传感器技术是一种在现代工农业生产中得到大量应用的电子技术。这种技术在电子技术中占据了重要的地位，生产生活中的应用极其广泛。在机械电子工程方面地应用便是典型之一。机械电子工程在减少浪费和提高机械制造生产效率和精度等方面有着优越的表现，它结合了两种技术的优点，在实际的生产应用中发挥极大功用。如今，其中的几种功能已经成功引入了电子技术。其中包括主功能、信息处理功能、动力功能和控制功能等。由此可见，在机械电子这一行业，大力应用和发展传感器技术必然会为机电行业带来进一步的发展和进步。 1当前机电行业发展状况 目前阶段，我国“机电一体化”进程实质上指的是机械电子。机械电子工程起源于融合机械技术和电子技术，其名称也来源于此。近些年来，我国的机电领域的建设上技术和理论都飞速发展，一系列不菲的成就展示了机电这一行业的生命力。不同于传统的机械设备,以数控机床和机器人为代表的新型机电设备明显具有更强大的生产效率和精度。首先，数控机床的应用是一种在机电行业在实际应用中的一大部分。数控机床许多生产方面的优点，例如生产效率高、可靠性高、适应性强、 加工精度高和劳动强度低等。建立在这些优点上，数控机床在工业生产的各个领域都起到了促进发展的作用。其次是机器人的应用。如今阶段,大多数机器人在汽车和电子产品的生产等领域中都大量应用。对工作者有更高灵活性和可靠性要求的工作，更多的选择了机器人。机器人能够完成人力无法完成的工作和任务,在多种恶劣的环境条件下也能够展开施工。近年来, 机器人的具体功能随着市场和研究者不断积极地加强对机器人研究变得更加多样和实用。最后是检测传感技术。它的媒介功能则在具体使用的过程中呈现出了较强的优越性。在进行数据检测的过程中,大多数技术仅从设备本身出发进行检测.而传感技术还充分地检测了设备运行环境的数据。在可预见的未来，机器人也会更多的应用于养老护理、医疗卫生等服务行业。机械电子是其中较为成熟并持续快速发展的典型技术。 2传感器技术在机械电子行业中的实际应用 从长远的角度来看，网络化、智能化、数字化、绿色化、模块化是机械电子产业未来的发展地重要趋势。 2.1智能化 智能化主要体现在机器人应用方面，它充分体现出了机械电子产业发展的趋势。机器人的智能化更加能够促使机器人对观察到的对象进行准确的判断。机器人在没有具体指令地情况下，能够进行更为准确的判断。这些判断能够帮助机器人运行更具针对性地指令，使得机器人在完成各种不同类型的任务方面表现出良好的适应性。如今传感器技术飞速发展，市场对传感器提供的功能需求越来越多，对其所提供的对象信息不但有了种类多样性地要求，还有了高度精确性地要求。智能化的发展趋势中，传感器在信息采集和传输这一方面上发挥出了重要作用。 2.2数字化 所谓数字化就是将自然界中各种物理数据，从不可度量的主观感受转化为更为精确的数字，并通过一定的技术，进一步构建出数学模型。从而真实明了的反映出来。而传感器的有效应用.就是实现信息采集以及传输的关键。以前，面对这些不可测量的事物，我们束手无策。随着传感器技术的普及，以及在机电方面的应用，多数无法进行度量的感受得表现出来。现阶段,在对数据进行提取的过程中.数据的精度,数量以及维度等方面我们都取得了不小的进步。而传感器的发展会进一步推动数字化精度和维度的提高。 2.3绿色化 在当今环境污染日益加剧的情况下，绿色发展显得尤为重要。机械设备在使用过程难免会出现故障问题，随着使用时间的增长，就会存在设备老化的现象，从而导致资源利用率降低、污染加剧。但是传感器的产生改变了这一局面，它是以产生的数据为基础，优化资源配置，实施停用相关的生产设备，从而降低污染物的排放，增加资源利用率，使机电设备向着更为绿色化的方向发展。 2.4网络化 在传感器应用的过程中，一个最主要的特点是网络接口的集成。它将物联网设备作为主体的，在传输的过程中，通过4G、5G、WIFI等传输方式，将传感器与互联网相连接。互联网地加入和应用，帮助操作者和监控者不受地理位置地限制，自由地操控机电设备。互联网还帮助实现了各个传感器之间形成网络，实现了数据共享和协同工作。传感器为网络化的实现提供了特定的接口，物联网中机电设备的重要地位在网络化的过程中得到了明显体现。 2.5人性化 试想如果机电设备能更为人性化的服务于人民，它会给人们带来不可估量的便利。一切事物的发展都朝着更为人性化的趋势进行着。由于传感器的出现，设备的使用方式也进一步得到改善，我们可以通过一些简单的手势、语音等途径对其进行操控。新的交互方式的广泛应用能够帮助设备在使用过程中突破多种限制，不受空间与环境条件的限制。 3发展前景 传感器是机电领域中关键的电子技术之一。传感器在未来的发展中具有不容忽视的重要作用。它在帮助提升信息采集质量和效率这一领域中的地位显得尤为重要。机电技术为改善和弥补传统机电设备运行过程中的缺陷提供了重要支持。这一技术在理论方面融合了机械与电子两个专业，在对多种网络接口进行集成的过程中，可以促使相关机械电子设备在数据传输中取得较大的优势。 4结束语 在信息化时代，广泛对传感器进行使用能够节约大量的人力物力。传感器的应用是机电设备更高效快捷连入物联网的重要选择。传感器技术还能够帮助机电技术实现远程监控。最后，信息的获取、积累以及挖掘会带来极大的进步。 参考文献： [1]刘慧,杨炙坤.机电一体化系统中传感器技术的运用[J].建材与装饰,2018(18):228. [2]刘凤瑞.传感器技术在机电技术中的应用[J].电子制作,2018,(08):27-28+46. 作者:肖江村 单位:中国质量认证中心广州分中心

1引言 当前，我国工业现代化迅速发展，机电一体化技术逐渐向着机电自动化技术方向发展，传感器技术的广泛应用，该内容属于机电自动化发展的核心内容，机电自动化生产过程中，对传感器技术进行应用，可以促使质量生产以及生产效率得到大幅度提升，促使现代化企业的机电自动化发展需求得到保障。 2传感器技术的研究现状 当前，在一些先进的科学研究当中，传感器技术的应用越来过广泛，其逐渐成为智能器件、智能系统当中的一项重要组成部分。将传感器-计算机-效应器作为核心内容的机电自动化控制技术的应用最为广泛。特别是在高度自动化的工厂运作流水线、不同形式的办公智能自动化设备当中应用更为重要。促使社会经济发展得到进一步加快，还让人们的生活水平以及生活效率得到不断提升，对于整个社会发展起到推动作用。此外，传感器属于机电自动化控制系统当中的首要部位，在整个系统中，是系统正常运行的前提条件。在相应智能化系统当中，若传感器发生故障，不能“感知”外界带来的变化，这就会导致一系列过程难以进行。对此，传感器技术水平高低对不同类型的智能系统运行情况以及应用效果带来直接影响。 3当前传感器技术在机电自动化中的应用现状 3.1传感器技术不够精细 对当前传感器技术在自动化生产工作中的应用情况进行分析，认为其还存在一定问题，如传感器的精细化程度存在问题，即便当前存在多个企业对传感器进行应用，已经发展成了微传感器，但是对微型传感器进行应用，还没有得到广泛认可。从总体角度进行分析，未来的机电自动化生产过程中，传感器技术会逐渐向着更小、更加精细化的方向发展，这就要求机电自动化生产产业高度重视。 3.2传感器技术不够清洁 传感器技术使用过程中，不够清洁。过去较长的一段时间内，采用机电自动化生产，对传感器进行应用，使用的主要是切削液技术，这就在无形之中提高了使用成本，还在一定程度上导致周围环境受到污染，在具体生产中，产生大量的污染废气和油气。因此，对传感器技术进行使用过程中，需要重点考虑传感器技术是否具备清洁性。针对这一问题，技术人员可以采用干式加工技术，通过这种方式，有效弥补过去削切、磨削等方式的不足，进一步提升工作效率，有效节约机电自动化生产资源。 3.3传感器技术不够虚拟 在对传统传感器技术进行具体应用过程中，传感器技术的虚拟度不高。这就在一定程度上促使实际生产以及作业过程中，蕴含着极大的危险因素，进一步增加了生产安全事故发生的可能性，还为工作人员自身的安全埋下巨大安全隐患，甚至会带来严重的额财产损失，导致机电自动化生产对产品研发速度降低，这种情况下的生产效率较低。因此，今后对传感器技术进行具体开发过程中，需高度重视传感器虚拟化问题，对传感器仿真技术进行科学创新，对计算机仿真软件进行科学合理的应用。最终模拟出更加真实的机电自动化生产系统，这就在一定程度上促使产品设计以及生产更加精细化、合理化。对机电自动化生产过程中出现的实际问题及时发现并解决，对产品工艺以及技术质量进行进一步优化。 4传感器技术在机电自动化中的应用 4.1机械制造 对于传感器技术而言，在机械自动化生产过程中的实际应用，主要内容有以下几个方面：第一方面是对机械工程进行具体制造，对传感器技术进行应用，具有较高的现实意义和价值。技术人员将传感器技术和自动化生产进行有机结合，从而提供更加有效的技术监测手段，对机械制造产品进度层面的技术进行科学有效的控制。例如对工件进行具体生产过程中，存在一些基点，在这些基点之间，还需对工件尺寸进行科学控制，这种情况下可以对接触式传感器进行进行使用，从而能够在工件当中寻找细微的光点。 4.2机器人 对传感器技术进行设计以及开发的基础上，现代化机电自动化生产还对机器人技术进行有效应用，促使机电一体化技术的应用范围被拓宽，机器人具有较高的智能化特点，这就对传感器技术提出了较高的要求。通常情况下，技术人员对机器人进行具体设计过程中，存在内部以及外部两种不同形式的传感部分，其中的内部传感基本上是对机器人内部运行情况进行监测的，也就是对系统进行监测，可以结合实际给定的需求提供相应的服务。 4.3技术监测 传感器技术被应用在工程机电自动化技术生产过程中，对监测技术进行应用，就是对环境监测技术进行使用，针对机电工程自动化实际生产环境进行严格监测，进而构建起一套比较完整的系统网络，通过这种方式，可以相对准确的对环境产生的变化进行识别和判断，对创安器进行有效安装，能够从生产环境当中获取温度、湿度方面的信息，这就在一定程度上确保自动机电自动化生产设备始终处于正常运行状态下。同时还可以始终保持在相对合适的生产氛围环境下，促使现代化企业机电自动化生产效率得以提升，有效降低生产环境危险性。 5结语 传感器技术的应用，促使人们逐渐向着智能化生活、智能化工作和只能变化学习时代，这一内容属于机电自动化控制系统当中的重要组成部分，在一些大城市当中，更多的机电自动化控制器件逐渐将大商场、大型厂房、甚至人们家庭等覆盖。创安器技术逐渐成为人们生活中不可缺少的一部分。

随着现代化进程的不断加快，科学技术也在不断的发展，传感器技术作为诸多科学技术中发展最为迅速的一门前沿技术，是提高机电一体化系统智能化的重要组成部分。传感器就相当于人类的感觉器官，它可以快速、精准的收集系统多处的信号反馈给处理系统，确保系统正常运行，同时也保证了系统能够达到更高的水平。如果缺少了传感器，导致系统的状态和对某些信息的准确度把握就无法做到自动检测，那么系统的其他模块功能就无法实现，比如信息处理模块、控制决策模块等。 1、传感器概念分析 传感器是一种在现代科学中通过仿生学的角度，使机械能够像人类或动物的感觉器官一样能对外界环境变化进行感知，传感器通过对变化的检测和感受，并通过编写的程序，按照一定的规律将外界环境转化为电信号或数据信号，同时将这类信号传送到接受元件或装置中，这类模拟感觉器官的器械称为传感器，为了更精密的探测某些外界因素，传感器技术的发展受到人们的极大重视。在现代科学技术的支持下，传感器的敏锐程度和探测广度早已超过了人类的感觉器官，可以探测到人眼看不到的红外线、紫外线，也可以检测到人耳听不到的超声波。所以对于传感器的应用在我们的生活中越来越广泛，人类也对传感设备更加依赖。各式各样的传感器有很多，我们通常依据其使用情况来对它们进行分类，比如说可以按需要测量的对象来分类等等。不同类别的传感器用途也不一样，而传感器技术的应用，可以实现对系统的有效控制，提高其自动化水平。传感器技术是利用传感器可以将光、震动或者其他一些刺激动作按照一定规律转换成特有的一种输出信号来对机电一体化系统自身的检测。有效的控制机电一体化系统的正常运行。 2、传感器技术在机电一体化系统中的重要性 机电一体化系统是一个自动化程度比较高的系统，其核心部件就是传感器，所以传感器技术也就是该系统中的核心技术。传感器在机电一体化系统中的角色就好比人体的感觉器官，它能够通过对目标实物的感知测量来获取目标的相关信息，并快速、准确的将这些信息传递给系统控制模块，进一步提高系统的控制效果。在对目标测量过程中，传感器能够为机电一体化系统准确、快速的提供维持系统高效运行的重要的相关数据信息，最主要的是能够帮助系统实现对自身的自动化检测，传感器在提高机电一体化系统性能方面，所以进一步加强机电一体化系统中传感器技术的研究是十分有必要的。 3、传感器技术的应用 3.1在机械加工过程中的应用 在机械加工中，传感器技术被广泛的应用。其目的是为了提高加工产品的精度和质量，首先，在工件加工前，要对其毛坯件进行自动化检测，看其是否满足加工的要求，如果满足，再进行加工过程。加工过程中传感器的应用更为重要，每一道工序的加工精度控制都是通过传感器来实现的，当加工到一定位置时，传感器检测到这一位置发出的信息，将这些位置信息迅速的转换成其特性的信号，快速的传递给控制中心，控制中心快速的做出判断，开始进行下一道工序的加工。多次重复后，为了保证工件的加工精度，还可以通过传感器技术，对加工设备在工件加工过程中的进给速度、切削力，进而保证其质量。 3.2数控机床中的应用 传感器技术在数控机床上的应用也比较广泛，其目的主要是实现机床的高度自动化水平，同时对加工精度的有效控制。通过传感器对加工轨迹的检测，可以实现工件的模拟加工，做到加工误差的有效控制。并对其做出合理的调整，确保加工精度，实现工件的全自动加工。为及时发现数控机床加工中存在的问题，需对机床轴动过位等开展实时调查。比如在数控机床当中，可使用压力传感器检测工件夹紧力，如果夹紧力比设定值低，则会产生工件松动问题，系统提示警报，中断走刀。此外，还能运用压力传感器对车道切削力实际改变进行检测。通过上述分析得知，在数控机床上合理应用传感器，适时引入传感器技术，可有效处理生产过程中发生的问题，大幅提升生产效率，降低故障发生率，为保证生产质量奠定良好基础。 4、 传感器技术的未来发展趋势 在未来的几年里，传感器控制系统的研究将会继续进行，使其在未来能够发挥更大的作用，为人们带来更多的便利，其主要的发展趋势有以下几点：①向高精度发展。在新型的传感器研究中，要将精度、灵敏度、响应速度作为研究重点，确保未来的工业化生产具有可靠性；②向微型化方向发展。再利用新型的材料与纳米技术等先进的技术，对传感器的结构进行优化；③微功耗、无源化发展。当前的电气设备以及传感器设备的运行都需要在电能的支持下才能正常运转，因此为了提高传感器的工作性能，开发微功耗的传感器及无源传感器是必然的发展方向；④向智能化数字化发展。智能化是当前国际上广泛关注的焦点，也是未来传感器重点开发领域。 5、结语 总而言之，工业生产自动化程度的逐渐提升，对自动监测水平的要求也更为严格，因此需要加强对传感器的研究，以促进机电一体化向着更加自动、更加智能的方向发展，还需要对传感器有更加深入的研究和探索，使传感器能够检测的信息范围更为广泛，同时对信息的检测精度也需要得到相应提升。

网络故障诊断技术研究:基于用户终端网络故障诊断系统 摘要：随着专线接入的规模还在不断扩大，很难通过传统的现场维护或集中培训等方法解决，因此，探索一种解决专线故障新的解决方案非常必要。基于用户终端的网络故障诊断系统就是出于这方面考虑可以实施开发的系统，用户通过系统能方便快捷地对终端故障进行预处理，大大降低了维护人员的工作量。 关键词：终端网络； 故障诊断； 效益 1、 课题研究建立 1.1、 问题提出 随着通信运营商业务的快速发展，专线接入的规模不断扩大，专线故障次数日趋增多，导致专线故障率逐步增加。随着电信重组全业务运营带来的契机，如果专线用户故障居高不下，将直接影响公司今后数据业务的发展。由于专线接入点主要为全市各渠道营业厅，特别是乡镇营业厅分散，偏远，人员流动性大，素质参差不齐，随着业务的快速发展，各营业厅的专线接入规模将不断扩大，很难通过传统的现场维护或集中培训等方法解决，因此，探索一种解决专线故障的新的解决方案非常必要。 1.2、 问题分析 根据某地市运营商提取了专线用户发展情况和故障情况，并按照故障点所在位置进行了分类统计。用户端故障是造成专线故障次数不断增加的主要原因，用户端故障占每月专线故障总数80%以上并成呈逐月增长趋势。通过以上8个月的故障统计，我们得出了每月的平均故障及占比。 我们对用户端的故障原因进行了分类统计，结果发现用户端人为故障占用户端故障次数的80%左右，是造成用户端故障次数不断增加的根本原因。我们得到故障占比月均值，作出如下饼图： 对之前的《故障维护记录表》进行了讨论分析，发现用户端大部分故障都是可以通过用户自身简单处理就能恢复的，于是我们对用户在遇到常见故障的处理能力上提出了质疑，带着这一问题，对100个曾出现过故障的专线用户进行了常见故障处理能力调查，发现由于专线用户各方面基础知识薄弱，造成了用户自身原因的故障次数多，因此提升专线用户诊断常见故障的技能，将会是降低专线用户自身操作问题造成的故障次数的关键。 2、 设定目标 2.1、 总体目标 探索出一种帮助用户诊断网络故障的新方法，有效减少用户端自身操作故障次数，从而有效解决专线故障问题。 2.2、 目标值 将专线故障率由35%降低到15%以下。 3、 确定最佳解决方案 3.1、 提出可能的方案 解决目前的问题可以有以下三种截然不同的方法来帮助用户诊断及处理人为故障，整理亲和图，得到三种可行的方案，转换成树图： 3.2、 从三种方案中进行测试优选 （图3-2：专线传输设备系统） 方案一：基于传输设备的网络故障诊断系统 抽取了50个专线用户，进行了基站端至用户端的传输监控，对其一个月内的故障原因进行分类统计，通过分析得出，若这50个专线用户被纳入传输设备系统，经验证其人为故障恢复比为78.26%。 结论：该系统可对专线用户传输设备进行实时监控，能有效定位网络故障源的大概位置，方便维护人员指导专线用户进行故障处理。该系统部署需要大量硬件设备支撑，需要对整条链路的设备进行统一。 方案二：基于网管监控的网络故障诊断系统 抽取50个专线用户，进行了机房端至基站端的传输监控，对其一个月内的故障原因进行分类统计，通过分析得出，若这50个专线用户被纳入网管监控系统，经验证其人为故障恢复比为69.57%。 结论：该系统可以对专线故障做出及时的反应，当一条链路出现中断时，网管系统会及时告警，显示哪条专线中断，维护人员可以很快响应。每次出现故障后，维护人员会马上与专线用户取得联系，电话指导用户对故障进行判断和处理，由于很多故障由用户自身原因所致，维护人员工作量较大。 方案三：基于用户终端的网络故障诊断系统 抽取了50个专线用户，进行了用户端自身的传输监控，对其一个月内的故障原因进行分类统计，通过分析得出，若这50个专线用户被纳入用户终端系统，经验证其人为故障恢复比为82.61%。 结论：该系统集成了常用的DOS命令测试工具和终端设备故障判断方法，对用户判断终端故障具有指导意义，用户通过系统能方便快捷地对终端故障进行预处理。大大降低了维护人员的工作量，用户满意度较高。 根据上述的分析和试验结果，对比分析各种方案如下表所示： 表3-1：三大方案对比表 方案 描述 优点 缺点 结论 基于传输设备的网络故障诊断系统 在机房放置一台监控终端，对整条专线链路设备进行统一更换 1、维护人员能快速诊断故障并对其进行处理。 2、技术要求不高。 1、成本昂贵，每条专线需要1000元对设备进行更换。 2、部分用户端造成的故障还得不到解决。 故障恢复比78.26%。 效果较明显，但成本太大。 基于网管监控的网络故障诊断系统 在机房放置一台终端电脑和一台服务器，安装基于网管的诊断系统 1、可对全网进行全天监控。 2、对中断专线用户信息反馈及时。 1、维护人员事务较多，每天约2/3时间与用户沟通。2、由于用户素质参差不齐，不能及时解决问题。 3、系统开发技术要求较高。 故障恢复比69.57%。 效果欠佳 基于用户终端的网络故障诊断系统 在每个用户端可任找一台普通的Windows系统终端机进行安装 1、维护人员工作量降低。 2、用户可以自己诊断并解决大多数专线终端故障 1、需对每条专线的终端安装诊断系统，初次安装工作量较大。 2、系统开发技术要求高。 故障恢复比82.61%。 从源头解决问题 效果显著 结论：由上述比较，最佳方案：研发基于用户终端的网络故障诊断系统。 网络故障诊断技术研究:神经网络在网络故障诊断中的应用研究 摘要：针对传统的网络故障知识库难以共同存在的缺陷的高冗余性和稳定性，综合运用神经网络方法和粗糙集理论，提出了RSNN算法，以获得研究样品净化处理。该算法简化了样本，具有高适应性和高容错性，不容易陷入局部极小点，可以有效地处理噪声或不兼容的网络故障诊断。使用这种方法与其它相似的方法相比，可以提高诊断的精度和速度的诊断，具有一定的价值。 关键词：神经网络；计算机网络；故障诊断 1 引言 目前的网络规模、网络结构越来越复杂，这些新的变化变得越来越难作出诊断网络故障，迫切需要的一种工具来进行网络管理与网络故障诊断与排除。网络故障诊断依赖于各种网络设备的状态信息，当发生故障时，通过这些信息的分析和判断，找到原因[1]。在本文中采用粗糙集理论，在原有的规则提取的网络状态信息，算法的基础上决定神经网络的粗糙集（RSNN），并引入层次分散优化的思想和错误的传播原理设计，网络故障诊断模型，引进的层次分散优化网络故障诊断模型，可以在混合网络环境中提供一个singlenetwork的操作控制环境来管理所有子网和管理设备，统一远程控制的，以建立合理的和有效的诊断知识库，故障排除和网络设备，从而提高产品质量的网络，抗干扰能力和快速恢复能力的重新配置。 2 网络故障诊断的相关概念和它们的状态信息 定义1 网络状态S是一个二元组 ， 是非空有限的对象，称为被管理对象的空间，记作 ， 是被管网络对象， 是相应的属性参数， ， 是状态属性， 是相应属性的参数。网络状态信息是指行为信息提取的网络实体在网络运行的状态。 定义2 网络实体可以定义成一个三元组 ，其中 这是一个系统迁移。G是映射功能状态变化，A是造成物理状态变化的事件集合。网络局部状态能分成L个不相干的特征 ， L是由域节点的性质确定。网络故障是一种从正常状态过渡到不正常的状态。 网络状态信息通过信息的收集交界处，基于SNMP轮询的时序相关的MIB变量的数据采集，E调换改变当前网络运行状况E，数据管理，转换成网络状态信息： 为实体状态的属性参数 设定了一个阈值 ， 固态性能参数的物理性能特点的基础上，可以设定一个阈值，需要的专业知识或反复实验，调整，建立比较函数： 用 代替 ，替换预处理后的状态信息。得出： 。令 得到： 因此，要使用的n-维矢量表示本地网络状态的特性。 3 系统原理及实现 在获取信息的基础上RSNN的网络性能、网络的局部特征的性质定义的属性过滤掉所有重要的属性，以反映网络故障的性质之间的关系，然后根据这些属性，建立最低起ruleslayered综合的知识基础，根据神经网络，以提高系统的性能，降低误报率的特点。预处理模块是负责网络状态记录在一个特定的时间间隔相应的离散特征属性，建立基于粗糙集理论和层次分布的优化思路，以减少网络故障可辨矩阵的功能，为了消除矛盾（冲突）和重复的分类规则的故障诊断系统，为每种类型的网络层包含多个子分类粗糙集理论，构成了一个多层次的复杂的神经网络系统。上面的步骤包含规则的故障检测。 诊断问题的实质是一个映射，我们使用一个神经网络来近似这种映射，故障分类系统的学习样本集由故障状态和故障，如在下面的表1中示出的判决子格式的子集的属性组成： 训练样本集在给定的知识领域的专家，所以难免不兼容，导致多余的样品，对这些样品进行培训，不仅不提高决策的正确性，会降低效率的学习神经网络，使用的是三层神经，每个属性贡献的故障现象子集的决策是不一样的，系统需要反映不同的属性在学习过程中的重要性，提高学习效率；此外，网络的故障信息描述的网络结构中的神经元和连接权特定的数目，必须导致低效的学习算法，并最终因为它是有限的使用，以得到样品决策表决策的标志包含只有一部分的的完整冲突样品，沙美特罗H优化算法的神经网络结构的原始库的规则，在每个层的神经元素来定义一个性能指标，i-层优化指标： 其特征在于，表示的第p个样本输入端，第i层的第j个结点的的实际加权和输出；表示第p个样本输入端，第i层的第j个结点加权和期望的输出，以确定网络的神经元的神经网络的权重可以调整到决策过程中的分层分散子优化问题的修正神经网络的学习和粗糙集的决策规则之间的交流达到了粗糙集学习，提高学习当选最低的构成正确的训练集。 （1）简化网络故障信息样本系统。设R是故障属性集，如果对于a∈R，属性集D，如果 ，那么就删除a； （2）计算信息表的可辨识矩阵 ； （3）对于可辨识矩阵中的所有取值为非空集合的元素 ，建立相应的析取逻辑表达式 ，将所有的析取逻辑表达式 进行合取运算，得到合取范式 ， ，将L转换为析取范式的形式，得 ，其中，每个合取项中包含的属性组成约简后的条件属性集合，得到降低冗余后的知识系统K。 （4）穿越不同类别的知识系统属性，如果有重复的记录删除冲突记录，如果删除一列保留了原有的属性值，标记为其他记录，其余的属性值可以判断决策，然后删除该值，否则保持原有的价值知识系统； （5）如果两个记录仅仅是一个条件属性值，和的财产已被删除的记录，那么没有标记的属性值的记录时，可以判断决策，然后再删除另一条记录，否则，删除记录在案； （6）在上述处理中，一个新的信息表，所有的属性值是值的表芯，所有的记录都对应一个决策规则，沙美H优化算法知识的神经网络，输出为每一个输入对做如下处理： （a）输入信号前向传播： （b）输出误差信号后向传播： 输出层：由 ，得到： 隐层：和BP算法一样，将输出层的误差沿代价函数的负阶梯方向逐层后向传播： （c）计算：由 可得到： 将上式带入 ，得到： （7）更新权值：设误差能量函数 ，其中 。 表示梯度，设 得到： 其中， 表示 的单位梯度向量。 （8）重复步骤（6），直至收敛或学习步数达到规定值； （9）如果训练成功，固定权值，用于回代，重新迭代。 4 结束语 针对传统的网络故障知识库难以共同存在的缺陷的高冗余性和稳定性，综合运用神经网络方法和粗糙集理论，提出了RSNN算法，以获得研究样品净化处理。该算法简化了样本，具有高适应性和高容错性，不容易陷入局部极小点，可以有效地处理噪声或不兼容的网络故障诊断。使用这种方法与其它相似的方法相比，可以提高诊断的精度和速度的诊断，具有一定的价值。 网络故障诊断技术研究:煤矿局域网网络故障诊断及排除方法 【摘要】随着信息化程度的不断提高，煤矿局域网的规模越来越大，局域网有着便捷、传输速率高和资源共享等多项优点。随之而来，在局域网的使用中也不可避免的出现各种网络故障。作为网络管理员，必须及时的进行诊断，从故障现象出发，分析故障原因，确定网络的故障点，查找问题的根源，排除网路故障，快速恢复局域网的正常运行，并且想办法减少故障的出现，确保网络的安全性和可靠性。 【关键词】局域网；网络故障；诊断；排除方法 1、引言 安全生产信息化建设是提高矿井安全生产水平的一项基础性工作，是贯彻“科技兴煤”战略的重要手段。网络故障排除是一门综合性技术，以网络原理、网络配置和网络运行的知识为基础。 2、局域网常见网络故障 2.1 按网络故障的性质分类 （1）硬件故障 网络设备是否正常被连接，网卡是否正常安装，网络线路是否有断路，线路和网络模块的打线是否正确，网络设备如交换机、路由器的电源和连接的端口是否正常等。 （2）软件故障 网络软件故障相对网络硬件故障来说复杂得多，网络软件故障主要体现在网卡驱动程度的问题上，看网络协议是否正确，IP地址分配是否正确，路由器在配置上是否准确，并且看VLAN或子网划分是否正确，是否存在病毒等。 2.2 按网络故障的对象分类 （1）端口故障：端口故障通常包括插头松动和端口本身的物理故障。 （2）线路故障：在日常网络维护中，线路故障发生率约占发生的网络故障的70%。线路故障通常包括网络线、水晶头损坏及线路受到严重电磁干扰等引起的网络故障。 （3）集线器、交换机或路由器故障：集线器、交换机和路由器故障在此是指物理损坏，无法工作，导致网络不通。 （4）主机故障：此类故障通常包括网卡接触故障，网卡松动，网卡物理故障，主机的网卡插槽故障和主机本身故障。 3、网络故障的表现及排除步骤 3.1 网络故障的表现 在日常的维护和管理过程中局域网的网络故障现象虽然多种，但是其表现归于以下几种： （1）计算机无法登录到服务器； （2）计算机用户无法访问网上邻居； （3）计算机无法从局域网内浏览内部网页面，或者无法收取局域网内的电子邮件； （4）计算机能够浏览内部网络中的网页，也可以收发内部网络的电子邮件，但是无法接入Internet； （5）计算机无法通过服务器接入Internet，或者计算机只能和部分局域网中的计算机通信； （6）计算机网络程序运行速度缓慢。 3.2 网络故障排除步骤 对于网络故障首先要诊断网络故障的表现，列举分析故障产生的原因，在此基础上缩小范围，对故障原因进行定位，查找问题的根源，最后采取适当的排除方法解决。具体可以遵循如下的步骤进行。 （1）确定问题 分析网络故障的第一步，就要首先描述清楚故障的现象和症状。 （2）收集因素 使用相关工具进行测试，收集需要的用于帮助隔离可能故障原因的信息。 （3）考虑可能的原因 通过集中思考，将问题分类，先排除一些不可能的问题，根据收集到的情况考虑可能的故障原因。 （4）创建诊断计划 根据上一步确定的可能故障，制定出相应的诊断计划。 （5）执行计划 开始仅用一个最可能的故障原因进行诊断测试，这样可以很容易恢复到故障的原始状态。 （6）做好记录 记录每一步和最终的解决方案，以提高自己支持网络的能力。 4、网络故障排除方法 本文按网络故障的性质分类，即硬件故障和软件故障进行网络故障诊断，在检查网络故障时，一般本着先硬件故障再软件故障的顺序检查。 4.1 硬件故障排除方法 网络硬件故障主要表现为线路、端口、网卡、信息插座等方面。一旦网络出现故障，首先想到的最直观的排查方便就是检查网络的物理线路和硬件设备。 （1）线路故障排除方法 在日常网络维护中，线路故障发生率约占发生的网络故障的70%。对于双绞线引起的故障，其中包括网线及水晶头的损坏、线序不正确以及网线过长引起的回波损耗，可以用替换法或使用测线仪来确定是否是网线的问题。 （2）端口故障排除方法 最直观的方法就是查看信号灯状态是否正常。如果离得较近，首先要查看网卡、HUB、交换机、路由器面板上的指示灯。 （3）集线器、交换机或路由器故障排除方法 ①若怀疑是集线器或交换机问题，通常最简易的方法是替换排除法，用正常的集线器或交换机替换原来的集线器或交换机。 ②判定可能是路由器或MODEM问题，通过IE打开路由器地址或MODEM地址，看设置有没有被更改，再看运行状态是否正常，若运行状态正常而网络不通就应考虑是其它问题，并非为路由器或MODEM的问题，当然从其指示灯也可以作连接正常否的简单判断。 （4）主机故障排除方法 在此主要介绍主机与网卡无法匹配工作的情况。对于网卡接触故障的解决办法是拔出网卡将其金手指用橡皮擦擦掉其氧化层再插入使用。对于网卡松动、主机的网卡插槽故障最好的解决办法是更换网卡插槽。 4.2 软件故障排除方法 （1）网卡驱动程序安装不当的排除方法 在设备管理器窗口中，检查网卡选项，看是否驱动安装正常，若网卡型号前标示出现“！”或“x”，表明此时网卡无法正常工作。解决方法很简单，只要找到正确的驱动程序重新安装即可。 （2）主机网络地址参数设置不当的排除方法 查看网络邻居属性中的连接属性窗口，查看TCP/IP选项参数设置是否正确。 （3）主机网络协议或服务安装不当的排除方法 在网上邻居属性或在本地连接属性窗口查看所安装的协议是否与其他主机是相一致的。 （4）网卡设备有冲突的排除方法 磁盘大多附有测试和设置网卡参数的程序，分别查验网卡设置的接头类型、IRQ、I/O端口地址等参数。 （5）一些重要进程或端口关闭的排除方法用Ping线路近端的端口看是否能Ping通。 5、总结 随着煤矿生产规模的扩大，安全生产情况日益复杂，安全生产数据信息急剧增加，运用计算机网络技术指导、服务于安全生产工作，建立高效灵敏、运行可靠的信息体系，及时掌握安全生产动态，提高安全生产监督、管理信息化水平和工作效率，全面推进安全生产信息化建设工作已经势在必行。 网络故障诊断技术研究:无线传感器网络故障诊断技术研究 摘要：随着社会的发展与不断进步，无线传感器网络得到广泛应用，但是由于无线传感器节点的能量具有制约性，导致无线传感器网络的运用环境比较脆弱，所以本文探讨一下无线传感器网络故障的诊断技术。 关键词：无线传感器 网络故障 诊断技术 无线传感器网络是由大量传感器节点组成的，因为传感器节点廉价和微型的特点，促使无线传感器网络对节点的利用率非常高，尤其是在无线传感网络的监测区域，在自组织方式的参与下，以互相协作的形式完成无线传感器的监测任务，所以其应用的前景也是非常广阔的，但是传感器节点的工作能力是有限的，难免会发生系统故障。 1 无线传感器网络故障评价指标 无线传感器网络故障诊断的性能评价指标是以无线传感器的网络特点和网络应用为基础制定的，其标准主要体现在诊断精度、特殊环境诊断精度、能效性以及诊断时间四个方面。 诊断精度。无线传感器故障诊断精度是诊断机制对故障最直接的评价方式，特别是在网络安全性较高的环境中，如果不能保障故障诊断的精确度则会导致传感器网络系统出现安全漏洞，同时意味着此故障诊断精度的失效，诊断精度主要是以一次过程为故障诊断的依据，分析被诊断的节点状态与实际节点状态的相符程度，诊断精度中故障误报率和故障识别率为评价故障的两个指标。 特殊环境诊断精度。无线传感器网络在特殊环境中的应用是有特定的诊断精度的，例如自然灾害、人为破坏等特殊环境因素，由于故障的节点在网络中的分布不均匀，可能会出现故障区域节点的过分疏散或者是节点的过分密集等现象，普通的诊断精度是不适应的，所以只能采取特殊环境的诊断精度对故障进行评价。 能效性。受无线传感器网络能量供应方面的影响，能效性成为故障诊断评价机制中需要最先考虑的问题，能效性比较强的故障诊断机制可以促进网络使用寿命的延长，以便保障传感器网络监测、计算方面能量的持续供应，与能效性有直接关系的因素有数据通信、处理和采集三方面。 诊断时间。无线传感器网络投入使用后，如需进行故障诊断需要对传感器中节点与节点之间的关系进行协作性判断，主要是因为节点呈现激活状态的数量比较多，如果节点出现联系性的故障一定会对无线传感器网络造成巨大的能耗压力，所以节点故障诊断的时间不宜过长。 2 无线传感器网络故障诊断分类 无线传感器网络故障主要来源于传感器的节点，主要表现在四个模块上，分别为能量电池供应模块、无线网络通信模块、传感处理模块和传感器模块，基于无线传感器网络的运行和使用，其组成元件、部件会出现各种各样的问题，如干扰通信、线路老化、电能耗损以及接线松动等等，引发无线传感器网络发生故障。 2.1 节点级别的故障 节点级别的故障主要是发生在传感器网络的节点处，大部分故障主要是传感器的节点本身出现了问题，其又可分为节点软故障和节点硬故障，软故障是指节点在不影响无线传感器网络运行的前提下发生故障，只有对数据进行传送和测量时，可瞬间影响通信的故障；硬故障是指对节点本身以及对传感器网络造成的直接损害，例如节点本身损坏、电源布置不合理或电源能量不足都会造成无线传感器网络故障。 2.2 网络级别的故障 网络级别的故障是指无线传感器的节点本身是正常的，但是在节点与节点之间的传输、协作方面上出现制约性问题，导致网络连接异常、通信受阻、信息丢失、IP偏差、非法入侵等等，此故障的出现是直接作用于网络的，其故障的表现极其明显，而且故障出现的速度非常快，影响范围比较广，属于无线网络传感器网络中相对较为敏感的故障。 2.3 功能级别的故障 无线传感器网络功能级别的故障对于整体网络都是存在影响的，如出现功能级别的故障会造成网络中汇集点不能正常接收和收集网络中运行的全部信息，引起功能级别故障的原因主要有传感器节点的重启、死亡和失效，链接线路故障以及路由装置故障等。 2.4 数据级别的故障 数据级别的故障是指传感器节点表现正常，但是传达了错误的数据信息，致使网络形成错误的数据感知，数据级别故障的隐蔽性比较强，只有经过精细的检测才可发现传感器节点传递了错误的感知数据，因为即使节点感知数据传递错误，但是其本身的表现形式是没有任何问题的，因此无形中降低了无限传感器网络的运行性能，而且会错误的引导网络管理员检查维修。 3 无线传感器网络故障诊断技术 无线传感器网络故障诊断主要是针对其投入使用的期间，通过对网络传递的信息进行分析，判断无线传感器网络是否发生故障，根据故障发生的状态检测导致故障发生的基本根源，无线传感器网络故障的诊断是一项复杂而又系统的工程项目，基于其所处的环境以及自身运行的特点决定了故障诊断的难度，为降低诊断的难度，一般情况在进行故障诊断时需要以传感器各个节点日常的测量数据为主，以节点数据传输的附加信息为辅，促进故障诊断的效率。 无线传感器网络故障诊断的指标为传感器高质量的服务和能量的有效保护，而故障诊断策略的衡量指标主要有错误警报率和检测率，其中错误报警率反馈的是无效警报在诊断报告总警报中的占据比例，错误报警率较低即可说明此次诊断结果具有较高的可信度；检测率反馈的是被检测出的故障在网络总故障中占据的比例，与错误报告率相反，检测率越高则说明诊断策略的有效性比较高。目前对无线传感器网络故障诊断技术的研究主要以传感器的故障、场景类型为中心，对传感器节点的功能、读数故障进行探讨，分析无线传感器网络故障的诊断技术。 3.1 传感器节点读数故障的诊断技术 节点读数故障的诊断技术主要是针对无线传感器网络中错误的测量数据，错误数据产生的情况主要有外界环境干扰导致网络受到安全攻击、节点部件的损坏等等，针对节点读数故障提出以下诊断技术。 （1）WMFDS诊断技术。此技术主要是对传感器节点与节点之间的数据进行空间相关性的测量，越临近的节点其测量结果的相似性越大，所以只能通过正常读数的空间关系，根据此理论提出WMFDS诊断方法，主要是对两节点之间的故障率、分布密度进行分析，判断节点是否出现问题，此方法还可对相邻的节点进行加权处理，但是此方法只可以用于具有空间相关性的节点读数上。 （2）FIND诊断技术。此技术利用无线传感器节点在监控区域具有可持续性监测的特点，感知网络的突然事件，此节点的数据读取可反馈事件发生点到节点相对应的距离，传感器节点的信号强度与距离是呈现相反关系的，即相对距离越大，节点信号强度越弱，节点信号的强弱变化被称为单调变化特性，所以节点的单调特性是反馈节点出现读数故障的判断标准，比如故障节点会表现出与相对距离单调特性相反的现象。 （3）CSN诊断技术。此诊断技术是有一定局限性的，主要是以移动设备为检测对象，利用加速器得出节点的地震运动，故障节点的读数会存在阈值，此阈值与实际历史差距比较大，通过计算机分析节点比例，如出现较高阈值则说明此节点出现了一定的问题。 3.2 传感器节点网络故障的诊断技术 传感器节点网络故障主要表现在链路受环境因素的影响导致网络可靠性降低等现象，针对传感器节点网络故障提出的诊断技术主要有以下三种： （1）网络软件调试法。在传感器的节点中采取调试，利用软件的调试命令，对节点处的网络状态进行分析，收集节点网络数据，确定节点网络故障的来源。 （2）特定模型推断法。特定模型推断法主要包括两种，分布式和集中式的方法。分布式的诊断技术是针对网络中的所有节点，利用从局部到整体的决策方法，分布式诊断技术的代表方法有LD2和TinyD2，最终通过节点网络的整合，得出诊断报告；集中式的诊断技术是在网络节点处植入小型探测器，以便对经过节点的应用数据进行分类、分组，但是探测器对得到信息的分析能力是非常有限的，所以需要感知系统的参与，以此为基础进行节点网络故障的细化诊断。 （3）无声故障诊断技术。此诊断技术在三种技术中是具有一定特殊性的，其可对无经验故障进行有效诊断，例如AD诊断技术，即是比较典型的代表，通过对节点各类型诊断信息之间相关性图表的变化，发现网络中存在的隐藏故障，即无声故障，此技术可提高故障诊断的准确率，同时降低了故障出现的频率。 综上所述，利用无线传感器故障诊断技术诊断无线传感器网络中出现的问题，并对其进行及时有效的处理，一方面可以提高无线传感器网络的运用效率，另一方面提高了无线传感器网络的使用率，所以无线传感器网络的正常运行在一定程度上促进我国经济效益和社会效益的发展和提高。 4 结语 无线传感器网络在世界范围内的关注度是比较高的，其渗透多项科学技术，例如无线通信技术、传感器技术以及信息处理技术等等，无线传感器的研究不论是在经济效益上还是在社会效益上，都是具有极其重要的意义的，无线传感器有效的网络故障诊断技术一方面可以提高无线传感器的利用效率，另一方面对能源节约具有一定的实际价值。

