自動(dòng)化學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)開(kāi)題報(bào)告撰寫格式要求及范例

1、開(kāi)題報(bào)告撰寫要求與范例1根據(jù)南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)工作管理規(guī)定，學(xué)生必須撰寫畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開(kāi)題報(bào)告，由指導(dǎo)教師簽署意見(jiàn)、教研室審查，院系分管教學(xué)領(lǐng)導(dǎo)批準(zhǔn)后實(shí)施。2開(kāi)題報(bào)告是畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）答辯委員會(huì)對(duì)學(xué)生答辯資格審查的依據(jù)材料之一。學(xué)生應(yīng)當(dāng)在畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）工作前期內(nèi)完成，開(kāi)題報(bào)告不合格者不得參加答辯。3畢業(yè)設(shè)計(jì)開(kāi)題報(bào)告各項(xiàng)內(nèi)容要實(shí)事求是，逐條認(rèn)真填寫。其中的文字表達(dá)要明確、嚴(yán)謹(jǐn)，語(yǔ)言通順，外來(lái)語(yǔ)要同時(shí)用原文和中文表達(dá)。第一次出現(xiàn)縮寫詞，須注出全稱。4本報(bào)告中，由學(xué)生本人撰寫的對(duì)課題和研究工作的分析及描述，應(yīng)不少于2000字，沒(méi)有經(jīng)過(guò)整理歸納，缺乏個(gè)人見(jiàn)解僅僅從網(wǎng)上下載材料拼湊而成的開(kāi)

2、題報(bào)告按不合格論。5開(kāi)題報(bào)告檢查原則上在第24周完成，各院系完成畢業(yè)設(shè)計(jì)開(kāi)題檢查后，應(yīng)寫一份開(kāi)題情況總結(jié)報(bào)告。本科畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)開(kāi)題報(bào)告學(xué)生姓名楊文奇學(xué) 號(hào)專 業(yè)自動(dòng)化指導(dǎo)教師湯玉東職 稱副教授所在院系自動(dòng)化學(xué)院課題來(lái)源自擬課題課題性質(zhì)工程設(shè)計(jì)課題名稱二級(jí)倒立擺的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制畢業(yè)設(shè)計(jì)的內(nèi)容和意義畢業(yè)設(shè)計(jì)內(nèi)容：1 二級(jí)倒立擺系統(tǒng)的建模分析2 BP網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)3 二級(jí)倒立擺系統(tǒng) BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型的確定4 訓(xùn)練神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)5 二級(jí)倒立擺神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制的仿真 課題的意義：倒立擺控制方法在軍工，航天，機(jī)器人領(lǐng)域和一般的工業(yè)控制過(guò)程中都有廣泛的應(yīng)用，如機(jī)器人行走過(guò)程中的平衡控制、火箭發(fā)射中的垂直控制和衛(wèi)星飛行中

3、的姿態(tài)控制等。對(duì)其進(jìn)行非線性控制方法研究及其穩(wěn)定性的研究具有重要的理論和實(shí)踐意義。倒立擺系統(tǒng)的穩(wěn)定與空間飛行器控制的穩(wěn)定具有很大的相似性，也是日常生活中所見(jiàn)到的任何重心在上、支點(diǎn)在下的控制問(wèn)題的抽象。因此倒立擺的研究又具有重要的應(yīng)用價(jià)值，成為控制理論中經(jīng)久不衰的課題。再則理論的研究發(fā)展需要一個(gè)平臺(tái)來(lái)支持驗(yàn)證所以倒立擺的發(fā)展就是控制科技的發(fā)展。文獻(xiàn)綜述國(guó)內(nèi)外研究總結(jié)：倒立擺的簡(jiǎn)述倒立擺系統(tǒng)的最初研究開(kāi)始于二十世紀(jì)五十年代，麻省理工大學(xué)電機(jī)工程系設(shè)計(jì)出單級(jí)倒立擺系統(tǒng)這個(gè)實(shí)驗(yàn)設(shè)備。后來(lái)再次基礎(chǔ)上，人們又進(jìn)行拓展，生產(chǎn)出各式各樣的倒立擺。又懸掛式倒立擺、平行倒立擺、環(huán)形倒立擺、平面倒立擺；倒立擺的級(jí)數(shù)

