發(fā)布時(shí)間：2022-05-03 10:59:43
開篇：寫作不僅是一種記錄，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1篇軟件設(shè)計(jì)畢業(yè)論文，希望這些內(nèi)容能成為您創(chuàng)作過程中的良師益友，陪伴您不斷探索和進(jìn)步。
轉(zhuǎn)眼間，已臨近畢業(yè)。驀然回首，以前那位無知的青蔥少年在大學(xué)里就像一個(gè)初生的牛犢，不怕苦不怕累的去追尋。再照一下鏡子，眼前的我成熟穩(wěn)重了，做事都多了一份思考。因?yàn)樽约呵宄刂酪媾R的機(jī)遇和挑戰(zhàn)。
作為一名軟件專業(yè)的大學(xué)生，從不懂不愛程序，到喜歡并熱愛上編程，這是個(gè)很大的轉(zhuǎn)變。讀文科上來的我曾認(rèn)為自己的腦子會(huì)跟不上那邏輯的轉(zhuǎn)動(dòng)。但勤能補(bǔ)拙這是真理。更何況我并不笨，一個(gè)勤奮好學(xué)的我在大學(xué)的學(xué)習(xí)、生活和工作中都能給自己一個(gè)滿意的評(píng)價(jià)。
大學(xué)四年，自身專業(yè)從基礎(chǔ)課程到重點(diǎn)課程，不僅理論上能完成合格通過，而且在實(shí)踐動(dòng)手上能結(jié)合理論，使自己在一定程度上提高動(dòng)手創(chuàng)造能力和邏輯思維能力。并在專業(yè)團(tuán)隊(duì)協(xié)作工作中，學(xué)到溝通和協(xié)調(diào)能力。深入專業(yè)課程的同時(shí)不忘拓寬自己的知識(shí)面，培養(yǎng)自己其他方面的能力。
身為班級(jí)干部的我，在完成本職工作的同時(shí)能很好地協(xié)助老師和其他班干部完成班級(jí)的大小事務(wù)，為管理好班級(jí)盡自己最大的努力。生活上，作為一位樂觀向上的大學(xué)生，本人生活儉樸，責(zé)任心強(qiáng)，辦事沉穩(wěn)，適應(yīng)性強(qiáng)，具有良好的心理素質(zhì)。興趣廣泛的我，能與同學(xué)融成一片，能積極參加各種有益的社會(huì)活動(dòng)，踴躍參加學(xué)校和班集體活動(dòng)。
在校期間，我在XX公司技術(shù)部門進(jìn)行了近一年的見習(xí)工作磨練，培養(yǎng)了我良好的工作作風(fēng)和團(tuán)隊(duì)意識(shí)，多角度了解和掌握軟件技術(shù)的前沿應(yīng)用，全方位協(xié)助團(tuán)隊(duì)開發(fā)新產(chǎn)品，埋頭苦干的求實(shí)精神以及主要配合的協(xié)作觀念等。相信在今后的工作中，我會(huì)任勞任怨的工作，成為一名稱職的軟件設(shè)計(jì)工程師。
大學(xué)，美好的記憶。一個(gè)新旅程的起點(diǎn)，我相信在以后的人生道路上我能走的比現(xiàn)在更好！
“人生沒有彩排，每天都是現(xiàn)場(chǎng)直播！”如今畢業(yè)在即，我相信，經(jīng)過自己的勤奮和努力，一定能使我在將來的工作中實(shí)現(xiàn)自己的人生價(jià)值。
一、TRIZ理論與項(xiàng)目導(dǎo)向教學(xué)方式在軟件
1.TRIZ理論在軟件設(shè)計(jì)類課程教學(xué)中的作用
TRIZ是俄語теориирешенияизобретательскихзадач的英文音譯縮寫，其中文全稱是發(fā)明問題解決理論。TRIZ理論是由前蘇聯(lián)以阿列赫舒列爾（G?S?Altshuller）為首的研究人員在研究了近250萬件涉及各學(xué)科領(lǐng)域的發(fā)明專利的基礎(chǔ)上總結(jié)出來的。TRIZ理論成功地揭示了發(fā)明創(chuàng)造的內(nèi)在規(guī)律和原理，它是一種創(chuàng)新方法理論體系，運(yùn)用TRIZ理論可大大加快人們創(chuàng)造發(fā)明的進(jìn)程而且能得到高質(zhì)量的創(chuàng)新產(chǎn)品。運(yùn)用TRIZ理論的工具和手段改進(jìn)教學(xué)方法，將TRIZ理論與學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)相結(jié)合，最終用以進(jìn)行軟件設(shè)計(jì)類課程創(chuàng)新性教學(xué)的實(shí)踐。這些都將為學(xué)生未來的專業(yè)發(fā)展提供廣闊空間，以應(yīng)對(duì)激烈的行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)。
2.項(xiàng)目導(dǎo)向教學(xué)方式對(duì)軟件設(shè)計(jì)類課程教學(xué)的作用
項(xiàng)目導(dǎo)向教學(xué)方式是在案例教學(xué)法之上發(fā)展起來的。只不過單純的案例教學(xué)法中案例零散，相互之間沒有聯(lián)系或聯(lián)系不大。而項(xiàng)目導(dǎo)向教學(xué)方式則在整個(gè)課程體系中以統(tǒng)一的項(xiàng)目進(jìn)行引導(dǎo)，對(duì)課程內(nèi)容體系中涉及的所有知識(shí)點(diǎn)作為小項(xiàng)目整合入大項(xiàng)目開發(fā)中。類似的教學(xué)法均屬于建構(gòu)主義理論指導(dǎo)下的教學(xué)方法。因?yàn)榻?gòu)主義的觀點(diǎn)認(rèn)為，學(xué)生是學(xué)習(xí)的主體，知識(shí)獲得的方法主要依靠學(xué)生去發(fā)現(xiàn)，教師為學(xué)生獲得知識(shí)創(chuàng)設(shè)情境，引導(dǎo)和幫助學(xué)生通過意義建構(gòu)獲得知識(shí)，讓學(xué)生在意義建構(gòu)的過程中進(jìn)行創(chuàng)造。在軟件設(shè)計(jì)類課程中項(xiàng)目導(dǎo)向的教學(xué)方式較好地模擬了真正軟件項(xiàng)目開發(fā)的全過程，能夠給學(xué)生以任務(wù)的刺激，將幫助學(xué)生提高學(xué)習(xí)興趣，增強(qiáng)主動(dòng)學(xué)習(xí)意識(shí)，同樣有助于學(xué)生創(chuàng)新意識(shí)的培養(yǎng)。
二、TRIZ理論與項(xiàng)目導(dǎo)向教學(xué)方式在軟件
設(shè)計(jì)類課程中的應(yīng)用對(duì)于學(xué)生軟件設(shè)計(jì)能力的培養(yǎng)，高等學(xué)校計(jì)算機(jī)相關(guān)專業(yè)通常都有較為完整的課程體系。一般包括三個(gè)層次，即軟件工程方面的基礎(chǔ)理論課、培養(yǎng)學(xué)生軟件設(shè)計(jì)思維的基礎(chǔ)語言課、當(dāng)前流行的軟件設(shè)計(jì)開發(fā)工具課程（java、MyEclipse、NET等）。筆者所在院系的教研團(tuán)隊(duì)在計(jì)算機(jī)相關(guān)課程中一直采用項(xiàng)目導(dǎo)向的教學(xué)方式，并且，通過自己所承擔(dān)的課程針對(duì)TRIZ理論在相應(yīng)教學(xué)環(huán)節(jié)中進(jìn)行了一定的實(shí)踐應(yīng)用，取得了一定的成果。TRIZ理論與項(xiàng)目導(dǎo)向教學(xué)方式在教學(xué)中的綜合應(yīng)用對(duì)教師教學(xué)思維的拓展，對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣、自主學(xué)習(xí)能力、創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)都起到了較為積極的作用。其相應(yīng)的應(yīng)用不僅要具體建立在某門課程中，更應(yīng)自始至終貫穿在所有的教學(xué)與學(xué)習(xí)環(huán)節(jié)中。
1．TRIZ理論與項(xiàng)目設(shè)計(jì)思維在教學(xué)中的引入
（1）軟件項(xiàng)目的開發(fā)過程與重點(diǎn)。任何項(xiàng)目的開發(fā)與市場(chǎng)應(yīng)用均離不開“解決問題的意識(shí)”、“針對(duì)問題的思考”、“圍繞問題的設(shè)計(jì)”、“具體環(huán)節(jié)的實(shí)施”、“成形項(xiàng)目的市場(chǎng)運(yùn)作”、“市場(chǎng)反饋與項(xiàng)目支持”以及“對(duì)應(yīng)問題的繼續(xù)關(guān)注”等多個(gè)環(huán)節(jié)的內(nèi)容。目前的項(xiàng)目教學(xué)重點(diǎn)以關(guān)注“具體環(huán)節(jié)的實(shí)施”這一步驟為主，從人才系統(tǒng)培養(yǎng)這一角度上來講顯然是片面的、較低級(jí)的。因?yàn)槿瞬诺呐囵B(yǎng)貴在具有解決問題的意識(shí)和設(shè)計(jì)上的創(chuàng)新思想，然后才是通過軟件設(shè)計(jì)類課程中所設(shè)計(jì)的軟件來解決實(shí)際的問題。因此，教師在課堂中要不斷引導(dǎo)學(xué)生在生活中發(fā)現(xiàn)問題的習(xí)慣。通過TRIZ理論的問題解決策略對(duì)問題進(jìn)行梳理整合，運(yùn)用軟件工程等方面的理論知識(shí)進(jìn)行軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，通過相應(yīng)的語言來實(shí)現(xiàn)。這樣不僅培養(yǎng)和鍛煉了學(xué)生創(chuàng)新的思維，同時(shí)對(duì)學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)起到了推動(dòng)作用。（2）問題的疊加與解決對(duì)學(xué)生創(chuàng)新思維的影響。學(xué)生學(xué)習(xí)興趣與創(chuàng)新意識(shí)的引導(dǎo)源頭在于“問題”。學(xué)貴有疑，小疑則小進(jìn)，大疑則大進(jìn)。TRIZ理論與項(xiàng)目設(shè)計(jì)思維對(duì)于學(xué)生的影響應(yīng)該建立在自入學(xué)開始的學(xué)習(xí)與生活中，針對(duì)地方高校理工類學(xué)生的特點(diǎn)，相應(yīng)思維方式與意識(shí)的引入更應(yīng)貼進(jìn)學(xué)生生活。例如，在入學(xué)第一學(xué)期的“計(jì)算機(jī)文化基礎(chǔ)”課程教學(xué)過程中，通過與學(xué)生日常生活的交流，會(huì)發(fā)現(xiàn)學(xué)生常常抱怨課間時(shí)等待電梯時(shí)間過長(zhǎng)這一情況。那么，教師就可以引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)入對(duì)這一問題的思考，即你知道電梯的工作原理是什么嗎？以及對(duì)這一問題最簡(jiǎn)單的創(chuàng)新解決方法是什么？此時(shí)，就可以給出“操作系統(tǒng)的工作原理”以及“TRIZ方法論中的發(fā)明原理、沖突矩陣、物場(chǎng)分析等工具”。通過這些內(nèi)容具體地引導(dǎo)學(xué)生了解他們的專業(yè)可以解決的問題，深化學(xué)生對(duì)于其專業(yè)知識(shí)的理解和應(yīng)用。
2．軟件設(shè)計(jì)類具體課程中項(xiàng)目的構(gòu)思與設(shè)計(jì)過程
（1）項(xiàng)目設(shè)計(jì)對(duì)學(xué)生能力的促進(jìn)。通過有針對(duì)性的引導(dǎo)與訓(xùn)練，學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題的主動(dòng)意識(shí)與創(chuàng)新的能力將會(huì)有很大程度的提高。此時(shí)，教師就可以在相應(yīng)的軟件設(shè)計(jì)類課程中給出某些不太復(fù)雜但針對(duì)性較強(qiáng)的項(xiàng)目。項(xiàng)目應(yīng)符合復(fù)雜的現(xiàn)實(shí)環(huán)境，與實(shí)際生活緊密相關(guān)，只有這樣才能真實(shí)反映出完整項(xiàng)目所包含的事件本身、其產(chǎn)生的原因、目前所存在的問題、挑戰(zhàn)解決的途徑以及資源限制等。學(xué)生通過項(xiàng)目必將真正了解工程師在實(shí)際設(shè)計(jì)中所面臨的復(fù)雜境地以及艱難的抉擇。這種項(xiàng)目式教學(xué)，既可以增強(qiáng)該課程的整體教學(xué)效果，可以運(yùn)用TRIZ的相關(guān)理論進(jìn)行訓(xùn)練和鞏固。學(xué)生有針對(duì)性的對(duì)項(xiàng)目進(jìn)行分析研究，經(jīng)過對(duì)項(xiàng)目的分析、討論、決策等環(huán)節(jié)，進(jìn)而建立起系統(tǒng)的實(shí)踐方案。在對(duì)項(xiàng)目的構(gòu)思與設(shè)計(jì)過程中，學(xué)生學(xué)習(xí)了相關(guān)信息的搜集、整理，以及運(yùn)用TRIZ方法對(duì)解決方案進(jìn)行評(píng)估和最終決策的知識(shí)。這樣的學(xué)習(xí)有助于訓(xùn)練和提高學(xué)生在復(fù)雜環(huán)境下運(yùn)用TRIZ來解決實(shí)際工程問題的能力。（2）設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)的組建對(duì)學(xué)生創(chuàng)新能力和學(xué)習(xí)效果的影響。現(xiàn)階段的學(xué)生個(gè)性差異較大，類別明顯，主要分為不同的兩種類型：第一種學(xué)生思維活躍，易于接受新事務(wù)，但與計(jì)算機(jī)相關(guān)的理工類基礎(chǔ)知識(shí)薄弱。第二種學(xué)生思維習(xí)慣傳統(tǒng)，但相關(guān)基礎(chǔ)知識(shí)掌握的較為系統(tǒng)。目前在地方高校中，第一種學(xué)生所占比例為多。教師通過實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程很快就能夠掌握學(xué)生的不同特性，在軟件開發(fā)實(shí)踐環(huán)節(jié)就可以將不同類型的學(xué)生進(jìn)行整合。由于TRIZ理論來源于大量的專利，對(duì)各種場(chǎng)、參數(shù)和原則等概念能夠真正理解的人才能更好運(yùn)用TRIZ理論解決實(shí)際問題。因此，每個(gè)設(shè)計(jì)小組都由小部分“第二種”學(xué)生和大部分的“第一種”學(xué)生組成，根據(jù)任務(wù)的大小進(jìn)行人數(shù)的分配。通過這一方式的應(yīng)用，學(xué)生在系統(tǒng)設(shè)計(jì)的實(shí)踐環(huán)節(jié)所完成大作業(yè)的創(chuàng)新性、可轉(zhuǎn)化程度以及設(shè)計(jì)的質(zhì)量較之以前按學(xué)號(hào)分組等情況都有了很大的提高。（3）合理劃分項(xiàng)目工作以刺激學(xué)生參與意識(shí)。地方高校中學(xué)生自主學(xué)習(xí)意識(shí)較弱，對(duì)項(xiàng)目不能積極參與。針對(duì)這種情況，在對(duì)指定項(xiàng)目的實(shí)施過程中需要按設(shè)計(jì)小組中的每個(gè)人為單位對(duì)項(xiàng)目進(jìn)行合理的劃分與整合。