導(dǎo)言：作為寫作愛好者，不可錯(cuò)過為您精心挑選的10篇硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)論文，它們將為您的寫作提供全新的視角，我們衷心期待您的閱讀，并希望這些內(nèi)容能為您提供靈感和參考。

篇1

1概述

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用范圍的擴(kuò)大，電力信息化的不斷深人，計(jì)算機(jī)在電力系統(tǒng)中已從簡(jiǎn)單數(shù)據(jù)計(jì)算為主發(fā)展到數(shù)據(jù)庫處理、實(shí)時(shí)控制和信息管理等應(yīng)用領(lǐng)域，并在OA系統(tǒng)、電能電量計(jì)費(fèi)系統(tǒng)、電力營銷系統(tǒng)、電力ISP業(yè)務(wù)、經(jīng)營財(cái)務(wù)系統(tǒng)、人力資源系統(tǒng)中得到廣泛的應(yīng)用。在電力系統(tǒng)內(nèi)，它已經(jīng)成為各項(xiàng)工作必不可少的基礎(chǔ)條件，發(fā)揮著不可替代的作用。同時(shí)，由于各單位、各部門之間的現(xiàn)存的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)硬件設(shè)備與操作系統(tǒng)千差萬別，應(yīng)用水平也參差不齊，因此，在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)覆蓋全球，計(jì)算機(jī)技術(shù)迅猛發(fā)展的今天，討論和研究電力系統(tǒng)計(jì)算機(jī)的應(yīng)用及安全性則顯得尤為重要。

2電力系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用和管理

電力系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用是十分廣泛的，并且將隨著技術(shù)的發(fā)展而不斷發(fā)展。這里從Interanet方面討論電力系統(tǒng)的應(yīng)用。首先各個(gè)單位應(yīng)該申請(qǐng)工nternet國際域名和注冊(cè)地址，建立省電力系統(tǒng)WWW服務(wù)。將各個(gè)部門的公用信息和數(shù)據(jù)進(jìn)行WWW，使所有的具有不同計(jì)算機(jī)水平的員工都可以用瀏覽器對(duì)文檔方便地進(jìn)行調(diào)用、查詢、瀏覽和維護(hù)，并且建立面對(duì)Inter-net的WWW主頁服務(wù)，不僅宣傳企業(yè)形象，而且可以將各種電力信息與產(chǎn)品進(jìn)行工nternet，為了安全可以設(shè)立獨(dú)立的服務(wù)器。建立電力系統(tǒng)的E-mail服務(wù)，使所有部門和員工擁有自己的電子信箱，不受時(shí)間和地域的限制接收電子信件。建立電力系統(tǒng)的FTP服務(wù)，使計(jì)算機(jī)文件方便地在Intranet和Internet上傳遞。建立電力系統(tǒng)的BBS服務(wù)，使所有分布在全省各個(gè)地區(qū)的員工在開設(shè)的不同交談?wù)具M(jìn)行實(shí)時(shí)交流。建立電力系統(tǒng)的服務(wù)，對(duì)系統(tǒng)內(nèi)的新聞進(jìn)行播放，同時(shí)開辟NEWS討論主題，給所有員工發(fā)表自己見解的機(jī)會(huì)與場(chǎng)所，群策群力討論企業(yè)的發(fā)展與建議。

電力系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)管理應(yīng)對(duì)各方面管理進(jìn)行集成，來管理帶寬、安全、通訊量、存儲(chǔ)和內(nèi)容。同時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)信息標(biāo)準(zhǔn)化和數(shù)據(jù)資源共享，保證系統(tǒng)的完整性和靈活性，適應(yīng)不斷變化的要求，滿足系統(tǒng)多層次的不同應(yīng)用，使系統(tǒng)的開放性符合國家標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，保證應(yīng)用軟件和數(shù)據(jù)資源有較長的生命期，并具有良好的可靠性、安全性和可擴(kuò)充性，體現(xiàn)集中與分布式的管理原則。

(1)集中就是由省局統(tǒng)一規(guī)劃全省的計(jì)

算機(jī)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，統(tǒng)一對(duì)全省的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用進(jìn)行協(xié)調(diào);對(duì)已有的局域網(wǎng)進(jìn)行論證分析，使其從結(jié)構(gòu)上與總網(wǎng)相適應(yīng)，對(duì)建立的新網(wǎng)進(jìn)行指導(dǎo)與監(jiān)督;對(duì)網(wǎng)絡(luò)的通訊建設(shè)統(tǒng)一規(guī)劃管理。建立一個(gè)范圍廣泛的工ntranet，應(yīng)使用廣域網(wǎng)網(wǎng)管，提供與工nternet的出口并進(jìn)行防火墻技術(shù)安全管理，對(duì)于在系統(tǒng)內(nèi)有廣泛共性的工作要進(jìn)行統(tǒng)一的開發(fā)與推廣。

(2)分布式管理就是體現(xiàn)基層部門的內(nèi)部管理，各個(gè)不同部門在其內(nèi)部進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用管理，基層部門與省局聯(lián)系時(shí)進(jìn)行統(tǒng)一的協(xié)議管理，保持全省通訊與應(yīng)用協(xié)調(diào)一致，又根據(jù)單位性質(zhì)的不同，開發(fā)不同特點(diǎn)的Intranete。

3電力系統(tǒng)計(jì)算機(jī)應(yīng)用的現(xiàn)狀及問題

計(jì)算機(jī)安全是指計(jì)算機(jī)信息系統(tǒng)的安全。計(jì)算機(jī)危害主要指計(jì)算機(jī)信息系統(tǒng)的軟硬件資源遭到破壞、更改或泄露，系統(tǒng)不能正常運(yùn)行。要保障計(jì)算機(jī)系統(tǒng)安全就必須治理(即清除、控制或預(yù)防)計(jì)算機(jī)危害。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的安全與不安全是從多方面反映的，從目前使用和發(fā)現(xiàn)的情況看，系統(tǒng)運(yùn)行不穩(wěn)定、內(nèi)部資料外泄、網(wǎng)絡(luò)利用率低等是主要常見的現(xiàn)象。

通過計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)使得電力系統(tǒng)的工作效率提高了，管理范圍擴(kuò)大了，工作人員的辦事能力增強(qiáng)了，但計(jì)算機(jī)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)安全問題也隨之變得更加嚴(yán)重了。例如:通過電子郵件感染病毒，電力系統(tǒng)管理網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)接口的防火墻只配置了包過濾規(guī)則，提供的安全保證很低，容易受到基于IP欺騙的攻擊，泄露企業(yè)機(jī)密，有些局域網(wǎng)沒有進(jìn)行虛擬網(wǎng)絡(luò)VLAN劃分和管理，造成網(wǎng)絡(luò)阻塞，使工作效率減低。絕大多數(shù)操作系統(tǒng)是非正版軟件，或網(wǎng)上下載免費(fèi)軟件，不能夠做到及時(shí)補(bǔ)丁(PATCH)系統(tǒng)，造成系統(tǒng)漏洞，給攻擊者留下木馬后門;絕大多數(shù)工作站沒有關(guān)閉不必要的通訊端口，使得計(jì)算機(jī)易受遠(yuǎn)程攻擊病毒可以長驅(qū)直人，等等。

4解決問題的措施和方法

安全性是電力系統(tǒng)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)最重要的部分。安全性既包括網(wǎng)絡(luò)設(shè)施本身的安全，也包括信息的安全;既要防止外界有害信息的侵入和散布，又要保證自身信息的保密性、完整性和可用性。筆者覺得可以從以下幾方面人手，提高網(wǎng)絡(luò)的安全性:

(I)提高網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)的可靠性。操作系統(tǒng)是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的核心，應(yīng)選用運(yùn)行穩(wěn)定、具有完善的訪問控制和系統(tǒng)設(shè)計(jì)的操作系統(tǒng)，若有多個(gè)版本供選擇，應(yīng)選用用戶少的版本。在目前條件許可的情況下，可選用UN工X或LINUX。不論選用何種操作系，均應(yīng)及時(shí)安裝最新的補(bǔ)丁程序，提高操作系的安全性。

(2)防病毒。防病毒分為單機(jī)和網(wǎng)絡(luò)兩種。隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的快速發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)病毒的危害越來越大，因此，必須采用單機(jī)和網(wǎng)絡(luò)防毒結(jié)合的防毒體系。單機(jī)防毒程序安裝在工作站上，保護(hù)工作站免受病毒侵?jǐn)_。主機(jī)防護(hù)程序安裝在主機(jī)上，主機(jī)的操作系統(tǒng)可以是WINDOWS,UN工X,LINUX等。群件防毒程序安裝在Exchange,Lotus等群件服務(wù)器中。防病毒墻安裝在網(wǎng)關(guān)處，及時(shí)查殺企圖進(jìn)人內(nèi)網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)病毒。防毒控管中心安裝在某臺(tái)網(wǎng)絡(luò)的機(jī)器上，監(jiān)控整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的病毒情況，防毒控管中心可以主動(dòng)升級(jí)，并把升級(jí)包通過網(wǎng)絡(luò)分發(fā)給各個(gè)機(jī)器，完成整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的升級(jí)。

(3)合理地使用防火墻。防火墻可以阻斷非法的數(shù)據(jù)包，屏蔽針對(duì)網(wǎng)絡(luò)的非法攻擊，阻斷黑客人侵。一般情況下，防火墻設(shè)置會(huì)導(dǎo)致信息傳輸?shù)拿黠@延時(shí)，因此，在需要考慮實(shí)時(shí)性要求的系統(tǒng)，建議采用實(shí)時(shí)系統(tǒng)專用的防火墻組件，以降低通用防火墻軟件延時(shí)帶來的影響。

篇2

1變壓器冷卻控制系統(tǒng)控制模塊的設(shè)計(jì)總體思想

本文所進(jìn)行的就是對(duì)變壓器冷卻控制系統(tǒng)控制器模塊進(jìn)行設(shè)計(jì)，其中包括了可以對(duì)主變壓器風(fēng)扇投入與切除的溫度范圍進(jìn)行自行設(shè)定，也可以按照用戶的要求而變化。在傳統(tǒng)控制方式中，風(fēng)扇投切的溫度限制值是不能改變的，此外，風(fēng)扇電機(jī)的啟動(dòng)和停止溫度有一余量，不像傳統(tǒng)的控制方式中是一個(gè)定值，避免了頻繁啟動(dòng)的缺陷，此外還有運(yùn)行、故障保護(hù)及報(bào)警等信號(hào)的顯示及其與控制中心或調(diào)度中心的通訊，上傳這些信息，如變壓器油溫、風(fēng)扇運(yùn)行狀態(tài)有無故障等。至于風(fēng)扇的分組投切設(shè)置是為了節(jié)約電能，具有一定的經(jīng)濟(jì)意義，但這個(gè)分組數(shù)不宜過多，以免控制復(fù)雜，且散熱效果不佳。

控制器主要由AT89CS1單片機(jī)、A/D轉(zhuǎn)換器、鍵盤控制芯片，輸出模塊、通訊模塊以及自動(dòng)復(fù)位電路等組成，其中單片機(jī)是控制器的核心，AID轉(zhuǎn)換器是把輸入信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)。

2變壓器風(fēng)扇控制系統(tǒng)的硬件接線

基于以上的要求，我們?cè)O(shè)計(jì)的風(fēng)扇控制器的硬件線路圖如下頁圖1所示。變壓器風(fēng)扇控制中對(duì)控制模塊進(jìn)行改進(jìn)是本文研究的重點(diǎn)，其中包括主要芯片的選用以及一些抗干擾元件的使用。所以在本章節(jié)中，我們重點(diǎn)將要介紹變壓器風(fēng)扇冷卻控制模塊中的主要硬件芯片的作用、選用以及它們之間的連接力一法。