农业物联网论文:物联网的智能农业系统研发 1总体方案 本系统方案是在成都农业科技职业学院已有的农业大棚基础上进行智能化检测、控制和管理。该方案主要分为三大子系统：物联网连接与监测、物联网智能控制、云服务器；物联网连接与监测：在农业大棚实验基地部署和安装农作物生长环境所需参数的传感器，用以监测环境中的温度、湿度、光照、CO2浓度、土壤酸碱度及养分等物理量参数，从而保证农作物有一个适合的、优良的生长环境。目前我们用到的传感器包括：空气温度、湿度传感器；土壤温度、湿度传感器；光照传感器；CO2浓度传感器；pH值传感器；土壤微量元素检测仪。各种传感器检测到的参数信息经过ZigBee网关，再通过3G网络传送到服务器。服务器将接收到的数据进行存储和相应的处理，用户即可通过电脑或手机等智能设备访问服务器进行查询，同时，还可以对设备参数进行修改和设置，对数据采集周期进行修改和设置，为后期农作物生长提供必要的数据支持。为了实现农作物24小时无人监控，我们还在大棚实验基地安装摄像头，对整个大棚进行24小时监控，监控视频和图片都将一并传送到服务器，为用户提供回看、实时看功能，确保资料完整性。物联网智能控制：针对农作物生长所需的环境因素，通过各种电机启动大棚实验基地的PVC喷水管、营养液滴头、遮阳帘、卷帘等设备，调节控制大棚实验基地内环境温度、湿度、土壤养分、CO2浓度等因素。云服务器：本系统方案采用J2EE服务器资源池和数据库资源池搭建，采用应用程序和数据分离原则搭建SAAS平台。所以，当有新的大棚实验基地加入时，只需使用应用程序模板和数据库模板即可创建大棚实验基地应用程序和数据库实例，大大延伸其系统效扩展性，有效降低成本。 2物联网智能农业大棚系统 2.1系统总体设计本系统的主要功能如图1所示，系统大致包括传感器数据查询、视频与图片查看、数据报表统计、远程设备参数设置、设备远程控制、专家知识库、后台管理等模块。 2.2数据库设计数据是整个温室大棚管理系统的基础，各种传感器采集的数据、视频摄像数据、照片图像数据，经过采集、处理、标准化、传输后，装载到系统平台的数据库和文件系统中。根据我校温室大棚实际情况分析出平台系统应包含空气温度、空气湿度、土壤温度、土壤湿度、光照度、二氧化碳浓度值、氮磷钾营养值、酸碱度pH值等基本数据，视频图像、照片图像等视频图像数据；设备及设备类型、编号、参数、运行情况等维护数据；设备控制命令、电机控制命令等控制数据；专家知识库等专业知识数据；系统用户、角色等系统基础数据。 2.3数据库表详细设计数据存储系统逻辑划分如下：基础业务信息数据库：空气温湿度、土壤温湿度、光照度等与农作物成长密切相关的业务数据；视频图像数据系统：采用文件系统存储各种视频、照片数据，有利于提高系统整体运行效率；运行维护信息数据库：设备基本信息——参数、类型、编号等，设备控制命令等数据；专家知识库：各种农作物成长条件知识案例等；系统基础信息数据库：系统用户、角色、模块、登陆、日志等系统运行数据。根据逻辑划分，数据库中大致包含20个表：dev_info（设备类型表）表示温室大棚中各种传感器、摄像头、设备等类型及单位；dev_state（设备状态表）表示dev_info中设备状态是否正常及记录时间；electromotor_rul（e农产品环境参数设置）表存储所种植农产品所必须的环境参数控制规则；notify_log（公告日志）存储系统的公告等日志；notify_person（公告人员联系信息）表示公告或通知中人员基本信息，用于环境参数无法调整到正常值时发送通知（后期手机平台开发使用）；notify_rule_person（告警条件）表示农产品环境参数告警通知；picture_list（照片信息）表示温室大棚实时画面；sensor_dev（传感器数据）表示传感器采集到的实时环境参数；system_department（部门信息）表示使用系统的部门；system_dictionary_data（人员信息类别值）表示描述使用系统人员基本信息类别值；system_dicrionary_type（人员信息类别）表示描述使用系统人员信息类型；system_module（系统控制类型）表示本系统可控制的类型；system_role（角色权限）系统角色功能管理；system_role_module（角色模块）系统角色模块管理；system_user（用户）系统用户基本信息；system_user_department（用户部门）用户所在部门；system_user_operation（用户操作记录）记录用户基本操作信息；system_user_role（用户角色）用户所属角色；video_history（历史影像）备份历史影像记录。 2.4系统总体结构设计整个系统采用Java2平台开发，采用三层架构模式：展示层、业务层、持久层。展示层使用struts2、业务层使用spring、持久层使用ibatis。传感器值查询采用直接查询数据库方式；视频图片查看采用封装文件系统服务方式；接入模块使用JavaNIO进行开发，服务器与3G网关的通信都通过此模块进行；数据入库模块对Ibatis和JavaFileIO进行封装。本系统的架构设计流程如图2所示。展示层是表示本系统以WEB网页形式呈现，可提供给使用者友好的人机交互界面，同时也提供一定的安全性，确保角色对应用户的权限。业务层：用于访问数据层，并根据展示层页面需要进行一定的逻辑运算，封装成接口反馈给展示层，以便调用。例如，本系统中需要对大棚环境基础参数进行设置，展示层提供参数组合文字条件，本层编写合理的组合运算规则，调用数据层，修改多个表的值。持久层：持续获取大棚实时信息，包括各类传感器获取到的环境参数、各类摄像头捕获到了实时图像等信息。本层还负责将各种信息存入对应数据库的表中，以供的访问。所有对数据的增、删、改、查均通过此层完成。本系统设计图片文件的存储权限，也是通过本层实现。本层所有数据均是通过3G网关传输然后存储的，为了统一管理，特在此层根据接入模块对数据进行封装，具体实现如下： 2.5系统实现系统运行后的部分效果如图3和图4所示。在图3的首页中，上边为Log、视频播放器、Android客户端；左侧为系统功能目录，右侧为大棚环境参数值、现场图像、传感器趋势图、设备状态表；图4是大棚现场传感器传回的实时监控数据，数据中包含传感器名称、传感器编号、传感器地址、最新传感器数据等现场信息。 3结语 本文简单地总结了基于物联网智能农业系统（温室大棚控制系统）的设计思路及具体实现，目前，本系统正在我校温室大棚中进行番茄种植的试运行，从现有的效果看，在PC机上能实现对大棚的自动化控制和检测。后续我们将进行多种农作物的实验，并丰富智能农业系统中的基础数据，下一步，我们希望创建真正意义上的专家系统，集统计、分析、检测混合型农作物数据为一体，为农业专家提供更丰富、方便、快捷的服务支持。 作者：任华邹承俊单位：成都农业科技职业学院电子信息分院 农业物联网论文:特色农业中物联网技术的应用 1WSN应用现状 具体来说，首先，无线传感网中传感节点能量有限，能耗问题是物联网技术应用的核心问题，为满足运行时的低功耗，网络的拓扑结构，及路由的算法，对节点的能耗起着至关重要的作用。同时，在同样的监测面积里在保证通讯互联，对监测点全覆盖的条件下进行最少的传感器节点排布，这也是降低网络部署成本的基本要求。无线传感网也必须能保证实现各个节点互联互通，消除和修复网络覆盖空洞，使用合适的覆盖控制算法和节点调度算法在保证一定覆盖性的前提下使一些节点的传感模块策略性的休眠，对延长网络生存时间有重要意义。实现自动组网，完成数据的高效传输，这方面对无线传感网的拓扑控制算法及相关模型建立也是必须进行深入研究的。此外，由于环境影响和能量耗尽等情况，节点容易出现故障，这就使得传感网络往往是动态的。因此，传感器网络节点需要以自组织的方式工作，能够自己协调彼此的行为，无需固定的网络支持，在任何时候任何地方迅速展开并自动组网来提供监控监测。 2WSN应用研究难点 当前国内外的对物联网技术在农业上的应用研究遇到以下一些难点：第一，传感器成本及功能问题。为进行精细的监控，在农业环境中需要部署数量庞大的传感器，而开发和选取低成本传感器，丰富传感器的种类，在限定面积内最少部署节点，并去除冗余节点，都是降低成本的关键，也是物联网农业应用研究的难点。第二，无线传感网节点设备功耗问题。农业现场电源的供给一般比较困难，无线传感器网络中节能是首要考虑的问题。有效地延长无线传感器网络的生存时间，达到传感器节点的负载均衡是无线传感器网络路由协议的设计目标。第三，适应农业的无线传感网络构建的问题。寻求适合于当地农业环境的无线通信技术，研究合理的拓扑模型和路由算法，建立安全高效的数据通讯机制，对无线传感网进行优化，实现数据的高效传输。针对以上三个难点，研究无线传感网络拓扑控制、构建问题和相关模型算法起着关键作用，我们希望通过这些研究加强新疆特色精细农业技术的提升，促进农业中物联网技术的应用和发展。关于无线传感网的拓扑算法，国外有伊利诺斯大学的Narayanaswamy等人提出COMPOW算法，XingGL等人提出的CCP算法等。国内有尚凤军等人给出CHTD-M簇间多跳路由算法。林恺等提出的利用能量预测的分簇算法，张德干等人提出的不均匀成簇的无线传感网络拓扑动态加权演化模型。李云等提出的改进的最小能量通信网拓扑控制算法IMECN。目前现有的理论和算法主要偏重于理想状况下的纯理论研究，对于在新疆农业现场的实际应用，其网络拓扑环境可能受到田间环境的限制，如在特定的区域，如沟渠、水井等地方不能设置传感节点，特殊的气候环境下，由于外力的影响（如风吹、雨打等）而发生节点位置或工作状态的变化，因此当前的拓扑控制算法存在很多缺陷，很多仅具有理论意义，并没有在现场进行试验检测。同时，由于物联网技术的发展日新月异，无线传感网的通讯方式有很大的变化和发展，目前基于如Wifi、6LoWPAN和Zigbee等协议的无线传感网技术快速发展，这些网络在拓扑关系、路由效率，数据传输性能，能耗等方面相互关系及算法还需要进行深入研究。无线传感网的部署有两种策略，一种是大规模的随机部署，另一种是针对特定的用途进行计划部署，这些也要根据现场实际情况进行综合考虑，需要研究结合新疆特色农业现场使用的，并在吸收现有研究成果的拓扑控制算法及路由方式，并根据现场试验结果来验证算法，研究将发现更为高效的分布式分簇算法，最终发现安全高效的无线传感网模型算法和数据通讯机制，实现无线传感网满足低功耗、低成本、自动组网、高速率、鲁棒性的要求，并适用于新疆特色农业环境。应用前景方面，本项目的研究将解决在新疆特色农业环境下科学部署无线传感网络的问题，可实现网络完全覆盖条件下有效除去冗余节点，降低了无线传感器网络能量和成本，增加网络的生命周期，减少建设投入成本。 3研究意义 通过对基于物联网技术的WSN在新疆特色农业中的应用，可以对新疆地方农业生产提供有效信息化技术支撑，加强物联网技术的应用，提升农业科技化、现代化水平，实现农作物的精准化作业。并为农作物精准调控提供技术支持，达到增加农产品产量、改善品质、科学调节生长周期、提高农民经济效益的目的。通过无线传感网的科学有效部署，还可以比较方便地建立农业节水灌溉平台，有效实现对新疆水资源的严格管理，确保对“三条红线”政策的执行。 作者：胡春玲叶峰吴霞单位：石河子大学新疆维吾尔自治区风能研究新疆警官学院 农业物联网论文:物联网技术农业发展策略 我国是一个农业大国，农业是安天下、稳民心的战略产业。从1982年起，中共中央多次以农业、农村和农民为主题的中央一号文件，对农村改革和农业发展作出具体部署，强调“三农”问题在中国社会主义现代化建设时期“重中之重”的地位。《国家农业中长期发展规划》要求发展特色农业、生态农业、节水农业和观光农业。“智慧农业”是智能农业专家系统，是“感知中国”理念在农业发展中的具体应用，指利用物联网技术、云计算技术等信息化技术实现“三农”产业的数字化、智能化、低碳化、生态化、集约化，从空间、组织、管理整合现有农业基础设施、通信设备和信息化设施，使农业和谐发展实现“高效、聪明、智慧、精细”。是两化融合在农业发展领域中的具体实践和应用［1－3］。物联网技术是实现智能化识别、定位、追踪、监控和管理的一种网络技术，是智慧农业智能化和精细化生产、管理、决策的技术支撑，是发展“智慧农业”的核心。通过对我国“智慧农业”发展中物联网技术、现状、分析、技术要求、难点、应用分析，提出了“智慧农业”中物联网应用的可行性及发展策略。 1现状及存在问题 1．1物联网技术及应用现状 物联网技术是指通过射频识别（RFID）、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备，按约定的协议，将任何物品与互联网相连接，进行信息交换和通讯，以实现智能化识别、定位、追踪、监控和管理的一种网络技术。我国物联网技术的研究、开发、生产已经初具规模，标准、通信协议、网络管理、协同处理、智能计算等技术取得显著进展，目前在安防、电力、交通、医疗、环保、物流、食品溯源、农业等领域推广应用初见成效。 1．2智慧农业中的物联网技术应用现状 近年来，在政府、科研机构及农业生产企业等的共同推动下，部分地区在农业物联网技术应用方面进行了积极的探索，已取得初步成效。 （1）大棚温控技术的应用甘肃、河南、辽宁、陕西等不少地方利用温度、湿度、气敏、光照等多种传感器对蔬菜生长过程进行全程数据化管控，保证蔬菜生长过程绿色环保、有机生产。实现蔬菜反季节生产，充分保证市场供应，缓解我国季节性蔬菜供应紧张局面。 （2）大田种植信息化建设应用黑龙江、河南通过物联网技术，对农作物生长、土壤等进行监测，实时准确实现农田施药、施肥，作物远程诊断管理等。 （3）农业用水灌溉应用北京、天津等地从2008年起就开展农业都市农业走廊综合节水示范工程以及农业用水远程计费收费管理，共安装上千套农业用水智能计量管理系统，平均每亩地节水50％，节约了农民用水成本和避免水资源的浪费。另外新疆、河南等地均建设了农业用水示范区，提升灌溉效益，加大节水力度。 （4）农资监管应用2008年，农业部推行农药标签采集管理系统，2010年由实行农药行政审批服务系统，加大农资监管力度和提升农资准入门槛，充分保证农民利益。 （5）农超对接的现代农业物流应用北京、甘肃兰州等地实现以“生产基地＋配送中心＋商超直销”的生产经营模式，保证农业产品质量和安全。分别对生产基地、运输中心等加以监控和控制，积极推行产品溯源建设，促进农业节本、安全、增效。虽然我国农业信息技术经过多年的研究，有一定基础，但与目前的应用需求差距很大。在生产过程科学管理、农产品质量安全与溯源、农村政务公开、农业电子商务、农业远程技术服务、农民远程培训等方面研究刚刚起步；农业种植结构的调整，果业、养殖业以其他相关产业迅速发展，用于优质生产和标准化养殖的智能管理信息系统刚开始起步；面向农村快捷的网络接入服务和低成本智能化信息接入终端问题仍未取得重要突破［6］。 1．3存在问题 目前，物联网技术在农业领域应用涵盖了农业资源利用、农业生态环境监测、农业生产经营管理和农产品质量安全监管，并在政策扶持、技术研发、示范应用、人才培养等方面积累了一定的经验。但农业物联网技术应用总体还处于初步应用阶段，存在关键技术产品及集成体系成熟度较低、农业物联网应用标准规范缺失、有效的运营机制和模式尚未建立、专业人才缺乏等问题，迫切需要国家开展农业物联网技术应用示范项目，加快建设应用示范基地，深入开展相关技术研发和集成创新，探索产业化应用模式，制定农业物联网应用标准规范，推进物联网技术在农业领域的规模化、标准化、产业化应用［7－8］。 （1）农业信息化基本设施建设进展缓慢 区域不同，产业不同，资金问题等困扰着农业生产的信息化建设步伐，原始的纸质载体信息资源已无法满足农业生产发展对信息资源的需求。这就使得农业的数字化、智慧化程度较低，农业信息的时效性、准确性、综合性达不到广大农民的要求。 （2）农业应用缺乏统一的物联网技术标准 在农业应用中没有统一的物联网技术标准，制约着共享平台的应用和开发。农业信息资源杂乱、随意的方式制约着农业生产、科研、服务。规范化、标准化、科学化不能满足农业标准化生产对资源的需求，不能满足农业科研工作对信息全面、广泛的获取。 （3）无法满足农民科学技术培训、应用需求 我国农业从业者目前受教育程度普遍较低，应用和接受现代信息化技术能力较弱，加强对从业者的各类知识培训、教育是解决农民的科学使用现代农业技术的必要前提。 （4）规模化农业生产力度不够 我国大部分地区农业种植集约化程度不高，规模化农业生产力度不够。目前大多数地区的农业生产经营主要以单农户家庭为单位，不能形成集中管理、科学种植、按需种植，靠天吃饭的现象普遍存在。 （5）取得广泛应用的技术条件还不成熟 目前物联网技术发展势头良好，但仍处于起步阶段，技术研发和标准均需突破。虽然随着宽带技术、3G技术、智能终端的普及，突破了物联网应用瓶颈，物联网技术已在安防、电力、交通、物流、医疗、食品药品溯源、环境监控、大棚农业等方面得到应用。但真正实现物联网技术在智慧农业中的广泛应用还有差距。 1．4问题分析 农村综合信息服务平台建设，重点要以现代化新农村信息化服务体系、建设开放式信息服务平台为基本功能，在技术上重点解决农民便捷获取信息问题。开展多元拓展协同信息服务，积极搭建基于物联网的公共服务共享平台，在国家和政府的政策引导和资金扶持下，积极解决物联网在智慧农业应用中的以下技术问题。 （1）借鉴电子商务的设计理念和构建框架，建立农产品供应链物流模型，构建现代管理理念，最终实现“产、供、销”的农业电子商务平台，突破“智慧农业”物联网应用和实现的技术难点。 （2）实行物联网产业发展的骨干企业培养工程，这种解决基于无线传感器网络的数据采集，无线多媒体传感网络节点的硬件结构及工作原理；基于物联网基础标准自主研发，无线视频传感器网络传输标准；信息质量分析及增强、实时数据解析、多元异构数据的统一建模与描述、存储与管理；节点低功耗、运行稳定性、土壤养分、作物生长状况监测等方面的问题。 （3）推进实施“智慧农业”中“农业精细化生产”信息采集方法和技术、物联网多媒体信息传输质量和效率、多源信息解析、表达与存储、病虫害识别预测、单株健康状况评价理论、方法和技术等方面的技术攻关，重点解决“智慧农业”的中物联网应用的重点和难点。 （4）探求统一、符合规范的农业生产流程、流通信息的行业服务标准、农业信息的标准化体系、物联网的基础标准，是实现“智慧农业”标准统一化、规范化的难点。 （5）积极协调和推进“智慧农业”中物联网应用机制建设，加强政府部门、从业者之间的合作，加强农业人才队伍建设，建立人才配套服务体系，最大限度的发挥制度、机制、人才的协作精神。 （6）拓展和营造“智慧农业”中物联网应用氛围，积极调动涉及“三农”行业的从业者的积极性，为实现农业生产经营活动更上一层楼打下良好的基础。 2可行性分析 工信部规［2011］552号《关于印发〈物联网“十二五”发展规划〉的通知》文件中指出：加大物联网技术的标准化推进工程体系建设，积极推进关键技术创新工程，重点领域内建立应用示范工程。应用示范工程中包括智慧农业建设，要求在农业资源利用、农业生产精细化管理、生产养殖环境监测、农产品质量安全管理和产品溯源上积极推进物联网技术的应用和建设。“智慧农业”是以高产增效带动农民增收、农村富裕为目标，以提高农村信息服务质量和效果为抓手，以现代化新农村信息化服务和地区特色农业生产、经营、管理信息化为载体，大力发展和构建特色农业、生态农业、节水农业、观光农业的物联信息服务平台。 （1）提升农村信息化基础设施建设，积极推进信息的“村村通”，积极整合通信运营商、现代农业技术供应商、农资生产商的各个环节，疏通现代化新农村信息化服务内容和农民便捷获取信息的渠道，建设农业公共信息数据库，搭建公共信息服务平台。 （2）积极依靠国家政策，农业部、工信部已经紧靠农业产业特点，初步制订适合我国农业物联网技术发展的新标准，促进了工业化、信息化、“智慧农业”的融合发展，真正实现农业生产的生产、供应、销售的“三方融合”。整合基于物联网农业信息与标准，分析数字农业的实施标准、开发标准、接口标准、信息采集标准、数据标准和共享标准；使“智慧农业”发展科学规范。 （3）积极推进对农民的技术培训，不仅要对农民进行基本生产技能培训，而且需加大对农民的信息化技术、管理理念、经营信息等方面的培训，探索对农民进行基于物联网技术多媒体三农信息平台技术，传感器技术、信息技术和通信技术、数据采集构架技术、实时信息解析、信息处理，实现智能化灌溉与精准化施肥、病虫害预报及防治、单株的健康状况快速无损监测技术等方面的培训方式，最终使农民成为“设施农业精准化生产”实现者、管理者、应用者。 （4）大力推行集约化、规模化农业生产，使分散农业生产形成团体化，以典型案例为对象，开发大田作物、设施农业以及家畜养殖等标准化示范平台，积极推进农民创收、增收。 （5）实现“农村综合信息服务平台”、“农业电子商务平台”、“设施农业精准化生产”和“农业信息与标准化”平台的集成与无缝融合。 （6）构建以农业信息为基础的各种涉农数据库、数据平台或涉农网站，及时、全面地为农业生产者和农业科研、政府部门提供翔实而全面的农业信息服务。 （7）创建适合农业生产、经营活动的生产资料保障体系，品种错时、错地耕种体系，作物个体生长监控体系，土壤分析体系，灌溉监控体系、生态、气象监控体系，市场风险监控预报体系，市场销售需求体系，运输体系等为一体的物联网应用体系。随着宽带技术、3G技术、智能终端技术等在物联网中的推广将逐步解决物联网技术的瓶颈问题［7］，从技术上将保证“智慧农业”的发展，保证农业在智慧化、科学化、信息化、规范化生产经营上实现质的突破，为解决我国粮食安全问题提供有力保障。 3发展策略 发展“智慧农业”，推广物联网技术在农业中的应用，加快转变农业发展方式，优先在农业生产经营管理、农产品质量安全、农业资源与生态环境监测等领域的农业物联网应用示范工程，推动物联网技术在现代农业中的集成应用，全面提高农业生产综合生产能力和可持续发展能力，推进农业技术和生产方式创新，提高农业产业综合竞争力［6］。 3．1突破“智慧农业”物联网技术关键、标准支持研发符合农业多种不同应用目标的高可靠、低成本、适应恶劣环境的农业物联网专用传感器，解决农业物联网自组织网络和农业物联网感知节点合理部署等共性问题，建立符合我国农业应用需求的农业物联网基础软件平台和应用服务系统，为农业物联网技术产品系统集成、批量生产、大规模应用提供技术支撑。多部门联动，主要部门牵头组织物联网技术应用单位、科研院所、高等院校和相关企业，在国家物联网基础标准上，制定物联网农业行业应用标准，包括农业传感器及标识设备的功能、性能、接口标准，田间数据传输通讯协议标准，农业多源数据融合分析处理标准、应用服务标准，农业物联网项目建设规范等，指导农业物联网技术应用发展［8］。建立“智慧农业”物联网技术运行机制和应用模式。鼓励科研院所、高等院校、电信运营商、信息技术企业等社会力量参与农业物联网项目建设，创建政府主导、政企联动、市场运作、合作共赢的农业物联网应用发展模式，按照需求牵引、技术驱动、因地制宜、突出实效的原则，在大田生产、设施园艺、畜禽水产养殖等领域开展规模化应用，完善农业物联网应用产业技术链，实现农业物联网全面发展。大力提升农业核心竞争力，提高农业的高产、优质、高效、生态、安全的生产水平，推进现代农业示范园区建设，进一步提升水平、健全体系、完善机制，提升技术标准、服务标标准、应用标准、推广标准。调整农业结构，促进农民增收，增加增收载体，使农民“看得懂、学得会、带得走、用得上”，切实充实农民的实得利益。 3．2夯实“智慧农业”物联网技术应用基础推进加快发展设施农业、现代种业标准化养殖业等产业，加快发展农产品加工业及流通业，推进农业生产经营专业化、标准化、规模化、集约化和服务社会化。完善土地流转制度，加快土地经营权依法自愿有偿流转。推进农村金融改革创新，探索建立涉农担保体系，扩大涉农有效担保品范围，探索农村土地流转金融业务。加快发展农民专业合作经济组织，大力引进和发展壮大龙头企业，培育知名品牌，延伸产业链条，促进产业融合，探索全产业链模式，构建集现代农业生产、循环农业、特色旅游、农产品深加工及农业社会化服务为一体的现代农业产业体系。农业物联网技术作为农业高新技术具有基础薄弱、一次性投入大、受益面广、公益性强的特点，迫切需要政府加大投入力度，统筹规划、优先考虑、重点支持农业物联网技术发展。政府应在“智慧农业”物联网技术建设中发挥主导作用，发挥“人、财、物”投入的领头作用，这不仅仅是解决农业生产问题、农民增收问题，而且是解决子孙万代的生存、国家安全问题，因此农业基础设施的建设投入、信息化建设投入、基本用电用水、网络管理、人才培养等均需政府投入，同时鼓励社会力量参与农业物联网技术发展和建设工作，保证农业物联网技术健康发展。 3．3制定政策、加快人才培养、提高创新能力加强农业物联网发展战略和政策研究，将支持农业物联网应用发展纳入到国家强农惠农政策中。制定农业物联网技术人才培养与培训计划，联合高等院校和科研院所和企业，加快对农业物联网专业技术人才的培养、培训，提高农业物联网技术创新能力、应用能力；建立人才激励机制，稳定和扩大人员队伍，满足农业物联网发展的人才需求。集聚、研发科技成果，展示新品种、新技术，探索新模式、新平台。建立健全技术创新支撑、标准化生产、生态农业循环、科技信息服务和农产品销售市场等支撑体系。逐步实行农业标准化生产、土地流转、多元化投融资、产业链延伸、农民与龙头企业建立利益联结机制等，为干旱半干旱地区现代农业发展探索经验、创造模式、提供服务。 3．4合理布局，平衡发展、生态发展完善和提升现代农业企业孵化园、种苗产业园、标准化生产示范园、农产品加工园、物流园等，合理布局，平衡发展。提倡生态发展，绿色发展，节约发展。智慧农业物联网技术工作涉及面广，资源整合和共享问题突出，为了减少重复投资，必须强化顶层设计，大力推进农业物联网技术研发、转化、推广和应用过程中的重大问题研究，应做到协调统一，地域优势平衡发展。 4结束语 通过“智慧农业”的中物联网技术的现状、存在问题以及应用前景和发展策略的研究，认为大力推进我国智慧农业中物联网技术的应用切实可行，符合我国现代农业发展规律，经过我国“十二五”的物联网技术的发展，将极大地推进我国“智慧农业”经营、生产、运输、加工等行业的发展；将促进我国物联网技术在各个领域中的推广和应用；将带动我国IT产业，通信产业，自动化识别产业链的再次飞跃；将促进国家实施农业生产和管理的科学化、持续化、标准化、国际化发展。 农业物联网论文:泰州将建“智能农业”物联网应用项目等 泰州将建“智能农业”物联网应用项目 在泰州，正在建设的高港区农业生态园将实现智能化农业管理。近日，中国电信泰州分公司和高港区农业生态园签订全业务合作协议，双方将携手共同打造信息化农业生态园，建成全市首家“智能农业”物联网应用项目。 泰州分公司将为农业生态园区提供虚拟网、光纤宽带、ITV和天翼工作手机等基础通信服务以及园区内综合布线、视频监控等ICT应用，实现园区内安防监控和网上实景视频展示。通过农业生态园的实时视频监控，实现基于互联网的园区网上信息和园区视频展示。 泰州分公司还将和高港区农业生态园共同推进物联网在现代农业项目中的应用，打造“智能农业”样板工程。通过传感技术、定位技术和移动互联网等技术的整合，实时采集温度、湿度、光照等环境参数，对农业综合生态信息进行自动监测和远程控制。 (南京市物联网产业联盟　供稿) 重庆两江新区开建物联网“云计算”基地 重庆市经济工作会指出，要尽快启动、全力争取打造国内最大的数据处理基地，最终要做成上百万台服务器、上千亿美元规模的“云计算”基地，成为全球数据开发和处理中心。目前，重庆正在启动打造“云计算”产业试验区。 发展“云计算”产业不受物流等运输方面的限制。因此，重庆可扬长避短，利用丰富的人力资源、人力和土地成本低等优势，提高特有的核心竞争力。重庆市每年大学毕业生达15万人，其中IT专业为5万～6万人，人才数量居全国前列。同时，与沿海比较，重庆人工和土地成本要低三分之一左右。 目前，重庆市已完成“云计算”数据基地的选址，计划在两江新区的水土镇开建数据工业园，仅一期面积就达10平方千米。届时，世界各地的数据都可在这里储存和处理。要发展“云计算”产业，需引进大量的数据处理企业。再在数据中心周围，汇集一批公司为其服务。目前，相关招商引资工作已启动，不少IT巨头已展露合作意向，重庆将围绕“云计算”做服务外包、城市智能化管理系统建设等。 (成都物联网产业发展联盟　供稿) 无锡举办市政物联网防雪抗冻演练 近日，由无锡市市政设施管理处组织、8家市政设施养护单位共同举办的市政防雪抗冻演练，在人民东路紧张有序地展开。与往年演练不同的是，今年市政设施管理处首次在110联动车上安装了物联网探头。 通过几辆联动车顶部的白色摄像头，整个街道上的工作开展状况被实时传输到指挥现场，整个过程中，系统运行连贯稳定，工作井然有序。 据了解，为了安装这4台物联网探头以及相关的设备，市政设施管理处共花费了20余万元。“目前我们要求8家市政养护单位也要在明年2月份之前，安装这样的物联网探头”，无锡市相关负责人表示。 此次预演，市政及相关单位共出动铲车、养护车、铲雪车等机械设备共38辆，应急抢险人员80余人。演练现场，各养护单位带领应急人员进行了融雪剂喷洒、草包铺垫等现场路面演示。 目前，市政设施处已经做好了准备，一旦再次遇到大雪突发天气，全市可同时出动200多名应急抢修人员、50多辆物联网应急抢修车。“喷洒融雪剂、铺垫防滑草包以及铲雪等项目可以协调进行”，相关工作人员称。 农业物联网论文:基于物联网的设施农业环境监控与数据挖掘技术的研究应用 摘要 介绍了基于物联网的设施农业环境监控服务平台设计的总体思路，并提出物联网远程专家诊断指导系统的技术方案，包括系统实现的目标、功能和硬件构成。系统通过各种传感器采集日光温室种植过程中的关键要素数据，并利用网络通信技术将其及时传送到控制计算机和数据中心，以实现用户对作物生长环境的实时监控和预警，有效预防病虫害、提高生产质量、提升劳动效率、节约成本、提高农产品的产量和品质。 关键词 设施农业；物联网；环境监控；数据挖掘；专家诊断系统 传统农业以人力为中心、依赖于孤立机械，而农业物联网系统工程在农业服务业中开展应用后，通过基于物联网的设施农业环境监控系统服务平台可以有效改变生产模式，使农业生产转向以信息和软件为中心，提升农业生产效能[1-3]。通过建立物联网远程专家诊断指导系统，利用物联网技术、通信技术和传感技术，将日光温室种植过程中关键的要素（空气的温度、湿度及土壤的温度、湿度等）数据通过各种传感器的采集，并利用网络通信技术如以太网WEB、GPRS、3G等，将数据及时传送到本地的设施农业物联网控制室以及远端的设施农业物联网数据中心，使设施农业管理人员及时掌握农作物的生长环境，并及时采取控制措施，从而达到预防病虫害、提高生产质量、提升劳动效率的目的。通过农业专家预警系统，调节适宜作物的设施内小环境，提高农产品的产量和品质，提高水肥利用率，降低人力消耗。通过实时监测数据，可以有效预测和预防风灾、雪等自然灾害，防止设施损害、农产品减产。在作物的不同生长阶段，种养殖户实时定量监控各环境因子，如光、温、水、气等，科学管理设施内作物的水、肥、气等环境因子，降低人力消耗，实现了真正的精耕细作[4-5]。 1 总体思路 依靠无线网络，对区域内分散的农业设施实行精细化管理，实时监控光、温、水、气、湿及病虫等对作物生长有重要影响的因素，掌握其变化情况。此模式可以应用于畜禽养殖、大棚果蔬生产等。农民可以使用手机或电脑在该系统平台上查询自己的种、养情况，例如大棚和鸡猪舍超过或达不到正常状况随时有短信提示。在了解种养过程中各项关键要素的实时变化情况后，可以通过专家系统进行关键因素的定时、定量分析，对病虫害的发生和发展进行预测预警，以便农户及时采取应对措施，为农业生产提供保障[6]。 2 技术方案 2.1 物联网远程专家诊断指导系统的目标 一是信息采集采用智能测控系统，依托物联网监测农作物生产；二是对农业生产信息进行实时监控，应用智能产品检测、控制作物；三是实现农业生产管理的科学化与智能化，通过智能产品中的专家知识和技术支持，保障农业生产，为农户提供及时有效的服务。 2.2 物联网远程专家诊断指导系统的功能 2.2.1 环境监测。主要包括各项环境数据的采集，如温度、光照、土壤水分、湿度等，监测范围包括大棚及作物生产区域。通过单传感节点独立采集和多传感节点汇集采集的数据先传输到主机，再转至服务器（GPRS网络），以此实现可视化展现、实时监测、历史数据查询，并对实时数据和日数据形成直观曲线。 2.2.2 数据挖掘。进行知识库服务器本地化，冀东半地下标准温室揭帘时间为M1=TEXT[（21 300+56.33X）/24/3600， "hh：mm：ss"]，盖帘时间为M2=TEXT[（28 800-89X）/24/3600， "hh：mm：ss"]，其中X为当日到6月22日之间的天数，TEXT为Excel函数，实现种养小环境内远程精准可控化生产。 2.2.3 智能预警、报警。一是报警。对任意监测指标或者在此基础上计算得到的二级指标设置警戒阈值，满足一个或者多个报警条件时，系统通过短信、电子邮件等方式向农户、管理员等发出警报，通知其及时采取应对和处理措施。二是预警。设置一定的条件，对监测数据进行计算更新，当监测指标以及二级指标被预测到未来将达到某一阈值，系统发出预先警报。以多种形式通知用户，提醒其提前做好防范准备。 2.2.4 基地管理。主要包括基地（园区、片区）管理、大棚管理、设备（监测、控制设备，网关，设备参数）管理等。同时，可按以生产企业、合作社分布图的方式进行查询、统计。系统通过提供直观的页面为用户查询和控制提供便利。 2.3 物联网远程专家诊断指导系统的构成 系统硬件通过RF组网技术，完成各个传感器的数据采集和设备控制，通过检测各项参数实现生长环境数据的实时获取。 2.3.1 工业控制专用计算机。专门为工业控制设计的计算机，在生产过程中监测与控制各个机器设备、生产流程以及数据参数。 2.3.2 传感器。①光照传感器。采用 2.3.3 物联网网关。数据传输单元（DTU）主要用于汇集、打包多个采集节点的数据，发送至上位机及市级数据中心。网关与采集控制器组成基于RF射频的无线传输W，传输距离 ≥1 000 m，1个温室大棚部署1套采集控制器，则通过1个网关控制32个大棚的采集器。具有设备入网功能，与周围无线采集器、无线控制组成网络；不同的网关与周围采集控制节点具有构成互不干扰的网络。 2.3.4 采集器。1个采集控制器负责1个环境监测节点，负责收集温室的各种数据，通常1个大棚部署1个采集节点（较大规模温室可设置多套）。采集控制器具有LED显示屏功能（图1），可循环显示采集到的温度、湿度、土壤水分、二氧化碳等数据信息；采集控制器通过RF射频向数据网管发送数据。 2.3.5 气象哨。气象哨可以采集露地和温室外相应的环境参数，包括空气温度、湿度、风速、风向等，为种植管理者提供环境依据，为农业生产活动和决策提供帮助。 2.3.6 LED显示终端。LED（0.35 m×1.00 m）阵列显示屏，放置于安装物联网监测设备的温室缓冲间外壁，可实时显示该温室的环境参数，方便生产管理者及时采取措施，确保温室环境稳定。 3 主要技术创新点 通过对冀东半地下式棚室内多个传感器大量数据的采集与分析，挖掘出本地设施内的温、湿、水、气等多种作物生长因子的变化规律，结合设施内当地的主栽品种，编制出相应作物的物联网控制参数阈值（针对冀东地区半地下温室，黄瓜顶风口单独放风温度阈值为25.5 ℃，西红柿顶风口单独放风温度阈值为27 ℃，双风口同时放风温度阈值提高2 ℃），形成标准化的作业流程。 利用物联网技术、手机移动应用APP技术，通过专家知识库服务器远程自佑Υ穑实现对冀东地区设施农业种植中的核心要素及畜牧养殖环境中的关键指标（如温度、湿度、NH4浓度、CO2浓度、土壤水分）的远程监测与控制能力。 进行知识库服务器本地化，冀东半地下式标准温室揭帘时间为M1=TEXT[（21 300+56.33X）/24/3600，"hh：mm：ss"]，盖帘时间为M2=TEXT[（28 800-89X）/24/3600，"hh：mm：ss"]，其中X为当日到6月22日之间的天数，TEXT为Excel函数，实现种养小环境内远程精准可控化生产。 整合多种资源，形成气象+市场+物流=农产品生产，改善系统处理异常数据的容错能力，实现物联网系统对农业基础设施的预判性控制。推广微灌肥水一体化技术，利用控制器精准控制施肥量，可使肥料利用率提高40%～50%，春季黄瓜结果盛期，黄瓜棚每4 d随水浇施纯N 19.5 kg/hm2、P2O5 7.5 kg/hm2、K2O 37.5 kg/hm2。 4 效益分析 4.1 直接经济效益 一是通过物联网专家系统的精确温湿度控制，保证适宜的水、肥、气、热等作物生长因子管理，做到科学种养，平均年增收2.1万元/hm2。以种植温室黄瓜为例，温室黄瓜平均产量为105 t/hm2，平均增产8%（8.4 t/hm2），按平均价格2.4元/kg计算，实现增收2.016万元/hm2。二是通过物联网的自动化控制，使每个棚室每年减少用工时数18个，节省农药、水肥成本90元，温室平均可节约成本28 350元/hm2。 4.2 社会效益和生态效益 一是有效保护生态环境；二是节约了水肥资源；三是实现了农业生产管理的远程化和自动化，减少了人工投入，从而使社会资源得到更合理的分配。可以直接促进当地经济的发展，并为农业信息化发展积累经验。 农业物联网论文:缙云县现代农业物联网技术示范应用 摘 要：物联网技术在农业生产的示范应用，实现了农业生产精准化、集约化、信息化管理，大大减少了劳动强度和用工费用，节约了水资源，提高了农产品的质量和产量，提高了农业科技含量。 关键词：农业；物联网；应用 1 物联网技术在缙云农业各产业中的示范应用 1.1 在花卉产业中的示范应用 缙云县春芳花木园艺有限责任公司投资5000多万元建设了种苗组培基地，建有0.03km2花卉连栋温室大棚，主要种植多肉、红掌、凤梨等盆花，公司投入Y金安装控温设备，采用物联网技术进行生产管理，取得了显著的经济效益。 1.2 在中药材产业中的示范应用 缙云县双峰绿园家庭农场建设铁皮石斛物联网示范基地0.01km2，安装德国进口的全套喷滴灌设备，采用浙大床架栽培模式，应用肥水一体化灌溉、松皮基质育苗等高效生产技术，推广废弃物循环利用、标准化生产、病虫绿色防控等多样化增效技术，生产高标准、高科技含量的铁皮石斛，初步建成一个生态循环节约集约型农业生产示范种植场。 缙云县地缘家庭农场从事西红花的种植和研发。农场引进物联网平台，通过物联网及无线网络，进行远程监控、远程生产管理，人在外地，也可以用手机控制温室内的喷雾，控制温度、湿度。 1.3 在食用菌产业中的示范应用 双溪口食用菌精品园秀珍菇连栋大棚是目前最为先进的设计，整个大棚遮阳系统可以电控自动闭合，通风系统可以自由调节，菇架国内首个采用镀锌钢质材料，移动式制冷出菇工艺设计，自动加湿喷滴灌系统等制作的。购置了4台套液体菌种生产罐，使杏鲍菇生产能够全面应用液体菌种先进技术，生产效率大大提高，走在了全国同行的前列。添置了高压灭菌设备，具有当前食用菌生产领域最为先进的脉冲高压灭菌系统，该设备全自动智能化控制，可100%保证菌棒灭菌彻底，成品率、工作效率大大提高。生产主要环节的机械化率接近100%的水平。 1.4 在设施蔬菜上的示范应用 在设施蔬菜生产中通过在温室内布置光照、温度、湿度等无线传感器、摄像头和控制器，使得管理者可以随时随地通过3G手机或电脑，进行远程监测、远程控制浇灌和开关卷帘等设备，并可实时查看到农业大棚内的温度、湿度等信息。实现对农业大棚的自动化管理，提高工作效率。 对农产品的各个生产阶段把关，农产品质量追溯系统可以实现对农作物品种、生长环境、喷药施肥、病虫害状况等农事做出详细记录，蔬菜的采收、施肥、用药、灌溉、农药检测等信息都被记录在电子标签中，消费者只需要扫描包装上的二维码，就能了解到蔬菜生产的所有信息。 蔬菜智能育苗中心，在种植蔬菜玻璃大棚、连栋大棚内进行了智能化应用试点，以传感器、无线网、监视器、大棚设备、操控平台架构大棚自动化智能控制管理系统，实现光照、温度、湿度、灌溉的自动化控制，在棚内设置自动养分测试仪、各种传感器，实时自动获取环境数据，通过平台分析数据，操控大棚通风、控温、施肥设施。 缙云县四海丰果业专业合作社的智能连栋大棚种植葡萄，建成了智能控制系统，在天气突变的情况下能及时进行卷膜操作。完成对大棚环境中土壤湿度、空气湿度、光照强度、湿度等多因子的监测及调控。根据温湿度信息来进行对电磁阀水阀的开关控制，以达到最佳的控制效果。将现场视频信息上传到监控室，能够在电脑上看到大棚内农作物的生长情况，便于及时获取农作物信息，利用温室大棚保温技术可使早熟品种于6月初采收上市。通过手机软件中的萤石云APP可以随时随地查看大棚内的相关信息。 2 物联网技术在农业生产中示范应用效益 经济效益，缙云县推广农业物联网试验示范基地8个，实现总产值2493.28万元，新增产值120.68万元，降低劳动生产成本150.42万元，总增效益213.6万元，实现了显著的增产节本增收效果。物联网技术在缙云农业生产的示范应用，涉及花卉、中药材、食用菌、生猪养殖、蔬菜、葡萄等，已建立起了一系列农业物联网应用基地，研究总结出了一套适合本地不同产业应用的物联网技术，实现了农业生产精准化、集约化、信息化管理，大大减少了劳动强度和用工费用，节约了水资源，提高了农产品的质量和产量，提高了农业科技含量。生态效益，物联网技术在种植业、养殖业、设施农业等领域实现了应用示范，节肥、节药、节水效果明显，有利于提高产品质量和减少农业面源污染。社会效益，发展农业物联网，具有生态环境保护、食品安全保障、能源资源节约及节省人工实现“机器换人”等社会效益。 3 结论 发展农业物联网，开展精准施肥、智能灌溉、温湿调控、设施种养农业等方面的信息化、提高农业生产管理的精准化、智能化和自动化水平。减少流通环节，促进产销对接，增加农民收入，倒逼农业生产标准化，实现了专业合作社、龙头企业、种养大户与市场对接。可加快农业产业升级和转型，最终实现农业现代化。 农业物联网论文:基于物联网技术的农业气象观测系统的研究与设计 摘要：文章首先分析了基于物联网开展农业气象观测系统设计的整体结构构建，结合使用功能来进行。在此基础上重点探讨设计的流程以及软件使用功能，从数据信息传输稳定性提升以及增强探测器精准度两方面内容开展，为农业生产提供稳定的气象数据，降低气象问题造成的农业损失。 关键词：物联网技术；农业气象观测；软件设计 一、基于物联网的农业气象观测系统的总体设计 应用互联网技术进行农气象观测软件设计，首先需要定一个设计框架结构，在框架结构基础上进行后续的填充设计，实现对气象数据的全面检测。其中计算机设备能够对系统运行过程中搜集到的信息进行保存，并录入到数据库中，作为历史数据来为农业气象观测提供参照依据。不同监测区域内会使用探测器对实时动态信息进行监测，设计期间会针对信息传输更新时间做出计算，这样在最终的控制效果上也会更理想。整体框架结构分别负责不同的功能层，根据所得到的数据信息来进行内部控制检测，传输管理指令。由于气象环境是不断变化的，因此观测系统要确保探测器的灵敏程度，确保信息传输能够达到实时更新，这样系统功能投入使用后在功能上才能够满足农业发展需求。系统的终端是由农户手机构成的，在总控制中心会针对探测设备得到的信息进行传输，进入到计算机设备的分析系统中，将其汇编成为一种手机软件可以显示的信息，通过信息传输信息将其传输到用户的手机中，实时反映农业生产区域的气象变化，便于农民根据气象反馈对所种植的农作物品种进行选择，并合理的预防气象灾害。 二、气象观测无线传感器网络设计与实现 1、气象观测无线传感器系统设计 软件控制系统部分具有灵活性，可以根据使用需求进行设计调整，软件控制是对硬件进行指令传输的，能够帮助气象监测系统适应不同区域的环境特征，并将气候所带来的干扰影响降至最低。在传输信道的设计中，要确保信号传输是独立进行的，彼此之间不存在干扰，这样在信息传输过程中也能提升最大控制能力，使气象观测系统能够独立运行，并达到最理想的控制效果，当前一些比较常见的设计问题，在系统控制中也均能够得到更新。控制系统设计属于软件设计，需要建立一个基础的信息传输框架，这样才能够帮助提升传输效果，提升数据信息的处理能力，达到一个更理想的管理效果。综合气象监测过程中所遇到的变化，作为数据库建立的参照依据，更快速的完成设计任务。 2、气象观测无线传感器的网络设计 网络设计是其中比较重要的内容，也是信息传输的基本框架，在对其进行设计时，首先需要根据所需要传输的信息需求量来建立接入点，为后续所开展的信息传输建立一个稳定的基础环境，并观察是否能够帮助提升信息的传输效率，发现问题后及时的调整，帮助提升系统运行以及最终的控制质量，对农业生产种植区域内的气象变化进行全面监管控制。对于设计方案中需要优化的部分，充分采取这种方法，也能帮助更好的解决，实现管理控制效果的提升，对于气象观测中的传输网络设计，更要体现出信息传输的高效，在软件中对网络信息进行防护处理，将网络病毒的影响降至最低，避免网络病毒对数据库攻击影响到信息的安全使用。网络设计是与软件结合进行的，对于设计过程中的多个项目探讨，应该充分采取这种预防方法，提升网络信息传输的高效性，同时更应该确保其中的质量安全，发现问题后及时的采取解决方案，避免类似问题再次出现。 三、气象观测数据服务中心软件架构及关键程序设计与实现 1、软件架构设计与实现 软件设计是针对程序框图部分的完善来进行的，观察程序框图中是否存在可以优化的部分，充分采取优化方案。确定程序框图后，对各个框图的功能进行填充，并严格按照所填充的内容进行具体的构建，使用汇编语言来编写相关的功能，为气象观测信息传输建立一个稳定的软件环境。在此基础上观察是否存在需要继续强化解决的内容。软件程序框图构建后，具体的实现仍然需要参照实际观测环境，将气象变化特征体现在其中，并通过这种方法来继续深入解决当前常见的问题，为管理计划开展创造稳定的条件。软件程序可以对硬件部分进行控制，根据现场观测得到的信息传输需求来进行，避免在软件功能与硬件对接过程中出现衔接问题。软件设计可以借助网络平台来下载一些资源，进而达到更理想的设计效果，系统正式使用后也需要借助网络平台来对信息进行传输共享。将信息的传输速度与网络调节融合在一起，共同进行软件方面的设计，最终的设计效果也会有明显提升。对于农业气象观测系统，构建过程中一项重要的任务是对使用终端进行完善，体现在结构设计中。气象数据纠正及融合处理程序主要根据ZigBee 网络获取的数据和市级气象服务器上获取的区域天气数据进行数据融合对观测到的气象数据进行修正处理，然后存入到MySQL数据库中。 2、关键程序模块的设计 关键程序模块的设计，包括气象变化探测系统，对这一部分的控制软件的设计，需要进行一个控制参数之间的联系体系建立，并对所设计的控制软件进行试验检测，技术人员模拟出网络环境中存在的攻击，并通过这种方法来帮助完善当前的设计方案，发现数据库受到破坏的现象，及时建立起联系，继而实现整体管理效果的提升，模块设计可以从关联性建立层面来进行，构建各个功能层之间的软件联系，这样在运行使用中能够将信息共同传输到总控制中心中，避免受到参数误差的影响，导致气象观测结果不理想，影响到农业生产。设计过程中主要完成的软件模块包括 Zigbee 网络数据交换、气象数据纠正和融合处理、市级气象服务器数据交换和 web及应用服务器 4个部分的设计。 3、气象数据纠正及融合处理程序设计实现 气象数据由于环境问题或者是受到参数分析的影响，对于气象的预测结果很容易产生误差，这种误差会随着时间发展而减小，在系统设计中需要将这种误差缩减体现在其中，也就是自动化参数误差调节。其处理程序功能的实现，是根据所更新得到的数据进行重复计算，综合计算结果，并选择其中的平均值，这样更接近真实情况，对气象变化的描述也更符合实际变化。技术人员要定期对探测装置进行模拟检验，观察所传输到总控制中心的数据是否与实际情况是一致的，并通过程序汇编来对控制功能做出调整，提升最终控制功能的稳定性。 4、web及应用服务程序设计实现 这一功能实现需要与网络相互结合，实现通过网络来对观测得到的数据信息快速传输，可以不受时间以及距离的影响，提升最终的传输速度。设计环节中主要是对网络系统的一个综合构建，充分利用网络平台来进行数据资源开发利用，农民需要对气象信息进行连接时，通过网络环境也能更高效的实现，信息获取渠道增多后，对提升信息结构的准确程度也有很大帮助。当前的设计方法是通过结构框架来带动程序功能实现的。 结语：农业气象应用系统的智能化精准化还处于起步阶段，仍有很大的发展空间，很多地方还有待完善。对于操作界面来说，可以融入心理学方面的知识来制作更符合人们心里需求的、更为美观方便的操作界面；对于前端采集系统来说，可以增加更多的采集要素，并加强精度，从广度和深度上使采集的数据更为准确全面；对于后端管理软件来说，可以将气象大数据融入进来，使其提供更深层的气象服务功能。 农业物联网论文:物联网智慧农业实训平台应用系统 摘 要：物联网智慧农业实训平台选取具有典型意义的智慧农业设备为基础，结合可灵活部署的移动实训台。通过网关、安卓工控平板和物联网云平台之间不同的搭配、组合，为学生提供云平台接入、网关直连、平板直连，PC直连四种不同的数据采集、流转、处理模式。本实训平台很好地帮助了学生从物联网理论学习过渡到实际动手操作，培养学生在物联网综合应用方面的动手实践能力，软件编程以及项目设计能力，为后续的行业实训打下坚实基础。 关键词：物联网；智慧农业；实训平台；行业实训 0 引 言 物联网是我国战略性新兴产业的重要组成部分，《物联网“十二五”发展规划》[1]圈定了10大领域重点示范工程，智能农业便是其中之一。据工信部统计，智能农业在其领域五年内需要的人才约为1 000万。从产业需求看，物联网人才[2]总体可分为研究型人才和工程应用型人才两类。 研究型人才主要为研究生层次或研究型高校所培养的毕业生，是各类“研究型企业”或“高新企业”的研发部、研究院所急需的人才。在高等院校和科研院所物联网研究型人才培养方面，偏重于研究型和创新型，具有跨学科复合型特点。工程应用型人才主要为各类高职学校或信息类本科学院毕业生，以从事物联网系统设计、产品开发、物联网项目实施等为主，以系统设计、产品开发、工程项目策划与实施为主的企业，更应注重工程应用技术能力的培养，加强工程实践的实际训练，突出技术应用能力、培养创新能力。 随着近几年大量物联网应用系统开发完成，开始转向系统的实施与维护过程，物联网应用型人才的占比已赶上甚至超过了研发型人才需求。巨大的市场潜力，广阔的行业发展前景，急待提高的人员素质，为职业学校办好此朝阳专业建立信心和决心。很多高职院校抓住此良好环境和契机，建设好该新兴专业，物联网实训室应用平台是保障此专业能较好完成教学效果的前提和必要条件。 1 物联网智慧农业实训室平台的需求分析 1.1 实训室建设意义 从教学方面来说，应培养从事物联网领域的系统设计、系统分析与系统开发的高技能人才。培养合理的知识结构，具备扎实的物联网理论与实践知识，并具备在物联网领域跟踪新知识、新技术的能力及较强的物联网应用能力。通过理论课程的教学并结合实训室的实验，让学生、学员亲自动手，接触各种实训室设备。最终实现能让学生独立构架各种物联网应用系统的目的。通过理论与实践相结合，感知体验与动手结合、方案设计与实际验证结合来提高动手能力，积累实践经验，进一步提高学生水平。 从科研方面[3]来说，物联网技术是继计算机、互联网与移动通信网之后的又一次信息产业浪潮，是一个全新的技术领域，包含RFID射频技术、有线传感技术、无线传感技术、数据交换与网络异构、终端管理等关键技术。实训室物联网设备通过射频识别等设备与互联网连接，实现智能化识别和管理，通过建设物联网实训室为教师提供物联网应用研究的科研平台，通过实训室设备促进教师与科研人员进行更好的科研研究。 1.2 实训室的建设特点 物联网实训室设计以技术全面化、业务典型化、应用教学化三个方面为指导思想进行建设。 1.2.1 技术全面化 主要解决技术知识层面的问题，实训室引入物联网龙头企业工业化产品体系，融合产业发展趋势，设计模式吻合教学实训体系。实训室不仅可以全面支持物联网培训认证所要求掌握的技术，还全面涵盖了物联网专业的基础课和专业课[4]，如物联网概论、信号与系统、计算机网络、现代通信网、传感器原理、嵌入式系统设计、无线通信原理、无线传感器网络、近距无线传输技术、二维条码技术、数据采集与处理、物联网安全技术、物联网组网技术等均可在此完成并创新拓展。 1.2.2 业务典型化 主要解决应用和就业层面的问题。众多教育集团公司将多年成功的商业模式及成熟的行业应用如车联网系统、智能家居、智慧农业等转化为典型的业务场景以用于支撑物联网行业应用实训，使学生在实训的同时了解、融入真实的行业产业应用。 1.2.3 应用教学化 应用数字化的主要目的在于解决培养和定位问题，通过物联网实训平台、行业应用实验箱、实训墙、行业应用实训场景等多种形态、多种应用的实验实训设备以及物联网技术体验中心实现理论与实践的结合，感知体验与动手的结合、方案设计与实际验证的结合。 1.3 实训室的建设目标 通过建立实训室，建设一个教、学、研、培训认证统一的实训平台，集教学、实训、培训认证功能于一体，围绕物联网主题，同时兼顾当前IT流行技术的发展趋势，注重各种技术之间的融合c灵活应用，既可满足日常教学要求，又注重项目实训及创新试验，各设备之间还可以灵活组合。学员不仅可通过实训室里的相关设备掌握物联培训认证所要求的所有技术，还可以基于各种模块，按照自身需求进行独特设计，融合各种技术进行创新试验及项目实训。建设一个完整的物联网实训室，进行各种无线传感器网络、智能视频技术等教学实验，模拟典型智慧校园、智能追溯等实际应用。通过实训培养物联网方面的高技能技术人才。学生、学员可就业于与物联网相关的企业，从事与物联网相关的工作。 物联网专业实训室的建设，应在物联网的识别、感知、通讯传输、组网技术以及数据分析方面，衍生至物联网整个产业链，以专业建设、人才培养、物联网核心课程教学、提高学生实训水平为目标，建立一个完整的、基础的实训架构体系。实训室的建设需满足以下基本要求： （1）满足农业院校物联网专业的人才培养规范和教学基本要求； （2）能够支撑学校相关专业课程教学； （3）能够支撑学校物联网教学实训，实现物联网各知识点的实训； （4）能够满足物联网产业综合创新的实训，如智慧城市、智能家居等。 2 智慧农业实训室应用平台 典型物联网应用实训平台[5]（智慧农业套件）以选取具有典型意义的物联网智慧农业设备为基础，结合可灵活部署的移动实训台。学生可通过应用平台实训产品的训练进一步了解各种农业物联网技术典型应用，进行模拟训练；从实训产品中学习传感器、WSN及嵌入式知识。通过丰富多彩的智慧农业物联网实验案例及体验，激发学生的想象力，充分调动学生的积极性，并提供多样化的集知识性和趣味性于一体的超强用户体验。让学生可以在实训室中看到农业物联网行业的现状，培养学生的动手设计能力，帮助他们成为具有特色能力的专业技术人才。 2.1 实训室平面图 物联网智慧农业实训室平面设计图如图1所示。具体位置可按实地重新规划，根据教室实地情况，使用20+1套典型物联网应用实训平台进行教学，可以满足对20～40学生进行教学。此外，结合农业院校特色，新建一个农产品温室大棚，充分体现了智慧农业套件由浅入深，由理论到实践的循序渐进过程，丰富实训课程设计，并将其应用于实践生活中。 2.2 系统结构 物联网智慧农业实训平台属于移动实训系列产品，主要由物联网网关、工控平板、数/模采集器等11个物联网典型部件构成。其中移动实训台、物联网网关、安卓工控平板是核心部件，采集器使用四输入模拟采集器和数字量采集器，有继电器I和继电器II，传感器包括光照传感器、温湿度传感器、人体红外开关，通过风扇I和风扇II完成。 2.3 平台实现流程 智慧农业套件实训平台通过网关连接到公共网云平台，构成了基于感知层基础的物联网云平台。具体数据流转流程[6]如下所示： （1）通过四模输入量采集器采集光照、温湿度传感器数据，通过ADAM-4150采集人体红外传感器数据； （2）模拟输入量采集器通过ZigBee传输协议将数据传到网关，ADAM-4150通过串口将数据传至网关； （3）网关通过TCP/IP协议将数据传输至云平台或者工控平板进行数据逻辑处理； （4）云平台或工控平板形成控制指令，并通过TCP/IP协议传给网关； （5）网关通过串口将指令传给ADAM-4150； （6）ADAM-4150给继电器输出指令，控制风扇的开闭。 3 核心部件功能介绍 3.1 网关功能介绍 物联网网关作为系统设备域的重要部件[7]，集成物联网核心采集器、控制器，通过ZigBee协议、Modbus协议等采集、解析数据，具有透传、控制命令下发等功能，可将数据实时显示于网关显示屏。网管功能截图如图2所示。具有采集光照传感器、温湿度传感器、人体红外传感器数据的功能并进行显示，还可手动下发指令，打开风扇，将采集的数据传输给工控平板或云平台，同时工控平板或云平台通过网关可下达对继电器的开关指令。基于这些功能，农业套件平台网关具有以下特点： （1）LCD显示功能，可同时显示6路传感器数据； （2）本地声光报警功能，具备超温、断电报警功能； （3）通过WiFi/GPRS/以太网传输可将温湿度数据实时传送至后台； （4）内置后备电池，断电后可继续工作2小时； （5）支持断线储存功能，最大支持5 000条记录。 3.2 工控平板功能介绍 工控平板是智慧农业套件的数据处理核心，通过对网关传输数据的逻辑处理，可自动下发控制指令。对光照传感器、温湿度传感器、人体红外传感器的数据进行逻辑处理，自动生成控制指令；对光照传感器、温湿度传感器、人体红外传感器的数据案例进行开发并展示；对网关下达继电器开关指令，或通过串口对ADAM-4150下达控制指令。基于这些功能，工控平板具有以下特点： （1）支持通过网关连接和通过串口与采集器直接连接两种数据采集方式； （2）显示内容丰富，界面友好； （3）多通道数据传输，支持WiFi、串口、RJ45等多种数据传输方式； （4）可旋转支架。 3.3 云平_功能介绍 物联网云服务平台[8]以云计算架构实现系统的云平台管理，包含用户管理、数据存储、逻辑处理，设备管理、配置，资源管理、配置等功能，如图3所示。支持多个网关、传感器、执行器等物联网设备动态接入和管理；对光照传感器、温湿度传感器、人体红外传感器的数据进行存储；可远程手动或自动下达控制指令；BS架构可实现远程管理、监控；提供了丰富灵活的API接口，可通过API接口获取数据，组建具有逻辑功能的各种应用场景。 4 结 语 物联网智慧农业实训平台以移动型实训台为硬件支撑平台，所有部件可灵活调配，紧跟教学进度，可按需组合，平台系统安装部署灵活，方便教学，支持四种数据传输模式，学生可自由组合，了解学习数据传输的原理，掌握数据传输的方式和知识。平台的农业套件主要包括ZigBee无线组网相关的传感器、继电器等多种物联网设备，通过配套的智能农业应用实训及理论课程教学，让学生动手进行安装调试，接触物联网技术在短距离传输领域的真实使用，最终实现感知体验与动手相结合、方案设计与实际验证相结合的目的，提高学生的实践动手能力。 农业物联网论文:基于物联网云平台的智慧农业温室系统设计 摘 要：针对传统农业中有线网络成本高、布线繁琐、劳动成本高等问题，文中基于TLink物联网云平台、网关控制中心以及无线传感网络节点设计了一种方便、准确、高效的智慧农业系统。该系统可实现手机客户端及网页客户端对农业现场传感器设备数据的采集和控制开关，当农场中的某项采集数据发生异常时，通过网关中心对用户手机发送短信报警信息。实验结果表明，该系统可以实现预期效果且成本低廉，适宜广泛推广。 关键词：智慧农业；TLink；网关；物联网云平台 0 引 言 农业是中国最传统的基础产业，物联网技术的出现提升了农业生产效率，通过信息技术对地块的土壤、肥力、气候等进行大数据分析，然后据此提供与种植、施肥相关的解决方案，大大提升了农业生产效率。基于精准的农业传感器进行实时监测，利用云计算、数据挖掘等技术进行多层次分析，并将分析指令与各种控制设备进行联动完成农业生产、管理。这种智能机械代替人的农业劳作，不仅解决了农业劳动力日益紧缺的问题，还实现了农业生产的高度规模化、集约化、工厂化，提高了农业生产对自然环境风险的应对能力，使弱势的传统农业成为具有高效率的现代产业[1]。 本设计采用国内流行的TLink物联网云平台，基于意法半导体STM32最小系统，ZigBee无线传感网络芯片、WiFi芯片、GSM模块以及农业数据采集传感器，实现用户通过手机客户端或网页客户端实时查询农业现场传感器信息以及对农业现场的通风、加湿等设备进行控制[2]。 1 系统整体设计 该系统由客户端、TLink物联网云平台、网关、节点组成。系统整体框图如图1所示。 客户端分为手机端和网页端，可以实时查看传感器信息，TLink物联网云平台作为一个开放的公共物联网接入平台[3]，通过给用户提供开放的API接口使传感器数据的接入、存储和展现更加方便简单。网关基于STM32嵌入式最小系统可实现多种网络协议的转换[4]，主要有无线传感网络ZigBee协议、无线局域网WiFi协议和第二代全球移动通信GSM协议。节点同样基于STM32嵌入式最小系统搭建ZigBee无线传感网络，实时采集传感器信息并上传[5]。 2 系统硬件设计 网关是本系统的核心控制部分。网关以STM32F103RBT6为主控芯片，最多可支持五路串口，在STM32最小系统搭载HLK-RM04 WiFi模块、CC2530 ZigBee协调器模块、SIM900A GSM模块。本网关模块实现底层ZigBee网络、GSM网络和Internet网络协议转换。STM32必须提供外围相关电路构成最小系统，包括3.3 V稳压电源、8 MHz晶振时钟、复位电路、数字和模拟间的去耦电路、调试接口。WiFi模块与GSM模块在功能上互补，充分考虑到无WiFi网络情况下，数据可以通过GSM模块传送到用户手机。各模块与网关底板以插针的方式连接，方便程序升级更新。采用220 V转5 V适配器供电。此外，网关增加功能设置按键和LED提示功能。按键主要功能为复位和启动/停止数据上传。网关ZigBee模块采用PCB天线，WiFi模块采用airgain内置天线[6]。 节点以STM32F103RBT6为主控芯片，最小系统搭载DHT11温湿度传感器、BH1750光强度传感器、土壤湿度传感器模块、松乐SRD-05VDC-SL-C继电器、CC2530 ZigBee芯片。底层构建一个基于ZigBee协议的无线传感网络[7]。该无线传感网络涵盖灯光控制、通风控制、环境温湿度的采集、升温、加湿控制。硬件供电电源部分电路图如图2所示。 电源通过AMS1117-3.3 V芯片实现5 V转3.3 V输出，电源接口为PWR2.5，可接220 V转5 V/2 A的电源适配器获得。C7、C8、C9为滤波电容，保证电源电压稳定可靠。继电器电路图如图3所示。 节点板继电器部分采用PC817光耦隔离芯片，实现信号地和电源地之间的有效隔离。继电器触点容量为250 V/10 A（AC）或30 V/10 A（DC）。继电器输出为公共端和常闭端。 3 系统软件设计 3.1 软件功能描述 基于STM32嵌入式软件编程，实现通过一个串口服务器将芯片的三个串口USART1、USART2、USART3分别接到ZigBee协调器节点、SIM900A GSM模块、HLK-RM04 WiFi模块，波特率分别设置为115 200，9 600，115 200 （Bd/s）。节点板在主循环中完成对温湿度、光照度、土壤湿度传感器数据的采集，并将数据定时发送至串口1，再由与串口1相连接的ZigBee终端节点向上层网关板发送数据，并实时监听接收网关板下达的控制命令[8]。 3.2 数据帧格式 节点板与网关板数据交互帧格式（节点上传网关）见表1所列。 节点上传网关数据帧数据总长度为11字节，帧首和帧尾固定为0XFE和0XFF，数据长度占1字节，数据总长度-帧首长度-帧尾长度-1字节=0X08。源端口号标示ZigBee终端节点用于发送数据所占用的端口。 目的端口耸ZigBee协调器节点用于接收数据所占用的端口。 网关地址标示ZigBee协调器节点的网络地址，用2个字节表示，低字节在前，高字节在后。 网关下发节点的数据帧格式见表2所列。网关下发节点数据帧格式数据总长度为8字节，帧首和帧尾固定为0XFE和0XFF。 数据长度占1字节，数据总长度-帧首长度-帧尾长度-1字节=0X05。 源端口号为上传数据帧中的目的端口号，目的端口号为上传数据的源端口号。 节点地址标示在ZigBee网终端节点的网络地址，2个字节表示，低字节在前，高字节在后，控制命令占1字节。 控制命令为0X00表示开第一路继电器，控制命令为0X01则表示关第一路继电器。 控制命令为0X02，表示开第二路继电器，控制命令为0X03，表示关第二路继电器。 网关板与云平台数据交互帧格式（网关板上传云平台）见表3所列。 帧首、帧尾固定为0X4C和0XFF，分隔符固定为0X2C（对应ASCII码为“，”逗号）。 数据依次为温度、湿度、光照度、土壤湿度。 云平台与网关板建立的是一个TCP长连接，云平台控制命令下发至网关板则发送JSON格式数据：{“sensorDatas”：[{“sensorId”：“xxxxxxx”，“value”：“xx”}]}。其中，sensor ID是云平台中每个开关型设备的编号，value是相应设备的状态，每个设备的开关状态分别用00和01表示。 3.3 软件流程图 节点软件流程图如图4所示，网关软件流程图如图5所示。 4 TLink物联网云平台 4.1 TLink简介 平台的主要功能如下： （1）接入传感器设备能够支持用户使用Http，MQTT或Socket等方式连入平台，支持以JSON，XML等标准格式上传传感器数据，在Socket模式下，能提供传感器设备实时反向控制功能（即由Web或App远程控制接入设备），所有数据存入和取回等API手册完全开放，并支持客户进行二次开发。 （2）RESTful的交互接口设计使得TLink与开发者之间的交互非常简洁、透明，轻松完成数据的添加、存储、设置状态或更新状态等操作，能够很容易的与移动App或企业管理系统进行整合。 （3）虚拟仪表功能在一个交互页面上，以网关为单位整合和展现多个数值型传感器的历史数据和曲线图，并能够完成对传感器的事件触发配置。 （4）事件触发能力能够定义多种传感器的阈值，在达到特定值时发送短信，Email或由微信推送。 （5）社交功能能够在TLink公众号上查看传感器的状态或历史曲线，并通过微信共享给好友查看。传感器数据能够触发微信交互，使微信关注者能够直接与机器设备进行交互和控制[9]。 4.2 TLink开发流程 TLink开发流程如下： （1）通过http：//www.tlink.io/地址访问TLink平台注册用户，并登录平台个人中心。 （2）创建设备，在此处编辑设备名称，并追加传感器设备，设置连接协议，定义数据上报周期。 （3）编辑设备，定义协议标签。数据头标签：[H：数据] [HE：数据]，分隔符标签：[S：数据][SE：数据][SN长度]，数据标签：[D？][D[长度]][DE[长度]|数据][DEC[长度]|数据][DF[长度]|数据][GPS]，结束符标签：[T：数据][TE：数据] [CRC16][CRC8]。其中H代表字符型数据，HE代表16进制数据，D代表字符型的十进制数，DE代表16进制整型数据，DEC代表16进制整型字符串数据，DF代表16进制浮点型数据，GPS代表定位数据，CRC16和CRC8分别代表CRC16位和8位校验值。 （4）设置连接协议。平台支持的协议类型有TCP透传：数据透传，自定义解析协议；MQTT：协议规范严谨，开发者集成协议；HTTP：HTTP RESTful API，开放接口，支持快速扩展；Modbus RTU：工业协议标准，外接联网模块可直接使用。 （5）等待客户端连接。 4.3 云端配置 本系统设计采用了TCP透传链接协议。协议标签格式为： [H：@][S：，][D？][S：，][D？][S：，][D？][S：，][D？][S：，][D？][S：，][D？][S：，][D？][S：，][D？][T：#] 实际数据示例：@，xx，xx，xx，xx，xx，xx，xx，xx #，一次上传8个数据，分别对应节点1的温度、湿度、光照度、土壤湿度和节点2的温度、湿度、光照度和土壤湿度。 此外，TLink平台还提供一些个性化服务，如触发器，可以设定某个传感器的阈值范围，当采集到的数据超出这个范围后，就进行微信报警；组态应用，可以编辑个性化的Web界面，通过各式各样的控件更加直观、方便地查询传感器数据和控制现场设备。 4.4 客户端 客户端基于TLink提供的开放API接口实现，用户根据自己的需要编辑客户端界面。客户端分为手机客户端和网页客户端，用户可通过任意一个客户端登录TLink平台查看传感器信息以及控制农业现场的设备。 5 测试与分析 5.1 系统丢包率测试 本系统采用无线GSM、ZigBee、WiFi三种无线通信技术。GSM的工作频段为900 MHz，主要频率范围为890～915MHz和935～960 MHz，ZigBee和WiFi的工作频段均为ISM 2.4 GHz，因此可能会出现ZigBee与WiFi信号冲突的问题。针对此问题做如下测试： ZigBee模K和WiFi模块采用随机信道，4个ZigBee模块分为2组，1组发送数据，1组接收数据，2个WiFi模块同时向云平台建立TCP连接。测试结果见表4所列。 5.2 丢包测试分析 基于IEEE 802.15.4的无线传感器网络协议ZigBee标准定义了16个信道，每个信道宽为2 MHz，然而基于IEEE 802.11协议的WLAN标准定义了14个信道，每个信道宽为22 MHz。以上两种标准物理层都基于2.4 GHz ISM频段，信道存在相互重叠的可能[10]。 ZigBee信道分布图如图6所示，WiFi信道无重叠分布图如图7所示。 对ZigBee与WiFi协议信道进行不重叠筛选，可有3信道不发生重叠，当ZigBee与WiFi设备同时开启时，通过干预各自的随机动态信道分配方式，即WiFi信道选用不重叠1，7，13信道，ZigBee选用15，16，21，22信道，可有效避免不同通讯方式占用同一信道的情况，从而降低系统丢包率。 5.3 系统功能性测试 Web网页客户端如图8所示，手机客户端以及微信报警界面如图9所示。 网页客户端和手机App端均可显示节点数据，当节点数据异常，超过设定阈值时，本系统设定温度值高于30 ℃便触发微信报警功能。经测试，系统运行稳定、可靠。 6 结 语 本设计保证了数据的准确可靠通信，达到了预期对系统实时性、稳定性的要求。测试结果表明，系统可以稳定运行在温室环境中，实现了对温室的智能监控。 农业物联网论文:物联网技术在农业灌溉中的应用探讨 摘要：将物联网实际应用于现代农业，可有效实现农业的高效安全生产，而节水又是农业高效生产的核心内容之一，如何开展精细化灌溉成为了农业灌溉的研究重点，即解决何时灌溉以及灌溉多少的问题。本文，结合当前物联网灌溉发展的基本现状，深入地分析了物联网节水灌溉系统实现过程。 关键词：物联网技术；农业灌溉；数据感知 物联网是近年来新兴的一种信息技术，它被认为是继计算机互联网技术后一次新的技术革命，然而在农业节水灌溉方面的应用还不是很多[1]。目前，在农业节水灌溉方面的主要新技术有：1）与生物技术相结合的作物调控灌溉技术；2）应用3S技术的精细灌溉技术。即：全球卫星定位系统（GPS）、地理信息系统（GIS）、遥感技术（RS）；三是智能化节水灌溉装备技术。就是把生物学、自动控制、微电子、人工智能、信息科学等高新技术集成节水灌溉机械与设备。 1 物联网灌溉基本情况 随着我国水资源的日渐紧缺，我国的水资源供需矛盾也逐渐表现出来，而农业作为用水大户，其发展节水型农业已经成了农业未来发展势在必行的方向[2]。目前节水农业主要采取了滴灌、喷灌、微灌等节水灌溉措施，虽然相对于大水漫灌而言，已经实现了较高的用水效率，但综合分析，其精准度依旧不够，无法根据农作物的具体需水要求进行灌溉。物联网技术结合农业的发展诞生了物联网智能灌溉系统，不仅提高了灌溉精准度，同时也减轻了人力劳动，实现了远程控制，全面提高了农业生产的生产效率。物联网智能化农业灌溉是指不需要人进行其实控制，系统能够自动的感知对农作物何时进行灌溉，以及为农作物灌溉多少的问题。物联网智能化灌溉可以根据农作物的数据采集结果自动开启灌溉系统。物联网灌溉技术是目前我国从传统农业向现代化农业转型的重要技术支撑，也帮助农业生产实现了向远程化、精细化、自动化、虚拟化的转型[3]。物联网智能灌溉系统提高了灌溉的综合管理水平，将原本最需要人的经验才可以进行生产的农业，转变成了科技化生产模式，不仅杜绝了人为操作的盲目性与随意性，同时提高了全面管理水平，实现了一个人对上万亩地的管理。由此可见，推广物联网智能化节水灌溉，不仅可以有效地缓解我国的水资源短缺危机提高我国农业现代化的水平，改变原先粗放式的灌水模式，同时也可以实现农业管理水平的提升，提高农业生产效率，减少人力劳动，全面优化农业生产方式。所以基于物联网的农业节水灌溉技术，必然成为今后农业灌溉的发展趋势。 2 基于物联网的节水灌溉体系 为了全面实现我国农业高效灌溉系统的建设，必须要大力推广基于物联网技术的农业灌溉应用，这就需要建立基于物联网的节水灌溉体系[4]。利用物联网的节水灌溉体系首先应该利用物联网技术通过传感器采集土壤的温度、湿度、墒情、光照强度、二氧化碳浓度等基本信息，然后通过适合的无线传感设备，将采集的基本信息转化为数字信号，并通过无线通讯方式将这些信息的数字信号传递给计算机系统进行分析处理，计算机系统会将采集的信息进行智能化判断，根据需要及时的控制相关的智能灌溉设备的驱动，对，农作物进行智能化、精细化的灌溉。从而做到灌溉水量、灌溉时间和灌溉周期的三准确，提高水资源的利用率，达到灌溉用水的智能化控制。且由于物联网传感器的网络具有信息互递、自主组建网络、网络通讯时间同步等特点，因此可以对整个灌溉区域与灌溉节点的数据进行综合对比分析，即便个别数据出现问题，也可以对数据进行更正[5]。同时采集的数据也可以直接上传到网络，经过相关技术人员的分析，可以根据分析结果对灌溉数据进行更正，从而确保灌溉的准确性与高效性，如果发现农作物发生病虫害，也可以通过灌溉系统对农作物进行除病害作业。同时随着农业物联网平台的建设，也可以将这些数据上传到平台进行管理，对于构建一个高效、低耗、低投入、多功能的农业灌溉节水平台就这十分重要的意义，然后也对平台采集的信息进行分析，并根据分析的结果进行灌溉，甚至可以对预期将会发生的天獗浠进行预防性灌溉，提高农作物对灾害的抵抗能力，这也是未来物联网智能化灌溉发展的必然要求。 3 结束语 物联网技术作为新一代信息化技术的高度集成与综合性应用，已经成为了当前科技界发展的战略发展方向之一。通过物联网与农业的相结合，为农业信息化技术与农业产业的发展，提供了新的机遇，同时农业也为互联网技术的发展提供了一个广阔的应用平台，尤其是节水灌溉技术的应用，可以直接有效地解决当前农业发展遇到的问题，为农业的现代化进程提供强劲的动力，实现高效的精准化灌溉，全面提高农业生产效率。 （作者单位：湖北职业技术学院） 农业物联网论文:基于物联网的智慧农业监控系统 摘 要：采用ZigBee技术和3G通信技术结合的方式，将不同的农业基地以及相关设备组成一个无线传感网络系统，然后根据不同农业基地的传感器收集传感器参数，更加精确地控制不同农业基地的状况，实现远程设备和人员之间的信息交互，组成基于物联网的智慧农业监控系统。对系统进行多次测试，证明系统具有良好的稳定性，可实时监控，采集信息，进行环境控制，广泛应用于农场的远程管理。 关键词：智慧农业；监控系统；物联网；ZigBee 0 引 言 中国的农业生产一直以来都依靠传统的生产模式，浪费了大量的人力物力，而且对环境造成了污染与破坏，不利于农业的可持续发展。因此，如何顺应新时期和谐社会对农业生产的要求，利用现有技术和平台来设计一个满足要求的新系统，成为迫切需要解决的问题。智慧农业利用物联网、云储存、ZigBee等技术实现农业的精准化监控与管理。 1 系统总体方案 监控系统是基于现有技术特点，由嵌入式网关，RFID，ZigBee及各种传感器模块组成，在遵循物联网三层架构的基础上设计实现的，包含安卓客户端和Web客户端的智慧农业监测系统。通过各传感器来采集相应的数据，然后利用ZigBee无线技术完成数据从传感器到嵌入式网关的传输，再依据TCP协议使数据从嵌入式网关传输到Web服务器，将数据进行分析形成信息在安卓客户端和Web客户端显示，实现将农业大棚里的环境参数在相应客户端与移动端显示的功能。同时依据传感器反馈的信息对大棚里的控制设备进行简单控制，以保证环境参数的稳定。此外，系统还为Web用户和移动用户提供了友好的显示界面，管理和控制界面，给予用户良好的体验。监控系统总体结构如图1所示。 2 现场监控系统 现场监控系统由Android手机客户端、嵌入式网关和ZigBee模块组成。 Android手机客户端主要用以实现人性化的人机交互界面。进入智慧农业监测系统界面后可以一览大棚内多种环境参数，如大棚内的厥度信息、是否存在有毒气体、是否有人闯入大棚，大棚内的光照强度等。 四个ZigBee模块上的传感器会对大棚内的环境参数进行采集，其中温湿度传感器用以实时采集大棚内的温度和湿度信息；广谱气体传感器用以感应室内有害气体（CO、SO2等）是否超标；人体检测主要对大棚内的作物起保护作用，当有人私自闯入大棚时，会感应到并及时报警；传感器将采集到的数据发送到各ZigBee模块，然后通过ZigBee的自组织网络传递给整个网路中的ZigBee协调器，此外，基于CC2530的风扇起到了排气效果，协调器通过RS 232串口将数据传送给嵌入式网关进行相应的处理。 嵌入式网关将接收到的由ZigBee协调器传送过来的数据进行处理并通过局域网传送给手机客户端，对于手机客户端发送过来的数据进行处理并对相应的传感器、生长灯、风扇进行控制。现场监控子系统需要满足实时数据存储分析、数据采集、网络连接等功能。 2.1 短距离ZigBee网络设计 ZigBee技术作为一种低速率、低复杂度、低损耗、低成本的无线网络技术，逐渐成为近距离通信应用的首选。从农业大棚的要求来看，一般大棚所需要传输的数据类型对通信速率要求并不高，所以使用ZigBee方式取代传统的布线方式可行性极大。考虑到一般农业基地均具有控制距离较短，测点多、设备多等特点，采用ZigBee的Mesh组网方式。Mesh网络由路由器、协调节点、多个终端节点组成，属于多跳的网络系统。在网络中节点之间可以直接通信，每次通信都由一条或多条路由节点进行中继，最后传给目的节点。ZigBee终端节点工作流程如图2所示。 2.2 嵌入式操作平台设计 采用ARM-Linux控制器模式，硬件的部分选取ARM Cortex-A9系列作为嵌入式控制器的微处理器，该系列处理器具有性能高、处理能力强、低功耗等特点；软件部分采用Linux操作系统，它具有多任务、多用户、兼容性高、界面操作简单、支持多种平台、安全性好等优点。嵌入式系统结构如图3所示。 2.3 视频监控设计 视频监控采用云台高清网络摄像头，它不仅可以通过手动控制摄像头旋转，还可以通过Web或者手机App来控制，拥有标准的H.264算法，同时能够支持CIF、D1两种分辨率，适合无线网络；支持摄像头360度旋转；可通过WiFi，蓝牙传输数据，适用于不便布线的场合。 摄像头将采集到的视频数据通过内置编码器编码，经无线网络传输到管理中心，同时解码器会将接收到的数据解码后播放视频。 3 远程监控管理中心 远程管理中心主要由介入设备和计算机组成，用以完成大棚内环境参数的采集、传输和显示，还能实现对基地环境参数和视频的远程控制或者联动控制。 远程管理中心采用B/S（浏览器/服务器）模式，用户通过浏览器或者手机App登录管理控制中心，通过实时获取的视频图像，直观地观察各大棚内的植物生长情况，并通过显示的环境参数对生长状况进行分析。根据用户对于系统的要求，设计了如下几个主要功能： （1）具有设备监控、设备管理、视频监控、系统设置、报警记录功能； （2）对各基地的空气温湿度、有害气体、土壤温湿度、光照强度等参数实时显示，拥有风扇、灯光、水泵等装置，用户只需点击开关装置便可实现对远程装置的开关操作； （3）对于植物生长相关参数进行正常范围的设置，实现农业大棚环境参数的联动控制。 智慧农业监控的系统参数如图4所示。 4 结 语 该系统通过各传感器来采集相应的数据，利用ZigBee无线技术将数据从传感器传输到嵌入式网关，再依据TCP协议，完成数据从嵌入式网关到Web服务器的传输，之后将数据分析形成的信息在安卓客户端和Web客户端显示。系统可以实现对农业大棚里环境参数的实时显示（包括相应的移动端显示），同时可以依据传感器反馈的信息对大棚里的控制设备进行简单操作，以保证环境参数的稳定。 农业物联网论文:农业物联网电源系统应用解决方案探析 摘要：针对农业物联网应用区域分布广、电源接入困难、电压不稳定的问题，对农业物联网中各子系统的供电技术进行深入研究，并以南阳镇高密度环保鱼类养殖项目为例，探索出可靠的农业物联网电源系统解决方案，阐述农业物联网电源系统的具体运作。旨为农业物联网技术的推广应用和可持续性发展提供参考。 关键词：物联网；电源系统；无线传感器；网络；供电 1 概述 我国农业正处于传统农业向现代农业转型的时期，物联网产业兴起，物联网与农业的深度结合，为现代农业提供了前所未有的发展机遇。农业物联网是将传感器加入到土地、水体、灌溉系统、农业机械等各类农业生产、流通的工具和环境中去，然后通过网络把这些事物连接起来，进行智能化分析运算，实施精细、动态、全面的管理及控制，推动生产力水平的提升，促进现代农业可持续性发展。 作为电子信息设施，无论是农业物联网或其它领域的物联网，都离不开稳定的电源供应。由于农业物联网有着应用区域分布广、电源接入困难、电压不稳定的特殊情况，因此，如何获得稳定可靠、长期耐用的电源系统，一直是困扰农业物联网发展的一个难题。一方面，一旦发生电源供应中断的故障，将有可能给农业生产带来不可挽回的损失；另一方面，农业生产的区域广泛分布在山间、田野，若不能获得电源供应，这些区域的现代化农业生产就不能得到根本性解决。因此，有效的电源供应，是农业物联网得以大力发展的重要保障。目前，此领域相关研究成果还非常少。为此，本文对农业物联网电源系统进行全方位研究，为农业物联网的推广应用提供可靠的电源解决方案，并结合对农户指导应用的实例，进行详细阐述。 2 物联网技术在农业中的应用范围 物联网在现代农业中的应用主要有以下几个方面： （1）应用传感器网络建立精准的农业生产控制系统，收集温室、田间的环境数据，监测作物的生长情况，以实现生产作业规划、自动生产控制等。 （2）应用RFID（射频识别，Radio Frequency Identification）技术实现现代养殖业生产、加工、批发以及零售等各个环节的有效管理，构建食品供应链跟踪与可追溯体系。 （3）随着物联网的技术进步和推广应用，物联网与农业的融合不断加深 ，除农业生产环节外，还将在农产品电子商务、农村社会管理、农业信息服务、农业规模化发展等方面大显身手。 3 农业物联网电源系统分类与解决方案 农业物联网应用技术离不开电源供应，由于农业物联网应用的多样性，对电源供应方式的要求也相应多种多样。在农业物联网中，供电系统根据模块功能可分为：数据处理与控制中心供电、无线传感器网络（Wireless Sensor Network，WSN）供电、指令执行机构供电等三个部分。 3.1 数据处理与控制中心供电解决方案 数据处理与控制中心是整个农业物联网系统的核心，该部分对供电要求最高，必须做到7*24小r不间断供电。主电源由市电线路供电，由于农村电网电压不稳，且时有停电的情况，所以必须装备在线式UPS（备用电源系统）。规模化农业生产投入非常大，为确保用电不间断，UPS系统必须采用双机互为备份，备用电源系统的电池组容量应根据当地单次停电最长时间及所有设备总功率来确定，市场上常用的铅酸电池由于其寿命短，使用效果不佳，不适合应用于农业物联网这类需要长期稳定电源的场合。备用电源系统的电池组应选用锂电池组，锂离子电池以单位能量密度大、寿命长、重量轻、体积小等优点著称，能胜任野外恶劣的环境。考虑到农村时常停电，有时候UPS的电池组会因市电供应不足而充不满电，给农业安全生产带来隐患，因此，还应在房顶或附近的空地上架设功率适用的太阳能电池板，有阳光的日子可以给后备电池组进行充电，还可将多余的电能提供给系统用。考虑到在极端情况下会出现连续多日的阴雨天气，导致在市电长时间断电的同时，太阳能电池板无足够的日照时间来给电池组充电，当电池容量过低时，系统将向管理员发出报警信息，在得到管理员回复确认后，启动备用发电机来给系统供电，以保证农业生产的连续性。该方案供电原理见图1所示。 3.2 无线传感器网络供电解决方案 无线传感器网络是由大量低廉的微型传感器组成的负责感知、采集和处理检测区域中信息的网络系统，其通过无线方式进行通信，采用多跳、自组织的方式组成一个网络体系。通常一个无线传感器网络由终端传感器节点、汇聚节点、管理节点组成。 无线传感器网络节点的能耗决定整个网络的生命周期。无线传感器网络节点比较分散，从硬件结构看，节点的能耗主要是在微处理器模块和无线通信模块。这为设计供电方式时提供了思路，以实现网络的低功耗及可持续性供电。 3.2.1 终端节点供电方案 终端节点可以从外界感知相关信息，采集所需要的环境参数。主要获取风向、风速、雨量、光照及农田中空气的温湿度数据，为灌溉量的决策提供依据。一个终端节点一般由传感器单元、处理单元、收发单元以及电源模块构成， 电源模块可采用太阳能电池板、无线充电和锂电池共同供电的方式来提供电源，实现终端节点能源的持续供给。在无光照的使用环境中，可只提供无线充电方案对节点的锂电池进行充电，但必须采用适合的无线充电算法，以确保终端节点能够补充到可以维持其正常工作的电能。终端节点供电原理见图2所示。 采用太阳能电池及无线充电方式充电改变了传统节点能量单向递减的过程，实现了节点能量自给，无须为节点更换电池。 在大规模的现代化农业生产中，传感器节点的使用量非常大，且分布区域广，部署环境复杂，如果全部使用耗能型电源（电源的电量越用越少），经过一段时间后，节点将因缺电而停止工作，而通过更换电池的方式来补充能量是不现实的，会造成的农业生产难以预计的损失。因此，通过研究使用无线充电的方法来对大量的无线节点进行动态充电，采用合理的充电调度算法，当节点的电池电压低于设定值时，向控制中心发送充电请求信号，控制中心发出指令给智能无线充电系统（或无线充电机器人），由智能无线充电设备根据控制中心的指令，对缺电的节点定向充电。控制中心还可根据每个节点历次发出的充电请求，预测出该节点下一次应充电时间，提前对节点进行充电，确保无线节点能够长期使用。无线充电原理见图3所示。 3.2.2汇聚结点供电方案 在无线传感器网络中，汇聚节点负责协调节点间通信，处理数据。汇聚节点包括处理器、射频芯片、GPRS模块和电源模块，是终端节点通往控制中心的一个枢纽，其能否持续正常工作，关系到所管辖区域的农业生产成败。汇聚结点的功耗往往比终端节点大很多，因此其供电部分，主要采用以固定电源供电为主，太阳能充电为补充的供电方式。为确保万无一失，当以上供电方式失效且电池剩余电量低于设置值时，汇聚结点将向控制中心发出供电异常警报，以便管理人员及时排除供电故障。汇聚节点供电原理见图4所示。 3.3 执行机构供电解决方案 数据处理中心把各节点收集上来的数据进行综合分析，并根据运算结果，控制执行机构进行相应的操作（如水泵、风扇、卷帘机、加热器、增氧机等），以实现灌溉、温湿度控制、光照控制等农业自动化的目的。这些设备多为大功率设备，因此，执行机构的电源必须由大功率的电源提供。在实际应用中，其供电方式可参考控制中心供电方式。 4 农业物联网电源解决方案应用实例―南阳镇高密度环保鱼类养殖项目 在农业物联网电源系统应用解决方案研究过程中，根据广西南宁市南阳镇水产养殖农户的要求，设计实施了高密度环保鱼类养殖物联网系统，现结合此系统，对前述电源解决方案进行应用阐述。 4.1 南阳镇高密度环保鱼类养殖项目简介 采用农业物联网系统的南阳镇高密度环保鱼类养殖项目，取得了显著的养殖成效，其养鱼密度可以达到一般状况下的8倍，带来的经济效益明显，同时减少污染，具备较强的推广应用价值。项目包括控制中心和养殖基地两个组成区域，控制中心设在农户居住区，养殖基地位于野外。养殖基地根据养鱼生态链划分为养鱼系统、沉淀物处理系统、微生物水处理系统、微生物利用系统、水体消毒与循环再造系统、安保系统等几个子系统，每个子系统都包括传感器及控制部件。这些子系统都由相应的电源模块进行支持。 4.2 高密度环保鱼类养殖项目的电源系统 4.2.1 电源系统分类 结合实际情况，项目电源系统分为数据中心供、传感器网络供电、执行机构供电等三个部分。 4.2.2 供电方案 数据中心供电：数据中心建设在控制室内，架设有数据处理服务器。供电系统以市电为主，在供电回路中串联一台在线式UPS，当市电供应中断时，UPS为服务器提供24小时不间断的电源供应，保证数据处理服务器能够连续正常运转。 传感器网络供电：由于该养殖基地建设在野外荒地上，离数据处理与控制中心相距大约2公里远，无稳定的市电供应来源，架设专用供电线路成本过高，因此，传感器网络供电主要以太阳能发电系统为主，备用发电系统为辅。传感器网络主要由汇聚结点综合控制器及终端结点数据取样传感器构成，总功耗约为15W。汇聚结点直接使用有线方式供电。终端传感器结点通过无线传感器网络与汇聚结点连接，使用自带电池供电，当电量小于设定值，即发送数据给控制中心，控制中心发出无线充电指令给管理员确认后对该结点进行无线充电。 执行机构供电：执行机构主要由水泵、紫外线消毒装置、增氧泵、LED照明灯、电磁阀等构成，总功耗约为200W。执行机构供电方式与汇聚结点相同。 4.2.3 供电设备 供电设备主要有：智能电源管理系统、4块单体实际功率为100W的单晶太阳能发电板、12V200AH磷酸铁锂电池组、太阳能充电控制器以及500W直流转交流DC12V-AC220V逆变器等。4块太阳能面板并联工作，每块太阳能板最高输出电压18V、电流5.5A。根据南宁地区经纬度计算得知，每天的有效发电时间约为6小时，日发电量2.4KWH。太阳能供电示意图见图5。 太阳能控制器主要功能是将太阳能发电板发出来的连续但电压不稳定的直流电转换成稳定的直流电，对锂电池组进行充电。 磷酸铁锂电池组主要是将太阳能板发出来的电能进行存储。由于养殖基地无市电供应，因此对电池组各方面的要求较高，须能在0-60摄氏度范围内工作，且电池组连续工作5年容量不能少于80%，所以磷酸铁锂电池组为最佳选择（磷酸铁锂电池充放2000次循环，容量不低于80%；工作温度范围：0-80摄氏度）。 电源逆变器主要功能是将储存在电池组中的12V直流电转化为220V交流电，供给基地内所有220V用电设备使用。逆变器的最大功率为500W，可满足基地内所有用电设备同时使用。 备用发电系统主要由一台功率为1KW的汽油发电机构成，当日照不足导致太阳能发电板无法对电池组进行及时充电时，控制中心根据汇聚节点传来的电池剩余容量数据通知管理员，管理员可通过手机远程启动发电机对锂电池组进行充电，当管理员不能在规定的时间内进行回复时，控制中心将直接启动备用发电机进行充电。 4.3 实施情况小结 在电源系统解决方案有效实施的情况下，此项采用物联网技术的高密度环保鱼类养殖项目得到顺利开展，除经济效益明显外，其应用解决方案对于我国广泛分布的山间、野外的农业生产系统都具有一定的借鉴价值。 5 结论与展望 有效供电问题一直是影响物联网在农业领域推广应用的重要瓶颈，本文针对农业物联网电源系统进行了详尽分析，并提出相关解决方案。展望未来，除了按本文撰述为系统中各部分提供稳定可靠的电源供应之外，还应尽可能的减小各节点的功耗，做到开源节流，以提高整个系统的可靠性。随着电子科学技术不断快速发展，相信在不久的将来可研发出在使用寿命期限内不需要进行能量补充的终端传感器，以及更多的节能环保配件，大力推动农业物联网产业快速发展。 农业物联网论文:传感仪器在农业物联网发展中的作用 摘 要 农业物联网作为新一代的信息技术在农业领域的综合应用，在很大程度上促进了我国的农业信息化的发展。通过改变传统的农业生产方式，进而促进我国农业向精细化以及智能化的方向转变。本文从农业物联网的概念着手，对农业物联网与传感仪器的发展进行研究。 【关键词】农业物联网 传感仪器 研究进展 我国是农业大国，想要实现我国农业的可持续性发展，就必须要借助科学的技术手段，通过利用智能化以及信息化的技术管理，；来实现我国传统农业的转型，进而为我国现代农业的发展做出更大的贡献。在我国现代农业的转型过程中，农业物联网以及传感器的研究进展发挥着关键性的作用。物联网技术是二十一世纪的新型技术，在世界各国都得到了普遍的关注。物联网主要涉及三个层面，即感知层、传输层以及应用层。农业传感仪器在物联网中隶属于感知层，通过传感器可以对农作物进行一定的了解，农业信息的传输需要通过农业物联网传输层这个介质实现，传输层能够有效的保障农业信息的获取，物联网的应用层主要是对农作物的生产加工等进行有效的管理。通过对物联网这三个层次的研究与发展，可以对现代农业的发展起着一定的积极影响。 1 农业物联网的概念分析 在二十世纪末期，物联网概念被提出，农业物联网主要是通过各种传感器来对信息进行采集，帮助农民及时的发现农业生产问题，并且对发生问题的位置进行准确的定位。这样农民就能通过机械生产的模式对农业实现智能化以及自动化的生产。物联网是继计算机、互联网以及移动通信网之后的被世界公认的信息产业。物联网是以感知为前提，实现人与人、人与物以及物与物的全面互联的网络。通过传感器对物理世界的各种信息进行获取，再通过局部的互联网、无线网络以及移动通信网等各种通信网络进行交互传递，进而实现对世界的感知。 2 农业物联网技术的研究进展 2.1 农业物联网的技术组成分析 农业物联网主要由感知层、传输层以及应用层三个方面构成，感知层主要是由各种感知器以及传感节点组成，主要是对土壤水分以及苗情的长势等农业信息进行获取。传输层主要是通过有线或者无线的方式将感知层获取的各类数据信息传输到应用层上。应用层再对收集的信息进行有效的处理和决策，进而实现对农业生产过程的管理与控制。 2.2 农业物联网的感知技术 在农业物联网中，感知技术一项关键性的技术，传感器则是感知技术的核心。近些年来，我国的农业传感器技术的发展步伐比较快，主要有农业信息传感器以及农业环境传感器。当前，光、水等常规的环境传感器发展已经比较成熟，土壤传感器是目前农业传感器研究的重点。采用电子以及电磁学等方法对土壤的电阻以及电容等参数进行测量，很容易受土壤组成的影响。利用电磁波对土壤进行测量可以对土壤的结构以及物理化学性质等进行测量。电化学方法可以对土壤中的某些离子等进行测量，土壤的组成具有一定的复杂性，因而，原位测量传感器在国际范围中都是研究的难点。信息传感器同样也是研究的难点，主要采用光学以及电磁学等物理学原理，根据被测对象的性质来对动植物生命体进行检测，然而动植物生命过程具有一定的复杂性，想要对其信息进行精准的探测，就必须在其计量模型上有一定程度上的突破。 2.3 农业物联网通讯技术分析 农业环境具有一定的复杂性，因而想要实现农业物联网信息的传输对通讯技术进行简单的搬用是不行的，要根据实际情况选择适宜的通讯方式。农业设施中不仅要考虑墙体的厚度，同时还要考虑材质对传感器节点之间的信息通讯的影响。比如，大田的作物要考虑农作物的高度以及地形地貌特征对通讯的影响，基于此种情况的考虑，节点布设以及节能机制就成为研究的重点。果园中树冠的形状以及与天线的相对高度直接影响着信息的传输。 2.4 农业物联网应用分析 农业物联网应用是一个闭环控制的过程，在农业物联网应用中其关键性的技术有云计算以及云服务。因为，农业具有一定的生命特性以及生态区域性特征，因而农业的物联网应用很难通过一种技术以及模式来对问题进行解决。在实践中，一般都是按照实际的情况来对物联网进行应用。就其应用模式而言，可以是WEB服务应用也可以是智能的单体应用。 伴随着科学技术的不断进步，很多欧美发达国家都对农业物联网应用开展了示范性的研究。在农业生产中实现了物联网技术的实践与推广。我国在此基础上也开展了一系列的应用研究，为我农业的发展奠定了技术基础。 3 农业物联网发展趋势分析 在农业生产的过程中，应用农业物联网技术对于农业的生产管理具有很大的积极作用。以下分别从几个方便对农业物联网的发展前景进行阐述： 3.1 农业传感器的新研究 农业传感器是农业信息获取的“眼睛”在农业物联网信息感知系统中发挥着积极的作用。全新的农业传感器的研究在农业物联网产业中也是不可忽略的关键环节。伴随着科学技术的进步，微机电系统农业传感器也将成为重要的研究领域。 3.2 农产品的生产更加精细化 伴随着农业物联网技术的不断发展，对于农产品的精细化的管理将会成为农业物联网发展的方向。通过物联网技术对农作物进行精准化的播种、育秧以及对其生产环境进行精确的控制等，都在很大层面上节省了人力资源，提高了农业生产的附加值，进而更好的促进我国农业精细化的发展。 4 结语 综上所述，虽然物联网在农业实践中的应用依旧面临着很大的挑战，但是随着物联网产业的标准化的逐步建立与完善，以及农业物联网技术的不断进步，将会更快的促进我国农业现代化的发展。 农业物联网论文:铜山区发展农业物联网的主要做法与问题思考 摘 要：铜山区农业物联网技术经过近十年的推广，取得了一定成绩，示范点数据采集、传输、储存运行良好，但同时也存在不少问题。该文介绍了铜山区应用农业物联网技术的主要措施，针对存在的问题提出了相应的对策建议。 关键词：农业物联网；主要做法；问题；应用；铜山区 按照国家关于“互联网+农业”工作要求，贯彻落实农业物联网技术发展规划和措施，铜山农委结合实际情况，积极推进物联网、云计算和虚拟化在农业领域的应用，截至2016年年底，农业物联网技术应用面积比例达24.5%。 1 主要做法 1.1 因地制宜，制定2016―2018年农业物联网发展规划 根据农业部关于“互联网+农业”工作部署，按照区委、区政府农村工作要求，区农委制定《铜山农业物联网技术应用三年发展规划》。其中2016年建设智能园区1个，智能温室23.33hm2，自动化养殖场3个，新增渔业智能养殖面积6.67hm2，物联网应用面积占比达到24.5%。2017年建设智能温室6.67hm2，自动化养殖场5个，新增渔业智能养殖面积10hm2，物联网应用面积占比达到27.2%。2018年新增渔业智能养殖面积13.33hm2，智能温室33.33hm2，自动化养殖场5个，物联网应用面积占比达到29%。 1.2 深入农村调查研究，督促农业物联网工作进展 区农委高度重视农业物联网技术应用发展工作，要求必须抓住机遇，因地制宜，做出铜山特色。研究制订《铜山区“互联网+农业”发展工作实施方案》，成立了由农委主任任组长，分管业务工作副主任任副组长，信息科科长及各镇（办事处）农技中心主任任组员的全区农业物联网工作领导小组，负责该项工作的督查推进、考核奖惩等。工作组深入到农村田头地边、养殖圈舍和林场鱼塘等地方，同老百姓亲切交谈，了解他们在种养殖方面面临的困难，研究制定解决方案。另外，依托农业信息化工程，完成植保物联网技术管理平台建设，运用植保决策系统、移动工作系统及数据资料库管理系统，实现农田病虫情况的及时发现和预警，有利于广大农户提前做好病虫害的防范工作。 1.3 组织各类培训，为农业物联网发展积蓄人才 区农委科教科和信息科积极配合，邀请各大院校教授、物联网技术及系统集成专业人才，加强对大学生村官、复员军人、农村创业青年、合作社负责人、回乡毕业生等人员的物联网技术及农业智能化方面培训，为有效解决农业信息化发展积蓄人才，2016年累计培训600多人次。通过培训，铜山久久生态园技术人员熟练掌握蔬菜种植物联网技术，并安装了大棚物联网设备，通过温室传感器获取大棚的环境信息，然后将信息通过网络传到中央处理器，经系统自动分析后确定温度、湿度、光照、二氧化碳浓度等指标是否在正常范围内，基本实现了蔬菜种植自动化、智能化。 1.4 引导社会投资，推动农业物联网技术应用 铜山区农委大力宣传农业物联网技术的作用，鼓励社会资金用于物联网技术方面的投资。徐州嘉祥草莓专业合作社位于徐州市南郊的台上村，全村草莓种植面积约400hm2，合作社成员2 800多人，通过区农委牵线搭桥，与南京农科院合作建立草莓组培室，利用自有资金为智能温室添置一套物联网应用系统，根据草莓物联网管理系统提供数据资源，研发草莓新品种获得成功。而且将草莓新品种在全村统一种植，统一追肥以及防治病虫害，节约了劳动成本，提高了收益。 2 存在的主要问题 2.1 农业物联网投入成本大，运维技术要求高 国家对于农业各项建设给予财政支出力度逐渐加大，铜山区级财政支出也随之水涨船高，但目前还远不够，要建设农业物联网需要下大力气支持，尤其是农业物联网是高技术、高产业、高市场化的a业，要达到发达国家农业的程度没有财政支持是不行的。 2.2 现阶段农业物联网技术不成熟，产品存在缺陷，集成运用不够 目前我国农用传感器种类不到世界的10%，国产化率低，性能不够稳定，使得监测数据不够准确，需要经常校正，而且器材寿命短。 2.3 物联网应用技术人才缺乏，在农业上运用程度不高 农业物联网在我国尚处于起步和转型阶段，一些人认识还不深，对于建设农业物联网的做法更是有待进一步探讨。 3 解决途径 3.1 争取财政项目支持，引导社会各方投资 要紧紧围绕推进农业供给侧结构性改革，按“政府引导、市场主体、多元投入、协调发展”总体思路，大力实施“互联网+”现代农业行动。从生产、经营、服务方面入手，加快补齐生产信息化这一农业农村信息化首要任务的短板，利用互联网、物联网、大数据等发展精准农业、智慧农业，推行“专家+推广单位+示范户”模式，大胆探索租赁合作、政府购买服务、设备入股等应用机制。加大物联网项目工作推进，整合社会投资，加强农业物联网基础设施建设，打通为农服务“最后一公里”。 3.2 利用现有技术设备资源，促进农业智能化生产 当前物联网设备还不够接“地气”，在满足农民使用需求方面还要继续探索，铜山区农委正在研究建立农业信息补贴制度，加快推动将农业物联网相关产品和装备纳入农机购置补贴目录，以此鼓励电信运营商和科研院校等社会力量的积极性，降低传感器等仪器设备的成本，通过单项技术突破与集成应用并举，逐步形成政府引导投资主体多元化、运行维护市场化的农业物联网发展策略。 3.3 加强农业物联网技术培训，建设典型示范基地 农业物联网需要新型的知识农民作为基础，因此需要加大对农民的科技文化培训，建设物联网技术应用示范基地，通过现场参观和教学，不断提高其对农业物联网技术的认知能力，逐步把他们培养成为懂科技、懂电脑、懂网络、懂市场、懂管理、懂运营的新型知识农民。 4 发展方向 从发展规律上看，智慧农业是现代先进的生产方式，农业进入掌握包括土壤、环境、植物生长全过程的时代，而智慧时代就要更加智能化地管理农作物生长过程等。最新的《全国农业农村信息化发展“十三五规划”》透露，物联网技术有望在农业部确定的200个国家级现代农业示范园区获得农业部和财政部的补贴，重点开展先行先试，让农村信息化总体水平在今后5年提高到35%。因此，铜山区要利用好国家给予农业物联网发展机遇，加大物联网技术推广的精准覆盖，推进物联网技术同种植、养殖和水产的深度融合。 （责编：张宏民）

