PAGE3一、立項的背景和意義（包括應(yīng)用或產(chǎn)業(yè)化前景、市場預(yù)測和經(jīng)濟、社會、安全效益分析等內(nèi)容）1.1項目背景近年來,隨著經(jīng)濟社會的不斷發(fā)展和高校規(guī)模的不斷擴大,在校學(xué)生人數(shù)急劇上升，為了滿足學(xué)生日益增長的對住宿條件的需求，許多高校都擁有多棟不同檔次的高層學(xué)生公寓。然而隨著學(xué)生生活水平的提高，學(xué)生用電量的需求增多了，電器種類也日趨多元化，一方面使得公寓樓供電功率需求增加，另一方面則是不同種類電器，尤其是非線性整流負載（如計算機、電視機、充電器等）在使用時將會迫使電網(wǎng)供給嚴(yán)重畸變的非正弦諧波電流,使得輸入端的功率因數(shù)下降，必然帶來對電網(wǎng)本身及正常使用的危害。特別是近幾年來，一個不容忽視的現(xiàn)象是，在全國各大高校如上海商學(xué)院及我院等，都出現(xiàn)過因個別學(xué)生私拉電線、使用大功率電器如熱得快、電吹風(fēng)等而引發(fā)火災(zāi)的事故。為實現(xiàn)學(xué)生公寓用電管理的科學(xué)化和智能化，規(guī)范安全用電管理，預(yù)防及杜絕學(xué)生用電不當(dāng)引發(fā)的各種事故的發(fā)生，保障我院師生員工的生命財產(chǎn)安全，在我院所有學(xué)生公寓樓配置具有識別惡性負載并能對用電情況進行智能控制功能的智能負載識別控制系統(tǒng)，實現(xiàn)學(xué)生公寓用電管理的科學(xué)化和智能化迫在眉睫。針對上述情況，需要研制開發(fā)的一種智能負載識別控制系統(tǒng)。通過該系統(tǒng)對公寓樓各宿舍的用電狀況進行監(jiān)測，有效識別線性純阻性負載（如熱得快、電吹風(fēng)、電爐、電熱毯等）與非線性整流性負載并給出判斷結(jié)果，同時對用電功率進行適時檢測，在學(xué)生公寓某宿舍的用電功率超過允許值時發(fā)出警告信號，以便于供電計量控制系統(tǒng)能及時切斷對該宿舍的電力供應(yīng)，確保用電安全。目前市場上已有多家公司研發(fā)出了相應(yīng)的惡性負載識別及用電控制產(chǎn)品，不同公司的產(chǎn)品性能參差不齊，功能也各有差別。省內(nèi)有多所高校如中南大學(xué)、湖南師范大學(xué)、湖南商學(xué)院北津?qū)W院和長沙大學(xué)等都已安裝使用該類產(chǎn)品并普遍反映效果較好。學(xué)院也已經(jīng)在北院8棟學(xué)生公寓試點安裝了惡性負載識別器，根據(jù)公寓管理部門反饋的信息，通過半年多的使用，取得了較為明顯的效果，大大提高了學(xué)生公寓宿舍的用電安全程度。學(xué)院高度重視對學(xué)生公寓宿舍的用電安全工作，為此在2010年10月初召開了專題會議，討論在全院各學(xué)生公寓全面安裝智能負載識別控制系統(tǒng)的問題，會議認為安裝該系統(tǒng)是一項防患于未然的重要工作，希望能盡早落實安裝到位。隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展和我院在辦學(xué)規(guī)模、專業(yè)設(shè)置、人才培養(yǎng)等重大問題上取得的突破性進展，迫切需要進一步加強師資隊伍建設(shè)，培養(yǎng)一批具有豐富工程實踐經(jīng)驗和指導(dǎo)能力的教師。學(xué)院十分重視教師參加實踐工程項目的開發(fā)設(shè)計，并為之提供了良好的政策支持。信息工程系是我院傳統(tǒng)專業(yè)的承襲者，擁有應(yīng)用電子技術(shù)、電子信息工程技術(shù)等優(yōu)勢專業(yè)，通過近幾年的教學(xué)改革和項目實踐，又培養(yǎng)鍛煉了一批能從事實際產(chǎn)品開發(fā)應(yīng)用的教師，擁有較強的嵌入式產(chǎn)品開發(fā)應(yīng)用技術(shù)和人才優(yōu)勢。