發(fā)布時(shí)間：2023-03-27 16:42:10
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篇的硬件系統(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)，請盡情閱讀。
文獻(xiàn)信息資源建設(shè)的總體目標(biāo)是提高文獻(xiàn)信息資源保障率。長期以來，這一觀念一直在文獻(xiàn)信息資源建設(shè)理論研究與事業(yè)建設(shè)領(lǐng)域得到貫徹。遵循這一目標(biāo)，努力豐富館藏以滿足社會(huì)對文獻(xiàn)信息的需求，就成為各圖書館資源建設(shè)的指導(dǎo)思想，也直接導(dǎo)致了各圖書館的“大而全”、“小而全”的建設(shè)模式。然而，各圖書館以一己之力，始終無法解決信息資源建設(shè)能力的有限性與用戶信息需求的無限性之間的矛盾，特別是在圖書館事業(yè)還相對落后的情況下。造成的結(jié)果，一方面是群體圖書館的資源重復(fù)建設(shè)；另一方面則是個(gè)體圖書館的資源嚴(yán)重漏藏。
基于此種形勢，文獻(xiàn)信息資源共建共享的理念開始樹立，而且在資源建設(shè)的實(shí)踐中得到落實(shí)，圖書館界積極開展了資源整體布局的研究，也采取了諸如文獻(xiàn)聯(lián)合采購，統(tǒng)一編目，出版聯(lián)合目錄和實(shí)行館際互借等一些具體的資源共建共享方式。然而在傳統(tǒng)條件下，信息必須依賴于一定的物質(zhì)載體而存在，文獻(xiàn)信息內(nèi)容與文獻(xiàn)載體不可分割，資源建設(shè)過程中信息的共享問題實(shí)際轉(zhuǎn)化為物質(zhì)載體的共享問題，信息的可共享性得不到充分體現(xiàn)：一個(gè)單元的文獻(xiàn)不能同時(shí)滿足兩個(gè)以上用戶的信息需求，另外還存在文獻(xiàn)信息傳輸?shù)戎T多障礙。因此，文獻(xiàn)信息資源建設(shè)還多是立足個(gè)館，各圖書館只能圍繞自身的用戶群進(jìn)行資源建設(shè)，共建共享在傳統(tǒng)條件下得不到最有效的實(shí)施。在這種情況下，信息資源建設(shè)理論不能突破傳統(tǒng)文獻(xiàn)資源建設(shè)理論的桎梏，無法發(fā)生質(zhì)的變化，只能繼續(xù)強(qiáng)調(diào)個(gè)館滿足自身用戶信息需求的能力。
資源的數(shù)字化建設(shè)使文獻(xiàn)信息擺脫了載體的約束，信息能夠?qū)崿F(xiàn)跨時(shí)空的存取，真正做到一方建設(shè)、多方利用，信息的可共享性得以充分體現(xiàn)。數(shù)字技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)環(huán)境不但提供了資源共享的全新發(fā)展環(huán)境，而且提出了重構(gòu)資源建設(shè)理論的迫切要求。重新審視資源建設(shè)理論，我們不難發(fā)現(xiàn)，信息資源數(shù)字化并不等同于資源的共建共享，如不努力創(chuàng)新資源建設(shè)的理論研究，數(shù)字化建設(shè)實(shí)際上是“大而全”、“小而全”建設(shè)模式的再現(xiàn)。那么，基于共建共享的資源建設(shè)理論與傳統(tǒng)的文獻(xiàn)信息建設(shè)理論是何種關(guān)系？是繼承還是顛覆？本文將研究共建共享對傳統(tǒng)文獻(xiàn)信息資源建設(shè)理論的影響。
2 共建共享理論與傳統(tǒng)文獻(xiàn)信息資源建設(shè)理論的總體比較
文獻(xiàn)信息資源建設(shè)是指一定范圍內(nèi)的文獻(xiàn)信息機(jī)構(gòu)對文獻(xiàn)信息資源進(jìn)行有計(jì)劃的積累和合理布局，以滿足、保障社會(huì)發(fā)展和國家建設(shè)需要的全部活動(dòng)。文獻(xiàn)信息資源建設(shè)包括微觀和宏觀兩個(gè)方面，宏觀文獻(xiàn)信息資源建設(shè)是指根據(jù)一個(gè)地區(qū)、一個(gè)國家乃至國際間的需要而進(jìn)行全局的文獻(xiàn)信息資源布局和協(xié)調(diào)發(fā)展工作；而微觀文獻(xiàn)信息資源建設(shè)是指各個(gè)文獻(xiàn)信息機(jī)構(gòu)對文獻(xiàn)信息的收集、組織、管理、貯存等工作。
共建共享是指在信息資源建設(shè)和服務(wù)過程中，文獻(xiàn)信息機(jī)構(gòu)建立廣泛的合作、協(xié)作、協(xié)調(diào)關(guān)系，宏觀布局和科學(xué)規(guī)劃文獻(xiàn)信息資源，利用各種技術(shù)、方法和途徑，共同揭示、建設(shè)、開發(fā)和利用信息資源，追求對文獻(xiàn)信息資源的完備保障，以最大限度地滿足用戶信息需求的全部活動(dòng)。
共建共享理論同傳統(tǒng)文獻(xiàn)信息資源建設(shè)理論一樣，也分為宏觀建設(shè)和微觀建設(shè)兩個(gè)層面。不同的是，傳統(tǒng)的文獻(xiàn)信息資源微觀建設(shè)即館藏建設(shè)可以獨(dú)立于宏觀建設(shè)而存在，而資源共建中的微觀建設(shè)如脫離宏觀建設(shè)就失去了共建的意義；傳統(tǒng)的文獻(xiàn)信息資源建設(shè)是在微觀建設(shè)的基礎(chǔ)上進(jìn)行宏觀建設(shè)，而資源共建是在宏觀建設(shè)的指導(dǎo)下開展微觀建設(shè)?？梢哉J(rèn)為，傳統(tǒng)文獻(xiàn)信息資源建設(shè)是微觀建設(shè)決定宏觀建設(shè)，而資源共建是宏觀建設(shè)決定微觀建設(shè)。因此，傳統(tǒng)文獻(xiàn)信息資源建設(shè)與資源共享在建設(shè)范圍和服務(wù)范圍兩個(gè)方面存在不同的效果。（如圖1、圖2、圖3、圖4所示）
圖1和圖2分別反映傳統(tǒng)文獻(xiàn)信息資源建設(shè)和資源共建所產(chǎn)生的不同建設(shè)效果。在圖1中，由于傳統(tǒng)文獻(xiàn)信息資源建設(shè)是在微觀建設(shè)的基礎(chǔ)上開展宏觀建設(shè)，因此各個(gè)圖書館所建設(shè)的資源不可避免地存在重復(fù)現(xiàn)象，甚至有部分資源重復(fù)現(xiàn)象十分嚴(yán)重（如圖中交疊部分所示），重復(fù)建設(shè)就意味著資源覆蓋范圍的縮小，因而不利于提高文獻(xiàn)信息資源保障率；在圖2中，由于資源共建是在宏觀布局和科學(xué)規(guī)劃的基礎(chǔ)上進(jìn)行的，避免了資源的重復(fù)建設(shè)，能最大限度地提高文獻(xiàn)信息資源保障率。
附圖
圖1 傳統(tǒng)建設(shè)的多館文獻(xiàn)信息資源覆蓋范圍
附圖
圖2 共建共享的多館文獻(xiàn)信息資源覆蓋范圍
圖3和圖4分別反映傳統(tǒng)文獻(xiàn)信息資源建設(shè)和資源共建共享的不同服務(wù)范圍。在圖3中，由于各圖書館是在微觀建設(shè)的基礎(chǔ)上開展宏觀建設(shè)，因此個(gè)體資源的服務(wù)范圍之間存在交叉重復(fù)，使整體資源的服務(wù)范圍小于個(gè)體資源服務(wù)范圍之和，只有圖中交疊部分所示的用戶才能在一定程度上共享資源；在圖4中，由于各圖書館在合作協(xié)調(diào)的基礎(chǔ)上共同發(fā)展用戶群，因此服務(wù)范圍得到最大擴(kuò)展，并且可共享資源的用戶范圍就等同于全體用戶。
附圖
圖3 傳統(tǒng)建設(shè)的多館文獻(xiàn)信息資源服務(wù)范圍
附圖
圖4 共建共享的多館文獻(xiàn)信息資源服務(wù)范圍
由此可見，資源建設(shè)過程中是否將系統(tǒng)布局和科學(xué)規(guī)劃放在首位，是資源共建與傳統(tǒng)文獻(xiàn)信息資源建設(shè)的根本區(qū)別。傳統(tǒng)文獻(xiàn)信息資源建設(shè)立足個(gè)館，強(qiáng)調(diào)依賴個(gè)館的資源建設(shè)來滿足特定用戶信息需求，從而不能在根本上放棄“大而全”、“小而全”的建設(shè)理念。資源共建以系統(tǒng)布局和科學(xué)規(guī)劃為出發(fā)點(diǎn)，強(qiáng)調(diào)以整體的資源建設(shè)來實(shí)現(xiàn)對信息資源的完備保障，以滿足社會(huì)對信息資源的需求（包括潛在需求），資源建設(shè)的廣度（覆蓋范圍）由整個(gè)共建系統(tǒng)來保障，而資源建設(shè)的專深度則由各圖書館來保障。
3 信息資源共建共享對文獻(xiàn)信息資源建設(shè)理論的具體影響
共建共享對傳統(tǒng)文獻(xiàn)信息資源建設(shè)理論中的建設(shè)原則、結(jié)構(gòu)理論、資源補(bǔ)充、資源組織、資源評價(jià)等方面都產(chǎn)生了巨大影響。
3.1 對建設(shè)原則的影響
在傳統(tǒng)文獻(xiàn)信息資源建設(shè)理論中，被普遍接受的建設(shè)原則有：實(shí)用性原則，系統(tǒng)性原則，特色化與協(xié)調(diào)性原則。下文將就共建共享對這三條原則所產(chǎn)生的影響做具體分析。
3.1.1 對實(shí)用性原則的影響
實(shí)用性原則要求，根據(jù)圖書館的服務(wù)任務(wù)和服務(wù)對象的需求來建設(shè)文獻(xiàn)信息資源。而資源共建共享理論要求，每個(gè)圖書館在所負(fù)責(zé)的建設(shè)范圍之內(nèi)，不再強(qiáng)調(diào)文獻(xiàn)信息資源的實(shí)用性而更加注重文獻(xiàn)信息資源的完整性。因此，實(shí)用性原則應(yīng)該調(diào)整為完整性原則。
【關(guān)鍵詞】溫度 at89s52 nrf9e5
1 引言
由于在局部的溫度通常具有不一致性，因此在檢測環(huán)境溫度時(shí)，傳統(tǒng)的單一測點(diǎn)測量溫度的方法并不能夠準(zhǔn)確說明實(shí)際的溫度信息。在同一環(huán)境中，對多點(diǎn)進(jìn)行溫度測量，能夠有效解決這一問題，使得溫度測量更加準(zhǔn)確。但是多點(diǎn)溫度測量的溫度測量點(diǎn)比較分散，如果使用傳統(tǒng)的有線布線方式的話，則系統(tǒng)設(shè)計(jì)復(fù)雜，十分麻煩。本論文設(shè)計(jì)了一種基于無線傳輸?shù)臏囟炔杉到y(tǒng)，采用了nrf9e5無線芯片，主控芯片采用的是at89s52單片機(jī)，溫度測量的傳感器為ds18b20[1]。
本論文首先介紹系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)方案，然后分別簡要介紹硬件電路設(shè)計(jì)以及部分軟件程序設(shè)計(jì)。
2 系統(tǒng)方案
無線數(shù)據(jù)傳輸按照傳輸方式的不同，可以分為：點(diǎn)對點(diǎn)、點(diǎn)對多點(diǎn)以及多點(diǎn)對多點(diǎn)。本論文所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)由主控芯片51單片機(jī)、主接收器以及多個(gè)測量終端組成。每個(gè)測量終端都是通過無線傳輸模塊nrf9e5傳遞數(shù)據(jù)，進(jìn)而形成無線傳輸?shù)臏囟炔杉到y(tǒng)。系統(tǒng)框圖如圖1所示。
將相應(yīng)的溫度傳感器分布在所要測量環(huán)境的不同位置，就能夠精確評估環(huán)境溫度。然后再將這些測量得到的溫度經(jīng)過無線通信模塊發(fā)送到主控芯片上，主控芯片對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和顯示。
3 硬件電路設(shè)計(jì)
3.1 無線數(shù)據(jù)傳輸模塊
nrf9e5具有和8051相互兼容的微控制器，但是時(shí)序和指令都與其有些差別。nrf9e5與cpu的數(shù)據(jù)交換是通過串口來進(jìn)行的。
