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机械式家用发牌机设计说明书


机械式家用发牌机设计说明书
设计者:郭亚伟,袭敬施,王文彬,蒋施,于成浩 指导教师:崔亚菲,时祖光 (大连大学机械工程学院,大连 116622)

作品内容简介
为体现机械能为生活带来的家庭娱乐性,我们团队特地设计并制作了作品“家用发牌 机” ,它是专门根据家庭的特点和游戏条件而设计的新型发牌机。本发牌机从使用方法、发 牌效果、家用功能上进

行了创新改进,解决了目前市场上针对家庭的发牌机的空缺问题。 现在市场上的发牌机都是专为赌场或棋牌社设计的,大致分为:桌式——可实现洗牌, 分牌,但体积大成本高,只能四人参加;弹射式:体积小但发牌方式不灵活,以弹射出去的 方式发牌, 每次只能发一张,发射方向有限,机构较复杂。 综合来说普遍成本高,机构复杂, 所受的限制较多,不适合家庭使用。 我们制作的发牌机可以 360 度转动, 利用红外感应控制发牌装置, 因此不会被参与人数 限制。此外,出牌装置不会限制出牌张数,而是根据手放在感应区域的时间出牌,则可以实 现多个摞数牌的分发, 有效减少了多余的人为动作, 更具灵活性, 拥有小巧轻便、 成本低廉、 简便灵活的特点,更适合家庭娱乐。 此外,该发牌机上特设有手摇式自主发电日光灯,可防止室内灯光不足或停电,亦或是 家中临时照明, 环保省电, 简便实用, 增加了其家用功能, 亦迎合了如今绿色健康的新理念。 联系人:郭亚伟 联系电话 15041125602 EMAIL:yawei910125@foxmail.com

1 研制背景及意义
随着时代的发展,我们的生活水平普遍有了很大提高,科技发展,作为一项重要的国家 发展战略,逐渐取得了重大进步。在过去的几十年里,科技发展多数都着重于社会建设、军 事、工业等方面。 在人们对生活质量有了更大要求的时代, 我们的社会将越来越需要 “科技服务于生活” 。 目前我们在家庭清洁、家具、家庭装饰等方面都已经有了很多突破,家居生活用品的科技上 升空间越来越少,而家庭娱乐却存在着许多空白。 目前的与家庭娱乐有关的科技产品都有各自的限制,如家庭机器人,原理复杂、开发成 本过高,虽然投入大并且已经发展多年但是娱乐效果很有限;健身器、跳舞毯,由于适用年 龄层很低,在家庭中并不普遍,而且不够耐用;家庭影院、智能家电等,也都价格高昂,并 非所有家庭都能拥有的。从经济、技术上,我们国家与发达国家有着不小差距,因此在家庭 娱乐上依然处于落后状态。综合起来,现在国内市场上缺乏适合家庭的实用、低廉、娱乐效 果明显的产品。 根据家庭娱乐这个主题,我们团队将目光放在了家庭游戏上。

在我们国家,最常见,最方便的家庭游戏便是纸牌游戏了。针对我国家庭普遍都会参与 并热衷的游戏——纸牌。 我们团队特地设计并制作了机械式家用发牌机, 尽管现在市场上已 经有了类似产品,目前,我们了解到,全自动发牌机和全自动麻将机类似,都是为了降低人 的工作强度而产生的一种工具.发牌机主要由牌套室、储牌室、分牌室、识牌装置、拨牌机 构、传牌机构、分牌机构、牌套传送机构和控制电路组成,其中识牌装置主要由摄像头和照 亮灯组成;本实用新型基于计算机图像识别技术,对要识别的扑克牌无特别要求,能够把识 别出的扑克牌按预定要求迅速准确地发放到指定位置,以实现高可靠性、高效率的发牌;自 动推入和推出牌套盒,实现了真正意义上的连续自动发牌。但普遍成本高,机构复杂,所受 的限制较多,是专为赌场或棋牌社设计的,不适合家庭使用。 除此之外,现今还出现了多种新型的纸牌和玩法,如: “斗地主”——需要三人参与, 则许多设置为四人的发牌机不能适应; “打滚子”——需要使用四副纸牌,部分发牌机储存 空间不够,或者发牌速度不够,而人们玩时,在发牌上就会消耗很多时间; “三国杀”—— 是一款需要 2 至 10 人参与的游戏, 且是一次取一张, 既对发牌的对象人数有灵活度的要求, 有对发牌次数有要求,如果只发明一次发一张的发牌机就是没有实际意义的了。 根据对各方面的思考,我们从使用方法、发牌效果、家用功能上对现有发牌机进行了创 新改进, 解决了目前市场上针对家庭的发牌机的空缺问题。 本发牌机发牌时不受限于所玩的 牌的种类, 不受限于参与人数, 运用了机电结合, 装有红外感应装置, 操作和控制轻松简便, 此外,其自身带有手摇式发电照明灯,可防止室内灯光不足或停电,亦或是家中临时照明, 环保省电,简便实用,增加了其家用功能,亦迎合了如今绿色健康的新理念,环保实用。

