毕业设计（论文）-基于PLC的婴儿床自动报警系统及保护装置设计.docx

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1、本文根据原有的婴儿床模型，创新设计了警报系统和保护装置，P1.C控制装置及其构件。本文首先介绍了婴儿床的发展状况和趋势、床体的设计制造，然后结合其使用的对象，并根据其性能和功能效果，提出警报系统的各种可行性方案。本课题是利用P1.C、传感器作为核心，对于家庭的婴儿床改进，当婴儿醒时，父母不在身边或看护人距离离婴儿床较远时，无人看护，实现报警功能，当婴儿醒来时，他身体的摇动或着哭声会通过系统将信息传递给父母。婴儿床护栏可实现自动伸缩，对婴儿实现了保护。最后对各个方案进行相互比较，选取出相对较优的设计方案进行设计。关键词：婴儿床；警报系统；保护装置AbstractThispaperisbasedo

2、ntheoriginalbabybedmodel,andithasinnovationdesignsinthealarmsystem,theprotectiondevice,P1.Ccontroldeviceanditscomponents.Thisarticlehaveintroducesthedevelopmentstatusandtrendofbabybed,thebedbodydesignandmanufactureatfirst.Andthencombinedwiththeuseofobjects,andaccordingtoitsperformanceandfunctioneffe

3、cttoputforwardallkindsoffeasibilityplansaboutalarmsystem.ThistopicisusingtheP1.Candsensorasthecoretoimprovethefamilyofthecrib.Whenthebabywokeup,iftheparentsarenotaroundorcaregivershavefardistanceawayfromthebabybed,itcancometrueit,salarmfunctionwhenthereisnoonecare.Thebaby,sbodyshakingorthecrywillpas

4、sinformationtoparentsthroughthesystemwhenbabywokeup.Thesafebarrieronthecribcanrealizeautomatictelescopicandprotectinfants.Finallytocomparevarioussolutionsandselectarelativelyoptimaldesignschemetocarryonthedesign.Keywords:Thecrib;Alarmsystem;Protectiondevice目录摘要IAbstractII第一章绪论31.1 选题背景31.2 发展前景状况41.

5、2.1 国内外发展前景41.2.2 行业发展存在的问题和分析41.3 本文主要研究的内容5第2章材料分析52.1 工作原理52.2 选题依据和意义62.3 婴儿床所适应的群体6第3章婴儿床结构设计及计算73.1 婴儿床的框架结构73.1.1 床体材料的选择83.1.2 床体设计需要满足的要求113.1.3 床体的计算133.1.4 床体各个构件的组合133.2 传感器的选择143.2.1 磁敏传感器153.2.2 磁敏电阻183.3 辐射的屏蔽21第4章保护装置的P1.C控制系统设计224.1 P1.C的概念及特点224.2 工作原理234.3 控制要求及工作方式244.3.1 人体感应探测器

6、244.3.2 护栏运行位置监测254.3.3 步进电机驱动.264.3.4 减速器的选择与应用274.3.5 本系统要着重解决的两个问题284.4 软件设计294.5 护栏升降机构的设计294.5.1 刚性升降机构304.5.2 柔性传动升降机构314.6 本次设计存在的问题和不足32结论33参考文献34致谢35第1章绪论1.1 选题背景设计新型智能婴儿床，它是在普通婴儿车的基础上，加入传感器、监控系统等设计人性化和智能化。主要从婴儿床的结构、功能实现等方面阐述了婴儿床的设计方案.并在功能实现中给出了电路图的设计，使读者可以更清楚地了解智能婴儿床的原理。近年来，婴幼儿产品市场几度出现混乱不堪

7、、鱼龙混杂，从三鹿鼠胺奶粉到黑心棉婴儿服饰，到问题奶瓶，再到现在婴儿床出口数次被召回事件。所以婴儿床的质量及安全，不得不引起家长、相关部门及社会的关注。从材料的选择、结构及框架设计，油漆的选用，再到床体上的雕花及装饰物，都存在各式各样的问题，部分质量不过关的问题婴儿床，散发着强烈的木头味，别说是刚出生的婴儿了，成年人都闻着刺鼻，更无法正常生活，另外床体结构松散、不稳定，也使婴儿身体受到伤害，设计尺度的不合理，油漆等装饰物的配备，总之从设计到生产，任何一个环节考虑得不周到，都有可能造成婴儿身体的伤害。现代社会的快节奏、快速率的生活方式使很多的年轻父母照顾婴儿已成为一种负担，为了消除和减少这种负担

