時(shí)間:2023-03-14 15:20:00
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論文關(guān)鍵詞:計(jì)算機(jī)電力系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)安全
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(kù)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(yíng)銷系統(tǒng)、電力ISP業(yè)務(wù)、經(jīng)營(yíng)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(wàn)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(guó)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(yè)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(lái)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(guó)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(zhǎng)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(wèn)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(guò)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(wèn)題也隨之變得更加嚴(yán)重了。例如:通過(guò)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(guò)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(méi)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(méi)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(zhǎng)驅(qū)直人,等等。
4解決問(wèn)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(jué)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(wèn)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(lái)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(guò)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(lái)的影響。
(4)對(duì)重要網(wǎng)絡(luò)采用和MIS網(wǎng)物理隔離的方法保證安全。物理隔離是在物理線路上進(jìn)行隔離,是一種最安全的防護(hù)技術(shù)。
1.自覺(jué)向民族傳統(tǒng)文化回歸
中國(guó)的現(xiàn)代藝術(shù)設(shè)計(jì)需要建立在民族文化、民族風(fēng)格的基礎(chǔ)上,因此必須重視向民間藝術(shù)學(xué)習(xí),堅(jiān)信中華民族文化傳統(tǒng)的主流在民間。所以在城市空間設(shè)計(jì)中,要通過(guò)對(duì)環(huán)境的理解,對(duì)傳統(tǒng)的認(rèn)知,自覺(jué)地借鑒,而不是直接挪用。中國(guó)傳統(tǒng)民間藝術(shù)形式變化萬(wàn)千、風(fēng)格種類異彩紛呈,凝聚了中華民族幾千年的智慧精華,也傳承了中華民族特有的藝術(shù)精神,值得當(dāng)代城市設(shè)計(jì)師深入學(xué)習(xí)和研究。設(shè)計(jì)師在設(shè)計(jì)實(shí)踐中,通過(guò)元素剝離、創(chuàng)意整合和情感傳達(dá),特別是與新技術(shù)巧妙融合,就能創(chuàng)造出獨(dú)具中國(guó)特色的現(xiàn)代藝術(shù)設(shè)計(jì)作品。當(dāng)然,這需要一個(gè)過(guò)程,要靠城市設(shè)計(jì)師與民間藝術(shù)大師、民間藝術(shù)教育人才的融合。所以說(shuō),城市設(shè)計(jì)師必須以民間藝術(shù)為基礎(chǔ),重視向傳統(tǒng)民間藝術(shù)學(xué)習(xí),只有親身體會(huì)這筆文化遺產(chǎn)的魅力所在,了解傳統(tǒng)民間藝術(shù)中所蘊(yùn)含的深厚的民族本源文化、本源哲學(xué)、本源藝術(shù)的基因,以及多姿多彩的具有生命活力的民族語(yǔ)言形態(tài),才會(huì)對(duì)它加以自覺(jué)應(yīng)用[2]。
2.傳統(tǒng)民間藝術(shù)語(yǔ)言
現(xiàn)代化現(xiàn)代城市空間越來(lái)越相似,傳統(tǒng)特色逐漸消褪,因此如何保持城市的獨(dú)特氣質(zhì)就成為十分迫切的問(wèn)題。傳統(tǒng)民間藝術(shù)語(yǔ)言體現(xiàn)了獨(dú)特的審美傳統(tǒng),蘊(yùn)含著深厚的精神文化內(nèi)涵,將其作為城市空間設(shè)計(jì)的思想源泉,在城市空間中直接或間接地運(yùn)用,對(duì)強(qiáng)調(diào)和延續(xù)歷史文脈有著重要意義。但是,源于自然崇拜的原始文化的民間藝術(shù),所代表的是不同于現(xiàn)代文化的農(nóng)耕文明,它雖有著特定的社會(huì)基礎(chǔ),但其中也有不適合現(xiàn)代生活方式、不符合現(xiàn)代審美、倫理觀的地方,這樣就限制了其在當(dāng)代城市設(shè)計(jì)中的廣泛應(yīng)用。有些民間藝術(shù)圖式如果不經(jīng)過(guò)調(diào)整、創(chuàng)新,就很難為現(xiàn)代社會(huì)所接受,因而應(yīng)用時(shí)不能簡(jiǎn)單、機(jī)械地復(fù)制、拼貼,而應(yīng)該在理解其文化含義的基礎(chǔ)上,取其精髓,去其糟粕,使其藝術(shù)語(yǔ)言現(xiàn)代化,為當(dāng)代大眾所認(rèn)同并接受。中國(guó)傳統(tǒng)民間藝術(shù)的很多內(nèi)容和形式有相對(duì)的穩(wěn)定性及程式化特征,在藝術(shù)認(rèn)知上有更為直接的優(yōu)勢(shì),因而是可以應(yīng)用到城市空間設(shè)計(jì)中的。其應(yīng)用方式有兩種,第一種是物品本身、題材、造型及藝術(shù)手法的直接運(yùn)用;第二種是間接運(yùn)用,即可以從民間藝術(shù)的形、色、質(zhì)等方面著手,進(jìn)行形的簡(jiǎn)化與再造、色彩的沿用與重組以及材料的選用與更新等,來(lái)再現(xiàn)或表現(xiàn)民間藝術(shù)。在城市空間設(shè)計(jì)中,設(shè)計(jì)師要將傳統(tǒng)文化經(jīng)過(guò)現(xiàn)代設(shè)計(jì)思維的選擇與消化,融入到現(xiàn)代設(shè)計(jì)之中,這樣,民間藝術(shù)元素才可能真正發(fā)揮它的藝術(shù)價(jià)值,作為一種新的視覺(jué)傳遞語(yǔ)言,在現(xiàn)代設(shè)計(jì)中重現(xiàn)生機(jī)。
3.在社會(huì)場(chǎng)域上的對(duì)接雖然城市空間設(shè)計(jì)
一直以來(lái)都以較快的速度發(fā)展,但在當(dāng)代,與公眾聯(lián)系緊密的傳統(tǒng)民間藝術(shù)才逐漸走進(jìn)人們的生活之中。民間藝術(shù)形式以合理、合情的方式融于城市開放空間中,其較大的輻射面和難以抗拒的視覺(jué)沖擊力,使與它發(fā)生接觸的人都會(huì)或多或少地接受它傳達(dá)的信息,從而在心中產(chǎn)生一種熟悉的、能產(chǎn)生共鳴的集體性的感受。為城市居民營(yíng)造一種心理歸屬感,滿足社會(huì)心理情感的需要,可以使城市居民對(duì)城市產(chǎn)生心理依賴感,對(duì)環(huán)境產(chǎn)生身份認(rèn)同、心理認(rèn)同,直至文化認(rèn)同。另外,當(dāng)代城市空間設(shè)計(jì)追求綠色生存空間,提倡低碳設(shè)計(jì)。傳統(tǒng)民間藝術(shù)如陶藝、編織等,其原生態(tài)性契合了當(dāng)代城市設(shè)計(jì)的需求。在設(shè)計(jì)中,對(duì)民間藝術(shù)中傳統(tǒng)的工藝、材料和形式的毫無(wú)偏見的借鑒,體現(xiàn)出了強(qiáng)烈的環(huán)境保護(hù)意識(shí),同時(shí)也體現(xiàn)出了一種社會(huì)的進(jìn)步,因而是一種設(shè)計(jì)倫理和設(shè)計(jì)道德的體現(xiàn)。傳統(tǒng)民間藝術(shù)一旦融入城市空間藝術(shù)中,就會(huì)逐漸走進(jìn)人們的生活,其審美對(duì)象就會(huì)直指社會(huì)公眾,就會(huì)以公眾的精神需要為目的,以公眾的審美評(píng)價(jià)為借鑒,生存于公眾之間。這就使得公眾對(duì)自己生活的公共空間藝術(shù)享有話語(yǔ)權(quán),同時(shí)享有藝術(shù)創(chuàng)作的參與權(quán),從而提高了社區(qū)居民的和諧氛圍,促進(jìn)了社會(huì)和諧。
二、傳統(tǒng)民間藝術(shù)在城市空間設(shè)計(jì)中的具體應(yīng)用
1.城市空間墻面藝術(shù)與傳統(tǒng)民間藝術(shù)
