题目：基于以太网的矿用通信分机的设计

　　一、 本课题的研究目的和意义

　　随着我国煤矿行业整体的技术进步，机械化、自动化、信息化等方面的发展，特别是井下综采机、数字化自动控制设备越来越多地投入到生产当中，功能完善的井下通信系统变得越来越重要了。如果没有好的通信系统，那么就会产生信息孤岛问题。现代化的设备，其数字化程度非常高，如果没有现代化的通信网络支持，其效能就不会得到最大的发挥。因此，研究现代煤矿井下通信系统的特点及其发展趋势非常重要，这对于指导煤矿信息化工作有着直接的意义。随着我国研究PIC技术的发展，对通信技术的要求也越来越高，本课题针对井下工作通信不畅这一情况，对井下通信系统进行研究。矿井通信系统是煤矿安全生产调度、安全避险和应急救援的必要工具，基于以太网的矿用通信分机的研究可以实现矿井下的通信及数据传输，将顶板压力测试数据及离层分析数据传输到井上，使管理者能更好的安排井下工作。通过此通信分机，可以提高矿井工作效率，增加煤矿的产量，保证工作人员的安全。

　　二、 本课题的主要研究内容(提纲)

　　该基于以太网的矿用通信系统可以实现的功能有：将上一级对顶板压力进行检测，离层分析的检测数据通过RS-485总线的通信接口传给带有以太网的PIC18F97J60系列的单片机进行数据处理与传递，数据存储在AT24C512中，PIC18F97J60含有以太网通信模块，通过光纤交换机，把数据传到井上监控中心。此外还接有简单按键和128×64的液晶显示器组成的人机接口，以便于设置井下系统。在用RS-485总线传输时，需要用到MAX485，它是用于RS-485通信的低功耗收发器。MAX485的驱动器摆率不受限制, 可以实现最高2.5Mbps的传输速率。驱动器具有短路电流限制，接收器输入具有失效保护特性;传输过程中，为了增加通信距离有效地抑制系统噪声，需在RS-485基础上加上光电隔离;对数据的存储采用AT24C512,它是512K位(64K×8位) 大容量电可擦的可编程存储器的EEPROM，符合双向数据传送I2C协议，具有硬件写保护和软件数据保护功能;为实现对数据的实时采集以及对监测装置的校时功能，采用PCF8563实时时钟电路，它提供一个可编程时钟输出，一个中断输出和掉电检测器，地址和数据通过I2C总线接口串行传递到单片机，每次读写数据后，内嵌的字地址寄存器会自动产生增量，为单片机再次写入数据做准备;电源采用LM317三端可调节输出正电压稳压器作为通信分机的供电电源，其输出电压为1.2V-37V能够提供超过1.5A的电流，此外还是用内部限流、热关断和安全工作区补偿使之基本能防止烧断保险丝，在此系统中，要求供电电压为3.3V;单片机采用带有以太网的PIC18F97J60单片机，它继承了PIC18单片机的传统优点(即出色的计算性能、丰富的功能集)，它的所有器件可提供5个不同的振荡器选项，内部振荡器模块还提供了一个稳定的参考源，增加了故障保护时钟监视器、双速启动功能以使器件更安全地工作，它还能够进行SPI 和I2C (主和从)模式操作。

　　三、 文献综述(国内外研究情况及其发展)

　　通过通信方式传送数据信息, 其历史可追溯到20世纪20年代;到20世纪代, 低频高压电力线通信技术已广泛用于监控、远程指示、设备保护以及语音传输域;20 世纪 50年代后至 90年代早期的 30 多年, 电力线载波通信开始应用在中压压电网上, 其开发工作主要集中在电力线自动抄表、电网负载控制和供电管理等领0 世纪90年代后期至今, 电力线载波通信开始研发Internet应用产品, 并取得试验。党的十七*报告指出要发展现代产业体系，大力推进信息化与工业化融合。