8、，我们设计改进了一种新型的婴儿床，对婴儿的行为进行监视保护报警，方便家长及时的知道了解婴儿的状态，并且诊断出发出此状态的原因，为年轻家长提供自家孩子的行为规律的数据，使照顾婴儿轻而易举。每一个家庭都会需要婴儿床，他们会在众多的产品中选择自己所需要的，一定是安全性能好，要在功能上更加完善的，所以我们设计的无论从材质的选择，框架的设计，保护婴儿的安全都是人性化的，满足大众对床体的要求，具有很好的市场。1.2 发展前景状况1.2.1 国内外发展前景婴儿床是指给婴幼儿使用的床。现在的婴儿床款式多种多样，功能和价格也是相差也很大，选择时要注意安全和实用相结合的原则。婴儿床在使用中也存在一些安全隐患，父母

9、应给予重视，及时排除隐患。检查婴儿床油漆安全性，最直接办法是闻闻是否有味道。但这不是证明油漆安全性唯一标准。婴儿床油漆是否符合安全标准，关键要看是否含有重金属和甲醛等有害成分。继美国于2011年6月28日推出新的婴儿床安全标准后，巴西国家计量、标准及工业质量组织(INMETRO)发布了INMETRo269/2011号指令，要求巴西国内生产、销售和进口的婴儿床需符合特定的强制性产品安全认证规定，预计最早于2012年12月24日正式生效。该认证规定将适用于家用、商业设施或模拟家庭环境中的婴儿床，而医院中使用的婴儿床则不包括在内。婴儿床因为存在安全隐患而导致伤亡事故频频发生，已逐渐成为世界各国重点监

10、控对象，产品从生产、进口至终端销售都受到了进口国的严密监控和检测。因此，检验检疫部门提醒：首先，企业应及时关注出口国不断更新的婴儿床技术法规标准，做好预警和准备工作；其次，企业要积极转变自身产品发展方向，以高标准作参考，不因过分注重产品设计而忽略安全隐患，从产品设计、生产过程控制到产品最终检验等各个环节确保产品质量的安全可靠；第三，相关部门应及时发布风险预警信息，竭力帮扶企业采取行之有效的措施规避风险，减少被国外退运或通报的情况发生。完善婴儿床的各项功能，才能更好的为每个家庭提供保隙，让他们放心的使用产品。1.2.2行业发展存在的问题和分析消费者观念薄弱，作为一个对材料、结构和安全性无法预知的

11、家长来说，要选择一具较好的婴儿床是颇具难度的，在包装花俏、广告横飞的怂恿下，消费者选择婴儿床时手足无错，无论是床体外部结构及样式，还是辅佐油漆和装饰的采用，都可能造成婴儿的伤害。婴儿床市场充斥着假货，随处可见的假冒伪劣产品，为不法商家孕育出了一个温床,走进各大家居买场，会时不时的闻到一股刺鼻的木料味道，有些婴儿床的侧栏已经发生松动，床体也不够结实，显而易见，这些婴儿床是不过关的，达不到国家安全标准。在中国婴儿床产业得到迅速发展，国内国外相比在技术和之质量上任然具有一定的差距，低水平的竞争较为明显，近年来，原来不涉及这个行业的商家，也己经开始制造和生产婴儿床的职业生涯，希望借机在婴儿床市场有利可

12、图，然而按部就班的生产经验，并且欠缺专业技术和设备的支持，婴儿床的安全及质量是很难保障的。1.3 本文主要研究的内容完善婴儿床的功能，为婴儿的成长提供保障，本课题是利用P1.C、传感器作为核心,对于家庭的婴儿床改进，当婴儿醒时，父母不在身边或看护人距离离婴儿床较远时，无人看护，实现报警功能，当婴儿醒来时，他身体的摇动或着哭声会通过系统将信息传递给父母。婴儿床护栏可实现自动伸缩，对婴儿实现了保护。最后对各个方案进行相互比较，选取出相对较优的设计方案进行设计。第2章材料分析2.1 工作原理(1)磁敏电路工作原理，磁敏电路的工作信号通过放大器放大，激发晶闸管通路，触发响铃达到报警效果。(2)伸缩杆延

13、伸，防止婴儿的爬出，本系统采用P1.C为主控制器，当感应探测器探测到有肢体接近时，将脉冲信号传给P1.C,P1.C判断后通知电机运行，伸缩装置开启后，P1.C做出判断，在婴儿想爬出，感应器感应手胳膊，伸缩杆延伸，防止婴儿爬出，当婴儿无外爬举动时，伸缩杆自动缩回至原始位置。2.2 选题依据和意义随着社会的和谐发展，人民生活水平不断提升，家长及社会对孩童教育及成长方面的开销成倍增加，“不要让孩子输在起跑线上”是大多数家长“望子成龙，望女成凤”的夙愿，家长急切盼望市场推出综合性价好的产品，来满足婴儿及家长的需求。睡眠对婴幼儿来说是非常重要的，幼儿每天睡眠的时间在15-20左右，舒适惬意的婴儿床能给婴

