系统设计论文优选九篇

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第1篇

综合布线系统是酒店智能化系统的信息网络基础，本设计注重系统的质量、科学性、先进性、可靠性及安全性，易扩展，同时本设计兼顾考虑酒店的应用特点，将来发展的需要。因此，在系统设计和产品选型中重点关注布线产品的质量、布线系统的模块化、以及系统的安全性、可管理性和可维护性。

酒店综合布线系统的目标是：以系统规范为指导，以具有当前国际领先水平的综合布线技术、计算机技术、通讯技术和自动化技术为支撑，建立一套统一规划、高度集成的布线系统，为酒店计算机网络系统数据、图像及控制信号提供统一的传输线路、设备接口和高质量的传输性能。全面实现酒店计算机通信网络的通讯、办公、管理手段的智能化、集成化，把酒店计算机通信网络建成一个高起点、高标准、功能设施一流、且具有高开放性和平滑升级性的网络平台。同时，该布线系统兼顾了计算机网络系统未来的发展要求，提供15年保证；在酒店大楼增加新系统时，对新设备提供信号传输的支持。

作为酒店智能化系统的基础平台－综合布线系统将为整个酒店的语音通信、宽带数据、图像联网、酒店管理系统及网站建设提供高质量的传输通道。酒店大楼内的各个功能区通过高性能的结构化综合布线系统连接起来，组成一套具备高传输带宽的、结构化的信息高速公路。

二、系统功能

本设计提出的综合布线系统实现了酒店设备的网络物理层上的相互联系，满足系统间信息共享的要求，为酒店集中管理以及与Internet的连接建立了基础设施。具体来说,，本方案设计的布线系统可以支持以下各类应用及设备。

话音：程控交换机、电话、传真、卫星通讯、电话会议、语音信箱等。

数据：快速以太网、千兆以太网、1.2GATM、TCP/IP、INTERNET、INTRANET等。

视频：闭路电视监控、电视会议、可视图文、自动控制等音、视频和控制信号。

需要指出的是视频、射频、公共广播、自动控制等系统技术方面，设计理论和多个项目的实践已证实采用的结构化布线系统可达到与传统布线方式同等的传输质量和传输距离；但在工程造价方面，由于结构化布线系统要配备专用的适配器，以至工程造价将会有很大的提高，故本设计只提供了高性能的传输链路，在技术发展造价降低时，或有此类需要时提供坚实的支持。

三、系统设计依据及设计原则

酒店智能化系统工程－综合布线工程整个布线系统选用星型结构，从插座至楼层配线架，最后通过数据/语音主干线缆统一连接至相应的数据和语音机房，以便于集中式管理。系统机房设置在酒店一层，系统水平布线满足小于90米的布线标准要求。数据水平部分采用超五类双绞线传输，语音水平部分采用电话线传输；数据干线子系统采用光缆传输，语音干线子系统采用大对数电缆传输。如果把结构化布线系统看作是一条信息高速公路的话，那么，越是高级的路况，车速能提高得越快。这种高速率，不是单靠提高汽车的档次来实现，而是由构筑的信息奔驰“路面”通畅快速来完成的。本设计方案既满足用户目前的应用环境,又能支持未来21世纪高速宽带应用。

为了满足酒店现在和未来10年至15年发展的应用,以及可能会根据不同的机型选择不同的适配器来构架整个计算机网络。因此，采用了开放式的布线设计作为解决方案。结构化布线系统采用星型结构，以便实现各种网络逻辑拓朴结构。

1.设计原则

（1）先进性。布线系统的设计目标决定了系统必须采用先进的方法和设备，即要反映当今的水平，又应具有发展的潜力。由于布线系统是一项在规定时间内投入运行的工程，因此系统所涉及的技术必须是成熟和先进的。

（2）开放性。布线系统应具有开放性。一方面布线系统能适应不同功能的要求，同时又能支持不同厂家相应的设备。

（3）实用性。布线系统在现在和将来能适应技术的发展，实现资料和语音通信。

（4）灵活性。布线系统应能满足灵活通用的要求。

（5）模块化。布线系统中，除固定于建筑物中的线缆外，其余所有接插件均是模块化的标准件。

（6）扩充性。布线系统是要能扩充的，以便将来要扩展时，可以方便地将设备扩充进去。

2.设计依据

（1）EIA/TIA-568民用建筑线缆标准

（2）EIA/TIA-569民用建筑通信信道和空间标准

（3）EIA/TIA-607民用建筑中通信接地标准

（4）GB/T7427-87通信光缆的一般要求

（5）IEEE802.3总线局域网国际标准

（6）TPDDI铜线分布式资料接口局域网标准

（7）ATM异步传输网标准

（8）RS232，X.21，RS422RS485等异步和同步标准

四、各子系统设计方案

1.连接方式

E：设备C：连接点T：终端设备

2.设计等级

综合布线系统为了满足高质量的高频宽带信号,所以在设计时，参照综合型设计标准,综合型设计标准适用于建筑物配置标准较高的场所,采用有线非屏蔽双绞线的组网方式。

3.结构化布线系统的结构

根据需求，结构化布线系统分解成以下五个模块进行设计。

（1）工作区子系统（2）水平布线子系统

（3）管理子系统（4）主干子系统

（5）设备子系统

4.工作区子系统的设计

工作区布线子系统由终端设备连接到信息插座的联机(或软线)组成,它包括装配软线、适配器和连接所需的扩展软线。

J45暗装式信息插座与其旁边电源插座应保持20cm的距离，信息插座和电源插座的低边沿距地板水平面30cm。如图3所示。

图3暗装式信息插座与其旁边电源插座距离示意图5.水平布线子系统的设计

这是一个主要由水平非屏蔽双绞线组成的系统，水平非屏蔽双绞线由管理区的配线架出发，通过金属线槽、管道、桥架从地面或天花板延伸到指定位置上，然后与插座模块端接，每一个插口均为RJ45制式。设计中保证单条水平双绞线的最长距离不超过90米。水平布线子系统考虑数据采用超五类UTP信息模块、语音采用RJ11信息模块。语音部分水平布线采用三类四芯电缆设计。

