面向智能建筑系列网络化传感器的研制

山东建筑大学大学生研究实践（SRP）计划项目申请书项目名称：面向智能建筑的系列网络化传感器的研制申请人：曲志远所在院（部）：信息与电气工程学院专业年级：电气081联系电话：[phone]指导教师:李红民职称副教授批准日期：2010年10月8日山东建筑大学大学生研究实践（SRP）计划项目管理委员会项目类别项目批准号填表说明一、填写立项申请书前，请先咨询指导教师或有关专业教师。申请书的各项内容要求实事求是，逐条认真填写。表达明确、严谨，一律要求用打印稿件。二、申请书页面采用A4纸，于左侧装订成册。一式三份（至少一份原件），由指导教师和所在院（部）审查并签署意见后报送学生创新基金管理委员会。三、“所在单位意见”一栏中，应注明研究人员、时间、条件、政策等方面的保证措施和意见。“项目类别”指A、B、C、D，A—学术论文、社会调查类；B—全国、省级竞赛（决赛）类；C—实验设计和科技制作、研究类；D—其他类。“项目批准号”不填，由学校统一编号。四、如表格不够，可以加附页。一、简表项目简况项目名称面向智能建筑系列网络化传感器的研制项目类别A、学术论文、社会调查类；√B、全国、省级竞赛（决赛）类；C、科学实验和科技制作、研究类；D、其他类。申请经费2000元起止年月2010/10-2011/10项目申请人姓名曲志远性别男民族汉出生年月1988.10专业年级电气081院（部）信息与电气工程学院前一学期平均学分绩点85.33兴趣爱好科技制作前一学期综合测评名次5电话[phone]指导教师主要教学工作简历时间授课名称授课对象学时授课单位全年实验教学本科信电学院主要科学研究工作简历时间项目名称获奖情况2009-2010智能人居环境质量传感评估系统研制建设部2008-2010电力设备光纤光栅测温系统的研究校博士基金2008-2009微波同轴外导体内径测量系统国家计量院主要成员∧不含申请者∨姓名性别出生年月专业年级所在院（部）学习状况项目中的分工签字商新超男1989.10电信081信电学院良好硬件设计刘志强男1989.6电气091信电学院良好软件设计丛旭东男1989.2电信081信电学院良好软件设计冯鑫男1989.1电信081信电学院良好硬件设计张鹏飞男1990.10电气092信电学院良好软件设计郭永波男1990.7电气091信电学院良好软件设计二、项目的意义、现状分析现状分析：一、当今自动化测控领域广泛应用的常规传感器种类繁多，且传感技术相当成熟。但这些传感器输出多为模拟信号，本身不具备数据处理和联网的功能，需要连接到特定的测量仪表或专用采集模块上才能完成信号的处理与传输功能。此外，传统常规传感器只能实现对特定数据的检测与测量，在实际工程中需要较多的电源及信号馈送导线，且信号在传输过程中产生较大的信号损耗及寄生很大的线路干扰，如果测量点过多，就更不容易实现可靠的数据的传输与检测。二、在智能建筑领域，很多地方还没有实现对区域内建筑的网络化检测与管理，由于缺少支持网络化智能传感器而较难于实现低成本高效率的集中测控系统的架构。因为实现网络化管理是智能化建筑发展的趋势，建筑物内的各种参量如：温度、湿度、能源参量、光照强度、有害气体、重点设备的运行状态监控等都需要相关的传感器去采集处理和分析，因此，网络化传感器的研发势在必行。项目意义：网络化传感器的研制的目的：将生产设备与生活环境的参数信息，通过网络化传感器获取，智能化传感器在经过网络化改进设计后，具备数字信息通信功能，各个不同参量的传感器便于实现网络构建，从而为实现智能传感网络系统奠定了信息获取的基础，也为将来的物联网系统丰富了信息渠道，这样不仅可以方便地利用计算机强大的运算处理功能，提高智能化的程度，还可以扩展到整个城市所有的建筑，并都能在一个系统内实现信息共享及检测控制，在网络内随时直接的对指定的楼房进行各个参量的检测以及对楼房的统一管理。这不仅可以为人居环境排除潜在的威胁，保证人民的人身和财产不受侵害，降低能源消耗，极大地改善人们的生活质量，实现真正意义的数字化城市。三、项目实施方案及实施计划一、实施方案：系统设计方案流程图如下：智能建筑物网络化传感器城域网或Internet检测工程参数传输数据网络化传感器的构成：网络化传感器由多种终端探测器构成，通过检测到的各种工程参数，通过模、数转化电路进行一定的信息处理，再以总线的方式传给站点控制设备，经MCU控制传输设备的分析、处理，将整理的数据通过网线传送到网上。其内部构成：常规传感器1常规传感器2常规传感器NAD转换1AD转换2AD转换N模拟量输入模拟量输入模拟量输入通过软件编程实现对模拟工程参量的分析处理，使其便于通信数据处理数据处理数据处理MCU控制传输设备......网络传感器实现示意图二、具体计划：第一阶段：将各种常规传感器与AD进行硬件连接设计，得到正常的AD数字参量。