例如，在教學(xué)樓里排課系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，小組成員為10人。首先，要選定設(shè)計(jì)小組長(zhǎng)。小組長(zhǎng)不一定在技術(shù)上全面或某項(xiàng)技術(shù)上突出，但應(yīng)該具備良好溝通能力，并對(duì)本小組成員的特點(diǎn)非常了解，這樣才能協(xié)助教師作好分工協(xié)作與管理。然后，通過組長(zhǎng)的協(xié)助，將項(xiàng)目不同設(shè)計(jì)周期的任務(wù)進(jìn)行劃分。為自主學(xué)習(xí)意識(shí)不強(qiáng)的學(xué)生劃分簡(jiǎn)單、技術(shù)性不強(qiáng)但非常重要的工作，如對(duì)教學(xué)樓中的教室面積、桌椅數(shù)量、是否是多媒體教室、所屬院系等內(nèi)容進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，或者將統(tǒng)計(jì)的數(shù)據(jù)錄入數(shù)據(jù)庫、建立數(shù)據(jù)表等基礎(chǔ)且重要的工作。其他成員可根據(jù)其特長(zhǎng)和能力對(duì)項(xiàng)目工作進(jìn)行劃分。通過項(xiàng)目合理的劃分就可以使學(xué)生在學(xué)習(xí)的過程中，充分利用現(xiàn)有專業(yè)知識(shí)選擇有效的方法和技術(shù)，以項(xiàng)目為對(duì)象有興趣、有責(zé)任參與到項(xiàng)目開發(fā)和研究的全過程中。學(xué)生在參與項(xiàng)目的過程中，運(yùn)用TRIZ理論的知識(shí)方法，從系統(tǒng)的角度處理好整體和局部，集體和個(gè)人的關(guān)系。（4）積極選取突出的項(xiàng)目設(shè)計(jì)案例進(jìn)行成果轉(zhuǎn)化。培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題和創(chuàng)新思維意識(shí)以及對(duì)軟件項(xiàng)目設(shè)計(jì)的能力，其主要?jiǎng)恿碓磻?yīng)該是積極促使團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)成果的轉(zhuǎn)化。可以聯(lián)系相關(guān)部門試用產(chǎn)品，對(duì)軟件進(jìn)行市場(chǎng)跟蹤。相應(yīng)的學(xué)生對(duì)軟件工程中軟件的整個(gè)生命周期會(huì)有更深入的了解。
3．注重課程實(shí)踐對(duì)學(xué)生創(chuàng)新思維和開發(fā)能力的培養(yǎng)
（1）整合課程內(nèi)容為加大實(shí)踐課時(shí)占比做鋪墊。對(duì)計(jì)算機(jī)專業(yè)課程，尤其是軟件設(shè)計(jì)類課程的課程內(nèi)容進(jìn)行的大膽整合，將整合后讓出的理論課時(shí)替換為課程實(shí)踐。例如，原有的C語言、C++和Java分三學(xué)期連續(xù)講授。講的多練的少，學(xué)生的思考僅為片段式思考，對(duì)三個(gè)軟件之間的連續(xù)性沒有深刻認(rèn)識(shí)，對(duì)學(xué)生創(chuàng)新意識(shí)、創(chuàng)新思維和創(chuàng)新開發(fā)能力的培養(yǎng)效果并不突出。為此，我們嘗試了課程內(nèi)容的整合，將三學(xué)期的教學(xué)內(nèi)容壓縮為兩個(gè)學(xué)期。在學(xué)生基本掌握了程序設(shè)計(jì)的思維方式與相應(yīng)軟件的設(shè)計(jì)方法后，就給出課程設(shè)計(jì)的任務(wù)。只在實(shí)踐教學(xué)引導(dǎo)中給出軟件的特色、優(yōu)秀以及需要注意的內(nèi)容即可，這樣不僅加強(qiáng)了課程實(shí)踐，為學(xué)生到企業(yè)實(shí)訓(xùn)倒出時(shí)間，更重要的是能夠引發(fā)學(xué)生自主思考，突出了學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。（2）教師在課程設(shè)計(jì)中注重培養(yǎng)自身與學(xué)生的創(chuàng)新思維和能力。青年學(xué)生思維活躍，作為軟件設(shè)計(jì)專業(yè)任課教師一定突破年齡，保持積極活躍的思維才能夠在教學(xué)的各個(gè)環(huán)節(jié)，尤其是課程設(shè)計(jì)的環(huán)節(jié)中有效地發(fā)現(xiàn)和引導(dǎo)學(xué)生的創(chuàng)新思維和能力。在更高一層次上，教師可以結(jié)合教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，通過對(duì)TRIZ相關(guān)內(nèi)容的不斷學(xué)習(xí)實(shí)踐，進(jìn)而合理有效地在實(shí)踐課中穿插使用TRIZ理論中ARIZ算法等教學(xué)工具，引導(dǎo)部分學(xué)生在實(shí)踐過程中對(duì)理論內(nèi)容進(jìn)行總結(jié)與驗(yàn)證，對(duì)教材中的現(xiàn)有內(nèi)容及項(xiàng)目案例進(jìn)行改進(jìn)與創(chuàng)新。
三、結(jié)語
上述我們探討了軟件設(shè)計(jì)類課程中TRIZ理論與項(xiàng)目導(dǎo)向教學(xué)方式的應(yīng)用。總之，在軟件設(shè)計(jì)類課程教學(xué)中就是要不斷拓展教學(xué)思路，把培養(yǎng)學(xué)生的有效創(chuàng)造性作為首要教學(xué)任務(wù)。首先，注重TRIZ理論與課程的結(jié)合。在教學(xué)環(huán)節(jié)中將TRIZ理論與課程的結(jié)合作為貫穿教學(xué)內(nèi)容始終的任務(wù)。加大發(fā)掘和利用TRIZ理論所揭示的發(fā)明創(chuàng)造的內(nèi)在規(guī)律和原理。根據(jù)課程的具體情況運(yùn)用對(duì)應(yīng)的TRIZ理論的工具和手段改進(jìn)教學(xué)方法，將TRIZ理論與學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)相結(jié)合，拓展教學(xué)思路用以培養(yǎng)有創(chuàng)造性思維和創(chuàng)造性能力的學(xué)生。同時(shí)，以項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)教學(xué)方法作為教學(xué)的基礎(chǔ)。將項(xiàng)目導(dǎo)向作為軟件設(shè)計(jì)類課程中最主要的教學(xué)方式。項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)教學(xué)方法是在簡(jiǎn)單的案例教學(xué)法中發(fā)展而來的。毋庸置疑的是，軟件設(shè)計(jì)類課程的教學(xué)過程時(shí)刻伴隨著大小案例。我們已論證了這一教學(xué)方法對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣以及創(chuàng)造性能力培養(yǎng)上的作用。因此，在軟件設(shè)計(jì)類課程中應(yīng)全方位、多層次的使用這一教學(xué)方法并不斷進(jìn)行了改進(jìn)和創(chuàng)新。近年由于校企間的密切合作，使得軟件設(shè)計(jì)類課程的教學(xué)也與企業(yè)進(jìn)行了對(duì)接。即由企業(yè)給出任務(wù)（通常該任務(wù)來源于真實(shí)的客戶合同需求），此等任務(wù)具體驅(qū)動(dòng)整個(gè)教學(xué)與實(shí)踐實(shí)訓(xùn)過程。在項(xiàng)目導(dǎo)向教學(xué)方法的應(yīng)用前提下，不斷更新教學(xué)思路，將培養(yǎng)學(xué)生的有效創(chuàng)造性作為軟件設(shè)計(jì)類課程的首要教學(xué)任務(wù)。軟件設(shè)計(jì)人員一般會(huì)選擇一線城市作為就業(yè)地點(diǎn)。地方高校的計(jì)算機(jī)相關(guān)專業(yè)畢業(yè)生在第一次就業(yè)時(shí)，考慮技術(shù)水平、機(jī)會(huì)以及發(fā)展等原因往往也會(huì)選擇一線城市作為就業(yè)地點(diǎn)。但地方高校所培養(yǎng)的人才應(yīng)該優(yōu)先服務(wù)于地方經(jīng)濟(jì)，這就需要在進(jìn)行軟件人才培養(yǎng)時(shí)加入地方特色產(chǎn)業(yè)的實(shí)踐內(nèi)容，以此為地方戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展做出應(yīng)有的貢獻(xiàn)。
作者：?jiǎn)挝唬簜惴f 陳秀玲 陳井霞 哈爾濱廣廈學(xué)院 黑龍江職業(yè)學(xué)院
1測(cè)試方法的理論基礎(chǔ)
在現(xiàn)代雷達(dá)應(yīng)用中，為了提高雷達(dá)信號(hào)的抗干擾能力，提高雷達(dá)的距離分辨率，有種方式是采用偽隨機(jī)噪聲序列產(chǎn)生的二相編碼雷達(dá)波形，這種雷達(dá)波形帶來的好處是當(dāng)匹配濾波器時(shí)域波形與雷達(dá)波形匹配時(shí)，在匹配濾波器輸出一個(gè)尖銳的峰值，一旦失配，則匹配濾波器輸出峰值快速跌落［8］。導(dǎo)航信號(hào)均采用偽隨機(jī)碼序列調(diào)制，具有良好的自相關(guān)特性和互相關(guān)特性，因此，采用基于匹配濾波器接收機(jī)模型實(shí)現(xiàn)載波相位估計(jì)。在本地產(chǎn)生一系列不同初始相位的載波調(diào)制信號(hào)，與待測(cè)試載波調(diào)制信號(hào)進(jìn)行相關(guān)積分，在輸出波形的最佳采用時(shí)刻提取幅度，只有到本地載波調(diào)制信號(hào)的初始相位與輸入待測(cè)試載波調(diào)制信號(hào)的初始相位一致，兩個(gè)波形完全匹配時(shí)，最佳時(shí)刻的匹配濾波器輸出信號(hào)幅度最高。由于QPSK導(dǎo)航信號(hào)存在正交的兩路載波調(diào)制信號(hào)，在估計(jì)其中一路信號(hào)的載波相位時(shí)，另一路信號(hào)則被視為多址干擾。
2測(cè)試系統(tǒng)的連接
導(dǎo)航信號(hào)IQ正交性測(cè)試系統(tǒng)的設(shè)備連接如圖1所示。測(cè)試設(shè)備主要包括控制和處理計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備以及高速數(shù)字示波器。控制和數(shù)據(jù)處理計(jì)算機(jī)通過網(wǎng)線和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備實(shí)現(xiàn)對(duì)高速示波器的控制。高速數(shù)字示波器的本振設(shè)置為外參考，其外參考輸入為導(dǎo)航信號(hào)發(fā)生器的基準(zhǔn)頻率參考10MHz信號(hào)，保證高速示波器和導(dǎo)航信號(hào)發(fā)生器同源。控制和數(shù)據(jù)處理計(jì)算機(jī)控制示波器通道1進(jìn)行采樣觸發(fā)，通道2對(duì)導(dǎo)航信號(hào)進(jìn)行采樣。
3開發(fā)平臺(tái)及軟件功能
3．1軟件的開發(fā)環(huán)境和體系結(jié)構(gòu)
導(dǎo)航信號(hào)IQ正交性測(cè)試軟件的開發(fā)和運(yùn)行完全基于Windows操作系統(tǒng)運(yùn)行，虛擬內(nèi)存至少需要512MB，需要安裝Matlab2009或以上版本，軟件基于Matlab2009版本的GUIDE用戶界面設(shè)計(jì)。
3．2軟件的主要功能
3．2．1測(cè)試設(shè)備通信功能。用于網(wǎng)絡(luò)設(shè)備TCP/IP接口的參數(shù)設(shè)置，建立高速數(shù)字示波器與控制處理計(jì)算機(jī)之間的網(wǎng)絡(luò)連接。3．2．2儀器設(shè)置功能。通過網(wǎng)絡(luò)，設(shè)置示波器的采樣率、采集數(shù)據(jù)長(zhǎng)度、通道數(shù)目、各通道序號(hào)示波器顯示幅度范圍、觸發(fā)方式和觸發(fā)電平。3．2．3秒脈沖觸發(fā)點(diǎn)搜索功能。對(duì)載入的衛(wèi)星秒信號(hào)采集數(shù)據(jù)處理，獲取秒脈沖變化沿對(duì)應(yīng)的時(shí)刻。3．2．4導(dǎo)航信號(hào)參數(shù)選擇功能。根據(jù)導(dǎo)航信號(hào)體制，設(shè)置導(dǎo)航信號(hào)的中心頻率，偽隨機(jī)碼碼率，本地偽隨機(jī)碼的生成。3．2．5導(dǎo)航信號(hào)頻譜顯示和功率標(biāo)定功能。對(duì)采用的導(dǎo)航信號(hào)進(jìn)行頻譜分析，顯示導(dǎo)航信號(hào)的頻譜，并進(jìn)行導(dǎo)航信號(hào)的功率計(jì)算，得到示波器通道輸入導(dǎo)航信號(hào)的功率電平。3．2．6載波相位粗估計(jì)功能。從0～2π的范圍內(nèi)用大的步進(jìn)量，生成一系列的本地偽隨機(jī)噪聲序列調(diào)制的波形，與輸入波形匹配濾波，確定最佳匹配的本地波形對(duì)應(yīng)的載波初始相位。3．2．7偽隨機(jī)碼相位同步功能。根據(jù)載波相位粗估計(jì)結(jié)果及本地偽隨機(jī)碼，實(shí)現(xiàn)輸入導(dǎo)航信號(hào)的相關(guān)捕獲，從而確定導(dǎo)航信號(hào)的偽隨機(jī)碼相位，實(shí)現(xiàn)偽隨機(jī)碼相位同步。3．2．8載波相位精細(xì)估計(jì)功能。完成偽隨機(jī)碼同步后，以載波相位粗估計(jì)值為中心，在粗估計(jì)步進(jìn)量為上下限的范圍內(nèi)，以小的步進(jìn)量，生成一系列的本地偽隨機(jī)噪聲序列調(diào)制的波形，與輸入波形匹配濾波，確定最佳匹配的本地波形對(duì)應(yīng)的載波初始相位。3．2．9IQ正交性計(jì)算功能分別完成I支路和Q支路的載波相位精細(xì)估計(jì)后，得到I和Q支路的載波相位，計(jì)算得到IQ正交性結(jié)果。4．2．10測(cè)試結(jié)果顯示保存功能。將測(cè)試過程中生成的頻譜曲線、匹配濾波輸出曲線圖用指定的文件名保存到指定目錄。
3．3輸出參數(shù)
輸出參數(shù)包括:(1)控制計(jì)算機(jī)與高速數(shù)字示波器的通信連接狀態(tài)的界面顯示;(2)信號(hào)頻譜特性的界面顯示;(3)載波相位粗估計(jì)中各不同載波相位匹配濾波器輸出結(jié)果曲線;(4)導(dǎo)航信號(hào)偽隨機(jī)相位估計(jì)的相關(guān)曲線;(5)載波相位精細(xì)估計(jì)中各不同載波相位匹配濾波器輸出結(jié)果曲線;(6)測(cè)試結(jié)果的圖形文件。
4測(cè)試程序流程
