外文文獻(xiàn)翻譯
學(xué) 院
專業(yè)班級(jí)
學(xué)生姓名
指導(dǎo)教師
單片機(jī)溫度控制
摘要
本文所描述的是作者領(lǐng)導(dǎo)由四個(gè)三一大學(xué)高年級(jí)學(xué)生組成的團(tuán)隊(duì)進(jìn)行的一個(gè)跨學(xué)科工程項(xiàng)目的設(shè)計(jì)。該項(xiàng)目的目標(biāo)是設(shè)計(jì)一個(gè)氣室內(nèi)溫度控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)的要求是：當(dāng)實(shí)際氣室的溫度階躍響應(yīng)時(shí)，規(guī)定范圍內(nèi)的溫度進(jìn)入氣室后，穩(wěn)定時(shí)的溫度誤差和超調(diào)量必須少于一個(gè)絕對(duì)溫度。本組學(xué)生開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)是基于摩托羅拉MC68HC05系列單片機(jī)。該問(wèn)題的教學(xué)價(jià)值也通過(guò)某些步驟的關(guān)鍵描述在本文中說(shuō)明。研究結(jié)果表明，解決該方案需要具有廣泛的工程學(xué)科知識(shí)，包括相關(guān)電子、機(jī)械和控制系統(tǒng)工程的知識(shí)。
1 引言
該設(shè)計(jì)項(xiàng)目來(lái)自一個(gè)實(shí)際應(yīng)用問(wèn)題，一個(gè)關(guān)于顯微鏡載玻片干燥劑溫控器——?dú)W米茄CN-390溫度控制器，而這個(gè)設(shè)計(jì)的目標(biāo)是研發(fā)一個(gè)自定義的通用溫度控制系統(tǒng)取代歐米茄系統(tǒng)、一個(gè)以更低的成本實(shí)現(xiàn)相同功能的自定義控制器，就像歐米茄系統(tǒng)一樣，并不需要能夠全方位的處理各種問(wèn)題。
該載玻片干燥機(jī)的機(jī)械布局如圖1所示。干燥機(jī)的主體是一個(gè)足夠大的絕緣充氣室，里面依次存放著薄紙包著的石蠟。為了使石蠟保持適當(dāng)穩(wěn)定性，載玻片氣室的溫度必須維持穩(wěn)定。第二個(gè)氣筒（電子圍繞元件）設(shè)有一個(gè)電阻加熱器、一個(gè)溫度控制器以及一個(gè)安裝在干燥機(jī)上的風(fēng)扇，是為了把風(fēng)吹過(guò)加熱器，把熱量帶到載玻片氣室。
圖1-1 載玻片干燥機(jī)的機(jī)械布局
自1996-97學(xué)年來(lái)，本文作者帶領(lǐng)四位三一大學(xué)工程科學(xué)系的高年級(jí)學(xué)生開(kāi)展此項(xiàng)目的研究。本文的目的說(shuō)明了提出一些問(wèn)題并詳細(xì)闡述學(xué)生的一些解決方案，而且討論了這種類型的跨學(xué)科設(shè)計(jì)項(xiàng)目在教學(xué)方面應(yīng)用的問(wèn)題。這份學(xué)生報(bào)告曾經(jīng)在1997年全國(guó)本科畢業(yè)生研討會(huì)上提出過(guò)并討論過(guò)。第2節(jié)給出該設(shè)計(jì)的更多詳細(xì)情況，包括性能規(guī)格。第3節(jié)具體 學(xué)生的設(shè)計(jì)。第4節(jié)是論文的主體，討論該設(shè)計(jì)在教學(xué)應(yīng)用方面的實(shí)施問(wèn)題。最后，第5節(jié)全文總結(jié)。
2 問(wèn)題闡述
該項(xiàng)目基本的思想是設(shè)計(jì)一個(gè)自定義溫度控制系統(tǒng)來(lái)取代相關(guān)的歐米茄CN-390溫度控制器。溫度時(shí)通常保持在一個(gè)穩(wěn)定的常數(shù)，但重要的是階躍變化可以被“合理”的跟蹤。因此主要要求如下：
·可以對(duì)空氣室的溫度進(jìn)行設(shè)定，
·同時(shí)顯示設(shè)定值和實(shí)際溫度，
·以及在設(shè)定溫度值情況下，可接受范圍內(nèi)的跟蹤階躍變化，穩(wěn)態(tài)誤差，超調(diào)量值。
設(shè)定溫度接口
設(shè)定溫度顯示
室內(nèi)溫度顯示
范圍
精度
準(zhǔn)確度
60-99
1°C
±1°C
室內(nèi)溫度階梯響應(yīng)
范圍（穩(wěn)定狀態(tài)）
精度（穩(wěn)定狀態(tài)）
最大超調(diào)
設(shè)定時(shí)間（到±1°）
60-99
±1°C
1°C
120s
