创新设计与实践
课程设计
题目: 设计K型热电偶测温电路
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摘要：K型热电偶作为一种温度传感器，通常和显示仪表，记录仪表和电子调节器配套使用，可以直接测量各种生产中从0℃到1300℃范围的液体蒸汽和气体介质以及固体的表面温度。
基于热电偶的温度测试仪，该仪器是以AT89C51单片机为核心，由AD590集成温
，由热电偶测量热端温度T，该热电偶采用K型热电偶（镍
度传感器测量冷端温度T
铬-镍硅热电偶）。它们分别经过I/V转换和线性放大，分时进行A/D转换，转换后的
数字信号送入AT89C51单片机，经单片机运算处理，转换成ROM地址，再通过二次查
表法计算出实际温度值，此值送4位共阴极LED数码管显示。该热电偶测温仪的软件
用C语言编写，采用模块化结构设计。
关键词：热电偶，冷端温度补偿，89C51单片机，ADC0809，
1单元模块设计
为使该模块化热电偶测温系统具有更加方便和灵活性，我们对系统的硬件做了精心设计。硬件电路包括冷端采集和补偿电路模块、热端放大电路模块、单片机模块，A/D转换模块，LED显示模块等。
1.1冷端采集和补偿电路模块
冷端采集和补偿电路运用AD590温度传感器采集冷端温度，并连接补偿电路进行温度补偿，如图1.1
图1.1冷端采集和补偿电路
1.1.1 AD590介绍
AD590是美国模拟器件公司生产的恒流源式模拟集成温度传感器，它兼有集成恒流源和温度传感器的特点，具有测量温度误差小，动态阻抗高，响应速度快，传输距离远，体积小，微功耗等优点，适合远距离测温，控温，不需要线性校准的特点。
其性能特点：AD590属于采用激光修正的精密集成温度传感器。其内部电路见图3.1所示。芯片中的R1和R2是采用激光修正的校准电阻，它能使+25℃下的输出电流恰好微298.2uA。首先有晶体管VT8和VT11产生与热力学温度成正比的电压信号。，在通过R5,R6把电压信号转换微电流信号，为保证有良好的温度特性，R5,R6的电阻温度系数应非常小，这里采用激光修正的SiCr薄模电阻，其电阻温度系数低，VT10的集电极电流能够跟随VT9和VT11的集电极电流的变化，使总电流达到额定值。R5和R6也需要在25℃的标准温度
下校准。
AD590等效于一个高阻抗的恒流源，其输出阻抗>10M Ω，能大大减小因电源电压波动而产生的测量误差，例如，当电源电压从5V 变化到10V 时，所引起的电流最大变化量仅为1uA ，等价于1℃的测温误差。
AD590的工作电压为+4～30V ，测温范围是-55～+150℃，对应于热力学温度T 每变化1K ，输出电流就变化1uA.其输出电流Io （uA ）与热力学温度T （K ）严格成正比。电流温度系数K1的表达式为：
K1=
qR
K T I 30=㏑8 （3.2）
图1.1 AD590内部电路
因此，输出电流的微安数就代表着被测量温度的热力学温度值。热力学温标（K ）与摄氏温标（℃）的换算关系如式3所示：
T(℃)=T(K)-273.15 （3.3）
1.1.2冷端采集和补偿电路分析
AD590只需单电源工作，抗干扰能力强，要求的功率很低。输出电流值是以绝对温度零度（-273℃）为基准，每增加1℃，它会增加1μA 输出电流，因此在室温25℃时，其输出电流Iout=（273+25）=298μA 。接着补偿电路进行工作。
1、AD590的输出电流I=（273+T ）μA （T 为摄氏温度），因此测量的电压V 为（273+T ）μA×10K=（2.73+T/100）V 。为了将电压测量出来又务须使输出电流I 不分流出来，我们使用电压跟随器其输出电压V2等于输入电压V 。
2、由于一般电源供应教多器件之后，电源是带杂波的，因此我们使用齐纳二极管作为稳压元件，再利用可变电阻分压，其输出电压V1需调整至2.73V 。
3、接下来我们使用差动放大器其输出Vo 为（100K/10K ）×（V2-V1）=T/10， 如果现在为摄氏28℃，输出电压为2.8V ，输出电压接AD 转换器，那么AD 转换 输出的数字量就和摄氏温度成线形比例关系。 注意事项：
1、Vo 的值为Io 乘上10K ，以室温25℃而言，输出值为10K×298μA=2.98V
2、测量Vo 时，不可分出任何电流，否则测量值会不准。
1.2 热端放大电路模块
图1.2 热端放大调理电路
热电偶的热端放大电路如图1.2所示。热电偶的热端接入到INP口，然后进行一系列的调试放大。
本系统应用K型热电偶，导热系数测定过程中通常温度范围小于100℃，为保证测量精度，热电偶线性化软件我们每隔5℃分一段，并且精确到小数点后两位。硬件调理电路截取K型热电偶100℃的热电势4.095mv作为输入满量程，放大到5V，提供给AD转换器，要求调理电路放大倍数达1200多倍，为此我们选取高精度运算放大器MC33078，构成两级运算放大器，每级放大倍数小于40倍，。MC33078除了具有普通运算放大器的特点和应用范围外，还具有高增益、高共模抑制比、失调小和漂移低等特点，利用动态校零技术消除了CMOS器件固有的失调和漂移，所以常被应用于热电偶、电阻应变电桥、电荷传感器等测量微弱信号的电路中。
1.3 A/D转换器ADC0809
ADC0809是一种8路模拟输入逐次比较型A/D转换器，由于价格适中，与单片机的接口、软件操作均比较简单，目前在8位单片机系统中有着广泛的使用。片内由8路模拟多路开关、地址锁存器与译码器、8为A/D转换器和三态输出锁存缓冲器组成。如图3.3是本设计中ADC0809的部分连接图。
图1.3 ADC0809引脚图
引脚功能如下：
1、2-8—2-1八根数据三态输出端，IN 0-IN 7为八根单片模拟量输入端；
2、A 1-A 3:三根地址译码输入端，以选择8路模拟量输入通道中的一路；
3、五根转换逻辑控制信号端：
START:A/D 转换启动信号输入端，可用来作片选信号端； EOC ：转换结束信号输入端，可用作中断申请信号；
ALE: 地址所存允许输入端，用作多路开关的使能信号
O.E ：输出允许输入端，用来打开三态数据输出锁存器，以输出当前的A/D 转换数 CLK ：时钟信号输入端，用它产生ADC0809的内部各种定时信号。 4、四根供电输入端：
ref(+)正参考电压输入端；ref(-)负参考电压输入端；V CC 为供电电压输入端，一般需要+5V ；GND 为接地端。
ADC0809芯片可以分时处理8路模拟量输入信号,使用模拟开关切换。在某一时刻,模拟开关只能与一路模拟量通道接通,对该通道进行A/D 转换。当地址所存信号ALE 为高电平时, A 1-A 3三条线上的数据送入ADC0809内部的地址锁存器中,经过译码器译码后选中某一通道。当ALE=0时,地址锁存器处于锁存状态,模拟开关始终与刚才选中的输入通道接通。
1.4 LED 显示模块
在显示电路中采用4位共阴极LED 静态显示。静态显示就是显示驱动电路具有输出锁存功能，单片机将所要显示的数据送出后就不再管，直到下一次显示数据需要更新时再传送一次新数据，显示数据稳定，占用很少的CPU 时间。缺点是使用元件多，线路比较复杂。共阴极LED 数码管显示电路如图1.7。
图1.7 LED显示电路
2软件设计
该热电偶测温仪的软件用C语言编写，采用模块化结构设计。考虑到实际中有时需要对测温的上下限值进行修改，或者是在测温之初检验该设备是否能够正常显示或运行，故在设计中可以根据需要加入键盘。
2.1主程序