14、儿提供一个良好的外部环境。换句话说，如果婴儿床设计不合理，婴儿的大部分时间在煎熬中度过。如今，大部分孩子都是独生子女，被家长宠着，被长辈惯着，脾气习惯或多或少会有些任性，更主要的是缺乏独立自主的意识。如果从婴儿刚出生，就为他添置一张婴儿床，从小开始培养他的独立意识，一方面可以培养他良好的生活习惯，一方面可以为他营造一个独立的空间。2.3 婴儿床所适应的群体2-6岁，有升降栏，可以跟据宝宝的成长来调整高度。经调查分析，不同材质和不同类型的婴儿床价格也不尽相同，在做问卷调查的时候发现，市场卖相最好的是为一般的婴儿床、儿童床和摇摆床。分析原因是因为：一般的婴儿床和摇摆床，均适合2-6岁的孩子使用，0

15、-2岁时一般给孩子买婴儿车，孩子陪同父母睡，而摇摆床则具有一定的摇摆功能也极其受消费者欢迎，儿童床是每个孩子上学以后是必须品所以卖相也非常好，这就意味着一般的婴儿床、摇摆床和儿童床在以后的设计开发中有很大的市场，而且以后市场的竞争也会越来越激烈。图2-1传统婴儿床实例第3章婴儿床结构设计及计算3.1婴儿床的框架结构婴儿床的框架机构应该从稳定、轻便、耐用的设计原则，因此婴儿床框架结构应采用不锈钢，其他稳固部件应采用铝合金，婴儿床大体结构示意图如图1如模型图1所示，婴儿床最顶层是护栏可自由升起放下，第二层由垫褥等组成，旨在让婴儿有更好的舒适的生活环境；第三层由黑匣子组成，黑匣子里面放着传感电路和报

16、警系统等。图3-1婴儿床模型3.1.1床体材料的选择不锈钢(StainlessSteel)是不锈耐酸钢的简称，耐空气、蒸汽、水等弱腐蚀介质或具有不锈性的钢种称为不锈钢；而将耐化学腐蚀介质(酸、碱、盐等化学浸蚀)腐蚀的钢种称为耐酸刚。由于两者在化学成分上的差异而使他们的耐蚀性不同，普通不锈钢一般不耐化学介质腐蚀，而耐酸钢则一般均具有不锈性。各产品由于用途的不同，其加工工艺和原料的品质要求也不同。一般来说不锈钢制品的不同，其要求原料厚度公差也各不相同，象二类餐具和保温杯等，厚度公差一般要求较高，为35%,而一类餐具厚度公差一般要求-5%,钢管类要求10%,宾馆用冷柜用材厚度公差要求为8%,经销商对

17、厚度公差的要求一般在4%-6%间。同时产品内外销的不同也会导致客户对原料厚度公差要求的不同。一般出口产品客户的厚度公差要求较高，而内销企业对厚度公差要求相对较低(大多出于成本方面考虑)，部分客户甚至要求15%。物理性能：与碳钢比较1、密度：碳钢的密度略高于铁素体和马氏体型不锈钢，而略低于奥氏体型不锈钢;2、电阻率：电阻率按碳钢、铁素体型、马氏体型和奥氏体型不锈钢排序递增；3、线膨胀系数大小的排序也类似，奥氏体型不锈钢最高而碳钢最小；4、碳钢、铁素体型和马氏体型不锈钢有磁性，奥氏体型不锈钢无磁性，但其冷加工硬化生成马氏体相变时将会产生磁性，可用热处理方法来消除这种马氏体组织而恢复其无磁性。奥氏体

18、型不锈钢与碳钢相比，具有下列特点：(1)高的电阻率，约为碳钢的5倍(2)大的线膨胀系数，比碳钢大40%,并随着温度的升高，线膨胀系数的数值也相应地提高。(3)低的热导率，约为碳钢的13图3-2不锈钢材料铝合金是工业中应用最广泛的一类有色金属结构材料，在航空、航天、汽车、机械制造、船舶及化学工业中已大量应用。工业经济的飞速发展，对铝合金焊接结构件的需求日益增多，使铝合金的焊接性研究也随之深入。目前铝合金是应用最多的合金。1.物质特性：铝合金密度低，但强度比较高，接近或超过优质钢，塑性好，可加工成各种型材，具有优良的导电性、导热性和抗蚀性，工业上广泛使用，使用量仅次于钢。一些铝合金可以采用热处理获

19、得良好的机械性能，物理性能和抗腐蚀性能。硬铝合金属AICuMg系，一般含有少量的Mn,可热处理强化.其特点是硬度大，但塑性较差。超硬铝属AlCuMgZn系，可热处理强化，是室温下强度最高的铝合金.但耐腐蚀性差，高温软化快。锻铝合金主要是AlZnMgSi系合金，虽然加入元素种类多，但是含量少，因而具有优良的热性，适宜锻造，故又称锻造铝合金。图3-3铝合金婴儿床实例纯铝的密度小(p=2.7gm3),大约是铁的1/3,熔点低(660),铝是面心立方结构，故具有很高的塑性(32-40%,70-90%),易于加工，可制成各种型材、板材,抗腐蚀性能好。但是纯铝的强度很低，退火状态值约为8kgf7mn,故不