傳統(tǒng)民間藝術(shù)的民間性和貼近生活的特點(diǎn),迎合了城市特色營(yíng)造的需要。城市空間的墻面圍合成居民生活的空間,在城市空間的墻面上揉進(jìn)諸多傳統(tǒng)民間圖式元素,可以體現(xiàn)城市的獨(dú)特個(gè)性和其融合性。同時(shí),利用民間藝術(shù)形式改造城市建筑墻面,可以增加建筑的歷史、藝術(shù)價(jià)值,也將提升整個(gè)城市的藝術(shù)品位。墻面藝術(shù)的豐富多彩使城市居民在街道上除了廣告外,有可看的內(nèi)容,也可彰顯該城市與其它城市的差異。同時(shí),融入傳統(tǒng)民間藝術(shù)的城市墻面,除提升城市形象外,也能滿足城市公眾的精神需求。如高雄駁二藝術(shù)特區(qū)中的墻面設(shè)計(jì)借鑒了民間皮影和鄉(xiāng)土繪畫,使原本廢棄的墻面換上了新妝,煥發(fā)了新的生命。同時(shí),建筑室內(nèi)墻面設(shè)計(jì)也常常采用民間藝術(shù)元素來(lái)活躍空間氛圍,提升空間親和力。譬如大連甘井子實(shí)驗(yàn)小學(xué)的教學(xué)樓設(shè)計(jì),局部采用了民間藝術(shù)元素,將傳統(tǒng)紅燈籠懸掛在大門入口的過(guò)廳天花板上,每盞燈籠上面都有不同的兩個(gè)字,比如“幽默”、“溫柔”、“愛(ài)笑”、“漂亮”、“耐心”、“善良”、“公平”等。這種設(shè)計(jì)既體現(xiàn)了藝術(shù)文化特色,又具有親切感和歷史厚重性,深得家長(zhǎng)、老師、孩子們的喜愛(ài)。
2.當(dāng)代建筑設(shè)計(jì)與傳統(tǒng)民間藝術(shù)
文獻(xiàn)信息資源建設(shè)的總體目標(biāo)是提高文獻(xiàn)信息資源保障率。長(zhǎng)期以來(lái),這一觀念一直在文獻(xiàn)信息資源建設(shè)理論研究與事業(yè)建設(shè)領(lǐng)域得到貫徹。遵循這一目標(biāo),努力豐富館藏以滿足社會(huì)對(duì)文獻(xiàn)信息的需求,就成為各圖書館資源建設(shè)的指導(dǎo)思想,也直接導(dǎo)致了各圖書館的“大而全”、“小而全”的建設(shè)模式。然而,各圖書館以一己之力,始終無(wú)法解決信息資源建設(shè)能力的有限性與用戶信息需求的無(wú)限性之間的矛盾,特別是在圖書館事業(yè)還相對(duì)落后的情況下。造成的結(jié)果,一方面是群體圖書館的資源重復(fù)建設(shè);另一方面則是個(gè)體圖書館的資源嚴(yán)重漏藏。
基于此種形勢(shì),文獻(xiàn)信息資源共建共享的理念開始樹立,而且在資源建設(shè)的實(shí)踐中得到落實(shí),圖書館界積極開展了資源整體布局的研究,也采取了諸如文獻(xiàn)聯(lián)合采購(gòu),統(tǒng)一編目,出版聯(lián)合目錄和實(shí)行館際互借等一些具體的資源共建共享方式。然而在傳統(tǒng)條件下,信息必須依賴于一定的物質(zhì)載體而存在,文獻(xiàn)信息內(nèi)容與文獻(xiàn)載體不可分割,資源建設(shè)過(guò)程中信息的共享問(wèn)題實(shí)際轉(zhuǎn)化為物質(zhì)載體的共享問(wèn)題,信息的可共享性得不到充分體現(xiàn):一個(gè)單元的文獻(xiàn)不能同時(shí)滿足兩個(gè)以上用戶的信息需求,另外還存在文獻(xiàn)信息傳輸?shù)戎T多障礙。因此,文獻(xiàn)信息資源建設(shè)還多是立足個(gè)館,各圖書館只能圍繞自身的用戶群進(jìn)行資源建設(shè),共建共享在傳統(tǒng)條件下得不到最有效的實(shí)施。在這種情況下,信息資源建設(shè)理論不能突破傳統(tǒng)文獻(xiàn)資源建設(shè)理論的桎梏,無(wú)法發(fā)生質(zhì)的變化,只能繼續(xù)強(qiáng)調(diào)個(gè)館滿足自身用戶信息需求的能力。
資源的數(shù)字化建設(shè)使文獻(xiàn)信息擺脫了載體的約束,信息能夠?qū)崿F(xiàn)跨時(shí)空的存取,真正做到一方建設(shè)、多方利用,信息的可共享性得以充分體現(xiàn)。數(shù)字技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)環(huán)境不但提供了資源共享的全新發(fā)展環(huán)境,而且提出了重構(gòu)資源建設(shè)理論的迫切要求。重新審視資源建設(shè)理論,我們不難發(fā)現(xiàn),信息資源數(shù)字化并不等同于資源的共建共享,如不努力創(chuàng)新資源建設(shè)的理論研究,數(shù)字化建設(shè)實(shí)際上是“大而全”、“小而全”建設(shè)模式的再現(xiàn)。那么,基于共建共享的資源建設(shè)理論與傳統(tǒng)的文獻(xiàn)信息建設(shè)理論是何種關(guān)系?是繼承還是顛覆?本文將研究共建共享對(duì)傳統(tǒng)文獻(xiàn)信息資源建設(shè)理論的影響。
2 共建共享理論與傳統(tǒng)文獻(xiàn)信息資源建設(shè)理論的總體比較
文獻(xiàn)信息資源建設(shè)是指一定范圍內(nèi)的文獻(xiàn)信息機(jī)構(gòu)對(duì)文獻(xiàn)信息資源進(jìn)行有計(jì)劃的積累和合理布局,以滿足、保障社會(huì)發(fā)展和國(guó)家建設(shè)需要的全部活動(dòng)。文獻(xiàn)信息資源建設(shè)包括微觀和宏觀兩個(gè)方面,宏觀文獻(xiàn)信息資源建設(shè)是指根據(jù)一個(gè)地區(qū)、一個(gè)國(guó)家乃至國(guó)際間的需要而進(jìn)行全局的文獻(xiàn)信息資源布局和協(xié)調(diào)發(fā)展工作;而微觀文獻(xiàn)信息資源建設(shè)是指各個(gè)文獻(xiàn)信息機(jī)構(gòu)對(duì)文獻(xiàn)信息的收集、組織、管理、貯存等工作。
共建共享是指在信息資源建設(shè)和服務(wù)過(guò)程中,文獻(xiàn)信息機(jī)構(gòu)建立廣泛的合作、協(xié)作、協(xié)調(diào)關(guān)系,宏觀布局和科學(xué)規(guī)劃文獻(xiàn)信息資源,利用各種技術(shù)、方法和途徑,共同揭示、建設(shè)、開發(fā)和利用信息資源,追求對(duì)文獻(xiàn)信息資源的完備保障,以最大限度地滿足用戶信息需求的全部活動(dòng)。
共建共享理論同傳統(tǒng)文獻(xiàn)信息資源建設(shè)理論一樣,也分為宏觀建設(shè)和微觀建設(shè)兩個(gè)層面。不同的是,傳統(tǒng)的文獻(xiàn)信息資源微觀建設(shè)即館藏建設(shè)可以獨(dú)立于宏觀建設(shè)而存在,而資源共建中的微觀建設(shè)如脫離宏觀建設(shè)就失去了共建的意義;傳統(tǒng)的文獻(xiàn)信息資源建設(shè)是在微觀建設(shè)的基礎(chǔ)上進(jìn)行宏觀建設(shè),而資源共建是在宏觀建設(shè)的指導(dǎo)下開展微觀建設(shè)。可以認(rèn)為,傳統(tǒng)文獻(xiàn)信息資源建設(shè)是微觀建設(shè)決定宏觀建設(shè),而資源共建是宏觀建設(shè)決定微觀建設(shè)。因此,傳統(tǒng)文獻(xiàn)信息資源建設(shè)與資源共享在建設(shè)范圍和服務(wù)范圍兩個(gè)方面存在不同的效果。(如圖1、圖2、圖3、圖4所示)
圖1和圖2分別反映傳統(tǒng)文獻(xiàn)信息資源建設(shè)和資源共建所產(chǎn)生的不同建設(shè)效果。在圖1中,由于傳統(tǒng)文獻(xiàn)信息資源建設(shè)是在微觀建設(shè)的基礎(chǔ)上開展宏觀建設(shè),因此各個(gè)圖書館所建設(shè)的資源不可避免地存在重復(fù)現(xiàn)象,甚至有部分資源重復(fù)現(xiàn)象十分嚴(yán)重(如圖中交疊部分所示),重復(fù)建設(shè)就意味著資源覆蓋范圍的縮小,因而不利于提高文獻(xiàn)信息資源保障率;在圖2中,由于資源共建是在宏觀布局和科學(xué)規(guī)劃的基礎(chǔ)上進(jìn)行的,避免了資源的重復(fù)建設(shè),能最大限度地提高文獻(xiàn)信息資源保障率。
附圖
圖1 傳統(tǒng)建設(shè)的多館文獻(xiàn)信息資源覆蓋范圍
附圖
圖2 共建共享的多館文獻(xiàn)信息資源覆蓋范圍
圖3和圖4分別反映傳統(tǒng)文獻(xiàn)信息資源建設(shè)和資源共建共享的不同服務(wù)范圍。在圖3中,由于各圖書館是在微觀建設(shè)的基礎(chǔ)上開展宏觀建設(shè),因此個(gè)體資源的服務(wù)范圍之間存在交叉重復(fù),使整體資源的服務(wù)范圍小于個(gè)體資源服務(wù)范圍之和,只有圖中交疊部分所示的用戶才能在一定程度上共享資源;在圖4中,由于各圖書館在合作協(xié)調(diào)的基礎(chǔ)上共同發(fā)展用戶群,因此服務(wù)范圍得到最大擴(kuò)展,并且可共享資源的用戶范圍就等同于全體用戶。
附圖
圖3 傳統(tǒng)建設(shè)的多館文獻(xiàn)信息資源服務(wù)范圍
附圖
圖4 共建共享的多館文獻(xiàn)信息資源服務(wù)范圍
由此可見,資源建設(shè)過(guò)程中是否將系統(tǒng)布局和科學(xué)規(guī)劃放在首位,是資源共建與傳統(tǒng)文獻(xiàn)信息資源建設(shè)的根本區(qū)別。傳統(tǒng)文獻(xiàn)信息資源建設(shè)立足個(gè)館,強(qiáng)調(diào)依賴個(gè)館的資源建設(shè)來(lái)滿足特定用戶信息需求,從而不能在根本上放棄“大而全”、“小而全”的建設(shè)理念。資源共建以系統(tǒng)布局和科學(xué)規(guī)劃為出發(fā)點(diǎn),強(qiáng)調(diào)以整體的資源建設(shè)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)信息資源的完備保障,以滿足社會(huì)對(duì)信息資源的需求(包括潛在需求),資源建設(shè)的廣度(覆蓋范圍)由整個(gè)共建系統(tǒng)來(lái)保障,而資源建設(shè)的專深度則由各圖書館來(lái)保障。
3 信息資源共建共享對(duì)文獻(xiàn)信息資源建設(shè)理論的具體影響
共建共享對(duì)傳統(tǒng)文獻(xiàn)信息資源建設(shè)理論中的建設(shè)原則、結(jié)構(gòu)理論、資源補(bǔ)充、資源組織、資源評(píng)價(jià)等方面都產(chǎn)生了巨大影響。
3.1 對(duì)建設(shè)原則的影響
在傳統(tǒng)文獻(xiàn)信息資源建設(shè)理論中,被普遍接受的建設(shè)原則有:實(shí)用性原則,系統(tǒng)性原則,特色化與協(xié)調(diào)性原則。下文將就共建共享對(duì)這三條原則所產(chǎn)生的影響做具體分析。