在完成設(shè)備的連接、被測(cè)件和測(cè)試設(shè)備加電，被測(cè)件工作正常并預(yù)熱到規(guī)定時(shí)間后，執(zhí)行測(cè)試軟件。導(dǎo)航信號(hào)IQ正交性測(cè)試軟件的整體設(shè)計(jì)和工作流程如圖2所示。其中圖2(a)是整個(gè)測(cè)試程序的流程圖，在測(cè)試流程中包含兩個(gè)復(fù)雜算法的載波相位估計(jì)模塊和導(dǎo)航信號(hào)偽隨機(jī)碼同步模塊。載波相位估計(jì)模塊的詳細(xì)流程如圖2(b)所示，該模塊適合載波相位粗估計(jì)和精細(xì)估計(jì)，偽隨機(jī)碼的同步可以采用多速率碼同步或部分相關(guān)同步技術(shù)［9，10］，這里采用部分相關(guān)的碼同步方法，具體實(shí)現(xiàn)的詳細(xì)流程如圖2(c)所示。
5仿真結(jié)果
以GPS衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)IIF系列中的L5C信號(hào)作為參考，模擬生成一定長(zhǎng)度的導(dǎo)航信號(hào)，導(dǎo)航信號(hào)的仿真參數(shù)如下:(1)中心頻率:1176．45MHz;(2)調(diào)制方式:QPSK;(3)偽隨機(jī)碼速率:10．23MHz;(4)偽隨機(jī)碼長(zhǎng)度:10230;(5)偽隨機(jī)碼周期:1ms;(6)I支路載波初始相位:3．2°;(7)Q支路載波初始相位:95°;(8)信號(hào)幅度:1mV。高速數(shù)字示波器的設(shè)置參數(shù):(1)采樣率10GHz;(2)存儲(chǔ)深度8M。通過導(dǎo)航信號(hào)IQ正交性測(cè)試軟件對(duì)模擬生成的導(dǎo)航信號(hào)進(jìn)行處理。導(dǎo)航信號(hào)頻譜顯示和功率標(biāo)定模塊完成信號(hào)的頻譜顯示及功率測(cè)試，其結(jié)果顯示如圖3所示。在模擬的QPSK信號(hào)中加載白噪聲，當(dāng)載噪比為典型值45dBHz情況下，對(duì)I和Q支路進(jìn)行載波初始相位估計(jì)，并計(jì)算IQ正交性，其中連續(xù)仿真20次，所得的模擬測(cè)試結(jié)果如表1所示。I支路和Q支路載波初始相位估計(jì)的平均誤差約為0．045°和－0．11°，IQ正交性設(shè)定值為95－3．2=91．8°，仿真測(cè)試結(jié)果平均值為91．735°，平均測(cè)試誤差為0．065°。IQ正交性的測(cè)量不確定度為0．4833°。
6結(jié)束語
導(dǎo)航信號(hào)IQ正交性測(cè)試軟件利用計(jì)算機(jī)通過網(wǎng)絡(luò)設(shè)備控制高速數(shù)字示波器，對(duì)導(dǎo)航信號(hào)源秒脈沖信號(hào)和導(dǎo)航信號(hào)進(jìn)行高速采樣，軟件對(duì)采樣后的數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)字信號(hào)處理，實(shí)現(xiàn)導(dǎo)航信號(hào)IQ支路載波正交性的精密測(cè)試。軟件設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)帶來的好處如下:(1)對(duì)導(dǎo)航信號(hào)進(jìn)行直接微波采樣，避免了傳統(tǒng)導(dǎo)航信號(hào)質(zhì)量評(píng)估中首先下變頻到中頻后采樣的方式所附加的非線性失真，測(cè)試結(jié)果準(zhǔn)確度更高;(2)采用波形匹配的雷達(dá)信號(hào)相關(guān)接收技巧，降低了傳統(tǒng)導(dǎo)航信號(hào)軟件接收機(jī)相關(guān)捕獲跟蹤處理的復(fù)雜度以及對(duì)樣本數(shù)據(jù)長(zhǎng)度的需求;(3)提出算法依靠數(shù)字信號(hào)處理，實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單。在典型的載噪比情況下，IQ正交性測(cè)量的隨機(jī)誤差小于0．5°;(4)采用可視化軟件的主界面設(shè)計(jì)，測(cè)試處理過程直觀，測(cè)試過程和結(jié)果等相關(guān)數(shù)據(jù)保存方便，軟件操作簡(jiǎn)單，界面友好，效率高。
作者：崔小準(zhǔn) 鄭育紅 付林春 聶欣 李懿 單位：中國空間技術(shù)研究院總體部 中國空間技術(shù)研究院通信衛(wèi)星事業(yè)部
1單一主節(jié)點(diǎn)下位機(jī)CAN總線通信應(yīng)用軟件設(shè)計(jì)
1．1總線中斷處理程序設(shè)計(jì)
硬件的設(shè)計(jì)架構(gòu)［7］如圖3所示．由于控制分系統(tǒng)下位機(jī)外部中斷只有5個(gè)，其中定時(shí)、星敏感器、GPS秒脈沖、應(yīng)急中斷占用了4個(gè)外部中斷，因此兩路CAN中斷信號(hào)經(jīng)過FPGA進(jìn)入CPU的同一級(jí)中斷．星務(wù)中心計(jì)算機(jī)為主節(jié)點(diǎn)，控制分系統(tǒng)計(jì)算機(jī)為下位機(jī)．星務(wù)中心計(jì)算機(jī)發(fā)送輪詢控制序列，被選擇的從節(jié)點(diǎn)收到后，向星務(wù)中心計(jì)算機(jī)發(fā)送信息數(shù)據(jù)包．星務(wù)中心計(jì)算機(jī)接收數(shù)據(jù)校驗(yàn)正確后，本次輪詢應(yīng)答過程結(jié)束［2］．下位機(jī)CAN應(yīng)用軟件設(shè)計(jì)為幀中斷接收、發(fā)送方式．當(dāng)SJA1000接收到來自CAN總線上的一個(gè)有效的報(bào)文后，系統(tǒng)將在INT引腳上產(chǎn)生一個(gè)硬件中斷信號(hào)(低有效，接收中斷)．此時(shí)應(yīng)用軟件進(jìn)入接收中斷接收星務(wù)數(shù)據(jù);應(yīng)用軟件將應(yīng)答第一幀寫入發(fā)送緩存器并置位命令寄存器的發(fā)送請(qǐng)求TR標(biāo)志，使能SJA1000發(fā)送后退出接收中斷，在總線數(shù)據(jù)發(fā)送成功時(shí)CAN控制器會(huì)產(chǎn)生下一個(gè)發(fā)送中斷．CAN中斷寄存器的狀態(tài)［5］如表1所示，其中D1位(發(fā)送中斷)當(dāng)發(fā)送緩存器狀態(tài)從邏輯0到邏輯1(釋放)后，發(fā)送中斷位被設(shè)置為1，D0位(接收中斷)當(dāng)接收緩存器狀態(tài)非空，接收中斷被設(shè)置為1．CAN總線的幀中斷(包括接收和發(fā)送)經(jīng)過FPGA處理進(jìn)入CPU中斷后，應(yīng)用軟件需要在中斷處理函數(shù)中分別查詢CAN1和CAN2中斷寄存器的狀態(tài)，確認(rèn)是發(fā)送中斷還是接收中斷，并調(diào)用相關(guān)處理函數(shù)．控制分系統(tǒng)下位機(jī)中斷處理函數(shù)的流程如圖4所示．
1．2總線數(shù)據(jù)接收程序設(shè)計(jì)
在控制分系統(tǒng)下位機(jī)的中斷處理函數(shù)中，如圖4所示，若查詢中斷寄存器為接收中斷，則調(diào)用接收函數(shù)．下位機(jī)需要接收星務(wù)發(fā)送的單幀/多幀數(shù)據(jù)，并根據(jù)協(xié)議發(fā)送單幀/多幀應(yīng)答數(shù)據(jù)．根據(jù)協(xié)議，星務(wù)單幀發(fā)送，控制分系統(tǒng)下位機(jī)單幀/多幀應(yīng)答．星務(wù)多幀發(fā)送，控制分系統(tǒng)下位機(jī)單幀應(yīng)答．對(duì)于廣播數(shù)據(jù)(單幀或多幀)，則只接收，不應(yīng)答［2］．控制分系統(tǒng)下位機(jī)采用幀中斷接收、幀中斷發(fā)送方式，所以在接收星務(wù)多幀發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，需要多次進(jìn)入CAN總線接收中斷，多幀數(shù)據(jù)接收完成并通過校驗(yàn)后，才能發(fā)送應(yīng)答數(shù)據(jù)．同樣，在控制分系統(tǒng)計(jì)算機(jī)發(fā)送多幀應(yīng)答數(shù)據(jù)時(shí)，也要多次進(jìn)入CAN發(fā)送中斷，多幀數(shù)據(jù)發(fā)送完成后，結(jié)束發(fā)送．從圖5可以看出，控制分系統(tǒng)下位機(jī)單幀應(yīng)答和多幀應(yīng)答的第一幀是在CAN接收中斷中完成的．
1．3總線數(shù)據(jù)發(fā)送程序設(shè)計(jì)
當(dāng)發(fā)送緩存器中的一幀數(shù)據(jù)在總線發(fā)送完成后，SJA1000會(huì)產(chǎn)生發(fā)送中斷，只有需要發(fā)送多幀應(yīng)答數(shù)據(jù)時(shí)，才會(huì)利用發(fā)送中斷發(fā)送后續(xù)數(shù)據(jù)．當(dāng)控制分系統(tǒng)下位機(jī)接收星務(wù)輪詢(單幀)，需要應(yīng)答多幀數(shù)據(jù)時(shí)，在接收中斷中(如圖5所示)寫入需要應(yīng)答的第一幀數(shù)據(jù)到發(fā)送緩存器，啟動(dòng)發(fā)送請(qǐng)求后，退出接收中斷．每一幀數(shù)據(jù)發(fā)送完成后，會(huì)產(chǎn)生發(fā)送中斷．如有后繼幀數(shù)據(jù)需要發(fā)送，在后繼發(fā)送中斷中將后繼幀數(shù)據(jù)寫入發(fā)送緩存器，啟動(dòng)發(fā)送請(qǐng)求后，退出發(fā)送中斷．最后一幀數(shù)據(jù)發(fā)送完成后，直接退出發(fā)送中斷，完成本次輪詢．
2在CAN總線并發(fā)通信情況下應(yīng)用
軟件設(shè)計(jì)在圖3中，主節(jié)點(diǎn)只有一個(gè)星務(wù)計(jì)算機(jī)，但是在某些系統(tǒng)中(如圖3虛線部分所示)GPS接收機(jī)能以主節(jié)點(diǎn)方式廣播整秒時(shí)間數(shù)據(jù)(單幀數(shù)據(jù))，和星務(wù)計(jì)算機(jī)完全異步，并可能同時(shí)出現(xiàn)在CAN1和CAN2總線上［7］．在兩個(gè)主節(jié)點(diǎn)同時(shí)發(fā)起通信的情況下，可能會(huì)產(chǎn)生如圖6故障時(shí)序．圖6中由于①或者④事件的發(fā)生，假設(shè)①比④靠前，通過FPGA運(yùn)算，CAN_INT在⑥產(chǎn)生上升沿，根據(jù)軟件設(shè)計(jì)，CAN_INT設(shè)置為上升沿觸發(fā)中斷，因此CPU在此時(shí)刻登記(PENDING)CAN_INT．假設(shè)CPU在⑦時(shí)刻進(jìn)入CAN的中斷處理函數(shù)，根據(jù)軟件流程，在②時(shí)刻讀CAN1的中斷狀態(tài)寄存器，因?yàn)镃AN1發(fā)生中斷，所以進(jìn)入CAN1中斷處理分支，在⑤時(shí)刻讀CAN2的中斷狀態(tài)寄存器，因?yàn)镃AN2發(fā)生中斷，所以進(jìn)入CAN2中斷處理分支，最后在⑧時(shí)刻退出中斷．但是由于某種條件的存在，⑤事件發(fā)生之前產(chǎn)生了③事件，這樣導(dǎo)致CAN_INT在⑥時(shí)刻產(chǎn)生有效的上升沿后一直為高電平，致使在⑧時(shí)刻退出中斷后無法產(chǎn)生有效上升沿，從而導(dǎo)致無法進(jìn)入CAN中斷．導(dǎo)致上述故障模式發(fā)生的兩個(gè)條件:1)兩個(gè)CAN必須都產(chǎn)生中斷，而且④必須發(fā)生在②之前．如果GPS和OBDH各占用1個(gè)通道，這樣的條件是很容易滿足的．2)③必須發(fā)生在②與⑤之間．在連續(xù)接收多幀數(shù)據(jù)的情況下，如果在⑥和⑦之間發(fā)生了其他高級(jí)中斷，導(dǎo)致⑥和⑦之間的時(shí)間較長(zhǎng)，則多幀數(shù)據(jù)會(huì)存儲(chǔ)在SJA1000的接收FIFO中;如果在②和③過程中釋放接收緩存器，SJA1000就會(huì)立即產(chǎn)生接收中斷;在連續(xù)發(fā)送多幀數(shù)據(jù)的情況下，如果在②和③之間發(fā)生了其他高級(jí)中斷，導(dǎo)致②和③之間的時(shí)間較長(zhǎng)，則1幀數(shù)據(jù)發(fā)送成功后會(huì)立即產(chǎn)生發(fā)送中斷．
2．1總線中斷處理程序重新設(shè)計(jì)
雖然控制分系統(tǒng)下位機(jī)外部中斷可能丟失，但是SJA1000的中斷寄存器的狀態(tài)仍然可以查詢，所以在中斷處理函數(shù)設(shè)計(jì)中，通過重復(fù)查詢表1中斷寄存器的狀態(tài)，避免控制分系統(tǒng)下位機(jī)外部中斷丟失情況．重新設(shè)計(jì)的流程圖如圖7所示．
2．2總線數(shù)據(jù)接收程序重新設(shè)計(jì)
當(dāng)GPS秒脈沖校時(shí)廣播數(shù)據(jù)在多幀接收或多幀發(fā)送之間到來，原應(yīng)用軟件記錄的幀序號(hào)發(fā)生錯(cuò)誤，導(dǎo)致本次接收/發(fā)送通信失敗．因此需要將GPS秒脈沖校時(shí)廣播數(shù)據(jù)單獨(dú)處理，即在圖5接收程序讀取CAN接收緩存器接收完本幀數(shù)據(jù)后，軟件不再將發(fā)送幀序號(hào)清零．在A分支中，若識(shí)別為單幀數(shù)據(jù)且是GPS秒脈沖校時(shí)廣播，只記錄數(shù)據(jù)內(nèi)容，不置發(fā)送幀序號(hào)為零．若識(shí)別為單幀數(shù)據(jù)且需要應(yīng)答單幀或多幀數(shù)據(jù)，增加幀序號(hào)清零．
3結(jié)論
國內(nèi)小衛(wèi)星采用CAN總線作為星上網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸總線．為解決主節(jié)點(diǎn)(星務(wù))CAN總線與控制分系統(tǒng)計(jì)算機(jī)采樣自身下位機(jī)如各種姿態(tài)敏感器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)之間的中斷及通信沖突的矛盾，控制分系統(tǒng)下位機(jī)采用了中斷接收、中斷發(fā)送的方式．針對(duì)接收主節(jié)點(diǎn)(GPS)數(shù)據(jù)引起的CAN并發(fā)通信中斷沖突的問題，應(yīng)用軟件在控制分系統(tǒng)計(jì)算機(jī)外部中斷程序處理中多次查詢CAN中斷寄存器，同時(shí)在CAN接收程序中識(shí)別不同的主節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)，解決了兩個(gè)主節(jié)點(diǎn)情況下CAN總線的通信問題．對(duì)于可能出現(xiàn)的兩個(gè)以上主節(jié)點(diǎn)的情況，同樣可以通過重復(fù)查詢CAN中斷寄存器的狀態(tài)，避免CAN總線中斷丟失．CAN接收程序需要根據(jù)具體的協(xié)議層數(shù)據(jù)協(xié)議重新設(shè)計(jì)．控制分系統(tǒng)下位機(jī)CAN總線通信應(yīng)用軟件設(shè)計(jì)，已經(jīng)形成標(biāo)準(zhǔn)的軟件模塊，在多顆小衛(wèi)星實(shí)際應(yīng)用，滿足總體提出的各項(xiàng)性能和功能指標(biāo)．
作者：謝曉兵 董筠 周新發(fā) 李鶴 單位：北京控制工程研究所
1并發(fā)服務(wù)器的算法
