發(fā)布時(shí)間：2023-03-15 15:02:35
序言：寫作是分享個(gè)人見解和探索未知領(lǐng)域的橋梁，我們?yōu)槟x了8篇的系統(tǒng)設(shè)計(jì)論文樣本，期待這些樣本能夠?yàn)槟峁┴S富的參考和啟發(fā)，請(qǐng)盡情閱讀。
為了使得家庭安防系統(tǒng)能夠遠(yuǎn)程監(jiān)聽室內(nèi)安全狀況，本系統(tǒng)在室內(nèi)安置一個(gè)麥克風(fēng)并采用手機(jī)來監(jiān)聽麥克風(fēng)位置的動(dòng)靜，也就是起到監(jiān)聽的效果，本設(shè)計(jì)利用SIM900A的GPRS模塊進(jìn)行短信的收發(fā)或接聽電話，SIM900A模塊是一款支持中文短信息的工業(yè)級(jí)的新版GSM模塊,工作在EGSM900和GSM1800雙頻段,電源范圍為直流3.3～4.8V,休眠狀態(tài)電流消耗為3.5mA，空閑狀態(tài)為25mA，發(fā)射狀態(tài)為300mA(平均)，峰值為2.5A；可傳輸語(yǔ)音和數(shù)據(jù)信號(hào),功耗在EGSM900(4類)和GSM1800(1類)分別為2W和1W,通過接口連接器和天線連接器分別連接SIM卡讀卡器和天線。SIM電壓為3V/1.8V，TC35i通過AT命令可雙向傳輸指令和數(shù)據(jù),可選波特率為300b/s～115kb/s,自動(dòng)波特率為1.2kb/s～115kb/s。它支持Text和PDU格式的SMS(ShortMessageService,短消息),可通過AT命令或關(guān)斷信號(hào)實(shí)現(xiàn)重啟和故障恢復(fù)，本設(shè)計(jì)只用到了SIM900A其中5個(gè)引腳，分別是VCC、GND、TXD、RXD、MIC。
2人員闖入室內(nèi)檢測(cè)模塊設(shè)計(jì)
為了能準(zhǔn)確的檢測(cè)到人體入侵，本設(shè)計(jì)采用了主動(dòng)式紅外檢測(cè)方式，主動(dòng)式紅外需要一個(gè)紅外發(fā)射管以及一個(gè)紅外接受管，正常情況下，兩個(gè)管子之間由紅外線連通，但是當(dāng)有人入侵時(shí)，紅外線被阻隔。紅外對(duì)管跟單片機(jī)相連的電路圖如圖2所示圖中紅外接受管串聯(lián)了一個(gè)1K的電阻，而紅外發(fā)射管串聯(lián)了一個(gè)500R的電阻。同時(shí)在紅外接收管的正極端接到了單片機(jī)P32口，當(dāng)接受管能正常接收到紅外光時(shí)，P32為低電平，相反，當(dāng)接收不到紅外光時(shí)，P32為高電平。
3人員闖入報(bào)警設(shè)計(jì)
當(dāng)有人入侵的時(shí)候，除了做到遠(yuǎn)程短信報(bào)警，也需要有本地報(bào)警，起到震懾罪犯的作用，本設(shè)計(jì)中本地報(bào)警就采用了蜂鳴器。蜂鳴器的驅(qū)動(dòng)采用單片機(jī)的P2.4口，由于蜂鳴器需要較大的電流來工作，單片機(jī)純IO口無法達(dá)到那么大的電流，因此需要外接三極管來放大電流。三極管采用的是PNP型三極管，當(dāng)P2.4為低電平時(shí)，三極管導(dǎo)通，蜂鳴器的正極為高電平，就會(huì)響起來。圖3是其連線圖。
4按鍵電路
本設(shè)計(jì)除了主動(dòng)檢測(cè)人體入侵和自動(dòng)報(bào)警外，還需要對(duì)各種參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，比如要設(shè)置主人電話號(hào)碼，設(shè)置當(dāng)前時(shí)間，查詢報(bào)警記錄等等，這就需要用到人機(jī)交互功能，這里采用了四個(gè)按鍵作為人機(jī)交互設(shè)備，此按鍵屬于微動(dòng)開關(guān)，每個(gè)按鍵上都用了10K的上拉電阻，當(dāng)按鍵沒有被按下時(shí)，按鍵所對(duì)應(yīng)的IO口固定為高電平，當(dāng)按鍵被按下時(shí)，IO口直接跟地短路了，所以IO口為低電平，單片機(jī)就是讀取IO口的高低電平來判斷是否有按鍵被按下。
5時(shí)鐘電路
水平控制系統(tǒng)閉環(huán)控制結(jié)構(gòu)如圖1所示，圖2是系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)框圖。系統(tǒng)主要由姿態(tài)測(cè)量部分、非線性控制器與液壓執(zhí)行部分組成，各部分作用是:姿態(tài)測(cè)量部分檢測(cè)平地鏟水平傾角，非線性控制器根據(jù)傾角信息對(duì)電磁閥施加PWM脈寬控制信號(hào)，液壓執(zhí)行部分通過扭矩輸出使平地鏟保持在水平位置。系統(tǒng)的硬件包括Cotex－M3處理器、ADIS16355及SD卡存儲(chǔ)器等。Cortex－M3處理器使用了ARMv7－M體系結(jié)構(gòu)，具有較高的性能和較低的動(dòng)態(tài)功耗［9］。從性能能上看，Cortex－M3處理器可以作為本文的融合算法以及控制算法的硬件實(shí)現(xiàn)。Cortex－M3處理器使用SPI接收來自ADIS16355的數(shù)據(jù)并保存在SD卡存儲(chǔ)器。其采樣得到的三軸角速度和加速度計(jì)數(shù)據(jù)通過傳感器信息融合測(cè)量，從而得到平地鏟水平傾角;數(shù)碼管用于顯示當(dāng)前測(cè)量角度和控制參數(shù)等，可通過按鍵改變顯示模式和參數(shù)調(diào)整，兩者組成簡(jiǎn)單的人機(jī)界面，易于調(diào)試;RS232串口主要用于接收高精度姿態(tài)航向參考系統(tǒng)AHRS500GA發(fā)送的數(shù)據(jù)。
2融合算法與控制算法
2．1基于卡爾曼濾波的姿態(tài)解算算法利用加速度計(jì)對(duì)重力矢量進(jìn)行觀測(cè)，以觀測(cè)值同重力常量的誤差值修正陀螺對(duì)姿態(tài)角的測(cè)量值，設(shè)計(jì)卡爾曼濾波器對(duì)狀態(tài)進(jìn)行融合估計(jì)［10］。根據(jù)該方案，傳感器信息融合處理過程如下:1)利用式(6)計(jì)算更新四元數(shù)，并轉(zhuǎn)換為姿態(tài)角。2)觀測(cè)矩陣
2．2控制系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型根據(jù)平地鏟運(yùn)動(dòng)特征，建立平地鏟的抽象物理模型，如圖3所示。按以下方法建立平地鏟運(yùn)動(dòng)的載體坐標(biāo)系xoy:以平地鏟質(zhì)心o為零點(diǎn)，系統(tǒng)輸入量x為液壓系統(tǒng)閥芯位移，輸出量y為油缸位移，平地鏟轉(zhuǎn)動(dòng)傾角為θ，建立傳遞函數(shù)模型。
2．3控制器的算法設(shè)計(jì)