4、有一級(jí)、二級(jí)、三級(jí)、四級(jí)乃至多級(jí)。歷史和現(xiàn)狀早在二十世紀(jì)六十年代，人們就開(kāi)始對(duì)倒立擺的研究。1966年Schaefer和Cannon應(yīng)用Bang2bang控制理論，將一個(gè)曲軸穩(wěn)定于倒置位置。自從倒立擺系統(tǒng)成為1自動(dòng)控制領(lǐng)域控制實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)和教學(xué)工具以來(lái)，人們對(duì)倒立擺控制的研究既有理論研究又有實(shí)驗(yàn)研究。1972年，Stugne等人采用全維狀態(tài)觀測(cè)器來(lái)重構(gòu)了狀態(tài)并且使用線性控制模擬電路實(shí)現(xiàn)了對(duì)二級(jí)倒立擺的控制。1976年Mori等人設(shè)計(jì)了一組合控制器實(shí)現(xiàn)了倒立擺的自動(dòng)起擺和倒立擺起擺后的穩(wěn)定控制1。1978年K. furutat 等人成功地應(yīng)用降維觀測(cè)器重構(gòu)了倒立擺系統(tǒng)的狀態(tài)使用計(jì)算機(jī)處理實(shí)現(xiàn)了對(duì)三

5、級(jí)倒立擺的控制。1984年K.furutat等人又實(shí)現(xiàn)了三級(jí)倒立擺的穩(wěn)定控制。1986年Chung 等人對(duì)一級(jí)倒立擺系統(tǒng)進(jìn)行了系統(tǒng)辨識(shí)并設(shè)計(jì)了PD 反饋控制器和自適應(yīng)自整定反饋控制器實(shí)現(xiàn)了對(duì)倒立擺的穩(wěn)定控制2。1989年Anderson等人運(yùn)用函數(shù)最小化和LyaPunov穩(wěn)定方法成功產(chǎn)生了一個(gè)優(yōu)化反饋控制器。1994年sinha等人利用 LyapunovFloquet 變換得到了三級(jí)倒立擺系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)仿真模型3。1995年任章等人在一種鎮(zhèn)定倒立擺系統(tǒng)的新方法中應(yīng)用振蕩控制理論在倒立擺支撐點(diǎn)的豎直方向上加入一個(gè)零均值的高頻振蕩信號(hào)改善了倒立擺系統(tǒng)的穩(wěn)定性。1999年李巖等人運(yùn)用基于PD 控制的專

6、家智能控制對(duì)二級(jí)倒立擺進(jìn)行實(shí)時(shí)控制取得了很好的效果4。2001年李洪興在變論域自適應(yīng)模糊控制學(xué)術(shù)報(bào)告中使用變論域自適應(yīng)模糊控制的思想在國(guó)際上首次實(shí)現(xiàn)了四軸倒立擺的仿真。同年張葛祥等人建立了三級(jí)倒立擺的數(shù)學(xué)模型并分析了系統(tǒng)的可控制性和可觀測(cè)性給出了智能控制算法的思路。2002年北京師范大學(xué)李洪興教授采用變論域自適應(yīng)模糊控制方法在國(guó)際上首次成功實(shí)現(xiàn)了四級(jí)倒立擺實(shí)物控制系統(tǒng)。 倒立擺控制方法的簡(jiǎn)單介紹目前人們對(duì)倒立擺的研究越來(lái)越多倒立擺的類型也由簡(jiǎn)單的單級(jí)倒立擺發(fā)展為多種多樣的形式出現(xiàn)了柔性擺、球擺、旋轉(zhuǎn)式倒立擺、傾斜軌道式倒立擺等。 1 狀態(tài)反饋控制5?；诘沽[的動(dòng)力學(xué)模型使用狀態(tài)空間理論推導(dǎo)出

7、狀態(tài)方程和輸出方程應(yīng)用狀態(tài)反饋實(shí)現(xiàn)對(duì)倒立擺的控制。 2PID控制?；诘沽[的動(dòng)力學(xué)模型使用狀態(tài)空間理論推導(dǎo)出其非線性模型再在平衡點(diǎn)處進(jìn)行線性化得到倒立擺系統(tǒng)的狀態(tài)方程和輸出方程根據(jù)倒立擺系統(tǒng)的狀態(tài)方程和輸出方程設(shè)計(jì)出PID控制器實(shí)現(xiàn)對(duì)倒立擺的控制。 3云模型控制8。云模型是一種擬人控制用云模型構(gòu)成語(yǔ)言值用語(yǔ)言值構(gòu)成規(guī)則形成一種定性的推理機(jī)制。這種控制不需要系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型而是根據(jù)人的經(jīng)驗(yàn)、邏輯判斷和感受通過(guò)語(yǔ)言原子和云模型轉(zhuǎn)換到語(yǔ)言控制規(guī)則器中解決非線性問(wèn)題和不確定性問(wèn)題。 4自適應(yīng)控制。許多控制系統(tǒng)多為靜態(tài)控制自適應(yīng)控制隨著環(huán)境的變化而變化屬于一種動(dòng)態(tài)控制系統(tǒng)從而提高控制精度。 5非線性控制9