將并發(fā)引入服務(wù)器中的主要原因是需要給多個(gè)客戶提供快速響應(yīng)時(shí)間。如果構(gòu)造要求有相當(dāng)?shù)腎/O時(shí)間的響應(yīng)的情況下，允許服務(wù)器并發(fā)地計(jì)算響應(yīng)意味著，即使機(jī)器只有一個(gè)中央處理器，它可以部分重疊地使用處理器和外設(shè)。當(dāng)處理器忙于計(jì)算響應(yīng)時(shí)，I/O設(shè)備可以將數(shù)據(jù)傳送到存儲(chǔ)器中，而這可能是其他響應(yīng)所需要的。如果各個(gè)請(qǐng)求所要求的處理時(shí)間變化很大，時(shí)間分片允許單個(gè)處理器處理那些只要求少量處理的請(qǐng)求，而不必要等待處理完那些需要很長(zhǎng)處理時(shí)間的請(qǐng)求。如果服務(wù)器運(yùn)行在具有多個(gè)處理器的計(jì)算機(jī)上，服務(wù)器在具有多個(gè)處理器的計(jì)算機(jī)上并發(fā)執(zhí)行，這可以允許一個(gè)處理器為一個(gè)請(qǐng)求計(jì)算響應(yīng)，而同時(shí)另一個(gè)處理器為另一個(gè)請(qǐng)求計(jì)算響應(yīng)。
2并發(fā)的、二種連接服務(wù)器的算法
并發(fā)無連接服務(wù)器的最簡(jiǎn)單的版本遵循著主服務(wù)器線程接受傳入請(qǐng)求（數(shù)據(jù)報(bào)）并為處理每個(gè)傳入請(qǐng)求而創(chuàng)建一個(gè)從線程（可能在一個(gè)新進(jìn)程中）。盡管創(chuàng)建一個(gè)新線程或進(jìn)程的精確開銷依賴于操作系統(tǒng)和下層的體系結(jié)構(gòu)，但這個(gè)操作可能是非常昂貴的。在無連接協(xié)議中，我們應(yīng)該考慮到并發(fā)性的開銷與速率上的獲益誰更大。其實(shí)，由于創(chuàng)建進(jìn)程或線程的昂貴性，在無連接服務(wù)器中很少使用并發(fā)實(shí)現(xiàn)。面向連接的服務(wù)器在多個(gè)連接之間（而不是在各個(gè)請(qǐng)求之間）實(shí)現(xiàn)并發(fā)性。在很多情況下，服務(wù)器與客戶之間的連接將處理不只一個(gè)請(qǐng)求：協(xié)議允許客戶重復(fù)地發(fā)送請(qǐng)求和接收響應(yīng)，而不必終止這個(gè)連接或重新創(chuàng)建連接。并發(fā)服務(wù)器使用著面向連接協(xié)議的特定步驟：主服務(wù)器線程接受傳入連接，并為每個(gè)連接創(chuàng)建一個(gè)從線程或進(jìn)程以便對(duì)其進(jìn)行處理。從線程處理完畢后，它就會(huì)關(guān)閉這個(gè)連接。
3如何獲得表面上的并發(fā)性
由于某些操作系統(tǒng)創(chuàng)建線程或進(jìn)程的開銷非常昂貴，以至于服務(wù)器無法承擔(dān)為每個(gè)請(qǐng)求或每個(gè)連接創(chuàng)建一個(gè)新線程或進(jìn)程的重?fù)?dān)。因此，使用單個(gè)執(zhí)行線程來處理客戶的請(qǐng)求也很有意義。更加重要的是，很多應(yīng)用都要求服務(wù)器在多個(gè)連接中共享信息。盡管可能通過共享存儲(chǔ)器的線程達(dá)到期望的并發(fā)性，但如果出現(xiàn)在服務(wù)器中的全部請(qǐng)求沒有超過服務(wù)器處理它們的能力，那么可能會(huì)獲得表面上的并發(fā)性。為此，服務(wù)器作為單個(gè)執(zhí)行線程來運(yùn)行，使用select系統(tǒng)調(diào)用進(jìn)行異步I/O。單線程服務(wù)器要處理多個(gè)連接所要采取相應(yīng)的步驟：服務(wù)器線程等待下一個(gè)準(zhǔn)備就緒的描述符，這個(gè)新的描述符意味著一個(gè)新的連接到達(dá)，或是某個(gè)客戶在已有的連接中發(fā)送了一個(gè)請(qǐng)求。
4并發(fā)服務(wù)器死鎖的問題
服務(wù)器死鎖是許多服務(wù)器實(shí)現(xiàn)都有的一個(gè)共同缺陷。當(dāng)操作系統(tǒng)不能滿足一個(gè)系統(tǒng)調(diào)用時(shí)，會(huì)因調(diào)用程序的阻塞而產(chǎn)生死鎖。如果客戶不能正常工作是由于不能處理響應(yīng)，那么服務(wù)器也有可能會(huì)以一種更加微妙的方式產(chǎn)生死鎖。如果服務(wù)器使用了與客戶通信時(shí)可能會(huì)阻塞的系統(tǒng)調(diào)用，一個(gè)不能正常工作的客戶可能會(huì)引起單線程服務(wù)器死鎖。在服務(wù)器中，死鎖是一個(gè)嚴(yán)重的問題，因?yàn)樗馕吨粋€(gè)客戶的行為會(huì)使服務(wù)器不能處理其他客戶的請(qǐng)求。
5結(jié)束語
為達(dá)到有效性，服務(wù)器往往通過同時(shí)處理多個(gè)請(qǐng)求來提供并發(fā)服務(wù)。面向連接的服務(wù)器為處理每個(gè)新連接創(chuàng)建一個(gè)線程或進(jìn)程，它通過這種方法，在各個(gè)連接之間提供了并發(fā)性。無連接的服務(wù)器通過為處理每個(gè)請(qǐng)求而創(chuàng)建一個(gè)新線程或進(jìn)程而提供并發(fā)性。但如果是一個(gè)單線程實(shí)現(xiàn)，且又使用了同步系統(tǒng)的調(diào)用，那么它就可能會(huì)被死鎖。
作者：王立靜
1安全軟件的功能分析
根據(jù)Android的特性及安全現(xiàn)狀，可從功能性需求和非功能性需求對(duì)安全軟件進(jìn)行分析。就軟件功能需求來看，主要包括查看網(wǎng)絡(luò)流量信息，其需求時(shí)序?yàn)椋河脩酎c(diǎn)擊進(jìn)入檢測(cè)界面獲取系統(tǒng)應(yīng)用信息調(diào)用數(shù)據(jù)庫查詢流量信息并返回處理數(shù)據(jù)并將其展現(xiàn)在界面上反饋給用戶；檢測(cè)和處理惡意軟件，其需求時(shí)序?yàn)椋狐c(diǎn)擊進(jìn)入檢測(cè)界面將檢測(cè)結(jié)果傳送給處理模塊存入數(shù)據(jù)庫并返回給用戶；控制軟件權(quán)限細(xì)粒度，其需求時(shí)序?yàn)椋涸谟脩暨M(jìn)入管理界面前初始化配置用戶進(jìn)入管理界面后獲取配置信息對(duì)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行處理并顯示給用戶重新配置權(quán)限并將信息存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)庫將更新后的數(shù)據(jù)顯示給用戶界面；短信和來電過濾設(shè)置，其需求時(shí)序?yàn)椋焊鶕?jù)短信或來電數(shù)據(jù)初始化數(shù)據(jù)庫過濾短信和來電號(hào)碼將攔截下來的信息存入日志數(shù)據(jù)庫并將過濾結(jié)果反饋給用戶。就軟件非功能需求來看，主要包括性能需求、數(shù)據(jù)庫需求和外部接口需求等內(nèi)容，在此不作過多列述。
2安全軟件設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)
2.1惡意軟件檢測(cè)模塊設(shè)計(jì)及功能實(shí)現(xiàn)
惡意軟件檢測(cè)和處理功能需要網(wǎng)絡(luò)流量信息監(jiān)測(cè)、異常識(shí)別、響應(yīng)處理以及關(guān)鍵信息存儲(chǔ)等模塊的相互配合來實(shí)現(xiàn)。其一，網(wǎng)絡(luò)流量信息監(jiān)測(cè)模塊的設(shè)計(jì)，為提高流量信息捕獲效率，將該模塊放置于Linux內(nèi)核中，采用LKM開發(fā)模式，開發(fā)流程如下：模塊初始化（鉤子函數(shù)注冊(cè)和初始化）關(guān)閉模塊（鉤子函數(shù)注銷及模塊卸載）編譯內(nèi)核模塊；其二，異常識(shí)別模塊的設(shè)計(jì)，根據(jù)Android移動(dòng)終端的特點(diǎn)以及惡意軟件對(duì)該系統(tǒng)流量信息的影響情況，采用SVM分類算法，通過構(gòu)造特征向量，提取進(jìn)程ID、數(shù)據(jù)包發(fā)送/接收時(shí)間、上/下行流量、源/目的IP地址等特征來反映系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)流量的特征，再通過Netlink方式從監(jiān)測(cè)模塊中獲取待識(shí)別數(shù)據(jù)，改進(jìn)交叉編譯后移植給Android平臺(tái)；其三是響應(yīng)處理模塊設(shè)計(jì)，根據(jù)安全策略對(duì)被檢測(cè)軟件進(jìn)行相應(yīng)處理，主要包括對(duì)訪問通信錄、惡意軟件聯(lián)網(wǎng)、發(fā)送和讀取短信等權(quán)限進(jìn)行控制，將可疑信息上傳云儲(chǔ)存服務(wù)器供監(jiān)測(cè)系統(tǒng)分析使用。
2.2深度短信和來電攔截模塊設(shè)計(jì)及功能實(shí)現(xiàn)
深度短信和來電攔截功能需要短信和來電過濾與關(guān)鍵信息存儲(chǔ)模塊的相互配合來實(shí)現(xiàn)。其一，短信和來電過濾模塊的設(shè)計(jì)，該模塊在Android的Framework層進(jìn)行開發(fā)，通過修改系統(tǒng)源碼來添加短信和來電攔截功能，短信和來電過濾模塊的函數(shù)調(diào)用流程如下：初始化時(shí)序通知函數(shù)調(diào)用時(shí)序監(jiān)聽注冊(cè)函數(shù)時(shí)序過濾處理函數(shù)調(diào)用時(shí)序；其二，關(guān)鍵信息存儲(chǔ)模塊的設(shè)計(jì)，按照設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)庫表來創(chuàng)建數(shù)據(jù)庫，主要包括模型數(shù)據(jù)表、訓(xùn)練數(shù)據(jù)表、關(guān)鍵信息表、權(quán)限管理表、操作日志表、過濾表、信任名單表、模塊設(shè)置表和安全策略表，對(duì)外提供數(shù)據(jù)庫表的操作接口，接口定義在DBsql。
3結(jié)論
Android智能終端的廣泛應(yīng)用，人們對(duì)來自Android平臺(tái)的各類安全問題越來越重視，提出針對(duì)Android終端的安全防護(hù)解決方案，設(shè)計(jì)Android平臺(tái)下基于流量監(jiān)測(cè)的安全軟件，具有一定的指導(dǎo)意義。
作者：肖賀
1通過FPGA實(shí)現(xiàn)軟件設(shè)計(jì)的儀器
測(cè)量領(lǐng)域的另一個(gè)重要突破是基于FPGA的測(cè)量硬件的出現(xiàn)。未來，傳統(tǒng)意義上的“儀器”將不再是功能單一的測(cè)量設(shè)備，而是演變成測(cè)量系統(tǒng)，認(rèn)識(shí)到這一點(diǎn)是非常重要的。此外，工程師們正在尋求的不僅是設(shè)備測(cè)試儀器，而且還包括用于設(shè)計(jì)和原型更大型系統(tǒng)的儀器。FPGA這一重要技術(shù)將下一代儀器的性能推向一個(gè)新的高度。FPGA提供了出色的處理能力，如圖1所示。由于FPGA的出現(xiàn)，現(xiàn)在硬件可實(shí)現(xiàn)基于軟件的測(cè)量功能。目前許多射頻儀器采用功能固定的FPGA來執(zhí)行平整度校正、ADC線性化、IQ校準(zhǔn)和數(shù)字下變頻等任務(wù)。NIPXIe-5644R矢量信號(hào)收發(fā)儀（如圖2所示）等軟件設(shè)計(jì)的儀器以一種全新的方式受益于FPGA技術(shù)，因?yàn)镕PGA可幫助用戶實(shí)現(xiàn)定制化。例如，將儀器控制和決策任務(wù)從PC轉(zhuǎn)交給FPGA可以大大減少復(fù)雜測(cè)量系統(tǒng)的測(cè)量時(shí)間。此外，該功能與先進(jìn)的基于FPGA的信號(hào)處理相結(jié)合，可使儀器應(yīng)用于更廣泛的嵌入式應(yīng)用。
2系統(tǒng)設(shè)計(jì)軟件：軟件設(shè)計(jì)儀器的優(yōu)秀
如果要將計(jì)算和測(cè)量技術(shù)集成到當(dāng)今的模塊化硬件中，正確的系統(tǒng)設(shè)計(jì)軟件工具是不可或缺的。LabVIEW已經(jīng)從儀器控制軟件演變成一個(gè)全面的系統(tǒng)設(shè)計(jì)平臺(tái)，使工程師能夠創(chuàng)建復(fù)雜的高性能測(cè)量系統(tǒng)。工程師可以在處理器和FPGA上使用一套通用的工具和語言開發(fā)應(yīng)用，從而無需掌握不同的語言和工具。LabVIEW提供了更高層次的系統(tǒng)級(jí)抽象，這也使工程師能夠?qū)崿F(xiàn)更底層的優(yōu)化來滿足非常高的性能需求或其他復(fù)雜需求。
3多模式RF設(shè)備特性化
美國高通創(chuàng)銳訊公司在測(cè)試新的802.11ac產(chǎn)品時(shí)，需要在比以往更多的操作條件下測(cè)試其設(shè)備，從而導(dǎo)致測(cè)量復(fù)雜度大幅增加。使用基于FPGA的NI矢量信號(hào)收發(fā)儀和LabVIEW后，他們?cè)O(shè)計(jì)的測(cè)試系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)數(shù)字DUT控制與RF測(cè)量的同步。該測(cè)試系統(tǒng)大大降低了整體測(cè)試時(shí)間，使得工程師能夠在多種工作模式下觀察設(shè)備的行為。從圖3可以看出，傳統(tǒng)的測(cè)試儀器（左）僅可獲得一組迭代測(cè)量數(shù)據(jù)。由于測(cè)量非常耗時(shí)，測(cè)試工程師不得不選擇部分工作點(diǎn)來進(jìn)行特性研究，從而導(dǎo)致實(shí)際上只能大致猜測(cè)設(shè)備的工作特性。但是，通過采用基于FPGA的儀器方法，他們將測(cè)量性能提高了200倍，能夠在單次測(cè)試掃描中采集所有模式下的30萬個(gè)點(diǎn)數(shù)據(jù)。圖3中的右圖顯示了所得到的特性曲線圖，提供了更多有關(guān)該設(shè)備的信息。
4嵌入式應(yīng)用的儀器
軟件設(shè)計(jì)儀器的第二類應(yīng)用是嵌入式通信和信號(hào)處理。過去我們通常認(rèn)為儀器就是測(cè)量設(shè)備，但是模塊化軟件設(shè)計(jì)的儀器卻可讓工程師將射頻儀器應(yīng)用于嵌入式領(lǐng)域中。今天，越來越多的工程師正在使用模塊化PXI儀器進(jìn)行嵌入式應(yīng)用開發(fā)，比如頻譜監(jiān)測(cè)、被動(dòng)雷達(dá)系統(tǒng)（類似于圖4中的系統(tǒng)），甚至是通信系統(tǒng)的原型設(shè)計(jì)和軟件無線電。這些應(yīng)用需要儀器更加小型化、模塊化，并且能夠更好地訪問確定性信號(hào)處理終端。通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)軟件必須能夠抽象日益復(fù)雜的系統(tǒng)，使工程師能夠發(fā)現(xiàn)新的通信算法并在處理器和FPGA上部署算法。
5RF設(shè)計(jì)和測(cè)試的未來展望
