平臺設計論文大全11篇

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2浮箱模塊設計

浮箱模塊為全封閉箱形結構，主尺度為：沿通道縱向長2．5m，沿通道橫向寬12．5m，模塊高度1．8m。浮箱縱向與橫向均采用鉸接接頭連接，每個浮箱重量約為140kN。浮箱由6mm鋼板構成主體框架，通過邊緣角鋼焊接在一起，甲板下和底板上都焊有T型橫梁、縱梁、縱肋、橫肋；側板和端板焊有角鋼型水平肋、T型豎肋和豎梁。模塊內部由橫向隔艙板分隔為兩個水密艙，一側模塊端板以及橫向隔艙板上開設有人孔以便維護與維修；為了提高箱體坐灘承壓能力，在模塊內部橫向設置3道承壓桁架；為了縱、橫向傳力縱總強度需要，模塊內部與接頭相連的縱、橫梁截面設計的較大，其它肋骨設計則以局部強度控制，其截面比縱、橫梁的截面小，模塊甲板及底板以縱、橫梁與肋骨組成正交異性板結構。模塊殼板材料為CCSB，內部結構材料為Q345，單雙支耳連接件材料為30CrMnTi。

3浮式吊裝平臺結構分析

利用大型結構分析軟件ANSYS對主吊裝平臺坐灘承壓工況和浮游工況進行了仿真分析，為平臺的設計提供了理論依據。結構分析時考慮到吊裝平臺結構龐大，采用了ANSYS結構分析中有限元子結構法，能夠較好地模擬拼裝式吊裝平臺這種特殊拼裝式結構。吊裝平臺為臨時性結構，以下結構分析中的容許應力均根據《軍用橋梁設計準則》（GJB1162—91）選用。

（1）坐灘承壓：根據技術參數要求，采用溫克勒彈性地基模型，地基承載力為0．02MPa。吊裝作業時，考慮吊臂方向和風機、塔筒的重量，經計算得平臺承受的最大荷載為8000kN。浮箱模塊子結構、吊裝平臺母結構，吊機的兩個履帶作用在30號和42號子結構上。經計算分析，最不利的浮箱為30號子結構。浮箱內部各部件的最大應力及最大接頭力。內部結構最大應力為104．42MPa，小于Q345的彎曲應力292MPa。平臺的最大沉降量為48．59mm。

（2）浮游工況：此工況為生存工況。由于水很淺，總體分析中浮游工況只考慮靜力分析，平臺承受的最大荷載為8000kN。浮箱模塊子結構建模、吊裝平臺母結構，母結構由64個子結構組成，吊機的兩個履帶作用在30號和42號單元。經計算分析，最不利的浮箱為42號子結構。浮箱內部各部件的最大應力及最大接頭力如表1所示。由表1中知，內部結構最大應力為134．07MPa，小于Q345的彎曲應力292MPa。平臺的最大吃水為573．05mm，靜載吃水為311．11mm，總吃水884．16mm，則干舷為915．84mm，滿足要求。

（3）考慮到施工拼組大面積作業平臺需要，浮箱連接縱橫向均采用單雙耳。為了模擬分析接頭的受力情況，采用ANSYSWorkbench軟件分析，分析時考慮接頭間隙、連接部件之間的接觸特性以及彈塑性影響，采用Solidworks分別進行單雙支耳的建模，然后裝配建立實體模型并導入Workbench中，單支耳模擬結果，雙支耳模擬結果，耳孔邊緣有應力集中現象，均小于30CrMnTi的屈服應力1176MPa。在銷中亦有應力集中，最大等效應力為1301．1MPa，小于30CrMnTi的局部承壓應力1412MPa，因此接頭的設計是合理的。

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對于高校藝術設計學科而言，其實踐教學活動與理工科等其他學科大為不同，有著顯著的自身特點和專業特色，尤其是在綜合類院校中的藝術設計學科，實踐平臺建設與管理方法決不能照搬其他學科。同時藝術設計學科中的專業與以往純藝術專業也有著明確的區別，對學生的教育不再是培養個性十足的藝術家，而是培養服務于當代創意產業的設計師，而當前藝術設計學科實踐平臺建設與管理方法并沒有突出這一特點。

2.課堂教學與實踐環節的脫節。

實踐環節主要的學習內容與考核方式應契合本學科教學培養計劃中的重點內容，但是現今的大部分實踐項目的制定并沒有充分考慮到教學計劃的整體要求，形式大于內容，嚴重地影響了設計實踐對課堂知識的訓練與檢驗。當然，學校與實踐平臺間的鏈接與溝通不暢也是兩者脫節的主要因素之一。

3.管理方法滯后。

目前高校藝術設計學科實踐平臺管理方法落后于多樣化的實踐平臺建設。實踐平臺建設的多樣化是近年發展的主要成果，但針對于不同實踐平臺的管理方法卻沒有得到發展，運用的還是以往較為單一的管理方法。多樣化的實踐項目與實踐平臺不能夠在科學、高效的管理方法下發揮最大的作用，直接影響了該實踐環節的教學效果。

4.培養目標不明確，培養方法單一。

課堂教學與實踐教學活動的目標都是為了培養具有藝術設計專業素養的創新型人才，在明確這一培養目標的前提下，才能制定相關的培養計劃與培養方法。同時這一目標的制定又要根據不同學校專業間的具體培養計劃來做出相應的調整，因此以往的實踐教學培養方法必須要做出改進和創新，以符合人才需求。

二、改進藝術設計學科創新實踐平臺建設的措施

1.以創新人才培養模式為目標，在實踐教學中探索創新人才培養方法。

創新實踐教學應與創意人才培養目標一致，課堂教學與實踐教學活動的目標都是為了培養具有藝術設計專業素養的創新型人才。因此，要將多樣的創新實踐平臺作為橋梁，嫁接于課堂教學與實踐教學之間，建立與特定課堂教學目標相聯系的主題化實踐教學活動，打造“開放式、模塊化、立體化”的實踐平臺創新人才培養體系，探索提高學生的綜合知識運用能力和設計創新能力為主體的創新人才培養方法。主題化實踐活動。以“實踐主題”為切入點，開展實踐創新活動。實踐主題就是提取若干與課堂重點教學內容緊密相關的研究題目，該主題不僅要與課程緊密相關，與平臺的實踐活動也密切相連，還要求教師在提取主題活動時要進行多方位的考慮，將課堂知識以主題活動的形式，把重點的設計原理、方法放到創新實踐平臺中去實踐和檢驗，在設置過程中必須考慮到主題間知識的縱向連貫性和橫向整合性、互補性，以串聯的形式開展主題化實踐教學活動，不同的主題活動針對的知識點和能力要求不同。這種主題形式的實踐活動不僅拓展了實踐教學的范圍、高效地發揮了創新實踐平臺的橋梁與紐帶作用，更為重要的是，“主題”作為學生興趣的源頭能夠激發學生主動參與實踐活動的熱情。多模塊的創新實踐平臺。“主題”作為興趣點是課堂教學與實踐教學鏈接中的切入點，平臺則是開展主題實踐創新活動的基礎。創新平臺的營造不僅要有常規的實踐平臺，更要有與之相關的模塊化創新實踐平臺，主要形式有：由政府部門資助的大學生設計創新實踐基地、教師工作室、實驗教學中心、校企聯合創新中心、校企政聯合創新實踐平臺等。模塊化的設計創新實踐平臺建設應爭取多渠道、多方位的學科交叉型實踐平臺建設，可涵蓋與設計專業密切相關的建筑工程、裝飾工程、規劃改造工程、印刷、家具等不同的行業，大力發揮設計學科的交叉性學科特點，為學生個性發展、不同方向的設計創新實踐提供良好的條件與廣闊的平臺。開放式實踐創新方法。原有的基于創新實踐平臺的實踐活動，多存在設計實踐活動資源不足、受益面窄、時間短等問題，主要原因還是實踐活動的開放度不夠。學校及院系方面不僅要加強設計創新實踐的平臺建設，而且要著力打造該平臺的開放性，能夠根據專業方向需求選擇合適的主題，使盡可能多的同學參與到實踐活動中來。教師與實踐平臺的工作人員，即“主題”實踐創新活動的提供者和組織者應圍繞主題實踐活動的要求，配置人力和物力，精心策劃活動，保證實踐活動的創新性和開放度。在人員構成和組織形式上，依據開放性這一基礎原則，達到平臺資源的共享和高效利用，通過“開放”營造公平的氣氛，結合“主題”所帶來的興趣，培養學生實踐中的自主性、個性化和多元化。立體化的活動構成形式。立體化的實踐創新活動的開展方法即由點到面、由面到體的立體化形式。其中，點為課堂重點教學內容，面是創新平臺中相關的研究題目，本學科中的多個方向或多學科的交叉研究則形成面的多個層次。圍繞以上重點內容，輔以集中性教學實踐、大學生實踐創新訓練、組織性的課外實踐、教師工作室課題、實驗中心課題、校企聯合創新中心課題最終形成以主題化實踐項目為中心點的多層次相互穿插、相互依托的立體化形態。其中課堂重點教學內容、創新項目、實踐目標自上而下形成縱向的展開形式。圍繞主題由設計思維創新實踐訓練、設計創新競賽、面向企業的設計創新課程等活動為橫向展開形式，兩者相結合構成一系列多層次、全方位的實踐創新活動，推動學生“以實踐為師，以市場為法”，掌握并提高實踐技能。

