時間：2022-07-10 14:36:20
開篇：寫作不僅是一種記錄，更是一種創造，它讓我們能夠捕捉那些稍縱即逝的靈感，將它們永久地定格在紙上。下面是小編精心整理的12篇系統設計論文，希望這些內容能成為您創作過程中的良師益友，陪伴您不斷探索和進步。
該信息平臺設計包含三個部分，一是用戶使用的閱讀器，該閱讀器具有用戶登錄、頻道管理(訂閱、退訂)、信息閱覽的功能；二是RSSfeed（RSS源)生成設計，即圖書館將推送的頻道生成相應的RSSfeed，用于用戶訂閱；三是用戶信息的管理，通過該模塊，可實現統計有哪些讀者訂閱圖書館推送的信息和統計讀者喜歡訂閱哪些信息。
一、系統設計目標
系統設計的基本原則是根據圖書館推送服務的內容設置來設計，可實現：
（1）使用網頁閱讀，無須安裝閱讀器
（2）方便讀者訂閱和使用
（3）個性化界面，可根據需要進行更改
（4）可對用戶信息和數據統計
二、可行性研究
可行性研究是指能使該系統達到以最小的開發成本取得最佳的開發效果。可行性研究的目的是對要開發的信息服務系統從技術上、經濟上、資源上和管理上進行是否可行的研究，以保證資源合理使用、避免失誤和浪費時間的重要工作。經濟上的可行性：因為開發與運行環境沒有特殊的要求，只要有臺配置一般的PC機和幾種常用軟件外就可以了。
技術上的可行性：在技術上主要采用ASP動態網頁技術，簡單的數據庫技術，Ajax體系結構，MD5加密算法，當然還包括RSS技術。這些技術有的已經非常成熟，有的是現在的熱門技術并且有了廣泛的應用，可以找到參考文獻資料，所以實現起來是可行的。
資源上的可行性：圖書館有充足的文獻資源、先進的計算機設備和網絡，設計工作人員具有多年圖書館業務管理經驗和自動化管理經驗，為系統開發提供了足夠的保障。
管理上的可行性：帳戶管理方面，系統提供登錄和注冊功能并能根據帳號管理自己的資源。圖書館本身的自動化管理系統擁有全校師生的完整數據信息，通過轉換，可以方便將數據轉入本系統的用戶數據庫中，讀者可不必注冊直接登錄即可。對于校外的用戶可以通過注冊登錄。
三、RSSfeed的設計與實.現
RSS是一種基于XML的信息內容描述、和信息聚合技術，通過支持標準的RSSfeed(RSS信息源)格式實現信息內容的聚合和訂閱。隨著RSS技術的普及和廣泛應用，國內外圖書館界開始積極嘗試采用RSS來提高自己的服務水平。使用者如果想獲得RSS服務，只需要通過閱讀器來訂閱RSSfeed，即可得到推送部門提供的服務。
每個圖書館將會根據本館的情況設計多個推送頻道，本文以推送圖書館新書通報為例，說明RSSfeed設計與實現的方法。
新書通報是圖書館將每批采購經過編目加工后放入借閱流通的新書以一定的方式介紹給讀者，使讀者能夠及時了解圖書館最新圖書動態并找到自己所需要的圖書，提高圖書的利用率。為此圖書館可以設計一個RSS新書通報頻道，讀者一旦訂閱，就可以及時獲得該信息。具體實現通過先獲取新書的相關數據，然后生成RSSfeed.
（1）獲取新書的相關數據，生成文本文件
以我校圖書館為例，現圖書館使用的是先進的圖書館自動化管理系統，該系統可以實現圖書的自動化管理，并支持圖書按照國際標準格式(MARC)進行編目。編目后的數據，可以通過管理系統的報表功能將一定時期的書目數據輸出，輸出的書目數據用規范的字段和子字段代碼揭示每一種圖書的內容，并形成規范的文本格式。（2）RSSfeed生成方法
RSSfeed本質上是一個XML文件，由多個XML標簽((tag)構成。一個RSSfeed包括兩部分：描述feed的靜態信息和構成feed的每一條目的動態信息。靜態信息描述RSS的版本、編碼和頻道名稱等信息；每一個動態條目以<item>標簽開始，包括Title,Link和Description等標簽，并對應與之匹配的結束標簽。
（3）核心代碼片斷
通過JAVA程序實現了定期自動生成RSSfeed。以下為實現的部分核心代碼：
根據讀取的數據，構造RSSfeed中每個<item>內容
while((sline=br.readLine())!=null)
{
通過subString()函數對每條數據做拆分，讀出題名、出版說明、ISBN號等生成<item>內容}
(c)輸出RSSFeed
Filef=newFile(“..//newbook.xml")；//建立輸出的XML文件
FileOutputStreamfis=newFileOutputStream(f);//建立文件輸出流
OutputStreamWriterisr=newOutputStreamWriter(fis)；
BufferedWriterbr=newBufferedWriter(isr)；
Br.write(head+content十tail)；//將字符串寫入文件newbook.xml.
本文針對網上各種免費閱讀器進行研究，發現，網上免費閱讀器功能強大，但是缺乏管理與統計的個性化功能。設計的目的是以網頁形式來閱讀，不需要安裝閱讀器和插件。閱讀器開發平臺：ultraedit編輯器和Dreamveaver2004；操作系統：WindowXP和IIS系統組件。
四、閱讀器頁面設計結果
1測速原理
測量系統設計結構如圖1所示，兩個相同匝數和相同結構的線圈內嵌于炮管制退器中，保證兩組線圈的中心軸線與炮管軸線中心線共線，兩組線圈相距D。將三軸磁阻傳感器組成測量系統盡量安裝于彈丸質心，保證彈丸在飛行過程中三軸磁阻傳感器不會有晃動。在兩組線圈通電后，由電磁感應原理可知線圈產生磁場，磁場方向為平行于制退器中心軸。彈丸發射后經過第一組通電線圈時，磁阻傳感器在感知到線圈產生磁場后產生一個脈沖信號，啟動計時器，通過第二組線圈時，磁阻傳感器再次感知線圈產生感應磁場后，產生第二個脈沖信號，停止計時器，根據這兩個脈沖信號之間的時間間隔可得到彈丸經過兩組線圈的所用的時間Δt;根據公式(1)可以求得彈丸經過兩個線圈時平均速度vv=D/Δt，(1)式中v為彈丸飛行出炮口的速度;D為兩組通電線圈的距離;Δt為定時器測得的通過兩組線圈的時間。由于相對彈丸在高速飛行狀態下，所用的時間短，距離D也很短，可近似認為這段距離的平均速度為彈丸炮口初度。
2總體方案設計
如圖2所示，兩組線圈串聯上電，彈丸飛行通過第一組通電線圈時，磁阻傳感器感知到較大磁場，產生一個較大脈沖，將此信號進行信號調理(放大、濾波)后，經A/D采集數據，進行上下限閾值比較，若大于閾值，響應中斷請求，定時器開始計時;否則，繼續采集。彈丸飛行通過第二組通電線圈時，同理，磁阻傳感器感知到較大磁場，產生一個較大脈沖信號進行濾波、放大后，經過A/D轉換模塊轉換為數字量，進行上下限閾值比較，大于閾值時，響應中斷請求，定時器停止計時，通過定時器計時可得彈丸飛行經過兩組線圈的時間，實時解算出彈丸炮口速度。
3硬件系統設計
如圖3，硬件電路包括傳感器電路、信號調理電路與A/D轉換采集單元及MCU運算模塊。本設計中選用Honeywell公司研制生產的HMC1043三軸AMR磁傳感器，該傳感器具有體積小的特點、其封裝只有3mm×3mm×1．4mm，帶寬為5MHz，可以測量500kHz以下信號，符合在彈載測量環境中的體積小、動態性能高的測量要求。磁阻傳感器的放大和濾波電路如圖4所示，AD8426是雙通道、軌到軌型輸出的儀表放大器，并且體積較小，僅為4mm×4mm×0．85mm。其中一個通道提供信號調理模塊的抬高電壓，另一通道運用外接電阻器設置放大倍數。為了使系統設計具有體積小、動態性能高的特點，炮口測速系統MCU選擇使用由ST公司生產的Cortex—M4內核的高性能微型控制器STM32F405，該芯片內部自帶集成的三個12位的A/D轉換外設，不用外接A/D轉換器，所以，可以達到減小系統體積的目的，此外，其轉換速率和分辨率等也符合測量要求。
4軟件系統設計
軟件流程如圖5所示，程序主要包括系統初始化模塊、A/D轉換采集模塊、定時器模塊、中斷模塊和解算模塊。模塊間通過發送命令字和返回字來控制程序的執行過程，程序初始化后開始擦除FLASH，然后進行A/D轉換采集數據，判斷是否大于閾值，如是打開定時器開始計時，等第二次再次達到閾值定時器停止計時，最后進行初始速度解算和存儲。
5實驗驗證