在學(xué)院全面推廣智能負載識別控制系統(tǒng)的使用量較大，選用市場現(xiàn)有的產(chǎn)品需要近20萬元的系統(tǒng)設(shè)備采購和安裝經(jīng)費，同時產(chǎn)品在性能和功能上與我院實際需求也或多或少存在差距。為此，結(jié)合我院信息工程系目前所具備的系統(tǒng)應(yīng)用開發(fā)技術(shù)優(yōu)勢和最新完成的實驗室建設(shè)所達到的良好的實踐條件，根據(jù)學(xué)院和使用部門的意圖，信息工程系組織力量，在充分征集使用部門等各方面意見以及進行技術(shù)和市場調(diào)研的基礎(chǔ)上，提出了學(xué)生公寓智能負載識別控制系統(tǒng)的設(shè)計實施方案，以期通過立項研究，開發(fā)出智能負載識別控制器產(chǎn)品并實際安裝應(yīng)用于學(xué)生公寓用電管理，解決學(xué)院目前急需。1.2項目實施的意義（1）滿足公寓管理部門用電管理的需求。通過項目實施，開發(fā)出的系統(tǒng)產(chǎn)品將能實際應(yīng)用在我院各學(xué)生公寓樓，通過在公寓樓原供電系統(tǒng)中進行相應(yīng)配置后，發(fā)揮其惡性負載識別和用電智能控制的功能，保障用電的安全性，提高用電管理的效率，為學(xué)生提供和諧安全的生活環(huán)境。（2）提高應(yīng)用電子技術(shù)重點實習(xí)實訓(xùn)基地的使用效率。通過項目實施，可以充分利用信息工程系省級重點實習(xí)實訓(xùn)基地的資源優(yōu)勢，進行產(chǎn)品研制、生產(chǎn)以及后續(xù)的服務(wù)及產(chǎn)品升級等，提高基地的使用效率，充分發(fā)揮基地的作用。（3）培養(yǎng)項目組教師的工程實踐能力和在實踐教學(xué)中的指導(dǎo)能力。通過項目實施，進行單片機應(yīng)用技術(shù)、嵌入式產(chǎn)品開發(fā)和通信技術(shù)等方面的技術(shù)積累，提高項目組教師在嵌入式產(chǎn)品開發(fā)應(yīng)用水平，進一步培養(yǎng)項目組教師的工程實踐能力和在實踐教學(xué)中的指導(dǎo)能力。（4）擴大學(xué)院在產(chǎn)品研發(fā)方面的影響。通過項目實施，力圖形成具有自主知識產(chǎn)權(quán)的技術(shù)或產(chǎn)品，在條件成熟時進行產(chǎn)品的市場推廣，擴大學(xué)院在產(chǎn)品開發(fā)和技術(shù)產(chǎn)業(yè)化等方面的影響，并能為學(xué)院爭取一定的經(jīng)濟利益。二、可行性分析（現(xiàn)有研究基礎(chǔ)、特色和優(yōu)勢；采用技術(shù)的來源、水平等）2.1研究基礎(chǔ)信息工程系現(xiàn)有電子、信息類教師多名，有多年從事該領(lǐng)域教學(xué)和科研的經(jīng)歷。擁有學(xué)歷和職稱結(jié)構(gòu)合理、實踐應(yīng)用開發(fā)經(jīng)驗豐富的教師隊伍。承擔(dān)了各種應(yīng)用開發(fā)項目和科研課題多項，獲得軟件著作權(quán)2項，獲得各級相關(guān)大賽省級、國家級獎項幾十項。2．2特色和優(yōu)勢（1）信息工程系目前的實驗室建設(shè)規(guī)劃已經(jīng)落實，擁有完整的從產(chǎn)品的設(shè)計、安裝、調(diào)試及批量生產(chǎn)PCB電路設(shè)計生產(chǎn)設(shè)備等軟硬件條件；（2）信息工程系有多名教師擁有從事應(yīng)用電子設(shè)備的開發(fā)和系統(tǒng)安裝的實踐工作經(jīng)驗；（3）信息工程系經(jīng)過近幾年進行應(yīng)用開發(fā)項目研究以及參與省級、國家級電子、嵌入式、機器人比賽方面的歷練，已經(jīng)具備本項目所需大部分技術(shù)的應(yīng)用開發(fā)能力。