時(shí)間：2022-08-29 14:01:28
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篇控制軟件設(shè)計(jì)論文，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。
關(guān)鍵詞：DSP，DDS，無(wú)線(xiàn)電引信，干擾波形
1 引言
隨著引信技術(shù)的發(fā)展，引信體制也在不斷豐富，引信信號(hào)的波形也從最簡(jiǎn)單的單頻連續(xù)波，到調(diào)頻信號(hào)和脈沖信號(hào)，再到偽隨機(jī)碼調(diào)制信號(hào)經(jīng)歷了重大變化。無(wú)線(xiàn)電引信干擾波形發(fā)生器的功能就是模擬各種引信信號(hào)的波形。論文參考網(wǎng)。本文的設(shè)計(jì)就是在這個(gè)研究背景下提出的。以DSP芯片和DDS芯片為核心所設(shè)計(jì)的干擾波形發(fā)生器，具有實(shí)時(shí)性好、波形豐富、易于控制等特點(diǎn)。
2 DSP、DDS芯片簡(jiǎn)介
2.1 AD9854芯片
AD9854是AD公司推出的一種專(zhuān)用直接數(shù)字合成（DDS）電路，它自帶單頻、CHIRP、FSK、BPSK等五種工作模式，在此基礎(chǔ)上借助片上高速比較電路和高速數(shù)控電路，可以產(chǎn)生目前引信使用大多數(shù)引信信號(hào)波形。AD9854的內(nèi)部功能方框圖如圖1所示，它的主要特點(diǎn)如下：
l內(nèi)部集成兩個(gè)高性能12位D/A變換器、兩個(gè)48位頻率寄存器、兩個(gè)14位相位寄存器、12位幅度調(diào)制數(shù)字乘法器、超高速比較器和4到20倍參考時(shí)鐘乘法器；
l3.3V單電源供電、多重低功耗處理、最高300MHz系統(tǒng)時(shí)鐘頻率、窄帶雜散83dB、寬帶雜散56dB（寬帶雜散隨著頻率增高而降低）；
l內(nèi)置單頻、FSK、RAMPED FSK、CHIRP、BPSK五種工作方式，支持幅度調(diào)制和成形開(kāi)關(guān)鍵控功能。
圖1 AD9854內(nèi)部功能方框圖
2.2TMS320F2812芯片
TMS320F2812是工業(yè)界首批32位的控制專(zhuān)用、內(nèi)含閃存以及高達(dá)150MIPS的數(shù)字信號(hào)處理器，具有強(qiáng)大的控制和信號(hào)處理能力，能夠?qū)崿F(xiàn)復(fù)雜的控制算法。TMS320F2812片上整合了Flash存儲(chǔ)器、快速的A/D轉(zhuǎn)換器、增強(qiáng)的CAN模塊、事件管理器、正交編碼電路接口、多通道緩沖串口等外設(shè)，使用戶(hù)可以以最便宜的價(jià)格開(kāi)發(fā)高性能數(shù)字控制系統(tǒng)。TMS320F2812功能和資源相當(dāng)豐富，其特點(diǎn)可以歸納如下：
l采用高性能的靜態(tài)CMOS技術(shù)；
l先進(jìn)的仿真調(diào)試功能；
l豐富的片上存儲(chǔ)器資源；
l靈活的時(shí)鐘和系統(tǒng)控制；
l功能強(qiáng)大的片上外設(shè)；
l12位數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊（D/A）；
l高達(dá)56個(gè)可配置通用目的I/O引腳，保留通用外部標(biāo)志XF；
l三個(gè)外部中斷，外設(shè)中斷擴(kuò)展模塊（PIE）支持45個(gè)外設(shè)中斷。
3 干擾波形發(fā)生器的硬件設(shè)計(jì)
采用TMS320F2812芯片作為本系統(tǒng)的主控制器，用該芯片實(shí)現(xiàn)對(duì)AD9854的控制，產(chǎn)生所需信號(hào)波形。以TMS320F2812和AD9854為核心，構(gòu)建的系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示。論文參考網(wǎng)。信號(hào)的參數(shù)由PC機(jī)設(shè)置，通過(guò)串口發(fā)送到TMS320F2812中，TMS320F2812收到參數(shù)后控制AD9854輸出干擾波形，經(jīng)過(guò)濾波器后輸出。
圖2 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖
本設(shè)計(jì)中AD9854采用并口形式訪(fǎng)問(wèn)。TMS320F2812與AD9854的接口示意圖如圖3所示。
圖3 TMS320F2812與AD9854的接口
4 干擾波形發(fā)生器的軟件設(shè)計(jì)
4.1系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
本系統(tǒng)軟件程序的設(shè)計(jì)采用目前國(guó)際上流行的、通用高級(jí)程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言—C語(yǔ)言；系統(tǒng)軟件的開(kāi)工具主要采用CCS 2000。本系統(tǒng)的軟件的構(gòu)成如圖4所示。主要由系統(tǒng)軟件、PC機(jī)控制軟件和波形產(chǎn)生軟件三部分組成。系統(tǒng)軟件包括系統(tǒng)的初始化程序及所有硬件設(shè)備的驅(qū)動(dòng)程序兩部分；PC機(jī)控制軟件的任務(wù)是接收用戶(hù)輸入的波形參數(shù)，轉(zhuǎn)換成AD9854的控制字形式，然后傳送給DSP；波形產(chǎn)生軟件包括DSP控制相關(guān)硬件產(chǎn)生所需波形的程序和DSP產(chǎn)生波形數(shù)據(jù)并控制DA產(chǎn)生波形的軟件兩部分。
圖4 無(wú)線(xiàn)電引信干擾波形生成系統(tǒng)軟件系統(tǒng)構(gòu)成
軟件系統(tǒng)的工作流程如圖5所示，具體工作過(guò)程是：上電后首先完成DSP的復(fù)位，DSP發(fā)出控制信號(hào)初始化DDS芯片，同時(shí)對(duì)LCD進(jìn)行初始化。論文參考網(wǎng)。然后查詢(xún)主控PC機(jī)是否發(fā)出有參數(shù)設(shè)置信息的指令信號(hào)，如果沒(méi)有則繼續(xù)查詢(xún)；如果有則接收指令信號(hào)，并判斷需要產(chǎn)生信號(hào)的類(lèi)型，DSP據(jù)此將主控PC設(shè)置的參數(shù)信息發(fā)送到DDS芯片中或調(diào)用DSP程序，同時(shí)DSP運(yùn)行數(shù)據(jù)信息在液晶顯示器上顯示出來(lái)。最后，DSP的計(jì)算數(shù)據(jù)經(jīng)DDS的可控DAC后的輸出或DDS的輸出，經(jīng)過(guò)濾波器后產(chǎn)生需要的引信干擾波形。
圖5系統(tǒng)軟件工作流程
4.2 三角波調(diào)頻信號(hào)波形的產(chǎn)生程序設(shè)計(jì)及調(diào)試結(jié)果
在產(chǎn)生三角波調(diào)頻信號(hào)的過(guò)程中，AD9854選擇控制RAMPED FSK工作模式,DSP對(duì)AD9854的控制流程如圖6所示。
對(duì)DSP控制AD9854產(chǎn)生三角波調(diào)頻波形軟件進(jìn)行調(diào)試，產(chǎn)生的波形比較理想。圖7是三角波調(diào)頻信號(hào)在10MHz-30MHz的頻譜，圖中顯示的頻譜穩(wěn)定，說(shuō)明所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)能很好的實(shí)現(xiàn)三角波調(diào)頻。
圖7 三角波調(diào)頻信號(hào)頻譜
5 結(jié)束語(yǔ)
本文所設(shè)計(jì)的無(wú)線(xiàn)電引信干擾波形發(fā)生器，在通用的硬件平臺(tái)中，應(yīng)用不同軟件模塊，能產(chǎn)生形式多樣、波形復(fù)雜的干擾波形，所設(shè)計(jì)的無(wú)線(xiàn)電引信干擾波形發(fā)生器不僅能干擾多種體制的無(wú)線(xiàn)電引信，而且在引信研制生產(chǎn)的過(guò)程中，可以利用該系統(tǒng)作為試驗(yàn)設(shè)備，來(lái)檢驗(yàn)引信的性能指標(biāo)是否滿(mǎn)足要求。因此，該設(shè)備具有較大的生產(chǎn)應(yīng)用價(jià)值。
參考文獻(xiàn)
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本文基于OPC技術(shù)，通過(guò)VB 結(jié)合sql server等相關(guān)軟件完成了一套工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)異構(gòu)系統(tǒng)集成軟件的開(kāi)發(fā)。通過(guò)本軟件可以有效的將工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)中不同的OPC server設(shè)備間的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)存到數(shù)據(jù)庫(kù)中，從而實(shí)現(xiàn)了工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)之間異構(gòu)系統(tǒng)的集成。利用本軟件可以有效的降低企業(yè)異構(gòu)系統(tǒng)集成的成本，提高了企業(yè)的工作效率，同時(shí)為將來(lái)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)遠(yuǎn)程監(jiān)控提供了一個(gè)很好的平臺(tái)。
【關(guān)鍵詞】異構(gòu)系統(tǒng) 集成 OPC VB SQL Server
1 引言
隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的高速發(fā)展，在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)領(lǐng)域，一套工業(yè)控制系統(tǒng)可能會(huì)選用很多不同公司的控制設(shè)備來(lái)集成一個(gè)系統(tǒng)，但由于標(biāo)準(zhǔn)不同，開(kāi)發(fā)者必須對(duì)系統(tǒng)的所有設(shè)備都編寫(xiě)對(duì)應(yīng)的驅(qū)動(dòng)，這無(wú)疑加大了開(kāi)發(fā)的難度，同時(shí)由于驅(qū)動(dòng)程序不同，使得不同設(shè)備之間通訊的時(shí)候容易造成數(shù)據(jù)擁堵，降低了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。
而OPC技術(shù)的出現(xiàn)可以有效的解決存在這些問(wèn)題。OPC技術(shù)為各種軟硬件廠(chǎng)商之間提供了明確的分工，軟件廠(chǎng)商只需針對(duì)相應(yīng)的接口進(jìn)行編程，就可連接不同的設(shè)備。同時(shí)硬件設(shè)備廠(chǎng)商只需在設(shè)備中提供符合OPC規(guī)范的接口即可。這樣極大提高了設(shè)備之間的互操作性。有效的解決了工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)異構(gòu)系統(tǒng)的集成問(wèn)題。
2 系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)
為了解決工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)異構(gòu)系統(tǒng)的集成，本文利用VB 6.0 開(kāi)發(fā)了一套基于OPC技術(shù)的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)異構(gòu)系統(tǒng)集成軟件，該系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)如圖1所示，通過(guò)VB編寫(xiě)的客戶(hù)端軟件，可以將符合OPC規(guī)范的不同設(shè)備之間的數(shù)據(jù)都存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)庫(kù)中，從而有效的完成了工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)異構(gòu)系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)的集成。
3 軟件的設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)
3.1 軟件的設(shè)計(jì)
本軟件設(shè)計(jì)的重點(diǎn)是如何利用VB來(lái)實(shí)現(xiàn)讀取OPC server中的數(shù)據(jù)，并將讀取到的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)存到數(shù)據(jù)庫(kù)中。
3.2 軟件的實(shí)現(xiàn)
3.2.1 OPC 技術(shù)原理
本軟件設(shè)計(jì)主要是開(kāi)發(fā)OPC 客戶(hù)端軟件，而OPC 服務(wù)器端一般通過(guò)相應(yīng)的組態(tài)軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)。對(duì)于OPC服務(wù)器通常有兩種訪(fǎng)問(wèn)接口，一種是OPC自定義接口，一種是OPC自動(dòng)化接口。OPC自定義接口一般用c或者c++等程序來(lái)編寫(xiě)。而OPC自動(dòng)化接口主要采用VB或dephi等軟件來(lái)編寫(xiě)。實(shí)際應(yīng)用中，并不是所有的OPC服務(wù)器都提供自動(dòng)化接口，如果要采用自動(dòng)化接口，需要對(duì)自定義接口進(jìn)行進(jìn)一步的封裝，使其成為自動(dòng)化接口，本次軟件設(shè)計(jì)中，采用的是OPC自動(dòng)化接口完成對(duì)OPC Server的訪(fǎng)問(wèn)。
3.2.2 利用VB 編寫(xiě)OPC 客戶(hù)端的原理和代碼
使用VB編寫(xiě)OPC客戶(hù)端的原理主要是通過(guò)創(chuàng)建OPC服務(wù)器對(duì)象，然后進(jìn)行連接。進(jìn)而創(chuàng)建OPC的組對(duì)象，在組對(duì)象中添加OPC數(shù)據(jù)項(xiàng)標(biāo)簽，在OPC數(shù)據(jù)項(xiàng)標(biāo)簽中進(jìn)行數(shù)據(jù)的讀寫(xiě)。
其中對(duì)數(shù)據(jù)項(xiàng)標(biāo)簽的讀寫(xiě)又分為異步和同步兩種方式。在本次軟件設(shè)計(jì)中，由于為了提高效率，因此采用同步的方式來(lái)讀取數(shù)據(jù)。
相關(guān)代碼的實(shí)現(xiàn)：
（1）連接OPC服務(wù)器。
Dim MyOPCServer As OPCServer ‘定義服務(wù)器對(duì)象變量MyOPCServer
Dim MyOPCGroup As OPCGroup ‘定義OPC組對(duì)象變量MyOPCGroup
Set MyOPCServer = New OPCServer
MyOPCServer.Connect " OPCServer.WinCC.1" ‘連接OPC服務(wù)器
（2）添加OPC組對(duì)象。
Set MyOPCGroup="MyOPCServer".OPCGroups.Add（"Group1"）
‘添加OPC組對(duì)象
MyOPCGroup.IsSubscribed= True‘設(shè)置該組數(shù)據(jù)為后臺(tái)刷新
MyOPCGroup.IsActive = True‘設(shè)置該組為激活狀態(tài)
MyOPCGroup.UpdateRate=1000‘設(shè)置數(shù)據(jù)刷新時(shí)間為1000
（3）添加數(shù)據(jù)項(xiàng)。
Dim ItemIDs（） As String
Dim ClientHandles（） As Long‘客戶(hù)端句柄
Dim ServerHandles（） As Long‘服務(wù)器端句柄
Dim Errors（） As Long
Dim i As Long
ItemCount=4
ClientHandles（i） = I
…………………..