整個測量系統由產生磁場的兩組通電線圈和彈丸內部磁傳感器的信號采集和調理電路組成。地面實驗采用100mm空氣炮，空氣炮激光測速儀如圖6所示。由于實驗條件限制沒有空氣炮炮口制退器，選用110mm的PVC管代替，其口徑大小和制退器一致，PVC管兩端分別繞上兩組線圈，每組線圈纏繞400匝，兩組線圈相距100mm。整個實驗裝置如圖7所示。 將線圈通電，炮彈上膛發射，采集三軸傳感器輸出數據和空氣炮測速儀數據。圖8(a)所示的激光測速儀測得的脈沖信號進行解算后得到的炮口速度為81．5256m/s。將圖8(b)所示的數據事后進行解算為81．3687m/s，同時將本測量系統實時解算出的速度信息通過上位機讀出為81．3650m/s，與事后解算值相差0．0037m/s，與激光測速儀測得的速度相比，相對誤差相差0．197%。
6結論
1.1系統設計
根據某省電力公司的具體情況，本文所設計的電力行業統計分析系統的總體架構分為數據源、數據倉庫架構、數據訪問架構以及元數據管理等。
1.2ETL設計
用OWB（OracleWarehouseBuilder）工具對ETL進行實現，其任務為偵測ETL事件，以便啟動處理過程，同時跟蹤ETL處理日志。ETL的處理過程如下：通過Excel導入管理工具或者OWB將數據源的數據抽取、轉換、加載到ODS層的數據緩沖區的增量數據庫中；將ODS層的數據緩沖區的增量庫的數據抽取、轉換、加載到ODS層的數據緩沖區的歷史庫；將ODS層的數據緩沖區的歷史庫的數據抽取、轉換、加載到ODS層的統一視圖信息區的增量庫；將ODS層的統一視圖信息區的增量庫的數據抽取、轉換、加載到ODS層的統一視圖信息區的全量庫；將ODS層的統一視圖信息區的全量庫的數據抽取、轉換、加載到ODS層的對外數據服務接口區；將ODS層的統一視圖信息區的全量庫的數據抽取、轉換、加載到DW（數據倉庫）層。
1.3系統數據結構設計
1.3.1ODS設計
存放經過清洗、轉換、標準化以后的數據，并對外提供數據服務。為企業提供統一的數據視圖，滿足業務部門實時獲取數據和業務部門間對企業級的數據共享的需求。因此將ODS設計劃分為兩大部分：數據區、服務區。并按主題進行組織、近實時的集成數據存儲，以便最終用戶能夠快速查詢近期細節生產數據。
1.3.2DW（數據倉庫）設計
數據倉庫模型分為兩個區域：核心數據區（企業核心數據歷史細節區域）和輕度匯總數據區。核心數據區的數據模型設計依據企業數據模型進行設計，但是每個實體都要加上相應的時間戳。核心數據區的模型相對穩定。輕度匯總數據區的模型設計依賴于分析需求。數據倉庫模型是符合3NF的帶有時間戳的關系模型。具體操作時應對數據倉庫需求進行分解，按業務主題進行組織，將業務主題相關的數據組織成主題域，并對各指標進行分析。
1.3.3DM（數據集市）設計
數據集市的數據分為兩類：一類是基于數據倉庫的細節數據或輕度匯總數據進行的統計分析，另外一類數據是基于統計分析進一步分析挖掘的數據。數據集市的建模方法是通過調研企業經營的戰略目標、綜合查詢分析系統、同業對標系統、業務管理目標、業務報表等，對這些資料進行分析。根據一體化平臺關于分析主題進行細化，構建統一的核心數據集市模型。數據集市模型采用星形模型建模。
1.4元數據管理設計
元數據存儲在專用的數據庫中。有一類獨立于其它工具，被稱為元數據知識庫（MetadataRepository）的工具，它們為元數據提供一個集中的存儲空間。本設計中采用基于OracleOWB（OracleWarehouseBuilder）的元數據管理方案，各個工具集中通過OWB進行管理其中，元數據管理流程主要包括：元數據獲取流程（手動和自動）、元數據訪問權限管理流程以及元數據流程。元數據知識庫通過元數據獲取流程，來整合多個源（工具、數據庫和流程）中的不同元數據。通過元數據獲取流程，將元數據存入知識庫中后，為了有效的維護和管理元數據，保持其對于整個數據倉庫系統的有效性、準確性和及時性，還需要完成許多管控工作。元數據的方式有很多種：包括從屬關系圖（dependencydiagrams），數據沿襲表（datalineage），影響分析（impactanalysis），高級搜索，柔性報表，元數據術語表等。在實際工作中，應該有一套具體的流程來使用這些元數據方式，使得用戶的查詢請求能得到及時有效的反饋。
2系統的實現
水平控制系統閉環控制結構如圖1所示，圖2是系統硬件結構框圖。系統主要由姿態測量部分、非線性控制器與液壓執行部分組成，各部分作用是:姿態測量部分檢測平地鏟水平傾角，非線性控制器根據傾角信息對電磁閥施加PWM脈寬控制信號，液壓執行部分通過扭矩輸出使平地鏟保持在水平位置。系統的硬件包括Cotex－M3處理器、ADIS16355及SD卡存儲器等。Cortex－M3處理器使用了ARMv7－M體系結構，具有較高的性能和較低的動態功耗［9］。從性能能上看，Cortex－M3處理器可以作為本文的融合算法以及控制算法的硬件實現。Cortex－M3處理器使用SPI接收來自ADIS16355的數據并保存在SD卡存儲器。其采樣得到的三軸角速度和加速度計數據通過傳感器信息融合測量，從而得到平地鏟水平傾角;數碼管用于顯示當前測量角度和控制參數等，可通過按鍵改變顯示模式和參數調整，兩者組成簡單的人機界面，易于調試;RS232串口主要用于接收高精度姿態航向參考系統AHRS500GA發送的數據。
2融合算法與控制算法
2．1基于卡爾曼濾波的姿態解算算法利用加速度計對重力矢量進行觀測，以觀測值同重力常量的誤差值修正陀螺對姿態角的測量值，設計卡爾曼濾波器對狀態進行融合估計［10］。根據該方案，傳感器信息融合處理過程如下:1)利用式(6)計算更新四元數，并轉換為姿態角。2)觀測矩陣
2．2控制系統數學模型根據平地鏟運動特征，建立平地鏟的抽象物理模型，如圖3所示。按以下方法建立平地鏟運動的載體坐標系xoy:以平地鏟質心o為零點，系統輸入量x為液壓系統閥芯位移，輸出量y為油缸位移，平地鏟轉動傾角為θ，建立傳遞函數模型。
2．3控制器的算法設計
2．3．1適用于平地鏟運動的控制算法考慮水田激光平地機的作業特點，控制系統在設計上必須保證平地鏟在傾角角度情況下能夠迅速回位到水平位置，并且盡量減少超調和避免振蕩。傳統PID控制有較好的適應性，但是還不能提供最優控制，其結果是導致超調失效而影響控制效果。目前，基于動態補償的最優控制在工業中得到應用，其特點是能夠準確反映信號的變化趨勢，產生有效的早期修正信號，以增加系統的阻尼程度，從而改善系統的穩定度［12］。本文鑒于非線性系統近似最優PD控制的特性，引入其算法，針對平地機做出相應修改，進行相應嘗試?？刂破骺驁D如圖4所示，姿態測量單元提供位置反饋θ。積分控制、比例控制以及微分控制的作用如下:①積分控制放在前饋通道，其作用是抑制平地鏟在受到外界恒定負載情況下產生的輸出誤差，增益輸出為y0=K1θ。②比例控制作用輸出為y3，等于兩次連續位置反饋值的差值，增量y1等于信號y0減去y3，通過數字積分器累加。③微分反饋信號y2提供參考速度，其大小正比于平地鏟輸出轉速，與參考信號y1組成一個局部的速度內環。微分控制器設計目的是適合平地鏟在大干擾情況下的操作。④系統輸出轉矩的參考值為Trf，送入零階保持器，輸出力矩實際值為Tcm。Tcm正比于零階保持器的輸出。
2．3．2控制器參數的確定平地鏟運動機構近似于二階系統，有以下方程成立。
2．3．3輔助補償器的設計采用Lyapunov再設計方法設計輔助補償器以補償非線性部分和外界擾動對PID控制器的影響。對于漸進穩定的線性系統，必存在實對稱正定矩陣P，滿足以下關系。
3試驗與分析
為了驗證本文提出的平地鏟水平控制系統，本文進行融合算法的驗證試驗以及平地機田間試驗。
3．1傳感器融合算法驗證試驗
3．1．1試驗方法通過AHRS500GA同步測量平地鏟姿態信息并作為準確數據，驗證基于ADIS16355的姿態測量單元有效性。美國Crossbow公司生產的AHRS500GA是高精度慣性姿態測量器件，其采樣頻率為100Hz，測量精度為:航向角0．2°RMS、俯仰角0．03°RMS、橫滾0．03°RMS［15］。融合算法的驗證實驗步驟如下:①在平地機上安裝水平控制系統，保證系統坐標系與載體坐標系一致;②啟動系統，人為搖動平地鏟，同步記錄ADIS16355與AHRS500GA數據;③PC平臺上運行MatLab融合程序對采樣的數據進行處理。