（1）單片機(jī)AT89C51（如圖1）。

AT89C51是Atmel公司生產(chǎn)的一種低功耗，高性能的8位單片機(jī)，具有8k的flash可編程只讀存儲(chǔ)器，它采用Atmel公司的高密度不易丟失的存儲(chǔ)器技術(shù)，并且和工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的80c51和80c52的指令集合插腳引線兼容，其集成的flash允許可編程存儲(chǔ)器可以在系統(tǒng)或者通用的非易失性的存儲(chǔ)器編程中進(jìn)行重新編程。AT89C51集成了一個(gè)8位的CPU，8K的flash。256字節(jié)的EDAM，32位的I/0總線。三個(gè)16字節(jié)的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，兩級(jí)六中段結(jié)構(gòu)，一個(gè)全雙工的串行口，振蕩器及時(shí)鐘電路。AT89C51是完成系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理和系統(tǒng)控制的核心，所有其它器件都受其控制或?yàn)槠浞?wù)。

在本文中，經(jīng)過TLC1543A/D轉(zhuǎn)換器后輸出的數(shù)字量輸入到AT89C51單片機(jī)中，同時(shí)在進(jìn)行了溫度參數(shù)的設(shè)置以后，進(jìn)行它的輸出控制，其中包括了變壓器的溫度顯示、狀態(tài)顯示、以及聲音報(bào)警設(shè)備等等，也就是我們所研究的變壓器冷卻控制系統(tǒng)的核心部分。

（2）變壓器的溫度采集及溫度處理模塊。在變壓器的風(fēng)扇冷卻自動(dòng)控制系統(tǒng)中，第一步進(jìn)行的就是對(duì)變壓器上層油溫進(jìn)行的溫度采集工作。變壓器的溫度采集是由變壓器的溫度控制器來實(shí)現(xiàn)的，其中包括鉑電極、傳感器以及變送器。經(jīng)過溫度控制器輸出的信號(hào)進(jìn)入變送器，變送器送出一個(gè)4一20毫安的電流信號(hào)，然后將此電流信號(hào)通過控制芯片上的電阻元件實(shí)現(xiàn)電流電壓信號(hào)的轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換后的電壓是在0.4一2（伏特）之間，然后將此電壓信號(hào)輸入到TLC1543數(shù)模轉(zhuǎn)換器，進(jìn)行信號(hào)處理。變送器輸出信號(hào)有電流和電壓信號(hào)兩種，考慮到變壓器安裝的位置（室外）距本控制裝置（室內(nèi)）有一定的距離，電流信號(hào)不易損失，故選擇了4一20毫安的電流信號(hào)。（3）11通道10位串行A/D轉(zhuǎn)換器丁LC1543。

TLC1543A/D轉(zhuǎn)換器是美國TI公司生產(chǎn)的眾多串行A/D轉(zhuǎn)換器中的一種，它具有輸入通道多、轉(zhuǎn)換精度高、傳輸速度快、使用靈活和價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)，是一種高性價(jià)的模數(shù)轉(zhuǎn)換器。TLC1543是CMOS，10位開關(guān)電容逐次逼近模數(shù)轉(zhuǎn)換器。它有三個(gè)輸入端和一個(gè)3態(tài)輸出端：片選（CS），輸入/輸出時(shí)鐘（I/0CLOCK），地址輸入和數(shù)據(jù)輸出（DATAOUT）。這樣通過一個(gè)直接的四線接口與卞處理器或的串行口通訊。片內(nèi)還有14通道多路選擇器可以選擇11個(gè)輸入中的任何一個(gè)三個(gè)內(nèi)部自測(cè)試（self-test）電壓中的一個(gè)。

（4）BC7281128段LED顯示及64鍵鍵盤控制芯片。

BC7281是16位LED數(shù)碼管顯示器鍵盤接口專用控制芯片，通過外接移位寄存器（典型芯片如74HC164，74LS595等），最多可以控制16位數(shù)碼管顯示或128支獨(dú)立的LED。BC7281的驅(qū)動(dòng)輸出極性及輸出時(shí)序均為軟件可控，從而可以和各種外部電路配合，適用于任何尺寸的數(shù)碼管。

BC7281各位可獨(dú)立按不同的譯碼方式譯碼或不譯碼顯示，譯碼方式顯示時(shí)小數(shù)點(diǎn)不受譯碼影響，使用方便；BC7281內(nèi)部還有一閃爍速度控制寄存器，使用者可隨時(shí)改變閃爍速度。

BC7281芯片可以連接最多64鍵C8*8）的鍵盤矩陣，內(nèi)部具有去抖動(dòng)功能。它的鍵盤具有兩種工作模式，BC7281內(nèi)部共有26個(gè)寄存器，包括16個(gè)顯示寄存器和10個(gè)特殊（控制）寄存器，所有的操作均通過對(duì)這26個(gè)寄存器的訪問完成。

BC7281采用高速二線接口與MCU進(jìn)行通訊，只占用很少的I/O資源和主機(jī)時(shí)間。

BC7281在本系統(tǒng)中主要用于驅(qū)動(dòng)變壓器溫度顯示的LED以及顯示風(fēng)扇運(yùn)行狀態(tài)的指示燈。

前已提及，BC7281芯片內(nèi)部共有26個(gè)寄存器，包括16個(gè)顯示寄存器和10個(gè)特殊功能寄存器，共用一段連續(xù)的地址，其地址范圍是OOH-19H，其中OOH-OFH為顯示寄存器，其余為特殊寄存器。

（5）使用MAX232實(shí)現(xiàn)與PC機(jī)的通訊。

①M(fèi)AX232芯片簡(jiǎn)介

MAX232芯片是1VIAX工M公司生產(chǎn)的低功耗、單電源雙RS232發(fā)送/接收器，適用于各種E工A-232E和V.28；V.24的通信接口，1VIAX232芯片內(nèi)部有一個(gè)電源電壓變換器，可以把輸入的+5V電源變換成RS-2320輸出電平所需±10V電壓，所以采用此芯片接口的串行通信系統(tǒng)只要單一的+5V電源就可以。

我們的設(shè)計(jì)電路中選用其中一路發(fā)送/接收，RlOUT接MCS一51的RXD，T1工N接MCS一51的TXD，TlOUT接PC機(jī)的RD，Rl工N接PC機(jī)的TD1。因?yàn)镸AX232具有驅(qū)動(dòng)能力，所以不需要外加驅(qū)動(dòng)電路。

系統(tǒng)中使用了此技術(shù)之后就實(shí)現(xiàn)了變壓器風(fēng)扇冷卻系統(tǒng)的遠(yuǎn)程控制，工作人員可以在控制室對(duì)冷卻系統(tǒng)進(jìn)行控制，可以達(dá)到方便、準(zhǔn)確、快捷的日的，這也是我們對(duì)傳統(tǒng)的風(fēng)扇冷卻控制系統(tǒng)而做的一個(gè)重要的改進(jìn)。

②串行通訊

在此實(shí)現(xiàn)中，我們必須要對(duì)MCS-51串行接日和PC機(jī)串行接日的串行通訊要有一定的了解，串行通信是指通信的發(fā)送方和接收方之間數(shù)據(jù)信息的傳輸是在單根數(shù)據(jù)線上，以每次一個(gè)二進(jìn)制位移動(dòng)的，它的優(yōu)點(diǎn)是只需一對(duì)傳輸線進(jìn)行傳送信息，囚此其成本低，適用于遠(yuǎn)即離通信；它的缺點(diǎn)是傳送速度低；串行通信有異步通信和同步通信兩種基本通信方一式，同步通信適用于傳送速度高的情況，其硬件復(fù)雜；而異步通信應(yīng)用于傳送速度在50到19200波特之間，是比較常用的傳送方式，本文中使用的就是異步通訊方式。

（6）“看門狗”電路DS1232

在系統(tǒng)運(yùn)行的過程中，為了避免因干擾或其他意外出現(xiàn)的運(yùn)行中的死機(jī)的情況，“看門狗電路”DS1232會(huì)自動(dòng)進(jìn)行復(fù)位，并且能夠重讀EEPROM中的設(shè)置，以保證系統(tǒng)可以安全正常的運(yùn)行。

美國Dallas公司生產(chǎn)的“看門狗”（WATCHDOG）集成電路DS1232具有性能可靠、使用簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉的特點(diǎn)，應(yīng)用在單片機(jī)產(chǎn)品中能夠很好的提高硬件的抗干擾能力。

DS1232具有以下特點(diǎn)：

①具有8腳DIP封裝和16腳SOIC貼片封裝兩種形式，可以滿足不同設(shè)計(jì)要求；

②在微處理器失控狀態(tài)卜可以停止和重新啟動(dòng)微處理器；

③微處理器掉電或電源電壓瞬變時(shí)可自動(dòng)復(fù)位微處理器；

④精確的5%或10%電源供電監(jiān)視；

在本變壓器冷卻控制系統(tǒng)中，DS1232作為一定時(shí)器來起到自動(dòng)復(fù)位的作用，在DS1232內(nèi)部集成有看門狗定時(shí)器，當(dāng)DS1232的ST端在設(shè)置的周期時(shí)間內(nèi)沒有有效信號(hào)到來時(shí)，DS1232的RSR端將產(chǎn)生復(fù)位信號(hào)以強(qiáng)迫微處理器復(fù)位。這一功能對(duì)于防止由于干擾等原因造成的微處理器死機(jī)是非常有效的，因?yàn)榭撮T狗定時(shí)器的定時(shí)時(shí)間由DS1232的TD引腳確定，在本設(shè)計(jì)中，我們將其TD引腳與地相接，所以定時(shí)時(shí)間一般取為150ms。

3結(jié)論

本裝置實(shí)現(xiàn)了通過單片機(jī)自動(dòng)控制冷卻器的各種運(yùn)行狀態(tài)并能精確監(jiān)測(cè)變壓器的油溫和冷卻器的各種運(yùn)行、故障狀態(tài)，顯示了比傳統(tǒng)的控制模式的優(yōu)越性。（1）能夠?qū)ψ儔浩饔蜏剡M(jìn)行監(jiān)測(cè)與控制；（2）實(shí)現(xiàn)了變壓器冷卻器依據(jù)不同油溫的分組投切，延長了冷卻器的使用壽命，有較好的經(jīng)濟(jì)意義；（3）實(shí)現(xiàn)了冷卻系統(tǒng)的各種狀況，如油溫、風(fēng)扇投切和故障等信息的上傳，便于值班員、調(diào)度員隨時(shí)掌握情況。

由于固態(tài)繼電器實(shí)現(xiàn)了變壓器的無觸點(diǎn)控制，解決了傳統(tǒng)的控制回路的弊端，同時(shí)此控制裝置具有電機(jī)回路斷相與過載的保護(hù)功能。由于使用了單片機(jī)，因而具有一定的智能特征，實(shí)現(xiàn)了油溫、風(fēng)扇的投入、退出和故障等信號(hào)的顯示以及上傳等。通過實(shí)際運(yùn)行表明，該裝置的研制是比較成功的。但今后，我們還應(yīng)該對(duì)固態(tài)繼電器本身的保護(hù)進(jìn)行一些研究，以免主回路因電流過大而造成固態(tài)繼電器的損壞，以使變壓器風(fēng)扇冷卻控制回路更加完善。

篇3

中圖分類號(hào)：TU96 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A

前言

在進(jìn)行工程施工之時(shí)：首先要仔細(xì)了解施工圖掌握設(shè)計(jì)的全部意圖，緊緊把握空調(diào)安裝工程的施工要點(diǎn)，全面對(duì)整個(gè)工程實(shí)行工程管理，從源頭上加強(qiáng)暖通空調(diào)設(shè)備的安裝質(zhì)量，進(jìn)而確保暖通空調(diào)系統(tǒng)能常年正常運(yùn)行。由此可見，暖通工程施工前的系統(tǒng)設(shè)計(jì)是所有工序的基礎(chǔ)，做好前期工作對(duì)整個(gè)過程尤其重要。

