电子与通信工程开题报告

开题报告是当课题方向确定之后，课题负责人在调查研究的基础上撰写的报请上级批准的选题计划，下面是小编搜集整理的电子与通信工程开题报告，欢迎阅读查看。

　课题名称：蜂箱内多点温度检测系统研制

1、立论依据

课题来源、选题依据和背景情况、课题研究目的、理论意义和实际应用价值。

课题来源：

本课题来源：本课题主要研究内容是基于STCAT89C52单片机和温度传感器，对蜂箱内多个温度点的测量。山西省农科院园艺所研究资助项目。

选题依据和背景情况：

温度是工业、农业生产中常见的和最基本的参数之一，在生产过程中常需对温度进行检测和监控，采用微型机进行温度检测、数字显示、信息存储、实时控制，对于提高生产效率和产品质量、节约能源等都有重要的作用。在精细化农业中要对农作物生长条件、畜牧动物习性有充分的了解。温度作为一个非常关键性的因素，要对其进行研究就必须先检测记录。

伴随工业科技、农业科技的发展，温度测量需求越来越多。消防电气的非破坏性温度检测，电力、通讯设备的过热故障预知检测，空调系统的温度检测，各类运输工具组件过热检测，保安监视系统的应用，以及农业生产中对温室大棚的温度检测、大型粮仓的温度检测等。随着科学技术的发展，许多科技成果也逐渐向农业领域渗透，使传统农业从粗放型走向精细型、走向现代化。

课题研究目的、理论意义和实际应用价值：

在蜜蜂养殖过程中，要将蜂箱控制在最佳的温度就必须通过大量温度数据进行研究。而人工的温度检测不仅费时费力，同时也会干扰到蜜蜂的正常活动，不利于获得科学的数据，本研究目的旨在实现对蜂箱内多个测温点温度的定时自动记录、存储、传输。

蜂箱内多点温度检测系统要实现多数传统温度检测系统不具有的定时温度检测记录 功能，同时检测环境也对温度检测设备提出苛刻的要求，比如蜂箱内的温度检测需要考虑到温度检测设备对蜜蜂活动的影响。这时就要采用体积小的温度传感器进行数据采集。系统采用体积仅有半个米粒大小的PN结温度传感器，将对蜜蜂活动的影响减少到最低，同时采用DS12C887作为系统时间，记录温度采集的时间，具有针对性和实用性。是对蜂箱内温度自动化检测、存储和记录的尝试。可推广到其他工业、农业生产研究过程中需要多点温度检测记录的场合，具有实用价值和借鉴意义。

2、文献综述

国内外研究现状、发展动态;所阅文献的查阅范围及手段。

现代信息技术的'三大基础是信息采集(即传感器技术)、信息传输(通信技术)和信息处理(计算机技术)。传感器属于信息技术的前沿尖端产品，尤其是温度传感器被广泛用于工农业生产、科学研究和生活等领域，数量高居各种传感器之首。温度传感器是温度检测系统中的核心部件，温度传感器的类型决定了温度检测系统的控制器的选择和外围电路的设计，温度传感器的精度直接影响到温度检测系统的精度。温度检测时系统的发展史归根到底是温度传感器的发展史。

近百年来，温度传感器的发展大致经历了以下三个阶段;(l)传统的分立式温度传感器(含敏感元件);(2)模拟集成温度传感器/控制器;(3)智能温度传感器。目前，国际上新型温度传感器正从模拟式向数字式、由集成化向智能化、网络化的方向发展。

1集成温度传感器的产品分类

1.1模拟集成温度传感器

集成传感器是采用硅半导体集成工艺而制成的，因此亦称硅传感器或单片集成温度传感器。模拟集成温度传感器是在 20世纪 80年代问世的，它是将温度传感器集成在一个芯片上、可完成温度测量及模拟信号输出功能的专用 IC。模拟集成温度传感器的主要特点是功能单一(仅测量温度)、测温误差小、价格低、响应速度快、传输距离远、体积小、微功耗等，适合远距离测温、控温，不需要进行非线性校准，外围电路简单。

