單片機理論論文精品(七篇)

時間：2023-01-03 19:29:51

序論：寫作是一種深度的自我表達。它要求我們深入探索自己的思想和情感，挖掘那些隱藏在內心深處的真相，好投稿為您帶來了七篇單片機理論論文范文，愿它們成為您寫作過程中的靈感催化劑，助力您的創(chuàng)作。

單片機理論論文

篇(1)

【關鍵詞】創(chuàng)新能力；單片機教學；改革

中圖分類號：TP368.1-4

隨著知識經濟的不斷發(fā)展，企業(yè)對于綜合型人才的需求更加的迫切，培養(yǎng)高素質的創(chuàng)新型人才已被確定為我國高等教育發(fā)展的根本目標。單片機課程是電子類專業(yè)的一門核心課程，具有很強的綜合性與實踐性特征，該課程不僅為后續(xù)課程的學習奠定基礎，并且也提供了一種培養(yǎng)創(chuàng)新能力的良好手段。傳統(tǒng)的單片機課程教學在提升學生創(chuàng)新能力培養(yǎng)方面還存在很大的欠缺性，因此，為了在單片機課程教學中強化創(chuàng)新能力培養(yǎng)，必須對傳統(tǒng)單片機課程的教學模式進行改革。

1.教學與實踐改革存在的問題

1.1教學方式有待改進

在單片機的教學過程中不少教師常常以單片機理論為教學的重中之重，實驗常安排一些與實踐結合不緊密的基礎實驗，從而難以與實踐緊密結合起來；再加上一些教師強調筆試的重要性，勢必造成學生失去學習的興趣和積極性，將更多精力用于考試過關，而難以使理論知識得到實踐和應用。例如循環(huán)左移和右移指令的講解，只做理論上的推導，很難加深學生的印象，若能引入適當?shù)腅DA技術將這個循環(huán)左移和右移過程形象地展示出來，既能加深學生的印象還能提高其學習興趣[1]。

1.2傳統(tǒng)教學的內容問題

由于單片機教材與實際應用有一定的差距，教材中提到的理論與實物已經是幾年前的市場產品或者是面臨淘汰的產品，這樣就會使學生接觸到一些過時的知識卻沒有看到新的改進，從而在一定程度上影響了學生的知識面和實踐能力。實驗課程體系驗證性實驗過多、綜合性、啟發(fā)性實驗太少，沒有大型設計性和綜合性實驗，基本沒有對學生動手實踐能力達到提高和訓練[2]。

1.3學生對實踐和動手缺乏積極性

不少學生對單片機的實踐性缺少認識，不主動參與實踐和設計，他們寧愿將時間放在英語考試或計算機等級考試上，卻對單片機技術的實踐和操作缺少興趣，因此培養(yǎng)和調動學生積極性顯得尤為重要。

2.教學實踐改革中的有效建議

2.1教學項目的創(chuàng)新設計

教學項目是課程教學內容的載體，教學項目設計的好壞直接關系到單片機課程的教學效果。為了培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力，筆者設計了一些創(chuàng)新性的教學項目，旨在為學生提供更大的創(chuàng)新設計空間。比如：設計智能打鈴器、盆栽自動灌溉裝置、自動避障小車等。這些教學項目不僅可以鍛煉學生的單片機開發(fā)能力，也可以為學生提供很大的創(chuàng)新空間。學生在完成這些項目的基本功能后，還可以根據自己的想象力對其進行改進，使其功能更加完善。

2.2n程題目的創(chuàng)新設計

單片機課程設計是單片機教學的一個重要檢驗環(huán)節(jié)，其題目的設計對于培養(yǎng)和考核學生的創(chuàng)新能力非常重要。題目的設計和選取可以從以下幾個方面入手：借鑒歷屆電子設計大賽的題目；從日常生活中尋找與們課堂教學相關的資源，將其改良為可行性課題；以在研的教師科研課題為藍本，將部分研究內容作為設計制作的題目供學生練習，培養(yǎng)其創(chuàng)新能力。比如，筆者根據自己的日常生活經驗，設計了智能水杯題目，不限定水杯的具體功能，要求學生充分發(fā)揮自己的想象力和創(chuàng)新能力，分組設計出不同功能的智能水杯。各個小組完成了不同的創(chuàng)新設計，有的小組設計了具有自動顯示水溫功能的水杯，有的小組設計了具有定時提醒喝水功能的水杯，有的小組設計了具有音樂播放功能的水杯，等等。

