發(fā)布時(shí)間：2023-04-11 17:18:51
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篇的遠(yuǎn)程控制系論文樣本，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。
隨著我國(guó)信息事業(yè)的持續(xù)、快速發(fā)展,通信基礎(chǔ)設(shè)施日臻完善,固定電話、移動(dòng)電話用戶總數(shù)接近兩億.利用現(xiàn)有的個(gè)人通信終端,實(shí)現(xiàn)基于PLMN(陸基移動(dòng)通信網(wǎng))和PSTN(公用電話交換網(wǎng))的電話遠(yuǎn)程控制系統(tǒng),既可以節(jié)約投資,又便于推廣.電話遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)(ITRCS),以CCITT及我國(guó)標(biāo)準(zhǔn)共同規(guī)定的部分標(biāo)準(zhǔn)程控交換信令(DTMF雙音多頻信號(hào),振鈴信號(hào),回鈴音信號(hào)等)作為系統(tǒng)控制命令,以PLMN與PSTN通信網(wǎng)作為傳輸介質(zhì),使用戶可以在遠(yuǎn)端利用固定電話或移動(dòng)電話發(fā)送DTMF雙音多頻信號(hào),實(shí)現(xiàn)對(duì)近端電器設(shè)備的遠(yuǎn)程控制.信令傳輸示意圖如圖1所示.
2電話遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)
電話遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)接收遠(yuǎn)端發(fā)送來的DTMF信號(hào),并對(duì)其進(jìn)行解碼,解碼后的信號(hào)再由中央處理單元采集處理;為了方便用戶使用,系統(tǒng)設(shè)計(jì)了語音提示界面;電話遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)一般工作在元人值守環(huán)境,所以應(yīng)具有自動(dòng)離線、上線、復(fù)位功能;為了符合智能化要求,系統(tǒng)采用80日作為中央處理器.同時(shí),電話遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)正常工作還需電源供電電路、驅(qū)動(dòng)電路等輔助電路.智能電話遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)如圖2所示.
可以看出,系統(tǒng)主要由DTMF音頻解碼電路、語音提示電路、離線/上線/復(fù)位電路、中央處理單元、驅(qū)動(dòng)電路、電源電路等組成.
3各部分電路及工作原理
3.1中央控制電路
中央控制電路的主要功能是接收鈴流檢測(cè)電路和DTMF解碼電路的中斷信號(hào),發(fā)送對(duì)上線/離線/復(fù)位電路和受控設(shè)備的控制信號(hào),對(duì)語音錄放電路進(jìn)行尋址操作,接收DTMF解碼電路的四位二進(jìn)制數(shù)據(jù)(見圖2).
3.2DTMF音頻解碼電路
DTMF(DualToneMultiFrequency)雙音多頻信號(hào)解碼電路是目前在按鍵電話(固定電話、移動(dòng)電話)、程控交換機(jī)及無線通信設(shè)備中廣泛應(yīng)用的集成電路.它包括DTMF發(fā)送器與DTMF接受器,前者主要應(yīng)用于按鍵電話作雙音頻信號(hào)發(fā)送器,發(fā)送一組雙音多頻信號(hào),從而實(shí)現(xiàn)音頻撥號(hào).雙音多頻信號(hào)是一組由高頻信號(hào)與低頻信號(hào)疊加而成的組合信號(hào),CCITT和我國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)都規(guī)定了電話鍵盤按鍵與雙音多頻信號(hào)的對(duì)應(yīng)關(guān)系如表所示.
表電話撥號(hào)數(shù)字對(duì)應(yīng)的高低頻率組合關(guān)系
電話遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)采用MITEL公司生產(chǎn)的MT8870DTMF接受器作為DTMF信號(hào)的解碼核心器件.MT8870主要用于程控交換機(jī)、遙控、無線通信及通播系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)DTMF信號(hào)的分離濾波和譯碼功能,輸出相應(yīng)16種頻率組合的四位并行二進(jìn)制碼.MT8870具有撥號(hào)音抑制和模擬信號(hào)輸入可調(diào)功能,所以在設(shè)計(jì)MT8870DTMF解碼電路時(shí),只需外加一些阻容元件即可.DTMF解碼電路如圖3所示.
遠(yuǎn)端用戶發(fā)送的DTMF信號(hào),經(jīng)搞合電容的隔直流作用后,由MT8870接收并進(jìn)行譯碼,輸出的四位并行二進(jìn)制數(shù)據(jù)直接與8051單片機(jī)的P0.0～P0.3連接,MT8870在DTMF信號(hào)碼變換完成后,由CID端發(fā)送中斷信號(hào)INT1,通知8051數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好.
3.3語音提示電路
電話遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)利用語音提示電路實(shí)現(xiàn)用戶和系統(tǒng)的交流.語音提示電路預(yù)先存儲(chǔ)若干段系統(tǒng)提示音,8051中央處理單元電路判斷用戶發(fā)送的DTMF信號(hào)后,對(duì)語音提示電路進(jìn)行尋址,播放相應(yīng)的提示音,從而向用戶反饋信息提示下一步該如何操作.
本系統(tǒng)選用美國(guó)ISD公司的ISD2590單片語音錄放集成電路作為語音提示電路的核心部分.ISD2590采用E2PROM存儲(chǔ)器,信息可永久保存,零功能存儲(chǔ);它還采用了DA盯直接模擬量存儲(chǔ)技術(shù),因而能較好地保留語音信息中的有效成分,提高錄放音的清晰度.ISD2590可以存儲(chǔ)長(zhǎng)達(dá)90s的語音,能夠?qū)崿F(xiàn)1～600段語音分段,每段錄放音均有一個(gè)起始端,該起始端地址選擇由A0～A9確定.ISD2590的電路也非常簡(jiǎn)單,只需少許阻容元件即可,并且它易與單片機(jī)接口,實(shí)現(xiàn)分段尋址功能.ISD2590的內(nèi)部功能如圖4所示.
系統(tǒng)在接收遠(yuǎn)端用戶發(fā)送的DTMF信號(hào)以后,根據(jù)軟件設(shè)定,對(duì)語音電路進(jìn)行尋址放音.例如系統(tǒng)收到用戶發(fā)出的"1234'''',用戶密碼信號(hào)時(shí),若密碼正確,則尋址播放語音提示"密碼正確",否則,尋址播放語音提示"密碼錯(cuò)誤".需要提出的是,ISD2590".只有A0～A910根地址線,顯然不能對(duì)480K模擬存儲(chǔ)陣列直接尋址,從圖4可以知道,ISD2590的地址線是先經(jīng)過解碼器解碼后再對(duì)480K模擬存儲(chǔ)陣列進(jìn)行尋址的.
3.4系統(tǒng)上線／離線/復(fù)位電路
當(dāng)DTMF信號(hào)解碼電路及語音提示電路與用戶電話線連通時(shí),我們稱系統(tǒng)處于上線(Odine)狀態(tài);反之,當(dāng)DTMF信號(hào)解碼電路及語音提示電路與用戶電話線斷開時(shí),我們稱系統(tǒng)處于離線(Offline)狀態(tài).只有在電話遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)工作時(shí),系統(tǒng)才應(yīng)處于上線狀態(tài).這樣做的目的是避免用戶呼叫系統(tǒng)時(shí)的高壓振鈴信號(hào)(可達(dá)120VMS)及線路上其他高壓噪聲對(duì)DTMF信號(hào)解碼電路及語音提示電路產(chǎn)生危害.上線/離線/復(fù)位功能的實(shí)現(xiàn),也是由系統(tǒng)硬件電路和軟件共同實(shí)現(xiàn)的.
3.4.1系統(tǒng)上線電路
系統(tǒng)上線電路的功能是檢測(cè)程控交換機(jī)發(fā)送的振鈴鈴流信號(hào),然后通過中斷方式通知8051單片機(jī),根據(jù)軟件設(shè)定,閉合系統(tǒng)上線/離線/復(fù)位開關(guān)電路,開啟UrMF信號(hào)解碼電路和語音提示電路與電話用戶線的連接.上線電路的主要部分是鈴流檢測(cè)電路.鈴流信號(hào)是當(dāng)遠(yuǎn)端用戶呼叫電話遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)時(shí),由程控交換機(jī)向電話遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)發(fā)送的控制信令.系統(tǒng)采用TCA3385芯片作為鈴流檢測(cè)電路的核心部件.TCA3385是一種性能穩(wěn)定的振鈴信號(hào)轉(zhuǎn)換、檢測(cè)器件,常用于電話機(jī)、應(yīng)答器等儀器儀表.它的PDO端(如圖5)是振鈴檢測(cè)輸出端,在振鈴信號(hào)穩(wěn)定后,此端會(huì)變?yōu)楦唠娖捷敵?RDO端可直接與8051單片機(jī)相連,作為8051的中斷信號(hào)INT0.TCA3385的內(nèi)部功能及外部電路如圖5所示.
當(dāng)電話遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)處于離線狀態(tài)時(shí),只有鈴流檢測(cè)電路與用戶電話線相連,而TCA3385能承受較高電壓的沖擊,保證了系統(tǒng)的完全穩(wěn)定性.
3.4.2離線/復(fù)位電路
用戶對(duì)電話遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)操作完成后,發(fā)出結(jié)束命令,8051單片機(jī)斷開系統(tǒng)上線/離線/復(fù)位開關(guān)電路,系統(tǒng)離線.如果用戶出現(xiàn)誤操作或忘記發(fā)送結(jié)束命令時(shí),系統(tǒng)根據(jù)軟件設(shè)定,斷開系統(tǒng)上線/離線/復(fù)位開關(guān)電路,使系統(tǒng)離線,并初始化軟件設(shè)定.
3.5驅(qū)動(dòng)電路
電話遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)對(duì)受控設(shè)備的控制,要通過8051單片機(jī)對(duì)繼電器的閉合才能實(shí)現(xiàn),因此,在8051單片機(jī)與繼電器之間必須設(shè)置一個(gè)繼電器驅(qū)動(dòng)電路.本系統(tǒng)采用摩托羅拉公司的MC1413,來關(guān)閉與開啟繼電器開關(guān)(圖6).
4系統(tǒng)軟件
如何利用有限的16種DTMF信號(hào)實(shí)現(xiàn)多樣的系統(tǒng)控制功能,是系統(tǒng)成功與否的關(guān)鍵,借助于軟件編程,系統(tǒng)可以對(duì)16種DTMF信號(hào)的任意組合進(jìn)行解釋,從而大大豐富了系統(tǒng)功能.系統(tǒng)軟件的流程結(jié)構(gòu)并不復(fù)雜,這里只介紹系統(tǒng)軟件主要功能要求:
(1)系統(tǒng)身份認(rèn)證功能為了保證只有合法用戶才能操作系統(tǒng),電話遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)上線以后,用戶必須輸入密碼,待系統(tǒng)確認(rèn)后才具有對(duì)系統(tǒng)的操作權(quán)限.
(2)用戶信令解釋功能對(duì)收到的用戶信號(hào),系統(tǒng)按照軟件設(shè)定加以解釋,并決定對(duì)語音提示電路尋址,播放相應(yīng)的系統(tǒng)提示音,實(shí)現(xiàn)用戶和電話遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)間的交互操作,或者對(duì)外部受控設(shè)備發(fā)出相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)信號(hào).
(3)軟件定時(shí)功能系統(tǒng)軟件設(shè)定系統(tǒng)自動(dòng)復(fù)位的軟件定時(shí)器,定時(shí)器的設(shè)置值規(guī)定了系統(tǒng)一次上線工作的最大時(shí)間.若一次工作超時(shí),系統(tǒng)自動(dòng)離線,進(jìn)入待機(jī)狀態(tài).
