基于zigbee无线无线网络系统设计

1摘要ZIGBEE是专为低速率传感器和控制网络设计的无线网络协议。本文介绍了基于IEEE802154的无线网络协议ZIGBEE的主要特征和应用领域，并且根据其特点，利用单片机和CHIPCON公司的CC2420实现了基于ZIGBEE的无线网络应用。关键词IEEE802154无线网络协议ZIGBEECC24202目录1引言42ZIGBEE技术简介53ZIGBEE技术特点54ZIGBEE协议栈结构75ZIGBEE网络拓扑结构96数据传输机制107网络配置108芯片选择119RF收发芯片CC2421310配置寄存器实际系统需要做的配置1511结论1612参考文献1713致谢183引言ZIGBEE技术并不是完全独有的、全新的标准，它的物理层、MAC层和数据链路层采用了IEEE802154（无线个人区域网）协议标准，并在此基础上进行了完善和扩展。基于ZIGBEE技术的无线传感器网络适用于网点多、体积小、数据量小，传输可靠、低功耗等场合，在环境监测、无线抄表、智能小区、工业控制等领域已取得一席之地1。同时，ZIGBEE规范与协议日臻完善2。从ZIGBEE10、ZIGBEE11到目前最新的ZIGBEE2007/PRO，ZIGBEE协议规范的演进对硬件系统提出了更高的要求3。ZIGBEE是为低速率控制网络设计的标准无线网络协议。ZIGBEE协议的一些应用包括建筑自动化网络、建筑安防系统、工业控制网络、远程抄表以及PC外设。与其他无线协议相比，ZIGBEE无线协议提供了低复杂性、缩减的资源要求，最重要的是它提供了一组标准的规范，并提供了三个工作频带，以及一些网络配置和可选的安全功能。4ZIGBEE技术简介ZIGBEE技术是一种近距离、低复杂度、低功耗、低速率、低成本的双向无线通讯技术。主要用于距离短、功耗低且传输速率不高的各种电子设备之间进行数据传输以及典型的有周期性数据、间歇性数据和低反应时间数据传输的应用。蜜蜂在发现花丛后会通过一种特殊的肢体语言来告知同伴新发现的食物源位置等信息，这种肢体语言就是ZIGZAG行舞蹈，是蜜蜂之间一种简单传达信息的方式。借此意义ZIGBEE作为新一代无线通讯技术的命名。在此之前ZIGBEE也被称为“HOMERFLITE”、“RFEASYLINK”或“FIREFLY”无线电技术，目前统称为ZIGBEE。简单的说，ZIGBEE是一种高可靠的无线数传网络，类似于CDMA和GSM网络。ZIGBEE数传模块类似于移动网络基站。通讯距离从标准的75M到几百米、几公里，并且支持无限扩展。ZIGBEE是一个由可多到65000个无线数传模块组成的一个无线数传网络平台，在整个网络范围内，每一个ZIGBEE网络数传模块之间可以相互通信，每个网络节点间的距离可以从标准的75M无限扩展。与移动通信的CDMA网或GSM网不同的是，ZIGBEE网络主要是为工业现场自动化控制数据传输而建立，因而，它必须具有简单，使用方便，工作可靠，价格低的特点。而移动通信网主要是为语音通信而建立，每个基站价值一般都在百万元人民币以上，而每个ZIGBEE“基站”却不到1000元人民币。每个ZIGBEE网络节点不仅本身可以作为监控对象，例如其所连接的传感器直接进行数据采集和监控，还可以自动中转别的网络节点传过来的数据资料。除此之外，每一个ZIGBEE网络节点FFD还可在自己信号覆盖的范围内，和多个不承担网络信息中转任务的孤立的子节点RFD无线连接。ZIGBEE技术特点ZIGBEE技术主要用于无线个域网（WPAN），是基于IEEE802154无线标准研制开发的。IEEE802154定义了两个底层，即物理层和媒体接入控制（MEDIAACCESSCONTROL，MAC）层；ZIGBEE联盟则在IEEE802154的基础上定义了网络层和应用层。ZIGBEE联盟成立于2001年8月，该联盟由INVENSYS、三菱、摩托罗拉、飞利浦等公司组成，如今已经吸引了上百家芯片公司、无线设备公司和开发商的加入，其目标市场是工业、家庭以及医学等需要低功耗、低成本、对数据速率和QOS（服务质量）要求不高的无线通信应用场合。5ZIGBEE这个名字来源于蜂群的通信方式蜜蜂之间通过跳ZIGZAG形状的舞蹈来交互消息，以便共享食物源的方向、位置和距离等信息。与其它无线通信协议相比，ZIGBEE无线协议复杂性低、对资源要求少，主要有以下特点1低功耗这是ZIGBEE的一个显著特点。由于工作周期短、传输速率低，发射功率仅为LMW，以及采用了休眠机制，因此ZIGBEE设备功耗很低，非常省电。据估算，ZIGBEE设备仅靠两节5号电池就可以维持长达6个月到2年左右的使用时间，这是其它无线设备望尘莫及的。2低成本协议简单且所需的存储空间小，这极大降低了ZIGBEE的成本，每块芯片的价格仅2美元，而且ZIGBEE协议是免专利费的。低成本对于ZIGBEE也是一个关键的因素。3时延短通信时延和从休眠状态激活的时延都非常短，典型的搜索设备时延为30MS，休眠激活的时延是15MS，活动设备信道接入的时延为15MS。这样一方面节省了能量消耗，另一方面更适用于对时延敏感的场合，例如一些应用在工业上的传感器就需要以毫秒的速度获取信息，以及安装在厨房内的烟雾探测器也需要在尽量短的时间内获取信息并传输给网络控制者，从而阻止火灾的发生。