系统集成论文实用13篇

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系统集成论文

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1.2网络化系统的集成优化控制问题

实际系统中的优化问题无处不在,同时由于计算机网络及其技术的发展,使得分散的、具有区域特征的复杂系统形成了具有鲜明特征的网络化系统,对网络化系统的集成优化控制问题进行研究具有重要的理论意义和实际应用价值。本文就是将集成优化控制方法与网络自动化技术相结合,对网络化系统的集成优化控制方法进行了研究。

网络化系统的集成优化控制问题可以描述为:针对网络环境下的复杂系统,将集成优化控制方法与网络自动化技术相结合,对网络化系统进行集成优化控制,获得网络环境下复杂系统的优化解。

2网络化系统集成优化控制的实现

2.1网络化系统集成优化控制算法及其实现

网络化系统的集成优化控制方法就是将复杂系统的集成优化控制方法和网络自动化技术相结合,用来解决网络化复杂系统的优化控制问题,使其在难以建模、系统具有网络化和区域化等情况下,获得满意的优化控制结果。网络化系统集成优化控制方法的特点是引人了网络回路,在优化算法中引人了一些不确定因素,其优化控制更加依赖于网络系统和网络技术。网络化系统集成优化控制的关键技术在于动态系统优化与参数估计集成优化方法的实现和网络信息传输,借助于动态系统集成优化控制技术和网络自动化技术可实现网络化系统的集成优化控制,可以基于局域网或Intemet实现。基于局域网的网络化系统集成优化控制的示意图如下图所示。

2.2网络化系统集成优化控制的特征

对一个动态优化控制方法,除了给出优化算法,还需要对其性能进行分析,只有这样才能保证优化方法的实施。网络化系统的集成优化控制方法的性能包括实时性、最优性、收敛性及其鲁棒性等。

2.2.1实时性

在引人网络之前,针对跨区域的复杂系统,其优化控制的实施是很困难的,即使能够,其实时性也难以保证。网络化系统集成优化控制方法由于借助于计算机网络技术来实施集成优化控制,可以较好地解决跨区域复杂系统集成优化控制的实时性问题。

2.2.2最优性

算法最优性是指在算法收敛的情况下,收敛解是否实际系统的最优解。对于网络化系统集成优化控制方法,在最优解存在且唯一等假设条件下,若算法收敛,则收敛解满足最优性必要条件,即所得优化解是实际系统的真实最优解。

2.2.3收敢性

网络化系统集成优化控制方法需要实施,首先要求其优化控制算法是收敛的,收敛性就是研究算法收敛的条件,针对不同的算法其收敛性条件有所不同。对于网络化系统的集成优化控制方法,其优化的框架没有改变,只是引人了网络回路,利用算法映射及压缩映射原理,通过分析可以获得保证优化算法收敛的条件。

2.2.4鲁棒性

网络化系统集成优化控制方法的鲁棒性问题是指在存在这样那样扰动的情况下,优化算法保持其收敛性,并收敛到最优解的能力。网络化系统的集成优化控制方法在不需要实际过程的精确数学模型的情况下可以获得实际系统的真实最优解,对模型的结构和参数具有较强的鲁棒性。

网络化系统的集成优化控制方法是一种基于网络环境下的集成优化控制方法,计算机网络的信息的安全问题必然影响到系统集成优化控制的实施。因此,对网络化系统集成优化控制中的信息安全问题及其对策进行分析和研究是十分必要的,只有这样才能保证网络化系统的集成优化控制的顺利实施。网络化系统集成优化控制中的信息安全问题可以借助于计算机网络的信息安全对策予以解决。

网络化系统的集成优化控制方法为解决区域性复杂系统的优化控制提供了一种新思路,该方法具有以下优越性:

l)由于网络化系统的集成优化控制方法本质是采用动态大系统的DISOPE递阶优化方法,这样就使得网络化系统的集成优化控制在不需要复杂系统的精确数学模型的情况下,就可以获得实际系统的真实最优解;

2)网络化系统的集成优化控制方法为解决跨区域性的复杂系统的优化控制提供了一种可靠的实现途径和形式。同时由于网络自动化技术的发展和网络信息传输实时性的提高,使得实时地解决区域性的复杂系统的优化控制成为可能。

3结束语

本文将大系统的递阶DISOPE集成优化控制方法与网络自动化技术相结合,对网络化系统的集成优化控制方法进行了研究和探讨,为在网络环境下实现分散性复杂系统的优化控制问题提供了一种可靠的实现途径,研究具有重要的理论意义和实际应用价值。文中提出了网络化系统集成优化控制向题,对网络化系统的集成优化控制方法及其实现进行了分析和研究,并对网络化系统的集成优化控制的实时性、最优性、收敛性和鲁棒性进行了探讨,并对网络化系统的集成优化控制实施行中的信息安全问题以及实际应用问题进行了研究和探讨。

参考文献:

[1]SinghMG,DynamicHierarchicalCootrol[M],North-Holland,1980.

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[3]BecerraUMandRobertsPD.Ahierarchicalextensionofdynamicinergratedsystemoptimizationandparameterestimstion[A],IFACSypostiononLarge-ScaleSystems[C].LondonUK1995,p213-218

[4]孔金生,万百五。非战性离散动态大系统的DISOPE关联预测递阶算法[J]系统工程理论与实践,2000,20(12)77-83

[5]孔金生,万百五。非线性离散动态大系统的DISOPE关联平衡协调算法[Jl.系统工程,2001,19(4):14-21.

[6]ViktorBNetworkingandintegrationoffaclitiesautomationsystems[M]CRCPreasLLC,2001

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二、基于J2EE平台的系统集成的架构

J2EE旨在为支持Java语言服务器端部署而提供与平台无关的、可移植的、多用户的、安全和标准的企业级平台。

Java具有平台无关性,可以运行在Windows、Linux、Unix等不同的操作系统上,Java的跨平台是通过Java虚拟机(JVM)来实现的,Java源代码被编译成一种结构中立的中间文件格式,只要有Java运行系统的机器都能执行这种中间代,Java源程序被编译成一种与机器无关的字节码格式,在Java虚拟机上运行。

J2EE标准制定了一个开发者编写企业应用时必须遵守的标准,也制定了各种应用系统服务商必须提供的基于标准的服务,这样企业应用程序就可以在不同平台间统一地使用这些服务。就像J2EE是一个工业支持开放标准一样,应用开发者要确信由应用服务器以统一方式在不同平台和不同供应商之间提供下层支持服务,这就允许应用开发商集中于业务逻辑的开发而不用在他们的应用代码里执行这类系统级服务。

另外,一旦建立一个基于Java的组件,就可以在多个软件系统上重复使用,也可以移植到不同系统上。重用已经建立的组件,企业不需要拥有编写整个应用系统所需要的所有技术装备,可以从不同的专门研究某一领域的供应商处购买组件,把这些组件充分利用到自己的应用系统中,这不仅使应用系统开发速度快速增长,而且减少了处理各种技术集的花费。

正是由于诸如以上的众多优点,J2EE平台堪称集成信息系统的“强力粘合剂”,它依靠WEB层和业务层的组件处理事务及安全和扩展性,降低了访问不同系统的难度。J2EE平台的架构由客户层、WEB层、业务层、集成层、数据库层构成(如图1):

客户层是系统的用户界面,呈现出适当的视图,以收集查询,显示最终结果,它可以是瘦客户端,胖客户端这些非浏览器的客户端,也可以是基于浏览器的客户端。客户层将信息和数据呈现给最终用户,应用程序用户与客户端应用程序交互,客户端应用程序与企业应用程序的其他组件相连。用户接口/提供了客户与信息进行交互的工具和相关的支持服务,它使客户与系统的交互变得简单、快捷。J2EE支持的Java客户端包括Applet、Java应用客户端、J2ME移动客户端或MIDlet,浏览器是一个瘦客户端,在J2EE系统的客户端中应用最广。客户端类型多种多样,容器必须提供组件支持,为客户端组件提供运行时环境,JVM提供了Java运行时环境,个人桌面系统、工程工作站、Applet和应用客户端等组件都支持JVM,而MIDlet要求对JVM进行稍加修改。

由于业务需求瞬息万变,WEB层成了一个动态层,WEB层主要有两种职责:接收客户层组件的要求,处理请求,然后将请求路由到业务层的适当组件;接受业务层传来的结果,计算一个适当的视图,然后将视图路由到对应客户端。客户层使用浏览器应用程序与WEB层组件交互,J2EEWEB层的重要组件有Servlet,ServletFilter和JSP,这些组件部署在高端服务器上,Web服务层和容器提供了事务、命名、目录和JDBC等服务。其中,MVC模式分开了表示逻辑,业务逻辑和数据。