主程序设计当中，主程序开始，先进行初始化，接下来先后调用A/D转换子程序、线性化标度变换子程序。最后通过LED显示所测得温度值。主程序流程图如图2.1
图2.1 主程序流程图
图3.1 主程序流程图
2.2 A/D转换子程序
A/D转换子程序流程图如图2.2。在该子程序中，首先对ADC0809的采样进行A/D转换，之后判断A/D转换是否完成，如果没有完成，则返回A/D转换，直到转换完成后，再
送到单片机缓冲单元存储，等待下一步线性化子进行数字滤波。待数字滤波后，将码值N
X
程序调用该码值。
图2.2 A/D 转换子程序流程图
在工业测量中，被测对象所处环境往往十分恶劣，常存在电场、磁场、噪声等干扰，使采样值偏离真实值。所以，在软件设计中，还需要一组滤波程序，对多次采样信号构成的数据系列进行平滑加工，以提高其有用信号在采样值中所占比例，减少乃至消除各种干扰及噪音，以保证系统工作的可靠性。一般在温度测量系统中采用限幅法或者限速法。限幅滤波是把两次相邻的采样值相减，求出增量（以绝对值表示），然后与两次采样允许的最大差值（由被控对象的实际情况决定）ΔY 进行比较，若小于或等于ΔY ，则取本次采样；若大于ΔY ，则仍取上次采样值作为本次采样值。而限速滤波法是一种折衷的方法，它利用最多3次采样值比较，决定采样结果。其方法是：
当|Y(2)-Y(1)|> ΔY 时，不像限幅滤波那样，用Y(1)作为本次采样值，而是再采样一次，取得Y(3),然后根据|Y(3)-Y(2)|与ΔY 的大小关系来决定本次采样值。其具体判别方式如下。设顺序采样时刻t1、t2、t3所采集的参数分别为Y(1)、Y(2)、Y(3)，那么
当|Y(2)-Y(1)|≤ΔY 时，则取Y(2)存入RAM
当|Y(2)-Y(1)|＞ΔY 时，则不采用Y(2)，但仍保留，继续采样取得Y(3) 当|Y(3)-Y(2)|≤ΔY 时，则取Y(3)存入RAM
当|Y(3)-Y(2)|＞ΔY 时，则取［|Y(2)-Y(1)|+ |Y(3)-Y(2)|］/2输入计算机。 在本设计中采用限速滤波法。程序流程图如图2.3。
图3.2 A/D 转换子程序流程图
图2.3 限速滤波子程序流程图
2.3 线性化标度变换子程序
一般测温仪表所采用的线性化方法大致有以下几种：
1、计算方法：即先用数学上的曲线拟合方法对热电势和对应温度进行拟合，得出误
差最小的近似表达式T=f(e)。为简化起见，常常是分段表达式，然后用计算程序进行分区计算得到温度。
2、直接查表法：对分度表不经处理，直接按一定的排列形式存入，用测得的A/D转
换值靠软件搜索来查得相对应的温度值。
3、数据压缩法：即将分度表进行压缩处理，减少数据表字节数，通过软件的适当计
算得出所测温度。
以上几种方法虽然都有其各自的优点，但它们所占的字节数，对把十几种分度好的线性修正数据或公式放入有限的单片机内存中，都是很困难的。
本设计采用分段直线拟合方法，既节省大量存储器，又有很高的测量精度，程序流程图如图2.4。
图2.4 线性化标度变换子程序流程图
基本原理是：预先根据分度值表计算出A/D 转换值所对应折点的温度值T 0、T 1…T N ，形成数据表，单片机进行修正时，根据测量值的大小，找到合适的修正直线段两个端点温
度值，通过简单直线方程计算出被测温度。
光进行线性化还不够的，还需要进行标度变换。在该热电偶测温仪表中，需要将测量的温度通过热电偶转换成0～+5V 的电压信号，再将对应的电压信号经A/D 转换，转换成对应的00～FFH （8位）的数字量D X 。之后还需将D X 值滤波，滤波后的码值为N X ,最后在现行化程序进行过程中，将转换成实际测量温度的显示码值。在这个信号转换过程，就是标度变换。
线性化标度变换的前提是被测量参数值与A/D 转换结果为线性关系。线性标度变换的公式为：
(4.1)
该式是线性化标度变换的通用公式。式中，
0A :一次测量仪表的下限；
M A :一次测量仪表的上限；
X A :实际测量值（工程量）；
00
)(A N N N N A A A M X M X +---=图3.4 线性化标度变换子程序流程图
0N :仪表下限所对应的数字量
M N :仪表上限所对应的数字量； X N :测量值所对应的数字量
其中， 、 、 、 对于某固定的被测量来说是常数，不同的参数有着不同的值。为了使程序设计简单，一般把一次测量仪表的下限所对应的A/D 转换值置为0。这样式(4.1)也可以写成：
(4.2)
当仪表下限值 =0，此时，对应的 =0，进一步将式(4.2)简化为： (4.3) 或者是
(4.4)
3 系统调试
本系统的调试共分为三大部分：硬件调试，软件调试和软硬件联调。由于在系统设计中采用模块设计法，所以方便对各电路模块功能进行逐级测试：冷端采集和补偿电路模块、热端放大电路模块、单片机模块，A/D 转换模块，LED 显示模块等，最后将各模块组合后进行整体测试。
3.1硬件调试
对各个模块的功能进行调试，主要调试各模块能否实现指定的功能。
3.2软件调试
用Keil C 软件编写下位机的程序，将编好的程序进行调试，运用Keil C 可以检查语法错误。对设计好的硬件电路还可以运用ISIS 仿真软件进行仿真调试，并可以运用ISIS 和Keil C 进行联合仿真调试。
ISIS 与其它单片机仿真软件不同的是，它不仅能仿真单片机外围电路或没有单片机参与的其它电路的工作情况，也能仿真单片机CPU 的工作情况。因此在仿真和程序调试时，是从工程的角度直接看程序运行和电路工作的过程和结果。从某种意义上讲ISIS 仿真，基本接近与工程应用。本次能在ISIS 上进行调试的主要是LED 显示模块，下面为LED 点阵动态变化0-9调试程序
0A 0
N M
N X
A 0
0)(A N N A A A M X M X +-=0A 0
N 0
A N N A A M
X
M X +=M
M X X N A A A A N 0
--=
#include
#include
#define uint unsigned int
#define uchar unsigned char
uchar code tab[]={0xfc,0x60,0xda,0xf2,0x66,0xb6,0xbe,0xe0,0xfe,0xf6,0x00};//0-9,-,全灭unsigned char send[4];
void delay_50ms(unsigned int t)
{ unsigned int j;
for(;t>0;t--)
for(j=6000;j>0;j--)
{;}
}
void series(void)
{
short i;
TI=0;
for(i=0;i<4;i++)
{
SBUF=send[i];
while(!TI);
TI=0;
}
}
main()
{ uchar h,j,m;
//IE=0x00;
while(1)
{SCON=0x00;
for(h=0;h<11;h++)
{m=h;
for(j=0;j<4;j++)
{if(m==10)m=0;
send[j]=tab[m++];
series();
}
delay_50ms(10);
}
h=0;
}
3.3硬件软件联调
将调试好的硬件和软件进行联调，主要调试系统的实现功能。
4系统技术指标及精度和误差分析
随着各种高精度传感器的应用与普及，这一技术在科学研究，生产过程等领域中发挥着越来越重要的作用。人类步入信息社会的今天，人们对信息的提取，处理，传输以及综合利用等要求愈加高。
