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論文摘要：校園網(wǎng)的建設為學校的教學科研和管理提供一個先進實用的信息網(wǎng)絡環(huán)境。隨著近幾年高校的擴招，學校規(guī)模不斷擴大，為改善教學環(huán)境不匹配、師資不足、教學資源匱乏的現(xiàn)狀，各校開始運用多媒體教學，加大多媒體教學環(huán)境建設的投入，并利用遠程控制系統(tǒng)來加強多媒體教學的效果。
1 校園網(wǎng)多媒體教學的應用
校園網(wǎng)的建設為學校的教學科研和管理提供一個先進實用的信息網(wǎng)絡環(huán)境。多媒體教學系統(tǒng)對探討新的教改思路，培養(yǎng)新的教與學的思維方式，啟發(fā)活學活用的創(chuàng)新精神，尋找教學改革的創(chuàng)新點具有現(xiàn)實的意義。在校園網(wǎng)環(huán)境下實現(xiàn)網(wǎng)絡多媒體教學不僅能達到圖文并茂、聲像俱佳的交互式教學效果，又能優(yōu)化共享教學資源，有效地實旌個性化教育?；谛@網(wǎng)的多媒體教學已成為現(xiàn)代教育技術改革與發(fā)展的方向，同時也是推動創(chuàng)新教育的重要途徑。它應包括以下兩個基本應用功能：一是教學管理功能。主要為網(wǎng)上教學管理維護提供支持，包括課程管理、考試管理和信息。課程管理是提供課程介紹，如課程的整體框架、內(nèi)容要求及考試方法；推薦課程學習進度表和指導性建議；教師授課要點，教案提綱和補充材料索引等?？荚嚬芾砭哂袑徍巳肟假Y格，提供電子注冊功能提供分級測試標準，授權題庫系統(tǒng)隨機生成試卷，為學生網(wǎng)上答題、提交答卷提供便捷界面，并具有將成績自動登入成績檔案庫等功能。信息具有類似BBS討論區(qū)、E—mini等功能，接受來自各方面對教學的反饋信息，如教學問卷、學習要求及期望等，并提供相應的信息處理和對外功能。二是網(wǎng)上授課功能。主要為教師在網(wǎng)上開展多媒體教學提供支持，為教師提供一個利用網(wǎng)上多媒體教學資源，在多媒體教室或網(wǎng)絡教室開展多媒體課件教學的服務。通過軟件的作用，能將教師機上教師的操作過程、課件內(nèi)容等，以屏幕廣播的方式傳至每個學生機，并且，教師還可遠程控制學生機，進行遠程輔導。該方案常應用于計算機相關課程的教學，教學效果非常不錯。
2 基于校園網(wǎng)的多媒體教學的遠程控制系統(tǒng)的構建原則
遠程控制是指由一臺計算機通過網(wǎng)絡遠距離去控制另一臺計算機的技術。當操作者使用主控端計算機控制被控端計算機時，就如同面對被控端計算機的屏幕一樣，可以運行啟動被控端計算機的應用程序，可以瀏覽編輯被控端計算機的文件資料，甚至可以利用被控端計算機的外部打印設備和通信設備來進行打印和互聯(lián)網(wǎng)訪問。為解決多媒體教學中存在的諸多問題，高校試圖用現(xiàn)有的校園網(wǎng)環(huán)境開發(fā)設計多媒體教學遠程控制與管理系統(tǒng)，初步滿足了多媒體設備維護、管理的需要。其構建需考慮到以下兩個原則：
（1）設備的先進性。為保證投資的有效性，多媒體教室與學校其他統(tǒng)一的建設在技術水平上必須保持相對的時代同步性。管理系統(tǒng)的設計、設備的選型都應遵循先進原則，以保證與現(xiàn)有的或將來可以采用的設備相容，使系統(tǒng)的生命周期盡可能地延長。利用此系統(tǒng)，能夠遠程控制最先進的教室設備，這也體現(xiàn)了當今多媒體教室管理技術的發(fā)展水平 。
（2）系統(tǒng)的兼容性和可擴充性。在系統(tǒng)設計之初，要充分考慮結構設計的合理規(guī)范，必須為系統(tǒng)以后的升級預留空間。如果系統(tǒng)結構設計合理，系統(tǒng)的維護可以在很短的時間內(nèi)完成；系統(tǒng)必須支持將來的擴容和平滑升級，在滿足學校現(xiàn)有需求的同時，為將來的系統(tǒng)擴打下基礎；系統(tǒng)應采用模塊化設計，考慮到不同型號設備的兼容性，在設計系統(tǒng)時，必須考慮系統(tǒng)的兼容性和可替換性。 轉貼于
3 遠程控制系統(tǒng)技術
系統(tǒng)基于原有的多媒體教室環(huán)境進行構建，在構建過程中，無需對教室環(huán)境進行改造，不會對教學造成影響，系統(tǒng)構建簡單、實用。系統(tǒng)基于Borland Delphi 7NIndy軟件環(huán)境開發(fā)。系統(tǒng)設計基于校園網(wǎng)，遵循T C P／I P網(wǎng)絡協(xié)議，通過解析控制碼，進行編碼、譯碼，能夠兼容國內(nèi)外不同品牌的嵌入式教室桌面多媒體控制單元，能夠實現(xiàn)對不同廠家硬件多媒體設備的遠程控制。系統(tǒng)在原有教室設備條件下構建，無需增加任何硬件設備，對服務器硬件配置要求不高，只需在控制端服務器安裝控制端軟件，教室終端機作為被控端安裝被控端軟件。在控制機與被控端教室P C機之間利用校園網(wǎng)進行通訊，而被控端教室P C機與桌面控制單元之間通過串口進行通訊。從控制機通過T C P／IP協(xié)議傳輸一個控制協(xié)議信號給被控端教室P C機 ，然后由教室端P C機將其翻譯為控制單元相應的控制信號，通過計算機的串口使用R$232協(xié)議傳輸給桌面控制單元，控制多媒體外設備。
4 遠程控制系統(tǒng)能夠實現(xiàn)的功能及其影響
通過與監(jiān)控系統(tǒng)、內(nèi)部通話系統(tǒng)結合，多媒體教學遠程控制系統(tǒng)實現(xiàn)了對每個教室每臺設備的遠程控制。其具有以下功能：第一，控制端教室投影機的開關，視頻信號、展臺、手電腦通道切換，投影機工作狀態(tài)的顯示；第二，控制電動屏幕的升降，電動窗簾關閉，室內(nèi)燈光控制開關；第三，控制教室展臺的電源開關，鏡頭變焦、聚焦的操作；燈光及功能鍵的操作；第四，控制端教室的DVD、錄像機等設備以及播放、選擇等操作和話筒音量的控制等。
遠程控制系統(tǒng)體現(xiàn)了教室設備管理的新理念，而不是簡單地將中控的控制功能通過網(wǎng)絡進行延長。系統(tǒng)通過IP地址選擇控制端教室，實現(xiàn)了跨網(wǎng)段、跨教學樓的多媒體教室的遠程控制，對被控端沒有數(shù)量限制。遠程控制系統(tǒng)給上課教師和管理人員帶來了諸多方便，如教師課前可以向控制中心提出設備使用要求；在教學過程中，如果遇到問題，教師可以通過內(nèi)部通話系統(tǒng)與控制中心聯(lián)系，管理人員對設備進行遠程控制，使問題及時得到解決；教師課后如果急于到其他教室上課，控制中心可以對教室的投影機、電動窗簾、幕布等設備進行遠程控制，解決了教師的后顧之憂；解決了管理人員短缺問題，大大減少管理人員教室間頻繁奔波的勞累之苦；提高了設備的使用效率?？傊?，多媒體教學遠程控制系統(tǒng)的使用提高了設備管理的層次，強化了設備的維護與管理，提高了設備的使用率和完好率，減少了人員消耗，提高了管理層次和管理水平，使多媒體教學總體管理水平得到了提升。
參考文獻
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1 引言
隨著可編程邏輯控制器（PLC）技術的逐漸發(fā)展，很多工業(yè)生產(chǎn)要求實現(xiàn)自動化控制的功能，都采用PLC來構建自動化控制系統(tǒng)，尤其是對于一些電氣控制較為復雜的電氣設備和大型機電裝備，PLC在電氣化和自動化控制方面具有獨到的優(yōu)勢，如順序控制，可靠性高，穩(wěn)定性好，易于構建網(wǎng)絡化和遠程化控制，以及實現(xiàn)無人值守等眾多優(yōu)點?；诖?，PLC技術逐漸成為工業(yè)電氣自動化控制的主要應用技術。
本論文主要結合數(shù)控機床的電氣化功能的改造，詳細探討數(shù)控機床電氣化改造過程中基于PLC技術的應用，以及PLC技術在實現(xiàn)數(shù)控機床自動化控制功能上的應用，以此和廣大同行分享。
2 數(shù)控機床的電氣化改造概述
2.1 數(shù)控機床的主要功能
數(shù)控機床是實現(xiàn)機械加工、制造和生產(chǎn)中應用的最為廣泛的一類機電設備。數(shù)控機床依托數(shù)控化程序，實現(xiàn)對零部件的自動切削和加工。但是目前我國仍然有超過近1000萬臺的數(shù)控機床，主要依靠手動控制完成切削加工，無法實現(xiàn)基本的電氣化和自動化控制。為此，本論文的主要的目的是基于PLC控制技術，實現(xiàn)數(shù)控機床的電氣化改造，主要實現(xiàn)以下功能：
（1） 數(shù)控機床的所有電機、接觸器等實現(xiàn)基于PLC的自動化控制；
（2）數(shù)控機床的進給運動由PLC控制自動完成，無需人工手動干預；
（3） 自動檢測零部件切削過程中的相關參數(shù)，如加工參數(shù)、狀態(tài)參數(shù)等等；
（4） 結合上位機能夠實現(xiàn)對數(shù)控機床的遠程控制，以達到無人值守的目的。
2.2 電氣化改造的總體方案
結合上文對于數(shù)控車床的電氣化、自動化改造的功能要求，確定了采用上位機與下位機結合的自動化改造方案。該方案總體結構分析如下：
（1） 上位機借助于工控機，利用工控機強大的圖像處理能力，重點完成數(shù)控車床的生產(chǎn)組態(tài)畫面顯示，以及必要的生產(chǎn)數(shù)據(jù)的傳輸、保存、輸出，同時還要能夠實現(xiàn)相關控制指令的下達，確保數(shù)控車床能夠自動完成所有切削加工生產(chǎn)任務。
（ 2）下位機采用基于PLC技術的電氣控制模式，由傳感器、數(shù)據(jù)采集板卡負責采集數(shù)控車床的生產(chǎn)數(shù)據(jù)、環(huán)境數(shù)據(jù)、狀態(tài)數(shù)據(jù)等所有參數(shù)，由PLC實現(xiàn)對相關數(shù)據(jù)的計算，并傳輸給上位機進行相關數(shù)據(jù)的圖形化顯示和保存；另一方面，PLC控制系統(tǒng)還接收來自于上位機的控制指令，實現(xiàn)對數(shù)控車床的遠程控制。
（3） 對于數(shù)控車床最為關鍵的控制――進給運動的控制，利用PLC+運動控制板卡的模式實現(xiàn)電氣化和自動化的控制。具體實現(xiàn)方式為：選用合適的運動控制板卡，配合PLC的順序控制，對進給軸電機實現(xiàn)伺服運動控制，從而實現(xiàn)對數(shù)控車床進給運動的自動化控制。
3 數(shù)控車床電氣化自動控制改造的實現(xiàn)
3.1 系統(tǒng)改造結構設計
數(shù)控車床的電氣化自動控制改造，其整體結構如下圖1所示，其整體結構主要由以下幾個部分構成：
3.1.1 底層設備
底層設備主要包括兩個方面，首先是實現(xiàn)數(shù)控車床自動切削加工運轉等基本功能的必要電氣、機電設備，如電源模塊、電機模塊等，這些機電設備能夠保證數(shù)控車床的基本功能的穩(wěn)定可靠的實現(xiàn)；其次，底層設備還包括各類傳感器，比如監(jiān)測電機轉速、溫度的速度傳感器和溫度傳感器，監(jiān)測進給軸運動進給量的光柵尺等，這些傳感類和數(shù)據(jù)采集類設備為實現(xiàn)數(shù)控車床自動化控制提供了基礎數(shù)據(jù)源。
3.1.2 本地PLC站
本地PLC站主要負責接收底層傳感設備傳送過來的傳感參數(shù)、狀態(tài)參數(shù)及其他檢測參數(shù)，通過內(nèi)部程序的運算，判斷整個數(shù)控車床的工作狀態(tài)，并將其中的重點參數(shù)上傳到遠程控制終端進行數(shù)據(jù)的圖形化顯示、存儲、輸出打印等操作；另一方面，本地PLC站同時還接收來自于遠程控制終端所下達的控制指令，比如停機、啟動等控制指令，PLC站通過對相應執(zhí)行器（比如電機）的控制，從而實現(xiàn)自動化控制的功能。
3.1.3 遠程控制終端
遠程控制終端主要是依賴于工控機實現(xiàn)的上位機數(shù)據(jù)管理和狀態(tài)監(jiān)控，需要專門開發(fā)一套面向數(shù)控車床加工、生產(chǎn)和自動控制的軟件程序，以實現(xiàn)對數(shù)控車床的遠程化、網(wǎng)絡化、自動化控制，真正實現(xiàn)無人值守的功能。
基于PLC的數(shù)控車床電氣自動化改造框圖
3.2 PLC電氣控制系統(tǒng)的設計實現(xiàn)
本研究論文以CK6140普通數(shù)量機床為具體研究對象，詳細探討其電氣化、自動化控制的改造。通過上文對機床改造方案和結構功能的分析，可以確定整個機床電氣化、自動化改造，一共需要實現(xiàn)14個系統(tǒng)輸入，9個系統(tǒng)輸出。結合控制要求，這里選用日本三菱公司的FX2N-48MR型PLC，輸入回路采用24V直流電源供電方式。根據(jù)對數(shù)控機床的各模塊控制功能的分析，選用合適的接觸器、繼電器、開關、輔助觸點等電氣控制元件，與PLC共同實現(xiàn)對電氣設備的控制，比如PLC通過接觸器控制電機模塊，PLC通過繼電器控制電磁閥等部件，從而完成基于PLC控制的數(shù)控車床電氣化改造。
4 結語
中圖分類號：TP273.5 文獻標識碼：A文章編號：1007-9599(2012)03-0000-02
Telescope Remote Control and Management System
Qian Chen
(Jiangsu Province Taizhou No.2 School,Taizhou225300,China)
Abstract:With the continuous development of network technology,the remote control system of the telescope to become the research focus of the Observatory at home and abroad,the observer through the Internet you can control the telescope for astronomical observations.Remote control system of the telescope astronomical science activities have played a positive role in promoting,parents no longer worry about the child's travel at night,as long as remote viewing via the website booking home for astronomical observation,effectively improve the management efficiency, reduce management costs,astronomical research has practical significance,but also to popularize scientific knowledge of the basic conditions.
