多功能自动供电控制器的设计(检查表、开题报告、任务书和外文翻译).doc

学号业设计文档材料题 目：多功能自动供电控制系统的设计作 者 童朋届 别2016学 院物理与电子学院专 业光电子技术科学指导老师柳建国职 称副教授完成时间2016.05目 录一、湖南理工学院毕业设计任务书二、湖南理工学院毕业设计开题报告三、湖南理工学院毕业设计中期检查表四、湖南理工学院毕业设计指导教师评价表五、湖南理工学院毕业设计评阅教师评价表六、湖南理工学院毕业论文文字相似性检测报告七、湖南理工学院毕业设计答辩申请暨资格审查表八、湖南理工学院毕业设计答辩记录表九、外文文献翻译 毕 业 设 计 任 务 书题目名称：多功能自动供电控制系统的设计学生姓名： 童朋学 院：物理与电子学院专 业：光电子技术科学指导教师：柳建国 2015 年 12 月 20 日 1、 主题词、关键词光控；声控；延时；自动供电2、 毕业设计内容要求设计内容设计一套多功能自动供电控制系统，用于实现智能化科学管理供电系统，达到节能降耗的目的。设计要求（1）能实现定时供电，定时断电。（2）晚上供电，白天断电。（3）晚上有声响供电，并具有延时功能。（4）该系统分别有LED状态指示灯。（4）要求用电子线路或单片机技术来设计该系统。（5）对系统进行仿真或安装、调试，确定系统的可行性。3、 文献查阅指引1 谢自美.电子线路设计.实验.测试M.武汉:华中科技大学出版社,2000.2 余发山，王福忠.单片机原理及应用技术M. 江苏：中国矿业大学出版社，2010.3 康华光.电子技术基础模拟部分M.北京：高等教育出版社，2006.4 康华光.电子技术基础数字部分M.北京：高等教育出版社，2006.5 路勇. 电子电路实验及仿真M.北京： 清华大学出版社， 20046 杨庚辰.自动控制原理M.第三版.西安：西安电子科技大学出版社，1994.7 何希才.常用电子电路M. 北京：电子工业出版社，20068 韩兵.光电控制系统技术与应用M. 北京：电子工业出版社，2009.9 李振声.实验电子技术M. 北京：北京邮电出版社，2007.10 何希才.传感技术及应用M. 北京：北京航空航天大学出版社，2005.11 焦中平.照明灯声光控制电路及制作M. 科教文汇，2007.12 周元兴.电工与电子技术基础M. 机械工业出版社，2003.4、 毕业设计进度安排2015年12月20日 下达毕业设计任务书 2015年12月21日2016年3月2日 查阅资料，完成开题报告2016年3月3日2016年4月12日 电路设计、实物设计、论文撰写2016年4月13日2016年4月20日 毕业设计中期检查、交论文初稿2016年4月21日2016年5月9日 论文修改与完善2016年5月10日2016年5月20日 提交毕业论文和相关材料2016年5月21日2016年5月22日 毕业论文答辩教研室意见： 负责人签名： 年 月 日注：本任务书一式三份，由指导教师填写，经教研室审批后一份下达给学生，一份交指导教师，一份留系里存档。 毕 业 设 计 开 题 报 告课题名称：多功能自动供电控制系统的设计学生姓名：童朋学 院：物理与电子学院专 业：光电子技术科学指导教师：柳建国 2016 年 3 月 3 日一、 综述国内外对本课题的研究动态，说明选题的依据和意义：（一） 国内外对本课题的研究动态：我国供配电自动化的发展是电力市场和经济建设的必然结果，长期以来供配电的建设未能得到应有的重视，建设资金短缺，设备技术性能落后，事故频繁发生，严重影响了人民生活和经济建设的发展，另外电力的发展和电力市场的建立，供配电技术的薄弱环节显得越来越突出，形成电力需求与供配电设施不协调的局面。国家颁布实施电力法贯彻后，电力作为一种商品进入市场，接受用户的监督和选择，由于对电力供应中的停电影响追究电力经营者的责任。另外，高精密的技术和装备对电能质量要求，供配电的可靠性已是电力经营者必须考虑的主要问题。多功能自动供电，就是多种方法去实现系统的供电并且能够自动供电。声光控延时控制器是国家建设部，国家科技部在建筑节能产品中，定义的延时自熄开关中的一种，其在使用中的节能作用是非常明显的。以40W电灯使用普通开关傍晚点亮六小时为例，耗电应为0.6KW/H即0.36度电；如果使用声光控延时开关，按 傍晚点亮一百次，每次按30秒计算，耗电量为0.033KW/H即0.033度电；二者的耗电量相比差距为20倍之多。现在国内外主要针对声光供电自动化以数字电路或单片机来实现。使用声，光控延时电路实现LED灯的自动发亮、节能、延长灯的寿命显得特别重要，并且非常贴近我们的现实生活。声光控延时电路已经变成为我们平常生活中的不可以缺少的东西，声音控制，光线很弱时，一旦有人经过发出声音震动会自动发亮，光线强时，不会发亮，还可以定时供电。声光供电自动化一般应用在走廊，楼道，工厂，学校显示屏通告栏等这些场所，给我们的生活带来了非常大的便利，并得到了广泛的应用。（二） 依据和意义：多功能自动供电，就是多种方式能去实现系统的供电并且能够自动供电。众所 周知，电能是现代工业生产的主要能源和动力。电能即易于由其它形式的能量转换而来，又易于转换为其它形式的能量以供应用；电能的输送、分配既简单经济，又便于控制、调剂和测量，有利于实现生产过程自动化。因此，电能在现代工业生产及整个国民经济生活中应用极为广泛。在工厂里，电能虽然是工业生产的主要能源和动力，但是它在产品成本中所占的比重一般很小。例如在机械工业中，电费开支仅占产品成本的5%左右。从投资额来看，一般机械工厂在供电设备上的投资，也仅占总投资的5%左右。因此电能在工业生产中的重要性，并不在于它在产品成本中或投资总额中所占的比重多少，而在于工业生产实现电气化以后可以大大增加产量，提高产品质量，提高劳动生产率，降低生产成本，减轻工人的劳动强度，改善工人的劳动条件，有利于实现生产过程自动化。现代大型企业供配电系统的主接线及运行方式都非常复杂，各种电器设备的数量和种类繁多。系统内出现的故障和不正常状态也越来越隐蔽和复杂。运行人员根据自己的知识和经验做出判断，并采取相应措施，因此对运行人员的技术水平要求较高。如果工厂的电能供应突然中断，则对工业生产可能造成严重的后果，直接影响全厂安全生产。