镍铬-镍硅热电偶（K型热电偶）是目前用量最大的廉金属热电偶，其用量为其他热电偶的总和。正极（KP）的名义化学成分为：Ni：Cr=90：10，负极（KN）的名义化学成分为：Ni：Si=97：3，其使用温度为-200~1300℃完全满足设计的要求（测温范围为0℃—+400℃）。设计也能达到测温分辨率为±0.1℃的要求。K型热电偶具有线性度好，热电动势较大，灵敏度高，稳定性和均匀性较好，抗氧化性能强，价格便宜等优点，能用于氧化性惰性气氛中。广泛为用户所采用。K型热电偶不能直接在高温下用于硫，还原性或还原，氧化交替的气氛中和真空中，也不推荐用于弱氧化气氛中。
K型热电偶在250－600℃范围内使用时，由于其显微结构发生变化，形成短程有序结构，因此将影响热电势值而产生误差，这就是所谓的K状态。这是Ni-Cr合金特有的晶格变化，当WCr在5%－30%范围内存在着原子晶格从有序至无序为。由些引起的误差，因Cr 含量及温度的不同而变化。一般在800℃以上短时间热处理，其热电特性即可恢复。由于K状态的存在，使K型热电偶检定规程中明文规定检定顺序：由低温向高温逐点升温检定。而且在400℃检定点，不仅传热效果不佳，难以达到热平衡，而且，又恰好处于K状态误差最大范围。因此，对该点判定合格与否时应很慎重。Ni-Cr合金短程有序结构变化现象，不仅存在于K型，而且，在E型热电偶正极中也有此现象。但是，作为变化量E型热电偶仅为K型的2/3。总之，K状态与温度、时间有关，当温度分布或热电偶位置变化时，其偏差也会发生很大变化。故难以对偏差大小作出准确评价。
5设计小结
本次设计是基于热电偶的温度测试仪设计，该测温仪是以AT89C51单片机为核心，
，由热电偶测量热端温度T。它们分别经过由AD590集成温度传感器测量冷端温度T
I/V转换和线性放大，分时进行A/D转换，转换后的数字信号送入AT89C51单片机，经单片机运算处理，转换成ROM地址，在通过以上介绍的二次查表法计算出实际温度值。此值送4位共阴极LED数码管显示。另外还可以采用X25045作为看门狗芯片。在运算处理上，除了需要对采集到的信号进行A/D转换外，还需要在AT89C51单片机里对信号进行线性化标度变换。这一过程通过软件实现。它适用于环境控制建筑物设备、机械内的温度检测、过程监视和控制中的温度检测、恒温控制工业系统、消费类产品温度计以及任何热敏系统。
最后我们实现了设计的要求的技术指标：（1）测温范围 0℃— +400℃；（2）
分辨率±0.1℃；该系统也适合于楼宇等建筑物室内、过程监视和控制中的温度检测、恒温控制工业系统、恒温控制农业系统。
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发行部业务联系方式 机械创新设计与实践/孙亮波，?黄美发主编.-西安电子科技大学出版社，：定价：28?.TH122? 序言 机械工程是国家工业基础，机械工程学科肩负着为国家和社会培养大量优质综合素质人才的重任。随着国家人才培养战略的更新，创新应用性人才、卓越工程师计划、拔尖人才培养计划、紧缺人才计划等不断推陈出新，其根本目的在于培养适应社会和企业需求的高素质、综合性人才。 教育部将全国机械创新设计大赛纳入重大赛事之列，共青团中央重点支持的“挑战杯”也是机械学子风云际会的舞台，同时，教育部大力支持各高校开展国家级大学生创新训练、创业项目……这些学科竞赛和学生团队项目，不仅培养和锻炼了一大批高素质综合性人才，也诞生和孵化了一些优秀的机械产品和高科技公司。 广大高校对于机械学科的人才培养进行了各种有益的尝试：每年资助教师进行各种形式和内容的教学改革研究、进行市场调查，修订和完善人才培养计划、增加实验和实践环节比例，加大相关教育投入、升级金工中心为工程训练中心，提供全方位的机械产品设计与制造体验等……
经过这些年的教育培养，我们欣喜地看到机械行业人才辈出，整体素质上了一个新的台阶。同时，我们也应该看到，要实现国家人才战略目标和满足企业用人需求，教育工作者还任重而道远。“知行合一”，培养机械专业学生具备扎实的理论基础和一定的产品设计与制造经验，成为高素质综合性人才，是所有教育教学工作者的毕生心愿和应尽职责。 传道授业，薪火相传。很欣慰地看到《机械创新设计与实践》这本教材的出版，它对于悬悬而望的广大机械学子和教师，尤其是热衷于从事机械产品创新设计和制造的学生，犹如雪中送炭。本书的编写团队专业理论深厚、实践经验丰富，多年坚持培养本科人才，乐于奉献，甘之如饴，教学效果显着，走出了一条机械专业本科人才培养的新路。这本教材很好地展现了他们在教学与科研方面的相关成果。 本书从“行”（即课外科技产品创新设计与制造）的角度着力，同时注重与“知”（即传统课堂理论和实验教学）的联系和互动，全面、精炼地总结了机械产品创新设计与制造、学科竞赛等诸多技术环节的重难点，并配有大量的案例分析。本书内容涵盖机械产品的需求剖析、创新设计、性能分析、加工制造，直至竞赛答辩，进行了全面而细致的科学归纳和升华。理论部分紧密围绕机械产品设计关联展开，是从事机械产品创新设计必需的基础知识；实践环节内容为编者的亲身体会，结合理论逐条分析，是难得的第一手材料，具有很好的参考和借鉴作用。同时编者还对机械专业人
“变废为宝，创新实践”综合实践活动教学设计 张方敏 ［设计意图］ 懂得运用生活中淘汰的废物，也能为环保尽一分心力。身边一些废旧物品，将其回收利用，再加上一点巧思，一点创意，就能把这些随处可见平凡无奇的小东西，赋予新的生命，这不仅能替家里增添新意，还能享受创作的乐趣。在与学生交流沟通后，我们决定一起走进社会中，寻找一些可利用的废弃物品，并发挥大家丰富的想象力，创作出生动有趣、形形色色的各种作品，作品完成后可将其自己收藏，来点缀、美化我们的生活，或送于自己的亲朋好友，增进彼此的情感。 本次活动属于创造技法系列，力图以贴近学生生活的内容为主，让学生在活动中积极进行科学探索、创造发明，使学生的兴趣得到极大鼓励，同时增强学生自主实践、自主探索、自主活动的能力，并逐步提升科学素质。在活动中，学生兴趣浓厚、思维活跃、积极性高，动手动脑及创新能力得到锻炼提高，进一步培养了学生的实践能力、创新意识和创新精神。 ［活动目标］ 1、通过活动引导学生观察日常生活中使用替代品的现象，让学生认识并初步理解“和田十二技法”中“代一代”的技法。 2、运用生活中一些可利用的废物，开动脑筋，通过组合，描绘、剪裁等手法，制成生动有趣的小工艺品。 3、开发学生思维，培养多思考、勤动手的能力。 4、培养学生发明创造与美化生活的能力。 ［活动准备］ 1、教师：塑料瓶2个、剪刀、信用卡、纸币、橡皮、修正液、面巾纸、手绢、纸、动画多媒体课件：油漆刷（举一反三）、科普记录片：纸的由来。 2、学生：塑料瓶2——3个、剪刀等工具。 ［活动重点、难点］ 1、让学生用塑料瓶做花盆，体会“代一代”的内容。