3．1．2試驗結果分析圖5為一次典型的試驗結果，圖5(a)為平地鏟傾角測量值對比，圖5(b)為局部放大結果。1)從圖5(a)、6(b)中可見，0～400s區間平地鏟振動較小時，利用加速度計計算傾角值較準確;當外界擾動導致振動加劇時，誤差可達±5°以上，無法單純用加速度計解算姿態角。2)本設計姿態測量單元能準確測量平地鏟動態傾角。由圖5(b)可見，在動態環境下融合結果能與AHRS500GA提供的參考傾角結果呈現良好的一致性，其誤差絕對值不超過±1°。3)通過傳感器實時判斷平地鏟運動狀態，利用加速度計對重力矢量觀測值來修正陀螺漂移，可以有效降低姿態角計算誤差。
3．2平地機田間試驗
3．2．1試驗方法組裝好平地機的高程和水平控制系統，在水田進行平地試驗，開啟以上系統并保證正常工作，記錄相關數據。圖6所示為水田激光平地機田間作業后的場景，可以看出平地效果良好。
3．2．2試驗結果分析圖7所示曲線為平地機平地過程中控制系統所測量的平地鏟水平傾角。田間試驗結果分析如下:1)從圖7(a)可知，平地鏟傾角變動基本控制在±1．5°以內且漸進穩定，滿足平地機作業要求。2)從圖7(b)和7(c)可知，在外界干擾較大導致平地鏟晃動嚴重時，水平控制系統起作用，通過PWM輸出反向力矩，使平地鏟恢復到水平位置，其過程是漸進穩定的。3)由于在控制算法推導過程中，平地鏟的傳遞函數是簡化和抽象的，如忽略機械連接部分的間隙、撓度，液壓油缸對于控制系統的響應有延遲現象等，最終導致了控制系統的效果受到影響。
4結語
系統由分布在育苗架中的多個傳感器節點、數據采集單元、設備控制單元和存放在嵌入式ARM設備中的監控軟件4部分組成，如圖1所示。育苗架由鋼制材料構成，共有4層。每一層上面都布有4個溫度傳感器和加熱、加濕裝置，苗架內布有1個濕度傳感器。苗架工作時處于完全密封狀態，苗體生長所需的溫濕度環境均由外部智能控制。數據采集單元負責向傳感器節點發送指令，進行溫濕度數據采集，并通過處理、打包過程，將數據通過RS－485總線接口發送到嵌入式設備上的智能監控軟件中，數據傳輸所使用的協議為Modbus［3］。智能監控軟件收到采集單元發來的數據之后，進行解包、分析、處理等過程，然后顯示到用戶界面上，同時軟件具有記錄歷史數據的功能。用戶在監控軟件上可以設定期望達到的溫度、濕度值，軟件會發送包含這些期望值的指令給數據采集單元。數據采集單元收到這些指令之后，會判斷當前是否符合條件。當條件符合后，數據處理單元會自動調用設備控制單元對育苗架進行相應的加熱、加濕操作［4］。
2系統硬件設計
2．1嵌入式平臺
嵌入式平臺CPU型號為博通公司的BCM2835，采用ARM11微架構，主頻為700MHz，同時平臺配有512MBDDRRAM和8GBNandFlash，提供高效、穩定的運行和存儲環境。平臺配有HDMI高清視頻接口，用來外接顯示器，可以直觀地顯示系統操作界面。配有RJ－45網絡接口和多個USB接口，用來連接網絡、鍵盤鼠標和USB轉RS－285數據線。平臺搭載開源的嵌入式Linux操作系統，該操作系統穩定性好并且具有豐富的擴展功能，適合作為嵌入式監控平臺［5］。
2．2傳感器節點和設備控制單元
溫度傳感器采用Pt100。Pt100溫度傳感器是一種將溫度變量轉換為可傳送的標準化輸出信號(4～20mA)的儀表，其本質是鉑熱電阻，阻值會隨著溫度的變化而改變，主要用于溫度參數的測量和控制，測量量程為－200℃～+200℃，精度為0．1℃。濕度傳感器采用NWSF－1AT，它是一種集傳感、變送為一體的濕度傳感器，適于室內環境的濕度測量。其測量量程為0～100%RH，精度為±5%RH，響應時間小于15s，是一種兩線制的標準化輸出信號(4～20mA)傳感器。設備控制單元采用繼電器控制。加熱裝置分布在育苗架的每一層，且可以獨立工作，加熱裝置的核心是碳纖維加熱毯，它使用碳纖維作為加熱介質。碳纖維(carbonfiber，簡稱CF)，是一種含碳量在95%以上的高強度、高模量纖維的新型纖維材料。它是由片狀石墨微晶等有機纖維沿纖維軸向方向堆砌而成，經碳化及石墨化處理而得到的微晶石墨材料。碳纖維的導熱性能好，熱膨脹系數小且具有各向異性。因此，碳纖維加熱毯的功耗低、加熱速度快，適合在農業上使用。加濕裝置分布在育苗架的每一層，核心是雙向高壓噴頭，可以均勻覆蓋待加濕區域。本單元既可以接收由數據采集單元發來的指令，打開或者關閉加熱、加濕裝置;也可以設定一個閾值，自動地打開或者關閉加熱、加濕裝置。
3系統軟件設計
系統軟件設計由通信協議和上位機程序兩部分組成。其中，通信協議采用Modbus、上位機程序使用Qt開發。
3．1通信協議
Modbus協議是應用于電子控制器上的一種通用語言。通過此協議，控制器相互之間、控制器經由網絡(例如以太網)和其它設備之間可以通信。它已經成為一通用工業標準。此協議定義了一個控制器能認識使用的消息結構，而不管它們是經過何種網絡進行通信的。它描述了一種控制器請求訪問其它設備的過程，制定了消息域格局和內容的公共格式。Modbus協議規定，在進行通信時，每個控制器需要設定唯一的設備地址，交換消息時根據設備地址進行響應，確保一條指令對應的設備是唯一的。Modbus協議查詢指令數據示例如表1所示。其中，數據均為16進制，CRC錯誤校驗位高位在前、低位在后。
3．2上位機程序
本系統上位機程序采用Qt開發，它是一款開源的界面設計庫，使用C++類編寫。其最大特點是跨平臺，支持市面上所有主流平臺，如Windows、桌面Linux、嵌入式Linux、MacOS、Android等。用戶只需要編寫一次代碼，就可以在不同平臺上進行編譯、運行，可移植性較好。在正式編寫Qt代碼之前，需要在目標平臺上搭建相應的開發環境，即本系統需要搭建適用于嵌入式Linux的Qt開發環境，Qt版本為4．8．5。首先將Qt源代碼解壓，在其根目錄下執行．/configure命令，對源碼進行配置;然后執行make和makeinstall命令編譯源碼，并安裝編譯好的庫文件到lib文件夾下;最后將這些庫文件拷貝到嵌入式平臺根目錄下的lib文件夾中，并為其增加export變量路徑:exportQTDIR=/usr/local/Trolltech/Qt－4．8．2exportPATH=/usr/local/Trolltech/Qt－4．8．2/bin:$PATHexportMANPATH=$QTDIR/man:$MANPATHexportLD_LIBRARY_PATH=$QTDIR/lib:$LD_LIBRARY_PATH至此，Qt環境搭建完畢。嵌入式平臺用戶界面如圖2所示。上位機程序由查詢指令發送模塊、查詢指令接受模塊、控制指令發送模塊、歷史記錄生成模塊和通信控制模塊組成。對各模塊進行獨立開發，最后在主界面中采用多線程機制進行結合，將各模塊分別放置在單獨線程中執行，既確保了各模塊的獨立性，又提高了程序的安全性和總體的運行效率。系統總體的軟件流程如圖3所示。系統啟動后，會首先初始化硬件(內部寄存器、串口等)和傳感器節點［6］。采集單元通過RS－485串行通信口與嵌入式設備進行通信。本系統可以選擇手動查詢模式或自動查詢模式。安裝在ARM設備上的上位機程序能夠給數據采集單元發送查詢或控制指令。當發送查詢指令之后，采集單元會根據指令中包含的設備地址信息，匹配相應的傳感器節點，并采集數據;將采集到的數據進行壓縮、打包，然后傳回上位機程序;上位機程序接收到數據之后，進行分析、解包、處理，最終顯示到用戶界面上，同時自動存儲歷史數據。當上位機發送控制指令之后，采集單元會把待設定的參數傳遞給控制單元，使其可以根據需求對加熱、加濕裝置進行控制［7］。
4實驗及結果
為了驗證系統的性能，將育苗架放置在室內環境中，分多個時間點記錄育苗架周邊環境的溫度、濕度數據。給育苗架分別設定一個溫度目標值和濕度目標值，每10min記錄一次育苗架內的溫濕度情況。為保證精度，周邊環境的溫濕度數據由小型氣象站采集。育苗架內部的傳感器放置如下:每層分成4個區域，每個區域的中心放置1個溫度傳感器，傳感器距離每層頂部距離為20cm，用來采集溫度數據;在育苗架內同時放置1個濕度傳感器，用來采集濕度數據。育苗架內部的加熱、加濕裝置放置如下:加熱裝置鋪在每層底部，使該層各部分可以均勻受熱，且加熱裝置下再鋪一層隔熱層，避免每層熱量相互串擾;加濕裝置安裝在每層的頂部，距離頂部5cm，采用360°雙向設計，保證可以對該層各部分進行加濕。數據采集單元放置在苗架的外面，并且對苗架內的連線進行密封處理［8］。
