測試系統設計方案范文

導語：如何才能寫好一篇測試系統設計方案，這就需要搜集整理更多的資料和文獻，歡迎閱讀由公務員之家整理的十篇范文，供你借鑒。

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關鍵詞：智能變電站； 綜合性能測試

隨著智能變電站及數字化變電站大量投運，各類智能變電站新型設備（電子式互感器、合并單元、智能終端、網絡交換機）將數據從源頭規范數字化，達到信息集成、數據共享的目的。作為智能變電站綜合性能測試系統，在對智能變電站現場級IED設備測試過程中，必須保證測試結果的準確性。

一 智能變電站綜合性能測試系統需求分析

1. 傳統的智能變電站測試時，保護安裝處的各電氣量狀態是由測試人員經過計算判斷得到的，人為因素降低了測試結果準確性。為此，可以設計一個數字化仿真平臺來解決該問題，通過數字仿真建立系統模型，將變電站一次設備運行狀況一目了然，測試人員通過簡單操作可模擬系統的各種故障，減少人為因素對測試環節中的影響。

2. 目前智能變電站通過合并單元就地將互感器采樣值數字化輸出SV報文發送給所需此采樣的間隔層設備，變電站現場不同間隔之間距離遠，用傳統設備從不同間隔加量難度大同時試驗線過長造成衰耗影響試驗效果。因此，可以采用無線傳輸方式，主機和模擬器之間通過無線方式以數字量傳輸，就不會存在上述問題。

3. 傳統智能變電站測試設備的適用性和測試效率比較低，為此，需要一種新型的智能變電站綜合測試平臺，可適用于各種試驗環境，減少誤差，減少配置工作提高測試效率。

二 智能變電站綜合性能測試系統設計方案

為了滿足上述系統需求，提高智能變電站測試精度，本文分別設計了三個平臺：數字化仿真平臺、無線傳輸平臺及智能變電站綜合測試平臺。由這三個平臺組成智能變電站綜合性能測試系統。

1 數字化仿真平臺

數字化仿真平臺要能夠實現智能變電站設備和線路的建模，模擬動態和時域仿真，對仿真結果進行輔助分析和顯示，同時將仿真數據傳送到無線控制主機。基于上述分析，數字化仿真平臺需要包括以下幾個模塊：圖形建模模塊、電力系統仿真模塊、模擬量波形顯示模塊和控制試驗模塊及電腦。

各模塊功能：圖形化建模模塊用來構建電力系統中主要電氣設備的模型庫，完成智能變電站及直連設備、電源。電力系統仿真模塊將“圖形化建模軟件”建立的智能變電站仿真模型構建微分方程組，對于設定的時序和故障對象，先模擬動態仿真過程，再完成時域仿真。模擬量波形顯示模塊對仿真結果的進行輔助分析，將模擬量的時域仿真結果以波形的方式顯示出來。控制模塊對試驗條件、時序參數進行設置，實現試驗控制功能。通用計算機用來提供功能軟件運行的硬件環境。

數字化仿真平臺支持用電力設備功能模塊構建變電站及周邊電網仿真模型，建模方法快捷、簡單，經簡單培訓即可具備建模能力；模型結構和功能與運行單位采用的表達方法保持一致；故障仿真能力滿足對電網繼電保護進行功能和性能進行檢驗的要求；對于變電站仿真模型和事件過程，仿真軟件可自動建立微分方程組，以獲得試驗數據組。對于復雜繼電保護裝置的特殊配合試驗，系統仿真能力完全可以實現。

2無線傳輸平臺

無線傳輸平臺要能夠實現實驗系統的同步對時，接收數字化仿真平臺的時域仿真結果，并將時域仿真結果以無限傳輸方式下裝到采集模擬器，圖1為無線控制主機系統試驗示意圖。

基于上述分析，本文設計的無線傳輸平臺包括以下幾個模塊：GPS對時模塊、高穩定主時鐘模塊、基于無線方式的IEEE 1588授時模塊、無線收發控制模塊。各模塊功能如下：

GPS對時模塊：接收來自GPS衛星的時鐘信號，并向“高穩定時鐘模塊”授時。

高穩定時鐘模塊：根據GPS對時模塊的授時信號以完成對時，為試驗系統提供同步時鐘。

無線1588授時模塊：將“高穩定時鐘模塊”時鐘信號以無線1588方式向“采集器模擬器”、“開關模擬器”授時。

無線收發控制模塊：接收“智能變電站仿真平臺”的控制命令和時域仿真數據，以無線方式發送試驗控制命令和時域仿真數據包；接收“無線控制主機”的仿真數據包、試驗控制命令、時鐘同步信號；將“仿真數據包”和“試驗控制命令”轉送到“輸出控制模塊”，將“時鐘同步信號”轉送到“高穩定從時鐘模塊”。

3 智能變電站性能綜合測試平臺

智能變電站性能綜合測試平臺的對象是“電子式互感器”，“合并單元”，“保護裝置”及“智能終端”，要能夠實F數據的處理、各裝置同步性能測試以及系統級校驗。綜合測試平臺包括以下幾個模塊：數據處理模塊、延時測試模塊以及校驗模塊。

數據處理模塊統計合并單元發送報文的丟包數及丟包率；分析合并單元輸出信號；分析合并單元發送報文時間抖動特性。

延時測試模塊測試電子式互感器及合并單元穩態絕對延時時間和暫態絕對延時時間；保護裝置GOOSE變位延時時間；智能終端DI變位延時時間；合并單元額定延時時間。

校驗模塊完成電子式互感器及合并單元的穩態和暫態準確度校驗；互感器極性校驗。

三 結語

方案中的智能變電站系統級綜合測試系統，能夠實現模擬全站運行工況的網絡分析工具，實現智能變電站各種智能設備的全站測試，涵蓋智能變電站的所有測試環節，包括研發、試驗、生產、現場調試、運行維護等，并實現測試模型、方法和數據共享和重用，實現智能變電站運行全過程的準確、完整記錄，為智能電網提供全景數據，能夠滿足國家智能電網智能變電站的系統測試需求，同時該系統可廣泛應用于智能電網的智能變電站系統，并在電力系統的生產、科研領域獲得應用。

參考文獻：

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溫濕度傳感器SHT91ATmega16單片機OCMJ液晶顯示器

1 緒論

1.1背景及意義

隨著現代化的發展，工業化程度的提高，自動化技術的發展，在現代化的廠房里已經基本實現了機械化，自動化。而很多的精密機械正常工作都需要一定的環境，當環境中的某些指標超出了其工作范圍時機器就無法正常工作，甚至會出現一些危險事故，造成巨大損失。溫度，濕度就是其中的很重要的兩個因素。因此做一個基于單片機的溫濕度控制系統有其重要的現實意義。

2基于單片機的溫濕度控制系統總體設計方案

2.1系統總體設計方案

系統的總體設計方案框圖如圖2-1所示，主要由溫濕度監測儀和上位PC機兩部分組成。兩部分之間通過RS-485串行通信總線連接，完成倉庫環境濕度的在線測量、數據遠距離傳輸和集中顯示管理等。

3硬件電路設計

本設計是基于單片機對數字信號的高敏感和可控性、溫濕度傳感器可以產生模擬信號，和A/D模擬數字轉換芯片的性能，本設計以ATmega16基本系統為核心的一套檢測控制系統，其中包括單片機、復位電路、溫度檢測、濕度檢測及顯示、報警電路控制系統、系統軟件等部分的設計。