表1 精確的規(guī)格說(shuō)明
盡管表1部分說(shuō)明并不明確，但是它清楚的反映了人們對(duì)數(shù)字顯示器在設(shè)定值和實(shí)際溫度的要求和溫度應(yīng)該通過(guò)數(shù)值輸入來(lái)設(shè)定（而不是，通過(guò)電位器設(shè)置）。
3.系統(tǒng)設(shè)計(jì)
根據(jù)微控設(shè)計(jì)，數(shù)字溫度顯示和單點(diǎn)輸入的要求可能是最合適的。圖2為學(xué)生的設(shè)計(jì)框圖。
圖2-2 溫度控制器硬件結(jié)構(gòu)圖
摩托羅拉MC68HC705B16（簡(jiǎn)稱6805），是系統(tǒng)的核心。它通過(guò)一個(gè)簡(jiǎn)單的4鍵小鍵盤(pán)對(duì)溫度進(jìn)行設(shè)定，同時(shí)使用兩個(gè)顯示驅(qū)動(dòng)控制7段LED數(shù)碼管來(lái)顯示定值和氣室溫度的測(cè)量值。所有這些，輸入和輸出信號(hào)與6805的并行口相連。氣室的溫度值使用預(yù)校準(zhǔn)熱敏電阻的測(cè)量，并通過(guò)6805的數(shù)模轉(zhuǎn)換輸入。最后，6085的脈沖寬度調(diào)制（PWM）輸出用來(lái)驅(qū)動(dòng)一個(gè)繼電器，以控制線性電阻加熱器的閉合和斷開(kāi)。
圖3更詳細(xì)的顯示了6805的接口和電子器件。使用暴風(fēng)3K041103型號(hào)四鍵鍵盤(pán)，通過(guò)PA0-PA3端口進(jìn)行數(shù)據(jù)輸入。其中一個(gè)重要的功能是進(jìn)行模式切換。兩種模式：固定模式和運(yùn)行模式。在固定模式下，其他兩個(gè)鍵用于設(shè)定溫度，一個(gè)增加，一個(gè)減少，第四個(gè)按鍵暫無(wú)作用。LED顯示屏由哈里斯半導(dǎo)體ICM7212進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，通過(guò)PB0-PB6端口與芯片相連，作為輸出。熱敏電阻由電壓分頻器驅(qū)動(dòng)，通過(guò)AN0針腳（八個(gè)模擬輸入端口中的一個(gè)）相連。最后，PLMA針腳（兩個(gè)PWM輸出端口中的一個(gè)）驅(qū)動(dòng)加熱繼電器。
圖2-3 單片機(jī)原理圖
圖3單片機(jī)原理圖是關(guān)于用軟件實(shí)現(xiàn)溫度控制算法、保持溫度顯示以及改變鍵盤(pán)輸入響應(yīng)，這將不會(huì)在本文詳細(xì)討論，因?yàn)檫@并不是本文的重點(diǎn)，也沒(méi)有編譯完成。軟件部分還沒(méi)有確定控制算法，但很可能是一個(gè)簡(jiǎn)單的比例控制，比PID算法簡(jiǎn)單。一些控制設(shè)計(jì)的問(wèn)題將在第四節(jié)討論。
4 設(shè)計(jì)過(guò)程
雖然該項(xiàng)目的本質(zhì)是建立一個(gè)恒溫器，但它有許多很好的契機(jī)可以供教學(xué)借鑒。高級(jí)工程本科教育的知識(shí)只是能夠讓學(xué)生們具有解決問(wèn)題的能力。然而，很多情況下，實(shí)際情況卻和理論有些不同。不過(guò)，這些不是問(wèn)題，參與這個(gè)項(xiàng)目的設(shè)計(jì)，將獲得很多設(shè)計(jì)方面的寶貴經(jīng)驗(yàn)。本節(jié)的其余部分著眼于其他的幾個(gè)方面：4.1節(jié)討論系統(tǒng)的一些特征，簡(jiǎn)化系統(tǒng)熱性能的數(shù)學(xué)模型，以及一些簡(jiǎn)單理論的證明。4.2節(jié)介紹確定實(shí)際控制算法。4.3節(jié)指出控制設(shè)計(jì)程序的一些不足，并通過(guò)模擬環(huán)境，指出怎樣克服問(wèn)題。4.4節(jié)給出單片機(jī)的一些設(shè)計(jì)相關(guān)概述，以及出現(xiàn)問(wèn)題和值得借鑒之處。
4.1數(shù)學(xué)模型
集總元件的熱系統(tǒng)符合線性控制，適用于載玻片干燥機(jī)的問(wèn)題。圖4顯示了二階集總元件熱量模型的載玻片干燥機(jī)。狀態(tài)變量是溫度，Ta是箱內(nèi)空氣的溫度，Tb是箱子本身的溫度。該系統(tǒng)輸入功率等于q(t)的熱量和環(huán)境溫度T的和。ma，mb分別對(duì)應(yīng)空氣和箱子的質(zhì)量。
Ca和Cb則分別是其對(duì)應(yīng)熱量。m1和m2分別是空氣與箱子間以及箱子與外界間的傳熱系數(shù)。
