创新基金申请书.doc

大学生创新训练计划项目申请表项目名称： 基于单片机的智能服装舒适度微型控制器的研制 申 请 人： 项目所属一级学科名称： 专 业： 学 号： 身份证号： 联系电话： 电 邮： 1.项目研究的内容、目的和意义、具体目标等 1.1 项目研究的目的和意义目前，随着嵌入式系统逐渐深入到社会生活的各个方面，处理器也逐渐从传统的8位单片机(MCS51单片机)向DSP、ARM等高级处理器转变，但作为处理器应用系统开发的一个重要系列， MCS51单片机的应用依然十分广泛，依然难以被取代。对处理器不是很熟悉，但是自学能力较强且对处理器具有浓厚学习兴趣的班大二年级本科生初学者而言，MCS51单片机依然是目前他们学习处理器较好的选择。在正常情况下，人体依靠自身调节机理就能够自身的产热、散热保持平衡，从而使得人体感到舒适。但是，当人体产热量多于散热量时，人体体温就会升高，衣内温度也随之升高，人体感觉热不舒适；反之，当散热量超过产热量时，人体体温就会降低，衣内温度也随之降低，人体感觉冷不舒适，因此无论是热不舒适，还是冷不舒适，都被称作不舒适，此时为了使得人体再次感觉到舒适，必须采取一定的自动调温措施，即当人体感觉热不舒适时，需要制冷；当当人体感觉冷不舒适时，需要加热。为维持人体热平衡、保持人体舒适感，在不同的服装环境下，研究如何让穿在人体身上的服装具有自动调温功能来达到使人体感到舒适的目标，既是服装设计需要考虑的一个重要问题，同时也是体现其智能化的一个重要方面。人体温度是反映其舒适度(CI)的重要方面，其中左/右腋窝、左/右大腿、左/右胳膊、前胸、后背这8处温度是反映其CI的重要指标。目前，有关MCS51单片机应用的研究较多地集中在电气工程与自动化领域1-9，有关人体CI的研究较多地集中在体CI评价模型研究10-15、影响因素研究16-18等方面，迄今为止，有关针对人体服装的智能化设计，通过自适应控制人体温度来实现其CI的动态调整，最终达到让人体感觉最舒适目标方面的应用研究一直被长期孤立与忽视。为此，本项目基于MCS51单片机，研制出智能服装CI微型控制器。该控制器可以实时测量人体左/右腋窝、左/右大腿、左/右胳膊、前胸、后背这8处温度，通过所测量到的温度值，实时计算当前的CI，通过与预先所整定的参考舒适度指标(RCI)相比较，实时判断是否越限，如果越限，则通过控制调节4个加热制冷片(其中2个为加热片，2个为制冷片，前胸与后背各放一个加热与制冷片，左/右大腿各放一个加热/制冷片)来调节人体温度与CI，进而达到使人体感觉到最舒适的目标。通过该控制器的研制，一方面，可以让班大二年级的本科生熟练掌握单片机的使用方法及其应用产品开发流程，为其以后学习高级处理器打下坚实的基础；另一方面，可以将工业自动化领域的测控技术应用于纺织行业中用于指导优化设计智能服装(如航空微空调服、抗荷服等)。1.2 项目研究的目标与内容开展本项目研究的目的，就是要着力解决以下这样几个科学问题：基于MCS51单片机，如何实时测量人体左/右腋窝、左/右大腿、左/右胳膊、前胸、后背这8处温度？如何利用人体左/右腋窝、左/右大腿、左/右胳膊、前胸、后背这8处温度，实时计算出当前人体的CI？如何判断CI是否发生越限？如何通过按键在线整定人体的RCI？基于MCS51单片机，当CI越限时，如何实时调节这4个加热制冷片，并进行声光报警？如何通过智能液晶终端(GXM12864E)，实时显示人体这8处温度与CI等数据？为此，基于上述问题，本项目研究的研究目标是：基于MCS51单片机，研制出智能服装CI微型控制器，其结构图如图1所示。该控制器可以实时测量人体左/右腋窝、左/右大腿、左/右胳膊、前胸、后背这8处温度，能够在线整定RCI，通过所测量到的温度值，实时计算当前的CI，并与预先所整定的RCI进行比较，如果越限，则进行声光报警，并实时调节4个加热制冷片来调节CI，进而达到让人体感觉最为舒适的目标。图1 微型控制器结构示意图为此，本项目拟定的研究内容如下：基于MCS51单片机，设计出测量左/右腋窝、左/右大腿、左/右胳膊、前胸、后背这8处温度的接口电路；建立人体这8处温度测量值与其CI之间的关系曲线，计算出当前人体CI，并给出判断CI越限的标准；通过按键，在线整定人体的RCI；基于MCS51单片机，设计出调节这4个加热制冷片与声光报警的接口电路；基于MCS51单片机，设计出智能液晶终端(GXM12864E)显示的接口电路；运用Protel绘制出该控制器的硬件原理图与PCB图，并绘制出软件流程框图；运用Keil C仿真软件，编写C语言程序，对该控制器进行编程与调试。2.