【乒乓球发射机】毕设

摘要 1.乒乓球发球器简介  1.1乒乓球发球器研究的目的  1.2乒乓球发球器研究的意义  1.3 乒乓球发球器研究的国内趋势  1.4.设计要求 2.结构设计  2.1 设计结构  2.2 三维图  2.3 零件加工 3.硬件介绍   3.1 12V锂电池组   3.1.1 锂电池组的概况   3.1.2 锂电池组原理  3.2电机介绍   3.2.1马达电机概况   3.2.2马达电机电机特点  3.3移动开关电源   3.3.1移动开关电源概况   3.3.2移动开光电源组成   3.3.3移动开光电源工作原理  3.4电子累加计数器   3.4.1电子累加计数器概述   3.4.2电子累加计数器工作原理  3.5光电传感器   3.4.1光电传感器概述   3.4.2光电传感器工作原理  3.6   单片机   3.6.1 单片机的概述  3.7 小型系统板   3.7.1 小型系统板的简单说明  3.8 PWM调速器   3.8.1 PWM调速的概述  3.9 L298N直流步进电机驱动模块 3.9.1 L298N直流步进电机驱动模块的介绍 4.软件介绍   4.1 Solidworks简介  4.2  keil uvision4     4.2.1 keil uvision4的概述 结论与展望 致谢 参考文献 附录 1乒乓球发球器简介 1.1乒乓球发球机研究的目的 随着我国经济的快速发展，乒乓球作为我国的国球。无论男女老少都喜欢这项运动，更多人把它当作爱好活动胫骨。运动可以帮我们减少身体多余的脂肪，这也会让我们远离一些因为肥胖引起的疾病。适当的做运动会帮助我们缓解今天工作的压力，会让我们的腰椎、颈椎得到松缓。可以帮助我们燃烧身体的脂肪，可以改善我们的体能，美化我们的身体线条，延缓我们的身体老化。锻炼我们的体力。有一部分朋友年纪轻轻的就有关节疾病了，除了日常的饮食注意以外，可以多打打球。 从健康角度来说 可以促进血液循环，达到强身健体的目的。 从精神角度来说 打乒乓球就是为了带来快乐 以及心灵上的充实。 1.2乒乓球发球机所需硬件 （1）电机马达 （2）C单片机 （3）光电传感器 （4）PWM调速器 （5）电子累加计数器 （6）L298N电机驱动模块 1.3设计要求 随着科技的发展，乒乓球作为国球很多人当作一种运动，有的人甚至去参加小比赛。少不了平常的刻苦训练。这款发球器就避免了无人陪练的尴尬处境，让更多喜欢热爱乒乓球的人可以得到充分的练习。而且还节省了人力物力。提高运动员的反应速度，提高身体协调性，可以根据摆放的位置不同发射不同的球。 1.4功能设计 利用光感传感器来计算乒乓球进入的数量，来定制每天训练的球量，电子类加计数器可以调制计数的上限量，并附有清零装置，可根据不同的运动者来定制目标量，12V锂电池组是移动式的电源，可以在任意场合使用此发球机，电池组也可以插电使用。电动机分为两个，正转和反转，若只用左电机，则发出左旋方向的球，若用右电机，则发出右旋方向的球。可以根据不同需求的运动者发出不同方式的球，可以改变电机的旋转方向，发出不同球速的球，两个电动机都附有开关电源，可自由使用。 2结构设计 2.1设计结构 2.2 图纸三维图  合理运用SolidWorks软件对3D图转化为2D图，在菜单栏中文件选择从零件制作工程图或在新建中直接打开工程图修改绘制。在这里，列出装置部分模型，正视图如图2-3、左视图如图2-5、2-4右视图（半剖）、俯视图 2.3 零件加工 利用SolidWorks绘图软件绘制出模型，并将模型2D图纸发送给厂家。再考虑到模型选材的问题上，考虑选用木材做为模型的材料，木板材料易取配合马达使用不会有太大的抖动声。再配合上纸板将一些工件隐藏起来外观简单。将累加计数器的红外传感器藏在纸板里，线不会很乱，将一组电池也放再纸板里，再使用海绵贴将电池组及单片机都贴在纸板上。 3硬件介绍 3.1 12V锂电池组 3.1.1锂电池组概况 锂电池是非水电解质溶液的电池。最早锂电池的是Gilbert N. Lewis提出并研究。