20、宜作结构材料。通过长期的生产实践和科学实验，人们逐渐以加入合金元素及运用热处理等方法来强化铝，这就得到了一系列的铝合金。添加一定元素形成的合金在保持纯铝质轻等优点的同时还能具有较高的强度，b值分别可达2460kgf7mm这样使得其“比强度”(强度与比重的比值胜过很多合金钢，成为理想的结构材料，广泛用于机械制造、运输机械、动力机械及航空工业等方面，飞机的机身、蒙皮、压气机等常以铝合金制造，以减轻自重。采用铝合金代替钢板材料的焊接，结构重量可减轻50%以上。图3-4铝合金材料3.1.2床体设计需要满足的要求如何确定婴儿床尺寸，婴儿床尺度是决定方便性的关键，有四个不宜：1、不宜太高:摇篮的护栏不宜高

21、过35cm,否则不方便抱、放宝宝。2、不宜太矮:床面不宜太矮，如低于50cm,则大人哄、抱宝宝时需深深弯腰，加倍辛苦。而且贴近地面的空气多尘土，也容易受到爬虫、老鼠、宠物的侵害。3、不宜太宽：床体宽度不宜超过75cm,婴儿床需要在卧室、客厅、餐厅之间灵活移动，宽度超过75Cm后，就不能进出房门啦，很不方便。（标准门框是80cm,门厚度4cm左右，考虑加工误差和必要的间隙，75Cm是宽度的上限了。）4、不宜太长：床体长度不宜超过1.2m。卧室宽度一般在3m左右，大床占2m,其余的是通道或衣柜、桌子的位置。婴儿床的位置在大床旁边，这里有床头柜、梳妆台、凳，考虑通道和开门、开抽屉，需要80Cm的位置

22、。因此，如果婴儿床长度超过1.2m,将占用通道或其它家具功能的位置，阻碍正常活动，须时常搬移，很不方便。婴儿床一般都需设护栏，护栏的木长间隙如超过60mm,会跌下小孩或头给夹住，美国的婴儿床木条间隙是50mm。婴儿床褥面高现在离地约为200mm,300mm,40OnIm三级，但即使升到460mm；爸爸妈妈料理婴儿时会弄得腰酸背痛，应把褥面提升到650-75Omm（工作台面高度），到孩子较大时，再把床面降回原来位置。图3-5婴儿床床体图婴儿床床体大小:高度二70cm;宽=75cm;长二100Cn1；保护装置护栏的高度：摇篮的护栏二35cm（伸缩杆）；固定架长=IOCm宽二IOCm；图3-6固定架

23、三维图3.1.3床体的计算1.连接板、支撑柱则采用45钢，用以保证强度和刚度要求，其抗拉强度值600MPa,屈服强度值为355MPa,弹性模量为210GP,泊松比为0.269,密度为7.85g/Cm0该材料含S、P等杂质较少，因而质量高，综合力学性能较好，主要用于制造较为重要的零件。单个连接板的质量计算体积V=99.51,60.6+-0.820.6-0.520.63=95.47c44m=pv=7.85x95.47=749.425go.1载荷计算：为保证较大的安全系数，取施加在床板上的力为30Kg,受教面积S=100Ox500=5IO5mm2(3-2)所受载荷计算P=F/S=300/0.5=60

24、0P=6104MP3.1.4床体各个构件的组合婴儿床第一层是顶部防辐射金属屏蔽壳体，第二层由垫褥，第三层由黑匣子组成,黑匣子里面放着传感电路和报警系统等。三层连接都采用焊接，延伸装置连接靠定位块。图3-7婴儿床整体三维图3.2传感器的选择传感器（英文名称:TranSdUCer/Sensor）是一种检测装置，能感受到被测量的信息，并能将感受到的信息，按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求，传感器的特点包括：微型化、数字化、智能化、多功能化、系统化、网络化。它是实现自动检测和自动控制的首要环节。传感器的存在和发展，让物体有了触觉、味觉

25、和嗅觉等感官，让物体慢慢变得活了起来。通常根据其基本感知功能分为热敏元件、光敏元件、气敏元件、力敏元件、磁敏元件、湿敏元件、声敏元件、放射线敏感元件、色敏元件和味敏元件等十大类。作用：人们为了从外界获取信息，必须借助于感觉器官。而单靠人们自身的感觉器官。而靠人们自身的感觉器官，在研究自然想象和规律以及生产活动中它们的功能就远远不够了。为适应这种情况，就需要传感器。因此可以说，传感器是人类五官的延长，又称之为电五官。新技术革命的到来，世界开始进入信息时代。在利用信息的过程中，首先要解决的就是要获取准确可靠的信息，而传感器是获取自然和生产领域中信息的主要途径与手段。人们为了从外界获取信息，必须借助