第二阶段：进行获取数据的软件编程设计，将AD获取的数据通过MCU读取回来。第三阶段：将MCU读取的数据通过CAN总线传到局域网或Internet上。三、可行性分析：本次设计方案中设计到的知识有：普通传统传感器应用、计算机与周边设备的通信、CAN现场总线的软件编程、常用单片机的原理与使用。这些知识是我们本科阶段教学可以学习到的内容，另外一些没有学到的知识我们完全可以通过自学完成。因此，对于整个方案的实施与完成，我们有足够的信心。其具体依据如下：1）各成员都有扎实的专业基础，而且长时间致力于一些传感器和单片机的学习、知识积累的比较多。2）对部分常见的传感器的工作原理及使用方法，我们已经掌握并且能够正确的使用。其他涉及到的传感器的资料在互联网上可以查到，根据我们以前的经验可以快速的掌握。3）现场总线的运用，可以通过单片机（比如freescale系列的MC9S12DG256）实现下位机与局域网或Internet的数据传输。4）我们的指导老师李红民老师从事传感器方面研究多年，有相当丰富的经验和技术支持。5)本项目与我们的专业课程联系比较密切。我们可以方便的与各专业课进行交流学习。四、预期成果本次研制的网络化传感器是一个比较新颖的产品，用到了一些比较成熟的技术，通过我们的创新制造之后，将形成比较有实用价值的产品，可实现以下功能：1）实时检测建筑内各项工程参量（如温度、湿度、压强等）。2）实时检测建筑内能源的参量（如用电量、用水量等）。3）实时检测建筑内环境的参量（如各种有害气体的量）。4）可在网络上实时获取所有参量。5）采用CAN总线实现参量数据的传输。6）检测到的信息，可以作为控制系统的信息来源，通过控制系统可以调节不正常的工程参量恢复到正常值五、本项目的特点与创新之处1、本项目的主要特点1)通过网络化传感器可以获取建筑内的各项工程参数发送到局域网或Internet上，在网上实现对建筑物的监控，并且可以将检测到的系统参量作为反馈信息给控制系统，以达到实时监测、实时控制的目的。2)此网络化传感器集合了多种常规传感器，可以同时测量多种工程参数。3)采用专门的模数转换模块，能够获取精确的数据。4)采用了大功能的MCU使用现场总线的技术获取信息。可实现对多点的检测。2、本项目的创新1）主要是将传统的传感技术与网络相结合，形成了一种新型的传感器。2）采用了现场总线技术，实现了大信息量的正常传输。3）本系统支持网上检测与查询、可以实现远程。4）实现了智能建筑与网络的有机结合，给智能建筑研究提供了新的思路。六、项目研究基础1、指导教师：李红民承担的科研项目：1.温度自补偿式光纤光栅力传感器，发明专利，国家知识产权局2.光纤光栅力传感器，实用新型，国家知识产权局3.微波同轴线外导体内径测量仪，横向4.电气设备光纤光栅温度传感测量系统，校博士基金5.济钢煤气电除尘在线氧气分析仪吹扫氮气残氧补偿系统，横向6.山东东阿金华钢铁公司2万立方煤气柜自动化测控及低压电器设计与系统集成，横向7.基于总线集中控制山东莱芜爱地高分子有限公司超高分子量聚乙烯纤维自动化生产线系统设计与系统集成工程配套,横向8.济钢中轧厂线材生产线加热炉自动化测控系统设计与系统集成工程配套,横向9.一种新型的光纤光栅涡街流量传感器/传感技术学报/2006（04），EI收录10.应用于流化床的电容探针测量系统,天津大学学报，2005,38(10),EI收录11.基于射频导纳原理的电容油品智能分析系统，2008CCDC会议（2008.07），拟EI收录另外李老师每年都带毕业生的毕业设计以及每年的电子设计大赛，从2008年开始到2010年李老师所带的小组获得了三项省级二等奖的成绩，对传感器的研制具有雄厚的技术及深厚的经验。2、主持人：曲志远掌握了51单片机及其外围设备的C语言编程，学习了《模拟电子技术》、《数字电子技术》等部分专业课的学习，参加了2010年Freescale智能小车山东省的比赛并获得省二等奖，参加了2010年山东省电子设计大赛并获得了省二等奖，09年获得校级二等奖学金。3．项目组成员学习情况刘志强、张鹏飞、郭永波：熟练并能正确使用STC系列单片机，已经通过C语言二级等级考试，有一定的C语言基础。参加了2010年Freescale智能小车山东省的比赛和2010年山东省电子设计大赛。商新超、冯鑫、丛旭东：应用51系列单片机完成一些基本的系统工作，具有一定的编程能力，通过了国家二级C语言考试，并且学习了部分AVR单片机的相关内容。参加了2010年山东省电子设计大赛。七、经费预算各种常规传感器：1000MCU传输模块：300CAN总线开发、硬件费用：200其他的总的外围设备、开发费用：500八、指导教师意见签字：年月日九、所在单位意见单位盖章院（部）负责人签字：年月日十、专家评审意见签字：年月日十一、主管部门审核意见单位盖章负责人签字：年月日