时间：2022-08-29 14:01:28
开篇：写作不仅是一种记录，更是一种创造，它让我们能够捕捉那些稍纵即逝的灵感，将它们永久地定格在纸上。下面是小编精心整理的12篇控制软件设计论文，希望这些内容能成为您创作过程中的良师益友，陪伴您不断探索和进步。
关键词：DSP，DDS，无线电引信，干扰波形
1 引言
随着引信技术的发展，引信体制也在不断丰富，引信信号的波形也从最简单的单频连续波，到调频信号和脉冲信号，再到伪随机码调制信号经历了重大变化。无线电引信干扰波形发生器的功能就是模拟各种引信信号的波形。论文参考网。本文的设计就是在这个研究背景下提出的。以DSP芯片和DDS芯片为核心所设计的干扰波形发生器，具有实时性好、波形丰富、易于控制等特点。
2 DSP、DDS芯片简介
2.1 AD9854芯片
AD9854是AD公司推出的一种专用直接数字合成（DDS）电路，它自带单频、CHIRP、FSK、BPSK等五种工作模式，在此基础上借助片上高速比较电路和高速数控电路，可以产生目前引信使用大多数引信信号波形。AD9854的内部功能方框图如图1所示，它的主要特点如下：
l内部集成两个高性能12位D/A变换器、两个48位频率寄存器、两个14位相位寄存器、12位幅度调制数字乘法器、超高速比较器和4到20倍参考时钟乘法器；
l3.3V单电源供电、多重低功耗处理、最高300MHz系统时钟频率、窄带杂散83dB、宽带杂散56dB（宽带杂散随着频率增高而降低）；
l内置单频、FSK、RAMPED FSK、CHIRP、BPSK五种工作方式，支持幅度调制和成形开关键控功能。
图1 AD9854内部功能方框图
2.2TMS320F2812芯片
TMS320F2812是工业界首批32位的控制专用、内含闪存以及高达150MIPS的数字信号处理器，具有强大的控制和信号处理能力，能够实现复杂的控制算法。TMS320F2812片上整合了Flash存储器、快速的A/D转换器、增强的CAN模块、事件管理器、正交编码电路接口、多通道缓冲串口等外设，使用户可以以最便宜的价格开发高性能数字控制系统。TMS320F2812功能和资源相当丰富，其特点可以归纳如下：
l采用高性能的静态CMOS技术；
l先进的仿真调试功能；
l丰富的片上存储器资源；
l灵活的时钟和系统控制；
l功能强大的片上外设；
l12位数模转换模块（D/A）；
l高达56个可配置通用目的I/O引脚，保留通用外部标志XF；
l三个外部中断，外设中断扩展模块（PIE）支持45个外设中断。
3 干扰波形发生器的硬件设计
采用TMS320F2812芯片作为本系统的主控制器，用该芯片实现对AD9854的控制，产生所需信号波形。以TMS320F2812和AD9854为核心，构建的系统功能结构框图如图2所示。论文参考网。信号的参数由PC机设置，通过串口发送到TMS320F2812中，TMS320F2812收到参数后控制AD9854输出干扰波形，经过滤波器后输出。
图2 系统硬件结构图
本设计中AD9854采用并口形式访问。TMS320F2812与AD9854的接口示意图如图3所示。
图3 TMS320F2812与AD9854的接口
4 干扰波形发生器的软件设计
4.1系统软件设计
本系统软件程序的设计采用目前国际上流行的、通用高级程序设计语言—C语言；系统软件的开工具主要采用CCS 2000。本系统的软件的构成如图4所示。主要由系统软件、PC机控制软件和波形产生软件三部分组成。系统软件包括系统的初始化程序及所有硬件设备的驱动程序两部分；PC机控制软件的任务是接收用户输入的波形参数，转换成AD9854的控制字形式，然后传送给DSP；波形产生软件包括DSP控制相关硬件产生所需波形的程序和DSP产生波形数据并控制DA产生波形的软件两部分。
图4 无线电引信干扰波形生成系统软件系统构成
软件系统的工作流程如图5所示，具体工作过程是：上电后首先完成DSP的复位，DSP发出控制信号初始化DDS芯片，同时对LCD进行初始化。论文参考网。然后查询主控PC机是否发出有参数设置信息的指令信号，如果没有则继续查询；如果有则接收指令信号，并判断需要产生信号的类型，DSP据此将主控PC设置的参数信息发送到DDS芯片中或调用DSP程序，同时DSP运行数据信息在液晶显示器上显示出来。最后，DSP的计算数据经DDS的可控DAC后的输出或DDS的输出，经过滤波器后产生需要的引信干扰波形。
图5系统软件工作流程
4.2 三角波调频信号波形的产生程序设计及调试结果
在产生三角波调频信号的过程中，AD9854选择控制RAMPED FSK工作模式,DSP对AD9854的控制流程如图6所示。
对DSP控制AD9854产生三角波调频波形软件进行调试，产生的波形比较理想。图7是三角波调频信号在10MHz-30MHz的频谱，图中显示的频谱稳定，说明所设计的系统能很好的实现三角波调频。
图7 三角波调频信号频谱
5 结束语
本文所设计的无线电引信干扰波形发生器，在通用的硬件平台中，应用不同软件模块，能产生形式多样、波形复杂的干扰波形，所设计的无线电引信干扰波形发生器不仅能干扰多种体制的无线电引信，而且在引信研制生产的过程中，可以利用该系统作为试验设备，来检验引信的性能指标是否满足要求。因此，该设备具有较大的生产应用价值。
参考文献
[1]TMS320x281xSystem Control and Interrupts Reference Guide (Rev.B)．Texas Instruments，05 Nov 2004
[2] AD98584 datasheet．Analog Devices Inc，2003
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[5] 汪安民,程昱.DSP应用开发子程序[M]．人民邮电出版社，2005
本文基于OPC技术，通过VB 结合sql server等相关软件完成了一套工业现场异构系统集成软件的开发。通过本软件可以有效的将工业现场中不同的OPC server设备间的数据转存到数据库中，从而实现了工业现场之间异构系统的集成。利用本软件可以有效的降低企业异构系统集成的成本，提高了企业的工作效率，同时为将来工业现场远程监控提供了一个很好的平台。
【关键词】异构系统 集成 OPC VB SQL Server
1 引言
随着计算机技术的高速发展，在工业现场领域，一套工业控制系统可能会选用很多不同公司的控制设备来集成一个系统，但由于标准不同，开发者必须对系统的所有设备都编写对应的驱动，这无疑加大了开发的难度，同时由于驱动程序不同，使得不同设备之间通讯的时候容易造成数据拥堵，降低了系统的稳定性。
而OPC技术的出现可以有效的解决存在这些问题。OPC技术为各种软硬件厂商之间提供了明确的分工，软件厂商只需针对相应的接口进行编程，就可连接不同的设备。同时硬件设备厂商只需在设备中提供符合OPC规范的接口即可。这样极大提高了设备之间的互操作性。有效的解决了工业现场异构系统的集成问题。
2 系统整体结构
为了解决工业现场异构系统的集成，本文利用VB 6.0 开发了一套基于OPC技术的工业现场异构系统集成软件，该系统整体结构如图1所示，通过VB编写的客户端软件，可以将符合OPC规范的不同设备之间的数据都存储到数据库中，从而有效的完成了工业现场异构系统之间的数据的集成。
3 软件的设计及实现
3.1 软件的设计
本软件设计的重点是如何利用VB来实现读取OPC server中的数据，并将读取到的数据转存到数据库中。
3.2 软件的实现
3.2.1 OPC 技术原理
本软件设计主要是开发OPC 客户端软件，而OPC 服务器端一般通过相应的组态软件来实现。对于OPC服务器通常有两种访问接口，一种是OPC自定义接口，一种是OPC自动化接口。OPC自定义接口一般用c或者c++等程序来编写。而OPC自动化接口主要采用VB或dephi等软件来编写。实际应用中，并不是所有的OPC服务器都提供自动化接口，如果要采用自动化接口，需要对自定义接口进行进一步的封装，使其成为自动化接口，本次软件设计中，采用的是OPC自动化接口完成对OPC Server的访问。
3.2.2 利用VB 编写OPC 客户端的原理和代码
使用VB编写OPC客户端的原理主要是通过创建OPC服务器对象，然后进行连接。进而创建OPC的组对象，在组对象中添加OPC数据项标签，在OPC数据项标签中进行数据的读写。
其中对数据项标签的读写又分为异步和同步两种方式。在本次软件设计中，由于为了提高效率，因此采用同步的方式来读取数据。
相关代码的实现：
（1）连接OPC服务器。
Dim MyOPCServer As OPCServer ‘定义服务器对象变量MyOPCServer
Dim MyOPCGroup As OPCGroup ‘定义OPC组对象变量MyOPCGroup
Set MyOPCServer = New OPCServer
MyOPCServer.Connect " OPCServer.WinCC.1" ‘连接OPC服务器
（2）添加OPC组对象。
Set MyOPCGroup="MyOPCServer".OPCGroups.Add（"Group1"）
‘添加OPC组对象
MyOPCGroup.IsSubscribed= True‘设置该组数据为后台刷新
MyOPCGroup.IsActive = True‘设置该组为激活状态
MyOPCGroup.UpdateRate=1000‘设置数据刷新时间为1000
（3）添加数据项。
Dim ItemIDs（） As String
Dim ClientHandles（） As Long‘客户端句柄
Dim ServerHandles（） As Long‘服务器端句柄
Dim Errors（） As Long
Dim i As Long
ItemCount=4
ClientHandles（i） = I
…………………..