2．3．1適用于平地鏟運(yùn)動(dòng)的控制算法考慮水田激光平地機(jī)的作業(yè)特點(diǎn)，控制系統(tǒng)在設(shè)計(jì)上必須保證平地鏟在傾角角度情況下能夠迅速回位到水平位置，并且盡量減少超調(diào)和避免振蕩。傳統(tǒng)PID控制有較好的適應(yīng)性，但是還不能提供最優(yōu)控制，其結(jié)果是導(dǎo)致超調(diào)失效而影響控制效果。目前，基于動(dòng)態(tài)補(bǔ)償?shù)淖顑?yōu)控制在工業(yè)中得到應(yīng)用，其特點(diǎn)是能夠準(zhǔn)確反映信號(hào)的變化趨勢(shì)，產(chǎn)生有效的早期修正信號(hào)，以增加系統(tǒng)的阻尼程度，從而改善系統(tǒng)的穩(wěn)定度［12］。本文鑒于非線性系統(tǒng)近似最優(yōu)PD控制的特性，引入其算法，針對(duì)平地機(jī)做出相應(yīng)修改，進(jìn)行相應(yīng)嘗試?？刂破骺驁D如圖4所示，姿態(tài)測(cè)量單元提供位置反饋θ。積分控制、比例控制以及微分控制的作用如下:①積分控制放在前饋通道，其作用是抑制平地鏟在受到外界恒定負(fù)載情況下產(chǎn)生的輸出誤差，增益輸出為y0=K1θ。②比例控制作用輸出為y3，等于兩次連續(xù)位置反饋值的差值，增量y1等于信號(hào)y0減去y3，通過數(shù)字積分器累加。③微分反饋信號(hào)y2提供參考速度，其大小正比于平地鏟輸出轉(zhuǎn)速，與參考信號(hào)y1組成一個(gè)局部的速度內(nèi)環(huán)。微分控制器設(shè)計(jì)目的是適合平地鏟在大干擾情況下的操作。④系統(tǒng)輸出轉(zhuǎn)矩的參考值為Trf，送入零階保持器，輸出力矩實(shí)際值為Tcm。Tcm正比于零階保持器的輸出。
2．3．2控制器參數(shù)的確定平地鏟運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)近似于二階系統(tǒng)，有以下方程成立。
2．3．3輔助補(bǔ)償器的設(shè)計(jì)采用Lyapunov再設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)輔助補(bǔ)償器以補(bǔ)償非線性部分和外界擾動(dòng)對(duì)PID控制器的影響。對(duì)于漸進(jìn)穩(wěn)定的線性系統(tǒng)，必存在實(shí)對(duì)稱正定矩陣P，滿足以下關(guān)系。
3試驗(yàn)與分析
為了驗(yàn)證本文提出的平地鏟水平控制系統(tǒng)，本文進(jìn)行融合算法的驗(yàn)證試驗(yàn)以及平地機(jī)田間試驗(yàn)。
3．1傳感器融合算法驗(yàn)證試驗(yàn)
3．1．1試驗(yàn)方法通過AHRS500GA同步測(cè)量平地鏟姿態(tài)信息并作為準(zhǔn)確數(shù)據(jù)，驗(yàn)證基于ADIS16355的姿態(tài)測(cè)量單元有效性。美國(guó)Crossbow公司生產(chǎn)的AHRS500GA是高精度慣性姿態(tài)測(cè)量器件，其采樣頻率為100Hz，測(cè)量精度為:航向角0．2°RMS、俯仰角0．03°RMS、橫滾0．03°RMS［15］。融合算法的驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)步驟如下:①在平地機(jī)上安裝水平控制系統(tǒng)，保證系統(tǒng)坐標(biāo)系與載體坐標(biāo)系一致;②啟動(dòng)系統(tǒng)，人為搖動(dòng)平地鏟，同步記錄ADIS16355與AHRS500GA數(shù)據(jù);③PC平臺(tái)上運(yùn)行MatLab融合程序?qū)Σ蓸拥臄?shù)據(jù)進(jìn)行處理。
3．1．2試驗(yàn)結(jié)果分析圖5為一次典型的試驗(yàn)結(jié)果，圖5(a)為平地鏟傾角測(cè)量值對(duì)比，圖5(b)為局部放大結(jié)果。1)從圖5(a)、6(b)中可見，0～400s區(qū)間平地鏟振動(dòng)較小時(shí)，利用加速度計(jì)計(jì)算傾角值較準(zhǔn)確;當(dāng)外界擾動(dòng)導(dǎo)致振動(dòng)加劇時(shí)，誤差可達(dá)±5°以上，無法單純用加速度計(jì)解算姿態(tài)角。2)本設(shè)計(jì)姿態(tài)測(cè)量單元能準(zhǔn)確測(cè)量平地鏟動(dòng)態(tài)傾角。由圖5(b)可見，在動(dòng)態(tài)環(huán)境下融合結(jié)果能與AHRS500GA提供的參考傾角結(jié)果呈現(xiàn)良好的一致性，其誤差絕對(duì)值不超過±1°。3)通過傳感器實(shí)時(shí)判斷平地鏟運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，利用加速度計(jì)對(duì)重力矢量觀測(cè)值來修正陀螺漂移，可以有效降低姿態(tài)角計(jì)算誤差。
3．2平地機(jī)田間試驗(yàn)
3．2．1試驗(yàn)方法組裝好平地機(jī)的高程和水平控制系統(tǒng)，在水田進(jìn)行平地試驗(yàn)，開啟以上系統(tǒng)并保證正常工作，記錄相關(guān)數(shù)據(jù)。圖6所示為水田激光平地機(jī)田間作業(yè)后的場(chǎng)景，可以看出平地效果良好。
3．2．2試驗(yàn)結(jié)果分析圖7所示曲線為平地機(jī)平地過程中控制系統(tǒng)所測(cè)量的平地鏟水平傾角。田間試驗(yàn)結(jié)果分析如下:1)從圖7(a)可知，平地鏟傾角變動(dòng)基本控制在±1．5°以內(nèi)且漸進(jìn)穩(wěn)定，滿足平地機(jī)作業(yè)要求。2)從圖7(b)和7(c)可知，在外界干擾較大導(dǎo)致平地鏟晃動(dòng)嚴(yán)重時(shí)，水平控制系統(tǒng)起作用，通過PWM輸出反向力矩，使平地鏟恢復(fù)到水平位置，其過程是漸進(jìn)穩(wěn)定的。3)由于在控制算法推導(dǎo)過程中，平地鏟的傳遞函數(shù)是簡(jiǎn)化和抽象的，如忽略機(jī)械連接部分的間隙、撓度，液壓油缸對(duì)于控制系統(tǒng)的響應(yīng)有延遲現(xiàn)象等，最終導(dǎo)致了控制系統(tǒng)的效果受到影響。
4結(jié)語(yǔ)
自動(dòng)調(diào)焦系統(tǒng)利用精密線繞電位器檢測(cè)準(zhǔn)直鏡的位置，由電位器的中心抽頭取出的電壓、溫度采樣值和接收的主控計(jì)算機(jī)距離信息送DSP進(jìn)行運(yùn)算，得出誤差電壓值。如果誤差電壓不等于零，DSP送出驅(qū)動(dòng)脈沖，經(jīng)功率模塊放大驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，通過機(jī)械傳動(dòng)帶動(dòng)準(zhǔn)直鏡移動(dòng)，同時(shí)也帶動(dòng)檢測(cè)電位器的轉(zhuǎn)軸向減小誤差電壓的方向旋轉(zhuǎn)，直至誤差趨近于零，系統(tǒng)處于平衡狀態(tài)，以達(dá)到最佳的成像效果。
2系統(tǒng)設(shè)計(jì)
2．1DSP模塊
采用DSP(TMS320F2812)作為自動(dòng)調(diào)焦系統(tǒng)核心。TMS320F2812是TI公司針對(duì)數(shù)字控制領(lǐng)域而推出的，具有控制精度高、速度快、使用靈活以及集成度高等優(yōu)點(diǎn)，已廣泛應(yīng)用于工業(yè)自動(dòng)化、光學(xué)網(wǎng)絡(luò)以及自動(dòng)化控制等領(lǐng)域。TMS320F2812的CPU運(yùn)行速率可以達(dá)到150MIPS，數(shù)據(jù)總線為32位，內(nèi)部集成乘法累加器，指令采用流水線處理，使得數(shù)據(jù)處理的能力大大增強(qiáng);同時(shí)在片內(nèi)還集成了128KB×16位的Flash存儲(chǔ)器和18KB×16位的SARAM存儲(chǔ)器。針對(duì)數(shù)字控制領(lǐng)域，還集成了兩個(gè)事件管理器(可以發(fā)送12路PWM信號(hào))，為電機(jī)及功率變換控制提供了良好的控制功能，還兼有死區(qū)控制功能。本系統(tǒng)并沒有使用TMS320F2812全部外設(shè)接口，而只是使用其中的一小部分，如GPIO接口和EVA/EVB接口。由于采用可編程邏輯器件(FPGA)，使得DSP的硬件電路設(shè)計(jì)非常簡(jiǎn)單。將DSP的數(shù)據(jù)總線、地址總線、讀寫控制線以及中斷信號(hào)線都引入到FP-GA中，根據(jù)特定的要求，在FPGA內(nèi)完成時(shí)序和邏輯設(shè)計(jì)，如為TL16C654、AD7864提供地址選通信號(hào)等。由于電機(jī)的信號(hào)線、限位開關(guān)線數(shù)量很多，需要本系統(tǒng)的I/O口的數(shù)量較多，還需要在FPGA內(nèi)完成擴(kuò)展I/O口的功能。
