时间：2022-07-10 14:36:20
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篇系统设计论文，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。
该信息平台设计包含三个部分，一是用户使用的阅读器，该阅读器具有用户登录、频道管理(订阅、退订)、信息阅览的功能；二是RSSfeed（RSS源)生成设计，即图书馆将推送的频道生成相应的RSSfeed，用于用户订阅；三是用户信息的管理，通过该模块，可实现统计有哪些读者订阅图书馆推送的信息和统计读者喜欢订阅哪些信息。
一、系统设计目标
系统设计的基本原则是根据图书馆推送服务的内容设置来设计，可实现：
（1）使用网页阅读，无须安装阅读器
（2）方便读者订阅和使用
（3）个性化界面，可根据需要进行更改
（4）可对用户信息和数据统计
二、可行性研究
可行性研究是指能使该系统达到以最小的开发成本取得最佳的开发效果。可行性研究的目的是对要开发的信息服务系统从技术上、经济上、资源上和管理上进行是否可行的研究，以保证资源合理使用、避免失误和浪费时间的重要工作。经济上的可行性：因为开发与运行环境没有特殊的要求，只要有台配置一般的PC机和几种常用软件外就可以了。
技术上的可行性：在技术上主要采用ASP动态网页技术，简单的数据库技术，Ajax体系结构，MD5加密算法，当然还包括RSS技术。这些技术有的已经非常成熟，有的是现在的热门技术并且有了广泛的应用，可以找到参考文献资料，所以实现起来是可行的。
资源上的可行性：图书馆有充足的文献资源、先进的计算机设备和网络，设计工作人员具有多年图书馆业务管理经验和自动化管理经验，为系统开发提供了足够的保障。
管理上的可行性：帐户管理方面，系统提供登录和注册功能并能根据帐号管理自己的资源。图书馆本身的自动化管理系统拥有全校师生的完整数据信息，通过转换，可以方便将数据转入本系统的用户数据库中，读者可不必注册直接登录即可。对于校外的用户可以通过注册登录。
三、RSSfeed的设计与实.现
RSS是一种基于XML的信息内容描述、和信息聚合技术，通过支持标准的RSSfeed(RSS信息源)格式实现信息内容的聚合和订阅。随着RSS技术的普及和广泛应用，国内外图书馆界开始积极尝试采用RSS来提高自己的服务水平。使用者如果想获得RSS服务，只需要通过阅读器来订阅RSSfeed，即可得到推送部门提供的服务。
每个图书馆将会根据本馆的情况设计多个推送频道，本文以推送图书馆新书通报为例，说明RSSfeed设计与实现的方法。
新书通报是图书馆将每批采购经过编目加工后放入借阅流通的新书以一定的方式介绍给读者，使读者能够及时了解图书馆最新图书动态并找到自己所需要的图书，提高图书的利用率。为此图书馆可以设计一个RSS新书通报频道，读者一旦订阅，就可以及时获得该信息。具体实现通过先获取新书的相关数据，然后生成RSSfeed.
（1）获取新书的相关数据，生成文本文件
以我校图书馆为例，现图书馆使用的是先进的图书馆自动化管理系统，该系统可以实现图书的自动化管理，并支持图书按照国际标准格式(MARC)进行编目。编目后的数据，可以通过管理系统的报表功能将一定时期的书目数据输出，输出的书目数据用规范的字段和子字段代码揭示每一种图书的内容，并形成规范的文本格式。（2）RSSfeed生成方法
RSSfeed本质上是一个XML文件，由多个XML标签((tag)构成。一个RSSfeed包括两部分：描述feed的静态信息和构成feed的每一条目的动态信息。静态信息描述RSS的版本、编码和频道名称等信息；每一个动态条目以<item>标签开始，包括Title,Link和Description等标签，并对应与之匹配的结束标签。
（3）核心代码片断
通过JAVA程序实现了定期自动生成RSSfeed。以下为实现的部分核心代码：
根据读取的数据，构造RSSfeed中每个<item>内容
while((sline=br.readLine())!=null)
{
通过subString()函数对每条数据做拆分，读出题名、出版说明、ISBN号等生成<item>内容}
(c)输出RSSFeed
Filef=newFile(“..//newbook.xml")；//建立输出的XML文件
FileOutputStreamfis=newFileOutputStream(f);//建立文件输出流
OutputStreamWriterisr=newOutputStreamWriter(fis)；
BufferedWriterbr=newBufferedWriter(isr)；
Br.write(head+content十tail)；//将字符串写入文件newbook.xml.
本文针对网上各种免费阅读器进行研究，发现，网上免费阅读器功能强大，但是缺乏管理与统计的个性化功能。设计的目的是以网页形式来阅读，不需要安装阅读器和插件。阅读器开发平台：ultraedit编辑器和Dreamveaver2004；操作系统：WindowXP和IIS系统组件。
四、阅读器页面设计结果
1.1节能设计中的注意事项
首先是一次水的相关注意事项。从锅炉房中流出的水称之为一次水。当一次水从锅炉房中流出的时候，水温要保证达到115℃，同时保证回水温度要达到80℃。一次水的管网选择有两种形式，第一种是树状形式，第二种是环状形式。为了最大限度地节约能耗，一次水的管网最好选用环状形式。其次是二次水的相关注意事项[2]。从换热区域中流出来的水称之为二次水。二次水要保证回水温度达到95℃。换热设备实际的供热面积要控制在100000㎡以下，否则输送到用户手中的水温便无法保持均匀。二次水的管网跟一次水的管网一样，也最好选用环状形式。再次是一次水、二次水管网敷设时的注意事项。二次水的管网最好选用直埋敷设方式。而一次水的管网与二次水的管网不同，它的管径不仅更大并且面临的地下水位也往往偏低，所以一次水的管网最好选用地沟敷设这种方式。另外，管网管道所具备的保温性能与其保温材料密切相关。所以，管道外部往往需要添加一层保温壳来实现保温的功能。保温管壳的材料一般有以下几种：一是矿棉岩棉；二是玻璃棉；三是聚氨酯。最后是供暖效果的注意事项。事实证明：居民在运用供暖系统的时候最不满意的就是水温不均匀情况的发生。所以为了保障供暖效果处于最佳状态，如何改善水温不均的情况就成了重要的注意事项。设计中通常需要在散热器的支管、干管处分别设置恒温阀。为了避免个别用户肆意调节恒温阀的温度，小区最好选用无法调整温度的恒温阀。当前，市面上的恒温阀有进口与国产两种，进口恒温阀的性能更好但价格更贵，国产恒温阀的效果不如进口恒温阀但价格实惠，所以小区可根据自身经济情况来选择。杨硕北京博大开拓热力有限公司北京100176
1.2智能供暖设计的注意事项
智能化供暖是在计算机迅猛发展的背景下诞生的，这种系统的先进与稳定使之成为了当今供暖系统的主流趋势。在实际设计智能供暖设备系统的时候，一定要保障这套系统有三种基本的功能设备，这三种功能设备具体如下：一是上位机监控设备系统；二是下位机监控设备系统；三是系统。上位机监控设备系统的现实作用是：把每个监控点所具备的热量需求、流量及温度信息迅速而准确地收集起来，并及时而准确地处理这些信息，从而形成准确的指令。下位机监控设备系统直接受到上位机监控设备系统的控制，它根据上位机监控设备系统发出来的指令命令，对锅炉流量及锅炉温度加以控制，让其充分满足小区每位居民的现实需求。系统由以下几部分共同组成：一是燃烧器；二是锅炉本体；三是泵；四是各种阀门。
1.3水平双管设计中的注意事项
现实中，供暖系统通常会选用双立管并联的形式，这种形式特别容易引发垂直失调的相关问题。所以，为了真正解决这个问题，很多小区选用了水平双管这种设计方式。这种设计方式的本质是：让小区每家每户都拥有一个单独的系统，这种设计不仅让热量表安装变得更加方便，还让散热器能实现个体化的调节。这样，每家每户的居民都可根据自身需求来调节散热器，既能节省一定的能耗，又不至于影响到其它居民用户的供暖情况。但需要特别注意的是：系统必须配备一定数量的三通调节阀，同时三通调节阀的数量要跟散热器组数配对。
