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開篇：寫作不僅是一種記錄，更是一種創造，它讓我們能夠捕捉那些稍縱即逝的靈感，將它們永久地定格在紙上。下面是小編精心整理的12篇航空電子技術論文，希望這些內容能成為您創作過程中的良師益友，陪伴您不斷探索和進步。
隨著我國社會與經濟的發展,人民生活水平不斷提高,人們對區域治安環境以及安全防范的要求也越來越高,同時現代化技術高度發展的今天,犯罪更趨智能化,手段更隱蔽,所以保證區域的安全必須從運用現代化的防盜報警技術。在現代化防盜報警技術中,紅外技術有四大優點:環境適應性好,在夜間和惡劣天候下的工作能力優于可見光;隱蔽性好,不易擾;由于是靠目標和背景之間、目標各部分的溫度和發射率差形成的紅外輻射差進行探測,因而識別偽裝目標的能力優于可見光;紅外系統的體積小,重量輕,功耗低。但有三大因素制約著其效果:目標的光譜特性;探測系統的性能;目標和探測口之間的環境和距離。所有探測技術的發展都有三個階段:a.探測信號的強度,得到目標的"黑白照片",這是初級階段;b.探測信號的強度和波長,得到目標的"彩色照片",達到中級階段;c.探測信號強度、波長和相位,得到目標的"全息照片",這才達到探測技術的高級階段。目前的紅外技術處于其初級階段的后期,正向中級階段發展,其標志是研制出了雙(多)色紅外探測器,得到了目標熱圖象的"彩色照片"。可以預計,今后雙色探測器將隨單波段探測器及其配套技術的成熟和市場需求的增加而加快發展,并將集中在以下五個方面:(1)集成化的雙色探測器有利用簡化系統結構,能充分利用半導體材料制備技術的最新成果,便于器件焦平面化,其中HgCdTe合金系和各種量子阱/超晶格材料系統將得到重點發展。(2)采用焦平面器件,更好的滿足系統的要求,同時也有利于簡化系?統結構,降低成本。(3)為明顯的提高系統的性能,雙色探測器將向大面陣和長線列發展。(4) 雙波段系統將克服在光學設計和加工、信號處理和顯示等方面的困難,縮小體積、減輕重量等,以便擴大其應用范圍。 (5) 隨材料、器件和系統技術的進步,雙色探測器將向更多的光譜波段發展,既包括拓寬光譜波段,也包括將光譜波段劃分成更為細致的波段,以獲得目標的"彩色"熱圖象,更豐富、更精確、更可靠地得到目標的信息。
課題研究目標、內容、方法和手段:
本課題研究紅外監控系統的設計與實現。主要實現對象是被動紅外防盜報警探測器。其包括硬件和軟件兩大部分。主要包括對于硬件的構成以及軟件的接入進行描述。通過51單片機、驅動電路、傳感器、GSM等技術來進行設計與實現。
設計(論文)提綱及進度安排:
4月6日至4月25日
分析題目查閱資料學習與畢業設計相關的知識
4月25日至5月15日
硬件實現、軟件編寫、進行方案論證
5月15日至6月10日
測試硬件、調試軟件撰寫畢業論文并征求導師意見,修改畢業論文,進行畢業論文的評議。
主要參考文獻和書目:
[1]張玉香.新型遙控接收模塊HS0o38〔J〕.無線電,1998,7
[2〕高茹云.通訊電子線路仁M〕.西安:西安電子科技大學出版社,1999。
[3]李華.MCS-51系列單片機實用接口技術. 北京:北京航空航天大學出版社,1993年。
[4尤一鳴等.單片機總線擴展技術.北京:北京航空航天大學出版社.1993,11。
[5]蔡軼.通用遙控解碼電路.電子技術1995 .1
[6]施德恒,郭峰光譜識別型激光警戒系統述評激光與紅外l99929(l):9一13
[7]盧萬欣,梁桂云,韓永林激光預警裝置激光技術199218(3):180一183
[8]沙占友,王彥朋,孟志永等.單片機外圍電路設計. 北京:北京電子工業出版社,2003。
[9]周航慈.單片機應用程序設計技術. 北京:北京航空航天大學出版社,2002。
[10]付偉激光告警中的多元相關探測技術紅外與激光技術1992(6):23一27
摘要：加強專業特色建設是高校在高等教育大眾化形式下的必然選擇，也是提高人才培養質量的切入點和立足點。本文從專業人才培養方案、課程體系整合優化、學生工程實踐和創新能力培養三個方面闡述了凸顯“航空電子”特色的電子信息工程專業建設的具體措施，為應用型大學的專業建設教學改革提供了經驗和范例。
關鍵詞：專業建設；電子信息工程；航空電子
中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2017）13-0126-02
隨著電子信息技術滲透到社會生活的各個角落，電子信息產業獲得了飛速發展，國內外高新技術企業對具有綜合電子信息分析和設計能力的創新人才需求旺盛。沈陽航空航天大學是一所以航空宇航為特色，以工為主，工、理、文、經、管等學科協調發展的多科性高等院校，是教育部、中航工業集團公司與遼寧省三方共建高校，是國防科工局與遼寧省共建高校。根據學校的具體定位和辦學宗旨，我校電子信息工程專業以航空航天、國防企事業單位和東北老工業基地經濟建設為主要服務對象，以培養“航空電子”特色人才為目標，探索出了一條特色鮮明的專業建設道路。下面將從專業建設的人才培養方案改革、課程體系優化、學生工程實踐和創新能力培養三個方面進行闡述。
一、體現“航空電子”特色的專業人才培養方案
結合我校的總體發展目標與定位，對電子信息工程專業的培養目標與能力標準進行廣泛調研和討論，了解社會與行業需求，認真考慮用人單位的反饋意見，聘用企業、研究所等多單位的高級技術人員作為本專業兼職教師，參與培養計劃的制定。秉承“重視基礎、強化實踐、突出特色”的教育理念，從人才培養方案的頂層設計入手，制定了體現“航空電子”特色的電子信息工程專業人才培養方案。重視數理知識及學科基礎理論，依托學院優勢課程、實驗教學基地、科學研究平臺與師資隊伍，聯合航空航天和電子領域的企業，強化實踐教學體系。
以省級精品課、省級精品資源共享課和校級精品課為基礎，以質量工程建設為指引，探索以“工程認知―工程實驗―工程設計―工程實施”能力培養為主線，設計了“核心課程+專業模塊”的理論教學體系，設置了“航空電子”方向模塊，構建了“多層次，多類別”的實踐教學體系，制訂了相應的人才培養管理運行機制，構建了突出“航空電子”特色、通才與專才相結合、共性和個性相結合、個人發展與行業需求相結合的電子信息類工程創新型、應用型人才培養體系。
二、突出“航空電子”特色的課程體系優化整合
1.優化課程設置，加強核心課程群建設。授課內容緊跟新技術發展方向，定期組織教師討論教學大綱，去兄弟院校進行調研，保證培養出來的學生能夠緊跟社會發展的需求。結合電子類企業需求，歸納出所需知識點和相應的技能要求，在此基礎上組建相應課程群，目前確立了四大課程群：信號處理課程群、電子系統設計課程群、計算機類課程群、航空電子課程群。
2.與企業需求接軌，緊跟新技術發展開設課程。與用人單位密切聯系，認真研究電子信息領域的發展趨勢，增加了《嵌入式系統設計》、《虛擬儀器技術》、《電子信息工程專業導論》、《軟件開發綜合實訓》、《專業工程設計》、《專業工程實習》等產學研課程和課程設計，保證了課程內容與電子信息領域發展的一致。將電子技術類課程、單片機課程前移，確保學生盡早感知專業、步入專業。在專業教育選修平臺加入業務和前沿知識模塊，緊跟行業發展的趨勢及企業用人需求，確保學生就業后上手快。實踐教學環節采用先進的電子元器件、先進的實驗儀器設備和實驗裝置、先進的現代設計工具和設計方法，使學生在得到實踐鍛煉的同時，與新技術、社會需求和學科發展接軌。
3.設置“航空電子”方向模塊，突出“航空電子”特色。在保留原有信號處理方向的基礎上，新開設“航空電子”方向課程，開設“衛星導航原理與應用”、“雷達原理與系統”和“航空電子系統”等體現航空電子專業特色的課程。另外，電子信息工程專業本科生在大四開始可自主選擇專業方向。
三、強化學生工程實踐和創新能力培養
關鍵詞：自動化專業技術；應用型人才；教學體系；研究
中圖分類號：TP273 文獻標識碼：A 文章編號：1009-2374（2013）30-0156-02
為了滿足當今時展對人才的需要，我國一些高校都在加快教學改革的步伐，分析應用型人才培養的新體系。文章將結合當今經濟的進程對自動化專業應用型人才的需求，本人近年來在專業構建中對培養措施、教學體系、課程內容以及實踐性教學等實施了一系列革新以及創新，獲得了十分理想的效果。
1 規劃一套合理的培養措施
1.1 培養方向
人才培養方面的合理定位與專業的生存及發展是密不可分的。找到專業的位置，細化培養方向是培養專業應用型人才的核心理念。高等院校培養的人才基本分為下述三種：第一種就是培養研究型人才，這些人才基礎好，有一定的自學能力，且后勁足，學校主要為其從事研究工作以及攻讀研究生做鋪墊；第二種則是培養應用型人才，這種人才基礎還算扎實，實踐能力以及創新思維較強，畢業后基本在企事業單位進行一些技術以及管理工作；第三種是培養技能型或者是技術型人才，這類人才的基礎知識基本滿足工作需求，有一定的專業能力，應該算是崗位群才。上述三種類型，國家重點大學主要對第一種人才進行培養，普通的本科主要對第二種人才進行培養，而高職高專院校則以培養第三種人才為主。
通常將自動化專業的人才培養方向鎖定在：培養有一定電子技術、電工技術，自動檢測和儀表、控制理論、信息處理、當代企業管理、網絡技術以及計算機技術與應用等領域的工程技術基礎以及相關專業知識，可以在工業過程控制、運動控制、檢測與自動化儀表、電力電子技術、信息處理以及電子與計算機技術等領域應用型技術
人才。
1.2 實施科學合理的培養措施
實施一套科學合理的培養措施是達成培養目標的核心要素。向畢業生用人單位以及聯誼院校進行相關的調研，吸收消化他們的培養經驗以及相關信息，還有當下一些優秀畢業生的反饋情況，在實施此專業培養措施上予以革新。按照培養目標去培養學生需要有的知識結構以及相關能力：對自然科學的基礎掌握較為扎實，有一定的人文社會科學基礎以及外語能力；了解此專業方面的必備技術理論。要熟悉工業過程控制、運動控制還有自動化儀表、信息處理以及電力電子技術等領域的內容，同時還要掌握此專業學科的發展態勢，并有較強的工作適應性。
2 深化教學革新
教學內容及方法的革新是教學革新的框架，同樣也是教學革新的基礎、課堂教學是課程體系下的主要構成因素，其從根本影響教學品質。為了深化學生創新思維的培養，一定全面探索相關途徑，在教學方式革新上多做功課，要注意課程調整以及內容，而且還要注重革新教學措施以及教學方法，從根本上提升教學品質。針對教學內容，在充分了解此領域發展趨勢的根本上，去調整革新的思路。對培養體系里的所有課程分層次的進行考慮，分析課程內容間的相關聯系，確定課程在人才培養環節中的影響，對課程內容實施全面優化。將必備的專業內容教給學生，且還要注意內容的前沿性，推陳出新，將學生需要的知識在一定的時間里傳授給他們。刪減一些課內學時，采用CAI等當代教育體系，提升教學品質，為學生未來的發展以及個性發展給出一定的空間。
3 實踐教學的革新
構建經驗豐富的實踐教師團隊是十分必要的。學院要構建以教授等科研主要力量為核心，以中青年教師為中堅力量的科研隊伍，深化中青年教師的科研水平；激勵中青年教師主動申報一些科研活動，學校可以拿出專項費用扶持中青年教師進行科研活動。激勵且組織教師進行校內校辦產業與自動化行業的產學研基地的工程技術項目研發以及培養實踐經驗。
開放一些實驗室，將驗證實驗轉換成開發性的實驗，且重視實驗措施和最新技術相融合，很多實驗都是驗證類型的實驗，我們要將常規的驗證性實驗提供給學生，要讓其分析實驗的內在因素，實驗手段以及實驗結果，在此根本上，給出新的實驗目標，讓學生主動設計相關的實驗，且實施驗證，若出現問題再研究問題的原因，直到達成設想的目標，從而去延伸學生的創造思維，實際動手能力，讓所學的知識滲透到學生的大腦。明確以綜合性、設計性實驗為核心的實驗內容革新體系。
4 結語
自動化專業應用型人才培養教學體系的革新和實踐，深化了學生的基礎理論，更為廣泛的專業知識、實踐教學體系的調整并提升了學生的實踐動手能力，通過多年的實踐，這種教學體系已經獲得了較為理想的效果，學生學位達標率已經超過了九十個百分點，畢業生的首次就業率也超過了九十個百分點，從用人系統反饋的相關信息去看，用人方對畢業生的各項能力均予以好評，且工作效率高，可以較快地融入到自己所在的崗位。
參考文獻
[1] 葉樹江，宋起超.電氣工程及其自動化專業應用型本
科人才專業素質培養體系建設的思考與實踐[A].第
四屆全國高等學校電氣工程及其自動化專業教學改革
研討會論文集（上冊）[C].2011.