MyOPCGroup.OPCItems.AddItems ItemCount， ItemIDs， ClientHandles， ServerHandles， Errors‘添加数据项操作
（4）同步数据读写。
……………………
MyOPCGroup.SyncRead OPCCache， ItemCount， ServerHandles， ReadValue， Errors‘同步读数据
MyOPCGroup.SyncWrite ItemCount， ServerHandles， valuess， Errors‘同步写数据
（5）断开OPC服务器。
MyOPCServer.OPCGroups.RemoveAll‘移除所有OPC Group
Set MyOPCGroup = Nothing
MyOPCServer.Disconnect‘断开连接
3.2.3 利用vb的ADO技术进行数据的转存
在VB 6.0主要利用ADO技术来完成对数据库的访问，在VB 中如果想使用ADO技术首先应该创建该对象，然后通过对相关控件属性的设置即可进行数据库的连接。相关的核心代码为：
Private Sub Command7_Click（）
Dim Value1 As Variant， Quality As Variant， TimeStamp As Variant
……………………………………
Form7.Adodc1.Recordset.Fields（"采集值1"） = Value1
Form7.Adodc1.Recordset.Fields（"采集值2"） = Value2
Form7.Adodc1.Recordset.Fields（"采集值3"） = Value3
Form7.Adodc1.Recordset.Fields（"采集值4"） = Value4
Form7.Adodc1.Recordset.Fields（"采集时间"） = TimeStamp4
Form7.Adodc1.Recordset.Update
Form7.Adodc1.Refresh
………………………………..
End Sub
4 结论
在工业现场领域中，OPC的作用已经越来越重要。它给硬件和软件提供商提供了一套标准，本次软件的设计正是基于这一标准，成功的利用vb开发一套OPC客户端软件，可以有效的将不同系统中OPC服务端的数据转存到数据库中，从而为工业现场异构系统之间数据集成提供了可能。
众所周知，工业现场正在向信息化和网络化发展，而企业对工业现场的远程监控的需求越来越多，而本次软件的设计，已经将异构系统之间的数据很好的转存到了数据库中，这就为将来工业现场异构系统之间的远程监控提供了一个很好的平台。
参考文献
[1]王德康，苏宏业，褚健.基于OPC技术的先进控制软件设计与研究[J].化工自动化及仪表，2000，27（4）：27-30.
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[6]Xu H.An Extendable Data Engine Based on OPC Specification[J].Computer Standards and Interfaces，2008，26 （6）：515-525.
[7]W.F.Chang，Y.C.Wu，C.W.Chiu.Development of a web-based remote load supervision and control system Electrical Power & Energy Systems[J]，2007，8：pp.386-395.
[8]Z-Word Inc.Dynamic C premier for semiconductor microprocessor integrated C development system user's manual[M].Califomia：Z-Word Corporation，1999.
作者单位
摘要： 针对单晶等径生长过程中主要是对系统的温度和晶体测径环节的控制，介绍了一种基于模糊控制与PID算法的CZ法单晶等径生长控制系统。详细阐述系统的组成，重点介绍系统采用双闭环串级控制。最后通过仿真测试，结果表明，该系统具有对现场温度、单晶直径等参数的合理控制和调节功能，能够有效地改善系统控制性能。
关键词： 直拉法（CZ法）；等径生长；模糊PID ；仿真
0引言
CZ法即直拉法，是目前制备晶体人们普遍采用的一种方法。由于单晶等径生长控制的关键是单晶棒，所以当忽略一些干扰因素时，单晶等径生长主要受到温度和单晶生长速度影响。系统若处于恒温状态下时，只通过单晶生长速度控制单晶直径，单晶外形能够保证，但晶体生长速度的变化就会影响单晶微观质量。反之，系统处于恒速状态下时，如果只通过温度调节来控制单晶直径，此时系统就变为一个缓慢时变、带有随机扰动的非最小相位系统，系统很难实现自动控径。本文介绍一种将模糊控制和PID控制算法相结合，采用串级双闭环回路，实现对晶体生长过程的温度与单晶直径的控制，其系统简单、可靠，易于控制。
1控制系统方案及构成
1.1 控制系统方案模糊控制是通过模仿人的思维方式和控制经验来实现控制的一种新的控制方法。它不依赖于控制对象的数学模型，通过对模糊信息的处理可以对复杂的控制对象实施良好的控制，而且模糊控制具有良好的鲁棒性，即当对象的参数或结构有一定程度变化时仍然可以保持较好的控制性，它最适合用于非线性系统或当输入及操作描述存在着不确定性关系的系统。而PID控制是目前应用最为广泛的控制规律，根据偏差的比例（P）、积分（I）、微分控制（D）进行控制。在实际运用和理论上分析都表明，运用这种控制规律对许多工业过程进行控制时，都能得到满意的效果。
由于CZ法单晶等径生长系统中影响晶体等径生长的因素较多，例如：坩埚的温度、提拉速度等，这些因素之间的关系是模糊的、不确定的，若单纯采用模糊控制，实验证明在线辨识结果不一定有效；若采用PID控制，实验得出不仅控温精度低，而且系统自适应能力较差。为了达到较高的精度，必须将模糊控制与PID控制算法相结合，综合二者优点，系统选用模糊PID控制器。
1.2 基本构成本文论述CZ法单晶等径生长模糊控制系统由直径调节器、温度调节器以及称重测径系统三部分组成，系统结构图如图1所示。其中直径调节器是系统的控制核心，它可按用户需求直接设定单晶直径，并通过人机界面进行现场监视，方便用户操作；温度调节器又称控温仪，采用欧陆818P温度控制器，该控制器内部为一智能的PID调节，与热电偶配合使用进行测温，测得的数据通过A/D转换单元转换为数字量，并利用系统软件对其进行处理，同时输出控制指令和数显指令，完成整个测控系统的中央处理功能；称重测径系统具有独立数据采集功能，采用简单模糊控制器，利用单片机结合现场采集的直径数据与用户设定的直径比较，产生偏差按照模糊PID控制算法计算出实时控制量即输出量，再以此控制量通过D/A转换电路改变输出驱动信号调节晶体的提拉速度与埚升速度，使单晶直径逐步达到用户设定的直径值。
2控制系统设计
2.1 控制回路组成CZ法单晶等径生长控制系统中采用双闭环串级控制系统结构。如图2所示。系统设计为双闭环回路中主控制回路由直径调节器、副控制回路、晶体、测径单元组成；副控制回路由温度调节器、加热器、单晶炉、测温单元组成。其中把单晶直径作为主被控对象，单晶炉温度作为副被控对象；直径调节器作为主调节器，温度调节器作为副调节器。