MyOPCGroup.OPCItems.AddItems ItemCount， ItemIDs， ClientHandles， ServerHandles， Errors‘添加數(shù)據(jù)項(xiàng)操作
（4）同步數(shù)據(jù)讀寫(xiě)。
……………………
MyOPCGroup.SyncRead OPCCache， ItemCount， ServerHandles， ReadValue， Errors‘同步讀數(shù)據(jù)
MyOPCGroup.SyncWrite ItemCount， ServerHandles， valuess， Errors‘同步寫(xiě)數(shù)據(jù)
（5）斷開(kāi)OPC服務(wù)器。
MyOPCServer.OPCGroups.RemoveAll‘移除所有OPC Group
Set MyOPCGroup = Nothing
MyOPCServer.Disconnect‘?dāng)嚅_(kāi)連接
3.2.3 利用vb的ADO技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)存
在VB 6.0主要利用ADO技術(shù)來(lái)完成對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)的訪(fǎng)問(wèn)，在VB 中如果想使用ADO技術(shù)首先應(yīng)該創(chuàng)建該對(duì)象，然后通過(guò)對(duì)相關(guān)控件屬性的設(shè)置即可進(jìn)行數(shù)據(jù)庫(kù)的連接。相關(guān)的核心代碼為：
Private Sub Command7_Click（）
Dim Value1 As Variant， Quality As Variant， TimeStamp As Variant
……………………………………
Form7.Adodc1.Recordset.Fields（"采集值1"） = Value1
Form7.Adodc1.Recordset.Fields（"采集值2"） = Value2
Form7.Adodc1.Recordset.Fields（"采集值3"） = Value3
Form7.Adodc1.Recordset.Fields（"采集值4"） = Value4
Form7.Adodc1.Recordset.Fields（"采集時(shí)間"） = TimeStamp4
Form7.Adodc1.Recordset.Update
Form7.Adodc1.Refresh
………………………………..
End Sub
4 結(jié)論
在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)領(lǐng)域中，OPC的作用已經(jīng)越來(lái)越重要。它給硬件和軟件提供商提供了一套標(biāo)準(zhǔn)，本次軟件的設(shè)計(jì)正是基于這一標(biāo)準(zhǔn)，成功的利用vb開(kāi)發(fā)一套OPC客戶(hù)端軟件，可以有效的將不同系統(tǒng)中OPC服務(wù)端的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)存到數(shù)據(jù)庫(kù)中，從而為工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)異構(gòu)系統(tǒng)之間數(shù)據(jù)集成提供了可能。
眾所周知，工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)正在向信息化和網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展，而企業(yè)對(duì)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的遠(yuǎn)程監(jiān)控的需求越來(lái)越多，而本次軟件的設(shè)計(jì)，已經(jīng)將異構(gòu)系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)很好的轉(zhuǎn)存到了數(shù)據(jù)庫(kù)中，這就為將來(lái)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)異構(gòu)系統(tǒng)之間的遠(yuǎn)程監(jiān)控提供了一個(gè)很好的平臺(tái)。
參考文獻(xiàn)
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作者單位
摘要： 針對(duì)單晶等徑生長(zhǎng)過(guò)程中主要是對(duì)系統(tǒng)的溫度和晶體測(cè)徑環(huán)節(jié)的控制，介紹了一種基于模糊控制與PID算法的CZ法單晶等徑生長(zhǎng)控制系統(tǒng)。詳細(xì)闡述系統(tǒng)的組成，重點(diǎn)介紹系統(tǒng)采用雙閉環(huán)串級(jí)控制。最后通過(guò)仿真測(cè)試，結(jié)果表明，該系統(tǒng)具有對(duì)現(xiàn)場(chǎng)溫度、單晶直徑等參數(shù)的合理控制和調(diào)節(jié)功能，能夠有效地改善系統(tǒng)控制性能。
關(guān)鍵詞： 直拉法（CZ法）；等徑生長(zhǎng)；模糊PID ；仿真
0引言
CZ法即直拉法，是目前制備晶體人們普遍采用的一種方法。由于單晶等徑生長(zhǎng)控制的關(guān)鍵是單晶棒，所以當(dāng)忽略一些干擾因素時(shí)，單晶等徑生長(zhǎng)主要受到溫度和單晶生長(zhǎng)速度影響。系統(tǒng)若處于恒溫狀態(tài)下時(shí)，只通過(guò)單晶生長(zhǎng)速度控制單晶直徑，單晶外形能夠保證，但晶體生長(zhǎng)速度的變化就會(huì)影響單晶微觀質(zhì)量。反之，系統(tǒng)處于恒速狀態(tài)下時(shí)，如果只通過(guò)溫度調(diào)節(jié)來(lái)控制單晶直徑，此時(shí)系統(tǒng)就變?yōu)橐粋€(gè)緩慢時(shí)變、帶有隨機(jī)擾動(dòng)的非最小相位系統(tǒng)，系統(tǒng)很難實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控徑。本文介紹一種將模糊控制和PID控制算法相結(jié)合，采用串級(jí)雙閉環(huán)回路，實(shí)現(xiàn)對(duì)晶體生長(zhǎng)過(guò)程的溫度與單晶直徑的控制，其系統(tǒng)簡(jiǎn)單、可靠，易于控制。
1控制系統(tǒng)方案及構(gòu)成
1.1 控制系統(tǒng)方案模糊控制是通過(guò)模仿人的思維方式和控制經(jīng)驗(yàn)來(lái)實(shí)現(xiàn)控制的一種新的控制方法。它不依賴(lài)于控制對(duì)象的數(shù)學(xué)模型，通過(guò)對(duì)模糊信息的處理可以對(duì)復(fù)雜的控制對(duì)象實(shí)施良好的控制，而且模糊控制具有良好的魯棒性，即當(dāng)對(duì)象的參數(shù)或結(jié)構(gòu)有一定程度變化時(shí)仍然可以保持較好的控制性，它最適合用于非線(xiàn)性系統(tǒng)或當(dāng)輸入及操作描述存在著不確定性關(guān)系的系統(tǒng)。而PID控制是目前應(yīng)用最為廣泛的控制規(guī)律，根據(jù)偏差的比例（P）、積分（I）、微分控制（D）進(jìn)行控制。在實(shí)際運(yùn)用和理論上分析都表明，運(yùn)用這種控制規(guī)律對(duì)許多工業(yè)過(guò)程進(jìn)行控制時(shí)，都能得到滿(mǎn)意的效果。
由于CZ法單晶等徑生長(zhǎng)系統(tǒng)中影響晶體等徑生長(zhǎng)的因素較多，例如：坩堝的溫度、提拉速度等，這些因素之間的關(guān)系是模糊的、不確定的，若單純采用模糊控制，實(shí)驗(yàn)證明在線(xiàn)辨識(shí)結(jié)果不一定有效；若采用PID控制，實(shí)驗(yàn)得出不僅控溫精度低，而且系統(tǒng)自適應(yīng)能力較差。為了達(dá)到較高的精度，必須將模糊控制與PID控制算法相結(jié)合，綜合二者優(yōu)點(diǎn)，系統(tǒng)選用模糊PID控制器。
1.2 基本構(gòu)成本文論述CZ法單晶等徑生長(zhǎng)模糊控制系統(tǒng)由直徑調(diào)節(jié)器、溫度調(diào)節(jié)器以及稱(chēng)重測(cè)徑系統(tǒng)三部分組成，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。其中直徑調(diào)節(jié)器是系統(tǒng)的控制核心，它可按用戶(hù)需求直接設(shè)定單晶直徑，并通過(guò)人機(jī)界面進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)視，方便用戶(hù)操作；溫度調(diào)節(jié)器又稱(chēng)控溫儀，采用歐陸818P溫度控制器，該控制器內(nèi)部為一智能的PID調(diào)節(jié)，與熱電偶配合使用進(jìn)行測(cè)溫，測(cè)得的數(shù)據(jù)通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換單元轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，并利用系統(tǒng)軟件對(duì)其進(jìn)行處理，同時(shí)輸出控制指令和數(shù)顯指令，完成整個(gè)測(cè)控系統(tǒng)的中央處理功能；稱(chēng)重測(cè)徑系統(tǒng)具有獨(dú)立數(shù)據(jù)采集功能，采用簡(jiǎn)單模糊控制器，利用單片機(jī)結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)采集的直徑數(shù)據(jù)與用戶(hù)設(shè)定的直徑比較，產(chǎn)生偏差按照模糊PID控制算法計(jì)算出實(shí)時(shí)控制量即輸出量，再以此控制量通過(guò)D/A轉(zhuǎn)換電路改變輸出驅(qū)動(dòng)信號(hào)調(diào)節(jié)晶體的提拉速度與堝升速度，使單晶直徑逐步達(dá)到用戶(hù)設(shè)定的直徑值。
2控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)
2.1 控制回路組成CZ法單晶等徑生長(zhǎng)控制系統(tǒng)中采用雙閉環(huán)串級(jí)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。如圖2所示。系統(tǒng)設(shè)計(jì)為雙閉環(huán)回路中主控制回路由直徑調(diào)節(jié)器、副控制回路、晶體、測(cè)徑單元組成；副控制回路由溫度調(diào)節(jié)器、加熱器、單晶爐、測(cè)溫單元組成。其中把單晶直徑作為主被控對(duì)象，單晶爐溫度作為副被控對(duì)象；直徑調(diào)節(jié)器作為主調(diào)節(jié)器，溫度調(diào)節(jié)器作為副調(diào)節(jié)器。
2.2 控溫回路CZ法單晶等徑生長(zhǎng)過(guò)程主要考慮因素之一是溫度控制，基本原理是由所測(cè)溫度與設(shè)定溫度校正曲線(xiàn)的溫度比較產(chǎn)生偏差信號(hào)作為模糊PID控制器的輸入，根據(jù)不同時(shí)刻的采樣點(diǎn)得到的偏差或偏差變化作為輸入變量，對(duì)系統(tǒng)被控對(duì)象參數(shù)K，T，?子，進(jìn)行在線(xiàn)整定，輸出值可改變單晶爐溫度達(dá)到控徑的目的，同時(shí)也限制了單晶提拉速度的引起大范圍波動(dòng)與變化，用來(lái)補(bǔ)償由于單晶長(zhǎng)度生長(zhǎng)變化而引起單晶爐中固、液體交界面熱穩(wěn)態(tài)發(fā)生的變化。
在系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程中將副控制回路設(shè)計(jì)成一個(gè)控溫系統(tǒng)，此時(shí)輸入就作為直徑調(diào)節(jié)器的輸出，而輸出的單晶爐溫度將對(duì)主被控對(duì)象單晶直徑產(chǎn)生直接作用。如圖3所示。在副控制回路中，對(duì)于單晶爐的溫度結(jié)構(gòu)參數(shù)易變不易確定，通過(guò)純理論計(jì)算過(guò)程較為復(fù)雜，但采用仿真實(shí)驗(yàn)方法進(jìn)行測(cè)試就顯得比較方便。實(shí)驗(yàn)時(shí)把單位階躍電壓信號(hào)即給定信號(hào)作為單晶爐的輸入，相當(dāng)于單晶爐溫度突然變化的情況，通過(guò)仿真軟件測(cè)出單晶爐輸出溫度變化的過(guò)渡曲線(xiàn)。
3軟件設(shè)計(jì)
本系統(tǒng)邏輯控制軟件主要由單片機(jī)選用Intel公司的16位單片機(jī)80C196KC實(shí)現(xiàn)，采用模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。系統(tǒng)程序包括主程序和中斷子程序。其中主程序由初始化程序、A／D采樣子程序、鍵盤(pán)掃描子程序、模糊PID控制子程序等部分組成。系統(tǒng)主程序流程圖如圖3所示。初始化主要完成晶體輻射及熱傳導(dǎo)過(guò)程中系統(tǒng)各部件的初始化和自檢。鍵盤(pán)掃描和控制算法等子程序利用80C196KC豐富的中斷資源，在外部中斷和定時(shí)器溢出中斷子程序中完成溫度和直徑控制。與上位機(jī)的串行通信采用80C196KC自帶的UART硬件傳輸中斷，以滿(mǎn)足數(shù)據(jù)雙向傳輸?shù)漠惒叫院蛯?shí)時(shí)性要求。
模糊控制PID算法子程序包括輸入量的模糊化、模糊化計(jì)算、輸出量的解模糊化三部分。由于模糊集采用非線(xiàn)性分類(lèi)，所以對(duì)輸出量KP、TI、TD進(jìn)行線(xiàn)性劃分。系統(tǒng)對(duì)具體參數(shù)設(shè)置后，形成PID控制器的參數(shù)KP、TI、TD的調(diào)整規(guī)則表，并對(duì)其進(jìn)行在線(xiàn)調(diào)整。最后使用加權(quán)平均法對(duì)在線(xiàn)已經(jīng)調(diào)整好的這三個(gè)參數(shù)進(jìn)行解模糊。（圖4）
4實(shí)驗(yàn)結(jié)果
系統(tǒng)通過(guò)強(qiáng)大功能的仿真軟件MATLAB實(shí)驗(yàn)測(cè)試，在Simulink的環(huán)境下搭建非線(xiàn)性模塊，當(dāng)搭建好后再對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行直接仿真，測(cè)試表明：該控制系統(tǒng)將晶體單晶等徑生長(zhǎng)過(guò)程的溫度控制與晶體提拉速度完美結(jié)合，所生長(zhǎng)出的單晶直徑達(dá)到用戶(hù)要求，而且單晶的等徑控制精度可達(dá)±1mm、±1.2mm等等。系統(tǒng)不僅穩(wěn)態(tài)精度明顯提高，而且具有良好的動(dòng)態(tài)性能和靈活性。
5結(jié)語(yǔ)
本文針對(duì)單晶等徑生長(zhǎng)過(guò)程，分析了影響單晶生長(zhǎng)的因素，控制策略是結(jié)合模糊控制與PID控制的優(yōu)缺點(diǎn)，并確定系統(tǒng)選用模糊PID算法，設(shè)計(jì)了一個(gè)模糊控制與PID控制算法相結(jié)合的單晶等徑生長(zhǎng)控制系統(tǒng)。系統(tǒng)采用雙閉環(huán)串級(jí)控制其控制是在常用單回路的基礎(chǔ)上增加了由溫度調(diào)節(jié)器、坩堝加熱器以及測(cè)溫單元組成的副控制回路，并且通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)試，可有效地實(shí)現(xiàn)了單晶等徑生長(zhǎng)控制，系統(tǒng)能夠達(dá)到較高的穩(wěn)態(tài)精度。