3.1信號采集模塊

在整個溫度濕度監測系統中，信號采集模快起著非常重要的作用。整個系統的好壞主要取決于傳感器性能的優劣，傳感器的精度在一定程度上決定了整個系統的精度。綜合來考慮，最后選用推DHT91這款溫濕度傳感器。該傳感器在極為精確的恒溫室中進行標定，以鏡面冷凝式露點儀為參照。測量精度為±3%RH，并且品質卓越、響應超快、抗干擾能力強、極高的性價比。

3.2電源模塊

電源模塊可以直接提供正5V的直流電壓，但是由于在一些工業環境中并不提供直流電源，而都是交流電源，為確保其實用性，在電源這一部分，提供了整流穩壓電路，可以把交流電壓變成5V的電壓，為整個電路板提供電源。

3.4顯示模塊

顯示模塊采用OCMJ4*8C液晶顯示器，它是漢字圖形點陣液晶顯示模塊，可顯示漢字及圖形，內置8192個中文漢字（16*16點陣）、128個字符（8*16點陣）及64*256點陣顯示RAM（GDRAM）。具有多種軟件功能，如：光標顯示、畫面移位、自定義字符、睡眠模式等。

3.5報警模塊

報警器在整個系統中也起著非常重要的作用，它是高電平報警，一旦監測到的溫度、濕度值的任意一個超過其設定范圍，馬上通過蜂鳴器發出報警聲音，提示使用者出現報警狀態，以保證倉庫處在最佳環境中。

4軟件部分的設計

4.1軟件組成

軟件部分的設計采用模塊化程序設計與結構程序設計的思想，即將程序整體分解為幾個相對獨立的模塊。主要包括主程序模塊、數據采集模塊、顯示模塊、報警模塊、控制模塊等，各模塊的軟件共同作用，完成倉庫環境溫濕度的監測任務。

4.2主程序模塊

主程序模塊的主要任務是將各個模塊進行協調處理和實現數據交互。其首先完成初始化工作，初始化后進入循環處理，在循環的過程中，主處理獲得采集模塊的數據，并將數據進行處理，處理后的結果通過顯示模塊顯示。

4.3數據采集模塊

由于DHT91溫濕度傳感器的輸出為數字信號，無須進行A/D轉換。此采集模塊主要是單片機通過I/O端口采集信號，通過延時程序來控制采集的時間間隔，并通過使確認位ACK為高電平來結束濕度的測量。

4.4顯示模塊

顯示模塊主要完成數據的顯示功能。首先當模塊接受指令前，單片機必須確認模塊內部處于非忙碌狀態，然后根據接受到指令顯示相關的內容在屏幕上。

4.5報警模塊

單片機通過對所測的濕度值與上下限進行比較，判斷是否超出范圍，如果一旦發現超出，通過PC0口輸出低電平進行報警。

5結論

本次設計的基于單片機的倉庫溫度濕度控制系統，通過DHT91傳感器器對倉庫內環境的微弱信號濕度的采集，直接輸出數字數字信號到低功耗單片機AVR集中處理，然后通過液晶顯示器顯示。這樣不僅可以通過對周圍環境的濕度的自動監測以保證倉庫的最佳儲存環境，而且也降低了能耗，測量的精度也較高。因此，在倉庫儲存的應用領域有著良好的前景。

但電路的設計中還有許多需要改進的地方，這將在以后的設計里還有待于進一步完善。

參考文獻：

[1]滿紅，鄒存名，冀勇鋼.現代電子技術.2011（9）.

[2]樂嘉華.溫度檢測技術的現狀和未來[J].煤油化工自動化，1998（3）.

[3]樊尚春.傳感器技術及應用[M].北京航空航天大學出版社，2004.

[4]張毅坤.單片微型計算機原理及應用[M].西安電子科技大學出版社.

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關鍵詞：大屏幕顯示系統；軟件測試；測試用例

中圖分類號：TP391 文獻標識碼：A 文章編號：1674-7712 （2014） 02-0000-02

為了驗證基于網絡大屏幕顯示系統設計方案的正確性以及可實現性，在完成功能設計和代碼編寫后，需要對設計的各個功能模塊進行測試。軟件測試是一項十分復雜多樣化的工作，它在軟件的整個生產周期中占據重要的位置，測試的結果作為考核設計正確性的重要指標，對軟件可靠性的保證具有極其重要的意義。

一、建立測試準則

本次軟件測試的系統由六部分組成，分別負責系統配置、屏幕抓取與顯示、數據壓縮與解壓縮、鼠標控制、同步控制、網絡通信。由于是實用軟件的設計，所以各個模塊之間并沒有明顯的界限，比如網絡通信會貫穿于每個模塊；而且大屏幕顯示系統只有兩端同時運行才能檢測系統的正常與否。因此采取的測試方案包括：單線程測試、多線程測試、圖像傳輸測試、同步效果測試。

二、確定測試用例

（一）單線程測試

測試目的：系統單線程顯示時是否正常運行測試用例見表1。

（二）多線程測試

（1）測試目的：系統多線程顯示時是否正常運行測試用例見表2。

測試小結：系統多線程顯示時能夠正常運行。

（三）圖像傳輸測試

測試目的：測試圖像傳輸的速度，綜合測試屏幕抓取與顯示模塊中的圖像對比傳輸、數據壓縮與解壓、網絡通信的效果。

測試小結：從測試結果上看，當演示PPT、WORD等一類文件時，系統運行效果很好，每秒30幀的速度也能夠滿足在視覺上流暢性的要求；在播放一些流媒體類的文件是，系統也能正常運行，但是每秒10幀的速度有時會會讓人感覺出明顯的不流暢。

（四）同步效果測試

測試目的：測試控制端與拼接顯示端、拼接顯示端的各個顯示主機之間的同步效果。

測試用例見表4。

測試小結：當系統運行時，控制端與拼接顯示端圖像基本同步，各個拼接顯示端之間完全同步。

三、結束語

本文首先針對本系統各個模塊之間分割模糊、聯系密切的特點，建立測試準則，確定測試方案，方案內容分為四個部分：單線程測試、多線程測試、圖像傳輸測試、同步效果測試；然后針對各個測試內容確定測試用例，對結果進行預測，根據實際效果對系統性能進行評估。

參考文獻：

[1]郝愛語.軟件測試方案分析與研究[J].中小企業管理與科技（下旬刊），2009（12）.

[2]朱文球，向華政.軟件測試在機房管理系統開發中的應用[J].中國包裝工業，2002（05）.