2.3采用技術(shù)的來源目前，國內(nèi)負載智能管理系統(tǒng)種類較多、技術(shù)水平也有很大的發(fā)展。本項目涉及到的主要技術(shù)有：電子電路的設(shè)計、單片機應(yīng)用技術(shù)、傳感器應(yīng)用技術(shù)、軟件編程技術(shù)等，信息工程系通過相關(guān)課題（項目）研究和各種大賽的技術(shù)應(yīng)用實踐，已經(jīng)在本項目所需技術(shù)上有了一定的積累。另外，根據(jù)我院的實際情況及使用需求，項目組還擬以下方面采取措施，以推進項目實施:(1)進行充分市場技術(shù)調(diào)研，廣泛收集技術(shù)資料。包括產(chǎn)品的發(fā)展趨勢調(diào)研、產(chǎn)品技術(shù)調(diào)研、用電用戶及用電管理用戶對產(chǎn)品使用需求進行縝密調(diào)研，做到系統(tǒng)功能模塊完整實用；(2)充分利用現(xiàn)有技術(shù)并立足自主開發(fā)。在系統(tǒng)的設(shè)計開發(fā)和安裝各個環(huán)節(jié)，通過整合系里的人才及設(shè)備資源，以產(chǎn)品項目為導(dǎo)向、立足自主開發(fā)和進行技術(shù)創(chuàng)新。三、研究開發(fā)內(nèi)容與預(yù)期目標(biāo)3.1研究開發(fā)內(nèi)容系統(tǒng)包括檢測和識別用電狀態(tài)的負載識別器和進行系統(tǒng)設(shè)計及通訊的上位機。如圖1、圖2分別為負載識別器硬件框圖和參考實物圖。圖3、圖4分別為上位機硬件框圖及其參考實物圖。圖1負載識別器框圖圖2上位機參考實物圖圖3上位機原理框圖圖4上位機參考實物圖本項目研究開發(fā)內(nèi)容包括兩部分：惡性負載識別器和上位機的設(shè)計開發(fā)。（1）負載識別器開發(fā)包括：惡性負載識別器硬件電路搭建，主要包括單片機芯片、AD轉(zhuǎn)換器、串口通信組成的選材；根據(jù)電路模塊和功能要求，設(shè)計子電路原理圖；硬件焊接、安裝、調(diào)試；軟件系統(tǒng)構(gòu)架，主要包括軟件平臺的選用、上位機軟件系統(tǒng)的功能分析、上位機軟件操作流程、上位機軟件的功能實現(xiàn)等內(nèi)容。(2)上位機開發(fā)包括：上位機硬件電路搭建，主要包括單片機芯片、液晶顯示屏、按鍵、串口通信的選材；根據(jù)電路模塊和功能要求，設(shè)計子電路原理圖；硬件焊接、安裝、調(diào)試；軟件系統(tǒng)構(gòu)架，主要包括軟件平臺的選用、上位機軟件系統(tǒng)的功能分析、上位機軟件操作流程、上位機軟件的功能實現(xiàn)等內(nèi)容。3.2預(yù)期目標(biāo)通過本項目研究，將突破負載識別技術(shù)、上位機系統(tǒng)軟件設(shè)計技術(shù)、上位機與識別器數(shù)據(jù)間的通訊技術(shù)、負載控制技術(shù)，形成包含惡性負載識別器和上位機硬件及其配套軟件，可以在學(xué)生公寓實際應(yīng)用的智能負載識別和控制系統(tǒng)產(chǎn)品。開發(fā)出的惡性負載識別器預(yù)期主要性能和參數(shù)如下：(1)惡性負載識別器具有負載自動識別功能、總功率可調(diào)功能、限電負載功率功能、可調(diào)自動恢復(fù)功能、選擇使用負載用電功能和計量功能等，實現(xiàn)產(chǎn)品實用、方便、安全、高效的目標(biāo)；(2)惡性負載識別器的正常工作溫度在-20℃～+65℃，工作電壓為AC180V～240V/50Hz，功耗小于1W，作狀態(tài)穩(wěn)定；(3)惡性負載識別器的產(chǎn)品尺寸小巧、外形緊湊、安裝便捷。