机电产品创新设计大赛作品设计说明书.docx

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1、机电产品创新设计大赛作品设计说明书机电产品创新设计大赛参赛作品讲明书作品名称：简单“幸福生活新式台灯设计New-styledesignprojectoftablelamptosimpleHappyLife原名：具有“断电保护和“定时提醒功能台灯设计小组成员：张利张胜张宝龙许淑红专业年级：2020级机械专业指导教师：宁淑荣目录设计灵感：(2)设计原理及思路：(2)设计作品的功能、创新点讲解：(3)创新点1：(4)创新点2：(7)创新点3：(9)实物作品完善与改良：(10)作品的推广：(10)设计作品实物图：(11)程序附录：(12)设计灵感：一、如今很多家长担忧的除了孩子的学习成绩外，还有就是孩

2、子眼睛的度数。如今学生的眼睛近视无论人数比例还是眼镜度数都呈现了大幅上升的趋势，其中很大一部分原因是由于学生不注意用眼时间。假如孩子在家中所使用的台灯除了能调节光亮之外如今大多数台灯都已具备光线调整功能，还能够提醒用眼时间，并且在持续用眼时间过长时采取强迫断电措施，让孩子的眼睛暂时休息一段时间，就能够有效保护孩子的眼睛。二、在我们的日常生活中所使用的普通台灯固然具有可任意旋转定姿的功能由可塑性的灯身完成，但是只要一个灯头，并且只能提供一种灯光。当代“幸福生活中我们对生活质量也同样注重，我们所需要的台灯不仅仅要能给人们提供物理上的感受照明，而且要给使用者带来心情上的体验。闲暇时，能够坐在灯前欣赏

3、，让你平常使用的台灯给你带来幸福与快乐的享受，产生一种心灵上的互动。我们独特的可旋转式灯头设计鼓励人们多去触摸，感觉。天天与本人的心爱台灯玩耍，享受其中DIY的乐趣。三、在生活中你能否有过忘记关灯的经历，你能否有让灯亮一个大白天的教训。“幸福生活当道的今天，在大家都在为节能减排而奉献本人的一份气力，你能否为你浪费一天的电而内疚，能否为你付出的不必要电费而心疼。假如在我们的生活中使用的台灯能够具有光线强度判定电量开关和人体红外线监测的功能那么这些问就都能够迎刃而解了。设计原理及思路：假如要实现以上功能能够使用硬件来实现，比方采用继电器及其驱动电路，但是其体积较大，消耗电量也较多，并且如今越来越多

4、的装置的诸多功能大都通过软件在通用性强的硬件的支持下实现的。其好处是：若想改变、以及扩大其功能，均可通过对软件的修改来扩大实现其功能。所以，我们采用模块化的单片机系统来实现相应功能。模块化单片机系统的使用实现了弱电控制强电，即实现了在安全电压范围内控制对人体来讲相对危险的强电。用单片机控制的双向可控硅过零触发电路能够实现5V电压的单片机来控制220V沟通电的大功率沟通负载。在此基础上我们实现了“断电保护、“定时长断电、“亮度调节和“时间长度微调功能。我们的此单片机控制系统可推广到工业大功率负载的控制中去，安全可靠、易于实现。可旋转式两灯头设计则是采取在一个灯头上不同位置安装两个灯管，一个是日常

5、照明灯管，另一个是为生活平添乐趣的DIY灯管。使用这个台灯我们能够通过简单的旋转来实现不同灯管的转换，进而产生不同的灯光效果，而不仅仅是依靠华美的灯罩来进行装饰。为安全起见，我们设计采用插针式的供电装置，外包有隔电橡胶软套。可旋转式三灯头设计将两灯头设计中插针式的供电构造改为刷卡式供电构造。这样的设计构造能方便灯头实现单方向的完全旋转。为实现准确定位，在旋转灯头的轴和灯座上设计有棘轮机构。在功能的扩展方面我们让我们所设计的作品具有感悟外界光线强度和感应人体红外线的功能。该功能的实现我们采用市场上批量销售的普通灯具感应开关，简单易行并且功能可靠。并且通过调整该开关之后的调整螺丝我们能够方便的改变