1.2智能温度传感器(亦称数字温度传感器)是在 20世纪 90年代中期问世的。它是微电子技术、计算机技术和自动测试技术的结晶。目前，国际上已开发出多种智能温度传感器系列产品。智能温度传感器内部都包含温度传感器、 A/D转换器、信号处理器、存储器(或寄存器)和接口电路。有的产品还带多路选择器、中央控制器(CPU)、随机存取存储器(RAM)和只读存储器(ROM)。智能温度传感器的特点是能输出温度数据及相关的温度控制量，适配各种微控制器(MCU);并且它是在硬件的基础上通过软件来实现测试功能的，其智能化程度也取决于软件的开发水平。

2智能温度传感器发展的新趋势

进入 2l世纪后，智能温度传感器正朝着高精度、多功能、总线标准化、高可靠性及安全性、开发虚拟传感器和网络传感器、研制单片测温系统等高科技的方向迅速发展。

2.1提高测温精度和分辨力在

20世纪 90年代中期最早推出的智能温度传感器，采用的是 8位 A/D转换器，其测温精度较低，分辨力只能达到 l℃。目前，国外已相继推出多种高精度、高分辨力的智能温度传感器，所用的是 9~l2位 A/D转换器，分辨力一般可达 0.5~0.0625℃。由美国 DALLAs半导体公司新研制的 DSl624型高分辨力智能温度传感器，能输出 l3位二进制数据，其分辨力高达 0.03l25℃，测温精度为 10.2℃。为了提高多通道智能温度传感器的转换速率，也有的芯片采用高速逐次逼近式 A/D转换器。以 AD78l7型 5通道智能温度传感器为例，它对本地传感器、每一路远程传感器的转换时间分别仅为 27μs、9μs。

2.2增加测试功能新型智能温度传感器的测试功能也在不断增强。例如， Dsl629型单线智能温度传感器增加了实时日历时钟( RTC)，使其功能更加完善。 Dsl624还增加了存储功能，利用芯片内部 256字节的 E2PROM存储器，可存储用户的短信息。

另外，智能温度传感器正从单通道向多通道的方向发展，这就为研制和开发多路温度测控系统创造了良好条件。

所阅资料的查阅范围和手段：

中文资料主要查找的期刊有：《自动化技术与应用》，《电子技术应用》，《自动化仪表》，《应用技术》，《现代电子技术》，《仪器仪表》，《传感技术学报》，，《电子工程师》，《电子设计工程》等;外文资料主要查找的期刊有：《Semicoductor Photonics And Technology》，《Science In China》，《Semiconductor photonics and technology》，《Chinese Physics》，《Chinese optics letters》，《International Agrophysics》，《Sensors and Actuators. A, Physical.》等。专业方面涉及单片机应用，C语言编程，温度传感器等多门学科领域。查阅手段自查和委托相结合，主要委托山西省知识产权局信息中心和中北大学图书馆文献检索部门。

3、研究内容

1.学术构想与思路、主要研究内容及拟解决的关键技术

学术构想与思路

本课题研究是的蜂箱内的多点温度检测系统，关键在于温度的检测部分。由于蜂箱内空间所限，在不能影响蜜蜂正常活动的前提下进行测温，这就要求选择体积很小的温度传感器()。这种传感器获得的是模拟信号，需要进行A/D转化。采用ADC0809 带有8 位A/D 转换器、8 路多路开关以及微处理机兼容的控制逻辑的CMOS 组件。它是逐次逼近式A/D 转换器，可以和单片机直接接口。