一、暖通空調(diào)設(shè)計(jì)方案的實(shí)用性

1設(shè)計(jì)方案的可行性

滿足用戶的使用要求是暖通空調(diào)設(shè)計(jì)的根本目的，也是設(shè)計(jì)過程中需要遵循的規(guī)則，設(shè)計(jì)方案的可行性是暖通空調(diào)設(shè)計(jì)中需要注意的一個(gè)重要方面。在滿足設(shè)計(jì)方案符合人們需求的時(shí)候，首要要確認(rèn)其是否滿足國家的相關(guān)法律法規(guī)。環(huán)境變化是影響設(shè)計(jì)方案的一個(gè)重要因素，在設(shè)計(jì)暖通空調(diào)供熱、供冷的時(shí)候要將其考慮進(jìn)去，比如：水源熱泵這類發(fā)熱或者制冷部件的設(shè)計(jì)，就必須結(jié)合當(dāng)?shù)氐臍鉁刈兓闆r、城市地下水的使用情況等；對(duì)于一些處在惡劣環(huán)境中的建筑物，全年工況分析要在設(shè)計(jì)方案上體現(xiàn)出來，方便施工過程中對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行調(diào)整，以滿足復(fù)雜環(huán)境下暖通空調(diào)對(duì)溫濕度的要求；在一些有限制的情況下，實(shí)際需要并不能被標(biāo)準(zhǔn)的暖通空調(diào)設(shè)備所滿足，這是應(yīng)該考慮環(huán)境因素選用符合參數(shù)設(shè)置的設(shè)備，以保證暖通設(shè)備的正常運(yùn)行。

2設(shè)計(jì)方案的適應(yīng)性

人們一般是在全年最熱或者最冷的季節(jié)才會(huì)使用暖通空調(diào)，所以為了適應(yīng)一年四季環(huán)境的變化，在暖通空調(diào)的設(shè)計(jì)中，必須使暖通空調(diào)系統(tǒng)具備優(yōu)秀的可調(diào)節(jié)性。暖通空調(diào)的可調(diào)節(jié)性應(yīng)該建立在操作簡(jiǎn)單、調(diào)節(jié)方便的基礎(chǔ)上，以便使每個(gè)用戶都能輕松地對(duì)其進(jìn)行調(diào)節(jié)。除此之外，為了便于住戶的使用，應(yīng)盡量提高設(shè)計(jì)方案中暖通空調(diào)系統(tǒng)的自動(dòng)化水平，以達(dá)到大幅度減少操作和管理暖通空調(diào)系統(tǒng)所花費(fèi)的資金，提高暖通空調(diào)系統(tǒng)使用的經(jīng)濟(jì)性，減輕建筑物用戶的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)。一般來說，在暖通空調(diào)系統(tǒng)中，形態(tài)比較大的設(shè)備和組成部件使用自動(dòng)化的效果和效益會(huì)比較明顯，所以推薦使用，而比較小型的設(shè)備則需要根據(jù)其與其他設(shè)備的關(guān)聯(lián)程度以及其重要性來考慮是否有使用自動(dòng)化的需要。

二、暖通空調(diào)設(shè)計(jì)方案的經(jīng)濟(jì)環(huán)保的問題

1設(shè)計(jì)方案的經(jīng)濟(jì)性

在暖通空調(diào)的設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)該對(duì)同一個(gè)項(xiàng)目設(shè)計(jì)多套方案，以便從多套不同的設(shè)計(jì)方案選出對(duì)合適的一個(gè)，對(duì)優(yōu)化建筑物暖通空調(diào)系統(tǒng)工程的經(jīng)濟(jì)性很有幫助。在設(shè)計(jì)方案經(jīng)濟(jì)性的比較前要保證每個(gè)設(shè)計(jì)方案的使用需要、設(shè)計(jì)要求、設(shè)備等級(jí)、美觀程度都是一致的，這樣不同設(shè)計(jì)方案經(jīng)濟(jì)性的比較才有可比性。在確定使用方案后就可以進(jìn)行工程成本的確定， 工程成本的內(nèi)容主要分為直接成本和間接成本，直接成本有設(shè)計(jì)方案列出的工程施工費(fèi)用、材料設(shè)備費(fèi)用、使用管理費(fèi)、設(shè)備修理費(fèi)用以及自動(dòng)化控制系統(tǒng)費(fèi)用等，而間接成本則包含環(huán)境的變化使暖通空調(diào)在制冷或供熱時(shí)需要多花費(fèi)的能源開支。暖通空調(diào)的設(shè)計(jì)人員在設(shè)備的選用上需要對(duì)設(shè)備的售價(jià)、使用壽命以及運(yùn)行費(fèi)用等進(jìn)行綜合考慮，而且最好親自測(cè)試每種設(shè)備的參數(shù)，而不是完全相信商家列出的參數(shù)。

2設(shè)計(jì)方案的環(huán)保性

隨著近年地球環(huán)境的日益惡化，人們對(duì)環(huán)境保護(hù)就越來越重視了，盡可能做到綠色環(huán)保，而暖通空調(diào)是一個(gè)能耗大戶，所以我們?cè)谂照{(diào)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案中必須注重其綠色環(huán)保和節(jié)能降耗的效果。目前，燃煤鍋爐的氣體排放已經(jīng)成為了我國部分地區(qū)的主要?dú)怏w污染源，因此我們?cè)趯?duì)燃煤鍋爐進(jìn)行技術(shù)改造的同時(shí)，也要重視對(duì)暖通空調(diào)的環(huán)保改造。 要在暖通空調(diào)系統(tǒng)中達(dá)到綠色環(huán)保，就要從在工程設(shè)計(jì)時(shí)選擇擁有綠色環(huán)保意識(shí)和經(jīng)驗(yàn)的設(shè)計(jì)師、選擇合符國家規(guī)定綠色環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)備和組成部件、在設(shè)計(jì)方案中要體現(xiàn)綠色環(huán)保的理念等，要保證室內(nèi)的氣體經(jīng)過暖通空調(diào)的通風(fēng)系統(tǒng)排出時(shí)受到一定的過濾凈化作用，以提高暖通空調(diào)設(shè)計(jì)對(duì)環(huán)境的保護(hù)性能。除此之外，為了達(dá)到更好的節(jié)能環(huán)保效果，我們?cè)谂照{(diào)設(shè)計(jì)時(shí)可以為系統(tǒng)設(shè)計(jì)合適的新型綠色能源，在綠色能源的選擇時(shí)要確保能源獲取渠道廣闊、高能低耗、對(duì)環(huán)境造成的影響盡可能較小。目前，太陽能已經(jīng)被廣泛用于暖通空調(diào)系統(tǒng)的能源提供上，太陽能具有取之不盡、隨處可得以及零污染等優(yōu)點(diǎn)，是現(xiàn)時(shí)新型綠色能源的優(yōu)秀代表。除此之外，還有水能、風(fēng)能、地?zé)崮艿染G色能源可供暖通空調(diào)系統(tǒng)使用，在綠色能源的選取時(shí)，應(yīng)該結(jié)合能源的供能能力、獲取方式和容易度、相關(guān)設(shè)備和能源運(yùn)輸?shù)馁M(fèi)用等進(jìn)行綜合考慮，選取最為合適的一種進(jìn)行使用。

三、暖通空調(diào)設(shè)計(jì)方案安全方面需要注意的問題

在過往的暖通空調(diào)設(shè)計(jì)中都把目光關(guān)注在設(shè)計(jì)方案的使用和花費(fèi)上，而往往疏忽了其安全性，導(dǎo)致由于暖通空調(diào)引發(fā)的事故時(shí)有發(fā)生，所以我們必須要對(duì)其安全性提起足夠的重視。

暖通空調(diào)設(shè)計(jì)方案的安全性需要包括防火性能、用戶生命財(cái)產(chǎn)安全、重要設(shè)施安全、危險(xiǎn)品安全等，在設(shè)計(jì)上處理這些安全問題時(shí)，應(yīng)該同時(shí)從暖通空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、設(shè)備的選用和研制、技術(shù)的選用以及施工的規(guī)范上入手。根據(jù)建筑物的內(nèi)部環(huán)境和外部環(huán)境不同時(shí)，需要達(dá)到的安全性也是不同的，例如如果建筑物內(nèi)預(yù)計(jì)會(huì)用作燃?xì)忮仩t房時(shí)，就必須為暖通空調(diào)系統(tǒng)設(shè)置上有效的通風(fēng)系統(tǒng)和敏銳的火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)，以確保室內(nèi)人員的人身安全。

四、設(shè)計(jì)人員的綜合素質(zhì)需要提高

暖通空調(diào)的設(shè)計(jì)方案能否取得成功，決定權(quán)在設(shè)計(jì)人員身上，設(shè)計(jì)理念、設(shè)計(jì)技術(shù)以及整體素質(zhì)這些決定了設(shè)計(jì)方案能否滿足用戶的需求。對(duì)于設(shè)計(jì)人員設(shè)計(jì)水平的提高，暖通設(shè)計(jì)人員應(yīng)該不間斷的補(bǔ)充自己的專業(yè)知識(shí)，多參加教育培訓(xùn)；在培訓(xùn)的過程中，不僅要注意專業(yè)知識(shí)的學(xué)習(xí)，更新自己的設(shè)計(jì)知識(shí)和技術(shù)，更應(yīng)該注意作為設(shè)計(jì)人員的職業(yè)操守，對(duì)于環(huán)保理念和設(shè)計(jì)技術(shù)進(jìn)行培養(yǎng)，促使設(shè)計(jì)人員成為滿足各項(xiàng)要求的高素質(zhì)人才。

結(jié)語

通過上面的簡(jiǎn)單講述，不難發(fā)現(xiàn)在暖通空調(diào)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行的時(shí)候，需要考慮其實(shí)用性、經(jīng)濟(jì)環(huán)保性以及安全性，最根本的還是要提高設(shè)計(jì)人員的整體素質(zhì)。滿足這些的設(shè)計(jì)方案也不能說已經(jīng)完美無缺了，設(shè)計(jì)方案的根本就是是否滿足了用戶的需求，而不是給施工單位節(jié)省了多少工程成本、使用方增加了多少效益。設(shè)計(jì)人員要從用戶的基本需求出發(fā)，設(shè)計(jì)出科學(xué)合理的設(shè)計(jì)方案。

參考文獻(xiàn)

篇4

 

1 引言

VHDL (Very HighSpeed Integrated Circuit Hardware Description Language)是美國國防部在20世紀(jì)80年代中期開始推出的一種通用的硬件描述語言。作為IEEE的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)硬件描述語言，又得到眾多EDA公司的支持，VHDL語言在電子工程領(lǐng)域已成為事實(shí)上的通用硬件描述語言。VHDL為設(shè)計(jì)者提供了一種全新的數(shù)字系統(tǒng)的設(shè)計(jì)途徑。使用VHDL語言不只是意味著代碼的編寫，更是為了便于建立層次結(jié)構(gòu)和元件結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，利用VHDL編寫的電路模塊可被重復(fù)利用。故可以簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)者的設(shè)計(jì)工作，大大縮短設(shè)計(jì)時(shí)間，減少硬件設(shè)計(jì)成本，提高工作效率。

2 VHDL的優(yōu)點(diǎn)

VHDL主要用于描述數(shù)字系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、行為、功能和接口。應(yīng)用VHDL進(jìn)行工程設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)是多方面的：

（1）具有更強(qiáng)的行為描述能力，是系統(tǒng)設(shè)計(jì)領(lǐng)域最佳的硬件描述語言。

（2）具有豐富的仿真語句和庫函數(shù)，使得在任何大系統(tǒng)的設(shè)計(jì)早期就能查驗(yàn)設(shè)計(jì)系統(tǒng)的功能可行性，隨時(shí)可對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行仿真模擬。

（3）VHDL語句的行為描述能力和程序結(jié)構(gòu)決定了它具有支持大規(guī)模設(shè)計(jì)的分解和已有設(shè)計(jì)的再利用功能。該功能能滿足市場(chǎng)大規(guī)模系統(tǒng)高效、高速的需要，可替代多人甚至多個(gè)組共同工作。

VHDL的許多優(yōu)點(diǎn)給硬件設(shè)計(jì)者帶來了極大的方便， 自然被廣大用戶接受， 得到眾多廠商的大力支持。使用VHDL設(shè)計(jì)數(shù)字系統(tǒng)已成為當(dāng)今電子設(shè)計(jì)技術(shù)的必然趨勢(shì)[4 ] 。

