系统设计参数

系统设计参数（精选十篇）

系统设计参数 篇1

ZigBee具有低成本,低功耗,低复杂度以及自组网的特点,在物联网的数据传输中得到了广泛的应用。TI公司推出的CC2530芯片结合其推出的Z-STACK协议栈,在ZigBee应用中占有重要地位,设计使用CC2530作为ZigBee数据传输的芯片。使用ST公司最新推出的一款集成了以太网MAC层协议的STM32F107处理器,加上物理层DP83848芯片,实现了传感器数据同以太网数据服务器的数据传输。

1 总体方案

系统设计目标是将家庭或户外需要检测的环境参数信息进行采集,并发送到服务器上储存以便随时查看。如图1所示,系统主要包括3部分:(1)传感器节点。即获取各种环境参数数据并且将其传输到协调器的节点。(2)网关。接收传感器节点数据然后将其转发到以太网服务器。(3)网络数据管理。接收到网关发送来的数据,并储存到服务器数据库以供查询。

2 系统具体实现方案

2.1 传感节点设计

传感器节点用于接收环境参数监测传感器发送来的数据,进行初步处理后通过ZigBee网络发送到网关[2]。传感器节点模块如图2所示,主要包括供电装置,传感器和数据接收处理与通信3部分。

供电部分使用1 200 mA的可充电锂电池,在没有交流电的情况下,可以使用锂电池供电,使用时间长达15天,室内使用可以直接通过稳压电源接到220 V交流电,实现不间断供电。

系统使用的传感器包括温湿度传感器和可燃气体传感器。温湿度传感器使用的是SHT11[3],是由瑞士Scnsirion公司推出的一款数字温湿度传感器芯片,该芯片其特点有:高集成度体积小,采用两线串行接口方便各类单片机系统使用,测量精度高且可编程调节,内置A/D转换器;功耗低,平均功耗150 μW。温湿度传感器通信时钟线SCK与CC2530的P2.2管脚连接,数据线DATA与CC2530的P2.3管脚连接,通过CC2530软件模拟两线串行通信实现与SHT11的通信,模块连接图如图4所示。可燃气体传感器使用TGS813[4],是Figaro公司生产的宽范围可燃气体传感器,主要特点有:对多种气体敏感,如甲烷、一氧化碳、乙醇等多种气体具有较高的灵敏度、寿命长、工作电压范围宽(5～24 V)[5]。TGS813的简化设计图如图3所示,为简化设计将传感器供电端Vc与加热丝供电VH连接在一起用一个5 V电源供电。将处理后的TGS813模拟信号连接到CC2530的模拟数据采集端P0.6管脚,实现对于可燃气体浓度数据的采集,由于集成了温度和湿度传感器,所以可使用采集到的温湿度数据对可燃气体的浓度数据进行校正,从而得到更加准确的数据,与CC2530管脚连接如图4所示[6,7]。

数据处理以及通信使用TI公司的ZigBee芯片CC2530。CC2530是用于2.4 GHz IEEE802.15.4,ZigBee和RF4CE应用片上系统(SoC)解决方案。其结合了RF收发器的优良性能和业界标准的增强型8051 CPU。CC2530还具有不同的运行模式,使它适应超低功耗的应用需求,而且运行模式之间的转换速度快进一度减小了其功耗。在数据处理时使用CC2530自带的8051内核进行处理,然后进行数据发送。传感器节点在软件配置时配置成路由节点或终端节点[8]。

2.2 网关设计

网关用于接收传感器节点发送来的数据进行二次处理,然后将数据发送到网络服务器上。网关包括两部分:接收传感器数据部分、处理和发送数据到网络服务器部分。

接收传感器数据使用的是CC2530芯片,与STM32F107核心处理器通过串口进行数据交换连接方式如图5所示。在Z-STACK协议栈配置时将这个节点配置成协调器节点。协调器节点起到了网络组建以及接收节点网络发送来的数据的作用。

数据处理以及转发数据使用ST公司针对以太网推出的基于ARM Cortex-M3核的STM32F107作为主控芯片,最高工作频率为72 MHz、内置高速存储器,具有丰富的增强I/O端口和外设资源,其内部虽然包含了以太网MAC控制器,但并未提供物理层接口。设计使用的是DP83848作为物理层接口,其是美国国家半导体生产的10/100 Mbit·s-1以太网接口芯片,具有低功耗、性价比高及通用的网络接口。在STM32F107芯片上移植了LwIP网络协议栈,LwIP是瑞典计算机科学院的一个开源的TCP/IP协议栈实现,LwIP实现的重点是在保持TCP协议主要功能的基础上减少对RAM 的占用,一般只需几百Byte的RAM和约40 kB的ROM就可运行,这使LwIP协议栈适合在低端的嵌入式系统中使用。STM32F107支持IEEE 802.3协议定义的两种标准接口,分别为默认的独立于介质的接口(MII)与精简的独立于介质的接口(RMII)[5]。为简化系统设计,这里使用的是MII,其与STM32F107的连接如图5所示,降低了端口设备硬件设计的复杂度。

2.3 网络数据管理

在连接Internet网络的服务器上建立数据库,将网关发送来的数据按照类别存储到数据库中,以便随时查询环境参数。数据服务器主要分3个模块:数据接收模块、数据处理模块和数据存储模块。数据接收模块,获取路由发送过来的数据,按照协议组成报文,通过Servlet技术与后台数据库建立连接,实时将数据包发送至数据服务器。数据处理模块,获取客户端发送的数据,将数据包按照协议解包,对数据进行格式化,并过滤掉异常的数据。数据存储模块,将格式化之后的数据储存至数据库,采用MySQL技术,支持多平台数据操作、方便查询。

3 结束语

环境作为人们生存的重要条件,了解和掌握它可使人们生活的更加安全、幸福。在物联网的大背景下,环境监测传感器网络也得以快速发展,环境监测传感器网络也将是未来传感器网络发展的重要方向。

参考文献

[1]常超,鲜晓东,胡颖.基于WSN的精准农业远程环境监测系统设计[J].传感技术学报,2011,24(6):879-883.

[2]张永梅,杨冲,马礼,等.一种低功耗的无线传感器网络节点设计方法[J].计算机工程,2012,38(3):71-73.

[3]冯达,余轩,黄景峰.单片数字式温湿度传感器SHT11的应用[J].电子产品世界,2011,18(12):44-46.

[4]郭伟伟,赵聪.基于TGS813的家用可燃气体泄漏报警装置的设计[J].现代电子技术,2009,32(24):177-179.

[5]于春雪.基于STM32F107的高速以太网接口设计与应用[J].电声技术,2011,35(9):63-67.

[6]吴光荣,,柳书涛,章剑雄.基于ZigBee的无线传感器网络数据管理平台[J].电子科技,2009,22(2):64-67.

[7]王中生,曹梅.基于ZigBee的串口监控软件设计与实现[J].电子设计工程,2011,19(14):13-15,19.

系统设计参数 篇2

电动车辆新型独立驱动系统设计与参数匹配

为了弥补现有轮边驱动电动车辆驱动系统的缺陷,设计了一种新型双电机独立驱动系统.该系统采用两台永磁同步电机作为动力源,依靠两套减速齿轮组分别进行减速,用短半轴来带动车轮旋转.在系统构型设计的.基础上,根据车辆动力学理论,进行了包括电动机、减速器和电池在内的动力系统参数匹配,并进行了整车性能的仿真分析.仿真结果满足指标要求,证明了匹配方法的正确性.该驱动方案和匹配方法为新型动力系统开发提供了一定借鉴.

作 者：祁炳楠 张利鹏 QI Bing-nan ZHANG Li-peng  作者单位：祁炳楠,QI Bing-nan(聊城大学,汽车与交通工程学院,聊城,252059)

张利鹏,ZHANG Li-peng(北京理工大学,机械与车辆工程学院,北京,100081;聊城大学,汽车与交通工程学院,聊城,252059)

刊 名：汽车科技 英文刊名：AUTOMOBILE SCIENCE & TECHNOLOGY 年，卷(期)： “”(2) 分类号：U469.72 关键词：电动车辆   车轮独立驱动系统   构型设计   参数匹配  

多路参数巡回检测系统的设计 篇3

关键词：测控；传感器；输入通道；接口电路

中图分类号：TP273 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2012）29-0017-02

1 传感器输出信号的检测电路

传感器的接口电路中完成对传感器输出信号预处理的各种接口电路统称为检测电路，经检测电路预处理过的信号，应成为可供测量、控制使用及便于向微型计算机输入的信号形式，下面介绍几种常用的电路。

1.1 阻抗匹配器

1.3 放大电路

传感器的输出信号一般比较微弱，需要放大电路将其输出的直流信号或者交流信号进行放大处理，为检测系统提供高精度的信号。

反相放大器基本电路如图4所示，输入信号通过Ri接到反相器输入端，同相输入端接地。输出信号通过反馈电阻Rf反馈到反相输入端。同相放大器的基本电路如图5所示，输入电压直接接入同相输入端，输出电压通过反馈电阻Rf反馈到反相输入端。

2 传感器与微型计算机的连接

由检测电路预处理过的检测信号在输入微型计算机前还要经过相应的接口电路进行处理，转换成CPU能直接进行运算处理的信号，如模拟信号要转换成数字量，而数字信号也要转换成能被计算机能接受的数字量。不同类型的传感器输出信号不同，进入计算机的接口电路也不同。多路模拟信号输入通道的结构比较复杂。