1前言 汽车电子集成化、网联化、智能化是世界汽车发展的主流趋势，各职业类技术院校的汽车专业基本都开设了智能网联汽车技术相关方向的课程，该类课程的技术相关概念复杂、深奥、抽象，学生根本无法深刻理解其本质含义。本文尝试使用目前主流的软硬件仿真系统Tinkercad与Proteus进行联合仿真，基于智能网联汽车技术的车载超声波雷达测距[1]模块教学案例，仿真实现基本的车载超声波雷达测距系统测距功能，使学生能透彻地理解其测距原理。Tinkercad仿真系统连线简单明了，界面友好，通过几根简单的电路接线即可形象地显示雷达测距原理与各模块之间地逻辑关系，特别适合于没有专业基础或专业基础薄弱的学生入门学习，Proteus软件则侧重于实践开发，如具体硬件模块选型、元器件种类的选择、各元器件参数的设置及具体的电子系统布线图，而且可以完成整个超声波雷达测距系统从硬件系统到软件系统的细节基础设计。显然，整个教学实践过程主要分成两大步骤，即先进行Tinkercad仿真实践，然后再进行Proteus仿真实践。 2车载超声波雷达测距原理Tinkercad仿真 Tinkercad是世界著名图形设计公司Autodesk（AutoCAD为其代表产品之一）近年来新推出的一款开源软硬件电子仿真设计系统，该设计系统提供了许多市场上典型的开源硬件处理器及电子元器件，可以进行电子电路设计及单片机或嵌入式系统仿真设计，并支持C或C++语言进行系统编程。在Tinkercad网站完成Autodesk账户的注册之后，如图1所示，进入Tinkercad电子电路设计界面，界面简单明了，只需把右侧“基本组件”的元器件拖拽至左侧”电路设计区”，采用简单的连线即可完成车载雷达系统硬件设计。其中，微处理器芯片采用ArduinoUNO，雷达传感器采用HC-SR04型号。在教学过程中，重点向学生阐明雷达传感器四个引脚的物理意义，分别是电源引脚VCC、地引脚GND、Trig引脚为超声波触发引脚、Echo为雷达反馈信号接收引脚，引脚物理意义阐述清楚，学生即可初步理解超声波测距原理，与蝙蝠探测食物昆虫距离类似，超声波测距雷达系统只需计算发射的超声波信号与接收的超声波信号时间间隔，声波速度乘以间隔时间除以2即为汽车与障碍物之间的距离。如图1所示，Arduino单片机[2]的5V电源引脚接到面包板的正极，Arduino单片机板的GND引脚接到面包板的负极，雷达传感器HC-SR04的VCC与GND引脚再分别接到面包板的正负极，即Arduino单片机通过面包板给雷达传感器HC-SR04供电。Arduino单片机的9号引脚通过面包板连接到HC-SR04的Trig端子，用以触发HC-SR04工作，8号引脚通过面包板连接到雷达传感器HC-SR04的Echo端子，用以接收超声波反射信号，该反射信号为高电平，高电平持续时间即为超声波从发射到探测到障碍物后反射的时间间隔。同时，在8号超声波信号接收引脚外接一个简易示波器，用以直观显示超声波传感器的返回高电平信号持续时间。其中示波器的分辨率设置为10ms（具体分辨率参数设置可根据不同的系统实测后设定）。在连接完成硬件电路之后，点击“图标菜单栏”右侧的“代码”按钮进行程序编辑，编辑完成右侧所示代码区代码。车载雷达测距仿真案例采用Arduino单片机，该类型单片机具有强大的函数库功能，在编程过程中避免初学学生陷入复杂的单片机寄存器编程操作，使得编程更容易上手，软硬件结合方便学生更好地理解车载雷达测距原理。如图2所示，在代码区，Arduino单片机核心函数有两个，一个是setup函数，该函数主要用来设置Arduino单片机引脚工作模式，根据前述硬件连线方式，采用pinMode函数设置8号引脚为接收雷达测距传感器反馈信号引脚，9号引脚为雷达测距传感器触发信号引脚。Arduino单片机第二个核心函数为loop循环函数，该函数主要实现具体的系统功能，在每一个循环内，利用digitalWrite函数先设定9号引脚为高电平，然后利用延迟函数delayMicroseconds令9号引脚的高电平持续10微秒，只有这样，雷达传感器才能触发工作，最后利用digitalWrite函数设置9号引脚为低电平，这样便完成一次雷达传感器SR04的触发工作。最终，每一个循环，9号引脚高电平持续10微秒一次，雷达传感器SR04触发工作一次。在每一个循环最末尾利用delay函数延迟100毫秒，以避免雷达传感器触发工作太频繁，影响示波器信号的采样与显示。点击图1中Tinkercad上方菜单栏里的“开始模拟“按钮，进入Tinkercad仿真环境，在仿真状态下，如图2所示，点击超声波传感器，在其图形的上方出现一个带有绿点的扇形区域，该绿点即为障碍物，通过鼠标拖拽该绿点，使其与超声波传感器的距离不停变化，雷达传感器SR04上的距离数值也不停变化，同时，示波器的电压脉冲信号宽度大小将随着绿点障碍物的远近发生变化，学生通过Tinkercad的简单仿真，即可充分理解障碍物距离、超声波发射与返回间隔时间、超声波传感器返回高电平信号持续时间三者之间严密的逻辑关系。 3车载超声波雷达测距系统Proteus仿真 Proteus仿真软件界面较复杂，菜单栏与工具栏功能强大，对学生专业基础知识及操作技能要求较高，学生通过前期Tinkercad软件系统仿真，已经理解了车载雷达系统的基本原理、核心雷达传感器SR04的测距原理及主要端子的功能及信号特点，对车载雷达测距系统的编程逻辑也有了一定了解。以此为基础，学生可以细致全面地在Proteus仿真软件实现车载雷达系统的硬件设计及软件仿真，如图4所示，与Tinkercad软件仿真类似，Arduino通过IO2与IO3引脚分别连接雷达测距模块的ECHO与TR端子相连，即IO2引脚接收雷达传感器的反馈测距信号，IO3引脚控制雷达传感器工作触发。同时，IO2（ECHO）引脚连接到示波器模块的A通道，IO3引脚（TR）引脚连接到示波器模块的B通道，在程序仿真运行时，能实时显示SR04雷达模块的工作时序，显示曲线明显比Tinkercad示波器更加详实细致，SR04雷达模块的触发信号与输出回想信号（反馈信号）在Proteus示波器动态数据显示中具有更强的对比度与可调整性。在授课过程中，Proteus仿真比Tinkercad仿真更能说明如图3所示的雷达模块SR04工作时序原理图，即Arduino通过IO3（TR）引脚持续输出10微秒以上高电平触发雷达模块SR04工作，SR04模块连续发出8个40KHz雷达脉冲，Arduino通过IO2（ECHO）收到SR04模块反馈回声信号，回声高电平信号持续时间与所测障碍物距离成正比。得益于Proteus元器件库的系统全面，学生更能细节掌握LCD显示模块[3]的硬件电路布线及LCD基于Arduino的软件编程函数库。如图3所示，Arduino的IO8号引脚连接LCD1602模块的数据/指令寄存器选择控制端，IO9引脚连接LCD1602模块的R/W读写选择控制端，IO10引脚连接LCD1602模块的使能端E。Arduino的IO4～IO7四个引脚分别连接LCD1602模块的D4～D7端，使得LCD1602模块工作于4位显示模式下。Proteus程序代码比Tinkercad程序代码更加详实具体，全面细致。在Proteus仿真编程中，除了要求学生更加熟练掌握利用digitalWrite函数与delayMicroseconds延迟函数触发雷达模块SR04工作的编程技能，还要求学生掌握利用pulseIn函数读取雷达反馈信号高电平脉冲宽度，从而通过计算获得雷达测距数值。此外，还要求学生掌握关于液晶显示模块LCD1602的Arduino库函数库LiquidCrystal里面常见的显示参数与显示模式设置相关函数的编程。在实践教学过程中，学生需掌握的Arduino软件编程库函数如表1所示。至此，分别通过Tinkercad仿真与Proteus仿真，学生由浅入深，循序渐进地掌握了车载雷达测距系统测距原理、系统硬件电路设计及布线、软件系统编程。 4结论 智能网联汽车技术相关课程概念深奥难懂，硬件化实现困难，采用仿真系统不仅可以大大降低硬件成本，把深奥抽象的概念理论转化成看得见的可视化的仿真结果，使学生不再局限于理论知识的粗浅了解，对车载雷达测距系统有了深刻的理解与认知，大大提高学生学习兴趣与教学效果。Tinkercad电子电路仿真软件特点是界面友好，操作极其简单。所以在本教学案例中，主要用该软件来进行简单的系统原理仿真，使无理论与实践基础的学生对车载雷达测距系统有初步理解及概念。但其不足也较明显，其核心芯片及元器件种类有限，芯片与元器件硬件资源库远远比不上Proteus的全面系统，具体的芯片引脚及端口不如Proteus标注详实具体，不能体现系统连线布线细节，且Proteus能直接生成PCB图，更贴合实际嵌入式系统设计情况。但Proteus对学生操作技能要求较高，要求学生必须掌握所设计系统基本原理，相关微处理器芯片及核心元器件主要信号物理意义及布线原理。两款仿真软件的结合，更能优势互补，达到最佳的教学效果。 参考文献: [1]基于超声波雷达的自动泊车自适应测距与定位设计[J].张海焕,陈彩霞,马逸.科技视界.2020（28）. [2]基于Arduino的智能家居控制系统设计[J].李宗峰.信息技术与信息化.2021（06）. [3]TFT-LCD源驱动电路设计和仿真[D].申国辉.上海交通大学.2015. 作者:陆人定 单位:常州信息职业技术学院

物理课程资源的开发与利用包括多个方面，其中实验器材开发是课程资源开发的重要组成部分。对于一些物理实验，教师使用传统实验器材很难取得预期效果，可借助信息技术手段创造条件开展实验，充分发挥学科育人功能。有条件的学校可配备数字化实验仪器，增强实验现象的可视化和实验数据采集的实时化。对于大多数教师来讲，自制器材也是不错的选择。自制传感器采集系统在中学物理教学中有很好的应用前景，具有精度高、可视化强、造价低廉等优点。笔者基于51单片机自制传感器采集系统，在课程资源开发方面做了一些探索。 一、基于51单片机自制传感器采集系统 数字化信息系统（DIS）功能强大，被不少学校采用，但由于价格高昂、装置复杂，短时间内难以在初中物理教学中普及应用。笔者自制的传感器采集系统，基于51单片机开发，以数码管（38.1mm）作为显示元件，并配有声、光、力、液压、大气压、温度等传感器用于采集数据。此外，笔者将该装置通过串口通信线连接电脑，应用自编的VB程序在电脑上完成数据采集及描图工作。系统的电源由2节干电池组成。该系统具有造价低廉、操作简单、效果明显等优点，可以便捷而精准地采集原始数据，非常适合初中物理教学（如图1）。笔者自制该系统用到如下材料：自行研发设计的单片机主板、stc89c52rc及stc12c5a60s2单片机芯片、串口模块RS232转TTL模块、称重传感器1kg压力传感、双通道24位模数转换HX711AD、GY-68BMP180新款BOSCH温自制传感器采集系统改进物理实验教学文|谢立行度、US-015超声波测距模块、防水型DS18b20温度探头、E18-D80NK光电传感器、数字光强度/光照传感器BH1750FVI、数码管（共阳）、USB转串口线USB转RS232USB转COMUSB转232340芯片、49S晶体晶振、5V升压模块等材料。教师应用该系统可开展多个项目的实验教学：通过数码管显示方式可操作超声波测距、超声波测声速、超声波测身高、大气压测量、液压测量、力的测量（验证阿基米德原理实验、飞机机翼升力测量）、电压测量、光强度测量、单摆周期测量、跑步计时、小车斜坡下滑前后半段时间测量、数字温度计等实验；通过串口连接电脑可以完成力的相互作用、比热容、超声波测物体移动速度、不同液体的沸点对比等实验。系统具有以下特点：一是造价低廉（整套成本在300元以内），适合在经济欠发达的农村学校及山区学校推广应用；二是可以选择数码管显示方式操作，降低对计算机的依赖，数码管可视度高，显示效果极佳，能对传统测量器材进行改良；三是具备连接电脑进行描图的功能，可以采集数据；四是功耗极低，电源匹配方便（既可使用5V通用USB接口供电，又可以选择两节干电池结合升压模块供电）；五是不同传感器可以通过小扩展板与主板进行切换连接，从电脑下载程序很方便；六是相对传统数据采集系统，操作更简单，非常适合教学。 二、应用自制传感器采集系统实验的两种方式 （一）通过数码管显示方式实验 1.红外光电传感器的应用实例 红外光电传感器既可用于单摆周期测量实验，以即时显示单摆每摆动一个周期所用的时间（如图2），又可用于跑步计时测量，以精确测量学生穿越两个红外光电传感器所需时间。物理教师开展实验教学应重视学生参与探究和体验的过程，但是一些实验受场地和器材限制，难以在课堂上进行。百米赛跑是引入速度概念的绝佳例子，但在教室里无法实施，教材只用图片和文字的方式阐述。教师利用红外光电传感器能帮学生解决短距离高精度计时问题（如图3），让学生真正参与其中，体验探究过程。 2.压力传感器的应用实例 自制的压力传感器系统是以hx71124位AD模块作为数据采集器，并结合压力传感器（量程为10N）构建的一套数字测力装置。传统实验室配备的弹簧测力计只能用于单向的测量（拉伸方向），而压力传感器可用于双向测量（如图4），其特殊性能是传统弹簧测力计无法比拟的。在演示“压力的作用效果”的实验教学中，为了说明压力的作用效果与受力面积有关，教师常利用水气球和钉床进行演示，但学生无法利用弹簧测力计测量水气球的受力数据。笔者利用压力传感器对该实验进行改进：利用压力传感器对气球产生一个下压力，并测量其大小。受力面积较大时，压力达9.33N，气球还是完好无损。笔者在压力传感器上加上钉子，改变受力面积，再次下压气球，仅用0.21N的压力，气球马上破裂（如图5）。笔者还利用压力传感器测量精确度高（精确到0.01N）的特性对验证阿基米德原理实验进行改进。利用传统弹簧测力计验证阿基米德原理实验往往存在较大误差，甚至无法得出“物体所示浮力等于其排开液体所受的重力”这一结论。笔者利用压力传感器操作“验证阿基米德原理实验”时，恰好手头上没有合适的小水杯盛装物体排开的水，故用轻质的空手套替代小水杯，顺带检验一下测力计的精确度。笔者将测力计调零，以大钩码作为被测物体进行测量，先测量空手套重力0.06N，后测量大钩码重力2.00N（如图6）。笔者准备好盛满水的溢水杯和空手套，使大钩码浸没入水中，同时用空手套接住排开的水；发现测力计示数在1.74N与1.75N之间徘徊；取下钩码，测得手套和水重力为0.31N。2.00N-1.75N=0.31N-0.06N，结论得证。即使按1.74N算，误差仅有0.01N。相较于传统弹簧测力计，新器材优势明显。 3.超声波传感器的应用实例 超声波传感器可用于测距，笔者指导学生对原有程序稍作修改，用于测量身高（如图7）。 4.大气压传感器的应用实例 大气压传感器可用于测量室内大气压随高度的变化情况。笔者采用的大气压传感器是通过BOSCHBMP085气压模块采集数据，其精度很高。笔者让学生利用该大气压传感器在课堂上做实验，了解大气压随海拔高度变化的特点。学生举起大气压传感器站在凳子上，然后将其贴近教室地面（如图8），测得数据分别为1.105×105Pa和1.102×105Pa。大气压传感器还可用于测量电梯随楼层高度变化的大气压变化情况。 5.液压传感器的应用实例 一杯水能产生多大压强？笔者利用液压传感器解答这个问题。如图9所示，笔者准备一烧杯注入红墨水（300mL），将液压传感器放入烧杯底部，测得液压值为0.0055×105Pa，然后根据液压公式P=ρgh，让学生思考如何让这杯红墨水的压强增大。学生通过实验验证他们的想法：将液压传感器固定在一根长约1.4m的有机玻璃空管底部，将这杯红墨水灌入管中，当水快灌满管子时，测得液压值为0.1325×105Pa（如图10）。该实验能让学生深刻认识液压的特点。学生用测量数据推算红墨水的深度，所得结果非常精准。 （二）通过串口连接电脑完成实验 1.比热容实验 笔者将长度相同的两段加热丝（电阻值均为1.7Ω）接到电脑电源的12V电压输出线上（如图11），保证两者产生的热量相同；用两个18B20温度传感器对等质量的食用油和水进行温度数据采集（如图12）；利用串口数据线连接电脑生成图像（如图13）。 2.超声波测物体移动速度实验 笔者在实验中使用了超声波传感器和电动推杆。首先给电动推杆加上不同的电压，使其以不同的速度做匀速直线运动，然后利用超声波传感器采集探头到推杆白色挡板之间的距离数据，将串口数据线连接电脑，生成白色挡板移动的S-T图（如图14）。此外，师生通过串口连接电脑的方式还可以完成“力的相互作用”验证性实验。笔者基于51单片机自制传感器采集系统开展实验教学，利用其高精度特性，对部分传统实验进行改进和创新，用全新的方法操作教材上的实验，实现传统实验器材无法实现的功能，对传统实验做了很好的补充和拓展，教学效果明显提高。该系统小巧独立，不依靠电脑显示，操作简便，得到用户一致认可，具有推广价值。 作者:谢立行 单位:广东省广州市广园中学

煤矿监测系统论文:浅议煤矿瓦斯安全监测系统 摘要：众所周知能源工业是国家经济发展的命脉，然而我国煤炭行业的安全生产形势却不容乐观，尤其是重、特大伤亡事故频繁发生。在这些事故中，瓦斯爆炸又占绝大多数。其中有很多诱发因素，但各煤矿生产企业安全监测设备不完备、管理手段落后是造成事故频发的重要原因之一。本文主要介绍了瓦斯防治导航监控管理主要内容及瓦斯安全监控设备安装时的要求及技术管理，最后展望了煤矿瓦斯监控系统的发展趋势。 关键词：煤矿；瓦斯；监测系统 1、引言 我们都知道瓦斯灾害是煤矿生产中的主要灾害之一，一方面为了满足国民经济快速发展对煤炭能源的强劲需求，国内煤矿开采强度普遍增大；随着开采深度向深部延深，多数矿井由原来的低瓦斯矿井转变为高瓦斯或瓦斯突出矿井，这是近年来我国煤矿瓦斯事故多发的客观原因之一；另一方面国内几起重大瓦斯事故的原因分析表明，瓦斯防治管理方面存在的缺陷也是导致瓦斯事故频繁发生的重要原因。因此瓦斯治理就成为煤矿安全生产的重点与难点。那么如何运用信息技术改善瓦斯防治管理手段、提升瓦斯管理水平，已经成为我国煤矿安全生产的迫切需求。 2、瓦斯防治导航监测管理主要内容 什么是煤矿瓦斯安全监控系统呢？所谓煤矿瓦斯安全监测系统 是指利用信息管理、计算机网络等技术对矿井甲烷浓度、一氧化碳浓度、二氧化碳浓度、风速、风压、温度、馈电状态、风门状态、风筒状态、局部通风机开停、主要通风机开停等实施远程动态监控管理，并实现甲烷超限声光报警、断电和甲烷风电闭锁控制等功能的系统。 目前,我国煤矿多数矿井都装备了瓦斯安全监测系统。同时随着电子技术、计算机软硬件技术的发展和企业自身发展的需要，煤矿安全综合信息化网络监测管理应用系统等到了快速发展。人们就可以通过安全监测系统来分析判断、提醒和报警实现生产矿井瓦斯防治导航的技术，来确保煤矿系统的安全运行。 瓦斯防治导航监控管理主要有以下内容： （一）监测系统监控管理内容 监测系统以采掘工程平面图为基准，新建添加各种监控传感器及必备的监控内容，设计有传感器说明牌、传感器监测表，对监测数据进行定性、定量分析、评价的监测表，实现对监测传感器的定位管理，对监测数据、监控区域的预测、预报、预警，判断更直接、快速。 （二）通风系统主要设施监控管理内容 通风系统以采掘工程平面图为基准，新建添加各种通风设施，设计有设施说明牌、设施监测表，对通风设施监测数据进行定性、定量分析、评价的监测表，实现对通风系统设施管理的预测、预报、预警，根据授权进行签名评价、消警、处理，消除安全隐患及导航系统报警信号。 （三）采掘生产系统主要监控管理内容 在数字化的采掘工程平面图上对采煤工作面和掘进工作面的适时位置进行活化处理，根据其推进度按时更新，系统将根据其更新的适时位置线对推进前方影响区域内瓦斯情况进行分析、评价、预测、预报、预警。 （四）瓦斯地质信息监控管理内容 瓦斯地质以采掘工程平面图为基准，划出高瓦斯区、高瓦斯带、突出威胁区、突出危险区，随采掘工作面推进按监测表要求，随时进行预测、预报、预警。 3、瓦斯安全监控设备安装时的要求及技术管理 煤矿企业在对瓦斯安全监测设备安装时必须符合以下要求： ①瓦斯监控装备必须具有煤安标志，设备下井前必须经过调试、校正，检查合格后方可使用。对于没有煤安标志和合格证明的设备一律不准下井和安装使用。 ②监控设备必须按设计要求进行安装，各项技术参数的取值也必须符合设计要求。 ③监控设备的供电电源必须取自被控开关的电源侧，严禁接在被控开关的负荷侧。 ④电缆要求：本质安全型监控装备其输出本质安全型部分可不按防爆要求管理，但其关联设备仍要按防爆要求管理。 ⑤井下主机或分站应安设在支护良好、无滴水、无杂物的进风巷道或峒室内，且距巷道的底板距离不得小于300mm。 ⑥传感器必须垂直悬挂。 ⑦设备安装完毕经过调校，测试合格，由瓦检员、安装人员、施工单位共同在安装申请单上签字，然后移交给施工单位使用和保管。 加强瓦斯监控设备的技术管理 ①矿井技术人员要充分利用计算机数据库的监测资料，定期组织分析，查找瓦斯超限或设备故障的原因，制定针对性的措施，以确保安全生产。 ②加强技术资料管理。技术人员要经常收集整理各种瓦斯监控技术资料，并分门别类进行建档。 ③配齐瓦斯监控人员，强化培训、提高素质、确保瓦斯监控工作的正常开展。安装、维修及监控室值室人员必须经过专业培训并经考试合格后挂证上岗，不合格的不得上岗。 4、煤矿瓦斯监控系统的发展趋势 ①智能化自检功能 系统故障自检功能向智能化发展，具有对故障的智能分析、判断功能，改变系统自检功能单一、简单的情况，做到系统常见的软件和硬件故障都能通过门检功能进行判断， 从而缩短故障处理时间，更好地保障矿井安全生产。 ②规范通信协议 通信协议不规范的后果是造成设备购置重复， 不能随意进行软硬化升级的改造。制定统一的专业技术标准，对促进矿扑监控技术发展和系统的推广应用具有十分重要的意义。 ③实现监控信息网络化 根据监控系统网络化管理的需要， 监控系统的实时监控信息被网络共享，系统应用软件按统一的格式向外提供监测数据，每一台在网远程终端都可以共享监控信息， 为决策和管理层提供决策依据。 ④传感器技术得到改善，将开发出高品质的传感器 未来的高性能传感器的寿命、抗高浓冲击性能、抗中毒性能将会得到改善。 5、结论 总之，瓦斯安全监测系统是领导煤矿安全生产决策提供科学可靠的第一手材料，是及时协调和正确指挥生产的重要途径。充分发挥煤矿瓦斯监测的重要作用，有效遏制煤矿重特大瓦斯事故的发生，规范瓦斯监测系统的运行管理，从而真正发挥监控系统在 “一通三防”中的作用，保证瓦斯监测系统正常运行，能够使煤矿安全生产得到进一步提高。 煤矿监测系统论文:浅谈煤矿安全生产监测系统的组成与技术改进 【摘 要】自2000年以来，随着国家对煤矿企业安全生产要求的不断提高和企业自身发展的需要，我国各大、中、小煤矿的高瓦斯或瓦斯突出矿井陆续在装备矿井监测监控系统。系统的装备大大提高了矿井安全生产水平和安全生产管理效率，同时也为该技术的正确选择、使用、维护和企业安全生产信息化管理提出了更高的要求。 【关键词】煤矿安全；监测；改进 1、煤矿安全生产监测监控系统组成 系统由早期的地面单徽机监侧监控已发展成为网络化监测监控。其主要由监测终端、监控中心站、通信接口装置、井下分站、传感器组成。 监测终端：主要监侧煤矿井下各种有毒有害气体及工作面的作业条件。如高浓度甲烷气体、低浓度甲烷气体、一氧化碳、氧气浓度、风速、负压、温度、岩煤温度、顶板压力、烟雾等。 监控中心站：主要监控井上、下主要生产环节的各种生产参数和重要设备的运行状态今数，如煤仓煤位、水仓水位、供电电压、供电电流、功率等模拟量；水泵、提升机、局扇、主扇、胶带机、采煤机、开关、磁力起动器运行状态和参数等。中心站软件具有侧点定义功能；具有显示测量参数、数据报表、曲线显示、图形生成、数据存储、故障统计和报表、报告打印功能。 井下分站：尽管各厂家的监控系统井下分站形式多样，但基本上具备了如下功能： 开机自枪和本机初始化功能：通信侧试功能：分站设程控功能（实现断点仪功能、风电瓦斯闭顿功能、瓦斯管道监侧功能和一般的环境监侧功能等）；死机自复位功能且通知中心站；接收地面中心站初始化本分站参数设里劝能（如传感器配接通道号、量程、断电点、断电点、报普上限和报替下限等）：分站自动识别配接传感器类型（电压型、电流型或频率型等）：分站本身具备超限报苦功能；分站接收中心站对本分站指定通道输出控制继电器实施手控操作功能和异地断电功能。 传感器：传感器的稳定性和可靠性是煤矿监侧监控系统能正确反映被侧环境和设备参数的关键技术和产品。目前国内生产和用于煤矿监侧监控系统的传感器主要有瓦斯、一氧化碳、风速、负压、温度、煤仓煤位、水仓水位、电流、电压和有功功率等模拟量传感器，以及机电设备开停、机电设备馈电状态、风门开关状态等开关量传感器，以上传感器的开发和应用基本满足了煤矿安全生产监测监控的需要，但国产传感器在使用寿命、调校周期、稳定性和可靠性方面与国外同类产品相比还有很大差距，某些传感卷（如瓦斯传感器）的稳定性还不能满足用户的需要。 2、移动井下人员定位技术和定位功能模块 井下作业人员的流动性大以及工作环境复杂，一旦事故发生，井下人员的确切数量以及每个人所处的具体位置都很难确定，从而给营救工作带来极大困难，常常会延误营救的最佳时机并造成严重后果。另外，一旦意外事故发生遇难人员的具体位置不能确定，导致发生被困人员生死不明的情况。同时，为了避免挖掘中对人员的伤害便不能使用大的机械设备进行救援，从而导致救援进展缓慢。如果能够确定井下工作人员的确切位置便将会大大加快救援的进度，这样就有可能营救出更多的人员，从而把损失降到最低的限度。 1）系统定位方法和定位模块 井下定位系统的采用集中的定位方式由管理中心进行定位。 定位步骤如下：首先布设网关和参考节点，保持网关之间的距离，再布设一些位置已知的参考节点保证每个移动节点至少要处于多个参考节点的射频信号覆盖范围之内。 欲定位时首先确定当前节点相对于参考节点之间的位置，因参考节点的位置把移动节点相对参考节点的位置和参考节点的绝对位置相加，即可得到该移动节点的绝对位置。具体定位步骤如下：首先进行移动节点的相对定位来确定移动节点相对于参考节点的位置。采用的测距技术为无线电信号强度和无线电信号覆盖关系相结合的技术。 RSSI测距是指无线射频通信时，节点所接收到的射频信号强度是随距离衰减的，采用信号强度随距离衰减模型并不增加额外装置。 距离测量是节点定位时，通过检测相邻参考节点的无线信号强度来计算它们信号强度之比，利用RSSI计算出该员工到多个参考节点的距离。 位置计算指的是移动节点根据所计算得到的距离值，根据两点、三边以及三角测量法等方法，计算出该节点距离最近的网关的二、三维距离，从而实现了移动节点相对于参考节点的定位。 2）基于无线传感器网络的井下人员实时定位系统 目前，井下定位一般采用射频识别卡（RFID）的方式。员工随身携带写有唯一编号的电子射频识别卡，巷道的询问装置发射询问信号接收员工电子识别卡的应答信号从而实现员工的定位。 这种定位系统存在诸多问题，首先是定位精度低，它的定位精度取决于巷道询问装置间的距离，一般的电子识别卡定位方式中巷道询问装置的距离是几十米的量级定位精度，不能精定位便对于紧急情况的救援只能提供有限的帮助。另外射频卡一般是被动卡，从而只能应答固定的询问。在发生意外时员工仅仅依靠电子识别卡仅能确定事故发生之前的大概位置而不能与巷道询问装置进行双向通信。 3、用于煤矿生产安全实时监控子系统管理平台 基于已有的通用管理信息系统，针对煤矿生产安全监控的特殊需求为煤矿管理者定制开发一个监控管理信息系统，该系统具有用户认证数据管理、数据查询以及实时监控等多项功能。配置了针对矿井应用的专用无线传感器网络，用于数据管理的数据库服务器和便于信息共享的Internet服务器。适用于各类气体以及人员位置监控的现代化管理系统。本项目中的监控系统能够提供基于GIS的和采用自定义条件方式的查询、统计和报表功能。提供对所有监测信息的数字信息、图像或视频的实时监视。整个监控系统采用模块化的设计方法，能够随着需求的变化增加新的功能从而不断地进行完善具有良好的可扩展能力。 4、技术趋势 传感器网络有着巨大的应用前景和发展空间，被认为是将对21世纪产生巨大冲击的技术之一。传感器网络以一种新的无处不在的主动式计算模式推动科技发展和社会进步已成为国家竞争的焦点，从而关系到国家政治、军事和社会安全等诸多方面。发展具有自主知识产权的传感器网络技术，完成推动新兴传感器网络产业化的跨越式发展，对于我过在21世纪的国际战略地位具有领先地位至关重要意义。 煤矿监测系统论文:基于物联网的多层次远程煤矿安全监测系统 摘　要　煤矿安全信息远程监测系统正变得越来越复杂，对数据的实时性、完整性和正确性，尤其是对实时数据响应的快速性、对监测环境的远程遥控能力提出了更高的要求。文章介绍了一种基于物联网的多部门、多层次煤矿安全信息远程监测系统，较为详细地介绍了系统的总体设计、软硬设计、数据传输程序设计及信息安全设计。该系统具有数据传输实时、完整、正确、遥控性能较好、数据处理和存取快速、系统可扩充并灵活支持扩展应用等特点,便于管理层快速、及时、准确地获取生产数据，提高决策科学性。 关键词　煤矿安全　监测系统　物联网　传感器网络 1　前言 煤炭作为我国重要的能源之一，在国民经济发展中有着至关重要的地位。然而，在我国煤矿企业管理过程中，安全问题尤为突出。安全与生产的关系是相辅相成的，只有创造一个稳定、安全的生产环境，才能保障更高的生产效率，才能带来更多的经济效益。 安个与生产的问题不只是煤矿企业高度重视的对象，所有的矿山开采企业都必须认真考虑。传统的人工苦力开采己经不再存在，智能化开采技术已经实现部分环节由机器设备代替人工，这也是减少矿一山事故人员伤亡的措施之一。随着矿山开采深度的增加，高地应力、高温等问题也随之而来，使开采作业遇到一系列难题，这就要求智能技术必须不断的提高。现如今，基于数字化、信息化与集成化，对井下部分作业过程和环境状况进行实时监测、分析，实现了计算机网络管理智能化。 引入物联网技术，应用到矿山安全管理过程中，通过嵌入在各种设备中的传感器采集其运作信息，并对这些信息进行处理和共享，实现煤矿企业所有工作人员之间、工作人员与运转设备之间及所有运转设备之间的智能化管理，打造一个先进的智慧矿山。 物联网在矿山方面的应用发展正处于初级阶段。2010年3月，徐州市提出基于矿区智能化的“感知矿山”的概念，政府与中国矿业大学合作建立了感知矿山工程研究中心，成为物联网应用的一个重要研究领域。它通过物联网技术，实现对真实矿一山的可视化、智能化和数字化。其目的在于将矿山的地理、地质、生产、安全管理、产品加工、运销等各种综合信息进行数字化，将感知、传输、信息处理及智能云计算等物联网技术与现代采矿、矿物加工等技术相互紧密结合，以实现详尽地动态地描述并控制矿山生产与运营的安全过程，解决矿山瓦斯爆炸、透水事故等各种灾害预防的难题。 “感知矿山”不仅能够提高矿山的安全管理水平，它更多的是能够增加生产，利用信息、网络等技术感知并监控矿区运煤皮带、煤仓、变电站等各个生产相关系统，很大程度上提高了矿区的自动化生产水平。实施“感知矿山”的重点是将与安全生产相关的感知层设备接入网络。在矿区建设生产过程中，所使用的传感器生产厂商不一，协议接口也就不一致，更甚者，在早期建设的项目中，有些设备是没有智能接口的。总之，全而感知矿山的基础就是将设备全面接入传感网络对矿区进行多层次实时监测。 2　系统组成 系统总体采用分布式架构，如图1所示，将视频监控与语音对讲等数据采集和通信系统结合，实现系统内预警、报警与视频监控、数据采集及控制系统的联动，提高矿井的安防水平和快速反应能力。整个远程监测系统采用井下分控、矿区总控、各级安全监管机构三级构架组成的多层监测模式。各级安全监管机构可实时查看所辖矿区的安全生产情况数据。每个矿区设一个总控室对各矿井进行管理，各矿井设分控室对应矿井内各种传感数据进行分析和管理。 传输网络：各级安全监管机构和各矿区之间通过监控专网连接；各矿区内分控与总控之间采用专用IP网络连接； 前端系统：分控室前端采取模数结合、集中编码的方法，按自成系统、独立管控（含控制、存储）的要求来构成。前端系统能独立完成安防及数据采集系统的所有基本功能。 总控系统：由于前端系统功能较强大和完善，总控系统就显得相对简单，总控室的任务可根据实际现场情况向更重要的目标转移，使系统更具针对性和实用性。本设计采用网络监控、VGA上墙，屏幕墙采用两个由4×46寸液晶屏的拚屏屏幕墙； 传感器系统：分控部分集成了瓦斯、压力、光纤（用于监测顶板应力、应变、弯曲、裂缝、蠕变及位移等参数变化）、漏电检测传感器、温度、气体、湿度等等多种传感器，实现对井下生产运行数据的全局监控。 对讲系统：总控室与岗楼、门卫值班室、各分区分控室配备相应的对讲系统。系统为总线制的二级网联结构，具备全双工呼叫对讲、任意一点一址监听、任意一点一址（或多址、全址）广播、与视频的联动报警等功能。 2.1　硬件系统设计 井下分控单元需要将各个传感器采集的数据进行基本处理和传输，根据这一需求和井下具体环境的影响，本文采用基于ZigBee的无线传感器自组织网络技术，已经不同传感器应用形式和环境，将井下传感器均做成传感器节点的形式实现数据采集与基本处理功能。 基于ZigBee的传感器单元硬件组成如图2所示，包括电源模块、无线收发模块、接口电路、串口模块、传感器、微处理器等。考虑到zigBee模块要需要安装ZigBee协议栈，微处理器需要自带一个一定容量的可编程flash存储器，因此ZigBee模块的微处理器需要采用8位或16位的高性能单片机。 2.2　软件系统设计 传感器单元的软件设计主要包括，模块的定义、系统参数初始化设置和模块功能实现三个部分。模块定义主要根据应用要求定义模块是FFD还是RFD，从而确定节点的性质和软件内核的规模。系统参数初始化主要进行协议栈的配置，参数初始化流程如图3所示。首先定义系统的时钟信号，然后定义ZigBee芯片所连接的MCU类型和型号，接下来定义通信模块性质，即通信模块是全功能节点还是精简功能节点，再接着定义模块的工作频率和电源管理方式及ZigBee网络层和MAC层的参数，如网络地址、节点所属接口、集群等。 3　安全策略 ZigBee采用了分级的安全性策略：无安全性、接入控制表、32比特AEs和128比特AES。如果系统是用于安全性要求不高的场景，可以选择级别较低的安全措施，从而换取系统成本和功耗的降低；反之，在安全性要求较高的应用场景（如军事），l丁以选择较高的安全级别。这样，厂l衍可以综合考虑功耗、系统处理能力、成木和应用环境等方面因素而采取适当的安全级别。蓝牙协议在基带部分定义了设备鉴权和链路数据流加密所需要的安全算法和处理过程。设备的鉴权是强制性的，所有的蓝牙设备均支持鉴权过程，而链路的加密则是可选择的。蓝牙设备的鉴权过程是基于问询一响应模式和共享的加密方式。为了使蓝牙链路的数据流具有隐蔽性，可以使用1比特的流密码对链路进行加密。密钥大小随着每个基带分组数据单元传输而改变。加密密钥可以从对设备鉴权中得到。这意味着，在使用链路加密之前，两个设备之间至少已经进行了一次鉴权。密钥的最大长度为128比特。 4　系统特点 （1）对煤矿进行多部门、多层次立体网络式监管，显著增加各种违规操作的成本，进而提高煤矿安全监管水平； （2）利用ZIGBEE技术，形成矿区局部自组织传感器网络，实现对矿区各项监控指标的实时立体监管； （3）考虑国家能源信息的敏感性，建立了多种信息加密机制，提高整个监测网络的安全性能。 5　结语 本文面向煤矿，利用物联网技术建立了多部门、多层次的远程安全监测系统，设计并开发了整个系统的软硬件平台，初步对系统的准确性、可靠性和稳定性进行了验证，结果标明达到了精度及稳定性的要求。由于单片机的扩展性，该系统未来还可根据被检测对象的实际需求配置不同的生理数据采集终端，具有很强的灵活性和适应性。 煤矿监测系统论文:基于以太环网的安全监测系统在中小煤矿中的应用 摘要：基于以太环网的安全监测系统给地方煤矿的安全监测系统发展提供一个平台，将多个相距较近的矿井合并采用一套基于以太环网的安全监测系统，再聘用专业人员统一进行管理，从而充分发挥了安全监测系统的功能，确保矿井安全生产又节约大量成本。 关键词：以太环网 安全监测 应用 近年来特别是国家对于煤矿瓦斯灾害的治理制定了一系列重大方针，其中“先抽后采、监测监控、以风定产”瓦斯治理十二字方针尤为重要。实践证明，对于地方煤矿来说，在落实并实施“十二字”方针中，建立健全以监测监控瓦斯通风参数为核心的煤矿安全监测监控系统（以下简称监测监控系统），特别是管好用好煤矿安全监控系统，是建立防治瓦斯灾害的长效机制，遏制重大瓦斯事故，保证矿井安全生产的重大举措。坚持装备并管好用好监测监控系统，采用先进的监测监控手段，准确地反映煤矿井下瓦斯通风参数的状况及变化，及时地对作业地点和被控区域实行报警、断电，进而采取果断措施进行处置，具有更重要的意义。 1、目前地方煤矿安全监测系统的现状 在地方煤矿中，由于大多数乡镇煤矿技术力量严重缺乏；没有监测监控方面的专业队伍；管理人员及工人技术及文化素质低，缺乏对监测监控系统及其配套设备的原理、功能、性能、故障原因及检测、维修、维护方法的了解，因而监测监控系统在运行中发生故障，无力维护和排除。使监测监控系统不但没有发挥应有的作用，设置完全失去了存在的必要。 对在用的监测监控系统缺乏严格的体系管理，监管不力，如人员配备、规章制度、专业技术培训等；监控系统管理员职责不清。 综上所述，在地方煤矿中，为将安全事故隐患消灭在萌芽状态，从根本上减少和杜绝重大瓦斯事故的发生，总结经验，研究在地方煤矿中监测监控系统装备、使用、管理中应采取的对策，提高装备、使用和管理水平，发挥煤矿安全监测监控系统的“矿山安全卫士”的重要作用，已势在必行。 2、地方煤矿监测监控系统装备、使用、管理应采取的对策 近年以来，根据煤矿安全的实际状况，国家不断加大安全投入，并经相关部门提出了一系列关于在“双高”、“双突”矿井安装煤矿安全监测监控系统的要求，各省、市、地区也积极采取措施、挖掘资金渠道，落实中央的部署，取得了决定性的成果。 针对有相当一部分地方煤矿具有相距较近的特点，这就给当前自动化领域内的基于以太环网的网络测控架构的安全监测系统提供了更好发展的舞台，以太环网测控架构下的安全监测系统具有高速、大容量、开放性和适应性强的优点，可以将附近各个小煤矿的安全监测系统合并一套使用。各煤矿节省了中心站设置。节约成本投入。加之基于IP的Internet网络测控技术很大程度解决各种测控设备和计算机设备风各种网络互联的问题，增加系统通信的灵活性。而基于TCP/IP的测量、控制和管理一体化技术将测量、控制和信息管理结合起来，通过系统各要素之间充分协调配合，使系统整体达到最优目标。完全能够实现煤矿安全监测监控系统的各项功能。基于以太环网下的安全监测监控系统结构是依靠其强大的远程化、智能化的测控功能，从而实现煤矿各类参数监控。 3、基于以太环网下安全监测系统的架构 基于以上原则，图1设计了所示的基于以太环网下各个煤矿的安全监测系统的架构，图中描述了测量、控制设备与网络相互连接组成一个安全监测系统，整个系统构成主要分为以下二网络层次： 第一网络层次：是各被控设备通过网络化智能监控装置连成一个监控网，各传感器送来的状态信号通过装置的输入端口输入，供单片机处理、传送、控制指令由输出端口输出到设备的执行控制机构，串行接口作为设备与监控装置进行数据交换的扩展接口和连接微机的虚拟控制台接口。 第二网络层次：是区域以太环网。在这一层次中，各煤矿的网络设备和管理系统的网络设备等连成一个局域内部的网络，有较高的安全性。 采用上述方法的特点: (1)网络化智能监控装置成为一个监控信息汇集平台。各煤矿监控装置通过第一层次和第二层次的衔接点，对输入的普通模拟信号进行辨识并处理，然后进行编码并通过网络响应远方的请求，同时监控装置也可对接收自网络的有效数据指令进行解释，以决定在相应的端口输出操作信号，通过以太环网平台的处理和转换，普通的设备不需要处理复杂的网络协议，就可实现网络测控。 (2)该结构能更高效的使用网络资源。装置接入层与以太环网连接，采用星形拓扑结构，既可以在竞争占用总线的工作状态下，也可以利用交换机采用专线连接满足特定场合的实时性的要求。 (3)该结构体现了信息网与控制网的有效结合的特点。在很多测控场合，测控数据对控制有非常严格的实时性要求，将信息网与控制网相结合构成一种质优价廉、灵活性高的综合测控系统。 4、该系统的实现实例 本人所在的宁夏松山工贸公司下属有两个矿井相距不足三公里，采用北京康斯培克生产的KJ31N型煤矿安全监测系统，目前我们将下属的两个矿井KJ31N型煤矿安全监测系统通过以太环网合并成一个系统，节省了四个微机员人工工资，并节省一整套中心站系统的投入，且将两个监测系统合并后管理相对集中方便。各项功能完全符合《（AQ6201-2006）煤矿安全监控系统通用技术要求》、《（AQ1029-2007）煤矿安全监控系统及检测仪器使用管理规范》等相关要求。 煤矿监测系统论文:基于无线传感器网络的煤矿安全监测系统的探讨 摘要： 在当前计算机网络飞速发展的新形势下，在军事和工业领域，无线传感器网络得到了广泛应用，尤其是在那些传输数据量较少，使用电池供电，设备成本较低的应用场合应用最为广泛。科学技术的发展日新月异，国家也不断提高煤矿企业安全生产要求，为了迎合企业长远健康发展的需要，煤矿检测监控系统陆续走进国内各大煤矿企业。本文探讨了基于无线传感器网络的煤矿安全监测系统。 关键词： 无线传感器网络；煤矿安全；监测系统 1 无线传感器的概念 无线传感器网络综合了传感器技术、嵌入式计算技术、遥测、遥控技术、分布式信息处理技术和无线通信技术，是一个范围广、动态性、自组织和可靠的监控网络。无线传感器网络技术作为计算机科学技术的一个新的研究领域，其研究、开发和应用，关系到国家安全、经济发展等各个重大方面，在国际上引起了广泛的重视和大量的投入，并广泛应用于军事、工业、交通、安全、医疗、探测以及家庭和办公环境等很多方面，被认为是将对本世纪产生巨大影响力的技术之一。 2 无线传感器网络的特点和体系结构 2.1 无线传感器网络的特点 无线传感器网络不仅具有传统Ad-hoc网络动态、多跳、自组织的特点，而且还具有很多独特的优势。传统Ad-hoc网络是自组织的无线局域网络，它是由很多节点组成的，其主要原因是希望传输具有服务质量要求的多媒体信息流（这主要通过移动管理技术和动态路由实现），另外，传统Ad-hoc网络的所有节点都能够进行移动，具有复杂多变网络拓扑结构，节点必须通过电源持续供电。与之相反，无线传感器网络是更加先进的网络系统，主要集成了监测、控制以及无线通信功能，显著的优点是它具有更多的传感器节点，并且节点分布更为密集。 2.2 无线传感器网络的体系结构 无线传感器网络的体系结构包括物理层、数据链路层、网络层、传输层和应用层。在无线传感器网络的体系结构中，无线传感器网络各层都设计到三个管理：能量管理、任务管理和移动管理。应用层主要负责任务管理，给各个子网和传感器节点分配监测任务，应用层也考虑移动管理。网络层与数据链路层负责能量管理和移动管理 （例如SAR协议）。物理层有能量管理，但是较少考虑移动管理和任务管理问题。 3 基于无线传感器网络的煤矿安全监测系统 3.1 基于无线传感器网络的煤矿安全监测系统的提出 煤炭开采主要工作地点是在离地面几百米的井下，环境复杂、恶劣，巷道狭窄、湿热，地面凹凸不平，四周被煤炭和煤矸石包围，还安放了液压支架、运煤钢轨、风门以及动力线等设备，各种机械不时的发出噪音。在煤矿井下，无线电波的传播具备其自身的特点，所以，在进行系统的设计的过程中，必须进行谨慎的思考，并作出认真的需求分析和设计，避免不必要的问题的产生。本系统设计方案中采用的2.4GHz IEEE802.15.4/ZigBee标准，就能够满足井下环境对无线传感器网络的要求。 基于无线传感器的井下采煤工作面安全监测系统的设计复杂，它涉及到整个监测网络的应用环境、应用目的、系统硬件设计和软件设计等。基于无线传感器的井下采煤工作面安全监测网络的应用的设计，主要就是为了能够在巷道狭窄、湿热，地面凹凸不平，四周被煤炭和煤矸石包围，还安放了液压支架、运煤钢轨、风门以及动力线等设备，各种机械不时的发出噪音的井下进行煤矿环境无线监测系统的设计和实现，同时，通过基于ZigBee技术的无线传感器网络的应用，能够进行井下采煤工作面安全环境检测数据的无线传输，实时反馈井下采煤工作面的各种信息。通过对井下环境的考察和分析，并结合煤矿监测系统的实际需求，最终确定了基于ZigBee的井下采煤工作面安全监测系统的总体设计方案。 3.2 基于无线传感器网络的煤矿安全监测系统的功能要求及性能指标 井下采煤工作面安全监测系统是通过ZigBee协议的使用，以及IEEE 802.15.4标准的采用，从而实现的一个无线数据传输网络，这个无线数据传输网络是一个速率比较低、距离比较短的无线传感器网络，并且，这个无线数据传输网络具备比较低的射频传输成本。 主要性能指标如下： ①组网与通信：完成无线传感器众多的不同的节点之间点到点、点到多点的无线通信，并且能够实现这些节点之间的自组网络，同时，也能够提供服务支持给基础和管理服务层。 ②通信协议标准：ZigBee协议和IEEE802.15.4标准。 ③网络拓扑结构：拓扑结构是网状的。 ④应用系统：可以实现通用网络服务的提供，同时，也可以实现面向各个不同领域的网络服务的提供。 ⑤管理与基础服务：通过组网与通信部分提供的服务，可以提供服务支持给应用系统。 ⑥数据传输速率：250KBps。 ⑦调制方式：DSSS（O-QPSK）。 ⑧使用频段：2.4-2.483GHz。 ⑨节点功耗：5OmW-300mW。 ⑩接收灵敏度：-94dBm的接收灵敏度。 {11}时延：进行激活或信道接入的时延是15ms，进行设备搜索的时延是30ms。 {12}节点间通信范围：75m-100m。 4 结束语 煤矿无线监测作为一个新兴的研究领域，具有十分广阔的应用前景。本文提出了一种基于无线传感器网络技术的煤矿安全监测系统，充分利用无线传感器网络的特点，并且通过对比各种应用于井下无线通信技术的特点，选择了ZigBee技术作为无线传感器网络的通信平台，实现对井下各种环境及生产参数全方位、实时监测和智能预警，以大大降低煤矿生产安全隐患。 煤矿监测系统论文:基于无线传感器网络的煤矿瓦斯监测系统的设计 摘要: 为了满足煤矿瓦斯监测的需要, 开发了一种基于无线传感器网络的智能化瓦斯监测系统。该系统采用数字瓦斯传感器实时检测瓦斯, 提高了测量精度; 采用无线传感器网络, 避免了其它无线通信技术高功耗的缺点。 关键词: 煤矿；瓦斯监控； 数字瓦斯传感器；无线传感器网络；AVR 单片机 1 系统硬件设计 该系统主要由流量传感器节点和汇聚节点 2 个部分组成，流量传感器节点负责传感器的数据采集以及将采集到的数据发送给汇聚节点，汇聚节点负责控制子节点的数据采集和发送，并且负责将各个子节点的采集数据发送给嵌入式计算机。系统硬件原理如图 1 所示。 1.1 微处理器模块 系统采用 AT mega128L 单片机作为节点的微处理器。AT mega128L 采用精简指令集 (RISC) 结构,加上哈佛总线的存储器结构、两级流水线指令结构、单周期指令等技术, 大大提高了系统运行的效率。AT m ega128L 具备以电池供电的无线传感器网络应用所需的主要功能, 包括纳瓦功耗管理、自编程闪存程序存储及先进的模拟、控制和通信外设。采用A T mega128L与射频收发器CC2430结合, 实现了高度集成、成本低廉的节点。 1.2无线收发模块 无线收发模块是一个射频集成电路模块,作为无线网络的物理层射频前端实现无线数据的收发。本系统选用CC2430射频芯片。CC2430延用了以往 CC2420 的架构,在单个芯片上整合了ZigBee 射频( RF ) 前端、内存和微控制器。它使用1个8 位M CU, 具有 128 KB 可编程闪存和 8 KB 的 RAM,还包括模拟数字转换器、定时器、AES- 128 协同处理器、看门狗定时器、32 kH z 晶振的休眠模式定时器、上电复位电路、掉电检测电路以及 21 个可编程I/ O 引脚。CC2430 采用 0. 18m CM OS 工艺生产, 工作时的电流损耗为 27 mA; 在接收和发射模式下, 电流损耗分别低于 27 mA 或25 mA。CC2430的休眠模式和转换到主动模式的超短时间的特性,特别适用于电池寿命要求较长的场合。 1.3报警和显示模块 系统采用 128× 64 的图形点阵式 H G128643 液晶显示器进行流量显示, 利用 AT mega128L 的2 个端口分 别驱 动 1 个蜂鸣器和1 个高亮度的红色L ED 来进行流量越限声光报警。HG 128643 液晶显示模块是使用 KS0108B及其兼容控制驱动器作为列驱动器, 同时使用 KS0107B 及其兼容驱动器作为行驱动器的液晶模块。由于KS0107B不与 M PU发生联系, 只要提供电源就能产生行驱信号和各种同步信号, 故设计较为简单。另外, 该液晶显示器能显示 ASCII 字符、汉字和各种曲线, 可与单片机连接构成功能强大、结构简单的人机界面, 因此,广泛用于各种智能仪表和控制系统。 1.4 串口模块 串口电路只有网关( sink) 节点才有。sink节点是传感器网络中特殊的节点, 负责嵌入式计算机与传感器网络的通信, 向下级节点发送查询命令, 接收下级节点回传的数据并由串口发送给嵌入式计算机。本系统选用低电压高速传输的 RS232 收发器M AX3318。MAX3318工作电压为 2. 5~ 3 V, 传输速率可达 460 kbit / s, 满足接收器和嵌入式计算机之间的大量数据传输的需要;工作温量为 - 40~+ 85, 能适应煤矿井下恶劣的环境。 2 系统软件设计 2.1WSN 通信协议及网络结构 根据井下的具体情况, 决定采用簇状拓扑结构。簇状拓扑结构的优点是将很大的网络化分成若干独立区域, 在这些区域内, 数据独立地进行处理和汇聚。在每一簇内部的通信可以是单跳也可以是多跳通信。上级网络将利用更高的传输带宽, 或者将上级网络连接到一个有线网络上, 再通过基站接入井下环网把数据传到井上来。 2.2汇聚节点程序设计 汇聚节点既可以是一个具有增强功能的传感器节点,也可以是没有监测功能、仅带有无线通信接口的特殊网关设备。汇聚节点具有 2 种功能: 网络维护功能和数据传输功能，网络维护功能主要是负责组建 ZigBee 网络、分配网络地址及维护绑定表。数据传输功能主要是充当 ZigBee 网络与互联网的网关, 将 2 个使用不同协议的网络连接在一起, 实现 2 种协议栈之间的通信协议转换。所有流量传感器节点将所采集到的传感器数据以无线的方式发送到汇聚节点上, 汇聚节点将这些数据转换之后通过串口传给嵌入式计算机; 另一方面, 汇聚节点接收嵌入式计算机发送过来的数据, 并将这些数据转换之后发送给目标节点。汇聚节点程序流程如图 2 所示。 2.3流量传感器节点程序设计 流量传感器节点主要负责采集传感器数据并将这些数据传送给网关节点, 同时接收来自网关节点的数据并根据这些数据进行相关操作。当没有数据发送或接收时转入休眠模式, 节点 功耗降到最低。流量传感器节点程序流程如图 3 所示。 主程序初始化相应的寄存器和变量及相应的管脚后, 进入主循环。主循环负责对外部传感器信号转换后的电压信号进行采样及处理, 转换成相应的值, 并送到对应的缓冲区, 然后判断是否超限, 若是则启动相应的报警程序, 否则结束此次循环。 3 测试结果 将按上述方案设计的瓦斯监测系统应用到煤矿井下进行现场试验, 测试结果如表1所示。从表1可看出, 该系统测量误差较小, 能够满足使用要求。测量值与标准值之间的误差主要是由于传感器本身存在误差以及井下环境的限制所致, 但网络传输过程中几乎不会引入误差,而且系统运行稳定可靠。 4 结束语 本文提出了一种以AT mega128L单片机为中央处理器, 基于无线传感器网络的集监测、显示、报警、通信等多功能于一体的智能瓦斯监测系统。它充分利用 AT m eg a128L 集成度高、功能强、体积小、功耗低、性能可靠等特点, 同时利用无线传感器网络对监测数据进行传输, 有效地实现了对煤矿井下瓦斯的实时监测。 煤矿监测系统论文:KJ2000N网络监测系统在煤矿安全中的探讨 摘要：网络监测系统随着科学技术的不断向前发展，也在煤矿行业得到广泛的应用，并且取得了一定的良好效果，这体现出了网络监测系统具有广阔的应用前景和潜力。随着煤矿开采深度的不断增加，煤矿的灾害也严重影响了煤矿的安全高效生产，比如有顶板事故、突水事故、瓦斯事故、粉尘危害等几大灾害，其中瓦斯灾害就是其中影响最为严重的一种。因此，针对开滦林西矿业公司提高安全生产的需要，对矿井安全监控系统的设计与安装以及监测系统的理念进行了阐述，并对整套系统的衔接进行了描述。这种矿井瓦斯监测系统的管理模式在煤矿生产中正快速的发展中，对提高煤矿的经济效益和社会效益有着巨大的作用。 关键词：矿井瓦斯；网络监测系统； KJ2000N系统；安全管理 1、前言 众所周知，网络监测系统随着科学技术的不断向前发展，也在煤矿行业得到广泛的应用，并且取得了一定的良好效果，这体现出了网络监测系统具有广阔的应用前景和潜力。在煤矿生产过程中，存在着很多灾害直接影响煤矿的安全生产，比如有顶板事故、突水事故、瓦斯事故、粉尘危害等几大灾害，其中瓦斯灾害就是其中影响最为严重的一种，因此，要保证煤矿生产安全高效的运行，必须有效防治瓦斯灾害。淮浙煤电公司顾北煤矿现用KJ2000N型煤矿安全监控系统。这种矿井瓦斯监控系统的管理模式在煤矿生产中正快速的发展中，对提高煤矿的经济效益和社会效益有着巨大的作用。KJ2000N系统在煤矿生产过程中对于煤矿瓦斯的治理有以下几个主要作用：第一，由于在井上进行数据处理，其环境给操作者提供了简洁易用的界面。第二，还可以对井下的设备参数进行自行处理和编辑，同时实现数据的共享。第三，在进行数据处理的时候，可以在井上处理，方便工程技术人员对通风系统的管理。第四，能够实现远距离的连续传输和对工作面的实时监测，也可实现超限报警，自动断电。 2、网络监测系统简介 2.1 系统结构图 KJ2000N系统由地面中心站、网络传输接口、井下分站、井下防爆电源、各种矿用传感器、矿用机电控制设备及KJ2000N安全生产监测软件组成。地面中心站是整个系统的控制中心，安装在地面计算机房。井下部分包括：KJ2007(F，G等)井下分站，KDW6B隔爆兼本质安全型电源，各种安全、生产监测传感器，报警箱和断电控制器等。井下分站和传感器安装在井下具有煤尘、沼气、一氧化碳等危险气体的环境中，对煤矿井下的各种安全、生产参数进行实时监测和处理，并将安全生产参数及时传输到地面中心站。各种数据由分站和中心站处理，并能按要求直接发出声、光报警和断电控制信号。地面中心站经过网络传输接口采用光缆与井下分站联结通讯。当前情况下，煤矿生产中所使用的监控设备已经在各个生产工作面、掘进面等一些主要的机电硐室均被广泛应用，正是由于KJ2000N矿井安全监控系统在煤矿的广泛使用，这样使得煤矿传统的单一的监控模式得到了彻底的改变，通过KJ2000N系统可以准确、全面地了井下安全情况和生产情况，实现对灾害事故的早期预测和预报，并能及时地自动处理。这样既提高了煤矿的生产效益，又弥补了由于井下瓦斯员的疏忽大意所导致的数据部准确等原因造成的定时定点汇报的不足，进行实时监测监控，并且可以利用监测数据库进行安全趋势分析研究，对井下灾害进行预测预报，实现安全管理的双保险。 图一KJ2000N系统结构图 2.2 注意事项及相关建议 （1）按照要求及时对传感器进行调试、校正，保证监测数据的可靠性。 （2）及时捧除故障，加强系统维护，确保其正常运行。 （3）必须按照要求设置传感器的位置。随着工作面的推进，要及时调整传感器的位置，使其真实反映井下的情况。 （4）备用监控系统的操作与功能。当由于人为或外界因素导致主监控服务器的监测应用程序停止工作或服务器断电等原因正常监测不能进行的时候，备用监控服务器可在5 s内人为手动打开监测应用程序，保证监测的正常进行，保证了用户应用程序的连续性。 （5）随时和厂家联系，及时解决安全监控系统运行中出现的新问题。 3、系统体系结构 该监测网络系统是在各煤炭企业已形成的监测监控系统基础上，整个系统将建立两级数据监控中心，形成一个“三层四级”网络体系结构。 (1)建立一级数据监控中心。 (2)在国有重点煤业集团建立二级数据监控中心。 (3)在煤炭管理部门设立二级数据监控中心。 4、监测系统的监管及意义 我们必须对一些高瓦斯矿井或者按照高瓦斯矿井管理的煤矿要有网络式的监管方式，这样才能实现对矿井的监测监控系统的有效管理，我们还必须要将这些数据上报到安全监管部门，这样便于上级部门对煤矿瓦斯进行有效的监管。各监管部门的监管人员应该及时对数据进行处理，这样可以更好的有效的对煤矿瓦斯进行监测和监控，病区要将数据处理结果上传到网上，方便工程技术人员参考，这种监管模式对煤矿的安全高效生产能够起到很好的监督和监控作用，同时这对煤矿安全生产形势的稳定好转具有积极的意义。只有有效的保证煤矿瓦斯网络化实时监控项目的实施，这样才能够使得煤矿安全又了进一步的保证，电子警察的角色也就很好的扮演者，这样对煤矿的多级管理也是一个很好的强化，这样在煤矿生产中就形成了多级监管体系和安全生产综合信息网络, 如果在煤矿工作面出现了瓦斯超限等问题，矿监控中心将立即报警，并且将报警的数据直接上报到监控中心，便于煤矿领导部门更方便的查明超限原因和及时的采取有效的措施，将瓦斯事故消灭在萌芽状态。对防止以瓦斯等恶性事故, 提高煤矿管理水平具有重要意义。这种监控系统-----KJ2000N系统，对煤矿的瓦斯治理具有以下几点重要意义。第一，这项工程很好的改造了煤矿瓦斯的监控系统，对提高煤矿的安全管理和装备水平都更好更快的提高。第二，以前对瓦斯实行的是填表上报，这样有可能监测瓦斯人员偷懒活者其他原因，不检测数据，而是对数据进行修改，然后上报，这样使得数据极不真实, 多数情况下也无法追溯核实,这样使得瓦斯事故在煤矿生产中高发的一个重要原因。第三，监控网络不会改变煤矿的安全管理模式, 它为各级管理部门提供了实时监控的工具，提高了工作效率。第四，有助于对煤矿的各类监测数据进行宏观分析, 微观指导。 5、结论 综上所述， KJ2000N系统在煤矿瓦斯监测系统中得到广泛应用，这样既增强了系统的稳定性和有效性，同时还对整个系统的功能也是一个很好的完善和补充，对协调我国矿井设备落后与高生产效率要求之间的矛盾也有一定的指导意义，并且使得网络在矿井瓦斯监测系统中得到了充分的应用，这样使得瓦斯监控系统的功能能够发挥到极致，这样有助于对煤矿的各类监测数据进行宏观分析, 微观指导。督促煤矿把问题和隐患消灭在萌芽状态。KJ2000N系统，实行通过网络对瓦斯进行监测，这种矿井瓦斯监控系统的管理模式在煤矿生产中正快速的发展中，对提高煤矿的经济效益和社会效益有着巨大的作用。从而为提高煤矿安全和经济效益，起到了积极作用。同时为井下工人的安全提供了进一步的保证，把公司的管理提高到现代化管理水平。 煤矿监测系统论文:μc/oS-ll在煤矿井下环境监测系统中的应用 摘要：针对常见煤矿井下环境检测仪检测参数单一、占用传输线较多的缺点，本文设计了多传感器融合的井下环境检测系统。该系统对采集到的信息进行数据融合，使系统决策更加科学合理，同时减少了巷道内的走线数量。实际使用表明，系统具有较好的实时性、可靠性，并具有良好的扩展和升级能力。 关键词：μc/OS-II；煤矿；环境监测；任务规划 引言 为保障煤矿安全生产和职工人身安全，早在2001年国家煤矿安全监察局就颁布并实施了《煤矿安全规程》，并不断对之做出修订。《煤矿安全规程》对煤矿井下安全工作环境、报警方法等做了详细规定。煤矿井下环境检测的理论研究工作已趋于成熟，众多相关文献已经发表，国内外也已有多款成型产品，例如凯茂CO 100精密型一氧化碳仪、cosmos X0-2200氧气计。从现场应用情况来看，虽然已有的参数检测设备能够较好地满足测量需求，但仍存在下述缺点：一，测量参数单一，无法对测量点的环境做出准确的判断，需要将数据传送至地面做进一步处理；二，每个检测设备需要一路传输线。 针对上述问题，在对徐矿集团旗下若干煤矿进行设备更新项目中，设计了多传感器融合的井下环境检测系统，系统利用多传感器数据融合技术，对井下环境做出更加科学合理的判定，降低误报率。测量数据经一路传输线传送至井下分站，降低了走线成本和复杂度。本项目开发过程中使用了嵌入式实时操作系统μC/OS-II，μC/OS-II的引入是系统设计成功的关键。本文介绍了嵌入式操作系统(Embedded OperationSystem，EOS)相关概念和设计原则，并以煤矿井下环境监测系统的设计过程为例分析了基于μC/OS-II的实时多任务系统的开发要点。 1嵌入式操作系统 EOS的概念容易和嵌入式系统混淆。简而言之，EOS属于软件范畴，而嵌入式系统是软件和硬件的综合体，但并不是所有的嵌入式系统都必须使用EOS。从技术角度来讲，EOS是一种用途广泛的的系统软件，负责嵌入式系统的全部软、硬件资源的分配、调度、控制、协调并发活动；它必须体现其所在系统的特征，能够通过装卸某些模块来达到系统所要求的功能。 对于实时多任务EOS的开发，关键是合理地进行任务划分。对于任务的划分，并没有统一的标准，也很少有相关论文对任务划分的原则有较详细的介绍。本文列出本项目任务划分所依据的主要原则： (a)解耦原则：任务之间的耦合关系是影响软件复杂度的重要因素，紧密相关的功能应尽量组成一个任务，以减少任务耦合；应尽量使用数据耦合，少用控制耦合和特征耦合。具体方法可参见软件工程类书籍。 (b)实时性原则：大多数商业内核都是占先式实时内核，即在就绪条件下，内核总是运行优先级最高的任务，因此对实时性要求高的功能应采用高优先级任务实现，占用CPU时间较长的任务应尽量赋予较低的优先级。 (c)I/0决定原则：对每个独立的硬件(例如GPIO)进行操作的驱动程序应放在一个任务中完成，以避免资源冲突。 任务的划分不能一成不变地遵循上述原则，必须结合项目的特点和需求作具体的分析，下文以μC/OS-II在煤矿井下环境监测系统中的应用来说明。 2系统设计 文献[4]分析指出，煤矿井下环境参数的检测至少应包括可燃性气体、02、CO和温度的测量。经过现场考察也发现在井下巷道内众多地点均需要对上述四个参数进行检测，因此设计了四参量环境监测系统。系统对检测到的模拟、数字信号处理后显示、决策(是否报警)并将数据传送至分站。该项目需求分析如下： 提供简单的用户接口。采用液晶分时显示测量结果，用户通过按键查看指定参数。 提供煤矿常用传输接口。采集到的数据需要在地面实时显示和存储，因此需要进行数据传输。 正常检测外的系统自检功能等。 软硬件设计具备良好的扩展性，方便系统升级。 2.1硬件实现 据需求分析得出硬件设计框图如图1所示。MCU选用NXP公司的LPC2214，该芯片基于ARM7TDMI-S内核，内含256KB高速Flash，16KBSRAM；片内集成8路10位ADC、两个32位定时器(带4路捕获和4路比较通道)、6路PWM、多达9个外部中断源；常用总线接口有1个12C接口、2个SPI接口、2个UART接口，完全满足应用及扩展需求。 待测模拟量包括甲烷、CO、02三个参量，3个模拟量分别通过信号调理电路送入MCU片内ADC；温度信号由数字式单总线温度传感器DSl8820获取；由于按键较少，可采用独立按键直接连接至MCU的GPIO；液晶显示模块LCM需要模拟总线连接；传输接口采用井下常用的RS485接口，预留RJ45接口、CAN总线接口，在一定程度上提高系统的通用性。 2.2软件实现 通过需求分析及硬件设计发现，该系统任务较多，且需使用慢器件，如DSl8820、LCM，因此不适合使用简单的“前后台系统”，即应用程序是一个无限循环，循环中调用相应的功能函数完成对应的工作，用中断服务程序处理异步事件。系统对实时性、可确定性、可靠性有较高需求，因此以μC/OS-II嵌入式实时操作系统为基础完成软件设计较为合适。 μC/OS-II是一个完全占先式实时内核，即在满足运行就绪条件下，“C/OS-II总是运行优先级最高的任务。应用程序最多可以管理56个用户任务，μC/OS-II提供很多系统服务，例如邮箱、消息队列、信号量、内存申请与释放等。图2是系统多任务规划框图，图中每个方框代表一个任务。 由图2可以看出，任务划分结构清晰，μC/OS-II的任务编写具有一定的规律，从而方便了系统的扩展。当需要添加新的功能时，可以直接增加新任务，也可以修改已有的任务，这对软件的维护是相当有益的。在编写任务代码时，大量使用了指向任务实体的指针和数据传递指针，从而在一定程度上提高了程序的封装性能，加强了任务模块的可重用性。 3结论与展望 μC/OS-II采用基于优先级的任务调度策略，因此在进行任务划分时，必须依据实时性原则为每个任务分配合适的优先级。μC/OS-II的绝大部分源码采用移植性很强的ANSI C编写，因此具有很好地可移植性，但是C语言是面向过程的，不具有面向对象特性，各功能模块的通用性差。在开发过程中，设计人员需要编写大量相似的程序段，因此有必要开发面向对象的任务表达模型，以及对应的操作系统，进一步提高软件模块的可重用性和可维护性。 煤矿监测系统论文:煤矿安全生产监测系统研究与改进对策 摘要 中国能源需求持续增长，但是煤炭开采量和各种煤矿事故仍然居高不下，从而给国家财产和矿工生命造成巨大损失。为了应对国民经济的高速发展，同时继续发展煤炭开采产业，煤矿安全工作正成为全国工业安全生产的重中之重。 关键词 煤矿安全；监测；改进 1 多功能瓦斯气体传感器网络节点设备 研制基于无线传感器网络技术的传感器网络节点包涵了多种科学技术，其中包括传感器、嵌入式系统、无线通信、自动控制以及微电子技术等。传感器网络节点的功能是能够完成实时监测环境对象信息，并将采集的数据进行实时处理并以无线方式经过基站传输到远程服务器，把信息提供给网络上的终端用户以实现实时监视以及控制。本项目研究和开发的多功能无线传感器网络节点具有低功耗的高性能、高可靠性、长传输距离等特点，支持面向井下煤矿行业应用的多通路传感器以及特殊需求功能的集成。 研发传感器网络节点，第一步要从硬件着手设计传感器网络节点的系统架构以及每一个单元部分的功能，节点应具有低功耗、可重构和高稳定性等特点；根据节点的特性对嵌入式操作系统进行裁减优化，利用最小的CPU占用率对节点进行全面控制。 普通传感器节点具有功耗低，在节点全功率工作发射数据状态下功耗可以控制在50mW以下，在接收信号状态下功耗控制在25mW以下，在节点进入休眠模式后功率可以控制在15mW以下。 节点具有通信距离远特点，传感器节点之间通讯距离在开阔地可以达到300m以上，在室内可以达到50m~100m，在井下也可以达到40m~60m；节点体积相对较小，传感器节点体积可以控制在3cm×5cm×2cm以内；节点可进行实现远程控制，可以在远程控制端对节点进行远程管理，改变网络节点的工作方式和功率等；集成了多种类型传感器以及特殊功能要求（如定位），同时可以对环境进行综合判别；软件设计采用了嵌入式软件操作系统，具有体积小、效率高和稳定性强等特点，同时由于该系统的设计采用了模块化的设计方式，因此具有裁减性、方便修改和易于维护等特点。 2 移动井下人员定位技术和定位功能模块 井下作业人员的流动性大以及工作环境复杂，一旦事故发生，井下人员的确切数量以及每个人所处的具体位置都很难确定，从而给营救工作带来极大困难，常常会延误营救的最佳时机并造成严重后果。另外，一旦意外事故发生遇难人员的具体位置不能确定，导致发生被困人员生死不明的情况。同时，为了避免挖掘中对人员的伤害便不能使用大的机械设备进行救援，从而导致救援进展缓慢。如果能够确定井下工作人员的确切位置便将会大大加快救援的进度，这样就有可能营救出更多的人员，从而把损失降到最低的限度。 1）系统定位方法和定位模块 井下定位系统的采用集中的定位方式由管理中心进行定位。定位步骤如下：首先布设网关和参考节点，保持网关之间的距离，再布设一些位置已知的参考节点保证每个移动节点至少要处于多个参考节点的射频信号覆盖范围之内。 欲定位时首先确定当前节点相对于参考节点之间的位置，因参考节点的位置把移动节点相对参考节点的位置和参考节点的绝对位置相加，即可得到该移动节点的绝对位置。具体定位步骤如下： 首先进行移动节点的相对定位来确定移动节点相对于参考节点的位置。采用的测距技术为无线电信号强度和无线电信号覆盖关系相结合的技术。 RSSI测距是指无线射频通信时，节点所接收到的射频信号强度是随距离衰减的，采用信号强度随距离衰减模型并不增加额外装置。 距离测量是节点定位时，通过检测相邻参考节点的无线信号强度来计算它们信号强度之比，利用RSSI计算出该员工到多个参考节点的距离。 位置计算指的是移动节点根据所计算得到的距离值，根据两点、三边以及三角测量法等方法，计算出该节点距离最近的网关的二、三维距离，从而实现了移动节点相对于参考节点的定位。 移动节点把得到的相对于参考节点的位置值传送到网关，然后，加上自己的位置信息传输到网络管理中心，管理中心的计算机根据移动节点的位置和网关的位置就可以确定该移动节点在井下的绝对位置便实现移动节点的精确定位。 2）基于无线传感器网络的井下人员实时定位系统 目前，井下定位一般采用射频识别卡（RFID）的方式。员工随身携带写有唯一编号的电子射频识别卡，巷道的询问装置发射询问信号接收员工电子识别卡的应答信号从而实现员工的定位。这种定位系统存在诸多问题，首先是定位精度低，它的定位精度取决于巷道询问装置间的距离，一般的电子识别卡定位方式中巷道询问装置的距离是几十米的量级定位精度，不能精定位便对于紧急情况的救援只能提供有限的帮助。另外射频卡一般是被动卡，从而只能应答固定的询问。在发生意外时员工仅仅依靠电子识别卡仅能确定事故发生之前的大概位置而不能与巷道询问装置进行双向通信。 3 用于煤矿生产安全实时监控子系统管理平台 基于已有的通用管理信息系统，针对煤矿生产安全监控的特殊需求为煤矿管理者定制开发一个监控管理信息系统，该系统具有用户认证数据管理、数据查询以及实时监控等多项功能。配置了针对矿井应用的专用无线传感器网络，用于数据管理的数据库服务器和便于信息共享的Internet服务器。适用于各类气体以及人员位置监控的现代化管理系统。本项目中的监控系统能够提供基于GIS的和采用自定义条件方式的查询、统计和报表功能。提供对所有监测信息的数字信息、图像或视频的实时监视。整个监控系统采用模块化的设计方法，能够随着需求的变化增加新的功能从而不断地进行完善具有良好的可扩展能力。 4 技术趋势 传感器网络有着巨大的应用前景和发展空间，被认为是将对21世纪产生巨大冲击的技术之一。传感器网络以一种新的无处不在的主动式计算模式推动科技发展和社会进步已成为国家竞争的焦点，从而关系到国家政治、军事和社会安全等诸多方面。发展具有自主知识产权的传感器网络技术，完成推动新兴传感器网络产业化的跨越式发展，对于我过在21世纪的国际战略地位具有领先地位至关重要意义。 传感器网络综合了传感器、计算机嵌入式、分布式信息处理和通信技术等多个领域，无线传感网络的发展既对各行业各学科的发展可以起到推动作用，但又强烈地依赖于各行业各学科的技术支撑。 煤矿监测系统论文:基于总线的煤矿通风机主轴温度监测系统研制 【摘要】 介绍了一种基于CAN总线的煤矿通风机主轴温度自动测试系统,通过对国内外风机主扇温度检测及通讯方法的分析、研究,确定了基于CAN总线的煤矿通风机温度自动测试系统的控制方案。以嵌入式单片机为核心设计了这一系统,并给出了系统的硬件结构和软件流程。 【关键词】 CAN总线;DS1820数字温度传感器;自动测试系统 一、系统工作原理 (一)CAN总线的特点和工作原理 CAN(controller area network)是一种先进的串行通信协议,它是一种有效支持分布式控制或实时控制的串行通信网络。CAN总线是一种多主站总线,各节点都有权向其它节点发送信息。通信介质可以是双绞线、同轴电缆或光纤。它可以通过简单的协议,实现在电磁干扰环境下的远距离实时数据的可靠传输,且硬件成本较低。主要特点可概括如下:CAN总线任一节点均可在任一时刻主动向网络上的其它节点发送数据,不分主从;CAN总线上的节点可分为不同的优先级,可以满足不同的实时要求;借助接收滤波实现多地址的帧传送;数据采用短帧结构,受干扰率低,数据帧的信息CRC校验及其它错误检测措施;发送期间丢失仲裁或由于出错而遭破获的帧可以自动重发;对于严重错误具有自动关闭总线功能,使总线其它操作不受影响。 CAN总线的接收数据长度最多为8个字节,因而不存在占用总线时间过长的问题,可以保证通信的实时性。通信速率最多可达1Mbps(通信距离40m),通信距离最远可达10km(传输速率5kbps)。通信介质可以是同轴电缆或光纤,甚至可以是双绞线,其硬件接口简单,编程方便,系统容易集成。基于CAN总线的以上特点,它特别适用于系统分布比较分散、实时性要求高、现场环境干扰大的场合。智能节点能够采集现场数据,并根据接收到的命令或者主动将数据发送到CAN总线。通过事先设置验收码和验收屏蔽码可以控制智能节点从总线上接收哪些数据或命令。如果某些数据需要进一步复杂的处理,则上位计算机可以从总线上接收数据。当上位机需要对某个节点施加控制动作时,可以采用点对点方式与该节点通讯;当它要同时对所有节点施加控制动作时,可以采用广播方式将命令发送到总线。这样当系统正常运行时完全可以没有上位机的参与。大大减少了数据的传输量,同时提高了系统的实时性和可靠性。 (二)DS1820数字温度传感器特点 DS1820是美国DALLAS公司生产的一种温度测量传感器,以数字形式串行输出温度测量值,改变了以往温度传感器需要加A/D转换器才能转换为数字量的模式,可直接与单片机连接,接口电路大大简化。DS1820的64位ROM存放着序号,前8位是产品类型编号,接着的48位是每个DS1820的唯一序号,最后8位是前美国微芯公司的PIC18F458 单片机集成了CAN 通信接口,执行Bosch 公司的CAN2.0A/B 协议。它能支持CAN1.2、CAN2.0A、CAN2.0B 协议的旧版本和CAN2.0B现行版本。使用PIC18F458 单片机的嵌入式系统,可以很方便的利用CAN总线与外界进行数据交换。它的优点是电路接口比较简单,只需很少的外围电路就可实现CAN 通信,受硬件限制比较少;软件编程容易实现所需功能,只需对相关寄存器进行正确设置即可。 DS1820的特点如下:仅一条线便可以完成读或写数据,一条总线上可挂任意多个DS1820 不需要外接元器件;温度测量范围为-55℃～125℃,分辨率为0.5℃;温度转换为数字量的时间为1s(典型值),DS1820含有两个字节的寄存器,第一个存放着温度值的符号,如温度为正则全为1,否则全为0。第二个存放着温度值的补码。具体计算如下:先将寄存器中的温度数字量求补,再转换为十进制并除以二,即得被测温度值。 二、系统的硬件构成 系统硬件由PIC18F458 单片机为控制核心,通过并行DS1820温度传感器,检测出通风机测点温度,通过PIC18F458单片机信息处理,由CAN 通信接口信号处理器MCP2551进行远距离信号传输,系统通过LCD1602进行就地温度显示,同时温度信号通过MAX232串口与PC机进行组态监测显示。系统还具有温度超限报警功能。美国微芯公司的PIC18F458 单片机集成了CAN 通信接口,执行Bosch 公司的CAN2.0A/B 协议。使用PIC18F458 单片机的嵌入式系统,可以很方便的利用CAN 总线与外界进行数据交换。优点是电路接口比较简单,只需很少的外围电路就可实现CAN 通信,受硬件限制比较少;软件编程容易实现所需功能。 三、系统的软件设计及抗干扰设计 1.初始化CAN 控制。在使用CAN 之前,必须对它的一些内部寄存器进行设置,如CAN 控制寄存器CANCON、波特率寄存器BRGCONx 的设置以及对邮箱进行初始化(初始化流程图如图1 所示)。 2.信息的发送。PIC18F458 有3 个发送邮箱缓冲器,每一个发送缓冲器的数据长度可以设置为1～8 个字节长度,信息发送的具体步骤如下:(1)初始化发送邮箱;(2)设置相应的发送请求位为1,即TXBxCON bits.TXREQ=1(x=1,2,3);(3)若CAN 总线允许发送,则启动最高优先级信息的发送;(4)若发送成功,则TXREQ 被清零,TXBxIF 被置1,如果中断被使能,则会产生中断;(5)若信息发送失败,则TXREQ 保持为1,并置位相应的状态标志。 3.息的接收。IC18F458有2个具有多重接收滤波器的完全接收缓冲器和1 个单独信息组合的缓冲器。接收邮箱初始化时,要设置其标识符及相关的屏蔽寄存器、接收优先级等。MAB 寄存器接收所有来自总线的下一条信息,RXB0 和RXB1 则接收来自协议驱动的完整信息。MAB 接收所有信息,只有满足过滤条件的信息才被传送到RXBx 中。程序实现的是发送缓冲器0向接收缓冲器0发送数据的正常模式,其中接收采用中断方式,发送采用查询方式。 煤矿通风机主轴温度自动监测系统运行一年的情况表明,系统信号传输距离长,信号传输质量高,系统抗干扰能力强,工作稳定。 煤矿监测系统论文:煤矿计算机瓦斯监测系统设计与实现 [摘 要] 煤矿瓦斯监测系统的重要内容是加强煤矿安全生产管理，以防止煤矿事故的发生。所以，在煤矿瓦斯监测系统工作中务必提高应对各种突发事故的能力，因此加强煤矿瓦斯监测系统建设的专业素质至关重要，此外，还应加强制度上的规范管理，不断的提高煤矿瓦斯监测系统设计水平，加强对现场的巡视和设备维护等都是必不可少的环节。笔者结合煤矿开采环境，对瓦斯监测系统在煤矿安全生产监督中的应用进行了分析。 [关键词] 瓦斯监测系统； 煤矿； 安全生产 作为煤矿安全生产监控工作的关键性内容，信息的获得无疑至关重要，而获得信息的主要手段就是监测技术。一般而言，通过煤矿安全生产现有的客观资料，我们可以初步确定监控的初始方案，进而在煤矿工程运营过程中根据监测数值、经验方法等内容，开展反馈分析等工作，修正初步方案与施工网络计划，以保证工程按照最优的设计与施工方案进行。因此，监控工作的重要性也就显而易见了。针对我国煤矿工程质量中的一些不安全因素，监测技术在监控中的应用能够很好的解决此类问题，它不但可以很好地掌握工程的工作运营状态，利用监控数据对流量方案进行整改，并指导开采质量作业；还可以预见事故风险，采取一系列的事前措施，给建筑的安全管理提供信息，将事故突发率降至最低，保证了煤矿安全生产的稳定性。通过太阳能光伏技术，我们可以很好地将太阳能转换为电能，并广泛应用在瓦斯监控系统当中，太阳能供电部分监控结合了煤矿开采的相关特点，对煤矿地点的自然环境等因素进行分析，确定了系统设计相关参数，优化了供电系统的相关参数，对煤矿领域的网络瓦斯监控起到了一定的作用。 1 煤矿瓦斯监测系统的准备工作 1.1 规范制度，端正思想 一个良好的组织机构，除具备较好的运行机制和管理制度之外，还应该具有健全的岗位制度而且能够将之贯彻执行。因此，在煤矿安全生产网络瓦斯监控过程中，我们需要一个合适的监控管理结构，以便于明确各个工作人员的职权问题，保证个人任务到位，避免权力交叉和责任推诿的现象发生，这些问题都可以通过建立健全的岗位责任制度得以解决。此外，工作人员不但要对网络瓦斯监控知识有一定了解，思想上时刻保持着“安全第一”意识，保证将综合自动化安全意识渗透到工作的每一个层面，全面提升安全作业人员的工作责任心与使命感。 1.2 加强瓦斯监测系统的设备管理 加强设备巡视管理是网络瓦斯监控的重点，预防设备异常的发生是监控运行管理的主要内容。为了保障监控仪器的准确性，应该建立完善的设备定检制度，仪器设备需要进行定期的检测，对于一些使用频率高的仪器，更是要依据规定检测并建立相应的维护记录以随时了解其运转状态，保证其正常的运行和及时的维护。 1.3 提高瓦斯监测系统的技术管理 由于煤矿瓦斯监测系统存在很大程度上的特殊性，而作为贯彻于瓦斯监测系统整个流程的重要要素，技术管理在中的作用不容小觑。因此，加强设备的绝缘监督工作，利用声波检测、光谱分析等监督手段，及时地发现并排除故障无疑势在必行。煤矿安全工作一旦脱离了技术的支持，就难以称作是有效的工作。对于系统运行工作的异常情况，及时采取跟踪测温，利用图谱库进行分析对比，并提出检测修改的建议，以此来加强设备的有效运行。 2 煤矿瓦斯监测系统的设计 2.1 联网设计 为达到网络带宽的预定要求，在瓦斯监测系统的设计中采取分层瓦斯转发、本地局域网组播的设计方案，也就是在每个网络层构设瓦斯转发服务端口，并且在煤矿现场、区县市局成立监控管理中心，完善各部门瓦斯解码器、电视播放墙等设施。具体的瓦斯监控系统联网设计如图1所示。由于煤矿施工长期通常都较为偏远，带宽并不充裕，这种联网设计则可以很好地应用于广域瓦斯联网，若考虑到以后省级平台瓦斯联网模式，这种设计方案无疑当前2 Mb带宽的最佳选择，不然很容易致使监控网络不稳定甚至不能使用。该联网设计借助已知煤炭网的部分节点，经上级授权之后连接并登录瓦斯流管理服务端口，就可以轻松观看该服务器监控矿区的生产工作瓦斯，且不会增加前端带宽负荷，可同时向多个用户共享图像信息。 2.2 安全系统体系结构设计 在图2中，我们可以清楚地看到安全系统体系结构的设计方案。通过4个监控工作站或D1单画面轮巡，将画面进行分割并上传到瓦斯流管理服务端口，然后统一由瓦斯流管理服务端口对瓦斯信号进行存储和，这样有效地避免工作人员直接访问客户端而导致网络拥塞现象。开展瓦斯监控工作时，前端摄像机瓦斯线依次对前端画面处理器、瓦斯服务器和光端机实施连接，通过光缆把接受到的瓦斯信号传输到监控中心。在这个时候，其他用户很容易不会根据已经规定好的操作流程来对系统进行操作和数据处理，而且由于不受时间、地域的限制，他们还可能会通过输入地址直接对数据库实施访问。如此一来，就很容易造成客户肆意操作，最终致使后台数据库随时都有崩溃的威胁。所以说，我们应该采取一些可运用的技术对系统进行尽可能全面的安全防范，比如说系统加密、防火墙、真实身份认证、授权控制技术等等。监控中心在接收瓦斯信息后，第一时间想远端的瓦斯服务器发出云台控制信号，最终传输到摄像机云台控制线，并直接上传到系统客户端。 2.3 瓦斯控制系统 在煤矿保护层上的回收期，我们可以将高抽巷侧上方的石板巷回风巷段封闭采空区瓦斯抽放管，同时与上隅角采空区瓦斯抽采。抽巷形成的采空区瓦斯的顶板裂隙排水渠，对下部采空区瓦斯发挥作拉动用，减少采空区气体排涌向工作面和的上隅角。通过分段砌筑封闭墙，在封闭墙中铺设管路进行瓦斯抽采，抽采管路为240mm的铁管，抽采流量为91 m3/min，封闭墙间距为110m。封闭墙的组成由砌筑两道墙体，并在其内部充填黄泥，墙体厚度800mm，墙与墙之间的距离不小于4m，这样可以很好地起到密闭和防爆的作用。每个封闭墙内铺设两道管路，在新的封闭墙砌筑充填完成时，根据瓦斯抽采量适时关闭里段抽采阀门，保障了高抽巷瓦斯抽采的连续性。 2.4 瓦斯流管理服务器设计 在瓦斯监控设计中，瓦斯流管理服务器无疑是IP瓦斯监控系统的精神内容。建立瓦斯流管理服务端口，不但可支持瓦斯管理系统同时被多名用户访问，而且还很好地解决了前端瓦斯受网络带宽限制的问题，从而保证了各部门及领导可以直接通过桌面计算机对瓦斯监控系统进行访问，随时可浏览监控现场图像和瓦斯。服务器端拥有通过查询数据库，进而实现对煤炭安全生产信息化的作用，可以为计算机提供很多实用服务。瓦斯流管理服务器与空间数据库建立连接，可提供大量查询服务，例如属性查询服务、矢量和栅格地图服务等。在网络瓦斯监控系统组成部分中瓦斯流管理缓存服务器模块是相当重要的，服务器端缓存模块主要分为缓存管理组件和索引管理组件。两部分组件分工合作，缓存管理组件是根据索引分析所得出的结果，在缓存中处理请求数据然后向客户端发送，或者利用数据库中已存数据，而索引管理组件先索引分析客户端请求，制作出瓦片空间待处理数据列表。若能发展好缓存数据的利用，数据库交互即可免去，同时数据的响应速度也会大大提高。总的来说，瓦斯流管理服务端为煤矿的安全生产提供了有效的图像监视选择和瓦斯存储的功能，可以彻底实现用户权限管理、自动报警与生产安全建议。 2.5 KJ95安全监控系统 KJ95煤矿综合监控系统是由煤科总院常州自动化研究所开发的。该系统通过井下通信和工业电视监视设备，对煤矿井下作业进行全程生产监控。这一过程中的工业电视监视和井下通信不但可以任意搭配组合，还可以单独利用，能够很好地满足不同条件的矿井需求。在KJ95综合监控系统配置框架中，监测系统与通信系统两者之间相互独立，主线采用光纤为材料，以确保通信系统所发出的语音信号和监测系统采集到的数据可以同时被地面的电端机所接收，为方便光纤传输，光端机会将混合后的电信号转变成光信号，再通过矿井下的光端机把光信号转换成电信号传送至井下工作面，最终将数据和语音彻底分开。通过井下的电端机RS232口可以将数据信号传送到矿井下的传输接口，然后由传输接口将之输出带到各个分站。通过分线盒可以把语音信号分送到各个话机，这一系列过程中语音信号与监测数据都是双向传递的。 3 实现效果 计算机网络瓦斯监控技术应用到煤矿安全生产来，根据所监控出来的瓦斯数据，对煤矿生产过程实施自发监控，并且数据处理敏捷准确，而且它可以直接对煤矿生产中必要的地物进行自动标注，并将标注数据存储到数据库中，避免不必要的人为抄写错误。最后在监控成果表输出以后，表格格式规范、信息完整，并能直接进行打印实现了导线点计算、展点、制表一体化。系统界面可视化、操作性强，监控人员不必进行专门的学习或培训，操作使用十分简便。通过面板中输出的原始瓦斯监控画面，可以切实地反映煤矿生产的真实状况，它对煤矿监控系统全过程进行瓦斯拍摄，在瓦斯监控工作开展前掌握了煤矿各节点在实际结构中的相对位置及相互关系，很简单地就可以完成固定环境轮廓的拍摄，提高了煤矿安全生产监控的工作效率。计算机网络瓦斯监控管理不但简单迅速，而且通过数据维护自动更新、表格目录与导线名称检索等方法实施管理，煤矿安全生产监控的效率明显获得了提高。 4 结论 煤矿瓦斯监测系统建设涉及到煤矿生产工作的数百个指标，需要调用大量的数据和信息，并要综合平衡煤矿生产同劳动力之间、供求需要同可开采煤矿之间、煤矿企业自身效益同社会效益之间的各种关系，要求很高，业务性和技术性很强，煤矿煤矿瓦斯监测系统建设过程实际上是一个多目标动态决策过程。因此，顺应技术进步的潮流，以计算机网络技术为手段，辅助设计煤矿瓦斯监测系统，实现计算机对煤矿安全生产管理是非常必要的。 煤矿监测系统论文:基于物联网及云计算平台的煤矿产区白龟山水库水环境监测系统研究 [摘 要] 应用物联网技术对平顶山煤矿产区白龟山水库水环境指标进行远程自动、实时监测，搭建相应的云计算平台，实现海量监测数据的及时有效处理及数据共享，为实现白龟山水库水资源可持续利用和用水安全提供保障。 [关键词] 物联网； 云计算平台； 水环境； 监测； 白龟山水库 水环境监测是水资源管理和安全供水的重要前提。目前，我国各主要湖泊水库的水环境监测尚未实现无人值守和动态监测，多采取监测人员留驻湖泊水库现场以人工方式采集水质数据，采集点和采样频次受到限制，获取的信息量较小，且耗费大量人力物力，另外很多水质指标还需要带回实验室进行测定，导致数据信息无法及时进行时空对比分析。即使部分湖泊水库采用较为先进的监测技术，但由于获得的时空数据量庞大，处理过程复杂度高，筹建所需的大量高性能计算服务器资金消耗巨大，很难实现水环境监测数据的及时、有效处理及合理快捷共享[1-3]。 自2009年以来，“物联网”概念频频出现在人们的视野中。物联网是指把所有物品通过射频识别、传感器等信息采集和识别设备与通信网络（如Internet、GPRS、3G网络等）连接起来，实现智能化管理和应用。日本、韩国、美国、欧洲一些国家基于物联网把新一代IT技术有效运用在生产生活中，通过物联网实现人类社会与物质世界的整合，从而提高了资源利用率和生产力水平[4-9]。物联网技术的发展也为水环境的监测提供了一个全新的方法和有效途径，但同时物物相连的必然产生大量的数据信息，若将这些信息有机的联合起来，就需要建立一个性能稳定的云计算平台，以解决物联网海量水环境监测信息的存储和处理问题。因此，将物联网技术和云计算平台结合，构建水环境监测物联网，搭建相应的云计算平台，实现水环境信息的实时动态监测和监测数据的及时有效处理及数据共享，为实现水资源可持续利用和确保用水安全提供重要依据[10-14]。 1 系统工程构建 1.1 系统体系架构 整个系统主要由水质监测传感子系统、多层次通信网络子系统、云计算平台和太阳能供电子系统构成，其体系结构如图1所示。 水质监测传感子系统的下位机软件采用中心对多点通讯方式，波特率为9600，采用心跳包实现保活机制，通讯信令采用ASCII码信令。上位机软件与数据中心之间拟通过TCP/IP协议来实现数据传输；通过对系统层Socket的封装，以及从数据链路层、网络层到应用层的集成融合通信方式，来实现用户编程接口的统一。云计算平台数据存储中心基于Oracle数据库来构建，事务处理采用并发机制和触发器机制，最后通过作业调度来实现数据的联机事务处理（On-Line Transaction Processing， OLTP）。利用Oracle DWB来建立数据仓库，提供分析型环境。所有的分析产品和用户接口（User interface， UI）均采用B/S架构来实现。系统拟采用目前比较流行的开源框架SSH（Spring、Struts、Hibernate）来搭建。 1.2 各子系统架构 ① 数据中心及采集系统 数据中心体系结构如图2所示，数据流处理包括接收处理数据流和发送数据流。 接受及处理数据流 a） 通过由水质参数传感器、滤波器、A/D转化器组成的采集系统，获得现场实时水质参数数据，并将这些数据按照采样频率传送至数据中心； b） 数据中心接收到实时数据后，进行逻辑分析，剔除脏数据，将正确的数据存储到瞬时数据库； c） 利用ETL（extract， transform and load）工具，结合企业数据库的作业/调度以及触发器等功能，利用瞬时数据库中的数据生成适合分析、统计的水质分析型数据库或者数据仓库； d） 利用数据仓库分析产品或者BI（business intelligence）报表引擎，对分析数据库或者数据仓库进行数据分析处理，生成用户需要的各种分析产品。 发送数据流 a） 用户可通过移动终端设备（比如手机、PDA等）或固定终端的水质数据查看器登录到数据中心，通过数据中心发送信令给采集系统，设定采集系统的采样周期等参数信息； b） 用户还可以通过数据中心向供电系统发送控制信息，开启或者关闭供电系统，或者对供电系统进行远程调控。 ② 多层次通信网络子系统 多层次通信网络系统架构如图3所示，采取分层混合网络体系架构，分为业务层、核心层、接入层、终端层四个层次。 ③ 供电系统 太阳能供电系统由太阳能电池组件、太阳能控制器和蓄电池（组）构成。其中，太阳能电池板是将太阳辐射能转换为电能，或送往蓄电池中存储起来，或推动负载工作，是该系统的核心组件。 太阳能控制器控制整个系统的工作状态，并起到对蓄电池过充电保护和过放电保护的作用。蓄电池作用是在有光照时将太阳能电池板所发出的电能储存起来，当遇到阴雨天气的时候或者光照不够充足的条件下，特别是采集系统发生异常时，需要大功率高负荷的实时手动采集时，通过蓄电池来释放能量。 1.3 相关算法 ① 数据ETL算法 传感器水质参数数据通过以下五个流程过程，实现提取、转化和装载，最终建立WSDW数据仓库，算法实现流程图如图4所示。 ② 分类预测算法 基于LSM模型的聚类算法，是一种无教师自动分类算法，针对待聚类的目标数据，随机选取任意一个数据作为标兵数据，其他数据作为候选数据进行聚类。该算法具有敏感度低，数据选取次序无关等良好特性，非常适合传感器数据的分析处理，本工程采用基于LSM模型的聚类算法进行水质业务数据分析。 2 系统在白龟山水库应用 白龟山水库位于淮河流域沙河干流上， 大坝位于河南省平顶山市西南郊，东经112°50′至113°15′及北纬33°40′至33°50′之间。东西长15. 5 km，南北宽4. 2 km，占地近70 km2。水库控制流域面积2 740 km2，水库多年平均降雨量900 mm， 多年平均径流量4. 23 亿m3，总库容达9. 22 亿m3，是一座以防洪为主，兼顾农业灌溉、工业和城市供水的大型综合水库[10]。同时白龟山水库也是南水北调饮水工程的重要调节库。 以白龟山水库作为实验站点，建立基于物联网（无线传感网络）技术的水环境自动监测与分析系统，解决白龟山水库当前人工水质参数采集存在的诸多问题，构建白龟山水库水环境监测云计算中心，实现水资源持续有效利用和确保用水安全。 2.1 云计算平台的数据采集 ① 水环境系统主控因子数据采集 湖泊水库水环境监测指标包括诸多主控因子。白龟山水库主要选取水温、PH、浊度、ORP、溶解氧、总磷、总氮等主控因子。各主控因子数据采集通过搭建无线传感器自动数据采集子系统来完成。 自动数据采集子系统包括6个无线传感器自动采集站。利用各类在线水质传感器，在白龟山水库入水口、1号监测点、2号区监测点以及白龟山水库出水口等地设立6个实验示范性无线传感器自动监测站。自动数据采集系统按照业务需要来设定数据采集频率，对监测点水质进行无人值守实时采集。利用数据采集器进行滤波、A/D转化，最终为无线传输系统提供可靠的原始信号数据。 数据采集子系统获得的信号数据为4-20mA的电流信号，将通过无线网络传送至数据中心，然后转化为实际的水质参数数据，不同参数转化算法不同。转化后的水质参数数据，为准确地掌握水质状况和动态变化趋势提供基础数据，将持久存储在数据中心。 ② 视频数据采集 为现场设备、水域环境及生物活动提供视频采集功能，并通过无线方式按照定频和手动采集方式发回数据中心。依此实现对各个采样点非法入侵、设备破坏、特种保护动物活动提供实时监控。 2.2 云计算平台的数据传输 数据传输子系统用于将获得的实时信号数据传送至数据中心以便对此数据进行转化、分析、处理和存储。数据传输子系统包括传输控制节点、通信网络及数据中心。 传输控制节点负责接收数据采集器获得原数据，并通过RS485网络，将获得的实时水质参数信号数据传送到GPRS无线混合通讯系统，经由GPRS以及3G无线网络传送到有固定IP地址的数据中心。通讯传输采用“中心对多点”的TCP模式，实现数据的可靠透明传输。各传输控制节点间也可相互通信，与有固定IP的数据中心超级节点之间形成多层重叠混合网络，从而实现数据中心对整个无线传感器网络的管理。各用户终端设备通过该子系统完成登入、退出及异常处理，建立稳定网络，为传输信号数据和控制信令建立双向数据传输通道和通讯链路。 2.3 云计算平台的数据处理中心 数据中心是整个云计算平台服务体系的核心，其主要功能是对数据的计算和存储。通过数据中心，一方面，实现水质数字信号信息的接受、分析处理、预警及存储，另一方面，还可以通过远程无线控制进行随机监控和采样周期设定及视频监控等工作。 2.4 云计算平台的实时监控预警 实时监控预警子系统提供监控和预警两项功能。监控模块主要完成两个方面的工作：一方面，提供实时数据的查看，在线分析和报表下载功能；另一方面，对无线视频采集系统获得的现场图像进行分析、比对，对异常现场状况采取措施；预警模块也主要完成两方面工作：一方面，当数据中心发现异常数字信号后，传送异常类别给实时监控预警子系统，该系统完成对实时数字信号的预警处理任务；另一方，为授权用户和决策人员提供自动预警处理结果。 2.5 野外太阳能供电系统 由于无法通过交流电对白龟山水库水质监测系统供电，因此必须选择适合当地环境的可靠的供电方案来解决此问题。根据白龟山水库的气候特点，本着绿色、节能、环保和低碳的原则，采用太阳能供电系统作为供电方案。 3 结语 应用物联网技术构建的监测系统实现了白龟山水库水环境指标的实时动态监测，云计算平台对监测信息进行及时快捷有效地处理并能实现信息共享，为加强水资源管理和提高用水安全提供了有力保障。 煤矿监测系统论文:基于无线传感器网络的煤矿监测系统设计 [摘 要] 煤矿安全已经成为社会非常重视和关注的问题。针对当前基于有线网络和固定传感器技术的监测系统存在监测盲区的问题，设计了一套基于Zigbee技术的无线传感器网络煤矿监测系统方案。分析了煤矿监测系统的结构，对系统的无线传感器网络部分进行了详细设计，包括硬件设计和软件设计。系统对预防煤炭安全事故有着重要的意义。 [关键词] 煤矿安全； 监测系统； 无线传感器网络； Zigbee协议； 节点 引言 我国煤矿开采方式只要是以矿工开采为主，多数矿井都有瓦斯、煤尘、火灾等隐患。我国煤矿生产形势一直十分严峻，煤矿频繁发生事故，给国家和人民都造成了巨大的损失。安全问题一直困扰着我国煤矿生产，是制约我国煤矿行业发展的主要障碍。但是目前我国使用的安全监测系统主要还是以现场总线为主，通过有线方式进行信息数据的采集和传输，这在矿井特殊环境下存在许多的弊端。如井下监测点数量有限，存在监控盲区；随着挖掘的深入，传感器无法实现快速跟进；一旦网络发生故障，系统就会瘫痪等。 无线传感器网络的网络自组织、结构灵活、以数据为中心的特点很适合矿井环境安全监测的应用，无线通信技术ZigBee的低功耗、低成本、覆盖范围大、高可靠性等都符合系统的要求，很好的解决了上述的弊端。本文设计的煤矿安全监控系统，是通过无线传感器网络实现对煤矿监控区域瓦斯浓度和温湿度等信号的采集测量，同时将所采集的信息在地面控制中心 PC 机上实时地显示出来，对煤矿井下环境数据进行全方位实时监测和智能预警，对煤矿的安全生产具有重大的意义。 1 总体结构 整个系统分为井上及井下两大部分，由协调器、终端节点、路由节点、监控计算机和监控中心管理系统组成。在主巷道的入口处架设协调器，在煤矿井下主巷道和采掘工作面中每隔几十米布设一个路由节点，矿井工作人员佩戴移动的终端节点，每个采掘区形成一个无线传感器网络，它通过协调器采用总线与地面监控计算机相连。其中协调器、终端节点、路由节点构成基于zigbee的无线传感器网络，三种节点相互配合，共同完成对瓦斯浓度、温湿度数据的采集、传输和对网络的管理。系统的总体结构如图1所示。 系统井下部分为路由节点和终端节点构成的ZigBee网络。终端节点上使用瓦斯传感器、温湿度传感器等对井下环境数据进行采集，并通过路由节点的转发送给井上协调器节点。协调器节点与监控计算机通过串行接口将数据传给监控计算机。监控计算机收集数据信息，对数据进行实时监测，并能够通过以太网或Internet将数据传送给监控中心。 2 节点硬件设计 协调器节点、路由节点和终端节点采用相同的硬件设计。考虑到系统具有低功耗和可靠性高等要求， PIC18F4620单片机具有低功耗、性能稳定的特点；CC2420射频芯片只需简单外围电路设计，且支持ZigBee协议。传感器节点采用PIC18F4620单片机和CC2420射频芯片。节点的硬件结构如图2所示。 节点硬件平台以PIC18F4620单片机和CC2420射频芯片为核心，在单片机上扩展出SPI接口与CC2420进行连接，它们之间采用主从模式进行通信，同时还在外围扩展了RS232和RS485接口电路。针对影响矿井安全环境的因素，系统采用瓦斯传感器和温湿度传感器对矿井环境相关数据信息进行采集，传感器采集的数据经过信号放大、A/D转换等处理后传输给控制器。然后节点利用CC2420射频收发器将数据发送给中心节点，当数据值超标，产生安全隐患时启动报警装置发出警报。瓦斯传感器采用LXK-3，可以实现瓦斯浓度4%以内的检测，且当持续半分钟检测到瓦斯浓度高于1%时，蜂鸣器发出报警信号。温湿度传感器采用SHT11，根据煤矿的温湿度参数自动对瓦斯传感器校零，从而提高瓦斯浓度报警器的准确性。节点采用9V电池供电，通过稳压器将电压输出转换为系统可用电压。 3 软件开发环境 MPLAB IDE是Microchip公司用于PIC 系列单片机的基于Windows 操作系统的集成开发环境，采用汇编语言或C语言使用内置编辑器创建和编辑源代码。MPLAB ICD 2 在线调试器实时调试可执行逻辑，使用 MPLAB ICD 2 器件编程器向单片机中烧写。 ZigBee协议栈由Microchip协议栈的3.5版本来实现。Microchip协议栈的3.5版本能够在大多数PIC18系列的单片机上进行移植，并支持各种ZigBee网络拓扑结构，能够实现全功能设备和精简功能设备的功能。 4 节点程序设计 在本系统中，节点设备的功能不同。传感器终端节点的主要功能是通过瓦斯传感器和温湿度传感器对矿井环境相关数据信息进行采集，并将数据发送给协调器节点；路由器节点的应用层程序主要功能是网络路由的维护、节点的管理和数据的传输等；协调器节点的任务是创建整个网络，并将从传感器节点传输来的数据通过串口传输给监控计算机，同时将控制命令发送给网络中的节点。传感器终端节点、路由器节点和协调器节点均有各自的应用层程序文件：RFD.c、 Router.c、Coordinator.c，这三个文件分别是终端节点、路由器节点和协调器节点的应用程序，分别实现了各自的功能。 终端节点、路由器节点和协调器节点三种节点的应用程序都是通过调用原语，通过改变原语的状态使ZigBee协议栈的各子层实现相应的操作来实现的。在程序的初始阶段都要先对看门狗、硬件、协议栈及其它部分进行初始化操作。节点初始化后，协调器节点建立并维护网络，路由器节点和终端节点在建好网络后加入网络，负责各自在网络中的任务。 4.1 协调器节点程序设计 协调器节点作为网络的中心节点，是无线传感器网络和监控计算机的联系纽带。它一方面要创建网络，对网络地址进行分配，并维护网络状态；另一方面要在收到数据请求时从终端设备节点读取数据信息，并将这些数据传送给监控计算机。在协调器节点开始运行后，要先对PIC18F4620单片机和CC2420芯片进行初始化操作，然后创建网络并对网络进行监听，将接收到的数据发送给监控计算机。节点的程序流程图如图3所示。 4.2 路由节点程序设计 终端节点和协调器节点之间可能因为距离等问题无法直接进行数据的传输，路由节点的功能主要是帮助协调器节点建立完整的网络，管理其覆盖范围内的传感器终端节点，对网络中传输的数据信息进行转发，类似于一个网络中继站。当协调器节点创建网络以后，路由节点要搜索并加入网络，然后管理其覆盖区域的传感器终端节点加入或离开网络。该节点的流程图如图4所示。 4.3 终端节点程序设计 系统的终端节点实现的功能是利用节点上的传感器对环境对象的数据进行感知和采集，对采集的数据进行一定的处理，然后通过CC2420射频芯片将数据通过网络发送给协调器节点。终端节点在收到协调器节点的数据请求命令后才会进行相关数据的采集和发送，在没有数据请求的时候处于休眠状态，以减少能量消耗。终端节点的软件流程图如图5所示。 5 结束语 将无线传感器网络应用到煤矿安全监测中，可随意增加移除监测节点，方便网络扩展，弥补了煤矿目前的煤矿生产安全监控系统的不足，具有重要的现实意义。 随着无线传感器网络和煤矿监控技术的发展，成本的不断下降和体积的进一步减小，无线传感器网络在煤矿安全监控系统中的大规模应用会很快实现，未来的煤矿安全监控系统会更智能、更完善、更稳定。 煤矿监测系统论文:KJ581型钢丝绳芯胶带在线监测系统在彭庄煤矿的应用 摘要：针对矿用胶带钢丝绳芯的漏磁在线检测及X光成像技术的应用与研究，将检测、成像及诊断系统的结合一体，完成对胶带内钢丝绳芯锈蚀、断绳、接头抽动、移位、镀锌层老化等工况的高速、在线、电磁检测及精确定位。对重点隐患部位进行重点检查，及时发现隐患，实现对钢丝绳芯胶带的在线监测，保证设备安全运转。 一、前言 强力胶带机由于运输能力大，运输距离长，所以广泛应用于我国矿山等行业。但是由于强力胶带机运距长、负荷大、设备老化等问题，造成皮带接头易损、带身钢丝绳断裂，设备安全运转存在重大隐患。如果发生事故，不但会造成重大的财产损失，而且造成更为严重的人员伤亡事故。 彭庄煤矿矿现有钢丝绳胶带机2部，在设备运行中发现胶带接头的完好情况是整个胶带机安全运行的基础，现在皮带硫化接头的检查只凭肉眼观测，对接头的硫化仅凭经验，虽然在管理中要求司机在班中严格按规定巡检，但难免监测不到位，因此极不科学，很容易出现断带事故。 目前国内有钢丝绳芯探伤仪，存在着只能以“心电图”形式的记录，不能自动判断，需专业人员才能看懂，不便快速有效的发现胶带在运行中存在的隐患。通过钢丝绳芯皮带电磁在线检测及X光成像技术的应用研究，将检测、成像及诊断结合起来，对重点隐患部位进行重点检查检修，及时排除隐患，保证设备安全运转，为矿井的安全生产打下基础。 二、综合在线监测装置的工作原理及组成 1、工作原理： 首先，通过永久磁场对胶带钢丝绳芯进行充磁，当系统工作时，通过对胶带内钢丝绳芯磁通量的变化情况实现对胶带内钢丝绳芯的锈蚀、断绳、接头抽动、移位、镀锌层老化等工况实行高速、在线、电磁检测。当某处损伤超标或接头抽动超标时再启动 X射线部分进行低速在线或定点透视，从而使用户能更清楚、直观地看到损伤点或接头的透视图像，以便采取进一步的合理修复手段，防范隐患扩大或事故发生。 2、系统的组成： 电磁传感器：完成对输送带内钢丝绳芯的加磁及漏磁信号的拾取与检测； X 光机系统：X光发射、接收装置、皮带定位装置，完成机架内皮带定位及其透视图像的实时采集； 下位计算机：完成对磁信号及视频图像的接收、预处理、打包、发送以及电源的提供； 上位计算机：完成对信号的接收、校验、后处理、存储与实时显示和报表打印。 3、系统的功能： ⑴完成输送带内钢丝绳芯锈蚀、断绳、接头抽动、移位、镀锌层老化等工况的高速、在线、电磁检测及精确定位； ⑵完成输送带内钢绳芯损伤点或接头的 X 射线低速在线或定点透视；⑶检测数据及扫描图像可通过日期、接头号、位置等选项进行查询、观看和比对、分析；⑷系统最终出具检测数据、曲线图、文字报告，并具超限报警功能；⑸实现各检测值的长时间存储及报表打印；⑹系统可通过光纤远距离传输并可进入用户局域网实现数据共享；⑺对输送带进行辅助定位,并进行声音提示。 4、系统的特点： ⑴磁传感器形式：数字式、密集型、单箱式传感器；⑵磁传感器维护：无传感器调节窗口、温度自适应、彻底免维护、免调试；⑶系统模块化的多层单片机结构，使系统运行更快、更稳定、更容易实现更新换代；⑷面对用户的人性化、模块化、傻瓜型的软件设计，使用户无需懂太多计算机知识的人也可以轻松使用该系统；⑸系统可进入用户的局域网，实现数据共享；⑹可大大降低工人的劳动强度，改善其劳动工作条件，缩短检测时间；⑺人可以远距离进行X光透视,免辐射。 三、设备的安装与调试 1、磁传感器的安装： 传感器安装位置遵循以下原则：输送带抖动最小、要尽量远离强磁场、不易受砸、安装维护方便、信号传输距离尽量短等。 传感器应放在上皮带与底皮带之间， 首先将L 型固定板固定在输送带大梁上，套上U型螺丝，用螺母拧紧；再用直杆螺丝将传感器箱吊挂在 L 板上。传感器箱下表面距离底皮带上表面的高度调节为60mm+5mm，最后用螺母拧紧即可。 安装注意事项： ⑴传感器箱应安装在皮带抖动小的地方（最好安装在机头附近，靠近托辊的位置，但为了避免测试误差，请不要装在托辊正上方）；⑵用螺母固定传感器箱时，应加装弹垫,切记拧紧，防止长期震动导致螺母松动。 2、X光系统各部分的安装(仅限综合系统)： 现场安装期间，发现该装置的固定装置，不牢靠及X光机安装位置在上下胶带之间，要求上胶带胶带下平面与胶带机纵梁上平面之间有不低于300的间距，我们对机架的固定方式及托辊架进行了改造。 原有X光机架为落地式，它要求安装地点的底板必须与胶带平行方可安装，由于井下地理条件的不同及底板的起伏不平，造成机架安装后，X光机纵向移动架与胶带机纵梁交叉，影响机架前后移动距离。我们在与厂家技术人员研究后，提出将机架改造为吊挂式使用，具体方法如下： ⑴在机架前后两端，加工四根等距吊架，将X光机机架整体吊挂在胶带机纵梁上；⑵再在机架前后两端，加工四根拉杆，将机架与胶带机前后H架固定在一起；⑶原有胶带机上托架为插板式，托辊上沿只比纵梁高出60，我们在不停产的前提下将托辊架改造为固定式，且逐渐提高托辊安装高度，使胶带在通过监测装置处形成桥型段，既满足了监测装置的安装要求，又保证了矿井生产的正常进行。 四、使用的注意事项 1、硬件设备： ⑴传感器箱在运输安装时，应避免强烈的震动或碰撞；⑵操作该系统时，操作者必须经过计算机操作培训,并严格按照该使用说明书进行操作；⑶应定期检查传感器箱固定螺丝是否松动；⑷每次使用本产品时，应先进行设备自检，如果发现有设备损坏应及时修理或与厂家联系⑸X光机启动时,请勿在机架附近长时逗留。 2、软件使用： 禁止拷贝与该系统无关软件到本计算机，防止病毒侵入影响，使用 U盘或移动硬盘时先进行杀毒再使用。 禁止删除系统软件中的任何文件，防止软件无法正常运行。 五、常见问题及解答 1、实时监测过程中或处理数据过程中，计算机经常出现死机，不能正常运行： ⑴检查计算机所在室温是否高于35℃或低于 0℃，若是应降低或升高室温；⑵若室温条件满足，故障仍未排除，请检查计算机是否有病毒并用正版杀毒软件进行查杀病毒。 2、报表及图形数据打印，颜色太浅，无法看清。 更换色带、墨盒、硒鼓。 3、计算机自检时显示下位机连接不上： ⑴下位机电源是否已经打开；⑵USB 转光纤模块是否按操作规程（先启动工控机,待启动完毕,再按住 USB 转光纤模块按钮 3 秒）,如果不是,请按规定操作,便可正常连接下位机；⑶光纤是否折断(用激光笔从一侧照光纤,另一侧可见到光,即为完好)，若折断则需更换；⑷下位机通讯板损坏，需更换；⑸USB转光纤模块损坏,需更换。 六、结语 通过对彭庄矿井下主上仓皮带安装KJ581型钢丝绳芯胶带在线监测系统之后，通过该系统的投入使用，完成对胶带内钢丝绳芯锈蚀、断绳、接头抽动、移位、镀锌层老化等工况的高速、在线、电磁检测及精确定位。提高了胶带使用的安全性和可靠性，并针对胶带的重点隐患部位进行重点检查，及时发现隐患，实现对钢丝绳芯胶带的在线监测，保证设备安全运转，为矿井的安全生产奠定了基础。

