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根据样例飞行控制计算机的内部总线FlexRay通信协议可知，内部总线通信时间为5ms，每个时隙为50μs，FlexRay总线最大帧长为127字［7］。本设计中1553B帧长度最大为54个字节，频率最高为100Hz，故使用上述FlexRay总线通信协议能够符合1553B总线通信要求。本设计中，1553B传感器数据的频率为50Hz和100Hz，而FlexRay总线通信频率为200Hz，内部总线通信速率高于外部传感器速率。故1553B板卡在内部总线通信过程中，当有传感器数据更新时，FlexRay总线传输最新的数据;而当没有数据更新时，FlexRay总线传输当前的传感器数据。为保证数据的完整性及减少占用总线时隙数量，本设计共使用总线三个时隙，每个时隙具体传输内容如表4所示，时隙2、7、15传输内容分别为惯导传感器无线电高度传感器和大气数据机的数据，数据帧大小分别为54字节、32字节、12字节。
3、1553B通信单元软件设计
3.1驱动软件的IP核封装与实现
在嵌入式FPGAEDK设计中，为了简化用户开发难度，Xilinx公司提供了一个封装了的接口，即IPIF(IPinterface，IP接口)作为介于PLB总线与用户逻辑模块之间的接口缓冲［8］。IPIF将PLB总线操作封装起来，而留给用户一个逻辑接口。本文软件设计采用模块化设计思想。其设计步骤如下:首先，将每个硬件模块对应编写一个驱动软件程序;其次，将相应驱动软件封装成通用IP核;最后，将IP核挂载到PowerPC内部总线PLB上。模块之间的通信主要通过PLB总线和OPB总线实现，系统中各模块通过这两种总线连接至PowerPC内核上，而PowerPC通过内部总线读写机制实现对各个模块的读写与控制。如图4所示为1553B通信单元的硬件平台总体架构图，主要由PowerPC内核、1553BIP核、FlexRay总线对应GPIOIP核集合、串口IP核、BRAM模块IP核及相应的中断控制IP核组成。
3.21553B总线接口驱动软件设计
如图5所示为1553B总线接口IP核结构图，整个驱动分为三个模块:总线读写模块，初始化模块和数据缓存模块。系统上电，该IP核激活，进行总线初始化操作，发送初始化完成信号并查询PLB读写信号，等待PowerPC405的读写操作。当读控制信号使能时，PowerPC405读取数据缓冲区中的数据;当写控制信号使能时，总线读写模块将数据缓冲区中的数据发送至总线上。
3.31553B通信算法设计
1553B通信单元的调度主要由外部1553B总线的数据接收，内部FlexRay总线的数据通信组成。本设计采用模块化设计，将系统功能划分为顶层应用和底层数据通信。底层数据通信主要包括外部数据流通信及内部数据流通信，外部数据流通信主要由1553BIP核实现，内部总线也由FlexRay驱动程序实现数据通信;而内核PowerPC主要实现顶层应用，即数据调度及总线故障切换功能的实现。如图6所示为节点通信程序流程图，系统上电后，首先对FlexRay总线及1553B总线节点进行相应的初始化，进而查询1553B对应FIFO满输出引脚，当接收到数据时，节点读取FIFO内容，并写入相应的总线发送缓冲区中。进而查询MFR4310的中断引脚信号，当发送中断有效时，执行发送中断子程序，将接收到1553B总线数据通过1553B总线发送出去;当接收中断有效时，执行接收中断子程序，通信节点接收CPU发送来的控制信号。系统完成数据调度后，进而进行总线故障检测。由于1553B总线的基本周期为10ms，故本设计中总线检测周期为10ms。当定时器的10ms定时时间到，总线进行一次总线检测。当接收到总线切换指令，通信单元进行总线切换，并更新总线状态;进而判断是否接受到传感器的1553B总线应答信号，如果有，将总线故障计数清零，倘若没有，将故障计数加1，当故障计数大于6，进行总线切换，并更新总线状态。
4、总线网络通信测试与结果分析
(1)FlexRay总线测试结果将FlexRay通信周期设置为5ms，静态时隙长度为50μs，将CPU板卡与1553B板卡进行通信实验，从总线上读出输出波形。FlexRay总线通信时，在总线上截取的波形如图7所示，从图中可以看出通信周期为5ms，与预设值一致。如图8所示为一个周期时隙输出波形，时隙2、7、15传输传感器数据。由图8可知，时隙2与时隙7相差250μs，时隙7与时隙15相差350μs，与预设值一致。FlexRay总线通信6小时，进而进行连续总线数据传输测试，经过6个小时的总线测试结果如表5所示，通信过程中，丢帧、错帧计数均为0，表明1553B通信单元FlexRay总线设计正确，可以满足飞行控制计算机通信的基本要求。(2)1553B总线测试结果由前面可知，1553B数据通信周期为10ms，即100Hz。如图9～12分别为1553B通信单元与CPU单元模拟大气数据机传感器数据帧发送数据8字节，进行通信2小时、4小时、6小时、10小时的通信仿真图。其通信帧数分别为719999，1439998，2160023，3599991。期间在2小时～4小时，4小时～6小时，6小时～10小时通信期间，丢帧数分别为1，1，0，合计丢帧率约为5.56×10－7，符合飞行控制计算机通信要求。(3)测试结论以上实验结果表明，1553B通信单元的各个模块通信正常，与飞行控制计算机CPU板卡通信正常，能够符合飞行控制计算机的通信要求。
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变电站管理功能按照不同电压等级、间隔名称，分层次多级目录管理若干装置。可新建、打开和关闭变电站工程；支持在人机界面中输入装置地址发起连接请求创建装置；支持装置重命名、排序、复制、粘帖和导入导出等操作。以层次树的资源管理器方式展示变电站结构。装置分离线和在线两种状态，离线模式下可进行数据分析、离线定值设置、主画面编辑等操作，在线模式下可进行程序维护、状态浏览、数据归档收集等操作。
1、2装置程序维护保护测控装置调试软件设计与实现上传配置文件、日志文件等文本。控制方下发需要上装的文件名，监视方打开文件，并分段上传数据，到达文件尾部后给出结束帧标记，控制方将数据存储到文件。上装是下载的反向过程。在程序运行调试过程中，往往需要通过调试相关变量进行状态诊断。在调试上位机程序时，可以使用IDE或gdb等进入调试状态，设置断点并查看变量值。嵌入式装置在运行状态下，监视相关变量时不能随意切换到调试状态，而是将调试变量作为一个实时响应的处理线程。通过调试变量协议，控制方下发需要调试的变量名，装置侧获取相关变量的地址信息和类型后，访问变量地址，读取数据，周期上送变量值，控制方显示实际值。调试变量的关键步骤是获取变量的地址，全局变量可以通过分析编译器形成的map文件获取，对于动态分配的内存，则需通过辅助手段实现。为此制定相关嵌入式程序编程规范，用结构体元件来封装各功能模块数据。元件结构体的内存是动态分配的，编译器在编译时没有为其分配静态地址，map文件里没有这些变量的地址信息。需要在装置启动阶段才能得到变量地址。对于动态分配内存的结构体变量，装置侧提供注册接口，可记录首地址。调试软件根据输入的元件结构体类型名、成员变量名、文件存放路径和CPU字节对齐等信息，对相关的文件进行词法分析和语法分析，进行宏表达式求值，计算出变量在结构体中的偏移量，并下发相对偏移信息。装置侧程序由结构体首地址＋变量的相对偏移地址得到变量的真正地址。调试人员只需输入层次实例名，不需手工计算变量地址，调试软件在计算相对地址时已考虑了各种CPU的字长对齐设置。调试变量的流程如图3所示。可通过查询内存的功能实现一次查看连续区域内存数据。控制方可下发查询起始绝对地址，监视方一次回复若干个字节的内存数据。也支持通过下发变量名的方式查询内存。
1、3在线浏览操作在线浏览的通信协议基于继电保护国际标准规约IEC60870－5－103协议［6］，可以实现不同厂家的设备、后台的交互通信，减少了私有协议转换过程，方便运行管理和维护。其协议结构如图4所示。类结构图如图5所示。在线浏览操作功能包括：装置模拟量开关量实时显示、装置定值整定和比较、可编程逻辑编辑和状态显示、事件查看、动作报告显示、波形文件上传和分析、HMI遥控模拟、信号复归等。通过在线浏览模块，可实时显示装置的状态数据、参看监视报文、分析跳闸逻辑、查看并设置定值、开关分合遥控等操作。其中涉及到遥控、定值整定、报告清除等关键操作，需要输入用户名和密码，进行权限校验。以定值设置整定为例，其报文交互流程如图6所示。
1、4一键归档分析通过一键归档操作，批量上装日志文件、配置文件等文件，自动截取装置当前的断面数据（包括装置模拟量、状态量、定值、报告、用于问题诊断的特定变量等内容），将各分立文件压缩存储为一个数据包。当现场运行的装置出现异常或跳闸动作时，通过一键归档，可自动打包相关数据，并以邮件方式发送到指定邮箱，装置研发人员可离线打开查看分析。
2软件风格设计
2、1基于软件管家模式由于软件功能复杂，采用了模块化设计思想，进行分层、分模块设计，以去除界面、数据、接口之间具体耦合，方便扩充。调试软件由引导主进程和按照功能划分的子进程组成。如图7所示，引导主进程是安装软件的启动程序，提供变电站资源管理器功能，在左侧树形区域点击装置节点时，会在右侧按照模块划分，分类显示相关功能。点击功能图标，传入形参，启动独立的子进程。通过组件化的设计思路，可确保增加一个新的模块时，不会影响已经稳定的模块。基于子进程的软件管家模式，也减少了人机界面的操作复杂度，用户在一个时间段内只需专注于单一图4在线浏览报文协议结构图5在线状态浏览类结构图图3调试变量流程图2《工业控制计算机》2014年第27卷第11期的功能，并可快捷地切换到另一个功能的操作界面。