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1教學目標

1．1提高設計能力

課程設計可以采用集中培訓的方式、開放式實驗的方式、或電子設計競賽的方式進行［1］。集中培訓指將所有學生集中起來，老師集體輔導，學生自己動手做的方式進行。開放式實驗是把學有余力的學生集中起來，每周上一到二次課，學生利用課余時間進行。電子設計競賽是把少數相對較好的學生集中培訓，可參加全國或陜西省舉辦的各種競賽，倘若獲獎，將對學生是一個極大的鼓勵。

1．2提升綜合設計能力

通過選題、方案論證、系統設計、系統實現、裝配調試、系統測試和總結報告幾個步驟，提升學生的綜合設計能力及系統架構能力［2］。

1．3培養自主創新能力

可以讓學生自主命題，自選方案，將創新性作為考核目標，提高學生自主創新能力［3］。

2實現方法

2．1進行理論教學改革

以前我們的理論教學方式是以課本為主，習題為輔，提高學生做題能力的訓練，忽視了對學生實踐能力的培養，以至于學生只會做題，不會做實驗。很多學生在課前問老師實驗應該怎么做，這就表明學生并沒有真正掌握所學的知識，或者已經掌握了所學知識但不會靈活運用。因此，我認為能在理論教學中加入一些實踐方面的知識，讓學生掌握一些基本的實驗方法還是很有必要的［4］。

2．2結合EDA（PSPICE、MULTISIM等）技術

在老師的指導下鼓勵學生自行設計電路，然后在軟件上仿真驗證，使學生對課題有一個全面的理解和掌握［5］。

2．3開放實驗室

我們的電工電子基礎實驗室設備齊全，規模較大，承擔著全院的基礎實驗課。但課余時間基本不用，應充分發揮實驗室的功能。實驗室應在整個學期都對學生開放，期間學生可以自行約定時間進實驗室，為學生的個性化設計提供必要條件。

2．4開放元器件

學院應撥一定經費，可由老師統一購買元器件發給學生。

3實施步驟

3．1選題

（1）采用難度適當的指定題目或自選題目。

（2）鼓勵使用結合實際應用的最新芯片與開發工具。

（3）使學生在規定的時間內工作量飽滿，經努力能完成任務。

3．2提出設計方案

（1）查找資料。

（2）元器件市場調研。

（3）方案論證。

3．3設計方案點評

（1）對設計方案進行分析、評價。

（2）備齊器件。

3．4設計方案實施

（1）系統實現。

（2）系統測試。

3．5總結

（1）提交總結報告。

（2）提交最終作品。

4課題舉例音響放大器的設計與實現。

4．1實驗目標

（1）小型多級放大系統設計、實現與聯調方法。

a．多級放大系統增益分配設計。

b．多級放大系統級聯調試方法。

（2）音調特性控制方法與實現原理。

（3）音量控制方法與實現原理。

（4）集成功率放大器內部電路工作原理與應用。

（5）音響放大器主要性能參數的測試方法。

4．2實驗內容

（1）功能要求：具有話筒擴音、音調控制、音量控制、電子混響、卡拉OK伴唱等功能。主要技術指標可自定。

（2）音響放大系統及模塊設計。

（3）音調控制特性仿真。

（4）測量內容a．測量音調控制特性，并繪制音調控制特性曲線。b．測量頻率為1kHz時的輸出功率Po及整機電壓增益Av。

（5）測量整機頻率響應特性曲線。

（6）實際系統音效及控制效果試聽。

4．3實驗教學過程與要點

（1）音響放大系統框圖、信號流程與工作原理。

（2）音響放大系統主要技術指標及測試方法。

（3）電路安裝與調試技術。

4．4實驗結果與驗收要求

（1）帶載特性參數測量與實驗記錄結果的比對。

（2）系統音效試聽。

（3）結合實驗內容進行提問。

（4）根據驗收情況，給出并登記驗收成績。

5遇到的困難

當然要開設電子技術課程設計還有許多困難，比如實驗室協調問題、經費問題等，我相信只要我們上下一心，知難而上，總會找到解決的辦法。

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關鍵詞 EDA技術；電子工程設計；機械工程

中圖分類號：TP278 文獻標識碼：A 文章編號：1671-7597（2013）14-0156-01

1 EDA技術簡介

EDA技術在機械電子工程設計當中是新技術，其在應用過程當中的主要載體就是能夠進行大規模編程的邏輯器件，進行編程過程當中采用的主要表達方式是硬件描述語言，EDA技術在應用過程當中需要利用到較多高科技工具，包括計算機和可編程邏輯器件等，這樣一些工具的應用主要是作為開發軟件或者是試驗軟件來加以利用，其應用的最終目的就是對特定的目標芯片進行適配編譯和邏輯映射并最終形成集成電子系統或者是專用集成芯片。

通過上述分析就可以看到，EDA技術實際上也可以看作是在電子電路CAD技術之上發展起來的計算機軟件系統，其主要部件包括編譯器、綜合器、下載器和適配器。其中，綜合器是用將設計者設計完成的設計文件轉換成為該系統的門級電路描述，實際上也就是實現硬件和軟件連接的主要橋梁；適配器的主要作用則是生成最終的下載文件，并將其安排到指定的器件當中去。到目前為止，EDA技術都是機械電子工程設計當中最為核心的技術，這主要就是因為EDA技術當中利用的是HDL高級語言，該語言可以實現公開利用、描述范圍十分廣泛，能夠對機械電子工程設計工作起到非常多的輔助作用，設計者在進行后期的交流、修改和保存時也十分方便，最重要的是，這樣一種語言的使用時的現有的設計完成的設計方案還能夠自動進行在線升級。除此之外，值得關注的是EDA技術還擁有非常高的自動化程度，因此一些常規的仿真、糾錯和調試工作都是能夠十分方便和快捷的完成。

2 機械電子工程中EDA技術研究

EDA技術在長期的發展過程當中不斷實現完善和優化，且其實際應用范圍也越來越廣泛，到目前為止，已經全面應用到了電子工程、通信、生物、醫藥以及航空航天等多個領域，尤其是在機械電子工程當中，更是十分核心的技術，這主要是因為在電子工程設計當中需要通過EDA技術中的虛擬儀器來對產品進行必要的測試，其具體應用分析如下。

2.1 在電子設計當中進行仿真分析

機械電子工程設計方案完全確定以后就需要通過適當的系統仿真或者結構模擬來對其科學性、合理性以及可行性進行分析和研究，以此來保證所設計方案能夠在后續實踐當中順利應用。此時采用EDA技術的好處就在于能夠通過各個環節當中的傳遞函數進行數學建模來進行所需要的仿真分析，經過這樣一種構建和處理的仿真系統，能夠很好對機械電子工程系統設計方案進行推廣和使用，并準確驗證一些理論和構思的實際合理性。除此之外，EDA技術在仿真分析完成之后還能夠對各個電路的實際結構進行分析，同時對電路結構的正確性和性能指標進行分析，實現分析過程的量化。可以看到的是，這樣一種量化的仿真分析確實使得我們國家電子工程設計整體水平得到了極大程度的提高。

2.2 電路特性的優化設計

想要保證電子元件在應用過程當中盡可能的安全和穩定，最重要的就是要保證其擁有最佳的容差和工作環境溫度，但是在實際的工作環境下，傳統電子工程設計方法是很難對電子元件的實際容差以及環境溫度進行全面的勘測和分析的，因此就容易導致所得到的設計方案存在著各個方面的漏洞和誤差，電子元件的容差以及工作環境溫度當然也很難得到有效的保障。通過EDA技術則能夠較好的解決該問題，這主要是因為EDA技術能夠對溫度進行統計分析，并根據分析結果確定出最佳的電子元件參數和電路結構來，相應的也就能夠獲取適宜的工作環境溫度，這樣一來，不僅能夠對電子工程設計方案本身進行必要的完善和優化，還使得其實際工作環境也有了相當好的保證，可謂是一舉兩得。