3.1.1 對(duì)實(shí)用性原則的影響
實(shí)用性原則要求,根據(jù)圖書館的服務(wù)任務(wù)和服務(wù)對(duì)象的需求來(lái)建設(shè)文獻(xiàn)信息資源。而資源共建共享理論要求,每個(gè)圖書館在所負(fù)責(zé)的建設(shè)范圍之內(nèi),不再?gòu)?qiáng)調(diào)文獻(xiàn)信息資源的實(shí)用性而更加注重文獻(xiàn)信息資源的完整性。因此,實(shí)用性原則應(yīng)該調(diào)整為完整性原則。
關(guān)鍵詞:VHDL,電路系統(tǒng),數(shù)據(jù)選擇器
1 引言
VHDL (Very HighSpeed Integrated Circuit Hardware Description Language)是美國(guó)國(guó)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(yǔ)言。作為IEEE的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)硬件描述語(yǔ)言,又得到眾多EDA公司的支持,VHDL語(yǔ)言在電子工程領(lǐng)域已成為事實(shí)上的通用硬件描述語(yǔ)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(yǔ)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(yǔ)言。
(2)具有豐富的仿真語(yǔ)句和庫(kù)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(yǔ)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(lái)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(lái),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(guò)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(guò)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(shuō)明使用VHDL的設(shè)計(jì)過(guò)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(guò)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(yǔ)
本文以4選1數(shù)據(jù)選擇器設(shè)計(jì)為例,說(shuō)明利用VHDL設(shè)計(jì)電路系統(tǒng)的基本方法和過(guò)程。用VHDL語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)電路的設(shè)計(jì)過(guò)程,是一個(gè)以軟件設(shè)計(jì)為主,器件配置相結(jié)合的過(guò)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(lái)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)
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論文關(guān)鍵詞:MPXV53GC6U,MSP430F149,單片機(jī),便攜式,電子血壓計(jì)
0引言
血壓是人體重要的生理參數(shù)之一,對(duì)其進(jìn)行精確測(cè)量,有利于早期發(fā)現(xiàn)和鑒別高血壓類型醫(yī)學(xué)檢驗(yàn)論文,提出合理的治療建議。目前,臨床上對(duì)普通病人主要采用無(wú)創(chuàng)檢測(cè)的方法,它大致分為人工柯氏音法和示波法兩類,人工柯氏音法雖然比較準(zhǔn)確,但操作困難,受主觀因素影響較大,而示波法雖然操作簡(jiǎn)單醫(yī)學(xué)檢驗(yàn)論文,但穩(wěn)定性和個(gè)體適應(yīng)性都比較差,不利于其在臨床應(yīng)用上的普及和推廣。本文在示波法的基礎(chǔ)上,從硬件實(shí)現(xiàn)和軟件設(shè)計(jì)兩個(gè)方面,改進(jìn)了原來(lái)的測(cè)量方法,并進(jìn)行了比對(duì)測(cè)試
在研究國(guó)內(nèi)外已有產(chǎn)品或設(shè)計(jì)構(gòu)思的基礎(chǔ)上,使用先進(jìn)的信號(hào)處理技術(shù)與智能控 制技術(shù),盡量消除脈搏提取處理中的噪聲干擾與非線性失真醫(yī)學(xué)檢驗(yàn)論文,提高血壓測(cè)量的準(zhǔn)確性與穩(wěn)定性,并提高了測(cè)量的自動(dòng)化和智能化論文開題報(bào)告。
1系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)
本設(shè)計(jì)采用Motorola公司的MPXV53GC6U硅壓式 傳感器和TI公司MSP430F149單片機(jī)為主要器件, 構(gòu)成電子血壓計(jì),系統(tǒng)構(gòu)成如圖1。系統(tǒng)由MCU、 傳感器、LCD液晶顯示器、操作面板、充放氣控制電路、氣泵和氣閥、蜂鳴器、存貯器、電源等部分構(gòu)成。
【關(guān)鍵詞】溫度 at89s52 nrf9e5
1 引言
由于在局部的溫度通常具有不一致性,因此在檢測(cè)環(huán)境溫度時(shí),傳統(tǒng)的單一測(cè)點(diǎn)測(cè)量溫度的方法并不能夠準(zhǔn)確說(shuō)明實(shí)際的溫度信息。在同一環(huán)境中,對(duì)多點(diǎn)進(jìn)行溫度測(cè)量,能夠有效解決這一問(wèn)題,使得溫度測(cè)量更加準(zhǔn)確。但是多點(diǎn)溫度測(cè)量的溫度測(cè)量點(diǎn)比較分散,如果使用傳統(tǒng)的有線布線方式的話,則系統(tǒng)設(shè)計(jì)復(fù)雜,十分麻煩。本論文設(shè)計(jì)了一種基于無(wú)線傳輸?shù)臏囟炔杉到y(tǒng),采用了nrf9e5無(wú)線芯片,主控芯片采用的是at89s52單片機(jī),溫度測(cè)量的傳感器為ds18b20[1]。
本論文首先介紹系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)方案,然后分別簡(jiǎn)要介紹硬件電路設(shè)計(jì)以及部分軟件程序設(shè)計(jì)。
2 系統(tǒng)方案
無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸按照傳輸方式的不同,可以分為:點(diǎn)對(duì)點(diǎn)、點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)以及多點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)。本論文所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)由主控芯片51單片機(jī)、主接收器以及多個(gè)測(cè)量終端組成。每個(gè)測(cè)量終端都是通過(guò)無(wú)線傳輸模塊nrf9e5傳遞數(shù)據(jù),進(jìn)而形成無(wú)線傳輸?shù)臏囟炔杉到y(tǒng)。系統(tǒng)框圖如圖1所示。
將相應(yīng)的溫度傳感器分布在所要測(cè)量環(huán)境的不同位置,就能夠精確評(píng)估環(huán)境溫度。然后再將這些測(cè)量得到的溫度經(jīng)過(guò)無(wú)線通信模塊發(fā)送到主控芯片上,主控芯片對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和顯示。
3 硬件電路設(shè)計(jì)
3.1 無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸模塊
nrf9e5具有和8051相互兼容的微控制器,但是時(shí)序和指令都與其有些差別。nrf9e5與cpu的數(shù)據(jù)交換是通過(guò)串口來(lái)進(jìn)行的。
nrf9e5和其他模塊通信主要是通過(guò)自身內(nèi)部的并行口和內(nèi)部的spi口。nrf9e5與nrf905等具有一樣的功能。收發(fā)器在與微控制器進(jìn)行數(shù)據(jù)交換的過(guò)程中,主要是通過(guò)片內(nèi)的spi和并行口。在要傳輸通信的數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好之后,就能夠產(chǎn)生中斷,供微控制器使用。
3.2 溫度測(cè)量電路
溫度檢測(cè)的方法有很多,比如采用熱電偶等。但是本論文采用的是ds18b20溫度傳感器。該溫度傳感器采用的是one-wire總線,即只采用一根信號(hào)線與單片機(jī)進(jìn)行連接。該測(cè)溫傳感器能夠測(cè)量零下55度到125攝氏度的溫度范圍,同時(shí)分辨率能夠達(dá)到0.5攝氏度。工作電壓范圍很寬,一般為3.0至5.5v。
3.3 主控芯片
本論文設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)采集器使用的主控芯片是at89s52單片機(jī)。msc-51單片機(jī)是八位的非常實(shí)用的單片機(jī)。本論文所使用的at89s52單片機(jī)就是基于這款單片機(jī)的。msc-51單片機(jī)的基本架構(gòu)被atmel公司購(gòu)買,繼而在其基本內(nèi)核的基礎(chǔ)上加入了許多新的功能,同時(shí)擴(kuò)展了芯片的容量以及加入flash閃存等等。51內(nèi)核的單片機(jī)具有很多優(yōu)點(diǎn),因此無(wú)論是在工業(yè)上還是在一些電子產(chǎn)品上應(yīng)用都很多。全球也有許多大公司對(duì)其進(jìn)行擴(kuò)展,加入新的功能。即使是在今天,51單片機(jī)仍然在控制系統(tǒng)中占據(jù)很大市場(chǎng)。