圖4-1 集總元件熱模型
由圖4可以推出（線性）狀態(tài)方程
拉普拉斯變換(1)和(2)等式，并整理Ta(s)。有趣的是，可以推出一個(gè)開(kāi)環(huán)的熱系統(tǒng)方程。
其中K是一個(gè)常數(shù)，D(s)是一個(gè)二階的多項(xiàng)式。K,tz,以及系數(shù)D(s)和在(1)和(2)等式中出現(xiàn)的系數(shù)功能相近。當(dāng)然，在(1)和(2)等式中各種參數(shù)在未知的情況下，不難證明D(s)與其他參數(shù)的值無(wú)關(guān)，具有兩個(gè)零點(diǎn)。因此傳遞函數(shù)可以寫(xiě)成（我們假設(shè)環(huán)境溫度為常數(shù)）
此外,可以推出1/tp1<1/tz<1/tp2,即，零點(diǎn)在兩極之間。開(kāi)環(huán)零極點(diǎn)如圖5所示。
圖4-2 Gaq(s)的零極點(diǎn)
為了獲取完整的熱模型，從(3)式中除去常數(shù)K和3個(gè)未知的時(shí)間常數(shù)。四個(gè)未知參數(shù)并不少，但由簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)表明，1/tp1<<1/tz，1/tp2統(tǒng)基本上是一階函數(shù)，且tz,tp2近似為0。因此，開(kāi)環(huán)系可以寫(xiě)成：
(下標(biāo)p1已經(jīng)被去掉了)
過(guò)初始溫度和熱量值大范圍內(nèi)的設(shè)置，簡(jiǎn)單的開(kāi)環(huán)階躍響應(yīng)實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，K≈0.14o/W，τ≈295S。
4.2 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)
使用(4)式的一階開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)Gaq(s)，并且假定加熱器的輸出函數(shù)q(t)為線性，圖6是系統(tǒng)框圖代表閉環(huán)系統(tǒng)。Td(s)是設(shè)定溫度的函數(shù)，C(s)是傳遞函數(shù)，Q(s)是熱量輸出，單位是瓦特。
圖6簡(jiǎn)化的閉環(huán)系統(tǒng)框圖鑒于這種簡(jiǎn)單情況，前面所指的線性控制設(shè)置，例如，根軌跡法設(shè)計(jì)法可以使C(s)中符合要求的階躍響應(yīng)對(duì)應(yīng)的上升時(shí)間、穩(wěn)態(tài)誤差和超調(diào)量符合表格1所示。當(dāng)然，一個(gè)有足夠增益的比例控制器就可以滿足各種要求。超調(diào)量改變是不可能既增加增益又減少穩(wěn)態(tài)誤差和上升時(shí)間的。不幸的是，如果要獲得足夠增益，需要生產(chǎn)超過(guò)實(shí)際生產(chǎn)能力的大容量加熱器。這是本系統(tǒng)的實(shí)際問(wèn)題，將會(huì)致使上升時(shí)間不符合要求。這要求學(xué)生們?nèi)绾卫眠@個(gè)經(jīng)過(guò)仔細(xì)計(jì)算的簡(jiǎn)化模型，在整體性能上達(dá)到最佳控制。
4.3 模型仿真
該設(shè)計(jì)的大部分性能和限制功能，應(yīng)該可以使用圖6簡(jiǎn)化模型來(lái)完成。但有一個(gè)數(shù)據(jù)對(duì)閉環(huán)系統(tǒng)其他方面的影響并非能夠如此簡(jiǎn)單的仿真。其中最主要的是：
·量化誤差的模擬和數(shù)模轉(zhuǎn)換，
·測(cè)量溫度和使用PWM控制加熱器。
這兩種都是非線性的、時(shí)變的。所以唯一切實(shí)可行的方法就是通過(guò)仿真（或?qū)嶒?yàn)）加以研究。
圖7Simulink仿真閉環(huán)系統(tǒng)框圖顯示了Simulink情況下的閉環(huán)系統(tǒng)框圖，其中包括A/D轉(zhuǎn)換和使用標(biāo)準(zhǔn)Simulink量化飽和塊建立的飽和量化模型。建立PWM調(diào)制模型比較復(fù)雜，需要一個(gè)自定義的S函數(shù)來(lái)表示。
圖4-3 仿真閉環(huán)系統(tǒng)框圖