Keywords:Telescope;Astronomy;Remote control;Management system
天文學是人類最早開展研究的學科之一，古代天文學的研究方式一般基于都是肉眼所見，研究的內(nèi)容也僅僅是對天文現(xiàn)象的文字記載和簡單推算。因此，在很長的一段歷史時期內(nèi)，古代天文學研究的一直沒有任何突破性的發(fā)展，研究方法依然簡單，缺少相應的理論支持。大概在十七世紀初，望遠鏡的發(fā)明使天文現(xiàn)象的觀測水平大幅提高。在那之后，許多天文科學家都投入到天文望遠鏡的研制之中，天文望遠鏡研制技術的不斷發(fā)展，有效的推動了天文學研究的發(fā)展，獲得了很多的新的科研成果。
隨著望遠鏡技術、探測器技術以及計算機技術的發(fā)展，通過天文觀測獲得的數(shù)據(jù)量正在成倍增長，另一方面，國際上各種的巡天計劃的數(shù)據(jù)在不斷的累積，如Hubble太空望遠鏡每天的數(shù)據(jù)量大約為5GBytes。但是，這些并不意味著人們從中可以獲得的信息量也日益的豐富。人們需要改變這種 “數(shù)據(jù)越來越豐富，但沒有豐富的信息、知識”的情況。迅猛上升的大量數(shù)據(jù)保存在各種系統(tǒng)和介質(zhì)中，不便于人們對其進行整理和管理。為解決上述問題只有開發(fā)建設虛擬天文臺這樣的一個答案。
現(xiàn)在，天文學家們已經(jīng)意識到建設虛擬天文臺對天文現(xiàn)象研究的重要性。在中國，北京天文觀測臺、清華大學FAST課題組、西安電子科技大學、哈爾濱工業(yè)大學等單位對天文望遠鏡的控制系統(tǒng)有了一定的實驗驗證和理論成果。二零零零年一月，經(jīng)過中國、美國、奧地利三個國家的許多物理學家的不斷努力，建立了一個全球范圍內(nèi)的H-alpha全日面像聯(lián)測網(wǎng)絡。該聯(lián)測網(wǎng)絡包括下面這樣幾個：Big Bear Solar Observatory(USA)，Kanzelhohe Solar Observatory(Austria)，云南天文臺，Catania Astrophysical Observatory，以及懷柔太陽天文臺。
從控制方法上看，目前存在三種主要的方法：集中控制、主從控制和分布式控制。從自動化程度來看，望遠鏡控制的流程自動化運行模式還處于初級階段。
國際上望遠鏡的控制主要有以下方式：
1.通過控制手柄的按鈕手動控制望遠鏡的轉動，實現(xiàn)尋星。此方法僅適用于從事天文觀測的專業(yè)人員。
2.觀測人員一步步地使用控制軟件的界面，調(diào)節(jié)望遠鏡進行觀測。這是最基本的非自動化的運行模式。
3.全自動導星方式。在計算機中輸入要觀測的恒星或行星的名稱或坐標，計算機通過軟件控制望遠鏡實現(xiàn)自動化尋星。自動化尋星的流程固定在程序中，不能更改，留出一些參數(shù)供觀測人員現(xiàn)場配置。
下面將簡單的討論一下網(wǎng)絡控制技術和管理系統(tǒng)的相關內(nèi)容。
首先，我們討論一下網(wǎng)絡控制技術，我們將控制網(wǎng)絡分為兩個組成部分：第一是面向設備的現(xiàn)場網(wǎng)絡；第二是面向控制系統(tǒng)的控制網(wǎng)絡；用現(xiàn)場網(wǎng)絡（如RS-232/422/485，CAN，Lonworks，工業(yè)以太網(wǎng)等）連接現(xiàn)場設備，并通過特定的接口（如標準以太網(wǎng)接口）聯(lián)接到控制網(wǎng)絡，控制網(wǎng)絡再連接到對應的其他系統(tǒng)，另外，因為廣域網(wǎng)技術的不斷發(fā)展，從根本上來說這些控制網(wǎng)絡是能夠平滑的接入廣域網(wǎng)并且形成更強大的控制網(wǎng)絡。
其次，我們再來討論XML和Web服務技術。當前，國際天文學研究的主要方向是努力于將XML引入天文數(shù)據(jù)處理/存儲/交換領域，而這項研究的主要內(nèi)容為：VOTable。VOTable這個項目的提出來源于這樣的一個問題：如何能夠輕便而又高效的保存大量的數(shù)據(jù)，并能讓這些數(shù)據(jù)應用于到今后的大規(guī)模分布式計算環(huán)境？為了研究這些，國際天文學家們試著通過基于XML技術的VOTable這個項目來解決這個難題。
在因特網(wǎng)迅猛發(fā)展的時期，一旦我們擁有了數(shù)據(jù)/信息交換的標準(即XML以及基于XML的某種標記語言)，那么怎么才能知道在什么地方可以處理這些數(shù)據(jù)/信息？怎么樣為某些數(shù)據(jù)/信息開發(fā)對應的處理應用，怎樣將這些到分布式的網(wǎng)絡環(huán)境之中呢?應用之后，我們又該怎樣將其公開發(fā)行，讓客戶能夠輕易地搜索到呢?天文學家發(fā)現(xiàn)比較好的解決方法就是Web服務技術(web services)。Web服務技術是為了解決因特網(wǎng)范圍內(nèi)，如何將web服務集成在一起，進行相互操作的一個技術框架。Web服務技術的技術基礎是XML/SOAP/WSDL/UDDI，在這些技術里面，XML是Web服務的基石，簡單對象訪問協(xié)議（SOAP）利用XML來封裝Web服務的請求，Web服務的功能又是由服務描述語言（WSDLWeb）來描述，Web服務的注冊由統(tǒng)一描述/發(fā)現(xiàn)/集成協(xié)議（UDDI）實現(xiàn)。
第三，B/S模式。B/S結構分布性強、維護方便、開發(fā)簡單、用戶操作便于掌握、共享性強并且成本低廉。另外，B/S模式便于集中的管理維護、用戶操作簡單、跨平臺等特點。隨著網(wǎng)絡尤其是寬帶網(wǎng)絡的普遍使用，基于網(wǎng)絡的B/S應用方式更具有光明的發(fā)展前景。
第四、DBMS(數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng))
數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)(database management system)是一種操縱和管理數(shù)據(jù)庫的大型軟件，用來建立、使用和維護數(shù)據(jù)庫，簡稱dbms。它對數(shù)據(jù)庫進行嚴格統(tǒng)一的管理和控制，這樣就保證數(shù)據(jù)庫的安全性和完整性。用戶通過dbms訪問數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)庫的管理員也通過dbms對數(shù)據(jù)庫維護。它可以讓多個應用程序和用戶用不同的方法在同時或者不同時間去建立，修改和詢問數(shù)據(jù)庫。DBMS提供數(shù)據(jù)定義語言DDL（Data Definition Language）與數(shù)據(jù)操作語言DML（Data Manipulation Language），供用戶定義數(shù)據(jù)庫的模式結構與權限約束，實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的追加、刪除等操作。
第五、動態(tài)服務器頁面ASP
ASP是Active Server Page的縮寫，意為“動態(tài)服務器頁面”。ASP是微軟公司開發(fā)的代替CGI腳本程序的一種應用，它可以與數(shù)據(jù)庫或者是其它程序進行交互，是一種簡單、方便的編程工具。ASP的網(wǎng)頁文件的格式是.asp，現(xiàn)在常用于各種動態(tài)網(wǎng)站中。
望遠鏡遠程控制管理系統(tǒng)，使學生在室內(nèi)的電腦上，通過web遠程登錄控制網(wǎng)站，就能操作天文望遠鏡，獲取到相關的天空信息和圖像，既能讓學生達到觀看天空的目的，又解決了安全問題。
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電氣自動化控制技術，能夠實現(xiàn)控制系統(tǒng)的自動化，提升工藝的運行水平。電氣自動化控制是一類新型的技術，核心是電子技術，可以大面積地應用到設備行業(yè)中。電氣自動化控制的技術能力高，通過不同技術的相互配合，實現(xiàn)電氣自動化的運行控制，而且自動化控制是電氣運行中的核心，保障生產(chǎn)的精確性和運行速率。電氣自動化控制能夠以少量程序控制多個變量，各個控制對象處于相互配合的狀態(tài)，提升了系統(tǒng)操作的水平，監(jiān)督被控對象的運行過程，期間修正被控對象的運行狀態(tài)，使其具備準確、合理的運行方式。
2 電氣自動化控制技術的發(fā)展
2.1 智能化
電氣自動化控制技術下的產(chǎn)品、系統(tǒng)等，能夠根據(jù)指令智能化的完成操作，簡化操作服務的流程。智能化是電氣自動化控制技術的首要發(fā)展方向，正是由于智能化的要求，促使電氣自動化控制技術與信息技術、通訊技術相互融合，注重技術中的性能開發(fā)，體現(xiàn)技術控制的速率。
2.2 節(jié)約化
節(jié)約化發(fā)展，是指電氣自動化控制技術應用中實現(xiàn)了節(jié)能與環(huán)保。例如：電氣自動化控制技術在照明系統(tǒng)中的應用，其可輔助使用新能源，同時控制照明燈具的使用，延長燈具的使用壽命，既可以保障能源利用的效率，又可以提高照明設備的質(zhì)量。
2.3 信息化
電氣自動化控制技術的信息化發(fā)展，改進了技術運行的方式，使電氣自動化中，以信息控制為基礎，引進互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)等理論，支持電氣自動化的控制運行。
2.4 統(tǒng)一化
電氣自動化控制技術拉近了各個行業(yè)之間的距離，融入各項技術的同時，朝向統(tǒng)一化的方向發(fā)展。在電氣自動化控制技術的作用下，行業(yè)間遵循相同的設計標準，使用方法、維護策略等，都逐步統(tǒng)一，在降低行業(yè)建設難度的同時，體現(xiàn)統(tǒng)一化發(fā)展的優(yōu)勢[1]。電氣自動化控制技術的統(tǒng)一化發(fā)展，消除了行業(yè)之間潛在的發(fā)展矛盾，提升行業(yè)資源的利用效率，加快了信息傳輸、使用的速率。
3 電氣自動化控制技術的應用
3.1 工業(yè)
工業(yè)是應用最廣泛的行業(yè)，因為工業(yè)規(guī)模較大，對電氣自動化控制的需求大，所以我國積極推進電氣自動化控制技術在工業(yè)中的應用，致力于改善傳統(tǒng)工業(yè)的運營方式[2]。PLC是電氣自動化控制技術的主要元件，其為一項可編程邏輯控制器，以工業(yè)企業(yè)為例，分析PLC的應用。該工業(yè)為機械制造企業(yè)，基于PLC的電氣自動化控制技術，為機械制造系統(tǒng)提供了相關的控制，PLC根據(jù)機械制造的需求，編寫了操作指令和邏輯運算程序，簡化了機械制造生產(chǎn)系統(tǒng)的操作，而且PLC的準確度高，規(guī)避了該企業(yè)生產(chǎn)的誤差，實現(xiàn)了機械制造的自動化、信息化生產(chǎn)，PLC寫入編程后，控制了機械制造的過程，同時控制機械制造的參數(shù)，包括尺寸、溫度信息等，按照該企業(yè)機械制造的指令，構成閉環(huán)生產(chǎn)方式，優(yōu)化機械制造的工藝流程，而且該企業(yè)在PLC中設計了PID模塊，通過PID子程序，準確控制PLC的內(nèi)部編程，預防機械制造中出現(xiàn)問題。