[2] 陳新崗，張蓮，劉偉.電氣工程及其自動化專業人
才培養計劃的探索[A].第四屆全國高等學校電氣工
程及其自動化專業教學改革研討會論文集（上冊）
[C].2010，13.
[3] 劉金華，高紅亮.電氣工程及其自動化專業應用型人
才培養課程體系的研究[A].第四屆全國高等學校電
氣工程及其自動化專業教學改革研討會論文集（上
冊）[C].2012，14（6）.
[4] 宋起超，葛洪軍.技術應用型本科模式下電氣工程及
其自動化專業人才培養方案的改革和實踐[A].第四
屆全國高等學校電氣工程及其自動化專業教學改革研
討會論文集（上冊）[C].2010.
[5] 張永炬，楊善曉，吳志剛，雷必成.新建地方本科院
校“電氣工程及其自動化”專業建設探討[A].第四
屆全國高等學校電氣工程及其自動化專業教學改革研
討會論文集（上冊）[C].2010.
[6] 楊莉，曹一家，黃民翔，甘德強.浙江大學電力系統
及其自動化學科教學改革淺談[A].第四屆全國高等
學校電氣工程及其自動化專業教學改革研討會論文集
民航通信中使用到的短波實質為無線電波,主要用于地面與飛機間的通信,其通信傳播方式主要有以下三種:
1.1地面波。地面波是沿著地球表面傳播的波,它沿著半導電性質和起伏不平的地表面進行傳播,一方面使電波的場結構不同于自由空間傳播的情況而發生變化并引起電波吸收,另一方面使電波不像在均勻媒質中那樣以一定的速度沿著直線路徑傳播,而是由于地球表面呈現球形使電波傳播的路徑按繞射的方式進行。
1.2天波。天波是經過地面上空40~800公里高度含有大量自由電子離子的電離層的反射或折射后返回地面的電波傳輸方式。天波是短波的主要傳播途徑,可實現長距離的傳播,短波信號由天線發出后,經電離層的多次反射,傳播距離可以由幾百公里達到上萬公里,且不受地面障礙物阻擋。在天波傳播的過程中,路徑衰耗、大氣噪聲、時間延遲、電離層衰落、多徑效應等因素,都會造成信號的畸變與弱化,影響短波通信的效果。
1.3直接波。直接波是從發射天線到接收天線之間,不經過任何發射,直接到達,電波就象一束光一樣,所以有人稱它為視線傳播。由于民航中,飛機大多數時間都是在飛行,所以有些時候地、空之間的短波通信,實際上是可以靠直接波完成的。
2.短波通信的特點
與衛星通信、地面短波等通信手段相比,無線電短波通信有許多顯著的優點:(1)短波通信無需建立中繼站即可實現遠距離通信,(2)短波通信元器件要求低、技術成熟、制造簡單、設備體積小、價格便宜,建設和維護費用低;(3)設備簡單,目標小、架設容易、機動性強,即使遭到損壞也容易修理,由于其造價相對較低,可以大量裝備,因而系統頑存性強。(4)電路調度容易,靈活性強,可以使用固定設置,進行定點固定通信,也可背負或裝入車輛,實現移動中的通信。這些優點是短波通信被長期保留、至今仍被廣泛應用的主要原因。同時,短波通信也存在著一些明顯的缺點:(1)信道擁擠、頻帶窄;(2)短波的天波信道是變參信道,故信號傳輸不穩定;(3)大氣和工業無線電噪聲干擾嚴重;(4)天線匹配困難。
3.短波通信在民航中的應用
短波通信系統的主要用途是使飛機在飛行的各階段中和地面的航行管制人員、簽派、維修等相關人員保持雙向的語音和信號聯系,當然這個系統也提供了飛機內部人員之間和與旅客的聯絡服務。
3.1民航短波通信基本設備
民航短波地空通信設備由短波單邊帶發信機、短波單邊帶收信機、遙控器及地空選擇呼叫器組成,設備一律使用單邊帶抑制載波、模擬單信道無線電話工作方式。短波單邊帶發、收信機均采用全固態電路及頻率合成技術,頻率范圍為2.8～22MHz,發信機功率不大于6KW。
3.2民航短波通信地面站
民航短波通信地面站系統由三部分組成:短波機房設備、天線和饋線以及操作臺設備。短波機房設備作為大功率發射設備,通常設置在遠端,以減少對其他電子設備的干擾以及對操作員健康的影響。操作臺設備設置在操作終端附近,便于操作與管理。
3.2.1短波機房設備。短波機房設備的主要設備包括短波通信電臺、功放、預后選器、交流穩壓電源、光端機及一整套控制電纜,主要功能是傳送選呼信號和語音信號。短波電臺是整個系統的核心設備,地面與航空器上均有配備,用于收發信號,包括選呼信號和音頻信號。電臺的性能直接決定了整個系統的性能,電臺選型依據主要有兩點:符合用戶需求并且與飛機上電臺匹配。預后選器是為了提高系統的抗干擾能力而選擇的設備。光端機是地面站系統中實現遠程控制的接口設備,起著連接短波機柜和操作臺的作用。
3.2.2操作臺設備。操作臺設備由操作終端及監控軟件、選呼器、選呼控制器和光端機組成。操作員的所有操作都在監控軟件上進行。監控軟件實現對選呼器和短波電臺的遠程遙控,控制選呼器產生選呼代碼,呼叫對應的飛機,控制電臺的調制方式轉換和音頻信號收發,同時監測電臺的工作狀態。選呼器的功能是通過發射4個單音信號選擇通知某個飛機。選呼器提供了一個7針的音頻接口,包括一對平衡的選呼音頻輸出口、一個PTT輸出口和一個地線,其余3個口經改造用于同選呼控制器通信。選呼控制器作為選呼器、電臺和控制終端的中間設備,是實現系統自動化的關鍵,其基本作用是實現對電臺、選呼器、控制終端、音頻設備的信號轉接、電平匹配、遠程控制和狀態感知,并自動轉換調制方式。
3.2.3天線。天線的選擇具體根據用途來確定:近距離固定通信:選擇地波天線或天波高仰角天線。點對點通信或方向性通信:選擇天波方向性天線等。組網通信或全向通信:選擇天波全向天線。車載通信或個人通信:選擇小型鞭狀天線。3.3短波地空通信數據鏈系統在民用航空領域,由于我國地理復雜、疆域遼闊、超短波網絡尚不能實現完全覆蓋,短波依然是地空通信的主要手段。短波地空通信數據鏈系統作為民航數據通信系統的子系統,在當前興起的極地飛行中,有效解決了飛行盲區問題,對飛行安全起著非常重要的保障作用。短波地空通信數據鏈系統用于航空器飛行中保持與基地和遠方航站的聯絡。其系統構造由短波/超短波通信系統、衛星通信站、地空數據網及機載通信系統組成,短波地空通信數據鏈系統通過短波、超短波與衛星實現了近、中、遠程地空實時話音和數據通信。
4.結束語
近年來,隨著微型計算機、移動通信和微電子技術的迅速發展,短波通信技術有了新的突破性進展,出現了實時選頻、自適應、跳頻、差錯控制、多載波正交頻分復用(OFDM)調制及軟件無線電等新技術,使短波通信很好地彌補了它的缺點,還使短波通信的設備更加小型化、更加靈活方便,進一步發揮了短波通信設備簡單、造價低廉、機動靈活等固有的優點。短波通信必將在應急通信、抗災通信、特別是在軍事通信中發揮更重要、更廣泛的作用。因此。短波通信作為民航內部通信的重要手段,必將在今后較長時間內得到保持和發展。
參考文獻:
[1]JohbG.ProakisMasoudSalehi.通信系統原理.電子工業出版社.2006年6月
[2]游戰清.無線射頻識別技術規劃與實施[M].北京:電子工業出版社,2005
[3]談華生,周民.關于航空頻段通信導航業務受干擾問題的分析與思考.2004.06
[4]中國人民總裝備部.短波通信技術.國防工業出版社,2002
一等獎
董 影 《“教學工廠模式”給技工學校的啟示》
許小穎 《攜手構筑青少年網絡道德防火墻》
諶紹貞 《淺談網絡信息化形勢下技校學生的思想德育教育》
林穎童 《校企合作的創新運行模式》
賴海萍 《工學一體化教學中存在的問題及對策》
葉靜怡 《淺談如何依托行業企業深入開展校企合作》
胡韻琴 《微課助力課程改革》（單位：福建技師學院）
黃麗輝 陳 宇 林艷嬌 《淺談電子一體化課程的教學組織和策略》
林 鑫 《技工院校校企合作辦學的探討》
二等獎
吳里熹 《校企合作中職業道德課程實訓教學調查》
黃雅琳 《基于就業視角下〈微機組裝與維護〉課程教學內容設計與實踐》
盧 欣 《技工院校幼兒教育專業聲樂教學存在問題與對策》
莊蕙菱 《試探在微課支持下技校語文的教學獲得》
安夢華 《淺談職校校園文化建設與培養能力綜合化》
陳荷盈 《利用中英文繞口令充實航空服務高級工專業課程教學》
薛世升 《尋求技工院校德育教學新途徑》
蔡雄彬 《技工院校園林工程專業一體化人才培養模式研究與教學改革探討》
黃麗娥 《利用微課提高中職英語教學的研究》
黃志元 《汲取木偶造型藝術培養學生動畫原創設計能力》
林圣俠 《技工院校開展建筑業農民業培訓的困難與建議》
張文模 《SSCC法則在汽車專業案例教學中的應用》
解 歡 《淺析職業技工教育中存在的問題與對策》
周伯晨 《在技校機械CAD中應用項目教學法》
三等獎
巫吉順 《技師學院烹飪專業市場教學法探析》
楊 龍 《CAXA電子圖板在數控編程一體化教學中的應用》
鄭曉燕 《淺析項目教學法在OA培訓教學中的應用》
羅志成 《〈AutoCAD〉參與實訓課程一體化教學的實踐與探討》
方 婧 《技校〈網頁設計〉課程教學改革初探》
傅仙玉 《淺談中職院校市場營銷學的幾點教學體會》
林明江 《梳理利害尋得失，因癥開方促提升》
紀港盛 《分模塊開展一體化教學在汽車專業教學中的探索》
陳 宇 《校園文化建設的助推器》
林流芳 《扎根技能才會枝繁葉茂》
陳霜霞 《案例教學法在〈基礎會計〉教學中的運用》
茅飛珠 《尋找心靈的陽光》
翁錦華 《互動體驗式教學法在電子技術課堂的實踐與創新》
吳婷婷 《技工院校純女生班管理之我見》
鄭麗香 《實施教學過程最優化提高計算機網絡課程的教學質量》
陳發鳳 《淺談構建和諧校園文化與課程改革》
鄧正雄 《淺談“串聯型可調穩壓電源”的教學過程設計與實踐》