這種仿真模型已經(jīng)被證明在衡量不同的PWM基本參數(shù)對(duì)設(shè)計(jì)的影響以及適當(dāng)參數(shù)的選擇中特別有用。（即時(shí)間越長(zhǎng)，PWM調(diào)制會(huì)產(chǎn)生更多溫度誤差。另一方面，時(shí)間越長(zhǎng)，繼電器抖動(dòng)機(jī)率越小。）PWM調(diào)制方法往往很難讓學(xué)生掌握，并且仿真模型允許研究測(cè)試運(yùn)行和明顯的影響。
4.4單片機(jī)
簡(jiǎn)單的閉環(huán)控制、鍵盤(pán)輸入和顯示控制是經(jīng)典單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)，這個(gè)設(shè)計(jì)項(xiàng)目包含上述三個(gè)方面。因此這是一個(gè)優(yōu)秀的全面的單片機(jī)應(yīng)用練習(xí)。
此外，由于該項(xiàng)目是來(lái)源于現(xiàn)實(shí)，它不會(huì)是一個(gè)簡(jiǎn)單的輸入輸出設(shè)計(jì)就能完成的。相反，這個(gè)項(xiàng)目需要制定一個(gè)完整的嵌入式應(yīng)用。這需要從大量的單片機(jī)型號(hào)中選取適當(dāng)?shù)男酒W(xué)著使用一個(gè)相當(dāng)復(fù)雜的開(kāi)發(fā)環(huán)境。最后，必須設(shè)計(jì)和選取印刷電路板和單片機(jī)，以及外接元件。
單片機(jī)選擇
從現(xiàn)有的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)來(lái)看，經(jīng)常選用摩托羅拉公司的單片機(jī)。不過(guò)，芯片的選擇不應(yīng)該局限于此。研究表明，系統(tǒng)要求符合工作需求的單片機(jī)。這對(duì)學(xué)生很困難，因?yàn)樗麄內(nèi)狈α己玫慕?jīng)驗(yàn)與判斷能力，只能通過(guò)制造商的產(chǎn)品選擇指南決定單片機(jī)的選擇。部分問(wèn)題是各種外圍設(shè)備（例如，應(yīng)該使用哪種顯示驅(qū)動(dòng)程序？）連接方法的選擇。摩托羅拉的相關(guān)應(yīng)用研究[2,3,4]中的證明是非常有用的，基本闡述了可實(shí)用性的連接方法以及單片機(jī)和外圍連接的組合方式。在最終要求的基礎(chǔ)上，選擇MC68HC705B16，其現(xiàn)有A/D輸入和PWM輸出以及24個(gè)數(shù)字I/O線。這樣選擇是有必要的，因?yàn)榇隧?xiàng)目需要一個(gè)A/D通道、一個(gè)PWM通道和11個(gè)I/O引腳（見(jiàn)圖3）。該決定為了安全方面，因?yàn)檫x擇一個(gè)完整的開(kāi)發(fā)系統(tǒng)是有必要的，該項(xiàng)目預(yù)算中沒(méi)有足夠的資金再次購(gòu)買元件。
單片機(jī)應(yīng)用開(kāi)發(fā)
外圍設(shè)備的電路硬件、軟件的開(kāi)發(fā)、最終調(diào)試、單片機(jī)的自定的印刷電路板和外設(shè)都需要某種形式的發(fā)展環(huán)境。
如同單片機(jī)本身，一個(gè)開(kāi)發(fā)環(huán)境的選擇是令人困惑并需要一些教師的專業(yè)知識(shí)。摩托羅拉三級(jí)發(fā)展環(huán)境，包括從簡(jiǎn)單的評(píng)估板（在約100美元）到全面的實(shí)時(shí)在線仿真器（在大約7500元）。中間選項(xiàng)被選為本項(xiàng)目的MMEVS，其中包括：
·平臺(tái)板（支持所有6805-family部分），
· 模擬器模塊（具體到B系列部分），和
· 電纜頭和目標(biāo)適配器（簡(jiǎn)明包裝）。
總體而言，該系統(tǒng)的成本為900美元，并且在一定局限下，提供了在線仿真能力。它還配備了簡(jiǎn)單但足夠的軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境RAPID[5]。
學(xué)生發(fā)現(xiàn)學(xué)習(xí)使用這類系統(tǒng)的挑戰(zhàn)。但他們?cè)诂F(xiàn)實(shí)世界的微控制器應(yīng)用獲得的經(jīng)驗(yàn)大大超過(guò)了第一使用典型的簡(jiǎn)單評(píng)估板的經(jīng)驗(yàn)。
印刷電路板
一個(gè)簡(jiǎn)單的（雖然布局絕對(duì)不平凡）印刷電路板是這個(gè)工程提供的另一個(gè)現(xiàn)實(shí)學(xué)習(xí)的機(jī)會(huì)。圖8顯示最后的板布局與包輪廓（50%實(shí)際大小）。相對(duì)簡(jiǎn)單的電路使手工安置和路由實(shí)踐方面更實(shí)際，它有可能提供更好的結(jié)果比一個(gè)這樣的應(yīng)用程的自動(dòng)性。學(xué)生因此接觸到基本印刷電路布局問(wèn)題和基本的設(shè)計(jì)規(guī)則。本排版軟件使用的是非常漂亮的包裝印刷電路板，板制作是在內(nèi)部電子技術(shù)員的幫助下完成的。