2、让学生对花盆的代用品提出进一步的思考，说出生活中其他“代一代”现象，分析“代一代”现象的创造思路。 3、寻找身边某件用品的不足之处，激发学生进一步探究、创造的兴趣。 ［活动注意事项］ 1、制作过程中，老师适时指点，注意激发学生的探究、创造的兴趣。 2、课前要尽量搜集到能体现“代一代”思路的物品，丰富学生的感性认识，注意引导学生在分析、比较、讨论时有所发现。 3、分组活动，比一比哪一组用塑料瓶设计的新用品最实用，哪一组对身边“代一代”的现象发现最多。 ［活动流程］ 一、导入： 同学们，今天老师给大家介绍一种创造技法。 放科普记录片：纸的由来。提问： （1）在纸发明之前，人们把字写在什么上？（竹简、丝绢） （2）这种写法有哪些不便之处？ （3）后来，人们把字写在了什么上？（纸） 师：通过看记录片，大家知道了我们现在所用的纸代替了古代人的竹简和丝绢，这种用一种物品代替另一种物品的做法就叫“代一代”,它是一种创造技法。其实，在我们的生活中，有许多废旧物品经过创造可以做其他物品的替代品。如塑料瓶，它能替代哪些物品呢？这节课我们就来试一试。 （板书课题） 二、基本活动（塑料瓶用途多） 1、师引导：塑料瓶能代替哪些物品来使用呢？这就需要你动脑筋想一想，运用“代一代”法就能成功。老师举例演示塑料瓶代替洒水壶，简介“代一代”的思路，然后学生自己想。（评析：学生的好奇心、争胜心比较强，要引导他们动脑筋思考，相信他们有这个能力。） 2、学生汇报结果。 3、老师演示：把塑料瓶做成花盆，演示步骤。 师：塑料瓶除了可以做为洒水壶、暖室的替代品，还可以作为花盆来使用。同学们看这个塑料花盆完全可以代替瓷花盆来养花。你想不想也来做一个塑料花盆呢？请你按照老师的做法来试一试，要注意安全，使用剪刀时小心扎伤手。
安荔荔等产品创新设计的分析与构想 产品创新设计的分析与构想 安荔荔１，杨明朗１，武小辉２ （１．南昌大学，南昌３３００４７；２．南京理工大学，南京２１００９０） 摘要：从我国产品设计现状出发，运用经济学和消费心理学的基本原理，分析了产品设计创新的必要性，并得出产品设计创新可以使产品更富有人性化，利于消费欲望的满足和增大产品附加值等功 能的结论。在此基础上提出了今后产品创新设计的几点构想，即增强产品设计的创新意识，避免产品 同质化，注重产品的生态设计，培养高素质的创新人才。 关键词：产品创新设计；必要性；构想 中图分类号：ＴＢ４７２文献标识码：Ａ文章编号：１００１—３５６３（２００７）０７一０１８５一０３ Ａｎａｌｙｓｉｓ强ｄＣｏｎｃｅｐｔｉｏｎｏｆＩ衄ｏＶａｔｉ仰ＤｅｓｉｇｎｏｆＰｒｏｄｕｃｔｓ ＡⅣ厶一矗１，ｙＡ＾ｒＧ施增一Ｚｏ增１，形Ｕ胁Ｄ一＾ｕ产 （１．ＮａｎｃｈａＩｌｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ。Ｎ锄ｃｈａｎｇ３３００４７，Ｃｈｉｎａ；２．ＮａｎｊｉｎｇＵＩｌｉｖｅｒｓｉｌｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅ锄ｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｎａｎｊｉｎｇ２１０００９，Ｃｌｌｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅｎｅｃｅｓｓｉｔｙｏｆｉｎｎｏｖａｔｉｏｎ０ｆｐｒｏｄｕｃｔｄｅｓ咖ｗａｓ帅ａｌｙｚｅｄｏｎｔｈｅｔｌｌｅｏｒｙｏｆｅｃｏｎｏｒｎｉｃｓａｎｄｃｏｎｓｕｍｅｒｐｓｙｃｈｏｌｏｇｙ．Ｉｔｗａｓｃｏｎｃｌｕｄｅｄｔｈａｔｔｌｌｅｉｒｕｌｏｖ“ｏｎｏｆｐｒｏｄｕｃｔｄｅｓｉｇｎｃｏｕｌｄｍａｋｅｍｅｐｒｏｄｕｃｔｍｏｒｅ ｈｕｍ锄ｉｔｙ，ｉｒｌｃｒｅ鹊ｅｔｌｌｅｃｏｎｓｕｍｅｒｓａｔｉｓｆａｃｔｉｏｎ，ａｎｄｔｈｅａｄｄｅｄ－ｖａｌｕｅｏｆｐｍｄｕｃｔ．Ｓｏｍｅｃｏｎｃｅｐｔｉｏｎｓｗｅｒｅｐｕｔ ｆｏⅢａｒｄｔ１１ｒｏｕ曲锄ａｌｙｓｉｓ，ｗｈｉｃｈａｒｅｔｏｅｎｈａＩｌｃｅｔｈｅｉｎｎｏｖａｔｉｏｎｃｏｎｓｅ鹅ｕｓｉｎｏｒｄｅｒｔｏａｖｏｉｄ山ｅｃｏｌＩｌＩｎｏｎｎｅｓｓｏｆ ｐｒｏｄｕｃｔ，ｔｏｐａｙａｎｅｎｔｉｏｎｔｏｔｌｌｅｅｃｏ—ｄｅｓｉ弘ｆｏｒｐｍｄｕｃｔｓ；粕ｄｔｏｃｌｌｌｔｉｖａｔｅｉ彻ｏｖａｔｉｖｅｐｅｒｓｏ衄ｅｌｗｉｔｈｈｉ曲ｃｈａｒ－ ａｃｔｅｒ． Ｋ｜ｅｙｗｏｒｄｓ：ｐｒｏｄｕｃｔ ｉ曲ｏｖａｔｉｏｎｄｅｓｉｇｎ；ｎｅｃｅｓｓｉｔ）ｒ；ｃｏｎｃｅｐｔｉｏｎ 我国经济建设取得了巨大成就，贴着”咖ｄｅｉｎＣｈｉ腿”标识的产品遍布世界，然而总体而言，国际上的中国造大都是ｏＥＭ，从功能到外观设计都是国外制定的，相对这些发达国家，中国本士的工业设计依然非常落后，工业设计的重要性尚未得到真正的重视，暴露出来的问题有：设计仍存在花色品种单一；仿制多、创新少；产品的知识含量不高；拥有独立知识产权的产品比例很低等方面问题，这已成为制约我国经济发展以及产品在国际竞争力不强的重要因素。对比国外发达国家，如日本早在６０年代就已提出：。工业设计立国¨“，培养了近２０万现代设计人才。不少发达国家也早已把设计作为技术密集型产业的核心列入国策，成为国家发展经济的秘密武器。在当今世界激烈的商品竞争中，技术和设计已成为成败的关键，在技术、质量、功能等条件无明显差别的情况下，设计成了决定胜负的重要因素。 １产品创新设计的必要性分析 设计的过程是创新的过程嘲，这决定了必须用发展的观点来看待设计及其形态，否则所设计的产品就会丧失生命力。１．１产品设计的创新利于消费者欲望的满足 当前，随着商品经济的发展，社会产品供大于求，买方市场已基本形成。商务部市场运行调节司２００３年下半年对６００种商品供求总量的调查结果显示，供过于求的产品总数占了７８．３３％，其他产品供求平衡，买方市场明显。并研究表明，消费者在选购产品时，往往是通过产品形态所表达出的某种信息，来判断和衡量是否与其内心所希望的一致，从而最终做出购买的决策。因而在这种特定的市场环境下，产品要获得挑剔的消费者青睐，首先需要有能够使消费者具有更大的选择空间，符合市场趋势潮流的产品设计。时代的发展决定着设计应不断地遵循新型形态观，以苹果公司所产个人电脑的设计为例，Ｇ３时代，人们看到的是多彩、透明、绚丽的外观，体现那个时代追求活泼的气氛、给人时尚的感受；而在Ｇ４时代，呈现的是半透明、银灰色的外观，每个细节都体现着科技的时尚，体现出理性、前卫。即使是以遵循传统的企业也不能避免这个趋势，ＮＯⅪＡ手机造型的趋势与走向就说明了这一点，其产品造型在保留本产品品牌形象特征的同时，也逐渐增添了几分时尚与动感的色彩，这些在以前的系列产品中是很难见到的，因为用户现在需要这种时尚元素。 收稿日期：２００６＿１１－２０ 作者简介：安荔荔（１９８４一），女，江苏人，南昌大学在读学生，主要研究方向为工业设计。 １８５ 万方数据
项目名称 基于51单片机的自行车测速器 项目简介 本项目以51单片机为基础，通过光电传感器进行采样，将信号引入单片机外部中断口，51单片机经过每秒钟中断次数计算自行车的速度，我们用LCD1602液晶屏显示时间，行驶速度，行驶距离。本项目设计简单，方便用户使用。 设计方案 硬件设计 我们以51单片机系统为基础，在P3.0,P3.1，P3.3三个口接三个按键，用来设定时间，分别是调时间移位键，+键，-键。P3.2口是外部中断口，用来接光电测速传感器。 软件设计 按键调时程序 void keyscan() { rd=0; if(s1==0) { delay(5); if(s1==0) { s1num++; while(!s1); if(s1num==1) { TR0=0; write_com(0x80+0x40+7); write_com(0x0f); } } if(s1num==2)