4．1溫度控制實驗
將苗架溫度目標值設定為25℃，濕度不設定，連續采集6h并記錄數據，作出變化曲線圖。圖4為育苗架內溫度曲線圖，圖中虛線為苗架外環境溫度變化曲線。
4．2濕度控制實驗
將苗架濕度目標值設定為40%Rh，溫度不設定，連續采集6h并記錄數據，做出變化曲線圖。圖5為濕度曲線圖，圖中虛線為苗架外濕度變化曲線。由兩次實驗可知，在系統剛開始工作的時候，不論苗架內外的溫度還是濕度情況基本一致，各點的溫度情況處于混沌狀態，苗架內的溫度和濕度都不等于設定值。隨著時間的推移，苗架內各點的溫度均趨向于設定值(25℃)，濕度能維持在設定值(40%Rh)左右，且可以穩定保持。
5結論
1氣象信息共享平臺總體系統設計方案
氣象信息共享平臺的建設圍繞兩個目標開展:一是建立數據接收的快速通道,提供統一的數據訪問接口,為共享服務提供高效、規范的數據;二是統一數據管理各項功能的操作,提供規范、友好的操作界面，建立一體化的解決方案。結合兩個系統設計目標,共享平臺首先定位為氣象信息共享數據的源頭,負責存儲、管理氣象資料數據,最大限度的將省、市、縣相關部門氣象資料存儲在統一的平臺之上,為上層業務應用提供數據訪問服務;其次,平臺提供一個可擴展的氣象信息存儲服務框架,滿足未來氣象業務和探測手段不斷發展、資料種類不斷增加的需要,并提供對已有功能模塊進行擴展、定制的支持。為此,平臺遵循“可靠穩定、構件封裝,先進成熟,開放擴展,統一規范,便捷維護”的總體系統設計原則。整體采用框架系統設計,各子模塊之間功能獨立,可根據用戶的需要進行組合,各子模塊之間沒有直接耦合,而是通過數據庫之間的聯系由框架進行組合;同時,框架程序利用構件技術,采用面向對象方法進行系統設計。在框架的組織下,平臺的適應性、靈活性增強,同時通過復用、可配置等技術降低了平臺的開發和維護風險,且具有良好的可擴展性。
2氣象信息共享平臺體系結構
為實現由業務資源服務應用的無縫化,氣象信息共享平臺采用如圖1所示的體系結構,即從上到下分為應用層、服務層和數據層。2.1數據層數據層是平臺各種數據的來源,包括實時數據庫、歷史數據庫、行業共享庫、實時專用庫和目錄文件。在各類數據庫中既存在結構化數據,也存在諸如文檔之類的非結構化數據,數據的格式均不相同,如按傳統的方法實現,工作量大,難以維護。因此平臺構建了數據訪問邏輯構件和業務實體構件,為各種應用提供了統一的數據接口,以實現不同來源數據的統一處理,做到程序與數據源松耦合。2.2服務層服務層包含了大量的服務,這些服務在流程引擎的驅動下,與業務流程綁定,組合成為功能更為強大的組合服務,供不同的業務模型調用,從而滿足用戶的需求;該層服務采用SCA1.0標準來實現,將構件庫中的構件,裝配成服務的方式提供給其他構件、服務或者其它系統。該層提取了氣象共享服務的共性需求,通過數據服務、策略服務、業務服務、流程服務和表示服務為氣象部門內部各業務系統的開發提供支撐?？梢钥闯?平臺通過把與氣象數據共享業務相關的功能模塊,以標準化的服務形式進行封裝,形成一系列網絡環境下的服務,然后通過結合業務進行流程編排,即可完成相關功能的定制。2.3應用層應用層主要完成平臺搭建并為用戶提供操作界面,平臺運行模式采用基于B/S的方式,根據業務要求,技術架構的選擇需要具備較強的伸縮性、開放性和安全性?？紤]到JAVAEE的特點,平臺應用層開發運行環境選擇基于JAVAEE的應用服務器中間件平臺。
3氣象信息共享平臺數據表系統設計
省級氣象信息共享平臺管理的氣象數據主要包括區域自動站數據、地面氣象觀測站數據、探空數據、加密觀測數據、農氣數據、雷達數據和衛星數據。其中:(1)區域自動站采集的數據包括區站號、日期時間、風速、風向、雨量、氣溫、濕度和氣壓等,這些數據通過GPRS傳輸到位于移動的服務器中,并存入數據庫,之后再定時導入到省局的數據庫中;(2)地面氣象觀測站所觀測的要素比區域自動站多,共有53個要素,但包括所有區域自動站的觀測要素;(3)探空數據由探空報和高空報組成,包括PPAA、PPBB、PPCC、PPDD、TTAA、TTBB、TTCC和TTDD;(4)加密觀測數據不是按時次每日記錄的數據,也沒有固定由哪些站點觀測,因此加密觀測數據一般由用戶不定時人工上傳,且用戶上傳的加密觀測數據為文本格式(非結構化),因此上傳之后平臺需自動將文件中的各數據項解析出來,存入數據表中;(5)農氣數據包括農氣咨詢中心內部業務系統收集的數據和業務系統產生的上報文件;(6)雷達入庫數據包括雷達速度強度圖(圖像文件)和雷達基數據;(7)平臺接收衛星系統傳輸的數據(圖像文件),并直接存儲至后臺核心存儲設備中;衛星包括風云二號衛星云圖和風云三號衛星數據,其中入庫數據為風云二號衛星云圖(圖像文件)和風云三號衛星觀測原始數據及圖像文件。為了實現上述氣象數據的管理,平臺主要系統設計以下數據表(限于篇幅,此處僅列出表名):等值面配色信息表、等值面表、行政區劃表、農氣AB報表(保存農氣報的基本觀測數據信息)、農氣AB報作物表(保存農氣報的作物生長信息)、農氣AB報災害表(保存農氣報的災害信息)、負氧離子觀測數據表、區域自動站降水分鐘數據表、自動氣象站觀測數據表、自動站侯數據統計表、自動站旬統計表、自動站日要素統計表、自動站日風表、自動站數據報監控表、自動站月統計數據表、micaps結構的探空報數據表、探空報基本信息表、等值線圖片信息表、雷達回波圖信息表、衛星云圖信息表、土壤水分觀測數據表、土壤水分月統計表、臺站基本參數表、氣象臺站類型表、臺站類型表和能見度觀測數據表。
4氣象信息共享平臺功能系統設計
結合氣象信息共享的業務需求,平臺整體由氣象數據應用、數據入庫管理、臺站管理和系統管理四大模塊構成。其具體功能劃分如圖2所示。
4.1氣象數據應用模塊該模塊是整個氣象信息共享平臺的核心部分,主要實現自動站數據、基本氣象要素、農氣數據、雷達回波圖、衛星云圖數據、土壤水分數據、人工地面觀測數據和探空數據的查詢、分析和統計。其核心可歸納為數據查詢、數據統計分析、WebGIS展示和數據下載。(1)數據查詢。數據查詢為數據應用的主要方式,包括自動站數據、區域自動站數據、土壤濕度觀測數據、能見度觀測數據和負氧離子觀測數據的查詢?？梢愿鶕x擇的站點、時次、時段、要素(可選多要素),以表格形式顯示查詢結果;同時實現表格行列可自定義、查詢結果可打印、查詢結果可生成TXT文件供用戶下載、查詢結果可導出為EXCEL文件等功能。(2)數據統計分析。可統計和查詢任意時段內某要素的平均值、該時段內極大值和極小值;統計時支持站點可選、時次可選和要素可選,站點為單站、多站,時次為單一時次、連續時次;可統計和查詢任意時段內單站氣象要素值,提供曲線圖。(3)WebGIS展示。采用開源WebGIS平臺,在“自動站圖集”的基礎上,實現基本的地圖操作功能,包括地圖放大、縮小、察看全圖等;實現自動站點空間定位及實時數據查詢顯示(氣溫分布圖、降雨分布圖、風力分布圖、綜合信息圖、氣象要素按數值大小繪制全省分布的色塊圖等)。(4)數據下載。選擇任意時次/連續時次、任意站點、任意觀測項目數據后,生成文本文件,供用戶下載。
4.2數據入庫管理包括入庫參數配置和日志管理兩個子模塊,實現本應用數據庫與基礎數據庫的表、字段對應信息的配置,以及相關數據操作的日志管理功能。
4.3臺站管理實現臺站類型管理和臺站基本信息管理。
4.4系統管理實現平臺內的用戶管理、用戶類型管理,組織結構管理,權限管理和日志管理等工作;該模塊具有自主功能,能根據增加的欄目或功能將管理內容自動添加到管理系統中;能夠實現所有欄目和功能的權限指定,具有自動和自主增加權限功能;能夠對每類氣象數據的每個要素或字段指定瀏覽/下載/修改/添加/刪除等控制權限;能夠進行用戶級別設置,可自定義不同級別,每個級別能劃分不同權限;能夠對不同用戶根據需要進行不同級別指定,能對同一用戶同時指定不同級別,能對用戶單獨添加某種權限;能夠對每個管理模塊根據不同內容進行詳細指定,如日志管理可劃分為系統日志、用戶日志、管理日志、數據日志和權限日志等。
5結語
1.1導致油的粘度變差。