洪麗穎 《一體化模式下基于任務驅動的高數課程教學改革探索》
林 莉 《中職學校〈財經法規〉教學方法革新》
溫 慧 《淺談技校財會專業教學存在的問題及對策》
林金奕 《技工院校液壓傳動課程的教學探討》
計算機理論基于軟件工程理論的信息工程監理的研究
自從二零零二年十二月我國信息產業部頒布《信息系統工程監理暫行規定》（簡稱《規定》）之后，信息工程監理公司越來越多。根據《規定》,信息工程監理主要是指依法設立且具備相應資質的信息系統工程監理單位,受業主單位委托,依據國家有關法律法規、技術標準和信息系統工程監理合同,對信息系統工程項目實施的監督管理。[1]
1 信息工程的特點
跟其他的一般的建設工程項目相比，企業信息工程有著復雜高度、能見度低等不確定因素。其主要有以下幾個特點：
1.1 組織驅動技術
企業信息工程項目的組織和建設越來越表現出不可分割的一面。工程項目組織要求信息工程必須嚴格確定“前期準備-工程項目規劃-工程項目設計-工程項目實施-工程項目驗收-工程項目維護”的“組織思維”過程,設立周密的“組織標準”通過這些組織標準來帶動技術標準的設立,通過組織的需求來帶動技術方面的需求,也通過組織的滿意度還評價技術方面的滿意程度。
1.2 全員全程參與
信息工程并不能跟那種“交鑰匙”工程一樣，其要求建設單位的所有員工進行全程參與。這主要是由于企業信息工程項目不并簡單，而是一個非常復雜的知識傳遞的過程,其要求建設單位的所有員工必須學習并接受相關知識;因此建設單位與開發單位之間必須相互適應、相互協調，必須協同共進。企業信息工程系統是一個人機相結合的有機系統,沒有建設單位人員的全程參與,信息工程系統將不可能實現其有效性、完整性、全面性。
1.3 復雜度高，不確定因素多
由于信息工程項目的需求比較復雜，其不像其他建筑工程那樣具有可見性。檢驗復雜,較長的維護期,還有其它非技術因素原因導致企業信息化項目失敗[2]。因此，企業的信息工程項目具有搞復雜度、低能見度，存在許多不確定的因素。
2 信息工程監理的必要性
現在，我國企業實現信息工程項目的成功幾率還非常低，根據我國企業信息工程項目的自身特點，保證信息工程項目的成功幾率的提高，必須進行信息工程建立，即必須通過第三方監理單位對企業信息工程項目的實施進行監督。信息工程監理將有利于開發單位跟企業的相互協調，彼此協同共進,能確保信息工程項目的有效進行。對于信息工程監理的必要性，主要原因在于：目前我國企業信息工程監理對過去傳統的建筑工程監理模式進行了參考，但又跟一般的建筑工程的監理有一定的差別。第一，信息工程的可見度非常低，開發過程相當多變、復雜，其知識密度也相當高。不像建筑工程項目的監理那樣能隨時對施工現場進行其質量、進度進行監督管理，信息工程監理根本無法對信息工程的操作現場、質量進行監督和管理，信息工程的進合同執行情況、軟件質量、資金使用情況、進度等很難把握和操控。從而致使了信息工程監理低能見度、高復雜度、差操作度等現象。為了解決這些監理中出現的問題，必須采用軟件工程理論。通過軟件工程，可以將高復雜度的信息工程項目進行分解,對信息工程中低“能見度”的難題設置了一套有效的解題方案。根據現有的軟件工程平臺和工具,將能為信息工程項目的監理提供一套“復雜度”低、“可見性”高的監理平臺,很大程度上滿足了現階段我國企業信息工程項目建設的需要。
求學網小編為你提供論文范文：“計算機理論關于電子信息工程專業高頻實驗的改革”，大家可以結合自身的實際情況寫出論文。
計算機理論關于電子信息工程專業高頻實驗的改革
(一) 目前高頻電子技術試驗課的現狀
高頻電子技術是電子信息類專業的重要基礎課程，是一門理論性、工程性與實踐性都很強的課程，它的內容豐富，應用廣泛。該課程的任務是研究高頻電子線路的基本原理與基本分析方法，以單元電路的分析和設計為主。其主要內容包括：高頻電路的基本知識、高頻小信號調諧放大器、高頻諧振功率放大器、正弦波振蕩器、振幅調制和解調、環形混頻器等內容。
隨著電子技術的飛速發展，對高頻電子技術試驗課提出了更高的要求。
1.1 教學現狀與需求分析
當前大部分“高頻電子線路”教學仍然沿用較為經典的內容。例如。在功率放大器章節中，動態負載線和丙類功率放大器的分析方法依然是其核心內容，而在目前的射頻功率放大器設計中，由于c類放大器具有非線性特性，所以應用較少，D類和E類放大器已經成為當前設計應用的主流；當前教學中，調制與解調主要以模擬調制(AM／FM，PM)方式強調，這些內容有助于理解調制與解調的基本概念，是教學內容中不可或缺的部分；因此，
“數字調制”方面的內容和要求在教學大綱中有待加強。
隨著科技的飛速發展，創新漸漸成為當今的主題。因此。在高頻電子線路實驗中的創新也變得極為重要。這就需要學生能用所學的理論充分與實際相鏈接，達到自主創新的目的。
如：開展電子設計大賽等相關的活動，不僅激勵學生學習的積極性。而且充分的調動了大家對于實驗的興趣。同時，大大提高了學生的動手、動腦能力。
1.2 實驗設備存在的問題
首先，由于設備的使用壽命有限，試驗室的設備損壞的程度比較嚴重，設備的更新和維護問題成為關鍵。
其次，再進行高頻實驗中，試驗設備很容易受到干擾，如何解決設備的干擾問題也尤為重要。
最后，就是實驗設備的選擇問題。現行高頻電子線路實驗課程中采用的高頻電子線路實驗箱，將高頻實驗所需的直流電源、頻率計、低頻信號源和高頻信號源設計成一個公共平臺。而且，這種整機實驗如果某部分電路或元件被損壞，實驗員檢修很困難，模塊不宜更換，且很難配置。因此，實驗器材的選擇也要予以考慮。
1.3 學生自身存在的問題
根據多年從事高頻實驗教學工作來看，學生在做實驗的時候自身也存在各方面的問題，比如有的學生害怕接觸實驗儀器。可能出于實驗設備昂貴的原因，學生都不敢隨便動用設備上的任何一個旋鈕或開關，這主要是因為學生的自信心不足造成；因此，培養學生的自信心及對實驗的重視和興趣成為關鍵問題。
3 基于軟件工程理論的信息工程監理模型
軟件工程是一門通過工程化的手段來維護和構建高質量的、實用的、有效的軟件的學科。軟件工程涉及到的內容有：設計模式、軟件標準、系統平臺、軟件開發工具、數據庫、程序設計語言等多個方面。在目前的現實生活中，軟件的應用領域非常廣泛，政府部門、航空、銀行、農業、工業都會應用到軟件，其最具典型的軟件有：游戲、數據庫、編譯器、操作系統、辦公套件、人機界面、嵌入式系統和電子郵件等等。軟件工程的應用將對社會和經濟有著極大的促進作用。多年的實踐證明，通過軟件工程的方法對信息工程進行監理能更易被監理活動過程中的三方接受，因此將軟件工程引入信息工程項目監理中,將能為信息工程項目的監理提供一套“復雜度”低、“可見性”高的監理平臺。
3.1 設立信息工程監理的目標
進行軟件工程最主要的目的是利用科學的有效的管理方法來促進軟件開發質量的提高。其主要要求是要將過去的軟件開發模式（小作坊開發模式）進行轉變，對過去的開發模式其進行細分和分解，按照各階段的特征選用不同的方法和工具，從而使復雜度較高的軟件生產進行可度量、可控的設置。再者，經過對各個階段進行嚴密的、有效的控制，從而促使一些可能出現的風險和問題在前期階段就得以解決和重視，從而促使軟件開發風險的降低和軟件質量的提升。總之，企業信息工程監理的最主要的任務就是對工程的進度、質量、投資等進行有效的、科學的控制和規劃，其最基本的方法是進行有效的合同管理、展開合理的組織協調、實現工程的動態控制、完成理想的目標規劃，使監理貫穿于整個“前期準備-工程項目規劃-工程項目設計-工程項目實施-工程項目驗收-工程項目維護”的工程項目過程。因此，信息工程監理的最終目的是通過合同管理、質量控制、進度控制、成本控制、信息管理來保證工程項目的有效、高質量、順利的進行。
3.2 構建信息工程監理的模型
根據信息工程監理的目標，信息工程項目應該分為：項目分析、項目設計、項目實施以及項目維護等四個階段[3]。基于軟件工程理論的信息工程監理并不是機械地復雜軟件工程的相關理論于信息工程的監理中，而是根據軟件工程理論，對搞復雜度、低能見度的工程項目進行設計和管理，并將其融入到信息工程的監理中去的一種方法。根據這中方法，從而建立基于軟件工程理論的信息工程監理模型。該模型以信息工程項目過程控制為主線,對企業信息工程的項目分析、項目設計、項目實施以及項目維護等四個階段進行全方位控制和監督,從管理上對其進行風險管理、需求管理、合同管理、信息管理,從控制上對其進行進度管理、質量管理、成本控制,并從管理角度對項目階段進行總體協調,形成企業信息化項目監理的“三控四管一協調”三維監理模型。其監理模型如圖1所示。
4 結束語
綜上所述，軟件工程是一門通過工程化的手段來維護和構建高質量的、實用的、有效的軟件的學科。通過軟件工程的方法對信息工程進行監理能更易被監理活動過程中的三方接受，因此將軟件工程引入信息工程項目監理中,將能為信息工程項目的監理提供一套“復雜度”低、“可見性”高的監理平臺。進行軟件工程最主要的目的是利用科學的有效的管理方法來促進軟件開發質量的提高。其基于軟件工程理論的信息工程監理的模型應該以信息工程項目過程控制為主線,對企業信息工程的項目分析、項目設計、項目實施以及項目維護等四個階段進行全方位控制和監督。
參考文獻：
[2] Joseph S Valacich,Joey F George,Jeffrey AHoffer.系統分析與設計基礎[M].施平安,譯.北京:清華大學出版社,2005.
