的电路是由LC振荡电路，放大电路和输出电路三部分组成。

其基本工作原理是：当被测物（金属）接近到一定距离时，不须接触，就能发出动作信号。

常用的有LJ1、LJ2和LXJO的系列。

2.3.2 光电式传感器光电式传感器工作原理光电开关是通过把光强度的变化转换成电信号的变化来实现控制的。

光电传感器在一般情况下，有三部分构成，它们分为：发送器，接收器和检测电路。

如图2.31所示:图2.3.1发送器对准目标发射光束，发射的光束一般来源于半导体光源，发光二极管（LED）和激光二极管。

光束不间断地发射，或者改变脉冲宽度。

接收器有光电二极管或光电三极管组成。

在接收器的前面，装有光学元件如透镜和光圈等。

在其后面是检测电路，它能滤出有效信号和应用该信号。

此外，光电传感器的结构元件中还有发射板和光导纤维。

三角反射板是结构牢固的反射装置。

它由很小的三角锥体反射材料组成，能够使光束准确地从反射板中返回，具有实用意义。

它可以在与光轴0到25的范围改变发射角，使光束几乎从一根发射线，经过反射后，还是从这根反射线返回。

光纤（又称光导纤维LWL），它扩大了光电传感器的使用范围，形成了特殊的嵌装式收发装置。

它可以在特殊的环境中使用，检测微小的物体。

它在非常高的外界温度中，在结构受限制的环境里，都可以获得满意的答案。

2.4 机械传动机构的设计本课题的自动门机械传动设计中考虑了以下几个方面：一．自动门的传动主要包括安装板，轨道，门机，皮带，吊挂件等。

二．所有的组件都为插入式元件，使得安装很简便。

三．电机：驱动电机采用转速不高于750r/min的380V三相交流电机，功率大，可调性强。

四．导轨：水平双导轨结构，形成正悬挂，解决了侧摆的问题，从而确保了门扇的稳定性。

并配以双侧密封毛刷，形成密封式导轨，避免积尘对导轨及滑轮的磨损，实现了维护方面的特点。

五．滑轮：采用特殊的尼龙滑轮，强度高，耐磨性好，同时还有一定的减震效果。

六．皮带：采用齿形皮带, 齿形皮带的齿形截面为曲线设计，增加了齿形的高度，提高了皮带与传动齿轮的吻合度，从而提高了机械效率。

皮带底部采用尼龙加强，减少了齿距变形，提高了使用寿命。

七．传动结构如图2.4.1所示。

其中马达皮带轮直径为5cm,皮带滑轮内径为13.5cm,外径为28.5cm。

图2.4.13.主要零部件的设计3.1 电机的选择驱动电机采用转速不高于750r/min 的380V 三相交流电机，功率大，可调性强。

查文献[6],选择电机型号为Y132S-8。

3.2 V 带的设计整体结构简图:图3.13.2.1确定设计功率已知电动机m in /300,120r n W P m d== 设计功率是根据需要传递的名义功率、载荷性质、原动机类型和每天连续工作的时间长短等因素共同确定的，表达式如下：P k P A d ⨯=公式1式中p ——需要传递的名义功率(kW)； A K ——工作情况系数，查参考文献[3]表7.6，取A K =1.1 。

3.2.2选择带的型号根据设计功率W P d 120=，小带轮转速m in /3001r n n m ==，查参考文献[3]图7.11，可取Y 型带。

3.2.3确定带轮的基准直径1d d 和2d d查参考文献[3]表7.7，可知A 带带轮最小基准直径mm d d 5.7min =。

又由参考文献[3]表7.3，可取小带轮基准直径mm d d 401=，则大带轮基准直径mm d n n d d d 804022212=⨯==,则传动比误差 △%5%0240/802<=-=i 公式2 误差在允许范围内，可用。

3.2.4验算带的速度VV 带的速度条件为max v v ≤，m ax v 为带的允许最大速度。

带速s m n d v d /628.010*******4010006011=⨯⨯⨯=⨯=ππ式中 1n --电动机转速(r/min)；1d d ——小带轮基准直径(mm)。

3.2.5确定中心距和V 带基准长度d L根据：120120.7()2()d d d d d d a d d +≤≤+初步确定中心距0.7（40+80）=84mm ≤0a ≤2（40+80）=240mm考虑到既应使结构紧凑，又不应当使包角过小，选取中心距0a =100mm 初算带的基准长度'd L ：()()mm a d d d d a L d d d d d 4.397100420808040210024)()(2220212210=⨯-+++⨯=-+++≈ππ 公式3中 d L ——带的标准基准长度；(mm)；'d L ——带的初算基准长度(mm)；0a ——初选中心距(mm)。

考虑到文献[3]表7.2，取与'd L 较接近的标准基准长度d L =400mm ，则实际中心距a 为：mm L L a a d d 8.10124.3974001002'0=-+=-+≈ 公式4 3.2.6计算小轮包角1α 小轮包角︒=︒⨯--︒=︒⨯--︒≈8.1723.5732040801803.57180121a d d d d α 公式5 3.2.7确定V 带根数ZV 带根数的计算公式为Ld K K P P P Z α)(00∆+=公式6 式中 αK ——包角修正系数，考虑包角180α≠︒对传动能力的影响，查参考文献[3]表7.8，可取αK =0.95;L K ——带长修正系数，考虑带长不为特定带长时对使用寿命的影响，查参考文献[3]表7.2，可取L K =0.91；0P ——V 带基本额定功率，查参考文献[3]表7.3，可得单根V带所能传递的功率0P =0.95kW;0P ∆——考虑当实际工作条件与理想情况（既不打滑又有一定疲劳强度）不同时，对0P 的功率增加量，按式)11(10ib K n K P -=∆计算。