2.2 控温回路CZ法单晶等径生长过程主要考虑因素之一是温度控制，基本原理是由所测温度与设定温度校正曲线的温度比较产生偏差信号作为模糊PID控制器的输入，根据不同时刻的采样点得到的偏差或偏差变化作为输入变量，对系统被控对象参数K，T，?子，进行在线整定，输出值可改变单晶炉温度达到控径的目的，同时也限制了单晶提拉速度的引起大范围波动与变化，用来补偿由于单晶长度生长变化而引起单晶炉中固、液体交界面热稳态发生的变化。
在系统设计过程中将副控制回路设计成一个控温系统，此时输入就作为直径调节器的输出，而输出的单晶炉温度将对主被控对象单晶直径产生直接作用。如图3所示。在副控制回路中，对于单晶炉的温度结构参数易变不易确定，通过纯理论计算过程较为复杂，但采用仿真实验方法进行测试就显得比较方便。实验时把单位阶跃电压信号即给定信号作为单晶炉的输入，相当于单晶炉温度突然变化的情况，通过仿真软件测出单晶炉输出温度变化的过渡曲线。
3软件设计
本系统逻辑控制软件主要由单片机选用Intel公司的16位单片机80C196KC实现，采用模块化结构设计。系统程序包括主程序和中断子程序。其中主程序由初始化程序、A／D采样子程序、键盘扫描子程序、模糊PID控制子程序等部分组成。系统主程序流程图如图3所示。初始化主要完成晶体辐射及热传导过程中系统各部件的初始化和自检。键盘扫描和控制算法等子程序利用80C196KC丰富的中断资源，在外部中断和定时器溢出中断子程序中完成温度和直径控制。与上位机的串行通信采用80C196KC自带的UART硬件传输中断，以满足数据双向传输的异步性和实时性要求。
模糊控制PID算法子程序包括输入量的模糊化、模糊化计算、输出量的解模糊化三部分。由于模糊集采用非线性分类，所以对输出量KP、TI、TD进行线性划分。系统对具体参数设置后，形成PID控制器的参数KP、TI、TD的调整规则表，并对其进行在线调整。最后使用加权平均法对在线已经调整好的这三个参数进行解模糊。（图4）
4实验结果
系统通过强大功能的仿真软件MATLAB实验测试，在Simulink的环境下搭建非线性模块，当搭建好后再对系统进行直接仿真，测试表明：该控制系统将晶体单晶等径生长过程的温度控制与晶体提拉速度完美结合，所生长出的单晶直径达到用户要求，而且单晶的等径控制精度可达±1mm、±1.2mm等等。系统不仅稳态精度明显提高，而且具有良好的动态性能和灵活性。
5结语
本文针对单晶等径生长过程，分析了影响单晶生长的因素，控制策略是结合模糊控制与PID控制的优缺点，并确定系统选用模糊PID算法，设计了一个模糊控制与PID控制算法相结合的单晶等径生长控制系统。系统采用双闭环串级控制其控制是在常用单回路的基础上增加了由温度调节器、坩埚加热器以及测温单元组成的副控制回路，并且通过实验测试，可有效地实现了单晶等径生长控制，系统能够达到较高的稳态精度。
参考文献：
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[3]于海生．微型计算机控制技术[M]．北京：清华大学出版社，2001.
开题报告填写要求
1.开题报告(含“文献综述” )作为毕业设计(论文)答辩委 员会对学生答辩资格审查的依据材料之一。此报告应在指导教师指 导下，由学生在毕业设计(论文)工作前期内完成，经指导教师签 署意见及所在专业审查后生效。 2.开题报告内容必须用黑墨水笔工整书写或按此电子文档标 准格式(可从教务处网页上下载)打印，禁止打印在其它纸上后剪 贴，完成后应及时交给指导教师签署意见。 3. “文献综述”应按论文的格式成文，并直接书写(或打印) 在本开题报告第一栏目内， 学生写文献综述的参考文献应不少于 10 篇(不包括辞典、手册) ，其中至少应包括 1 篇外文资料;对于重 要的参考文献应附原件复印件，作为附件装订在开题报告的最后。 4.统一用 A4 纸，并装订单独成册，随《毕业设计(论文)说 明书》等资料装入文件袋中。
毕 业 设 计(论 文)开 题 报 告
1.文献综述： 结合毕业设计 (论文) 课题情况， 根据所查阅的文献资料， 每人撰写 2500 字以上的文献综述，文后应列出所查阅的文献资料。 软件项目开发管理系统
进入二十一世纪这个信息爆炸的时代，人们的各种观念开始发生惊天巨变，各行 业也开始转向信息化。而随着Internet的普及与发展、随着电脑及网络技术的大范围 应用，信息技术、网络技术、计算机技术等都在不同领域得到了飞速的发展。随着IT 产业的不断膨胀，各种各样的软件项目被飞快的开发出来。各种应用软件，各类实施 项目不断被推出，在世界高速发展的今天，在各类软件项目层出不穷的今天，如何规 范的，系统的，安全的，高效的管理好各类软件项目，成为了当前各软件项目开发公 司的最大难题。要想去逐步解决这些问题，则需要应用到软件项目开发管理系统。 软件项目开发是一件非常复杂的工作，他需要各种软件开发人员投入到这个开发 大军来，相互协调配合，相互提升。而对众多的软件公司或开发团队来说，有效的管 理和控制软件项目是非常重要的。为了给这一复杂而重要的工程带来可操作性的简便 和准确的数据信息。Software Projects Exploitation Management System就是为着 这一目的开发出来的。 软件项目管理系统主要用来帮助软件公司架构规范的软件项目开发管理过程(项 目计划管理、监督与跟踪、需求管理、测试管理、缺陷管理…)包括： 1、帮助软件公司进行有效的项目数据度量管理(针对SEI CMM3/CMMI3的标准) ; 2、帮助各软件公司长效实施组织过程体系规范(ISO9001、SEI CMM/CMMI) ; 3、帮助软件公司建立项目过程数据库和知识库等。故本综述分别从基于B/S模式 数据库的设计方法、分析，设计对软件项目管理系统进行综述。 4、提高过程透明度，加强对项目的监督和管理(针对项目的进度、成本、质量、 资源、活动等) ; 5、支持软件公司的多级管理模式，包括：企业高层、质量部、项目经理、程序员; 6、支持项目组内、异地的开发组间、异地的客户与组间的协同工作模式，突破地 域障碍; 关健词：数据库软件、软件工程、C/S模式、B/S模式、JAVA 关健词
数据库技术是数据管理的技术，是计算机科学的重要组成部分。最近几年来，数 据库技术发展越来越快，在多种应用领域对数据管理的需求越来越多，数据库技术的 重要性已不断的被更多的人所熟知。数据库技术是数据管理的技术，它也是计算机科 学的重要组成部分目前，不仅在大、中、小、微各种机型上都配有数据库管理系统， 各行各业的信息系统，甚至是国际互联网上的信息系统都离不开数据库的支持。因此， 数据库已成为信息社会的重要基础设施。 从计算机技术和数据库的发展过程来看，计算环境和数据库技术基本保持着一种 同步发展的状态。现阶段最具有发展潜力的就是基于 B/S 模式或者基于 C/S 模式的数 据库. 数据库管理系统(DBMS)可以定义为:“ 数据库管理系统是用于管理数据的计算 机软件。数据库管理系统使用户能方便地定义和操纵数据，维护数据的安全性和完整 性，以及进行多用户下的并发控制和恢复数据库。随着 B/S 模式与 C/S 模式数据库的 发展，数据库系统也出现了嵌入式数据库系统和移动数据库系统。嵌入式移动数据库 可以定义为：嵌入式移动数据库系统是支持移动计算或某种特定计算模式的数据库管 理系统，数据库系统与操作系统、具体应用集成在一起，运行在各种智能型嵌入设备 或移动设备上。目前这已经成为一个十分活跃的研究和应用领域——嵌入式移动数据 库或简称为移动数据库(EMDBS) 。 其中 C/S(客户机/服务器)结构，即大家熟知的客户机和服务器结构。它是 软件系统体系结构，通过它可以充分利用两端硬件环境的优势，将任务合理分配到 Client 端和 Server 端来实现。实质就是客户端运行应用程序，并向服务器数据库发 送 SQL 请求及取回结果;服务器数据库侦听基于 TCP/IP 的网络，响应请求并返回 处理结果。两层结构最大的优点在于系统结构简单。 一个良好的软件项目开发系统对 C/S 结构需要完成以下功能： a) 数据库的维护功能包括数据的备份、恢复等功能 b) 权限分配管理功能。 c) d) 基本数据的维护。基本数据指的是软件项目的基本信息。 动态数据录入、编辑、修改、查询等。动态数据指的是检测到的信息及其改造 后的一些相关的信息。