国内外的研究状况（800字左右，附不少于8篇参考文献）目前，随着嵌入式系统逐渐深入到社会生活的各个方面，处理器也逐渐从传统的8位单片机(MCS51单片机)向DSP、ARM等高级处理器转变，但作为处理器应用系统开发的一个重要系列， MCS51单片机的应用依然十分广泛，依然难以被取代。对处理器不是很熟悉，但是自学能力较强且对处理器具有浓厚学习兴趣的班大二年级本科生初学者而言，MCS51单片机依然是目前他们学习处理器较好的选择。在正常情况下，人体依靠自身调节机理就能够自身的产热、散热保持平衡，从而使得人体感到舒适。但是，当人体产热量多于散热量时，人体体温就会升高，衣内温度也随之升高，人体感觉热不舒适；反之，当散热量超过产热量时，人体体温就会降低，衣内温度也随之降低，人体感觉冷不舒适，因此无论是热不舒适，还是冷不舒适，都被称作不舒适，此时为了使得人体再次感觉到舒适，必须采取一定的自动调温措施，即当人体感觉热不舒适时，需要制冷；当当人体感觉冷不舒适时，需要加热。为维持人体热平衡、保持人体舒适感，在不同的服装环境下，研究如何让穿在人体身上的服装具有自动调温功能来达到使人体感到舒适的目标，既是服装设计需要考虑的一个重要问题，同时也是体现其智能化的一个重要方面。人体温度是反映其舒适度(CI)的重要方面，其中左/右腋窝、左/右大腿、左/右胳膊、前胸、后背这8处温度是反映其CI的重要指标。目前，有关MCS51单片机应用的研究较多地集中在电气工程与自动化领域1-9，有关人体CI的研究较多地集中在体CI评价模型研究10-15、影响因素研究16-18等方面，迄今为止，有关针对人体服装的智能化设计，通过自适应控制人体温度来实现其CI的动态调整，最终达到让人体感觉最舒适目标方面的应用研究一直被长期孤立与忽视。参考文献：1 师玉宝. 一种基于MCS51单片机温度巡回检测系统的设计J. 计量技术, 2004, 2:34-36.2 林海土, 陈建辉, 侯雷. 基于MCS51单片机的微波脉冲功率测试系统J. 仪表技术, 2005, 3: 36-37.3 董晓友, 白泽生, 刘锐. 基于MCS51单片机实现温度的检测J. 延安大学学报, 2005, 24(2): 41-44, 52.4 乔巨忠. 基于MCS51单片机的交流电功率因数测量J. 工矿自动化, 2005, 12(6): 87-89.5 张西. 基于MCS51单片机的测温系统J. 电子工程师, 2002, 28(6): 31-33.6 刘丽, 王翔. 基于MCS51单片机的转速测量系统J. 测量测试技术, 2007, 34(3):58-60.7 阮雅端, 沈庆宪, 钱钟, 等. 基于MCS51单片机微波心律测量仪J. 电子测量技术, 32-33.8 黄祯祥, 邓怀雄, 郭延文, 等. 基于MCS51单片机的温度控制系统J. 现代电子技术, 2005, 197(6): 21-22.9 黄理龙, 钱苏翔, 张伟, 等. 基于MCS51单片机的直流电机转速测控系统设计J. 电子元器件应用, 2010, 10: 19-21, 25.10 R. Arshady. Microspheres and microcapsules, a survey of manufacturing techniques: Part : coacervation. Polymer Engineering and Science, 1990, 30(15):905-914.11 Pause B. Development of heat and cold insulating membrane structures with phase change material Journal of Coated Fabrics, 1995, 25:59-68.12 Douglas C Hittle, Tifani L Andre. A new test instrument and procedure for evaluation of fabrics containing phase-change material. Ashrae Transactions J. 2002, 108:175-182.13 Esam M. A. Temperature regulator unit for fluid flow in a channel using phase change material. Applied Thermal Engineering, 2005, 25: 435-449.14 Li Fengzhi, Li Yi. Effect of clothing material on thermal