一旦粘度變差，就會使得設備面對如下三個方面的問題。零件和系統中的油液出現大量的滲漏，泵的容積率受到影響。油液流經節流小孔或隙縫式閥口的流量增大，此時之前的工作速率就會發生改變，干擾到穩定性，而且會導致精度明顯的變低。除此之外，一旦粘度變差還會導致零件表層的膜變得非常薄，此時機械就會更容易受到磨損。
1.2導致氧化速率變快。
如果溫度大于55℃時，每當溫度增加10℃，其使用年限將降低一半。而且，氧化還會生成很多的膠裝物體，使得零件的小孔擁堵，干擾系統的活動。
1.3零件因為受熱而發生形變。
一旦溫度變高，就會使得零件因為受熱而發生變形現象，此時之前零件之間的縫隙就會改變，導致阻力變大，有時候還會導致閥門卡死。另外，這種熱變形還會使得零件接觸區域的油膜發生變化，致使磨損變嚴重，進而導致液壓系統的泵、閥、馬達等的精密配合面因過度磨損而失效或報廢。
1.4一些零件的老化速率加快。
絕大部分的零件都是橡膠材料的，如果液壓油溫度太高的話，就會使得這些零件的使用時間大大的縮減。所以，要認真的分析系統高溫問題產生的原因，并且采取正確的方法應對。
2液壓系統設計缺陷對液壓油高溫故障的影響分析
通過分析發現，高溫問題一般可以分為兩個類型。第一是因為系統的設計不當導致溫度變高，第二是因為系統的使用或是維護工作開展的不到位導致溫度變高。由于設計不合理導致的溫度變高，一般是因為設計不當或是沒有正確的安裝，此時就使得熱量大量的產生，或是因為系統生成的熱無法盡快的排放，最終導致溫度過高。設計不當導致的問題一般涵蓋如下的幾類。
2.1沒有正確的設計油箱。
通過分析發現很多時候的溫度升高都是因為沒有設計好油箱而導致的。對于該系統來說，油箱存在的意義是存儲液壓油，而且還有散熱以及隔離水的功效。而設計不到位主要體現在油箱太小或是結構方面的問題。如果油箱太小，就會導致儲液量非常少，進而使得系統不具備較高的流量，無法把產生的熱帶走，此時就使得溫度變高。而結構方面的問題主要指的是因為吸油管和回油管的間隔太近，中間沒有做好隔離工作，此時就會使得絕大多數的油沒有合理的冷卻就進到吸油管中，將使溫度升高。所以，為了避免問題產生，必須要將油箱的體積適當的調整，而且開工至好兩個油管間的距離，在兩者間做好隔離工作。
2.2沒有正確的設計散熱體系。
散熱系統的設計不合理，主要體現在冷卻回路流量過小，空冷器散熱能力與系統產熱不相匹配兩個方面。冷卻回路的循環流量必須與液壓系統所要求的散熱量相匹配。流量過小，則冷卻系統的換熱能力降低，必將導致液壓系統油溫的不斷升高。冷卻同路的循環流量是由冷卻回路的阻力特性和液壓泵的動力特性共同確定的（冷卻回路的流量一阻力特陛曲線與液壓泵的流量一揚程特陛曲線的交點對應的流量，即為冷卻回路的循環流量），對于冷卻回路流量過小的散熱系統，可以通過調整冷卻回路的阻力特性（管徑大小、閥門開度等）或更換輸送能力較大的液壓泵等措施，提高冷卻回路的循環流量。空冷器散熱能力與系統產熱不相匹配，主要表現在空冷器散熱面積過小及空冷器空氣側的對流換熱能力不足兩個方面?？绽淦魃崦娣e過小，主要是由于空冷器熱工設計參數選用不合理或設計計算存在錯誤造成的。對于這個問題，可以在重新進行準確的熱T計算的基礎上，更換散熱面積滿足要求的空冷器，以增強空冷器的散熱能力；空冷器空氣側的對流換熱能力不足，則主要是由于空冷器空氣側的空氣流量不足造成的?？梢酝ㄟ^采用更換大風量風扇等措施，強化空冷器空氣側的對流換熱效果，保證空冷器的冷卻散熱能力。
2.3沒有選擇合適的液壓零件。
液壓系統中的液壓元件，主要包括換向閥、溢流閥和順序閥等。這些元件的選型設計，必須滿足液壓元件工作壓力、所通過流量及所要求的壓力和流量的調節范圍等方面的要求。其中流量指標是選擇液壓元件的重要依據。根據流量選擇液壓元件，其實只是保證所選擇的液壓元件的局部阻力系數具有合適的取值，以保證液壓元件在正常工作狀態下的阻力損失不致過大。因此，液壓元件選型不合理，主要表現為所選液壓元件局部阻力系數過大，從而導致液壓系統在正常的工作流量下產生較大的阻力損失。這部分阻力損失最終轉化為摩擦熱被液壓油吸收，從而導致液壓油的較大溫升。所以，一旦選擇的零件型號不當，也會使得設備發生高溫問題。
2.4管線設計以及安裝工作開展的不到位。
系統管路的阻力有兩種，一種是沿程阻力，另一種是局部的阻力。不論是哪種阻力，只要其變大就會導致熱量變多，最終使得油溫變高。因此，要積極的做好管線系統設計工作，將阻力損失掌控在一定的范圍之內。站在控制阻力損失的層面上來看的話，在設計的時候要注意如下幾個方面。（1）管徑選擇。在選擇管徑的時候要結合回路流量以及設計規定的比摩阻來綜合分析，這樣就能夠防止發生管徑太大或是太小的現象了。（2）管路長度。在確保功效合理，運行穩定的前提之下，在設計管路的時候一定要秉承著精簡的理念，最好是短一些，這樣就能夠避免過多的彎折以及轉彎等。（3）管路附件。在滿足使用要求的前提下，液壓油管路盡量減少彎頭、變徑及不必要的閥門等附件，以減少管路系統的局部阻力損失。
3結束語
1.1 研究背景
目前，縱觀全國各地高校，學位論文管理系統得以廣泛實現應用，有一些學院依舊用手工錄入的方式進行管理；經過仔細對比，很多高校使用WEB方式進行論文管理時的相關操作，在功能上及相應的業務流程比較相似；都使用較簡單的方式，如都使用論文提交、審核，及搜索模塊，基本上來說都沒有題目選擇或者導師互動等模塊。在本課題在這些基礎上，加入前期論文題目及導師的互動選擇功能，從而使得論文的各個過程都能在網上進行，從而方便了審核人員，導師和學生。在線的論文指導（站內短信）功能可以導師和學生進行方便地進行溝通和交流，另外在線修改功能也能避免線下修改造成的紙張和時間的浪費。
1.2 研究內容
做為一個涉及多個權限用戶的系統，這就需要對用戶信息數據進行處理，再加載不同的用界面。根據該論文系統需求特點，要求平臺建立在網絡的基礎上，盡可能地使論文的整個過程方便，簡單，界面更加友好。整個過程首先由有相應論文指導權限的教師上傳可供學生選擇的標題，教師所在的單位審查通過后，便開始了基于該網絡平臺的互動論文選擇過程，學生以志愿的方式選擇相應的論文標題進行申請，然后相應教師對申請學生進行選擇，系統接著對結果進行處理。處理完成后，落選雙方進行第二次雙向選擇，最終完成選題的過程。然后教師與學生論文寫作過程，進行開題報告，正文寫作等過程，最后教師對論文進行評分。就是基于上面這一個論文過程，進行仔細分析，最后開發出這個系統。
1.3論文綜合管理系統的開發環境
1.3.1 LAMP（LINUX+APACH+MYSQL+PHP）
網站主體采用執行效率極高的PHP開發，使用AJAX技術輔助，數據庫方面采用與PHP之最佳組合MYSQL，web服務器和操作系統則采用apache和linux，這就是所謂的LAMP建站方案。
2 相關技術綜述
2.1 PHP編程技術介紹
PHP是一種公開源代碼！運行在服務器端的嵌入式腳本語言，允許程序員將語言嵌入HTML文件當中，并且PHP對不同的技術提供了編程環境與接口，利用它可以方便地開發各種功能完備！交互性強的動態頁面，為網站建設提供了簡單！實用的解決方案：
2.2 MySQL數據庫技術介紹
MySQL是一個精巧的SQL數據庫管理系統，雖然它不是開放源代碼的產品，但在某些情況下你可以自由使用。由于它的強大功能、靈活性、豐富的應用編程接口（API）以及精巧的系統結構，受到了廣大自由軟件愛好者甚至是商業軟件用戶的青睞。
2.3 開發環境
LAMP即操作系統： LINUX，web服務器： APACHE，數據庫：MYSQL，服務器端腳本PHP的第一個字母組合。LAMP通過多年的發展，迅速由草根階層走出來，在世界范圍的層面，一旦談及WEB服務器標準，人們就會自然談到LAMP。也正是因為LAMP都是開源的組件，不斷完善其兼容性，它們的應該場合越來越廣泛，普遍。并成為一個相當強大的WEB平臺。
2.4 B/S體系與三層配置模式
B/S結構從邏輯上講分為四個層次：客戶機、Web服務器、應用服務器、數據服務器。客戶機主要負責人機交互，Web服務器主要負責對客戶端應用程序的集中管理，應用服務器主要負責應用邏輯的集中管理，它也可以根據其處理的具體業務不同而分為多個；數據服務器則主要負責數據的存儲和組織、數據庫的分布式管理、數據庫的備份和同步等等。
2.5開發方法：原型法開發
3 系統設計與實現
3.1系統需求分析
本系統作為一套論文綜合管理系統，在使用過程中主要呈現出了以下幾個特點：