　　在数据采集系统中，终端数据到中心处理系统的传输在现在的技术可以选用以下几种方式：无线传输、电力线载波、公众电话网传输和Internet传输。通常按照传输方式的不同，将数据采集传输系统分为以下几类：无线数据采集系统、基于电力载波的数据采集系统、基于嵌入式Internet技术的数据采集系统和基于公共电话网的数据采集系统。

　　近年来，煤矿井下机械化数字化设备越来越多，安全生产的要求越来越严格，必然地要求提高井下的信息化程度。各种传感器、控制设备越来越多，那么，是每种要求单独铺设一套通信系统，还是用一个综合的通信系统完成所有的信息传输工作就成为一个重要的问题。从实用性和成本控制的角度去考虑，宽带的、综合的通信能力是未来井下通信系统所必须具备的，其关键点在：

　　1、数据、语音、图像同时传输能力，将来还有控制信息的传输

2、光纤、电缆、无线的综合使用

3、使用TCP/IP协议

　　随着煤炭工业的发展，井下通信设备和井下通信技术也得到了相应的发展，基于以太网的矿用通信分机的设计就显得非常重要。煤矿现代化水平的不断提高，信息化矿井的不断完善，使通讯装备的配置越来越引起人们的关注，原有的通讯设施越来越满足不了工业生产的需求，于是各种各样的通信方式成为人们关注的焦点，更高更新的通讯技术成为人们竞相追逐的目标。国内煤矿通信采用全双工通信技术, 交换机端口间两根光纤可以同时接收和发送报文帧, 这样任一节点发送报文帧时不会再发生碰撞, 冲突域也就不复存在。通过降低网络负载和提高网络传输速率, 可以使传统共享式工业以太网上的碰撞大大降低。

　　随着电子技术的迅速发展，单片机在工业中的应用日益广泛，使控制由原来的人工记录变为现在的计算机自动记录、自动控制。尤其是单片机的迅猛发展，使单片机能够使用到我们的日常生活中。单片机将中央处理器、程序储存器、定时器/计数器、并行串行输入输出口和中断部件等单元集成在一个芯片上，使系统的体积缩小，价格便宜，性能可靠，并且PIC18系列单片机内部含有以太网控制器，以太网的优点有：应用广泛，它是应用最广泛的计算机网络技术，几乎所有的编程语言如Visual C++、Java、Visual Basic等都支持以太网的应用开发;通信速率高，目前，10、100 Mb/s的快速以太网已开始广泛应用，1Gb/s以太网技术也逐渐成熟，而传统的现场总线最高速率只有12Mb/s(如西门子Profibus-DP)。显然，以太网的速率要比传统现场总线要快的多，完全可以满足工业控制网络不断增长的带宽要求;资源共享能力强，随着Internet的发展，以太网已渗透到各个角落，网络上的用户已解除了资源地理位置上的束缚，在联人互联网的任何一台计算机上就能浏览工业控制现场的数据，实现“控管一体化”，这是其他任何一种现场总线都无法比拟的;可持续发展潜力大，以太网的引人将为控制系统的后续发展提供可能性，用户在技术升级方面无需独自的研究投入，对于这一点，任何现有的现场总线技术都是无法比拟的。同时，机器人技术、智能技术的发展都要求通信网络具有更高的带宽和性能，通信协议有更高的灵活性，这些要求以太网都能很好地满足。

　　开题报告包含的论文提纲可以是粗线条的，是一个研究构想的基本框架。没有必要像论文目录那样详细。下面YJBYS小编为你送上自动化毕业论文开题报告。

　　1、本课题的目的及意义，国内外研究现状分析

　　本课题的目的及意义

　　随着我国经济的快速发展和人民生活水平的不断提高，消费者的观念不断转变，食品健康受到越来越多的关注。在三聚氰胺奶粉事件以后，豆浆变得更受欢迎，成为现代人喜爱的饮品之一。