6.水平线缆路由设计

走廊的墙角顶上应安装有金属桥架或PVC电线管，进入房间时，从桥架或PVC电线管引出以PVC电线管暗装方式由墙壁而下到各个信息点。

7.管理子系统的设计

管理子系统由每层弱电井内的壁挂式机柜、配线架与跳线组成。通过跳线将通讯线路定位或重定位到楼层的不同部位。其中水平线缆端接数据和语音均采用24/48口RJ45型模块式配线架，保留5%的余量用于今后的扩展。采用110式卡接式配线架连接语音主干，采用机架式光纤端接箱连接数据主干，配置相应的数据点的数据跳线和110-RJ45语音跳线，并设置标准电源插座，以便安装相关网络交换设备。

8.设备间子系统的设计

设备间子系统由分配线间和主配线间组成。语音主干采用110式卡接式配线架，数据主干采用机架式光纤端接箱，所有设备均安装在19英寸标准机柜内，交接区应具有良好的标记系统，交接间的配线设备采用色标区别各类用途的配线区，并设置标准电源插座，以便安装相关网络交换设备。

9.主干子系统

干线子系统是综合布线系统的神经中枢，一端始接于计算中心的总配线间，另一端则终接于各个IDF分配线间。主干线缆到各个IDF完成主干的接续。将工作站区子系统、水平布线子系统、管理子系统、设备间子系统、主干子系统五个子系统集成在一起，就形成了完整的结构化综合布线系统。主干子系统使用大对数双绞线电缆、光缆实现设备室与各管理子系统间的连接。其中语音主干采用三类大对数非屏蔽UTP双绞线铜缆，数据主干采用室内多模光纤。

五、展望

随着新标准、新技术和新产品的不断出现，国内对智能建筑集成化的要求会不断提高，随着全球计算机技术、现代通信技术的迅速发展，人们对信息的需求也是越来越强烈。这就导致具有楼宇管理自动化、通信自动化、办公自动化等功能的智能建筑在世界范围蓬勃兴起。而综合布线系统正是智能建筑内部各系统之间、内部系统与外界进行信息交换的硬件基础。楼宇综合布线系统是现代化大厦内部的“信息高速公路”，是信息高速公路在现代大厦内的延伸。相信，我国智能建筑集成化的发展趋势将会更快的向国际化接轨。

参考文献：

[1]刘化君.综合布线系统．机械工业出版社，2004．

[2]及延辉．网络综合布线基础教程．机械工业出版社，2005．

[3]刘省贤．综合布线技术教程与实训．北京大学出版社，2006.

[4]中华人民共和国建设部．智能建筑设计标准．中华人民共和国建设部出版，2007．

第2篇

视频数据的接收显示

①视频的硬件解码方式。

在Android平台之上，默认解码的视频格式主要存在两种，分别是mP4格式和3gp格式。它可以通过MediaPlayer和VideoView两种方式来对视频解码器进行一定程度的调用。MediaPlayer的主要作用是对音视频媒体文件进行有效地播放，它在音频的播放方面十分简单，但在播放视频时，则需要对SurfaceView进行一定程度的使用，通过它来对画面进行显示。而对于SurfaceView来说，它对完全的OPenGLES库能够有效的支持，因此相比于自定义的View来说，它能够在绘图方面表现出更大的优势。除此之外，它也可以通过VideoView来播放视频，videoviewt比MediaPlayer简单易用，但定制性不如Mediaplayer。

②视频的软件解码方式。

视频的软件解码方式，需解码H.264格式的视频，因此，需要在Android平台之上对解码器进行一定程度的移植，只有这样，才能够有效的扩展Android对视频格式的支持。一般情况下，要想对视频软件解码方式进行有效的实现，必须要做好解码器的移植工作，它是实现视频软件解码方式的关键。目前状况下，较为流行的一种方式是通过移植FFmPeg开源库来实现H.264格式视频的解码。

图片的接收

在图片的接收方式当中，视频解码的功能主要是由服务器端来进行实现的，因此，Android客户端只需要对解码后的图片数据进行有效的接收。然而，这当中也存在着一个问题，那就是传输后的数据是解码后的图片数据，如果与接收视频的方式进行一定程度的比较，接收图片的方式就对网络宽带有着更高的要求。随着经济的发展，3G技术逐渐普及，在这种环境之下，网络宽带的制约将会得到一定程度的缓解。

目前状况下，在多画面的视频监控当中，无论是硬件解码方式还是软件解码方式都存在着一定程度上的不足。而对于图片接收方式来说，它具有操作简单,效果优良的特点，下面通过实验数据来说明各种方式在多画面视频监控中的性能。实验的平台为Acer平板电脑，型号为A500。在本次试验当中，解码的视频数据的格式均为mp4格式，素材主要存在着三种不同的分辨率，分别为128*96，672*378，800*480。

表2显示的是硬件解码的性能。从上表中，我们可以发现硬件的解码虽然可以对多路视频进行一定程度上的显示，但是在画面的数量上受到一定程度的限制，具体表现在两个方面：一方面，无论视频分辨率多低，画面的数量上限为5路；另一方面，画面的树龄与视频分辨率存在着反比例的关系，画面的数量会随着视频分辨率的增高而出现一定程度的减少。

智能监控的算法

智能视频监控是在无专人监控的情况下，通过计算机视觉技术对视频内容进行自动分析，对监控画面中的变化进行检测、跟踪和识别，并对监控目标的行为进行分析和判断。在智能监控的算法中，运动目标检测是最基本的一步。运动目标检测是指在监控画面中检测出变化区域并提取出运动目标。目前主流的运动目标检测的方法有帧差法、光流法和背景减除法等。本文主要采用帧差法作为智能监控算法。