2、2类浏览器界面风格当各个子进程启动后，为避免顶层窗体过多，采用类似Chrome的界面风格，用标签页管理子进程的界面。对各子进程的界面、颜色进行了统一设计，基于QT－CSS技术，设计了统一的界面风格库，并提供风格设置接口，可设置标签页QTabWid-get、层次树QListTreeWidget、停靠栏QDockWidget等控件的边框、缩进、标题、字体、颜色等内容。类浏览器的界面规范使不同人员开发的子进程在风格上高度统一。
3软件分层设计
除按照主进程－子进程的模块化设计外，单个通信子进程按照分层原则设计，共分为三层，最底层为数据收发层，中间层为数据处理层，最上层为展示层。如图8所示：图8软件分层结构数据收发层的功能是负责从装置接收报文并将数据处理层的报文发送到装置。针对不同类型的装置，该层需要支持串口通信、以太网链路层通信与以太网传输层通信三种通信方式。同时为了保证通信状态的可靠性，数据收发层还支持出错重传及超时重传机制。其中网络通信采用ACE中间件实现，串口通信采用Qt的QExtSearialPort实现。数据处理层是整个系统的主体部分，主要负责报文解析，报文生成，提供接口供展示层调用，实现了业务与操作接口的分离。展示层提供数据的展示与用户交互功能，不涉及具体的业务流程处理。针对不同的数据，展示层提供二维表格、层次树等不同的展示方式，采用Qt的Model－View模式，可高效快速显示刷新数据。展示层还提供个性化的右键菜单、按钮与工具栏。当用户点击某个菜单或按钮时，展示层会调用数据处理层的对应接口，对用户的操作进行处理。
4结果
实现与分析软件主界面如图9所示：左侧为资源管理器，用来管理变电站，变电站下支持新建多个装置。右侧为工作区，用来展示当前活动装置支持的功能。图9软件主界面点击工作区某个功能按钮，主进程将启动相应的子进程。以在线浏览功能为例，图10所示为装置报告查看界面。
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当前故障输入技术能有验证对象进行紧密的联系，但是无法直接在电子成品设备中进行验证，所以，自动控制故障注入设备的设计与实现成了该领域的重点以及难点。
一、自动控制故障注入设备结构设计
1.自动控制故障注入设备结构研究
自动控制故障注入设备包含了多个模块，各个不同的模块功能各有特点。
数字控制的主要功能在于对软件发出的命令进行接收，形成对应的控制信息；控制软件能对故障注入设备的相关数值进行设定、控制，外界测试器测试出的结论将向控制软件进行反馈，做出故障结果的分析以及处理动作；驱动放大模块主要功能在于放大控制信号，驱动加强信号的接收以及切换模块，驱动故障控制模块；注入设备的信号接收模块功能在于提供UUT信号接收线口，在还未进行故障注入时保证UUT能够进行正常的工作，所谓接口适配器能将故障注入设备与UUT进行匹配以及连接，类型各异的UUT适用于不同的接口适配器类型，以此来提高故障注入的实用性能；另外，注入设备的信号接入总线主要是利用接口适配器，将UUT的信号线与故障注入设备进行连接，免于在大量故障接入过程中再重新进行连线，最终保证注入故障的实用性以及操作便利。
该注入设备结构还包括以下部分：故障注入总线主要是用来进行故障注入操作；信号切换模块以及注入模块主要以故障注入要求为前提，将相对的信号与总线发出的信号进行切换；故障注入能对不同类型的故障注入进行操作，显示模块会将与总线进行连接的信号注入至总线信号通道，在通道上完成故障类型的设置。
2.自动控制注入设备设计工作原理
在自控注入设备设计与实现过程中，主要工作原理在于利用设备控制软件实现故障参数的注入，通过数字控制设计模块，控制软件形成信息被解析成为控制信号，利用驱动放大模块来将信号进行放大，利用驱动控制接收模块、故障注入模块等运作，最终实现故障的自动注入以及撤销。
设计故障注入设备的重点在于实对设备的实用性能、通用性能及完整性能做充分考虑。在通用性设计中，UUT与接口适配器注入设备分离，可对UUT进行信号处理时了使用耐大电压的电流器件，将UUT的信号兼容能力进行提升。在操作性能的设计中，将接口适配器所需要的UUT信号一次性与故障输入设备进行连接，利用显示模块对控制指令进行确认，保证指令的正确执行，如此便于进行多种复杂的软件操作。在设备完整性设计方面，故障注入相关模块进行了保护性相关安排，能够免于物理性质损坏UUT相关的电子元件。在注入设备的拓展性方面，信号拓展接口以及信号切换对应模块在接入信号时实现了能力拓展，而故障注入模块则直接开拓了故障注入能力。
二、注入设备重点模块设计
1.输入设备故障注入模块设计
故障注入模块包括多种故障类型：错误信号、短路信号、串联电阻、固高信号以及信号与电阻产生地面搭接等。
信号串联电阻的主要原理图如上。在必要的条件下，可对电阻进行多个组合完成阻值的匹配，阻值选择主要通过驱动大模块以及数字控制模块进行确定，利用K1、K2完成操作，再将电阻与对应的故障注入总线进行串联。
2.控制软件的设计
故障注入自动控制软件的运用原理主要是：在注入设备参数得以建立之后，利用自动控制使用界面产生和形成了注入参数值，产生同UUT的故障参数相关的数据文件，形成UUT不相关的控制数值等，向UUT注入故障注入设备的故障信息，在此基础上对相关的信息以及最终的注入效果进行结果的收集，产生输出数据的形式文件，便于进行分析。
3.自动控制故障注入设备的实现
在设计故障注入设备的前提条件之上实现自控故障注入设备，这一故障设备总共含有了四十多条信号通道接收总线以及三条故障注入总线。在注入设备控制软件设计中，在WINDOW平台上进行操作，利用BASIC语言进行编写，设备采用110v额定电压以及1A额定电流类型继电器，注入设备的数字控制模块利用PCI插件版。
在对设计的故障输入设备进行注入实验过程中，主要的故障注入部位是注入设备内的串行通信线，这一总线设计具有对应的设备接口适配器，利用数字化的波形采集器采集故障波形信息，累计注入68个故障。
三、结语
自动控制故障注入设备在进行故障注入设备性能实验中占有重要地位和作用，当前须根据实际的故障注入要求，在坚持故障注入设备扩展性、实用性、操作性以及无破坏性基础上进行自动控制技术的设计以及研究，通过系列的实验对注入设备实际效果进行验证。另外，注入设备之间含有可插拔的连线，其电流以及信号电压保持在中、低取值范围，但是这一故障注入设备包含的故障类型仍然不全面，在日后的设计中仍需要加强和完善。
参考文献
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光伏水泵亦称太阳能水泵，主要由水泵和光伏扬水逆变器组成。具体应用时，再根据日用水量和不同扬程量的需求配以相应功率的光伏阵列，统称为光伏扬水系统。光伏水泵利用清洁无污染、取之不尽用之不竭的太阳能资源，日出而作，日落而歇，无需电网、无需柴油、无需人员看管，可与渗灌、喷灌、滴灌等灌溉设施配套应用。节水节能，可大幅降低使用化石能源电力的投入成本。是全球“能源问题”、“粮食问题”综合系统解决方案的新能源、新技术应用产品。
本文设计了一种自动的新型的光伏扬水系统，该系统的驱动电机是采用直流无刷电机，系统选用MicroChip公司所生产的PIC16F877作为光伏水泵系统的主控芯片，对系统硬件和控制软件进行设计，实现直流无刷电机的反电势过零检测，同时实现光伏阵列点的TMPPT跟踪、系统无人监控和故障检测等功能。
2.系统硬件设计
2.1 系统构成
光伏水泵系统的结构如图1所示，系统主要包括四个部分：太阳电池阵列、控制器、电机和水泵。 系统利用光伏阵列将太阳能直接转变成电能。经过DC/DC升压后然后经过具有TMPPT功能的变频器输出三相交流电压，从而驱动电机和水泵负载，完成向水塔储水功能。
图1 系统结构图
2.2 系统总体结构及硬件构成
本文所设计的系统总体结构如图2所示，光伏电池阵列的输出端与Boost相接，单片机集光伏阵列母线的电压值和电流值从而做出是否欠压过流的判断，采集到的数据如果符合条件，微控制器将根据MPPT算法改变电压的增量移动方向从而调整PWM信号的占空比。通过调整占空比来驱动DC-DC电路的功率管导通，这一部分完成了最大功率点跟踪控制。
三相逆变桥电路与最大功率点跟踪控制的输出端相连，IR2130组成功率驱动电路，单片机的PWM控制信号通过此驱动电路来控制六个开关管的导通与关断，使UVW三相交替导通使电机运转。电机运转期间不断地通过三相反电势过零检测电路检测转子位置，获得准确的换相信息。所设计的系统保护功能包括打干保护、低日照保护和过流保护。我们知道，根据直流无刷电机的运行原理通过由6只功率管组成的三相六状态电路的断开与导通可以控制电机的运转。而对光伏阵列最大功率点跟踪而言，则是通过改变DC-DC的占空比D来实现的。
图2 系统硬件结构框图
图3 系统主程序流程图
3.软件设计
在本光伏水泵系统中，选用单片机PIC16F877作为系统的主控芯片。系统的软件部分包括主程序和中断服务程序，主程序的任务主要是完成系统的初始化、A/D采样、读入用户设置、电机转速识别及转速异常保护、PI调节、MPPT或CVT功能等功能。主程序流程图如图3所示。
4.总结
论文经过理论设计及硬件制作完成了样机试制，该样机的设计采用单片机PIC16F877作为系统的主控芯片。系统采用“虚拟中性点法”，从而解决了无位置传感器的直流无刷电动机控制的关键问题即转子位置检测问题。本样机利用单片机所拥有的丰富的I/O口和A/D采样功能，采用调节PWM占空比调节电机的转速以实现最大功率跟踪功能。样机还完善了对系统的各种保护功能，提供各种监控功能，这提高了光伏扬水系统的可靠性和灵活性。在实验中，选用24V，30W的无位置传感器直流无刷电机，通过实验证明，直流无刷电机能够自动切换到自同步运行状态并实现了实现平稳的步进起动。通过实验，测量了电子换向逆变器的各种电压，电机运行性能良好。实验结果表明，该试制样机基本上达到设计目标，具有一定的应用价值。
参考文献
[1]王长贵，王斯成.太阳能光伏发电实用技术[M].化工工业出版社，2005.