2.1 多路模拟开关（MUX）

在输入信号有多个时，常用多路模拟开关对它们进行巡回检测，以节省A/D转换器和I/O接口。这种开关的种类很多，但是它们的工作原理基本上是一致的。CD4051/CC4051是单8通道数字控制模拟电子开关，有三个二进制输入端A、B、C和INH输入，具有低导通阻抗和很低的截止漏电流。幅值为4.5～20 V的数字信号可控制峰值到20 V的模拟信号。当INH输入端为“1”时，所有的通道截止。三位二进制信号选通8通道中的一通道，可连接该输入端至输出。

2.2 采样保持器（S/H）

A/D转换芯片完成一次转换需要一定的时间。当被测量变化很快时，为了使A/D转换芯片的输入信号在转换期间保持不变，需要应用采样保持器。采样保持器有两种运行模式——采样模式和保持模式，由模式控制信号控制。开关K受模式控制信号控制，在采样模式下，开关K闭合，A1是高增益放大器，其输出对CH快速充电，使CH上的电压和输出电压Uo快速跟踪Ui的变化，即Av=1。

3 任务实施过程

在电厂和变电站中，电网中的电压和电流由于多种原因常常处于波动的状态，为了给工作人员提供有效的数据，并在超值的范围类采取有效措施，检测电网中电压和电流值是非常必要的。另外，变电站为了能够保持高压线路的畅通，还要检测其他的一些参数。主要采用TLC2543作A/D转换器，把电压和电流等其他参数实时转换成数字信号，A/T89C52作CPU，进行数字信号处理，PS7219作LED显示驱动器，把监测的电压和电流值多参数巡回显示出来。在下图中，可以用多个pt100作温度传感器，用敏感湿敏电容作湿度传感器，用光敏电阻作光强传感器，用微压力传感器感应气压和风力，至于电网由于这些参数变化不是很快，无需保持器。输入通道只由多路模拟开关和A/D转换器组成。A/D转换器选用TLC2543，其为11通道、12为ADC，且内部具有11通道选通模拟开关，因此不需要另加多路模拟开关。如果通道不够，有些参数可以采用数字式传感器直接和单片机的I/O接口相接。有些参数可将其信号转换成脉冲信号来计数，如检测高压的工作频率。系统检测可以按下图连接方式完成。通过LED显示，应能很直观的观察到各个参数的变化情况。改变环境参数看各个信号随着变化。

4 结 语

本次电子技术综合设计以传感器应用为基础，系统设计电路板。计算机测试系统能完成对多点、多种随时间变化的被测参量的快速、实时测量，并能排除噪声干扰，进行数据处理、信号分析，由测得的信号求出与研究对象有关的信息的量值或给出其状态的判别。本文对传感器与计算机接口有实际应用价值。

参考文献：

[1] 童诗白，华成英.模拟电子技术[M].北京：高等教育出版社，1997.

[2] 谢淑如，杨渝生.Protel PCB 99SE电路版设计[M].北京：清华大学出版社，1995.

[3] 段九洲.放大电路实用设计手册[M].沈阳：辽宁科学技术出版社，2002.

智能电参数测控系统的设计 篇4

1 监控系统总体结构

1.1 硬件系统设计

监控系统由上位机监控系统及现场终端两部分组成,其中现场终端由中央处理器ATmega16[4,5]、三相电压/电流信号检测与调理模块、A/D转换模块、数据存储模块、GPRS/GSM无线/RS-485通信接口模块、电气隔离模块、键盘扫描模块、LCD液晶显示模块、电源监控与复位电路、电容器组驱动模块等组成。该装置总体结构如图1所示。

其中,上位机监控系统负责轮询各电能参数测控终端(现场终端)的电压、电流、有功功率、无功功率、电量、谐波等,用于系统分析和统计,便于管理层了解和掌握各终端在一定时间范围内三相电压、电流最大、最小值及其出现时间[6],电压超上限、超下限的累计时间,有功功率、无功功率、功率因数最大、最小值及出现时间等信息,据此判断电网的运行情况及电网的质量。被测线路的Ua、Ub、Uc、Ia、Ib、Ic6路信号由现场电压互感器(TV)、电流互感器(TA)输出后接入现场终端[7,8],经高精度二次TV、TA变换后按三表法输入至信号调理电路,由A/D高速转换后的离散电压、电流序列经复序列DFT,即可精确测量出三相线路的各种电量及三相电压、电流、谐波分量(3、5、7、9、11、13次),现场终端即依据公式计算出有功功率、无功功率、功率因数、电量等参数,用于系统无功控制策略,实现智能无功补偿[9,10]。前向通道A/D转换器采用内置采样保持器、分辨率为12位的ADS7864,它包含2个可同时工作的12位A/D转换器,通过3个保持信号(HOLDA、HOLDB、HOLDC)选择输入多路开关并且启动A/D转换,若3个保持信号同时有效,则6路输入在同一时刻被采样保持并依次实现转换。CPU采用中断方式依次读取ADS7864的6路转换值,其总的转换时间仅12μs,转换精度为0.05%,确保了测量的准确性,简化了硬件设计。此外,现场终端提供了GPRS无线远程通信接口及RS-485接口与上位机交互,用来上传终端实时数据、接收总控远程指令。

1.2 软件系统设计

软件系统采用结构化软件设计方法,按功能将程序划分成初始化、默认参数设置、中断处理、A/D转换、数据处理、电容补偿、数据显示、键盘扫描、通信等模块。系统总流程图如图2所示。

2 电力参数测量算法

2.1 电压、电流频谱

在信号周期T内等间隔同步采样N点形成电压序列{u(n)}和电流序列{i(n)}(n=0,ΔT,2ΔT,…,(N-1)ΔT),ΔT=T/N。则构造如下复序列:

由{x(n)}复序列DFT[11]可得:

由式(1)可知:

对式(3)(4)两边进行DFT且考虑复共轭性质DFT[x*(n)]=X(N*-k),则电压、电流的频谱为

2.2 电参数计算

设u(t)是第k次谐波的正弦电压信号,用式(7)或式(8)相量表示。

在一个信号周期内对uk(t)进行N点等间隔采样(由香农定理可知N>2k),则得:

因为k为正整数,所以1≤k≤N/2-1,且易证电压频谱U(k)为

其相量表示为

由式(8)(11)可得电压与电流相量(同电压推导)与其频谱间的关系为

由式(5)(6)(12)可以推导出各次谐波(1≤k≤N/2-1)电压和电流的有效值、功率。

其中,XR、XI分别为X的实部和虚部,藉此即可获得电压和电流有效值、有功功率、无功功率、功率因数如下:

3 无功补偿算法

为了保持线路稳定、克服投切振荡,实现良好的补偿效果,本系统基于安全判定与无功功率控制[12,13]相结合的原理设计了无功补偿算法,其单相无功计算和控制逻辑如图3所示(图中K为当前投入的电容器开关组号,THDU为三相电压谐波率)。

3.1 安全判定

以电网三相相电压作为电容器运行投切的辅助控制依据,当电网电压过高或过低异常,发生系统电压波动、配电变压器高低压断相、短路、失压或谐波过大时,使电容器退出运行或限制其投入。

3.2 无功功率控制

系统根据实时采样的三相电压、三相电流的幅值以及计算得到的系统无功功率Q,首先判断系统中各相运行系数是否正常,若各相运行系数不正常,则Qstatus置3(表示需快速切除电容器);如果正常,则与用户设置的投切设定阈值相比较,当Q大于投入设定阈值时(一般以单相无功最小补偿容量的1.25倍计算,以确保单个投入时不会因为负荷的小幅度震荡而造成过补),投切标志Qstatus置1(表示需要补偿无功);当Q小于切除设定阈值时,则Qstatus置2(表示无功过补)。除了在运行参数越限的情况下,考虑到频繁投切既造成电流冲击又损害驱动模块及电容器组,系统设置了投入和切除时间阈值,确保电容器有足够的投入和空闲时间。若运行状态与上次相同,则投切计时器TQtime计时,当计时器TQtime的值超过投入时限/切除时限/快速切除时限,且存在尚未投入/切除的电容器组时,则使K组输出驱动信号置“1”/“0”,控制固态继电器动作,从而使电容器投入运行或切除,直到Q逼近设定值。

4 GPRS/GSM通信

为了实现现场终端与上位机系统间的通信,以实施电力参数的测量与控制,本系统选用BENQ M23作为GPRS通信模块,利用移动运营商提供的无线网络实现配电网数据采集和监控(SCADA)。该模块提供了波特率(300~115 200 bit/s)自动检测功能,以及Text和PDU(Protocol Description Unit)2种SMS短信发送和接收模式。由于GPRS模块对外提供串口与之交互,且I/O逻辑电平与TTL逻辑电平兼容,因此GPRS模块的TXD、RXD可直接与微处理器的RXD、TXD相连。

GPRS通信程序涉及GPRS模块初始化(网络参数设置、SIM卡是否有效及是否搜寻到网络等)、短信服务中心地址设置、短消息格式设置、控制帧/应答帧信息的装配与解析、短信收发等[14,15],考虑到数据交互的正确性和安全性,自定义了相关的通信协议,它由通信地址、引导符、编码地址、命令代码、长度、参数、校验码等组成,通过嵌入AT命令(AT指令是一套用于对GPRS模块控制的命令,通常以“AT”开头,以ASCII码13,即回车符结束。实现数据交互及命令的传递,具体如表1所示。

