门铃的历史悠久，现代社会最常见的是电子门铃。早期门铃的作用就是单纯地提醒有宾客来访，随着经济的发展，门铃的类型开始多样化，功能作用也开始转变。门铃的类型由有线门铃发展为无线门铃，由单纯的音乐门铃发展到对讲门铃、遥控门铃、可视门铃等。门铃的作用也是由单向的提示主人发展为双向的既可提醒主人又可欢迎客人（即宾客也可以听到悦耳的音乐或欢迎语音），既可迎宾又可防盗报警器。感应式门铃就是在这种探索研究中产生的。感应式门铃又称为迎宾器，是近年才有的常用于商铺、写字楼、工厂期起迎宾防盗作用的电子产品。感应式门铃的前身是电子防盗报警器，事先人们用它来防盗的，但后来因为电子防盗报警器发出的声音是刺耳的报警声，对进店的顾客产生消极的影响，后来演变成悦耳的声音,特别是应用在商店中的感应门铃中的：“您好！欢迎光临”。等欢迎用语，起到了礼貌问候的作用，从而避免了顾客进店没人招呼的尴尬情况，更是有效的提醒店员有人进店的双重作用。二、国内外研究现状随着电子技术的飞速发展，80年代出现了音乐集成电路。这是一种封装小型印刷电路板上的大规模集成电路。当触发器输入一个触发信号，他就会按内部存储好的程序发出一曲优美动听的音乐。近几年来，又出现了内存语言程序或声响程序的集成电路，触发后会发出“欢迎观临”“谢谢惠顾”的语言或模拟动物叫声、叮咚声、警笛声等不同的声响。这种集成电路已经被广泛的应用于电子玩具、门铃、钟表或者是报警器装置上。音乐集成电路的工作电压力低，功耗小外围电路简单。现在发展起来的楼宇对讲系统大致经历了功能单一的对讲、锁控、联网通话、呼叫报警、黑白对视对讲和以及彩色可视对讲等历程，功能也是从简单到复杂，包括图像存储、信息发布等等。现在的感应门铃大致可分为五大种：无线门铃、无线非可视门铃、无线可视门铃、可视对讲门铃、有线门铃。例如无线门铃通过不用电池的无线门铃是指发射器采用能量捕获技术，可收集用户按动门铃按钮时的能量转换为电能驱动门铃发声器响铃。三、文献综述本文介绍了感应门铃的设计的工作原理，利用单片机的“软化”功能可以使得门铃具有选择不同的音乐的工作模式的功能，由模拟电路或数字电路来实现大部分控制功能。声响感应门铃主要分为四个组成部分：声响感应模块、控制模块、发声模块和供电模块。声响感应模块主要用麦克风作为声音的感应，并能将声音放大转换为可用的驱动信号，控制模块根据声响感应模块传来的信号作出判断，使用触发器控制声音输出的时间，发声模块是三极管与扬声器组成，控制模块输出高电平使触发端输出存储的语音信号，经过三级管放大后推动扬声器发声，供电模块通过各模块原件计算电源供电。四、主要内容（提纲）该论题的研究内容主要是以下几个方面：一、感应门铃的设计的总体设计1.感应门铃的设计目标2.感应门铃的设计总体方案3.感应门铃的设计的器件选择二、感应门铃的设计的硬件设计1.感应门铃的设计电路原理图设计2.感应门铃的设计的电路PCB图设计3.感应门铃的设计的仿真结果分析五、研究的主要问题及特色本论题的主要研究问题如下：门铃通过声响感应来触发开关使得门铃受感应后能够自动鸣叫，并能持续一段时间。还应具有选择不同音乐的工作模式。特色：通过麦克风作为声响感应的开关，将感应到的声音放大转换成为可用的驱动电信号，麦克风内藏有一个结型场效应管，会将接收到的声音放大并转变为电压信号输出。在有声音输入，小麦克有声音输出，则触发器输出高电平，促使音乐芯片输出语音信号，在经过三极管放大信号，扬声器工作。同时电容被通电，直到电容上电压达到电阻的工作电压时，三极管被迫复位，音乐芯片不在输出语音信号，扬声器停止工作，同时电容经三极管向三极管放电，电阻回复低电平。六、工作进度及预期结果20**.6.28～8.30：查阅资料，进行功能分析、完成总体方案设计。20**.9.1～9.15：完成开题报告。20**.9.16～12.30：完成各单元电路的设计。完成各模块软件的设计。20**.1.5～5.8：完成毕业设计报告的撰写、修改、定稿。20**.5.8～5.20：结束论文写作。准备答辩。七、参考文献[1] 徐爱钧·《单片机原理实用教程》·电子工业出版社 2009[2]李萍·《AT89S52单片机原理开