開發(fā)出的上位機預(yù)期主要性能和參數(shù)如下：(1)實現(xiàn)上位機系統(tǒng)內(nèi)容詳細、操作步驟作簡單系、硬件可擴展性強、軟件升級便捷，從而實現(xiàn)工作狀態(tài)穩(wěn)定的目標(biāo)；(2)實現(xiàn)上位機與惡性負載識別器的數(shù)據(jù)通訊，通過上位機對負載總功率調(diào)整、限制、自動恢復(fù)和選擇使用負載用電功能、計量功能等，達到實用、方便、安全、高效的效果；(3)實現(xiàn)上位機的產(chǎn)品尺寸小巧、攜帶便捷，利于現(xiàn)場調(diào)試。四、研究開發(fā)方案、技術(shù)路線、組織方式與項目分解4.1開發(fā)方案充分重視資料收集與調(diào)查研究工作。通過搜集相關(guān)的技術(shù)資料、數(shù)據(jù)和文獻，掌握國內(nèi)外研究動態(tài)和進展，實地與各企業(yè)專家進行溝通交流，注意吸收其他領(lǐng)域的新思想和新方法，并有針對性地解決關(guān)鍵問題?？傮w規(guī)劃、分步實施。從智能負載識別控制系統(tǒng)整體設(shè)計方案入手整理思路，對硬件子系統(tǒng)、軟件子系統(tǒng)組成框架和分層模型進行理論研究，力圖做到定性分析和定量分析相結(jié)合，不斷完善相應(yīng)的實現(xiàn)方法。理論和實踐相結(jié)合。進行理論研究能夠反映和體現(xiàn)智能負載識別控制系統(tǒng)的開放性和通用性，利用產(chǎn)品實際應(yīng)用來體現(xiàn)理論成果。分析、改進和完善現(xiàn)有產(chǎn)品。通過收集、整理和分析用戶意見，進一步改進和完善產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，提高整機及系統(tǒng)性能。4.2技術(shù)路線（1）負載識別器開發(fā)以單片機為核心，采用數(shù)字識別與檢測技術(shù)對用電負載進行智能化線性識別，判斷是否為阻性負載，并對阻性負載功率和總功率進行控制。其控制方式技術(shù)可靠、智能水平高、性能穩(wěn)定、維護容易、硬件結(jié)構(gòu)簡單、終端便宜，且在能滿足實際需要的基礎(chǔ)上，進行功能擴展或軟件升級。負載識別器將直接通過圖5所示產(chǎn)品接線圖與用戶電表連接即可工作，不需改變用戶原來安裝的任何電路。圖5負載識別器產(chǎn)品接線圖負載識別器將采用依次對平均功率變化狀態(tài)、采集和檢測到的電流諧波及其變化進行識別，然后對是否有阻性負載接入狀態(tài)進行判別，若有阻性負載接入，且功率超限，則采取限電動作。具體流程如圖6所示。圖6負載識別器識別流程圖（2）上位機控制器開發(fā)以單片機為核心，采用12864大屏幕液晶多級菜單形式顯示，顯示清晰明了；通過USB線（可升級為無線）對智能負載器的各項參數(shù)進行讀取或修改配置，電路簡單、控制方便、可靠性好、性價比高。上位機控制器將直接通過圖7所示接線圖與負載識別器連接即可工作。圖7上位機控制器與負載識別器通信連線圖上位機控制器顯示主菜單，通過鍵盤操作實現(xiàn)進入子菜單、返回主菜單、讀當(dāng)前負載功率、設(shè)定總功率大小、設(shè)定阻性負載功率大小、設(shè)定當(dāng)前時間和日間夜間時間段等功能，按提示要求設(shè)定參數(shù)，按“OK”鍵即可與負載識別器進行通訊，下載或上傳數(shù)據(jù)。具體流程如圖8所示。圖8上位機控制器主程序流程圖4.3組織方式項目擬由信息工程系牽頭，組建研發(fā)項目組，組織科研骨干組成核心科研團隊。采取“集中辦公、共同攻關(guān)”的方式，根據(jù)項目實施方案，組織開展項目研究。項目總負責(zé)人：吳再華,全面主持研究工作，負責(zé)項目可行性論證、提出整體方案、協(xié)調(diào)分工、參加技術(shù)方案討論、審核技術(shù)圖紙和文件，組織開展實現(xiàn)規(guī)?