response of human body. Modeling and Simulation in Materials. Science and Engineering, 2005, 13: 809-827.15 Li Yi, Li Fengzhi, Liu Yingxi, et al. An integrated model for simulating interactive thermal processes in human-clothing system, Journal of Thermal Biology, 2004, 29: 567-575.16 谷美霞, 孙玉钗, 宋长亮. 影响衣内微气候舒适度的因素研究J. 山东纺织科技, 2008, 4: 51-54.17 谷美霞, 孙玉钗. 不同舒适状态下衣内微气候温度分布研究J. 国际纺织导报, 2008, 10: 76-80.18 谷美霞, 孙玉钗, 刘影. 内衣织物性能与人体舒适度关系研究J. 服装与面料, 国际纺织导报, 2009, 4: 63-67. 4.项目的特色与创新点本项目研究的特色与创新点，主要体现在以下几个方面：本项目研究的适用对象具有较强的针对性，将其应用于纺织领域具有一定的创新性。本项目研究适用于对处理器不是很熟悉，但是自学能力较强且对处理器具有浓厚学习兴趣的班大二年级本科生。通过该项目的实施，可以一方面让班大二年级的本科生熟练掌握单片机的使用方法及其应用产品开发流程，为其以后学习高级处理器打下坚实的基础；另一方面，可以将工业自动化领域的测控技术应用于纺织行业中用于指导优化设计智能服装(如航空微空调服、抗荷服等)。本项目研究在实施方面具有较强的可操作性。对班大二年级本科生而言，其自学与动手等实践能力较强，让其基于MCS51单片机这种极为普通、简单的处理器，设计出测量人体各处温度、控制以及显示等接口电路，根据公式实时计算CI，根据CI越限标准实时判断CI是否发生越限，并实时显示温度与CI等运行参数等方面的研制任务比较容易实现。5.对项目的兴趣所在和已有的知识积累或实践基础5.1 对项目的兴趣所在基于MCS51单片机来开展本项目研究，符合单片机的应用现状与我们目前的实际现状。目前， MCS51单片机的应用依然十分广泛，依然难以被取代。对单片机不是很熟悉，但是自学能力较强且对其具有浓厚学习兴趣的班大二年级本科生而言，MCS51单片机依然是我们目前学习处理器的较好的选择。通过该项目的研究，能够开拓我们的视野与创新思路。目前，有关MCS51单片机应用的研究较多地集中在电气工程与自动化领域1-9，有关人体CI的研究较多地集中在体CI评价模型研究10-15、影响因素研究16-18等方面，迄今为止，有关针对人体服装的智能化设计，通过自适应控制人体温度来实现其CI的动态调整，最终达到让人体感觉最舒适目标方面的应用研究一直被长期孤立与忽视。5.2 已有的知识积累或实践基础已经学习了大量有关MCS51单片机应用方面的书籍，较为系统地掌握了MCS51单片机及其外围基本接口电路设计等内容；能够熟练运用Protel软件，绘制硬件原理图与PCB图；通过阅读智能液晶显示终端(GXM12864E)说明书，对其使用方法有了深入的了解；已经基于MCS51单片机，绘制出测量温度、按键整定、显示以及输出调节控制等接口电路，并给出计算CI的公式与判断CI是否发生越限的标准；能够熟练运用Keil C仿真软件，基于C语言，编写程序进行仿真。6.现有的资源本项目的研制将在学院重点实验室内开展。在该项目研制的过程中，需要用到的Tks668仿真器、Easypro编程器、数字万用表、稳压电源、示波器以及一些常用的焊接工具与元器件目前实验室已经拥有，完全具备顺利开展本项目研制任务的基本条件。7.实施计划及预期成果（可按计划逐项进行安排，如文献查询、社会调查、方案设计、实验研究、数据处理、研制开发、撰写论文或研究报告、结题和答辩、成果推广、论文发表、专利申请等）主要研究阶段（起止时间）研究内容2011.6.20-2011.7.20文献查询，进行方案总体设计2011.7.21-2011.8.20开展硬件设计、制板、焊接等工作2011.8.21-2011.11.20开展软件编程与调试工作2011.11.21-2012.2.20进行测试与拷机2012.2.21-2012.3.20撰写项目研究报告，整理相关技术文档2012.3.21-2012.6.20总结研究成果，准备结题和答辩，并向外推广研究成果最终研究成果最终成果名称最终成果形式实物(可以现场演示)智能服装舒适度微型控制器8.经费预算序号预算项目预算金额（元）序号预算项目预算金额（元