8、。實(shí)際系統(tǒng)多被進(jìn)行線性化處理非線性系統(tǒng)更能準(zhǔn)確反映實(shí)際系統(tǒng)對(duì)提高系統(tǒng)控制精度具有更大意義。 6神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制10。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)能夠?qū)W習(xí)與適應(yīng)嚴(yán)重不確定性系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性任意充分地逼近復(fù)雜的非線性關(guān)系所有定量或定性的信息都等勢(shì)分布貯存于網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的各種神經(jīng)元故有很強(qiáng)的魯棒性和容錯(cuò)性也將Q學(xué)習(xí)算法和BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)有效結(jié)合實(shí)現(xiàn)狀態(tài)未離散化的倒立擺的無(wú)模型學(xué)習(xí)控制。 7采用遺傳算法與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合的方法11?；诘沽[數(shù)學(xué)模型設(shè)計(jì)出神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制器再利用改進(jìn)的遺傳算法訓(xùn)練神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的權(quán)值從而實(shí)現(xiàn)對(duì)倒立擺的控制。 8模糊控制12。模糊控制是以模糊集合論、模糊語(yǔ)言變量及模糊邏輯推理等作為理論依據(jù)，以傳感器技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和

9、自動(dòng)控制理論為基礎(chǔ)的一種新型的自動(dòng)控制理論和控制方法。它在一定程度上模仿了人的控制，不需要準(zhǔn)確的控制對(duì)象數(shù)學(xué)模型，是一種智能控制方法，尤其適用于那些人們無(wú)法建立精確數(shù)學(xué)模型的物理對(duì)象或過(guò)程。模糊控制通過(guò)確定模糊規(guī)則，設(shè)計(jì)出模糊控制器來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)倒立擺的控制主要是確定模糊規(guī)則設(shè)計(jì)出模糊控制器實(shí)現(xiàn)對(duì)倒立擺的控制。 我的控制方案的選擇神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(Neural Network, NN)能夠任意充分地逼近復(fù)雜的非線性關(guān)系，NN能夠?qū)W習(xí)與適應(yīng)嚴(yán)重不確定性系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性，所有定量與定性的信息都等勢(shì)分布存貯于網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的各種神經(jīng)元，故有很強(qiáng)的魯棒性和容錯(cuò)性。用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法來(lái)實(shí)現(xiàn)倒立擺的平衡控制，具有很強(qiáng)的實(shí)用性和可用性

10、，所以選擇神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制。參考文獻(xiàn)：1 劉深.二級(jí)倒立擺系統(tǒng)的穩(wěn)定控制研究D.西北工業(yè)大學(xué).2007. 82 楊平等. PID控制在倒立擺實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用J.微計(jì)算機(jī)信息. 2006.113 黃忠霖.控制系統(tǒng)MATLAB計(jì)算機(jī)仿真M.國(guó)防工業(yè)出版社.2004.54 李巖.二級(jí)倒立擺控制系統(tǒng)分析.沈陽(yáng)工業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào).1999.18(2):86-91.5 徐春梅.楊平.彭道剛.直線二級(jí)倒立擺狀態(tài)反饋實(shí)時(shí)控制J.機(jī)電一體化. 2008.14 (3) : 39-42.8 anderson CW.Leaming toeon trolanin verted Pendulumu singn erual ne

11、tworks IEEE Control SystemM Magazine,1989,9(3):31-37.7 徐若冰.基于極點(diǎn)配置的倒立擺控制器設(shè)計(jì)J.哈爾濱工程大學(xué)碩士學(xué)位論文.2007.10 Unitrode Switeh Mode Controller for DC Motor Drive.1999.11 周鳳岐.倒立擺的變結(jié)構(gòu)控制實(shí)現(xiàn)J.西北工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào).2002(8):410-413.12 崔平.翁正新.基于狀態(tài)空間極點(diǎn)配置的倒立擺平衡控制J.實(shí)驗(yàn)室研究與探索.2003 (2):70-75研究?jī)?nèi)容設(shè)計(jì)步驟1、 二級(jí)倒立擺系統(tǒng)的建模分析 二級(jí)倒立擺系統(tǒng)擺桿2、擺桿1豎直向上是一個(gè)不穩(wěn)定

12、平衡點(diǎn)。二級(jí)倒立擺系統(tǒng)的控制目標(biāo)就是通過(guò)引入適當(dāng)?shù)目刂品椒ǎ刂菩≤囘\(yùn)動(dòng)使二級(jí)倒立擺在不穩(wěn)定平衡點(diǎn)附近的運(yùn)動(dòng)成為一個(gè)穩(wěn)定的運(yùn)動(dòng)。 二級(jí)倒立擺的符號(hào)含義如下： M：小車質(zhì)量 F：作用在小車上的水平動(dòng)力 m1: 擺桿1質(zhì)量 m2：擺桿2質(zhì)量 m3:質(zhì)量塊的質(zhì)量 x:小車到設(shè)定原點(diǎn)的水平距離 1:擺桿1與垂直向上方向的夾角 2：擺桿2與垂直向上方向的夾角 利用拉格朗日方程推導(dǎo)倒立擺運(yùn)動(dòng)學(xué)方程為：其中，為拉格拉日算子；為系統(tǒng)的廣義坐標(biāo)；T為系統(tǒng)的動(dòng)能；V為系統(tǒng)的勢(shì)能。拉格拉日方程廣義坐標(biāo)為和表示為： 其中，為系統(tǒng)沿該廣義坐標(biāo)方向上的外力，在該系統(tǒng)中，設(shè)系統(tǒng)的三個(gè)廣義坐標(biāo)分別是x， ，。 系統(tǒng)的能量方程