4传输范围小在不使用功率放大器的前提下，ZIGBEE节点的有效传输范围一般为1075M，能覆盖普通的家庭和办公场所。5网络容量大根据ZIGBEE协议的16位短地址定义，一个ZIGBEE网络最多可以容纳65535个节点，而且还可以通过64位的IEEE地址进行扩展，因此ZIGBEE网络的容量是相当大的。6数据传输速率低24GHZ频段为250KB/S，915MHZ频段为40KB/S，868MHZ频段只有20KB/S。7可靠采取了免冲撞机制，同时为需要固定带宽的通信业务预留了专用时隙，避开了发送数据的竞争和冲突。媒体接入控制子层采用了完全确认的数据传输模式，每个发送的数据包都必须等待接收方的确认信息。如果传输过程中出现问题可以进行重发。6图18安全ZIGBEE提供了基于循环冗余校验的数据包完整性检查功能，支持鉴权和认证，采用高级加密标准ADVANCEDENCRYPTIONSTANDARD，AES进行加密，各个应用可以灵活确定其安全属性。ZIGBEE协议栈结构ZIGBEE协议栈结构（图2）是基于标准OSI七层模型的，包括高层应用规范、应用汇聚层、网络层、媒体接入层和物理层。图2ZIGBEE协议栈IEEE802154定义了两个物理层标准，分别是24GHZ物理层和868/915MHZ物理层。两者均基于直接序列扩频（DIRECTSEQUENCESPREADSPECTRUM，DSSS）技术。868MHZ只有一个信道，传输速率为20KB/S；902MHZ928MHZ频段有10个信道，信道间隔为2MHZ，传输速率为40KB/S。以上这两个频段都采用BPSK调制。24GHZ24835GHZ频段有16个信道，信道间隔为5MHZ，能够提供250KB/S的传输速率，采用OQPSK调制。为了提高传输数据的可靠性，IEEE802154定义的媒体接入控制（MAC）层采用了CSMACA和时隙CSMACA信道接入方式和完全握手协议。应用汇聚层主要负责把不同的应用映射到ZIGBEE网络上，主要包括安全与鉴权、多个业务数据流的会聚、设备发现和业务发现。物理层物理层提供的服务是由硬件和软件共同实现的，定义了物理无线信道对于24GHZ频段，有16个信道，编号为1126和MAC子层之间的接IZL，提供物理层数据服务PLDE和物理层管理服务PLME。通过该接13可以唤醒层管理服务功能，同时也负责维护与物理层相关的一些管理对象的数据库PIB。物理层通过物理层数据服务接入点PDSAP和物理层管理实服务接入点FPLMESAP与MAC层通信，PDSAP支持在对等的MAC层实体间进行MAC7协议数据单元传送，PLMESAP则在MAC层管理实体之间提供管理命令的传送。物理层主要完成如下任务1无线收发机的激活与关闭2当前信道的能量检澳1ENERGYDETECT，ED；3接受数据包的链路质量标识LQI；4为载波侦听多路访问冲突防_FLZCSMSCA提供空闲信道评估CCA5工作信道选择；6数据发送和接收。信道能量检测为网络层提供信道选择依据，其值取值范围是0X000XFF。它主要测量目标信道中接受信号的功率强度，链路质量标识为网络层或应用层提供接受数据帧无线信号的强度和质量信息。MAC层与物理层类似，MAC层也包括管理实体MLME和数据实体MLDE。MAC层管理实体提供可以唤醒MAC层管理服务的服务接口，同时也维护一个与MAC层相关的管理对象数据库MIB。MAC层与物理层之间通过PLMESAP和PDSAP进行通信，通过MAC数据实体服务点MLDESAP和MAC层管理实体服务接入点MLMESAP向QLT务相关子层提供MAC层数据和管理服务。另外，MAC层能支持多种LLC标准，通过业务相关会聚子层SSCS协议承载8022类型的LLC标准。MAC层功能如下1当节点为网络协调器时，产生信标BEACON帧；2在信标帧之间进行同步；3支持个人区域网PAN的关联与解关联；4支持节点安全机制；5对信道接入使用CSMACA机制；6处理和维护有保证的时隙GTS机制；7在两个对等的MAC实体问提供可靠的链接。ZIGBEE中的MAC和物理层协议是网状网络的应用基础，高容错和低功耗的特点能保证网状网络所必须考虑基于拓扑控制和功率控制的网络白组特性。而且对于经典的隐藏终端和暴露终端问题、协议的接入公平性问题、服务质量问题等都有良好的解决。在网状网络中，MAC层的传输调度策略会影响数据包延迟、带宽等性能，影响网络层路由性能，所以网络层必须感知MAC层性能的变化，才可以自适应的方式改变路由，改善网络性能。网络层网络层对于ZIGBEE协议栈非常重要，每一个ZIGBEE节点都包含网络层，ZIGBEE网络层主要实现组建网络，为新加入网络访分配地址、路由发现、路由维护等。另外网络层还提供一些必要的函数，确保ZIGBEE的MAC层正常工作，并且为应用层提供合适的服务接口，这种结构使得网状网络的应用基本能够实现。为了向应用层提供其接口，网络层提供了两个必须的功能服务实体，它们分别为网络数据服务实体NLDE和管理服务实体NLME。NLDE通过网络层数据服务实体服务接入点NLMESAP提供数据传输服务，网络层管理实体NLME通过网络层管理实体服务接入点NLMESAP提供网络管理服务。网络层管理实体利用网络层数据实体完成一些网络的管理工作，并且，网络层管理实体完成对网络信息庠NIBL的维护和管理。