6、可感应的距离和外界光线强度。使我们每次坐在台灯前面时，通过本人的调整都能够有一个舒适良好的工作、学习气氛。原设计为实现“断电保护，即为一次断电之后，在再次通电时用电设备台灯在无人状态下不会自动通电。若想使用电设备台灯再次通电必须人为动作才能够。使用红外线人体感应开关对该项功能进行改良，不仅能够到达在无人状态下不通电，更能省去人为动作才通电的费事，使该作品更具人性化。设计作品的功能、创新点讲解：我们的作品在注重电路的设计和调试的同时，加上了机械构造的创新与仿真，使我们的作品能在利用软件进行方便生活的同时，同样体现硬件的人性化。创新点1：关键词：断电保护；定时长断电；亮度调节；定时微调根据大多数人

7、群持续用眼的疲惫极限，设定最长用眼时间，使用单片机系统实现定时提醒和定时长断电功能。在简单的单片机最小电路上配备专门的“弱电控制强电电路加上针对该硬件的软件程序来实现相应功能。使用双向可控硅的过零触发电路的设计分为两部分：过零检测电路检测电路、过零触发电路控制电路。利用单片机控制系统中双向可控硅设计的过零触发电路，对220V沟通电进行通断控制，实现弱电对强电的控制。工作原理简述：当过零检测电路中检测到INTO引脚过零时产生中断请求，通过中断服务子程序控制，使单片机的P2.4引脚发出触发脉冲即可触发双向可控硅导通控制强电通断。通过控制触发脉冲发送的时间延迟长短，能够实现电压大小的控制，进而实现亮

8、度调节功能；通过采样单片机的外部引脚控制位电压值结，并合软件实现时间长度微调、断电保护和定时长断电功能。过零检测电路为了提高效率，使触发脉冲与沟通电压同步，要求每隔半个沟通电的周期输出一个触发脉冲，并且触发脉冲的电压应大于4V，脉冲宽度大于2us。一个指令周期为14us，为了保证触发完全，我们采用了双指令，一个是触发指令，另一个是辅助指令。在中断服务子程序中使用定时器累计移相时间时间的控制即为移相时间的控制，然后发出双向可控硅的同步触发信号，经过过零触发电路实现控制。PC817芯片：用于电路之间的信号传输，使之前端与负载完全隔离，目的在于加强安全性，减少电路干扰，简化电路设计。LM393N芯片

9、：双电压比拟集成器，检测前序电路沟通电产生跳变时产生的高电平，进而在单片机INT0产生中断。在220V沟通电的每一次电压产生跳变时，会在LM393N芯片的2号和3号管脚产生比拟，当2号管脚电压值大于3号管脚电压值时电压差值到达2mv以上，在单片机的INT0管脚会产生一个电压高低的跳变。图一：过零检测电路过零触发电路在过零触发电路中我们采用了MOC3061芯片和双向可控硅BT136-600来实现相应功能。MOC3061是光电耦合双向可控硅驱动器，属光电耦合器的一种，用来驱动双向可控硅，并且起到隔离的作用。一般在双向可控硅两极间并联一个RC阻容吸收电路，实现双向可控硅的过电压保护功能，图中的两个3

10、9欧电阻和0.01uf的电容组成了RC阻容吸收电路。MOC3061芯片：新型的光电耦合器件，用于直流低电压、小电流来控制沟通高电压、大电流。双向可控硅BT136-600：是一种具有3个PN节的4层构造的大功率半导体器件，由两晶闸管反向连接而成。它的功用不仅是整流，还能够用作无触点开关以快速接通或切断电路，它使半导体技术进入强电领域。当前位置：文档视界机电产品创新设计大赛作品设计讲明书机电产品创新设计大赛作品设计讲明书创新点2：关键词：定姿转换；功能多项选择灯头设计；安全插针式通电构造；刷卡式通电构造在注重生活质量的今天，单单实现照明功能已经知足不了人们的生活需求。在家居市场单纯的白炽灯、节能灯

11、已经不多见，大都换上华美的灯罩。但是仍然不能创造出咖啡屋和KTV中变化的DIY灯光效果来点缀你的生活。其实那种灯光效果能够使用日常的彩色LED灯外加荧光材料来实现同样的效果。我们设计的可自动旋转的灯头设计，在调整好台灯方位姿势时，只需简单旋转灯头，就能够实现灯光效果的转换。两灯头构造创新设计：两灯头构造创新设计的灯头采用可旋转式灯头设计，两个灯头分别提供两种光源。通过简单的手动旋转即可实现不同灯光的切换。由于使用的是市电220V的电压，从安全角度出发，我们设计并使用的是插针式通电构造，该插针式通电构造安装在可旋转的灯头和固定供电灯座之间。插针式通电构造由两部分组成，一部分是是带有隔电橡胶软套的