2．2FPGA模塊
選用Cyclone系列FPGA中的EP1C12Q240C8作為整個(gè)系統(tǒng)的時(shí)序和邏輯控制核心，EP1C12Q240C8提供12060個(gè)邏輯單元(LE)和173個(gè)I/O口，可以內(nèi)嵌4K的RAM。采用模塊化的設(shè)計(jì)思想，對(duì)FPGA設(shè)計(jì)進(jìn)行模塊分解，F(xiàn)PGA需要擴(kuò)展I/O口的功能，產(chǎn)生PWM調(diào)寬波信號(hào)，還需要為TL16C654和AD7864提供片選和讀寫信號(hào)等。TL16C654地址譯碼模塊:在FPGA內(nèi)部，針對(duì)DSP的讀寫以及地址信號(hào)進(jìn)行譯碼，為TL16C654提供讀寫信號(hào)以及片選等信號(hào)。AD7864地址譯碼模塊:對(duì)DSP的地址信號(hào)進(jìn)行譯碼，為AD7864提供讀寫、片選以及通道選擇等信號(hào)。在設(shè)計(jì)FPGA時(shí)，采用VHDL開發(fā)語(yǔ)言，在Quar-tusII環(huán)境下開發(fā)程序。根據(jù)FPGA的設(shè)計(jì)框圖，在設(shè)計(jì)程序時(shí)采用模塊化的設(shè)計(jì)思想。每個(gè)模塊都獨(dú)立設(shè)計(jì)(即每個(gè)模塊都是一個(gè)文件)，最后建立一個(gè)頂層文件，將各個(gè)模塊有機(jī)地聯(lián)結(jié)起來。
2．3串行收發(fā)模塊
自動(dòng)調(diào)焦系統(tǒng)與主控計(jì)算機(jī)通信時(shí)，必須要提供串行通信接口，這里采用TL16C654完成并行數(shù)據(jù)和串行數(shù)據(jù)之間的轉(zhuǎn)換。控制器在與其他分系統(tǒng)進(jìn)行串行通信時(shí)，由TMS320F2812作為控制核心，間接控制TL16C654串行發(fā)送或接收。FPGA是DSP和TL16C654之間通信的橋梁，為TL16C654提供片選和讀寫信號(hào)。當(dāng)TL16C654的接收FIFO滿等情況發(fā)生時(shí)，會(huì)產(chǎn)生中斷信號(hào)，F(xiàn)PGA對(duì)TL16C654的中斷信號(hào)組進(jìn)行處理，然后向DSP發(fā)送中斷信號(hào)，并協(xié)助DSP得到TL16C654發(fā)出中斷的通道號(hào)。TL16C654在發(fā)送或接收數(shù)據(jù)時(shí)，可以采用中斷或查詢的工作方式。在控制器與外部進(jìn)行串行通信時(shí)，TL16C654在接收時(shí)采用中斷方式，發(fā)送時(shí)采用查詢方式。
2．4模擬量采集模塊及數(shù)字溫度傳感器
模擬量采集選用美國(guó)模擬器件公司生產(chǎn)的AD7864模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片，分辨率為12位，可實(shí)現(xiàn)4通道同時(shí)采樣。數(shù)字溫度傳感器采用型號(hào)DS18B20，DS18B20與微處理器連接時(shí)僅需要一條口線即可實(shí)現(xiàn)雙向通信，測(cè)量范圍:－55℃～+125℃，分辨率0．5℃。
2．5電機(jī)驅(qū)動(dòng)器及執(zhí)行電機(jī)
步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)采用UP－4HB01B步進(jìn)驅(qū)動(dòng)芯片。它把FPGA發(fā)出的脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)化為步進(jìn)電機(jī)的角位移，F(xiàn)PGA每發(fā)一個(gè)脈沖信號(hào)，驅(qū)動(dòng)器就使步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)一步距角，步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)速與脈沖信號(hào)頻率成正比。該驅(qū)動(dòng)芯片適用于四相六出頭混合式步進(jìn)電機(jī)，單極恒壓驅(qū)動(dòng)，四相八拍勵(lì)磁方式。執(zhí)行電機(jī)選用常州微特電機(jī)廠生產(chǎn)的混合式步進(jìn)機(jī)，型號(hào)為42BYG015，電機(jī)為混合式四相步進(jìn)電機(jī)，按四相八拍方式工作，步距角為0．9°。
3結(jié)論
雖然在開展采購(gòu)工作過程中，部隊(duì)完全參照各項(xiàng)指標(biāo)和規(guī)范進(jìn)行采購(gòu)和資金支付，并嚴(yán)格的落實(shí)了集中式的采購(gòu)方法，采購(gòu)工作取得了一定成效，但是依然存在很多問題，具體表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：
（1）應(yīng)用集中采購(gòu)的方式，如果部隊(duì)的規(guī)模較小，規(guī)模效益會(huì)不明顯。這種情況主要存在基層一些部隊(duì)，現(xiàn)在被廣泛適用的采購(gòu)制度是建立在團(tuán)營(yíng)級(jí)的部隊(duì)組織中，這樣一來，部隊(duì)需要的物資少，采購(gòu)的規(guī)模就會(huì)變小，采購(gòu)量難以與師以上的部隊(duì)組織相比，缺少市場(chǎng)采購(gòu)優(yōu)勢(shì)。
（2）駐地偏遠(yuǎn)，采購(gòu)和配送的成本高。很多基層部隊(duì)因?yàn)槌Ｄ犟v扎在偏遠(yuǎn)地區(qū)，比如，兩國(guó)邊界處或者西部偏遠(yuǎn)地區(qū)的邊防部隊(duì)等。
（3）采購(gòu)的各項(xiàng)費(fèi)用都是人工進(jìn)行計(jì)算的，因此，財(cái)務(wù)結(jié)算的效率較低，尤其是在地方某些部隊(duì)，物品的采購(gòu)、下單、運(yùn)輸?shù)鹊慕Y(jié)算全部是由部隊(duì)專業(yè)部門通過手工記賬的方式完成的。
（4）部隊(duì)物品采購(gòu)的范圍小，有很多物品都不能滿足部隊(duì)需求。當(dāng)前，很多部隊(duì)大批量采購(gòu)的是一些生活必需品，但是到當(dāng)?shù)毓?yīng)商處購(gòu)買時(shí)種類較少，有很多的物質(zhì)都不能滿足部隊(duì)中官兵的需求。
2后勤物資統(tǒng)購(gòu)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
