平台设计论文大全11篇

绪论：写作既是个人情感的抒发，也是对学术真理的探索，欢迎阅读由发表云整理的11篇平台设计论文范文，希望它们能为您的写作提供参考和启发。

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2浮箱模块设计

浮箱模块为全封闭箱形结构，主尺度为：沿通道纵向长2．5m，沿通道横向宽12．5m，模块高度1．8m。浮箱纵向与横向均采用铰接接头连接，每个浮箱重量约为140kN。浮箱由6mm钢板构成主体框架，通过边缘角钢焊接在一起，甲板下和底板上都焊有T型横梁、纵梁、纵肋、横肋；侧板和端板焊有角钢型水平肋、T型竖肋和竖梁。模块内部由横向隔舱板分隔为两个水密舱，一侧模块端板以及横向隔舱板上开设有人孔以便维护与维修；为了提高箱体坐滩承压能力，在模块内部横向设置3道承压桁架；为了纵、横向传力纵总强度需要，模块内部与接头相连的纵、横梁截面设计的较大，其它肋骨设计则以局部强度控制，其截面比纵、横梁的截面小，模块甲板及底板以纵、横梁与肋骨组成正交异性板结构。模块壳板材料为CCSB，内部结构材料为Q345，单双支耳连接件材料为30CrMnTi。

3浮式吊装平台结构分析

利用大型结构分析软件ANSYS对主吊装平台坐滩承压工况和浮游工况进行了仿真分析，为平台的设计提供了理论依据。结构分析时考虑到吊装平台结构庞大，采用了ANSYS结构分析中有限元子结构法，能够较好地模拟拼装式吊装平台这种特殊拼装式结构。吊装平台为临时性结构，以下结构分析中的容许应力均根据《军用桥梁设计准则》（GJB1162—91）选用。

（1）坐滩承压：根据技术参数要求，采用温克勒弹性地基模型，地基承载力为0．02MPa。吊装作业时，考虑吊臂方向和风机、塔筒的重量，经计算得平台承受的最大荷载为8000kN。浮箱模块子结构、吊装平台母结构，吊机的两个履带作用在30号和42号子结构上。经计算分析，最不利的浮箱为30号子结构。浮箱内部各部件的最大应力及最大接头力。内部结构最大应力为104．42MPa，小于Q345的弯曲应力292MPa。平台的最大沉降量为48．59mm。

（2）浮游工况：此工况为生存工况。由于水很浅，总体分析中浮游工况只考虑静力分析，平台承受的最大荷载为8000kN。浮箱模块子结构建模、吊装平台母结构，母结构由64个子结构组成，吊机的两个履带作用在30号和42号单元。经计算分析，最不利的浮箱为42号子结构。浮箱内部各部件的最大应力及最大接头力如表1所示。由表1中知，内部结构最大应力为134．07MPa，小于Q345的弯曲应力292MPa。平台的最大吃水为573．05mm，静载吃水为311．11mm，总吃水884．16mm，则干舷为915．84mm，满足要求。

（3）考虑到施工拼组大面积作业平台需要，浮箱连接纵横向均采用单双耳。为了模拟分析接头的受力情况，采用ANSYSWorkbench软件分析，分析时考虑接头间隙、连接部件之间的接触特性以及弹塑性影响，采用Solidworks分别进行单双支耳的建模，然后装配建立实体模型并导入Workbench中，单支耳模拟结果，双支耳模拟结果，耳孔边缘有应力集中现象，均小于30CrMnTi的屈服应力1176MPa。在销中亦有应力集中，最大等效应力为1301．1MPa，小于30CrMnTi的局部承压应力1412MPa，因此接头的设计是合理的。

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对于高校艺术设计学科而言，其实践教学活动与理工科等其他学科大为不同，有着显著的自身特点和专业特色，尤其是在综合类院校中的艺术设计学科，实践平台建设与管理方法决不能照搬其他学科。同时艺术设计学科中的专业与以往纯艺术专业也有着明确的区别，对学生的教育不再是培养个性十足的艺术家，而是培养服务于当代创意产业的设计师，而当前艺术设计学科实践平台建设与管理方法并没有突出这一特点。

2.课堂教学与实践环节的脱节。

实践环节主要的学习内容与考核方式应契合本学科教学培养计划中的重点内容，但是现今的大部分实践项目的制定并没有充分考虑到教学计划的整体要求，形式大于内容，严重地影响了设计实践对课堂知识的训练与检验。当然，学校与实践平台间的链接与沟通不畅也是两者脱节的主要因素之一。

3.管理方法滞后。

目前高校艺术设计学科实践平台管理方法落后于多样化的实践平台建设。实践平台建设的多样化是近年发展的主要成果，但针对于不同实践平台的管理方法却没有得到发展，运用的还是以往较为单一的管理方法。多样化的实践项目与实践平台不能够在科学、高效的管理方法下发挥最大的作用，直接影响了该实践环节的教学效果。

4.培养目标不明确，培养方法单一。

课堂教学与实践教学活动的目标都是为了培养具有艺术设计专业素养的创新型人才，在明确这一培养目标的前提下，才能制定相关的培养计划与培养方法。同时这一目标的制定又要根据不同学校专业间的具体培养计划来做出相应的调整，因此以往的实践教学培养方法必须要做出改进和创新，以符合人才需求。

二、改进艺术设计学科创新实践平台建设的措施

1.以创新人才培养模式为目标，在实践教学中探索创新人才培养方法。

创新实践教学应与创意人才培养目标一致，课堂教学与实践教学活动的目标都是为了培养具有艺术设计专业素养的创新型人才。因此，要将多样的创新实践平台作为桥梁，嫁接于课堂教学与实践教学之间，建立与特定课堂教学目标相联系的主题化实践教学活动，打造“开放式、模块化、立体化”的实践平台创新人才培养体系，探索提高学生的综合知识运用能力和设计创新能力为主体的创新人才培养方法。主题化实践活动。以“实践主题”为切入点，开展实践创新活动。实践主题就是提取若干与课堂重点教学内容紧密相关的研究题目，该主题不仅要与课程紧密相关，与平台的实践活动也密切相连，还要求教师在提取主题活动时要进行多方位的考虑，将课堂知识以主题活动的形式，把重点的设计原理、方法放到创新实践平台中去实践和检验，在设置过程中必须考虑到主题间知识的纵向连贯性和横向整合性、互补性，以串联的形式开展主题化实践教学活动，不同的主题活动针对的知识点和能力要求不同。这种主题形式的实践活动不仅拓展了实践教学的范围、高效地发挥了创新实践平台的桥梁与纽带作用，更为重要的是，“主题”作为学生兴趣的源头能够激发学生主动参与实践活动的热情。多模块的创新实践平台。“主题”作为兴趣点是课堂教学与实践教学链接中的切入点，平台则是开展主题实践创新活动的基础。创新平台的营造不仅要有常规的实践平台，更要有与之相关的模块化创新实践平台，主要形式有：由政府部门资助的大学生设计创新实践基地、教师工作室、实验教学中心、校企联合创新中心、校企政联合创新实践平台等。模块化的设计创新实践平台建设应争取多渠道、多方位的学科交叉型实践平台建设，可涵盖与设计专业密切相关的建筑工程、装饰工程、规划改造工程、印刷、家具等不同的行业，大力发挥设计学科的交叉性学科特点，为学生个性发展、不同方向的设计创新实践提供良好的条件与广阔的平台。开放式实践创新方法。原有的基于创新实践平台的实践活动，多存在设计实践活动资源不足、受益面窄、时间短等问题，主要原因还是实践活动的开放度不够。学校及院系方面不仅要加强设计创新实践的平台建设，而且要着力打造该平台的开放性，能够根据专业方向需求选择合适的主题，使尽可能多的同学参与到实践活动中来。教师与实践平台的工作人员，即“主题”实践创新活动的提供者和组织者应围绕主题实践活动的要求，配置人力和物力，精心策划活动，保证实践活动的创新性和开放度。在人员构成和组织形式上，依据开放性这一基础原则，达到平台资源的共享和高效利用，通过“开放”营造公平的气氛，结合“主题”所带来的兴趣，培养学生实践中的自主性、个性化和多元化。立体化的活动构成形式。立体化的实践创新活动的开展方法即由点到面、由面到体的立体化形式。其中，点为课堂重点教学内容，面是创新平台中相关的研究题目，本学科中的多个方向或多学科的交叉研究则形成面的多个层次。围绕以上重点内容，辅以集中性教学实践、大学生实践创新训练、组织性的课外实践、教师工作室课题、实验中心课题、校企联合创新中心课题最终形成以主题化实践项目为中心点的多层次相互穿插、相互依托的立体化形态。其中课堂重点教学内容、创新项目、实践目标自上而下形成纵向的展开形式。围绕主题由设计思维创新实践训练、设计创新竞赛、面向企业的设计创新课程等活动为横向展开形式，两者相结合构成一系列多层次、全方位的实践创新活动，推动学生“以实践为师，以市场为法”，掌握并提高实践技能。