相关的GPRS模块的控制步骤如下:

a.模块唤醒为AT回车符;

b.短消息信息格式设置为AT+CMGF=1回车符;

c.短信服务中心的地址设置为AT+CSCA=+8613800517500,149回车符;

d.短消息发送为AT+CMGS=“13811223344”回车符,紧随其后发送信息:“@@091”以及校验码和ASCII码26结束,即主控机向拥有13811223344地址的9号终端发送上报整点测量值命令信息;

e.如果终端正确接收到主控机读取测量值信息并执行成功即向主控机发送如下消息:AT+CMGS=“13800112233”回车符,紧随其后发送信息:“@@093”以及长度、按约定的测量值排列顺序、校验码和ASCII码26,如果拥有13800112233地址的主控机正确接收即发送应答信息“@@096”以及校验码和ASCII码26,反之,重发查询信息。

5 结语

系统设计参数 篇5

漏水控制器选用漏水定位监测模块，漏水定位监测模块可监控长达1500米的BTR水浸感应线，一旦检测到液体，就会定位泄露位置，通过LED显示泄露位置值，并产生声光报警，同时通过RS485接口将泄露情况传送至监控主机。功能特点：

双路传感线接口，长达1500米感应线的监控。LED显示告警状态和告警通道。四位数码管显示泄露位置。内置蜂鸣告警器，实现本地告警。

双路继电器模块，提供两路常开/常闭开关告警信号以扩展外部告警系统。

多达四十条告警日志存储空间，方便用户查询历史告警事件。12—30VDC/9V—25VAC宽范围的工作电压。简易的双绞线RS485通信，通信距离长达1000米。软件设置通信地址和参数。方便的DIN导轨安装方式。技术参数：

通信参数：2400/4800/9600/19200bps,1个停止位，无校验位（默认9600）。

通信地址：0—255，节点数<32个（默认地址0）。定位精度：感应线总长的0.1% ±0.2米。

告警输出：继电器类型，常开/常闭；开路阻抗>100KΩ，短路阻抗<100Ω。

触点耐压：30VDC/1A；60VDC/0.3A；125VAC/0.5A。

设计单位：广州莱安智能化系统开发有限公司

网站：http://

地址：广州市天河区中山大道建中路5号天河软件园海天楼3A06

用户服务中心：Tel：020-85574618 85574628 85574638 85698805 85698850

联系人：周先生：***

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系统设计参数 篇6

关键词：图像处理；学生体质参数；测量系统；自动化

中图分类号：TP393 文献标志码：B 文章编号：1673-8454（2015）12-0084-04

一、引言

学生时期是身体发育的高峰期，也是体质强壮的关键时期。随着经济的发展，人们的物质文化生活逐步提升，各年龄段学生的身体素质却呈现逐年下降的趋势，此问题引起了社会的广泛关注。因此，掌握学生的生长发育规律，并快速、简洁、准确的测量学生的体质参数具有现实意义。常用的传统接触式体质参数测量方式费时费力，并且由于人为原因容易造成误差，而数字图像处理技术具有测量简单、准确、自动化程度高等特点，因此，基于图像处理技术设计一套高效、便捷、自动化的学生体质参数测量系统，利用信息化手段准确获取学生体质参数，为相关教育部门提供可靠数据支撑，有助于促进学生的全面发展。

二、体质参数测量方法及必要性分析

1.测量的概念及分类

人体测量学是一门用测量的方法研究人体体格特征的科学，是指通过测量人体各部分的尺寸来确定个体和群体之间的差别，从而为各种工业设计和工程设计提供人体测量数据。人体测量技术自上世纪70年代中期逐渐成为服装数字化技术的重要研究课题，在30多年的发展中，大致经历了由手工测量向计算机辅助测量、由接触式测量向非接触式测量、由二维测量向三维测量的方式转变，并向自动测量以及利用计算机执行测量、处理和分析操作的方向发展[1]。人体测量方法根据测量工具是否与人体接触可以分为接触式测量和非接触式测量[2]。

（1）接触式测量

接触式测量即传统的测量方法，也称手工测量，主要测量工具有软尺、测高计、测距计、角度计等。该方法优点是简单、直观，可以直接获取到精确有效的人体参数，目前仍在一定范围内使用。其不足主要体现在以下两方面：一是由于测试者的经验不同，被测数据会产生一定程度的差异；二是当测量范围较大或样本容量较大时，会出现测量效率低、耗时长等问题。

（2）非接触式人体测量

非接触式人体测量是现代化人体测量技术的主要特征。它弥补了传统接触式人体测量方法的不足，使测量更加方便、快捷。三维人体自动测量是非接触式人体测量的一个重要分支和方向。三维人体自动测量作为现代图像测量技术的一个分支，以现代光学为基础，融合光电子学、计算机图像学、信息处理、计算机视觉等科学技术为一体[3]。

非接触式测量分为主动式和被动式非接触测量。主动式非接触测量方法主要是通过发射光线、接受反射光成像的方式来进行测量。测量的数据信息完整、精确，但该类方法对设备的要求比较严格，且成本相对较高，对测量人员也有专业的要求，并且向被测者发射光线，极可能引起被测者的心理反感，影响测量结果。而被动式非接触测量对设备以及测量人员的要求都相对偏低，也不会引起被测者的心理反感。非接触式人体测量又包括很多方法，如表1所示。

2.学生体质参数测量必要性和可行性分析

一是当代学生体质出现一系列问题，通过测量有助于避免这些问题，为教育部门提供数据支撑和决策支持，促进学生全面发展。

二是基于图像处理的技术已经相当成熟，且相对于其它测量方法，有以下优点：①开发成本比较低，对设备的要求低，不需要专门的专业设备。②操作简单、方便，对测量人员的素质要求不高。③可以实现离线化、自动化处理，处理效率高。

三、系统设计

1.测量指标的选取

身体形态是人体生命活动的物质基础，能够反映一定的身体机能。由于当今校园里学生群体普遍存在坐姿不正以及长期保持坐立等引起的背部发生畸变的问题，因此，根据学生青春期发育特点，选取身高、臂展、头围、坐高等指标作为测量指标。

2.测量的原理

本研究是基于图像处理的技术实现人体测量，实现原理基于被动式双目视觉原理。所需设备主要有两个数码相机和一个标定尺，两个数码相机用以获取被测者的正面图像和侧面图像，标定尺用以标定单位距离在图像中的映射长度，为还原真实长度提供参考依据。所得图像按照图像预处理（灰度处理、二值化处理）、图像轮廓提取、特征点识别和标定等步骤进行处理，最后根据标定的比例关系还原真实长度，实现人体参数的自动化获取。

3.系统的数据流程

系统的数据流程图如图1所示，首先通过两个已经定标好的数码相机同时对被测者进行图像采集，得到被测者的正面和侧面图像；然后分别对图像进行预处理，包括图像灰度化、图像二值化、图像边缘检测及轮廓提取，根据预处理图像结合人体形态特征进行人体特征点的标定，最后根据双目视觉原理，将图像中的坐标点转化为实际人体物理坐标，最后根据物理坐标计算人体各项测量指标的真实数据。

4.相关技术

（1）图像灰度化

图像灰度化即彩色图像转化为灰度图的过程。彩色图像中每个像素的颜色由R、G、B三个分量决定，而每个分量有255个值，则每个像素点的取值为0～255*255*255。而灰度图像是R、G、B三个分量相同的一种特殊彩色图像，每个像素点的值为0～255。由于尺寸的提取与照片的色彩没有关系，为了提高处理的速度和效率，可以将彩色图像经过灰度处理转化为灰度图像，灰度转换的方法有以下几种：

浮点算法：Gray=R*0.3+G*0.59+B*0.11

整数方法：Gray=（R*30+G*0.59+B*11）/100

移位方法：Gray=（R*76+G*151+B*28）>>8

平均值法：Gray=（R+G+B）/3

仅取绿色：Gray=G

通过上述任一方法得到Gray后，将原来RGB（R，G，B）中的R，G，B统一用Gray替换，形成新的RGB（Gray，Gray，Gray），即完成了图像的灰度变换。对比分析表明，第5种方法可以将人体与背景有效的分离，有利于后期操作，故采用仅取绿色的方法进行灰度处理。

（2）图像二值化

二值化是图像处理的基本操作，任何图像处理基本离不开二值化。为了使整个图像呈现出明显的黑白视觉效果，将图像像素点的灰度值设置为0或255，常用的方法是设定一个阈值T，用T将图像的数据分成两部分：

g（x，y）=0 （灰度值小于阈值（T））

255（灰度值大于阈值（T））

经过大量的实验测试，本研究选取阈值为100可以得到最佳的处理效果。

（3）图像边缘检测及轮廓提取

边缘存在于目标与背景、目标与目标、区域与区域之间，图像的边缘是局部特征不连续出现的部分，也就是图像局部亮度变化最显著的部分，是图像最基本的特征之一。大部分信息都蕴含于图像边缘处，是图像分割、图像分类、图像配准和模式识别所依赖的重要特征。图像边缘检测的基本步骤为滤波、增强、检测和定位。轮廓提取的基本方法就是边缘检测法，即借助于空域微分子进行，通过将模本与图像卷积完成。常用的边缘检测方法有梯度算子、Sobel算子、Roberts算子、Canny算子等。

（4）特征点的标定及提取

标定尺的标定作用是建立一个真实物理坐标和图像像素坐标的一一对应关系，本研究采用一种相对简单的二维平面标定方法，即标定尺选为一条长为100cm的尺子，根据其在图像中映射长度，计算真实距离与图像距离的比例关系，根据这个比例关系，可以还原人体各个指标参数的真实数据。

①身高的确定，主要包括头顶点和足底点的标定。从图像左上角即图像第一个像素点（0，0）处开始，从左向右自顶向下进行逐点扫描，当遇到第一个白点即像素值为255，停止扫描，并记录该点的坐标（x1，y1），那么y=y1这条线就是头顶线；利用同样的方法从图像的左下角从左向右从下向上逐点进行扫描，遇到第一个白点记录坐标（x2，y2），那么y=y2即为足底线。人体实际身高在图像上的映射长度为：△y（身高）=y2-y1。