2.在創新理念和思路指導下，進一步探索創新實踐平臺的管理方法。

為創意產業培養的人才，最終是為了投入到創意產業的實踐之中，注重教學與實踐相結合的創新實踐平臺對于增強學生創新實踐能力有著獨特的優勢。創意產業實踐教育不僅要有上文中提及的科學的人才培養方法，還要引入并結合現代企業管理、項目管理等理念，以科學、高效的方法管理實踐平臺的運營與發展。整體目標管理。以創新型人才培養為出發點的創新實踐平臺項目，要以高校的專業培養計劃為目標，獨立的課程或項目也要根據課程的教學目標，對項目進行整體界定。實踐平臺上的創新活動或項目是既相對獨立又與專業培養計劃緊密銜接的綜合實踐教學體，因此整體的目標定位與范圍是在培養計劃與企業或自擬的實踐創新項目相結合的基礎上而制定的，其中培養方案和計劃是主要因素。評價管理體系建設。創新實踐平臺的評價管理體系建設應是發展性的評價模式。該體系不僅關注學生個人的實踐表現，而且注重學生和平臺建設的未來發展，主要內容應有：由實踐項目中的評價主體與評價對象共同商定發展目標，確定評價目標后，通過系統地收集評價信息并進行分析，對評價對象的素質發展、學習職責和學習績效進行價值判斷。評價管理體系建設根本目的是為了促進學生的專業發展，因此應突出學生在評價中的主體地位，同時還要注重反饋信息的周期式總結與處理。過程監控與分項管理。過程監控與分項管理的目標是為了提高創新活動的質量。實踐項目過程監控由主體項目負責人執行，結合評價管理體系對現行成果進行評估，分析學生取得的進步與其中的不足，推薦使用資料信息庫的形式為后階段學習提供借鑒。對于該過程的監控可使用分項管理方法，具體內容可分為：活動項目的范圍管理、費用管理、時間管理和人力資源管理。每項分項管理、內容都要結合學生的階段性匯報和指導教師的綜合性評估與考核作參考，以實現該方法的可信度與效力。資料信息庫建設。創新實踐活動的信息庫建設一方面是可以實現資源利用與共享最大化，提高活動效率；另一方面可以實現創新活動的系統化與自動更新，為后續活動或項目提供參考與資源。資料信息庫的主要內容應包括五大基本方面：活動進度與計劃、學習課件、經典案例參考、評價體系、溝通交流系統。輔以特定管理軟件或網絡技術的資源信息庫還能夠預測活動開展所獲效果，輔助教師或責任人實時進行網上評價和監控。

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氣象信息共享平臺的建設圍繞兩個目標開展:一是建立數據接收的快速通道,提供統一的數據訪問接口,為共享服務提供高效、規范的數據;二是統一數據管理各項功能的操作,提供規范、友好的操作界面，建立一體化的解決方案。結合兩個系統設計目標,共享平臺首先定位為氣象信息共享數據的源頭,負責存儲、管理氣象資料數據,最大限度的將省、市、縣相關部門氣象資料存儲在統一的平臺之上,為上層業務應用提供數據訪問服務;其次,平臺提供一個可擴展的氣象信息存儲服務框架,滿足未來氣象業務和探測手段不斷發展、資料種類不斷增加的需要,并提供對已有功能模塊進行擴展、定制的支持。為此,平臺遵循“可靠穩定、構件封裝,先進成熟,開放擴展,統一規范,便捷維護”的總體系統設計原則。整體采用框架系統設計,各子模塊之間功能獨立,可根據用戶的需要進行組合,各子模塊之間沒有直接耦合,而是通過數據庫之間的聯系由框架進行組合;同時,框架程序利用構件技術,采用面向對象方法進行系統設計。在框架的組織下,平臺的適應性、靈活性增強,同時通過復用、可配置等技術降低了平臺的開發和維護風險,且具有良好的可擴展性。

2氣象信息共享平臺體系結構

為實現由業務資源服務應用的無縫化,氣象信息共享平臺采用如圖1所示的體系結構,即從上到下分為應用層、服務層和數據層。2.1數據層數據層是平臺各種數據的來源,包括實時數據庫、歷史數據庫、行業共享庫、實時專用庫和目錄文件。在各類數據庫中既存在結構化數據,也存在諸如文檔之類的非結構化數據,數據的格式均不相同,如按傳統的方法實現,工作量大,難以維護。因此平臺構建了數據訪問邏輯構件和業務實體構件,為各種應用提供了統一的數據接口,以實現不同來源數據的統一處理,做到程序與數據源松耦合。2.2服務層服務層包含了大量的服務,這些服務在流程引擎的驅動下,與業務流程綁定,組合成為功能更為強大的組合服務,供不同的業務模型調用,從而滿足用戶的需求;該層服務采用SCA1.0標準來實現,將構件庫中的構件,裝配成服務的方式提供給其他構件、服務或者其它系統。該層提取了氣象共享服務的共性需求,通過數據服務、策略服務、業務服務、流程服務和表示服務為氣象部門內部各業務系統的開發提供支撐?？梢钥闯?平臺通過把與氣象數據共享業務相關的功能模塊,以標準化的服務形式進行封裝,形成一系列網絡環境下的服務,然后通過結合業務進行流程編排,即可完成相關功能的定制。2.3應用層應用層主要完成平臺搭建并為用戶提供操作界面,平臺運行模式采用基于B/S的方式,根據業務要求,技術架構的選擇需要具備較強的伸縮性、開放性和安全性?？紤]到JAVAEE的特點,平臺應用層開發運行環境選擇基于JAVAEE的應用服務器中間件平臺。

3氣象信息共享平臺數據表系統設計

省級氣象信息共享平臺管理的氣象數據主要包括區域自動站數據、地面氣象觀測站數據、探空數據、加密觀測數據、農氣數據、雷達數據和衛星數據。其中:(1)區域自動站采集的數據包括區站號、日期時間、風速、風向、雨量、氣溫、濕度和氣壓等,這些數據通過GPRS傳輸到位于移動的服務器中,并存入數據庫,之后再定時導入到省局的數據庫中;(2)地面氣象觀測站所觀測的要素比區域自動站多,共有53個要素,但包括所有區域自動站的觀測要素;(3)探空數據由探空報和高空報組成,包括PPAA、PPBB、PPCC、PPDD、TTAA、TTBB、TTCC和TTDD;(4)加密觀測數據不是按時次每日記錄的數據,也沒有固定由哪些站點觀測,因此加密觀測數據一般由用戶不定時人工上傳,且用戶上傳的加密觀測數據為文本格式(非結構化),因此上傳之后平臺需自動將文件中的各數據項解析出來,存入數據表中;(5)農氣數據包括農氣咨詢中心內部業務系統收集的數據和業務系統產生的上報文件;(6)雷達入庫數據包括雷達速度強度圖(圖像文件)和雷達基數據;(7)平臺接收衛星系統傳輸的數據(圖像文件),并直接存儲至后臺核心存儲設備中;衛星包括風云二號衛星云圖和風云三號衛星數據,其中入庫數據為風云二號衛星云圖(圖像文件)和風云三號衛星觀測原始數據及圖像文件。為了實現上述氣象數據的管理,平臺主要系統設計以下數據表(限于篇幅,此處僅列出表名):等值面配色信息表、等值面表、行政區劃表、農氣AB報表(保存農氣報的基本觀測數據信息)、農氣AB報作物表(保存農氣報的作物生長信息)、農氣AB報災害表(保存農氣報的災害信息)、負氧離子觀測數據表、區域自動站降水分鐘數據表、自動氣象站觀測數據表、自動站侯數據統計表、自動站旬統計表、自動站日要素統計表、自動站日風表、自動站數據報監控表、自動站月統計數據表、micaps結構的探空報數據表、探空報基本信息表、等值線圖片信息表、雷達回波圖信息表、衛星云圖信息表、土壤水分觀測數據表、土壤水分月統計表、臺站基本參數表、氣象臺站類型表、臺站類型表和能見度觀測數據表。

4氣象信息共享平臺功能系統設計

結合氣象信息共享的業務需求,平臺整體由氣象數據應用、數據入庫管理、臺站管理和系統管理四大模塊構成。其具體功能劃分如圖2所示。

4.1氣象數據應用模塊該模塊是整個氣象信息共享平臺的核心部分,主要實現自動站數據、基本氣象要素、農氣數據、雷達回波圖、衛星云圖數據、土壤水分數據、人工地面觀測數據和探空數據的查詢、分析和統計。其核心可歸納為數據查詢、數據統計分析、WebGIS展示和數據下載。(1)數據查詢。數據查詢為數據應用的主要方式,包括自動站數據、區域自動站數據、土壤濕度觀測數據、能見度觀測數據和負氧離子觀測數據的查詢?？梢愿鶕x擇的站點、時次、時段、要素(可選多要素),以表格形式顯示查詢結果;同時實現表格行列可自定義、查詢結果可打印、查詢結果可生成TXT文件供用戶下載、查詢結果可導出為EXCEL文件等功能。(2)數據統計分析?？山y計和查詢任意時段內某要素的平均值、該時段內極大值和極小值;統計時支持站點可選、時次可選和要素可選,站點為單站、多站,時次為單一時次、連續時次;可統計和查詢任意時段內單站氣象要素值,提供曲線圖。(3)WebGIS展示。采用開源WebGIS平臺,在“自動站圖集”的基礎上,實現基本的地圖操作功能,包括地圖放大、縮小、察看全圖等;實現自動站點空間定位及實時數據查詢顯示(氣溫分布圖、降雨分布圖、風力分布圖、綜合信息圖、氣象要素按數值大小繪制全省分布的色塊圖等)。(4)數據下載。選擇任意時次/連續時次、任意站點、任意觀測項目數據后,生成文本文件,供用戶下載。