应用层ZIGBEE应用层由三个部分组成应用子层APS、ZDO包含ZDO管理寸骨和制造商定义的8应用对象APPOBJ。APS通过蚓络层和安全服务提供层与端点相接，并为数据传送、安全午口绑定提供服务，可以适配不同但兼容的霄点，并且提供了这样的接口在NWK层和APL层之间，从ZDO到供应商的应用对象的通用服务集。ZIGBEE中的应_|J框架APLFRAMEWORK是为驻扎在ZIGBEE节点巾的应用对象提供活动的环境。最多可以定义240个相对独立的应用程序对象ZDO，任何个对象的端点编号从L到240，端点号0固定用于ZDO数据接口，应用程序可以通过这个端点与ZIGBEE怫议栈的其它层通信另外一个端点255固定用于所有应用对象广播数数据的数据接口功能。端点241254保留给为了扩展使片，用户不能使用1451。ZIGBEE网络拓扑结构IEEE802154和ZIGBEE协议中明确定义了三种拓扑结构星型结构STAR、网状结构MESH和簇树结构CLUSTERTREC，如图3图3ZIGBEE网络拓扑结构在星型网络结构中，ZIGBEE协调器负责整个网络的控制，无其它路由节点，ZIGBEE终端设备直接与ZIGBE。协调器通信，终端设备间的通信则需通过协调器转发。这是最简单的拓扑结构，网络通信范围十分有限，单独使用这种拓扑结构的情况很少。在网状网络和簇树型网络中，ZIGBEE协调器负责网络的建立和初始参数设定，网络都可以通过ZIGBEE路由器进行扩展。但是，在簇树型网络中，路由器采用分级路由策略传送数据和控制信息，并且通常是基于信标BEACON的通信模式。而在网状网中则是完全对等的点对点通信，路由器不会定期发送信标，仅在网内设备要求时对其单播信标。对于簇树型网络，其通信路由相对单一，骨干网络中一旦有路由节点瘫痪，则相应区域就进入通信瘫痪状态，要等待该部分网络重组后，才能恢复通信。但是，簇树型网定期发送信标，使网内节点能做到很好的同步，便于节点定期进入休眠状态，降低功耗，延长网络寿命。在网状网中情况则恰好相反，完全的点对点通信使路由有多种选择，提高了网络的容错性，但是不定期发送信标使网络中节点很难达到同步，必须采取别的手段来实现，如广播。因此，网状结构与簇树结构的层次融合，必定是ZIGBEE网络拓扑结构的一个发展方向。9数据传输机制传输数据到终端设备和从终端设备传输数据的确切机制随网络类型的不同而有所不同。在无信标的星型网络中，当终端设备想要发送数据帧时，它只需等待信道变为空闲。在检测到空闲信道条件时，它将帧发送到协调器。如果协调器想要将此数据发送到终端设备，它会将数据帧保存在其发送缓冲器中，直到目标终端设备明确地来查询该数据为止。此方法确保终端设备的接收器是被开启的，而且可从协调器接收数据。在点对点网络中，每个节点必须一直保持它们的接收器为开启状态或者同意在一个时间段内开启它们的接收器。这将允许节点发送数据帧并确保数据帧会被其它节点接收。网络配置ZIGBEE无线网络可采用多种类型的配置。星型网络配置由一个协调器节点（主设备）和一个或多个终端设备（从设备）组成。协调器是实现了一组很多ZIGBEE服务的一种特殊的全功能设备（FFD）。终端设备可能是FFD或简化功能设备（RFD）。RFD是最小而且最简单的ZIGBEE节点。它只实现了一组最小的ZIGBEE服务。在星型网络中，所有的终端设备都只与协调器通信。如果某个终端设备需要传输数据到另一个终端设备，它会把数据发送给协调器，然后协调器依次将数据转发到目标接收器终端设备。群集网络配置也是ZIGBEE使用的一种网络配置结构。在群集网络中，终端设备既可以选择和协调器通信，也可以和路由器（ROUTER）通信。路由器有两个功能一是增加网络10中的节点数量，二是扩大网络的物理范围。有了路由器后，终端设备就不必安装在协调器的有效射频范围内。和任何网络一样，ZIGBEE网络也是多点接入网络，这意味着网络中的所有节点对通信介质的访问是同等的。有两种类型的多点接入机制。在没有使能信标的网络中，只有信道是空闲的，在任何时候都允许所有节点发送。在使能了信标的网络中，仅允许节点在预定义的时隙内进行发送。协调器会定期以一个标知为信标帧的超级帧开始发送，并且希望网络中的所有节点与此帧同步。在这个超级帧中为每个节点分配了一个特定的时隙，在该时隙内允许节点发送和接收数据。超级帧可能还含有一个公共时隙，在此时隙内所有节点竞争接入信道。芯片选择CC2420是CHIPCONAS公司推出的首款符合24GHZIEEE802154标准的射频收发器。该器件包括众多额外功能，是第一款适用于ZIGBEE产品的RF器件。它基于CHIPCON公司的SMARTRF03技术，以018UMCMOS工艺制成只需极少外部元器件，性能稳定且功耗极低。CC2420的选择性和敏感性指数超过了IEEE802154标准的要求，可确保短距离通信的有效性和可靠性。利用此芯片开发的无线通信设备支持数据传输率高达250KBPS可以实现多点对多点的快速组网。CC2420的主要性能参数如下工作频带范围240024835GHZ；采用IEEE802154规范要求的直接序列扩频方式；数据速率达250KBPS码片速率达2MCHIP/S；采用OQPSK调制方式；超低电流消耗（RX197MA,TX174MA）高接收灵敏度（99DBM）；抗邻频道干扰能力强39DB；11内部集成有VCO、LNA、PA以及电源整流器采用低电压供电2136V；输出功率编程可控；IEEE802154MAC层硬件可支持自动帧格式生成、同步插入与检测、16BITCRC校验、电源检测、完全自动MAC层安全保护CTR,CBCMAC,CCM；与控制微处理器的接口配置容易4总线SPI接口；开发工具齐全提供有开发套件和演示套件；采用QLP48封装，外形尺寸只有77MM。