围内，检测出某一次插拔失效，即时传播反馈信号，同时停止电机的运动，据此判断该插头不符合本次可靠性检测标准；若插拔动作进行到了设定的极限值时，插头仍能有效，则判定该插头符合本次可靠性测试标准。 以下为实验流程图：

电动机 往复运动系统 霍尔传感器 单片机系统 插头插拔系统 电流型 计数器 图1 实验流程图

第二节 方案设计分析

一、往复运动装置的选择

要求：实现电源插头插拔动作的重复性

在机械设计基础中我们学习了多种往复运动的装置，如：凸轮机构，气缸机构。但是经过小组成员的讨论分析，大家认为凸轮机构的稳定性不够好，而气缸机构的构造太过复杂。最后选择了曲柄滑块机构为基础来实现往复运动-------通过曲柄带动摇杆，摇杆带动滑块在槽内做往复运动。

图2 曲柄滑块机构

二、元件尺寸的设计

要求：设计合理，符合国家标准

5

在插头和插座的设计中，我们查阅了插头国家标准GB 2099.1-2008，单相插头插座 型式、基本参数和尺寸国家标准GB 1002-2008，三相插头插座 型式、基本参数和尺寸国家标准 GB1003-2008，最后选择了三芯插头，参照国家标准确定好了芯片，外观的各项尺寸(如图所示)。根据插头的形状，设计出可旋紧的活动夹具。

图3 插头插座二维图

三、检测装置的设计

要求：检测每次插拔实验的有效性

为了实现每一次插拔是否有效的判断，我们选择了使用电流型计数器，并把其连接在插头上，当插头插入插座中，若有电流通过，则计数器自动加一，记为此次电源插头插拔实验有效。

但经过老师的指点，在自动反馈上，我们选择了更加简单快捷的霍尔传感器，通过它与电流型计数器在单片机的连接，判断出失效时的信号不同，从而反馈给电机并停止运动。

霍尔传感器是根据霍尔效应制作的一种磁场传感器。在测试装置中，非磁性材料的圆盘边上附有一块磁钢，霍尔传感器则放在靠近圆盘边缘处，圆盘旋转一周，霍尔传感器就输出一个脉冲，并计入单片机内。

如图所示：

6

图4 霍尔传感器示意图

第三节 方案的简单概述

根据收集的资料以及掌握的知识，我们把各个分项拼接起来并手绘了整体草图，下面，也简单的把整体的机械运动过程描述一下：

如上图所示，结构由用滑块带动夹具夹住插头连续做插拔运动，插头连接计数器。电机、霍尔传感器、计数器均连接到单片机上。此装置共产生两个信号，计数器和霍尔传感器，这两种信号均上传到单片机，再由单片机发出指令。

通过电机控制曲柄摇杆装置，使得插头不停的重复插拔运动，每插拔一次，若有电流通过则电流计数器自动加一。与此同时，在固定曲柄的圆盘上一位置安装了霍尔传感器，设定时间当曲柄转至该位置，插头正好插入插座。并把两个信号都发送到单片机上。当某一次的插头插拔失效后，单片机接受的信号的不一致，从而发出反馈信号，使电动机停止转动。

该方案总体可行性较高，并简单有效。对于应用的知识也是我们平时学习接触到的。

第四节 方案的具体实施

4.1 尺寸计算

在经过一系列资料的搜集，原理方法的验证之后，经本组多次组织会议，进行一系列的商讨、实践、验证，最终确定了一套具体详细的实施方案。

本次电源插头插拔可靠性测试装置系统由机械与电学共同构造，两大模块相辅相成，既有其自身独立的运行方式，又相互联系密切。简言之，机械结构使得单片机系统得以正常运作，而单片机系统则据反馈信号控制机械结构的运行。

7

下面将详细介绍机械与电学两大模块的具体构造：

机械机构 大体分为六个大板块，涉及各个小型连接零件：

1、 运动机构整体支架——其主要用途为支撑曲柄转动、安放滑块运动槽以及安 置插板。

2、曲 柄——通过电机进行360°完整转动来带动摇杆进行往复摆动。 3、摇 杆——在曲柄作用下进行往复摆动运动，为滑块提供动力。 4、滑块槽——用以规定滑块的运动路线，以防进程偏差。

5、一端连接夹具的连杆——在摇杆的带动下能够夹住电源插头沿滑块槽进行直 线往复运动。

（1）插头——固定于夹具之中，在连杆带动下重复对插板进行插入拔出动作。 （2）其余小型零件——支架与曲柄之间、曲柄与摇杆之间、摇杆与滑块之间各

需 组成一副转动副，滑块槽与底座需要两个固定键，夹具处需要三个固定用螺钉。

具体尺寸计算如下。

曲柄：60mm×10mm×10mm 摇杆：200mm×10mm×10mm 滑块：10mm×20mm×10mm 连杆：301mm×8mm×8mm

滑块槽：外围320mm×25mm×30mm 内槽320mm×20mm×10mm 环形夹具：D=65mm，d=60mm，宽20mm，螺孔d'=10mm 插板：28mm×56mm×56mm 插孔10mm×1mm×5mm 螺栓：M10mm×30mm

电学系统 主要以单片机控制为主，分为四个阶段：

第一阶段——由机械结构带动电源插头连续性做插拔动作，即时检查，插头所连 接的电流计数器是否工作，将信号反馈到单片机内。

第二阶段——随着机械结构的运动，安装在用于固定曲柄的圆盘上的霍尔传感器 将会产生信号变化，按照设计要求，在特定时间内将霍尔传感器产 生的信号传送给单片机。

第三阶段——利用汇编语言，使单片机对电流计数器及霍尔传感器所产生的信号 做出处理，由单片机判定结果控制电机的转动。 第四阶段——将本次测试所产生的数据，收集记录。

经过机械运动及单片机分析测试后，电源插头插拔可靠性测试基本完成。此过程所产生的数据结果，需进行进一步的分析，从而获得更为全面、精准的测试结果，以便日后对电源插头性能的改进与完善。

8