3.2 交通業(yè)
電氣自動化控制技術在交通業(yè)中的應用，不僅體現(xiàn)在車輛運輸上，還表現(xiàn)在紅綠燈、監(jiān)控系統(tǒng)等方面。車輛上的元件、器件等，基本都是電氣自動化控制技術的體現(xiàn)，提供專業(yè)的自動化控制，保障車輛通行的安全[3]。例如：電氣自動化控制技術在電子眼中的應用，代替警察執(zhí)法，實現(xiàn)自動化的違章取證，電子眼監(jiān)督交通系統(tǒng)中的車輛運行，抓拍違法行為，提交到交通局的操作系統(tǒng)內(nèi)，減輕了交通執(zhí)法的工作負擔，電氣自動化控制技術彌補了電子眼的缺陷，促使其可更準確、更快速、更清晰地實現(xiàn)抓拍取證，提升電子眼對交通運輸?shù)谋O(jiān)控能力，有效控制電子眼的運行，以免交通執(zhí)法中出現(xiàn)漏洞。我國各地政府在交通業(yè)建設中，積極引進電氣自動化控制技術，完善交通監(jiān)控體系，目前，測速器、屏顯等多個交通項目中，均涉及到電氣自動化控制技術的使用。
3.3 農(nóng)業(yè)
農(nóng)業(yè)是我國經(jīng)濟發(fā)展的基礎支持，為了推進農(nóng)業(yè)的生產(chǎn)，引入電氣自動化控制技術，全面建設智能農(nóng)業(yè)，加快農(nóng)業(yè)機械化的發(fā)展速度。以某地區(qū)農(nóng)業(yè)中的大棚種植為例，分析電氣自動化控制技術的應用。該地區(qū)傳統(tǒng)的大棚種植，是根據(jù)農(nóng)民種植經(jīng)驗分配工作，一旦控制不好溫度、濕度，即會影響大棚種植的經(jīng)濟效益。研究人員將電氣自動化控制技術引入到大棚種植內(nèi)，以育秧大棚為對象，構建智能控制系統(tǒng)，大棚內(nèi)安裝不同屬性的無線傳感器，專門收集大棚內(nèi)的環(huán)境參數(shù)，如：光照、含水量等，進行自動化的信息采集，傳感器采集的信號傳輸?shù)娇刂浦行模葘藴实膮?shù)指標，種植人員掌握大棚育秧的實際情況，同時根據(jù)對比結果調(diào)節(jié)大棚內(nèi)的環(huán)境，遠程控制特定的設備。該大棚內(nèi)部安裝了高清視頻，同樣接入到控制中心，種植人員可以隨時查看育秧的狀態(tài)，電氣自動化控制技術的應用，輔助構建管理平臺，劃分為四個功能模塊，分布是傳感采集、視頻監(jiān)控、智能分析和遠程控制，整體控制育秧大棚的生長環(huán)境，為幼苗的培育提供優(yōu)質(zhì)的環(huán)境。
3.4 服務業(yè)
人們對服務業(yè)的需求非常大，目的是方便人們的日常生活，特別是在電子產(chǎn)品上，更是體現(xiàn)出服務業(yè)對電氣自動化控制技術的需求。生活中的電子產(chǎn)品，大多應用了電氣自動化控制技術，如：智能手機、ipad、跑步機等，表明電氣自動化對服務業(yè)市場的推進作用[4]。近幾年，電氣自動化控制技術的應用，由服務業(yè)的電子產(chǎn)品，逐步轉型到企業(yè)內(nèi)，例如：餐飲服務中的“機器換人”概念，餐廳內(nèi)，機器人取代人工服務，提供點菜、傳菜等服務，機器人是餐飲業(yè)的發(fā)展趨勢，表明電氣自動化控制技術的重要性，此項技術在“機器換人”中，起到自動化的控制作用，是機器人開發(fā)中不可缺少的技術。
4 結束語
電氣自動化技術的發(fā)展和應用，表明了該項技術在行業(yè)運營中的重要性，滿足我國社會行業(yè)建設的基本需求。根據(jù)電氣自動化控制技術的應用，落實發(fā)展策略，充分發(fā)揮電氣自動化控制技術的潛力，保障其在未來的應價值。電氣自動化控制技術的發(fā)展和應用，必須符合現(xiàn)代企業(yè)的需求，由此才能規(guī)范控制技術的實踐應用。
參考文獻
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中圖分類號：TP391.41
文獻標識碼：A
DOI：10.3969/j.issn.1003-6970.2015.09.017
0 引言
由于我國的地理位置情況，我國的氣候受季風影響較大，降水量的地區(qū)、時間分布不均勻，從而導致河流的流量和水位變化較大。以我國秦嶺淮河以北、黃河流域下游地區(qū)為例，每年七八月份，由于亞熱帶季風影響，降雨量驟升，河流水量劇增，水位快速上升，從而會引發(fā)洪澇災害，從而導致大量的生命、財產(chǎn)損失。產(chǎn)生洪澇的原因除了降雨之外，還有一些其他的氣象和水文因素，例如：溫度、濕度、降水間隔、水流流速、風速、風向等。而隨著氣象技術、傳感器技術的發(fā)展與成熟，人類已經(jīng)可以獲取到持續(xù)的氣象和水文數(shù)據(jù)；同時，隨著大數(shù)據(jù)時代的到來，大數(shù)據(jù)處理和分析技術的成熟，對長期的氣象、水文數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)分析和挖掘已經(jīng)成為了可能，從歷史的信息中挖取和洪澇災害有關的信息，從而進行防洪預警已經(jīng)成為了當前的研究熱點。
氣象與水文是洪澇災害的客觀原因，同時，洪澇災害往往也由一些人為原因造成，比如排水能力差，排水不及時，防洪工程響應不及時，質(zhì)量不過關等因素。針對質(zhì)量不過關等問題，政府需要加強對水利T程質(zhì)量的監(jiān)管力度。而針對響應不及時等問題，即可通過數(shù)據(jù)分析、預測方法配合防洪設備的遠程控制等技術來解決。以泵站為例，可用本論文設計的泵站遠程監(jiān)控系統(tǒng)來實現(xiàn)水泵的遠程啟動與調(diào)整，調(diào)整排水量，從而減輕洪澇災害的影響。
針對洪澇災害這一問題，本文提出了基于結構化支持向量機（Structured Support Vector Machine）的泄洪聯(lián)動技術研究。通過歷史的洪澇信息訓練學習模型，并根據(jù)觀測到的水文信息對洪澇災害進行預測，生成各水泵的工作策略向量。并根據(jù)該向量通過遠程監(jiān)控系統(tǒng)進行水泵的控制與調(diào)度，盡可能預防洪澇災害。
1 基于結構化支持向量機的泄洪聯(lián)動設計
防洪泄洪作為水利水文監(jiān)控系統(tǒng)的重要功能需求之一，如何準確地進行洪澇信息的預測預警，實現(xiàn)其智慧化是目前國內(nèi)外的研究熱點。目前較為經(jīng)典應用較廣的洪水預測調(diào)度模型主要包括流域水文模型（如新安江模型）、河道演算水文學和水力學模型（如Muskingum Method、動力波演進模型）和據(jù)流域特制模型（如陜北模型、河北雨模型）。在“新安江模型”中檢測站實時監(jiān)測流域溫度、相對濕度、河流徑流量等；然后對所采集監(jiān)測數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)挖掘處理，通過各種擬合方法確定該地區(qū)植被覆蓋面積、土壤滲透系數(shù)、飽和蓄水量等相關水文參數(shù)的置信區(qū)間；最后在已確立的模型基礎上對水文數(shù)據(jù)（如降水量、水位等）進行演算，修正模型參數(shù)。目前來說，國外的河流代表模型有TOPMODEL模型（Topography BasedHydrological Model）和SWAT模型（Soiland WaterAssessment Tool）等。
結構化支持向量機（Structured Support VectorMachine）是一種機器學習算法，它泛化了機器學習中支持向量機（Support Vector Machine）的分類器（classifier），從而使得其可以預測復雜的結構。結構化支持向量機可以用于預測樹狀結構（Tree），有序表結構（Sequence），當然也可以用于預測向量（Vector）。在實際的水文信息分析中，往往需要考慮到眾多的影響因素，比如上文提到的降雨量、降雨間隔、水位、濕度、溫度等，這些影響因素也被成為分析問題的指標。
而對于氣象和水文信息而言，這些指標往往存在以下兩大特征：
指標規(guī)模龐大：
對于水文數(shù)據(jù)而言，由于每時每刻的氣象和水文情況都在改變，即每時每刻都有新數(shù)據(jù)產(chǎn)生，數(shù)據(jù)規(guī)模龐大。而且對于氣象和水文信息而言，一段較長時間內(nèi)的數(shù)據(jù)才對分析工作有著重要作用，往往需要分析一年，十年甚至一世紀的數(shù)據(jù)才能得到有效分析結果，因此，對于指標而言，數(shù)據(jù)規(guī)模龐大是一個明顯的特征。
指標之間存在重疊：
水文數(shù)據(jù)指標間往往不是獨立的，而是存在重疊的，比如降雨指標會影響水位指標，也會影響濕度指標。這些重疊的指標一方面會導致分析問題變難，分析工作變重，也會導致大量的計算浪費。
針對以上問題，本文首先采用主成分分析法來降低數(shù)據(jù)的維度，即只選取關鍵的指標，從而減少重疊指標造成的影響，也可以顯著的減少計算量，再引入結構化支持向量機進行聯(lián)動處理。本方法旨在利用降維的思想，把多指標轉化為少數(shù)幾個綜合指標。其步驟如下：
2 基于結構化支持向量機的泄洪聯(lián)動技術實現(xiàn)
本文設計的泄洪聯(lián)動技術主要涉及到以下兩部分工作：1）通過主成分分析法對數(shù)據(jù)進行降維，從而減少計算量和由數(shù)據(jù)重疊問題造成的結果不準確；2）通過結構化支持向量機根據(jù)歷史的氣象、水文信息對水泵策略進行預測。而這兩部分則均為數(shù)據(jù)分析任務，計算量較大，計算速度較慢，因此本文將以上兩個算法作為離線程序，每天定時運行，生成相應的結果，便于管理員進行決策。數(shù)據(jù)的輸入系統(tǒng)包括：
（1）泵站采集數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)
泵站采集數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)對泵站數(shù)據(jù)進行遠程監(jiān)測，功能主要包括：統(tǒng)計和記錄主要電氣設備的動作（將系統(tǒng)采集到的泵機運行狀態(tài)等數(shù)據(jù)進行分類處理并保存）；事故及異常統(tǒng)計記錄；參數(shù)越限統(tǒng)計（對參數(shù)越限等異常進行必要的統(tǒng)計，同時在必要時進行警示，并可根據(jù)需求生成報表）；運行日志及報表打印。
（2）遠程自動化控制系統(tǒng)
可通過本系統(tǒng)所設計開發(fā)出的主體水利信息化管理軟件來對泵機進行啟停控制。系統(tǒng)根據(jù)實時運行狀態(tài)，按照預設控制參數(shù)和模型實現(xiàn)對泵站機組的自動控制。站點泵機的控制可通過切換開關轉換到“手動操作”或者“遠程控制”。
