系统研制范文

系统研制范文（精选12篇）

系统研制 第1篇

关键词：传感器,信号调理,信号分析,故障诊断

1 液压系统故障机理分析与故障诊断系统组成

液压系统的故障一般可分为如下几类:系统噪声、振动大,系统动作不正常,系统压力不正常,系统液压冲击大,系统油温过高,与液压泵、液压缸、各种阀门等部件的故障。

一个液压系统工作是否正常,关键取决于两个主要工作参数即压力和流量是否处于正常的工作状态,以及系统温度和执行器速度等参数的正常与否。液压系统的故障现象是各种各样的,故障原因也是多种因素的综合。同一因素可能造成不同的故障现象,而同一故障又可能对应着多种不同原因。例如:油液的污染可能造成液压系统压力、流量或方向等各方面的故障,这给液压系统故障诊断带来极大困难。

而使用参数测量法时,只要测得液压系统回路中所需任意点处工作参数,将其与系统工作的正常值相比较,即可判断出系统工作参数是否正常,是否发生了故障以及故障的所在部位。

液压系统中的工作参数,如压力、流量、温度等都是非电物理量,用通用仪器采用间接测量法测量时,首先需利用物理效应将这些非电量转换成电量,然后经放大、转换和显示等处理,被测参数则可用转换后的电信号代表并显示。由此可判断液压系统是否有故障。

2 液压系统故障诊断电路

2.1 基本原理

从传感器采集到的信号是不能直接通过A/D转换送进电脑进行处理的,主要有4点原因:

1)信号的形式或幅度无法满足A/D转换的要求

2)某些传感器的高频干扰很严重

3)A/D转换卡与I/O端口需要基本的过流保护措施

4)传感器的零点需要进行外部校正

正因为如上所述的原因,在信号采集的过程中必须有所谓的信号调理电路的存在,作为传感器与PC机之间的桥梁,以保证整个故障诊断过程的长期与稳定运行。

对于信号调理电路而言,最终的转换目标为-10V至+10V的电压信号,并且没有高频干扰信号的存在,同时具有较好的线性度。

设计完成的信号调理电路电路根据传感器输出信号的不同主要分为5类,电压传感器和温度传感器的低频0~10V电压信号调理电路,加速度传感器的0~5V电压信号调理电路,LVDT位移传感器的±5V低频电压信号调理电路,涡轮流量计的电流信号调理电路,继电器的开关电压信号调理电路。

2.2 电路结构

电压信号调理电路分为隔离、调零和滤波三个模块,其中,隔离与调零使用了AD622AN芯片,滤波使用的是OPA277芯片。

电流信号调理电路与电压信号调理的不同之处在于传感器的输出接口之上接入了一个标准电阻,用来将电流信号转换成标准电压信号,之后的过程与前者完全相同。

LVDT传感器信号调理电路通过AD698专用芯片进行机械位移—直流电压的转换,然后再进行隔离、调零。

开关信号调理电路基本结构是过流保护/分压电路与隔离电路。过流保护电路的作用是以二极管的单通特性防止继电器开关时产生的尖峰电压信号损坏隔离电路的芯片。

滤波电路的作用是滤去信号中的高频干扰。考虑到实际使用时不一定一直有强烈的干扰情况,所以在每路滤波电路与主电路中可以加入一个可选择使用的跳线,在无干扰情况下可以不使用滤波部分,以获得质量更好的信号。

3 故障诊断软件

3.1 主要分析思路

该软件的采用Matlab7.1和Labviw8.2编制,主体分为三个部分:信号处理,信号分析和故障应对。

信号处理的流程大体如下。首先将从A/D采集卡获取的信号采入Labview虚拟仪器中,对照表格进行线性化处理,从中提取出各特征信息,利用主成分分析和改进算法的BP神经网络得出系统的运行状况,再通过模糊对比的方式给出适当的应对措施,以自动化的方式保证系统的安全运行。

这些信号在计算机内部按一定的变换和控制算法计算,并经过DAC0832转换,输出控制用的误差信号。所以应用程序设计的主要内容就是:数据采集程序、信号的变换及处理程序、数字控制算法程序和其它辅助程序的设计。

3.2 软件结构

3.2.1 数据采集

数据采集子程序,主要是利用接口卡上ADC0809各信号分别采样,完成把模拟量转换为二进制的数字量,送入计算机内存的功能程序部分。因此,该子程序又可称为接口卡的硬件驱动程序。

3.2.2 小波信号消噪

液压泵的工作环境一般比较恶劣,其工况受环境的影响较大,通常在泵出口检测到的信号含有很大的噪声。小波分析是目前较有效的信号处理方法,它可以同时在时域和频域中对信号进行分析,能有效地区分信号中的突变部分和噪声,实现信号的消噪。

3.2.3 特征层信息融合

特征层状态属性融合就是将对多种类型传感器数据进行预处理以完成特征提取及数据配准,即通过传感器信息转换,把各传感器输入数据变换成统一的数据表达形式。

假设所选取的故障特征样本为X-{xij}式中,i为故障样本;j为传感器所对应的特征向量个数。对样本的各个特征向量进行归一化处理:

式中,ni为每个传感器特征向量的个数;m为样本数。通过特征向量归一化处理可以实现信息融合数据配准。

3.2.4 主成分分析

PCA是特征提取和数据压缩的多变量统计分析技术,它能够有效地去除数据间的相关性。PCA方法是对现有的样本空间进行某种正交组合变换产生新的学习样本空间,使得新的样本空间的相关性小。

3.2.5 故障的可诊断性检验

可诊断性检验主要是验证所选择的特征向量经过PCA分析后对系统的故障是否达到区分不同故障的目的。故障的可诊断检验的实质主要是分析各种故障的故障状态样本是否具有显著的差异。

3.2.6 故障诊断

信息融合故障诊断算法的最后一级采用改进BP神经网络进行全局故障诊断。原始的BP神经网络由输入层、隐层和输出层组成,如图1所示。

4 液压系统故障诊断试验台研制

信号的调零比较简单,在零输入的情况下通过调节可变电阻使得输出信号为零即可。此过程会使信号产生不同程度的非线性化,需要在之后的软件调试中进行线性化的校正。

在选择数/模转换芯片时,主要应考虑该芯片的性能、结构及其应用特性,应使其应用性能满足D/A转换系统的技术要求,价格低廉,而且外接的接口电路简单等。在实验台接口卡上的数/模转换系统中,选用了电流输出式的DAC0832芯片。

接口卡的抗干扰问题是计算机测控系统设计的一个重要问题。为了消除和抑制干扰,除了消除和抑制干扰源及使接收电路对干扰不敏感外,还有抑制和切断噪声的传输途径等措施。

对计算机控制系统中的噪声干扰抑制,需从三个方面采取措施,这就是屏蔽,浮空和接地技术。

最后进行的是软件的调试,使用前文实测出的传感器输入/输出信号的曲线,分段使用线形回归算法在Matlab中对输入信号进行人工线性化校正。

信号在进入A/D转换器前,己在硬件上采用了RC有源滤波器,通过设定该滤波器的截止频率fmax,在一定程度上,大大地削减了位移传感器输出信号中的周期变化的高频噪声。但在实际采集到计算机内的位移信号仍存在随机白噪声。为了消除这些可能是由于随机干扰引起的误差,使采集信号更好地体现原信号的特征,保证控制信号的正确性,采集进的数据在进入控制算法程序前,进行了数字滤波。

综合分析,本程序的数字滤波技术采用的是中值滤波方法。

在计算机控制系统中,计算机采集进来的位移、速度和主信号都是有量纲的模拟量,但经过接口卡的A/D转换器转换后,在计算机中表现为无量纲的数字量。为了便于控制人员的观测比较和PDF控制算法的计算,往往要把这个数字量转换为有量纲的物理量。这个把数字量转换为有量纲物理量的技术就是标度转换技术。

当传感器工作在它的线性范围内时,被测信号与A/D转换结果之间是线性的。根据标度转换的原理把被测信号转换为有量纲的物理量,易于显示和比较结果。

参考文献

[1]杨光琴.多传感器航空液压系统信息融合故障诊断研究[D].北京:北京航空航天大学,2004.

[2]韩鹏霄.数字式三余度作动器控制器软硬件设计[D].北京:北京航空航天大学,2005.

钻探参数数据智能采集系统的研制 第2篇

详细介绍了最新研制成功的`智能钻探测控数据采集系统的设计原则、技术特点、结构、参数设置方法以及测试应用情况.

作 者：丁景祥 丁健 DING Jing-xiang DING Jian 作者单位：丁景祥,DING Jing-xiang(煤炭科学研究总院西安研究院,陕西,西安,710054)

丁健,DING Jian(明大网络测控公司,陕西,西安,710048)

英国研制出司机疲劳警报系统 第3篇

司机疲劳警报系统是由英国Loughborough大学睡眠研究中心的科学家研制成功的。该系统能够监控司机表现出的疲劳迹象，并向他们发出警告。系统将一些常见因素作为参考系数，如由于司机睡眠造成的交通事故高发时段、车辆行驶状况，以及司机持续驾驶的时间等，一旦司机昏昏欲睡，声音和图像警示器将对他们提出警告。司机疲劳警报系统在世界各地进行过严格的测试，如今已在包括英国在内的欧盟国家、中东地区和美国投入使用。负责开发该系统的史蒂夫·菲尔德说：“司机睡觉在各国都是最主要的交通事故原因。我们相信，在对抗因司机疲劳和睡眠引起的交通事故的战役中，我们的这一成果将成为全球的领导者。”

那么如何操作该系统呢？当司机进入驾驶室准备上路时，首先要对该装置进行重启。按下“菜单”按钮，显示屏会显示“新司机确定”信息。之后装置会显示确认提示：“已重起并就绪”。司机输入完自己的睡眠信息（共四种）之后，司机疲劳警报系统就作好了持续监测各个参数（如当日时间、司机的睡眠信息、已完成的驾驶时间和类型，以及车辆正在行驶的方式等）的准备。如果认为必要，该装置会激活声音和图像警报，以提醒司机他们已开始表现出疲劳的早期迹象了。

如果交通事故已经发生，一些重要的驾驶数据可以被下载，以帮助鉴定和确认各方面的实际情况，如司机是否启动系统并输入了自己的睡眠信息，系统是否发出了警报，以及司机是否采取了必要的措施进行休息等。