5結(jié)束語
關(guān)鍵詞： 自動(dòng)化監(jiān)控；閘門控制；數(shù)據(jù)采集；GPRS傳輸
中圖分類號(hào)：U495 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671－7597（2012）0310024－02
1 GPRS閘位聯(lián)控系統(tǒng)研究的理論意義及應(yīng)用價(jià)值
水閘是水利系統(tǒng)最基礎(chǔ)的工程，在防洪排澇搶險(xiǎn)過程中扮演著重要角色，對(duì)保護(hù)工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和人民生命財(cái)產(chǎn)安全以及環(huán)境保護(hù)等諸多方面都發(fā)揮著巨大的積極作用，但是我國(guó)的水利自動(dòng)化技術(shù)比較落后，每年會(huì)由于洪澇災(zāi)害造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失[1]，因此閘門的即時(shí)合理控制問題，是關(guān)系到水利工程的安全，關(guān)系到保護(hù)工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和人民生命財(cái)產(chǎn)安全，以及綜合利用水資源的問題，因此GPRS閘位聯(lián)控系統(tǒng)具有極高的應(yīng)用價(jià)值。
2 系統(tǒng)構(gòu)成及功能描述
GPRS閘位聯(lián)控系統(tǒng)主要功能為：水閘現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控平臺(tái)是基于產(chǎn)品化、模塊化、通用化思想而研制開發(fā)出來的新一代水閘遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要用于水庫、灌區(qū)、河道、供水渠的閘門現(xiàn)地控制和遠(yuǎn)程控制，可在現(xiàn)地單控、群控，也可在異地遠(yuǎn)程遙控。
GPRS閘位聯(lián)控系統(tǒng)由水利系統(tǒng)的流域管理中心、各縣市設(shè)立的分中心監(jiān)測(cè)站、以及水閘現(xiàn)場(chǎng)的水文遙測(cè)單元構(gòu)成的三級(jí)網(wǎng)絡(luò)組成。通過建立GPRS閘位聯(lián)控系統(tǒng)，將可以改善水文信息的采集、傳送和信息處理的手段，縮短數(shù)據(jù)采集和信息處理所需的時(shí)間，還可以提高信息采集和傳輸?shù)目煽啃?，提高流域各種監(jiān)測(cè)信息的處理能力。
3 總體設(shè)計(jì)方案
3.1 閘位控制原理
1）GPRS閘位聯(lián)控系統(tǒng)原理：GPRS閘位聯(lián)控系統(tǒng)主要工作原理將各種傳感器的流量、水位、雨量模擬量和閘門、水泵的開關(guān)量數(shù)據(jù)傳送到各監(jiān)測(cè)站，通過 WLB-268型遠(yuǎn)程測(cè)控終端機(jī)完成數(shù)據(jù)的采集，并把采集的數(shù)據(jù)通過 GPRS網(wǎng)絡(luò)無線數(shù)據(jù)傳輸方式主動(dòng)傳輸至調(diào)度中心，調(diào)度中心控制機(jī)能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)水閘泵站現(xiàn)場(chǎng)的情況，并可以遠(yuǎn)程控制閘門、水泵的開關(guān)，實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的自動(dòng)化控制。
2）GPRS閘位聯(lián)控系統(tǒng)特點(diǎn)：
① 技術(shù)先進(jìn)：系統(tǒng)采用了當(dāng)今最先進(jìn)的無線高速數(shù)據(jù)分組傳輸技術(shù)，在數(shù)據(jù)采集和傳輸方面具有無可比擬的先進(jìn)性，可以實(shí)時(shí)在線運(yùn)行任意查詢、加報(bào)、自動(dòng)傳送信號(hào)。
② 安全可靠：系統(tǒng)采用了多級(jí)管理和權(quán)限控制，強(qiáng)大的系統(tǒng)安全管理和數(shù)據(jù)保護(hù)措施，對(duì)水利設(shè)施的日常監(jiān)控提供了安全保障。
③ 實(shí)用耐久：GPRS閘位聯(lián)控系統(tǒng)適應(yīng)性極強(qiáng)，功能完善，性能穩(wěn)定可靠。
④ 管理方便：系統(tǒng)采用C++語言開發(fā)的大型檢測(cè)軟件，操作界面充滿人性化；可用于現(xiàn)地顯示與控制，還可以異地遠(yuǎn)程集中顯示，測(cè)量準(zhǔn)確，操作簡(jiǎn)單，工作可靠，維修方便。
3.2 組成原理
GPRS閘位聯(lián)控系統(tǒng)主要由傳感器檢測(cè)模塊、控制模塊、執(zhí)行模塊、遠(yuǎn)程監(jiān)控通信模塊等部分組成，各部分具體原理分析如下：
3.2.1 傳感器檢測(cè)模塊
1）傳感器檢測(cè)的要求
GPRS閘位聯(lián)控系統(tǒng)的控制對(duì)象為水位，由于水位參數(shù)的特性，使它受環(huán)境影響比較大，如果采用一般方法測(cè)量水位流量等，將無法達(dá)到精度要求；而且由于水閘現(xiàn)場(chǎng)工作環(huán)境較為復(fù)雜，單個(gè)傳感器獨(dú)立使用的場(chǎng)合很少，更多的是有多個(gè)傳感器同時(shí)應(yīng)用，來實(shí)現(xiàn)多參數(shù)的測(cè)量和多對(duì)象的控制。
因此，在GPRS閘位聯(lián)控系統(tǒng)中，傳感器檢測(cè)模塊采用了多組多種傳感器進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，為了防止采集的數(shù)據(jù)信號(hào)出現(xiàn)失真，由多個(gè)傳感器組成的檢測(cè)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)滿足以下要求：① 能夠協(xié)作地實(shí)時(shí)監(jiān)控、感知和采集網(wǎng)絡(luò)分布區(qū)域內(nèi)的各種環(huán)境或監(jiān)測(cè)對(duì)象的信息，并對(duì)信息進(jìn)行處理，獲得詳盡準(zhǔn)確的信息，并傳送這些信息到控制中心。② 為了增強(qiáng)操作性，傳感器網(wǎng)絡(luò)建立了開放的、分層的體系結(jié)構(gòu)。
2）數(shù)據(jù)采集PLC
① 可編程序控制器PLC的功能
數(shù)據(jù)采集的核心為PLC，由PLC進(jìn)行所有采集數(shù)據(jù)的處理，由傳感器網(wǎng)絡(luò)采集的數(shù)據(jù)送入PLC輸入單元，經(jīng)過轉(zhuǎn)換模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)處理[4]；PLC按照設(shè)置的程序完成對(duì)水位流量的自動(dòng)測(cè)量控制，實(shí)現(xiàn)水閘的自動(dòng)控制、數(shù)據(jù)信息的傳送；系統(tǒng)能實(shí)時(shí)記錄數(shù)據(jù)。
② 可編程序控制器PLC的優(yōu)勢(shì)
采用PLC裝置進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，操作簡(jiǎn)單，系統(tǒng)運(yùn)行安全、可靠、穩(wěn)定；通過可編程控制器為核心組成的傳感器數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，自動(dòng)化程度高、功能齊全，能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)控制、自動(dòng)保護(hù)及信息傳遞等功能，能可靠地實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)自身故障診斷，判斷設(shè)備故障的狀況，出現(xiàn)故障時(shí)可及時(shí)發(fā)出警報(bào)信息；數(shù)據(jù)顯示功能為檢查和分析設(shè)備的運(yùn)行情況提供依據(jù)，從而提高了綜合管理水平。
3）傳感器檢測(cè)模塊的組成
主要由浮子式水位計(jì)、壓力式水位計(jì)、雨量計(jì)、水位差計(jì)、XZK-3型無線閘門開度檢測(cè)儀、XHZ-3型閘門開度荷重測(cè)控儀、閘門開度傳感器、閘門荷重傳感器、閘門數(shù)據(jù)采集終端等組成，數(shù)據(jù)采集方面使用三菱PLC可編程控制器。
3.2.2 控制模塊
1）控制原理
GPRS閘位聯(lián)控系統(tǒng)閘門控制的是水位和流量，由于水位流量值是具有較大滯后時(shí)間常數(shù)的控制對(duì)象，以往采用的位式或者連續(xù)控制等技術(shù)，控制質(zhì)量不高，存在很多問題，如超調(diào)量 大、穩(wěn)定時(shí)間 長(zhǎng)等。為避免控制質(zhì)量不高的問題，在GPRS閘位聯(lián)控系統(tǒng)中，采用了PID控制器來加強(qiáng)對(duì)水閘的控制。
PID控制器具有穩(wěn)定性好、工作可靠、調(diào)整方便、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，當(dāng)水位流量數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確時(shí)，即其它控制技術(shù)難以應(yīng)用時(shí)，水位流量數(shù)據(jù)參數(shù)必須依靠經(jīng)驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試來確定時(shí)，采用PID控制技術(shù)最為方便，PID控制器中比例項(xiàng)的主要作用是糾正偏差；積分項(xiàng)用于消除系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差，提高控制精度；微分項(xiàng)的作用是減小系統(tǒng)的超調(diào)量，增加系統(tǒng)的穩(wěn)定性。
2）PID控制器的參數(shù)整定
① 利用臨界比例法進(jìn)行 PID控制器參數(shù)的整定，步驟如下：
首先預(yù)選擇一個(gè)足夠短的采樣周期讓系統(tǒng)工作；
僅加入比例控制環(huán)節(jié)，直到系統(tǒng)對(duì)輸入的階躍響應(yīng)出現(xiàn)臨界振蕩，記下這時(shí)的比例放大系數(shù)和臨界振蕩周期；
在一定的控制度下通過公式計(jì)算得到PID控制器的參數(shù)。
在實(shí)際調(diào)試中，只能先大致設(shè)定一個(gè)經(jīng)驗(yàn)值，然后根據(jù)調(diào)節(jié)效果修改：
對(duì)于液位系統(tǒng)： （%）20-80， （分）15；
對(duì)于流量系統(tǒng)： （%）40-100， （分）0.11；
對(duì)于壓力系統(tǒng)： （%）30-70， （分）0.4-3。
② GPRS閘位聯(lián)控系統(tǒng)PID控制器主要是由研華工控機(jī)WLB-268型遠(yuǎn)程測(cè)控終端機(jī)來實(shí)現(xiàn)的，主要包括AT89S51單片機(jī)、1片RAM6264、1片EEPROM2861A、用于8位LED顯示和鍵盤接口的可編程I/O接口芯片8255A，以及其他的必要的邏輯器件組成。
3.2.3 執(zhí)行模塊
1）執(zhí)行模塊工作原理
GPRS閘位聯(lián)控系統(tǒng)的執(zhí)行模塊主要是控制連接水閘的電動(dòng)機(jī)，當(dāng)控制系統(tǒng)的運(yùn)行指令發(fā)出后，執(zhí)行模塊根據(jù)指令操作，完成水閘的啟閉控制，執(zhí)行模塊的好壞是直接影響整個(gè)系統(tǒng)的質(zhì)量的關(guān)鍵因素。
① 閘門控制采用閉環(huán)控制方式，是應(yīng)用最為廣泛的控制方式，這種控制方式的控制精度較高，只要被控量偏離了給定值，系統(tǒng)就會(huì)自行糾偏，具有抑制內(nèi)外干擾對(duì)被控量的影響的能力，因此，閘門控制采用了閉環(huán)控制方式。
② GPRS閘位聯(lián)控系統(tǒng)的執(zhí)行模塊工作原理：采用單片機(jī)作為智能控制器件，利用其精確定時(shí)能力，根據(jù)水閘行程 等于速度 與時(shí)間 的乘積關(guān)系，在預(yù)先設(shè)定控制高度 條件下，根據(jù)上升、下降、定位、鎖定等信息，計(jì)算出定時(shí)時(shí)間，自動(dòng)完成水閘升降定位控制。
2）執(zhí)行模塊的組成
執(zhí)行模塊主要由一個(gè)12位的 轉(zhuǎn)換器、功率放大電路和電機(jī)組成。 轉(zhuǎn)換器接收來自單片機(jī)的控制信號(hào)，并轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)，經(jīng)放大控制電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行，從而達(dá)到控制水閘的目的。為提高轉(zhuǎn)換精度，采用分辨率為12的DAC1230，其輸出電流穩(wěn)定時(shí)間為 ，非線性誤差為0.018%FSR，功耗為20mW。
3.2.4 遠(yuǎn)程監(jiān)控通信模塊
監(jiān)控中心通過移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)通信，采集的數(shù)據(jù)通過GPRS網(wǎng)絡(luò)主動(dòng)傳輸至水利調(diào)度中心，調(diào)度中心的控制機(jī)可以監(jiān)測(cè)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)時(shí)情況，并可以遠(yuǎn)程控制現(xiàn)場(chǎng)水閘的開關(guān)，如果通信線路出現(xiàn)故障，能夠自動(dòng)發(fā)出報(bào)警提示，采用GPRS無線數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐ㄓ嵎绞?，很好地解決了制約水利控制系統(tǒng)的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸問題。通過GPRS遠(yuǎn)程設(shè)置和短信息設(shè)置功能，可以方便地對(duì)水情要素如水位、雨量、流量等環(huán)境數(shù)據(jù)的采集讀取，真正實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)和數(shù)據(jù)共享的功能。
GPRS模塊主要用于數(shù)據(jù)的發(fā)送、接收以及短消息的接收；ARM模塊完成傳感器數(shù)據(jù)的編碼和TCP/IP封裝，控制GPRS模塊將數(shù)據(jù)發(fā)送到監(jiān)控中心，并接收和執(zhí)行監(jiān)控中心發(fā)送的控制命令；監(jiān)控中心為通過以太網(wǎng)卡連入Internet中的一臺(tái)具有固定IP的計(jì)算機(jī)，采用開發(fā)工具調(diào)用Winsock控件編寫監(jiān)控軟件，用于接收、處理和顯示各個(gè)監(jiān)控點(diǎn)發(fā)送的數(shù)據(jù)，并對(duì)監(jiān)控點(diǎn)發(fā)送控制命令。
GPRS模塊采用MC35，MC35模塊主要由射頻天線、內(nèi)部Flash、SRAM、GSM基帶處理器、匹配電源和一個(gè)40腳的ZIF插座組成。GSM基帶處理器用來處理外部系統(tǒng)通過串口發(fā)送AT指令。射頻天線實(shí)現(xiàn)信號(hào)的調(diào)制和解調(diào)，以及外部射頻信號(hào)與內(nèi)部基帶處理器之間的信號(hào)轉(zhuǎn)換[5]。
4 結(jié)論
本文通過對(duì)GPRS閘位聯(lián)控系統(tǒng)總體框架的研究和分析，在此基礎(chǔ)上，進(jìn)行了系統(tǒng)的軟硬件的設(shè)計(jì)，包括現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集傳感器模塊，邏輯控制模塊，以及數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)等，通過研究，實(shí)現(xiàn)了一個(gè)完整的水閘監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，減輕了運(yùn)行人員的現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控量，提高了泵站自動(dòng)化水平，GPRS閘位聯(lián)控系統(tǒng)系統(tǒng)將發(fā)揮其更加積極的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益。
參考文獻(xiàn)：
[1]黃寬、徐建政，VPN專網(wǎng)在GPRS配變監(jiān)測(cè)系統(tǒng)通信中的應(yīng)用[J].電力系統(tǒng)通信，2004.08.
[2]王科峰，淺談GPRS時(shí)代的無線互聯(lián)[J].內(nèi)蒙古科技與經(jīng)濟(jì)，2004，20.
[3]劉從新、袁建偉、曾維魯、龔國(guó)強(qiáng)，基于GPRS的分布式監(jiān)控系統(tǒng)的研究[J].電力系統(tǒng)通信，2004.08.
[4]張宇、楊彬、張遠(yuǎn)、肖文棟、許勇軍，GPRS移動(dòng)通信網(wǎng)管系統(tǒng)研究[J].北京聯(lián)合大學(xué)學(xué)報(bào)，2005.02.
[5]李建華、徐國(guó)章、李宏海，GPRS在遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用[A].中國(guó)自動(dòng)化學(xué)會(huì)全國(guó)第九屆自動(dòng)化新技術(shù)學(xué)術(shù)交流會(huì)論文集[C].2004.