部隊(duì)后勤中的物資采購(gòu)系統(tǒng)在很多功能上都與應(yīng)用軟件有所區(qū)別，可以說，后勤物資的統(tǒng)購(gòu)系統(tǒng)既有軟件功能又有硬件功能，是一類綜合型的系統(tǒng)。鑒于這種原因，在對(duì)該系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)和開發(fā)時(shí)要考慮到硬件和軟件的一些設(shè)計(jì)上的基本要求，要對(duì)該系統(tǒng)的軟件功能和硬件功能以及網(wǎng)絡(luò)配置重點(diǎn)考慮。
2．1系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)要求
部隊(duì)后勤物資統(tǒng)購(gòu)系統(tǒng)采用的應(yīng)用程序?yàn)閃eb系統(tǒng)程序，該程序是分布式的，能夠滿足部隊(duì)的網(wǎng)絡(luò)要求，但是應(yīng)用這種程序首先要保證部隊(duì)網(wǎng)絡(luò)的通暢。主要是部隊(duì)中的網(wǎng)以及部隊(duì)內(nèi)部的Internet網(wǎng)絡(luò)。值得注意的是，內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)和外部網(wǎng)絡(luò)是不能隨便接在一起的，并要采取一些隔離的手段。只有經(jīng)過部隊(duì)的上級(jí)領(lǐng)導(dǎo)同意，用于執(zhí)行軍事事務(wù)的時(shí)候才能將內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)連接到外部網(wǎng)絡(luò)中。
2．2客戶層的設(shè)計(jì)
該系統(tǒng)應(yīng)用的是WebService應(yīng)用集成手段，該集成手段能夠使所有運(yùn)行在互聯(lián)網(wǎng)上的服務(wù)器都能夠以集成的方式組合在一起，可以使分散的計(jì)算機(jī)與各種系統(tǒng)設(shè)備組合到一起運(yùn)行，大大提高了用戶的體驗(yàn)效果。隨著這種集成方式被大范圍的應(yīng)用，系統(tǒng)開發(fā)的重點(diǎn)已經(jīng)轉(zhuǎn)變成了應(yīng)用的效果。這種集成組成的方式能夠取代Web應(yīng)用上的其他物件，能夠成為未來信息技術(shù)的主導(dǎo)。網(wǎng)絡(luò)中為用戶提供服務(wù)的主要方式是通過手機(jī)和計(jì)算機(jī)的終端對(duì)企業(yè)中網(wǎng)站進(jìn)行訪問，以此實(shí)現(xiàn)服務(wù)的功能。網(wǎng)絡(luò)站點(diǎn)可以對(duì)WebService集成手段進(jìn)行查詢，查詢的主要內(nèi)容是該系統(tǒng)以公開形式存在的目錄，也可以是設(shè)置了訪問權(quán)限的私有形式的目錄，首先獲取提供服務(wù)的信息源，再將信息處理的結(jié)果返回到系統(tǒng)的使用客戶。通過各種系統(tǒng)的接口可以將傳輸來的信息轉(zhuǎn)換成可以利用的程序?qū)ο螅賹⑦@種能夠使用的程序?qū)ο髠鬏數(shù)綐I(yè)務(wù)系統(tǒng)處理。業(yè)務(wù)系統(tǒng)存在于邏輯的中間位置，網(wǎng)絡(luò)中的一切功能實(shí)現(xiàn)就是靠業(yè)務(wù)層。
2．3系統(tǒng)業(yè)務(wù)邏輯層的設(shè)計(jì)
部隊(duì)后勤統(tǒng)購(gòu)物資系統(tǒng)的主要部分就是系統(tǒng)的業(yè)務(wù)邏輯層，這種業(yè)務(wù)邏輯層功能強(qiáng)大，能夠?qū)⒄麄€(gè)系統(tǒng)中的所有業(yè)務(wù)邏輯順利完成。在特殊平臺(tái)上構(gòu)建這種業(yè)務(wù)邏輯層的主要方法有以下兩種：首先是Servlet和JavaBean這兩種技術(shù)來實(shí)現(xiàn)，其次是通過選擇系統(tǒng)組件的方式來實(shí)現(xiàn)，重點(diǎn)選擇的組件有EJB系統(tǒng)組件。前兩種技術(shù)在處理業(yè)務(wù)邏輯時(shí)相對(duì)簡(jiǎn)單，并且處理系統(tǒng)功能時(shí)的要求不是很高，也由此造成了其安全性和穩(wěn)定性不高。但是后者處理的對(duì)象集中性較強(qiáng)，一般都是存在于企業(yè)中或者獨(dú)立的部門中，因此，該系統(tǒng)在一定程度上比上一種技術(shù)更加安全和可靠，唯一的缺點(diǎn)是對(duì)其開發(fā)的成本較高，并且該系統(tǒng)的組成較為復(fù)雜，如果發(fā)生故障處理起來會(huì)有一定難度。
2．4數(shù)據(jù)持久層的設(shè)計(jì)
在智能建筑的系統(tǒng)集成方面,有著不同的做法,這完全是正常的現(xiàn)象?？v觀我國(guó)智能建筑的發(fā)展,真正在建筑界廣泛進(jìn)行規(guī)劃和設(shè)計(jì)也只有幾年的時(shí)間,也就是從九十年代初,我國(guó)基本建設(shè)發(fā)展的高峰期間,在智能系統(tǒng)方面才逐漸被廣大業(yè)主、房地產(chǎn)開發(fā)商以及設(shè)計(jì)人員理解、認(rèn)識(shí)和接受,并開始著手進(jìn)行設(shè)計(jì)和實(shí)施。但作為智能建筑中的一些子系統(tǒng),早在80年代就開始進(jìn)行了設(shè)計(jì)。自從96年初在上海召開了我國(guó)第一次智能建筑研討會(huì)后,在行業(yè)內(nèi)才真正有系統(tǒng)、有目標(biāo)地在這方面進(jìn)行了大量的工作。隨著對(duì)智能建筑的設(shè)計(jì)、研究,才開始提出對(duì)各系統(tǒng)的集成問題,許多承包商在此時(shí),為了公司業(yè)務(wù)的發(fā)展,紛紛開始拓展自身的業(yè)務(wù)范圍,打出了系統(tǒng)集成商的旗號(hào)。
然而在國(guó)際上,智能建筑的發(fā)展,并不象我們那樣炒作的熱火朝天,而是本著務(wù)實(shí)的態(tài)度,該具備哪些系統(tǒng),就由那些有專長(zhǎng)的承包商來承擔(dān)。需要集成到何種程度,均是從實(shí)際應(yīng)用的角度來衡量,在有的系統(tǒng)之間的聯(lián)絡(luò),可通過日益發(fā)展的互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行。從而達(dá)到各有必要聯(lián)系的系統(tǒng)之間的信息資源能夠共享。
關(guān)于樓宇自控系統(tǒng),"民用建筑電氣設(shè)計(jì)規(guī)范"JGJ/T16-92中對(duì)其提得較為明確,就其功能來看,幾乎包括相當(dāng)多的方面,但其主要的目的在于:
1.確保建筑物(群)內(nèi)環(huán)境舒適;
2.提高建筑物自身以及人員與設(shè)備的整體安全水平和災(zāi)害防御能力;
3.通過最佳控制節(jié)省消耗;
4.提供可靠的、經(jīng)濟(jì)的最佳能源供應(yīng)方案,進(jìn)行節(jié)能管理;
5.使設(shè)備高效運(yùn)行,減輕人員勞動(dòng)強(qiáng)度;
6.不斷地、及時(shí)地提供有關(guān)設(shè)備運(yùn)行情況的資料,集中收集、整理,作為設(shè)備管理決策的依據(jù),實(shí)現(xiàn)設(shè)備維護(hù)工作的自動(dòng)化。
