1、重庆科技学院毕业设计（论文）开题报告题 目 基于 USB 接口的温度采集系统开发学 院 电气与信息工程学院专业班级 计科 2012-02 学生姓名 叶新鹏 学号 2011444545 指导教师 张亚军 2016 年 3 月 1 日开题报告填写要求1.开题报告作为毕业设计（论文）答辩委员会对学生答辩资格审查的依据材料之一。此报告应在指导教师指导下，由学生在毕业设计（论文）工作开始后 2 周内完成，经指导教师签署意见及系主任审查后生效。2.开题报告内容必须用黑墨水笔工整书写或按教务处统一设计的电子文档标准格式（可从教务处网址上下载）打印，禁止打印在其它纸上后剪贴，完成后应及时交给指导教师签署意见。
2、3.学生查阅资料的参考文献理工类不得少于 10 篇，其它不少于 12 篇（不包括辞典、手册）。4.“本课题的目的及意义，国内外研究现状分析”至少 2000 字，其余内容至少1000 字。毕业设计(论文)开题报告1.本课题的目的及意义，国内外研究现状分析USB(通用串行总线)是外围设备与计算机记性连接的新型接口，它具有即插即用、热插拨、借口体积小、节省系统资料、传输可靠、良好的兼容性等特点，是计算机外接设备连接技术的重大变革。目前它已经成为一种很通用的标准接口，可以预测未来很多设备将利用 USB 接口。当今世界是科技的世界，科技不断进步，工业不断发展。在工业领域中，温度要求是工业生产很多领域中不
3、可缺少的，所以研究温度控制器是工业控制中很重要的一部分，结合计算机来控制温度，利用通用串行总线 USB 和外用设备连接起来，利用计算机软件对外部设备的控制。在工业生产、科研及医疗等需要严格进行温度控制的行业中，常常利用 PC 机对温度进行实时监控和处理，这就需要一种精度和自动化水平高、应用范围广的温度采集手段，这使得基于单片机技术的温度采集系统得到了普遍应用。 这种温度采集系统可以根据主机命令通过传感器采集温度信号， 并通过模数转换后经通讯接口上传至主机，以进行进一步的显示、分析和处理。 温度采集系统通常由温度采集模块和主机系统组成，之间通过 USB 总线进行实时通讯。 系统中的实时数据传输是
4、其中一个关键问题。 目前常用的总线接口中,USB(UniversalSerial Bus)是近年来为了解决 PC 机上现有的接口速度、扩展能力和易用性等方面的缺陷而提出的一种新型串行总线技术， 与其他总线相比，它具有使用方便、快速、即插即用等优势，这使得 USB 技术在 PC 外设领域取得了巨大的成功。 本文基于 USB 技术设计了一个温度采集系统，文章从硬件结构和软件设计两个方面对系统进行了详细的描述。 整个系统开发成本低，实际工作运行稳定，提高了温度采集系统操作的灵活性和实时性。国外企业己经推出了很多能适应不同条件，不同精度要求等情况的 USB 数据采集系列产品。典型的是美国国家仪器有限公
5、司（National Instruments，NI）研制的一系列USB 数据采集卡，NI 公司于 2006 年 6 月份推出了两款最新 USB2.0 总线的M 系列数据采集设备，实现了高达 1.25Mb/s 的采样率。这些新设备不但为现有 USB 兼容的数据采集设备提供最高速率的数据采集功能，同时也以功能强大的测量服务软件简化了系统设置和程序设计的工作。新推出的USB2.0 高速设备包含免费的交互式数据记录软件，以供分析之用。但是 NI公司的 USB 数据采集卡系列产品的价格都很昂贵。近年来国内有很多公司像北京中泰研创科技有限公司，成都中科动态仪器有限公司等都相继推出了USB 数据采集卡，而这
6、些产品多是基于 USBI.1 协议规范，其数据传输速度远低于基于 USB2.0 协议规范的数据采集卡，因此也制约了这些产品的采集速度 目前国内对 USB 接口开发应用的广度和深度还远远不如传统的串行口、并行口以及各种总线插卡，其应用主要是局限于开发一些标准的微机外围设备，U 盘、鼠标、键盘等。这主要是由于作为一个新技术和新标准， USB 规范较为复杂，应用开发人员还不是很了解，相应的技术支持和参考设计资源比较少，要把 USB 接口作为微机的一个通用 I/O 接口使用具有一定的软硬件开发难度。目前，国内外有一些厂商为 USB 设备的研发提供软硬件支持，这在很大程度上降低了开发难度，减少了开发时间