2.3開發(fā)單片機創(chuàng)新實驗裝置

傳統(tǒng)的單片機實驗箱內部電路固定，學生只能按照實驗指導書的步驟，機械地做一遍驗證性實驗，無法進行創(chuàng)新性設計。針對傳統(tǒng)單片機實驗箱的缺點，筆者開發(fā)了一套靈活性和擴展性強、易于升級的單片機創(chuàng)新實驗裝置。其設計思路是將搭建各種不同功能單片機系統(tǒng)所必需的組成電路分離，設計出各個獨立的功能模塊，在該裝置上學生可自主選擇功能模塊，完成創(chuàng)新性單片機系統(tǒng)的設計。另外，利用Proteus與Keil軟件整合構建單片機創(chuàng)新虛擬仿真實驗室，它可為學生提供豐富的虛擬儀器和元器件資源，為學生提供良好的創(chuàng)新平臺。

2.4請高校研究生作有趣易懂的產品設計報告

以往常有教師向院上提出應該多請專家給學生作專題報告以拓展學生的知識面，盡管學院作出了一定的努力，然而許多國內專家總是忙于手頭工作，或者因為路程問題最后不能完成這一愿望，即便有的專家過來作完報告，卻也難以收到預期的效果，一些學生往往反映太過深奧，或者難于理解或者與所學知識關聯(lián)不大。對此我們可以請來高校一些發(fā)表過優(yōu)秀論文的研究生，利用周末過來講解和展示他們的設計成果這些研究生往往非常樂意奉獻自己的論文成果，因此講解得較為詳細具體，并且可以做到淺顯易懂而本科生在具有一定理論基礎情況下都能聽懂。

2.5 考核方法的創(chuàng)新設計

通常來說考核就是對教師教學效果的檢驗和學生水平的測試，同時也是督促和激發(fā)學生認真學習的原因和動力。在單片機的教學與實踐改革過程中，我們提出了一種注重實踐能力和應用能力培養(yǎng)的考核方式，課堂考勤占10%，平時成績占30%期末考試占60%。這種考核方式突出的特點是平時成績比例較高，同時對其考核將一半的分值設定為實驗成績，并對學生在實驗中的具體表現(xiàn)從實驗態(tài)度、完成實驗的情況、實踐動手能力和課程設計等幾方面進行量化。

3.結語

單片機技術是電子類專業(yè)的核心課程，有較強的實踐性，因此學生只有在單片機開發(fā)實踐中才能真正掌握其開發(fā)方法、鍛煉創(chuàng)新能力。但加強學生的實踐應用能力和創(chuàng)新能力并不是一件容易的事情，需要教師首先轉變教學的觀念，從教學的教學項目、課程題目上大膽創(chuàng)新，并在實驗裝置上下功夫，做出創(chuàng)新，并通過產品設計報告、以及考核方法創(chuàng)新的輔助，全面的提升學生的創(chuàng)新能力，相信在堅持不斷的推進、實踐和努力中，一定能在學生單片機應用及創(chuàng)新能力提升上有所收獲。

參考文獻：

篇(2)

【關鍵詞】模塊化教學；項目驅動；教學改革

“單片機技術”課程在本科院校里是電子信息類專業(yè)的必修課程，這門課程是以電子技術基礎，編程語言，計算機理論等知識為基礎的一門專業(yè)性和應用性很強的綜合性課程。基于以上特點，對于初學者來說對單片機的理論知識的正確把握往往感覺比較吃力，給初學者造成學習困難。但是經過我們多年的教學經驗，這類有很強的應用性和實用性的課程，以項目式教學更能推動學生的學習興趣，同時模塊化的教學設計更能降低初學者入門的門檻。兩者相結合教學方法的采用對本門課程的教學效果提升明顯.

