1、大学生创新训练计划项目申请表项目名称： 基于 单 片机的 智能服装舒适度微型控制器 的研制 申 请 人： 项目所属一级学科名称： 专 业： 学 号： 身份证号： 联系电话： 电 邮： 1.项目研究的内容、目的和意义、具体目 标等1.1 项目研究的目的和意义目前，随着嵌入式系统逐渐深入到社会生活的各个方面，处理器也逐渐从传统的 8位单片机(MCS51 单片机 )向 DSP、ARM 等高级处理器转变，但作为处理器应用系统开发的一个重要系列， MCS51 单片机的应用依然十分广泛，依然难以被取代。对处理器不是很熟悉，但是自学能力较强且对处理器具有浓厚学习兴趣的班大二年级本科生初学者而言，MCS51
2、单片机依然是目前他们学习处 理器较好的选择。在正常情况下，人体依靠自身调节机理就能够自身的产热、散热保持平衡，从而使得人体感到舒适。但是，当人体产热量多于散热量时，人体体温就会升高，衣内温度也随之升高，人体感觉热不舒适；反之，当散热量超过产热 量时，人体体温就会降低，衣内温度也随之降低，人体感觉冷不舒适，因此无论是热不舒适，还是冷不舒适，都被称作不舒适，此时为了使得人体再次感觉到舒适，必须采取一定的自动调温措施，即当人体感觉热不舒适时，需要制冷；当当人体感觉冷不舒适时，需要加热。为维持人体热平衡、保持人体舒适感，在不同的服装环境下，研究如何 让穿在人体身上的服装具有自动调温功能来达到使人体感到
3、舒适的目标，既是服装设计需要考虑的一个重要问题，同时也是体现 其智能化的一个重要方面。人体温度是反映其舒适度(CI)的重要方面，其中左/右腋窝、左/右大腿、左 /右胳膊、前胸、后背这 8 处温度是反映其 CI 的重要指标。目前，有关 MCS51 单片机应用的研究较多地集中在 电气工程与自动化领域 1-9，有关人体 CI 的研究较多地集中在体 CI 评价模型研究 10-15、影响因素研究 16-18等方面，迄今为止，有关针对人体服装的智能化设计，通 过自适应 控制人体温度来实现其 CI 的动态调整，最终 达到让人体感觉最舒适目标方面的应用研究一直被长期孤立与忽视。为此，本项目基于 MCS51 单
4、片机，研制出智能服装 CI 微型控制器。该控制器可以实时测量人体左/右腋窝、左 /右大腿、左 /右胳膊、前胸、后背这 8 处温度，通过所测量到的温度值， 实时计算当前的 CI，通 过与预先所整定的参考舒适度指标(RCI)相比较， 实时判断是否越限，如果越限，则通过控制调节 4 个加热 制冷片(其中 2 个为加热片， 2 个为制冷片，前胸与后背各放一个加热与制冷片，左 /右大腿各放一个加热/ 制冷片)来调节人体温度与 CI，进而达到使人体感觉到最舒适的目标。通过该控制器的研制，一方面，可以让班大二年级的本科生熟练掌握单片机的使用方法及其应用产品开发流程，为其以后学习高级处理器打下坚实的基础；另一
5、方面，可以将工业自动化领域的测控技术应用于纺织行业中用于指导优化设计智能服装(如航空微空调服、抗荷服等) 。1.2 项目研究的目标与内容开展本项目研究的目的，就是要着力解决以下这样几个科学问题：基于 MCS51 单片机，如何实时测量人体左/右腋窝、左/右大腿、左/ 右胳膊、前胸、后背这 8 处温度？如何利用人体左/右腋窝、左/右大腿、左 /右胳膊、前胸、后背这 8 处温度，实时计算出当前人体的 CI？如何判断 CI 是否发生越限？如何通过按键在线整定人体的 RCI？基于 MCS51 单片机，当 CI 越限时，如何实时调节这 4 个加热制冷片，并进行声光报警？如何通过智能液晶终端(GXM1286
6、4E)，实时显示人体这 8 处温度与 CI 等数据？为此，基于上述问题，本项目研究的研究目标是：基于 MCS51 单片机，研制出智能服装 CI 微型控制器 ，其 结构图如图 1 所示。该控制器可以实时测量人体左/右腋窝、左/右大腿、左 /右胳膊、前胸、后背这 8 处温度，能够在线整定 RCI，通过所测量到的温度 值，实时计算当前的 CI，并与 预先所整定的 RCI 进行比较，如果越限， 则进行声光报警，并实时调节 4 个加 热制冷片来调节 CI，进而达到让人体感觉最为舒适的目标。个个个个个个个个个个个个个个个个个个个个个个个个个个个个个个个个个个个个个个MCS51个个个个个个个 个个个个个个8