B/S(浏览器/服务器)模式数据库系统。是 WEB 兴起后的一种模式，WEB 浏览器是客户端最主要的应用软件。这种模式统一了客户端，将系统功能实现的核 心部分集中到服务器上，简化了系统的开发、维护和使用。三层结构是把应用逻辑 划分为三个部分：第一层是用户界面(User Interface) ，提供用户与系统的友好 交互。第二层是应用服务器，专司业务逻辑的实现。第三层是数据服务器，负责数 据信息的存储、访问及其优化。 基于上述数据库系统特点，软件项目管理系统是在 WINDOWS 环境下，采用 C/S 模式，使用 JAVA+SQL Server 语言设计。其优越性体现在： (1) 非过程化语言 SQL 是高级的非过程化编程语言，允许用户在高层数据结构上工作。它不要 求用户指定对数据的存放方法， 也不需要用户了解具体的数据存放方式， 所以具有 完全不同底层结构的不同数据库系统，可以使用相同的 SQL 语言作为数据输入与 管理的接口 SQL 以记录集合作为操作对象，所有 SQL 语句接受集合作为输入，返回集 合作为输出， 这种集合特性允许一条 SQL 语句的输出作为另一条 SQL 语句的输 入，所以 SQL 语句可以嵌套，这使他具有极大的灵活性和强大的功能。 SQL 不要求用户指定对数据的存放方法，这个特点使用户更易注重于要得到的 结果;所有 SQL 语句使用查询优化器，它是 RDBMS 的一部分，由它决定对指定数据 存取的最快速度的手段，查询优化器知道存在什么索引，在哪儿使用索引合适，而 用户则从不需要知道表是否有索引、有什么类型的索引。 (2)是所有关系数据库的公共语言 由于所有主要的关系数据库管理系统都支持 SQL 语言，用户可将使用 SQL 的技 所有用 SQL 编写的程序都是可 能从一个 RDBMS(关系数据库管理系统)转到另一个， 以移植的 (3)统一的语言 以前的数据库管理系统为上述各类操作提供单独的语言， SQL 将全部任务统 而
一在一种语言中。SQL 可用于所有用户的 DB 活动模型，包括系统管理员、数据库 管理员、应用程序员、决策支持系统人员及许多其它类型的终端用户。。 通过阅读大量的文献证明，建立在B/S或C/S模式下的数据库设计基础之上的软件 项目开发管理系统具有稳定、高效、可靠的特点，同时拥有良好的可伸缩性，能够充 分适应未来系统的扩展需求，出色的可重用性则大大降低了构建新系统的成本。
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毕 业 设 计(论 文)开 题 报 告
2.开题报告：一、课题的目的与意义;二、课题发展现状和前景展望;三、 开题报告： 课题的目的与意义; 课题发展现状和前景展望; 课题主要内容和要求; 研究方法、 课题主要内容和要求;四、研究方法、步骤和措施 一、 课题的目的与意义
在二十一世纪信息迅猛发展的时代， 网络的普及使网络和企业很自然地走到了一 起,而如今通信最杰出功劳之一，则是软件项目开发管理系统的广泛应用与飞速发展。未 来个人或企业管理可以很方便，快捷，高效的进行管理。 随着 Internet 技术的发展，它对我们工作和生活显得更加重要，尤其是现在项目软 件，应用软件不断推陈出新的今天，各企业对管理不同项目，来应用软件迫切的需要高 效性，规范性，安全性、及时性。而基于 B/S 模式下的数据库所设计而成的软件项目开 发管理系统刚好提供了这些功能。本系统就是一个能够让用户能及时有效地对软件项目 开发管理系统进行操控，并且是在安全的前提下进行的。在网上实现对软件项目的任何 时间，任何地点安全有效的管理这是软件项目开发管理系统的发展方向。
二、 课题的发展现状和前景展望
因特网是一个巨大的全球性的信息服务中心。随着互联网的发展，网上交易、电 子商务的逐渐繁荣，各行各业的规模不断发展与状大，这就更需要一个安全的，可靠的， 高效的管理系统来管理，因此，软件项目开发管理系统的设计就变得尤为重要。 各个公司可以根据自身的业务特点和公司的具体情况提出对应用软件的需求，通 过我们的软件项目的特定开发服务，不但可以解决企业当前面临的困境，还能够提高信 息中心的软件开发维护水平，为企业的长期可持续发展提供有效的保障。 随着企业信息 化水平的提高、网络的快速发展，已经有很多企业意识到了使用软件项目管理系统可以 大大提高管理效率、资金使用率、提高员工的工作效率、降低成本、同现有业务接轨。 随着现代社会节奏不断加快，各企业之间的竟争也日益激烈。随之也给企业带来了 巨大的压力与挑战，为了能适应残酷的市场竞争，为了能便捷管理，各软件项目管理系 统已经成为一种当前各大企业不可缺少的一部分了。而要分析设计出一个实用简单，安 全高效的管理软件，其前提必须在基于 B/S 模式下的数据库设计与分析。软件项目开发 管理系统做为一种新型的网络管理系统，已经越来越受到人们及其各大企业的重视，它 已经成为一家企业的管理支柱，而随着越来越多的软件系统的开发，如果缺少一个好的
软件管理系统，则不仅不能让操控者感觉到安全，方便，高效，而且会带来资源的浪费。 然而，现有的软件存在严重的功能不足，开发出一种新型便捷的软件项目开发管理系统 已经成为一种必然的趋势。
三、 课题主要内容和要求
1、此课题设计任务特点及分析主要是通过对该数据库软件设计与分析，使学生能够 熟练运用一门程序设计语言来掌握 C/S 或 B/S 数据库设计的方法和过程，以及为设计其 它应用软件提供帮助，进行提高软件设计能力。 2 、课题主要任务与要求 (1)初步方案：通过查阅资料，首先对我的课题进行可行性研究和需求分析，提出 相应的设计方案并进行方案论证，然后对该课题进行模块划分并找出模块之间的关联关 系，画出系统流程图，在此基础上进行源代码编写和调试，最后撰写毕业论文。 (2)主要任务 a 使用 C/S 或 B/S 模式设计该系统，并要求系统完成后操作简单，功能完善，界面美 观。 b 系统用户管理模块：包括文件操作，普通用户和系统管理员不同身份口令密码修 改，系统退出等。 c 登录界面设计：要根据不同的用户设计不同的口令密码，并且进入系统后，根据 用户不同对该软件使用权限也不同。 d 项目流程管理模块：包括项目基本信息的录入、修改和删除;申请立项;批准立 项;项目工程分配;项目中止等功能。 f 项目实施管理模块：包括成立项目组;划分功能模块;书写项目报告等功能。 e 项目文档管理模块：包括项目文档信息的添加、删除、修改和查询。 g 项目测试管理模块：包括测试工程师添加、修改和关闭报错记录;开发工程师查 看、解决报错记录。 h 项目验收管理模块：包括提请验收项目;测试工程师，质量控制工程师，业务主 管，项目主管签字等功能。 i 项目总结管理模块：包括项目总结记录的添加、修改和删除等功能。 j 信息打印模块：能实现对各种报表的打印
四、可行性分析、研究方法和步骤 可行性分析、