1單片機項目驅動教學法

以往的單片機教學模式是以教師為中心，老師在課堂上按照教材，或者教學大綱按部就班的講授理論原理和知識點；以課堂教學為中心，學生學習為被動接受，由于知識點綜合性比較強，理論太深奧使得學生往往學習興趣不高,同時缺乏動手實踐機會，教學效果一般不夠理想。以項目驅動的教學法是學生為主體，教師為主導，以實踐應用為根本目標，圍繞具體的項目構建教學內容體系，通過師生共同參與完成一個具體的項目而展開的教學活動。注重的不是最終的結果，而是項目完成的過程，在項目的教學實施過程中，學生按需學習，親身實踐，學生在項目的實踐過程中，理解知識和掌握技能，學習成為一個參與的創(chuàng)造實踐活動，培養(yǎng)分析和解決問題的能力。引進單片機項目教學方式打破了原有的教學組織安排，以項目的開發(fā)步驟作為教學內容，將課程的內容分解為一個個小項目，從項目引入到項目解析再到任務分解然后到知識點講解最后知識點應用，將原教學方案里單片機的知識點穿插到具體項目開發(fā)的過程中[2]。這里面包含了軟、硬平臺搭建到項目展開再到項目完成的一系列教學活動，使學生從被動學習變?yōu)橹鲃訉W習，按照這種方法我們將以往教學體系中的知識內容變化為若干個工程項目（見表1），然后圍繞著這些工程項目任務的展開同時開展教學，讓學生以具體工作目標的展開來進行教學環(huán)節(jié)的工作。有利于激發(fā)學生的學習積極性和創(chuàng)新能力，調動了學生的學習積極性。在這整個過程中，學生能很好的把握課程的知識要求，在體驗創(chuàng)新與探索的過程中，又培養(yǎng)了學生們的分析解決問題的能力及團隊協(xié)作能力等。

2模塊化的單片機教學方法

任何復雜的系統(tǒng)都是由具有完整基本功能的功能模塊電路組成，單片機應用系統(tǒng)也是如此，一般由cpu系統(tǒng)、中斷系統(tǒng)、I/O口等。同時任何復雜的電路系統(tǒng)都可以分解為多個具備單一功能的模塊電路，按照這個思路，學習單片機系統(tǒng)我們也可以從單片機的功能模塊電路入手，我們根據學生的認知規(guī)律,和學習單片的一般原理的方法，機將單片機教學模塊分成幾個部分，這里面每個部分有自己的專用模塊[3]。比如程序功能部分、硬件部分；在對硬件電路設計部分進行模塊化設計，將單片機的各個功能模塊以獨立的原理圖形式出現(xiàn)，我們把單片機個硬件按功能分為了鍵盤模塊、數(shù)碼管顯示模塊、傳感器控制模塊、模數(shù)轉換模塊、顯示模塊、通信模塊等幾大模塊，如圖1。各個模塊通過面包板上預留的連接器與系統(tǒng)主板進行連接,然后用排線組合成所需要的系統(tǒng)。在教學過程中，要不斷收集遇到的各種硬件功能模塊電路，弄清它們的工作原理、性能及特性、特定的功能及使用方法，把系統(tǒng)化整為零，建立起自己的硬件模塊庫。指導學生學會搜集、分析別人的設計案例、論文和相關書籍中的功能模塊電路，不斷地充實自己的功能模塊電路庫，日積月累，學生就會覺得自己的單片機系統(tǒng)設計能力越來越強。最后在進行模塊分解時，各模塊功能盡可能專一，聯(lián)系盡可能簡單，使模塊獨立性強，方便教學實用的模塊。

3總結

新興本院校定位應用型教學型高校，以培應用型、創(chuàng)新型人才為目標[4]。在此基礎上的以項目驅動法教學和模塊化教學為主線，以實際應用為培養(yǎng)為目標的“單片機技術”課程教學改革思路，按照這個方式能使學生在項目模塊化的環(huán)節(jié)中一步一個臺階。此教學法脫離了枯燥無味的說教模式，使學生在具體的設計項目的工作環(huán)境里輕松自在的狀態(tài)來投入到學習中，思維能力、動手能力、學習能力以及團隊協(xié)作能力都有了明顯提高，模塊化學習過程中所積累的各種電路系統(tǒng)模塊也促進構建成學生進行科技創(chuàng)新實踐、參加大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓練的重要模塊庫，激發(fā)了學生學習的主動性和成就感。法國文化教育學家斯普朗格曾言：教育的最終目的不是傳授已有的東西，而是要把人的創(chuàng)造力量誘導出來[5]。本課程的教學改革正是朝著這個方向前進。

參考文獻

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篇(3)

教學目標以往的教材都注重對電機的理論分析。而本課程教學則會從學校實際出發(fā)，以培養(yǎng)應用型人才為宗旨，著重從應用角度出發(fā)，分析直流電機、變壓器、異步電機和微特電機等的基本結構、工作原理、電磁關系和運行特性，重點掌握各種電機的外特性，為掌握本專業(yè)和學習后續(xù)課程打下基礎。

在專業(yè)課程體系中的定位《電機應用技術》是浙江大學城市學院自動化專業(yè)的專業(yè)方向課程，該課程的學習將為后續(xù)《電氣控制與PLC應用》《交直流調速技術》和畢業(yè)設計等課程環(huán)節(jié)建立必要的基礎，是自動化專業(yè)承上啟下的重要專業(yè)課程。