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3.Web服務器響應
客戶機向服務器發出請求后,服務器會客戶機回送響應。響應消息包括狀態行、響應頭、空行及實體內容。在響應報文中,包括協議版本號和應答狀態碼,關于它自己的數據及被請求的文檔信息。
例如:HTTP/1.1 200 OK
Content-type: text/html
4.關閉連接
數據傳送完畢,雙方通過4次握手,結束TCP/IP連接。
結束語:
本文重點是通過了對Linux系統的具有針對性的裁剪,從而為智能家居的硬件而量身定制,然后在裁剪后的系統上添加網絡硬件的驅動,最后通過對TCP/IP協議棧有針對性的模塊化裁剪,在RAM芯片上嵌入了精簡的TCP/IP協議棧,實現了WebServer的功能。并且提供了遠程控制的Web頁面,實現了家用電器的遠程控制。
通過在計算機上雙機的模擬測試,可以實現在客戶機上瀏覽到由WebServer服務器為之提供的智能家居網頁。并且在Proteus軟件中可以實現頁面上的回控操作。
參考文獻:
[1]范建華譯,W.Richard Stevens,TCP/IP詳解卷1,協議,北京,機械工業出版社,2000,4
[2]肖紅兵,李國峰.80C51嵌入式系統教程,北京,北京航空航天大學出社,2007
[3]王視聽,尹志宏.一種無線射頻收發模塊的應用,電子技術應用,2005,8
【關鍵詞】數字化測繪 水利工程水利工程測繪數字地圖測繪 水利
中圖分類號： TV文獻標識碼：A 文章編號：
一．引言
隨著現代科學技術的發展，計算機技術及輔助設施CAD技術的廣泛應用，數字化測繪技術已經較為成熟的應用于建筑、交通和水利工程中。數字化測繪技術隨著計算機技術、網絡技術、測量儀器智能化及測繪制圖軟件的自動化等相關先進的技術的應用，給水利工程中的測繪工程帶來了較多有利之處。
二.數字化測繪的優勢。
數字化測繪是利用計算機對地形空間的相關數據進行自動處理，完成數字地圖的繪制，有特別需要時，可以利用數控繪圖儀來繪制所需要的專題地圖或地形圖。數字化測繪以傳統的白紙測圖為基礎，在全站儀、計算機輸入輸出設備硬件、計算機繪圖軟件的支持下，利用數字字庫技術和計算機圖形處理方法，將野外數據采集到內業，并完成制圖。數字化測繪技術通過數據輸入、數據處理和數據輸出三大部分的功能，實現了測繪制圖的自動化、智能化。同傳統測繪技術相比，數字化測繪具有以下優勢：
1.圖形測繪更準確。
利用數字化測繪技術將所采集的地形、地物、地貌等相關數據、信息轉化為數字形式，通過數據傳輸端口輸入計算機，經過計算機圖形處理軟件和測繪軟件進行處理，產生內容非常豐富的電子地圖。數字地圖是地理信息系統(GIS)的重要信息來源，存貯較為方便。在現代地形測繪技術中，數字化測繪已發展成為利用掌上電腦即PPA在現場完成數據采集及數據處理、成圖。傳統的經緯測繪和白紙繪圖，產生的平面位置及其他信息的誤差較大，而利用數字化測繪就似乎，測繪點精度非常高，從原始數據采集到成圖過程中，精度無任何變化，保證了成圖的質量。
2.提高了測繪效率。
數字化測繪是現代GIS數據采集的重要手段，實現了勘測設計一體化、數據采集處理一體化、數據更新和管理智能化。同傳統的經緯儀配合平板的測圖方法相比，數字化測繪技術的效率高出許多。在通視良好的情況下，利用全站儀以建站點為圓心進行觀測，一站可以測量1公里范圍內的地形圖。正常情況下，傳統的經緯測繪法采用白紙繪圖法，一個作業組一天僅能測量200個地形點，而利用數字化測繪技術，可以測量400各地物點，甚至更多。數字化測繪技術大大提高了測繪的效率，也縮短了成圖的時間。
三.數字化測繪在水利工程中的應用。
1.GPS測繪技術在水利工程中的應用。
授時與測距導航系統及全球定位系統（Navigation System Timing and Ranging/Global positioning System-NAVSTAR/GPS）,通常簡稱為“全球定位系統”，即GPS。GPS是以人造衛星組網為基礎的無線電導航定位系統。利用設置在地面或運動載體上的專用接收機，接收衛星發射的無線電信號實現導航定位。它是根據美國國防部1973年12月批準的國防導航衛星計劃而建設的。它是由三個部分組成的，分別為空間衛星、地面控制系統、用戶的接受處理裝置。GPS具有精度高、速度快、全天候、距離遠等特點，也恰巧是這樣的特點才使得對水利工程的測量可以向外擴展延伸。GPS和多波束測深系統相結合，是形成深水底地形測繪的新手段。
水利工程的選址一般多在地形較為復雜的河谷溝壑之處，工程周邊地表植被覆蓋較多，測繪時通視條件較差，而又缺乏相關國家控制點，采用傳統光學儀器進行控制測量的難度較大。利用GPS衛星定位系統較好的解決了此類問題，由于GPS測量不受氣候條件、地形、測量時間的影響和限制，能夠及時準確的完成控制測量和數據采集工作，能大幅度減少或免做像控點，既有效減少了測繪的工作量，同時又較大程度的提高了測繪的工作效率。
2.RS遙感技術在水利工程中的應用。
遙感技術RS（Remote Sensing）是在航空攝影測量的基礎上，隨著空間技術、電子技術和地球科學的發展而發展起來的，它的主要特點是：從以飛機為主要運載工具的航空遙感，發展到以人造衛星為主要運載工具的航天遙感；它超越了人眼所能感受到的可見光的限制，延伸了人的感官；它能快速、及時地監測環境的動態變化；它涉及天文、地學、生物學等科學領域，廣泛吸取了電子、激光、全息、測繪等多項技術的先進成果；遙感是運用物理手段、數學方法和地學規律的現代化綜合性探測技術。遙感，主要是從遠距離、高空或外層空間的平臺上，利用可見光、紅外線、微波等探測器，通過掃描、攝影來傳遞信息和處理信息，從而識別地面物質的性質和運動狀態。由于RS技術具有時效性、數據綜合性、經濟性等特點各種大的、小的比例尺地形圖都可以快速的利用其影像來獲取水利工程的基本地形圖。利用RS遙感技術直接進行水利工程的流域規劃，可以根據像片來直接判讀流域的地形特點和地質構造，便于合理選擇水利工程的壩址，對確定水庫淹沒、浸潤及坍塌的范圍有較好作用，同時對庫區搬遷、經濟賠償及淹沒損失等確定具有參考作用。
3.地理信息系統GIS（Geographic Information System）在水利工程中的應用。
地理信息系統是利用計算機存貯、處理地理信息的一種技術與工具,是一種在計算機軟、硬件支持下，把各種資源信息和環境參數按空間分布或地理坐標，以一定格式和分類編碼輸入、處理、存貯、輸出，以滿足應用需要的人-機交互信息系統。它通過對多要素數據的操作和綜合分析,方便快速地把所需要的信息以圖形、圖像、數字等多種形式輸出，滿足各應用領域或研究工作的需要，地理信息系統是現代水利工程數字化測繪的重要技術支持和測繪平臺。
4.數字化測繪在水利工程中的應用領域。
（1）點位測設。水利工程中施工測量的基本任務是要測設點位，既要求對已知長度、高程、角度和坐標的測設，在大中型水利工程中，都需要對施工區域內進行布設施工控制網，之后利用網內控制點作為基礎進行施工放樣。利用GPS技術能大大減少施工控制網中的過渡控制點，既節省了成本，有提高了效率。
（2）計算水庫庫容。傳統計算水庫的庫容時，都是采用手工計算，工作量非常大，而且容易出錯，計算精度也較差。通過利用數字化地形圖，加大了采集點的密度，同時也提高了面積計算的精度。可以插繪等高線，提高庫容計算的精度，能快速計算書庫的容量，便于實現水庫的自動化管理。
（3）水力資源管理。
水力資源管理利用遙感技術為檢測手段，利用GIS地理信息系統作為管理平臺，通過RS技術和GIS技術能夠客觀、快速、經濟的為大中型水利工程提供地理、環境、地質及水文等相關信息，是水利工程選址、工程規劃及設計和施工管理的重要分析工具。
四.結束語：
數字化測繪技術在很大程度上提高了水利工程測繪的水平，提高了測繪精度，確保地形圖準確可靠。現代測繪技術的應用，先進測繪儀器和測量技術及測繪方法，為水利工程的建設和管理提供了可靠依據。
參考文獻：
[1]艾斯克爾·努爾 數字化測繪在水利工程中的應用 [期刊論文] 《黑龍江水利科技》 -2011年2期
[2]陳運河 數字化測繪技術在渠道改造工程中橫斷面圖的運用 [期刊論文] 《城市建設理論研究（電子版）》 -2012年16期
[3]楊安廣 陳東宇 數字化測繪在水利工程中的應用 [期刊論文] 《城市建設理論研究（電子版）》 -2012年36期
[4]唐繼權 趙學輝 鄭紅英Tang JiquanZhao XuehuiZheng hongying 水利工程測繪數字化分析 [期刊論文] 《中國水運（理論版）》 -2007年1期
關鍵詞：切削力；測量技術；現狀；發展趨勢
1 切削力測量技術現狀分析
切削力測量系統一般由三部分構成：由測力儀、數據采集系統和PC機三部分組成，如圖1所示。測力儀（測力傳感器）通常安裝在刀架（車削）或機床工作臺上（銑削），負責拾取切削力信號，將力信號轉換為弱電信號；數據采集系統對此弱電信號進行調理和采集，使其變為可用的數字信號；PC機通過一定的軟件平臺，將切削力信號顯示出來，并對其進行數據處理和分析。
1.1 切削測力儀
1.1.1 應變式測力儀
應變式測力儀由彈性元件、電阻應變片及相應的測量轉換電路組成，其工作原理如圖2所示。把電阻應變片貼在彈性元件表面，并連接成某種形式的電橋電路，當彈性元件受到力的作用而產生變形時，電阻應變片便隨之產生變形，從而引起其電阻阻值的變化ΔR，即
應變片電阻值的變化ΔR造成電橋不平衡，使電橋輸出發生變化ΔU，通過標定建立輸出電壓與力之間的關系。使用時根據輸出電壓反算切削力的大小。
應變式測力具有靈活性大、適應性廣、性能穩定等優點，而且配套儀表（如靜態應變儀、動態應變儀等已標準化，因而得到廣泛應用。但是其測量原理決定了測量精度和動態特性主要取決于彈性元件的結構，如何有效解決靈敏度和剛度之間的矛盾，是提高應變式測力儀測量精度和動態特性的關鍵。
1.1.2 壓電式測力儀
壓電式測力儀是以壓電晶體為力傳感元件的切削測力儀，當石英晶體在外力作用下發生變形時，在它的某些表面上出現異號極化電荷。這種沒有電場的作用、只是由于應變或應力在晶體內產生電極化的現象稱為壓電效應。通過測量產生電荷量即可以達到測量切削力的目的。
從動態測力的觀點出發，壓電式測力儀是一種比較理想的測力傳感器，具有靈敏度高、受力變形小等優點。然而壓電式測力傳感器仍然存在一系列缺點：如由于電荷泄漏而不能測試靜態力、固有頻率的提高受裝配接觸剛度的限制、維護極不方便、價格昂貴，因此在使用上受到很大的限制。
1.1.3 電流式測力儀
直接使用測力儀測量切削力有其局限性：①安裝測力儀時，工藝系統結構遭到破壞從而導致其剛度發生變化，采集不到精確的切削力力信號；②測力儀的安裝、調試技術復雜；③測試設備花費較高；④測力儀測試系統可靠性較低。
文獻［4］提供了一種間接測量切削力的方法，即電流式測力儀，其測量原理是：切削力的變化會引起主軸電機電流的變化，通過測量主軸電機電流來估計切削力的大小。因機床主軸電機電流的測量比較容易和簡單，所以這是一種經濟而又簡便的方法。
電流式測力儀的局限性體現在兩個方面：①把主傳動系統的運動學模型看作是一個線性模型，所以加工過程中的非線性因素會在一定程度上降低測量精度；②當切削力發生變化時，相應的主軸電流信號有一定的滯后現象，無法滿足對切削力進行實時監測的較高要求。
1.2 數據采集系統
如圖3所示，數據采集系統通過一定的電子線路，對測力儀的輸出信號進行放大、濾波等處理后，將其進行A/D轉換，變為計算機的可用信號，再通過接口電路與PC機進行數據傳輸。
目前大多數切削力數據采集系統由放大器、濾波器、數據采集卡等分立元器件組成，體積較大，系統穩定性不高，測量精度和實時性也漸漸滿足不了現代測力系統的要求。
1.3 數據顯示和分析處理
早期的數據顯示和分析處理單元由指示儀表、示波器和記錄儀等組成，其數據顯示和分析處理功能都是很有限的。隨著計算機技術的快速發展，目前數據顯示和分析處理單元基本上被計算機終端所代替，顯示功能更加豐富和強大，但軟件的功能僅局限于數據擬合、圖表顯示和輸出等，對測力儀各向力之間的耦合沒有進行有效的處理，從一定程度上影響了測力精度。
2 切削力測量技術的發展趨勢
現代切削加工正在向高速強力切削、精密超精密加工方向發展，機床的振動頻率也會遠遠高于系統的固有頻率，這對切削力測量系統提出了新的要求：①測量范圍大、高精度和高分辨率；②實時性好，能夠在線實時測量；③數據處理和分析能力強，能夠對復雜多變的切削力信號進行各種處理和分析。
針對這些方面的要求，切削力測量技術將朝著以下幾方面發展：
（1）開發新型彈性元件，優化彈性元件結構及應變片布片方案，提高應變式測力儀固有頻率，有效解決應變式測力儀剛度和靈敏度之間的矛盾問題，降低各向力之間的耦合程度；
（2）應用集成電路和微電子技術，使數據采集系統集成化，提高數據采集的速度與精度；
（3）完善數據處理分析軟件的功能，例如通過解耦運算進一步減小測力儀各向力之間的耦合程度，以提高測量精度；將虛擬儀器技術引入切削力測試系統，以便對測量數據進行多種操作和數據庫管理；建立專家系統，通過對測試數據的分析處理，對刀具磨損、切削顫振等情況做出預報并提出相應的治理措施。
參考文獻
［1］羅學科. 動態多維力傳感器的理論研究與實踐［D］.北京航空航天大學博士論文,1995.1.