圖4-4 單片機(jī)印刷版布局
5 結(jié)論
本文的目的是描述一個(gè)跨學(xué)科的本科工程設(shè)計(jì)項(xiàng)目：一個(gè)基于單片機(jī)的溫度控制系統(tǒng)，包括設(shè)定點(diǎn)輸入數(shù)字與設(shè)定值/實(shí)際溫度顯示。本文已描述了這樣系統(tǒng)的一個(gè)設(shè)計(jì)，并且討論了許多來(lái)自工程的問(wèn)題。這些問(wèn)題的解決通常需要入門課程要求的知識(shí)，尤其是在老師的建議和監(jiān)督下，實(shí)際上可以促進(jìn)大學(xué)生發(fā)展。
從教學(xué)方法觀點(diǎn)看，問(wèn)題的理想特征包括微控制器和外圍設(shè)備的簡(jiǎn)單使用，有效地運(yùn)用導(dǎo)論水平的物理系統(tǒng)建模和設(shè)計(jì)閉環(huán)控制。并需要相對(duì)簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)和模擬（詳細(xì)的性能
預(yù)測(cè)）。并可取的是一些技術(shù)相關(guān)方面的問(wèn)題，包括熱敏電阻和溫度傳感器（分別需要知識(shí)脈寬調(diào)制和校準(zhǔn)技術(shù)）的實(shí)際使用、單片機(jī)選擇和開(kāi)發(fā)系統(tǒng)的使用以及并印制電路設(shè)計(jì)。
9
齊齊哈爾大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）
任務(wù)書(shū)及開(kāi)題報(bào)告
題 目 基于單片機(jī)控制的自動(dòng)晾衣架設(shè)計(jì)
學(xué) 院 機(jī)電工程學(xué)院
專業(yè)班級(jí) 機(jī)電122
學(xué)生姓名 段繼童
指導(dǎo)教師 夏萍
填 表 說(shuō) 明
1．任務(wù)書(shū)中內(nèi)容由指導(dǎo)教師本人填寫(xiě)，并經(jīng)專業(yè)審定后，下發(fā)給學(xué)生。
2．開(kāi)題報(bào)告中內(nèi)容由學(xué)生根據(jù)任務(wù)書(shū)要求，經(jīng)查閱資料、調(diào)研后填寫(xiě)。
3．開(kāi)題報(bào)告一般在開(kāi)始畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）工作的第1-2周內(nèi)完成，由各專業(yè)或教研室組織安排開(kāi)題。
4．開(kāi)題報(bào)告應(yīng)包括以下幾個(gè)方面的內(nèi)容：
（1）課題的來(lái)源及選題的依據(jù)、意義，課題在理論或?qū)嶋H應(yīng)用方面的價(jià)值以及可能達(dá)到的水平。
（2）課題在國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀和水平。
（3）課題研究的內(nèi)容及擬采用的技術(shù)路線或研究方法（包括設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)、加工測(cè)試條件等）。
（4）研究中的主要難點(diǎn)以及解決問(wèn)題的方法。
（5）設(shè)計(jì)（論文）的工作進(jìn)度計(jì)劃（以周為單位）。
（6）主要參考文獻(xiàn)。
5．填寫(xiě)不下可另加附頁(yè)。
6．本材料裝訂順序?yàn)椋喝蝿?wù)書(shū)、開(kāi)題報(bào)告
畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書(shū)
題 目
基于單片機(jī)控制的自動(dòng)晾衣架設(shè)計(jì)
題目類型
t 設(shè)計(jì) □ 論文 □ 其他
學(xué)生姓名
段繼童
學(xué) 號(hào)
2012113007
學(xué) 院
機(jī)電工程學(xué)院
專業(yè)班級(jí)
機(jī)電122
指導(dǎo)教師
夏萍
職 稱
副教授
系 主 任
蔡有杰
主管院長(zhǎng)
巨勇智
任務(wù)下達(dá)日期
2016年12月20日