在專業(yè)能力培養(yǎng)中的定位該課程定位于讓學生樹立以交直流電機為控制對象的完整的自動控制系統(tǒng)的概念，結合已學過的電路原理、數(shù)字電子技術基礎、模擬電子技術基礎、單片機、電力電子技術等課程，搭建以電機為控制對象的閉環(huán)控制系統(tǒng)，并完成對電機性能的調試和控制。

與核心課程群中其他課程在知識體系與能力培養(yǎng)上的整體設計《電機應用技術》與自動化專業(yè)的其他核心課程之間的關系，如下圖所示。在一個完整的閉環(huán)控制系統(tǒng)中，《計算機控制》《單片機》《PLC》是控制手段，《電力電子技術》《數(shù)電》《模電》提供電機的驅動電路，《電機應用技術》構成系統(tǒng)的控制對象，《運動控制技術》和《控制系統(tǒng)設計》提供系統(tǒng)的理論概念和分析方法，《自動控制理論》《系統(tǒng)建模與仿真》《智能控制》偏重原理性地介紹和理論的分析，主要定位培養(yǎng)學生的系統(tǒng)概念和理論分析能力。

基礎知識要求要求掌握直流電機的結構和基本工作原理、直流電動機的電力拖動、變壓器基本工作原理和變壓器組別判斷、交流電機的結構和基本工作原理、三相異步電動機的電力拖動、同步電機、微特電機以及電動機的容量選擇等。知識點：電力拖動系統(tǒng)的運動方程式;直流電機的工作原理、內部結構、用途、運行特性以及他勵直流電機的起動、調速和制動;變壓器的結構和工作原理、變壓器空載運行和負載運行特性、變壓器的接線組別判斷;三相異步電動機的工作原理、內部結構、用途、工作特性、參數(shù)的測定、運行特性、三相異步電動機的起動、制動和調速問題;了解伺服電機、步進電機、測速發(fā)電機、無刷直流電動機的結構和基本工作原理。

能力培養(yǎng)要求培養(yǎng)學生了解直流電機、變壓器、交流電機的運行特性分析，同時結合已經學習過的電路原理、數(shù)字電子技術基礎、模擬電子技術基礎、單片機、電力電子技術等課程，搭建以電機為控制對象的閉環(huán)系統(tǒng)，樹立閉環(huán)反饋系統(tǒng)的整體概念，完成對電機的性能分析和控制。技能點：能夠搭建以電機為控制對象的閉環(huán)控制系統(tǒng)，并對電機性能進行分析，同時借助單片機等控制手段完成對電機的智能控制，能夠獨立完成閉環(huán)系統(tǒng)硬件搭建和調試，掌握PID等經典控制算法在實際系統(tǒng)中的應用。

實踐教學要求利用課外時間以三四人的小組為單位，搭建直流電機的閉環(huán)控制系統(tǒng)，要求完成硬件系統(tǒng)搭建、軟件程序編寫與調試以及報告的撰寫。通過本次設計，增加學生對電機理論知識的感性認識，完成理論到實踐的轉換。

作業(yè)要求隨堂課后作業(yè)、課外引導性項目實踐設計、網上在線測試。隨堂與課堂講授知識點匹配的作業(yè)要求跟隨進度完成;課外引導性項目實踐設計分6周完成，完成硬件系統(tǒng)搭建、軟件程序編寫與調試以及報告的撰寫，實施分組進行。

考核要求在理論考試中，加強基礎、強調應用、注重引導、形式多樣。充分利用試題的設計與收集，合理設計試題，著重考查學生對基本概念的理解掌握及應用所學知識的能力，淡化理論的推導和復雜的數(shù)學計算，著重考察學生綜合應用電機及拖動知識的能力。調動學生積極性，結合教學互動，讓學生參與到理論教學中來。開學初讓學生組成學習小組，人數(shù)限定在2人或3人，指定組長，上一節(jié)課會將下節(jié)重要內容布置下去，每節(jié)課都預留部分時間，讓學生對本節(jié)重點內容進行講解。評價比例為：期末考試成績占40%，平時成績占60%，其中平時作業(yè)加到課率15%、課堂情況10%、平時測試15%、綜合性設計（注重學生的個性化發(fā)展）20%。

篇(4)