可行性分析： 可行性分析： 选取几台中等配置电脑， 在操作系统为 WINDOWS XP 的环境下， 使用 VFP， DELPHI， VB， JAVA 等程序设计语言开发该软件系统。 C/S(客户机/服务器)结构，实质就是客户端运行应用程序，并向服务器发送 SQL 请求 及取回结果;服务器侦听基于 TCP/IP 的网络，响应请求并返回处理结果。两层结构最 大的优点在于系统结构简单。只要把客户机和服务器在网络上连通，利用一些快速应用 开发工具，就可以很快地开发出一些部门级的小规模应用，同时开发和运行的环境都相 对简单。 B/S(浏览器/服务器)模式数据库系统。就是建立并配置 WEB 服务器及 PowerBuilder 应用服务器，以实现通过浏览器来访问数据库。B/S 结构设计思想的主要目的，就是为 了解决两层结构中原发性的问题。其最主要价值在于产生一套切实可行的解决方案，把 客户/服务器结构下的应用可靠地推广到企业级的关键任务环境中，并利用这一技术所 带来的高效率、多功能与灵活性，增强企业信息网的性能和扩展能力。三层结构是把应 用逻辑划分为三个部分：第一层是用户界面(User Interface) ，提供用户与系统的友 好交互。第二层是应用服务器，专司业务逻辑的实现。第三层是数据服务器，负责数据 信息的存储、访问及其优化。 研究方法： 研究方法： 主要采取包括：文献调研、课题考察、实践总结、实验分析、调查统计等 设计进度安排： 设计进度安排： 1 第 1 周任务：布置任务，学生进行资料查询。 2 第 2 周～第 3 周任务：软件需求分析并画出结构流程图。 3 第 4 周任务：系统模块功能划分。 4 第 5 周～第 13 周任务：模块源代码编写及调试。 5 第 14 周任务：系统检测并通过最后测试。 6 第 15 周任务：毕业设计论文编写。 7 第 16 周任务：指导老师论文审阅、修改及学生毕业答辩。
毕 业 设 计(论 文)开 题 报 告
指导教师意见： 1.对“文献综述”的评语：
2.对本课题的深度、广度及工作量的意见和对设计(论文)结果的预测：
单片机系统设计是一门实践性、应用性很强的课程。传统的单片机系统设计实验教学,具有:①实验应用机会少;②缺乏具体的实验教学内容和完善的考试、考核方法;③验证性多,创新性少;④实验教学内容与实践应用脱节的弊端。这样的教学模式和方法,很难让学生完全掌握单片机系统设计的基本原理和开发方法,更不用说培养学生的创新能力。因此,为了培养和训练学生具备独立设计简单的单片机应用系统、编写系统控制程序的能力和技能,激发学生的创造力,我校在学生完成了《单片机系统设计》的理论课和汇编程序设计、七段数码显示、键盘扫描、AD转换、串行通讯等实验教学后,特开设了为期2周的综合实践教学环节。此教学环节让学生完成一个单片机系统的设计、开发、调试的完整过程,整个综合实践教学环节完成后,学生对单片机系统的学习和应用兴趣更浓了,而且具备了自行设计、开发简单的单片机系统的能力。
2任务与要求
利用伟福Lab6000系列单片机仿真实验系统构成简单实用的单片机系统,要求如下:
(1)充分应用MCS-51系列微处理器和伟福Lab6000系列单片机仿真实验系统所提供的硬件资源,自由选题实现一个简单实用的单片机系统。
(2)要求具备必需的人机接口。
(3)可以选用汇编或C51语言进行控制程序开发。
设计的系统性能如下:
(1)系统运行稳定,具有一定的抗干扰和故障自测能力。
(2)系统设计安全可靠,具有出错报警和应急关闭能力。
(3)系统精度达到一般民用品的基本要求。
(4)人机接口界面友好、直观、操作简单。
另外,我们提供了一些选题供学生拓展思路,主要有:
(1)出租车计价器。
(2)温度控制系统。
(3)可编程交通灯系统。
(4)PWM电机调速系统。
(5)数字温度计。
(6)数字频率计。
3设计范例
3.1PWM电机调速系统
PWM电机调速系统系统包含电机驱动电路和测速电路,两者构成闭环系统。电机驱动采用脉宽PWM调压电路,测速电路的核心部件是霍尔元件。霍尔元件是一种磁传感器。用它可以检测磁场及其变化,可在各种与磁场有关的场合中使用。在外磁场的作用下,当磁感应强度超过霍尔元件导通阈值BOP时,霍尔元件输出管导通,输出低电平。若外加磁场的B值降低到BRP时,输出管截止,输出高电平。在直流电机的转盘上粘贴着一枚小磁铁,霍尔元件安装在转盘附近,每当磁铁靠近霍尔元件时霍尔元件导通,输出低电平,远离时霍尔元件截至,输出高电平。这样,直流电机转动一圈,霍尔元件就会输出一个脉冲,通过这个原理能够测出电机的转速。
PWM是单片机系统中常用的模拟量输出方法,通过外接的转换电路,可以将脉冲的占空比转化成电压。直流电机的转速和驱动电压呈近似线形关系,改变脉冲的占空比,就可以改变直流电机的转速，闭环工作时,测速电路测得的转速和给定的转速相减获得差值e,根据差值e运用PID增量控制算法获得控制量,即占空比,通过MCS-51的口线输出给定占空比的脉冲,再通过转换电路转化成电压来驱动直流电机。系统控制算法采用增量型PID控制算法,如果k时刻电机当前转速是y(k),给定转速是r(k),PID控制器输入信号为e(k),输出信号为u(k)。
3.2数字温度计
数字温度计的核心电路——温度传感器调理电路如图3所示,温度传感器采用负温度系数的热敏电阻(NTC),NTC的阻值随着温度的上升而非线性下降,具体温度-阻值特性为式中,RT 、 RT0是温度分别为T、T0 时的电阻值;B为负温度系数热敏电阻的材料常数。固定电阻和NTC组成的电阻桥输出电压随NTC阻值的变化而变化,这种变化经过差动放大器的放大后送给AD转换器转换成数字量,具体转换遵循以下公式一般情况下,会事先根据NTC的温度-阻值特性计算出一张温度-阻值对应表。根据AD转换的数字值逆运算获得当前NTC的阻值,再根据NTC的温度特性表运用分段查表和表项间线性运算就可以获得当前温度值,把当前温度在输出设备(如七段数码管、LCD)上显示出来就构成了完整的数字温度计。本范例也可在其他温度测量的系统中应用。
3.3出租车计价器
出租车计价器是一个较实用的设计范例。出租车计价器包含里程测量电路、实时时钟电路和人机接口，出租车计价器里程测量的核心部件是霍尔元件,具体电路和图1的测速电路一样。在轮胎的转轴上粘贴了6个小磁铁,轮胎转动一圈,霍尔元件就会输出6个脉冲,对脉冲进行计数就可以获得轮胎转动的圈数,圈数乘以轮胎的周长就可以获得车辆行驶的里程数。
一般情况下,出租车白天和晚上的里程单价并不一样,因此需要一个实时时钟来获得当前时间。DS1307是一个I2C总线的实时时钟(RTC),在外部电池的供电下,它能提供高精度的年月日时分秒BCD码时间。另外,它还包含56字节的非易失性SRAM(NV SRAM),可以用来保存系统的设置信息。显示设备可以采用七段数码管或LCD,用来显示当前时间、行驶里程数、里程单价、和行驶里程价格等信息。还需要少量的按键或矩阵式键盘用于输入里程单价、开始计价、清零、时间设置等操作。
4实施过程
4.1根据任务与要求进行总体规划与设计
这个过程包括:
⑴ 课题选择。
⑵ 硬件模块的选择和设计。
⑶ 软件整体流程的设计。
⑷ 查找各种所需资料。
综合实践课题题目是不是新颖,是不是能够激发学生的创造性和好奇心,直接影响学生实验的积极性,有的学生觉得做实验非常无聊,就是因为他们的好奇心和热情没有被激发起来。而集知识性、趣味性、创造性于一体,能应用所学知识解决具体问题的综合实践课题,是本综合实践的最大亮点,也是本教学环节区别于其他教学环节的标志。我们要求学生思考在实际生活中能应用单片机系统技术能解决的具体问题,并且考虑伟福Lab6000系列单片机仿真实验系统所能提供的硬件资源,选择一个有自己特色、能在两周内独立完成的题目,题目要求新颖,鼓励创造性的思维,并且能解决实际生活中的具体问题。