帧差法是在监控图像中，相邻两帧对应位置上的像素进行差分，并通过阂值化检测出图像中的运动区域。首先，把前一帧图像作为背景图像，与前景图像相减，随后对结果进行二值化:背景亮度变化不大时，若差分后的像素值小于预先设定的阂值，可认为此处为背景像素;若差分后的像素值大于阂值，则认为此处有运动目标，将检测到的区域标记为前景像素。通过标记，便可获知运动目标在画面中的位置。此方法的优点:相邻两帧的时间间隔较短，用前一帧图像作为后一帧图像的背景模型，有很好的实时性，背景不积累，更新速度快，算法计算量小;缺点:阂值选择非常关键:过低，则不能抑制背景噪声，容易将其误判为运动目标;过高，则容易漏检，将有用的运动信息忽略了。而且当运动目标面积较大或颜色一致时，帧差法容易在目标内部产生空洞，无法完整地提取运动目标。

模块分析

在这一系统当中，主要存在着六个模块，分别是视频解码模块、网络接口模块、画面显示模块、人机交互模块、智能处理模块、处理结果显示模块。在这六个模块当中，视频解码和智能处理模块主要是在服务器上进行实现的，其他模块则在Android终端上进行实现。下面对在Android终端上进行实现的模块进行简要阐述。

①网络接口模块。对于HTTP，Android提供了三种HTTP通信接口，分别为标准Java接口()、APaehe接口(org.apache.http)、Android网络接口(.http)。其中APache接口提供了非常丰富、高效的工具包。由于服务器发送的是解码后的图片数据，故而客户端接收到的数据流可以组成一幅图片。通过Android提供的BitmapFactory.decodeByteAITay()函数，可从接收到的数据流中得到Bitmap格式的对象。

②画面显示模块。为了对画面显示进行有效的实现，需要继承View类，重写了onDraw（）方法，其中，在onDraw（）方法中所实现的内容，将在界面上显示出来。定义一个Bitmap对象bmpl，此对象将在画布中绘制出来(即界面显示)。

第3篇

机械臂的模型仿真采用MatLab平台下的RoboticsToolbox工具箱，从而可以很方便地对机械臂运动学的理论进行学习和验证。工具箱内部包含了很多机械臂运动学方面的功能函数，如机械臂的坐标变换及机械臂正逆运动等。通过调用Link和Robot两个功能函数，利用Denavit－Hartenberg参数表来描述机械臂各个连杆间的位移关系，可以在三维空间为机械臂的每一个连杆建立一个坐标系或相对于机械臂底座的相对坐标系，进而确定每一个杆件的位置和方向。在建立多个运动坐标的时候，为了方便，一般建立一张关节和连杆参数的D－H参数表。根据图4所示的结构模型建立的参数如表1所示。利用表1建立的D－H参数表来进行机械臂数学模型的运动仿真，在Matlab中将6个关节初始角度按照表1设置为θ1=90°、θ2=0°、θ3=0°、θ4=－90°、θ5=90°、θ6=0°。通过调节工具箱中每个自由度对应的活动范围可以实现机械臂任一关节的位姿运动。

2机械臂控制系统硬件实现

采摘机械臂要实现其特定的动作离不开控制系统的支持，其控制系统主要由AVR主控板和舵机控制扩展板组成，此外还有一些辅助的硬件模块。例如，使其系统稳定工作的开关电源模块、调整工作姿态的键盘模块、实现人机对话的显示模块和语音播报模块。同时，为了实现在上位机上的监控，设计了基于MAX232的串行通信接口。

3机械臂控制系统软件实现

机械臂控制系统软件主要由主控板控制程序和上位机监控程序两部分组成。采摘机械臂主程序流程如图8所示。整个程序主要是通过键盘模块上按键的控制来切换操作模式，也可以在上位机设计的监控软件中来进行模式的选择判断。主程序主要由单自由度功能模式、多自由度功能模式、轨迹规划功能模式这3种工作模式组成，通过这3种工作模式，可以完整的展示采摘机械臂的整体自由度配合情况。为了在上位机上实现对机械臂的监控，借助于Labview软件设计了机械臂上位机控制系统。Labview使用的是图形化编辑语言G编写程序，产生的程序是框图的形式［6］。根据需求选择合适的控件并进行合理的布局，就可以构建一个美观的仪器仪表界面。设计的控制界面如图9所示，该界面包含有六个舵机的数据监控转盘、串口通讯设置、速度调节滑块、按键模块。通过RS232通信协议该监控软件可以实时的实现对六个自由度转角和方向的控制，其中舵机转盘上的数值代表脉宽值，其可调整的范围为500～2500μs，代表舵机相应的角度为0°～180°。在上位机上的控制信号发送给AVR主控制板，主控制板对接收到的上位机数据进行分析处理，将需要的运动形式及参数发送给舵机控制板，各个舵机根据接收到的控制数据进行相应的动作响应。

4结语

第4篇

如图5，本设计前端装配有CMOS模组，该CMOS模组包括CMOS图像传感器7、前端的成像物镜8、照明光源9、FPC软性线路板6．CMOS图像传感器贴在FPC软性线路板上，其电源信号线放置在CMOS模组电源信号线腔道2内．照明光源9采用近红外LED，代替传统可见光LED．CMOS模组成像物镜8朝向吸引窗4的方向，准确地观察孕囊的位置以及术中吸宫时宫腔里面的情况．CMOS模组后面有一个楔形块5，起到固定CMOS模组的作用，防止CMOS模组在吸引管中晃动而影响成像效果．CMOS摄像头采用广角摄像头，摄像头可以观察到最大范围的夹角为β，即视场角β≥90°．吸引管的轴向方向与CMOS成像物镜的中心轴之间的夹角为α，100°≤α≤135°．CMOS模组前端放置一个透明隔板13，防止手术出血时污染CMOS模组镜头．术中人工流产吸引管后接负压吸引器，实时观察宫腔内视频图像，进行定点吸引；当吸引管吸引宫腔组织时，宫腔压力会急剧增加，可以从减压入口10，通过减压出口16向外排液，减小宫腔压力，避免宫血逆流入腹腔．CMOS摄像头模拟信号通过WDM采集卡进行采集，应用程序通过DirectShow与WDM视频采集卡驱动程序无缝对接的特性，通过操作DirectShow过滤器完成对视频信号的采集．在可视的情况下进行流产手术，实现真正的全程可视化人工流产．吸光度是指波长为的光线通过溶液或者某一物质前的入射光强度与该光线通过介质后的透射光强度比值的对数．在近红外光波段，由于近红外光透过血液的吸光度低于可见光的吸光度，近红外光通过血液后的透射光强度比可见光大，CMOS摄像头接收透射光强度大，CMOS摄像头成像效果较好．为此在血液环境下进行了近红外光模拟实验，来验证在CMOS摄像头在近红外光条件下较可见光条件下，具有更好的分辨能力．

