基于单片机的智能流量计设计
基于STC15单片机的智能流量计
1.2
本次课程设计中以智能仪表为背景，将研究设计并制作一台智能流量计，主要研究内容是对流量进行检测，主要由流量传感器采集流量信息，然后经过LM331芯片将采集的信息转换为频率信号，再由单片机内部AD转换器将频率信号转换为电压信号传给单片机，单片机在软件系统的控制下，通过算法将电压信号变成实际流量值,并通过OLED屏显示出来。其中，硬件电路的搭接是本设计的重点，控制系统软件的设计是本课题的核心。硬件电路部分，采用STC15单片机，CH40、LM331、LM358等构成单片机控制系统的主体部分。通过脉冲流量传感器，温度传感器进行输入，测量瞬时流量和累计流量。一些其他的功能，如设置参数，OLED显示，定时休屏等功能。系统软件设计部分，分别对AD转换控制，OLED显示，按键设置，休屏键等程序进行了设计，并且设计了主程序和流量控制计算程序。
2.
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为了适应现代对仪表功能的需求，可以智能化的检测水流量，并且实时在屏幕上动态显示数据的目的，因此我们设计利用了STC15单片机来完成。
这个系统可以实现瞬时流量的检测，还有累计流量，温度的检测。当单片机接受到水流量发出的信号，STC15单片机就会下达指令。水流量的情况传输到传感器中，通过STC15单片机进行处理扫描到的水流量脉冲数，然后在OLED上显示出水流量的数据。本方案利用Keil c软件使用C语言进行程序设计，Altium Designer软件实现电路和PCB的设计。
它与C51相比，STC15F2K61S2其优点是，省去晶振、复位电路，内部以高可靠，高精度集成了，这个非常实用，做板的时候能很简洁，也省了很多事情，再也不用为了更换晶振什么的发愁。对于此次课题设计来使用，它的外设比较丰富，在线仿真ADC/DAC/PWM/E2PROM等基本满足智能流量计功能的需求。
基于单片机的流量计设计
第一章绪论1．1 本课题的来源及研究对象石油化工是我国国民经济的支柱产业之一，其所实现的利润约占全国国有及国有控股企业总利润的1/4左右。
油井产量的计量是油田生产管理中的一项重要工作，对油井产量进行准确、及时的计量，对掌握油藏状况，制定生产方案，具有重要的指导意义。
目前国内各油田采用的油井产量计量方法主要有玻璃管量油孔板测气、翻斗量油孔板测气、两相分离密度法和三相分离计量方法等。
随着技术的进步，油田越来越需要功能强、自动化程度高的油井计量设备以提高劳动生产率和油田的管理水平。
除此以外, 为了使高粘度的石油得到开采，就得在开采过程中直接加入降粘剂，如果加少了，石油抽不上来，加多了又造成经济浪费，由此引出了这个恒流量的控制系统。
综上所述，无论是在石油的开采过程中注入降粘剂，还是在石油的计量及运输过程中，对于流量都要求一定的精确计量和控制。
因此，本课题就是针对这一具体实际要求，通过对当前一些相关领域的分析和研究，设计出了一种基于AT89C51单片机的控制系统。
本系统的研究对象就是液体如石油、水等的流量，通过对流量的检测，完成对流量的控制。
流量有瞬时流量和累积流量两种单位。
瞬时流量指单位时间内通过管道横截面的流体的数量；累积流量指一段时间内的总流量。
瞬时流量可以用体积流量、质量流量和重量流量三种方法来表示，而前两种表示方法最为常用。
除了上述瞬时流量之外，生产过程中有时还需要测量某段时间之内流体通过的累积总量，称为累积流量，也常被称为总流量。
质量总量以M表示，体积流量以Qv表示。
流量是重要的过程参数之一。
流量是衡量设备的效率和经济性的重要指标；流量是生产操作和控制的依据，流量的测量与控制是实现工业生产过程自动化的一项重要任务。
1．2 研究目的、意义及研究内容（1）研究内容：本课题的主要研究内容是对流量进行检测，主要由流量传感器采集流量信息，然后经过AD转换器将连续的模拟信号离散化后传给单片机，单片机在软件系统的控制下，根据预先的设置和预期的控制要求,通过步进电机来精确控制阀门的开度,实现对流量的精确控制。
基于单片机的智能流量计设计
基于单片机的智能流量计设计毕业设计说明书基于单片机的智能流量计设计原创性声明本人郑重声明：所呈交的毕业设计说明书/毕业论文，是本人在指导教师的指导下，独立进行研究所取得的成果。
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作者签名：日期：使用授权声明本人完全了解中北大学信息商务学院有关保管、使用毕业设计说明书/毕业论文的规定，其中包括：①学院有权保管、并向有关部门送交毕业设计说明书/毕业论文的原件与复印件；②学院可以采用影印、缩印或其它复制手段复制并保存毕业设计说明书/毕业论文；③学院可允许毕业设计说明书/毕业论文被查阅或借阅；④学院可以学术交流为目的，复制赠送和交换毕业设计说明书/毕业论文；⑤学院可以公布毕业设计说明书/毕业论文的全部或部分内容。
作者签名: 日期:导师签名: 日期:基于单片机的智能流量计设计摘要:的安全稳定性，减少成本，利益最大化，所以要求对流量计的应用十分广泛，在当今农业、水坝工程、生物研究、管道输送、航空领域、军区设备等都有涉及。
流量与温度、压力和物价四个数据属于过程控制中必不可少的参数。
我们经过许多参数对这一过程进行了监视和操控。
为了保证生产过程流体参数的精准测量显得十分重要。
本次设计采用AT89C51 单片机为基础，设计了水流量的测量计,用水流量计传感器和数字温度传感器DS18B20 来及时收集水流量状态和水温的参数，然后由单片机AT89C51 的程序指令计算后，得出水费，用液晶屏LM016L 分三个数据显示实时温度、水价和水流总量三种状态动态显示。
此外，该设计设置了上限和下限报警，操作的时候更直观，简单易懂。
