机电一体化竞赛实训教程_勾治践、叶霞、倪虹、王婧、江霞、孙亚萍_9787302573111

本课程是机械设计制造及其自动化、电子信息工程和自动控制专业本科生的一门重要的专业选修课程，教学目标是培养学生对机械结构、自动控制有一个全面、系统的认识。课程的任务是研究机电系统的基本原理和方法，为进一步设计一个项目或者一个设备奠定理论基础。课程的特色是重实践能力培养，主要培养学生设计机械结构和控制系统的实践动手能力，使学生的综合素质得到提高，培养继续学习设计的能力和严谨认真的工作态度。

　　随着学科的发展，机械设计和电子控制的交叉融合越来越重要，机械结构的设计需要建立控制的理念，而构建完整的控制系统需要有机械结构的意识，如何让两个不同专业的学生快速了解两个专业的基本知识和思维逻辑，初步具备解决机电一体化问题的能力，成为机电一体化相关专业发展中的一项重要课题。本书作为机电类专业大学生的实训和竞赛教材，结合当前专业的发展和学生实践能力培养展开编写工作，对于培养学生对专业的兴趣、动手能力和实践综合素质的提高具有重要的意义。
　　全国机电类专业大学生参加的学科竞赛以全国大学生机械创新设计大赛、全国大学生工程训练综合能力竞赛、全国大学生电子设计竞赛为主，此类竞赛以其实物参赛、机电结合、系统训练、创新应用、科技创业为突出特色，获得了全国高校机械类和电子工程类等专业广大师生的青睐。本书的全部案例内容来自全国大学生机械创新设计大赛、全国大学生工程训练综合能力竞赛、全国大学生电子设计竞赛中获得国家一等奖、二等奖，省级一等奖、二等奖的优秀作品，希望本书的内容可以引导参赛学生找准比赛方向，提高今后的竞赛成绩，同时培养学生工程实践能力和创新设计意识、综合设计能力及团队协作精神，以此鼓励更多的大学生积极踊跃参加课外科技活动。
　　本书的编写工作能够顺利完成，得益于全国大学生机械创新设计大赛、全国大学生工程训练综合能力竞赛、全国大学生电子设计竞赛组委会的大力支持，没有他们为大学生组织学科竞赛的平台，就没有大学生锻炼自己、提升动手能力的机会，当然也没有本书的出版。
　　感谢和我一起编写本书的杭州师范大学钱江学院的各位同仁，他们是叶霞、倪虹、王婧、江霞、孙亚萍、胡克用等。参与编书的老师们都是学科竞赛的优秀带队指导教师，全书内容是我们共同的劳动结晶，他们丰富的学科竞赛经验和严谨的教学写作风格使本书内容丰富多彩。
　　感谢代表杭州师范大学钱江学院参与学科竞赛的同学们，其中的不少优秀案例都来自这些同学的作品。他们是陈炜、江海林、林星星、易际钢、薛儒冰、邵逸鑫、方乐朋、邵壮壮、葛林朗、金睿、陈团寅等，有了他们精心设计的作品，才有这么多优秀的案例。
　　感谢参与本书案例中电路设计与制作、代码调试、格式修订的同学们，他们是邵壮壮、吴泽梦、周清璐、葛林朗、罗汉杰、周杰、施嘉濠、王逸桢、张文剑、陈家硕、张丫真、郑浩磊、雷昌硕、王明岩、黄文杰，他们的努力促进了本书的出版。
　　最后，谨以此书献给热爱全国大学生机械创新设计大赛、全国大学生工程训练综合能力竞赛、全国大学生电子设计竞赛的同学们。
　　本书由勾治践、叶霞和倪虹担任主编，王婧、江霞、孙亚萍担任副主编。书中的源代码可通过扫描二维码进行显示。
　　由于作者水平有限，加之编写时间仓促，书中难免会出现不足之处，恳请广大读者批评指正。

勾治践
2022年3月

第1篇基础篇
第1章绪论
1.1开展学科竞赛的意义
1.2国内机电一体化类学科竞赛开展情况
1.3本书主要内容及特点

第2章机电一体化概论
2.1机电一体化的来历
2.2机电一体化的基本概念
2.3机电一体化系统与传统机械、电子控制系统的差异
2.4机电一体化的组成要素与原则
2.5机电一体化的主要特征
2.6机电一体化的发展历程及特点

第2篇机械结构篇
第3章机械设计总论
3.1基本概念
3.2机器(机械)的组成
3.3设计要求
3.4设计方法
3.5机械零件的设计准则
3.6设计中的标准化
3.7零件材料及其选用

第4章执行元件
4.1执行元件简介
4.1.1执行元件的种类和特点
4.1.2机电一体化系统对执行元件的基本要求
4.2机电一体化系统常用的控制用电动机
4.3直流伺服电动机
4.3.1直流伺服电动机的特点及选用
4.3.2直流伺服电动机的结构
4.3.3直流伺服电动机的工作原理
4.3.4直流伺服电动机的控制方式
4.4步进电动机
4.4.1步进电动机的构造及特点
4.4.2步进电动机的工作原理
4.4.3步进电动机的选择和注意事项
4.4.4步进电动机的驱动控制

第5章常用机构
5.1常用固定连接机构
5.1.1螺纹连接
5.1.2键连接
5.1.3铆接、焊接、胶接
5.2常用活动连接机构
5.2.1滑动轴承连接
5.2.2滚动轴承连接
5.2.3联轴器、离合器连接
5.3常用传动机构
5.3.1带传动机构
5.3.2链传动机构
5.3.3齿轮传动机构
5.3.4蜗轮蜗杆传动机构