2近红外光模拟实验

本实验设计的透过血液的近红外光成像系统示于图6，主要有可见光、850、940nm主波的LED灯珠、卤素光源（LS3000）、传光光纤、支架、黑匣子、CMOS摄像头、视频采集盒、窄带滤色片（10nm）、比色皿．比色皿的光程分别为03、05、1mm．窄带滤色片（透过率T＞80％）的波长分别为800、850、900、925、975、1000、1025、1050、1075nm．实验用的血液样本来源于南方医科大学附属南方医院，采用柠檬酸钠9NC真空抗凝管采集，采集后12h之内测量．在不同光源条件下用CMOS摄像头透过不同厚度的血液（03、05、10mm）观察比色皿另一侧不同间隔距离（分别为05、10、15、20、25、30、35、40、45mm）的线条成像效果．选择光程不同装满血液的比色皿，其光程大小表示血液的厚度．整个实验装置放在黑匣子里面，以减小实验过程中自然光对实验结果的影响．

3实验结果与分析

3．1可见光、近红外光LED光源的实验结果与分析

实验中，选择可见光LED，850、940nm主波的近红外LED直接作为照明光源．CMOS摄像头透过03、05、10mm厚度的血液，观察比色皿另一侧不同间隔距离的线条成像效果．从表1、表2、表3可以看出红外LED发出的近红外光可以穿透一定厚度的血液并且使CMOS摄像头成像效果比可见光LED条件下好．验证了以上设计的合理性.CMOS光谱响应受Si半导体材料限制，同种Si材料的光谱响应基本一致，其光谱响应区间从400～1100nm，峰值响应在近红外附近；在近红外区域，随着波长增大，CMOS传感器的响应度与量子效率都发生改变，进而影响到CMOS的成像效果［14］；因此如何确定在血液环境下使CMOS摄像头成像效果最佳的波长成为关键．

3．2不同波长近红外光的实验效果与分析

在血液环境下，为了进一步确定可以使CMOS摄像头成像效果最佳的波长，进行了不同波长的近红外光成像实验．由于近红外LED灯珠各个波段波长不好控制，用红外光源、滤色片以及传光束代替近红外LED进行原理性验证．下面以近红外穿透03mm厚度血液为例，进行原理性的实验验证，不会对理论实验结果造成偏差．实验中，选择钨卤灯光源（波长360～2000nm），10nm窄带滤色片（波长分别为800、850、900、925、975、1000、1025、1050、1075nm）组成的单一波长的近红外光，作为照明光源，用传光束进行照明．进而观察装满血液的光程为03mm的比色皿另一侧不同间隔距离的线条成像效果．从表4可以看出照明光源采用波长为900nm附近的近红外光，可以使CMOS摄像头在有血液的情况下成像效果最佳．进一步确定了在血液环境下使CMOS摄像头成像效果最佳的近红外波长．

4结论

第5篇

数控技术利用数字信号控制执行机构完成某种功能，实现自动化。随着我国计算机技术的变革，微小型计算机数字控制CNC是当今制造高精度、高质量以及形状复杂产品的基础设施，属于制造技术的关键环节。对于一般数控系统组织，运算器接收、运算、处理输入装置的指令或数据，并不断向输出装置送出运算结果。控制器能根据指令控制运算器和输出装置来实现各种操作及控制整机的循环工作，使数控系统执行所要求的运动，其中伺服驱动把来自控制器的脉冲信号经过功率放大、整形后，转换成执行部件的平移、进给或旋转等运动，主要包括驱动装置和执行结构两大部分。驱动装置由进给驱动单位电机、主轴驱动单元等组成，步进电机、直流和交流伺服电机是常用的伺服元件。执行机构根据控制器发出的指令信号，完成驱动装置对系统旋转和进给运动的控制。作为数控系统改进生产设备的实例，数字喷印技术是非接触印刷技术的主流，以低廉的价格和精美的印刷质量越来越受到用户的青睐。数字喷印吸收喷墨打印等新技术，墨水经过喷腔组件的小孔射出，喷印器在基材上方以高速度喷射墨水，同时晶体振荡器高速纵向振荡，使墨线分裂成一系列大小和间距相等的墨点，机器内部微处理器监视回馈的信号，随着物体的移动，更多的墨点打在物体表面就形成了字符或图线。经调研，市场上还没有针对薄膜开关制造工艺而开发的专业喷印设备，部分生产厂家引入用于广告喷印的喷墨打印设备进行面板的喷墨印刷，主要有2种：热泡式喷墨打印机和平板式喷绘机。深圳某公司生产的热泡式喷墨打印机，采用爱普生配件，底座同步，并采用步进交流电机和IC芯片控制模块化。由于该打印机源于办公打印机技术，墨量不厚，所以不能采用UV油墨，不能立体打印，且印制速度慢，无法满足规模化生产。广州某公司生产的平板喷印机，采用陶瓷压电式工业高速Konic，XAAR等喷头，由多色喷头组成单模组，且UV光跟随固化，可形成立体墨痕和喷印彩色图案，但不能用于电路喷印。由于该打印机在制造中各工序对位困难，故不能完全满足彩色面板、上电路、绝缘层、下电路的套印，工序切换速度慢，不符合一次流水套打的工艺要求。为了提高定位精度，采用计算机视觉定位技术、MARK高精度光学影像定位系统及图像AOI技术，印制精细度达0.1mm，对位精度≤0.2mm。采用多喷头阵列高速流水喷印技术，以4—12个喷头为1组并行喷印，从而实现高速输出。为消除喷头间喷印干扰，对12个喷头的喷印进行同步控制。采用2套独立控制电路，分组传输，每组喷头数不超过6个，从而能保证一般的4色彩油墨、金属导电油墨、特色工艺油墨的喷印阵列。DSP的定位圆图像采集及参数提取更进一步提高了定位精确度和喷印速度。设计的阵列双模式喷印平台基于数字控制器现场可编程门阵列（FPGA），DSP，PC及软件，由程序协调操作FPGA等多芯片运作，同时解决数据分配、时分信号和信号优化等数据处理问题。在数控系统中可以利用FPGA处理接口板与上位主控板之间的数据传输，接收下位伺服的反馈信号，监测伺服电机的工作状态。针对x，y，z和w方向的移动，利用可靠性、可编程多轴控制器构建精确位置控制系统。以PLC控制变频电机为执行元件，通过RS-485通信实现驱动单元的远程控制，提高系统的集成度与可靠性。基于以上设计和工艺，集成高速、柔性、精密配套技术以及制造工艺，利用数控系统的核心技术，喷印平台简化了传统工艺流程，只需改变电气参数就能完成不同的喷印任务，不需要为新产品的每一次改动而制作网版。设计的阵列喷印流水式装置通过交错及斜装阵列组合模式，由12通道静态喷头阵列与4通道动静双模式喷印模组构造，双模式构造能保证喷印清晰度和速度，解决缝接及拉线等问题。该装置能快速完成维护和喷头更换，提高了设备的灵活性和生产效率，其平台抗震、抗干扰能力较好，符合IP54标准。