中国地震局解密“独门秘技”——靠月亮预测地震

近日，刚刚解密的中国地震局2004年全国地震趋势预测资料显示，我国科学家用20年时间开创的地震预测理论，成功预测了2004年全国16起五级以上地震当中的14起。

独辟蹊径

长期以来地震预报一直是一项世界级难题。这是由于“上天有路，入地无门”，人们至今还无法对震源深处作任何直接的观测研究。即使在最发达的国家，用仪器测量地震参数也才只有几十年的时间，科学家难以积累起比较完整的资料。

中国地震局分析预报中心研究员尹祥础介绍，地震的孕育过程虽然极其复杂，但地震最主要的物理实质在于震源区介质逐步受到损伤，从而最终导致大规模的突然失稳（破坏）。课题组正是将着眼点放在了地震临界状态上。通过观察检测区域对微小干扰的响应情况，判断该地区是否处于稳定状态。

一根稻草压垮骆驼

尹祥础向记者解释说，在非孕震期或孕震初期，孕震区处于稳定状态，在这种条件下，如果其受力状态增高一点（力学上称之为加载），与之对应的各种物理量（如变形、位移、能量密度等，统称为“响应”）也只增高一点；反之，其受力状态减少一点（力学上称之为“卸载”），其响应也减少一点。但当地震发生前夕，哪怕是极其微小的加载，也会引起巨大的“响应”。这就像一头骆驼背负的稻草重量已经达到了承受的极限，这个时候再增加一根稻草就足以压垮它。我国科学家正是通过观察检测区域对加载的响应和对卸载的响应的比值判断当地是否处于不稳定状态。

月亮帮忙

因为地球表面面积极大，因而科学家不可能人为对检测地区加载或卸载。是月球和太阳等天体与地球之间的万有引力帮了科学家的忙。尹祥础告诉记者，就像月球等天体与地球之间的万有引力作用引发地球潮汐一样，这种引力对地球的固体介质同样产生作用，引发“固体潮”。虽然这种引力作用大小只有1%个大气压，但已经足以帮助科学家预测地震。

据介绍，这种预测方法目前主要用于对地震的中短期预测，提前量约为几个月到几年。

加卸载响应比理论是否适用于预测海底地震呢？尹祥础表示，并不存在原则性困难，我国科学家在此领域也已经开始了相关探索。但目前我国对海底地震的监测力量还很薄弱。这主要是因为监测海底地震活动的成本至少比监测陆地地震活动高出一个量级。虽然尹祥础表示我国受到海底地震影响的可能性不大，但他认为对海底地震进行预测研究仍然是一个需要重视的课题。

日本公司推出内置测试功能车载电池

日本古川电池公司日前在东京举行的国际汽车售后服务市场展上，推出了全球首款内置测试功能的车载电池，为汽车驾驶者随时掌握车载电池的蓄电情况提供了方便。

这款车载电池的表面设计有显示电池寿命的蓝、黄、红3色指示灯，蓝色表示电池处于可使用的正常状态，黄灯显示提醒车主更换电池，红灯则表明电池应马上更换。此外，该电池还设有充电状况显示标志，也是以蓝、黄、红3个小灯显示。这样，电池是否充电完毕及电池寿命如何等情况，均可以按动一个按钮后便一目了然。

本届国际汽车售后服务市场展于本月3日至6日举行。包括日本在内的14个国家和地区的269家相关企业和团体参加了展览，展示了各自最新的汽车售后服务技术和理念。

塔吊安全监测记录系统研制 第4篇

1.1 塔吊安全监测记录系统总体设计。

塔吊安全监测记录系统采用工业现场比较成熟的RS-485总线技术, 构成了主从式塔机安全监测记录系统。由于采用模块化设计, 可以根据不同的用户要求选配不同的模块, 达到经济方便的目的。主控电脑与液晶显示器构成主控模块, 采用了TI公司的MSP430F149单片机作为主控芯片, 它是一款强调低功耗的16位精简指令单片机, 内部带有60k BFlash程序存储器, 该单片机以其高速性能在仪表行业内得到了大量的应用。该芯片拥有两个串行通信接口, 作为主控芯片即可与上位PC机进行通信, 下载塔吊工作状态数据, 又可以实现对各个测量模块之间的监控, 对来自各个模块的数据进行处理, 满足系统的设计要求。MSP430F149单片机内置看门狗, 能够在程序跑飞的情况下自动复位系统, 提高了系统的可靠性。塔吊的吊重、吊高、转角和小车幅度等工作状态, 均以模块化方式进行设计。这些模块通过RS-485总线方式连接到主控电脑, 以查询的方式进行数据交换, 实践证明完全满足实际情况, 系统的硬件组成框图如图1所示。塔吊安全监测记录系统采用模块化设计, 包括主控电脑和LCD显示模块构成的主控模块以及监测吊物吊重和吊高的测量模块, 塔机转角方位模块, 小车幅度模块等组成。主控模块与各个下位模块构成整个塔机安全监测记录系统, 采用了目前比较流行的RS-485总线技术与各个模块进行通信。

1.2 主控模块构成。

主控模块采用查询方式对塔机的工作状态数据进行实时监测, 并在LCD液晶模块上显示, 测量的数据与起重曲线进行比对判别塔吊的工作安全等级, 越限时发出声光报警同时操作员。同时还能通过非易失性RAM模块对数据进行记录存储。它主要由液晶显示模块、RAM存储模块、键盘输入模块、时钟模块和RS-232及RS485总线模块构成。主控模块各部分组成框图如图2所示。

液晶显示模块采用了北京中显电子有限公司生产的ZXAD320240YEYWD型号液晶显示模块, 分辨率为320*240, 屏幕大小为5.7寸, 可同时显示20行, 每行15个汉字, 且具有图形和字符两种显示功能。数据存储模块采用的是德州仪器公司的非易失性RAM芯片BQ4017, 容量高达2M字节。该芯片具有读写时序的写入保护功能, 传统的读写操作时序, 无限制的擦写次数, 内部电池自动检测供电, 5年数据保存不丢失等特点。采用16*16矩阵键盘作为输入设备, 实现对时间、重量、吊高, 小车幅度和转角工作区间的零点, 上下限数值等极限参数进行设定。是美国达拉斯半导体公司最新推出的DS12887时钟芯片, 采用CMOS技术制成, 把时钟芯片所需的晶振和外部锂电池相关电路集于芯片内部。采用DS12887芯片设计的时钟电路, 该芯片具有微轼耗、外围接口简单、精度高、工作稳定可靠等优点, 可广泛用于各种需要较高精度的实时时钟场合中。

1.3 吊物吊重测量模块。

起重量传感器将采集的起重量信号变成电信号后, 经过放大线性化后利用V/I转换电路变换为4~20m A电流信号, 送入吊物称重智能模块。称重智能模块采用TLC2543作为模数转换器, 该模数转换器具有12位的分辨率转换时间小于10u S, 转换线性度为±1 LSB, 可以满足设计的精度要求。

1.4 吊高幅度测量模块。

吊高采用SAG-00G丹麦绝对型光电工业编码器, 安放在起升钢丝绳系统中的起升卷筒的卷轴中心位置, 通过光电编码器的连续脉冲信号测量起吊高度。该光电编码器的输出采用标准的同步串行RS-485差分信号进行数据传输, 提高数据传输的可靠性。单圈最大脉冲数65, 536 (16位) , 输出为格雷码。采用铝质法兰和外壳不锈钢轴 (带密封外壳) , 不易破裂且耐用的塑料制成的码盘。采用SMD贴片技术的高集成度电路, 具有反极性保护和过压峰值保护。

1.5 塔机工作转角测量模块。

塔机的转角工作范围是基于地磁传感器方式进行测量, 可靠度很高。地磁传感器选用的是数字地磁传感器ZCC220L-232, 它是一款高精度平面数字罗盘模块。供电电压5VDC, 工作电流小于40m A, 连续输出模式, 工作温度-40~85度, 满足设计要求。输出的RS-232信号经过RS-232/RS-485转换器可直接受来自主控模块的指令, 获取塔机工作转角数据。

1.6 小车幅度测量模块。

牵引小车是通过钢丝绳与牵引卷筒相接, 构成了小车牵引系统。采用日本OMRON增量型两相光电工业编码器E6B2-CWZ3E, 实现牵引小车的精确定位。供电电压5V, 电压形式输出。通过同轴与牵引卷筒相连最高相应频率100KHz。小车幅度模块采用AT89S52单片机作为处理芯片, 将光电编码器送入的A和B两相光电信号进行相位比对和频率测量, 用于确定小车的运行方向和距离。

2 塔机安全监测记录系统软件设计

该系统由于采用模块化设计, 大大提高了系统的可靠性, 各个模块之间除通信意外其它时间均独立运行, 单独模块出现故障不会影响到系统的正常工作。本系统的主要软件包括主控模块的软件系统和上位PC机两个模块。主控模块软件是最重要的软件系统, 采用比较流行的C语言进行设计提高了系统的可维护性, 提供了进一步的数据处理能力。上位PC机采用VB高级语言进行设计, 操作界面简单。

软件结构上采用了基于事件方式的进行组织。分模块化进行设计, 由系统自检、各模块地址识别, 系统初始化, 各数据模块采集、时间读取、报警数据处理、数据存储、LCD显示及按键处理等8个部分组成。主控模块系统功能见图3所示。

结束语

塔机安全监测记录仪采用模块化进行设计, 分为主控模块和各个测量模块。采用RS-485总线协议将主控模块和各个测量模块相连。其中主控模块采用RS-232与上位机实现数据下载。主控模块是基于MSP430F149单片机, 采用LCD作为显示输出, 系统包含时钟芯片, EEPROM芯片, 非易失性RAM芯片等能够完成数据采集, 参数存储, 数据存储, 通信等功能, 对塔机运行时的数据记录实时记录, 预警等数据处理。此系统具有组装方便, 工作可靠, 功能完备, 是塔吊安全工作的可靠保障。此系统已经经过塔机生产厂家实地测试, 得到认可, 并准备投入实际应用。

参考文献

[1]令召兰.基于MAS的多塔机防碰撞控制系统研究[D].陕西西安:西安理工大学, 2007.

[2]杨鹏.基于MSP430和nRF905的塔吊无线遥控系统[J].机电工程, 2008, 25 (1) :34-36.