1.4热负荷计算、散热器布置及变流问题的注意事项
根据以往的经验，热负荷计算也是供暖设计中应当特别注意的一个问题。以往，小区通常会尽量提高热负荷值，为的是避免供暖不热情况的发生。但是，热负荷值的大力提升使得散热器的实际安装面积太大，小区内经常会出现水温不均的情况。所以，热负荷值应当根据现实情况来合理取值。小区在布置散热器的时候，一定要注意为散热器选择合适的位置。否则，一旦散热器的位置安装得不够合理，那么水平管线毫无疑问会增加，管线明装便会占用一定的空间。这样，室内装修将受到一些影响，家具布置将受到一定的影响，同时阳台设置也会受到一定的影响。小区内供暖通常都是采用分户计量的方式，所以小区热负荷会频繁变化，这就是变流量所产生的问题。为了克服变流量问题，供热系统必须具备跟踪热负荷不停变化并自动调整实际供热量的作用。为了让供热系统具备这样的功能，小区需要在换热站中设置一套装置，这套装置的根本目的是控制压差的大小，让供热系统实现跟踪和调整的功能。
2结束语
1.1系统设计
根据某省电力公司的具体情况，本文所设计的电力行业统计分析系统的总体架构分为数据源、数据仓库架构、数据访问架构以及元数据管理等。
1.2ETL设计
用OWB（OracleWarehouseBuilder）工具对ETL进行实现，其任务为侦测ETL事件，以便启动处理过程，同时跟踪ETL处理日志。ETL的处理过程如下：通过Excel导入管理工具或者OWB将数据源的数据抽取、转换、加载到ODS层的数据缓冲区的增量数据库中；将ODS层的数据缓冲区的增量库的数据抽取、转换、加载到ODS层的数据缓冲区的历史库；将ODS层的数据缓冲区的历史库的数据抽取、转换、加载到ODS层的统一视图信息区的增量库；将ODS层的统一视图信息区的增量库的数据抽取、转换、加载到ODS层的统一视图信息区的全量库；将ODS层的统一视图信息区的全量库的数据抽取、转换、加载到ODS层的对外数据服务接口区；将ODS层的统一视图信息区的全量库的数据抽取、转换、加载到DW（数据仓库）层。
1.3系统数据结构设计
1.3.1ODS设计
存放经过清洗、转换、标准化以后的数据，并对外提供数据服务。为企业提供统一的数据视图，满足业务部门实时获取数据和业务部门间对企业级的数据共享的需求。因此将ODS设计划分为两大部分：数据区、服务区。并按主题进行组织、近实时的集成数据存储，以便最终用户能够快速查询近期细节生产数据。
1.3.2DW（数据仓库）设计
数据仓库模型分为两个区域：核心数据区（企业核心数据历史细节区域）和轻度汇总数据区。核心数据区的数据模型设计依据企业数据模型进行设计，但是每个实体都要加上相应的时间戳。核心数据区的模型相对稳定。轻度汇总数据区的模型设计依赖于分析需求。数据仓库模型是符合3NF的带有时间戳的关系模型。具体操作时应对数据仓库需求进行分解，按业务主题进行组织，将业务主题相关的数据组织成主题域，并对各指标进行分析。
1.3.3DM（数据集市）设计
数据集市的数据分为两类：一类是基于数据仓库的细节数据或轻度汇总数据进行的统计分析，另外一类数据是基于统计分析进一步分析挖掘的数据。数据集市的建模方法是通过调研企业经营的战略目标、综合查询分析系统、同业对标系统、业务管理目标、业务报表等，对这些资料进行分析。根据一体化平台关于分析主题进行细化，构建统一的核心数据集市模型。数据集市模型采用星形模型建模。
1.4元数据管理设计
元数据存储在专用的数据库中。有一类独立于其它工具，被称为元数据知识库（MetadataRepository）的工具，它们为元数据提供一个集中的存储空间。本设计中采用基于OracleOWB（OracleWarehouseBuilder）的元数据管理方案，各个工具集中通过OWB进行管理其中，元数据管理流程主要包括：元数据获取流程（手动和自动）、元数据访问权限管理流程以及元数据流程。元数据知识库通过元数据获取流程，来整合多个源（工具、数据库和流程）中的不同元数据。通过元数据获取流程，将元数据存入知识库中后，为了有效的维护和管理元数据，保持其对于整个数据仓库系统的有效性、准确性和及时性，还需要完成许多管控工作。元数据的方式有很多种：包括从属关系图（dependencydiagrams），数据沿袭表（datalineage），影响分析（impactanalysis），高级搜索，柔性报表，元数据术语表等。在实际工作中，应该有一套具体的流程来使用这些元数据方式，使得用户的查询请求能得到及时有效的反馈。
2系统的实现
水平控制系统闭环控制结构如图1所示，图2是系统硬件结构框图。系统主要由姿态测量部分、非线性控制器与液压执行部分组成，各部分作用是:姿态测量部分检测平地铲水平倾角，非线性控制器根据倾角信息对电磁阀施加PWM脉宽控制信号，液压执行部分通过扭矩输出使平地铲保持在水平位置。系统的硬件包括Cotex－M3处理器、ADIS16355及SD卡存储器等。Cortex－M3处理器使用了ARMv7－M体系结构，具有较高的性能和较低的动态功耗［9］。从性能能上看，Cortex－M3处理器可以作为本文的融合算法以及控制算法的硬件实现。Cortex－M3处理器使用SPI接收来自ADIS16355的数据并保存在SD卡存储器。其采样得到的三轴角速度和加速度计数据通过传感器信息融合测量，从而得到平地铲水平倾角;数码管用于显示当前测量角度和控制参数等，可通过按键改变显示模式和参数调整，两者组成简单的人机界面，易于调试;RS232串口主要用于接收高精度姿态航向参考系统AHRS500GA发送的数据。
2融合算法与控制算法
2．1基于卡尔曼滤波的姿态解算算法利用加速度计对重力矢量进行观测，以观测值同重力常量的误差值修正陀螺对姿态角的测量值，设计卡尔曼滤波器对状态进行融合估计［10］。根据该方案，传感器信息融合处理过程如下:1)利用式(6)计算更新四元数，并转换为姿态角。2)观测矩阵
2．2控制系统数学模型根据平地铲运动特征，建立平地铲的抽象物理模型，如图3所示。按以下方法建立平地铲运动的载体坐标系xoy:以平地铲质心o为零点，系统输入量x为液压系统阀芯位移，输出量y为油缸位移，平地铲转动倾角为θ，建立传递函数模型。
2．3控制器的算法设计
2．3．1适用于平地铲运动的控制算法考虑水田激光平地机的作业特点，控制系统在设计上必须保证平地铲在倾角角度情况下能够迅速回位到水平位置，并且尽量减少超调和避免振荡。传统PID控制有较好的适应性，但是还不能提供最优控制，其结果是导致超调失效而影响控制效果。目前，基于动态补偿的最优控制在工业中得到应用，其特点是能够准确反映信号的变化趋势，产生有效的早期修正信号，以增加系统的阻尼程度，从而改善系统的稳定度［12］。本文鉴于非线性系统近似最优PD控制的特性，引入其算法，针对平地机做出相应修改，进行相应尝试。控制器框图如图4所示，姿态测量单元提供位置反馈θ。积分控制、比例控制以及微分控制的作用如下:①积分控制放在前馈通道，其作用是抑制平地铲在受到外界恒定负载情况下产生的输出误差，增益输出为y0=K1θ。②比例控制作用输出为y3，等于两次连续位置反馈值的差值，增量y1等于信号y0减去y3，通过数字积分器累加。③微分反馈信号y2提供参考速度，其大小正比于平地铲输出转速，与参考信号y1组成一个局部的速度内环。微分控制器设计目的是适合平地铲在大干扰情况下的操作。④系统输出转矩的参考值为Trf，送入零阶保持器，输出力矩实际值为Tcm。Tcm正比于零阶保持器的输出。
2．3．2控制器参数的确定平地铲运动机构近似于二阶系统，有以下方程成立。
2．3．3辅助补偿器的设计采用Lyapunov再设计方法设计辅助补偿器以补偿非线性部分和外界扰动对PID控制器的影响。对于渐进稳定的线性系统，必存在实对称正定矩阵P，满足以下关系。
3试验与分析
为了验证本文提出的平地铲水平控制系统，本文进行融合算法的验证试验以及平地机田间试验。