[2] 刘德雨.著《水泵技术问答》[M].水利电力出版社出版，1983.08.
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关键词：汽车；制动；检测；PC机；单片机；数据库
Abstract
Safety of automobile driving is an increasingly serious economic problem that society puts emphasis on. The present quantity of automobile in our country is increasing rapidly, which makes safety of automobile driving an even more urgent problem. According to statistic, among the traffic accidents caused by automobile breakdown, braking breakdown causes most. Automobile braking performance has become more important while the present quantity and the speed of automobile are increasing. In order to reduce traffic accidents, some rules of law have definitely stated that automobiles must get regular test before their driving. And during the regular test automotive braking performance is one of the key factors that determine automobile safety technical condition.
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引言
现在无线电定位技术已经得到了很广泛的应用，但是无线电定位技术对于某些小距离、小范围的定位显得有些大材小用，换句话说就是有些浪费成本。超声波传输距离远，传输速度相对于无线电小的多，对于处理器的速度要求及处理精度并不是很高，需要运算的数据量远小于无线电波，运算的速度要求也小于处理器去处理光电信号的速度要求，所以在小空间、小范围的定位中，超声波定位具有很大的优势，可以大幅节省硬件成本，减少CPU的运算工作量，对于智能家居等类似的行业具有很好的开发前景。
1.定位原理
无线电定位是通过各个定位点的无线电波频率来识别各个定位点的，从而获取定位点的坐标信息，参考无线电的定位原理，超声波的定位原理与无线电定位类似，主节点发出位置获取信号，定位节点一旦收到就将自己的信息信号发出。如图1，节点P（x，y，z） 表示需要定位的人或物，节点A、B、C构成定位系统的参考网络，由A、B、C发出的超声波到达节点B的时间可以得到PA、PB、PC三条线段的距离即主节点到三个定位结点间的距离。
由图中几何关系可以得到
，（T为环境摄氏温度）
然而在实际的系统中，由于超声波在空气中的传播速度会衰减，传输距离有限，而且容易受到障碍物的影响，三个定位节点可能远远不够的，可能会出现盲区，即定位节点发出的超声波可能达不到或者可以达到的节点不够3个，这时算出的坐标位置可能就会出错，为了避免类似情况的发生，为保证定位精度更加准确，活动范围更广，可以使用较多的定位点，呈矩阵状合理分布，同时每个定位点有自己的位置坐标，主节点只要测得三个不同节点的距离，就可以计算出主节点在系统中的坐标。为了减小误差，定位的高度及定位点间的距离应该经过反复测试，以得到最佳的高度及间距。
2 系统组成方案及硬件实现
系统组成如图2所示，整个系统主要由主节点、PC上位机及若干个定位节点组成。其中，主节点及定位节点主要由微处理机系统、无线电收发电路、超声波接收电路或超声波发射电路组成。
2.1 微处理机系统
微处理机选用Atmegal16单片机，它有16K字节的系统内可编程Flash（具有同时读写的能力，即RWW），512 字节EEPROM，1K 字节SRAM，32个通用I/O 口线，是高性能低功耗的8位单片机。
2.2 超声波发射电路
超声波发射电路是定位节点的主要功能模块，主要用来向主节点发送超声波，主节点依据超声波传来的时间来计算出主节点与点位节点间的距离。
2.3 超声波接收电路
超声波接收电路是主节点的主要功能模块，主要用来接收定位节点发来的超声波。
2.4 无线电发射接收电路
无线电发射模块采用的芯片是NRF24L01，主节点上的无线发射模块主要由两个功能：第一个功能是依次向各个节点发射带地址编码无线信号，一旦有定位节点接收到主节点发射来的对应自己编码的无线电信号，该定位节点会将自己的地址编码立即反馈给主节点，同时定位节点向主节点发射超声波信号，主节点一旦收到定位节点发来的反馈信号就立即开启定时器定时，在设定时间范围内如果收到该节点发来的超声波信号，通过声速与时间的乘积就可以得到主节点与此结点间的距离，一旦主节点得到三个不同定位节点间的距离，然后依据定位节点的地址编码来获取这三个定位节点的位置坐标，依据前面推导的类似的公式就可以得到主节点的坐标位置；第二个功能是向连有PC机的节点发送坐标位置数据以供PC机实时显示坐标位置。定位节点的无线发射模块主要用来接收主节点的无线信号，一旦接收到主节点的无线信号就将自己的编码迅速的反馈给主节点，以通知主节点进行计时。
3 系统控制软件组成
3.1 主节点软件设计
主节点程序设计流程如图3，初始化的过程主要包括数据初始化，寄存器配置初始化，及系统硬件的自检过程。主结点的软件设计主要功能有：1.能够识别定位节点的坐标位置；2.实现捕获超声波传输时间的精准计时；3.通过相对距离及坐标位置的几何关系计算出主节点的坐标位置；4.对位置坐标结果进行数字化滤波处理，减小误差。
3.2 定位节点软件设计
定位节点程序设计流程如图4，定位节点功能相对简单，主要是提供节点坐标位置，提醒主节点进行开始计时等。
3.3 数字滤波处理技术
由于超声波本身的传输衰减性，外界物体的干扰，以及硬件本身设计上的种种不足，所得到的坐标位置结果会不可避免的存在误差，不仅能够很好的处理数据结果，大幅度减小误差，还可以减小硬件上的投入，节省成本。数字滤波处理技术，有很多种，而且各有特点。单一的方法很难实现精准的滤波，多种滤波方式结合起来使用会有很好的滤波效果。这里选用的滤波方式主要有：限幅滤波法，中位置滤波法、算术滤波法平均滤波法。如图4，当主节点以一个三角形移动时经过滤波处理后PC机显示的主节点位置坐标信息，误差基本上能够满足要求。
4 结束语
经过硬件参数的反复调整实验，以及各种滤波处理，可以将主节点的定位误差控制在5～10cm以内，单点对单点的定位误差控制在1cm，控件可以在5立方米以内。系统的不足还有很多，定位系统坐标还需合理优化，位置精度还不够精确，硬件设计还需反复测试优化。
参考文献
[1] 马玉秋.基于无线传感器网络的定位技术研究与实现[学位论文].北京.北京邮电大学.2006.
[2] 华虎.普适计算室内定位算法研究[学位论文].上海：东华大学.2006.
[3] 华蕊等.《国外电子测量技术》.2009年第6期
[4] 韩刚. 基于无线电和超声波的室内定位技术响应时间的研究[学位论文].哈尔滨.哈滨工业大学.2009
[5] 胡建恺，张谦琳.超声检测原理和方法[M].合肥：中国科学技术大学出版社，1993.23-25.
[6] 任丰原，黄海 T，林闯. 无线传感器网络[J].软件学报，2003，（10）：1-6.
（基金项目：天津职业技术师范大学校级项目KJ14-12）
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电路到整个系统对本系统的工作原理做了较详细的分析，整个系统经试验调试，各项性能指标和功能均达到了预期的目标和要求。
关键词:UPS 数字信号处理器智能功率模块数字化控制 SPWM
Intelligent on-line U P S system
Abstract
Uninterruptible power supplies (UPS) play a key role in infecting critical loads， such as computers， commendation system， and medical system. They can provide reliable and pure power supply for loads neither power good or not. Among the various UPS topologies on-line UPS provides the most protection to such loads against any utility power supply. However， the old on-line UPS includes many power Parts and analogy controllers， it has been one of the most complex and expensive type of system. Therefore， the study of high quality and reliability full digital UPS (Uninterruptible Power Supply)， which fits the development of modem science and technology has become an attentive problem.
