時(shí)間：2022-09-07 03:03:20
開(kāi)篇：寫(xiě)作不僅是一種記錄，更是一種創(chuàng)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篇數(shù)據(jù)分析軟件設(shè)計(jì)，希望這些內(nèi)容能成為您創(chuàng)作過(guò)程中的良師益友，陪伴您不斷探索和進(jìn)步。
1.1基本架構(gòu)
為了統(tǒng)一各型號(hào)數(shù)字電視廣播發(fā)射機(jī)之間的接口，現(xiàn)有的規(guī)定明確指出，地面數(shù)字電視廣播發(fā)射機(jī)的遙控采用RS232、RS485或RJ45監(jiān)控接口，然而實(shí)際上大部分地面數(shù)字電視廣播發(fā)射機(jī)仍然采用的GPIB接口。監(jiān)控系統(tǒng)的硬件接口種類(lèi)繁多，不同硬件接口采用不同的協(xié)議，這就給集成監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)帶來(lái)了難度。根據(jù)這種情況，必須在統(tǒng)一數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議的原則上設(shè)計(jì)一種集成監(jiān)控系統(tǒng)。當(dāng)前，應(yīng)用最廣泛的是TCP/IP協(xié)議，該協(xié)議能夠適用于眾多的應(yīng)用平臺(tái)。
1.2硬件構(gòu)成
在選擇了使用TCP/IP協(xié)議進(jìn)行統(tǒng)一構(gòu)架之后，就要對(duì)其硬件構(gòu)成進(jìn)行探討。對(duì)于TCP/IP協(xié)議地面數(shù)字電視廣播發(fā)射機(jī)集成監(jiān)控系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，其硬件構(gòu)成包括以下幾個(gè)關(guān)鍵器件：被監(jiān)控系統(tǒng)、接口協(xié)議轉(zhuǎn)換器、網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)和監(jiān)控終端等。集成監(jiān)控系統(tǒng)的監(jiān)控對(duì)象為發(fā)射機(jī)，通常情況下，發(fā)射機(jī)通過(guò)監(jiān)控接口與監(jiān)控終端進(jìn)行通信，向監(jiān)控終端提供實(shí)時(shí)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)。由于監(jiān)控終端的通訊接口數(shù)量有限，難以與眾多發(fā)射機(jī)進(jìn)行連接。因此，在發(fā)射機(jī)集成監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過(guò)程采用了接口協(xié)議轉(zhuǎn)換器，不同的硬件接口可以通過(guò)硬件協(xié)議統(tǒng)一轉(zhuǎn)換為支持TCP/IP協(xié)議的以太網(wǎng)接口，在網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)的幫助下，監(jiān)控終端只需以一個(gè)以太網(wǎng)接口就能實(shí)現(xiàn)與所有被監(jiān)控的發(fā)射機(jī)連接，增強(qiáng)了集成監(jiān)控系統(tǒng)的可擴(kuò)展性。監(jiān)控系統(tǒng)可以為工程技術(shù)人員提供直觀的監(jiān)控界面，為工程技術(shù)人員提供監(jiān)控數(shù)據(jù)分析并及時(shí)發(fā)送異常情況報(bào)告。為了方便操作和維護(hù)，工程技術(shù)人員通常將計(jì)算機(jī)或者服務(wù)器作為監(jiān)控終端。
有了硬件設(shè)備做基礎(chǔ)，就要加大力度對(duì)軟件進(jìn)行精心的研發(fā)和設(shè)計(jì)。在整個(gè)地面數(shù)字電視發(fā)射機(jī)集成監(jiān)控系統(tǒng)中，監(jiān)控軟件的設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)是研發(fā)的核心。監(jiān)控系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)可以劃分成兩個(gè)類(lèi)型：一類(lèi)是軟件架構(gòu)，另一類(lèi)是協(xié)議包裝。如果根據(jù)軟件的功能進(jìn)行劃分，可將監(jiān)控系統(tǒng)軟件分為：數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊、數(shù)據(jù)分析模塊、控制模塊和數(shù)據(jù)顯示模塊。具體來(lái)說(shuō)，數(shù)據(jù)采集模塊主要是與嵌入式設(shè)備服務(wù)器進(jìn)行通信，負(fù)責(zé)發(fā)送信息，接受檢測(cè)數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊將檢測(cè)數(shù)據(jù)保存到用戶(hù)指定的數(shù)據(jù)庫(kù)，用戶(hù)可以通過(guò)此模塊對(duì)檢測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行管理和操作。若發(fā)現(xiàn)檢測(cè)數(shù)據(jù)異常，數(shù)據(jù)分析模塊會(huì)想用戶(hù)提示警告，控制模塊則整個(gè)軟件系統(tǒng)進(jìn)行控制。集成監(jiān)控軟件設(shè)計(jì)過(guò)程中會(huì)應(yīng)用到眾多關(guān)鍵技術(shù)，例如：C#編程技術(shù)、TCP/IP通訊技術(shù)、C/C++編程技術(shù)串口通訊技術(shù)等，這些技術(shù)都與協(xié)議包裝有一定的聯(lián)系。協(xié)議包裝是整個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)軟件的關(guān)鍵，它可以將不同通訊協(xié)議重修包裝在TCP/IP之上，讓型號(hào)不同的發(fā)射機(jī)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)共同運(yùn)用以太網(wǎng)進(jìn)行傳輸。
2發(fā)射機(jī)集成監(jiān)控系統(tǒng)的作用
2.1監(jiān)控
監(jiān)控功能是發(fā)射機(jī)集成監(jiān)控系統(tǒng)的主要功能，同時(shí)也是用戶(hù)最需求的功能。詳細(xì)說(shuō)來(lái)，地面數(shù)字?jǐn)?shù)字電視發(fā)射機(jī)集成監(jiān)控系統(tǒng)的監(jiān)控功能主要包括以下三個(gè)方面：一是狀態(tài)數(shù)據(jù)采集、二是數(shù)值數(shù)據(jù)采集、三是運(yùn)程監(jiān)控。下面就分別論述這三個(gè)功能的具體實(shí)現(xiàn)。對(duì)于狀態(tài)數(shù)據(jù)采集功能來(lái)說(shuō)，數(shù)據(jù)狀態(tài)用于顯示出發(fā)射機(jī)的工作狀態(tài)，監(jiān)控系統(tǒng)會(huì)實(shí)時(shí)采集發(fā)射機(jī)的狀態(tài)數(shù)據(jù)；集成監(jiān)控系統(tǒng)除了采集發(fā)射機(jī)的狀態(tài)數(shù)據(jù)，還能對(duì)發(fā)射機(jī)各部件的參數(shù)值進(jìn)行采集，通過(guò)判斷參數(shù)值決定是否向用戶(hù)發(fā)出聲光形式的警報(bào)；遠(yuǎn)程監(jiān)控功能需要用戶(hù)有相應(yīng)的操作權(quán)限才能實(shí)現(xiàn)，該功能可遠(yuǎn)程控制發(fā)射機(jī)，通過(guò)干預(yù)發(fā)射機(jī)的運(yùn)行，執(zhí)行發(fā)射機(jī)的開(kāi)機(jī)與關(guān)機(jī)指令。
2.2查詢(xún)和數(shù)據(jù)記錄
地面數(shù)字電視廣播發(fā)射機(jī)集成監(jiān)控系統(tǒng)除了具有監(jiān)控功能之外，還具備查詢(xún)和數(shù)據(jù)記錄的功能。發(fā)射機(jī)的用戶(hù)可以通過(guò)訪問(wèn)接口實(shí)現(xiàn)監(jiān)控系統(tǒng)的查詢(xún)功能與數(shù)據(jù)記錄，監(jiān)控系統(tǒng)在第一時(shí)間將采集的狀態(tài)數(shù)值與各部件參數(shù)值，并將其發(fā)送給監(jiān)控服務(wù)器，服務(wù)器會(huì)以數(shù)據(jù)庫(kù)文件的形式進(jìn)行儲(chǔ)存，便于用戶(hù)查詢(xún)和備份。這項(xiàng)功能的研發(fā)給用戶(hù)帶來(lái)了極大的便利。
3結(jié)論
【關(guān)鍵詞】數(shù)據(jù)記錄儀；曲線繪制；VB6.0串口通信
目前，在工業(yè)控制等領(lǐng)域，開(kāi)發(fā)了大量實(shí)時(shí)趨勢(shì)曲線繪制軟件。但在非實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)記錄領(lǐng)域，開(kāi)發(fā)趨勢(shì)曲線繪制的較少，本文以非實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)記錄儀曲線繪制軟件設(shè)計(jì)為對(duì)象，簡(jiǎn)要介紹了數(shù)據(jù)記錄儀的數(shù)據(jù)采集過(guò)程，并在此基礎(chǔ)上重點(diǎn)介紹基于VB6.0的曲線繪制軟件的算法設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。
1.數(shù)據(jù)記錄儀的工作過(guò)程
本文中數(shù)據(jù)記錄儀主要是完成對(duì)某探測(cè)器獲取的目標(biāo)回波信號(hào)和四路數(shù)字信號(hào)（如上電信號(hào)，識(shí)別信號(hào)等）的電壓等參數(shù)進(jìn)行采樣，并將采集的數(shù)據(jù)保存在存儲(chǔ)器里。通過(guò)PC機(jī)串口讀出數(shù)據(jù)記錄儀存儲(chǔ)器中的數(shù)據(jù)，經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)分析軟件實(shí)現(xiàn)對(duì)記錄的各路信號(hào)及相關(guān)參數(shù)的再現(xiàn)、分析和處理。系統(tǒng)工作過(guò)程如圖1所示。數(shù)據(jù)記錄儀接入探測(cè)器后，探測(cè)器和數(shù)據(jù)記錄儀同時(shí)上電。DSP在上電時(shí)完成初始化，打開(kāi)捕獲中斷，為捕獲數(shù)字信號(hào)量做好準(zhǔn)備，隨后DSP開(kāi)始采樣模擬通道的數(shù)據(jù)。在采樣的過(guò)程中，如果有數(shù)字量產(chǎn)生，將產(chǎn)生捕獲中斷請(qǐng)求，在中斷服務(wù)程序中（捕獲中斷服務(wù)程序流程如圖2），將捕獲到的記數(shù)值寫(xiě)入Flash，直到將Flash寫(xiě)滿(mǎn)。試驗(yàn)結(jié)束后，通過(guò)數(shù)據(jù)記錄儀與PC機(jī)串口通信，讀取數(shù)據(jù)并進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和
處理。捕獲中斷服務(wù)程序流程中寫(xiě)入Flash的數(shù)據(jù)都大于3FFH是為了把它們從模擬信號(hào)中區(qū)分開(kāi)來(lái)。因?yàn)锳/D采樣結(jié)果為10位，采樣結(jié)果不會(huì)大于3FFH，而Flash為兩個(gè)8位單元存儲(chǔ)一個(gè)采樣結(jié)果（可存儲(chǔ)16位數(shù)）。即巧妙的利用Flash存儲(chǔ)數(shù)據(jù)長(zhǎng)度大于DSP采樣結(jié)果的數(shù)據(jù)長(zhǎng)度來(lái)區(qū)別模擬信號(hào)與數(shù)字信號(hào)。
2.數(shù)據(jù)記錄儀分析軟件設(shè)計(jì)
數(shù)據(jù)記錄儀分析軟件是實(shí)現(xiàn)人機(jī)對(duì)話(huà)的界面軟件。它的核心任務(wù)是將采集到的、存儲(chǔ)在閃存中的數(shù)據(jù)通過(guò)計(jì)算機(jī)的串口讀入到計(jì)算機(jī)中，并繪制成曲線供設(shè)計(jì)人員參考。同時(shí)要求能通過(guò)串口發(fā)送指令，擦除閃存，以便下次采集數(shù)據(jù)；能夠正確的反映采集數(shù)據(jù)的時(shí)間信息；能夠?qū)Σ杉臄?shù)據(jù)和分析結(jié)果進(jìn)行管理；能夠盡量保證數(shù)據(jù)的正確性、可靠性；能夠在算法上保證分析速度快等。軟件設(shè)計(jì)的系統(tǒng)框圖如圖3所示。
首先，利用VB6.0中MSComm控件實(shí)現(xiàn)串口通信，讀取Flash中的采樣數(shù)據(jù)。要注意Flash中存儲(chǔ)單元數(shù)據(jù)是8位的，而A/D采樣數(shù)據(jù)是10位，在讀flash時(shí)，在算法上就必須考慮將兩個(gè)數(shù)據(jù)單元合并為一個(gè)單元。同時(shí)，F(xiàn)lash中存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)是字節(jié)型的，在讀取數(shù)據(jù)的過(guò)程中，將數(shù)據(jù)直接由十六進(jìn)制轉(zhuǎn)化為十進(jìn)制，可以簡(jiǎn)化算化。本設(shè)計(jì)中，首先要把動(dòng)態(tài)數(shù)組定義為字節(jié)類(lèi)型；其次，把InputMode屬性值設(shè)置為1，表示以二進(jìn)制形式讀取。另外，把讀取的高位數(shù)據(jù)乘以256，再與低位相加，即可將數(shù)據(jù)直接由十六進(jìn)制轉(zhuǎn)化為十進(jìn)制。
對(duì)采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，即將從Flash中讀出并保存在PC機(jī)中文本文件的數(shù)據(jù)依次全部賦值給一個(gè)數(shù)組。這樣，按照時(shí)間先后順序采集到的數(shù)據(jù)，將依次放在一個(gè)數(shù)組中。這就為曲線的繪制和時(shí)間坐標(biāo)的確定作好了準(zhǔn)備。采樣數(shù)據(jù)保存在PC機(jī)中格式如圖4，數(shù)據(jù)是以文件追加的方式保存在文本文件中的。在VB6.0中，打開(kāi)文本并實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)依次全部賦值給一個(gè)數(shù)組的算法流程如圖6。實(shí)踐證明，采用圖4的保存格式和圖5的算法，能顯著提高數(shù)據(jù)處理速度。
繪制采樣數(shù)據(jù)曲線就是將采集到的數(shù)據(jù)以曲線的形式表現(xiàn)出來(lái)。同時(shí)將一些所需要的參數(shù)體現(xiàn)出來(lái)。在VB6.0中，畫(huà)連接線時(shí)，前一條線的終點(diǎn)就是后一條線的起點(diǎn)。繪制曲線時(shí)，每個(gè)畫(huà)面顯示10000個(gè)采樣點(diǎn)，第二個(gè)畫(huà)面從10001顯示下面的10000個(gè)采樣數(shù)據(jù)，依次類(lèi)推，完成所有采樣點(diǎn)的繪制。多路信號(hào)的識(shí)別算法與曲線的繪制如圖6。模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)的區(qū)別是通過(guò)不同顏色來(lái)區(qū)分的。
3.系統(tǒng)試驗(yàn)
示波器采樣圖形如圖7，分析軟件恢復(fù)圖形如圖8。從以上兩圖可以看出，分析軟件恢復(fù)出了正確的圖形。圖9中信號(hào)負(fù)壓部分被削去。這是信號(hào)調(diào)理電路作用的結(jié)果。同時(shí)，由于毫米波探測(cè)器非常靈敏，其低噪在不同外部環(huán)境中變化較大，且在飛行階段不易有示波器檢測(cè)。因此兩個(gè)圖中的低噪存在一定差異。數(shù)據(jù)記錄儀在實(shí)際應(yīng)用中取得了好的效果，對(duì)于獲取有效的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，分析試驗(yàn)結(jié)果起到了很好的作用。
參考文獻(xiàn)
[1]王和平,等編著.TMS320LF240X DSP C語(yǔ)言開(kāi)發(fā)應(yīng)用[M].北京:北京航空航天大學(xué)出版社,2003.1.
