基于设计的工业设计工程技术类课程教学研究工学论文
摘 要：在分析工业设计专业课程体系的构成，以及工程技术类课程在工业设计专业教学中的作用与现状的基础上，并根据工业设计专业的学科特点，本文提出基于设计的工程技术类课程教学*的新理念与具有方案。
一、引言
早在1919年，德国建筑师格洛佩斯创建包豪斯设计学院时就提出“艺术与设计”相统一的设计理念。时至今日，信息科学、网络科学高速发展，致使艺术与科学的联系愈加紧密。作为培养人才的高校教育体系，应适应时代发展，立足艺术与科学的契合点，协调艺术与科技之间的关系，构建科学完善的教学体系，培养知识结构完善的高素质人才。
工业设计专业的课程体系一般由公共基础课、专业基础课和专业课三部分组成。公共基础课是指高校各专业学生都必须学习的，用以培养学生基本品德、*、文化、身体素质的课程，主要包括“两课”、外语、体育、计算机等。专业基础课和专业课则是与设计直接相关的课程，按照工业设计师的能力培养需求来对个两组课程进行划分的话，可将其分为产品表现类课程、产品设计类课程、工程技术基础类课程等几个部分。
工业设计专业所涉及的工程技术类课程众多，各门课程因自身学科的性质与特点都有学时的要求和教学章节的安排。而工业设计专业学生对工程技术知识的需求与掌握程度与工科机械类学生有所不同，学时分配上也无法满足传统工科教学的要求，每门课程不能独立开设。所以必须针对工业设计专业学生所应掌握工程技术知识的具体特点来重新整合多门课程，以适合专业设计专业培养的需要。根据设计对工程技术知识的需求将其分成产品设计工程表现、产品设计机械基础和产品设计材料基础三个课程群。并以设计为主线，运用具体实例将理论知识融入其中，增强学生的学习兴趣，摆脱相对枯燥乏味的单纯理论教学模式。基于设计的工程技术类课程群体系如图所示。
1。 以实际案例分析为载体组织教学，激发学生学习兴趣
在教学中始终贯穿与突出设计主线，围绕设计主线来组织教学，将深奥的工程技术知识融入设计实例当中，变抽象的理论为具象的设计再现。大量优秀的设计方案又激发了学生对专业知识的兴趣，潜移默化地提升了他们分析、评价及应用能力。
2。 借助现代教学手段，丰富教学方法
传统的工程技术类课程的教学主要依靠板书完成，很难给学生一个可视化的、直观的空间实体来展示教学内容，学生只能靠想象对课程进行理解，阻碍了学生对理论知识的理解与掌握。若借助先进的计算机技术，进行实体建模和虚拟组装来展示给学生，这些问题将迎刃而解。利用CAI课件做成动画形式展示给学生，增强了强教学内容的可视性、可传性和可用性，起到事半功倍的效果。
3。 以设计为依托，增强学生的自我动手能力的自学能力
工程技术类课程的学习是以服务设计为目的的，在课程的讲授上以设计案例为载体，融入所需的工程技术知识。教学是老师与学生的互动过程，在这个过程中应该充分调动学生的实践意识，主动增强自我动手能力和自学能力。不同课程针对不同的设计题目，要求学生从材料的选择、结构的设计、加工工艺的制定等一系列问题进行思考与实践。同时，通过各门课程的系统协调的配合，实现学生对工程技术知识的了解、掌握及其实际设计中的运用，真正达到学以致用、学有所用。
四、结束语
工程技术知识的教学是工业设计专业教学的重点与难点，采用何种教学模式、何种教学手段才能达到预期的教学目标，是一个值得工业设计教学探讨的问题。教学*是一项系统工程，除了对教学内容、教学手段的*之外，还必须更新观念、积极探索，建立一套针对工业设计专业特点的教学体系。
参考文献：
[1] 吴海红。工业设计专业工程基础类课程现状分析[M]。美术大观，2009。9。
[2] 王学义。浅析工业设计专业工程技术基础类知识的渗透[M]。中小企业管理与科技，2008。13。
拓展阅读
1、基于stm32的四路抢答器课程设计说明书大学论文
学 院： 年级专业： 学 号： 学生姓名： 指导教师：
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摘要
在各种智力竞赛场合，抢答器是必不可少的最公正的用具。在我们各种竞赛中我们也经常能看到有抢答的环节，某些举办方采用让选手通过举答题板的方法判断选手的答题权，这在某种程度上会因为主持人的主观误断造成比赛的不公平性，而抢答器的应用就能避免这种弊端。今天随着科技的不断进步抢答器的制作也更加追求精益求精，人们摆脱了耗费很多元件仅来实现用指示灯和一些电路来实现简单的抢答功能，使第一个抢答的参赛者的编号能通过指示灯显示出来，避免不合理的现象发生。但这种电路不易于扩展，而且当有更高要求时就无法实现，例如参赛人数的增加。随着数字电路的发展，数字抢答器诞生了，它易于扩展，可靠性好，集成度高，而且费用低，功能更加多样，是一种高效能的产品。而如今在市场上销售的抢答器大多采用可编程逻辑元器件，或利用单片机技术进行设计。
本文实现了一个基于嵌入式STM32单片机的4路抢答器系统设计,本系统设计主要
分为硬件设 备和软件控制两大部分。外部硬件使用STM32单片机作为控制中心，用4个按键作为抢答输入，抢答开始后，抢答成功者的LED灯标识为红色闪烁，并且显示各抢答输入的时间。
关键词：智能抢答器，STM32，按键输入，数码管显示
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目录
摘要 ................................................................................................................... 2 目录 ................................................................................................................... 3 第1章 绪论 ..................................................................................................... 5 1.1 课题研究的相关背景 ....................................................................... 5 1.2 选题的目的和意义 ........................................................................... 5 1.3 课题研究的内容 ............................................................................... 5 1.4 国内外研究现状 ............................................................................... 6 1.5 抢答器目前存在的主要问题 ........................................................... 6 第2章 抢答器的系统概述 ............................................................................. 7