This Paper described the middle/high-power (5kVA) on-line UPS， Which was based on 8096 control chip， which is a kind of 8096 of TI Company. For 8096 controller is high CPU bandwidth and peripherals specifically chosen for control application， we integrate PWM controllers， assonated circuits and microprocessor chip for digital control into one 8096 controller， which can lower system cost and increase integration. The whole UPS is controlled by full digital method including the generation of SVPWM wave， the tracking output of frequency &Phase， and the PID control arithmetic etc.
The research is an instructive attempt and exploration of the middle/high-Power full digital on-line UPS development， based on references to a lot of information and the latest technology on UPS. The system has achieved the anticipative targets and requirement through testing and debugging.
Keywords: UPS IPM Full Digital Control SPWM
目 录
第一章 绪论 3
1.1 脉宽调制技术产生 3
1.2 UPS发展概况 3
1.3微机数字化PWM波控制方法 5
第二章 脉宽调制技术原理 7
2.1 几种新型PWM控制技术 7
2.2 周期补偿无差拍PWM控制算法 11
2.2.4旁路环流控制 20
第三章 硬件电路 23
3.1 CPU系统 23
3.2硬件设计 26
3.3键盘显示 29
3.4主电路的设计 32
第四章MOSFET驱动及控制电路 34
4.1 MOSFET驱动电路 34
4.2 过压过流保护 35
第五章 PWM控制器、参数监测控制器控制软件设计 37
5.1程序 37
5.2 参数检测控制器控制软件设计 39
参 考 文 献 52
致 谢 53
第一章 绪论
1.1 脉宽调制技术产生
脉宽调制技术起源甚早，随着工业生产的需求和科学技术的发展，80年代后，它被广泛应用于工业功率控制装置的逆变器中，从此获得迅速发展。它的特点是以微处理器和电子半导体元件为核心，横跨电力。电子。微型计算机及自动化控制等多种学科领域。
将固定直流电压变换成固定的或可调的交流电压的装置称为逆变器。逆变器采用了脉宽调制技术后，不仅有效地改善和提高了品质性能，同时根据需要，它还能将直流电压变换成电压和频率均可调的交流电压，因此它又是一种逆变器式变频器，并称这类逆变器为脉宽调制型变频器。因它具有输入功率因数高和输出波形好的可贵特点，近年来发展很快，其技术关键之一是采用了PWM方法。自80年代以来，各国科技人员开发了多种PWM方法。
近年来，脉宽调制型变频器主要用在两类工业功率控制装置中，一是用于调速传动装置中，尤其广泛用于交流调速系统中。采用了脉宽调制技术控制逆变器后，使交流拖动系统实现了高调速比的平滑无机调速，出现了交流调速系统与直流调速系统相媲美，相抗衡的时代，出现了前者取代后者的趋势。二是用于精密功率电源中，特别是用于在不间断电源中。采用脉宽调制技术控制逆变器后，为精密仪器计算机系统等提供了 一种高可靠性的稳频，稳压和正弦波输出的无瞬间停电电源。在电网停电时，它依靠装置内进行直——交流变换，继续向负载提供电能，不停电时间取决于装置内的电池和负载功率。
1.2 UPS发展概况
随着科学技术发展，计算机以及各种精密自动化电子设备被广泛地应用于办公自动化数据处理与通讯，气象航天，国防军事，精密测试，显示记录装置以及工业自动化控制等领域。在办公自动化以及工业生产各个行业中，单片微机系统和微型计算机控制网络系统已逐渐取代旧式数据统计，造表及继电接触系统，形成现代化管理网络或全自动化控制网络促使国民经济向更高层次发展。
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1 引言
组态的概念是伴随着集散控制系统的出现逐渐被广大的生产过程自动化技术人员所熟识.概念最早来自英文configuration，含义是使用软件工程对计算机软件的各种资源进行配置，达到使计算机或软件按照预先设置，自动执行特定任务满足使用者要求的目的。组态软件就是指一些数据采集与过程控制的专用软件。它们是在自动控制系统监控层一级的软件平台和开发环境，使用灵活的组态方式实时数据库组态软件，为用户提供快速构建工业自动控制系统监控功能的、通用层次的软件工具。
2 实时数据库
2.1组态软件实时数据库结构
实时数据库及其调度系统是组态软件的关键部分，也是设计的难点部分。实时数据库系统处于工控系统各功能模块数据交换的中心位置，在组态系统进入运行环境时，工业现场的生产情况将实时地反映在变量的数值中，操作者用计算机的指令也要迅速送达生产现场，所有这一切都是以实时数据库系统为媒介。
3．实时数据库系统设计
3．1 实时数据库的设计思想
3．1．1 实时数据库系统的存储策略
我们采取传统数据库系统、文件系统和内存数据库系统兼用，利用多种存储介质来构造系统的实时数据库系统。采用的存储策略是：①对于需要长期保存的非共享数据(如采样值的数模转换系数、控制组态值等)采用文件管理系统直接存取。②对于数据量大而工控软件无特殊要求的共享数据(如操作者纪录等)，将其存放在外存数据库中。外存数据库采用access数据库，由运行系统通过数据库操作语言(DML)进行存取论文格式模板。③对于每个采样周期都要更新的数据。这样，通过使用外存数据库access数据库)、文管系统和内存数据库(实时数据库)，既保证了
数据的共享性、完整性实时数据库组态软件，又节约了内存，保证了系统的响应速度。
3．1．2 实时数据库系统的分析与设计
实时数据库系统包括实时数据库及其事务调度系统。利用Windows的DLL(动态连接库)和全局共享内存技术来建立系统实时数据库的设计思想，并通过给用户提供一套接口标准----实时数据库系统接口，来实现I／O驱动程序与用户程序和实时数据库系统间的高速数据传递。实时数据库系统应具有以下功能特点：
现场数据采集：实时数据库提供了与典型数据源的接口，读写通讯设备寄存器的现场值，送到开辟的摘要求的用户进程放在服务器上，由实时数据库统一调度管理。
设计方面，我们采用面向对象编程(OOP)的设计技术，将实时数据库定义为类的形式。实时数据库的功能由类的方法和专门的管理程序实现，管理程序负责实时数据库的生成、数据库的查询、数据库的实时更新以及其它任务对实时数据库的实时请求、报警响应等操作。实时数据库类根据系统要求定义了如下功能模块：
实时数据库初始化模块：实时数据库是以数据链表的方式存放在内存中，系统运行之初是按照用户组态好的数据库动态地生成实时数据库类实时数据库组态软件，并将组态数据库域的内容赋给相应实时数据库类对象的属性，完成初始化工作。
基本操作模块：提供数据对象的基本操作，如对数据对象的查找操作，通过数据对象名或ID取得数据对象的其他属性，或通过名称取得数据对象的ID等等。
读写数据操作模块：根据实时数据库类对象的属性调用其相应方法，实现数据对象的读写数据操作，将存放在数据缓冲区的现场值写入实时数据库的数据对象的现场值属性中去，读取数据对象中的当前值。
图形显示链接模块：主要完成实时趋势、动态显示、数据链接功能，使图形显示的变化与数据库对象值的变化相一致。
窗口操作模块：读取用户窗口的名称，对指定的用户窗口进行操作，读取用户窗口的当前状态。
3.1.3实时数据库的事务调度系统
系统投入运行后。同时要进行与DCS数据采集、数据处理、图形显示刷新、历史数据存盘、紧急事件报警或越位报警等事务活动实时数据库组态软件，所有的这些事务都要并行处理，如等待时间太长，则无法满足实时性的要求。这样就要求我们实现一种并行编程。在上位机上，也就是要将CPU时间按照一定的优先准则分配给各个事件．定期处理某一事件而不会在某一事件上处理时间过长。用多线程的编程技术来实现这种并行编程，实时调度各事务．如图2所示。
图2 事实数据库事务调度系统
3.1.3数据模型的建立