1采集系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)
基于LabVIEW數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，由硬件和軟件兩部分組成，其結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)硬件采用NIsbRIO－9606板卡附加NI9683夾層板使用，軟件由FPGA程序和上層VI組成。LabVIEW中為數(shù)據(jù)采集硬件提供驅(qū)動(dòng)程序，用戶(hù)通過(guò)驅(qū)動(dòng)程序的用戶(hù)接口Measurement＆AutomntionExplorer（MAX）對(duì)硬件進(jìn)行各種必要的設(shè)置與測(cè)試，從而完成上位機(jī)與硬件之間的數(shù)據(jù)傳遞。LabVIEW的數(shù)據(jù)采集VI按Measurement＆AutomntionExplore中的設(shè)置采集數(shù)據(jù)，并進(jìn)行相應(yīng)的數(shù)據(jù)分析與處理。
1．1采集系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)NIsbRIO－9606嵌入式控制和采集設(shè)備在單塊印刷電路板（PCB）上集成了實(shí)時(shí)處理器、可重新配置FPGA和I／O。它具有400MHz工業(yè)處理器、XilinxSpartan－6LX45FPGA、RIO夾層卡連接器；RIO夾層卡連接器是一類(lèi)高速度、高帶寬連接器，可直接訪問(wèn)處理器和96條3．3V數(shù)字I／OFPGA線。sbRIO－9606在設(shè)計(jì)上能夠輕松嵌入高容量的應(yīng)用，具有靈活性和可靠性。NI9683是一款適用于任何NISingle－BoardRIO設(shè)備的多模擬I／O和數(shù)字I／O板卡。用戶(hù)可通過(guò)RIO夾層卡（RMC）連接器將所有輸入和輸出連接至NISingle－BoardRIO控制器板卡。NI9683提供了16路同步模擬輸入通道與絕緣接地參考的連接；8路掃描模擬輸入通道；借助NI9683I／O通道的多個(gè)功能，用戶(hù)可將該板卡用于從與工業(yè)設(shè)備（如電磁閥、激勵(lì)器、繼電器）進(jìn)行通信到電力電子和電機(jī)控制等一系列工業(yè)應(yīng)用。
1．2采集系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)軟件設(shè)計(jì)是整個(gè)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的核心，采用模塊化和層次化的編程思想，從底層FPGA到上層VI的層次化，不但增加程序的可讀性和清晰性，還大大縮短開(kāi)發(fā)周期。LabVIEW的FPGA項(xiàng)目的建立必須通過(guò)項(xiàng)目管理器進(jìn)行，在項(xiàng)目管理器下選擇板卡NI9606，然后手動(dòng)創(chuàng)建FPGA項(xiàng)目，并配置相應(yīng)的夾層板和IP，在FPGA終端（FPGATarget）創(chuàng)建FPGAVI，打開(kāi)該VI進(jìn)行編程，同時(shí)對(duì)于采集FPGA終端需要配置相應(yīng)的采集范圍，選擇±10，將編好的FPGA程序進(jìn)行編譯即下載到板卡運(yùn)行，然后經(jīng)過(guò)頂層VI的調(diào)用、讀取和關(guān)閉，采集數(shù)據(jù)。采集系統(tǒng)軟件部分主要包括數(shù)據(jù)采集模塊和功率模塊設(shè)計(jì)，基于LabVIEW數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)軟件方框圖如圖2所示。
1．2．1數(shù)據(jù)采集模塊系統(tǒng)電壓電流參量經(jīng)過(guò)調(diào)理電路，得到±10范圍內(nèi)的信號(hào)，經(jīng)過(guò)A／D轉(zhuǎn)換送入NI9683的模擬輸入端口，LabVIEW利用FPGA模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，F(xiàn)PGA全稱(chēng)為現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列。集成數(shù)字電路芯片都是由各種基本的門(mén)電路組成的，每種特定的芯片都是為特定功能設(shè)計(jì)的，雖然規(guī)模更大、功能更強(qiáng)的芯片能帶來(lái)方便，但其種類(lèi)繁多、功能各異給學(xué)習(xí)造成困難，而LabVIEW中的FPGA模塊用軟件來(lái)改變硬件功能，很好地解決了這個(gè)問(wèn)題。未上電之前，F(xiàn)PGA內(nèi)部是空白的。上電后，通過(guò)讀取里面存儲(chǔ)的內(nèi)容，F(xiàn)PGA會(huì)自動(dòng)配置，形成了需要的功能芯片。數(shù)據(jù)采集FPGA程序框圖及前面板如圖3所示。FPGA有自己的基準(zhǔn)時(shí)鐘，最高能達(dá)到400MHz，通常采用40MHz板載時(shí)鐘，一個(gè)時(shí)鐘周期即一個(gè)脈沖周期25ns，以往單片機(jī)等采樣硬件的采樣時(shí)鐘都是毫秒級(jí)的，因此，能保證FPGA數(shù)據(jù)采集的快速性和實(shí)時(shí)性。Ni的FPGA模塊以LabVIEW作為基本開(kāi)發(fā)環(huán)境，采用圖形化編程，極大地方便開(kāi)發(fā)，縮短開(kāi)發(fā)周期。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采集部分程序框圖如圖4所示。
1．2．2功率模塊對(duì)電能質(zhì)量的檢測(cè)，功率模塊是不可缺少的，利用FFT算法對(duì)采樣信號(hào)電壓電流進(jìn)行分析得到各自的相頻和幅頻特性，求出電壓電流的相位差，從而求得功率因數(shù)PF，采樣信號(hào)為線電壓和線電流，經(jīng)過(guò)RMS單元得到線電壓和線電流的有效值，根據(jù)三相電路功率計(jì)算公式，再根據(jù)有功功率、無(wú)功功率、視在功率和功率因數(shù)之間的關(guān)系，得到視在功率、有功功率和無(wú)功功率。其軟件流程圖如圖5所示。
2實(shí)驗(yàn)結(jié)果
基于LabVIEW數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，對(duì)電能質(zhì)量的電壓、電流參量進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，所采集系統(tǒng)為三相供電系統(tǒng)，AI0－AI2為三相電壓A，B，C，AI3－AI5為三相電流，通過(guò)FPGA程序采集數(shù)據(jù)，頂層VI通過(guò)調(diào)用FPGA程序，讀取采樣結(jié)果，提取采樣數(shù)據(jù)，從而進(jìn)行功率運(yùn)算，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)程序框圖如圖6所示。從圖中可以看到其中一相的電壓為標(biāo)準(zhǔn)正弦波，其有效值為380V，電流波形含有諧波，其基波如圖為標(biāo)準(zhǔn)正弦波，同時(shí)還可觀測(cè)到電壓電流的幅頻特性，經(jīng)過(guò)處理得到視在功率、有功功率、無(wú)功功率和功率因數(shù)。實(shí)驗(yàn)用HIOKI3169－20鉗式功率計(jì)檢測(cè)結(jié)果與之對(duì)照，HIOKI3169－20鉗式功率計(jì)的檢測(cè)精度為有功功率：±0．2％rdg。以電能質(zhì)量分析儀的視在功率1338．9VA為測(cè)量真值，檢測(cè)系統(tǒng)測(cè)量值如表1所示。經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)運(yùn)行得到的結(jié)果如圖7所示。由表中可知，以電能質(zhì)量分析儀測(cè)量值作為系統(tǒng)真值，得到采集系統(tǒng)采樣誤差為0．12％，采樣精度為0．26％，在誤差允許的范圍內(nèi)，達(dá)到測(cè)量要求。
3結(jié)語(yǔ)
關(guān)鍵詞：軟件工程 設(shè)計(jì)模式 通信監(jiān)測(cè)系統(tǒng) 探究
中圖分類(lèi)號(hào)：TP393.07 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-9416（2013）11-0016-01
Internet技術(shù)的迅猛發(fā)展令我國(guó)順利進(jìn)入信息化時(shí)代，實(shí)現(xiàn)了計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)、信息技術(shù)向集成技術(shù)發(fā)展的趨勢(shì)轉(zhuǎn)化。但由于網(wǎng)絡(luò)通信的開(kāi)放性、自由性，這在一定程度上加大了網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜度，為此研究與開(kāi)發(fā)通信監(jiān)測(cè)系統(tǒng)十分必要。不過(guò)，網(wǎng)絡(luò)通信監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是一個(gè)多層次、復(fù)雜性的軟件工程，傳統(tǒng)的軟件開(kāi)發(fā)思想與方法難以滿(mǎn)足當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)發(fā)展對(duì)通信監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的高要求，因而將軟件工程思想、理論與技術(shù)引用在網(wǎng)絡(luò)通信監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的研究與開(kāi)發(fā)中，運(yùn)用軟件設(shè)計(jì)模式分析與開(kāi)發(fā)通信監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可以取得較為理想的效果。
1 通信監(jiān)測(cè)系統(tǒng)
NGN（下一代網(wǎng)絡(luò)）的出現(xiàn)是Internet技術(shù)發(fā)展的產(chǎn)物，標(biāo)志著新一代電信網(wǎng)絡(luò)時(shí)代的到來(lái)，從而實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)的語(yǔ)音、視頻、數(shù)據(jù)等功能服務(wù)。但網(wǎng)絡(luò)通信功能強(qiáng)大在為人們帶來(lái)便利的同時(shí)，在另一方面也加大了網(wǎng)絡(luò)通信監(jiān)控與管理的難度，因而需要構(gòu)建一個(gè)多層性、功能強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)通信監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。這個(gè)通信監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的運(yùn)行原理是，采集網(wǎng)絡(luò)上的傳輸數(shù)據(jù)，并利用數(shù)據(jù)處理平臺(tái)來(lái)分析與處理這些采集數(shù)據(jù)，從而產(chǎn)生統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)、性能數(shù)據(jù)、CDR數(shù)據(jù)，并形成告警，將其統(tǒng)一到數(shù)據(jù)庫(kù)中存放。而后，通信監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中的前端業(yè)務(wù)分析應(yīng)用平臺(tái)在進(jìn)行業(yè)務(wù)分析的過(guò)程中，可通過(guò)調(diào)用數(shù)據(jù)庫(kù)來(lái)提供數(shù)據(jù)分析參考依據(jù)。而利用軟件工程中軟件設(shè)計(jì)模式思想來(lái)設(shè)計(jì)通信監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，能夠?yàn)橄到y(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性提供有效保障。
2 軟件設(shè)計(jì)模式的概念及其優(yōu)勢(shì)
關(guān)于軟件設(shè)計(jì)模式的概念，即將軟件設(shè)計(jì)過(guò)程中的問(wèn)題集合成一個(gè)可復(fù)用面向?qū)ο蟮慕鉀Q方案，從而便于其他軟件開(kāi)發(fā)者參考借鑒。在具體應(yīng)用中，軟件設(shè)計(jì)模式具有四個(gè)方面的優(yōu)勢(shì)：
（1）提供經(jīng)過(guò)驗(yàn)證的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)與技術(shù)，利用文字表述將其轉(zhuǎn)化成設(shè)計(jì)模式，從而為軟件開(kāi)發(fā)者提供借鑒依據(jù)，以減少不必要的試驗(yàn)失誤；（2）在設(shè)計(jì)模式中提供重用面向?qū)ο蟠a，開(kāi)發(fā)者可重復(fù)利用已有成功的設(shè)計(jì)與結(jié)構(gòu)，進(jìn)而提高設(shè)計(jì)速度與軟件質(zhì)量；（3）分離程序中的可變部分、不可變部分，以減少耦合現(xiàn)象，既利于擴(kuò)展與維護(hù)代碼，又減小程序理解難度；（4）設(shè)計(jì)模式中提供清晰的表述，以及對(duì)象關(guān)系的意圖，開(kāi)發(fā)者還可以對(duì)設(shè)計(jì)模式中的系統(tǒng)文檔進(jìn)行維護(hù)與改進(jìn)以便完善設(shè)計(jì)模式，提高設(shè)計(jì)模式的作用。
3 基于軟件設(shè)計(jì)模式的通信監(jiān)測(cè)系統(tǒng)探究