26、于感觉器官。而单靠人们自身的感觉器官，在研究自然想象和规律以及生产活动中它们的功能就远远不够了。为适应这种情况，就需要传感器。因此可以说，传感器是人类五官的延长，又称之为电五官。新技术革命的到来，世界开始进入信息时代。在利用信息的过程中，首先要解决的就是要获取准确可靠的信息，而传感器是获取自然和生产领域中信息的主要途径与手段。在现代工业生产尤其是自动化生产过程中，要用各种传感器来监视和控制生产过程中的各个参数，使设备工作在正常状态或最佳状态，并使产品达到最好的质量。因此可以说，没有众多的优良的传感器，现代化生产也就失去了基础。在基础学科研究中，传感器更具有突出的地位。现代科学技术的发展，进入了

27、许多新领域：例如在宏观上要观察上千光年的茫茫宇宙，微观上要观察小到fm的粒子世界,纵向上要观察长达数十万年的天体演化，短到S的瞬间反应。此外，还出现了对深化物质认识、开拓新能源、新材料等具有重要作用的各种极端技术研窕，如超高温、超低温、超高压、超高真空、超强磁场、超弱磁场等等。显然，要获取大量人类感官无法直接获取的信息，没有相适应的传感器是不可能的。许多基础科学研究的障碍，首先就在于对象信息的获取存在困难，而一些新机理和高灵敏度的检测传感器的出现，往往会导致该领域内的突破。一些传感器的发展，往往是一些边缘学科开发的先驱。被测量A敏感元科1换元件-A变换电路电量辅助电源图3-8传感器结构及关系图

28、传感器早已渗透到诸如工业生产、宇宙开发、海洋探测、环境保护、资源调查、医学诊断、生物工程、甚至文物保护等等极其之泛的领域。可以毫不夸张地说，从茫茫的太空，到浩瀚的海洋，以至各种复杂的工程系统，几乎每一个现代化项目，都离不开各种各样的传感器。由此可见，传感器技术在发展经济、推动社会进步方面的重要作用，是十分明显的。世界各国都十分重视这一领域的发展。相信不久的将来，传感器技术将会出现一个飞跃,达到与其重要地位相称的新水平。传感器一般由敏感元件、转换元件、变换电路和辅助电源四部分组成，如图3-8所示。敏感元件直接感受被测量，并输出与被测量有确定关系的物理量信号；转换元件将敏感元件输出的物理量信号转换

29、为电信号；变换电路负责对转换元件输出的电信号进行放大调制；转换元件和变换电路一般还需要辅助电源供电。在所设计的报警电路中，传感器的作用是至关重要的，我们要实现自己设计的目的，离不开传感器，随后的报警系统中的磁敏传感器，在第四章的位置传感器等。3.2.1 磁敏传感器磁敏传感器中，霍尔元件及霍尔传感器的生产量是最大的。它主要用于无刷直流电机（霍尔电机）中，这种电机用于磁带录音机、录像机、XY记录仪、打印机、电唱机及仪器中的通风风扇等。另外，霍尔元件及霍尔传感器还用于测转速、流量、流速及利用它制成高斯计、电流计、功率计等仪器。磁敏传感器，顾名思义就是感知磁性物体的存在或者磁性强度（在有效范围内）这些

30、磁性材料除永磁体外，还包括顺磁材料（铁、钻、银及其它们的合金）当然也可包括感知通电（直、交）线包或导线周围的磁场。电，一般仅对运动中的永磁体或电流载体起敏感作用。后来发展为用线圈组成振荡槽路的。如探雷器，金属异物探测器，测磁通的磁通计等.（磁通门，振动样品磁强计）。1 .霍尔传感器霍尔传感器是依据霍尔效应制成的器件。霍尔效应：通电的载体在受到垂直于载体平面的外磁场作用时，则载流子受到洛伦兹力的作用，并有向两边聚集的倾向，由于自由电子的聚集（一边多一边必然少）从而形成电势差，在经过特殊工艺制备的半导体材料这种效应更为显著。从而形成了霍尔元件。早期的霍尔效应的材料InSb（睇化锢）。为增强对磁场的