实时数据模型由三要素组成：组对象及其结构、组操作和关于对象与操作的约束论文格式模板。实时数据模型的约束则更突出地包括时间限制。组态软件利用系统数据进行判断，更改系统的运行状态，以维护系统正常运行。计算数据则是在利用采集数据、系统数据的基础上，经处理后提到的中间数据（由其他参数间接推出）。数据模型归结为：模拟量、开关量、字符串型三种类型。
下面重点介绍模拟量，模拟量的典型属性有：
（1）采样点标志：控制软件同意编排的采样变量标志符；
（2）采样值：若采用12位A/D转换，2型表0—10mA对应0-4095，3型表0-20mA对应819-4095
（3）工程量：采样数据变换成工程量的系数；
（4）报警限：指定最大最小值实时数据库组态软件，即报警的上、下限；
（5）变化速率限：指定参数变化速率的极限值；
经过对各种不同数据的典型属性的抽象归纳，本文定义了数据库变量统一的存储结构，下面是数据库中的数据模型。
Typedef struct tagTagParam{
Char Name[ name_length];//变量名称
Chardescribe[name_describe];//变量描述
Int index; //变量序号
Unit type;//变量类型
Unit method;//转换方式
Word access; //读写权限
Attr attr;// 变量属性（类型，访问权限，转换方式）
Long minvalue;//最小值
Long maxvalue;//最大值
Double slope;//变换系数（斜率）
Double intercept;//迁移量（截距）
Rtdata rtdata;//实时数据
Void phisdata;//历史数据缓冲区指针
Void address;//报警入口地址
} tagparam;
数据库变量的属性成员（attr）包括下列信息：
（1）变量的数据类型：整数类型、实数类型、布尔类型或字符串类型；
（2）变量的转换方式：不变换、线性变换、平方根变换、逻辑取反变换；
（3）变量的访问权限：只读或读写。
为了节省空间，数据库变量的属性信息由一个位结构存储，其定义如下：
Typedef struct tagattr{
Word type:3//类型
Method 3;// 转换方式
Access 1；//访问权限
Unused 9;// 保留
}attr;
实时数据库以及工程变换则使用联合存储，这样就能满足保存不同类型的数据值的要求。联合的定义如下：
Typedef union tagrtdata{
Long dvalue;
Double fvalue;
Bool bvalue;
}rtdata
4.结束语
实时数据库结构和功能的规划设计是工控组态软件设计的核心，本文在分析实时数据库的应用特点和关键技术的基础上提出了一个具有普遍意义的实时数据库模型及其体系结构。实时数据库技术必将成为一个新的数据库研究方向，有广阔的发展空间。
参考文献
1.马国华监控组态软件及其应用2001
2.殷民.舒坚基于ODBC的CiscoSecure ACS认证数据库的设计与实现[期刊论文]-微计算机信息 2006(22)
3.康一梅嵌入式软件设计2007
4.彭江平.黄万艮c++语言及面向对象程序设计 2004
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面对信息社会带来的“数据丰富而知识匮乏”的现实挑战，数据挖掘（Data Mining，DM）和知识发现（Knowledge Discovery，KD）技术应运而生，伴随计算机新技术和新理论的出现而发展，在电信与银行，生物及大型超市等领域运用效果显著。数据挖掘有时又称作数据库知识发现（KDD），此术语出现于1989年，从数据集识别有效与新颖的，潜在有用的，最终可理解的模式过程。KDD过程常指多阶段处理，包括数据准备与模式搜索，知识评价及反复修改求精；该过程要有智能性和自动性。有效性指发现新数据仍保持可信度，新颖性要求模式应是新的，潜在有用性指发现的知识将来有效用，最终可理解性要求发现模式能被用户所理解，几项综合在一起称为数据的科学性豍。
数据挖掘的界定。数据挖掘是从存放在数据库与数据仓库或其它存储信息库中的海量数据挖掘有趣知识过程。一般的定义是：数据挖掘是从大量、不完全、有噪声、模糊、随机的数据中抽取隐含其中，事先不为人所知、潜在、有效、新颖、有用和最终可理解知识的过程。研究人工智能学术人员和计算机技术专家通常所说数据挖掘名称各异但实质一样。自然世界数据以多种多样形式存放，除最常见数字与字符等类型，还有许多复杂数据。复杂类型数据挖掘包括：空间数据挖掘和多媒体数据挖掘，时序数据挖掘和文本数据挖掘，Web数据挖掘与流数据挖掘等。数据挖掘与传统数学统计分析有区别，数据挖掘在没有明确假设前提下自动建立方程，可采用不同类型如文本、声音、图片等的数据挖掘兴趣模式；统计数据分析工具侧重被动分析，需建立方程或模型来与假设吻合，最终面对数字化数据；数据挖掘是主动发现型与预测型数据分析工具，分析重点在于预测未来未知潜在情况并解释原因。二、软件工程的产生与数据实用性
软件工程概念源自软件危机，20世纪60年代末的“软件危机”这个词语频繁出现计算机软件领域，泛指计算机软件开发和维护所遇到的系列严重问题。在软件开发和维护过程中的软件危机表现为软件需求的增长得不到满足，软件开发成本和进度无法控制，软件质量难保证，软件维护程度非常低，软件成本不断提高，软件开发生产率赶不上计算机硬件发展和各种应用需求增长等。软件危机产生的宏观原因是软件日益深入社会生活，软件需求增长速度超过软件生产率提高，具体软件工程任务的许多困难来源于软件工程所面临任务和其他工程之间各种差异以及软件和其他工业产品的差异，即特殊性。软件开发和维护过程存在的问题，与计算机软件本身特点有关，软件开发过程进度很难衡量，软件质量难以评价，管理和控制软件开发过程困难等。计算机软件专家认真研究解决软件危机方法，逐步形成软件工程概念，开辟工程学新领域即软件工程学。软件工程用工程、科学和数学原理与方法研制与维护计算机软件有关技术及管理的方法。
软件工程针对数据的处理具有系统的规范的系列办法。1993年IEEE（电气和电子工程师学会）给软件工程综合定义为：将系统化、规范和可度量的方法应用于软件开发、测试、运行和维护全过程，即将工程化应用于软件数据等设计中。软件工程包括方法、工具和过程三个要素，方法是完成软件工程项目技术手段；工具支持软件开发、管理与文档生成；过程支持软件开发各个环节控制与管理。软件工程的发展伴随计算机与数据等相关技术的发展而进步。三、软件工程的知识库应用数据挖掘技术
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软件在装备系统的研发过程中起着至关重要的作用，软件产品的质量已逐步成为军队信息化建设的核心，软件质量关系到武器装备系统的生命，关系到军队信息化建设的整体水平，一旦软件失效，就可能导致整套装备系统的失效，甚至导致战争的失败。目前，软件在研发过程中存在诸多问题，导致软件的质量和可靠性远不如人意，特别是与硬件的可靠性相比，软件的可靠性一般要低一个数量级[1]。
1 软件开发中存在的问题
（1）装备系统研发软硬件管理不均衡，过分强调硬件。武器装备的研发是一个非常复杂的系统工程，涉及到技术和管理的方方面面，而且其各个因素又是相互关联和制约，不均衡的过分强调某几个方面都是不科学的。而现状是系统的研发过分强调硬件的重要性，软件只是被当做硬件的一个附件来对待，未作为产品列入装备系统计划和技术配套表。
（2）总体单位不抓配套单位分系统软件的质量，监控力度不够。在软件产品的开发中不遵循软件工程的要求，而且武器装备系统的总体单位只抓本单位开发的软件质量，对配套单位分系统软件的开发过程监控不力，对配套单位交付给总体单位的软件普遍不进行软件验收测试和软件验收评审。
（3）软件设计文档的编制不规范，不符合国军标要求。编制时缺少文档化的过程描述，尤其是缺少工作文档、风险管理文档和工作量统计文档，而且文档编制水平和质量参差不齐。特别严重的是大多数单位的文档是在软件编程完成后补写的，失去了以文档指导软件实现的作用。
（4）高层管理者对软件管理不够重视，软件配置管理不到位。管理要从高层做起，但是多数高层却忽略了管理的重要性，有的软件开发组未设配置管理员，有的单位对配置管理的概念（如对基线标识和配置控制等）模糊，对软件开发库、受控库的设置与管理不当，致使软件在出厂前基本不受控。
（5）对软件测试的概念和方法认识模糊，缺乏对过程和产品进行测试。软件开发测试人员和质量控制人员之间缺乏对对方工作的基本认知，双方难以沟通，阻碍了研发工作的顺利开展。部分单位对第三方测试存有疑虑：担心泄密，难以保护知识产权，或担心经费不足和增加工作量延误工程进度。
上述问题是装备研发中普遍存在的现象，亟待改进。国内外的经验说明，为了解决上述问题，最根本的一条是必须“树立软件产品的观念”和“用软件工程方法组织软件开发”[2]，并按照软件工程方法的基本原则不断改进软件开发过程。现在国内比较常用的控制软件质量的方法是质量管理体系法，而国外比较流行的是运用CMMI（Capability Maturity Model Integration，即能力成熟度模型集成）来控制软件的质量。