關鍵詞：電機矢量控制；永磁同步電機；電流采樣；數(shù)字濾波

引言

20世紀70年代西門子工程師F.Blaschke首先提出異步電機矢量控制理論來解決交流電機轉矩控制問題。矢量控制實現(xiàn)的基本原理是通過測量和控制電機定子電流矢量，根據磁場定向原理分別對電機的勵磁電流和轉矩電流進行控制，從而達到控制電機轉矩的目的。

在交流電機矢量控制策略中，相電流采樣性能是一個重要的指標。在對成本要求高的應用場合，如何低成本地獲得好的電流采樣性能成為關鍵問題。

電流檢測通常有以下幾種方式：（1）電阻采樣；（2）霍爾電流傳感器；（3）電流互感器。電阻采樣通過測量電阻上的壓降來計算電流大小，適合于被測電流較小的場合。霍爾電流傳感器測量精度高、線性度好、響應快、使用簡單，但價格比較昂貴。電流互感器體積較大，造價昂貴，適合于被測電流大的場合。對于小功率的伺服驅動器適合采用電阻采樣方式，文章以雙電阻電流采樣方式[1]展開分析。

1 雙電阻相電流的采樣原理

雙電阻采樣方式的典型電路如圖1所示，微處理器對某兩相電流通過采樣電阻進行采樣，再根據iu、iv、iw的矢量和為零，即：iu+iv+iw=0的理論推算出第三相電流的值。從采樣電阻上獲取的電壓信號，經過電壓偏置和放大[2]后，輸入到微處理器的A/D單元。雙電阻采樣的邏輯如圖2所示，電流采樣時刻是在三相上橋臂都截止的時刻進行的，因為只有在這個時刻才能保證采樣電阻上均有反映該相電流的電流流過，只是此時可能采樣得到的電流是續(xù)流電流，不過續(xù)流電流也可以真實的反映相電流的值。由此可見，雙電阻采樣方法也可以實現(xiàn)三相定子電流的重構。

根據以上分析，雙電阻采樣方法可以實現(xiàn)三相定子電流的重構，不過由圖2可見該方案也存在電流采樣盲區(qū)問題，就是當電流采樣相為電壓最大相時，如果該相占空比比較高的時候，電流可采樣的區(qū)間（電壓最大相下橋臂開通區(qū)間）就變得狹窄，考慮到IGBT剛切換時會有比較大的電流震蕩的問題，使得電流采樣誤差比較大。目前解決的辦法是限制電壓最大占空比，通用限制在95%以下。這里采樣電阻的選取很關鍵，負載一定時，如果采樣電阻的阻值小，則壓降小，在電機回路中不會產生很大的影響；如果采樣電阻的阻值過大，會引起電壓損耗，減小能量效率，且較大的阻值還會使負載電壓發(fā)生偏移，產生電磁干擾，產生系統(tǒng)對噪聲敏感等問題；此外選取采樣電阻時，還要考慮電阻的穩(wěn)定性能和阻值誤差[3]。

2 相電流的濾波

由于永磁同步電機的寬范圍調速及高速特性，在電機設計時不易獲得理想的正弦氣隙磁場[4]，同時電力電子裝置的非線性特性，導致在系統(tǒng)控制時采樣的相電流含有不規(guī)則的高次諧波和隨機干擾。再加上電流采樣電路的穩(wěn)定性及A/D轉換單元偏差的存在，更是加大了實際采樣到的電流波動。另外，在系統(tǒng)電路中采用的開關電源、大功率電磁鐵等電路，可能還會引起很大干擾。

可見，永磁同步電動機相電流中，含有各種高次、隨機的諧波。其中包含PWM斬波引起的高頻諧波，有因電機非正弦反電勢引起的低次諧波，還有電力電子線路因干擾出現(xiàn)的隨機脈沖。因此，在系統(tǒng)控制中，需要采用不同的硬件和數(shù)字濾波方法。硬件濾波是在電流采樣電路上增加LC濾波電路，用于去除逆變器的功率開關斬波引起的干擾。軟件濾波用于去除隨時脈沖干擾和由低次諧波引起的噪聲。

采用550W伺服驅動器（載波頻率16KHz），配4極15槽永磁同步電機進行測試。在3500rpm輕負載下，用示波器分時測得U、V相電流如圖3所示，相電流波形除了由于斬波引起的高次諧波外，還由于電機反電勢、齒槽等影響，使相電流呈現(xiàn)的不是正弦波。