编码电子锁的设计与制作论文 随着社会物质财富的日益增长，安全防盗已成为社会问题。而锁自古以来就是把守门户的铁将军，人们对它要求甚高，既要安全可靠地防盗，又要使用方便，这也是制锁者长期以来研制的主题。目前国内，大部分人使用的还是传统的机械锁。然而，眼下假冒伪劣的机械锁泛滥成灾，互开率非常之高。所谓互开率，是各种锁具的一个技术质量标准，也就是1把钥匙能开几把锁的比率。经国家工商局、国家内贸局、中国消协等部门对锁具市场的调查，发现个别产品的互开率居然超标26倍。弹子锁质量好坏主要取决于弹子数量的多少以及弹子的大小，而弹子的多少和大小受一定条件的限制。此外，即使是一把质量过关的机械锁，通过急开锁，甚至可以在不损坏锁的前提下将锁打开，提供了发展的空间。 电子锁是第三代计算机防盗报警器的核心组成部分，用于识别用户身份的合法性。它有不少优点。例如保密性强，防盗性能好可以不需要钥匙，只要记住开锁的密码和方法，便可开锁,即方便又可避免因丢失钥匙带来的烦恼和损失。如果密码泄露,主人可以比较方便地设置新的开锁密码，不会造成损失，此外,编码电子锁将电子门铃和防盗报警与电子锁合为一体，实现了一物多用。由于以上诸多优点，编码电子锁能够广泛地应用于超市、住家、办公单位等许多场所。 1 系统方案选择 本次设计中分析了两种方案，一种是中规模集成电路控制的方案，另一种是单片机控制的方案。两中方案各有各的优缺点，通过以下两个方案的比较选择设计了其中一个方案。 1．1 中规模集成电路控制 方案一：采用集成电路控制。 编码电子锁电路分为编码电路、控制电路、复位电路、解码电路、防盗报警电路、门铃电路。电子锁主要由输入元件、电路(包括电源)以及锁体三部分组成，后者包括电磁线圈、锁拴、弹簧和锁柜等。当电磁线圈中有一定的电流通过时，磁力吸动锁栓，锁便打开。用发光二极管代表电磁线圈，当发光二极管为亮状态时，代表电子锁被打开。每来1个输入时钟，编码电路的相应状态就向前前进一步。在这个操作过程中，如果按照规定的代码顺序按动编码按键，编码电路的输出就跟随这个代码的信息。正确输入编码按键的数字，控制电路通过整形供给编码电路时钟。一直按规定的编码顺序操作完，则解码电路驱动开锁电路把锁打开。在操作过程中，如果没有按照规定代码顺序按下数字键或按动了其他键，控制电路将驱动防盗报警电路产生报警信号。方案二：采用一种是用以at89s51为核心的单片机控制方案。利用单片机灵活的编程设计和丰富的io端口，及其控制的准确性，不但能实现基本的密码锁功能，还能添加调电存储、声光提示甚至添加遥控控制功能。 电子密码的硬件以单片机AT89C51 为核心。AT89C51 是一种带4k 字节闪烁可编程、可擦除只读，存储器FPEROM（Falsh Programmable and ErasableRead Only Memory）的低电压、高性能CMOS 8 位微处理器。其外接12 个按钮组成的3×4 键盘，通过4511 和7406（或7407）等驱动电路与单片机相连，以实现密码等的显示功能;利用串行EαPROM 存储器AT93C46 实现密码有效的永久保存。电子密码锁由键盘输入的识别、4位LED的显示、密码的比较、修改、存储、AT93C46 的读取与写入、报警和开锁控制电平的输出。根据框图，结合硬件结构，可以将键盘输入的识别用来作为系统的监控程序（主程序），用显示程序来延时，不断查询键盘。如果有键按下，就得到相应的键值。结合当前系统所处的状态，调用不同的操作模块，实现相应的功能。而执行模块主要有数字输入模块、确定键模块、修改键模块及显示模块。 1.3 方案比较 设计本课题时构思了两种方案：方案一是用锁存器74LS74、74LS00、74LS20和555基集成块构成的数字逻辑电路控制；方案二是用以AT89C51为核心的单片机控制。考虑到编码电子锁制作成本低，设计要求少，易实现控制要求，而单片机方案原理的复杂，调试较为繁琐，本人对数字电路基础较熟悉，有利于研究该课题。所以采用了方案一。 因此对该课题的研究具有实际应用价值。 在指导老师、同学和实习单位同事的帮助下，我顺利地完成了毕业论文。使我从中掌握了查阅资料的方法和分析问题的能力。 毕业论文的顺利完成，离不开各位同学、同学和朋友的关心和帮助。在整个的毕业论文学写作中，各位老师、同学和朋友积极的帮助我和提供有利于论文写作及毕业设计的建议和意见，在他们的帮助下，论文得于不断的完善，最终帮助完成了整个毕业论文和设计。 感谢在大学期间所有传授我知识的老师，是你们的悉心教导使我有了良好的专业课知识，这也是论文得以完成的基础。