2.1 系统的主要功能 .............................................................................. 7 2.2 抢答器的工作流程 .......................................................................... 7 2.3 STM32的功能及简介 ....................................................................... 7 2.4 抢答器的优点及组成 .................................................................... 10 2.5 本章小结 ........................................................................................ 11 第3章 系统的硬件设计与开发 ................................................................. 11
3.1 系统硬件总体设计 ........................................................................ 11 3.2 STM32 最小系统 .............................................................................. 12 3.4 时钟频率电路的设计 .................................................................... 14 3.5 复位电路的设计 ............................................................................ 15 3.6 数码管显示 .................................................................................... 16 3.7 键盘电路的设计 ............................................................................ 16 3.8 LED电路 ......................................................................................... 18 3.9 本章小结 ........................................................................................ 18 第4章 系统的软件设计与开发 ................................................................... 19
4.4 主要程序分析 ................................................................................ 20 4.5 本章小结 ........................................................................................ 29 第5章 总结与展望 ..................................................................................... 30
5.1 总结 ................................................................................................ 30
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5.2 展望 ................................................................................................ 31 致 谢 ............................................................................................................. 32 参 考 文 献 ................................................................................................... 33
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第1章 绪论
1.1
课题研究的相关背景
抢答器是一种应用非常广泛的设备，在各种竞赛、抢答场合中，它能迅速、客观地分辨出最先获得发言权的选手。早期的抢答器只由几个三极管、可控硅、发光管等组成，能通过发光管的指示辩认出选手号码。现在大多数抢答器均使用单片机和数字集成电路，并增加了许多新功能，如选手号码显示、抢按前或抢按后的计时、选手得分显示等功能。本系统设计主要分为硬件设备和软件控制两大部分。外部硬件使用STM32单片机作为控制中心，用4个按键作为抢答输入，抢答开始后，抢答成功者的
LED灯标识为红色闪烁，并且显示各抢答输入的时间。
1.2 选题的目的和意义
通过这次设计，掌握STM32单片机的原理，了解简单多功能抢答器组成原理，初步掌握多功能抢答器的调整及测试方法，提高动手能力和排除故障的能力。同时通过本课题设计与仿真进行调试，提高自己的动手能力，巩固已学的理论知识，建立单片机理论和实践的结合，了解多功能抢答器各单元电路之间的关系及相互影响，从而能正确设计、应用各个单元电路。
1.3
课题研究的内容
本系统采用模块化设计智能抢答器，在抢答比赛中广泛应用，各组分别有一个抢答按钮。抢答开始后，抢答成功者的 LED灯标识为红色闪烁，并且显示各抢答输入的时间。在通过研究并在设计验证后发现，采用单片机技术设计的抢答器与目前常用的抢答器相比，首先，电路连接简单，因为大多数功能单元都通过程序设计在单片机内部，第二，工作性能可靠，抗干扰能力优于目前抢答器。所以本研究是一个实用的工程设计，具有创新性。
