电动婴儿床

机电一体化系统设计课程设计说明书设计题目:电动婴儿床专业:机械电子工程班级:学号:姓名:指导教师:二〇一三年十一月任务分配总体方案设计：传动系统设计：动力电机系统设计：控制电路设计软件编程电力供电系统：任务书汇总：附上整体效果图【图片】I目录目录.................................................................................................................I第1章绪论.........................................................................................................11.1课题背景....................................................................................................11.2系统总体方案设计概述............................................................................1第2章方案设计.................................................................................................22.1语音识别系统............................................................................................22.2轮式婴儿床调速系统................................................................................22.3控制系统....................................................................................................32.4本系统设计................................................................................................3第3章系统硬件设计.........................................................................................53.1最小系统....................................................................................................53.2语音模块....................................................................................................53.3控制模块....................................................................................................6第4章系统软件设计.........................................................................................74.1软件总体框图............................................................................................74.2初始化模块................................................................................................74.3中断模块....................................................................................................84.4语音模块....................................................................................................94.5PWM控制模块..........................................................................................94.6SPI模块......................................................................................................9第5章系统的关键设计和创新.......................................................................125.1关键设计..................................................................................................125.2设计创新..................................................................................................12第6章评测与结论...........................................................................................136.1评测..........................................................................................................136.2结论..........................................................................................................14课程设计心得.....................................................................................................15参考文献.............................................................................................................16附录.....................................................................................................................171第1章绪论1.1课题背景婴儿睡觉时常会醒来哭，可能在在深夜、也可能在父母做饭或其他繁忙时刻，让父母疲惫不堪，既不能休息好也不能做很好的照顾孩子。随着智能机器的行业的不断发展，电动婴儿床越发受到小孩父母的欢迎。为此，我们设计了基于PLC控制的电动婴儿床，当婴儿睡觉哭醒时，可以实现婴儿床的自动摇晃和播放催眠曲。同时，我们设计的婴儿床还加有教学模块和娱乐模块，有助于婴儿智力的发展。此设计，主要涉及到机械原理、机械设计、电工学、传感器等方面的知识。1.2系统总体方案设计概述本声控轮式婴儿床以LM3S811芯片为核心，实现了预期的基本技术指标。本设计辅以LD3320语音模块，由特定的麦克风接收到相应的语音命令，经过LD3320芯片进行语音识别后芯片内部的16位A/D将相应的语音命令转换为对应的数字信号传输到LM3S811中，从而改变PWM的占空比再通过L298N的协助从而达到运用语音操控轮式婴儿床的运行。TexasInstruments公司的StellarisARMCortex-M3系列的内核不仅仅能应用于低成本、小管脚数和低功耗的平台上，而且还具有极高的运算能力和极强的中断响应能力。从而得到了广大市场的认可和应用。所以本团队将采用StellarisARMCortex-M3系列的LM3S811平台完成所需要的技术指标。2第2章方案设计2.1语音识别系统方案一：以ARMCortexM3为核心，辅以喇叭和麦克风以及相关电路，由本小自己开发一套语音识别软件配合上述硬件组成一个语音采集识别模块。方案二：采用ICRoute公司生产的LD3320高性能语音识别芯片和相关外设。对上述两个方案进行比较可见，方案一中的语音采集识别软件工程编写繁杂沉重且难以实现，故而放弃方案一。反观方案二，由于LD3320芯片集成了语音识别处理器和外部电路，其中包括16位的A/D和D/A转换器、麦克风、音频输出等接口，且不需要外接诸如Flsha、ARM等多余的辅助芯片，故而本设计选择方案二。2.2轮式婴儿床调速系统由于本设计的动力控制模块所采用的是直流减速电机，所以就本系统而言，运用可控的直流电源即可达到直流调速。现列出较常用的直流调速系统。方案一：旋转变流机组，即用交流发电机给所需要调速的直流电机供电。这个过程中调节交流发电机的励磁电流即可改变其输出的电压，从而达到对直流电机控制调速的目的。方案二：脉冲宽度调制（PulseWidthModulation），简称PWM，即由微处理器输出一组数字信号，可以调节其晶闸管的导通时间（占空比），即通过改变脉冲宽度来增加或者减小输出电压的平均值，借此来控制直流电机驱动器，以达到控制直流电机运行的目的。由此比较上述两个方案，由于方案一中所取设备较多，体积较大，成本很高，维护不方便等劣势，故不采用方案一。而由于PWM操作方便，功耗极小，而且尤为重要的是其控制效率极高，综上所述，本设计的调速系统选择方案二。32.3控制系统方案一：由低通滤波器和功率放大器组成的滤波放大电路结合H桥组成的系统。当PWM通过低通滤波器整流以后，输出的信号会被整流为直流，再经由功率放大器，对整流过的信号进行放大处理，由此进入H桥，通过H桥的特性来控制轮式婴儿床的运转。方案二：采用L298N电机驱动器，由PWM提供L298N电机驱动器所需要的工作电压，并相应的改变PWM的占空比来控制直流电机的工作。L298N电机驱动器是内含两个H桥的高电压大电流全桥式驱动器，其主要芯片L298N由于工作电压高，输出电流大等特点，受到了控制行业广大爱好者的使用。对比此前的两个方案，方案一明显的比方案二复杂许多，且进过对比实验得出，方案一中由于各种原因导致了处理器平台的电压对方案一模块造成了很大的干扰，故而与较为简单的方案二比较而言，更倾向与方案二，所以本组就控制系统而言，选择方案二。2.4本系统设计本系统以CortexM3系列的LM3S811芯片为基础，以LD3320语音模块和L298N直流电机驱动器为助理实现了一个语音识别控制的轮式婴儿床。由语音接收麦克风接收到相应的语音指令，经由LD3320芯片进行非特定语音识别后再由其芯片内部的16位A/D将相应的语音命令转换为数字信号传送到LM3S811中，继而改变LM3S811输出的PWM的占空比来控制L298N的运转，从而达到运用语音操控轮式婴儿床的目的。其整体框图