1）系統是根據具有本學院特色的論文管理模式進行編寫的，具有通用性，同時也更具有個性化的特點，以方便學院師生論文操作和提高論文效率為核心，采用以管理與先進的計算機網絡技術相結合。
2）規范的軟件結構搭配先進的軟件開發技術。該文管理系統基于B/S結構，并根據軟件設計的思想，運用了標準化，模塊化，網絡化等技術，使得整個系統可靠性，適應性，維護性及安全性得到了很好的保障。
3）方便友好的用戶界面。系統采用的瀏覽界面更加的友好，更加的清晰，布局也更加的合理，無論是那一種角色用戶得能方便地操作，提高了他們使用系統完成任務的效率，最大化地使用戶得到好的用戶體驗。
3.2系統設計目標
本系統設計的根本就是為了使得整個論文過程網絡化，提高過程的完成效率，減少人工成本，提高論文信息的查詢、紀錄等工作的速度，使得論文的整個流程更加地完善。以便更加方便、直接、快捷地為我院師生提供服務。
3.3設計方案
3.5系統描述
該文系統的核心任務是論文的過程管理，它包含了系統管理的多個方面，內容上比較復雜、廣泛，必須使得系統核心任務十分穩定，并且與系統其它模塊的協作也要十分穩定，流暢。論文系統功能主要包括：論文，人員，以往論文，新聞，系統內短信等功能模塊；及能根據系統賦予的角色權限對相應的信息進行相應的查詢、統計、修改等操作的功能。
其中核心的論文管理行為包括：
1）本系統的院系管理員負責管理系統各種信息。管理教師和學生用戶的論文操作權限；
2）非管理員用戶只能檢索、查看系統相關資料信息。
4 總結
論文綜合管理系統的開發不僅僅是一個網站制作的過程，更重要的是在系統分析和設計階段所做的工作。在這過程中，我充分利用了網站開發上的靈活和效率高的特點，應用PHP和MYSQL數據庫以LAMP架構開發本系統。
在系統的設計過程中，本對系統的設計的過程越來越清晰，也更加熟悉PHP的程序應用，對系統整體的架構設計，模塊劃，頁面的整體布局設計也有了更深的認識，為更好地學習，工作打下更加堅實的基礎。
參考文獻：
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關鍵詞管孔段長高程管道基礎校園網
目前，隨著教育的不斷發展，有許多高校和中學都在建設新的校區。新建校園是否具有先進的、完整的弱電系統是衡量學校建設水平的一個主要標志。為了滿足目前和今后的需要，絕大多數學校在建設時都將校園的弱電系統放在一個很主要的位置。計算機校園網、公共廣播、安防與監控、有線電視、多媒體教學、“一卡通”等弱電子系統一應俱全。所有的子系統的布線都將涉及到校園內室外管道，所以室外管道的設計好壞，將直接影響到系統的投資和系統的性能。
弱電室外管道的設計仍然遵循通信管道的設計方法和設計規范，但由于使用的場合和敷設線纜的
種類不同，設計方面也有很大的區別，應分別對待。下面從幾個方面進行闡述。
1管道的路由選擇
室外管道的路由和整個弱電系統的布置有關，凡是綜合布線需要敷設的地方都需要室外管道。新建的校園不可能再采用架空布線的方式。
室外管道從中心（網絡中心、監控中心、電視演播中心等）開始延伸到校園的各個角落，以滿足校園計算機網、監控、廣播等系統敷設線纜的需要。管道的路由一般選擇在校園的主要道路上。但由于校園的主干道上的地下管線很多，諸如下水管、供水管、煤氣管等等，同時道路相對較窄，因此將弱電管道的路由選擇在靠近建筑物的綠化帶不失為一個好方法。這樣做，一方面降低了與其他管線交叉與間隔等問題，施工難度小，今后受其他管線開挖維修的影響小，系統的安全性得到保證；另一方面，可以減小管道的埋深，降低管道的施工要求，例如管道基礎可以不需要采用鋼筋混凝土或混凝土基礎，管道不需要進行水泥包封等等，節省了工程的投資。
當弱電管道必須和其他管線進行交叉時，盡量選擇較少的交越點，即將分支管道集中起來，在一、二處進行交越，交越后，分支管道再向各個方向分散，盡量避免多處交叉的現象出現。在交叉的處理過程中，要考慮弱電管道和其他管道的各自埋深，以及相互之間的間隔距離，要求能夠滿足相關的標準。
2管道容量、管道材料和孔徑的選擇
2．1管道的容量
大多數的學校都選擇將各個中心設置在一個建筑單體內，如計算機網絡中心、監控中心、電視演播中心、廣播中心等等，這樣便于弱電系統的維護和管理。
出入中心的管道的容量要根據目前所需要敷設線纜的種類、數量來確定，管孔的含線率為50％左右，并且要考慮留有40％左右的富裕量，以滿足今后20～30年的需求。在考慮管道容量時，要結合目前弱電各個系統的組成來決定所需敷設線纜的數量和走向。不同系統的線纜如光纜、通信電纜、廣播、有線電視電纜、監控用視頻應分別敷設在不同的管孔內。
2．2管道材料
管道的材料一般采用UPVC管，只有在一些車輛進出口和管道埋深達不到規定的場所考慮采用鋼管。目前，不再采用混凝土的水泥管作為地下通信管道的用材。
2．3孔徑的選擇
在校園的主干路由和分支路由上，應采用統一規格的管材，一般為φ110UPVC。對于各個弱電系統從管道分支出去的地下管線，由于穿放的線纜種類單一、數量少，可以用φ40的鋼管，例如室外廣播點、室外監控點等。由于布點分散，當從主干管道分支至這些布點處時，地下管線可以采用φ40的鋼管，并且可以縮小這些管線的埋深。
3人孔與手孔的選擇
校園管道與電信管道的區別之一就是在人孔（手孔）內，沒有或很少有線纜的接頭，而且接頭的尺寸較小。由于范圍不大，從系統的安全性和穩定性來考慮，除了電話通信電纜分支和總線結構的系統需要在室外進行接續外（如室外屬于同一廣播分區的廣播點），各個弱電子系統中的室外線纜盡量不要有接頭。在實際的工程設計中，若無法避免接續，一般可以考慮盡量將接頭設置在臨近的建筑物的弱電間或橋架內。雖然這樣要增加線纜的長度，但從接頭的防潮角度來說，是非常有利的。
因次，在選擇人孔和手孔大小和種類時，一般20孔以上的管道，其人孔選用小號人孔；對于18－12孔管道的人孔，選用標準手孔120mm×170mm×130mm；對于12孔以內的管道，其手孔選用90×mm120×mm110mm規格的手孔。手孔或人孔的井蓋仍然采用標準的人孔鐵蓋和口圈。
對于為了滿足各個弱電子系統而敷設的分支管道，如前面所述的廣播、監控、安防的紅外對射，由于管道的孔徑較小，埋深較淺，手孔采用非標準的30mm×30mm×30mm的小手孔，就可以滿足實際工程的需要。
4管道的基礎、坡度和防水處理
4．1管道的基礎
管道基礎的好壞直接影響到整個管道的質量，尤其是管道建設在車行道下，如出現下沉而使管孔錯位甚至管道斷裂等現象大部分都是由于管道基礎出現下沉而引起的。因此，在校園管道設計中，對管道基礎的設計要充分重視。
對于土質較硬且埋深較深的管道，若管道敷設在人行道下且管孔數量不大于12孔，可以采用細土夯實或灰土做基礎，以節省工程造價。對于土質較軟，地下水位較高的地區，應采用混凝土基礎。只有在沉陷性較大的土壤中建筑管道或有較大的跨越寬帶的情況下采用鋼筋混凝土基礎。
4．2管道的坡度
為了讓管道內的水能夠流到人孔（手孔）內，避免由于管孔內有積水而使線纜始終浸泡在水中，管道必須要有一定的坡度。
管道的坡度值要取得適中，并要結合道路路面的坡度走向，坡度取得太大，則會增加管道的埋深，增加工程的投資，同時會造成人孔（手孔）的深度加大；坡度取得過小，則起不到作用。適合的坡度在0．2％～0．4％。
管道的坡度有“一字形”和“人字形”兩種，可以根據具體情況選定。
當地面的坡度大于0．3％時，管道的坡度取地面的坡度；若地面道路的坡度小于0．3％時，管道坡度取0．3％，個別較長的段長，坡度取0．25％，管道的坡度為“一字坡”，坡度的取向同道路的坡度走向。當管道的段長較長時，可以選擇采用“人字坡”，這樣可以減少工程量，節省投資。
4．3管道的防水
在校園網的管道設計中，管道的防水應引起足夠的重視，由于校園內其他的管線較多，且相互之間靠得很近，因此，必須要考慮管道的防水。對于較大容量的管道（例如8孔及以上），可以采用全程水泥包封的方式，人孔（手孔）內墻面涂抹5層防水砂漿進行防水。
5結束語
在目前的校園網弱電系統的建設中，校園管道是一個主要的環節，它是整個弱電系統的基礎之一，它的建設好壞，直接影響到整個弱電系統的性能。因此，需要對此引起足夠的重視。
參考文獻
1系統原理和結構