nrf9e5和其他模塊通信主要是通過自身內(nèi)部的并行口和內(nèi)部的spi口。nrf9e5與nrf905等具有一樣的功能。收發(fā)器在與微控制器進(jìn)行數(shù)據(jù)交換的過程中，主要是通過片內(nèi)的spi和并行口。在要傳輸通信的數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好之后，就能夠產(chǎn)生中斷，供微控制器使用。
3.2 溫度測量電路
溫度檢測的方法有很多，比如采用熱電偶等。但是本論文采用的是ds18b20溫度傳感器。該溫度傳感器采用的是one-wire總線，即只采用一根信號線與單片機(jī)進(jìn)行連接。該測溫傳感器能夠測量零下55度到125攝氏度的溫度范圍，同時(shí)分辨率能夠達(dá)到0.5攝氏度。工作電壓范圍很寬，一般為3.0至5.5v。
3.3 主控芯片
本論文設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)采集器使用的主控芯片是at89s52單片機(jī)。msc-51單片機(jī)是八位的非常實(shí)用的單片機(jī)。本論文所使用的at89s52單片機(jī)就是基于這款單片機(jī)的。msc-51單片機(jī)的基本架構(gòu)被atmel公司購買，繼而在其基本內(nèi)核的基礎(chǔ)上加入了許多新的功能，同時(shí)擴(kuò)展了芯片的容量以及加入flash閃存等等。51內(nèi)核的單片機(jī)具有很多優(yōu)點(diǎn)，因此無論是在工業(yè)上還是在一些電子產(chǎn)品上應(yīng)用都很多。全球也有許多大公司對其進(jìn)行擴(kuò)展，加入新的功能。即使是在今天，51單片機(jī)仍然在控制系統(tǒng)中占據(jù)很大市場。
下面對本論文所使用的單片機(jī)作簡要介紹。這款單片機(jī)具有最大能夠支持的64k外部存儲(chǔ)擴(kuò)展，同時(shí)還具有8k字節(jié)的flash空間。該單片機(jī)具有4組i/o口，分別是從p0到p3，同時(shí)每組端口具有8個(gè)引腳。每個(gè)引腳除了能夠作為普通的輸入和輸出端口外，還具有其它功能，也就是我們通常所說的引腳復(fù)用。其還具有斷電保護(hù)、看門口、計(jì)時(shí)器和定時(shí)器。51單片機(jī)一般的工作電壓是5v。
4 軟件設(shè)計(jì)
4.1 通信協(xié)議
本系統(tǒng)為單點(diǎn)對多點(diǎn)的無線通信，主接收器在可靠通信范圍內(nèi)分別與每個(gè)數(shù)據(jù)終端通信。主接收器與每個(gè)數(shù)據(jù)終端都有一個(gè)唯一的地址，因此在通信過程中必須明確接收方的地址。系統(tǒng)通信協(xié)議定制如表1所示。
4.2 溫度測量程序
本論文采用的溫度傳感器是one-wire總線的器件，與主控芯片進(jìn)行一根數(shù)據(jù)線連接，就能夠同時(shí)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)和時(shí)鐘信號的雙向傳輸。但是這樣就要求主控芯片的時(shí)序必須具有嚴(yán)格的要求。在出廠之前，每個(gè)器件的rom上都光刻上64位的編碼，這個(gè)編碼地址序列是唯一的，我們可以通過這個(gè)編碼地址序列來進(jìn)行多
點(diǎn)的組網(wǎng)。但是本論文所設(shè)計(jì)的溫度采集系統(tǒng)，在每一個(gè)結(jié)點(diǎn)只是用一個(gè)溫度傳感器，因此在程序中并不需要讀取其rom編碼。
5 總結(jié)
在實(shí)際的溫度測量過程中，測量單點(diǎn)的溫度往往并不能夠準(zhǔn)確反映實(shí)際溫度信息，需要對同一環(huán)境進(jìn)行多次測量，同時(shí)要對多個(gè)溫度節(jié)點(diǎn)進(jìn)行測量。但是多點(diǎn)溫度測量的溫度測量點(diǎn)比較分散，如果使用傳統(tǒng)的有線布線方式的話，則系統(tǒng)設(shè)計(jì)復(fù)雜，十分麻煩。本論文設(shè)計(jì)了一種基于無線傳輸?shù)臏囟炔杉到y(tǒng)，采用了nrf9e5無線芯片，主控芯片采用的是at89s52單片機(jī)，溫度測量的傳感器為ds18b20。本論文首先介紹系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)方案，然后分別簡要介紹硬件電路設(shè)計(jì)以及部分軟件程序設(shè)計(jì)。
參考文獻(xiàn)
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摘要：本文針對“嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)”的教學(xué)實(shí)踐，將“嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)”系列課程實(shí)踐教學(xué)分為三個(gè)層面，對課程內(nèi)容、實(shí)踐教學(xué)方案和實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)等進(jìn)行探索，確保學(xué)生在掌握專業(yè)知識的同時(shí)，提高自主學(xué)習(xí)與自主創(chuàng)新的工程實(shí)踐能力，真正做到學(xué)以致用。
關(guān)鍵詞：嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)；實(shí)踐教學(xué)；創(chuàng)新
中圖分類號：G6420.0 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A
嵌入式系統(tǒng)是相對于通用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)提出的“嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)”，它是將先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)、半導(dǎo)體技術(shù)、電子技術(shù)與各個(gè)行業(yè)的具體應(yīng)用相結(jié)合后的產(chǎn)物，是一個(gè)技術(shù)密集、高度分散、不斷創(chuàng)新的知識集成系統(tǒng)，被廣泛應(yīng)用于通信設(shè)備、信息家電、工業(yè)控制和交通等方面。作為“嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)”的教學(xué)應(yīng)是以應(yīng)用為中心，結(jié)合實(shí)踐與應(yīng)用的一系列課程教學(xué)，它是本科生在四年學(xué)習(xí)中進(jìn)行創(chuàng)新性實(shí)踐的有力保證?！扒度胧较到y(tǒng)設(shè)計(jì)”需要設(shè)計(jì)者具有較強(qiáng)的綜合理論知識和動(dòng)手能力，是對設(shè)計(jì)者綜合能力與創(chuàng)新能力的考查。因此，在以“應(yīng)用型”人才培養(yǎng)為目標(biāo)的理工科院校的實(shí)踐教學(xué)中應(yīng)特別重視學(xué)生嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)能力的培養(yǎng)，加強(qiáng)實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，提高學(xué)生實(shí)踐能力、職業(yè)技能與就業(yè)能力。在此結(jié)合地方高校通信工程專業(yè)的特點(diǎn)對學(xué)生“嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)”能力培養(yǎng)的相關(guān)課程內(nèi)容、實(shí)踐教學(xué)方案和實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)等進(jìn)行探索，探討地方高校理工科學(xué)生創(chuàng)新型人才培養(yǎng)體系，培養(yǎng)出理論與實(shí)踐相結(jié)合的創(chuàng)新性人才。
1嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)踐教學(xué)層面
嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)是復(fù)合型的新興技術(shù)[1][2]?；谇度胧较到y(tǒng)設(shè)計(jì)的課程既與計(jì)算機(jī)、電子、通信、自動(dòng)控制技術(shù)相關(guān)的專業(yè)課程有關(guān)，又與具體的應(yīng)用背景有關(guān)。理工科各專業(yè)需結(jié)合專業(yè)特點(diǎn)和嵌入式系統(tǒng)在專業(yè)中的應(yīng)用進(jìn)行嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)的研究與教學(xué)，根據(jù)專業(yè)特色開設(shè)先進(jìn)的、具有深入內(nèi)容的嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程，使學(xué)生具備創(chuàng)新能力和解決實(shí)際問題的能力，所以在進(jìn)行嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)人才培養(yǎng)時(shí)必須重點(diǎn)把握實(shí)踐和創(chuàng)新這兩個(gè)方面，注意科學(xué)對技術(shù)所起的基礎(chǔ)支持作用，要從嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)動(dòng)態(tài)發(fā)展出發(fā)，開設(shè)具有嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)體系的課程，開設(shè)有關(guān)含有信息論、系統(tǒng)理論及控制理論等基本內(nèi)容交叉融合的課程，拓寬學(xué)生在專業(yè)學(xué)習(xí)中視野與思維的深度和廣度，這樣才能培養(yǎng)出學(xué)生的創(chuàng)新能力。根據(jù)嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)的實(shí)踐可以按照圖1所示三個(gè)層面進(jìn)行相關(guān)課程的配置。
層面一是培養(yǎng)學(xué)生具備能夠針對某個(gè)具體嵌入式系統(tǒng)軟、硬件平臺進(jìn)行二次開發(fā)的能力。要求學(xué)生掌握應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和開發(fā)技能，屬于嵌入式系統(tǒng)教學(xué)的最低層。集中在微處理器(如MCS51系列、TMS320系列、ARM系列)的體系結(jié)構(gòu)及其語言、接口的工作原理；嵌入式應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)工具、開發(fā)語言、交叉編譯環(huán)境和調(diào)試工具的使用。在此
方面以單片機(jī)芯片及其開發(fā)應(yīng)用、DSP芯片及其開發(fā)應(yīng)用和ARM微處理器及其開發(fā)應(yīng)用展開教學(xué)，并在實(shí)踐環(huán)節(jié)對學(xué)生動(dòng)手制作自已所期望的單片機(jī)、DSP和ARM的應(yīng)用系統(tǒng)進(jìn)行作品展示，并將作品作為成績考核的依據(jù)。