4.2數據入庫管理包括入庫參數配置和日志管理兩個子模塊,實現本應用數據庫與基礎數據庫的表、字段對應信息的配置,以及相關數據操作的日志管理功能。

4.3臺站管理實現臺站類型管理和臺站基本信息管理。

4.4系統管理實現平臺內的用戶管理、用戶類型管理,組織結構管理,權限管理和日志管理等工作;該模塊具有自主功能,能根據增加的欄目或功能將管理內容自動添加到管理系統中;能夠實現所有欄目和功能的權限指定,具有自動和自主增加權限功能;能夠對每類氣象數據的每個要素或字段指定瀏覽/下載/修改/添加/刪除等控制權限;能夠進行用戶級別設置,可自定義不同級別,每個級別能劃分不同權限;能夠對不同用戶根據需要進行不同級別指定,能對同一用戶同時指定不同級別,能對用戶單獨添加某種權限;能夠對每個管理模塊根據不同內容進行詳細指定,如日志管理可劃分為系統日志、用戶日志、管理日志、數據日志和權限日志等。

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步進電機驅動電路(見圖3)主要由細分電路、驅動控制芯片和光耦隔離電路組成。步進電機轉動的角位移和輸入的脈沖數目要求嚴格成正比。如果按照整步的工作方式，會受到步進電機振動大、噪聲大等影響;運用細分，不僅可使振動和噪聲減小，且可以減小步進電機誤動作產生的平臺傾斜度偏移，從而減小激光定位的誤差;并且，細分數取得越高，在遠端產生的偏移量越小。為了使步進電機工作的誤差盡可能的小，本設計中驅動電路采用高細分步進電機驅動芯片THB6128。圖3中，M1、M2、M3端為細分的設定端，根據這3端所提供的高低電平的不同，有1、1/2、1/4、1/8、1/16、1/32、1/64、1/128多種細分可選，當三端全為高電平時，細分為128。CW/CCW端為電機正反轉控制端，CW/CCW為低電平時，電機正轉;反之，電機反轉。ST/VCC端為低電平時，THB6128進入待機，功耗極低。另外，為了防止對電源或對地短路，該芯片內置溫度保護及過流電路。驅動芯片與單片機相連的端口均采用光耦隔離，U8、U10、U11為光耦隔離，防止電機驅動電路與單片機控制電路產生干擾;LED可以直觀顯示隔離控制的通斷。

1.2激光旋轉控制電路設計

激光發射電路主要由步進電機驅動電路、激光發射控制電路、光耦隔離電路及細分電路構成，如圖4所示。激光發射器控制電路主要完成控制激光發射器發射和轉動，保證其發射的激光能實時完成激光接收靶跟蹤，使農田平地機被實時控制。由單片機輸出的激光發射器發射信號通過光耦隔離電路后輸入激光發射器控制電路。其中，JG為單片機P46端口的控制輸出端，U17為電路的光耦隔離器。激光發射器的旋轉由步進電機驅動電路控制，由單片機輸出信號控制THB6128的使能、脈沖及方向端從而控制激光發射器的旋轉。

1.3電源電路設計

電路選擇采用簡單高效電源芯片LM2576，該穩壓器是單片集成電路，能實現熱關斷和電流限制保護，能驅動3A負載?？刂坪诵牡碾娫丛O計如圖5所示。在直流電源輸入端加入TVS瞬變電壓抑制二極管PK6E22A，該二極管能在收到反向瞬態高能量沖擊時，迅速將兩極間的高阻抗變為低阻抗，同時吸收高達數千瓦的浪涌功率，有效地保護電子電路中的電子元器件免受浪涌脈沖的破壞［4］。為了防止功率地跟信號地之間的互相干擾，在電源電路設計中，功率地和信號地之間加入了電感L2進行隔離。

2系統軟件設計

由于農田平地機激光發射平臺調平控制系統的工作環境的惡劣性，易對數據的采集造成干擾，再加上傾角傳感器自身存在的溫度漂移等，會加大傾角數據采集的誤差。因此，對傾角傳感器采集的數據時，先采用基于限幅濾波法和遞推算術平均值濾波算法相結合的復合濾波法算法對數據進行預處理［5］，接著采用角度偏移與溫度變化的三次曲線對傾角傳感器溫度漂移進行補償，提高數據采集的準確性［6］。另外，由于步進電機的非線性特征，對其非線性參數進行整定較困難，而常規的PID算法由于參數整定過程繁瑣，實施起來較復雜，并且在越接近預設的目標值時，越容易產生超調而抖動，影響其控制效果的進一步提高。因此，采用基于RBF神經網絡的PID算法控制器對步進電機進行控制，能保證步進電機控制系統的響應性能提升，響應時間縮短，動態性能、自適應性和魯棒性更佳。系統總體流程圖，如圖6所示。系統初始化后，首先進行傾角數據采集，系統采集當前的平臺的傾角數據后，經過濾波和補償處理，直接交給單片機進行判斷:如果到達調平的預設值，則結束。沒到達預設值的話，如果是大于預設值，則電機正轉，控制平臺支腿進行相應的伸縮調整平臺的傾斜度，再重新進行數據采集;如果小于預設值，則電機反轉，控制平臺支腿進行相應的伸縮調整平臺的傾斜度，再重新進行數據采集。如此反復進行平臺調整，直至達到預定的平臺傾斜度為止。

3試驗分析

本文設計的農田平地機激光發射平臺調平控制系統主要是為提高農田平地機的雙激光源定位系統的精度做準備，在雙激光源定位系統中發揮重要的作用。而整個調平過程中，由于傾角傳感器和調平電機的特性，此控制系統主要受溫度影響。所以，本試驗在激光發射器校準完成后，設計了在加入基于RBF神經網絡的PID控制方法對電機控制，并在不同溫度環境下的試驗。將調整平臺置于不同的溫度環境中，同時讓激光器支座處于允許的任意傾斜角度狀態，分別測試支座在大傾角(20°～30°)和小傾角(10°左右)狀態下系統調整的可靠性。

1)13℃時，大角度調平試驗數據如圖7所示。

2)13℃時，小角度調平試驗數據如圖8所示。由圖7、圖8可知，采用基于RBF神經網絡的PID控制調平時，在農平地過程中調平過程的前期，調平速度快，當角度越接近目標角度時，速度明顯減慢;若達到調平要求的預設精度值0．03°時，調平停止;而且在調平過程中很少出現超調和振蕩，當傾斜角度較小時，調平完成的時間相對較短。

3)25℃，大角度調平試驗數據如圖9所示。

4)25℃，小角度調平試驗數據如圖10所示。由圖9和10可知，當溫度變化時，平臺大傾斜角度和小傾斜角度的調平規律與圖7和8相似。這說明經過加入基于RBF神經網絡的PID控制方法后此系統受溫度影響不大。

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隨著科學技術的發展，許多新的科學領域相繼涌現，其中微米/納米技術就是諸多領域中引人注目的一項前沿技術。20世紀90年代以來，繼微米/納米技術成功應用于大規模集成電路制作后，以集成電路工藝和微機械加工工藝為基礎的各種微傳感器和微機電系統（MEMS）脫穎而出，平均年增長率達到30%。微機械陀螺是其中的一個重要組成部分。目前，世界各個先進工業國家都十分重視對MMG的研究及開發，投入了大量人力物力，低精度的產品已經問世，正在向高精度發展。

1微機械振動陀螺儀的簡要工作原理

陀螺系統組成見圖1，它由敏感元件、驅動電路、檢測電路和力反饋電路等組成。在梳狀靜電驅動器的差動電路上分別施加帶有直流偏置但相位相反的交流電壓，由于交變的靜電驅動力矩的作用，質量片在平行于襯底的平面內產生繞驅動軸Z軸的簡諧角振動。當在振動平面內沿垂直于檢測軸的方向（X方向）有空間角速度Ω輸入時，在哥氏力的作用下，檢測質量片便繞檢測軸（Y軸）上下振動。這種振動幅度非常小，可以由位于質量片下方、淀積在襯底上的電容極板檢測，并通過電荷放大器、相敏檢波電路和解調電路進行處理，得到與空間角速度成正比的電壓信號。

在科研及加工過程中，一個重要的內容就是檢測陀螺儀的特性，如工作狀態諧振頻率、帶寬增益、Q值等，于是就提出了微機械慣性傳感器檢測平臺的研制任務。根據陀螺儀的工作原理，整個儀器包括兩大部分：驅動信號發生部分和表頭的輸出信號檢測部分。驅動信號發生部分對待測的慣性傳感器給予適當的驅勸信號，使傳感器處于工作狀態。信號檢測部分要求檢測出微小電容變化，經過放大、解調處理后，將模擬量轉換成數字量采集到PC機中，分析輸出信號，以確定慣性表的特性。