{ write_com(0x80+0x40+4); } if(s1num==3) { write_com(0x80+0x40+1); } if(s1num==4) { s1num=0; write_com(0x0c); TR0=1; } } if(s1num!=0) { if(s2==0) { delay(5); if(s2==0) { while(!s2); if(s1num==1) { miao++; if(miao==60) miao=0; write_sfm(7,miao); write_com(0x80+0x40+7); } if(s1num==2) { fen++; if(fen==60) fen=0; write_sfm(4,fen); write_com(0x80+0x40+4); } if(s1num==3) {
创新设计课程设计 设计题目：家用擦窗器的创新 指导教师：
摘要 随现代的居家用擦窗器往往不能实现自动跨过窗栏的功能，这样在擦拭过程中就很不连贯，往往很费劲。而一般的专用擦窗机器人虽然实现了这种功能，但是机构复杂，价格不适宜于家居生活。我们设计出的擦窗器就是在结构简单的指导思想下对擦洗头的结构进行改进，然后整合市场上擦窗器已经实现的功能，针对日常生活改进出家用擦窗器。 在大多数楼房的结构中都有玻璃窗户，一般来说擦窗有两种情况，对于高楼大厦擦洗高空中的玻璃，现在都有专门的机器，它的侧重点不同，由于允许体积和价格比普通的擦窗器高，所以它的特点是在自动化和其他方面，比如新加坡一家大学开发出的高空擦窗器就是利用水蒸气。这种擦窗器利用水蒸气冲洗污垢后，不但清洁效果好，而且可以杀菌，水也可以循环利用。另外一种情况就是居家用的擦窗器，在居家生活中窗玻璃的清洁始终是个让人头疼的问题，其一是对于有窗栏的窗户需要一次一次逐个擦洗，现在的擦洗如果不是高空作业往往都不是用的机器人，特别是针对家居生活来说，擦一次玻璃而买一台专用的机器不太合算，不仅价格高，并且机器所具有的优势也体现不出来。但是如果用现在市场上的擦窗器的话这样效率也不太高，特别是在窗栏比较多时工作往往比较容易累。记得自己上初中时有一回在家里帮妈妈打扫卫生，我就是擦玻璃，这样一块一块的擦非常累，所以我设计了一种结构新颖简单的擦洗头，它可以自动越过窗栏或其他障碍物，这样就能实现一次性擦到底，把效率提上去，人也轻松。并且最重要的是它的结构简单，完全可以投入生产，在现在的国内市场上所有的擦窗器都没有这个功能，所以它的应用前景很大。其二在于站在室内擦拭室外的一面
《机械创新设计》课程教学大纲 课程名称：机械创新设计 英文名称：Machinery Innovation Design 课程代码： 一、课程基本情况 1．学分：2 学时：32 （理论学时：28 实验学时：4 ） 2．课程类别：专业限定选修课 3．适用专业：机械设计制造及其自动化 4．适用对象：本科 5．先修课程：机械原理机械设计机械制图 6．教材与参考书目 教材：《机械创新设计》，高志刘莹编著，清华大学出版社，2009 年。 二、课程介绍 机械创新设计的目的和任务是帮助学生建立创新设计的思想，从创新的理论出发, 重点掌握机械创新设计中有效的创新方法，通过对机械设计中常用的表达方法进行详细介绍, 以及创新设计的实例的引入, 使学生对创新的方法有了更全面的了解. 从而获得掌握机械创新设计问题的初步能力. 此外通过创新失误的原因了解, 提高从事创新设计的实践成功率.在教学中彩用多媒体辅助教学方法、实物教学等教学手段。本门课在专业教学计划中起到及其重要的作用，创新是人类文明进化，发展的动力，是科技进步、发展的动力，是人类社会发展的动国力，所以在大学中必须开设创新课程。 三、课程内容、学时分配及教学基本要求 第一章（单元）绪论（共2 学时） （一）教学内容： 第一节创新的含义 知识要点：，创新的实用性和新颖性 第二节创新的意义 知识要点：创新是一个民族发展的灵魂，是国家兴旺发达的不竭动力 第三节创新与设计 知识要点：创新是设计的本质属性 第四节创新学与创新教育 知识要点：创造学作为一门新兴学科是益受到人们的重视，创新实践不再是少数人的行为。 第五节设计理论与教育 知识要点：设计是一种创造性的实践活动，设计水平的更是成为国家核心竞争的标志，于是，人们发现了多种设计理论和方法，并创立了各类学科体系。
地铁自动售票机 一、设计背景和概述 目前，为了解决城市交通日益拥挤的难题，全国各大城市都开始地铁项目的建设。城市与城际轨道交通的建设也成为近年国家投资的重点项目。自动售检票系统就是用来解决轨道交通系统各个终端设备协同工作的平台，主要负责自动售票、自动检票、人工售票、结账与清算等工作，该系统由以下几块组成：中央计算机系统；车站计算机系统；自动售票机；自动检票机；自动加值机；人工售补票机；编码分拣机；自动查询机；紧急按钮及双电源设备以及其他辅助设备。 二、设计目的和功能 城市地铁本身就是对于拥挤的城市交通而缓解出现的，而且地铁站一般都设在地下比较狭小的空间，设立多个票务供应点是不合理，于是自动售票机的出现就成为了必然。既节约了空间，也节约了时间，操作相应的方便了许多，就算是老人和幼童一般也可以自己购买。 自动售票机是AFC 系统的重要组成部分，也是主要的终端设备之一，主要的功能就是实现无人自动售票。 1.自动售票系统可对单价为2元，3元，4元，5元四种票售票。 2.能够选择买1-2张 3.有1元，5元，10元，20元四个投币口。当投入的钱币与选择的票款相等时，送出 车票；若投入的钱币不够，1分钟后，退出钱币，无票送出；若投入的钱币超过票
款，能自动找零。 三、设计仪器和设备 Microsoft Windows XP Embedded 系统Modlesim软件QuartueII软件 四、系统方案 系统的硬件组成 该自动售票系统由以下主要模块组成：主控单元、乘客显示器与触摸屏、L E D状态显示器、票卡读卡器、硬币模块、纸币接收模块、单程票售票模块、凭条打印机、不间断电源。此外本系统还预留有银行卡购票功能。 自动售票系统主要业务如下：（1 ）标准功能：现金（硬币、纸币）支付；单程票发售；硬币找零；语音提示；后台管理功能。（2 ）可选功能：视频广告（无声）；储值卡现金充值；银行卡购票、纸币找零。 系统的总体框架结构 地铁自动售票系统大致可以分为四个功能模块：车票选择模块、钱币处理模块、余额计算模块、显示功能模块。
关于产品创新设计理论及方法 1 创新及创新设计概论 创新的起源可以追溯到1912年美籍经济学家熊彼特的《经济发展概论》，书中指出：创新是把一种新的生产要素和生产条件的“新结合”引入生产体系。包括5种情况：引入一种新产品，引入一种新的生产方法，开辟一个新的市场，获得原材料或半成品的一种新的供应来源，建立新的企业组织形式。熊彼特的创新概念包含的范围很广，涉及到技术性变化的创新以及非技术的组织性创新。 融合认知心理学的产品创新设计。设计是人类征服自然改造世界的基本活动之一，是人类为满足一定需求而进行的一种创造性活动的实践过程。人类文明的历史就是不断进行设计活动的历史。产品是设计结果的物质表现。产品设计是人类创造有使用价值的创新产品的实践过程，最终表现结果就是产品模型，其过程本质在于创造与革新。概念设计是设计过程中最具创新性的阶层，而设计者本身的作用也非常重要，因此有必要构建更符合人类思维模式的创新方法，或将现有的各类创新设计方法融入概念设计过程中，充分体现概念设计阶段的创造性，支持概念创新的实现。而可使用的技术有以下： 1.会聚技术：NBIC（Nano-Bio-Info-Cogno）会聚技术是国际上近几年提出的新概念，是指几个领域的科学的融合。而其结果所产生的巨大能量是不可估量的。任何技术的两两融合、三种会聚或者四者合成，都将产生难以想象的效能。美国将会聚技术认可为推动美国经济长期繁荣和增长的关键。会聚技术发起者达成了这样一个共识：最重