3．1传感器融合算法验证试验
3．1．1试验方法通过AHRS500GA同步测量平地铲姿态信息并作为准确数据，验证基于ADIS16355的姿态测量单元有效性。美国Crossbow公司生产的AHRS500GA是高精度惯性姿态测量器件，其采样频率为100Hz，测量精度为:航向角0．2°RMS、俯仰角0．03°RMS、横滚0．03°RMS［15］。融合算法的验证实验步骤如下:①在平地机上安装水平控制系统，保证系统坐标系与载体坐标系一致;②启动系统，人为摇动平地铲，同步记录ADIS16355与AHRS500GA数据;③PC平台上运行MatLab融合程序对采样的数据进行处理。
3．1．2试验结果分析图5为一次典型的试验结果，图5(a)为平地铲倾角测量值对比，图5(b)为局部放大结果。1)从图5(a)、6(b)中可见，0～400s区间平地铲振动较小时，利用加速度计计算倾角值较准确;当外界扰动导致振动加剧时，误差可达±5°以上，无法单纯用加速度计解算姿态角。2)本设计姿态测量单元能准确测量平地铲动态倾角。由图5(b)可见，在动态环境下融合结果能与AHRS500GA提供的参考倾角结果呈现良好的一致性，其误差绝对值不超过±1°。3)通过传感器实时判断平地铲运动状态，利用加速度计对重力矢量观测值来修正陀螺漂移，可以有效降低姿态角计算误差。
3．2平地机田间试验
3．2．1试验方法组装好平地机的高程和水平控制系统，在水田进行平地试验，开启以上系统并保证正常工作，记录相关数据。图6所示为水田激光平地机田间作业后的场景，可以看出平地效果良好。
3．2．2试验结果分析图7所示曲线为平地机平地过程中控制系统所测量的平地铲水平倾角。田间试验结果分析如下:1)从图7(a)可知，平地铲倾角变动基本控制在±1．5°以内且渐进稳定，满足平地机作业要求。2)从图7(b)和7(c)可知，在外界干扰较大导致平地铲晃动严重时，水平控制系统起作用，通过PWM输出反向力矩，使平地铲恢复到水平位置，其过程是渐进稳定的。3)由于在控制算法推导过程中，平地铲的传递函数是简化和抽象的，如忽略机械连接部分的间隙、挠度，液压油缸对于控制系统的响应有延迟现象等，最终导致了控制系统的效果受到影响。
4结语
1.1主机选型
可编程控制器的种类和型号可根据系统的大小和稳定性的要求进行调整。三菱﹑西门子﹑欧姆龙的小型机一般可以满足要求，这里选用三菱FX2N系列，其体积小﹑配置灵活﹑价格适中，很适于在机电一体化产品中使用。因本系统只有数字量开关输入，无模拟量输入，故凭可编程控制器本身的抗干扰能力已能满足要求，而不必另外增加其他抗干扰措施。
1.2传感器选择
土壤温度传感器：测试温度的传感器有很多种，较普遍使用的是热电偶和热电阻传感器。本文采用热电阻Pt100温度传感器进行土壤温度的数据采集，热电阻的优点是线性度好、精度高，有较好的长期稳定性，工作温度范围大，只要经过适当的数据处理就可以传输、显示并记录其温度输出。土壤湿度传感器选择由中国科学院南京土壤研究所生产的FJA－10型负压式土壤湿度计。该湿度计的测量范围为0kPa～100kPa，测量精度为±2．5kPa；输出电压信号为0V～5V，供电电源为交流220V。雨量传感器选用型号为FDY－01的翻斗型雨量传感器，其输出信号为单干式舌簧管通断，工作强度为0℃～50℃。
2系统实现
该灌溉系统的控制方式分为手动模式和自动模式，用户可以通过按钮自由选择。自动工作模式可根据不同植物的灌溉要求设定好参数，满足灌溉条件即可自动进行灌溉，并可根据温、湿度传感器的参数自动停止灌溉。手动控制模式通过按钮手动进行各植物的灌溉和停止。当降雨量达到一定值，或土壤中水份充足时，或供水水管断流时，报警系统启动。这时出现问题的种植区域报警灯点亮，发出报警声音信号，提醒操作人员。解决问题后，可以按下“消音”按钮以解除铃响。
2.1硬件设计
2.1.1I／O点估算
输入信号共需17个输入信号点，考虑到以后可能会对系统进行调整与扩充，所以留15％的备用点，应取3个点备用，这样共需20个输入点。输出信号：共需要14个输出点，考虑到以后可能会对系统进行调整与扩充，所以留15％的备用点，应取2个点备用，这样共需16个输出点。
2.2软件设计
系统控制程序流程图接通电源，按下总启动按钮，系统启动，人工选择是自动工作方式还是手动工作方式。若选用自动工作模式，首先确认程序的时间设定有无错误，如设定值正确，程序继续将往下执行，否则，则检查电磁阀是否打开。程序运行过程中遇到下雨或水泵断水等情况，报警系统启动，哪个种植区域出现问题，哪个区域报警指示灯亮。等消除报警音之后，程序可以继续正常运行，直到程序结束。当按下手动总开按钮，自动运行模式停止，手动运行开始，手动运行指示灯亮。通过各种植区域手动和停止按钮来控制水泵和每个种植区域的电磁阀运行。
2.3人机界面
MCGS即“监视与控制通用系统”，是一套基于Windows操作系统可用来快速构造和生成上位机监控系统的组态触屏软件系统。组态技术在节水灌溉控制系统中的应用能够形成可视化人机界面，并能够对灌溉的运行情况进行实时、有效、便捷的监控。同时，组态王软件具有良好的扩展性和设备硬件无关性，能够根据不同的现场控制需要方便快捷地建立动画画面和监控系统以及形成各种数据报表。监控画面由主画面、点动控制、自动控制、报警记录及留言板等画面组成，如图3所示。主画面为系统启动画面，由各功能按键进入各种植区域对应的子画面，进行各功能参数的设定和系统监控。
3结语
1气象信息共享平台总体系统设计方案
气象信息共享平台的建设围绕两个目标开展:一是建立数据接收的快速通道,提供统一的数据访问接口,为共享服务提供高效、规范的数据;二是统一数据管理各项功能的操作,提供规范、友好的操作界面，建立一体化的解决方案。结合两个系统设计目标,共享平台首先定位为气象信息共享数据的源头,负责存储、管理气象资料数据,最大限度的将省、市、县相关部门气象资料存储在统一的平台之上,为上层业务应用提供数据访问服务;其次,平台提供一个可扩展的气象信息存储服务框架,满足未来气象业务和探测手段不断发展、资料种类不断增加的需要,并提供对已有功能模块进行扩展、定制的支持。为此,平台遵循“可靠稳定、构件封装,先进成熟,开放扩展,统一规范,便捷维护”的总体系统设计原则。整体采用框架系统设计,各子模块之间功能独立,可根据用户的需要进行组合,各子模块之间没有直接耦合,而是通过数据库之间的联系由框架进行组合;同时,框架程序利用构件技术,采用面向对象方法进行系统设计。在框架的组织下,平台的适应性、灵活性增强,同时通过复用、可配置等技术降低了平台的开发和维护风险,且具有良好的可扩展性。
2气象信息共享平台体系结构
为实现由业务资源服务应用的无缝化,气象信息共享平台采用如图1所示的体系结构,即从上到下分为应用层、服务层和数据层。2.1数据层数据层是平台各种数据的来源,包括实时数据库、历史数据库、行业共享库、实时专用库和目录文件。在各类数据库中既存在结构化数据,也存在诸如文档之类的非结构化数据,数据的格式均不相同,如按传统的方法实现,工作量大,难以维护。因此平台构建了数据访问逻辑构件和业务实体构件,为各种应用提供了统一的数据接口,以实现不同来源数据的统一处理,做到程序与数据源松耦合。2.2服务层服务层包含了大量的服务,这些服务在流程引擎的驱动下,与业务流程绑定,组合成为功能更为强大的组合服务,供不同的业务模型调用,从而满足用户的需求;该层服务采用SCA1.0标准来实现,将构件库中的构件,装配成服务的方式提供给其他构件、服务或者其它系统。该层提取了气象共享服务的共性需求,通过数据服务、策略服务、业务服务、流程服务和表示服务为气象部门内部各业务系统的开发提供支撑。可以看出,平台通过把与气象数据共享业务相关的功能模块,以标准化的服务形式进行封装,形成一系列网络环境下的服务,然后通过结合业务进行流程编排,即可完成相关功能的定制。2.3应用层应用层主要完成平台搭建并为用户提供操作界面,平台运行模式采用基于B/S的方式,根据业务要求,技术架构的选择需要具备较强的伸缩性、开放性和安全性。考虑到JAVAEE的特点,平台应用层开发运行环境选择基于JAVAEE的应用服务器中间件平台。
