桥梁毕业设计开题报告及气象温度传感器设计开题报告

开题报告一、现状及趋势桥梁是公路、城市道路或铁路的重要组成部分，也是国家工业和技术水平的综合水平体现。桥梁在我国的应用历史悠久，最早出现的桥梁是木桥，但因木材本身的特性，如质松易腐以及受材料强度和长度支配等，不仅不易在河面较宽的河流上架设桥梁，而且也难以造出牢固耐久的桥梁来因此被石桥所取代，例如赵州桥就是典型的石拱桥。而在我国南方常见的桥梁是竹桥和藤桥，他的优点是轻巧韧性好。随着我国交通运输业的发展，人们对公路桥梁的建设提出了更高的要求，例如行车要舒适、平稳，建设周期要短等等。于是，简支的桥梁型式应运而生，并得以大量的使用，这种桥梁具有连续梁行车舒适的优点，同时它的主梁可以先期预制，在简支状态下安装，然后浇筑接头混凝土完成体系转换，因而可以大大缩短建设工期。目前公路上中小跨径的桥梁大量采用了这种型式的桥梁。简支变连续的方法是:在预制场预制好大梁，分片进行安装，安装完成后经调整位置，浇筑墩顶处接头混凝土，更换支座，完成一联简支变连续的过程。其受力特点是:主梁自重内力即简支状态下的内力，即主梁在简支状态承受自身重量；经过体系转换成为连续结构后，承受二期恒载及使用活载。二、设计的意义在大四我所选的是道路桥梁方向，在今后的工作当中我将主要从事公路桥梁这方面的建设与施工，设计的好坏将直接影响实际应用中道路建设以及其美观，一座桥不会因其单独孤立地存在而被人欣赏，它必然是与周边环境物像一起映人人们的眼帘，成为景观设计的一个重要组成部分而存在，因此桥梁的型式要服从于周边环境。桥作为一种人文景观，在桥型与地形紧密结合的同时，应注重与周围环境协调，造型优美的天桥与周围环境的完美结合，给人们带来的不仅是物质上的满足，更是精神上的愉悦与享受。毕业设计是我们大学阶段最后一个重要的教学实践环节，通过毕业设计使我们能将以前所学的理论知识和工程实际结合起来，同时加深我们对知识的理解并进一步掌握桥梁设计的基本程序、基本方法和设计步骤，培养我们分析、解决问题的能力。同时要求我们设计过程中熟悉相关的行业规范、标准，能正确使用哪个规范及相关的标准图集，并在设计过程中要充分考虑施工的方便性，能进行有关专业外文资料的翻译，加强计算机应用能力的训练。通过毕业设计的各个环节的综合训练，为毕业后尽快投入实际工作做准备，独立系统的完成一项工程设计，解决与之有关的所有问题，这使得我们要通过运用各种资料，完成桥梁的结构布置，结构设计及结构图、施工图的绘制，培养了我们分析和解决实际问题的能力，还有独立思考、独立设计、创新的精神。提高计算、绘图、查阅文献、编写技术文件及计算机辅助设计计算等基本技能，使我们了解生产设计的主要内容和要求。三、主要问题本选题主要进行狗子沟小桥的设计与计算，锻炼我们的知识运用能力。1、熟悉桥梁的荷载标准、自然条件与周围环境、桥位选择、桥址处水文、工程地质情况等；2、初步设计阶段的主要工作；3、了解和熟悉规范的规定；4、结构计算(1)、桥梁设计荷载、内力及内力组合计算；(2)、桥梁上部结构(主梁、桥面板)设计计算；(3)、桥梁下部结构（桥墩、桥台、承台、基础）设计计算；5、绘图(1)、进行全桥整体布置、并绘制桥型布置图；(2)、绘制桥梁各构件一般构造图、钢筋构造图；四、预期目的保质保量的完成毕业设计，能达到实际应用的要求。同时培养我们综合应用所学基础理论、专业知识和基本技能解决一般工程技术问题的能力；培养自己的独立工作能力、沟通能力、实践能力、高度的社会责任感和勇于探索的创新精神；为未来从事相关工作打下坚实的基础。五、难点1、虽然通过四年的时间对土木工程方面的知识进行了系统的学习，但是对于实际应用还是盲区，因而可能产生设计指导实践生产的困难。2、对国家规范的了解不够深刻，可能出现设计上得错误。3、对于桥梁现场地形地貌的资料不足带来的承载力及荷载计算的偏差。