【正文】 四年來的所有的老師，為我們打下電信專業(yè)知識(shí)的基礎(chǔ)；同時(shí)還要感謝我所有的同學(xué)們，正是因?yàn)橛辛四銈兊闹С趾凸膭?lì)，這次畢業(yè)設(shè)計(jì)才會(huì)順利完成。 還要感謝肖志偉老師對(duì)我的指導(dǎo)，可以說我的畢業(yè)設(shè)計(jì)是在兩個(gè)教研室完成的，我的硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)部分是在儀器教研室完成，而我的機(jī)械設(shè)計(jì)部分是在物理教研室完成，肖老師幫助我設(shè)計(jì)氣路，在黑板上畫草圖幫我分析需要注意的地方以及制作時(shí)可能出現(xiàn)問題需要小心的地方，肖老師和藹可親、待人大方、耐心指導(dǎo)的教學(xué)態(tài)度給了我很大的鼓勵(lì)。除了老師的專業(yè)水平外，他的治學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)和講求學(xué)以致用的精神是我永遠(yuǎn)學(xué)習(xí) 的榜樣，并將積極影響我的學(xué)習(xí)和工作。 31 32 致 謝 作為一個(gè)本科生的畢業(yè)設(shè)計(jì)，由于經(jīng)驗(yàn)的匱乏，難免有許多考慮不周全的地方，如果沒有指導(dǎo)老師的督促指導(dǎo)，以及一起學(xué)習(xí)的同學(xué)們的支持，想要完成整個(gè)這個(gè)設(shè)計(jì)是很困難的。 30 二位三通電磁閥的數(shù)據(jù)： 額定電壓： DC 12V 額定電流： 270mA12V 直流阻抗： 45Ω177。 本次設(shè)計(jì)還有許多有待改進(jìn)之處：可以在系統(tǒng)中添加壓力傳感器，這樣一來就可以利用壓力傳感器反饋給單片機(jī)的信號(hào)對(duì)氣路的充、放氣進(jìn)行控制；還可以在兩個(gè)三通接頭（共四個(gè)出口） 處連接四個(gè)兩通電磁閥，即可實(shí)現(xiàn)對(duì)每一個(gè)氣囊的控制，可以利用單片機(jī)控制多方式地緩解腿部疲勞和腿部靜脈曲張。盡管機(jī)械部分最主要的是氣路的設(shè)計(jì)以及氣泵和電磁閥的選定，但是在制作過程中也是問題百出，因?yàn)闆]有用來做腿套的氣囊，雖然有專門定做氣囊的 公司，但是因?yàn)楫厴I(yè)設(shè)計(jì)需要的太少了，所以無法定做，為同時(shí)保證氣囊可承受氣壓以及對(duì)腿部的適用性，選購(gòu)了PVC 材質(zhì)的充氣枕頭做改裝。整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的前期準(zhǔn)備很重要，需要掌握靜脈曲張的常識(shí)，需要學(xué)習(xí) 51 單片機(jī)的工作模式，設(shè)計(jì)氣路，以及各部分器件的選擇和整個(gè)系統(tǒng)所需要的電壓、電流。整個(gè)設(shè)計(jì)分為三個(gè)模塊：硬件電路設(shè)計(jì)、軟件程序設(shè)計(jì)、機(jī)械部分設(shè)計(jì)。腿部氣動(dòng)按摩儀利用單片機(jī)對(duì)電路以及氣路的控制對(duì)氣囊進(jìn)行充氣，以達(dá)到緩解腿部疲勞和緩解腿部靜脈曲張的功效。使用時(shí)可以將氣囊套在腿上，打開開關(guān)即可使用。與處于工作的狀態(tài)的電磁閥相連接的氣囊處于充氣狀態(tài)；與處于不工作狀態(tài)的電磁閥相連接的氣囊處于放氣狀態(tài)。 