关键词：单片机；DS18B20；AT89C51；温度传感器；水流量传感器；流量检测The Design of Flow Detection System Based on MCUAbstract: Flow-meter has been widely used on modern agriculture and water conservancy of flow construction, biological engineering, pipes, aerospace, military field.Flow and temperature, pressure and thing location are together collectively referred to the four big parameters of the process control.Through these parameters ,the production process are monitoring and controlled.The accurate measurement and adjustment for fluid flow are is to guarantee the safe and economic operation, improve product quality and reduce the material consumption, to improve the economic benefit, and the scientific management foundation in the production process. This abstract household Water-Flow Detection Circuit Design Based on AT89C51 MCU.flow module is subject to water flow sensor and digital temperature sensor DS18B20 real-time acquisition state water flow and water temperature data and program instructions according to master AT89C51 calculated after the price of water, with LCD LM016L points the current temperature, water flow volume and dynamic display of three states. In addition, the project design of the upper and lower alarm, so view is more intuitive, easier to use. Keyword: microprocessor;DS18B20;AT89C51;Temperature sensor;Water flow sensor;Flow Detecting目录摘要 (I)Abstract ............................................................... II 目录................................................................ III 1 绪论 (1)1.1 选题的意义与背景 (1)1.2 国内外研究现状及发展趋势 (1)1.3 总体设计 (2)2 系统硬件电路的设计 (4)2.1 AT89C51单片机的特性介绍 (4)2.2 时钟电路 (7)2.3 复位电路 (8)2.4液晶显示电路 (9)2.4.1液晶显示简介 (9)2.5温度测量电路 (11)2.6水流量测量电路 (13)2.7按键控制电路 (14)3 软件系统的设计 (15)3.1 软件设计总流程 (15)3.2 温度程序模块 (16)3.3水流量程序模块 (18)3.3.1水流量的读取程序 (18)3.3.2水流量数据的处理程序 (19)3.4显示程序 (20)3.4.1显示程序的处理流程 (20)4 系统的仿真与调试 (21)4.1 keil uvision4软件 (21)4.2 proteus电路仿真 (22)4.2.1 proteus软件介绍 (22)4.2.2 使用proteus仿真的步骤 (22)5 仿真结果 (24)6 总结与展望 (26)参考文献................................................. 错误!未定义书签。
基于51单片机的家用水流量计设计毕业设计
基于51单片机的家用水流量计设计毕业设计摘要：本设计以实际家庭生活为背景，使用51单片机为主控芯片，设计了一种家用水流量计，可以实时监测和显示家庭用水量，并通过液晶显示屏显示当前用水量和累计用水量，方便家庭管理和用水计量。
该设计采用水流传感器检测水流，通过51单片机进行信号处理和计算，实现流量的准确测量。
设计还包括电源管理模块和通信接口，可接入家庭智能系统进行数据传输和远程监控。
通过实验验证，该设计具有较好的性能和稳定性，可以满足家庭生活中对水流量计的需求。
关键词：51单片机；水流量计；流量检测；液晶显示屏；家庭用水管理一、引言水资源是人类社会发展中不可或缺的重要资源，合理使用和管理水资源对节约水资源、保护环境等具有重要意义。
在家庭生活中，人们对用水量的控制和管理也变得越来越重要。
因此，设计一种家用水流量计，实时监测和显示家庭用水量，对于家庭用水管理具有重要意义。
二、设计原理1.水流传感器水流传感器是本设计中的重要组成部分，用于检测水流并将其转换成电信号。
常用的水流传感器有涡轮流量传感器和电磁流量传感器等。
在本设计中，选用涡轮流量传感器，其原理是通过涡轮旋转的速度来确定流量大小。
2.传感器信号处理与计算传感器输出的电信号经过滤波和放大等处理后，通过51单片机的AD 转换模块进行模数转换，得到相应的流量数值。
根据传感器的特性和流量的计算公式，可以进一步将流速转化为流量，并进行相应的数据处理。
3.信息显示模块为了方便用户了解当前用水量和累计用水量，设计了液晶显示屏。
通过51单片机的IO口和液晶显示屏进行通信，将实时的用水量和累计用水量显示在液晶显示屏上，使用户可以方便地获取信息。
三、系统设计1.硬件设计本设计的硬件主要包括水流量传感器模块、51单片机主控芯片、液晶显示屏、电源模块和通信接口。
水流量传感器模块用于检测水流，51单片机主控芯片用于信号处理和计算，液晶显示屏用于显示实时用水量和累计用水量，电源模块用于供电，通信接口用于连接家庭智能系统。
基于C8051F单片机的流量计设计
感器 ， 温度 传感 器） 传递 部件 、 、 微控 制器 及其 显示 和