以通信監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中的ADAPTER（適配器）模式設(shè)計(jì)為例，根據(jù)軟件設(shè)計(jì)模式原理，通信監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中的協(xié)議監(jiān)測(cè)模塊并不需要全部都重新開(kāi)發(fā)，而可以借鑒和復(fù)用已有的、成功的協(xié)議監(jiān)測(cè)模塊，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行新協(xié)議監(jiān)測(cè)模塊的開(kāi)發(fā)。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，需要著重解決一個(gè)問(wèn)題，就是設(shè)計(jì)新舊模塊的統(tǒng)一接口，以實(shí)現(xiàn)新舊模塊的融合，進(jìn)而完成通信監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中ADAPTER（適配器）模式的設(shè)計(jì)。
如圖1所示，對(duì)象匹配器是Adapter適配器的主要部分，其中COldProtocol是設(shè)計(jì)模塊中提供的已有可復(fù)用協(xié)議模塊，而GetParameter與SetParameter是該協(xié)議模塊的兩個(gè)接口，分別負(fù)責(zé)獲取與修改參數(shù)的操作。在ADAPTER（適配器）模式的設(shè)計(jì)，可復(fù)用已有的協(xié)議，而在新的協(xié)議中合并獲取與修改參數(shù)步驟，通過(guò)修改為RemoveParameter使之成為可一步完成的操作。而后，進(jìn)行適配器統(tǒng)一接口的轉(zhuǎn)換，使原有接口滿(mǎn)足新系統(tǒng)的接口要求，如：
要完成新舊協(xié)議模塊的整合，還需要將COldProtocol類(lèi)的一個(gè)實(shí)例傳給CAdaptedProtocol類(lèi)的構(gòu)造函數(shù)，如此就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)象適配器版本CAdaptedProtocol與COldProtocol類(lèi)協(xié)同工作，以實(shí)現(xiàn)通信監(jiān)測(cè)系統(tǒng)對(duì)所有協(xié)議模塊的統(tǒng)一管理。
4 結(jié)語(yǔ)
通過(guò)上述分析可知，軟件設(shè)計(jì)模式具有很高的應(yīng)用價(jià)值，其能夠?qū)Τ晒ο到y(tǒng)設(shè)計(jì)進(jìn)行分離，從而實(shí)現(xiàn)優(yōu)秀設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)與技術(shù)的可復(fù)用。而將軟件設(shè)計(jì)模式應(yīng)用于通信監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，就可以復(fù)用已有的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)與技術(shù)，進(jìn)而更好的完成通信監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用。
參考文獻(xiàn)
[關(guān)鍵詞]連鑄結(jié)晶器；無(wú)線傳感器技術(shù)；三維重構(gòu)
中圖分類(lèi)號(hào)：TF341.6；TN929.5 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-914X（2016）03-0062-01
1 引言
目前，國(guó)內(nèi)外采用了多種方法對(duì)板坯結(jié)晶器振動(dòng)狀況進(jìn)行檢測(cè)，如傳統(tǒng)的手工檢測(cè)方法、結(jié)晶器自帶位移測(cè)量裝置檢測(cè)方法、位移傳感器檢測(cè)方法和加速度傳感器檢測(cè)方法等。我國(guó)結(jié)晶器振動(dòng)檢測(cè)大多是基于單點(diǎn)的檢測(cè)和分析，只能獲取結(jié)晶器的局部信息，不能準(zhǔn)確反映出結(jié)晶器振動(dòng)的真實(shí)情況。由于振動(dòng)控制不精確或誤差較大，容易在鋼水凝固成鑄坯的過(guò)程中，鑄坯的表面不平整，造成產(chǎn)品的表面質(zhì)量發(fā)生問(wèn)題，直接影響產(chǎn)品的銷(xiāo)售，并且容易造成“漏鋼”事故。再者振動(dòng)不精確或誤差很大，通常使用過(guò)大的安全系數(shù)，使得整條流水線發(fā)揮不了正常的工作效率，影響鋼坯質(zhì)量。
因此，對(duì)振動(dòng)裝置的監(jiān)測(cè)和控制勢(shì)在必行。
2 主要內(nèi)容
1）結(jié)晶器振動(dòng)形態(tài)三維重構(gòu)
結(jié)晶器振動(dòng)形態(tài)重構(gòu)的過(guò)程是將布置在結(jié)晶器上各傳感器節(jié)點(diǎn)所采集的信息進(jìn)行信息融合分析的過(guò)程。通過(guò)多個(gè)測(cè)點(diǎn)的信息綜合分析，每個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)都包含X、Y、Z三個(gè)方向的信號(hào)，得到結(jié)晶器振動(dòng)的具體信息并能模擬出結(jié)晶器振動(dòng)形態(tài)，重構(gòu)流程如圖1所示。
2）結(jié)晶器振動(dòng)形態(tài)檢測(cè)和控制系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)
結(jié)晶器振動(dòng)形態(tài)在線檢測(cè)系統(tǒng)通過(guò)對(duì)振動(dòng)平臺(tái)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，獲取結(jié)晶器的實(shí)際振動(dòng)狀態(tài)，并通過(guò)振動(dòng)幅值、頻率、相位和波形偏斜率這四個(gè)基本參數(shù)反映出結(jié)晶器的實(shí)際振動(dòng)波形。然后再由工業(yè)控制計(jì)算機(jī)對(duì)這四個(gè)振動(dòng)基本參數(shù)進(jìn)行計(jì)算，得出負(fù)滑動(dòng)時(shí)間、負(fù)滑動(dòng)率等連鑄過(guò)程中比較重要的振動(dòng)工藝參數(shù)，并根據(jù)這些參數(shù)通過(guò)反饋執(zhí)行機(jī)構(gòu)作用于驅(qū)動(dòng)振動(dòng)平臺(tái)的電機(jī)，由此形成在線檢測(cè)和控制閉環(huán)。系統(tǒng)總體框圖如圖2所示。
結(jié)晶器振動(dòng)形態(tài)在線檢測(cè)和控制系統(tǒng)總體由兩部分組成：下位機(jī)系統(tǒng)與上位機(jī)系統(tǒng)。下位機(jī)系統(tǒng)為具有自動(dòng)調(diào)平功能的無(wú)線傳感器，是以T1公司生產(chǎn)的MSP430F149作為主控芯片的系統(tǒng)，主要由傳感器、信號(hào)調(diào)理模塊、A/D轉(zhuǎn)換模塊、自動(dòng)調(diào)平模塊、MSP430單片機(jī)最小系統(tǒng)及其他模塊等組成，主要實(shí)現(xiàn)平臺(tái)的自動(dòng)調(diào)平、數(shù)據(jù)采集及數(shù)據(jù)的發(fā)送。上位機(jī)系統(tǒng)為工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，主要進(jìn)行數(shù)據(jù)的接受，并負(fù)責(zé)對(duì)下位機(jī)系統(tǒng)發(fā)送相關(guān)指令及配置參數(shù)，承擔(dān)數(shù)據(jù)的分析、處理及顯示，同時(shí)利用反饋執(zhí)行機(jī)構(gòu)控制結(jié)晶器振動(dòng)臺(tái)驅(qū)動(dòng)電機(jī)。
3）系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
該系統(tǒng)的硬件部分主要包括傳感器部分、信號(hào)調(diào)理電路、數(shù)據(jù)采集卡及工業(yè)控制計(jì)算機(jī)。該系統(tǒng)首先進(jìn)行檢測(cè)平臺(tái)的自動(dòng)調(diào)平，然后傳感器采集到結(jié)晶器振動(dòng)信號(hào)，通過(guò)信號(hào)調(diào)理模塊調(diào)理后，再經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換，并通過(guò)MSP430打包后將振動(dòng)信號(hào)的相關(guān)數(shù)據(jù)傳給工業(yè)控制計(jì)算機(jī)。數(shù)據(jù)終端接受傳來(lái)的數(shù)據(jù)，經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)分析、處理后在用戶(hù)界面上進(jìn)行結(jié)晶器振動(dòng)狀況的具體參數(shù)及曲線的描述，并通過(guò)數(shù)據(jù)的融合進(jìn)行振動(dòng)形態(tài)的三維重構(gòu)，且能動(dòng)態(tài)模擬并回放結(jié)晶器的振動(dòng)過(guò)程，直觀準(zhǔn)確的顯示結(jié)晶器的振動(dòng)狀況。該檢測(cè)系統(tǒng)的硬件總體架構(gòu)如圖3所示。
各個(gè)模塊具有各自不同的功能。電源模塊用于將鋰電池提供的源電壓通過(guò)不同的電壓轉(zhuǎn)換芯片的處理，轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的適用于各模塊工作的電源；信號(hào)調(diào)理模塊主要分為信號(hào)濾波處理模塊和運(yùn)放電路調(diào)理模塊，前者用于將傳感器采集振動(dòng)信號(hào)過(guò)程中的干擾信號(hào)去除，使經(jīng)過(guò)該模塊濾波后的信號(hào)最相近于結(jié)晶器振動(dòng)的真實(shí)情況，后者用于將濾波后的振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行一定調(diào)理；單片機(jī)模塊主要把處理后的信號(hào)再次預(yù)處理，通過(guò)集成ADC模塊實(shí)現(xiàn)電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換，同時(shí)進(jìn)行與數(shù)據(jù)終端的交互；自動(dòng)調(diào)平模塊用于將檢測(cè)的傳感器平臺(tái)調(diào)節(jié)至水平；電路用于單片機(jī)的復(fù)位、狀態(tài)指示、數(shù)據(jù)傳輸?shù)取?/p>
4）系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)
本系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)以MSP430單片機(jī)為控制核心，用來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集、平臺(tái)的自動(dòng)調(diào)平和數(shù)據(jù)的發(fā)送等功能，而數(shù)據(jù)的分析、處理等功能則由工控機(jī)實(shí)現(xiàn)。
當(dāng)需要進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)結(jié)晶器振動(dòng)狀況檢測(cè)時(shí)，將無(wú)線傳感器安裝在結(jié)晶器平臺(tái)上，加速度傳感器將采集到的原始結(jié)晶器振動(dòng)信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)輸出，該輸出信號(hào)首先進(jìn)行信號(hào)濾波處理，濾除雜波和其他干擾信號(hào)，再經(jīng)過(guò)運(yùn)放調(diào)理模塊進(jìn)行信號(hào)調(diào)理，得到適合MSP430單片機(jī)
可以采集的振動(dòng)信號(hào)，調(diào)理后的電信號(hào)通過(guò)MSP430單片機(jī)的外部采樣通道進(jìn)入到模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊ADC進(jìn)行轉(zhuǎn)換。將進(jìn)入的模擬電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字電信號(hào)后，將數(shù)據(jù)按一定的格式打包，傳送給數(shù)據(jù)分析終端，利用數(shù)據(jù)分析終端的分析軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)的分析、處理及顯示等，同時(shí)通過(guò)反饋控制機(jī)構(gòu)對(duì)結(jié)晶器驅(qū)動(dòng)電機(jī)進(jìn)行反饋控制。
本系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)采用結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)方法，將待開(kāi)發(fā)的軟件系統(tǒng)劃分為若干個(gè)互相獨(dú)立的模塊，每一個(gè)模塊完成單純而確定的功能。
3 小結(jié)
本文圍繞連鑄結(jié)晶器裝置存在的問(wèn)題，通過(guò)分析其各部分工藝參數(shù)的特點(diǎn)和要求，對(duì)結(jié)晶器振動(dòng)形態(tài)進(jìn)行三維重構(gòu)，并利用傳感器對(duì)多點(diǎn)振動(dòng)形態(tài)進(jìn)行了檢測(cè)，結(jié)合無(wú)線傳感技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)，研制出基于無(wú)線傳感器的連鑄結(jié)晶器振動(dòng)形態(tài)檢測(cè)和控制系統(tǒng)，直觀又準(zhǔn)確的反應(yīng)結(jié)晶器振動(dòng)的真實(shí)情況。該系統(tǒng)易于實(shí)現(xiàn)，成本低，操作簡(jiǎn)單。
資助項(xiàng)目：國(guó)家大學(xué)生創(chuàng)新項(xiàng)目[連鑄結(jié)晶器振動(dòng)形態(tài)在線檢測(cè)和控制系統(tǒng)的研究（201411488007）、基于Web和GPRS的智能家居遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的研發(fā)]，浙江省教育廳科研（Y201329552），國(guó)內(nèi)訪問(wèn)學(xué)者項(xiàng)目（FX2013197）。
參考文獻(xiàn)
[1] 王建偉，胡曉路，陳鯤鵬，板坯連鑄機(jī)結(jié)晶器改造技術(shù)的研究[J]革新與改造，2015.