②坐高的确定方法同上。

③臂展的确定，主要包括臂展两端的标定。臂展左端点坐标点确定方法与身高确定方法类似，从图像左上角坐标（0，0）处开始，但扫描方向不同，先进行自上而下再从左向右进行逐点扫描，遇到第一个像素值为255的点停止扫描，记录坐标（x3，y3）；右端点坐标采取同样的方法，从图像的右上方坐标（imag.width，0）自上而下，由右向左进行扫描，遇到第一个像素值为255的点停止并记录坐标（x4，y4），那么实际臂展在图像上的映射长度为△y（臂展）=x4-x3。

④头围的测量。要进行头围的测量，必须对头围进行建模。本研究以椭圆模型对头围进行数学建模，将测量结果与真实数据进行比较分析，对两组数据进行函数拟合得到头围，把误差控制在合理的范围之内。首先根据椭圆公式：+=1（a>b>0）（2a为椭圆的长轴，2b为椭圆的短轴，焦点在x轴上），确定a和b的值，运用椭圆周长近似公式L=2πb+4（a-b）求出椭圆周长。从眉间点为起点，经枕后点再至眉间点的围长，两侧部位为两耳上方略高的位置，因此以两耳位置上方2个像素处为椭圆短轴的两个端点，进行头围测量。首先在头部区域上下扫描，找出两耳的高度，即脸部最宽的部分为两耳所在位置，从而找到头围所在的高度y5；然后在此高度位置，分别从左右两测进行扫描，遇到像素值为255的记录下来，得到两个坐标点（x左，y5）和（x右，y5），从而得到椭圆模型的短轴长度。同样的方法，在侧面图像的同一高度进行扫描，亦会得到椭圆模型的长轴长度。根据公式进行转换得到头围的长度。

5.单位转换

以上方法中得到的坐标或者长度均是采用像素为单位，要得到实际的人体参数，就必须将图像中的像素转化为实际的物理长度。在进行人体图像处理之前，须进行一个实际物理坐标在图像中的映射转化，即将一个单位长度（100cm）的标准尺寸的标尺放在拍摄地点即被测者的位置进行拍照，通过图像处理得到它在图像中的像素长度L（标尺），从而得出图像像素到物理坐标的映射长度，即L（实际）=L（像素）*（100/L（标尺））cm。

四、系统的实现

1.系统的编制

运用Labview2013进行语言编写，在Windows7操作系统环境下进行开发。Labview是一种图形化的编程语言，又称“G”语言。包含前面板和程序框图两个部分，具备可视化的编程环境。使用这种语言编程时，代码量相对较少，取而代之的是流程图，在进行程序调试的时候，能够清楚看到数据流的执行情况，使编程简单直观。

2.程序界面设计

将每个功能模块的处理情况直观的体现出来，可以清楚的看到每个功能模块的处理效果，方便发现问题并对程序进行调试和修改。界面有以下几部分组成：一是两个选择图像的对话框提供图像的输入功能，分别为正面图像和侧面图像；二是数据保存位置的选择框，用以选择人体参数的输出位置，本系统是将数据存储在excel表中；三是下侧两个按钮分别用以执行和终止，当点击“执行”按钮时，开始图像的处理，图像执行完毕后，按下“终止”按钮退出程序；四是右上方的数据显示区域，每处理完一组数据，会自动显示在显示区域。

3.测量结果分析

本研究选取济南市某小学二年级8岁左右的40名小学生为测量对象，通过传统接触式测量和使用基于图像处理的系统测量分别得出数据（见图3），进行对比分析。

分析发现，利用本系统提取的数据与传统接触式测量方式所得数据相比，精度更高，并且方便快捷，具有很好的泛用性，误差基本控制在0.5cm之内，能够符合人体尺寸信息提取的要求。该部分将再适当扩充。

五、结束语

（1）通过人体正面和侧面两张图像，并通过图像处理方法，实现对人体参数的测量，建立三维人体模型。

（2）通过图像处理的方法相对于传统手工测量方法易于操作、方便快捷、省时高效、具有离线化处理等优势。但也有不足之处，获取的信息仅仅来自两张图片，不能很好的进行三维的计算，信息量有限，对结果提取会产生一定的困难和误差。

（3）针对学生群体选取的指标相对较少，基于图像处理技术只能获取学生形态方面的指标，不能全面反映当前学生的体质出现的问题，且只能横向反映某个阶段学生群体出现的体质问题，没有定期跟踪对学生进行测量，不能正确反映学生体质长期纵向发展情况。

参考文献：

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节水洁具系统参数的优化设计 篇7

关键词：节水洁具,系统参数,优化设计

0 引言

洁具的设计主要是外观、结构等, 这主要是为了保证外形美观和功能实用以获得消费者认同, 从而带来可观的销量。已有多篇文献对洁具的外观和结构的设计进行了专门的讨论[1~3]。

随着人们对绿色环保生活的日益追求, 当前节能成为了洁具设计必须考虑的因素。节能洁具放水是通过红外扫描仪智能控制的, 出水速率是恒定的, 所以洁具节能主要表现为节水。文献[4]就洁具的节水性能进行了较为详细的探讨。文献[5]则就当前节水洁具普遍使用的两个放水方案进行了优劣比较, 并对节水洁具系统参数T (决定着洁具放水次数和放水时间) 的优化设计进行了研究。针对文献[5]的同样问题, 本文提出了新的解决方法, 能得到更加准确的结论, 详述如下。

1 节水洁具相关问题的描述

文献[5]讨论的洁具节能的案例如下:

某洁具生产厂家打算开发一种男性全自动洁具, 它的单位时间内流水量为常数v;为达到节能的目的, 现有以下两个控制放水时间的设计方案供使用。

方案一, 使用者开始使用洁具时, 受感应洁具以均匀水流开始放水, 持续时间为T, 然后自动停止放水。若使用时间不超过T-5s, 则只放水一次;否则, 为保持清洁, 在使用者离开后再放水一次, 持续时间为10s。

方案二, 使用者开始使用洁具, 受感应洁具以均匀水流开始放水, 持续时间为T, 然后自动停止放水。若使用时间不超过T-5s, 则只放水一次;否则, 为保持清洁, 到2T时刻再开始第二次放水, 持续时间也为T。但若使用时间超过2T-5s, 则到4T时刻再开始第三次放水, 持续时间也是T。

在设计时, 为了使洁具的寿命尽可能延长, 一般希望对每位使用者放水次数不超过2次。

该厂家随机调查了100人次男性从开始使用到离开洁具为止的时间见表1:

依据以上数据, 探讨以下问题:

(1) 从节约能源的角度来优选上述两种方案;并为该厂家提供设计参数T (s) 的最优值, 使这种洁具在相应设计方案下能达到最大限度节约水、电的目的;

(2) 从既能保持清洁又能节约能源出发, 通过建立数学模型与前面的方案进行对比。提出更好的设计方案。

文献[5]就此问题以用水总量为指标对上述两个放水方案进行了优劣评价。这个评价存在一定缺陷。一方面, 该文献没有得到用水总量的精确表达式;另一方面, 用水总量也不独立于样本, 而随样本变化而变化。基于评价缺陷, 文献[5]所得系统参数T的最优值也并非最优。

2 问题一的求解

2.1 问题分析

问题一主要任务有:

(1) 确定两种方案中系统参数T的最优值;

(2) 比较两种方案的优劣。

从两个方案给出的条件看, 洁具都均匀放水, 所以就节约能源而言只需考虑洁具的放水时长即可。此外, 方案一中洁具最多放水2次, 方案二则没有限制放水次数。从随机调查得到的数据, 可检验洁具使用时长近似呈现正态分布。

根据这些数据, 本文以洁具平均放水时间为评价指标对2个方案进行优劣评价, 据此得到系统参数T的最优值。具体说来, 洁具使用平均时长最小者对应的T值就是所求最优T值。

洁具的平均放水时间在样本容量较大时是统计意义上的常值, 不依赖于样本, 故以平均放水时间作为评价两个方案优劣的指标较用水总量为优。更进一步地, 本文得到了洁具的平均放水时间的精确的数学表达式, 据此得到最优T值。

2.2 符号系统及模型假设

在解决问题的过程中, 需要用到下述符号 (详见表2) 。

根据求解问题的需要, 我们提出如下两个假设。

(1) 由问题分析, 洁具使用时长t近似服从正态分布;且由3σ原则, 进一步假设t小于12s或大于18s的概率为0 (随后给出这个假设的合理性) 。

(2) 由题意, 洁具在单位时间内的流水量为常数v, 故我们用洁具的放水时长来表达用水量的多少。

2.3 模型的建立及求解

洁具使用时长t对应的概率 (频率代概率) 见表3。

由所给数据可计算出洁具使用平均时长m及其标准差s, 从而得到洁具使用时长t的概率密度。结果为 (excel中计算即可) :

m=15.09, s=1.0207

根据这两个数据:

(1) 计算3σ区间 (m-3σ, m+3σ) = (11.9379, 18.1521) , 所以表1中洁具使用时间t都在3σ以内, 这说明了第一个假设的合理性。

(2) 得到t所服从的正态分布的密度函数为

下面计算两个方案对应的最优T值。

2.3.1 方案一最优T值

由方案一的描述, 有:

(1) 若t≤T-5, 则放水n=1次, 放水时长为t=T;

(2) 若t>T-5, 则放水n=2次, 放水时长为t=T+10。

于是, 由洁具使用时长t与洁具放水阈值T-5之间的关系, 得平均放水时长E (τ) 可按 (2) 计算:

E (τ) 是T的函数:E (τ) =g (T) , 该函数的图像如图1所示。

据图1可知, E (τ) 在τ0=5时取得最小值τ0=15。所以对于方案一, 有如下结论:

最优T值为τ0=5, 在此系统设置下, 有:

(1) 平均冲水时长最小为τ0=15;

(2) 洁具每次使用后都冲水2次。

2.3.2 方案二最优T值

方案二中洁具放水次数没有限制, 但由题意T-5≥0, 即T≥5, 所以最多放水5次, 于是当且仅当 (n-1) T-5<t≤n T-5时洁具恰好放水n次, n=1, 2, 3, 4, 5。

洁具使用平均时长的计算比较复杂, 详述如下。

(1) 若T-5≥18, 即T≥23, 则恰好放水n=1次, 得E (τ) =T。

(2) 若12≤T-5<18≤2T-5, 即17≤T<23, 则放水n=1或n=2次, 得:

(3) 若T-5<12<18≤2T-5, 即232≤T<17, 则恰好放水n=2次, 得E (τ) =2T。

(4) 若T-5<12≤2T-5<18≤3T-5, 即172≤T<232, 则放水n=2或n=3次, 得:

(5) 若2T-5<12<18≤3T-5, 即233≤T<172, 则恰好放水n=3次, 得E (τ) =3T。

(6) 若12≤3T-5<18≤4T-5, 即234≤T<233, 则放水n=3或n=4次, 得:

因为不等式3T-5<12<18≤4T-5解集为空, 所以不存在恰好放水4次的情形。

(7) 若12≤3T-5<4T-5<18, 即17/3≤T<23/4, 则放水n=3、n=4或n=5次, 得

(8) 若3T-5<12≤4T-5<18, 即5≤T<17/3, 则放水n=4或n=5次, 得

上述T取值区间与洁具放水次数之间的关系详见图2;

综合上述, 得表达式如下:

做出上述E (τ) 关于T的函数图形, 详见图3。

据图3可知, 在曲线的第一段波谷处 (拐点所在位置) , 平均放水时长最小。下面求解该点对应的T最优值T0及相应的平均放水最小时长E0。

对 (9) 求导:

做出在区间乙乙上的图形如图4 (用来观察零点的大致位置)

据图4看出导函数零点在5.33左右, 求得:T0=5.3262;相应放水时长的最小值为E0=21.8436。

由题意, 为了使洁具的寿命尽可能延长, 一般希望对每位使用者放水次数不超过2次。从而上述表达式 (8) 缩小为如下形式:

该函数图详见图5。

据图5 (a) 可知, 在曲线的第二段波谷处, 平均放水时长最小。计算得:最优T值为T0=22.2053;相应放水时长的最小值为E0=22.5056。

综合上述, 得到关于方案二的结论如下:

(1) 在不限制放水次数时最优T值为T0=5.3262, 在此最优T值下, 放水次数为4次或5次, 平均冲水时长最小为E0=21.8436。

(2) 在放水次数至多两次的条件下最优T值为T0=22.2053, 在此最优T值下, 放水次数为1次或2次, 平均冲水时长最小为E0=22.5056。

将问题一的结论总结于表4之中。

结论:由表4可以得出方案一优于方案二。

3 问题二的求解

3.1 问题分析

节水洁具设计的核心是基于资源节约的系统参数T的确定, 而前提是污物必须冲洗干净。

问题一所提供的两个方案及其解决过程是有缺陷的, 没有建立标志洁具被冲洗干净的清洁度指标。本质上节水洁具设计应思考的主要方面是设计出清洁度达到满意的放水方案。

本问就从这个角度进行解答。

可以想象:若用水量为零, 则显然冲不净污物;若用水量为无穷大, 则肯定浪费水。因此, 必然存在一个刚好“冲洗干净”洁具上污物的“最少”用水量。机器能够比人更精确地控制放水, 所以设计“节水洁具”是可行的, 也是有意义的。

3.2 模型建立及求解

洁具上的污物主要残留在洁具壁上及洁具兜里。设污物残留率为x, 即残留物所占污物的比例。洁具刚使用完毕时的残留率记为x0, 称为初始残留率, 它与洁具使用时长t有关, 可设

式中:β0>0, β1>0, β0是洁具紧前一次使用后的污物残留率, β1则是本次使用中单位时间内污物残留率的增加量, 可通过抽样得到该参数的一般性数据。

初始残留率x0可通过下述途径降低:使用者走到洁具前洁具尚未被使用时放水一次, 放水时长以喷湿洁具壁为标准。这主要是使洁具壁湿滑以降低污物附着系数 (目前市场上多数节水洁具有着这样的控制, 且放水时长一般为3s) 。残留率x随着冲水量V的变化关系可简化表达如 (13) :

式中:β2>0是洁具冲放单位体积的水使得污物残留率减少的量;V=vτ, v是洁具放水速度, τ是放水时长。

假设污物残留率x不大于ε时, 清洁度达满意程度, 于是有:

即τ≥β0+ββ21vt-ε (14)

从而平均放水时长为:

清洁度达满意的最短平均放水时间 (系统参数T的最优值) 可取为:

通过调研与试验确定出系统参数β0, β1, β2及v的值, 再设定清洁度ε, 即可得最优T值。目前市场上确定的最优T值为8s。

实际上, β0=ε, 所以最优T值有如下简洁表达式

式中:是一个比例系数, 是无量纲的量。上述表达式表示系统参数T的最优值与洁具平均使用时长E (T) 成正比。

4 结论

洁具的节能设计是基于红外感应器的, 智能感应器能恒定控制水流速度, 所以节能主要表现为两个方面, 即控制放水次数和控制放水时间。

关于控制放水次数, 从问题二的解决过程可知, 使用前后各冲水一次是科学的。使用前放水一次是为了降低污物附着率;使用后冲水一次是为了降低污物残留率, 两次放水最终保证洁具的清洁度达到满意的程度。

关于控制放水时间, 主要在于系统参数T的设计。同样从问题二的解决过程可知, 系统参数T的最优值与洁具平均使用时长E (T) 成正比, 比例系数α则与污物残留率的单位时间增加量β1、单位体积水流减少量β2及放水速度v三者相关, 而这三个参数中β1和β2是统计稳定的, 即β1和β2是统计意义上的常值。所以根据T或a的表达式, 要使T尽量小, 则需v尽量的大, 这符合人们的直观。

参考文献

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弹丸静态参数测试系统软件设计 篇8

轻武器弹丸静态参数测试在轻武器研究、生产和常规兵器靶场试验中占有举足轻重的地位[1,2,3],在国内对于多数重要的静态参数[4,5,6],如长度、直径、质量、轴向质心位置、径向偏心位置、赤道转动惯量、极转动惯量等测量还采用效率比较低的测试方法,如测量质量用天平,几何量用卡尺,而转动惯量和质心偏心的测量则基本处于空白的水平。轻武器弹丸静态参数测试系统软件主要是针对轻武器弹药静态参数测试而设计的测量软件,该系统可以实现对弹丸静态参数的全自动或半自动测试,自动采集、处理和打印数据,并根据需要打印数据表格。大大提高了测试效率,节省了大量的人力,同时也有效的提高了测试精度。

1 测试系统软件总体设计

1.1 总体设计

轻武器弹药静态参数测试系统软件共由4大模块组成:串口调试模块、测量模块、工程模块和帮助模块,如图1所示为软件系统的结构框图。

测量模块共由几何量测量与处理模块、重心测量与处理模块、偏心测量与处理模块、转动惯量测量与处理模块、质量测量与处理模块5大部分模块组成。前4部分硬件部分均采用RS232C标准25针接口与主控计算机中MOXA168H多路串行接口板相连。MOX-A168H多路串行接口板共有8个RS232C接口,为方便使用,外接的8个25针插头上标有“P1”至“P8”的标记。

1.2 系统工作流程

如图2所示为系统流程图,通过图2可以了解系统的工作过程:进入系统界面,点击菜单栏的新建选项,或是快捷菜单中的新建工程,进入任务编辑界面;对要进行的任务进行编辑,设置测量项目,测量种类等指标,特别要设置测量次数和测量部位数,为以后的测量提供必要的参数;测量结束后,保存已测量的数据并形成数据表,以便于查询。还可以通过数据浏览来查看以前的测量数据和进行分析;对于已保存的数据可将其打印出来形成书面文档。

2 软件的数据处理

任何一项测试都不可避免地带入误差,为尽量克服人为误差,使之最小。要在测试处理方法上采取一定的措施,在软件系统的研制中,采用了如下数据处理方法。

2.1 算术平均值

对某一量进行一系列等精度测量,由于存在随机误差,其测得值皆不相同,应以全部测得值的算术平均值作为最后测量结果。在系列测量中,被测量的n个测得值的代数和除以n得的值称为算术平均值。设l1,l2,…ln为n次测量所得的值,则算术平均值为:

算术平均值与被测量的真值最为接近,由概率论的大数定理可知,若测量次数无限增加,则算术平均值必然趋近于真值L0。

2.2 测量的标准差

测量的标准偏差称为标准差,也可称之为均方根误差。标准差σ不是测量列中任何一个具体测得值的随机误差,σ的大小只说明,在一定条件下等精度测量列随机误差的概率分布情况。在该条件下,任一单次测得值的随机误差δ一般都不等于σ,但却认为这一系列测量中所得值都属同样一个标准差σ的概率分步。在不同条件下,对同一被测量进行两个系列的等精度测量,其标准差σ也不相同。