受限于实验条件,硬件设计无法完全按照单片机系统设计的一般方法和标准步骤来实施。在教学过程中,我们要求学生可以根据伟福Lab6000系列单片机仿真实验系统所提供的硬件资源自主地完成硬件部分的理论设计,也可以不完全局限于此实验平台进行理论设计。理论设计完全遵循单片机系统设计的一般流程,学生自己查阅资料,设计硬件电路图。指导老师对硬件部分的理论设计进行评审后,再根据具体的实验平台指导学生完成课题。
软件设计可以采用汇编语言或Keil C51高级语言开发环境来实现,这两种软件开发环境是当前MCS-51系列单片机系统开发的主流环境。根据学生选题的特点,指导学生选择较为容易实现的开发环境。
4.2根据总体规划实施软硬件的开发与设计
这个过程包括:
⑴ 硬件连接。
⑵ 软件编程。
⑶ 软硬件联调。
在这一过程中主要培养学生的硬件设计能力、编程能力和积累软硬件调试经验,熟练掌握单片机系统中人机接口的设计、控制算法设计、硬件驱动程序设计,体会理论与实践之间的差别,对单片机系统的设计与实现由理性认识转化为感性认识,激发学生的求知欲望,锻炼学生克服困难解决问题的能力。
4.3交流总结
在2周的综合实践中抽出一天时间让能力较强的学生陈述他的设计思想和设计过程、设计中的难题和解决方法以及自己的心得体会。让进展不顺的学生提出他在设计中没能解决的难题,全班同学共同讨论,集思广益,找到解决问题的方法。这样可以使学生互相学习,取长补短,拓宽知识面,活跃思维,能在以后的工作和学习中更好地完成任务。
4.4完成实践报告及验收评分
最后两天是综合实践报告的完成阶段,在进行了两周的综合实践以后有必要好好地总结一下,把自己在综合实践中所学到的知识以文字的形式表述出来,这样更有助于水平和能力的提高。实践报告完全按照毕业论文要求书写,包含中英文摘要、设计任务与要求、系统结构及工作原理、主要单元电路的设计过程、控制软件的编写及调试、测试数据及调试中故障分析、收获和体会、参考文献等部分。要求学生重点讲述清楚故障分析和收获体会。综合实践成绩由平时表现、实践报告、设计成果、创新点4部分组成,成绩构成比例是2:3:4:1。
5效果
经过几年的教学实践,单片机系统综合实践教学环节取得的效果主要体现在以下几个方面:
(1)让学生掌握了单片机系统设计的一般原理及其基本的实现过程,实现了从理论向实际的迁移,强化了学生所学的知识。
(2)让学生掌握了单片机系统硬件、软件设计的基本方法,具备了软硬件相结合的系统设计的基本能力和调试经验。
关键词：Visual C++ 6.0； 串口通信； 水位测量
中图分类号 TP391.8 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2013）34-7656-03
在工业冶金、发电、供暧等行业，锅炉是必不可少的能源动力设备，其中，对锅炉汽包水位的实时测量与控制是整个控制系统的核心环节。汽包水位过高，将减少蒸汽重力分离行程，破坏汽水分离效果，恶化过热器的工作条件，严重时会引起汽轮机冲击，造成汽轮机转轴弯曲等恶性事故；水位过低时，锅炉水循环受到影响，炉膛内的水冷壁将面临爆管危险。因此，必须对水位进行精准、实时、高效的测量与控制。
在以往的系统中，由于安装工艺，测量设备和软件设计的不足，加上工况欠缺稳定，同一锅炉中汽包不同测量点的水位测量结果存在较大偏差，无形中加大了工人的劳动强度。在本设计中，采用双室平衡容器与差压变送器的两者配套使用来测量液位，变送器将传感器采集的压力参数转化为4～20mA的电流信号传输至PLC的模拟量输入模块，再通过上位机相关处理后在显示器上显示实时的水位情况。为实现汽包水位的自动调节，采用前馈串级控制设计，使用三冲量的调节机制，有效控制锅炉给水流量、蒸汽流量和炉膛热负荷等三要素对汽包水位的影响，防止虚假水位的产生。在本设计中，采用西门子S7 300的系列的PLC，将工控机的RS232串口与PLC的编程接口连接起来进行通信，在Visual C++ 6.0的基础上，设计出在线监测的上位机软件，实现对汽包水位的实时、精准监控，确保汽包上各测量点偏差不超过±30mm。
1 系统整体框架的设计
系统是一个将测控技术、通信技术和计算机技术结合在一起的智能测控系统，主要包括数据的采集、传输、处理和显示四部分，如图1所示。首先，传感器通过双室平衡容器正负压管采集压力，并将压力参数输出为差分小信号传送至智能变送器，变送器则对差分信号进行放大和数字处理，转换并输出4～20mA的电流信号，而配电隔离器则为变送器提供24V直流电源并隔离信号，消除外界信号的干扰。信号到达PLC模块，经过PLC模拟量输入模块的相关处理，转换为符合RS232标准电平的数字信号，PC上位机通过完全开放的自由口通信模式完成与PLC的串口通信，实现传感器到PC机的数据交互，从而完成对水位的实时测量。
2 上位机软件的设计与实现
系统的上位机监测软件是基于Visual C++6.0的单文档（SID）的MFC应用程序开发的，系统主要分为通信模块，数据管理模块，界面设计模块等三个模块。
2.1串口通信设计与实现
实现上位机与S7 300的通信有很多方法，常用的有Prodave通信、串口通信等。Prodave通信采用MPI的通信接口，因为MPI口是每块CPU的编程口，所以PLC不需要另外添加通讯模块，但MPI的速度是有限的，如果采用普通的PC Adapter连接PC和PLC，最高速度也就38.4kbps。本设计采用串口通信方式，只需另加CP340或者CP341串口通信模块，同时在PLC和上位机中分别对接收报文和发送报文进行相应的描述，报文格式相对自由，串口通信使用的数据线较少，在远距离通信中可以节约通信成本。
上位机界面采用Visual C++6.0软件工具进行编写，利用MSComm控件实现RS232串口编程。首先，在基于单文档应用程序中创建串口通信控件，若Control工具栏中缺少该控件，可通过菜单Project —> Add to Project —> Components and Control插入即可，再将该控件从工具箱中拉到对话框中。此时，只需要关心控件提供的对 Windows 通讯驱动程序的 API 函数的接口。换句话说，只需要设置和监视MSComm控件的属性和事件。如果计算机未安装VC++，用户的计算机没有注册MSCOMM32.OCX控件的情况下，用户是不能使用该控件的。此时，只能通过运行命令”regsvr32+控件的完整路径名”完成控件的注册，此处输入”regsvr32 C：＼windows＼system32＼mscomm32.ocx”，点击确定即可完成注册。
本文采用事件驱动法来处理通信，当有新字符到达缓冲区或端口状态发生变化时，即使有错误发生，都会触发若串口的消息处理函数，进而调用GetCommEvent（）函数查看是哪类事件，再做出相应的处理。这种方法程序能够响应及时，可靠性较高。
2.1.1 MSComm控件类参数初始化
MSComm控件类初始化时，在视图类的初始化函数OnInitUpdate（）中进行。其中串口号、波特率、校验方式、数据位等相关参数可以由用户按照实际情况自行设置。SetCommPort（n），将串口控件与指定的串口号相关联；SetInputMode（），设置接收数据的类型；SetSettings（str），设置串口的相关参数，str字符串内包括波特率、奇偶校验、数据位、停止位等串口参数信息；SetRThreshold（），设置是否产生串口事件；SetInputLen（），表示是否全部读取串口。
同时通过调用GetPortOpen（）方法判断串口是否已经打开，若处于关闭状态，则调用SetPortOpen（）方法，将串口打开。
2.1.2 发送串口数据