机电技术应用论文:浅析煤矿机电管理技术的应用及管理 摘要：煤炭是我国重要的能源，煤炭工业的大力发展，在我国的国民经济建设发展中占居重要的地位。采用机电一体化产品的煤矿，能够获得可观的技术、经济和社会效益。随着现代化设备的不断投入使用，对机电管理人员的业务素质也提出了新的要求，只有熟识电气设备的功能，才会更好的完成本职工作。因而，近年来各级煤矿企业领导都十分重视机电一体化技术在煤炭生产中的应用与推广。本文对煤矿机电一体化技术的应用进行研究。 关键词：机电管理人员；煤矿机电一体化产品；煤炭生产 我国电气自动化的应用使采煤的过程更加人性化，综采工作面装备远程监控及专家诊断系统的可靠性是国产采煤机研究的主要内容。该系统能够实现综采装备液压支架和采煤机的远程监控，使采煤机根据煤层的变化实现自动割煤、煤层的软硬自动调节采煤速度，检验并完善动态监测综采支架液压系统压力和各受力点的状态，自动调节支架推移输送机的拉移等，使综合机械化水平上一个新的台阶。 煤矿机电一体化技术矿井运输提升产品的应用在煤矿生产中，因为现代化煤矿发展的需要，对煤矿机械化采煤提出更高的要求，因此随之对井下、井上的运输和提升系统的要求也就越来越高。如今，对于国外一些采煤技术比较先进的国家，煤矿井下大巷的运输系统大多是采用带式运输机，他们基本上是采用直流式交流变频装置驱动方式，主要以电力电子器件为核心。 1 机电一体化 机电一体化是集机械技术、微电子技术、光学技术、自动控制技术、计算机技术、信息技术、接口技术、软件编程技术等多学科的交叉综合，它的发展和进步依赖并促进了相关技术的发展和进步。我国在20世纪80年代成立机电一体化领导小组，并将该技术列为“863”计划。机电一体化正朝着智能化、网络化、微型化、柔软性化、系统化发展，它的发展对煤炭系统产生了很大的冲击，采用机电一体化产品将大大改善煤矿生产的劳动强度、工作环境及安全系数，同时在降低能耗、保证安全生产方面也实现了特定的价值。它可不必更换设备，而对产品结构和生产过程进行必要的调整、改革，对传统的机械工业注入新鲜的血液，实现文明生产。 2 煤矿机电一体化产品 煤矿机电一体化产品已在许多煤矿得到广泛应用。国产的以计算机为核心的电牵引采煤机、全数字直流提升机已占领国内市场，我国已能生产用计算机监控的掘进机、胶带运输机、矿井供电设备等。另外煤矿安全生产监控系统、胶带机集中控制系统、矿井生产过程自动控制和信息化管理、图像监视井下关键设备和主要工作地点、调度室的装备实现数字化、计算机网络管理系统在生产调度、财务、人力资源、设备、销售及办公自动化都得到了普遍应用。煤矿机电一体化产品实现了设备的自动化、智能化、信息化等等，为煤矿生产实现高安全、高可靠、高效率和高效益提供了保障。 3改进煤矿机电管理的办法 3.1重视管理，提高机电管理水平 重视机电管理，首先是矿井领导人重视机电管理，这是加强机电管理的关键。机电管理人员要经常向矿领导汇报机电工作，多提工作建议，以获得领导的支持。 3.2因矿制宜建立机电管理机构，授予职权，统一管理 矿井机电管理机构体系不论采取哪处形式，都必须授予机电部门职权，实行统一管理。一般机电部门要具有以下职权，即：制定机电管理规章制度权；编制部署机电工作计划权；设备配件分配权；制止违章作业权；追查机电事故权；检查评比考核奖罚权；机电业务骨干调整调动工作监督权。 3.3加强机电标准化管理，建立健全标准化管理组织，提高全体机电人员的质量标准化意识，按标准化要求开展机电工作。 机电标准化是确保矿井机电安全生产的基础，地方煤矿应逐步完善机电标准化工作，成立标准化领导小组，制定标准化建设奋斗目标及具体措施、完成时间。实行“三抓”，即面上抓质量升级，线上抓达标头面、机道、机房，点上抓薄弱环节。建立机电标准化奖罚制度，开展机电标准化竞赛活动，树立标准化样板机电区队、机房硐室、机道，推动机电标准化工作的全面开展。 3.4扎实地做好设备综合管理工作 设备管理的基本任务是掌握设备动态，建立、保管设备档案，办理设备调拨转移手续，掌握设备技术性能状态，编制审查设备购置、更新、改造、修理、配件计划，掌握大修资金的使用，对设备实行全过程的管理。各矿应建立设备综合管理体系，完善设备综合管理制度，配齐设备管理人员，实行流程化管理，扎实地做好设备综合管理工作，确保设备管理制度化、正常化、规范化。 3.5认真落实规章制度 规章制度是机电业务活动的准则，是做好机电工作的纪律保证，应建立健全。当前，规章制度执行不利是突出的问题，特别是操作、维修、综合平衡、质量验收、现场管理等制度的执行方面尤为突出。矿井机电管理的主要工作对象是设备，落实规章制度也必须以管好、用好、修好设备为主要工作内容。目前急需重点落实的规章制度是：机电管理人员责任制度；设备使用操作规程；设备维护保养、检查、维修、质量验收制度；机电事故管理、设备现场管理、技术管理、综合平衡、班组经济核算等制度。 4 对我国煤矿机电一体化技术的思考 在 20世纪，我国煤矿机电一体化技术(产品)取得了较大的发展，机电一体化技术应用到了煤矿每个环节，但相对国外先进煤矿还是比较落后的。因此，要让我国煤矿机电一体化技术达到世界先进技术水平，必须掌握信息时代机电一体化技术的特点和相关技术发展的动态。 应提高我国煤矿机电一体化产品的规范化、标准化、系列化和通用化的程度；以计算机为机电一体化的核心装置，因为计算机运算和存贮能力非常强，且体积和功耗小，更加适合于工作空间狭小的煤矿机电一体化产品，在设计煤矿机电一体化产品时，应尽可能的选用功能强大的嵌入式计算机，从而保证工作性能更可靠；对于新开发的煤矿机电一体化产品应具有通信功能，同时，要选用很好的开放性和高可靠性的通信模块，方便与控制网络进行连接通信控制；煤矿机电一体化产品需要达到智能化发展水平，能判断机电设备和周围环境的状态，使设备能自动适应环境并以最优的状态工作，同时能快速地对所采集的参数进行分析，从而对故障进行诊断，再根据这些诊断结果对以后工作过程中的故障进行预测；要对矿用传感器进行深入研究和开发，提高矿用传感器的可靠性和使用寿命，同时考虑传感器的数字化、集成化、智能化和多维化，使矿用传感器在比较恶劣的工作环境下进行信号的测量，并保证其测量准确度，并具有自校正、自诊断、状态识别和自我调节等功能；要关注国内外高新技术的发展，将那些适于煤矿井下工作环境的高新技术用于煤矿机电一体化产品，从而提高煤矿现代化，达到煤矿自动化生产。 5 结束语 煤矿机电一体化技术是煤矿综合自动化的发展基础，更是煤矿企业信息化建设的重要支撑技术，煤矿机电一体化技术在采、掘、运、装备等方面的应用和推广，大力地推动我国煤矿综合生产力，同时，为实现安全、高效、洁净、结构优化的现代化、高科技煤炭工业生产打下了坚实的基础。 机电技术应用论文:机电应用中的检测技术分析 作者:刘成良;战丽红;周恩才 摘要:高等职业教育工学结合的中机电一体化专业的前端检测技术学习与分析，实现了学生的高素质技能型人才培养和教师的实践学习。 关键词:机电一体化;传感检测;传感器;机器视觉 高等职业教育作为高等教育发展中的一个类型，肩负着培养面向生产、建设、服务和管理第一线需要的高技能人才的使命，《国务院关于大力发展职业教育的决定》的2006年16号精神，要求以科学发展观为指导，促进高等职业教育健康发展，改革教学方法和手段，融“教、学、做”为一体，强化学生能力的培养，教学过程实践性、开放性和职业性，突出实验、实训、实习三个关键环节，加强学生的生产实习和社会实践及校内生产性实训基地建设的校企组合新模式等，提高学生的实际动手能力。 我院的机电一体化专业通过和周边区域、企业工学结合、顶岗实习，走产学结合发展道路，使学生、教师的实际能力获得了极大巩固和提高，为社会主义现代化建设培养千百万高素质技能型专门人才。 一、机电一体化 机电一体化又称机械电子学，英语称为mechatronics，它是由英文机械学mechanics的前半部分与电子学electronics的后半部分组合而成。现在的机电一体化技术，是机械和微电子技术紧密集合的一门技术，它的发展使冷冰冰的机器有了人性化，智能化。 机电一体化具体包括以下内容：机械技术、计算机与信息技术、系统技术、自动控制技术、传感检测技术。 机电一体化主要课程机械方面有机械制图，机械设计，金属工艺学，数控编程技术，autocad；电工方面有可编程控制器plc，单片机，自动控制原理，电工电子。实习课程：电力拖动，plc，单片机，钳工，普通车、铣、刨床，数控车、铣，加工中心。 主要就业岗位：机电一体化设备的安装、调试、维修、销售及管理；普通机床的数控化改装等。次要就业岗位：机电一体化产品的设计、生产、改造、技术服务等。 二、传感检测技术 传感检测技术是系统的感受器官，是实现自动控制、自动调节的关键环节。其功能越强，系统的自动化程序就越高。现代工程要求传感器能快速、精确地获取信息并能经受严酷环境的考验，它是机电一体化系统达到高水平的保证。 检测传感部分包括各种传感器及其信号检测电路，其作用就是检测机电一体化系统工作过程中本身和外界环境有关参量的变化，并将信息传递给电子控制单元，电子控制单元根据检查到的信息向执行器发出相应的控制。 国家标准gb7665-87对传感器下的定义是：“能感受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用信号的器件或装置，通常由敏感元件和转换元件组成”。传感器是一种检测装置，能感受到被测量的信息，并能将检测感受到的信息，按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。它是实现自动检测和自动控制的首要环节。 可以用不同的观点对传感器进行分类： 按传感器的物理量分类，可分为位移、力、速度、温度、流量、气体成份等传感器。 按传感器工作原理分类，可分为电阻、电容、电感、电压、霍尔、光电、光栅、热电偶等传感器。 电阻式传感器是将被测量，如位移、形变、力、加速度、湿度、温度等这些物理量转换式成电阻值这样的一种器件。主要有电阻应变式、压阻式、热电阻、热敏、气敏、湿敏等电阻式传感器件。 电阻应变式传感器。传感器中的电阻应变片具有金属的应变效应，电阻应变片主要有金属和半导体两类，金属应变片有金属丝式、箔式、薄膜式之分。半导体应变片具有灵敏度高（通常是丝式、箔式的几十倍）、横向效应小等优点。 压阻式传感器。压阻式传感器是根据半导体材料的压阻效应在半导体材料的基片上经扩散电阻而制成的器件。其基片可直接作为测量传感元件，扩散电阻在基片内接成电桥形式。用作压阻式传感器的基片（或称膜片）材料主要为硅片和锗片，硅片为敏感材料而制成的硅压阻传感器越来越受到人们的重视，尤其是以测量压力和速度的固态压阻式传感器应用最为普遍。 热电阻传感器。热电阻传感器主要是利用电阻值随温度变化而变化这一特性来测量温度及与温度有关的参数。在温度检测精度要求比较高的场合，这种传感器比较适用。目前较为广泛的热电阻材料为铂、铜、镍等，它们具有电阻温度系数大、线性好、性能稳定、使用温度范围宽、加工容易等特点。用于测量-200℃～+500℃范围内的温度。 按传感器输出信号的性质分类，可分为：输出为开关量的开关型传感器；输出为模拟量的模拟型传感器；输出为脉冲或代码的数字型传感器。 按传感器材料分类：可分为金属、聚合物、陶瓷、混合物传感器。 按传感器制造工艺分类：可分为集成传感器、薄膜传感器、厚膜传感器、陶瓷传感器。 集成传感器是用标准的生产硅基半导体集成电路的工艺技术制造的。通常还将用于初步处理被测信号的部分电路也集成在同一芯片上。? 薄膜传感器是通过沉积在介质衬底(基板)上的，相应敏感材料的薄膜形成的。使用混合工艺时，同样可将部分电路制造在此基板上。? 厚膜传感器是利用相应材料的浆料，涂覆在陶瓷基片上制成的，基片通常是al2o3制成的，然后进行热处理，使厚膜成形。 陶瓷传感器采用标准的陶瓷工艺或其某种变种工艺(溶胶-凝胶等)生产。? 完成适当的预备性操作之后，已成形的元件在高温中进行烧结。厚膜和陶瓷传感器这二种工艺之间有许多共同特性，在某些方面，可以认为厚膜工艺是陶瓷工艺的一种变型。? 每种工艺技术都有自己的优点和不足。由于研究、开发和生产所需的资本投入较低，以及传感器参数的高稳定性等原因，采用陶瓷和厚膜传感器比较合理。 三、机器视觉技术 采用机器代替人眼来做测量和判断的“机器视觉”，第一步靠的就是传感器技术。 机器视觉系统是通过图像摄取装置把图像抓取到，然后将该图像传送到处理单元，再通过数字化处理，根据像素分布和亮度、颜色等信息，来进行尺寸、形状、颜色等的判别。进而根据判别的结果来控制现场的设备动作。 机器视觉技术日臻成熟，在现代加工制造业中，广泛应用于食品和饮料、化妆品、制药、建材和化工、金属加工、电子制造、包装、汽车制造等行业。在现代自动化生产过程中，广泛地用于工况监视、成品检验和质量控制等领域。机器视觉系统能提高生产的柔性和自动化程度，提高了生产效率和生产的自动化程度，机器视觉易于实现信息集成，是实现计算机集成制造的基础技术。 四、机器视觉工业检测系统类型 机器视觉工业检测系统从检测性质和应用范围而言，分为定量和定性检测两大类，每类又分为不同的子类。机器视觉在工业在线检测的各个应用领域十分活跃，如：印刷电路板的视觉检查、钢板表面的自动探伤、大型工件平行度和垂直度测量、容器容积或杂质检测、机械零件的自动识别分类和几何尺寸测量等。此外，在许多其它方法难以检测的场合，利用机器视觉系统可以有效地实现。机器视觉的应用正越来越多地代替人去完成许多工作，这无疑在很大程度上提高了生产自动化水平和检测系统的智能水平。 用微波作为信号源，根据微波发生器发出不同波涛率的方波，测量金属表面的裂纹，微波的波的频率越高，可测的裂纹越狭小。 自动光学检测 (aoi) 指的是通过在受控照明条件下使检测目标（如 pcb 的一部分）成像进行的目标检测。 在aoi 系统中，捕获和重建3-d 形状的能力是非常必要的。3-d aoi从检测图像中可以萃取出不同类型的信息。其表面颜色一直被成功用于检查零部件情况，对于焊点检测，精确确定焊点质量，形状信息比颜色信息更有用。 高等职业教育坚持育人为本，德育为先，立德树人的根本任务，培养学生的社会适应性，教育学生树立终身学习理念，提高学习能力，学会交流沟通和团队协作，提高学生的实践能力、创造能力、就业能力和创业能力，培养德智体美全面发展的社会主义建设者和接班人。 重视学生的职业道德教育和法制教育，重视培养学生的诚信品质、敬业精神和责任意识、遵纪守法意识，培养出一批高素质的技能性人才。 机电技术应用论文:试探机电一体化技术的应用 摘要：随着 科学 技术日益走向整体化、交叉化和数字化以及微 电子 技术信息技术的迅速 发展 ，机电一体化技术的应用也越来越广泛。本文对机电一体化技术的应用进行阐述，并对其发展进行探究。 关键词：机电一体化 应用 发展 0 引言 机电一体化发展至今也已成为一门有着自身体系的新型学科，随着相关技术的不断发展，其内容将不断更新。但其基本特征可概括为:机电一体化是从系统的观点出发，综合运用机械技术、微电子技术、自动控制技术、 计算 机技术、光学技术、电力电子技术、接口技术等群体技术，合理配置各功能单元，在多功能、高质量、高可靠性、低能耗的意义上实现特定功能价值，并使整个系统最优化的系统工程技术，它使 工业 生产由“机械电气化”迈入了“机电一体化”为特征的发展阶段。 1 机电一体化技术的应用 1.1 在 现代 机械制造业中的应用 传统机械制造业是建立在规模 经济 的基础上，靠 企业 规模、生产批量、产品结构和重复性来获得竞争优势的，它强调资源的有效利用，以低成本获得高质量和高效率，其生产盈利是靠机器取代人力，靠复杂的专业加工取代人的技能来获取的。先进的机械制造业是以信息为主导，采用先进生产模式、先进制造系统、先进制造技术和先进组织管理形式的全新的机械制造业，其特征是全球化、 网络 化、虚拟化、智能化以及环保协调的绿色制造。现代制造业集成了现代科学技术的发展，充分利用电子计算机技术，使制造技术提高到新的高度。近年来，制造工程领域的新技术相继诞生，如计算机数字控制、现代集成制造系统、柔性制造技术、敏捷制造、虚拟制造、并行工程等。 1.2 在饮料行业中的应用 机电一体化技术是当今发展最快、应用前景最为广泛的技术之一。机电一体化技术在食品、饮料包装机械的开发、设计和制造过程中的应用。不仅使单机的自动化程度大大提高，而且使整条包装生产线的自动化控制水平、生产能力得到很大提高，使其竞争能力远远超过传统的机械控制的同类设备。可以大大改善食品饮料包装生产设备产品的质量，提高其国内、国际竞争能力。 1.3 在钢铁企业中的应用 1.3.1 计算机集成制造系统(cims) 钢铁企业的cims是将人与生产经营、生产管理以及过程控制连成一体，用以实现从原料进厂，生产加工到产品发货的整个生产过程全局和过程一体化控制。 1.3.2 现场总线技术(fbt) 现场总线技术是连接设置在现场的仪表与设置在控制室内的控制设备之间的数字式、双向、多站通信链路。采用现场总线技术取代现行的信号传输技术就能使更多的信息在智能化现场仪表装置与更高一级的控制系统之间在共同的通信媒体上进行双向传送。 1.3.3 交流传动技术 随着电力电子技术和微电子技术的发展，交流调速技术的发展非常迅速。由于交流传动的优越性，电气传动技术在不久的将来由交流传动全面取代直流传动，数字技术的发展，使复杂的矢量控制技术实用化得以实现，交流调速系统的调速性能已达到和超过直流调速水平。交流传动系统在轧钢生产中一出现就受到用户的欢迎，应用不断扩大。 1.3.4 开放式控制系统 “开放”意味着对一种标准的信息交换规程的共识和支持，按此标准设计的系统，可以实现不同厂家产品的兼容和互换，且资源共享。开放控制系统通过工业通信网络使各种控制设备、管理计算机互联，实现控制与经营、管理、决策的集成，通过现场总线使现场仪表与控制室的控制设备互联，实现测量与控制一体化。 1.3.5 分布式控制系统(dcs) 分布式控制系统采用一台中央计算机指挥若干台面向控制的现场测控计算机和智能控制单元。利用计算机对生产过程进行集中监视、操作、管理和分散控制。分布式控制系统与集中型控制系统相比，其功能更强，具有更高的安全性，是当前大型机电一体化系统的主要潮流。 2 机电一体化技术的发展趋势 2.1 智能化 智能化即要求机电产品有一定的智能，使它具有类似人的逻辑思考、判断推理、自主决策等能力。例如在cnc数控机床上增加人机对话功能，设置智能i/o接口和智能工艺数据库，会给使用、操作和维护带来极大的方便。随着模糊数学、神经网络、灰色理论、心 理学 、生理学和混沌动力学等人工智能技术的进步与发展，为机电一体化技术发展开辟了广阔天地。 2.2 数字化 微控制器和接口技术的发展奠定了机电产品数字化的基础，如不断发展的数控机床和机器人；而计算机网络的迅速崛起，为数字化设计与制造铺平了道路，如虚拟设计、计算机集成制造等。数字化要求机电一体化产品的软件具有高可靠性、通用性、易操作性、可维护性、自诊断能力以及友好人机界面。数字化的实现将便于远程控制操作、诊断和修复。 2.3 模块化 是一项重要而艰巨的工程。由于机电一体化产品种类和生产厂家繁多，研制和开发具有标准机械接口、动力接口、环境接口的机电一体化产品单元模块是一项复杂而有前途的工作。如研制具有集减速、变频调速电机一体的动力驱动单元；具有视觉、图像处理、识别和测距等功能的电机一体控制单元等。这样，在产品开发设计时，可以利用这些标准模块化单元迅速开发出新的产品。从而避免利益的冲突，并能使之标准化、系列化。 2.4 网络 化 网络技术的兴起和飞速 发展 给社会各个领域带来了巨大变革。由于网络的普及，基于网络的各种远程控制和监视技术方兴未艾。而远程控制的终端设备本身就是机电一体化产品，现场总线和局域网技术使家用电器网络化成为可能，利用家庭网络把各种家用电器连接成以 计算 机为中心的计算机集成家用电器系统，使人们在家里可充分享受各种高技术带来的好处，因此，机电一体化产品无疑应朝网络化方向发展。 2.5 自源化 自源化是指机电一体化产品自身带有能源，如太阳能电池、燃料电池和大容量电池。由于在许多场合无法使用电能，因而对于运动的机电一体化产品，自带动力源具有独特的好处。 2.6 人性化 人性化是各类产品的必然发展方向。机电一体化产品除了完善的性能外，还要求在色彩、造型等方面与环境相协调，使用这些产品，对人来说更 自然 ，更接近生活习惯。 2.7 微型化 微型化是机电一体化向微型机器和微观领域发展的趋势。微机电系统是指可批量制作的，集微型机构、微型传感器、微型执行器以及信号处理和控制电路，直至接口、通信和电源等于一体的微型器件和系统。微机电系统产品体积小、耗能少、运动灵活，在生物医疗、信息等方面具有不可比拟的优势。 2.8 绿色化 工业 发达给人们的生活带来巨大变化，在物质丰富的同时也带来资源减少、生态环境恶化的后果，所以绿色产品概念在这种呼声中应运而生。绿色产品是指低能耗、低材耗、低污染、舒适、协调而可再生利用的产品。在其设计、制造、使用和销毁时应符合环保和人类健康的要求，机电一体化产品的绿色化主要是指在其使用时不污染生态环境，产品寿命结束时，产品可分解和再生利用。 3 结束语 随着机电一体化技术的发展，各种产品与装置实现了机电一体化，有利实现整体优化，提高产品质量和生产效率，缩短开发新产品的生产准备周期，加速科技成果向商品转化，有利推动传统产业发生深刻变革，同时，随着新产品的研发及高精密等设备的发展，要求新一代机电一体化技术、产品及系统朝着高性能、智能化、系统化以及轻量化、微型化方向发展，从而为国家带来更大的经济效益与社会效益。 机电技术应用论文:浅论机电一体化技术的应用及其发展趋势 【论文关键词】：机械工业　机电一体化　数控　模块化 【论文摘要】：机电一体化是一种复合技术，是机械技术与微电子技术、信息技术互相渗透的产物，是机电工业发展的必然趋势。本文简述了机电一体化技术的基本结构组成和主要应用领域，并指出其发展趋势。 现代科学技术的发展极大地推动了不同学科的交叉与渗透，引起了工程领域的技术改造与革命。在机械工程领域，由于微电子技术和计算机技术的迅速发展及其向机械工业的渗透所形成的机电一体化，使机械工业的技术结构、产品机构、功能与构成、生产方式及管理体系发生了巨大变化，使工业生产由“机械电气化”迈入了“机电一体化”为特征的发展阶段。 一、机电一体化的核心技术 机电一体化包括软件和硬件两方面技术。硬件是由机械本体、传感器、信息处理单元和驱动单元等部分组成。因此，为加速推进机电一体化的发展，必须从以下几方面着手： （一） 机械本体技术 机械本体必须从改善性能、减轻质量和提高精度等几方面考虑。现代机械产品一般都是以钢铁材料为主，为了减轻质量除了在结构上加以改进，还应考虑利用非金属复合材料。只有机械本体减轻了重量，才有可能实现驱动系统的小型化，进而在控制方面改善快速响应特性，减少能量消耗，提高效率。 （二） 传感技术 传感器的问题集中在提高可靠性、灵敏度和精确度方面，提高可靠性与防干扰有着直接的关系。为了避免电干扰，目前有采用光纤电缆传感器的趋势。对外部信息传感器来说，目前主要发展非接触型检测技术。 （三） 信息处理技术 机电一体化与微电子学的显著进步、信息处理设备（特别是微型计算机）的普及应用紧密相连。为进一步发展机电一体化，必须提高信息处理设备的可靠性，包括模/数转换设备的可靠性和分时处理的输入输出的可靠性，进而提高处理速度，并解决抗干扰及标准化问题。 （四） 驱动技术 电机作为驱动机构已被广泛采用，但在快速响应和效率等方面还存在一些问题。目前，正在积极发展内部装有编码器的电机以及控制专用组件-传感器-电机三位一体的伺服驱动单元。 （五） 接口技术 为了与计算机进行通信，必须使数据传递的格式标准化、规格化。接口采用同一标准规格不仅有利于信息传递和维修，而且可以简化设计。目前，技术人员正致力于开发低成本、高速串行的接口，来解决信号电缆非接触化、光导纤维以及光藕器的大容量化、小型化、标准化等问题。 （六） 软件技术 软件与硬件必须协调一致地发展。为了减少软件的研制成本，提高生产维修的效率，要逐步推行软件标准化，包括程序标准化、程序模块化、软件程序的固化、推行软件工程等。 二、机电一体化技术的主要应用领域 （一） 数控机床 数控机床及相应的数控技术经过40年的发展，在结构、功能、操作和控制精度上都有迅速提高，具体表现在： 1、 总线式、模块化、紧凑型的结构，即采用多cpu、多主总线的体系结构。 2、 开放性设计，即硬件体系结构和功能模块具有层次性、兼容性、符合接口标准，能最大限度地提高用户的使用效益。 3、 wop技术和智能化。系统能提供面向车间的编程技术和实现二、三维加工过程的动态仿真，并引入在线诊断、模糊控制等智能机制。 4、 大容量存储器的应用和软件的模块化设计，不仅丰富了数控功能，同时也加强了cnc系统的控制功能。 5、 能实现多过程、多通道控制，即具有一台机床同时完成多个独立加工任务或控制多台和多种机床的能力，并将刀具破损检测、物料搬运、机械手等控制都集成到系统中去。 6、 系统的多级网络功能，加强了系统组合及构成复杂加工系统的能力。 7、 以单板、单片机作为控制机，加上专用芯片及模板组成结构紧凑的数控装置。 （二） 计算机集成制造系统（cims） cims的实现不是现有各分散系统的简单组合，而是全局动态最优综合。它打破原有部门之间的界线，以制造为基干来控制“物流”和“信息流”，实现从经营决策、产品开发、生产准备、生产实验到生产经营管理的有机结合。企业集成度的提高可以使各种生产要素之间的配置得到更好的优化，各种生产要素的潜力可以得到更大的发挥。 （三） 柔性制造系统（fms） 柔性制造系统是计算机化的制造系统，主要由计算机、数控机床、机器人、料盘、自动搬运小车和自动化仓库等组成。它可以随机地、实时地、按量地按照装配部门的要求，生产其能力范围内的任何工件，特别适于多品种、中小批量、设计更改频繁的离散零件的批量生产。 （四） 工业机器人 第1代机器人亦称示教再现机器人，它们只能根据示教进行重复运动，对工作环境和作业对象的变化缺乏适应性和灵活性；第2代机器人带有各种先进的传感元件，能获取作业环境和操作对象的简单信息，通过计算机处理、分析，做出一定的判断，对动作进行反馈控制，表现出低级智能，已开始走向实用化；第3代机器人即智能机器人，具有多种感知功能，可进行复杂的逻辑思维、判断和决策，在作业环境中独立行动，与第5代计算机关系密切。 三、机电一体化技术的发展前景 纵观国内外机电一体化的发展现状和高新技术的发展动向，机电一体化将朝着以下几个方向发展： （一） 智能化 智能化是机电一体化与传统机械自动化的主要区别之一，也是21世纪机电一体化的发展方向。近几年，处理器速度的提高和微机的高性能化、传感器系统的集成化与智能化为嵌入智能控制算法创造了条件，有力地推动着机电一体化产品向智能化方向发展。智能机电一体化产品可以模拟人类智能，具有某种程度的判断推理、逻辑思维和自主决策能力，从而取代制造工程中人的部分脑力劳动。 （二） 系统化 系统化的表现特征之一就是系统体系结构进一步采用开放式和模式化的总线结构。系统可以灵活组态，进行任意的剪裁和组合，同时寻求实现多子系统协调控制和综合管理。表现特征之二是通信功能大大加强，一般除rs232等常用通信方式外，实现远程及多系统通信联网需要的局部网络正逐渐被采用。未来的机电一体化更加注重产品与人的关系，如何赋予机电一体化产品以人的智能、情感、人性显得越来越重要。机电一体化产品还可根据一些生物体优良的构造研究某种新型机体，使其向着生物系统化方向发展。 （三） 微型化 微型机电一体化系统高度融合了微机械技术、微电子技术和软件技术，是机电一体化的一个新的发展方向。国外称微电子机械系统的几何尺寸一般不超过1cm3，并正向微米、纳米级方向发展。由于微机电一体化系统具有体积小、耗能小、运动灵活等特点，可进入一般机械无法进入的空间并易于进行精细操作，故在生物医学、航空航天、信息技术、工农业乃至国防等领域，都有广阔的应用前景。目前，利用半导体器件制造过程中的蚀刻技术，在实验室中已制造出亚微米级的机械元件。 （四） 模块化 模块化也是机电一体化产品的一个发展趋势，是一项重要而艰巨的工程。由于机电一体化产品种类和生产厂家繁多，研制和开发具有标准机械接口、电气接口、动力接口、信息接口的机电一体化产品单元是一项复杂而重要的事，它需要制订一系列标准，以便各部件、单元的匹配和接口。机电一体化产品生产企业可利用标准单元迅速开发新产品，同时也可以不断扩大生产规模。 （五） 网络化 网络技术的飞速发展对机电一体化有重大影响，使其朝着网络化方向发展。机电一体化产品的种类很多，面向网络的方式也不同。由于网络的普及，基于网络的各种远程控制和监视技术方兴未艾，而远程控制的终端设备本身就是机电一体化产品。 （六 ） 绿色化 工业的发达使人们物质丰富、生活舒适的同时也使资源减少，生态环境受到严重污染，于是绿色产品应运而生。绿色化是时代的趋势，其目标是使产品从设计、制造、包装、运输、使用到报废处理的整个生命周期中，对生态环境无危害或危害极小，资源利用率极高。机电一体化产品的绿色化主要是指使用时不污染生态环境，报废时能回收利用。绿色制造业是现代制造业的可持续发展模式。 综上所述，机电一体化技术是众多科学技术发展的结晶，是社会生产力发展到一定阶段的必然要求。它促使机械工业发生战略性的变革，使传统的机械设计方法和设计概念发生着革命性的变化。大力发展新一代机电一体化产品，不仅是改造传统机械设备的要求，而且是推动机械产品更新换代和开辟新领域、发展与振兴机械工业的必由之路。 机电技术应用论文:浅析传感器技术在机电一体化中的应用 摘要：文章概述传感器 研究 现状与 发展 ，探讨传感器在机电一体化系统中的 应用 ，并 分析 我国传感器技术发展的若干 问题 及发展方向。 关键词：传感器技术；机电一体化；应用 在机电一体化系统中，传感器处系统之首，其作用相当于系统感受器官，能快速、精确地获取信息并能经受严酷环境考验，是机电一体化系统达到高水平的保证。如缺少这些传感器对系统状态和对信息精确而可靠的自动检测，系统的信息处理、控制决策等功能就无法谈及和实现。 一、传感器的研究现状与发展 传感器是能感受规定的被测量并按一定 规律 转换成可用输出信号的器件或装置，主要用于检测机电一体化系统自身与操作对象、作业环境状态，为有效控制机电一体化系统的运作提供必须的相关信息。随着人类探知领域和空间的拓展， 电子 信息种类日益繁多，信息传递速度日益加快，信息处理能力日益增强，相应的信息采集——传感技术也将日益发展，传感器也将无所不在。 从20世纪80年代起，逐步在世界范围内掀起一股“传感器热”，各先进 工业 国都极为重视传感技术和传感器研究、开发和生产。传感技术已成为重要的 现代 科技 领域，传感器及其系统生产已成为重要的新兴行业。 二、传感器在机电一体化系统中的应用 传感器是左右机电一体化系统（或产品）发展的重要技术之一，广泛应用于各种自动化产品之中： 1.机器人用传感器。工业机器人之所以能够准确操作，是因为它能够通过各种传感器来准确感知自身、操作对象及作业环境的状态，包括：其自身状态信息的获取通过内部传感器（位置、位移、速度、加速度等）来完成，操作对象与外部环境的感知通过外部传感器来实现，这个过程非常重要，足以为机器人控制提供反馈信息。 2.机械加工过程的传感检测技术。 （1）切削过程和机床运行过程的传感技术。切削过程传感检测的目的在于优化切削过程的生产率、制造成本或（金属）材料的切除率等。切削过程传感检测的目标有切削过程的切削力及其变化、切削过程颤震、刀具与工件的接触和切削时切屑的状态及切削过程辨识等，而最重要的传感参数有切削力、切削过程振动、切削过程声发射、切削过程电机的功率等。对于机床的运行来讲，主要的传感检测目标有驱动系统、轴承与回转系统、温度的监测与控制及安全性等，其传感参数有机床的故障停机时间、被加工件的表面粗糙度和加工精度、功率、机床状态与冷却润滑液的流量等。 （2）工件的过程传感。与刀具和机床的过程监视技术相比，工件的过程监视是研究和应用最早、最多的。它们多数以工件加工质量控制为目标。20世纪80年代以来，工件识别和工件安装位姿监视要求也提到日程上来。粗略地讲，工序识别是为辨识所执行的加工工序是否是工（零）件加工要求的工序；工件识别是辨识送入机床待加工的工件或者毛坯是否是要求加工的工件或毛坯，同时还要求辨识工件安装的位姿是否是工艺规程要求的位姿。此外，还可以利用工件识别和工件安装监视传感待加工毛坯或工件的加工裕量和表面缺陷。完成这些识别与监视将采用或开发许多传感器，如基于tv或ccd的机器视觉传感器、激光表面粗糙度传感系统等。 （3）刀具（砂轮的检测传感。切削与磨削过程是重要的材料切除过程。刀具与砂轮磨损到一定限度（按磨钝标准判定）或出现破损（破损、崩刃、烧伤、塑变或卷刀的总称），使它们失去切（磨削能力或无法保证加工精度和加工表面完整性时，称为刀具/砂轮失效。工业统计证明，刀具失效是引起机床故障停机的首要因素，由其引起的停机时间占nc类机床的总停机时间的1/5-1/3.此外，它还可能引发设备或人身安全事故，甚至是重大事故。 3.汽车自动控制系统中的传感技术。随着传感器技术和其它新技术的 应用 ， 现代 化汽车 工业 进入了全新时期。汽车的机电一体化要求用自动控制系统取代纯机械式控制部件，这不仅体现在发动机上，为更全面地改善汽车性能，增加人性化服务功能，降低油耗，减少排气污染，提高行驶安全性、可靠性、操作方便和舒适性，先进的检测和控制技术已扩大到汽车全身。在其所有重点控制系统中，必不可少地使用曲轴位置传感器、吸气及冷却水温度传感器、压力传感器、气敏传感器等各种传感器。 三、我国传感器技术 发展 的若干 问题 及发展方向 传感器技术是实现自动控制、自动调节的关键环节，也是机电一体化系统不可缺少的关键技术之一，其水平高低在很大程度上 影响 和决定着系统的功能；其水平越高，系统的自动化程度就越高。在一套完整的机电一体化系统中，如果不能利用传感检测技术对被控对象的各项参数进行及时准确地检测出并转换成易于传送和处理的信号，我们所需要的用于系 统控制的信息就无法获得，进而使整个系统就无法正常有效的工作。 我国传感器的 研究 主要集中在专业研究所和大学，始于20世纪80年代，与国外先进技术相比，我们还有较大差距，主要表现在： （1）先进的 计算 、模拟和设计 方法 ； （2）先进的微机械加工技术与设备； （3）先进的封装技术与设备； （4）可靠性技术研究等方面。因此，必须加强技术研究和引进先进设备，以提高整体水平。传感器技术今后的发展方向可有几方面： 1.加速开发新型敏感材料：通过微 电子 、光电子、生物化学、信息处理等各种学科，各种新技术的互相渗透和综合利用，可望研制出一批基于新型敏感材料的先进传感器。 2.向高精度发展：研制出灵敏度高、精确度高、响应速度快、互换性好的新型传感器以确保生产自动化的可靠性。 3.向微型化发展：通过发展新的材料及加工技术实现传感器微型化将是近十年研究的热点。 4.向微功耗及无源化发展：传感器一般都是非电量向电量的转化，工作时离不开电源，开发微功耗的传感器及无源传感器是必然的发展方向。 5.向智能化数字化发展：随着现代化的发展，传感器的功能已突破传统的功能，其输出不再是一个单一的模拟信号（如0-10mv），而是经过微电脑处理好后的数字信号，有点甚至带有控制功能，即智能传感器。 机电技术应用论文:机电一体化技术专业“项目教学法”应用的探索与实现 【摘 要】高等职业 教育 培养目标是为社会提供大量的应用型技术人才，但高等职业教育的现状是满足不了社会的需求，为此，要求职业教育进行课程改革。本文根据高职学生的实际情况，结合本课程特点，从高职 电子 教学实际出发，在高职电子课堂教学中如何将传统的教学方法与 现代 化教学方法有机的结合，根据课程内容将项目教学法应用于课堂教学中。 【关键词】机电一体化技术专业；项目教学；应用 为进一步落实 科学 发展 观，坚持以学生为本，深化职业教育教学改革，办出职业教育特色，提高人才培养质量，增强职业教育对 经济 和社会发展的贡献力，各级各类职业学校都在进行课程改革，构建以能力为本位、以职业实践为主线、以项目课程为主体的模块化专业课程体系。新课程实施的原则是要使学生“会学”，而不是“学会”。教学不单是知识的传递，更重要的是知识的处理和转换，以培养学生的创新能力。积极探索与新的课程体系相适应的教学模式，改变目标单一的以知识传授为主的教学方法，构建体现项目课程特性的新型教学关系，逐步形成以项目教学法为主要特点的教学，促进教师教学方式、学习者学习方式的根本改变。探索建立“教学内容模块化、能力培养项目化、实践指导个性化”的教学模式。 1．项目教学法的定义 项目教学法，是指将传统的学科体系中的知识内容转化为若干个教学项目，围绕着项目组织和展开教学，使学生直接参与项目全过程的一种教学方法。是师生通过共同实施一个完整的项目工作而进行的教学活动。在教学活动中，教师将需要解决的问题或需要完成的任务以项目的形式交给学生，在教师的指导下，以小组工作方式，由学生自己按照实际工作的完整程序，共同制定计划、协作完成整个项目。在项目教学中，学习过程成为每人参与的实践与创造活动，它的价值体现主要在完成项目的过程中，而不是最终的结果。 2．项目教学法在机电一体化技术专业中的设计原则 项目教学法与传统教学法相比，有很大的区别，主要表现在改变了传统的三个中心，由以教师为中心转变为以学生为中心，由以课本为中心转变为以项目为中心，由以课堂为中心转变为以实际经验为中心。具体来讲，要遵守下面的五项原则： 2．1　项目教学的科学性。我们制定的教学目标，必须有利与开发每个学生的学习潜能，而且还注意把教师和学生所花费的时间和精力控制在合适的程度，以防师生负担过重。 2．2　项目教学的系统性。项目教学面向每一个学生的个性发展，尊重每一个学生发展的特殊需要，最重要的是创新能力的培养。对于一个职高学生来说，要很快具有创新能力是不现实的，但是使他们具有创新意识和创新精神是能够做到的，也是必须做到的。除了学科的整合，另外还与教师培养、设施设备条件关联，项目教学是一个系统工程。 2．3　项目教学的实践性。项目教学和现有学科教学最大的不同点是它不对学生进行纯学术性的书本知识的传授，而是让学生自己动手实践，在实践中获得信息时代所需要的能力，这才是设立项目教学这一课程的最根本的目的。如果说，其他课程主要让学生获得基础知识，那么，项目教学则强调让学生得到实践能力的训练。 2．4　项目教学的层次性。项目教学的开展，决不是为了取代学校现有的学科教学。因为职校学生还处在长知识、打基础的阶段，学科教学中的知识、能力训练是他们成长所必需的。不具备一定的从学科教学中获得的知识，开展项目教学只能是无本之木、无源之水，无从谈起。从这个意义上说，“项目教学”的开展非但不取代，相反还有赖于学科教学的质量。 2．5　项目教学的自主性。项目教学是以学生的直接经验或体验为基础而开发和实施的。它是以学生的直接经验为基础而对学科知识的综合运用，是对学科的逻辑体系的超越。在“项目教学”的开发和实施过程中，鼓励学生的自主选择和主动探究，将学生的需要、动机和兴趣置于核心地位，为其个性充分发展创造空间。 3．项目教学法在机电一体化技术专业中的应用 依据项目教学法在高职机电一体化技术专业课程教学中应用的基本原则，现将机电一体化技术专业课程作为实施研究的对象，开展项目教学法的研究。 机电技术应用专业项目大致可以分为： 3．1　典型的切削加工项目：可以构建以《机械设计基础》、《机械制造技术》、《数控技术基础》等形成的项目课程，作为第一个学习领域； 3．2　典型的 电子 装配项目：构建《电工基础》、《电子技术》、《电工与电子操作技能》等形成的项目课程，作为第二个学习领域； 3．3　典型的机电一体化控制项目：构建以《电力电子技术》、《电气控制》、《机电一体化技术》，《数控机床故障诊断与维护》作为第三个学习领域。 3．4　典型的机电产品装配、维修服务项目：构建《单片机接口技术》、《传感器技术》、《液压与气压传动》、《自控控制系统》、《plc可编程控制器》作为第四个学习领域。 这些从一到四的学习领域，按照学制及认知的 规律 ，从简单到复杂，从低级到高级，从一般到特殊展开项目教学过程。每个项目的实施步骤如下： （1）确定项目任务。组织教师分析项目涵盖的跨学科的知识及涉及到的专业科目，确定项目的目标和任务，详细编写《项目(课题)任务书》。 （2）布置项目。分发《项目任务书》，讲解项目要求，使各小组明确学习任务和要求。 （3）各工作小组拟订活动计划与方案，教师审核计划。项目小组拟订课题实施计划，设计一份详细的《项目活动计划》，每个小组成员都要有成果汇报任务，各小组都要有成果汇报.在计划书中学生可随时记录项目进展情况，以便教师随时检查和指导。 （4）项目小组的活动实施，学生动手实践。根据计划，各小组成员开始分头执行各自的任务。学生通过翻阅、取舍、整理资料，进行项目任务的设计和验证，通过解构单元实体、到实验室做实验验证相关结论、在实习室进行实际装接操作和调试等实际环节，不断提出问题，再通过小组讨论、请教教师等途径解决问题，最终完成课题任务。 （5）项目答辩与师生评价。在此阶段，通过“项目成果汇报、学生自己进行自我评估、组别互评、教师点评、师生共同 总结 ”等程序完成对各小组课题任务完成的评价。并将项目任务完成的评价结果列为项目学习成绩的一个部分。 （6）归档或结果应用。项目教学总结，并把项目工作的结果归档或应用到 企业 和学校的生产教学实践中去，以使项目工作的结果尽可能具有实际应用价值，指导后续工作。 各种教学法没有绝对的对错、优劣之分，都有一定的适用性，因此，“教学有法，教无常法。教学法选用的基本原则就是以“适合”为宜。总之，职业 教育 是一项任重而道远的任务，其教学方法的改革与创新也是无止境的。教师在传授知识的同时，要注重培养能力，在发挥教的主导作用的同时，又要调动学的主体作用，既重视理论学习又要倡导动手实践，只要我们不断地更新思想，推动教学方法的革新，就一定能培养出一大批适应社会 发展 的高素质劳动者，为发展职业教育事业，实现中华民族的伟大复兴和全面建设和谐社会贡献我们的力量。 机电技术应用论文:港口机电设备故障诊断技术的应用研究和推广 [摘要]随着港口吞吐量和机械化程度的增加,对港口设备的要求也越来越高,港口机电设备出现故障的现象也逐渐增多。本文首先介绍了设备故障诊断技术的 发展 及研究现状,分析了传统的设备故障诊断技术方法,然后针对港口机电设备故障诊断技术应用及研究进行了详细分析,并以内燃机为例详细说明了港口机电设备故障诊断的步骤。由于港口设备数量和种类较多,因此港口机电设备故障诊断技术应向自动化和智能化方向进一步发展。 [关键词]港口设备 故障诊断 应用 推广 我国的 交通 运输业是国民 经济 的重要组成部分,自从改革开放以来,我国的水运行业发展迅速,随着港口的大型机电设备的自动化程度的日益提高,我国港口吞吐量增长较快,促进了水运行业的发展,使得我国的交通运输行业在国民经济发展中所占的比重也逐渐增大。随着港口吞吐量和机械化程度的增加,港口机电设备在水运行业中的作用越来越重要,对港口设备的要求也越来越高,港口机电设备的结构及其组成也愈加复杂,负荷越来越重,因此港口机电设备出现故障的现象也逐渐增多,这直接影响了港口作业的质量和进度,降低了港口水运的经济效益。因此,对港口机电设备故障诊断技术的研究成为港口水运行业的的一项迫切的重要任务。 一、设备故障诊断技术发展及现状 机电设备故障诊断技术发展分为三个阶段:初级阶段-感官、专业知识和经验判断; 现代 化阶段- 计算 机技术、传感器技术和动态监测技术综合诊断;智能化阶段-集故障监测、诊断、设备管理和调度一体化的智能化阶段。机电设备故障诊断技术起源于20世纪,并在此期间取得了较大的发展和进步。航天 工业 的发展使该技术取得较快地发展,随后计算机、微 电子 和传感器技术的发展和应用使得该技术逐渐地完善,此时还在航天和核电等大型部门应用较多,其他部门发展较为缓慢,到20世纪末机电设备故障诊断技术在农业、化工、冶金矿山、发电、交通运输和机械制造等各部门开始应用,并且发展较快,取得了显著的经济和社会效益。21世纪,机电设备故障诊断技术在我国国民经济的各部门都已取得长足的发展和普及应用,技术发展转向智能化。 二、设备故障诊断技术及手段 ①机械振动监测诊断技术。通过对振动参数进行监测,来判断设备的运转情况,由于其此种方法简单偏于操作,且对设备没有损伤,因此机械振动监测技术成为首选方法;②磨屑监测诊断技术,该技术主要用于液压系统和润滑系统,由于磨损方式和磨损速度不同而产生的磨屑粒尺寸和形态有所差异,从而来判断破损类型和磨损部位;③温度监测诊断技术,由于设备不同部位产生的温度变化不同,利用温度变化程度来判断设备的运行情况,利用红外线来监测可以实现非接触、远距离监测,且能够进行运算、处理和判断精确测定设备各部分的温度变化;④无损探伤监测技术,该技术应用较广,尤其是γ射线扫描。该技术是射线在物质中的衰减 规律 ,扫描得到相关参数变化的谱线,然后通过系统分析确定设备故障的部位。 三、港口机电设备故障诊断技术 1.港口机电设备故障诊断技术研究情况 港口设备分小型装卸机械和大型装卸机械两类,其中小型机械数量大,流动性大,但活动范围小,大型机械种类多,作业分散,操作要求较高。国内鉴于港口机械的工作性质和工作环境,提出了柴油机、结构裂纹、液压传动、钢丝绳和制动器、粮仓、电器系统、皮带纵向撕裂、监测中心和测试车、设备管理和维修体制改革10个方向的相关的研究专题。 国内外设备故障监测技术与手段的发展,在港口机电设备故障诊断技术中也得到了广泛地应用。目前国内在各港口开展了设备监测研究和故障诊断研究,取得的成果有:上海港务局与上海海运、上海交大和同济大学等院校进行相关课题的合作,上述10个研究课题中9个课题开始进行研究,部分课题已列入交通部和上海市的科技攻关项目。 2.港口机电设备故障诊断实例分析 港口设备动力一般由内燃机提供,内燃机可能会出现故障,以内燃机为例简要分析港口设备故障诊断技术的应用。针对内燃机动力不足问题进行简要分析。 (1)故障现象。港口上使用时间较长的内燃机存在动力不足的现象。 (2)故障原因。内燃机油箱油量是否充足;内燃机的供油管是否有漏油或断裂现象;内燃机的喷油泵油量调节杆是否卡住、锁紧螺栓是否有脱落现象等;内燃机的燃油是否含有空气或其他杂质等;内燃机供油管是否堵塞;内燃机的燃油滤清器是否堵塞;内燃机的供油时间是否合适无延迟现象。 (3)故障排除。内燃机的供油管有没有漏油等问题,内燃机的油箱的油量多少,内燃机的喷油泵油量调节杆有无卡住,内燃机的油量控制杆锁紧螺栓是否脱落,内燃机的燃油成分检查是否空气含量较高,内燃机的供油管和滤清器是否堵塞,最后检查内燃机的供油时间。 (4)采取措施。首先应检查内燃机的油箱油量是否充足,如果油量不足应增添燃油;其次检查内燃机的供油管是否漏油或断裂,发现漏油或断裂及时进行维修,如果是由漏油原因引起则维修内燃机后还要排除管路中的空气壁面油的纯度不够;检查内燃机的调节杆卡住和内燃机的油量控制杆的锁紧螺栓是否紧固,如果在内燃机的运行过程中有异样声响,则需要将部件重新锁紧;然后拆下内燃机的燃油管的进油端进行连续压动,如无燃油流出,可能是供油管或燃油滤清器发生了堵塞,采取措施为进行逐段进行排除;内燃机的供油时间不合适,延迟或过早都会引起动力不足。 四、结论 自从改革开放以来,我国的水运行业 发展 迅速,我国港口吞吐量增长较快,对港口设备的要求也越来越高,因此港口机电设备出现故障的现象也逐渐增多。 本文首先介绍了设备故障诊断技术的发展现状,目前传统的机电设备故障诊断技术主要包括:机械振动监测、磨屑监测、温度监测以及无损探伤等,港口设备故障诊断技术水平已越来越高,然后随着故障现象的增多,港口设备故障诊断技术应向自动化智能化方向进一步发展。 机电技术应用论文:基于 Web3D技术的机电产品虚拟设计及其应用 论文关键词 ：web3d技术 机电产品 cult3d技术 汽车 虚拟现实 论文摘要：主要介绍 了 web技术和 3d技 术相结合的产物一web3d技 术的基本概念、特点及实现技术．并以实例的方式详细阐述了web3d技术之一的 cult3d技术 ．在机 电产品虚拟设计 中的工作流程，从而可以有效地提高机电产品的信息传达效果，为新产品开发提供一种崭新的互动设计模式，最终提 高企业的竞争力。 0 引言 随着数字化设计技术 的发展 ．人们已不再满足在网上浏览一些静态的、文本类 、二维的产品图片，而对那些具有动态的、三维可视化效果的产品需求越来越迫切。以计算机网络和计算机三维图形学为基础的web3d技术以其特有的形象化展示功能、强大的交互性能和对现实世界的模拟功能在电子商务 、远程教育 、工程技术 、计算机辅助设计等领域已经获得 了广泛的应用。利用此技术设计的产品可以做到全方位展示 、色彩设计实时装配等 ，从而提高用户的参与性 。增强体验感。 1 web3d技术概述 1．1 web3d技术的基本概念 虚拟现实 vr (virtual reality)技术是一种逼真地模拟人在 自然环境中的视觉 、听觉、运动等行为的人机界面技术，web3d技术是虚拟现实技术的一种实现形式 [21。web3d还可以简单地被看成是 web技术和 3d技术相结合的产物 。实际上也就是本机的 3d图形技术 向互联网的扩展．网络性、三维性和交互性是其显著的本质特征。它与本机的3d图形技术的主要差别在于：第一，实时渲染 ：它是由渲染引擎进行实时渲染从而实时显示的；第二，具有无限的交互性：因为是实时渲染，这就为交互性提供了基础；第三，优化和压缩：由于网络带宽的限制 ．文件必须经过优化和压缩以保证用户端快速下载。通过应用 web3d技术 ，用户可以在 网上浏览以三维形式表现的物体 ，并对其进行交互性操作 以体验身临其境 的奇妙感受。 1．2 web3d技术的实现手段 web3d的实现技 术主要分成三大部分 ．即建模技术、显示技术 、三维场景中的交互技术 [31。建模技术是虚拟现实技术的基础。把建立 的三维模型描述转换成人们所见到的图像，就是所谓的显示技术。三维复杂模型的实时建模与动态显示技术可以分为两类 ：一是基于几何模型的实时建模与动态显示 ：二是基于图像的实时建模与动态显示 。交互技术是 web3d的关键技术 ，交互功能的强弱 由 web3d软件本身决定 。但用户可以通过适当的编程来弥补软件的某些不足。 在众多的 web3d软件系统中 。基 于 java内核的cult3d技术因其在交互性能、文件体积和画面质量等方面的优越性而得到用户 的普遍欢迎 ，现已广泛应用于众多电子商务网站的 3d机电产品展示中。 2 cuil3d技术及其开发流程 cuh3d是一种全新的 web3d技术 ．它有一纯 软件跨平 台的渲染引擎 ，主要包含 cult3d exporter plug—in、cuh3d designer和 cuh3d viewer plugin三大部分。 开发设计人员可 以使用 3d设计领域广泛使用的 3dsmax或 maya来设计 产 品 3d模 型 ．使 用 cuh3d exporterplug—in来转换设计模型 ，在 cuh3d designer中为模 型加入交互 、音效等其它效果 ，再无缝隙地嵌入到 html页面和其他应用程序中 [41。其开发流程如图1所示。用户 即可在网上实时观看 3d模型 ，还可通过 鼠标对其进行旋转 、放大或缩小等操作。 3 cult3d‘技术在产品虚拟设计中的应用实例 3．1 创建汽车 cult3d对象 为方便输 出，必须使 用一个 三维模 型制 作 软件f3dmax或 maya1制作物体 的三维模型。制作前必须先下载插件 cult 3d exporter for 3dmax或 cult 3d exporter for maya。只 有安 装好 输 出插 件 ，3dmax或maya才可以将 3d模型输出成 cult 3ddesign的 c3d格式。在制作模型的细节、真实度上多下点功夫，尽量用最少的面来做模型，以控制好模型的大小。太多的面不仅会加长网络传送的时间 ，更是对浏览者机器 的考验。最后输出成 c3d格式的 3d模型 。 3．2 对汽车 cult3d对象进行交互设置 cuh3d对象的交互设计就是在 cuh3d designer的事件地图窗 口中建立事件、动作和场景的相互关系，使浏览者触发某个事件或某个事件 自动做出相应的动作 ，并将可视化的过程和结果实时反馈给浏览者达到交互的目的。 汽车的时间地图如图2所示，它可以通过鼠标控制实现汽车任意角度的展示、车门的开关、车轮的转动和汽车尾气排放等。在cult3d designer中完成设计后，需将culturald对象导出为可的co格式。在导出过程中还可对文件中的几何图形、声音等特征进行进一步压缩。 3.3 汽车cult3d对象 可cult3d对象的程序有多种，其中基于网络的应用较为广泛，用户可以通过网络或在本地机种用ie或netscape浏览器查看。基于网络的需要编写想应得网页，在编写网页时，有两项主要工作： （1）在网页中编写语句嵌入cult3d对象。ie浏览器是通过activex组件来cult3d对象。ie使用 object 的标签命令来在网页中嵌入activex组件。 netscape浏览器不支持 activex控件 ．需要另外设置外挂程序的语法 。netscape浏览器使用 embed 的标签来嵌入 外挂组件 。另外 ，必须安装 cuh3d viewer插件，才能在浏览器网页时播放 cult3d对象。对于 ie浏览器需要在 object 这个标签内插入 codebase指定其下载网址．netscape浏览器需要在 embed 标签内插入 type=“application／x--cuh3d--object”语法说明外挂程序对象．pluginseape指定其下载网址。 同时支持 ie和 netscape浏览器的超文本语句如下 ： object classid= clsid：31b7eb4e一8b4b一 11d1一a789--00aocc665 1a8 width= 宽 height= 高 codebase=http：///dianzijixie/" 电子商务模块使用。 4 结束语 虚拟现实技术作为一支崭新的综合性信息领域中的奇葩 ，体现出较高的人性化科技特色与风格。而将虚拟仿真技术同机电产品设计产业相结合 ，为设计师与企业厂商们提供了非常好的技术支持与解决方案．更为产品的推广营销创造了巨大的商业价值。无论是与传统影视媒体 、多媒 体软件 ，还是 与传统虚拟现实技术 比较 ，web3d技术都表现出了在机电产品设计中的独特优势和潜力 。随着网络技术的高速发展必将有更新的 web3d技术出现，服务于设计 、服务于大众、服务于未来 。 机电技术应用论文:机电一体化技术的应用与发展前景 摘要：机电一体化是一种复合技术，是机械技术与微电子技术、信息技术互相渗透的产物，是机电工业发展的必然趋势。文章简述了机电一体化技术的基本结构组成和主要应用领域，并指出其发展趋势。 关键词：机械工业；机电一体化；数控；模块化 现代科学技术的发展极大地推动了不同学科的交叉与渗透，引起了工程领域的技术改造与革命。在机械工程领域，由于微电子技术和计算机技术的迅速发展及其向机械工业的渗透所形成的机电一体化，使机械工业的技术结构、产品机构、功能与构成、生产方式及管理体系发生了巨大变化，使工业生产由“机械电气化”迈入了“机电一体化”为特征的发展阶段。 一、机电一体化的核心技术 机电一体化包括软件和硬件两方面技术。硬件是由机械本体、传感器、信息处理单元和驱动单元等部分组成。因此，为加速推进机电一体化的发展，必须从以下几方面着手。 （一）机械本体技术 机械本体必须从改善性能、减轻质量和提高精度等几方面考虑。现代机械产品一般都是以钢铁材料为主，为了减轻质量除了在结构上加以改进，还应考虑利用非金属复合材料。只有机械本体减轻了重量，才有可能实现驱动系统的小型化，进而在控制方面改善快速响应特性，减少能量消耗，提高效率。 （二）传感技术 传感器的问题集中在提高可靠性、灵敏度和精确度方面，提高可靠性与防干扰有着直接的关系。为了避免电干扰，目前有采用光纤电缆传感器的趋势。对外部信息传感器来说，目前主要发展非接触型检测技术。 （三）信息处理技术 机电一体化与微电子学的显著进步、信息处理设备（特别是微型计算机）的普及应用紧密相连。为进一步发展机电一体化，必须提高信息处理设备的可靠性，包括模/数转换设备的可靠性和分时处理的输入输出的可靠性，进而提高处理速度，并解决抗干扰及标准化问题。 （四）驱动技术 电机作为驱动机构已被广泛采用，但在快速响应和效率等方面还存在一些问题。目前，正在积极发展内部装有编码器的电机以及控制专用组件-传感器-电机三位一体的伺服驱动单元。 （五）接口技术 为了与计算机进行通信，必须使数据传递的格式标准化、规格化。接口采用同一标准规格不仅有利于信息传递和维修，而且可以简化设计。目前，技术人员正致力于开发低成本、高速串行的接口，来解决信号电缆非接触化、光导纤维以及光藕器的大容量化、小型化、标准化等问题。 （六）软件技术 软件与硬件必须协调一致地发展。为了减少软件的研制成本，提高生产维修的效率，要逐步推行软件标准化，包括程序标准化、程序模块化、软件程序的固化、推行软件工程等。 二、机电一体化技术的主要应用领域 （一）数控机床 数控机床及相应的数控技术经过40年的发展，在结构、功能、操作和控制精度上都有迅速提高，具体表现在： 1、总线式、模块化、紧凑型的结构，即采用多cpu、多主总线的体系结构。 2、开放性设计，即硬件体系结构和功能模块具有层次性、兼容性、符合接口标准，能最大限度地提高用户的使用效益。 3、wop技术和智能化。系统能提供面向车间的编程技术和实现二、三维加工过程的动态仿真，并引入在线诊断、模糊控制等智能机制。 4、大容量存储器的应用和软件的模块化设计，不仅丰富了数控功能，同时也加强了cnc系统的控制功能。 5、能实现多过程、多通道控制，即具有一台机床同时完成多个独立加工任务或控制多台和多种机床的能力，并将刀具破损检测、物料搬运、机械手等控制都集成到系统中去。 6、系统的多级网络功能，加强了系统组合及构成复杂加工系统的能力。 7、以单板、单片机作为控制机，加上专用芯片及模板组成结构紧凑的数控装置。 （二）计算机集成制造系统（cims） cims的实现不是现有各分散系统的简单组合，而是全局动态最优综合。它打破原有部门之间的界线，以制造为基干来控制“物流”和“信息流”，实现从经营决策、产品开发、生产准备、生产实验到生产经营管理的有机结合。企业集成度的提高可以使各种生产要素之间的配置得到更好的优化，各种生产要素的潜力可以得到更大的发挥。 （三）柔性制造系统（fms） 柔性制造系统是计算机化的制造系统，主要由计算机、数控机床、机器人、料盘、自动搬运小车和自动化仓库等组成。它可以随机地、实时地、按量地按照装配部门的要求，生产其能力范围内的任何工件，特别适于多品种、中小批量、设计更改频繁的离散零件的批量生产。 （四）工业机器人 第1代机器人亦称示教再现机器人，它们只能根据示教进行重复运动，对工作环境和作业对象的变化缺乏适应性和灵活性；第2代机器人带有各种先进的传感元件，能获取作业环境和操作对象的简单信息，通过计算机处理、分析，做出一定的判断，对动作进行反馈控制，表现出低级智能，已开始走向实用化；第3代机器人即智能机器人，具有多种感知功能，可进行复杂的逻辑思维、判断和决策，在作业环境中独立行动，与第5代计算机关系密切。 三、机电一体化技术的发展前景 纵观国内外机电一体化的发展现状和高新技术的发展动向，机电一体化将朝着以下几个方向发展。 （一）智能化 智能化是机电一体化与传统机械自动化的主要区别之一，也是21世纪机电一体化的发展方向。近几年，处理器速度的提高和微机的高性能化、传感器系统的集成化与智能化为嵌入智能控制算法创造了条件，有力地推动着机电一体化产品向智能化方向发展。智能机电一体化产品可以模拟人类智能，具有某种程度的判断推理、逻辑思维和自主决策能力，从而取代制造工程中人的部分脑力劳动。 （二）系统化 系统化的表现特征之一就是系统体系结构进一步采用开放式和模式化的总线结构。系统可以灵活组态，进行任意的剪裁和组合，同时寻求实现多子系统协调控制和综合管理。表现特征之二是通信功能大大加强，一般除rs232等常用通信方式外，实现远程及多系统通信联网需要的局部网络正逐渐被采用。未来的机电一体化更加注重产品与人的关系，如何赋予机电一体化产品以人的智能、情感、人性显得越来越重要。机电一体化产品还可根据一些生物体优良的构造研究某种新型机体，使其向着生物系统化方向发展。 （三）微型化 微型机电一体化系统高度融合了微机械技术、微电子技术和软件技术，是机电一体化的一个新的发展方向。国外称微电子机械系统的几何尺寸一般不超过1cm3，并正向微米、纳米级方向发展。由于微机电一体化系统具有体积小、耗能小、运动灵活等特点，可进入一般机械无法进入的空间并易于进行精细操作，故在生物医学、航空航天、信息技术、工农业乃至国防等领域，都有广阔的应用前景。目前，利用半导体器件制造过程中的蚀刻技术，在实验室中已制造出亚微米级的机械元件。 （四）模块化 模块化也是机电一体化产品的一个发展趋势，是一项重要而艰巨的工程。由于机电一体化产品种类和生产厂家繁多，研制和开发具有标准机械接口、电气接口、动力接口、信息接口的机电一体化产品单元是一项复杂而重要的事，它需要制订一系列标准，以便各部件、单元的匹配和接口。机电一体化产品生产企业可利用标准单元迅速开发新产品，同时也可以不断扩大生产规模。 （五）网络化 网络技术的飞速发展对机电一体化有重大影响，使其朝着网络化方向发展。机电一体化产品的种类很多，面向网络的方式也不同。由于网络的普及，基于网络的各种远程控制和监视技术方兴未艾，而远程控制的终端设备本身就是机电一体化产品。 （六）绿色化 工业的发达使人们物质丰富、生活舒适的同时也使资源减少，生态环境受到严重污染，于是绿色产品应运而生。绿色化是时代的趋势，其目标是使产品从设计、制造、包装、运输、使用到报废处理的整个生命周期中，对生态环境无危害或危害极小，资源利用率极高。机电一体化产品的绿色化主要是指使用时不污染生态环境，报废时能回收利用。绿色制造业是现代制造业的可持续发展模式。 综上所述，机电一体化是众多科学技术发展的结晶，是社会生产力发展到一定阶段的必然要求。它促使机械工业发生战略性的变革，使传统的机械设计方法和设计概念发生着革命性的变化。大力发展新一代机电一体化产品，不仅是改造传统机械设备的要求，而且是推动机械产品更新换代和开辟新领域、发展与振兴机械工业的必由之路。 机电技术应用论文:煤矿机电一体化技术应用探究 摘要：煤炭是我国重要的能源，煤炭 工业 的大力 发展 ，在我国的国民 经济 建设发展中占居重要的地位。因而，近年来各级煤矿 企业 领导都十分重视机电一体化技术在煤炭生产中的应用与推广。本文对煤矿机电一体化技术的应用进行研究。 关键词：煤矿 机电一体化 应用 1 概述 煤矿机电一体化产品是把各项高新技术融于一体的高科技产品，其主要技术包括：微 电子 、 计算 机、自动控制、人工智能、传感产品可靠性等等，这些都是科技高速发展的热门技术。在煤矿企业中，开始利用机电一体化技术对煤炭系统进行改造旧设备和开发新产品，并取得了巨大的成功，这让人们清楚地意识到，机电一体化技术和产品的发展是实现高效、安全、机械化采煤和煤矿机电产品更新换代的重要途径。 2 煤矿机电一体化技术产品的应用 2.1 矿井运输提升产品的应用 在煤矿生产中，因为 现代 化煤矿发展的需要，对煤矿机械化采煤提出更高的要求，那么随之对井下、井上的运输和提升系统的要求也就越来越高。如今，对于国外一些采煤技术比较先进的国家，煤矿井下大巷的运输系统大多是采用带式运输机，他们基本上是采用直流式交流变频装置驱动方式，主要以电力电子器件为核心。在英国和意大利等国家，高性能、高可靠性的磁阻电机在煤矿提升系统中也得以应用。还有德国自主研发的内装式交——交变频调速提升机，它采用机电一体化技术把电机和滚筒做成一体，这样的融合技术不论在机械结构设计方面还是在电气控制系统方面在世界上都处于领先地位。 在我国，大多数煤矿井下生产已经实现了皮带化，采用大巷强力带式运输机运输的方式也非常普遍。另外，计算机控制系统发展也非常迅速，它们具有很多种及时故障诊断和自我保护等功能，如应用过程中的轴承温度、倒转、跑偏及断带等故障，可能在某些方面没有面面俱到，在使用上还不能满足一些功能，但是从发展的角度看问题，这的确是一个很好的开始。目前，我国直径在两米以上的提升机有1700多台，其中90%为交流提升机，并且均是采用转差功率消耗型的转子串电阻调速，电控系统部分绝大多数仍采用继电器——接触器系统，只有一小部分采用可控制编程器。直流提升机多数为发电机拖动，虽有部分可控硅供电系统，也均为模拟量控制。而plc可编程控制器使用比较简单，程序设计起来也比较容易，不需要一些复杂的输入输出接口装置，抵抗外界的干扰能力也很强，因此，它能在环境比较恶劣的情况下进行长时间工作。 2.2 综合机械化采煤 1970年，我国自主设计制造装配了第一套综合机械化采煤工作面，并在大同矿务局进行试验使用，一直试验使用到80年代后期，这项技术的使用标志着我国的煤矿综合机械化采煤有了重大的突破性发展，推动了煤矿自动化的发展进程，同样，采煤机也由液压牵引开始转向电牵引；液压支架的控制系统也逐渐向计算机化发展，以计算机为核心，采用电液控制，移架自动化得以实现。另外，对工作面刮板运输机也进行了微机监控装置的配置，实现计算机自动化控制。机电一体化技术在综合机械化采煤中的应用，使设备动作趋于协调，且安全性、可靠性大为提高，操作性能更加完善，为煤炭企业带来了更高的经济效益。 2.3 矿井安全生产监控系统 从多数煤矿使用监控系统的效果来看，还存在一些问题，但是主要问题是传感器的不足，并且使用过程中，其稳定性相对较差，使用寿命不足，一些研究所和使用单位在这方面进行了大量的研究，对一些关键技术也实施多次再设计改进措施，但仍然没有得到预期的效果，因此这些在实际现场应用率不是很高。在国外，由于 计算 机 网络 软硬件技术 发展 很快，运行速度和质量也在不断提高，传输介质由同轴电缆发展到光缆，信息媒体由字符发展到声像，煤矿的安全监控系统有了很大的发展，他们的机电一体化技术在监控系统上的应用已有了非常高的水平。我国煤矿安全生产监控系统是煤炭行业内部机电一体化技术推广应用最快的产品，一些高校、科研所和 企业 正在研究和生产煤矿安全生产监控系统。 3 对我国煤矿机电一体化技术的思考 在20世纪，我国煤矿机电一体化技术(产品)取得了较大的发展，机电一体化技术应用到了煤矿每个环节，但相对国外先进煤矿还是比较落后的。因此，要让我国煤矿机电一体化技术达到世界先进技术水平，必须掌握信息时代机电一体化技术的特点和相关技术发展的动态。 应提高我国煤矿机电一体化产品的规范化、标准化、系列化和通用化的程度；以计算机为机电一体化的核心装置，因为计算机运算和存贮能力非常强，且体积和功耗小，更加适合于工作空间狭小的煤矿机电一体化产品，在设计煤矿机电一体化产品时，应尽可能的选用功能强大的嵌入式计算机，从而保证工作性能更可靠；对于新开发的煤矿机电一体化产品应具有通信功能，同时，要选用很好的开放性和高可靠性的通信模块，方便与控制网络进行连接通信控制；煤矿机电一体化产品需要达到智能化发展水平，能判断机电设备和周围环境的状态，使设备能自动适应环境并以最优的状态工作，同时能快速地对所采集的参数进行分析，从而对故障进行诊断，再根据这些诊断结果对以后工作过程中的故障进行预测；要对矿用传感器进行深入研究和开发，提高矿用传感器的可靠性和使用寿命，同时考虑传感器的数字化、集成化、智能化和多维化，使矿用传感器在比较恶劣的工作环境下进行信号的测量，并保证其测量准确度，并具有自校正、自诊断、状态识别和自我调节等功能；要关注国内外高新技术的发展，将那些适于煤矿井下工作环境的高新技术用于煤矿机电一体化产品，从而提高煤矿 现代 化，达到煤矿自动化生产。 4 结束语 煤矿机电一体化技术是煤矿综合自动化的发展基础，更是煤矿企业信息化建设的重要支撑技术，煤矿机电一体化技术在采、掘、运、装备等方面的应用和推广，大力地推动我国煤矿综合生产力，同时，为实现安全、高效、洁净、结构优化的现代化、高科技煤炭 工业 生产打下了坚实的基础。 机电技术应用论文:浅谈机电一体化技术在煤矿的应用 摘要：近年来，我国各行各业竞相 发展 ，依靠机电一体化技术，大幅度地提高产品的性能、质量和可靠性，提高制造水平，增加产品的应变能力，提高劳动生产率，节约大量能源和材料消耗。煤炭系统也在利用机电一体化技术改造旧设备和开发新产品方面做了大量的工作，取得一定的成效。它已使人们清楚地认识到，机电一体化技术和产品的发展，是实现高效、安全、机械化采煤和煤矿机电产品更新换代的重要途径。本文对机电一体化技术在煤矿中的应用进行阐述，并对其发展趋势进行分析。 关键词：机电一体化技术 煤矿 应用 发展趋势 1 概述 机电一体化技术就是机械、 计算 机、信息处理和自动控制技术综合运用的复合技术，是微 电子 技术向传统机械工程渗透而形成的融合机械工程、电气工程、计算机技术、信息技术等为一体的新兴综合技术。机电一体化技术顺应了当今 科学 技术发展的 规律 ，显示了强大的生命力。由于煤炭生产是将数百、数千万吨煤炭从地层深处采掘、运送到地面，因此需采用大量的机电设备才能实现这一目标，而机电一体化煤矿产品则是实现高产高效的最好选择。机电一体化将机械与电子技术融为一体，使物流、能流、信息流融为一体。 2 机电一体化技术在煤矿中的主要应用 2.1 机电一体化技术在提升机中的应用 矿井提升机是目前煤矿机电一体化、自动化水平最高的设备，全数字化交直流提升机。尤其是内装式提升机，从结构上将滚筒和驱动合为一体，机械结构大大简化，充分体现了机械-电力电子-计算机-自动控制的综合体。而全数字化提升机高度可靠，采用总线方式，大大简化了电器安装，此外，硬件配置简单，互相兼容。“九五”期间，国产数字化直流提升机已成为煤矿提升机的首选机型。我国研制成功的具有自主知识产权的全数字化提升机，其核心部分ascs是由双cpu构成的计算机系统，其性能先进、操作简便、准确可靠。此外，我国还应用simadynd和s7研制成功了第一台交-交变频器供电的交流提升机。目前，最大装机容量已达到5000kw，主、副井提升机可做到全自动化，不需要专门的绞车司机。 2.2 机电一体化技术在采煤机中的应用 电牵引采煤机是机电一体化技术在采煤机的一个典型应用。与液压牵引相比，它具有一下特点:①良好的牵引特性:可以在采煤机前进时提供牵引力，使其克服阻力移动，也可以在采煤机下滑时进行发电制动，向电网反馈电能。②可用于大倾角煤层:牵引电动机轴端装有停机时防止机器下滑的制动器，因为它的设计制动力矩为电动机额定转矩的1.6～2.0倍，所以电牵引采煤机可用在40°~50°倾角的煤层，而不需要其它防滑装置。③运行可靠，使用寿命长，电牵引和液压牵引不同，前者除电动机的电刷和整流子有磨a损外，其它元件均无磨损，因此工作可靠，故障少，寿命长，维修工作量小。④反应灵敏，动态特性好:电控系统能及时调整各种参数，防止采煤机超载运行。⑤结构简单、效率高:电牵引采煤机机械传动结构简单、尺寸小、重量轻，电能转换为机械能只做一次转换，效率可达99%，而液压采煤机的效率只有65%-70%左右。 1991年煤炭总院上海分院与波兰玛克公司合作，研制成功我国第一台采用交流变频调速mg344-pwd型薄煤层强力爬底板电牵引采煤机以来，我国的电牵引采煤机有了较快的发展。国内上海天地公司、太原矿山机械厂、西安煤机厂、鸡西煤机厂等都生产交流变频和直流电牵引采煤机，而且得到了广泛的应用。经过近20年的研制开发，我国的电牵引采煤机一逐步走向成熟，为煤矿生产技术的进步起到了积极的推动作用。 2.3　机电一体化技术在带式输送机中的应用　带式输送机由于长距离连续输送、输送量大、运行可靠、效率高和易于实现自动化等特点，已成为我国煤矿井下原煤输送系统的主要运输设备。因此，成为近几年来机电一体化技术的研究重点。目前主要采用机、电、液一体化的cst可控软启动装置。它是一种专门为平滑起动运送大惯性载荷，如煤炭或金属矿石的长距离皮带运输机而设计的软驱动装置。一条皮带运输机可以由一台或几台cst驱动。由于尚未解决动态分析和在线监控技术以及启动延迟技术，我国带式输送机的中间驱动点不能不知过多，一般为3点驱动，这样就限制了输送机的单机长度和运量。而且，输送机的监控设备功能少、可靠性较差、灵敏度和寿命都较低，和发达国家相比存在显著的差距。 2.4　其他煤矿机电一体化装置　液压支架则向电液控制方向 发展 ，将 计算 机技术与液压控制有机结合，实现定压双向邻架或成组自动移架，避免对顶板和支架产生冲击载荷。我国神华集团大柳塔矿采用从德国和美国引进的电液控制的支架，移架速度为6～8s/架，最快的移架速度达3s/架。电液控制装置还可检测支架的工作状态。 煤矿供电的特点是供电要可靠，质量要高，能满足大功率设备的要求。因此应该推广节能型产品。高压开关柜采用维护量小，使用寿命长的真空开关。采用集中补偿和就地补偿相结合的办法提高功率因数，减少供电系统无功电流，减少无功功率损耗。目前高、低开关柜普遍采用了“微机保护”，具备 网络 功能，可以实现远程遥控、遥测、遥信和遥调。 3　煤矿机电一体化技术应用的发展趋势 我国自造的煤矿机电一体化设备都具有智能化、程序化、信息化的特点，以及设备体积小、操作、维护方便、保护齐全、性能可靠等优点。这些设备在煤炭生产中的广泛应用，不仅减轻了操作人员的劳动强度，而且极大地提高了煤矿的生产水平和能力，创造了巨大的 经济 效益和社会效益。但是，我国的煤矿机电一体化技术与发达国家相比，还有一定的差距，因此还有很多的工作需要继续研究，其未来的发展趋势是:①开发有自主知识产权的以煤矿开采技术及配套装备为主导的核心技术，研究具有自主知识产权的核心装置；②增加产品的通信功能，以适应综合自动化的需要；③开发以微处理器和微机为基础的矿井设备工况和健康监测以及微处理器、计算机和专家系统的应用等；④煤矿机器人仍然是煤矿机电一体化技术今后研究的重点之一。 4　结束语 近年来，随着微电子技术、计算机技术、软件技术、传感器技术和自动化技术的飞快发展，信息流成为机电一体化的主要特色。其产品实现自动化、数字化、智能化，在性能和功能方面均实现了质的飞跃。因此，机电一体化技术是 企业 信息化的重要支撑技术，是矿山综合自动化的基础。机电一体化技术在煤矿采、掘、运装备的应用和推广，极大地提升了我国煤矿生产的综合实力，为实现高效、安全、洁净、结构优化的煤炭 工业 生产打下了扎实的基础。 机电技术应用论文:机电一体化技术在汽车设计中的应用 摘要:经济的发展和汽车科技水平的提高大大加快了汽车机电一体化技术的发展速度，这对汽车产业的发展具有重要的推动作用。在汽车设计中应用机电一体化技术可以将汽车的性价比大大提升。但是在汽车设计中应用机电一体化技术仍然存在一些问题，对其造成不利影响。所以本文主是对汽车设计中机电一体化应用的进行了具体的研究。 关键词:机电一体化技术;汽车设计;应用 随着我国汽车行业的发展速度不断加快，大大拓展了汽车设计中机电一体化技术的应用范围，同时也大大提高了机电一体化技术的水平。稳定性、经济性和安全性等是机电一体化技术具备的特征，通过对汽车设计中机电一体化的应用进行研究，不但可以将汽车的整体稳定性提升，同时可以为机电一体化技术质量提供保障，从而对我国汽车行业的发展具有重要的推动作用。 1在汽车设计中机电一体化技术存在的问题 1．1陈旧机电一体化技术设备 我国汽车机电一体化设计技术具有较晚的起步时间，这样传统手动汽车控制系统的设计无法使汽车用户的实际需求得以满足［1］。同一汽车厂对不同车型的设计标准和操作流程没有统一的制定，这样无法规范汽车机械零件的设计方法，从而使机电一体化技术出现一些问题，如不够科学和规范以及无法安装等，使人们对现代化汽车设计的基本要求无法满足。这些问题的存在对汽车设计中机电一体化技术的提升和改进产生不利影响。由于汽车设计应用设备的落后性不但对大量的人力、物力和财力造成了浪费，同时使汽车设计中机电一体化技术的成本提升，从而对机电一体化产品的更新和机电一体化设计技术的创新造成阻碍。 1．2汽车设计理念的落后性 由于落后的机电一体化设计理念会大大降低汽车整体运行的性能和工作效率，这对汽车本身的设计方案造成一定的破坏，使汽车发生故障的次数增加，对创新和发展现代化机电一体化汽车设计技术造成影响［2］。另外由于汽车设计理念的落后性，无法有效的推广新型机电一体化技术方法，无法为汽车良好的运转性提供保障。在汽车实际运行中，传统的汽车维修人员对创新汽车设计理念工作并不重视，这样无法进一步推广和使用机电一体化技术，对创新汽车设计方法和提升汽车运行的整体安全性造成影响。 1．3汽车机电一体化技术人员较低的综合素质 由于不断增加汽车需求量，使汽车行业缺乏相应的汽车实际人才，这样在汽车行业中会使用一些非专科毕业的工作人员，从而对机电一体化技术的使用范围无法提供保障。另外汽车设计具有复杂的程序和较高的技术含量，如果汽车汽车人员的专业技术不丰富，会在安全过程中忽视一些小的零部件，这对汽车运行中的稳定性无法保障。而且由于汽车机电一体化技术人员具有较低的综合素质和专业素质，对安装检查汽车机电一体化技术设备造成影响。 2在汽车设计中完善机电一体化技术的措施 2．1将现代化机电一体化技术设备不断更新 在设计汽车过程中，机电一体化技术人员应该对计算机应用软件正确的使用，这样可以对汽车工程领域中机械技术的改善具有重要的作用［3］。技术人员要对机电一体化技术设备不断的改善，从而可以将汽车设计中处理信息的技术提升，而且要将汽车驱动技术和计算机集成技术等合理的应用到汽车的设计系统中。汽车设计中各个方案的执行是通过不断创新机电一体化设计技术设备来完成的，这样可以将汽车运行的整体功能性大大提升，使汽车电子系统与机电运行系统充分融合的目的得以实现。 2．2对传统的汽车设计理论进行创新 在设计汽车过程中关键的技术主要是机电一体化技术，所以在完善汽车性能的过程中机电一体化技术的创新设计的作用是不可代替的，同时创新汽车设计程序和理念可以将汽车的整体性能大大提升。但是在这个过程中要对各个因素阻碍进行克服，造成这种现象的主要原因是人们出行的安全问题，如生命财产安全会受到汽车内部各个零部件运行质量的影响。因此要充分的融合汽车的微电子精算技术和设计机技术，不断提升汽车的整体性能。只有在汽车设计中充分的应用汽车机电一体化技术，才能够将汽车机电一体化的微电子技术水平不断加强，从而可以进一步提升汽车的稳定性和安全性。 2．3将汽车设计人员的综合素质不断提升 智能化和功能化是目前汽车设计中机电一体化技术的主要发展方向，所以引进汽车机电一体化设计的人员不但要掌握较高的专业技术，同时其专业素质要符合要求［4］。同时要对新技术培训和专业考核制度的力度不断加强，这样机电一体化设计人员可以将汽车整体的机构和运行系统的专业规范熟练的掌握，从而可以为汽车的运行质量提供保障。同时汽车设计人员应该将相应的理论和专业技术不断完善，将微电子技术的应用范围不断推广，这样不但可以将技术人员的实践操作能力提升，同时可以将汽车运行的整体水平大大提升。 3结论 由此可见，随着在技术设计中机电一体化技术的应用力度不断加强，消费者逐渐用更高的标准要求汽车的安全性和稳定性等。在汽车设计中应用机电一体化技术，对机械领域各个方面的发展都具有重要的推动作用。但是其也存在一些相应的问题，这需求汽车企业采取针对性的措施，将这些问题合理的解决，从而可以在汽车设计中更好的应用机电一体化技术，进而可以大大提升汽车设计水平。 作者:徐群杰 邢敏 李娜娜 李莎 单位:山东劳动职业技术学院 山东财经大学东方学院 机电技术应用论文:煤矿机电技术管理在安全生产的应用 摘要：阐述了煤矿机电技术管理在安全生产中的作用，分析了煤矿机电技术管理现状，提出其在安全生产中存在的问题与不足，最后结合多年实践经验，针对煤矿机电技术管理在安全生产中的应用提出几点看法，以供参考。 关键词：煤矿；机电技术管理；安全生产；应用 0引言 要想实现煤矿生产安全高效，建成现代化的矿井，必须提高装备水平。矿井的装备水平、对装备的重视程度及使用情况对机电安全管理起到重要作用，具体应做到：要引进技术先进、运行安全可靠的装备；要严管理，建立健全管理机构和制度，统一队伍建设；要加强设备检测与管理；并提前做到对产品进行对比后购买，实现安全高效。 1煤矿机电技术管理在安全生产中的作用 1.1提高机电设备应用的规范性 煤矿机电设备故障大多是由于没有规范使用机电设备。如果操作不规范，就会加大设备损坏的概率，同时还会给煤矿生产安全构成严重威胁。相关统计表明，大部分煤矿安全事故都是由于设备操作不规范引起的，而导致设备操作不规范的主要原因就在于没有合理运用机电技术管理措施。为此，为了使煤矿设备操作更加规范，提高设备运行的可靠性与安全性，使安全事故得到有效控制，就必须对机电技术管理予以强化，确保在生产中对其的应用得到落实。 1.2保障机电设备安全 煤矿生产对机电设备的需求量较大。目前，很多设备没有得到及时更新，存在的安全隐患非常多。然而，有的煤矿企业依然在使用这些设备，使得事故发生率大大增加。而机电技术管理的有效实施，可以使机电设备的维护与检修水平得到提升，通过定期检查，这些设备的正常运行才能得到有效保障，对于煤矿安全生产有着十分重要的意义。 1.3提高机电技术水平 现阶段，中国很多煤矿企业缺乏专业的机电技术人员，难以满足煤矿生产的需求，导致机电设备操作不当，没有得到准确的检测与维护，进而给煤矿安全生产构成了严重威胁。而采用科学、有效的机电技术管理方法，能有效提高工作人员技术水平，在一系列培训中他们的专业技能得到强化，使煤矿机电设备操作更加规范，对于安全生产有着十分重要的意义[1]。 2煤矿机电设备技术管理存在的问题 2.1对煤矿机电设备标准化不够重视 在煤矿生产实践中，有的企业在机电设备标准化人员配置方面存在严重不足。即使有安排相关管理人员，他们大部分也属于兼职，专业水平并不高，进而导致机电设备管理不合理问题时有发生。且有的机电管理人员受限于专业素质低、标准化意识薄弱，在管理煤矿流动设备与固定设备时，没有严格遵守相关规范规定，难以满足管理要求。相关调查显示，在机电设备管理中，很多煤矿机电管理人员对规范制度的落实情况并不理想，时常出现机电设备的编号、标志不全的问题。这一现象在选型、采购、验收及安装等环节非常突出。有的机电设备的更新也存在问题，在长期运转之下，没有及时进行报废处理，导致设备运行存在诸多安全隐患。 2.2机电设备管理部门的职能没有得到充分发挥 就煤矿生产现状而言，尽管大部分煤矿企业针对机电设备管理设置了机电科，然而这些煤矿机电管理部门却没有充分发挥部门职能作用，更多的是追求设备的生产效益，对煤矿机电设备技术管理的重视程度并不高。受这一问题的影响，除了有可能造成管理机电运行的网络中断之外，机电管理人员匮乏问题也越来越严重，在缺乏完善的机电专业组织的情况下，机电管理部门就难以体现出自身价值。 2.3机电管理人员队伍建设不到位 实践表明，尽管大部分煤矿企业都根据有关制度与规范，针对机电管理人员队伍进行建设与发展，并定期或不定期地采取一系列培训与教育措施。然而实际培训效果却不甚理想，很多培训的工作内容与形式的针对性不强，大多停留在理论方面，显得过于抽象，甚至存在与现实脱节的问题。这种走过场的培训与教育显然难以满足工作人员的需求，缺乏实际意义，员工的积极性与主动性无法得到有效提高[2]。 2.4煤矿机电设备管理人员水平有待提升 作为煤矿企业，其机电设备技术管理人员的特点在于流动性很强。而生产需求的增加迫使煤矿企业引进更多的新员工，这些员工在投入生产之前，往往没有经过培训，专业知识水平较低，管理经验也相对匮乏。受限于技术水平与专业素养，这些工作人员在操作中难以严格遵守规章制度，导致煤矿正常生产受到不利的影响。 2.5煤矿机电设备更新不及时 目前，大部分煤矿企业缺乏完善的机电设备保护机制，难以满足煤矿安全规程的要求。有的煤矿企业出于生产进度要求，不得不提升机电设备的负荷，使其长期处于高强度作业状态，进而加速了机电设备的老化。再加上这些设备本身就没有得到及时更新，并且定期维护与保养工作也不到位，使得煤矿机电设备安全状态受到影响，严重威胁到煤矿安全生产。 3煤矿机电技术管理在生产中的应用对策 3.1强化设备的现场管理 a)在设备安全方面，必须提高安全质量，为机电设备运行的可靠性与安全性提供强有力的保障。在安装前必须对安装流程进行合理设计，如果没有有关部门的审核批准，就不得投入使用，如此才能从根源上消除设备安全问题。机电安全部门必须严格按照有关制度规定对设备安全进行检查与验收，在进行下道工序之前，必须有设备管理人员的签字确认；b)设备运行质量的提升也至关重要。煤矿企业必须加强设备检查制度建设，对设备进行定期点检。为了完善点检标准，应对相关数据进行研究与分析，对机电设备运行进行了解，如此才能使故障得以及时发现并得到解决。技术人员应做好设备的跟踪调查工作，确保其得到及时的维修，应对点检周期进行合理制定，使设备点检工作更加合理、有效；c)煤矿企业要针对设备检修予以重视。应对设备采取停产检修措施，在这之前应对检修计划进行制定与完善，使检修工作得以顺利开展。同时还要强化检修人员的责任意识，对检修工作责任制度进行完善，将设备检修质量责任落实到个人，为设备运行的可靠性与安全性提供保障[3]。 3.2加强机电设备检测 a)应加强检测管理制度建设。在检测之前要对相关制度进行完善，对设备运行进行定期检测与检查。针对设备故障问题，要做好故障诊断与预测，应不断改进技术方法，提高检测水平，以此来保证设备运行正常；b)做好对检测人员的考核工作，将设备检修质量责任落实到个人身上。可采用小组形式对设备进行检修，使相关责任得到明确。此外还要做好现场检查工作，定期检测设备运行参数；c)必须提高技术人员业务水平。煤矿企业要做好人才培养工作，坚持以人为本的原则，为机电设备技术管理人员提供机会接受培训。在培训中，必须结合实际情况，使管理人员的专业水平得到有效提升。企业还可以制定激励机制，使员工的积极性得到提升。为了实现这一目标，企业就必须加大资金投入，引进先进技术手段，提高培训质量，使技术人员的实际应用水平得到提升。且要不断完善责任制度，使煤矿生产中存在的责任问题得到解决，将技术人员的作用充分发挥出来。 3.3加强机电技术管理队伍建设 作为开展煤矿机电设备技术管理工作的主体，建设机电技术管理队伍对于煤矿生产正常运行而言有着重要意义。为此，煤矿企业必须重视管理人员的综合素质的提升，促使其业务素质、文化水平得到全面提升，在操作设备的过程中严格遵守规章制度，为煤矿机电设备管理工作的有效开展提供强有力的支持。 4结语 煤矿机电技术管理对于煤矿安全生产而言有着重要意义。然而现阶段中国煤矿生产中，机电技术管理依然存在诸多不足，因此必须对此展开研究，针对煤矿机电技术管理存在的问题进行分析，并以此提出有效的应对措施，使煤矿机电技术管理在安全生产中的作用得到充分发挥，为煤矿企业的发展提供强有力的保障。 作者:乔斌 单位:山西诚正建设有限公司 机电技术应用论文:机电工程技术应用及其自动化问题 【摘要】现代科学技术的逐渐发展与完善，相关学科间开始有相互渗透、交叉的情况，为工程领域(尤其是机械工程)带来了变革。当前，计算机、微电子技术的迅猛发展，不但扩展了应用范围，还开始广泛应用于机械工业领域，并衍生机电一体化，利于机械工业的发展，另外机电一体化实现了机械工业产品结构、管理系统以及生产方式等方面的改善，预示着机电一体化时代的到来。 【关键词】机电工程;技术应用;机电一体化;核心技术;发展前景 当前，计算机、微电子技术的发展，开始广泛应用于机械工业领域之中，并逐渐发展形成机电一体化局面，改善机械工业的同时加速了机械工业的发展。本文就机电工程技术应用、机电工程的核心技术以及机电工程技术的未来发展前景进行分析，加速机电工程一体化发展。 1机电工程技术应用分析 1．1机器构造 就机电工程技术而言，其应用期间涵盖多种生产机器，而生产机器自身有发动机、配器、行驶以及制动等较多的组成部件，想要确保机械的运行效率，需要进行运转精度、改善性能等方面的优化。同时，进行机械效率优化期间，仅考虑机器结构存在明显的片面性，还需要对相关材料进行考虑以及改进。一般传统机器产品的原料为钢铁，但是随着传统机器产品市场竞争力的下降，开始倾向性的选择非金属复合材料以及更优质的金属材料，通过新型生产原料的选择，不但成功降低了机器自身的重量，还降低了能力方面的消耗，在提高驱动系统功率的同时提高机器效率。 1．2技术的优化 想要进行机电工程技术的应用，最为行之有效的方法就是进行弱电控制线路的提高，在提高的同时保证工作的有效运转。具体从提高传感器、电机、微型计算机等方面的综合性能展开分析，提高弱电控制线路，内容如下。 1．2．1电机 电机作为驱动机的代表，应用期间电机响应速度、工作效率存在问题，想要进行电机综合性能的提高，可以研发并选择新型驱动单元，并在期中加入传感器以及控制组件等。 1．2．2传感器 就传感器而言，科技含量低会影响信息精准度、敏锐性以及信息传入的及时性，所以想要提高传感器工作效率，前提就是提高传入信息的敏锐性、精准度。当前，光纤传感器是最为常用的传感器类型，非接触性检测屈董单元是信息传播的介质，能够在避免外界因素干扰的情况下提高信息的可靠性。 1．2．3微型计算机 微型计算器作为信息处理设备之一，在机电技术应用、微电子学发展方面具有积极意义。想要提高微型计算机的综合性能，前提条件是提高信息处理设备自身的快速、准确、可靠，并对干扰等相关问题进行处理。另外，要进行专项技术人才的培养，达到在控制研发成本的前提下研发高速快递方式，确保机器运作效果。 2机电一体化核心技术分析 机电一体化涵盖两方面技术，即软件、硬件(机械本体以及传感器等)，为了确保机电一体化发展，需要从机械本体技术、传感技术、信息处理技术、驱动技术、接口技术等5个方面进行分析，内容如下。 2．1机械本体技术 机械本体需要综合考虑几个方面，包括性能方面的改善、质量上的减轻、精度上的提高。机械产品的主要材料就是钢铁材料，想要减轻质量，前提是进行结构改进，并考虑材料的替代，在坚强机械本体重量的情况下实现驱动系统小型化，并最终达到机械本体优化的目的。 2．2传感技术 传感器问题主要考虑三个方面，即可靠性、灵敏度、精准度，并预防干扰。电干扰的预防应采用光纤电缆传感器，外部信息传感器选择非接触型检测技术。 2．3信息处理技术 当前，信息技术的发展与普及，直接促进了机电一体化，所以想要更好的带动并发展机电一体化则必须考虑到信息处理设备自身模/数转换设备、输入输出的可靠性情况，提高处理速度。 2．4驱动技术 基于电机驱动机使用期间的快速响应、效率问题，所以开始研发内部装有编码器、伺服驱动单元替代传统的电机。 2．5接口技术 想要实现和计算机之间的通信，需要确保数据传递具备格式上的标准化以及规格化，利于实现信息传递、维修处理，并进行设计简化。当前，技术工作人员开始在合理控制经济成本的条件下进行高效接口的研发，以解决接口中所涉问题。 3机电一体化技术前景分析 就当前机电一体化发展情况以及高新技术的不断应用，未来机电一体化主要有智能、系统化、微型化、模块化、网络化、绿色化等6个发展方向，内容如下。 3．1智能化 当前，智能化俨然已经成为21世纪机电一体化的主要发展方向，智能机电一体化产品能够有效的进行人类智能的模拟，有一定的判断、推理、思维、决策能力，在工作开展期间逐渐的替代某种程度的人脑劳动。 3．2系统化 系统化表现特征包括两个方面，即开放式/模式化总线结构以及加强通信功能。系统在灵活组态的情况下，能够进行裁剪、组合，以实现系统的协调以及综合管理。就未来的技术发展而言，机电一体化需要着重考虑产品、人之间的关系发展，尽可能的实现产品中部分人的性能，包括智能、情感等，趋向于生物系统化发展。 3．3微型化 微型机电一体化涵盖微机械、微电子、软件技术，成为机电一体化发展方向之一。当前微电子机械系统逐渐朝向更小尺寸的纳米以及微米方向发展中。微机电一体化系统自身兼具诸多优势，包括体积以及耗能小、灵活性等，能够进入一般机械都无法达到的空间中，利于精细化操作，且开始应用于生物、航天、农业等领域的发展中，未来发展前景更为广阔。 3．4模块化 在机电一体化中，产品的种类丰富多样，生产厂家繁多，进行机械接口(电气以及动力等)的研发是复杂且重要的事，需要经历较长的时间，并制定相关标准，确保部件以及单元、接口的匹配。就企业而言，可以借助标准单元进行新产品的开发，并合理的进行生产规模的扩大化。 3．5网络化 就当前网络技术发展而言，网络化是最常听到的词汇，并广泛应用于各个行业中，对于机电一体化来说网络技术同样产生了很大的影响，使此行业向网络化发展。机电一体化产品所涵盖的种类较多，所以网络的对应方式以及形式也会有所不同，网络的普及使得远程控制终端设备成为了机电一体化产品。 3．6绿色化 当前，工业的兴盛发展，在降低资源的同时，更好的提高了人们的物质生活。为了降低生态环境可能受到的污染问题，绿色产品应运而生并占有最突出的市场地位。绿色化已经成为时展的主要趋势，所谓绿色化是指使用期间不污染生态环境且报废期间不进行回收，目的是在产品的整个生命周期(包括设计、制造以及运输等)中将生态环境危害降低到最低，并且最大程度上提高资源的利用效率。另外，绿色化已经成为制造业的可持续、健康发展模式。 4结语 综合本文上述内容，机电一体化已经成为自动化技术发展的最高阶段，机电一体化技术的发展是社会所需、是社会生产力发展所需、是传统机械设计变革所需，在推动机械产品发展的同时，振兴机械工业的发展。另外，机电一体化有智能化、系统化、微型化、模块化以及网络化、绿色化等未来发展方向，也对相关科研工作人员提出了更多的要求，以利于机械工业行业的发展。 作者:梁战昌 单位:岑溪市水利供水有限公司 机电技术应用论文:机电工程技术应用和自动化问题 【摘要】现代科学技术的逐渐发展与完善，相关学科间开始有相互渗透、交叉的情况，为工程领域(尤其是机械工程)带来了变革。当前，计算机、微电子技术的迅猛发展，不但扩展了应用范围，还开始广泛应用于机械工业领域，并衍生机电一体化，利于机械工业的发展，另外机电一体化实现了机械工业产品结构、管理系统以及生产方式等方面的改善，预示着机电一体化时代的到来。 【关键词】机电工程;技术应用;机电一体化;核心技术;发展前景 当前，计算机、微电子技术的发展，开始广泛应用于机械工业领域之中，并逐渐发展形成机电一体化局面，改善机械工业的同时加速了机械工业的发展。本文就机电工程技术应用、机电工程的核心技术以及机电工程技术的未来发展前景进行分析，加速机电工程一体化发展。 1机电工程技术应用分析 1．1机器构造 就机电工程技术而言，其应用期间涵盖多种生产机器，而生产机器自身有发动机、配器、行驶以及制动等较多的组成部件，想要确保机械的运行效率，需要进行运转精度、改善性能等方面的优化。同时，进行机械效率优化期间，仅考虑机器结构存在明显的片面性，还需要对相关材料进行考虑以及改进。一般传统机器产品的原料为钢铁，但是随着传统机器产品市场竞争力的下降，开始倾向性的选择非金属复合材料以及更优质的金属材料，通过新型生产原料的选择，不但成功降低了机器自身的重量，还降低了能力方面的消耗，在提高驱动系统功率的同时提高机器效率。 1．2技术的优化 想要进行机电工程技术的应用，最为行之有效的方法就是进行弱电控制线路的提高，在提高的同时保证工作的有效运转。具体从提高传感器、电机、微型计算机等方面的综合性能展开分析，提高弱电控制线路，内容如下。 1．2．1电机 电机作为驱动机的代表，应用期间电机响应速度、工作效率存在问题，想要进行电机综合性能的提高，可以研发并选择新型驱动单元，并在期中加入传感器以及控制组件等。 1．2．2传感器 就传感器而言，科技含量低会影响信息精准度、敏锐性以及信息传入的及时性，所以想要提高传感器工作效率，前提就是提高传入信息的敏锐性、精准度。当前，光纤传感器是最为常用的传感器类型，非接触性检测屈董单元是信息传播的介质，能够在避免外界因素干扰的情况下提高信息的可靠性。 1．2．3微型计算机 微型计算器作为信息处理设备之一，在机电技术应用、微电子学发展方面具有积极意义。想要提高微型计算机的综合性能，前提条件是提高信息处理设备自身的快速、准确、可靠，并对干扰等相关问题进行处理。另外，要进行专项技术人才的培养，达到在控制研发成本的前提下研发高速快递方式，确保机器运作效果。 2机电一体化核心技术分析 机电一体化涵盖两方面技术，即软件、硬件(机械本体以及传感器等)，为了确保机电一体化发展，需要从机械本体技术、传感技术、信息处理技术、驱动技术、接口技术等5个方面进行分析，内容如下。 2．1机械本体技术 机械本体需要综合考虑几个方面，包括性能方面的改善、质量上的减轻、精度上的提高。机械产品的主要材料就是钢铁材料，想要减轻质量，前提是进行结构改进，并考虑材料的替代，在坚强机械本体重量的情况下实现驱动系统小型化，并最终达到机械本体优化的目的。 2．2传感技术 传感器问题主要考虑三个方面，即可靠性、灵敏度、精准度，并预防干扰。电干扰的预防应采用光纤电缆传感器，外部信息传感器选择非接触型检测技术。 2．3信息处理技术 当前，信息技术的发展与普及，直接促进了机电一体化，所以想要更好的带动并发展机电一体化则必须考虑到信息处理设备自身模/数转换设备、输入输出的可靠性情况，提高处理速度。 2．4驱动技术 基于电机驱动机使用期间的快速响应、效率问题，所以开始研发内部装有编码器、伺服驱动单元替代传统的电机。 2．5接口技术 想要实现和计算机之间的通信，需要确保数据传递具备格式上的标准化以及规格化，利于实现信息传递、维修处理，并进行设计简化。当前，技术工作人员开始在合理控制经济成本的条件下进行高效接口的研发，以解决接口中所涉问题。 3机电一体化技术前景分析 就当前机电一体化发展情况以及高新技术的不断应用，未来机电一体化主要有智能、系统化、微型化、模块化、网络化、绿色化等6个发展方向，内容如下。 3．1智能化 当前，智能化俨然已经成为21世纪机电一体化的主要发展方向，智能机电一体化产品能够有效的进行人类智能的模拟，有一定的判断、推理、思维、决策能力，在工作开展期间逐渐的替代某种程度的人脑劳动。 3．2系统化 系统化表现特征包括两个方面，即开放式/模式化总线结构以及加强通信功能。系统在灵活组态的情况下，能够进行裁剪、组合，以实现系统的协调以及综合管理。就未来的技术发展而言，机电一体化需要着重考虑产品、人之间的关系发展，尽可能的实现产品中部分人的性能，包括智能、情感等，趋向于生物系统化发展。 3．3微型化 微型机电一体化涵盖微机械、微电子、软件技术，成为机电一体化发展方向之一。当前微电子机械系统逐渐朝向更小尺寸的纳米以及微米方向发展中。微机电一体化系统自身兼具诸多优势，包括体积以及耗能小、灵活性等，能够进入一般机械都无法达到的空间中，利于精细化操作，且开始应用于生物、航天、农业等领域的发展中，未来发展前景更为广阔。 3．4模块化 在机电一体化中，产品的种类丰富多样，生产厂家繁多，进行机械接口(电气以及动力等)的研发是复杂且重要的事，需要经历较长的时间，并制定相关标准，确保部件以及单元、接口的匹配。就企业而言，可以借助标准单元进行新产品的开发，并合理的进行生产规模的扩大化。 3．5网络化 就当前网络技术发展而言，网络化是最常听到的词汇，并广泛应用于各个行业中，对于机电一体化来说网络技术同样产生了很大的影响，使此行业向网络化发展。机电一体化产品所涵盖的种类较多，所以网络的对应方式以及形式也会有所不同，网络的普及使得远程控制终端设备成为了机电一体化产品。 3．6绿色化 当前，工业的兴盛发展，在降低资源的同时，更好的提高了人们的物质生活。为了降低生态环境可能受到的污染问题，绿色产品应运而生并占有最突出的市场地位。绿色化已经成为时展的主要趋势，所谓绿色化是指使用期间不污染生态环境且报废期间不进行回收，目的是在产品的整个生命周期(包括设计、制造以及运输等)中将生态环境危害降低到最低，并且最大程度上提高资源的利用效率。另外，绿色化已经成为制造业的可持续、健康发展模式。 4结语 综合本文上述内容，机电一体化已经成为自动化技术发展的最高阶段，机电一体化技术的发展是社会所需、是社会生产力发展所需、是传统机械设计变革所需，在推动机械产品发展的同时，振兴机械工业的发展。另外，机电一体化有智能化、系统化、微型化、模块化以及网络化、绿色化等未来发展方向，也对相关科研工作人员提出了更多的要求，以利于机械工业行业的发展。 作者:梁战昌 单位:岑溪市水利供水有限公司