參考文獻(xiàn)：
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開(kāi)題報(bào)告填寫(xiě)要求
1.開(kāi)題報(bào)告(含“文獻(xiàn)綜述” )作為畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)答辯委 員會(huì)對(duì)學(xué)生答辯資格審查的依據(jù)材料之一。此報(bào)告應(yīng)在指導(dǎo)教師指 導(dǎo)下，由學(xué)生在畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)工作前期內(nèi)完成，經(jīng)指導(dǎo)教師簽 署意見(jiàn)及所在專(zhuān)業(yè)審查后生效。 2.開(kāi)題報(bào)告內(nèi)容必須用黑墨水筆工整書(shū)寫(xiě)或按此電子文檔標(biāo) 準(zhǔn)格式(可從教務(wù)處網(wǎng)頁(yè)上下載)打印，禁止打印在其它紙上后剪 貼，完成后應(yīng)及時(shí)交給指導(dǎo)教師簽署意見(jiàn)。 3. “文獻(xiàn)綜述”應(yīng)按論文的格式成文，并直接書(shū)寫(xiě)(或打印) 在本開(kāi)題報(bào)告第一欄目?jī)?nèi)， 學(xué)生寫(xiě)文獻(xiàn)綜述的參考文獻(xiàn)應(yīng)不少于 10 篇(不包括辭典、手冊(cè)) ，其中至少應(yīng)包括 1 篇外文資料;對(duì)于重 要的參考文獻(xiàn)應(yīng)附原件復(fù)印件，作為附件裝訂在開(kāi)題報(bào)告的最后。 4.統(tǒng)一用 A4 紙，并裝訂單獨(dú)成冊(cè)，隨《畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)說(shuō) 明書(shū)》等資料裝入文件袋中。
畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)(論 文)開(kāi) 題 報(bào) 告
1.文獻(xiàn)綜述： 結(jié)合畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文) 課題情況， 根據(jù)所查閱的文獻(xiàn)資料， 每人撰寫(xiě) 2500 字以上的文獻(xiàn)綜述，文后應(yīng)列出所查閱的文獻(xiàn)資料。 軟件項(xiàng)目開(kāi)發(fā)管理系統(tǒng)
進(jìn)入二十一世紀(jì)這個(gè)信息爆炸的時(shí)代，人們的各種觀念開(kāi)始發(fā)生驚天巨變，各行 業(yè)也開(kāi)始轉(zhuǎn)向信息化。而隨著Internet的普及與發(fā)展、隨著電腦及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的大范圍 應(yīng)用，信息技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)等都在不同領(lǐng)域得到了飛速的發(fā)展。隨著IT 產(chǎn)業(yè)的不斷膨脹，各種各樣的軟件項(xiàng)目被飛快的開(kāi)發(fā)出來(lái)。各種應(yīng)用軟件，各類(lèi)實(shí)施 項(xiàng)目不斷被推出，在世界高速發(fā)展的今天，在各類(lèi)軟件項(xiàng)目層出不窮的今天，如何規(guī) 范的，系統(tǒng)的，安全的，高效的管理好各類(lèi)軟件項(xiàng)目，成為了當(dāng)前各軟件項(xiàng)目開(kāi)發(fā)公 司的最大難題。要想去逐步解決這些問(wèn)題，則需要應(yīng)用到軟件項(xiàng)目開(kāi)發(fā)管理系統(tǒng)。 軟件項(xiàng)目開(kāi)發(fā)是一件非常復(fù)雜的工作，他需要各種軟件開(kāi)發(fā)人員投入到這個(gè)開(kāi)發(fā) 大軍來(lái)，相互協(xié)調(diào)配合，相互提升。而對(duì)眾多的軟件公司或開(kāi)發(fā)團(tuán)隊(duì)來(lái)說(shuō)，有效的管 理和控制軟件項(xiàng)目是非常重要的。為了給這一復(fù)雜而重要的工程帶來(lái)可操作性的簡(jiǎn)便 和準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)信息。Software Projects Exploitation Management System就是為著 這一目的開(kāi)發(fā)出來(lái)的。 軟件項(xiàng)目管理系統(tǒng)主要用來(lái)幫助軟件公司架構(gòu)規(guī)范的軟件項(xiàng)目開(kāi)發(fā)管理過(guò)程(項(xiàng) 目計(jì)劃管理、監(jiān)督與跟蹤、需求管理、測(cè)試管理、缺陷管理…)包括： 1、幫助軟件公司進(jìn)行有效的項(xiàng)目數(shù)據(jù)度量管理(針對(duì)SEI CMM3/CMMI3的標(biāo)準(zhǔn)) ; 2、幫助各軟件公司長(zhǎng)效實(shí)施組織過(guò)程體系規(guī)范(ISO9001、SEI CMM/CMMI) ; 3、幫助軟件公司建立項(xiàng)目過(guò)程數(shù)據(jù)庫(kù)和知識(shí)庫(kù)等。故本綜述分別從基于B/S模式 數(shù)據(jù)庫(kù)的設(shè)計(jì)方法、分析，設(shè)計(jì)對(duì)軟件項(xiàng)目管理系統(tǒng)進(jìn)行綜述。 4、提高過(guò)程透明度，加強(qiáng)對(duì)項(xiàng)目的監(jiān)督和管理(針對(duì)項(xiàng)目的進(jìn)度、成本、質(zhì)量、 資源、活動(dòng)等) ; 5、支持軟件公司的多級(jí)管理模式，包括：企業(yè)高層、質(zhì)量部、項(xiàng)目經(jīng)理、程序員; 6、支持項(xiàng)目組內(nèi)、異地的開(kāi)發(fā)組間、異地的客戶(hù)與組間的協(xié)同工作模式，突破地 域障礙; 關(guān)健詞：數(shù)據(jù)庫(kù)軟件、軟件工程、C/S模式、B/S模式、JAVA 關(guān)健詞
數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)是數(shù)據(jù)管理的技術(shù)，是計(jì)算機(jī)科學(xué)的重要組成部分。最近幾年來(lái)，數(shù) 據(jù)庫(kù)技術(shù)發(fā)展越來(lái)越快，在多種應(yīng)用領(lǐng)域?qū)?shù)據(jù)管理的需求越來(lái)越多，數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)的 重要性已不斷的被更多的人所熟知。數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)是數(shù)據(jù)管理的技術(shù)，它也是計(jì)算機(jī)科 學(xué)的重要組成部分目前，不僅在大、中、小、微各種機(jī)型上都配有數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)， 各行各業(yè)的信息系統(tǒng)，甚至是國(guó)際互聯(lián)網(wǎng)上的信息系統(tǒng)都離不開(kāi)數(shù)據(jù)庫(kù)的支持。因此， 數(shù)據(jù)庫(kù)已成為信息社會(huì)的重要基礎(chǔ)設(shè)施。 從計(jì)算機(jī)技術(shù)和數(shù)據(jù)庫(kù)的發(fā)展過(guò)程來(lái)看，計(jì)算環(huán)境和數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)基本保持著一種 同步發(fā)展的狀態(tài)。現(xiàn)階段最具有發(fā)展?jié)摿Φ木褪腔?B/S 模式或者基于 C/S 模式的數(shù) 據(jù)庫(kù). 數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)(DBMS)可以定義為:“ 數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)是用于管理數(shù)據(jù)的計(jì)算 機(jī)軟件。數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)使用戶(hù)能方便地定義和操縱數(shù)據(jù)，維護(hù)數(shù)據(jù)的安全性和完整 性，以及進(jìn)行多用戶(hù)下的并發(fā)控制和恢復(fù)數(shù)據(jù)庫(kù)。隨著 B/S 模式與 C/S 模式數(shù)據(jù)庫(kù)的 發(fā)展，數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)也出現(xiàn)了嵌入式數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)和移動(dòng)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)。嵌入式移動(dòng)數(shù)據(jù)庫(kù) 可以定義為：嵌入式移動(dòng)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)是支持移動(dòng)計(jì)算或某種特定計(jì)算模式的數(shù)據(jù)庫(kù)管 理系統(tǒng)，數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)與操作系統(tǒng)、具體應(yīng)用集成在一起，運(yùn)行在各種智能型嵌入設(shè)備 或移動(dòng)設(shè)備上。目前這已經(jīng)成為一個(gè)十分活躍的研究和應(yīng)用領(lǐng)域——嵌入式移動(dòng)數(shù)據(jù) 庫(kù)或簡(jiǎn)稱(chēng)為移動(dòng)數(shù)據(jù)庫(kù)(EMDBS) 。 其中 C/S(客戶(hù)機(jī)/服務(wù)器)結(jié)構(gòu)，即大家熟知的客戶(hù)機(jī)和服務(wù)器結(jié)構(gòu)。它是 軟件系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)，通過(guò)它可以充分利用兩端硬件環(huán)境的優(yōu)勢(shì)，將任務(wù)合理分配到 Client 端和 Server 端來(lái)實(shí)現(xiàn)。實(shí)質(zhì)就是客戶(hù)端運(yùn)行應(yīng)用程序，并向服務(wù)器數(shù)據(jù)庫(kù)發(fā) 送 SQL 請(qǐng)求及取回結(jié)果;服務(wù)器數(shù)據(jù)庫(kù)偵聽(tīng)基于 TCP/IP 的網(wǎng)絡(luò)，響應(yīng)請(qǐng)求并返回 處理結(jié)果。兩層結(jié)構(gòu)最大的優(yōu)點(diǎn)在于系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。 一個(gè)良好的軟件項(xiàng)目開(kāi)發(fā)系統(tǒng)對(duì) C/S 結(jié)構(gòu)需要完成以下功能： a) 數(shù)據(jù)庫(kù)的維護(hù)功能包括數(shù)據(jù)的備份、恢復(fù)等功能 b) 權(quán)限分配管理功能。 c) d) 基本數(shù)據(jù)的維護(hù)。基本數(shù)據(jù)指的是軟件項(xiàng)目的基本信息。 動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)錄入、編輯、修改、查詢(xún)等。動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)指的是檢測(cè)到的信息及其改造 后的一些相關(guān)的信息。
B/S(瀏覽器/服務(wù)器)模式數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)。是 WEB 興起后的一種模式，WEB 瀏覽器是客戶(hù)端最主要的應(yīng)用軟件。這種模式統(tǒng)一了客戶(hù)端，將系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)的核 心部分集中到服務(wù)器上，簡(jiǎn)化了系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)、維護(hù)和使用。三層結(jié)構(gòu)是把應(yīng)用邏輯 劃分為三個(gè)部分：第一層是用戶(hù)界面(User Interface) ，提供用戶(hù)與系統(tǒng)的友好 交互。第二層是應(yīng)用服務(wù)器，專(zhuān)司業(yè)務(wù)邏輯的實(shí)現(xiàn)。第三層是數(shù)據(jù)服務(wù)器，負(fù)責(zé)數(shù) 據(jù)信息的存儲(chǔ)、訪(fǎng)問(wèn)及其優(yōu)化。 基于上述數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)特點(diǎn)，軟件項(xiàng)目管理系統(tǒng)是在 WINDOWS 環(huán)境下，采用 C/S 模式，使用 JAVA+SQL Server 語(yǔ)言設(shè)計(jì)。其優(yōu)越性體現(xiàn)在： (1) 非過(guò)程化語(yǔ)言 SQL 是高級(jí)的非過(guò)程化編程語(yǔ)言，允許用戶(hù)在高層數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)上工作。它不要 求用戶(hù)指定對(duì)數(shù)據(jù)的存放方法， 也不需要用戶(hù)了解具體的數(shù)據(jù)存放方式， 所以具有 完全不同底層結(jié)構(gòu)的不同數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)，可以使用相同的 SQL 語(yǔ)言作為數(shù)據(jù)輸入與 管理的接口 SQL 以記錄集合作為操作對(duì)象，所有 SQL 語(yǔ)句接受集合作為輸入，返回集 合作為輸出， 這種集合特性允許一條 SQL 語(yǔ)句的輸出作為另一條 SQL 語(yǔ)句的輸 入，所以 SQL 語(yǔ)句可以嵌套，這使他具有極大的靈活性和強(qiáng)大的功能。 SQL 不要求用戶(hù)指定對(duì)數(shù)據(jù)的存放方法，這個(gè)特點(diǎn)使用戶(hù)更易注重于要得到的 結(jié)果;所有 SQL 語(yǔ)句使用查詢(xún)優(yōu)化器，它是 RDBMS 的一部分，由它決定對(duì)指定數(shù)據(jù) 存取的最快速度的手段，查詢(xún)優(yōu)化器知道存在什么索引，在哪兒使用索引合適，而 用戶(hù)則從不需要知道表是否有索引、有什么類(lèi)型的索引。 (2)是所有關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)的公共語(yǔ)言 由于所有主要的關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)都支持 SQL 語(yǔ)言，用戶(hù)可將使用 SQL 的技 所有用 SQL 編寫(xiě)的程序都是可 能從一個(gè) RDBMS(關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng))轉(zhuǎn)到另一個(gè)， 以移植的 (3)統(tǒng)一的語(yǔ)言 以前的數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)為上述各類(lèi)操作提供單獨(dú)的語(yǔ)言， SQL 將全部任務(wù)統(tǒng) 而