從處理器A/D轉換后，獲取的相電流數(shù)值如圖4所示，相電流又增加了由于A/D電路引起的隨機電流尖峰。

2.1 程序判斷濾波

對于隨機電流尖峰，通常采用限幅濾波法或限速濾波法[5]來實現(xiàn)消除。電機相電流是個動態(tài)的信號，既要考慮采樣值的實時性，又要顧及采樣值的連續(xù)性。文章實際采用如下濾波算法：設順序采樣時刻t1，t2，t3的采樣值分別為Y（1），Y（2），Y（3），ΔY1和ΔY2為根據現(xiàn)場情況確定的門限值，其中ΔY1

采用程序判斷濾波后，消除了隨機的電流尖峰，如圖5所示。

2.2 算術平均值法

圖5所示的相電流波形中還存在著低次諧波，由于它在時間域的頻率是不確定的，這里采用平均值濾波法[7]來處理，具體算法如式（2）所示。

算術平均值法對信號的平滑濾波程度完全取決于n。

當n較大時，平滑度高，但靈敏度低，即外界信號的變化對測量計算結果Y的影響小；當n較小時，平滑度低，但靈敏度高。電機相電流是個動態(tài)的信號，應視具體情況選取n。采用算術平均值法濾波后，消除了圖5波形中的大部分低次諧波，如圖6所示。經過兩次濾波后，相電流的波形得到了顯著的優(yōu)化。

3 系統(tǒng)的實驗結果

采用上述550W伺服驅動器和電機，在測功機上進行相電流濾波前后的對比測試，結果如下：（1）電機3500rpm恒速運行，測功機不加載時：控制器輸入功率由濾波前的73.47W下降到濾波后的55.01W。（2）電機3500rpm恒速運行，測功機加1.3Nm扭矩進行定點測試時：控制器的效率由濾波前的81.35%上升到濾波后的82.51%。

由上述結果可以看出，采用了相電流濾波的伺服系統(tǒng)，減少了功耗，提升了系統(tǒng)的效率。

4 結束語

由以上分析及實驗結果可以看出，在采用雙電阻相電流采樣的伺服控制系統(tǒng)中，通過復合數(shù)字濾波方法能夠將由PWM斬波引起的高頻諧波、電機非正弦反電勢引起的低次諧波、電力電子線路因干擾出現(xiàn)的隨機脈沖等因素引起的相電流噪聲得到有效的抑制，提高了電機運行的平穩(wěn)性，有效改善了系統(tǒng)的效率。

參考文獻

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篇(5)

關鍵詞：物聯(lián)網；信息提取；決策支持；RFID

中圖分類號：TP393 文獻標識碼：A 文章編號：1009-3044（2014）25-6019-03

Based on Internet of Things at Information Extraction and Research on the Decision Support

ZHANG Jing

（Dongchang College of Liaocheng University， Liaocheng 252000，China）

Abstract： In recent years， Internet of things and related technology in promoting economic growth and promote the respect such as technical development shows great potential. The Chinese government on the Internet of things is also very seriously， be classified as our future focus on the development of five new technology in the field of. This paper discusses “the Twelfth Five-Year Plan Project" in Shandong Province Based on Internet of things take the letter and decision support of research program. Aimed at the Internet application layer information intelligent processing technology for transformation and innovation， solve the interconnection of information extraction and decision support problem.

Key words： internet of things； information extraction； decision support

物聯(lián)網（Internet of Things）的概念是MIT Auto-ID Center在1999年提出來的，即把所有物品通過射頻識別等傳感設備與互聯(lián)網連接起來，實現(xiàn)智能化識別和管理。物聯(lián)網技術被看作是未來信息技術的杰出代表，將對我國未來經濟的發(fā)展產生持續(xù)而深遠的影響。

當今社會，全球物聯(lián)網產業(yè)體系正處于建立和完善過程中，雖然具備了初級產業(yè)形態(tài)，但還沒有形成大規(guī)模的發(fā)展。物聯(lián)網技術具有強關聯(lián)性、高度混雜性和非確定性等特征，要實現(xiàn)真正的物物互聯(lián)，就必須解決海量信息的融合、提取與決策支持等問題。目前，我國海量信息智能處理技術研究和發(fā)展相對滯后，只有少數(shù)研究單位和企業(yè)進行研究，主要以跟隨為主，技術水平和影響力相對比較薄弱。

1 本課題所解決的主要問題及關鍵技術

1.1 本課題解決的主要問題

本課題旨在對物聯(lián)網的信息智能處理技術進行改造和創(chuàng)新，解決物聯(lián)網的信息提取與決策支持問題，在物聯(lián)網技術發(fā)展過程中通過應用創(chuàng)新形成新興業(yè)態(tài)、開拓新增市場。