　　豆浆的营养价值极高，是一种非常理想的健康饮品。据专家介绍，在豆浆里含有多种优质蛋白、多种维生素、多种人体必须的氨基酸和多种微量元素等。只要坚持饮用，可以提高体质、预防和治疗病症。豆浆中，钙的含量尤其高，比其他任何乳类都丰富，是防治高血脂、高血压、动脉硬化等疾病的理想食品，多喝鲜豆浆可预防老年痴呆症，防治气喘病。豆浆对于贫血病人的调养，比牛奶作用要强，以喝热豆浆的方式补充植物蛋白，可以使人的抗病能力增强，调节中老年妇女内分泌系统，减轻并改善更年期症状，延缓衰老，减少青少年女性面部青春痘、暗疮的发生，使皮肤白皙润泽，还可以达到减肥的功效。春秋饮豆浆，滋阴润燥，调和阴阳;夏饮豆浆，消热防暑，生津解渴;冬饮豆浆，祛寒暖胃，滋养进补。

　　在高速发展的现代社会，豆浆机使用先进的科学技术做出了具有传统口味的豆浆，还更加营养，健康，干净。是我们的早餐“绿色牛奶”,豆浆机因而受到消费者的广泛购买，需求量也不断增长。因此，在豆浆摊、餐饮店、超市货架等地，随处可见豆浆的身影。不过，公开销售场所豆浆的卫生状况、掺水比例、新鲜指数、煮熟程度等问题，颇令消费者顾虑。因此，为了喝上新鲜营养的豆浆，很多家庭开始购买豆浆机自制豆浆，从而拉动家用微电脑全自动豆浆机市场活跃。随着豆浆机市场的扩大，豆浆机受到越来越多家电企业的关注。功能更加优化，潜在用户更多。

　　调查显示，豆浆机市场规模将有所增长主要来自第一次购买家庭、新增家庭和城镇居民的更新购买。家庭的豆浆机普及率很低就意味着豆浆机市场存在着巨大空间。在“三聚氰胺”事件发生后，消费者出于对国内乳制品的担忧，使得豆浆机行业迎来了“黄金三年”.九阳是最大的受益企业，2010年九阳业绩到达顶峰期。触顶后的九阳逐年业绩下滑，原因是豆浆机行业本身可替代性产品较多，乳制品行业监管力度加大，乳制品市场消费在逐年上升。2011年开始，豆浆机行业销量逐步下滑，到2013年年底，豆浆机的国内销售环比迎来一次小增长，但无奈国内市场利好因素少，市场环境不利，以至于同比上年仍呈现下滑趋势。从国内主流品牌来看，九阳仍稳坐行业老大，但销量萎缩。近几年其受制于豆浆机增长乏力，九阳开始拓宽产品领域及深化产品，近期推出onecup豆浆机，并借势小米火了一把，其产品如何尚待市场检验。对豆浆机行业而言，2014年仍是充满荆棘的一年，若无明显的市场、事件的刺激，预计今年豆浆机行业仍将持续下滑。“九阳豆浆机销量之所以出现逆势增长，除了不断推出新品外，还与九阳不断在技术方面追求创新有着密不可分的关系。”长沙家电商会执行会长李罗生认为，作为九阳销售最为火爆的植物奶牛系列豆浆机就采用了目前行业最先进的超微原磨、环绕立体加热、智能温控等技术，磨出的豆浆不仅口感更细腻、更香醇，且营养释放也更充分、更易人体吸收。随着技术的创新，九阳豆浆机除了能磨豆浆外，还具备了适合宝宝食用的营养米糊、潮流范儿们爱喝的奶茶以及西式的浓汤、果酱等多种其他功能，深受广大消费者欢迎。

　　综上所述，虽然豆浆机总体销量呈下滑趋势，但是鉴于豆浆丰富的营养价值和防治疾病等优点，以及其庞大的适用人群，我们有必要通过改善豆浆机的整体性能，进行技术创新，提高其智能化和营养化，打造出更为便宜优质的豆浆机，让豆浆机走进更多的家庭，为人们的健康生活提供更多的选择。