下面對(duì)本論文所使用的單片機(jī)作簡(jiǎn)要介紹。這款單片機(jī)具有最大能夠支持的64k外部存儲(chǔ)擴(kuò)展,同時(shí)還具有8k字節(jié)的flash空間。該單片機(jī)具有4組i/o口,分別是從p0到p3,同時(shí)每組端口具有8個(gè)引腳。每個(gè)引腳除了能夠作為普通的輸入和輸出端口外,還具有其它功能,也就是我們通常所說(shuō)的引腳復(fù)用。其還具有斷電保護(hù)、看門口、計(jì)時(shí)器和定時(shí)器。51單片機(jī)一般的工作電壓是5v。
4 軟件設(shè)計(jì)
4.1 通信協(xié)議
本系統(tǒng)為單點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的無(wú)線通信,主接收器在可靠通信范圍內(nèi)分別與每個(gè)數(shù)據(jù)終端通信。主接收器與每個(gè)數(shù)據(jù)終端都有一個(gè)唯一的地址,因此在通信過(guò)程中必須明確接收方的地址。系統(tǒng)通信協(xié)議定制如表1所示。
4.2 溫度測(cè)量程序
本論文采用的溫度傳感器是one-wire總線的器件,與主控芯片進(jìn)行一根數(shù)據(jù)線連接,就能夠同時(shí)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)和時(shí)鐘信號(hào)的雙向傳輸。但是這樣就要求主控芯片的時(shí)序必須具有嚴(yán)格的要求。在出廠之前,每個(gè)器件的rom上都光刻上64位的編碼,這個(gè)編碼地址序列是唯一的,我們可以通過(guò)這個(gè)編碼地址序列來(lái)進(jìn)行多
點(diǎn)的組網(wǎng)。但是本論文所設(shè)計(jì)的溫度采集系統(tǒng),在每一個(gè)結(jié)點(diǎn)只是用一個(gè)溫度傳感器,因此在程序中并不需要讀取其rom編碼。
5 總結(jié)
在實(shí)際的溫度測(cè)量過(guò)程中,測(cè)量單點(diǎn)的溫度往往并不能夠準(zhǔn)確反映實(shí)際溫度信息,需要對(duì)同一環(huán)境進(jìn)行多次測(cè)量,同時(shí)要對(duì)多個(gè)溫度節(jié)點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量。但是多點(diǎn)溫度測(cè)量的溫度測(cè)量點(diǎn)比較分散,如果使用傳統(tǒng)的有線布線方式的話,則系統(tǒng)設(shè)計(jì)復(fù)雜,十分麻煩。本論文設(shè)計(jì)了一種基于無(wú)線傳輸?shù)臏囟炔杉到y(tǒng),采用了nrf9e5無(wú)線芯片,主控芯片采用的是at89s52單片機(jī),溫度測(cè)量的傳感器為ds18b20。本論文首先介紹系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)方案,然后分別簡(jiǎn)要介紹硬件電路設(shè)計(jì)以及部分軟件程序設(shè)計(jì)。
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上海交通大學(xué)學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明本人鄭重聲明:所呈交的學(xué)位論文,是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下,獨(dú)立進(jìn)行研究工作所取得的成果。除文中已經(jīng)注明引用的內(nèi)容外,本論文不包含任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫過(guò)的作品成果。對(duì)本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體,均已在文中以明確方式標(biāo)明。本人完全意識(shí)到本聲明的法律結(jié)果由本人承擔(dān)。學(xué)位論文作者簽名:周燁斐日期:2007年1月25日
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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(guó)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(kù)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(lái)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(wèn)題。如何設(shè)計(jì)一個(gè)全新的控制系統(tǒng)來(lái)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(lái)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(shuō)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(lái)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(guò)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(guò)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(guò)優(yōu)化過(guò)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(guò)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
electrical design,we choose industrial computer,PLC,frequency converters,photo-electricitysensors.The industrial computer works HMI,it communicated with PLC via MPI;thePLC is the center of real-time control,it get the signal of roving height fromphoto-electricity sensors,communicates with frequency converter via PROFIBUS-DP,read the speed of four motors from frequency converter,compute the preset speed of fourmotors,then send commands to frequency to control the speed of motors.Due to theimportance of frequency converters in the whole system,the thesis gives a detailedpresentation on how to choose the frequency converters and its communication with PLC.On the basis of hardware system and the analysis of the control objects,the thesisputs forward the scenario of tension control,which consists of two programs.Firstly,it’sthe tension measuring model.The major function of this model is to substitute thetraditional mechanical cone drums to adjust the winding diameter in terms of the real-timeradial density and then accordingly to adjust the speed of the four motors to improve thesynchronization.Besides,this model has the self-teaching ability to adapt to various kindsof machines.It surpassed the mechanical cone drums and therefore has a more extensiveapplication.Secondly,it’s the algorithm of tension control.The algorithm is based on themeasuring model to adjust the radial density to a stable value through the optimizedclosed-loop methods.These two programs supplement each other to achieve theoptimization of the tension control.In the end,the thesis analyzes the whole software system,anatomizes the majorblocks and gives a profile of the relations among the blocks.In addition,it expatiates onthe most complicated blocks carefully to present a clear picture of the design.By our building a reasonable hardware system and a comprehensive software systemand inventing the tension control scenario,this new type of four-motor roving machineoperated well in the testing phases,which has placed a solid foundation of its successfuldevelopment.