2微電容檢測技術

在MMG檢測技術中，利用電容傳感器敏感試驗質量片在哥氏力作用下的振動角位移，獲取輸入角速率信號。由于陀螺儀的尺寸微小，為了得到10°/h的中等精度，要求電容測量分辨率達到（0.01×10-15）～(1×10-18)法拉。因此，對于微機械加速度計和向機械陀螺儀來說，檢測試驗質量和基片之間的電容變化是一個關鍵技術。目前在MMG中采用的微電容檢測方案有三種：開關電容前在MMG中采用的微電容檢測方案有三種：開關電容電路、單位增益放大電路和電荷放大電路。

2.1開關電容電路

其基本原理是利用電容的充放電將未知電容變化轉換為電壓輸出。該測量電路包括一個電荷放大器、一個采樣保持電路以及控制開關的時序，如圖2所示。

在測量過程中，先將未知電容（C1、C2）充電至已知電壓Vref，然后讓其放電。充、放電過程由一定時序控制，不斷重復，使未知電容總處于動態的充放電過程。C1、C2連續地放電，電流脈沖經過電荷放大器轉換為電壓。再經過采樣保持器，得到輸出Vc。將公式ΔC=2C0·x/d0代入，可得電容檢測電路的傳遞函數為：

Vc/x=-[2VrefC0/Cfd0]

2.2單位增益放大器電路

AD公司與U.C.Berkeley聯合開發的ADXL50（5g的微機械加速度計）采用了單位增益放大電路。

圖3是單位增益放大器的等效電路。圖3中，Cp為分布電容，Cgs為前置級輸入電容，Rgs為輸入電阻。當載波頻率在放大器的通頻帶以內時，前置級輸入電阻可忽略不計。由圖3可午，前置級有用信號輸出為：

（Vs-Vout）jω（C0+ΔC）+(-Vs-Vout)jω（C0-ΔC）

=Voutjω(Cp+Cgs)+Vout/Rgs

Rgs∞

Vout=(2ΔC/2C0+Cp+Cgs)Vs

分布電容Cp約為10pF，

輸入電容Cgs約為1～10pF，一般都大于傳感器標稱電容C0(1pF左右)。可以看出，它們的存在都極大地降低了電容檢測靈敏度。要提高電路靈敏度，就必須消除Cp、Cgs的影響，通常采用的措施等電位屏蔽。

2.3電荷放大器電路

電荷放大器電路如圖4所示。它采用具有低輸入阻抗的反相輸入運算放大器。其中Cp表示分布電容，Cf為標準反饋電容，Rf用來為放大器提供直流通道，保持電路正常工作。應選取Rf，使時間常數RfCf遠大于載波周期，以避免輸出波形畸變。但Rf過大為今后電路集成帶來不便?？梢允褂眯∽柚档碾娮杞M成T型網絡，替代大阻值電阻。

若運算放大器具有足夠的開環增益，反相輸入端為很好的虛地，那么，兩輸入端點之間的電位差為零。因此，反相輸入端對地的分布電容Cp和放大器的輸入電容Cgs對電路測量不會造成影響。電荷放大電路相對于單位增益放大電路來說，結構要簡單，不需考慮等電位屏蔽問題；只需將雜散電容的影響轉化為對地的分布電容，即進行合理的對地屏蔽，就能獲得較好的效果。

盡管在電荷放大電路中，可以忽略掉輸入電容及反相輸入端對地的分布電容，但是在檢測微小電容變化時，輸出還是有很大的衰。這是由放大器輸入輸出端分布電容Cio造成的。當載波電壓頻率大于1/（2πRfCf）和小于放大器的截止頻率時，輸出電壓Vout應該表示為：

Vout=-[(C1-C2)/（Cio+Cf）]Vs=-[(2ΔC)/Cio+Cf]]Vs

3檢測平臺的系統構成及工作原理

該系統的工作原理如圖5所示。對慣性傳感器施以適當的激勵信號后，傳感器的動片即處于振動狀態，上下極板間的電容發生周期變化，采用電荷放大器電路將該信號提取出來，經交流放大、解調后通過A/D轉換變成數字量采集到微機中，觀察傳感器的輸出響應，為下一步利用軟件方法分析微機械慣性傳感器的時域、頻域特性打下基礎。

3.1激勵信號發生器

根據微機械輪式振動陀螺儀的工作原理，最多需要4路激勵信號。激勵信號為正弦波，每兩路相位相反。為了測量陀螺儀的頻率特性，需要不斷改變激勵信號的頻率。目前不同設計的陀螺儀諧振頻率在幾百赫茲到10千赫茲之間，激勵信號也需要在這個范圍內進行調節。另外，陀螺儀的驅動力矩等于驅動信號的交流分量與直流分量的乘積，所以還要施加正或負的直流偏置，使陀螺能處于正常工作狀態。交流相位和直流偏置組合見表1。

表1交流相位和直流偏置組合

直流偏置：++--交流信號：+-+-

一般的RC振蕩電路生成的正弦波頻率靠改變R、C值來調節，不能連續大范圍調節。所以，設計中采用數字方法合成模擬波形，其原理見圖6。圖6中8254為軟件可編程計數器。其包含3個獨立的16位計數器，計數最高頻率可達8MHz，設計中輸入3MHz的時鐘，將2個計數器串連使用，這樣可以增加頻率控制范圍。8254產生的方波信號作為后面并行計數器的計數脈沖輸入。并行計數器由2片74LS161組成8位二進制循環計數器。74LS161計數到最大值時會自動清零，重新開始計數，其輸出可作為E2PROM2817A的地址信號（即每個正弦周期內采樣點數為256個）。2817A的數據讀取時間為150ns。設計電路時將它的片選和讀信號均設為有效，以提高數據讀取速度。D/A轉換采用DAC-08電流輸出型D/A轉換器。電路輸出時間85ns，放大器采用高速高精度運放OP-37，同理，D/A轉換器的片選和轉換開始信號總為有效，其輸出跟隨輸入變化，提高轉換速度。實驗結果表明，此信號發生器完全可以生成10kHz以內可調頻的正弦波。而且使用可編程計數器8254，輸出正弦波的頻率可以用軟件方法調節。如果想輸出非正弦波形，只要修改E2PROM的數據，就可以輸出任意形狀的周期波形。

3.2低通跟蹤濾波器

數字信號發生器具有控制靈活的優點，但是輸出信號不夠平滑，其中會有臺階波。在對信號要求比較高的場合，還需要進行濾波。本設計中信號的頻率變化范圍很大：幾百赫茲到10千赫茲。為了進一步提高信號質量，采用AD633模擬乘法器構成低通跟蹤濾波器，其原理如圖7。

通帶的截止頻率是由電壓Ec控制的，輸出是OUTPUTA，截止頻率：

fc=Ec/[(20V)πRC]

OUTPUTB處是乘法器的直接輸出端，截止頻率與RC濾波器相同：

f1=1/(2πRC)

這種濾波器結構簡單，沒有開關電容，噪聲小，一般采用數模轉換器控制Ec，控制通帶頻率也比較容易。

3.3交流放大器

微機械慣性傳感器在施加激勵信號后，即處于振動狀態。傳感器有差動微電容量變化C0+ΔC和C0-

ΔC。采用電荷放大器電路提取出ΔC，此電壓信號仍然很彈，需要進一步放大處理，于是采用圖8所示的交流放大器。

交流放大器由4個放大倍數為-1、-2、-5、-10的運算放大器級聯組成，進一步放大被測信號，同時調整幅值以便適應解調器的輸入。圖8中的開關選用ADG211模擬開關，通過控制模擬開關的開合，可以任意選擇某級或某幾級放大器參加工作，實現對放大倍數正負1、2、5、10、20、50、100的整倍數調整。例如，將模擬開關S0、S2、S8、S13閉合，其他開關全部打開，交流放大器的總放大器數即為：（-1）×（-2）×（-10）=-20。

3.4數據采集系統

使用計算機總線，與外設之間必須有接口。本系統采用雙端口RAM作為數據緩存。先將信號采樣并存儲其中，然后成組地向主機傳送，從而有效地發揮了主、從、資源的效率，且設計也相對簡單。

3.4.1系統工作原理

系統基本組成原理如圖9。主要有雙端口RAM、邏輯控制模塊、A/D轉換器組、計算機接口。機通過接口啟動邏輯控制模塊后，CPU資源向其他請求開放，邏輯控制模塊發控制信號啟動A/D轉換器并進行采樣，并將轉換結果存入雙端口RAM。當RAM中的數據達到一定數量時，邏輯控制模塊向計算機發出中斷請求。主機接到請求后進入中斷服務程序，向邏輯控制模塊發出命令，決定是否繼續采樣，并將RAM內的數據讀入內存。