[3]傅健.基于单片机控制的塔式起重机起重性能显示仪[J].PLC&FA, 2006, 5:94-96.

[4]吴甬春等.塔吊倾覆力矩的计算[J].科技信息, 2007, 24:56-57.

基于激光天线语音通信系统的研制 第5篇

摘要：通过对电磁波无线、光纤及现有的激光无线通信的优缺点分析，介绍了一种结构简单的激光无线语音通信系统的结构及主要硬件的设计。经实际应用表明：该系统能够灵活地适应各种场合。

关键词：激光 无线通信 语音

电磁波作为无线通信的信号载体由来已久，至今仍广泛应用于短波、微波、毫米波无线通信。但它们存在致命的缺陷：保密性差、通信容量低、波段资源受限制等。光纤通信以光作为载体，以光纤作为传输介质。由于光的频带资源十分丰富，故通信容量巨大，已成为现代通信的主体。但光纤通信网络包括光端机、光缆等通信基础设施的建设是事先规划的、固定的，将会出现光缆没有到达或光缆不便到达的地址，无法进行光纤通信。早在二十世纪70年代，人们就开始了激光大气通信技术的研究，但由于当时光纤通信较为成功，激光自由空间的通信未能得到充分重视。近几年来，由于移动通信的需要和微波通信的带宽限制，光自由空间的通信取得了很大的进展。美国朗讯公司采用1.55μm波段的半导体激光器加光纤放大器(EDFA)作为发射光源，并采用波分复用结构，实现10Gbps容量的空间光通信。日本、欧洲等国家也报道了几种空间激光通信装置。我国电子科技大学采用二氧化碳激光器(10.6μm波长，内腔式)，实现定点双工四线制三路电话的大气通信(技术成果编号88210414);中山大学激光与光谱学研究所采用音频或数字信号的调幅激光制式工作实现大气通信传输(技术成果编号89209283)。但它们都因通信容量低，在通信系统的结构上，没有与其他通信设备(包括光纤通信、微波通信)的接口，故实用价值小。为解决上述问题，中国科学院上海光学精密机械研究所报导了一种无线激光通信端机实现了与其它通信设施的接口(技术成果编号00217069.8)，但由于该端机设备昂贵，未能得到广泛应用。本文提出了基本激光无线语音通信系统的研制，目的在于提供一种价格便宜、携带方便、同机具有激光信号发射和接收装置，且激光接收装置具自动跟踪激光发射装置的双工通信功能的设备。该设备发射装置发出调制激光信号不仅可在自由空间传输，也能直接利用光纤作为载体传输，克服了在天气恶劣情况下无法通信的缺陷;该设备信号传输容量大，可直接与光纤通信、微波通信网络并网，并能灵活地适应各种场合的使用。

图1 空间激光无线通讯系统原理框图

1 总体方案设计

激光天线通信系统主要由激光发射装置、激光接收装置和光学望远镜三部份组成(如图1所示)。其工作原理是：发射端的轴电缆通过高频电缆与发射机码型变换器相接;光纤适配器通过光纤与发射机光电转换器相连;码型变换器与光电转换器均与制式选择开关相连，然后经信号处理模块进行整形、放大、时钟提取等处理，输入激光驱动器使激光器组件产生调制的激光光束，通过激光发射天线定向向空间发射。经光接收天线收集的调制激光信号接进探测器，转换成信号输入信号处理模块，再接进制式选择开关后分两路：一路连接激光驱动器，经光纤适配器连接光纤通信线路;另一路则与码型变换器相接，再接入同轴电缆至电传输线路上。对于本系统所设计的语音激光无线通信系统主要由图2所示的各部分组成。

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2 主要硬件的设计

2.1 激光器件的选择

空间激光通信波长选择主要考虑：尽量避免太阳辐射的影响、减小光束发射角、减小收发天线的尺寸、光波在大气中的透过率以及器件的现实性或预期的可行性，包括器件性能价格比的预计。从激光天线通信的角度分析，大气的透射率是个重要影响因素。在小于300nm的紫外波段，大气的透过率急剧下降。显然，紫外线光不利于大气通信。可见波段的激光，例如二次倍频YAG激光器，也不利于避免太阳光引起的背景辐射噪声。常用的`激光波段有830～860nm、980～1060nm和1550～1600nm，都是良好的大气窗口。

2.2 光发射与接收天线

由于光学天线的功能是将需传输的光信号有效地发向对方并将对传来的信号光高效接收，因此，光天线的设计是在满足总体设计的前提下，保证系统在设定的通信距离及大气衰减时能正常工作，合理选取发射远镜的远场发散角、接收望远镜的接收视场角及光学系统的其他参数。下面分别予以介绍。

(1)设计考虑

主要光学性能要求：高的光学质量(λ/20RMS);低的遮挡率;高的光透射率(T≥0.92);低的散射光。此外，要求材料热膨胀系数小、机械强度纺高、重量轻、使用寿命长。

图3 (a)光发射天线系统原理图(b)光发射天线系统原理图

光学设计考虑：为了满足空间通信对天线的要求，笔者选择卡塞格伦天线。主要包括：抛物面初级反射镜;双曲线次级反射镜;聚焦镜，使成像在天线结构的外部。

(2)性能分析

假设光源电场强度满足高斯幅度分布，即

其中，ω为光腰大小，R表示曲率半径。

利用非涅尔近似场区的辐射定律以及天线增益定义，得到观测点(r，θ)处的天线增益值：

其中，

定义：

α=a/ω,γ=b/a,X=kasinθ,β=(ka2/2)[(1/r)+(1/R)]

次级反射镜的遮挡率，天线的误指向效应以及光学天线的桁架对天线增益都有较大影响。此外，对接收无线的增益，检测方式也有较大影响。

在光学设计时，为了满足空间通信对天线的要求，光发射天线系统如图3(a)所示，它由半导体激光器和设置于其光路上的发射镜构成。光接收天线系统如3(b)所示，主要由校正镜、校正镜2次镜胶合镜、主镜、滤光片、聚光镜胶合镜和滤光片聚光镜、探测器等组成。其中，探测器采用SI-PIN GT101型复合光电二极管完成光信号转换为相应的电信号。该器件在反向偏置条件下工作，当光照时，半导体吸收光，在耗尽层或离耗尽层一个扩散长度内产生电子空穴时，最后被电场分开。当载流子漂移通过耗尽层时，在外部电路中形成电流，从而实现光电转换。

图4 激光无线通信(发送器)原理图

2.3 主要电路设计

・电源电路选用了集成稳压器。

・前置处理电路主要包括前置放大器和功率放大器两部分。经内调制转换的电信号通常比较微弱，需经前置放大电路将前级电路的输出电压放大。故前置处理器质量的优劣，在很大程序上标志着系统整体的音质水平。即前置处理器与功率放大器的选择对于本系统非常重要。本系统采用集成芯片NE5532作为前置放大器，LA4101作为功率放大器。同时，为获得较好的效果，减小干扰，在信号输入前置放大器之前，设计了高通滤波器。

・调制电路对光源进行调制的方法有若干扰，但从光源与调制器之间的关系可分：光源的内调制、光源的外调制。本系统采用了光源的内调制方式。

・功率放大电路因光电探测器的电信号较弱，需经功率放大器放大电压信号，产生足够的不失真的输出功率，以推动扬声器发音。放大器的种类较多，本系统采用集成电路功率放大器LA4101。

上述设计的发射电路如图4所示，接收电路如图5所示。

图5 激光无线通信(接受器)原理图

3 试验样机及结论

在上述设计思想指导下，完成了一个5km的激光无线大气通信机试制。通信光源采用波长为0.885μm的半导体单模量子阱激光器 ，用芯径为200μm的光纤耦合，出纤光功率为200mW。光天线发射/接收望远镜的通光孔径为φ110mm，激光远场发射角为1.5mrad，接收视场角为3mrad。

本系统兼容128/256/512/1024/2048kbps速率，并具有AMI及HDB3，码两种接口功能。该系统已进行了户外开通试验。将其设备分别设在相距约5km的两栋高楼之间(要求视距无遮挡)，进行了长达360h的开通试验，其中经历了大雾、大雨、小雨、晴天等天气变化。试验结果表明，除能见度极你的大雾天气外，通信系统都能正常工作，通话质量良好。该个有以下优点：

(1)具有双工位功能;

(2)可实现单对多的多通道通信;

(3)通过光学望远镜检测发射部分与接收部分之间的对正情况;

(4)结构简单，携带方便;

(5)具有与光纤通信接口，适用范围广，特别适用于两河对岸、高山之间、高层建筑之间的无线通信;

船岸一体化管理系统研制 第6篇

关键词：船舶船岸一体化管理系统

1引言

现代船舶管理公司以追求安全、环保、经济、高效为目标，同时船舶管理正在向标准化、一体化、专业化、智能化方向发展。建立船岸一体化管理系统不仅适应当前船舶管理的发展趋势，并能帮助航运企业实现追求的目标。大新华国际船舶管理有限公司白成立以来，一直致力于提升船舶管理的水平，吸收国内外先进的管理理念，联合上海海事大学开发出自己的船岸一体化管理系统。

船岸一体化管理系统以“技术管理是基础、安全控制是核心、成本控制是目的”为基本设计理念，业务流程控制结合海南航空和大新华物流集团管理流程，以大新华国际船舶管理公司体系文件为依据。实现了船岸管理一体化、船舶管理智能化、业务流程精细化、管理依据标准化、增强对了所属船舶的监控、管理和应对突发事件的能力，确保实现“航行更安全、海洋更清洁、人员更健康”的目标。

2系统架构

船岸一体化管理系统由船舶数据采集与处理、船岸通信和岸基三部分组成，实现船舶数据采集、船岸数据的一致性与资源共享和岸基指导船舶生产工作。系统留有外部接口，具有很强的扩展性，现已实现与海南航空办公系统(OA)域认证功能，并开设供应商报价端口，供应商可以远程登录系统进行报价，提高采购的效率。

船岸一体化管理系统硬件架构设计充分利用现有资源，采用分布式拓扑网络。数据库服务器在内部通过集线器、路由器等路由设备同中间件进行数据交互。平台硬件拓扑结构能够满足远程办公的需要。系统硬件的拓扑架构如图1。船岸一体化管理系统船舶端采用C／S架构设计，机关采用B／S架构设计。船岸数据交换采用数据交换程序及邮件交换程序来实现。船岸一体化管理系统软件架构设计如图2。