一在一種語(yǔ)言中。SQL 可用于所有用戶(hù)的 DB 活動(dòng)模型，包括系統(tǒng)管理員、數(shù)據(jù)庫(kù) 管理員、應(yīng)用程序員、決策支持系統(tǒng)人員及許多其它類(lèi)型的終端用戶(hù)。。 通過(guò)閱讀大量的文獻(xiàn)證明，建立在B/S或C/S模式下的數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)之上的軟件 項(xiàng)目開(kāi)發(fā)管理系統(tǒng)具有穩(wěn)定、高效、可靠的特點(diǎn)，同時(shí)擁有良好的可伸縮性，能夠充 分適應(yīng)未來(lái)系統(tǒng)的擴(kuò)展需求，出色的可重用性則大大降低了構(gòu)建新系統(tǒng)的成本。
參考文獻(xiàn) 1、 《VB+SQL Server 數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)用系統(tǒng)開(kāi)發(fā)與實(shí)例》 2、 《Visual Basic編程技巧：網(wǎng)絡(luò)與數(shù)據(jù)庫(kù)篇》 3、 《數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)原理》 李站懷 著 李曉黎、張巍人民郵電出版社 機(jī)械工業(yè)出版社 西北工業(yè)大學(xué)出版社
4、 《Visual Basic 6 數(shù)據(jù)庫(kù)編程大全》 弗洛克維克(美)電子工業(yè)出版社(2000) 5、 《Visual Basic 6 數(shù)據(jù)庫(kù)程序設(shè)計(jì)高手》 溫賢發(fā) 科學(xué)出版社(2001) 6、 《Visual Basic 開(kāi)發(fā)指南：SQL Server 篇》邱仲潘 電子工業(yè)出版社(2000) 7《Visual Basic 編程技巧：網(wǎng)絡(luò)與數(shù)據(jù)庫(kù)篇》 清宏計(jì)算機(jī)工作室 版社(2001) 機(jī)械工業(yè)出
畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)(論 文)開(kāi) 題 報(bào) 告
2.開(kāi)題報(bào)告：一、課題的目的與意義;二、課題發(fā)展現(xiàn)狀和前景展望;三、 開(kāi)題報(bào)告： 課題的目的與意義; 課題發(fā)展現(xiàn)狀和前景展望; 課題主要內(nèi)容和要求; 研究方法、 課題主要內(nèi)容和要求;四、研究方法、步驟和措施 一、 課題的目的與意義
在二十一世紀(jì)信息迅猛發(fā)展的時(shí)代， 網(wǎng)絡(luò)的普及使網(wǎng)絡(luò)和企業(yè)很自然地走到了一 起,而如今通信最杰出功勞之一，則是軟件項(xiàng)目開(kāi)發(fā)管理系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用與飛速發(fā)展。未 來(lái)個(gè)人或企業(yè)管理可以很方便，快捷，高效的進(jìn)行管理。 隨著 Internet 技術(shù)的發(fā)展，它對(duì)我們工作和生活顯得更加重要，尤其是現(xiàn)在項(xiàng)目軟 件，應(yīng)用軟件不斷推陳出新的今天，各企業(yè)對(duì)管理不同項(xiàng)目，來(lái)應(yīng)用軟件迫切的需要高 效性，規(guī)范性，安全性、及時(shí)性。而基于 B/S 模式下的數(shù)據(jù)庫(kù)所設(shè)計(jì)而成的軟件項(xiàng)目開(kāi) 發(fā)管理系統(tǒng)剛好提供了這些功能。本系統(tǒng)就是一個(gè)能夠讓用戶(hù)能及時(shí)有效地對(duì)軟件項(xiàng)目 開(kāi)發(fā)管理系統(tǒng)進(jìn)行操控，并且是在安全的前提下進(jìn)行的。在網(wǎng)上實(shí)現(xiàn)對(duì)軟件項(xiàng)目的任何 時(shí)間，任何地點(diǎn)安全有效的管理這是軟件項(xiàng)目開(kāi)發(fā)管理系統(tǒng)的發(fā)展方向。
二、 課題的發(fā)展現(xiàn)狀和前景展望
因特網(wǎng)是一個(gè)巨大的全球性的信息服務(wù)中心。隨著互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，網(wǎng)上交易、電 子商務(wù)的逐漸繁榮，各行各業(yè)的規(guī)模不斷發(fā)展與狀大，這就更需要一個(gè)安全的，可靠的， 高效的管理系統(tǒng)來(lái)管理，因此，軟件項(xiàng)目開(kāi)發(fā)管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)就變得尤為重要。 各個(gè)公司可以根據(jù)自身的業(yè)務(wù)特點(diǎn)和公司的具體情況提出對(duì)應(yīng)用軟件的需求，通 過(guò)我們的軟件項(xiàng)目的特定開(kāi)發(fā)服務(wù)，不但可以解決企業(yè)當(dāng)前面臨的困境，還能夠提高信 息中心的軟件開(kāi)發(fā)維護(hù)水平，為企業(yè)的長(zhǎng)期可持續(xù)發(fā)展提供有效的保障。 隨著企業(yè)信息 化水平的提高、網(wǎng)絡(luò)的快速發(fā)展，已經(jīng)有很多企業(yè)意識(shí)到了使用軟件項(xiàng)目管理系統(tǒng)可以 大大提高管理效率、資金使用率、提高員工的工作效率、降低成本、同現(xiàn)有業(yè)務(wù)接軌。 隨著現(xiàn)代社會(huì)節(jié)奏不斷加快，各企業(yè)之間的竟?fàn)幰踩找婕ち摇ｋS之也給企業(yè)帶來(lái)了 巨大的壓力與挑戰(zhàn)，為了能適應(yīng)殘酷的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)，為了能便捷管理，各軟件項(xiàng)目管理系 統(tǒng)已經(jīng)成為一種當(dāng)前各大企業(yè)不可缺少的一部分了。而要分析設(shè)計(jì)出一個(gè)實(shí)用簡(jiǎn)單，安 全高效的管理軟件，其前提必須在基于 B/S 模式下的數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)與分析。軟件項(xiàng)目開(kāi)發(fā) 管理系統(tǒng)做為一種新型的網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)，已經(jīng)越來(lái)越受到人們及其各大企業(yè)的重視，它 已經(jīng)成為一家企業(yè)的管理支柱，而隨著越來(lái)越多的軟件系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)，如果缺少一個(gè)好的
軟件管理系統(tǒng)，則不僅不能讓操控者感覺(jué)到安全，方便，高效，而且會(huì)帶來(lái)資源的浪費(fèi)。 然而，現(xiàn)有的軟件存在嚴(yán)重的功能不足，開(kāi)發(fā)出一種新型便捷的軟件項(xiàng)目開(kāi)發(fā)管理系統(tǒng) 已經(jīng)成為一種必然的趨勢(shì)。
三、 課題主要內(nèi)容和要求
1、此課題設(shè)計(jì)任務(wù)特點(diǎn)及分析主要是通過(guò)對(duì)該數(shù)據(jù)庫(kù)軟件設(shè)計(jì)與分析，使學(xué)生能夠 熟練運(yùn)用一門(mén)程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言來(lái)掌握 C/S 或 B/S 數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)的方法和過(guò)程，以及為設(shè)計(jì)其 它應(yīng)用軟件提供幫助，進(jìn)行提高軟件設(shè)計(jì)能力。 2 、課題主要任務(wù)與要求 (1)初步方案：通過(guò)查閱資料，首先對(duì)我的課題進(jìn)行可行性研究和需求分析，提出 相應(yīng)的設(shè)計(jì)方案并進(jìn)行方案論證，然后對(duì)該課題進(jìn)行模塊劃分并找出模塊之間的關(guān)聯(lián)關(guān) 系，畫(huà)出系統(tǒng)流程圖，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行源代碼編寫(xiě)和調(diào)試，最后撰寫(xiě)畢業(yè)論文。 (2)主要任務(wù) a 使用 C/S 或 B/S 模式設(shè)計(jì)該系統(tǒng)，并要求系統(tǒng)完成后操作簡(jiǎn)單，功能完善，界面美 觀。 b 系統(tǒng)用戶(hù)管理模塊：包括文件操作，普通用戶(hù)和系統(tǒng)管理員不同身份口令密碼修 改，系統(tǒng)退出等。 c 登錄界面設(shè)計(jì)：要根據(jù)不同的用戶(hù)設(shè)計(jì)不同的口令密碼，并且進(jìn)入系統(tǒng)后，根據(jù) 用戶(hù)不同對(duì)該軟件使用權(quán)限也不同。 d 項(xiàng)目流程管理模塊：包括項(xiàng)目基本信息的錄入、修改和刪除;申請(qǐng)立項(xiàng);批準(zhǔn)立 項(xiàng);項(xiàng)目工程分配;項(xiàng)目中止等功能。 f 項(xiàng)目實(shí)施管理模塊：包括成立項(xiàng)目組;劃分功能模塊;書(shū)寫(xiě)項(xiàng)目報(bào)告等功能。 e 項(xiàng)目文檔管理模塊：包括項(xiàng)目文檔信息的添加、刪除、修改和查詢(xún)。 g 項(xiàng)目測(cè)試管理模塊：包括測(cè)試工程師添加、修改和關(guān)閉報(bào)錯(cuò)記錄;開(kāi)發(fā)工程師查 看、解決報(bào)錯(cuò)記錄。 h 項(xiàng)目驗(yàn)收管理模塊：包括提請(qǐng)驗(yàn)收項(xiàng)目;測(cè)試工程師，質(zhì)量控制工程師，業(yè)務(wù)主 管，項(xiàng)目主管簽字等功能。 i 項(xiàng)目總結(jié)管理模塊：包括項(xiàng)目總結(jié)記錄的添加、修改和刪除等功能。 j 信息打印模塊：能實(shí)現(xiàn)對(duì)各種報(bào)表的打印
四、可行性分析、研究方法和步驟 可行性分析、
可行性分析： 可行性分析： 選取幾臺(tái)中等配置電腦， 在操作系統(tǒng)為 WINDOWS XP 的環(huán)境下， 使用 VFP， DELPHI， VB， JAVA 等程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言開(kāi)發(fā)該軟件系統(tǒng)。 C/S(客戶(hù)機(jī)/服務(wù)器)結(jié)構(gòu)，實(shí)質(zhì)就是客戶(hù)端運(yùn)行應(yīng)用程序，并向服務(wù)器發(fā)送 SQL 請(qǐng)求 及取回結(jié)果;服務(wù)器偵聽(tīng)基于 TCP/IP 的網(wǎng)絡(luò)，響應(yīng)請(qǐng)求并返回處理結(jié)果。兩層結(jié)構(gòu)最 大的優(yōu)點(diǎn)在于系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。只要把客戶(hù)機(jī)和服務(wù)器在網(wǎng)絡(luò)上連通，利用一些快速應(yīng)用 開(kāi)發(fā)工具，就可以很快地開(kāi)發(fā)出一些部門(mén)級(jí)的小規(guī)模應(yīng)用，同時(shí)開(kāi)發(fā)和運(yùn)行的環(huán)境都相 對(duì)簡(jiǎn)單。 B/S(瀏覽器/服務(wù)器)模式數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)。就是建立并配置 WEB 服務(wù)器及 PowerBuilder 應(yīng)用服務(wù)器，以實(shí)現(xiàn)通過(guò)瀏覽器來(lái)訪(fǎng)問(wèn)數(shù)據(jù)庫(kù)。B/S 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)思想的主要目的，就是為 了解決兩層結(jié)構(gòu)中原發(fā)性的問(wèn)題。其最主要價(jià)值在于產(chǎn)生一套切實(shí)可行的解決方案，把 客戶(hù)/服務(wù)器結(jié)構(gòu)下的應(yīng)用可靠地推廣到企業(yè)級(jí)的關(guān)鍵任務(wù)環(huán)境中，并利用這一技術(shù)所 帶來(lái)的高效率、多功能與靈活性，增強(qiáng)企業(yè)信息網(wǎng)的性能和擴(kuò)展能力。三層結(jié)構(gòu)是把應(yīng) 用邏輯劃分為三個(gè)部分：第一層是用戶(hù)界面(User Interface) ，提供用戶(hù)與系統(tǒng)的友 好交互。第二層是應(yīng)用服務(wù)器，專(zhuān)司業(yè)務(wù)邏輯的實(shí)現(xiàn)。第三層是數(shù)據(jù)服務(wù)器，負(fù)責(zé)數(shù)據(jù) 信息的存儲(chǔ)、訪(fǎng)問(wèn)及其優(yōu)化。 研究方法： 研究方法： 主要采取包括：文獻(xiàn)調(diào)研、課題考察、實(shí)踐總結(jié)、實(shí)驗(yàn)分析、調(diào)查統(tǒng)計(jì)等 設(shè)計(jì)進(jìn)度安排： 設(shè)計(jì)進(jìn)度安排： 1 第 1 周任務(wù)：布置任務(wù)，學(xué)生進(jìn)行資料查詢(xún)。 2 第 2 周～第 3 周任務(wù)：軟件需求分析并畫(huà)出結(jié)構(gòu)流程圖。 3 第 4 周任務(wù)：系統(tǒng)模塊功能劃分。 4 第 5 周～第 13 周任務(wù)：模塊源代碼編寫(xiě)及調(diào)試。 5 第 14 周任務(wù)：系統(tǒng)檢測(cè)并通過(guò)最后測(cè)試。 6 第 15 周任務(wù)：畢業(yè)設(shè)計(jì)論文編寫(xiě)。 7 第 16 周任務(wù)：指導(dǎo)老師論文審閱、修改及學(xué)生畢業(yè)答辯。
畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)(論 文)開(kāi) 題 報(bào) 告
指導(dǎo)教師意見(jiàn)： 1.對(duì)“文獻(xiàn)綜述”的評(píng)語(yǔ)：
2.對(duì)本課題的深度、廣度及工作量的意見(jiàn)和對(duì)設(shè)計(jì)(論文)結(jié)果的預(yù)測(cè)：