2.在创新理念和思路指导下，进一步探索创新实践平台的管理方法。

为创意产业培养的人才，最终是为了投入到创意产业的实践之中，注重教学与实践相结合的创新实践平台对于增强学生创新实践能力有着独特的优势。创意产业实践教育不仅要有上文中提及的科学的人才培养方法，还要引入并结合现代企业管理、项目管理等理念，以科学、高效的方法管理实践平台的运营与发展。整体目标管理。以创新型人才培养为出发点的创新实践平台项目，要以高校的专业培养计划为目标，独立的课程或项目也要根据课程的教学目标，对项目进行整体界定。实践平台上的创新活动或项目是既相对独立又与专业培养计划紧密衔接的综合实践教学体，因此整体的目标定位与范围是在培养计划与企业或自拟的实践创新项目相结合的基础上而制定的，其中培养方案和计划是主要因素。评价管理体系建设。创新实践平台的评价管理体系建设应是发展性的评价模式。该体系不仅关注学生个人的实践表现，而且注重学生和平台建设的未来发展，主要内容应有：由实践项目中的评价主体与评价对象共同商定发展目标，确定评价目标后，通过系统地收集评价信息并进行分析，对评价对象的素质发展、学习职责和学习绩效进行价值判断。评价管理体系建设根本目的是为了促进学生的专业发展，因此应突出学生在评价中的主体地位，同时还要注重反馈信息的周期式总结与处理。过程监控与分项管理。过程监控与分项管理的目标是为了提高创新活动的质量。实践项目过程监控由主体项目负责人执行，结合评价管理体系对现行成果进行评估，分析学生取得的进步与其中的不足，推荐使用资料信息库的形式为后阶段学习提供借鉴。对于该过程的监控可使用分项管理方法，具体内容可分为：活动项目的范围管理、费用管理、时间管理和人力资源管理。每项分项管理、内容都要结合学生的阶段性汇报和指导教师的综合性评估与考核作参考，以实现该方法的可信度与效力。资料信息库建设。创新实践活动的信息库建设一方面是可以实现资源利用与共享最大化，提高活动效率；另一方面可以实现创新活动的系统化与自动更新，为后续活动或项目提供参考与资源。资料信息库的主要内容应包括五大基本方面：活动进度与计划、学习课件、经典案例参考、评价体系、沟通交流系统。辅以特定管理软件或网络技术的资源信息库还能够预测活动开展所获效果，辅助教师或责任人实时进行网上评价和监控。

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气象信息共享平台的建设围绕两个目标开展:一是建立数据接收的快速通道,提供统一的数据访问接口,为共享服务提供高效、规范的数据;二是统一数据管理各项功能的操作,提供规范、友好的操作界面，建立一体化的解决方案。结合两个系统设计目标,共享平台首先定位为气象信息共享数据的源头,负责存储、管理气象资料数据,最大限度的将省、市、县相关部门气象资料存储在统一的平台之上,为上层业务应用提供数据访问服务;其次,平台提供一个可扩展的气象信息存储服务框架,满足未来气象业务和探测手段不断发展、资料种类不断增加的需要,并提供对已有功能模块进行扩展、定制的支持。为此,平台遵循“可靠稳定、构件封装,先进成熟,开放扩展,统一规范,便捷维护”的总体系统设计原则。整体采用框架系统设计,各子模块之间功能独立,可根据用户的需要进行组合,各子模块之间没有直接耦合,而是通过数据库之间的联系由框架进行组合;同时,框架程序利用构件技术,采用面向对象方法进行系统设计。在框架的组织下,平台的适应性、灵活性增强,同时通过复用、可配置等技术降低了平台的开发和维护风险,且具有良好的可扩展性。

2气象信息共享平台体系结构

为实现由业务资源服务应用的无缝化,气象信息共享平台采用如图1所示的体系结构,即从上到下分为应用层、服务层和数据层。2.1数据层数据层是平台各种数据的来源,包括实时数据库、历史数据库、行业共享库、实时专用库和目录文件。在各类数据库中既存在结构化数据,也存在诸如文档之类的非结构化数据,数据的格式均不相同,如按传统的方法实现,工作量大,难以维护。因此平台构建了数据访问逻辑构件和业务实体构件,为各种应用提供了统一的数据接口,以实现不同来源数据的统一处理,做到程序与数据源松耦合。2.2服务层服务层包含了大量的服务,这些服务在流程引擎的驱动下,与业务流程绑定,组合成为功能更为强大的组合服务,供不同的业务模型调用,从而满足用户的需求;该层服务采用SCA1.0标准来实现,将构件库中的构件,装配成服务的方式提供给其他构件、服务或者其它系统。该层提取了气象共享服务的共性需求,通过数据服务、策略服务、业务服务、流程服务和表示服务为气象部门内部各业务系统的开发提供支撑。可以看出,平台通过把与气象数据共享业务相关的功能模块,以标准化的服务形式进行封装,形成一系列网络环境下的服务,然后通过结合业务进行流程编排,即可完成相关功能的定制。2.3应用层应用层主要完成平台搭建并为用户提供操作界面,平台运行模式采用基于B/S的方式,根据业务要求,技术架构的选择需要具备较强的伸缩性、开放性和安全性。考虑到JAVAEE的特点,平台应用层开发运行环境选择基于JAVAEE的应用服务器中间件平台。

3气象信息共享平台数据表系统设计

省级气象信息共享平台管理的气象数据主要包括区域自动站数据、地面气象观测站数据、探空数据、加密观测数据、农气数据、雷达数据和卫星数据。其中:(1)区域自动站采集的数据包括区站号、日期时间、风速、风向、雨量、气温、湿度和气压等,这些数据通过GPRS传输到位于移动的服务器中,并存入数据库,之后再定时导入到省局的数据库中;(2)地面气象观测站所观测的要素比区域自动站多,共有53个要素,但包括所有区域自动站的观测要素;(3)探空数据由探空报和高空报组成,包括PPAA、PPBB、PPCC、PPDD、TTAA、TTBB、TTCC和TTDD;(4)加密观测数据不是按时次每日记录的数据,也没有固定由哪些站点观测,因此加密观测数据一般由用户不定时人工上传,且用户上传的加密观测数据为文本格式(非结构化),因此上传之后平台需自动将文件中的各数据项解析出来,存入数据表中;(5)农气数据包括农气咨询中心内部业务系统收集的数据和业务系统产生的上报文件;(6)雷达入库数据包括雷达速度强度图(图像文件)和雷达基数据;(7)平台接收卫星系统传输的数据(图像文件),并直接存储至后台核心存储设备中;卫星包括风云二号卫星云图和风云三号卫星数据,其中入库数据为风云二号卫星云图(图像文件)和风云三号卫星观测原始数据及图像文件。为了实现上述气象数据的管理,平台主要系统设计以下数据表(限于篇幅,此处仅列出表名):等值面配色信息表、等值面表、行政区划表、农气AB报表(保存农气报的基本观测数据信息)、农气AB报作物表(保存农气报的作物生长信息)、农气AB报灾害表(保存农气报的灾害信息)、负氧离子观测数据表、区域自动站降水分钟数据表、自动气象站观测数据表、自动站侯数据统计表、自动站旬统计表、自动站日要素统计表、自动站日风表、自动站数据报监控表、自动站月统计数据表、micaps结构的探空报数据表、探空报基本信息表、等值线图片信息表、雷达回波图信息表、卫星云图信息表、土壤水分观测数据表、土壤水分月统计表、台站基本参数表、气象台站类型表、台站类型表和能见度观测数据表。

4气象信息共享平台功能系统设计

结合气象信息共享的业务需求,平台整体由气象数据应用、数据入库管理、台站管理和系统管理四大模块构成。其具体功能划分如图2所示。

4.1气象数据应用模块该模块是整个气象信息共享平台的核心部分,主要实现自动站数据、基本气象要素、农气数据、雷达回波图、卫星云图数据、土壤水分数据、人工地面观测数据和探空数据的查询、分析和统计。其核心可归纳为数据查询、数据统计分析、WebGIS展示和数据下载。(1)数据查询。数据查询为数据应用的主要方式,包括自动站数据、区域自动站数据、土壤湿度观测数据、能见度观测数据和负氧离子观测数据的查询。可以根据选择的站点、时次、时段、要素(可选多要素),以表格形式显示查询结果;同时实现表格行列可自定义、查询结果可打印、查询结果可生成TXT文件供用户下载、查询结果可导出为EXCEL文件等功能。(2)数据统计分析。可统计和查询任意时段内某要素的平均值、该时段内极大值和极小值;统计时支持站点可选、时次可选和要素可选,站点为单站、多站,时次为单一时次、连续时次;可统计和查询任意时段内单站气象要素值,提供曲线图。(3)WebGIS展示。采用开源WebGIS平台,在“自动站图集”的基础上,实现基本的地图操作功能,包括地图放大、缩小、察看全图等;实现自动站点空间定位及实时数据查询显示(气温分布图、降雨分布图、风力分布图、综合信息图、气象要素按数值大小绘制全省分布的色块图等)。(4)数据下载。选择任意时次/连续时次、任意站点、任意观测项目数据后,生成文本文件,供用户下载。