芯片内部结构CC2420芯片的内部结构如图所示。天线接收的射频信号经过低噪声放大器和I/Q下变频处理后，中频信号只有2MHZ,此混合I/O信号经过滤波、放大、AD变换、自动增益控制、数字解调和解扩，最终恢复出传输的正确数据。发射机部分基于直接上变频。要发送的数据先被送入128字节的发送缓存器中,头帧和起始帧是通过硬件自动产生的。根据IEEE802154标准,所要发送的数据流的每4个比特被32码片的扩频序列扩频后送到DA变换器。然后，经过低通滤波和上变频的混频后的射频信号最终被调制到24GHZ，并经放大后送到天线发射出去。图4CC2420芯片的内部结构12图5CC2420射频模块优势利用此芯片开发的短距离射频传输系统成本低、功耗小,适于电池长期供电。具有硬件加密、安全可靠、组网灵活、抗毁性强等特点，为家庭自动控制、工业监控、传感网络、消费电子、智能玩具等提供了理想的解决方案。RF收发芯片CC2420CC2420是CHIPCON公司推出的首款符合24GHZIEEE802154标准的射频收发器。该器件是第一款适用于ZIGBEE产品的RF器件。它基于CHIPCON公司的SMARTRF03技术，以018UMCMOS工艺制成，只需极少外部元器件，性能稳定且功耗极低。CC2420的选择性和敏感性指数超过了IEEE802154标准的要求，可确保短距离通信的有效性和可靠性。利用此芯片开发的无线通信设备支持数据传输率高达250KBPS，可以实现多点对多点的快速组网。CC2420只需要极少的外围元器件,其典型应用电路如图6所示。13图6CC2420典型应用电路它的外围电路包括晶振时钟电路、射频输入输出匹配电路和微控制器接口电路三个部分。芯片本振信号既可由外部有源晶体提供，也可由内部电路提供。由内部电路提供时需外加晶体振荡器和两个负载电容，电容的大小取决于晶体的频率及输入容抗等参数。射频输入输出匹配电路主要用来匹配芯片的输入输出阻抗,使其输入输出阻抗为,同时为芯片内部的PA及LAN提供直流偏置。CC2420可以通过线SPI总线（SI、SO、SCLK、CSN）设置芯片的工作模式，并实现读写缓存数据，读写状态寄存器等。通过控制FIFO和FIFOP管脚接口的状态可设置发射接收缓存器。注意在SPI总线接口上进行的地址和数据传输大多是MSB优先的。CC2420片内有个比特状态设置寄存器，在每个寄存器的读写周期中，SI总线上共有比特数据，分别为比特RAM寄存器选择位（寄存器,RAM），比特读写控制位（写,读），比特地址选择位、比特数据位。在数据传输过程中CSN必须始终保持低电平。另外，14通过CCA管脚状态的设置可以控制清除通道估计，通过SFD管脚状态的设置可以控制时钟定时信息的输入。这些接口必须与微处理器的相应管脚相连来实现系统射频功能的控制与管理。P如前所述，CC2420是一款符合IEEE802154标准的RF收发芯片。CC2420硬件支持一部分IEEE802154数据帧格式。数据帧格式示如图7所示。图7数据帧格式同步头包括前导序列和开始帧分隔符。在CC2420中,前导序列长度和开始帧分隔符是可以配置的。默认值4字节和1字节是符合IEEE802154协议的。物理头为1字节，帧控制和序列号分别为2字节和1字节，地址包括个人区域网身份识别号码、目的地址和源地址共6字节，待发数据段长度为帧长度减去地址和帧校验序列。当MODEMCTRL0AUTOCRC控制位置位时，这个帧校验序列自动产生2字节，并由CC2420硬件自动插入。配置寄存器实际系统需要做的配置（1）CC2420内部寄存器的设置CC2420内部有33个16位结构寄存器和15个命令脉冲寄存器以及2个8位访问独立的发射和接收缓冲器的RXFIFO、TXFIFO寄存器。这些寄存器在芯片复位时都已设置了一些初始值。例如MDMCTRL0AUTOCRC自动循环冗余校验；IOCFG0FIFOP_THR设置RXFIFO缓冲器中字节门限值；BATTMONBATTMON_E电池监控使能；15TXCTRLPA_LEVEL输出功率编程输出功率单位为DBM；IN0XOSC16M_BYPASS使能外部晶体振荡器等。实际使用时,应根据需要对初始值进行修改。（2）初始化定义信息包传输的基本格式；定义单片机和CC2420的端口；打开电压调节器，复位CC2420，开启晶体振荡器，写入所有必须的寄存器和地址识别为自动地址识别准备，注意晶体振荡器应该一直处于工作状态。寄存器设置如下SXOSCON打开晶体振荡器；MDMCTRL00X0AF2打开自动应答；MDMCTRL10X0500；设置关联门限值为20；IOCFG00X007F设置FIFOP门限至最大值128；SECCTRL00X01C4关闭安全使能。（3）缓冲发送模式使用IEEE802154媒介访问控制层数字格式和短地址发送一个信息包。使能发送，当信道评估显示信道空闲时，使能校准然后发送；当没有字节写入，TXFIFO缓冲器发出下溢指示状态位和下溢脉冲，发送自动停止。