3 “自頂向下”( Top-Down) 的設(shè)計(jì)方法

隨著數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)模的急劇加大，“自頂向下”的設(shè)計(jì)方法成為現(xiàn)代EDA設(shè)計(jì)的趨勢(shì)。論文參考。傳統(tǒng)的系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)方法是采用自下而上的設(shè)計(jì)方法。即系統(tǒng)硬件的設(shè)計(jì)是從選擇具體元器件開始的，并用這些元器件進(jìn)行邏輯電路設(shè)計(jì)，完成系統(tǒng)各獨(dú)立功能模塊設(shè)計(jì)，然后再將各功能模塊連接起來，完成整個(gè)系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)。而在VHDL的設(shè)計(jì)中，采用“自頂向下”( Top-Down) 的設(shè)計(jì)方法，設(shè)計(jì)常用流程圖如圖1所示，系統(tǒng)被分解為各個(gè)模塊的集合后，可以對(duì)設(shè)計(jì)的每個(gè)獨(dú)立模塊指派不同的工作小組，這些小組可以工作在不同地點(diǎn)，甚至可以分屬不同的單位，最后將不同的模塊集成為最終的系統(tǒng)模型，并對(duì)其進(jìn)行綜合測(cè)試和評(píng)價(jià)。論文參考。“自頂向下”設(shè)計(jì)的基本步驟為:

(1) 分析系統(tǒng)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)并進(jìn)行系統(tǒng)劃分，確定各個(gè)模塊的功能和接口;

(2) 編寫程序，輸入VHDL代碼，并將其編譯成標(biāo)準(zhǔn)的VHDL文件;

(3) VHDL 源代碼進(jìn)行綜合優(yōu)化處理;

(4) 配置，即加載設(shè)計(jì)規(guī)定的編程數(shù)據(jù)到一個(gè)或多個(gè)LCA器件中的運(yùn)行過程，以定義器件內(nèi)的邏輯功能塊和其互連的功能。

(5) 下載驗(yàn)證，通過編程器或下載電纜載入將步驟(4) 得到的器件編程文件下載到目標(biāo)芯片中，以驗(yàn)證設(shè)計(jì)的正確性。

圖1 VHDL工程設(shè)計(jì)流程圖

Fig.1 The design flow based on VHDL

4 VHDL的設(shè)計(jì)舉例

下面以4選1數(shù)據(jù)選擇器為例說明使用VHDL的設(shè)計(jì)過程。4選1數(shù)據(jù)選擇器框圖如圖2所示。論文參考。

該數(shù)據(jù)選擇器的VHDL描述如下：

entity sel is

port(a,b,c,d,sel_1:IN bit;

out_1:OUT bit);

end sel;

architectureexample of sel is

begin圖2 4選1數(shù)據(jù)選擇器

process((a,b,c,d, sel_0, sel_1) Fig.2 The one-in-four selector

begin

if sel_0=‘0’andsel_1=‘0’then

out_1<=a;

elsef sel_0=‘0’andsel_1=‘1’then

out_1<=b;

elsef sel_0=‘1’andsel_1=‘0’then

out_1<=c;

else

out_1<=d;

end if;

end process;

end example;

利用VHDL強(qiáng)大的仿真功能，經(jīng)過編譯后運(yùn)行仿真，之后可以產(chǎn)生信號(hào)波形，用以分析仿真結(jié)果。本例中產(chǎn)生波形如圖3所示。仿真結(jié)果符合設(shè)計(jì)功能的要求。

圖3 仿真結(jié)果

Fig.3The waveform of simulation

5 結(jié)束語

本文以4選1數(shù)據(jù)選擇器設(shè)計(jì)為例，說明利用VHDL設(shè)計(jì)電路系統(tǒng)的基本方法和過程。用VHDL語言實(shí)現(xiàn)電路的設(shè)計(jì)過程，是一個(gè)以軟件設(shè)計(jì)為主，器件配置相結(jié)合的過程。這種軟件設(shè)計(jì)與硬件設(shè)計(jì)的結(jié)合，以一片器件代替由多片小規(guī)模集成數(shù)字電路組成的電路，其優(yōu)勢(shì)已經(jīng)越來越明顯。在進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，如果系統(tǒng)比較復(fù)雜，所需器件數(shù)目多，并要求體積小、速度快、功耗低時(shí)，首先應(yīng)該考慮使用VHDL進(jìn)行芯片設(shè)計(jì)，然后再進(jìn)行整體設(shè)計(jì)。

參考文獻(xiàn)

[1] Stafan Sjoholm，Lennart Lindh. 邊計(jì)年,薛宏熙譯. 用VHDL設(shè)計(jì)電子線路[M]. 北京:清華大學(xué)出版社,1999.

[2] 潘松，黃繼業(yè). EDA技術(shù)實(shí)用教程[M]. 科學(xué)出版社，2002.

[3] 侯伯亨,顧新. VHDL硬件描述語言與數(shù)字邏輯電路設(shè)計(jì)[M].西安: 西安電子科技大學(xué)出版社, 2004.

[4] 趙晨光等. VHDL語言在電子設(shè)計(jì)實(shí)踐中的應(yīng)用. 沈陽航空工業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào)[J]. 2004，21（1）：57-59.

篇5

隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的高速發(fā)展，自動(dòng)導(dǎo)引小車（Automatic Guided Vehicle AGV）得到了廣泛的應(yīng)用。AGV以電池為動(dòng)力，并裝有非接觸導(dǎo)航（導(dǎo)引）裝置，以電磁引導(dǎo)、激光引導(dǎo)、慣性引導(dǎo)及GPS引導(dǎo)等方式?？蓪?shí)現(xiàn)無人駕駛的運(yùn)輸作業(yè)。它能在計(jì)算機(jī)監(jiān)控下，按路徑規(guī)劃和作業(yè)要求，精確地行走并?？康街付ǖ攸c(diǎn)，完成一系列作業(yè)。

AGV以輪式移動(dòng)為特征，較之步行、爬行或其它非輪式的移動(dòng)機(jī)器人具有行動(dòng)快捷、工作效率高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可控性強(qiáng)、安全性好等優(yōu)勢(shì)。AGV的活動(dòng)區(qū)域無需鋪設(shè)軌道、支座架等固定裝置，不受場(chǎng)地、道路和空間的限制。在自動(dòng)化物流系統(tǒng)中，最能充分地體現(xiàn)其自動(dòng)性和柔性，實(shí)現(xiàn)高效、經(jīng)濟(jì)、靈活的無人化生產(chǎn)。

一、AGV導(dǎo)航系統(tǒng)的系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

本論文設(shè)計(jì)了磁帶引導(dǎo)AGV，完成尋跡、蔽障、PWM調(diào)速、人工控制等功能，為大量生產(chǎn)工業(yè)型AGV提供較好的研究基礎(chǔ)。系統(tǒng)模塊設(shè)計(jì)如圖1所示：

圖1

本論文主要對(duì)AGV的硬件系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，重點(diǎn)研究磁引導(dǎo)AGV的磁尋跡感器模塊軟硬件模塊、速度反饋模塊的設(shè)計(jì)。

二、磁尋跡傳感模塊設(shè)計(jì)

磁尋跡傳感器是AGV能否完成磁帶尋跡功能的關(guān)鍵，為了檢測(cè)到弱磁磁場(chǎng)的存在，要選用靈敏度更高的傳感器。本設(shè)計(jì)采用磁阻傳感器，可以測(cè)量到弱磁磁場(chǎng)的存在。由于磁阻傳感器輸出為模擬量輸出，需要通過響應(yīng)的A/D轉(zhuǎn)換電路將信號(hào)輸入單片機(jī)。模塊設(shè)計(jì)如圖2所示。

圖2 磁尋跡傳感器硬件實(shí)現(xiàn)電路

三、速度反饋模塊設(shè)計(jì)

本論文AGV采用雙輪差速驅(qū)動(dòng)方式，當(dāng)電機(jī)負(fù)載增加時(shí)，電機(jī)的運(yùn)行速度下降，一般額定轉(zhuǎn)速降落達(dá)3%～10%，為了使兩電機(jī)同速，必須要有反饋換環(huán)節(jié)對(duì)電機(jī)的速度進(jìn)行反饋。只有組成了閉環(huán)系統(tǒng)，AGV的運(yùn)動(dòng)與速度才可控。碼盤接口硬件電路如圖3所示。兩編碼器的A和B兩相信號(hào)經(jīng)過74LS14施密特整形，分別接到單片機(jī)的P2.3和P2.2 以及INT0和INT1上。單片機(jī)對(duì)INT1和INT0的中斷次數(shù)計(jì)數(shù)來測(cè)量通道B的脈沖數(shù)，讀取P1.2的電平狀態(tài)來判斷電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)方向。以上升沿觸發(fā)為例，當(dāng)B路信號(hào)的上升沿引起中斷時(shí)，單片機(jī)判斷P2.2或P2.3信號(hào)的電平高低。若其為低，則電機(jī)正傳；為高，則電機(jī)反轉(zhuǎn)。電機(jī)的速度即為一個(gè)采樣周期中N值的變化量。電機(jī)的轉(zhuǎn)速為，式中，C為標(biāo)度變化系數(shù)，可根據(jù)轉(zhuǎn)速的量綱來選擇，N為一個(gè)采樣周期中的計(jì)數(shù)值，它的符號(hào)反應(yīng)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)方向。硬件實(shí)現(xiàn)電路如圖3所示。

圖3 光電編碼器實(shí)現(xiàn)電路圖

四、總結(jié)

本系統(tǒng)采用PWM調(diào)速及雙輪差速控制，使車輛依照車載傳感器確定的位置信息，沿著規(guī)定的行駛路線和?？课恢?，自動(dòng)行駛，完成規(guī)定的操作。論文對(duì)關(guān)鍵模塊的設(shè)計(jì)進(jìn)行了詳細(xì)設(shè)計(jì)，經(jīng)驗(yàn)證該系統(tǒng)設(shè)計(jì)可靠合理，能實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本功能。

參考文獻(xiàn)：

[1] 溫鋼云，黃道平. 計(jì)算機(jī)控制技術(shù)[M]. 華南理工大學(xué)出版社，2002.

篇6

1概述

在教學(xué)過程中，具備數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)踐工程能力，涉及相關(guān)數(shù)字系統(tǒng)課程體系教學(xué)與實(shí)踐，在各高校的電氣、電子信息類專業(yè)中，數(shù)字電路是一門專業(yè)基礎(chǔ)課程，隨著數(shù)字技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域的不斷擴(kuò)大，在后續(xù)專業(yè)課程中，顯而易見，隨著電子產(chǎn)品數(shù)字化部分比重增大，它在數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)中基礎(chǔ)性地位越來越突出。

因此，培養(yǎng)適合現(xiàn)代電氣、電子、信息技術(shù)發(fā)展的卓越人才，創(chuàng)新數(shù)字電路的課程幾次理論與工程實(shí)踐教學(xué)迫在眉睫。

根據(jù)我校近幾年電氣、電子課堂教學(xué)的實(shí)踐情況，數(shù)字電路課程應(yīng)該以面向應(yīng)用的數(shù)字電路設(shè)計(jì)為核心，在熟練掌握基本電路教學(xué)內(nèi)容的基礎(chǔ)上引入先進(jìn)的數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法的課程教學(xué)和實(shí)踐內(nèi)容。

工程實(shí)踐過程中，逐步從自底向上的設(shè)計(jì)方法逐步轉(zhuǎn)變到自頂向下的設(shè)計(jì)方法中來，以教師科研應(yīng)用來拓展，以全面培養(yǎng)優(yōu)秀數(shù)字設(shè)計(jì)卓越技術(shù)人才[1]。

2探索構(gòu)建數(shù)字電路教學(xué)中的多層次的創(chuàng)新實(shí)踐平臺(tái)

2.1多層次的數(shù)字電路創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)平臺(tái)構(gòu)思。

面向卓越人才培養(yǎng)的數(shù)字電路課程創(chuàng)新實(shí)踐教學(xué)，可以分層次進(jìn)行在各個(gè)教學(xué)階段逐步推進(jìn)，包括：面向基礎(chǔ)的數(shù)字設(shè)計(jì)的基本原理與工程創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)教學(xué)模塊、面向應(yīng)用的數(shù)字電路課程設(shè)計(jì)教學(xué)和結(jié)合科研項(xiàng)目的創(chuàng)新實(shí)踐平臺(tái)[2][6]。