當控制方式被切換到遠程控制方式時，除了站點值守人員操作站點上位機實現(xiàn)對機組的控制外，中控室和有權限人員也可以直接實現(xiàn)對站點設備的相應控制，從而實現(xiàn)泵站的少人甚至無人操作，大大減輕人員工作量。
在現(xiàn)場安裝的傳感終端遠程監(jiān)測模塊，完成對站內(nèi)機組、電氣設備及周邊設施環(huán)境的實時監(jiān)控，同時提供和管理上位機的遠程通訊接口。通過485串行總線等通信方式，站點管理人員可以實時監(jiān)測該站點動態(tài)數(shù)據(jù)和了解各操作中的主要工作過程。
站點監(jiān)測的對象主要包括：機組電壓、電流；機組溫度；水位等。
站點上位機對監(jiān)測的數(shù)據(jù)可以以數(shù)字和圖形兩種形式進行實時顯示，它通過各種動態(tài)的圖文來表示整個泵站各種設備的實時狀態(tài)，給人以生動、直觀的操作效果。
（3）泵站遠程監(jiān)控軟件系統(tǒng)
泵站遠程監(jiān)控軟件系統(tǒng)是為了實現(xiàn)抗旱與排澇泵站組成的泵站集群的信息化、智能化的開發(fā)、管理，因此是整個系統(tǒng)的核心組成部分之一。通過該軟件系統(tǒng)可以實時顯示各個分站的運行情況，如泵機電壓電流、泵機溫度、進水口水位、排灌量等重要信息。遠程控制機組的啟、停轉換；且能對系統(tǒng)故障進行白診斷，能有效地保護機組的安全運行，進而幫助運行人員發(fā)現(xiàn)事故隱患等。
基于主成分分析法的水文信息降維法關鍵算法實現(xiàn)：
1.標準化矩陣：
function std=cwstd（vector）
cwsum=sum（vector.1）；%對列求和
[a，b]=size（vector）；%矩陣大小，a為行數(shù)，b為列數(shù)
for i=l：a
for j=l：b
std（i，j）=vector（i，j）/cwsum（j）；
end
end
2.計算主成分：
Function result=cwfac（vector）；
std=CORRCOEF（vector）%計算相關系數(shù)矩陣
[vec，val]=eig（std）%求特征值（val）及特征向量（vec）
newval=diag（val）；
[y，i]=sort（newval）；%對特征根進行排序，y為排序結果，I為索引
For z=1：1engm（y）
newy（z）=y（1ength（y）+l-z）；
end
rate=y/sum（y）；
newrate=newy/sum（newy）
sumrate=0：
newi=[]；
for k=length（y）：-l：l
sumrate=sumrate+rate（k）；
newi（length（y）+l-k）=k；
if sumrate>0.85 break；
end%記下累積貢獻率大85%的特征值的序號放入newi中
end
基于結構化支持向量機的泵站策略預測關鍵算法實現(xiàn)如下：
pann.pattemS=pattems；
pann.1abels=labels；
pann.10ssFn=@lossCB；
parm.constraintFn=@constraintCB；
pann.featureFn=@featureCB；
parm.endIterationFn=@iterCB；
parm.dimension=10；%經(jīng)過主成分分析法后的數(shù)據(jù)維度為10
pann.verbose=l；
1 前言
陶瓷生產(chǎn)中，坯體在成形、干燥、施釉、燒成、檢選和儲運等幾個工序。通常所說傳統(tǒng)陶瓷或普通陶瓷一般指日用陶瓷、建筑陶瓷、衛(wèi)生陶瓷、化工陶瓷、電瓷和陳列藝術陶瓷等。作為一個陶瓷生產(chǎn)制造大國，必須在在陶瓷的儲運方面要有相當?shù)膶嵙Σ拍軇偃?。陶瓷種類和工序的繁多，如果僅僅靠人力來實現(xiàn)，那么所需要的勞動力資源將會是非常大。在勞動力成本的日益增加，企業(yè)之間的競爭，提高生產(chǎn)力，提高產(chǎn)品的品質(zhì)，是企業(yè)們迫切需求的。
自動化立體倉庫又稱自動化倉庫、現(xiàn)代智能庫、高層貨架倉庫等。該系統(tǒng)是適應經(jīng)濟發(fā)展的需要而在近代才崛起的新型倉儲設施，無須人工直接進行處理的自動存儲和取出貨物系統(tǒng)。隨著計算機技術和自動控制技術的發(fā)展和廣泛應用，僅僅只是提高立體倉庫的自動化管理水平已經(jīng)不能滿足各大企業(yè)的需求，因此，新型的立體倉庫系統(tǒng)必然要發(fā)展到成為整個企業(yè)生產(chǎn)計劃與調(diào)配的控制中心。
2 立體倉庫的優(yōu)勢
2.1 提高空間利用率
早期立體倉庫構想的基本出發(fā)點是提高空間利用率，充分節(jié)約有限且昂貴的場地，在西方有些發(fā)達國家提高空間利用率的觀點已有更廣泛、深刻的含義，節(jié)約土地已與節(jié)約能源、保護環(huán)境等更多方面聯(lián)系起來。有些甚至把空間利用率作為考核倉庫系統(tǒng)合理性和先進性的重要指標。倉庫空間利用率與其規(guī)劃緊密相連，一般來說，立體倉庫的空間利用率為普通倉庫的2～5倍。
2.2 先進的物流系統(tǒng)提高企業(yè)生產(chǎn)管理水平
傳統(tǒng)的倉庫只是貨物的儲存場所，保存貨物是其唯一的功能，屬于靜態(tài)儲存。立體倉庫采用先進的自動化物料搬運設備，不僅能使貨物在倉庫內(nèi)按需要自動存取，而且還可以與倉庫以外的生產(chǎn)環(huán)節(jié)進行有機地連接，并通過計算機管理系統(tǒng)和自動化物料搬運設備使倉庫成為企業(yè)物流中的重要環(huán)節(jié)。企業(yè)外購件和自制件進入立體倉庫短時儲存是整個生產(chǎn)的一個環(huán)節(jié)，是為了在指定的時間自動輸出到下一道工序進行生產(chǎn)，從而形成自動化的物流系統(tǒng)環(huán)節(jié)，屬于動態(tài)儲存，是當今立體倉庫發(fā)展的明顯技術趨勢。
2.3 加快貨物存取，減輕勞動強度，提高生產(chǎn)效率
建立以立體倉庫為中心的物流系統(tǒng)，其優(yōu)越性還表現(xiàn)在立體倉庫具有快速的入出庫能力，妥善地將貨物存入立體倉庫，及時自動地將生產(chǎn)所需零部件和原材料送達生產(chǎn)線。同時，立體倉庫系統(tǒng)減輕了工人綜合勞動強度。
3 陶瓷產(chǎn)業(yè)的智能立體倉庫的需求
由于個性化的陶瓷普遍存在包裝尺寸大小不同、數(shù)量不同，為了經(jīng)濟高效的實現(xiàn)陶瓷的快速儲運，對現(xiàn)代倉庫中貨品的儲存與運輸帶來了新的要求，具體包括：1.倉庫中的貨架空間能根據(jù)陶瓷件的大小來進行調(diào)節(jié)；
2.貨架上的陶瓷物品要按運輸計劃相對有序集中，能夠實現(xiàn)快速找尋和快速出庫；
3.貨架應支持的空與占顯示，對所存貨物具有一一映射標定，并支持狀態(tài)自動更新；
4.為了提高儲運過程的安全性與準確度，應支持遠程集中調(diào)度下的機器人自動儲運。
4 陶瓷產(chǎn)業(yè)的智能倉庫的設計
4.1 針對陶瓷產(chǎn)業(yè)的智能立體倉庫的需求，提出了以下設計
1.倉庫貨架空間的自動編碼與優(yōu)化調(diào)度。設計信息數(shù)據(jù)庫，對立體倉庫中的所在貨架位，按空間大小與位置統(tǒng)一編碼；設計多機器人同步動作路徑規(guī)劃算法，進行倉庫中貨架擺放位置與軌道排放的優(yōu)化自動設計，由系統(tǒng)自動進行陶瓷件存放的空間位置與次序。
2.陶瓷件的自動識別與貨架位信息更新。遠程控制端對儲運機器人下達動作指定的同時，給定需要儲運陶瓷件的目標位置；機器人以最短路徑移動至操作貨架位上完成儲運操作，并對貨架位上的電子標簽上進行信息改寫；貨架位的電子標簽與控制端數(shù)據(jù)庫相連，進行狀態(tài)信息的記錄。
3.立體貨架空間的自動優(yōu)化調(diào)整。根當前的存儲要求，系統(tǒng)自動生成調(diào)整方案并上報。待管理員審批后，貨架根據(jù)陶瓷件要求，進行不同尺寸貨特空間的自動調(diào)整，以實現(xiàn)倉庫空間的自適應；調(diào)整過程與操作均由系統(tǒng)自動生成，并就調(diào)整后的各貨架信息進行系統(tǒng)資源數(shù)據(jù)庫的更新。
4.2 遠程控制端
遠程控制端的控制系統(tǒng)是自動化倉庫運行成功的關鍵，沒有好的控制，系統(tǒng)運行成本就會很高，而且效率很低。為了實現(xiàn)自動運轉，自動化倉庫內(nèi)所用的各種存取設備和輸送設備本身必須配置各種控制裝置。這些控制裝置種類很多，從普通開關和繼電器，到微處理器，根據(jù)各自設計的功能，它們都能完成一定的控制任務。如根據(jù)陶瓷件的大小調(diào)整貨架的大小，控制機器人的動作路徑以及動作的位置、速度等。遠程控制端是自動化倉庫的信息樞紐，它在整個系統(tǒng)中起著舉足輕重的作用，負責協(xié)調(diào)系統(tǒng)中各部分的運行。各設備的運行任務、運行途徑、運行方向都需要監(jiān)控系統(tǒng)來統(tǒng)一調(diào)度，按照指揮系統(tǒng)的命令進行陶瓷件的搬運活動，并可通過遠程控制端可以直接觀察各系統(tǒng)的運行情況。
4.3 執(zhí)行端――機器人
執(zhí)行端的機器人主要由PLC來控制，在倉庫中有相應的HMI（人機界面）控制板來控制，同時在遠程控制端的管理員也同樣可以控制機器人。PLC主要控制機器人的位置、機器人對陶瓷件的拾取、行走路徑和速度等等。這些都是根據(jù)相應的傳感器和行程開關以及遠程控制端給的相應信號為基準進行控制的。
4.4 運輸端
除了機器人的運輸外，對于陶瓷件的入庫和出庫，都有叉車、堆垛機、打包機、傳輸設備相應實現(xiàn)智能立體倉庫的智能化。傳輸設備可以根據(jù)陶瓷件的大小、重量、形狀，傳到相應的機器人。
5 總結
中國的陶瓷產(chǎn)業(yè)要想繼續(xù)保持生產(chǎn)制造在世界上第一的地位，這就要求生產(chǎn)過程中各環(huán)節(jié)緊密相連，成為一個有機整體，要求生產(chǎn)管理科學實用，做到?jīng)Q策科學化。建立立體倉庫系統(tǒng)是其有力的措施之一。采用計算機管理和網(wǎng)絡技術使企業(yè)領導宏觀快速地掌握各種物資信息，且使工程技術人員、生產(chǎn)管理人員和生產(chǎn)技術人員及時了解庫存信息，以便合理安排生產(chǎn)工藝，提高生產(chǎn)效率。國際互聯(lián)網(wǎng)和企業(yè)內(nèi)部網(wǎng)絡更為企業(yè)取得與外界在線連接，突破信息瓶頸，開闊視野及外引內(nèi)聯(lián)提供了廣闊的空間和堅實強大的技術支持。
本文是就江西省高等學校大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)設計項目結題的論文報告，項目名稱：陶瓷立體倉庫智能化儲運策略及其功能實現(xiàn)，在景德鎮(zhèn)陶瓷大學劉蜀陽老師的指導下完成。
參考文獻