做好工厂供电工作对于发展工业生产，实现工业现代化具有十分重要的意义。声光控制是使用声音和光线的改变来掌控电路实现一定功能的特殊光电子学控制的一种方法。当在特殊的环境光线下使用声音震动触发拾音器来进行声音和电的转换来把控用电器的开启，然后延时一定时间后自动关闭或光控制路灯的开启。它广泛用于厂房、庭院、洗漱室、厕所、楼道、建筑走廊等场所，属于现代特别理想的环保照明供电，而且可以使灯泡使用寿命变长。伴随科学技术的快速发展，公共场所照明设备必将慢慢优化，除了如今已拥有的声光控开关之外，还存在热释远红外感应开关和微波感应开关当前，微波感应开关抗干扰的性能不怎么理想，红外感应开关虽然性能上比较好，但它的安装复杂，容易损坏，价格同样很高，所以他们比较适合在这些管理很好的场所如大饭店楼道、及居家庭走廊、宾馆应用，然而在普通的住宅楼、办公楼道等这些场所的照明设备考虑到安装方便、管理、价格等因素，由于我国国情，可以预测在相当一段时间里，声、光控供电一定是人们首选的产品，由于其节能，方便，便宜的优点，必将受到人们的喜欢和应用。二、研究的基本内容，拟解决的主要问题：（一）研究的基本内容：实现在白天不工作，晚上突发声响信号时自动开灯，并亮灯后延时一分钟后自动熄灭，同时通过键盘可设定白天控制器不工作，晚上自动工作给负载供电的功能。（二）拟解决的主要问题：1、晚上有声响供电，并具有延时功能。2、实现定时晚上供电，白天断电。三、预期成果形式及进度计划（一）预期成果形式：设计一套多功能自动供电控制系统，实现在白天不工作，晚上突发声响信号时自动开灯，并亮灯后延时一分钟后自动熄灭，同时通过键盘可设定白天控制器不工作，晚上自动工作给负载供电的功能。（二）进度安排：2015年12月20日 下达毕业设计任务书 2015年12月21日2016年3月2日 查阅资料，完成开题报告2016年3月3日2016年4月12日 电路设计、实物设计、论文撰写2016年4月13日2016年4月20日 毕业设计中期检查、交论文初稿2016年4月21日2016年5月9日 论文修改与完善2016年5月10日2016年5月20日 提交毕业论文和相关材料2016年5月21日2016年5月22日 毕业论文答辩四、主要参考文献：1 谢自美.电子线路设计.实验.测试M.武汉:华中科技大学出版社,2000.2 余发山，王福忠.单片机原理及应用技术M. 江苏：中国矿业大学出版社，2010.3 康华光.电子技术基础模拟部分M.北京：高等教育出版社，2006.4 康华光.电子技术基础数字部分M.北京：高等教育出版社，2006.5 路勇. 电子电路实验及仿真M.北京： 清华大学出版社， 20046 杨庚辰.自动控制原理M.第三版.西安：西安电子科技大学出版社，1994.7 何希才.常用电子电路M. 北京：电子工业出版社，20068 韩兵.光电控制系统技术与应用M. 北京：电子工业出版社，2009.9 李振声.实验电子技术M. 北京：北京邮电出版社，2007.10 何希才.传感技术及应用M. 北京：北京航空航天大学出版社，2005.11 焦中平.照明灯声光控制电路及制作M. 科教文汇，2007.12 周元兴.电工与电子技术基础M. 机械工业出版社，2003.五、指导教师意见： 指导老师（签名）： 年 月 日六、教研室意见： 负责人（签名）： 年 月 日湖南理工学院毕业设计中期检查表毕业设计题 目多功能自动供电控制系统的设计学生姓名童朋 学 院 物理与电子学院专 业光电子技术科学指导教师柳建国 检查日期2016.04.14指导教师检查情况记载及修改意见：自开题以来，该生根据毕业设计任务书，查阅了大量资料和文献，并按照开题报告中的研究进度在进行一系列的工作，现就目前的工作进展总结如下：一、对本课题进行的工作情况：1.学习了LM358,NE555,74H143等的基本原理；2.熟练掌握proteus等软件的使用；3.认真分析了光控电路以及声控电路的原理，并提出了设计方案；4.进行了整形电路、延时电路的设计；5.总结前面所做的各项工作并结合相关参考资料形成文稿，完成了毕业论文初稿的撰写。二、下阶段的工作安排：1. 针对论文初稿中的问题，对论文进行进一步的修改。2. 完善设计方案，对该提出方案作进一步的分析。3. 完善电路设计、仿真与调试。4. 整理和完善英文文献的翻译。5. 整理资料，为论文答辩做准备。签名： 年 月 日注：此表用于指导教师在学生毕业设计（论文）初稿完成后对学生执行任务书情况进行中期检查时用，由指导教师填写。湖南理工学院毕业设计评价表（一）毕业设计题 目多功能自动供电控制系统的设计学生姓名童朋学 院物理与电子学院专 业光电子技术科学指导教师柳建国 评 价 项 目ABCD选题质量01选题符合专业培养目标，体现综合训练基本要求02题目难易度03题目工作量04题目与生产、科研、实验室建设等实际的结合程度毕业设计质量05综合运用知识的能力（涉及学科范围，内容深广度及问题难易度）06应用文献资料的能力07实验（设计）能力08计算能力（数据运算与处理能力等）09外文应用能力10计算机应用能力11对实验结果的分析能力（或综合分析能力、技术经济分析能力）12插图（或图纸）质量13论文（或设计说明书）撰写水平14论文（或设计）的实用性与科学性15论文（或设计）规范化程度（论文（或设计）栏目齐全合理、SI制的使用等）16创见性综合评价优 良 中 及格 不及格 评语该论文设计了多功能自动供电控制器，主要以声控电路，光控电路，整形电路，延时电路以及照明供电电路等组成。实现在白天不工作，晚上突发声响时自动开灯，并亮灯后延时一分钟后自动熄灭，同时通过键盘可设定白天控制器不工作，晚上自动工作给负载供电的功能。题目难易程度适中，文章格式较规范，条理较清楚。论文选题切合实际应用，具有一定的实用价值。同意参加答辩。 签名： 年 月 日注：此表为指导教师对学生毕业设计的定稿分别进行评阅时用。