在等精度测量列中,当真值已知时,单次测量的标准差按下式计算:式中n为测量次数(应充分大),σi2为测得值与被测量的真值之差。

当真值未知时,单次测量的标准差按下式计算:式中n为测量次数(应充分大),δi2为测得值与被测量的真值之差。

3 系统主要功能模块设计

3.1 串口调试及数据采集模块

图3为串口数据采集流程图。串口调试模块的设计首先利用sio_open()函数判断串口是否正常,当返回值是0表示正常,可以进行下一步操作;当返回值是其他值,则出现错误提示。然后利用sio_iquene()函数判断缓冲区是否有数据,当要用天平测量时,n>=10。再判断是否找到起始标志位,并用sio_read()函数读取。最后显示结果。

3.2 工程模块

对每一次试验测试,系统都把它当作一个工程对待,在工程中包括了本次测试的各种信息。工程模块包括新建、打开、保存、打印四部分。

(1)新建工程建立一个新的测试工程。单击后将出现“编辑试验任务名称”对话框,用户可以在Text Box中填写所需信息,然后,按“下一步”按钮,进入“编辑测试项目”对话框。图4为测试项目设置界面。

“编辑测试项目”对话框用于选择测试工程中所包含的测试项目以及每一项所需的测试数据个数。完成新建工程后,“编辑”菜单及相应的测试菜单被激活。将由测试人员填写的数据赋值给已定义的uTestName和uTestData中的相应变量单击确定,进入相应的测量界面。

(2)打开工程定义s File As String。如果f MainForm.ActiveForm为空,打开新文件。利用With语句设置common dialog控件的标志和属性:Filter="文本文件(*.txt)|*.txt|所有文件(*.*)|*.*",如果flag Save=True和flag Open=True。则显示要打开的文件,信息及数据的读出采用input方法。

(3)保存工程保存文件是将检测结果以文本文件(TXT)的形式保存起来。实现方法是:定义s File As String,利用With语句设置common dialog控件的标志和属性.Filter="文本文件(*.txt)|*.txt|所有文件(*.*)|*.*",如果flag Save=True则保存文件,信息及数据的写入采用write方法。

(4)打印数据打印数据是将检测结果以表格的形式打印出来。实现方法是:首先定义两个函数pFile Read()、pFileWrite(),定义strFileName为字符串。在函数pFileRead()中调用Msg Box函数。如果flag Save=0,则“弹出格式错误,不能打开此文件!”。在函数pFileWrite()和函数File Open()中设置common dialog控件的标志和属性。在函数File Save()中设置common dialog控件的标志和属性。然后打印表头、表格、序号、数据、备注等,并设置字体大小、表格的高度及宽度等。

3.3 测量模块

测量模块由几何量测量与处理模块、重心测量与处理模块、偏心测量与处理模块、转动惯量测量与处理模块、质量测量与处理模块5大部分模块组成。

几何量测量与处理模块主要通过标志为P1的串行接口采集信号,对采集数据进行处理,从而得到全弹长、弹头直径、弹头长、底火装入深度、尾管内径等数据。如图5所示为弹长测试界面,数据处理结束后,提示用户是否输出处理结果。程序设计通过打开串行接口COM3,实时地采集几何量测量仪传输的信号,保证了数据采集的适时准确性,提高了数据处理速度。

重心测量与处理模块主要用于测量弹丸的重心所处截面与弹丸尾端面之间的距离。进入该模块后,首先根据屏幕提示输入有关参数,参数输入完毕经确认无误后,选择确定按钮;然后进入数据采集,并对采集的数据进行处理。数据处理结束后,提示用户是否输出处理结果。该模块通过打开串行接口COM9,实时地采集重心测量仪传输的信号。

偏心测量与处理模块主要用于测量榴弹发射器的重心与弹轴之间的距离。通过打开串行接口COM10,实时地采集偏心测量仪传输的信号。

转动惯量测量主要用于测量枪弹及榴弹的转动惯量,包括极转动惯量和赤道转动惯量。其测试原理是通过对弹丸在准理想的弹性转动系统中弹性势能和转动动能的转换周期的测试,计算出弹丸的转动惯量。通过打开串行接口COM6,实时地采集转动惯量测量仪传输的信号。

质量测量与处理模块主要测试全弹质量、弹丸质量及装药量质量。该模块根据称量范围的不同打开串行接口COM4或COM5,实时地采集天平传输的信号。

3.4 帮助模块

软件开发了联机帮助功能,操作人员可通过此功能学习软件系统的主要操作。运行程序在主界面中单击“帮助”,在下拉菜单中选择“内容”或“搜索”,分别弹出帮助主题内容窗体和关键词搜索窗体,选择相关操作弹出相应的帮助信息。

4 结论

轻武器弹丸静态参数测试是常规兵器靶场试验的重要项目,轻武器弹丸静态参数测试系统软件克服了以往各参数分散测量、手工记录、人工数据处理的缺点,采用串口将各测量终端连接起来,实现各参数的集中测量、自动记录等功能。该软件系统使用方便、数据处理精度高,能够提供轻武器弹药静态参数测试所有数据,填补了轻武器弹药静态参数测试系统领域内的空白。软件系统中数学模型的加入,可对测量数据进行自动分析处理和打印输出,大大提高了试验的质量同时有效缩短了试验周期,该系统在轻武器领域已获得广阔应用,具有很高的推广价值。

参考文献

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系统设计参数 篇9

飞行试验的目的是满足设计需求、提供可靠数据,因此试验机数据处理是不可缺少的重要环节。为了满足定型飞机海量数据的数据处理要求,提出了关键参数快速处理系统的设计思路,并且研制成功、开始应用。

传统的数据处理模式及数据处理流程能够满足当时的试验数据处理要求,但是在ARJ21定型试飞过程中,测试参数激增到了6 000个左右,甚至更多,地面卸载及处理时间大致增长到飞行时间的1.5~2倍[1]。在参数过多的情况下,传统的数据处理模式已经严重制约了试验机试飞效率,并已经无法满足试飞工程师快速获得结果数据的要求。为了能够实现飞行任务结束后的短时间内获得数据处理结果,设计研制了飞行试验机载关键参数快速处理系统,将传统模式下的事后处理改为飞行中即时处理,待飞行结束后即可得到处理结果。关键参数快速处理系统结合了现有成熟的数据处理方法,包含了实时操作系统下具有接收、解包、处理、记录IENA网络数据流功能的实时处理软件,还包括了符合机载环境要求的基于嵌入式多核处理器硬件架构及硬件平台。该系统在成功研制之后,通过了各类例行试验及实验室验证,并在某型运输机的飞行试验中进行了应用验证,其性能指标均达到了实际应用的要求。

1 国内外现状

纵观国外飞机试飞情况,无论是空客的A380、A330、A400M还是波音787,在试飞过程中都非常重视机载实时处理系统的作用。在国外大型运输类飞机的试飞以及基于运输类飞机的特种飞机试飞都无一例外地采用机载实时数据处理系统对整个试飞过程进行实时监控和数据实时处理[2]。如波音公司进行B747、777等飞机的试飞时使用了在当时可谓功能强大的“机载实时数据分析与监视系统”(ADAMS)[3],在长达10多个小时的试飞过程中不仅对一些关键参数进行实时监视,同时在飞机上试飞工程师还可以对部分试验科目进行分析处理,数据处理可达总量的50%~60%。在飞行结束后,还可再借助于地面系统的支持和工程化、系统化地进一步完成试飞数据的处理工作,使得数据处理周期大大缩短。

我国从20世纪80年代末开始,就已经在Y7飞机的定型试飞任务中采用机载实时系统执行实时监控任务[4],但因受到技术的限制,无法实现试验数据的机上实时同步处理,因而在每次飞行试验过程中,仅能使用机载数据记录系统记录所有试验参数的原始二进制码值,并只能待飞行结束后,才能进一步提取出各个课题所需的飞行试验参数数据,延缓了下一次飞行试验计划的制定,也影响了整个飞行试验的周期。

2 飞行试验机载关键参数快速处理系统

据统计,现阶段试验机的测试参数已经达到20 000个左右,加之飞行时间长,机载数据记录文件占用空间大,事后数据处理步骤繁多,导致了数据处理用时长。为了解决这些问题,飞行试验机载关键参数快速处理系统采用了实时操作系统,基于多核处理器的数据处理应用软件架构,实现了机上网络数据的接收、解包,以及实时数据的工程量转换、结果数据的分组记录等功能,完成了关键参数的快速处理。

2.1 系统硬件设计

快速处理系统硬件包含了基于双核1.8 GHz处理器芯片、1 000 Mb/s以太网口的嵌入式计算机,以实现对机载网络IENA数据流的实时采集、解包、校准、计算、分组和存储等功能。机载网络IENA数据流从以太网口输入,由嵌入式系统处理器内核1完成IENA网络数据流的解包,然后将解包后的数据通过DMA方式直接传输至处理器内核2,接着由处理器内核2完成实时数据分析与处理工作,包括参数取位、拼接、工程量转换等,最后传送至嵌入式计算机的RAM中,并由嵌入式计算机将数据结果存盘至固态硬盘SSD中。快速处理系统硬件组成如图1所示,其模块逻辑结构及数据流逻辑关系如图2所示。