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中圖分類號：[TU992.3] 文獻標識碼：A 文章編號：
1、前言
污水處理是一門涉及化學、物理、生物等多門科學的綜合性技術，其工藝機理復雜，操作要求十分嚴格，實現(xiàn)起來難度較高。如果只憑現(xiàn)場人員手動操作，往往操作繁瑣，勞動強度大，處理效果差。加之我國水污染控制水平較低，尤其是工業(yè)廢水的污染控制，投入不足，給環(huán)境帶來了嚴重的威脅。因此為了改變我國污水處理控制技術的這種落后現(xiàn)狀，進行污水處理自動控制系統(tǒng)的研究，具有非常現(xiàn)實的意義。當前，污水處理控制領域將計算機技術、智能技術、網(wǎng)絡技術等運用到過程中，實現(xiàn)優(yōu)化控制，已成為研究熱點。
2、自動控制理論的發(fā)展
在工業(yè)和現(xiàn)代科學技術的飛速發(fā)展的同時，控制理論的發(fā)展至今已有100多年的歷史。各個領域中的自動控制系統(tǒng)對控制精度、響應速度、系統(tǒng)穩(wěn)定性與適應能力的要求越來越高，應用范圍也更加廣泛。特別是自20世紀80年代以來，計算機技術的高速發(fā)展，推動了控制理論研究的深入發(fā)展。
3.各單元的自動控制系統(tǒng)
3.1 格柵自動控制系統(tǒng)
根據(jù)水位差測量儀檢測的格柵前后水位差閾值自動控制機械格柵的運行。當機械格柵停止運行的時間超過設定值時，系統(tǒng)轉由時間控制，自動啟動機械格柵。PLC系統(tǒng)還將按軟件程序自動控制柵渣輸送機、機械格柵的順序啟動、運行、停車以及安全聯(lián)鎖保護。水位差設定值，格柵的運行時間及格柵運行周期可調(diào)。3.2 水泵自動控制
在泵池設超聲波液位儀表，根據(jù)水位測量儀測得的泵房水位值自動控制多臺水泵的啟停運行。當泵房水位高至某一設定的水位值時，PLC系統(tǒng)將按軟件程序自動增加水泵的運行臺數(shù)；相反，當泵房水位降至某一設定的水位值時，PLC系統(tǒng)將按軟件程序自動減少水泵的運行臺數(shù)。同時，系統(tǒng)累積各個水泵的運行時間，自動輪換水泵，保證各水泵累積運行時間基本相等，使其保持最佳運行狀態(tài)。當水位降至干運轉水位時，自動控制全部水泵停止運行。在監(jiān)控管理系統(tǒng)和就地控制系統(tǒng)的操作面板上可以設定水位值。
3.3 沉砂池自動控制
沉砂池的設備自成系統(tǒng)，隨設備所帶的就地控制箱將帶有啟動時序和停止時序，以及安全保護程序，自動控制整套沉砂池設備的運行。PLC系統(tǒng)將采集沉砂池全部設備的運行狀態(tài)，上位監(jiān)控管理計算機也可遠控整套沉砂池設備的啟動/停止。
3.4 分段進水多級AO生物池控制
現(xiàn)有AO或AAO生物池改造采用分段進水多級AO工藝。主要測控內(nèi)容有：
――各段進水流量檢測、配水閥門/堰門監(jiān)控，自動控制各段流量，保證多級AO工藝進水流量分配比，實現(xiàn)合理利用各段硝化容量,充分利用原水中碳源進行反硝化, 達到有效降低出水TN, 并降低運行費用。
――厭氧池氧化還原電位監(jiān)測，各級缺氧池入口溶解氧監(jiān)測，各級缺氧池混合液濃度監(jiān)測，攪拌器運行控制。
――各級好氧池溶解氧監(jiān)測、空氣流量檢測、曝氣量自動控制。由于污水處理廠的實際運行中, 進水負荷實時變化，DO串級控制策略可根據(jù)進水負荷實時調(diào)整DO的設定值, 有效地消除進水擾動。
――生物池出水硝氮在線檢測，作為甲醇投加的過程控制參數(shù)，及時調(diào)整外碳源的投加量，保證出水水質(zhì)并節(jié)省碳源。
――生物池出水氨氮在線檢測，根據(jù)出水氨氮值及時調(diào)整曝氣量滿足和保證出水水質(zhì)的要求。
――分段進水多級AO工藝對C/N比的敏感性，具體水質(zhì)、水量的實時變化，使得分段進水工藝的運行和優(yōu)化有很大的空間。利用在線監(jiān)測及智能控制技術，根據(jù)進水水質(zhì)、水量對系統(tǒng)進行實時控制, 提高污染物的去除效率, 降低運行成本，并可提高分段進水生物脫氮工藝的可操作性。
3.5 鼓風機房出口壓力控制
通過壓力變送器檢測空氣總管的壓力，根據(jù)設定的壓力值控制鼓風機的運轉臺數(shù)、調(diào)節(jié)鼓風機的導葉片角度，從而保證生物池對空氣的需求量。在保證空氣需求量的前提下，盡可能地節(jié)省能耗，壓力控制系統(tǒng)和曝氣量調(diào)節(jié)系統(tǒng)相互關聯(lián)，相互影響，最終使生物池的生物處理過程處在最佳狀態(tài)。通過監(jiān)控管理系統(tǒng)和現(xiàn)場控制系統(tǒng)的操作屏，可以設定鼓風機出口的壓力控制值。
3.6 污泥回流量自動調(diào)節(jié)
回流污泥量的控制采用比例控制以保證污泥混合液濃度在一定的范圍內(nèi)。根據(jù)生物池的進水量、回流污泥濃度控制回流污泥泵（工頻泵）的運轉臺數(shù)或變頻泵的轉速，保證生物池微生物的需要量。通過監(jiān)控管理系統(tǒng)和現(xiàn)場控制系統(tǒng)的操作屏，可以設定回流污泥比例。
3.7 沉淀池排泥控制
沉淀池的排泥可以根據(jù)裝在沉淀池內(nèi)的泥位計來控制刮泥車的運行，指導排泥。排泥有二種控制方式：按泥位計設定值進行自動排泥，按定時實現(xiàn)自動排泥。
3.8 污泥濃縮自動控制
污泥濃縮機系統(tǒng)控制采用時間控制和手動控制。該系統(tǒng)中設備的啟動順序依次為輸送機、濃縮機、加藥泵、進泥泵、污泥切割機，停止順序與之相反。當藥液制備段的溶液罐的液位低，進泥泵的進泥流量低、系統(tǒng)中任何一臺設備發(fā)生故障時，系統(tǒng)停止運行。采用污泥流量比例投加絮凝劑，通過監(jiān)控管理系統(tǒng)和現(xiàn)場控制系統(tǒng)的操作屏，可以設定每天允許的運行次數(shù)及每次運行的時間。
3.9 污泥脫水自動控制
污泥脫水過程按污泥脫水系統(tǒng)自身PLC預先編制的程序控制運行。污泥脫水的程序控制采用時間控制和手動控制。系統(tǒng)設計帶有啟動時序和停止時序，以及安全保護程序。在藥液已制備完成的前提下，設備的啟動次序依次為傾斜式輸送機、水平式輸送機、濃縮脫水一體機、加藥泵、進泥泵，停止順序與之相反。上位監(jiān)控管理計算機可遠程監(jiān)測污泥脫水系統(tǒng)全部設備的運行狀態(tài)和故障報警，但不可遠程控制污泥脫水系統(tǒng)的開停。
3.10 加氯的自動控制
根據(jù)進水流量和濁度控制加氯機按比例自動加氯，并根據(jù)出水余氯值進一步修正加氯量，使加氯量始終處于最佳值。
3.11 電動閘門的控制
重要的電動閘門，旁邊設置的現(xiàn)場手動操作箱面板上設手動/遠動轉換開關。手動狀態(tài)下，由操作箱面板上的按鈕控制閘門的開閉；遠動狀態(tài)下，由中控室遙控閘門的開閉。閘門的狀態(tài)和工況在中控室的模擬屏上顯示。
4.結束語
污水處理運行過程任務要求重，特性復雜，運行管理難度大，目前水處理行業(yè)尚缺乏可靠的實時監(jiān)測儀器，用傳統(tǒng)的控制方式往往達不到精確的控制要求。先進控制理論實現(xiàn)了過程工藝參數(shù)的優(yōu)化，可以改變污水處理廠人工調(diào)節(jié)操作處理不及時、效率低的現(xiàn)狀。污水處理的社會意義巨大應用計算機控制技術實現(xiàn)污水處理工藝的半自動全自動控制提高污水處理的技術管理水平合理使用和配置處理設施設備具有非?，F(xiàn)實的意義。
參考文獻：
【關鍵詞】智能家居 GSM 學習型紅外遙控 人體紅外感應
1 前言
21世紀是信息化的世紀，人類對計算機和互聯(lián)網(wǎng)的依賴程度越來越高。智能家居是通過物聯(lián)網(wǎng)技術將居室內(nèi)的各種設備（如家電、照明、窗簾、安防等）連接到一起，實現(xiàn)遠程家電控制、照明控制、窗簾控制、防盜報警、環(huán)境監(jiān)測等功能。但目前這些先進的智能家居技術大都是應用在城市高檔小區(qū)中，而在廣大農(nóng)村和偏遠山區(qū)卻因為各種限制而難以推廣。但是隨著家電和手機在農(nóng)村的普及，利用GSM網(wǎng)絡可構建簡單的智能家居系統(tǒng)，讓廣大農(nóng)民享受信息技術所帶來的生活便捷。本文的主要內(nèi)容就是利用移動通信網(wǎng)絡為農(nóng)村等互聯(lián)網(wǎng)不發(fā)達地區(qū)設計符合最基本要求、便捷實用的智能家居系統(tǒng)，作為推廣智能家居系統(tǒng)的一種過渡性設計。
2 系統(tǒng)硬件設計
系統(tǒng)的基本功能：正常情況下，用戶通過手機遠程向系統(tǒng)發(fā)短信，系統(tǒng)根據(jù)短信編碼，遙控家中電器（如空調(diào)、窗簾等）的啟停，也可撥打系統(tǒng)電話進行環(huán)境監(jiān)聽，當有盜賊闖入室內(nèi)或其它異常狀況出現(xiàn)時，啟動大功率聲光報警器，自動撥打報警電話和戶主電話并短信通知。
2.1 硬件結構
系統(tǒng)硬件結構如圖1所示，主要包括STC89系列單片機作為控制模塊，西門子TC35模塊作為GSM遠程通訊，315M超再生無線收發(fā)模塊作為室內(nèi)中短程通訊，紅外釋熱防盜模塊，HX1838紅外一體化接收及紅外發(fā)射二極管作為紅外學習及家電遙控模塊，其它傳感器電路（如溫度、濕度、煙霧等），聲光報警器電路，鍵盤輸入及1602LCD顯示電路。
2.2 遠程控制通信模塊
全球移動通信系統(tǒng)GSM是當前應用最為廣泛的移動電話標準，具有普及度高，幾乎無網(wǎng)絡盲點，只要會打電話、發(fā)短信就能操作，在使用飛信、微信等工具發(fā)短信控制的情況下更是無需任何額外開支。
TC35 GSM模塊具有成本低、技術成熟穩(wěn)定等特點，由供電模塊（ASIC）、閃存、ZIF連接器、天線接口等組成。其核心基帶處理器主要處理GSM終端內(nèi)的語音和數(shù)據(jù)信號，并涵蓋了蜂窩射頻設備中的所有模擬和數(shù)字功能。引腳16～23為數(shù)據(jù)輸入/輸出，其接口是一個串行異步收發(fā)器，符合RS232接口標準，硬件握手信號用RTS0/CTS0，軟件流量控制用XON/XOFF，支持標準的AT命令集，與單片機通過串口進行通訊，引腳24～29連接SIM卡，引腳35～38為語音輸入/輸出接口，連接話筒和揚聲器。單片機通過AT指令對TC35模塊進行初始化和短消息的接收/發(fā)送及撥打電話等操作。常用的AT指令如表1所示。
2.3 學習型紅外遙控電路
家用電器的遙控器絕大多數(shù)屬于紅外遙控器，為了避免遙控器間互相的干擾，每個廠商的紅外遙控器都具有其特定的編碼，包含廠商固定編碼和面板按鍵編碼。本系統(tǒng)中的紅外遙控部分要求能對居室內(nèi)所有家電進行遙控，故必須預先對所有家電紅外遙控編碼進行學習，然后存儲、回放。雖然市面上的遙控器的編碼格式各不相同，但是最終都是高低電平組成，所以只要利用單片機對遙控器的發(fā)射信號的波形進行測量，然后將測量的數(shù)據(jù)回放即可，由于只關心發(fā)射信號波形中的高低電平的寬度，不管其如何編碼，因此做到了真正的萬能。