CTRL1TX_MODE0；STXON使能发送；STXONCCA信道估计显示信道空闲，使能校准然后发送；SFLUSHTX当没有字节写入，TXFIFO缓冲器发出下溢脉冲；TXCTL0XA0FF发射最大电流为172MA。（4）缓冲接收模式先使能信息包接收和FIFOP中断，通过FIFOP中断服务程序接收信息包，其中RXFIFO缓冲器溢出和不合法信息包格式都有中断服务程序处理，信息包接收采用CC2420自动应答。寄存器设置如下DMCTRL1RX_MODE0；SRXON使能接收；SFLUSHRXRXFIFO缓冲器溢出，复位解调器；RXCTRL00X12E5低噪声放大器增益中等。结论本文介绍了ZIGBEE网络节点设计要求、性能特点与构建框架和较为详尽的设计过程给出了外围电路的设计以及实际设计出的实物和元器件参数。另笔者在实现此系统的过程中发现，无线网络的链路层、应用层协议的性能是制约无线传感网络的关键因素。另外，制作电路板时，应采用四层板，外围器件尽量小（采用0402封装），耦合电容尽量靠近芯片，以提高系统性能。16参考文献1JELENAMISIC,SHAIRMINASHAFI,VOJISLAVBMISICTHEIMPACTOFMACPARAMETERSONTHEPERFORMANCEOF802154PANADHOCNETWORKS320055095282江修波ZIGBEE技术及其应用低压电器200573郑武,金纯,杨致远可穿戴式无线网络技术研究及应用微计算机信息2005080108034刘和平，刘林，余红欣，郑群英PIC18FXXX单片机原理及接口程序设计北京航空航天大学出版社200485CHIPCONASSMARTRFCC2420PRELIMINARYDATASHEETREV12,200406096MICROCHIPSTACKFORZIGBEEV103SEPTEMBER9,2005HTTP/WWWMICROCHIPCOM7ZIGBEEPROTOCOLSPECIFICATIONHTTP/WWWZIGBEEORG17致谢行文至此，我的这篇论文已接近尾声；岁月如梭，我大学时光也即将敲响结束的钟声。离别在即，站在人生的又一个转折点上，心中难免思绪万千，一种感恩之情油然而生。生我者父母。感谢生我养我，含辛茹苦的父母。是你们，为我的学习创造了条件；是你们，一如既往的站在我的身后默默的支持着我。没有你们就不会有我的今天。谢谢你们，我的父亲母亲育我成才者老师。感谢我的指导老师，这篇论文是在他的的悉心指导与鼓励下完成的。她为我提供了良好的实验条件，在申请和开展项目、参加学术会议、撰写论文等方面提供了很多专业性的指导。她渊博的学识、严谨的治学态度、精益求精的工作作风和诲人不倦的高尚师德，都将深深地感染和激励着我。在三年的实验室时光里，她不仅在学业上给我以悉心指导，同时还在思想、生活上给我以无微不至的关怀，在此谨向老师致以诚挚的感谢18感谢为这篇论文的完成付出了辛勤劳动和心血的同学，他们在实验过程中团结合作、认真严谨、不畏艰苦，给了我极大的帮助。感谢电工2011级的同学们。是同学让我的大学生活变得更加丰富多彩，我们一起亲历了大学的别样生活，愿同窗友谊之树长青。感谢徐老师，他曾让我感受到前所未有的自信与快乐，曾向我展示了一个特别的世界，让我意识到自己的许多不足，真诚地道一声“谢谢”19大学本科毕业论文（设计）管理办法第一章总则第一条本科毕业论文（设计）是人才培养方案的重要组成部分，是培养学生科研能力和创新能力的重要实践环节，为保证毕业论文设计工作的顺利完成，加强规范化管理，提高毕业论文设计质量，根据教育部、省教育厅的有关规定要求，结合我院实际情况，特制定本办法。第二章目的与要求第二条毕业论文（设计）教学环节的目的，培养学生勇于探索的创新精神，实事求是、严肃认真的科学态度和严谨求实的工作作风。第三条使学生能综合运用所学的知识技能，提高思考问题、分析问题和解决实际问题的能力。第四条培养学生从文献、科学实验、生产实践和调查研究中获取知识的能力，培养学生从事科学研究的兴趣，掌握科学研究的基本方法。第五条对学生的知识面、掌握知识的深度、运用理论知识处理问题的能力、实践能力、外语水平、计算机运用水平、书面及口头表达能力等进行一次全面的考核。第六条要求所有毕业生必须撰写毕业论文（设计），各系要认真组织毕业论文（设计）工作，确保毕业论文（设计）的质量。第三章组织管理第七条全院的毕业论文（设计）工作按照分级分工的原则，负责毕20业论文（设计）工作的管理、指导、检查、考核和总结。一教务处职责1负责制定全院本科毕业论文设计管理规章制度。2组织开展毕业论文（设计）工作的教学研究与改革。3组织毕业论文（设计）工作的检查、评估和总结。4审核答辩委员会组成人选，检查毕业答辩的过程。5组织评选院级优秀毕业论文（设计）。二系职责1成立毕业论文（设计）工作领导小组，制定工作计划和安排。2组织专业教研室成立专业答辩委员会。3负责按照标准配备、审查、批准指导教师，组织指导教师培训。4依据学院的毕业论文（设计）成绩评定标准，结合专业特点，制定本系各专业的具体评分标准和规范。5负责本系学生毕业论文（设计）所需的场地、仪器设备的分配和保障。6评选系优秀毕业论文（设计）。7做好毕业论文（设计）工作总结与归档。三教研室职责1根据指导教师的条件，提出指导教师名单。