六、步骤1、查资料，准备开题报告2、桥的支座以及墩台的选型，梁尺寸拟定3、按相关设计规范进行荷载及内力计算4、进行桥梁上部结构设计计算5、确定上部结构尺寸及配筋，绘制相关图6、进行下部结构设计计算7、确定下部结构尺寸及配筋，绘制相关图8、编制设计说明书，整理结构结算书，修改桥梁结构施工图七、计划序号各阶段工作内容时间1查资料，调研，准备开题报告一周2桥梁墩台及制作的选型一周3主梁尺寸拟定及内力计算两周4按相关设计规范进行荷载及内力计算一周5进行桥梁上部结构设计计算一周6确定上部结构尺寸及配筋，绘制相关图一周7进行下部结构设计计算一周8确定下部结构尺寸及配筋，绘制相关图一周9整理结构计算书修改图纸二周10复核，装订，准备答辩一周本科毕业设计（论文）开题报告课题名称：基于现场总线技术的气象温度传感器年级专业：自动化-1班（学号）学生姓名：指导教师：完成日期：一、综述本课题国内外研究现状，说明选题的依据和意义1．国内外研究现状：（1）、国外研究现状1984年美国一家公司提出一种计算机分布式控制系统-位总线（BITBUS），它主要是将低速的面向过程的输入输出通道与高速的计算机总线多（MULTIBUS）分离，形成了现场总线的最初概念。80年代中期，美国Rosemount公司开发了一种可寻址的远程传感器（HART）通信协议。采用在4～20mA模拟量叠加了一种频率信号，用双绞线实现数字信号传输。HART协议已是现场总线的雏形。1985年由Honeywell和Bailey等大公司发起，成立了WorldFIP制定了FIP协议。1987年，以Siemens，Rosemount，横河等几家著名公司为首也成立了一个专门委员会互操作系统协议（ISP）并制定了PROFIBUS协议。后来美国仪器仪表学会也制定了现场总线标准IEC/ISASP50。随着时间的推移，世界逐渐形成了两个针锋相对的互相竞争的现场总线集团：一个是以Siemens、Rosemount,横河为首的ISP集团；另一个是由Honeywell、Bailey等公司牵头的WorldFIP集团。1994年，两大集团宣布合并，融合成现场总线基金会（FieldbusFoundation）简称FF。对于现场总线的技术发展和制定标准，基金委员会取得以下共识：共同制定遵循IEC/ISASP50协议标准；商定现场总线技术发展阶段时间表。目前国际上有40多种现场总线，但没有任何一种现场总线能覆盖所有的应用面，按其传输数据的大小可分为3类：传感器总线（sensorbus)，属于位传输；设备总线（devicebus)，属于字节传输；现场总线，属于数据流传输。目前应用比较多的有基金会现场总线（FF）、LonWorks、Profibus、WorldFIP及CAN等。围绕着现场总线技术的标准化，世界上各大厂商展开了激烈竞争。目前现场总线产品主要是低速总线产品，应用于运行速率较低的领域，对网络的性能要求不是很高。从应用状况看，无论是FF和Profibus，还是其他一些现场总线，都能较好地实现速率要求较慢的过程控制。因此，在速率要求较低的控制领域，谁都很难统一整个世界市场。而现场总线的关键技术之一是互操作性，实现现场总线技术的统一是所有用户的愿望。今后现场总线技术如何发展、如何统一，是所有生产厂商和用户十分关心的问题。高速现场总线主要应用于控制网内的互连，连接控制计算机、PLC等智能程度较高、处理速度快的设备，以及实现低速现场总线网桥间的连接，它是充分实现系统的全分散控制结构所必须的。目前这一领域还比较薄弱。因此，高速现场总线的设计、开发将是竞争十分激烈的领域，这也将是现场总线技术实现统一的重要机会。而选择什么样的网络技术作为高速现场总线的整体框架将是其首要内容。（2）、国内研究现状总体来看，现场总线技术在中国已经度过了启蒙宣传期，现在正进入推广应用期。国内对现场总线技术的研发，已经有了一段时间的积累，获得了许多宝贵的经验。但由于国内外在发展情况和研发特点上的差异，国内针对现场总线展开研发时，同样面临着一些问题。这些问题主要表现在以下几个方面：一、总线的选择，近些年来，存在许多现场总线在国内展开激烈竞争，这些种类的现场总线侧重点各有不同。如何根据自身特点及实际需求选择适合研发的现场总线，对于国内的研发力量来说，是首先要解决的问题。