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液压伺服系统设计
液压伺服系统设计
在液压伺服系统中采用液压伺服阀作为输入信号的转换与放大元件。液压伺服系统能以小功率的电信号输入，控制大功率的液压能（流量与压力）输出，并能获得很高的控制精度和很快的响应速度。位置控制、速度控制、力控制三类液压伺服系统一般的设计步骤如下：
1）明确设计要求：充分了解设计任务提出的工艺、结构及时系统各项性能的要求，并应详细分析负载条件。
2）拟定控制方案，画出系统原理图。
3）静态计算：确定动力元件参数，选择反馈元件及其它电气元件。
4）动态计算：确定系统的传递函数，绘制开环波德图，分析稳定性，计算动态性能指标。
5）校核精度和性能指标，选择校正方式和设计校正元件。
6）选择液压能源及相应的附属元件。
7）完成执行元件及液压能源施工设计。
本章的内容主要是依照上述设计步骤，进一步说明液压伺服系统的设计原则和介绍具体设计计算方法。由于位置控制系统是最基本和应用最广的系统，所以介绍将以阀控液压缸位置系统为主。
4.1 全面理解设计要求
4.1.1 全面了解被控对象
液压伺服控制系统是被控对象—主机的一个组成部分，它必须满足主机在工艺上和结构上对其提出的要求。例如轧钢机液压压下位置控制系统，除了应能够承受最大轧制负载，满足轧钢机轧辊辊缝调节最大行程，调节速度和控制精度等要求外，执行机构—压下液压缸在外形尺寸上还受轧钢机牌坊窗口尺寸的约束，结构上还必须保证满足更换轧辊方便等要求。要设计一个好的控制系统，必须充分重视这些问题的解决。所以设计师应全面了解被控对象的工况，并综合运用电气、机械、液压、工艺等方面的理论知识，使设计的控制系统满足被控对象的各项要求。
4.1.2 明角设计系统的性能要求
1）被控对象的物理量：位置、速度或是力。
2）静态极限：最大行程、最大速度、最大力或力矩、最大功率。
3）要求的控制精度：由给定信号、负载力、干扰信号、伺服阀及电控系统零飘、非线性环节（如摩擦力、死区等）以及传感器引起的系统误差，定位精度，分辨率以及允许的飘移量等。
4）动态特性：相对稳定性可用相位裕量和增益裕量、谐振峰值和超调量等来规定，响应的快速性可用载止频率或阶跃响应的上升时间和调整时间来规定；
5）工作环境：主机的工作温度、工作介质的冷却、振动与冲击、电气的噪声干扰以及相应的耐高温、防水防腐蚀、防振等要求；
6）特殊要求；设备重量、安全保护、工作的可靠性以及其它工艺要求。
4.1.3 负载特性分析
正确确定系统的外负载是设计控制系统的一个基本问题。它直接影响系统的组成和动力元件参数的选择，所以分析负载特性应尽量反映客观实际。液压伺服系统的负载类型有惯性负载、弹性负载、粘性负载、各种摩擦负载（如静摩擦、动摩擦等）以及重力和其它不随时间、位置等参数变化的恒值负载等。
4.2 拟定控制方案、绘制系统原理图
在全面了解设计要求之后，可根据不同的控制对象，按表6所列的基本类型选定控制方案并拟定控制系统的方块图。如对直线位置控制系统一般采用阀控液压缸的方案，方块图如图36所示。
图36 阀控液压缸位置控制系统方块图
表6 液压伺服系统控制方式的基本类型
伺服系统 控制信号 控制参数 运动类型 元件组成
机液
电液
气液
电气液 模拟量
数字量
位移量 位置、速度、加速度、力、力矩、压力 直线运动
摆动运动
旋转运动 1.阀控制：阀-液压缸，阀-液压马达
2.容积控制：变量泵-液压缸；变量泵-液压马达；阀-液压缸-变量泵-液压马达
3.其它：步近式力矩马达
4.3 动力元件参数选择
动力元件是伺服系统的关键元件。它的一个主要作用是在整个工作循环中使负载按要求的速度运动。其次，它的主要性能参数能满足整个系统所要求的动态特性。此外，动力元件参数的选择还必须考虑与负载参数的最佳匹配，以保证系统的功耗最小，效率高。