3.4.2硬件設計

本設計使用Cypress公司的CY7C136（2k×8bit）雙端口RAM。其兩個端口都有獨立的控制信號、片選CE、輸出允許OE和讀寫控制R/W。這組控制信號使得兩個端口可以像獨立的存儲器一樣使用。使用這種器件要注意當兩個端口訪問同一個單元時，有可能導致數據讀出結果不正確。解決這個問題的方法有兩個：一種是監測busy信號輸出，當檢測到busy信號有效，就使訪問周期拉長，這是從硬件上解決；另一種方法是軟件上保證兩個端口不同時訪問一個單元，即將雙端口RAM進行分塊。本系統采用后者，將busy信號輸出通過上拉電阻接到電源正極。

在系統中，邏輯控制模塊的作用非同小可，是控制采樣、存儲、與計算機接口的核心。本系統為方便對采樣速率等參數進行設置，在該模塊中采用了MCS-51單片機。這樣可以通過編程設定采樣速率。

與主機的信息交換包括：

（1）接收主機控制信號，以決定是否開始采樣；

（2）在存儲區滿后，向主機發中斷請求。

本系統使用AT89C51的地址總線來選通RAM的存儲單元，對其進行寫操作，將采樣結果存入相應的單元。

3.4.3軟件設計

篇（6）

一、平臺的軟件基礎

UMEP選用Tuxedo作為基礎軟件平臺來進行設計和部署。Tuxedo是BEA公司的一個商品化的交易中間件軟件產品,從軟件最初推出至今已經經歷了9個版本的升級變遷,廣泛應用于金融、電信、郵政、航空等領域,是業內歷史最久、應用最廣的中間件產品。

農發行從電子聯行系統開始,就引入了Tuxedo中間件產品,直至在綜合業務系統中更為全面地使用。在多年的開發維護工作中,農發行不僅積累了大量的經驗,而且還培養了一批技術人才。選用Tuxedo作為UMEP的基礎軟件平臺,做到核心系統相一致,不單單是為了減輕系統維護的工作量,降低系統故障的風險,更重要的是考慮到在其基礎上設計出來的UMEP,可以具備較高的可靠性、通用性、安全性和可擴展性。

二、平臺的總體設計

根據報文交換類業務的處理流程,UMEP在總體的邏輯結構上設計為三層:前置機接口層、通訊平臺層和核心服務層。其結構圖如下:

外接系統匯入的報文,由前置機通過外接系統提供的接口API(應用程序接口)獲取后,發送至UMEP,再轉發至核心服務進行業務處理。行內系統匯出的報文,由核心系統發送至UMEP,再轉發到前置機,通過外接系統接口API發送給外接系統。前置機和UMEP的通信,以及UMEP與核心系統的通信,均是以Tuxedo服務調用的方式進行的,并且使用Tuxedo的事務管理功能,保證報文傳送的準確性和唯一性。

三、前置機接口層的設計

在一個外接系統的前置機上,一般都會部署兩套接口軟件。一套是行內系統的接口軟件,功能就是通過外接系統API進行報文的收發工作。另一套就是由外接系統提供的API接口。兩者之間是調用與被調用的關系。

為了保證行內接口的通用性,我們把行內接口軟件設計為兩層結構,一層是穩定的,一層是不穩定的。

穩定的一層稱之為UMEPClient,由兩個定時啟動的守護進程uploadMsg和downloadMsg組成,分別實現報文接收和報文發送的功能。之所以稱之為穩定的,是因為這兩個守護進程可以在任何外接系統的前置機上使用,并不需要針對不同的外接系統重寫代碼,體現了行內接口的通用性。

不穩定的一層稱之為BranchInterfaceAPI(簡稱BIA),由一組API函數組成,以庫文件的方式提供,被UMEPClient調用。之所以稱之為不穩定的,是因為它是對外接系統提供的API接口函數的封裝,需要針對不同的外接系統改寫代碼。BIA被設計為10個API函數,分別處理非實時通訊和實時通訊兩種情況:

BIA不僅封裝了外接系統的API函數,還有一個重要的工作就是負責報文格式的轉換。不同的外接系統,其報文的描述格式各有不同。為了行內系統能夠以同樣的方式處理,就需要對報文用統一的格式進行重新描述,轉換為行內系統使用的標準報文。同樣,行內發出的標準報文也需要由經BIA轉換后,再發送給外接系統。這種將報文格式轉換功能由通信平臺實現改為由前置機實現的設計方式,不僅是實現UMEP通用性的需要,也是為了充分利用前置機的運算功能,減輕通訊平臺的運算壓力,使其集中資源處理報文轉發的功能,提高平臺的處理能力。

前置機接口層的系統結構如圖:

在前置機端引入BIA的設計模式的另一個優點是,可以最大限度地降低總行科技部門的開發工作量。一個新系統的接入,總行不再需要集中開發行內接口軟件(全國性系統仍可由總行統一開發),只要由分行按照UMEP的報文標準和API標準,自行組織開發一套相應的BIA,以庫文件的方式提供給UMEP使用,然后就可以通過UMEP順利接入核心系統。另外由于BIA層的開發工作并不涉及到Tuxedo技術,因此對于分行而言,也降低了技術開發的難度。同時,這樣的分層設計也為分行特色業務的開展提供了技術上的便利條件。

UMEPClient在部署之前,附帶的BIA是一個完全由空API函數編譯后獲得的庫文件。部署到前置機以后,只要將這個文件替換為相應外接系統的BIA庫文件,即可完成系統對接功能。由此可見,UMEPClient在前置機上的安裝部署也是相對簡單靈活的。此外,由于Tuxedo的跨平臺性,可以使得我們的UMEPClient不僅可以部署在HPUX/AIX/SCOUnix/Linux等Unix或類Unix平臺上,而且可以運行在AS400或Windows平臺上。換句話說,無論外接系統前置機采用的是什么樣的操作系統平臺,我們的UMEPClient都可以正常部署使用。這也從一個側面體現了UMEP的通用性。

四、通訊平臺層的設計

UMEP通訊平臺層的設計,使用了Tuxedo服務程序和Tuxedo客戶端程序相結合的方式。兩個Tuxedo服務程序名為uploadMsgSvc和downloadMsgSvc,分別被前置機端UMEPClient的up-loadMsg和downloadMsg進程調用,用于平臺的報文接收和發送。兩個Tuxedo客戶端程序名為uploadKernel和download-Kernel,是兩個定時啟動的守護進程,分別負責上傳平臺報文至核心系統和下載核心系統報文至平臺。其系統結構圖如下:

在UMEP的平臺設計中,我們引入了數據庫的內容。這主要是考慮到UMEP平臺將被設計為一個擁有較高處理能力的報文交換平臺。如果單純的依靠核心服務完成業務處理后,再寫入核心應用數據庫,勢必會增加調用端的等待時間,影響平臺的處理效率和吞吐量。此外,使用數據庫對報文進行暫存,可以減少報文傳送過程中因網絡通訊問題而導致的報文丟失現象,保證報文的正確傳輸。在報文的上行過程中,平臺服務uploadMsgSvc收到前置機發來的標準報文后,不作任何處理,直接寫入數據庫并返回,完成平臺的報文接收工作。平臺上的uploadKernel進程啟動后,負責從數據庫中讀取報文信息,并根據共享內存中存放的XML標準報文格式描述文件,將報文中的業務要素解析出來,轉換為Tuxe-do服務調用所需的FMLBuffer格式,再通過Tuxedo服務調用,上傳給核心系統完成業務處理。

在報文的下行過程中,通過平臺上定時啟動的downloadKernel進程,調用核心系統的相關服務,獲取下傳報文信息,再根據XML報文格式描述文件,轉換為標準報文后寫入數據庫。平臺服務downloadMsgSvc由前置機端的down-loadMsg進程定時調用。每次調用時,該服務從數據庫中讀取待發送的報文,返回給前置機。

行內標準報文的格式解析和打包是通過XML報文格式描述文件來完成的。不同外接系統所使用的報文集,都會用行內的標準格式重新加以定義,體現為一個XML描述文件。這個XML文件作為BIA的一部分,由BIA的開發者按照標準編寫完成后,提供給UMEP平臺使用。平臺啟動時,將裝載所有外接系統的XML描述文件到共享內存中,供uploadKernel和downloadKernel處理標準報文解析和打包時使用。鑒于XML強大的擴展性和良好的易用性,這樣的設計必然使我們的平臺具備優秀的報文兼容性,同樣也保證了UMEP的通用性。

五、核心服務層的設計

UMEP的核心服務層采用了面向服務的設計模式,每一種業務類型的處理都被細化為一個或多個核心服務來完成。每個核心服務只完成某一種特定的功能,服務與服務之間的耦合關系遵循“松散”的原則。這種“松散”的耦合關系,大大的增加了核心服務的可重用性,為業務的變更和擴展帶來巨大的靈活性和便利性。

在核心服務的,部署了一類管理調度服務,稱為TxDispatcher。TxDis-patcher不僅能夠管理報文交換類交易的服務請求,而且可以管理聯機實時交易的服務請求,并根據不同類型的交易,按照事先定義好的業務處理流程,調度相應的核心服務處理。

核心服務層的結構示意圖如下:

在服務的調用者和核心服務之間引入TxDispatcher管理服務層,使得核心業務系統對業務需求的變更或調整,具備快速投產的能力。因為在核心服務具有較高可重用性的基礎之上,僅僅通過定制合理的業務處理流程,組合不同的核心服務,就有可能完成新業務功能的開發工作。