二、进入门槛较高。要针对现场总线进行研发，对国内的企业和研究机构来说，是存在一定高度的门槛的。这些企业和机构既要承担加入及注册的费用，又要具备能确保提供后期支持及维持的能力。另外，对现场总线技术的认证及测试，也需要研发机构具备一定的资金实力和级数实力。三、技术的难易以及对发展趋势的把握。现场总线的开发、工具包的获得，以及技术实现上的难易，都是国内研发机构需要面对的实际问题，另外，目前各种现场总线争相把中国作为实验及应用的场地。如何把握技术的发展趋势和前景，以研发出顺应市场潮流的现场总线产品，也是研发企业最为关注的方面，可见，现场总线技术在国内的研发和应用，要达到完全成熟的程度尚需时日。但可以预见的是，通过国内研究力量的不懈努力，现场总线技术必将在中国得到更加广泛的应用和长足的发展。2.选题依据针对目前工业现场普遍采用的自动控制系统如DCS（DistributeControlSystem）集散式控制系统来说，它在控制现场需要大量的传感器、执行器、调节器等相关设备，他们相对分散且分布在较广泛的范围内，连线过多不便于安装和维护，而且远距离传输导致信号衰减，局域通讯网络采用RS485方式，使系统开放性差，组态比较繁琐，不具备在线调试功能，抗干扰能力差，给安全平稳运行带来隐患。针对这一系列弊端，本设计提出了应用可靠性强、稳定性好、抗干扰能力强、通信速率快、造价低、维护成本低的CAN总线控制系统。本课题“基于现场总线技术的气象温度传感器”就是针对这一问题提出的。它的提出对户外气象站的温度数据实时采集和传输，保证气象中心随时掌握户外天气的一手数据有重要意义。3．研究的目的与意义（1）、研究的目的本课题研究的目的就是寻求一个切实可行的途径，将现场总线中的CAN总线与户外气象站的温度传感器结合起来，满足气象中心对户外气象数据的实时采集和传输的要求，保证数据的实时性和可靠性。（2）、研究的意义现代社会，气温作为一个物理量，与人们的生活环境，生产活动，科学研究等密切相关。许多时候掌握实时有效的气温状况对生产生活，科学研究等各方面非常重要。二、主要研究内容，拟解决的主要问题1．研究内容CAN现场总线的特性和开发应用。CAN控制器的初始化CAN总线报文的接收CAN总线报文的发送介绍几种常用温度传感器，如铂电阻、PN结温度传感器、集成温度传感器、热敏电阻传感器等。铂电阻的特性和开发应用铂电阻两端电压的计算电压信号的放大电压信号的A/D转换MC9S12XS128单片机的基本工作原理分析及应用电路设计信号的处理与传输上位机节点电路设计C++语言介绍及软件设计对系统进行调试2.拟解决的问题温度传感器数据的采集和处理信号的过滤、抗干扰、防电磁辐射CAN总线通讯模块的初始化CAN总线报文的发送与接收USB-CAN转换模块接口电路三、研究步骤及方法1．研究步骤（1）.阅读相关文献和书籍，了解相关设计方法，吸取有关经验。（2）.了解各环节基本原理，画出系统框图，进行方案论证，完成整体方案设计。（3）.画出程序流程图，实现对户外温度监测。（4）.根据掌握的相关知识要求，编写相应程序。（5）.整理资料，撰写毕业论文，使论文符合学院本科毕业设计要求。2．研究方法系统由温度传感器模块、通信协议模块、上位机模块三部分组成温度传感器模块负责采集数据，通信协议模块负责吧处理好的数据传输到上位机上，上位机负责显示，保存数据，其中通信模块采用CAN总线。温度传感器采用铂电阻，铂电阻在不同温度下阻值不同，采用恒流源装置进行供电，因此在电流保持恒定的条件下，监测到的电压发生变化，电压信号再通过放大电路及A/D转换传输到单片机中，实现温度信号的采集。通信协议模块采用CAN总线，它主要包括三个部分，第一部分是独立CAN协议控制器。在网络的层次结构中，数据链路层和物理层是保证通信质量至关重要、不可缺少的部分，也是网络协议中最复杂的部分，CAN控制器就是扮演这个角色，对外它提供了与微处理器的物理线路的接口。第二部分是CAN总线收发器，CAN总线收发器提供了CAN控制器与物理总线的接口，是影响网络系统安全性、可靠性和电磁兼容性的主要因素。