2审查毕业论文（设计）题目及指导教师的安排，对不合格的题目提出修改意见。3组织审定毕业论文（设计）选题，落实一人一题的工作要求；定21期检查毕业论文（设计）工作的进度和质量。4检查毕业论文（设计）任务书的填写情况。5考核指导教师的工作，把握毕业论文（设计）的进度和质量。6组织毕业论文（设计）的答辩和成绩评定工作。7做好本专业优秀毕业论文（设计）的评选工作。8认真进行工作总结，汇总毕业论文（设计）资料送系归档。四指导教师职责1毕业论文（设计）题目确定后，指导教师要及时做好各项准备工作，其中包括拟定任务书，收集资料以及做好实验的准备工作，制定指导计划和工作程序。2向学生下达大学毕业论文（设计）任务书（见附件3），并提出具体的要求，指定主要参考资料。3审定学生的总体方案和工作计划，并定期检查学生的工作进度和工作量，及时解答和处理学生提出的有关问题，严格要求学生。4做好学生外文翻译的评阅工作。5指导学生正确撰写毕业论文（设计）报告，并对报告写出评语。6按大学毕业论文（设计）撰写规范（见附件1）要求检查学生论文撰写完成情况并填写大学毕业论文（设计）工作指导情况记录附件4。7评定毕业论文（设计）成绩。8做好毕业论文（设计）材料的整理归档工作。22第四章选题、开题第八条选题时应遵循的原则一课题必须符合本专业的培养目标及教学基本要求，体现本专业基本训练的内容，使学生受到全面的锻炼。二课题应尽可能结合生产、科研和实验室建设等任务，减少虚拟题目的数量及比重。三课题的类型可以多种多样，贯彻因材施教的原则，使学生的创造性得以充分发挥，利于提高课题成果的质量。四选题应力求有益于学生综合运用多学科的理论知识与技能。五课题要在保证教学基本要求的前提下，学生在培养方案规定的时间内，在指导教师指导下经过努力能够完成任务。六课题分配原则上每人一题，双方选择，学生在教师列入的选题中选题，也可以自主选定符合本专业的题目上报到指导教师，经指导教师审定、教研室批准后方可列入选题目录。经教研室审定，报系主任批准后，确定分配题目。教研室根据学生意向、学生本人的实际能力以及课题的类型、分量、难易程度，结合指导教师的意见进行综合平衡，最后确定课题分配，并以书面形式将课题任务书下达给学生，最终以系为单位将选题情况汇总报教务处。第九条选题范围一文、理、管、经、医类专业，应以完成毕业论文为主，题目以阐述理论原理和将理论原理应用于某些具体问题的课题为主，也可选择一23些具有一定深度和难度的专题研究课题，使学生在分析问题方面得到较多的锻炼。二工科专业，应以完成毕业设计为主，题目以工程设计类型的课题为主，有条件的可以选择既有工程设计又有专题研究的课题，使学生既能受到工程师的基本训练，又掌握本专业的基本技能。（三）艺术类专业，应以毕业设计为主，毕业设计题目通过指导教师与学生沟通制定，毕业设计应有设计作品。四鼓励不同学科（专业）相互交叉、相互渗透，扩大学生知识面，开拓眼界，提高质量。第十条开题学生接受毕业论文设计任务后，应在指导教师指导下制定工作计划，进行文献查阅、资料收集、实习调研、实验研究，在规定的时间内填写大学本科毕业论文设计开题报告（见附件2），经指导教师审查同意后报教研室批准，即可开始撰写毕业论文设计。第十一条毕业调研一学生可根据毕业论文设计选题或选题意向进行毕业调研，深入社会，对某一行业、某一事件或问题，对其客观实际情况进行调研，将调查了解到的全部情况和材料进行分析研究。二学生在教师指导下要精心选择调研对象。调研对象要有分析价值，包括理论价值和应用价值。调研和分析后得出的结论及建议要尽可能实现从个别到一般的提升，避免就事论事。三在教师指导下完成调研报告。24第五章毕业论文设计指导第十二条指导教师毕业论文（设计）实行指导教师负责制。每个指导教师应对学生整个毕业论文（设计）阶段的教学活动全面负责。一指导教师条件及要求1毕业论文（设计）指导教师应作风严谨、有较高的业务水平和实践经验。指导教师一般应由讲师或相当于讲师及以上职称、具有丰富理论和实践教学经验的教师担任。2指导教师应为人师表、教书育人，同时对学生严格要求。应始终坚持把学生的培养放在第一位，避免出现重使用、轻培养的现象。3每个指导教师所带毕业论文（设计）的学生数原则上不得超过10人。指导教师确定以后，不得随意更换。在毕业论文（设计）期间，指导教师必须坚守岗位。确因工作需要出差时，必须经系主任批准，并委派相当水平的教师代理指导。4在校外进行毕业论文（设计）工作的学生，可聘请相当于讲师职称以上的技术人员担任指导。有关教研室必须指定专人进行检查，掌握进度，协调解决有关问题。第十三条学生一申请做毕业论文设计的学生必须修完所学专业教学计划规定的全部课程。二学生在充分调研的基础上，编写毕业论文（设计）工作计划，列出完成毕业论文（设计）任务所采取的方案与步骤。25三毕业论文（设计）工作计划编写完成后，经指导教师审阅同意后实施。学生应主动接受指导教师的检查，定期向教师汇报毕业论文（设计）的进度，听取教师的意见和指导。四学生在毕业论文（设计）工作中应充分发挥主动性和创造性，树立实事求是、诚实守信的科学作风，严格遵守规章制度,爱护公共财物和坚持节约，杜绝浪费。五学生必须独立完成毕业论文（设计）任务，严禁抄袭他人的论文（设计）成果，或请人代替完成毕业论文（设计）。一经发现，毕业论文（设计）成绩为零分，并根据情节轻重给予纪律处分。六所有学生必须参加毕业论文（设计）的答辩。