多層次的數(shù)字電路創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)平臺(tái)架構(gòu)如圖1所示。

2.2數(shù)字設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)原理與實(shí)驗(yàn)教學(xué)。

數(shù)字電路基礎(chǔ)原理和實(shí)驗(yàn)教學(xué)是數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)的課程體系的基礎(chǔ)入門階段，是培養(yǎng)數(shù)字邏輯代數(shù)與邏輯電路的重要過程，大類可分為時(shí)序邏輯電路和組合邏輯電路，其中時(shí)序邏輯電路主要包括：鎖存器、觸發(fā)器和計(jì)數(shù)器，組合邏輯電路包括，編譯碼器、多路復(fù)用器、比較器、加（減）法器、數(shù)值比較器和算術(shù)邏輯單元等。教學(xué)的目的是訓(xùn)練學(xué)生掌握組合和時(shí)序邏輯電路堅(jiān)實(shí)理論基礎(chǔ)，使學(xué)生掌握數(shù)字電路的基本概念、基本電路、基本分析方法和基本實(shí)驗(yàn)技能，不但要注重基本數(shù)字電路與系統(tǒng)設(shè)計(jì)理論的理解，同時(shí)讓學(xué)生在學(xué)習(xí)中逐步了解面向應(yīng)用和現(xiàn)代科技進(jìn)步數(shù)字電路新的設(shè)計(jì)理念[2][3]。

2.3面向應(yīng)用的數(shù)字電路課程設(shè)計(jì)實(shí)踐教學(xué)。

隨著電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化技術(shù)（EDA）和可編程器件（CPLD）的不斷發(fā)展和應(yīng)用，以EDA技術(shù)為主導(dǎo)的數(shù)字系統(tǒng)理念已經(jīng)成為企業(yè)工程技術(shù)的核心。數(shù)字電路課程設(shè)計(jì)主要培養(yǎng)學(xué)生利用中小規(guī)模數(shù)字集成電路器件和大規(guī)?？删幊唐骷M(jìn)行數(shù)字電路設(shè)計(jì)和開發(fā)能力。在卓越工程師培養(yǎng)背景下，結(jié)合前階段數(shù)字電路課程理論教學(xué)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)的實(shí)際情況及EDA技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r，適時(shí)進(jìn)行數(shù)字電路課程設(shè)計(jì)和EDA技術(shù)課程的綜合銜接，以及課程深度融合[4]。主要內(nèi)容包括：

2.3.1基于Multisim等相關(guān)軟件的數(shù)字系統(tǒng)仿真實(shí)驗(yàn)。可以構(gòu)建虛擬數(shù)字實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，不但較好地模擬實(shí)物外觀外，還可以利用系統(tǒng)提供的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)開展實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)、仿真，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的邏輯驗(yàn)證。

2.3.2基于通用和專用數(shù)字芯片的數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)。其主要特點(diǎn)是有很好的直觀性和具體性。

2.3.3基于硬件描述語言（HDL）的數(shù)學(xué)系統(tǒng)硬件描述。采用硬件描述語言實(shí)現(xiàn)數(shù)字邏輯設(shè)計(jì)，基于EDA環(huán)境仿真和驗(yàn)證?？梢越Y(jié)合上述（1）和（2）的優(yōu)點(diǎn)，采用硬件設(shè)計(jì)軟件化技術(shù)應(yīng)用于數(shù)字電路課程設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，通過綜合性實(shí)驗(yàn)的自行設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)，對(duì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、實(shí)驗(yàn)規(guī)模、實(shí)驗(yàn)方法進(jìn)行了綜合創(chuàng)新設(shè)計(jì)[5]。

2.4結(jié)合科研項(xiàng)目的數(shù)字設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新平臺(tái)。

在高等院校，教師即承擔(dān)教學(xué)任務(wù)，同時(shí)有各自的科學(xué)研究方向，同學(xué)們可以根據(jù)自己的研究興趣，加入教師的科研團(tuán)隊(duì)，形成教學(xué)與科研互利的良性循環(huán)。面向卓越工程師培養(yǎng)的數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)，可以借助橫向或縱向科研項(xiàng)目形成綜合教學(xué)體系。比如：搭建在線可編程門陣列（FPGA）創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，形成數(shù)字電路、電路線路課程設(shè)計(jì)、可編程邏輯器件以及集成芯片系統(tǒng)設(shè)計(jì)，形成面向數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)的課程體系[3]。同時(shí)，應(yīng)用高校與知名企業(yè)建立的校企合作平臺(tái)，把企業(yè)界的研究信息和研發(fā)需求引入到教學(xué)平臺(tái)，開拓了學(xué)生的研究思路和視野，提升了學(xué)生設(shè)計(jì)復(fù)雜數(shù)字系統(tǒng)的能力；目前，我校正在與國際知名的半導(dǎo)體公司Xilinx、Altera和Cypress陸續(xù)建立卓越人才大學(xué)培養(yǎng)計(jì)劃，利用大學(xué)設(shè)置小學(xué)期，在FPGA和PSoC開發(fā)平臺(tái)上進(jìn)行了面向?qū)嶋H應(yīng)用的數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)，在實(shí)踐平臺(tái)上不僅有學(xué)校的任課教師，還有知名企業(yè)派來的一線工程師指導(dǎo)同學(xué)們的實(shí)踐，相比改革前，取得很好的實(shí)踐效果，同學(xué)們的數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)水平得到了提高，同時(shí)在編程、接口、通信協(xié)議等方面也有了深刻的認(rèn)識(shí)。

對(duì)于優(yōu)秀的學(xué)生，借助全國各種形式的大學(xué)生電子（信息）設(shè)計(jì)競(jìng)賽這個(gè)創(chuàng)新平臺(tái)，組織他們積極參與，激發(fā)他們的學(xué)習(xí)研究興趣和創(chuàng)新意識(shí)，綜合所應(yīng)用的數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)知識(shí)，發(fā)揮競(jìng)賽團(tuán)隊(duì)的協(xié)作精神。每年，我們都有部分優(yōu)秀學(xué)生通過努力，創(chuàng)新設(shè)計(jì)的作品獲得專業(yè)認(rèn)可，并取得了良好的參賽成績，也使得數(shù)字設(shè)計(jì)課程體系的建設(shè)上了一個(gè)新的臺(tái)階。

3基于創(chuàng)新平臺(tái)的課程體系優(yōu)化與實(shí)踐

卓越工程師培養(yǎng)要求的數(shù)字電路系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程體系協(xié)調(diào)好相關(guān)電氣、電子類專業(yè)上下游相關(guān)理論課程、實(shí)驗(yàn)綜合性設(shè)計(jì)同時(shí)得到協(xié)調(diào)發(fā)展。如何實(shí)踐論文所提到的創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，應(yīng)該引進(jìn)現(xiàn)代數(shù)字設(shè)計(jì)理念，重點(diǎn)把EDA軟件、設(shè)計(jì)工具、開發(fā)平臺(tái)與傳統(tǒng)的數(shù)字電路基礎(chǔ)理論教學(xué)相銜接。我們?cè)谶@幾年對(duì)數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程體系、創(chuàng)新實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容等方面的進(jìn)行了改革與探索，取得了一定的成效。經(jīng)過這幾年的實(shí)踐，我們逐步構(gòu)建了面向應(yīng)用的數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程優(yōu)化體系[5]，如圖2所示。

4不斷探索數(shù)字電路理論教學(xué)內(nèi)容的改革與實(shí)踐

4.1以數(shù)字電路設(shè)計(jì)為目的強(qiáng)化基本邏輯電路理論教學(xué)。

在進(jìn)行復(fù)雜數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)之前應(yīng)該熟練掌握這些常用基本組合和時(shí)序邏輯電路，包括電路的功能、電路的描述以及電路的應(yīng)用場(chǎng)合等。

樹立電路設(shè)計(jì)思想首先需要熟練掌握一些基本的邏輯功能電路。其次，樹立電路設(shè)計(jì)思想需要理論講解與實(shí)踐相結(jié)合，逐步熟悉硬件描述語言的描述方式。數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)強(qiáng)調(diào)采用硬件描述語言來對(duì)電路與系統(tǒng)進(jìn)行描述、建模、仿真等[2][3]。

4.2掌握面向應(yīng)用的數(shù)字系統(tǒng)工程設(shè)計(jì)方法。

學(xué)生在掌握數(shù)字電路基本概念和一般電路的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步掌握數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)的方法、途徑和手段。其主要內(nèi)容包括：數(shù)字系統(tǒng)與EDA的相關(guān)概念、可編程邏輯器件、硬件描述語言、電路元件的描述、數(shù)字系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法、開發(fā)環(huán)境與實(shí)驗(yàn)開發(fā)平臺(tái)以及應(yīng)用實(shí)例的介紹等。這些課程內(nèi)容涉及面較廣，為了提高教與學(xué)的效果，探索總結(jié)了以下的教學(xué)重點(diǎn)內(nèi)容，并作為教學(xué)實(shí)踐中的教學(xué)切入點(diǎn)[1]。

隨著電子技術(shù)不斷發(fā)展與進(jìn)步，現(xiàn)代數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)在方法、對(duì)象、規(guī)模等方面已經(jīng)完全不同于傳統(tǒng)的基于固定功能的集成電路設(shè)計(jì)[1][2]。現(xiàn)代數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用硬件描述語言（HDL）描述電路，用可編程邏輯器件（PLD）來實(shí)現(xiàn)高達(dá)千萬門的目標(biāo)系統(tǒng)。這一過程需要也應(yīng)該有先進(jìn)的設(shè)計(jì)方法。根據(jù)硬件描述語言的特性和可編程邏輯器件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)以及應(yīng)用的需要，在教學(xué)過程中闡述了先進(jìn)設(shè)計(jì)方法。例如：采用基于狀態(tài)機(jī)的設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)復(fù)雜的控制器（時(shí)序電路），應(yīng)用或設(shè)計(jì)鎖相環(huán)或延時(shí)鎖相環(huán)來處理時(shí)鐘信號(hào)，應(yīng)用自行設(shè)計(jì)（IPcore）軟核來提高數(shù)據(jù)吞吐量[1][2][3]。

4.3深化數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革。

實(shí)驗(yàn)實(shí)踐教學(xué)過程中，注重基礎(chǔ)訓(xùn)練與實(shí)踐創(chuàng)新相結(jié)合的實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革思路，加強(qiáng)學(xué)生工程思維訓(xùn)練、新平臺(tái)工具的使用、遇到邏輯問題的綜合分析能力，理論與實(shí)踐相結(jié)合的分析能力。在實(shí)踐過程中的提高創(chuàng)新性和綜合性能力，面向應(yīng)用的數(shù)字電路創(chuàng)新平臺(tái)建設(shè)，需要不斷提高課程試驗(yàn)、實(shí)驗(yàn)和實(shí)踐過程在教學(xué)中的比例，在符合認(rèn)知規(guī)律的同時(shí)，逐步加強(qiáng)來源與實(shí)際需要的綜合性數(shù)字設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)。

5結(jié)語

數(shù)字電路是電氣、電子信息類專業(yè)的一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課程，論文針對(duì)當(dāng)今卓越工程師培養(yǎng)的要求，以及在教學(xué)過程中遇到的主要問題，探討了面向應(yīng)用的數(shù)字電路課程創(chuàng)新實(shí)踐平臺(tái)。提出了多層次的數(shù)字電路創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)平臺(tái)結(jié)構(gòu)和面向應(yīng)用的數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程優(yōu)化體系。目的在于，通過課程及相關(guān)課程體系改革與創(chuàng)新，使得學(xué)生更快、更好的適應(yīng)現(xiàn)代數(shù)字技術(shù)發(fā)展的需求。

參考文獻(xiàn)

[1]孔德明.《數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)》課程教學(xué)重點(diǎn)的探討，科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)，2012.1，173-174.