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1.4 国内外研究现状
抢答器作为一种电子产品，早已广泛应用于各种智力和知识竞赛场合，但目前所使用的抢答器有的电路较复杂不便于制作，可靠性低，实现起来很困难；有的则用一些专用的集成块，而专用集成块的*又很困难。为适应高校等多代表队单位活动的需要而设计一个多功能抢答器，这种抢答器具有电路简单，元件普通，易于*等优点，很好地解决了制作者制作困难和难于*的问题。在国内外已经开始了普遍的应用。
1.5 抢答器目前存在的主要问题
随着*开放事业的不断深入，促使人们学科学、学技术、学知识的手段多种多样，抢答器作为一种工具，已广泛应用于各种智力和知识竞赛场合。但抢答器的使用频率校低，且有的要么制作复杂，要么可靠性低，减少兴致。作为一个单位若专购一台抢答器虽然在经济上可以承受，但每年使用的次数极少，往往因长期存放使（电子器件的）抢答器损坏，再购置的麻烦和及时性就会影响活动的开展。
而且目前多数抢答器存在3个不足之处：第一，现场线路连接复杂。因为每个选手位于抢答现场的不同位置，每个选手与控制台之间要有长长的连接线。选手越多，连接线就越多、越乱，这些连接线不仅影响了现场的美观，而且降低了抢答器的可靠性，增加了安装的难度，甚至影响了现场人员的走动。第二，电路复杂。因为单片机只完成号码处理、计时、数据运算等功能，其它功能如选手号码的识别、译码、计分显示等仍只能通过数字集成电路完成。采用单片机扫描技术识别选手抢按号码时，电路的延迟时间较大。第三，选手抢按成功，但出现没有抢答被记录的问题。
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第2章 抢答器的系统概述
2.1 系统的主要功能
本系统是借用单片机采用模块化设计的4路抢答器，包括4路抢答按纽、计时显示、抢答成功标识，各种相关显示调控功能等
本系统采用模块化设计的四路抢答器，在抢答比赛中广泛应用，各组分别有一个抢答按钮。一共有4个按键输入，分别对应4路选手的抢答按键。
单片机是整个抢答器的核心，内部电路设计用汇编语言编写。它完成了时间参数的设定，抢按号码的译码，保存；显示；输出，抢按及答题倒计时功能等。
本设计中，有四个共阳的数码管，四个数码管。主持人按下复位键（RESET）后开始抢答。抢答成功者的LED灯标识为红色闪烁，并且显示各抢答输入的时间。
抢答器的基本工作原理：在抢答后，按键产生的下降沿，被中断的LInE线捕捉，从而实现进入中断服务函数，进行LED闪烁，以及实现相应数码管的计时显示工作，进而标识识别出抢答成功者的标号，进行相应的回答。
2.3 STM32的功能及简介
现阶段，市场上低端产品处理器以8位单片机为主，例如广为人知的c51系列，
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而高端则是以32位单片机为主，例如基于ARM cortex-M3内核的STM32系列，是专门为要求高性能、低功耗、低成本的嵌入式系统设计的芯片。本系统是使用STM32单片机，采用模块化设计的4路抢答器，包括4路抢答按纽、计时显示、各种相关显示调控功能等。
采用STM32F103VET6的100管脚的单片机，连接四路按键，四路LED，以及要显示四个独立的数码管，故需要比较多的I/o口.使用外部中断包含16个的边沿检测器，
用于产生中断,每个中断线都可以独立地配置它的触发事件(上升沿或下降沿或双边沿)，并能够单独地被屏蔽；有一个挂起寄存器维持所有中断请求的状态。EXTI可以检测到脉冲宽度小于内部APB2的时钟周期。多达112个通用I/o口连接到16个外部中断线，满足系统功能的需要。从性能、价格、实际需要，STM32F103VET6较之8位8051单片机等，更为符合设计要求。
图2.4 STM32单片机的内部结构图
ARM cortex-M3处理器是新一代的32位处理器，是一个高性能、低成本的开发
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平台，适用于微控制器、工业控制系统以及无线网络传感器等应用场合。其特点为：
1.性能丰富成本低。专门针对微控制处理器应用特点而开发的32位McU，具有高性能、低成本、易应用等特点。
2.低功耗。把睡眠模式与状态保留功能结合在一起，确保cortex-M3处理器既可提供低能耗，又不影响很高的运行性能。
3.可配置性强。cortex-M3处理器的nVIc功能提高了设计的可配置性，提供了多达240个具有单独优先级、动态重设优先级功能和集成系统时钟的系统中断。
4.丰富的链接。功能和性能兼顾的良好组合，使基于cortex-M3的设备可以有效处理多个I/o通道和协议标准。
STM32系列处理器先进的内部结构：
1.哈佛结构。使其在处理器整数性能测试上有着出色的表现，可以达1.25DMIPS/MHz,而功耗仅为0.19mW/MHz。
2.Thumb-2指令集以16位的代码密度带来了32位的性能。
3.内置了快速的中断控制器，提供了优越的实时特性，中断的延迟时间降到只需6个cPU周期，从低功率模式唤醒的时间也只需6个cPU周期。
4.单周期惩罚指令和硬件除法指令。
STM32在嵌入式系统应用领域有着无可比拟的优势，本系统应用的STM32F103ZET6的增强型系列单片机的功能也十分强大。详细介绍如下：
1.内核：（ARM 32位的cortex?-M3 cPU）最高72MHz工作频率，在存储器的0等待周期访问时可达1.25DMips/MHz；单周期乘法和硬件除法。
2.存储器：从256K至512K字节的闪存程序存储器；高达64K字节的SRAM；带4个片选的静态存储器控制器、支持cF卡、SRAM、PSRAM、noR和nAnD存储器；并行LcD接口，兼容8080/6800模式。
3.时钟、复位和电源管理：2.0～3.6V供电和I/o引脚；上电/断电复位（PoR/PDR）、可编程点压监测器（PVD）； 4～16MHz晶体振荡器；内嵌经出厂调校的8MHz的Rc振荡器；内嵌带校准的40kHz的Rc振荡器；带校准功能的32kHz RTc振荡器。
4.低功耗：睡眠、停机和待机模式；VBAT为RTc和后备寄存器供电。
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5.3个12位模数转换器，1μs转换时间(多达21个输入通道)：转换范围：0至3.6V；三倍采样和保持功能；温度传感器
6.2通道12位D/A转换器
7.DMA（12通道DMA控制器）：支持的外设：定时器、ADc、DAc、SDIo、I^2S、SPI、I^2c和USART。
8.调试模式：串行单线调试（SWD） 和JTAG接口；cortex-M3内嵌跟踪模块（ETM）。
9.多达112个快速I/o端口：51/80/112个多功能双向I/o口，所有I/o口可以映像到16个外部中断；几乎所有端口均可容忍5V信号。