业务层负责执行必需的业务逻辑,它根据客户请求计算业务逻辑,但最好将这些组件隐藏起来,不将业务逻辑直接呈现给客户端。J2EE业务层包括业务逻辑,数据访问逻辑和相关服务。EJB是运行在业务层的业务组件,EJB具有分布特点,面向事务,其中会话Bean负责创建和维护客户与服务器组件的对话,实体Bean以适当方式实现数据的持久层,消息驱动的Bean可将J2EE应用程序与基于JMS的中间件集成到一起。业务组件部署在业务服务器上,业务服务器为业务组件提供各种“校准”服务,如事务、命名和目录等。

EIS层将前端业务逻辑层的组件与后端数据库层连接起来,这一层的组件应尽量确保数据库不同资源与业务逻辑层组件的无缝集成。很多信息系统有规模大、技术难度大的特点,若巧妙集成这些信息系统,将能保护现有投资,并有效“重用”信息,流程和工作流。EIS层的集成不是单纯的数据集成,还涉及信息集成,对JDBC、JMS、J2EE连接器架构、JNI和JNDI等技术能起到帮助作用,其中J2EE连接器架构对企业最重要,能给J2EE平台带来“可插入”行为,厂商的资源适配器允许将信息系统插入J2EE平台,以实现近乎零障碍的集成。

三、Siebel-基于J2EE平台的CRM集成解决方案

Siebel是CRM理念与技术应用的最初实践者,为后来不断涌现的CRM软件厂商提供了业界的标准,可以毫不夸张的认为其是CRM的先驱与开创者。到目前为止,Siebel的CRM系统在CRM3个关键领域,即销售、营销及服务3者之间的数据/流程整合度最高,各种应用界面最为统一。Siebel产品功能齐全,企业更能根据自己的需要选择相应模块,有利于系统的集成,并为今后系统的功能扩展提供充足的前提条件。SiebelCRM应用引擎的多层体系如图2所示:

用户界面提供个性化用户界面,管理用户交互行为,从目标定义库(SRF)读取有关用户界面定义子集并解释执行。目标管理器(ObjectManager)为Siebel所有企业管理逻辑目标(BusinessObjects)提供完整一致的目标行为,从SRF读取与企业管理逻辑有关的目标定义子集并解释执行。数据管理器管理一个独立于RDBMS逻辑数据映像(DataView),从而使目标管理器功能独立,企业管理逻辑定义无需因不同的RDBMS而有所改变,并激发实时SQL语句,读取并解释SRF中有关数据关系链(DatabaseSchema)的定义,与数据交换层(DataExchange)通讯以访问存于RDBMS的物理数据。数据交换层直接处理与RDBMS相关的交互信息,作为数据管理器和RDBMS的中介桥梁。

客户端接口提供了用户界面的简单整合,利用COM、CORBA、ACTIVEX、XML等技术可以在客户端进行客户化整合。服务端的接口为企业逻辑定义目标提供了实时连接,利用COM、CORBA、XML、MQSeries可在服务器端进行整合。数据管理器的接口提供了数据库与数据库之间的数据迁移工具,利用数据库工具在不同的RDBMS之间进行大容量数据交换。

Siebel的企业数据整合管理(EIM)是专门为系统实施所提供的数据整合管理工具,它用来处理Siebel数据库和企业其他数据库之间的数据交换。EIM利用系统中介数据库表(InterfaceTables)暂时存储输入输出数据,开发人员只需直接读写中介数据库表的内容,中介表与Siebel数据库之间的数据交换与转换由Siebel服务器的EIM批作业自动完成。使用EIM可以对数据进行批量输入、输出、数据整合和删除。在需要数据输出到别的应用系统场合,可以用EIM从Siebel数据库输出数据供其他系统使用。必要时可以根据对定义对数据库的纪录进行整合处理,消除重复纪录。可以根据定义进行数据删除工作,EIM将根据要求将各相关的纪录删除。

Siebel服务器采取逻辑体系(如图3):

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一、城市导视系统含义

导视系统来自英文“Sign”,有信号、标志、说明、指示、痕迹、预示等含义,现在已开拓成为一门完整学科。导视系统是指整体的城市指示系统,包括行政交通导视系统、商业导视系统、文化旅游导视系统等。城市导视系统是塑造城市形象和体现城市人性设计的重要组成部分。城市导视系统设计是建立在科学性以及公共性基础之上的设计,要求注重设计伦理性、设计文化内涵以及设计功能更为合理的表达。城市形象和指示系统是基于城市文脉形成的一个城市特有的城市表情,在设计时还要特别关注生活便利以及精神满足等人性化需求。城市导视系统设计应以城市环境行为为基础,建立多个层级系统。如信息导视系统可分为一级、二级信息系统。

二、城市导视系统设计教育的现状分析

1、城市环境设计的繁荣与城市导视系统教育本身薄弱形成反差

首先,社会对城市导视系统认识过于简单化。在我国开设艺术设计教育的众多学校中,没有进行城市导视系统设计的相关课程,专业划分互不联系,系统观念人为割裂。学习平面设计的不懂市场调查与营销,学习环艺设计的不懂平面版式,然而城市导视系统是要满足社会需要的。设计中必须考虑到环境调查、人群细分、信息媒介、相关法规等必须考虑的因素,在专业的操作流程下进行导入设计。其次,学校无法真正提供给学生在社会实践的机会,理论建设和项目执行比较少。由于城市导视系统设计从形成到发展经历了很短的时间,绝大部分教师在导视系统设计实践上显得商业行为掌握不足。最后,学生急功近利,缺乏团队精神,忽视设计理论的学习与思考。大部分学生缺乏与别人配合完成任务的心理准备,而完善的导视系统设计恰恰不是以个人力量能够独自完成的。

2、矛盾重重的城市导视系统设计教育

其一,单一知识结构和综合运用的矛盾限制了城市导视的系统设计。城市导视系统是一个综合性学科。包括设计学、环境行为学、广告学、营销学、消费学、心理学、传媒学以及电脑制作和相关制作工艺等,哪一样都不可或缺。然而从行业到设计院校的人为专业划分减少甚至割裂了专业间的互相联系;其二,城市导视系统的现有理论与项目操作研究存在不相匹配的矛盾。城市导视系统设计是一个十分强调实用性的行业,但国内有关该内容的教育理论研究和教育实践还比较薄弱。

3、改善城市导视系统设计教育的出路

首先,整合交叉学科,加强交流。城市导视系统设计教育要突破作为短期阶段性课程的惯例,要建立整体思维观念与其他专业、甚至其他院系相互协作。例如城市导视系统设计课程可以分成若干单元,每个单元是由交叉学科专业老师带课,或者通过课题合作等多种形式加强交叉学科交流。第二、重视师资理论更新。教师要不断的接受城市导视系统设计的最新讯息和一定的技术实践来完善知识体系,深化理论并将之运用于教学。

三、规范城市导视系统设计

评价一个城市是否适宜居住是由城市的各种组合因素共同形成的。城市的宜居程度不仅反映在功能齐全上,还反映在生活的便利程度,和心灵的愉悦程度。城市导视系统的误读性或不易读性会影响城市形象的塑造与建立。例如,欧洲的城市街道与社区大部分不是直线式的,然而,只要你能够认知地图,就可以轻松的找到你的目的地。这与当地城市导视系统的易读性和人性化设计不无关系。平面设计清晰、信息准确、方位设置合理的导视系统,从心理上给市民和外地游客以正确识别和认知,从而产生对于城市生活的安全感。与之相比,国内部分城市规划布局中规中矩的,建筑单体设计也十分漂亮,但是导视系统却混乱不堪。且不说美感设计,即便是识别与指示功能都不能尽如人意。尤其是在场所、方位、道路的信息令人费解,例如,同是车站名“北大街”,可能所指方位完全不同,中间相距几站路。试想连本地人都晕头转向,更何况外地游客?所以经常会见到有游客拿着地图无所适从,也就见怪不怪了。更加可笑的是我们也能看到一些在本该是属于放置明显路标的地方,例如立交路桥上赫然树立的巨大广告牌,路标指示牌被挤压到角落,被花花绿绿的产品广告所吞没。城市导视系统的构建与设计不应只是做做样子,为了看起来像是大都市而已,它更应该是功能合理的、具有人情味的、准确体现城市意象的系统设计。

1、符合城市环境行为科学

城市导视系统设计要符合环境行为学特点,细节设计要符合人性要求,充分考虑人们的行为特征和心理需求。城市导视系统设计应从人体工程学、生态学和美学等角度达到完美,以国家的标准为参照,实现以人为本的目的。导视系统信息设计要能够被容易的、无误的认知。导视系统设计要体现人与城市之间的沟通,根据人群分布和流动特点进行合理设置导视牌的尺度与位置,只有这样才能达到导视系统与人群行为模式的相配。