第三部分USB—CAN转换器，CAN总线虽然可连接设备多，传输距离远，抗干扰能力强等诸多优点，但是它不能直接与计算机相连，必须把CAN总线转换为能与计算机相连的串行总线，能把CAN总线上的数据传输到上位机，本系统采用是使用较多的USB总线。抗干扰设计单片机通过程序控制将数据传输给CAN总线控制器。然后，CAN总线控制器再把数据进行一定的处理后发送给CAN总线收发器。为了保证数据传输的可靠性和真实性，在CAN控制器和CAN收发器之间加入了高速的光电耦合器件来完成抗干扰的功能微处理器的选择及其电路设计在温度传感器模块中，微处理器是核心，因此，在硬件设计时首先要考虑的是微处理器的选择，然后再确定与之配套的外围设备电路。单片机的出现，引起了仪器仪表结构的根本性变革。以单片机为主体取代传统仪器仪表的常规电子线路，可以容易地将计算机技术与测量控制技术结合在一起，组成新一代的“智能仪器”。在测量控制仪表中采用单片机技术使之成为智能仪器后，能解决许多传统仪表不能或不易解决的难题，同时还能简化仪表电路，提高仪表可靠性，降低仪表成本以及加快新产品的开发速度。本设计中，数据采集电路采用单片机作为微处理器。微处理器原则上只要能够满足实时控制调节需要的处理器都可以使用，CAN控制器需要16位寻址，应选用ROM足够大，且性能强大的处理器，本设计采用MC9S12XS128微控制器CAN控制器模块CAN总线节点的软件设计主要包括三个方面：CAN控制器初始化、报文发送和报文接受、错误处理函数和溢出处理函数初始化主要包括工作方式的设置、验收滤波的设置、波特率参数的设置等等CAN接收函数，该函数读取接收缓冲区的有效数据，并将接收到的数据存入相应的数据区，接收报文完毕后，释放缓冲区。CAN发送函数。该函数首先检验是否还在处理上一帧报文，如果已经完成，则像缓冲区中写入待发送的报文，并向控制器启动发送报文的命令，将报文发送出去。USB-CAN转换模块接口电路由于上位机没有专用的CAN总线接口，因此CAN总线发送过来的报文必须先经过转换，转为上位机可以读取的数据，从而实现数据在上位机的分析处理。该模块就是解决上述问题。四、进度安排和预期成果1、进度安排第一阶段（3.30-4.5）查找相关资料，并做出单片机接口电路设计第二阶段（4.6-4.13）温度信号采集电路设计第三阶段（4.14-4.20）接口通信电路和开关电源电路设计第四阶段(4.21-4.28）温度值计算程序设计和CAN现场总线模块程序设计第五阶段（4.29-5.5）完成毕业设计初稿，交给老师审阅第六阶段(5.6-5.10)反复修改，最终写出有自己独立见解的毕业论文。2、预期结果（1）提出并实现控制系统各性能指标，设计出的电路和程序，实现了控制要求。（2）设计出基于现场总线技术的气象温度传感器系统，最后进行硬件调试、软件调试、联合调试达到预期结果。五、主要参考文献1.李全利单片机原理及接口技术第二版.高等教育出版社2010.112.谭浩强C++程序设计清华大学出版社2004.63.刘曙光.现场总线技术的进展与展望[J].自动化与仪表，2002，（3）：23~264.饶运涛,邹继军,郑勇芸.现场总线CAN原理与应用技术[D].北京航空航天大学出版社，20035.邬宽明.CAN总线原理和应用系统设计[D].北京航空航天大学出版社，1996：12~136.冯建华,赵亮.单片机应用系统设计与产品开发[D].人民邮电出版社,2004：9~117.谭鉴荣;李建勇;伍光胜;;模数转换器AD7714及其应用[J];气象科技;2007年01期8.肖存龙;卜乐平;王黎明;李哲;;CAN总线实时性分析[J];微计算机信息;2009年02期9.韩冬;基于CAN总线的信号采集与传输的研究[D];东北农业大学;2010年1o.陈曦;CAN总线实时性和可靠性若干问题的研究[D];天津大学;2010年11.马赛;刘森林;;一种基于CAN总线的数据采集系统研究[A];2006年船舶通讯导航学术会议论文集[C];2006年12.易秋丽;杨丽娟;;浅谈自动气象站数据及