關(guān)鍵詞:項(xiàng)目教學(xué);機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計(jì);教學(xué)改革;本科教學(xué)
中圖分類號(hào):G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A 文章編號(hào):1674-9324(2015)01-0087-02
機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)是機(jī)械和電子的完美結(jié)合的學(xué)科,是機(jī)械學(xué)、信息學(xué)、控制理論、執(zhí)行元件、傳感技術(shù)和總體設(shè)計(jì)等諸多方面,在機(jī)械專業(yè)中占有比較重要的地位。學(xué)生在學(xué)習(xí)工程中,由于實(shí)際經(jīng)驗(yàn)欠缺,加之課程牽涉面廣,學(xué)習(xí)難度比較大,故而在學(xué)習(xí)過(guò)程中不可避免會(huì)存在各種各樣的問(wèn)題。因此,要求在教學(xué)過(guò)程中,教師要想法設(shè)法、千方百計(jì)地通過(guò)不同的教學(xué)方式,調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性,引導(dǎo)學(xué)生充分認(rèn)識(shí)機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)這門課的重要性,從而提高學(xué)生的動(dòng)手能力和實(shí)踐能力,以及總體素質(zhì),從而使學(xué)生求職時(shí)增加在機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)行業(yè)內(nèi)的選擇機(jī)會(huì)。
項(xiàng)目教學(xué)法目前在我國(guó)的職業(yè)教學(xué)實(shí)踐方面已經(jīng)有所涉及。但是在本科教學(xué)中還很少使用,為了讓機(jī)械專業(yè)的學(xué)生通過(guò)項(xiàng)目教學(xué)直接深入到機(jī)電工程領(lǐng)域的實(shí)際工程應(yīng)用,本文提出應(yīng)用項(xiàng)目教學(xué)對(duì)機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程進(jìn)行的本科教學(xué)改革的嶄新思路。
一、項(xiàng)目教學(xué)法的本質(zhì)
關(guān)于項(xiàng)目教學(xué)法的起源,眾說(shuō)紛紜。我們國(guó)家著名教育家陶行知先生所提倡的“在學(xué)中做,在做中學(xué)”的教育理念與此相似。這種教學(xué)模式,將項(xiàng)目教學(xué)法貫徹到某課程的教學(xué)過(guò)程中,通過(guò)組織學(xué)生真實(shí)地參加項(xiàng)目選題、方案設(shè)計(jì),管理項(xiàng)目的全過(guò)程,在項(xiàng)目實(shí)施的過(guò)程中完成教學(xué)任務(wù)、實(shí)現(xiàn)教學(xué)目的,從而培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力、分析能力及其他關(guān)鍵能力。
項(xiàng)目教學(xué)法擯棄了傳統(tǒng)的教學(xué)以教師講授為主,學(xué)習(xí)以課本為主的模式,強(qiáng)調(diào)理論聯(lián)系實(shí)際、創(chuàng)新開拓精神和團(tuán)隊(duì)合作精神,是一種很新教育模式。該方法可以充分應(yīng)用課堂理論知識(shí)解決生活中、工程中的實(shí)際存在的問(wèn)題,并且通過(guò)解決項(xiàng)目加深對(duì)理論知識(shí)的理解,從而起到了培養(yǎng)學(xué)生綜合能力的目的。因此,項(xiàng)目教學(xué)法完全體現(xiàn)了現(xiàn)代教育“素質(zhì)教育”的本色。
二、項(xiàng)目教學(xué)法的實(shí)施步驟
項(xiàng)目教學(xué)法主要特點(diǎn)理論與實(shí)踐相結(jié)合,在學(xué)習(xí)理論知識(shí)的基礎(chǔ)上,加強(qiáng)學(xué)生實(shí)踐能力的培養(yǎng)。這種方法有利于培養(yǎng)學(xué)生的多種能力,如:展示學(xué)生的創(chuàng)造性,培養(yǎng)了學(xué)生解決實(shí)際問(wèn)題的能力,以及對(duì)項(xiàng)目的管理能力。項(xiàng)目教學(xué)法的整個(gè)教學(xué)過(guò)程,分為以下幾個(gè)階段:
1.項(xiàng)目教學(xué)動(dòng)員階段。項(xiàng)目教學(xué)法開始之前,積極組織學(xué)生參加動(dòng)員大會(huì),由學(xué)院相關(guān)領(lǐng)導(dǎo)、學(xué)科主任、專職教師、實(shí)驗(yàn)室教學(xué)教師及相關(guān)人員參加。會(huì)上要注意強(qiáng)調(diào)項(xiàng)目教學(xué)法此項(xiàng)教學(xué)改革的重要性,以及將對(duì)學(xué)生起到的重要作用,特別是機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)項(xiàng)目教學(xué)法將強(qiáng)化學(xué)生以前動(dòng)手能力比較弱的薄弱環(huán)節(jié),是學(xué)生接觸工程和生活中的實(shí)際項(xiàng)目的大好機(jī)會(huì),也是提前將學(xué)生的理論知識(shí)和將來(lái)的工作相聯(lián)系的重要環(huán)節(jié)。并對(duì)學(xué)生提出希望,希望學(xué)生切實(shí)發(fā)揮自己的主觀能動(dòng)性和創(chuàng)造性。學(xué)院和教研室將對(duì)學(xué)生提供各種指導(dǎo)條件和實(shí)驗(yàn)條件,并且?guī)椭笇?dǎo)學(xué)生如何保護(hù)自己的具有知識(shí)產(chǎn)權(quán)的作品。
2.題目擬定階段。學(xué)生自主分組或教師給學(xué)生分組,要求學(xué)生要充分發(fā)揮主觀能動(dòng)性,通過(guò)廣泛查閱資料、主動(dòng)思考,開拓思維,乃至市場(chǎng)調(diào)研擬定本小組的題目。教師在這個(gè)過(guò)程必須要干預(yù),要求學(xué)生選定的題目適合小組各組員的特長(zhǎng)和興趣,并且要求項(xiàng)目既要體現(xiàn)一定的創(chuàng)新性、實(shí)用性,并且具備一定的挑戰(zhàn)性,而且要成本適中、切實(shí)可行、不可好高騖遠(yuǎn)。對(duì)于項(xiàng)目中所用到的新知識(shí)新理論,指導(dǎo)教師也要能否準(zhǔn)確把握。項(xiàng)目經(jīng)過(guò)教師的指導(dǎo)和學(xué)生們的努力在有限的時(shí)間內(nèi)可以順利完成。
3.可行性論證階段。此階段對(duì)于項(xiàng)目是否能夠真正實(shí)施非常重要。項(xiàng)目組必須在廣泛的調(diào)查研究的基礎(chǔ)上撰寫項(xiàng)目可行性論證報(bào)告、并詳細(xì)確定項(xiàng)目進(jìn)程計(jì)劃。在安排研究進(jìn)度的時(shí)候,最好能夠基本上與課堂教學(xué)進(jìn)度并行,即:首先是機(jī)械機(jī)構(gòu)、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、然后是計(jì)算機(jī)、控制系統(tǒng)和傳感器系統(tǒng)以及系統(tǒng)綜合設(shè)計(jì)[4]。
教師必須認(rèn)真檢查并核實(shí)項(xiàng)目組的可行性分析及方案設(shè)計(jì)。若項(xiàng)目不可行或者不具備研究基礎(chǔ),教師應(yīng)該引導(dǎo)學(xué)生及時(shí)更換題目,重新進(jìn)行可行性評(píng)估和方案設(shè)計(jì),這樣雖然暫時(shí)會(huì)影響到項(xiàng)目進(jìn)程,但是可以保證將來(lái)不影響后續(xù)工作進(jìn)一步展開。
4.具體實(shí)施階段。此階段至關(guān)重要,要求學(xué)生必須按照計(jì)劃實(shí)施并按照要求做好階段總結(jié),并及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題。本階段,學(xué)生將碰到很多新的知識(shí),可能沒(méi)有接觸過(guò)。教師就要按照需求指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行自學(xué)和講解,以培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)能力和解決實(shí)際問(wèn)題的能力、從而進(jìn)一步提高學(xué)生的創(chuàng)造性思維。需要學(xué)生學(xué)習(xí)的內(nèi)容,指導(dǎo)教師要合理把握,只要能夠基本達(dá)到項(xiàng)目的研究需要就可以了。項(xiàng)目的實(shí)施過(guò)程中,學(xué)生將有大部分工作需要在實(shí)驗(yàn)室中完成,一定要強(qiáng)調(diào)學(xué)生要注意安全。對(duì)于需要設(shè)計(jì)加工的項(xiàng)目,指導(dǎo)教師要著重指導(dǎo)學(xué)生按照機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)手冊(cè)進(jìn)行合理設(shè)計(jì),從而可以順利完成設(shè)計(jì)和加工的任務(wù)。
在此過(guò)程中,由于學(xué)生面對(duì)的是解決項(xiàng)目所需要面對(duì)的各種各樣的問(wèn)題,最能增強(qiáng)學(xué)生綜合素質(zhì)。教師在項(xiàng)目教學(xué)法的實(shí)施過(guò)程中,要非常注意培養(yǎng)學(xué)生自己發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、自己分析問(wèn)題和自己解決問(wèn)題的能力,引導(dǎo)學(xué)生自己去解決問(wèn)題,充分推動(dòng)學(xué)生的主動(dòng)研究、主動(dòng)思考的水平和能力。
5.成果匯報(bào)階段。成果匯報(bào)的形式可以多種多樣,希望每一組的同學(xué)能以研究總結(jié)報(bào)告、學(xué)術(shù)論文或者其他形式的文本呈現(xiàn)本小組的研究成果。寫作的過(guò)程中要求學(xué)生按照正式的項(xiàng)目報(bào)告和學(xué)術(shù)論文形式進(jìn)行撰寫。另外,要求學(xué)生在寫作時(shí)需要體現(xiàn)項(xiàng)目完成過(guò)程中的管理過(guò)程。報(bào)告或?qū)W術(shù)論文中要體現(xiàn)項(xiàng)目的先進(jìn)性以及所存在的不足。
