毕业设计(论文)新型温室大棚自动卷帘机的设计THE DESIGN OF NEW GREENHOUSE TRELLIS AUTOMATIC SHUTTER MACHINE学生姓名学院名称机电工程学院专业名称机械设计制造及其自动化指导教师2011年05月27日 毕业设计(论文)摘要自动卷帘机分为机械部分和控制部分，机械部分是电动机通过减速器带动卷轴按照预定在大棚上面的轨道滚动，这样就可以实现草帘子的卷放。控制部分是单片机通过温度传感器，光照传感器和GSM模块的信号通过控制继电器开关来控制电动机。这就是自动卷帘机，整个系统的电路结构简单，可靠性能高。管理人员可以根据需要随时随地通过发送手机短信来控制草帘子的收放本设计大大减轻了人工的劳动强度，提高了新型温室大棚的经济效益。应该可以得到广泛的运用。关键词 自动卷帘机；短信；单片机控制Abstract There two parts of the automatic shutter machine ,Scroll through the gear drive motor in the shed above the predetermined orbit rolling sub-volumes can put straws, microcontroller through the temperature sensor, light sensor and GSM module through the control relay switches the signals to control the motor. This is the automatic shutter machine, simple circuit structure of the system reliability can be high. Management staff as needed at any time by sending SMS to control the childs retractable straw mat.This design reduces the manual labor and increase the economic benefits of the new greenhouse greatly. It should be widely used Keywords automatic shutter machine; Message; Single-chip microcomputer controlI目 录摘要IIAbstractIII1绪论11.1自动卷帘机的作用11.2自动卷帘机的原理11.2.1 拉绳式11.2.3 爬行移动式电动机11.2.4摆臂式电机11.2.5悬臂自走式卷帘机21.3 使用注意事项21.4卷帘设备的技术标准21.5 自动卷帘机的总体设计方案32电动机的选择53机械部分的设计63.1减速器传动比的计算与分配63.2计算传动装置的运动和动力参数73.3带的选择73.3.1 带的计算73.3.2带的根数确定83.4减速器齿轮的设计及模数的选择83.4.1第一级齿轮传动设计83.4.2第一级齿轮传动的校核计算93.4.3第二级齿轮传动设计113.4.4第二级齿轮传动的校核计算123.5轴径的设计133.5.1轴径的计算133.5.2轴的校核153.6 滚轮支架的设计174硬件设计194.1控制系统的总体设计194.2 P80C51RA+4N的简介194.2.1电源引脚204.2.2时钟引脚204.2.3控制引脚204.2.4 I/O口引脚214.3 P80C51RA+4N最小系统的设计214.3.1 时钟电路224.3.2 复位电路224.4 无线通信模块的设计234.4.1 GSM模块的概述234.4.2 TC35的控制简介234.4.3 TC35的联机接口RS232234.5 存储器的扩展及其接口电路254.5.1 ROM芯片的选用254.5.2 地址锁存器SN74LS373N264.5.3 单片机的外扩电路274.6 模数转换器ADC接口的设计274.6.1 模数转换器ADC574AJH的简介284.6.2 ADC574AJH的工作特性294.6.3 ADC574AJH与P80C51RA+4N的接口电路图294.7 多路模拟开关304.7.1 AD7501简介304.8 显示器的设计314.8.1 HDSM-577G的简介314.8.1 HDSM-577G的显示原理324.8.3 HDSM-577G与P80C51RA+4N的电路图324.9温度传感器、光照传感器334.10.单片机控制电动机344.10.1 单片机控制继电器345软件编程355.1软件设计355.2 程序设计总流程图355.2 源程序如下37结论38致谢39参考文献401绪论1.1自动卷帘机的作用缩短卷放帘时间，一般每天可增加日照时间近2 个小时，提高温室内温度35。由于卷放过程运行平稳，无绳索与保温帘的摩擦，使保温帘延长使用寿命12 年。由于温室内温度增高，生长快，使作物早熟，缩短作物生长期，一般可使作物提前上市510 天。通过减少用工量，减少保温帘的损坏，提高作物的产量，增加反季量等，可明显地提高经济效益。