單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)是一門(mén)實(shí)踐性、應(yīng)用性很強(qiáng)的課程。傳統(tǒng)的單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)教學(xué),具有:①實(shí)驗(yàn)應(yīng)用機(jī)會(huì)少;②缺乏具體的實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容和完善的考試、考核方法;③驗(yàn)證性多,創(chuàng)新性少;④實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容與實(shí)踐應(yīng)用脫節(jié)的弊端。這樣的教學(xué)模式和方法,很難讓學(xué)生完全掌握單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原理和開(kāi)發(fā)方法,更不用說(shuō)培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。因此,為了培養(yǎng)和訓(xùn)練學(xué)生具備獨(dú)立設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單的單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)、編寫(xiě)系統(tǒng)控制程序的能力和技能,激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造力,我校在學(xué)生完成了《單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)》的理論課和匯編程序設(shè)計(jì)、七段數(shù)碼顯示、鍵盤(pán)掃描、AD轉(zhuǎn)換、串行通訊等實(shí)驗(yàn)教學(xué)后,特開(kāi)設(shè)了為期2周的綜合實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)。此教學(xué)環(huán)節(jié)讓學(xué)生完成一個(gè)單片機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、開(kāi)發(fā)、調(diào)試的完整過(guò)程,整個(gè)綜合實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)完成后,學(xué)生對(duì)單片機(jī)系統(tǒng)的學(xué)習(xí)和應(yīng)用興趣更濃了,而且具備了自行設(shè)計(jì)、開(kāi)發(fā)簡(jiǎn)單的單片機(jī)系統(tǒng)的能力。
2任務(wù)與要求
利用偉福Lab6000系列單片機(jī)仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)構(gòu)成簡(jiǎn)單實(shí)用的單片機(jī)系統(tǒng),要求如下:
(1)充分應(yīng)用MCS-51系列微處理器和偉福Lab6000系列單片機(jī)仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)所提供的硬件資源,自由選題實(shí)現(xiàn)一個(gè)簡(jiǎn)單實(shí)用的單片機(jī)系統(tǒng)。
(2)要求具備必需的人機(jī)接口。
(3)可以選用匯編或C51語(yǔ)言進(jìn)行控制程序開(kāi)發(fā)。
設(shè)計(jì)的系統(tǒng)性能如下:
(1)系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定,具有一定的抗干擾和故障自測(cè)能力。
(2)系統(tǒng)設(shè)計(jì)安全可靠,具有出錯(cuò)報(bào)警和應(yīng)急關(guān)閉能力。
(3)系統(tǒng)精度達(dá)到一般民用品的基本要求。
(4)人機(jī)接口界面友好、直觀、操作簡(jiǎn)單。
另外,我們提供了一些選題供學(xué)生拓展思路,主要有:
(1)出租車(chē)計(jì)價(jià)器。
(2)溫度控制系統(tǒng)。
(3)可編程交通燈系統(tǒng)。
(4)PWM電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)。
(5)數(shù)字溫度計(jì)。
(6)數(shù)字頻率計(jì)。
3設(shè)計(jì)范例
3.1PWM電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)
PWM電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)系統(tǒng)包含電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路和測(cè)速電路,兩者構(gòu)成閉環(huán)系統(tǒng)。電機(jī)驅(qū)動(dòng)采用脈寬PWM調(diào)壓電路,測(cè)速電路的核心部件是霍爾元件。霍爾元件是一種磁傳感器。用它可以檢測(cè)磁場(chǎng)及其變化,可在各種與磁場(chǎng)有關(guān)的場(chǎng)合中使用。在外磁場(chǎng)的作用下,當(dāng)磁感應(yīng)強(qiáng)度超過(guò)霍爾元件導(dǎo)通閾值BOP時(shí),霍爾元件輸出管導(dǎo)通,輸出低電平。若外加磁場(chǎng)的B值降低到BRP時(shí),輸出管截止,輸出高電平。在直流電機(jī)的轉(zhuǎn)盤(pán)上粘貼著一枚小磁鐵,霍爾元件安裝在轉(zhuǎn)盤(pán)附近,每當(dāng)磁鐵靠近霍爾元件時(shí)霍爾元件導(dǎo)通,輸出低電平,遠(yuǎn)離時(shí)霍爾元件截至,輸出高電平。這樣,直流電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)一圈,霍爾元件就會(huì)輸出一個(gè)脈沖,通過(guò)這個(gè)原理能夠測(cè)出電機(jī)的轉(zhuǎn)速。
PWM是單片機(jī)系統(tǒng)中常用的模擬量輸出方法,通過(guò)外接的轉(zhuǎn)換電路,可以將脈沖的占空比轉(zhuǎn)化成電壓。直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速和驅(qū)動(dòng)電壓呈近似線(xiàn)形關(guān)系,改變脈沖的占空比,就可以改變直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速，閉環(huán)工作時(shí),測(cè)速電路測(cè)得的轉(zhuǎn)速和給定的轉(zhuǎn)速相減獲得差值e,根據(jù)差值e運(yùn)用PID增量控制算法獲得控制量,即占空比,通過(guò)MCS-51的口線(xiàn)輸出給定占空比的脈沖,再通過(guò)轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)化成電壓來(lái)驅(qū)動(dòng)直流電機(jī)。系統(tǒng)控制算法采用增量型PID控制算法,如果k時(shí)刻電機(jī)當(dāng)前轉(zhuǎn)速是y(k),給定轉(zhuǎn)速是r(k),PID控制器輸入信號(hào)為e(k),輸出信號(hào)為u(k)。
3.2數(shù)字溫度計(jì)
數(shù)字溫度計(jì)的核心電路——溫度傳感器調(diào)理電路如圖3所示,溫度傳感器采用負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻(NTC),NTC的阻值隨著溫度的上升而非線(xiàn)性下降,具體溫度-阻值特性為式中,RT 、 RT0是溫度分別為T(mén)、T0 時(shí)的電阻值;B為負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻的材料常數(shù)。固定電阻和NTC組成的電阻橋輸出電壓隨NTC阻值的變化而變化,這種變化經(jīng)過(guò)差動(dòng)放大器的放大后送給AD轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字量,具體轉(zhuǎn)換遵循以下公式一般情況下,會(huì)事先根據(jù)NTC的溫度-阻值特性計(jì)算出一張溫度-阻值對(duì)應(yīng)表。根據(jù)AD轉(zhuǎn)換的數(shù)字值逆運(yùn)算獲得當(dāng)前NTC的阻值,再根據(jù)NTC的溫度特性表運(yùn)用分段查表和表項(xiàng)間線(xiàn)性運(yùn)算就可以獲得當(dāng)前溫度值,把當(dāng)前溫度在輸出設(shè)備(如七段數(shù)碼管、LCD)上顯示出來(lái)就構(gòu)成了完整的數(shù)字溫度計(jì)。本范例也可在其他溫度測(cè)量的系統(tǒng)中應(yīng)用。
3.3出租車(chē)計(jì)價(jià)器
出租車(chē)計(jì)價(jià)器是一個(gè)較實(shí)用的設(shè)計(jì)范例。出租車(chē)計(jì)價(jià)器包含里程測(cè)量電路、實(shí)時(shí)時(shí)鐘電路和人機(jī)接口，出租車(chē)計(jì)價(jià)器里程測(cè)量的核心部件是霍爾元件,具體電路和圖1的測(cè)速電路一樣。在輪胎的轉(zhuǎn)軸上粘貼了6個(gè)小磁鐵,輪胎轉(zhuǎn)動(dòng)一圈,霍爾元件就會(huì)輸出6個(gè)脈沖,對(duì)脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)就可以獲得輪胎轉(zhuǎn)動(dòng)的圈數(shù),圈數(shù)乘以輪胎的周長(zhǎng)就可以獲得車(chē)輛行駛的里程數(shù)。
一般情況下,出租車(chē)白天和晚上的里程單價(jià)并不一樣,因此需要一個(gè)實(shí)時(shí)時(shí)鐘來(lái)獲得當(dāng)前時(shí)間。DS1307是一個(gè)I2C總線(xiàn)的實(shí)時(shí)時(shí)鐘(RTC),在外部電池的供電下,它能提供高精度的年月日時(shí)分秒BCD碼時(shí)間。另外,它還包含56字節(jié)的非易失性SRAM(NV SRAM),可以用來(lái)保存系統(tǒng)的設(shè)置信息。顯示設(shè)備可以采用七段數(shù)碼管或LCD,用來(lái)顯示當(dāng)前時(shí)間、行駛里程數(shù)、里程單價(jià)、和行駛里程價(jià)格等信息。還需要少量的按鍵或矩陣式鍵盤(pán)用于輸入里程單價(jià)、開(kāi)始計(jì)價(jià)、清零、時(shí)間設(shè)置等操作。
4實(shí)施過(guò)程
4.1根據(jù)任務(wù)與要求進(jìn)行總體規(guī)劃與設(shè)計(jì)
這個(gè)過(guò)程包括:
⑴ 課題選擇。
⑵ 硬件模塊的選擇和設(shè)計(jì)。
⑶ 軟件整體流程的設(shè)計(jì)。
⑷ 查找各種所需資料。
綜合實(shí)踐課題題目是不是新穎,是不是能夠激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造性和好奇心,直接影響學(xué)生實(shí)驗(yàn)的積極性,有的學(xué)生覺(jué)得做實(shí)驗(yàn)非常無(wú)聊,就是因?yàn)樗麄兊暮闷嫘暮蜔崆闆](méi)有被激發(fā)起來(lái)。而集知識(shí)性、趣味性、創(chuàng)造性于一體,能應(yīng)用所學(xué)知識(shí)解決具體問(wèn)題的綜合實(shí)踐課題,是本綜合實(shí)踐的最大亮點(diǎn),也是本教學(xué)環(huán)節(jié)區(qū)別于其他教學(xué)環(huán)節(jié)的標(biāo)志。我們要求學(xué)生思考在實(shí)際生活中能應(yīng)用單片機(jī)系統(tǒng)技術(shù)能解決的具體問(wèn)題,并且考慮偉福Lab6000系列單片機(jī)仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)所能提供的硬件資源,選擇一個(gè)有自己特色、能在兩周內(nèi)獨(dú)立完成的題目,題目要求新穎,鼓勵(lì)創(chuàng)造性的思維,并且能解決實(shí)際生活中的具體問(wèn)題。
受限于實(shí)驗(yàn)條件,硬件設(shè)計(jì)無(wú)法完全按照單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一般方法和標(biāo)準(zhǔn)步驟來(lái)實(shí)施。在教學(xué)過(guò)程中,我們要求學(xué)生可以根據(jù)偉福Lab6000系列單片機(jī)仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)所提供的硬件資源自主地完成硬件部分的理論設(shè)計(jì),也可以不完全局限于此實(shí)驗(yàn)平臺(tái)進(jìn)行理論設(shè)計(jì)。理論設(shè)計(jì)完全遵循單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一般流程,學(xué)生自己查閱資料,設(shè)計(jì)硬件電路圖。指導(dǎo)老師對(duì)硬件部分的理論設(shè)計(jì)進(jìn)行評(píng)審后,再根據(jù)具體的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)指導(dǎo)學(xué)生完成課題。
軟件設(shè)計(jì)可以采用匯編語(yǔ)言或Keil C51高級(jí)語(yǔ)言開(kāi)發(fā)環(huán)境來(lái)實(shí)現(xiàn),這兩種軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境是當(dāng)前MCS-51系列單片機(jī)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的主流環(huán)境。根據(jù)學(xué)生選題的特點(diǎn),指導(dǎo)學(xué)生選擇較為容易實(shí)現(xiàn)的開(kāi)發(fā)環(huán)境。
4.2根據(jù)總體規(guī)劃實(shí)施軟硬件的開(kāi)發(fā)與設(shè)計(jì)
這個(gè)過(guò)程包括:
⑴ 硬件連接。
⑵ 軟件編程。
⑶ 軟硬件聯(lián)調(diào)。
在這一過(guò)程中主要培養(yǎng)學(xué)生的硬件設(shè)計(jì)能力、編程能力和積累軟硬件調(diào)試經(jīng)驗(yàn),熟練掌握單片機(jī)系統(tǒng)中人機(jī)接口的設(shè)計(jì)、控制算法設(shè)計(jì)、硬件驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì),體會(huì)理論與實(shí)踐之間的差別,對(duì)單片機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)由理性認(rèn)識(shí)轉(zhuǎn)化為感性認(rèn)識(shí),激發(fā)學(xué)生的求知欲望,鍛煉學(xué)生克服困難解決問(wèn)題的能力。
4.3交流總結(jié)
在2周的綜合實(shí)踐中抽出一天時(shí)間讓能力較強(qiáng)的學(xué)生陳述他的設(shè)計(jì)思想和設(shè)計(jì)過(guò)程、設(shè)計(jì)中的難題和解決方法以及自己的心得體會(huì)。讓進(jìn)展不順的學(xué)生提出他在設(shè)計(jì)中沒(méi)能解決的難題,全班同學(xué)共同討論,集思廣益,找到解決問(wèn)題的方法。這樣可以使學(xué)生互相學(xué)習(xí),取長(zhǎng)補(bǔ)短,拓寬知識(shí)面,活躍思維,能在以后的工作和學(xué)習(xí)中更好地完成任務(wù)。
4.4完成實(shí)踐報(bào)告及驗(yàn)收評(píng)分