關(guān)鍵詞：AMR，CAN，總線，電力集中抄表系統(tǒng)，ARM，LPC2294
引言
隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和通信技術(shù)的迅速發(fā)展，將眾多的計(jì)量點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、傳輸、處理已經(jīng)成為現(xiàn)實(shí)。自動(dòng)抄表（the Automatic Meter Reading）技術(shù)，簡(jiǎn)稱AMR，得益于八十年代的計(jì)算機(jī)技術(shù)，正成為抄表技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)。
1 電力集中抄表系統(tǒng)的構(gòu)成
本文提出的電力集中抄表系統(tǒng)采用三層體系結(jié)構(gòu)如圖1所示：第一層是主站服務(wù)器，其主要作用是負(fù)責(zé)存儲(chǔ)多功能電表的數(shù)據(jù)、實(shí)現(xiàn)對(duì)儀表的遠(yuǎn)程監(jiān)控、遠(yuǎn)程控制等功能。服務(wù)器安裝在客戶服務(wù)中心的抄表主站通過GPRS/GSM來查收各個(gè)多功能電表的相關(guān)數(shù)據(jù)和參數(shù)。第二層是集中器，集中器通過GPRS/GSM與主站服務(wù)器相連，通過CAN總線與第三層的采集終端相連。主要有兩項(xiàng)任務(wù)：一是完成與采集器的數(shù)據(jù)通信工作，向采集器下達(dá)電量數(shù)據(jù)凍結(jié)命令，定時(shí)循環(huán)接收采集器的電量數(shù)據(jù)，或根據(jù)系統(tǒng)要求接收某個(gè)電表或某組電表的數(shù)據(jù)。另外的任務(wù)就是根據(jù)系統(tǒng)要求完成與主站服務(wù)器的通信，將用戶用電數(shù)據(jù)等主站需要的信息傳送到主站數(shù)據(jù)庫中。第三層是采集器。在采集器中嵌入了各種標(biāo)準(zhǔn)通信規(guī)約，可實(shí)現(xiàn)對(duì)各種各樣電表的采集。采集器可同時(shí)采集、存儲(chǔ)64塊電表的數(shù)據(jù)，采集器除了完成電表的電量數(shù)據(jù)采集工作以外，還要根據(jù)系統(tǒng)的要求完成與集中器之間的數(shù)據(jù)通信，將需要傳送的電量數(shù)據(jù)送到集中器中。系統(tǒng)信道包括GPRS/GSM 無線通信、CAN 總線。主站服務(wù)器與集中器之間的GPRS/GSM 無線通信，集中器與采集器之間采用CAN 總線通信。通過GPRS/GSM無線通信，能夠及時(shí)、方便地進(jìn)行系統(tǒng)的遠(yuǎn)程信息傳輸，與主站服務(wù)器實(shí)現(xiàn)信息交換；每臺(tái)集中器通過CAN總線，可以管理最多110 個(gè)采集器(CAN 節(jié)點(diǎn))。
圖1 基于ARM 的CAN 總線的電力集中抄表系統(tǒng)示意圖
2 CAN 總線通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)
2.1 CAN 總線簡(jiǎn)介
CAN(ControllerArea Network)即控制器局域網(wǎng)，CAN總線是國(guó)際上應(yīng)用最廣泛的現(xiàn)場(chǎng)總線之一。它最早是由德國(guó)Bosch公司推出的，CAN通信協(xié)議是一種用于汽車內(nèi)部測(cè)量與執(zhí)行部件之間的數(shù)據(jù)通信協(xié)議。作為一種技術(shù)先進(jìn)、可靠性高、功能完善、成本合理的遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)通訊控制方式，CAN總線已被廣泛應(yīng)用于各個(gè)自動(dòng)化控制系統(tǒng)中。論文參考網(wǎng)。例如，在汽車電子、自動(dòng)控制、智能大廈、電子系統(tǒng)、安防監(jiān)控等各領(lǐng)域中，CAN總線具有不可比擬的優(yōu)越性。本設(shè)計(jì)給出CAN總線節(jié)點(diǎn)方案。它采用內(nèi)置多路CAN總線控制器LPC2294作為主控制器，使得該節(jié)點(diǎn)體積小、功耗低、抗干擾性好，因而特別適用于汽車、工業(yè)控制以及醫(yī)療系統(tǒng)和容錯(cuò)維護(hù)總線中。
2.2 CAN節(jié)點(diǎn)硬件電路組成
CAN節(jié)點(diǎn)硬件電路如圖2所示，由ARM微控制器LPC2294、CAN總線收發(fā)器TJA1050T、高速光耦6N137和電源隔離模塊B0505S等組成。
圖2 CAN節(jié)點(diǎn)硬件電路原理框圖
(1)控制器特點(diǎn)
本設(shè)計(jì)選用的LPC2294是PHILIPS公司新推出的一款功能強(qiáng)大的超低功耗的具有ARM7TDMI內(nèi)核的32位微控制器。論文參考網(wǎng)。論文參考網(wǎng)。144腳封裝、兩個(gè)32位定時(shí)器、八路10位ADC、四路CAN通道和PWM通道以及多達(dá)九個(gè)的外部中斷，內(nèi)部嵌入256K字節(jié)高速Flash存儲(chǔ)器和16K字節(jié)靜態(tài)RAM，包含76（使用了外部存儲(chǔ)器）～112（單片）個(gè)GPIO口。如此豐富的片上資源完全可以滿足一般的工業(yè)控制的需要，同時(shí)還可以減少系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)的復(fù)雜度。另外，LPC2294支持JTAG實(shí)時(shí)仿真和跟蹤、128位寬度的存儲(chǔ)器接口和獨(dú)特的加速結(jié)構(gòu)，使32位代碼能夠在高達(dá)60MHz的操作頻率下運(yùn)行。LPC2294內(nèi)部集成有四路CAN控制器：符合CAN規(guī)范CAN2.0B,ISO 11989-1標(biāo)準(zhǔn)：總線數(shù)據(jù)波特度均可達(dá)1Mbps；可訪問32位的寄存器和RAM；全局驗(yàn)收過濾器可識(shí)別幾乎所有總線的11位和29位Rx標(biāo)識(shí)符；驗(yàn)收過濾器為選擇的標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)識(shí)符提供了FullCAN-style自動(dòng)接收功能。作為本設(shè)計(jì)的核心部件，LPC2294不僅擔(dān)起主控制器的作用，同時(shí)還作為CAN網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)控制器，與網(wǎng)絡(luò)中的其它節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸與交換。
(2)收發(fā)器特點(diǎn)
收發(fā)器TJA1050T是CAN協(xié)議控制器和物理總線之間的接口，它與“ISO 11898”標(biāo)準(zhǔn)完全兼容。CANH和CANL理想配合，可使電磁輻射減到更低。除此之外，TJA1050T不上電時(shí)，總線呈現(xiàn)無源特性，這使得TJA1050T在性能上大大優(yōu)于以前的CAN總線收發(fā)器。TJA1050T有兩種工作模式：高速模式和靜音模式（它們由引腳“S”來控制）。在高速模式中，總線輸出信號(hào)有固定的斜率，并且以盡量快的速度切換。高速模式適用于最大位速度和最大總線長(zhǎng)度的情況，而且此時(shí)其收發(fā)器循環(huán)延遲最小。靜音模式時(shí)發(fā)送器是禁能的。它不管TxD的輸入信號(hào)。靜音模式可以防止CAN控制器不受控制時(shí)對(duì)網(wǎng)絡(luò)通訊造成堵塞。
3 CAN 總線通信系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
對(duì)于LPC2294微處理器來說，CAN控制器完全是基于事件觸發(fā)的，即在本身狀態(tài)發(fā)生改變時(shí)，CAN控制器會(huì)把狀態(tài)變化的結(jié)果告訴微處理器。因此中心微處理器可以采用中斷的方式或者輪詢的方式對(duì)CAN控制器做出相應(yīng)的處理。各CAN節(jié)點(diǎn)按規(guī)定格式和周期發(fā)送數(shù)據(jù)到總線上，同時(shí)根據(jù)需要各取所需報(bào)文。對(duì)于接收數(shù)據(jù)，本系統(tǒng)采用中斷的方式實(shí)現(xiàn)，一旦中斷發(fā)生，即將接收的數(shù)據(jù)裝載到相應(yīng)的報(bào)文寄存器中。此時(shí)利用屏蔽濾波寄存器對(duì)接收?qǐng)?bào)文的標(biāo)識(shí)符和預(yù)先在接收緩沖器初始化時(shí)設(shè)定的標(biāo)識(shí)符進(jìn)行有選擇地逐位比較，只有標(biāo)識(shí)符匹配的報(bào)文才能進(jìn)入接收緩沖器，那些不符合要求的報(bào)文將被屏蔽于接收緩沖器外，從而減輕CPU處理報(bào)文的負(fù)擔(dān)。
3.1 CAN 控制器初始化
初始化CAN控制器的操作包括：硬件使能、軟件復(fù)位、設(shè)置報(bào)警界限、設(shè)置總線波特率、設(shè)置中斷工作方式、設(shè)置驗(yàn)收濾波器工作方式、設(shè)置工作模式并啟動(dòng)CAN等。初始化程序如下：
HwEnCAN(CanNum)；//硬件使能，CanNum=0～3，指四路CAN控制器
SofiRstCAN(CanNum)；//軟件復(fù)位寄存器
CANEWL(CanNum).Bits.EWL_BIT=USE_EWL_CAN[CanNum]；//設(shè)錯(cuò)誤警告界限
CANBTR(CanNum).Word=USE_BTR CAN[CanNum]；//初始化波特率
VICDefVectAddr=(UINT32)CANIntPrg；//初始化中斷為非向量中斷
VICIntEnable |=(1<<19)|(1<<(20+CanNum))|(1<<(26+CanNum))；
CANIER(CanNum)．Word= USE_INT_CAN[CanNum]；
CANAFMR.Bits.AccBP_ BIT=1；//配置驗(yàn)收濾波器(旁路狀態(tài)，即屏蔽驗(yàn)收濾波器)
CANMOD(CanNum).Bits.TPM_BIT=USE_TPMCAN[CanNum]；//初始化工作模式
CANMOD(CanNum).Bits.LOM_BIT=USE_MOD_CAN[CanNum];
SoftEnCAN(CanNum)；//啟動(dòng)CAN
3.2 數(shù)據(jù)發(fā)送
將待發(fā)送的數(shù)據(jù)打包成符合CAN協(xié)議的幀格式后，便可寫入發(fā)送緩沖區(qū)，并啟動(dòng)發(fā)送。在寫發(fā)送緩沖區(qū)前必須查詢其狀態(tài)。LPC2294中的每個(gè)CAN控制器有三個(gè)發(fā)送緩沖區(qū)，它們的狀態(tài)可通過查詢CANSR得知。只有當(dāng)其中有空閑的發(fā)送緩沖區(qū)時(shí)才可將數(shù)據(jù)寫入。在發(fā)送大量數(shù)據(jù)時(shí)，這一步顯得尤其重要，否則發(fā)送可靠性將不能保證。啟動(dòng)發(fā)送成功后，只能通過查詢CANGSR的TCS位或配合發(fā)送成功中斷來判斷數(shù)據(jù)是否發(fā)送成功。
3.3 數(shù)據(jù)接收
接收數(shù)據(jù)可采用查詢方式或中斷方式。在某一段時(shí)間內(nèi)，CAN總線并不總是在活動(dòng)，為了提高效率，可采用中斷方式。在初始化程序中必須使能接收中斷。在中斷服務(wù)子程序中，讀取CANICR，判斷是否有接收中斷標(biāo)志，有則讀取接收緩沖區(qū)數(shù)據(jù)。為了防止接收緩沖區(qū)數(shù)據(jù)溢出，可開辟一個(gè)循環(huán)接收數(shù)據(jù)隊(duì)列來暫時(shí)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，主程序則通過查詢?cè)撽?duì)列來獲得總線數(shù)據(jù)。
4 總結(jié)
基于ARM 的CAN 總線的電力集中抄表系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通信具有很強(qiáng)的實(shí)時(shí)性、可靠性和抗干擾性，該系統(tǒng)的樣機(jī)正在進(jìn)行掛網(wǎng)測(cè)試，以期通過研究和改進(jìn)，進(jìn)一步提高程序的通信處理、糾錯(cuò)和容錯(cuò)能力。
參考文獻(xiàn)
[1]栗玉霞,徐建政,劉愛兵.GPRS技術(shù)在自動(dòng)抄表系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].電力自動(dòng)化設(shè)備, 2003 (12): 52-54.
[2]李駒光等.ARM應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)詳解。北京：清華大學(xué)出版社，2003..
[3]吳明輝.基于ARM的嵌入式系統(tǒng)開發(fā)及應(yīng)用.北京：人民郵電出版社，2004.
[4]周立功.ARM 嵌入式系統(tǒng)基礎(chǔ)教程[M]. 北京：北京航空航天大學(xué)出版社,2005.
[5]CAN Specification Version 2.0, Part A and B, Philips Semiconductors,1992.
伴隨社會(huì)經(jīng)濟(jì)的全面進(jìn)程，新建成的樓宇設(shè)施也大量融合的科技元素，近年來集成化的樓宇設(shè)施監(jiān)控系統(tǒng)也被逐漸重視。例如電梯系統(tǒng)、配電系統(tǒng)與照明、供暖、制冷系統(tǒng)，上述集成化設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)在樓宇中具有非常重要的作用，經(jīng)對(duì)樓宇內(nèi)電氣設(shè)施的全面管理，能夠從根本深化電氣設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)的有效性，同時(shí)為節(jié)約型社會(huì)的發(fā)展奠定良好的基礎(chǔ)。
關(guān)鍵詞：
集成化；樓宇電氣設(shè)備；監(jiān)控系統(tǒng)
1集成化的樓宇電氣設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)的現(xiàn)狀
自上世紀(jì)八十年代，樓宇電氣設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)在國(guó)內(nèi)得到廣泛應(yīng)用。此系統(tǒng)的構(gòu)建機(jī)制是依附于差異化功能系統(tǒng)予以區(qū)分，也就是電氣設(shè)備的構(gòu)建及管理分為兩個(gè)體系，同時(shí)設(shè)計(jì)以及施工直到完成所有過程，即經(jīng)差異化的施工單位所完成。這就導(dǎo)致了下述問題：（1）因?yàn)樯a(chǎn)商存在差異，造成設(shè)備間出現(xiàn)不兼容現(xiàn)象，因此造成系統(tǒng)交互過程出現(xiàn)問題；（2）因?yàn)樽酉到y(tǒng)的功能存在差異，同時(shí)系統(tǒng)之間存在獨(dú)立特性，造成資源在予以互換時(shí)出現(xiàn)問題。此類構(gòu)建舉措致使樓宇的電氣設(shè)備在使用環(huán)節(jié)存在隱患。所以集成化的樓宇電氣設(shè)備需要每一個(gè)子系統(tǒng)結(jié)構(gòu)互同，協(xié)議與接口也要有統(tǒng)一的指標(biāo)，因此規(guī)避子系統(tǒng)互聯(lián)與硬件設(shè)施互操作所存在的弊病，達(dá)到資源與信息共享的目的。