七学生在毕业论文（设计）答辩后，应交回毕业论文（设计）的所有材料（包括设计实验的原始资料、报告、调研资料、毕业设计图纸、论文等）。对论文（设计）内容中涉及的有关技术资料，学生负有保密责任，未经许可不能擅自对外交流或转让，并协助做好资料归档工作。第六章撰写要求第十四条毕业论文设计应重点突出、内容充实，立论正确，论据充分，结构严谨，格式规范，结论正确，并要求思想端正、观点明确、实事求是、文笔通顺。设计图纸的各项内容应符合制图标准，做到结构合理，视图正确，尺寸齐全。艺术类专业毕业论文必须结合毕业设计进行撰写。第十五条毕业论文设计文本一般由题目、目录、中英文摘要、关键词、正文、参考文献、注释几部分构成，各部分具体要求见大学本科生毕业论文设计撰写规范见附件1，其中注释、附录视具体情况安26排。理工类、艺术类毕业设计的撰写规范可根据专业特点由所在系做出适当调整，并报教务处备案。第十六条毕业论文设计正文字数不少于8000字；开题报告字数不少于1000字；参考文献一般不少于10篇,其中包括外文参考文献2篇。第七章评阅、答辩及成绩评定第十七条评阅一指导教师评阅指导教师应对学生的毕业论文（设计）完成情况进行认真、全面的审查后给出成绩，并填写大学毕业论文（设计）指导教师评分表附件5。评语的书写要客观、公正，体现论文的真实水平。二评阅专家评阅学生在答辩前2周将毕业论文（设计）送评阅专家评阅，评阅专家由答辩委员会聘请。每篇毕业论文（设计）需要有两位评阅专家（其中一位可以是指导教师）进行评阅。评阅专家根据论文（设计）的实际情况进行评阅，给出成绩，对不足之处提出修改意见，提出是否可以进行答辩的意见，并填写大学毕业论文（设计）评阅教师评分表附件6。只有两位评阅专家都同意答辩才可获得答辩资格。评阅专家一般应由具有讲师及以上职称有经验的相同或相近学科的具有指导论文（设计）资格的人员担任。第十八条答辩一毕业论文（设计）答辩工作由各系毕业论文（设计）答辩委员小组负责，成立专业答辩委员会，各专业答辩委员会由39人组成，根据需27要，答辩委员会可决定组成若干答辩小组，答辩小组由35人组成，设组长1人，秘书1人（可由小组长兼任），具体负责本组学生的答辩工作。专业答辩委员会成员及答辩小组成员必须由具有讲师以上（或具有同等职称的专业技术人员）担任。专业答辩委员会的主要职能1聘请毕业论文（设计）的评阅专家审定学生答辩的资格；2主持并组织全系答辩工作并做好答辩记录，填写大学毕业论文（设计）答辩记录附件7；3讨论并确定学生毕业论文（设计）的答辩成绩，并填写大学毕业论文（设计）答辩小组评分表附件8。二答辩工作程序和要求1根据学生呈送的毕业论文（设计）任务书、翻译文章、毕业论文（设计）、毕业设计手册（艺术类专业）、毕业论文（设计）电子版、设计图纸、计算机程序及评阅意见等，答辩委员会审定答辩资格。2举行答辩先由学生阐述毕业论文（设计），时间一般为1015分钟，然后学生用1015分钟回答答辩小组老师提出的问题。3答辩小组结合论文（设计）内容、文字写作（规划设计）水平、口头表达能力等进行现场评分，并填写答辩成绩。4在校外做毕业论文（设计）的，可由接收单位的技术人员和我院教师共同组成答辩小组（我院教师任答辩组长）进行答辩。5答辩过程中，答辩小组秘书应做好记录，以供评定成绩时参考。第十九条成绩评定28毕业论文（设计）总成绩，由指导教师、评阅人和答辩小组的评分组成，三部分的比例分别为30，30，40。从严要求，优秀的比例一般不得超过20。各系可依据上述规定制定具体的执行细则，填写大学毕业论文（设计）评阅书及成绩评分表见附件9，汇总后盖章存档并报教务处。第二十条院级优秀毕业论文（设计）1基本条件（1）观点正确，有独立见解、创新或发现，或有较好的经济和社会效益；（2）能正确、灵活地运用所学基础理论、专业知识和基本技能，分析和解决问题的能力较强；（3）论文写作结构完整，论据充分，数据详实，符合学术规范；表达准确，语言流畅，概括能力较强。2获奖论文（设计）优先列入院级优秀毕业论文（设计）。3院级优秀毕业论文（设计）由各系推荐，推荐比例不超过毕业学生人数的3，教务处最终备案。第八章检查与评估第二十一条教务处对毕业论文（设计）工作全过程进行检查。检查内容包括毕业论文（设计）工作进度、教师指导、论文（设计）水平与质量、论文（设计）抄袭检测、答辩、成绩评定情况等。对发现的问题，则由相关人员及时进行整改。29第二十二条在学生答辩前，各系按各专业人数5比例对毕业论文（设计）进行抽查，并按一定比例进行抄袭检测。第二十三条检测结果认定及处理办法（一）文字复制比在30以下（含30）的毕业论文（设计），视为通过检测，合格。（二）文字复制比在3070之间的毕业论文（设计），由指导教师根据检测结果指导学生进行修改，修改后的毕业论文（设计）须进行复检。复检后的文字复制比降至30（含30）以下者，视为通过检测；仍未通过者，取消该生当年毕业论文（设计）答辩资格，延期一学期答辩。（三）文字复制比在70以上（含70）毕业论文（设计），取消该生当年毕业论文（设计）答辩资格，该生毕业论文（设计）须重新撰写，延期一年答辩。（四）因抄袭被责令延期答辩的学生，在第二次申请补做毕业论文（设计）过程中，再次有抄袭行为者，取消答辩资格，将不再安排毕业论文（设计）补做、答辩。