慢慢的锂电池随着科学技术研究的发展，现在锂电池已经成为主流的电池。  锂电池大致可分为俩类：锂金属电池和锂离子电池。我们这款使用的锂电池是不带有浸塑台的锂，是可以进行充电的。最早可充电电池锂金属电池在1996年被研发出来。他的安全性，电池容量，性价比都比锂金属电池高。 3.1.2锂电池组工作原理 锂电池的材料是LiMn2O4，负极材料是石墨。充电时正极的Li加和电解液中的Li加向负极聚集，得到电子，被还原成Li镶嵌在负极的碳素材料中。放电时镶嵌在负极碳 。素材料中的Li失去电子，进入电解液，电解液内的Li加向正极移动。 3.2电机介绍 3.2.1马达电机概况   马达是机械动力源。他又称起动机，他通过通电的方式电线圈在磁场中转动旋转，转子上的小齿轮带动轮胎飞速旋转，从而带动轮带旋转。这种技术一般是用在汽车领域，具有瓷芯底座的新型低成本火花塞和启动器这俩项零部件创新，奠定了汽车发展的技术基础。   小时候玩的四驱车就是利用这种马达，方便快捷。马达的寿命与绝缘劣化或是滑动部的摩耗、轴承的劣化等造成的功能障碍等各项要素有关，大部分视轴承状。 3.2.2马达电机特点 （1）体积小、重量轻、出力大。 （2）可以低速大功率运行，可以省去减速机直接驱动大的负载。 （3）具有传统直流电机的所有优点。 （4）软启软停、制动特性好。 （5）可靠性高，稳定性好，适应性强，维修与保养简单。 3.3移动开关电源 3.3.1移动开关电源概况 开关电源高频化是其发展的方向，高频化使开关电源小型化，并使开关电源进入更广泛的应用领域，特别是在高新技术领域的应用，推动了高新技术产N  品的小型化、轻便化。另外开关电源的发展与应用在安防监控，节约能源、节约资源及保护环境方面都具有重要的意义。本装置所选用开关电源如图3-4所示、电源开关接线 3.3.2移动开关电源组成 1、主电路 输入滤波器：其作用是过滤电网存在杂波及阻碍本机产生的杂波反馈回网。 整流与滤波：将电网交流电源直接整流为较平滑的直流电。 逆变：将整流后的直流电变为高频交流电，这是高频开关电源的核心部分。输出整流与滤波：根据负载需要，提供稳定可靠的直流电源。 2、控制电路：一方面从输出端取样，与设定值进行比较，然后去控制逆变器，改变其脉宽或脉频，使输出稳定。 3、检测电路：提供保护电路中正在运行中各种参数和各种仪表数据。 4、辅助电源：实现电源的软件远程启动，为保护电路和控制电路工作供电。 3.3.3开关电源工作原理 开关电源的工作过程相当容易理解，在线性电源中，让功率晶体管工作在线性模式，与线性电源不同的是，PWM开关电源是让功率晶体管工作在导通和关断的状态，在这两种状态中，加在功率晶体管上的伏-安乘积是很小的（在导通时，电压低，电流大；关断时，电压高，电流小）/功率器件上的伏安乘积就是功率半导体器件上所产生的损耗。 与线性电源相比，PWM开关电源更为有效的工作过程是通过“斩波”，即把输入的直流电压斩成幅值等于输入电压幅值的脉冲电压来实现的。 脉冲的占空比由开关电源的控制器来调节。一旦输入电压被斩成交流方波，其幅值就可以通过变压器来升高或降低。通过增加变压器的二次绕组数就可以增加输出的电压值。最后这些交流波形经过整流滤波后就得到直流输出电压。 控制器的主要目的是保持输出电压稳定，其工作过程与线性形式的控制器很类似。也就是说控制器的功能块、电压参考和误差放大器，可以设计成与线性调节器相同。他们的不同之处在于，误差放大器的输出（误差电压）在驱动功率管之前要经过一个电压/脉冲宽度转换单元。 开关电源有两种主要的工作方式：正激式变换和升压式变换。尽管它们各部分的布置差别很小，但是工作过程相差很大，在特定的应用场合下各有优点。 3.4电子累加计数器 3.4.1电子累加计数器概述 电子计数器是利用数字电路技术数出给定时间内所通过的脉冲数并显示计数结果的数字化仪器。电子计数器在它的输入通道接入各种模-数变换器，再利用相应的换能器便可制成各种数字化仪器。电子计数器的优点是测量精度高、量程宽、功能多、操作简单、测量速度快、直接显示数字在工业生产中得到应用。 3.4.2电子累加计数器工作原理 电子计数器可具有以下三种基本功能。 （1）频率测量：被测信号从A通道输入，若TB为1秒，则读数N即为以赫为单位的频率fA。由晶体振荡器输出的标准频率信号经时基电路适当分频后形成闸门时间信号而确定TB之值。 （2）周期或时间间隔测量：被测信号由 B信道输入，控制闸门电路，而 A通路的输入信号是由时基电路提供的时钟脉冲信号。计数器计入之数为闸门开放时间，亦即被测信号的周期或时间间隔。 （3）累加计数：由人工触发开放闸门,计数器对A通道信号进行累加计数。在这些功能的基础上再增加某些辅助电路或装置，计数器还可完成多周期平均、时间间隔平均、频率比值和频率扩展等功能。电子计数器性能指标主要包括：频率、周期、时间间隔测量范围、输入特性（灵敏度、输入阻抗和波形）、精度、分辨度和误差（计数误差、时基误差和触发误差）等 3.5 光电传感器 3.5.1光电传感器的概况  光电传感器一般由处理通路和处理元件2 部分组成。光电效应是指用光照射某一物体，可以看作是一连串带有一定能量为的光子轰击在这个物体上，此时光子能量就传递给电子，并且是一个光子的全部能量一次性地被一个电子所吸收，电子得到光子传递的能量后其状态就会发生变化，从而使受光照射的物体产生相应的电效应。通常把光电效应分为3 类： （1）在光线作用下能使电子逸出物体表面的现象称为外光电效应，如光电管、光电倍增管等； （2）在光线作用下能使物体的电阻率改变的现象称为内光电效应，如光敏电阻、光敏晶体管等； （3）在光线作用下，物体产生一定方向电动势的现象称为光生伏特效应，如光电池等。光电检测方法具有精度高、反应快、非接触等优点，而且可测参数多，传感器的结构简单，形式灵活多样，因此,光电传感器在检测 3.5.2光电传感器的工作原理 光电传感器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。 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)、激光二极管及红外发射二极管。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、光电三极管、光电池组成。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。 光电传感器是采用光电元件作为检测元件的传感器。它首先把被测量的变化转换成光信号的变化，然后借助光电元件进一步将光信号转换成电信号。光电传感器一般由光源、光学通路和光电元件三部分组成。 3.6  单片机 3.6.1 单片机的概述    单片机是这三年所学的知识中的一种，它是一种低功耗的且高性能的控制器。他有8千字节可以变成flash储存器。它是实用51的内核，但他有了非常多的改进，使得这款单片机有传统51单片机不具有的功能。单个芯片上，他有灵巧的8位CPU核在系统可编程flash，使得这款单片机为很多嵌入式控制应用系统提供高灵活且有效地解决方案。 具有以下标准功能8k字节Flash，512字节RAM，32位I/O口线，看门狗定时器，内置4KB EEPROM，MAX810复位电路，3个16位定时器/计数器，4个外部中断，一个7向量4级中断结构，全双工串行口。另外 STC89C52 可降至0Hz静态逻辑操作，支持2种软件可选择节电模式。空闲模式下，CPU 停止工作，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下，RAM内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。最高运作频率35MHz，6T/12T可选。 单片机的基本特性： （1）8K字节程序存储空间       （2）512字节数据存储空间 （3）内带4K字节EEPROM存储空间（4）可直接使用串口下载 3.7 小型系统板 3.7.1 小型系统板的简单说明   主要芯片: AT89S单片机、工作电压:直流4-6伏   单片机标准十针下载接口。(可使用并口下载线和USB下载线下载)          特点:1、具有电源指示。 