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【關(guān)鍵詞】智能；斷路器；檢測(cè)系統(tǒng)
0 引言
斷路器作為電力系統(tǒng)的重要設(shè)備之一，且兼具控制與保護(hù)的雙重功能，直接影響電網(wǎng)的安全穩(wěn)定。相對(duì)其他靜止的電力設(shè)備，斷路器是需要進(jìn)行不斷動(dòng)作的設(shè)備部件，因此斷路器結(jié)構(gòu)復(fù)雜，零部件多樣。在設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中，其零部件磨損，功能參數(shù)發(fā)生變化，設(shè)備出現(xiàn)故障將不可避免。
為提高設(shè)備壽命周期，使設(shè)備處于良好的運(yùn)行工況下，保障電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，對(duì)斷路器進(jìn)行適時(shí)地檢修維護(hù)顯得尤為重要。過(guò)去，包括斷路器在內(nèi)的電力設(shè)備，一直采取定期檢修維護(hù)的方法。但由于設(shè)備運(yùn)行環(huán)境、使用條件、甚至不同設(shè)備間均存在較大差異，因此統(tǒng)一的維修周期，既缺乏針對(duì)性，也存在檢修成本的資源浪M。
斷路器在線檢測(cè)系統(tǒng)能實(shí)時(shí)了解斷路器的運(yùn)行狀態(tài)，減少過(guò)早或不必要的停電試驗(yàn)與檢修。可顯著提高電力系統(tǒng)的可靠性和經(jīng)濟(jì)性。
1 電流檢測(cè)原理
斷路器在分、合閘過(guò)程中線圈電流變化曲線最能反應(yīng)當(dāng)前斷路器的工作狀態(tài)。國(guó)內(nèi)外廣泛的應(yīng)用實(shí)例，充分證明了斷路器控制回路波形監(jiān)測(cè)技術(shù)是一項(xiàng)行之有效的斷路器操作機(jī)構(gòu)狀態(tài)檢測(cè)技術(shù)。
分合閘過(guò)程線圈中電流的變化可根據(jù)等效電路推導(dǎo)如公式1所示，根據(jù)該公式可以分析出線圈電流的波形軌跡，即鐵芯運(yùn)動(dòng)關(guān)鍵時(shí)刻點(diǎn)及該時(shí)刻電流值，如圖1。
2 總體方案
為更好滿(mǎn)足現(xiàn)場(chǎng)多變的應(yīng)用需求，斷路器狀態(tài)檢測(cè)系統(tǒng)硬件采用ARM+FPGA雙核結(jié)構(gòu)，軟件采用RT Linux操作系統(tǒng)，應(yīng)用層使用C語(yǔ)言進(jìn)行程序設(shè)計(jì)。這樣既保證了數(shù)據(jù)采集、獲取的實(shí)時(shí)性，也保證了檢測(cè)系統(tǒng)豐富的外設(shè)接口。系統(tǒng)組成如圖2所示。
本斷路器狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)方案主要由以下部分組成：
1）斷路器。作為監(jiān)控對(duì)象，主要采集斷路器線圈分、合閘電流、電壓數(shù)據(jù)。
2）檢測(cè)裝置。主要負(fù)責(zé)斷路器數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理，數(shù)據(jù)顯示及狀態(tài)預(yù)警機(jī)制。
3）檢測(cè)主站。為實(shí)現(xiàn)無(wú)人值守，所有的斷路器數(shù)據(jù)都包括數(shù)據(jù)上送功能，集中顯示，通過(guò)在數(shù)據(jù)中心查看斷路器的運(yùn)行狀態(tài)。
3 硬件平臺(tái)設(shè)計(jì)
智能斷路器狀態(tài)檢測(cè)系統(tǒng)采用ARM+FPGA雙核硬件平臺(tái)，F(xiàn)PGA主要進(jìn)行斷路器電流、電壓數(shù)據(jù)采集，采集后的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸?shù)紸RM進(jìn)行數(shù)據(jù)分析處理。
總體硬件模塊如圖3所示。
圖3 硬件模塊圖
硬件模塊介紹如下：
（1）FPGA模塊。為保證采集速率，采用FPGA陣列，速率可到300MHz；
（2）ARM核心板。為滿(mǎn)足嵌入式及低功耗現(xiàn)場(chǎng)需求，本次采用ARM作為主處理器單元，主頻500MHz，且CPU主板通過(guò)連接件的方式與底板互聯(lián)；
（3）底板。方便外設(shè)擴(kuò)展，底板提供了豐富的外設(shè)接口，網(wǎng)口、USB口等等；
（4）顯示。為方便實(shí)時(shí)及歷史數(shù)據(jù)的查看，提供了高分辨率顯示屏用于數(shù)據(jù)顯示及查看。
（5）狀態(tài)指示燈。為調(diào)試及現(xiàn)場(chǎng)操作提供方便，本裝置提供了狀態(tài)指示燈模塊，通過(guò)狀態(tài)指示燈的顏色顯示即可反映當(dāng)前斷路器的工作狀態(tài)。
4 軟件平臺(tái)設(shè)計(jì)
4.1 系統(tǒng)平臺(tái)設(shè)計(jì)
對(duì)電力系統(tǒng)而言，系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性和可靠性[10]是要求的關(guān)鍵，而Linux、Window CE、VxWorks 等嵌入式系統(tǒng)，均存在開(kāi)放性、穩(wěn)定性、實(shí)時(shí)性或高收費(fèi)方面的問(wèn)題。智能斷路器檢測(cè)系統(tǒng)在開(kāi)源Linux系統(tǒng)的基礎(chǔ)上搭載實(shí)時(shí)Xenomai微內(nèi)核，該雙內(nèi)核系統(tǒng)架構(gòu)既具有Linux系統(tǒng)既具有Linux豐富的驅(qū)動(dòng)接口，也具有硬實(shí)時(shí)系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如4所示。
圖4 軟件系統(tǒng)圖
從軟件系統(tǒng)圖中可以得知，雙內(nèi)核的系統(tǒng)架構(gòu)更方便不同應(yīng)用需求的處理，對(duì)于實(shí)時(shí)性要求高的應(yīng)用運(yùn)行于Xenomai內(nèi)核，而實(shí)時(shí)性不高的應(yīng)用運(yùn)行于Linux內(nèi)核。
4.2 應(yīng)用軟件設(shè)計(jì)
當(dāng)斷路器進(jìn)行分、合閘時(shí)，F(xiàn)PGA把采集到電流、電壓數(shù)據(jù)進(jìn)行上送，當(dāng)ARM CPU接收到FPGA上送的數(shù)據(jù)后即調(diào)用數(shù)據(jù)分析模塊、狀態(tài)診斷模塊、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊、數(shù)據(jù)上送模塊等進(jìn)行分析處理，同時(shí)把當(dāng)前數(shù)據(jù)波形及分析結(jié)果在顯示屏上進(jìn)行顯示，當(dāng)出現(xiàn)故障時(shí)，顯示面板進(jìn)行告警顯示。
實(shí)時(shí)波形數(shù)據(jù)與分析結(jié)果以文件的方式保存在現(xiàn)地裝置中，同時(shí)可以以太網(wǎng)方式上送波形數(shù)據(jù)與分析結(jié)果到遠(yuǎn)程服務(wù)器進(jìn)行查看、顯示，便于遠(yuǎn)程值守。
軟件設(shè)計(jì)采用模塊化方法，軟件模塊結(jié)構(gòu)如圖5所示。
5 結(jié)語(yǔ)
智能在線監(jiān)測(cè)裝置實(shí)現(xiàn)斷路器狀態(tài)監(jiān)測(cè)的核心在于分、合閘線圈電流波形的采集及系統(tǒng)組網(wǎng)方案。本文介紹的系統(tǒng)方案，運(yùn)用了大數(shù)據(jù)分析、模糊診斷等技術(shù)手段，大大提高了線圈分析的可靠性。
該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了檢測(cè)斷路器運(yùn)行狀態(tài)的目的，系統(tǒng)響應(yīng)快速、可靠穩(wěn)定，平臺(tái)不僅具有現(xiàn)地顯示還具有遠(yuǎn)程服務(wù)展示功能，滿(mǎn)足了現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試及遠(yuǎn)程監(jiān)控的要求，系統(tǒng)同時(shí)具有61850通訊接口，滿(mǎn)足了不同廠家設(shè)備互聯(lián)互通的功能。
針對(duì)目前智能變電站推廣日益廣泛的現(xiàn)實(shí)，具有良好的應(yīng)用前景。
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（1．天津出入境檢驗(yàn)檢疫局工業(yè)產(chǎn)品安全技術(shù)中心天津300191;2．天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué)自動(dòng)化與電氣工程學(xué)院天津300222）
摘要：隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展與科學(xué)技術(shù)的不斷提高，同時(shí)由于國(guó)際市場(chǎng)不斷增長(zhǎng)的需求，我國(guó)電機(jī)行業(yè)得到了快速發(fā)展。由于電機(jī)種類(lèi)與數(shù)量的增加，用于電機(jī)性能與質(zhì)量指標(biāo)測(cè)試的電機(jī)測(cè)試技術(shù)也不斷發(fā)展。針對(duì)職業(yè)院校教師開(kāi)展電機(jī)測(cè)試實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果差以及一些負(fù)責(zé)電機(jī)檢測(cè)的企事業(yè)單位實(shí)驗(yàn)效率低、人員勞動(dòng)強(qiáng)度大等問(wèn)題，提出并設(shè)計(jì)了一套基于虛擬技術(shù)的電機(jī)型式實(shí)驗(yàn)測(cè)試系統(tǒng)，包括計(jì)算機(jī)、控制柜、測(cè)量?jī)x器柜等，可以實(shí)現(xiàn)空載實(shí)驗(yàn)、負(fù)載實(shí)驗(yàn)、堵轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)、溫升實(shí)驗(yàn)等電機(jī)測(cè)試實(shí)驗(yàn)。經(jīng)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，該電機(jī)型式實(shí)驗(yàn)測(cè)試系統(tǒng)性能穩(wěn)定，效果良好，彌補(bǔ)了現(xiàn)有電機(jī)測(cè)試技術(shù)中的缺陷。
關(guān)鍵詞 ：電機(jī)測(cè)試；型式實(shí)驗(yàn)；傳感器；虛擬技術(shù)；LabView
中圖分類(lèi)號(hào)：G712 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-5727( 2014) 02-0170-03
近年來(lái)，隨著國(guó)家經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展以及國(guó)際市場(chǎng)對(duì)中小型電機(jī)的需求，出現(xiàn)了越來(lái)越多的電機(jī)生產(chǎn)企業(yè)，電機(jī)種類(lèi)與品質(zhì)各式各樣，因此對(duì)電機(jī)性能和質(zhì)量指標(biāo)的檢測(cè)技術(shù)及設(shè)備的需求迫切，電機(jī)測(cè)試技術(shù)是伴隨著電機(jī)工業(yè)的發(fā)展而發(fā)展的，兩者密切相關(guān)，相輔相成．電機(jī)測(cè)試技術(shù)就是根據(jù)電機(jī)標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)，采用相關(guān)的設(shè)備，對(duì)生產(chǎn)的電機(jī)進(jìn)行電機(jī)實(shí)驗(yàn)，從而得到測(cè)試電機(jī)的電氣性能、力學(xué)性能、安全性能及可靠性等技術(shù)指標(biāo)。電機(jī)測(cè)試實(shí)驗(yàn)是電機(jī)制造與生產(chǎn)過(guò)程中的必要工序，是對(duì)電機(jī)生產(chǎn)技術(shù)和裝備的綜合評(píng)價(jià)，對(duì)生產(chǎn)的電機(jī)性能與質(zhì)量指標(biāo)起著重要作用。目前，伴隨著科學(xué)技術(shù)的提高，電機(jī)生產(chǎn)在設(shè)計(jì)、工藝等方面的水平日益提高，電機(jī)的性能和質(zhì)量指標(biāo)也有了很大提高，對(duì)電機(jī)測(cè)試技術(shù)的要求也越來(lái)越高。
隨著全球環(huán)境的日趨惡化以及國(guó)際能源的日益緊缺，近年來(lái)，許多發(fā)達(dá)國(guó)家在提高電機(jī)效率方面都提出了具體的時(shí)間規(guī)劃。相應(yīng)地，需要電機(jī)測(cè)試技術(shù)在測(cè)試?yán)碚摗y(cè)試手段、測(cè)試裝備等方面進(jìn)一步提高，目的在于提高電機(jī)測(cè)試實(shí)驗(yàn)效率、降低人員勞動(dòng)強(qiáng)度以及提高測(cè)試設(shè)備的精度等。
由于電機(jī)行業(yè)的快速發(fā)展，各類(lèi)職業(yè)院校都開(kāi)展了相應(yīng)的電機(jī)實(shí)驗(yàn)課程。針對(duì)目前職業(yè)院校開(kāi)展電機(jī)測(cè)試實(shí)驗(yàn)過(guò)程中出現(xiàn)的時(shí)間效率低、能源消耗大、精度不足等問(wèn)題，筆者基于先進(jìn)虛擬儀器LabView技術(shù)，結(jié)合各類(lèi)測(cè)量傳感器，設(shè)計(jì)了一套電機(jī)型式實(shí)驗(yàn)測(cè)試系統(tǒng)，將計(jì)算機(jī)、儀器儀表等硬件結(jié)合在一起，通過(guò)軟件設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)對(duì)實(shí)驗(yàn)的控制和資料的運(yùn)算、分析、處理、顯示、打印及存儲(chǔ)功能。
系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)
本電機(jī)型式實(shí)驗(yàn)測(cè)試系統(tǒng)將計(jì)算機(jī)、測(cè)量?jī)x器等硬件設(shè)備與虛擬儀器LabView軟件技術(shù)相結(jié)合來(lái)進(jìn)行電機(jī)型式實(shí)驗(yàn)，從而實(shí)現(xiàn)電機(jī)型式實(shí)驗(yàn)的自動(dòng)控制。系統(tǒng)組成包括計(jì)算機(jī)、打印機(jī)、控制柜、測(cè)量?jī)x器柜、電源控制柜、轉(zhuǎn)矩傳感器、陪試電機(jī)以及被試電機(jī)等，其相應(yīng)的系統(tǒng)總體組成結(jié)構(gòu)框圖如下頁(yè)圖1所示。
系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成