在发送数据时，需要在程序中调用串口控件类的成员函数SetOutput（）进行数据发送操作，数据在通过串口进行发送时或接收时，必须将数据类型强制统一转换为COleSafeArray类型，否则，数据将不能完整或安全地被发送或接收，并为发送数据按钮增加消息处理函数并添加相关处理代码，发送串口数据流程如图2所示。
2.1.3 接收串口数据
在单当串口缓冲区中有数据到来时，该串口控件会产生串口事件，调用GetCommEvent（）函数获取当前发生的串口事件 。为接收数据按钮增加相应的消息响应函数并添加相关代码。
if（mm.GetCommEvent（）==2）//若发生的串口事件是读取事件
{
variant =mm.GetInput（）；//则读取串口缓冲区
safearray=variant；//转换数据类型
len=safearray.GetOneDimSize（）；//获取有效数据的长度
for（long i=0；i
{ safearray.GetElement（&i，&rxdata[i]）；//将数据转换为CHAR型数组
str.Format（"%c"，rxdata）；//格式化输出字符串
}
2.2 数据库设计
为方便对实时数据进行诊断和历史分析，该文把系统所采集到的数据保存到数据库中。设计中采用MFC ODBC的方式访问数据库，Visual C++中提供的MFC ODBC数据库类封装了ODBC API，这使得利用MFC来创建ODBC应用程序非常简便，避免了直接使用ODBC API要编写的大量代码，同时采用SQL Server 2000作为上位机软件的数据库管理系统。在运行系统前，需添加数据源，首先，打开“开始”—“控制面板”—“管理工具”—“数据源（ODBC）”，在用户数据源列表的右边选择“添加”，出现创建新数据源对话框。双击SQL Server，打开对话框，输入数据源名称和选择SQL Server服务器，完成数据源的创建与配置工作。
2.3 上位机软件界面设计
上位机软件是基于MFC的单文档应用程序，注意将该工程视图类的基类设置为CFormView类，可以实现可视化编程，在对话框资源中直接拖拽控件至对话框内，减少不必要的程序代码，简化工作量。在ResourceView的Dialog中为单文档添加相关的标签、按钮、编辑框等，并为编辑框创建相关成员变量，为按钮添加相应的消息响应函数，完成相应的函数功能，最后软件界面如图3。
3 下位机软件实现
由于使用的是自由口通信协议实现PC机与PLC的通信，需要在下位机软件SIMATIC STEP7中利用梯形图编写相关的接收数据和发送数据的程序，并用中断来处理发送数据和接收数据之间的状态切换。在硬件组态中，除加入必要的导轨、电源、CPU、输入输出模块外，还需要为PLC添加一块串行通讯模块，在S7 300中可以加放CP340或者CP341通讯模块，实现串口通信。在软件组态中，采用汽包水位三冲量前馈-反馈串级控制系统，调整电动执行机构的阀门开度，合理调节蒸汽流量、锅炉给水量和炉内燃烧量的变化，实现对水位的自动控制。
4 结束语
本系统中运用VC++设计并实现了PC机与西门子系列PLC的通讯，使用MFC技术，灵活运用ActiveX的MSCOMM控件，实现了串口通信。同时，将系统采集的数据存入数据库，以备历史查询。系统充分利用计算机和PLC本身的资源实现了上位机对PLC的实时监控，而PLC作为下位机实现对现场工况的实时监控和有效控制，从而从最大限度上保证汽包中三个测量点数据相差不超过±30mm，确保测量结果的相对稳定，实现了对汽包水位的实时监测和有效控制。本系统而且还可以进行扩展，与多台PLC进行通信，简单、实用，具有较高的可靠性和安全性，降低了工人劳动强度，达到了预期的目标。
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关键词：创新实验室；嵌入式系统；开放运行管理
作者简介：张腾飞（1980-），男，河南商丘人，南京邮电大学自动化学院，副教授；郭前岗（1960-），男，陕西西安人，南京邮电大学自动化学院，教授。（江苏 南京 210023）
基金项目：本文系南京邮电大学实验室建设与设备管理研究课题重点项目（项目编号：2011XSG03）的研究成果。
中图分类号：G482 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2013）25-0164-03
近年来，随着嵌入式系统的广泛普及，其复杂度也迅速增长，嵌入式领域中对能够适应社会需要的创新型设计人才的需求日益旺盛。尽管高校大量扩招，但整个社会依然缺乏该领域的应用型开发人才，然而毕业即失业的大学生比比皆是，这种就业难与用人难的自相悖论无疑为我国的高等教育敲响了警钟，也为嵌入式创新实验室的建设及开放运行管理模式的探索提供了驱动力。嵌入式系统是一项应用性很强的工程技术，企业所需要的嵌入式工程人员，不仅仅要有扎实的理论基础，更要有丰富的动手实践经验。学生要想从事嵌入式技术工作，只有经历过很多的实验、实训项目，才能够更好地理解和掌握嵌入式技术，才会在当今就业难度极大的环境下走出困境，脱颖而出。
一、嵌入式创新实验室的建设背景
“根据嵌入式系统”的课程特点以及南京邮电大学（以下简称“我校”）电气信息类专业的实际应用能力和创新能力培养目标，在前期的嵌入式系统实验室建设及实践教学改革研究中，已经构建了从基础验证性到综合性、设计性实验，并与课程设计、大学生科技创新计划、科技创新竞赛、毕业设计等实训环节相结合的循序渐进的嵌入式实践教学体系，增强了学生参加各种科技创新实践活动的积极性，取得了较好的效果。尽管参与各种科技创新实践活动的学生人数逐年增加，但涉及的学生相对较为集中，一组学生可能同时参与多种竞赛活动，而大部分学生在学习了相关理论知识完成课内基础实验之后，没有再从工程实训的角度得到系统的、更为实用的开发技术和技能训练，因此，有必要通过创新实验室的建设，让学生从基础训练、综合实验、科学训练、研究设计性实验、开放实验项目、科技创新竞赛等多样化、多层次的开放性科技创新实践活动中形成良好的竞争氛围，系统地掌握嵌入式系统的实际开发技术。
另外，结合学生的科技创新实践项目，将有助于提高嵌入式系统创新实验室的内涵建设，促进学科发展，完善学生的个性化教育，提高学生的创新能力。
结合我校电气信息类专业的课程建设以及相关特色专业建设目标，依托自动化省级实验教学示范中心、智能电网信息工程省级综合训练中心、校企共建联合实验室，通过专项资助创立了嵌入式系统创新实验室，探索嵌入式系统创新实验室的建设，构建多样化、多层次、全面开放的实践教学体系，并进行了多样化的实践教学与模块化实验教学平台的建设探索。
二、嵌入式创新实验室的平台建设
按照个性化教育与开拓创新型人才培养的要求，我们将嵌入式课堂理论教学、课内基础实验、课外综合性实验与嵌入式系统相关课程设计、本科毕业设计及课外科技创新实践活动等环节相结合，在嵌入式创新实验室的建设中，构建了多样化的嵌入式系统实验开发平台，包括80C51、MSP430、ARM、DSP等系统开发平台200余套。为便于学生的科技创新，配备了多套不同规格的仪器仪表设备，并建立了创新实验室的元器件库，创新实验室的实验开发平台如图1所示。
另外，在学校自制实验仪器设备专项经费的资助下，完成了嵌入式Cortex M3开放实验模块化开发平台的研制，其模块化结构如图2所示。该开发平台的研制理念是：同时注重嵌入式技术的学习和实践创新能力的提高两个方面，让学生在这个开放的平台上尽可能多接触更多、更新的技术，激发学生的自主学习意识，充分利用课余时间完成实践与创新。