12、供电插孔座，安装在固定供电灯座之上；另一部分是同样带有隔电橡胶软套的插针，安装在可旋转的灯头的尾部，用来实现供电和固定灯头。静触点安装在外层灯罩上，起供电和固定位置的作用；动触点安装在可旋转式功能多项选择灯头上，形状为插针型，方便供电和固定。设计灵感来自于平常听歌时使用的耳机插孔和插头，方便快速同时又由于外面加有隔电橡胶软套安全可靠。这种设计在知足孩子的好奇心的同时又保证了孩子的安全。三灯头构造创新设计：三灯头构造创新设计仍然借鉴两灯头的可旋转式灯头设计思路。但由原来的一侧供电，对面侧亮灯的不完全旋转构造改为完全旋转的构造。同时采用刷卡式的供电装置，用来知足全周旋转时的供电。旋转轴采用三棱柱形

13、构造，在灯座位置使用简单棘轮棘爪构造的间歇运动实现位置固定功能。在灯身位置固定的基础上，只需简单的手动旋转灯头即可实现不同功能灯具之间的转换。省去了简单两用灯具在更换之后还需继续调整姿态的费事和不便。由于时间和条件有限我们未能做出实物，但是我们使用三位绘图软件UG对我们的设想进行了实体仿真。并实现了相应功能的三维动画演示。图四：UG仿真-整体效果图图五：两灯头构造创新设计图六：三灯头构造创新设计创新点3：关键词：人体自动感应；外界光线强度判定原创意为在日常使用的台灯上实现断电保护功能，即在上次通电时未将电源开关断开，在再次通电时不会自发通电亮灯。该功能是从学校晚上实行断电政策，有些学生晚上由于

14、断电灯灭而忘记关上本人的台灯，导致在第二天通电时台灯本人点亮浪费资源，同时会导致宿舍早上的智能断电。在秉承原创意节能方便的基础上，我们对我们的思路进行了拓展和延伸。使用市场上已经批量使用的红外线自动感应系统对我们的作品进行改良。在灯具市场这种红外线人体自动感应系统能够灵敏的感应出人体发出的红外线，并且能够进行外界光线强度判定。在外界光线较强的情况下，即使有人坐在台灯前，该系统仍然不会对我们的台灯进行供电；只要在光线低达一定阈值时，并且在该系统能感悟的范围内有人，台灯才会亮，两者缺一不可。在对台灯进行改装之后，非常方便了广大的同学们，使用该款台灯，基本上不用在人为去扳动开关对台灯进行开关控制，一

15、切都有灯具内部的各功能元件进行判定控制。又由于该款台灯具有外界光线强度判定功能，避免了在光线足够的情况下仍然开灯照明造成的不必要浪费。实物作品完善与改良：缺乏1：我们做出的实物作品使用了LCD显示屏来显示时间，在单片机实现台灯的断电控制后，我们的作品开场并不能实现LCD的断电。相比之下LCD在断电后显示消耗的电量不属于实际所需电量。改良1：我们在基础电路的基础上利用继电器耐压值为6.5v对LCD显示屏进行单独控制。实现了当台灯在定时结束时，LCD显示屏也一同熄灭，很好的解决了LCD消耗不必要电量的问题。缺乏2：我们做出的实物作品虽能够实现规定时间长度的断电控制，时间为人体持续用眼最佳时间45m

16、in，为方便演示我们将时间定为了2.5min左右。但是每个人的持续用眼最佳时间不同，在初始时我们对台灯通电时间的不能在一定范围内进行微调控制，不能很好的知足学生的个人需求。改良2：我们在软件上进行了改良，在单片机的最小系统模块上安装了两个复位按键，一个是进行增时微调，另一个是进行减时微调。增时和减时只能在一定时间范围内进行，大致时间仍然为人体持续用眼最佳时间演示时为两分钟左右。作品的推广：我们的作品中应用的必要电路采用模块化的设计思路，能够批量生产，进行简单组装后便可应用于其他用电器。比方讲在电风扇中采用可控硅实现降压来实现调速。只需通过改变触发脉冲的发送时间，即可实现。简单的模块化设计，更多的依靠软件的开发，使硬件愈加标准化、简单化。