［2］姜術君. 采用虛擬儀器技術構建測力系統的研究［D］.北京航空航天大學碩士學位論文,2004.3.
［3］楊兆建，王勤賢. 測力傳感器研究發展綜述［J］.山西機械，2003，（1）.
［4］周林，殷俠. 數據采集與分析技術［M］.西安：西安電子科技大學出版社，2005.
關鍵詞:全彩LED顯示屏;發送卡;存儲體;實時傳輸
中圖分類號:TN949.199文獻標識碼:B
The Design of a Kind of Sending Card for LED Display
DING Tie-fu1,2, YAN Fei2, WANG Rui-guang1,2, ZHENG Xi-feng1,2
(1. Changchun xida Electronic Technology Co., Ltd., Changchun Jilin 130103, China;
2. Institute of Optics, Fine Mechanics and Physics, Changchun, CAS, Changchun Jilin 130033, China)
Abstract: This article discusses a no-storage sending card for full-color LED display system. The system has real-time transmission and cost advantages. The entire real-time lossless video images, such as the formats of 1,024×768@60Hz and 1,280×1024@60Hz, can be transmitted by two-way Gigabit Ethernet port.
Keywords: full-color LED display; sending card; memory device; real-time transmission
引言
隨著全彩LED顯示屏的應用越來越廣泛,人們對LED顯示屏控制系統的要求越來越高,這也促使LED顯示屏控制系統的不斷升級和改造,主要體現在提高性能和節約成本上。LED顯示屏控制系統的組成一般有如下幾個部分[1-3]:視頻發送裝置、視頻接收分配裝置、LED面板。顯然,作為前端的視頻發送裝置在整個環節中起著舉足輕重的作用。
1LED顯示屏發送卡的現狀
LED顯示屏發送卡一般由DVI模塊、FPGA控制器、外存儲體模塊和網絡輸出模塊構成[4],FPGA將輸入的圖像數據交替寫入外存儲體,同時也從外存儲體中交替讀出圖像數據,再通過網絡格式依次將數據輸出,原理框圖如圖1所示。
通常,控制LED顯示屏的計算機的分辨率設置為1,024×768@60Hz或者1,280×1,024@60Hz。對于1,280×1,024@60Hz的實時視頻源,總的數據量為:
1,280×1,024×60×24=1,887,436,800 bit;
其中一幀的數據量為:1,280×1,024×24=31,457,280 bit。
考慮到分辨率為1,280×1,024@60Hz時的像素時鐘為108MHz,并且整個實現過程需要2倍的存儲空間進行乒乓操作,故通常采用兩片32位寬的SDRAM作為外接存儲體。
帶有外接存儲體的發送卡具有緩存一幀數據的能力,并將輸出與輸入隔離開,有利于從全屏的數據中按照不同需求截取所需數據進行處理。
但同時,滯后一幀數據也是實時傳輸中的一個缺點,尤其是在需要嚴格實時傳輸的場合。另外,增加兩片SDRAM也給設計增加了成本。
2無外接存儲體發送卡的實現
2.1基本框圖
在現有LED顯示屏發送卡的基礎上,這里設計了一種無外接存儲體的LED顯示屏發送卡,如圖2所示,該發送卡由DVI模塊、FPGA控制器、兩路千兆網輸出模塊構成。DVI解碼芯片將解碼得到的數據和控制信號傳給FPGA控制器,FPGA通過內部的RAM進行緩存,并做了更換時鐘域和位寬變換的操作,然后將處理后的數據通過千兆網輸出。
對1,280×1,024@60Hz的實時視頻源,這里采用垂直分區的方法,即將滿屏數據平均分成兩路千兆網輸出,每一路千兆傳輸640×1,024,如圖3所示。
2.2實現方法
由圖2的基本框圖看出,該發送卡的設計除了搭建好硬件平臺外,最重要的是FPGA控制器內部程序的設計。無外接存儲體發送卡的FPGA控制器內部原理框圖如圖4所示。
FPGA控制器的內部邏輯包括數據輸入模塊、雙口RAM及其控制模塊、24bit轉8bit模塊、千兆網輸出模塊。數據輸入模塊將輸入的DVI信號(包括數據、時鐘、使能、行場同步信號)分配給后端的RAM和RAM控制模塊,并控制著整個系統的同步;RAM控制模塊控制RAM的讀寫操作,尤其是對開始寫、寫停、開始讀、讀停這4個狀態的控制;從RAM輸出的數據經過并串轉換后傳輸給千兆網輸出模塊,千兆網輸出模塊則按照一定的網絡格式將接收到的數據進行打包輸出[5-7]。
圖3提到的將數據分區發送,該方法能夠將滿屏數據平均分成兩路千兆網輸出。以下就以垂直分區的方法分析其數據流向、時鐘變化和傳輸時間差。
對于一路千兆網數據而言,采用1個雙口RAM設計,RAM的深度設置為640,輸入和輸出字長均設置為24bit,讀寫時鐘和使能分別獨立,如圖5所示。
其中,數據輸入和寫時鐘分別為DVI解碼芯片解碼后的24bit圖像數據DVI_DATA[23:0]和時鐘WRAM_CLK,讀RAM的時鐘為千兆網時鐘RMII_CLK(125M)三分頻后得到的時鐘RRAM_CLK(41.66MHz),這樣,后端再通過一個24bit轉8bit模塊即可將數據進行實時傳輸。
如圖6所示,通過RRAM_CLK(41.66MHz)時鐘從RAM中讀出一個像素的數據,然后再通過3個RMII_CLK(125M)傳輸給千兆網,即做了一個實時的并串轉化。如此流水操作下去,當從RAM中讀完640個像素時,千兆網控制模塊將停止讀RAM操作,等待下一行數據的到來。當DVI解碼后的下一行數據一旦往RAM中存儲的時候(至少已經往其中存儲了1個像素),千兆網控制模塊又開始從RAM中讀取數據,如此循環,直到第1,024行數據的640個像素數據被傳輸完。
在這里,實時傳輸具有如下特點:(1)往RAM中存數據和從RAM中取數據同時進行;(2)存RAM的速度快,讀RAM的速度慢;(3)對寫RAM操作,先把規定的數據存完,用時為t1,然后進入等待階段t2(t = t1 + t2為行周期);對讀RAM操作,把存好數通過t3的時間傳輸出去,必須滿足t3 < t。
標準的1,280×1,024@60Hz的行時鐘為64KHz,周期為t=15.625μs;而從RAM中讀完半行像素(640個)數據的時間是:t3=(1/41.66MHz)×640=15.36μs。
顯然,在一個行周期里,只往外傳出半行的數據,傳輸時間差t-t3=265ns>0,且該時間差滿足千兆網傳輸所必需數據包間隔。
由于寫RAM的時鐘(108MHz)比讀RAM的時鐘(41.66MHz)快得多,所以在寫RAM的同時可以對RAM進行讀操作(至少已經往RAM存儲了1個像素),邊寫邊讀,實現了視頻數據的實時傳輸。
同理,另外一路的千兆網設計與此雷同。
3 結論
本文簡單分析了LED顯示屏發送卡的現狀,著重討論了無外接存儲體發送卡的系統構成及實現方法。該系統具有實時傳輸、節約成本的優勢,能夠在常用的視頻格式下,比如1,024×768@60Hz、1,280×1,024@60Hz,通過兩路千兆網口將整個視頻圖像實時無損的傳輸出去。
參考文獻:
[1] 武 斌. LED全彩屏的系統設計[D]. 碩士學位論文. 北京:北京航空航天大學,2002.
[2] 李 晟. 基于FPGA的LED顯示屏同步控制系統的設計[D]. 碩士學位論文. 南京:東南大學電子工程系,2004.
[3] 蔡江洪. 全彩色LED顯示屏控制系統的設計與實現[D]. 碩士學位論文. 南京:東南大學電子工程系,2005.
[4] 蘇晶國. 基于FPGA的對象存儲控制器原型的硬件設計與實現[D]. 中國優秀碩士學位論文全文數據庫,2008(05).
[5] 柳利軍,熊良芳. 基于FPGA的千兆以太網交換芯片的設計[J]. 微電子學與計算機,2006(03).
[6] 丁鐵夫,劉超,楊 磊,楊 旭. 基于千兆以太網的實時視頻傳輸系統設計[J]. 微計算機信息,2008(36).