層面二是培養(yǎng)學(xué)生具備能夠進(jìn)行嵌入式系統(tǒng)平臺設(shè)計(jì)與開發(fā)的能力。不僅要求學(xué)生掌握硬件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與開發(fā)技能，還應(yīng)該掌握軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與開發(fā)技能。促使學(xué)生掌握嵌入式系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)后，掌握嵌入式操作系統(tǒng)的原理及其在特定硬件平臺上的移植。使學(xué)生具備特定硬件平臺下的嵌入式系統(tǒng)裁剪、移植，板載資源的初始化與驅(qū)動(dòng)及外設(shè)驅(qū)動(dòng)程序的設(shè)計(jì)和嵌入式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)開發(fā)技能，注重嵌入式系統(tǒng)圖形界面和網(wǎng)絡(luò)通信的設(shè)計(jì)與開發(fā)。在層面一的基礎(chǔ)上進(jìn)行嵌入式操作系統(tǒng)及應(yīng)用軟件開發(fā)的教學(xué)，并在實(shí)踐環(huán)節(jié)對學(xué)生動(dòng)手制作自已所期望的具有圖形界面操作、外設(shè)驅(qū)動(dòng)和數(shù)據(jù)信息管理等功能的單片機(jī)、DSP和ARM應(yīng)用系統(tǒng)進(jìn)行作品展示，并將作品作為成績考核的依據(jù)。
層面三是培養(yǎng)學(xué)生具備能夠進(jìn)行基于SOPC嵌入式系統(tǒng)IP內(nèi)核設(shè)計(jì)和開發(fā)的能力。要求學(xué)生在掌握前兩層面的基礎(chǔ)上，讓學(xué)生能夠進(jìn)行基于FPGA的SOC系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與開發(fā)訓(xùn)練，并結(jié)合嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展進(jìn)行有關(guān)計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)等理論研究。促使學(xué)生結(jié)合EDA設(shè)計(jì)、嵌入式系統(tǒng)優(yōu)化、計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)理論、微電子等學(xué)科知識，將微處理器等以IP內(nèi)核的方式植入FPGA中，利用FPGA的可編程邏輯資源，按照系統(tǒng)功能需求來添加接口功能模塊，既能實(shí)現(xiàn)目標(biāo)系統(tǒng)功能，又能降低系統(tǒng)的成本和功耗。這樣就使得FPGA靈活的硬件設(shè)計(jì)與處理器的強(qiáng)大軟件功能有機(jī)地結(jié)合在一起，高效地實(shí)現(xiàn)SOPC嵌入式系統(tǒng)。實(shí)踐環(huán)節(jié)以學(xué)生參加嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)競賽、科研創(chuàng)新、發(fā)明制作等實(shí)踐進(jìn)行作品展示，并將作品作為創(chuàng)新學(xué)分修讀的依據(jù)。
2嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)踐教學(xué)方案
(1) 學(xué)生實(shí)踐能力設(shè)計(jì)
“嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)”系列課程的教學(xué)內(nèi)容應(yīng)包括嵌入式系統(tǒng)硬件與軟件的設(shè)計(jì)，在以電路與系統(tǒng)集成、計(jì)算機(jī)信息系統(tǒng)集成及計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與仿真為工程設(shè)計(jì)基礎(chǔ)教學(xué)的同時(shí)，加強(qiáng)學(xué)生在工程設(shè)計(jì)能力方面的培養(yǎng)，提高學(xué)生的電路設(shè)計(jì)和軟件開發(fā)能力。因而，通信工程本科專業(yè)的實(shí)踐教學(xué)可在基于現(xiàn)代電子技術(shù)進(jìn)行信息的采集、傳輸、處理、檢測、控制和現(xiàn)代通信網(wǎng)工程應(yīng)用的同時(shí)，以信息與通信工程技術(shù)為主線，融電子科學(xué)與技術(shù)、計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)、控制科學(xué)與工程技術(shù)于一體，構(gòu)建通信與信息系統(tǒng)和信號與信息處理學(xué)科方向，使學(xué)生實(shí)踐能力結(jié)構(gòu)如圖2所示。
(2) 實(shí)踐教學(xué)方案
在教學(xué)中注重理論與實(shí)踐課程相結(jié)合，加強(qiáng)實(shí)踐與設(shè)計(jì)課程，設(shè)置完善的實(shí)踐課程體系，強(qiáng)化學(xué)生的技能訓(xùn)練，開展工程設(shè)計(jì)。低年級課程要特別強(qiáng)調(diào)基礎(chǔ)理論的學(xué)習(xí)，基本技能的訓(xùn)練；高年級逐步加強(qiáng)技術(shù)性，實(shí)用性課程，關(guān)注信息工業(yè)發(fā)展的需要?？山Y(jié)合本校學(xué)術(shù)研究、參與企事業(yè)科研及就業(yè)市場的方向，分設(shè)若干個(gè)課程組及專題設(shè)計(jì)，有利于學(xué)生專業(yè)化水平的提高，并縮小大學(xué)教育與企業(yè)要求之間的期望差距。其實(shí)踐教學(xué)具體實(shí)施可參考圖3進(jìn)行。
第一學(xué)期培養(yǎng)學(xué)生認(rèn)識、發(fā)現(xiàn)、探索實(shí)踐的主動(dòng)創(chuàng)新思維模式。如通過軍事理論的學(xué)習(xí)，注重介紹通信技術(shù)在現(xiàn)代軍事中的應(yīng)用；通過工程制圖的學(xué)習(xí)，以電子CAD為導(dǎo)引學(xué)習(xí)AutoCAD、Protel等繪圖軟件的應(yīng)用；通過認(rèn)識實(shí)習(xí)，下企業(yè)進(jìn)行現(xiàn)代通信方式及通信器械的認(rèn)識學(xué)習(xí)。
第二學(xué)期培養(yǎng)學(xué)生工程創(chuàng)新中結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及可視化界面編寫能力。如在以國家級計(jì)算機(jī)等級考核展開教學(xué)的同時(shí)，注重學(xué)生計(jì)算機(jī)語言編程基礎(chǔ)能力的培養(yǎng)，注重VB、VC、VF、Delphi、Java等編程的導(dǎo)向?qū)W習(xí)。
第三學(xué)期培養(yǎng)學(xué)生可視化界面及數(shù)據(jù)庫管理信息系統(tǒng)的開發(fā)設(shè)計(jì)能力，進(jìn)行有線與無線通信中電子測量儀器設(shè)備的使用。
第四學(xué)期培養(yǎng)學(xué)生基于單片機(jī)與EDA的嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)開發(fā)能力。在加強(qiáng)電子工藝實(shí)踐的同時(shí)，以數(shù)字系統(tǒng)與邏輯設(shè)計(jì)教學(xué)為基礎(chǔ)，加強(qiáng)硬件描述語言與電子技術(shù)系統(tǒng)級的融合，基本實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)軟件到硬件的實(shí)踐創(chuàng)新技能。
第五學(xué)期培養(yǎng)學(xué)生基于DSP的嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)開發(fā)能力，加強(qiáng)生產(chǎn)實(shí)踐實(shí)習(xí)。在各專業(yè)課程學(xué)習(xí)的過程中，以計(jì)算機(jī)硬件與計(jì)算機(jī)軟件設(shè)計(jì)來體現(xiàn)信息與通信工程學(xué)科下通信與信息系統(tǒng)和信號與信息處理學(xué)科方向共性的實(shí)踐操作創(chuàng)新設(shè)計(jì)。
第六學(xué)期培養(yǎng)學(xué)生基于ARM的嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)開發(fā)能力。以通信與信息系統(tǒng)和信號與信息處理學(xué)科方向構(gòu)建專業(yè)綜合課程設(shè)計(jì)。
第七學(xué)期培養(yǎng)學(xué)生基于SOPC的嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)開發(fā)能力。在通信與信息系統(tǒng)學(xué)科方向以現(xiàn)代通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)為導(dǎo)向，構(gòu)建有線通信與無線通信的通信系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)。在信號與信息處理學(xué)科方向以語音、圖像等多媒體信號與信息為導(dǎo)向，構(gòu)建語音與圖像信號與信息工程應(yīng)用的通信系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)。
第八學(xué)期培養(yǎng)學(xué)生綜合的嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)開發(fā)能力。通過專題進(jìn)行企事業(yè)單位上崗實(shí)踐，加強(qiáng)畢業(yè)設(shè)計(jì)的理論與實(shí)踐相結(jié)合，為畢業(yè)后就能上崗打下基礎(chǔ)。
在以上各環(huán)節(jié)中除了完成課程實(shí)踐教學(xué)外，還要求學(xué)生在課外必須參與科技實(shí)踐及各項(xiàng)競賽活動(dòng)或提供自已的創(chuàng)意作品以取得一定的創(chuàng)新學(xué)分。因此在“嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)”實(shí)踐教學(xué)與創(chuàng)新型人才培養(yǎng)體系建設(shè)中，要綜合考慮實(shí)驗(yàn)、實(shí)習(xí)、課程設(shè)計(jì)、畢業(yè)設(shè)計(jì)及課外科技實(shí)踐活動(dòng)等實(shí)踐環(huán)節(jié)，統(tǒng)籌實(shí)踐教學(xué)體系，使學(xué)生能從課內(nèi)到課外，充分發(fā)揮課外科技活動(dòng)提高自身工程素質(zhì)。
3嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)踐教學(xué)支持
以嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)為指引，將理論與實(shí)踐進(jìn)行有效合理的整合，應(yīng)用現(xiàn)代教育技術(shù)，結(jié)合工程實(shí)踐進(jìn)行分解，變成可供實(shí)際推廣操作的學(xué)習(xí)任務(wù)，輔以必要的教育技術(shù)支持手段(開發(fā)教材、課件、培訓(xùn)計(jì)劃、教學(xué)設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、必要的評估手段)強(qiáng)調(diào)學(xué)生自主學(xué)習(xí)，在實(shí)際工程環(huán)境中掌握和內(nèi)化工程的理念。
(1) 開放實(shí)驗(yàn)室