31、敏感度,在材料方面半导体IIIV元素族都有所应用。近年来，除InSb之外，有硅衬底的，也有神化钱的。霍尔器件由于其工作机理的原因都制成全桥路器件，其内阻大约都在150C-500Q之间。对线性传感器工作电流大约在2-10mA左右，一般采用恒流供电法。InSb与硅衬底霍尔器件典型工作电流为IOmA。而碑化钱典型工作电流为2mA。作为低弱磁场测量，我们希望传感器自身所需的工作电流越低越好。（因为电源周围即有磁场，就不同程度引进误差。另外，目前的传感器对温度很敏感，通的电流大了，有一个自身加热问题。（温升）就造成传感器的零漂。这些方面除外附补偿电路外，在材料方面也在不断的进行改进。霍尔传感器主要有两大

32、类，一类为开关型器件，一类为线性霍尔器件，从结构形式（品种）及用量、产量前者大于后者。霍尔器件的响应速度大约在IUS量级。图3-10霍尔传感器2 .磁阻传感器磁阻传感器，磁敏二极管等是继霍尔传感器后派生出的另一种磁敏传感器。采用的半导体材料于霍尔大体相同。但这种传感器对磁场的作用机理不同，传感器内载流子运动方向与被检磁场在一平面内。（顺便提醒一点，霍尔效应于磁阻效应是并存的。在制造霍尔器件时应努力减少磁阻效应的影响，而制造磁阻器件时努力避免霍尔效应（在计算公式中，互为非线性项）。在磁阻器件应用中，温度漂移的控制也是主要矛盾，在器件制备方面，磁阻器件由于与霍尔不同，因此，早期的产品为单只磁敏电阻

33、。由于温度漂移大，现在多制成单臂（两只磁敏电阻串联）主要是为补偿温度漂移。目前也有全桥产品，但用法（目的）与霍尔器件略有差异。据报导磁阻器件的响应速度同霍尔IUS量级。磁阻传感器由于工作机理不同于霍尔，因而供电也不同，而是采用恒压源（但也需要一定的电流）供电。当后续电路不同对供电电源的稳定性及内部噪声要求高低有所不同。3 .磁敏器件应用的问题磁敏器件（单元）体积问题：在磁敏元件作为检测磁场而设计和制造的，一般检测的概念是：测量磁场中某一点的磁性。作为点的定义在几何学中是无限小的。在磁场检测中，由于磁场的面积、体积、缝隙大小等都是有限面积（尺寸），因此我们希望磁敏元件之面积与被测磁场面积相比也应

34、该是越小越准确。在磁场成像的技术中，元件体积越小，在相同的面积内采集的像素就愈多。分辨率、清晰度越高。在表面磁场测量与多级磁体的检测中，在磁栅尺中，必然有如此要求。从磁敏元件工作机理看，为提高灵敏度在几何形状处于磁场中的几何尺寸都有相应要求，这与“点”的要求是相矛盾的。3.2.2 磁敏电阻1 .磁敏电阻定义磁敏电阻是一种对磁敏感、具有磁阻效应的电阻元件。物质在磁场中电阻发生变化的现象称为磁阻效应。磁敏电阻通常用睇化锢(InSb)或碑化锢(InAS)等对磁具有敏感性的半导体材料制成。半导体材料的磁阻效应包括物理磁阻效应和几何磁阻效应，其中物理磁阻效应又称为磁电阻率效应。当外加磁场的方向或强度发生

35、变化时，磁敏电阻的阻值相应改变2,利用该变化,可精确地测试出磁场的相对位移。例如，在一个长方形半导体InSb片中，沿长度方向有电流通过时，若在垂直于电流片的宽度方向上施加一个磁场，半导体InSb片长度方向上就会发生电阻率增大的现象。图3-9磁敏电阻2 .磁敏电阻的作用磁敏材料能通过磁阻效应将磁信号转换成电信号。磁阻效应包括材料的电阻率随磁场而变化和元件电阻值随磁场而变化两种现象。前者称磁电阻率效应或物理磁阻效应，后者称为磁电阻效应或几何磁阻效应。磁敏电阻材料主要是电子迁移率大的半导体材料，还有铁银钻合金。常用的半导体有InSb(或InSb-NiSb共晶材料)、神化锢(InAS)和础化钱(GaA

36、S)等材料，一般用N型。高纯度InSb和InAs的电子迁移率分别为5.66.5m/vs和2.02.5mvsJnSb的禁带宽度小，受温度影响大。GaAS的禁带宽度大，电子迁移率也相当大08m/vs,受温度影响小，且灵敏度也高。银钻合金和银铁合金的电阻温度系数小，性能稳定，灵敏度高，且具有方向性，可制作强磁性磁阻器件，用于磁阻的检测等方面。用半导体材料制作的磁敏电阻器、无触点电位器、模拟运算器和磁传感器等应用于测量、计算机、无线电和自动控制等方面。半导体InSb-NiSb磁敏电阻器用于磁场、电流、位移和功率测量及模拟运算器等方面，其阻值为IOQIkQ,相对灵敏度6-18(B=IT),温度系数2.9

