太原师范学院大学生创新创业项目结题报告书.doc

大学生创新创业项目结题报告项目名称 温度传感器在环保生活中的应用项目负责人 姚 刚 所属单位 太原师范学院计算机系 指导教师 金砺 小组成员 姚刚 毛江 熊学琴 刘微 雷晓敏2013年11月3日项目名称温度传感器在环保生活中的应用申请经费0.5万元研究起止时间 2012年 3 月至2014 年 3 月申请人或申请团队姓 名年级所在院系联系电话E-mail姚刚四计算机系18734896092502787590毛江四计算机系18234105310365071281雷晓敏四计算机系18234106091331556531刘薇四计算机系187349065821390926281熊学琴四计算机系15635385687179874478导师姓 名院系联系电话E-mail金砺计算机系1393511685113935116851163.com一、项目的建设目标及主要研究内容问题的提出伴随着科技技术的飞快发展、人们的生活条件日益提高，智能化已经渗透到了生活的各个方面。人们对养生的重视程度越来越高，水作为人体的生命源泉，如果每个人能根据自己的需求喝到适温适量的水，对身体健康大有益处。因此，我们提出了智能水杯的设想。市场上的水杯正逐步向多样化和功能复合化的方向发展，其主要原因：一是现在社会进步，经济发展人们对生活的质量要求越来越高，每天的饮水量是衡量健康的重要指标；二是如果水杯上能随时显示喝水的流量、水的温度等有效信息，这种既方便又好用的生活小物品将会受到人们的青睐。尽管现在市面上有各种各样的水杯，但是我们小组设计的这种水杯具有新颖、独特和环保的特点，是健康生活的必需品。最突出的设计就是它有水温提示、喝水量等有效信息的实时显示，这样人们就不会无意中被热水烫到，而且在冬天也可以及时知道水是不是变冷了，还可以计算并显示你喝过的水量，知道自己每天的饮水量有没有达到健康的水准。这将有效地解决上班族身体水盐失衡的问题。 我们设计的这款水杯，针对了不同年龄段的人群，对于婴幼儿，奶粉对水温的要求比较高，对于老年人来讲，泡茶对温度要求也比较高，对于注重养生的白领阶层，咖啡，奶茶等时尚饮品也需要合适的温度，因此，我们的水杯上显示温度有不错的市场需求，更加方便了我们的生活。研究内容硬件设计单片机系统方案采用AT89S52单片机作为控制器，完成所有的控制功能，包括：温度传感器DS18B20的初始化和读取温度值LED模块驱动温度存储及读取PC机的串口通信 DS18B20原理DS18B20采用3脚PR-35封装或8脚SOIC封装，管脚排列。GND为地，DQ为数据输入/输出端（即单线总线），该脚为漏极开路输出，常态下呈高电平，Vcc是外部+5V电源端，不用时应接地，NC为空脚。DS18B20温度传感器的内部存储器包括一个高速暂存RAM和一个非易失性的可电擦除的E2RAM，后者存放高温度和低温度触发器TH、TL和结构寄存器。暂存存储器包含了8个连续字节，前两个字节是测得的温度信息，第一个字节的内容是温度的低8位，第二个字节是温度的高8位，第三个和第四个字节是TH、TL的易失性拷贝，第五个字节是结构寄存器的易失性拷贝，这三个字节的内容在每一次上电复位时被刷新，第六、七、八个字节用于内部计算，第九个字节是冗余检验字节。 软件设计二、方案论证基于我们对水杯的设计，我们需要使用测量水温的测量设备、温度的显示设备。 测温设备的选取方案 方案一：采用热敏电阻可满足测温要求，但热敏电阻精度低，重复性和可靠性较差，对于精度要求较高的测温不适用，而且采用热敏电阻要求复杂的电路和算法，增加了设计复杂度。方案二：采用专用的集成温度传感器（如AD590、LM35/LM45）和数字化温度传感器（DS18B20、DS1620）测温，数字化温度传感器具有接口简单、直接数字量输出、精确度高等优点。DS18B20是DALLAS公司的最新单线数字温度传感器，它是世界上第一片支持“一线总线”接口的温度传感器。