[2]任愛鋒，孫萬蓉，石光明.EDA實(shí)驗(yàn)與數(shù)字電路相結(jié)合的教學(xué)模式的實(shí)踐，實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理，2009.4，200-202.

[3]葉波，趙謙，林麗萍.FPGA課程教學(xué)改革探索，中國電力教育，2010，24，130-131.

篇7

點(diǎn)擊原文下載

上海交通大學(xué)學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書本學(xué)位論文作者完全了解學(xué)校有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，同意學(xué)校保留并向國家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。本人授權(quán)上海交通大學(xué)可以將本學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位論文。學(xué)位論文作者簽名：周燁斐指導(dǎo)教師簽名：楊煜普日期：2007年1月25日日期：2007年1月25日

變頻調(diào)速協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)摘要新型粗紗機(jī)在機(jī)械結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)傳動(dòng)以及電氣控制方面都有較大的改變，它除去了傳統(tǒng)粗紗機(jī)中的上、下錐輪，差速器，龍筋升降傳動(dòng)部件和成型機(jī)構(gòu)，機(jī)械結(jié)構(gòu)變得大為簡(jiǎn)化。新型粗紗機(jī)采用PLC控制四臺(tái)變頻器，分別獨(dú)立驅(qū)動(dòng)錠翼、羅拉、筒管和龍筋的電機(jī)來實(shí)現(xiàn)高效高質(zhì)紡紗。機(jī)械結(jié)構(gòu)的簡(jiǎn)化雖然可以在很多方面提高粗紗機(jī)的性能和穩(wěn)定性，但是羅拉、錠翼、筒管、龍筋四個(gè)電機(jī)的同步控制成了整個(gè)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的難點(diǎn)，從而粗紗的張力控制也成了最需要解決的問題。如何設(shè)計(jì)一個(gè)全新的控制系統(tǒng)來代替原先機(jī)械傳動(dòng)部分，實(shí)現(xiàn)和超越其功能是新型四電機(jī)粗紗機(jī)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵和核心部分。張力控制的好壞決定著新型粗紗機(jī)能夠開發(fā)成功。針對(duì)以上的關(guān)鍵和難點(diǎn)，本文從硬件和軟件系統(tǒng)兩方面來闡述解決方案，并且著重對(duì)張力控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)進(jìn)行詳細(xì)的分析。在硬件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方面，本文首先對(duì)整個(gè)控制系統(tǒng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)做了個(gè)簡(jiǎn)要說明；在電氣系統(tǒng)方案方面，我們選擇了由工控機(jī)、PLC、矢量

變頻基礎(chǔ)傳動(dòng)、光電傳感器組成的系統(tǒng)，其中，工控機(jī)為綜合監(jiān)控系統(tǒng)，人機(jī)界面采用WINCC來設(shè)置紡織工藝參數(shù)，監(jiān)控整車的運(yùn)行和故障狀態(tài)，它通過MPI網(wǎng)絡(luò)協(xié)議和PLC進(jìn)行通訊；PLC是實(shí)時(shí)控制的核心，獲取粗紗位置光電傳感器的檢測(cè)值，并通過PROFIBUS-DP總線和四臺(tái)矢量變頻器進(jìn)行通信，讀取矢量變頻器中各電機(jī)的速度，計(jì)算出各個(gè)電機(jī)的理論速度，然后向矢量變頻器發(fā)送指令，設(shè)置各變頻電機(jī)的速度，從而控制電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)。由于變頻器對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的重要性，本文又對(duì)變頻器的選擇以及其與PLC的通訊作了一個(gè)詳細(xì)的描述。在硬件結(jié)構(gòu)搭建完畢的基礎(chǔ)上，本文在對(duì)控制對(duì)象分析后提出了張力控制方案。張力控制方案主要包括兩方面：一、張力軟測(cè)量模型。該模型的主要作用就是取代原先機(jī)械錐輪，根據(jù)實(shí)時(shí)的徑向線密度調(diào)整卷繞直徑，從而調(diào)整四電機(jī)的速度，改善其同步性。并且該模型具有自學(xué)的功能，使得該模型能夠適應(yīng)多種不同的機(jī)型，從而超越了機(jī)械錐輪的功能，有著更加廣泛的應(yīng)用。二、張力控制算法。該算法建立在軟測(cè)量模型的基礎(chǔ)上，通過優(yōu)化過的閉環(huán)控制算法，不斷地調(diào)整徑向線密度，并且使其趨于穩(wěn)定。這兩方面相輔相成，從而使張力控制達(dá)到最優(yōu)化。最后本文對(duì)整個(gè)軟件系統(tǒng)作了分析，對(duì)軟件的主要模塊分開剖析，概述了模塊與模塊之間的關(guān)系，并且對(duì)最為復(fù)雜的幾個(gè)模塊進(jìn)行仔細(xì)闡述，使得本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路躍然紙上。通過合理的硬件系統(tǒng)，周詳?shù)能浖到y(tǒng)和創(chuàng)新的張力控制方案，新

型四電機(jī)粗紗機(jī)在測(cè)試階段運(yùn)行良好，為其研發(fā)成功奠定了基礎(chǔ)。關(guān)鍵詞：同步控制，張力控制，變頻器，軟測(cè)量模型

Design of Coordinated Control SystemBased On Frequency ConversionAbstractThe new type of roving machine has undergone a great change in mechanical structure，systematictransmission and electrical control.It eliminated the up and down cone drums，differential device，railsdrive assembly and forming device，which simplified the mechanical architecture a lot.Inthis design，PLC controlled four frequency converters to separately drive four motors tomake flyer，roller，bobbin and rails run in a synchronized way.Thus，the roving machinecould product roving of high quality efficiently.Although simplification of mechanical architecture could enhance the performanceand the stability of the roving machine in many fields，it became difficult to execute asynchronized control over the four motors of roller，flyer，bobbin and rails in the wholedesign，which also made the tension control of rove become the key problem to be solved.The core of the design of the new type of machine is how to invent a brand-new controlsystem to substitute the traditional mechanical parts and to realize or even surpass theoriginal functions.Whether this new type of machine can be developed or not just dependson the performance of the tension control.According to the key problems and the most difficulties，this thesis expatiates on the solutionsfrom two aspects，hardware and software.Moreover，it emphasizes on the control system of the tensioncontrol in details.In the design of hardware，the thesis gives an overall view on its mechanical design.Then，in the

篇8

中圖分類號(hào):TP391文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1009-3044(2010)19-5381-02

繼電保護(hù)裝置是一種利用電磁感應(yīng)原理而發(fā)展起來的電力系統(tǒng)保護(hù)裝置,隨著電子技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的飛速發(fā)展,目前已經(jīng)發(fā)展到微機(jī)型階段,并且利用軟件技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)由軟件技術(shù)驅(qū)動(dòng)硬件而實(shí)現(xiàn)微機(jī)繼電保護(hù),這就是目前研究很熱的技術(shù)――基于虛擬儀器技術(shù)的繼電保護(hù)系統(tǒng)。利用虛擬儀器技術(shù)實(shí)現(xiàn)的微機(jī)繼電保護(hù)裝置,具有傳統(tǒng)微機(jī)繼電保護(hù)裝置所不具備的優(yōu)勢(shì),例如控制更加安全可靠等。

本論文主要將虛擬技術(shù)應(yīng)用于微機(jī)保護(hù)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng),擬對(duì)基于虛擬儀器技術(shù)的微機(jī)保護(hù)系統(tǒng)進(jìn)行開發(fā),并從中找到可靠有效的微機(jī)保護(hù)實(shí)驗(yàn)方法與建議,并和廣大同行分享。

1 微機(jī)繼電保護(hù)概述

1.1 微機(jī)繼電保護(hù)的基本構(gòu)成

微機(jī)繼電保護(hù)裝置,其基本結(jié)構(gòu)構(gòu)成與普通的電力保護(hù)裝置一樣,也是有硬件和軟件兩大部分構(gòu)成。硬件部分主要由數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)及邏輯判斷控制模塊等幾個(gè)部分構(gòu)成,主要由數(shù)據(jù)采集模塊負(fù)責(zé)對(duì)電力系統(tǒng)的相關(guān)電參數(shù)實(shí)現(xiàn)檢測(cè)與采集,并將數(shù)據(jù)傳送至數(shù)據(jù)處理系統(tǒng),數(shù)據(jù)經(jīng)過運(yùn)算之后,由邏輯判斷控制模塊調(diào)用軟件控制程序,并發(fā)出相應(yīng)的控制信號(hào),驅(qū)動(dòng)保護(hù)裝置執(zhí)行保護(hù)動(dòng)作,從而實(shí)現(xiàn)電力繼電保護(hù)的功能。

隨著集成電子電路技術(shù)的發(fā)展,目前發(fā)展的微機(jī)型繼電保護(hù)裝置,其硬件系統(tǒng)主要由CPU(微處理器)主機(jī)系統(tǒng)、模擬量數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和開關(guān)量輸入/輸出系統(tǒng)三大部分組成,盡管結(jié)構(gòu)構(gòu)成已經(jīng)發(fā)生一定變化,但其實(shí)實(shí)現(xiàn)繼電保護(hù)的基本原理仍是一樣的,由模擬量數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)負(fù)責(zé)相關(guān)保護(hù)參數(shù)的采集,微機(jī)繼電保護(hù)裝置是以微處理器為核心,根據(jù)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)所采集到的電力系統(tǒng)的實(shí)時(shí)狀態(tài)數(shù)據(jù),按照給定算法來檢測(cè)電力系統(tǒng)是否發(fā)生故障以及故障性質(zhì)、范圍等,并由此做出是否需要跳閘或報(bào)警等判斷。

1.2 微機(jī)繼電保護(hù)裝置的特點(diǎn)

微機(jī)保護(hù)與常規(guī)保護(hù)相比具有以下優(yōu)點(diǎn):

1) 微機(jī)繼電保護(hù)裝置主要由微處理器為核心而構(gòu)成的硬件系統(tǒng),因此借助于現(xiàn)代功能強(qiáng)大的微處理器,微機(jī)型繼電保護(hù)裝置可以實(shí)現(xiàn)一定程度的智能化。

2) 相比于傳統(tǒng)的機(jī)械式硬件實(shí)現(xiàn)的硬件保護(hù)裝置,微機(jī)型繼電保護(hù)裝置能夠依靠數(shù)據(jù)采集模塊實(shí)現(xiàn)對(duì)相關(guān)參數(shù)的檢測(cè)與采集,整個(gè)過程實(shí)現(xiàn)數(shù)字化流程,這就為繼電保護(hù)裝置的控制功能的穩(wěn)定性、可靠性提供了技術(shù)條件;另一方面,依靠微處理器內(nèi)部的軟件程序,微機(jī)繼電保護(hù)裝置能夠進(jìn)行周期性自檢,一旦發(fā)現(xiàn)自身硬件或者軟件發(fā)生故障,能夠立即實(shí)施報(bào)警,從而保障了繼電保護(hù)裝置功能的可靠性。

3) 傳統(tǒng)的機(jī)械式硬件實(shí)現(xiàn)的硬件保護(hù)裝置,其保護(hù)功能較為單一,僅僅是實(shí)現(xiàn)基本的保護(hù)功能,動(dòng)作依靠一次性機(jī)械元件完成,一旦該部件發(fā)生故障,則整個(gè)繼電保護(hù)裝置無法工作;而微機(jī)型繼電保護(hù)裝置除了能夠利用弱電驅(qū)動(dòng)控制實(shí)現(xiàn)繼電保護(hù)的功能外,還能夠依靠數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)對(duì)整個(gè)電力系統(tǒng)的相關(guān)電力參數(shù)都實(shí)施監(jiān)測(cè)與采集,通過程序的分析,實(shí)現(xiàn)對(duì)電力系統(tǒng)整體性能的檢測(cè),保護(hù)功能大大豐富。