3气象信息共享平台数据表系统设计
省级气象信息共享平台管理的气象数据主要包括区域自动站数据、地面气象观测站数据、探空数据、加密观测数据、农气数据、雷达数据和卫星数据。其中:(1)区域自动站采集的数据包括区站号、日期时间、风速、风向、雨量、气温、湿度和气压等,这些数据通过GPRS传输到位于移动的服务器中,并存入数据库,之后再定时导入到省局的数据库中;(2)地面气象观测站所观测的要素比区域自动站多,共有53个要素,但包括所有区域自动站的观测要素;(3)探空数据由探空报和高空报组成,包括PPAA、PPBB、PPCC、PPDD、TTAA、TTBB、TTCC和TTDD;(4)加密观测数据不是按时次每日记录的数据,也没有固定由哪些站点观测,因此加密观测数据一般由用户不定时人工上传,且用户上传的加密观测数据为文本格式(非结构化),因此上传之后平台需自动将文件中的各数据项解析出来,存入数据表中;(5)农气数据包括农气咨询中心内部业务系统收集的数据和业务系统产生的上报文件;(6)雷达入库数据包括雷达速度强度图(图像文件)和雷达基数据;(7)平台接收卫星系统传输的数据(图像文件),并直接存储至后台核心存储设备中;卫星包括风云二号卫星云图和风云三号卫星数据,其中入库数据为风云二号卫星云图(图像文件)和风云三号卫星观测原始数据及图像文件。为了实现上述气象数据的管理,平台主要系统设计以下数据表(限于篇幅,此处仅列出表名):等值面配色信息表、等值面表、行政区划表、农气AB报表(保存农气报的基本观测数据信息)、农气AB报作物表(保存农气报的作物生长信息)、农气AB报灾害表(保存农气报的灾害信息)、负氧离子观测数据表、区域自动站降水分钟数据表、自动气象站观测数据表、自动站侯数据统计表、自动站旬统计表、自动站日要素统计表、自动站日风表、自动站数据报监控表、自动站月统计数据表、micaps结构的探空报数据表、探空报基本信息表、等值线图片信息表、雷达回波图信息表、卫星云图信息表、土壤水分观测数据表、土壤水分月统计表、台站基本参数表、气象台站类型表、台站类型表和能见度观测数据表。
4气象信息共享平台功能系统设计
结合气象信息共享的业务需求,平台整体由气象数据应用、数据入库管理、台站管理和系统管理四大模块构成。其具体功能划分如图2所示。
4.1气象数据应用模块该模块是整个气象信息共享平台的核心部分,主要实现自动站数据、基本气象要素、农气数据、雷达回波图、卫星云图数据、土壤水分数据、人工地面观测数据和探空数据的查询、分析和统计。其核心可归纳为数据查询、数据统计分析、WebGIS展示和数据下载。(1)数据查询。数据查询为数据应用的主要方式,包括自动站数据、区域自动站数据、土壤湿度观测数据、能见度观测数据和负氧离子观测数据的查询。可以根据选择的站点、时次、时段、要素(可选多要素),以表格形式显示查询结果;同时实现表格行列可自定义、查询结果可打印、查询结果可生成TXT文件供用户下载、查询结果可导出为EXCEL文件等功能。(2)数据统计分析。可统计和查询任意时段内某要素的平均值、该时段内极大值和极小值;统计时支持站点可选、时次可选和要素可选,站点为单站、多站,时次为单一时次、连续时次;可统计和查询任意时段内单站气象要素值,提供曲线图。(3)WebGIS展示。采用开源WebGIS平台,在“自动站图集”的基础上,实现基本的地图操作功能,包括地图放大、缩小、察看全图等;实现自动站点空间定位及实时数据查询显示(气温分布图、降雨分布图、风力分布图、综合信息图、气象要素按数值大小绘制全省分布的色块图等)。(4)数据下载。选择任意时次/连续时次、任意站点、任意观测项目数据后,生成文本文件,供用户下载。
4.2数据入库管理包括入库参数配置和日志管理两个子模块,实现本应用数据库与基础数据库的表、字段对应信息的配置,以及相关数据操作的日志管理功能。
4.3台站管理实现台站类型管理和台站基本信息管理。
4.4系统管理实现平台内的用户管理、用户类型管理,组织结构管理,权限管理和日志管理等工作;该模块具有自主功能,能根据增加的栏目或功能将管理内容自动添加到管理系统中;能够实现所有栏目和功能的权限指定,具有自动和自主增加权限功能;能够对每类气象数据的每个要素或字段指定浏览/下载/修改/添加/删除等控制权限;能够进行用户级别设置,可自定义不同级别,每个级别能划分不同权限;能够对不同用户根据需要进行不同级别指定,能对同一用户同时指定不同级别,能对用户单独添加某种权限;能够对每个管理模块根据不同内容进行详细指定,如日志管理可划分为系统日志、用户日志、管理日志、数据日志和权限日志等。
5结语
1.1导致油的粘度变差。
一旦粘度变差，就会使得设备面对如下三个方面的问题。零件和系统中的油液出现大量的渗漏，泵的容积率受到影响。油液流经节流小孔或隙缝式阀口的流量增大，此时之前的工作速率就会发生改变，干扰到稳定性，而且会导致精度明显的变低。除此之外，一旦粘度变差还会导致零件表层的膜变得非常薄，此时机械就会更容易受到磨损。
1.2导致氧化速率变快。
如果温度大于55℃时，每当温度增加10℃，其使用年限将降低一半。而且，氧化还会生成很多的胶装物体，使得零件的小孔拥堵，干扰系统的活动。
1.3零件因为受热而发生形变。
一旦温度变高，就会使得零件因为受热而发生变形现象，此时之前零件之间的缝隙就会改变，导致阻力变大，有时候还会导致阀门卡死。另外，这种热变形还会使得零件接触区域的油膜发生变化，致使磨损变严重，进而导致液压系统的泵、阀、马达等的精密配合面因过度磨损而失效或报废。
1.4一些零件的老化速率加快。
绝大部分的零件都是橡胶材料的，如果液压油温度太高的话，就会使得这些零件的使用时间大大的缩减。所以，要认真的分析系统高温问题产生的原因，并且采取正确的方法应对。
2液压系统设计缺陷对液压油高温故障的影响分析
通过分析发现，高温问题一般可以分为两个类型。第一是因为系统的设计不当导致温度变高，第二是因为系统的使用或是维护工作开展的不到位导致温度变高。由于设计不合理导致的温度变高，一般是因为设计不当或是没有正确的安装，此时就使得热量大量的产生，或是因为系统生成的热无法尽快的排放，最终导致温度过高。设计不当导致的问题一般涵盖如下的几类。
2.1没有正确的设计油箱。
通过分析发现很多时候的温度升高都是因为没有设计好油箱而导致的。对于该系统来说，油箱存在的意义是存储液压油，而且还有散热以及隔离水的功效。而设计不到位主要体现在油箱太小或是结构方面的问题。如果油箱太小，就会导致储液量非常少，进而使得系统不具备较高的流量，无法把产生的热带走，此时就使得温度变高。而结构方面的问题主要指的是因为吸油管和回油管的间隔太近，中间没有做好隔离工作，此时就会使得绝大多数的油没有合理的冷却就进到吸油管中，将使温度升高。所以，为了避免问题产生，必须要将油箱的体积适当的调整，而且开工至好两个油管间的距离，在两者间做好隔离工作。
2.2没有正确的设计散热体系。
散热系统的设计不合理，主要体现在冷却回路流量过小，空冷器散热能力与系统产热不相匹配两个方面。冷却回路的循环流量必须与液压系统所要求的散热量相匹配。流量过小，则冷却系统的换热能力降低，必将导致液压系统油温的不断升高。冷却同路的循环流量是由冷却回路的阻力特性和液压泵的动力特性共同确定的（冷却回路的流量一阻力特陛曲线与液压泵的流量一扬程特陛曲线的交点对应的流量，即为冷却回路的循环流量），对于冷却回路流量过小的散热系统，可以通过调整冷却回路的阻力特性（管径大小、阀门开度等）或更换输送能力较大的液压泵等措施，提高冷却回路的循环流量。空冷器散热能力与系统产热不相匹配，主要表现在空冷器散热面积过小及空冷器空气侧的对流换热能力不足两个方面。空冷器散热面积过小，主要是由于空冷器热工设计参数选用不合理或设计计算存在错误造成的。对于这个问题，可以在重新进行准确的热T计算的基础上，更换散热面积满足要求的空冷器，以增强空冷器的散热能力；空冷器空气侧的对流换热能力不足，则主要是由于空冷器空气侧的空气流量不足造成的。可以通过采用更换大风量风扇等措施，强化空冷器空气侧的对流换热效果，保证空冷器的冷却散热能力。