4.2数据入库管理包括入库参数配置和日志管理两个子模块,实现本应用数据库与基础数据库的表、字段对应信息的配置,以及相关数据操作的日志管理功能。

4.3台站管理实现台站类型管理和台站基本信息管理。

4.4系统管理实现平台内的用户管理、用户类型管理,组织结构管理,权限管理和日志管理等工作;该模块具有自主功能,能根据增加的栏目或功能将管理内容自动添加到管理系统中;能够实现所有栏目和功能的权限指定,具有自动和自主增加权限功能;能够对每类气象数据的每个要素或字段指定浏览/下载/修改/添加/删除等控制权限;能够进行用户级别设置,可自定义不同级别,每个级别能划分不同权限;能够对不同用户根据需要进行不同级别指定,能对同一用户同时指定不同级别,能对用户单独添加某种权限;能够对每个管理模块根据不同内容进行详细指定,如日志管理可划分为系统日志、用户日志、管理日志、数据日志和权限日志等。

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步进电机驱动电路(见图3)主要由细分电路、驱动控制芯片和光耦隔离电路组成。步进电机转动的角位移和输入的脉冲数目要求严格成正比。如果按照整步的工作方式，会受到步进电机振动大、噪声大等影响;运用细分，不仅可使振动和噪声减小，且可以减小步进电机误动作产生的平台倾斜度偏移，从而减小激光定位的误差;并且，细分数取得越高，在远端产生的偏移量越小。为了使步进电机工作的误差尽可能的小，本设计中驱动电路采用高细分步进电机驱动芯片THB6128。图3中，M1、M2、M3端为细分的设定端，根据这3端所提供的高低电平的不同，有1、1/2、1/4、1/8、1/16、1/32、1/64、1/128多种细分可选，当三端全为高电平时，细分为128。CW/CCW端为电机正反转控制端，CW/CCW为低电平时，电机正转;反之，电机反转。ST/VCC端为低电平时，THB6128进入待机，功耗极低。另外，为了防止对电源或对地短路，该芯片内置温度保护及过流电路。驱动芯片与单片机相连的端口均采用光耦隔离，U8、U10、U11为光耦隔离，防止电机驱动电路与单片机控制电路产生干扰;LED可以直观显示隔离控制的通断。

1.2激光旋转控制电路设计

激光发射电路主要由步进电机驱动电路、激光发射控制电路、光耦隔离电路及细分电路构成，如图4所示。激光发射器控制电路主要完成控制激光发射器发射和转动，保证其发射的激光能实时完成激光接收靶跟踪，使农田平地机被实时控制。由单片机输出的激光发射器发射信号通过光耦隔离电路后输入激光发射器控制电路。其中，JG为单片机P46端口的控制输出端，U17为电路的光耦隔离器。激光发射器的旋转由步进电机驱动电路控制，由单片机输出信号控制THB6128的使能、脉冲及方向端从而控制激光发射器的旋转。

1.3电源电路设计

电路选择采用简单高效电源芯片LM2576，该稳压器是单片集成电路，能实现热关断和电流限制保护，能驱动3A负载。控制核心的电源设计如图5所示。在直流电源输入端加入TVS瞬变电压抑制二极管PK6E22A，该二极管能在收到反向瞬态高能量冲击时，迅速将两极间的高阻抗变为低阻抗，同时吸收高达数千瓦的浪涌功率，有效地保护电子电路中的电子元器件免受浪涌脉冲的破坏［4］。为了防止功率地跟信号地之间的互相干扰，在电源电路设计中，功率地和信号地之间加入了电感L2进行隔离。

2系统软件设计

由于农田平地机激光发射平台调平控制系统的工作环境的恶劣性，易对数据的采集造成干扰，再加上倾角传感器自身存在的温度漂移等，会加大倾角数据采集的误差。因此，对倾角传感器采集的数据时，先采用基于限幅滤波法和递推算术平均值滤波算法相结合的复合滤波法算法对数据进行预处理［5］，接着采用角度偏移与温度变化的三次曲线对倾角传感器温度漂移进行补偿，提高数据采集的准确性［6］。另外，由于步进电机的非线性特征，对其非线性参数进行整定较困难，而常规的PID算法由于参数整定过程繁琐，实施起来较复杂，并且在越接近预设的目标值时，越容易产生超调而抖动，影响其控制效果的进一步提高。因此，采用基于RBF神经网络的PID算法控制器对步进电机进行控制，能保证步进电机控制系统的响应性能提升，响应时间缩短，动态性能、自适应性和鲁棒性更佳。系统总体流程图，如图6所示。系统初始化后，首先进行倾角数据采集，系统采集当前的平台的倾角数据后，经过滤波和补偿处理，直接交给单片机进行判断:如果到达调平的预设值，则结束。没到达预设值的话，如果是大于预设值，则电机正转，控制平台支腿进行相应的伸缩调整平台的倾斜度，再重新进行数据采集;如果小于预设值，则电机反转，控制平台支腿进行相应的伸缩调整平台的倾斜度，再重新进行数据采集。如此反复进行平台调整，直至达到预定的平台倾斜度为止。

3试验分析

本文设计的农田平地机激光发射平台调平控制系统主要是为提高农田平地机的双激光源定位系统的精度做准备，在双激光源定位系统中发挥重要的作用。而整个调平过程中，由于倾角传感器和调平电机的特性，此控制系统主要受温度影响。所以，本试验在激光发射器校准完成后，设计了在加入基于RBF神经网络的PID控制方法对电机控制，并在不同温度环境下的试验。将调整平台置于不同的温度环境中，同时让激光器支座处于允许的任意倾斜角度状态，分别测试支座在大倾角(20°～30°)和小倾角(10°左右)状态下系统调整的可靠性。

1)13℃时，大角度调平试验数据如图7所示。

2)13℃时，小角度调平试验数据如图8所示。由图7、图8可知，采用基于RBF神经网络的PID控制调平时，在农平地过程中调平过程的前期，调平速度快，当角度越接近目标角度时，速度明显减慢;若达到调平要求的预设精度值0．03°时，调平停止;而且在调平过程中很少出现超调和振荡，当倾斜角度较小时，调平完成的时间相对较短。

3)25℃，大角度调平试验数据如图9所示。

4)25℃，小角度调平试验数据如图10所示。由图9和10可知，当温度变化时，平台大倾斜角度和小倾斜角度的调平规律与图7和8相似。这说明经过加入基于RBF神经网络的PID控制方法后此系统受温度影响不大。

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随着科学技术的发展，许多新的科学领域相继涌现，其中微米/纳米技术就是诸多领域中引人注目的一项前沿技术。20世纪90年代以来，继微米/纳米技术成功应用于大规模集成电路制作后，以集成电路工艺和微机械加工工艺为基础的各种微传感器和微机电系统（MEMS）脱颖而出，平均年增长率达到30%。微机械陀螺是其中的一个重要组成部分。目前，世界各个先进工业国家都十分重视对MMG的研究及开发，投入了大量人力物力，低精度的产品已经问世，正在向高精度发展。

1微机械振动陀螺仪的简要工作原理

陀螺系统组成见图1，它由敏感元件、驱动电路、检测电路和力反馈电路等组成。在梳状静电驱动器的差动电路上分别施加带有直流偏置但相位相反的交流电压，由于交变的静电驱动力矩的作用，质量片在平行于衬底的平面内产生绕驱动轴Z轴的简谐角振动。当在振动平面内沿垂直于检测轴的方向（X方向）有空间角速度Ω输入时，在哥氏力的作用下，检测质量片便绕检测轴（Y轴）上下振动。这种振动幅度非常小，可以由位于质量片下方、淀积在衬底上的电容极板检测，并通过电荷放大器、相敏检波电路和解调电路进行处理，得到与空间角速度成正比的电压信号。

在科研及加工过程中，一个重要的内容就是检测陀螺仪的特性，如工作状态谐振频率、带宽增益、Q值等，于是就提出了微机械惯性传感器检测平台的研制任务。根据陀螺仪的工作原理，整个仪器包括两大部分：驱动信号发生部分和表头的输出信号检测部分。驱动信号发生部分对待测的惯性传感器给予适当的驱劝信号，使传感器处于工作状态。信号检测部分要求检测出微小电容变化，经过放大、解调处理后，将模拟量转换成数字量采集到PC机中，分析输出信号，以确定惯性表的特性。