本系統(tǒng)使用HX1838紅外模塊，設置按鍵啟動一個學習過程，設置LED指示學習型紅外模塊狀態(tài)，紅外接收頭在與單片機連接時，將接收來的紅外遙控信號反相，其正向信號接外部中斷0，反相信號接外部中斷1，通過記錄2個中斷間的間隔時間來測量紅外遙控信號高低電平的脈寬值。
2.4 紅外防盜及近程無線通信模塊
人體體溫恒定37度，會發(fā)出特定波長為10微米左右的紅外線，使用HC-SR501探測人體發(fā)射的紅外線，內(nèi)部的熱釋電元件在接收到人體紅外輻射溫度發(fā)生變化時會失去電荷平衡，向外釋放電荷，后續(xù)電路經(jīng)檢測處理后就能產(chǎn)生報警信號。
室內(nèi)無線通信選擇315M超再生無線收發(fā)模塊，具有功耗低、傳輸距離長、可靠性高等特點，利用PT2262編碼芯片對HC-SR501產(chǎn)生的電信號進行編碼，送給315M超再生無線發(fā)送模塊，控制端的315M超再生無線接收模塊負責接收數(shù)據(jù)，利用PT2272解碼芯片對信號進行解碼，然后送單片機處理，控制聲光報警器工作，并啟動TC35 GSM模塊撥打報警電話、向戶主發(fā)送短信等操作。
3 系統(tǒng)軟件設計
3.1 主程序流程
系統(tǒng)首先對設備初始化，然后檢測TC35工作是否正常，接著判斷是否進行家電紅外編碼學習，然后通過按鍵掃描方式查詢是否打開防盜模式，進而查詢是否觸發(fā)紅外人體感應模塊，條件滿足時，單片機啟動聲光報警器并通過AT指令控制TC35模塊撥打設定的手機號碼（或報警電話），同時向戶主發(fā)短信提示有盜賊闖入。
因為TC35模塊收到的短信文本格式是固定的，在收到短信時只要檢測特定位置的串口數(shù)據(jù)，與預設數(shù)值對比，就可實現(xiàn)對短信指令的判斷，從而執(zhí)行相應的動作。當判斷收到短信為預設的指令時，單片機通過拉低P2.2的電平控制學習型紅外遙控模塊發(fā)射已學習的相應紅外編碼，從而實現(xiàn)遙控家電的目的。圖2為主控單片機程序流程圖。
3.2 學習型紅外模塊程序設計
利用單片機的兩個外部中斷可以測量出紅外遙控編碼的脈沖寬度，將發(fā)射信號中高、低電平的時間寬度進行存儲。當要發(fā)射紅外信號時，從存儲區(qū)中還原出相應的紅外遙控編碼，并調(diào)制到38KHz的載波信號上，從而實現(xiàn)學習型紅外遙控的功能。其流程圖如圖3。
4 結束語
本智能家居系統(tǒng)經(jīng)過實物測試，具有結構簡單、功能完善、運行可靠、成本低廉、易于擴展等特點，特別適合于互聯(lián)網(wǎng)普及率較低的廣大農(nóng)村和偏遠山區(qū)，是廣大農(nóng)村地區(qū)城鎮(zhèn)化建設進程中非常合適的智能家居系統(tǒng)的過渡替代品，具有廣闊的發(fā)展前景。
參考文獻
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作者簡介
張景虎（1975-），男，漢族，山東省茌平縣人，碩士，講師，研究方向為信號與信息處理。
孔芳（1976-），女，山東省曲阜人，現(xiàn)供職于曲阜少年兒童競技體育運動學校。
中圖分類號：TP311 文獻標識碼：A 文章編號：1009-3044（2016）11-0161-03
Abstract： Based on STM32 microcontroller real-time monitoring of the environment and the holographic projection system is divided into into two parts： host computer and slave computer， lower computer using various sensor to collect environmental information， and transfer the data to the host computer through the wireless module， and through the isd1810 to be rebuffed situation hints. Host computer using wireless module nRF24L01 receive lower position machine data through the LCD TFT color LCD screen to display， followed by the key event for encoding events will be transmitted to the lower computer and lower computer recognition of L298N control， in order to achieve the car's action. All kinds of environment monitoring sensor and MCU communication， wireless communication， motor driver and video transmission technology is studied in this paper， the ultimate realization of the control environment information collection， projection technology and crew.
Key words： real-time monitoring， environmental monitoring； the car； holographic projection；wireless communication
隨著社會的前進步伐的加快、經(jīng)濟的發(fā)展和科學技術的進步，關于環(huán)境監(jiān)測和遠程控制技術的研究越來越成為人們的焦點。監(jiān)測和遠程控制為我們的生活帶來了很大的方便，尤其是遠程控制在工業(yè)、科研和國防等領域的應用也是越來越廣。這些技術或多或少地已經(jīng)融入到我們的生活中，給我們的生活帶來了諸多的便利，然而也有些技術也不是很成熟。所以對監(jiān)測和遠程控制的研究，符合電子的發(fā)展趨勢。
近些年來，隨著多媒體技術的飛速發(fā)展，環(huán)境的監(jiān)測已經(jīng)從大屏幕顯示環(huán)境質(zhì)量情況轉變成通過微機處理器進行聲音、圖像、文字等多媒體的方式進行演示了。并且越來越多的信息采集和遠程控制系統(tǒng)都采用了無線傳輸數(shù)據(jù)，與有線數(shù)據(jù)傳輸相比主要比其成本低、安裝簡易并且方便攜帶。無線技術的應用已經(jīng)被各行各業(yè)所接受，融入到各個領域，無線圖像傳輸也尤其被看好。
1 系統(tǒng)的整體方案
采用stm32芯片作為上下位機，由于核心片的引腳足夠多，解決了引腳不足的問題。并且它的一些功能引腳也能當普通引腳使用。有IIC引腳采集HMC5843數(shù)據(jù)，也能通過硬件實現(xiàn)SPI時序驅動無線模塊；同時也有AD采集功能驅動MQ135，也擁有定時器能夠實現(xiàn)PWM輸出驅動電機和對超聲波測距的過程進行計時。不僅引腳多，而且功能也豐富，對設計的進行和擴展提供了很大的方便，成本也比較客觀，并且stm32的處理速度非常快，可達72M。因此該系統(tǒng)設計總框圖如上所示。
2 系統(tǒng)的硬件設計
整個系統(tǒng)主要分成兩大部分―上位機與下位機。其中上位機的功能要求：接收無線模塊的數(shù)據(jù)，然后進行譯碼顯示，在顯示屏上面顯示溫濕度、空氣中有毒氣體的含量、前方障礙物的距離、陀螺儀反饋回來的方位數(shù)據(jù)。并且通過按鍵，對按鍵進行編碼，從而控制發(fā)送的數(shù)據(jù)。下位機的功能要求：實現(xiàn)檢測環(huán)境的參數(shù)，溫度、濕度、有毒氣體成分、方位等參數(shù)的檢測，并對通過超聲波對前方距離障礙物的距離進行檢測，并通過語音播放的功能進行提示，只要距離過短就進行提示。最后通過無線模塊發(fā)送這些數(shù)據(jù)，并且通過接收無線模塊的數(shù)據(jù)，對數(shù)據(jù)進行分析，從而控制電機的轉動。
根據(jù)功能要求，系統(tǒng)電路模塊主要分成四大部分：主控芯片、檢測電路、驅動電路以及數(shù)據(jù)傳輸電路。分析了各個主要單元電路所需要的模塊，并根據(jù)讀取它們數(shù)據(jù)的方式確定了與主控芯片相連接的引腳，從而確定了系統(tǒng)各硬件電路的原理圖。
2.1 系統(tǒng)控制的核心電路
為了縮短開發(fā)周期，上位機跟下位機的主控制器都采用stm32F103RBT6為核心控制器；上位機直接用原子開發(fā)板的mini板當上位機，自帶TFT_LCD彩色液晶屏當顯示屏。下位機無需接復雜的電路，則采用stm32最小系統(tǒng)板直接充當控制器。其電路圖如圖3所示。
2.2 數(shù)據(jù)傳輸電路設計
本次設計中主要用到NRF24L01無線模塊進行數(shù)據(jù)傳輸，是一種單片式收發(fā)芯片；內(nèi)置硬件鏈路層；具備自動應答和自動重發(fā)功能，這在程序里面可以大大地方便我們編程，以及加快雙機的通訊速度。工作原理主要是通過上位機、下位機進行有序的模式轉換，按照預定的規(guī)律進行切換，達到避免干擾的目的，從而實現(xiàn)數(shù)據(jù)的雙向傳輸。其電路連接圖如下所示：
3 系統(tǒng)的軟件設計
整個軟件系統(tǒng)分成兩大部分：上位機部分以及下位機部分，其軟件設計流程圖如下所示。
上位機部分又分成三小部分，其分別為：1）是無線通信協(xié)議――通過SPI通信的協(xié)議對nrf24l01這個模塊進行驅動，從而達到與下位機雙工通訊的目的；2）是數(shù)據(jù)更新所需要的液晶屏驅動程序――讀取從下位機傳輸回來的數(shù)據(jù)，然后更新對應的數(shù)據(jù)庫，然后重新顯示對應的參數(shù)；3）是按鍵掃描模塊驅動――判斷按鍵是否按下這一事件，然后利用程序對按鍵鍵值進行對應的編碼與下位機達成一致，接著通過通信的方式，從而實現(xiàn)通過按鍵發(fā)射信號，從而控制小車的運動。
下位機部分也主要分為三小部分，氣分別為：1）雙機通信的無線協(xié)議――通過SPI協(xié)議進行驅動和使用無線模塊，實現(xiàn)上位機對下位機的控制；2）檢測環(huán)境情況的傳感器控制――利用定時器進行定時操作，從而實現(xiàn)超聲波測距；使用ADC數(shù)據(jù)采集，實現(xiàn)對氣體中某些有害物質(zhì)的濃度進行檢測；通過固定的時序對溫濕度進行采集、 通過IIC協(xié)議進行讀取電子羅盤的數(shù)據(jù)；通過IO口模式的轉換實現(xiàn)語音播報功能；3）電機運動系統(tǒng)的程序設計轉化改變電機轉動方向，從而實現(xiàn)小車的運動。
3.1 圖像采集系統(tǒng)的設計