任務(wù)完成日期
2016年6月25日
任務(wù)要求（課題目標(biāo)、主要內(nèi)容、技術(shù)參數(shù)、基本要求等）
一、課題目標(biāo)：
1.晾衣桿可以在天黑或陰雨時(shí)自動(dòng)收衣，天晴或天亮后自動(dòng)晾衣，也可經(jīng)獨(dú)立開(kāi)關(guān)人工操作。?
2.利用光傳感器，濕度傳感器等元件，將天氣變化的參數(shù)模數(shù)轉(zhuǎn)化輸入單片機(jī)，經(jīng)既定程序分析處理后，輸出通斷信號(hào)控制電動(dòng)機(jī)的工作，正轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)，驅(qū)動(dòng)外部機(jī)械裝置，實(shí)現(xiàn)收衣晾衣的操作。也可通過(guò)按鍵啟動(dòng)電路，獨(dú)立控制收晾衣。
二、技術(shù)參數(shù)：
1、晾衣桿伸縮速度0.2m/s-0.4m；
2、掛衣桿可承受的最大重量20kg-30kg；
3、晾衣架高度1.2m-2.2m；
4、晾衣架寬度1.0m-2.0m；
5、晾衣桿完全收縮伸張所用時(shí)間8s-20s ；
6、傳感器檢測(cè)范圍：150 Lux-1000 Lux；
三、主要內(nèi)容：
（1）了解智能晾衣架的整體結(jié)構(gòu)和工作原理；
（2）晾衣架控制系統(tǒng)各個(gè)模塊的選用和電路設(shè)計(jì)；
（3）了解單片機(jī)結(jié)構(gòu)及工作原理；
（4）了解單片機(jī)的型號(hào)和各型號(hào)之間的區(qū)別；
（5）了解控制系統(tǒng)和機(jī)械結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系；
四、基本要求：
1、要求學(xué)生根據(jù)畢業(yè)設(shè)計(jì)題目單獨(dú)查找文獻(xiàn)及相關(guān)資料。
2、能熟練應(yīng)用AUTOCAD、Solidworks等軟件，繪制電路圖和機(jī)械裝配圖。
3、對(duì)外文資料應(yīng)能進(jìn)行獨(dú)立翻譯。
4、對(duì)設(shè)計(jì)內(nèi)容能根據(jù)四年中所學(xué)的知識(shí)進(jìn)行合理分析解釋。
5、設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)按《齊齊哈爾大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）工作手冊(cè)》要求格式寫(xiě)。
6、按《齊齊哈爾大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）工作手冊(cè)》要求格式書(shū)寫(xiě)手寫(xiě)說(shuō)明書(shū)草稿，手寫(xiě)版外文翻譯草稿各一份。說(shuō)明書(shū)成稿和譯文成稿按畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)打印要求打印。
注：任務(wù)書(shū)必須由指導(dǎo)教師本人填寫(xiě)
畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開(kāi)題報(bào)告
一、選題的依據(jù)、意義和理論或?qū)嶋H應(yīng)用方面的價(jià)值
在這個(gè)快節(jié)奏的E時(shí)代，人們的時(shí)間觀念逐漸加強(qiáng)，日程安排密集，一些生活瑣事不應(yīng)該再占據(jù)過(guò)多的時(shí)間和精力。為此，可節(jié)省時(shí)間的，為人們起居帶來(lái)諸多方便的創(chuàng)新型家居產(chǎn)品，必定會(huì)受廣大群眾的歡迎。在這個(gè)很寬泛的新興行業(yè)，我們選擇了本科現(xiàn)階段可操作的自動(dòng)陽(yáng)臺(tái)晾衣架的研發(fā)。該裝置可以在晴雨天自動(dòng)收晾衣物，也可進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，相比傳統(tǒng)的晾衣方式，有諸多優(yōu)點(diǎn)。與其他智能家居產(chǎn)品配套使用，更可體現(xiàn)當(dāng)今生活的快捷方便，使得社會(huì)各成員都能切實(shí)感受到科技帶來(lái)的生活新體驗(yàn)。