本課題在深入研究物聯(lián)網的基礎理論和基本方法的基礎上，針對物聯(lián)網所存在的強關聯(lián)性、高度混雜性和非確定性等特征，重點解決以下關鍵的研究問題：

1）研究物聯(lián)網在信息采集、信息融合和決策控制等方面問題以及在數(shù)據關聯(lián)、數(shù)據處理、隱私保護、信息安全等問題；

2）解決混雜條件下信息提取與決策支持問題；

3）解決對多源異構信息進行多層次匯聚、處理、融合和決策等問題；

4）揭示物聯(lián)網的信息處理、關系融合、關系鏈挖掘、主動決策與互動控制的一般規(guī)律；

5）提出具有可信驗證和隱私保護能力的物聯(lián)網信息提取、主動決策和互動控制方法。

1.2關鍵技術

1） RFID技術

物聯(lián)網的關鍵技術之一是RFID技術。RFID常稱為感應式電子晶片或電子標簽、電子條碼等。RFID是一種非接觸式的自動識別技術，主要包括三部分，分別是閱讀器（Reader）、標簽（Tag）和中間件（應用軟件）組成。RFID的工作原理是利用射頻信號和空間耦合傳輸特性，實現(xiàn)對被識別物體的自動識別[3]。如圖1所示。

2）決策支持算法

1986年由Quinlan提出了一種串行決策樹算法ID3（ Iterative Dichotomiser 3），它運用信息熵理論，在樣本集中選擇具有最大信息增益的屬性作為當前節(jié)點的測試屬性。

設屬性B作為測試屬性，設Wij 是子集Wj 中類Ci 的樣本數(shù)，根據B 劃分成子集的熵為：

隨著物聯(lián)網技術的不斷發(fā)展，針對物聯(lián)網的感知互動、虛實交融、異構復雜等特性，研究物聯(lián)網系統(tǒng)資源、服務和決策的耦合機理，通過感知、傳輸、決策控制等各個層次上的優(yōu)化及跨層優(yōu)化調度，設計一整套符合物聯(lián)網特性的系統(tǒng)優(yōu)化機制將成為物聯(lián)網技術的發(fā)展趨勢。

物聯(lián)網技術是通過RFID技術、無線傳感器技術以及定位技術等自動識別、采集和感知獲取物品的標識信息、屬性信息和周邊環(huán)境信息，借助各種信息傳輸技術將物品相關信息聚合到統(tǒng)一的信息網絡中，并利用云計算、模糊識別、數(shù)據挖掘以及語義分析等各種智能計算技術對物品相關信息進行分析融合處理，最終實現(xiàn)對物理世界的高度認知和智能化的決策控制。

在本課題中我們將利用物聯(lián)網信息聚合技術對海量的原始數(shù)據進行采集的同時采用合理的數(shù)據挖掘技術進行信息處理和計算，從而推導出對于管理平臺具有特定意義和參考價值的數(shù)據，同時力求降低網絡數(shù)據傳輸總量、減少網絡擁塞發(fā)生、提高網絡性能和傳輸效率。

3 課題研究意義與價值

物聯(lián)網被看作是全球范圍內未來的、萬億級規(guī)模的新興產業(yè)之一。隨著人們新技術知識的普及和認知能力的提升，物連網（Internet of things）已不再是令人陌生、好奇的新名詞。2010年，物聯(lián)網技術發(fā)展已被列入我國國家級重大科技專項，與新能源、綠色制造等并列成為國家五大新興戰(zhàn)略型產業(yè)。物聯(lián)網的核心是信息感知和信息的獲取，是將多種傳感器信息融合后經過加工處理成“智能”的知識和判斷，并對社會的生產和人們的生活帶來極大的便利并產生深遠的影響。

本課題主要是針對信息在采集和傳輸過程中需要同時進行智能處理和決策，借鑒主動網絡思想，根據物聯(lián)網終端規(guī)模和信息流規(guī)模，對信息進行分類提取，并針對物聯(lián)網的特征對于信息進行匯總后，再進行進一步的分析，旨在對海量數(shù)據進行分析提取后能給出有利于物聯(lián)網特點的決策支持信息。

4 課題完成的可行性分析

本課題的研究內容、學術思路和技術途徑具有良好的可推進性。項目團隊多次進行集體學習并深入探討本課題的科學問題和研究內容，并提出了切實可行的研究思路和技術途徑。項目團隊具有良好的合作基礎，團隊成員包括5名碩士研究生，其中3名講師、2名助教，都是青年學術及教學骨干，5人中3人是計算機專業(yè)，2人是電子信息專業(yè)，研究隊伍組織有序，專業(yè)搭配合理，人才隊伍優(yōu)勢為項目的實施奠定良好的基礎。