2、体现城市地方文化特色

导视系统的造型和颜色要与城市整体形象协调,符合城市地方文化基本特征,体现城市整体性认知。建立区域导向系统,延续城市规划设计理念,与城市设计的风格相统一。

3、符合人与环境的视觉和谐

环境要素,如气候、光等客观物质环境对视觉有一定影响。周围环境等客观因素的实地调查与模拟导入是有必要的,具有针对性的导视设计能够更加有效的解决实际问题,一方面达到人与环境的和谐,另一方面人们的户外生活空间更加具有心理安全感。

4、规范城市导视系统视觉形象体系

城市导视系统设计逐级层次表现要具有一致性,视觉表达与信息要相协调,并形成视觉系统规范、内容丰富的形象体系。符号文字要符合国际通行的标准,配以英文等外文,以适应国际化发展需要。根据总体规划进行区域划分,采用分级检索、图文的有机结合和实效美观的立体造型进行标识导向设计,以求建立布点合理、信息完整、指示明确的城市导视系统。

【参考文献】

[1]李道增:《环境行为学概论》[M],北京:清华大学出版社,1999.

[2]徐磊青、杨公侠:《环境心理学》[M],上海:同济大学出版社,2002.

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液压系统主要组成部分包括:动力元件、执行元件、控制元件、辅助元件及传动介质五大部分组成。主要特点如下:在设备作业过程中,在相关元件的作用下,实现能量的互相转换,在运行过程中,可以平稳无间隙地进行传动,这样就可以实现大范围的无级变速,并且还可以使得传动设备得到一定程度的简化,相较于其他的传动装置设备,液压传动设备有着比较明显的优势,其体积较小、重量轻,在工作过程中惯性小,动态性能良好。液压系统的动力传动介质为油,这就使得液压元件在使用时,可以得到充分的,减少工作磨损,延长使用寿命。动力元件即液压泵,是一个能量转换装置。通过液压泵,把机械能转化为液压能,输出带有压力的油液,而后,在压力油液的作用下,通过液压执行元件,液压缸、液压马达等,再将液压能转化为机械能,这就可以进行正常的机械工作。

3液压系统故障诊断的基本技能和方法

3.1基本技能

技术维修人员,要对液压系统的基本结构掌握好,弄清楚整体液压系统的工作原理和各主要部件的主要功能,并且对液压元件的使用特点进行详细的了解。在掌握了上述基本的技能之后,还要有一定的液压设备运行管理经验,提高处理紧急情况的能力。维修技术人员,还需要学会使用基本的检测仪器,在凭个人经验技术不能确定液压设备故障的情况下,需要使用相关的专业检测仪器进行故障检测,以提高故障检测的准确率。

3.2常见诊断方法介绍

3.2.1直观检查法

直观检查法就是技术人员直接通过对液压系统的看、听、摸等感觉器官进行检查,再结合个人的实际经验,对故障进行分析和判断。具体说来,要观察液压油的颜色,通过和相应的标准进行对比,得出合理的结论,一些液压元件,由于使用温度的变化,也会导致颜色发生变化,比较常见的,是银白色的液压元件,在高温、高负荷的工作环境下,会逐渐变成暗黄色,时间长了,如果液压元件超负荷运转时间长了,就容易出现颜色的明显变化,这就通过肉眼的观察,可以直接得出结果。在液压设备的工作过程中,主要是听设备在荷载情况下的声音,出现杂音时,要引起注意,可能是液压系统的内部构件出现了破损,若是设备发出比较沉闷的声音,可能是液压油浓度过大,这就需要维修技术人员及时更换浓度合适的液压油。通过用手触摸,也是一种分析判断液压设备故障的良好方法,正常的液压元件应该是光滑、质地细密的,如果用触摸相关的元件时,感觉到粗糙、扎手,那就很可能是液压元件出现硬伤,比如设备的震动或较大幅度的移动,可能会给一些液压元件造成碰撞,使其出现物理硬伤。因此,通过手的触摸,可以发现这种问题。

3.2.2排除分析法

逻辑分析法,主要是通过对液压系统的整体把握,通过排除一些不可能发生故障的环节,进而逐步缩小故障产生的范围,减少不必要的大范围检查,这样可以逐步提高设备故障诊断的准确率。除此之外,在排除分析法的基础上,还可以使用逻辑分析法。(逻辑分析法,主要通过对故障出现环节的分析,确定故障发生的原因)

4工程机械液压系统的常见故障与维护

4.1液压油的正确使用

液压系统经常发生的各种故障和损坏事故往往与液压油变质污染及密封的破坏有关。因此必须保证液压油的清洁。油品性能可以根据需要具体选用,必须保证油品无污染、洁净。

4.2防止空气进入

液压系统进入空气后,会使液压系统产生很多泡沫以致破坏油液的性能,且造成液压执行元件在工作中出现速度缓慢、力量不足等现象。因此,必须严禁空气进入液压系统,并应注意防止回油时带入空气,不要使回油管露出油箱内的油液表面;如果系统已进入空气,应及时检查出漏气部位,认真进行修复,并将进入系统的空气排除掉。

4.3提高液压油滤芯使用寿命

第一,提高液压油的质量。液压油系统目标清洁度的等级在确定后,始终保证液压系统在目标清洁度等级下工作是非常重要的。在液压系统所必需的基本清洁度下工作,能够尽量避免由于系统污染所造成的元件磨损,以便延长系统寿命。第二,减少液压油的污染。实际液压系统中滤油器失效的主要原因是污染入侵率高。高污染侵入率增加了滤芯的负担,缩短了滤芯使用寿命。液压油的污染程度越大,滤芯的寿命越小。避免滤芯由于液压油污染而减小滤芯的寿命,关键在于严格的限制将要进入液压系统的环境污染的通路。所以应该尽量仔细保证敞开的油口保持盖住或堵住,而元件的分解和重装要在经过保护、防止过多空气粉尘和污染的场所中进行。

4.4加强日常维护

执行元件在长时间的使用后,残留的污物会破坏阀芯与阀体配合,使得密封不严,动作失灵,整个系统工程循环受阻,此时应更换总成或清洗元件。液压泵在初始运转前,应向泵内注满油,以防泵空转而损坏。在液压系统进入稳定的工作状况后,维修技术人员要随时注意油温、压力、声音等情况;如发现异常情况,必须及时处理,以保证设备运行安全。

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(2)诊断功能类

配置NANDFLASH存储器,具有本地存储功能;具有重要数据本地存储和服务器双重备份功能;支持远程监控系统模拟诊断仪对整车CAN网络进行诊断;支持在整车设计过程中对发动机标定数据检测与上传,配合整车设计功能。

2硬件设计

(1)单片机

在该方案设计中使用Cortex-M3内核的单片机STM32F207VCT6。ARM的CORTEX-M3处理器是新一代的嵌入式ARM处理器,它为实现MCU的需要提供了低成本的平台、缩减的管脚数目、降低的系统功耗,同时提供卓越的计算性能和先进的中断系统响应。STM32F207VCT6拥有内置的ARM核心,它与所有的ARM工具和软件兼容。

(2)通信模块

通信模块目前采用SIMCOM公司GPRS模块SIM800A。SIM800A模块单元支持两频GSM900/1800。最大发射功率为EGSM900Class4(2W),DCS1800Class1(1W)。正常上电后,GSM模块基本在20s连上GSM网络,30s连上服务器,连上服务器就能建立与服务器的正常数据链路。模块接口方式简单,使用TTL串口,操作方便。单片机串口与模块串口连接,即可通过发送AT指令控制GSM模块,实现GPRS网络的数据发送。

(3)CAN单元

CAN单元包含两路CAN接口,一路作为标准车身CAN通信接口,波特率125Kbps,另一路预留。CAN收发器选用NXP公司的车载级收发器TJA1042-3,适用于12V和24V系统,工作温度-40~125℃。最大传输速度为1Mbps。支持SAEJ1939标准的CAN数据接口。芯片内部带过压保护,CANH、CANL管脚耐压值范围-27V~40V,抗瞬态脉冲电压范围达到-200V~200V。