二位三通電磁閥 如圖 41: 圖 41 二位三通電磁閥 氣路連接部分設(shè)計(jì)的工作原理 機(jī)械部分的設(shè)計(jì)如圖 42： 25 圖 42 腿部氣動(dòng)按 摩儀氣路連接部分結(jié)構(gòu)圖 氣路連接部分的工作完全由單片機(jī)控制，當(dāng)單片機(jī)的 口輸出高電平時(shí)，氣泵開始工作，向氣路中充氣，此時(shí)若 口輸出高電平，說明電磁閥 1 開始工作，即氣囊 氣囊 3 開始充氣；若 口輸出高電平，說明電磁閥 2 開始工作，即氣囊 氣囊 4開始充氣。直動(dòng)式 電磁閥 直接利用電磁力推動(dòng)閥芯換向，而先導(dǎo)式換向閥則利用電磁先導(dǎo)閥輸出的先導(dǎo)氣壓推動(dòng)閥芯換向。主要工作原理是利用電磁線圈產(chǎn)生的電磁力的作用，推動(dòng)閥芯 24 切換，實(shí)現(xiàn)氣流的換向。電磁閥有很多種，不同的電磁閥在控制系統(tǒng)的不同位置發(fā)揮作用，最常用的是單向閥、 安全閥 、方向控制閥、速度 調(diào)節(jié)閥 等。 二位三通電磁閥介紹 電磁閥簡(jiǎn)介 電磁 閥是用電磁控制的工業(yè)設(shè)備，用在工業(yè)控制系統(tǒng)中調(diào)整 介質(zhì) 的方向、流量、速度和其他的參數(shù)。 1 aP ghp??? ? ?? (49) 因?yàn)槿梭w心臟得舒張壓為 11Kpa，而 11Kpa，說明氣囊充氣使腿部血液循環(huán)流動(dòng)以及血液回流有了一定的壓力支撐，同時(shí) 30Kpa，即氣囊內(nèi)部壓強(qiáng)小于氣管中的壓強(qiáng)差，說明了計(jì)算結(jié)果的合理性。 大孔口的收縮系數(shù)取決于孔口直徑與管道直徑之比： 440 .6 3 0 .3 750 .6 3 0 .3 770 .7 2 6cdCD??????????? ? ?????? (43) 當(dāng) 212???????? 時(shí)， ?? ，則大孔口的流速系數(shù)為： 4221111 98 26 6 3vcCdCD????? ? ??????? ? ?? (44) 于是流量系數(shù)為： 26 3q c vC C C????? (45) 所以流量為： ? ?232324 4 2 30 73 5 104 100 0 2 / m i nqpqv C dL????? ? ? ???? ? ? ? ?? (46) 因?yàn)橐粋€(gè)氣囊的容積為： 23 1 2 30. 28 0. 05 0. 08 61. 2V l l lL? ? ?? ? ?? (47) 所以充氣時(shí)間為： Vtqvs??? (48) 因此需設(shè)定充氣時(shí)間為 。 建立模型 模型一：氣管中流體狀態(tài)的確定 氣管中流體的平均速度為： 22336383 0 1 0 5 1 08 1 7 .9 1 0 0 .3 6 3 23 .6 2 1 0 /P Rlms???????????????? ? ????? (41) 因此雷諾數(shù)為： 22 336Re 10 5 10 101220276d??????? ? ???? (42) 因?yàn)槔字Z數(shù) 122027613800，因此管中流動(dòng)狀態(tài)是湍流。 