1.2自动卷帘机的原理卷帘机按不同的分类方法有多种形式， 按动力形式分为手动式和电动式，按结构形式分为牵引式、滑轨式、支臂式、侧悬浮动式等，按工作形式分为固定式和走动式。固定式是卷帘机固定在大棚后墙的砖垛上，利用机械动力把草帘子卷上去，利用大棚的坡度和草帘子的重量往下滚放草帘子， 该种型号的卷帘机都是早期安装的，造价较高，大棚要有一定的坡度，如果棚面坡度太小，草帘子滚不下来。走动式是电机和减速机一起在棚面上走动， 利用卷帘机的动力上下自由卷放草帘子， 不受大棚坡度大小的限制，安装简单，造价低，效率高，卷放整齐，是目前广泛采用的一种形式。1.2.1 拉绳式这种形式应用的比较早，主要的部件有电动机，减速器、卷绳轴、联轴器、卷绳等组成。卷帘时依靠电动机、减速器驱动卷绳轴转动把绳子缠绕在轴上，通过绳子拉紧使保温帘卷起。放帘时靠帘的自重自动滚落。此种形式的卷帘机安装施工比较复杂，而且造价高，卷放速度慢，保温帘易损坏，现在已很少使用。1.2.3 爬行移动式电动机 爬行移动式电动机和减速器连在一起， 卷帘过程是电动机减速器在温室中间沿轨道爬行， 卷放帘靠电动机正反转开关控制，在棚外设一支杆，定位滑杆可在支杆上移动，保证电机减速器能紧贴在大棚上上下移动，减速器带动卷帘轴随电机转动实现卷放帘， 它结构简单，造价低，卷帘速度较快。缺点是卷帘时电动机、减速器需在棚膜上爬行， 而且有一片保温帘需经常放在棚上作为保护棚膜垫料，影响进光量。1.2.4摆臂式电机 摆臂式电机与减速器纵向相连， 动力输出端与卷帘轴相连，保温帘末端系在卷帘轴上，摆臂式又分为悬臂型和支臂型两种。特点是结构简单，重量轻，工作性能可靠，卷放速度快，价格适中，但安装技术要求高。1.2.5悬臂自走式卷帘机 悬臂自走式卷帘机目前主要使用较多的悬臂自走式卷帘机主要由底座、支臂、摆臂、三相或单相电动机、减速机、卷帘轴及电机座组成， 一般都用单相电动机， 功率1.12.2kW，适合棚长3080m，摆臂、支臂及卷帘轴均为2寸钢管，在棚前中间地面位置安装即可，卷帘机安好后将草帘的下端固定在卷帘轴上， 上端搭在或固定在后墙上，卷帘机即可工作。工作时接通电源，电机动力通过减速机传给卷帘轴，卷帘轴卷起草帘，电机反转即为放帘， 工作中电机和减速机一起在棚面上走动，并且可以在任何位置停止或启动。此种型号的卷帘机结构非常简单，具有以下优点：1）效率高，卷放一次仅需58min。2）减轻劳动强度，接通电源卷帘机自行卷放，不用人工操作。3）延长光照时间，提高作物的质量和产量，促进作物早熟。4）安全性好，可靠性高，保护大棚。5）卷放整齐，棚上材料不受破坏。6）操作方便，可在棚上任意位置停止或启动。7）结构简单，价格较低。1.3 使用注意事项 使用注意事项卷帘机在使用和维护时要注意以下问题：1）接通电源时防止缺一相电源，如果缺一相电源会烧坏电机。2）主机的传动部分（如减速机、传动轴承等），要每年添加一次润滑油，变速箱要加防冻机油。3）在安装过程中要把卷帘绳子的长度（松紧）调整一样，使卷起的草帘子处在一条直线上。在使用过程中要经常对卷帘绳子进行调整， 如果绳子长短不齐，草帘子松紧不一样，卷起的草帘子会出现曲线状，在使用中会加大卷帘机和卷轴的扭矩力，影响使用效果或损坏卷帘机和卷轴。4）草帘的底部（即和卷帘轴联接的地方）不能过湿，过湿使草帘子过重，卷起困难。在使用中最好用塑料布将草帘盖上， 避免雨雪淋湿草帘， 也便于清雪。5）每年对部件涂一遍防锈漆。1.4卷帘设备的技术标准卷帘设备的技术标准虽然目前卷帘机尚没有明确的技术标准， 但一般应参考下列参数：一、 拉绳式1）一次卷帘长度应小于100m，卷帘重量应小于5000kg。2）卷帘时间应小于15min。3）单帘宽度1.52.0m，铺放时不能有重迭，也不可有过大的缝隙。二、 移动式1） 一次卷帘长度不大于80m， 卷帘重应小于4000kg。2）卷、放帘时间应小于10min。3）卷轴速度应小于1.5r/min。1.5 自动卷帘机的总体设计方案本设计中的自动卷帘机的示意图如下：图1.1 卷帘机总体的示意图1滚轮支架 2导轨 3减速器 4卷轴如图所示的导轨2是预先固定在温室大棚的上方，滚轮支架1（具体如上图1.2）通过滚轮5在导轨2上面的滑动，电动机与减速器连在一起，通过减速器前方的主轴7与滚轮支架1通过转套6相连。减速器外连的长轴4就可卷绕草帘子通过卷帘机上的电动机的正反转实现草帘子的卷放。电动机由继电器控制，也可由现场按钮操作。电动机接受启动信号后，按照预定的正反转信号，电动机可带动减速器的卷轴正转或反转来实现草帘子的卷放。单片机通过温度传感器、光照传感器对实时情况的采样将信息通过TC35模块发送短信给管理员，管理员再根据季节与时令的需要来决定草帘的收放。2 导轨 5 滚轮 6 转套 7 主轴图1.2 滚轮支架2电动机的选择温室大棚总长为100m，总共需要1个卷帘机来对100个1m长的草帘子进行卷放，也就是卷帘机要卷起100个草帘子，每个草帘子重2.5Kg。每个卷帘机要卷起的重量：F=G=mg=1002.5 Kg10N/Kg=2500N卷帘机的卷帘的速度为V=0.5r/s功率P=FV=2500N0.5r/s=1250W=1.25KW所选电动机的功率P1.25KW查阅相关资料，我选用Y90L-4型号的电动机，其相关的参数如下表2-1：表 2-1 Y90L-4的基本参数型号功率（KW）额定电流In（A）额定转速nn（r/min）效率（%）