文章简要介绍了智能机器人的发展情况，以及未来的发展趋势，详细阐述了智能机器人所涉及到的关键技术，最后辩证讨论了智能机器人所带的利处与弊端。智能机器人是一种具备大量内部信息传感器和外部信息传感器的机器，包含视觉、听觉、触觉、嗅觉等多种信息传感器，除具有这些传感器之外，还有效应器，能够作用于周围环境。当前的智能机器人已经可以理解人类的语音信息，甚至能够直接进行人机交互。 此外，它能根据出现的情况，调整自己的动作以达到操作者所提出的全部要求，能拟定所希望的动作，并在信息不充分的情况和环境迅速变化时都能完成这些动作。例如，小米智能家居中的设备可以通过人体传感器，多功能网关、门窗传感器等多种智能玩法使人们生活更加舒适便利。 1智能机器人的发展 1.1机器人的发展历史 机器人这个词最早起源于科幻小说中，第一台可编程机器人由美国人乔治德沃尔于1954年制造出来，随后注册了专利。随后很长的一段时间里，由于人类生活水平的提升，对生产力的需求也越来越高，普通的人工生产方式早已无法满足要求，因此在部分生产过车中以机器人代替人类劳作，大大缓解了这样的状况。前期的机器人主要是出现在工业场景中，近些年来，机器人逐步活跃起来，在农业、商业、医疗娱乐等很多商业都能够看到机器人的声音，机器人已经成为我们生活中的重要环节。 1.2智能机器人的发展趋势 未来，智能机器人的发展将会更加积极，首先会有更加明朗的政策支持，例如在《中国制造2025》中就提出了要大力发展智能化机器人的要求，相信随后的机器人市场将持续增长。2015年世界机器人会上，我国总理指出智能机器人是现代高科技技术及高端制造产业衡量标志之一。在技术方面，随着感知认知技术，机器学习技术，云计算，大数据技术等大量智能化技术的不断成熟，都将促进智能机器人的发展。最重要的是，以智能制造为技术背景的时代已经到来，机器人的智能化程度越来越高，这就需要更多的“智造人才”参与其中，而目前关于智能机器人相关人才的培养早已形成，未来的几年内，依靠这些人才作为核心竞争力的智能机器人市场必将迎来快速发展。 2智能机器人的技术原理 2.1运用传感技术 机器人一般通过各种传感器获得外界信息，传感是实时检测机器人的内部运动、工作情况，以及外界工作环境信息，根据需要反馈给控制系统，与设定信息进行比较后，对执行机构进行调整，以保证机器人的动作符合预定的要求。智能机器人和普通的机器人相比，除了能够根据已知的输入指令来执行动作，也可以根据周围环境的变化执行具体行为，正是因为智能机器人配备了丰富的传感器设备，才让上述情况变为现实。传感器技术本身已经相对成熟，也应用在多种情况下，但是对于智能机器人所配备的传感器而言，需要具备一定的精度和实效性以满足机器人在运转过程中的实际要求。传感器能够将环境中的各类非电信息，例如光信息、距离信息、声音信息等转化成智能机器人可以识别的电信号，这就让其具备了能够感知周围环境的能力。在实际场景中，智能机器人也是凭借传感技术实现自主运动、避障、调节环境等，特别的，对于一些对周围环境变化要求较高的场合下，例如芯片制造，利用高精度的传感器就可以让机器人能够更好的完成任务。 2.2运用语音识别技术 智能人机接口系统主要包含：自然语言人机对话，基于声、文、图形及图像等多媒体的人机交流，基于脑电波等生理信号的人机交流。当机器人具备传感器后，就能够与周围环境的信息进行交互，但在更多环境下，我们需要智能机器人可以和操作者进行有效的交互，其中语音识别即是最有效，最常见的形式。作为操作者，我们希望仅仅依靠发出声音就能够对机器人进行操作，在这个环节中，就是智能机器人的语音识别环节。对于语音识别技术的实现过程，首先需要智能机器人的语音采集器尽可能准确地收集到外界环境中的语音信息，包括人的指令或者其他设备发出的声音等，随后，对采集到的信息进行具体的处理，包括：将声音信号转化为计算机可以识别的电信号，再将电信号转变成对应的数字序列，目前已经可以利用人工智能技术分析出这些数字序列具体对应的语音内容，再通过完善的语音库确定语音内容的具体含义，最后就是根据这些含义进行实际的操作。目前，智能机器人的语音识别技术已大量应用于商业环节，可以极大地提高生产生活效率，降低人力成本。 2.3运用图像识别技术 当智能机器人具备”听觉”属性后，自然也少不了“视觉”属性，在多数场景下，智能机器人的视觉识别能力比听觉识别能力应用得更加广泛，也相对更叫高效。对于机器而言，图像信息能够提供的信息量也是最为丰富的，利用机器视觉技术，可以让智能机器人更好的服务于人类。智能机器人的图像识别技术包含以下几个步骤，首先是采集图像或者视频流中的图像帧，直接作为输入信息，传递给智能机器人。随后智能机器人将提取视频信息中的相关特征，根据相关特征确定图像所包含的信息，对于不同的使用场景，所需要提取的信息也不同，例如在避免碰撞时，会提取物体的边缘信息；在进行身份识别时，会提取待识别对象的人脸信息等，这些功能的实现也都是依托于目前相对成熟的机器学习技术。智能机器人的图像识别计算让机器有了“眼睛”去观察真正的世界。 3智能机器人的利弊分析 3.1智能机器人的利处 智能机器人的出现可以给人们的生活带来极大的改变，除了那些千篇一律，枯燥的工作可以由机器人代替，目前随着机器人智能化的不断提高，很多根据挑战性的工作也可以由他们代劳，这样就可以在生活的方方面面都可以便利人们的生活。此外，更加重要的是，在一些比较危险的场合下，可以操作机器人或者让智能机器人根据环境自主的进行运动，以代替人类执行任务，这样就能够避免人员危险，提高安全性。智能机器人的前期投入成本较高，但是随着使用时间的不断延长，成本便可以逐步摊平，以降低当前过高的人力成本。可以说，智能机器人为我们生活不仅带来效率上的提升，更重要的是质的改变。 3.2智能机器人的弊端 智能机器人给我们的生活带来极大利处的同时，我们也不能忽视其带来的部分挑战。由于生产商通过收购竞争对手和专利保护等手段，使得智能机器人这一领域形成了暂时的垄断，从而导致智能机器人购置费用、成本以及维修费用极其昂贵。另外，大量机器人投入市场后，势必会取代大量的工作岗位，因此很多工作人员不可避免地需要面对失业问题。此外，智能机器人的大量使用也会降低人类本身的劳动积极性，导致一些行业发展的停滞，以上这些也都是我们需要解决的挑战。 4结论 智能机器人的出现已经在很多方面对我们的生活带来了很大的影响，相信随着技术的不断升级和产业变革，智能机器人将带来翻天覆地的变化。智能机器人之所有能够表现的那么智能化，还是取决于其自身的硬件组成和软件设计，这些技术的不断积累也一定能够促进其高速发展。但是，不容忽视的是，智能机器人带来便利的同时，也带来了很多挑战，如何应对这些挑战也是我们眼下及未来需要考虑的问题。