2 设计方案
2.1 红外感应拨牌装置 为加强发牌机的便捷性,将取牌装置设计为红外感应控制的发牌装置,如图 1 所示。 下面连接电路板, 由单片机编程控制电路, 如图 2 所示。 当玩牌者的手放到感应区内时, 红外感应装置光电开关感应到人手的红外线, 带动储牌装置的电机停止转动, 发牌装置的电 机开始运转, 从而实现发牌机发牌处转轮旋转的目的。 即红外感应开关会控制运行单片机控 制电路,开始停在手旁,开始拨牌,手拿开后发牌装置继续转动,转到下一个人的位置。 为了实现 360 度的旋转, 利用集电环装置将红外感应光电开关与电机连接, 如图 3 所示。 至于单片机的应用,它内部也用和电脑功能类似的模块,比如 CPU,内存,并行总 线,还有和硬盘作用相同的存储器件,不同的是它的这些部件性能都相对我们的家用电脑 弱很多,不过价钱也是低的,可用它来做一些控制电器一类不是很复杂的工作。它是一种 在线式实时控制计算机,在线式就是现场控制,需要的是有较强的抗干扰能力,较低的成 本,这也是和离线式计算机的(比如家用 PC)的主要区别。 单片机是靠程序的,并且可以修改。这样以来, 出牌时间便由手在感应区的停留时间时 间决定,就不会限制出牌张数,可以方便的根据人数和游戏类型控制出牌张数。

图 1 红外感应发牌装置

图 2 电路板(包含单片机)

图 3 集电环装置

2.2 传动装置 本发牌机使用了机电结合的方式实现传动, 发牌装置包含了两个电机, 分为上面的一号 电机和下面的二号电机。由一个总开关控制,开关开启时同时启动两个电机。下面的一号电 机 带动储 牌装置 ,上 面二号 的电机 带动 发牌装 置,如图 4 所示。

图 4 传动装置

一号电机和储牌装置固定连接,二号电机固定一个传动轮,通电情况下,当光电开关收 到命令时启动该传动轮,传动轮通过皮带带动前端拨牌滚轴的传动轮。 在滚轴上,附加有摩擦系数较大的皮胶,能更好的卷动光滑的扑克牌纸张。 由于带富有弹性,并靠摩擦力进行传动,因此它具有结构简单,传动平稳、噪声小,能 缓冲吸振,过载时带会在带轮上打滑,对其他零件起过载保护作用,适用于中心距较大的传 动等优点。 但带传动也有不少缺点,主要有:不能保证准确的传动比,传动效率低(约为 0.90~ 0.94),带的使用寿命短,不宜在高温、易燃以及有油和水的场合使用。 2.3 手摇发电装置 在装置侧面,安装一个由一个手摇发电机,由手柄带动内部小型高效交流发电机,通过 转换器,转换成直流电,进而储存到蓄电池中。本发电机采用 18V 80mA 的手摇发电机。蓄 电池的额定电压为 6V,电机的额定电压为 24V,转速为 360r/min。 通过轴承、机座及端盖将发电机的定子,转子连接组装起来,使转子能在定子中旋转, 通过滑环通入一定励磁电流,使定子成为一个旋转才磁场,定子线圈做切割磁力线的运动, 从而产生感应电势,通过接线端子引出,接在回路中,产生电流。内的电供应两个电机及灯 的 使 用 , 同 时 还 能 供 发 牌 机 上 的 LED 小 灯 的 照 明 用 。

图 5 手摇发电装置

2.4 电流传导装置 在发牌机上部,用一弯行支架装载集电环,支架与底部连接,线路沿着支架走上去。在 支架顶部,有一集电环(图 3) ,集电环的作用是让两个相对运动的物体有电流传导,而不 缠绕电线,从而很好的使电流从下部的蓄电池中传导到上面的电机的 LED 灯。

集电环的材质要求机械强度大,并是电的良导体,还要具有耐腐蚀性,在与电刷 滑动接触时,必须具备耐磨性和稳定的滑动接触特性。一般,钢质集电环的耐磨性好, 机械强度大,因此大多用于因极性引起集电环磨损差较大的同步电机上。我们的发牌 机使用塑料材质的,节约成本,并且较轻便。

3 理论设计计算
本发牌机的手摇发电机最高发电量是 18V 80mA ; 电源额定电压为 6V; 电机的额定电压为 24V, 转速为 360r/min; 根据公式 P=UI W=PE=UIt 可得出本发牌机的发电装置可输出供 0-16V 的照明灯使用的电能。 电路设计图如图 6 所示。