六、安全模塊的設計

UMEP中安全模塊的設計,仍然采用原有的PKI證書模式。因為基于PKI證書的安全技術是目前安全級別較高,并且是國家有關安全部門認可的一種加密認證技術。這種技術在業界被廣泛使用,也是農發行綜合業務系統目前正在使用的安全技術措施之一。

在使用PKI證書的安全模式下,UMEP服務器和外接系統前置機均需要獲得由總行CA中心簽發的IC卡,作為自己合法身份的唯一標識。報文上行時,前置機使用自己的IC卡私鑰對報文進行加密簽名,然后上傳UMEP服務器。UMEP服務器使用該前置機證書中的公鑰解密并核驗簽名,確認報文的合法性。報文下行時,UMEP服務器使用自己的IC卡私鑰,對下傳報文加密簽名后發送前置機。前置機收到報文后,使用UMEP服務器的證書公鑰進行解密并核驗簽名,核驗通過后再發送給外接系統。UMEP的安全體系結構如下圖所示:

篇（7）

在沒有紅外探測器或其它圖像采集設備的條件下，可以先開發基于PCI總線的圖像處理平臺，由計算機模擬圖像的生成并完成圖像的高速傳輸，以縮短系統開發周期，使系統靈活、實用、便于進行功能擴展。采用美國TI公司的新一代高性能浮點數字信號處理器TMS320C6701（以下簡稱C6701）研制了實時圖像識別與跟蹤處理平臺，利用不變矩進行圖像識別，采用質心跟蹤方案，獲得了很好的實驗效果。充分發揮了C6701強大的數字信號處理能力，并為后續的研究提供了很好的軟硬件平臺基礎。

1C6701數字信號處理器簡介

C6701芯片內有8個并行處理單元，分為相同的兩組。采用甚長指令字VLIW結構，使C6701成為高性能的數字信號處理芯片。其單指令字長為32b，8個指令組成一個指令包，總字長為256b。芯片內部設置了專門的指令分配模塊，可以將每個256b指令包同時分配到8個處理單元，8個單元可同時運行。芯片的最高時鐘頻率達到167MHz，此時浮點運算處理能力可達到1GFLOPS。外部存儲器接口EMIF支持8／16／32b數據寬度的各種類型的同步、異步存儲器,便于系統擴展。C6701片內有64KB的數據RAM和64KB的程序RAM；片外存儲空間分為4個區（CE0、CE1、CE2、CE3）；有4個相互獨立的可編程DMA通道，還有第五個DMA通道可與HPI接口。

2PCI9054的主要特點及應用

PCI09054是美國PLX公司生產的一種32b33MHz的PCI總線主控I／O加速器。采用先進的PLX流水線結構；符合PCI本地總線規范2．2版，突發傳輸速率達到132MB／s；本地總線復用／非復用的32b地址／數據線，有M、J、C三種工作模式，但C模式的數據和地址總線是非復用的；支持8b、16b、32b設備和存儲設備，本地總線操作速率高達50MHz；內部有6種可編程的FIFO，可實現零等待的突發傳輸及本地總線時鐘和PCI總線時鐘的異步操作，支持主模式、從模式和DMA傳輸模式。PCI9054是一種性價比高的PCI橋接芯片。

圖1給出了PCI總線接口連接圖，使用2K的ST93CS56串行EEPROM作為PCI9054的配置芯片，圖中雙口RAM可設計成32b、16b或8b。PLX9054工作在C模式下。本地總線晶振為30MHz，經過測試PLX9054工作在從模式單字節讀寫的情況下，本地總線速度已達12MB／s。根據實際圖像傳輸需要（圖像大小為256×256，深度為8b的灰度圖像）幀頻為25幀／s，已經滿足需要。為了再提高傳輸速度，PLX9054可以開發成突發或DMA傳輸方式。使用CPLD(Xilinx的XC95108)完成PCI9054到雙口RAM的譯碼電路，本地地址空間可尋址大小為1MB，1MB的本地地址空間映射為地址00000000H～000fffffH,PCI總線的地址空間（計算機自動分配）為ef100000H～ef1fffffH，同時要求PCI基址空間2（對應寄存器PCIBAR2）映射到本地地址空間0(對應寄存器LAS0BA()即LAS0RR寄存器設為fff00000H,LAS0BA寄存器設為00000001H。其中，LAS0BA的最低位置成“1”，表示PCI直接從模式訪問本地地址空間0，使能譯碼；寫“0”則禁止使能。PCIBAR2的值為ef100000H。

圖2圖像處理系統硬件框圖

利用WinDriver6．01驅動程序開發工具生成PCI圖像傳輸卡的WDM驅動程序代碼，用VisualC＋＋6．0編寫應用程序，完成圖像處理版與PC機之間的高速率的圖像序列傳輸。

3圖像處理板硬件設計

系統硬件框圖如圖2所示。圖像處理板以DSPC6701為核心，C6701主要負責圖像處理，包括對目標的識別和跟蹤，并給出最終的跟蹤角誤差。源圖像通過PCI接口卡傳入圖像處理板的兩片雙口RAM，兩片雙口RAM采用乒乓式存儲。即為了保證圖像處理的實時性，當一片RAM接收數據時，另一片RAM為DSP提供圖像處理的數據。SDRAM用作DSPRAM的擴展，存儲圖像處理的中間結果。圖像處理后的方位與俯仰角度數據通過82C52轉換成串行數據，再經DS8921轉換成RS－422電平，送給系統的后續電路。

FPGA選用Altera公司的APEXEP20K200,完成整個圖像處理板的譯碼邏輯，并承擔部分圖像處理功能。APEXEP20K200門數為20萬門，采用串行配置時必須使用兩片EPC2。FPGA配置在C6701的CE0空間。FLASH選用4Mb的AM29LV040，用作DSPBootLoader加載程序時的8bROM，只能配置在CE1空間，因為C6701只有CE1空間可以與8b／16b的“窄存儲器”接口。SDRAM的容量為4M×32b，配置在CE2空間。兩片雙口RAM為CY7C028V，容量為64K×16b，都配置在CE3空間，地址分別譯為0x03000000和0x03040000。C6701的BOOTMODE[4:0]＝01101,即存儲器映射方式為MAP1、8bitROM加載、地址0處的存儲器對應為DSP內部程序RAM。

4軟件算法

圖像由計算機經PCI卡傳到圖像處理板的雙口RAM后，DSP對圖像進行預處理，包括圖像校正、圖像濾波，之后進行圖像分割和識別。當識別出目標時設置跟蹤波門，則后續圖像序列在波門內進行跟蹤。本系統識別的目標為高空飛行的飛機圖像，采用的識別算法要求具有平移、旋轉和比例的識別特征不變性，同時要求跟蹤速度快。

4.1圖像分割

圖像分割的目的是將圖像目標和背景分割開來，從而知道目標的大致位置。目前已有各種各樣的方法，其中簡單有效的方法是直方圖分割法中的最大距離法（類間方差門限法）。它的基本思想是：在直方圖取值范圍內，任一灰度級可將直方圖分為左右兩部分，如果這兩部分的灰度均值與總體的灰度均值相距最大，則該灰度級就取為分割門限。這種分割技術可由如下公式描述：

D(l′)＝{[λ(l'''')-μPo(l'''')]2}/Po(l'''')[1-Po(l'''')](1)

式中,，Pl為灰度l級處的概率。分割的準則是將D(l′)為最大值的灰度級l′作為圖像分割的門限值。圖像中凡是灰度值大于分割門限的像點，均認為是背景中的點；反之，則認為是潛在目標區域中的點。這種分割方法可以精確地找到分割門限，提取目標。

4．2圖像識別

圖像經過分割后，接下來就要對目標圖像識別。實現目標識別技術的關鍵是如何利用一組特征參數對區域的本質特征進行有效的描述。適當地選擇特征是很重要的，因為在識別目標時它是唯一的依據。圖像的識別特征有各種各樣的描述，如目標形狀、大小、統計分布等。這里使用仿射矩不變量和分散度特征來識別目標，取得了較好的效果。

對于經過分割（二值）處理的數字圖像f(x,y)，可以定義（p＋q）階矩：

mpq＝∑XpYqf(x,y)（2）

式中,p,q＝0，1，3……

f(x,y)的（p＋q）階中心矩可用下式表示：

μ＝∑（X－X）p(Y－Y)qf(x,y)（3）

式中,X＝m10／m00,Y＝m01／m00,即(X,Y)為目標區域灰度質心。

f(x,y)惟一地確定一個矩序列{mpq}，反之，矩序列{mpq}也唯一確定f(x,y)。在此利用公式（4）的5個幾何矩不變量[4]，再加上分散度特征一起代入目標匹配公式[2]進行目標識別。

φ1＝η20＋η02

φ2＝(η20－η02)2＋4η211

φ3＝η20η022－η（4）

φ4＝(η30－3η12)2＋(3η－η03)2

φ5＝(η30＋η12)2＋(η＋η03)2

其中,ηpq＝μpq／(μ00)(p＋q＋2)／2。

此5個不變矩對目標區域的平移(T)、旋轉(R)和區域的比例大小(S)保持不變。

4．3目標跟蹤與軌跡預測

識別出目標后，根據目標確定跟蹤波門大小，在跟蹤波門內進行跟蹤，波門的大小采用自適應設置。常用的跟蹤算法有波門跟蹤、圖像匹配跟蹤和多模跟蹤算法，考慮到背景較簡單，采用基于公式（1）的質心跟蹤方案。把波門的中心G(xG,yG)和目標質心T(xT,yT)的偏差作為跟蹤誤差，通過RS－422接口輸出給后續處理板來實時進行跟蹤。