车辆管理中物联网技术的应用:基于物联网技术的智能小区车辆管理系统研究 【摘要】本文针对智能化小区车辆停车管理难题，提出了一种基于物联网技术与嵌入式技术、无线传感网技术相结合的智能小区车辆管理系统方案，通过综合运用物联网的思想、概念和方法，采用无线技术、网络和设备，以构建一个信息化、自动化、网络化、无线化的车辆管理系统，实现智能小区车辆动态、合理、高效地管理。 【关键词】物联网;ARM;无线;车辆管理 近年来，随着社会经济快速发展，人们的生活水平不断提高，机动车辆越来越多地进入百姓家庭，住宅小区“停车难、管理乱”的问题日趋突出。智能小区车辆管理正在逐步趋于规范和科学，实现小区车辆智能化管理已经成为必然的发展方向与研究热点。 1.系统设计方案 利用物联网、嵌入式、无线传感网等技术，实现智能小区车辆管理系统，将智能无线传感器安装在车辆、智能小区信息采集点，通过无线感知周边的温度、湿度、光线、位置等信息。在无线传感器节点内同时集成CPU、无线通信模块、天线、电源等，使得该无线传感器节点具备与周边传感器节点协作、通信的功能，组成无线传感网络。每个节点即是信息的采集点又是路由中转点，采集到的数据通过路由算法在各个节点中传送，最终到达嵌入式智能小区网关。小区网关基于S3C6410与嵌入式Linux操作系统平台之下，能有效运行协议转化软件，将无线传感网传输的数据通过以太网发送到智能小区控制服务器，服务器接收到数据后发出相应的控制命令，经由智能网关发送到每个无线传感节点。通过智能小区车辆管理无线传感网，实现对智能小区内车辆的管理和控制，提高智能小区内车辆的管理效率。整个系统由出入口管理系统、停车场管理、小车辆区管理，无线节点管理四部分构成，其系统框图如图1所示。 图1 系统框图 2.关键技术介绍 2.1 物联网关键技术 2.1.1 物联网的概念 物联网（IOT）是指将所有物体通过射频识别（RFID）、红外感应器、全球定位系统、等信息传感设备，按约定的协议，与互联网相连接起来，实现对物体的智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。从技术架构上来看，物联网可分为三层：感知层、网络层和应用层。和传统的互联网相比，其特征和优势一它是各种感知技术的广泛应用，二它是一种建立在互联网上的泛在网络。 2.1.2 射频识别技术 RFID是射频识别技术的英文缩写，又称电子标签、无线射频识别，是一种非接触式的自动识别技术。一个完整的RFID系统硬件通常由标签（Tag）、阅读器（Reader）天线（Antenna）组成。其中，标签由耦合元件及芯片组成，每个标签具有唯一的电子编码，附着在物体上标识目标对象;阅读器读取（有时还可以写入）标签信息的设备，可设计为手持式或固定式;天线在标签和读取器间传递射频信号。目前，RFID技术已经被广泛应用于物流系统、电子收费系统、安防系统、供应链系统、车辆识别系统等各个行业。 2.1.3 车牌识别技术 车辆管理工作智能化的发展趋势也让通信技术以及计算机技术被广泛应用于车辆管理领域中，其精度强、自动化程度高的特点在车辆管理领域逐渐突显。其中车牌识别技术就是在此过程中引起广泛关注的重要技术之一， 车牌识别是通过计算机的视频及模式识别功能，对车辆拥有的唯一车牌号进行定位识别的系统技术。技术的主要环节包括对图像开展预处理、对车牌进行定位、对字符进行分割以及对字符进行识别。 2.2 嵌入式技术 嵌入式系统（Embedded system）是一种“完全嵌入受控器件内部，为特定应用而设计的专用计算机系统”，根据英国电气工程师协会的定义，嵌入式系统为控制、监视或辅助设备、机器或用于工厂运作的设备。与个人计算机系统不同，嵌入式系统通常执行的是带有特定要求的预先定义的任务。由于嵌入式系统只针对一项特殊的任务，因此能够对它进行优化，减小尺寸降低成本。嵌入式系统通常进行大量生产，所以单个的成本节约，能够随着产量进行成百上千的放大。近年来，随着医疗电子、智能家居、物流管理和电力控制等方面的不断风靡，嵌入式系统利用自身积累的经验，在已经成熟的平台和产品基础上与应用传感单元的结合，扩展物联和感知的支持能力，发掘某一领域物联网应用，成为物联网系统技术的重要组成部分。 2.3 无线传感技术 无线传感网，简称WSN，是指由一组随机分布的集成有传感器、数据处理单元和通信模块的传感器以自组织方式构成的无线网络，用于实时监测网络覆盖区域的各类监测对象的信息。WSN综合了传感器技术、无线通信技术、嵌入式系统技术、分布式信息处理等技术，是一项集成了多学科的技术领域，已成为构建无线物联网的重要技术。 3.关键技术实现方法 3.1 车辆识别 RFID读写设备主要完成车上卡片与主机上的信息的交换，用于识别车辆信息以及完成收费等一系列服务，此部分要求模块稳定度高，灵敏度高，可以实现2米以上读卡，读卡速度可以设定，至少是lOms，相同ID信息输出时间间隔设定为2分钟以上，与上位机通信采用232接口，系统可以在很短时间内稳定地实现收费等系列服务。摄像头作为RFID读写器的辅助设备，可以在缴费、登记时对车辆进行监控、抓拍，防止在无人值守情况下发生车辆作弊行为。系统图像采集模块采用基于CMOS图像传感器的OV7620感光器件及OV511微处理芯片组成的USB接口摄像头。 3.2 无线传感网络 系统利用CC2431协议技术和NesC技术进行无线传感节点的软硬件设计，为构筑智能小区内车辆在无线传感器网络，每个传感器节点需要同时具备传感器及计算功能。无线传感节点硬件采用8051 MCU控制单元及CC2420 RF传输芯片相结合的SoC TI CC2431，以支持使用TI CC2431 ZDK的Zigbee协议，并通过TinyOS 2.x实现实时传感器网络。在CC2431的控制下选择不同的传感器以实现不同的数据信息的采集。软件采用无线传感器网络的专用操作系统TinyOS 及TinyOS下具有类形式组件（component）结构的NesC语言来开发节点程序，完成不同传感器的程序编写以实现数据采集和无线传输，达到数据采集功能，并通过对无线传感网MAC协议的优化和改进，最大限度减少电池的能量消耗，延长传感器的使用时间。 3.3 嵌入式网关 要完成有线和无线的通信、融合，需将无线节点发送的数据通过智能小区嵌入式网关或智能家居嵌入式网关进行协议转换，并通过以太网发送到小区控制主机，同时将主机的指令通过嵌入式网关转换为无线指令发送到无线传感器节点。系统中采用基于S3C6410微处理器与嵌入式Linux相结合的智能小区网关，并完成Linux下的协议转化软件的编程。 4.结论 本系统提出了一种将物联网技术与嵌入式、无线传感网技术相结合，利用先进的控制技术实现智能小区车辆管理系统方案，是一种高效、方便快捷、科学的车辆管理手段。能体现智能小区车辆管理要求高可靠性、高实时性、高安全性、低维护性，实现信息资源共享和任务综合管理特点。 车辆管理中物联网技术的应用:浅析物联网技术在车辆管理系统中的应用 摘要：随着我国高速公路体系的快速发展，半自动收费和人工收费的方式费时费力，已无法满足高速公路现代化管理的需要。因此，在车辆管理系统之中引入物联网技术，设计一套专门应用于高速公路的车辆管理系统具有非常重要的意义。本文对物联网技术在车辆管理系统中的应用进行了研究。 关键词：物联网技术；车辆管理系统；高速公路 1 引言 随着我国高速公路体系的快速发展，半自动收费和人工收费的方式费时费力，已无法满足高速公路现代化管理的需要。而电子不停车收费的收费方式常常在实际使用过程中存在着用户缴费和收费管理不便等各种问题，主要有用户对预付卡恶意盗用和冒用等问题。因此，在车辆管理系统之中引入物联网技术，设计一套专门应用于高速公路车辆管理的车辆管理系统具有非常重要的意义。系统通过自动标识通行车辆，然后系统自动通过物联网对银行服务系统进行访问，完成相关费用的收缴。这样解决了原收费系统必须需要预付卡购买、储值和收费等环节，有利于车辆管理系统的应用 [1]。 2 物联网技术概述 物联网的英文简称为“IOT”，所谓物联网是指“物与物相连的互联网”，对于物联网的定义国内外有很多说法，其中最为常用的一种定义是：网联网是通过红外感应器、射频识别（RFID）装置、激光扫描器、全球定位系统等信息传感设备，按约定的物理网协议，把互联网与任何物品相连接，以实现相关信息通信和交换，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络[2]。 3 基于物联网技术的车辆管理系统设计 3.1 车辆管理系统结构 本文设计的车辆管理系统主要由以下几个部分构成：车辆识别系统、监控中心系统、信息服务系统。其具体工作过程是：在高速公路上当车辆通过收费口时，在车辆上附着的电子标签进入了RFID磁场，系统对由标签读写器所发出来的射频信号进行接收，然后射频系统依靠感应电流所获得的能量，发出相关的车辆信息。车辆的相关信息由系统的标签读写器读取，然后由解码器进行解码，送至监控中心系统，再通过本地及远程接口，存储到访问远程服务器或本地服务器进行相应数据处理[6]。 3.2 系统的硬件设计 3.2.1 电子标签选用 本文设计的系统采用的电子标签芯片是Philips的UCODE HSL，本文系统之中采用的电子标签主要有3个，这三个电子标签分别嵌入到车牌、发动机缸体和车体框架之中。这三个电子标签分别对车辆的号码、发动机和车架的出厂编号信息进行记录，这样多标签的设计可以防止车牌的盗用、套牌等违法行为。 3.2.2收费站车辆入口、出口设计 收费站的车辆入口、出口主要由车辆感应器和道闸控制器、车辆检测传感器、LED信息提示牌、接收天线及标签读写器组成、多点摄像系统。具体的工作流程如下：车辆进出高速公路收费口时，车道下面的检测传感器对车辆的相关信息进行检测，然后多点摄像系统对驾乘人员和车辆进行拍照和录像，同时，车辆的电子标签芯片被标签读写器激活。同时，将电子标签的相关信息与照片、录像信息等信息打包传输给远程主机，进行相关检测后，进行放行[8]。 3.2.3监控中心设计 车辆系统的监控中心主要有入口主机系统和出口主机系统构成，入口主机系统主要用来接收识别系统发来的车辆信息，然后对相关信息进行确认，并将相关信息传输并存储给到本地服务器多媒体数据库中，数据库对车辆信息进行查询，若没有发现该车辆的相关信息，则再到远程数据库进行查询。出口主机系统主要用来当车辆到达出口时，对系统发来的车辆信息进行接收和识别，然后将相关信息与入口发来的信息进行核对，对违规车辆进行处理，并计算出该车辆应缴纳的里程和费用等等[9]。 3.2.4信息服务系统设计 本地信息系统主要由数据库管理系统软件和2台服务器构成，对这2台服务器进行主从配置，其中从属服务器主要用于数据的实时备份[10]。以确保相关数据的绝对安全可靠。由服务商提供远程信息系统，使用多表结构设计本地数据库，分别对车辆的基本信息、车辆通行信息、缴费信息、车主基本信息、录像等多媒体信息、车辆和人员照片等进行记录。 3.3 EPC编码功能设计 本系统采用EPC编码，这种编码格式主要有：64位、96位和256位。这种编码格式的特点是简单和安全，这种编码具有惟一性和分层扩展性。本文设计的系统为了降低电子标签的成本，采用EPC-64Ⅲ型64位编码格式[12]，其中域名管理26，位版本号2位，这种编码格式可以作为厂家识别的代码。由于国内车辆是按照省、地、县市分级管理，所以系统车牌的编码采用分段式结构，对车辆号码逐级分层管理，有利于扩展和提高信息查询效率。 3.4 Savant系统 本文的Savant系统由以下几个部分构成：事件管理系统，实时内存事件数据库，任务管理系统。这个系统的功能是负责整个车辆管理系统的程序集成和整体控制。Savant系统提供了标签读写器和应用程序等两个接口。其中标签读写器主要与车辆管理系统的标签读写器相连接，而应用程序接口主要是为了实现通讯功能与外部应用程序相连接。系统的具体工作流程如下：Savant系统通过接口读取系统标签读写器中的车辆EPC，将信息做平滑、协同及转发后，存入RIED数据库中。 3.5 ONS系统 车辆管理系统之中的ONS系统采用BIND程序进行配置，ONS相当于Internet中的域名系统DNS。它可通过Internet域名解析实现与互联网的连接。具体来说，ONS就是为了完成“主机名”和IP地址之间的转换，实现与外部Internet系统连接。同时ONS系统的具体工作流程如下：车辆管理系统的Savant系统获取车辆EPC，然后将车辆EPC传递给ONS，进行IP地址的转换。同时，车辆管理系统在Internet上搜索该IP地址对应的计算机和相应服务，从PML服务器中获得车辆的描述信息，进行完成相关车辆信息的调用。 4 结论 在我国交通快速发展的今天，在车辆管理系统之中引入物联网技术，设计一套专门应用于高速公路车辆管理的车辆管理系统具有非常重要的意义。本文就此问题进行了分析。文章在通过认真分析物联网技术的基础上，完成了基于物联网技术的车辆管理系统的设计，具体分为：车辆管理系统结构，，系统的硬件设计，EPC编码功能设计，Savant系统，ONS系统。 车辆管理中物联网技术的应用:物联网技术在智能车辆管理中的应用探究 【摘要】物联网技术作为一种全新的技术措施，在智能车辆管理系统中实现了信息的交换、管理与监控，随着车辆的不断增加，物联网技术应用于智能车辆管理的体系也越来越健全。本文在了解物联网技术内容的基础上，对物联网技术在智能车辆管理系统中的应用进行了探究。 【关键词】物联网技术 智能车辆 管理系统 技术应用 一、物联网技术简介 随着经济的飞速发展和社会的不断进步，城市人口数目有了很大范围的增加，汽车数量也在持续增多，交通堵塞、拥挤的现象愈加严重，因此而引发的大气污染、噪声污染、能源消耗等也成为各工业发达和发展中国家所面临的严峻问题。智能交通系统（ITS，Intelligent Transportation System）作为近年来逐渐兴起的技术措施，可以有效改善交通阻塞问题，使得交通拥挤问题得以解决，这一措施也越来越受到国内外专家学者和政府决策部门的重视，在许多国家和地区也开始了更为广泛的应用。随着近年来物联网技术在国内的快速发展，智能交通领域也被赋予了更为丰富的技术内涵，同时，在管理理念及相关技术手段上也引起了革命性的变革。 顾名思义，物联网（IOT，The Internet of Things）就是物物相连的网络，一般认为，物联网指的是通过传感器网络、射频识别及全球定位系统等信息传感设备，按提前约定的协议，把某物品与互联网连接起来，以便进行信息通讯及交换，从而实现智能化识别、跟踪、定位、监控及管理的一种网络。从1999年物联网概念的提出直至2005年国际电信联盟（ITU）年度互联网报告引发全球范围内的对物联网的相关讨论，再到2009年IBM提出“智慧地球”的概念，物联网的定义及范围都发生了巨大的变化，其覆盖范围也有了较大的拓展，不再仅仅是基于RFID技术的互联网。物联网技术应用于智能化车辆管理，使得交通事件从“事后处置”转变为“事前预判”这一模式，是智能交通领域内一次较为深刻的变革。 二、智能车辆管理中的物联网技术应用 （1）射频识别技术。射频识别技术是智能车辆管理中对车辆出入的一种管理，比如根据企业事业单位对于人员出入车辆的管理需要，会给员工车辆发放一张远距离识别卡，将卡片固定在车的某一部位（如：前挡风玻璃），在道闸前段部位地面下安装远距感应器，当携有RFID卡的车辆到达此区域时，远距离读卡器将读到的RFID卡号传递给控制器，进而控制器对所读卡号进行合法判断，在卡片合法的情况下，控制器上继电器工作，从而使得与之相连接的智能道闸打开，反之，卡片不合法时，继电器则不会工作，道闸不打开，同时传递给计算机一个引发警报的信息。这种利用远距离自动控制技术和射频识别技术共同开发成的具有国际领先水平的智能化管理系统，可以实现人员车辆进出速度快、更便捷的目的。它不仅可以使人员车辆出入的批准步骤得以简化，而且可以实现人性化的自动识别人员车辆的身份，使得人员车辆的管理更加简单、精准，而且可以有效提高企业的形象。射频识别技术的应用具有感应距离远、多重识别、读信息速度快等优点，这种技术拥有着较高的稳定性和可靠性，一车一卡，资料存档，防伪性极高，在保证安全性的基础上，避免了人为控制带来的诸多不便，车辆出入资料更便于工作人员监督。 （2）车辆定位技术。车辆定位技术使用包括通讯器和定位器两部分的RFID硬件设备，以电子标签作为标识码，驾驶员使用人员标签，车辆使用车辆标签，具备了数据可靠、有效通讯距离长、不宜破损等特点，电子标签的基本原理则是利用射频信号及其空间耦合与传输特性实现的对移动或静止的待识别物体的自动识别。利用电子标签并结合车辆内所具有的视频监控设备，建立起一套较为完整的车辆定位跟踪管理系统。车辆定位技术可以自动检测受控目标经过受控区域的时间及地点信息，并可以实现对受控目标的统计及安全管理的自动化；具有成熟可靠的网络通信系统，对信息可以进行实时采集，整个过程无需人为参与；具有完备的信息查询与数据统计软件，为高层人员管理与查询提供了全方位的服务；该技术具备较强的安全、可靠、稳定性，对于异常情况可以及时发现，并有报警呼叫系统的高级配置。 （3）车牌识别技术。车牌识别技术是智能车辆管理中的一项重要技术，也是智能车辆管理时所关注的内容。如今，车辆管理工作越来越注重追求车辆管理的高质量、高效率及高精确度，由此，车辆管理自动化程度和管理精度自然而然地成为了智能车辆管理的主要关注对象。车辆的识别较为冗杂，首先需要在动态的运行车辆中抓取快照，通过对照片的预先处理获取较为清晰的照片，接着通过计算机对车牌信息进一步自动识别车牌数字信息，根据自动定位技术采集的车辆位置信号与车辆进行对应，并进行位置定位，由此完成车牌的识别。车牌对于整辆车来说较小，而且车牌处于整辆车下部较为隐蔽的位置，这也就增加了车牌的检测难度。然而车牌识别在车辆管理过程中是尤为重要的一个环节，工作人员需要根据检测到的车牌确定各车主，并且可以通过视频监控和模式识别等功能对车辆进行实时定位。 （4）底盘扫描技术。对车辆进行底盘的识别有利于保障车辆的运行安全性，对于车辆正常行驶有着极其重要的意义。底盘检测相对来说也存在一定的难度，通过肉眼观察以及人工安置反光镜为较为传统的检测方法，受管理人员能力与经验的影响，这种方法检测效率不高、精确度较低，同时也不利于检测工作的顺利进行。智能化的车辆管理系统在克服低效率、低精确度问题的基础上，实现了检测数据化存储与分析处理，满足了更多车辆管理的需求。智能的底盘扫描系统则是利用现代化的传感器装备来检测底盘的形状、运行特性参数及零部件位置等，通过将检测信息与标准信息对比，在一定时间内对其进行预测，当预测的检测结果超过了所设定的阈值时便可对底盘故障进行判断，并发出故障预警。此外由于底盘的检测环境有所不同，底盘检测技术要对于环境的改变及时做出灵活调试及转变，以便适应较为复杂的车辆状况。 三、结语 物联网技术应用于智能车辆管理系统需要遵循一定的管理机制，随着车辆智能化管理的实现，根据所需管理车辆的规模对终端监测节点和上位机监控界面进行合理设计，在解决交通阻塞、交通拥挤问题和减少交通事故的前提下，车辆的管理效率也将会得到大幅度提高。对于较大规模的车辆管理工作可以通过中央控制系统进行层层下分，以便保证整个系统的协调高效运行。

1采煤机概述 我国从20世纪开始引进到成功研制出第一台深截式采煤机仅仅用了2年的时间。目前，在矿山采掘工作中，采煤机是成套设备中成功应用综合机械自动化技术的产品之一。随着自动化技术在煤矿安全生产应用中快速发展，其在采煤机中的应用主要在以下三个方面发挥了重要作用。 1）使煤矿安全生产效率及质量得到了重大的突破和提高。首先，新时代下从环保、高效、安全生产角度，自动化技术在采煤机中的应用都满足了煤炭开采的需求。其次，自动化技术能够对采煤机的重要数据信息自动进行检测、处理，以经过采煤机的这些检测和处理的数据为基础，自动采煤机还可以自动采取有效的控制方案，使得各个采煤机械设备能够运行在最佳状态，实现了智能化的控制。再次，常常可以避免设备故障，减少了采煤机设备的维修时间，使其在较短的时间内进入到工作中，有效提高了采煤机的工作效率。最后，从环保角度看，可以节能减排，提高了煤炭开采的质量。 2）提高煤矿安全生产的安全性。煤炭开采是一项高危且复杂的工程，它需要人们长期处于非常复杂、非常恶劣的矿井工作环境当中，所以，采煤机具备较高的稳定性和安全性是煤矿安全生产的首要条件，自动化技术在采煤机中的应用正好弥补了人工开采所不可取代的需求。从可靠性方面看，在设备硬件系统中（如：液压元件、压力传感器、流量传感等），自动化技术的应用可以使采煤机硬件系统的可靠性在很大程度上得到提高。从安全性方面看，为了让采煤机的每一个设备及系统能安全运行，可以在采煤机软件系统中设置不同类型故障诊断、监控程序、计算机信息处理、显示功能等自动化系统，让这些自动化系统自动进行诊断，实时进行监测、监控，进一步提高煤矿安全生产的安全性。 3）自动化技术在采煤机中的应用不仅可以节省大量的人工劳动力，为煤矿安全生产企业节约大量的劳动成本，还能对矿井工作人员的生命财产安全起到保障的作用。 2采煤机自动检测改造思路及具体措施 目前，自动化技术在整个煤矿安全生产中的很多领域都得到了很好的应用，如采煤机的矿井提升机系统、液压牵引系统、自动检测系统等。采煤机是煤炭开采过程中装煤、落煤最重要的一种采掘机械设备，因此，在运行过程中，采煤机自身的正常运行状况直接关系到整个煤矿生产的效率。怎样高效地找到故障发生点并排除故障是本文重点探讨的问题。以液压牵引采煤机为例，对采煤机的自动检测改造，主要是对计算机信息处理技术、传感器、液压牵引系统进行相应的改造。 2.1牵引主回路 牵引主回路是一个封闭式系统，也是液压牵引采煤机重要的组成部分，它包含了定量双向马达和变量双向泵两个部分。合理地调整液压马达的转向及转速，即合理地调整主油泵的排油方向及流量，达到改变牵引方向和牵引速度的目的，主油泵性能的好坏直接影响整个系统的性能，所以主油泵的选择至关重要。 2.2传感器的安装 在油马达对应位置处安装流量传感器和流量、压力传感器，将液压系统的流量、压力、温度、扭矩和转数等变为电信号，输入计算机处理，并输出到显示器显示。为了方便维修人员查询，液压系统的参数可以设置保存一定的时间，当系统出现故障时，工作人员可以通过系统查询功能准确判断相关设备的故障情况。为了具体了解工作介质的温度变化情况，可以在主油管路上装设一个温度传感器，再在适当位置处安装压力传感器，可以掌握主油路压力的实际情况。 2.3改造措施 主泵在工作时其主回路可伴随泄漏情况，即液压元件存在泄漏的风险，且由于主泵自身工作原理及结构上的缺陷使系统散热性较差，液压油温度也会随着升高，因此，可以在液压系统中设置补油和热交换回路。在采煤机运行过程中，主要元件辅助泵从油箱经精滤油器吸入适量的冷油，排出的压力油经精滤油器、单向阀自动进入到主油路的低压侧，达到补偿回路泄漏的目的。与此同时，油马达所排出的一些热油在经过梭形阀、背压阀及单向阀回油箱之后，再经过冷却器，又流回到油箱，热油便得到冷却。再在辅助泵出口处安接一个压力传感器，通过压力传感器的电信号将装辅助泵的压力传输给计算机，便可准确检测到液压系统低压和辅助泵工作的情况。为了让辅助泵能正常运行，安装上的压力传感器的最低压力值可根据采煤机的不同设定为辅助泵的最低压力值，工作人员可根据显示结果来判断辅助泵和低压系统的正常运行状况。此时，采煤机的自动检测改造技术已基本可以实现。例如充分利用各种传感器将采集到的数据信息（采煤机液压马达的转动方向、转动速度及排水量等）信号转化为电信号传输到计算机系统中，计算机系统经过自动化处理技术，完成采煤机的自动检测。此计算机处理系统具有防止故障恶化的中断功能，能够在采煤机运行出现危险信号时立即采取适当的处理方案；具有实时监测监控、显示功能，对传感器传输过来的信号进行实时跟踪保存等多种功能。改造后的采煤机自动检测满足煤矿开采各方面的要求，提高了煤矿生产的效率。 3我国采煤机的发展现状及前景 目前，与国外采煤机技术相比，不管在理论研究上还是技术实践上，我国都还有很大的完善空间，所以在煤矿生产方面，我国采煤机在很多方面具有很大的发展前景。 1）在采煤机的应用中，系统的可靠性将会不断完善。第一，液压牵引系统各方面性能应不断完善。如主回路泄漏情况、低压稳定性、散热性、防潮性等。第二，提高采煤机各零部件的可靠性、稳定性，延长设备的使用寿命，定期维护保养，使其质量得到提升。如主油泵、马达、传感器等。第三，不断提高采煤效率，并减少采煤的各种成本，特别是人工劳动成本。 2）对采煤机的计算机处理系统进行升级，如数据信息实时传输、设备运行情况的监测监控、远程监控等方面都有待更深层次的探讨研究。让采煤机在煤矿井下的应用达到更安全、更可靠的效果，真正实现采煤工作“高产、高效、环保”的特点。 3）煤炭开采设备正朝着“综合化、微型化、自动化、智能力”的方向发展。未来的采煤机由于零部件少，自身轻巧、灵便、智能，操作会更灵活，可以更好地适应各种复杂的煤层地质条件、恶劣的开采环境及立井、横井的地理特性等。除此之外，随着自动化、智能化技术的迅速发展，在煤矿开采中也会逐渐应用无人开采技术、记忆割煤技术等。 4结语 对煤矿开采来说，在自动化技术的应用中，对采煤机的自动检测技术进行切实有效的改造越来越重要。由于液压牵引采煤机的液压牵引系统采用了传感器、计算机、显示器等一体化的信息处理技术，使采煤机具有更好、更直接的故障诊断及警报功能，不仅大大提高了工作效率，缩短设备故障查找时间，增加了采煤机生产工作时间，还能使采煤机处于更好、更稳定、更安全的正常运行状态中。未来，我国的煤矿安全生产企业要实现“高效、高产、环保”的美好发展前景指日可待。