2.3 對電路特性進行有效分析

事實上，對電路特性進行有效分析是EDA技術當中非常重要的一部分內容，這主要是因為在電子工程設計當中，基本上所有的理論分析都是基于數據測試和特性分析來進行的，因此這樣兩部分數據獲得的及時性和準確性都是非常關鍵的。在傳統的電子工程設計當中，由于受到硬件和技術等各個方面的局限，其測試結構和測試方法都存在較多方面的問題，使得電路測試的實際精度受到非常大的影響，嚴重時候甚至有可能干涉到產品的后期使用穩定性。而EDA技術的應用則能夠對整個系統進行全面而精確的測試，既能夠避免方案在局部出現結構性差異，還能夠對方案整體性和合理性予以保障。

2.4 機械結構中注意防止靜電

機械結構主要是指根據一定的原理方案，設計出具體的結構圖，并應用于實物，最終達到要求功能的結構。隨著高科技的發展，尤其是以輕、薄為發展趨勢的電子產品的發展，對集成電路元器件的要求也越來越高，愈加縮小的線路和密集的電子元件排列對都靜電防治提出了更高要求。靜電電場和靜電電流是造成電子元件毀壞的致命因素。靜電電場和電流對周圍電荷的強大吸引力，破壞了絕緣體造成元器件敏感度的急劇下降，甚至電路導體燒融，電子產品爆炸等。

3 結束語

通過上文說明和分析就可以看到，EDA技術在機械電子工程當中的應用和發展給我們國家的電子工程設計帶來了巨大的變革，通過EDA技術設計出來的機械電子產品不僅使用性能好，而且專業化程度也有著非常大的提升。機械電子工程設計人員在工作過程當中采用該技術不但能夠較大程度的提高工作效率，還能夠獲得更多具有高附加值的電子產品來。在本文當中，對EDA技術進行了簡要介紹，并重點分析其在機械電子工程當中的重要應用。

參考文獻

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（淮安信息職業技術學院，江蘇 淮安 223003）

【摘要】在微控制器中嵌入TCP/IP協議，并利用HTTP協議實現嵌入式WEB服務器，計算機可通過WEB服務器實現對電源開關的遠程控制功能。根據功能需求，給出系統設計方案。

關鍵詞 微控制器；以太網；TCP/IP協議；嵌入式WEB服務器

基金項目：江蘇省淮安市科技支撐計劃（工業）專項基金項目（HAG2012056）。

作者簡介：索明何（1979—），男，山東淄博人，淮安信息職業技術學院，講師、工程師，研究方向為嵌入式系統與物聯網技術。

宋剛永（1980—），男，江蘇宿遷人，淮安信息職業技術學院，講師、工程師，研究方向為電子技術及應用。

0引言

在許多用電場所包括工業用電及生活用電，電源的通與斷都需要人工操作，這會帶來許多不便，并且有時在無人管理的情況下會造成電能的超級浪費甚至會帶來危險因素。在此提出一種解決方案——基于嵌入式WEB服務器的遠程電源開關設計。

1系統硬件設計方案

遠程電源開關的總體結構框架如圖1所示。由微控制器、以太網接口模塊和控制模塊三大部分組成。

其中，為使電源控制開關接入以太網，需通過以太網接口模塊將其接入以太網。為了簡化電路設計，亦可選擇內部集成以太網控制器的微控制器；控制模塊可選繼電器或可控硅等器件，實現單片機弱電控制用電器強電。

2系統軟件設計方案

系統軟件設計的核心是嵌入式TCP/IP協議的設計。

2.1嵌入式TCP/IP協議構架

如圖2所示，在應用層，主要設計兩個應用程序：（1）使用HTTP協議，實現嵌入式WEB服務器，用于計算機與電源開關的遠程通信控制。（2）調用Ping命令，測試計算機與遠程電源開關之間的連通性。

在傳輸層，主要使用TCP協議。應用層的HTTP協議封裝成TCP協議的格式。

在網絡層，使用IP協議和ICMP協議。其中，傳輸層的TCP協議和UDP協議以及本層的ICMP協議都要封裝成IP協議格式進行傳輸。

在網絡層及以上各層，使用的是32位的IP地址，而數據鏈路層使用的是48位的MAC地址，因此使用了ARP協議。

要實現遠程開關接入以太網，還需要以太網控制器的驅動程序設計，主要完成以太網控制器的的初始化和讀寫程序。

2.2嵌入式WEB服務器的設計

一個 WEB 服務器也稱為 HTTP 服務器，它通過 HTTP 協議與客戶端通信。這個客戶端通常指的是 WEB 瀏覽器。HTTP 是一種讓 WEB 服務器與瀏覽器（客戶端）通過Internet 發送與接收數據的協議。它是一個請求、響應協議——客戶端發出一個請求，服務器響應這個請求。HTTP 運用可靠的TCP連接，通常用的TCP 80端口。

從功能上來講，WEB服務器監聽用戶端的服務請求，根據用戶請求的類型提供相應的服務，用戶端使用WEB瀏覽器和WEB服務器進行通信。用戶請求有兩種：GET請求和POST請求。WEB服務器在接收到用戶端的請求后，處理用戶請求并返回需要的數據。在 HTTP 中，客戶端總是通過建立一個連接與發送一個 HTTP 請求來發起一個事務。服務器不能主動去與客戶端聯系，也不能給客戶端發出一個回叫連接。客戶端與服務器端都可以提前中斷一個連接。

嵌入式WEB服務器的設計流程如圖3所示。

3結束語

本系統設計方案，遵循了節約能源的原則且自身造價低，因此具有廣闊的應用前景及巨大的市場潛力，可廣泛應用于智能小區、學校、公司等多種場合，并易于推廣，有極好的實際意義及較高的社會價值。

參考文獻

［1］索明何.基于Internet的嵌入式遠程控制開關設計與實現[J].科技信息,2010（35）.

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關鍵詞：暖通；系統設計；高層

暖通空調系統類型較為多樣，按照工作原理的差異，暖通空調系統可以劃分為全水系統、全空氣系統和空氣-水系統三種。全水系統就是指室內空氣濕度和室內溫度的調節完全由水進行處理和改善的空調系統。全水系統的作用原理在于空氣和水的比熱關系，由于水的比熱大于空氣，因此能夠通過水循環，在借助風機盤管設備的作用下對室內空氣進行置換，以達到保溫、保濕、空氣流通的目的。全空氣系統則是利用空氣來對室內負荷進行調節的空調系統。全空氣系統優點較多，首先能夠降低對水資源的依賴，其次能夠有效降低空調系統的能耗，并且在噪聲污染方面也能夠進行很好的預防。空氣-水系統，則是將水系統和空氣系統進行結合，利用水循環將室內熱負荷進行改善，并且增加室內空氣濕度，利用空氣保持室內氣體流動，維持空氣清新和空氣質量。

一、高層建筑暖通空調系統設計前的準備工作

高層建筑暖通空調系統設計嚴禁盲目性和隨意性，以避免設計方案和實際施工相差甚遠，進而影響到施工周期和施工成本。高層建筑暖通空調系統設計前期，必須要做好必要的準備工作來保證系統的整體性能。首先，系統設計人員應該加強對工程整體施工設計圖紙的研究，了解工程施工的主要內容，以及建筑內管道和線路的具體走向，這對于系統方案的設計來說十分重要。暖通空調系統方案設計人員一定要做好高層建筑的現場勘查和了解工作，在設計之前需要前往施工現場了解現場情況，以及周邊環境情況。高層建筑暖通空調系統需要和周圍的建筑保持一致，周圍建筑的供熱情況、供水情況以及線路的敷設情況都能夠為系統設計提供可靠的參考和依據，從而提升設計效率和設計質量。