10.多达11个定时器：多达4个16位定时器，内个定时器有多达4个用于输入捕获/输出比较/PWM或脉冲计数的通道和增量编码器输入；2个16位位带死区控制和急刹车，用于电机控制的PWM高级控制定时器；2个看门狗定时器（独立和窗口型的）；系统时间定时器；24位自减型计数器；2个16位基本定时器用于驱动DAc。
11.多达13个通信接口：多达2个I^2c接口（支持SM-Bus/PM-Bus）；多达5个USART接口（支持ISo7816，LIn，Ir-DA接口和调制解调控制）；多达3个SPI接口（18M位/秒），2个可复用为I^2S接口；cAn接口（2.0B主动）；USB2.0全速接口；SDIo接口。
12.cRc计算单元，96位的芯片唯一代码 13.EcoPAcK?封装
2.4 抢答器的优点及组成
在知识比赛中，特别是做抢答题目的时候，在抢答过程中，为了知道哪一组或哪一位选手先答题，必须要设计一个系统来完成这个任务。如果在抢答中，靠视觉是很难判断出哪组先答题。利用单片机系统来设计抢答器，使以上问题得以解决，即使两组的抢答时间相差几微秒，也可分辨出哪组优先答题。本文主要介绍了单片机抢答器设计及工作原理，以及它的实际用途。系统工作原理本系统采用STM32单片机作*。控制系统的四个模块分别为：存储模块、显示模块、计时模块、抢
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答开关模块。该抢答器系统通过四个个按键输入抢答信号；利用存储程序来完成软件的设计；利用四个4位七段共阳数码管来完成显示功能。工作时，用按键通过开关电路输入各路的抢答信号，经单片机的处理，输出控制信号，控制四个七段数码管和喇叭工作。在数码管上显示哪一组先答题，从而实现整个抢答过程。
2.5 本章小结
本章主要讲述了抢答器的工作原理和本设计系统的工作流程。在说明工作原理的过程中，突出了电路的组成单元以及这些单元如何实现抢答功能；在说明系统的流程时，结合本设计的内容，指出了参数设置的方法和意义。抢答正常流程的实现，同时也说明了抢答器的优点和STM32的功能及简介。
第3章 系统的硬件设计与开发
3.1 系统硬件总体设计
本章主要内容是系统的硬件电路的实现，即现场检测设备的硬件电路设计，四路按键作为输入信号传给STM32单片机，STM32作为主控制芯片，四盏LED作为输出，抢答成功者的LED灯红色闪烁，四个独立数码管，分别显示各自的抢答时间，电源模块采用的12V的开关电源，再通过稳压芯片转换为所需5V和3.3V电源输出。还需要USB转串口电路，JTAG调试电路，晶振、BooT等外围电路。
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JTAG 复位 4七数管示 = 电源 晶振 位段码显4路抢答 按键输入 图3.1 系统主要功能模块
STM32单片机 LED显示3.2 STM32 最小系统
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采用STM32F103VET6最小系统，100引脚，512闪存，32位cPU，最高72Mhz工作频率，完全可满足本系统设计的需要。
JTAG(Joint Test Action Group，即联合测试行动小组)是一种国际标准的测试协议，主要应用于芯片的内部测试，现在主流的DSP、FPGA芯片等都支持JTAG协议。标准的接口是4线制的，包括：TMS、TcK、TDI、TDo，分别代表模式选择、时钟设
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置、数据输入和数据输出。JTAG的基本原理是在器件内部定义一个TAP（Test Access Port，即测试访问口）然后通过专门的调试工具对芯片内部的节点进行测试。
图3.3 STM32 的JTAG 调试接口电路
3.4 时钟频率电路的设计
单片机必须在时钟的驱动下才能工作。在单片机内部有一个时钟振荡电路，只需要外接一个振荡源就能产生一定的时钟信号送到单片机内部的各个单元，决定单片机的工作速度。时钟电路如图5所示。
图3.4 外部振荡源电路
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一般选用石英晶体振荡器。此电路在加电大约延迟10ms后振荡器起振，在XTAL2引脚产生幅度为3V左右的正弦波时钟信号，其振荡频率主要由石英晶振的频率确定。电路中两个电容 c1，c2的作用有两个：一是帮助振荡器起振；二是对振荡器的频率进行微调。c1，c2的典型值为30PF。
单片机在工作时，由内部振荡器产生或由外直接输入的送至内部控制逻辑单元的时钟信号的周期称为时钟周期。其大小是时钟信号频率的倒数，常用fosc表示。图中时钟频率为12MHz，即fosc=12MHz，则机器周期为1μs.
单片机的第9脚RST为硬件复位端，只要将该端持续4个机器周期的高电平即可实现复位，复位后单片机的各状态都恢复到初始化状态，其电路图如图6所示：
图3.5复位电路
图6中由复位键以及电解电容c3、电阻R2构成按键及上电复位电路。由于单片机是高电平复位，所以当复位键按下的时候，单片机的9脚RESET管脚将处于高电平，此时单片机就处于复位状态。当上电后，由于电容的缓慢充电，单片机的9脚电压会逐步由高向低转化，经过一段时间后，单片机的9脚处于稳定的低电平状态，此时单片机上电就复位完毕，系统程序从0000H开始执行。
值得注意的是，在设计当中使用到了硬件复位和软件复位这两种功能，由上面的硬件复位后的各状态可知寄存器及存储器的值都恢复到了初始值，而前面的功能介绍中提到了倒计时时间的记忆功能，该功能的实现的前提条件就是不能对单片机
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2、基于Zigbee技术的智能家居控制系统设计—课程设计论文图文
上海第二工业大学 本科课程机器人3（论文）
上海第二工业大学 本科课程机器人3（论文）
摘要
随着生活质量的日益改善和生活节奏的不断加快，人们的工作、生活日益信息化。信息化社会改变了人们的生活方式与工作习惯，使得家居系统的智能化成为一种消费需求，智能家居系统越来越被重视。因此，将家庭中各种通信设备、家用电器和家庭安保装置通过家居控制系统进行整合，并进行远程控制和管理，已经成为近年来一个热门研究课题。
关键词: Zigbee ；Z-Stack；cc2530芯片；智能家居
上海第二工业大学 本科课程机器人3（论文）
The Design of Smart Home control System Based on ZigBee Technology Technology
ABSTRAcT
With the development of the science and economy，people’s living standard improves enormously.People may pay more and more attention to their living environment.