基于現(xiàn)在晾衣架的發(fā)展現(xiàn)狀，本設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)了一種能幫助人們擺脫原始操作的智能晾衣架。本實(shí)用新型晾衣架主要特點(diǎn)在于：可以伸縮，操作簡(jiǎn)單，占地面積小，美觀實(shí)用。同類產(chǎn)品有可收縮式的，但屬于組裝而成，操作比較麻煩，而本晾衣架是通過(guò)溫濕度傳感器和光敏傳感器感應(yīng)外界天氣中的雨水、溫度和光照情況，運(yùn)用傳感器、單片機(jī)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)來(lái)控制晾衣架的伸張和收縮，從而達(dá)到智能晾曬衣物的目的。
二、本課題在國(guó)內(nèi)外的研究現(xiàn)狀
晾衣架不僅僅是一個(gè)裝飾品，更是一個(gè)功能性的產(chǎn)品。晾衣架目前晾衣架的“功能”已 經(jīng)普遍得到消費(fèi)者的認(rèn)可，已經(jīng)形成一個(gè)“行業(yè)”。經(jīng)歷了數(shù)年的磨合，行業(yè)質(zhì)量逐漸趨向穩(wěn)定。
國(guó)內(nèi)現(xiàn)在也有生產(chǎn)智能晾衣架的廠家，但是他們所生產(chǎn)的智能晾衣架都是安裝在陽(yáng)臺(tái)內(nèi)部，通過(guò)電路的控制使晾衣架根據(jù)不同的情況垂直升降，以達(dá)到智能晾曬衣物的功能。而本設(shè)計(jì)是通過(guò)溫濕度傳感器和光敏傳感器感應(yīng)外界天氣中的雨水、溫度和光照情況，運(yùn)用傳感器、單片機(jī)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)來(lái)控制晾衣架的伸張和收縮，從而達(dá)到智能晾曬衣物的目的。在國(guó)內(nèi)，“晾衣架”還可按產(chǎn)品種類可分為兩種，一種是“升降晾衣架”，或所謂的“電動(dòng)晾衣架”，分手動(dòng)、電動(dòng)兩種，手動(dòng)(手搖)較為普及，電動(dòng)(智能)是發(fā)展趨勢(shì);另一種是“落地晾衣架”，主要有翼型、X型、單桿、雙桿等種類，此類產(chǎn)品比較簡(jiǎn)單，由不銹鋼管材或者噴涂管以及塑料連接件構(gòu)成，拆卸方便，不用專人安裝，深受寓居人群的喜愛(ài)。
三、課題研究的內(nèi)容及擬采取的方法
課題研究的主要內(nèi)容：
（1）根據(jù)實(shí)際條件確定單片機(jī)的型號(hào)，熟悉此類單片機(jī)的優(yōu)點(diǎn)。
（2）熟悉掌握單片機(jī)的工作原理。
（3）熟悉電路設(shè)計(jì)軟件Altium designer等，能夠設(shè)計(jì)電路，并且電路通過(guò)調(diào)試可以完成基本的控制功能。
（4）選取電動(dòng)機(jī)、齒輪及合適的連桿材料。
（5）對(duì)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行驗(yàn)證，設(shè)計(jì)計(jì)算齒輪相關(guān)數(shù)據(jù)并校核。
擬采取方法：
本課題主要研究智能晾衣裝置中單片機(jī)對(duì)于晾衣桿自動(dòng)控制。
（1）首先弄清智能晾衣架裝置的工作要求，然后確定連桿的材質(zhì)、大小，從而確定連桿上所固定的齒輪軸芯的大小以及其他齒輪基本參數(shù)。
（2）根據(jù)連桿上齒輪的參數(shù)確定與之嚙合的齒輪的大小并確定軸心，從而確定電動(dòng)機(jī)所控制的輸出軸大小。
（3）確定電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速、輸出的轉(zhuǎn)速以及輸入電壓，用以確定電動(dòng)機(jī)類型與型號(hào)，并以此確定電源的輸出電量大小，設(shè)計(jì)控制電路圖。
（4）確定單片機(jī)的型號(hào)，編寫(xiě)控制程序。
（5）對(duì)所設(shè)計(jì)的程序、結(jié)構(gòu)進(jìn)行程序仿真和調(diào)試。在調(diào)試與仿真過(guò)程當(dāng)中發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，提出解決方案，解決所發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題，完成設(shè)計(jì)目標(biāo)。
四、課題研究中的主要難點(diǎn)以及解決的方法
主要難點(diǎn)：
(1) 單片機(jī)控制程序的編寫(xiě)；