環(huán)境圖像采集采用wifi這種無線通信方式利用手機連接小車上邊的wifi模塊，攝像頭的數(shù)據(jù)進行采集通過芯片對攝像頭的數(shù)據(jù)進行采集和編碼，再通過wifi模塊發(fā)送到手機上。手機上采用的是自己編寫好的android程序，生成對應的apk文件，只需要安裝到手機上，打開手機的wifi掃描熱電，并連接對應的wifi，再打開對應的軟件就能觀察到從下位機發(fā)送回來的圖像信號，由于圖像信號更新比較快就形成了對應的視頻。
3.2運動控制系統(tǒng)設計
在硬件上，運動控制系統(tǒng)采用的是L298N。根據(jù)該芯片的資料里面的邏輯功能圖，我們只要通過定時器的功能復用，是定時器的功能引腳輸出一定占空比的PWM到使能引腳EN上，再通過普通IO口設置為推挽輸出，輸出對應的電平變化，就能驅動電機的轉動。然而小車的方向變化則需要控制轉速跟電機的正反轉，這個也只需要改變PWM的占空比跟輸出對應電平變化到L298N的輸入引腳上。
3.3數(shù)據(jù)傳輸軟件設計
上下位機的數(shù)據(jù)傳輸我們采用的nrf24l01模塊，它與主控芯片的通信方式為SPI，首先在程序里面，我們對所連接的引腳進行初始化，將對應的引腳的輸入輸出方式設置成與之功能對應的模式。通過硬件SPI對對應的數(shù)據(jù)寄存器和狀態(tài)寄存器寫入和讀出數(shù)據(jù)，從而實現(xiàn)無線數(shù)據(jù)傳輸。主要的功能是讀取接收狀態(tài)寄存器、讀取數(shù)據(jù)寄存器，寫發(fā)送數(shù)據(jù)寄存器和寫數(shù)據(jù)寄存器。
無線模塊發(fā)送數(shù)據(jù)函數(shù)如下：
u8 NRF24L01_TxPacket（u8 *txbuf）；
NRF24L01_Write_Reg（NRF_WRITE_REG+STATUS，sta）；
該函數(shù)主要要實現(xiàn)數(shù)據(jù)的一次發(fā)送，通過傳遞進去的指針*txbuf找打對應的數(shù)組的首地址，在將數(shù)組里面的數(shù)據(jù)發(fā)送出去。當然數(shù)據(jù)的長度由TX_PLOAD_WIDTH的宏定義進行控制，再將數(shù)據(jù)寫進數(shù)據(jù)寄存器后就拉高對應的CE引腳進行啟動發(fā)送，接著進行讀取狀態(tài)寄存器的狀態(tài)值，查詢是否發(fā)送成功。然后再讓函數(shù)返回對應的成功或者失敗值。這樣讓程序一直處于發(fā)送狀態(tài)直到發(fā)送成功。
無線模塊接收數(shù)據(jù)函數(shù)如下：
u8 NRF24L01_RxPacket（u8 *rxbuf）
NRF24L01_Write_Reg（NRF_WRITE_REG+STATUS，s數(shù)據(jù)，接著執(zhí)行讀取數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)存儲到rxbuf數(shù)組中、清除狀態(tài)并且返回0。如果未接收到數(shù)據(jù)就直接返回1。我們直接通過判斷該函數(shù)的返回值從而判斷是否接收到數(shù)據(jù)來實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的刷新。
4 系統(tǒng)的調(diào)試
在硬件調(diào)試方面，由于系統(tǒng)的電路比較復雜，在電路連接時也比較麻煩，在整個電路中可能出現(xiàn)一處錯誤，就會給整個系統(tǒng)帶來很多錯誤，并且對檢測也有很大的影響。其中容易出問題的就是通信問題，因此檢測通信模塊是整個硬件系統(tǒng)的重中之重。其檢測方法如下：首先檢查主控板引腳的好壞，其次通過設置對應的IO口為輸出模式，輸出對應的電平，然后使用電表進行測試，檢測引腳是否有輸出；同時通過引腳設定更換無線通信模塊所接的引腳，檢查能否實現(xiàn)雙機正常通信。
在軟件系統(tǒng)調(diào)試方面，由于經(jīng)常用到全局變量，不僅要在主程序里面調(diào)用，我們也有可能在其他函數(shù)，甚至其他文件里面對變量進行重新賦值的操作，因此經(jīng)常出現(xiàn)變量的沖突。同時通過在線調(diào)試系統(tǒng)對數(shù)據(jù)的變化進行觀察，有些數(shù)的值的變化不如我們所期望的，進而發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)中的漏洞。為了放在主控芯片在運行程序出現(xiàn)亂跑現(xiàn)象，在程序內(nèi)部加入了看門狗程序，保證軟件系統(tǒng)運行的可靠性與穩(wěn)定性。
通過硬件系統(tǒng)測試和軟件系統(tǒng)測試，再到最后的整機測試，基本上實現(xiàn)了預期的目標，達到我們想要的結果，實現(xiàn)了無線數(shù)據(jù)傳輸、檢測環(huán)境參數(shù)、控制電機驅動等功能。
5 結束語
本文主要論述了環(huán)境實時監(jiān)測車組與全息投影系統(tǒng)的硬件結構與軟件設計的算法，在整個制作過程中，遇到各種各樣的問題，通過上網(wǎng)查閱、圖書館尋找和查閱相關材料。目前筆者已經(jīng)完成該產(chǎn)品的制作，并已經(jīng)進入實驗測試階段。在測試的過程中，本次設計的產(chǎn)品不僅工作穩(wěn)定、響應速率快，并且控制精準等優(yōu)點。相信不久將來就會投入生產(chǎn)，該產(chǎn)品的市場價值大。
參考文獻：
中圖分類號： TU855 文獻標識碼： A 文章編號：
一．引言
智能建筑是實現(xiàn)建筑結構優(yōu)化以及設備、服務、管理來滿足住戶需求的綜合，其目的是給用戶提供一個舒適、安全、高效、便利的人性化建筑環(huán)境。智能建筑中的電氣自動化控制技術是搭建智能建筑的基礎和平臺，電氣自動化控制實現(xiàn)了暖通空調(diào)、變配電設備、照明設備、排水設備等為建筑服務或提供生活功能的系統(tǒng)集成，是智能建筑中不可缺少的組成部分。從早期建筑中的暖通空調(diào)設備自動化控制，伴隨著建筑技術和控制技術的不斷進步，智能建筑中的電氣自動化控制也得到飛速發(fā)展。
二．智能建筑中的電氣自動化功用。
1.實現(xiàn)系統(tǒng)設備的自動化控制。
在智能建筑中，由于提高生活舒適度的要求，需要采用大量的電子、電氣設備，如智能開關模塊、傳感器、紅外控制、信號中繼器、對講設備、音樂系統(tǒng)、安防監(jiān)控系統(tǒng)等組成了建筑的智能化功用。通過實行電氣自動化控制技術，將各個獨立分散運行的單機設備進行集成控制，實現(xiàn)對設備、終端的自動化運行和遠程管理控制，實現(xiàn)了建筑的智能化。同時，對提高建筑設備運行效率、減少設備運行成本、提升住戶舒適度和安全度具有積極意義。
2.實現(xiàn)智能建筑的系統(tǒng)集成。
智能建筑的系統(tǒng)集成是對建筑中各終端設備的遠程管理與控制，通過對終端設備的控制和管理，實現(xiàn)建筑節(jié)約費用、節(jié)約能源、提高生活水平的目的。智能建筑是建筑技術和計算機技術、網(wǎng)絡技術、通信技術和控制技術的集成，系統(tǒng)集成的目標是為了搭建建筑主體內(nèi)的智能化管理，通過對建筑自動控制技術、通信技術、綜合布線技術、計算機網(wǎng)絡技術、安全防范技術以及多媒體技術等將相關設備進行整合，通過軟件進行集成，實現(xiàn)建筑智能化的目的。智能建筑的系統(tǒng)集成提升了建筑的智能化水平，實行電氣控制自動化是保證智能建筑系統(tǒng)集成的基礎。
三.電氣自動化控制技術在智能建筑中的應用。
1.智能建筑的系統(tǒng)自動化控制原理。
智能建筑的自動化控制系統(tǒng)是基于現(xiàn)代控制理論的集散型計算機控制系統(tǒng)，又稱之為分布式控制系統(tǒng)（Distributedcontro systems DCS）。其實現(xiàn)原理是采取“分散控制、集中管理”的模式，通過對現(xiàn)場終端設備上的微型計算機控制裝置（即DDC）進行實時檢測和分布控制任務，而設備終端上的微型計算機控制裝置實現(xiàn)對終端設備的控制以及管理，對終端設備進行信號采集，通過傳感器進行信號傳輸，將傳輸信號送至智能設備上，實現(xiàn)對設備的工況管理和自動控制。這樣就避免了計算機集中控制帶來的高危險性，同時也彌補了單機設備管理的局限性。
2.LONWORKS技術的應用。
LONWORKS技術原本是為工廠管理服務的，是以工廠測量和控制機器間的數(shù)字通訊為主的現(xiàn)場網(wǎng)絡，通過將通訊的數(shù)字化，使得終端多點化成為可能，實現(xiàn)了傳感器、終端設備和控制器之間的特化通訊。由于LONWORKS技術支持分布式網(wǎng)絡控制，同時又是一個開發(fā)性的可交互操作的控制技術平臺，其優(yōu)勢正符合智能建筑的系統(tǒng)需要。在早期的智能建筑中，并沒有控制網(wǎng)絡，其控制系統(tǒng)只是采用電線將氣動控制裝置連接而成，這種控制組成結構簡單，不利于設備擴展。同時由于終端設備廠商所使用的通訊協(xié)議互不兼容，導致無法實現(xiàn)系統(tǒng)的整體自動化控制。隨著計算機技術的發(fā)展，網(wǎng)絡技術也越來越完善，基于網(wǎng)絡開發(fā)的系統(tǒng)LONWORKS技術被逐步應用到智能建筑中。
LONWORKS技術能實現(xiàn)終端設備和智能設備在簡單網(wǎng)絡上可以進行對等的通信，能形成一個低成本、可相互操作的控制系統(tǒng)，便于服務定制、程序編寫、功能擴容。在智能建筑的電氣系統(tǒng)中，采用LONWORKS技術，將照明、保暖、通風、安保等終端設備進行資源整合，通過傳感器控制為單一的開放式網(wǎng)絡，節(jié)約了安裝和運營成本。LONWORKS技術中，房間中的多功能傳感器可以將房間的供暖控制器的運行狀態(tài)進行改變，根據(jù)用戶需要可從待機狀態(tài)轉為用戶需要的模式；房間中的光感傳感器對自然光進行檢測，并將檢測到的自然光數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡傳輸給LONWORKS控制器，控制器根據(jù)設置自動進行區(qū)域內(nèi)燈光照度的調(diào)節(jié)，可在外部陽光充足時，關閉房間內(nèi)照明燈具，在房間光線較暗時，自動開啟照明燈具，并可以根據(jù)用戶的個人愛好或預先設定好的環(huán)境模式來調(diào)整燈光亮度。
LONWORKS技術中的Honeywell自動化控制系統(tǒng)控制著智能建筑的照明設備以及暖通空調(diào)，該系統(tǒng)與住戶的門禁系統(tǒng)、閉路電視監(jiān)控系統(tǒng)、消防報警系統(tǒng)以及防盜系統(tǒng)進行系統(tǒng)集成，通過對各個工作站通訊和信息綜合，實現(xiàn)對住戶特定生活需要的提供。例如：當智能建筑中的住戶回到家時，樓道上的門禁控制系統(tǒng)輸入安全代碼，系統(tǒng)開始啟動HVAC系統(tǒng)，將照明控制和暖通空調(diào)系統(tǒng)調(diào)節(jié)至用戶離開前的照明度和室溫。而在住戶外出時，輸入代碼后實現(xiàn)對照明系統(tǒng)、空調(diào)系統(tǒng)的自動關閉，并將各設備調(diào)節(jié)至節(jié)能狀態(tài)。在HVAC系統(tǒng)中，其控制器可根據(jù)房主的要求，將臥室和居室的溫度維持在一定理想范圍內(nèi)，采用PI算法控制的FCU通過與暖氣片的連接實現(xiàn)自動運行，達到對室內(nèi)溫度、濕度的自動調(diào)節(jié)、自動控制。
