大学生创新创业训练计划项目申请赵立辉

1、附件 1：辽宁工业大学大学生创新创业训练计划项目 申 请 书项目名称 基于物联网的智能热水器控制系统设计项 目 负 责 人付东阳学院专业电气工程学院 电气工程及其自动化所在年级 2010 级指导教师姓名指导教师职称赵立辉讲师填写日期 2013 年 3 月 15 日辽宁工业大学教务处制1 / 7项目名称基于物联网的智能热水器控制系统设计项目主持人年级学生姓名项陈鹏付东阳2010 级性别男学号电话学院名称电气工程学院100303043专业电气专业e-mail年级2010 级电气联系电话合作者签名目组其他王林李航男男电气工程学院电气工程学院电气自动化2010 级2010 级成员指导姓名赵立辉性别男民

2、族汉出生年月1979.12教师职称讲师专业电气研究方向信息处理、智能控制情况手机号码e-mailo指导老师签名指导教师教学与科研经历及取得成果：指导教师赵立辉老师自任教以来一直从事电气专业课教学工作，主讲电子线路 cad、电力系统基础、计算机网络等五门本科课程，主讲专科课程三门，指 导电子实习、生产实习、毕业设计等实践教学环节，申报开放课题项目多项，参加实 验室改造，实验设备维修课题 5 项。从事工作以来积极参与大学生动手能力和创新能力培养工作，自 2005 年来一直从 事全国电子大赛赛事组织工作，指导本科生学生参加“航信杯”、“挑战杯”大学生 科技竞赛，学生获得全国二等奖 1 项，省二等奖

3、1 项，省优秀奖 1 项，本人获得“最 佳指导教师”。参加辽宁省教改项目 1 项，辽宁工业大学教改项目 2 项，发表教改论 文 3 篇。自任教以来，他积极从事横纵向科研课题研究，研究领域为信息处理、智能控制。 近 5 年来先后主持辽宁省教育厅项目 1 项，参加并完成辽宁省自然基金、科技攻关项 目、优秀人才项目 5 项，作为主要完成人参加横向科研项目 3 项。发表与研究方向相 关科研论文 10 篇，其中第一作者发表论文 7 篇。并于 2007 年获得社会保障部“全国 技术能手”，及信息产业部“信息产业技术能手” 荣誉称号。2 / 7一、 项目研究目的和意义为了满足人们对生产、生活各个环节不断增长

4、的智能化、便捷化的要求，物联 网(internet of things) 伴随着检测控制技术、互联网技术和通信技术的发展融合 应运而生。所谓物联网就是指在物理世界的实体中部署具有一定感知能力、计算能 力和执行能力的嵌入式芯片及软件，使这些实体成为“智能物体”，并通过网络设 施实现信息传输、协同和处理，最终实现物与物、物与人之间的通信。物联网归纳 为具有如下三个特征：全面感知，即能够随时随地获取实体的信息；可靠传递， 即要求将实体的感知信息实时准确地传递出去；智能处理，即要求对海量的数据 信息进行高效的分析和处理并实现对实体的智能化控制。即国内学者所概况的三层： 感知层、网络层和应用层。目前，物

5、联网的应用领域主要包括物流监控、污染监控、智能检索、远程医疗、 智能交通和智能家居等。其中，智能家居因其应用前景广阔、潜在市场需求巨大且 发展迅猛而受到厂商的广关注。智能家居就是以住宅为平台，利用综合布线技术、 网络通信技术、安全防范技术、自动控制技术和视频技术，实现家居设备的集成， 从而构建高效的住设施与家庭日程事务的管理系统，满足用户对家居的安全性、舒 适性需求。本课题着眼于物联网领域在智能家居的应用，课题的选择是本课题组在指导教 师的指导下选择的，课题来源于老师在许继的实践活动，研究的是家居产中有代表 性的热水器控制系统，采用远程信息传输，监视电器的工作状态并且能够控制热水 器的开与关，