2阵列双模式喷印平台的控制模块

2.1主要控制单元

作为一种典型的控制不同组合对象的多参数数控喷印平台系统，既有平移、旋转运动控制和图像识别辅助控制，又有喷墨头的温度、流量等过程控制。为保证高速阵列多喷印头的数据协调、时控合理，核心控制模块采用WDM类设备驱动程序架构和MINIPort层间驱动协议，驱动程序用VC编写和调试，使其达到4路USB准同步数据传输，时间关键帧技术保证操作系统达ms级响应。发挥硬件和软件的开放性，实现数控系统和伺服控制系统间的通讯、加工代码的自动生成、最佳模切顺序和最短空程路径。模块化设计后则重点关注控制器、数据处理、I/O系统、驱动接口等子模块，以上位机数控系统来扩展网络控制系统，使用计算机数控系统与FPGA控制器完成接口驱动，控制模块见图2。喷印控制电路系统重点包括基于FPGA的主控部分、基于DSP的定位圆图像采集及参数提取部分。采用现有控制技术的理论方法和技术条件，以FPGA嵌入式为主控制系统，FPGA有丰富的逻辑硬件资源，CycloneIIFPGA芯片有DSP系统、硬件协处理器、接口系统、通信系统、存储电路以及普通逻辑电路等功能子系统，能解决传统宽幅喷印机对大量图像数据在上下位机之间和系统内部传输速度的瓶颈。利用DSP实现复杂的电气控制算法，提高对字车电机和走纸电机运动的精度控制，从而提高宽幅喷印机的喷印精度。系统还开发了FPGA的时钟同步系统，在上位机获取时间戳并通过FPGA硬件电路矫正晶振频率的动态补偿，实现数控系统的精确时钟同步。FPGA主控部分主要包括USB接口模块、喷印数据处理模块、喷头驱动模块、温度控制模块、驱动电压调整模块、喷印图像存储及纠偏模块与DSP接口模块等7部分。

2.2模组控制单元的数据处理

FPGA接收数据并处理数据，发送数据到喷嘴、电机、相机等数字终端，数据缓冲区则使用多片DDR2，以加快数据传输速度。对输入数据进行分组，基于FPGA内核改变时钟域意味着整个喷墨头的处理在1个时钟周期内实现多目标的同步时钟系统。通过使用VHDL编写的时序程序发送控制字到FPGA的UART接收模块，根据控制字的不同，调整相应的数据，电机模块根据控制字产生相应的脉冲和控制信号，控制喷头电机的启停、方向和速度等数值，利用FPGA实现复杂的逻辑时序的控制信号。事件驱动控制的机电驱动系统也在FPGA实现，由有限状态机（FSM）定义所有可能的实现方向数据。其中，USB接口模块在每批次喷印开始前用于接收计算机发送下来的原始喷印图像，并将存储在外部缓存当中的定位原图像上传至计算机，用于在人机界面上检查初始标定参数是否正确。当喷印过程开始后，USB接口模块用于与计算机交互喷印过程中的实时参数，喷印数据处理模块用于将待喷印图像的像素数据进行拆解，并重新封装成适合喷头喷印的数据格式。喷头驱动模块用于计算时设置的有关喷印参数信息转化为适合喷头喷印的时序，以此时序来精确控制喷头的喷印。温度控制模块用于实时调整并显示喷头的温度，驱动电压调整模块用于实时调整喷头驱动电压的幅值及幅宽，存储喷印图像及工艺MARK参数信息处理，可以保证喷印位置的准确性。利用CycloneIIFPGA的并行执行特点，对2—4排喷嘴的数据进行处理及分配，实现实时喷射控制、装置控制逻辑与状态管理。多排喷嘴的数据收发1次，先将此行像素拆分成奇数像素数据和偶数像素数据，再将这2部分像素以相反的顺序发送至喷头，就能喷印1行完整的像素点矩阵。此时，将首先在存储中开辟一个动态的全局缓存，存放所要喷印的一排像素数据，再为若干个喷头分别开辟单独的缓存区和独立的进程，这些独立的进程将通过一定的交换机制，与其他相关进程进行数据交换，所有与喷头相关的进程完全并行，因此整个过程除了USB数据的接收外，其他部分所消耗的时间只相当于处理一个喷头数据所消耗的时间，从而提高数据处理的速度。

