基于PLC（群控）控制的智能儿童摇椅的设计与应用

课程名称：PLC基础课程与应用实践

实验题目：基于PLC（群控）控制的智能儿童摇椅的设计与应用

课程简要信息

课程名称：PLC基础课程与应用实践

课程学时：56

适用专业：机电一体化、电气自动化等专业

学生年级：大二

实验内容与任务（限500字）

项目需要完成的任务（如需要观察的现象，分析某种现象的成因、需要解决的问题等）；是否设计有不同层次的任务。

1. 以儿童摇椅装置为研究对象，设计一个能够具备高、中、低档调速并且具有5种摇摆模式的完全模仿真人怀抱的智能摇椅；

2. 通过按下人机界面中的启动按键使摇椅以一定的摆动波形进行高、中、低速摆动从而使哭闹儿童平静下来，当按下监护按键同时通过声音传感器感知儿童再一次出现哭闹的时候使摇椅自动摆动直到儿童再次平静下来此时摇椅停止摆动，一旦儿童再次出现哭闹其又可以再一次自动摆动；

3. 通过与PLC相连接的CC-LINK远程控制模块可以同时控制不同地点多个儿童摇椅同时摆动并且也可以实现上述目的；

实验过程及要求（限300字）

如对学生在实验过程中在需求分析、资料查询、自学预习、思考讨论、方法设计、进程规划、软件仿真、平台构建、器件选择、表格设计、现象观察、数据测试、问题分析、总结报告、验收答辩、演讲交流等各方面的要求。

1. 学习了解PLC编程的方法、传感器类型及应用、远程控制模块（CC-LINK）;

2. 尽可能多地查找满足实验要求的PLC模块、声音传感器、与所选取的PLC模块相匹配的CC-LINK模块，声音传感器灵敏度范围和测量精度、输出信号形式等关键的特征参数；

3. 选择合适的声音传感器以获取声音信号，并根据传感器类型选择模数转换模块，设计电路；

4. 选择与PLC相匹配的远程控制模块，达到响应速度快、波动范围小的目标。

5. 学会选择常用电机的方法，例如电机的额定电压、额定电流、额定功率等，撰写设计总结报告，并通过分组设计方案，交流不同解决方案的特点。

相关知识及背景（限150字）

项目涉及的知识方法、实践技能、应用背景、工程案例。

这是一个运用PLC控制系统和CC-LINK远程控制模块以及传感器等作为控制系统同时运用电机等元器件作为执行元件的一套综合系统，其包括了模数信号转换、远程控制模块连接、电路设计、参数设定、等相关知识与技术方法。

教学目标与目的（限100字）

如学习、运用知识、技术、方法；培养、提升能力、素质。

在较为完整的工程项目实现过程中引导学生了解PLC编程方法、传感器技术，电机技术、电路设计等实现方法的多样性及根据工程需求比较选择技术方案；引导学生根据需要设计编写程序、选择元器件，构建测试环境与条件，并通过测试与分析对项目作出技术评价。

教学设计与引导

如预习要求及检查；课堂知识讲解、方法引导、背景解释；实验中的方法指导，问题设置、思路引导等。研讨主题、观察节点、验收重点、质询问题的设计等。

本实验的过程是一个比较完整的工程实践工程，需要经历学习研究、方案论证、系统设计、实现调试、测试目标、设计总结等过程。在实验教学中，应在以下几个方面加强对学生的引导：

1. 学习PLC基础编程的方法、远程控制模块实用方法、正确使用电机方法、电路设计的合理优化等；

2. 学习了解传感器基本应用基本原理、传感器测量的基本方法，学习在传感器选择、测量方法等方面不同的处理方法。

3. 不同传感器输出信号的形式、幅度、驱动能力、有效范围、线性度都存在很大的差异，后续的信号调理和放大也需要根据信号的特征来设计；一般来说，传感器的使用说明中都有参考电路。

4. 在电路设计、搭试、调试完成后，必须要用标准仪器设备进行实际测量，需要根据实验室所能够提供的条件，设计测试方法。

5. 在实验完成后，可以组织学生以项目演讲、答辩、评讲的形式进行交流，了解不同解决方案及其特点，拓宽知识面。

在设计中，要注意学生设计的规范性；如系统结构与模块构成，模块间的接口方式与参数要求；在调试中，要注意工作电源、参考电源品质对系统指标的影响，电路工作的稳定性与可靠性；在测试分析中，要分析系统的误差来源并加以验证

实验原理及方案

实验的基本原理、完成实验任务的思路方法，可能采用的方法、技术、电路、器件。

1. 系统结构

1. 执行机构如下图一:

图一 执行机构

2. 控制机构如下图二：

图二 控制机构

1. 实现方案

组装完成的智能婴儿摇椅，接通电源后按下人机界面中的启动按钮电机1便可转动带动立齿轮做旋转运动，使支架上下往复运动，电机2带动平面齿轮转动使支架做前后往复运动，这两个运动叠加的效果就使摇椅实现了不同种类的摆动轨迹，同时通过CCLINK远程模块控制远程输出模块使其带动另外若干摇椅一起运动，此时如果按下人机界面中的监护按钮当婴儿出现哭闹的时候通过声音传感器使摇椅自动运动直到婴儿平稳的睡去。

教学实施进程

简要介绍实验实施进程的各个环节（如任务安排、预习自学、现场教学、分组研讨、现场操作、结果验收、总结演讲、报告批改等）中，教学设计的思路、目的，教师、学生各自需要完成的工作任务，需要关注的重点与细节。

1，通过节假日放假时间让学生走访各大幼儿园做实地考察分析本项目的可行性并做出可行性报告

2，通过实地考察是否可以设计一款智能儿童摇椅以减轻幼儿园老师的工作强度

3，指导教师指导学生理论内容并指导设计电路

4，学生自行设计电路

5，指导教师重点关注学生设计电路是否满足设计要求、其所应用的各种元器件是否满足实验要求

实验报告要求

需要学生在实验报告中反映的工作（如：实验需求分析、实现方案论证、理论推导计算、设计仿真分析、电路参数选择、实验过程设计、数据测量记录、数据处理分析、实验结果总结等等）

实验报告需要反映以下工作：

1. 实验需求分析

2. 实现方案论证

3. 电路设计与参数选择

4. 电路测试方法

5. 数据处理分析

6. 实验结果总结

考核要求与方法（限300字）

考核的节点、时间、标准及考核方法。

1. 实物验收：功能与性能指标的完成程度、完成时间。

2. 实验质量：电路方案的合理性，组装工艺。

3. 自主创新：功能构思、电路设计的创新性，自主思考与独立实践能力。

4. 实验成本：是否充分利用实验室已有条件，材料与元器件选择合理性，成本核算与损耗。

5. 实验数据：测试数据和测量误差。

6. 实验报告：实验报告的规范性与完整性。

项目特色或创新（可空缺，限150字）

项目的特色在于：此设计项目能够解决现实生活中二胎父母的工作压力和幼儿园老师的工作压力和强度。

项目创新点在于：使传统的手摇儿童摇椅具备自动控制的功能。

参赛选手信息表