（五）学生或指导教师对检测结果提出异议的，学院将组织相关专业专家鉴定，并作出结论。第二十四条毕业论文（设计）工作结束后，教务处、各系在质量检查与评估基础上，总结毕业论文（设计）工作中的经验，分析存在的问题，提出改进意见和建议。30第九章在校外做毕业论文（设计）的规定第二十五条凡需要在用人单位或协作单位安排学生做毕业论文设计的系必须提前与教务处联系。第二十六条用人单位接受学生做毕业论文（设计），应提前将任务书和指导教师的姓名、职称报学生所在系批准后，方可派出学生。接受单位应严格按照我院毕业论文（设计）工作有关规定操作执行，保证质量。第十章总结及归档第二十七条各系答辩委员会要督促各答辩小组对毕业论文（设计）进行工作总结。通过对毕业论文（设计）的总结，分析学生的学习质量，总结组织、指导毕业论文（设计）工作的经验。工作总结由答辩小组完成后交教研室汇总，再报系答辩委员会汇总。在答辩工作结束两个月内将本系毕业论文（设计）工作总结报教务处。第二十八条毕业论文（设计）资料含电子版由教务处保存，存期4年；优秀毕业论文设计由各系保存，不合格论文及其资料不保存、不退回。毕业论文（设计）资料包括任务书、开题报告、指导情况记录、答辩记录、评阅书以及成绩评定表、毕业论文（设计）文本，一律左装订。第十一章补做毕业论文（设计）的规定第二十九条毕业论文（设计）成绩不及格者不发毕业证，按结业办理。在规定年限以内可向学院申请补做一次，及格者换发毕业证，补做仍不及格者，以后不再补做。补做毕业论文（设计）具体办法如下1补做毕业论文（设计）可以在学生所在工作单位结合工作、科研进31行，也可在征得工作单位和学生原所在系同意的情况下，在去工作单位前留校补做。2凡在工作单位补做毕业论文（设计）的学生应征得工作单位同意，根据毕业论文（设计）题目及主要内容，向原所在系提出申请，经原所在系同意后，补做的毕业论文（设计）成绩方予以承认。3补做毕业论文（设计）的指导教师资格及相关责任按本工作细则执行。4补做毕业论文（设计）的时间不得少于12周。5补做毕业论文（设计）答辩由承担毕业论文（设计）任务的单位负责组织，并组成答辩小组，根据本工作细则对学生进行考核和成绩评定。6答辩结束后，在工作单位补做的，应将毕业论文（设计）连同任务书、毕业论文（设计）成绩考核登记表寄到学生所在系，由系组织人员对毕业论文（设计）成绩进行复核，并将复核结果报教务处。第十二章附件第三十条本工作细则自颁布之日起实施，由教务处负责解释。附件1大学本科生毕业论文（设计）撰写规范2大学本科生毕业论文（设计）开题报告3大学本科生毕业论文（设计）工作指导情况记录4大学本科生毕业论文（设计）指导教师评分表5大学本科生毕业论文（设计）评阅教师评分表6大学本科生毕业论文（设计）答辩小组评分表327大学本科生毕业论文（设计）答辩记录8大学本科生毕业论文（设计）答辩小组评分表9大学本科生毕业论文（设计）评阅书及成绩评分表33附件1大学本科生毕业论文（设计）撰写规范为了保证我院本科生毕业论文（设计）的质量，特制定本规范。一、毕业论文（设计）撰写结构1、题目题目应简洁、明确、有概括性，通过题目概括说明论文的主要内容。题目字数要适当，一般不宜超过20个汉字。2、摘要摘要是以浓缩的形式反映论文的主要信息，包括研究的内容、方法和观点，以及取得的成果和结论，应能反映论文的精华，不含图表，不加注释，具有独立性和完整性。中文摘要以300400汉字为宜。英文摘要与中文摘要内容要相对应。3、关键词关键词是反映毕业论文（设计）主题内容的名词。从论文标题或正文中挑选最能表达主要内容的词作为关键词，关键词一般为35个。同时有中、英文对照，分别附于中、英文摘要后。4、目录目录按三级标题生成，要求层次清晰。主要包括绪论（或前言、序言）、论文主体、结论、参考文献等。5、正文（1）毕业论文（设计）正文部分包括绪论（或前言、序言）、34论文主体及结论三个部分。绪论是综合评述前人工作以及国内外文献综述，说明论文工作的选题目的和意义，论文所要研究的内容。绪论要写得简明扼要，篇幅不宜太长。论文主体包括研究内容与方法、实验材料、实验结果与分析（讨论）等。在本部分要运用各方面的研究方法和实验结果，分析问题，论证理论在研究中的应用，研究得出的结论等。结论是对整个论文的归纳和总结，集中反映作者的研究成果，表达作者对所研究课题的见解，是全文的精髓。结论要写得扼要明确，精练完整，准确适当，不可含糊其词，模棱两可，并能反映个人的研究工作成果。不同类型的毕业论文，可根据学科情况确定，正文一般不少于8000字。（2）毕业论文（设计）说明书正文包括前言、本论、结论三个部分。前言（引言）简述本课题在国内外的发展概况及存在的问题；主要介绍设计的目的、意义、任务来源、设计标准、设计原则及主要技术资料，以300500字为宜。本论是对设计工作的详细论述，它是全文的主体。其内容包括研究主题及设计方案的拟定；设计方法、内容及其分析；设计得出的结果以及结果的讨论等。结论是对整个研究工作进行分析、归纳和总结，概括说明设计35的情况和价值，分析其优点和特色、有何创新、性能达到何水平，讨论还应包括所得结论与前人结论的比较和本设计尚存在的问题，以及进一步开展研究的建议。6、参考文献参考文献是论文中引用文献出处的目录表，为了反映论文的科学依据和作者尊重他人研究成果的严肃态度，同时向读者提供有关信息的出处，凡引用本人或他人已公开发表或未