37、%0.09%(UC)(B=IT),极限工作频率1IoMHZ。在测量小于0.0IT的弱磁场时，必须附加以偏置磁场才能进行。Ni-C。薄膜磁敏电阻器主要用于探测磁场方向、磁带位置检测、测量和控制转速或速度以及无触点开关等方面。阻值有1、10、250k,相对灵敏度2%以上(3x10T下)，温度系数3000500xl0(lC),感应磁场3xlOT以上，工作温度55150。在检测磁场反转或可逆磁场以下的磁信号时，也应采用偏置磁场。3 .该元件在婴儿床中的实现的功能在磁场内磁敏电阻的阻值会随着磁场变化，磁阻与磁感应强度B成正比，虽然磁阻电阻的灵敏度受温度影响很大，但考虑到所用为生活场所，温度变化很小，温度

38、补偿方案可暂不考虑。磁敏电路图如图3-11所示，磁场竖直放置，其余部分水平放置，当婴儿剧烈摇晃时，婴儿床就会抖动，因而使磁场和磁敏电阻Rl、R2发生位移，随着磁场的变化，两个磁敏电阻必然是一个磁阻增大一个磁阻减小，从而使加在R5上的输出电压发生变化。图3-10磁敏电路图4 .报警系统磁敏电路的变动信号通过放大放大后，激发晶闸管通路，触发响铃，达到报警的效果，婴儿床抖动系统报警图如图3T1所示。-三!nJfOT晶阴管图3-11系统报警电路图磁敏电路如图3T1所示，磁感应电路由电源GB、磁敏电路、集成电路IC1、放大晶体管VI、二极管VDU电阻R1R2以及晶闸管构成，报警电路由音乐集成电路IC2、

39、放大晶体管V2、电阻R3以及扬声器构成。电路工作时，当婴儿晃动婴儿床，使磁敏电路震荡输出，ICl中震荡电路工作，痛过引脚6产生交变电压信号，并通过Vl放大后，通过VDl触发晶闸管的门级，使晶闸管导通，从而使报警电路和电源响通，发出报警，其中SB为复位开关，据下SB后晶闸管阳极无电压，报警电路不工作，从而使报警消除。3. 3辐射的屏蔽婴儿床中各种功能的实现必须用各种电和电子元器件，随然产生的辐射很小，但是出于对婴儿健康着想，以及让产品更加人性化，必须对产品产生的电磁辐射进行过滤消除，达到保护婴儿的目的。屏蔽室的辐射屏蔽应保证屏蔽室外的人员可能受到辐射符合GB18871第4.3的防护要求，其防护的

40、基本原则是：辐射实践正当化，辐射防护最优化，限制个人所受到的正常照射不超过计量限值，以及辐射防护的计量约束等。普及家居.为孕妇、儿童打造一个舒适安全的生活空间.公司专业提供各种屏蔽装饰工程及防辐射电磁屏蔽婴儿室，不仅成功克服了长期困扰我们的因辐射而引起的危害孕妇、儿童身体健康的问题，远离辐射，远离烦扰。第4章保护装置的P1.C控制系统设计3.1 P1.C的概念及特点可编程控制器（P1.C）是专门为专业自动控制而设计的一种控制装置，在工业自动化领域得到了广泛的应用。P1.C特点1.结构灵活，不受环境的限制，有电即可组建网络，同时可以灵活扩展接入端口数量，使资源保持较高的利用率，在移动性方面可与W

41、1.AN媲美。2 .传输质量高、速度快、带宽稳定，可以很平顺的在线观赏DVD影片，它所提供的14MbPS带宽可以为很多应用平台提供保证。最新的电力线标准HOnIePlUgAV传输速度已经达到了200Mbps；为了确保QoS,HOmePIUgAV采用了时分多路访问（TDMA）与带有冲突检测机能的载体侦听多路访问（CSMA）协议，两者结合，能够很好地传输流媒体。3 .范围广，无所不在的电力线网络也是这种技术的优势。虽然无线网络可以做到不破墙，但对于高层建筑来说，其必需布设N多个AP才能满足需求，而且同样不能避面信号盲区的存在。而电力线是最基础的网络，它的规模之大，是其他任何网络无法比拟的。由此，运

42、营商就可以轻松地把这种网络接入服务渗透到每一处有电力线的地方。这一技术一旦全面进入商业化阶段，将给互联网普及带来极大的发展空间。终端用户只需要插上电力猫，就可以实现因特网接入，电视频道接收节目，打电话或者是可视电话。4 .低成本。充分利用现有的低压配电网络基础设施，无需任何布线，节约了资源。无需挖沟和穿墙打洞，避免了对建筑物、公用设施、家庭装潢的破坏，同时也节省了人力。相对传统的组网技术，P1.C成本更低，工期短，可扩展性和可管理性更强。目前国内已开通电力宽带上网的地方，其包月使用费用一般为50-80元/月左右，这样的价格和很多地方的ADS1.包月相持平。但随着计算机技术、网络技术、通信技术的