2 软件质量控制的常用方法及缺陷
2.1 军用软件研制质量控制的一般做法及缺陷
我国一直采用质量管理体系中全面质量管理的原则来控制军用软件的质量。按照全面质量管理的观点，“产品质量是设计、生产出来的”，关注软件开发、研制的过程，通过强调过程模式，将组织内所有的工作定义为一个个明确的过程来进行质量保证和评估，使影响软件产品质量的因素在产品形成的全过程中始终处于受控状态，以此来提高其使用的可靠性、安全性，突出的把持续改进的过程作为提高质量管理体系水平的重要手段。
目前，军用软件研制质量控制的整套模型源于GJB9001B-2009，该国军标适用面广，可面向于硬件、软件、流程性材料和服务四大产品[3]，主要强调的是硬件产品的质量控制，对军用软件的适用性稍弱，没有针对软件产品及其研发的特点展开说明，尤其是在型号的不断改进，装备状态的多次更改之后，对军用软件的配置管理等方面的更高层次的问题，缺乏行之有效的解决方法，在实施该标准时无法引起高层领导的重视，没有对质量提出更高的要求，忽略了该标准反复强调的“质量管理必须坚持持续进行质量改进”，导致研制单位无法拥有一套适用的质量管理体系。
2.2 国外软件研制质量控制的一般做法及缺陷
CMM（Capability Maturity Model for Software，即软件能力成熟度模型）是对组织软件过程能力的描述[4]。CMM 中最为核心的思想是：只有好的过程才能造就好的结果。它侧重于软件开发过程的管理及软件工程能力的改进与评估，是一种高效的管理标准，有助于最大程度地降低成本，提高产品的质量和用户满意度。CMMI是CMM模型的最新版本，它把软件开发视为一个过程，并根据这一原则对软件的研发和维护进行过程监管，以使其更加科学化、规范化。CMMI项目为军工界和政府部门提供了一个集成的产品集，其主要目的是消除不同模型之间的不一致和重复性，降低基于模型的改善成本。CMMI将以更加系统和一致的框架来指导组织改善软件过程，提高软件产品的研发、获取和维护能力。
CMMI是目前国际上最流行、最实用的一种软件质量控制模型，强调各个方面的均衡发展，注重基于模型的、循序渐进的过程改进，可以帮助软件企业有效地管理软件过程，但是CMMI也存在缺陷，CMMI本身是国外的体系，是基于法治的体系，而我国强调的是人治的氛围，这种文化性问题是CMMI能否适用于我军的关键；实施该体系时单位对于软件研发人员缺少必要的有关质量管理方面的培训，导致软件研制人员与质量管理人员难以沟通，阻碍了研发工作的进度；CMMI只强调关键过程域，无法保证软件产品能被成功的研制出来。
3 基于质量管理体系和CMMI的气象水文软件质量控制方法
3.1 质量管理体系与CMMI的共同性
质量管理体系与CMMI面向的都是组织和软件产品的质量问题，都是以现代质量管理理念为基础，充分体现了质量管理、质量保证、全面质量控制、全面质量检验等思想。它们都非常关注产品的质量，都以相同的质量原理为基础，都强调通过良好的过程来保证产品的质量，都在强调外部沟通的同时强调内部沟通，都以组织的领导者和管理者作为最关键的成功条件，都采用PCDA方法，都重视规范化、活动规程和必要的文档与记录。
3.2 质量管理体系与CMMI的差异性
作为质量管理的标准性文件，CMMI与GJB 9001B是有着明显的差别的。GJB 9001B是一个适用于各类产品的通用型标准，主要是针对制造业制定的，而CMMI是专门针对软件开发设计的，可以帮助软件企业有效地管理软件过程；GJB 9001B强调完整的组织体系，可以用来建立符合ISO9000管理的组织管理，而CMMI本身对管理体系没有明确要求，默认组织体系是有效的、健全的；GJB 9001B评估的目的是要认证组织是否建立了有效的质量管理体系，为此给出比较简明、科学、原则性的要求，评估出结论合格与否，而CMMI则用于评估组织的软件能力的改善，确定采购风险，或找出软件过程的强项和弱项，明确改进途径，为此给出良好软件过程的详细描述和能力提高的简明科学途径。
3.3 基于质量管理体系和CMMI的气象水文软件质量控制模型的建立
GJB 9001B鼓励在建立、实施质量管理体系以及改进其有效性时采用过程方法，通过满足顾客要求，增强顾客满意，而CMMI的本质是通过对软件研制过程中关键过程域的精确定义，来使软件研制从一个不确定的“黑箱”操作过程，变成一个各步骤可视的、可对偏差随时控制的“透明”操作过程。根据质量管理体系和CMMI的相关理念和技术要求设计出适用于气象水文软件的质量控制模型。
质量控制是一个循序渐进的过程，该模型将质量控制归纳成七个阶段：（1）明确准备目标、项目范围和资源需求，依据CMMI的相关标准对软件的现状进行评估，定义相应的目标和指导原则，为下一阶段准备好相应的评估资料；（2）根据客户的要求和技术指标制定软件的开发流程，该阶段表达了组织层上下同心、拟定目标和愿望的状态，这是对将来有一个共同思考的过程；（3）在新的开发流程下引入GJB 9001B质量管理体系的相关要求，对组织当前的状态进行判决，及时向组织传达发现的情况和问题，并根据GJB 9001B的要求，确定需要进一步改进的方向；（4）根据上述要求拟定软件管理流程，确定关键业务主题、各团队的角色和职责、需要进行的活动以及改进进度安排；（5）在此流程的基础上导入成熟的开发和管理理论及方法，并根据客户的要求建立相应的规则、度量方法、模板，作为改进和实施的基础；（6）按层次和相关要求编写各层次文件，根据国军标的要求编写相应的工作文档、风险管理文档以及工作量统计文档；（7）依据软件运行的实际情况改进流程，在这个过程中组织的所有人员确定需要改进的目标，分析现有的工作步骤、客户需求和存在的问题，给出改进方案，验证并更新实施流程，在提高技能、绩效的同时，也提高软件的质量。质量控制是一个总结、再学习和提高的过程，通过不断的改进建立下一轮工作的更高目标，制定组织进一步工作的计划，只有通过这种反复的评估改进才能不断提高软件质量。
4 结束语
在信息化高速发展的今天，要高质量、高效率地开发出复杂的大型软件系统已不再是单个质量控制方法所能完成的任务，只有通过融合多种方法的优点推出一种新的质量控制模型，才能保证气象水文软件产品的质量和可靠性。本模型旨在GJB 9001B的基础上结合CMMI的理念和技术要求，把GJB 9001B作为CMMI的保障，而把CMMI作为GJB 9001B的“使能器”，两者相互促进，全面提升气象水文软件的质量及服务能力，进而提高武器装备软件的质量。
参考文献：
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[3]GJB 9001B-2009，质量管理体系要求[S].
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1 概述
1.1 问题的提出
电动凿岩机是建筑、水利、采矿等行业的重要设备。相对于传统的凿岩设备，电动凿岩机所具有的突出优点是节省能源，其电能利用率高达50%～60%，而常用气动凿岩机仅为10%，此外，电动凿岩机还有噪声低、工作面空气新鲜、无废气污染等优点，极大的改善了劳动条件。但目前使用的电动凿岩机也有明显缺点：对同样硬度的岩石，它的转速只有气动凿岩机的50%～60%。目前大多数电动设备直接使用交流工频电源（50HZ），不能随着工作环境（岩石硬度、钻孔孔径、深度）改变输出转矩、转速，因此工作效率较低。为此，本文采用德州仪器公司的TMS320C2407DSP处理器设计一种新型的5KVA单相正弦波变频电源，通过输出可程控的交流电压，改变电动设备的输出转矩和转速。进而提高工作效率，改善电动设备的工作性能。
1.2 国内外研究现状
变频技术是国内外研究的一个热点。其原因一是由于市场需求。近年来，随着自动化技术程度的发展成熟和能源短缺问题日益突出，变频技术越来越得到重视，并广泛地应用。二是功率器件的发展。近年来各种高电压、大电流的功率器件的生产以及并联、串联技术的发展应用，使先进变频器的生产成为现实。三是现代控制理论和集成电子技术的发展。矢量控制、模糊控制等新的控制理论及神经网络技术为高性能的变频器研制提供了理论基础，而高速微处理器以及专用集成电路技术的快速发展，为实现变频器高精度、多功能提供了硬件平台。
目前国外的变频技术研究，以法、意、德、日等国领先。在大功率变频调速方面，法国的阿尔斯通公司、意大利的ABB公司分别研制出单机容量达数万千瓦的电气传动设备。在中功率变频调速技术方面，德国的西门子公司研制出的SimovertA电流型晶闸管变频调速设备和SimovertPGTOPWM变频调速设备，己实现全数字化控制；在小功率交流变频调速技术方面，日本的富士BJT变频器、IGBT变频器已形成系列产品，其控制系统也已实现全数字化。