依據(jù)以上的應(yīng)用功能,BA系統(tǒng)應(yīng)劃分為二個(gè)子系統(tǒng),它們是:
1.防火與保安子系統(tǒng),包括:
a.火災(zāi)報(bào)警與消防控制系統(tǒng);
b.人員出入監(jiān)視系統(tǒng);
c.保安巡更系統(tǒng);
d.防盜報(bào)警系統(tǒng);
e.其它需要實(shí)現(xiàn)安全監(jiān)控的系統(tǒng)(如地震監(jiān)視與報(bào)警,煤氣泄漏報(bào)警等等)。
2.設(shè)備運(yùn)行管理與控制子系統(tǒng)包括:
a.采暖、通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)(HVAC)系統(tǒng);
b.給水(含冷水、熱水、飲用水)與排水系統(tǒng);
c.變配電與自備電源系統(tǒng);
d.電力供應(yīng)與照明控制;
e.其它一切需要監(jiān)控的系統(tǒng)(如電梯、廣播、電纜電視等等)。
從技術(shù)角度來看,這兩類子系統(tǒng)的劃分,具有硬件設(shè)備資源的共享好,便于整體的管理和維護(hù),可以統(tǒng)籌在正常與異常情況下的設(shè)備控制方案,從而達(dá)到實(shí)現(xiàn)全面的集中監(jiān)控。
這種系統(tǒng)的構(gòu)成方式,與國(guó)際上有些做法是相類似的。只不過我國(guó)的消防管理體制要求火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)應(yīng)為一個(gè)獨(dú)立的系統(tǒng)。但隨著技術(shù)的發(fā)展,逐漸在某些地方,允許火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)向樓宇自控系統(tǒng)發(fā)送信號(hào)。既平時(shí)BA系統(tǒng)可以從火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警主機(jī)上獲取其運(yùn)行狀態(tài)的各類信號(hào)?；馂?zāi)時(shí),火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)可向樓宇系統(tǒng)發(fā)出信號(hào),這種單向性的信息流向,反映的是我國(guó)消防部門管理的需要。例如某家國(guó)外著名的建筑設(shè)計(jì)事務(wù)所,在我國(guó)承擔(dān)的幾項(xiàng)工程設(shè)計(jì),就是將樓宇自控系統(tǒng)和火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)的一些功能混合起來,并將應(yīng)歸到消防系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)的消防設(shè)備,納入到樓宇自控系統(tǒng)中去控制。在實(shí)施過程中,由于管理體制的要求,不得不按國(guó)內(nèi)的要求進(jìn)行改動(dòng),將消防的專用設(shè)備歸到消防聯(lián)動(dòng)中。除消防之外的樓宇自控系統(tǒng)中的各項(xiàng)子系統(tǒng),則可實(shí)現(xiàn)小集成。
這種做法,我們?cè)诒本┑哪稠?xiàng)重點(diǎn)工程設(shè)計(jì)中,就采取了將樓宇自控系統(tǒng)、閉路監(jiān)視系統(tǒng)、防盜報(bào)警系統(tǒng)、門禁系統(tǒng)進(jìn)行了有機(jī)的集成,或稱之為聯(lián)動(dòng),以滿足實(shí)際運(yùn)行管理的需要。
在這項(xiàng)工程中,有關(guān)子系統(tǒng)的聯(lián)動(dòng)關(guān)系,可舉某事件為例,看其之間的相互關(guān)系和動(dòng)作。例如保安系統(tǒng)設(shè)置的閉路電視和防盜報(bào)警系統(tǒng),白天由于監(jiān)視區(qū)域內(nèi)人員來回走動(dòng),閉路監(jiān)視系統(tǒng)處于工作狀態(tài),而防盜報(bào)警系統(tǒng)則處于撤防狀態(tài)。由于此建筑屬于業(yè)主自己使用,人流相對(duì)在上班期間流動(dòng)。當(dāng)下班人員離開后,防盜報(bào)警系統(tǒng)處于設(shè)防狀態(tài)?？紤]到夜間無人辦公,有些公共區(qū)域的照明由BA系統(tǒng)控制關(guān)閉,留下少量的照明燈。一旦防盜報(bào)警的探測(cè)器探測(cè)到有人非法闖入,立即將報(bào)警信號(hào)送至BA系統(tǒng),由BA系統(tǒng)控制開啟相關(guān)區(qū)域的照明。同時(shí),閉路監(jiān)視系統(tǒng)立即進(jìn)行跟蹤監(jiān)視,保安監(jiān)控的錄像機(jī)則進(jìn)行實(shí)時(shí)錄像。
另外,對(duì)于大樓內(nèi)設(shè)置的門禁系統(tǒng),也與消防報(bào)警系統(tǒng)進(jìn)行聯(lián)動(dòng),當(dāng)發(fā)生火災(zāi)報(bào)警并確認(rèn)后,有關(guān)的消防通道上的門禁也將被旁路,使人員能夠順利地進(jìn)行疏散,保證了樓內(nèi)人員的安全。通過對(duì)工程設(shè)計(jì)的實(shí)踐感覺到,在設(shè)計(jì)中,若要做到各子系統(tǒng)能有機(jī)地進(jìn)行聯(lián)動(dòng),首先要求各子系統(tǒng)在通信協(xié)議上應(yīng)該一致,避免在集成過程中出現(xiàn)無法集成,或是需要一些額外的設(shè)施方可集成,給業(yè)主造成不必要的負(fù)擔(dān)。關(guān)于信息資源的一致性,這不僅是對(duì)承包商提出要求,而是對(duì)智能建筑系統(tǒng)的全過程提出要求。因?yàn)槟壳笆袌?chǎng)還未達(dá)到一個(gè)統(tǒng)一的規(guī)范,所有的系統(tǒng)并不完全是由一家承包商來提供,而各生產(chǎn)廠家的產(chǎn)品并不都是完全一致,它們的通信協(xié)議也有所不同。就目前市場(chǎng)情況來看,在確定產(chǎn)品時(shí)有這么幾種情況:
一種是由系統(tǒng)集成商中標(biāo)后,由中標(biāo)方統(tǒng)一考慮各子系統(tǒng)產(chǎn)品廠家。這種做法,容易選擇通信協(xié)議一致的產(chǎn)品,能夠較好地達(dá)到相關(guān)子系統(tǒng)之間的聯(lián)動(dòng)(或集成)。也就是在BMS系統(tǒng)中,各子系統(tǒng)之間信息資源容易達(dá)到共享。
第二種做法是由業(yè)主自行招標(biāo)或確定各子系統(tǒng)的承包商,完后再由系統(tǒng)總包來負(fù)責(zé)。這種做法,業(yè)主往往片面地追求了價(jià)格,而忽略了系統(tǒng)集成中所必須注意的問題,即系統(tǒng)未達(dá)到統(tǒng)一的通信協(xié)議。有的系統(tǒng)不具備開放性,由于先天不足,給總包方帶來了困難,最終還是業(yè)主自身受到損失。為了能在BMS下集中管理,要達(dá)到各子系統(tǒng)之間資源共享,又須花費(fèi)額外資金進(jìn)行彌補(bǔ)。例如在設(shè)計(jì)階段,設(shè)計(jì)人員根據(jù)工程要求和特點(diǎn)合理進(jìn)行子系統(tǒng)之間的集成,在集成過程中,可以要求各子系統(tǒng)的通信協(xié)議應(yīng)能符合TCP/IP協(xié)議。