要的是通过纳米科技、生物技术、信息技术、认知科学的融合发展，推翻学科之间的壁垒，使这四种技术能发出最大的潜力，所以这个技术有着许多的发展领域和巨大的发展潜力。 2.信息技术：信息是人类认识世界和改造世界的知识源泉。对人类来说，不能有效地利用信息，就不会有人类文明的演化，社会的进步和科学的发展，就不能驾驭大自然。信息技术是指在信息的产生、获取、储存、传递、处理、显示、使用等方面能够扩展人的信息器官的技术。它随着人类对外部世界的认识能力的不断提高和而逐渐由低至高发展。 3.认知科学：认知科学的产生，受到了计算机科学、语言学、神经科学等学科的影响，是关于人类心智的多学科、跨学科的合作性研究，由心理学、计算机科学、语言学、人类学、神经科学和哲学6个领域的学科组成。认知科学探索人类智力如何由物质产生，是研究人类感知和思维信息处理过程的科学，如感知、语言、学习、记忆、思维、意识，研究领域包括从感觉的输入到复杂问题的求解。这个领域是一种全新的学科，引起了全世界科学家的关注。 （二）、产品创新设计的创新设计的创造力模型：心理学领域对于创造力的定义较为一致的看法是：根据一定的目的和任务，运用一切已知的信息，开展能动的思维活动，产生某种新颖的、独特的、具有社会价值的或个人价值的产品的智力品质。这里的产品是指以某种形式存在的思维成果，既可以是一种新概念、新设想、新理论，也可以是指以某种形式存在的思维成果。
飞兆高功率逆变器设计方案 I 引言和摘要 由于对可再生能源的需求，太阳能逆变器 (光电逆变器)的市场正在不断增长。而这些逆变器需要极高的效率和可靠性。本文对这些逆变器中采用的功率电路进行了考察，并推荐了针对开关和整流器件的最佳选择。 光电逆变器的一般结构如图1 所示，有三种不同的逆变器可供选择。太阳光照射在通过串联方式连接的太阳能模块上，每一个模块都包含了一组串联的太阳能电池(太阳能电池)单元。太阳能模块产生的直流(DC)电压在几百伏的数量级，具体数值根据模块阵列的光照条件、电池的温度及串联模块的数量而定。 这类逆变器的首要功能是把输入的直流电压转换为一稳定的值。该功能通过升压转换器来实现，并需要升压开关和升压二极管。 在第一种结构中，升压级之后是一个隔离的全桥变换器。全桥变压器的作用是提供隔离。输出上的第二个全桥变换器是用来从第一级的全桥变换器的直流直流变换成交流(AC)电压。其输出再经由额外的双触点继电器开关连接到交流电电网网络之前被滤波，目的是在故障事件中提供安全隔离及在夜间与供电电网隔离。 第二种结构是非隔离方案。其中，交流电交流电压由升压级输出的直流电压直接产生。 第三种结构利用功率开关和功率二极管的创新型拓扑结构，把升压和交流电交流产生部分的功能整合在一个专用拓扑中。 尽管太阳能电池板的转换效率非常低，让逆变器的效率尽可能接近100% 却非常重要。在德国，安装在朝南屋顶上的 3kW 串联模块预计每年可发电 2550 kWh。若逆变器效率从95% 增加到 96%，每年便可以多发电 25kWh。而利用额外
的太阳能模块产生这25kWh 的费用与增加一个逆变器相当。由于效率从 95% 提高到 96% 不会使到逆变器的成本加倍，故对更高效的逆变器进行投资是必然的选择。对新兴设计而言，以最具成本效益地提高逆变器效率是关键的设计准则。 至于逆变器的可靠性和成本则是另外两个设计准则。更高的效率可以降低负载周期上的温度波动，从而提高可靠性，因此，这些准则实际上是相关联的。模块的使用也会提高可靠性。 图1 所示的所有拓扑都需要快速转换的功率开关。升压级和全桥变换级需要快速转换二极管。此外，专门为低频(100Hz)转换而优化的开关对这些拓扑也很有用处。对于任何特定的硅技术，针对快速转换优化的开关比针对低频转换应用优化的开关具有更高的导通损耗。 II 用于升压级的开关和二极管 升压级一般设计为连续电流模式转换器。根据逆变器所采用的阵列中太阳能模块的数量，来选者使用600V 还是 1200V 的器件。 功率开关的两个选择是MOSFET 和 IGBT。一般而言，MOSFET 比 IGBT 可以工作在更高的开关频率下。此外，还必须始终考虑体二极管的影响：在升压级的情况下并没有什么问题，因为正常工作模式下体二极管不导通。 MOSFET 的导通损耗可根据导通阻抗 RDS(ON)来计算，对于给定的 MOSFET 系列，这与有效裸片面积成比例关系。当额定电压从 600V 变化到 1200V 时， MOSFET 的传导损耗会大大增加，因此，即使额定 RDS(ON)相当， 1200V 的 MOSFET 也不可用或是价格太高。 对于额定600V 的升压开关，可采用超结 MOSFET。对高频开关应用，这种技术具有最佳的导通损耗。目前市面上有采用TO-220 封装、 RDS(ON)值低于100 毫欧的 MOSFET 和采用 TO-247 封装、 RDS(ON)值低于 50 毫欧的 MOSFET。 对于需要1200V 功率开关的太阳能逆变器， IGBT 是适当的选择。较先进的 IGBT 技术，比如 NPT战壕和 NPT领域停止，都针对降低导通损耗做了优化，但代价是较高的开关损耗，这使得它们不太适合于高频下的升压应用。 飞兆半导体在旧有NPT 平面技术的基础上开发了一种可以提高高开关频率的升压电路效率的器件FGL40N120AND，具有 43uJ和的 EOFF，比较采用更先进技术器件的 EOFF 为 80uJ和A，但要获得这种性能却非常困难。 FGL40N120AND 器件的缺点在于饱和压降VCE(SAT)(3.0V 相对于 125oC 的 2.1V)较高，不过它在高升压开关频率下开关损耗很低的优点已足以弥补这一切。该器件还集成了反并联二极管。在正常升压工作下，该二极管不会导通。然而，在启动期间或瞬变情况下，升压电路有可能被驱使进入工作模式，这时该反并联二极管就会导通。由于 IGBT 本身没有固有的体二极管，故需要这种共封装的二极管来保证可靠的工作。 对升压二极管，需要秘密行动？或碳硅二极管这样的快速恢复二极管。碳硅二极管具有很低的正向电压和损耗。不过目前它们的价格都很高昂。 在选择升压二极管时控制工程网版权所有，必须考虑到反向恢复电流 (或碳硅二极管的结电容)对升压开关的影响，因为这会导致额外的损耗。在这里，新推出的秘密行动II 二极管 FFP08S60S 可以提供更高的性能。当 VDD="390V" 、 ID="8A" 、 di/dt=200A和我们，且外壳温度为 100oC 时控制
TRIZ创新方法课程设计报告创新案例——自动吸尘器