　　国内外研究现状分析

　　1.国内豆浆机的发展历程

　　豆浆起源于中国，由西汉的淮南王刘安始创，距今已有两千多年的历史。传说其母病重，饮食无味，郁郁寡欢。刘安寝食难安，苦思冥想，最终以大豆为原料，研磨出浆，其母喝后感觉味道醇美，喜爱非常，豆浆也因此渊源流传。

　　1994年九阳豆浆机的创始人王旭宁发明了世界上第一台全自动家用豆浆机，可谓九阳豆浆机的发展从很大程度上显示了国内豆浆机的发展历程。1999年，九阳公司生产的智能型家用全自动豆浆机获得了国家发明专利。2000年，九阳的豆浆制备方法及自动豆浆机再次获得了国家发明专利。九阳豆浆的问世，使得人们的豆浆消费习惯也逐渐由传统的外出购买向家庭制造转变。九阳是豆浆机行业的首创者，开辟了一个前人未有涉及的全新领域。九阳豆浆机在此期间，不断进行产品技术方面的重大革新，1994年首创了电机上置的全自动豆浆机，1996年发明了外部加料技术，1999年新置了智能不粘技术，2001年运用了浓香营养技术，2002年提出了文火熬煮技术，2004年产生了全营养萃取技术，2005年革新了拉法尔网技术。2006年，九阳完成了第8次技术产业革新，推出了“无网豆浆机”进一步丰富了产品系列，在充分了解消费者需求的基础上，生产技术手段越来越趋于合理化，简洁化，人性化。在2008年，九阳第9次技术革新，推出了“五谷精磨器”,使得豆浆营养和口味再次取得重大突破。豆浆机技术的发展由产生初期的简单化，功能单一化，操作复杂化到现如今的高度集成化，操作简洁化，功能全面化。

　　随着豆浆机市场的不断扩大，人们对于豆浆机需求的持续上升，豆浆机行业的发展也日趋成熟，2006年之后，许多品牌开始进入豆浆机行业，其中包括其他家电领域的国内外知名品牌，诸如美的，东芝，苏泊尔，欧科，步步高，莱克等。各企业豆浆机的发展也都各具特点。美的公司从2009年上半年开始进入豆浆机市场，以创新、时尚、健康为主题，推出了15款新品豆浆机，并研发革新了无网易清洗和免泡豆等新技术，从很大程度上推动了我国豆浆机的设计制造与发展。东菱集团于2007年进入豆浆机市场，推出了“全饮料”概念，东菱自主设计的水果豆浆机的出现，很大程度上改变了豆浆机功能单一的局面，创造性地将豆浆机、榨汁机、电水壶三种设备合为一体，不仅可以烧水、打浆、榨果汁，还能制作各种风格独特多变的健康饮品。欧科公司提出了聚流技术、无网清洗、抗摔等技术革新点，融合了豆类、五谷类、果蔬类搅拌功能。现在，多数家庭使用全自动智能豆浆机，是运用微电脑进行控制，集水位监测，防溢出，报警，打豆加热过滤于一体的制浆自动化豆浆机。整个制作过程往往只需15到20分钟，且耗电量很少，使用方便安全，经济实惠豆浆机行业的热起，是在“三聚氰胺”事件发生后，由于消费者对国内乳制品的担忧，使得豆浆机行业迎来了“黄金三年”,九阳是最大的受益企业，2010年九阳业绩到达顶峰期。触顶后的九阳逐年业绩下滑，原因是豆浆机行业本身可替代性产品较多，乳制品行业监管力度加大，乳制品市场消费在逐年上升。中国食品机械设备网指出，数据显示，2010年豆浆机在食品料理机的零售量占比为75.2%,到2012年上半年下滑至66.4%.最新零售监测数据显示，2013年豆浆机总销量达2361万台，同比下滑8.3%,其中国内销售2232.5万台，同比下滑8.2%,出口量值较小。2013年12月豆浆机总销量为186万台，同比下滑20%,环比11月增长4.4%;其中国内销售183万台，同比下滑19%.