Information society has changed people’S lifestyle and work habits to make
intelligent home system a consumer demand．Intelligent home system catches more
and more people’S attention.Therefore the topic about the integration and
management of various communication equipments in home，household appliances
and home security devices combined by the intelligent home control system remotel，
has become a hot research point in recent years． Key words: Zigbee; Z-stack;cc2530;Smart Home
上海第二工业大学 本科课程机器人3（论文）
目录
1.1无线传感器网络..................................................1 1.1.1无线传感器网络概况............................................1 1.1.2无线传感器的应用现状..........................................1 1.1.3无线传感器的未来前景..........................................2 1.2基于Zigbee技术的无线传感器网络.................................2 1.3论文结构........................................................3
2 Z-Stack协议栈..........................................4
2.1 Zigbee协议介绍.................................................4 2.1.1 Zigbee协议栈的结构...........................................4 2.2 Zigbee网络结构.................................................5 2.3 Z-Stack协议栈介绍..............................................6 2.3.1寻址..........................................................6 2.3.2绑定..........................................................9 2.3.3路由协议......................................................9 2.3.4数据发送函数.................................................10 2.3.5网络组建过程.................................................10 2.3.6数据接收函数.................................................10
3.1系统的整体介绍.................................................13 3.2系统硬件介绍...................................................13 3.2.1各类传感器模块...............................................13 3.2.2终端节点和数据汇聚模块.......................................15 3.3系统软件介绍...................................................16 3.3.1终端节点和数据汇聚模块软件设计...............................16 3.3.2上位机（Pc机）的监控界面.....................................18
上海第二工业大学 本科课程机器人3（论文）
4结论....................................................21 参考文献.................................................22 附录.....................................................23
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1.1无线传感器网络
1.1.1无线传感器网络概况
无线传感器网络是指大量的移动的或静止的传感器以自组织和多跳的方式构成的无线网络。其目的是协作地感知、采集和处理传输网络覆盖地理区域内感知对象的监测信息，并报告给用户。
无线传感器网络起源于20世纪70年代，是一种特殊的无线网络，最早应用于美国军方，例如空中预警控制系统。这种原始的传感器网络只能捕获单一信号，传感器节点只能进行淡淡的点对点通信。
1980年美国国防部高级研究计划局提出了分布式传感器网络项目，开启了现代无线传感器网络研究的先例。此项目旨在建立一个由空间分布的低功耗传感器节点构成的网络。这些节点之间相互协作并自主运行，将信息送达处理的节点。2003年8月，美国《商业周刊》将无线传感器网络定位成21世纪高技术领域的四大支柱型产业之一，其潜在市场需求十分巨大，传感器网络系统已引起世界各国学术界、军事部门和工业界的极大关注。 1.1.2无线传感器的应用现状
近几年来，由于成本的降低，技术的愈发成熟，无线传感器网络已经大规模应用在如下几个领域中：
（1）环境监测
由于环境污染问题日益突出，人们对与环境的保护越来越关注，对于环境的监测需求相应增加。无线传感器网络为环境监测时采集数据提供了便利，并且还可以减少对环境的破坏。无线传感器网络还可以跟踪候鸟和昆虫的迁移，研究环境变化对农作物的影响，监测海洋、大气和土壤的成分等。此外，它也可以应用在精细农业中，来监测农作物中的害虫、土壤的酸碱度和施肥状况等。
（2）*护理
无线传感器网络也可以应用在*研究和护理领域。英特尔公司推出了无线传感器网络的家庭护理技术。该系统通过在鞋、家具以家用电器等家用设备中嵌入半导体传感器，帮助老龄人士、阿尔茨海默氏病患者以及残障人士的家庭生活。
（3）军事领域
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由于无线传感器网络节点造价低廉，可以密集随机的分布在各种恶劣的战场环境中，包括侦察敌情、监控兵力、装备和物资，判断生物化学攻击等多方面用途。
目前无线传感器网络还存在着如下问题：