2集成化的樓宇電氣設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
集成化的樓宇電氣設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)的功能室能夠控制管理樓宇中的給排水、空調(diào)以及照明等電氣設(shè)施。為確保樓宇的電氣設(shè)備可靠運(yùn)行，我們要深化軟硬件的穩(wěn)定性。舉例說明，為樓宇實(shí)施最簡(jiǎn)單的供電及配電過程中，我們要保障電路與電流的穩(wěn)定。同時(shí)對(duì)升降壓設(shè)施溫度指標(biāo)，電流的穩(wěn)定性等因素都要予以實(shí)時(shí)的管理及檢測(cè)。為匹配于可持續(xù)發(fā)展的相關(guān)需要，樓宇要側(cè)重于節(jié)能減排，樓宇能耗主要來源于空調(diào)、照明以及供暖等電氣設(shè)施，為控制資源浪費(fèi)，對(duì)集成化的樓宇電氣系統(tǒng)控制的研究勢(shì)在必行。舉例說明在樓宇內(nèi)，我們要對(duì)衛(wèi)生間、走廊以及停車場(chǎng)等地予以電路設(shè)計(jì)，可以擇取聲控傳感設(shè)備；同時(shí)擬定相匹配的電路監(jiān)測(cè)，予以各水位及壓力的控制，達(dá)到節(jié)能控制的基本要求；針對(duì)空調(diào)系統(tǒng)，設(shè)計(jì)完善的啟動(dòng)與停止控制系統(tǒng)，不但可以減少樓宇的負(fù)荷，同時(shí)可以達(dá)到節(jié)能減排的要求。
3集成化的樓宇電氣設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)
集成化樓宇電氣設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)，是把電氣監(jiān)控系統(tǒng)與智能化控制進(jìn)行有機(jī)的結(jié)合，自動(dòng)檢測(cè)樓宇的基礎(chǔ)電氣設(shè)施，同時(shí)予以控制及保護(hù)，舉例說明，供配電系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)，檢測(cè)過程可以利用通信系統(tǒng)的綜合性以及自動(dòng)性，為信息與資源的共享奠定良好的基礎(chǔ)；而且，通過互聯(lián)網(wǎng)，對(duì)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)外的資源與予以全面利用，因此達(dá)到自動(dòng)化與集成化的要求，可以很好的為信息集成提供依據(jù)；經(jīng)上述舉措，能夠?qū)崿F(xiàn)電氣設(shè)施的集成化管理，而且最大化的節(jié)能。在監(jiān)督合控制功能的基礎(chǔ)上，達(dá)到全面監(jiān)視樓宇內(nèi)電氣設(shè)備的工作情況，我們要予以參數(shù)采集。因?yàn)樵趯?shí)施參數(shù)收集與監(jiān)控要經(jīng)通信對(duì)參數(shù)予以傳輸，此措施不但有遠(yuǎn)程通信的優(yōu)勢(shì)，同時(shí)還具有一定的廣度。在此環(huán)節(jié)，要予以大量的參數(shù)處理。因?yàn)榫哂幸欢ǖ谋O(jiān)控廣度，參數(shù)存在繁瑣的特性，所以不能只追求響應(yīng)速度，在求得響應(yīng)速度的基礎(chǔ)上要確保全硬件的監(jiān)控有效性，而且，要保障系統(tǒng)的穩(wěn)定性。
4集成化的樓宇電氣設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一些建議
站在行業(yè)角度來分析，全面利用現(xiàn)前沿的技術(shù)，對(duì)常規(guī)技術(shù)實(shí)施改造。舉例說明，把信息技術(shù)與集成化技術(shù)進(jìn)行有機(jī)結(jié)合，對(duì)常規(guī)的電氣產(chǎn)業(yè)予以智能化的改造。空調(diào)與配電設(shè)施經(jīng)改進(jìn)后會(huì)有自動(dòng)監(jiān)測(cè)及控制功能；綜合建筑內(nèi)，把一些設(shè)備予以聯(lián)網(wǎng)改造，能夠達(dá)到集成化管理的要求。為匹配于科技的發(fā)展，一些生產(chǎn)廠房在予以樓宇電氣設(shè)備的生產(chǎn)過程中，進(jìn)行了一系列功能完善，其中包括空調(diào)的生產(chǎn)。在配電設(shè)施的智能化功能方面，能夠在常規(guī)的基礎(chǔ)上，深化智能化的檢測(cè)控制系統(tǒng)，這樣不但能夠具備基礎(chǔ)功能，還可以傳輸相關(guān)電量參數(shù)，同時(shí)予以遠(yuǎn)程控制設(shè)備。常規(guī)的空調(diào)設(shè)施以及配電設(shè)施等加裝智能化系統(tǒng)，所生產(chǎn)的產(chǎn)品本身具備智能化的監(jiān)控功能，在樓宇應(yīng)用過程，無需設(shè)置BA系統(tǒng)，僅將設(shè)備予以聯(lián)網(wǎng)，就能夠?qū)崿F(xiàn)集中管理的電氣設(shè)備自控系統(tǒng)?，F(xiàn)階段一些大型的樓宇電氣設(shè)備生產(chǎn)企業(yè)已經(jīng)以此為側(cè)重點(diǎn)予以研究，比如空調(diào)冷機(jī)廠商，目前的產(chǎn)品大部分均為具有智能化控制系統(tǒng)的設(shè)施，其控制設(shè)施能夠?qū)λ性O(shè)備予以整體的監(jiān)控，所控制的設(shè)備其中涵蓋冷水出口溫度、壓縮機(jī)、冷卻水出口溫度、冷水入口溫度、閥門開度、冷卻水入口溫度與冷凍泵等設(shè)施，經(jīng)整體開、?？刂?，達(dá)到啟動(dòng)速度快與停機(jī)時(shí)間縮減的目的，可以解決耗能，深化了中央空調(diào)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。而且實(shí)施各機(jī)組間設(shè)備的啟、停具有連鎖及時(shí)間順序控制、相關(guān)機(jī)組運(yùn)行時(shí)間自動(dòng)調(diào)節(jié)，同時(shí)可以確保機(jī)組的穩(wěn)定運(yùn)行，對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)予以了保護(hù)。對(duì)相關(guān)參數(shù)予以長(zhǎng)久的在線儲(chǔ)存，構(gòu)建歷史報(bào)表以及歷史趨勢(shì)指標(biāo)。重要的參數(shù)能夠經(jīng)網(wǎng)絡(luò)傳輸至控制中心，在控制中心予以遙控等操作，具有智能化特點(diǎn)，具備BA系統(tǒng)所有的監(jiān)控及管理功能，同時(shí)較之常規(guī)的樓控系統(tǒng)對(duì)設(shè)備的管理更為全面。舉例說明，智能化的開關(guān)配電設(shè)施，是在常規(guī)的開關(guān)柜上，予以智能化系統(tǒng)的完善，在常規(guī)配電柜的先決條件上架設(shè)了智能化的監(jiān)控模式，不僅能夠?qū)崿F(xiàn)常規(guī)BA系統(tǒng)的電量參數(shù)傳輸以及交流接觸設(shè)備遠(yuǎn)程控制等功能，同時(shí)還具備常規(guī)BA系統(tǒng)所沒有的管理功能，其中包括故障錄波等，使設(shè)施趨于全智能化，同時(shí)使配電柜本身具備遠(yuǎn)程監(jiān)控能力，這樣就能夠在中心控制室內(nèi)對(duì)配電設(shè)施予以整體性管理。在柜電柜、冷凍機(jī)以及電梯等設(shè)備上，現(xiàn)階段很多產(chǎn)品都已具有一定程度的智能化控制，不過在相關(guān)動(dòng)力以及組合式空調(diào)機(jī)控制等，自身具備智能化系統(tǒng)的設(shè)施現(xiàn)階段還較少，如一臺(tái)組合式的中央空調(diào)機(jī)組，其予以室內(nèi)溫度以及濕度收集，同時(shí)和設(shè)定的溫度與濕度進(jìn)行對(duì)比，依附于公式，對(duì)相關(guān)加熱器、調(diào)節(jié)閥以及加濕器等設(shè)施予以控制，調(diào)節(jié)溫度、濕度，以達(dá)到相關(guān)需要，上述功能已然要利用加裝的BA系統(tǒng)完成。而很多空調(diào)及電氣設(shè)施在一幢大廈內(nèi)，具有分布零散的特性，所以，需要加裝安裝的BA系統(tǒng)對(duì)其予以整體的管理?？照{(diào)以及電氣設(shè)施制造企業(yè)在此類產(chǎn)品中，已然有一定的開發(fā)空間，所以要深化智能化系統(tǒng)在上述設(shè)備中的應(yīng)用價(jià)值。目前各廠商所開發(fā)具有智能化控制系統(tǒng)的樓宇電氣設(shè)備，在應(yīng)用環(huán)節(jié)，怎樣將相關(guān)電氣系統(tǒng)集中至一個(gè)建筑設(shè)施監(jiān)控體系的平臺(tái)中，是亟待解決的一個(gè)內(nèi)容。要達(dá)到相關(guān)電氣設(shè)備的集成，那么就要在研發(fā)智能樓宇電氣設(shè)備過程中，全面顧及到設(shè)備要具備一個(gè)指標(biāo)化的終端接口。例如產(chǎn)品接口支持微軟OPC功能，這是一類相對(duì)理想的解決措施。OPC功能能夠經(jīng)軟件在中央控制系統(tǒng)上對(duì)下屬系統(tǒng)OPC接口予以參數(shù)交互，僅需向集成用戶出示接口技術(shù)的相關(guān)規(guī)格以及說明即可，在此基礎(chǔ)上用戶經(jīng)接口軟件通過監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)系統(tǒng)予以網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控。只要在產(chǎn)品研發(fā)過程中顧及到此類接口功能，那各廠家的設(shè)施就可以十分方便的集成到一起，進(jìn)而達(dá)到建筑設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)的相關(guān)需要。擇取指標(biāo)化的現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)實(shí)施樓宇電氣設(shè)備及集成，這也是未來發(fā)展的大趨勢(shì)。在研發(fā)樓宇電氣設(shè)備過程中，各電氣系統(tǒng)全部依附于指標(biāo)的現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)予以設(shè)計(jì)，這樣能夠便捷各廠商的設(shè)備的集成。如通過LONWORKS技術(shù)的智能樓宇電氣設(shè)備，只要匹配于LONMARK認(rèn)證指標(biāo)，則相關(guān)系統(tǒng)就能夠很便捷的集成至一個(gè)平臺(tái)，進(jìn)而達(dá)到建筑設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)的相關(guān)需要。近年來有一些產(chǎn)品匹配于LONMAR論證，空調(diào)設(shè)備與配電系統(tǒng)等廠商在研發(fā)產(chǎn)品的過程，要盡可以應(yīng)用此技術(shù)。
5總結(jié)
綜上所述，為確保樓宇的電氣設(shè)備可靠運(yùn)行，我們要深化軟硬件的穩(wěn)定性。舉例說明，為樓宇實(shí)施最簡(jiǎn)單的供電及配電過程中，我們要保障電路與電流的穩(wěn)定。同時(shí)對(duì)升降壓設(shè)施溫度指標(biāo)，電流的穩(wěn)定性等因素都要予以實(shí)時(shí)的管理及檢測(cè)。為達(dá)到可持續(xù)發(fā)展的相關(guān)需要，樓宇要側(cè)重于節(jié)能減排，樓宇能耗主要來源于空調(diào)、照明以及供暖等電氣設(shè)施，為控制資源浪費(fèi)，對(duì)集成化的樓宇電氣系統(tǒng)控制的研究勢(shì)在必行。把電氣監(jiān)控系統(tǒng)與智能化控制進(jìn)行有機(jī)的結(jié)合，自動(dòng)檢測(cè)樓宇的基礎(chǔ)電氣設(shè)施，同時(shí)予以控制及保護(hù)，舉例說明，供配電系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)，檢測(cè)過程可以利用通信系統(tǒng)的綜合性以及自動(dòng)性，為信息與資源的共享奠定良好的基礎(chǔ)；而且，通過互聯(lián)網(wǎng)，對(duì)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)外的資源與予以全面利用，因此達(dá)到自動(dòng)化與集成化的要求，可以很好的為信息集成提供依據(jù)；經(jīng)上述舉措，能夠?qū)崿F(xiàn)電氣設(shè)施的集成化管理。因?yàn)樵趯?shí)施參數(shù)收集與監(jiān)控要經(jīng)通信對(duì)參數(shù)予以傳輸，此措施不但有遠(yuǎn)程通信的優(yōu)勢(shì)，同時(shí)還具有一定的廣度。在此環(huán)節(jié)，要予以大量的參數(shù)處理。因?yàn)榫哂幸欢ǖ谋O(jiān)控廣度，參數(shù)存在繁瑣的特性，所以不能只追求響應(yīng)速度，在求得響應(yīng)速度的基礎(chǔ)上要確保全硬件的監(jiān)控有效性?，F(xiàn)階段很多產(chǎn)品都已具有一定程度的智能化控制，不過在相關(guān)動(dòng)力以及組合式空調(diào)機(jī)控制等，自身具備智能化系統(tǒng)的設(shè)施現(xiàn)階段還較少，如一臺(tái)組合式的中央空調(diào)機(jī)組，其予以室內(nèi)溫度以及濕度收集，同時(shí)和設(shè)定的溫度與濕度進(jìn)行對(duì)比，依附于公式，對(duì)相關(guān)加熱器、調(diào)節(jié)閥以及加濕器等設(shè)施予以控制，調(diào)節(jié)溫度、濕度，以達(dá)到相關(guān)需要，上述功能已然要利用加裝的BA系統(tǒng)完成?？照{(diào)與配電設(shè)施經(jīng)改進(jìn)后會(huì)有自動(dòng)監(jiān)測(cè)及控制功能；綜合建筑內(nèi)，把一些設(shè)備予以聯(lián)網(wǎng)改造，能夠達(dá)到集成化管理的要求。為匹配于科技的發(fā)展，一些生產(chǎn)廠房在予以樓宇電氣設(shè)備的生產(chǎn)過程中，進(jìn)行了一系列功能完善，其中包括空調(diào)的生產(chǎn)。而很多空調(diào)及電氣設(shè)施在一幢大廈內(nèi)，具有分布零散的特性，所以，需要加裝安裝的BA系統(tǒng)對(duì)其予以整體的管理。在柜電柜、冷凍機(jī)以及電梯等設(shè)備上，現(xiàn)階段很多產(chǎn)品都已具有一定程度的智能化控制，不過在相關(guān)動(dòng)力以及組合式空調(diào)機(jī)控制等，自身具備智能化系統(tǒng)的設(shè)施現(xiàn)階段還較少。要達(dá)到相關(guān)電氣設(shè)備的集成，那么就要在研發(fā)智能樓宇電氣設(shè)備過程中，全面顧及到設(shè)備要具備一個(gè)指標(biāo)化的終端接口。
參考文獻(xiàn)：
[1]宏文;消防電子產(chǎn)品和通信技術(shù)的研究基地——科研所研究成果介紹之二[J];消防科學(xué)與技術(shù);2015年04期
[2]河南金融管理干部學(xué)院計(jì)算機(jī)教研室陳學(xué)軍河南省華興建設(shè)監(jiān)理公司孫向陽;從模擬到數(shù)字[N];網(wǎng)絡(luò)世界;2013年