蜂箱内的温度检测每隔一段时间记录一次8个测温点的温度并记录测温时间。由ADC0809产生的数字信号传送到单片机。由DS12C887 实时时钟芯片按需要的间隔产生闹钟信号，由STCAT89C52产生采样中断，将检测到的温度信息连同由DS12C887的时间信息一同送到存储器保存。每隔需要的时间重复产生采样中断，将数据、时间送到存储器。等待上位机命令将数据通过接口传送到上位机。

主要研究内容：

(1)对温度传感器所产生的模拟信号的A/D转换问题，以及对温度传感器信号放大所需要的放大电路进行研究;

(2)对时钟芯片DS12C887产生需要的闹钟信号、系统时间设定以及单片机产生需要的采样中断的研究;

(3)对如何使用存储器记录采集的数据进行研究;

(4)对单片机与上位机之间的通信进行研究;

(5)对上位机软件设计进行研究，使其具有接收采集到的数据，启动测温系统，设定系统时间等功能;

(6)设计相关的电路，绘制电路原理图和PCB图，利用Keil C编写相应的处理程序。

拟解决的关键问题：

(1)选择符合要求的温度传感器，传感器要满足测温精度高，体积足够小等特点;

(2)信号放大电路的设计，以及模拟信号到数字信号的转换过程;

(3)采集到的数据的存储与读取;

(4)单片机与上位机的通讯;

(5)软件的编制;

2.拟采取的研究方法、技术路线、实施方案及可行性分析

研究方案：控制系统由硬件电路和软件程序两部分组成，其中硬件部分有温度采集电路、定时及系统时间模块、数据存储电路、单片机与上位机通信电路、单片机电路几个部分组成。

(1)根据单片机测试系统的设计原则提出设计方案，构建子同时硬件方案和完成系统所需的器件的选择。

(2)在硬件设计的基础上，进行真题系统流程设计和功能模块的软件设计，利用C语言进行调试和仿真。

本研究采用温度传感器，微处理器选用的单片机AT89C51。放大电路采用芯片LM324，它是一个四运放集成电路，采用14脚双列直插塑料封装，它的内部包含四组形式完全相同的运算放大器。数模转换器采用芯片ADC0809，它是一个典型的8位8通道逐次逼近式A/D转换器，可实现8路模拟信号分时采集。

由ADC0809转换产生的数据传送到AT89C52单片机。由DS12C887产生定时中断，单片机采样数据并传送到E2PROM存储。通过设置时钟芯片DS12C887可以控制采样频率，可以每隔一小时、一分钟、一秒钟采集一次。由DS12C887为系统提供每次采样的时间，一同传送到E2PROM进行保存。DS12C887 中自带有锂电 池，外部掉电时，其内部时间信息还能够保 持 10 年之久。

单片机通过MAX232与上位机通信，用上位机软件发送信号，单片机将存储在E2PROM中的时间信息与温度数据传送到上位机软件。并且增加上位机调整单片机系统时间功能，当时钟芯片DS12C887时间出现错误时，通过上位机软件发送指令修改时间。

研究中控制和数据处理程序采用C语言进行编写，程序流程图如图2所示。ADC0809的START为“启动脉冲”输入线，上升沿清零，下降沿启动ADC0809工作;EOC为转换结束输出线，高电平表示ADC转换已结束，转换的数字量已锁入“三态输出锁存器”OE为输出允许线，高电平时能使DB0~DB7引脚上输出转换后的数字量;ADDA、ADDB和ADDC为地址输入线，用于选择IN0~IN7上哪一路模拟电压进行A/D转换;ALE为地址锁存允许输入线，高电平有效，当ALE为高电平时，ADDA、ADDB、ADDC三条线上的地址信号得以锁存，经译码器控制八路模拟开关通路工作。

设置时钟芯片DS12C887的闹钟寄存器，使其在IRQ引脚上产生定时中断信号。

向三个闹钟寄存器中的一个或者多个插入一个“随意”状态。如果小时字节设置成“随意”状态则每个小时产生一个闹钟信号。同样，如果小时和闹钟字节设置成“随意”状态会每分钟产生一个闹钟信号。