（1） 网络内通信问题。无线传感器网络内正常通信联系中，信号可能被一些障碍物或其他电子信号干扰而受到影响，怎么安全有效的进行通信是个有待研究的问题。
（2） 成本问题。在一个无线传感器网络里面，需要使用数量庞大的微型传感器，这样的话成本会制约其发展。
（3）系统能量供应问题。目前主要的解决方案有：使用高能电池；降低传感功率；此外还有传感器网络的自我能量收集技术和电池无线充电技术。其中后两者备受关注。
1.1.3无线传感器网络的未来前景
无线传感器网络有着十分广泛的应用前景，它不仅在工业、农业、军事、环境、*等传统领域有具有巨大的运用价值，在未来还将在许多新兴领域体现其优越性，如智能家居、智能小区、汽车管理控制等领域。我们可以大胆的预见，将来无线传感器网络将无处不在，将完全融入我们的生活。
1.2基于Zigbee技术的无线传感器网络
Zigbee可工作在2.4GHz（全球流行）、868MHz（欧洲流行）和915MHz（美国流行）三个频段上，分别具有最高250kb/s、20kb/s和40kb/s的传输速率，它的传输距离在10~75m的范围内。根据Zigbee的技术本质，Zigbee具有下列的几个特性。
（1）低功耗。低功耗是Zigbee重要的特点之一。一般的Zigbee芯片有多种电源管理模式，这些管理模式可以有效的对节点的工作和休眠进行配置，从而使得系统在不工作时可以关闭射频部分，极大地降低了功耗，节约了电池的能量。 （2）低成本。Zigbee网络协议简单，可以在计算能力和存储能力都有限的McU上运行，非常适合于对成本要求苛刻的场合。而且Zigbee芯片的体积较小，随着半导体集成技术发展，Zigbee芯片的体积将会变得更小，成本也会降得更低。
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上海第二工业大学 本科课程机器人3（论文）
（3）高度扩充性。Zigbee设备既可以使用64位IEEE网络地址，又可以使用支配的16位网络地址。在一个单独的Zigbee网络内，理论上可以容纳最多65536个设备。
（4）安全性高。Zigbee加密算法采用了AES-128，同时各个应用程序可以灵活确定其安全属性。Zigbee联盟还开发了安全层，以保证这种设备不会意外泄露其标识，而且这种利用网络的远距离传输不会被其他节点获得。
（5）时延短。针对时延敏感做了优化，通信时延和从休眠状态激活的时延都非常短。
(6)灵活的网络拓扑结构。Zigbee支持星型、树型和网状型拓扑结构，既可以单跳，又可以通过路由实现多条的数据传输。
第一章：绪论。该章介绍了无线传感器网络的概况、应用现状和未来前景，然后对Zigbee技术做了简短的介绍，讲述了Zigbee技术的相关特性。
第二章：Z-Stack协议栈。该章从Zigbee协议介绍到Z-Stack协议栈的构架，并对Zigbee技术的应用范围作了具体的分析。主要内容包括网络寻址、绑定、路由协议、数据发送函数、网络组建过程和数据接收函数。
第三章：智能家居系统的实现。该章分别从系统硬件和软件两个方面作了具体的阐述。主要包括传感器模块、数据采集模块和数据汇聚模块以及上位机监控界面等内容。并对各个模块进行了功能测试，包括组网测试、点对点通信测试和网络整体测试。
第四章：结论。该章对本文所完成的任务做了总结，指出本文设计的智能家居系统的创新点，并对下一步工作做出明确的方向。
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2 Z-Stack协议栈
2.1 Zigbee协议介绍
2.1.1 Zigbee协议栈的结构
Zigbee协议栈定义了四层。物理层和媒体访问控制层由IEEE802.15.4-2003定义，上层的网络层和应用层由Zigbee联盟定义。应用层分别包括ZDo（Zigbee设备对象），APS（应用支持子层）和AF（应用框架）组成。Zigbee协议栈每一层负责完成所规定的任务，并且向上层提供服务，各层之间的接口通过所定义的逻辑链路来提供服务。
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图2.1 Zigbee协议栈结构图
（1）物理层：物理层定义了物理无线信道和MAc子层之间的接口，提供物理数据服务单元（PD-SAP）和物理层管理服务（MLME-SAP)。
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（2）MAc（介质接入控制子层）：MAc层负责处理所有物理无线信道的访问，并产生网络信号、同步信号；支持PAn连接和分离，提供两个对等的MAc实体之间的可靠链路。
（3）nWK(网络层)：网络层是Zigbee协议栈的核心部分，网络层主要实现节点加入或者离开网络、接受或者抛弃节点、路由查找及维护等功能。
（4）APL（应用层）：应用层包括三部分：应用支持子层（APS）、Zigbee设备对象（ZDo）和应用框架（AF）。
APS应用支持子层的任务是提取网络层的信息并将信息发送到运行在节点上的不同应用端点。
Zigbee设备对象负责设备的所有管理工作，包括设定该设备在网络中的角色（协调器、路由器或终端设备），发现网络中的设备，确定这些设备能提供的功能，发起或响应绑定请求，完成设备之间建立安全的关联等。ZDo是一个特殊的应用对象，它驻留在每一个Zigbee节点上，其端点编号固定为0。 AF应用框架是应用层与APS层的接口。它负责发送和接收数据，并为接收到的数据寻找相应的目的端点。
2.2 Zigbee网络结构
在ZigBee网络中存在三种逻辑设备类型：coordinator(协调器)，Router(路由器)和End-Device(终端设备)。ZigBee网络由一个coordinator以及多个Router和多个End_Device组成。
图2.2 Zigbee网络结构图
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上图是一个简单的ZigBee网络示意图。其中黑色节点为coordinator，红色节点为Router，白色节点为End-Device。
协调器负责启动整个网络。它也是网络的第一个设备。协调器选择一个信道和一个网络ID(也称之为PAn ID，即Personal Area network ID)，随后启动整个网络。协调器也可以用来协助建立网络中安全层和应用层的绑定(bindings)。 注意，协调器的角色主要涉及网络的启动和配置。一旦这些都完成后，协调器的工作就像一个路由器(或者消失go away)。由于ZigBee网络本身的分布特性，因此接下来整个网络的操作就不在依赖协调器是否存在。
路由器的功能主要是：允许其他设备加入网络，多跳路由和协助它自己的由电池供电的儿子终端设备的通讯。通常，路由器希望是一直处于活动状态，因此它必须使用主电源供电。但是当使用树群这种网络模式时，允许路由间隔一定的周期操作一次，这样就可以使用电池给其供电。
终端设备没有特定的维持网络结构的责任，它可以睡眠或者唤醒，因此它可以可以是一个电池供电设备。通常，终端设备对存储空间(特别是RAM的需要)比较小。
Zigbee网络支持三种拓扑结构：星型、树型和网状型结构。在星型拓扑结构中，所有的终端设备只和协调器之间进行通信。树型网络由一个协调器和多个星型结构连接而成，设备除了能与自己的父节点或子节点相互通信外，其他只能通过网络中的树型路由完成通信。网状型网络是在树型网络的基础上实现的。与树型网络不同的是，它允许网络中所有具有路由功能的节点相互通信，由路由器中的路由表完成路由查询过程。