關鍵詞：電力電子技術；開關電源
現代電源技術是應用電力電子半導體器件,綜合自動控制、計算機(微處理器)技術和電磁技術的多學科邊緣交又技術。在各種高質量、高效、高可靠性的電源中起關鍵作用,是現代電力電子技術的具體應用。
當前,電力電子作為節能、節才、自動化、智能化、機電一體化的基礎,正朝著應用技術高頻化、硬件結構模塊化、產品性能綠色化的方向發展。在不遠的將來,電力電子技術將使電源技術更加成熟、經濟、實用,實現高效率和高品質用電相結合。
1.電力電子技術的發展
現代電力電子技術的發展方向,是從以低頻技術處理問題為主的傳統電力電子學,向以高頻技術處理問題為主的現代電力電子學方向轉變。電力電子技術起始于五十年代末六十年代初的硅整流器件,其發展先后經歷了整流器時代、逆變器時代和變頻器時代,并促進了電力電子技術在許多新領域的應用。八十年代末期和九十年代初期發展起來的、以功率MOSFET和IGBT為代表的、集高頻、高壓和大電流于一身的功率半導體復合器件,表明傳統電力電子技術已經進入現代電力電子時代。
1.1整流器時代
大功率的工業用電由工頻(50Hz)交流發電機提供,但是大約20%的電能是以直流形式消費的,其中最典型的是電解(有色金屬和化工原料需要直流電解)、牽引(電氣機車、電傳動的內燃機車、地鐵機車、城市無軌電車等)和直流傳動(軋鋼、造紙等)三大領域。大功率硅整流器能夠高效率地把工頻交流電轉變為直流電,因此在六十年代和七十年代,大功率硅整流管和晶閘管的開發與應用得以很大發展。當時國內曾經掀起了-股各地大辦硅整流器廠的熱潮,目前全國大大小小的制造硅整流器的半導體廠家就是那時的產物。
1.2逆變器時代
七十年代出現了世界范圍的能源危機,交流電機變頻惆速因節能效果顯著而迅速發展。變頻調速的關鍵技術是將直流電逆變為0~100Hz的交流電。在七十年代到八十年代,隨著變頻調速裝置的普及,大功率逆變用的晶閘管、巨型功率晶體管(GTR)和門極可關斷晶閘管(GT0)成為當時電力電子器件的主角。類似的應用還包括高壓直流輸出,靜止式無功功率動態補償等。這時的電力電子技術已經能夠實現整流和逆變,但工作頻率較低,僅局限在中低頻范圍內。
1.3變頻器時代
進入八十年代,大規模和超大規模集成電路技術的迅猛發展,為現代電力電子技術的發展奠定了基礎。將集成電路技術的精細加工技術和高壓大電流技術有機結合,出現了一批全新的全控型功率器件、首先是功率M0SFET的問世,導致了中小功率電源向高頻化發展,而后絕緣門極雙極晶體管(IGBT)的出現,又為大中型功率電源向高頻發展帶來機遇。MOSFET和IGBT的相繼問世,是傳統的電力電子向現代電力電子轉化的標志。據統計,到1995年底,功率M0SFET和GTR在功率半導體器件市場上已達到平分秋色的地步,而用IGBT代替GTR在電力電子領域巳成定論。新型器件的發展不僅為交流電機變頻調速提供了較高的頻率,使其性能更加完善可靠,而且使現代電子技術不斷向高頻化發展,為用電設備的高效節材節能,實現小型輕量化,機電一體化和智能化提供了重要的技術基礎。
2.現代電力電子的應用領域
2.1計算機高效率綠色電源
高速發展的計算機技術帶領人類進入了信息社會,同時也促進了電源技術的迅速發展。八十年代,計算機全面采用了開關電源,率先完成計算機電源換代。接著開關電源技術相繼進人了電子、電器設備領域。
計算機技術的發展,提出綠色電腦和綠色電源。綠色電腦泛指對環境無害的個人電腦和相關產品，綠色電源系指與綠色電腦相關的高效省電電源,根據美國環境保護署l992年6月17日"能源之星"計劃規定,桌上型個人電腦或相關的設備,在睡眠狀態下的耗電量若小于30瓦,就符合綠色電腦的要求,提高電源效率是降低電源消耗的根本途徑。就目前效率為75%的200瓦開關電源而言,電源自身要消耗50瓦的能源。
2.2通信用高頻開關電源
通信業的迅速發展極大的推動了通信電源的發展。高頻小型化的開關電源及其技術已成為現代通信供電系統的主流。在通信領域中,通常將整流器稱為一次電源,而將直流-直流(DC/DC)變換器稱為二次電源。一次電源的作用是將單相或三相交流電網變換成標稱值為48V的直流電源。目前在程控交換機用的一次電源中,傳統的相控式穩壓電源己被高頻開關電源取代,高頻開關電源(也稱為開關型整流器SMR)通過MOSFET或IGBT的高頻工作,開關頻率一般控制在50-100kHz范圍內,實現高效率和小型化。近幾年,開關整流器的功率容量不斷擴大,單機容量己從48V/12.5A、48V/20A擴大到48V/200A、48V/400A。
因通信設備中所用集成電路的種類繁多,其電源電壓也各不相同,在通信供電系統中采用高功率密度的高頻DC-DC隔離電源模塊,從中間母線電壓(一般為48V直流)變換成所需的各種直流電壓,這樣可大大減小損耗、方便維護,且安裝、增加非常方便。一般都可直接裝在標準控制板上,對二次電源的要求是高功率密度。因通信容量的不斷增加,通信電源容量也將不斷增加。
2.3直流-直流(DC/DC)變換器
DC/DC變換器將一個固定的直流電壓變換為可變的直流電壓,這種技術被廣泛應用于無軌電車、地鐵列車、電動車的無級變速和控制,同時使上述控制獲得加速平穩、快速響應的性能,并同時收到節約電能的效果。用直流斬波器代替變阻器可節約電能(20~30)%。直流斬波器不僅能起調壓的作用(開關電源),同時還能起到有效地抑制電網側諧波電流噪聲的作用。
通信電源的二次電源DC/DC變換器已商品化,模塊采用高頻PWM技術,開關頻率在500kHz左右,功率密度為5W~20W/in3。隨著大規模集成電路的發展,要求電源模塊實現小型化,因此就要不斷提高開關頻率和采用新的電路拓撲結構,目前已有一些公司研制生產了采用零電流開關和零電壓開關技術的二次電源模塊,功率密度有較大幅度的提高。
2.4不間斷電源(UPS)
不間斷電源(UPS)是計算機、通信系統以及要求提供不能中斷場合所必須的一種高可靠、高性能的電源。交流市電輸入經整流器變成直流,一部分能量給蓄電池組充電,另一部分能量經逆變器變成交流,經轉換開關送到負載。為了在逆變器故障時仍能向負載提供能量,另一路備用電源通過電源轉換開關來實現。
現代UPS普遍了采用脈寬調制技術和功率M0SFET、IGBT等現代電力電子器件,電源的噪聲得以降低,而效率和可靠性得以提高。微處理器軟硬件技術的引入,可以實現對UPS的智能化管理,進行遠程維護和遠程診斷。目前在線式UPS的最大容量已可作到600kVA。超小型UPS發展也很迅速,已經有0.5kVA、lkVA、2kVA、3kVA等多種規格的產品。
2.5變頻器電源
變頻器電源主要用于交流電機的變頻調速,其在電氣傳動系統中占據的地位日趨重要,已獲得巨大的節能效果。變頻器電源主電路均采用交流-直流-交流方案。工頻電源通過整流器變成固定的直流電壓,然后由大功率晶體管或IGBT組成的PWM高頻變換器,將直流電壓逆變成電壓、頻率可變的交流輸出,電源輸出波形近似于正弦波,用于驅動交流異步電動機實現無級調速。
國際上400kVA以下的變頻器電源系列產品已經問世。八十年代初期,日本東芝公司最先將交流變頻調速技術應用于空調器中。至1997年,其占有率已達到日本家用空調的70%以上。變頻空調具有舒適、節能等優點。國內于90年代初期開始研究變頻空調,96年引進生產線生產變頻空調器,逐漸形成變頻空調開發生產熱點。預計到2000年左右將形成。變頻空調除了變頻電源外,還要求有適合于變頻調速的壓縮機電機。優化控制策略,精選功能組件,是空調變頻電源研制的進一步發展方向。
2.6高頻逆變式整流焊機電源
高頻逆變式整流焊機電源是一種高性能、高效、省材的新型焊機電源,代表了當今焊機電源的發展方向。由于IGBT大容量模塊的商用化,這種電源更有著廣闊的應用前景。
逆變焊機電源大都采用交流-直流-交流-直流(AC-DC-AC-DC)變換的方法。50Hz交流電經全橋整流變成直流,IGBT組成的PWM高頻變換部分將直流電逆變成20kHz的高頻矩形波,經高頻變壓器耦合,整流濾波后成為穩定的直流,供電弧使用。
由于焊機電源的工作條件惡劣,頻繁的處于短路、燃弧、開路交替變化之中,因此高頻逆變式整流焊機電源的工作可靠性問題成為最關鍵的問題,也是用戶最關心的問題。采用微處理器做為脈沖寬度調制(PWM)的相關控制器,通過對多參數、多信息的提取與分析,達到預知系統各種工作狀態的目的,進而提前對系統做出調整和處理,解決了目前大功率IGBT逆變電源可靠性。
國外逆變焊機已可做到額定焊接電流300A,負載持續率60%,全載電壓60~75V,電流調節范圍5~300A,重量29kg。
2.7大功率開關型高壓直流電源
大功率開關型高壓直流電源廣泛應用于靜電除塵、水質改良、醫用X光機和CT機等大型設備。電壓高達50~l59kV,電流達到0.5A以上,功率可達100kW。
自從70年代開始,日本的一些公司開始采用逆變技術,將市電整流后逆變為3kHz左右的中頻,然后升壓。進入80年代,高頻開關電源技術迅速發展。德國西門子公司采用功率晶體管做主開關元件,將電源的開關頻率提高到20kHz以上。并將干式變壓器技術成功的應用于高頻高壓電源,取消了高壓變壓器油箱,使變壓器系統的體積進一步減小。
國內對靜電除塵高壓直流電源進行了研制,市電經整流變為直流,采用全橋零電流開關串聯諧振逆變電路將直流電壓逆變為高頻電壓,然后由高頻變壓器升壓,最后整流為直流高壓。在電阻負載條件下,輸出直流電壓達到55kV,電流達到15mA,工作頻率為25.6kHz。
2.8電力有源濾波器
傳統的交流-直流(AC-DC)變換器在投運時,將向電網注入大量的諧波電流,引起諧波損耗和干擾,同時還出現裝置網側功率因數惡化的現象,即所謂"電力公害",例如,不可控整流加電容濾波時,網側三次諧波含量可達(70~80)%,網側功率因數僅有0.5~0.6。
電力有源濾波器是一種能夠動態抑制諧波的新型電力電子裝置,能克服傳統LC濾波器的不足,是一種很有發展前途的諧波抑制手段。濾波器由橋式開關功率變換器和具體控制電路構成。與傳統開關電源的區別是:(l)不僅反饋輸出電壓,還反饋輸入平均電流;(2)電流環基準信號為電壓環誤差信號與全波整流電壓取樣信號之乘積。
2.9分布式開關電源供電系統
分布式電源供電系統采用小功率模塊和大規模控制集成電路作基本部件,利用最新理論和技術成果,組成積木式、智能化的大功率供電電源,從而使強電與弱電緊密結合,降低大功率元器件、大功率裝置(集中式)的研制壓力,提高生產效率。