输 出部 分组 成． 由于 采用 了压 力工 作温 度补 偿 ， 大大 提 高 了测量精 度 ．
所 需要 的几 乎 所 有 模 拟 和 数 字 外 设 及 其 它 功 能 部 件 ， 设或 功能 部件 包括 ＡＤＣ、 编程 增 益放 大 器 、 外 可 ＤＡＣ、 电压 比较 器 、 电压基 准 、 温度 传 感 器 、 ＭＢ ｓ Ｓ ｕ／ ＩＣ、 ２ ＵＡＲ Ｓ Ｉ 定时 器 、 编 程 计 数 器 ， 时 器 阵 Ｔ、 Ｐ 、 可 定
Ｋｅ ｒ ｓ ｙ ｗｏ ｄ ：Ｃ８ ５ Ｆ Ｍ ＣＵ ；ｆｏ ｍｅ ｅ ；ｓ ｒａ ｏ ０ １ ｌ ｗ ｔ ｒ ｅ ｉｌＣ ｍｍｕ ｉ ａ ｉ ｎ；Ｌ ｎｃ ｔ ｏ ＣＤ ｉｐ ａ ｄｓ ｌｙ
流 量计 广泛 应 用 于 工业 生产 和人 民生 活 当 中．
期 ， 理能 力大 大提 高。 采 用相 同振 荡器频 率 的情 处 在
Ａｂ ｔａ ｔ Ａ ｌ ｗ ｔ ｒ ｗａ ｅ ｉ ｎ ｄ ｂ ｓ ｄ ｏ ０ １ ＣＵ． Ｔｈ ｏ ｏ ｉ ｇ ｏ ａ ｄ ｒ ｎ ｓｒ ｃ ： ｆｏ ｍｅ ｅ ｓ ｄ ｓｇ ｅ ａ ｅ ｎ Ｃ８ ５ Ｆ Ｍ ｅ ｃ ｍｐ ｓ ｎ ｆ ｈ ｒ ｗａ ｅ ａ ｄ
ｔ ｅｄ ｓｇ ｆ ｓ ｆｗａ ｅ ａ ｅ ａｓ ｎ ｒ ｄ ｃ ｄ Ａｎ ｈ ｅ ｓ ｒ ｍｅ ｔ ａ ｄ ｃ ｎ ｒ ｌｃ ｒ ｓ ｓ ｔ ｅ ｈ ｅ ｉｎ ｏ ｏ ｔ ｒ ｒ ｌｏ ｉ ｔｏ ｕ ｅ ， ｄ ｔ ｅ ｍ ａ ｕ ｅ ｎ ｎ ｏ ｔｏ ｏ ｅ ｕ ｅ ｈ
列 （ Ｃ ） 内部 振 荡 器 、 门狗 定 时 器 及 电源 监 视 ＰＡ 、 看
基于msp430单片机流量计的设计
基于msp430单片机流量计的设计第一章绪论1、课题研究意义中国的水工业行业是一个新兴行业。
基于该行业的发展现状和我国水资源现状，相关市场对各类水工业行业相关设备的需求将是巨大的。
而作为重要的检测设备之一，流量计在供水和排水，尤其是废水处理领域的作用更是不容小觑。
实现21世纪现代化城市的宏伟蓝图，必须高度重视和合理保护水资源及计划用水、节约用水，这对于我国的社会经济可持续发展具有重大的现实意义和深远的影响。
节约用水的根本目的是提高城市的合理用水水平，减少新水的取用和不必要的排放。
提高人民群众生活用水的质量，切实保护我们赖以生存的水资源环境，首先是宏观节约水资源，保证国民经济建设，增强人们科学用水、计划用水、节约用水的自觉性。
在全社会真正形成一个水资源可持续利用的良好环境，造福人类，造福子孙后代。
随着我国对水工业行业的重视程度提高以及各类相关法律法规的颁布，各类相关工程项目相继启动，流量计市场的潜量是巨大的。
液体流量计产品的生产和研发的技术水平较高。
上世纪50年代末期，流量计开始应用于我国工业生产，在70和80年代期间，发展迅速。
2、流量计发展趋势及市场前景2008年全球流量计的市场规模达到28.3亿美元，较2007年增长约3.9%。
据预测，到2013年，全球流量计市场规模将达到34.8亿美元。
2008~2013年的年均复合增长率会达到4.2%。
面临激烈的竞争环境，以及为了应对全球节能减排的诉求，各个行业用户更加关注生产工厂的运行效率，尽可能降低能耗，以提高竞争力。
因此，大量的投第三章 硬件设计1、流量测量电路当一块通有电流的金属或半导体薄片垂直放在磁场中时，薄片的两端就会产生电位差，这种现象成为霍尔效应。
两端具有的电位差称为霍尔电势U，表达式为：U=K×I×B/d，其中K为霍尔系数，I为薄片中通过的电流，B为外加磁场的磁感应强度，d是薄片厚度。
霍尔开关在霍尔原理的基础上，利用集成封装和组装工艺制作而成。
基于AT89C2051单片机的智能涡轮流量计的设计
基于AT89C2051单片机的智能涡轮流量计的设计谢 川,张纯伟,刘志峰(北京工业大学机械工程与应用电子技术学院,北京 100022) 摘要:给出了以AT89C2051为核心,利用单片机的运算和控制功能,并采用串口液晶显示模块实时显示所测流速和流量的涡轮流量计设计方案。
同时,该方案还提供了可以更改流量计参数的功能,根据不同的油料采取不同的参数适应相应的变化,使油速和油量的测量的精确性得到了很大的提高。
该方案由于使用了串口液晶显示模块和E2PROM,因而可在节约系统资源的基础上保证测量精度和系统实时性。
关键词:涡轮流量计;单片机;串行液晶显示中图分类号:TP216 文献标识码:B 文章编号:1002-1841(2007)10-0007-03Design of I ntelligent Turbine Flowmeter B ased on Processor AT89C2051XIE Chuan,ZH ANG Chun2wei,LI U Zhi2feng(College of Mech anical E ngineering and Applied E lectronics T echnology,B eijing U niversity of T echnology,Peking100022,China)Abstract:A turbine flowmeter based on process or AT89C2051is designed.By making full use of single chip’s abilityto calculateand control,the v olume and speed of oil can be displayed instantly on liquid crystal display with serial data trans fer.At the same time, the parameter of the turbine flowmeter can be changed s o that the precision of the oil measurement can be prom oted.It can economize sys2 tem res ources and meet the needs of high accuracy and short measuring time.K ey w ords:turbine flowmeter;microcontroller;serial liquid crystal display1 系统概述1.1 系统组成涡轮流量计由涡轮传感器、信号处理电路、AT89C2051单片机、串口液晶显示电路、串口数据存储电路和系统软件组成。