在樓宇設(shè)備的控制中,我們強(qiáng)調(diào)產(chǎn)品和系統(tǒng)的開放性,目的也就是在于使產(chǎn)品能有信息資源的一致性。值得注意的一點(diǎn)是,有許多產(chǎn)品供應(yīng)商或承包商都稱自己的產(chǎn)品或系統(tǒng)是開放的,能與各家的產(chǎn)品進(jìn)行通信,將不同廠商的產(chǎn)品或系統(tǒng)集成在一個(gè)系統(tǒng)內(nèi),并由主系統(tǒng)對(duì)其進(jìn)行監(jiān)視和控制。但必須注意,并不是所有的產(chǎn)品都是完全開放的,它們可能是由于通信協(xié)議的差異導(dǎo)致系統(tǒng)集成中的不盡人意,或是需付出額外的軟件編制費(fèi)用,修改接口界面。
例如有兩家公司的產(chǎn)品均符合BACnet協(xié)議,然而第一家公司的產(chǎn)品是BACnet9.6kbMS/TP,第二家公司的產(chǎn)品是BACnet156kbArcnet,當(dāng)兩家公司產(chǎn)品接進(jìn)同一網(wǎng)絡(luò)時(shí),則會(huì)因?yàn)閭鬏斔俾实牟煌?而出現(xiàn)互聯(lián)方面的困難。所以并不是所有符合BACnet協(xié)議的產(chǎn)品都可互聯(lián),我們還必須看這些產(chǎn)品的詳細(xì)特征。
因此建議從規(guī)劃設(shè)計(jì)開始,就必須強(qiáng)調(diào)系統(tǒng)的開放性,強(qiáng)調(diào)系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)中的信息資源共享問題,在以后施工、安裝過程中,均應(yīng)有所要求,前后一致,滿足要求。
鑒于智能建筑中目前存在的問題,一是尚未有正式的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn),同時(shí)也沒有統(tǒng)一的驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn),具體要達(dá)到一個(gè)什么樣的程度,以什么標(biāo)準(zhǔn)來驗(yàn)收,很難有一定論。因而造成了有些系統(tǒng)運(yùn)行不正常的結(jié)果,這在有些地方的調(diào)查中占有一定的比例。這同樣是存在于設(shè)計(jì)和施工質(zhì)量的問題。對(duì)于設(shè)計(jì)和施工中存在的問題,大致有以下幾點(diǎn):
1.設(shè)計(jì)人員對(duì)此了解不深,有的單位基本不設(shè)計(jì)智能化系統(tǒng),而是交給系統(tǒng)承包商。而系統(tǒng)承包商由于在商務(wù)談判中費(fèi)用較低,因此在系統(tǒng)深化設(shè)計(jì)中,對(duì)擋次、標(biāo)準(zhǔn)等有所降低,控制點(diǎn)較少且不合理,精度滿足不了要求,只求系統(tǒng)能運(yùn)行起來。
2.設(shè)計(jì)BA系統(tǒng)不僅是電氣專業(yè)弱電人員的事情,BA系統(tǒng)中,占大頭的是HVAC,這就要求必須與設(shè)備專業(yè)的人員密切配合,包括承包商的深化設(shè)計(jì)等,均應(yīng)與設(shè)備專業(yè)人員密切配合。否則,對(duì)原設(shè)計(jì)人員的設(shè)計(jì)思想,控制要求等,均不能做到切合實(shí)際,而只能將系統(tǒng)運(yùn)行起來,達(dá)不到預(yù)期的目的。
3.施工問題,質(zhì)量達(dá)不到要求,目前國(guó)內(nèi)的承包商,由于經(jīng)營(yíng)方面的原因,在工地現(xiàn)場(chǎng)施工人員中,只有一部分是公司的員工,大部分是臨時(shí)或是合作的施工方,許多人的素質(zhì)不高,野蠻施工的情況時(shí)有發(fā)生。
本設(shè)計(jì)軟件系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)的是節(jié)點(diǎn)間的無線通信、PC機(jī)與節(jié)點(diǎn)的信息傳輸，協(xié)調(diào)各模塊的聯(lián)通。結(jié)構(gòu)關(guān)聯(lián)示意如圖2：PC機(jī)與ZigBee協(xié)調(diào)器通過串口進(jìn)行通信，由上位機(jī)進(jìn)行顯示，上位機(jī)向協(xié)調(diào)器發(fā)送溫度設(shè)定命令，通過協(xié)調(diào)器發(fā)送給各傳感節(jié)點(diǎn)，協(xié)調(diào)器與各節(jié)點(diǎn)的通信都是通過Zigbee無線傳輸協(xié)議進(jìn)行無線傳輸?shù)?。傳感?jié)點(diǎn)在檢測(cè)到溫度后會(huì)進(jìn)行判斷，溫度若超過上位機(jī)設(shè)定的范圍便會(huì)報(bào)警，并啟動(dòng)相關(guān)溫度調(diào)節(jié)裝置。檢測(cè)的同時(shí)也會(huì)無線發(fā)送到目標(biāo)設(shè)備，距離較遠(yuǎn)的節(jié)點(diǎn)將通過路由節(jié)點(diǎn)進(jìn)行跳躍，再傳輸至協(xié)調(diào)器。
2硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)
2.1ZigBee協(xié)調(diào)器（路由）節(jié)點(diǎn)
ZigBee協(xié)調(diào)器的電路設(shè)計(jì)包括：一個(gè)ZigBee模塊、一個(gè)RS232串口模塊、一個(gè)JTAG接口/復(fù)位模塊、一個(gè)電源模塊、LED指示燈模塊等。1）JTAG接口。實(shí)際只用到了P1.4、P1.5、P1.6、P1.7、P2.1、P2.2、VCC、GND、REST五個(gè)引腳，其它引腳懸空，該電路可將程序通過仿真器燒寫進(jìn)芯片中。2）電源電路設(shè)計(jì)。由于ZigBee模塊需要3.3V的電源，本設(shè)計(jì)供電為兩節(jié)5號(hào)電池供電，可不需要穩(wěn)壓芯片進(jìn)行穩(wěn)壓。3）復(fù)位電路設(shè)計(jì)。4）串口電路設(shè)計(jì)。下載程序和調(diào)試通信兩個(gè)作用，采用MAX232做RS232電平與TTL電平的轉(zhuǎn)換芯片，MAX232有兩路電平轉(zhuǎn)換。
2.2傳感節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)
傳感節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)包含有DS18b20溫度傳感器，溫度調(diào)節(jié)控制裝置（本設(shè)計(jì)用電機(jī)代替），LED指示燈。1）DS18b20設(shè)計(jì)。DS18b20只需一條線就可以和處理器通信。2）電源供電電路。Zigbee模塊工作電壓為3.3V，外部供電為5V輸入，需要AMS1117—3.3電源穩(wěn)壓芯片進(jìn)行穩(wěn)壓。3）JTAG仿真電路。4）模擬溫度控制器（電機(jī)）電路。
3軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)
3.1IAR集成開發(fā)環(huán)境