13、為： 式中，為小車的動(dòng)能；為擺桿1的動(dòng)能；為擺桿2的動(dòng)能；為質(zhì)量塊的動(dòng)能。 其中，為擺桿1質(zhì)心平動(dòng)動(dòng)能；為擺桿1繞質(zhì)心轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng)能。其中，為2擺桿質(zhì)心平動(dòng)動(dòng)能；為擺桿2繞質(zhì)心轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng)能。 首先利用公式求出、 再求出系統(tǒng)的動(dòng)能T和勢(shì)能V以及拉格拉日算子 由于在廣義坐標(biāo)上無(wú)為力作用，x上的外力為控制力F，故得到一個(gè)方程組形式并對(duì)其在平衡位置處進(jìn)行泰勒級(jí)數(shù)展開(kāi)并線性化。最后取二級(jí)倒立擺中一開(kāi)始定義的x，1，2變量為狀態(tài)變量。得到狀態(tài)空間方程如下： 其中各K值分別由計(jì)算得出，這里就不在贅述。二級(jí)倒立擺神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制器設(shè)計(jì) 2、BP網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì) 要設(shè)計(jì)一個(gè)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)必須綜合各方面的因素，如網(wǎng)絡(luò)的層數(shù)，每層的神經(jīng)元個(gè)

14、數(shù)，層與層之間的轉(zhuǎn)換函數(shù)，網(wǎng)絡(luò)的初始全職，網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)速率的選取等。只有選擇好這些參數(shù)，才可以訓(xùn)練神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。 （1）本畢業(yè)設(shè)計(jì)中網(wǎng)絡(luò)層數(shù)的選擇 在減少網(wǎng)絡(luò)層數(shù)的前提下優(yōu)先考慮增加隱層中的神經(jīng)元個(gè)數(shù)，提高精度，降低誤差。 （2）本畢業(yè)設(shè)計(jì)中每層神經(jīng)元個(gè)數(shù) 采用一個(gè)隱含層，通過(guò)增加神經(jīng)元數(shù)提高網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練精度，對(duì)不同的神經(jīng)元數(shù)進(jìn)行訓(xùn)練對(duì)比，適當(dāng)增加余量，滿足以后的需求。 （3）初始權(quán)值的選取 初始權(quán)值在（-1,1）之間隨機(jī)選取 （4）學(xué)習(xí)速率的選取 學(xué)習(xí)速率的選取大致范圍在0.010.8之間 （5）期望誤差的選取 通過(guò)對(duì)比訓(xùn)練后來(lái)確定一個(gè)合適的值作為期望誤差。較小的期望誤差是通過(guò)增加隱含層節(jié)點(diǎn)和訓(xùn)練時(shí)間獲

15、得。 3、二級(jí)倒立擺系統(tǒng) BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型的確定 ： 理論上已經(jīng)證明：具有偏差和至少一個(gè)S型隱含層加上一個(gè)線性輸出層的網(wǎng)絡(luò)，能夠逼近任何有理函數(shù)。因此，針對(duì)二級(jí)倒立擺系統(tǒng)選擇一個(gè)具有一個(gè)隱含層的三層網(wǎng)絡(luò)，理論上，它就可實(shí)現(xiàn)對(duì)倒立擺系統(tǒng)的有效控制。根據(jù)二級(jí)倒立擺系統(tǒng)實(shí)際輸出小車的位置，小車的速度，擺桿1的角度和角速度，擺桿2的角度和角速度等六個(gè)狀態(tài)變量確定輸入層有6個(gè)神經(jīng)元，隱含層有10個(gè)神經(jīng)元，輸出層為一個(gè)神經(jīng)元，對(duì)應(yīng)倒立擺系統(tǒng)的控制。隱含層采用“tansig”轉(zhuǎn)換函數(shù)，輸出層采用線性轉(zhuǎn)換函數(shù)“purelin”。 BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制器結(jié)構(gòu)圖如下所示： 4、訓(xùn)練神經(jīng)網(wǎng)絡(luò) 4.1規(guī)則庫(kù)的產(chǎn)生為使BP