国内研究方面，从总体上看我国变频调速的技术水平较国际先进水平有较大差距。目前在大功率交——交、无换向器电机等变频技术方面，国内虽有部分单位可研制生产，但在数字化程度及系统可靠性等方面还有待改进。对程控变频电源的理论和实践研究取得的成绩，可查主要有：王小薇、程永华对于基于DSP双环控制的逆变电源设计研究；余功军、钟彦儒、杨耕对IGBT变频器死区时间的补偿策略研究；程永华、杨成林、徐德鸿对于基于DSP变压变频电源设计研究；程曙、徐国卿、许哲雄对SPWM逆变器死区效应分析研究；赵勇对基于IGBT大功率变频电源的研究；李锋对基于DSP的SPWM变压变频电源的研究等。
同时由于目前我国采用的半导体功率器件和DSP等器件依然严重依赖进口，使得变频器的制造成本居高不下，无法形成有竞争力的产业，也是影响我国变频技术发展的一个主要原因。
2 基于DSP的新型单相正弦波变频电源设计
2.1 设计思路
本文以美国德州仪器公司的TMS320C2407DSP处理器为核心设计了一种新型的5KVA单相正弦波变频电源。通过输出不同频率、电压的电源信号，对异步电机的转速、转矩进行控制。从而实现了电动凿岩设备针对不同岩体提高钻孔效率的目的。该不安品电源的硬件部分主要由主电路、保护电路、控制电路等部分组成。主电路包括整流、滤波、逆变器、驱动电路等；保护电路包括过压欠压保护、限流启动、IPM故障保护、过流保护等；控制电路则主要包括DSP控制电路、PWM信号发生电路、A/D、D/A转换电路等。在软件方面，考虑到SVPWM控制算法比较适合于数字控制系统，本文编制了基于SVPWM控制算法的控制软件。经过工作现场试验结果表明，该系统可以在30—300Hz范围内均匀调速，在不同的负载情况下，具有较好的稳定性和较强的抗干扰能力。
2.2 硬件系统结构
本文设计变频电源的硬件系统以Tl公司的TMS320LF2407A型DSP为控制芯片，由主电路、保护电路、控制电路等组成，其原理结构图如图1。
图1 硬件系统原理结构图
其中主电路包括整流、滤波、逆变器驱动电路等组成。其工作原理是把单相交流电通过整流模块变为直流电，整流后的脉动电压再经过滤波电容平滑后成为稳定的直流电压。再由逆变电路对该直流电压进行斩波，形成电压和频率可调的单相交流电提供给异步电机。由于IPM是IGBT的功率集成电路，需要有专门的驱动电路，本文采用调压电路把电压抬高到15伏来进行驱动。系统保护电路包括过压、欠压保护、限流启动、IPM故障保护、过流保护等。控制电路包括DSP控制电路、PWM信号发生电路、A/D、D/A转换电路等。
2.3 整流和滤波电路
整流和滤波电路属于主电路的一部分，其结构图如图2所示。工作时，220V的交流电源经过四个二极管的全波整流，变为直流，其中电解电容C1为整流滤波电容，电阻R1为放电电阻，在断电情况下为C1提供放电回路，同时也为逆变器负载和直流电源之间的无功功率提供缓冲。
图2 整流和滤波电路
2.4 逆变电路设计
（a）逆变电路结构原理图（b）输出方波信号波形图
图3
本文即采用的是电压型逆变电路。因为本文设计变频电源主要应用在电动凿岩设备上的。所以我们采用的是单相全桥逆变电路。图3为单相电压桥式逆变电路的结构原理图及输出波形图。全控型开关器件T1和T4构成一对桥臂，T2和T3构成一对桥臂，T1和T4同时通、断；T2和T3同时通、断。T1（T4）与T2（T3）的驱动信号互补，即T1和T4有驱动信号时，T2和T3无驱动信号，反之亦然，两对桥臂各交替导通180°。从而得到需要的变频电压信号。
由于本变频电源主要应用电动凿岩设备方面，即一般情况下均是在在阻感负载下工作。因此在0≤θ≤ωt期间，T1和T4有驱动信号，由于电流i0为负值，T1和T4不导通，D1、D4导通起负载电流续流作用，u0=+Ud。θ≤ωt≤π期间，i0为正值，T1和T4才导通。π≤ωt≤π+θ期间，T2和T3有驱动信号，由于电流i0为负值，T2、T3不导通，D2、D3导通起负载电流续流作用，u0=-Ud。π+θ≤ωt≤2π期间，T2和T3才导通
2.5 电平转换设计
由于DSPTMS320LF2407是低功耗芯片，必须采用3.3V供电，与驱动主电路的电平不匹配，易引起事故，损坏芯片。故本实用新型设计中包含了电平转换设计。本文采用的驱动芯片M57959L本身具备隔离输入作用，因此在电平转换设计中不必要增设隔离电路。本实用新型采用I/O直接输出转换设计。
图4 采用M57959L的电平转换驱动电路
2.6 软件部分设计
控制算法的软件化为交流调速系统控制算法的选择、复用提供了方便。本设计基于TMS320LF2407A事件管理器，采用DSP自带的汇编语言编写软件CCS进行编写，系统的软件设计可简单分为两个部分：一个是系统的初始化模块，另一个是控制算法模块。其中初始化只在系统上电时执行一次，而控制算法模块包括SVPWM的生成，速度反馈信号的采样和处理等。系统的整在程序初始化之后进入主循环程序，DSP产生SVPWM使电机开始运行。其调用的频率与PWM的输出频率一致。系统软件流程图如图5所示。
3 应用实验及展望
本文所设计制作的5KVA单相正弦波变频电源，可输出30～300HZ交流电压。所制作的样品在湘西同力机械公司、武陵电化总厂金属包装厂经过多次实验表明，应用本文设计变频电源控制异步电动机工作时，在不同频率、不同负载情况下，输出转速和转矩可基本实现实时控制，具有较好的工作稳定性和抗干扰能力。
未来，将从两方面对本设计进行改进，一是将改进硬件结构设计，逐步增大电源容量；二是改进软件算法设计，实现变频电源的最优实时控制。
图5 系统软件流程图
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篇12
影响电力营销管理信息系统开发应用的原因主要有以下两个方面：（1）通道问题是导致各供电营业所单机独立运行的主要原因。由于各供电营业所地理位置分布较广，在全区范围内铺设光缆到各供电营业所，成本和维护费用太大，而传统的电话拨号连接又不能满足信息系统的带宽要求。（2）目前计算机的应用虽然越来越普及，但在地域上分布非常不均，一般也只是在城市或相对较大的城镇，而供电营业所广泛分布在小城镇，对计算机的认识水平还比较低，特别是当机器出现故障时无法及时处理。
随着全社会通讯网络建设的飞速发展，电信、网通、广电的基础通讯设施已经相当完善，网络的连接可以解决由于操作人员应用计算机水平低引起的系统维护难的问题。在应用工作站安装远程控制软件，通过远程控制可以维护一些简单计算机操作的问题。操作员可以运用本地自动更新模块来自动更新维护；信息系统数据库集中存放，这样系统管理员只需维护数据库就可以了，而操作员只要客户端网络通畅，应用系统就没有问题。
二、系统设计原则
（一）开放的系统设计。设计时，应充分考虑到电力企业资源的统一规划，可以与其他相关的开放的生产管理系统、人力资源系统、财务系统、办公系统、设备管理系统等的无缝连接。
（二）灵活性。不同的供电企业或同一供电企业的不同时期，其业务处理过程、方式可能有非常大的不同。我们的目标就是适应电力企业快速转型需要，根据企业的生产、经营、销售情况迅速制定不同的企业解决方案。
（三）先进的技术。建议采用当前流行的企业信息系统解决方案设计与软件设计思想，充分利用先进的信息技术与网络技术，进行分布式、模块化的组件开发，可提供各种专业接口，为系统问的互联和系统的扩展提供强大的技术支撑。
（四）安全性。通过客户权限管理、用户加密、数据备份、分布式应用服务以及系统出错处理等各种方法来保证系统的数据与网络安全性。其中用户权限设置应将系统用户的工作权限定义到具体功能，保证数据的访问与处理安全性。应用服务通过负载平衡算法保证系统的安全与稳定运行。
三、营销管理信息系统的开发建设
（一）系统功能划分。根据营销系统各项业务要求，系统功能可划分为：用电营销管理信息系统（包括核心业务模块、管理功能模块）和与其它系统的接口两部分，核心业务模块包括业扩管理、抄表管理、电量电费管理、收费与账务管理、计量管理、用电检查管理、系统维护管理子系统，管理功能模块是辅助决策等，系统接口包括银电联网、客服系统接口、财务系统接口、电能计量系统及各类电能采集装置的接口、OA接口、触摸屏查询等。
（二）电力营销管理信息系统。电力营销管理信息系统应有业扩报装、电费计算、档案管理、物资管理、资料管理等部分，实行数据集中管理，各供电营业所通过广电网络建立广域网实行数据共享。业扩流程纳入计算机管理并加以业扩监控，逐步达到单轨制无纸化流程。利用广电网络作为数据库通道建立供电局与各供电营业所之间的物理连接，数据库服务器放置在供电局大楼信息中心统一管理。数据库采用Oracle，系统开发工具采用Delphi。由于系统数据统一集中管理，保证了系统数据的唯一性、合法性、一致性，系统软件的升级只要将文件写入相应的数据表，操作员运行一下本地的自动更新程序即可。
（三）系统功能要求。
1．在数据处理能力方面，要求数据的存储和管理性能灵活（包括对历史数据的转储及处理），保证数据的完整性、可追忆性、可恢复性、可操作性、共享性和安全性，方便查询及分类统计。2．在报表功能方面，应能充分利用数据库信息按要求灵活生成各类统计报表，提供灵活的报表格式。
3．在图形功能方面，应充分利用数据库信息进行动态分析，能以棒图、饼图和条形图、曲线等示之，并能按A4纸打印；图形要求美观、比例恰当、布局合理。在统计功能方面，对系统所要求的各类数据库进行一般性统计和按某种需求进行统计；统计可以由用户自定义；统计结果可以按自定义的格式用A4纸打印。