2微电容检测技术

在MMG检测技术中，利用电容传感器敏感试验质量片在哥氏力作用下的振动角位移，获取输入角速率信号。由于陀螺仪的尺寸微小，为了得到10°/h的中等精度，要求电容测量分辨率达到（0.01×10-15）～(1×10-18)法拉。因此，对于微机械加速度计和向机械陀螺仪来说，检测试验质量和基片之间的电容变化是一个关键技术。目前在MMG中采用的微电容检测方案有三种：开关电容前在MMG中采用的微电容检测方案有三种：开关电容电路、单位增益放大电路和电荷放大电路。

2.1开关电容电路

其基本原理是利用电容的充放电将未知电容变化转换为电压输出。该测量电路包括一个电荷放大器、一个采样保持电路以及控制开关的时序，如图2所示。

在测量过程中，先将未知电容（C1、C2）充电至已知电压Vref，然后让其放电。充、放电过程由一定时序控制，不断重复，使未知电容总处于动态的充放电过程。C1、C2连续地放电，电流脉冲经过电荷放大器转换为电压。再经过采样保持器，得到输出Vc。将公式ΔC=2C0·x/d0代入，可得电容检测电路的传递函数为：

Vc/x=-[2VrefC0/Cfd0]

2.2单位增益放大器电路

AD公司与U.C.Berkeley联合开发的ADXL50（5g的微机械加速度计）采用了单位增益放大电路。

图3是单位增益放大器的等效电路。图3中，Cp为分布电容，Cgs为前置级输入电容，Rgs为输入电阻。当载波频率在放大器的通频带以内时，前置级输入电阻可忽略不计。由图3可午，前置级有用信号输出为：

（Vs-Vout）jω（C0+ΔC）+(-Vs-Vout)jω（C0-ΔC）

=Voutjω(Cp+Cgs)+Vout/Rgs

Rgs∞

Vout=(2ΔC/2C0+Cp+Cgs)Vs

分布电容Cp约为10pF，

输入电容Cgs约为1～10pF，一般都大于传感器标称电容C0(1pF左右)。可以看出，它们的存在都极大地降低了电容检测灵敏度。要提高电路灵敏度，就必须消除Cp、Cgs的影响，通常采用的措施等电位屏蔽。

2.3电荷放大器电路

电荷放大器电路如图4所示。它采用具有低输入阻抗的反相输入运算放大器。其中Cp表示分布电容，Cf为标准反馈电容，Rf用来为放大器提供直流通道，保持电路正常工作。应选取Rf，使时间常数RfCf远大于载波周期，以避免输出波形畸变。但Rf过大为今后电路集成带来不便。可以使用小阻值的电阻组成T型网络，替代大阻值电阻。

若运算放大器具有足够的开环增益，反相输入端为很好的虚地，那么，两输入端点之间的电位差为零。因此，反相输入端对地的分布电容Cp和放大器的输入电容Cgs对电路测量不会造成影响。电荷放大电路相对于单位增益放大电路来说，结构要简单，不需考虑等电位屏蔽问题；只需将杂散电容的影响转化为对地的分布电容，即进行合理的对地屏蔽，就能获得较好的效果。

尽管在电荷放大电路中，可以忽略掉输入电容及反相输入端对地的分布电容，但是在检测微小电容变化时，输出还是有很大的衰。这是由放大器输入输出端分布电容Cio造成的。当载波电压频率大于1/（2πRfCf）和小于放大器的截止频率时，输出电压Vout应该表示为：

Vout=-[(C1-C2)/（Cio+Cf）]Vs=-[(2ΔC)/Cio+Cf]]Vs

3检测平台的系统构成及工作原理

该系统的工作原理如图5所示。对惯性传感器施以适当的激励信号后，传感器的动片即处于振动状态，上下极板间的电容发生周期变化，采用电荷放大器电路将该信号提取出来，经交流放大、解调后通过A/D转换变成数字量采集到微机中，观察传感器的输出响应，为下一步利用软件方法分析微机械惯性传感器的时域、频域特性打下基础。

3.1激励信号发生器

根据微机械轮式振动陀螺仪的工作原理，最多需要4路激励信号。激励信号为正弦波，每两路相位相反。为了测量陀螺仪的频率特性，需要不断改变激励信号的频率。目前不同设计的陀螺仪谐振频率在几百赫兹到10千赫兹之间，激励信号也需要在这个范围内进行调节。另外，陀螺仪的驱动力矩等于驱动信号的交流分量与直流分量的乘积，所以还要施加正或负的直流偏置，使陀螺能处于正常工作状态。交流相位和直流偏置组合见表1。

表1交流相位和直流偏置组合

直流偏置：++--交流信号：+-+-

一般的RC振荡电路生成的正弦波频率靠改变R、C值来调节，不能连续大范围调节。所以，设计中采用数字方法合成模拟波形，其原理见图6。图6中8254为软件可编程计数器。其包含3个独立的16位计数器，计数最高频率可达8MHz，设计中输入3MHz的时钟，将2个计数器串连使用，这样可以增加频率控制范围。8254产生的方波信号作为后面并行计数器的计数脉冲输入。并行计数器由2片74LS161组成8位二进制循环计数器。74LS161计数到最大值时会自动清零，重新开始计数，其输出可作为E2PROM2817A的地址信号（即每个正弦周期内采样点数为256个）。2817A的数据读取时间为150ns。设计电路时将它的片选和读信号均设为有效，以提高数据读取速度。D/A转换采用DAC-08电流输出型D/A转换器。电路输出时间85ns，放大器采用高速高精度运放OP-37，同理，D/A转换器的片选和转换开始信号总为有效，其输出跟随输入变化，提高转换速度。实验结果表明，此信号发生器完全可以生成10kHz以内可调频的正弦波。而且使用可编程计数器8254，输出正弦波的频率可以用软件方法调节。如果想输出非正弦波形，只要修改E2PROM的数据，就可以输出任意形状的周期波形。

3.2低通跟踪滤波器

数字信号发生器具有控制灵活的优点，但是输出信号不够平滑，其中会有台阶波。在对信号要求比较高的场合，还需要进行滤波。本设计中信号的频率变化范围很大：几百赫兹到10千赫兹。为了进一步提高信号质量，采用AD633模拟乘法器构成低通跟踪滤波器，其原理如图7。

通带的截止频率是由电压Ec控制的，输出是OUTPUTA，截止频率：

fc=Ec/[(20V)πRC]

OUTPUTB处是乘法器的直接输出端，截止频率与RC滤波器相同：

f1=1/(2πRC)

这种滤波器结构简单，没有开关电容，噪声小，一般采用数模转换器控制Ec，控制通带频率也比较容易。

3.3交流放大器

微机械惯性传感器在施加激励信号后，即处于振动状态。传感器有差动微电容量变化C0+ΔC和C0-

ΔC。采用电荷放大器电路提取出ΔC，此电压信号仍然很弹，需要进一步放大处理，于是采用图8所示的交流放大器。

交流放大器由4个放大倍数为-1、-2、-5、-10的运算放大器级联组成，进一步放大被测信号，同时调整幅值以便适应解调器的输入。图8中的开关选用ADG211模拟开关，通过控制模拟开关的开合，可以任意选择某级或某几级放大器参加工作，实现对放大倍数正负1、2、5、10、20、50、100的整倍数调整。例如，将模拟开关S0、S2、S8、S13闭合，其他开关全部打开，交流放大器的总放大器数即为：（-1）×（-2）×（-10）=-20。

3.4数据采集系统

使用计算机总线，与外设之间必须有接口。本系统采用双端口RAM作为数据缓存。先将信号采样并存储其中，然后成组地向主机传送，从而有效地发挥了主、从、资源的效率，且设计也相对简单。

3.4.1系统工作原理

系统基本组成原理如图9。主要有双端口RAM、逻辑控制模块、A/D转换器组、计算机接口。机通过接口启动逻辑控制模块后，CPU资源向其他请求开放，逻辑控制模块发控制信号启动A/D转换器并进行采样，并将转换结果存入双端口RAM。当RAM中的数据达到一定数量时，逻辑控制模块向计算机发出中断请求。主机接到请求后进入中断服务程序，向逻辑控制模块发出命令，决定是否继续采样，并将RAM内的数据读入内存。