图 6 电路设计图

4 工作原理及性能分析
4.1 红外感应光电开关原理 光电开关 (光电传感器) 是光电接近开关的简称,它是利用被检测物对光束的遮挡或反 射,由同步回路选通电路,从而检测物体有无的。物体不限于金属,所有能反射光线的物

体均可被检测。光电开关将输入电流在发射器上转换为光信号射出,接收器再根据接收到 的光线的强弱或有无对目标物体进行探测。工作原理如图 7 所示。多数光电开关选用的是 波长接近可见光的红外线光波型。图 8 是光电开关外观图。

图 7 光电开关原理图

本发牌机采用 G18-3A30NA 型号漫反射光电开关,范围为 0-30cm,如图 6 所示 。

图8

本组使用的 G18-3A30NA 型号漫反射光电开关

4.2 单片机原理 单片机的内部也用和电脑功能类似的模块,比如 CPU,内存,并行总线,还有和硬盘 作用相同的存储器件,不同的是它的这些部件性能都相对我们的家用电脑弱很多,不过价 钱也是低的,可用它来做一些控制电器一类不是很复杂的工作。我们现在用的全自动滚筒 洗衣机,排烟罩 VCD 等等的家电里面它是主要作为控制部分的核心部件。

它是一种在线式实时控制计算机,在线式就是现场控制,需要的是有较强的抗干扰能 力,较低的成本,这也是和离线式计算机的(比如家用 PC)的主要区别。 单片机是靠程序的,并且可以修改。通过不同的程序实现不同的功能,尤其是特殊的 独特的一些功能,这是别的器件需要费很大力气才能做到的, 有些则是花大力气也很难做到 的。 由于单片机对成本是敏感的,因为单片机没有家用计算机那样的 CPU,也没有像硬盘 那样的海量存储设备,所以目前应用最多的的软件还是最低级汇编语言,近几年,C 语言也 开始广泛被应用, 一个可视化高级语言编写的小程序里面即使只有一个按钮, 也会达到几十 K 的尺寸,对于家用 PC 的硬盘来讲没什么,可是对于单片机来讲是不能接受的。 单片机 在硬件资源方面的利用率必须很高才行, 所以汇编虽然原始却还是在大量使用。 一样的道理, 如果把巨型计算机上的操作系统和应用软件拿到家用 PC 上来运行,家用 PC 的也是承受不 了的。 而我们的发牌机的程序任务较简单,因此会非常稳定,不容易损坏且维修方便。 4.3 手摇发电机原理 发电机通常由定子、转子、端盖、机座及轴承等部件构成。一般功率是 0.1 到 0.2 马力, 就是约 73 到 150 瓦的功率,还不能长时间坚持。因此手摇发电机的功率不会超过 100 瓦;定 子由机座.定子铁芯、线包绕组、以及固定这些部分的其他结构件组成;转子由转子铁芯、 转子磁极(有磁扼.磁极绕组)、滑环、(又称铜环.集电环)、 风扇及转轴等部件组成。 通过轴承、机座及端盖将发电机的定子,转子连接组装 起来, 使转子能在定子中旋转, 通过滑环通入一定励磁电流, 使定子成为一个旋转才磁场,定子线圈做切割磁力线的运 动,从而产生感应电势,通过接线端子引出,接在回路中, 便产生了电流。 作品的工作原理是,总开关控制两个电机,利用光电开 关实现感应,利用单片机,控制电机的运转与否。总开关打 开后,上面的储发牌装置将做低、匀速旋转,当光电开关受 到人手红外线感应时, 带动储发牌装置的一号电机将停止工 作;同时,带动发牌装置的二号电机开始工作,实现发牌, 当人的手离开后,二号电机停止工作,一号电机继续工作。 完成制作后,作品实物外形照片见图 8 所示。

5 创新点及应用
1)不受限于所玩的牌的种类(例如最近流行的“斗地 主” “打滚子” “三国杀” ,这些牌玩法都与传统方式有很大 不同) ; 2)不受限于参与人数; 3)操作和控制轻松简便:利用红外感应控制取牌张数、 分牌摞数。任何家庭人员都可很容易地使用它;

4)自身带有手摇式发电照明灯,环保实用。 本发牌机适合在家庭、学校聚会或朋友聚会时玩纸牌。可以解决多副牌混玩、人数多及 位置不便等诸多问题,同时还可以作为家庭临时照明,填补了市场上家庭发牌机的空白,应 用前景宽广。
图 9 机械式家用发牌机成品图

参考文献
[1] [2] [3] 孙桓,陈作模,葛文杰.机械原理.高等教育出版社,2006:12-4 韦魏.智能控制技术.机械工业出版社,第一版. 周茜.电路分析原理.电子工业出版社,2011:1-1

机械式家用发牌机说明书

大连大学

指导教师:崔亚菲、时祖光 设计者:郭亚伟、袭敬施、王文彬、蒋施、于成浩


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