軟件設(shè)計(jì)的儀器以前所未有的程度模糊了設(shè)計(jì)和測(cè)試之間的界限。其中一個(gè)更可行的方式是在設(shè)計(jì)和測(cè)試之間共享IP——無論該IP是在處理器還是在嵌入式FPGA上運(yùn)行。借助LabVIEW等系統(tǒng)設(shè)計(jì)軟件，工程師將能夠使用統(tǒng)一的工具來創(chuàng)建新的通信協(xié)議，并將協(xié)議部署到基于FPGA的硬件上進(jìn)行原型開發(fā)。今天，由于開發(fā)算法所使用的數(shù)學(xué)軟件和設(shè)計(jì)工具種類繁多，實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)變得非常具有挑戰(zhàn)性。如果要使工程師完全實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)與測(cè)試之間的無縫過渡，則多個(gè)計(jì)算設(shè)計(jì)模型之間的更高層次綜合和集成是必須的。最后我們注意到在測(cè)試和測(cè)量領(lǐng)域，軟件已經(jīng)不再是最初用于實(shí)現(xiàn)各種獨(dú)立式儀器自動(dòng)化的簡(jiǎn)單工具。相反，軟件已經(jīng)成為儀器本身的優(yōu)秀——使得儀器能夠解決測(cè)量和系統(tǒng)設(shè)計(jì)中更高難度的挑戰(zhàn)。實(shí)際上，自動(dòng)化已經(jīng)成為工程師應(yīng)對(duì)復(fù)雜測(cè)量需求時(shí)一項(xiàng)必不可少的功能。當(dāng)前的軟件設(shè)計(jì)測(cè)量系統(tǒng)僅僅是一個(gè)開端，未來它們將徹底改變RF設(shè)計(jì)和測(cè)量。
作者：Mike Santori
1主程序設(shè)計(jì)
本設(shè)計(jì)主程序主要完成的目的有：將系統(tǒng)初始化，定義單片機(jī)的I/O控制寄存器，芯片配置寄存器，中斷控制寄存器定義等。數(shù)據(jù)采集程序系統(tǒng)將A/D采樣設(shè)計(jì)為外部中斷處理程序，并且設(shè)置為中斷最高級(jí)別就是保證采集記錄為重要地位。AD采集流程如圖2：數(shù)據(jù)處理程序具體的流程圖3：
2通訊程序
本系統(tǒng)的通訊系統(tǒng)包括RS485通訊和USB接口與優(yōu)盤之間的通訊。串口和上位機(jī)之間的通訊，設(shè)置為中斷法通訊即當(dāng)控制中心計(jì)算機(jī)發(fā)出對(duì)微機(jī)記錄儀進(jìn)行通訊命令請(qǐng)求的時(shí)候，CPU在沒有其他高級(jí)中斷在執(zhí)行的情況下，中斷當(dāng)前正在執(zhí)行的程序，來響應(yīng)控制中心計(jì)算機(jī)的通訊要求。和USB之間的通訊設(shè)置為移位寄存器方式即有CPU在掃描到有鍵盤輸入命令后，在沒有任何中斷程序執(zhí)行的情況下，立即進(jìn)行將歷史數(shù)據(jù)存入優(yōu)盤的工作。和上位機(jī)的通訊波特率在本系統(tǒng)中設(shè)置了2400，4800，9600和19200四種通訊特率。用戶根據(jù)自己的實(shí)際情況可以選擇不同的波特率進(jìn)行通訊。由于單片機(jī)的波特率由16位寄存器（BAUD_REG）中的內(nèi)容決定，具體的公式在前面已經(jīng)講過，在實(shí)際運(yùn)用時(shí)BAUD_REG取值的最高位為1，表示選用XTAL1作為頻率源，低15位才是計(jì)算的波特率值。設(shè)置好工作方式和波特率后在單片機(jī)中還必須明確一下幾點(diǎn)：使用串口發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，首先要將IOC1.5設(shè)置為1，表示選擇了TXD/P2.0引腳的TXD功能，在接收的候，應(yīng)將SP_CON寄存器REN設(shè)置為1，即選擇RXD/P2.1。波特率寄存器BAUD_REG在片內(nèi)特殊功能寄存器(SFR)區(qū)域內(nèi)雖然用同一個(gè)字節(jié)地址(0EH)表示，但實(shí)際上它是16位寄存器。因此，在設(shè)計(jì)串口波特率時(shí)，應(yīng)將波特率常數(shù)用字節(jié)傳送指令分兩次寫入片內(nèi)0EH單元中。直接讀SP_SATAT寄存器時(shí)，TI和RI標(biāo)志讀出后都會(huì)被清除，為了避免這一點(diǎn)，可對(duì)其進(jìn)行間接讀出，例如先把寄存器中的內(nèi)容拷貝到某個(gè)通用的寄存器中，然后在判斷此寄存器中TI和RI對(duì)應(yīng)狀態(tài)位的值即可。串口發(fā)送和接收中斷共用一個(gè)中斷向量，因此進(jìn)入中斷服務(wù)程序后要進(jìn)一步的測(cè)試SP_SATAT寄存器的內(nèi)容，確定系統(tǒng)是需要發(fā)送還是接收。進(jìn)行USB接口程序的通訊時(shí)首先要從新對(duì)單片機(jī)進(jìn)行串口設(shè)置，將串口方式設(shè)置為0，即串口既可以送出數(shù)據(jù)又可接收數(shù)據(jù)。ORBIOC1，#20H;選擇P2.0引腳的TXD功能。LDBBAUD_REG，#01H;波特率低字節(jié)。LDBBAUD_REG，#80H;波特率的高字節(jié)，波特率設(shè)置為1.5Mbps。LDBSP_CON，#00H;方式0，關(guān)接收，不檢測(cè)。然后就可以向USB接口模塊實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸．當(dāng)USB接口模塊之間的通訊結(jié)束以后立即將通訊方式設(shè)置1為中斷方式，即保持與控制室接收信號(hào)的狀態(tài)．進(jìn)行上下位機(jī)之間通訊的時(shí)候前單片機(jī)設(shè)置為：ORBICO1，#20H；選擇P2.0的TXD功能。LD30H,#低字節(jié)波特率存放地址。LDBBAUD_REG,［30H］;將30H中對(duì)應(yīng)地址位中的波特率低字節(jié)取出存放在波特率寄存器中。LDBBAUD_REG,#80H;波特率的高字節(jié)。LDBSP_CON,#09H;方式0，關(guān)接收，不檢測(cè)。LDAX,#中斷向量地址。STAX,200C[0]STBSBUF,20H;清串口緩沖器。LDBINT_MASK,#40H；允許串口中斷。當(dāng)有控制信號(hào)發(fā)來的通訊請(qǐng)求時(shí)自動(dòng)實(shí)現(xiàn)了接收中斷，發(fā)送的時(shí)候還是采取查詢的方式。
3結(jié)論
根據(jù)以上理論依據(jù)設(shè)計(jì)出的微機(jī)記錄儀運(yùn)用效果很好，證明了設(shè)計(jì)的合理性。同時(shí)可以通過對(duì)信號(hào)采集、信號(hào)處理、軟／硬件設(shè)計(jì)的加強(qiáng)，提高微機(jī)記錄儀在現(xiàn)場(chǎng)工作的穩(wěn)定性、可靠性和先進(jìn)性。
作者：譚荊 單位：重慶工商大學(xué)計(jì)算機(jī)與信息工程學(xué)院
1初始化設(shè)備
初始化通訊端口與數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是設(shè)備初始化的優(yōu)秀。UHFRFID讀寫器優(yōu)秀模塊采用串口與USB2．0通訊，將通訊端口設(shè)置為自動(dòng)搜索連接。串口通訊波特率為115200波特率，無檢驗(yàn)位，數(shù)據(jù)位為8位，停止位1位。UHFRFID讀寫器優(yōu)秀模塊的串口工作狀態(tài)，是通過串口命令改寫模塊ARM7芯片中寄存器的值來控制的。通過對(duì)串口發(fā)送結(jié)構(gòu)體數(shù)據(jù)完成MAC寄存器的值修改操作。設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)體如下：structpc＿reg＿req｛INT16Uaccess＿flg；INT16Ureg＿addr；INT32Ureg＿data；｝；結(jié)構(gòu)體共8個(gè)字節(jié)，3個(gè)成員變量。其中，ac－cess＿flg是MAC寄存器讀寫標(biāo)志位，0x0000為讀操作，0x0001為寫操作；reg＿addr是MAC寄存器地址，不同的地址代表著不同的讀寫器功能；reg＿data對(duì)應(yīng)MAC寄存器地址的值，不同的值，對(duì)應(yīng)讀寫器相應(yīng)功能中不同的狀態(tài)。完成了UHFRFID讀寫器優(yōu)秀模塊的通訊端口初始化與結(jié)構(gòu)體初始化之后，必須對(duì)模塊進(jìn)行天線配置，才能使模塊進(jìn)入四天線工作模式。
2天線參數(shù)配置
使用UHFRFID讀寫器優(yōu)秀模塊天線，必須對(duì)所有天線的參數(shù)進(jìn)行配置，天線參數(shù)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)如下：在天線參數(shù)結(jié)構(gòu)中，定義了物理天線號(hào)、天線功率和延遲時(shí)間等天線工作必須參數(shù)。在使用天先前必須對(duì)天線的參數(shù)逐個(gè)進(jìn)行賦值，然后才能進(jìn)行天線工作模式配置。
3配置天線工作模式
UHFRFID讀寫器優(yōu)秀模塊采用了Impinj公司R2000芯片配套固件，設(shè)備上電初始化后默認(rèn)雙天線工作，設(shè)置四天線工作模式，必須通過修改OEM寄存器值使能4個(gè)天線端口。地址為0x00000087的OEM寄存器控制天線使能。寄存器值如表1所示。由表1可知，使能四天線，必須將OEM寄存器地址為0x00000087的區(qū)域值設(shè)置為0x00000000。
4四天線輪詢?cè)L問標(biāo)簽
天線輪詢?cè)L問標(biāo)簽軟件流程如圖3所示。使能四天線之后，可在任一時(shí)刻選用任一天線進(jìn)行標(biāo)簽訪問，在某一個(gè)天線對(duì)標(biāo)簽進(jìn)行訪問期間，必須關(guān)閉其他天線的使能。天線在工作期間，會(huì)自動(dòng)搜索匹配使能的天線。如果多個(gè)天線同時(shí)使能，則讀寫器優(yōu)秀模塊始終會(huì)使用最小號(hào)天線進(jìn)行標(biāo)簽訪問。采用四天線輪詢?cè)L問標(biāo)簽，必須根據(jù)訪問標(biāo)簽的數(shù)量設(shè)置天線輪換時(shí)間。如果標(biāo)簽較多，天線輪換頻率過快，則標(biāo)簽讀取率低；如果標(biāo)簽較少，天線輪換頻率低，則會(huì)造成時(shí)間的浪費(fèi)。依據(jù)每個(gè)天線訪問的最大標(biāo)簽數(shù)量，選取天線輪換時(shí)間。
5測(cè)試與應(yīng)用
UHFRFID讀寫器優(yōu)秀模塊射頻前端工作在925MHz，使用頻譜測(cè)試儀對(duì)軟件配置結(jié)果與硬件設(shè)計(jì)進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試結(jié)果如圖4所示，橫軸為輸出頻率，縱軸為射頻前端輸出功率。由圖4可以看出，UHFRFID讀寫器優(yōu)秀模塊工作在925MHz時(shí)，輸出功率為31．6dBm。使用UHFRFID讀寫器優(yōu)秀模塊對(duì)2個(gè)標(biāo)簽進(jìn)行輪詢?cè)L問，實(shí)際訪問率達(dá)到100％。經(jīng)過測(cè)試與現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用，四天線UHFRFID讀寫器模塊優(yōu)秀軟件能有效地控制讀寫器優(yōu)秀模塊對(duì)標(biāo)簽進(jìn)行準(zhǔn)確訪問。
6結(jié)束語
四天線UHFRFID讀寫器模塊優(yōu)秀軟件能夠有效控制四天線UHFRFID讀寫器模塊，有效讀取遠(yuǎn)、近距離標(biāo)簽數(shù)據(jù)，讀寫范圍廣，標(biāo)簽讀取率高。較以往雙天線讀寫器模塊而言，四天線讀寫器軟件更智能，并且能夠控制使用多個(gè)天線進(jìn)行標(biāo)簽訪問，增加了讀寫器覆蓋范圍，標(biāo)簽讀取率也有顯著提高。四天線UHFRFID讀寫器必將成為RFID讀寫器優(yōu)秀模塊設(shè)計(jì)趨勢(shì)，四天線讀寫器優(yōu)秀模塊控制軟件將會(huì)有非常廣闊的應(yīng)用前景。
作者：陶怡 張亞軍 胡建晨 單位：西安航天自動(dòng)化股份有限公司
1硬件設(shè)計(jì)
1.1DSP芯片
本文所選用的DSP芯片為TMS320C6713，其時(shí)鐘頻率高達(dá)300MHz，是浮點(diǎn)運(yùn)算能力最強(qiáng)的一款32位高速浮點(diǎn)型DSP芯片。HPI-16是HPI接口的升級(jí)增強(qiáng)版，是該芯片的主機(jī)口，最重要的特征是DSP的整個(gè)片內(nèi)空間可以被主機(jī)訪問。HPI接口與主機(jī)的數(shù)據(jù)通信主要通過HPI控制器（HPIC）、地址寄存器（HPIA）、數(shù)據(jù)寄存器（HPID）和HPI內(nèi)存塊來實(shí)現(xiàn)。
1.2USB芯片
本文所采用的USB芯片是CYPRESS公司的EZ-USBFX2系列芯片CY7C68013，特點(diǎn)是主機(jī)上就存儲(chǔ)這其芯片固件，這樣容易使代碼直接通過網(wǎng)絡(luò)升級(jí)。它的休眠模式比較特殊，具有低功耗的效果，減少資源的損耗，有利于更好的保護(hù)器件，避免長(zhǎng)時(shí)間通電遭到損壞。2.3硬件電路連接本設(shè)計(jì)采用CY7C68013-128PVC與TMS320C6713的HPI模塊接口相連接，工作模式設(shè)置為GPIF模式。
2軟件設(shè)計(jì)
2.1USB固件程序設(shè)計(jì)
固件程序的開發(fā)環(huán)境選擇KEILC51。固件函數(shù)庫提供了許多函數(shù)，該函數(shù)都與USB協(xié)議相關(guān)，可以在不熟悉USB協(xié)議的情況下，利用固件框架進(jìn)行所需功能的程序編寫。寄存器初始化、電源管理、重枚舉等功能已經(jīng)設(shè)計(jì)完整，可以直接使用。整個(gè)執(zhí)行過程是一個(gè)相對(duì)簡(jiǎn)單的循環(huán)過程。第一步，優(yōu)先初始化內(nèi)部變量；然后，調(diào)用TD_Init()函數(shù)進(jìn)行寄存器的初始化工作；TD_Init()函數(shù)執(zhí)行結(jié)束之后，使USB接口處于位配置狀態(tài)，并開中斷，檢測(cè)端口0是否接受到一個(gè)SETUP包，否則端口0執(zhí)行延時(shí)重枚舉操作。初始化函數(shù)TD_Tint()函數(shù)負(fù)責(zé)完成初始化芯片的寄存器，設(shè)置適當(dāng)?shù)膮?shù)，通常在固件運(yùn)行時(shí)開始調(diào)用。