2.3没有选择合适的液压零件。
液压系统中的液压元件，主要包括换向阀、溢流阀和顺序阀等。这些元件的选型设计，必须满足液压元件工作压力、所通过流量及所要求的压力和流量的调节范围等方面的要求。其中流量指标是选择液压元件的重要依据。根据流量选择液压元件，其实只是保证所选择的液压元件的局部阻力系数具有合适的取值，以保证液压元件在正常工作状态下的阻力损失不致过大。因此，液压元件选型不合理，主要表现为所选液压元件局部阻力系数过大，从而导致液压系统在正常的工作流量下产生较大的阻力损失。这部分阻力损失最终转化为摩擦热被液压油吸收，从而导致液压油的较大温升。所以，一旦选择的零件型号不当，也会使得设备发生高温问题。
2.4管线设计以及安装工作开展的不到位。
系统管路的阻力有两种，一种是沿程阻力，另一种是局部的阻力。不论是哪种阻力，只要其变大就会导致热量变多，最终使得油温变高。因此，要积极的做好管线系统设计工作，将阻力损失掌控在一定的范围之内。站在控制阻力损失的层面上来看的话，在设计的时候要注意如下几个方面。（1）管径选择。在选择管径的时候要结合回路流量以及设计规定的比摩阻来综合分析，这样就能够防止发生管径太大或是太小的现象了。（2）管路长度。在确保功效合理，运行稳定的前提之下，在设计管路的时候一定要秉承着精简的理念，最好是短一些，这样就能够避免过多的弯折以及转弯等。（3）管路附件。在满足使用要求的前提下，液压油管路尽量减少弯头、变径及不必要的阀门等附件，以减少管路系统的局部阻力损失。
3结束语
1.1 研究背景
目前，纵观全国各地高校，学位论文管理系统得以广泛实现应用，有一些学院依旧用手工录入的方式进行管理；经过仔细对比，很多高校使用WEB方式进行论文管理时的相关操作，在功能上及相应的业务流程比较相似；都使用较简单的方式，如都使用论文提交、审核，及搜索模块，基本上来说都没有题目选择或者导师互动等模块。在本课题在这些基础上，加入前期论文题目及导师的互动选择功能，从而使得论文的各个过程都能在网上进行，从而方便了审核人员，导师和学生。在线的论文指导（站内短信）功能可以导师和学生进行方便地进行沟通和交流，另外在线修改功能也能避免线下修改造成的纸张和时间的浪费。
1.2 研究内容
做为一个涉及多个权限用户的系统，这就需要对用户信息数据进行处理，再加载不同的用界面。根据该论文系统需求特点，要求平台建立在网络的基础上，尽可能地使论文的整个过程方便，简单，界面更加友好。整个过程首先由有相应论文指导权限的教师上传可供学生选择的标题，教师所在的单位审查通过后，便开始了基于该网络平台的互动论文选择过程，学生以志愿的方式选择相应的论文标题进行申请，然后相应教师对申请学生进行选择，系统接着对结果进行处理。处理完成后，落选双方进行第二次双向选择，最终完成选题的过程。然后教师与学生论文写作过程，进行开题报告，正文写作等过程，最后教师对论文进行评分。就是基于上面这一个论文过程，进行仔细分析，最后开发出这个系统。
1.3论文综合管理系统的开发环境
1.3.1 LAMP（LINUX+APACH+MYSQL+PHP）
网站主体采用执行效率极高的PHP开发，使用AJAX技术辅助，数据库方面采用与PHP之最佳组合MYSQL，web服务器和操作系统则采用apache和linux，这就是所谓的LAMP建站方案。
2 相关技术综述
2.1 PHP编程技术介绍
PHP是一种公开源代码！运行在服务器端的嵌入式脚本语言，允许程序员将语言嵌入HTML文件当中，并且PHP对不同的技术提供了编程环境与接口，利用它可以方便地开发各种功能完备！交互性强的动态页面，为网站建设提供了简单！实用的解决方案：
2.2 MySQL数据库技术介绍
MySQL是一个精巧的SQL数据库管理系统，虽然它不是开放源代码的产品，但在某些情况下你可以自由使用。由于它的强大功能、灵活性、丰富的应用编程接口（API）以及精巧的系统结构，受到了广大自由软件爱好者甚至是商业软件用户的青睐。
2.3 开发环境
LAMP即操作系统： LINUX，web服务器： APACHE，数据库：MYSQL，服务器端脚本PHP的第一个字母组合。LAMP通过多年的发展，迅速由草根阶层走出来，在世界范围的层面，一旦谈及WEB服务器标准，人们就会自然谈到LAMP。也正是因为LAMP都是开源的组件，不断完善其兼容性，它们的应该场合越来越广泛，普遍。并成为一个相当强大的WEB平台。
2.4 B/S体系与三层配置模式
B/S结构从逻辑上讲分为四个层次：客户机、Web服务器、应用服务器、数据服务器。客户机主要负责人机交互，Web服务器主要负责对客户端应用程序的集中管理，应用服务器主要负责应用逻辑的集中管理，它也可以根据其处理的具体业务不同而分为多个；数据服务器则主要负责数据的存储和组织、数据库的分布式管理、数据库的备份和同步等等。
2.5开发方法：原型法开发
3 系统设计与实现
3.1系统需求分析
本系统作为一套论文综合管理系统，在使用过程中主要呈现出了以下几个特点：
1）系统是根据具有本学院特色的论文管理模式进行编写的，具有通用性，同时也更具有个性化的特点，以方便学院师生论文操作和提高论文效率为核心，采用以管理与先进的计算机网络技术相结合。
2）规范的软件结构搭配先进的软件开发技术。该文管理系统基于B/S结构，并根据软件设计的思想，运用了标准化，模块化，网络化等技术，使得整个系统可靠性，适应性，维护性及安全性得到了很好的保障。
3）方便友好的用户界面。系统采用的浏览界面更加的友好，更加的清晰，布局也更加的合理，无论是那一种角色用户得能方便地操作，提高了他们使用系统完成任务的效率，最大化地使用户得到好的用户体验。
3.2系统设计目标
本系统设计的根本就是为了使得整个论文过程网络化，提高过程的完成效率，减少人工成本，提高论文信息的查询、纪录等工作的速度，使得论文的整个流程更加地完善。以便更加方便、直接、快捷地为我院师生提供服务。
3.3设计方案
3.5系统描述
该文系统的核心任务是论文的过程管理，它包含了系统管理的多个方面，内容上比较复杂、广泛，必须使得系统核心任务十分稳定，并且与系统其它模块的协作也要十分稳定，流畅。论文系统功能主要包括：论文，人员，以往论文，新闻，系统内短信等功能模块；及能根据系统赋予的角色权限对相应的信息进行相应的查询、统计、修改等操作的功能。
其中核心的论文管理行为包括：
1）本系统的院系管理员负责管理系统各种信息。管理教师和学生用户的论文操作权限；
2）非管理员用户只能检索、查看系统相关资料信息。
4 总结
论文综合管理系统的开发不仅仅是一个网站制作的过程，更重要的是在系统分析和设计阶段所做的工作。在这过程中，我充分利用了网站开发上的灵活和效率高的特点，应用PHP和MYSQL数据库以LAMP架构开发本系统。
在系统的设计过程中，本对系统的设计的过程越来越清晰，也更加熟悉PHP的程序应用，对系统整体的架构设计，模块划，页面的整体布局设计也有了更深的认识，为更好地学习，工作打下更加坚实的基础。
参考文献：
[1] 清华大学图书馆学位论文描述元数据规范课题组.学位论文资源分析报告[J].http：//cdls.nstl.gov.cn/cdls2/w3c/2003/SpcMetadata/387298，（AccessedMar.19，2005）：12-20.
[2] 朱红.学位论文管理系统的分析与实现[J].四川理工学院学报：自然科学版，2006，19（5）：124-126.
[3] 冯建华.数据库系统设计与管理[M].北京：清华大学出版社，2007，5：40-57，100-120 .
[4] Andy Harris.PHP 5 /MySQL Programming for the Absolute Beginner （For the Absolute Beginner） （Paperback） [M].10-180.