3.4.2硬件设计

本设计使用Cypress公司的CY7C136（2k×8bit）双端口RAM。其两个端口都有独立的控制信号、片选CE、输出允许OE和读写控制R/W。这组控制信号使得两个端口可以像独立的存储器一样使用。使用这种器件要注意当两个端口访问同一个单元时，有可能导致数据读出结果不正确。解决这个问题的方法有两个：一种是监测busy信号输出，当检测到busy信号有效，就使访问周期拉长，这是从硬件上解决；另一种方法是软件上保证两个端口不同时访问一个单元，即将双端口RAM进行分块。本系统采用后者，将busy信号输出通过上拉电阻接到电源正极。

在系统中，逻辑控制模块的作用非同小可，是控制采样、存储、与计算机接口的核心。本系统为方便对采样速率等参数进行设置，在该模块中采用了MCS-51单片机。这样可以通过编程设定采样速率。

与主机的信息交换包括：

（1）接收主机控制信号，以决定是否开始采样；

（2）在存储区满后，向主机发中断请求。

本系统使用AT89C51的地址总线来选通RAM的存储单元，对其进行写操作，将采样结果存入相应的单元。

3.4.3软件设计

篇（6）

一、平台的软件基础

UMEP选用Tuxedo作为基础软件平台来进行设计和部署。Tuxedo是BEA公司的一个商品化的交易中间件软件产品,从软件最初推出至今已经经历了9个版本的升级变迁,广泛应用于金融、电信、邮政、航空等领域,是业内历史最久、应用最广的中间件产品。

农发行从电子联行系统开始,就引入了Tuxedo中间件产品,直至在综合业务系统中更为全面地使用。在多年的开发维护工作中,农发行不仅积累了大量的经验,而且还培养了一批技术人才。选用Tuxedo作为UMEP的基础软件平台,做到核心系统相一致,不单单是为了减轻系统维护的工作量,降低系统故障的风险,更重要的是考虑到在其基础上设计出来的UMEP,可以具备较高的可靠性、通用性、安全性和可扩展性。

二、平台的总体设计

根据报文交换类业务的处理流程,UMEP在总体的逻辑结构上设计为三层:前置机接口层、通讯平台层和核心服务层。其结构图如下:

外接系统汇入的报文,由前置机通过外接系统提供的接口API(应用程序接口)获取后,发送至UMEP,再转发至核心服务进行业务处理。行内系统汇出的报文,由核心系统发送至UMEP,再转发到前置机,通过外接系统接口API发送给外接系统。前置机和UMEP的通信,以及UMEP与核心系统的通信,均是以Tuxedo服务调用的方式进行的,并且使用Tuxedo的事务管理功能,保证报文传送的准确性和唯一性。

三、前置机接口层的设计

在一个外接系统的前置机上,一般都会部署两套接口软件。一套是行内系统的接口软件,功能就是通过外接系统API进行报文的收发工作。另一套就是由外接系统提供的API接口。两者之间是调用与被调用的关系。

为了保证行内接口的通用性,我们把行内接口软件设计为两层结构,一层是稳定的,一层是不稳定的。

稳定的一层称之为UMEPClient,由两个定时启动的守护进程uploadMsg和downloadMsg组成,分别实现报文接收和报文发送的功能。之所以称之为稳定的,是因为这两个守护进程可以在任何外接系统的前置机上使用,并不需要针对不同的外接系统重写代码,体现了行内接口的通用性。

不稳定的一层称之为BranchInterfaceAPI(简称BIA),由一组API函数组成,以库文件的方式提供,被UMEPClient调用。之所以称之为不稳定的,是因为它是对外接系统提供的API接口函数的封装,需要针对不同的外接系统改写代码。BIA被设计为10个API函数,分别处理非实时通讯和实时通讯两种情况:

BIA不仅封装了外接系统的API函数,还有一个重要的工作就是负责报文格式的转换。不同的外接系统,其报文的描述格式各有不同。为了行内系统能够以同样的方式处理,就需要对报文用统一的格式进行重新描述,转换为行内系统使用的标准报文。同样,行内发出的标准报文也需要由经BIA转换后,再发送给外接系统。这种将报文格式转换功能由通信平台实现改为由前置机实现的设计方式,不仅是实现UMEP通用性的需要,也是为了充分利用前置机的运算功能,减轻通讯平台的运算压力,使其集中资源处理报文转发的功能,提高平台的处理能力。

前置机接口层的系统结构如图:

在前置机端引入BIA的设计模式的另一个优点是,可以最大限度地降低总行科技部门的开发工作量。一个新系统的接入,总行不再需要集中开发行内接口软件(全国性系统仍可由总行统一开发),只要由分行按照UMEP的报文标准和API标准,自行组织开发一套相应的BIA,以库文件的方式提供给UMEP使用,然后就可以通过UMEP顺利接入核心系统。另外由于BIA层的开发工作并不涉及到Tuxedo技术,因此对于分行而言,也降低了技术开发的难度。同时,这样的分层设计也为分行特色业务的开展提供了技术上的便利条件。

UMEPClient在部署之前,附带的BIA是一个完全由空API函数编译后获得的库文件。部署到前置机以后,只要将这个文件替换为相应外接系统的BIA库文件,即可完成系统对接功能。由此可见,UMEPClient在前置机上的安装部署也是相对简单灵活的。此外,由于Tuxedo的跨平台性,可以使得我们的UMEPClient不仅可以部署在HPUX/AIX/SCOUnix/Linux等Unix或类Unix平台上,而且可以运行在AS400或Windows平台上。换句话说,无论外接系统前置机采用的是什么样的操作系统平台,我们的UMEPClient都可以正常部署使用。这也从一个侧面体现了UMEP的通用性。

四、通讯平台层的设计

UMEP通讯平台层的设计,使用了Tuxedo服务程序和Tuxedo客户端程序相结合的方式。两个Tuxedo服务程序名为uploadMsgSvc和downloadMsgSvc,分别被前置机端UMEPClient的up-loadMsg和downloadMsg进程调用,用于平台的报文接收和发送。两个Tuxedo客户端程序名为uploadKernel和download-Kernel,是两个定时启动的守护进程,分别负责上传平台报文至核心系统和下载核心系统报文至平台。其系统结构图如下:

在UMEP的平台设计中,我们引入了数据库的内容。这主要是考虑到UMEP平台将被设计为一个拥有较高处理能力的报文交换平台。如果单纯的依靠核心服务完成业务处理后,再写入核心应用数据库,势必会增加调用端的等待时间,影响平台的处理效率和吞吐量。此外,使用数据库对报文进行暂存,可以减少报文传送过程中因网络通讯问题而导致的报文丢失现象,保证报文的正确传输。在报文的上行过程中,平台服务uploadMsgSvc收到前置机发来的标准报文后,不作任何处理,直接写入数据库并返回,完成平台的报文接收工作。平台上的uploadKernel进程启动后,负责从数据库中读取报文信息,并根据共享内存中存放的XML标准报文格式描述文件,将报文中的业务要素解析出来,转换为Tuxe-do服务调用所需的FMLBuffer格式,再通过Tuxedo服务调用,上传给核心系统完成业务处理。

在报文的下行过程中,通过平台上定时启动的downloadKernel进程,调用核心系统的相关服务,获取下传报文信息,再根据XML报文格式描述文件,转换为标准报文后写入数据库。平台服务downloadMsgSvc由前置机端的down-loadMsg进程定时调用。每次调用时,该服务从数据库中读取待发送的报文,返回给前置机。

行内标准报文的格式解析和打包是通过XML报文格式描述文件来完成的。不同外接系统所使用的报文集,都会用行内的标准格式重新加以定义,体现为一个XML描述文件。这个XML文件作为BIA的一部分,由BIA的开发者按照标准编写完成后,提供给UMEP平台使用。平台启动时,将装载所有外接系统的XML描述文件到共享内存中,供uploadKernel和downloadKernel处理标准报文解析和打包时使用。鉴于XML强大的扩展性和良好的易用性,这样的设计必然使我们的平台具备优秀的报文兼容性,同样也保证了UMEP的通用性。

五、核心服务层的设计

UMEP的核心服务层采用了面向服务的设计模式,每一种业务类型的处理都被细化为一个或多个核心服务来完成。每个核心服务只完成某一种特定的功能,服务与服务之间的耦合关系遵循“松散”的原则。这种“松散”的耦合关系,大大的增加了核心服务的可重用性,为业务的变更和扩展带来巨大的灵活性和便利性。

在核心服务的,部署了一类管理调度服务,称为TxDispatcher。TxDis-patcher不仅能够管理报文交换类交易的服务请求,而且可以管理联机实时交易的服务请求,并根据不同类型的交易,按照事先定义好的业务处理流程,调度相应的核心服务处理。

核心服务层的结构示意图如下:

在服务的调用者和核心服务之间引入TxDispatcher管理服务层,使得核心业务系统对业务需求的变更或调整,具备快速投产的能力。因为在核心服务具有较高可重用性的基础之上,仅仅通过定制合理的业务处理流程,组合不同的核心服务,就有可能完成新业务功能的开发工作。