在跟蹤過程中，目標的位置按照自身的運動方式不斷變化著，同時目標也會出現被遮擋的情況。此時，需要對目標的運動軌跡進行預測，可以采用基于最小二乘法的綜合預測器來預測[2]，認為目標的運動軌跡可以是直線和二次曲線的某種組合。即

f(k＋1)＝Wfl(k＋1)＋(1－W)fq(k＋1)（5）

式中，fl(·）為線性預測器；fq(·）為平方預測器，W為權函數（0≤W≤1）。

篇（8）

2資源庫建設

資源庫建設是校園網絡平臺建設的基礎。資源庫的建設過程分為三步走：首先研究分析使用對象的需求，分析我院的培養目標和發展方向，對現有的信息化環境進行評估，明確硬件條件是否能夠滿足資源庫建設的要求；其次，在明確需求的基礎之上，搜集資源庫建設中的各項具體目標，包括應用和管理兩個方面的內容；再次，做好校園網絡平臺建設的實施環節步驟。

1）材料準備。

資源庫的材料準備是一個復雜的系統工程，需要不斷地積累和沉淀，材料的準備可以將有效資料整理后，上傳至服務器，方便師生在網絡上進行備課、制作課件、教學和電子閱讀，同時也有助于學生進行網絡自主學習或學習小組協作學習和研究問題。①文檔材料。文檔材料主要包括電子版的教學案例、圖片、照片、裝飾圖、背景圖、按鈕等等。針對藝術類專業的培養特點，準備相關文字資料。為教師制作電子教案、備課、教學研究等提供電子化的服務手段。②音頻、視頻資料。藝術類院校的動畫專業、設計專業和影視專業對資源庫的音頻、視頻內容要求較高，在設計網絡平臺時，要注意硬件支持條件。其中，資源庫中要提供大量的經典影視片段、實驗、動畫、歌曲、特效聲音、網絡課程等等。為學生選擇網絡課程的學習提供教學輔助手段，學生可以在課下自主選擇感興趣的課程及內容，不僅提高學生的學習積極性，也豐富了學生的業余時間，為校園文化建設提供支撐。

2）搭建環境。

校園網絡平臺搭建主要包含兩個層次，網絡設備硬件及網絡技術層面為基礎，搭建網絡應用平臺。網絡的硬件平臺和技術平臺作為組成校園網絡平臺的基礎，要遵循經濟性、實用性、先進性和成熟性，可靠性和穩定性等原則，采用校園網絡核心層，匯聚層和接入層的三層網絡體系結構。采用千兆主干網絡，百兆接入網絡，使用國內高端網絡產品，包含計費系統、防火墻、入侵檢測、身份認證等網絡安全系統體系，雙出口帶寬保障網絡穩定接入運行。

3）網絡應用系統平臺。

網絡應用系統平臺將相關應用系統和信息管理系統統一整合，形成完善高效地管理模式，提高使用頻率和應用效果。

①教學資源系統。

建設校園網絡教學資源系統平臺，是校園信息平臺的主要內容之一，教學資源占據校園網絡資源的主要地位。網絡課程：通過互聯網將教學內容復制到網絡上，實現輔教學，擴展知識的受眾面，搜集優秀課程的教案、課件及相關學習內容，供校園用戶使用，也可以將部分課程內容放置到互聯網上，方便學生溝通和自主學習。學生作品：為保證教學資源的示范作用，在教學資源庫中，搜集學生作品，學生的優秀作品進行定期展示和更新，提高學生的學習熱情和積極性，對于藝術類院校的專業特點，學生的作品內容較多，可以采用電子相冊等方式，將學生的作品長期保留，為學生后期步入社會提供學習期間的佐證材料。學生論壇：校園內學生在網絡環境中進行交流，通過設定不同的主題或模塊，引導學生依據興趣形成學習小組，促進學生的交流，提高學生學習興趣。學習資源：提供類型豐富的學習相關資源，其中可以包含國內外電影、動畫、話劇、服裝、美術等其他可搜集的各類型資源，豐富網絡平臺的資源儲備和類型。擴展學生的文化視野，使他們在業余時間有大量的業余文化生活，提高學生對各類文化的了解和興趣。

②視頻點播系統。

視頻點播系統主要包含課程內容和非課程內容。課程內容建設主要包含：優秀學校優秀教師的公開課、國家及省級的公共課資源、校內優秀教師教學資源，采用剪輯視頻形式，讓學生在學習過程中親臨其境，感同身受，與同步現場學習達到基本一致的學習效果。非課程內容建設主要包含：學生課程以外，完成作業時擴展學習內容的相關視頻內容。國內外優秀公開課、與專業相關的優秀作品集，社科文類優秀視頻等等。此類內容建設涉及面廣、內容多，根據學院的專業設置選擇部分內容進行建設。

③電子閱覽系統。

電子閱覽內容以計算機技術和網絡通信技術為基礎，將電子類型的文獻閱覽、咨詢、培訓和服務為一體構建的現代化多功能閱覽室。為學生提供統一上網進行資料搜集和學習的地方，其中包含的數據庫內容，為學生免費使用，為學生的科學研究提供平臺和場所，有助于提高學生的科學研究能力。

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2加強對學習者的分析研究

學生構成學校的主體，構建網絡教學平臺一定要符合學生的特征，即從學生的年紀、性別、學習動機、學習現狀、學習能力等各個方面進行考察研究，仔細、深入地結合每個學生的具體實際情況進行總體的平臺設計。對于課堂所教授的課程更應該如此，同時要加強學生進行信息檢索、資料搜集的能力，讓他們更好的進行網絡操作，熟悉網絡教學的流程，才能最大限度的激發學生學習的積極性，發揮他們的最大才能，大幅度的提高學生的學習成績。

3提高教師信息化技能水平

老師是網絡教學的主體，老師如果什么都不會操作的話又談何去教授學生知識？因此，老師應該加強自身的計算機水平，學習關于網絡操作的相關知識，定期進行培訓，這樣既有利于教師自身的提高，也有助于學校教學質量的提高。比如，在對老師進行的信息化培訓上可以有：多媒體的處理技術、網絡教學平臺的知識等，在進行培訓的過程中，老師能夠對網絡教學有了一個更加全面的了解，能夠及時提出問題，解決問題，發揮老師作為教學主體的作用，促進平臺設計的完善。

4增強教師運用及建設教學平臺的積極性

教師通常通過政績考核和科研項目從而獲得晉升的機會，而網絡教學這一方面卻沒有如此大的誘惑，因此，大多數的教師對于這一方面不感興趣或者說是根本不關心，因此，網絡教學得不到快速的發展。針對這一現象，我們應該采取一些措施來提高教師對于構建網絡教學平臺的積極性。比如出臺相關政策，給予教師在研究網絡平臺構建的經費支持，以及獎勵政策，最為評優的條件等等，都能夠有效的促進教師運用、設計平臺的積極性，從而更好地發揮平臺的使用，在使用與研究中發現問題，逐漸提升網絡教學平臺的建設水平。

5應對網絡教學的不足提出的建議

加大對高校網絡教學的資金投入，使對網絡教學的研究有足夠的資金支持，同時提供具有專業知識的足夠多的技術人員進行管理，確保網絡教學系統能夠滿足大多數教師、生的使用。其次，加強網絡教學平臺的真實性和可行性。

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系統管理是維護設備管理中的核心，主要包括用戶查詢、用戶密碼修改兩個模塊。在系統管理中的用戶查詢模塊可以實現對用戶名以及密碼的查詢功能。用戶密碼修改模塊是為了保障用戶在使用設備過程中的安全性，用戶可以隨時修改用戶密碼。

1．2設備管理

基于Android平臺的維護設備管理系統，其設備管理是整個系統中的主體，用戶在使用設備的時候，設備管理接受用戶的信息、將信息還原，數據信息分析，再將信息轉入到接收端。設備管理主要包括設備入庫、數據查詢、設備出庫、設備狀態查詢，在設備管理中，其管理質量的好壞與管理水平的高低直接體現了維護設備管理系統的服務質量，因此在整個管理系統中有著重大作用和地位。

1．3系統服務

系統服務主要是針對用戶對于維護設備在使用過程中不清楚的地方，為用戶解疑答惑的一項服務，同樣系統服務也是整個管理系統中必不可少的一部分，在進行設計的時候，做好系統服務管理設計，可以有效地贏得市場，提高設備的綜合競爭實力。