3结语

第6篇

水平控制系统闭环控制结构如图1所示，图2是系统硬件结构框图。系统主要由姿态测量部分、非线性控制器与液压执行部分组成，各部分作用是:姿态测量部分检测平地铲水平倾角，非线性控制器根据倾角信息对电磁阀施加PWM脉宽控制信号，液压执行部分通过扭矩输出使平地铲保持在水平位置。系统的硬件包括Cotex－M3处理器、ADIS16355及SD卡存储器等。Cortex－M3处理器使用了ARMv7－M体系结构，具有较高的性能和较低的动态功耗［9］。从性能能上看，Cortex－M3处理器可以作为本文的融合算法以及控制算法的硬件实现。Cortex－M3处理器使用SPI接收来自ADIS16355的数据并保存在SD卡存储器。其采样得到的三轴角速度和加速度计数据通过传感器信息融合测量，从而得到平地铲水平倾角;数码管用于显示当前测量角度和控制参数等，可通过按键改变显示模式和参数调整，两者组成简单的人机界面，易于调试;RS232串口主要用于接收高精度姿态航向参考系统AHRS500GA发送的数据。

2融合算法与控制算法

2．1基于卡尔曼滤波的姿态解算算法利用加速度计对重力矢量进行观测，以观测值同重力常量的误差值修正陀螺对姿态角的测量值，设计卡尔曼滤波器对状态进行融合估计［10］。根据该方案，传感器信息融合处理过程如下:1)利用式(6)计算更新四元数，并转换为姿态角。2)观测矩阵

2．2控制系统数学模型根据平地铲运动特征，建立平地铲的抽象物理模型，如图3所示。按以下方法建立平地铲运动的载体坐标系xoy:以平地铲质心o为零点，系统输入量x为液压系统阀芯位移，输出量y为油缸位移，平地铲转动倾角为θ，建立传递函数模型。

2．3控制器的算法设计

2．3．1适用于平地铲运动的控制算法考虑水田激光平地机的作业特点，控制系统在设计上必须保证平地铲在倾角角度情况下能够迅速回位到水平位置，并且尽量减少超调和避免振荡。传统PID控制有较好的适应性，但是还不能提供最优控制，其结果是导致超调失效而影响控制效果。目前，基于动态补偿的最优控制在工业中得到应用，其特点是能够准确反映信号的变化趋势，产生有效的早期修正信号，以增加系统的阻尼程度，从而改善系统的稳定度［12］。本文鉴于非线性系统近似最优PD控制的特性，引入其算法，针对平地机做出相应修改，进行相应尝试。控制器框图如图4所示，姿态测量单元提供位置反馈θ。积分控制、比例控制以及微分控制的作用如下:①积分控制放在前馈通道，其作用是抑制平地铲在受到外界恒定负载情况下产生的输出误差，增益输出为y0=K1θ。②比例控制作用输出为y3，等于两次连续位置反馈值的差值，增量y1等于信号y0减去y3，通过数字积分器累加。③微分反馈信号y2提供参考速度，其大小正比于平地铲输出转速，与参考信号y1组成一个局部的速度内环。微分控制器设计目的是适合平地铲在大干扰情况下的操作。④系统输出转矩的参考值为Trf，送入零阶保持器，输出力矩实际值为Tcm。Tcm正比于零阶保持器的输出。

2．3．2控制器参数的确定平地铲运动机构近似于二阶系统，有以下方程成立。

2．3．3辅助补偿器的设计采用Lyapunov再设计方法设计辅助补偿器以补偿非线性部分和外界扰动对PID控制器的影响。对于渐进稳定的线性系统，必存在实对称正定矩阵P，满足以下关系。

3试验与分析

为了验证本文提出的平地铲水平控制系统，本文进行融合算法的验证试验以及平地机田间试验。

3．1传感器融合算法验证试验

3．1．1试验方法通过AHRS500GA同步测量平地铲姿态信息并作为准确数据，验证基于ADIS16355的姿态测量单元有效性。美国Crossbow公司生产的AHRS500GA是高精度惯性姿态测量器件，其采样频率为100Hz，测量精度为:航向角0．2°RMS、俯仰角0．03°RMS、横滚0．03°RMS［15］。融合算法的验证实验步骤如下:①在平地机上安装水平控制系统，保证系统坐标系与载体坐标系一致;②启动系统，人为摇动平地铲，同步记录ADIS16355与AHRS500GA数据;③PC平台上运行MatLab融合程序对采样的数据进行处理。

3．1．2试验结果分析图5为一次典型的试验结果，图5(a)为平地铲倾角测量值对比，图5(b)为局部放大结果。1)从图5(a)、6(b)中可见，0～400s区间平地铲振动较小时，利用加速度计计算倾角值较准确;当外界扰动导致振动加剧时，误差可达±5°以上，无法单纯用加速度计解算姿态角。2)本设计姿态测量单元能准确测量平地铲动态倾角。由图5(b)可见，在动态环境下融合结果能与AHRS500GA提供的参考倾角结果呈现良好的一致性，其误差绝对值不超过±1°。3)通过传感器实时判断平地铲运动状态，利用加速度计对重力矢量观测值来修正陀螺漂移，可以有效降低姿态角计算误差。

3．2平地机田间试验

3．2．1试验方法组装好平地机的高程和水平控制系统，在水田进行平地试验，开启以上系统并保证正常工作，记录相关数据。图6所示为水田激光平地机田间作业后的场景，可以看出平地效果良好。