关键词管孔段长高程管道基础校园网
目前，随着教育的不断发展，有许多高校和中学都在建设新的校区。新建校园是否具有先进的、完整的弱电系统是衡量学校建设水平的一个主要标志。为了满足目前和今后的需要，绝大多数学校在建设时都将校园的弱电系统放在一个很主要的位置。计算机校园网、公共广播、安防与监控、有线电视、多媒体教学、“一卡通”等弱电子系统一应俱全。所有的子系统的布线都将涉及到校园内室外管道，所以室外管道的设计好坏，将直接影响到系统的投资和系统的性能。
弱电室外管道的设计仍然遵循通信管道的设计方法和设计规范，但由于使用的场合和敷设线缆的
种类不同，设计方面也有很大的区别，应分别对待。下面从几个方面进行阐述。
1管道的路由选择
室外管道的路由和整个弱电系统的布置有关，凡是综合布线需要敷设的地方都需要室外管道。新建的校园不可能再采用架空布线的方式。
室外管道从中心（网络中心、监控中心、电视演播中心等）开始延伸到校园的各个角落，以满足校园计算机网、监控、广播等系统敷设线缆的需要。管道的路由一般选择在校园的主要道路上。但由于校园的主干道上的地下管线很多，诸如下水管、供水管、煤气管等等，同时道路相对较窄，因此将弱电管道的路由选择在靠近建筑物的绿化带不失为一个好方法。这样做，一方面降低了与其他管线交叉与间隔等问题，施工难度小，今后受其他管线开挖维修的影响小，系统的安全性得到保证；另一方面，可以减小管道的埋深，降低管道的施工要求，例如管道基础可以不需要采用钢筋混凝土或混凝土基础，管道不需要进行水泥包封等等，节省了工程的投资。
当弱电管道必须和其他管线进行交叉时，尽量选择较少的交越点，即将分支管道集中起来，在一、二处进行交越，交越后，分支管道再向各个方向分散，尽量避免多处交叉的现象出现。在交叉的处理过程中，要考虑弱电管道和其他管道的各自埋深，以及相互之间的间隔距离，要求能够满足相关的标准。
2管道容量、管道材料和孔径的选择
2．1管道的容量
大多数的学校都选择将各个中心设置在一个建筑单体内，如计算机网络中心、监控中心、电视演播中心、广播中心等等，这样便于弱电系统的维护和管理。
出入中心的管道的容量要根据目前所需要敷设线缆的种类、数量来确定，管孔的含线率为50％左右，并且要考虑留有40％左右的富裕量，以满足今后20～30年的需求。在考虑管道容量时，要结合目前弱电各个系统的组成来决定所需敷设线缆的数量和走向。不同系统的线缆如光缆、通信电缆、广播、有线电视电缆、监控用视频应分别敷设在不同的管孔内。
2．2管道材料
管道的材料一般采用UPVC管，只有在一些车辆进出口和管道埋深达不到规定的场所考虑采用钢管。目前，不再采用混凝土的水泥管作为地下通信管道的用材。
2．3孔径的选择
在校园的主干路由和分支路由上，应采用统一规格的管材，一般为φ110UPVC。对于各个弱电系统从管道分支出去的地下管线，由于穿放的线缆种类单一、数量少，可以用φ40的钢管，例如室外广播点、室外监控点等。由于布点分散，当从主干管道分支至这些布点处时，地下管线可以采用φ40的钢管，并且可以缩小这些管线的埋深。
3人孔与手孔的选择
校园管道与电信管道的区别之一就是在人孔（手孔）内，没有或很少有线缆的接头，而且接头的尺寸较小。由于范围不大，从系统的安全性和稳定性来考虑，除了电话通信电缆分支和总线结构的系统需要在室外进行接续外（如室外属于同一广播分区的广播点），各个弱电子系统中的室外线缆尽量不要有接头。在实际的工程设计中，若无法避免接续，一般可以考虑尽量将接头设置在临近的建筑物的弱电间或桥架内。虽然这样要增加线缆的长度，但从接头的防潮角度来说，是非常有利的。
因次，在选择人孔和手孔大小和种类时，一般20孔以上的管道，其人孔选用小号人孔；对于18－12孔管道的人孔，选用标准手孔120mm×170mm×130mm；对于12孔以内的管道，其手孔选用90×mm120×mm110mm规格的手孔。手孔或人孔的井盖仍然采用标准的人孔铁盖和口圈。
对于为了满足各个弱电子系统而敷设的分支管道，如前面所述的广播、监控、安防的红外对射，由于管道的孔径较小，埋深较浅，手孔采用非标准的30mm×30mm×30mm的小手孔，就可以满足实际工程的需要。
4管道的基础、坡度和防水处理
4．1管道的基础
管道基础的好坏直接影响到整个管道的质量，尤其是管道建设在车行道下，如出现下沉而使管孔错位甚至管道断裂等现象大部分都是由于管道基础出现下沉而引起的。因此，在校园管道设计中，对管道基础的设计要充分重视。
对于土质较硬且埋深较深的管道，若管道敷设在人行道下且管孔数量不大于12孔，可以采用细土夯实或灰土做基础，以节省工程造价。对于土质较软，地下水位较高的地区，应采用混凝土基础。只有在沉陷性较大的土壤中建筑管道或有较大的跨越宽带的情况下采用钢筋混凝土基础。
4．2管道的坡度
为了让管道内的水能够流到人孔（手孔）内，避免由于管孔内有积水而使线缆始终浸泡在水中，管道必须要有一定的坡度。
管道的坡度值要取得适中，并要结合道路路面的坡度走向，坡度取得太大，则会增加管道的埋深，增加工程的投资，同时会造成人孔（手孔）的深度加大；坡度取得过小，则起不到作用。适合的坡度在0．2％～0．4％。
管道的坡度有“一字形”和“人字形”两种，可以根据具体情况选定。
当地面的坡度大于0．3％时，管道的坡度取地面的坡度；若地面道路的坡度小于0．3％时，管道坡度取0．3％，个别较长的段长，坡度取0．25％，管道的坡度为“一字坡”，坡度的取向同道路的坡度走向。当管道的段长较长时，可以选择采用“人字坡”，这样可以减少工程量，节省投资。
4．3管道的防水
在校园网的管道设计中，管道的防水应引起足够的重视，由于校园内其他的管线较多，且相互之间靠得很近，因此，必须要考虑管道的防水。对于较大容量的管道（例如8孔及以上），可以采用全程水泥包封的方式，人孔（手孔）内墙面涂抹5层防水砂浆进行防水。
5结束语
在目前的校园网弱电系统的建设中，校园管道是一个主要的环节，它是整个弱电系统的基础之一，它的建设好坏，直接影响到整个弱电系统的性能。因此，需要对此引起足够的重视。
参考文献
关键词：串行通信无线通信机器人
足球机器人是一个极富挑战性的高技术密集密集型项目，融小车机械、机器人学、机电一体化、单片机、数据融合、精密仪器、实时数字信号处理、图像处理与图像识别、知识工程与专家系统、决策、轨迹规划、自组织与自学习理论、多智能体协调以及无线通信等理论和技术于一体，既是一个典型的智能机器人系统，又为研究发展多智能体系统、多机器人之间的合作与对抗提供了生动的研究模型。它通过提供一个标准任务，使研究人员利用各种技术获得更好的解决方案，从而有效促进各个领域的发展。其听理论与技术可应用于工业生产、自动化流水线、救援、教育等实践领域，从而有效推动国家科技经济等方面的发展。机器人足球从一个侧面反映了一个国家信息与自动化领域的基础研究和高技术发展水平。
目前，国际上有机器人足球比赛分为两大系列——FIRA和Robocup。本文所要论述的系统所应用的F-180小型足球机器人比赛就是RoboCup系列中应用较广泛的一种。
F-180小型足球机器人足球比赛的示意图如图1所示，比赛双方各有5名机器人小车在场上。足球机器人系统在硬件设备方面包括机器人小车、摄像装置、计算机主机和无线发射装置；从功能上分，它包括机器人小车、视觉、决策和无线通信四个子系统。
其中无线通信系统是衔接主机和底层机器人不可缺少的一环，它必须保证从主机端到机器人底层之间的数据传送是可靠的，从而使得机器人比较能够顺利流畅进行。由于比赛双方都有多个机器人同时在场地上跑动，要求无线通信有一定的抗干扰性。无线通信系统的性能相当程度上直接影响着机器人的场上表现。
1系统的设计及实现
比赛中从摄像头来的视频信号经过计算机处理之后得到控制小车用的数据信息，而无线通信系统的就是将这些数据信息及时准确地送达场上的每一个机器人小车，系统采用广播方式，各机器人根据特定标志识别发给自己的有用数据，从而进行决策与行动。整个系统的框图如图2所示。
1.1发送端的硬件设计
发送端主要用PIC16F877单片机实现编码和对发射机的控制，计算机通过串行口发送数据，经过PIC16F877编码后再通过PTR3000无线通信模块将数据发送出去。
所采用的PIC16F877单处机是MICROCHIP公司推出的8位单片机。采用RISC指令系统和哈佛总线结构，最高运行的时钟频率可达20MHz，因而指令运行速度快。它有很宽的工作电压范围，可直接与3.3V的PTR3000无线通信模块配合使用。