3系统主要功能

1)设备管理

依据法国船级社船舶机械计划保养检验体系(PMS)检验指南、船舶循环检验CMS管理体系要求与中国船级社船舶维修保养体系(CWBT)，对船舶设备进行分类编码并制定设备维修保养的性质和保养工作的指导意见。设备管理模块完成设备工作计划生成、检测报表安排、工单执行、工单报告、工单历史、工单遗留、备件消耗与预警、船舶检验安排、应急设备管理、船舶PMSICMS检验与用户所需的各种输出报表等与设备维修保养管理工作过程控制有关的功能。设备管理界面如图3。

2)备件管理

备件管理主要功能是完成备件申请、询价、定购、跟踪、定单付款、统计与用户所需的各种输出报表。同时具有船舶备件统计、船舶备件库存、供应商管理与质量跟踪管理功能。供应商报价可以以表格的形式比价，并可把比价信息输出成PDF文档。比价界面如图4。

3)物资管理

物资管理实现各种船舶物资供应定额分配、费用计划制定，船存物资统计、费用分类统计和费用使用进度统计，对主要供应商报价的综合管理，分析、统计、自动生成合同与用户所需的其它管理功能。订单生成页面如图5。

4)修船管理

修船管理包括修船安排、工程管理、完工单管理、修船总结、费用管理和统计分析。实现对船舶修理计划的制定和执行按排以及对船舶修理主要工程摘要单、船舶修理工程单、零航修修理的审批、组织实施、监控、指导和管理，并能够查看到修船项目的历史记录。

5)安全管理

安全管理主要完成外部检查(PSC、FSC、ISPS)登记、缺陷跟踪、内部检查、不合格项跟踪、技术分析、各类事故登录与跟踪处理、航海保证、航海图书管理、用户所需的各种报表输出与船舶安全监控功能。

6)证书管理

证书管理记录船舶主要入级证书和设备证书的详细信息，并有证书到期预警功能。用户可以通过选择过滤条件查询出系统所记录证书的信息，可以通过证书检验安排来安排证书检验，保证船舶证书有效性。

6)人员管理

人员管理模块实现在船船员基本资料登记、任职记录登记、船员换班申请与报批、交接班记录、在船人员查询、综合查询与输出用户所需的各种报表等等。

7)费用管理

费用管理包括计划指标、船东费用、费用上报、统计分析。主要功能包括公司所属船舶年度计划并统计公司各项费用使用情况。统计分析可以按船舶、费用类别选定费用时间输出表格、柱状图和折线图，是费用消耗一目了然。船舶费用消耗折线图如图6。

8)油品管理

建立船舶节能减排的基础数据库，船舶动力装置(包括主机、副机、锅炉)的主要参数(设备名称、型号、台数、生产厂家、功率、运行参数、耗能类别、能耗定额等)。船舶定期进行燃油消耗统计，实现按船队、设备类别、型号输出各类统计报表。可以把油品化验的基本信息录入系统，系统可以实现油品常规分析和光谱分析。油品光谱分析如图7。

9)体系管理

体系管理完成体系文件的录入(导入)、更新、查询，船舶管理报表模板的管理，本模块的维护由安全质量办公室提供管理文件资源、更新信息与内容，用户只有查询、浏览、调用文件与报表的权利。

10)系统维护

在系统维护模块对整个机关系统基础数据的维护，实现公司与船舶信息的维护、人员权限的设置等，并达到基础数据各模块的共享。系统维护只有系统管理员可进行操作，其他用户只能浏览。

4结束语

船岸一体化管理系统实现船岸一体化管理和资源共享，完善船舶管理的业务流程，缩减流转环节；提高各部门的工作效率，降低管理成本。实现船舶安全、高效、标准和智能化管理，达到为公司控制成本和战略发展决策的目的，提高企业竞争力。

医院船医疗系统软件研制 第7篇

医院船是海上收容、治疗伤病员的专用勤务船, 主要用于战时执行以战伤外科为主的救治任务, 平时也可遂行突发事件、 灾害的医学救援及提供海上卫勤训练或教学的平台。

为适应新军事变革和现代后勤与海上卫勤信息化发展的需求与趋势, 满足海上医疗后送信息共享管理与综合集成的要求, 在新型制式医院船“和平方舟”号的设计、建造过程中同步开展了医院船医疗系统软件的研制工作。

1 需求分析

1.1 海上医疗后送体系

海上医疗后送体系主要涉及岛陆区、 海区和大陆区3 类。 医院船是海上医疗后送体系的一个重要组成部分, 也是海上大批量伤员救治的主要机构[1]。图1 为海上医疗后送体系示意图。

1.2 医院船的主要任务

医院船战时执行的主要任务为:

(1) 收治海上和舰艇后送来的伤病员;当发生大批伤员需要救治时, 以通过性救治为主;伤员数量少时可实施早期治疗、部分专科治疗与留治。

(2) 对经处置后伤情稳定的伤员组织后送。

(3) 留治暂时不宜后送的危重伤员。

(4) 对因战伤而引起的需隔离治疗的伤病员进行隔离处置, 并尽快组织隔离, 后送专科医院救治。

(5) 采用直升机、 吊机等换乘方法接收和后送伤员。

1.3 医院船医疗系统

“和平方舟”号是中国海军首艘制式医院船。 医疗系统设有直升机换乘区、舷吊与接舷换乘区、检伤分类区、抢救区、医生办公室、护士站、CT室、 X线 (DR) 室、检验室、血液供应室、药品库、药房及相应的专科诊室和辅助、配套设施, 并设置指挥室和远程医学室。 共设病床300 张和8 个手术室。

1.4 医疗系统的主要工作与流程

1.4.1 组织指挥

(1) 内部指挥。 按战时工作形式进行分类编组, 分设指挥室、分类换乘组、医护部门、手术部门、医技保障部门、后勤保障部门、伤员搬运队。 指挥室在院长领导下开展各项工作的组织指挥部署, 各部门的上报信息由指挥室汇总后呈院长阅示, 并可进一步上报。 内部指挥与管理可通过广播、电话、网络、公文等形式实现指令的下达与传递。

医疗系统内部指挥与管理的实现主要表现为指令的下达和执行, 可通过广播、电话、网络、公文等形式进行传递。 各部门信息上报可通过电话、网络、公文等形式汇总至院办公室, 经整理后呈报院长。

(2) 外部关系。 医院船与海上编队及岸基间的指挥关系如图2 所示。

1.4.2 伤员医疗后送

伤员从换乘区至医院船, 经过检伤分类至抢救室、病房、手术区等进行收容、救治, 当伤员完成救治、伤情稳定需进一步后送, 通过船舶、直升机或其他方式后送至下一级救治机构。 临床医技与药材装备为伤员医疗后送提供辅助检查诊断、中西药品、血液制品和装备设施保障。 医院船医疗后送的伤员流如图3 所示。

图3医院船医疗后送的伤员流

1.5 医疗系统软件的功能需求

1.5.1 总体需求

依据战伤救治理论和海上医疗救护体系, 结合医院船伤员医疗后送的工作内容、 现代医疗信息技术和全军战时卫勤信息化建设的总体要求等, 实现医疗系统内部信息的共享管理, 与外部主要相关系统进行信息连通, 提高伤员医疗后送的总体效能和卫生资源配置的效率。

1.5.2 伤员救治需求

在伤员接收与检伤分类中, 使用电子伤票系统自动识别与下载伤票数据、 记录伤员到达的相关信息, 动态显示检伤分类和各救治单元的总体情况, 利用医院船医疗局域网络, 以电子化方式记录检伤分类信息, 适应灵活多样的战救流程。 在伤员抢救, 病房救治、护理, 专科诊治, 手术治疗等过程中进行信息快速识别、记录, 自动处理、传输, 并按战伤规律和实际工作的要求, 电子化医疗后送文书, 实现救治机构间伤员医疗后送信息的电子化共享。 伤员救治过程中需要通过远程技术支援的方式获得疑难杂症的诊治建议和复杂手术的会商指导。

1.5.3 医技保障需求

为伤员救治提供医技信息保障, 快速提供检验、医学影像和检查等申请, 自动联机采集数据, 提供报告信息的共享。 围绕伤员救治工作提供药品、耗材、血液制品、仪器设备、医疗设施等方面的供应与使用信息的共享管理, 实现临床医技及药材装备保障在工作流程、 信息处理等方面与伤员医疗后送的无缝链接与有机融合。

1.5.4 组织指挥需求

医疗系统内部的组织指挥按岗位职责通过软件配置, 管理, 记录系统的运行信息, 掌握、统计工作动态, 调整资源部署, 通过多种方式发送指挥控制指令。 利用多种通信渠道, 接收指挥信息, 上报医疗系统动态数据, 并传输伤员医疗后送信息。

2 系统设计

2.1 总体设计

以医院船批量伤员医疗后送的工作模式为基础, 综合运用战伤救治理论、现代信息技术、系统工程和综合集成等理论、技术与方法, 结合平时军队大型医院信息系统的技术形式, 选用适应海上环境和舰船条件的成熟、稳定的技术产品, 确保软件系统满足医疗系统的主要业务工作的信息采集、处理、应用与共享管理的要求, 并与医疗系统的具体业务工作有机融合, 提升医院船伤员医疗后送的总体效能[2,3,4]。

采用军事信息系统一体化结构技术体系, 流程与操作方式符合海上医疗后送的工作要求和海上医疗后送信息化的发展趋势; 参照全军卫生信息化建设既有的系统形式, 采用模块化的设计结构;设备配置符合海军装舰设备规范的要求, 系统主要支撑平台、数据结构等与上级业务部门的要求相兼容。

2.2 技术体系

局域网络采用星形结构, 通信协议为TCP/IP, 网络操作系统使用Windows中文版, 数据库采用关系型数据库, 应用软件系统主体采用Java中文版进行开发, 底层控制与数据处理软件采用嵌入式系统开发, 医疗设备的接口采用ASTM、DICOM等标准。