該函數(shù)首先CPUCS寄存器進(jìn)行初始化操作，設(shè)置48MHZ的時(shí)鐘頻率；然后分別配置端點(diǎn)2作為IN輸入bulk狀態(tài)、端點(diǎn)6使其工作于OUT傳輸狀態(tài)，而端點(diǎn)4、8暫時(shí)沒有使用，所以設(shè)置為無效狀態(tài)；之后調(diào)用GpifIint()函數(shù)，以初始化GPIF的相關(guān)寄存器，進(jìn)入工作模式。調(diào)度函數(shù)TD_Poll()函數(shù)在固件代碼中循環(huán)執(zhí)行，以負(fù)責(zé)完成用戶指定的功能。該函數(shù)首先判斷檢測(cè)傳輸是否完成、CY7C68013的GPIF的接口是否處于空閑、端點(diǎn)2緩沖區(qū)是否為空閑狀態(tài)，當(dāng)這些條件均成立時(shí)，將馬上啟動(dòng)GPIF寫傳輸。另外，在USB高速傳輸狀態(tài)時(shí)，GPIF能夠一次讀取4096字節(jié)的數(shù)據(jù)，適合處理龐大的數(shù)據(jù)；而在USB全速傳輸時(shí)，GPIF一次只能讀取64字節(jié)數(shù)據(jù)，處理速度比較慢，適宜處理數(shù)據(jù)量比較小的情況。TD_Suspend()函數(shù)，從固件框架中可以看出，該函數(shù)只有在USB處于空閑狀態(tài)是，才執(zhí)行。在例程當(dāng)中，只有簡(jiǎn)單的一句returnTRUE代碼，開發(fā)者可以根據(jù)實(shí)際需要，添加相應(yīng)的代碼以完成相關(guān)的功能，還可以配置設(shè)備的工作狀態(tài)，一般設(shè)置為低功耗狀態(tài)，以減少對(duì)電源的消耗，其最終結(jié)果返回真值，反饋給用戶。TD_Resume()函數(shù)，當(dāng)執(zhí)行完TD_Suspend()函數(shù)之后，若返回的是真值，程序會(huì)進(jìn)入掛起狀態(tài)，然后開始執(zhí)行TD_Resume()函數(shù)，該函數(shù)也只有returnTRUE一句代碼，當(dāng)外部需要執(zhí)行喚醒中斷或者USB總線需要執(zhí)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)炔僮鳎蜁?huì)對(duì)處理器進(jìn)行重新啟動(dòng)，開始下一個(gè)循環(huán)。
2.2應(yīng)用程序設(shè)計(jì)
使用LabWindows/CVI支持的VISA的庫函數(shù)和堪比VC++的控制件庫能夠輕松設(shè)計(jì)出美觀且符合用戶要求的應(yīng)用程序界面。用LabWindows/CVI設(shè)計(jì)的應(yīng)用程序界面，。按鈕是界面設(shè)計(jì)中常用到的控件，該應(yīng)用程序主要由打開設(shè)備、復(fù)位和程序下載三部分組成。
3總結(jié)
本文設(shè)計(jì)了USB接口與DSP系統(tǒng)的結(jié)合使用，設(shè)計(jì)出一套基于USB接口的DSP程序下載軟件，提供了一種新的數(shù)據(jù)傳輸解決方案。總體上，整個(gè)軟件基本能完成打開設(shè)備、復(fù)位和代碼下載的功能。
作者：藍(lán)雷波 畢藝飛 莫錦河 單位：中國海洋大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院
1線測(cè)試設(shè)備硬件結(jié)構(gòu)
該測(cè)試系統(tǒng)采用一臺(tái)工控機(jī)作為測(cè)試控制主機(jī)，工控機(jī)具有網(wǎng)絡(luò)端口、GPIB板卡、RS485串口卡以及繼電器板卡。按照測(cè)試工作流程，依次與GPIB測(cè)量?jī)x器、網(wǎng)絡(luò)示波器、串口測(cè)試設(shè)備等進(jìn)行通信，分時(shí)控制這些設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和測(cè)試，然后從這些不同總線設(shè)備獲得測(cè)試數(shù)據(jù)后進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和分析達(dá)到測(cè)試目的，其硬件主要結(jié)構(gòu)如圖1所示。
2線測(cè)試設(shè)備軟件結(jié)構(gòu)
軟件采用C/C++語言編程，軟件總體結(jié)構(gòu)。軟件主要功能包括：設(shè)備自檢、設(shè)備參數(shù)設(shè)置、自動(dòng)測(cè)試控制、波形顯示及數(shù)據(jù)處理、參數(shù)回放及打印等功能。設(shè)備自檢部分主要完成繼電器板卡及通道自檢、GPIB板卡端口及設(shè)備通信自檢、與網(wǎng)絡(luò)示波器通信自檢以及串口端口自檢等功能；設(shè)備參數(shù)配置主要完成測(cè)試記錄（測(cè)試設(shè)備編號(hào)、測(cè)試項(xiàng)目、操作人、測(cè)試時(shí)間等項(xiàng)目）填寫、按照不同試驗(yàn)項(xiàng)目選擇不同的測(cè)試項(xiàng)目、預(yù)先設(shè)定測(cè)試項(xiàng)目閾值用于作合格判據(jù)；自動(dòng)測(cè)試控制程序部分采用了多線程設(shè)計(jì)技術(shù)，將測(cè)試流程里的測(cè)試項(xiàng)目作為串行處理測(cè)試節(jié)點(diǎn)，按照測(cè)試流程分時(shí)完成各測(cè)試節(jié)點(diǎn)的通信測(cè)試；波形顯示及數(shù)據(jù)處理部分將讀回的示波器波形進(jìn)行顯示，將讀回的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理獲得最大值、最小值和均值，將每次測(cè)試記錄填寫到由CBCGP?GridCtrl派生的Grid控件表格，最后輸出數(shù)據(jù)到報(bào)表中；參數(shù)回放部分與Grid控件聯(lián)系緊密，參數(shù)回讀后數(shù)據(jù)顯示在Grid控件表格，通過點(diǎn)選Grid控件中的每次測(cè)試記錄，將對(duì)應(yīng)的每次測(cè)試存儲(chǔ)記錄包括波形和數(shù)據(jù)進(jìn)行回放，并能通過報(bào)表進(jìn)行參數(shù)打印。
3線測(cè)試設(shè)備關(guān)鍵編程技術(shù)
3.1讀GPIB設(shè)備編程技術(shù)
通過GPIB總線接口設(shè)備可以對(duì)快速測(cè)量信號(hào)或高壓信號(hào)進(jìn)行測(cè)試，這里采用數(shù)字萬用表3410A通過GPIB總線接口設(shè)備完成測(cè)量任務(wù)，測(cè)試系統(tǒng)軟件首先申明GPIB端口地址等屬性，打開相應(yīng)端口地址后，通過自檢GPIB?IEEE488.2通信接口查詢找到對(duì)應(yīng)的GPIB設(shè)備。在自動(dòng)測(cè)試流程線程，當(dāng)程序運(yùn)行到GPIB參數(shù)讀取測(cè)試節(jié)點(diǎn)時(shí)，測(cè)試系統(tǒng)軟件將測(cè)試數(shù)據(jù)從GPIB測(cè)試設(shè)備讀回，通過Windows窗口消息機(jī)制返回到窗口界面顯示測(cè)量數(shù)值。
3.2讀網(wǎng)絡(luò)示波器編程技術(shù)
通過示波器設(shè)備可以直接對(duì)測(cè)量信號(hào)進(jìn)行精細(xì)化測(cè)量，可以達(dá)到納秒級(jí)的測(cè)量精度，測(cè)試設(shè)備采用泰克DPO4054B示波器進(jìn)行測(cè)量。軟件設(shè)計(jì)時(shí)在頭文件中包括了Visa.h頭文件，在庫鏈接中鏈接了Visa32.lib庫文件，同時(shí)結(jié)合AgilentIOlibary接口庫軟件，運(yùn)用Visa編程技術(shù)，查找到TCP網(wǎng)絡(luò)示波器后打開示波器進(jìn)行通信。軟件啟動(dòng)后通過自檢網(wǎng)絡(luò)查詢找到對(duì)應(yīng)的示波器設(shè)備，在自動(dòng)測(cè)試流程線程，當(dāng)程序運(yùn)行到示波器參數(shù)讀取測(cè)試節(jié)點(diǎn)時(shí)，測(cè)試系統(tǒng)軟件將測(cè)試數(shù)據(jù)從示波器讀回，隨后運(yùn)用一定的算法處理數(shù)據(jù)，可以獲得示波器無法直接測(cè)量的數(shù)據(jù)值。
3.3RS485
總線串口編程技術(shù)軟件串口編程技術(shù)比較成熟，通常設(shè)計(jì)方法為應(yīng)用程序開啟即打開所有串口，在應(yīng)用程序退出時(shí)關(guān)閉所有串口，不推薦在應(yīng)用程序內(nèi)不停打開或關(guān)閉串口，這樣存在與硬件兼容性的風(fēng)險(xiǎn)，也不容易排除故障。本應(yīng)用程序在設(shè)備自檢打開端口后，在自動(dòng)測(cè)試流程線程，當(dāng)程序運(yùn)行到串口設(shè)備參數(shù)讀取測(cè)試節(jié)點(diǎn)時(shí)，通過讀/寫串口端口完成數(shù)據(jù)讀/寫。
3.4界面設(shè)計(jì)編程技術(shù)采用
BCGControlBar界面庫設(shè)計(jì)軟件總體界面，軟件顯示采用OutLook模式，左側(cè)一列顯示主窗口操作按鈕，按鈕操作允許對(duì)設(shè)備進(jìn)行自檢；在測(cè)試界面和報(bào)表顯示界面進(jìn)行切換；進(jìn)行參數(shù)設(shè)置及參數(shù)回讀操作。軟件居中采用ProEssentials繪圖軟件控件設(shè)計(jì)波形曲線窗口，既可用于測(cè)量時(shí)顯示波形曲線，又可在參數(shù)回讀時(shí)顯示波形曲線。軟件右側(cè)采用基于CBCGPGridCtrl類派生基類生成的參數(shù)報(bào)表，可以用于顯示每次實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。每做完一次試驗(yàn)則在報(bào)表顯示一列數(shù)據(jù)，記錄一次試驗(yàn)波形數(shù)據(jù)，方便使用者在一個(gè)時(shí)間段觀察試驗(yàn)記錄。
4軟件可靠性設(shè)計(jì)
測(cè)試系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)中采用了一定的可靠性設(shè)計(jì)方法保證測(cè)試設(shè)備的軟件健壯性，首先在軟件啟動(dòng)的自檢階段確保與所有端口設(shè)備連接正常并通信正常，確保后續(xù)自動(dòng)測(cè)試流程前軟硬件通信正確無誤；軟件采用Windows消息機(jī)制，避免線程內(nèi)對(duì)Windows窗體進(jìn)行操作；對(duì)返回的波形數(shù)據(jù)軟件采用一定點(diǎn)數(shù)的平滑濾波處理技術(shù)，防止讀回的數(shù)據(jù)異常影響軟件邊界。
5結(jié)論
經(jīng)過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，該測(cè)試系統(tǒng)軟件可以很好地完成連續(xù)性試驗(yàn)任務(wù)，能很好的適用于實(shí)時(shí)性要求不高但需要連續(xù)測(cè)試記錄的試驗(yàn)場(chǎng)合。證明采用多線程分時(shí)控制技術(shù)可以很好地將多種總線接口測(cè)量設(shè)備結(jié)合在一起測(cè)量不同類型的信號(hào)，從而達(dá)到一個(gè)測(cè)試系統(tǒng)完成多種測(cè)量任務(wù)的目的。
作者：林立杰 耿濤 單位：中國工程物理研究院
1計(jì)算機(jī)系統(tǒng)工程方法的內(nèi)容
1.1系統(tǒng)工程方法的概述
系統(tǒng)工程方法作為現(xiàn)代科學(xué)決策方法，主要將相關(guān)問題及情況分門別類，確定邊界，側(cè)重各門類之間內(nèi)在聯(lián)系，確保處理方法的完整性，采用全面和運(yùn)動(dòng)的觀點(diǎn)、方法分析主要問題及整個(gè)過程。其具有綜合性、科學(xué)性、實(shí)踐性等特點(diǎn)。利用系統(tǒng)工程理論指導(dǎo)軟件開發(fā)和維護(hù)，主要使用工程化概念、原理、技術(shù)及方法開展軟件開發(fā)、維護(hù)的工作。當(dāng)前，軟件開發(fā)方式主要存在三種方式：自頂向下的結(jié)構(gòu)化方法；基本要素為對(duì)象、類、繼承等的面向?qū)ο蠓椒ǎ缓?jiǎn)單的形式化方法。采用系統(tǒng)工程方法是用系統(tǒng)的原理、方法研究系統(tǒng)的對(duì)象，立足整體系統(tǒng)，制作出科學(xué)的工作計(jì)劃及流程，有效地完成任務(wù)。
1.2系統(tǒng)工程方法的基本內(nèi)容
系統(tǒng)工程方法依從系統(tǒng)全局觀點(diǎn)，從系統(tǒng)與要素、系統(tǒng)與環(huán)境之間相互聯(lián)系、相互作用出發(fā)研究相關(guān)對(duì)象，實(shí)現(xiàn)最佳處理問題的目標(biāo)。其基本內(nèi)容有：全面調(diào)查研究有關(guān)資料和數(shù)據(jù)，提取有效信息，系統(tǒng)了解相關(guān)問題信息，進(jìn)一步確定完成任務(wù)所需條件；提出相關(guān)方案，展開定性和定量的理論分析，進(jìn)而進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究，客觀評(píng)價(jià)系統(tǒng)技術(shù)性能、經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，注重社會(huì)效果，為最終方案在理論和實(shí)踐上做鋪墊；經(jīng)由系統(tǒng)分析與綜合，比較和鑒別出最優(yōu)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行實(shí)施；依據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，制定有效計(jì)劃，將開發(fā)研究出的系統(tǒng)投入使用，并對(duì)系統(tǒng)的性能、工作狀態(tài)及社會(huì)反應(yīng)作出相關(guān)評(píng)價(jià)和檢驗(yàn)。
2系統(tǒng)工程方法在計(jì)算機(jī)軟件設(shè)計(jì)中的應(yīng)用
2.1提出任務(wù)
計(jì)算機(jī)軟件開發(fā)交辦單位針對(duì)軟件開發(fā)系統(tǒng)向開發(fā)人員提出要求，布置相關(guān)開發(fā)軟件任務(wù)。在提出任務(wù)階段，交辦單位下達(dá)任務(wù)書，并與開發(fā)人員簽訂合同，同時(shí)，對(duì)項(xiàng)目有直接管理權(quán)限。開發(fā)人員需對(duì)任務(wù)書認(rèn)真研究、分析其內(nèi)容。
2.2論證和批準(zhǔn)
開發(fā)人員對(duì)需開發(fā)的軟件系統(tǒng)進(jìn)行可行性研究，從而提出有效方案，后由專家學(xué)者做評(píng)審工作，并通過主管部門的批準(zhǔn)，再進(jìn)行系統(tǒng)的開發(fā)工作。這是軟件系統(tǒng)開發(fā)的首要前提，需開發(fā)人員經(jīng)過精心搜索有用信息做儲(chǔ)備資源，調(diào)查市場(chǎng)行情，綜合考慮經(jīng)濟(jì)可行性、技術(shù)可行性以及法律可行性等問題。
2.3需求分析
可通過網(wǎng)上調(diào)查問卷的形式，了解用戶在軟件系統(tǒng)方面的期望，從而對(duì)開發(fā)軟件系統(tǒng)的功能、性能、運(yùn)作速度、設(shè)計(jì)限制等進(jìn)行總體分析，制作出嚴(yán)謹(jǐn)?shù)囊?guī)格說明書，以支持后續(xù)軟件的開發(fā)進(jìn)程。
2.4概要設(shè)計(jì)與詳細(xì)設(shè)計(jì)
軟件的概要設(shè)計(jì)與詳細(xì)設(shè)計(jì)是軟件開發(fā)的重中之重。軟件概要設(shè)計(jì)依據(jù)上述準(zhǔn)備工作，建立起目標(biāo)系統(tǒng)軟件的整體架構(gòu)及總體結(jié)構(gòu)與模塊間的互相聯(lián)系，設(shè)計(jì)完整的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，從而定義各接口和控制接口。同時(shí)需要對(duì)相關(guān)部分進(jìn)行審核。而軟件的詳細(xì)設(shè)計(jì)則是對(duì)概要設(shè)試，以便用戶使用手冊(cè)的編寫及完善。