項目團隊在物聯(lián)網相關領域具有一定的前期研究積累。本課題主持人張晶老師曾在中文核心期刊上《基于決策樹的知識獲取方法研究》、《WindSock技術在網絡通信中的應用》《基于Adaboost的改進的人臉檢測算法》，項目參與人郭良老師曾在省級刊物上《醫(yī)藥連鎖店供貨方案的決策支持系統(tǒng)》，項目參與人杜寧老師在國家級刊物上《基于信息融合的新的人臉檢測算法》；項目團隊具有優(yōu)良的研究條件，具備高配置的網絡實驗室，為課題的研究和驗證提供了良好的環(huán)境支持。

綜上所述，本項目研究在技術途徑、申請團隊、前期積累和科研條件方面均具有良好的可行性，為項目的順利推進和取得重大突破提供了良好的基礎。

5 課題研究設計

5.1課題界定與研究依據

本課題研究物聯(lián)網連接到互聯(lián)網、無線傳感器這一異構型網絡的信息融合特性，將終端所采集的各種數(shù)據進行分析，提取出能適合于各種物聯(lián)網應用的信息元，并將各種信息分類匯總進行數(shù)據的分析，研究物聯(lián)網在信息采集、融合和決策控制過程中信息的內在關聯(lián)，對于多源異構信息進行多層次匯聚、處理、融合和決策，為物聯(lián)網的應用提供決策支持信息。

本課題主要研究依據有：

1）信息融合技術。信息融合技術的研究已經相當成熟，在軍事、民用上也得到了較大的發(fā)展，該技術主要表現(xiàn)在降低網絡能耗、增強所采集數(shù)據的準確性及提高采集數(shù)據的效率等方面。

2）決策支持系統(tǒng)。該系統(tǒng)是輔助決策者通過數(shù)據、模型和知識，以人機交互方式以及結構化的計算機應用系統(tǒng)，為決策者提供分析問題、建立模型，調用各種信息資源和分析工具，幫助決策者提高決策水平和質量。如圖3所示。

5.2 研究內容

具體的研究內容如下：

1）物聯(lián)網混雜信息融合：研究混雜條件下多源異構數(shù)據的分析與提煉；研究面向融合與決策服務的數(shù)據挖掘方法；研究面向特定物聯(lián)網應用的場景分析方法，以及知識庫構建。

2）物聯(lián)網復雜關系鏈挖掘：研究物聯(lián)網關系鏈的建模和表示方法；研究實時交互場景下關系鏈的挖掘和發(fā)現(xiàn)方法。

3）物聯(lián)網主動決策與互動控制：研究多源異構數(shù)據的數(shù)據隱藏方法；研究物聯(lián)網關系鏈挖掘過程中的隱私保護方法；研究具有不同隱私保護安全級別的數(shù)據處理機制和協(xié)作計算算法。

5.3研究方法設計

針對信息在采集和傳輸過程中需要同時進行智能分析和決策，借鑒主動網絡思想，根據物聯(lián)網終端規(guī)模和信息流規(guī)模，提出基于聯(lián)邦、多級、主動機制的物聯(lián)網信息處理系統(tǒng)架構，建立信息融合、處理與決策控制的分層統(tǒng)一語義模型，以及應用多層知識結構與基于語義的方法，建立面向領域的分析模型與基于語義的服務模型。

5.4完成本課題研究任務的保證措施

課題組成員的知識結構合理，有豐富的教育理論知識和教學經驗，具有較強的科研能力。大部分成員參與或主持過多項校級或省級科研課題。課題組成員具備吃苦耐勞、勇于創(chuàng)新、精誠合作的團隊精神。

課題組成員在物聯(lián)網相關領域具有一定的前期研究積累。項目團隊具有優(yōu)良的研究條件，具備標準的單片機實驗室及網絡實驗室。為項目的研究和驗證提供了良好的支持。

6 結論

本課題主要研究物聯(lián)網信息融合、復雜關系鏈挖掘、主動決策與互動控制的一般規(guī)律，提出物聯(lián)網主動決策和互動控制方法，建立滿足物聯(lián)網語義信息融合與決策需求的解析方法。成果形式為在省級或核心期刊上發(fā)表研究論文，形成論文集；并寫出課題論證報告。