計(jì)算機(jī)本電機(jī)型式實(shí)驗(yàn)測(cè)試系統(tǒng)利用計(jì)算機(jī)強(qiáng)大的數(shù)據(jù)運(yùn)算分析、圖形處理等能力，通過(guò)軟件設(shè)計(jì)為測(cè)試系統(tǒng)提供圖形化的人機(jī)操作界面，用于實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)硬件配置、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)分析處理、數(shù)據(jù)波形顯示及特性曲線打印報(bào)告等功能。
控制柜控制柜負(fù)責(zé)整個(gè)測(cè)試系統(tǒng)的整體控制，用于實(shí)現(xiàn)被試電機(jī)數(shù)據(jù)的測(cè)量、采集和處理，包括PLC模塊單元和由接觸器、熱繼電器、中間繼電器連接構(gòu)成的電氣線路。PLC控制柜上裝有轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)，用于切換手動(dòng)和自動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)。PLC模塊單元包括CPU模塊、電源模塊、數(shù)字量輸入模塊、數(shù)字量輸出模塊和模擬量輸入模塊。PLC模塊單元與計(jì)算機(jī)之間采用CP 5611通訊卡連接，從而操作計(jì)算機(jī)軟件控制窗口，實(shí)現(xiàn)對(duì)被試電機(jī)項(xiàng)目的自動(dòng)選擇和控制，并由軟件自動(dòng)生成數(shù)據(jù)報(bào)表。
測(cè)量?jī)x器柜測(cè)量?jī)x器柜包含測(cè)量電機(jī)性能參數(shù)的各類(lèi)傳感器，比如多功能數(shù)字功率計(jì)、轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速測(cè)試儀、智能電機(jī)參數(shù)測(cè)試儀等，在計(jì)算機(jī)的控制下負(fù)責(zé)測(cè)量電機(jī)的電壓、電流、功率等各項(xiàng)參數(shù)。多功能數(shù)字功率計(jì)實(shí)物如圖2所示。
電源控制柜電源控制柜用于給陪試電機(jī)和被試電機(jī)提供電源，電源設(shè)計(jì)采用了電子內(nèi)回饋?zhàn)冾l技術(shù)，將被試電機(jī)的正弦波電源與陪試電機(jī)的電源相結(jié)合。其電源工作原理為：把交流電整流為直流電，再經(jīng)過(guò)逆變單元，變?yōu)檎也ǎ?jīng)過(guò)濾波，變壓器隔離產(chǎn)生純正的正弦波（失真度<3%），頻率范圍47~63HZ。回饋單元為一個(gè)智能控制同步整流，當(dāng)陪試電機(jī)工作在第四象限時(shí)（發(fā)電狀態(tài)），經(jīng)DSP采用特殊算法控制該單元把交流電整流為直流電，回饋到直流母線（因?yàn)槭侵绷骰仞仯瑢?duì)電網(wǎng)無(wú)污染）。其原理框圖如圖3所示。
系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
本系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)主要用來(lái)提供友好的人機(jī)操作界面，從而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)控制、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)顯示等功能。
虛擬儀器技術(shù)概述虛擬儀器技術(shù)是利用計(jì)算機(jī)作為測(cè)量平臺(tái)，采用虛擬儀器軟件模擬實(shí)際儀器操作過(guò)程，通過(guò)設(shè)計(jì)人機(jī)交互界面來(lái)完成傳感器信號(hào)的采集、處理、分析以及顯示、存儲(chǔ)等功能。虛擬儀器系統(tǒng)主要由硬件平臺(tái)與軟件平臺(tái)兩部分構(gòu)成。硬件平臺(tái)僅僅是為了完成信號(hào)的輸入、輸出，軟件設(shè)計(jì)才是整個(gè)系統(tǒng)的關(guān)鍵。本系統(tǒng)采用LabView虛擬儀器軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái)進(jìn)行軟件的設(shè)計(jì)。
系統(tǒng)開(kāi)發(fā)工具LabView本電機(jī)型式實(shí)驗(yàn)測(cè)試系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)采用圖形化的編程語(yǔ)言工具——LabView7.1。該軟件主要通過(guò)使用相應(yīng)的圖標(biāo)、框圖和連線來(lái)進(jìn)行程序設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)過(guò)程簡(jiǎn)單直觀、容易操作、易于理解。LabView具備編程語(yǔ)言中的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)類(lèi)型、語(yǔ)法等基本要素，同時(shí)具備自己的擴(kuò)展函數(shù)庫(kù)和子程序應(yīng)用模塊。用戶(hù)通過(guò)使用這些模塊可以快速實(shí)現(xiàn)串口通信、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)類(lèi)型轉(zhuǎn)換、波形顯示等功能。另外，LabView也支持CIN節(jié)點(diǎn)，方便用戶(hù)使用C、C++語(yǔ)言進(jìn)行程序設(shè)計(jì)。
系統(tǒng)軟件功能結(jié)構(gòu)根據(jù)本電機(jī)型式實(shí)驗(yàn)測(cè)試系統(tǒng)的功能需求，利用LabView軟件設(shè)計(jì)了以下幾個(gè)功能模塊：(1)空載測(cè)試模塊。控制電機(jī)在額定電壓、額定頻率的工作條件下空載運(yùn)行，記錄電壓、電流及輸入功率值，最后繪制空載特性曲線，分析計(jì)算銅耗、鐵耗、機(jī)械耗。(2)堵轉(zhuǎn)測(cè)試模塊。電機(jī)接近冷狀態(tài)下進(jìn)行，采用電阻法進(jìn)行堵轉(zhuǎn)測(cè)試，讀取電壓、電流、功率的數(shù)值，繪制電機(jī)的堵轉(zhuǎn)特性曲線。(3)負(fù)載測(cè)試模塊。在被測(cè)電機(jī)的負(fù)載端加上測(cè)功電機(jī)，保持發(fā)電狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)被測(cè)電機(jī)的負(fù)載性能指標(biāo)測(cè)試。(4)數(shù)據(jù)回放和分析模塊。通過(guò)軟件設(shè)計(jì)，在數(shù)據(jù)采集過(guò)程中加入存儲(chǔ)過(guò)程，方便用戶(hù)進(jìn)行后面的數(shù)據(jù)分析，實(shí)現(xiàn)波形顯示、生成報(bào)表等功能。
系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)功能框圖如圖4所示。
電機(jī)型式實(shí)驗(yàn)
利用本型式實(shí)驗(yàn)測(cè)試系統(tǒng)可進(jìn)行的測(cè)試項(xiàng)目如下。
直流電阻電機(jī)在環(huán)境溫度下，用四端法測(cè)量其直流電阻，可換算出基準(zhǔn)溫度下的電阻值。 空載實(shí)驗(yàn)讓電機(jī)在額定電壓、額定頻率下空載運(yùn)行，一直到機(jī)械損耗達(dá)到穩(wěn)定，然后從1.1—1.3倍額定電壓開(kāi)始，逐步降低電壓，直到電機(jī)電流開(kāi)始回升為止，其間測(cè)取7—9點(diǎn)數(shù)據(jù)，記錄電壓、電流及輸入功率值，最后繪制空載特性曲線，分析計(jì)算銅耗、鐵耗、機(jī)械耗。
負(fù)載實(shí)驗(yàn) 當(dāng)電機(jī)的溫度接近熱穩(wěn)定時(shí)，給電機(jī)加額定電壓，通過(guò)改變電機(jī)負(fù)載，在1.25—0.25倍額定負(fù)載范圍內(nèi)均勻測(cè)取6—8點(diǎn)數(shù)據(jù)，記錄每點(diǎn)的電壓、電流、輸入功率、輸出功率、轉(zhuǎn)速及轉(zhuǎn)矩，可通過(guò)輸入輸出法或負(fù)載雜散損耗采用推薦值的損耗分析法確定效率，并繪制特性曲線。
堵轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)在電機(jī)接近冷狀態(tài)下進(jìn)行，實(shí)驗(yàn)時(shí)設(shè)備可通過(guò)外力將電機(jī)轉(zhuǎn)子堵住，從額定電壓的1.1倍開(kāi)始，降低電壓到接近電機(jī)額定電流時(shí)為止，其間測(cè)取6—8點(diǎn)，讀取電壓、電流、功率及轉(zhuǎn)矩，并繪制轉(zhuǎn)矩特性曲線。當(dāng)采用電阻法測(cè)堵轉(zhuǎn)時(shí)，只讀取電壓、電流、功率的數(shù)值，每側(cè)完一點(diǎn)，測(cè)取定子繞組的電阻值，借此計(jì)算對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)矩值。最后可繪制電機(jī)的堵轉(zhuǎn)特性曲線。
溫升實(shí)驗(yàn)本設(shè)備采用電阻法做溫升實(shí)驗(yàn)。電機(jī)運(yùn)行熱穩(wěn)定以后，斷電測(cè)取某一繞組的電阻值降落曲線，可以反推到斷電瞬間的電阻值，并以此電阻值和冷態(tài)數(shù)據(jù)求取繞組溫升。在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，可自動(dòng)穩(wěn)定負(fù)載，溫升穩(wěn)定后，提示用戶(hù)斷電停機(jī)，以進(jìn)行下面的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。
［關(guān)鍵詞］高職;軟件工程;實(shí)踐課程;應(yīng)用研究
一、引言
軟件工程實(shí)踐課程具有較強(qiáng)的理論性，而在專(zhuān)業(yè)技能上又表現(xiàn)出更高的操作性。從學(xué)科特色來(lái)看，軟件工程是計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專(zhuān)業(yè)的融合，其內(nèi)容圍繞軟件需求、系統(tǒng)分析、軟件設(shè)計(jì)、技術(shù)實(shí)踐等環(huán)節(jié)，強(qiáng)調(diào)高素質(zhì)技能型人才的培養(yǎng)質(zhì)量。然而，傳統(tǒng)的軟件工程實(shí)踐課程教學(xué)效果并不理想，教學(xué)內(nèi)容往往單一、枯燥，學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性受到抑制。如軟件開(kāi)發(fā)中的數(shù)據(jù)流程無(wú)法提供應(yīng)用環(huán)節(jié)，學(xué)生難以從中發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)性問(wèn)題，導(dǎo)致執(zhí)行效率較低;在現(xiàn)代軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境下，難以滿(mǎn)足多層分布式架構(gòu)設(shè)計(jì)要求。
二、軟件工程實(shí)踐課程內(nèi)容的拓展
(一)軟件工程建模應(yīng)用設(shè)計(jì)
傳統(tǒng)教學(xué)中軟件工程實(shí)踐課程建模設(shè)計(jì)，主要采用數(shù)據(jù)流程圖方式，其優(yōu)勢(shì)在于從數(shù)據(jù)流程圖的繪制上展現(xiàn)軟件設(shè)計(jì)過(guò)程。然而，在繪制軟件設(shè)計(jì)流程圖過(guò)程中，往往導(dǎo)致學(xué)生產(chǎn)生畏難心理。同時(shí)，由于對(duì)整個(gè)軟件需求、軟件功能分析不到位，導(dǎo)致數(shù)據(jù)來(lái)源不統(tǒng)一、數(shù)據(jù)需求不清晰、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)出現(xiàn)異常、數(shù)據(jù)冗余度等問(wèn)題，也在一定程度上影響了學(xué)生對(duì)知識(shí)和技能的掌握。所以，有必要改進(jìn)軟件工程實(shí)踐課程的教學(xué)模式，有針對(duì)性地拓寬教學(xué)方案，特別是在流程圖設(shè)計(jì)分析上，需要從軟件工程分析、軟件數(shù)據(jù)分析、軟件功能分析等方面適當(dāng)延伸和拓展。如在軟件功能分析上，需要借助于軟件數(shù)據(jù)流程圖進(jìn)行頂層設(shè)計(jì)，抽象出各軟件功能子系統(tǒng)及相關(guān)單元的功能;在軟件數(shù)據(jù)分析上，需要區(qū)分軟件實(shí)體、屬性及關(guān)聯(lián)性，并對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行識(shí)別，引導(dǎo)學(xué)生理解和應(yīng)用不同的數(shù)據(jù)信息結(jié)構(gòu)建立E－R模型。
(二)軟件工程建模設(shè)計(jì)拓展
傳統(tǒng)建模設(shè)計(jì)主要從系統(tǒng)功能上確定不同的模塊，比較適宜面向過(guò)程的設(shè)計(jì)環(huán)境。但對(duì)于面向可視化、面向?qū)ο蟆⒚嫦蚴录?qū)動(dòng)下的程序設(shè)計(jì)環(huán)境，則顯得不相適宜。因此，需要從建模設(shè)計(jì)上進(jìn)行擴(kuò)展，保留原來(lái)軟件過(guò)程類(lèi)模塊設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容，圍繞軟件結(jié)構(gòu)、軟件數(shù)據(jù)、軟件界面等進(jìn)行擴(kuò)展。如在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上，可以采用集中式結(jié)構(gòu)、分布式結(jié)構(gòu)，還可以采用集中－分布式結(jié)構(gòu);在確定軟件應(yīng)用模式上，可以采用B/S結(jié)構(gòu)，也可以采用C/S結(jié)構(gòu);在確定數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)上，可以采用邏輯數(shù)據(jù)集關(guān)系進(jìn)行規(guī)范化處理，也可以采用物理數(shù)據(jù)集關(guān)系進(jìn)行編碼和命名;在界面設(shè)計(jì)上，根據(jù)軟件功能及業(yè)務(wù)需求，來(lái)組織輸入、輸出，從而滿(mǎn)足不同軟件設(shè)計(jì)的開(kāi)發(fā)需要。
三、軟件工程類(lèi)課程實(shí)踐教學(xué)模式
軟件工程類(lèi)課程實(shí)踐教學(xué)模式的重點(diǎn)，在于從教學(xué)內(nèi)容的組織與優(yōu)化上，聯(lián)系軟件工程設(shè)計(jì)實(shí)際，突出教學(xué)方法的創(chuàng)新性、實(shí)踐性、應(yīng)用性。根據(jù)軟件工程類(lèi)課程特點(diǎn)，在改革實(shí)踐教學(xué)模式上，圍繞實(shí)踐教學(xué)綱要目標(biāo)，融入多種實(shí)踐教學(xué)方法。如案例驅(qū)動(dòng)教學(xué)法、任務(wù)驅(qū)動(dòng)教學(xué)法、典型案例分析法等，逐漸深入、細(xì)化軟件工程理論知識(shí)與應(yīng)用的展開(kāi)。