；?、產(chǎn)業(yè)化目標(biāo)的研究開發(fā)等。主要研究人員：鄧知輝、蔡彥、劉錳、李平安和李雪東等,制定技術(shù)方案，硬件和軟件設(shè)計,產(chǎn)品模擬試驗與調(diào)試，圖紙設(shè)計繪制與資料整理，關(guān)鍵技術(shù)研究等。管理措施：執(zhí)行分工責(zé)任制，責(zé)任到人，分工與協(xié)作相結(jié)合；充分調(diào)動人的積極性；統(tǒng)籌安排各項任務(wù)，保障項目按期結(jié)題驗收。4.4項目分解序號項目分解主要工作內(nèi)容負責(zé)人員主要成員1項目籌備成立項目組，確定項目人員組成，組織成員撰寫項目申請書，提交學(xué)院評審立項。吳再華鄧知輝、蔡彥劉錳、李平安2功能需求通過市場調(diào)研，結(jié)合學(xué)院公寓管理部門的使用需求實際，確定產(chǎn)品功能。鄧知輝黃接、喻菱、蔡彥、劉錳3硬件電路設(shè)計搭建硬件電路，包括主電路、信號采集電路和上位機控制器等的設(shè)計、加工、安裝與系統(tǒng)調(diào)試。以及理論研究與分析、撰寫相關(guān)研究論文和圖紙文字資料整理等。蔡彥李雪東、李平安4系統(tǒng)軟件設(shè)計軟件功能分析、流程設(shè)計、編寫，包括主程序、看門狗子程序、數(shù)據(jù)采集子程序、判斷控制子程序、時鐘子程序、串口通信子程序等；軟硬件聯(lián)調(diào)，理論研究與分析、撰寫相關(guān)研究論文和圖紙文字資料整理等。劉錳鄧知輝、李平安5系統(tǒng)試用及改進對樣品進行功能測試，并在學(xué)院學(xué)生宿舍定點試用，根據(jù)學(xué)生及管理人員反饋意見，再對產(chǎn)品進行適當(dāng)改進。以及資料整理等。鄧知輝喻菱、蔡彥、劉錳、李雪東五、年度計劃內(nèi)容（日程安排）（1）第一階段：（2010年10月—2010年12月）2010年10月13—18日：信息工程系成立項目籌備組，確定組織成員討論并撰寫項目申請書，提交學(xué)院層面審核；2010年10月19日—12月1日：通過學(xué)院項目立項審核后，正式啟動項目，由項目組織成員準(zhǔn)備硬件開發(fā)平臺及相關(guān)軟件、進一步收集相關(guān)資料，并根據(jù)項目需要研究確定詳盡的應(yīng)用開發(fā)的步驟。（2）第二階段：（2010年12月2日—2011年2月）2010年12月2日—2011年2月1日：購買項目所需設(shè)備、元器件，設(shè)計開發(fā)智能負載識別控制系統(tǒng)硬件；2011年2月2日—2011年2月9日：硬件樣機安裝調(diào)試，階段測試及驗收。（3）第三階段：（2011年2月10日—2011年5月1日）2011年2月10日至2011年4月25日：設(shè)計開發(fā)智能負載識別控制系統(tǒng)軟件；2011年4月26日至2011年5月1日：階段測試及驗收。（4）第四階段：（2011年5月2日—2010年6月）2011年5月2日至2011年5月15日：系統(tǒng)應(yīng)用測試；2011年5月16日至2011年6月1日：最終驗收、所有研究的資料回籠，項目結(jié)束。六、風(fēng)險分析（主要包括技術(shù)、經(jīng)濟、市場等風(fēng)險影響因素分析）本項目中需研發(fā)的系統(tǒng)，目前在市場上已有產(chǎn)品，技術(shù)水平和性能參數(shù)各不相同。雖然項目的實施，預(yù)計可以帶來學(xué)院在該系統(tǒng)涉及到的技術(shù)方面的提升，能產(chǎn)生一定的經(jīng)濟效益等，但在研發(fā)的過程中，也必然遇到多方面的風(fēng)險。