16、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)準(zhǔn)確工作，從閉環(huán)試驗(yàn)中抽取數(shù)據(jù)作為規(guī)則庫(kù)。比如簡(jiǎn)單的比例、LQR控制、人工智能模糊控制規(guī)則等。在固高公司提供的試驗(yàn)平臺(tái)下，運(yùn)用如PID、LQR等控制方法可以獲得許多較為有效的數(shù)據(jù)，對(duì)數(shù)據(jù)分析處理作為規(guī)則庫(kù)使用。 4.2訓(xùn)練神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的matble函數(shù)（1）newff函數(shù) 運(yùn)用newff函數(shù)創(chuàng)建一個(gè) feed-forward back - propagation 網(wǎng)絡(luò)。 （2）train 函數(shù) 運(yùn)用train 函數(shù)訓(xùn)練一個(gè)網(wǎng)絡(luò)。 t rain 函數(shù)是根據(jù)net的訓(xùn)練函數(shù)和net的訓(xùn)練參數(shù)訓(xùn)練一個(gè)網(wǎng)絡(luò)net。 4.3神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的訓(xùn)練 數(shù)據(jù)中輸入樣本數(shù)據(jù)放在矩陣P1 中，輸出樣本數(shù)據(jù)放在U中，在

17、 Matlab中輸入如下的命令開(kāi)始訓(xùn)練網(wǎng)絡(luò)： Q=-1 1;-1 1;-1 1;-1 1;-1 1;-1 1; net=newff(Q,6 4 4 1,tansig tansig tansig purelin,trainlm); net.trainParam.epochs =3000; net.trainParam.goal = 0.; net = train(net,P1,U); 獲得規(guī)則庫(kù)并確定神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)后可以對(duì)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行訓(xùn)練。訓(xùn)練好神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)之后可以輸入命令gensim(net,-1)生成simulink仿真用的模塊。 5、二級(jí)倒立擺神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制器的仿真 運(yùn)用前面訓(xùn)練所得的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)二級(jí)倒

18、立擺進(jìn)行仿真。 仿真結(jié)構(gòu)圖如下所示：研究計(jì)劃 研究計(jì)劃可以參考任務(wù)書，但不一定完全按照任務(wù)書 根據(jù)研究?jī)?nèi)容，初步擬定每一周所研究的具體計(jì)劃如下：特色與創(chuàng)新 說(shuō)明本課題所采用技術(shù)或者方法的特點(diǎn)與創(chuàng)新。指導(dǎo)教師意見(jiàn)指導(dǎo)教師簽名： 年 月 日教研室意見(jiàn)主任簽名： 年 月 日院系意見(jiàn)分管領(lǐng)導(dǎo)簽名： 年 月 日開(kāi)題報(bào)告范例 南京工程學(xué)院 自動(dòng)化學(xué)院 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開(kāi)題報(bào)告題 目:基于電力線傳輸?shù)木W(wǎng)絡(luò)型溫濕度監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)監(jiān)測(cè)單元設(shè)計(jì)專 業(yè): 測(cè)控技術(shù)與儀器 班 級(jí): 測(cè)控071 學(xué) 號(hào)： 學(xué)生姓名: 劉海鵬 指導(dǎo)教師: 溫秀蘭 教 授 邵祥兵 實(shí)驗(yàn)師 2010年11月25日說(shuō) 明1根據(jù)南京工程學(xué)院畢

19、業(yè)設(shè)計(jì)(論文)工作管理規(guī)定，學(xué)生必須撰寫畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開(kāi)題報(bào)告，由指導(dǎo)教師簽署意見(jiàn)、教研室審查，系教學(xué)主任批準(zhǔn)后實(shí)施。2開(kāi)題報(bào)告是畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）答辯委員會(huì)對(duì)學(xué)生答辯資格審查的依據(jù)材料之一。學(xué)生應(yīng)當(dāng)在畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）工作前期內(nèi)完成，開(kāi)題報(bào)告不合格者不得參加答辯。3畢業(yè)設(shè)計(jì)開(kāi)題報(bào)告各項(xiàng)內(nèi)容要實(shí)事求是，逐條認(rèn)真填寫。其中的文字表達(dá)要明確、嚴(yán)謹(jǐn)，語(yǔ)言通順，外來(lái)語(yǔ)要同時(shí)用原文和中文表達(dá)。第一次出現(xiàn)縮寫詞，須注出全稱。4本報(bào)告中，由學(xué)生本人撰寫的對(duì)課題和研究工作的分析及描述，應(yīng)不少于2000字，沒(méi)有經(jīng)過(guò)整理歸納，缺乏個(gè)人見(jiàn)解僅僅從網(wǎng)上下載材料拼湊而成的開(kāi)題報(bào)告按不合格論。5開(kāi)題報(bào)告檢查原則上在第24周