该平台具有以下特点：采用较新的Cortex-M3处理器芯片，秉承传统单片机廉价、稳定、控制资源较多、运算资源较少等特性，内部结构相对简单，学生不用学习复杂的操作系统和各种配置就可以实现简单的操作，在此基础上可以移植μC/OS等操作系统，适用于操作系统知识的学习和使用；核心板可以作为单独的开发板使用，可以配合教程分发给学生课后烧写调试练习或研发新项目；核心板完整的扩展资源、小巧的体积、大容量的存储器配备，非常适合二次研发；模块化的底板外扩资源丰富，设置外扩资源屏蔽开关，可兼容扩展；模块化的设计便于今后更新处理器，节约大量成本。
三、创新实验室的运作和管理
为充分发挥实验室的资源优势，为更多学生提供自主发展和实践锻炼的空间，嵌入式创新实验室制定了“立体化、模块化、综合性、开放性”的创新实践教学及管理、运行机制。
1.一体化、模块化的嵌入式实践教学体系
学生在学习了嵌入式系统相关理论知识之后，如何能从实践的角度更好地掌握实用的开发方法和技能，是我们在规划、完善嵌入式实践教学体系中重点关注的问题。从课程体系结构的角度，综合考虑嵌入式系统与先修课程如计算机组成原理、模拟数字电子技术、操作系统、控制原理等相关课程的联系，通过创新实验室的知识讲座、科协活动、学科竞赛等各种途径让低年级学生了解整个学科课程之间的联系，为后续学习嵌入式系统及应用课程打下坚实的基础。从嵌入式处理器的角度，综合考虑单片机与ARM、DSP、FPGA等嵌入式微处理器之间的相互联系，并将这种联系贯穿在嵌入式系统的设计应用开发这条主线中。如，为便于学生理解和掌握，我们对单片机的定时/计数器、中断系统、串行口等模块深入讲解其基本原理及接口的扩展技术；而ARM、DSP等芯片的资源丰富，则重点强调其体系结构以及实用的设计开发技术，并结合实例开发项目进行讲解。
结合电气信息类专业的培养目标，从学生的个性化教育出发，将创新实验室的实验内容由验证型、提高型向综合型、设计开发型和创新型逐层递进，实验内容的设计由单纯的教学型向产学研相结合的方向转变；采用工程案例化教学，突出科技创新在人才培养中的作用。以适应社会需求创新型人才为目标、以培养学生的技术应用能力、实践创新能力为主线，构建了一体化、模块化的嵌入式系统实践教学体系。
2.多样化、多层次的科技实践创新活动
在嵌入式系统创新实验室的建设过程中，遵循实验内容多层次、实验设置多模块、实验手段多样化。构建课程基础实验、课程设计、开放实验项目、大学生科技创新STITP项目、创新竞赛、毕业设计、工程实训等相结合的创新实践教学体系，如图3所示。
在创新实践教学体系中，既有简单的演示性和验证性实验，使理论教学形象化，加深学生对理论的理解，又有难度较大的设计性、综合性和创新性实验，锻炼学生的创新实践能力。学生可根据学习情况自主选择与实际能力相符的实验项目。
3.开放途径、模式与运行机制
嵌入式创新实验室全开放运行。除了课堂实践教学由教师集中管理，其余的课外实践主要采取以教师为监督指导、由学生自主管理的运行模式。嵌入式系统创新实验室的开放性表现在实验室资源面向全校学生全方位开放，即实验内容、实验场所、实验时间的开放。
创新实验室鼓励学生申报嵌入式系统相关开放实验项目。在学院相关教师申报实验室开放项目的基础上，由创新实验室对开放实验项目进行审核，并报学校实验室建设与设备管理处，由学校组织专家对开放实验项目进行审定，经学校审定批准的开放实验项目由嵌入式系统创新实验室组织对学生开放。
实验室开放课题要求学生以课题小组为单位在一个学期时间内协作完成一个完整的实际嵌入式课题开发，近两年学生申报完成的典型课题有：“基于指纹识别的智能门锁系统”、“基于闭环控制的仿人足球机器人全向行走”、“基于Cortex M3的Modbus RTU通信协议实现”、“太阳能蓄电池充放电控制电路设计与实现”、“嵌入式Cortex M3最小系统板设计与实现”、“基于GSM网络的老年人身体姿态检测系统设计”等。
实验室开放课题注重学生的已有知识体系和认知特点，充分考虑不同年级学生的能力层次和个体差异，由浅入深、由易到难、循序渐进，并突出实践创新活动的导向性、趣味性、开放性及综合性，为学生的实践创新提供广阔的思考空间，促进学生的个性化发展。
学生通过独立查阅资料、设计方案、硬件设计、软件编程及调试，系统地掌握了嵌入式系统的软、硬件协同设计方法。该实验教学模式在传统实验方法的基础上，极大激发了学生自主探究的兴趣，促使学生创造性思维与解决问题，有效提高了学生自主实验与创新能力。
4.校企合作
通过校企合作等多种途径，强化学生实践和创新能力的培养。目前与美国风河公司、德州仪器、北京精仪达盛、北京博创等多家公司建立了长期合作关系，为学生提供了良好的主题创新、实践平台，为教师提供了主题研究方向，为企业主题产品研发提供了技术服务。
结合企业的科研项目，让学生参与完成一些子功能模块的设计、开发与调试过程，已完成的典型课题有：“变电设备状态在线监测及故障诊断系统”、“基于DSP的USB2.0通讯模块的设计”、“变电站视频监控系统控制软件设计”、“基于嵌入式的病虫调查统计器”等。通过一些与学生实践创新及实际工作能力相关、受益面大的系统设计课题，使学生受到了功能相对完整的嵌入式系统实际工程项目的开发与调试过程训练。
5.管理队伍建设
结合研究生助教和本科生助管制度，形成了实验室专职教师、专业教师、研究生、勤工助学本科生相结合的嵌入式系统创新实验室实验指导与开放运行管理队伍。
强化对在岗实验技术人员的培养，通过制定针对性政策及保障措施，鼓励实验技术人员的再培训；制定了相关政策及奖励措施鼓励，督促实验教师以及专业教师投入嵌入式创新实验室的内涵建设实践探索，申报相关研究课题；制定了对实验教师的多样化考核机制，使其更好地融入嵌入式实践教学的实验指导。
通过制定较为完备的系列政策，加快推进了嵌入式系统创新实验室师资队伍的建设，提升了嵌入式系统创新实践教学的质量。
四、建设成效
在嵌入式创新实验室开放实验平台的基础上，以提升学生的嵌入式实践创新能力为核心，从整体出发，构建了循序渐进的多层次嵌入式系统实践教学内容体系，目前有验证性实验近30个，设计性、综合性实验近20个，服务于自动化学院4个本科专业及其他学院的相关专业。
以实际工程需求为导向，构建了从开放性实验项目到STITP创新项目、各级各类创新竞赛、毕业设计等实训环节相结合的多层次创新实践体系。近三年创新实验室共获得校级和省级大学生STITP创新项目96项，包括2012年立项33项，其中国家级4项，省级5项；2011年立项38项，省级4项，校级重点13项；2010年立项25项，省级4项，校级重点9项。通过增加不同种类设备模块，拓展实验领域和实验项目，近三年创新实验室共完成了66项开放实验项目。在毕业设计中，多人次获得优秀毕业论文奖，学生参与多项嵌入式系统项目设计与开发，申请专利十余项，公开发表学术论文多篇。
近几年学生的出国深造、考研率明显提高，多名学生被清华大学、上海交通大学等知名高校录取。根据统计数据，多名毕业生陆续进入国电南瑞、南自等大型企业，为社会输送了大量优秀人才。
依托嵌入式系统创新实验室的建设平台，课题组完成了“基于问题设计型引导式教育，构建嵌入式系统实践创新人才培养体系”的教学改革成果，被评为南京邮电大学教学成果一等奖，并被学校推荐申请2013年度江苏省高等教育教学成果一等奖。
五、结束语
结合我校电气信息类专业嵌入式系统及应用课程的教学目标，从学生的个性化教育出发，探索了嵌入式系统创新实验室的建设，构建了一体化、模块化的嵌入式系统实践教学体系，讨论了实验室的开放途径、模式与运行机制，探索了开放运行管理、实验管理师资队伍建设等。经过不断实践，取得了较为明显的效果。
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