2.3 信息流设计

2.3.1 内部信息流

医院船医疗系统的内部信息主要划分为伤员检诊救治信息、 药材保障信息和指挥通信管理3 类信息, 如图4 所示。

2.3.2 外部信息流

外部信息是指医院船医疗系统与外部交互的各类信息, 包括指挥信息和业务信息2 类。 指挥信息由2 个部分构成: (1) 医院船接收上级指挥部门间下传的指挥信息和发送上报信息; (2) 与前级救治机构间下传的指挥信息和接收的上报信息。

外部的业务信息主要为伤票信息、 野战病历信息和远程医学信息3 类。 医院船接收前级救治机构的伤员时, 根据伤员携带的电子伤票可获知伤员的一些基本信息和基本战伤信息; 伤员在医院船完成救治并进一步后送至后级救治机构时, 除伤员携带的电子伤票外, 还应有野战电子医疗后送文书。 远程医学信息是医院船与远端远程医学中心间的双向音视频、图像、文本和数据形式的信息。 远程医学信息可通过多种通信方式传输。

医院船医疗系统的外部信息流如图5 所示。

2.4 配置设计

2.4.1 硬件设备配置

(1) 网络设备。 配置局域网络包括热备份服务器、磁盘阵列、主交换机、用户交换机、网络终端和外设等。 网络终端根据医疗系统的舱室布局与战位设计, 分别配置加固一体化客户机、便携式计算机和台式计算机。 外设主要包括网络打印机、 电子伤票PDA、电子伤票桌面读写器、光电扫描器、条码打印机等。

(2) 音视频设备。在直升机换乘区和左右舷换乘区配置室外加固摄像机, 在手术室配置室内加固型场景摄像机、手术摄像机, 在检伤分类区、主要通道、指挥室和远程医学室配置室内加固型摄像机;在手术室、指挥室、远程医学室配置音频采集、播放设备;在指挥室和远程医学室配置大屏显示设备;机房配置音视频缓冲分配、切换控制、输入输出、录制回放设备和视频拼接及多方通话处理设备。

(3) 远程医学设备。 配置海事卫星多媒体终端和Polycom多媒体终端。

(4) 通信设备。 配置海事卫星F站通信设备和Ku/Ka等通信系统接口设备。

2.4.2 公用软件配置

公用软件配置主要有网络操作系统、 网络数据库系统、办公文字处理系统、网络运行监控系统、Java开发软件运行支撑环境软件和关系型数据库等。

2.5 功能结构设计

功能结构设计主要包括4 个分系统: 医疗后送信息管理、视频监控、远程医学和远程通信。 医疗后送信息管理包括战伤救治、 医技保障和组织指挥3个功能子系统。 结合编制与战位设置, 医院船医疗系统软件的总体功能结构如图6 所示。

3 关键技术

3.1 战伤救治理论与软件工程技术

以战伤救治理论为基础, 依据战伤救治规则和医院船医疗系统伤员医疗后送的工作内容, 对业务流程进行创新设计与优化, 并按照软件工程的方法与步骤进行需求分析、系统设计、编程实现、测试确认和部队应用。

3.2 嵌入式开发与综合集成技术

采用嵌入式开发技术开发了电子伤票PDA的读写、 数据处理与呈现、 存贮与接口通信等软件模块, 并使用综合集成技术优化系统的功能与操作, 使电子伤票系统、视频监控、远程医学、远程通信等与医疗后送信息管理子系统实现功能一体化集成。

3.3 多媒体与网络控制技术

应用数字化音视频采集与处理、拼接与混音、编解码与传输、 记录与回放、 效果与呈现的多媒体技术, 并通过网络系统进行远程控制, 实现数字化、网络化的视频监控和远程医学。

3.4 射频识别与条码技术

采用无源射频技术进行电子伤票的读写, 识别伤员身份信息, 下载与补充完善伤票记录, 并使用标准条码技术进行检验标本和医用物资的自动识别, 提高伤员与物资的快速识别能力[5]。

3.5 数字化接口与标准化技术

应用USB、ASTM、DICOM等标准数字化接口进行数据的自动采集, 参照HL7 医疗信息接口标准进行各医疗功能模块间的数据交换, 并在软件系统中广泛采用国标、国军标和行业标准等, 如射频、条码、药材编码等, 实现系统的数据连通、流通与共享。

3.6 环境适应可靠性与综合试验技术

医院船医疗系统软件处于海上舰船冲击、震动、盐雾、霉菌、湿热等环境条件, 硬件设备采用军用加固类设备或采取加固措施。 而应用软件中则在关键结点采用循证方法提高可靠性, 如在检验数据的自动采集中采用多重校验、 在影像数据迁移中使用目标数据与源数据的比较验证等方法, 以增强应用软件的环境适应能力, 并对软件进行陆上联调、系泊试验、航行试验、效用试验软件第三方测评等, 综合测试、验证、完善应用软件的功能与性能[6]。

4 软件实现与应用

4.1 实现途径

医院船医疗系统软件依托医疗信息系统的局域网络、视频监控、远程医学和远程通信等设备系统搭建平台, 软件的医疗后送信息管理分系统采用自主设计、开发的形式完成, 视频监控、远程医学和远程通信分系统则采用系统集成的方式实现其功能。

4.2 实现功能

4.2.1 视频监控

在指挥室 (信息中心) 可通过触摸屏和拉杆控制器等视频监视实时了解医疗系统主要部位的工作动态;在授权的网络终端进行网络监控操作;在指挥室和授权的网络终端实现数字录像与回放, 对重要部位工作的视频进行分析研究。

4.2.2 医疗后送信息管理

(1) 战伤救治。 建立了海上战伤救治信息系统 (casualty care information system, CCIS) , 在检伤分类区接收伤员时使用电子伤票PDA或桌面读写器自动识别伤员身份和下载伤票信息, 补填、完善伤票内容后, 实时显示医疗区域的主要救治区域状态和检伤分类动态数据, 并采用下拉选择方式快速输入分类转送信息, 如图7所示。

在病区与专科诊治、 抢救与手术救治中, 主要信息输入、采集、处理、呈现与应用等环节实现了海上战伤救治的网络化流程、电子化作业、信息化管理和信息系统功能的一体化集成, 自动生成野战医疗后送的文书、战伤登记簿和伤员交接确认单等战伤救治特有的记录文档, 依托通信系统或伤员后送携带方式达成了海上医疗救护体系的救治机构间及岸海衔接的医疗后送信息的电子化流转、共享与运用。

图 7 电子伤票 PDA 检伤分类界面

(2) 医技保障。 医技保障包括临床医技和药材装备保障2 个部分。 在战伤救治软件的模块中建立了嵌入式具有临床检验、检查、医学影像的申请、反馈、报告浏览、影像查阅等功能的LIS、PACS, 使用条码管理与识别检验标本, 实时联机自动采集检验和医学影像数据, 实现了LIS、PACS与CCIS的有机融合。

按战时要求对药品器材、 血液制品等实行信息化综合管理, 采用条码进行药材的自动识别;对库存药材进行库存量和有效期告警; 可按品量和基数进行补给与出入库管理。 在手术室、抢救室、护士站、专科诊室、检验室、特检室等药材直接消耗场所的工作站软件中嵌入药材管理模块, 手术室、抢救室、专科诊室工作站可直接根据手术、抢救和治疗的类型、名称等生成需要申请的手术器械包、耗材和主要药品;病房医生、 护士工作站可按医嘱药品处方的名称查询、显示该药的库存量和常规用法与使用剂量等;检验、特检等工作站可进行试剂、传感器和辅助材料的使用量和利用率等信息的统计, 实现了药材保障与伤员救治、 辅助检查等系统信息的无缝连接和综合集成。

(3) 组织指挥。 接收上级下达的指挥信息, 以音视频、多媒体、电子文档等方式上报医疗后送的动态和药材补给的申请等信息。 通过视频、数据列表和图形等方式掌握、了解医疗系统的运行状态, 如图8 所示, 并通过网络向各战位的网络终端下达指挥部署指令; 对内部的各类申请和上报的信息进行网络电子化审核, 以电子文档日志形式记录医疗系统的重要事件和工作计划与部署, 并对医疗信息系统进行维护与运行管理。

4.2.3 远程医学

通过海事卫星通信方式在无限航区与远程医学中心进行动态音视频、电子邮件、语音、传真方式开展远程医学工作; 通过Ku/Ka等通信设备接口在其覆盖范围内进行实时音视频、电子邮件、语音、传真方式开展医疗后送方案的制订、 远程会诊和远程手术指导等工作。

4.2.4 远程通信

与指挥所间以网络信息、语音电话、传真和实时音视频的形式接收指挥信息、 上报医疗系统的动态信息; 与后方医院建立战伤救治业务信息的传输通道;与救护艇或其他前级救治机构进行网络信息、语音电话、 传真形式的业务指挥信息的下达和医疗后送信息的传输。

4.3 软件测评

按《军队后勤软件管理规定》的要求, 通过了具有资质机构进行的软件第三方测评, 软件等级为C级, 测评类型为鉴定测评。

4.4 软件验收

通过了会议与实船、实装、实际操作测试方式相结合的方式验收。 验收测试中, 全类型地展开了24个自主设计、开发的工作站软件, 共设置了1 333 个功能点和352 个性能点作为标的进行验收测试, 测试结果为1 327 个功能点和352 个性能点通过, 综合通过率为99.64%, 系统通过验收。

4.5 软件应用

分别在医院船全员齐装满负荷检验性训练、新型海上医疗救护装备展示、 非洲之行医疗服务的伤员医疗救护训练、 以东海军事热点为背景进行的海上医疗后送训练、“卫勤使命-2013” 军地联合海上医疗救护训练等多项活动中, 对该软件进行了充分检验、考核与使用。 每次使用软件后, 都综合意见、建议并对软件进行进一步修改与完善。该软件还在医院船岸基依托医院安装展开, 应用于海上卫勤力量经常性的医疗后送战备训练, 并在新型大型舰船医疗系统获得集成应用。

5 结语

在军事一体化平台的技术体制下, 首次全面、系统性地建立了医院船医疗系统批量伤员医疗后送的信息化工作模式, 实现了大型骨干卫生装备系统伤员医疗后送信息的共享管理与综合集成, 提高了海上伤员救护、治疗与后送的总体效能, 达成了医院船伤员医疗后送工作由传统方式向信息化模式转变的目标。

随着海军发展战略的转型, 医院船入列后, 其使命任务由战时的批量伤员医疗后送和平时突发事件的医疗救援, 扩展到岛礁巡诊、海外医疗援助等非战争军事行动的医疗服务。 医院船医疗系统软件的功能也需要进行相应的拓展, 以适应医院船医疗队开展各类工作的信息化需求。

医院船医疗系统软件的研制与应用, 探索了海上舰船伤员医疗后送信息化建设的途径, 为海上卫勤保障信息化和海军卫勤信息化建设奠定了基础。

摘要：目的:实现医院船伤员医疗后送的信息共享管理, 提高海上伤员救治的总体效能。方法:运用战伤救治、软件工程、综合集成等理论与技术, 研究、建立医疗后送信息化工作模式, 研制、使用医院船医疗系统软件。结果:研制的医院船医疗系统软件可实现伤员救治、辅助检查、药材保障、组织指挥等信息的综合集成。结论:使用医院船医疗系统软件可充分利用卫生资源配置, 并提升伤员医疗后送的综合能力。

关键词：海上卫勤保障,海上医疗后送,战伤救治,医院船医疗信息系统,医院船医疗软件系统

参考文献

[1]陆云, 曹诚意, 李甫, 等.海军卫生勤务学[M].北京:海潮出版社, 1993.