20、完成，各系完成畢業(yè)設(shè)計(jì)開(kāi)題檢查后，應(yīng)寫一份開(kāi)題情況總結(jié)報(bào)告。本科畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)開(kāi)題報(bào)告學(xué)生姓名劉海鵬學(xué) 號(hào)專 業(yè)測(cè)控技術(shù)與儀器指導(dǎo)教師溫秀蘭邵祥兵職 稱教 授實(shí)驗(yàn)師所在院系自動(dòng)化學(xué)院課題來(lái)源 企事業(yè)單位課題性質(zhì)工程設(shè)計(jì)課題名稱基于電力線傳輸?shù)木W(wǎng)絡(luò)型溫濕度監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)監(jiān)測(cè)單元設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)的內(nèi)容和意義課題背景：本畢業(yè)設(shè)計(jì)是基于工業(yè)生產(chǎn)車間對(duì)空間溫度、濕度的要求，要求能夠自動(dòng)監(jiān)測(cè)空間的溫度、濕度狀況，并將監(jiān)測(cè)到的數(shù)據(jù)發(fā)送到中央單元。課題內(nèi)容：要求監(jiān)測(cè)單元能夠?qū)Νh(huán)境的溫度、濕度狀況進(jìn)行監(jiān)測(cè)并把數(shù)據(jù)通過(guò)電力線載波的方式傳送到集成單元中，經(jīng)過(guò)集成單元處理后再通過(guò)串口發(fā)送到中央單元，以圖形、報(bào)表等方式顯示

21、出來(lái)。設(shè)計(jì)中選擇溫濕度傳感器STH10，其具體參數(shù)如下：1.相對(duì)濕度傳感器（RH） 范圍: 0 to 100 RH 精度: 4.5 RH（20到80RH） 響應(yīng)時(shí)間: 8 秒（MIN） 復(fù)現(xiàn)性: 0.1 RH 分辨率: 0.03 RH 工作溫度: -40 到 +120 2.溫度傳感器（T） 范圍: -40 到 +123 精度: 0.5 在 25時(shí)；0.9（0 到 40） 響應(yīng)時(shí)間: 5 秒（MIN） 重復(fù)性: 0.1 畢業(yè)設(shè)計(jì)內(nèi)容：一、 總體方案設(shè)計(jì)二、 硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)1 STH10測(cè)量環(huán)境溫度濕度的設(shè)計(jì)2 AT45DB041B存儲(chǔ)電路的設(shè)計(jì)3 電力線通信電路設(shè)計(jì)4 時(shí)鐘芯片與單片機(jī)接口電路的設(shè)

22、計(jì)5 液晶顯示驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)6 電源模塊電路的設(shè)計(jì)三、軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)1. 主程序和中斷程序的設(shè)計(jì)2. 液晶驅(qū)動(dòng)程序的設(shè)計(jì)3. 數(shù)字時(shí)鐘DS1302讀、寫程序設(shè)計(jì)4. 溫度濕度傳感器驅(qū)動(dòng)程序的設(shè)計(jì)5. AT45DB041B數(shù)據(jù)存取程序的設(shè)計(jì)課題的意義：通過(guò)采用溫濕度傳感器STH10和電力線通信技術(shù)，設(shè)計(jì)系統(tǒng)具有監(jiān)測(cè)一定區(qū)域空間的環(huán)境溫濕度，將此溫濕度數(shù)據(jù)傳送至中央單元，然后以圖形、報(bào)表等形式顯示出來(lái)，實(shí)現(xiàn)環(huán)境溫濕度的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)功能。本設(shè)計(jì)具有很大的實(shí)用價(jià)值。文獻(xiàn)綜述溫濕度對(duì)工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)有著較大的影響，正確獲得環(huán)境溫濕度數(shù)據(jù)對(duì)生產(chǎn)效率的提高具有重要作用。基于單片機(jī)的溫、濕度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是以單片機(jī)為核心對(duì)采集

23、到的溫、濕度數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，并顯示、存儲(chǔ)。AT89S51是一個(gè)低功耗，高性能CMOS 8位單片機(jī)，片內(nèi)含4k Bytes ISP(In-system programmable)的可反復(fù)擦寫1000次的Flash只讀程序存儲(chǔ)器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)制造。兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令系統(tǒng)及80C51引腳結(jié)構(gòu)。AT89S51具有如下特點(diǎn)：40個(gè)引腳，4k Bytes Flash片內(nèi)程序存儲(chǔ)器，128 bytes的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM），32個(gè)外部雙向輸入/輸出（I/O）口，5個(gè)中斷優(yōu)先級(jí)2層中斷嵌套中斷，2個(gè)16位可編程定時(shí)計(jì)數(shù)器,2個(gè)全雙工串行通信口，看門狗（WDT）電