3软件设计

系统软件架构为典型的前后台式架构,整体采用模块化的软件设计方法,将系统功能分解为多个子模块,每个模块对应一个状态机,系统在初始化完成之后,即进入主循环,各状态机依据在程序中的前后位置依次获得CPU时间循环运行。系统软件的主要部分分为GSM模块管理,GPS模块,电源管理模块,SAEJ1939协议处理模块。GSM管理模块主要处理的内容包括:GSM模块的电源控制,建立移动网络的链接,与服务器建立数据链接,应用层数据包的打包与发送处理,数据包重发处理机制等。GPS模块主要处理的内容是:GPS模块的电源控制,NMEA2000GPS数据协议解析,获取GPS的位置信息、速度信息与时间信息等。电源管理模块负责管理系统的电源,处理系统不同的工作模式还有各个工作模式之间的切换。SAEJ1939协议处理模块,包含了SAEJ1939的数据链路层、传输层、网络管理层、应用层和故障诊断层的协议的全部内容。

(1)数据链路层

STM32F207VCT6集成的CAN控制器芯片基本实现了数据链路层的全部内容,但是SAEJ1939对数据链路层进行了重新定义,对CAN扩展帧的29位标识符进行了重新编码。数据链路层需要完成29位标识符的编码和解码工作。

(2)传输层

传输层是整个SAEJ1939网络协议最复杂的一层,主要实现分段传输功能。在J1939中要传输大于8个字节的报文时,需要采用分段传输功能,分段传输功能可以拆分为两个主要的功能块:报文的分包、重组以及连接管理。分包、重组用于传输长度大于8的报文,报文必须被拆分为若干个小书架包,然后使用数据帧将报文逐一传送。而接收方必须能够接收这些数据帧,然后解析并且重组成原始的报文。连接管理的功能包括基于连接模式的点对点报文传输和基于未连接模式的广播报文传输。在点对点模式下,连接管理用于处理节点间的虚拟链接的打开、使用和关闭。而基于未连接模式的广播报文传输,则只要处理数据超时,当超时时间到了,而没有收到后续数据包,则直接放弃此连接就可以了。

(3)网络管理层

在本系统中,车辆的各个CAN总线节点的地址已经分配好了,所以未使用网络管理的功能。这样简化了系统的设计与软件复杂度。

4功能设计使用

SAEJ1939的总线应用层协议,在系统中主要实现的功能包括以下几个方面。

(1)远程车辆控制

因为重型卡车价格高昂,客户普遍会选择贷款购车。为了防止客户有欠款不还的情况出现,要保证系统可以实现对客户车辆的远程控制。远程控制的实现要求是要保证发动机要预留有操作接口,要支持各种运行模式,比如跛行模式,此模式可以限制车速,保证基本的行车安全,但是车辆的速度很低,小于30km/h,这样就能在不影响安全的情况下实现对有些不遵守合约的客户的约束。实现的原理是这样的,远程诊断系统定义了一个SAEJ1939的报文,此报文通过车身控制模块从低速车身CAN总线转发到高度的动力CAN总线。在车辆点火的时候,发动机管理系统就检测此报文,如果总线上没有此报文,则发动机点火失败;如果检测到此报文,才允许点火。如果远程诊断系统被恶意破坏了,则发动机管理系统接收不到远程诊断系统的报文,则车辆就不能点火了。在车辆使用中,可以通过从发服务器端发送命令来对车辆进行锁定、解锁、跛行等模式的设定。当设定不同的工作模式时,远程诊断系统把对应的设定模式发送到发动机管理系统,由发动机管理系统实现对车辆的实际控制功能。

(2)诊断信息收集

SAEJ1939应用层诊断协议定义了系统诊断相关的协议,包含:当前活动的诊断故障码(DM1)、历史活动的诊断故障码(DM2)、历史故障码清除(DM3)、停帧参量(DM4)、当前故障码清除(DM11)等。可以通过服务器向远程诊断系统配置诊断的操作模式,可以实时收集各个CAN总线节点的当前活动的诊断故障码,收集到的诊断故障信息可以先存储在系统的NANDFLASH存储器中,当与服务器建立数据链路后就可以发送到后台服务器。这样从服务器端就可以知道当前的车辆实时状态,也可以对车辆的安全状态有个基本了解。

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1.2显示器

Parker的显示器包括支持CANJ1939协议、ISOBUS协议、配置大型液晶屏、触控屏、多仪表板等多种类型。多年以来的应用,证明了产品的技术及稳定性完全符合各种工况需求。例如运用了完全集成型高亮度的IQAN-MD4显示器,可在IQANdesign环境中快速进行配置,用户可编程的全新触摸显示屏为工业车辆提供了直观的界面。MD4显示器分为5.5英寸、7英寸和10英寸三种型号,支持摄像头视频信号输入与显示,使驾驶操作更加简便智能。

1.3传感器

Parker具有广泛的传感器系列,包括压力、温度、接近,速度、转角及倾角等。产品的先进技术及稳定性完全符合各种工况需求,经过不断研发创新,设备精度在同类产品中处于领先水平。

1.4手柄等附件

Parker的手柄设计紧凑、质量轻、安装尺寸小、操作力小,具有耐候性和安全性等特点,特别适用于精确控制。手柄通过CAN总线与其他模块连接,大量的输入接口使基座成为很好的输入模块。Parker的手柄主要有LC5系列、LC6系列、LSL系列和LST系列。LC5系列是大型多轴向手柄,任意方向的全行程力达到100Nm,具备较大的抗扭强度,适用于户外使用。LC5手柄内部采用非接触霍尔型双路传感器,为高安全性和可靠性提供保证。此外,手柄的基座、壳体、波纹套、按键数量、滚轮数量、触发开关等都可以根据用户需求进行定制,以满足用户的不同控制要求。LC6系列手柄作为LC5系列的升级版,增加了手柄自由度,从而增加了模拟量输入接口,减少了复杂系统操控时的手柄复用。同时其安装更加简化,具有更强的抗噪能力和更长的使用寿命。LSL系列是单轴手柄,有中位止动、手柄顶部开关、电磁止动几种选配,用于液压比例控制。LST系列是一款微型手柄,安装在工程机械的座椅扶手或仪表板上,用于液压比例控制。此外,Parker还有电子油门踏板、USB-DLA数据服务工具、诊断和网关模块、线束接插件等产品,以供用户进行选配。

1.5应用案例

为基于Parker控制器的挖掘机电控系统硬件解决方案。该方案的核心控制器是CM3620主模块,它拥有36个输入和20个输出,具有2路CAN/J1939接口和1路RS232通信接口,可满足用户的控制需求。该系统还使用了显示器和G1诊断网关,同时配备了与上位机软件进行交互的DLA数据服务工具。使用的传感器主要有电子油门旋钮、压力传感器、温度传感器、速度传感器、液位传感器等。

2软件开发平台

Parker电控系统基于IQAN、VMM、Raptor三种开发平台。IQAN平台是基于模块化编程的开发平台,用户无需具备编程经验,可以直接设计所期望的机器功能。它包含了IQAN-design、IQAN-Simulate、IQAN-run等软件。IQAN-design是高级的图形设计工具,它简化了行走机械应用程序的开发,从而缩短了开发时间。该工具提供了大量的预定义模块,如闭环控制,信号处理,数学计算,通讯协议和系统诊断等,主要用于系统布局和机器功能设计。IQAN-simulate是仿真工具,能够仿真IQAN应用程序中的所有硬件模块,在应用程序中可方便地使用屏幕上的拖动条对所有输入量进行仿真。在仿真输入的同时可以测量结果(输出值),也可以进行FEMA(失效模式分析)。软件仿真比在实际机器上测试新应用程序更安全。仿真运行和实际状态一样,可以查看显示界面,调整参数,观察记录,测试用户界面等内容。IQAN-run可以在开发阶段运用“高级图形测量”和“机器统计数据收集”功能优化机器性能。IQAN-analyze是通用的CAN总线分析仪。用户可以通过简便的方式观察CAN总线上的通讯,也可以记录所观察的数据并进行保存供日后使用。是基于梯形图编程的软件开发平台。该平台采用多路复用技术,将控制模块通过J1939屏蔽双绞线互联,允许模块可以接收输入、驱动输出,并将输入输出信息通信给系统中的其他部件。梯形逻辑中的输入和输出可以来自通过J1939网络连接到一起的一个或多个模块。Raptor平台是基于Matlab/simulink编程的开发平台。该平台是CAN协议图形化定义工具,拥有图形化的应用程序界面,而且具有Motohawk到Raptor的自动转化脚本。为基于IQAN平台开发的小型液压挖掘机电控系统。根据硬件选型结果拖拽到编译系统中进行逻辑连接,对各模块进行参数设置,并对主模块进行编程。主程序包括“Joysticks”、“Engine”、“Diagnostics”、“Blade”、“Excavator”六个功能组,通过对输入输出的设置以及内部通道的逻辑和算法,实现对整机性能的精确控制。