如圖1所示，假設在二維空間的遠場有一個單頻聲波信號源Bcosωt，頻率為f，波長λ，傳播速度為c，距離為D，接收陣元等間距排列，距離為d。當信號源滿足遠場條件時(D≥d2/λ)，回波信號可以被看為一個平面，信號的入射角為α，則相鄰陣元的波程差l=d·sinα，由此可得出相鄰陣元間的接收時延τ=d·sinα/c，相位差θ=2πfd·sinα/c，相應第p個陣元接收到的回波信號為xp(t)=Bcos(ωt+pθ)，(1)將所有陣元的回波信號進行疊加，并經過幾何級數求和后可得y(t)=Bcos(ωt+(p－1)θ/2)·sinnθ2sinθ2．(2)由表達式(2)可以看出疊加信號的大小取決于各信號的相位差θ，當θ為0時，即回波信號垂直于線陣入射時，接收到的能量達到最大值。波束形成的基本原理是為了得到與直線陣元成某一角度α方向上的波束信號，對n個陣元接收到的回波信號進行不同的延時補償和相位補償，使這一方向上的信號在x＇軸上同相疊加，而其他方向的回波信號則相互抵消衰減，從而達到基于方向的空間濾波效果［6］。便攜式三維聲納系統的結構如圖2所示，設備可與船體通過線纜相連或者離線工作。液晶顯示屏安裝在基板下方，與信號處理板連接，實時顯示水下三維圖像和多項系統參數。電源板可在線纜提供的外部電源和電池電源之間切換，為各板提供數字電和模擬電，基板負責板間互連和結構固定。聲納發射陣和接收陣被安裝在前面板上，探測水平方向120°，垂直方向75°范圍內的物體。利用波束形成原理，垂直發射線陣的陣元通過不同的相位差向探測空間的各個方向發射多路聲納脈沖信號，每個方向采用一種頻率，用于定位垂直方向，如圖3所示，發射陣元材料選用PZT—4型壓電陶瓷，具有較高的機電耦合系數。水平接收陣材料選用PZT—5壓電陶瓷，具有良好的響應特性，獲取的回波信號經過帶通濾波后同樣利用波束形成原理添加相位和延時補償，將各路陣元結果疊加后得到所需水平方向上的最強信號。經過多輪的發射和接收循環最終在顯示屏上刷新出成像結果，實現水下三維探測。
2系統實現
2．1硬件系統設計
如圖4所示，系統硬件主要由信號處理板、接收板和發射板組成。信號處理板完成75路發射信號的產生和二級波束信號處理，實現與液晶屏之間的命令和數據通信，并將采集到的數據上傳到上位機。接收板連接水平接收陣的120路換能器，完成信號調理和一級波束形成。發射板用于驅動垂直發射線陣工作。接收板首先對從換能器接收到的微弱電信號進行調理，將信號通過一個放大電路和300～600kHz的帶通濾波器，有效信號的衰減小于3dB，使信號滿足A/D轉換要求。然后模擬前端對聲納信號進行增益控制和同步采樣，增益范圍20～60dB。采用Xilinx公司的Spartan—6系列FPGA完成第一級的波束形成，其內部集成大量的數字信號處理器(DSP)，可高效完成波束形成運算。兩片FPGA各負責60路信號，通過I2C獲取當前量程等參數，到處理板的數據傳輸通過LVDS接口完成。AFE5851是TI公司推出的面向高密度低功耗設備的新型集成模擬前端，集成了16個可變增益放大器和8個12位64MSPSA/D轉換器，系統的采樣速率為3MSPS，每通道功耗小于20mW。信號處理板的FPGA擴展1GB內存，從DDR中獲取正弦波數字信號，采用查找表的方式生成75路發射信號，最后經過D/A轉換器生成模擬信號，同時FPGA接收經過預處理的波束信號，實現二級波束形成，通過PCIe總線將結果傳輸到處理器，用于實時成像。DM8127是基于低功耗的數字媒體處理器，擁有強大的圖形處理能力和豐富的接口，平均功耗小于3W，可保證系統在電池供電時保持較長的續航時間。
2．2FPGA系統設計
接收板的FPGA主要完成模擬前端的控制、數據的采集、120路信號的DFT運算、一級波束形成與上傳數據等功能。由于隨著陣元數量的增長，波束形成算法對硬件系統的性能要求也顯著提高，在有限的成本下難以實時完成波束形成運算。為此，采用分級波束形成算法，以30個陣元為一組子陣并行完成－60°～60°范圍內31個方向的一級波束形成，再將4個子陣作為4個陣元完成全陣120個方向的二級波束形成，相比直接獲取波束結果可減少90%的運算量［7］。接收板的一級波束形成過程如圖5所示，首先對各個陣元的150個離散采樣點x1［n］做DFT處理，并根據當前所處的頻帶k提取頻域信號X1(k)，再參照各陣元的相移參數θ進行相位補償［8］，最后將所有結果求和則可得到一級波束信號Rα。圖5一級波束形成流程Fig5Processoflevel-1beamforming在信號處理板，信號發射模塊通過DDR控制器獲取當前方向的75路數據，將發射信號發送到D/A轉換器。FP-GA進行二級波束形成時，將每個子陣作為一個陣元，陣元的位置是子陣的中心點。在－60°～60°的范圍內均分120個方向，形成某個方向的波束時，從各個子陣元選取方向最接近的一級波束信號，經過角度差調整后與一級波束形成類似，進行相位補償求和，最終獲得以接收基陣中心為原點的120個方向波束信息。
2．3軟件系統設計
系統的軟件功能主要由4個部分組成，如圖6所示。通信部分完成處理器與上位機、FPGA和顯示屏的數據傳輸。數據管理部分實現一些重要圖像和數據的本地存儲和回放。參數控制需要配置發射脈寬、探測距離檔位、TVG控制等參數，同時傳遞人機交互的信息。系統軟件的主體是三維建模，處理器從FPGA接收到的波束信號無法直接用于三維成像，需要先將聲納信息解析為三維坐標平面的點陣信息［9］。處理器接收到的聲納信息包括:波束信號在水平方向的角度α，信號頻率k，目標圖6便攜式三維聲納系統軟件功能Fig6Softwarefunctionofportable3Dsonarsystem點到陣元的距離D，信號強度B。數據解析過程需要將這些信息轉換到以水平接收陣為x軸，垂直陣為y軸，垂直于換能器平面的方向為z軸的三維坐標系(x，y，z)中。轉換公式如下［10］x=D×tgβ1+tg2α+tg2槡β，(3)y=D×tgα1+tg2α+tg2槡β，(4)z=D1+tg2α+tg2槡β．(5)其中，β是目標在垂直方向上的角度，發射扇面的每個方向波束采用不同的頻率，通過信號頻帶k可以得到目標在垂直方向的角度β。由于發射波束和接收波束的方向是固定的，為提高轉換效率，避免冗余的耗時運算，處理器預先計算出所有方向的正切值存入數組中，進行坐標轉換時可利用查找到的正切值直接完成轉換。采用三角網格構建將分散的數據點結合成可顯示的圖像片段。網格構建的方式選用歐氏距離最近鄰原則，首先設定一個閾值，若兩點間的距離小于此閾值，則可認為這兩點間有相鄰關系［11］。聲納系統的探測量程是可調的，使用固定的閾值會導致不同量程下出現大量的連接錯誤，成像效果不理想。為此，采用動態閾值，每當量程改變時，閾值將根據該量程的最大距離進行調整［12］。
3測試結果
為驗證分級波束形成算法的可行性，利用Matlab軟件對兩種算法進行仿真，設定在線陣中心0°方向有一個聲波信號源且滿足遠場條件。仿真得到的各方向波束結果如圖7和圖8所示，采用分級算法的主瓣寬度在1°左右，具有和直接算法同樣高的分辨率，其旁瓣峰值的增量也小于0．5dB，由此證明:分級波束形成算法既能夠取得與直接波束形成算法相同的效果，又可以大幅度減少系統資源占用，提高運行效率。為實際測試系統的水下成像效果，在千島湖實驗基地進行試驗。圖9為10～40m量程下探測到的湖底地形，通過顏色和紋理的變化可以清楚地看出湖底地形狀況。圖10為放置了圓筒障礙物后探測到的湖底地形。英國CodaOctopus公司開發的EchoscopeMark系列三維聲納采用大規模的平面陣換能器進行波束信號的發射和接收，與本系統樣機的技術指標對比如表1所示。本系統樣機與MarkII相比，大幅度減少了接收陣的陣元數量，僅僅犧牲了小部分的系統性能，而離線續航時間可達3h以上，更是將水下重量減輕到了0kgf，總體上仍然能夠滿足水下精確探測和靈活作業的需求。
4結束語
PAS200控制系統由控制網絡、控制器模塊和I/O模塊構成，如圖1系統結構圖所示。工程師站軟件組態后通過控制網絡將組態的相關信息下載到控制器，控制器運行時加載組態內容。操作站通過控制網絡獲取連接在各個I/O模塊上裝置的運行情況，實時監測并進行現場報警【5】。PAS200控制系統冗余的核心部件是控制器模塊?？刂破鞑捎媚K化架構，由電源、控制器、通信卡等構成。對下，通過兩路冗余的RS485總線和I/O模塊進行數據通信；對上，通過兩路冗余的高速以太網實現數據傳輸?？刂破髦g通過背板總線進行冗余數據的交換。正常情況下，主控制器和從控制器同步刷新輸入數據、執行程序。但只有主控制器進行輸出I/O設備的控制。從控制器不斷地監測主控制器狀態。如果主控制器出現故障，從控制器立即接管對輸出I/O的控制，從而實現對系統的冗余控制【6】。