　　近几年，豆浆机市场由于增长乏力，使得行业老大九阳开始拓宽多样化产品领域及深化产品，除了畅销的植物牛奶系列、营养王系列、无网星系列等豆浆机外，还最新推出了OneCup随饮机、“小米浆”豆浆机等产品，并借势互联网营销，使得其销量在整体市场中处于持续增长态势。据了解，最近九阳新推出的小米浆豆浆机，在其天猫专卖店就累计售出6793件，最近一个月已成交了2095件。而此前OneCup随饮机刚上市，其2000台新品就被网友在天猫上抢购一空。“九阳豆浆机销量之所以出现逆势增长，除了不断推出新品外，还与九阳不断在技术方面追求创新有着密不可分的关系。”长沙家电商会执行会长李罗生认为。因此，对于豆浆机的研究还有待进一步加深，豆浆机技术的革新将越来越受到相关人士的关注。

　　九阳豆浆机作为豆浆机产业的龙头，有以下四个特色：

　　(1)文火熬煮，熬得透、喝着香;

　　(2)智能不粘，不粘不糊、易清洗;

　　(3)仿生造型，人性化设计，美观舒适;

　　(4)6大智能安全保护，运用更安全，更舒适。

　　而且九阳豆浆机推出了新品系列：

　　(1)倍浓植物奶牛系列DJ13B-D58SG

　　功能介绍：立体熬煮，突出倍浓营养，超微原磨，喝出细腻浓香。智能温控营养芯，营养更丰富，高低海拔自适应，煮得透不溢锅，高低电压自适应，营养有保证。倍浓豆浆键使豆浆倍浓30%;快速豆浆键，一刻钟超快制浆。大界面，易操作，更清晰。制浆进程显示，看得见更放心

　　(2)植物奶牛系列DJ13B-D31D

　　功能介绍：植物奶牛系列全新产品。采用九阳专利的超微原磨技术，研磨更细腻营养释放更充分。独有的智能温控技术，确保在黄金温度下进行制浆，还原豆浆原汁原味。

　　(3)植物奶牛系列D18EC

　　功能选择：好豆浆(五谷、干豆、湿豆/湿豆原磨)、果汁、果酱

　　2.豆浆机国外发展状况

　　2012年3月20~23日，家电行业年度盛会的中国家电博览会期间，在谈到九阳今后的发展战略时，九阳副总裁韩润告诉记者，目前在中国台湾市场，参与竞争的豆浆机品牌超过20多个，但九阳的市场份额超过85%,处于绝对领先的地位。除了台湾，九阳豆浆机还将陆续进军日本、韩国、东南亚市场。韩润告诉记者，“豆浆文化”近几年也逐渐在国外流行起来。如在美国，FDA(食品和药物管理局)建议国民每天摄入大豆25克;在英国，每升豆浆卖到1.5英镑，约合人民币15元，比牛奶贵10倍。在国外的华人家庭，九阳豆浆机也很风靡。如果通过豆浆文化的传播，在西方家庭，早餐老外也要喝自制的豆浆，那么这样一个广阔的市场就太有想象空间了。

　　从国内外市场来看，豆浆机市场不容乐观，其销量萎缩。但鉴于豆浆的营养价值及其传统特色风味，我们有必要为打造更专业便利的豆浆机，以扩大人们对于健康饮品的选择范围。如何进一步提高豆浆机的综合性能，提高其性价比，以满足不同人群对于豆浆，豆浆机需求的不断发展。是整个豆浆机行业面临的新的挑战。在调查中发现，豆浆机的选择界面都没有温度设定，我的想法是在设计豆浆机过程中给豆浆机增加一个调节温度的功能界面，当人们在使用豆浆机过程中只需提前设定好温度，当豆浆磨好到达制定温度就会自动停止，进入保温状态，人们可以节约时间，随时饮用。