最后兩天是綜合實(shí)踐報(bào)告的完成階段,在進(jìn)行了兩周的綜合實(shí)踐以后有必要好好地總結(jié)一下,把自己在綜合實(shí)踐中所學(xué)到的知識(shí)以文字的形式表述出來(lái),這樣更有助于水平和能力的提高。實(shí)踐報(bào)告完全按照畢業(yè)論文要求書(shū)寫(xiě),包含中英文摘要、設(shè)計(jì)任務(wù)與要求、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及工作原理、主要單元電路的設(shè)計(jì)過(guò)程、控制軟件的編寫(xiě)及調(diào)試、測(cè)試數(shù)據(jù)及調(diào)試中故障分析、收獲和體會(huì)、參考文獻(xiàn)等部分。要求學(xué)生重點(diǎn)講述清楚故障分析和收獲體會(huì)。綜合實(shí)踐成績(jī)由平時(shí)表現(xiàn)、實(shí)踐報(bào)告、設(shè)計(jì)成果、創(chuàng)新點(diǎn)4部分組成,成績(jī)構(gòu)成比例是2:3:4:1。
5效果
經(jīng)過(guò)幾年的教學(xué)實(shí)踐,單片機(jī)系統(tǒng)綜合實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)取得的效果主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面:
(1)讓學(xué)生掌握了單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一般原理及其基本的實(shí)現(xiàn)過(guò)程,實(shí)現(xiàn)了從理論向?qū)嶋H的遷移,強(qiáng)化了學(xué)生所學(xué)的知識(shí)。
(2)讓學(xué)生掌握了單片機(jī)系統(tǒng)硬件、軟件設(shè)計(jì)的基本方法,具備了軟硬件相結(jié)合的系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本能力和調(diào)試經(jīng)驗(yàn)。
關(guān)鍵詞：Visual C++ 6.0； 串口通信； 水位測(cè)量
中圖分類(lèi)號(hào) TP391.8 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-3044（2013）34-7656-03
在工業(yè)冶金、發(fā)電、供曖等行業(yè)，鍋爐是必不可少的能源動(dòng)力設(shè)備，其中，對(duì)鍋爐汽包水位的實(shí)時(shí)測(cè)量與控制是整個(gè)控制系統(tǒng)的核心環(huán)節(jié)。汽包水位過(guò)高，將減少蒸汽重力分離行程，破壞汽水分離效果，惡化過(guò)熱器的工作條件，嚴(yán)重時(shí)會(huì)引起汽輪機(jī)沖擊，造成汽輪機(jī)轉(zhuǎn)軸彎曲等惡性事故；水位過(guò)低時(shí)，鍋爐水循環(huán)受到影響，爐膛內(nèi)的水冷壁將面臨爆管危險(xiǎn)。因此，必須對(duì)水位進(jìn)行精準(zhǔn)、實(shí)時(shí)、高效的測(cè)量與控制。
在以往的系統(tǒng)中，由于安裝工藝，測(cè)量設(shè)備和軟件設(shè)計(jì)的不足，加上工況欠缺穩(wěn)定，同一鍋爐中汽包不同測(cè)量點(diǎn)的水位測(cè)量結(jié)果存在較大偏差，無(wú)形中加大了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度。在本設(shè)計(jì)中，采用雙室平衡容器與差壓變送器的兩者配套使用來(lái)測(cè)量液位，變送器將傳感器采集的壓力參數(shù)轉(zhuǎn)化為4～20mA的電流信號(hào)傳輸至PLC的模擬量輸入模塊，再通過(guò)上位機(jī)相關(guān)處理后在顯示器上顯示實(shí)時(shí)的水位情況。為實(shí)現(xiàn)汽包水位的自動(dòng)調(diào)節(jié)，采用前饋串級(jí)控制設(shè)計(jì)，使用三沖量的調(diào)節(jié)機(jī)制，有效控制鍋爐給水流量、蒸汽流量和爐膛熱負(fù)荷等三要素對(duì)汽包水位的影響，防止虛假水位的產(chǎn)生。在本設(shè)計(jì)中，采用西門(mén)子S7 300的系列的PLC，將工控機(jī)的RS232串口與PLC的編程接口連接起來(lái)進(jìn)行通信，在Visual C++ 6.0的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)出在線(xiàn)監(jiān)測(cè)的上位機(jī)軟件，實(shí)現(xiàn)對(duì)汽包水位的實(shí)時(shí)、精準(zhǔn)監(jiān)控，確保汽包上各測(cè)量點(diǎn)偏差不超過(guò)±30mm。
1 系統(tǒng)整體框架的設(shè)計(jì)
系統(tǒng)是一個(gè)將測(cè)控技術(shù)、通信技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)結(jié)合在一起的智能測(cè)控系統(tǒng)，主要包括數(shù)據(jù)的采集、傳輸、處理和顯示四部分，如圖1所示。首先，傳感器通過(guò)雙室平衡容器正負(fù)壓管采集壓力，并將壓力參數(shù)輸出為差分小信號(hào)傳送至智能變送器，變送器則對(duì)差分信號(hào)進(jìn)行放大和數(shù)字處理，轉(zhuǎn)換并輸出4～20mA的電流信號(hào)，而配電隔離器則為變送器提供24V直流電源并隔離信號(hào)，消除外界信號(hào)的干擾。信號(hào)到達(dá)PLC模塊，經(jīng)過(guò)PLC模擬量輸入模塊的相關(guān)處理，轉(zhuǎn)換為符合RS232標(biāo)準(zhǔn)電平的數(shù)字信號(hào)，PC上位機(jī)通過(guò)完全開(kāi)放的自由口通信模式完成與PLC的串口通信，實(shí)現(xiàn)傳感器到PC機(jī)的數(shù)據(jù)交互，從而完成對(duì)水位的實(shí)時(shí)測(cè)量。
2 上位機(jī)軟件的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)
系統(tǒng)的上位機(jī)監(jiān)測(cè)軟件是基于Visual C++6.0的單文檔（SID）的MFC應(yīng)用程序開(kāi)發(fā)的，系統(tǒng)主要分為通信模塊，數(shù)據(jù)管理模塊，界面設(shè)計(jì)模塊等三個(gè)模塊。
2.1串口通信設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)
實(shí)現(xiàn)上位機(jī)與S7 300的通信有很多方法，常用的有Prodave通信、串口通信等。Prodave通信采用MPI的通信接口，因?yàn)镸PI口是每塊CPU的編程口，所以PLC不需要另外添加通訊模塊，但MPI的速度是有限的，如果采用普通的PC Adapter連接PC和PLC，最高速度也就38.4kbps。本設(shè)計(jì)采用串口通信方式，只需另加CP340或者CP341串口通信模塊，同時(shí)在PLC和上位機(jī)中分別對(duì)接收?qǐng)?bào)文和發(fā)送報(bào)文進(jìn)行相應(yīng)的描述，報(bào)文格式相對(duì)自由，串口通信使用的數(shù)據(jù)線(xiàn)較少，在遠(yuǎn)距離通信中可以節(jié)約通信成本。
上位機(jī)界面采用Visual C++6.0軟件工具進(jìn)行編寫(xiě)，利用MSComm控件實(shí)現(xiàn)RS232串口編程。首先，在基于單文檔應(yīng)用程序中創(chuàng)建串口通信控件，若Control工具欄中缺少該控件，可通過(guò)菜單Project —> Add to Project —> Components and Control插入即可，再將該控件從工具箱中拉到對(duì)話(huà)框中。此時(shí)，只需要關(guān)心控件提供的對(duì) Windows 通訊驅(qū)動(dòng)程序的 API 函數(shù)的接口。換句話(huà)說(shuō)，只需要設(shè)置和監(jiān)視MSComm控件的屬性和事件。如果計(jì)算機(jī)未安裝VC++，用戶(hù)的計(jì)算機(jī)沒(méi)有注冊(cè)MSCOMM32.OCX控件的情況下，用戶(hù)是不能使用該控件的。此時(shí)，只能通過(guò)運(yùn)行命令”regsvr32+控件的完整路徑名”完成控件的注冊(cè)，此處輸入”regsvr32 C：＼windows＼system32＼mscomm32.ocx”，點(diǎn)擊確定即可完成注冊(cè)。
本文采用事件驅(qū)動(dòng)法來(lái)處理通信，當(dāng)有新字符到達(dá)緩沖區(qū)或端口狀態(tài)發(fā)生變化時(shí)，即使有錯(cuò)誤發(fā)生，都會(huì)觸發(fā)若串口的消息處理函數(shù)，進(jìn)而調(diào)用GetCommEvent（）函數(shù)查看是哪類(lèi)事件，再做出相應(yīng)的處理。這種方法程序能夠響應(yīng)及時(shí)，可靠性較高。
2.1.1 MSComm控件類(lèi)參數(shù)初始化
MSComm控件類(lèi)初始化時(shí)，在視圖類(lèi)的初始化函數(shù)OnInitUpdate（）中進(jìn)行。其中串口號(hào)、波特率、校驗(yàn)方式、數(shù)據(jù)位等相關(guān)參數(shù)可以由用戶(hù)按照實(shí)際情況自行設(shè)置。SetCommPort（n），將串口控件與指定的串口號(hào)相關(guān)聯(lián)；SetInputMode（），設(shè)置接收數(shù)據(jù)的類(lèi)型；SetSettings（str），設(shè)置串口的相關(guān)參數(shù)，str字符串內(nèi)包括波特率、奇偶校驗(yàn)、數(shù)據(jù)位、停止位等串口參數(shù)信息；SetRThreshold（），設(shè)置是否產(chǎn)生串口事件；SetInputLen（），表示是否全部讀取串口。
同時(shí)通過(guò)調(diào)用GetPortOpen（）方法判斷串口是否已經(jīng)打開(kāi)，若處于關(guān)閉狀態(tài)，則調(diào)用SetPortOpen（）方法，將串口打開(kāi)。
2.1.2 發(fā)送串口數(shù)據(jù)
在發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，需要在程序中調(diào)用串口控件類(lèi)的成員函數(shù)SetOutput（）進(jìn)行數(shù)據(jù)發(fā)送操作，數(shù)據(jù)在通過(guò)串口進(jìn)行發(fā)送時(shí)或接收時(shí)，必須將數(shù)據(jù)類(lèi)型強(qiáng)制統(tǒng)一轉(zhuǎn)換為COleSafeArray類(lèi)型，否則，數(shù)據(jù)將不能完整或安全地被發(fā)送或接收，并為發(fā)送數(shù)據(jù)按鈕增加消息處理函數(shù)并添加相關(guān)處理代碼，發(fā)送串口數(shù)據(jù)流程如圖2所示。
2.1.3 接收串口數(shù)據(jù)
在單當(dāng)串口緩沖區(qū)中有數(shù)據(jù)到來(lái)時(shí)，該串口控件會(huì)產(chǎn)生串口事件，調(diào)用GetCommEvent（）函數(shù)獲取當(dāng)前發(fā)生的串口事件 。為接收數(shù)據(jù)按鈕增加相應(yīng)的消息響應(yīng)函數(shù)并添加相關(guān)代碼。
if（mm.GetCommEvent（）==2）//若發(fā)生的串口事件是讀取事件
{
variant =mm.GetInput（）；//則讀取串口緩沖區(qū)
safearray=variant；//轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)類(lèi)型
len=safearray.GetOneDimSize（）；//獲取有效數(shù)據(jù)的長(zhǎng)度
for（long i=0；i
{ safearray.GetElement（&i，&rxdata[i]）；//將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為CHAR型數(shù)組
str.Format（"%c"，rxdata）；//格式化輸出字符串
}
2.2 數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)
為方便對(duì)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行診斷和歷史分析，該文把系統(tǒng)所采集到的數(shù)據(jù)保存到數(shù)據(jù)庫(kù)中。設(shè)計(jì)中采用MFC ODBC的方式訪(fǎng)問(wèn)數(shù)據(jù)庫(kù)，Visual C++中提供的MFC ODBC數(shù)據(jù)庫(kù)類(lèi)封裝了ODBC API，這使得利用MFC來(lái)創(chuàng)建ODBC應(yīng)用程序非常簡(jiǎn)便，避免了直接使用ODBC API要編寫(xiě)的大量代碼，同時(shí)采用SQL Server 2000作為上位機(jī)軟件的數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)。在運(yùn)行系統(tǒng)前，需添加數(shù)據(jù)源，首先，打開(kāi)“開(kāi)始”—“控制面板”—“管理工具”—“數(shù)據(jù)源（ODBC）”，在用戶(hù)數(shù)據(jù)源列表的右邊選擇“添加”，出現(xiàn)創(chuàng)建新數(shù)據(jù)源對(duì)話(huà)框。雙擊SQL Server，打開(kāi)對(duì)話(huà)框，輸入數(shù)據(jù)源名稱(chēng)和選擇SQL Server服務(wù)器，完成數(shù)據(jù)源的創(chuàng)建與配置工作。
2.3 上位機(jī)軟件界面設(shè)計(jì)
上位機(jī)軟件是基于MFC的單文檔應(yīng)用程序，注意將該工程視圖類(lèi)的基類(lèi)設(shè)置為CFormView類(lèi)，可以實(shí)現(xiàn)可視化編程，在對(duì)話(huà)框資源中直接拖拽控件至對(duì)話(huà)框內(nèi)，減少不必要的程序代碼，簡(jiǎn)化工作量。在ResourceView的Dialog中為單文檔添加相關(guān)的標(biāo)簽、按鈕、編輯框等，并為編輯框創(chuàng)建相關(guān)成員變量，為按鈕添加相應(yīng)的消息響應(yīng)函數(shù)，完成相應(yīng)的函數(shù)功能，最后軟件界面如圖3。
3 下位機(jī)軟件實(shí)現(xiàn)
由于使用的是自由口通信協(xié)議實(shí)現(xiàn)PC機(jī)與PLC的通信，需要在下位機(jī)軟件SIMATIC STEP7中利用梯形圖編寫(xiě)相關(guān)的接收數(shù)據(jù)和發(fā)送數(shù)據(jù)的程序，并用中斷來(lái)處理發(fā)送數(shù)據(jù)和接收數(shù)據(jù)之間的狀態(tài)切換。在硬件組態(tài)中，除加入必要的導(dǎo)軌、電源、CPU、輸入輸出模塊外，還需要為PLC添加一塊串行通訊模塊，在S7 300中可以加放CP340或者CP341通訊模塊，實(shí)現(xiàn)串口通信。在軟件組態(tài)中，采用汽包水位三沖量前饋-反饋串級(jí)控制系統(tǒng)，調(diào)整電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的閥門(mén)開(kāi)度，合理調(diào)節(jié)蒸汽流量、鍋爐給水量和爐內(nèi)燃燒量的變化，實(shí)現(xiàn)對(duì)水位的自動(dòng)控制。