湖南理工学院毕业设计评价表（二）毕业设计题 目多功能自动供电控制系统的设计学生姓名童朋学 院物理与电子学院专 业光电子科学技术评阅教师 李春来评 价 项 目ABCD选题质量01选题符合专业培养目标，体现综合训练基本要求02题目难易度03题目工作量04题目与生产、科研、实验室建设等实际的结合程度毕业设计质量05综合运用知识的能力（涉及学科范围，内容深广度及问题难易度）06应用文献资料的能力07实验（设计）能力08计算能力（数据运算与处理能力等）09外文应用能力10计算机应用能力11对实验结果的分析能力（或综合分析能力、技术经济分析能力）12插图（或图纸）质量13论文（或设计说明书）撰写水平14论文（或设计）的实用性与科学性15论文（或设计）规范化程度（论文（或设计）栏目齐全合理、SI制的使用等）16创见性综合评价优 良 中 及格 不及格 评语该论文主要设计了一款多功能自动供电控制器，实现在白天不工作，晚上突发声响信号时自动开灯，并亮灯后延时一分钟后自动熄灭，同时通过键盘可设定白天控制器不工作，晚上自动工作给负载供电的功能。题目难易程度适中，文章格式较规范，条理较清楚。论文选题切合实际应用，具有一定的实用价值。同意参加答辩。签名： 年 月 日注：此表为指导教师对学生毕业设计的定稿分别进行评阅湖南理工学院毕业设计答辩申请暨资格审查表学生姓名童朋学 院物理与电子学院专 业光电子科学技术班 级光电12-1BF班指导教师 柳建国毕业设计题 目多功能自动供电控制系统的设计内容综述（对毕业设计的具体步骤和方法、主要内容及创新之处进行综述，提出答辩申请）：设计了一套多功能自动供电控制器，由声控电路，光控电路，整形电路，延时电路以及照明供电电路等组成。实现在白天不工作，晚上突发声响信号时自动开灯，并亮灯后延时一分钟后自动熄灭，同时通过键盘可设定白天控制器不工作，晚上自动工作给负载供电的功能。 申请人：资 格 审 查 项 目是否01工作量是否达到所规定要求02文档资料是否齐全（任务书、开题报告、答辩申请、定稿论文及其相关附件资料等）03文档是否符合规范化要求04是否按时向指导教师提交全部正式材料05是否剽窃他人成果或者直接照抄他人设计（论文）06是否为已公开发表的个人论著备选是否多人设计一个系统或者合作一个课题(多人设计一个系统或者合作一个课题)内容是否雷同院毕业设计（论文）工作领导小组意见：符合答辩资格，同意答辩 不符合答辩资格，不同意答辩 （公章） 年 月 日注：此表为学生毕业设计（论文）定稿后申请答辩，及系领导小组对申请答辩学生进行资格审查时用；资格审查项目由指导教师填写。湖南理工学院毕业设计答辩记录表毕业设计题 目多功能自动供电控制系统的设计学 院物理与电子学院专 业光电子技术科学学生姓名童朋学 导教师柳建国 答辩时间 2016.5.22记 录 人 王继飞答辩地点6102答成辩员小名组单姓 名职 称姓 名职 称柳建国副教授王继飞讲师田芳讲师答辩过程记录：一、 答辩人陈述：本文主要设计了一套多功能自动供电控制器，由声控电路，光控电路，整形电路，延时电路以及照明供电电路等组成。实现在白天不工作，晚上突发声响信号时自动开灯，并亮灯后延时一分钟后自动熄灭，同时通过键盘可设定白天控制器不工作，晚上自动工作给负载供电的功能。该电路设计结构简单、节能效果显著、体积小、成本低。二、 问题记录：柳建国老师提问：该系统的多功能指那些功能？答：主要设计了以声控电路处理声音，光控电路处理光线，整形电路进行整形，延时电路进行延时以及照明电路进行照明。实现在白天不工作，晚上突发声响信号时自动开灯，并亮灯后延时一分钟后自动熄灭，同时通过键盘可设定白天控制器不工作，晚上自动工作给负载供电的功能。王继飞老师提问：简单介绍一下光控电路的原理答：光控模块电路由LM358接成电压跟随器，当白天有光线时，光感电阻R3阻值减小运算放大器的3脚电压小于2脚电压，1脚输出低电平；当晚上无光线时，光感电阻R3阻值增大运算放大器的3脚电压大于2脚电压，1脚电压输出高电平。田芳老师提问：描述此次毕业设计的不足之处？答：（1）.电路复杂，使用的电子线路以及芯片过多，如果采用单片机将变得更加简单明了；（2） .使用的芯片很难找，所以没有选择做出实物； （3）.声光控延时开关如今已经应用广泛，本次设计创见性不足。答辩小组评语：本文主要设计了一套多功能自动供电控制器，由声控电路，光控电路，整形电路，延时电路以及照明供电电路等组成。实现在白天不工作，晚上突发声响信号时自动开灯，并亮灯后延时一分钟后自动熄灭。同时通过键盘可设定白天控制器不工作，晚上自动工作给负载供电的功能。该电路设计结构简单，文章格式较规范，条理较清楚。论文选题切合实际应用。答辩时陈述较清楚，对提出的主要问题一般能回答，无原则错误。答辩评定等级：优 良 中 及格 不及格答辩小组全体成员签名：院毕业设计（论文）工作领导小组意见：综合毕业设计（论文）的质量、答辩情况及指导教师和评阅教师的意见 ，该毕业设计（论文）的最终成绩评定为优 良 中 及格 不及格负责人签名（加盖公章）： 注：此表由答辩小组组织填写。 学号理与电子学院2016届毕业设计外文文献翻译文献名称Temperature Control Using a Microcontroller单片机温度控制学生姓名： 童朋 专 业： 光电子技术科学 指导教师： 柳建国 完成时间： 2016.05 Temperature Control Using a Microcontroller:James S. McDonaldDepartment of Engineering ScienceTrinity UniversitySan Antonio, TX 78212AbstractThis paper describes an interdisciplinary design project which was done under the authors supervision by a group of four senior students in the Department of Engineering Science at Trinity University. The objective of the project was to develop a temperature control system for an air-filled chamber. The system was to allow entry of a desired chamber temperature in a