6.成績(jī)考評(píng)階段。以每個(gè)項(xiàng)目小組為單位,根據(jù)學(xué)生遞交的成果,教師應(yīng)認(rèn)真考核學(xué)生完成項(xiàng)目的情況。針對(duì)機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)項(xiàng)目的各系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)方式、功能、軟硬件設(shè)計(jì)以及最終的項(xiàng)目報(bào)告等分別進(jìn)行考評(píng),并且最終給出小組的綜合考評(píng)成績(jī)。然后,在此基礎(chǔ)上根據(jù)項(xiàng)目中的分工合作情況,給出單個(gè)學(xué)生的考評(píng)成績(jī)。考評(píng)中要特別注意學(xué)生在完成項(xiàng)目的過(guò)程中出現(xiàn)或提出的問(wèn)題,以及如何分析和解決這些問(wèn)題的。
7.項(xiàng)目拓展階段。對(duì)于考評(píng)成績(jī)優(yōu)秀的小組可以組織學(xué)生以學(xué)術(shù)論文的形式向會(huì)議或者期刊投稿、申報(bào)專利、參加競(jìng)賽的形式進(jìn)一步進(jìn)行項(xiàng)目拓展。對(duì)于確實(shí)優(yōu)秀、具備創(chuàng)新性并且具有一定市場(chǎng)的優(yōu)秀項(xiàng)目可以由學(xué)校出面進(jìn)行項(xiàng)目推介,讓項(xiàng)目走向市場(chǎng)。
三、項(xiàng)目教學(xué)法需要注意的問(wèn)題
1.關(guān)鍵在于教師素質(zhì)。在機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程的本科教學(xué)中實(shí)施項(xiàng)目教學(xué)法對(duì)指導(dǎo)教師提出了非常高的要求。要求教師非常熟悉機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)管理流程,具備機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn),對(duì)設(shè)計(jì)過(guò)程中各個(gè)步驟、環(huán)節(jié)以及有可能會(huì)碰到的問(wèn)題做到心中有數(shù)。要求教師善于調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性和創(chuàng)造性,并且本身同樣具備敏銳的思維方式,善于發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、分析問(wèn)題和解決問(wèn)題。
2.需要實(shí)驗(yàn)室軟硬件支持。項(xiàng)目的實(shí)施過(guò)程中,學(xué)生們需要在實(shí)驗(yàn)室中完成大部分工作,因此,需要現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)室在軟硬件配備方面還要適當(dāng)加強(qiáng),使得實(shí)驗(yàn)室的條件足以支撐各個(gè)項(xiàng)目的完成。
3.需要經(jīng)費(fèi)支持。項(xiàng)目在實(shí)施過(guò)程中,硬件的采購(gòu),電路設(shè)計(jì)與加工、機(jī)械部件設(shè)計(jì)與加工、系統(tǒng)的調(diào)試等環(huán)節(jié)均需要一定的經(jīng)費(fèi)支持。
四、結(jié)論
本文提出應(yīng)用項(xiàng)目教學(xué)法對(duì)機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程本科教學(xué)進(jìn)行教學(xué)改革的方案,該法將理論與實(shí)踐相結(jié)合,激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣和熱情,培養(yǎng)學(xué)生開拓性思維,使學(xué)生能夠以項(xiàng)目的形式深入機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)及項(xiàng)目管理,著重培養(yǎng)學(xué)生在機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的自己發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、自己分析問(wèn)題和自己解決問(wèn)題的能力。學(xué)生在項(xiàng)目教學(xué)法中所得到的成果,有可能成為機(jī)電行業(yè)的敲門磚。項(xiàng)目教學(xué)法將在提高學(xué)生素質(zhì)、拓寬知識(shí)面和就業(yè)廣度等方面有所建樹。
參考文獻(xiàn):
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摘要:本文針對(duì)“嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)”的教學(xué)實(shí)踐,將“嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)”系列課程實(shí)踐教學(xué)分為三個(gè)層面,對(duì)課程內(nèi)容、實(shí)踐教學(xué)方案和實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)等進(jìn)行探索,確保學(xué)生在掌握專業(yè)知識(shí)的同時(shí),提高自主學(xué)習(xí)與自主創(chuàng)新的工程實(shí)踐能力,真正做到學(xué)以致用。
關(guān)鍵詞:嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì);實(shí)踐教學(xué);創(chuàng)新
中圖分類號(hào):G6420.0 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A
嵌入式系統(tǒng)是相對(duì)于通用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)提出的“嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)”,它是將先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)、半導(dǎo)體技術(shù)、電子技術(shù)與各個(gè)行業(yè)的具體應(yīng)用相結(jié)合后的產(chǎn)物,是一個(gè)技術(shù)密集、高度分散、不斷創(chuàng)新的知識(shí)集成系統(tǒng),被廣泛應(yīng)用于通信設(shè)備、信息家電、工業(yè)控制和交通等方面。作為“嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)”的教學(xué)應(yīng)是以應(yīng)用為中心,結(jié)合實(shí)踐與應(yīng)用的一系列課程教學(xué),它是本科生在四年學(xué)習(xí)中進(jìn)行創(chuàng)新性實(shí)踐的有力保證。“嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)”需要設(shè)計(jì)者具有較強(qiáng)的綜合理論知識(shí)和動(dòng)手能力,是對(duì)設(shè)計(jì)者綜合能力與創(chuàng)新能力的考查。因此,在以“應(yīng)用型”人才培養(yǎng)為目標(biāo)的理工科院校的實(shí)踐教學(xué)中應(yīng)特別重視學(xué)生嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)能力的培養(yǎng),加強(qiáng)實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié),提高學(xué)生實(shí)踐能力、職業(yè)技能與就業(yè)能力。在此結(jié)合地方高校通信工程專業(yè)的特點(diǎn)對(duì)學(xué)生“嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)”能力培養(yǎng)的相關(guān)課程內(nèi)容、實(shí)踐教學(xué)方案和實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)等進(jìn)行探索,探討地方高校理工科學(xué)生創(chuàng)新型人才培養(yǎng)體系,培養(yǎng)出理論與實(shí)踐相結(jié)合的創(chuàng)新性人才。
1嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)踐教學(xué)層面
嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)是復(fù)合型的新興技術(shù)[1][2]。基于嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)的課程既與計(jì)算機(jī)、電子、通信、自動(dòng)控制技術(shù)相關(guān)的專業(yè)課程有關(guān),又與具體的應(yīng)用背景有關(guān)。理工科各專業(yè)需結(jié)合專業(yè)特點(diǎn)和嵌入式系統(tǒng)在專業(yè)中的應(yīng)用進(jìn)行嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)的研究與教學(xué),根據(jù)專業(yè)特色開設(shè)先進(jìn)的、具有深入內(nèi)容的嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程,使學(xué)生具備創(chuàng)新能力和解決實(shí)際問(wèn)題的能力,所以在進(jìn)行嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)人才培養(yǎng)時(shí)必須重點(diǎn)把握實(shí)踐和創(chuàng)新這兩個(gè)方面,注意科學(xué)對(duì)技術(shù)所起的基礎(chǔ)支持作用,要從嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)動(dòng)態(tài)發(fā)展出發(fā),開設(shè)具有嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)體系的課程,開設(shè)有關(guān)含有信息論、系統(tǒng)理論及控制理論等基本內(nèi)容交叉融合的課程,拓寬學(xué)生在專業(yè)學(xué)習(xí)中視野與思維的深度和廣度,這樣才能培養(yǎng)出學(xué)生的創(chuàng)新能力。根據(jù)嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)的實(shí)踐可以按照?qǐng)D1所示三個(gè)層面進(jìn)行相關(guān)課程的配置。