4 結(jié)束語(yǔ)
本系統(tǒng)中運(yùn)用VC++設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了PC機(jī)與西門(mén)子系列PLC的通訊，使用MFC技術(shù)，靈活運(yùn)用ActiveX的MSCOMM控件，實(shí)現(xiàn)了串口通信。同時(shí)，將系統(tǒng)采集的數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)庫(kù)，以備歷史查詢(xún)。系統(tǒng)充分利用計(jì)算機(jī)和PLC本身的資源實(shí)現(xiàn)了上位機(jī)對(duì)PLC的實(shí)時(shí)監(jiān)控，而PLC作為下位機(jī)實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)工況的實(shí)時(shí)監(jiān)控和有效控制，從而從最大限度上保證汽包中三個(gè)測(cè)量點(diǎn)數(shù)據(jù)相差不超過(guò)±30mm，確保測(cè)量結(jié)果的相對(duì)穩(wěn)定，實(shí)現(xiàn)了對(duì)汽包水位的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和有效控制。本系統(tǒng)而且還可以進(jìn)行擴(kuò)展，與多臺(tái)PLC進(jìn)行通信，簡(jiǎn)單、實(shí)用，具有較高的可靠性和安全性，降低了工人勞動(dòng)強(qiáng)度，達(dá)到了預(yù)期的目標(biāo)。
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關(guān)鍵詞：創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室；嵌入式系統(tǒng)；開(kāi)放運(yùn)行管理
作者簡(jiǎn)介：張騰飛（1980-），男，河南商丘人，南京郵電大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院，副教授；郭前崗（1960-），男，陜西西安人，南京郵電大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院，教授。（江蘇 南京 210023）
基金項(xiàng)目：本文系南京郵電大學(xué)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)與設(shè)備管理研究課題重點(diǎn)項(xiàng)目（項(xiàng)目編號(hào)：2011XSG03）的研究成果。
中圖分類(lèi)號(hào)：G482 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-0079（2013）25-0164-03
近年來(lái)，隨著嵌入式系統(tǒng)的廣泛普及，其復(fù)雜度也迅速增長(zhǎng)，嵌入式領(lǐng)域中對(duì)能夠適應(yīng)社會(huì)需要的創(chuàng)新型設(shè)計(jì)人才的需求日益旺盛。盡管高校大量擴(kuò)招，但整個(gè)社會(huì)依然缺乏該領(lǐng)域的應(yīng)用型開(kāi)發(fā)人才，然而畢業(yè)即失業(yè)的大學(xué)生比比皆是，這種就業(yè)難與用人難的自相悖論無(wú)疑為我國(guó)的高等教育敲響了警鐘，也為嵌入式創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)及開(kāi)放運(yùn)行管理模式的探索提供了驅(qū)動(dòng)力。嵌入式系統(tǒng)是一項(xiàng)應(yīng)用性很強(qiáng)的工程技術(shù)，企業(yè)所需要的嵌入式工程人員，不僅僅要有扎實(shí)的理論基礎(chǔ)，更要有豐富的動(dòng)手實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。學(xué)生要想從事嵌入式技術(shù)工作，只有經(jīng)歷過(guò)很多的實(shí)驗(yàn)、實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目，才能夠更好地理解和掌握嵌入式技術(shù)，才會(huì)在當(dāng)今就業(yè)難度極大的環(huán)境下走出困境，脫穎而出。
一、嵌入式創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)背景
“根據(jù)嵌入式系統(tǒng)”的課程特點(diǎn)以及南京郵電大學(xué)（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“我校”）電氣信息類(lèi)專(zhuān)業(yè)的實(shí)際應(yīng)用能力和創(chuàng)新能力培養(yǎng)目標(biāo)，在前期的嵌入式系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)及實(shí)踐教學(xué)改革研究中，已經(jīng)構(gòu)建了從基礎(chǔ)驗(yàn)證性到綜合性、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，并與課程設(shè)計(jì)、大學(xué)生科技創(chuàng)新計(jì)劃、科技創(chuàng)新競(jìng)賽、畢業(yè)設(shè)計(jì)等實(shí)訓(xùn)環(huán)節(jié)相結(jié)合的循序漸進(jìn)的嵌入式實(shí)踐教學(xué)體系，增強(qiáng)了學(xué)生參加各種科技創(chuàng)新實(shí)踐活動(dòng)的積極性，取得了較好的效果。盡管參與各種科技創(chuàng)新實(shí)踐活動(dòng)的學(xué)生人數(shù)逐年增加，但涉及的學(xué)生相對(duì)較為集中，一組學(xué)生可能同時(shí)參與多種競(jìng)賽活動(dòng)，而大部分學(xué)生在學(xué)習(xí)了相關(guān)理論知識(shí)完成課內(nèi)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)之后，沒(méi)有再?gòu)墓こ虒?shí)訓(xùn)的角度得到系統(tǒng)的、更為實(shí)用的開(kāi)發(fā)技術(shù)和技能訓(xùn)練，因此，有必要通過(guò)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)，讓學(xué)生從基礎(chǔ)訓(xùn)練、綜合實(shí)驗(yàn)、科學(xué)訓(xùn)練、研究設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)、開(kāi)放實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目、科技創(chuàng)新競(jìng)賽等多樣化、多層次的開(kāi)放性科技創(chuàng)新實(shí)踐活動(dòng)中形成良好的競(jìng)爭(zhēng)氛圍，系統(tǒng)地掌握嵌入式系統(tǒng)的實(shí)際開(kāi)發(fā)技術(shù)。
另外，結(jié)合學(xué)生的科技創(chuàng)新實(shí)踐項(xiàng)目，將有助于提高嵌入式系統(tǒng)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室的內(nèi)涵建設(shè)，促進(jìn)學(xué)科發(fā)展，完善學(xué)生的個(gè)性化教育，提高學(xué)生的創(chuàng)新能力。
結(jié)合我校電氣信息類(lèi)專(zhuān)業(yè)的課程建設(shè)以及相關(guān)特色專(zhuān)業(yè)建設(shè)目標(biāo)，依托自動(dòng)化省級(jí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心、智能電網(wǎng)信息工程省級(jí)綜合訓(xùn)練中心、校企共建聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室，通過(guò)專(zhuān)項(xiàng)資助創(chuàng)立了嵌入式系統(tǒng)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室，探索嵌入式系統(tǒng)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)，構(gòu)建多樣化、多層次、全面開(kāi)放的實(shí)踐教學(xué)體系，并進(jìn)行了多樣化的實(shí)踐教學(xué)與模塊化實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)的建設(shè)探索。
二、嵌入式創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室的平臺(tái)建設(shè)
按照個(gè)性化教育與開(kāi)拓創(chuàng)新型人才培養(yǎng)的要求，我們將嵌入式課堂理論教學(xué)、課內(nèi)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)、課外綜合性實(shí)驗(yàn)與嵌入式系統(tǒng)相關(guān)課程設(shè)計(jì)、本科畢業(yè)設(shè)計(jì)及課外科技創(chuàng)新實(shí)踐活動(dòng)等環(huán)節(jié)相結(jié)合，在嵌入式創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)中，構(gòu)建了多樣化的嵌入式系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)開(kāi)發(fā)平臺(tái)，包括80C51、MSP430、ARM、DSP等系統(tǒng)開(kāi)發(fā)平臺(tái)200余套。為便于學(xué)生的科技創(chuàng)新，配備了多套不同規(guī)格的儀器儀表設(shè)備，并建立了創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室的元器件庫(kù)，創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室的實(shí)驗(yàn)開(kāi)發(fā)平臺(tái)如圖1所示。
另外，在學(xué)校自制實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備專(zhuān)項(xiàng)經(jīng)費(fèi)的資助下，完成了嵌入式Cortex M3開(kāi)放實(shí)驗(yàn)?zāi)K化開(kāi)發(fā)平臺(tái)的研制，其模塊化結(jié)構(gòu)如圖2所示。該開(kāi)發(fā)平臺(tái)的研制理念是：同時(shí)注重嵌入式技術(shù)的學(xué)習(xí)和實(shí)踐創(chuàng)新能力的提高兩個(gè)方面，讓學(xué)生在這個(gè)開(kāi)放的平臺(tái)上盡可能多接觸更多、更新的技術(shù)，激發(fā)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)意識(shí)，充分利用課余時(shí)間完成實(shí)踐與創(chuàng)新。
該平臺(tái)具有以下特點(diǎn)：采用較新的Cortex-M3處理器芯片，秉承傳統(tǒng)單片機(jī)廉價(jià)、穩(wěn)定、控制資源較多、運(yùn)算資源較少等特性，內(nèi)部結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，學(xué)生不用學(xué)習(xí)復(fù)雜的操作系統(tǒng)和各種配置就可以實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單的操作，在此基礎(chǔ)上可以移植μC/OS等操作系統(tǒng)，適用于操作系統(tǒng)知識(shí)的學(xué)習(xí)和使用；核心板可以作為單獨(dú)的開(kāi)發(fā)板使用，可以配合教程分發(fā)給學(xué)生課后燒寫(xiě)調(diào)試練習(xí)或研發(fā)新項(xiàng)目；核心板完整的擴(kuò)展資源、小巧的體積、大容量的存儲(chǔ)器配備，非常適合二次研發(fā)；模塊化的底板外擴(kuò)資源豐富，設(shè)置外擴(kuò)資源屏蔽開(kāi)關(guān)，可兼容擴(kuò)展；模塊化的設(shè)計(jì)便于今后更新處理器，節(jié)約大量成本。
三、創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室的運(yùn)作和管理
為充分發(fā)揮實(shí)驗(yàn)室的資源優(yōu)勢(shì)，為更多學(xué)生提供自主發(fā)展和實(shí)踐鍛煉的空間，嵌入式創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室制定了“立體化、模塊化、綜合性、開(kāi)放性”的創(chuàng)新實(shí)踐教學(xué)及管理、運(yùn)行機(jī)制。
1.一體化、模塊化的嵌入式實(shí)踐教學(xué)體系
學(xué)生在學(xué)習(xí)了嵌入式系統(tǒng)相關(guān)理論知識(shí)之后，如何能從實(shí)踐的角度更好地掌握實(shí)用的開(kāi)發(fā)方法和技能，是我們?cè)谝?guī)劃、完善嵌入式實(shí)踐教學(xué)體系中重點(diǎn)關(guān)注的問(wèn)題。從課程體系結(jié)構(gòu)的角度，綜合考慮嵌入式系統(tǒng)與先修課程如計(jì)算機(jī)組成原理、模擬數(shù)字電子技術(shù)、操作系統(tǒng)、控制原理等相關(guān)課程的聯(lián)系，通過(guò)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室的知識(shí)講座、科協(xié)活動(dòng)、學(xué)科競(jìng)賽等各種途徑讓低年級(jí)學(xué)生了解整個(gè)學(xué)科課程之間的聯(lián)系，為后續(xù)學(xué)習(xí)嵌入式系統(tǒng)及應(yīng)用課程打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。從嵌入式處理器的角度，綜合考慮單片機(jī)與ARM、DSP、FPGA等嵌入式微處理器之間的相互聯(lián)系，并將這種聯(lián)系貫穿在嵌入式系統(tǒng)的設(shè)計(jì)應(yīng)用開(kāi)發(fā)這條主線(xiàn)中。如，為便于學(xué)生理解和掌握，我們對(duì)單片機(jī)的定時(shí)/計(jì)數(shù)器、中斷系統(tǒng)、串行口等模塊深入講解其基本原理及接口的擴(kuò)展技術(shù)；而ARM、DSP等芯片的資源豐富，則重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)其體系結(jié)構(gòu)以及實(shí)用的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)技術(shù)，并結(jié)合實(shí)例開(kāi)發(fā)項(xiàng)目進(jìn)行講解。