符號(hào)說明 ? ： 空氣動(dòng) 力粘度； ? ：空氣運(yùn)動(dòng)粘度； l ：氣管長(zhǎng)度； p? ：氣路壓強(qiáng)差； R ：氣管半徑； ? ：氣管中流體的平均速度； d ：氣管內(nèi)徑； D ：氣管外徑； Re ：雷諾數(shù)； 21 1l ：氣囊長(zhǎng)度； 2l ：氣囊寬度； 3l ：氣囊充氣后的高度； 1A ：氣體流過的截面積； 2A ：氣管截面積； cC ：收縮系數(shù)； ? ：阻力系數(shù)； C? ：流速系數(shù)； qC ：流量系數(shù)； 已知數(shù)據(jù)說明 由附錄所提供的氣泵和電磁閥的數(shù)據(jù)可知，氣泵的最大壓強(qiáng)為 60Kpa，電磁閥所能承受的最大壓強(qiáng)為 46Kpa（ 350 mmHg ），因此設(shè)定氣路中壓強(qiáng)差為 30Kpa。本系統(tǒng)選用氣泵的 額定電壓 是 DC12V， 額定電流 為 250mA，氣泵的詳細(xì)數(shù)據(jù)見附錄 1；本系統(tǒng)所選用的電磁閥為二位三通電磁閥，其額定電壓是 DC 12V， 額定電流 為 270mA，二位三通電磁閥的詳細(xì)數(shù)據(jù)見附錄 2。 } } 19 } void Delay2(unsigned int d) { while(d)。times1=20。times2=10。 */ void Delay1() { int times1,times2。 Delay1()。 //將 口賦值 1，對(duì)外輸出高電平 VALVE1=0。 Delay1()。 //將 口賦值 0，對(duì)外輸出低電平 VALVE1=1。i10。 unsigned char i。// 用 sbit 關(guān)鍵字 定義 VALVE2 到 端口 /* 主函數(shù) */ void main (void) { void Delay1()。// 用 sbit 關(guān)鍵字 定義 PUMP 到 端口 sbit VALVE1=P2^1。 因?yàn)槟Ｐ陀?jì)算出充氣時(shí)間為 ，忽略實(shí)際測(cè)量誤差，設(shè)定充氣時(shí)間為10s。因此只需將已經(jīng)下載好程序的單片機(jī)插到已經(jīng)設(shè)計(jì)好的電路中即可運(yùn)行、調(diào)試。 10pFC1210pFC13GNDX1X2Y212M 晶體12P51 2U3A1KR13VCCGNDX2X1（ b）外部方式時(shí)鐘電路（ a）內(nèi)部方式時(shí)鐘電路外部振蕩器 圖 25 時(shí)鐘電路 氣泵驅(qū)動(dòng)電路、電磁閥驅(qū)動(dòng)電路 氣泵驅(qū)動(dòng)電路、電磁閥驅(qū)動(dòng)電路如圖 26： 13 1KR3Q19013GND12V12JJ1A繼電器34J1B繼電器12VGND12P2Header 2PUMPD1IN41485V1KR12 圖 26 氣泵驅(qū)動(dòng)電路、電磁閥驅(qū)動(dòng)電路電路圖 電路原理分析：當(dāng)單片機(jī)輸出高電平時(shí)，三極管導(dǎo)通，此時(shí)電路導(dǎo)通，繼電器吸合，氣泵或電磁閥開始工作，即所選通氣囊開始充氣；當(dāng)單片機(jī)輸出低電平時(shí)，三極管截止，此時(shí)電路也處于截止?fàn)顟B(tài)，繼電器不能吸合，因此氣泵或電磁閥也不能夠工作，也即此時(shí)氣囊不充氣。對(duì)外部振蕩信號(hào)無特殊要求，只要求保證脈沖寬度，一般采用頻率低于 12MHz的方波信號(hào)。晶體振蕩頻率可以在 ～ 12MHz 之間選擇，電容值在 5～ 30pF之間選擇，電容值的大小可對(duì)頻率起微調(diào)的作用。內(nèi)部方式的時(shí)鐘電路如圖 25（ a） 所示，在 RXD 和 TXD 引腳上外接定時(shí)元件，內(nèi)部振蕩器就產(chǎn)生自激振蕩。 最小系統(tǒng)中的時(shí)鐘電路 STC89C52RD 內(nèi)部有一個(gè)用于構(gòu)成振蕩