prescribed range and to exhibit overshoot and steady-state temperature error of less than 1 degree Kelvin in the actual chamber temperature step response. The details of the design developed by this group of students, based on a Motorola MC68HC05 family microcontroller, are described. The pedagogical value of the problem is also discussed through a description of some of the key steps in the design process. It is shown that the solution requires broad knowledge drawn from several engineering disciplines including electrical, mechanical, and control systems engineering.1 IntroductionThe design project which is the subject of this paper originated from a real-world application. A prototype of a microscope slide dryer had been developed around an OmegaTM model CN-390 temperature controller, and the objective was to develop a custom temperature control system to replace the Omega system. The motivation was that a custom controller targeted specifically for the application should be able to achieve the same functionality at a much lower cost, as the Omega system is unnecessarily versatile and equipped to handle a wide variety of applications.The mechanical layout of the slide dryer prototype is shown in Figure 1. The main element of the dryer is a large, insulated, air-filled chamber in which microscope slides, each with a tissue sample encased in paraffin, can be set on caddies. In order that the paraffin maintain the proper consistency, the temperature in the slide chamber must be maintained at a desired (constant) temperature. A second chamber (the electronics enclosure) houses a resistive heater and the temperature controller, and a fan mounted on the end of the dryer blows air across the heater, carrying heat into the slide chamber. The purpose of this paper isto describe the problem and the students solution in some detail, and to discuss some of the pedagogical opportunities offered by an interdisciplinary design project of this type. The students own report was presented at the 1997 National Conference on Undergraduate Research. Section 2 gives a more detailed statement of the problem, including performance specifications, and Section 3 describes the students design. Section 4 makes up the bulk of the paper. Finally, Section 5 offers some conclusions.2 Problem StatementThe basic idea of the project is to replace the relevant parts of the functionality of an Omega CN-390 temperature controller using a custom-designed system. The application dictates that temperature settings are usually kept constant for long periods of time, but its nonetheless important that step changes be