在以“學(xué)生是主體，教師是主導(dǎo)” 的基礎(chǔ)上，為了使學(xué)生在高等教育中獲取更多的實(shí)用知識和創(chuàng)新技能，開辟與課程配套的網(wǎng)上資源系統(tǒng)，鼓勵(lì)學(xué)生遇到問題后上網(wǎng)查找資料，采用基于Web的開放實(shí)踐教學(xué)管理系統(tǒng)[3]。對實(shí)驗(yàn)室教學(xué)信息進(jìn)行綜合分析，建立開放式實(shí)踐教學(xué)平臺和開放式實(shí)踐教學(xué)管理體系，通過Web頁完成學(xué)生開放實(shí)驗(yàn)的各個(gè)環(huán)節(jié)管理，提高教學(xué)質(zhì)量和辦學(xué)效益。使學(xué)生由實(shí)驗(yàn)申請到實(shí)驗(yàn)結(jié)束完全網(wǎng)絡(luò)化管理，有利于實(shí)驗(yàn)設(shè)備的充分利用，也有利于學(xué)生思維能力、設(shè)計(jì)能力、知識綜合運(yùn)用能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。
實(shí)驗(yàn)室開放的對象為所有在校學(xué)生，主要以設(shè)計(jì)性、綜合性及研究創(chuàng)新性的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目開放為主，培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)基礎(chǔ)理論和專業(yè)知識解決復(fù)雜問題的能力。在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)部的各實(shí)驗(yàn)分室可根據(jù)自身特點(diǎn)和教學(xué)實(shí)際需要，采取定時(shí)開放與網(wǎng)上預(yù)約開放兩種不同的模式向?qū)W生開放。
所謂定時(shí)開放是根據(jù)教學(xué)安排，在指定時(shí)間內(nèi)向?qū)W生全面開放。理論課教師和實(shí)踐課教師根據(jù)實(shí)驗(yàn)室儀器設(shè)備情況，結(jié)合課程內(nèi)容，確定教學(xué)計(jì)劃以外的自選實(shí)踐項(xiàng)目。學(xué)生可以根據(jù)自己的興趣愛好對實(shí)踐項(xiàng)目進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計(jì)組合成綜合型、設(shè)計(jì)型實(shí)踐課題，在課外獨(dú)立完成自己的課題方案設(shè)計(jì)并經(jīng)指導(dǎo)教師審核通過，在實(shí)踐過程中學(xué)生必須獨(dú)立完成實(shí)踐并撰寫上傳實(shí)驗(yàn)報(bào)告。
所謂網(wǎng)上預(yù)約開放是學(xué)生提前申請擬做實(shí)踐項(xiàng)目和所需儀器設(shè)備及元器件，由實(shí)驗(yàn)室根據(jù)學(xué)生人數(shù)、實(shí)踐內(nèi)容和網(wǎng)上預(yù)約時(shí)間安排實(shí)踐設(shè)備、器材和指導(dǎo)教師。學(xué)生根據(jù)實(shí)驗(yàn)室的儀器設(shè)備的條件自行擬定科技活動(dòng)課題并提供方案，在網(wǎng)上預(yù)約相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)室與指導(dǎo)教師，開展創(chuàng)新發(fā)明、科技制作、論文撰寫等實(shí)踐活動(dòng)。在實(shí)踐過程中學(xué)生都必須進(jìn)行獨(dú)立的思考，查閱相關(guān)文獻(xiàn)資料，綜合多方面的知識和技能，在實(shí)踐設(shè)備和操作環(huán)節(jié)上不受任何限制的情況下自行分析、設(shè)計(jì)和調(diào)試實(shí)踐系統(tǒng)，最終得出實(shí)踐結(jié)果并撰寫上傳實(shí)踐報(bào)告或論文。
(2) 實(shí)踐教學(xué)組織
聯(lián)系專業(yè)提供工程設(shè)計(jì)課題，結(jié)合前面所講的教學(xué)層面與科研、科技競賽工作開展學(xué)生設(shè)計(jì)性實(shí)踐項(xiàng)目，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新熱情，如將行走機(jī)器人的制作分解為語音識別、圖像識別、高精密電機(jī)進(jìn)給控制等實(shí)踐項(xiàng)目。強(qiáng)化實(shí)踐過程，選派具有實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的教師參與指導(dǎo)，有助于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力，如通過提供的對比示例來啟發(fā)學(xué)生，增強(qiáng)學(xué)生的自信心。在實(shí)驗(yàn)方法與實(shí)驗(yàn)措施上實(shí)現(xiàn)多元化，使學(xué)生在不斷改進(jìn)、反復(fù)鍛煉中提高分析問題、解決問題的能力，在實(shí)踐過程中真正做到舉一反三。
學(xué)生須進(jìn)行嵌入式系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計(jì)，為了使實(shí)踐內(nèi)容和教學(xué)內(nèi)容聯(lián)系得更緊密，可結(jié)合前面所講的教學(xué)層面要求學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)踐核心板與擴(kuò)展板。核心板提供相對應(yīng)微處理器的最小系統(tǒng)，包括了處理器、RAM、ROM、寄存器接口等；擴(kuò)展板提供電源、LCD顯示、串口、USB、以太網(wǎng)口等模塊。
改革課程考核方式，加強(qiáng)學(xué)生動(dòng)手能力的培養(yǎng)，單片機(jī)技術(shù)、DSP技術(shù)、EDA技術(shù)、嵌入式系統(tǒng)、可視化程序設(shè)計(jì)等技術(shù)課程的考核成績?nèi)坎捎脤?shí)踐環(huán)節(jié)，實(shí)驗(yàn)占總成績的40%，課程設(shè)計(jì)(要求有硬件和軟件制作)占總成績的40%，創(chuàng)意制作占總成績的20%。學(xué)生在完成實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上，完成選定題目的課程設(shè)計(jì)，實(shí)驗(yàn)與課程設(shè)計(jì)題目每年不斷更新，學(xué)生可以根據(jù)自身掌握的程度選擇不同難度的題目，分值依據(jù)題目難易程度而定。
這樣將“嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)”系列課程實(shí)踐教學(xué)融合到地方理工科院校的人才培養(yǎng)體系中。通過加強(qiáng)開放實(shí)驗(yàn)與科技制作及科技競賽等創(chuàng)新學(xué)分的管理，改革相關(guān)課程考核方式，綜合考慮知識、能力和素質(zhì)三者的關(guān)系，統(tǒng)籌實(shí)踐教學(xué)體系，提供豐富的工程設(shè)計(jì)課題，加強(qiáng)學(xué)生對“嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)”的工程訓(xùn)練，促進(jìn)大學(xué)教育的創(chuàng)新性人才培養(yǎng)。
參 考 文 獻(xiàn)
[1] 沈連豐,宋鐵成,葉芝慧等. 嵌入式系統(tǒng)及其開發(fā)應(yīng)用[M]. 北京：電子工業(yè)出版社,2005.
結(jié)合鐵路基礎(chǔ)設(shè)施健康監(jiān)測的特點(diǎn)，從硬件和軟件兩個(gè)方面設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)；首先，分析振動(dòng)傳感器的選用原則和輸出信號的特點(diǎn)，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)；然后，提出利用軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)采集的模擬，詳細(xì)論述各個(gè)模擬模塊的建立過程；最后利用所屬方法建立用于鐵路基礎(chǔ)設(shè)施檢測的數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)，系統(tǒng)的建立為鐵路基礎(chǔ)設(shè)施監(jiān)測理論研究提供了方法，為同類型數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供參考。
關(guān)鍵詞：
鐵路基礎(chǔ)設(shè)施；監(jiān)測；振動(dòng)傳感器；數(shù)據(jù)采集
0.引言
進(jìn)入21世紀(jì)以來，我國鐵路建設(shè)發(fā)展迅猛，取得了良好的經(jīng)濟(jì)與社會(huì)效益。隨著鐵路運(yùn)輸速度的迅速提升，再加上其相對方便舒適的環(huán)境和價(jià)格上的優(yōu)勢，勢必能吸引越來越多的人選擇鐵路作為他們旅行的交通工具，然而，伴隨著鐵路運(yùn)輸?shù)娘w速發(fā)展給人們帶來的交通上的快捷與方便，車體與鐵軌的振動(dòng)故障對公共財(cái)產(chǎn)及人身安全構(gòu)成了前所未有的威脅。伴隨著我國鐵路立體跨越式的迅猛發(fā)展，輪軌間激擾力與激擾頻率隨著車輛行駛速度的不斷提高，逐漸增大，變寬，結(jié)果會(huì)造成電機(jī)等吊掛設(shè)備和車內(nèi)設(shè)備的高頻高幅振動(dòng)，引起車體設(shè)備振動(dòng)能量的急速加劇。如果超過了鐵路各設(shè)備所允許的振動(dòng)強(qiáng)度范圍，未來的工作性能指標(biāo)及使用壽命將會(huì)受到過大的動(dòng)態(tài)載荷和噪聲的嚴(yán)重影響，情況越發(fā)嚴(yán)重會(huì)導(dǎo)致零部件的早期失效。當(dāng)前大量事實(shí)表明，在長期作用的情況下，鐵路振動(dòng)故障可能會(huì)導(dǎo)致貨物破損，軌道破壞，列車脫軌等危險(xiǎn)情況。為確保鐵路“安全、經(jīng)濟(jì)、快捷、舒適”的特點(diǎn)和優(yōu)勢，鐵路建設(shè)要不斷發(fā)展完善其各項(xiàng)功能，才能在越發(fā)激烈的市場競爭中取得優(yōu)勢，因此，各國都加強(qiáng)了對鐵路振動(dòng)的檢測及分析，也增加了對其的投入力度。今年我國對鐵路振動(dòng)檢測領(lǐng)域的人力物力投入有明顯增加，并且研究范圍擴(kuò)展到眾多方面。以往鐵路振動(dòng)檢測系統(tǒng)只配備在一些重要單位或者要害部門，而在2000年以后，各個(gè)鐵路站段及各個(gè)振動(dòng)檢測站點(diǎn)基本都已經(jīng)涉及發(fā)展應(yīng)用到。鐵路振動(dòng)檢測系統(tǒng)的重要性越來越被人們所認(rèn)可，近些年又不斷完善各項(xiàng)相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范。為了保證鐵路的運(yùn)輸安全、高效舒適的科學(xué)發(fā)展及以人為本的發(fā)展要求，確保鐵路的優(yōu)勢和特點(diǎn)，如何準(zhǔn)確檢測高速鐵路的振動(dòng)并判斷故障是擺在鐵路工作者面前不容緩的實(shí)際問題。
1.數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案