本系統(tǒng)程序的調(diào)試編譯用的是IAREmbeddedWorkbenchIDE，它是一套開發(fā)工具，用于匯編、C或C++編寫的嵌入式軟件程序進(jìn)行編譯和調(diào)試。IAREmbeddedWorkbench適用于大量8位、16位和32位的微處理器和微控制器，用戶在開發(fā)新的項(xiàng)目時(shí)也能在所熟悉的開發(fā)環(huán)境中進(jìn)行。該集成環(huán)境包含了IAR的C/C++編譯器，文件管理器，文本編輯器，匯編器，鏈接器，工程管理器及C-SPY調(diào)試器等。它為用戶提供一個(gè)易學(xué)且具有最大量代碼繼承能力的開發(fā)環(huán)境，和對(duì)大多數(shù)和特殊目標(biāo)的支持。IAREmbeddedWorkbench有效的提高了用戶的工作效率，通過IAR工具，用戶可以大大地節(jié)省工作時(shí)間。針對(duì)不同芯片的代碼優(yōu)化器，IAREmbeddedWorkbenchIDE可以為微處理器生成非常高效的FLASH/PROMable代碼。
3.2VisualBasic語(yǔ)言開發(fā)環(huán)境上位機(jī)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)
VisualBasic是目前一種應(yīng)用于圖形界面比較多的開發(fā)語(yǔ)言，它衍生于BASIC編程語(yǔ)言。VB用有快速應(yīng)用程序開發(fā)和圖形用戶界面開發(fā)系統(tǒng)，它是微軟開發(fā)的，用于協(xié)助開發(fā)環(huán)境的驅(qū)動(dòng)編程語(yǔ)言。在現(xiàn)在的使用標(biāo)準(zhǔn)來說，VB是目前世界上使用者對(duì)多的語(yǔ)言，在目前圖形化界面開發(fā)來說，VB是比較好的開發(fā)語(yǔ)言較容易應(yīng)用ADO、DAO、RDO輕松創(chuàng)建ActiveX控件和連接數(shù)據(jù)庫(kù)。對(duì)于想快速建立一個(gè)應(yīng)用程序，VB將會(huì)是一個(gè)很好的選擇。本設(shè)計(jì)的上位機(jī)制作，VB是一個(gè)很好的選擇。
3.3ZigBee協(xié)調(diào)器軟件實(shí)現(xiàn)
協(xié)調(diào)器是直接與上位機(jī)通信的節(jié)點(diǎn)，它的任務(wù)是協(xié)調(diào)各感知節(jié)點(diǎn)發(fā)送過來的數(shù)據(jù)，使得數(shù)據(jù)有序傳輸?shù)缴衔粰C(jī)顯示。
3.4Zigbee傳感節(jié)點(diǎn)軟件實(shí)現(xiàn)
傳感節(jié)點(diǎn)是可以在一定范圍內(nèi)定點(diǎn)位置，其任務(wù)只要是實(shí)時(shí)檢測(cè)溫度，周期將數(shù)據(jù)無線發(fā)送給協(xié)調(diào)器，同時(shí)，節(jié)點(diǎn)上的溫度調(diào)控裝置根據(jù)溫度啟動(dòng)，進(jìn)行溫度調(diào)控。
4系統(tǒng)測(cè)試
開發(fā)和建設(shè)科研管理信息系統(tǒng)是利用信息技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)突破傳統(tǒng)科研管理模式存在的弊端，構(gòu)建代替人工、信息共享、學(xué)科化服務(wù)、數(shù)據(jù)分析的快捷、準(zhǔn)確、高效的科研管理新模式。其工作流程是科研人員通過系統(tǒng)對(duì)科研工作進(jìn)行日常管理，科研管理人員的工作主要是對(duì)信息的審計(jì)和更高層次的利用。而科研管理信息系統(tǒng)具有遠(yuǎn)程性、規(guī)范性、動(dòng)態(tài)性、集約性等特點(diǎn)，能很好地收集、整合與傳遞科研信息，提高工作效率，保證科研數(shù)據(jù)的及時(shí)性和準(zhǔn)確性，較好地解決傳統(tǒng)科研管理帶來的程序繁瑣且重復(fù)的弊端。系統(tǒng)管理工作的動(dòng)態(tài)性和參與性為科研人員提供了日?？蒲泄ぷ鞯男畔⒒芾砥脚_(tái)。
2系統(tǒng)設(shè)計(jì)
2．1基本原則與目標(biāo)
研究所科研管理信息系統(tǒng)是基于網(wǎng)絡(luò)的科研信息數(shù)據(jù)管理平臺(tái)，在系統(tǒng)整體過程中要充分把握規(guī)范性、安全性、實(shí)用性、可靠性、可擴(kuò)充性原則，采用面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計(jì)語(yǔ)言和模塊化的軟件開發(fā)方法。系統(tǒng)建設(shè)目標(biāo)是建立一個(gè)能夠覆蓋研究所主要科研業(yè)務(wù)管理的計(jì)算機(jī)信息管理系統(tǒng)。以網(wǎng)絡(luò)為平臺(tái)，利用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)簡(jiǎn)化人工管理流程，通過信息的一次錄入，實(shí)現(xiàn)信息多方共享、綜合分析加工和信息的批量導(dǎo)出導(dǎo)入，滿足不同管理層次對(duì)各類信息的需求。
2．2功能設(shè)計(jì)
系統(tǒng)除了能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)錄入、權(quán)限瀏覽、報(bào)表打印、留言板等功能外，還需要實(shí)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)推送功能、關(guān)聯(lián)查詢功能、統(tǒng)計(jì)/匯總功能和批量導(dǎo)入導(dǎo)出功能。節(jié)點(diǎn)推送功能:系統(tǒng)將業(yè)務(wù)流程串接起來，將節(jié)點(diǎn)任務(wù)推送給相關(guān)人員，并及時(shí)反饋相關(guān)工作任務(wù)和要求。關(guān)聯(lián)查詢功能:系統(tǒng)支持全信息的查詢和關(guān)聯(lián)功能，當(dāng)用戶需要了解一個(gè)項(xiàng)目時(shí)，系統(tǒng)能把項(xiàng)目相關(guān)信息一并展現(xiàn)給用戶。統(tǒng)計(jì)/匯總功能:系統(tǒng)通過數(shù)據(jù)庫(kù)層匯總分析原始數(shù)據(jù)，自動(dòng)形成報(bào)表和數(shù)據(jù)，無需人工參與加工。批量導(dǎo)入導(dǎo)出功能:系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)格式文件的批量導(dǎo)入，如任務(wù)書、開題報(bào)告、中期檢查報(bào)告、結(jié)題報(bào)告等，也可根據(jù)需求將數(shù)據(jù)批量導(dǎo)出。
2．3結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