六、安全模块的设计

UMEP中安全模块的设计,仍然采用原有的PKI证书模式。因为基于PKI证书的安全技术是目前安全级别较高,并且是国家有关安全部门认可的一种加密认证技术。这种技术在业界被广泛使用,也是农发行综合业务系统目前正在使用的安全技术措施之一。

在使用PKI证书的安全模式下,UMEP服务器和外接系统前置机均需要获得由总行CA中心签发的IC卡,作为自己合法身份的唯一标识。报文上行时,前置机使用自己的IC卡私钥对报文进行加密签名,然后上传UMEP服务器。UMEP服务器使用该前置机证书中的公钥解密并核验签名,确认报文的合法性。报文下行时,UMEP服务器使用自己的IC卡私钥,对下传报文加密签名后发送前置机。前置机收到报文后,使用UMEP服务器的证书公钥进行解密并核验签名,核验通过后再发送给外接系统。UMEP的安全体系结构如下图所示:

篇（7）

在没有红外探测器或其它图像采集设备的条件下，可以先开发基于PCI总线的图像处理平台，由计算机模拟图像的生成并完成图像的高速传输，以缩短系统开发周期，使系统灵活、实用、便于进行功能扩展。采用美国TI公司的新一代高性能浮点数字信号处理器TMS320C6701（以下简称C6701）研制了实时图像识别与跟踪处理平台，利用不变矩进行图像识别，采用质心跟踪方案，获得了很好的实验效果。充分发挥了C6701强大的数字信号处理能力，并为后续的研究提供了很好的软硬件平台基础。

1C6701数字信号处理器简介

C6701芯片内有8个并行处理单元，分为相同的两组。采用甚长指令字VLIW结构，使C6701成为高性能的数字信号处理芯片。其单指令字长为32b，8个指令组成一个指令包，总字长为256b。芯片内部设置了专门的指令分配模块，可以将每个256b指令包同时分配到8个处理单元，8个单元可同时运行。芯片的最高时钟频率达到167MHz，此时浮点运算处理能力可达到1GFLOPS。外部存储器接口EMIF支持8／16／32b数据宽度的各种类型的同步、异步存储器,便于系统扩展。C6701片内有64KB的数据RAM和64KB的程序RAM；片外存储空间分为4个区（CE0、CE1、CE2、CE3）；有4个相互独立的可编程DMA通道，还有第五个DMA通道可与HPI接口。

2PCI9054的主要特点及应用

PCI09054是美国PLX公司生产的一种32b33MHz的PCI总线主控I／O加速器。采用先进的PLX流水线结构；符合PCI本地总线规范2．2版，突发传输速率达到132MB／s；本地总线复用／非复用的32b地址／数据线，有M、J、C三种工作模式，但C模式的数据和地址总线是非复用的；支持8b、16b、32b设备和存储设备，本地总线操作速率高达50MHz；内部有6种可编程的FIFO，可实现零等待的突发传输及本地总线时钟和PCI总线时钟的异步操作，支持主模式、从模式和DMA传输模式。PCI9054是一种性价比高的PCI桥接芯片。

图1给出了PCI总线接口连接图，使用2K的ST93CS56串行EEPROM作为PCI9054的配置芯片，图中双口RAM可设计成32b、16b或8b。PLX9054工作在C模式下。本地总线晶振为30MHz，经过测试PLX9054工作在从模式单字节读写的情况下，本地总线速度已达12MB／s。根据实际图像传输需要（图像大小为256×256，深度为8b的灰度图像）帧频为25帧／s，已经满足需要。为了再提高传输速度，PLX9054可以开发成突发或DMA传输方式。使用CPLD(Xilinx的XC95108)完成PCI9054到双口RAM的译码电路，本地地址空间可寻址大小为1MB，1MB的本地地址空间映射为地址00000000H～000fffffH,PCI总线的地址空间（计算机自动分配）为ef100000H～ef1fffffH，同时要求PCI基址空间2（对应寄存器PCIBAR2）映射到本地地址空间0(对应寄存器LAS0BA()即LAS0RR寄存器设为fff00000H,LAS0BA寄存器设为00000001H。其中，LAS0BA的最低位置成“1”，表示PCI直接从模式访问本地地址空间0，使能译码；写“0”则禁止使能。PCIBAR2的值为ef100000H。

图2图像处理系统硬件框图

利用WinDriver6．01驱动程序开发工具生成PCI图像传输卡的WDM驱动程序代码，用VisualC＋＋6．0编写应用程序，完成图像处理版与PC机之间的高速率的图像序列传输。

3图像处理板硬件设计

系统硬件框图如图2所示。图像处理板以DSPC6701为核心，C6701主要负责图像处理，包括对目标的识别和跟踪，并给出最终的跟踪角误差。源图像通过PCI接口卡传入图像处理板的两片双口RAM，两片双口RAM采用乒乓式存储。即为了保证图像处理的实时性，当一片RAM接收数据时，另一片RAM为DSP提供图像处理的数据。SDRAM用作DSPRAM的扩展，存储图像处理的中间结果。图像处理后的方位与俯仰角度数据通过82C52转换成串行数据，再经DS8921转换成RS－422电平，送给系统的后续电路。

FPGA选用Altera公司的APEXEP20K200,完成整个图像处理板的译码逻辑，并承担部分图像处理功能。APEXEP20K200门数为20万门，采用串行配置时必须使用两片EPC2。FPGA配置在C6701的CE0空间。FLASH选用4Mb的AM29LV040，用作DSPBootLoader加载程序时的8bROM，只能配置在CE1空间，因为C6701只有CE1空间可以与8b／16b的“窄存储器”接口。SDRAM的容量为4M×32b，配置在CE2空间。两片双口RAM为CY7C028V，容量为64K×16b，都配置在CE3空间，地址分别译为0x03000000和0x03040000。C6701的BOOTMODE[4:0]＝01101,即存储器映射方式为MAP1、8bitROM加载、地址0处的存储器对应为DSP内部程序RAM。

4软件算法

图像由计算机经PCI卡传到图像处理板的双口RAM后，DSP对图像进行预处理，包括图像校正、图像滤波，之后进行图像分割和识别。当识别出目标时设置跟踪波门，则后续图像序列在波门内进行跟踪。本系统识别的目标为高空飞行的飞机图像，采用的识别算法要求具有平移、旋转和比例的识别特征不变性，同时要求跟踪速度快。

4.1图像分割

图像分割的目的是将图像目标和背景分割开来，从而知道目标的大致位置。目前已有各种各样的方法，其中简单有效的方法是直方图分割法中的最大距离法（类间方差门限法）。它的基本思想是：在直方图取值范围内，任一灰度级可将直方图分为左右两部分，如果这两部分的灰度均值与总体的灰度均值相距最大，则该灰度级就取为分割门限。这种分割技术可由如下公式描述：

D(l′)＝{[λ(l'''')-μPo(l'''')]2}/Po(l'''')[1-Po(l'''')](1)

式中,，Pl为灰度l级处的概率。分割的准则是将D(l′)为最大值的灰度级l′作为图像分割的门限值。图像中凡是灰度值大于分割门限的像点，均认为是背景中的点；反之，则认为是潜在目标区域中的点。这种分割方法可以精确地找到分割门限，提取目标。

4．2图像识别

图像经过分割后，接下来就要对目标图像识别。实现目标识别技术的关键是如何利用一组特征参数对区域的本质特征进行有效的描述。适当地选择特征是很重要的，因为在识别目标时它是唯一的依据。图像的识别特征有各种各样的描述，如目标形状、大小、统计分布等。这里使用仿射矩不变量和分散度特征来识别目标，取得了较好的效果。

对于经过分割（二值）处理的数字图像f(x,y)，可以定义（p＋q）阶矩：

mpq＝∑XpYqf(x,y)（2）

式中,p,q＝0，1，3……

f(x,y)的（p＋q）阶中心矩可用下式表示：

μ＝∑（X－X）p(Y－Y)qf(x,y)（3）

式中,X＝m10／m00,Y＝m01／m00,即(X,Y)为目标区域灰度质心。

f(x,y)惟一地确定一个矩序列{mpq}，反之，矩序列{mpq}也唯一确定f(x,y)。在此利用公式（4）的5个几何矩不变量[4]，再加上分散度特征一起代入目标匹配公式[2]进行目标识别。