7、个个个个个个 4个个个个个个个个个个 个个个个个个个个个个个图 1 微型控制器结构示意图为此，本项目拟定的研究内容如下：基于 MCS51 单片机，设计出测量左/右腋窝、左/右大腿、左/ 右胳膊、前胸、后背这8 处温度的接口电路；建立人体这 8 处温度测量值与其 CI 之间的关系曲线，计算出当前人体 CI，并给出判断 CI 越限的标准；通过按键，在线整定人体的 RCI；基于 MCS51 单片机，设计出调节这 4 个加热制冷片与声光 报警的接口电路；基于 MCS51 单片机，设计出智能液晶终端(GXM12864E)显示的接口电路；运用 Protel 绘制出该控制器的硬件原理图与 PCB 图，并绘制
8、出软件流程框图；运用 Keil C 仿真软件，编写 C 语言程序， 对该控制器 进行编程与调试。2.国内外的研究状况（800 字左右，附不少于 8 篇参考文献）目前，随着嵌入式系统逐渐深入到社会生活的各个方面，处理器也逐渐从传统的 8位单片机(MCS51 单片机 )向 DSP、ARM 等高级处理器转变，但作为处理器应用系统开发的一个重要系列， MCS51 单片机的应用依然十分广泛，依然难以被取代。对处理器不是很熟悉，但是自学能力较强且对处理器具有浓厚学习兴趣的班大二年级本科生初学者而言，MCS51 单片机依然是目前他们学习处 理器较好的选择。在正常情况下，人体依靠自身调节机理就能够自身的产热、
9、散热保持平衡，从而使得人体感到舒适。但是，当人体产热量多于散热量时，人体体温就会升高，衣内温度也随之升高，人体感觉热不舒适；反之，当散热量超过产热 量时，人体体温就会降低，衣内温度也随之降低，人体感觉冷不舒适，因此无论是热不舒适，还是冷不舒适，都被称作不舒适，此时为了使得人体再次感觉到舒适，必须采取一定的自动调温措施，即当人体感觉热不舒适时，需要制冷；当当人体感觉冷不舒适时，需要加热。为维持人体热平衡、保持人体舒适感，在不同的服装环境下，研究如何 让穿在人体身上的服装具有自动调温功能来达到使人体感到舒适的目标，既是服装设计需要考虑的一个重要问题，同时也是体现 其智能化的一个重要方面。人体温度是
10、反映其舒适度(CI)的重要方面，其中左/右腋窝、左/右大腿、左 /右胳膊、前胸、后背这 8 处温度是反映其 CI 的重要指标。目前，有关 MCS51 单片机应用的研究较多地集中在 电气工程与自动化领域 1-9，有关人体 CI 的研究较多地集中在体 CI 评价模型研究 10-15、影响因素研究 16-18等方面，迄今为止，有关针对人体服装的智能化设计，通 过自适 应控制人体温度来实现其 CI 的动态调整，最终达到让人体感觉最舒适目标方面的应用研究一直被长期孤立与忽视。参考文献：1 师玉宝. 一种基于 MCS51 单片机温度巡回检测系统的设计J. 计量技术, 2004, 2:34-36.2 林海土
11、, 陈建辉, 侯雷. 基于 MCS51 单片机的微波脉冲功率测试系统J. 仪表技术, 2005, 3: 36-37.3 董晓友, 白泽生, 刘锐. 基于 MCS51 单片机实现温度的检测J. 延安大学学报, 2005, 24(2): 41-44, 52.4 乔巨忠. 基于 MCS51 单片机的交流电功率因数测量J. 工矿自动化, 2005, 12(6): 87-89.5 张西. 基于 MCS51 单片机的测温系统J. 电子工程 师, 2002, 28(6): 31-33.6 刘丽, 王翔. 基于 MCS51 单片机的转速测量系 统J. 测量测试技术, 2007, 34(3):58-60.7 阮
12、雅端, 沈庆宪, 钱钟, 等. 基于 MCS51 单片机微波心律测量仪J. 电子测量技术, 32-33.8 黄祯祥, 邓怀雄, 郭延文, 等. 基于 MCS51 单片机的温度控制系统J. 现代电子技术, 2005, 197(6): 21-22.9 黄理龙, 钱苏翔, 张伟, 等. 基于 MCS51 单片机的直流电机转速测控系统设计J.电子元器件应用, 2010, 10: 19-21, 25.10R. Arshady. Microspheres and microcapsules, a survey of manufacturing techniques: Part : coacervation