系統設計之前，還應該嚴格閱讀和了解國內相關法律和技術規定，以確保系統設計的規范性。隨著我國社會經濟的不斷發展，政府對于高層建筑的施工要求逐漸細化，并且對暖通空調系統的設計和施工也制定了對應的條例和規定，相關設計人員必須要做到全面了解，這樣才能夠使設計方案在滿足建筑施工要求的基礎上，滿足國家技術規定要求，確保施工驗收和質量檢測工作的順利完成。

二、高層建筑暖通空調系統設計原則

1、安全性

安全性是高層建筑暖通空調系統設計時首先需要遵循的原則。建筑安全是人們普遍關注和重視的話題，特別是對于高層建筑而言，隨著建筑高度的不斷增加，建筑火災事故發生之后所造成的損失和傷亡也更加巨大。為此，在高層建筑暖通空調系統設計過程中，必須要遵循安全性原則，減少火災隱患。安全性主要體現在環境安全、線路安全以及運行安全。環境安全，是指暖通空調施工過程中，必須要遠離易燃易爆物品，特別是在某些庫房等場所安裝暖通空調系統時，應該盡量將易燃易爆物品挪開，并且在系統中添加一定的防火措施，防止火災事故的發生。線路安全，是指暖通空調系統進行設計過程中，必須要注重線路的敷設和線路的走勢，避免由于線路敷設問題所造成的安全隱患。這就要求設計人員必須要深入了解高層建筑的施工設計圖紙，了解電源線路、燃氣管道等線路的敷設情況，以更好的規避相關線路，避免安全問題的發生。運行安全，則是指在暖通空調系統設計過程中，加強對空調運行過程中相關問題的研究和評估，并采取一定的措施來提升安全系數。暖通空調系統是一個較為復雜的系統，暖通空調系統動力區域必須要加強管理，并且需要設計一定的安全報警系統和通風系統，并設計一定的人員管理和檢測系統，以充分規避運行過程中的安全隱患。

2、節能環保性

節能環保性，對于高層建筑暖通空調系統設計來說也非常重要。隨著社會經濟的不斷發展，能源危機日漸惡化，能耗問題已經成為人們普遍關注的重要話題，加強能源節約，降低能源消耗是各個行業所研究的重要領域。高層建筑在暖通空調系統設計過程中，必須要強調建筑的節能性，實現節能減排的目的。在暖通空調系統設計中，首先要加強對線路敷設的設計和研究，盡量保證線路的最短敷設，以降低能源在線路傳輸中的消耗。同時，盡量采取自動化控制系統，減少人工費用，降低運行成本。而針對水系統、水-空氣系統的暖通空調系統，應該適當引入雨水收集和循環系統，利用雨水維持內部的水循環，減少對市政水資源的依賴和消耗，以達到節能的最終目的。環保性在高層建筑暖通空調系統設計中同樣非常重要。對于暖通空調系統，其運行過程中將產生一定的廢水和廢氣，并且會伴有一定的固體廢物生成，廢物的直接排出，將會給外部環境構成一定的影響，導致周圍環境的惡化。因此，在暖通空調系統的設計過程中，需要將廢物處理設備和系統添加其中，對廢棄物進行適當的處理之后，才能夠排放到外部環境當中，達到保護環境的目的。

3、經濟性

高層建筑暖通空調系統方案設計，最終目的在于落實建筑工程施工，確保建筑的正常使用。高層建筑暖通空調設計中，需要明確施工方的利益，在保證系統正常運行的情況下，降低成本支出。在方案設計過程中，為達到經濟性目的，應該從設計的科學性、合理性以及全面性入手，使系統的成本得到有效的控制。首先，高層建筑暖通空調系統必須適用于建筑本身，建筑系統中設備的選擇應該強調設備的實用和先進，嚴格控制采購環節，以確保設備質量符合系統設計的實際要求。其次，高層建筑暖通空調的系統的設計方案一定要科學合理，具備較強的可操作性，而不能夠盲目的壓縮工程成本，以致系統無法正常使用，或者系統的使用效果大打折扣，這最終會給施工方和建筑商帶來嚴重的信譽損傷。此外，在全面性方面，系統設計人員必須要具備良好的職業素養，并且具備豐富的專業知識，對于系統設計中的相關數據和信息必須要做好認真的評估和核算，明確計算標準，控制計算誤差，以有效降低系統成本。同時，對于暖通空調系統設計方案中的各項費用，如安裝費用、調試費用、測試費用等相關費用，也要由相關人員進行全面、認真的核算，對于不必要的支出應該予以削減，以實現對成本的有效控制。

三、總結

隨著社會的不斷發展，我國高層建筑數量逐漸增多，在節約土地資源，加快城市化進程等方面都起到了非常積極的作用。高層建筑暖通空調系統是高層建筑施工過程中的重要環節，建設施工企業必須要加強對暖通空調系統設計和施工的關注和重視，在設計前期做好現場的調查和分析工作，在設計過程中強調安全性、環保性和經濟性等必要原則，在保證系統暢通運行的同時，降低能源消耗，加強成本控制，以更好地促進我國建筑行業的健康穩步發展。

參考文獻

[1]高志強.對民用建筑暖通空調系統節能設計措施的探討[J].山西建筑，2013

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關鍵詞：系統形式：暖通設計；分析

Abstract: the civil building heating and ventilation air conditioning system design scheme economy or not the analysis judgment, not only consider the height of the initial investment, still should consider its running the cost. This paper mainly to statistics and data analysis method, and find out the produce this professional do air-conditioning design about the causes of the economy and the control points for your reference.

Key words: the system form: hvac design; analysis

中圖分類號:TU96+2文獻標識碼：A文章編號：

1引言

由于空調采暖通風設備的運行能耗占到了民用建筑總能耗的40％以上，是項目建成后影響運行成本的最重要因素之一。因此，對民用建筑空調采暖通風系統設計方案經濟性與否的分析判斷，不能只考慮其初投資的高低，還應考慮其運行費用的多少。合理的方法應是以系統中最主要設備(一般是空調主機)的經濟使用壽命周期為基礎，分析計算出來的綜合性價比優秀者為最佳方案。但在實際工程的設計中，由于受項目專業設計人員的素質、項目組各專業設計的整體技術水平及項目管理水平、外部條件等諸多因素的影響，并非每個項目都能做到采用綜合性價比優秀的方案。本文主要以統計及數據分析的方法，找出產生本專業所做空調設計方案有關經濟性問題的原因及控制點。

2 暖通空調專業經濟性設計的現狀分析

2．1暖通空調專業常見設計方案的經濟性問題

根據對近百個項目的統計，以及本專業技術人員對出現經濟性設計問題的項目的現場測試、業主反饋問題、系統運行數據記錄等的統計分析，歸納出空調系統設計出現較多的經濟性問題是：

(1)空調主機容量偏大；

(2)冷熱源系統選擇不合理；

(3)設備管道的配置不合理。

2．2 空調主機容量偏大的原因分析

毫無疑問，主機容量偏大的原因在于負荷計算不準確，負荷計算不準確的原因是基礎數據的選用不準確，而基礎數據的選用不準確的原因則主要在于下述幾個方面：

(1)專業配合不到位。例如：建筑專業提資不準確，外墻構造、門窗的尺寸或材料、屋面保溫材料等與實際不符導致K值及護結構負荷計算錯誤；電氣專業提資不準確，室內照明負荷、發熱設備的數量及發熱量取值錯誤。