基于MSP430单片机的数字流量计的设计
基于MSP430单片机的数字涡街流量计的设计摘要涡街流量计因其介质适应性强，无可动部件，结构简单、使用寿命长等诸多优点，在许多行业得到了广泛的应用。
但涡街流量计还存在一些问题，特别是在低流速、小流量的情况下，涡街流量计受到多种干扰噪声的影响，其涡街信号的信噪比很低，难以实现精确测量。
本课题基于MSP430单片机单核结构对数字涡街流量计进一步研究，在保证测量精度与实时性地基础上降低了系统整体功耗。
本次设计中数字涡街流量计采用MSP430单片机为控制器的硬件结构，在低流速小流量的情况下，由单片机来计算涡街信号频率，由MSP430单片机对涡街信号前置放大电路输出的方波进行计频，同时具有常规模拟涡街流量计在高信噪比的情况下测量准确、实时性好的优点。
本次设计基于前人的成果，选取成熟的已经市场化的涡街流量传感器作为信号采集装置，以MSP430单片机作为核心处理器，可以实现自动采集瞬时流量信息，自动处理流量积累值等功能。
其主要优点在于应用超低功耗的msp430单片机可以长时间的持续工作，这对于需要持续采集流量信息的行业至关重要，而选取涡街测量又能准确并无接触的测量大直径大流量大密度的流体流量，更提高了本设计的实用性。
关键词：MSP430 涡街流量计低功耗实时检测Design of Digital Vortex Flowmeter Based on MSP430 MicrocontrollerABSTRACTBecause of its advantages such as strong adaptability to medium, lacking of moving parts, simple of structure and long service life,V ortex Flowmeter is widely used in a lot of industries. But V ortex Flowmeter still has some problems, especially when it comes to some low flow rate and small quantity of flow situation. V ortex Flowmeter is disturbed by many kinds of noise, so the SNR of the signal is very low, thus makes it difficult to realize accurate measurement.This design is based on MSP430 Microcontroller and has further study about Digital V ortex Flowmeter, it reduces the overall power consumption of the system on the basis of guaranteeing its accuracy and real-time monitoring. In this design MSP430 Microcontroller is used as the hard ware of the controller of Digital V ortex Flowmeter. When it comes to the situation with low flow rate and small quantity of flow, microcontroller calculates the frequency of vortex signal, MSP430 Microcontroller calculates the frequency of the signal produced by vortex signal preamplifier circuit. It also has the advantage of accurate measurement and real-time performance of conventional simulating vortex flowmeter in high SNR condition.This design is based on former achievements and selects mature marketized vortex transducer as signal collect device. It use MSP430 Microcontroller as central processor and can collect instant flow quantity automatically and calculate the quantities together. Its main advantage lies in its application of ultra low power consumption can achieve long time continued work, which is sequential to the industries that need to collect flow quantity information continuously. V ortex street survey can survey large diameter, large flow quantity and large density liquid untouched, which makes the practicability of this design better.Key words: MSP430 Microcontroller; V ortex Flowmeter; low power consumption; real-time detection目录1.前言 (1)1.1涡街流量计的发展历程 (1)1.2涡街流量计的优点及局限性 (2)1.3MSP430单片机简介及发展历程 (2)1.4立题的目的及意义 (3)1.5设计主要内容 (4)1.5.1 设计内容 (4)1.5.2 技术要求 (4)1.5.3 设计方法 (4)2.