結(jié)合電氣信息類(lèi)專(zhuān)業(yè)的培養(yǎng)目標(biāo)，從學(xué)生的個(gè)性化教育出發(fā)，將創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容由驗(yàn)證型、提高型向綜合型、設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)型和創(chuàng)新型逐層遞進(jìn)，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的設(shè)計(jì)由單純的教學(xué)型向產(chǎn)學(xué)研相結(jié)合的方向轉(zhuǎn)變；采用工程案例化教學(xué)，突出科技創(chuàng)新在人才培養(yǎng)中的作用。以適應(yīng)社會(huì)需求創(chuàng)新型人才為目標(biāo)、以培養(yǎng)學(xué)生的技術(shù)應(yīng)用能力、實(shí)踐創(chuàng)新能力為主線(xiàn)，構(gòu)建了一體化、模塊化的嵌入式系統(tǒng)實(shí)踐教學(xué)體系。
2.多樣化、多層次的科技實(shí)踐創(chuàng)新活動(dòng)
在嵌入式系統(tǒng)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)過(guò)程中，遵循實(shí)驗(yàn)內(nèi)容多層次、實(shí)驗(yàn)設(shè)置多模塊、實(shí)驗(yàn)手段多樣化。構(gòu)建課程基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)、課程設(shè)計(jì)、開(kāi)放實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目、大學(xué)生科技創(chuàng)新STITP項(xiàng)目、創(chuàng)新競(jìng)賽、畢業(yè)設(shè)計(jì)、工程實(shí)訓(xùn)等相結(jié)合的創(chuàng)新實(shí)踐教學(xué)體系，如圖3所示。
在創(chuàng)新實(shí)踐教學(xué)體系中，既有簡(jiǎn)單的演示性和驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，使理論教學(xué)形象化，加深學(xué)生對(duì)理論的理解，又有難度較大的設(shè)計(jì)性、綜合性和創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)，鍛煉學(xué)生的創(chuàng)新實(shí)踐能力。學(xué)生可根據(jù)學(xué)習(xí)情況自主選擇與實(shí)際能力相符的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。
3.開(kāi)放途徑、模式與運(yùn)行機(jī)制
嵌入式創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室全開(kāi)放運(yùn)行。除了課堂實(shí)踐教學(xué)由教師集中管理，其余的課外實(shí)踐主要采取以教師為監(jiān)督指導(dǎo)、由學(xué)生自主管理的運(yùn)行模式。嵌入式系統(tǒng)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室的開(kāi)放性表現(xiàn)在實(shí)驗(yàn)室資源面向全校學(xué)生全方位開(kāi)放，即實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、實(shí)驗(yàn)場(chǎng)所、實(shí)驗(yàn)時(shí)間的開(kāi)放。
創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室鼓勵(lì)學(xué)生申報(bào)嵌入式系統(tǒng)相關(guān)開(kāi)放實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。在學(xué)院相關(guān)教師申報(bào)實(shí)驗(yàn)室開(kāi)放項(xiàng)目的基礎(chǔ)上，由創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室對(duì)開(kāi)放實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目進(jìn)行審核，并報(bào)學(xué)校實(shí)驗(yàn)室建設(shè)與設(shè)備管理處，由學(xué)校組織專(zhuān)家對(duì)開(kāi)放實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目進(jìn)行審定，經(jīng)學(xué)校審定批準(zhǔn)的開(kāi)放實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目由嵌入式系統(tǒng)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室組織對(duì)學(xué)生開(kāi)放。
實(shí)驗(yàn)室開(kāi)放課題要求學(xué)生以課題小組為單位在一個(gè)學(xué)期時(shí)間內(nèi)協(xié)作完成一個(gè)完整的實(shí)際嵌入式課題開(kāi)發(fā)，近兩年學(xué)生申報(bào)完成的典型課題有：“基于指紋識(shí)別的智能門(mén)鎖系統(tǒng)”、“基于閉環(huán)控制的仿人足球機(jī)器人全向行走”、“基于Cortex M3的Modbus RTU通信協(xié)議實(shí)現(xiàn)”、“太陽(yáng)能蓄電池充放電控制電路設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)”、“嵌入式Cortex M3最小系統(tǒng)板設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)”、“基于GSM網(wǎng)絡(luò)的老年人身體姿態(tài)檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)”等。
實(shí)驗(yàn)室開(kāi)放課題注重學(xué)生的已有知識(shí)體系和認(rèn)知特點(diǎn)，充分考慮不同年級(jí)學(xué)生的能力層次和個(gè)體差異，由淺入深、由易到難、循序漸進(jìn)，并突出實(shí)踐創(chuàng)新活動(dòng)的導(dǎo)向性、趣味性、開(kāi)放性及綜合性，為學(xué)生的實(shí)踐創(chuàng)新提供廣闊的思考空間，促進(jìn)學(xué)生的個(gè)性化發(fā)展。
學(xué)生通過(guò)獨(dú)立查閱資料、設(shè)計(jì)方案、硬件設(shè)計(jì)、軟件編程及調(diào)試，系統(tǒng)地掌握了嵌入式系統(tǒng)的軟、硬件協(xié)同設(shè)計(jì)方法。該實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式在傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)方法的基礎(chǔ)上，極大激發(fā)了學(xué)生自主探究的興趣，促使學(xué)生創(chuàng)造性思維與解決問(wèn)題，有效提高了學(xué)生自主實(shí)驗(yàn)與創(chuàng)新能力。
4.校企合作
通過(guò)校企合作等多種途徑，強(qiáng)化學(xué)生實(shí)踐和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。目前與美國(guó)風(fēng)河公司、德州儀器、北京精儀達(dá)盛、北京博創(chuàng)等多家公司建立了長(zhǎng)期合作關(guān)系，為學(xué)生提供了良好的主題創(chuàng)新、實(shí)踐平臺(tái)，為教師提供了主題研究方向，為企業(yè)主題產(chǎn)品研發(fā)提供了技術(shù)服務(wù)。
結(jié)合企業(yè)的科研項(xiàng)目，讓學(xué)生參與完成一些子功能模塊的設(shè)計(jì)、開(kāi)發(fā)與調(diào)試過(guò)程，已完成的典型課題有：“變電設(shè)備狀態(tài)在線(xiàn)監(jiān)測(cè)及故障診斷系統(tǒng)”、“基于DSP的USB2.0通訊模塊的設(shè)計(jì)”、“變電站視頻監(jiān)控系統(tǒng)控制軟件設(shè)計(jì)”、“基于嵌入式的病蟲(chóng)調(diào)查統(tǒng)計(jì)器”等。通過(guò)一些與學(xué)生實(shí)踐創(chuàng)新及實(shí)際工作能力相關(guān)、受益面大的系統(tǒng)設(shè)計(jì)課題，使學(xué)生受到了功能相對(duì)完整的嵌入式系統(tǒng)實(shí)際工程項(xiàng)目的開(kāi)發(fā)與調(diào)試過(guò)程訓(xùn)練。
5.管理隊(duì)伍建設(shè)
結(jié)合研究生助教和本科生助管制度，形成了實(shí)驗(yàn)室專(zhuān)職教師、專(zhuān)業(yè)教師、研究生、勤工助學(xué)本科生相結(jié)合的嵌入式系統(tǒng)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)與開(kāi)放運(yùn)行管理隊(duì)伍。
強(qiáng)化對(duì)在崗實(shí)驗(yàn)技術(shù)人員的培養(yǎng)，通過(guò)制定針對(duì)性政策及保障措施，鼓勵(lì)實(shí)驗(yàn)技術(shù)人員的再培訓(xùn)；制定了相關(guān)政策及獎(jiǎng)勵(lì)措施鼓勵(lì)，督促實(shí)驗(yàn)教師以及專(zhuān)業(yè)教師投入嵌入式創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室的內(nèi)涵建設(shè)實(shí)踐探索，申報(bào)相關(guān)研究課題；制定了對(duì)實(shí)驗(yàn)教師的多樣化考核機(jī)制，使其更好地融入嵌入式實(shí)踐教學(xué)的實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)。
通過(guò)制定較為完備的系列政策，加快推進(jìn)了嵌入式系統(tǒng)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室?guī)熧Y隊(duì)伍的建設(shè)，提升了嵌入式系統(tǒng)創(chuàng)新實(shí)踐教學(xué)的質(zhì)量。
四、建設(shè)成效
在嵌入式創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室開(kāi)放實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的基礎(chǔ)上，以提升學(xué)生的嵌入式實(shí)踐創(chuàng)新能力為核心，從整體出發(fā)，構(gòu)建了循序漸進(jìn)的多層次嵌入式系統(tǒng)實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容體系，目前有驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)近30個(gè)，設(shè)計(jì)性、綜合性實(shí)驗(yàn)近20個(gè)，服務(wù)于自動(dòng)化學(xué)院4個(gè)本科專(zhuān)業(yè)及其他學(xué)院的相關(guān)專(zhuān)業(yè)。
以實(shí)際工程需求為導(dǎo)向，構(gòu)建了從開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目到STITP創(chuàng)新項(xiàng)目、各級(jí)各類(lèi)創(chuàng)新競(jìng)賽、畢業(yè)設(shè)計(jì)等實(shí)訓(xùn)環(huán)節(jié)相結(jié)合的多層次創(chuàng)新實(shí)踐體系。近三年創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室共獲得校級(jí)和省級(jí)大學(xué)生STITP創(chuàng)新項(xiàng)目96項(xiàng)，包括2012年立項(xiàng)33項(xiàng)，其中國(guó)家級(jí)4項(xiàng)，省級(jí)5項(xiàng)；2011年立項(xiàng)38項(xiàng)，省級(jí)4項(xiàng)，校級(jí)重點(diǎn)13項(xiàng)；2010年立項(xiàng)25項(xiàng)，省級(jí)4項(xiàng)，校級(jí)重點(diǎn)9項(xiàng)。通過(guò)增加不同種類(lèi)設(shè)備模塊，拓展實(shí)驗(yàn)領(lǐng)域和實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，近三年創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室共完成了66項(xiàng)開(kāi)放實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。在畢業(yè)設(shè)計(jì)中，多人次獲得優(yōu)秀畢業(yè)論文獎(jiǎng)，學(xué)生參與多項(xiàng)嵌入式系統(tǒng)項(xiàng)目設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)，申請(qǐng)專(zhuān)利十余項(xiàng)，公開(kāi)發(fā)表學(xué)術(shù)論文多篇。
近幾年學(xué)生的出國(guó)深造、考研率明顯提高，多名學(xué)生被清華大學(xué)、上海交通大學(xué)等知名高校錄取。根據(jù)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，多名畢業(yè)生陸續(xù)進(jìn)入國(guó)電南瑞、南自等大型企業(yè)，為社會(huì)輸送了大量?jī)?yōu)秀人才。
依托嵌入式系統(tǒng)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)平臺(tái)，課題組完成了“基于問(wèn)題設(shè)計(jì)型引導(dǎo)式教育，構(gòu)建嵌入式系統(tǒng)實(shí)踐創(chuàng)新人才培養(yǎng)體系”的教學(xué)改革成果，被評(píng)為南京郵電大學(xué)教學(xué)成果一等獎(jiǎng)，并被學(xué)校推薦申請(qǐng)2013年度江蘇省高等教育教學(xué)成果一等獎(jiǎng)。
五、結(jié)束語(yǔ)
結(jié)合我校電氣信息類(lèi)專(zhuān)業(yè)嵌入式系統(tǒng)及應(yīng)用課程的教學(xué)目標(biāo)，從學(xué)生的個(gè)性化教育出發(fā)，探索了嵌入式系統(tǒng)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)，構(gòu)建了一體化、模塊化的嵌入式系統(tǒng)實(shí)踐教學(xué)體系，討論了實(shí)驗(yàn)室的開(kāi)放途徑、模式與運(yùn)行機(jī)制，探索了開(kāi)放運(yùn)行管理、實(shí)驗(yàn)管理師資隊(duì)伍建設(shè)等。經(jīng)過(guò)不斷實(shí)踐，取得了較為明顯的效果。
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