13、. Polymer Engineering and Science, 1990, 30(15):905-914.11Pause B. Development of heat and cold insulating membrane structures with phase change material Journal of Coated Fabrics, 1995, 25:59-68.12Douglas C Hittle, Tifani L Andre. A new test instrument and procedure for evaluation of fabrics contai
14、ning phase-change material. Ashrae Transactions J. 2002, 108:175-182.13Esam M. A. Temperature regulator unit for fluid flow in a channel using phase change material. Applied Thermal Engineering, 2005, 25: 435-449.14Li Fengzhi, Li Yi. Effect of clothing material on thermal response of human body. Mod
15、eling and Simulation in Materials. Science and Engineering, 2005, 13: 809-827.15Li Yi, Li Fengzhi, Liu Yingxi, et al. An integrated model for simulating interactive thermal processes in human-clothing system, Journal of Thermal Biology, 2004, 29: 567-575.16谷美霞, 孙玉钗, 宋长亮. 影响衣内微气候舒适度的因素研究 J. 山东纺织科技, 2
16、008, 4: 51-54.17谷美霞, 孙玉钗. 不同舒适状态下衣内微气候温度分布研究 J. 国际纺织导报, 2008, 10: 76-80.18谷美霞, 孙玉钗, 刘影. 内衣织物性能与人体舒适度关系研究 J. 服装与面料, 国际纺织导报, 2009, 4: 63-67.4.项目的特色与创新点本项目研究的特色与创新点，主要体现在以下几个方面：本项目研究的适用对象具有较强的针对性，将其应用于纺织领域具有一定的创新性。本项目研究适用于对处理器不是很熟悉，但是自学能力较强且对处理器具有浓厚学习兴趣的班大二年级 本科生。通过该项目的实施，可以一方面 让班大二年级的本科生熟练掌握单片机的使用方法及其
17、 应用产品开发流程， 为其以后学习高级处理器打下坚实的基础；另一方面，可以将工业自动化领域的测控技术应用于纺织行业中用于指导优化设计智能服装(如航空微空 调服、抗荷服等 )。本项目研究在实施方面具有较强的可操作性。对班大二年级本科生而言，其自学与动手等实践能力较强，让其基于 MCS51 单片机这种极为普通、简单的 处理器， 设计出测量人体各 处温度、控制以及 显示等接口电路，根据公式实时计算 CI，根据 CI 越限标准实时判断 CI 是否发生越限，并实时显示温度与CI 等运行参数等方面的研制任务比较容易实现。5.对项目的兴趣所在和已有的知识积累或实践基础5.1 对项目的兴趣所在基于 MCS51