2.2 实时处理系统软件设计

系统的软件部分基于Visual C++及Lab VIEW平台开发,其核心的实时数据处理模块采用了目前较先进的嵌入式实时技术,以保证数据处理的实时性和高可靠性[5]。系统采用Pharlap ETS嵌入式实时操作系统。Pharlap ETS是与RT Linux、QNX以及Vx Works V同级别的嵌入式实时系统,广泛应用于航空航天测量控制及仿真领域。另外,关键参数快速处理单元配置软件的全部操作采用了图形化的人机界面,能方便、直接、快速完成机载系统的配置。通过配置操作,关键参数快速处理单元可在开机后自启动,首先完成系统自检,判断系统的工作状态,如果正常则进行下一步工作,同时将设备面板的“工作正常”指示灯闪烁,反之不闪烁。待系统正常启动后,配置计算机将通过网络接口,完成对飞行参数的备份记录及快速处理系统的配置工作,这些工作包括:分析下载带头文件、选择提取参数通道、设定所需参数配置以及系统的各项配置参数。随后软件进入循环连续的数据采集、分析处理与存储流程。关键参数快速处理单元软件流程如图3所示。

关键参数快速处理单元系统软件可分为事先准备软件、采集信息管理模块、实时网络数据采集模块、IENA数据解包模块、实时数据处理模块、实时数据存储模块和数据快速导出软件组成,其结构组成如图4所示。

软件采用模块化设计思想,以功能来划分各个不同的子模块,主要子模块完成的功能及实现方法如下描述。

2.2.1 事先准备软件

飞行试验事先准备软件,通过机载采集信息及监控信息的引入、定义、编辑等操作,生成用于机载实时处理系统、地面实时监控系统、数据预处理系统和数据二次处理系统的SETUP文件。飞行试验事先准备软件由多个独立的模块组成,包括测试参数导入模块、测试参数编辑模块、提取参数名组模块和带头文件生成模块,其功能结构如图5所示。

2.2.2 系统配置模块

系统配置模块运行于配置计算机上,通过网络接口,完成对飞行参数备份记录及快速处理器系统设置工作,例如下载带头文件、选择提取的参数通道、设定所需参数配置以及系统设置的各项配置参数等。系统配置模块的用户图形界面如图6所示。

2.2.3 实时网络数据采集模块

实时网络数据传输模块运行于关键参数快速处理单元中,主要用于完成基于实时系统的网络数据接收及发送工作。机载数据采集终端将采集的数据采用组播方式以基于UDP协议的IENA数据包格式发送至机载测试网络[6,7]。每个IENA数据包以太网帧都是由MAC头信息(14个字节)、IP头信息(20个字节)、UDP头信息(8个字节)、IENA数据包和MAC层帧序检查(4个字节)五部分组成。

2.2.4 网络数据流解包模块

模块运行于关键参数快速处理单元中,依据任务需求,系统可同时完成1 200个动态通道的数据接收和解包。

2.2.5 实时数据处理模块

完成自定义通道的挑选、工程量转换等数据处理工作。

2.2.6 实时数据存储模块

实时数据存储模块用于存储测试过程中记录的试验参数数据,其可使用的数据存储空间不小于250 GB。

3 系统性能及优点

关键参数快速处理系统可以直接建立与机载测试网络的链接,完成KAM4000机载网络IENA数据包的采集与解包[8],支持不低于64位的参数采样率及不少于1 200个通道参数的实时处理,并且能够完成8 h以上不间断采集数据持续记录,且以电子盘作为记录介质,可将结果数据快速导出。同时,系统可根据预先加载的SETUP文件和参数组文件完成对实时接收的机载网络数据包进行解包和参数挑选,进而完成计算任务。计算包含了线性、多项式、双曲线、抛物线、点对分段等多种工程量转换算法,还可完成直线、双曲线、抛物线、点对和多项式等校准工作。

该系统已经经过Y7飞机的科研试飞验证,验证表明:数据准确、稳定可靠。传统的数据事后处理模式需要以下四个步骤:解原始包、数据分路、位流分析和数据预处理,以ARJ21试验机飞行3 h为例,完成事后预处理的时间大致在5~6 h,而采用快速处理模式可以在0.5 h内让试飞工程师拿到预处理结果数据,大大提高了试飞效率。

基于以上良好的系统性能,快速处理系统突破了过去传统的型号数据处理模式,不需要经过地面卸载及位流分析,做到了飞机落地即可进行数据分析,大大提高了试飞数据处理效率。由于数据处理模式的改进,在系统的研发过程中,专门针对飞行试验网络数据制定了标准数据处理流程、接口定义文件等,形成了较完善的飞行试验网络化数据处理标准,用以配套网络化测试系统在行业内的推广。同时,关键参数快速处理单元采用预先分配内存技术,使用时间戳索引完成数据包时间的快速对齐,确保了关键参数数据处理结果在时间上的一致性。另外,系统在网络层上采用了访问控制列表(ACL)技术,通过匹配KEY字方式,将需要的数据包路由到指定端口输出,解决了高码率传输过程中的易丢包难题。

4 结语

飞行试验机载关键参数快速处理系统基于对机载测试设备的深入分析研究,以飞行试验信号产生源KAM4000机载测试系统为切入点进行设计研发,采用了嵌入式多核处理器为硬件架构平台、实时系统为软件支撑环境,解决了飞行试验IENA数据采集、关键参数数据分析处理及连续不间断存储的难题。由于系统结合了嵌入式多核处理器硬件技术低功耗、小尺寸和高性能的硬件特性,及实时系统软件良好的实时处理特性,从而保证了关键参数快速处理单元从数据采集、处理到数据存储的实时性。同时,快速处理系统可以实现多路信号的实时监控,以针对不同试飞科目生成对应的结果文件,并在配置选项上,能够实现算法选择、处理参数选择以及数据处理结果存储格式选择。另外,快速处理系统相较于机载记录系统,增加了数据预处理功能,可以直接获得物理量,增强了维护性。

飞行试验机载关键参数快速处理系统不仅适用于飞行试验数据的快速处理,同时还可以应用到航天、舰船以及航空工业其他领域中,以作为装机的机载测试设备。

摘要：飞行试验过程中,关键参数的快速处理已成为国内外试飞机构争相解决的重要技术。在试验机的机载实时系统中增加关键参数快速处理单元,不需经过地面原始数据下载及位流分析等操作,利用空中飞行时间,在机上完成部分数据预处理及结果分组存盘,确保试飞工程师在飞行结束后可以直接对数据处理结果进行二次分析。关键参数快速处理单元解决了海量试飞数据处理的技术难题,对提高单次试飞效率及缩短型号试飞周期具有重要意义。

关键词：试飞测试,数据处理,机载设备,IENA

参考文献

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[7] 柴敬安，廖克俭，张红朋，等.LabVIEW环境下的虚拟数据采集与分析系统[J].自动化仪表，2007（zl）：180-181.

多点大棚环境参数检测系统的设计 篇10

近年来国家越来越注重现代化农业的发展, 现代化农业是以现代工业装备农业, 以现代科技武装农业, 以现代管理理论和方法经营农业。在荷兰等农业发达国家, 早已实现对农业大棚的智能控制, 即通过控制策略和自动控制设备为植物提供最科学、最适宜的生长环境[1]。在这方面我国起步较晚, 目前国内大部分的大棚都存在自动化程度低, 环境监测设备缺失或者落后等问题。为了改变这一现状, 越来越多的人开始研究智能控制系统。但是目前依旧缺乏稳定的专用型产品, 很多国内试点温室的智能控制系统都是从国外引入的。为了解决这一问题, 本文结合传感器技术、嵌入式技术、现代控制技术对这一问题进行了研究。所设计的系统能够监测大棚室内多点的温度、湿度、光照强度以及侧窗开启的角度, 并把这些结果显示在监控中心的电脑上。并根据不同农作物的生长要求制定的策略来控制大棚室内的遮荫棚、湿帘风机、顶窗、侧窗, 加热器等从而起到调节大棚内温度、湿度、光照强度的目的[2]。这一设计提高了生产自动化和科学管理的水平, 降低了人工成本, 提高了农作物的产量。

本文重点介绍了测控节点传感器电路的软硬件设计, 和基于Linux的上位机和控制中心的架构设计和功能。

1 系统的功能和总体设计

整个系统主要由多个测控节点、使用Linux系统的ARM11上位机、执行器和监控中心组成。根据对植物生长的研究植物的生长对空气中的温度、湿度和光照十分敏感。CFD仿真实验表明大棚室内温度、湿度的分布不仅受到大棚本身结构和农作物排布的影响, 同时还受到侧窗开启大小的影响[3]。所以测控节点主要负责实时地检测大棚室内的温度、湿度、光照还有侧窗的角度, 并对测到的数据作一些误差分析及处理。所有的测控节点都有独立的处理器, 本设计使用ARM7架构的32位高性能STM32单片机, 该处理器功耗低、速度快, 片内有64 K字节的静态SRAM可以运行u C/OS-Ⅱ操作系统性能稳定、适合在现场长时间工作。所有的测控节点都通过RS-485与上位机通讯。在测点的上位机负责获取各测点的数据, 保存数据, 执行配置文件控制执行器, 本例中选用三星公司功能强大的ARM11架构的s3c6410处理器, 并配以稳定的Linux操作系统, 通过网线把数据传递到监控中心。监控中心PC机负责存储数据, 显示数据, 更改配置文件以及执行手动控制, 采用sql server数据库, 并用C#编写前台界面。系统的整体结构如图1所示。

2 下位机部分设计

下位机部分有多个测点电路组成, 每个测点都使用相同的电路设计。该测点是一个小型的嵌入式系统, 采用意法半导体公司生产的stm32系列单片机。该系统由电源模块、传感器电路模块、JTAG调试模块、时钟模块、RS-485通讯模块组成。以下分别对这些模块设计做一个介绍。

2.1 传感器模块设计

该设计包含四个传感器电路能测量包括温度、湿度、光照和角度在内的现场环境参数, 并把这些传感器电路放置在同一块PCB板上。所有传感器电路的输出均是模拟量, 通过stm32的A/D转换功能得到相应的电压值, 最后利用公式得到实际的环境参数值。