设计总体方案分析 (5)2.1方案综述 (5)2.2总系统框图 (5)3.硬件部分 (7)3.1CPU及时钟复位单元 (7)3.1.1 MSP430单片机特点 (7)3.1.2 单片机选型 (8)3.1.3 MSP430F149单片机特点 (10)3.1.4 硬件电路介绍 (10)3.212864LCD液晶显示单元 (11)3.2.1 12864LCD概述 (11)3.2.2 12864液晶屏基本特性 (12)3.2.3 12864LCD模块接口说明 (12)3.2.4 控制器接口信号说明 (13)3.2.5 模块主要硬件构成说明 (14)3.2.6 应用说明 (15)3.3涡街流量传感器模块 (16)3.3.1涡街流量传感器简介 (16)3.3.2 涡街流量传感器工作原理 (16)3.3.3涡街流量计结构 (17)3.3.4 涡街流量计优点 (18)3.3.5 技术参数 (19)3.3.6涡街流量计选型 (19)3.3.7 流量传感器的安装要求与注意事项 (20)3.3.8 流量传感器模块硬件电路 (20)3.4独立按键模块 (21)3.5电源模块 (21)3.5.1 硬件电路介绍 (21)3.5.2 ASM1117-3.3芯片介绍 (21)4.软件部分 (23)4.1主程序及流量传感器模块 (23)4.1.1主程序及流量输入换算流程图 (23)4.1.2主程序及流量输入换算程序 (24)4.2独立按键模块 (26)4.2.1 独立按键部分程图 (26)4.2.2 独立按键部分程序 (27)4.312864液晶显示模块 (28)4.3.1 12864中断显示流程图 (28)4.3.2 12864中断显示程序 (29)5.结论 (30)6.致谢 (31)参考文献 (32)附录A 所有程序 (33)附录B 所有图集 (50)1 前言1.1 涡街流量计的发展历程涡街流量计属于流体振动式流量计，在特定的流动条件下，一部分的流体动能转化为流体振动，其振动的频率与流速(流量)有确定的比例关系，依据这种原理工作的流量计称之为流体振动流量计。
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I
The Design of Flow Detection System Based on MCU
Abstract: Flow-meter has been widely used on modern agriculture and water conservancy
Keyword: microprocessor;DS18B20;AT89C51;Temperature sensor;Water
flow
sensor;Flow Detecting
II
目录
摘要.............................................................................................................................................I Abstract.................................................................................................................................. II 目 录.................................................................................................................................... III 1 绪论........................................................................................................................................ 1 1.1 选题的意义与背景.............................................................................................................1 1.2 国内外研究现状及发展趋势.............................................................................................1 1.3 总体设计.............................................................................................................................2 2 系统硬件电路的设计............................................................................................................ 4 2.1 AT89C51 单片机的特性介绍..............................................................................................4 2.2 时钟电路.............................................................................................................................7 2.3 复位电路.............................................................................................................................8 2.4 