φ1＝η20＋η02

φ2＝(η20－η02)2＋4η211

φ3＝η20η022－η（4）

φ4＝(η30－3η12)2＋(3η－η03)2

φ5＝(η30＋η12)2＋(η＋η03)2

其中,ηpq＝μpq／(μ00)(p＋q＋2)／2。

此5个不变矩对目标区域的平移(T)、旋转(R)和区域的比例大小(S)保持不变。

4．3目标跟踪与轨迹预测

识别出目标后，根据目标确定跟踪波门大小，在跟踪波门内进行跟踪，波门的大小采用自适应设置。常用的跟踪算法有波门跟踪、图像匹配跟踪和多模跟踪算法，考虑到背景较简单，采用基于公式（1）的质心跟踪方案。把波门的中心G(xG,yG)和目标质心T(xT,yT)的偏差作为跟踪误差，通过RS－422接口输出给后续处理板来实时进行跟踪。

在跟踪过程中，目标的位置按照自身的运动方式不断变化着，同时目标也会出现被遮挡的情况。此时，需要对目标的运动轨迹进行预测，可以采用基于最小二乘法的综合预测器来预测[2]，认为目标的运动轨迹可以是直线和二次曲线的某种组合。即

f(k＋1)＝Wfl(k＋1)＋(1－W)fq(k＋1)（5）

式中，fl(·）为线性预测器；fq(·）为平方预测器，W为权函数（0≤W≤1）。

篇（8）

2资源库建设

资源库建设是校园网络平台建设的基础。资源库的建设过程分为三步走：首先研究分析使用对象的需求，分析我院的培养目标和发展方向，对现有的信息化环境进行评估，明确硬件条件是否能够满足资源库建设的要求；其次，在明确需求的基础之上，搜集资源库建设中的各项具体目标，包括应用和管理两个方面的内容；再次，做好校园网络平台建设的实施环节步骤。

1）材料准备。

资源库的材料准备是一个复杂的系统工程，需要不断地积累和沉淀，材料的准备可以将有效资料整理后，上传至服务器，方便师生在网络上进行备课、制作课件、教学和电子阅读，同时也有助于学生进行网络自主学习或学习小组协作学习和研究问题。①文档材料。文档材料主要包括电子版的教学案例、图片、照片、装饰图、背景图、按钮等等。针对艺术类专业的培养特点，准备相关文字资料。为教师制作电子教案、备课、教学研究等提供电子化的服务手段。②音频、视频资料。艺术类院校的动画专业、设计专业和影视专业对资源库的音频、视频内容要求较高，在设计网络平台时，要注意硬件支持条件。其中，资源库中要提供大量的经典影视片段、实验、动画、歌曲、特效声音、网络课程等等。为学生选择网络课程的学习提供教学辅助手段，学生可以在课下自主选择感兴趣的课程及内容，不仅提高学生的学习积极性，也丰富了学生的业余时间，为校园文化建设提供支撑。

2）搭建环境。

校园网络平台搭建主要包含两个层次，网络设备硬件及网络技术层面为基础，搭建网络应用平台。网络的硬件平台和技术平台作为组成校园网络平台的基础，要遵循经济性、实用性、先进性和成熟性，可靠性和稳定性等原则，采用校园网络核心层，汇聚层和接入层的三层网络体系结构。采用千兆主干网络，百兆接入网络，使用国内高端网络产品，包含计费系统、防火墙、入侵检测、身份认证等网络安全系统体系，双出口带宽保障网络稳定接入运行。

3）网络应用系统平台。

网络应用系统平台将相关应用系统和信息管理系统统一整合，形成完善高效地管理模式，提高使用频率和应用效果。

①教学资源系统。

建设校园网络教学资源系统平台，是校园信息平台的主要内容之一，教学资源占据校园网络资源的主要地位。网络课程：通过互联网将教学内容复制到网络上，实现辅教学，扩展知识的受众面，搜集优秀课程的教案、课件及相关学习内容，供校园用户使用，也可以将部分课程内容放置到互联网上，方便学生沟通和自主学习。学生作品：为保证教学资源的示范作用，在教学资源库中，搜集学生作品，学生的优秀作品进行定期展示和更新，提高学生的学习热情和积极性，对于艺术类院校的专业特点，学生的作品内容较多，可以采用电子相册等方式，将学生的作品长期保留，为学生后期步入社会提供学习期间的佐证材料。学生论坛：校园内学生在网络环境中进行交流，通过设定不同的主题或模块，引导学生依据兴趣形成学习小组，促进学生的交流，提高学生学习兴趣。学习资源：提供类型丰富的学习相关资源，其中可以包含国内外电影、动画、话剧、服装、美术等其他可搜集的各类型资源，丰富网络平台的资源储备和类型。扩展学生的文化视野，使他们在业余时间有大量的业余文化生活，提高学生对各类文化的了解和兴趣。

②视频点播系统。

视频点播系统主要包含课程内容和非课程内容。课程内容建设主要包含：优秀学校优秀教师的公开课、国家及省级的公共课资源、校内优秀教师教学资源，采用剪辑视频形式，让学生在学习过程中亲临其境，感同身受，与同步现场学习达到基本一致的学习效果。非课程内容建设主要包含：学生课程以外，完成作业时扩展学习内容的相关视频内容。国内外优秀公开课、与专业相关的优秀作品集，社科文类优秀视频等等。此类内容建设涉及面广、内容多，根据学院的专业设置选择部分内容进行建设。

③电子阅览系统。

电子阅览内容以计算机技术和网络通信技术为基础，将电子类型的文献阅览、咨询、培训和服务为一体构建的现代化多功能阅览室。为学生提供统一上网进行资料搜集和学习的地方，其中包含的数据库内容，为学生免费使用，为学生的科学研究提供平台和场所，有助于提高学生的科学研究能力。

篇（9）

2加强对学习者的分析研究

学生构成学校的主体，构建网络教学平台一定要符合学生的特征，即从学生的年纪、性别、学习动机、学习现状、学习能力等各个方面进行考察研究，仔细、深入地结合每个学生的具体实际情况进行总体的平台设计。对于课堂所教授的课程更应该如此，同时要加强学生进行信息检索、资料搜集的能力，让他们更好的进行网络操作，熟悉网络教学的流程，才能最大限度的激发学生学习的积极性，发挥他们的最大才能，大幅度的提高学生的学习成绩。

3提高教师信息化技能水平

老师是网络教学的主体，老师如果什么都不会操作的话又谈何去教授学生知识？因此，老师应该加强自身的计算机水平，学习关于网络操作的相关知识，定期进行培训，这样既有利于教师自身的提高，也有助于学校教学质量的提高。比如，在对老师进行的信息化培训上可以有：多媒体的处理技术、网络教学平台的知识等，在进行培训的过程中，老师能够对网络教学有了一个更加全面的了解，能够及时提出问题，解决问题，发挥老师作为教学主体的作用，促进平台设计的完善。

4增强教师运用及建设教学平台的积极性

教师通常通过政绩考核和科研项目从而获得晋升的机会，而网络教学这一方面却没有如此大的诱惑，因此，大多数的教师对于这一方面不感兴趣或者说是根本不关心，因此，网络教学得不到快速的发展。针对这一现象，我们应该采取一些措施来提高教师对于构建网络教学平台的积极性。比如出台相关政策，给予教师在研究网络平台构建的经费支持，以及奖励政策，最为评优的条件等等，都能够有效的促进教师运用、设计平台的积极性，从而更好地发挥平台的使用，在使用与研究中发现问题，逐渐提升网络教学平台的建设水平。

5应对网络教学的不足提出的建议

加大对高校网络教学的资金投入，使对网络教学的研究有足够的资金支持，同时提供具有专业知识的足够多的技术人员进行管理，确保网络教学系统能够满足大多数教师、生的使用。其次，加强网络教学平台的真实性和可行性。

篇（10）

系统管理是维护设备管理中的核心，主要包括用户查询、用户密码修改两个模块。在系统管理中的用户查询模块可以实现对用户名以及密码的查询功能。用户密码修改模块是为了保障用户在使用设备过程中的安全性，用户可以随时修改用户密码。

1．2设备管理

基于Android平台的维护设备管理系统，其设备管理是整个系统中的主体，用户在使用设备的时候，设备管理接受用户的信息、将信息还原，数据信息分析，再将信息转入到接收端。设备管理主要包括设备入库、数据查询、设备出库、设备状态查询，在设备管理中，其管理质量的好坏与管理水平的高低直接体现了维护设备管理系统的服务质量，因此在整个管理系统中有着重大作用和地位。

1．3系统服务

系统服务主要是针对用户对于维护设备在使用过程中不清楚的地方，为用户解疑答惑的一项服务，同样系统服务也是整个管理系统中必不可少的一部分，在进行设计的时候，做好系统服务管理设计，可以有效地赢得市场，提高设备的综合竞争实力。