动力元件的主要参数包括系统的供油压力、液压缸的有效面积（或液压马达排量）、伺服阀的流量。当选定液压马达作执行元件时，还应包括齿轮的传动比。
4.3.1 供油压力的选择
选用较高的供油压力，在相同输出功率条件下，可减小执行元件——液压缸的活塞面积（或液压马达的排量），因而泵和动力元件尺寸小重量轻，设备结构紧凑，同时油腔的容积减小，容积弹性模数增大，有利于提高系统的响应速度。但是随供油压力增加，由于受材料强度的限制，液压元件的尺寸和重量也有增加的趋势，元件的加工精度也要求提高，系统的造价也随之提高。同时，高压时，泄漏大，发热高，系统功率损失增加，噪声加大，元件寿命降低，维护也较困难。所以条件允许时，通常还是选用较低的供油压力。
常用的供油压力等级为7MPa到28MPa，可根据系统的要求和结构限制条件选择适当的供油压力。
4.3.2 伺服阀流量与执行元件尺寸的确定
如上所述，动力元件参数选择除应满足拖动负载和系统性能两方面的要求外，还应考虑与负载的最佳匹配。下面着重介绍与负载最佳匹配问题。
（1）动力元件的输出特性
将伺服阀的流量——压力曲线经坐标变换
绘于υ－FL平面上，所得的抛物线即为动力元件稳态时的输出特性，见图37。
图37 参数变化对动力机构输出特性的影响
a）供油压力变化；b）伺服阀容量变化；c）液压缸面积变化
图中 FL——负载力，FL=pLA；
pL——伺服阀工作压力；
A——液压缸有效面积；
υ——液压缸活塞速度，
；
qL——伺服阀的流量；
q0——伺服阀的空载流量；
ps——供油压力。
由图37可见，当伺服阀规格和液压缸面积不变，提高供油压力，曲线向外扩展，最大功率提高，最大功率点右移，如图37a。
当供油压力和液压缸面积不变，加大伺服阀规格，曲线变高，曲线的顶点A ps不变，最大功率提高，最大功率点不变，如图37b。
当供油压力和伺服阀规格不变，加大液压缸面积A，曲线变低，顶点右移，最大功率不变，最大功率点右移，如图37c。
（2）负载最佳匹配图解法
在负载轨迹曲线υ－FL平面上，画出动力元件输出特性曲线，调整参数，使动力元件输出特性曲线从外侧完全包围负载轨迹曲线，即可保证动力元件能够拖动负载。在图38中，曲线1、2、3代表三条动力元件的输出特性曲线。曲线2与负载轨迹最大功率点c相切，符合负载最佳匹配条件，而曲线1、3上的工作点α和b，虽能拖动负载，但效率都较低。
（3）负载最佳匹配的解析法
参见液压动力元件的负载匹配。
（4）近似计算法
在工程设计中，设计动力元件时常采用近似计算法，即按最大负载力FLmax选择动力元件。在动力元件输出特性曲线上，限定
FLmax≤pLA=
，并认为负载力、最大速度和最大加速度是同时出现的，这样液压缸的有效面积可按下式计算：
（37）
图38 动力元件与负载匹配图形
按式37求得A值后，可计算负载流量qL，即可根据阀的压降从伺服阀样本上选择合适的伺服阀。近似计算法应用简便，然而是偏于保守的计算方法。采用这种方法可以保证系统的性能，但传递效率稍低。
（5）按液压固有频率选择动力元件
对功率和负载很小的液压伺服系统来说，功率损耗不是主要问题，可以根据系统要求的液压固有频率来确定动力元件。
四边滑阀控制的液压缸，其活塞的有效面积为
（38）
二边滑阀控制的液压缸，其活塞的有效面积为
（39）
液压固有频率ωh可以按系统要求频宽的（5～10）倍来确定。对一些干扰力大，负载轨迹形状比较复杂的系统，不能按上述的几种方法计算动力元件，只能通过作图法来确定动力元件。
计算阀控液压马达组合的动力元件时，只要将上述计算方法中液压缸的有效面积A换成液压马达的排量D，负载力FL换成负载力矩TL，负载速度换成液压马达的角速度 ，就可以得到相应的计算公式。当系统采用了减速机构时，应注意把负载惯量、负载力、负载的位移、速度、加速度等参数都转换到液压马达的轴上才能作为计算的参数。减速机构传动比选择的原则是：在满足液压固有频率的要求下，传动比最小，这就是最佳传动比。
4.3.3 伺服阀的选择