八十年代初期,對分布式高頻開關電源系統的研究基本集中在變換器并聯技術的研究上。八十年代中后期,隨著高頻功率變換技術的迅述發展，各種變換器拓撲結構相繼出現,結合大規模集成電路和功率元器件技術,使中小功率裝置的集成成為可能,從而迅速地推動了分布式高頻開關電源系統研究的展開。自八十年代后期開始,這一方向已成為國際電力電子學界的研究熱點,論文數量逐年增加，應用領域不斷擴大。
分布供電方式具有節能、可靠、高效、經濟和維護方便等優點。已被大型計算機、通信設備、航空航天、工業控制等系統逐漸采納,也是超高速型集成電路的低電壓電源(3.3V)的最為理想的供電方式。在大功率場合,如電鍍、電解電源、電力機車牽引電源、中頻感應加熱電源、電動機驅動電源等領域也有廣闊的應用前景。
3.高頻開關電源的發展趨勢
在電力電子技術的應用及各種電源系統中，開關電源技術均處于核心地位。對于大型電解電鍍電源,傳統的電路非常龐大而笨重,如果采用高頓開關電源技術,其體積和重量都會大幅度下降,而且可極大提高電源利用效率、節省材料、降低成本。在電動汽車和變頻傳動中,更是離不開開關電源技術，通過開關電源改變用電頻率,從而達到近于理想的負載匹配和驅動控制。高頻開關電源技術,更是各種大功率開關電源(逆變焊機、通訊電源、高頻加熱電源、激光器電源、電力操作電源等)的核心技術。
3.1高頻化
理論分析和實踐經驗表明,電氣產品的變壓器、電感和電容的體積重量與供電頻率的平方根成反比。所以當我們把頻率從工頻50Hz提高到20kHz,提高400倍的話,用電設備的體積重量大體下降至工頻設計的5~l0%。無論是逆變式整流焊機,還是通訊電源用的開關式整流器,都是基于這一原理。同樣,傳統"整流行業"的電鍍、電解、電加工、充電、浮充電、電力合閘用等各種直流電源也可以根據這一原理進行改造,成為"開關變換類電源",其主要材料可以節約90%或更高,還可節電30%或更多。由于功率電子器件工作頻率上限的逐步提高,促使許多原來采用電子管的傳統高頻設備固態化,帶來顯著節能、節水、節約材料的經濟效益,更可體現技術含量的價值。
3.2模塊化
模塊化有兩方面的含義,其一是指功率器件的模塊化,其二是指電源單元的模塊化。我們常見的器件模塊,含有一單元、兩單元、六單元直至七單元,包括開關器件和與之反并聯的續流二極管,實質上都屬于"標準"功率模塊(SPM)。近年,有些公司把開關器件的驅動保護電路也裝到功率模塊中去,構成了"智能化"功率模塊(IPM),不但縮小了整機的體積,更方便了整機的設計制造。實際上,由于頻率的不斷提高,致使引線寄生電感、寄生電容的影響愈加嚴重,對器件造成更大的電應力(表現為過電壓、過電流毛刺)。為了提高系統的可靠性,有些制造商開發了"用戶專用"功率模塊(ASPM),它把一臺整機的幾乎所有硬件都以芯片的形式安裝到一個模塊中,使元器件之間不再有傳統的引線連接,這樣的模塊經過嚴格、合理的熱、電、機械方面的設計,達到優化完美的境地。它類似于微電子中的用戶專用集成電路(ASIC)。只要把控制軟件寫入該模塊中的微處理器芯片,再把整個模塊固定在相應的散熱器上,就構成一臺新型的開關電源裝置。由此可見,模塊化的目的不僅在于使用方便,縮小整機體積,更重要的是取消傳統連線,把寄生參數降到最小,從而把器件承受的電應力降至最低,提高系統的可靠性。這樣,不但提高了功率容量,在有限的器件容量的情況下滿足了大電流輸出的要求,而且通過增加相對整個系統來說功率很小的冗余電源模塊,極大的提高系統可靠性,即使萬一出現單模塊故障,也不會影響系統的正常工作,而且為修復提供充分的時間。3.3數字化
在傳統功率電子技術中,控制部分是按模擬信號來設計和工作的。在六、七十年代,電力電子技術擬電路基礎上的。但是,現在數字式信號、數字電路顯得越來越重要,數字信號處理技術日趨完善成熟,顯示出越來越多的優點:便于計算機處理控制、避免模擬信號的畸變失真、減小雜散信號的干擾(提高抗干擾能力)、便于軟件包調試和遙感遙測遙調,也便于自診斷、容錯等技術的植入。所以,在八、九十年代,對于各類電路和系統的設計來說,模擬技術還是有用的,特別是:諸如印制版的布圖、電磁兼容(EMC)問題以及功率因數修正(PFC)等問題的解決,離不開模擬技術的知識,但是對于智能化的開關電源,需要用計算機控制時,數字化技術就離不開了。
3.4綠色化
電源系統的綠色化有兩層含義:首先是顯著節電,這意味著發電容量的節約,而發電是造成環境污染的重要原因,所以節電就可以減少對環境的污染;其次這些電源不能(或少)對電網產生污染,國際電工委員會(IEC)對此制定了一系列標準,如IEC555、IEC917、IECl000等。事實上,許多功率電子節電設備,往往會變成對電網的污染源:向電網注入嚴重的高次諧波電流,使總功率因數下降,使電網電壓耦合許多毛刺尖峰,甚至出現缺角和畸變。20世紀末,各種有源濾波器和有源補償器的方案誕生,有了多種修正功率因數的方法。
總而言之,電力電子及開關電源技術因應用需求不斷向前發展,新技術的出現又會使許多應用產品更新換代,還會開拓更多更新的應用領域。開關電源高頻化、模塊化、數字化、綠色化等的實現,將標志著這些技術的成熟,實現高效率用電和高品質用電相結合。這幾年,隨著通信行業的發展,以開關電源技術為核心的通信用開關電源,僅國內有20多億人民幣的市場需求,吸引了國內外一大批科技人員對其進行開發研究。開關電源代替線性電源和相控電源是大勢所趨,因此,同樣具有幾十億產值需求的電力操作電源系統的國內市場正在啟動,并將很快發展起來。還有其它許多以開關電源技術為核心的專用電源、工業電源正在等待著人們去開發。
參考文獻：
[1]林渭勛:淺談半導體高頻電力電子技術,電力電子技術選編,浙江大學,384-390,1992。
當前,電力電子作為節能、節才、自動化、智能化、機電一體化的基礎,正朝著應用技術高頻化、硬件結構模塊化、產品性能綠色化的方向發展。在不遠的將來,電力電子技術將使電源技術更加成熟、經濟、實用,實現高效率和高品質用電相結合。
1.電力電子技術的發展
現代電力電子技術的發展方向,是從以低頻技術處理問題為主的傳統電力電子學,向以高頻技術處理問題為主的現代電力電子學方向轉變。電力電子技術起始于五十年代末六十年代初的硅整流器件,其發展先后經歷了整流器時代、逆變器時代和變頻器時代,并促進了電力電子技術在許多新領域的應用。八十年代末期和九十年代初期發展起來的、以功率MOSFET和IGBT為代表的、集高頻、高壓和大電流于一身的功率半導體復合器件,表明傳統電力電子技術已經進入現代電力電子時代。
1.1整流器時代
大功率的工業用電由工頻(50Hz)交流發電機提供,但是大約20%的電能是以直流形式消費的,其中最典型的是電解(有色金屬和化工原料需要直流電解)、牽引(電氣機車、電傳動的內燃機車、地鐵機車、城市無軌電車等)和直流傳動(軋鋼、造紙等)三大領域。大功率硅整流器能夠高效率地把工頻交流電轉變為直流電,因此在六十年代和七十年代,大功率硅整流管和晶閘管的開發與應用得以很大發展。當時國內曾經掀起了-股各地大辦硅整流器廠的熱潮,目前全國大大小小的制造硅整流器的半導體廠家就是那時的產物。
1.2逆變器時代
七十年代出現了世界范圍的能源危機,交流電機變頻惆速因節能效果顯著而迅速發展。變頻調速的關鍵技術是將直流電逆變為0~100Hz的交流電。在七十年代到八十年代,隨著變頻調速裝置的普及,大功率逆變用的晶閘管、巨型功率晶體管(GTR)和門極可關斷晶閘管(GT0)成為當時電力電子器件的主角。類似的應用還包括高壓直流輸出,靜止式無功功率動態補償等。這時的電力電子技術已經能夠實現整流和逆變,但工作頻率較低,僅局限在中低頻范圍內。
1.3變頻器時代
進入八十年代,大規模和超大規模集成電路技術的迅猛發展,為現代電力電子技術的發展奠定了基礎。將集成電路技術的精細加工技術和高壓大電流技術有機結合,出現了一批全新的全控型功率器件、首先是功率M0SFET的問世,導致了中小功率電源向高頻化發展,而后絕緣門極雙極晶體管(IGBT)的出現,又為大中型功率電源向高頻發展帶來機遇。MOSFET和IGBT的相繼問世,是傳統的電力電子向現代電力電子轉化的標志。據統計,到1995年底,功率M0SFET和GTR在功率半導體器件市場上已達到平分秋色的地步,而用IGBT代替GTR在電力電子領域巳成定論。新型器件的發展不僅為交流電機變頻調速提供了較高的頻率,使其性能更加完善可靠,而且使現代電子技術不斷向高頻化發展,為用電設備的高效節材節能,實現小型輕量化,機電一體化和智能化提供了重要的技術基礎。
2.現代電力電子的應用領域
2.1計算機高效率綠色電源
高速發展的計算機技術帶領人類進入了信息社會,同時也促進了電源技術的迅速發展。八十年代,計算機全面采用了開關電源,率先完成計算機電源換代。接著開關電源技術相繼進人了電子、電器設備領域。
計算機技術的發展,提出綠色電腦和綠色電源。綠色電腦泛指對環境無害的個人電腦和相關產品，綠色電源系指與綠色電腦相關的高效省電電源,根據美國環境保護署l992年6月17日“能源之星"計劃規定,桌上型個人電腦或相關的設備,在睡眠狀態下的耗電量若小于30瓦,就符合綠色電腦的要求,提高電源效率是降低電源消耗的根本途徑。就目前效率為75%的200瓦開關電源而言,電源自身要消耗50瓦的能源。
2.2通信用高頻開關電源
通信業的迅速發展極大的推動了通信電源的發展。高頻小型化的開關電源及其技術已成為現代通信供電系統的主流。在通信領域中,通常將整流器稱為一次電源,而將直流-直流(DC/DC)變換器稱為二次電源。一次電源的作用是將單相或三相交流電網變換成標稱值為48V的直流電源。目前在程控交換機用的一次電源中,傳統的相控式穩壓電源己被高頻開關電源取代,高頻開關電源(也稱為開關型整流器SMR)通過MOSFET或IGBT的高頻工作,開關頻率一般控制在50-100kHz范圍內,實現高效率和小型化。近幾年,開關整流器的功率容量不斷擴大,單機容量己從48V/12.5A、48V/20A擴大到48V/200A、48V/400A。
因通信設備中所用集成電路的種類繁多,其電源電壓也各不相同,在通信供電系統中采用高功率密度的高頻DC-DC隔離電源模塊,從中間母線電壓(一般為48V直流)變換成所需的各種直流電壓,這樣可大大減小損耗、方便維護,且安裝、增加非常方便。一般都可直接裝在標準控制板上,對二次電源的要求是高功率密度。因通信容量的不斷增加,通信電源容量也將不斷增加。
2.3直流-直流(DC/DC)變換器