2．基于Android平台的维护设备管理系统设计的实现

2．1登陆模块的实现

登陆模块包括了用户的用户名和用户密码，而当今网络的开放性使得用户在登陆的时候会存在一定安全风险。为了系统的使用安全，使用系统之前必须输入合法的用户名和密码进行登陆。同时维护设备管理系统后台对用户名以及密码进行确认，只有合法的用户才可以使用系统。登陆模块主要由．Java文件和．xml文件组成，．Java文件中主要是登陆的实现过程，而．xml文件实现了登陆模块的布局。当用户进入到系统程序后，系统窗口会弹出登陆界面，登陆界面显示用户名和登陆密码，当用户输入应户名和密码后，系统会通过SQlite访问本地数据库，检查用户名以及密码的正确性，只有用户输入合法的用户名和正确的密码，用户才可以进入系统，享受更好的服务。

2．2主界面的实现

当用户登录成功后就会进入到主界面，在主界面当中，利用计算机网络进行模块归类，主界面主要包括系统管理、设备管理、系统服务以及退出四部分，主界面简单明了，在这里用户可以有选择性地进行点击，从而满足了用户的需求。

2．3系统管理的实现

系统管理主要是针对用户，满足用户的需求。等用户进入到主界面后，当用户选择系统管理模块，基于Android平台的维护设备管理系统就会弹出一个窗口，在窗口中显示了用户查询、用户密码修改两大功能，用户可以根据自己的需要选择相应的服务。点击用户查询按钮，系统会通过SQlite访问本地数据库，将用户的相关信息显示出来，点击用户密码修改按钮，系统会弹出一个修改密码的窗口，用户只要输入新的密码就可以完成密码的修改。

2．4设备管理的实现

设备管理功能是整个系统的核心模块，在此模块中，可以实现设备的存取以及查询等功能。基于Android平台的维护设备管理系统，当用户进入到设备管理模块后，该模块通过访问SQLite数据库，将设备的相关信息呈现出来，同时用户在此模块中可以输入设备的入库信息，将设备入库信息

2．5系统服务的实现

系统服务主要是为了方便用户使用系统的时候能够清楚系统的各项功能，在此模块中，设立两大板块，第一板块是系统简介，让用户可以对系统有初步的了解，第二板块就是系统公告，在系统公告中，用户可以看到系统最新的公告信息，便于用户的正确使用。

2．6数据库的建立

基于Android平台的维护设备管理系统，为了方便数据库的管理，本系统采用MYSQL数据库进行管理，数据库不仅可以存储和管理数据，而且转变成用户所需要的各种数据管理的方式也在不断发展。在数据库中，下载数据库管理软件，在维护设备管理系统中建立属于系统管理的数据库，定义自己的图、表、存储过程。维护设备管理系统中，数据库占据着重要的地位，在当今网络快速发展的时代，基于Android平台开发的维护设备的应用越来越广泛，在设备信息管理中，数据量大，利用数据库存储设备的各项配置，可以有效提高系统性能，满足现代社会发展的需求。

篇（11）

多跳自组织网络（Adhocnetwork）由多个独立的具有路由（交换）功能的用户通信终湍组成。网络中的相邻终端可直接建立端到端的通信链路；非相邻终端罎可动态地搜索路由，数据包借助其他终端转发，以多跳方式传递至索路由，数据包借助其他终端转发，以多跳方式传递至最终的目的终端。在自组织网络中，无线信道环境的快速变化及终端的移动性造成了网络拓扑结构不断变化。因此，如何搜索、维护有效的路由成为自组织网络研究中的难点问题。近年来，研究者提出了多种路由协议草案，如DSR、AODV、SAR等，其性能的评估数据基本上利用网络模块软件如OPNet、NS-2/GloMoSim等仿真得到。由于仿真软件中采用的无线信道、终端分布、终端运动等模型与真实的网络环境相比均有一定的简化，所以在自组织网络技术进入实现商业应用之前，构建实际的Adhoc网络硬件测试平台对其各层次的网络协议算法设计进行性能测评是十分必要的。但现有的各种无线终端均不支持任何自组织路由协议。

本文设计并实际建立了一个无线自组织网络测试平台系统TATbed。通过加载相应的底层驱动及测试系统软件，使得配有无线网卡的普通PC机成为独立的自组织网络的实际终端；测试平台对各种路由算法协议提供了统一的模块接口，设定相应的路由算法和测试参数蝗，即可通过检测各个终端间的数据传输状况，得到此路由算法的实际性能的统计结果。同时，测试平台可兼容各种无线网卡标准，如IEEE802.11系列、HiperLan系列等。目前TATbed测试平台已经集成了多种AdHoc网络的专有路由算法协议，AODV、DSR、SAR、FSR、ZRP等，并可真实地再现Adhoc网络应用所处的实际环境（包括终端的移动性与客观信道的实际情况），为研究Adhoc网络在多种环境下的性能与特点提供可操作平台，对进一步研究Adhoc网络的结构设计和其各层网络协议算法设计的测试、评估、优化更具有参考价值。

本文结构如下，第一节介绍测试平台系统的总体结构，第二节介绍系统的关键模块设计，第三节介绍其实际应用和总结。

1平台结构

TATbed无线自组织网络测试平台的设计目标是开发支持多种Adhoc网络路由算法协议的测试终端以构建实际的Adhoc测试网络，并通过检测各个终端间的数据传输过程对自组织网络的各种实测性能指标进行统计、评估。

TATbed测试平台由一定数量的独立的自组织网络终端构成。在实际平台设计中，在配有无线网瞳的PC机（笔记本电脑）基础上开发了支持多种路由算法协议的自组织网络终端，每个终端依据设定的路由算法协议自行组建Adhoc网络并进行数据传输。图1为TATbed平台的实际测试示意图。

TATbed测试平台的软件系统包括传输任何生成器、终端处理器和数据统计器三部分。

在测试开始前，传输任务生成器将根据设置的测试参数，生成每个终端的起始传输任务列表，以精确地控制测试过程网络的传输负荷。在传输任务列表中定义了整个测试过程中每组数据包的源发出节点、最终目的节点、数据包数量、发出时间。

测试开始后，每个终端上的终端处理器将读取其对应的传输任务列表，在规定的时间进入发数据包流程，处理需要发出的数据包，同时监听无线网卡接收到的数据包并进行相应的处理。在测试过程中，终端软件模块记录下本节点收到和发出的每个包的信息，包括收（发）时间、包头信息、包长度等。

测试结束后，根据本次测试的整个网络的起始传输任务列表和每个终端在测试过程保存的收发包记录，数据统计器统计分析、计算出相应的测试指标，包括网络容限、节点平均吞吐量、数据包成功传输率、数据包平均传输延时、延时抖动、数据包传输路径平均跳数、系统路由开销等。

2自组织网络测试终端设计

由于现有的各种通信终端设备均不支持任何自组织网络中由算法协议，因此开发自组织网络测试终端成为整个测试平台构建的关键。在TATbed测试平台中，通过在装备了无线网卡的PC机上安装终端处理器，使其支持多种自组织网络的路由算法协议，成为实际自组织网络中的终端。

在现有的标准PC机系统下，网络层采用IP协议，终端之间的连接地址的标识来判别，应用层的传输任务经过数据打包处理后直接交无线网卡发送，并且只有当数据包的源节点和目的邛树熊处于相互无线网卡信号覆盖范围内时，才能成功发送IP数据包，终端本身并不支持任何路由功能。在TATbed测试平台系统中，终端的MAC层和网络层之间加载了自行开发的驱动模块，以支持无线自组织网络中的多跳传输，形成个虚拟的传输链路，为普通数据包的发送提供传输路由，如图2所示。

终端处理器在Windows操作系统提供的NDIS（NetworkDriverInterfaceSpecification，网络驱动程序接口规范）层基础上开发，包括底层接口驱动、路由算法模块和数据包的监听记录三部分。其结构如图3所示。

为测评各种不同路由算法协议的性能，终端处理器中的接口驱动设计为一个自定义的标准路由算法接口。该接口将各种路由算法协议完成的寻找路由、确定路由民系统网络层完成的其他功能，包括与上下层之间的传递、包头内容的填写等工作分离，使得路由算法协议成为需要嵌入的单独子模块。不同的路由算法协议只需要遵循接口定义编写相应的子模块即可。目前，TATbed测试平台系统可支持AODV、DSR、SAR、WRP、Fisheye、CBRP、ZRP等多种自组织网络路由算法的测试、评估。同时，由于终端处理器接口驱动中载在NDIS层上，使得测试平台对MAC层协议透明，因此测试平台可根据测试需要选用各种基于不同传输标准的无线网卡。目前系统中选用了基于IEEE802.11b标准的网卡进行测试。

为支持多跳的数据传输，测试系统中所传递的数据包的包头在标准的Ethernet-MAC包头基础上进行了扩展，加入了路由算法协议中规定的类型信息和路径信息，如图4所示。

图4