2.5成果鑒定與推廣應(yīng)用
最后，開發(fā)人員需將開發(fā)設(shè)計(jì)出的系統(tǒng)軟件，在用戶實(shí)際使用環(huán)境中試安裝，并在責(zé)任時(shí)間里運(yùn)行，在通過正式鑒定后交付用戶，并提供指導(dǎo)用戶使用與在用維護(hù)服務(wù)。同時(shí)，在用戶使用階段，開發(fā)人員需關(guān)注軟件運(yùn)行進(jìn)程，并對(duì)軟件系統(tǒng)進(jìn)行維護(hù)。
3結(jié)束語
綜上所述，系統(tǒng)工程方法在計(jì)算機(jī)軟件設(shè)計(jì)方面應(yīng)用較廣，同時(shí)起著重要作用。結(jié)合系統(tǒng)工程方法的特點(diǎn)，在計(jì)算機(jī)軟件設(shè)計(jì)階段可規(guī)范其流程，促使計(jì)算機(jī)軟件設(shè)計(jì)進(jìn)程加快，同時(shí)提高開發(fā)人員的工作效率，為軟件系統(tǒng)研發(fā)速度的提高打下基礎(chǔ)。
作者：王應(yīng)邦 孔春麗 單位：保山中醫(yī)藥高等專科學(xué)校
1監(jiān)控系統(tǒng)組態(tài)軟件功能
水廠監(jiān)控系統(tǒng)組態(tài)軟件主要包括數(shù)據(jù)采集顯示、保存、報(bào)表查詢和參數(shù)異常報(bào)警等功能[2]，確保值班人員通過組態(tài)監(jiān)控界面實(shí)現(xiàn)對(duì)水廠各個(gè)環(huán)節(jié)的監(jiān)控。水廠監(jiān)控系統(tǒng)功能框圖如圖2所示。1）數(shù)據(jù)采集顯示功能。水廠監(jiān)控系統(tǒng)通過與PLC的通信，在監(jiān)控界面上實(shí)時(shí)顯示數(shù)據(jù)，使工作人員了解生產(chǎn)環(huán)節(jié)的情況。2）數(shù)據(jù)保存和報(bào)表查詢功能。管道壓力、電機(jī)電流、水池水位及供水流量等重要數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)保存在數(shù)據(jù)庫中。報(bào)表上顯示中心水廠向各分水廠供水流量、管道壓力、水池水位及時(shí)間等。工作人員能夠查詢實(shí)時(shí)或歷史數(shù)據(jù)，為自來水廠的合理生產(chǎn)提供參考。3）參數(shù)異常報(bào)警功能。水廠生產(chǎn)過程中出現(xiàn)某一環(huán)節(jié)參數(shù)異常時(shí)，監(jiān)控系統(tǒng)能夠及時(shí)報(bào)警，提醒工作人員處理，提高生產(chǎn)的安全性。
2軟件設(shè)計(jì)
2.1系統(tǒng)登錄界面
登錄界面添加水廠地理位置圖像，界面顯示整個(gè)供水管線的分布。界面左上部分設(shè)置“系統(tǒng)菜單”按鈕，單擊選擇下拉項(xiàng)中的“登錄”，輸入密碼進(jìn)入水廠監(jiān)控系統(tǒng)。登錄界面上設(shè)置的矩形框分別代表水源地基站、中心水廠及3個(gè)分水廠。單擊矩形框進(jìn)入對(duì)應(yīng)監(jiān)控界面，如要進(jìn)入中心水廠監(jiān)控界面，單擊畫面中的“中心水廠”矩形框跳轉(zhuǎn)到中心水廠監(jiān)控界面。矩形框中的藍(lán)色部分高度表示各水池水位情況。
2.2水源地監(jiān)控
水源地7口機(jī)井負(fù)責(zé)將地下深層水抽取輸送至水源地清水池，泵房?jī)?nèi)3臺(tái)30kW的變頻泵（1臺(tái)備用泵）從清水池內(nèi)抽水加壓后輸送到19km處的中心水廠。主控室值班人員遠(yuǎn)程監(jiān)控水源地基站運(yùn)行狀態(tài)，負(fù)責(zé)7口機(jī)井的開啟/停止、變頻泵頻率的設(shè)定，維持清水池水位處于安全區(qū)間。清水池水位的安全區(qū)間為1.5m～3.5m，當(dāng)水位值高于3.5m或者低于1.5m時(shí)，值班員停止或啟動(dòng)部分機(jī)井，以減少或增加進(jìn)入水池的流量；同時(shí)通過改變變頻泵的頻率來增加或減小出池流量，維持清水池水位值恢復(fù)至安全區(qū)間。夏季用水高峰期7口機(jī)井24h常開，用水淡季只需開啟部分機(jī)井。冬季水源地清水池和泵房不需要工作，打開旁路電動(dòng)閥，關(guān)閉主線電動(dòng)閥，源水從機(jī)井抽取通過旁支管道直接送至中心水廠。水源地監(jiān)控界面上方設(shè)置“去井群”按鈕，單擊進(jìn)入井群監(jiān)控界面，如圖3所示。界面上顯示7口機(jī)井泵組電流、電壓，水井水位及管道壓力等參數(shù)。監(jiān)控人員通過對(duì)每口機(jī)井的“開啟”、“關(guān)閉”按鈕遠(yuǎn)程控制機(jī)井的啟停。使用STEP7MicroWIN編程軟件編寫PLC程序。圖4為1號(hào)井PLC與STC-201數(shù)據(jù)采集程序中的部分梯形圖，完成讀取從站保持寄存器的數(shù)據(jù)功能。建議每一個(gè)讀寫功能（即MBUS_MSG）都用上一個(gè)MBUS_MSG指令的Done完成位來激活，以保證所有讀寫請(qǐng)求必須使用脈沖觸發(fā)。RW位讀寫操作，0表示讀，1表示寫。注意：開關(guān)量輸出和保持寄存器支持讀和寫功能；開關(guān)量輸入和模擬量輸入只支持讀功能。Count通訊的數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)，Modbus主站可讀/寫的最大數(shù)據(jù)量為120個(gè)字（是指每一個(gè)MBUS_MSG指令）。DazaPra為數(shù)據(jù)指針，如果是讀指令，讀回的數(shù)據(jù)放到這個(gè)數(shù)據(jù)區(qū)中；如果是寫指令，要寫出的數(shù)據(jù)放到這個(gè)數(shù)據(jù)區(qū)中。
2.3中心水廠監(jiān)控
源水進(jìn)入中心水廠處理后經(jīng)管道進(jìn)入2個(gè)1000m3的清水池，泵房中的3臺(tái)變頻泵（其中2號(hào)變頻泵為備用工作泵）負(fù)責(zé)將清水池中的水加壓供給3個(gè)分水廠。主控室值班人員主要負(fù)責(zé)監(jiān)控2個(gè)清水池水位，變頻泵的啟停狀態(tài)、工作電流和分水廠管道流量計(jì)的數(shù)值等。清水池4m深，監(jiān)控系統(tǒng)在水位高于3.5m或低于1.5m時(shí)報(bào)警，值班人員接到報(bào)警提示后，手動(dòng)改變中心水廠變頻泵頻率，增大或減小自來水出廠流量。同時(shí)改變水源地變頻泵頻率，改變進(jìn)廠源水流量，使中心水廠清水池水位恢復(fù)到安全區(qū)間范圍。監(jiān)控界面上顯示當(dāng)前清水池液位值、泵組電流、電壓值等參數(shù)，并在“歷史曲線”中實(shí)時(shí)顯示數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)曲線[5]。
2.4分水廠監(jiān)控
自來水從中心水廠出廠分流供給3個(gè)分水廠，如圖5所示。每個(gè)分水廠設(shè)置有2個(gè)1000m3的清水池。值班人員遠(yuǎn)程監(jiān)控各分水廠水池水位，通過控制中心水廠出水量和分水廠電磁閥的啟停狀態(tài)，控制水池水位處于安全區(qū)間。
3結(jié)語
本文根據(jù)組態(tài)軟件KingView開發(fā)周期短、系統(tǒng)配置靈活及可靠易操作等優(yōu)點(diǎn)，開發(fā)了莫索灣水廠自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)上位機(jī)軟件。監(jiān)控界面簡(jiǎn)潔，清晰。運(yùn)行結(jié)果表明，有效地降低了工作人員勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了水廠供水的可靠性和經(jīng)濟(jì)效益。
作者：馬強(qiáng) 李江全 李彬 單位：石河子大學(xué)
1架構(gòu)設(shè)計(jì)
該軟件采用程序與協(xié)議無關(guān)的設(shè)計(jì)思想，將整個(gè)軟件分割成界面、界面數(shù)據(jù)接口、數(shù)據(jù)中間處理模塊、通信接口幾部分（如圖2），減少程序?qū)f(xié)議依賴性和相關(guān)性。界面程序部分主要完成界面的繪制和圖形顯示。界面數(shù)據(jù)接口為需要實(shí)時(shí)更新和變化的數(shù)據(jù)變量和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，并與界面上的各種控件相關(guān)聯(lián)，從而實(shí)現(xiàn)界面的動(dòng)態(tài)變化和顯示。數(shù)據(jù)處理模塊負(fù)責(zé)完成與各種通信接口的數(shù)據(jù)交換和處理。通信接口傳送的數(shù)據(jù)為從各種通信方式（MVB、Lonworks、RS485、CAN等）傳遞過來的原始數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)的傳遞方式與內(nèi)容和協(xié)議保持一致。上述分層的設(shè)計(jì)思想，使顯示器應(yīng)用程序與傳輸協(xié)議相分離，不會(huì)因?yàn)閰f(xié)議的變動(dòng)而牽涉到界面顯示部分程序的修改，從而軟件架構(gòu)更加清晰，也方便后期的維護(hù)，增強(qiáng)了軟件的可重用性和可移植性。
2軟件功能模塊
DDU作為司乘人員與機(jī)車的人機(jī)接口，應(yīng)全面實(shí)時(shí)為司乘人員提供必要的信息和更多的幫助來指導(dǎo)司機(jī)操作；同時(shí)也提供必須的測(cè)試診斷信息，有利于司乘人員對(duì)機(jī)車進(jìn)行必要的測(cè)試診斷，所以在軟件設(shè)計(jì)時(shí)，目錄結(jié)構(gòu)必須清晰明了，界面設(shè)計(jì)更加人性化，更加直觀。下面從功能模塊、界面設(shè)計(jì)、重要功能模塊幾個(gè)方面介紹該軟件。
2.1功能模塊
該軟件的功能模塊主要包括主要數(shù)據(jù)、維護(hù)與診斷、機(jī)車設(shè)置等（功能模塊結(jié)構(gòu)如圖3）。主要數(shù)據(jù)包括機(jī)車的一些實(shí)時(shí)的運(yùn)行狀態(tài)信息，如網(wǎng)絡(luò)模塊工作狀態(tài)、輔助系統(tǒng)狀態(tài)、主電路狀態(tài)、手動(dòng)切除信息、列車狀態(tài)信息、牽引系統(tǒng)信息、WTD狀態(tài)數(shù)據(jù)等；維護(hù)診斷模塊主要包括輪徑設(shè)置與校正、實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)（I/O狀態(tài)數(shù)據(jù)）、版本信息、系統(tǒng)時(shí)間、故障信息、故障處理信息等；機(jī)車設(shè)置主要包括機(jī)車長(zhǎng)度設(shè)置、低恒速設(shè)置、車頂隔離開關(guān)設(shè)置、2/3功率設(shè)置、內(nèi)燃機(jī)控制設(shè)置、車次設(shè)置等。
2.2界面設(shè)計(jì)
界面是直觀展示機(jī)車信息的平臺(tái)，友好清晰、更加人性化的界面顯示方式將對(duì)司乘人員提供更多的指導(dǎo)和幫助。界面以黑色為主要背景，本著直觀、形象、醒目的原則進(jìn)行設(shè)計(jì)，采用圖標(biāo)、數(shù)字、控件、圖形相結(jié)合的顯示方式。譬如，在DDUA的主界面上顯示相關(guān)內(nèi)容：①利用大小為52×58像素的不同顏色的圖標(biāo)醒目直觀地提示機(jī)車所處區(qū)域的信息（交流區(qū)、直流區(qū)、分相區(qū)）、空轉(zhuǎn)、撒砂、停放制動(dòng)、故障等級(jí)等信息；②通過柱狀圖動(dòng)態(tài)顯示當(dāng)前編組機(jī)車的牽引制動(dòng)力之和與弓網(wǎng)電壓、電流以及本機(jī)車的各個(gè)電機(jī)所發(fā)揮的實(shí)際牽引/制動(dòng)力；③通過儀表控件和加速度控件顯示機(jī)車的當(dāng)前速度和加速度，并且在低恒速工況下，儀表盤的刻度會(huì)隨之改變，并同時(shí)顯示當(dāng)前低恒速下機(jī)車的實(shí)際速度和設(shè)定速度，使之更加人性化；④在界面底部，實(shí)時(shí)顯示編組機(jī)車所發(fā)生的最新故障，并用不同底色標(biāo)識(shí)不同等級(jí)的故障，嚴(yán)重故障用紅色，中等故障用白色，一般故障用白色，在有鑰匙信號(hào)的條件下，司機(jī)也可通過按“ACK“鍵進(jìn)行故障的確認(rèn)。DDUA主界面示意圖如圖4。在DDUB主界面中，利用控件顯示編組中各個(gè)機(jī)車的當(dāng)前狀況，包括受電弓狀態(tài)、鑰匙信息、當(dāng)前工況（2/3功率、正常模式、低恒速度）、機(jī)車編號(hào)、當(dāng)前發(fā)生故障項(xiàng)目縮寫等，同時(shí)可以通過選擇查看具體某臺(tái)機(jī)車所發(fā)生的某條故障信息。故障信息顯示在界圖2軟件架構(gòu)設(shè)計(jì)面底部的故障信息顯示欄，通過控件顯示，可以清晰地了解當(dāng)前編組各臺(tái)機(jī)車的運(yùn)行狀態(tài)。DDUB主界面示意圖如圖5。
2.3重要功能
與國內(nèi)的其他機(jī)車顯示器軟件相比，該軟件增加較多新功能，如編組節(jié)點(diǎn)反向、手動(dòng)切除、手動(dòng)覆蓋、內(nèi)燃機(jī)車控制、主控制校正等。下面重點(diǎn)介紹編組節(jié)點(diǎn)反向、內(nèi)燃機(jī)車控制和顯示器數(shù)據(jù)同步功能。編組節(jié)點(diǎn)反向功能。節(jié)點(diǎn)反向處理邏輯如圖6。即在重聯(lián)編組中，當(dāng)主控機(jī)車為實(shí)際編組中最后一臺(tái)機(jī)車時(shí)，則需要將整個(gè)編組的所有與重聯(lián)相關(guān)的信息進(jìn)行反向顯示（主要包括機(jī)車重聯(lián)編組的狀態(tài)信息，如故障信息、運(yùn)行條件信息等），并且當(dāng)主控車節(jié)點(diǎn)變化時(shí)（包括編組數(shù)量變化與主控車位置變化），首先對(duì)先前獲取的數(shù)據(jù)緩沖進(jìn)行清零操作，再根據(jù)當(dāng)前處理后的節(jié)點(diǎn)信息獲取數(shù)據(jù)。內(nèi)燃機(jī)車控制功能。該技術(shù)為國內(nèi)首次應(yīng)用。通過與內(nèi)燃機(jī)車最鄰近的電力機(jī)車完成對(duì)內(nèi)燃機(jī)車的控制。首先在顯示器上完成內(nèi)燃機(jī)車設(shè)置，根據(jù)當(dāng)前的實(shí)際情況設(shè)置內(nèi)燃機(jī)車類型和數(shù)量，內(nèi)燃機(jī)車設(shè)置界面如圖7，在內(nèi)燃機(jī)車設(shè)置有效后，根據(jù)當(dāng)前的機(jī)車運(yùn)行工況和各個(gè)內(nèi)燃機(jī)車牽引制動(dòng)特征曲線完成對(duì)內(nèi)燃機(jī)車的牽引制動(dòng)力的計(jì)算，并在主界面顯示內(nèi)燃機(jī)車相關(guān)信息，內(nèi)電重聯(lián)主界面如圖8所示。顯示器數(shù)據(jù)同步功能。南非機(jī)車為單司機(jī)室結(jié)構(gòu)，2個(gè)DDU設(shè)備位于司機(jī)控制臺(tái)正中間（分別命名為DDUA、DDUB），由于2個(gè)顯示器在網(wǎng)絡(luò)中所處地位等同，任一顯示器都可進(jìn)行數(shù)據(jù)設(shè)置，而當(dāng)2個(gè)顯示器數(shù)據(jù)不一致時(shí)，網(wǎng)絡(luò)則無法判斷從哪個(gè)顯示器獲取數(shù)據(jù)，此時(shí)則需要將2個(gè)顯示器發(fā)送的數(shù)據(jù)進(jìn)行同步，保證2個(gè)顯示器對(duì)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)發(fā)送的數(shù)據(jù)保持一致。同時(shí)由于在其中一個(gè)顯示器中操作而引起顯示器界面發(fā)生變化，則需要通知另一顯示器，使得另一顯示器顯示界面發(fā)生同樣的改變，此時(shí)需要對(duì)另一顯示器發(fā)送同步顯示數(shù)據(jù)。例如故障確認(rèn)，當(dāng)在DDUA顯示器中進(jìn)行確認(rèn)，故障顯示發(fā)生改變后，則需通知DDUB顯示器該故障的顯示也發(fā)生改變。顯示器數(shù)據(jù)同步數(shù)據(jù)通信流程如圖9所示。