6、是物联网产品的代表，团队经仔细讨论，概括有如下的研究目的和意 义：（1） 智能家居产品的研制属于热点研究领域，符合国家新兴产业大力支持的技 术发展方向；（2） 选取的方向智能热水器控制系统为具有典型代表性的家居电器产品，在项 目开展过程中设计的是控制器，其本身具有先进的控制技术、通信技术，项目的开 展为以后智能家居系统的开发打下技术基础，有利于今后向深层次产品的开发。（3） 项目涉及的技术和概念国内正处于热点研究攻关阶段，有利于今后的就业， 等于提前进入社会，从事系统产品的开发阶段。（4） 本项目指导教师具有丰富的指导竞赛经验，这几年各部门举办的竞赛活动 中以物联网、智能检测、信息处理系统为设

7、计对象的大赛层出不穷，本项目的开展 将为本课题组今后参加竞赛提供技术积累和赛前的准备。（5） 项目的开展和逐层推进，是对团队学生大学所学知识的综合运用，其中的 技术难点富有挑战性，将在项目的开展过程中逐步提高团队参与者的动手能力、实 践能力和创新能力，激发团队成员的学习主动性和独立思考能力。（6） 本项目提出的课题是基于实际产品的开发，前期调研和方案论证工作中定 下采用低成本、实用可靠的器件，满足人们对物联网技术的需求，项目的研究成果 将为智能家居产品提供可选的低成本方案，具有可推广和产业化的潜力和重要的现 实意义。3 / 7二、项目实施方案1项目研究目标、研究内容和拟解决的关键问题研究目标：

8、在项目的立项和调查阶段，团队制定了如下的研究目标：（1）争取取得产品的技术先进性，能代表当今物联网技术在家居产品中应用； （2）项目的开展能切实地提高课题团队成员的动手能力和综合能力，提高整个研究团队的技术能力；（3） 在指导教师的指导下，经过项目的开展，最终达成项目计划中的目标，形成 一个家居产品基于互联网的智能家居产品，它具有如下特点：低成本、工作可靠、 实用。（4） 本项目的开展将为本团队参加大学生创新竞赛活动打下技术基础，取得一定 的竞赛成果。研究内容：项目要完成的是基于物联网技术的智能热水器控制系统的开发，实现的控制器具 有联网通信能力，通过 pc 客户端与手机客户端实现对智能家居的

9、家庭终端传送相应的 指令，从而实现远程控制热水器相应的工作状态，实现可实用化的智能家居产品。其 具体的研究内容包括：（1） 热水器温度的控制：设计控制温度的算法，保持水温的恒定在设定的温度， 实现节能、定时用热水的功能；（2） 家居无线通信功能设计：采用近程无线通信方式，设计通信节点，实现智能 产品的无线通信能力；（3） 远程通信设计：设计硬件和软件，采用互联网方式通过 pc 机客户端或手机 浏览器完成远程信息的获取和远程控制，实现物联网功能。拟解决的关键问题：项目的开展过程中，集成的通信技术、编程技术和控制技术都是对团队成员能力 的考验，提炼出需要解决的关键问题有：（1） 通信节点的设计，在

10、具体的设计中拟采用的通信方式，以及通信处理机的 架设，以及通信处理器芯片的选用都是技术难点。（2） 远程通信的设计，代理服务器以及家用终端与执行器相互通信的问题，采 用通过 internet 网实现数据通信，短信息和服务器建立设计是关键技术。（3） 应用程序设计，上位机采用手机或 pc 机都需要应用程序设计，设计基于非 windows 系统的软件是技术难点之一。4 / 72拟采取的研究方法、技术路线、实验方案及可行性分析研究方法：项目的开展以可实用化具体典型代表性的产品为研究目标，在具体项目的开展过 程，拟在不同技术上采用如下研究方法：（1） 在项目的预研究和立项阶段，以目前互联网上相关人员发