TR3000无线数据收发模块是一种半双工收发器，采用NORDIC公司的nrf903无线收发芯片，工作频率采用国际通用的数传频段ISM，频段915MHz，工作频率可以在902MHz～928MHz可变。采用GMSK调制，抗干扰能力强，特别适合工业控制。灵敏度高，达到-100dBm，最大发射功率+10dBm，工作电压为2.7V～3.3V。它最多有169个频道，可满足需要多频道的场合，最高数据速率可达76.8kbps。因而完全可以满足小型组机器人通信的数传速率与距离的需要。
本系统中PIC16F877就是采用20MHz的时钟信号，能够满足即时收发数据以及编码的需要。整个系统中包含两种电源，无线通信模块的电源为3.3V，而MAX232又需要+5电源。信号线的连接也要考虑两种电平的匹配问题，在必要的地方要加上电平转换电路。
首先单片机要接收来自计算机端的数据，计算机串口输出的信号经过MAX232由232电平转换为TTL电平。但是由于单片机采用3.3V电平，因而MAX232输出的信号需经过电平转换才能输入单片机，电平转换可以采用TI公司提供的典型电平匹配电路（见图3），也可采用74LVCXX系列逻辑门来转换。
由于PIC16F877只有一个异步串行口，因而要通过16C550通用同步异步收发器（USART）芯片来扩展一个异步串行口。这样就可以保证从计算机串口输出的数据与无线通信的数据速率不同，从而使原始数据经过通信编码及打包数据量增加之后也能及时传送，并且在必要时也能将接收数据送回计算机端，实现半双工通道。系统的电路图如图4。从图4可以看出PIC单片机采用并口对16C550进行初始化配置。由于16C550共有10个寄存器，且占用了8个地址，因而PIC单片机用RA0、RA1、RA2三个通用I/O口做地址线选择16C550的各个寄存器。单片机可以不断通过RB1、RB2引脚检测TXRDY、RXRDY信号获知ST16C550是否接收到数据，还是已经发送了数据。还可以通过把16C550设置成中断方式使每接收到一个字节数据便产生一次中断使INT信号有效，单片机进入中断处理程序，从而使单片机的执行效率更高。
单片机通过自带的异步串行口输出数据到PTR3000通信模块。由于nrf903芯片接收和发送数据共用一个引脚，因而需要其他电路来解复用。最简单的方法就是在单片机的TX引脚先接一个10kΩ的隔离电阻，再与RX和PTR3000的DATA引脚相连。但是这种方法有两个缺点，它会造成发送的数据串入到单片机的接收引脚中，另外发送信号的驱动能力受到了极大的限制。因此，本系统采用了74HC244三态缓冲器作为隔离（见图4中虚线框内所示），并且通过单片机的RB4控制收发状态，因而在半双工方式下发送信号与接收信号可以互不干扰地传送。
对于通信模块工作状态的控制主要包含表1所列的这几个信号，通过单片机的普通I/O口即可控制。
表1PTR3000工作工作模式配置表
PTR3000工作模式STBYPWR-DWNTXENCS
正常工作:接收0000
正常工作:发射0010
掉电模式01XX
待机模式10XX
1.2发送端的软件设计
当系统复位时，单片机首先要对PTR3000无线通信模块和16C550的寄存器进行编程初始化。PTR3000的初始化编程是通过同步串行信号进行的，总共有三个信号CFG_CLK、CS和CFG_DATA，分别连接到单片机RC3、RB7、RC5引脚。PIC16F877单片机本身就有同步串行口功能模块，但是由于PTR3000的同步串行数据位为14位，并非整数字节，而且14位数据必须一次初始化完成，因此实际通过普通的I/O口编程来实现这14位的同步串行信号更方便一些。在整个初始化期间CS信号必须一直为高电平。这14位初始化字的定义见表2。在初始化同步串行信号输出时最高有效位在先。在对PTR3000编程前先其状态为接收状态以免在其他频率造成无线干扰，编程完成后就可以将状态改为发射状态了。
表2PTR3000初始化控制字各位定义
Bit参数名称符号参数
位数
0～1频段FB必须为了10(表示为选择频段915±13MHz)2
2～9频点CHf=902.1696+CH·0.1536(MHz)
10～11输出功率POUT发射功率≈-8dBm+6dBm·POUT2
12～13时钟分频输出Fup"00"=>Fup=fxtal
"01"=>Fup=fxtal/2
"10"=>Fup=fxtal/4
"11"=>Fup=fxtal/82
接下来对16C550的初始化设置。由于PIC16F877自身的并行口对16C550进行初始化编程设置各个寄存器，需要注意的只是在输出每一个字节之前先要通过RA0～RA2输出相应字节的地址信号。在初始化设置时将16C550的波特率设置低于76.8kbps，以保证接收的数据能够通过PTR3000即时发送。
1.3接收端的硬件设计
接收端装在每个机器人小车上，由于机器人小车的控制采用DSP控制器TMS320LF2407，因而在接收端PTR3000无线通信模块就采用TMS320LF2407来控制。通过PTR3000接收的数据直接输入DSP，由DSP进行解码，从而做出决策和发出控制信号。因而无线通信系统的接收端电路相对发送端要简单得多，只需用TMS320LF2407代替发送电路中的单片机与PTR3000模块相连接即可。PTR3000的初始化编程也就由2407的普通I/O口来实现，只不过在初始化编程之后依旧保持PTR3000处在接收状态。
2协议的设计
2.1物理层的编码设计
物理层的编码设计要根据所采用的物理器件和物理信道的特性来决定。本系统采用PTR3000无线通信模块在接收模块中为了获得0直流电平就需要在所传输的数据中逻辑“0”和逻辑“1”的数量相等。只有满足上述条件接收部分才会获得很高的接收正确率。长时间空闲也会导致接收部分的0直流电平漂移，因为长时间的空闲实际上一直发送的是逻辑“1”。
由于PTR3000的这些特性，很自然就想到采用曼彻斯特编码（Manchester）（也称为数字双向码（DigitalBiphase）或分相码（Biphase,Split-phase）。它采用一个周期的方波表示“1”，而且它的反向波形表示“0”。由于方波的正负周期各占一半，因而信号中不存在直流分量。在异步串行通信中有一个起始位“0”，因此将停止位“1”长度也设为一位，这样在一个字节共10位信号中也就不存在直流分量了。只是加了曼彻斯特编码之后原来一个字节的数据现在要两个字节才能传送。
图4
有一些数字节，不会在进行曼彻斯特编码之后的数据串口出现，但是在一个字节中也具有0直流分量的特性，也有很高的接收正确率。这类数据字节如：0xF0、0x0F、0xCC、0x33等。从码型看来其中0xF0码型定时性能是最好的（其码型见图5），它很容易使异步接收器达到同步并且不会发生错误。由于0xF0的这种特性就可以用它做同步码元，在空闲的时间内通信系统就通过一直发送同步码元，使接收端保持同步，而且也可以保持接收模块的0直流电平状态。
2.2纠错编码设计
为了在有一定外界干扰的情况下，保证主要与机器人之间的无线通信依然稳定可靠，必须采取一定的抗干扰措施，这可以采用纠错编码来实现。可以选择纠错编码方案有（14，8）分组码、（7，4）分组码和循环码，需要使用两字节的长度发送一字节的有效信息；（5，2）分组码和循环码，交错码、（21，8）分组码和缩短循环码、（21，9）BCH码、（21，12）BCH码，需要使用三字节的长度发送一字节的有效信息。
系统中使用了（7，4）分组码，并在实际中取得了较好的效果。它的构成方式如下：
假定不做任何处理的原码格式为：
其高四位的监督码为：
A2A1A0
其低四位的监督码为：
B2B1B0
则编码后成为两个byte长度：
1X7X6X5X4A2A1A0
0X3X2X1X0B2B1B0
其中每个字节的最高位作为标志位，用于表示高四位和低四位，高四位用“1”做标志，低四位用“0”做标志。接收端通过检测标志进行重组和解码。对于译码基本方法有维特比译码和使用监督矩阵译码，可根据具体的编码方案灵活选用。
2.3帧格式设计
一般数据帧包括帧头、机器人标识、数据、数据校验、保留字节等内容，通常按照下面的格式排列：
帧头机器人标识数据保留字数据校验