2.1.1 温度测量模块硬件设计

本设计使用了LM35温度传感器, LM35是NS公司生产的集成电路温度传感器系列产品之一, 它具有很高的工作精度和较宽的线性工作范围, 该器件输出电压与摄氏温度线性成比例。因而LM35与用开尔文标准的线性温度传感器相比更有优越之处, LM35无需外部校准或微调, 可以提供±1/4℃的常用的室温精度。图2是温度测量设计电路。

输出电压接入stm32芯片的A/D通道, 通过输出电压和温度转换关系如下:

Vout=ktT+Ct其中kt=10.0 mv/℃, Ct是修正常数, kt是常数, 需要要根据不同的传感器个体和单片机芯片作调整[4]。

基于LM35开发的温控系统经过反复试验、测试, 工作稳定可靠, 具有体积小、灵敏度高、响应时间短、抗干扰能力强等特点。该系统成本低廉, 器件均为常规元件, 有很高的工程价值。

2.1.2 湿度测量模块硬件设计

本设计中使用CHR01系列高分子湿度传感器[5], 这是一款复合型电阻型湿度敏感部件。该传感器的输出阻抗和湿度成指数关系, 为了得到合适的输出电压, 采用如下的电路设计的方案, 如图3所示, 该设计电路可以把传感器输出的信号转化为电压信号, 实际电路如图4所示。

通过调节电路参数可以实现输出电压0~3 V线性对应0~100%RH的湿度。

2.1.3 光照强度测量模块硬件设计

本设计中使用S7686光电二极管来测量光照, S7686主要用于可见光部分的测量, 光谱响应的范围是320 nm到730 nm, 峰值灵敏度波长为560 nm, 光照灵敏度可以达到0.3 A/W。经研究, 这部分频率的光对植物生长的影响最大。具体设计电路如图5所示。

S7686的输出电流I与输入光照强度E的关系为:I=10-8E, 该光照计有三档灵敏度可供选择, VR起校准的作用, 可以检测的最大光照强度是3 300LX, 本设计使用lmc662运放, 它的输入偏置电流只有2μA, 对光照强度的测量结果几乎没有影响。

2.1.4 角度测量模块硬件设计

本设计采用WDD35D1导电塑料角度位移传感器[6]。在电路设计中把WDD35D1固定阻值的两端接输入电压, 输出接入单片机的A/D管脚。输出电压随着角度正比变化。WDD35D1的阻值公差为15%, 线性度为0.1%, 在实际使用前必须准确测量标称阻值R, 安装侧窗时要注意零位。输出电压V与转动角度θ的关系如下:

2.2 电源模块设计

本设计中需要得到5 V的直流电压来为lm35, lmc662, MAX485CSA, 以及湿度测量电路供电, 同时还需要3.3 V的电压为stm32和角度传感器供电。选用LM2575产生5 V的电压, LM2575是一款开关稳压集成芯片, 只需要很少的外围器件就可以构成高效的稳压电路, 最大的输出电流可达到1 A, 工作温度范围为-40℃~125℃满足设计的需求。通过Lm1117低压差线性解压器可以产生3.3 V直流电压, 并在输出端接100 u F的电解电容和100 nf的陶瓷电容, 这样有效地改善瞬态响应和稳定性。

2.3 JATG调试和时钟电路模块设计

使用HSE外部晶体谐振器12 M提供高速外部时钟信号。采用10针JTAG插槽, 并使用10针转20针的转接板与JTAG仿真器的插槽兼容。

2.4 通信部分设计

本设计使用RS-485方式通信, 采用Maxim生产的MAX485CSA芯片作为stm32的通用同步异步收发器和RS-485转换的芯片。采用485的方式通信是因为该接口采用平衡驱动器和差分接收器的组合, 抗共模干扰能力强, 抗噪声干扰性好, 温室的主控机房离现场传感器较远, 使用485可以保证数据传输时的正确性。RS-485最大的通信距离约为1 219 M, 最大传输速率为10 Mb/S。所有测点与上位机共用同一条总线, RS-485总线一般最大支持32个节点, 满足设计要求。

3 软件部分设计

编写控制程序, 可使用传统的前/后台式控制系统, 也可使用RTOS (Real-time operating system) 后通过编写应用程序达到控制的目的。相对使用前者, 使用RTOS可显著提高系统的可靠性和通用性, 并且可提高开发效率、缩短开发周期。设计尝试使用了u C/OSⅡ操作系统[7], 它是一种源代码公开的、基于优先级的抢占式嵌入式实时操作系统。具有执行效率高、占用空间小、实时性能优良、可扩展性强等特点。

3.1 模数转换功能的实现及初始化

初始化配置主要包括时钟配置、中断配置、USART参数配置, I/0引脚配置。Stm32片内集成有逐次逼近型模数数字转换器, 可以达到12位的分辨率, 总共有18路通道。在初始化中需要开启其中的4路规则通道, 这些通道通过芯片外部的引脚连接到传感器电路的输出上面, 转换速率设定为500 us, 采用扫描模式, 设置DMA位, 这样在每次EOC事件后, DMA控制器把规则通道的转换数据传输到SRAM中, 选择右对齐数据, 并在启动转换前对A/D进行校正。USART的设置需要与通信机一致[8]。采用USART接受中断, 使用stm32+v3.4固件库函数。

3.2 单片机处理数据的算法实现

本设计需要每半分钟向上位机传输一组数据, 程序在半分钟的周期里每一秒钟从内存单元中取出一个采样数据并与之前采集到的数据平均值做比较如果误差在一定范围内, 则把该数据加入平均值的计算, 否则舍去。因为温度、湿度、角度光照在大棚内随时间变化的波动不会很剧烈, 这样可以减少系统误差, 提高测量的准确度。另外设置STm32的usart接受中断, 当单片机接受到来自上位机发送的地址时进入中断, 在中断程序中比较自身地址和请求地址, 如果相同就把经过处理的测量数据发送给上位机。如果不同, 关闭485的接受使能, 在等待其他设备发送完毕后再开启485接受。这样是防止其他设备发送的数据恰好等于该设备地址, 从而引起错误。

3.3 通信部分软件设计

数据的通信端负责传感器数据的传输, 设计合理的通讯协议十分重要。本设计中使用的指令结构如下:地址 (1字节) +指令 (1字节) +数据 (双字) +校验 (2字节) , 采用多级方式, 波特率设置为9 600, 8数据位, 1校验位, 1停止位。指令包括四种传感器数据的读取, 数据长度。校验算法:CRC结果为16位 (2字节CRCH:CRCL) CRCH先发, CRCL后发, 如果校验数不对则重新发送数据, 图6是单片机程序流程图。

4 上位机功能及实现

4.1 主要功能

上位机使用s3c6410开发版, 是基于ARM11的处理器, 可以运行Linux操作系统, 本设计用到了开发板上485通讯模块、LCD显示模块、网口通讯模块和GPIO模块。上位机的职责是每隔一定时间采用轮询的方式请求一遍各测点测量的数据, 并把这些数据保存在SQLite数据库中, 执行控制策略, 在监控中心请求数据的时候把所有的数据通过网线发送过去。

4.2 实现方式

调用s3c6410开发版自带的485驱动进行数据的收发。485驱动类似于串口驱动, 485通讯另外需要一个控制信号线决定发送或接受模式。使用Qt编写图形界面, 显示最近接收到的环境参数值。使用socket函数编写网络通信程序, 实现与监控中心的互动。

5 监控中心功能及实现

监控中心与大棚相隔较远的距离, 所以需要网线与之通讯。使用C#编写应用程序, 主机监控软件主要包含网口通信模块、监测数据显示模块和数据库访问模块。主要完成系统自检设置、用户管理、数据读取显示、报警参数设置、历史数据分析等任务。数据管理软件的应用平台是Windows XP或更高级的版本, 客户端应用程序是操作人员与数据库交互的界面, 对数据库的一切查询、修改等操作都是通过客户端应用程序来完成的。数据库应用程序的主要作用是存放各个环境变量的数据、从数据库中检索和统计数据, 以得到各种信息 (各种图表) 。

6 结束语

(1) 在测点电路实现了, 使用的都是市场上常见的传感器, 检测电路设计合理、成本低, 并且能保证测量精度。这四类环境参数对植物的成长起着关键性的作用, 所以具有普适性。经济效益明显提高。Stm32单片机配合u C/OS II操作系统保证了系统运行的稳定性, 适合在现场条件恶劣的环境下工作。通讯协议的设计保证了传输数据的可靠性。

(2) 上位机实现了与测点和数据中心的通讯, 是执行控制策略的核心, 并具有保存少量数据的功能。搭载Linux操作系统可以有效地管理程序, 增加系统的稳定性。

(3) 数据中心提供了一个人机交互的环境, 用C#实现对sql server数据库的操作, 和数据的处理显示, 方便工作人员对大棚的控制。

(4) 该系统已经可以在现场正常工作, 取得预期的效果。

摘要：在提倡现代化农业的大背景下, 为了帮助国内智能温室更好地发展与普及, 对多点环境参数检测系统进行了研究。综合了传感器技术、嵌入式技术、以及通信技术实现了对大棚内温度、湿度、光照强度以及侧窗开启角度的检测, 执行器控制、数据存储和分析、人机交互的功能。重点介绍了传感器电路的设计、测点上单片机的编程、上位机和监控中心的功能和实现方式, 以及他们之间通信的接口。经过测试, 测得的实验数据满足设计精度、运行稳定、可靠性高、成本低, 有利于进一步的推广。

关键词：嵌入式,传感器电路设计,c语言编程,Stm32,LM35,CHR01,S7686

参考文献