(一)進(jìn)銷(xiāo)存C/S案例分析與應(yīng)用
C/S軟件結(jié)構(gòu)基于客戶(hù)、服務(wù)器關(guān)系，適用于業(yè)務(wù)流程復(fù)雜、對(duì)軟件響應(yīng)速度較高的軟件開(kāi)發(fā)項(xiàng)目。在C/S結(jié)構(gòu)中，用戶(hù)根據(jù)角色權(quán)限來(lái)操作相應(yīng)功能模塊，并實(shí)現(xiàn)進(jìn)貨、銷(xiāo)貨、庫(kù)存匯總及各類(lèi)報(bào)表的輸出功能。在數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)上，要從軟件執(zhí)行效率、處理異常及滿(mǎn)足業(yè)務(wù)需求等方面，設(shè)計(jì)系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)表、E－R圖和數(shù)據(jù)視圖。在數(shù)據(jù)庫(kù)表結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，根據(jù)不同數(shù)據(jù)字段項(xiàng)的使用特點(diǎn)，來(lái)優(yōu)化系統(tǒng)后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu)。如在SQLServer2008數(shù)據(jù)庫(kù)中，可以定義員工名稱(chēng)表、商品基本信息表、客戶(hù)基本信息表、倉(cāng)庫(kù)部門(mén)信息表、進(jìn)貨商品信息表、用戶(hù)權(quán)限表、退貨商品信息表、銷(xiāo)售商品信息表、庫(kù)存信息表等，以滿(mǎn)足進(jìn)銷(xiāo)存管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)中不同業(yè)務(wù)信息的統(tǒng)計(jì)與關(guān)聯(lián)。在數(shù)據(jù)庫(kù)視圖設(shè)計(jì)上，常用的有標(biāo)準(zhǔn)視圖、索引視圖、分區(qū)視圖三種，利用Select語(yǔ)句進(jìn)行視圖檢索，確定入庫(kù)視圖v－GoodIn、v－ReGoods、v－UserSell、v－Use-rView基本視圖。針對(duì)C/S結(jié)構(gòu)中軟件表單編碼的設(shè)計(jì)，要從信息交換、處理、傳輸、共享等方面來(lái)優(yōu)化編碼規(guī)則。如在進(jìn)貨商品基本信息格式上，以“系統(tǒng)當(dāng)前日期+‘JH’+7位數(shù)字編碼”為規(guī)則，來(lái)提升商品信息識(shí)別效率。在系統(tǒng)觸發(fā)器設(shè)計(jì)上，要保證商品信息數(shù)量一致性。如在t－Goods觸發(fā)器設(shè)計(jì)上，對(duì)于某商品信息沒(méi)有歷史記錄者，則觸發(fā)入庫(kù)信息表tb－Stock;若該商品在庫(kù)存信息表中，則將該余量進(jìn)行及時(shí)相加，保障庫(kù)存信息實(shí)時(shí)更新。
(二)進(jìn)銷(xiāo)存B/S模型設(shè)計(jì)與應(yīng)用
B/S模式是基于多層應(yīng)用結(jié)構(gòu)，將原來(lái)的表示層、業(yè)務(wù)邏輯層進(jìn)行分離，便于開(kāi)發(fā)人員提供簡(jiǎn)潔的功能操作界面。下面以ASPNet為例來(lái)探討軟件工程實(shí)踐教學(xué)。ASPNet三層應(yīng)用結(jié)構(gòu)中，第一層是用戶(hù)表示層USL，封裝了人機(jī)交互的表單與組件，滿(mǎn)足業(yè)務(wù)邏輯層與系統(tǒng)用戶(hù)之間的信息傳輸需要，并通過(guò)簡(jiǎn)單的校驗(yàn)后傳送給瀏覽器進(jìn)行顯示。第二層是業(yè)務(wù)邏輯層BLL，主要是對(duì)不同應(yīng)用業(yè)務(wù)規(guī)則和邏輯的封裝，便于用戶(hù)通過(guò)業(yè)務(wù)邏輯層進(jìn)行多種功能的調(diào)用，以及訪問(wèn)數(shù)據(jù)庫(kù)等;第三層是數(shù)據(jù)訪問(wèn)層DAL，通過(guò)與數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行交互來(lái)獲取查詢(xún)記錄、插入、修改、刪除數(shù)據(jù)庫(kù)記錄等操作。在B/S軟件工程模型中，數(shù)據(jù)訪問(wèn)包括業(yè)務(wù)實(shí)體訪問(wèn)和數(shù)據(jù)操作兩部分，業(yè)務(wù)實(shí)體是反映現(xiàn)實(shí)生活的各類(lèi)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，而數(shù)據(jù)操作是基于對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)的檢索來(lái)完成的信息傳輸服務(wù)。Model業(yè)務(wù)實(shí)體層主要存儲(chǔ)與業(yè)務(wù)實(shí)體相關(guān)的數(shù)據(jù)屬性值;DBUtility公共類(lèi)主要是從Web．congfig配置信息庫(kù)中獲取類(lèi)庫(kù)，滿(mǎn)足對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)相應(yīng)操作的訪問(wèn);DAL數(shù)據(jù)訪問(wèn)層主要是記錄數(shù)據(jù)庫(kù)的表結(jié)構(gòu)，滿(mǎn)足增刪、修改等功能;BLL業(yè)務(wù)邏輯層主要是滿(mǎn)足創(chuàng)建數(shù)據(jù)庫(kù)類(lèi)，以及對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行訪問(wèn)調(diào)用。
四、軟件工程實(shí)踐課程案例實(shí)施要點(diǎn)
軟件工程實(shí)踐課程在案例教學(xué)實(shí)踐中還要注意幾個(gè)問(wèn)題。一是對(duì)于典型案例的選擇與應(yīng)用，要貼近軟件工程實(shí)踐需求，特別是接近行業(yè)軟件開(kāi)發(fā)現(xiàn)狀，體現(xiàn)案例的實(shí)踐性、應(yīng)用性。二是在引入典型案例進(jìn)行講授與實(shí)踐操作時(shí)，要注意多種教學(xué)方法的統(tǒng)合。如對(duì)于一些結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)方法，可以選擇面向?qū)ο蟮木C合性案例，讓學(xué)生能夠從結(jié)構(gòu)化模型分析中，了解和認(rèn)識(shí)不同功能模塊的設(shè)計(jì)要求和方法;還可以讓學(xué)生從項(xiàng)目討論中，自己動(dòng)手來(lái)設(shè)計(jì)程序，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)和探索精神。三是要優(yōu)化典型案例的教學(xué)方案，不同案例的導(dǎo)入要與教學(xué)目標(biāo)相適應(yīng)。要讓學(xué)生從案例實(shí)踐中，明確為什么這樣設(shè)計(jì)，懂得為什么要撰寫(xiě)不同的設(shè)計(jì)任務(wù)，根據(jù)軟件工程生命周期來(lái)細(xì)化程序設(shè)計(jì)要求，解決什么樣的問(wèn)題，具備什么樣的功能等，多從程序設(shè)計(jì)案例分析上加深理解。四是案例分析要融入師生互動(dòng)與參與，特別是通過(guò)對(duì)程序設(shè)計(jì)不同功能、不同環(huán)境的變化，如何從運(yùn)行時(shí)效性上來(lái)優(yōu)化程序設(shè)計(jì);通過(guò)分組探討等方式，來(lái)共同編寫(xiě)執(zhí)行程序，來(lái)對(duì)各小組程序進(jìn)行分析，讓學(xué)生參與提問(wèn)與改進(jìn)，從具體的程序設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)中積累經(jīng)驗(yàn)，增強(qiáng)學(xué)生的合作意識(shí)、團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力。五是強(qiáng)調(diào)案例導(dǎo)入分析與總結(jié)歸納，特別是教師要鼓勵(lì)學(xué)生在案例分析中，對(duì)錯(cuò)誤和不解進(jìn)行歸納，來(lái)分析成因和問(wèn)題所在，積極總結(jié)改進(jìn)思路和方法，尊重學(xué)生的獨(dú)特見(jiàn)解，引領(lǐng)學(xué)生創(chuàng)新意識(shí)的培養(yǎng)。另外，軟件工程類(lèi)課程實(shí)踐教學(xué)具有特色性，不同教學(xué)內(nèi)容、不同課程在實(shí)踐應(yīng)用中還有差異。如對(duì)于當(dāng)前流行的軟件開(kāi)發(fā)語(yǔ)言及程序設(shè)計(jì)，NET與J2EE架構(gòu)具有相似性與差異性，在典型案例導(dǎo)入中，要結(jié)合企業(yè)需求、教學(xué)分析、學(xué)生實(shí)際來(lái)選擇，體現(xiàn)軟件工程類(lèi)課程實(shí)踐教學(xué)的可操作性，滿(mǎn)足學(xué)生從案例分析到職場(chǎng)應(yīng)用的有效過(guò)渡。
五、結(jié)語(yǔ)
高職軟件工程實(shí)踐課程教學(xué)，是增強(qiáng)畢業(yè)生軟件應(yīng)用能力的必然選擇。面對(duì)人才市場(chǎng)需求的變化，應(yīng)該從軟件工程類(lèi)課程實(shí)踐教學(xué)體系建設(shè)上，把握好“教”與“學(xué)”的關(guān)系，激發(fā)學(xué)生的軟件應(yīng)用熱情和主動(dòng)性，著力以典型案例導(dǎo)入與具體程序設(shè)計(jì)任務(wù)驅(qū)動(dòng)，鍛煉學(xué)生的動(dòng)手能力、實(shí)踐能力、應(yīng)用能力、創(chuàng)新能力，真正為社會(huì)、為企業(yè)培養(yǎng)高素質(zhì)的軟件設(shè)計(jì)人才。
參考文獻(xiàn):
［1］陳中育，呂振洪，葉榮華等．軟件工程專(zhuān)業(yè)課程建設(shè)的思考與實(shí)踐［J］．計(jì)算機(jī)教育，2013(10):48－51．
關(guān)鍵詞：LabVIEW； 飛行試驗(yàn)； 快速處理； 實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)監(jiān)控
中圖分類(lèi)號(hào)：TN9834 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1004373X(2012)10017203
飛行試驗(yàn)任務(wù)進(jìn)入了一個(gè)信息化時(shí)代，數(shù)據(jù)量激增，某些型號(hào)在實(shí)時(shí)監(jiān)控的同時(shí)或者實(shí)時(shí)飛行的間歇需要對(duì)上一架次飛行數(shù)據(jù)迅速做出分析和判斷，以決定下一飛行架次的執(zhí)行，這時(shí)就要求在實(shí)時(shí)監(jiān)控的同時(shí)可以處理和分析數(shù)據(jù)，以提高飛行試驗(yàn)的效率。現(xiàn)有軟件版本功能不全面，算法不透明，維護(hù)比較麻煩，軟件界面不夠美觀，便捷，處理效率比較低，無(wú)法滿(mǎn)足現(xiàn)階段飛行試驗(yàn)的要求。LabVIEW是一個(gè)工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的圖形化開(kāi)發(fā)環(huán)境，它結(jié)合了圖形化編程方式的高性能與靈活性，以及專(zhuān)門(mén)為測(cè)試與自動(dòng)化控制應(yīng)用設(shè)計(jì)的高端性能與配置功能，能為數(shù)據(jù)采集、儀器控制、測(cè)量分析與數(shù)據(jù)顯示等各種應(yīng)用提供必要的開(kāi)發(fā)工具，使用戶(hù)能夠快速編寫(xiě)出功能強(qiáng)大的應(yīng)用程序［1］。基于實(shí)際應(yīng)用的需求，以及LabVIEW的優(yōu)點(diǎn)和特性，本文設(shè)計(jì)了基于LabVIEW的飛行試驗(yàn)數(shù)據(jù)快速處理軟件，其界面清晰美觀，操作靈活簡(jiǎn)單，功能豐富，可根據(jù)需要更新和增添新的功能，能較好地滿(mǎn)足現(xiàn)階段飛行試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理與分析的要求。
1 飛行試驗(yàn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
飛行試驗(yàn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖1所示，可分為遙測(cè)天線、接收裝置、服務(wù)器和客戶(hù)端四部分。
圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖一般情況，飛機(jī)通過(guò)機(jī)載的遙測(cè)天線發(fā)射無(wú)線遙測(cè)信號(hào)，地面接收裝置接收飛機(jī)發(fā)射的無(wú)線遙測(cè)信號(hào)，將其解調(diào)后送往服務(wù)器，服務(wù)器經(jīng)過(guò)處理送往客戶(hù)端，這時(shí)監(jiān)控人員一方面可以在客戶(hù)端實(shí)時(shí)觀察飛機(jī)性能、位置等信息，另一方面還可以對(duì)客戶(hù)端記錄的數(shù)據(jù)進(jìn)行快速處理和分析，以提高決策速度和飛行試驗(yàn)的效率。該軟件主要是針對(duì)客戶(hù)端上位機(jī)進(jìn)行飛行試驗(yàn)數(shù)據(jù)快速處理的需要而研究開(kāi)發(fā)的，所以應(yīng)用行試驗(yàn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)的客戶(hù)端。
2 軟件設(shè)計(jì)
2.1 軟件的總體設(shè)計(jì)思路與功能
在飛行試驗(yàn)時(shí)，工作人員在實(shí)時(shí)監(jiān)控的同時(shí)或者實(shí)時(shí)飛行的間歇需要對(duì)上一架次飛行數(shù)據(jù)迅速做出分析和判斷，以決定下一飛行架次執(zhí)行的要求。本文設(shè)計(jì)了數(shù)據(jù)快速處理軟件，在形式上該軟件將實(shí)時(shí)和事后處理綜合起來(lái)，以便工作人員在兩者之間可以簡(jiǎn)單切換，而不至于像以前一樣因?yàn)檐浖恢梅稚⒄也坏蕉置δ_亂；在內(nèi)容上該軟件一方面繼承原有軟件的優(yōu)點(diǎn)，另一方面增加更多功能，通用性更強(qiáng)。基于LabVIEW的飛行試驗(yàn)數(shù)據(jù)快速處理軟件從界面、功能、應(yīng)用等方面做了新的設(shè)計(jì)，以提高飛行試驗(yàn)的效率。其主界面如圖2所示。界面上部為連接各個(gè)功能模塊的操作按鍵，中間部分為飛行試驗(yàn)原始數(shù)據(jù)顯示，下部為數(shù)據(jù)分析后的結(jié)果，整個(gè)軟件設(shè)計(jì)美觀、實(shí)用、易于操作。
圖2 主界面基于LabVIEW的飛行試驗(yàn)數(shù)據(jù)快速處理軟件的功能模塊如圖3所示。
圖3 軟件功能模塊圖2.2 各模塊的功能與實(shí)現(xiàn)