2.3 Z-Stack协议栈介绍
TI公司的协议栈Z-Stack符合ZigBee2006规范，功能强大，协议栈底层已实现，对于简单的应用，开发者只需要在应用层开发即可。Z-Stack还可通过ZigBee网络无线下载节点更新程序，具备定位感知功能等等。下面对Z-Stack的功能进行介绍。 2.3.1寻址 （1）地址类型
ZigBee设备有两种类型的地址。一种是64位IEEE地址，即MAc地址，另
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一种是16位网络地址。
64位IEEE地址是一个全球唯一的地址，并且一经分配就将跟随设备一生。它通常由制造商或者被安装时设置。这些地址由IEEE组织来维护和分配。 16位网络地址是当设备加入网络后分配的。它在网络中是唯一的，用来在网络中鉴别设备和发送数据。 （2）网络地址分配
ZigBee使用分布式寻址方案来分配网络地址。这个方案保证在整个网络中所有分配出去的网络地址是唯一的。这一点是必须的，因为这样才能保证一个具体的数据包能够发送到它指定的设备，而不出现混乱。同时，这个寻址算法本身的分布特性保证设备只能与他的父辈设备通讯来接收一个唯一的网络地址。不需要整个网络范围内通讯的地址分配，这有助于网络的可测量性。
在每个路由加入网络之前，寻址方案需要知道和配置一些参数。这些参数是
MAX_DEPTH，MAX_RoUTERS和MAX_cHILDREn。这些参数是栈配置的一部分，ZigBee2007协议栈已经规定了这些参数的值：MAX_DEPTH = 5，MAX_RoUTERS = 6和MAX_cHILDREn = 20。
MAX_DEPTH决定了网络的最大深度。协调器(coordinator)位于深度0，它的
儿子位于深度1，他的儿子的的儿子位于深度2，以此类推。MAX_DEPTH参数限制了网络在物理上的长度。
MAX_cHILDREn决定了一个路由(Router)或者一个协调器节点可以处理的儿
子节点的最大个数。
MAX_RoUTER决定了一个路由(Router)或者一个协调器(coordinator)节点可以处理的具有路由功能的儿子节点的最大个数。这个参数是MAX_cHILDREn的一个子集，终端节点使用(MAX_cHILDREn – MAX_RoUTER)剩下的地址空间。在Z-Stack中网络结构和网络深度可在nwk_globals.c文件中设置，默认设置为HoME_conTRoLS。
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图2.3 网络深度设置程序图
（3）Z-Stack寻址
应用程序通常使用AF_DataRequest()函数向一个ZigBee网络中的设备发送数据。数据包要发送给一个zAddrType_t(在ZcomDef.h中定义)类型的目标设备。
图2.4 zAddrType_t结构图
注意，除了网路地址之外，还要指定地址模式参数。目的地址模式可以设置为以下几个值：
图2.5 afAddrMode_t结构图
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因为在Zigbee中，数据包可以点对点传送(Point To Point)，组播传送(Flash)或者广播传送，所以必须有地址模式参数。 Point To Point传送数据包只发送给一个设备，
图2.6 点播程序图
Flash传送数据包则要传送给一组设备，
图2.7 组播程序图
Periodic广播数据包则要发送给整个网络的所有节点，
图2.8 广播程序图
2.3.2绑定
绑定是指一个节点与另外一个或几个节点间建立地址映射的一种寻址方式。在节点建立绑定之后，发送数据的时候并不需要知道目的地址是什么，应用支持子层会根据绑定ID查询它的绑定表来决定目的地址，然后把信息发送给目的节点。
在Z-Stack中，绑定是通过如下函数实现的：
dstAddr.addrMode=Addr16Bit;//首先设置寻址模式为网络地址寻址 dstAddr.addr.shortAddr=0x0000;//目的地址为协调器的网络地址 ZDP_EndDeviceBindReq();//发起绑定请求 2.3.3路由协议
ZigBee执行基于用于AoDV专用网络的路由协议。简化后用于传感器网络。ZigBee路由协议有助于网络环境有能力支持移动节点，连接失败和数据包丢失。
当路由器从他自身的应用程序或者别的设备那里收到一个单点发送的数据包，则网络层(nWK Layer)根据一下程序将它继续传递下去。如果目标节点是它
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相邻路由器中的一个，则数据包直接被传送给目标设备。否则，路由器将要检索它的路由表中与所要传送的数据包的目标地址相符合的记录。如果存在与目标地址相符合的活动路由记录，则数据包将被发送到存储在记录中的下一级地址中去。如果没有发现任何相关的路由记录，则路由器发起路径寻找，数据包存储在缓冲区中知道路径寻找结束。
ZigBee终端节点不执行任何路由功能。终端节点要向任何一个设备传送数据包，它只需简单的将数据向上发送给它的父亲设备，由它的父亲设备以它自己的名义执行路由。同样的，任何一个设备要给终端节点发送数据，发起路由寻找，终端节的的父亲节点都已它的名义来回应。
注意ZigBee地址分配方案使得对于任何一个目标设备，根据它的地址都可以得到一条路径。在Z-Stack中，如果万一正常的路径寻找过程不能启动的话(通常由于缺少路由表空间)，那么Z-Stack拥有自动回退机制。
此外，在Z-Stack中，执行的路由已经优化了路由表记录。通常，每一个目标设备都需要一条路由表记录。但是，通过把一定父亲节点记录与其子所有子结点的记录合并，这样既可以优化路径也可以不丧失任何功能。 2.3.4数据发送函数
在Z-Stack中，如果给一个节点发送消息，可以用AF_DataRequest( )函数：
图2.9 AF_DataRequest()函数
2.3.5网络组建过程
协调器首先从DEFAULT_cHAnLIST列表中选择使用的信道，如果ZDAPP_conFIG_PAn_ID的值不等于0xFFFF则选取ZDAPP_conFIG_PAn_ID为
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PAnID，否则选取IEEE地址的最后两个字节作为PAnID。如果启动模式是Auto Start，路由器或者终端设备上电之后就开始搜寻网络，如果有合适的网络并且该网络允许加入，那么就会直接加入该网络。如果启动模式是HoLD_AUTo_START，路由器或者终端设备上电之后必须等待某一特定时间的发生来启动加入网络的过程，这时协议栈会调用ZDAPP_StartUpFromApp()这个函数。如果需要路由器或者终端设备在电池没电或者重启之后仍然记住以前的网络状态可以在预编译选项添加编译选项nV_RESToRE。 2.3.6数据接收函数
在Z-Stack中，如果一个节点接收消息，可以用SampleApp_ProcessEvent( )函数：
图2.10 数据处理函数
当采集节点接收到数据后，触发SYS_EVEnT_MSG事件，并对