(2)設計標準選擇錯誤：對項目的檔次把握不準導致室內計算溫度偏低、室內人員密度偏大、新風量偏高等。

(3)項目管理不科學：過短的設計周期和缺少專業配合及專業人員與業主之間的必要溝通導致設計人員無法依據計算軟件進行準確的計算，轉而套用誤差較大的且保守的經驗數據估算。

2．3冷、熱源系統選擇不合理的原因分析

冷、熱源系統選擇在經濟性方面的不合理情況，主要表現在：①初投資過高；②不滿足業主在年運行費用及管理方便方面的要求；③達不到業主要求的計費及低負荷運行節能的要求等。該問題產生的主要原因有：①設計人員對項目所在地的能源結構及能源價格不了解；② 設計人員對項目所在地的氣候、水(包括地表水、地下水)資源等自然條件不了解；③ 設計人員對各類型空調系統的特性、使用條件限制等了解不透徹；④業主對建筑物的主要功能隨意改動，且強行提出某些不合理要求等；⑤ 由于項目設計周期過短，設計人員無法做方案比較。顯然，冷熱源系統的選擇要求專業設計人員具備較高的專業技能和對方案總體的把握能力。

2．4設備管道的配置不合理原因分析

熟悉和掌握各種空調設備的工作原理、特性與內部構造以及各種管道材料的特性和適用場所是空調設計人員必備的基本功之一，由于技術進步和知識更新較快，其中的許多知識在教科書和設計手冊中是學不到的，需要設計人員不斷的從市場、從與生產企業和同行中的專家交流中學習。因此筆者認為，空調系統設計中設備管道配置出現經濟性不合理的原因主要在于：空調設計人員對專業技術與市場的變化缺乏足夠的認識和了解，未掌握各種空調設備和管道材料的性能與價格比，未能根據項目的具體情況正確選擇空調設備和管道材料。

3 暖通空調專業經濟性設計的外部環境分析

3．1國家政策導向

由于全球能源價格暴漲，國內能源、電力供應緊張，建筑節能的必要性日益凸顯，相關部門陸續出臺了《節能中長期專項規劃》、《公共建筑節能設計標準》等強制性節能規范和標準，對于耗能大戶的空調系統來說，在空調系統形式的選擇上提出了更高的要求。

3．2 客戶要求

概括而言，客戶對空調系統經濟性設計的具體要求是：系統及設備安全可靠、主要設備性能好、系統初投資要低、管理方便和運行費用低。必須注意，客戶的上述要求，在多數時候是相互矛盾的，且由于投資主體不同等原因所產生的影響，常會遇到客戶提出一些較為主觀片面的甚至是不合理的要求，因此專業設計人員與業主的充分溝通顯得十分重要。

3．3相關專業的影響

現在的時代是知識經濟的時代，各種新知識、新技術呈爆炸式發展，各專業的技術交流與相互關聯較過去緊密得多。例如，建筑專業在有些建筑上使用的低輻射、熱反射中空玻璃以及隔熱性能好的墻體材料，會使得空調冷熱負荷降低不少；但在某些看上去很現代的建筑上使用的透光性好、隔熱性能差的膜式屋面又會大大增加空調冷熱負荷；智能專業在自動化控制技術方面的進步，帶來空調系統的管理方便及安全節能運行，同時也會帶來初投資的增加；太陽能利用技術與空調冷凝熱回收技術及吸收式制冷技術的進步，又使得暖通專業與給排水專業之間在制冷供熱的同時又與供應生活熱水方面發生緊密系。

4 如何做好暖通空調專業的經濟性設計控制

根據上述分析，筆者認為暖通空調專業要做好空調系統的經濟性設計控制，應認識并把握好如下幾點：

(1)專業技術人員的專業素養是最重要的，應在下述相關方面加強培訓與管理：①平時多訓練基本功，不斷學習和掌握本專業新技術，不但要掌握了解各種節能型空調系統的性能參數及設計技術，還應清楚相關空調系統的投資造價和設備價格，熟悉和了解相關專業的相關技術的發展，把握好國家政策導向；② 學習與業主溝通的技巧，清楚了解哪些問題應詢問業主，哪些問題應主動告知業主；③ 做方案之前，除應掌握相關的專業技術和與業主溝通外，還應事先主動了解項目所在地的氣候、周圍環境、能源結構與能源價格、水資源情況等等。

(2)建立專業檔案資料庫(包括電子文檔與書籍文字資料)，以方便專業技術人員平時的學習和做項目準備時的查閱。

(3)配備功能較強的專業軟件，認真做好冷熱負荷計算，保證所選擇的設計方案建立在數據準確的基礎之上。

(4)設計方案的經濟性與否與質量管理密切相關，應根據ISO質量管理，要求本專業的設計、校核、審核及審定人員，都必須在設計項目中充分重視對空調負荷計算、冷熱源系統選擇、設備管道系統的配置這幾個對空調系統的經濟性設計影響較大的問題，做好設計方案。

(5)加強設計方案的評審工作，要求對達到一定投資規模和等級標準的項目，在向其他專業和業主提資前都應提交給院專業技術委員會評審，以保證設計方案的技術經濟合理。

(6)充分重視本專業經濟性設計的難點問題，必要時組織Qc小組研究或進行攻關課題研究。

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關鍵詞：信號源；虛擬儀器；DDS；FPGA

中圖分類號：TP391文獻標識碼：A文章編號：1009-3044(2008)31-0979-02

The Design of Signal Source Based on FPGA and LabVIEW

QI Jing-jing, HUANG Cai-xia

(Electroic Information Engineering College,Henan Uinversity of Science & Technology, Luoyang 471039, China)

Abstract: Hardware design of signal source use of the DDS technology FPGA-based and the interface of signal source based on LabVIEW graphical programming tools, a signal source design based on virtual instrument platformis completed. It can produce peak-peak from 0.1 V to 8.5 V adjustable, frequencies from 0.005 Hz to 2 MHz adjustable sine, triangle, square wave produced three digital waveform.

Key words: signal source; virtual instrument; DDS; FPGA

1 引言

隨著微電子技術的迅猛發展，現場可編程邏輯器件(Field Programmable Gate Array, FPGA)的規模和速度迅速增大，而價格卻不斷降低。由于FPGA器件編程方便、速度快、開發費用低、周期短等特點，受到了廣大系統設計人員的青睞。DDS作為頻率合成技術使輸出信號受頻率控制碼和相位控制碼以及參考時鐘控制，很容易實現調頻、連續調相、線性調頻和其他各種頻率、相位、幅度調制。具有高速的頻率轉換時間、極高的頻率分辨率、低相位噪聲等優點。[1]正是基于這些特點，本設計基于FPGA運用DDS技術實現信號源的硬件功能。為了更好的實現一個基于虛擬儀器平臺的信號源，系統采用外置型，功能卡與PC通過串口連接。PC端采用LabVIEW圖形編程工具設計實現美觀方便的交互界面完成對信號源各項功能的控制以產生所需信號。雖然虛擬儀器常用PCI總線或ISA總線插卡的方式以提高傳送速率，卻也增加系統設計復雜度，而且內置式可能會同計算機已有可插拔硬件沖突，而設計成外置式虛擬儀器無需驅動，插拔更為方便，避免硬件沖突問題。[2]