tracked in a “reasonable” manner. Thus the main requirements boil down toallowing a chamber temperature set-point to be entereddisplaying both set-point and actual temperaturestracking step changes in set-point temperature with acceptable rise time, steady-state error, and overshoot.Although not explicitly a part of the specifications in Table 1, it was clear that the customer desired digital displays of set-point and actual temperatures, and that set-point temperature entry should be digital as well (as opposed to, say, through a potentiometer setting).3 System DesignThe requirements for digital temperature displays and setpoint entry alone are enough to dictate that a microcontroller based design is likely the most appropriate. Figure 2 shows a block diagram of the students design. The microcontroller, a MotorolaMC68HC705B16 (6805 for short), is the heart of the system. It accepts inputs from a simple four-key keypad which allow specification of the set-point temperature, and it displays both set-point and measured chamber temperatures using two-digit seven-segment LED displays controlled by a display driver. All these inputs and outputs are accommodated by parallel ports on the 6805. Chamber temperature is sensed using a pre-calibrated thermistor and input via one of the 6805s analog-to-digital inputs. Finally, a pulse-width modulation (PWM) output on the 6805 is used to drive a relay which switches line power to the resistive heater off and on.Figure 3 shows a more detailed schematic of the electronics and their interfacing to the 6805. The keypad, a Storm 3K041103, has four keys which are interfaced to pins PA0 PA3 of Port A, configured as inputs. One key functions as a mode switch. Two modes are supported: set mode and run mode. In set mode two of the other keys are used to specify the set-point temperature: one increments it and one decrements. The fourth key is unused at present. The LED displays are driven by a Harris Semiconductor ICM7212 display driver interfaced to pins PB0PB6 of Port B, configured as outputs. The temperature-sensing thermistor drives, through a voltage divider, pin AN0 (one of eight analog inputs). Finally, pin PLMA (one of two PWM outputs) drives the heater relay.Software on the 6805 implements the temperature control algorithm, maintains the temperature displays, and alters the set-point in response to keypad inputs. Because it is not complete at this writing, software will not be discussed in detail in this paper. The control algorithm in particular has not been determined, but it is likely to be a simple proportional controller and certainly not