3系统仿真

系统仿真主要通过IQAN软件自带的“IQAN-Run”和“IQAN-Simulate”进行。IQAN-Run用来对程序进行运行和调试,主要包括调参数、设置比较、设置权限、上传/下载程序以及日志管理等功能;IQAN-Simulate用来对应用程序进行虚拟仿真,以及系统的演示和验证。所示为小型液压挖掘机电控系统的仿真。将编写好的小挖程序进行参数设置,并手动调节手柄的模拟量输入,可以得到显示模块中相应参数值的变化。还可将其中的参数值设为可调恒。

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2雨水量计算。

根据建设发〔2008〕89号文,查得德清的暴雨强度公式为。雨水量计算公式:Q=ψQF;室外道路重现期:P=2年;室外雨水管道设计降雨历时:t=15-20min;室外综合径流系数ψ=0.65;经计算,重现期都为2年,雨水量详见下列:一期东区:汇水面积为1.78(hm2),降雨历时为16(min),雨水量为284(L/s)。一期西区:汇水面积为1.24(hm2),降雨历时为16(min),雨水量为245(L/s)。二期东区:汇水面积为2.31(hm2),降雨历时为16(min),雨水量为368(L/s)。二期西区:汇水面积为3.08(hm2),降雨历时为20(min),雨水量为450(L/s)。

3工程设计。

根据各区域的设计雨水量,构筑物及排水泵的设计见表1。

4电气设计。

电气设备有动力盘及操作控制盘。控制系统采用全自动控制设定。现场控制柜设“手动-停-自动”控制选择开关;自动时,由液位开关进行控制;手动时,在现场控制柜上进行手动控制;就地时,可在现场按钮箱上进行控制。为减少人员操作,本处理系统可采用远程集中控制。本工程总装机容量为232kW。

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可行性研究是在项目建议书被批准后,对项目在技术上和经济上是否可行所进行的科学分析和论证。这一阶段包括工程概述、工程方案、工程投资估算及资金筹措、工程近远期结合问题、工程效益分析、工程进度安排、存在问题及建议以及附图附件等内容。在这一系统中,用最优化分析解决问题,即在本系统的运筹中,控制策略要使工程净效益最大,而费用尽可能地小(可视为负效益)。为了尽可能地减少这种负效益,必须在一定的工程规律和条件的约束下,按照最优化原则,结合工程分析考虑工程方案必选优化,对整个工程系统进行科学的管理,不求负效益最小,而只要求负效益尽可能减少。这是由于在环境工程设计中,最优解并不一定是最理想的。[7]

3工程设计阶段的系统控制理论

在此阶段,环境工程设计可分为方案设计、初步设计、施工图设计三个阶段,每个阶段都是一个复杂系统,可将系统控制的重点分别集中在组织系统的输入、转换过程和输出3个阶段,由此形成3种不同的控制类型:前馈控制、同步控制和反馈控制。[8]

3.1前馈控制

前馈控制也称预先控制,是指在整个过程中预先集中于系统输入端的控制,其目的是通过事前考虑各种可能的功能障碍来预测并预防偏差的出现。其在环境工程设计的方案设计阶段起着重要作用,主要体现在以下几方面:

3.1.1环境工程概况分析

环境工程涉及水、气、声、渣、辐射等多个方面,涵盖内容非常丰富,工程特征千差万别。因此,掌握具体项目的工程概况是搞好设计的必须前提,主要包括:(1)工程一般特征简介。包括工程名称、建设性质、建设地点、建设规模、车间组成、产品方案、辅助设施、配套工程、储运方式、占地面积、职工人数、工程总投资及发展规划等。(2)工艺路线与生产方法。用流程图表述说明生产工艺过程,必要时列出主反应式和副反应式,并关注副反应中可能潜在的危害因素。(3)物料及能源消耗定额。包括主要原料、辅助原料、材料、助剂、能源以及用水等的来源、成分和消耗量,特别是要综合对比单位产品的物耗、能耗指标、新水用量指标以及排污系数。(4)主要技术经济指标。包括生产率、效率、回收率和放散率等。除了主产品的总回收率之外,还应高度重视资源的综合利用率和综合总回收率。

3.1.2污染源及污染源强分析

污染源分布和污染物源强是环境工程设计的基础资料,必须按建设工程、生产过程和服务期满后三个时期的工程全过程做认真调查、详细统计,力求完善。对于污染源分布调查要求按专题绘制污染流程图,标明污染物排放部位,然后列表逐点统计各种污染因子的排放强度、浓度及数量。另外,鉴于近年来环境风险事故呈频发、高发态势,应高度关注环境工程风险排污的源强统计及分析,包括事故排污和异常排污两种工况。事故排污的源强统计应计算事故状态下的污染物最大排放量,作为风险预测的源强;异常排污的源强应统计工艺设备或环保设施达不到设计规定指标的超额排污。

3.1.3环保方案分析

分析工程总图布置方案,根据气象、水文等自然条件分析工厂和车间布置的合理性,与周围环境保护目标所定防护距离的安全性。分析工程既定环保方案所选工艺及设备的先进水平和可靠程度,采用资源节约型模式、资源综合利用、物能良性循环、产业生态、清洁生产、循环经济等方面的可行性,处理工艺有关技术经济参数的合理性,并分析环保设施投资构成及其在总投资中占有的比例。

3.2同步控制

同步控制也称实时控制,是指活动进行过程中所实施的控制。在环境工程设计中,同步控制的关键是严把设计质量关,实现初步设计的标准化,由仅控制排放标准向全面的设计质量标准过渡。积极引导环境工程设计单位贯彻国家制定的《建筑企业贯彻ISO9000系列标准实施细则》《建设项目环境保护管理条列》《中华人民共和国环境影响评价法》《三废处理工程技术手册》等相关标准,使环境工程设计单位质量管理工作进入程序化、标准化、规范化的轨道。各单位的质量保证体系,要在当地设计质量监督机构备案审查,把贯标工作与单位资质、工程招标投标和企业创优工作结合起来,实现质量的单位自控。在推行设计资格审查和管理制度的基础上,进一步制定重大工程的设计方案图纸审查、批准制度,发现问题,及时追朔设计存在的问题,系统解决,防止问题的再次发生,并追踪审查以前的可能事故点。

3.3反馈控制

反馈控制也称事后控制,控制作用发生在行动之后,目的在于改进,以预防将来发生偏差。在缺乏任何预见手段的情况下,反馈控制是比较实用的控制方式。在施工设计中,反馈控制的关键是引入工程环境监理,通过具有相应资质的监理企业,接受建设单位的委托,承担其建设项目的环境管理工作,并代表建设单位对承建单位的建设行为对环境的影响情况进行检查,对污染防治和生态保护的情况进行检查,确保各项环保措施落到实处。对未按有关环境保护要求施工的,应责令建设单位限期改正,造成生态破坏的,应采取补救措施或予以恢复。通过监理这一反馈控制,可提供设计效果的真实信息,并使设计人员获得评价其绩效的信息,从而提高设计水平,对于下一步或日后工作的实践指导作用非常巨大。

4竣工环境保护验收阶段的系统控制理论

为监督落实环境保护设施与建设项目主体工程同时投产或者使用,以及落实其他需配套采取的环境保护措施,防治环境污染和生态破坏,实施建设项目竣工环境保护验收。[9]该阶段是对整个环境工程设计系统的最后一个核查关卡,涉及验收范围、验收标准、验收工况、验收监测(调查)结果、验收环境管理、现场验收检查、风险事故环境保护应急措施检查及验收结论等部分。可用如下系统流程图简述其验收工作程序。

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工作过程系统化课程设计模式主要有以下几个优点:

(一)有利于提高学习者的学习主动性

传统的教学以教师为中心,所有的教学要素围绕教师展开,教学内容主要根据学科体系决定,学生只是被动地接受教师知识的灌输,教学对于学生职业能力的提升作用不明显。现代教育教学理念提倡以学习者为中心,在职业教育中更是如此。工作过程系统化课程设计模式,秉承学以致用的理念,能使高等职业教育院校的学生对课程内容更感兴趣,有利于提高学习者的学习主动性。

(二)有利于专业核心能力的培养

专业核心能力是专业的核心培养目标,尤其是在职业教育中,学习者希望通过接受职业教育,能无缝对接职业岗位,实现就业目标。因此,依据工作过程进行课程内容设计,可使各级职业院校的学生通过学习,了解职业的工作过程,掌握各项职业技能,实现学做一体化的教育目标,有利于专业核心能力的培养。