24、路，片內(nèi)時(shí)鐘振蕩器。1智能儀器的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)簡(jiǎn)稱DAS(Data Acquisition System),是指將溫度、壓力、流量、位移等模擬量進(jìn)行采集、量化轉(zhuǎn)換成數(shù)字量后，以便由計(jì)算機(jī)進(jìn)行存儲(chǔ)、處理、顯示或打印的裝置。除數(shù)字傳感器外，大多數(shù)傳感器都是將模擬非電量轉(zhuǎn)換為模擬電量，而且這些迷你電量通常不宜直接用數(shù)據(jù)采集電路進(jìn)行數(shù)字轉(zhuǎn)換，還需進(jìn)行適當(dāng)?shù)男盘?hào)調(diào)理。一般來(lái)說(shuō)，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)由傳感器、模擬信號(hào)調(diào)理電路、數(shù)據(jù)采集電路三部分組成。傳感器是指設(shè)計(jì)到系統(tǒng)中的一種裝置，它把特定參數(shù)轉(zhuǎn)換為便于測(cè)試分析的形式。傳感器有兩種類型：1.無(wú)源傳感器：除被測(cè)信號(hào)外，不要求施加電源的傳感器；2.有源傳感器：除被測(cè)信

25、號(hào)外，要求施加電源的傳感器。傳感器的靈敏度對(duì)系統(tǒng)分辨率必須是適當(dāng)?shù)?，信?hào)輸出形式應(yīng)適應(yīng)測(cè)試系統(tǒng)要求，并且有足夠的頻率響應(yīng)；應(yīng)避免使用需要校準(zhǔn)（初始校準(zhǔn)或其他校準(zhǔn)）的傳感器；所有傳感器均需要采用良好的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則進(jìn)行設(shè)計(jì)，必要時(shí)采用濾波器或屏蔽，以使電磁輻射造成的干擾最少2 3。SHT10傳感器工作原理：溫度和濕度傳感器首先將溫度和濕度轉(zhuǎn)換成電壓量，經(jīng)放大器放大后，進(jìn)入A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，再經(jīng)過(guò)自動(dòng)標(biāo)定和糾錯(cuò)，然后再通過(guò)串行總線接口傳送到微控制器進(jìn)行計(jì)算和補(bǔ)償，從而得到測(cè)量結(jié)果。測(cè)量結(jié)果的精度和A/D轉(zhuǎn)換器的位數(shù)有關(guān)，而A/D傳感器的位數(shù)可以通過(guò)設(shè)置SHT10內(nèi)的狀態(tài)寄存器來(lái)改變，默認(rèn)的測(cè)量溫

26、度和相對(duì)濕度的分辨率分別為14位、12位，通過(guò)設(shè)置狀態(tài)寄存器可降至12位、8位。濕度測(cè)量范圍是0100%RH，對(duì)于12位的分辨率為，響應(yīng)時(shí)間為 4秒，復(fù)現(xiàn)性為 0.1 RH，分辨率為 0.03 RH，工作溫度為 -40到 +120 ；測(cè)溫范圍為-40+123.8，對(duì)于14位的分辨率，響應(yīng)時(shí)間為 20 秒，重復(fù)性為 0.1 ，分辨率為0.01。文獻(xiàn)綜述SHT10的測(cè)量時(shí)序由啟動(dòng)傳輸、發(fā)送命令、等待測(cè)量完成、數(shù)據(jù)讀回等時(shí)序組成。微控制器通過(guò)“啟動(dòng)傳輸”時(shí)序開(kāi)始與SHT10通信。它包括：當(dāng)SCK時(shí)鐘高電平時(shí)DATA翻轉(zhuǎn)為低電平，緊接著 SCK 變?yōu)榈碗娖?，隨后在 SCK 時(shí)鐘高電平時(shí)DATA翻轉(zhuǎn)為高

27、電平。在“啟動(dòng)傳輸”時(shí)序后，微控制器向SHT10發(fā)送命令字，等到測(cè)量結(jié)束，SHT10將DATA線拉低，并進(jìn)入空閑狀態(tài)。SCK線重啟后，傳送2字節(jié)測(cè)量數(shù)據(jù)和1字節(jié)的CRC校驗(yàn)。若微控制器與SHT10通信中斷，可用下列復(fù)位時(shí)序復(fù)位SHT10串行接口：當(dāng)DATA保持高電平時(shí)，觸發(fā)SCK時(shí)鐘9次或更多。在下一次指令前，發(fā)送一個(gè)“傳輸啟動(dòng)”時(shí)序。AT45DB041B是ATMEL公司推出的一款大容量高速串行Flash存儲(chǔ)器，存儲(chǔ)容量為4Mbit。AT45DB041B由單電源2.5V-3.6V或2.7V-3.6V供電，兼容串行外設(shè)接口（SPI），可以靈活的與各種微處理器接口連接，時(shí)鐘頻率最高達(dá)20MHz，其