3結(jié)語
目前南非雙流制電力機(jī)車有40多臺(tái)完成無故障考核，已經(jīng)被南非業(yè)主簽收并投入商業(yè)運(yùn)行，截至2014圖9數(shù)據(jù)同步流程圖年12月已累計(jì)運(yùn)行約61萬km。顯示器應(yīng)用軟件已在現(xiàn)場(chǎng)完成了各項(xiàng)功能性測(cè)試，通過2期共半年的客戶驗(yàn)證測(cè)試與調(diào)試，運(yùn)行狀況良好；該軟件架構(gòu)設(shè)計(jì)與國內(nèi)機(jī)車相比有明顯改進(jìn)，同時(shí)目錄結(jié)構(gòu)層次更加清晰，具有友好美觀的人機(jī)交互界面，受到客戶的一致好評(píng)。
作者：饒?zhí)熨F 李宇鋒 譚軍祥 李銳 單位：株洲南車時(shí)代電氣股份有限公司
（1）控制要求
系統(tǒng)上電后，風(fēng)門處于關(guān)閉狀態(tài)，系統(tǒng)周期檢測(cè)傳感器信號(hào)，人車運(yùn)動(dòng)過程中會(huì)觸發(fā)微波傳感器輸出信號(hào)，系統(tǒng)則根據(jù)傳感器信號(hào)執(zhí)行開關(guān)風(fēng)門和風(fēng)門互鎖。人車接近風(fēng)門時(shí)，兩側(cè)風(fēng)門的微波傳感器檢測(cè)到有效運(yùn)動(dòng)速度信號(hào)，首先進(jìn)行信號(hào)競(jìng)爭(zhēng)，根據(jù)競(jìng)爭(zhēng)結(jié)果開啟某一風(fēng)門。2個(gè)風(fēng)門入口信號(hào)4選1采取競(jìng)爭(zhēng)方法進(jìn)行選擇，即微波移動(dòng)傳感器輸出信號(hào)A1、A4、B1、B4處于競(jìng)爭(zhēng)狀態(tài)，一個(gè)檢測(cè)周期內(nèi)，只有一個(gè)信號(hào)有效。2個(gè)風(fēng)門各2個(gè)方向。
（2）控制策略
控制系統(tǒng)風(fēng)門互鎖的控制要求并不復(fù)雜，關(guān)鍵是有效判斷風(fēng)門區(qū)域人員車輛的狀態(tài)，并根據(jù)狀態(tài)進(jìn)行開閉風(fēng)門。人員在巷道內(nèi)行進(jìn)過程是隨意的，系統(tǒng)需要根據(jù)人員在微波傳感器檢測(cè)區(qū)域內(nèi)的最終狀態(tài)，對(duì)人員行進(jìn)完成狀態(tài)估計(jì)。如圖3所示，根據(jù)人員的位置和傳感器有效信號(hào)可以把人員行進(jìn)的狀態(tài)和風(fēng)門控制策略分成9種，如表1所示。風(fēng)門控制策略是控制系統(tǒng)的優(yōu)秀，策略制定的優(yōu)劣直接影響著風(fēng)門控制的可靠性。表1中根據(jù)人員行進(jìn)的最終位置分為不同的狀態(tài)估計(jì)，結(jié)合定時(shí)器對(duì)人員狀態(tài)進(jìn)行狀態(tài)估計(jì)和制定控制策略。
（3）實(shí)現(xiàn)方法
有限狀態(tài)機(jī)（FSM）理論是本風(fēng)門自動(dòng)控制系統(tǒng)狀態(tài)轉(zhuǎn)換和控制策略的理論基礎(chǔ)。FSM包含有限的狀態(tài)，但在任一給定時(shí)刻必須而且只能處于其中的一個(gè)狀態(tài)，系統(tǒng)的狀態(tài)變化受事件的驅(qū)動(dòng)，事件是系統(tǒng)的活動(dòng)或外部輸入信號(hào)，它受當(dāng)前狀態(tài)約束。因此，研究有限狀態(tài)機(jī)的關(guān)鍵就是在其狀態(tài)空間中找到狀態(tài)轉(zhuǎn)換的軌跡，這要求在每個(gè)狀態(tài)下全面分析驅(qū)動(dòng)狀態(tài)轉(zhuǎn)換的事件（包括系統(tǒng)的活動(dòng)和輸入信號(hào)）和轉(zhuǎn)換的目的地（即轉(zhuǎn)換后的狀態(tài)）。每個(gè)狀態(tài)都有其特定的輸出（系統(tǒng)的各項(xiàng)功能和性能指標(biāo)），即系統(tǒng)狀態(tài)轉(zhuǎn)換伴隨著系統(tǒng)的性能指標(biāo)隨時(shí)間的變化。風(fēng)門自動(dòng)控制系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性就是通過狀態(tài)轉(zhuǎn)換表現(xiàn)出來，巷道風(fēng)門檢測(cè)區(qū)域內(nèi)人員行進(jìn)過程中的每個(gè)有效位置都相當(dāng)于一個(gè)狀態(tài)，在任何時(shí)刻風(fēng)門只能處于一個(gè)工況狀態(tài)，工況間的轉(zhuǎn)換受傳感器信號(hào)即事件的驅(qū)動(dòng)。當(dāng)傳感器信號(hào)滿足進(jìn)入某一工況的條件時(shí)，風(fēng)門立即進(jìn)入該工況下運(yùn)行，一旦外部事件不受該工況下條件的約束時(shí)，風(fēng)門立即離開該工況尋找另一個(gè)工況。每個(gè)風(fēng)門區(qū)域可以作為一個(gè)對(duì)象，該對(duì)象有微波傳感器和定時(shí)器屬性，屬性取值為開或關(guān)。2個(gè)操作開門和關(guān)門。根據(jù)人車通行過程和風(fēng)門對(duì)象屬性值的不同組合，可以把工作流程劃分為5個(gè)狀態(tài):初始態(tài)，狀態(tài)1，狀態(tài)2，狀態(tài)3，狀態(tài)4。用統(tǒng)一建模語言中的狀態(tài)機(jī)視圖表達(dá)，如圖4所示。圖4風(fēng)門狀態(tài)轉(zhuǎn)移示意圖該視圖中對(duì)不同區(qū)域設(shè)置不同傳感器配合定時(shí)器對(duì)人車運(yùn)動(dòng)狀態(tài)進(jìn)行分類。從初始狀態(tài)開始，當(dāng)人車運(yùn)動(dòng)速度滿足最低傳感器1閾值接近區(qū)域入口時(shí)，風(fēng)門開啟，進(jìn)入狀態(tài)1，此時(shí)開啟定時(shí)器1；若在定時(shí)時(shí)間到后區(qū)域檢測(cè)不到信號(hào)則判斷為人車退出風(fēng)門區(qū)域，返回初始狀態(tài)；若傳感器2信號(hào)有效則進(jìn)入狀態(tài)2，同時(shí)開啟定時(shí)器2，此時(shí)判斷人車進(jìn)入風(fēng)門，人車的行走不會(huì)影響狀態(tài)的改變，直到傳感器3信號(hào)有效。狀態(tài)2和狀態(tài)3的人員已經(jīng)進(jìn)入風(fēng)門，系統(tǒng)處于等待人車通過風(fēng)門區(qū)域。傳感器4有效時(shí)進(jìn)入狀態(tài)4，此時(shí)人車前端已經(jīng)通過風(fēng)門，系統(tǒng)等待其他部分通過風(fēng)門區(qū)域。此時(shí)如果傳感器沒有信號(hào)則進(jìn)行短暫延時(shí)后關(guān)閉風(fēng)門。下一步就是根據(jù)狀態(tài)機(jī)視圖為PLC編寫梯形圖程序了。程序中使用了置位指令SET和復(fù)位指令RSET進(jìn)行狀態(tài)的切換，有些型號(hào)的PLC沒有提供置位和復(fù)位指令，但都有實(shí)現(xiàn)置位和復(fù)位指令功能的變通方法，可以根據(jù)常開常閉寄存器切換，因此利用該狀態(tài)機(jī)視圖編程序具有很好的通用性。
（4）結(jié)語
風(fēng)門自動(dòng)控制系統(tǒng)采用了最小PLC系統(tǒng)，利用微波傳感器信號(hào)對(duì)人車進(jìn)行區(qū)域狀態(tài)的信號(hào)檢測(cè)，借助于FSM的分析與設(shè)計(jì)理論，對(duì)人車行進(jìn)狀態(tài)進(jìn)行狀態(tài)估計(jì)和分類，用狀態(tài)機(jī)視圖描述風(fēng)門控制系統(tǒng)的靜態(tài)結(jié)構(gòu)和動(dòng)態(tài)行為，既提高了風(fēng)門控制系統(tǒng)的自動(dòng)化水平，也改善了風(fēng)門控制系統(tǒng)的可靠性。
作者：武超 趙穎 劉瑞國 單位：山東科技大學(xué) 山東省泰安市泰安二中
1車速的采集
車速傳感器可以發(fā)出一定占空比的方波信號(hào)，設(shè)計(jì)采用單片機(jī)的脈沖模塊來捕捉可以用來測(cè)量信號(hào)的周期。車速采集的程序流程如圖2所示。步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)不但代表汽車的行駛速度，還代表節(jié)氣門的開度，每轉(zhuǎn)動(dòng)一定角度就相當(dāng)于節(jié)氣門的開度。因此，當(dāng)輸入的實(shí)際車速A等于目標(biāo)車速B時(shí)，步進(jìn)電機(jī)將不轉(zhuǎn)動(dòng)；當(dāng)輸入的實(shí)際車速A大于目標(biāo)車速B時(shí)，步進(jìn)電機(jī)會(huì)反轉(zhuǎn)，減小節(jié)氣門開度，從而使實(shí)際車速降低至目標(biāo)車速；當(dāng)輸入的實(shí)際車速A小于目標(biāo)車速B時(shí)，步進(jìn)電機(jī)會(huì)正轉(zhuǎn)，加大節(jié)氣門開度，使實(shí)際車速升高至目標(biāo)車速，汽車進(jìn)入定速巡航控制。
2軟件可靠性措施
為了提高軟件系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，采取以下措施：（1）封鎖。實(shí)際系統(tǒng)中最強(qiáng)的干擾來自自身，如被控的負(fù)載電機(jī)的通斷、狀態(tài)的變化等，在設(shè)計(jì)軟件時(shí)應(yīng)適當(dāng)采取措施避開這些干擾。如：當(dāng)系統(tǒng)要斷開或接通大功率負(fù)載時(shí)應(yīng)暫停數(shù)據(jù)采集，等到干擾過去后再繼續(xù)進(jìn)行；在適當(dāng)?shù)牡胤椒怄i一些中斷源；幾個(gè)通道互相封鎖。這些都是避免或減少干擾的有效方法。（2）程序的失控保護(hù)措施。在控制系統(tǒng)中，一般情況下干擾都不會(huì)造成計(jì)算機(jī)系統(tǒng)硬件損壞，但會(huì)對(duì)軟件的運(yùn)行環(huán)境造成不良影響。表現(xiàn)在：數(shù)據(jù)碼和指令碼的一些位受到干擾而出現(xiàn)跳變，使程序出現(xiàn)錯(cuò)誤，最典型的是程序計(jì)數(shù)器發(fā)生跳變，可能把數(shù)據(jù)當(dāng)作指令碼。這種程序盲目執(zhí)行的結(jié)果，一方面造成RAM存儲(chǔ)器的數(shù)據(jù)破壞，另一方面可能會(huì)進(jìn)入死循環(huán)，使整個(gè)系統(tǒng)失效。因此，應(yīng)采取有效措施避免程序失控。
3Proteus仿真驗(yàn)證
3．1定速巡航控制系統(tǒng)總體仿真電路設(shè)計(jì)
設(shè)計(jì)中定速巡航控制系統(tǒng)的主要參數(shù)是車速值及節(jié)氣門開度，因?yàn)檫M(jìn)行實(shí)物測(cè)試有設(shè)備要求，外圍設(shè)備比較復(fù)雜，而且測(cè)試結(jié)果不夠直觀，所以設(shè)計(jì)最終結(jié)果通過Proteus仿真來實(shí)現(xiàn)。仿真電路如圖3所示。Proteus軟件的元件庫中擁有AT89C52單片機(jī)、ULN2003驅(qū)動(dòng)芯片、步進(jìn)電機(jī)等元件，可滿足設(shè)計(jì)研究仿真需要。Proteus軟件中的車速采集信號(hào)可通過改變脈沖而改變車速，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速可直觀地顯示出來，還可體現(xiàn)節(jié)氣門開度的大小。
3．2試驗(yàn)結(jié)果與分析
在Proteus仿真平臺(tái)上分別對(duì)4種情況進(jìn)行仿真，即實(shí)際車速A等于目標(biāo)車速B、實(shí)際車速A大于目標(biāo)車速B、實(shí)際車速A小于目標(biāo)車速B及實(shí)際車速大于120km／h、小于40km／h，仿真結(jié)果分別如圖4～7所示。從圖4～7可看出：當(dāng)輸入的實(shí)際車速A等于目標(biāo)車速B時(shí)，步進(jìn)電機(jī)不轉(zhuǎn)動(dòng)；當(dāng)實(shí)際車速A大于目標(biāo)車速B時(shí)，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)，節(jié)氣門開度減小；當(dāng)實(shí)際車速A小于目標(biāo)車速B時(shí)，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)，節(jié)氣門開度加大；當(dāng)實(shí)際車速A超過120km／h、低于40km／h（即脈沖頻率低于100Hz、高于999Hz）時(shí)，巡航控制系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)退出，步進(jìn)電機(jī)不轉(zhuǎn)動(dòng)。表明所設(shè)計(jì)的軟件能實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單的巡航控制系統(tǒng)指令，滿足預(yù)定要求。
4結(jié)語
該文使用AT89C52單片機(jī)作為微處理器，通過車速傳感器采集實(shí)際車速信號(hào)，與預(yù)先設(shè)定的速度進(jìn)行對(duì)比，運(yùn)用PID控制方法，調(diào)節(jié)節(jié)氣門的開度，從而達(dá)到設(shè)定的車速，使汽車可以恒速行駛；并對(duì)所設(shè)計(jì)的定速巡航控制系統(tǒng)的硬件電路及軟件進(jìn)行了仿真試驗(yàn)，以保證系統(tǒng)設(shè)計(jì)的可行性與穩(wěn)定性。
作者：黃寶山 包凡彪 單位：北京理工大學(xué)