室内系统设计论文:室内环境质量无线监测系统设计 摘 要：高校实验室在上课期间，人员集中，室内环境质量恶劣，对师生的健康和学习效率有着很大的影响。文中选择高校实验室作为研究对象，通过对实验室室内环境监测技术的研究，为营造健康舒适的高校室内环境提供了一种技术支持，从而为实现高校室内环境质量的健康可持续发展奠定了基础。 关键词：室内环境质量监测；温湿度；光照；ZigBee 0 引 言 健康舒适的室内环境对任何一种建筑来说都尤为重要，实验室作为人员密集型建筑，良好的室内环境有助于提高学生的学习效率。如果温度过高或过低，湿度过湿（高于70%）或过燥（低于30%），光照的过明或过暗，都会使学生产生不适感，影响正常排汗和情绪、降低注意力。由此可见，实验室环境的不尽人意，在无形中影响了学生的健康和学习效率。因此，开发了室内环境质量无线监测系统，以便24小时监控实验室的环境质量参数。本无线检测系统的主要特点如下：（1）该系统可以延长实验室里面设备的使用寿命，为设备提供一个安全的使用环境；（2）该系统能够提高管理效率，温湿度数据可以远程传输，管理人员在巡查的时候不必到机房去就可以远程了解实验室的环境问题；（3）本系统可以代替管理人员24小时监控非上班时间实验室存在的安全隐患，达到对实验室远程监控的目的。 1 系统总体设计 在日常生活中，由于存在个体差异，在各种条件下要找到一个单一的指标来准确反映人体对环境的舒适性是很困难的。因此，在环境舒适性的检测过程中，我们往往关注三个比较重要的影响环境舒适性的因素：温度、湿度、照度。所以本系统针对实验室的环境分别采集温度、湿度、照度这三个因素来衡量实验室环境的舒适性。系统的总体设计框图如图1所示。 图1 室内环境无线监测系统的总体设计框图 本文所述的室内环境无线监测系统分为硬件设计方案和软件设计方案两部分。 1.1 硬件设计方案 该系统采用模块化的硬件设计，由STC12系列单片机微控制器、温湿度传感器、光照传感器、CC2530芯片的ZigBee收发模块、液晶显示模块、电源模块等组成。该终端具有室内环境参数的自动采集、计算处理等功能，它可以连续自动地测量温度、湿度、光照这些指标，各种要素经过传感器将模拟量转化成相应数字量，供采集器定时处理后给单片机进行处理，实现数据的采集、显示及无线传输。 1.2 软件设计方案 室内环境无线监测系统的软件设计由主程序、温湿度传感器驱动子程序、光照传感器驱动子程序、LCD12864液晶显示子程序、串口通信子程序等组成。对于硬件方案用到的编程软件其中包括对于微控STC12C5A60S2进行C语言程序编译的Keil软件，将Keil软件生成的.hex头文件烧录至MCU中的下载软件STC-ISP中。 2 室内环境质量无线监测系统的硬件设计 实验室室内环境质量无线采集系统在硬件设计过程中，使用了模块化的设计方法，分别为微处理器电路设计、数据采集模块电路设计、显示模块电路设计、串口通信电路设计、无线收发模块。在本系统中，对实验室室内环境质量参数数据的采集主要依靠各种传感器，如温湿度传感器AM2301、照度传感器模块GY30。这些传感器的工作原理是利用物质各种物理性质随环境变化的规律把温度、湿度、照度等转换为模拟量或数字量进行输出，通过单片机采集这些电量数据并对其进行计算即可确定各环境参数的数值。在室内环境质量无线监测系统的设计中，本文使用了STC12C5A60S2单片机进行设计。具体包括：单片机最小系统，温湿度接口电路，光照接口电路，接口电路，电源电路，串口通信接口电路。 2.1 MCU的选型 本系统设计采用的是STC12C5A60S2单片机。STC12C5A60S2 在众多的51系列单片机中，算是国内STC 公司的1T增强系列中更具有竞争力的一种，因为他不但和8051指令、管脚完全兼容，而且其片内具有Flash工艺的大容量程序存储器。如STC12C5A60S2单片机内部就自带高达60 K的 FlashROM，这种工艺的存储器用户可以用电的方式瞬间擦除、改写。而且STC系列单片机支持串口程序烧写。显而易见，这种单片机对开发设备的要求很低，开发时间也大大缩短。写入单片机内的程序还可进行加密，很好地保护了用户的劳动成果。 2.2 温湿度传感器AM2301 DHT21数字温湿度传感器是一款含有已校准数字信号输出的温湿度复合传感器。它应用专用的数字模块采集技术和温湿度传感技术，确保产品具有极高的可靠性与卓越的长期稳定性。传感器包括一个电容式感湿元件和一个NTC测温元件，并与一个高性能8位单片机相连接。因此该产品具有品质卓越、超快响应、抗干扰能力强、性价比极高等优点。每个DHT21传感器都在极为精确的湿度校验室中进行校准。校准系数以程序的形式储存在OTP内存中，传感器内部在检测信号的处理过程中要调用这些校准系数。单线制串行接口，使系统集成变得简易快捷。超小的体积、极低的功耗，信号传输距离可达20米以上，使其成为各类应用甚至最为苛刻的应用场合的最佳选择。 2.3 光照传感器模块GY30 本系统采用新型单片测光芯片GY30模块，该模块的工作电压为3.3 V，内置了BH1750芯片，可以对广泛的亮度进行1勒克斯的高精度测定，实现了照明度（1～65 536勒克斯）数字值的直接输出。主控器通过I2C（Inter-Integrated Circuit） 通讯接口读取GY30采集到的数据，然后按照用户要求的形式通过界面将数据呈现出来。 2.4 ZigBee数据传输模块选型 本系统中所使用的ZigBee模块为某电子公司的无线模块，该无线模块在产品类型中分为三种：ZigBee（Coordinator-协调器）模块、ZigBee Router（路由器）模块、ZigBee End Device（终端设备）模块。 ZigBee能耗无线监测终端的硬件设计中，无线ZigBee模块（Router-路由器）的功能是以无线方式发送数据资料包，并寻找最适合的路由路径，当有其他终端节点加入时，其也可为其他终端节点分配地址。CC2530结合了领先的RF收发器的优良性能，其内部包含一个8051 CPU，且系统内可编程，其支持TI官方指定的IAR编译软件，并具备8 KB RAM，因此，CC2530是一个完整的SoC解决方案。通过其可以建立强大的无线传感器网络。 2.5 ST7920型12864液晶显示模块 为了在节约硬件资源的基础上可以得到更丰富的显示内容，并考虑到低功耗的要求，本系统设计中的显示电路采用ST7920型12864带字库的液晶显示模块。 3 室内环境质量无线监测系统软件设计 本节的主要内容是进行室内环境质量无线监测系统的软件设计，软件设计的核心为底层硬件温湿度传感器AM2301模块、光照传感器GY30模块、LCD12864液晶、串口通信等编写驱动程序，使得监测系统在上电后可以分别正常监测温湿度值、光照值的显示，及进行串口通信。室内环境质量无线监测系统主控程序流程图如图2所示。 图2 室内环境质量无线监测系统主控程序流程图 3.1 温湿度传感器AM2301驱动子程序设计 DATA数据线用于MCU与 AM2301之间的通信。四十比特完整的数据=十六比特的湿度数据值+十六比特的温度数据值+八比特校验和。例如，接收四十比特的数值，温湿度传感器AM2301的数据格式如图3所示。 图3 温湿度传感器AM2301的数据格式 空闲时总线为高电平，通讯开始MCU拉低总线1～10ms，然后释放总线，延时20～40 μs后主机开始检测响应信号。从机AM2301的响应信号是一个80 μs左右的低电平，随后从机在拉高总线80 μs左右代表即将进入数据传送。长的高电平代表的是信号1；短的高电平代表的是信号0。温湿度传感器AM2301数据传输的时序图如图4所示。 图4 温湿度传感器AM2301的数据传输时序图 3.2 光照传感器GY30驱动子程序设计 GY30与主控器之间的通讯使用I2C通讯协议。时钟线为高电平时，数据线由高电平向低电平变化表示开始信号；时钟线为高电平期间，数据线由低向高变化表示结束信号。I2C通讯协议的起始信号与终止信号时序图如图5所示。 图5 I2C通讯协议的起始信号与终止信号时序图 3.3 串口通信子程序设计 上位机对单片机所存储的数据的读取是通过USART实现的。由于单片机内部集成有USART模块，因此MCU只需要连接MAX232芯片，就能和PC通信。首先，单片机要设置异步通信的比特率数据位、停止位、校验方式等，最后才打开中断。在本系统中，异步串口通讯模块比特率设置为9 600，通信模式采用模式l，即每次发送的有效数据为8位，另加一位停止位。串口通信的软件设计流程图如图6所示。 4 结 语 本文针对室内环境质量的关键问题，基于物联网技术，采用无线数据采集与传输等先进信息技术手段，准确采集室内环境质量数据，使实验室室内环境质量在计量、采集、统计方面更加完善，同时确保实验室的正常、高效、健康、稳定地运行。管理人员只需要通过网络就可以了解实验室环境的实际情况，从而极大地减轻对实验室的管理工作，实现实验室的科学管理。 室内系统设计论文:基于DW1000的超宽带室内定位系统设计 摘要：为了提高室内无线传感器网络的定位精度，设计了一个基于UWB的无线传感器网络定位系统，该系统在上位机软件上运用TDOA算法进行定位计算，硬件设计上锚节点采用decaWave公司生产的DW1000为无线收发芯片，在其控制器STM32内部写入嵌入式程序，完成数据记录、收发。该系统理论定位精度可达到10cm，抗多径能力强、稳定性高，为无线网络传感器定位提供了更多的参考。 关键词：无线传感器网络 UWB TDOA DW1000 随着物联网时代的到来，人类已经置身于信息时代，一种全新的UWB技术与21世纪最具影响力的无线传感器网络的完美结合，正在改变着科技，改变着人类工作生活的方式，连通了现实社会、计算机世界、人类社会这三元世界。人类社会对目标进行检测、定位、跟踪和导航要求日益增高，尤其在环境复杂的室内，常常需要确定物品与设施的具体位置，所以急切需要开发通信能力强、成本小、能耗低、可靠性高的定位系统。相比于其他无线传感器网络通信技术，基于UWB[1]的无线传感器网络技术低功耗、低成本、高容量、高安全性的特点，非常适合于多点数据通信搭建室内定位平台。 1 系统构架和定位原理 1.1 系统整体构架 本定位系统主要由硬件和软件两部分构成，硬件部分是基于UWB（IEEE802.15.4）协议的无线传感器网络，其中包括标签节点（Tag）、锚节点（Anchor），软件部分包括硬件嵌入式软件和运行于上位机上的实时定位系统（RTLS）软件。 在系统中锚节点的设计是关键，锚节点对标签节点TOA信息进行的记录[2] [3]，并且，记录锚节点之间的时间同步信息，然后发送给上位机定位软件，由上位机定位软件完成TDOA[4]定位分析计算，定位位置显示，并对Anchor/Tag进行配置管理。如图1所示。 1.2 定位原理 定位系统基于TDOA定位方法，这种方法只要求锚节点之间同步，不要求锚节点与标签之间同步，便与工程实现。通过标签节点向位置已知的锚节点发送无线电波信号，测量出标签节点到达锚节点的时间差，因为在空气中无线电波传播的速度近似于光速，所以，可以得到标签节点到锚节点的距离差，然后根据双曲线原理，利用最小二乘可以求出标签节点的坐标[5]，完成定位。如图2所示。 已知有三个锚节点A 、B 、C 的坐标，未知标签节点T ，T到A与T到B的距离差 ，T到A与T到C的距离差 ，根据几何原理，标签节点T必定位于以锚节点A、B为焦点、与两个焦点的距离差恒为 的双曲线上。同时，标签节点T也位于以锚节点A、C为焦点、与两个焦点距离差恒为 的双曲线上，则有， 因为各个锚节点的位置都已知，可以求出 ， ， ，得到位置标签T ，的位置。 2.硬件设计 2.1 锚节点总体架构 锚节点和标签节点是硬件设计的关键，标签节点的功能很单一只是按固定周期发送广播数据包，设计比较简单，与锚节点设计相似，这里以锚节点作为重点进行介绍，下图是锚节点设计总体架构，锚节点主要有处理器模块、无线收发模块、嵌入式软件组成。锚节点以STM32F107VCT6为MCU，通过SPI[6]连接DW1000无线收发芯片，对其进行控制管理，集成EEPROM芯片，用于存储锚节点MAC地址、IP地址、RTLS定位服务器IP地址等，锚节点还设计有Ethernet接口用于上传数据、提供电源。如图3所示。 2.2 处理器模块 定位系统节点在MCU的选择上，采用意法半导体公司推出的互联型系列微控制器STM32F107VCT6，此芯片集成了各种高性能工业标准接口。它基于ARM Cortex-M3内核，主频72MHz，内部含有256K字节的FLASH和64K字节的SRAM，LQFP100封装。板上除晶振外的所有IO口全部引出，方便扩展及开发。内部集成高性能以太网模块，支持802.3协议定义的独立于介质的接口（MII）和简化的独立于介质的接口（RMII），支持DHCP、Telnet、TFTP、HTTP等协议。提供256字节的I2C端口，提供18Mbps的SPI接口，含有USB 2.0 OTG全速接口，支持从USB接口取电或通过控制对USB设备供电。 2.3 无线通模块 无线通信模块采用decaWave公司提供的DW1000无线收发芯片，它是一个遵循IEEE802.15.4-2011 UWB标准的低能耗、低成本无线收发芯片，支持精度定位和同步数据传输，定位精度可达到10cm，抗多径能力强，在RTLS系统中支持高密度存在，长寿命的电池适用于极小系统的消耗，支持TOF测距和TDOA精确定位，支持6个从3.5GHz到6.5GHz射频波段，数据传输速率为110 kbps，850 kbps，6.8 Mbps，功率消耗低，睡眠模式电流1 ?A，深度睡眠迷失电流50nA，拥有完整的MAC层支撑软件，提供SPI接口，可连接主处理器，6 mm x 6 mm 48引脚小型封装包，引线间距0.4 mm。适用于无线传感器网络。如图4所示。 2.4 SPI接口设计 SPI是一种同步串行外设接口，本系统中STM32作为主设备通过SPI实现对从设备DW1000无线收发芯片内部寄存器和RAM的读写操作，进行通信以交换信息、发送命令。SPI接口设计有4跟线，其中SCLK表示主设备STM32产生时钟信号，完成对通信的控制， MOIS表示STM32输出数据，DW1000接收数据， MIOS表示DW1000输出数据，STM32接收数据， CS1/CS2表示DW1000的使能信号，由STM32控制。如图5所示。 2.5 I2C设计 I2C[7]模块采用24C02的EEPROM芯片，该芯片容量为2Kbit，256个8字节，内有一个16字节写缓存器，支持I2C总线传输协议。I2C总线由数据线SDA和时钟线SCL构成，可以在MCU与DW1000、DW1000与DW1000之间进行双向传输，各种被控制的电路都并联在这条总线上，每个模块都有自己唯一的地址，根据所要完成的工作，在信息传输的时候，每一个模块既是控制器，又是发送器。本系统主要用于存储Anchor MAC地址、IP地址、RTLS定位服务器IP地址、decaWave DW1000收发器芯片的硬件配置信息。如图6所示。 3 嵌入式软件设计 嵌入式软件开发采用Keil公司的Keil uVision4，编程语言使用C语言，该软件的编译与调试能够与ARM器件高效匹配。编写在MUC中的嵌入式软件主要完成标签节点到锚节点TOA的测量、锚节点之间TOA信息的测量、将获得信息传送给RTLS。 嵌入式软件的信息处理流程采用串行处理，单线结构就可完成所需功能，包括 STM32复位和时钟配置模块（STM32-RCC）、I2C读取模块、Ethernet模块、DHCP动态IP获取模块、UDP5555端口初始化模块、UDP4646端口初始化模块、定时器配置模块、decaWave DW1000收发器配置模块、上层应用初始化模块、发送无线广播数据包模块、中断处理程序。当无线收发收发芯片收到或发送一个数据帧的的时候，会向MUC发送中断请求，中断程序主要中断产生的类型、判断中断位置是否正确、读取数据接收帧的源地址、读取数据接收帧的类型、接收数据帧、读取TOA信息、将读取的信息进行封装发送给RTLS。如图7所示。 图7 嵌入式软件流程图 4 上位机软件设计 上位机软件采用微软公司开发的WPE框架，使用C#编程语言。主要完成TDOA定位分析计算，Anchor状态显示、定位显示、配置管理。Anchor状态显示主要显示Anchor是否连接到TDOA-RTLS，Anchor能够接收到那些Anchor的Pacer-blink信号，以及Anchor两个无线模块的工作状态；定位显示主要显示Anchor位置和工作状态（有无信号发送），Tag位置和工作状态（有无信号发送），Tag历史位置（或活动轨迹）指示；配置管理功能主要包括定位软件的功能配置和Anchor的管理配置。 4.1 上位机软件接口 嵌入式软件通过端口号为6666的UDP连接向RTLS发送TOA分析计算和Anchor之间的时钟同步所需的信息，该端口上传输的信息包括长度分别为76字节和70字节的数据包；RTLS通过端口号为3535的UDP发送管理配置信息，该端口的信息完全可以通过IP Tools网络监测工具进行数据包的截获和分析，并且这些信息可以与I2C芯片中读取的信息进行对比分析；RTLS通过编号为2346的UPD将定位计算结果直接发送给各个显示客户端；RTLS通过端口编号为2345的UPD发出TDOA定位计算结果。如图8所示。 4.2 上位机软件工作流程 上位机软件的设计比较复杂，主要有主线程、TDOA计算线程、UDP6666数据包接收线程、UDP6666 socket数据包收发线程、UDP3535处理线程、UDP2346处理线程构成。当定位系统开始运行时，RTLS系统通过端口6666的UDP连接就收上传数据，当数据包接收完成后对数据包进行解析，76字节数据包提供标签到达锚节点的TOA信息，70字节数据包提供锚节点之间的TOA信息，之后通过TDOA计算线程调用定位算法函数进行定为计算，最后通过UDP2346处理线程显示出定位结果，整个过程中UDP3535处理线程一直处于打开状态，进行管理配置。如图9所示。 5 结语 本文设计了一个基于与DW1000的超宽带室内定位系统，该系运用TDOA定位算法，原理简单，易于工程实现，硬件部分采用DW1000无线收发芯片，具有定位精度高、稳定性强、成本低等特点。同时，本系统的设计为无线传感器网络室内定位提供了一个参考样本，具有一定的参考价值。 室内系统设计论文:室内消火栓系统设计探析 [摘 要]消火栓系统是最基本、最重要的灭火设施，对消火栓系统的设计理应引起足够的关注和重视。本文分析了消火栓系统的特点，探讨了室内消防竖管设置的最小间距，并研究了高位消防水箱设计的几个问题。 [关键词]消火栓；消防竖管；高位消防水箱 1 消火栓系统的特点 消火栓系统是我国使用最早、应用最为广泛的消防系统。消火栓系统包括室内外消火栓设备、消防管道、消防供水等设施，在灭火时有以下几个特点： （1）人工操作的消防系统，也意味着发生火灾时，消防人员的到位会有一定的滞后； （2）系统本身灭火效果也会受到火场条件的影响，比如：较高的火场温度，浓烟降低了火场能见度，建筑构造设计不完全符合消防要求等； （3）火灾最终需要由消火栓系统来收尾。 作为室外、室内都使用的消防系统，消火栓系统是最基本、最重要的灭火设施，对消火栓系统的设计理应引起足够的关注和重视。本文即对室内消火栓系统设计中所遇见的几个问题进行分析。 2 消防竖管最小间距的确定 《建筑设计防火规范》（以下简称“建规”）规定：室内消火栓的布置应保证每一个防火分区同层有两支水枪的充实水柱同时到达任何部位[1]。 《高层民用建筑设计防火规范》（以下简称“高规”）规定：消防竖管的布置，应保证同层相邻两个消火栓的水枪的充实水柱同时达到被保护范围内的任何部位[2]。 《消防给水及消火栓系统技术规范》规定（以下简称“水规”）：室内消火栓的布置应满足同一平面有2支水枪的2股充实水柱同时达到任何部位的要求[3]。 依以上规范条文可知，消火栓布置时可根据水枪的充实水柱长度、建筑层高和水带长度得到消火栓的保护半径，使得建筑内各处均处于两个以上消火栓的保护范围内即可达到要求。由此结合建筑内部形式可基本确定消防竖管的最大设计间距。 但上述三部规范并未详细规定消防竖管的最小间距，当两个消火栓布置间距过近或紧连着布置一处时，一旦火势威胁到某处消火栓，两个消火栓极易同时受大火影响，无法起到互相保护的作用，这种情况应该避免的。所以消防竖管布置应保证最小间距，根据对安全出口应分散布置并保证至少5米最小间距的要求，保证5米是一个比较合理的最小间距。 3 高位消防水箱设置的必要性 消防水箱是设置在高处直接向水灭火设施重力供应初期火灾消防用水量的蓄水设施。对于高位消防水箱，部分人认为消防水箱可少设或不设，因为建筑高处设置的水箱可能会影响建筑立面处理，增加结构荷载和抗震防护要求，而且水箱作用有限，自身并不一定完全满足最不利点水压要求，且在消防主泵投入较早较及时的情况下，可以基本保证消防供水。 但笔者认为，考虑到我国的电力供应和消防设施管理情况，结合已发生的火灾案例，若不设高位消防水箱很有可能影响到火灾的初期灭火，而能否及时、快速的在火灾大范围蔓延之前控制火势是至为关键的。况且如下文所述，消防系统在设计时可以降低水箱设置高度，或设置在下层，通过设置稳压泵来达到水箱的设计压力要求。所以，在临时高压消火栓系统中设置高位消防水箱是非常有必要的。 4 高位消防水箱的设置高度 《水规》规定：高位消防水箱的设置位置应高于其所服务的水灭火设施，且最低有效水位应满足水灭火设施最不利点处的静水压力，并应按下列规定确定：1一类高层公共建筑，不应低于0.10MPa，当建筑高度超过100m时不应低于0.15MPa；2高层住宅、二类高层公共建筑、多层公共建筑，不应低于0.07 MPa；多层住宅不宜低于0.07 MPa；3工业建筑，不应低于0.10 MPa，当建筑体积小于20000m？时，不宜低于0.07 MPa；4自动喷水灭火系统等自动水灭火系统应根据喷头灭火需求压力确定，但最小不应小于0.10 MPa[3]。 由上述条文可见，《水规》要求需满足最不利消火栓处7m 、10m和 15m水柱的净水压力，但符合《水规》要求的消防水箱设计仍有可能出现以下两个问题： （1）满足《水规》要求消防水箱的设置高度，并不能完全保证最不利消火栓处的正常使用压力。根据工程实践计算，最不利消火栓口所需压力与水带长度、水带材质、水枪喷口直径、所需充实水柱长度和水枪射流量有关。19mm水枪配65mm衬胶水带，水带长度25m，则当消火栓出流量取5L/s时，最不利栓口所需水压为0.189MPa。由此可见，当保证最不利消火栓处7m 、10m和15m水柱的净水压力，并不能保证最不利消火栓的灭火需要。 （2）消防水箱的设置高度不应仅为满足最不利消火栓处的压力需求，在实际工程中，自动喷水灭火系统（以下简称自喷系统）亦需设计高位消防水箱，而且自喷系统与消火栓系统常共用一座消防水箱。此时，消防水箱还应满足自喷系统最不利喷头处的压力需要。根据实际工程计算可知，此处一般需0.2MPa以上的静水压力。 综上所述，从尽可能满足最不利点处灭火要求来看，高位消防水箱的设置位置应高于其所服务的水灭火设施，且最低有效水位应满足水灭火设施最不利点处的静水压力（自喷、消火栓均应满足最低压力）。当高位消防水箱不能满足此静压要求时，可增设稳压泵和稳压水罐，成为设有稳压泵的临时高压消防给水系统。 5 高位消防水箱有效容积 《水规》按照建筑物性质和标准确定高位消防水箱的有效容积有明确规定：1一类高层公共建筑，不应小于36m3，但当建筑高度大于100m时，不应小于50m3，当建筑高度大于150m，不应小于100 m3；2多层公共建筑、二类高层公共建筑和一类高层住宅，不应小于18m3，当一类高层住宅建筑高度超过100m时，不应小于36 m3；3二类高层住宅，不应小于12 m3；4建筑高度大于21m的多层住宅，不应小于6 m3；5工业建筑室内消防给水手机浏览当小于等25L/s时，不应小于12 m3，大于25L/s时，不应小于18 m3；6总建筑面积大于10000O且小于30000O的商店建筑，不应小于36m？；总建筑面积大于30000O的商店，不应小于50m？，当与本条第1款规定不一致时应取其较大值[3]。上述规范条文要求基本清楚，但有以下两个问题： （1）高位消防水箱的有效容积能否满足初期火灾水灭火系统所需消防用水量的要求。高位消防水箱火灾初期灭火的重要供水来源，常见的初期水灭火设施包括室内消火栓系统和自动喷水灭火系统，以建筑高度超过50m的一类高层公共建筑为例。《水规》规定此类建筑室内消火栓用水量为40L/s，火灾初期以10min计，则需水量： 40L/s×10min×60s=24m3 另外此类建筑又须设自动喷水灭火系统，又需水量： 30L/s×10min×60s=18m3 10min初期灭火用水共需水量： 24+18=42m3 由此可见，规范所要求的水箱有效容积实际上是不够10min满负荷灭火需要的，但考虑到火灾初期消火栓和喷头使用数量有限，消防主泵正常情况下可以及时启动，所以对水箱有效容积的要求有所减小。 （2）完全依照建筑物性质和标准确定消防水箱容积也有一定的局限性。如建筑高度低于24m但面积较大的商场建筑，其火灾危险性是非常高的，在设计消防水箱容积时就可能套用规范规定而采取偏小的消防水箱容积。 6 结束语 消火栓系统是最基本的灭火设施，在设计室内消火栓系统时，应注意控制消防竖管最小间距以使临近消火栓能互相保护；临时高压消火栓给水系统中应设置高位消防水箱，其有效容积应尽量超过现行设计规范要求，以满足初期火灾消防用水量和水压需求。 室内系统设计论文:基于ZigBee网络的室内环境监测系统设计 摘 要：本文基于ZigBee技术设计了室内环境监测系统，对室内温度、湿度、烟雾、可燃气体等参数进行测量和采集，并对异常情况发出报警。给出了系统的整体设计方案，介绍了系统的传感器选型及控制方案，并对系统进行了数据测试分析，验证了系统的稳定可行性。 关键词：ZigBee技术；环境监测；传感器 0 引言 ZigBee技术是近几年发展起来的自组网无线通信技术，节点之间可很方便的进行组网通信，有效的解决了单点无线传输的距离问题。诸多事故的发生都源于未知，室内环境的监测对于生产和生活都具有重大意义。本文为室内环境参数的监测提供了一套完整的解决方案，并给出了相应的阐述。 1 系统整体设计方案 室内环境监测系统主要包括监测节点和数据接收处理主机。节点主要负责室内各项环境参数的数据采集和监测，包括温湿度检测模块、烟雾检测模块、可燃气体检测模块以及PM2.5检测模块；采用单片机负责检测的控制，并将采回的数据通过ZigBee模块送出。ZigBee每个节点都自动分配唯一的ID，每一个节点可管理254个子节点，一共可扩展管理多达65000个节点。数据处理主机主要负责接收每个监测节点的数据，对数据进行处理，包含显示模块、人机交互设置模块、报警输出模块和联动控制模块。系统整体设计方案如图1所示，给出了单个节点的组成框图和主机的组成框图，节点的个数可根据用户需求进行扩展。 2 系统硬件设计 基于ZigBee技术的数据采集节点 主要采用了DHT11温湿度传感器、烟雾传感器、可燃气体传感器、夏普PM2.5灰尘传感器。 2.1 温湿度传感器 设计采用数字温湿度传感器DHT11进行温度和湿度的检测。DHT11是一款复合型温湿度传感器，采用单总线方式直接送出温度和湿度值，使用时只需要电源和任意一个I/O口配合上拉电阻便可对其操作和访问。DHT11供电范围为3.3-5.5V，可以很方便的应用于各种单片机和嵌入式系统。DHT温度测量范围为0-50度，湿度为20%-90%RH，完全满足室内环境的监测。 DHT11接口电路如图2所示。 2.2 气体传感器 设计采用电阻型MQ-2气体传感器对空气中的烟雾和可燃气体进行检测。MQ-2气体传感器采用二氧化锡气敏材料进行气体的检测。二氧化锡在纯净的空气中电导率很低，一旦空气中有其他气体的存在，其电导率随空气中气体的浓度增加而增加，通过简单的电路便可将气体浓度信号转换成对应的电信号。MQ-2传感器不但对如液化气、甲烷、氢气等可燃气体灵敏度很高，而且对烟雾也有着理想的响应曲线。 MQ-2气体传感器测试电路如图3所示。传感器需要提供加热电压进行预热，加热过程大概30秒，然后便可以正常输出。加热电压和电源可采用统一电源供电，选择合适的负载电阻即可。 2.3 PM2.5灰尘传感器 PM2.5检测采用了日本夏普公司的GP2Y1010AU0F灰尘传感器，该传感器电压输出与灰尘浓度具有良好的线性关系。传感器采用光学方式进行灰尘的检测，通过控制内部LED发光时间然后检测对应光学腔内接受到的光强，经过内部相应的放大处理从而得到对应的电压。传感器采用5V供电，输出电压范围为0.75-3.5V，对应的灰尘浓度为0-0.5mg/m3，输出电压和浓度成一次线性关系。GP2Y1010AU0F传感器输出为模拟电压，所以需要配合AD转换器进行数据的采集，传感器接口电路如图4所示。 3 系统软件设计 基于ZigBee自组网的特性，无线部分程序设计变得相对容易，只需要记录和校验每个节点的ID即可进行数据的交互。节点的主要负责数据的采集和等待主机的数据发送请求，当收到请求时进行ID验证，若为本机ID则发送数据，否则继续等待，节点程序流程如图5所示。主机的程序设计主要负责数据的请求和接收处理，进行显示、报警、人机交互和联动控制，主机程序流程如图6所示。 4 结论 本文给出了基于ZigBee技术的室内环境监测方案，详细的分析了系统的整体设计方案，对系统的传感器电路设计做出了相应的介绍，分析了系统的可行性。最终对系统进行了整体数据采集和通信测试，良好的验证了系统的稳定性和可靠性，对室内环境的监测具有一定的指导意义和参考价值。 室内系统设计论文:基于PID控制理论和步进电动机的冬季室内温度控制系统设计 摘要：我国北方，冬季取暖一般采用暖气技术集中供暖，用户不能自主地调节温度，室内温度过高，资源浪费的现象严重。本设计应用PID控制技术，以步进电动机作为执行元件，根据实时测量的室内温度，来控制阀门的开度，调节暖气管道内热水或热气的流量，从而达到了控制室内温度的目的，增强了居民室内生活的舒适度，减少了能源的浪费。 关键词：PID控制；流量；PM2.5；编码；解码 引言 我国北方属于典型的温带大陆性气候，冬季寒冷干燥。目前为了改善室内温度环境，我国北方城市普遍采用集中供暖[1]。各市均建有大规模的地下暖气管道网，由政府指定的供暖公司负责运营。集中供暖有着较为明显的好处：资源利用率高，平均成本较低，供暖效果好。但是，也存在不少缺点：一是无论白天还是黑夜，不管用户是否需要，暖气始终全天供热；二是用户没有办法自主调节室内温度的高低，造成室内温度过高，空气流通不好。居民非常容易出现皮肤发紧，口唇干燥、咽部发痒、咳嗽、流鼻血等“暖气病”。用户为了降低温度，只能打开窗户散热，使宝贵的能源白白浪费了。近年来，我国北方地区冬季雾霾频发，pm2.5频频爆表，燃烧煤炭作为集中供暖的主要手段，成为罪魁祸首，成为众矢之的。如何才能在不降低冬季室内生活的舒适度的前提下，实现节能降耗的目的呢？ 本设计采用步进电动机来控制阀门的开度，进而调节暖气管道内水或气的流量，实现了控制室内温度的目的，从而增强了居民室内生活的舒适度，为节能降耗做出了巨大贡献。 一、系统设计方案 本系统由两个模块组成，一个是温度设置及测量模块，一个是驱动模块，两个模块在物理上相互分立，使用时可以将温度和测量模块放到远离暖气片的地方，保证温度测量的准确性。驱动模块直接到暖气管道上控制暖气的流量。两个模块之间通过红外遥控发射/接收芯片PT2262/2272传递控制信息。温度设置及测量模块又分为键盘输入、温度测量、温度显示三个单元。人们可以通过键盘设定自己需要的温度，温度的测量采用数字温度传感器18B20，18B20将采集到的温度信号以串行数据的形式传递给单片机AT89C51，经过处理后，在数码管上显示当前测量的温度。同时，AT89C51把实时测量的温度和用户预先设定的温度比较和分析，得出调整指令。通过红外遥控发射/接收芯片PT2262/2272将调整指令传递给驱动模块的单片机，由驱动模块单片机控制步进电动机完成阀门开度的调整，实现改变暖气管道内热水流量的目的。系统框图如图1所示。 图1 系统框图 二、温度传感器18B20 18B20是美国Dallas 半导体公司创造的数字化温度传感器。该温度传感器外形如一只三极管，温度感应元件及转换电路集成在一个芯片上。现场温度直接转换成二进制数字表示的温度，存储在18B20内的存储器里，18B20和单片机之间仅需要一条数据线连接，单片机可以通过数据线向18B20写入或读取数据，而且可以通过数据线提供18B20正常工作所需要的电源。每个18B20都有不同的序列号，所以多个18B20可以使用同一根总线和单片机相连接，单片机通过序列号识别不同的18B20并发起读写动作。这一特点使用户组建温度传感器网络变得十分容易。通过程序设定，DS18B20 可以达到9～12 个二进制位的分辨率。测量温度的范围为-55°C～+125°C，在-10～+85°C范围内，测量精度可以达到±0.5°C[2]。由于DS18B20 具有体积小、测温精度高、适用电压范围宽、采用一线式总线、可组网等优点，在实践中的得到了广泛的应用。 三、红外遥控发射/接收芯片PT2262/2272 PT2262/2272采用CMOS工艺制造，分别具有编码和解码的功能，其中PT2262是编码电路，PT2272是解码电路，PT2262/2272必须配对使用，可用于无线数据的发送和接收。PT2262/2272分别拥有18个管脚，最多可以设置12位地址端管脚和6位数据管脚。地址管脚可以设置成“0”、“1”、“悬空”三种状态，但是必须保证PT2262和PT2272的地址管脚设置相同，否则PT2272不能解码。在实际应用中，我们一般采用4位数据码和8位地址码的方式。 编码芯片PT2262发出的编码信号称为码字，一个完整的码字包含地址码、数据码和同步码三部分。解码芯片PT2272在接收到PT2262发来的信号后，首先分离出地址码，并对地址码进行比较，只有当接收到的码字的地址码和2272的地址码相同时，2272的VT管脚才能输出高电平，表示解码成功。单片机在检测到VT脚高电平的信号后，开始读取PT2272接收到的数据。 四、步进电动机 步进电动机也称为脉冲电动机，它可以将电脉冲信号转换成相应的角位移，每输入一个电脉冲信号，步进电动机就转动一定的角度，由于该电动机的转动方式是步进的，所以把它叫做步进电动机。步进电动机具有以下优点：一是步进电动机转动的角度和输入电脉冲的个数成正比，转动的速度由输入电脉冲的频率决定，频率越高，速度越快。而且在不超出步进电动机负载能力的情况下，以上关系不受负载大小、电压高低等因素的影响；二是步进电动机在不失步的情况下，每转动一圈的步数是固定的，所以电动机的步距误差不会积累；三是步进电动机具有良好的控制性能，在开环控制系统中，转速具有很宽的调节范围，而且能够快速启动、制动和反转。正是由于步进电动机具有以上优点，所以在数字控制系统中经常被用作执行元件。 五、软件设计 该系统的软件设计分为两大部分，分别对应系统硬件的两个模块。其中驱动模块的程序设计包括控制量的读取和步进电动机的控制。温度测量模块包括温度采集子程序（读取18B20测得的温度数据）、显示子程序、键盘输入子程序（用户设置室内温度）、PID温度控制子程序（计算控制量）。前面几个程序都比较简单，这里不再赘述，下面我们详细介绍一下PID温度控制子程序的设计原理。单片机首先读取18B20测量的实时温度数据，然后把测量温度和设定温度进行比较得到温度误差，把温度误差作为PID控制系统的输入信号，由PID算法计算得出控制量。PID控制系统的结构框图如图2所示。 图2 PID控制系统的结构框图 系统的控制规律可以用u（k）= u（k）+u（k-1）和u（k）=Kp[e（k）- e（k-1）]+Ki e（k） +Kd[e（k）- 2e（k-1）+ e（k-2）]两个算式表示[3]。其中u（k）表示每个测量周期阀门的变化量，Kp表示PID控制系统的比例系数， Ki表示PID控制系统的积分系数、 Kd表示PID控制系统的微分系数，e（k）表示k时刻的温度误差。由于室内温度是一个相对缓慢的变化过程，所以我们在该温度控制系统中采用了周期性的控制方式，即在一个温度采样周期内保持控制量u（k）恒定不变[1]。 结语 为了验证系统对室内温度控制的准确性和稳定性，我们做了多次试验，下表为实验记录的测量数据，分析记录数据可知，本设计控制温度准确性高，达到了预期目标。 本系统采用PID控制理论，以AT89C51单片机为系统的控制单元，以红外遥控发射/接收芯片PT2262/2272为数据传输的纽带，选用步进电动机作为系统最终的执行机构，根据室内温度和设定温度的误差来改变阀门的开度，较好的实现了室内温度的调节。实验表明，该系统具有稳定性好、控制精度高、节能环保等优点，具有一定的实用价值。 室内系统设计论文:基于射频及超声技术的室内二维定位系统设计 摘 要：该文通过对比几种常用室内定位（In-location）方法，设计并实现了基于射频和超声波技术相结合的室内二维定位系统。系统采用C51系列单片机为主控芯片，nRF24L01芯片作为射频通讯芯片，结合超声波发射与接收电路，融合射频和超声技术对二维平面上一点的位置信息进行获取，并通过LCD12864进行测量结果的显示。文章详细的分析了系统的工作原理并进行了测量电路的设计，由实际测量的数据对结果进行误差分析可知，测量数据误差在2%以内。 关键词：射频 超声波 参考节点 室内定位 众所周知，对于室外定位系统，全球定位系统（GPS）[1]已经应用的成熟可靠，目前常用的车用导航、物流定位等大多数都利用的是此原理。但是对于室内定位，例如机场大厅、矿井内部、大型展厅内部、大型室内停车场以及大型购物商场，由于室内环境复杂多变，建筑物的结构，内部布局，以及人为因素等影响，所以实现精确定位的难度较大。目前诺基亚、谷歌、博通甚至一些知名大学比如美国杜克大学（Duke University）和芬兰奥卢大学（University of Oulu）都有专门研究室内定位的小组。美国研究机构ABI称：“室内定位技术（In-location）是下一波热门定位技术，该技术将在2015年-2017年间得到大量部署和实施，是今后移动互联网领域的一个关键环节。” 目前室内定位常用的方法有红外线室内定位技术、超声波定位技术、蓝牙定位技术、射频识别定位技术和超宽带定位技术等。表1[2]分析了几种常见无线定位系统的性能表，参照表1，该文设计了基于51单片机使用超声波和无线射频相结合进行室内定位的测量系统，可以有效结合两种方法的优点，设计思路清晰，成本较低。根据实际测量结果分析，系统采样稳定，数据误差较小，具有一定的现实意义。 1 系统的设计思想及原理 由于射频信号传输速率接近光速，远高于超声波传播速率，因此可以利用射频信号先激活待测节点，之后使其接收超声波信号，利用时间差的方法进行测距。这种技术成本低，功耗小，精度高[3]。该文便是采用此种方法实现在二维平面内对一待测节点位置信息的获取。 1.1 系统设计原理 如图1所示。在一个二维平面中，要确定某未知点的位置信息，其实质便是求得其在平面坐标中的坐标值。由数学知识可以知道，确定平面上某一未知点（x，y）的坐标值只需要知道该点到平面坐标中已知的两个参考点（x1，y1），（x2，y2）的距离d1及d2，再利用两点间的距离公式（1）式，求解方程组即可求得未知点的坐标信息。 （1） 系统的关键就是通过超声波测出图1中的距离d1及d2，现在假设系统某一节点A具备射频发射模块和超声波发射电路，系统另一节点B具备射频接收模块及超声波接收电路。A节点同时发射超声波与射频信号，即发射电磁波。由于电磁波的速度接近光速远远大于超声波在介质中的传播速度，射频信号传播到节点B的时间忽略不计，当节点B接收到射频信号时，启动计时，当接收到超声波信号时停止计时。时间间隔t即是超声波由A传播到B所用时间。设声速为V，则A，B间距离为：。 1.2 系统整体设计 该文系统采用C51系列单片机作为控制芯片，nRF24L01作为射频通信芯片，利用LCD12864液晶屏进行坐标显示。如图2所示。系统主要包括三个节点，分别为1号总控制主节点，2号参考节点，以及3号待测节点。硬件设计上，各个节点都包括51单片机最小系统及上电指示电路，射频收发模块（nRF24L01）电路；另外总控制节点和参考节点具备超声波接收电路，待测节点处安装超声波发射电路。 系统整体通信流程简述如下：1号总控制主节发出射频触发信号，3号待测节点接收到射频信号之后报警指示灯亮。同时发射出射频同步信号及发射超声波。射频同步信号很快到达1号总控制节点及2号参考节点，两个节点启动计时器，待3号节点发射的超声波分别到达1号节点和2号节点后，接收到超声波信号，停止计时。分别获得超声波由3号节点到1号节点及2号节点的传播时间。1号节点总控制节点计算出节点1，3距离。2号节点参考节点计算出节点2，3距离，再利用射频模块将数据无线传送给1号总控制节点。总控制节点再依据两个距离数据，已知的节点1，2的坐标计算出3号待测节点的位置坐标。至此，完成系统一个单程通信，如此反复通信10次，求得位置坐标平均值通过1号节点处的液晶显示模块LCD12864显示待测节点位置信息。所有的通信流程由1号总控制节点控制。 2 系统电路设计 2.1 硬件设计 硬件设计上，文中系统主要涉及单片机小系统，射频收发电路，超声波发射与接收电路，LCD显示电路，射频收发模块供电电路。这里主要介绍系统的射频收发电路，超声波发射与接收电路。 系统无线通信模块的发射与接收主要采用nRF24L01芯片作为主控核心。nRF 24L01是一款新型单片射频收发器件，工作于2.4～2.5 GHz ISM频段。内置频率合成器、功率放大器、晶体振荡器、调制器等功能模块，并融合了增强型ShockBurst技术，其中输出功率和通信频道可通过程序进行配置[4]。由于采用SOC方法设计因此只需要少量外围元件便可组成射频收发电路，再配合简单的通信协议，就可以实现无线数据传输[5]。将nRF24L01相应的控制引脚连接到单片机的P1口上，利用串行通信方式与单片机进行通讯，可以设置为增强型模式（ShockBurst）下的接收或是发射状态，启动自动应答及自动重发功能。采用nRF24L01增强型模式时内部芯片堆栈区先入先出，数据可从低速微控制器送入，高速发射出去，地址和校验码由硬件自动添加和去除[6]，可以提高系统整体的性能和效率[7]。 系统超声波发射电路框图如图3所示。系统利用定时器由单片机的I/O端口输出40 kHz左右的方波脉冲信号，信号送给推挽式功放电路进行功率放大，用以驱动型号为TCT40-16T的超声波换能器，发射出超声波信号。 系统超声波接收电路框图如图4所示。接收电路的核心是红外线检波接收专用芯片CX20106。由于红外遥控常用的载波频率38 kHz与测距的超声波频率40 kHz比较接近，可通过外接电阻微调芯片内部滤波器的中心频率。当超声波探头未接收到40 kHz信号时，芯片信号输出引脚为高电平；当接收到与CX20106中心频率（40 kHz）相符的超声波信号时，信号输出引脚输出下降沿脉冲，将此信号连接到单片机外部中断引脚上，可触发中断，从而停止超声波传播计时。 2.2 软件设计 系统软件设计流程图可以参考图2。系统软件按功能划分可以分为LCD显示，超声波发射，射频通讯，坐标计算几大部分。其中，LCD显示部分主要是通过时序对液晶屏进行相应的读写操作，超声波发射部分采用定时器中断产生40 K方波信号，坐标位置计算算法依据的公式（1）进行计算。下文主要针对射频通讯部分所进行的软件配置进行简述说明。 在图2的“3射频同步信号 超声波信号”过程中，系统各节点射频收发配置如图5所示。由于nRF24L01在每个通讯频道上具有6个不同的数据通道，因此在设计上，3号节点与1号节点通过数据通道0传输信号，与2号节点通过数据通道1传输信号。3号节点发出具有发送地址编码的射频信号被1，2号节点接收后，1，2号节点分别启动定时器计时并通过各自的数据通道返回应答信号给3号节点，表示通讯成功3号节点可以发出超声波信号。值得注意的是，3号节点若是启动自动重发功能，则每次重发等待时间为250 us，这将导致系统测量误差过大，因此该系统禁止自动重发，而是由软件编程重发3次，判断是否次数溢出或是接收到应答信号，这样可以将每次重发产生的误差控制在15 us左右。同时，图2在“1发出射频触发信号”及“4传输距离数据”两个过程中，射频通信均采用数据通道0进行数据通信，并且开启相应的自动重发功能2次，经测试系统射频通讯流程性能稳定。 3 实测数据分析 系统测试实验环境为室内地面，其中主控制节点（1号节点）坐标安装在原点（0，0）上，参考节点（2号节点）坐标安装在y轴点（0，100）上，单位为cm。测量工具为卷尺，精度精确达0.1 cm。对于测试平面上10个不同位置点分别测量10次，得到100个数据，结果见表2。 通过分析图中数据，可以得出以下实验结论。 （1）定位范围。 经过测试表明，该系统基本可以实现对于在地面上200 cm×200 cm的二维直角坐标系中移动节点的定位。 （2）系统的平均定位误差。 X轴的平均定位误差为3.01（cm） Y轴的平均定位误差为3.14（cm） （3）系统的平均定位精度。 X轴平均定位精度：（200.0-3.01）/200.0×100%=98.50% Y轴平均定位精度：（200.0-3.14）/200.0×100%=98.43% （4）误差分析。 通过实验测得数据并分析，系统测量误差主要来自以下几个方面： ①超声波信号的衰减问题。从表1及表2可以看到，虽然系统测量平均误差不算太高，但是针对不同的测量区域其测量误差明显不同，随着各节点之间距离的不同，超声波信号的衰减程度会不同导致接收到超声波信号的时间点不同，引入测量误差。 ②超声波发射角问题。从表中数据可以看出，在区域边缘地带数据的测量误差偏高，由于超声波存在发射角度局限问题，导致超声波信号接收时间点不同引入测量误差。 ③系统软件设计时，在3号节点发射同步射频信号和超声波过程中，禁止自动重发次数而采用软件编程发送次数溢出的方法在每次重发数据过程中需要等待15 us，总共软件设计为重发3次溢出，所以此处可能会引入50us左右的测量误差。 ④数据算法计算。系统数值计算的精度也会引入测量误差。综合考虑系统测量要求，51系列单片机的运算能力及速度，以及软件整体的效率和整洁度。该次系统软件计算精度都采用16位无符号位整数数据类型，而未引入浮点数据类型计算，所以对最终显示结果会造成测量误差。 ⑤温度引起误差。声速随温度变化关系可以表示为：V=（331.45+0.61t/℃）m・s-1。但是该系统中没有考虑温度补偿，而是以声速标准值340 m/s进行数据计算，因此会引入一定测量误差。 4 结语 该文设计了基于射频和超声波技术的室内二维定位系统，并通过设计得系统进行实际数据的测量，分析实验数据可以得出系统的误差较小。对于存在的误差提出了可能产生的原因以及后续的解决方法，期望通过后续的改进可以使实验误差进一步减少，测量范围也相应的增大。 室内系统设计论文:无线市话室内信号分布系统设计探讨 【摘 要】无线市话室内信号是室内常用的信号系统，能够对于手机通信进行有效的补充。本文对于室内信号分布系统的原理以及设计方式进行探讨，对于设计中的信号源选定、分布系统选择以及布置等多种方法进行选择，从而设计适合室内的信号分布系统。 【关键词】室内信号分布；建筑内部；设计 0 前言 近年来，随着个人便携电话系统的迅速发展，人们对于通信服务的要求越来越高。当前的建筑大多为钢筋混凝土骨架结构，对于无线电信号的屏蔽衰减特别厉害，比如在地下商场、地下停车场等患者的通信信号微弱，通信质量严重下降。为了保障无线电通信信号，解决室内信号固定的问题，采用无线市话室内信号分布系统是保证通信质量的有效方式。采用无线市话室内信号分布系统是通过有线的方式，将无线信号引入室内，从而为室内的用户提供稳定、可靠的室内信号。参考我国“信息产业部电（2000）604号”的文件，无线市话室内信号是固定电话网的补充与延伸，而且使用的频带为1900MHz～1910MHz，载频间隔为300KHz，主要采用TDMA的多址方式、TDD双工方式。 1 无线市话室内覆盖系统的建设意义 1.1 无线市话室内系统覆盖现状 随着无线市话的信号发展，室内覆盖的问题也日益突出：（1）因为建筑物的屏蔽以及吸收作用，导致无线电波的传输衰耗，从而造成无线信号的弱场强区甚至盲区，而且受到基站天线的限制，会造成无法正常覆盖；（2）建筑物高层空间容易受到无线频率干扰，从而影响语音质量；（3）因为一些公共场所，比如会议中心以及大型购物商场，无线市话的使用密度过高，导致网络容量不能够满足用户需求。 1.2 室内分布系统特点 采用无线市话室内信号分布系统，能够有效的覆盖建筑物的盲区，适用于建筑结构复杂和人流密集、话务量高的建筑物内部的信号覆盖，室内分布系统特点表现如下：（1）建筑物的信号分布相对均匀，而且采用分布系统，能够抑制信号弱区内的乒乓效应，能够适应于系统扩容与多网合一；（2）室内分布系统的设计与施工相对复杂。总体而言，采用室内分布系统，能够适用于大面积和内部结构复杂的建筑物室内信号覆盖，是当前覆盖优化最主要的手段。 1.3 建设室内分布系统的必要性 与传统的SDMA和GSM网络相比，无线市话具有基站成本低和手机性价比高的方式，对于室内区域，解决信号覆盖问题相对复杂。而且当前无线市话室内覆盖系统的质量与容量受到影响，所以为了解决当前的信号覆盖的问题，应该将3G网络与PHS网络融合，从而降低室外网络的整体干扰，保证室内通信质量。 2 室内分布系统设计的基本流程 无线市话室内信号分布系统设计的关键在于合理选择分布系统与天线安装为主，一般而言，室内分布系统的基本流程为：现场勘测原信号覆盖情况、确定设计要求、选取合适信号源、选择室内分布系统、设计分布系统方案、硬件安装与开通测试，具体的设计工作如下。 2.1 勘测工作 勘测工作是为设计工作提供参考资料，为了保证设计的合理性，首先需要详细的建筑结构图并且进行实际勘测，根据建筑物的实际情况做好标注，对于可能会引发信号影响的因素进行分析，从而得到该建筑的传播损耗模型。在建筑物的勘测工作中，需要对建筑物的电梯、隔墙材料等信息进行收集，根据建筑物的结构图进行无线环境路测，从而为设计提供参考。 2.2 设计工作 设计是无线市话室内信号分析系统的关键工作，对于室内信号起到决定性的作用。为了完成设计工作，需要对设计中的问题进行综合考虑。 2.2.1 信号源选取 无线市话室内分布系统可以采用PHS系统或3G系统，PHS系统可以再用500mW的lC7T基站，而对于3G系统，可以采用基站信源和直放站信源两种类型，为了保障室内系统的通信质量，需要合理选择信号源，在选择的过程中，需要从建筑物的容量与覆盖两方面进行考虑，为了满足室内的通信质量，需要合理选择适当的信号源，适当提前考虑信号源机房的预留。 2.2.2 室内分布系统的选择 为了保障室内信号的有效性，需要根据覆盖面积以及不同环境选择覆盖系统：（1）对于覆盖面积小而且结构简单的建筑，优先选择无源分布系统；对于覆盖面积大而且结构复杂的建筑，可以采用分区覆盖的方式；（2）裙楼一般位于建筑物的低楼层，需要考虑容量的问题，标准楼的空间间隔较为规则，主要注意纵深处的信号控制，地下层通常为信号盲区，需要解决覆盖问题，电梯需要满足语音业务的覆盖需求，应注意保持信号连续性，因此通畅采用在电梯井内安装高增益定向天线或敷设泄漏电缆的方式进行覆盖。 3 方案设计的关键点 3.1 上下行平衡问题 无线市话室内信号分布系统中，需要对干线的增益效益进行合理设置，避免输入信号幅度过大或是过小形成的设置不合理。在设计的过程中，同时需要对链路预算进行计算，根据天线口的功率计算系统设计的衰减，保证合理传输。 3.2 干放使用原则 对于无线市话室内信号分布系统而言，同一组的基站不能接入太多干放，建议不超过5套，而且所有的干放尽量不要串联。设计中低噪声放大器一般处于接收机的前段，性能对于整机性能与接收灵敏度具有重要的影响。合理控制信号源干放，能够将上行信噪比控制在较为理想的水平。 3.3 天线布放原则 室内分布系统应该遵循“小功率、多天线”的原则，降低小天线输出能够减少外协信号强度，因此采用多天线小功率方案覆盖效果更好。在天线布放过程中，需要合理确定天线出入口功率，根据模拟测试效果选择天线布放位置，保证系统的稳定性。 4 结语 无线市话室内信号分布系统对于建筑屋内的信号传输具有重要的意义，随着建筑楼层的增多，当前的信号传输不能够满足室内信号的需求，合理设计室内信号分布系统，能够保证室内信号强度，使室内信号满足建筑内部通信需求。 室内系统设计论文:一种Zigbee无线传感网络的室内温度监控系统设计 Zigbee无线模块作为节点，具有协议简单、成本低、功耗小、组网容易等优点， 利用Zigbee组建的无线传感网络，对下端设备进行数据采集和无线控制。本文针对室内温度监控设计出了一个切实可行的室内温度监控系统，此系统可控性好，可靠性高，同时适合在智能家居方向扩展与应用。 【关键词】Zigbee 无线控制 室内温度监控 无线传感网络 节点 传统室内监控系统大多数都是用有线连接方式。当监控节点数大时，就会导致布线繁琐、安装困难、维护不便等诸多问题。利用Zigbee技术来构建无线传感器网络的室内监控系统，就可以解决上述的各种问题。本文介绍了一种无线室内温度监控系统，文中详细介绍了Zigbee技术的工作原理以及实时温度监控系统的设计与实现。 IEEE802.15.4-2003标准定义了物理层和媒介层，Zigbee联盟在此基础上建立了网络层以及应用层。Zigbee网络由三种设备类型组成，分别是协调器、路由器以及终端节点，这三种设备类型的组网拓扑又可分星形拓扑、树形拓扑和网形拓扑。为了提高通讯效率，Zigbee组网不论采用哪种拓扑结构，网络都将按照Zigbee协议算法选择最好的路由路径作为数据传输通道，此系统采用网络形拓扑设计。 1 监控系统设计 终端节点通过采集温度传感器数据，经路由器节点发送给协调器节点，并接收协调器的控制命令从而作相应处理；路由器节点在系统中的主要任务是数据中转，确保协调器节点与终端节点间的数据交换正确，加大了Zigbee网络的覆盖面积；协调器节点接收终端节点采集到的传感器温度数据，把该数据由串口发给上位机，同时接收上位机发过来的指令信息，并发给对应的终端节点；上位机主要实现对监控设备状态信息的管理，包括系统调控配置、实时状态显示、节点控制、数据管理及数据查询等，系统结构模型如图1所示。 2 Zigbee温度监控系统硬件设计 该监控系统主要由路由器节点和终端节点组成。终端节点模块包括数据采集和外设控制两部分，终端节点模块结构如图2所示。温度采集采用传感器DS18B20，温度采集范围-55℃―+125，-10℃―+85℃测量精度为±0.5℃。传感器将测得的温度数据传送给Zigbee模块CC2530，CC2530对数据进行处理后，发出控制信息控制下端设备（空调）调节室内温度。 3 Zigbee温度监控系统的软件设计 3.1 Z-Stack协议栈的软件设计 本系统的Zigbee无线模块采用操作系统的思想来构建软件系统协议栈，通过自适应轮询算法处理，系统初始化后，即进入休眠状态，当检测到事件发生时，系统立即被唤醒，并作出相应响应，事件完成后，系统继续进入休眠模式，如果几个事情同时发生，系统将按照中断事件优先级按序处理，Z-Stack工作流程为：启动系统、操作系统OSAl初始化、硬件驱动初始化、自适应轮询。 3.2 协调器节点的软件设计 协调器在系统中主要是完成建立和管理Zigbee网络的任务，它能够自动允许其他节点加入网络，收集终端节点传来的温度数据，通过串口将数据发送给上位机，同时接收上位机的控制命令，然后将命令发送给终端节点以控制其采取相应的处理措施。协调器建立网络并处理节点请求的程序流程如图3-1所示。 3.3 Zigbee节点与路由节点软件设计 路由器节点的作用是选择路由、转发数据。Zigbee设备有64位的MAC地址和16位的网络地址。网络地址是设备入网后，由协调器或者路由器分配，在网络中是独一无二的。为了保证每个节点所分配的网络地址的唯一性，Zigbee的分配网络地址的方案采用分布式寻址。Zigbee节点与路由节点网络流程图如图3-2。 3.4 终端节点软件设计 终端节点是用来采集室内温度数据的，它一方面与协调器建立一定关系将温度数据发送给协调器，另一方面接收协调器发来的控制命令，控制下端设备空调器做出相应的操作。 在终端节点以终端的身份启动并加入网络后，即开始与协调器建立关系。一旦关系建立就 可以在不需要知道明确的目的地址的情况下发送数据。终端节点数据传递流程如图3-3。 4 上位机的软件设计 本系统上位机利用JAVA、Apache、Mysql和PHP实现，它的主要功能是可以通过串口或者有线网络接口接收Zigbee无线网络传送的被监控室内温度数据，将该数据处理后，结果可在上位机窗口实时显示，实现室内温度的无线监控和自动或手动的温度调节控制；借助后台MYSQL，将室内温度信息储存，可以方便的在上位机界面上对历史信息记录查询和对监控数据信息管理。上位机登陆界面和上位机监控界面如图6、图7所示 5 结语 本文给出了一种室内温度监控系统的Zigbee无线传感器网络的设计方案，解决了有线网络存在的布线、维护和扩展性等问题。系统以CC2530为核心，搭建了一个物联网络平台，经试验证明，该系统可以很好的完成温度数据的采集、传输、处理和记录等任务，能够通过控制外设完成对室内温度的调节工作，对智能家居的发展也有一定的指导意义。 室内系统设计论文:CDMA室内分布系统设计中的相关问题分析 【摘 要】通过对CDMA的信号发送和接收境况进行全面的分析和讨论，就室内布线系统的设计思路进行了详细的分析，介绍了室内天线和信号源的选取方式，并对CDMA室内分布系统设计中需要考虑的问题进行了全面的分析。 【关键词】CDMA；室内系统设计；噪音 在移动通信的CDMA网络建设的过程中，CDMA的网络信号由于基站的分布，而产生主导频污染的现象，导致信号受到干扰，在一般的大型商场和商业楼宇之间的基站不能布置的太密，在大规模的CDMA网络铺设完成之后，需要对网络的信号场强进行测试，以及对用户的使用报告进行检测分析，可以明显的看出，在室内还存在信号分布不足，信号不稳定，网络通话质量存在问题，连通率比较底下，影响CDMA的通信质量。 1 室内分布系统设计思路 CDMA信号在室内系统设计主要包括CDMA信号源与室内CDMA信号的具体分布方式等相关内容的设计。 1.1 CDMA信号源的选取 CDMA信号源的接入是室内布线系统必须考虑的问题，这个信号源的接入必须通过一个特定的接口才能与室内分布系统接入，这样室内的布线系统才能收到信号源的信号，信号源的接入手段一般有蜂窝接入或者光纤耦合或者空间耦合等接入手段。 （1）基站直接与信号源相连接的手段，接入到室内布线系统。 （2）通过基站与信号收发的端口进行耦合的方式，通过耦合器能够很好的对信号进行控制，排除其他信号的干扰和污染主导频信号，它主要适合于主基站离室内分布式布线比较近的接入方式。 （3）光纤直放站耦合的接入方式。在原理与基站直接耦合的方式相似，主要是采用光纤将基站的信号接入，并将信号接入到室内分布式系统。它适合室内布线系统与基站距离比较远的分布式系统，但是在施工时难度比较大。 1.2 室内分布系统中天线的选取 室内天线的选择是保证信号能够正常接收的重要保证，一般采用全向吸顶天线，它安装方便，能够有效的覆盖整体楼宇，而鞭状天线和定向天线的覆盖范围比较大，能够有效的覆盖电梯和人群比较密集的地下室、车库等相关的场所。室内天线的选择需要根据具体的布线情况而定，也要根据室内的信号结合方式而定，要符合环境保护和美观的需要。在实际室内布线工程设计中，要结合CDMA信号变化情况，根据室内分布系统规模的不同和具体的情况，从天线设计的效益、成本、投资等方面对天线进行具体的设计，要保证信号能够覆盖整个建筑物。 针对10000平方米大中型室内CDMA信号覆盖系统，要求的话务量和CDMA信号覆盖的强度比较大，需要根据具体的情况进行设计，信号的接入可以采用光纤与基站直接接入的方式进行连接，在一般无源器件发送的信号不能满足覆盖要求时，可以采用干线放大器等设备对信号进行放大。当室内面积小于5000平方米时，可以采用微小型室内信号覆盖系统，采用全向型的天线，来实现CDMA信号的全面覆盖，也可以采用小功率的无线天线直放站作为室内分布系统的信号源。在对室内分布系统进行设计时，要根据信号场强的大小和建筑物的特征，选择适当的、信号增益能够满足要求的定向、或者全向的天线施工方式。 2 室内分布系统设计中CDMA信号场强分析 2.1 覆盖边缘场强分析 边缘场强的取值对CDMA信号的分析具有直接影响的作用，整个CDMA信号覆盖的场强的计算，需要依据边缘场强的确定，如果将CDMA信号的边缘场强取值过高，就要求室内的场强相应的提高，室内信号覆盖的强度也会提高，增加室内信号覆盖的成本，如果降低边缘场强，就会减少室内信号覆盖的程度，降低覆盖的成本，但是这也会影响室内CDMA信号的通话质量。在一帮的情况下，基站和手机的接收效率也会与边缘场强的取值有很大的关系，根据CDMA信号覆盖的要求，对于楼宇进行CDMA室内布线设计时，一般将边缘场强取值为-80dB，对于楼梯和一般的地下室等相关的场所的边缘取值为-85dB，以满足信号覆盖的要求。 3 CDMA室内直放站作为信号源时应注意的问题 3.1 室内CDMA无线直放站安装环境要求 针对CDMA信号无线直放站的要求，设计时，信号的主天线安放位置应根据实际的情况确定，但是至少要能够接收到强导频信号的软切换分支少于3个信号源，这样才能够避免室内分布系统的主导频信号受到污染，在施主天线的安装位置，要求主基站的导频的频率信号不能受到污染，确保室内信号的强调能够满足要求，保证通话质量。这样，基站接收的基站的信号强度要满足-70dB，为保证信号的通话质量，在主天线安装位置周围，要保证信号的外界的强干扰源的信息噪声小于-113dB。 3.2 室内信号无线直放站施主天线与转发天线隔离度的分析计算 根据CDMA信号的覆盖要求，和实际的天线经验，为有效避免和建设无线直放站之间信号的干扰和自激现象，要求无线直放站的施主天线与转发天线二者之间的信号隔离度应大于8dB，满足信号不能互相干扰的要求。具体的计算要求：，式中，为CDMA信号主天线的前后比，为CDMA信号转发天线的前后比，Li为CDMA信号的自由空间损耗，位置为CDMA信号的建筑物或者障碍隔离损耗，在实际的工作设计中，需要考虑障碍物、施主单位和转发天线的实际情况进行设计。 3.3 直放站对CDMA信号的施主基站噪声分析 4 结语 CDMA信号的室内分布系统的设计需要对具体的情况进行综合的分析，需要根据移动通信的建设方案和优化程略进行具体的分析，要以最低成本投入，达到最大的收益，促进CDMA市场的发展。 室内系统设计论文:移动通信室内分布系统设计探讨 【摘要】本文介绍了移动通信中的室内分布系统的概念及应用，同时介绍了室内分布系统的设计原则、设计方法以及设计时要关注的要点。 【关键词】室内分布系统；工程设计 一、概述 近年来，随着移动通信的快速发展，移动电话已逐渐成为人民群众日常生活中广泛使用的一种现代化通信工具，同时广大移动用户对移动通信服务质量的要求也越来越高，他们已不再单单满足于良好的室外移动通信服务，而且也要求在室内（特别是星级酒店、大型商场、高级写字楼等）能享受优质的移动通信服务。而现代建筑由于多以钢筋混凝土为骨架，再加上全封闭式的外装修，对无线电信号的屏蔽衰减特别厉害，使通话质量严重下降。在此情况下，室内分布系统应运而生。室内分布系统是针对室内用户群、用于改善建筑物内移动通信环境的一种成功的方案；是利用室内天线分布系统将移动基站的信号均匀分布在室内每个角落，从而保证室内区域拥有理想的信号覆盖。 二、室内分布系统的组成、应用及类型 室内分布系统通过功分器、耦合器等无源功率分配器件和干线放大器等有源器件及馈线、室内天线等设备将无线信号均匀分配到室内各个区域，实现无线信号对室内的延伸覆盖。 1.室内分布系统由两部分组成： （1）信号源（微蜂窝、宏蜂窝、直放站、BBU+RRU等）； （2）分布系统（同轴电缆、光缆、泄漏电缆、光端机、干线放大器、功分器、耦合器、天线等）。 2.需要建设室内分布系统的区域有： 室内盲区：新建大型建筑、停车场、办公楼、宾馆。 话务量高的大型室内场所：车站、机场、商场、体育馆、购物中心，增加微蜂窝建立分层结构。 发生频繁切换的室内场所：高层建筑的顶部，收到多个基站的功率近似的信号。 3.室内分布系统有以下几种类型： （1）同轴电缆分布方式无源分布系统 信号源通过组合使用的耦合器、功分器等无源器件进行分路，经馈线将信号均匀分布到室内各个角落。通过仔细的链路计算，达到信号的均匀分布。天线使用适合室内使用的吸顶式或壁挂式天线。覆盖面积小，适用于中小型楼宇室内覆盖场所。 （2）同轴电缆分布方式有源分布系统 在建筑物覆盖面积较大时，前述的无源天馈线很难满足需要；可增加中继设备，如放大器，以补偿信号在传输过程中的损耗。 （3）光纤分布系统 当覆盖的区域比较分散、相距较远或地形比较复杂时，可以采用光纤分布系统，通过拉远的方式对各个分离的室内区域进行覆盖。光纤站近端在信号源所在之处，通过近端实现光电转换，将射频信号转换为光信号，并经光分路器分配进入光纤传输至各远端；光纤远端为光电转换取出射频信号，并经过功率放到输入室分天馈系统。 （4）泄漏电缆分布系统 信号源通过耦合器、功分器等无源器件进行分路后，送入泄漏电缆中，并通过电缆外导体的一系列开口，在外导体上产生表面电流，从而在电缆开口处横截面上形成电磁场，这些开口就相当于一系列的天线起到信号的发射和接收作用。在信号传输过程中，将信号均匀的分布在所经过的区域，这种方式称为泄漏电缆分布系统。 三、室内分布系统设计 进行室内分布系统设计时，应把握的总体原则是： “小功率、多天线”的覆盖原则 “先局部、后整体”、“先平层、后主干”的设计顺序 主干线上主要用耦合器，平层主要用功分器 主干线尽量采用7/8馈线，平层小于30米采用1/2馈线 进行室内分布系统设计时，有以下几点需要注意： 1.室内分布系统天线布放方式 （1）走廊交叉位置布放天线 在走廊交叉位置布放天线，可以使该天线能够照顾多个方向的覆盖，在满足覆盖要求的情况下做到天线数量最少。 （2）切换区域布放天线 在电梯厅附近布放天线，在覆盖房间的同时，兼顾电梯厅的覆盖。 停车场出入口布放天线，布放位置一般选择在拐角处。 （3）房间内布放天线 为了减少穿透墙体带来的损耗，对于大型会议室、办公区域等，如果物业允许的话，可以将天线布放到房间内。 （4）定向天线防止信号泄漏 对于一些容易发生信号泄漏的区域，如走廊尽头靠窗位置，可以布放定向天线进行覆盖，定向天线的主瓣方向朝里，利用定向天线后瓣的抑制特性，防止信号泄漏到室外造成干扰。 （5）干扰区域布放天线 如果在室内存在室外干扰信号的区域，而且客户要求在室内区域必须占用室内信号，那么从室内覆盖优化的角度（相对室外基站优化调整），则需要根据干扰信号强度和区域来决定室内天线的布放位置。确保天线布放后，在室内干扰区域，室内信号的导频功率比室外干扰信号导频功率高5dB以上。 2.电梯覆盖需单独考虑 天线主瓣方向朝向电梯井道一般可覆盖4层；天线主瓣方向朝向电梯厅一般可覆盖3层。 3.室内分布系统的功率分配原则 （1）“先平层设计”，主要用功分器（保证天线口功率平衡）；根据天线数量确定采用何种功分器，平层馈线小于30米一般用1/2馈线。 （2）“后主干设计”，主要用耦合器（可以节省功率）；根据主干信号功率和平层需要功率确定耦合器的耦合度；馈线一般用7/8馈线。 （3）如果主干线全采用耦合器，可能引起天线口功率不平衡，因此，主干线可采用耦合器+功分器分配功率方式。 4.系统切换设计 （1）一般建筑物大堂出入口切换区域建议在室外距离门口5～7米范围内。切换区域不宜离马路太近或进入室内过深。 大堂切换设计策略： “小功率、多天线”方式； 定向天线从门口往里覆盖； 天线口功率可调。 （2）电梯切换设计策略： 通常建议电梯内为同一小区； 当楼层太高，不能同一小区时，需要引入相邻小区信号； 非全楼覆盖时，电梯井道天线主瓣方向朝向电梯厅； 电梯内外不同小区时，切换区域选择在电梯厅。 （3）车库出入口切换设计：在车库出入口位置安装天线保证切换。 5.干扰和泄露 为建立较完美的无线覆盖网络，在设计时应兼顾边缘场强的计算，保证不会产生明显的信号泄漏。 小功率、多天线”覆盖技术解决室外干扰和控制室内信号外泄； 在易外泄区域安装定向天线控制室内信号外泄； 室外网络优化。 四、结束语 室内分布系统的建设，可以较为全面地改善建筑物内的通话质量，提高移动电话接通率，开辟出高质量的室内移动通信区域。同时，使用微蜂窝系统可以分担室外宏蜂窝话务，扩大网络容量，从整体上提高移动网络的服务水平。室内分布系统的设计是一项复杂的工作，需要考虑诸多方面的问题。本文只是从天线布放、电梯覆盖、功率分配、系统切换、干扰和泄露几个方面进行探讨，在实际工程设计时还有许多问题需要考虑。 室内系统设计论文:低功耗、便携式室内空气质量检测系统设计 摘 要：本系统以MSP430F5529单片机为核心，采用MQ138甲醛检测传感器、MS2200-P1一氧化碳检测传感器等多种传感器检测室内空气中甲醛、一氧化碳等有害气体并检测甲醛浓度；利用AM2301温湿度传感器对现场温湿度进行实时监测，并通过段式液晶显示屏实时显示甲醛浓度读数，温度、湿度读数。整个系统体积小，重量轻，采用电池供电，携带方便。系统功耗低，价格低，适合家庭使用的空气质量检测系统，能快捷服务健康生活。 关键词：MSP430F5529；有害气体检测；温湿度检测；超低功耗 居室、办公室、宾馆、饭店、商场等场所使用的装潢材料中含有大量的有害化学成分如：甲醛等有害气体常引发眼睛和喉咙疼痛、皮炎等一系列健康问题，习惯称之为“装潢病”，在导致“装潢病”的诸多物质中甲醛可算是罪魁祸首。且甲醛是一种潜在的致癌物质，对人体健康有较大的危害。专业机构测量甲醛等有害气体价格昂贵，而且在时间方面受到限制。现代家庭使用的天然气、液化气可能发生泄漏引起爆炸。因此，设计一种低功耗、便携式室内空气质量检测系统具有广泛的应用价值。 1 系统组成及工作原理 该检测系统由MSP430F5529单片机为核心，由传感器、A/D转化模块和液晶显示模块组合而成。通过MQ138甲醛检测传感器检测室内空气中甲醛浓度，通过ms2200CO检测传感器检测一氧化碳气体，通过空气质量传感器 MQ135传感器检测室内空气中其他有害气体和可燃气体，AM2301温湿度传感器对现场温湿度进行实时监测，采用MSP430单片机自带的AD转换器对传感器采集的信号进行模数转换，利用段式液晶显示屏显示检测结果。系统结构如图1所示： 2 硬件电路设计 2.1 主控芯片MSP430F5529功能介绍。MSP430F5529是一种16位超低功耗、具有精简指令集的混合信号处理器。寻址方式丰富，运行速度快，高达25MHz。当系统处于省电的低功耗状态时，中断唤醒只需5μs；并且体积小，电压低，功耗低，适用于需要电池供电的便携式仪器中。此外，内置的A/D转换器的分辨率达到了12位，提高了转换精度，使测量更加准确，内置A/D转换器进一步降低了功耗。 2.2 MQ138甲醛检测传感器。MQ138传感器的敏感材料是活性很高的金属氧化物半导体，当在空气中加热到一定温度时，发生氧化反应，氧原子吸附电子变成氧负离子，浓度升高。遇到还原气体时氧负离子因发生还原反应导致其表面浓度降低。MQ138传感器模拟信号和电平信号同时输出，模拟量输出随浓度增加而增加，浓度越高电压越高。用于家庭、环境的挥发物探测装置，适宜于醛、醇、酮、芳族化合物的探测，气敏感元件测试浓度范围：苯 1 to 100ppm、甲苯10 to 100ppm、甲醛 1 to 10ppm。MQ138甲醛检测传感器测量原理图如图2所示。 2.3 MQ135空气质量检测传感器。MQ135空气质量检测传感器用于家庭、环境的有害气体探测装置，适宜于氨气、芳族化合物、硫化物、苯系蒸汽、烟雾等气体有害气体的探测；气体敏感元件测试浓度范围：10 to1000ppm；对硫化物、苯系蒸汽、烟雾等有害气体具有很高的灵敏度；具有长期的使用寿命和可靠的稳定性。MQ135空气质量检测传感器测量原理图如图3所示。 2.4 ms2200CO检测传感器。ms2200CO检测传感器用于检测一氧化碳气体，工作在-10至60摄氏度，检测浓度范围：0-1000ppm（CO气体）；对一氧化碳、烟、HC挥发气体有高灵敏度，可用于该类气体定性检测；具有使用寿命长和稳定性可靠等特点。ms2200CO检测传感器测量原理图如图4所示。 2.5 AM2301温湿度传感器。AM2301传感器又叫DHT21传感器，是一款含有已校准数字信号输出的复合式温湿度传感器。该传感器包括一个电容式感湿元件和一个NTC感温元件，并与高性能单片机相连。 2.6 报警系统。为了使本系统对室内空气品质的监测更为直观，采用了由显示屏和一个蜂鸣器构成的声光报警电路。其中对应每一种有毒气体都有一红一绿两个发光二极管与其对应，正常情况下对应绿色的发光二极管亮，蜂鸣器不响；当气体的浓度超标时，对应红色的发光二极管亮，并启动蜂鸣器。 2.7 AD转换电路。气体传感器出来的信号是模拟信号，而微处理器MSP430F5529只能处理数字信号，故需要对模拟信号信号进行转换，将其转换为处理器能识别的数字信号，由于经过放大电路出来的模拟电压变化范围在0～3V，故采用MSP430F5529单片机自带AD进行模数转换。 MSP430F5529对输入模拟量要求：信号单极性，电压范围是0-3V，若信号太小，必须进行放大；输入的模拟量在转换过程中应该保持不变，如若模拟量变化太快，则需在输入前增加采样保持电路。ADC0809的时序接口为51系列单片机的标准总线接口，操作方便，如同对存储器或I/O操作一样，A/D转换精度为8比特，满足本课题要求。输入的模拟电压为0～3V，一次A/D转换时间为100μS。 2.8 超低功耗。MSP430F5529继承了MSP430单片机超低功耗的特点，可以软件配置6种超低功耗模式，其处理功耗（1.8～3.6V，0.1?A/Power-down，0.8?A/Standby，250?A/MIPS）和口线输入漏电流（最大50mA）在业界都是最低的。可以满足本系统对超低功耗的要求，实现电池供电。 2.9 液晶显示模块。本系统所要显示的数据一共有5个，分别是两种有毒气体的浓度和室内的温度、湿度，显示模块采用单片机自带的段式显示屏。这种LCD是102x64矩阵LCD，带背光，驱动简单，适用于耗电量小为便携式应用的场合。 3 软件电路分析 系统软件流程图如图5所示。 4 系统实验方案 4.1 温湿度检测模块设计实验方案。选择AM2301模块进行温湿度传感器对现场温湿度进行实时监测，将测得数据与标准温湿度表进行比较，修正室内空气质量检测系统测量准确度。 4.2 有毒气体检测模块设计实验方案。有害气体检测模块与MSP430单片机连接，利用单片机内置的A/D转换器将气体检测传感器模块输出的气体浓度信息转换为数字信号，并在显示屏上显示出来，将显示出来的值与标准有害气体浓度相比较，修正室内空气质量检测系统测量准确度。 5 结束语 检测室内甲醛气体浓度和可燃气体（甲烷、丙烷等）；还可检测室内温度、湿度；可实时显示甲醛浓度读数、温度、湿度读数。体积小，重量轻，携带方便；采用电池供电，系统功耗低，价格低；适合家庭使用的空气质量检测系统。 室内系统设计论文:基于多网合一的室内覆盖系统设计 摘要：如何利用现有资源减少投资，实现多种网络合一的室内覆盖规划设计，是3G和后3G建设的热点问题。 关键词：室内覆盖系统 多网合一 覆盖规划 0、引言 不同运营商的室内覆盖系统之间不仅频率不同，制式也不同，无法充分利用，既浪费投资又影响建筑物内的美观，同时也给网络维护带来隐患。本文就多网合一的3G室内覆盖系统的系统间干扰、容量、功率匹配等方面进行探讨，本文的设计方法可以保证多系统的正常工作，互不干扰，可有效应用于实际的网络建设中。 1、多网合一系统的关键问题 在多网合一室内覆盖设计时，由于不同系统的设备输出功率不同，不同频段信号在馈线中的传输损耗不同，不同频段无线信号在空间中的传播损耗也不同；各系统设备及性能指标不同，导致各系统的接入节点位置不一致。在建设多制式通信系统合一时，运营商需要考虑多方面问题。 1.1系统合路：系统合路是在原有系统增加新的信号源，如原有室内覆盖系统是无源方式，且器件工作频段涵盖了800MHz～2500MHz，则无需再改动。增加新系统时需在信号源部分使用双频或多频合路器对信号合路/分路后（对上行是合路，对下行是分路）送到室内分布系统。 1.2覆盖与容量：共用室内分布系统需满足各种系统的覆盖和容量要求。3G室内覆盖系统设计建议优先采用“多天线、小功率”的方式，减少室内天线的输出电平，以控制信号泄漏电平。 对于大型建筑物，信号在传输和分配过程中，信号强度低到一定程度就需增加干线放大器对其放大，此时需用合路器把信号合路/分路，通过各系统的干线放大器放大后，再通过双频或多频合路器进行合路。 1.3功率匹配：多系统共用分布系统的一个突出问题是功率匹配。均需要在设计中进行综合考虑。 1.4系统间干扰：多网合一的室内分布系统设计的重点，需要分析各系统间的干扰并提出抑制方法，保证各系统的正常工作。 在工程上运营商可以采用合路器隔离度、增加滤波器、空间隔离等几种方法满足杂散隔离度需求。 2 、系统的多网合一改造实例 某办公楼的原有GSM室内覆盖系统需要进行优化改造，使系统能兼容WLAN和TD-SCDMA系统。该建筑物有13层，地下有1层，有两部电梯。楼内多为办公区、会议室等。大楼中间为走廊，两侧为办公区，结构具有代表性。 2.1 GSM、TD-SCDMA、WLAN系统的合路：信号源方面，TD-SCDMA目前多采用BBU+RRU的方式，能够将远点射频模块就近于天线安装，降低了信号在馈线上的损耗。这种方式施工方便，对原有系统变动小，工程成本较低，无需依赖干放，是一种经济的室内覆盖系统组网方式。 TD-SCDMA设备RRU的输出功率（27dBm左右）比GSM设备（40dBm左右）低，而在馈线中的损耗却比GSM大，设计中不考虑在机房内进行合路，在无源器件中间级择机合路，采取功率倒推的方式，根据模拟测试结果，计算出天线口需要的功率，返回推算出TD-SCDMA设备接入的合适具体位置。根据大量测试经验，TD-SDMA系统天线口功率一般建议控制在7～10dBm左右，那么，从天线口至合路器位之间的馈线和器件及合路器损耗，应该控制在17dB左右。 WLAN系统的工作频段比TD-SCDMA系统的工作频段更高，如采用与TD-SCDMA系统相同位置合路的情况下，由于室内型AP设备输出功率有限（一般在100mW以内），为扩大单个AP的覆盖区域增大，工程上需要采用WLAN功率放大器，将AP信号放大，通过AP+干放的方式来解决覆盖问题。通过链路计算，WLAN干放的输出功率大致需要在30dBm左右。 2.2 功率匹配：根据工程经验，TD-SCDMA和WLAN系统天线口功率建议控制在10dB左右，这就需要通过对RRU和AP干放的输出功率的适当调整，使天线口的功率符合设计要求，在开通测试后优化调整，尽量保证信号的边缘覆盖场强的同时控制信号的外泄情况。 2.3 信号覆盖：对大楼原有系统进行摸查核实，对所有器件及天线等进行认真核查，检查是否与原有存档的文件相符合。对于部分格局发生变化的区域，根据现场覆盖情况，进行天线的增补。原有电梯内的覆盖，是采用八木天线安装在电梯井顶部和底部方式，天线间距很远，另外电梯覆盖原有采用八木天线，由于八木天线的频带无法覆盖到2GHz频段，因此考虑本次TD-SCDMA系统的电梯覆盖，采取重新布放馈线和宽频定向天线的方式。 信号覆盖方面：TD-SCDMA系统，需对大楼实现全覆盖；WLAN系统，主要覆盖办公区和会议室等重点区域，而电梯及地下室等区域，无需考虑WLAN的信号覆盖。 2.4 系统容量WLAN系统：工程设计上一般每AP接入用户数在20～30个左右应该比较合适。由于本大楼平层面积不大，对覆盖区域内的用户数进行估算，同时为净化信道环境，减低信道干扰，并结合实际工程经验，对于在办公区域，每两层楼采用一个AP来进行覆盖，基本能满足用户需求。对于特殊热点区域，如大型会议室等场所，可采用多个AP合路的方式来解决。如果要进一步扩大用户容量，可采用支持802.11g标准的设备，该标准下单个AP最佳最大并发用户接入数是75。 TD-SCDMA系统：采用BBU+RRU的方式，分布式基站使容量和覆盖能彼此独立来规划，使室内覆盖系统的规划变得简单，并且带来很大的灵活性。由于目前项目处于试点阶段，初期用户数目少，网络提供的业务相对简单，对容量要求不明显，主要完成室内的信号覆盖，本方案暂时对每小区配置3个载波。 2.5 系统共存时的干扰：在多网合一的室内分布系统的设计中，对系统间干扰的分析和抑制显得至关重要。根据前面的理论分析和计算，只要合路器的隔离度满足大于90dB，就可以采用合路器隔离的方式来抑制3个系统间的干扰。 3、结束语 多系统室内覆盖应重点考虑不同系统间的杂散和互调的影响，当系统较少时，可只考虑杂散指标的要求。考虑到工程成本、建筑物美观及特殊场景需求，多系统共用室内分布系统是未来的发展方向。 室内系统设计论文:基于光纤光栅探测器的室内温度检测系统设计 【摘 要】为了精确、稳定地获得粮仓内大范围的温度分布，设计了光纤布拉格光栅测温系统。系统通过光纤网络对粮仓内进行大范围温度检测，利用光纤布拉格光栅所测温度与中心波长之间存在线性的关系，根据光谱线性频移函数获得仓内各位置的精确温度。其中每个光栅的工作波长相互分开，经3dB的耦合器反射后，再用波长探测解调系统对多个光栅的线性频移进行测量，即可检测出仓内各处的温度。实验采用FBG封装的光纤、LPT-101型光源、放大处理电路等设备获得采集得到的温度信息。通过Origin软件画出了被测温度与波长频移的关系图，同时与传统的测量方法K型热电偶的测量数据进行比较。实验结果显示，光纤布拉格光栅测得温度与标准温度更接近，且抗干扰能力更强，满足粮仓内大范围温度监测的要求。 【关键词】光纤布拉格光栅；温度检测；光谱线性频移；粮仓 0 引言 温度检测在很多领域都有应用，生产厂房的温度检测、住宅区的室温控制、农业生产中温室大棚的恒温监控等。目前，国内外对于温度检测的主要方法有：热电偶型测温系统，具有结构简单，探测区域大的特性，而其属于接触式测量，易污染、精度较低。数字集成温度探测芯片，该温度探测器功耗低、体积小，常应用于单点探测，在多点位大范围测试中误差较大。除此之外，光纤测温器也是一个常见类型，其灵敏度高、适合远距离检测，但多路检测测量难度大、工艺复杂、价格高；半导体吸收式光纤温度传感器温度监测系统，其优点是将光纤仅用于传输，测量采用其它光学或机械的元件完成，监测被测温度的变化；智能（数字）温度传感器温度监测系统，其内部包含处理芯片，适用于测温位置在线处理的场合。我国传统的内部温度测量方法是直接将温度计插入粮食中检测，工作量大、效率低、精度差；除此之外，国内还有采用基于PN结或热敏电阻的温度检测系统[11]，但其传统电路设计上存在干扰、滤波不稳定，线路复杂等问题。而测温电缆技术在实际应用中不但工艺复杂，且部分结构需要专用设备，十分不便。 相比之下，采用波长调制的光纤布拉格光栅（Fiber Bragg Grating，FBG）传感器[12-14]避免了温度测试信号受光源变动、光纤损耗等的影响；采用波分复用技术在一根光纤中串入多个布拉格光栅实现分布式测量，大大降低了系统复杂度；采用光谱线性频移的监测手段，测量精度高、范围广、分布密度大。本文在采用分布式光纤布拉格光栅结构的基础上，利用光纤布拉格光栅所测温度与中心波长之间的线性函数关系，提出了一种通过光谱线性频移反演分布式粮温的新方法，提高了检测精度、温控范围和温度数据密度。 1 温度探测系统设计 系统采用了一种新的分布式光纤布拉格光栅测温方法，即通过光纤布拉格光栅温度探测器对粮仓各处的局部温度进行监测。由于光谱线性频移程度与被测温度存在函数关系，即中心波长与被测温度之间呈线性关系。分布式光纤探测系统是可从整体上大范围地对被测物理量的变化进行监测的探测网络。本文采用的是分布式光纤布拉格光栅探测结构，根据系统性能，建立了粮仓的数学模型。处理器控制宽带光源发射探测光，通过耦合器进入多组光纤通道，每组光纤通道中设置光纤光栅探测器，在粮仓内网络式分布，从而获得粮仓内各处的粮温数据。回波信号经解调仪解调，将带有温度信息的数据传给处理器，经过处理器将粮仓各位置粮温数据显示在控制台上。 2 光纤光栅基本原理 在光纤光栅之前，将在平面光波导中沿入射光传播方向制作的多层介质结构，即布拉格光栅。光纤中的光栅反射实际上是一种层状介质的反射，由光纤中沿轴向分布的多层介质结构构成光纤布拉格光栅。 常用的电类温度传感器有热敏电阻温度传感器、热电偶温度传感器，其极易受外界的电磁干扰，会由于测量距离、辐射系数等因素导致测量精度降低。而光纤光栅温度传感器不仅具有普通光纤温度传感器的优点，还有光谱特性好、损耗率低及稳定性高等特点，且波长编码信息不受光源功率波动或耦合损耗等的影响。同时，在一根光纤中可设置多个光栅，使光栅阵列信息量大，结合波分复用等技术非常适合大范围的分布式网络化的粮温监测。 光纤布拉格光栅探测器中的宽谱光源可采用面发光二极管SLED或放大自发辐射光源ASE等，光传输及转换部分由光耦合器或光环形器构成。当光源系统发出一定带宽的光入射到光纤光栅后，由于光纤光栅对中心波长具有选择作用，只有符合波长关系的光被才会被反射，并再次通过光传输结构送入解调装置解调，最后解调光会体现出光纤光栅反射波长的变化特性。当利用光纤布拉格光栅原理检测粮仓内局部粮温时，由于粮温变化引发的光栅自身的折射率或栅距的改变会使反射波长产生相应的变化，最终对由解调器检测得到的波长变化推导计算即可求得相应位置实时的粮温数据。探测器获得的尖峰波长随着粮温的变化持续变化，探测器带宽是指光纤布拉格光栅反射峰对应的带宽，其检测精度越高，则带宽就越小，由于工艺水平的限制，一般在0.2-0.3nm之间。 3 解调仪 光纤布拉格光栅采用波长调制，对布拉格波长移动的检测获取粮温变化信息的重要步骤。目前国内外实用化的解调技术主要有：采用可调谐F-P滤波器和宽带光源扫描传感光纤光栅的反射谱；采用大功率可调谐窄带激光源对传感光纤光栅进行波长扫描；采用建立在色散元件和阵列相结合基础上的光谱成像技术进行波长分析。ASE光源发出的宽带光经过F-P（Fabry-Perot）滤波器，因为不同的扫描电压所对应的中心波长各有不同。在扫描电压的控制下，窄带光穿过F-P滤波器，其中透射光经耦合器的分光后，产生多个可与测量通道相接的光路，3个测量通道的反射光回波信号被光电探测器采集从而获得反射谱。这些反射谱都是电压信号，被放大滤波后传输给信号采集模块，最终导入计算机，从而解调出粮温信息。 4 结论 本文针对粮仓内大范围的粮温实时监测困难大，设计了基于光纤布拉格光栅测温原理的分布式粮温网络监测系统。系统根据光纤布拉格光栅所测温度与中心波长之间存在线性的关系，利用光谱线性频移函数获得仓内各位置的精确温度。实验采用LPT-101型光源、FBG封装的光纤及处理电路等获得模拟粮仓中的分布温度数据。通过计算光谱线性频移量及温度标定的方法获得对应处温度信息，再由Origin软件画出了被测温度与波长变化的关系图，与传统的K型热电偶单点测温方法进行比较。实验结果显示，光纤布拉格光栅测温法的精度满足设计要求，且具备抗干扰能力强，可获得大范围多点的实时粮温数据。 室内系统设计论文:高层建筑TD-SCDMA室内分布系统设计与优化探讨 【摘要】高楼林立是大都市的特色，而混凝土和金属材料的大量使用却使建筑物对无线信号产生屏蔽。因此室分系统在TD室内业务覆盖和性能指标中起着举足轻重的作用。本文主要针对高层建筑条件下TD信号的特点提出适合的室内分布系统的设计方案，并结合测试结果提出优化方案。 【关键词】TD-SCDMA室内分布系统高层建筑优化方案 一、引言 移动通信业务中，只占覆盖总面积的20%左右的室内，但却产生了70%的业务量。而建筑材料会对包括TD信号在内的无线信号造成屏蔽。高层建筑物的较低层，TD基站的信号较弱；而较高层，信号虽较强但杂乱，会出现干扰严重甚至没有信号的现象。 为解决上述问题，TD网络有必要引入室内分布系统以清除盲区，吸收室内话务量，改善室内通话质量。另外，TD室内覆盖方案还要考虑融合并充分利用楼宇内已有的2G或其它制式的3G室分系统。 二、室内覆盖技术特性 2.1空间损耗分析 TD的频段为高频段，衰落比GSM900大，本文选取2010 MHz-2025 MHz频段来计算TD与当前2G系统在室内环境的传播损耗差值。由于室内电磁波的辐射模式相对简单，采用自由空间模型。计算结果表明在自由空间里，TD的传播路径损耗约比GSM900高6.6 dB，比GSM1800高0.8 dB。 2.2天馈系统的损耗 在天馈系统中，如果原系统使用的馈线为7/8与1/2的组合，TD系统的综合损耗约高于GSM900系统2～5 dB，高于GSM1800系统约1 dB；如果原系统中含有8 D、10 D等馈线，则分别高出为5～8 dB和2 dB。 2.3遮挡物典型损耗值 TD信号传播能力差，深层覆盖不理想，TD网络将出现更多盲区和弱信号区。遮挡物损耗值如表1所示，从表1中可见，钢筋混凝土的遮挡损耗值最大。 三、室内分布系统设计 3.1设计技术指标 （1）无线覆盖区内可接通率达区内约90%，且MS在99%的时间里可以接入网络。（2）话音、CS64k、PS数据的块差错率分别在1%左右、0.1～1%及5～10%。（3）无线信道呼损不超过2%。 3.2边缘场强要求[1] （1）主公共控制物理信道载干比PCCPCH C/I≥-3 dB。（2）外泄电平在室外10米处的接收信号码功率PCCPCH RSCP≤-95 dBm。（3）无线覆盖边缘场强PCCPCH RSCP≥-85 dBm。 3.3功率配置方案 （1）信源采用PCCPCH信道功率进行功率预算，按32 dBm（12 W、6载波）进行功率预算。（2）PCCPCH信道功率在楼层天线口为5～10 dBm，在电梯天线口为10～15dBm。（3）单站RRU数量小于等于6个的，不采用光缆级联方式。（4）覆盖半径取6～10米。 3.4小区配置方案 （1）切换区域适中。如过大容易引起小区间的干扰，而过小不容易保证切换时间的要求。（2）室分系统小区切换到室外的宏基站规划在进入建筑物处；别的区域，则需要控制信号室内外相互泄漏。（3）楼层是室分小区边界，因而楼梯处即为切换带。（4）电梯内信号覆盖可与较低楼层共在一个小区或单独划分，与电梯外信号的切换尽量设置在电梯的门厅处。 3.5信源规划及设计 TD室内覆盖可选择的信源有BBU+RRU、光纤直放站、无线直放站三种类型。考虑到目前TD-SCDMA网络重点覆盖数据业务需求区域的建设策略，采用BBU+RRU作为信号源。另外，对于2G室内分布改造站点，BBU的安装位置应尽量接近原有2G信源设备（微蜂窝或光纤直放站），以利于方便引接原有的传输设备或传输光缆[3]。 3.6功率核算 （1）信源输出功率：PCCPCH信道功率（双码道）为32 dBm[3]。（2）边缘场强：普通建筑物PCCPCH RSCP≥-80 dBm C/I≥0 dB；地下室、电梯等封闭场景PCCPCH RSCP≥-85 dBm C/I≥-3 dB。（3）天线口功率≤10 dBm。（4）TD基站和终端间的最小耦合损耗应大于57.5 dB。 3.7切换区规划 （1）进出建筑物的切换：切换带在建筑物门口外5米以内非马路的平坦地面。（2）建筑物窗口处的切换：室分系统的天线可放置在近窗边位置，使室内小区尽量覆盖全部室内用户；或者通过改变小区选择/重选的参数，使用户优先选接室内小区；而建筑物高层的室内和室外小区则用单向邻区策略，也可以不配置邻区关系。（3）电梯间的切换：上下电梯的切换设在电梯口；用户在乘坐一台电梯的过程中无需切换。 3.8泄控制 要精确控制电信号的泄漏，可采取辐射功率小的多根天线。主要通过利用减小天线辐射功率、利用建筑物的屏蔽作用、合理选择天线布放位置来完成。使PCCPCH RSCP达到室外10米处满足≤95 dBm或室内小区外泄比室外主小区低10 dB[4]。 四、室内分布系统优化分析 室内分布系统有施工难度大，走线复杂，容易造成覆盖盲区等特点。因此很容易出现问题，从而严重影响网络质量。如果不预先防范，将对后期优化工作带来很大的障碍。 4.1室分系统问题定位 经过测试取样，室分系统出现最多的问题是信号在部分楼层与电梯间内无法覆盖。另外部分天线失效、电平泄露、乒乓效应等问题也偶有出现。经过进一步勘测和分析，造成以上问题的主要是RRU和馈线的原因。主要表现有： RRU配置不当；馈线、光缆或器件故障；RNC功率低。 4.2常见问题优化分析 （1）RRU故障类问题。RRU故障是导致室内无信号覆盖问题最主要的原因，造成RRU故障的主要原因则是RRU的配置不当，在确定正确配置RRU后问题如果仍存在，则可能是硬件问题或馈线故障。（2）馈线故障类问题。导致部分楼层无覆盖或者弱覆盖的第二个主要原因是馈线故障。在排除馈线故障时可以首先从馈线线头松动和规格不匹配这两个方面入手。（3）室内的小区切换问题。高层建筑的信号由于建筑物内的空间基本都是相对隔离的，信号分布状况相对复杂。在进行室内覆盖设计时，要选择人员活动较少的空闲的角落作为切换带。 五、总结 室分系统设计对TD网络建设具有意义重大。本文针对高层建筑内无线信号特点和业务需求，提出高层建筑室分系统在设计阶段应统筹考虑覆盖，切换等关键问题。然后根据测试结果发现室内覆盖出现问题的主要原因是信源、馈线故障以及小区切换规划设计。因此在施工阶段，要特别注意上述内容。另外网优人员也应及早介入室内分布系统的优化测试中，及时解决覆盖中遇到的问题。

近年来，我国科技的进步可经济水平的提升是有目共睹的。人们对于出行工具的要求越来越高，汽车作为人们青睐的出行工具，良好的体验感和舒适性是必不可少的。自动化的发展以及其在汽车机械控制系统中的应用使人们的这种需求得到一定程度上的满足，自动化技术的使用，不但节省了大量的人力，而且相较于传统的技术更具安全性。目前，自动化技术在汽车机械控制系统中的应用向着多功能、智能化的方向发展。 1汽车机械控制系统中的模块分析 人们能够便捷的操控汽车，汽车能够安全的行驶都在很大程度上得益于汽车机械控制系统。它是整车的一个复杂化的系统，识别、掌控着汽车的各种行为。但这个复杂的系统仍然是由许多模块组成的，主要包含以下几个模块： 1.1传感器 汽车的传感器分布于汽车全省，主要作用为获取汽车的细节信息，并对车辆整体的运行情况进行判断和监控，形成监控信息的记录，并将这些信息呈现给人们。根据汽车机械控制系统的运行特点，通过传感器获取汽车某个时间点的信息，同时进行传输，也可以使用不同的频分制将所获取的信息传输至存储段，以达到对汽车的运行状态进行监控的目的，保证汽车控制系统的安全性和稳定性。 1.2电源管理 目前，大部分汽车的行驶通常是不以电为主要能源的，但是，整个汽车控制系统却与电密不可分，电源的管理是整个汽车机械控制系统的运行基础，各部分的稳定工作都仰赖于稳定而充足的电源。汽车控制系统中的诸多模块所需的电流与电压均不相同，这就要求电源管理能够满足这些不同的需求，通常需要配置5V、6V、12V的电压。测速元件、单片机等大部分部件使用的都是5V电压。电源输出电压如果不稳定，首先应对其进行稳压处理，然后再将其转化为相应的需求电压。 1.3配电设计优化 在配电设计的过程中，需充分考虑到汽车的负载容量与可靠性的要求，在符合相关标准的同时，还要尽量保持汽车机械的稳定性和灵活性。配电设计需根据线路负载情况来展开，在负载较小时采用静态补偿法进行设计，如果负载较大，则可使用动态补偿法。为了减少电能损耗，应使导线的电阻值尽量小。 2自动化技术在汽车机械控制中的设计与应用 2.1汽车运行情况的实时监控 基于自动化技术而设计的汽车机械控制系统能够在很大程度上满足汽车驾驶者对于了解汽车具体状况的需求，再次基础上开发出数据表。在汽车启动运行之后，通过各个传感器将速度、温度、压力、距离等参数信息数据传输给驾驶者，能够帮助驾驶者了解汽车运行的情况，以便实现故障的预防，提升安全性。在整个监控过程中，自动化技术发挥着十分重要的作用，例如对许多危险的情况做出自动化处理或者及时的向驾驶者发出警报。目前许多汽车中所配备的防撞预警就是自动化技术在汽车机械控制系统中广泛应用的功能之一。在此以胎压的检测监控为例，汽车轮胎压力的检测监控是目前许多车辆已经配备的系统之一，也是汽车机械控制系统内一个极为重要的安全辅助系统。当前，可以通过在轮胎的内部安装温度、压力传感器的方法来实现对汽车轮胎内部温度和压力参数的获取和监控，再通过无线传输将这些信号发送给汽车控制终端，再把这些信号进行处理，形成汽车胎压数据呈现给驾驶者。使驾驶者能够及时的获取胎压信息，并在轮胎发生渗漏或胎压过低的时候发出警报。汽车胎压监控传感器的设计与开发中，应注意到以下几点：第一，传感器的工作环境较为恶劣。其工作温度的范围为40℃至125℃，传感器应该能在高低温下稳定运行；期恐冲击能力也应在3000g以上，并且还需要受到离心力的作用，应保证耐受1000g的离心加速度。第二，胎压传感器通常需要置于汽车轮胎的内部，其更换的难度较大，因此，在设计胎压传感器的时候应在保证其稳定可靠的同时，尽量延长其使用寿命，发挥其低能耗特性。汽车胎压的监控系统，是在传感器的配合下，对汽车的胎压进行一种动态的监测和控制的方法，在传感器收集到温度、胎压等信息时，生成电子机械系统可识别的敏感信号，再通过电路监测单元将这些信号转化为能被监测到的模拟电压信号，并进行输出。在汽车的胎压监测系统中，有两类较为重要的敏感单元。分别是微电子机械系统压敏电阻和微电子机械系统温敏电阻。压敏电阻在汽车胎压改变的情况下能够使自身阻值产生变化，通过全桥电路的辅助，能够将电阻信号的变化转化为模拟电压信号进行输出。而温敏电阻则是通过恒流源来供电的，能够使车辆的温度变化超过预警值的时候促使温敏电阻的阻值发生变化，进而造成所分担压力的变化，并将这种变化以模拟电压信号的形式表现出来。 2.2故障的诊断与排除 现阶段，在汽车机械控制系统的设计过程中，自动化技术的应用逐渐以计算机网络技术为基础，并体现出了高度的综合性和集成性。车体故障的诊断和排除就是以计算机网络为基础的自动化技术应用的最集中的体现。在汽车运行过程中，机械控制系统能对出现的故障进行精确的判断，并作出自动化的处理措施，自主的排除故障，避免以故障的出现而造成的安全威胁和财产损失，因而基于自动化技术的汽车机械控制系统设计具有很好的安全性和经济性，对汽车本身和驾驶者而言都是十分重要的。 2.3自动化技术在汽车机械控制系统中的应用前景展望 我国的经济水平与科技水平都不断的进步，自动化技术在各个方面，特别是在实际生产方面已经得到了广泛的应用，这在很大程度上促进了社会生产力的发展，解放了人力。当然，自动化技术的功能还不仅限于此，它还可以，并且应该给人们带来更好的产品体验感和舒适性。因此，在汽车机械控制系统的设计中，它仍有很大的空间等待人们去挖掘。目前，正在研发与完善中的汽车机械控制系统中，辅助驾驶与自动驾驶技术最为火热，也是各大汽车研发公司的全新的竞争领域。汽车辅助驾驶是长时间驾驶汽车的司机的福音，辅助驾驶不能离开人的操作，但在很大程度上减少了司机长时间高度的精神集中所带来的驾驶疲劳感。利用自动化技术完善汽车机械控制系统，使汽车能够在司机发出指令时，自主的完成驾驶操作。例如定速巡航等功能已经被广泛的应用于汽车当中，目前，更安全、更方便自动化辅助驾驶技术仍在不断发展当中，并展现出充足的活力。相比于辅助驾驶，自动驾驶则是完全将人从驾驶工作中解放出来，这个领域的研发工作仍与自动化技术的应用密切相关。目前，已经有特斯拉、宝马等众多汽车公司开始生产并销售自动驾驶汽车。但是，目前，这个领域的相关技术仍有缺陷，相关的自动驾驶事故也曾出现过，相关的技术仍在不断的完善当中。在极为广阔的市场和良好前景的刺激下，众多的汽车公司仍会投入大量的人力财力在这个领域当中，随着自动化技术的不断发展，自动驾驶也将会逐渐走进人们的生活，改变人们的出行观念，并带来巨大的经济效益。 3结语 技术的发展使人们的生活日新月异，经济的发展提升了人们的生活水平。在技术与经济齐头并进的当下，人们对于物质生活和体验感的追求越来越明显。汽车作为人们出行所需的交通工具，安全性、体验感都是人们所关注的。自动化技术在汽车机械控制系统设计中的使用则在很大程度上满足的人们的需求，并且展现出良好的发展前景。相信随着技术人员的不断探索，自动化技术一定会在汽车机械控制系统中发挥更强更好的作用。

1汽车机械控制系统中当代自动化技术运用价值 汽车机械控制系统是我国汽车产业发展关键环节，为提高该体系发展质量，满足人们日益增长的汽车消费需求，汽车制造业期许在产品制造过程中，融入当代自动化技术，使汽车生产制造更富成效，究其内因源于该技术具有以下几点应用优势： 1.1能够有效提高汽车机械控制及安全管理成效 当代自动化技术以电气设备为载体予以落实，相关系统同样在汽车机械控制系统中发挥重要作用，一旦该技术无法得到有效应用，将影是汽车机械控制系统运行成效，降低汽车机械加工效率[1]。当代自动化技术具有24h、全天候且无人监管技术运行优势，其与汽车机械控制系统相融合，能帮助技术人员借助该技术，实时对汽车机械控制系统24h生产加工信息搜集工作目标，为有效控制该系统提供参考依据，为提高汽车机械加工质量奠定基础[2]。 1.2当代自动化技术与汽车机械控制系统融合能提高该系统管理能力 在传统汽车机械控制系统中，并无当代自动化技术，致使各个机械制造环节项目独立、互相分离，这虽然能保障各个生产制造环节均可以依照相关规定完成制造任务，但是机械加工精度、效率却无法得到有效提升，并为汽车机械加工体系管理带来阻力，在当代自动化技术加持下，各路汽车机械加工体系得以关联在一起，便于技术人员施行统筹管理决策，结合汽车机械控制客观需求，提出统筹管理要求，为当代自动化技术有效落实奠定基础[3]。 1.3具有推动我国汽车产业发展的运用意义 当代自动化技术在汽车机械控制系统中有效应用，能结合该系统运行客观实况，以及产业发展需求，从宏观或微观角度整合并分析相关信息，形成汽车机械控制系统信息数据池，通过分析这些信息与数据，汽车机械控制系统能有效明晰自身生产制造不足之处，找到加工制造薄弱环节，为优化汽车加工制造能效提供大力支持，凸显当代自动化技术在汽车机械控制系统中的运用优势。 2汽车机械控制系统中当代自动化技术运用方略 通过对汽车机械控制系统中当代自动化技术运用价值进行分析可知，该系统与自动化技术融合，具有提高生产效率，降低该系统故障发生几率，提高该系统管理能力等价值，为此汽车机械控制系统需合理应用相关技术，旨在优化配置该系统运行所需人力、物力、财力，提高汽车加工企业经济收益。 2.1中央控制系统 中央控制系统处于汽车机械控制系统核心环节，其代表形式为计算机，并以计算机技术为依托，以互联网体系为载体，构建系统控制继承结构，在中央控制系统外侧开设若干端口，用以实现该系统与当代自动化技术的有机关联，在保障该控制系统稳定运行基础上，结合汽车机械控制系统运行需求实现多条件操作目标，提高该系统运行效率，并能保障相关端口信息传输科学高效，信息得以互相传输，提高信息交互精准性、实时性、真实性、可靠性，使汽车机械控制系统能更好了解自身每一步的运行需求，在当代自动化技术带领下维护该系统有效运行。 2.2信息接收、处理系统 信息接收处理系统倚仗技术人员操作能效与传感器模块信息传输情况，当代自动化技术主要负责针对汽车机械控制系统内存在的信息进行整合，依据相关信息分析标准，借助互联网技术予以比对得出信息差异，这些差异从不同程度上反应汽车机械控制系统运行情况，引导技术人员圈定该系统升级完善节点，为规避系统运行疏漏，提高该系统运行效率奠定基础。 2.3传感器模块 传感器模块主要负责反应汽车机械控制系统工作状况，确保该系统信息传递、接收及处理能力处于正常状态，该模块信息传输形式主要分为频率制与时间制两种，针对该系统运行实况及其产生的频率会有不同的信息传递方式，继而保障信息传递方便、精准、清晰、高效，为保障该系统稳健运行奠定基础。同时，以上两种方式均能在信息传输过程中，接受当代自动化技术的检测，继而保障相关信息传输安全稳定，为保障汽车机械控制稳定性、安全性奠定基础。 3结语 通过对汽车机械控制系统中当代自动化技术运用环节进行分析可知，该技术与中央控制系统、传感器模块、信息交互环节及故障进修系统相结合，能有效保障该系统高效运行，为提高汽车生产加工质量奠定基础。基于此，为充分发挥当代自动化技术运用价值，技术人员需在汽车机械控制系统中有效运用当代自动化技术，通过与中央控制系统、信息接收、处理系统、传感器模块、故障检修系统及实时监测系统有机融合，实现对该系统的合理管控，在优化配置汽车制造生产资源同时，达到保障其生产制造质量的目的，继而为企业获取更高经济收益奠定基础。