43、发展，自动化技术向智能化、网络化、远程化方向发展，为了适应市场的需求，P1.C的厂商相继推出了具有网路通信能力的P1.C以及相关产品。由于用P1.C控制婴儿床护栏具有故障频率低、可靠性高和维修方便等优点，而SiemenSS7-200PlC性价比高，在各个行业中，应用普遍，下面重点讨论使用S7-200系类P1.C实现婴儿床护栏的升降的功能。图4-1可编程控制器3.2 工作原理本系统采用P1.C作为婴儿床护栏的主控制器，当位置传感器探到有人接近时，将脉冲信号传给P1.C,P1.C判断后通知步进电机运行，护栏打开后由PIC作出判断，处于原始的高度，当婴儿有爬出举动，护栏上升，当婴儿无安全隐患时，护栏

44、下降，除此之外,家长可以控制护栏，方便将婴儿抱出。3.3 控制要求及工作方式4. 3.1人体感应探测器人体有恒定的体温，一般在37摄氏度，发出波长为10微米左右的红外线，热释电源键探头是以探测人体辐射为目的，对波长为10微米左右的红外线辐射非常敏感，在接收到人体红外线辐射时就会失去电荷平衡，向外释放电荷，后续电路经检测处理后就能产生信号，被动式红外探头，其传感器包含俩个反向相串联的热释电元件，环境背景辐射对两个热释元件几乎具有相同的作用，使其产生热释电效应相互抵消，于是探测器就无信号输出，一旦人进入探测区域内，人体红外辐射被热释电元件接受，由于俩片热释电元件接收到的热量不同，热释电也不同，不能

45、抵消，因而产生相应的信号。人体感应探测电路，由被动红外探头，放大电路及电子开关电路组成，安装在婴儿床俩侧，当有人靠近婴儿床时，身体辐射出的红外线被热释电红外传感器接收下来，并将其转化成信号，经检测放大电路放大处理后输出给电子开关电路，电子开关信号输入到PlC输入继电器中，plc根据输入的信号，驱动步进电机将门打开。人体感应探测器需要两个，分别感应婴儿和父母，占用PIC俩个输入点。图4-2护栏运行流程图图4-3人体感应探测器4. 3.2护栏运行位置监测本系统的关键是护栏的运行，为了达到更好的控制效果，plc必须知道护栏所处的位置从而作出相应的处理，所以在关键位置装上位置传感器，并把传感信号传给p

46、lc。为此设置了两个行程开关，一个用于护栏完全伸开的的位置，叫护栏高极限开关，一个用于护栏完全缩回的位置，护栏低极限开关，当护栏在运行过程中，接近最大位置时，限位开关信号传给Plc,电机停止运转，护栏离限位开关较近时，电机低速运转，通过程序来控制。如何判断护栏离极限开关的距离？用一个霍尔传感器，来监测电机的转速，结合限位信号来判断护栏的位置，2个行程开关，1个霍尔传感器，占用plc3个输入点。图4-4婴儿床护栏形状4. 3.3步进电机驱动1 .步进电机与plcPIC作为一种工业控制计算机，具有模块化结构、配置灵活、高速的处理速度、精确的数据处理能力、P1.C对步进电机也具有良好的控制能力，利用

47、其高速脉冲输出功能或运动控制功能，即可实现对步进电机的控制。对于那些在运行过程中移动距离和速度均确定的具体设备，电工论坛小编认为采用P1.C通过步进电机驱动器来控制步进电机的运转是一种理想的技术方案。2 .步进电机的特点（1）步进电机的角位移与输入脉冲数严格成正比，电机运转一周后没有累积误差,具有良好的跟随性。（2）由步进电机与驱动器电路组成的开环数字控制系统，既非常简单、廉价，又非常可靠。同时，它也可以与角和最大脉冲数量，进而选择P1.C及其相应的功能模块度反馈环节组成高性能的闭环数字控制系统。（3）步进电机的动态响应快，易于启停、正反转及变速。（4）速度可在相当宽的范围内平滑调节，低速下仍能保证获得大转矩。（5）步进电机只能通过脉冲电源供电才能运行，它不能直接使用交流电源和直流电源。步进电机能响应而不失步的最高步进频率称为“启动频率”；与此类似，“停止频率”是指系统控制信号突然关断，步进电机不冲过目标位置的最高步进频率。而电机的启动频率、停止频率和输出转矩都要和负载的转动惯量相适应。有了这些数据，就能有效地对步进电机进行变速控制。采用P1.C控制步进电机，应根据下式计算系统的脉冲当量、脉冲频率上限。根据脉冲频率可以确定P1.C高速脉冲输出时需要的频率，根据脉冲数量可以确定P1.C的位宽。脉冲当量二（