本論文用于鐵路基礎(chǔ)設(shè)施監(jiān)測的振動(dòng)傳感器數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)主要由下位機(jī)系統(tǒng)和上位機(jī)節(jié)點(diǎn)兩個(gè)大的部分組成。系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案的結(jié)構(gòu)框圖下位機(jī)系統(tǒng)里包含了振動(dòng)傳感器數(shù)據(jù)采集模塊、IIC實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸模塊、微處理器模塊和電源模塊五個(gè)單元。振動(dòng)傳感器把接收到的振動(dòng)信號數(shù)字化，通過IIC數(shù)字傳輸方式，將數(shù)據(jù)發(fā)送給微處理器STM32F103ZET6。微處理器作為控制單元，用于接收振動(dòng)傳感器數(shù)據(jù)并進(jìn)行數(shù)據(jù)處理分析計(jì)算，通過RS-232串口通信，運(yùn)用MAX3232電平轉(zhuǎn)換芯片及CH340RS-232串口轉(zhuǎn)USB芯片，實(shí)現(xiàn)了XYZ三軸振動(dòng)數(shù)值發(fā)送到上位機(jī)進(jìn)行控制顯示。因?yàn)槟壳皞€(gè)人電腦上已很少有串口，所以我們使用RS-232串口轉(zhuǎn)USB口芯片CH340G，數(shù)據(jù)可以從USB口進(jìn)入PC上位機(jī)。由于每一個(gè)節(jié)點(diǎn)的檢測范圍有限，使用多個(gè)這樣的節(jié)點(diǎn)共同檢測則可以擴(kuò)大系統(tǒng)的監(jiān)測范圍，提高系統(tǒng)的整體工作性能。整個(gè)鐵路振動(dòng)檢測系統(tǒng)是由多個(gè)下位機(jī)節(jié)點(diǎn)互相協(xié)作共同完成系統(tǒng)功能的。
2.系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
2.1系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)思想
本論文的鐵路振動(dòng)檢測系統(tǒng)是由振動(dòng)傳感器數(shù)據(jù)采集模塊，IIC實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸模塊，微處理器模塊以及RS-232有線通信模塊和電源模塊組成。振動(dòng)傳感器數(shù)據(jù)采集模塊對鐵路振動(dòng)的振動(dòng)數(shù)據(jù)信號進(jìn)行實(shí)時(shí)采集，將采集到的數(shù)據(jù)數(shù)字化，并通過IIC實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸方式與單片機(jī)處理器通信，接著單片機(jī)處理器模塊將采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理分析，通過有線通信模塊上傳到上位機(jī)進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示及存儲(chǔ)，為鐵路振動(dòng)故障的判斷提供合理依據(jù)。微處理器中有數(shù)據(jù)處理分析算法的設(shè)計(jì)，完成對采集到的實(shí)時(shí)振動(dòng)信號進(jìn)行數(shù)據(jù)處理分析，判斷當(dāng)前得到的振動(dòng)數(shù)據(jù)是否在鐵路設(shè)備所能產(chǎn)生的振動(dòng)范圍之內(nèi)并對數(shù)據(jù)進(jìn)行干擾點(diǎn)剔除，去直流及多項(xiàng)式趨勢項(xiàng)和平滑處理，計(jì)算出與自然坐標(biāo)系夾角的角度，使整個(gè)鐵路振動(dòng)檢測系統(tǒng)的性能與數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性得到大幅度提高，很大程度上降低了系統(tǒng)的錯(cuò)誤上報(bào)率。
2.2系統(tǒng)介紹
系統(tǒng)硬件部分可以分為五個(gè)部分：振動(dòng)傳感器數(shù)據(jù)采集模塊、IIC實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸模塊、微處理器模塊、RS-232有線通信模塊和電源模塊。數(shù)據(jù)采集模塊：由單片機(jī)處理器模塊發(fā)出相應(yīng)的控制指令配置振動(dòng)傳感器的控制寄存器，內(nèi)部控制寄存器來決定信號的采集速度、通信方式、數(shù)據(jù)輸出格式與帶寬，振動(dòng)傳感器根據(jù)內(nèi)部控制寄存器的值按要求采集振動(dòng)信號。實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸模塊：振動(dòng)傳感器采集的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)通過IIC傳輸方式，將數(shù)據(jù)發(fā)送給處理器，為之后的數(shù)據(jù)處理分析奠定了基礎(chǔ)。微處理器模塊：主要工作是通過系統(tǒng)軟件控制數(shù)據(jù)采集模塊完成振動(dòng)數(shù)據(jù)信號的采集，并對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理分析，然后控制RS-232有線通信模塊將處理完成的數(shù)據(jù)上傳至PC上位機(jī)進(jìn)行顯示及存儲(chǔ)。該模塊是振動(dòng)傳感器數(shù)據(jù)采集模塊和RS-232有線通信模塊進(jìn)行聯(lián)系的核心部分。RS-232有線通信模塊：將微處理器模塊處理完畢的數(shù)據(jù)，通過RS-232串口通信的方式傳遞給上位機(jī)，上位機(jī)會(huì)自動(dòng)顯示及存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，供振動(dòng)故障的判斷使用。電源模塊：通過該模塊，將5V外部直流電源轉(zhuǎn)換成系統(tǒng)所使用的3.3V電源。
結(jié)論
本論文設(shè)計(jì)了一套鐵路振動(dòng)檢測系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用下位機(jī)整體檢測模塊PC上位機(jī)整體控制數(shù)據(jù)流向，并對上傳的檢測數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示保存。從與傳統(tǒng)檢測方法的比較來看，它能夠更加高效、深入、細(xì)致的對鐵路振動(dòng)信號進(jìn)行檢測、處理分析及顯示存儲(chǔ)，并為鐵路振動(dòng)故障的判斷提供可靠依據(jù)。
作者：魯楠 唐嵐 廖若冰 朱加豪 單位：西華大學(xué)汽車與交通學(xué)院 西華大學(xué)西華學(xué)院
參考文獻(xiàn)
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關(guān)鍵詞： 電子專業(yè) 單片機(jī)產(chǎn)品設(shè)計(jì) 教學(xué)改革
電子專業(yè)學(xué)生主要從事以下三類崗位工作：核心崗位（電子產(chǎn)品裝配工、電子產(chǎn)品調(diào)試工）、從屬崗位（電子產(chǎn)品檢修員、電子技術(shù)員）、拓展崗位（電子技術(shù)工程師、產(chǎn)品生產(chǎn)管理員）。對于核心崗位的需求量最大，但相對比例會(huì)有所下降，對知識與能力的要求會(huì)有所提高；從屬崗位和拓展崗位的人才需求量呈上升趨勢，需求緊迫。單片機(jī)技術(shù)及應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)這門課程的主要任務(wù)是培養(yǎng)學(xué)生成為在智能控制系統(tǒng)檢測維修與設(shè)計(jì)方面的專門人才，直接反映從屬崗位和拓展崗位的工作要求，具有鮮明的職業(yè)性與實(shí)踐性。通過本課程的學(xué)習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生典型的智能控制系統(tǒng)調(diào)試與設(shè)計(jì)的能力。
傳統(tǒng)教學(xué)以教師講授為主，學(xué)生只能被動(dòng)接受。在實(shí)訓(xùn)課中傳統(tǒng)教學(xué)方法已不能充分激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，無法使學(xué)生更好地提高操作技能，使實(shí)訓(xùn)課逐漸變得枯燥無味。參照單片機(jī)產(chǎn)品設(shè)計(jì)工作過程和工作情境，進(jìn)行課程教學(xué)改革。
1.課程改革思路
根據(jù)高職教育數(shù)控技術(shù)專業(yè)人才的培養(yǎng)目標(biāo)，遵循以“就業(yè)為導(dǎo)向，能力為本位”的職教理念設(shè)計(jì)。本課程從職業(yè)成長過程，按照從易到難、由淺入深的認(rèn)知規(guī)律，確定合適的載體，運(yùn)用教學(xué)論、方法論方式分析處理后，參照企業(yè)中單片機(jī)產(chǎn)品系統(tǒng)設(shè)計(jì)工作過程和工作情境，進(jìn)行選材。
2.學(xué)習(xí)情境創(chuàng)設(shè)
通過調(diào)研，針對智能控制系統(tǒng)檢測維修與設(shè)計(jì)行動(dòng)領(lǐng)域下的單片機(jī)技術(shù)及應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)領(lǐng)域需要具備以下能力：
（1）專業(yè)能力
①讀懂單片機(jī)電路圖紙的能力；②掌握單片機(jī)工作原理及內(nèi)部結(jié)構(gòu)的能力；③具備相應(yīng)的單片機(jī)硬件線路的調(diào)試能力；④具備能看懂單片機(jī)程序流程圖的能力；⑤具有基本的單片機(jī)編程的能力；⑥具備單片機(jī)軟硬件安裝和聯(lián)調(diào)的能力；⑦具備單片機(jī)產(chǎn)品開發(fā)的基本流程和工藝的能力。
（2）方法能力
①資料收集整理能力；②制訂、實(shí)施工作計(jì)劃的能力；③單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)綜合應(yīng)用設(shè)計(jì)能力；④單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)故障的檢查分析能力；⑤理論知識的綜合運(yùn)用能力。
（3）社會(huì)能力
①語言表達(dá)能力、溝通協(xié)調(diào)能力；②團(tuán)隊(duì)組織能力；③班組管理能力、責(zé)任心與職業(yè)道德；④安全與自我保護(hù)能力。
為了實(shí)現(xiàn)上述能力，在此將課程劃分為：循環(huán)彩燈的設(shè)計(jì)制作（22課時(shí)）、交通控制燈的設(shè)計(jì)制作（30課時(shí)）、數(shù)字電子鐘的設(shè)計(jì)制作（40課時(shí)）、溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)制作（40課時(shí)）四個(gè)學(xué)習(xí)情境。其中，此四個(gè)學(xué)習(xí)情境的創(chuàng)設(shè)是根據(jù)單片機(jī)應(yīng)用電子產(chǎn)品的設(shè)計(jì)由簡到難的過程確定的。
3.學(xué)習(xí)情境教學(xué)實(shí)施
以子情境循環(huán)彩燈的設(shè)計(jì)制作為例，進(jìn)行教學(xué)實(shí)施。
（1）教學(xué)背景