第3篇控制系统与传感器技术篇
第6章STM32微控制器
6.1STM32微控制器概述
6.1.1STM32系列说明
6.1.2STM32F103芯片主要特性
6.1.3STM32F103芯片结构
6.1.4STM32F103芯片引脚功能
6.2MDK5软件开发环境
6.2.1MDK5简介
6.2.2MDK5软件安装
6.2.3新建工程模板
6.2.4STM32软件仿真
6.2.5STM32程序下载
6.2.6STM32硬件调试
6.2.7STM32固件库介绍
6.3STM32基础案例
6.3.1基本数字输出LED灯闪烁
6.3.2独立式按键控制LED灯亮灭
6.3.3蜂鸣器控制发声
6.3.4直流伺服电动机驱动控制
6.3.5步进电动机驱动控制

第7章传感器技术
7.1传感器概述
7.2超声波传感器
7.2.1超声波测距原理
7.2.2超声波测距的实现与误差分析
7.2.3超声波模块案例
7.3人体接近传感器
7.3.1人体接近传感器工作原理
7.3.2人体接近传感器的特点
7.3.3人体接近传感器的选型和检测
7.3.4人体接近传感器案例
7.4压力传感器
7.4.1电阻应变式压力传感器
7.4.2压电式压力传感器
7.4.3电感式压力传感器
7.4.4压力传感器案例
7.5红外线传感器
7.5.1红外线传感器的工作原理
7.5.2红外线传感器的主要物理量
7.5.3红外线传感器的组成
7.5.4红外线传感器的分类
7.5.5红外线传感器案例
7.6角速度传感器
7.6.1角速度传感器的原理
7.6.2角速度传感器的分类
7.6.3角速度传感器案例
7.7加速度传感器
7.7.1加速度传感器的原理
7.7.2加速度传感器的分类
7.7.3加速度传感器案例

第8章控制系统综合应用案例
8.1基于压力传感器的电子秤设计
8.1.1项目需求
8.1.2压力传感器工作原理分析
8.1.3压力信号采集原理
8.1.4LCD12864显示原理
8.1.5项目硬件电路设计
8.1.6项目软件设计
8.1.7系统整体调试
8.2基于STM32的红外循迹小车
8.2.1项目需求
8.2.2项目概述
8.2.3项目涉及技术
8.2.4系统总体硬件电路
8.2.5系统软件设计
8.2.6系统调试
8.3基于STM32的PID控制平衡小车设计
8.3.1项目需求
8.3.2总设计方案
8.3.3系统硬件电路设计
8.3.4系统软件设计
8.3.5参数调试和功能测试
8.3.6功能扩展

第4篇实践篇
第9章硬币清分包装机
9.1项目说明
9.1.1设计背景
9.1.2设计意义
9.2项目结构设计
9.2.1设计要求
9.2.2总体结构
9.2.3机构原理
9.2.4机构设计
9.2.5使用注意事项
9.3动力及控制系统
9.3.1电动机选择
9.3.2控制电路
9.4总结

第10章四旋翼飞行器自主探测跟踪系统
10.1项目说明
10.1.1设计背景
10.1.2设计方案
10.1.3设计意义
10.2项目结构设计
10.2.1设计要求
10.2.2总体结构
10.2.3机构原理
10.2.4飞行器姿态
10.3飞行器主控制系统
10.3.1控制系统总体方案
10.3.2控制系统硬件电路设计
10.4四旋翼飞行器自主探测跟踪系统软件设计
10.4.1系统总体设计
10.4.2IMU解算任务设计
10.4.3飞行器探测跟踪原理
10.5总结

第11章智能物流码垛小车
11.1项目说明
11.1.1设计背景
11.1.2设计意义
11.2项目结构设计
11.2.1设计思路
11.2.2设计关键
11.2.3总体结构
11.2.4机构原理
11.2.5机构设计
11.2.6作品设计小结
11.3动力及控制系统
11.3.1总电路结构
11.3.2主控制芯片选择
11.3.3工作流程
11.3.4系统硬件电路
11.3.5系统软件程序
11.4总结

第12章轻型移动式地毯清洗机
12.1项目说明
12.1.1设计背景
12.1.2产品发展现状
12.2项目结构设计
12.2.1结构及工作原理
12.2.2重要部件
12.2.3小结
12.3动力及控制系统
12.3.1电气设备的选择
12.3.2传动系统设计
12.3.3小结
12.4总结

第13章自动削皮机设计
13.1项目说明
13.1.1设计背景
13.1.2市场可行性调查
13.1.3设计意义
13.2作品结构设计
13.2.1设计要求
13.2.2总体结构设计
13.2.3作品配件设计
13.2.4使用注意事项
13.3动力及控制系统
13.3.1电动机选择
13.3.2控制部分
13.4总结

第14章遥控脉冲汽车轮胎自动冲洗平台
14.1项目说明
14.1.1设计背景
14.1.2设计意义
14.2项目结构设计
14.2.1汽车承载及车轮原地回转部件
14.2.2脉冲清洗平台
14.2.3水循环及泥沙处理部件
14.3动力及控制系统
14.3.1冲洗平台机架及滚轴设计
14.3.2水循环及控制机构
14.4总结

第15章立体车库装置
15.1项目说明
15.1.1设计背景
15.1.2设计方案
15.1.3设计意义
15.2项目结构设计
15.2.1设计要求
15.2.2机构设计
15.2.3系统电路设计
15.3软件设计
15.3.1主程序的设计
15.3.2按键模块设计
15.3.3电动机驱动子程序设计
15.4系统调试
15.4.1光电传感器调试
15.4.2压力传感器调试
15.5总结
参考文献

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