4．在保密及授权方面，应具有良好的授权机制，访问权限具有足够的授权设置级别和严密的控制管理。
5．在系统维护方面，要求方便、快捷、可靠、安全。
（四）业扩报装。
1．电力客户服务中心为新装增容用电和用电变更一口对外管理部门。
2．低压客户（综合配变供电的客户）的报装等相应事宜在所属供电所办理，各供电所应建立相应的客户档案，并及时向客户服务中心备案。
3．10kV及以上客户的报装业务在电力客户服务中心。
4．客户服务中心负责受理客户申请、客户建档、组织竣工验收、签订供用电合同等，生技科专责人负责现场勘察、确定供电方案等方面的工作，营销部负责计量等方面的工作，实业总公司负责客户施工等工作，生技科负责方案审核。
5．客户业扩工程竣工后，由客户中心组织生技科、营销部、供电所及实业总公司等有关人员，对工程进行验收，各相关科室积极配合，接到验收通知后要按时参加，及时为客户验收送电。
6．电力客户服务中心全面负责对外业务服务，对内负责有关业务流程的调度，按时完成各环节工作。
（五）电费计算。通过设立综合变用户和公用变用户这两种只计量不计费的关口表用户，来统计线损。主要功能有：读数录入，电费计算，电价字典维护，电费台账生成与打印，电量电费报表汇总，银行数据接口（委托银行代开发票、代收费的，按一定格式生成银行所需数据）。
（六）档案管理。提供模糊查询功能，输入相应的参数，能够在数据库中调出数据，供查询用户文件、表计文件、农村综合变、小城镇公用变、表库文件等资料。
（七）物资管理。实行进、销、存操作，对各供电营业所的物资进行计算机管理，统一编码，实时统计库存量，便于物资合理利用。包括：材料编码、材料进仓、材料核价、材料销售，材料结存。
四、结语
通过对各类业务模块的细分，满足供电企业营销各级管理群体的需要，既减轻了软件维护的工作量，又方便了各供电营业所相互之间的应用交流，满足数据结构统一、编码统一、运行模式统一的设计目标。全面提高供电企业的管理水平、工作效率、服务质量和决策水平，促进电力营销管理的现代化。
篇13
随着能源问题重要性的日益增加，改革和完善空调控制系统以降低能耗、提高调节品质，日益成为空调领域的重要课题。近年来许多复杂的空调控制装置陆续开发，尤其微型计算机的广泛应用，使各种采用微型计算机的控制装置的开发调试更成为迫切的任务。但是，控制装置越复杂，控制系统智能程度越高，这种系统的开发调试越困难，原因在于：
（1） 空调系统的主要扰动源是一年四季以不同规律随机变化的室外气象条件和室内人员及设备的散热、散温。可靠的智能化控制系统应能自如地应付各种室内外随机扰动，使被控对象维持在理想状态，这在现场至少需有一年以上的运转时间方可完成一个调试周期，致使研制周期过长，难以应付市场的变化与需要。若建立专门人工气候室进行此项工作，投资大、能耗高、研制成本剧增，而且还有局限性。
（2）可靠的智能控制系统应能妥善处理各种意外事故，诸如停电、停水、火灾和设备损坏等，而这类事故常常不便人为地在现场或实验室实现，这就给调试现场控制机处理意外事故功能带来困难。
鉴于上述原因，控制装置的考核与调试已成为突出的矛盾，本文通过实例介绍空调数字仿真系统在考核与调试控制装置上的应用。
关于建筑与空调系统数字仿真装置及其实时性的探讨，文献[1]～[3]有详细论述。装置包括硬件和软件两部分，用户可以方便地输入所要研究的系统，并进行输入、输出接口定义，然后将被调试的控制装置像实际现场那样接入相应接口端子，就可进行调试考核工作。
2 被调对象
2．1 现场控制机及其功能
被考核调试的控制装置为DCU-UP-6242型现场控制机，该机具有24路数字量输入，8路模拟量输入，16路数字量输出和8路模拟量输出。编程语言为MCS-51单片机语言，其功能包括：
（1） 测量程序。通过数字量输入通道和模拟量输入通道可测出来自各种变送器的温度、湿度、风量、水流量值以及风机、风阀运行状态。
（2） 控制阀等被控设备控制量计算及输出程序。
（3）时钟处理程序。计时，以不同周期进行参数测量与控制。
（4）键盘显示程序。根据操作人员要求，按键显示相应测量参数、阀门开度，并可进行参数整定与设备操作。
（5）故障检查程序。对温湿度变送器、阀门调节失灵等状况进行检测，并给出故障信息。
（6）控制方案程序。实现用户控制思想，控制算法，给出控制方案号及各被控设备输出状态。
（7）主程序。负责上述程序的统一管理，见图1。
图1 主程序流程图
2．2空调系统
被控制的空调系统为双风机定风量系统，负担两个湿湿度参数要求相同的房间，该空调系统的处理室有表面式空气冷却器、空气加热器和喷雾式蒸汽加湿器，可测量与调节设备为：
（1） 室外、房间、混风点、表面式空气冷却器后，送风管等处设有温湿度测点，送风管还装有风量测点，它们均为数字量信号。
（2）表面式空气冷却器和空气加热器通过三通阀对冷热媒进行量调节，蒸汽加湿器用两通阀调节。
（3）新风、排风、一次回风、二次回风和送风管上设有气动调节风阀。
（4）两个房间的送风支路上设有电加热器可进行启停控制。
3 考核调试
现场控制机的考核调式是对控制装置功能的全面检验。仿真考核调试就是利用仿真装置替代实际现场。对控制装置的功能进行检验，包括硬件、软件和功能实现的思想，并给出相应的报告。
考核调试方法采用分层推进法，即首先孤立地对各功能进行考核，然后进行综合性运转调试考核。
3．1 系统描述
图2为整体组成示意图，首先将被控空调系统结构组成、设备数据等信息输入模型机，并进行相应的接口定义；然后将欲考核调试的控制装置接入仿真系统，并检查系统定义与接口的正确性。如果控制装置有通讯接口，可与实验接口连接，此接口机可采集、存储与显示控制装置的运行结果。
图2 硬件组成
3．2 功能考核调试
仿真系统进入功能仿真程序，调试人员可以定义各温、湿度以及风量等参数值，同时测量控制装置输出的设备状态，以便对各功能进行单项考核。
（1）测量功能。仿真系统给出一系列温度、湿度、风量等各种参数值，检查控制装置测量结果是否正确。给出测量硬件、软件是否正确，以及精度是否达到要求的考核报告。
（2） 控制阀等设备的输出程序。控制装置给出被控设备状态信号，仿真系统对设备状态进行检测，考核此程序功能实现的准确性。
（3） 键盘显示程序。检查键盘实现功能是否正确。
（4）故障检查程序。制造变送器与阀门调节的故障信息，检查控制装置对故障发现与处理的能力。
（5）控制方案程序。仿真系统制造一系列室内、室外以及设备状态的信息，检查控制思想及实现正确与否，检查设备动作正确与否，但此时不检查调节效果。
上述仅考核控制装置的基本功能，如均达到要求，可进入综合性仿真试验，否则进行修改、完善。
3．3 综合性仿真试验
空调系统的控制装置应能应付作用到空调系统上的各种形式与变化的扰量，但日以不能进行逐日仿真试验，因此，必须确定试验工况。单纯从考核调控制装置来说，试验工况的选择应考虑三方面问题，即：气象条件，建筑物的热惯性；建筑物的使用情况，如人数、内部发热量和使用时间表等。如果为了考核调试用于某地区某建筑空调系统的控制装置，则应确定以下两方面的试验工况。
（1） 为了考查全年运行特性，可按不同季节进行综合性仿真试验。一般可分为冬季严寒期、夏季炎热期、春季、夏初以及秋季。并确定各季节的气象条件。当然，为了考核空调工况分区及其控制方案的合理性，则应根据工况区先定气象条件。一天内室外空气温度的变化可视为正弦变化：每天的湿度可按恒定值考虑，不同季节取不同数值。
（2）对于建筑物特性及使用情况，应编制内部矛盾热湿负荷时间表，以便仿真模拟。
4 应用示例
为了说明空调控制数字仿真能否用于控制装置的考核、调试，以本文第2节给出的被调对象为例，从过程控制特性和控制精度两方面，对比仿真结果与实际系统测试结果。
4．1 过程控制特性
为了考核控制软件在跟踪控制过程上的效果，给定如图3所示的温度过程设定值曲线，并按此设定要求，在空调数字仿真系统中运行被控制的空调系统与被考核的现场控制装置，其结果如图4所示，与在实际空调系统按此设定曲线控制的结果（见图5）相比，可得：
图3 温度过程设定值曲线
图4 仿真温度过程曲线
图5 实测温度过程曲线
（1）仿真结果与实测结果十分相近；
（2）基本可以符合温度过程设定曲线要求，便跟踪效果不理想，控制软件需进一步改进。
4．2 控制精度
为了探索空调数字仿真系统在仿真空调控制精度上的效果，利用实际现场某日逐时室外气象数据，在仿真系统上仿真运行该空调控制系统。对比图6所示的仿真结果与图7所增实测结果可以看出：
图6某日仿真温度曲线
图7某日实测温度曲线
（1）仿真结果与实测结果十分相近
（2）温度控制精度为±0.5℃，满足原软件设计要求。
5 结论
上述探讨说明，实时性好的空调数字仿真装置可以很好地模拟实际空调控制系统，为现场控制装置（包括硬件、软件）的开发与考核调试开辟一条经济、可靠的途径。当然，通过仿真试验考核控制装置的全面性取决于用户对控制装置功能的理解，试验越全面，在实际环境中出现的错误就越少，越节省人力、物力，应用效果越好。
本文的目的在于对比仿真调试与实际应用的效果，至于如何评估、评价一个控制装置，尚需进一步探讨。
6 参考文献