11、表的论文为基础进 行产品相关的技术探讨与总体方案设计，依据指导老师在实践中的所得和先进企业研 发的产品为参考，进行初步设计；（2） 本学期团队成员大都处于单片机课程的学习阶段，利用学习到图书馆查找讲 述详细的教材和典型案例，通过开发板开展单片机及嵌入式芯片的学习研究，为控制 系统的硬件设计提供技术积累；（3） 在设计阶段，本课题团队将以导师所在团队整体开发队伍实力为基础，把 人员分成 2-3 个方向，集中精力针对硬件、通信和应用程序进行研究。（4） 指导教师和创新团队指导教师具有丰富的科研和产品开发经验，在遇到技 术难点和疑难之处向他们请教，尽早解决问题，取得技术突破。（5） 由于本设计是研究

12、产品，实物设计，在具体开发电路中可采用仿真和实验 相结合；在软件开发中通过实验的方法，达到预期目的。技术路线控制器热水器通信节点网关pc 客户手机端如图所示，用户通过客户端向代理服务器网管发送指令，相应的指令经过代理服 务器的处理将用户的请求发送至通信节点，通信节点相当于一台迷你的家用 pc，该 pc 不设置显示功能，只用作数据指令的接受与处理。经过家庭终端处理的数据信号经过 控制器的执行从而将用户发送的数据指令转化为相应的执行效果。温度采集通过传感 器采集热水器内温度，反馈给控制器，控制器开关实现对电阻丝的电流通断，实现温 度控制。实验验证：解决客户端与代理服务器的通信技术。解决代理服务器与

13、家庭终端数据双向链接与反馈的技术。完善执行器与家庭终端的接口技术。实现执行器对相应电气设备的控制功能3本项目的创新之处本项目是基于互联网和现在已有的智能家居技术基础之上做出进一步的集成化智 能化开发。互联网与人们的生活家居结合，对于一种自己已经接触并有所了解的新产 品易于接受和使用，有利于技术推广和产品实用化。本项目技术能够使用户实时掌握 监控自家的状况，同时还能对各种电器进行远程操控让生活变得更加惬意。系统技术 上集成了先进的通信技术、计算机技术和控制技术，满足了物联网技术在智能家居产 品的应用需求，具有技术上的先进性。5 / 74项目研究计划及预期进展按创业训练项目的计划安排，本项目制定如

14、下计划：第 1 月 项目的总体设计和方案制定第 2 月 第 5 月 控制器硬件电路设计，硬件电路制版、焊接、调试上位机软件开发第 6 月 第 9 月 第 10 月第 11 月 第 12 月5项目研究的预期成果软件编程、调试 系统调试；准备验收，总结报告依据项目的技术难度和团队人员情况，制定如下预期成果： （1）达到设计目标的实物产品一套；（2）编写控制器程序一套； （3）通信程序一套；（4）教改论文 1 篇；三、项目保障机制1经费预算及经费使用计划经费开支项目材料费耗材费制板费总计（万元）经费预算（万元）0.370.030.050.45用途简要说明控制器芯片、电气器件、通信芯片及外围元器件等打

15、印纸、焊锡、松香、电缆等控制器、通信板制板费2条件保障（实验室、设备、场地、设施等具体情况）本项目指导教师及项目团队成员所在创新集体为“电气学院超凡大学生创新团 队”，团队教师具有丰富的科研和实践工程经验，为项目的开展提供保障；团队具有实验、研究用实验室 5-718、708 实验室，实验室具有专门焊接、调试场 地，为本项目开展提供场地保障；创新团队所在学院实验中心大力支持大学生创新活动的开展，具有直流稳压电源、 信号发生器、示波器、万用表及单片机开发板、 arm 试验箱等为本项目开展提供设备 保障、6 / 7四、指导教师意见项目研究的选题意义、项目研究方案的科学性、可行性该团队大学生创新创业训练计划项目选题“基于物联网的智能热水器控制系统设 计”符合国家对物联网、智能家居、新型通信技术的扶持政策，产品满足了人们对美好 舒适家居电器产品的需要。项目的研究是当今技术研究热点，如果产品达到申请中所计 划的预期目标取得成果将具有重要的教育教学意义和社会意义。项目研究方案融合了通信技术、计算机技术、控制技术，利用了先进的电子产品， 产品设计科学合理，工作原理科学。项目研究方案中利用的技术可行，提出的方法、对难点分析清晰准确，后续的研究 可行。但需要努力专研，力争取得预期成