3.基于IP+無線技術的新型電氣控制技術。
在智能建筑的發(fā)展中，IP+無線技術是隨著計算機技術和計算機網(wǎng)絡技術的完善而產(chǎn)生的，是計算機網(wǎng)絡技術在智能建筑中的具體應用。通過IP+無線網(wǎng)絡技術，構成了特有的智能家居系統(tǒng)。由于終端設備采用IP管理，傳輸通過無線方式進行，可實現(xiàn)雙向通信，其好處不言而喻，這也是智能建筑的系統(tǒng)控制的發(fā)展趨勢。
在計算機網(wǎng)絡時代下，智能建筑的電氣設備不在是單一、獨立運行的終端設備，系統(tǒng)需要采用設備IP綁定，通過無線進行數(shù)據(jù)和信息傳輸，這就增加了電氣設備的自動化難度。在電氣自動化控制系統(tǒng)中，終端設備要具有智能性，如智能電源轉換器、無線紅外轉發(fā)器、智能開關、智能插座、安防報警系統(tǒng)、智能窗簾系統(tǒng)以及網(wǎng)絡攝像機等，并在設備上進行IP分配，通過智能網(wǎng)關和網(wǎng)絡，將數(shù)據(jù)傳輸至智能主機，智能主機進行實時監(jiān)控和任務分配，實現(xiàn)對電氣設備的控制和管理。
智能建筑中的智能門鎖、對講可視系統(tǒng)、房間對講系統(tǒng)、照明系統(tǒng)、空調(diào)系統(tǒng)、安防系統(tǒng)、音樂系統(tǒng)以及環(huán)境監(jiān)測等都通過WEB控制，用戶即使是在房間外，也能實現(xiàn)對房間內(nèi)溫度、照明、設備開關的控制，并能對建筑設備的運行狀況、運行報警情況、性能參數(shù)等等進行了解。
四.智能建筑中的電氣自動化控制發(fā)展趨勢。
傳統(tǒng)的智能建筑需要實現(xiàn)電氣自動化，一般僅僅是采取電線連接設備的單一模式，在發(fā)展中受到較大制約。未來的建筑電氣自動化控制將注重終端的集約化，將終端功能進行集中，體積減小，降低耗電，在此基礎上，形成電氣設備的模塊化，增加其拓展性。同時電氣設備的無線化必是大勢所趨，通過無線化接入，提高了設備可移動性和可擴展性，同時簡化了施工，避免造成建筑墻面損傷。
五．結束語。
智能建筑的電氣控制自動化是提升住戶生活水平的必要因素，其技術應用越來越廣，這對提高智能建筑的功能具有積極作用。電氣的自動化控制，實現(xiàn)了終端設備的遠程控制和管理，提高了住戶的生活水平和質(zhì)量。
參考文獻
[1] 陳裕家 淺談電氣自動化控制在智能建筑中的應用 [期刊論文] 《城市建設理論研究（電子版）》2012年4期
中圖分類號：TP273.22 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）01（b）-0008-02
原子力顯微鏡（Atomic Force Microscope，AFM）是繼掃描隧道顯微鏡（STM）之后迅速發(fā)展起來的一種原子級分辨率掃描顯微鏡[1]。它通過監(jiān)測待測樣品表面與一個微型力敏感元件之間的極微弱的原子間作用力來研究物質(zhì)的表面結構。由AFM原理和原子力作用規(guī)律可知，只有當AFM針尖與待測樣品表面的間距達到納米級時，樣品表面原子與微探針之間才能產(chǎn)生穩(wěn)定的原子力，使微懸臂發(fā)生偏轉[2]。樣品向探針逼近直至進入穩(wěn)定的原子力狀態(tài)稱為AFM的逼近狀態(tài)，此過程如果通過手動調(diào)節(jié)機械裝置很難達到原子級定位精度。調(diào)節(jié)不夠，AFM針尖與樣品表面間距在一定的范圍之外，無法使懸臂梁正常工作，調(diào)節(jié)太深往往又會使探針與樣品接觸而直接導致樣品或探針損傷。而且工作在液相下的原子力顯微鏡在掃描細胞或其它生物結構時要求操作環(huán)境最好不要受到外界干擾或污染[3]，這就要求人在操作原子力顯微鏡時最好遠離操作地點，為了盡量排除外界干擾同時為了減少探針逼近時不必要的浪費，提高逼近系統(tǒng)的自動化性能，本研究通過無線通信與現(xiàn)代控制技術不僅實現(xiàn)近距離無線控制步進電機從而實現(xiàn)樣品與微探針逼近，而且可以實時觀察探針操作結果。
1 系統(tǒng)設計
無線控制AFM正常工作的前提是，保證無線通信正常，其次是探針充分逼近樣品進入原子力狀態(tài)，使微懸臂發(fā)生一定量的偏轉，通過特定的檢測裝置，將微懸臂的偏轉量轉換為對應的偏置電壓值。因此，通過無線控制電路發(fā)送數(shù)據(jù)，然后通過對比電壓的采集，分析和處理，可以無線控制步進電機實現(xiàn)AFM的自動逼近。系統(tǒng)由PC機、步進電機驅動器、步進電機、數(shù)據(jù)采集、無線收發(fā)模塊。基本原理是：首先通過上位機設置參考電壓值VREF，即預置一個微懸臂偏轉量，然后通過PC發(fā)送操作指令，經(jīng)過無線傳輸，當VIN不等于VREF時，表明探針還在接近樣品過程中，原子間無相互作用力，步進電機繼續(xù)運動，直到采集到的電壓值與預設值相等為止。接下來AFM開始對樣品進行掃描。掃描的過程需要將下位機掃描的各種數(shù)據(jù)傳送到上位機。以便對掃描結果進行觀察及操作。為了能實時傳輸各種數(shù)據(jù)需要對無線網(wǎng)絡通信協(xié)議和圖像數(shù)據(jù)傳輸進行優(yōu)化[4]。
2 硬件系統(tǒng)設計
2.1 A/D轉換芯片
對于A/D數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，本文采用北京中泰公司的USB-7648B型號，A/D卡USB-7648A/7648B系列是真正即插即用USB數(shù)據(jù)采集模塊，USB-7648系列帶有8路并模擬輸入、3路16位計數(shù)器、24路可編程數(shù)字量輸入輸出、8路固定數(shù)字量輸出。
原子力顯微鏡系統(tǒng)中，力檢測普遍采用懸臂梁光電偏轉法。探針與樣品間的作用力使得懸臂梁產(chǎn)生形變，懸臂梁形變是通過光電探測器檢測激光器投射在懸臂梁上的反射光點偏移量確定的。需要對光電探測器輸出的信號進行解碼，解碼可得出懸臂梁的縱向形變信號（正壓力信號）、橫向扭轉變形信號（摩擦力信號）和光電探測器四象限的總強度信號這三路信號。反饋控制系統(tǒng)需要同時對這三路信號進行實時、高速、高精度、同步數(shù)據(jù)采集[5]。所以A/D轉化器至少有3通道的同步采集，分辨率不低于14位，每通道采樣速率最好高于100 Ksps。
2.2 步進電機驅動器
本文采用電控平移臺豎直放置方法實現(xiàn)探針在垂直方向的升降。電控平移臺通過步進電機驅動，實現(xiàn)位移調(diào)整自動化，由于AFM針尖與樣品表面之間的距離必須達到納米級才驅能使原子之間發(fā)生作用力，繼而導致微懸臂偏轉產(chǎn)生偏置電壓，因此，首先對步進電機進行粗調(diào)使探針接近樣品表面，然后通過精細進針使AFM針尖與樣品逼近。要達到納米級的定位精度，必須對步進電機進行步距細分。
PI公司生產(chǎn)的M-126電控平移臺其行程為25 mm，精度為3.5 nm，最小增量為0.1 um，螺距0.5 mm。電控平移臺與PI公司的步進驅動器C-663相連，其細分精度為16（6400步/圈）。這樣的參數(shù)使可以滿足對原子力探針的逼近。
2.3 無線傳輸系統(tǒng)
無線控制系統(tǒng)是以通信和網(wǎng)絡技術為基礎的一門先進技術。正是由于通信和網(wǎng)絡技術的發(fā)展使得無線控制技術得以快速的發(fā)展[6]。無線控制系統(tǒng)可以劃分為：上位機控制端、無線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)、現(xiàn)場設備檢測與控制系統(tǒng)。無線控制上位機采用一臺PC機作為無線遠程控制工作站，由于本系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸量比較大以及對實時性要求比較高。在比較了各種無線傳輸方式后采用無線網(wǎng)卡TP-LINK TL-WN851N 802.11g無線網(wǎng)絡適配器，其傳輸速率最高可達到300 Mbps。納米機器人控制系統(tǒng)組成本地控制系統(tǒng)，其控制PC機也采用TP-LINK TL-WN851N無線網(wǎng)卡。這樣我們就組件一個小的局域網(wǎng)。
3 軟件設計
3.1 系統(tǒng)軟件開發(fā)環(huán)境
在無線網(wǎng)絡協(xié)議和網(wǎng)絡通信技術分析的基礎上，我們以納米動機器人為控制對象，在Windows環(huán)境下開發(fā)基于無線網(wǎng)絡的控制平臺實例，平臺采用上位機下位機和TCP/IP協(xié)議，無線控制端為客戶機，以納米機器人端的控制器為服務器。由系統(tǒng)的硬件架構可知兩端都采用了PC機，因此，我們采用客戶端服務器的架構實現(xiàn)無線控制，一方面現(xiàn)場操作人員可以不受遠端操作人員控制來控制納米機器人；另一方面遠端操作人員也可以控制以及對AFM納米機器人操作數(shù)據(jù)進行分析及處理[7]。
3.2 程序設計
客戶端可以通過服務器控制步進電機，觀察控制信號輸出及數(shù)據(jù)采集與發(fā)送。
前面提到服務器是由納米機器人端的PC機來承擔的，因為它也是機器人本地控制系統(tǒng)的客戶端，所以服務器程序啟動后首先是作為AFM本地控制系統(tǒng)的客戶端與AFM位操作服務系統(tǒng)建立連接，并獲取所需要的相關信息，然后它才作為遠程服務器端進行工作。在此之后不斷在客戶端和服務器端來回交換角色，一是為了接收無線控制端的命令數(shù)據(jù)并向AFM傳送控制命令；二是為了向AFM請求其相關狀態(tài)信息并傳送給遠程控制端。
VC++程序設計大部分是借助Socket實現(xiàn)的。Socket是Microsoft公司提供的主要用于網(wǎng)絡通信編程的ActiveX控件。同時采用了應用于無線控制平臺中的多線程編程技術。
4 結論
本系統(tǒng)可以實現(xiàn)原子力顯微鏡的無線操控，可以遠距離實現(xiàn)液相下原子力顯微鏡對生物細胞的掃描納米操縱等試驗。該系統(tǒng)結合了無線網(wǎng)絡通信優(yōu)點設計的無線收發(fā)系統(tǒng)過多次實驗證明，其控制端能正確地將數(shù)據(jù)傳送出去；同時，接收端也能正確接收并顯示數(shù)據(jù)。此外，該系統(tǒng)采用了比較完善的軟件、硬件設計以及抗干擾措施，這樣就可以保證系統(tǒng)工作的安全性和可靠性，并具有通用性，便于投入實際應用。
參考文獻
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