根据所确定的供油压力ps和由负载流量qL（即要求伺服阀输出的流量）计算得到的伺服阀空载流量q0，即可由伺服阀样本确定伺服阀的规格。因为伺服阀输出流量是限制系统频宽的一个重要因素，所以伺服阀流量应留有余量。通常可取15%左右的负载流量作为伺服阀的流量储备。
除了流量参数外，在选择伺服阀时，还应考虑以下因素：
1）伺服阀的流量增益线性好。在位置控制系统中，一般选用零开口的流量阀，因为这类阀具有较高的压力增益，可使动力元件有较大的刚度，并可提高系统的快速性与控制精度。
2）伺服阀的频宽应满足系统频宽的要求。一般伺服阀的频宽应大于系统频宽的5倍，以减小伺服阀对系统响应特性的影响。
3）伺服阀的零点漂移、温度漂移和不灵敏区应尽量小，保证由此引起的系统误差不超出设计要求。
4）其它要求，如对零位泄漏、抗污染能力、电功率、寿命和价格等，都有一定要求。
4.3.4 执行元件的选择
液压伺服系统的执行元件是整个控制系统的关键部件，直接影响系统性能的好坏。执行元件的选择与设计，除了按本节所述的方法确定液压缸有效面积A（或液压马达排量D）的最佳值外，还涉及密封、强度、摩擦阻力、安装结构等问题。
4.4 反馈传感器的选择
根据所检测的物理量，反馈传感器可分为位移传感器、速度传感器、加速度传感器和力（或压力）传感器。它们分别用于不同类型的液压伺服系统，作为系统的反馈元件。闭环控制系统的控制精度主要决定于系统的给定元件和反馈元件的精度，因此合理选择反馈传感器十分重要。
传感器的频宽一般应选择为控制系统频宽的5～10倍，这是为了给系统提供被测量的瞬时真值，减少相位滞后。传感器的频宽对一般系统都能满足要求，因此传感器的传递函数可近似按比例环节来考虑。
4.5 确定系统方块图
根据系统原理图及系统各环节的传递函数，即可构成系统的方块图。根据系统的方块图可直接写出系统开环传递函数。阀控液压缸和阀控液压马达控制系统二者的传递函数具有相同的结构形式，只要把相应的符号变换一下即可。
4.6 绘制系统开环波德图并确定开环增益
系统的动态计算与分析在这里是采用频率法。首先根据系统的传递函数，求出波德图。在绘制波德图时，需要确定系统的开环增益K。
改变系统的开环增益K时，开环波德图上幅频曲线只升高或降低一个常数，曲线的形状不变，其相频曲线也不变。波德图上幅频曲线的低频段、穿越频率以及幅值增益裕量分别反映了闭环系统的稳态精度、截止频率及系统的稳定性。所以可根据闭环系统所要求的稳态精度、频宽以及相对稳定性，在开环波德图上调整幅频曲线位置的高低，来获得与闭环系统要求相适应的K值。
4.6.1 由系统的稳态精度要求确定K
由控制原理可知，不同类型控制系统的稳态精度决定于系统的开环增益。因此，可以由系统对稳态精度的要求和系统的类型计算得到系统应具有的开环增益K。
4.6.2由系统的频宽要求确定K
分析二阶或三阶系统特性与波德图的关系知道，当ζh和K/ωh都很小时，可近似认为系统的频宽等于开环对数幅值曲线的穿越频率，即ω-3dB≈ωc，所以可绘制对数幅频曲线，使ωc在数值上等于系统要求的ω-3dB值，如图39所示。由此图可得K值。
图39 由ω-3dB绘制开环对数幅频特性
a）0型系统；b）I型系统
4.6.3 由系统相对稳定性确定K
系统相对稳定性可用幅值裕量和相位裕量来表示。根据系统要求的幅值裕量和相位裕量来绘制开环波德图，同样也可以得到K。见图40。
实际上通过作图来确定系统的开环增益K，往往要综合考虑，尽可能同时满足系统的几项主要性能指标。
4.7 系统静动态品质分析及确定校正特性
在确定了系统传递函数的各项参数后，可通过闭环波德图或时域响应过渡过程曲线或参数计算对系统的各项静动态指标和误差进行校核。如设计的系统性能不满足要求，则应调整参数，重复上述计算或采用校正环节对系统进行补偿，改变系统的开环频率特性，直到满足系统的要求。
4.8 仿真分析
在系统的传递函数初步确定后，可以通过计算机对该系统进行数字仿真，以求得最佳设计。目前有关于数字仿真的商用软件，如Matlab软件，很适合仿真分析。
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