一线总线独特而且经济的特点，使用户可轻松地组建传感器网络，它的测量温度范围为55125，在1085范围内，精度为0.5，现场温度直接以“一线总线”的数字方式传输，大大提高了系统的抗干扰性，适合于恶劣环境的现场温度测量，如：环境控制、设备或过程控制、测温类消费电子产品等，DS18B20支持35.5V的电压范围，使系统设计更灵活、更方便、更便宜、体积更小。DS18B20可以程序设定912位的分辨率，精度为0.5，分辨率设定及用户设定的报警温度存储在E2PROM中，掉电后依然保存。因此，本方案选用DS18B20作为温度测量传感器。单片机系统选取方案AT89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器（FPEROMFalsh Programmable and Erasable Read Only Memory）的低电压，高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机。AT89C2051是一种带2K字节闪烁可编程可擦除只读存储器的单片机。单片机的可 擦除只读存储器可以反复擦除100次。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。由于将多 功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器。显示设备的选取方案 显示设备主要有两种：液晶显示屏、LED灯。 液晶显示屏可以显示具体的水温值，但是体积偏大，不适合安装在杯子上，而且成本高，耗电量大。与液晶显示屏相比，LED灯具有体积小，成本低，可以用不同颜色来区分不同范围水温值，让用户更容易识别，因此我们选用LED灯作为温度显示设备。确定方案基于对两种主要设备的选取，我们采用了AT89C51单片机为核心处理器，通过数字温度传感器DS18B20采集到水温，然后根据水温不同范围数码管显示不同颜色。水温显示器分为：红灯，水温在50度以上；绿灯，水温在20度到50度；黄灯，20度以下。三、结果、分析与结论我们准备了3杯水，开水，温水，自来水，然后通过实验步骤，结果如下：开水：红灯亮；温水：绿灯亮；自来水：黄灯亮。分析：在允许的误差范围内，我们的设计基本达到了预想的要求，区分出了不同的水温。结论：通过单片机和温度传感器可以实现测温功能，同时用LED显示灯区分。缺点是没有集成到芯片，也没有将程序固化到集成电路板上，离设想的产品还有一段距离。四、是否取得立项时预期成果（若取得的研究成果未达到立项时的预期成果，需注明详实原因）课题研究取得立项时预期成果，项目组成员的化学理论知识和实验动手能力得到了很大提高；探索出了一种可用于水杯测温的温度传感的芯片，并优化了实验条件。撰写了一篇高质量的计算机类研究论文。五、项目的创新点创新水杯是一类新型的低碳环保的应用，在日常生活方面具有广阔的应用前景。本项研究计划目标是探寻一种新的温度传感器芯片并运用于水杯过程中，达到水温提示、喝水量等有效信息显示的实时变化过程，这样人们就不会无意中被热水烫到，而且在冬天也可以及时知道水是不是变冷了，还可以计算并显示你喝过的水量，知道自己每天的饮水量有没有达到健康的水准。这将有效地解决上族身体水盐失衡的问题。 六、项目主要成果目录（注明成果名称、主要完成人、完成日期、完成等级、颁发单位）项目成果：论文温度传感器在环保生活中的应用主要完成人：姚 刚 毛江 雷晓敏 刘薇 熊学琴 完成日期：2013年6月发表于山西煤炭管理干部学院学报2013年第3期。七、经费具体使用情况科 目经费额用 途 说 明技术资料1000（元） 购置技术资料调研费用700（元） 外出调研差旅费用单片机实验箱500（元） 实验箱元器件购置300（元） 实验仪所用器件结题费用1000（元） 相关材料、以及结题咨询版面费1000（元） 发表论文版面费文稿输入、打印500（元） 实验指导书录入、打印总计5000（元） 八、开展研究工作的成功经验及建设性意见 2012年7三月, 我们参加了我院2012年山西省高等学校大学生创新创业项目, 申请项目为温度传感器在环保生活中的应用，本项目的实验仪器是51单片机, 主要有以下几个实验步骤：水杯的制作设计；编写代码；实验实现功能。