3．2．2试验结果分析图7所示曲线为平地机平地过程中控制系统所测量的平地铲水平倾角。田间试验结果分析如下:1)从图7(a)可知，平地铲倾角变动基本控制在±1．5°以内且渐进稳定，满足平地机作业要求。2)从图7(b)和7(c)可知，在外界干扰较大导致平地铲晃动严重时，水平控制系统起作用，通过PWM输出反向力矩，使平地铲恢复到水平位置，其过程是渐进稳定的。3)由于在控制算法推导过程中，平地铲的传递函数是简化和抽象的，如忽略机械连接部分的间隙、挠度，液压油缸对于控制系统的响应有延迟现象等，最终导致了控制系统的效果受到影响。

4结语

第7篇

1.1双轴阳光追踪装置数学模型

装置采用高度角和方位角的全追踪方式，又称为地平坐标系双轴追踪。工作平面的方位轴垂直于地平面，另一根轴与方位轴垂直，称为俯仰轴。阳光追踪系统通过实时计算，求出装置所在地的太阳位置。工作时工作平面根据太阳的视日运动计算结果绕方位轴转动改变方位角α，绕俯仰轴作俯仰运动改变工作台的倾斜角β，从而使工作平面始终与太阳光线垂直。工作平面方位角α与太阳方位角A相等，倾斜角β与太阳高度角h互余，如图1所示，因此只要计算出太阳的方位角A和高度角h即可确定当前工作台应该保持的姿态。这种追踪系统的特点是追踪精度高，而且工作台承载器件的重量保持在垂直轴所在的平面内，因此结构简单，易于加工制造。

1.2阳光追踪控制系统结构

本系统机械本体具有两个自由度并具备自锁能力，可以调节安装在工作台上物体的位姿，以对准太阳高度角和方向角。单片机根据时间及当地经纬度计算出此时当地的太阳位置，并产生脉冲信号给步进电机驱动器，控制步进电机进行相应动作，并通过电子罗盘HMC5883L和加速度计MPU6050进行检测反馈。操作者可通过人机交互模块查看或改变系统的运行参数，如角度、时间、电机转速等信息。

1.3系统工作流程

控制系统上电后，系统根据时间，判断太阳是否落山，是则进入待机状态；如没有，则自动进入对正模式，系统将根据时间及当地经纬度计算出的此时太阳高度角及方位角，并实时与MPU6050检测到的工作台倾角及HMC5883L检测到的方位角比较求出角度差，转换成控制脉冲输出步进电机驱动器，使机构对正太阳方位，对正后等待一个设定时间，进行下一次对正。

2太阳角度计算及参数修正

2.1太阳主要角度计算

根据天文学及航海学中常采用的天球坐标系可以方便地对天体的运动进行观测及追踪。通常的方法是在太阳与地球间建立天球赤道坐标系主要包括天轴PNPS、天赤道、以及天体时圈。在观测者与太阳间建立天球地平坐标系包括测者天顶Z、天底Z￠、测者真地平圈、垂直圈、测者午圈，其中太阳在天体时圈和垂直圈的交点上，如图2所示。根据天球坐标系的相关定义，有太阳赤纬角δ，当地的纬度φ，太阳时角t，太阳高度角h，太阳方位角A，从1月1日开始的天数被称为积日N。在天球上以仰极、天顶和天体为顶点，通过这些点的大圆弧为边所形成的三角形称为天文三角形，或称为位置三角形。由于要求解的角度与星体距离无关，所以假设以地球为中心，太阳到地球的距离不变，从而可以用角度来表示弧长。

2.2HMC5883L数据校准

电子罗盘主要是通过感知地球磁场的存在来计算磁北极的方向，然而由于地球磁场在一般情况下只有微弱的0.5高斯，外界的各种磁场干扰都很容易对检测结果造成影响。理想状态下，电子罗盘水平转动一周，两个水平方向磁场矢量的输出为圆形。当存在外界磁场干扰的情况时，测量得到的磁场强度矢量将为该点地球磁场与干扰磁场的矢量和，使罗盘输出曲线的圆心发生偏移。罗差使罗盘输出转变成椭圆，因此将罗差校准的问题转变为椭圆拟合问题。

3结论

第8篇

35kV变电站无人值守自动化系统的设计原则就是通过智能电网的理念，对整个县级电网进行建模，得到安全可靠的设计方案，以保证电网稳定运行。35kV变电站无人值守自动化系统最重要的设备是集控站，其负责整个系统的监控管理、数据收集、数据处理等［4］。无人值守系统较常规系统相比增加了微机自动巡视和跟踪功能(见图1)。受控子站主要包括测控通讯模块、远动通信模块、微机五防模块、网络通信模块、保护测控模块、视频监控模块等，由这些子站实现数据实时采集、通信、终端控制等功能。这些受控子站的分布模式主要有集中式、集中分布式、分散式3种［5］。本设计中采用的是许继集团CBZ8000自动化系统，包括站控层、通讯层、装置层3部分(见图2)。整个系统采用面向对象设计，系统结构简单，不设置总控单元，测控单元均为模块化结构并分散式安装。无人值守自动化控制系统，在遥测和遥信的基础上实现遥控和遥调功能。集控主站内的电气设备主要有:接地装置、35kV进线、断路器、无功补偿装置、电源、主变压器、10kV馈线等。

2后台监控系统设计

CBZ8000自动化系统支持WindowsXP操作系统，利用SQLServer2000构造数据库，基于VisualBasic语言编制程序。实现无人值守自动化模型，需要得到正确的网络拓扑连接，实现系统实时分析。上述算法即为网络拓扑连通性的验证，网络节点矩阵自动生成可以大大降低计算工作量。进入监控系统前要完成登陆，系统设计时一定要根据不同的用户组设置不同的权限，进入登陆系统后就可以查询各个子系统的状态，还可以查看整个变电站的运行数据(见图3)。监控系统还可以查看变压器和进线的调度，如感性有功电度、感性无功电度、容性有功电度、容性无功电度等。变电站出现故障后，会弹出报警界面，同时记录下超限值和发生故障的时间，工作人员需要查看上边的提示，通过保护装置进行操作。本设计采用的终端设备是WYD—800系列RTU，由测控设备完成初始数据采集和预处理，经以太网由终端设备传输到集控站。较以往系统相比，本次设计中改进了微机五防操作系统，主机可以基于规则库中的数据对实际数据进行逻辑对比，并生成相应的操作程序。操作票专家系统设置了5种开票方式:图形开票、专家库开票、调用典型票、手工开票、历史操作票。