教學(xué)目標(biāo)：能夠讀懂單片機(jī)I/O口控制電路原理圖，能夠掌握單片機(jī)I/O口的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和工作原理，能夠選用單片機(jī)I/O口作外部硬件電路的設(shè)計(jì)，能夠編制簡單的程序?qū)崿F(xiàn)單片機(jī)I/O口對外部電路的控制，能夠熟悉單片機(jī)系統(tǒng)硬件電路的組成及控制原理，能夠掌握基本的單片機(jī)軟硬件調(diào)試能力，能夠正確使用測量相關(guān)的儀器儀表，具備勞動(dòng)組織能力、具備團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力、具備安全操作規(guī)范的意識。
學(xué)生應(yīng)具備的知識：單片機(jī)的整體認(rèn)識、基本電子電路圖整體認(rèn)識、I/O的整體認(rèn)識、計(jì)算機(jī)使用能力、簡單硬件電路調(diào)試能力、電子儀器設(shè)備檢測及規(guī)范操作能力。
具體任務(wù)：使用相關(guān)電子儀器儀表對電路參量進(jìn)行測量、掌握電路故障排除方法及處理思路、掌握應(yīng)用環(huán)節(jié)、確定方案、制定實(shí)施步驟、開發(fā)工具的使用。
準(zhǔn)備文件：任務(wù)書、引導(dǎo)文、指導(dǎo)作業(yè)文件、演示視頻文件、單片機(jī)I/O口作外部控制電路相關(guān)文件、檢查單、評價(jià)表。
本任務(wù)旨在在該學(xué)習(xí)領(lǐng)域培養(yǎng)學(xué)生團(tuán)隊(duì)合作能力、溝通能力、檢修組織實(shí)施能力等；教師需合理引導(dǎo)學(xué)生完成小組討論，確定單片機(jī)I/O口控制硬件電路的設(shè)計(jì)及軟件編程的方案。
（2）教學(xué)組織形式
①針對循環(huán)彩燈的控制功能要求，學(xué)生設(shè)計(jì)相應(yīng)的功能接口電路，編制出程序及完成產(chǎn)品的調(diào)試。
②學(xué)生獨(dú)立工作和合作學(xué)習(xí)相結(jié)合，通過小組討論、和教師談話培養(yǎng)交流能力。
（3）具體實(shí)施
①資訊：（2學(xué)時(shí)）
下發(fā)任務(wù)書，描述項(xiàng)目學(xué)習(xí)目標(biāo)，交代項(xiàng)目任務(wù)，發(fā)放相關(guān)學(xué)習(xí)資料，最后回答學(xué)生的提問。
②計(jì)劃（4學(xué)時(shí)）
學(xué)生自愿組織工作小組，推選班組長，以小組為單位，確認(rèn)工作任務(wù)，分解任務(wù)，制訂工作計(jì)劃，教師對學(xué)生方案進(jìn)行檢查、指導(dǎo)。
③決策（2學(xué)時(shí)）
確定掌握單片機(jī)I/O口基礎(chǔ)知識需要的資源及學(xué)習(xí)步驟，確定控制電路的設(shè)計(jì)與編程的學(xué)習(xí)步驟，確定任務(wù)完成的展示方式。
④實(shí)施（10學(xué)時(shí)）
第一，單片機(jī)I/O口的控制電路設(shè)計(jì)。小組成員分工收集資料，掌握單片機(jī)I/O口的結(jié)構(gòu)及工作原理，最后進(jìn)行資料匯總，小組討論、教師指導(dǎo)下確定方案，完成I/O電路設(shè)計(jì)。
第二，程序的編制。根據(jù)所設(shè)計(jì)的I/O接口電路及控制要求，在小組討論、教師指導(dǎo)下確定方案，畫出程序流程圖，最后學(xué)生自己完成具體程序。
第三，軟硬件的調(diào)試。燒入程序，對設(shè)計(jì)的系統(tǒng)進(jìn)行軟硬件調(diào)試，在調(diào)試過程中，記錄好調(diào)試出現(xiàn)的問題，并歸納總結(jié)經(jīng)驗(yàn)。
教師應(yīng)合理安排時(shí)間，即使有個(gè)別小組在規(guī)定時(shí)間中沒有完成任務(wù)也必須停止，并要求該小組對未完成任務(wù)的原因進(jìn)行詳細(xì)分析。教師應(yīng)安排課余時(shí)間讓未完成的小組完成項(xiàng)目的制作。如果大多數(shù)小組均未完成，教師應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況查找原因，是否項(xiàng)目設(shè)置過難、是否學(xué)生還沒有掌握本次課的內(nèi)容，在以后的課程中做出相應(yīng)的調(diào)整。
⑤檢查及實(shí)施（4學(xué)時(shí)）
根據(jù)設(shè)計(jì)產(chǎn)品的功能及具體過程，教師及小組互檢評分。同時(shí)每人撰寫產(chǎn)品說明書，根據(jù)個(gè)人在小組活動(dòng)中的表現(xiàn)進(jìn)行小組互評。
選小組代表按照任務(wù)書的要求，在全班介紹工作過程，改進(jìn)提高并總結(jié)系統(tǒng)設(shè)計(jì)及調(diào)試經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合班級所有方案，優(yōu)化小組方案。
4.結(jié)語
采用工作過程系統(tǒng)化的《單片機(jī)技術(shù)及應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)》課程，大大提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和參與主動(dòng)性、積極性，收到了良好的教學(xué)效果。通過對企業(yè)的用人調(diào)查，學(xué)生產(chǎn)品的調(diào)試與系統(tǒng)設(shè)計(jì)能力很強(qiáng)，不需再進(jìn)行專業(yè)培訓(xùn)。今后還將對工作過程系統(tǒng)化的課程改革進(jìn)行進(jìn)一步完善，提高教學(xué)水平和教學(xué)質(zhì)量，提高學(xué)生的工程實(shí)踐能力。
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畢業(yè)設(shè)計(jì)主題定位的過程大致分為選擇和確立主題、社會(huì)調(diào)查及收集資料、構(gòu)思設(shè)計(jì)方案、實(shí)施與制作、作品展示答辯5個(gè)大的環(huán)節(jié)。對于高職學(xué)生的畢業(yè)設(shè)計(jì)應(yīng)該盡量以做出實(shí)物為主，盡可能避免寫研究型論文，只有開展有實(shí)戰(zhàn)性的工作項(xiàng)目，才能全面體現(xiàn)畢業(yè)設(shè)計(jì)的意義和價(jià)值。指導(dǎo)老師在擬寫和幫助學(xué)生選擇課題時(shí)，應(yīng)體現(xiàn)教學(xué)與生產(chǎn)、科研、文化、經(jīng)濟(jì)相結(jié)合的原則。課題范圍不宜過寬。指導(dǎo)老師可幫助學(xué)生從實(shí)習(xí)單位入手尋找課題，根據(jù)崗位工作需求進(jìn)行設(shè)備改造或控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)；也可以由指導(dǎo)老師根據(jù)現(xiàn)代企業(yè)生產(chǎn)狀態(tài)，擬出與企業(yè)生產(chǎn)結(jié)合緊密的課題。通過完成畢業(yè)設(shè)計(jì)作品，將自己所學(xué)的專業(yè)知識轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力（設(shè)計(jì)作品）。只有讓設(shè)計(jì)藍(lán)圖變?yōu)楫a(chǎn)品，畢業(yè)設(shè)計(jì)才有價(jià)值和意義。一個(gè)課題就是一個(gè)工程項(xiàng)目，可大可小，大的課題可以由多個(gè)學(xué)生共同完成，但必須使每個(gè)學(xué)生都有獨(dú)立完成的任務(wù)，工作量要適當(dāng)，分工要明確，這也考驗(yàn)課題組成員的組織協(xié)調(diào)能力和團(tuán)結(jié)合作的意識。
2關(guān)于設(shè)計(jì)方案的確定
確定設(shè)計(jì)方案之前，要求學(xué)生要查閱大量資料，進(jìn)行大量的企業(yè)和社會(huì)調(diào)研，學(xué)生接觸的事物越多，看到的資料越多，其設(shè)計(jì)能力就越強(qiáng)，設(shè)計(jì)者只有充分了解市場，分析消費(fèi)對象，迎合消費(fèi)需求，設(shè)計(jì)才有存在的價(jià)值。指導(dǎo)老師應(yīng)推薦一些主要書目、參考資料以及一些企業(yè)工作人員做為咨詢對象，并對學(xué)生的開題報(bào)告給予合適的意見和建議。開始的時(shí)候需要學(xué)生對要研究的課題做調(diào)查，了解相關(guān)的背景知識，清楚的知道自己要研究的課題有什么效果以及意義。然后才讓學(xué)生對課題目前的發(fā)展形勢和未來的發(fā)展的走向進(jìn)行調(diào)研。最后協(xié)助學(xué)生理順方案的原理以及聲明做該課題的具備的條件，并大概的理出做好該方案的關(guān)鍵性步驟，以便在這里面選取一個(gè)比較合適的方案。預(yù)則立，做任何一件事情都應(yīng)有計(jì)劃有步驟地進(jìn)行。告知學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)的時(shí)間限制，要求學(xué)生根據(jù)選定的方案，擬定出階段性計(jì)劃，明確各階段應(yīng)完成的任務(wù)、應(yīng)達(dá)到的目標(biāo)及主要負(fù)責(zé)人。合理分配時(shí)間也是設(shè)計(jì)的一個(gè)重要的組成部分，優(yōu)化時(shí)間資源達(dá)到最佳的設(shè)計(jì)效果。
3關(guān)于設(shè)計(jì)內(nèi)容的分配
設(shè)計(jì)內(nèi)容的實(shí)施與制作過程是最能體現(xiàn)學(xué)生的工作能力和專業(yè)技能的。
3.1硬件材料的準(zhǔn)備和設(shè)計(jì)
硬件設(shè)備的構(gòu)造和平臺的搭建非常重要。對于機(jī)電控制類專業(yè)的學(xué)生來說，硬件平臺的搭建能充分利用其專業(yè)知識和專業(yè)技能。要求學(xué)生充分研究課題，明確被控對象和明確控制要求。要求學(xué)生向有關(guān)工藝、機(jī)械設(shè)計(jì)人員和操作維修人員詳細(xì)了解被控設(shè)備的工作原理、工藝流程和操作方法，了解被控對象機(jī)械、電氣、液壓傳動(dòng)之間的配合關(guān)系，確定被控對象的控制要求。從而設(shè)計(jì)出硬件設(shè)備結(jié)構(gòu)，或搭建出硬件工作平臺。其次根據(jù)系統(tǒng)的控制要求，確定系統(tǒng)的輸入設(shè)備的數(shù)量及種類，明確輸入信號的特點(diǎn)，選擇與之相匹配的輸入模塊。根據(jù)負(fù)載的要求選用合適的輸出模塊。確定輸入/輸出信號的點(diǎn)數(shù)。同時(shí)還要考慮用戶存儲(chǔ)器的容量、通信功能是否能達(dá)到要求以及系列化、售后服務(wù)等因素。從而確定控制器類型及規(guī)格（如PLC選型）及相關(guān)電氣設(shè)備的選擇。硬件的搭建和設(shè)備材料的選擇很重要，指導(dǎo)老師應(yīng)給予學(xué)生更多、更細(xì)致的幫助，以使采購清單盡可能詳細(xì)和全面，使采買工作提高效率。搭建系統(tǒng)平臺就是搭建整個(gè)設(shè)計(jì)的框架，要有設(shè)計(jì)圖紙并經(jīng)可行性審定，按照系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖進(jìn)行系統(tǒng)硬件的加工、安裝，組建出系統(tǒng)框架。然后再按照技術(shù)指標(biāo)進(jìn)行電路設(shè)計(jì)和安裝接線。硬件設(shè)計(jì)這部分工作量比較大，需要細(xì)致耐心，考慮周全，指導(dǎo)老師應(yīng)給予更細(xì)致的指導(dǎo)和更具體的建議，必要時(shí)還需要對課題組成員進(jìn)行分工和考勤。
3.2系統(tǒng)工藝流程和軟件設(shè)計(jì)