(2) 自動(dòng)控制模塊與機(jī)械構(gòu)件之間的協(xié)調(diào)；
(3) 晾衣桿收縮（伸展）速度的控制。
解決方法：
(1) 多學(xué)習(xí)和熟練程序的編寫(xiě)，注意程序的調(diào)試和驗(yàn)證；
(2) 自動(dòng)控制模塊正常運(yùn)行，調(diào)節(jié)機(jī)械構(gòu)件與控制系統(tǒng)的協(xié)調(diào)度；
(3) 選擇合適的電動(dòng)機(jī)和齒輪，計(jì)算設(shè)計(jì)合理的傳動(dòng)比。
五、畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）工作進(jìn)度計(jì)劃
2016.3.7-2016.4.10查閱文獻(xiàn)資料，擬訂方案，驗(yàn)證并確定方案，編寫(xiě)任務(wù)書(shū)及開(kāi)題報(bào)告。
2016.4.11-2016.4.17準(zhǔn)備材料，進(jìn)行開(kāi)題答辯
2016.4. 18-2016.5.8熟悉工藝過(guò)程，擬定總體設(shè)計(jì)方案。
2016.5.9-2016.6.5 輸入輸出設(shè)備選擇，I/O點(diǎn)統(tǒng)計(jì)，PLC及模塊選擇。
2016.6.6-2016.6.12 程序設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)系統(tǒng)電路原理圖，編寫(xiě)控制程序及上位機(jī)程序，寫(xiě)畢業(yè)論文。
201.6.13-2016.6.25 完成論文主要工作總結(jié)，整理畢業(yè)設(shè)計(jì)資料，準(zhǔn)備答辯。
六、主要參考文獻(xiàn)（或資料）
[1] 盧艷軍主編.單片機(jī)基本應(yīng)用系統(tǒng)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社,2005.
[2] 單成祥.傳感器的設(shè)計(jì)基礎(chǔ)及其應(yīng)用[M] .北京:國(guó)防工業(yè)出版社, 1999: 132 -140.
[3] 侯國(guó)銳.單片機(jī)C語(yǔ)言編程與實(shí)例[M].北京:人民郵電出版社,2003,9.
[4] 薛小鈴,劉志群,賈俊榮.單片機(jī)接口模塊應(yīng)用與開(kāi)發(fā)實(shí)例詳解[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社,2010,1.
[5] 孫育才,孫華芳,王榮興.單片機(jī)原理及其應(yīng)用[M].北京：電子工業(yè)出版
社,2006.
[6] 王桂榮,李憲芝.傳感器原理及應(yīng)用[M].北京：中國(guó)電力出版社,2010.
[7] 潘清明，丁左武，蔣偉，鄭孫偉.防雨、防暴曬、夜晚能自動(dòng)收縮的智能晾衣架設(shè)計(jì)[J].機(jī)電產(chǎn)品開(kāi)發(fā)與創(chuàng)新，2007.
[8] 壽宏曉，林利棟，毛曉捷，毛曉靖.自動(dòng)伸縮式防雨晾衣架的研究[J].機(jī)械工程師，2010.
[9] 林若波，李錫豐，鄭爍.晴雨智能晾衣架的設(shè)計(jì)[J].電子技術(shù),2006.
[10] 楊友平. 基于89C51實(shí)現(xiàn)智能晾衣架控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].機(jī)械工程與自動(dòng)化，2011.
[11] Atmel Corporation.8-bit AVR Microcontroller with 16K Bytes In-System Programmable Flash Atmega16L data sheet.Atmel Corporation,2003.
[12] Spasov,Peter. Microcontroller technology[M].Prentice Hall，2004.
[13] Katsuhiko Ogata. Modern Control Engineering[M].New York：Electronics industry, 2000.
[14] Amato lvan.Formenting a revolution,in miniature[J]. Science,1998.
指導(dǎo)教師意見(jiàn)
指導(dǎo)教師______________簽字
年 月 日
專業(yè)審查意見(jiàn)
審查人______________簽字
年 月 日
9