[3]馮玉萍;由天津萬麗賓館施工圖設(shè)計(jì)引發(fā)——對(duì)建筑施工圖設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)問題的思考[J];工程建設(shè)與設(shè)計(jì);2014年S1期
[4]吳成富;楊雪玲;李炳林;陳紹偉;當(dāng)前民用建筑施工圖設(shè)計(jì)中的常見問題與思考[J];廣東建材;2011年05期
[5]趙起升,朱靜孫,王平;智能建筑中的樓宇自動(dòng)化設(shè)計(jì)及其應(yīng)用[J];華中科技大學(xué)學(xué)報(bào)(城市科學(xué)版);2013年03期
[6]吳國(guó)松;周水興;顧安邦;立交橋異形塊集成CAD系統(tǒng)的開發(fā)思路和技術(shù)關(guān)鍵[A];中國(guó)土木工程學(xué)會(huì)橋梁及結(jié)構(gòu)工程學(xué)會(huì)第十三屆年會(huì)論文集（下冊(cè)）[C];2015年
[7]敖清;石洞;童頫;CAD專家系統(tǒng)工具ESTEA的初建——圖形功能與系統(tǒng)集成環(huán)境的實(shí)現(xiàn)[A];中國(guó)土木工程學(xué)會(huì)橋梁及結(jié)構(gòu)工程學(xué)會(huì)第十二屆年會(huì)論文集（下冊(cè)）[C];2012年
[8]齊笑;爭(zhēng)做一流的樓宇自控產(chǎn)品生產(chǎn)廠商——訪北京信和瑞豐科技有限公司總經(jīng)理姜永東[J];智能建筑;2013年02期
早在1988年，Peter Drucker就在《即將到來的新組織》一書中預(yù)言，“對(duì)一個(gè)組織來說，最重要的是該組織所擁有的知識(shí)資源，對(duì)其加以有效管理是組織成功的最關(guān)鍵因素?！盵1]學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)是人才和知識(shí)的集中地，收集、管理、利用其成員在學(xué)術(shù)科研等多方面的高質(zhì)量數(shù)字信息資源，對(duì)增強(qiáng)機(jī)構(gòu)實(shí)力、贏取競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)等都具有重要意義。時(shí)至今日，各學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)成員可在互聯(lián)網(wǎng)上以各種方式發(fā)表、傳播和交流學(xué)術(shù)信息，這給組織、管理這部分信息帶來了相當(dāng)大的困難的同時(shí)，傳統(tǒng)出版模式的局限性也日趨明顯，不利于學(xué)術(shù)交流的開展。有鑒于此，2001年，俄亥俄州立大學(xué)的高級(jí)行政官員和該館館長(zhǎng)布蘭寧(Joseph J.Branin)在探討開開發(fā)遠(yuǎn)程教育體系時(shí)，提出并著手建立俄亥俄州立大學(xué)知識(shí)庫(Ohio State University Knowledge Bank)，以保存該校師生員工的數(shù)字知識(shí)資源，這也成為機(jī)構(gòu)庫（Institutional Repository，以下簡(jiǎn)稱IR）最初的雛形。2002年，麻省理工大學(xué)(Massachusetts Institute of Technology，MIT)和惠普公司(Hewlett-Packard Corporation)合作推出DSpace，宣告IR的正式誕生。同年，在“第六屆歐洲數(shù)字圖書館先進(jìn)技術(shù)研討會(huì)”上，MacKenzie Smith做了《DSpace：來自MIT圖書館和惠普實(shí)驗(yàn)室的機(jī)構(gòu)庫》的學(xué)術(shù)報(bào)告，詳細(xì)介紹了DSpace的構(gòu)建原理、運(yùn)行情況及在開放學(xué)術(shù)交流和數(shù)字資源長(zhǎng)期保存中的重要作用[2]，這一報(bào)告引起了各國(guó)學(xué)者的關(guān)注，也促成了世界范圍內(nèi)關(guān)于IR的大規(guī)模理論與實(shí)踐研究。
2 機(jī)構(gòu)庫的定義
關(guān)于IR，目前尚無統(tǒng)一的定義，比較有代表性的兩種觀點(diǎn)是：
(1)美國(guó)網(wǎng)絡(luò)信息聯(lián)盟(Coalition for Networked Information)的常務(wù)董事Clifford Lynch認(rèn)為，IR是指大學(xué)為方便其共同體組織、整理、存儲(chǔ)和利用師生員工相關(guān)的數(shù)字知識(shí)資源而提供的一系列服務(wù)[3]。此定義強(qiáng)調(diào)IR的目的是為用戶提供一系列服務(wù)，但服務(wù)對(duì)象局限于IR所屬的機(jī)構(gòu)成員，服務(wù)的目的是協(xié)助大學(xué)共同體組織、利用其師生員工的數(shù)字知識(shí)資源。
(2)加拿大研究圖書館協(xié)會(huì)(Canadian Association of Research Libraries，CARL)則提出，所謂IR就是指搜集、存儲(chǔ)學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)成員的知識(shí)資源，并提供檢索的數(shù)字知識(shí)庫，同時(shí)認(rèn)為IR可以作為一個(gè)全球知識(shí)庫的子庫，為世界范圍內(nèi)的網(wǎng)絡(luò)用戶服務(wù)[4]。此定義認(rèn)為IR是一個(gè)聚集數(shù)字信息資源的知識(shí)庫，其資源對(duì)任何國(guó)家的所有網(wǎng)絡(luò)用戶開放，但該定義遺漏了一個(gè)重要的內(nèi)容，即IR中的絕大部分資源可免費(fèi)獲取。
據(jù)此，筆者認(rèn)為：所謂IR，就是以搜集、組織、存儲(chǔ)學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)（大學(xué)、大學(xué)共同體等）相關(guān)數(shù)字知識(shí)資源為主要任務(wù)，并將其中絕大部分資源對(duì)任何網(wǎng)絡(luò)用戶免費(fèi)開放的知識(shí)庫。
3 機(jī)構(gòu)庫產(chǎn)生的原因及其主要特點(diǎn)
2.1 機(jī)構(gòu)庫產(chǎn)生的原因
IR之所以在人類剛跨進(jìn)21世紀(jì)的時(shí)候興起，原因是多方面的，但最為根本的原因在于：
(1)網(wǎng)絡(luò)給信息組織帶來的困難。網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下，學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)成員可以通過各種方式（如個(gè)人網(wǎng)站、blog等）在互聯(lián)網(wǎng)上發(fā)表、傳遞各種學(xué)術(shù)信息資源，據(jù)MIT的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表示，43%的學(xué)者會(huì)把預(yù)印本(preprint)上載到個(gè)人網(wǎng)站上，60%的人則通過e-mail傳遞預(yù)印本文獻(xiàn)[5]。發(fā)表、傳遞方式的多樣性雖然在一定程度上促進(jìn)了學(xué)術(shù)交流，但由于這些方式的隨意性太強(qiáng)，使得搜集、組織、存儲(chǔ)、利用某一學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)的知識(shí)資源就相當(dāng)困難，給相關(guān)機(jī)構(gòu)造成難以估量的損失。這也是建立IR最根本的原因。
(2)傳統(tǒng)的期刊出版模式帶來了學(xué)術(shù)交流障礙。近年來，隨著出版機(jī)構(gòu)的兼并和商業(yè)化，期刊價(jià)格大幅度攀升，大大超過了圖書館經(jīng)費(fèi)所能承受的范圍。美國(guó)研究圖書館協(xié)會(huì)(Association of Research Libraries，ARL)的統(tǒng)計(jì)表明，在1986-2000年之間，科學(xué)、技術(shù)和醫(yī)學(xué)方面的學(xué)術(shù)期刊價(jià)格增長(zhǎng)了226%，同期商品零售價(jià)格指數(shù)增長(zhǎng)幅度為57%，在此期間，圖書館購買期刊的經(jīng)費(fèi)增長(zhǎng)了192%，但購買的期刊品種卻下降了7%[6]。雖然圖書館也嘗試通過館際互借、加大數(shù)據(jù)庫的購買力度、遠(yuǎn)程文獻(xiàn)傳遞等措施來緩解經(jīng)費(fèi)短缺的壓力，但效果并不理想，也沒有從根本上解決學(xué)術(shù)交流的問題，從而促使人們思考傳統(tǒng)的期刊出版模式之不足，并探討新的方式以促進(jìn)學(xué)術(shù)交流。
(3)網(wǎng)格技術(shù)和開放源代碼的推動(dòng)。網(wǎng)格計(jì)算源于元計(jì)算(Metacomputing)，其初衷是將分布的多臺(tái)超級(jí)計(jì)算機(jī)連接成為一個(gè)可遠(yuǎn)程控制和訪問的元計(jì)算系統(tǒng)，網(wǎng)格體系根據(jù)高速和共享兩大特征，正在不斷向基于更大的網(wǎng)、共享更多的資源、構(gòu)建更大的計(jì)算能力的目標(biāo)邁進(jìn)。網(wǎng)格技術(shù)將有助于解決大并發(fā)量訪問、海量信息檢索以及資源共享等方面的技術(shù)問題。而開放源代碼的意義則在于將人類大量寶貴的創(chuàng)造力從“重復(fù)創(chuàng)造”中解放出來。近年來，開放源代碼在數(shù)字圖書館領(lǐng)域的應(yīng)用已經(jīng)相當(dāng)普遍。美國(guó)的OCLC，英國(guó)的UKOLN，以及新西蘭的DL項(xiàng)目都是圖情領(lǐng)域推動(dòng)開放源代碼應(yīng)用的代表[7]。網(wǎng)格技術(shù)和開放源代碼為IR的建立奠定了關(guān)鍵的技術(shù)基礎(chǔ)，使IR思想的實(shí)現(xiàn)和快速發(fā)展成為可能。
3.2 機(jī)構(gòu)庫的特點(diǎn)
(1)綜合性。IR不僅包括常見的研究性學(xué)術(shù)資源，如期刊論文、電子預(yù)印文本、技術(shù)報(bào)告、會(huì)議論文、學(xué)位論文、數(shù)據(jù)庫及數(shù)字圖書館資源，還包括部分學(xué)術(shù)數(shù)據(jù)庫所不收錄但又具有較高價(jià)值的資源，如工作文件、圖像、音頻和視頻文件、學(xué)習(xí)資料等[8]。這樣IR即可全面系統(tǒng)地反映所屬學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)的教學(xué)和科研成果，不僅有利于分析自身教學(xué)、科研的優(yōu)勢(shì)與不足，衡量現(xiàn)有的研究水平和明確今后的發(fā)展方向，還可作為對(duì)外展示其綜合實(shí)力的窗口，以提高該學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)的知名度和影響力。
關(guān)鍵詞：強(qiáng)化培訓(xùn)；光學(xué)工程；虛擬儀器
中圖分類號(hào)：G642.2文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1671―1580（2014）01―0046―03
一、引言
碩士研究生教育是我國(guó)教育體系中培養(yǎng)高層次人才的重要環(huán)節(jié)，肩負(fù)著培養(yǎng)高素質(zhì)、創(chuàng)新性人才的重任，對(duì)于提高我國(guó)綜合實(shí)力和實(shí)現(xiàn)民族復(fù)興有著至關(guān)重要的影響。我國(guó)碩士研究生教育經(jīng)過幾十年的發(fā)展，在教學(xué)觀念、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法和考核方式等方面有了長(zhǎng)足進(jìn)步，取得了斐然的成績(jī)，培養(yǎng)了大批優(yōu)秀專業(yè)人才。碩士研究生教育是由基礎(chǔ)課程教學(xué)、課程考核、社會(huì)實(shí)踐和學(xué)位論文等諸多環(huán)節(jié)組成的一個(gè)縝密、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹R(shí)架構(gòu)和體系，它直接服務(wù)于研究生培養(yǎng)目標(biāo)。為了提升碩士研究生培養(yǎng)質(zhì)量，各研究生培養(yǎng)單位采取優(yōu)化頂層設(shè)計(jì)、深化教學(xué)內(nèi)容改革、豐富教學(xué)方法和強(qiáng)化學(xué)位論文研究等多種手段。
國(guó)防科學(xué)技術(shù)大學(xué)為推進(jìn)研究生培育機(jī)制創(chuàng)新，深化教學(xué)模式改革，促進(jìn)拔尖創(chuàng)新人才培養(yǎng)啟動(dòng)了“碩士研究生強(qiáng)化培訓(xùn)計(jì)劃”。計(jì)劃以滿足“拔尖創(chuàng)新人才成長(zhǎng)需求，以夯實(shí)數(shù)理基礎(chǔ)，培養(yǎng)實(shí)踐技能，提升外語水平，拓展學(xué)術(shù)視野，強(qiáng)化創(chuàng)新能力”為主要著眼點(diǎn)，進(jìn)行專題性強(qiáng)化培養(yǎng)，為拔尖創(chuàng)新人才脫穎而出奠定基礎(chǔ)。本論文以主要面向光學(xué)工程專業(yè)碩士研究生的《虛擬光電儀器與綜合實(shí)驗(yàn)》強(qiáng)化培訓(xùn)課程建設(shè)實(shí)踐為例，從碩士研究生強(qiáng)化培訓(xùn)課程設(shè)立的必要性、教學(xué)內(nèi)容選擇和教學(xué)過程應(yīng)注意問題等幾個(gè)方面探索碩士研究生強(qiáng)化培訓(xùn)課程建設(shè)。
二、碩士研究生強(qiáng)化培訓(xùn)課程設(shè)立的必要性
多年來，國(guó)內(nèi)研究生培養(yǎng)單位對(duì)碩士研究生課程教育進(jìn)行了有益的創(chuàng)新和改革，在教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)模式方面取得了巨大的進(jìn)步，但是仍然存在一些不足。首先，碩士研究生課程學(xué)習(xí)中知識(shí)性課程仍偏多，實(shí)踐性課程偏少。我校光學(xué)工程一級(jí)學(xué)科碩士研究生培養(yǎng)方案中課程學(xué)習(xí)要求24個(gè)學(xué)分，其中實(shí)驗(yàn)課程僅3個(gè)學(xué)分，可選的課程也只有2門。這導(dǎo)致一般碩士研究生在專業(yè)實(shí)踐能力上培訓(xùn)不足，在進(jìn)入課題研究時(shí)，對(duì)專業(yè)研究所需的重要手段、實(shí)驗(yàn)儀器和實(shí)驗(yàn)技術(shù)掌握不夠，致使部分研究生課題開展前期進(jìn)展緩慢。其次，課程設(shè)置普遍性較強(qiáng)，針對(duì)性不夠。近年來，國(guó)內(nèi)研究生培養(yǎng)單位鼓勵(lì)跨學(xué)科人才培養(yǎng)，碩士研究生的來源比本科生和博士生都要復(fù)雜，學(xué)生經(jīng)歷也千差萬別。有些學(xué)生在本科階段即經(jīng)過了創(chuàng)新實(shí)踐訓(xùn)練，動(dòng)手能力較強(qiáng)，而有些學(xué)生則完全沒有基礎(chǔ)。跨專業(yè)報(bào)考學(xué)員對(duì)本專業(yè)知識(shí)了解較少，部分導(dǎo)師會(huì)要求學(xué)生選修部分本科生課程來彌補(bǔ)專業(yè)知識(shí)的缺失。面對(duì)不同知識(shí)結(jié)構(gòu)和能力層次的生源，我們?nèi)狈σ虿氖┙痰慕虒W(xué)內(nèi)容和方案設(shè)計(jì)。第三，教學(xué)內(nèi)容與前沿技術(shù)脫節(jié)。碩士研究生課程內(nèi)容以基礎(chǔ)專業(yè)知識(shí)為主，雖然有部分涉及學(xué)科前沿的800級(jí)課程，但多為介紹性質(zhì)，而相應(yīng)的研究手段、測(cè)試技術(shù)以及實(shí)驗(yàn)方法幾乎沒有涉及。碩士研究生了解和掌握的學(xué)科研究技術(shù)與實(shí)驗(yàn)室實(shí)際使用的技術(shù)存在較大差別。