28、應(yīng)用幾乎不需任何外圍器件，電路簡(jiǎn)單，更由于其封裝尺寸小、集成度高、功耗低等優(yōu)點(diǎn)，在商業(yè)和工業(yè)中得到了廣泛的應(yīng)用。AT45DB041B典型應(yīng)用在數(shù)字語(yǔ)音、圖像、程序代碼以及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)等場(chǎng)合5。隨著社會(huì)的不斷發(fā)展，越來(lái)越多的燈光控制使原有路燈系統(tǒng)的管理和維護(hù)方式等無(wú)法滿足人們對(duì)路燈系統(tǒng)照明質(zhì)量、維護(hù)水平和節(jié)約能源等方面的要求，設(shè)計(jì)一個(gè)通信可靠、易于管理和擴(kuò)展的燈光控制系統(tǒng)，對(duì)于節(jié)約國(guó)家能源、提高城市管理水平具有重要意義。目前應(yīng)用比較廣泛的燈光控制系統(tǒng)包括基于RS-232、RS-485 總線、Lonworks現(xiàn)場(chǎng)總線等，但這些系統(tǒng)都需鋪設(shè)專門的總線，成本和維護(hù)費(fèi)用較高。電力線載波通信利用電網(wǎng)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳

29、輸，無(wú)需重新布線，具有實(shí)用、方便、成本低等優(yōu)點(diǎn)。目前市場(chǎng)上的電力線載波通信芯片種類繁多，常用的有如INT51X1，PL2102，SC1128等；應(yīng)用的范圍也比較廣泛，有路燈監(jiān)控，智能家居，自動(dòng)抄表等12。BWP10A具有通信速率高，通訊可靠，抗雜波干擾能力強(qiáng)，通訊距離遠(yuǎn)等特點(diǎn)，是一款高性能電力線載波通訊產(chǎn)品。BWP10A電力載波模塊的載波速率是可配置的，目前支持 100bps、200bps、300bps、400bps、500bps、600bps 共6種波特率。線上波特率越低，則通訊越可靠，抗干擾能力越強(qiáng)，通訊距離也越遠(yuǎn)；如果線路狀況比較好，比如電力線負(fù)載比較小、干擾比較輕，或者是直流線路等，就

30、可以選擇比較高的波特率進(jìn)行通訊；當(dāng)線路負(fù)載比較重、干擾比較強(qiáng)、或者想進(jìn)行更遠(yuǎn)距離通訊時(shí)，可以選擇較低波特率進(jìn)行通訊。BWP10A數(shù)據(jù)傳輸類型有兩種：固定字節(jié)長(zhǎng)度傳輸，固定幀長(zhǎng)度傳輸。采用固定字節(jié)長(zhǎng)度傳輸時(shí)，接收模塊每次收到數(shù)據(jù)幀頭后，只接收預(yù)設(shè)長(zhǎng)度的用戶數(shù)據(jù)，然后等待下一輪數(shù)據(jù)傳輸。采用固定幀長(zhǎng)度傳輸時(shí)，接收模塊每次可以接收小于或者等于預(yù)設(shè)幀長(zhǎng)度的數(shù)據(jù)，但如果在數(shù)據(jù)接收時(shí)，數(shù)據(jù)幀尾丟失，那么接收模塊必須收滿預(yù)設(shè)最大幀長(zhǎng)度為止。BWP10A使用TTL電平的串口與用戶系統(tǒng)進(jìn)行連接，并使用交叉連接方式進(jìn)行連接，通訊采用收、發(fā)、地三線制方式。當(dāng)用戶系統(tǒng)為TTL電平串口時(shí)，可以直接與模塊進(jìn)行交叉連接通訊

31、，無(wú)須RS232電平轉(zhuǎn)換，所以用戶可以直接將單片機(jī)的串口（UART）與載波模塊連接通訊。文獻(xiàn)綜述圖5 用戶系統(tǒng)通過(guò)BWP10A進(jìn)行通信13BWP10A與主控器通過(guò)電力線相互通訊，且為透明傳輸方式，它將串口收到的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)向電力線轉(zhuǎn)發(fā)，同時(shí)將電力線上收到的數(shù)據(jù)通過(guò)串口實(shí)時(shí)發(fā)送給用戶系統(tǒng)，模塊為單工通訊方式，串口波特率及載波波特率都可調(diào)。不同系統(tǒng)通過(guò)BWP10A連接進(jìn)行通信。參考文獻(xiàn)：1 馬淑華等.單片機(jī)原理與接口技術(shù)（第2版）.北京郵電大學(xué)出版社.2007.8 2 張宏建等.自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)與裝置（第二版）.化學(xué)工業(yè)出版社.2010.9 3 程德福等.智能儀器.機(jī)械工業(yè)出版社.2006.84 Sensirion.