　　2、本课题的任务、重点内容、实现途径

　　一、本课题的任务

　　1.分析豆浆机的工作过程：放入适量浸泡好的黄豆、加入适量的冷水，接通电源，豆浆机指示灯亮起、发热管开始对水加热。当水温加热到80度左右停止加热。然后开始每粉碎30秒停5秒，共5次的粉碎过程。再经过2分钟的烧煮后延时5秒发出结束提示音。

　　2、豆浆机要求具有加热功能、磨豆功能、防溢功能、防干烧功能、温度测定功能、自动停启功能、声光报警功能和过滤功能等。

　　3.完成豆浆机使用说明书编写。

　　4.撰写毕业设计论文及相关文档。

　　二、重点内容

　　本课题的重点研究内容主要有两个方面：一是单片机的定时设定，二是系统功能的实现，以实现豆浆机的预热、打浆、煮浆和延时熬煮等过程的全自动化控制。

　　主要内容如下：

　　1.了解直流电机的控制原理和特点;

　　2.合理设计控制系统的主电路和控制电路，依据任务要求确定所选元件的参数;

　　3.学习单片机控制系统设计。

　　三、实现途径

　　(一)单片机和直流电机基础知识学习：

　　因为本次设计需要配合使用，所以需要分别学习单片机和直流电机的知识(如单片机的编程规则，直流电机的控制原理等等)。最后在分别了解清楚它们的工作特性后，就需要对单片机和直流电机进行选型，最后进行整个单片机的程序调试和直流电机的速度调试。

　　(二)豆浆机的控制系统设计：

　　我们在进行控制系统设计时需要注意必须能够实现以下要求：豆浆机要求具有加热功能、磨豆功能、防溢功能、防干烧功能、温度测定功能、自动停启功能、声光报警功能和过滤功能等。

　　(三)软件设计

　　控制系统程序编写、调试及仿真：

　　(1)在程序编写时需在满足系统所设计的逻辑控制要求的同时保证程序简洁明了，稳定准确;

　　(2)调试最终实现任务要求所给出所有功能。

　　(四)设计成果达到要求后，利用相关参考文献以及在设计过程中的有关资料撰写毕业论文，设计毕业答辩ppt;

　　(五)整理有关资料，准备毕业答辩。

　　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

　　本次毕业设计所需要的设备有：

　　硬件：

　　(1)单片机;

　　(2)BRS-7712A(高压直流-豆浆机电机);

　　软件：

　　(1)Keil编程软件;

　　(2)office办公软件。

　　本次毕业设计现在已找到并准备参考的文献和书籍有：

　　[1]刘芬。基于SH69P42豆浆机设计[J].电子科技，2011.05.

　　[2]胡承忠，赵健，张东升。基于单片机的豆浆机定时系统的设计[J].电子技术，2013.01.

　　[3]杨永明，基于STC12C5A32AD的商用豆浆机控制系统的设计[J].湖北民族学院学报(自然科学版)，2012.01.

　　[4]刘升，杨静丽。基于PIC16C54单片机的全自动豆浆机控制系统[J].电子工程师，2004.07.

　　[5]朱东梅。决定豆浆机品质的几个关键因素[J].现代家电，2010.01.

　　[6]杨建中。基于单片机的直流电机控制系统研究[J].数字技术与应用，2012.12.

　　[7]何少佳，史剑清。基于AT89S51单片机的直流电机控制系统设计[J].装备制造技术，2013.08.

　　[8]庹朝永。基于单片机的直流电机PWM调速系统设计与开发[J].煤炭技术，2011.06.

　　[9]赵海兰，朱剑，赵祥伟。DS1302实时显示时间的原理与应用[J].电子技术，2004(1)：43-46.

　　[10]肖忠，陈怡。DS18B20组建小型测温网络研究[J].广州大学学报(自然科学版)，2005(2)：54-56.