對確定的設(shè)計(jì)對象，要明確劃分設(shè)計(jì)系統(tǒng)的各個(gè)階段及各個(gè)階段的特點(diǎn)，階段之間的聯(lián)系，歸納出各階段應(yīng)產(chǎn)生的結(jié)果，畫出系統(tǒng)流程圖。系統(tǒng)軟件程序是系統(tǒng)的靈魂，只有軟件程序能讓硬件系統(tǒng)按照工藝要求動(dòng)起來。要求學(xué)生認(rèn)真分析機(jī)電系統(tǒng)的控制特點(diǎn)和工藝流程，繪制工作流程循環(huán)圖，并編寫相關(guān)軟件程序，如狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖、梯形圖、指令表等。
3.3系統(tǒng)調(diào)試
系統(tǒng)調(diào)試包括模擬調(diào)試和聯(lián)機(jī)調(diào)試。聯(lián)機(jī)調(diào)試，首先連接電氣設(shè)備，不帶負(fù)載，檢查各輸出設(shè)備的工作情況，待各部分調(diào)試正常后，再帶上負(fù)載進(jìn)行調(diào)試。通常調(diào)試過程也驗(yàn)證了學(xué)生的設(shè)計(jì)過程，都需要指導(dǎo)老師關(guān)注和引導(dǎo)。畢業(yè)設(shè)計(jì)是個(gè)人與團(tuán)隊(duì)合作的結(jié)晶，同時(shí)也包括設(shè)計(jì)過程中導(dǎo)師和同學(xué)的智慧，是師生的一種綜合能力的體現(xiàn)。設(shè)計(jì)內(nèi)容的實(shí)施與制作是未來工作的實(shí)戰(zhàn)演練，通過設(shè)計(jì)內(nèi)容的實(shí)施與制作過程可以反映出學(xué)生將來對工作崗位的態(tài)度和工作方式。從而可以使學(xué)生從中吸取經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)，為就業(yè)做更充足的準(zhǔn)備。
4關(guān)于設(shè)計(jì)工作的整理與總結(jié)
經(jīng)過不懈的努力，畢業(yè)設(shè)計(jì)終于完成了，將自己的感受和體會(huì)記錄下來，將自己的產(chǎn)品介紹給消費(fèi)者認(rèn)識并推銷出去，這樣對自己的文字寫作能力也是一次挑戰(zhàn)。
4.1畢業(yè)設(shè)計(jì)產(chǎn)品說明
要求學(xué)生記錄和總結(jié)畢業(yè)設(shè)計(jì)過程，撰寫畢業(yè)設(shè)計(jì)產(chǎn)品說明書（或畢業(yè)論文）。產(chǎn)品說明書主要包括：系統(tǒng)方案簡述（包括工藝流程圖、控制流程圖、功能模塊、關(guān)鍵技術(shù)等）、系統(tǒng)設(shè)備的選型、系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)（硬件設(shè)計(jì)、電路設(shè)計(jì)）、系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)、運(yùn)行調(diào)試、以及結(jié)論（結(jié)果與討論、經(jīng)濟(jì)及社會(huì)效益說明、工程應(yīng)用評價(jià)）、參考文獻(xiàn)等。
4.2畢業(yè)設(shè)計(jì)過程中的難點(diǎn)及解決辦法的總結(jié)
高職學(xué)生進(jìn)行畢業(yè)設(shè)計(jì)，主要是培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用、鞏固與擴(kuò)展所學(xué)的基礎(chǔ)理論和專業(yè)技能，培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立分析、解決實(shí)際問題的能力。如材料的選用能力、硬件的設(shè)計(jì)能力、軟件的設(shè)計(jì)能力、故障的排除能力、總結(jié)歸納能力、信息傳達(dá)能力、創(chuàng)新改造能力，以及嚴(yán)肅認(rèn)真的工作作風(fēng)等綜合能力。所以在畢業(yè)設(shè)計(jì)過程中的遇到的問題及解決問題的方法都可以做為學(xué)生以后工作的經(jīng)驗(yàn)，如做開題報(bào)告時(shí)方案的確立方法、硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)材料型號規(guī)格的選擇方法、材料的加工方法，以及系統(tǒng)軟、硬件的調(diào)試方法等，都應(yīng)讓學(xué)生認(rèn)真整理和總結(jié)。總結(jié)畢業(yè)設(shè)計(jì)過程中的得與失是非常重要的一個(gè)環(huán)節(jié)。
本文介紹的是設(shè)計(jì)一個(gè)以AT89S52單片機(jī)為核心的手持抄表設(shè)備，應(yīng)用于居民用電讀數(shù)抄表，設(shè)計(jì)整體包括下位機(jī)抄表儀和上位機(jī)管理系統(tǒng)兩部分。抄表儀的設(shè)計(jì)主要包括主控程序、矩形鍵盤、1602LCD液晶顯示屏、24C02F存儲(chǔ)、無線通信等模塊，抄表儀的基本工作流程是，首先和上位機(jī)管理系統(tǒng)通信，下載用戶信息，然后由工作人員攜帶到用戶住處，工作人員根據(jù)用戶住址查詢有關(guān) 用電情況，并且把用戶的用電度數(shù)記錄下來，最后回到工作地點(diǎn)上傳數(shù)據(jù)。文中詳細(xì)介紹了抄表儀的硬件設(shè)計(jì)思路、軟件設(shè)計(jì)。
【關(guān)鍵詞】AT89S52單片機(jī);鍵盤;1602液晶顯示屏;24C02存儲(chǔ)器;無線通信模塊等。
1 該設(shè)計(jì)解決的關(guān)鍵問題
確定基于單片機(jī)手持抄表儀的總體方案，最小單片機(jī)系統(tǒng)、顯示模塊，存儲(chǔ)模塊，鍵盤模塊，無線通信模塊等的選擇，并通過相應(yīng)數(shù)據(jù)線來完成的硬件電路部分。重點(diǎn)了解單片機(jī)最小系統(tǒng)與24C02存儲(chǔ)器以及1602LCD顯示屏的通信方式，以及最小單片機(jī)系統(tǒng)與PC機(jī)之間數(shù)據(jù)串口通訊過程。
本文采用AT89S52單片機(jī)與一些模塊相結(jié)合組成系統(tǒng)硬件的控制器并進(jìn)行一系列的操作，包括1602LCD液晶屏顯示、MAX232串口通信，鍵盤掃描，24C02存儲(chǔ)等。并利用8051開發(fā)工具，PROTEUS仿真環(huán)境，keil C編程環(huán)境。
手持抄表儀的設(shè)計(jì)有硬件和軟件，該設(shè)計(jì)重點(diǎn)是抄表儀軟件的設(shè)計(jì)，因?yàn)橛布O(shè)計(jì)基本相同，所以的功能都是由軟件控制的。首先要弄清芯片的原理和使用方法，確定主控制器及外部器件，然后設(shè)計(jì)電路原理圖以及相應(yīng)的軟件設(shè)計(jì)，并針對系統(tǒng)硬件和軟件之間要建立起來的通信協(xié)議，從而達(dá)到抄表的功能。
2 系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)
在實(shí)際手持抄表應(yīng)用系統(tǒng)中，較多采用51系列單片機(jī)（如AT89S52）作為系統(tǒng)的主控制器。這種抄表儀價(jià)格較理想體積小，便于攜帶。較為符合對手持抄表的設(shè)計(jì)要求。鑒于設(shè)計(jì)中要求抄表數(shù)量不多且讀寫時(shí)序不太復(fù)雜，考慮采用實(shí)惠型的AT89S52單片機(jī)為核心制作抄表設(shè)備，單片機(jī)通過串口MAX232與微處理機(jī)結(jié)合，可以充分發(fā)揮微處理機(jī)的強(qiáng)大功能，組成實(shí)用的抄表讀寫系統(tǒng)。
硬件設(shè)計(jì)通用型的核心是單片機(jī)和PC機(jī)，同時(shí)還包括：鍵盤、LCD顯示屏、FLASH存儲(chǔ)、無線通信等模塊，單片機(jī)和PC機(jī)通過MAX232實(shí)現(xiàn)串行通訊。PC機(jī)主要完成的功能是接受由串口傳輸過來的數(shù)據(jù)，同時(shí)通過串行通訊口把規(guī)定的數(shù)據(jù)發(fā)送給單片機(jī)最小系統(tǒng)。
軟件設(shè)計(jì)的軟件主要包括主控單片機(jī)和PC機(jī)之間的通訊，LCD液晶顯示器顯示和驅(qū)動(dòng)程序模塊，鍵盤掃描模塊，F(xiàn)LASH存儲(chǔ)模塊等部分組成，采用的軟件是：KEIL C編譯軟件和PROTEUS仿真軟件。
PC機(jī)與單片機(jī)之間的通訊一般采用中斷方式工作，其數(shù)據(jù)格式、數(shù)據(jù)傳輸速率、串口選擇方式和定時(shí)器方式等應(yīng)具體根據(jù)不同的系統(tǒng)、設(shè)計(jì)要求和系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)方法而確定。
3 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)
3.1 24C02存儲(chǔ)器
在該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，由于52單片機(jī)的內(nèi)存比較小，在進(jìn)行實(shí)際的抄表中，無法存儲(chǔ)更多的數(shù)據(jù)，因此設(shè)計(jì)了一個(gè)外擴(kuò)存儲(chǔ)器24C02，以便能夠把所需要的各種數(shù)據(jù)和資料準(zhǔn)確無誤的全部保存下來，而且24C02有一個(gè)特性是非常明顯的，在掉電之后數(shù)據(jù)還能夠繼續(xù)保存里，不會(huì)使數(shù)據(jù)丟失。
3.2 顯示模塊
本系統(tǒng)所選顯示器為1602液晶顯示器，顯示模塊是當(dāng)計(jì)算機(jī)把用戶數(shù)據(jù)通過串口傳到單片機(jī)最小系統(tǒng)時(shí)，通過按鍵操作，把對應(yīng)的用戶信息調(diào)用出來顯示在1602液晶顯示器上，然后把對應(yīng)電表數(shù)用鍵盤輸入進(jìn)去，同時(shí)也顯示出來的過程，該顯示器有專門的讀寫程序，在進(jìn)行軟件設(shè)計(jì)時(shí)，能夠和鍵盤等模塊很好的結(jié)合起來，操作起來比較容易一些，也非常符合該系統(tǒng)的整天設(shè)計(jì)要求
3.3 鍵盤模塊
人機(jī)交互對話最通用的方法就是通過鍵盤和LCD顯示進(jìn)行的，操作者通過鍵盤向系統(tǒng)發(fā)送各種指令或置入必要的數(shù)據(jù)信息。鍵盤模塊的好壞，直接關(guān)系到系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。對于該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，鍵盤的作用是我們通過在軟件設(shè)計(jì)的程序中，把每個(gè)按鍵賦予不同的功能，然后在進(jìn)行操作的時(shí)候只需按下想要實(shí)現(xiàn)的功能的鍵位就行了，本系統(tǒng)選用的是4*4的矩形鍵盤，其中有10個(gè)鍵位是0到9的數(shù)字鍵位，一個(gè)存儲(chǔ)鍵位，一個(gè)讀取鍵位等功能鍵。
3.4 串口通信
本設(shè)計(jì)應(yīng)用的通信芯片為MAX232具有很強(qiáng)的抗共模干擾的能力。MAX232接口芯片是美信公司專門為電腦的RS-232標(biāo)準(zhǔn)串口設(shè)計(jì)的單電源電平轉(zhuǎn)換芯片，使用+5v單電源供電。
該系統(tǒng)設(shè)計(jì)串口通信的目的就是為了單片機(jī)和上位機(jī)進(jìn)行通信，把存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中的用戶數(shù)據(jù)和資料，通過串口通信，準(zhǔn)確無誤的傳送到上位機(jī)中，然后上位機(jī)把資料保存起來。
4 系統(tǒng)的程序設(shè)計(jì)
4.1 鍵盤掃描程序