如今, 将近一年的“大学生创新创业项目”已经顺利完成。过去一年里参加创新实验的过程, 从开始的寻找课题到申请立项撰写项目申请书, 到查阅相关参考文献, 确定实验原理、实施方案并寻找创新点；从联系并购买相关实验材料及实验仪器, 到学习掌握实验仪器的使用；从合理安排实验进程到实验的实施环节以及规范记录实验数据；我们团队的每一位成员在进行这次实践活动时，都是全身心投入进去充分的扮演好自己的角色。在老师的指导下圆满完成了这个项目的实践。虽然困难重重但是我们都会尽自己最大的努力与解决，学到了很多，了解了很多，感想也是颇多的。我学到的不仅仅是实验本身所带来的动手能力以及实践能力的提高, 更多的是学到了认真仔细、坚持不懈, 善于思考总结的可贵精神, 并对“大学生创新创业项目”有了更深入的体会。团队合作意识的重要性 我们团队的成员来自不同的班级，所谓“三个臭皮匠顶个诸葛亮”，朝着共同的目标迈进。各司其职中又密切相关。我们团队间有着不用言语的默契，不以个人主观的意见为引导，共同协作。一个企业的真是运作中依靠的也是这些。而我们提前体验到了。在进行实验中，我们小组成员互相合作，分工明确，感觉到了团队精神的重要性，我们一起去老师家请教老师的过程是最愉快的经历，通过观察老师做出的成品，我们对单片机的应用产生了浓厚的兴趣，老师精湛的技术和通俗的讲解，搭配实验箱的操作，能够初步实现我们所要求的功能。树立责任心 你的专业水平可以不是最棒的，你的工作效率可以不是最高的，你的工作质量可以不是最好的但是希望你的责任心是最强的。完成工作是你的责任。这是我们团队每一位成员在心中给自己的命令。无论面对什么样的困难都要努力克服，在这个虚拟的企业里我们以完成上级的命令为天职，我们丢掉了作为学生时代的懒散和娇惯而是全身心的投入工作。其实在这个过程中我们是充实并快乐着的。我们非常荣幸自己能有这次体验的机会。证明自己能行。理论联系实际，实际汇成理论我们从已经学过模电、数电等出发结合查阅的资料，把直接的想法通过实验，把专业的知识转化成了实实在在的东西，再到项目完成之后，再把项目中所用到的仪器、设备，以及实验所得出来的数据汇总、筛选总结并发表论文，这一个从理论到实践，在从实践到理论是我们一个质的飞越。善于利用有限的资源 这次项目中我们还深切的体会到，我们手头的资源，资料总是有限，那么我必须通过这些有限的资源去获得最大限度的资料等，我们通过图书馆，书店，网络，中国知网等途径，找到了很多便于查找资料的方法，在将来也是一件受益匪浅的事情。善于思考 善于总结 善于运用 我们在刚接触这个项目的时候，以自己仅有的专业知识是无法满足或者说应对的。我们需要在课余自我的充实，毕竟书本上的知识和实际还是有差距的，但同时也离不开书本。我们遇到问题的第一反应从起初的向老师求教逐步转变成利用一切的资源自我的先思考先解决，这样形成了独立思考的好习惯。解决一个问题的同时也积累了一个经验总结下来才发现原来自己学到了那么多。活学活用才是真的学，书本上的知识是死的运用到实际是活的。我们在这种实践中觉得自己成长了很多，回到同学中觉得自己也成熟了很多。在实验过程中，我们发现了一些问题，理论知识的严重不足，还有keil软件操作的不熟悉，实战经验不够。这些都是我们需要加强的地方，同时也为我们之后的就业要求指明了方向。我们感觉到做实验需要沉下心仔细研究，我们刚开始完全摸不着头绪，操作软件失败导致我们丧失信心，不过我们在后面的过程中，逐渐学习，相互讨论，终于成功克服困难。我们在这次实验中，锻炼了自己，是一次不可多得的机会。 会做人、会处事、会学习这些如果仅仅依靠学习书本上的知识是远远不够的。新一代的大学生想与时俱进就必须学会思考、学会发现、学会创新。我们通过这次的实践深深体会到了这一点，也为我们今后能更好的融入社会打下基础也可以说是一个预热。希望学校能够多加大这种创新实验的投入和重视程度，培养学生的动手能力和创新思维能力，同时平时课程里也多贯穿一些实际应用知识和技能，帮助我们提早适应社会的需要，避免