基于LabVIEW的飛行試驗(yàn)數(shù)據(jù)快速處理軟件按處理時(shí)間可分為實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)監(jiān)控與記錄和事后數(shù)據(jù)處理與分析兩大部分：
你知道嗎？IBM在朋友圈里做廣告了。11月7日，IBM獻(xiàn)上了朋友圈廣告的處女秀。
在不久前VOGUE雜志11周年慶典上，李宇春所穿的一套別致的白色禮服是由設(shè)計(jì)師在IBM Watson幫助下設(shè)計(jì)出來(lái)的，被稱(chēng)為是中國(guó)第一套“認(rèn)知禮服”。
在構(gòu)思階段，Watson分析了李宇春從2013年至今每次出鏡的形象，同時(shí)閱讀和分析了她全部的微博和幾十萬(wàn)條粉絲評(píng)論，建立了李宇春的“時(shí)尚形象”和粉絲以及公眾評(píng)論之間的關(guān)聯(lián)模型。并在設(shè)計(jì)階段為設(shè)計(jì)師提供配色、面料及廓型等方面的靈感和建議參考，大大縮短了設(shè)計(jì)時(shí)間。
今年5月，超模Karolina Kurkova在參加紐約大都會(huì)藝術(shù)博物館慈善舞會(huì)時(shí)所穿的就來(lái)自Watson和時(shí)尚品牌Marchesa的合作。這款禮服周身綴有150朵玫瑰花，花中內(nèi)置LED燈。并連接到可分析語(yǔ)氣的音調(diào)分析儀API，隨著現(xiàn)場(chǎng)直播時(shí)粉絲在社交媒體上的語(yǔ)義情緒，自動(dòng)變換顏色，反應(yīng)粉絲歡樂(lè)、忍耐、興奮、鼓勵(lì)和好奇的情緒，做到了把情緒寫(xiě)在衣服上。
超模Karolina Kurkovade 禮服設(shè)計(jì)的重點(diǎn)在于感知科技，李宇春的禮服設(shè)計(jì)則更注重設(shè)計(jì)過(guò)程和風(fēng)格，不了解李宇春的時(shí)尚風(fēng)格很難產(chǎn)生共鳴。
還記得那些讓普通消費(fèi)者有點(diǎn)看不懂的智慧地球的廣告嗎？出現(xiàn)的各種場(chǎng)景與問(wèn)題可以說(shuō)是讓看得懂的人會(huì)心一笑，看不懂的人一頭霧水。如今，從高大上的高端商務(wù)到為明星設(shè)計(jì)禮服，如此接地氣的IBM一時(shí)讓人有些看不懂。
隨著90后陸續(xù)進(jìn)入職場(chǎng)，各個(gè)領(lǐng)域都將年輕化元素納入自己的考慮方向。這一點(diǎn)在娛樂(lè)圈最為明顯，從利用大數(shù)據(jù)分析，專(zhuān)門(mén)請(qǐng)流量明星拍攝電影，到改編自網(wǎng)絡(luò)小說(shuō)的影視劇、網(wǎng)劇火爆，可以說(shuō)大數(shù)據(jù)為娛樂(lè)市場(chǎng)帶來(lái)了新的模式。在企業(yè)信息化市場(chǎng)也是如此，在軟件界面設(shè)計(jì)時(shí)，越來(lái)越多的軟件設(shè)計(jì)者開(kāi)始考慮界面的設(shè)計(jì)是否符合年輕人的使用習(xí)慣。2015年甲骨文與騰訊宣布開(kāi)展云計(jì)算合作時(shí)，甲骨文的負(fù)責(zé)人也表示隨著越來(lái)越多的年輕人走向工作崗位，這些在移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、社交網(wǎng)絡(luò)時(shí)代成長(zhǎng)起來(lái)的一代將對(duì)企業(yè)解決方案提出全新的需求，社交、移動(dòng)和分析能力成為企業(yè)應(yīng)用中最關(guān)鍵的元素，而騰訊無(wú)疑是社交等最終用戶(hù)體驗(yàn)的領(lǐng)導(dǎo)者，這是他們?cè)谥袊?guó)選擇騰訊作為云服務(wù)合作伙伴的主要原因。
對(duì)IBM這樣歷史最悠久的科技企業(yè)而言，從電子商務(wù)、隨需應(yīng)變、智慧地球、云計(jì)算，到如今的大數(shù)據(jù)分析、認(rèn)知計(jì)算，IBM一直在以其領(lǐng)先的技術(shù)理念培育市場(chǎng)。
2016年初，當(dāng)羅睿蘭作為第一位參加CES的IBM全球CEO并發(fā)表演講時(shí)表示，“IBM不再只是一家硬件、軟件公司，或服務(wù)公司，而已經(jīng)轉(zhuǎn)型為一家認(rèn)知解決方案和云平臺(tái)公司。”在面向全球員工的演講中羅睿蘭說(shuō)，“我們的轉(zhuǎn)型為數(shù)字智能所推動(dòng)的新業(yè)務(wù)時(shí)代打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。我們稱(chēng)之為認(rèn)知商業(yè)，Watson系統(tǒng)在這方面引領(lǐng)著發(fā)展方向。”
兩年前，IBM投資逾10億美元成立的“Watson集團(tuán)”擔(dān)負(fù)著將認(rèn)知形式的思考能力融入各行各業(yè)的應(yīng)用、產(chǎn)品和系統(tǒng)中，為各個(gè)行業(yè)甚至人類(lèi)的生活、工作方式帶來(lái)顛覆性變革的使命。而面對(duì)開(kāi)發(fā)者開(kāi)放能力的WatsonAPI或許要將認(rèn)知計(jì)算體驗(yàn)帶給每一個(gè)普通消費(fèi)者。
過(guò)去的企業(yè)級(jí)市場(chǎng)，只要精準(zhǔn)抓住需求，以技術(shù)就能獲勝。跨界、融合、無(wú)邊界、共享經(jīng)濟(jì)等對(duì)如今的市場(chǎng)提出了新的玩法，在認(rèn)知時(shí)代，企業(yè)級(jí)市場(chǎng)的玩法存在多種可能，大家都在探索中尋找答案，究竟哪一個(gè)答案才是最佳答案？或許要幾年之后才能揭曉。
摘要：本文介紹了基于串行通信與虛擬儀器技術(shù)的汽車(chē)AMT數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，闡述了系統(tǒng)的工作原理、硬件設(shè)計(jì)以及上下位機(jī)軟件設(shè)計(jì)。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)對(duì)械式自動(dòng)變速系統(tǒng)(AMT)的開(kāi)發(fā)有重要意義。
關(guān)鍵詞：AMT；數(shù)據(jù)采集；串行通信；虛擬儀器
0引言
機(jī)械式自動(dòng)變速即AMT(AutomatedMechanicalTransmission)，是在原有的機(jī)械變速器離合器結(jié)構(gòu)不變的情況下，通過(guò)加裝微機(jī)控制的自動(dòng)操縱機(jī)構(gòu)取代原來(lái)由駕駛員人工完成的離合器分離、接合、摘檔與懸掛檔以及發(fā)動(dòng)機(jī)相應(yīng)同步調(diào)節(jié)等操作，最終實(shí)現(xiàn)換檔全過(guò)程操縱的自動(dòng)化。AMT系統(tǒng)是一個(gè)復(fù)雜的多輸入多輸出控制系統(tǒng)、參數(shù)多，變化快，時(shí)間歷程短。在開(kāi)發(fā)的不同階段都需要做大量的實(shí)驗(yàn)采集大量的數(shù)據(jù)作為系統(tǒng)設(shè)計(jì)與優(yōu)化的依據(jù)。隨車(chē)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)對(duì)開(kāi)發(fā)AMT具有重要意義，出于研究、設(shè)計(jì)AMT的需要我們開(kāi)發(fā)了這樣一個(gè)系統(tǒng)。
1系統(tǒng)的組成
數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的信號(hào)同時(shí)也是AMT的電控制單元ECU所需要的，為了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，采集系統(tǒng)下位機(jī)與AMT的控制系統(tǒng)可共用部分硬件并在此基礎(chǔ)上增加串行通訊接口電路。PC機(jī)具有強(qiáng)大的功能和豐富的軟件，因此我們選擇裝有WINDOWSXP操作系統(tǒng)的便攜式PC機(jī)作為上位機(jī)。下位機(jī)負(fù)責(zé)完成數(shù)據(jù)的采集和轉(zhuǎn)換并將數(shù)據(jù)通過(guò)串口傳給上位機(jī)，上位機(jī)負(fù)責(zé)把接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分類(lèi)、存儲(chǔ)以及分析把研究人員所關(guān)心的數(shù)據(jù)顯示出來(lái)。
2系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)
系統(tǒng)的硬件主要有以下幾個(gè)部分：傳感器，信號(hào)調(diào)理電路，下位機(jī)（ECU），串行通訊接口電路，電源電路，上位機(jī)（PC），以及一些必要的電路，結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。
圖1系統(tǒng)硬件框圖
2.1傳感器的選擇及信號(hào)調(diào)理電路的設(shè)計(jì)
AMT系統(tǒng)按信號(hào)的類(lèi)型可大致分為：模擬量，開(kāi)關(guān)量，頻率量，相應(yīng)的傳感器也就分為模擬量傳感器，開(kāi)關(guān)量傳感器，頻率量傳感器。模擬量包括加速踏板位移、選換檔位置、油門(mén)開(kāi)度、離合器位移，選用旋轉(zhuǎn)電位器；開(kāi)關(guān)量包括起步、倒檔選擇、制動(dòng)踏板信號(hào)，選用普通按鈕；頻率量包括發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、輸入軸轉(zhuǎn)速、輸出軸轉(zhuǎn)速（車(chē)速）選用霍爾式傳感器。
由傳感器輸出的信號(hào)并不能為電控系統(tǒng)ECU直接利用必須要經(jīng)過(guò)相應(yīng)的處理。模擬信號(hào)在傳輸過(guò)程中容易受到干擾，在引入A/D轉(zhuǎn)換模塊的模擬輸入管腳之前，應(yīng)當(dāng)進(jìn)行濾波、放大和限幅使之在ECU的模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊能夠處理的幅值范圍之內(nèi)。開(kāi)關(guān)信號(hào)通過(guò)光電隔離后與ECU數(shù)據(jù)總線相連。頻率信號(hào)要經(jīng)過(guò)濾波、鉗位、放大和整形使之成為單片機(jī)能夠處理的脈沖信號(hào)。模擬信號(hào)、開(kāi)關(guān)信號(hào)調(diào)理電路分別如圖2、圖3所示。
圖2模擬信號(hào)調(diào)理電路
圖3開(kāi)關(guān)信號(hào)調(diào)理電路
2.2下位機(jī)的選擇及通訊接口的設(shè)計(jì)
下位機(jī)選用MOTOROLA公司生產(chǎn)的16位MC68HC912BC32單片機(jī)，其出色的性能為同時(shí)完成自動(dòng)換檔控制和隨車(chē)數(shù)據(jù)采集任務(wù)提供了強(qiáng)有力的支持。下位機(jī)與上位機(jī)都帶有串行接口，它們之間的通訊就是通過(guò)串行口完成的。但是MC68HC912BC32的SCI口是CMOS電平，而PC機(jī)的串口是按照RS-232標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)的，RS-232標(biāo)準(zhǔn)電平是負(fù)邏輯電平即“-3—15V”為“1”，“+3—+15V”為“0”，兩者的電平不兼容，系統(tǒng)選用MAX232作為接口芯片，連接電路如圖4所示。
圖4串口電平轉(zhuǎn)換電路
2.3電源電路
汽車(chē)上的電源是+24V，單片機(jī)電源+5V，系統(tǒng)采用DC/DC轉(zhuǎn)化電路將車(chē)上的+24V轉(zhuǎn)化為+5V，同時(shí)將數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的地與車(chē)上電源的地進(jìn)行隔離避免了相互干擾，保證采集系統(tǒng)的可靠性。電源電路如圖5所示。
圖5電源電路
3系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)
數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的軟件主要包括兩部分：一部分是下位機(jī)的數(shù)據(jù)采集和發(fā)送軟件，用MOTOROLA單片機(jī)匯編語(yǔ)言編寫(xiě)，一部分是上位機(jī)的數(shù)據(jù)接收、數(shù)據(jù)分析處理以及監(jiān)測(cè)軟件用虛擬儀器的開(kāi)發(fā)平臺(tái)LabVIEW編寫(xiě)。
3.1下位機(jī)軟件的設(shè)計(jì)
下位機(jī)在運(yùn)行采集和數(shù)據(jù)發(fā)送程序的同時(shí)，還要運(yùn)行自動(dòng)換檔的主控程序，為了使系統(tǒng)協(xié)調(diào)、高效工作，程序以中斷方式為主。
3.1.1數(shù)據(jù)組成
數(shù)據(jù)的異步串行傳輸以字節(jié)為單位，加一位起始位、一位停止位，無(wú)奇偶校驗(yàn)位，組成一幀。系統(tǒng)所有信號(hào)均10ms采樣一次。把10ms內(nèi)采集的數(shù)據(jù)打包成為一個(gè)數(shù)據(jù)塊。每塊數(shù)據(jù)由1個(gè)同步字節(jié)，16個(gè)數(shù)據(jù)字節(jié)共17個(gè)字節(jié)組成，這就要求1s內(nèi)發(fā)送1700個(gè)字節(jié)，加上串行傳輸?shù)囊晃黄鹗嘉唬晃煌Ｖ刮唬?7000位/秒。因此采用串行通信的19200的波特率能夠滿(mǎn)足要求。
3.1.2數(shù)據(jù)采集軟件設(shè)計(jì)
各信號(hào)的采集由軟件定時(shí)器完成，每隔一定時(shí)間間隔產(chǎn)生一個(gè)中斷，利用這個(gè)軟件中斷啟動(dòng)輸入信號(hào)的采樣、轉(zhuǎn)換和讀取，并將需要發(fā)送數(shù)據(jù)塊的首字節(jié)送入串口發(fā)送寄存器，從而啟動(dòng)串口中斷服務(wù)程序。軟件定時(shí)器中斷服務(wù)程序如圖6所示。
3.1.3串行數(shù)據(jù)中斷發(fā)送程序設(shè)計(jì)
單片機(jī)向串口發(fā)送緩沖寄存器寫(xiě)入所要發(fā)送的字節(jié)后，相關(guān)的串口硬件電路就自動(dòng)地進(jìn)行字節(jié)的并串轉(zhuǎn)換，向外發(fā)送數(shù)據(jù)，發(fā)送完畢后單片機(jī)會(huì)產(chǎn)生一個(gè)串口發(fā)送中斷，將下一個(gè)要發(fā)送的字節(jié)送入串口發(fā)送緩沖寄存器。程序如圖7所示。
圖6軟件定時(shí)中斷程序
圖7串行數(shù)據(jù)中斷發(fā)送程序
3.2上位機(jī)軟件的設(shè)計(jì)