[2]傅征, 连平.远程医学[M].北京:人民出版社, 2005.

[3]傅征, 王政, 霍仲厚, 等.军队卫生装备学[M].北京:人民军医出版社, 2004.

[4]许家珆.软件工程——方法与实践[M].北京:电子工业出版社, 2007.

[5]路晓丽, 葛玮, 龚晓庆, 等.软件测试技术[M].北京:机械工业出版社, 2007.

虚拟校园导航系统的研制 第8篇

虚拟校园就利用计算机创建一个高度仿真的场景模型, 再利用虚拟平台软件赋予场景中某些模型生命动作, 人们以这些模型为媒介直观的与校园场景交互, 从而达到与游走于真实相同的效果。东北林业大学占地面积广, 楼体建筑多, 开发东北林业大学虚拟校园导航系统在向外界宣传, 引导新生和外来办公人员到达目的地等方面有着很大的意义。导航系统可以实现以下功能:一是无人工参与下自行漫游校园;二是在用户控制下定向漫游;三是信息查询功能, 利用外部设备触发事件, 从而获得用户感兴趣建筑的具体信息。

二、虚拟校园导航系统设计方案

(一) 总体路线。

见图1。

(二) 制作工具介绍。

1.Auto CAD 。制作学校二维线框图, 为保证各建筑物的分布和位置关系的精确性, 先做出二维的线框图, 这样在后续的制作中只需要确定建筑物的高度即可, 并且使导航系统中的视觉平面更合理贴近现实, 加快建模速度, 提高建模精确度。

2.Adobe Photoshop 。对采集的原始照片进行处理, 从而得到可以使用的贴图素材。

3.3D Studio Max2010。制作校园立体模型以及贴图, 随着三维设计软件不断更新, 对计算机配置的要求也越来越高, 在导航系统中校园的三维模型是核心工作, 它的仿真和美观程度直接影响着系统的使用价值, 模型的精细就意味着面数的增加, 计算机的配置也要加强, 为了节省经费同时提高制作效率, 我们采用了先分后总的思路, 小组成员分别制作单个建筑模型, 最后有一台较高性能的计算机完成各模型的汇总, 从而得到一个完整的校园模型。

4.VR-Platform中视典三维互动虚拟平台。vrp三维互动仿真平台是中视典数字科技公司独立开发的具有完全自主知识产权的一款三维虚拟现实平台软件, 软件在实用性, 功能性等方面有明显的优势。系统在导航功能, 场景优化, 交互式设计等方面运用该平台。

(三) 具体步骤。

1.二维图纸的制作。

利用专用测绘仪器测量校园各位置尺寸及相互关系并记录数据, 测绘完成后利用cad制作校园总平面图。

2.楼体外形以贴图纹理的采集。

利用数码相机拍摄各建筑物的整体照片, 从而得知楼体的基本外形, 近距离拍摄建筑物各面的正位照, 拍摄时尽量减少障碍物的遮掩, 照片采集完成后利用photo shop处理照片, 获得完成可用的纹理贴图。为了防止纹理的丢失或者模型贴图无法正常显示, 将处理之后的素材分类并建立完成的素材库。

3.楼体制作。

根据校园实际地形制作地面, 地面的倾斜利用编辑网格命令来实现, 将校园二维图形导入3dmax, 外形简单的建筑物直接由可编辑样条线挤出制的, 对于个别外形较复杂的建筑物在对应的位置添加box堆积制成外形相符的楼体, 最后利用复合对象下的布尔将建筑物分开的各部分合并为一体。利用位图贴图, 然后使用uvw贴图调整, 地面贴图时复杂部分采用合成的贴图方式最大程度保证美观性。在场景中制作人物模型, 作为控制系统的第一人物用来呈现系统使用者看到的虚拟画面。制作完成后烘焙贴图增强导入vrp后的整体效果。如图2展示。

4.导航引擎的制作。

将场景导入vrp, 进行场景优化即在vrp内对场景贴图进行调整, 增加天空盒太阳光晕等效果;对场景内物体添加物理碰撞, 添加后各建筑物不能被穿透, 使场景建筑物具有真实世界中建筑物的实体性;添加跟踪相机, 跟踪对象为场景中特定的人物模型, 视点定位在人物模型的眼睛处, 在利用键盘以及鼠标控制人物行走时, 跟踪相机即能呈现出观看者需求的画面, 从而实现了人工控制漫游功能;插入定点相机, 定位在天空中央一定高度, 但用户选择该相机时将呈现出鸟瞰校园的画面, 从而实现定位360度全景观看功能;插入动画相机, 选择特定的路线, 在用户选择该相机时自动漫游校园;对重要建筑添加距离触发事件, 在人物模型进入某建筑物规定距离范围内画面中自动弹出该处的简介, 从而实现信息查询功能。

三、虚拟校园场景导出

虚拟校园场景导出前对系统功能按钮、交互实现等进行调整, 如根据校园气氛添加背景音乐, 对启动和运行窗口进行适当调整, 增强系统的舒适性和美观性。

设置完成后进行导出, 打包成独立的exe文件。

四、虚拟校园导航系统功能展示

导航系统制作完成后在中等配置的计算机上运行该exe文件, 实现了无人工参与下自行漫游校园、在用户控制下定向漫游、息查询功能及利用外部设备触发事件的功能。如图3。

摘要：虚拟三维校园导航系统具有促进大学校园信息化建设, 提高对外宣传层次水平, 实现高校品牌提升, 提升高校服务导向意识等重要意义。文章叙述了虚拟校园导航系统的研发过程和相关工具。

关键词：虚拟校园,导航系统,vrp

参考文献

[1].陈立.于3DSmax的三维虚拟校园动画漫游的实现[J].中国教育信息化, 2010, 5:81～84

虚拟试验系统协议转换模块研制 第9篇

试验与训练使能体系结构 (Test and Training Enabling Architecture, TENA) 是美国国防部针对试验和训练领域的需求, 为促进各试验靶场、设施、实验室和各种仿真建模活动之间的共享、重用、互操作和可组合而开发的测试训练体系结构。TENA专门针对试验训练领域的特点进行开发, 并针对试验与训练领域的特定需求进行扩展, 提供了试验和训练所需的更多特定功能[1]。

哈工大测控所在研究和学习美军TENA体系结构的基础上, 针对靶场试验领域的特殊需求, 结合目前国内试验与训练领域建设的现状, 提出一种试验和训练体系结构, 即HIT-TENA平台。HIT-TENA平台通过整合各种试验与训练资源, 能够快速构建虚拟试验系统, 引导靶场试验由“任务驱动型”向“能力建设型”转变[2]。但是, 国内靶场中还存在大量采用硬件协议的实物资源设备, 而虚拟试验系统采用名为HIT-TENA对象模型的专用协议进行通信, 硬件协议和对象模型之间不能兼容, 因此需要人工开发专用接口网关才能实现和虚拟试验系统之间的通信。由于上位机操作系统的非实时性, 实物资源通过接口网关接入试验系统时会产生不稳定的时间延迟, 同时随着武器装备复杂性的日渐提高, 上述模式存在开发周期长、网关软件测试难度大以及可靠性差等缺点, 造成虚拟试验系统搭建周期长、费用高和风险大等问题。

为了解决上述问题, 本文创新性地提出一种在硬件设备内进行协议转换的方案。该设备具有靶场实物资源常用硬件接口1553B总线接口及用于连接上位机的PCI接口, 用户只需提前定义对象协议对应关系并加载到模块内即可实现HIT-TENA对象模型和硬件协议之间的快速转换。研制虚拟试验系统协议转换模块 (以下简称协议转换模块) , 对于支持不同实物资源快速接入虚拟试验系统参与虚拟仿真试验, 保障高性能试验设备的实时性, 将起到非常重要的作用。

1 总体方案设计

HIT-TENA平台搭建的虚拟试验系统由多台计算机或实物资源通过以太网连接组成, 每台计算机都独立作为一个节点加入系统。而实物资源因为接口不同且传输协议不兼容, 不能直接接入系统, 需要通过协议转换模块才能参与虚拟仿真试验。

根据协议转换模块的功能要求, 设备应当通过PCI接口连接上位机, 并可通过1553B总线接口与实物资源通信。板上还应该具有处理器资源和逻辑阵列器件, 用于控制数据传输, 并完成协议转换。经过需求分析及对多个可行方案的比较, 选择采用DSP+FPGA的硬件核心架构实现协议转换模块。为了节约成本, 不再新开发硬件板卡, 而是采用实验室已开发的PCI-1553B通信板[3]。

PCI-1553B通信板是哈工大测控所自行开发用于组建1553B总线产品仿真和测试系统的通信模块, 它的控制器采用TI公司的高速DSP TMS320DM642。这款芯片内部集成了PCI2.2协议模块, 支持PCI主从协议的DMA数据传输[4]。相较于采用专用芯片或FPGA等方式实现PCI协议, 这种方法开发方式简单, 成本低[5]。FPGA选用Altera公司CycloneⅢ系列的EP3C55型芯片[6], 并通过FPGA逻辑实现传输速率为1 Mb/s的1553B的接口协议模块[7]。在PCI-1553B通信板已经实现1553B总线和PCI总线两个通信接口的基础上, 设计协议转换模块总体框图如图1所示。在板卡内开发协议识别模块和协议编解码模块, 实现设备最主要的协议转换功能。