層面一是培養(yǎng)學(xué)生具備能夠針對(duì)某個(gè)具體嵌入式系統(tǒng)軟、硬件平臺(tái)進(jìn)行二次開發(fā)的能力。要求學(xué)生掌握應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和開發(fā)技能,屬于嵌入式系統(tǒng)教學(xué)的最低層。集中在微處理器(如MCS51系列、TMS320系列、ARM系列)的體系結(jié)構(gòu)及其語(yǔ)言、接口的工作原理;嵌入式應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)工具、開發(fā)語(yǔ)言、交叉編譯環(huán)境和調(diào)試工具的使用。在此
方面以單片機(jī)芯片及其開發(fā)應(yīng)用、DSP芯片及其開發(fā)應(yīng)用和ARM微處理器及其開發(fā)應(yīng)用展開教學(xué),并在實(shí)踐環(huán)節(jié)對(duì)學(xué)生動(dòng)手制作自已所期望的單片機(jī)、DSP和ARM的應(yīng)用系統(tǒng)進(jìn)行作品展示,并將作品作為成績(jī)考核的依據(jù)。
層面二是培養(yǎng)學(xué)生具備能夠進(jìn)行嵌入式系統(tǒng)平臺(tái)設(shè)計(jì)與開發(fā)的能力。不僅要求學(xué)生掌握硬件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與開發(fā)技能,還應(yīng)該掌握軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與開發(fā)技能。促使學(xué)生掌握嵌入式系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)后,掌握嵌入式操作系統(tǒng)的原理及其在特定硬件平臺(tái)上的移植。使學(xué)生具備特定硬件平臺(tái)下的嵌入式系統(tǒng)裁剪、移植,板載資源的初始化與驅(qū)動(dòng)及外設(shè)驅(qū)動(dòng)程序的設(shè)計(jì)和嵌入式數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)開發(fā)技能,注重嵌入式系統(tǒng)圖形界面和網(wǎng)絡(luò)通信的設(shè)計(jì)與開發(fā)。在層面一的基礎(chǔ)上進(jìn)行嵌入式操作系統(tǒng)及應(yīng)用軟件開發(fā)的教學(xué),并在實(shí)踐環(huán)節(jié)對(duì)學(xué)生動(dòng)手制作自已所期望的具有圖形界面操作、外設(shè)驅(qū)動(dòng)和數(shù)據(jù)信息管理等功能的單片機(jī)、DSP和ARM應(yīng)用系統(tǒng)進(jìn)行作品展示,并將作品作為成績(jī)考核的依據(jù)。
層面三是培養(yǎng)學(xué)生具備能夠進(jìn)行基于SOPC嵌入式系統(tǒng)IP內(nèi)核設(shè)計(jì)和開發(fā)的能力。要求學(xué)生在掌握前兩層面的基礎(chǔ)上,讓學(xué)生能夠進(jìn)行基于FPGA的SOC系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與開發(fā)訓(xùn)練,并結(jié)合嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展進(jìn)行有關(guān)計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)等理論研究。促使學(xué)生結(jié)合EDA設(shè)計(jì)、嵌入式系統(tǒng)優(yōu)化、計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)理論、微電子等學(xué)科知識(shí),將微處理器等以IP內(nèi)核的方式植入FPGA中,利用FPGA的可編程邏輯資源,按照系統(tǒng)功能需求來(lái)添加接口功能模塊,既能實(shí)現(xiàn)目標(biāo)系統(tǒng)功能,又能降低系統(tǒng)的成本和功耗。這樣就使得FPGA靈活的硬件設(shè)計(jì)與處理器的強(qiáng)大軟件功能有機(jī)地結(jié)合在一起,高效地實(shí)現(xiàn)SOPC嵌入式系統(tǒng)。實(shí)踐環(huán)節(jié)以學(xué)生參加嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)競(jìng)賽、科研創(chuàng)新、發(fā)明制作等實(shí)踐進(jìn)行作品展示,并將作品作為創(chuàng)新學(xué)分修讀的依據(jù)。
2嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)踐教學(xué)方案
(1) 學(xué)生實(shí)踐能力設(shè)計(jì)
“嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)”系列課程的教學(xué)內(nèi)容應(yīng)包括嵌入式系統(tǒng)硬件與軟件的設(shè)計(jì),在以電路與系統(tǒng)集成、計(jì)算機(jī)信息系統(tǒng)集成及計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與仿真為工程設(shè)計(jì)基礎(chǔ)教學(xué)的同時(shí),加強(qiáng)學(xué)生在工程設(shè)計(jì)能力方面的培養(yǎng),提高學(xué)生的電路設(shè)計(jì)和軟件開發(fā)能力。因而,通信工程本科專業(yè)的實(shí)踐教學(xué)可在基于現(xiàn)代電子技術(shù)進(jìn)行信息的采集、傳輸、處理、檢測(cè)、控制和現(xiàn)代通信網(wǎng)工程應(yīng)用的同時(shí),以信息與通信工程技術(shù)為主線,融電子科學(xué)與技術(shù)、計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)、控制科學(xué)與工程技術(shù)于一體,構(gòu)建通信與信息系統(tǒng)和信號(hào)與信息處理學(xué)科方向,使學(xué)生實(shí)踐能力結(jié)構(gòu)如圖2所示。
(2) 實(shí)踐教學(xué)方案
在教學(xué)中注重理論與實(shí)踐課程相結(jié)合,加強(qiáng)實(shí)踐與設(shè)計(jì)課程,設(shè)置完善的實(shí)踐課程體系,強(qiáng)化學(xué)生的技能訓(xùn)練,開展工程設(shè)計(jì)。低年級(jí)課程要特別強(qiáng)調(diào)基礎(chǔ)理論的學(xué)習(xí),基本技能的訓(xùn)練;高年級(jí)逐步加強(qiáng)技術(shù)性,實(shí)用性課程,關(guān)注信息工業(yè)發(fā)展的需要。可結(jié)合本校學(xué)術(shù)研究、參與企事業(yè)科研及就業(yè)市場(chǎng)的方向,分設(shè)若干個(gè)課程組及專題設(shè)計(jì),有利于學(xué)生專業(yè)化水平的提高,并縮小大學(xué)教育與企業(yè)要求之間的期望差距。其實(shí)踐教學(xué)具體實(shí)施可參考圖3進(jìn)行。
第一學(xué)期培養(yǎng)學(xué)生認(rèn)識(shí)、發(fā)現(xiàn)、探索實(shí)踐的主動(dòng)創(chuàng)新思維模式。如通過(guò)軍事理論的學(xué)習(xí),注重介紹通信技術(shù)在現(xiàn)代軍事中的應(yīng)用;通過(guò)工程制圖的學(xué)習(xí),以電子CAD為導(dǎo)引學(xué)習(xí)AutoCAD、Protel等繪圖軟件的應(yīng)用;通過(guò)認(rèn)識(shí)實(shí)習(xí),下企業(yè)進(jìn)行現(xiàn)代通信方式及通信器械的認(rèn)識(shí)學(xué)習(xí)。
第二學(xué)期培養(yǎng)學(xué)生工程創(chuàng)新中結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及可視化界面編寫能力。如在以國(guó)家級(jí)計(jì)算機(jī)等級(jí)考核展開教學(xué)的同時(shí),注重學(xué)生計(jì)算機(jī)語(yǔ)言編程基礎(chǔ)能力的培養(yǎng),注重VB、VC、VF、Delphi、Java等編程的導(dǎo)向?qū)W習(xí)。
第三學(xué)期培養(yǎng)學(xué)生可視化界面及數(shù)據(jù)庫(kù)管理信息系統(tǒng)的開發(fā)設(shè)計(jì)能力,進(jìn)行有線與無(wú)線通信中電子測(cè)量?jī)x器設(shè)備的使用。
第四學(xué)期培養(yǎng)學(xué)生基于單片機(jī)與EDA的嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)開發(fā)能力。在加強(qiáng)電子工藝實(shí)踐的同時(shí),以數(shù)字系統(tǒng)與邏輯設(shè)計(jì)教學(xué)為基礎(chǔ),加強(qiáng)硬件描述語(yǔ)言與電子技術(shù)系統(tǒng)級(jí)的融合,基本實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)軟件到硬件的實(shí)踐創(chuàng)新技能。
第五學(xué)期培養(yǎng)學(xué)生基于DSP的嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)開發(fā)能力,加強(qiáng)生產(chǎn)實(shí)踐實(shí)習(xí)。在各專業(yè)課程學(xué)習(xí)的過(guò)程中,以計(jì)算機(jī)硬件與計(jì)算機(jī)軟件設(shè)計(jì)來(lái)體現(xiàn)信息與通信工程學(xué)科下通信與信息系統(tǒng)和信號(hào)與信息處理學(xué)科方向共性的實(shí)踐操作創(chuàng)新設(shè)計(jì)。
第六學(xué)期培養(yǎng)學(xué)生基于ARM的嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)開發(fā)能力。以通信與信息系統(tǒng)和信號(hào)與信息處理學(xué)科方向構(gòu)建專業(yè)綜合課程設(shè)計(jì)。
第七學(xué)期培養(yǎng)學(xué)生基于SOPC的嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)開發(fā)能力。在通信與信息系統(tǒng)學(xué)科方向以現(xiàn)代通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)為導(dǎo)向,構(gòu)建有線通信與無(wú)線通信的通信系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)。在信號(hào)與信息處理學(xué)科方向以語(yǔ)音、圖像等多媒體信號(hào)與信息為導(dǎo)向,構(gòu)建語(yǔ)音與圖像信號(hào)與信息工程應(yīng)用的通信系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)。