(三)有利于职业核心能力的培养

“所谓职业核心能力,不针对某种具体的职业和岗位,也并非指具体的专业技能和专业知识以外的能力,而是对劳动者未来发展起关键性作用的,从事任何一种职业的劳动者都应具备的能力。”基于工作过程系统化课程理论设计的职业教育课程,除了重视对学生职业技能的传授外,还通过对工作过程的关注,强调在完成工作任务过程中的职业态度、合作精神;通过行动导向教学法、项目教学法等,培养学生独立解决问题的能力;通过一个个真实的工作任务培养学生的职业核心能力。

三、以《Flas设计》为例的课程设计

笔者以《Flas设计》课程的设计为例,通过介绍该课程的职业定位、分析其对应职业的工作过程及学习领域、设计课程的学习情境及学习任务,阐释基于工作过程系统化理论的具体课程设计模式。

(一)课程的职业定位

《Flas设计》是我院高等职业教育计算机应用技术专业(多媒体方向)一门重要的课程。该专业在迎接教育部高等职业教育评估专家检查的自评报告中指出:基于学院22年的办学经验,融合学院外语、艺术之优势,计算机应用技术专业(多媒体方向),招收应届高考毕业生,实行全日制三年大专教育,强调技术与艺术相结合,以技术制作为主,艺术设计为辅进行专业定位。培养德、智、体、美全面发展,既掌握多媒体专业基础理论又精通艺术,面向企事业单位及相关市场亟需的多媒体领域培养高素质技术技能人才。根据《Flas设计》的内容以及劳动和社会保障部职业技能鉴定中心已经颁布的国家职业标准,《Flas设计》这门课程对应的是高级多媒体制作员这一职业。当然,成为高级多媒体制作员需要掌握的知识绝不仅仅是《Flas设计》。

(二)高级多媒体制作员的工作过程及学习领域

劳动和社会保障部职业技能鉴定中心颁布的“多媒体作品制作员国家职业标准”中指出,多媒体作品制作员是指利用多媒体计算机技术,从事多媒体作品制作的人员。本职业共设三个等级,分别为:多媒体作品制作员(国家职业资格四级)、高级多媒体作品制作员(国家职业资格三级)和多媒体作品制作师(国家职业资格二级)。

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3.系统架构。从部署和维护及技术成熟度等方面综合考量,系统采用目前最为通用的B/S模式,用户通过Web浏览器,即利用Web服务器实现浏览器的信息查询与检索及其他的各项功能。

B/S架构是一种对C/S架构变化或改进的架构,用户界面完全通过Web浏览器实现,一部分事务逻辑在前端实现,但是主要事务逻辑在服务器端实现,形成所谓的3层结构。其优点有开发成本低,部署和维护集中化,操作不受时间和地点的限制,数据集中管控等。

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随着计算机视觉技术以及图像处理技术的不断发展,计算机视觉和视频检测技术已经广泛应用于工业控制、智能交通、设备制造等很多领域。传统的视频检测往往采用工控机作为其视频处理器来实现其功能。这种方法往往由于工控机处理速度的问题,无法实现对各个不同方向同时进行视频检测,而且由于视频检测处理过程需要占用大量的处理时间,因而无法实现实时的远程控制功能。

目前在远程控制和通信方面,基于DOS和Windows操作系统的通信平台得到普遍的引用,但是DOS操作系统作为单任务操作系统,无法实现多任务功能和实时处理的要求;而Windows操作系统作为视窗操作系统,其系统的稳定性和实时性也无法与实时多任务嵌入式操作相比拟。

本文提出一种以DSP作为视频检测处理芯片,以Linux为操作系统的嵌入式系统设计方法。

1系统结构

本系统的开发主要包括视频检测卡和x86通信平台的设计2个部分。视频检测卡主要包括模拟图像采集、转换、DSP视频检测3个部分,每块交换参数检测卡扩充PCI总线接口,插在通信开发平台的PCI总线插口上,通过PCI总线同通信平台交换数据。通信平台处理多块交通参数检测卡的通信问题,将视频检测卡通过PCI总线传送过来的视频检测数据实时通过网络传送给控制中心。系统的功能方框图如图1所示。

根据系统设计要求,视频检测卡功能主要分为:模拟图像采集、模拟图像A/D转换、数据缓存以及DSP视频检测5个部分。视频检测卡流程如图2所示。

本系统采用Philips公司的SAA7111A来实现模拟图像A/D转换。该芯片可实现多路选通、锁相与时序、时钟产生与测试、ADC、亮色分离等功能。其输出可以具有如下格式:YUV4:1:1(12bit)、YUV4:2:2(16bit)、YUV4:2:2(CCIR-656)(8bit)等。由于DSP处理芯片和SA7111A的时序不同,可以通过CPLD进行逻辑控制FIFO来完成数据缓存的功能。

DSP是实时信号处理的核心。本系统采用TI公司DSP芯片——TMS320C6211。该芯片属C6000的定点系列,C6211在这个系列中是性价比最高的一种。C6211处理器由3个主要部分组成:CPU内核、存储器和外设。集成外设包括EDMA控制器、外存储器接口(EMIF)、主机口(HPI)、多通道缓冲接口(McBSP)、定时器、中断选择子、JTAG接口、PowerDown逻辑以及PLL时钟发生器。通过EMIF接口扩充SDRAM,而PCI总线控制芯片的扩展通过HPI接口。

PCI总线的接口芯片PCI9050,主要包括PCI总线信号接口和本地总线(LOCALBUS)信号。在硬件设计时,只需将本地总线信号的接口通过电平转换连接到DSP的HPI接口,同时扩展PCI接口就可以完成其硬件电路设计。

2通信开发平台的嵌入式系统设计

通信开发平台以x86为核心器件,扩充PCI总线,通过Modem拨号,实现x86与Internet的连接。

2.1PCI总线设备驱动

PCI设备有3种物理空间:配置空间、存储器空间和I/O空间。配置空间是长度为256字节的一段连接空间,空间的定义如图3所示。在配置空间中只读空间有设备标识、供应商代码、修改版本、分类代码以及头标类型。其中供应商代码用来标识设备供应商的代码;设备标识用来标识某一特殊的设备;修改版本标识设备的版本号;分类代码用来标识设备的种类;头标类型用来标识头类型以及是否为多功能设备。除供应商代码之外,其它字段的值由供应商分配。

命令字段寄存器用来提供设备响应的控制命令字;状态字段用来记录PCI总线相关事件(详细的命令控制和状态读取方法见参考文献4)。

基地址寄存器最重要的功能是分配PCI设备的系统地址空间。在基地址寄存器中,bit0用来标识是存储器空间还是I/O地址空间。基地址寄存器映射到存储器空间时bit0为“0”,映射到I/O地址空间时bit0为“1”。基地址空间中其它一些内容用来表示PCI设备地址空间映射到系统空间的起始物理地址。地址空间大小通过向基地址寄存器写全“1”,然后读取其基地址的值来得到。

PCI设备的驱动过程主要包括下面几个步骤。

首先,PCI设备的查找。在嵌入式操作系统中一般提供相应的API函数,在Linux操作系统中通过函数pcibios_find_device(PCI_VENDOR_ID,PCI_DEVICE,index,&bus,&devfn)可以找到供应商代码为PCI-ID,设备标识为PCI-DEVICE的第n(index+1)个设备,并且返回总线号和功能号,分别保存于bus和devfn中。

第2步,PCI设备的配置。通过操作系统提供的API函数访问PCI设备的配置空间,配置PCI设备基址寄存器的配置、中断配置、ROM基地址寄存器的配置等,这样可以得到PCI的存储器空间和I/O地址空闲映射,设备的中断号等。在Linux操作系统中,访问PCI设备配置空间的API函数有pcibios_write_config_byte、pcibios_read_config_byte等,它们分别完成对PCI设备配置空间的读写操作。

第3步,根据PCI设备的配置参数,对不同的设备编写初始化程序、中断服务程序以及对PCI设备存储空间的访问程序。

2.2远程控制与通信链路的建立

与Internet连接的数据链路方式主要有Ethernet方式和串行通信方式。Ethernet连接方式是一种局域网的连接方式,广泛应用于本地计算机的连接。通过Modem进行拨号连接的串行通信方式,可以实现远距离的数据通信,下面详细介绍串行通信接口协议方式。

串行通信协议有SLIP、CSLIP以及PPP通信协议。SLIP和CSLIP提供一种简单的通过串行通信实现IP数据报封装方式,通过RS232串行接口和调试解调器接入Internet。但是这种简单的连接方式有很多缺陷,如每一端无法知道对方IP地址;数据帧中没有类型字段,也就是1条串行线路用于SLIP就不能同时使用其它协议;SLIP没有在数据帧中加上检验和,当SLIP传输的报文被线路噪声影响发生错误时,无法在数据链路层检测出来,只能通过上层协议发现。