2 系統設計

本設計主要有兩大部分組成:LabVIEW部分與FPGA部分，也可以稱之為上位機與下位機。

2.1 方案論證

在本設計中有兩種設計方案：

方案一：用LabVIEW軟件為開發平臺，在LabVIEW程序中進行各個波形數據的采集并把數據發送到串口上，FPGA通過RS-232接受波形數據，串行數據在FPGA中處理后經過一D/A轉換后在示波器上顯示結果。

此方案通過串口發送的是波形數據。設計流程圖如圖1。

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圖1 方案一流程圖圖2 方案二流程圖

方案二：用LabVIEW軟件為開發平臺，在LabVIEW程序中把各個波形的波形參數（頻率，頻段，峰峰值）發送到串口上，FPGA通過RS-232接受波形指令，波形參數在FPGA中處理后運用DDS技術產生波形經過D/A轉換后在示波器上顯示結果。此方案通過串口發送的是波形指令。設計流程圖如圖2。

方案一發送的是波形數據，根據設計要求生成的最高頻率為2Mhz，當2Mhz時最少需要采樣四個點，每個點都是8Bit，因此需要最低的串口傳送速率為64Mbit/s。優點是FPGA方面不需要太多的編程，只要一個串口接收模塊即可；缺點是串口需要傳輸大量數據。

方案二發送的是波形指令，此方案不需要在 LabVIEW中采樣產生波形數據，是把波形數據直接作成ROM表的形式，當把波形指令發送出來以后，FPGA根據波形參數通過DDS技術產生信號波形。優點是串口傳輸只需要發送很少數據，實時性好；缺點是在FPGA里產生波形受ROM表里波形數據限制，易失真。

通過對上述兩個方案的比較及RS-232串口傳輸最大速率（20Mbit/s）的限制，考慮到波形發生的實時性，本設計采用方案二。把LabVIEW與FPGA結合起來，以發送波形指令的方式控制產生波形信號。

2.2 設計思想

由于選擇的是方案二即發送波形命令的形式來控制波形就大大降低了串口的發送負擔，使得串口的發送速率能夠滿足設計要求達到實時性，具體的設計流程是把每種波形的參數都設定為不同的數字（三角波用0表示，正弦波用1表示，方波用2表示），一共有四個波形參數分別為波形類型，頻率系數（即在某個頻段內的頻率旋鈕調節值），頻段，峰峰值。波形類型由于有三種波形，其參數為0～2（十進制）占一位；頻率系數由于在200K～2Mhz頻段內步進為5Khz，因此可用0～359表示這頻段內的360個不同頻率，占三位。頻段有七段分別為2Hz，20Hz，200Hz，2Khz，20Khz，200Khz，2Mhz.因此用0～6表示，占一位。峰峰值是以0.1V為步進的，而經測量D/A轉換的最大峰峰值為8.5V，可用0～84表示這85個不同值，占2位。這四種參數加起來一共要發送7位的十進制數，把這些數字連接到一起組成一幀按照一定的波特率發到串口，而且每當這七位數字有變化時就把新的數據發送到串口。如發送數據為0123456七位數字，就表示要產生的波形為三角波，頻率系數為123，頻段為4，峰峰值系數為56。之后用FPGA設計一串口接收模塊，按照設定好的波特率及編碼方式解碼，得到的波形指令通過DDS技術產生數字波形，再經過一D/A轉換發送到示波器上驗證結果。

2.3 上位機設計

LabVIEW設計主要運用的是虛擬儀器技術，利用它設計人機交互界面并且送波形參數。主要有以下幾個部分：波形選擇、幅值調節、頻段選擇、頻率調節、串口發送。串口配置為8位數據位、一位停止位、無奇偶校驗。用到了CIN節點、移位寄存器、比較VI、字符串連接VI、輸入輸出顯示VI、邏輯運算VI、VISAVI、CASE結構、IF結構、事件結構等。其程序框圖如圖3。

2.4 下位機設計

下位機設計主要運用DDS技術，它運用VHDL語言編程設計主要有串口接收、串口轉換、地址發生、ROM查詢、波形選擇、峰峰值調節、D/A轉換等模塊完成接收串口數據并運用DDS技術合成數字波形的功能，其流程圖如圖4。在硬件程序設計流程圖中我們可以看到串口接收接受串口數據，頻段選擇模塊根據接收到的頻段參數進行分頻；頻率系數x與地址發生器的步進值n關系為n=x+41；波形類型用于波形類型的選擇；峰峰值參數調節峰峰值。

3 結果測試

下面就是整個系統的結果實時測試如圖5-6，通過操作人機交互界面，產生一個峰峰值為8.0V，頻率為2.05KHz的正弦波，對應的在數字示波器上的顯示波形可以看到正弦波峰峰值為7.99V，頻率為2.053KHz。峰峰值步進為0.1V，誤差0.01V；頻率步進為50Hz，誤差3Hz。結果比較滿意。

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圖5 實時檢測人機交互界面

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圖6 實時檢測示波器界面

4 結束語

本文探討了構建虛擬信號源的方法，采用了“FPGA+接口+PC”的設計方案，實現了一個生成頻率0～2MHz，峰峰值0.1～8.5V可調，可產生方波，正弦波，三角波三種波形的信號源。通過此方法，不僅可以實現信號源，而且，可以相繼開發出頻譜分析儀、示波器、掃頻儀、網絡分析儀等常用的電子儀器，構成一個通用靈活的虛擬儀器平臺。“接口”更可以根據條件采用USB、紅外、藍牙等多種方式。

參考文獻：

[1] 廖日坤.CPLD/FPGA嵌入式應用開發技術白金手冊[M].北京:中國電力出版社,2005.

[2] 陳錫輝，張銀鴻.LabVIEW 8.20程序設計從入門到精通[M].北京:清華大學出版社,2007.

[3] NationalIn struments Corporation.LabVIEW:Code Interface Reference Manual[S].2004

[4] National Instruments Corporation.LabVIEW:User Manual[S].2004

[5] 吳立力.信號采集系統中的數據傳輸、顯示與處理[D].北京工業大學,2001.

[6] 應懷樵.“虛擬”儀器與計算機采集測試分析儀器的發展和展望[J].振動.測試與診斷,2000(3).