more complex than a PID. Some control design issues will be discussed in Section 4, however.4 The Design ProcessAlthough essentially the project is just to build a thermostat, it presents many nice pedagogical opportunities. The knowledge and experience base of a senior engineering undergraduate are just enough to bring him or her to the brink of a solution to various aspects of the problem. Yet, in each case, real world considerations complicate the situation significantly.Fortunately these complications are not insurmountable, and the result is a very beneficial design experience. The remainder of this section looks at a few aspects of the problem which present the type of learning opportunity just described. Section 4.1 discusses some of the features of a simplified mathematical model of the thermal properties of the system and how it can be easily validated experimentally. Section 4.2 describes how realistic control algorithm designs can be arrived at using introductory concepts in control design. Section 4.3 points out some important deficiencies of such a simplified modeling/control design process and how they can be overcome through simulation. Finally, Section 4.4 gives an overview of some of the microcontroller-related design issues which arise and learning opportunities offered.4.1 Mathematical ModelLumped-element thermal systems are described in almost any introductory linear control systems text, and just this sort of model is applicable to the slide dryer problem. Figure 4 shows asecond-order lumped-element thermal model of the slide dryer. The state variables are the temperatures Ta of the air in the box and Tb of the box itself. The inputs to the system are the power output q(t) of the heater and the ambient temperature T. ma and mb are the masses of the air and the box, respectively, and Ca and Cb their specific heats. 1 and 2 are heat transfer coefficients from the air to the box and from the box to the external world, respectively.Its not hard to show that the (linearized) state equations corresponding to Figure 4 Taking Laplace transforms of (1) and (2) and solving for Ta(s), which is the output of interest, gives the following open-loop model of the thermal system:where K is a constant and D(s) is a second-order polynomial.K, z, and the coefficients of D(s) are functions of the various parameters appearing in (1) and (2).Of course the various parameters in (1) and (2) are completely unknown, but its not hard to show that, regardless of their values, D(s) has two real zeros. Therefore the main transfer function of interest (which is the one from Q(s), since well