实物资源通过1553B总线将数据传输给模块板卡, 传入协议识别模块进行协议类型识别, 得到该硬件协议的协议号。在FPGA内进行协议类型识别, 可实现多个协议帧头的并行识别, 极大地提高了实时性。DSP内的协议编解码模块从协议识别模块中读取实物资源发送的数据并识别得到的协议号;通过协议号查找用户事先定义的对象协议对应关系, 将硬件协议快速转换为HIT-TENA资源对象;再通过PCI接口将数据发送给上位机, 接入虚拟仿真试验系统。

2 协议识别模块设计

协议识别模块是协议转换的重要模块, 它对经过1553B协议通信模块解析的数据进行协议类型识别。通过对事先存入的协议帧头与接收数据按字节进行比对, 得到源数据所属协议的协议号, 为下一步的协议转换提供索引[8]。在FPGA里面进行协议类型识别, 可以实现多个协议帧头的并行识别, 在该设计中, 最大可支持64种协议, 比起在DSP内进行串行识别, 极大地减少所需时间, 提高了实时性[9]。

协议识别模块的核心构成是协议识别单元, 其功能框图如图2所示。它主要由比对单元、数据拆分单元、字节计数器、协议帧头存储区、完成信号生成单元5个部分构成。

数据拆分单元的功能是对传输进协议识别单元的数据进行拆分。1553B协议解析得到的数据data长度为16位, 而一般采用的协议帧头每个帧头数据都为字节长度, 因此需要通过数据拆分单元将数据拆为单个字节byte, 方便进行识别。

协议帧头存储区用于存储一种协议的全部帧头内容, 存储区第一个字节用于存储该帧头的长度fhlength, 接下来的空间按顺序存储帧头数据fheader。字节计数器以字节为单位对接收数据包进行计数, 每到来一个新数据, 计数器值cnt加1。

比对单元是协议识别单元的最基本组成元件, 它对输出的两个字节数据进行比对, 在内部寄存器保存比对结果result并输出。当一个新的数据data到来时, 前段逻辑会同时生成一个开始信号start, 字节计数器接收到这个信号后, 计数值cnt加1, 然后发送给协议帧头存储器;协议帧头存储器将第cnt个帧头数据fheader发送给比对单元。比对单元对byte和fheader进行比对, 若数据不同, 则将结果寄存器值赋0, 输出0;若两数据相同, 则结果寄存器值为1, 且输出1。这样保证了接收到的数据必须每个字节都与协议帧头相同, 比对单元才能输出有效结果。

完成信号生成单元读取比对单元的输出结果result、计数值cnt和帧头长度fhlength。当result为0时, 说明识别失败, 生成结束信号finish, 识别成功信号succeed为无效;当result为1且cnt值和fhlength值相同时, 说明识别成功, 生成结束信号finish, 同时产生一个时钟高电平的识别成功信号succeed。

协议识别模块主要由协议识别单元阵列和协议号生成单元组成, 其总体框图见图3。

单个协议识别单元只能完成一种协议的识别, 而64个协议识别单元组成协议识别阵列便能完成最多64种协议的识别, 大大提高了协议识别速度。当所有协议识别单元都完成识别后, 协议识别阵列输出各64位的结束信号finish和识别成功信号succeed。

协议号生成单元接收协议识别阵列输出的finish信号和succeed信号, 根据这两个信号进行协议号判断。协议号生成单元对finish的64位元素进行全与处理, 若结果为1, 说明协议识别阵列已完成协议识别。然后对succeed信号的64位元素进行全或处理, 若结果为0, 说明匹配失败, 无法识别数据的协议;若结果为1, 说明匹配成功。因为每个协议识别单元产生的succeed信号只持续一个时钟, 此时只有成功识别出数据协议的协议识别单元输出的succeed信号才为有效, 所以对64位succeed信号进行按位查询, 得到第k位值为1, k即为接收数据对应的协议号, 将其存入pro_id寄存器中, 同时产生pause信号通知DSP来读取协议号。

3 协议编解码模块设计

协议转换模块是资源接入设备的核心部分, 其功能是快速完成虚拟试验系统的对象模型和实物资源的硬件协议之间的相互转换。转换实现的具体过程就是根据源协议格式对数据进行解码, 再根据目的协议对数据进行编码。对于待转换的数据包, 首先根据源协议号从事先加载的协议描述文件中定位源协议描述内容和其对应的目的协议号, 根据源协议的格式从数据包中解码出所需要的有效元素值集合;再根据目的协议号查询目的协议描述内容, 按照该内容信息, 从解码得到的元素值集合进行元素值提取、函数处理、帧头帧尾封装等编码操作, 得到目的协议数据包[10]。整个过程如图4所示。

因为硬件应用协议和资源对象的相互转换是两个不同的操作, 所以上下行两个协议转换在两个不同的转换单元中进行[11], 其流程示意图如图5所示。

上行协议转换过程如图5 (a) 所示, 是将实物资源上传的数据包从硬件协议格式转换为虚拟试验系统上应用的的对象模型。协议转换模块的FPGA完成协议识别后, 以中断模式通知DSP, DSP激活上行协议转换单元读取识别得到的源协议号, 并从FPGA内的存储器读取接收到的数据包, 然后存储到源协议数据存储区中。开始协议转换后, 首先将源协议数据存储区中的数据进行初步解析得到元素值集合, 然后从元素值中先后提取出对象模型需要的必选元素和可选元素, 将它们按照在协议描述信息中的索引号排列顺序存储, 并对有函数处理要求的元素进行相应处理。函数处理完成后, 将缓存区的数据包内容拷贝至对象模型的实例化区域, 然后通知上位机协议转换完成, 等待上位机读取对象模型数据。

下行协议转换过程如图5 (b) 所示, 是将对象模型转换为硬件协议数据包。当虚拟试验系统中有对象模型更新时, 平台将新的对象数据打包发送给协议转换模块, 模块接收到数据后启动协议转换。下行协议转换单元先读取对象的对象号, 然后定位对象的协议描述信息和对象的实例化区域。为了对对象数据进行缓存, 下行协议转换单元中也申请一定大小的缓冲区, 按照硬件协议格式从缓冲区数据中解析元素, 并进行函数处理。为了方便向实物资源输出数据包, 下行协议转换线程中生成硬件协议数据包时, 首先生成必选元素, 然后再生成可选元素, 这些元素依次排列, 而不严格按照在协议描述信息中的索引号排列。

4 测试结果

首先对协议转换的功能进行测试, 为了测试上行编解码单元和下行编解码单元的功能, 设计了4条协议 (A, B, C, D) 用于测试。其中A和B为硬件协议, 有帧头和帧尾, 用于协议识别;C和D为HIT-TENA对象模型, 没有帧头和帧尾。A和C, B和D分别为对应关系的协议。它们的格式定义如表1~表4所示。

测试上行协议转换时, 从试验设备向资源接入设备发送满足协议A格式的数据:‘Proto A’, 21.473 684, 21.233 766, ‘K’, ‘End’。经过资源接入设备后, 上位机接收到了数据:42.707 450, ‘K’。接收数据满足协议C的格式, 同时42.707 450=21.473 684+21.233 766, 函数处理无误, 上行协议转换成功。

测试下行协议转换时, 从上位机向资源接入设备发送满足协议D格式的数据:11.472 103, 21.233 766, 22.339 812, 34.195 328。数据在资源接入设备进行协议转换, 最终试验设备接收到数据:‘Proto B’, 21.233 766, 45.667 431, 22.339 812, ‘End’。接收数据满足协议B的格式, 同时45.667 431=11.472 103+34.195 328, 函数处理无误, 下行协议转换成功。

然后测协议转换模块的实时性, 测试方法为在FPGA内设置计数器模块。当数据进入资源接入设备后计数器开始计数, 协议转换完成后通知计数器停止计数, 通过计数器值可以计算出资源接入设备造成的延时。测试结果见表5和表6。

通过测试数据可以看出, 协议转换设备造成的延时都在1 ms以内, 满足虚拟仿真试验对实时性的要求。

5 结语

本文针对靶场实物资源接入虚拟试验系统时存在的协议转换效率低、延迟较大等问题, 研制了一种以DSP+FPGA为核心并具备PCI总线和1553B总线接口的协议转换模块。通过对常用硬件协议和对象模型的分析, 在FPGA设计协议识别模块实现了对数据协议的识别, 在DSP内设计协议转换模块实现了硬件协议和对象模型间的快速转换。经过测试表明, 本设备能很好地完成协议转换任务, 产生延时在1 ms以内, 满足虚拟仿真试验对实时性的要求。本协议转换设备在实际应用中, 运行稳定, 快速可靠, 具有很高的工程应用价值, 对于解决实物资源接入虚拟仿真试验系统的实时性问题有十分重要的意义。

摘要：哈尔滨工业大学自动化测试与控制研究所研发了试验和训练体系结构HIT-TENA平台, 用于搭建虚拟试验系统;为了将靶场实物资源接入该系统, 研制了基于PCI总线和1553B总线的协议转换模块。采用DSP+FPGA的硬件结构, 利用FPGA实现了并行协议帧头识别, 利用DSP实现了协议转换。测试表明, 该模块能完成协议转换, 并将延时降低到1 ms以内, 解决了试验设备接入虚拟试验系统时转换效率低下、延时较大等问题。

关键词：虚拟试验系统,1553B,协议识别,协议转换

参考文献

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全程全网通信电子演示系统研制 第10篇

1 现状

21世纪作为网络的时代,数字化、宽带化和智能化的网络成为人类社会信息共享的基础,飞速发展的通信网络基础设施对高等教育提出了更高的要求,特别是对实验室建设提出了挑战。虽然目前针对某一特定技术的实验环境有所改善,例如程控交换机、移动通信 等[4,5]。由于通信技术种类繁多而且复杂。学生很难建立起来一个整体的概念。本项目从通信网全局出发,构建完整性的通信网。

2 通信网教学平台

本系统通过在电子展示系统中按照现有运营商网络的结构和业务的基本流程,进行动态的展示,将不同的通信过程的信令和媒体接入过程分别展示出来,包含如下部分:固网—固网(PSTN—NGN)、固网—移动(NGN—2G)、移动(2G)—移动(3G);上网(固网)、彩铃、短信、移动上网。其结构示意图如图1所示:

2.1 固网—固网(PSTN-NGN)

消息流程到c&c08的时候,信令先和LSTP交换,然后接到GW,GW寻址到LSTP后指向SOFTX3000,SOFTX3000通过LSTP和SHLR交换一次消息即可(SHLR只闪烁一次),然后信令和UMG通信,保持c&c08—LSTP—SOFTX3000,LSTP—GW的信令连接状态,此时从c&c08—GW—UMG1之后线路全通。

2.2 固网—移动(NGN-2G)

消息流程到UMG1时,先和SOFTX3000交换信令,然后按图上所示序号交换完成信令,之后保持绿色虚线闪烁连接,UMG1-GW-UMG2之后线路全通,完成线路接续过程。

2.3 移动(2G)—移动(3G)

消息过程到UMG2时,先按图上所示序号进行消息互通,其中黄色虚线只闪烁一次。然后UMG2—router之后线路接通,完成线路接续过程,上网过程可考虑特定方式展示。

2.4 彩铃(固话—移动3G)

通信过程如图1所示:消息过程到UMG1时,先从softx3000开始进行信令流程,按照顺序进行,直到整个通信过程建立链路成功,对方振铃,可以播放一首MP3音乐,彩铃AIP在被叫手机号码接通之前一直闪烁。

2.5 短信(2G—3G)

消息过程到UMG2,先从MSOFTX3000按照序号进行信令流程,之后UMG2—ROUTER3,之后线路接通,完成短信发送过程。可在短信发送过程中提示语音。

2.6 移动上网(3G)

消息按图示进行,SGSN—LSTP—HLR只闪烁一次即可,然后整个通信过程完成,上网过程可以用一些特定方式展示。

3 软硬件实现

3.1 网络的硬件设计

单片机具有集成度高、功能强大及开发成本低等特点,由于通信网结构复杂,信令接入点数量多等特点。该课题利用多个单片机连接在一起,构成主从通信方式,实现多台单片机之间的数据通信。其结构框图如图2所示。利用8255具有多个并行I/O接口且通用性强等特点,使用从模块模块直接控制8255实现通信网各个节点发光二极管的闪烁并同时使用WT5885进行语音播放,实现光、声、电一体化展示。

3.2 网络的软件设计

1)从机程序设计。从机软件采用模块化设计,包括主函数、通信子函数和数据处理子函数等。从机主要实现监听功能,当主机发送指令时,根据主机发送的指令判断是否属于地址。若属于该从机地址,则根据发送的信号灯指令去控制8255实现二极管的亮灭。

2)主机程序设计。主机是实现与各从机连接的桥梁,是整个系统的中继站。软件采用模块化设计,包括主函数,键盘选择子函数、语音播放子函数、通信子函数和数据处理子函数等。通过中断判断是否有模式摁键摁下,若有开始发送从机地址,从机响应之后播放响应信令传输指令,同时将信号灯数据发送给从机显示信令传输过程。

4 结论

随着我国IT、ICT行业的快速发展,电信产业已经成为我国民族的支柱产业,推动着整个社会的快速发展。电信产业的快速发展必然带来人才的大量紧缺,特别是电信工程设计人才的紧缺。本课题是在通信技术的基础上,搭建全程通信网络,采用实物展现出通信过程中各个模块之间的相互连接关系,以便于同学可以更便捷地了解通信中的各个流程走向和模块的复用情况。立足于通信网络技术一站式教学的企业运营环境仿真实践的理念,在校园内建立通信实训平台的构想。

摘要：该项目要实现一个电子展示系统,把现有的运营商网络结构和业务的基本流程进行动态展示,将不同通信过程的信令和媒体接入过程分别展示出来,辅助通信技术方面的教学需求。

关键词：全程全网通信,网络结构,教学平台

参考文献

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[4]侯群.信息通信类综合实验教学平台的研究与实现[J].电气电子教学学报,2009(31):72-74.

系统研制 第11篇

该项目要求候选者在今年9月进行硬件测试，2002年签定生产合同，交付时间在2003年10月至2007年6月间。

所要求的前方观察系统主要部件包括观察模块、热成像仪、测角仪、三脚架、外部电源、外部接口、三脚架携行装置及陀螺仪。其应能在60s内测出10km处目标的坐标，水平方向允许误差为15m，垂直方向允许误差为9m。质量大约13kg（最终将降至10kg），带内部电池时应能使用24小时。不带电池时，单个部件不得超过4kg；带上电池时，热成像仪和观察模块不得超过7kg。观察模块应包含一个内置的GPS卡、一个激光测距仪（作用距离10～10000m，1级或3A级，并包含测量计算软件）。其白光瞄准镜的识别距离应为3km，热成像仪的识别距离应为1.5km。

目前，由萨伯技术公司、西姆拉德公司、莱卡公司和BGT公司联合成立的小组已研制出了样机（附图）。其中的观察模块由西姆拉德公司的LP10TL目标定位器（集成了带640×480分辨率的VGA微型显示器的计算机）、数字磁罗盘、工作波长为1.57μm的激光测距仪（作用距离50～10000m）组成。附件包括GPS、数字相机、目标照明器、被照明的分划线和操作手册等。质量约2.5kg，外形尺寸为230mm×190mm×80mm。

配套使用的前方观察热成像仪系统质量3.5kg，可单独使用，也可由LP10TL目标定位器控制使用。它由一个第三代量子井红外光电探测器——320×240元长波红外焦平面阵列探测器组成。

2002年，采用640×480元的高分辨率探测器将研制成功。未来可能的探测器将是长波/中波双重探测器或长波/近红外波双重探测器。◆

智能节能交通信号系统的研制 第12篇

关键词：交通流,实时控制,太阳能,信号检测

城市交通问题一直是让人关注的城市问题之一。随着城市交通的发展，各大中型城市的主要交通干道交通流量正趋于饱和，必须采用有效的控制手段提高城市道路的通行能力。对于传统的信号灯控制系统，控制周期固定，不能根据实际的交通流状况随时调整各方向上信号灯的时间，从而经常造成很多不必要的时间等待和资源浪费。智能交通自适应信号灯控制系统则可以根据各方向上检测到的车流量信息，实时调整控制周期。目前在国外发达的国家都采用了智能交通信号的控制系统，相应的信号灯的延时进行实时的调整，从而使各路的车辆的平均延误时间为最小。

太阳能是一种取之不尽，用之不竭的天然能源，又是一种可再生的清洁能源，具有无需架线，不受地理条件限制等优点，因此，得到越来越广泛的应用。鉴于以上的考虑，本文设计了基于太阳能智能交通信号灯系统。系统组成框图如图1所示。

（一）太阳能电池与蓄电池的选择

蓄电池储电容量的大小主要取决于负载的耗电情况，此外还要考虑现场的气候条件、环境温度等。蓄电池容量计算公式为 (Ah) ：

式中：P为负载的平均功率，W;H为负载每天工作时间，h;N为连续无日照的天数;U为蓄电池的额定电压，V;β为富余系数取1.43;T0为温度修正系数 (一般在0℃以上取1，-10～0℃取1.1，-10℃以下取1.2) 。太阳能电池功率的计算公式为 (W)

式中：t为每天平均光照小时数;M为太阳能电池板给蓄电池充满所需的天数。设计者可以根据实际的工作条件与要求选择相关的蓄电池与相关的太阳能电池，一般来说太阳能电池功率越大，其体积与价格也就越大。

（二）硬件电路设计

1. 传感器的设计：

要进行交通信号灯的延时时间实时的进行调整，则要得到相应方向的车辆等候长度与平均车流量，检测车辆的长度与平均车流量的示意图如图2所示。设初始时间由红灯变为绿灯时该方向没有车辆等候，在绿灯与黄灯时，经过传感器1的车辆数为m辆，经过传感器2的车辆数为n辆，在红灯的过程中，设有p量的车辆通过传感器2，则在红灯结束时，可计算出此时实际的车辆排队长度为p+n-m量，平均车流量为P/redtime，其中redtime为此时的红灯延时时间。设计人员可以根据实际路口的不同车型换算成标准的小车数量，因为车型的不同其平均通过路口的时间也就不同，比较一个大型卡车的平均通行时间约为5秒，而一个小的平均通行时间为3秒多，其不同车型的数量可以由统计数据得到。

2. 单片机控制电路的设计：

选择什么样的微处理器，要根据实际的系统要求与设计人员的爱好来决定，可以采用单片机、FPGA/CPLD、ARM、DSP等完成，单片机控制电路结构简单，成本低，而且易于掌握，实现一般的小规模控制系统显得比较方便。本文采用PIC的单片机进行主控电路的设计。其系统组成图如图3所示。系统采用双电源工作，由蓄电池输出的电压值经过稳压到12V工作电压，供给信号灯工作，再经过DC-DC转换成5V的电压，供给集成芯片工作，在图中为了简单化电路，数码管采用5V的工作电压，实际设计电路时可以根据实际的数码的参数选择工作电压。单片机接收传感器的数据，计算出下一个周期的信号灯的时间，从而控制每个信号灯的延时时间，数码管进行倒计数输出，增加一个应急按键，用于特殊情况时，由交警控制交通疏导。

（三）系统软件设计

本软件方案采用自适应控制的方法，采用何种控制算法，可由系统要求进行选择，目前常的有模糊控制，控制算法，其算法简单，编程方便，这些文献中都有详细的算法描述，现假设初始时刻，东西南北方向车流量都很小，两边的绿灯时间都为最小20秒，黄灯为5秒不变，然后进行检测两边的排队长度与平均车流进行实时调整绿灯与红灯的时间，其控制示意流程图如图4所示。其中RR, RG, RY表示南北方向红灯、绿灯、黄灯时间;LR, LG, LY表示南北方向红灯、绿灯、黄灯时间。

（四）总结

使用绿色能源是目前能源使用的一个趋势，使用太阳能给交能灯系统供电，减少了能源消耗，节省了铺设电缆的成本，有很大的实用意义。本设计中，交通信号的控制采用自适应的控制方法，通过传感器实时检测车辆的排队长度与平均车流量，使用智能自适应的算法，实时的调整每个方向的交通信号灯的延时时间，保证车辆能够以最少的等候时间通行交叉路口，本系统的设计对于当前的城市交通路口信号的信号灯的设计具有一定的实用价值。

参考文献

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