1.1TRIZ概述 TRIZ就是“发明问题解决理论”的俄语缩写，是由前苏联发明家阿奇舒勒在1946年创立的，因而阿奇舒勒被尊称为TRIZ理论之父。TRIZ理论被公认为是使人聪明的理论。 TRIZ有9大组成部分，核心是技术进化原理。按这一原理，技术系统一直处于进化之中，解决矛盾是其进化的推动力。TRIZ理论也可大致分为3个组成部分：TRIZ的理论基础、分析工具和知识数据库。其中，TRIZ的理论基础对于产品的创新具有重要的指导作用；分析工具是TRIZ用来解决矛盾的具体方法或模式，它们使TRIZ理论能够得以在实际中应用，其中包括矛盾矩阵、物-场分析、ARIZ发明问题解决算法等；而知识数据库则是TRIZ理论解决矛盾的精髓，其中包括矛盾矩阵(39个工程参数和40条发明原理)、76个标准解决方法等等。 学习、研究、应用、推广TRIZ理论可以大大缩短发明创造的进程，提升产品的创新水平。经过半个多世纪的发展，尤其是进入21世纪，TRIZ理论已经成为一套解决新产品开发实际问题的成熟的理论和方法体系。 1.2问题领域以及现状 优雅完美的居室，必须悉心打理，才可保持舒适整洁，有条不紊。吸尘器理想的设计与卓越的科技，令家居清洁工作倍添轻松、快捷，并满足您对每一项清洁要求。它以先进的吸尘鸽、多用途的附件、超强劲的吸力，吸尽每一角落的尘埃，清理难接触的墙角落、天花板、沙发底下到橱柜之间的缝隙，无微不至，令全屋显得干净无暇。在当今科学技术飞速发展的形式下，人们对生活有了更新的追求。随着我国城市化的加剧，人们生活节奏的加快，因此，越来越多的新产品进入到人们的日常生活，取代了越来越多的人力劳动。吸尘器将要成为我国每一个家庭的必需品，它给许多忙碌的人们带来了无穷的便利。吸尘器是一种利用风机和电动机的装置清除室内灰尘的一种家用电器。长期以来，吸尘器都跳不出需要人为管理和充电的使用模式，所以要找准设计定位，自主创新，运用TRIZ(Theory of lnventive Problem solving)理论指导吸尘器的创新设计，设计出符合消费者需求并具有市场竞争力的吸尘器产品。 2.1初始问题情境描述 对于大部分消费者来说，功能多样、自动吸尘、自动获取能量、无需管理、造型简约、美观、具有装饰效果的吸尘器比较容易受到消费者的亲睐。功能多样、造型简约、美观、具有装饰效果比较容易做到，问题是如何做到自动吸尘、自动获取能量、无需管理。因此可以推出概念化如机器人一样获取太阳能或电磁场能周期性自动吸尘器。
创新实践活动方案 田楼小学
一、活动目标： 本次活动以推进学校科技创新活动的开展为主旨，“科技在我心中、创造在我手中”为主题，充分调动学生的积极性和创造性，进一步提高科技教育，拓宽学生的视野，提高学生的素养，培养学生崇尚科学，热爱科学的精神，提高学生的创新意识和实践能力。 二、活动主题： 活动主题是“制作火箭” 三、活动时间 第九、十、十一周。 四、活动要求： 1、努力营造一个积极、开放的科技活动环境，发动四年、五年全体同学积极参与活动，使每位学生都能在活动中得到锻炼，提高学生的创造才能，给学生展示才华的舞台。 2、以班级为单位，个人为主体，紧密结合我校德育特色，根据班级实际情况，从关注学生未来发展出发，调动学生的参与活动的积极性、创造性、能动性，继续营造学校科技活动氛围。 3、每个参赛班级要拿出5件优秀作品。 4、评选结果要做到公开、公正、公平。 五、参加比赛人员： 四年级、五年级全体同学。 创新实践活动具体方案 一、活动主题确立 形势教育大课堂为孩子们展现了祖国日新月异的变化，可也只介绍了一些主要成就，中国是火箭发源地，同时在现代火箭技术领域也已跨入世界先进行列，并已稳步地进入国际发射服务市场。可是不少孩子对火箭知识知之甚少，为了让孩子了解火箭常识知识，感受祖国人民的聪明才智，为此，特别确立了本主题。 二、活动准备： 1、知识准备：通过开展本次活动，引导学生了解火箭常识知识，初步明确火箭发射原理，学会制作简单小火箭。 2、教师：准备了解火箭的各种信息，思考这一主题应从哪几个方面进行研究。 学生：搜集各种有关火箭资料、制作火箭的材料。各种交流材料。 三、活动形式： 调查、制作、试验、讨论、汇报、交流 四、活动过程： 第一阶段（确定活动主题） 10月10日——11日 活动目标：培养学生收集处理信息、制定方案、提出问题，与他人合作的能力。 活动方式：讨论、谈话、小组合作探究 活动步骤： 课件演示：同学们，你们瞧，这是什么？（火箭）大家想不想知道与它有关的知识呢？那么我们就以“火箭”为主题开展一次综合实践活动。 师：针对火箭，你都想了解哪些内容？ （学生自由讨论，个别交流） 生⑴：火箭是谁发明的？ 生⑵：火箭和导弹有关系吗？ 生⑶：能制作火箭模型吗？ 生⑷：神州六号与火箭有什么关系？…… 教师根据学生提出的问题，进行归类，整合，学生分组：
创新设计与实践 题目: 基于AT89S52的16LED摇摇棒 院系名称：电气工程学院专业班级：电气F1101 学生姓名：学号：2011239103XX 指导教师：教师职称：讲师 评语及成绩： 指导教师： 日期：
目录 1 课题简介 (1) 1.1课题研究背景 (1) 1.2 本课题研究内容 (1) 2 系统总体设计方案 (1) 2.1 设计方案论证与比较 (1) 2.2 主要部件原理 (2) 2.3 系统设计 (3) 3 软硬件电路设计与调试 (3) 3.1 硬件电路设计 (3) 3.2 软件电路设计 (4) 3.3 软硬件电路调试 (6) 结论 (8) 参考文献 (9) 附录1 (10)
1 课题简介 1.1课题研究背景 “摇摇棒”是基于人的视觉暂留原理的，通过分时刷新16个发光二极管来显示输出文字或图案等信息的显示装置。输出信号频率的控制通过单片机来实现，用摇动传感器检测当前摇动状态。当进行摇动时，由于人的视觉暂留原理，会在发光二极管摇动区域产生一个视觉平面，在视觉平面内的二极管通过不同频率的刷新，会在摇动区域内产生图像，从而达到在该视觉平面上传达信息的作用。1.2 本课题研究内容 本设计要求制作完成一个LED的显示棒。要求LED灯线状排列，通过摇动时形成的亮灯扇形区域能够分辨出汉字或图案且可以使用开关对显示内容进行切换。 2 系统总体设计方案 2.1 设计方案论证与比较 所谓的“摇摇棒”，其实就是一个循环的LED显示，利用人的视觉滞留产生静态显示的现象。要实现这个目标，就要求延时部分做的比较小，所以采用石英晶体振荡器。而目前能够实现这种功能的器件有很多种，不同的类型的器件也能够很好的完成。 本作品本着方便、价格低廉的原则，采用单片机控制，由水银开关的闭合对单片机产生外部中断，从而对中断进行采集。到达一定数量便进行图象的转换。整个系统由单片机控制模块，开关及电源模块和输出显示模块三个部分构成。系统框图如下：
中国海洋大学课程设计报告 设计制作一台微型程控搅拌器 专业年级：2014级通信工程 指导教师：谷健 设计人：张志诚 左修洋 设计日期：2017年8月23日 摘要 本设计是制作一台微型程控搅拌器，采用AT89S52单片机来控制电机的正转、反转、加速转、减速转，以及与红黄绿三种颜色的LED灯的交替变亮、闪烁相互配合。采用PWM进行调速，全部通过单片机控制，达到智能操控的效果。 关键字：AT89S52；PWM；单片机控制 目录 1.1任务................................................................. 1.2设计要求............................................................. 1.3说明................................................................. 1.4设计提示............................................................. 2系统方案选择............................................................. 2.1单片机选择........................................................... 2.2电机制动............................................................. 2.3电机正反转...........................................................