產(chǎn)生以上不足的主要原因是：現(xiàn)有課程體系靈活性不足，培養(yǎng)方案與教學(xué)內(nèi)容改革通常要求一定的穩(wěn)定性，改革還具有一定的周期性，因此最新的學(xué)科發(fā)展成果不可能及時(shí)在教學(xué)中得到體現(xiàn)；其次，研究生進(jìn)入課題后的研究方向比較分散，不是所有學(xué)員都對(duì)某方面技術(shù)感興趣，組織開課比較困難；另外，最新的科學(xué)儀器和實(shí)驗(yàn)技術(shù)通常價(jià)格昂貴、數(shù)量有限，科研工作安排也非常繁重，科研人員一般不愿將其投入到教學(xué)中去。
但是我校碩士研究生的研究課題通常以教研室當(dāng)前項(xiàng)目為依托，一般要應(yīng)用到最新的實(shí)驗(yàn)儀器、測(cè)試手段和研究方法。而這些學(xué)員又沒有得到培訓(xùn)，這就造成了課程學(xué)習(xí)與課題研究之間的脫節(jié)。學(xué)員需要較長(zhǎng)時(shí)間，通過邊干邊學(xué)的形式逐步掌握。但是這種方法的不足是培訓(xùn)效率低，學(xué)員進(jìn)入角色慢，加之碩士研究生課題研究時(shí)間有限，在掌握專門技術(shù)后用于真正課題研究的時(shí)間就不足了。我們調(diào)研了英國(guó)南安普頓大學(xué)的光電研究中心和加拿大渥太華大學(xué)的物理系對(duì)研究生的培養(yǎng)情況，發(fā)現(xiàn)他們研究生跨學(xué)科的現(xiàn)象較為普遍，但是不少跨學(xué)科研究生可以在較短的時(shí)間內(nèi)進(jìn)行獨(dú)立研究，并取得較好的成績(jī)，這與他們?cè)谘芯可雽W(xué)后的專題技術(shù)培訓(xùn)有關(guān)。他們采取的措施是針對(duì)研究生課題研究中可能用到的實(shí)驗(yàn)技術(shù)和科學(xué)儀器，結(jié)合前沿研究?jī)?nèi)容開展集中培訓(xùn)。該培訓(xùn)既可以讓學(xué)員在短時(shí)間內(nèi)對(duì)研究室的研究?jī)?nèi)容有一個(gè)深入了解，又可掌握最新的實(shí)驗(yàn)技術(shù)和科學(xué)儀器。學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中不僅可以對(duì)以往知識(shí)進(jìn)行復(fù)習(xí)整理，更重要的是可以學(xué)習(xí)如何將所學(xué)知識(shí)應(yīng)用到實(shí)踐中去解決問題，同時(shí)對(duì)知識(shí)的了解更加深刻，因此學(xué)生學(xué)習(xí)積極性很高。
三、碩士研究生強(qiáng)化培訓(xùn)課程教學(xué)內(nèi)容的設(shè)計(jì)及案例分析
1.基礎(chǔ)性
強(qiáng)化培訓(xùn)課程雖然是一種專題培訓(xùn)，但目標(biāo)是針對(duì)特定學(xué)生群體的能力培養(yǎng)，而不僅僅是教一些具體的技巧。同時(shí)為了擴(kuò)大收益面，應(yīng)盡量選擇適合面更廣的教學(xué)內(nèi)容。我們?cè)凇短摂M光電儀器與綜合實(shí)驗(yàn)》碩士研究生強(qiáng)化培訓(xùn)課程內(nèi)容選擇過程中，通過調(diào)研發(fā)現(xiàn)，雖然我們光學(xué)工程的學(xué)員在本科階段都學(xué)習(xí)過c、fortran等編程語言，但不少學(xué)員從來沒有利用這些語言解決一個(gè)實(shí)踐問題。究其原因是因?yàn)檫@些語言與硬件結(jié)合困難，例如在實(shí)際工作中學(xué)員往往會(huì)選用單片機(jī)、DSP或FPGA來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集和設(shè)備控制，完成這一任務(wù)需經(jīng)歷硬件知識(shí)學(xué)習(xí)、電路制作及軟件編程等幾個(gè)階段，同時(shí)要開發(fā)硬件，導(dǎo)致開發(fā)周期長(zhǎng)，甚至?xí)尣糠謱W(xué)員望而卻步。虛擬儀器技術(shù)是利用高性能的模塊化硬件結(jié)合高效靈活的軟件來完成各種測(cè)試、測(cè)量和自動(dòng)化的應(yīng)用。LabVIEW是集成高效軟件和模塊化硬件的開發(fā)平臺(tái)，可以充分發(fā)揮虛擬儀器技術(shù)性能高、擴(kuò)展性強(qiáng)和開發(fā)時(shí)間短的優(yōu)勢(shì)。碩士研究生如果掌握了基于LabVIEW的虛擬儀器技術(shù)，配合必要的硬件模塊，對(duì)于完成課題研究將會(huì)有很大幫助。因此，我們選擇基于LabVIEW的虛擬儀器技術(shù)作為強(qiáng)化培訓(xùn)課程的基礎(chǔ)內(nèi)容，并以此為基礎(chǔ)開展專業(yè)實(shí)驗(yàn)儀器和測(cè)量技術(shù)的教學(xué)工作。
2.實(shí)踐性
在目前，我國(guó)研究生教育的教學(xué)方式主要以課堂授課為主，多認(rèn)同性而缺乏創(chuàng)造性。分析原因，除了長(zhǎng)期“單向灌輸式”教育方式的慣性外，硬件制約也是非常重要的因素。一方面研究生專業(yè)方向多，實(shí)驗(yàn)儀器要求多樣，使得配備實(shí)驗(yàn)設(shè)備困難。加之儀器設(shè)備更新速度較快，易使實(shí)驗(yàn)設(shè)備過時(shí)。另一方面，這些年碩士研究生招生規(guī)模不斷擴(kuò)大，使得實(shí)驗(yàn)條件更難滿足需求，最終導(dǎo)致碩士研究生教學(xué)的實(shí)踐性較差?！短摂M光電儀器與綜合實(shí)驗(yàn)》強(qiáng)化培訓(xùn)課程的目的就是要培養(yǎng)碩士研究生的創(chuàng)新實(shí)踐能力，為開展研究生課題研究奠定技術(shù)基礎(chǔ)，因此非常重視實(shí)踐性，要求每次課都有操作或練習(xí)內(nèi)容。利用虛擬儀器技術(shù)的模塊化硬件可以大大降低學(xué)生實(shí)踐操作所需的成本，縮短實(shí)驗(yàn)的時(shí)間。在講授數(shù)據(jù)采集技術(shù)時(shí)，我們購置了一批NI公司的MyDAQ多功能數(shù)據(jù)采集卡，并結(jié)合實(shí)驗(yàn)室已有數(shù)據(jù)采集設(shè)備，保證上課的學(xué)生都可以動(dòng)手操作，甚至可以把設(shè)備帶回去繼續(xù)練習(xí)。在儀器控制與遠(yuǎn)程通訊教學(xué)過程中，我們?yōu)閷W(xué)員筆記本電腦配備了USB轉(zhuǎn)RS232數(shù)據(jù)線，使學(xué)員不僅可以相互之間進(jìn)行串口通訊，還可以帶回實(shí)驗(yàn)室對(duì)光電儀器進(jìn)行通訊和遠(yuǎn)程控制練習(xí)。
3.針對(duì)性
針對(duì)性是強(qiáng)化培訓(xùn)課程的重要指標(biāo)。強(qiáng)化培訓(xùn)課程教授的內(nèi)容應(yīng)該是針對(duì)傳統(tǒng)課題教學(xué)的薄弱環(huán)節(jié)、研究生創(chuàng)新實(shí)踐能力方面的短板進(jìn)行有益的加強(qiáng)。我校光學(xué)工程碩士研究生在計(jì)算機(jī)測(cè)試應(yīng)用能力方面存在不足，一般學(xué)員只能利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)值模擬或數(shù)據(jù)處理，但是不會(huì)用計(jì)算機(jī)進(jìn)行信號(hào)采集、信號(hào)處理和設(shè)備控制?！短摂M光電儀器與綜合實(shí)驗(yàn)》強(qiáng)化培訓(xùn)課程主要針對(duì)碩士研究生計(jì)算機(jī)測(cè)試應(yīng)用能力不足，利用虛擬儀器技術(shù)，并結(jié)合典型光電測(cè)試系統(tǒng)開展信號(hào)采集、數(shù)據(jù)處理和儀器遠(yuǎn)程控制方面的培訓(xùn)。
4.前沿性
我國(guó)研究生教育非常注重前沿性，一方面要求課堂教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)上與時(shí)俱進(jìn)，另外開設(shè)專門課程介紹學(xué)科前沿技術(shù)。但是，一般課程教學(xué)以前沿技術(shù)理論介紹為主，對(duì)最新的實(shí)驗(yàn)儀器、測(cè)試手段和研究方法涉及較少。不少碩士研究生會(huì)感覺當(dāng)前科技很先進(jìn)，但是自己掌握的手段很落后，很難完成課題研究。其實(shí)，我校光學(xué)工程學(xué)科通過985和211項(xiàng)目的支持，已經(jīng)建成了非?，F(xiàn)代化的實(shí)驗(yàn)室，各種先進(jìn)實(shí)驗(yàn)儀器已頻繁地在科研中得以應(yīng)用，《虛擬光電儀器與綜合實(shí)驗(yàn)》強(qiáng)化培訓(xùn)課程的一項(xiàng)重要任務(wù)就是向?qū)W員介紹一些常用先進(jìn)光電儀器的操作和應(yīng)用。
四、《虛擬光電儀器與綜合實(shí)驗(yàn)》研究生強(qiáng)化培訓(xùn)課程實(shí)施
1.招收確實(shí)需要的學(xué)員
強(qiáng)化培訓(xùn)課程是面向各個(gè)學(xué)科方向的有特定需求的學(xué)員開設(shè)的專題選修課，目的是提升他們的創(chuàng)新實(shí)踐能力，尤其是在課題研究中所需的能力的提升。比如，生物學(xué)方面的學(xué)生希望采用光學(xué)的方法進(jìn)行相關(guān)課題研究，這種強(qiáng)化培訓(xùn)課程對(duì)他們是十分有益的。因此，我們采取廣泛宣傳和導(dǎo)師推薦相結(jié)合的方式進(jìn)行招生。我們通過宣傳讓學(xué)員和導(dǎo)師準(zhǔn)確地知道本強(qiáng)化培訓(xùn)課程的定位和教學(xué)內(nèi)容，學(xué)員根據(jù)自己能力提升或課題研究需要，并經(jīng)導(dǎo)師同意后申請(qǐng)報(bào)名。通過這種形式，基本保證學(xué)員都是帶著目的來學(xué)的，不要浪費(fèi)學(xué)員自己的時(shí)間和寶貴的教學(xué)資源。
2.實(shí)踐環(huán)節(jié)成為課程主題
強(qiáng)化培訓(xùn)課程是針對(duì)碩士研究生某方向能力的專題培訓(xùn)，目的是要在有限的時(shí)間內(nèi)使學(xué)員的實(shí)踐能力得以提升，并具備在后續(xù)課題研究中應(yīng)用的能力，因此實(shí)踐性尤為重要?！短摂M光電儀器與綜合實(shí)驗(yàn)》課程的主要目的是使學(xué)員掌握光學(xué)工程相關(guān)研究中的數(shù)據(jù)采集、儀器控制、基本信號(hào)處理和簡(jiǎn)單控制反饋方法，因此每次課我們都安排了課堂練習(xí)。比如在數(shù)據(jù)采集教學(xué)過程中，我們配備了數(shù)據(jù)采集卡給學(xué)員，讓他們?cè)谡n堂上對(duì)實(shí)際信號(hào)進(jìn)行采集；在儀器控制教學(xué)過程中，我們利用USB轉(zhuǎn)RS232數(shù)據(jù)線，讓學(xué)員實(shí)現(xiàn)相互之間的計(jì)算機(jī)通訊和與多種光電儀器進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊。最后我們還設(shè)計(jì)了光纖邁克爾遜干涉儀，要求學(xué)員利用學(xué)習(xí)的知識(shí)實(shí)現(xiàn)信號(hào)調(diào)制、數(shù)據(jù)采集、信號(hào)處理和報(bào)告生成完整過程，充分體驗(yàn)科研實(shí)踐的全過程。
3.解決學(xué)員的實(shí)際問題，提高學(xué)員學(xué)習(xí)的積極性
虛擬儀器技術(shù)不僅具有強(qiáng)大的功能，而且具有巨大的靈活性，可以解決碩士研究生課題研究中的絕大部分問題。如果一門課程可以解決學(xué)員在實(shí)際工作中遇到的問題，將極大地提高學(xué)員的學(xué)習(xí)積極性，并能引發(fā)學(xué)員探索鉆研的興趣。因此，我們?cè)陂_課初期就對(duì)學(xué)員征集科研過程中的工程問題，通過對(duì)問題的整理，我們提煉出典型案例，并給出初步解決方案，在課堂上進(jìn)行分析，讓學(xué)員知道哪些課程內(nèi)容可以解決相應(yīng)問題。比如，有學(xué)員提出多光路大功率激光泵浦的安全監(jiān)測(cè)問題，我們?cè)O(shè)計(jì)了用NI6251對(duì)32路溫度傳感器進(jìn)行同步采樣，通過LabVIEW平臺(tái)進(jìn)行信號(hào)處理，并用電腦內(nèi)部音頻輸出設(shè)備發(fā)出報(bào)警信號(hào)的方案。還有同學(xué)提出如何對(duì)飛秒激光器相位補(bǔ)償單元進(jìn)行控制的問題，結(jié)合系統(tǒng)的硬件條件我們提出了利用LabVIEW圖像處理插件進(jìn)行誤差量解算，再通過多功能卡輸出控制電平調(diào)整相位補(bǔ)償單元的方案，學(xué)員對(duì)整個(gè)工作豁然開朗，明白了自己的核心工作應(yīng)該在誤差信號(hào)的解算上，其他問題通過虛擬儀器技術(shù)就可以完全解決。學(xué)員帶著問題來學(xué)習(xí)，主動(dòng)性會(huì)大幅增強(qiáng)，問題得到解決后成就感也較高，教學(xué)效果明顯好于灌輸式教學(xué)方法。
五、結(jié)束語
碩士研究生強(qiáng)化培訓(xùn)課程是研究生培養(yǎng)體系改革的重要?jiǎng)?chuàng)新探索，通過專題培訓(xùn)的方式可以對(duì)碩士研究生能力薄弱方面進(jìn)行針對(duì)性訓(xùn)練，使研究生的創(chuàng)新實(shí)踐能力得到全面提升。本文以《虛擬光電儀器與綜合實(shí)驗(yàn)》碩士研究生強(qiáng)化培訓(xùn)課程的建設(shè)為例，探討了碩士研究生強(qiáng)化培訓(xùn)課程建設(shè)應(yīng)該重視的特點(diǎn)及在課程教學(xué)過程中應(yīng)該把握的重點(diǎn)，為碩士研究生強(qiáng)化培訓(xùn)課程建設(shè)提供一定的參考。
[參考文獻(xiàn)]
[1]陳述，龍?jiān)骑w.本科生與研究生儀器分析實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ呐囵B(yǎng)[J].當(dāng)代教育理論與實(shí)踐，2011（03）.
[2]王慶，蔣小滿，張斌榮.地方綜合性大學(xué)碩士研究生課程體系構(gòu)建的思考與探索[J].當(dāng)代教育論壇，2010（03）.
[3]林軍，鄧艷，王昆.對(duì)全日制專業(yè)學(xué)位研究生課程體系設(shè)置的思考[J].吉林省教育學(xué)院學(xué)報(bào)，2012（05）.