DC/DC變換器將一個固定的直流電壓變換為可變的直流電壓,這種技術被廣泛應用于無軌電車、地鐵列車、電動車的無級變速和控制,同時使上述控制獲得加速平穩、快速響應的性能,并同時收到節約電能的效果。用直流斬波器代替變阻器可節約電能(20~30)%。直流斬波器不僅能起調壓的作用(開關電源),同時還能起到有效地抑制電網側諧波電流噪聲的作用。
通信電源的二次電源DC/DC變換器已商品化,模塊采用高頻PWM技術,開關頻率在500kHz左右,功率密度為5W~20W/in3。隨著大規模集成電路的發展,要求電源模塊實現小型化,因此就要不斷提高開關頻率和采用新的電路拓撲結構,目前已有一些公司研制生產了采用零電流開關和零電壓開關技術的二次電源模塊,功率密度有較大幅度的提高。
2.4不間斷電源(UPS)
不間斷電源(UPS)是計算機、通信系統以及要求提供不能中斷場合所必須的一種高可靠、高性能的電源。交流市電輸入經整流器變成直流,一部分能量給蓄電池組充電,另一部分能量經逆變器變成交流,經轉換開關送到負載。為了在逆變器故障時仍能向負載提供能量,另一路備用電源通過電源轉換開關來實現。
現代UPS普遍了采用脈寬調制技術和功率M0SFET、IGBT等現代電力電子器件,電源的噪聲得以降低,而效率和可靠性得以提高。微處理器軟硬件技術的引入,可以實現對UPS的智能化管理,進行遠程維護和遠程診斷。
目前在線式UPS的最大容量已可作到600kVA。超小型UPS發展也很迅速,已經有0.5kVA、lkVA、2kVA、3kVA等多種規格的產品。
2.5變頻器電源
變頻器電源主要用于交流電機的變頻調速,其在電氣傳動系統中占據的地位日趨重要,已獲得巨大的節能效果。變頻器電源主電路均采用交流-直流-交流方案。工頻電源通過整流器變成固定的直流電壓,然后由大功率晶體管或IGBT組成的PWM高頻變換器,將直流電壓逆變成電壓、頻率可變的交流輸出,電源輸出波形近似于正弦波,用于驅動交流異步電動機實現無級調速。
國際上400kVA以下的變頻器電源系列產品已經問世。八十年代初期,日本東芝公司最先將交流變頻調速技術應用于空調器中。至1997年,其占有率已達到日本家用空調的70%以上。變頻空調具有舒適、節能等優點。國內于90年代初期開始研究變頻空調,96年引進生產線生產變頻空調器,逐漸形成變頻空調開發生產熱點。預計到2000年左右將形成。變頻空調除了變頻電源外,還要求有適合于變頻調速的壓縮機電機。優化控制策略,精選功能組件,是空調變頻電源研制的進一步發展方向。
2.6高頻逆變式整流焊機電源
高頻逆變式整流焊機電源是一種高性能、高效、省材的新型焊機電源,代表了當今焊機電源的發展方向。由于IGBT大容量模塊的商用化,這種電源更有著廣闊的應用前景。
逆變焊機電源大都采用交流-直流-交流-直流(AC-DC-AC-DC)變換的方法。50Hz交流電經全橋整流變成直流,IGBT組成的PWM高頻變換部分將直流電逆變成20kHz的高頻矩形波,經高頻變壓器耦合,整流濾波后成為穩定的直流,供電弧使用。
由于焊機電源的工作條件惡劣,頻繁的處于短路、燃弧、開路交替變化之中,因此高頻逆變式整流焊機電源的工作可靠性問題成為最關鍵的問題,也是用戶最關心的問題。采用微處理器做為脈沖寬度調制(PWM)的相關控制器,通過對多參數、多信息的提取與分析,達到預知系統各種工作狀態的目的,進而提前對系統做出調整和處理,解決了目前大功率IGBT逆變電源可靠性。
國外逆變焊機已可做到額定焊接電流300A,負載持續率60%,全載電壓60~75V,電流調節范圍5~300A,重量29kg。
2.7大功率開關型高壓直流電源
大功率開關型高壓直流電源廣泛應用于靜電除塵、水質改良、醫用X光機和CT機等大型設備。電壓高達50~l59kV,電流達到0.5A以上,功率可達100kW。
自從70年代開始,日本的一些公司開始采用逆變技術,將市電整流后逆變為3kHz左右的中頻,然后升壓。進入80年代,高頻開關電源技術迅速發展。德國西門子公司采用功率晶體管做主開關元件,將電源的開關頻率提高到20kHz以上。并將干式變壓器技術成功的應用于高頻高壓電源,取消了高壓變壓器油箱,使變壓器系統的體積進一步減小。
國內對靜電除塵高壓直流電源進行了研制,市電經整流變為直流,采用全橋零電流開關串聯諧振逆變電路將直流電壓逆變為高頻電壓,然后由高頻變壓器升壓,最后整流為直流高壓。在電阻負載條件下,輸出直流電壓達到55kV,電流達到15mA,工作頻率為25.6kHz。
2.8電力有源濾波器
傳統的交流-直流(AC-DC)變換器在投運時,將向電網注入大量的諧波電流,引起諧波損耗和干擾,同時還出現裝置網側功率因數惡化的現象,即所謂“電力公害”,例如,不可控整流加電容濾波時,網側三次諧波含量可達(70~80)%,網側功率因數僅有0.5~0.6。
電力有源濾波器是一種能夠動態抑制諧波的新型電力電子裝置,能克服傳統LC濾波器的不足,是一種很有發展前途的諧波抑制手段。濾波器由橋式開關功率變換器和具體控制電路構成。與傳統開關電源的區別是:(l)不僅反饋輸出電壓,還反饋輸入平均電流;(2)電流環基準信號為電壓環誤差信號與全波整流電壓取樣信號之乘積。
2.9分布式開關電源供電系統
分布式電源供電系統采用小功率模塊和大規模控制集成電路作基本部件,利用最新理論和技術成果,組成積木式、智能化的大功率供電電源,從而使強電與弱電緊密結合,降低大功率元器件、大功率裝置(集中式)的研制壓力,提高生產效率。
八十年代初期,對分布式高頻開關電源系統的研究基本集中在變換器并聯技術的研究上。八十年代中后期,隨著高頻功率變換技術的迅述發展，各種變換器拓撲結構相繼出現,結合大規模集成電路和功率元器件技術,使中小功率裝置的集成成為可能,從而迅速地推動了分布式高頻開關電源系統研究的展開。自八十年代后期開始,這一方向已成為國際電力電子學界的研究熱點,論文數量逐年增加，應用領域不斷擴大。
分布供電方式具有節能、可靠、高效、經濟和維護方便等優點。已被大型計算機、通信設備、航空航天、工業控制等系統逐漸采納,也是超高速型集成電路的低電壓電源(3.3V)的最為理想的供電方式。在大功率場合,如電鍍、電解電源、電力機車牽引電源、中頻感應加熱電源、電動機驅動電源等領域也有廣闊的應用前景。
3.高頻開關電源的發展趨勢
在電力電子技術的應用及各種電源系統中，開關電源技術均處于核心地位。對于大型電解電鍍電源,傳統的電路非常龐大而笨重,如果采用高頓開關電源技術,其體積和重量都會大幅度下降,而且可極大提高電源利用效率、節省材料、降低成本。在電動汽車和變頻傳動中,更是離不開開關電源技術，通過開關電源改變用電頻率,從而達到近于理想的負載匹配和驅動控制。高頻開關電源技術,更是各種大功率開關電源(逆變焊機、通訊電源、高頻加熱電源、激光器電源、電力操作電源等)的核心技術。
3.1高頻化
理論分析和實踐經驗表明,電氣產品的變壓器、電感和電容的體積重量與供電頻率的平方根成反比。所以當我們把頻率從工頻50Hz提高到20kHz,提高400倍的話,用電設備的體積重量大體下降至工頻設計的5~l0%。無論是逆變式整流焊機,還是通訊電源用的開關式整流器,都是基于這一原理。同樣,傳統“整流行業”的電鍍、電解、電加工、充電、浮充電、電力合閘用等各種直流電源也可以根據這一原理進行改造,成為“開關變換類電源”,其主要材料可以節約90%或更高,還可節電30%或更多。由于功率電子器件工作頻率上限的逐步提高,促使許多原來采用電子管的傳統高頻設備固態化,帶來顯著節能、節水、節約材料的經濟效益,更可體現技術含量的價值。
3.2模塊化
模塊化有兩方面的含義,其一是指功率器件的模塊化,其二是指電源單元的模塊化。我們常見的器件模塊,含有一單元、兩單元、六單元直至七單元,包括開關器件和與之反并聯的續流二極管,實質上都屬于“標準”功率模塊(SPM)。近年,有些公司把開關器件的驅動保護電路也裝到功率模塊中去,構成了“智能化”功率模塊(IPM),不但縮小了整機的體積,更方便了整機的設計制造。實際上,由于頻率的不斷提高,致使引線寄生電感、寄生電容的影響愈加嚴重,對器件造成更大的電應力(表現為過電壓、過電流毛刺)。為了提高系統的可靠性,有些制造商開發了“用戶專用”功率模塊(ASPM),它把一臺整機的幾乎所有硬件都以芯片的形式安裝到一個模塊中,使元器件之間不再有傳統的引線連接,這樣的模塊經過嚴格、合理的熱、電、機械方面的設計,達到優化完美的境地。它類似于微電子中的用戶專用集成電路(ASIC)。只要把控制軟件寫入該模塊中的微處理器芯片,再把整個模塊固定在相應的散熱器上,就構成一臺新型的開關電源裝置。由此可見,模塊化的目的不僅在于使用方便,縮小整機體積,更重要的是取消傳統連線,把寄生參數降到最小,從而把器件承受的電應力降至最低,提高系統的可靠性。另外,大功率的開關電源,由于器件容量的限制和增加冗余提高可靠性方面的考慮,一般采用多個獨立的模塊單元并聯工作,采用均流技術,所有模塊共同分擔負載電流,一旦其中某個模塊失效,其它模塊再平均分擔負載電流。這樣,不但提高了功率容量,在有限的器件容量的情況下滿足了大電流輸出的要求,而且通過增加相對整個系統來說功率很小的冗余電源模塊,極大的提高系統可靠性,即使萬一出現單模塊故障,也不會影響系統的正常工作,而且為修復提供充分的時間。
3.3數字化
在傳統功率電子技術中,控制部分是按模擬信號來設計和工作的。在六、七十年代,電力電子技術完全是建立在模擬電路基礎上的。但是,現在數字式信號、數字電路顯得越來越重要,數字信號處理技術日趨完善成熟,顯示出越來越多的優點:便于計算機處理控制、避免模擬信號的畸變失真、減小雜散信號的干擾(提高抗干擾能力)、便于軟件包調試和遙感遙測遙調,也便于自診斷、容錯等技術的植入。所以,在八、九十年代,對于各類電路和系統的設計來說,模擬技術還是有用的,特別是:諸如印制版的布圖、電磁兼容(EMC)問題以及功率因數修正(PFC)等問題的解決,離不開模擬技術的知識,但是對于智能化的開關電源,需要用計算機控制時,數字化技術就離不開了。
3.4綠色化
電源系統的綠色化有兩層含義:首先是顯著節電,這意味著發電容量的節約,而發電是造成環境污染的重要原因,所以節電就可以減少對環境的污染;其次這些電源不能(或少)對電網產生污染,國際電工委員會(IEC)對此制定了一系列標準,如IEC555、IEC917、IECl000等。事實上,許多功率電子節電設備,往往會變成對電網的污染源:向電網注入嚴重的高次諧波電流,使總功率因數下降,使電網電壓耦合許多毛刺尖峰,甚至出現缺角和畸變。20世紀末,各種有源濾波器和有源補償器的方案誕生,有了多種修正功率因數的方法。這些為2l世紀批量生產各種綠色開關電源產品奠定了基礎。