7、，提高了开发质量和效率。USB2.0 接口凭借低成本、高性能、可靠稳定、方便灵活的特点，将逐步成为微型计算机的主要输入输出方式。总的来说，目前国内对 USB 数据采集设备的研制已经取得了可喜的发展，但是与国外的情况相比，在开发和应用的深度和广度而言，还有一段距离现场数据采集要求比较高的场合多是采用的国外产品。因此，随着计算机对 USB 接口的普及和实际应用中对数据采集卡要求的提高，利用 USB2.0 协议规范开发出符合多种场合要求的数据采集系统，以及此领域内先进产品的国产化等都成了急待解决的现实问题。总之，USB 接口是未来很多外用设备和计算机通信的最受青睐的接口，必将取代其他现实在用的很多种
8、类的接口，而利用该 USB 来做温度控制器，可以迅速的被检测及对温度进行控制。所以这一课题有很多的潜力。不过由于涉及的工业控制比较少，也没有很好的结合到工作中来，这是本课题的限制所在。毕业设计 (论文)开题报告2.本课题的任务、重点内容、实现途径任务：做出硬件电路板，在电脑上显示当前温度，通过计算机对温度控制器设置报警温度（即上限温度和下限温度），当温度达到报警温度时，温度控制器发出报警显示。之外，除了要 USB 专用芯片开发这个系统，尝试使用 FPGA 的芯片，这个是本课题的扩展部分。重点内容：软件系统设计系统中实现数据采集的软件主要由 3 部分组成，分别是温度采集器采集程序，设备驱动程序和
9、 USB 设备读写应用程序。单片机温度采集程序和 USB 固件程序设计由单片机来完成，设备驱动程序和 USB 设备读写应用程序在 PC 机里用相应软件开发。1.USB 设备读写应用 程 序 设 计 USB 设 备 读 写 应 用 程 序 是 在 Visual C+6.0 的环境下编制的。 本系统所设计的采集界面的功能主要有：数据采集、数据显示和数据保存。 程序中设定一个定时器，每隔一段时间就发送一个开始采集指令到单片机， 然后单片机启动温度转换，再把读出来的数据通过 USB 控制芯片发送到电脑上面显示出来。2.设备运行流程这就是整个温度采集系统的工作流程。先通过 USB 温度采集系统采集某一个
10、物体的温度（通常为液态水），然后通过单片机处理数据，处理完的数据上传到计算机，并在计算机的控制软件里面显示出温度。USB 温度采集模块单片机数据处理模块计算机管理控制模块毕业设计 (论文)开题报告3.完成本课题所需工作条件（如工具书、计算机、实验、调研等）及解决办法本课题综合了电路设计、微机控制、 通信及相应的软件技术，提出了一种低成本实现温度数据采集的方法。主要工作包括：通过研究 USB 接口在单片机控制系统上的应用，以单片机扩展 USB 接口芯片，完成温度采集器的硬件设计；通过研究 USB 协议在单片机控制系统上的实现，完成温度采集系统的固件设计；通过研究服务于单片机控制系统的 USB 驱
11、动程序开发、上位机应用程序与 USB 设备的通讯方法， 完成温度采集系统上位机驱动程序和应用程序的开发，实现温度数据在上位机上进行显示、查询、报表、打印等功能。3.1 计算机工作环境（硬件要求、软件环境） 一台普通的计算机，USB温度采集器，51 单片机，各个设备的数据线。3.2 本课题的硬件电路不是很难，主要是软件设备，包括固体程序、驱动程序、应用界面程序的开发。根据课题的具体情况制定如下的初步计划：（1）迅速掌握 USB 温度采集器的工作原理。由于在校期间没有接触过USB 采集类的器材，所以这是一个新的开始，这需要去查阅大量书籍去熟悉这一方面的知识，直到了解并能熟练运用。（2）了解 USB
12、 芯片的应用，以及起固体程序的开发，并需要开发充本次课题的固体驱动程序。驱动程序是一个重难点，这需要有扎实的程序编写基本功以及对驱动程序的了解。（3）温度控制显示程序。收集好数据之后，需要转换成信号并在显示屛上显示出来，这个可以考虑运用 C+ Builder 来编写温度控制显示程序。（4）学习 FPGA 及硬件描述语言，尽量把这方面利用到本次毕业设计中来，而不是用专用的 USB 芯片，这是一个扩展。当然，如果 FPGA 对于我来说很难，这个就不需要去扩展学习。毕业设计 (论文)开题报告4.参考文献参考文献：1 王化宇. 最小生成树算法及其应用J. 内蒙古科技与经济, 2011(6):72-73
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