2、所以I0口以引出。 3、可以实现与电脑串口通信。 4、标准的11.0592M晶振。 5、具有上电复位和手动复位。 6、支持AT89SXX系列单片机 7、支持STC国产高性能单片机，兼容AT89系列单片机STC89C51、STC89C52、STC89C53 等 8、支持STC串口下载 3.8 PWM调速器  3.8.1 PWM调速器概述 脉宽调制的全称为：PulseWidthModulator、俗称PWM、由于它的特殊性能、常被用于直流负载回路中、灯具调光或直流电动机调速、HW-1020型调速器、就是利用脉宽调制(PWM)原理制作的马达调速器。   PWM直流电机调速器、带开关功能、输入电压范围DC2.2V-12V可用使用电流2A以内、配有自恢复保险丝、电流过大自动断开、冷却后保险栖自动恢复。 供电电压：DC2.2V-12V 输出电压：1.8V-12V可调节 （具体是根据供电电压而定） 输出电流：＜2A 使用寿命：＞10万次或连续工作10万小时 3.9 L298N直流步进电机驱动模块 3.9.1  L298N直流步进电机驱动模块的概述 （1） L298N直流步进电机驱动模块使用的是ST公司的L298N作为主驱动芯片，具有驱动能力强，发热低，抗干扰能力强的特点。 （2）次模块可以使用内置的78M05通过驱动电源部分取点工作，但是为了避免稳压芯片损坏，当使用大于12V驱动电压的时候，得使用外置的5V逻辑供电。 （3）次模块使用大容量电容，续流保护二极管，可以提高可靠性。 4软件介绍 4.1 SolidWorks简介 SolidWorks是基于Windows系统下的原创的三维设计软件。在整个产品设计的工作中，SolidWorks完全自动捕捉设计意图和引导设计修改。在SolidWorks的装配设计中可以直接参照已有的零件生成新的零件。SolidWorks都将以其易用的操作大幅度地提高设计的效率。SolidWorks有全面的零件实体建模功能。用SolidWorks的标注和细节绘制工具，能快捷地生成完整的、符合实际产品表示的工程图纸。 SolidWorks软件所有的零件都是建立在草图基础上的，草图功能的提高会直接影响到对零件的可编辑能力的提高。我们首先按事先规划的尺寸绘制各部件草图，草图绘制完成后，对各部件草图进行拉伸凸台基体和拉伸切除等操作，使其形成3D图。接着进行零件图的装配，形成一个装配体，。装配体符合要求，对各部件进行3D→2D转化，提供2D图纸供厂商生产材料。 4.2 keil uvision4 4.2.1 keil uvision4的概述 Keil uVision4 ID是基于Windows的开发平台，包含-个高效的编译器、一个项目管理器和一个MAKE工具。uVision4 支持所有的Keil C51工具，包括C编译器、宏汇编器、连接定位器、目标代码到HEX的转换器。 Windows 应用程序uVision4是一个集成开发环境，它把项目管理，源代 码编辑，程序调试等集成到一个功能强大的环境中。 C51 美国标准优化C交叉编译器从C源代码产生可重定位的目标文件。 A51宏汇编器从8051汇编源代码产生可重定位的目标文件。   BL51连接/重定位器组合由C51和A51产生的可重定位的目标文件， 生成绝对目标文件。 LIB51库管理器组合目标文件，生成可以被连按器使用的库文件。 0H51目标文件到HEX格式的转换器从绝对目标文件创建Intel HEx格式文件。 RTX-51实时操作系统简化了复杂和对时间要求 六、主要参考文献 【1】百度百科 【2】机械设计 主编：彭文生  出版社：高等教育出版社  出版时间：2002 【3】淘宝：PWM调速器、直流步进电机模块、小型系统板、单片机、L298N电机驱动模块 【4】SOLIDWORKS simulation高级教程（2016版） 主编：DS SOLIWORKS公司 出版社：机械工业出版社 出版时间：2016年7月 【5】  Keil uvision4 ：KeiluVision4在国内有三家ARM代理商共同提供销售和技术支持服务。