4) 傳統(tǒng)的機(jī)械式硬件實(shí)現(xiàn)的硬件保護(hù)裝置,其功能調(diào)試復(fù)雜,工作量大,而且極容易造成內(nèi)部晶體管集成電路的失效,而現(xiàn)代微機(jī)繼電保護(hù)裝置,依靠內(nèi)部的核心微處理器,能夠開發(fā)專用的人機(jī)交互系統(tǒng),利用人機(jī)交互系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)繼電保護(hù)裝置的調(diào)試,簡(jiǎn)單易行,還可以自動(dòng)對(duì)保護(hù)的功能進(jìn)行快速檢查。

5) 利用微機(jī)的智能特點(diǎn),可以采用一些新原理,解決一些常規(guī)保護(hù)難以解決的問題。例如,采用模糊識(shí)別原理或波形對(duì)稱原理識(shí)別判斷勵(lì)磁涌流,利用模糊識(shí)別原理判斷振蕩過程中的短路故障,采用自適應(yīng)原理改善保護(hù)的性能等。

2 基于虛擬儀器的微機(jī)保護(hù)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)開發(fā)設(shè)計(jì)

2.1 總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

本論文探討的是基于虛擬儀器技術(shù)的微機(jī)繼電保護(hù)系統(tǒng),因此首先面臨選擇合適的虛擬儀器開發(fā)平臺(tái)的問題,這里選擇基于G語言的LabView開發(fā)平臺(tái)是目前國際最先進(jìn)的虛擬儀器控制軟件,集中了對(duì)數(shù)據(jù)的采集、分析、處理、表達(dá),各種總線接口、VXI儀器、GPIB及串口儀器驅(qū)動(dòng)程序的編制?；谔摂M儀器的微機(jī)繼電保護(hù)裝置系統(tǒng),是利用虛擬儀器開發(fā)平臺(tái),構(gòu)建虛擬的微機(jī)繼電保護(hù)裝置,實(shí)現(xiàn)完整的微機(jī)繼電保護(hù)裝置的全部功能,并對(duì)設(shè)計(jì)的虛擬繼電保護(hù)裝置進(jìn)行評(píng)估和改進(jìn),從而完成微機(jī)繼電保護(hù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一種設(shè)計(jì)手段。

利用虛擬儀器技術(shù)進(jìn)行微機(jī)繼電保護(hù)系統(tǒng)的開發(fā)設(shè)計(jì),從具體設(shè)計(jì)流程來說,主要從以下幾個(gè)環(huán)節(jié)入手進(jìn)行總體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì):

根據(jù)微機(jī)繼電保護(hù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)目標(biāo)、設(shè)計(jì)功能,列出所需要的相關(guān)硬件,構(gòu)建整體微機(jī)繼電保護(hù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框架;另一方面,盡量采用模塊化的開發(fā)設(shè)計(jì)模式,將微機(jī)繼電保護(hù)系統(tǒng)按照不同的功能環(huán)節(jié),設(shè)計(jì)各功能模塊之間的結(jié)構(gòu)關(guān)系。

如下圖所示,是本論文所探討的利用虛擬儀器平臺(tái)所開發(fā)的微機(jī)繼電保護(hù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理圖。這種方式既便于模塊的單獨(dú)調(diào)試,節(jié)省系統(tǒng)開發(fā)周期,又便于系統(tǒng)功能的改變,使系統(tǒng)具有更強(qiáng)的移植與升級(jí)功能。

如圖1所示,基于虛擬儀器技術(shù)的微機(jī)保護(hù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)主要由一次系統(tǒng)、轉(zhuǎn)換模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、保護(hù)測(cè)量模塊及保護(hù)決策軟件系統(tǒng)等幾部分構(gòu)成,一次系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)面向電網(wǎng)系統(tǒng)模擬設(shè)置合適的傳感器,將相關(guān)擬生成電網(wǎng)的二次側(cè)電壓、電流信號(hào),信號(hào)經(jīng)過轉(zhuǎn)換、調(diào)理電路變換成符合要求的-5V～+5V模擬信號(hào)送數(shù)據(jù)采集模塊,數(shù)據(jù)采集模塊主要由DAQ數(shù)據(jù)采集卡構(gòu)成,能夠自動(dòng)將模擬產(chǎn)生的模擬電壓信號(hào)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換,并進(jìn)行初步的數(shù)據(jù)處理轉(zhuǎn)換再傳送給以虛擬微處理器為核心的保護(hù)決策模塊,最終將生成的繼電保護(hù)控制決策信號(hào)輸出到保護(hù)策略模塊,最終實(shí)現(xiàn)微機(jī)繼電保護(hù)系統(tǒng)的功能。

2.2 數(shù)據(jù)采集模塊的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

本文中微機(jī)實(shí)現(xiàn)的繼電保護(hù)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)輸入信號(hào)來源于繼電保護(hù)測(cè)試儀,根據(jù)保護(hù)系統(tǒng)測(cè)試輸入信號(hào)的特點(diǎn),本論文采用數(shù)據(jù)采集卡來負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的采集與高速傳輸。

2.2.1 數(shù)據(jù)采集卡的選擇

要實(shí)現(xiàn)基于虛擬儀器技術(shù)平臺(tái)的微機(jī)繼電保護(hù)系統(tǒng),一次系統(tǒng)在完成相應(yīng)電力系統(tǒng)電參數(shù)的傳感檢測(cè)之后,數(shù)據(jù)采集模塊要能夠按照微機(jī)繼電保護(hù)系統(tǒng)的功能于設(shè)計(jì)要求實(shí)現(xiàn)相應(yīng)數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換與采集,因此,數(shù)據(jù)采集卡的選擇成為整個(gè)微機(jī)繼電保護(hù)系統(tǒng)保護(hù)功能實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵。目前的數(shù)據(jù)采集卡,主要有12位或16位的DAQ數(shù)據(jù)采集卡,在具體決定選用12位還是16位的DAQ設(shè)備時(shí),主要從采集精度和分辨率這兩個(gè)指標(biāo)考慮,可以由給定的系統(tǒng)精度指標(biāo)衡量出DAQ卡需要的整體精度。

在本論文中,這里選取PCI-1716數(shù)據(jù)采集卡。PCI-1716是研華公司的一款功能強(qiáng)大的高分辨率多功能PCI數(shù)據(jù)采集卡,它帶有一個(gè)250KS/s16位A/D轉(zhuǎn)換器,1K用于A/D的采樣FIFO緩沖器。PCI-1716可以提供16路單端模擬量輸入或8路差分模擬量輸入,也可以組合輸入。它帶有2個(gè)16位D/A輸出通道,16路數(shù)字量輸入/輸出通道和1個(gè)10MHz16位計(jì)數(shù)器通道。PCI-1716系列能夠?yàn)椴煌脩籼峁ｉT的功能。

2.2.2 虛擬數(shù)據(jù)采集程序的實(shí)現(xiàn)

在選擇了數(shù)據(jù)采集卡硬件設(shè)備之后,需要借助于虛擬儀器平臺(tái)為整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)虛擬護(hù)具采集程序。在具體進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí),由系統(tǒng)內(nèi)部虛擬程序產(chǎn)生數(shù)據(jù)采集卡鎖需要的相應(yīng)信號(hào),具體來說就是CT、PT信號(hào),因此,在具體編程時(shí),首先將CT、PT信號(hào)傳輸至相應(yīng)的濾波器,LabVIEW提供了各種典型的濾波器模塊,根據(jù)需要可以設(shè)置成低通、高通、帶通、帶阻等類型的濾波器;其次,將經(jīng)過數(shù)據(jù)濾波處理之后的數(shù)據(jù)進(jìn)行輸出。數(shù)據(jù)采集模塊的程序如圖2所示。

2.3 微機(jī)保護(hù)模塊的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

既然在數(shù)據(jù)采集模塊之后需要進(jìn)行數(shù)據(jù)的濾波,盡管LabVIEW提供了各種典型的濾波器模塊,但是仍然需要借助于虛擬濾波模塊設(shè)計(jì)專用的濾波算法,而且在微機(jī)繼電保護(hù)系統(tǒng)中,對(duì)電力系統(tǒng)的繼電保護(hù)功能的實(shí)現(xiàn),主要是由相應(yīng)的濾波保護(hù)算法實(shí)現(xiàn)的,因此有必要為虛擬微機(jī)電力保護(hù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)濾波保護(hù)算法程序。

本論文采用如下的設(shè)計(jì)方法對(duì)濾波保護(hù)算法進(jìn)行設(shè)計(jì):

1) 利用LabVIEW自帶的濾波器進(jìn)行數(shù)據(jù)的排序?yàn)V波。

2) 按照系統(tǒng)保護(hù)功能所需要的數(shù)據(jù)頻帶,設(shè)置相應(yīng)的低通、高通、帶通、帶阻等燈濾波保護(hù)功能。按照上述方法,基于虛擬儀器平臺(tái)的微機(jī)繼電保護(hù)系統(tǒng),其濾波器輸入得到的數(shù)據(jù)序列,多數(shù)是傳感器采集到的電參數(shù),如電壓和電流,而電壓和電流數(shù)據(jù)是離散的數(shù)字量序列,其中包含了大量的諧波干擾信號(hào),因此有必要進(jìn)行濾波。在本論文中,采用了二級(jí)濾波保護(hù)算法,即分別進(jìn)行前置濾波和后置濾波,實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的二級(jí)濾波保護(hù),從而提高整個(gè)微機(jī)繼電保護(hù)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。前置濾波模塊如圖3所示,后置濾波模塊如圖4所示。其中前置濾波模塊提供了差分濾波器、積分濾波器、級(jí)聯(lián)濾波器、半波和1/4周波傅立葉濾波器、半波和1/4周波沃爾氏濾波器,可以根據(jù)需要自行選擇;后置濾波模塊提供了平均值濾波器、中間值濾波器,也可以自由選擇。

3 結(jié)束語

利用虛擬儀器技術(shù)進(jìn)行微機(jī)繼電保護(hù)裝置系統(tǒng)的設(shè)計(jì)開發(fā),能夠很好的避免了實(shí)物硬件開發(fā)設(shè)計(jì)所帶來的周期較長、調(diào)試較復(fù)雜以及成本較高等劣勢(shì),所有的開發(fā)設(shè)計(jì)任務(wù)全部在虛擬儀器平臺(tái)上完成。本論文將虛擬儀器技術(shù)應(yīng)用到了微機(jī)保護(hù)裝置的設(shè)計(jì),對(duì)于進(jìn)一步提高微機(jī)繼電保護(hù)裝置的可靠性與穩(wěn)定性具有優(yōu)勢(shì),同時(shí)借助于虛擬儀器技術(shù)的開發(fā),能夠更好的實(shí)現(xiàn)電氣繼電保護(hù)功能的完善與提升。

參考文獻(xiàn):

[1] 李佑光,林東.電力系統(tǒng)繼電保護(hù)原理及新技術(shù)[M].北京:科學(xué)出版社,2003.

[2] 王亮,趙文東.微機(jī)繼電保護(hù)的現(xiàn)狀及其發(fā)展趨勢(shì)[J].科技情報(bào)開發(fā)與經(jīng)濟(jì),2006,16(18):150-151.