2．基于Android平臺的維護設備管理系統設計的實現

2．1登陸模塊的實現

登陸模塊包括了用戶的用戶名和用戶密碼，而當今網絡的開放性使得用戶在登陸的時候會存在一定安全風險。為了系統的使用安全，使用系統之前必須輸入合法的用戶名和密碼進行登陸。同時維護設備管理系統后臺對用戶名以及密碼進行確認，只有合法的用戶才可以使用系統。登陸模塊主要由．Java文件和．xml文件組成，．Java文件中主要是登陸的實現過程，而．xml文件實現了登陸模塊的布局。當用戶進入到系統程序后，系統窗口會彈出登陸界面，登陸界面顯示用戶名和登陸密碼，當用戶輸入應戶名和密碼后，系統會通過SQlite訪問本地數據庫，檢查用戶名以及密碼的正確性，只有用戶輸入合法的用戶名和正確的密碼，用戶才可以進入系統，享受更好的服務。

2．2主界面的實現

當用戶登錄成功后就會進入到主界面，在主界面當中，利用計算機網絡進行模塊歸類，主界面主要包括系統管理、設備管理、系統服務以及退出四部分，主界面簡單明了，在這里用戶可以有選擇性地進行點擊，從而滿足了用戶的需求。

2．3系統管理的實現

系統管理主要是針對用戶，滿足用戶的需求。等用戶進入到主界面后，當用戶選擇系統管理模塊，基于Android平臺的維護設備管理系統就會彈出一個窗口，在窗口中顯示了用戶查詢、用戶密碼修改兩大功能，用戶可以根據自己的需要選擇相應的服務。點擊用戶查詢按鈕，系統會通過SQlite訪問本地數據庫，將用戶的相關信息顯示出來，點擊用戶密碼修改按鈕，系統會彈出一個修改密碼的窗口，用戶只要輸入新的密碼就可以完成密碼的修改。

2．4設備管理的實現

設備管理功能是整個系統的核心模塊，在此模塊中，可以實現設備的存取以及查詢等功能。基于Android平臺的維護設備管理系統，當用戶進入到設備管理模塊后，該模塊通過訪問SQLite數據庫，將設備的相關信息呈現出來，同時用戶在此模塊中可以輸入設備的入庫信息，將設備入庫信息

2．5系統服務的實現

系統服務主要是為了方便用戶使用系統的時候能夠清楚系統的各項功能，在此模塊中，設立兩大板塊，第一板塊是系統簡介，讓用戶可以對系統有初步的了解，第二板塊就是系統公告，在系統公告中，用戶可以看到系統最新的公告信息，便于用戶的正確使用。

2．6數據庫的建立

基于Android平臺的維護設備管理系統，為了方便數據庫的管理，本系統采用MYSQL數據庫進行管理，數據庫不僅可以存儲和管理數據，而且轉變成用戶所需要的各種數據管理的方式也在不斷發展。在數據庫中，下載數據庫管理軟件，在維護設備管理系統中建立屬于系統管理的數據庫，定義自己的圖、表、存儲過程。維護設備管理系統中，數據庫占據著重要的地位，在當今網絡快速發展的時代，基于Android平臺開發的維護設備的應用越來越廣泛，在設備信息管理中，數據量大，利用數據庫存儲設備的各項配置，可以有效提高系統性能，滿足現代社會發展的需求。

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多跳自組織網絡（Adhocnetwork）由多個獨立的具有路由（交換）功能的用戶通信終湍組成。網絡中的相鄰終端可直接建立端到端的通信鏈路；非相鄰終端罎可動態地搜索路由，數據包借助其他終端轉發，以多跳方式傳遞至索路由，數據包借助其他終端轉發，以多跳方式傳遞至最終的目的終端。在自組織網絡中，無線信道環境的快速變化及終端的移動性造成了網絡拓撲結構不斷變化。因此，如何搜索、維護有效的路由成為自組織網絡研究中的難點問題。近年來，研究者提出了多種路由協議草案，如DSR、AODV、SAR等，其性能的評估數據基本上利用網絡模塊軟件如OPNet、NS-2/GloMoSim等仿真得到。由于仿真軟件中采用的無線信道、終端分布、終端運動等模型與真實的網絡環境相比均有一定的簡化，所以在自組織網絡技術進入實現商業應用之前，構建實際的Adhoc網絡硬件測試平臺對其各層次的網絡協議算法設計進行性能測評是十分必要的。但現有的各種無線終端均不支持任何自組織路由協議。

本文設計并實際建立了一個無線自組織網絡測試平臺系統TATbed。通過加載相應的底層驅動及測試系統軟件，使得配有無線網卡的普通PC機成為獨立的自組織網絡的實際終端；測試平臺對各種路由算法協議提供了統一的模塊接口，設定相應的路由算法和測試參數蝗，即可通過檢測各個終端間的數據傳輸狀況，得到此路由算法的實際性能的統計結果。同時，測試平臺可兼容各種無線網卡標準，如IEEE802.11系列、HiperLan系列等。目前TATbed測試平臺已經集成了多種AdHoc網絡的專有路由算法協議，AODV、DSR、SAR、FSR、ZRP等，并可真實地再現Adhoc網絡應用所處的實際環境（包括終端的移動性與客觀信道的實際情況），為研究Adhoc網絡在多種環境下的性能與特點提供可操作平臺，對進一步研究Adhoc網絡的結構設計和其各層網絡協議算法設計的測試、評估、優化更具有參考價值。

本文結構如下，第一節介紹測試平臺系統的總體結構，第二節介紹系統的關鍵模塊設計，第三節介紹其實際應用和總結。

1平臺結構

TATbed無線自組織網絡測試平臺的設計目標是開發支持多種Adhoc網絡路由算法協議的測試終端以構建實際的Adhoc測試網絡，并通過檢測各個終端間的數據傳輸過程對自組織網絡的各種實測性能指標進行統計、評估。

TATbed測試平臺由一定數量的獨立的自組織網絡終端構成。在實際平臺設計中，在配有無線網瞳的PC機（筆記本電腦）基礎上開發了支持多種路由算法協議的自組織網絡終端，每個終端依據設定的路由算法協議自行組建Adhoc網絡并進行數據傳輸。圖1為TATbed平臺的實際測試示意圖。

TATbed測試平臺的軟件系統包括傳輸任何生成器、終端處理器和數據統計器三部分。

在測試開始前，傳輸任務生成器將根據設置的測試參數，生成每個終端的起始傳輸任務列表，以精確地控制測試過程網絡的傳輸負荷。在傳輸任務列表中定義了整個測試過程中每組數據包的源發出節點、最終目的節點、數據包數量、發出時間。

測試開始后，每個終端上的終端處理器將讀取其對應的傳輸任務列表，在規定的時間進入發數據包流程，處理需要發出的數據包，同時監聽無線網卡接收到的數據包并進行相應的處理。在測試過程中，終端軟件模塊記錄下本節點收到和發出的每個包的信息，包括收（發）時間、包頭信息、包長度等。

測試結束后，根據本次測試的整個網絡的起始傳輸任務列表和每個終端在測試過程保存的收發包記錄，數據統計器統計分析、計算出相應的測試指標，包括網絡容限、節點平均吞吐量、數據包成功傳輸率、數據包平均傳輸延時、延時抖動、數據包傳輸路徑平均跳數、系統路由開銷等。

2自組織網絡測試終端設計

由于現有的各種通信終端設備均不支持任何自組織網絡中由算法協議，因此開發自組織網絡測試終端成為整個測試平臺構建的關鍵。在TATbed測試平臺中，通過在裝備了無線網卡的PC機上安裝終端處理器，使其支持多種自組織網絡的路由算法協議，成為實際自組織網絡中的終端。

在現有的標準PC機系統下，網絡層采用IP協議，終端之間的連接地址的標識來判別，應用層的傳輸任務經過數據打包處理后直接交無線網卡發送，并且只有當數據包的源節點和目的邛樹熊處于相互無線網卡信號覆蓋范圍內時，才能成功發送IP數據包，終端本身并不支持任何路由功能。在TATbed測試平臺系統中，終端的MAC層和網絡層之間加載了自行開發的驅動模塊，以支持無線自組織網絡中的多跳傳輸，形成個虛擬的傳輸鏈路，為普通數據包的發送提供傳輸路由，如圖2所示。

終端處理器在Windows操作系統提供的NDIS（NetworkDriverInterfaceSpecification，網絡驅動程序接口規范）層基礎上開發，包括底層接口驅動、路由算法模塊和數據包的監聽記錄三部分。其結構如圖3所示。

為測評各種不同路由算法協議的性能，終端處理器中的接口驅動設計為一個自定義的標準路由算法接口。該接口將各種路由算法協議完成的尋找路由、確定路由民系統網絡層完成的其他功能，包括與上下層之間的傳遞、包頭內容的填寫等工作分離，使得路由算法協議成為需要嵌入的單獨子模塊。不同的路由算法協議只需要遵循接口定義編寫相應的子模塊即可。目前，TATbed測試平臺系統可支持AODV、DSR、SAR、WRP、Fisheye、CBRP、ZRP等多種自組織網絡路由算法的測試、評估。同時，由于終端處理器接口驅動中載在NDIS層上，使得測試平臺對MAC層協議透明，因此測試平臺可根據測試需要選用各種基于不同傳輸標準的無線網卡。目前系統中選用了基于IEEE802.11b標準的網卡進行測試。

為支持多跳的數據傳輸，測試系統中所傳遞的數據包的包頭在標準的Ethernet-MAC包頭基礎上進行了擴展，加入了路由算法協議中規定的類型信息和路徑信息，如圖4所示。

圖4