18、 单片机来开展本 项目研究，符合 单片机的 应用现状与我们目前的实际现状。目前， MCS51 单片机的应用依然十分广泛，依然 难以被取代。对单片机不是很熟悉，但是自学能力较强且对其具有浓厚学习兴趣的班大二年级本科生而言，MCS51 单片机依然是我们目前学习处理器的较好的选择。通过该项目的研究，能够开拓我们的视野与创新思路。目前，有关 MCS51 单片机应用的研究较多地集中在 电气工程与自动化领域 1-9，有关人体 CI 的研究较多地集中在体 CI 评价模型研究 10-15、影响因素研究 16-18等方面，迄今为止，有关针对人体服装的智能化设计，通 过自适应 控制人体温度来实现其 CI 的动态调
19、整，最终 达到让人体感觉最舒适目标方面的应用研究一直被长期孤立与忽视。5.2 已有的知识积累或实践基础已经学习了大量有关 MCS51 单片机应用方面的 书籍，较为系统地掌握了 MCS51单片机及其外围基本接口电路设计等内容；能够熟练运用 Protel 软件，绘制硬件原理图与 PCB 图；通过阅读智能液晶显示终端(GXM12864E)说明书，对其使用方法有了深入的了解；已经基于 MCS51 单片机，绘制出测量温度、按 键整定、显示以及输出调节控制等接口电路，并给出计算 CI 的公式与判断 CI 是否发生越限的标准；能够熟练运用 Keil C 仿真软件，基于 C 语言， 编 写程序进行仿真。6.现
20、有的资源本项目的研制将在学院重点实验室内开展。在该项目研制的过程中，需要用到的Tks668 仿真器、Easypro 编程器、数字万用表、稳压电源、示波器以及一些常用的焊接工具与元器件目前实验室已经拥有，完全具备顺利开展本项目研制任务的基本条件。7.实施计划及预期成果（可按计划逐项进行安排，如文献查询、社会调查、方案 设计、实验研究、数据处理、研制开发、撰写论文或研究报告、结题和答辩、成果推广、论文发表、专利申请等）主要研究阶段（起止时间）研究内容2011.6.20-2011.7.20 文献查询， 进行方案总体设计2011.7.21-2011.8.20 开展硬件设计、制板、焊接等工作2011.8
21、.21-2011.11.20 开展软件编程与调试工作2011.11.21-2012.2.20 进行测试与拷机2012.2.21-2012.3.20 撰写项目研究报告，整理相关技 术文档2012.3.21-2012.6.20 总结研究成果，准备结题和答辩，并向外推广研究成果最终成果名称 最终成果形式实 物 (可 以 现 场 演 示 ) 智 能 服 装 舒 适 度 微 型 控 制 器最终研究成果8.经费预算序号 预算项目 预算金额（元） 序号 预算项目 预算金额（元）1 元器件、耗材 6 资料费2 市内交通费 7 加工费3 调研及学术交流费 84 论文版面费其他（注明项目）5 专利申请费 合计9.
22、指导教师意见：本项目为了一方面让班大二年级的本科生熟练掌握单片机的使用方法及其应用产品开发流程，为其以后学 习高级处理器打下坚实的基础；另一方面，将工业自动化领域的测控技术应用于纺织行业中用于指导优化设计智能服装(如航空微空调服、抗荷服等)，本项目以智能服装为研究对象，基于 MCS51 单片机，研制出集测量、控制、显示、报警等多功能于一体的智能服装舒适度微型控制器，因而本项目研究是一个具有较强创新性与较广实际应用价值的研究课题。申请人及其项目组成员学习态度端正、勤奋刻苦， 动手实践能力较强，目前已 经查阅了大量有关 MCS51 单片机 应用方面的文献，能 够熟 练使用 Protel 与 Kei
23、l C 仿真软件，基本掌握了研制该控制器的流程与思路，初步具备了开展本项目研究的专业知识与实践基础；其指导教师在测控技术领域具有较好的研究基础与研究成果，能够给申请人研究本项目提供强有力的技术支持与保障。无论是从项目的选题依据、研究目的与意义， 还是从激发与增强学生的创造性与创新能力角度，本人都将积极推荐本项目的申请立项研究工作，希望学校评审专家与学院能够优先资助该项目，并一致推荐为省级项目进行立项研究。指导教师签字： 年 月 日10.学院推荐意见：学院公章 教学院长签名： 年 月 日11.学校专家评审意见：项目经费建议： 元组长签名： 年 月 日12.学校主管部门审核意见教务处公章 负责人签字： 年 月 日