3遥视系统设计及测试

现有变电站一般都具有四遥系统，本设计在这个基础上增加了遥视系统，即远程视频监控系统。此系统可以实现以下功能:监控35kV变电站变压器和主要设备情况;对周围环境进行监控并实现消防系统报警;对门禁情况进行中心控制;辅助电力生产减少工作量。变电站遥视系统设备主要有:可控摄像机、烟雾传感器、红外传感器、电源、计算机、交换机、服务器等(见图4)［6］。中心监控服务器是本系统的核心，承担着工作人员与前端设备联络的任务，其可以实现服务器模块管理、监控系统设置、身份认证、权限管理、视频设备管理、镜头分组、报警和联动、中心录像、数据检索、电子地图等功能。遥视系统应用时，工作人员可以在集控站对变电站受控设备进行远程巡视，实现无人值守变电站的自动控制功能，并结合视频监控系统和图像监视系统提供的数据，远程控制现场球形摄像机(见表1)。

4结语

第9篇

自动调焦系统利用精密线绕电位器检测准直镜的位置，由电位器的中心抽头取出的电压、温度采样值和接收的主控计算机距离信息送DSP进行运算，得出误差电压值。如果误差电压不等于零，DSP送出驱动脉冲，经功率模块放大驱动步进电机转动，通过机械传动带动准直镜移动，同时也带动检测电位器的转轴向减小误差电压的方向旋转，直至误差趋近于零，系统处于平衡状态，以达到最佳的成像效果。

2系统设计

2．1DSP模块

采用DSP(TMS320F2812)作为自动调焦系统核心。TMS320F2812是TI公司针对数字控制领域而推出的，具有控制精度高、速度快、使用灵活以及集成度高等优点，已广泛应用于工业自动化、光学网络以及自动化控制等领域。TMS320F2812的CPU运行速率可以达到150MIPS，数据总线为32位，内部集成乘法累加器，指令采用流水线处理，使得数据处理的能力大大增强;同时在片内还集成了128KB×16位的Flash存储器和18KB×16位的SARAM存储器。针对数字控制领域，还集成了两个事件管理器(可以发送12路PWM信号)，为电机及功率变换控制提供了良好的控制功能，还兼有死区控制功能。本系统并没有使用TMS320F2812全部外设接口，而只是使用其中的一小部分，如GPIO接口和EVA/EVB接口。由于采用可编程逻辑器件(FPGA)，使得DSP的硬件电路设计非常简单。将DSP的数据总线、地址总线、读写控制线以及中断信号线都引入到FP-GA中，根据特定的要求，在FPGA内完成时序和逻辑设计，如为TL16C654、AD7864提供地址选通信号等。由于电机的信号线、限位开关线数量很多，需要本系统的I/O口的数量较多，还需要在FPGA内完成扩展I/O口的功能。

2．2FPGA模块

选用Cyclone系列FPGA中的EP1C12Q240C8作为整个系统的时序和逻辑控制核心，EP1C12Q240C8提供12060个逻辑单元(LE)和173个I/O口，可以内嵌4K的RAM。采用模块化的设计思想，对FPGA设计进行模块分解，FPGA需要扩展I/O口的功能，产生PWM调宽波信号，还需要为TL16C654和AD7864提供片选和读写信号等。TL16C654地址译码模块:在FPGA内部，针对DSP的读写以及地址信号进行译码，为TL16C654提供读写信号以及片选等信号。AD7864地址译码模块:对DSP的地址信号进行译码，为AD7864提供读写、片选以及通道选择等信号。在设计FPGA时，采用VHDL开发语言，在Quar-tusII环境下开发程序。根据FPGA的设计框图，在设计程序时采用模块化的设计思想。每个模块都独立设计(即每个模块都是一个文件)，最后建立一个顶层文件，将各个模块有机地联结起来。

2．3串行收发模块

自动调焦系统与主控计算机通信时，必须要提供串行通信接口，这里采用TL16C654完成并行数据和串行数据之间的转换。控制器在与其他分系统进行串行通信时，由TMS320F2812作为控制核心，间接控制TL16C654串行发送或接收。FPGA是DSP和TL16C654之间通信的桥梁，为TL16C654提供片选和读写信号。当TL16C654的接收FIFO满等情况发生时，会产生中断信号，FPGA对TL16C654的中断信号组进行处理，然后向DSP发送中断信号，并协助DSP得到TL16C654发出中断的通道号。TL16C654在发送或接收数据时，可以采用中断或查询的工作方式。在控制器与外部进行串行通信时，TL16C654在接收时采用中断方式，发送时采用查询方式。

2．4模拟量采集模块及数字温度传感器

模拟量采集选用美国模拟器件公司生产的AD7864模数转换芯片，分辨率为12位，可实现4通道同时采样。数字温度传感器采用型号DS18B20，DS18B20与微处理器连接时仅需要一条口线即可实现双向通信，测量范围:－55℃～+125℃，分辨率0．5℃。

2．5电机驱动器及执行电机

步进电机驱动采用UP－4HB01B步进驱动芯片。它把FPGA发出的脉冲信号转化为步进电机的角位移，FPGA每发一个脉冲信号，驱动器就使步进电机旋转一步距角，步进电机转速与脉冲信号频率成正比。该驱动芯片适用于四相六出头混合式步进电机，单极恒压驱动，四相八拍励磁方式。执行电机选用常州微特电机厂生产的混合式步进机，型号为42BYG015，电机为混合式四相步进电机，按四相八拍方式工作，步距角为0．9°。

3结论