PPP(PointtoPointProtocal,点对点协议)修改了SLIP协议中的缺陷。PPP中包含3个部分:在串行链路上封装IP数据报的方法;建立、配置及测试数据链路的链路控制协议(LCP);不同网络层协议的网络控制协议(NCP)。PPP相对于SLIP来说具有很多优势;支持循环冗余检测、支持通信双方进行IP地址动态协商、对TCP和IP报文进行压缩、认证协议支持(CHAP和PAP)等。图4为PPP数据帧的格式。

PPP的实现可以通过2个后台任务来完成。协议控制任务和写任务。协议控制任务控制各种PPP的控制协议,包括LCP、NCP、CHAP和PAP。它用来处理连接的建立、连接方式的协商、连接用户的认证以及连接中止。写任务用来控制PPP设备的数据发送。数据报的发送过程,就是通过写任务往串行接口设备写数据的过程,当有数据报准备就绪,PPP驱动通过信号灯激活写任务,使之完成对串行接口设备的数据发送过程。PPP接收端程序通过在串行通信设备驱动中加入“hook”程序来实现。在串行通信设备接收到1个数据之后,中行设备的中断服务程序(ISR)调用PPP的ISR。当1个正确的PPP数据帧接收之后,PPP的ISR通过调度程序调用PPP输入程序,然后PPP输入程序从串行设备的数据缓存中将整个PPP数据帧读出,根据PPP的数据帧规则进行处理,也就是分别放入IP输入队列或者协议控制任务的输入队列。

PPP现在已经广泛为各种ISP(InternetSeverProvider)接受,而Linux操作系统下完全支持PPP协议。在Linux下网络配置过程中,通过1个Modem建立与ISP的物理上的连接,然后在控制面板(ControlPanel)里面选择NetowrksConfiguration。在接口(Interface)里面加入PPP设备,填入ISP电话号码、用户以及密码,同时将本地IP和远端IP设置为0.0.0.0,修改/ETC/PPP/OPTION,加上DEFAULTROUE,由ISP提供缺省路由,这样就完成了设备的PPP数据链路设置过程,可以通过Internet实现远程控制。

结束语

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本系统选择容量充足、性价比高的FPGA芯片VC4VFX60-10FF672I作为时序及数据交Fig.1Structurediagramofthesystem换控制芯片,具有352个IO,4176kbit的块RAM,41904个逻辑单元,用于并行处理大量耗时的乘加运算,实现复杂的时钟管理,能够满足系统要求且有较大的冗余量,可以进一步扩展新功能。采用两片TI公司的TMS320C6416为主处理器,具有1000MHz时钟频率及4800MI/s最高处理能力,丰富的外设和并行处理能力,性能优越,成本较低,能够满足本设计的要求[6]。2.1视频采集电路设计由成像器件输入的视频信号经过电缆传输及电路的交流耦合后,丢失了信号的直流分量,为了保证采集的图像不失真,必须将输入视频信号的直流电平恢复并箝位到原始图像的电平,因此输入的视频信号要经过去直流、直流恢复和放大使得输入的视频信号损失最小。本系统采用Elantec公司高性能单片视频“直流恢复”与“箝位”芯片EL4089。信号经放大后输入AD进行采样。采用同步分离芯片EL4583进行行、场等同步信号的分离,由FPGA根据同步信号产生控制信号和采样时钟给12位低功耗A/D芯片AD9224,保证每视频行间的采样有相同的相位关系,完成视频采集输入[7]。电路结构如图2所示。

2.2数字图像接收电路

数字图像接收发送采用上升沿锁定的LVDS芯片DS90LVDS215/216,具有低功耗、高速率的优良特性。数据位为21位,其中12位可以用做图像数据传输,其余位可用于同步信号及标志位的传输。控制时序简单,控制信号较少。FPGA只需根据不同时序,配置不同数据。具有很大灵活性。

2.3FPGA模块设计

FPGA主要完成时序及数据交换控制。包含图像采集、传输、预处理,下传图像数据的接收,视频输出、叠加,通讯接收、解析、发送及伺服数据的接收与转换等模块。图像采集部分利用输入同步信号来同步采集时钟。即利用FPGA生成的基准时钟进行计数,用场同步信号进行异步清零。通过多次异步清零来调整两者的相位关系。FPGA根据输入的行、场、奇偶等同步信号,产生采样时钟送至AD。在场有效期间,每一个行同步信号的上升沿开始行计数。根据ODD/EVEN信号决定计数的起始值,可根据系统要求取中间有效行数作为本系统处理部分。在每一行有效期间,以采集时钟进行计数,采集数据采取乒乓方式输入FPGA内部生成的两个双口RAM中。当一个RAM处于写状态时,另一个处于读状态,以满足实时性要求。图像预处理模块主要包括图像的滤波、校正等,算法结构简单但运算量大,对速度要求高,适合FPGA处理。在滤波运算中、一般会用到卷积运算,需对图像进行窗口处理。在FPGA中,可利用内部FIFO生成窗口,FIFO深度为一行数据,之后进行处理。系统中所用3x3窗口如图3所示。FPGA与DSP之间的数据传输通过DSP的外部存储器接口EMIFA口进行,将FPGA内部存储空间映射到DSP的CE0、CE1存储空间。分别用于接收预处理后的视频采集数据、DSP下传的回灌数据以及控制指令的接收和发送,实现DSP与FPGA的高速数据传输。利用FPGA内部IPcore生成双口RAM、来缓存数据。可以避免再外接存储器,降低了成本,减少了系统面积。图像上传采用中断方式,将每场图像分8次上传。当采集数据存满RAM时,向DSP发送中断,DSP响应中断,通过QDMA传输实现数据搬移。其硬件接口如图4所示。经过处理后的图像数据或回灌数据,相对于原始图像有一定延时。直接采用分离出的同步信号进行显示会造成时序错乱,因此需要需要进行视频合成,生成标准视频信号进行显示。本系统由FPGA内部时钟计数生成行、场同步信号及消隐信号、跟踪框并进行视频合成。其结构图及时序仿真结果如图5、6所示。RS-422模块采用串行通信协议,空闲时,数据线上一直为‘1’,开始发数据时,先发一位起始位‘0’,接着将并行数据按低位先出的方式连续串行发出,最后再发一位结束位‘1’。采用状态机进行收发。其发送仿真时序如图7所示。

2.4DSP模块设计

DSP完成FPGA上传图像的分割、检测识别、特征提取,并上传给上位机进行显示;接收上位机下传的回灌图像数据,送往FPGA;根据计算得到的目标信息,将图像处理结果及跟踪信息送至FPGA及上位机;接收RS422命令,并将发送命令下传给FPGA。上电复位后,DSP从FLASH中加载程序,并进行初始化,等待上位机下传控制指令及FPGA上传的中断信号,进入中断处理程序。通过EDMA控制器实现与FPGA、上位机的数据交互。每个DSP负责一路图像的处理。中断程序有行中断和场中断两种。场中断主要用于行计数清零,目标的检测识别跟踪,接收上位机回灌数据等功能。行中断主要用于接收FPGA送来的图像数据,进行图像分割,向上位机上传图像数据等功能。收到上位机命令后,根据上位机的命令选择相应的工作方式。根据上位机的命令,DSP可以选择不同的图像进行处理,图像的滤波,检测,跟踪等都可以选择不同的处理方法,也可多种方法同时使用[8][9][10]。

3上位机软件设计

上位机设计主要是为了完成人机接口、输入信号源选择、检测、识别算法设置、算法性能测定等功能。主要由主控单元、两路图像显示与控制单元三部分组成。主控单元主要是用来控制整个系统应用软件的运行、暂停和退出,设置图像数据的分辨率,显示DSP上传的伺服信息,同时还能够设置软件的工作模式,实现整个系统的自检功能。图像选择与控制单元主要用来控制图像的显示与存储,设置目标特征选取与滤波方式,接收并显示DSP上传的图像目标的跟踪坐标等。系统应用软件能够控制操作界面实时显示、采集、存储与回灌图像数据,接收并显示DSP上传的每一路目标的跟踪坐标,在目标位置加上跟踪框,设置软件的工作模式,实现系统板卡的自检功能。

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(二)系统再造工程技术

系统再造工程技术是组织管理系统再造的规划、研究、设计、制造和使用的科学方法,对所有系统具有普遍适用意义,也是一门组织管理技术。系统再造工程技术为了更好地达到系统发展目标,对已有系统构成要素、组织结构、信息流动和控制机制等进行分析和模型设计。对于信息系统再造工程主要包括:软件再造工程、资料库再造工程、程序再造工程三部分。