机电产品创新训练 任务书 姓名： 学号： 指导老师： 时间：2011.01.11 学院：飞行器工程学院
目录 1、引言---------------------------------------3 2、创新方案的提出----------------------------4-5 3、产品概念以及原理介绍----------------------5 3.1、产品原理图----------------------—--6 3.2、零、部件草图----------------------—-—-6-9 4、产品具体参数及结构计算-------------------9-19 5、实训总结与心得----------------------—-—20 6、参考资料及文献----------------------—-———--21 7、附录：运动简图
1.引言 为期两周机电产品创新实训拉开了帷幕，我们小组经过三次小组会议讨论，总共规划了三种方案，经过与老师的讨论和论证，最终确定创新产品为“多功能行星轮搅拌机”。经过分工与讨论，初步确定了机构的原理图，并且设计出了整套传动机构的方案，并且论证了其可行性，符合机电产品创新设计要求。 小组成员： 组长： 组员：
2.方案提出： 在现今日益发展当今社会，到处林立着高楼大厦，而在混凝土结构中，混凝土的制造工艺和水平，往往直接影响着房屋结构的质量，而在混凝土的制造中，混凝土搅拌机的性能，起着决定性的作用。 一方面，旧式搅拌机在结构设计上有很多不合理之处：1 )结构型式过于粗糙，传动支架与上横梁采用灰口铸铁，这种薄壁支架强度低，在复杂的施工现场极易在碰撞中断裂，没有配件则整机瘫痪。2 )皮带轮安装在传动支架内部轴承座与上横梁之间，而上横梁与支撑架为螺栓连接，这种不稳定的支架结构对设备损害极大，两轴承之间的纵向位移将使轴卡死或损失动力能。对于常规单铲叶片式搅拌机，在冲击载荷大和单纯双螺带式搅拌装置中易出现“抱轴”现象，这会会严重影响电动机的工作，甚至出现烧毁电动机的事故。 另一方面，尽管搅拌机的种类繁多，但目前使用最多的是带有一个或两个固定在垂直轴上的三叶螺旋桨搅拌机。这种螺旋桨搅拌机旋转时，形成沿搅拌容器的内壁由下向上和中心由上向下的连续翻转液流．同时悬浮体还进行旋转运动。搅拌机运行时，在螺旋桨与搅拌容器的底部之问，构成一个搅拌强度最小的区域因此，需要较长时间才能达到必要的混合质量，从而浪费了电能，降低了搅拌机的工作效率。 所以在这基础上，我们创新开发了“新型多功能行星轮式搅拌机”，这种新式搅拌机主搅拌轴由行星轮带动，可根据需要选用单个或者多个搅拌轴（即加装行星轮），可以达到充分混合物料的目的，而另一个创新之处，在于利用电动机输出的动能，链接到一个竖直方
机械创新设计课程设计 拆装式便携桌椅 院系：机械工程学院 班级： 成员 指导老师： 设计题目：拆装式便携桌椅 2011年3月1日
便携式桌椅设计方案 一、设计任务简介 现今社会，做事讲究效率，那就要求我们身边的一些东西都能简单方便的满足我们的生活需求，简单方便才能提高效率。我们所设计的这款便携式桌椅就是基于这种要求，将桌椅分成各个部件，不用的时候将零件以一种形式组装，使其达到携带方便的要求；使用的时候将各个零件拿出来以另一种形式组装起来当桌椅使用。以此来实现便携方便的特点。 系统设计流程： 总功能 总功能原理解 构思工艺动作过程 工艺过程分解 稳定功能执行功能替换功能 机械整体 确定若干系统可行方案 方案评价、决策
二、便携式桌椅的市场展望 随着社会的发展，人们生活工作的空间范围越来越大，随时随地都可能成为人们学习工作生活的场所，我们的便携式桌椅可以随时随 地为人们的学习工作生活提供一席之地，制作成本也不高，人们会乐 于接受这种给他们带来方便的新型桌椅。 二、便携式桌椅的设计方案 1、便携式桌椅的功能与设计要求 （1）功能：把平时我们使用的桌椅拆分成各个部件，不使用的时候 组装起来便于存放和携带，使用的时候拿出部件以另一种形式组装起 来使用。 基于triz理论进行设计分析 问题解决过程： 桌椅的折叠问题 系统功能分析 技术矛盾物场模型 物理矛盾HOW TO 模型 知识库 创新原理分离方法标准解法
实现功能 折叠安装便于携带 拆分安装组装成桌椅适用 功能分析 1）制作一个类似包裹的圆形袋子，桌椅在不使用的时候，将其拆分成各个零部件，组装在圆形布袋里面，布袋周围做成拉链，拉上拉链就可以形成一个圆柱型整体，想在外面随处使用的时候只需外出携带这个装有零件的圆形布袋，使用的时候拿出零件简单的组装起来就可以成为一个可以适用的桌椅一套。 2）由于我们设计的桌椅是三个凳子脚支撑，相当于是三点支撑桌子，起到很好的固定作用，三点定面，适用场合广，即使地面不是很平整也能比较稳固。 解决方案1分割。把物体分成容易组装和拆卸的部分 2改变局部。把物体的每个部分处于各自动作的最佳位置 5组合。在空间上将物体或操作加以组合 7嵌套。把一个物体嵌入第二个物体，然后将这两个物体 在嵌入第三个物体…让一个物体穿过另一个物体的空腔 四、方案设计 方案一
创新设计学习心得体会 时光飞逝，转眼间创新设计课我们已经学习了一个学期，回顾这段学习的日子，真的感慨万千，有辛酸，有喜悦，当然更多的是收获啦！学习生活提高了我的独立学习工作能力和为人处事能力，在学习期间我最大的收获是：第一，通过实践真正觉得自己可以做些什么了，从实践中体现了自己的人生价值；第二，通过课程的学习，加强了我对动手实践能力和设计创新的重要性；第三，在上课的这些日子里，我学会了在学习中创新，在学习中成长。 刚开始上专业课的时候，因为实践能力的欠缺，起初做起事来总是笨手笨脚，也觉得挺辛苦，不过在老师和同学的的关心和帮助下不断进步和成长，也充分感受到班级这个大家庭的团结和温暖，于是我决定就算再苦再累我也要坚持下去，所以设计起来反而觉得轻松了许多。通过虚心请教，在老师的指导帮忙协助下，解决了很多专业上和技术难题。 通过创新设计这门课，在学习的半年时间里，我知道了实践创新的重要性，所以我不断积累实践技术经验。创新设计课是将学校教学与生产实际相结合，理论与实践相联系的重要途径。其目的是使我们通过实习在专业知识和人才素质两方面得到锻炼和培养，从而为毕业后走向工作岗位尽快成为骨干打下良好基础。“理论来源于时间，理论最终用于实践”，这让我深深地感受到实践的重要性。通过平时书本上所学到的理论知识，带着自己的疑问去学习了解制作电路板所涉及到的有关方法。在这次实践中都得以解答，并进一步让我深刻地理解、体会和证明了理论知识，让自己有了深刻地记忆。 读万卷书，行万里路。身为一个大学生，应以学业为重，学习就是首要任务。
学习学不好，事情也很难做好。大学生不仅要读好书，还要行万里路，从实践求真知，一步一个脚印去实现自己的人生理想！ 在本学期创新课程过程中，我不但对所学习的知识加深了了解，更加重要的是更正了我们的自主学习观点和提高了我们的独立工作能力等。我坚信，通过这一段时间的学习，从中获得的实践经验使我终身受益，并会在我毕业后的实际工作中不断地得到印证，我会持续地理解和体会实习中所学到的知识，期望在未来的工作中把学到的理论知识和实践经验不断的应用到实际工作中来，充分展示我的个人价值和人生价值，为实现自我的理想和光明的前程而努力。 电气工程专业
华南理工大学广州学院智能创新实践设计报告 题目：红外循迹小车 专业：电子信息工程 班级：自动化4班 姓名：林明渝 学号: 201038787149 日期：2013年11月
一、设计的目的 智能作为现代社会的新产物，是以后的发展方向，他可以按照预先设定的模式在一个特定的环境里自动的运作，无需人为管理，便可以完成预期所要达到的或是更高的目标。本设计主要体现多功能小车的智能模式，设计中的理论方案、分析方法及特色与创新点等可以为自动运输机器人、采矿勘探机器人、家用自动清洁机器人等自动半自动机器人的设计与普及有一定的参考意义。同时小车可以作为玩具的发展对象，为中国玩具市场技术含量的缺乏进行一定的弥补，实现经济收益，形成商业价值。 二、总体的设计 本课题设计主要是制作一款能进行智能判断并能做出正确反应的小车。小车具有以下几个功能：自动避障功能；寻迹功能（按路面的黑色轨道行驶）；无线遥控功能。作品既可以对高端智能化进行剖析，也可以作为高级智能玩具发展对象，同时可成为大学生学习嵌入式控制系统的应用实例。 作品以两直流电动机为主驱动，通过各类传感器件来采集各类信息，送入主控单元AT89S52单片机，处理数据后完成相应动作，以达到自身控制。电机驱动电路采用高电压，高电流，四通道驱动集成芯片L293D；避障采用红外线收发来完成，自动寻迹采用红外线接收二极管完成；无线遥控则是采用带有PT2272解码的TDL-9915接收模块和带有PT2262编码的TDL9988-4发送模块完成最后由控制单元处理
数据后通过汇编程序有序合理的将各模块信号整合在一起并完成相应动作，实现了智能控制，相当于简易机器人。 三、各模块分析选择 通过查阅资料，浏览范文，以及根据设计任务及扩展功能，确定此设计小车是以STC89C52单片机为检测和控制核心，由轨迹探测模块、后轮驱动兼转向模块及电源模块等四大模块组成。如下图所示： 3.1 采用AT89S51单片机来作为整机的控制单元。红外线探头采用市面上通用的发射管与及接收头，经过比较芯片调制处理后由控制系统接收。路线寻找采用红外线管对路面信号采集，送到单片机系统处理，同样包括无线遥控信号和语音控制信号。此系统比较灵活，采用软件方法来解决复杂的硬件电路部分，使系统硬件简洁化，各类功能易于实现，能很好地满足题目的要求 3.2 采用红外线避障，利用单片机来产生38KHz信号对红外线发射管进行调制发射，发射出去的红外线遇到避障物的时候反射回来，红外线接收管对反射回来信号进行解调，输出比较电平。外界对红外信号的干扰比较小，且易于实现，价格也比较便宜。