2、系統硬件設計
PAS200冗余控制系統中控制器硬件由電源卡件、控制器卡件、通信卡件、底座等4部分組成。其中，控制器卡件架構如圖2所示，其采用AMDGeodeLXProcessor高性能、低功耗嵌入式專用處理器，主頻500MHz，在板包含DMA控制器、中斷控制器、定時器、實時時鐘、256MDDR內存。外部接口有2個串口、3個10/100M自適應網口。其設計充分考慮了惡劣環境下的應用，采取了多種措施，確保系統在各種應用環境中均能穩定、可靠、高效的運行。它采用工業級器件，高智能布線系統，運用防靜電及抗干擾電路，盡可能的降低了功耗，提高了可靠性及寬溫操作能力。
3、控制器冗余
3.1主從冗余分配
PAS200冗余控制系統中的冗余控制器包括一個主控制器和一個從控制器。主從控制器角色的分配按控制器冗余上電啟動兩種可能出現的情況進行。一種是兩個系統同時上電；在上電后，兩個系統將通過同步通道發送信息來相互檢測。在一個可配置的時間內一個系統檢測到另一個系統，另一個系統回復并且在各自的日期和IEC程序的有效性的基礎上，兩個系統將協商他們的角色（主或從）。協商首先是根據操作站的聯機信息進行主從分配，失敗之后再根據自定義條件進行分配。如果必要會建立一個從主系統到從系統的IEC程序同步。然后，兩個系統將運行此IEC程序。另一種是一個系統正在運行且另一個系統上電，此情況出現在一個系統掉電并重啟的時候。當前，一個系統運行在獨立模式且另一個系統上電。已經在運行中的系統成為主系統，上電系統將與主系統程序同步并成為從系統。主系統將在兩個任務執行間隙短暫停止，與從系統同步數據。然后，兩個系統都執行IEC程序同步。
3.2主從冗余實時通道
PAS200冗余控制系統中的兩個控制器都基于Linux+RTAI+RTnet軟件平臺運行實時系統，并且通過一個實時同步通道同步。實時同步通道基于RTnet實時以太網實現。RTnet是一個基于RTAI的實時網絡子系統，其利用標準以太網的硬件設備，支持常用的網絡接口控制芯片組，實現了時間確定性的UDP/IP、ICMP和ARP協議,為實時系統的開發提供了一個穩定、實時性高的軟件開發平臺。這樣，通過RTAI及其之上的RTnet就構建了一個實時通道在主從進行數據傳輸。兩個完全相同的控制器并行運行，假設一個系統出現故障，那么另一個系統可以接管，接管使得兩個系統緊密的同步在一起。另一個通信通道用于同步實時系統間的時鐘源，使兩個系統上的調度程序可以選擇相同的任務來運行。
3.3主從冗余同步
冗余控制器同步按內容主要劃分為任務同步、IEC程序同步、數據同步、時鐘同步、RS485通信同步幾大部分。其中，任務同步是由主系統的調度程序開始，任務號和全局變量數據發送到從系統；從系統響應一條回復信息；當一個任務完成后，第二個任務同步開始執行。而在RS485通信同步點主系統和從系統都需等待他們的觸發信息，此觸發信息來自在達到同步點后的主系統。當從系統達到RS485通信同步點后，如果不能收到來自主系統的同步信息，從系統將檢測系統狀態是否發生變化，如果系統狀態未發生變化則報錯。當主系統達到RS485通信同步點后，如果不能收到來自從系統的同步信息，主系統記錄錯誤并正常通信。
4、RS485通信冗余
控制器通信擴展卡上有兩路RS485通信，系統啟動階段通過診斷獲取兩路RS485通信狀態。如果主控制器上兩路RS485均能正常通信。主控制器則選擇其中一路RS485作為通信鏈路，另一路RS485作為診斷鏈路；從控制器兩路RS485都進行監聽。如果主控制器上一路RS485能正常通信，另一路RS485不能正常通信。主控制器以能正常通信的那路RS485作為通信鏈路；從控制器兩路RS485都進行監聽。如果主控制器上兩路RS485均不能正常通信，且從控制器上RS485能正常通信，則主從控制器進行切換。運行階段，如果主控制器兩路RS485通信正常工作，從控制器兩路RS485通信就監聽。如果主控制器通信鏈路失敗且另一路診斷成功，則切換診斷為通信鏈路。如果主控制器通信鏈路失敗，另一路診斷失敗，且從控制器監聽成功，則主從切換。
5、結束語
1.1網絡結構總體方案
網絡結構是整個系統的基礎，網絡結構的設計直接關系到整個網絡的傳輸質量、業務拓展及運營服務質量。目前，網絡結構的設計已從電纜向光纖，從模擬向數字化、寬帶化、智能化趨勢發展。網絡拓撲結構主要分星形網、樹形網及環形網，一個網絡一般由多種網絡結構組合而成，為達到較高的可靠性擬采用環形+星型網絡拓撲結構，在主干段以及配線段用光傳輸系統實現光纖到樓，再建同軸電纜和雙絞線重疊網作為用戶引入。重疊網在光信號通路上通過共纜分纖方式將電視與數據業務物理分開形成以CATV為基礎的重疊式綜合業務網絡。整個網絡拓撲圖如圖1所示，具體方案為：在小區綜合樓內設置一分前端，并入會澤縣城域骨干環網，具有自愈傳輸功能；從分前端到各個光節點采用一級星形結構，盡量延伸光傳輸距離，使光信號幾乎送至用戶；從光節點至用戶電纜（同軸電纜或雙絞線）采用星形無源結構，傳輸距離不超過100m，最大限度保證信號傳輸質量。
1.2分前端機房的設置
因要接入城區自愈環中，故機房應配備具有二選一光接收并且具有自動切換功能的光接收機和支持冗余環網拓撲結構的數據傳輸設備，從而實現來自順方向及逆方向上信號的冗余。環網光纜采用48芯光纜，以滿足今后多業務需求。根據實地情況，機房設于小區中較集中的綜合樓內，同時考慮到今后這一區域的發展，在路口設一交接箱，以滿足今后小區處用戶的接入。
2分配光纜網路由規劃
（1）光網絡結構：如前所述，分前端后采用一級星形光網絡拓撲結構。
（2）光節點芯數：考慮到下一步互動電視及今后其它數據業務的開展，每個光節點設計8芯（一芯下行、一芯上行、兩芯數據、四芯備用）。
（3）光節點數：依據一步到位、分步實施、逐步發展的方針，同時根據小區實際情況，為滿足星形無源電纜網的要求，盡可能延長光網絡范圍，以達到高質量傳輸、易維護的標準，小區內共設光節點38個。
（4）由于全部光纜為地溝敷設，且距離相對較短，考慮到降低施工難度，同時又能達到最高的網絡傳輸標準，所有光節點均用8芯光纜直接鋪設至機房。根據以上標準，繪制路由圖如。
3CATV系統設計
網絡整體結構確定之后，就可以對CATV及相應的數據業務系統進行設計。目前雖然新產品層出不窮，但對于HFC網絡來說，網絡結構確定之后對CATV系統的設計變得較為容易。
（1）光系統波長：環網節點仍采用以前的1550nm系統主用、1310nm系統備用的方案，分前端之后的分配光網絡由于傳輸距離較短，故采用1310nm系統，具有很大的靈活性。
（2）由于分配光網絡采用一級星形結構，故光發射機及分路器在分前端集中分配。
（3）計算出各光節點鏈路參數，確定所需光發射機參數，每個光節點接收機的輸入光功率按-2dB計算，計算過程略。
（4）繪制出光系統分配圖。
（5）光機以下的同軸電纜分配網由于采用無源星形入戶設計，光機信號經分支分配器后直接至用戶，經實地勘察最大傳輸距離不超過80m，故此部分網絡較為簡單，同時最大限度地保證了用戶端的信號指標（同軸電纜分配圖略）。
4數據傳輸系統設計
小區數據傳輸系統的設計必須依托于現有的城域骨干網。目前我縣城域骨干網是由MSTP系統為切入，以CiscoCatalyst3750M為核心，旁掛BAS做認證設備，采用星形結構聯至分前端各匯聚節點CiscoCatalyst3560上的網絡構架。同樣的，把小區分前端作為一匯聚節點，由于匯聚層不采用環路結構，故用CiscoCatalyst3560直接聯至中心機房CiscoCatalyst3750M即可。通過開啟CAT3750M的MPLSVPN功能即可滿足匯聚層下集團用戶對虛擬專用網的需求，同時用BAS實現對個人用戶的認證工作。對接入層來說，根據上述網絡設計結構，小區內共設38個星形接入點，如果接入點用戶有MPLSVPN需求的，要求接入設備必須支持路由功能，否則的話直接采用普通接入交換機，來實現對個人用戶的網絡接入。數據傳輸系統結構設計。
5結束語