1、软件再造工程。软件再造工程也称为软件再生工程,其目的在于有计划地整建重要的旧系统,从而降低大量的长期维护成本,其中包括:重整结构、再造工程和反向工程。

(1)重整结构。重整结构是指在不改变旧系统功能的情况下,重新安排程序的逻辑,使程序的复杂程度降低,可靠性提高。

(2)再造工程。对于所有的资料及程序重新梳理建立系统的管理程序,通过全盘掌握组织内所有资料定义,并使用各资料之间相关程序的输入和输出建立一个控制中心,作为改善系统和制定标准的基础,从而避免产生资料定义或格式不一致以及程序重复,资料处理无效的问题,它基本不具有改变原有程序的功能,只是寻找解决清除乱源的方法。(3)反向工程。反向工程是分析软件系统的一种程序,以便重新建立系统组成元素及相互之间关系的描述,其中资料的反向工程是从方程式的资料定义中找出各种资料的内容,存储在其中,并尝试找出各项资料之间的关系而画出资料结构图或是实体关系图。

2、资料库再造工程。资料库再造工程分为资料再造、资料转换和资料库纲目整合。

(1)资料再造。因企业业务变化或快速成长,当新系统之间必须加入新功能时,伴随而来的问题是必须改变原有的资料库架构,甚至是更换成较大型的资料库管理系统。但目前一般资料库所具有的资料转换工具仅适用于两种架构完全相同的资料库,若新系统的资料库架构为因业务流程改变或加入新的功能而必须改变资料库架构时,这些工具便不能使用,但信息乃是企业的命脉,如何使这些资料能完整的转换至新资料库中,是软件再造工程技术中很重要的一部分。

(2)资料转换。通过开放资料库连接器连接各种资料库,将旧资料库中的资料转换至新资料库中,其中牵扯到各种资料库中资料表的目录信息读取及资料形态转换,更广泛地还必须考虑到资料表间的关联性,以确保资料在转换过程中不失其正确性与完整性。

(3)资料库目录整合。在一个通过网络连接由不同资料库所组成的多资料系统中,为了使使用者在获取众多资料库系统内的资料时有一个统一的界面,各组成资料库的目录需被整合起来,建立一个整体目录。在众多资料库系统中,各资料库是独立设计完成的。因此建立整体目录的主要问题是如何解决各组成目录之间在设计上的不一致问题。定义相关特性,由资料库管理者用来指定组成目录间含义上的相关性。根据这些指定的相关特性,制定出整合规则,从而解决其设计上的不一致,然后再将其整合起来。整合技术的原则是要保证没有丢失信息,即原来在组成资料库中的资料在整体结构中都要能够得到获取。此外,含义相关的资料也能因目录整合而得到整合。

3、程序再造工程。程序再造工程指的是软件再造工程中的系统流程部分。因为当企业的实际作业流程有所变化,而需要对信息系统做适当的调整时,这套信息系统将面对不可避免的大幅度改变。一个信息系统通常是先进行系统分析,然后根据系统分析结果来编写程序代码,当旧的系统分析不再符合现状时,程序代码也要有所调整。而程序再造工程技术就是先根据旧的程序代码分析得到资料流程图、事务流程图等,然后加上新的需求分析,从而修改这些用来描述系统的处理流程,再根据新的资料流程图产生程序代码,这样系统的程序代码就完成再造工程,并且符合现在的需求。所以不管是需求改变、程序结构出错还是系统逻辑问题等,都避免不了程序代码修改、再造的过程。程序再造工程技术包含有程序界面转换器、程序修改、程序再造。

(1)程序界面转换器。信息系统有时会因为“人机界面不够亲切”、“不符合企业未来发展潮流”等原因而面临程序再造的问题,解决这些问题唯有通过程序界面转换器。其运行方式为不论程序来源是那种程序语言,及转换的程序语言为何,只要通过程序界面转换器的转换,就可以达到最终所需要的程序语言。

(2)程序修改。当信息系统面临的不是功能需求的改变,而是最初程序设计时设计师忽略的问题、程序技术无法达到的目标、硬件无法支持、逻辑上的错误等,当这些问题一一出现时,程序设计师就需要针对程序各个部分做修改。

(3)程序再造。为了让系统维护人员很轻松的了解系统的结构和功能,通常都采用图形来表示。当企业因作业流程改变或产生新的需求时,如果能将旧系统资料流程图表示的作业流程和新的需求及作业流程相互整合,且以资料流程图来表示时,这个新的资料流程图所代表的系统就能够符合现有需求和作业流程。而根据资料流程图隐藏的信息了解其逻辑描述,进而就可以产生虚拟码,也可以产生程序代码。所以利用资料流程图来做程序再造是一个非常方便的方法。

二、系统规则

ERP的建设涉及到整个企业的资料流向,运作流程的全面整合牵一发而动全身,因此,比以往信息自动化的推动更复杂。而ERP的方法为企业使命、企业前景、企业目标及顾客需求来引导企业运营策略,并依照此策略来建立完成企业目标的核心流程;接下来根据企业运营策略及核心流程建立企业功能架构及企业模式;最后根据所建立的企业模式,规划开发符合企业运营需求的信息应用系统。为一个完整的ERP系统规划和发展方法,具体可归纳为以下三个主要步骤:

(1)企业诊断。

①针对企业经营状况做整体性策略规划,妥善运用企业资源;

②以现阶段的企业规模衡量引入ERP信息系统所需的人力、物力;

③做观念转变的宣传;

④决定初期参与受训的人选,并找到原财务人;

⑤制定出未来企业运营的核心流程。

(2)功能架构设计阶段。本阶段延用企业诊断所制定的企业运营策略及核心流程项目,建立企业功能架构及其主要流程,企业资源规划事前的准备工作涉及到企业内部所有部门的运作。为了发挥其最大的效果,企业在引进ERP之前,必须先做好整体流程设计的工作,因此需要先做一次彻底的企业流程再造,经过流程再造之后企业实体也得到改善。

(3)信息系统的发展及导入阶段。本阶段延续功能架构设计阶段,开发复合该企业模式的信息系统,主要工作包括:

①上线前的人员培训,针对各部门的主要工作内容做训练,并提供使用者及时地支援服务、解决问题,消除组织成员对新系统的陌生和恐惧;

②运行测试。以确保新系统运行平稳,无故障;

③资料转换。将原有的资料用新的系统运行操作。

三、系统设计、整合及开发

当企业要导入ERP信息系统时,在功能架构建立阶段分析并归纳出一个符合企业的流程模式;但是最后所归纳出的企业流程必定有部分流程是依据企业原来旧有的流程来运作,因此必须有一个资料流程整合系统,可以将企业原有的各子系统的流程提取出来,再利用整合工具将各子系统流程进行整合,此整合后的流程也就是企业原有的流程,而在建立ERP系统时可以提取出原有流程中较完善的部分,这样不仅减少了ERP流程规划的时间,也减少了系统开发的时间,并且减少了使用者在适应新流程上所耗费的时间。许多企业在导入ERP信息系统时,因为旧系统上仍存放着公司过去所有的资料,而新系统中也不可能将过去的资料全部重新输入,这样常会造成新旧两重系统同时运行的情形。虽然导入成功了,但却增加使用者的负担,并且造成资料无法进行有效的串联。为了解决该问题,提出了一个资料转换系统,可以帮助企业将旧系统的资料转入到新的ERP系统中,这样旧系统被更换,全部采用新的ERP系统,不仅降低了企业维护、运行及经营成本,且大幅度提升了企业竞争力。为ERP系统规划和发展方法与资料流程整合系统和资料转换系统结合流程图。

(一)资料转换系统设计

资料转换系统的目的是将旧系统内的资料转换到新的ERP系统中,始终保持只有一个系统再运行。因为ERP系统下的资料库是已经固定的结构,但原有系统要转换的资料却是未知的、不固定的结构,且存在两个资料库结构,因此分析原有资料库结构及ERP系统资料库结构是十分有必要的。根据分析结果,依据不同资料库定义其相关特性,再拟定资料库目录整合的规则,利用资料库目录整合技术将原有资料库转换到ERP系统下。其转换步骤为:

①分析ERP系统资料库结构(目标系统);

②分析各种不同资料库结构(欲转换系统);

③找出欲转换资料库和ERP系统资料库之间的相关特性;

④根据各相关特性制定资料库目录整合规则;

⑤用资料库目录整合技术将整合规则实现。为资料流程转换系统流程图。

(二)资料流程整合系统设计

在企业中因各部门之间很少有资料的流通,所以常有资料重复的统,或与将要导入的ERP系统做流程上的比较,使企业能够在最短的时间内导入ERP系统。为资料流程整合系统流程图。