論文摘要：機(jī)電一體化是現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)發(fā)展的必然結(jié)果。此簡(jiǎn)述機(jī)電一體化技術(shù)的基本情況和發(fā)展背景，綜述國(guó)內(nèi)外機(jī)電一體化技術(shù)的現(xiàn)狀，分析機(jī)電一體化技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)。
現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，極大地推動(dòng)了不同學(xué)科的交叉與滲透，工程領(lǐng)域的技術(shù)改造與革命。在機(jī)械工程領(lǐng)域，由于微電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展及其向機(jī)械工業(yè)的滲透所形成的機(jī)電一體化，使機(jī)械工業(yè)的技術(shù)結(jié)構(gòu)、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、功能與構(gòu)成、生產(chǎn)方式及管理體系發(fā)生了巨大變化，使工業(yè)生產(chǎn)由“機(jī)械電氣化”邁入以“機(jī)電一體化”為特征的發(fā)展階段。
1機(jī)電一體化概述
機(jī)電一體化是指在機(jī)構(gòu)的主功能、動(dòng)力功能、信息處理功能和控制功能上引進(jìn)電子技術(shù)，將機(jī)械裝置與電子化設(shè)計(jì)及軟件結(jié)合起來所構(gòu)成的系統(tǒng)的總稱。
機(jī)電一體化發(fā)展至今已經(jīng)成為一門有著自身體系的新型學(xué)科，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，還將被賦予新的內(nèi)容。但其基本特征可概括為：機(jī)電一體化是從系統(tǒng)的觀點(diǎn)出發(fā)，綜合運(yùn)用機(jī)械技術(shù)、微電子技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、信息技術(shù)、傳感測(cè)控技術(shù)及電力電子技術(shù)，根據(jù)系統(tǒng)功能目標(biāo)要求，合理配置與布局各功能單元，在多功能、高質(zhì)量、高可靠性、低能耗的意義上實(shí)現(xiàn)特定功能價(jià)值，并使整個(gè)系統(tǒng)最優(yōu)化的系統(tǒng)工程技術(shù)。由此而產(chǎn)生的功能系統(tǒng)，則成為一個(gè)機(jī)電一體化系統(tǒng)或機(jī)電一體化產(chǎn)品。因此，“機(jī)電一體化”涵蓋“技術(shù)”和“產(chǎn)品”兩個(gè)方面。機(jī)電一體化技術(shù)是基于上述群體技術(shù)有機(jī)融合的一種綜合技術(shù)，而不是機(jī)械技術(shù)、微電子技術(shù)及其它新技術(shù)的簡(jiǎn)單組合、拼湊。這是機(jī)電一體化與機(jī)械加電氣所形成的機(jī)械電氣化在概念上的根本區(qū)別。機(jī)械工程技術(shù)由純技術(shù)發(fā)展到機(jī)械電氣化，仍屬傳統(tǒng)機(jī)械，其主要功能依然是代替和放大的體系。但是，發(fā)展到機(jī)電一體化后，其中的微電子裝置除可取代某些機(jī)械部件的原有功能外，還被賦予許多新的功能，如自動(dòng)檢測(cè)、自動(dòng)處理信息、自動(dòng)顯示記錄、自動(dòng)調(diào)節(jié)與控制、自動(dòng)診斷與保護(hù)等。也就是說，機(jī)電一體化產(chǎn)品不僅是人的手與肢體的延伸，還是人的感官與頭腦的延伸，智能化特征是機(jī)電一體化與機(jī)械電氣化在功能上的本質(zhì)區(qū)別。
2 機(jī)電一體化的發(fā)展?fàn)顩r
機(jī)電一體化的發(fā)展大體可以分為三個(gè)階段：（1）20世紀(jì)60年代以前為第一階段，這一階段稱為初級(jí)階段。在這一時(shí)期，人們自覺不自覺地利用電子技術(shù)的初步成果來完善機(jī)械產(chǎn)品的性能。特別是在第二次世界大戰(zhàn)期間，戰(zhàn)爭(zhēng)刺激了機(jī)械產(chǎn)品與電子技術(shù)的結(jié)合，這些機(jī)電結(jié)合的軍用技術(shù)，戰(zhàn)后轉(zhuǎn)為民用，對(duì)戰(zhàn)后經(jīng)濟(jì)的恢復(fù)起到了積極的作用。那時(shí)，研制和開發(fā)從總體上看還處于自發(fā)狀態(tài)。由于當(dāng)時(shí)電子技術(shù)的發(fā)展尚未達(dá)到一定水平，機(jī)械技術(shù)與電子技術(shù)的結(jié)合還不可能廣泛和深入發(fā)展，已經(jīng)開發(fā)的產(chǎn)品也無法大量推廣。（2）20世紀(jì)70-80年代為第二階段，可稱為蓬勃發(fā)展階段。這一時(shí)期，計(jì)算機(jī)技術(shù)、控制技術(shù)、通信技術(shù)的發(fā)展，為機(jī)電一體化的發(fā)展奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。大規(guī)模、超大規(guī)模集成電路和微型計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)，為機(jī)電一體化的發(fā)展提供了充分的物質(zhì)基礎(chǔ)。這個(gè)時(shí)期的特點(diǎn)是：mechatronics一詞首先在日本被普遍接受，大約到20世紀(jì)80年代末期在世界范圍內(nèi)得到比較廣泛的承認(rèn)；機(jī)電一體化技術(shù)和產(chǎn)品得到了極大發(fā)展；各國(guó)均開始對(duì)機(jī)電一體化技術(shù)和產(chǎn)品給予很大的關(guān)注和支持。（3）20世紀(jì)90年代后期，開始了機(jī)電一體化技術(shù)向智能化方向邁進(jìn)的新階段，機(jī)電一體化進(jìn)入深入發(fā)展時(shí)期。一方面，光學(xué)、通信技術(shù)等進(jìn)入機(jī)電一體化，微細(xì)加工技術(shù)也在機(jī)電一體化中嶄露頭腳，出現(xiàn)了光機(jī)電一體化和微機(jī)電一體化等新分支。
我國(guó)是從20世紀(jì)80年代初才開始進(jìn)行這方面的研究和應(yīng)用。國(guó)務(wù)院成立了機(jī)電一體化領(lǐng)導(dǎo)小組，并將該技術(shù)列入“863計(jì)劃”中。在制定“九五”規(guī)劃和2010年發(fā)展綱要時(shí)充分考慮了國(guó)際上關(guān)于機(jī)電一體化技術(shù)的發(fā)展動(dòng)向和由此可能帶來的影響。許多大專院校、研究機(jī)構(gòu)及一些大中型企業(yè)對(duì)這一技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用做了大量的工作，取得了一定成果。但與日本等先進(jìn)國(guó)家相比，仍有相當(dāng)差距。
3 機(jī)電一體化的發(fā)展趨勢(shì)
機(jī)電一體化是集機(jī)械、電子、光學(xué)、控制、計(jì)算機(jī)、信息等多學(xué)科的交叉綜合，它的發(fā)展和進(jìn)步依賴并促進(jìn)相關(guān)技術(shù)的發(fā)展。機(jī)電一體化的主要發(fā)展方向大致有以下幾個(gè)方面：
3．1 智能化
智能化是21世紀(jì)機(jī)電一體化技術(shù)的一個(gè)重要發(fā)展方向。人工智能在機(jī)電一體化的研究中日益得到重視，機(jī)器人與數(shù)控機(jī)床的智能化就是重要應(yīng)用之一。這里所說的“智能化”是對(duì)機(jī)器行為的描述，是在控制理論的基礎(chǔ)上，吸收人工智能、運(yùn)籌學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)、模糊數(shù)學(xué)、心理學(xué)、生理學(xué)和混沌動(dòng)力學(xué)等新思想、新方法，使它具有判斷推理、邏輯思維及自主決策等能力，以求得到更高的控制目標(biāo)。誠(chéng)然，使機(jī)電一體化產(chǎn)品具有與人完全相同的智能，是不可能的，也是不必要的。但是，高性能、高速度的微處理器使機(jī)電一體化產(chǎn)品賦有低級(jí)智能或者人的部分智能，則是完全可能而且必要的。 轉(zhuǎn)貼于
3．2 模塊化
模塊化是一項(xiàng)重要而艱巨的工程。由于機(jī)電一體化產(chǎn)品種類和生產(chǎn)廠家繁多，研制和開發(fā)具有標(biāo)準(zhǔn)機(jī)械接口、電氣接口、動(dòng)力接口和環(huán)境接口等的機(jī)電一體化產(chǎn)品單元是一項(xiàng)十分復(fù)雜但又非常重要的事情。如研制集減速、智能調(diào)速、電機(jī)于一體的動(dòng)力單元，具有視覺、圖像處理、識(shí)別和測(cè)距等功能的控制單元，以及各種能完成典型操作的機(jī)械裝置等。有了這些標(biāo)準(zhǔn)單元就可迅速開發(fā)出新產(chǎn)品，同時(shí)也可以擴(kuò)大生產(chǎn)規(guī)模。為了達(dá)到以上目的，還需要制定各項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)，以便于各部件、單元的匹配。
3．3 網(wǎng)絡(luò)化
由于網(wǎng)絡(luò)的普及，基于網(wǎng)絡(luò)的各種遠(yuǎn)程控制和監(jiān)視技術(shù)方興未艾，而遠(yuǎn)程控制的終端設(shè)備本身就是機(jī)電一體化產(chǎn)品?，F(xiàn)場(chǎng)總線和局域網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用使家用電器網(wǎng)絡(luò)化已成大勢(shì)，利用家庭網(wǎng)絡(luò)(home net)將各種家用電器連接成以計(jì)算機(jī)為中心的計(jì)算機(jī)集成家電系統(tǒng)(computer integrated appliance system，CIAS)，能使人們呆在家里就可分享各種高技術(shù)帶來的便利與快樂。因此，機(jī)電一體化產(chǎn)品無疑將朝著網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展。
3．4 微型化
微型化興起于20世紀(jì)80年代末，指的是機(jī)電一體化向微型機(jī)器和微觀領(lǐng)域發(fā)展的趨勢(shì)。國(guó)外稱其為微電子機(jī)械系統(tǒng)（MEMS），泛指幾何尺寸不超過1cm3的機(jī)電一體化產(chǎn)品，并向微米、納米級(jí)發(fā)展。微機(jī)電一體化產(chǎn)品體積小，耗能少，運(yùn)動(dòng)靈活，在生物醫(yī)療、軍事、信息等方面具有無可比擬的優(yōu)勢(shì)。微機(jī)電一體化發(fā)展的瓶頸在于微機(jī)械技術(shù)。微機(jī)電一體化產(chǎn)品的加工采用精細(xì)加工技術(shù)，即超精密技術(shù)，它包括光刻技術(shù)和蝕刻技術(shù)兩類。
3．5 環(huán)?；?/p>
工業(yè)的發(fā)達(dá)給人們生活帶來巨大變化。一方面，物質(zhì)豐富，生活舒適；另一方面，資源減少，生態(tài)環(huán)境受到嚴(yán)重污染。于是，人們呼吁保護(hù)環(huán)境資源，回歸自然。綠色產(chǎn)品概念在這種呼聲下應(yīng)運(yùn)而生，綠色化是時(shí)代的趨勢(shì)。綠色產(chǎn)品在其設(shè)計(jì)、制造、使用和銷毀的生命過程中，符合特定的環(huán)境保護(hù)和人類健康的要求，對(duì)生態(tài)環(huán)境無害或危害極少，資源利用率極高。設(shè)計(jì)綠色的機(jī)電一體化產(chǎn)品，具有遠(yuǎn)大的發(fā)展前景。機(jī)電一體化產(chǎn)品的綠色化主要是指，使用時(shí)不污染生態(tài)環(huán)境，報(bào)廢后能回收利用。
3．6 系統(tǒng)化
未來的機(jī)電一體化更加注重產(chǎn)品與人的關(guān)系，機(jī)電一體化的人格化有兩層含義：一層是如何賦予機(jī)電一體化產(chǎn)品人的智能、情感、人性等等，顯得越來越重要，特別是對(duì)家用機(jī)器人，其高層境界就是人機(jī)一體化；另一層是模仿生物機(jī)理，研制出各種機(jī)電一體化產(chǎn)品。事實(shí)上，許多機(jī)電一體化產(chǎn)品都是受動(dòng)物的啟發(fā)而研制出來的。
綜上所述，機(jī)電一體化的出現(xiàn)不是孤立的，它是許多科學(xué)技術(shù)發(fā)展的結(jié)晶，是社會(huì)生產(chǎn)力發(fā)展到一定階段的必然要求和產(chǎn)物。當(dāng)然，與機(jī)電一體化相關(guān)的技術(shù)還有很多，并且隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，各種技術(shù)相互融合的趨勢(shì)將越來越明顯，機(jī)電一體化技術(shù)的發(fā)展前景也將越來越光明。
參考文獻(xiàn)
關(guān)鍵詞：會(huì)話初始化協(xié)議；私網(wǎng)；公網(wǎng)；應(yīng)用層網(wǎng)關(guān)
中圖分類號(hào)：TP393.08文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B
DISCUSSING AND DESIGN OF SIP ALG
ZHENG Chang-bo1, ZHANG Han-jie1, CHEN Xiao-liang1, LIU Cui-fang1
(1.Guangzhou University SonTan College, Guangzhou, China 511370)
Abstract: It’s hard for the network based on SIP like digtal home network to pass NAT/FireWall, this paper has analyze the characteristic of SIP, it’s give the method “Application Layer Gateway (ALG)” based on SIP to pass NAT/Firewall. This paper discussing and analyzing the ALG, and accomplish it at last.
Key words: SIP; private network; public network; ALG
引言
SIP (Session Initiation Protocol)稱為會(huì)話初始協(xié)議[1][4]，是一個(gè)與HTTP和SMTP類似的、基于文本的協(xié)議，SIP獨(dú)立于傳輸層協(xié)議和其它會(huì)話控制協(xié)議，可以與其他協(xié)議（如RSVP，RTSP等）一起構(gòu)建多媒體通信系統(tǒng)如智能家居網(wǎng)絡(luò)、視頻會(huì)議[2]等。
NAT/防火墻（FW）為私網(wǎng)提供統(tǒng)一的對(duì)外出口，從而隱藏內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，提高了私網(wǎng)的安全性[3]。但這也給私網(wǎng)的遠(yuǎn)程控制應(yīng)用帶來很大的麻煩。對(duì)于NAT，其功能是在公網(wǎng)IP地址及端口和私網(wǎng)IP地址及端口間進(jìn)行映射，工作在傳輸層，它只對(duì)TCP/UDP包頭中的地址、端口進(jìn)行修改，而SIP協(xié)議需要在信令消息中內(nèi)嵌IP地址和端口號(hào)[5]，這些地址、端口在應(yīng)用層上才可見，因此NAT不會(huì)對(duì)其中的地址信息進(jìn)行修改，導(dǎo)致信令消息中的IP地址和端口不能指向正確的地址，因而通信也不能正常進(jìn)行；對(duì)于FW，對(duì)公網(wǎng)打開的端口通常是固定的(Fw不會(huì)在運(yùn)行過程中動(dòng)態(tài)的打開或者關(guān)閉這些端口)，且數(shù)目有限。而基于SIP構(gòu)建的私網(wǎng)的遠(yuǎn)程控制應(yīng)用要求FW不但能夠提供對(duì)信令協(xié)議的功能，而且要求FW能夠在通信過程中動(dòng)態(tài)的打開一些端口進(jìn)行媒體流數(shù)據(jù)的交流，現(xiàn)有的FW難以滿足這個(gè)要求。
鑒于上述原因，本文提出了“SIP應(yīng)用層網(wǎng)關(guān)”技術(shù)，并將其應(yīng)用于網(wǎng)絡(luò)通信中來建立相對(duì)合理、完善的SIP網(wǎng)絡(luò)，以解決SIP私網(wǎng)遠(yuǎn)程控制中穿越NAT/FireWall的難題。
SIP私網(wǎng)穿越NAT/防火墻方法分析
由于所有NAT和Firewall都是對(duì)于TCP/IP層以下進(jìn)行處理和過濾的，而SIP是應(yīng)用層控制信令協(xié)議，SIP與下面的傳輸層和網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議無關(guān)。所以必須采用其他的途徑來解決基于SIP的私網(wǎng)穿越NAT/防火墻這一問題，主要有以下不同的解決方案：1.UpnP（通用即插即用）；2.TURN(Traversal Using Relay NAT)；3.STUN(Simple Traversal of UDP Through network Address Translators)；4.ALG(Application Layer Gateway，應(yīng)用層網(wǎng)關(guān))。