下面從技術(shù)、經(jīng)濟及市場等方面加以分析：（1）技術(shù)層面湖南信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院信息工程系在應(yīng)用電子方面具有堅實的研究基礎(chǔ)，近三年年獲湖南省職業(yè)院校技能大賽一等獎以上100余人次，獲全國職業(yè)院校技能大賽二等獎以上200余人次，并獲湖南省科技成果獎三等獎一項、《智能玩具小車控制軟件V1．0版》國家軟件著作權(quán)三項等眾多科研成果。項目組織開發(fā)人員擁有熟練的C語言編程、PCB設(shè)計、電子產(chǎn)品設(shè)計與開發(fā)等能力。開發(fā)過程可能會遇到一些技術(shù)上的不確定因素，能由項目組織成員研究討論并能及時解決，因此項目為應(yīng)用型研究開發(fā)項目，整個開發(fā)過程或多或少存在一些實際應(yīng)用問題，存在一些風(fēng)險性及不確定性，但風(fēng)險比較小。（2）經(jīng)濟效益通過項目實施后獲得的開發(fā)產(chǎn)品，可以實際應(yīng)用于學(xué)院學(xué)生公寓的用電管理，提高用電管理的有效性和安全性，除了能解決目前市場上產(chǎn)品與我院實際需求的差距外，還能充分利用信息工程系實習(xí)實訓(xùn)基地的條件，進行產(chǎn)品批量生產(chǎn)，提高設(shè)備利用率。本項目的前期投入較小，研究時間跨度不大，需要學(xué)校投入一定的資金來解決項目開發(fā)所需經(jīng)費。（3）市場分析經(jīng)初步預(yù)測，假如一所高校擁有1200個左右的宿舍，就需要1200個左右的惡性負載識別器，才能夠確保全校的宿舍監(jiān)控管理。目前1個惡性負載識別器的市場艱巨參考價格在150元左右，而自主開發(fā)、生產(chǎn)惡性負載識別器的成本預(yù)計將控制在大約在100元，其產(chǎn)生的經(jīng)濟效益是比較可觀的。市場調(diào)查研究分析表明，市場上有許多企業(yè)生產(chǎn)同類產(chǎn)品，這就必然存在著較強的市場競爭。在充分利用現(xiàn)有技術(shù)的基礎(chǔ)上，通過項目組的研發(fā)，可以發(fā)揮擁有的技術(shù)優(yōu)勢，在設(shè)計開發(fā)和后期生產(chǎn)上盡量降低成本，同時后期可以在項目實施后獲得的技術(shù)積累基礎(chǔ)上，針對市場需求，進行相關(guān)產(chǎn)品的研發(fā)，提高產(chǎn)品的市場競爭力。七、項目主要研究人員簡況（姓名、性別、年齡、專業(yè)、學(xué)位、職務(wù)、職稱、主要研究方向）項目負責(zé)人身份證號名吳再華性別男出生年月1971.11技術(shù)職稱副教授職務(wù)信息工程系教學(xué)副主任畢業(yè)校名五邑大學(xué)畢業(yè)年份1995學(xué)歷研究生學(xué)位碩士專業(yè)信號與信息處理時間學(xué)術(shù)職務(wù)□碩導(dǎo)□博導(dǎo)□院士通訊地址湖南長沙望城旺旺路8號湖南信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院信息工程系聯(lián)系電-mailwuzaihua@126.com所在國家或省級重點學(xué)科、重點實驗室名稱主要研究人員姓名性別出生年月學(xué)歷學(xué)位職稱職務(wù)專業(yè)單位承擔(dān)任務(wù)所在國家或省級重點學(xué)科、重點實驗室名稱是否曾留學(xué)或進修鄧知輝男1981.01本科助教教研室主任電子信息工程技術(shù)信息工程系實驗室管理蔡彥男1968.01本科講師教師計算機應(yīng)用技術(shù)信息工程系專業(yè)課教學(xué)劉錳男1978.04研究生碩士助教實驗員生物醫(yī)藥工程信息工程系實驗室管理李平安男1976.08研究生碩士助教實驗員通信信息工程系實驗室管理