为了保证帧能够准确接收，帧头的设计至关重要。一般帧头需要两个或两个以上的字节，并且应该选择数据中出现几率较低的数值和组合。在这个系统中可以采用一般数据中根本不会出现的数据字节如0xF0、0xCC作为数据帧头。而其它类型的帧（如开球或暂停等命令帧），则可以选择在0xF0之后加上其它的字0x33、0xC3、0x3C、0x0F等构成。这种帧头组合在一般的数据中是不会出现的，因而可保证帧同步不会出错。场上的每个机器人通过数据帧中的机器人标识来识别属于自己的数据，由于场上只有5个机器人，因而机器人标识只占用一个字节。
1．1传感器信号采集
本系统的传感器采用电位器(见图2)，它通过连杆机构和轴承与提升臂相连接，与提升臂旋转轴线同轴［4］。当耕深改变时，拖拉机的下拉杆随之上下运动，与下拉杆连接的提升臂也会有一个相应的转角变化;同时，电位器的转轴也在连杆机构的作用下随提升臂同步转动，根据电位器阻值的变化检测出提升臂转动的角度，从而根据对应的几何关系所建立起的数型间接检测出此时的耕深［5］;微机接收到反馈信号后，把该信号和预设耕深信号进行分析对比，然后控制步进电机的正反转，调节耕深。
1．2微机控制
本系统控制模块采用微芯公司的PIC18F23K20系列单片机作为微机控制单元。该单片机运行速度快、功耗较低，并且其内部集成A/D转换器模块、增强型CCP模块以及单片机通信需要的USART模块等，从而大大减少了外接的专业电路模块，简化了整个控制电路，能够实时、高效地实现该装置所需的各种功能的控制［6］。本系统的步进电机驱动芯片是东芝公司生产的TA8435H，其电路简单、工作可靠。该芯片是单片正选细分二相步进电机驱动专用芯片，具有以下特点:1)工作电压范围在10～40V;2)输出电流平均可达1．5A，峰值可达2．5A;3)运行方式有整步、半步、1/4细分和1/8细分多种选择;4)采用的是脉宽调试式斩波驱动方式;5)具有正反转控制功能，带有复位和时能引脚;6)可选择使用单时钟输入或双时钟输入［7］。微机和步进电机联合控制的程序流程如图3所示。系统对PIC18F23K20单片机的各个模块进行初始化设置，然后通过电位器进行耕深检测。当提升臂转动时，电位器转轴随着转动，引起电位器内部阻值变化，进而引起电压值的变化，通过线路传给微机处理。微机把反馈信号和预设值进行比较、分析，如果实测值在预设值范围内，则继续检测;如果实测值不在预设值范围内，且比标准值小，则微机发送控制信号控制步进电机正转调整实测值大小，直到实测值在预设值范围内;同理，若实测值比预设值大，则控制步进电机反转。
1．3执行机构
本系统的执行机构(见图4)是在原液压悬挂系统的基础上经过加装步进电机实现手动和自动联合控制。步进电机通过铰链安装在拖拉机上，可以随着分配器操纵杆转动，电机杆上安装1根丝杆，当微机控制信号控制电机动作时，电机的正反转可以推动操作手杆移动，实现分配器油液的流量和流向的改变，进而调节农具耕深。联合控制如图5所示。当需要手动控制耕深时，断开步进电机与操纵杆链接即可。
2试验与分析
为了检测该系统的可靠性和稳定性，在西南大学农机试验田里进行了田间试验。试验工具采用西南大学农机实验室的福田雷沃M1200－D型拖拉机，配套的农具为西南大学农机实验室的东方红1LH－535铧式犁。根据农艺要求，试验前预设耕深范围为0～20cm，安装好本装置的拖拉机在实验田进行直线行驶作业后，通过多点实测耕深，得到试验数据如表1所示。试验数据表明，该系统在使用中基本可以反映田间实测耕深，且在预设耕深允许的范围内。
3结论
PAS200控制系统由控制网络、控制器模块和I/O模块构成，如图1系统结构图所示。工程师站软件组态后通过控制网络将组态的相关信息下载到控制器，控制器运行时加载组态内容。操作站通过控制网络获取连接在各个I/O模块上装置的运行情况，实时监测并进行现场报警【5】。PAS200控制系统冗余的核心部件是控制器模块。控制器采用模块化架构，由电源、控制器、通信卡等构成。对下，通过两路冗余的RS485总线和I/O模块进行数据通信；对上，通过两路冗余的高速以太网实现数据传输。控制器之间通过背板总线进行冗余数据的交换。正常情况下，主控制器和从控制器同步刷新输入数据、执行程序。但只有主控制器进行输出I/O设备的控制。从控制器不断地监测主控制器状态。如果主控制器出现故障，从控制器立即接管对输出I/O的控制，从而实现对系统的冗余控制【6】。
2、系统硬件设计
PAS200冗余控制系统中控制器硬件由电源卡件、控制器卡件、通信卡件、底座等4部分组成。其中，控制器卡件架构如图2所示，其采用AMDGeodeLXProcessor高性能、低功耗嵌入式专用处理器，主频500MHz，在板包含DMA控制器、中断控制器、定时器、实时时钟、256MDDR内存。外部接口有2个串口、3个10/100M自适应网口。其设计充分考虑了恶劣环境下的应用，采取了多种措施，确保系统在各种应用环境中均能稳定、可靠、高效的运行。它采用工业级器件，高智能布线系统，运用防静电及抗干扰电路，尽可能的降低了功耗，提高了可靠性及宽温操作能力。
3、控制器冗余
3.1主从冗余分配
PAS200冗余控制系统中的冗余控制器包括一个主控制器和一个从控制器。主从控制器角色的分配按控制器冗余上电启动两种可能出现的情况进行。一种是两个系统同时上电；在上电后，两个系统将通过同步通道发送信息来相互检测。在一个可配置的时间内一个系统检测到另一个系统，另一个系统回复并且在各自的日期和IEC程序的有效性的基础上，两个系统将协商他们的角色（主或从）。协商首先是根据操作站的联机信息进行主从分配，失败之后再根据自定义条件进行分配。如果必要会建立一个从主系统到从系统的IEC程序同步。然后，两个系统将运行此IEC程序。另一种是一个系统正在运行且另一个系统上电，此情况出现在一个系统掉电并重启的时候。当前，一个系统运行在独立模式且另一个系统上电。已经在运行中的系统成为主系统，上电系统将与主系统程序同步并成为从系统。主系统将在两个任务执行间隙短暂停止，与从系统同步数据。然后，两个系统都执行IEC程序同步。
3.2主从冗余实时通道
PAS200冗余控制系统中的两个控制器都基于Linux+RTAI+RTnet软件平台运行实时系统，并且通过一个实时同步通道同步。实时同步通道基于RTnet实时以太网实现。RTnet是一个基于RTAI的实时网络子系统，其利用标准以太网的硬件设备，支持常用的网络接口控制芯片组，实现了时间确定性的UDP/IP、ICMP和ARP协议,为实时系统的开发提供了一个稳定、实时性高的软件开发平台。这样，通过RTAI及其之上的RTnet就构建了一个实时通道在主从进行数据传输。两个完全相同的控制器并行运行，假设一个系统出现故障，那么另一个系统可以接管，接管使得两个系统紧密的同步在一起。另一个通信通道用于同步实时系统间的时钟源，使两个系统上的调度程序可以选择相同的任务来运行。
3.3主从冗余同步
冗余控制器同步按内容主要划分为任务同步、IEC程序同步、数据同步、时钟同步、RS485通信同步几大部分。其中，任务同步是由主系统的调度程序开始，任务号和全局变量数据发送到从系统；从系统响应一条回复信息；当一个任务完成后，第二个任务同步开始执行。而在RS485通信同步点主系统和从系统都需等待他们的触发信息，此触发信息来自在达到同步点后的主系统。当从系统达到RS485通信同步点后，如果不能收到来自主系统的同步信息，从系统将检测系统状态是否发生变化，如果系统状态未发生变化则报错。当主系统达到RS485通信同步点后，如果不能收到来自从系统的同步信息，主系统记录错误并正常通信。
4、RS485通信冗余
控制器通信扩展卡上有两路RS485通信，系统启动阶段通过诊断获取两路RS485通信状态。如果主控制器上两路RS485均能正常通信。主控制器则选择其中一路RS485作为通信链路，另一路RS485作为诊断链路；从控制器两路RS485都进行监听。如果主控制器上一路RS485能正常通信，另一路RS485不能正常通信。主控制器以能正常通信的那路RS485作为通信链路；从控制器两路RS485都进行监听。如果主控制器上两路RS485均不能正常通信，且从控制器上RS485能正常通信，则主从控制器进行切换。运行阶段，如果主控制器两路RS485通信正常工作，从控制器两路RS485通信就监听。如果主控制器通信链路失败且另一路诊断成功，则切换诊断为通信链路。如果主控制器通信链路失败，另一路诊断失败，且从控制器监听成功，则主从切换。
5、结束语