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AF_IncoMInG_MSG_cMD 信息做处理：
图2.11 数据消息接受函数
节点接收到信息后会存储在pkt指针指向的结构体中，在应用层的函数 SampleApp_MessageMSGcB(afIncomingMSGPacket_t*pkt)可以用pkt->cmd.Data取出接收到的数据，pkt->cmd.DataLength表示的就是该数据信息的长度，以下是收到消息的格式的结构体定义：
图2.12 afIncomingMSGPacket_t络结构图
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图2.13 afMSGcommandFormat_t结构图
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3.1系统的整体介绍
本文设计旨在创建一个自主控制的智能家居数据采集与监控系统。
上位机 监控 RS232 数据汇聚点 Zigbee协调器 DHT11
图3.1智能家居系统框图 人体传感器 继电器 LED MQ-2 排气系统 Zigbee RF Zigbee终端 3.2系统硬件介绍
3.2.1各类传感器模块
图3.2 DHT11温湿度传感器模块
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图3.3 人体感应传感器模块
图3.4继电器和LED灯模块
图3.5 MQ-2气体传感器模块
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3、贵州工程应用技术学院毕业论文开题报告
题 目： 王符《潜夫论》作品鉴析 姓 名： 路自恒 学 号： 22221113253 专业班级： 2013汉语言文学（2） 指导教师： 李德虎
教务处制
一、选题依据（包括选择课题的背景、选题研究的理论及实践意义）
（一）选题背景
选题理由：王符，东汉时期文学家，思想家，其代表作为《潜夫论》，王符一生不曾入仕，潜心著书，其代表作是一本典型的哲学著作，在这本著作中体现了王符的诸多思想，诸如富民论，重教育，反迷信等等都是其思想的集中体现，同时王符的这本著作也是一本文学作品，因此从文学角度出发，其文章的文学特点，写作手法，文学成就都是值得我们学习和借鉴，《潜夫论》的艺术特色，以及东汉时期的文学思想，东汉时期的文学特色等等都足以支持我选择这样一个研究方向
选题依据：王符，一个被历史所轻视的人物，《潜夫论》一个被遗忘的历史著作，王符和其作品《潜夫论》对当代社会有着一定的指导意义和价值，同时《潜夫论》作为一本哲学著作有着其独特的文学特点和艺术特色，从文学鉴赏的角度来看这部作品，不论是词句的应用还是通篇排版都有其独特的文学特点，研究《潜夫论》的文学特色，是从不同的角度来看待这位东汉时期的文学家，思想家，通过文学的角度来认识作者和作品是本文研究的新的视角，对作品本身的研究分析，是本文选题的依据。
（二）研究理论：王符，其著作《潜夫论》是其思想的集中体现，王符本人的思想受先秦思想影响较深，《潜夫论》中反映出王符的思想是一个复杂的综合构成，其主流是孔、孟的儒家思想，掺杂了一些道家和法家思想。这些不同的思想流派最终形成了王符自己的思想，在著作中得以体现，其著作的文学特色和说理方式也是自成一派，通过大量的历史和客观的社会现象来完成自己所要讲述的道理。 （三）实践意义：
王符的家乡就是我的家乡所以，研究王符著作《潜夫论》它的文学特色和文学价值对我自己也是一个提升，而他的很多思想，现在看来也是进步思想，比如重教育，反迷信等等对相当带社会有一定的指导意义
二、选题研究现状（包括目前国内外对本选题的研究情况和有待解决的问题） （一）国内外研究现状：目前，学界对于王符的研究，主要是对其思想理论的研究少有人去研究作为一个文学家王符的作品，也少有人去研究他的文学特色和创作特点。
研究角度：现在全国范围内各个学者对王符的研究主要出发角度就是他的思想，王符的思想对现当代很多问题都具备指导性，因此诸多论文都是从这一角度出发，深层次的剖析王符的不同思想
研究现存的问题：王符作品的研究少有人了解和关注，其本人主要是东汉时期的思想家，文学家，因此在对待王符《潜夫论》的文学特点，文学成就的研究有一定的的空白，这也是本文研究的初衷
研究成果：目前，在国内外有诸多学者对王符进行不同角度的研究，侧重点主要在其先进的时代思想，并且取得了大量的成果，对王府的教育思想，反迷信思想，富民思想，法治思想等各个方面都取得了骄人的成果
（二）有待解决的问题：现阶段大家对王符的研究主要集中他的进步思想上，忽1
视了《潜夫论》中的文学特色和文学价值，而这个就是本文所有研究的重点问题
三、研究内容与方法 研究内容： 一、引言 1、作品的时代背景 2、作者作品简介 二、《潜夫论》的文学特征 1、严谨的论述手法 2、引经据典结合当世的说理方式 3、排偶手法的引用 4、准确的概括论述 5、词句的合理应用 6、文学特点的体现 7、艺术特色分析 三、思想时代性的体现 1、富民论 2、重教育 3、反迷信 4、重边防 5、交际民忠 6、法治思想 四、尾篇 研究方法： 案例研究分析法：文章将利用大量的第一手材料，以王符作品为主，分析其作品的文学特色和写作手法 文献研究法：通过在cnKI、方正等数据库查阅、收集与本研究相关的文献和数据资料，从多角度开展对相关文献资料的比较研究，为本文研究提供理论框架和方法论。这也是本文的主要研究方法，对文学作品的研究一定是对其其文学作品本身。 行动调查法：通过走访当地王符的故乡，寻找当地研究王符的部分学者来进一步的增加对王符的了解， 2
四、研究的主客观条件 （一）主观条件： 本文在研究之前，通过校图书馆以及网络等，阅读了与本文相关的研究资料，以此为本文的研究 打下了良好的文献基础。其次，由于王符是家乡就是我的家乡，因此可以和当地的学者进行探讨，有利于开拓研究思路，增加论文的研究质量。指导老师对这个选题十分关注，提供了很多具有实际意义的指导意见，这是对于本研究得以顺利实施的重要保障。 （二）客观条件：当今社会很多学者对王符思想进行了深入的研究，得出了很多理论，这些理论可以帮助我高质量的完成这个选题，王符的故乡所在就是我的家乡，因此可以实地去考量。 3
五、研究进度安排 1.论文选题：2016.9.1-2016.9.16 2.开题报告撰写：2016.9.17-2016.9.25 3．论文初稿：2017.10.6-2016.12.6 4.论文定稿：2017.3.5-2017.5.6 5.准备论文答辩阶段：2017.5.10-2017.5.20 六、主要参考文献 1.《潜夫论》 三秦出版社出版 作者：王符。1999年 2、方军;王符“人道曰为”的认识论思想论析[J]安徽教育学院学报;2005年04期 3、周云;王符社会治理思想研探[J];船山学刊;2005年03期 4、王孝春;论王符“民为国基”的*思想[J];呼伦贝尔学院学报;2002年01期 5、葛荣晋;王符的“慎微”之教及其现代意义[J];甘肃社会科学;2005年05期 七、指导教师意见 指导教师签名： 年 月 日 注：本表一式一份，装入学生毕业论文（设计）档案袋。
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