液晶显示电路......................................................................................................................9 2.4.1 液晶显示简介..................................................................................................................9 2.5 温度测量电路....................................................................................................................11 2.6 水流量测量电路................................................................................................................13 2.7 按键控制电路....................................................................................................................14 3 软件系统的设计.................................................................................................................. 15 3.1 软件设计总流程...............................................................................................................15 3.2 温度程序模块...................................................................................................................16 3.3 水流量程序模块................................................................................................................18 3.3.1 水流量的读取程序........................................................................................................18 3.3.2 水流量数据的处理程序................................................................................................19 3.4 显示程序............................................................................................................................20 3.4.1 显示程序的处理流程....................................................................................................20 4 系统的仿真与调试.............................................................................................................. 21 4.1 keil uvision4 软件........................................................................................................21 4.2 proteus 电路仿真............................................................................................................22 4.2.1 proteus 软件介绍........................................................................................................22
parameters of the process control.Through these parameters ,the production process are
monitoring and controlled.The accurate measurement and adjustment for fluid flow are is to
guarantee the safe and economic operation, improve product quality and reduce the material
consumption, to improve the economic benefit, and the scientific management foundation in
作者签名：
日期：
使用授权声明
本人完全了解中北大学信息商务学院有关保管、使用毕业设计说明书/毕业论文的规 定，其中包括：①学院有权保管、并向有关部门送交毕业设计说明书/毕业论文的原件 与复印件；②学院可以采用影印、缩印或其它复制手段复制并保存毕业设计说明书/毕 业论文；③学院可允许毕业设计说明书/毕业论文被查阅或借阅；④学院可以学术交流 为目的，复制赠送和交换毕业设计说明书/毕业论文；⑤学院可以公布毕业设计说明书/ 毕业论文的全部或部分内容。