篇10

一、現代工控系統的特點

1.實時性

控制系統需要與外部環境交互，具有較強的實時性。要求對系統的輸入信號在限定的時間內給出輸出結果，設計的復雜性比較高。

2.網絡化

現代工控系統大量使用現場總線、工業以太網等網絡控制技術，實現了安裝在制造或過程區域的現場裝置與控制室內的自動控制裝置之間的數字式、雙向傳輸、多分支結構的通信。

3.軟件化

現代工控系統的一個典型特征是設計重點逐漸向工業組態軟件方面轉移。這主要有兩個原因，一方面計算機的性能不斷提高，過去必須由硬件完成的實時性能可以通過實時軟件來實現，使設計的靈活性提高，成本下降；另一方面由于機械系統的產品生命周期一般是5～20年，而硬件和軟件的生命周期一般是3～5年。當一個原型產品設計完成后，后續的主要工作變成系統維護和軟件升級，要求在設計階段就要考慮軟件的可維護性、可移植性、可升級性。

二、工控系統設計方法

工控系統的總體設計從設計步驟看一般由需求分析、體系結構設計，軟、硬件設計、系統集成和系統測試5個階段構成。各個階段之間往往要求不斷地反復和修改，直至完成最終設計目標。

1.可行性調研

可行性調研的目的，是分析完成這個項目的可能性。進行這方面的工作，可參考國內外有關資料，看是否有人進行過類似的工作。如果有，則可分析他人是如何進行這方面工作的，有什么優點和缺點，有什么是值得借鑒的；如果沒有，則需作進一步的調研，此時的重點應放在能否實現這個環節，首先從理論上進行分析，探討實現的可能性 ，所要求的客觀條件是否具備(如環境、測試手段、儀器設計、資金等)，然后結合實際情況，再決定能否立項的問題。

2.系統總體方案設計

在進行可行性調研后，如果可以立項，下一步工作就是系統總體方案的設計。工作的重點應放在該項目的技術難度上，此時可參考這一方面更詳細、更具體的資料，根據系統的不同部分和要實現的功能，參考國內外同類產品的性能，提出合理而可行的技術指標，編寫出設計任務書，確定設計任務和設計目標，并提煉出設計規格說明書，作為正式設計指導和驗收的標準。系統的需求一般分功能性需求和非功能性需求兩方面。功能性需求是系統的基本功能，如輸入輸出信號、操作方式等；非功能需求包括系統性能、成本、功耗、體積、重量等因素。從而完成系統總體方案設計。

3.體系結構設計

一旦總體方案決定下來，下一步的工作就是將該項目細化，即需明確哪些部分用硬件來完成 ，哪些部分用軟件來完成。由于硬件結構與軟件方案會相互影響，因此，從簡化電路結構、降低成本、減少故障率、提高系統的靈活性與通用性方面考慮，提倡軟件能實現的功能盡可能由軟件來完成；但也應考慮以軟件代硬件的實質是以降低系統實時性、增加處理進行為代價的，而且軟件設計費用、研制周期也將增加，因此系統的軟、硬件功能分配應根據系統的要求及實際情況而合理安排，統一考慮。在確定軟硬件功能的基礎上，設計者的工作就開始涉及到一些具體問題，如設備的體積及與具體技術指標相對應的硬件實現方案，軟件的總體規劃等。上面這幾部分工作是必不可少的，否則，可能導致設計方案的整體更改，甚至可能導致方案無法實現造成人力、物力的浪費。

4.硬件設計

對于PLC 工控系統的硬件設計包括兩大部分內容：一是硬件的選型，包括控制網絡的選擇，PLC、變頻器、各功能模塊的選擇，如信號測量功能模塊、信號控制功能模塊、人機對話功能模塊、通訊功能模塊等，為使系統設計更加合理，系統的設計應注意以下幾個方面：

（1）在選型的時候，因為各種PLC都有大型、中型、小型的分別，這些分別主要是由CPU模塊的性能不同造成的。在實際上，并非一定大型的功能就是合適的。除了價格方面的考量之外，主要是，如果控制點數不多，小型的CPU模塊完全可以勝任，則小型的CPU反而比大型的CPU模塊工作還要可靠一些。因為，小型的CPU所涉及的資源少，而大型CPU的資源多，在程序執行中，為處理那些程序不需用到的資源時，也要分配時間去處理，這樣不僅造成資源的浪費，可能在程序處理上不及小型CPU可以更單純和穩定地工作。

（2）在條件允許的情況下，盡可能選用功能強、集成度高的專用模塊和器件。因為采用這種模塊，不僅元件數量、接插件和相互連線減少，使系統可靠性增加。提高設計的成功率和結構的靈活性。

（3）在對硬件系統總體結構考慮時，注意選擇通用性強、市場貨源充足的元器件，尤其對需大批量生產的場合，更應注意這方面的問題。其優點是：一旦某種元器件無法獲得，也能用其他元器件直接替換或對電路稍作改動后用其它器件代替。

（4）硬件參數的設定。系統的硬件具體應用時，首要問題是進行詳細的技術論證。就硬件系統來講，電路的各部分都是緊密相關、互相協調的，任何一部分電路的考慮不充分，都會給其他部分帶來難以預料的影響，輕則使系統整體結構受破壞，重則導致硬件總體大返工，由此造成的后果是可想而知的。從時間花費上看，硬件設計的絕大部分工作量往往在最初方案的設計階段，一個好的設計方案往往會有事半功倍的效果。一旦總體方案確定下來，下一步的工作就會很順利進行，即使需要作部分修改，也只是在此基礎上進行一些完善工作，而不會造成整體返工。在進行硬件的總體方案設計時，所涉及到的具體電路可借鑒他人在這方面進行的工作。

（5）系統的擴展及各功能模塊的設計。在滿足應用系統功能要求的基礎上，系統的擴展及各功能模塊應適當留有余地，以備將來修改、擴展之需。實際上，工控系統的設計一次成功而不作任何修改的情況是很少的，如果在設計之初未留有任何余地，后期很可能因為一點小小的改動或擴展而被迫進行全面返工。

（6）新技術的應用。設計時應盡可能地作些調研，采用最新的技術。因為PLC發展迅速，更新換代很快，市場上不斷推出性能更優、功能更強的設備，要時刻注意這方面的發展動態，采用這些新技術。

（7）工藝的設計。工控系統還要注意工藝的設計，包括配電箱、操作面板、配線、接插件等，這是一個初次進行系統設計人員容易疏忽但又十分重要的問題。在設計時要充分考慮到安裝、調試、維修的方便。描述系統如何實現所述的功能和非功能需求，包括對硬件、軟件系統的功能劃分。一個好的體系結構是設計成功與否的關鍵。

三、工控系統的調試

系統設計好后，必須經過軟件調試和硬件調試，才能應用到實際生產中。從實質上講，軟硬件的調試是一次綜合調試，一方面要排除軟件錯誤，同時進一步解決硬件的故障。調試時可以將系統分為模塊一個一個分開進行，再將它們連在一起統調。

到了現場后，進行系統調試前，需要考慮安裝環境是否滿足PLC的使用環境要求，這一點可以參考各類產品的使用手冊。系統中PLC常常需要與人機界面進行、變頻器需要進行通訊，或者本地CPU模塊與遠程單元模塊的通訊。系統設計中，最容易出問題的地方是通訊，現場調試最麻煩的地方也是通訊，所以對于通訊的部分，你必須清晰了解系統的框架結構，并且對需要進行通訊的東西在出發前就要全部進行一遍調試，而且要確認其中的所有需要通訊的模塊是可以通訊的。比如，操作臺電腦、觸摸屏、PLC、變頻器、其他的PLC、一些智能儀表和儀器，必須要確認它們相互之間是否可以通訊的，如果系統較大，遠程單元、本地機架數量、每個機架的模塊數量的限制，并非出于系統功能和技術上的限制，而是由于使用規范性的限制。在系統硬件組態時，要考慮這些模塊的搭配作用。發現了原來編程時的錯誤，需要對已經編好的程序進行修改。

四、系統的運行

系統經過調試通過后，就可以進行系統的運行，初次運行，首先在監控狀態下看設備的工作狀態，這時可繼續使用依次改變控制要求和帶上相應負載的方法檢查程序和控制設備及負載的運行情況是否正常。然后再進行相應的修改。直到完全能適應設計要求。