上位機(jī)軟件包括進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐ㄐ拍K；數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換與顯示模塊；數(shù)據(jù)的自動(dòng)存儲(chǔ)模塊。采用虛擬儀器技術(shù)的開(kāi)發(fā)平臺(tái)LabVIEW編寫(xiě)。LabVIEW由美國(guó)NI公司提供的虛擬儀器的開(kāi)發(fā)平臺(tái)，它提供了一種全新的程序編寫(xiě)方法即G語(yǔ)言（graphiclanguage）取代傳統(tǒng)的文本式編程語(yǔ)言，使編程的效率大大提高。還具有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)分析、處理、存儲(chǔ)、顯示函數(shù)庫(kù)。另外，LabVIEW提供了功能強(qiáng)大的VISA（VirtualInstrumentSoftwareArchitecture）庫(kù)即用于儀器編程的標(biāo)準(zhǔn)I/O函數(shù)庫(kù)及相關(guān)規(guī)范的總稱(chēng)，VISA庫(kù)駐留于計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，是一個(gè)高層的API（應(yīng)用程序接口），通過(guò)調(diào)用低層的驅(qū)動(dòng)程序來(lái)控制儀器。
3.2.1通信模塊的設(shè)計(jì)
通信模塊包括對(duì)串口的配置和讀串口數(shù)據(jù)。通過(guò)調(diào)用VISA庫(kù)中的串行通信結(jié)點(diǎn)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)串口的初始化，此配置必須與下位機(jī)設(shè)置的通信協(xié)議保持一致。
3.2.2數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、顯示、存儲(chǔ)模塊的設(shè)計(jì)
數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換是把由串口讀入的數(shù)據(jù)進(jìn)行必要的換算以得到具有實(shí)際物理意義的數(shù)據(jù)，如把A/D轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)還原為實(shí)際的物理量、把頻率信號(hào)轉(zhuǎn)化為實(shí)際的轉(zhuǎn)速等。并進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示。同時(shí)在后臺(tái)進(jìn)行數(shù)據(jù)的自動(dòng)存儲(chǔ)，把存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)以文件的形式保存并配以文件標(biāo)識(shí)，如時(shí)間、工況等，以便于以后的查找和分析。
3.2.3軟件的前面板主界面
上位機(jī)軟件主界面主要包含串行口的設(shè)置區(qū)、數(shù)據(jù)顯示區(qū)以及文件操作區(qū)。如圖8所示。
圖8上位機(jī)軟件主界面
4結(jié)束語(yǔ)
該數(shù)據(jù)采集及分析系統(tǒng)具有界面友好、易于使用、功能豐富等優(yōu)點(diǎn)，通過(guò)大量隨車(chē)試驗(yàn)表明該系統(tǒng)軟硬件工作穩(wěn)定可靠，滿(mǎn)足車(chē)輛各種工況下的使用要求。為AMT系統(tǒng)的控制策略的改善、參數(shù)的調(diào)整、性能的不斷優(yōu)化提供了有利的保障。
參考文獻(xiàn)：
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關(guān)鍵詞：環(huán)境監(jiān)測(cè)平臺(tái) 軟件功能 軟件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
重慶于2008年開(kāi)始搭建環(huán)境監(jiān)測(cè)綜合平臺(tái)，該平臺(tái)采用B/S結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，應(yīng)用服務(wù)器采用IIS，數(shù)據(jù)庫(kù)采用Oracle。綜合平臺(tái)應(yīng)用軟件是環(huán)境應(yīng)用系統(tǒng)中的一個(gè)子系統(tǒng)，它主要應(yīng)用將圍繞著自動(dòng)監(jiān)測(cè)站監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的采集、審核，以及儀器設(shè)備的維護(hù)服務(wù)。應(yīng)用軟件的主要設(shè)計(jì)思路如下：
1數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)為原始數(shù)據(jù)庫(kù)和審核數(shù)據(jù)庫(kù)，審核數(shù)據(jù)庫(kù)為原始數(shù)據(jù)庫(kù)經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)審核和修改后的復(fù)制版；
2審核數(shù)據(jù)庫(kù)只存儲(chǔ)用于生成報(bào)表的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)的粒度取國(guó)家規(guī)定的最小數(shù)據(jù)粒度；
3區(qū)縣和其他部門(mén)對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行審核后，審核數(shù)據(jù)庫(kù)完整的保存在中心站，區(qū)縣和其他部門(mén)按照各自的管轄范圍導(dǎo)出數(shù)據(jù)；
4應(yīng)用軟件主要分類(lèi)為：專(zhuān)業(yè)數(shù)據(jù)分析軟件、統(tǒng)計(jì)報(bào)表軟件和GIS展示軟件；
5站點(diǎn)信息、用戶(hù)信息、行政信息、環(huán)境信息等基礎(chǔ)公用數(shù)據(jù)統(tǒng)一；
6水、氣、聲等專(zhuān)業(yè)數(shù)據(jù)分別存儲(chǔ)與使用
7不同用戶(hù)只能訪問(wèn)和處理自己權(quán)限內(nèi)的數(shù)據(jù)
應(yīng)用體系結(jié)構(gòu)在邏輯功能上分為三個(gè)部分：中心站自動(dòng)監(jiān)測(cè)室負(fù)責(zé)環(huán)境質(zhì)量自動(dòng)監(jiān)測(cè)原始數(shù)據(jù)的采集、匯總和存儲(chǔ)；市環(huán)境監(jiān)測(cè)中心和各地方托管站負(fù)責(zé)對(duì)所管轄范圍內(nèi)的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行審核、調(diào)用和報(bào)表；市環(huán)境信息中心負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)集成和；系統(tǒng)總體功能結(jié)構(gòu)圖如下圖所示。
圖1 系統(tǒng)總體功能結(jié)構(gòu)圖
（1）通訊服務(wù)器
通訊服務(wù)器是現(xiàn)場(chǎng)通訊系統(tǒng)接入信息中心的門(mén)戶(hù)，負(fù)責(zé)采集監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、設(shè)備狀態(tài)、報(bào)警等信息，采集到的數(shù)據(jù)存入原始數(shù)據(jù)庫(kù)。管理人員可以通過(guò)該平臺(tái)對(duì)通訊系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)視管理，配置遠(yuǎn)程通訊模塊參數(shù)等相關(guān)操作。
（2）數(shù)據(jù)審核管理平臺(tái)
數(shù)據(jù)審核管理平臺(tái)是為內(nèi)部相關(guān)部門(mén)提供的數(shù)據(jù)處理接口。數(shù)據(jù)審核管理平臺(tái)提供對(duì)原始數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)的審核手段，數(shù)據(jù)經(jīng)審核后轉(zhuǎn)入審核數(shù)據(jù)庫(kù)；其他部門(mén)也可通過(guò)數(shù)據(jù)審核管理平臺(tái)對(duì)各自所管轄的數(shù)據(jù)進(jìn)行導(dǎo)入、報(bào)表等操作。
（3）信息平臺(tái)
信息平臺(tái)面向政府相關(guān)管理部門(mén)和廣大公眾媒體，提供環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測(cè)信息服務(wù)，另外還為相關(guān)部門(mén)提供重要的信息查詢(xún)、檢索、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)服務(wù)等功能。此部分應(yīng)受到局部門(mén)的監(jiān)督與處理。此功能建議納入到局信息中心的平臺(tái)。
（4）自動(dòng)監(jiān)測(cè)室
自動(dòng)監(jiān)測(cè)室負(fù)責(zé)對(duì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理、分析、管理以及對(duì)地表水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)站、空氣質(zhì)量自動(dòng)監(jiān)測(cè)站、噪聲環(huán)境自動(dòng)監(jiān)測(cè)站的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控。
（5）應(yīng)用軟件
應(yīng)用軟件主要由數(shù)據(jù)管理軟件、環(huán)境GIS軟件、數(shù)據(jù)分析軟件、平臺(tái)管理軟件、視頻監(jiān)控軟件組成。
中心控制軟件功能設(shè)計(jì)
根據(jù)在日常工作中的管理需求，我們把應(yīng)用軟件設(shè)計(jì)為數(shù)據(jù)處理層、應(yīng)用平臺(tái)層和用戶(hù)層三個(gè)部分。應(yīng)用軟件層次結(jié)構(gòu)示意圖如上：
圖2 應(yīng)用軟件層次結(jié)構(gòu)圖
A. 數(shù)據(jù)處理層
數(shù)據(jù)處理層是對(duì)數(shù)據(jù)的集中、存儲(chǔ)和質(zhì)量控制。數(shù)據(jù)來(lái)自環(huán)境質(zhì)量自動(dòng)監(jiān)測(cè)站數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)供應(yīng)用平臺(tái)層使用。
B. 應(yīng)用平臺(tái)層
應(yīng)用平臺(tái)層從數(shù)據(jù)處理層提取數(shù)據(jù)。應(yīng)用平臺(tái)層是各種應(yīng)用軟件匯集的層次。
C. 用戶(hù)層
用戶(hù)實(shí)現(xiàn)用戶(hù)及用戶(hù)組管理、模塊權(quán)限設(shè)置及安全日志管理等功能。用戶(hù)認(rèn)證的服務(wù)會(huì)根據(jù)不同用戶(hù)和不同的系統(tǒng)傳回相應(yīng)的用戶(hù)信息和用戶(hù)權(quán)限，實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)訪問(wèn)。
功能模塊及說(shuō)明
環(huán)境質(zhì)量：
環(huán)境質(zhì)量模塊包括大氣環(huán)境、水環(huán)境、聲環(huán)境三個(gè)模塊，各個(gè)模塊的功能相同。根據(jù)管理需要，該模塊只有自動(dòng)室具有使用權(quán)限。
A. 站點(diǎn)管理
站點(diǎn)設(shè)置：可根據(jù)行政區(qū)或功能區(qū)對(duì)站點(diǎn)進(jìn)行列表，可對(duì)站點(diǎn)進(jìn)行增加、刪除和移動(dòng)等操作；
站點(diǎn)信息編輯：可編輯站點(diǎn)名稱(chēng)、站點(diǎn)編號(hào)號(hào)、所在區(qū)域、位置、采樣高度、經(jīng)緯度及周?chē)h(huán)境基本狀況，包括照片等文檔；其中行政區(qū)、站點(diǎn)代碼按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)；
監(jiān)測(cè)參數(shù)設(shè)置： 可自由添加、刪除各站點(diǎn)的監(jiān)測(cè)參數(shù)，參數(shù)名稱(chēng)、單位及數(shù)值格式按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)；
儀器管理：校準(zhǔn)、校零、儀器重新加電
B. 數(shù)值分析
數(shù)據(jù)查詢(xún)： 按時(shí)間或統(tǒng)計(jì)因子
數(shù)據(jù)回放：數(shù)值或圖形
數(shù)值比較：?jiǎn)握径鄥ⅰ⒍嗾締螀⒌臄?shù)據(jù)及圖形比較
風(fēng)玫瑰圖：特定子站，特定時(shí)間段的風(fēng)標(biāo)、風(fēng)玫瑰圖及污染玫瑰圖
C. 統(tǒng)計(jì)報(bào)表
日常報(bào)表：日?qǐng)?bào)、周報(bào)、月報(bào)、年報(bào)
自定義報(bào)表：可按任意時(shí)間段查詢(xún)單站或多站數(shù)據(jù)，形成報(bào)表
綜合統(tǒng)計(jì)類(lèi)報(bào)表：需事先定義統(tǒng)計(jì)因子，按統(tǒng)計(jì)因子自動(dòng)形成報(bào)表
D. 采集監(jiān)測(cè)：為缺省頁(yè)面
采集進(jìn)度：以進(jìn)度條的形式顯示各站當(dāng)日數(shù)據(jù)采集及傳輸情況；
站點(diǎn)異常數(shù)據(jù)分析：根據(jù)異常警報(bào)，可調(diào)出異常段數(shù)據(jù)瀏覽，如采集率在90%以下的數(shù)據(jù)；
報(bào)警信息：正常顯示站點(diǎn)運(yùn)行環(huán)境，如溫、濕度等；如有視頻，可同時(shí)顯示視頻圖像；超限值報(bào)警。
數(shù)據(jù)審核管理：
數(shù)據(jù)審核管理為區(qū)縣站進(jìn)行數(shù)據(jù)審核提供平臺(tái)。數(shù)據(jù)為一次審核，也就是說(shuō)，審核通過(guò)并確認(rèn)后，不能再審核修改數(shù)據(jù)。審核后的數(shù)據(jù)形成審核數(shù)據(jù)庫(kù)，區(qū)縣站將數(shù)據(jù)下載到區(qū)縣站數(shù)據(jù)庫(kù)使用。提供查詢(xún)和多次下載功能。下載方式目前采用EXCEL或XML，也可開(kāi)放審核數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu)，供區(qū)縣站自行導(dǎo)入數(shù)據(jù)。
A. 數(shù)據(jù)審核
按站點(diǎn)列出300S或3600S單位的數(shù)據(jù)，供審核，可刪除或修改數(shù)據(jù)，但結(jié)果不在原始庫(kù)中反算。
B. 數(shù)據(jù)查詢(xún)與導(dǎo)出
數(shù)據(jù)按時(shí)間查詢(xún)，軟后按用戶(hù)要求各市導(dǎo)出，用戶(hù)需制定格式
系統(tǒng)維護(hù)
系統(tǒng)維護(hù)主要是維護(hù)各種系統(tǒng)或基礎(chǔ)信息。
行政區(qū)劃管理：維護(hù)行政區(qū)劃代碼或行政等級(jí)代碼。
流域管理：維護(hù)流域名稱(chēng)和流域代碼。
河流管理：維護(hù)河流名稱(chēng)、代碼及流域。
單位管理：管理用戶(hù)所屬單位的基本信息。