篇9

 

1、引言

幾十年前，人們所做的復(fù)雜數(shù)字邏輯電路及系統(tǒng)的設(shè)計(jì)規(guī)模比較小也比較簡(jiǎn)單，其中所用到的FPGA或ASIC設(shè)計(jì)工作往往只能采用廠家提供的專用電路圖輸入工具來進(jìn)行。為了滿足設(shè)計(jì)性能指標(biāo)，工程師往往需要花好幾天或更長的時(shí)間進(jìn)行艱苦的手工布線。碩士論文，ITL。工程師還得非常熟悉所選器件的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和外部引線特點(diǎn)，才能達(dá)到設(shè)計(jì)要求。這種低水平的設(shè)計(jì)方法大大延長了設(shè)計(jì)周期。

近年來，F(xiàn)PGA 和ASIC 的設(shè)計(jì)在規(guī)模和復(fù)雜度方面不斷取得進(jìn)展，而對(duì)邏輯電路及系統(tǒng)的設(shè)計(jì)的時(shí)間要求卻越來越短。碩士論文，ITL。這些因素促使設(shè)計(jì)人員采用高水準(zhǔn)的設(shè)計(jì)工具，如：硬件描述語言（Verilog HDL 或VHDL）來進(jìn)行設(shè)計(jì)。

然而，Verilog HDL 硬件描述語言缺乏對(duì)于電路邏輯關(guān)系描述和分析的形式化方法，尤其是缺乏基于時(shí)序的邏輯描述。這對(duì)于化簡(jiǎn)和檢驗(yàn)正確性都帶來了麻煩。而ITL語言描述則提供了另一套基于時(shí)序的形式化解決方法，對(duì)Verilog HDL 硬件描述語言起到了很好的補(bǔ)充作用。

2、ITL簡(jiǎn)介

區(qū)間時(shí)態(tài)邏輯(interval Temporal logic，ITL)是一種用于描述離散區(qū)間或時(shí)段的邏輯系統(tǒng)，它是時(shí)態(tài)邏輯的一個(gè)分支。我們可以把一個(gè)區(qū)間(interval)看作是一個(gè)有限的狀態(tài)序列;這里的狀態(tài)就是從所有變量到其值的映射。區(qū)間的長度定義為該區(qū)間內(nèi)狀態(tài)數(shù)減 1。因此，只含有一個(gè)狀態(tài)的區(qū)間的長度為0。一個(gè)區(qū)間s0… sn 的長度是n。一個(gè)只有單個(gè)狀態(tài)的區(qū)間的長度是0。

ITL 的基本表達(dá)式和公式的語法如下所示

表達(dá)式：

公式：

其中，μ為一個(gè)整數(shù)值;a 為靜態(tài)變量(在區(qū)間內(nèi)不改變);A 為狀態(tài)變量(在區(qū)間內(nèi)

值可變);g 是函數(shù)符號(hào);p 為謂詞。碩士論文，ITL。下面我們以RS 觸發(fā)器為例來說明ITL的使用：

一個(gè)RS 觸發(fā)器是一個(gè)簡(jiǎn)單的儲(chǔ)存和保持一位數(shù)據(jù)的記憶單元。兩個(gè)輸入決定了互補(bǔ)的輸出和。S（Set）為置一，R（Reset）為置零。

圖1 RS 觸發(fā)器結(jié)構(gòu)圖圖2 RS 觸發(fā)器的真值表

按照傳統(tǒng)的方法，根據(jù)真值表列出輸入輸出變量的邏輯方程，得到：

Qn+1=S+￢R*Qn

S*R=0

而用 ITL描述可以直接把邏輯關(guān)系（動(dòng)作、謂詞）寫出來，再化簡(jiǎn)：

把時(shí)間等參數(shù)變量考慮進(jìn)去，我們就可以得到RS觸發(fā)器的結(jié)構(gòu)方程：

3、Tempura

用ITL 能夠方便準(zhǔn)確地描述基于時(shí)序的數(shù)字電路，然而缺乏可執(zhí)行能力，運(yùn)算公式不能直接進(jìn)行計(jì)算機(jī)仿真和驗(yàn)證。Tempura 則是ITL 強(qiáng)有力的可編程可執(zhí)行的工具集，大大增強(qiáng)了ITL 的實(shí)用性。Tempura 是一種可直接執(zhí)行的數(shù)字電路時(shí)序邏輯設(shè)計(jì)方式，是 ITL 的一個(gè)可執(zhí)行子集。發(fā)展到今天，Tempura 已經(jīng)能夠直接在Windows 環(huán)境下運(yùn)行。碩士論文，ITL。只要熟悉ITL 的語句，對(duì)照著Tempura 自帶的指導(dǎo)工具，使語法公式一一對(duì)應(yīng)就可以進(jìn)行編程和仿真，十分方便。碩士論文，ITL。

下面我們還是以RS 觸發(fā)器為例來說明

用VerilogHDL采用門級(jí)描述為：

moduleRS_FF(R,S,Q,QB);

input R,S;

output Q,QB;

nor (Q,R,QB);

nor (QB,S,Q);

endmodule

用VerilogHDL采用行為描述為：

moduleRS_FF(R,S,Q,QB);

input R,S;

output Q,QB;

reg Q;

assign QB=~Q;

always@(R or S)

case({R,S})

2'b01:Q<=1;

2'b10:Q<=0;

2'b11:Q<=1'bx;

endcase

endmodule

而根據(jù)前文所述的用 ITL描述的RS觸發(fā)器改寫成Tempura 語言，代碼如下：

為了檢驗(yàn)設(shè)計(jì)結(jié)果，需要輸入仿真參量，代碼如下：

(S=0) and (R=0)and (Q=0) and (Qbar=0) and

for lis<<1,0>,<0,0>,<0,1>,<1,0>,<0,0>>

do (len(5)and (Sgets l0) and (R gets l1)

)

and

(S,R)latch(Q,Qbar)

仿真結(jié)果如下，和真值表一樣。

圖3 仿真結(jié)果

傳統(tǒng)的數(shù)字電路設(shè)計(jì)方法繁瑣且不嚴(yán)謹(jǐn)，而且往往缺乏時(shí)序邏輯的描述能力。針對(duì)這個(gè)問題，HDL的使用為硬件設(shè)計(jì)師提供了一個(gè)非常好的分析和設(shè)計(jì)數(shù)字硬件的工具，也為溝通軟件和硬件提供了一種方法。然而，這些 HDL 一般是為模擬數(shù)字硬件的功能而設(shè)計(jì)，往往比較適用于較低層級(jí)的設(shè)計(jì)。同時(shí)傳統(tǒng)的HDL 設(shè)計(jì)方法缺乏對(duì)數(shù)字硬件推理和證明的機(jī)制；對(duì)行為描述的能力較弱，缺乏形式設(shè)計(jì)或驗(yàn)證的支持工具。形式化的設(shè)計(jì)方法則提供另一種強(qiáng)有力的數(shù)字電路描述。在軟件工程中，形式方法已經(jīng)取得一些引人注目的成就。但是在硬件設(shè)計(jì)領(lǐng)域，形式方法的應(yīng)用研究和成就仍然在起步階段。在國內(nèi)的面向市場(chǎng)的數(shù)字電路設(shè)計(jì)，情況更是這樣，形式方法的使用很是有限。ITL 等形式方法（特別是配以成熟高效的可執(zhí)行工具，如Tempura）， 將有效提高我們描述和設(shè)計(jì)數(shù)字電路。碩士論文，ITL。正如本文開頭所說，在硬件設(shè)計(jì)速度趕不上軟件速度的今天，形式方法將給我們帶來一種新的突破思路，這在未來的電路設(shè)計(jì)領(lǐng)域?qū)⒂袕V闊的應(yīng)用和發(fā)展空間。

參考文獻(xiàn)

[1]Benjamin C. Mosszkowski. ITL HandbookDecember 6, 2007

[2]Antonio Cau. Interval Temporal Logic Anot so short introduction 2009

[3]舒風(fēng)笛?！睹嫦蚯度胧綄?shí)時(shí)軟件的需求規(guī)約語言及檢測(cè)方法》，武漢大學(xué)，2004

篇10

中圖分類號(hào)：TP3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-9416（2014）02-0172-01

1 引言

隨著移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)以及物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，“大數(shù)據(jù)”漸漸成為發(fā)展的一種趨勢(shì)，如何有效存儲(chǔ)數(shù)據(jù)成為我們面臨的一個(gè)問題，云存儲(chǔ)技術(shù)成為首要選擇。因?yàn)橛脩舨恍枰M(jìn)行硬件的管理和維護(hù)，它本身能夠根據(jù)所需容量大小對(duì)用戶數(shù)據(jù)進(jìn)行定制，從而大大縮減了用戶的成本和人力的投入。另外云存儲(chǔ)技術(shù)具有易擴(kuò)充、價(jià)格低、易管理等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)它也可以通過對(duì)外提供數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)以及業(yè)務(wù)的訪問功能，以降低數(shù)據(jù)管理和運(yùn)維成本。Hadoop分布式文件系統(tǒng)（HDFS）是一個(gè)運(yùn)行在普通的硬件之上的分布式文件系統(tǒng)，具有高傳輸率、高容錯(cuò)性等特點(diǎn)，來滿足當(dāng)前海量數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)管理問題。

本文主要提出了一種在大數(shù)據(jù)場(chǎng)景下基于HDFS的云存儲(chǔ)服務(wù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，滿足對(duì)大數(shù)據(jù)進(jìn)行高效存儲(chǔ)的需求。

2 HDFS數(shù)據(jù)管理機(jī)制分析

Hadoop是一個(gè)分布式系統(tǒng)基礎(chǔ)架構(gòu)，由Apache基金會(huì)開發(fā)。它實(shí)現(xiàn)了一個(gè)分布式文件系統(tǒng)，簡(jiǎn)稱HDFS。

由圖1可知， HDFS是主從式的分布式系統(tǒng)，對(duì)于數(shù)據(jù)的操作集中在名稱節(jié)點(diǎn)（NameNode）以及數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)（DataNode）。NameNode上保存著控制信息的元數(shù)據(jù)，DataNode上保存的是實(shí)際數(shù)據(jù)，因此客戶端可以通過NameNode對(duì)元數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)操作。

3 系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)

3.1 系統(tǒng)分析

目前許多企業(yè)面臨空前的海量數(shù)據(jù)管理難題，存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的成本也居高不下，并且信息存儲(chǔ)的安全性也有待加強(qiáng)。因此，結(jié)合云存儲(chǔ)的特點(diǎn)，要設(shè)計(jì)一個(gè)成功的云存儲(chǔ)服務(wù)系統(tǒng)案例，可以從以下幾個(gè)方面考慮：

（1）大容量。通過對(duì)連接的普通PC機(jī)上的存儲(chǔ)文件類型進(jìn)行設(shè)置，從而合理分配數(shù)據(jù)。

（2）高效性。將客戶端對(duì)文件數(shù)據(jù)的請(qǐng)求盡可能分散，提高其并發(fā)性。

（3）安全性。通過Hadoop集群的副本策略提高安全性，同時(shí)也可以兼顧Hadoop平臺(tái)的容錯(cuò)技術(shù)。

（4）可擴(kuò)展性。當(dāng)請(qǐng)求增加時(shí)，系統(tǒng)可以通過增加PC機(jī)節(jié)點(diǎn)來擴(kuò)展系統(tǒng)存儲(chǔ)容量和計(jì)算性能。

3.2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

本文將設(shè)計(jì)的基于HDFS的云存儲(chǔ)系統(tǒng)命名為“望遠(yuǎn)鏡”云平臺(tái)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)用戶對(duì)存儲(chǔ)在本地的文件數(shù)據(jù)進(jìn)行管理和維護(hù)，并可通過客戶端將指定文件上傳到集群系統(tǒng)中，或?qū)崿F(xiàn)下載功能。

本系統(tǒng)的功能需求分為管理員的功能需求和普通用戶的功能需求。共分為三個(gè)模塊：管理員、普通用戶和平臺(tái)管理。圖2所示為系統(tǒng)功能模塊圖。

4 結(jié)語

本系統(tǒng)的主要任務(wù)是對(duì)來自用戶的大容量數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)，所以系統(tǒng)滿意度最重要的判斷標(biāo)準(zhǔn)是對(duì)于用戶作業(yè)的處理時(shí)間的響應(yīng)，由于本系統(tǒng)在實(shí)現(xiàn)中，因此這部分工作后續(xù)完成，另外可以在用戶的存儲(chǔ)空間管理方面以及信息安全等方面可以進(jìn)行進(jìn)一步的優(yōu)化和改進(jìn)。

參考文獻(xiàn)

[1]http：///.

[2]OtisGosvodnetie，ErikHateher.Lueeneinaetion.London：Manning，2005.

[3]趙文輝，徐俊，周加林，李晨.網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)技術(shù).北京：清華大學(xué)出版社，2005.

[4]黃曉云.基于HDFS的云存儲(chǔ)服務(wù)系統(tǒng)研究：（碩士學(xué)位論文）.大連：大連海事大學(xué)，2010.

[5]李武.面向現(xiàn)代服務(wù)業(yè)的大規(guī)模分布式文件存儲(chǔ)系統(tǒng)設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)：（碩士學(xué)位論文）.杭州：浙江大學(xué)，2008.