根據(jù)科研管理的業(yè)務(wù)范圍和管理要素，科研管理信息系統(tǒng)主要包含以下功能模塊。信息模塊:該模塊由科技處基于門戶網(wǎng)信息動(dòng)態(tài)、最新通知和學(xué)術(shù)活動(dòng)公告。項(xiàng)目管理模塊:該模塊是系統(tǒng)的關(guān)鍵部分，主要包括課題立項(xiàng)、開題、結(jié)題和成果申報(bào)管理。由用戶通過權(quán)限賬號(hào)進(jìn)行全過程管理，包括課題研究過程性文件和成果，科技處通過管理員權(quán)限進(jìn)行瀏覽審核并反饋。成果管理模塊:用戶登錄后，通過該模塊對(duì)個(gè)人成果進(jìn)行填報(bào)和管理，包括論文、著作、獲獎(jiǎng)等方面的信息。研究生管理模塊:該模塊屬于用戶信息管理和課題管理一體化的部分，主要包括用戶基本信息、選課明細(xì)和課題管理相關(guān)內(nèi)容。研究生通過登錄該模塊，填報(bào)入學(xué)基本信息，選課明細(xì)，提交課題研究過程中的所有文件。科研條件管理模塊:該模塊對(duì)研究所科技資產(chǎn)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)管理。用戶管理模塊:該系統(tǒng)設(shè)置3種用戶類型，分別為科技處系統(tǒng)管理員、各科室領(lǐng)導(dǎo)管理員、科研人員，并根據(jù)用戶角色和單位不同分配不同的權(quán)限。另外，系統(tǒng)還通過網(wǎng)站提供日常所需的科研相關(guān)文件下載功能。
3系統(tǒng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)
系統(tǒng)采用基于J2EE技術(shù)框架的B/S構(gòu)架，以Eclipse+JBossTools為開發(fā)平臺(tái)，以MicrosoftSQLServer2005為數(shù)據(jù)庫(kù)平臺(tái)，應(yīng)用Tomcat6．0輕量級(jí)服務(wù)器，采用JSF、JavaBean、JPA等多種開發(fā)技術(shù)，在WindowsServer2003或WindowsXP以上操作系統(tǒng)環(huán)境運(yùn)行?？蒲泄芾硇畔⑾到y(tǒng)在開發(fā)和完善時(shí)需重點(diǎn)考慮以下問題。一是系統(tǒng)的安全性。為確保研究所科研信息的安全，系統(tǒng)通過權(quán)限管理為每個(gè)用戶分配相應(yīng)的角色，不同的角色使用戶使用的系統(tǒng)功能和查看信息的范圍得到控制。除系統(tǒng)管理員外，所有用戶只可修改自己所添加的數(shù)據(jù)。此外，系統(tǒng)還提供了操作日志記錄功能，用戶在系統(tǒng)的所有操作都有所可查，進(jìn)而保證了用戶的操作都是可審計(jì)、可追溯的。二是系統(tǒng)的可維護(hù)性。系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計(jì)，每個(gè)功能模塊的編程、調(diào)試獨(dú)立進(jìn)行。三是與現(xiàn)有系統(tǒng)的集成。結(jié)合研究所科研人員內(nèi)部局域網(wǎng)賬號(hào)，系統(tǒng)開發(fā)局域網(wǎng)內(nèi)部系統(tǒng)的統(tǒng)一認(rèn)證功能，方便用戶注冊(cè)。
4結(jié)語(yǔ)
系統(tǒng)采用自頂向下的分層結(jié)構(gòu)化方法進(jìn)行設(shè)計(jì)，由系統(tǒng)門戶、科研管理、技術(shù)管理、知識(shí)產(chǎn)權(quán)管理、質(zhì)量管理、“三標(biāo)一體”管理、信息化管理、三維設(shè)計(jì)管理、技術(shù)裝備管理、學(xué)協(xié)會(huì)管理、評(píng)獎(jiǎng)報(bào)優(yōu)、標(biāo)準(zhǔn)化管理、保密管理、系統(tǒng)管理共計(jì)14個(gè)功能模塊結(jié)合而成。考慮到系統(tǒng)的易用性、穩(wěn)定性、易維護(hù)性和技術(shù)先進(jìn)性，本系統(tǒng)基于B/S結(jié)構(gòu)，服務(wù)器端采用ASP．net平臺(tái)進(jìn)行開發(fā)，后端數(shù)據(jù)庫(kù)選用SQLServer作為數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器，客戶端基于jQuery進(jìn)行開發(fā)，使用jQueryEasyUI搭建系統(tǒng)界面，采用JSON為服務(wù)器和客戶端的數(shù)據(jù)交換格式(圖1)。
2關(guān)鍵技術(shù)
2．1基于jQuery的AJAX異步交互技術(shù)
B/S結(jié)構(gòu)相較于C/S結(jié)構(gòu)來說具有易部署、易維護(hù)、易擴(kuò)展、安全性強(qiáng)等優(yōu)勢(shì)，但傳統(tǒng)的B/S結(jié)構(gòu)在提交數(shù)據(jù)或更新數(shù)據(jù)時(shí)需要重載整個(gè)頁(yè)面，因而存在數(shù)據(jù)傳輸量大、響應(yīng)不及時(shí)等不足。但隨著AJAX技術(shù)的出現(xiàn)和發(fā)展，B/S結(jié)構(gòu)的這一缺點(diǎn)正逐漸消失。AJAX即“AsynchronousJavascriptAndXML”(異步JavaScript和XML)，是一種創(chuàng)建交互式網(wǎng)頁(yè)應(yīng)用的網(wǎng)頁(yè)開發(fā)技術(shù)。AJAX可以使網(wǎng)頁(yè)通過后臺(tái)與服務(wù)器進(jìn)行少量數(shù)據(jù)交換，實(shí)現(xiàn)異步更新，即可以在不重新加載整個(gè)網(wǎng)頁(yè)的情況下，對(duì)網(wǎng)頁(yè)局部進(jìn)行更新，從而減少了數(shù)據(jù)傳輸量，提高了頁(yè)面響應(yīng)速度。jQuery是一個(gè)輕量級(jí)、兼容性高、技術(shù)先進(jìn)的JavaScript庫(kù)，它不僅提供了簡(jiǎn)單、高效的選擇器和事件處理方法，且對(duì)AJAX進(jìn)行了封裝，使AJAX使用起來更加便捷，從而在提升客戶體驗(yàn)的同時(shí)，大幅提升了系統(tǒng)開發(fā)效率。下面的代碼是jQuery的AJAX異步請(qǐng)求基本用法，在無刷新的情況下通過后臺(tái)實(shí)現(xiàn)了用戶登錄驗(yàn)證。
2．2基于JSON的數(shù)據(jù)交換格式
JSON(JavaScriptObjectNotation)是一種輕量級(jí)的數(shù)據(jù)交換格式，是JavaScript的一個(gè)子集。因使用了類似于C語(yǔ)言家族(包括C，C++，C#，Java，JavaScript，Perl，Python等)的習(xí)慣，使其成為理想的數(shù)據(jù)交換語(yǔ)言，易于人閱讀和編寫，同時(shí)也易于機(jī)器解析和生成，其可讀性和可擴(kuò)展性與XML不分上下，但攜帶相同信息的字符量卻低于XML。采用AJAX異步請(qǐng)求技術(shù)之后，瀏覽器與客戶端之間的數(shù)據(jù)傳輸量已有大幅下降，數(shù)據(jù)交換格式采用JSON后，數(shù)據(jù)傳輸量將進(jìn)一步下降。ASP．net服務(wù)器端序列化和反序列化JSON有多種方法，本系統(tǒng)使用了第三方提供的Json．NET庫(kù)，在使用前需先下載并引用“Newtonsoft．Json．dll”。下面的代碼是將泛型列表轉(zhuǎn)換為JSON數(shù)據(jù)格式的過程，服務(wù)器端響應(yīng)客戶端請(qǐng)求返回了一組科研項(xiàng)目列表信息。服務(wù)器端返回的JSON序列如下:客戶端在處理JSON數(shù)據(jù)時(shí)，不必進(jìn)行處理或特殊轉(zhuǎn)換，可直接將JSON數(shù)據(jù)當(dāng)做JavaScript對(duì)象進(jìn)行操作。
3結(jié)束語(yǔ)