闹钟信号产生后，单片机进入中断服务程序，将及时的时间与温度数据送往数据存储设备E2PROM。E2PROM是I2 C总线设备，由于AT89C52不具备I2 C总线协议，要编写程序模拟I2 C 总线。I2 C总线进行数据传送时，时钟信号为高电平期间，数据线上的数据必须保持稳定，只有在时钟线上的信号为低电平期间，数据线上的高电平或低电平状态才允许变化。

当串行口接收到上位机信号后产生中断。单片机将存储在E2PROM的数据通过串行口送往上位机显示。串行口工作之前，应对其进行初始化，主要是设置产生波特率的定时器1、串行口控制和中断控制。具体步骤如下：确定T1的工作方式(编程TMOD寄存器);计算T1的初值，装载TH1、TL1;启动T1(编程TCON中的TR1位);确定串行口控制(编程SCON寄存器);串行口在中断方式工作时，要进行中断设置(编程IE、IP寄存器)。

技术路线：

(1)利用单片机开发板，通过实验了解各个模块的工作过程以及程序的编写

(2)在消化所收集到的资料基础上，对各个模块进行整合。

(3)思考如何结合实际情况完善系统使用起来更加方便，减少人工投入。

(4)把此模型最终得出的结果与跟理论值进行比较，验证其可行性和精确度。

可行性分析：

本课题目的在于建立一个多点检测温度并且记录数据传送数据的系统。这些理论和原理项目负责人以及国内外相关研究者已有一些研究成果报道，本课题所涉及的温度采集、数据存储、单片机与PC机通信已经广泛应用;本课题所涉及的温度传感器工艺成熟;本课题所涉及的信号处理系统(微机处理系统)，也在各个领域广泛应用，这些理论、原理及所涉及的的器件综合应用是解决本课题关键技术的基础所在，因此，不论从理论还是实际操作方面应该说本课题的研究是可行的。

4、研究基础

所需实验手段、研究条件和实验条件

所需实验手段：

本课题所需的基本些理论和原理，课题负责人以及国内外相关学者已有一些研究

成果，本课题所涉及的实验器件需要购置。

本课题需要做的实验有：：

(1)通过实验建立温度传感器信号和相应温度的数学关系式。

为完成本研究，所需实验仪器主要为数字温度计，课题组已购置相关仪器

可以进行相关实验。

(2)通过实验检验DS12C887产生计数脉冲与AT89C52计数产生定时中断功能

为完成本实验，所需实验仪器主要单片机开发板和时钟芯片DS12C887。课题组已购置相关器件，本实验已经完成，实验结果证明了本研究的可行性。

(3)单片机系统与PC机通信实验，PC机通过上位机软件与单片机系统通信，

单片机系统上传采集到的数据。

(4)整合系统进行验证性实验，并且尽可能的优化实验系统，使得测量过程变的

更简便，测量结果更精确。

为完成本实验，所需实验仪器主要为一套单片机开发板，还包括时钟芯片

DS12C887、温度传感器、AD0809、E2PROM、Max232，课题组可在此基础上利用实验室相关实验设备，完成本实验。

5、查阅文献资料目录清单

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6、工作计划

第一阶段：在消化和理解搜集到的资料基础上，根据电光调制器的原理和工作条件，研究电光调制器驱动源的工作原理，完成论文所需的实验驱动源电路设计等。

第二阶段：基于电光调制通信的原理及应用，设计实现音频信号电光调制光纤通信实验系统，完成论文所需的理论分析和实验数据等。

第三阶段：撰写学位论文。

20XX.10~20XX.3 给出电光调制器驱动源的电路研究设计，在核心或二级期刊上发表论文。

20XX.4~20XX.7 给出音频信号电光调制光纤通信实验系统。

20XX.8~20XX.1 完成学位论文的撰写工作。