4.2 液晶屏初始化程序
（1）液晶屏初始化程序
（2）液晶屏顯示和讀寫程序
4.3 24C02存儲(chǔ)器初始化程序
（1）位傳輸
（2）數(shù)據(jù)傳輸?shù)淖止?jié)格式
（3）I2C數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議
（4）讀寫程序
4.4 主程序設(shè)計(jì)
4.5 串口通信設(shè)計(jì)
（1）串行通信設(shè)計(jì)
（2）串行口控制寄存器 SCON
5 結(jié)論
近幾年來，隨著抄表儀應(yīng)用領(lǐng)域的迅猛擴(kuò)展，特別是無線抄表儀和手持抄表儀的發(fā)展，使電力部門在運(yùn)營方面取得了很大的進(jìn)步。本論文所設(shè)計(jì)的抄表儀系統(tǒng)本著提高效率，提高管理水平，實(shí)現(xiàn)多種功能的原則而設(shè)計(jì)，全面提高電力部門的效率，減少在抄表過程中出現(xiàn)的各種問題。它主要應(yīng)用于住宅小區(qū)、樓宇、酒店等用電場所。在從事本論文的研究和設(shè)計(jì)期間，主要開展了以下幾方面的工作：
（1）根據(jù)預(yù)先設(shè)計(jì)的方案和結(jié)合實(shí)際情況，選擇比較合適的元器件，例如：1602液晶顯示器，AT89S52單片機(jī)，矩形鍵盤，MAX232串行接口，24C02存儲(chǔ)器，等。根據(jù)功能需求，進(jìn)行了硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)和構(gòu)造。
1)初始設(shè)置模塊具有設(shè)置系(部)名稱、準(zhǔn)畢業(yè)學(xué)生信息導(dǎo)入、指導(dǎo)教師信息管理與維護(hù)、課題申請時(shí)間段設(shè)置、畢業(yè)選題時(shí)間段設(shè)置、畢業(yè)設(shè)計(jì)學(xué)生年級設(shè)置、專業(yè)維護(hù)等功能。其中課題申請時(shí)間段設(shè)置功能模塊用于設(shè)置教師上報(bào)課題的具體時(shí)間，即在該時(shí)間段內(nèi)教師可以進(jìn)行畢業(yè)設(shè)計(jì)課題材料的申報(bào)，為學(xué)生下一步選題提供參考課題;畢業(yè)選題時(shí)間段設(shè)置功能模塊用于設(shè)置學(xué)生選擇課題的時(shí)間，即在該時(shí)間段內(nèi)學(xué)生可以進(jìn)行畢業(yè)設(shè)計(jì)課題的選擇，其他時(shí)間段內(nèi)課題選擇處于鎖定狀態(tài)。
2)學(xué)生資格審查模塊具有查看有畢業(yè)設(shè)計(jì)資格的學(xué)生信息、取消或設(shè)定學(xué)生選題資格、導(dǎo)出有選題資格的學(xué)生信息等功能。
3)申報(bào)課題審核模塊的功能是管理員對教師申報(bào)的畢業(yè)設(shè)計(jì)課題進(jìn)行審核，被審核通過的課題才允許學(xué)生選擇。
4)課題雙選信息管理模塊具有教師申報(bào)課題被選管理、教師申報(bào)課題未被選管理、已經(jīng)選題學(xué)生信息管理、未選題學(xué)生信息管理等功能。管理員通過該子系統(tǒng)動(dòng)態(tài)管理學(xué)生對課題的選擇和教師對學(xué)生的挑擇，了解雙向選擇的具體情況。
5)公告管理及模塊的功能是管理員畢業(yè)設(shè)計(jì)的有關(guān)通知與公告，供教師、學(xué)生查看。
6)文檔(表格)資料模塊的功能是管理員中期檢查表、指導(dǎo)教師評審表等一系列的畢業(yè)設(shè)計(jì)材料，供教師、學(xué)生下載。
7)數(shù)據(jù)歸檔模塊的功能是接收教師提交的學(xué)生設(shè)計(jì)或論文等歸檔材料。
8)學(xué)生、教師賬戶維護(hù)模塊的功能是對學(xué)生、教師個(gè)人信息、賬戶及密碼等設(shè)置與維護(hù)。
9)管理員信息維護(hù)模塊的功能是對管理員個(gè)人信息、賬戶及密碼等設(shè)置與維護(hù)。
教師管理子系統(tǒng)功能
1)課題申報(bào)模塊包括“課題申報(bào)”和“我的課題”等子模塊?！罢n題申報(bào)”子模塊的功能是教師申報(bào)課題材料，該課題材料通過管理員審核通過后，供本年度有畢業(yè)設(shè)計(jì)資格的學(xué)生選擇;“我的課題”子模塊的功能是教師查看本人申報(bào)的課題及材料。
2)查看畢業(yè)設(shè)計(jì)題目模塊的功能是查看本單位教師上報(bào)的管理員審核通過的供學(xué)生選擇的所有課題的詳細(xì)材料。
3)選題管理模塊包括被選課題和未被選課題管理等子模塊。通過該模塊，在學(xué)生選題時(shí)間段，教師可以動(dòng)態(tài)地管理課題的選擇，并對申請選擇該課題的學(xué)生進(jìn)行挑選。
4)填寫()任務(wù)書模塊的功能是教師對應(yīng)課題的任務(wù)書，供學(xué)生使用。
5)接收開題報(bào)告模塊的功能是教師接收學(xué)生上報(bào)的開題報(bào)告、英文翻譯等課題支撐材料，并下載審核。
6)網(wǎng)上答疑模塊具有查看學(xué)生疑問、教師答疑等功能。通過該模塊，教師和學(xué)生可以進(jìn)行在線交流。
7)查看管理員通知(公告)模塊的功能是教師查看管理員的畢業(yè)設(shè)計(jì)的有關(guān)通知與公告。
8)下載文檔(表格)材料模塊的功能是對管理員的中期檢查表、指導(dǎo)教師評審表等一系列的畢業(yè)設(shè)計(jì)材料進(jìn)行下載。
9)設(shè)計(jì)材料審核模塊的功能是審核學(xué)生在課題設(shè)計(jì)、論文撰寫過程中提交的畢業(yè)設(shè)計(jì)等材料。
10)審核論文正式稿模塊的功能是對學(xué)生提交的畢業(yè)設(shè)計(jì)文稿最終材料進(jìn)行審核、確認(rèn)和下載等。
11)上傳歸檔數(shù)據(jù)模塊的功能是對任務(wù)書、開題報(bào)告(英文翻譯)、論文正式稿等畢業(yè)設(shè)計(jì)的最后材料進(jìn)行歸檔。
12)個(gè)人信息維護(hù)模塊的功能是對教師個(gè)人信息、賬戶及密碼等設(shè)置與維護(hù)。
學(xué)生管理子系統(tǒng)功能
1)查詢畢業(yè)設(shè)計(jì)題目模塊的功能是對教師上報(bào)的管理員審核通過的供學(xué)生選擇的所有課題的詳細(xì)信息進(jìn)行查看，該子系統(tǒng)為學(xué)生選擇課題提供前期準(zhǔn)備。
2)畢業(yè)設(shè)計(jì)選題模塊的功能是學(xué)生對畢業(yè)設(shè)計(jì)進(jìn)行挑選。
3)查看任務(wù)書模塊的功能是對教師對應(yīng)課題的任務(wù)書進(jìn)行查看，并根據(jù)任務(wù)書安排畢業(yè)設(shè)計(jì)的各項(xiàng)任務(wù)。
4)提交開題報(bào)告模塊的功能是提交學(xué)生上報(bào)的該課題的開題報(bào)告、英文翻譯等課題材料，供教師審核。
5)網(wǎng)上答疑模塊具有疑問提交、查看答疑和我的疑問等功能。通過該模塊，教師和學(xué)生可以進(jìn)行在線交流。
6)查看通知(公告)模塊的功能是學(xué)生查看管理員的畢業(yè)設(shè)計(jì)的有關(guān)通知與公告。
7)下載文檔(表格)材料模塊的功能是對管理員的中期檢查表、指導(dǎo)教師評審表等一系列的畢業(yè)設(shè)計(jì)材料進(jìn)行下載。
8)提交論文正式稿模塊的功能是提交學(xué)生的設(shè)計(jì)文稿等最終材料。
9)個(gè)人信息維護(hù)模塊的功能是對學(xué)生人信息、賬戶及密碼等設(shè)置與維護(hù)。
系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)施中的重點(diǎn)和難點(diǎn)
1系統(tǒng)設(shè)計(jì)及實(shí)施平臺選擇
高校畢業(yè)設(shè)計(jì)管理信息系統(tǒng)依托校園網(wǎng)，以Internet作為網(wǎng)絡(luò)平臺，需要考慮的網(wǎng)絡(luò)平臺包括網(wǎng)絡(luò)硬件平臺、網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)、Internet服務(wù)器軟件、客戶機(jī)軟件等，高校畢業(yè)設(shè)計(jì)管理信息系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。本系統(tǒng)采用MicrosoftVisualStudio2008的ASP．Net(c#)作為B/S模式下的前臺開發(fā)工具，LINQ作為B端的數(shù)據(jù)訪問技術(shù)，SQLServer2005作為DBMS。
2數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)設(shè)計(jì)
根據(jù)系統(tǒng)的需求，高校畢業(yè)設(shè)計(jì)管理信息系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)如圖3所示。圖3中，student表是學(xué)生的基本信息表;teacher表是教師的基本信息表;admin表是管理員的基本信息表;subjects表是畢業(yè)設(shè)計(jì)課題的基本信息表;mailinfo表是學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書、開題報(bào)告、網(wǎng)上答疑和論文材料等的信息表;authority表是學(xué)生、教師和管理員授權(quán)目錄樹的信息表;basesystemdata表是系統(tǒng)基本信息維護(hù)表;publicnotice表是畢業(yè)設(shè)計(jì)通知信息表;profession表是學(xué)生所屬專業(yè)基本信息表;chosensubject表是畢業(yè)設(shè)計(jì)選題登記表;downloadzone表是畢業(yè)設(shè)計(jì)材料下載信息表。每個(gè)數(shù)據(jù)庫表都規(guī)范到BCNF中，它消除了插入異常，刪除異常，修改復(fù)雜，減少了數(shù)據(jù)冗余，達(dá)到數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)對函數(shù)依賴模式分解的最高程度和要求。
3學(xué)生選題并發(fā)處理的實(shí)施
高校畢業(yè)設(shè)計(jì)管理信息系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫被所有學(xué)生所共享，在學(xué)生選題時(shí)，存在多個(gè)學(xué)生同時(shí)選擇同一課題的情況。如果該處理不進(jìn)行并發(fā)控制，就會(huì)出現(xiàn)選擇該課題的學(xué)生人數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過該課題允許的最大選題人數(shù)，也就是說，若對并發(fā)操作不加控制就可能會(huì)產(chǎn)生存取和存儲(chǔ)不正確的數(shù)據(jù)，破壞了數(shù)據(jù)庫的一致性。因此，高校畢業(yè)設(shè)計(jì)管理信息系統(tǒng)必須提供并發(fā)控制機(jī)制來處理學(xué)生的選題操作。
實(shí)現(xiàn)學(xué)生選題操作并發(fā)控制的具體過程及對應(yīng)存儲(chǔ)過程代碼描述如下:該存儲(chǔ)過程把查詢該課題允許的最大選題人數(shù)及該課題當(dāng)前已經(jīng)選題的學(xué)生人數(shù)、選題登記、更改該課題當(dāng)前已經(jīng)選題的學(xué)生人數(shù)等數(shù)據(jù)庫操作設(shè)置為一個(gè)事務(wù)，使得這些操作具有原子性、一致性、隔離性和持續(xù)性，從而保證學(xué)生的選題操作能正確并發(fā)處理。
結(jié)束語