第八學(xué)期培養(yǎng)學(xué)生綜合的嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)開發(fā)能力。通過(guò)專題進(jìn)行企事業(yè)單位上崗實(shí)踐,加強(qiáng)畢業(yè)設(shè)計(jì)的理論與實(shí)踐相結(jié)合,為畢業(yè)后就能上崗打下基礎(chǔ)。
在以上各環(huán)節(jié)中除了完成課程實(shí)踐教學(xué)外,還要求學(xué)生在課外必須參與科技實(shí)踐及各項(xiàng)競(jìng)賽活動(dòng)或提供自已的創(chuàng)意作品以取得一定的創(chuàng)新學(xué)分。因此在“嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)”實(shí)踐教學(xué)與創(chuàng)新型人才培養(yǎng)體系建設(shè)中,要綜合考慮實(shí)驗(yàn)、實(shí)習(xí)、課程設(shè)計(jì)、畢業(yè)設(shè)計(jì)及課外科技實(shí)踐活動(dòng)等實(shí)踐環(huán)節(jié),統(tǒng)籌實(shí)踐教學(xué)體系,使學(xué)生能從課內(nèi)到課外,充分發(fā)揮課外科技活動(dòng)提高自身工程素質(zhì)。
3嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)踐教學(xué)支持
以嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)為指引,將理論與實(shí)踐進(jìn)行有效合理的整合,應(yīng)用現(xiàn)代教育技術(shù),結(jié)合工程實(shí)踐進(jìn)行分解,變成可供實(shí)際推廣操作的學(xué)習(xí)任務(wù),輔以必要的教育技術(shù)支持手段(開發(fā)教材、課件、培訓(xùn)計(jì)劃、教學(xué)設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、必要的評(píng)估手段)強(qiáng)調(diào)學(xué)生自主學(xué)習(xí),在實(shí)際工程環(huán)境中掌握和內(nèi)化工程的理念。
(1) 開放實(shí)驗(yàn)室
在以“學(xué)生是主體,教師是主導(dǎo)” 的基礎(chǔ)上,為了使學(xué)生在高等教育中獲取更多的實(shí)用知識(shí)和創(chuàng)新技能,開辟與課程配套的網(wǎng)上資源系統(tǒng),鼓勵(lì)學(xué)生遇到問(wèn)題后上網(wǎng)查找資料,采用基于Web的開放實(shí)踐教學(xué)管理系統(tǒng)[3]。對(duì)實(shí)驗(yàn)室教學(xué)信息進(jìn)行綜合分析,建立開放式實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)和開放式實(shí)踐教學(xué)管理體系,通過(guò)Web頁(yè)完成學(xué)生開放實(shí)驗(yàn)的各個(gè)環(huán)節(jié)管理,提高教學(xué)質(zhì)量和辦學(xué)效益。使學(xué)生由實(shí)驗(yàn)申請(qǐng)到實(shí)驗(yàn)結(jié)束完全網(wǎng)絡(luò)化管理,有利于實(shí)驗(yàn)設(shè)備的充分利用,也有利于學(xué)生思維能力、設(shè)計(jì)能力、知識(shí)綜合運(yùn)用能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。
實(shí)驗(yàn)室開放的對(duì)象為所有在校學(xué)生,主要以設(shè)計(jì)性、綜合性及研究創(chuàng)新性的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目開放為主,培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)基礎(chǔ)理論和專業(yè)知識(shí)解決復(fù)雜問(wèn)題的能力。在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)部的各實(shí)驗(yàn)分室可根據(jù)自身特點(diǎn)和教學(xué)實(shí)際需要,采取定時(shí)開放與網(wǎng)上預(yù)約開放兩種不同的模式向?qū)W生開放。
所謂定時(shí)開放是根據(jù)教學(xué)安排,在指定時(shí)間內(nèi)向?qū)W生全面開放。理論課教師和實(shí)踐課教師根據(jù)實(shí)驗(yàn)室儀器設(shè)備情況,結(jié)合課程內(nèi)容,確定教學(xué)計(jì)劃以外的自選實(shí)踐項(xiàng)目。學(xué)生可以根據(jù)自己的興趣愛(ài)好對(duì)實(shí)踐項(xiàng)目進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計(jì)組合成綜合型、設(shè)計(jì)型實(shí)踐課題,在課外獨(dú)立完成自己的課題方案設(shè)計(jì)并經(jīng)指導(dǎo)教師審核通過(guò),在實(shí)踐過(guò)程中學(xué)生必須獨(dú)立完成實(shí)踐并撰寫上傳實(shí)驗(yàn)報(bào)告。
所謂網(wǎng)上預(yù)約開放是學(xué)生提前申請(qǐng)擬做實(shí)踐項(xiàng)目和所需儀器設(shè)備及元器件,由實(shí)驗(yàn)室根據(jù)學(xué)生人數(shù)、實(shí)踐內(nèi)容和網(wǎng)上預(yù)約時(shí)間安排實(shí)踐設(shè)備、器材和指導(dǎo)教師。學(xué)生根據(jù)實(shí)驗(yàn)室的儀器設(shè)備的條件自行擬定科技活動(dòng)課題并提供方案,在網(wǎng)上預(yù)約相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)室與指導(dǎo)教師,開展創(chuàng)新發(fā)明、科技制作、論文撰寫等實(shí)踐活動(dòng)。在實(shí)踐過(guò)程中學(xué)生都必須進(jìn)行獨(dú)立的思考,查閱相關(guān)文獻(xiàn)資料,綜合多方面的知識(shí)和技能,在實(shí)踐設(shè)備和操作環(huán)節(jié)上不受任何限制的情況下自行分析、設(shè)計(jì)和調(diào)試實(shí)踐系統(tǒng),最終得出實(shí)踐結(jié)果并撰寫上傳實(shí)踐報(bào)告或論文。
(2) 實(shí)踐教學(xué)組織
聯(lián)系專業(yè)提供工程設(shè)計(jì)課題,結(jié)合前面所講的教學(xué)層面與科研、科技競(jìng)賽工作開展學(xué)生設(shè)計(jì)性實(shí)踐項(xiàng)目,激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新熱情,如將行走機(jī)器人的制作分解為語(yǔ)音識(shí)別、圖像識(shí)別、高精密電機(jī)進(jìn)給控制等實(shí)踐項(xiàng)目。強(qiáng)化實(shí)踐過(guò)程,選派具有實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的教師參與指導(dǎo),有助于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力,如通過(guò)提供的對(duì)比示例來(lái)啟發(fā)學(xué)生,增強(qiáng)學(xué)生的自信心。在實(shí)驗(yàn)方法與實(shí)驗(yàn)措施上實(shí)現(xiàn)多元化,使學(xué)生在不斷改進(jìn)、反復(fù)鍛煉中提高分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力,在實(shí)踐過(guò)程中真正做到舉一反三。
學(xué)生須進(jìn)行嵌入式系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計(jì),為了使實(shí)踐內(nèi)容和教學(xué)內(nèi)容聯(lián)系得更緊密,可結(jié)合前面所講的教學(xué)層面要求學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)踐核心板與擴(kuò)展板。核心板提供相對(duì)應(yīng)微處理器的最小系統(tǒng),包括了處理器、RAM、ROM、寄存器接口等;擴(kuò)展板提供電源、LCD顯示、串口、USB、以太網(wǎng)口等模塊。
改革課程考核方式,加強(qiáng)學(xué)生動(dòng)手能力的培養(yǎng),單片機(jī)技術(shù)、DSP技術(shù)、EDA技術(shù)、嵌入式系統(tǒng)、可視化程序設(shè)計(jì)等技術(shù)課程的考核成績(jī)?nèi)坎捎脤?shí)踐環(huán)節(jié),實(shí)驗(yàn)占總成績(jī)的40%,課程設(shè)計(jì)(要求有硬件和軟件制作)占總成績(jī)的40%,創(chuàng)意制作占總成績(jī)的20%。學(xué)生在完成實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上,完成選定題目的課程設(shè)計(jì),實(shí)驗(yàn)與課程設(shè)計(jì)題目每年不斷更新,學(xué)生可以根據(jù)自身掌握的程度選擇不同難度的題目,分值依據(jù)題目難易程度而定。
這樣將“嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)”系列課程實(shí)踐教學(xué)融合到地方理工科院校的人才培養(yǎng)體系中。通過(guò)加強(qiáng)開放實(shí)驗(yàn)與科技制作及科技競(jìng)賽等創(chuàng)新學(xué)分的管理,改革相關(guān)課程考核方式,綜合考慮知識(shí)、能力和素質(zhì)三者的關(guān)系,統(tǒng)籌實(shí)踐教學(xué)體系,提供豐富的工程設(shè)計(jì)課題,加強(qiáng)學(xué)生對(duì)“嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)”的工程訓(xùn)練,促進(jìn)大學(xué)教育的創(chuàng)新性人才培養(yǎng)。
參 考 文 獻(xiàn)
[1] 沈連豐,宋鐵成,葉芝慧等. 嵌入式系統(tǒng)及其開發(fā)應(yīng)用[M]. 北京:電子工業(yè)出版社,2005.
預(yù)計(jì)1個(gè)月內(nèi)審稿 部級(jí)期刊
科學(xué)出版社主辦
預(yù)計(jì)1個(gè)月內(nèi)審稿 部級(jí)期刊
中國(guó)科學(xué)院主辦
預(yù)計(jì)1個(gè)月內(nèi)審稿 省級(jí)期刊
北京希望電子出版社主辦
預(yù)計(jì)1個(gè)月內(nèi)審稿 省級(jí)期刊
中國(guó)航空工業(yè)第一集團(tuán)公司主辦
預(yù)計(jì)1個(gè)月內(nèi)審稿 部級(jí)期刊
中國(guó)電子學(xué)會(huì)主辦
預(yù)計(jì)1個(gè)月內(nèi)審稿 部級(jí)期刊
中國(guó)科學(xué)技術(shù)協(xié)會(huì)主辦