其中前3種都是由SIP Client(包括UA和Proxy)通過某種手段或協(xié)議在INVITE之前獲取自己的公網(wǎng)地址和端口。需要SIP Client提供額外支持，并且也不適應(yīng)所有的NAT方式。ALG(Application Layer Gateway)[2]適應(yīng)所有NAT方式，并不需要SIP Client做任何額外的支持。它對(duì)Application層的SIP信令進(jìn)行處理和修改，從而做到透明轉(zhuǎn)換地址。該思想的基本思路是通過在NAT/FW中加入?yún)f(xié)議認(rèn)知(Protocol Awareness)能力，使NAT/FW能夠在SIP信令消息通過時(shí)修改其內(nèi)容中的地址信息，ALG修改SIP消息里面的SIP地址和端口，并為分配給呼叫雙方的地址和端口進(jìn)行綁定，這樣，以后的媒體流數(shù)據(jù)能夠通過NAT/FW指定的端口穿過。本文主要討論的是基于SIP的應(yīng)用層網(wǎng)關(guān)方法。
SIP應(yīng)用層網(wǎng)關(guān)原理分析
“SIP應(yīng)用層網(wǎng)關(guān)”是為解決基于SIP的私網(wǎng)控制應(yīng)用穿越NAT/FW的問題，實(shí)現(xiàn)私網(wǎng)內(nèi)的SIP用戶與公網(wǎng)上的SIP用戶之間的互連而提出的解決方案，從功能上來說，SIP應(yīng)用層網(wǎng)關(guān)是一種為私網(wǎng)內(nèi)的SIP終端提供連接到公網(wǎng)的功能的SIP設(shè)備或軟件。下文中提及的“應(yīng)用層網(wǎng)關(guān)”和ALG(Application Level Gateway)都是指SIP應(yīng)用層網(wǎng)關(guān)。
為了實(shí)現(xiàn)SIP應(yīng)用層網(wǎng)關(guān)的功能，同時(shí)保持與已有SIP應(yīng)用的兼容性，必須把ALG設(shè)計(jì)成一個(gè)SIP兼容的應(yīng)用。但是對(duì)于私網(wǎng)上和公網(wǎng)上的SIP應(yīng)用而言，ALG提供的功能并不完全相同：對(duì)于私網(wǎng)的SIP終端，SIP應(yīng)用層網(wǎng)關(guān)的角色是一個(gè)SIP意義上的服務(wù)器(Proxy)，它不但需要為通往公網(wǎng)上的呼叫提供，同時(shí)還需要為私網(wǎng)內(nèi)部不同SIP終端之間的呼叫提供；另一方面ALG必須允許私網(wǎng)內(nèi)部SIP終端進(jìn)行注冊(cè)，因?yàn)橹挥型ㄟ^注冊(cè)才能使SIP終端明白ALG是它們的服務(wù)器，因此，SIP應(yīng)用層網(wǎng)關(guān)同時(shí)也是私網(wǎng)上的SIP注冊(cè)服務(wù)器。而對(duì)于公網(wǎng)上的SIP終端而言，私網(wǎng)內(nèi)部是不可見的，唯一可見的是處于公網(wǎng)上的SIP應(yīng)用層網(wǎng)關(guān)，因此對(duì)它而言，ALG只是一個(gè)SIP終端，公網(wǎng)上的SIP設(shè)備就能夠直接對(duì)它進(jìn)行呼叫或者接收它的呼叫。
綜上所述，SIP應(yīng)用層網(wǎng)關(guān)功能在私網(wǎng)和公網(wǎng)上是非對(duì)稱的，可劃分為：1.對(duì)內(nèi)功能：SIP應(yīng)用層網(wǎng)關(guān)是私網(wǎng)上的SIP注冊(cè)服務(wù)器和服務(wù)器，同時(shí)，對(duì)于跨網(wǎng)呼叫的情況，SIP應(yīng)用層網(wǎng)關(guān)除需為私網(wǎng)終端提供SIP消息的，還須提供媒體流數(shù)據(jù)的，這種媒體數(shù)據(jù)的功能對(duì)通信雙方是透明的；對(duì)外功能：在公網(wǎng)上，SIP應(yīng)用層網(wǎng)關(guān)作為一個(gè)普通的SIP終端而存在，它能夠與公網(wǎng)上的其它SIP應(yīng)用建立互連關(guān)系，并隱藏ALG與私網(wǎng)內(nèi)部SIP應(yīng)用之間的關(guān)系。
SIP應(yīng)用層網(wǎng)關(guān)的實(shí)現(xiàn)
本節(jié)前面部分詳細(xì)的介紹了SIP應(yīng)用層網(wǎng)關(guān)實(shí)現(xiàn)的理論基礎(chǔ)，本節(jié)介紹ALG的軟件實(shí)現(xiàn)方式，軟件開發(fā)平臺(tái)是Windows2000，開發(fā)工具是Visua1C++ 6.0，采用的是OSIP協(xié)議棧，開發(fā)的語言主要是C。
結(jié)構(gòu)及工作流程
圖1: SIP應(yīng)用層網(wǎng)關(guān)的結(jié)構(gòu)框圖
圖1是SIP應(yīng)用層網(wǎng)關(guān)的結(jié)構(gòu)框圖，從圖中可以看到，按照各部分功能上的差異，可以將ALG劃分成“信息數(shù)據(jù)庫接口”、“基于SOCKET的消息接收與應(yīng)答”、“媒體會(huì)話”、“信息管理”和“SIP消息處理及對(duì)話維護(hù)”五個(gè)模塊。
這里ALG被分成兩個(gè)部分：ALG主體部分和SIP URI信息管理系統(tǒng)部分，這兩部分被設(shè)計(jì)成是兩個(gè)相互獨(dú)立的程序。ALG主體部分的功能是處理各種流向上的SIP消息、管理呼叫環(huán)境以及跨網(wǎng)絡(luò)呼叫時(shí)，在通信雙方之間進(jìn)行RTP數(shù)據(jù)包的轉(zhuǎn)發(fā)；SIP URI信息管理系統(tǒng)部分的功能是負(fù)責(zé)私網(wǎng)內(nèi)部SIP URI及其綁定信息的管理和維護(hù)，該系統(tǒng)及其維護(hù)的數(shù)據(jù)庫放置在私網(wǎng)內(nèi)部的其它主機(jī)上運(yùn)行。兩部分之間通過UDP/TCP進(jìn)行通信，這樣可以減小來自外網(wǎng)上攻擊的風(fēng)險(xiǎn)，從而提高數(shù)據(jù)信息的安全性。 由于ALG主體無法直接對(duì)SIPURI的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行訪問，因此必須在這兩部分之間提供訪問的接口，“信息數(shù)據(jù)庫接口”模塊就是為 ALG訪問SIP URI信息管理系統(tǒng)的接口。
SIP應(yīng)用層網(wǎng)關(guān)的主要工作由一個(gè)SIP消息的監(jiān)聽線程、一個(gè)與SIP URI信息管理系統(tǒng)進(jìn)行通信的線程、一個(gè)SIP消息處理線程(包括對(duì)話的管理和維護(hù))和數(shù)量不定的RTP數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)線程完成。RTP數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)線程能夠根據(jù)需要而動(dòng)態(tài)的生成和釋放，因此數(shù)量不定。
SIP應(yīng)用層網(wǎng)關(guān)的基本工作流程如下：
應(yīng)用程序初始化完畢以后，啟動(dòng)SIP消息監(jiān)聽線程、URI信息數(shù)據(jù)庫訪問線程和SIP消息處理線程。SIP消息監(jiān)聽線程對(duì)ALG的所有SIP端口(包括私網(wǎng)和公網(wǎng))進(jìn)行監(jiān)聽，如果收到SIP消息，它把消息連同其源IP地址和端口以及消息本身的長(zhǎng)度封裝成一個(gè)簡(jiǎn)單的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)放入一個(gè)先入先出的隊(duì)列(FIFO)當(dāng)中，然后繼續(xù)監(jiān)聽，它不對(duì)消息進(jìn)行進(jìn)一步的處理。
一旦FIFO中有了SIP消息，SIP消息處理線程就被喚醒，并投入運(yùn)行，它從FIFO中取走消息，然后開始對(duì)這個(gè)消息進(jìn)行處理：首先它對(duì)消息進(jìn)行解析以及例行的語法檢查，然后根據(jù)SIP消息的源地址和目的地址將其分成四類：
（1）內(nèi)部消息，其源地址和目的地址都在私網(wǎng)內(nèi)部。
（2）對(duì)外消息，其源地址是私網(wǎng)地址，目的地址是公網(wǎng)地址。
（3）對(duì)內(nèi)消息，其源地址是公網(wǎng)地址，目的地址是ALG的公網(wǎng)地址。
（4）外部消息，其源地址和目的地址都是公網(wǎng)地址。
SIP消息被分成以上四類后，ALG對(duì)它們進(jìn)行不同的處理。第(1)類消息稱為“內(nèi)部消息”，第(2)類和第(3)類消息統(tǒng)稱為“跨網(wǎng)絡(luò)消息”；第(4)類消息稱為“外部消息”，它會(huì)被無條件丟棄，ALG不對(duì)其作進(jìn)一步的處理。SIP消息處理線程在對(duì)“跨網(wǎng)絡(luò)消息”消息進(jìn)行處理的同時(shí)，對(duì)呼叫的上下文環(huán)境進(jìn)行管理和維護(hù)，并在必要的時(shí)候，啟動(dòng)新的RTP數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)線程，使其完成對(duì)跨網(wǎng)絡(luò)通信的RTP數(shù)據(jù)包的轉(zhuǎn)發(fā)工作。
基于SOCKET消息接收與應(yīng)答功能模塊
由于UDP包的接收是異步的，ALG無法預(yù)測(cè)何時(shí)會(huì)有SIP消息到來，因此在SIP應(yīng)用層網(wǎng)關(guān)的設(shè)計(jì)中，用單獨(dú)的線程對(duì)SIP端口進(jìn)行監(jiān)聽。由于SIP應(yīng)用層網(wǎng)關(guān)處在兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)的邊界上，并在兩網(wǎng)之間轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)，因此ALG的SIP端口也相應(yīng)的分為私網(wǎng)和公網(wǎng)兩部分，在任何一邊的網(wǎng)絡(luò)上，都可以打開一個(gè)或者多個(gè)與套節(jié)字(SOCKET)相聯(lián)系的SIP端口。并且每隔一定時(shí)間試圖從所有監(jiān)聽的SIP端口相關(guān)聯(lián)的SOCKET上讀取數(shù)據(jù)，如果讀到了數(shù)據(jù)，就對(duì)數(shù)據(jù)做簡(jiǎn)單的封裝，然后把它放入應(yīng)用層網(wǎng)關(guān)的SIP消息FIFO當(dāng)中。
信息數(shù)據(jù)庫接口模塊
出于安全性的考慮，SIP URI信息管理系統(tǒng)從SIP應(yīng)用層網(wǎng)關(guān)中分離出去，這個(gè)系統(tǒng)的功能并不復(fù)雜，一方面它接受來自ALG的訪問；另一方面，它必須對(duì)自身的信息數(shù)據(jù)庫進(jìn)行維護(hù)。ALG本身必須通過信息數(shù)據(jù)庫接口模塊對(duì)其進(jìn)行訪問。
ALG需要從SIP URI信息管理系統(tǒng)得到的信息有兩類：一類是用戶信息，包括用戶名和密碼；另一類是SIP URI綁定信息，這一類信息的交互是雙向的，不同的REGISTER請(qǐng)求會(huì)要求ALG添加、修改、刪除或者僅僅是獲取SIP URI的綁定信息。本文用統(tǒng)一的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來表示這兩類信息，這樣只需要一次訪問就能夠獲取所需全部信息，可以縮短ALG處理SIP消息所需的時(shí)間。
信息管理模塊
SIP應(yīng)用層網(wǎng)關(guān)需要很多信息才能完成工作，有些信息是動(dòng)態(tài)的，例如SIP URI的綁定信息，不同用戶不同時(shí)間的綁定信息是不同的，因此只有在需要的時(shí)候應(yīng)用層網(wǎng)關(guān)才從數(shù)據(jù)庫中進(jìn)行動(dòng)態(tài)的訪問；而另外一些信息則是相對(duì)穩(wěn)定的，如ALG本身的域名、IP地址等等。這些信息很多，但并不復(fù)雜，大多是字符串、數(shù)值或者布爾型的變量，信息管理模塊的功能就是維護(hù)和管理它們。
“媒體會(huì)話”模塊
當(dāng)SIP應(yīng)用層網(wǎng)關(guān)為跨網(wǎng)絡(luò)呼叫的終端之間建立起媒體會(huì)話(視頻、音頻)的連接后，雙方之間主要的交互將是RTP數(shù)據(jù)流(媒體數(shù)據(jù)被打包成RTP數(shù)據(jù)包)的交互，“媒體會(huì)話”模塊的功能主要就是在通信雙方之間進(jìn)行RTP數(shù)據(jù)包的轉(zhuǎn)發(fā)工作，每一個(gè)RTP數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)器能夠?yàn)槎嗦稲TP連接提供數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)服務(wù)。
當(dāng)ALG需要為一路RTP連接提供數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)服務(wù)時(shí)，它試圖從轉(zhuǎn)發(fā)器環(huán)境中得到一個(gè)空閑的RTP數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)器，如果環(huán)境中的轉(zhuǎn)發(fā)器都已經(jīng)被占用，環(huán)境會(huì)試圖創(chuàng)建一個(gè)新的RTP數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)器，并把它加入到環(huán)境當(dāng)中，并將它返回給ALG使用。另一方面，當(dāng)一個(gè)轉(zhuǎn)發(fā)器不再為任何RTP連接提供轉(zhuǎn)發(fā)服務(wù)時(shí)，環(huán)境會(huì)把它刪除，并釋放相應(yīng)的資源。
“消息處理及對(duì)話維護(hù)”模塊
這是SIP應(yīng)用層網(wǎng)關(guān)的核心模塊，它的功能是對(duì)收到的SIP消息進(jìn)行解析和處理，完成對(duì)SIP消息的，對(duì)跨網(wǎng)絡(luò)呼叫的上下文環(huán)境進(jìn)行維護(hù)以及在必要時(shí)啟動(dòng)對(duì)話的RTP。這些功能之間是相互關(guān)聯(lián)的，統(tǒng)一由SIP消息處理及對(duì)話的維護(hù)線程完成。圖2是SIP消息處理線程的工作流程圖。
圖2: SIP消息處理線程的工作流程圖
本文小節(jié)
SIP協(xié)議憑借其簡(jiǎn)單、易于擴(kuò)展、便于實(shí)現(xiàn)等諸多優(yōu)點(diǎn)越來越得到業(yè)界的青睞，越來越多的基于SIP協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)如VOIP、視頻會(huì)議、智能家居系統(tǒng)被開發(fā)實(shí)現(xiàn)，本文實(shí)現(xiàn)的SIP應(yīng)用層網(wǎng)關(guān)正是SIP網(wǎng)絡(luò)對(duì)NAT/Firewall的穿越的關(guān)鍵技術(shù)，但這一方案仍存在著不足之處，由于SIP應(yīng)用層網(wǎng)關(guān)必須對(duì)跨網(wǎng)絡(luò)的所有SIP消息進(jìn)行解析，導(dǎo)致這些消息須以明碼的形式傳輸，降低了SIP應(yīng)用的安全性，進(jìn)一步研究表明：這要求我們對(duì)SIP協(xié)議進(jìn)行適當(dāng)擴(kuò)展來實(shí)現(xiàn)信息的加密。
本文創(chuàng)新點(diǎn)：綜合分析了基于SIP的網(wǎng)絡(luò)如何穿越公網(wǎng)私網(wǎng)技術(shù)，提出并實(shí)現(xiàn)了基于SIP協(xié)議的ALG方法。
參考文獻(xiàn)
[1] 儲(chǔ)泰山，基于SIP的服務(wù)器的研究與實(shí)現(xiàn)[D]，浙江大學(xué)碩士學(xué)位論文，2004.3。
[2] 葉德謙，基于SIP集中式多媒體視頻會(huì)議系統(tǒng)中對(duì)私下會(huì)議問題的研究[J]，微計(jì)算機(jī)信息 2006.1-3 P78-79、P268。
[3] William R.Cheswick,Steven M.Bellovin 著, 羅萬伯譯. 防火墻與因特網(wǎng)安全[M],戴宗坤. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2002.31-39。
[4] Garcia-Martin M, Henrikson E, Mills D. Private header (P-Header) extensions to the session initiation protocol (SIP) for the 3rd-generation partnership project (3GPP)[S]. Internet RFC3455, 2003.
[5] Arkko J, Torvinen V, Camarillo G, Niemi A, Haukka T. Security mechanism agreement for the session initiation protocol (SIP)[S]. Internet RFC 3329, 2003.
作者簡(jiǎn)介：鄭昌波（1977－），男，湖北松滋人，廣州市廣州大學(xué)松田學(xué)院講師，碩士（畢業(yè)于武漢大學(xué)），主要研究方向：多媒體通信與傳輸技術(shù)。