智能机电一体化篇1 1机电一体化与智能制造 1.1机电一体化技术 所谓机电一体化技术,就是涉及电子信息处理系统技术、机械制造系统技术等,具有较强综合性特点,相关设备主要包括光学传感器、压力传感器等。在相关技术不断发展的当下,机电一体化技术要想获得可持续发展,需要把众多高新技术成果互相融合,把信息技术研发当作最重要的目标。机电设备一体化技术除了包含系统、机身框架和各项基础设施之外,对连接部分而言,还需要借助实际压力传感器调整各项系统的重要运行参数以及状态信息,并且把获取的信息处理成能够自我识别的各项内容,然后再综合分析各项信息传输指令要求的基础之上,实现运动部件的有效控制,使整个系统能够正常运行。其中,实现一体化与智能化控制系统的系统主要包括可编程微控制器、自动计算器以及逻辑电路等,通过有效整合上述部分,明确各个功能部分的各自分工与责任,提升整个系统技术的运行管理效率,为我国制造行业健康稳定发展夯实基础。 1.2智能制造 智能制造技术就是利用计算机仿真系统完成正确分析、判断以及决策的过程,通过特定方式整合智能机器,同时把其应用于制造企业系统当中,使制造企业能够更加有序稳定发展。从该角度来看,智能制造技术的主要优点就是能够节约劳动力,实际操作中用计算机进行简单的数据收集、处理及存储工作,就能提升生产效率[2]。 2机电一体化技术的特点 2.1结构最优化 以往在机械产品控制过程中,一般需要设计机电机构；为了实现变速控制目标,也需要在机电系统中加入变速箱。而信息技术的不断发展,也让传统的人工操作模式逐渐被变频调速电子设备所取代,通过运用计算机软件控制模式,提升生产效率。机电一体化技术的出现,能够充分整合计算机软件、电子技术以及机械技术等众多优势,使机械产品结构得到整体优化。 2.2系统智能化 机电一体化技术能够实现智能化控制系统规划管理生产脉络的目标。随着机电一体化技术各项性能的快速提升,传统生产方式的弊端也逐渐得到了较大改善,人力投入量也得到了有效控制。智能化控制系统的出现能对各项系统与程序进行有效调控,也能充分体现其自动化控制的实际效果,比如故障诊断、信息处理和自动化检测等等,具体操作时也可以将工作指令输入系统内,使系统完成自动化操作程序,节约较多人力[3]。除此之外,当系统出现风险故障时,工作人员也能更加具有针对性地对故障进行处理,使管理人员借助系统当中的预警功能掌握系统运行的实际情况,保证系统运行安全性的同时,也能有效降低生产危险系数。 2.3交换优势 与传统生产技术相比,机电一体化技术有着十分明显的控制功能以及灵敏度,可有效提升数据处理效率。而智能制造通过引入机电一体化技术,也能让数据处理流程变得更加高效,信息数据交换也会更加安全。通过机电一体化技术的相关优势,可以有效解决智能制造过程中的技术困难,也能有效提升信息处理效率,使数据完整性得到有效保障。 3机电一体化技术在智能制造中的应用 3.1传感器技术 对机电一体化技术来说,传感器其实作为系统十分关键的没人,可在应用过程中体现较大作用,借助传感器技术,能对外界情况进行实时监测,也能保证生产时形成传感器终端网络系统,可实时对传感器接收到的各项数据完成加工。结合应用情况可知,传感器技术也必须发挥计算机作用,让传感器信号进行实时分析,把握信息数据。目前光纤传感器有着十分广泛的应用范围,也是十分特殊的应用类型,在前期使用过程中需消耗较大成本,一般在汽车等机械加工过程应用,例如我们以长春一汽汽车为例,如图1所示,在实际生产加工中安装有激光测距雷达装置,这个装置就能十分深入地反映智能制造中传感器技术发挥的重要作用[4]。将激光测距雷达设计于汽车前后方,能为司机提供实时提醒,使其能随时观测周围障碍物,合理判断距离。除此之外,激光测距雷达还能根据信号对障碍物情况作出准确判断,当距离过近,也会通过该装置对驾驶人进行报警,提升安全性。 3.2自动生产技术 在智能制造过程中,运用自动化技术能够充分发挥实现对机械生产的自动控制,也能让整个生产模式变得更加自动化,提升工作人员效率,使整个产品的工艺模式能够更加优化,也能获得更加满足人们要求的产品。以往产品制造与加工中以手工方式为主,这种模式不仅无法保证工作效率,还对后续的产品销售存在不利影响。而对智能制造来说,实现自动化生产以后,不仅能够提升生产效率,还能让整个工艺模式变得更加优化,提升产品性能。 3.3信号处理技术 在智能制造信号传输过程中,主要为借助网络传输信号对机电一体化技术进行处理的最终信号,通常以传输电信号为主[5]。从技术原理层面来看,机电一体化技术能够一起处理终端系统与服务器的各项内容,利用制造的智能化方式,让信息在机电一体电信号传输平台与网络中得到实时传输,也能借助智能制造技术对各项信号进行实时处理。上文我们提到智能制造模式有着较大的应用价值,其可以通过构建电信号传输模块的方式,降低信号干扰,也能将智能制造实际效果体现出来。 3.4智能机器人技术 该技术能够在条件比较差的工况下应用,工作人员也能根据现场操作情况,合理利用信息化技术、仿生学技术以及机器人控制技术等,不仅能够优化生产环境,还能让生产信息的筛选过程变得更加智能化,使产品生产与管理工作变得更加高效,让企业加工更加高效。智能机器人有着很大的使用价值：第一,可减少人力方面的投入,提升最终利润,使企业生产链更加完善；第二,可有效提升企业生产效率,使生产流程更加智能化,也能通过更为优化的生产流程模式,降低传统生产过程中存在的不足,保证系统运行的同时,也能有效提升生产效率。第三,有效控制安全现象的发生概率,防止人员受到威胁。由于实际生产条件十分恶劣,我们一定要重视监督管理工作,但是即便如此,也无法完全避免安全事故的发生。而利用智能机器人技术,不仅能够有效保证人身安全,也能通过该项技术手段降低安全事故的发生概率。 3.5人机一体化技术 目前该技术在智能制造过程中得到很大范围的应用,该项技术除了能够提升机械设备的智能化程度之外,还能将智能设备与人力相结合。在利用该技术时,工作人员需要对整个成本进行有效控制,通过智能设备获取以及分析相关数据。除此之外,借助该技术还能对人与机械的工作范围进行实时调整,改变加工期间存在的主被关系,也能让人机一体化技术朝着更加专业且智能的方向不断发展。 3.6计算机集成数字化采集技术 通过该技术的应用,并发挥数据存储作用,在综合手工操作模式的基础之上,能够获取与处理数字化内容,还可以对各项生产数据进行实时监控。例如,技术人员可以通过计算机对各项数字化采集技术进行统一应用,也能进一步查明设备的实际运行状态。社会在不断发展,该技术也发展更加完善,能够以机电一体化技术为主要手段,确保在智能制造中真正达到技术迁移的效果。 3.7柔性控制系统 柔性控制系统能对数字信息进行有效控制,也可根据具体状况进行科学转换,可以通过智能化的方式调控各项生产物料与设备,也能共同作用于数条生产线。借助信息技术对各项环节的数据信息进行实时处理,也能进一步掌握市场的发展动态,可结合市场要求制定更加科学的生产方案,避免出现生产资源浪费现象。 3.8生产制造远程控制技术 在传统生产方式中,受到人工干预很多,现在已经很难达到生产管理要求,在机电一体化技术支持下,能够让生产管理实现远程化操作与控制目标。要想进一步保证网络应用的可靠性,很多企业也在积极引入局域网网络,但是这种方式虽说可降低外部干扰,仍然会面临一定的风险隐患,在远程管控方面还有很大难度,因此也会引起安全管理等问题。由于信息传输模式十分多元化,然而对各种传输手段来说,其对应的特点也有所不同,现在智能制造的思想,可以通过多模组协同传输信号,也能有效保证信息传输效果,让各生产流程实现远程控制,结合实际情况开展有效管控。 4结语 综上所述,机电一体化技术在智能制造过程当中的发展前景与应用模式也受到了全社会的广泛关注,因此需要从模式创新、技术升级等层面进行有效分析与改进。把握机电一体化技术的特点与智能制造的发展前景有着十分重要的现实意义,智能制造中的机电一体化技术应用需要从稳定控制、系统设计两大层面入手,引进国外先进的技术设计理念,在有针对性优化后获取更好效果,保证系统运行更加安全,产品质量也得到有力控制。 作者:王熊 单位:宁波家联科技股份有限公司 智能机电一体化篇2 0引言 机电一体化技术包含机械制造技术、自动控制技术、信息处理技术及传感器控制技术，是以多种技术的整合促进职能目标实现的科学技术。机电一体化技术可实现诸多技术优势的充分利用，且在实际应用中能够监控优化目标，完成系统整体资源的优化配置，促进系统运行效率的提高、运行能耗的降低。依托传输技术可对系统运行状态及参数展开调整，能转化控制信号及信号为可用传输信号。同时，信息传输中可处理信息，并以适宜规则为根据传输信息，能为系统运行安全及稳定性提供保障。智能制造支持编写相关控制程序，且能够模拟人类思维，可用于各项设备生产制造的控制，能够大幅提升制造业生产效率及质量。依托多样化自动控制系统，可有效采集多类型的数据信息，并展开深度处理、分析及存储，供于生产制造实践活动使用。智能制造产品设计中，通过计算机设备的运用能够从多维度展示产品设计图纸，与传统人工生产相比，不仅能使人工岗位成本支出减少，在较高危险性与污染性的工业生产中也十分适用，能有效避免工作人员受环境影响的情况，并减少安全事故发生率，消除人为操作失误的情况，且能带动生产效率的大幅提升，从而助力制造业的进一步发展。所以，现代化制造业发展与转型中，智能制造已逐步发展为主要路径之一。 1机电一体化技术优点机电一体化技术 优点主要包含三方面：一是结构最优化。相关机械产品中应用机电机构后，能够大幅提升产品控制有效性；而为促进系统变速控制的实现，有必要引入机电系统至变速箱内。当前时代，信息技术发展成果显著，以往的人工操作控制已被变频调速电子设备取代，计算机软件控制模式逐渐占据了主导。机电一体化技术实现了计算机软件、机械与电子技术的综合应用，机械产品结构也因此实现了整体性的优化。二是交换优势。机电一体化技术在控制性能及灵敏度方面极具优势，基于机电一体化技术的智能制造中，不仅可实现数据的高效处理，且信息数据交换安全性更高。在该技术交换优势的运用下，能妥善化解各类技术方面的难题，可带动制造信息处理效率的提高，规避信息交换中可能出现的系统瘫痪情况，为数据提供完整性保障的同时，确保系统能够安全运行。三是系统智能化。机电一体化技术的应用，可实现系统的智能化控制和生产脉络的规划管理。在智能化控制系统的运用下围绕系统及程序展开统一调控，凭借自动化功能作用，可达成自动化检测、处理信息及诊断故障等目的。同时，在该系统的运用下，工作人员输入对应的工作指令后，可实现工作程序的自动化操控。当系统有风险故障产生后，能第一时间发出预警信号，向管理人员传达系统运行情况，并迅速展开对应的处理，可为系统运行提供安全保障，能消除工作中可能出现的危险隐患，从而帮助工业实现稳定、安全且高效的生产作业。 2机电一体化技术与智能制造相关性 现代技术领域中，具备突破性与创新性的机电一体化技术和智能制造，前者实现了多种技术手段的结合，突出集成技术的优势；后者需要组合技术，以提高应用程序质量及技术水平。机电一体化技术在信息化、自动化等方式对机械设施展开控制，可使工业生产水平与质量实现大幅提升。而作为人工智能领域标志性发展的智能制造，主要是通过模拟人类智慧实现人工智能生产，并在人工智能的基础上达成智能制造的目标。智能制造中，信息技术与计算机是至关重要的基础，而机械与电子技术同样也是生产制造过程必不可缺的关键，智能制造中通过人工智能完成有关指令的接收后，在联合信息与计算机技术后，能够顺利有序的生成操作指令。这也表明了智能制造今后的发展方向必然是以应用机电一体化技术为主，两者间存在密切的关联。 3智能制造中机电一体化技术的构想 3.1设计构想机械设计制造领域中通过机电一体化的应用，在设计产品时可引入诸多能完善设备建设的智能化设施，最大限度规避由于设备问题造成时间浪费的情况。同 时，能减少人力投入，突出管理的便捷性，从而提高工作效率，并规避人工引起的失误。不同人员的分工是有差异的，联合多部门共同协作，细化工作至个人头上，在协同合作的基础上能更高效率的完成工作任务。 3.2关键技术 现阶段，科技技术发展迅猛，面对人们提出的有关机电系统整体控制发展方面的需要，传统单一的主体技术构建模式不再适用，融合不同系统控制模式也因此成为主流发展方向。机电信息技术工程领域中，在设计系统控制产品时应当积极引入国内外成熟的系统知识理论，并以现阶段机电信息发展行情为根据，融合适宜的计算机信息元素，切实把握时代特点，持续发展机械与信息技术工程。当机电行业构建了自动控制系统后，能有效简化数据模型构建、工程产品设计及数据计算等繁杂的数据操作。 4智能制造中机电一体化技术的应用 4.1传感器技术 传感器性能的高低，是决定传感器技术作用能否充分发挥的关键。传感器需具备良好的刷新速率，支持高效处理固定时间内监控范围图像信息，且能突出信息内容反馈的高效性，减少时间成本支持。同时，具备准确性更高的动态捕捉功能，是与传感器信息处理能力关联密切的重要影响因素。基于传感器技术的智能制造中，可实现数据的高效传输与中断处理，且支持延迟反馈信息，结合终端系统做好工作指令的发送，信息反馈延迟表示当传感器完成工作指令的接收后数据信息传回的时间。在不存在特殊工作要求的前提下，传感器技术能以毫秒级时间差来计算信息延迟反馈时间，且因智能制造技术支持迅速处理海量数据的缘故，因此能够大幅提高传感器数据信息传输延迟控制方面的有效性。 4.2智能机器人的应用 目前，社会生产生活中已逐渐普及了人工智能等技术的应用，如智能手机及网页浏览搜索引擎方面，可从海量信息中收集择取与用户兴趣爱好相关的内容。立足于技术应用性角度而言，现代日常生活、工业生产及公共设施等方面中，人工智能及通用机器人制造技术已体现了重要的应用价值。在应用人工智能机器人后，能促进工业规模化及生产经营效率的大幅提升，且能为工业产品质量提供更可靠的保障，可帮助工作人员减轻工作负担。同时，可实现系统信息库的迅速、及时更新，且能迅速完成处理操作系统指令的下达。此外，智能机器人还可以胜任人类大脑无法处理的复杂性较高的业务工作，整体应用成果良好。 4.3数控技术的应用 机械制造在现代工业生产中有着重要的占比率，当机械制造业实现了机电一体化技术的广泛应用后，能促进了各项技术领域发展速度的提高，且能实现更精准的应用。数控技术能实现大批量机械设备的生产，在可编写程序及光电电子控制驱动系统的运用下，并引入电子控制驱动装置这一类具备人机交互功能的技术，即可实现自动化机械生产线的构建。同时其作业时间是全天候，拥有远超人工的生产效率，故而在机械制造生产实践中引入数控技术后，能大幅提升产品生产效率和质量。智能制造背景下，数控生产技术有着较高的智能自动化控制要求，在数字信息技术的运用下能够远程控制机械工作运动状态及控制过程，可促进机械产品工艺、质量及性能控制有效性的提高。目前，数控生产中，多以“CPU+总线”的设计模式三维仿真模拟数控生产全过程，能使数控生产中产品生产效率及质量得到有效提升，技术优势显著。 4.4柔性制造系统的应用 集合了信息过程控制管理系统、数字控制管理等一系列系统后形成的综合型制造系统即为柔性制造系统，是自动化工业制造系统范畴下的突破性技术。基于柔性制造系统的工业智能设备制造中，通过市场分析统计结果的运用，在调整和优化加工产品生产流程后，能最大限度利用现有的生产资源，同时能大幅提升制造企业生产管理效益。立足于企业信息系统管理角度而言，在应用了柔性制造系统后，结合信息系统能够对产生于企业生产经营中的各项机械数据自动展开整合、处理及分析，同时能凭借各项计算机信息技术软件自动控制各类机械设备。同时，在软件设计、产品质量监督等工作中，应用柔性制造系统之后同样能显著提升工作开展效率。 4.5自动生产及信号处理技术 以往生产产品时基本都是由手工的模式进行，此类模式不具备较高的工作效率。基于自动生产技术的智能制造中，凭借自动机械控制的效能，可促进自动化生产模式的实现，不仅能解放工作人员劳动力，同时能使生产与加工效率大幅增加，带动整体生产效率的提高，并持续优化产品工艺模式，产品生产性能更高，且能确保产品与社会大众需求相符合。同时，在同时连接终端系统及服务器后，机电一体化技术还能够传输信息数据，结合网络传输及机电一体化信号传输平台进行信息的传输和处理。从适用范围方面来看，智能制造技术同样具备突出的优势，依托电信号传输模块建构双模信号处理系统后，能使信号间干扰大幅减少，从而促进智能制造技术应有作用的发挥。 4.6生产制造远程控制技术 面对现代化生产管理需求，传统以人工为主的生产管理模式过于滞后，此时结合机电一体化技术不仅能更好地满足各方面需求，且支持远程生产管理的控制。企业为了能够安全应用互联网技术、降低外部干扰，往往都会引入局域网网络体系，但在排除内部风险方面的效果却不够理想，不支持远程管控，导致安全管理风险加大。信息传输过程中涉及了较多的传输模式，且各种传输方式的特点也是有差异的，而在多模组协同的基础上，凭借智能制造技术来传输信号，能为信息传输效果提供保障，支持技术人员对生产环节展开远程控制，且能结合生产管理具体的需求开展相应的管控工作，可以大幅降低生产风险。同时，智能制造中通过应用机电一体化技术后，可对生产设备展开实时监控，第一时间做好技术故障排除工作，能赋予企业更强的风险管控能力，并带动企业生产效率的显著提升。 4.7自动化监控技术 机电工程中，通过计算机网络及传感器的运用能够实现监控目标的自动监视，属于远程监视技术之一。自动化监视支持对多个目标实时展开监视，建立在监测中心的基础上，能突破时间与空间方面的限制，可使整个监控工作的开展更加便利。但是，因属于远程监控技术的缘故，该技术在运行速度方面受到了一定限制，在远程监视大型自动化系统方面不太适用。中央监视功能能够集中自动化系统中多个功能并统一展开监视，但这需要建立在同一处理器的基础上实现。同时，利用该方法进行监视时，需以设备具体功能需要为根据合理进行间隔的设置。此外，不同监视装置相互间存在独立的功能，且其自身可靠性相对较高，能使绝缘装置与系统端子柜使用频率大幅降低，如此即可减少投资成本。 4.8专家系统及计算机集成数字化采集技术 专家系统全面融合了计算机技术、人工智能技术及相关理论与技术，通过集中某领域专家知识和经验并构建数据库，能将必要的参考依据供于相关实践操作的开展。一般情况下，专家系统具备信息咨询、推理判断及分析决策等功能，包含人机交互系统、信息与信号输出系统、信号输入系统、知识经验数据库及推理决策系统等，在机械制造领域中各类“疑难杂症”的解决中发挥着不可忽视的作用。而在计算机集成数字化采集技术的运用下，联合人工操作及计算机数据存储功能，可实现数字化信息的采集与分析。同时，支持对生产数据展开全天候的监控，如技术人员在该技术的运用下能更全面地掌握处于运行中的设备各方面状态。现阶段，该技术历经一系列发展后更加成熟，建立在机电一体化技术的基础上，在智能制造中能够顺利达成迁移技术的目标。 5结束语 综上所述，机电一体化技术应用至智能制造中后，在制造业及各类先进技术的协同运用下，能大幅提升生产效率，并产出质量更高的产品。所以，制造行业在生产实践与管理中需要着重关注机电一体化技术的应用，以生产实际情况为根据选择技术工艺，突出针对性、合理性，以便在大幅提升生产效率的同时尽可能规避失误率，这样一来能带给制造业更可观的生产效益，保障其自身可持续发展。 作者:罗千 单位:浙江省宁波市舒普智能技术股份有限公司 智能机电一体化篇3 现如今,中国的经济发展迅速,国内的智能制造产业的地位也日益凸显。在智能制造产业的发展下,我国的各项生产业经济也随之带动。在经济化和全球化的技术和经济竞争压力下,我国的智能制造产业也需要不断学习、钻研新的技术,进而精准把握制造产业的生产技术特点,提升机电一体化运用效率,最终为促进我国的智能产业可持续发展奠定基础。 1简述我国的机电一体化智能制造技术机 电一体化技术(MechatronicsTechnology)是一项综合的技术,是相关技术人员利用机电技术和计算机技术、现代科学技术对生产的机械进行升级和优化的现代综合技术,其特点在于实现自动化升级、更新、诊断和优化,进而为工业制造等行业提供活动指导,还能够为企业获得更高的生产效益。在现有的生产环境下,利用机电一体化技术可以促进企业的运行,进而为企业的经营者获得更高的利润。值得注意的是机电一体化的技术内容较多,囊括了复杂化、自动化和模板化,这些先进的技术也能够有效促进制造业发展,可以帮助制造业向着集约化和智能化方向发展;对于企业的生产而言,利用机电一体化技术来做好产品管理还能够确保产品的加工流程更加规范化且促进产品的生产质量和产品生产效率。智能制造值得是在产品生产中依托于智能化技术、生产系统来优化生产流程,可以及时改进生产中不合理、不科学的地方,进而保证生产产品的质量和工艺水平符合产业需求,这种方式可以减少产品生产的压力,同时减少对人力资源的过度依赖,还能确保产品的生产质量和生产效率得到显著提升。针对制造产业而言,机电一体化技术帮助制造产业及时获取多方面的生产信息,同时丰富智能化生产系统,可以减少工作人员的压力,有效节约人力资源,同时也能够减少机械制造产业的物理和财力问题。通过人机一体化智能系统有效促进了机械控制质量,确保机械生产的有效性,保证了现代生产稳步推进。 2简述机电一体化常见技术 机电一体化具有综合化、现代化、系统化的特点。机电一体化技术融合了电子计算机技术、信息通信技术和自动化技术,多项技术综合运用可为产品制造提供针对性且可靠的数据依据;此外,在现代科学技术不断发展,我国的机电一体化的技术应用范围也在不断扩大,基于技术研发和技术创新等方面也诞生了传感技术、信息处理技术、自动控制技术,体现了机电一体化现代化的特点。 2.1简述机电一体化的常见技术 此外,机电一体化运行依托于多个传感器,这些传感器由通过系统来实现数据传递、分析、信息交互,体现了机电一体化系统化的综合特点。在生产运行中,操作人员需要将多个传感器安置在机械或者是电气设备中,通过数据分析会研究对多个数据进行收集、监督和管理,这些都能够为机电工作人员提供必要的数据支持。此外,信息处理技术可以管理和处理机电信息内容,实现数据针对性和有效管理。相关工作人员可以及时收集各项信息数据,进而确保数据的准确性,保证信息数据可以得到自动化升级和处理,这些都对设备的稳定运行奠定基础。自动化控制技术是工业化生产的重要特征,为了节省人力资源,提升生产竞争力,工厂需要建立科学、符合生产的自动化控制系统技术,同时构建出标准的自动化控制体系,进而对机电设备进行掌控。相关企业在操作管理时候要了解系统的运行特点,做好数据研发,最终来提升机电设备的管理针对性。 2.2分析机电一体化的技术特征 机电一体化的技术特征表现在整体结构优化和系统智能化控制链等多个方面。从整体结构优化而言,传统的机械生产都需要建立控制系统如构建变速齿轮、变速箱等实现结构变速,促进系统运行。但是现阶段电子技术水平不断上升,我国的齿轮变速箱也在不断更新,发展为变速调频电子装置。这种装置的特点在于可以减少人力资源投入,同时将信息技术和机械软件技术进行整合,最终完成整体结构优化。此外,从系统控制的智能化特点来看,机电一体化技术中智能控制技术一直都会现代生产中最突出的技术特征。智能化凭借着高效、节能降耗等特点都可以促进系统稳定生产。针对智能化控制系统而言,通过电子控制系统就可以完成既定的程序,让每一项工作的动作功能之间达到稳定协调,这也能够让机电一体化系统检测的功能得到稳定体系。常见的系统包括自动化检测系统和自动化信息处理系统(系统设计流程如图1所示)。 3简述机电一体化在智能制造中应用的技术要点 机电一体化制造技术在智能制造中的应用十分多样,常见的包括智能传感控制技术、自动化生产控制技术、机械生产工作控制技术等。 3.1简述传感技术 如今,我国的制造企业的经济、生产技术都在不断更新,各个制造企业在实际的发展过程中需要借鉴多方面的生产资源,不断更新生产体系,促进生产改革。为了保证生产的质量、效率、确保生产产品的经济价值,智能制造过程中需要关注技术改革,利用先进的生产工艺技术来保证生产质量。传统的制造产业强调生产数量、忽略生产质量,导致很多产品的残次率高。而且很多技术人员对现代科学技术研发了解不多,大多按照以往的生产经验或常规的日常操作管理生产,导致生产的结果不理想。传感技术的敏感度高,可以及时感应生产过程,通过压力、电流、温度、湿度等检查可以发现产品生产的异常问题,进而及时发现和处理、规避风险。通过联合传感器技术可以及时发现企业生产存在的质量问题,同时为生产过程提出一些生产改进建议,降低企业生产存在的质量问题,进而提升企业生产的经济性。从实际的运行环境来看,传感器可以对企业生产加工全过程进行了监督和掌控分析。如利用传感器可以检测生产加工的异常数据并将其传输给中心系统,负责人可以及时发现故障问题并结合实际的生产环境、经验给出针对性处理建议,进而保证企业的生产加工、制造等工作高效且稳定。与此同时,传感器技术可以针对生产加工的数据问题进行分析,通过定位器装置可以检测制造生产全过程情况,还能够提前设置监测范围值,进而更好地促进产品生产管理。若在生产中发现了异常情况,相关工作人员就可以按照智能化调节建议对生产参数进行调节,确保生产有效。 3.2自动化生产控制研究 自动化生产控制研究可以了解机电一体化生产全过程,同时及时有效地规避生产风险,积极解决和避免人为因素对产品生产质量的影响。通过机电一体化技术的广泛运用,相关工作人员可以发现生产中常见的问题并给出生产管理建议,确保企业生产活动稳定且高效运行。随着我国对机电一体化技术的研究不断深入,自动化生产技术的自动跟踪技术可以检查企业生产的全过程,如通过特殊的自动控制系统采集各个生产车间、产品生产全过程环节的数据,并对其将自动化统计、分类、计算、分析、处理,这些都保障了企业全面高效的生产管理工作。而很多企业在生产中也能针对既定的程序和数据进行标准化分析和数据自动化生产研究。 3.3工业机器人技术 工业机器人技术的运行效果好、稳定性强,可减少人力资源成本。随着我国的现代科学技术不断进步和发展,工业机器人也逐渐走入了多个工厂生产流水线中。工业机器人的工作效率高且满足了企业的产品加工、科技生产要求,也积极促进了我国的企业制造产业的飞速发展。在实际的产品制造中,企业的通过分析自身的生产动态对机器人执行的程序进行编辑,按照计算机提前设定的程序完成产品加工工作,对比其他的模式,工业机器人可以保证企业加工的产品精度高且品质好,工业机器人本身也有自动识别和精度分析等优势,可以保证工业技术不断升级和改善,保证整个系统拥有智能化和针对化的优势。从工业机器人的运行兼容性来看,工业机器人不光可以提升现代制造产业的运行效率、提升资产质量,还能够自动化升级,让机器人和管理人员进行交流互动,通过自动化升级等方式让工业机器人适应更多的工作环境和产品要求,进而达到更加高速的生产效率。此外,工业机器人的安全性和稳定性也是很多制造产业关注的重点。因工业机器人具有灵活性,运动速度快且精度高,对比人工生产管理的安全性更高,可规避大量的操作风险;而化工产品加工中,产品本身具有一定的危险性和操作风险,传统的人力操作风险高且存在大量的安全问题。而采用机器加工方式可以规避大量的操作风险,保证工作人员的人身安全。可见,工业机器人在制造产业具有极大的生产效能,推广该技术可以体现机电一体化实际生产优势,还能够极大程度的规避生产风险,确保每个生产环节的安全性和高效性。 3.4数据生产分析 机电一体化技术的智能制造技术在企业数控生产中具有极大的应用优势。通过利用数控技术可以保证机电生产具有针对性、有效性和科学性。利用该技术可以让企业的生产技术发挥优势,提升自身的竞争力。首先,相关技术人员要收集企业生产的各项数据并做好数据技术模拟工作,生产管理中也需要及时处理数据并对相关数据进行动态技术研究和实时分析,保证加工数据达标;此外,通过数据收集、模拟等还能够实现数据加强分析,有利于发挥生产设备优势,全面提升数控工作的整体效果,这些对产品的生产制造的精度和产品质量都有较大的应用价值。其次,要想做好机电一体化数控技术综合运用也需要机电工作人员对数控数据进行模拟研究,不断更新这些技术,通过科学的技术研发和创新等将这些元数据深化,为后期的产品升级奠定基础。 3.5柔性制造技术 柔性制造技术是通过信息和物资储存技术融合使产品可以不断变换型号。作为现代制造业的特殊工艺技术,柔性制造技术还在研发和试验应用阶段。该技术发挥了成组技术的优势,可以满足多批量不同型号、类型的产品生产需求,而且还能够结合市场的动态需求调整生产数量和规模,体现了生产的经济性和灵活性。在实际的生产中,相关制造管理人员需要先确定机械的制造过程并对现有的生产环境选择合适的加工设备和加工物料;其次按照计算技术的计算结果统筹利用、合理调动资源,实现对生产线进行全过程控制。从现有的柔性制造技术推广应用情况来看,柔性制造系统的应用范围正在不断推广,结合机电一体化的运用技术优势,柔性制造技术也在不断更新。相关单位可以结合实际的市场需求和市场环境对柔性制造的技术和参数进行调整,进而满足制造企业生产和管理的多方面要求。 3.6内燃机技术应用 机电一体化技术在制造企业的应用范围较广,在我国的现代化生产管理中也发挥了较大的优势。内燃机就是智能制造的重要代表性产品。内燃机属于常见的动力机械设备,是通过将燃料燃烧的热能转化为动力能源,属于发动机的一种。如今,内燃机主要在船舶上有所应用。通过机电一体化技术可以提升内燃机的运行效率,也能够提升机械制造的质量,确保内燃机能够在现代生产环境中稳定运行。 3.7机械制造 机械制造技术是当前制造产业关注的重点。机电一体化技术可以将计算机辅助技术和智能控制技术融合来提升制造产业的稳定性。利用科学的制造技术可以提升现代化制造生产质量,提升制造产业的科学性,保证其稳定生产。如智能控制技术推广后,很多生产企业利用计算机系统模拟机械制造的全过程,联合多项传感器和数据信息分析将模糊数据整合在一起融入到控制系统中,进而探寻出更符合企业制造的装置、技术、参数。这种方式可以机械制造工作更有针对性,也体现了计算机、材料、结构、人工智能等多方技术的特点,进而可以完成复杂的工业科技和生产任务。如今机械制造技术也广泛运用到了军事生产制造环境中。 4结语综 上所述,机电一体化技术改变了传统的机械生产和运行模式,对制造产业生产效率、生产质量都有促进。整体来看,智能机械生产是我国现代机电一体化技术综合运用的起点,也是促进我国现代化、工业化、社会经济发展的重要动力。为了让企业的生产效率提升,各个单位也应当在自身的经济利益和社会的发展需求上挖掘出多方技术资源,加强机电一体化技术的研发和运用,进而为促进制造产业稳定建设作出贡献。 作者:隋国华 单位:临沂市工业学校

汽车工业机电一体化研究:汽车工业机电一体化内涵特点研究 摘要：机电一体化有机地融合了现代计算机技术、机械工程技术、电力工程技术等相关技术和设施设备，对于现代工业生产管理控制的自动化起着非常重要的价值和作用。本文分析了机电一体化的内涵特点，并以汽车工业为例探讨了汽车产品中机电一体化的解决方案。 关键词：机电一体化；内涵；汽车工业；应用 一、机电一体化的内涵 机电一体化综合集成了电子工程和机械工程技术，实现了面向任务的机电一体化功能，它可以有效地协助技术设计人员对某项生产管理项目进行特定的技术开发和设计。机电一体化的方法论包括信息控制理论和工程系统理论，而一体化是机电一体化的核心思想。 二、机电一体化的特点 1.安全性高 机电一体化系统可以提供包括警报、监控、诊断、保护在内的一体化自动服务，在工作过程中当发生相关故障时可以自动采取保护办法，诸如当工作电压过高或过低时，会自动停止工作或发出警报提醒操作人员采取措施，最大程度上保障相关设备和操作人员的安全，保障财产设备等不受损害。 2.生产能力强 机电一体化产品系统的信息处理与控制一般都是自动化的，具有较高灵敏的检测控制能力，在计算机控制系统的作用下可以更为精确地确保机械设备装置完成所设计的动作，从而更好地保证产品的质量。更为重要的是，机电一体化产品系统自动化的控制和操作，极大地提高了产品的生产效率，降低了单位产品的成本。 3.适用范围广 机电一体化产品系统强大的技术综合能力使之已经超越了单一产品功能的范畴，再加上其自身较高的自动化水平，可以满足客户更为复杂的需求，提供个性化解决方案。机电一体化产品较高的智能化、自我保护性、自动监控性、可扩展性使之可以应用于不同的环境和场合。 三、汽车工业领域机电一体化的应用 1.自动变速器系统 汽车自动变速器的主要作用是降低汽车行驶过程中的功率损耗，提升汽车动力系统的有效功率，通过增加变速档数实现汽车的舒适安全行驶。汽车行驶过程中，发动机的实时运行状态需要借助传感系统进行测量，测量的数据信息通过电子监控设备进行处理，并且具有换挡信息程序、开关程序以及开关关闭程序，根据汽车最优行驶的条件要求来选择相应的电子监控装置。如汽车发动机启动后，相关的警示灯关闭，说明系统功能正常；如果警示灯未关闭，那么这时的自动变速器就处于非电控状态，但其仍然可以正常工作，只是相关的优化性能不再生效。 2.制动系统 起初的汽车一般在后轮安装制动设备，随着汽车行驶速度的不断提升，单纯在后轮安装制动设备已经无法有效提供充足的制动动力，促使了汽车前轮也需要安装相应的制动设备。当汽车制动设备工作时，汽车的动态轴负荷就会转移、前轮的载重量就会增加、后轮载重量降低，但后轮发生抱死时更容易使汽车失去方向控制能力，于是汽车防抱死制动设备就产生了。汽车防抱死制动设备的主要功能就是可以感知制动发生时每个车轮的瞬间运动方向，并且根据相关情况调节制动设备的动力钜大小，防止抱死现象的发生。ABS防抱死系统就是比较著名的电子监控技术，提升了汽车行驶的安全性。 3.计算机控制发电机系统 计算机微处理器或者集成电路用以控制发电机单元，利用传感器负责接收电压信号，并获得发动机的脉冲数据，传送到发动机电控单元中。信号模拟器通过数字模型输出数字信号，以这些信息为基础发电机控制单元对点火时间、燃料空气比例、循环排气效率进行优化计算，并将计算结果作为控制点火设备和燃料阀开关大小的参数，从而控制燃料与空气的适当比例。在燃料空气比增加时，会使得点火困难；当燃料空气比降低时由于氧气缺乏，造成燃料燃烧不充分，排放的气体中一氧化碳的含量会增加。 4.激光测距雷达系统 在汽车前面部位安装测距激光雷达，当激光光束遇到障碍物后就会散射，当散射信号被捕捉到，测出车辆与障碍物之间的距离，使用计算机系统对障碍物方位信息进行持续的动态测量和跟踪，就能够准确判断障碍物是否在运动，并计算出其运动速度和车间距离，根据运行轨迹判断其是否能够与车辆发生碰撞，从而提醒车辆驾驶员调整车辆运行速度、方向。当出现危险情况时，系统会发出警报信息。 四、总结 机电一体化融合了众多技术、跨越了多个领域，它是一种集成产品，特别是现代计算机系统为机电一体化的实现带来了真正的飞跃和突破，成为工业生成自动化控制中的一项重要技术。它有效地提升了汽车产品的质量和驾乘舒适度，随着机电一体化解决方案智能化和汽车工业的发展，两者的融合深度将会进一步增强。 作者：严俊杰 单位：鄂州职业大学机械工程学院 汽车工业机电一体化研究:机电一体化在汽车工业中的应用 摘 要：本文探讨了机电一体化新技术、新产品在现代汽车和汽车制造厂中的应用，并特别介绍了传感器及微特电机在现代汽车中的应用。 关键词：机电一体化；汽车；电机；传感器 1 机电一体化在现代汽车中的运用 由于大型汽车，先进豪华型的轿车均已开始装备各类机电一体化产品，由于车载机电一体化装备和电子控制装置的增加，现代汽车在性能、安全、质量及豪华舒适等方面将日趋完善。 1.温度监控 车身内冷热水温度自动空调，通风量自动控制，热密封控制，发动机冷却水，油量控制，传动系统润滑油温度控制，结冰警告系统，进气管预加热，自动控制管。 2.汽车电动机及其控制 中央锁上机构自动动作，风窗刮水器遇雨自动开启，可伸缩的前照灯自动开启与关闭，驾驶座椅用电动按钮无级调整位置等。 3.加热监控 汽车燃料自动加热，控制开关并有液晶数字显示。 4.液位检测 车轴位、发动机油、制动液、燃料、水的液位数字自动显示。 5.设备保护 与电源或信号线路相连的各种装置的保护。 6.汽车点火装置方面的应用 传统的有触点点火装置在欧美、日本等发达国家早已淘汰。国外研制生产的机电一体化汽车无触点火装置现在已经普及，传统的有触点点火装置在国内已经受到严重冲击，现已基本淘汰。更高档的轿车上还开始装备有电子控制自动变速器，电子控制化油器，自动催化转换器等机电一体化新产品。 2 C电一体化在汽车制造厂的应用新意义 当今汽车产品市场的激烈竞争，实质上就是汽车制造厂家自动化生产发展的直接动因，因此面向市场的生产自动化的目的，不仅仅在于节省大量的劳动力和改善人们的劳动条件，更主要的目的是在于提高汽车制造业的竞争能力，即提高对市场变化的响应速度，包括提高生产效率优化控制过程，提高产品质量和保持产品质量的一致性和降低产品的成本，缩短制造周期，加速产品的更新换供，从而使现代化的高质量、优性能、多品种、低成本的汽车源源不断地生产出来，并牢牢地占领市场。 而机电一体化技术在现代汽车工业中对实现全自动化控制、大规模、高质量生产等方面均起着关键的作用，随着机电一体化技术的发展和应用现代汽车制造技术水平必将发展到一个新的阶段。 长期以来，汽车生产基本上停留在靠通风机床和工人技术的工艺水平上，其结果是生产周期长成本高，质量不易稳定，而到八十年代中期充分运用机电一体化技术制造的各类数控机床得到了迅猛发展，数控机床的出现圆满地解决了高生产效率和高度灵活性的矛盾，所以它迅速成了工厂生产自动化的热点，数控机床比普通机床有着不可比拟的优点。用数控机床TNT，可以获得更高的精度和稳定的质量，因为它是根据规定程序自动加工的，没有人为的干扰因素，而可以利用软件进行精度校正，所以可以获得比机床精度更高的加工精度和重复精度；数控机床具有高生产率与普通机床相比，可以提高2～3倍，某种条件下甚至可以提高十几至几十倍；数控机床可以适用不同品种及尺寸规格零件的自动加工，一般借助普通夹具，只要更换一条程序纸带即可改变工件的品种，因此，可以大大缩短生产周期，几乎不需要专用工装；一机多用，数控机床，特别是可自动换刀的数控机床，在一次装卡条件下，几乎可完成工件全部需要加工部件的，因此一台这样的数控机床可替代5～7台普通机床；数控机床可实现普通机床难以实现的复杂形面加工优势。因此，目前世界上各工业发达国家均把发展数控机床作为实现机械工业技术革新的战略重点。 3 传感器在汽车中的应用 传感器是一种检测装置，能感受到被测量的信息，并能将感受到的信息，按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。传感器的特点包括：微型化、数字化、智能化、多功能化、系统化、网络化。在机电一体化系统中，传感器处系统之首，其作用相当于系统感受器官，能快速、精确地获取信息，并能经受严酷环境考验，是机电一体化系统达到高水平的保证，如缺少这些传感器对系统状态和对信息精确而可靠的自动检测，系统的信息处理，控制决策功能就无法谈及和实现。现代汽车技术发展特征之一就是越来越多的部件采用电子控制。根据传感器的作用，可以分类为测量温度、压力、流量、位置，气体浓度、速度、光亮度、干温度、距离等功能的传感器，它们各司其职，一旦某个传感器失灵，对应的装置工作就会不正常，甚至不工作，因此，传感器在汽车上的作用是很重要的。 4 微特电机在汽车中的应用 除了汽车发电机、起动机外，随着汽车向着舒适化、人性化的要求发展，应用了大量不同规格的永磁直流电动机。如散热风扇、洗涤器、雨刮器、玻璃升降器、汽车空调器、燃油泵、后视镜、电动天窗、电动座椅、门窗、音响产品等配套产品，在发动机底盘的阀门，节气门和速度表中也应用了永磁步进电机，在电动助力转向系统（EPS）中还应用了旋转变压器和无刷力矩电动机，随着汽车部件的电动化，自动化程度不断提高和对汽车微特电机的噪音、电磁兼容、效率的高要求，将采用永磁无刷直流电动机替代有刷的永磁直流电动机。 随着汽车技术的不断发展，特别是汽车电子系统的广泛应用，电动化驱动系统逐步替代传统的机械系统，在各种档次的汽车中大量采用各种不同类型和规格的微特电机。微特电机全称微型特种电机，简称微电机，是指直径小于160mm或额定功率小于750W或具有特殊性能、特殊用途的电机。微特电机常用于控制系统中，实现机电信号或能量的检测、解算、放大、执行或转换等功能，或用于传动机械负载，也可作为设备的交、直流电源。汽车微特电机以年递增高10%的需求量增长，高级型轿车需40～50台，豪华轿车多达70～80台，汽车尤其是轿车已成为微特电机的一大应用领域。 为了适用汽车有限的空间和移动的环境，要求汽车用微特电机具有一系列的特点：1.低电压大电流 汽车上的电源由发动机驱动交流发电机后向蓄电池充电获得，电压一般为直流14V，所以汽车微特电机大部分是低电压的直流电动机，其工作电流都较大。 2.工作电压波动大 汽车上使用了种类繁多的电器和电子系统，都由蓄电池供电，而在不同时间内蓄电池供电的电压变化范围大，所以要求电机在电源电压8～16V范围内也能正常地工作。 3.环境条件苛刻 汽车微特电机与工业用，家用电器用和微特电机相比较，环境条件更为苛刻，应满足耐、耐冲击振动、防水、防腐蚀等要求，能在环境-40℃～+80℃下正常工作，例如在四轮操纵系统中使用的混合式步进电动机，由于安装在汽车底盘上，所以要求耐振动6g，耐冲击150g，并在结构上采取防水和通风的措施。 4.“三防”及防尘性能好 汽车作为一种交通工具，要求电机具有良好的防潮，防霜，防盐雾及防尘的性能，有消除无线电干扰的措施。直流电动机因换向器和电刷摩擦产生的火花会造成元线电干扰，所以采取消除干扰的措施，如接入滤波电容器。 5.效率高、功率重量比大 随着耗电量的增加，发动机的负载也增加了，从而使耗电量上升，当耗电量增加10W时，汽车的耗油成本增加0.3%～0.6%，为了节约耗油量，就要求汽车微特电机效率高，功率重量比大。 汽车微特电机的这些应用特点，要求在设计、工艺、材料、生产技术和装备等方面更为先进。 综上所述，机电一体化新技术、新产品在现代汽车和汽车制造厂中得到了广泛应用，对汽车工业的发展十分重要。 汽车工业机电一体化研究:汽车工业领域机电一体化的应用 一、汽车工业领域机电一体化的应用 1.自动变速器系统 汽车自动变速器的主要作用是降低汽车行驶过程中的功率损耗，提升汽车动力系统的有效功率，通过增加变速档数实现汽车的舒适安全行驶。汽车行驶过程中，发动机的实时运行状态需要借助传感系统进行测量，测量的数据信息通过电子监控设备进行处理，并且具有换挡信息程序、开关程序以及开关关闭程序，根据汽车最优行驶的条件要求来选择相应的电子监控装置。如汽车发动机启动后，相关的警示灯关闭，说明系统功能正常；如果警示灯未关闭，那么这时的自动变速器就处于非电控状态，但其仍然可以正常工作，只是相关的优化性能不再生效。 2.制动系统 起初的汽车一般在后轮安装制动设备，随着汽车行驶速度的不断提升，单纯在后轮安装制动设备已经无法有效提供充足的制动动力，促使了汽车前轮也需要安装相应的制动设备。当汽车制动设备工作时，汽车的动态轴负荷就会转移、前轮的载重量就会增加、后轮载重量降低，但后轮发生抱死时更容易使汽车失去方向控制能力，于是汽车防抱死制动设备就产生了。汽车防抱死制动设备的主要功能就是可以感知制动发生时每个车轮的瞬间运动方向，并且根据相关情况调节制动设备的动力钜大小，防止抱死现象的发生。ABS防抱死系统就是比较著名的电子监控技术，提升了汽车行驶的安全性。 3.计算机控制发电机系统 计算机微处理器或者集成电路用以控制发电机单元，利用传感器负责接收电压信号，并获得发动机的脉冲数据，传送到发动机电控单元中。信号模拟器通过数字模型输出数字信号，以这些信息为基础发电机控制单元对点火时间、燃料空气比例、循环排气效率进行优化计算，并将计算结果作为控制点火设备和燃料阀开关大小的参数，从而控制燃料与空气的适当比例。在燃料空气比增加时，会使得点火困难；当燃料空气比降低时由于氧气缺乏，造成燃料燃烧不充分，排放的气体中一氧化碳的含量会增加。 4.激光测距雷达系统 在汽车前面部位安装测距激光雷达，当激光光束遇到障碍物后就会散射，当散射信号被捕捉到，测出车辆与障碍物之间的距离，使用计算机系统对障碍物方位信息进行持续的动态测量和跟踪，就能够准确判断障碍物是否在运动，并计算出其运动速度和车间距离，根据运行轨迹判断其是否能够与车辆发生碰撞，从而提醒车辆驾驶员调整车辆运行速度、方向。当出现危险情况时，系统会发出警报信息。 二、总结 机电一体化融合了众多技术、跨越了多个领域，它是一种集成产品，特别是现代计算机系统为机电一体化的实现带来了真正的飞跃和突破，成为工业生成自动化控制中的一项重要技术。它有效地提升了汽车产品的质量和驾乘舒适度，随着机电一体化解决方案智能化和汽车工业的发展，两者的融合深度将会进一步增强。 作者：严俊杰 单位：鄂州职业大学机械工程学院

无线传感器网络拓扑控制研究:无线传感器网络拓扑的监控与维护 摘 要：以ZigBee协议为基础，提出了一种新的无线传感器网络拓扑结构的监控和维护方法。创新性地设计了基于叶子节点的通讯模式，该模式运用协议栈自有运行流程来获取节点的加入或丢失信息、实现网络拓扑的监控，并通过设计一种基于关联表的链表式存储结构来进行动态网络拓扑的维护。经过在实际办公环境监控平台上验证表明，该方法数据传输量小，资源占用少，操作简便，具有较强的应用推广价值。 关键词：无线传感器网络；ZigBee；拓扑结构；监控与维护 0 引 言 随着无线传感器网络技术在军事、工农业、城市管理、环境监控等各个领域的快速发展，作为系统基础组成部分的网络拓扑结构成为研究的一个重要方面。目前，国内外的科研机构在网络拓扑发现以及拓扑的监控和管理方面开展了大量的相关研究工作，但大多停留在理论和仿真层面，这些通过在高性能的PC机上搭建仿真模型来验证算法效果的研究，大多缺乏能够应用到实际系统的可行性案例。安徽财经大学的赵涛[1]，根据在聚合节点（sink）收集到网络内部节点报文接收或丢失的情况，通过发现网络中所有叶子节点到sink 节点的数据传输路径，来推测网络的逻辑拓扑。该方法计算比较复杂，120节点规模网络在主频为2.8 GHz的CPU主机上运行尚需9秒的时间，同时会受到节点资源、计算速度、实施条件等限制，因此，这种方法很难在实际应用中实现。德州仪器(TI)公司的官方网站也给出了一种获取网络拓扑结构的方法[2]，该方法采用发送网络发现命令的方式，并通过返回结果来确定网络拓扑结构。此法虽然能够在实际应用中实施，但需要定期向网络中的所有节点发送发现命令，因而数据消耗量巨大。 本文以Z-stack协议栈为基础，采用叶子节点通讯方式，并利用协议自身的运行流程，提出了一种轻量数据消耗、真正面向应用的拓扑监控方案，同时通过设计一种基于关联表的链式存储结构来实现对网络拓扑信息的维护，因而在解决网络监控与维护方面更具有实际应用价值。 1 Z-stack协议栈原理简介 作为ZigBee联盟的一个重要的组织成员，2007年，TI公司宣布推出业界领先的ZigBee协议栈Z-Stack。Z-Stack符合ZigBee 2006规范，能支持多种平台，其中包括本系统使用的、面向IEEE 802.15.4/ZigBee的CC2430片上系统解决方案[3]。 1.1 ZigBee协议栈的体系结构及信息传递流程 ZigBee协议栈的体系结构如图1所示，由图可见，ZigBee协议采用分层体系结构[3]，由物理层(PHY)、介质接入控制子层（MAC层）、网络层(NWK)和应用层(APL)组成。其中，应用层框架包括了应用支持子层(APS)、ZigBee设备对象(ZDO)及由制造商制定的应用对象。 在ZigBee网络中，信息或数据的传递将依照上述层次结构实现。上层发送的数据或指令按照应用层―网络层―MAC层―物理层的顺序，从上至下依次进行处理；底层返回的数据则按照物理层―MAC层―网络层―应用层的顺序，从下至上处理后返回给上层用户。每个层次负责发送到本层数据的分析和判断，并对于属于本层次的数据或指令做出相应的动作响应；对于不属于本层的数据，则按照规定格式打包后发送给上、下一层。 1.2 节点加入与失步流程 为了维护系统的正常运行，ZigBee协议栈还提供了一些必须的消息响应流程，其中包括节点加入网络和失步响应的流程。 节点加入流程[3]如图2所示。当子节点申请加入网络时，会启动加入流程。子节点的加入请求通过其NWK层、MAC层、PHY层传递给父节点；父节点收到加入通知消息后，又通过其PHY层、MAC层、NWK层将该情况上传给应用层，最后通过ZDO_JoinIndicationCB()函数的调用，得到子节点加入的消息。 图2 节点加入流程 节点失步流程[3]是指终端节点丢失其父节点的同步信号时，向上层报告的失步情况发生的流程。其具体流程如图3所示。 终端节点每隔一段时间就会开启与父节点的同步，当在设定时间内没有接收到父节点的同步信号时，就会产生失步指示信息，协议栈将该失步信息层层上传，最后通过调用ZDO_SyncIndicationCB()函数，将信息传达到应用层。 1.3 关联表 TI的Z-stack协议栈在全功能节点中可以维护associated _devices_t结构的关联表，关联表中保存有与本节点直接关联（父子节点）的相关信息，包括关联节点的短地址、设备类型、连接状态等，基本上可以满足网络拓扑结构监控和维护的信息需求。 TI的ZigBee协议栈虽然可为用户开发提供强大支持，但是在网络监控和维护上并没有专用的接口。一方面，该协议栈只能发现节点加入网络，但是无法发现节点非主动性的丢失或退出，因而不具备网络拓扑监控的功能；另一方面，协议在每个全功能节点中都维护了与之关联设备的关联表，但是并没有维护整体网络的关联信息，因而无法掌控网络拓扑的全貌。鉴于协议栈在网络拓扑功能上的不足和缺陷，本文以协议基本流程为基础，提出一种实现整体网络拓扑监控和维护的方法，该方法可以满足一般系统对于拓扑结构的监控和维护需求。 2 网络拓扑结构监控 网络拓扑结构监控的主要目的是实现拓扑结构的建立和在结构发生变化时及时获取变化情况，其中最主要的是实现节点加入和退出事件的捕捉。节点加入事件的获取相对容易，可以通过加入节点主动上报等方式来获取；而节点丢失事件获取要复杂得多。现阶段，对节点丢失情况的监控多采用系统定期查询的手段[2]。采用查询方法时，其实时性与查询周期的长短直接相关：查询周期设置较长，拓扑变化反映时间增长，实时性变差；而查询周期设置较短，则传输数据量增大，占用系统资源，往往很难在二者之间找到平衡点。协议栈中数据或消息的传递是一个复杂的过程，为了尽可能地降低系统资源的占用、节约能耗，除了维护系统正常运行所必须的数据通讯外，还应尽量减少人为添加（应用层）的数据通讯量。因此，最好的办法就是利用协议自身的数据传递或者节点加入、失步等流程来实现相关信息的获取。 本文设计了一种基于网关――叶子节点通讯的节点丢失情况获取方法，该方法可以利用协议栈自身的运行流程，以较少的数据通讯量和简单的操作，实现网络中所有节点的丢失情况获取。 2.1节点加入事件的获取 通常情况下，节点加入事件多采用加入节点主动上报的方法来获取。该方法操作简单，但是需要人为地发送相关加入信息，会增加系统数据通讯量。由图2所示的节点加入流程可知，如果有子节点加入网络，加入的指示信息都会通过ZDO_JoinIndicationCB()函数的调用报告给父节点。即该函数的调用证明有子节点的加入事件。因此，本文通过在此函数中添加向应用程序报告的功能，即可通知用户子节点加入事件的发生。 2.2节点丢失信息的获取 由图3所示的流程可知，协议栈通过调用void ZDO_SyncIndicationCB( byte type, uint16 shortAddr )函数可实现失步情况的报告。该函数具有节点丢失的指示功能，并能够指示丢失节点与本节点的父子关系和短地址等。但在实际的应用中发现，该函数的调用是有条件限制的，具体实施条件如下： 父节点丢失：从失步报告流程可知，终端节点能够自动轮询发现其父节点同步信号的丢失，而无需人为添加任何触发条件，引发函数调用。但路由节点不支持与父节点的轮询机制，因而不能产生父节点丢失情况的报告。 子节点丢失：对于包括终端节点在内的所有类型节点的子节点丢失，在未加相应处理的情况下，协议栈都不会引发该函数的调用。 由实施条件可知，该函数的丢失指示并不适用于所有类型节点的丢失情况，因此，如果要得到除终端父节点外网络中所有节点的丢失情况，就需要人为加入其他处理，以触发ZDO_SyncIndicationCB()函数的调用，从而实现丢失事件的获取。 2.3 叶子节点通讯触发方法 通常采用的基于查询的网络发现机制都需要在所有节点间发送数据，因而增大系统的数据开销。这里以图4所示的拓扑结构为例，图中的叶子通讯需要进行14条数据的查询和14条数据的应答才能够完成一次节点丢失情况的获取。为了尽可能减少数据通讯和操作的复杂度，本文设计了一种基于网关――叶子节点通讯的节点丢失情况获取方法，以便用较少的数据通讯量和简单的操作来实现网络中所有节点的丢失情况获取。 研究发现，失步函数的触发可以通过加入数据通讯来实现。因为在数据发送的过程中，协议栈会开启数据发送流程，数据发送后则会自动检测接收方应答帧。这样，如果节点丢失，则发送节点无法接收到有效应答，进而引发节点失步指示函数的触发。 具体触发时，如果节点之间有数据通讯，发送数据节点则能够发现接收数据节点的丢失，从而引发void ZDO_SyncIndicationCB( byte type, uint16 shortAddr )函数的调用。 在同一条数据通路上的节点进行数据转发时，数据传递路径上的各个节点都会发现其父节点（数据由下而上）或者子节点（数据由上而下）的丢失，进而调用void ZDO_SyncIndicationCB( byte type, uint16 shortAddr )函数。如图4所示，如果网关发送数据到终端节点1，则在网关到终端节点1数据路径上的所有节点（网关、路由1、路由2、终端1）都能够发现其子节点的丢失；终端节点1发送数据到网关，则路径1上的所有节点都能发现其父节点的丢失。 该方法通过建立数据通路上起始节点和末端节点的数据通讯来实现整条路径上节点丢失情况的获取。其具体操作过程分为两个部分：其一是父节点丢失情况的获取。由前面提到的实施条件可知，终端节点无需任何人为操作就能够发现其父节点的丢失，而无需对此部分做特殊处理，因而只需对路由节点做出处理。而由路由叶子节点（如图4中路由节点2、4）向网关发送数据时，则可实现整条路径上所有节点丢失情况的获取。其二是子节点丢失情况的获取。子节点丢失的获取可以通过网关向叶子节点（图4中所有终端节点和路由4）发送数据的方法来覆盖整个网络中的所有节点，从而使全部节点都能够发现其子节点的丢失情况。 人为加入上述两部分数据通讯后，只要整个网络中有节点丢失，该丢失节点的父节点和子节点都会产生失步函数void ZDO_SyncIndicationCB( byte type, uint16 shortAddr )的调用，这样就可以简单地在该函数中添加向上层应用报告的功能，实现网络中节点丢失信息获取。并且数据通讯量由原来的28条减少到6条，从而大大减少了数据消耗和由此带来的系统资源占用。 3 网络拓扑结构与维护 Z-stack协议栈在全功能节点中只维护与本节点直接关联的节点信息的关联表，没有整体网络信息的存储功能。为了解决Z-stack关于网络全貌信息缺失的缺陷，结合本文提出的网络拓扑结构监控方法，设计一种拓扑结构维护的方法，在占用少量资源的情况下获取整个网络的拓扑信息，并将信息整合到网关节点中统一维护和管理，从而建立网络拓扑的管理办法，实现具有自组织、自适应能力的智能网络管理机制。 3.1管理模式 网络信息管理可采用搜集模式和监控模式相结合的方式。搜集模式通过发送指令搜集网络拓扑信息，赋予用户即时获取当前网络结构的能力；监控模式通过监控从网络组建起历史网络的结构变化，实现网络拓扑信息更新，从而整合为当前网络拓扑结构。 搜集模式在实现时，首先由网关设备广播一个命令来搜集设备信息；然后，收到广播信息的路由节点再按照一定的数据格式，由网关返回子节点关联信息；当网关收到各个路由节点的返回信息后，再将其组合为整个网络中的设备信息。 监控模式则是从网络形成起，网关节点就开始监控所有节点的状态；当路由节点检测到其子节点加入或者退出的时候，向网关上报该子节点的状态变化信息，而网关节点检测到子节点加入或者退出则不用上报，直接在网关内部处理；当网关接收到路由节点上报的状态信息后，就会删除或者增加该路由子节点的关联信息，同时更新整体网络结构。 3.2 网络拓扑存储结构 网关节点作为整个网络拓扑结构管理的中心，负责拓扑结构的添加、删除和更新，因此，必须在网关节点存储整体的网络拓扑结构信息。受网关资源的限制，本文采用分级动态链表的形式保存网络拓扑信息，以便以较少的资源占用实现拓扑信息的动态存储。本设计的网络拓扑存储结构如图5所示。 图5中，AssocListHead是装载路由节点头信息的数组，包含有该路由节点的长地址、短地址、父节点短地址和拥有的子节点数以及指向其子节点链表assoc_list的头指针；assoc_list链表中记载着这一路由下的子节点信息，包括子节点的短地址、长地址、类型、连接状态等。在该路由下每增加一个子节点，就会在assoc_list链表中添加一个节点信息，当节点离开时，又会将相对应的链表删除。这样，网关就可以方便地对当前网络中的所有节点的拓扑和相关信息进行查找、更新、维护。 3.3 网络维护方案 网络维护的实施要建立网络中所有类型节点间的区分与协作机制。区分是根据节点类型的不同、事件类型的不同做出区别处理；协作是在所有节点间建立连动响应机制，相互配合，并实现信息的汇聚和统一管理。具体的网络维护分为事件响应和信息维护两部分。 3.3.1 拓扑变化事件的响应 拓扑变化主要是指节点加入事件和节点退出事件。当节点加入事件是指节点加入网络时，其父节点负责将该子节点加入信息上报网关；节点退出事件则是指获取到的网络节点丢失信息的处理。处理可分为两种情况：一种是当传递来的type = 1时，即丢失节点为本节点的父节点时，开启网络加入流程，使节点可以重新加入网络，并恢复网络的正常运行；第二种情况是type = 0时，即本节点发现其中一子节点丢失。本方法对于长时间无法连接的子节点，将启动移除（LEAVE）流程，将该子节点从网络中删除，同时向网关节点报告子节点退出的消息。 需要注意的是：当子节点丢失时，有的时候是真正丢失了（长时间或永久无法连接），但更多的时候只是暂时地失去联系，随着子节点的重新加入申请，又可以加入网络，恢复正常的运行状态。因此，设计时需要将暂时失步和真正丢失这两种情况区分开，再分别做出合理的处理。 本文采用延时判断的方式，即当检测到失步现象发生后，先定时一段时间，再做判断：如果定时一段时间后，节点仍旧失去联系，则判定是真的丢失了节点，此时可通过NLME_LeaveReq移除子节点，同时上报网关节点丢失的消息；否则认为只是暂时的节点失步。 节点退出情况的处理流程如图6所示。 3.3.2 拓扑信息的维护 由网络各个路由上报的节点加入或退出的信息最终将在网关汇集，网关按照上报的节点加入、退出信息对网络拓扑存储关联表进行添加、删除、更新，以维护当前网络拓扑状态。其具体方法是先判断接收信息的种类，然后对节点加入信息和节点退出信息分别处理。对于加入信息，可核查是否是已经存在于网络中的点，如果是已经存在的，则更新存储的节点信息；如果是一个全新的点，则为该节点分配存储空间，并在对应的父节点下增添子节点分支。对于退出信息，同样核查是否是存在于网络中的点，如果该节点已经不存在了，则报错处理；如果是存在的点，则将该节点信息删除，并解除与其父节点的父子联系。 网关在接收到由父节点上报的节点加入消息时，还需要对加入子节点类型进行判断：如果是终端节点，则在其父节点的链表中更新或加入该子节点的相关信息；如果加入节点是路由节点，除了在该路由节点父节点的链表中加入该子节点信息外，还要添加该子路由关联头信息。图7所示是实现网络拓扑维护管理的示意图。 4 实验验证 本文的实验验证可在基于CC2430搭建的WSN开发平台上进行，该平台共使用5个终端节点、5个路由节点、1个网关和PC调试机。所有传感器节点自组织成无线网络，并将感知信息和拓扑信息汇报给网关节点，网关节点与PC机通过串口相连，操作人员可以通过上位机的调试软件对网络状态进行实时监控。图8所示是其上位机监控程序界面。该试验网络的节点布局示意图如图9所示。 实验时随机选取监控过程中两个时间点的网络拓扑结构监控过程示意图如图10所示。其中两个时间点在实验过程中上报的拓扑变化信息如表1所列。 从实验结果可以看出，一方面，父节点能够实时上报其子节点加入和丢失的网络变化情况；另一方面，子节点也能够及时检测出其父节点的丢失，并选择其他父节点重新申请加入网络。可见，本系统具有网络的自组织、自适应的动态网络监控与维护功能。 5 结 语 本文提出了一种通过终端与父节点间的失步信号来捕捉与基于叶子节点人为触发失步函数调用的方法，可以实现整个网络节点丢失情况的获取。其中，通过终端与父节点间失步信号来捕捉节点丢失信息的方法无需人为干预，能够通过协议自动实现，从而减少了查询的数据量和对其操作带来的系统资源占用；基于叶子节点的失步函数触发机制，只通过叶子节点与网关的数据传输，就能够完成整个线路上节点丢失情况的获取，在实际应用中，经常由终端上报数据，相当于终端自动完成数据线路上父节点丢失情况的发现，使该方法的实施更加简单。这两种方法的结合，能够以较小的数据通讯量、简单的操作和较小的系统资源占用来实现网络发现的功能，因而 具有较高的实际应用价值。 本文提出的网络拓扑维护方法具备网络拓扑的自组织、自适应功能，可满足无线传感器网络系统对于网络组织结构的动态性能要求。同时具备拓扑结构的存储功能，能以较少的系统资源保存整个网络的动态拓扑结构，十分方便网络的管理和控制。 无线传感器网络拓扑控制研究:无线传感器网络拓扑控制研究综述 摘 要：在无线传感器网络研究中，拓扑控制技术是核心技术之一，本文首先描述了现有拓扑控制算法的分类，其次分析了几种典型的算法并总结了其优缺点，最后简述了现有拓扑控制技术中存在的问题以及未来研究的发展趋势。 关键词：无线传感器网络；拓扑控制；发展趋势 1 引言 无线传感器网络（WSN）是集信息采集、传输以及处理于一体的智能信息管理系统，应用前景广阔，是目前比较活跃的一个领域。 WSN是一种由大量微传感器节点组成的自组织网络，其向学者们提供了大量的研究课题，拓扑控制是最基本问题之一。拓扑控制就是要研究如何形成一个良好的网络拓扑结构，为数据融合、路由协议以及目标定位等其他技术提供支撑。 WSN节点通常大规模部署并且具有随机性、自组织性，网络组织方式通常多种多样，节点能量非常有限，因此，在设计无线传感器网络时，要提高路由协议和MAC协议的效率，延长网络生存周期，一定要有一个良好的网络拓扑结构。 目前主流的拓扑控制算法可分为：节点功率控制型和层次型拓扑控制型。 功率控制就是通过变化节点的发射功率来调整节点无线信号的覆盖区域大小，在此基础上调节网络的拓扑结构，最终目的是提高整个网络的连通性。 层次型拓扑控制主要采用的是分簇机制，将整个网络划分成若干区域形成多个簇，选出骨干节点构成骨干网进行数据转发，而普通节点可择机关闭不必要的模块，以避免不必要的能量消耗。 2 典型的拓扑控制算法 2.1节点功率拓扑控制算法 LMA和LMN算法是基于节点度的算法，通过不断的改变节点的发射功率来使得其度数处在一个合适的范围，根据已经采集到的局部信息来调整邻居节点之间的连通性，最终使整个网络具有连通性。两种算法的相同点是分步骤、周期性地调整节点的发射功率，不同点是它们有着不同的节点度数计算方法。 这两种算法利用较少的局部信息就可确定节点功率的调节方式，而且对时钟同步、传感器节点要求均不高，但是在节点邻居节点判断上存在不足，所形成的网状拓扑结构不仅增大了网络复杂度，而且使网络开销增大了。 DRNG和DLMST算法是基于邻近图的拓扑控制算法，所有节点调整发射功率至最大化形成一个拓扑结构图，再根据设定的邻居判别规则得出该图的邻近图，每个节点根据邻居中最远节点的距离来设定发射功率。 这两种算法均以节点发射功率不一致为背景，基于邻近图RNG、最小生成树LMST理论，用距离最远的邻居节点所需的发射功率为标准，有效解决了发射功率不一致的问题，并通过增加删除操作来保证网络拓扑的双向连通。但是这两个算法需要精确的定位信息。 2.2 层次型拓扑控制算法 LEACH是最早的也是较典型的基于均匀分簇的拓扑控制算法，簇首通过分布式选举随机生成，剩余节点作为簇内成员节点。在网络运行中，簇首节点融合簇内所有节点的信息，以单跳方式发送至Sink节点。簇首节点和簇结构均周期性更新。 相对于传统网络，LEACH使用簇结构，能有效提高节点能量利用率和网络寿命。但簇首节点和Sink节点之间的单跳通信可能因长距离数据传输而能耗过大；频繁的簇重增加了额外的通信开销；簇首节点的选择未考虑节点地理位置、剩余能量等因素。 GAF是一种基于地理位置的分簇拓扑控制算法，首先将网络划分为固定数目的虚拟分区，节点将自身地理位置信息与虚拟网格中某个点关联映射起来并计算自身所属的分区，每个区域内选出一个节点在某一时间段内处于活动状态来监测所在区域内的信息并报告数据给Sink节点。 GAF使得形成的簇结构更均匀，但是在选择簇首时没考虑节点的剩余能量，划分单元格时，若节点间的一跳通信距离较小单元格会比较密集，而一跳通信距离较大分簇又比较稀疏，这样的分簇反而会降低网络的效率。 EEUC是一种分布式的、非均匀分簇算法，首先以概率T（由算法预先设定）在网络中选出一些节点作为候选簇首节点。簇首由候选簇首节点竞争产生，其他节点在簇首选举过程中处于休眠状态，其中竞争半径由候选簇首到Sink节点的距离决定。 EEUC将整个网络分成规模各异的簇，簇的规模与离Sink节点的距离成反比，这样有效降低了簇首通信代价，避免了“热区”问题，延长了网络周期。但EEUC单纯的考虑距离而没有考虑节点的剩余能量以及密度因素，而且没有考虑簇首节点在簇内的位置，可能造成网络能耗不均衡过早死亡的现象。 结语 本文介绍了WSN拓扑控制的分类和几种经典的拓扑控制算法，分析了算法的优缺点。目前的大多数研究模型都比较理想化，没有全面考虑实际应用中存在的问题，还有很多问题亟需进一步研究。未来拓扑控制研究的发展趋势应为：结合多种机制且更接近实际情况，网络的各种性能应被综合考虑进来，拓扑控制的自适应性和鲁棒性应有所提高。 无线传感器网络拓扑控制研究:火灾监控系统中无线传感器网络拓扑研究 摘要： 针对森林火灾监控系统中无线传感器网络特点，建立了基于随机几何图的加权网络拓扑模型，连边权重为体现节点通讯能耗的相异权。该模型不仅描述了节点间相互连接关系，还能体现节点间距离及通讯半径对拓扑结构的影响，研究中利用复杂网络分析方法对模型进行了验证。此外，在此模型基础上提出了拓扑优化算法。该算法在网络连通的前提下，通过约束节点单跳可达邻居数简化了网络结构。实验结果表明，拓扑模型与实际网络特性相符，拓扑优化算法能有效降低连边密度，有利于简化复杂的路由计算，延长网络寿命。 关键词： 森林火灾监控；WSN；拓扑模型；拓扑优化 森林是人类赖以生存及社会发展最重要和不可缺少的资源。由于自然或人为因素导致森林火灾时有发生，森林火灾是破坏森林资源安全、威胁人类生存环境最为严重的灾害之一。如何准确、高效地预防和发现火情已成为亟待解决的问题。森林地势复杂，很多区域人员难以到达，不易进行人工和有线监测。因此，无线传感器网络（WSN）技术应用于森林火灾监测具有广阔的前景。森林面积广阔，监测系统需要大量微型、廉价的传感器节点，节点通过人工埋置或飞行器播撒的方式随机部署，实时感知覆盖区域内的温度、烟雾浓度等火灾信息，通过自组织网络将采集到的数据传递给汇聚节点，汇聚节点将现场数据经Internet、移动通信网络或卫星等途径发送到控制中心，实现对森林火灾的无线监测。与其他通信网络相比，森林火灾监测系统中采用的无线传感器网络具有网络规模大、节点部署密集、网络冗余度高、节点自身资源受限等特点。对于大规模的无线传感器网络而言设计良好的拓扑结构尤为重要，网络拓扑是设计和组建网络的第一步，也是实现各种协议的基础。因此，如何建立更加符合实际网络特性的拓扑模型是研究的前提。此外，由于传感器节点部署具有很大的随机性，节点的位置不可预测，初始的网络拓扑很难满足要求，需要进行优化控制。笔者主要针对森林火灾监测系统中无线传感器网络的特点，构建网络拓扑模型，并在此模型基础上对网络拓扑进行优化，为网络性能的提高奠定基础。 1WSN拓扑结构 1．1传感器节点通信特性 无线信号在传播过程中由于受环境因素的影响，信号强度会随传播距离的增加而衰减。依据自由空间传播路径损耗模型，距发射机为d处的平均接收功率Pr（d）可以表示为式（1）。Pt为发射天线辐射功率；Gt为发送天线的方向增益；Gr为接收天线的方向增益；λ为媒介中场的波长。为了保证节点直接通信，节点间距离d必须满足d≤ΨPtPr，（）th，其中Ψ＝GtGrλ4［］π2，d称为节点通信半径。在布尔型全向感知模型中设节点i在二维平面上的坐标为xi＝（xi，yi），节点感知半径为ri，节点对于在坐标xj＝（xj，yj）处任意节点j的感知概率可表示为式（2与j的距离。 1．2传感器节点度分布 设有n个节点随机分布于区域A内，网络节点密度ρ＝n／SA，SA表示区域A的面积。网络中任意节点恰好位于区域B（其中BA）的概率为P＝SBSA，随机变量X表示恰好有m个节点位于区域B中的事件，则该随机变量服从二项分布，由P＝ρSBn可得式（3）由式（4）可知，当网络节点数n很大时，传感器节点度分布近似为泊松分布。 2WSN拓扑建模 2．1加权网络拓扑模型 为了解决随机图对无线传感器网络拓扑建模存在的不足，研究中采用随机几何图构建网络拓扑模型。设传感器节点的通信半径与感知半径相等，将无线传感器网络用随机几何图描述，其中n为节点数，r为通信半径。V＝｛v1，v2，v3Λ，vN］表示网络中节点集合，dij表示节点vi和vj间的距离，E＝｛e1，e2，e3Λ，ew］V×V表示边的集合。节点通信覆盖范围是以自身为圆心，r为半径的圆盘区域，如式（5）所示。考虑节点间距离对网络拓扑的影响，需要在网络连边上赋予权重。对于无线传感器网络，节点进行数据转发时总是选取能耗最低的路径。式（1）可知，自由空间模型下无线通信的能量消耗会随着通信距离的增加而增长。因此，可以将d2ij作为权重赋予连边eij，d2ij的大小可体现节点间进行数据转发所消耗的能量。无线传感器网络的加权拓扑模型就可用相应的加权邻接矩阵A＝［aij］表示。其中，aij＝f（xij）•g（dij），f（xij）为节点感知概率，g（dij）＝d2ij。节点间距离越近权重越小，距离越远权重越大，当两点间无直接连接时权重为∞。 2．2实验仿真 在100m×100m的区域内随机部署200个传感器节点，节点通信半径为13m。网络中所有节点均同质，具有相同的物理性质和通信半径，节点采用布尔型全向感知模型。图1为网络拓扑结构。考虑到拓扑结构模型为加权网络，因此主要分析节点度分布和节点强度分布，如图2和图3所示。研究结果表明，整个网络节点度分布比较均匀，大量节点度集中在7～11之间，以平均度8．5为中心两边迅速下降，度值小于7或大于11的节点所占比例不足5％，近似泊松分布，与理论推导的结论相符。图3显示网络节点强度分布比较均匀，大量节点的点强度集中于平均值附近，少量点的强度偏离均值。为了揭示无线传感器网络拓扑结构特性，将传感器网络拓扑模型统计特性与随机网、小世界网和近邻耦合网的统计特性进行了对比，表1给出了同等规模下不同 2．3结果讨论 （1）所建立的拓扑模型中节点度分布均匀，近似为泊松分布，与理论计算结果相符。网络节点度有界，这与节点感知范围有限所导致的局部通信特性相一致。（2）通过计算发现，点强度与节点度不满足s（k）≈＜w＞k的关系（＜w＞为网络边权平均值）而满足s（k）≈Akβ的关系。其中β≈0．45、A≈32，表明网络边权与拓扑结构有关，与网络模型构建中边权的赋予方式相符。（3）与其他三类网络相比，无线传感器网络拓扑结构具有较大的聚类系数，即网络具有明显的聚类效应，局部节点间的连接比较紧密，这符合传感器网络的本地化通信特点。 3拓扑控制 3．1拓扑优化算法 森林火灾监测中需要大量的传感器节点，为了保证网络的连通及对被测区域的全覆盖，网络建立初期形成的拓扑结构具有较大的冗余。这样既不利于节点能耗的降低，又会增加节点间通信干扰。因此，研究中提出了基于约束节点连边数的稀疏网络拓扑优化算法。算法中主要针对“度”大的节点边数进行约束，选定节点后删除与该节点相连的哪些边是算法的关键，这就要求对节点在信息传递过程中的重要度进行评估。通常用度描述网络节点的重要程度，但对于数据转发的无线传感器网络，考虑某一节点对其他节点的影响力更为重要。而“介数”衡量的就是点对其他节点的影响程度。节点i介数L（i）是网络中所有节点对之间通过该节点的最短路径数占所有最短路径数的比例，即L（i）＝∑s≠t≠iσst（i）σst。其中，s．t是网络中的节点对，σst是从s到t的所有最短路径的总和，σst（i）表示通过节点i的所有最短路径数。显然，在讨论无线传感器网络数据流通时，介数比节点度能够更好地评价节点的重要程度。因此，研究中将介数作为衡量节点重要度的指标，以此来确定所要删除的连边。具体算法如下：（1）随机部署节点，设置通信半径保证网络连通，初步形成网络拓扑；（2）选取节点i进行连边约束，节点被选中的概率与其节点度d成正比；（3）确定与被选节点i相连的所有邻居节点集合V＝｛vj｜aij≠0］，在集合V内选取ρd个节点，在集合V内节点介数越小被选中的概率越大（其中ρ为删边比例，d为节点i的度）；（4）确定节点i及其邻居节点j后，判断二者的连边是否唯一，如果唯一，放弃该邻居节点返回第3步，在集合V中重新选取，如果不唯一删除连边eij；（5）返回第2步，重复上述过程。 3．2算法仿真 实验中网络参数设置如下：节点数为200，分布区域面积10000m2，节点通信半径为14m。图4为初始网络拓扑，图5为对节点度进行约束后得到的稀疏网络拓扑。表2为拓扑优化前后网络结构测度的对比。可以看出，网络连边密度降低了41．5％，节点平均度减少了41．5％，而网络的平均最短路径只增加了14．8％。优化后的拓扑既简化了网络结构又保证了网络的连通，将有利于路由的简化和网络生存周期的延长。 4结论 为了满足森林火灾监控的需求，无线传感器网络被广泛应用。森林火灾监控系统中无线传感器网络具有网络规模大、节点部署随机、结构冗余度高、节点自身资源受限等特点。结合这些特点，笔者建立了基于随机几何图的无线传感器网络拓扑模型。该模型不仅可以描述传感器节点间相互连接关系，还可以体现节点间距离及通讯半径对网络拓扑结构的影响。此外，在此模型基础上对网络拓扑进行了优化，以度和介数作为节点重要程度的衡量指标，提出了稀疏网络拓扑优化算法，通过该算法对网络的冗余链路进行适当地删减，降低了网络连边密度，在保证网络连通的情况下实现网络结构的简化，有利于简化复杂的路由计算，降低节点间通信干扰，延长网络生存周期。 作者：任月清 齐利晓 杨国庆 单位：天津城建大学

交通灯智能控制系统的设计与实现:基于机器视觉的交通灯智能控制 摘 要 利用采集的路口车辆排队动态视频图像，采用边缘检测等数字图像算法，进行车辆排队长度检测。对交叉路通灯的通行时间在稳定性和通过率进行比较，再以各相位车队排队长度为输入值，建立不定相序及信号灯时间实时动态分配模型。在此基础上，利用synchro软件进行了仿真分析。 关键词 机器视觉；智能交通；实时配时 0 引言 随着计算机技术和视频技术的发展，基于机器视觉的检测技术已经应用于交通监测系统，本文通过计算机视频检测技术实时检测十字路口各车道车辆的排队长度，根据路口的实际候车队列分布情况，对交通灯采取实时动态的配时控制方案。最大程度的利用绿灯时间，避免绿灯时间的浪费和路口候车时间的增加，有效缓解交叉路口的交通拥堵。 1系统总体设计方案 本设计方案分为视频图像采集、数字图像处理、交通灯信号控制3个部分。图像采集利用安装在交叉路口四个方向的摄像头采集车裂排队长度的实时图像，并对图像数据数据进行存储和传输；图像处理利用数字信号处理器（DSP）进行实时处理，并通过图像预处理、图像分割和设置虚拟框实时分析计算交叉路口路口车列的排队长度；信号控制以车列排队长度作为输入值对时间进行动态实时分配。控制器采用可编程控制器（PLC）作为控制核心，根据接收到各个路口车辆排队的长度信息，实时配时地智能化控制交通灯。 2 基于图像的车辆队列长度检测 2.1 路口视频图像的采集 图像传感器采用数字COMS摄像头，CMOS应用半导体工业常用的MOS制程，可以一次整合全部周边设施于单晶片中，包括信号读取电路、图像信号放大器、光敏元件等，节省了加工晶片所需负担的成本和良率的损失；采用COMS芯片的摄像头成本很低，并且数字摄像头的并行接口可以很好的与DSP的并行I/O接口连接，数字COMS摄像头获取路口图像，缓存在COMS传感器内存RAM中的数字图像。 2.2 基于图像的车辆队列长度检测 1） 检测原理 车辆排队队列长度检测是实时配时智能控制的基础，本设计采用数字信号处理器DSP处理图像，并先通过图像预处理，使图像的帧灰度化；通过canny算子对降噪滤波后的图像进行边缘检测，获得完整的车辆队列的轮廓边缘；最后在轮廓图上设置虚拟框分析并计算路口车辆的排队长度。 2） 车辆排队图像的预处理 图像的预处理包括帧灰度化和去噪。数字图像处理器DSP接收缓存在COMS传感器内存（RAM）中的数字图像，在DSP中，对原始图像数据进行位图格式转化，将图像转换为BMP格式，并进行灰度转化。为了提高后续处理效果，采用3×3滑动窗口中值滤波进行去噪处理，较好保存图像边缘。 3） 基于canny算子的车辆边缘检测 本方案采用了canny边缘检测方法，检测到车辆的边缘轮廓。对先期处理过的图像采用canny算法，能够清晰的寻找到图像中的车体边缘。 3.2信号配时方案设计 配时方案的设计不拘泥于延误时间或者绿信比等参数的降低，任何一种方法也不能说是绝对的最优，更重要的是涉及到交通安全。设计时，我们针对应用最广泛最常见也是最常见的交叉路口，综合分析左转的车辆，排除右转车辆，将交叉路口分成8个相位。 1）绿灯浪费时间 在十字路口任意相位，不同时刻等候车队长度是变化的，各相位车队长度随机性很强。而每个周期都遵循没有绿灯浪费时间的规则，则可以保证总通行时间仍然是最小的。综合其他相位和优先相位，对于其他相位，应尽量多放行，但不多给时间；对于优先相位，确保没有绿灯浪费时间。 2）同时开放两个不冲突相位 本方案是固定当开放一个方向的相位时，此时可选取与之不冲突的相位进行同时开放，保证一直是两个不冲突相位同时开放，从而充分利用了绿灯时间。由于右转车流不与其他车道交通流发生冲突，故在此不作考虑。 3）信号周期 5）算法过程描述 （1）判断周期开始。若是周期起始，则根据各相位车列排队计算本次周期时长，若时长大于约束值，则使周期时长等于约束值（120s）跳到步骤3； （2）若非周期开始，排除此次周期已通过的优先相位； （3）对比各相位车列排队长度，找出最大相位，使最大相位优先通过； （4）比较与本次相位配皮的三个相位，确定2或3个通行相位，分配好时间依次开放，其时间总和应等于最大值相位开放时间； （5）某一绿灯绿灯时长结束前，若此次周期结束则跳入步骤1，若没有结束则跳入步骤2，循环执行。 6）系统整体复位功能 一旦系统出现混乱的状态，如冲突相位同时开放，则人工启动复位键，使系统从开始状态重新运行。 4 交通灯控制仿真 为进行交通信号的配时与优化，并分析路口的通行能力以及协调控制，本文采用了Synchro软件仿真。通过Synchro软件对初始数据进行仿真，输出各车道的评价参数和95th的各车道队列长度，同时输出各车道的评价参数，与优化前的参数作对比。 1）有效反应十字路口的通行能力有多种指标，通过对十字路口的车辆总延误、行程时间和平均通行速度以及车辆燃油消耗率的模拟仿真来对比改造前后的十字路口通行能力。 交通灯智能控制系统的设计与实现:基于PLC的自适应交通灯智能控制系统设计 摘 要：随着我国私家车数量的持续增长，各大城市都出现了交通极度拥堵的情况，城市交通问题也越来越引起人们的注意，社会各界也都在为解决交通现状出谋划策。文章从交通信号灯的控制方面着手，研究和设计了基于PLC的自适应交通灯智能控制系统。 关键词：PLC；交通灯；自适应；智能控制 交通灯控制系统是一个具有随机性的复杂系统，他受到车辆、行人、天气等都多方面的影响，因此想要建立一种固定的数学模型是不大可能的，即使是用现有的数学方法也无法描述其系统特征。目前国内交通等控制系统主要采取定时切换的控制模式。 我国自20世纪80年代开始出现私有汽车，到2003年私家车社会保有量达1 219万辆，私家车突破千万辆仅用了20年时间，而突破2 000万辆仅用了3年时间。截止到2011年我国机动车保有量已到达2.19亿辆，汽车保有量首次突破1亿大关，占机动车总量的46%。随着经济发展、人均国民生产总值增加以及政府拉动内需各项政策的实施，私家车的拥有量也跟着急剧上升，国内各大中型城市（如北京、上海、广州、武汉等）的交通系统都面临着严峻的考验。虽然各大城市都出台了一系列的限制汽车出行、增加公共交通设施、扩宽新修道路等措施，但依然无法缓解目前的城市交通状况。交通信号灯定时切换这一种控制模式的局限性也就逐渐凸显出来，因此我们急需一种智能的交通控制系统来缓解交通信号控制的缺陷给本就糟糕的交通系统带来的压力。 智能交通控制系统的研究在国内外已经取得了不少成果，一些发达国家已采用智能方式来控制交通信号灯，其中主要运用的有GPS全球定位系统等。出于成本、设计便捷性等方面的综合考虑，我们可以考虑在各路口增加传感器探测车辆数量来控制交通信号灯的时长这一设计方案。 1 控制系统设计方案 基于PLC的自适应交通灯智能控制系统主要有车流量检测系统、PLC、控制中控台三大部分组成，其控制结构图如1所示。 1.1 系统控制原理 车流量检测系统主要负责检查各路口单位时间（60 s）内通过路口的车辆数量，并将检测结果发送至PLC；PLC根据车流量检测系统记录的数据，按预先设定的控制规律来控制相应的交通信号灯；中控台主要用来对控制系统的运行模式进行控制，如自动运行模式、人工干预运行模式等。 自动运行模式下，若东西向或南北向车流量均小于15辆/min，则系统按定时切换控制运行，双向绿灯均为40 s，黄灯3 s，红灯43 s切换运行；若某一向每分钟车流量大于15而小于30，则该向绿灯调整为50 s，黄灯3 s，另一向绿灯30 s，黄灯3 s；若某一向若某一向每分钟车大于30，则该向绿灯调整为70 s，黄灯3 s；当两向车流量均在同一范围内时，车流量较大的一向控制优先，若两向车流量均在同一范围内且相等时，东西向控制优先。系统控制流程如图2所示。 1.2 车流量检测设计 智能交通灯控制系统自适应交通情况的关键在于系统自身对车流量的判断，因此系统车流量检测的设计就显得尤为重要。调查研究表明，我国机动车辆高度一般在1～5 m之间不等，因此本方案设计在各路口100 m处架设高度为5 m的检测点，采用由欧姆龙公司生产的检测距离0～4 m的光电传感器E3JM-R4来对过往车辆进行检测，当有在此高度的车辆经过检测点时，光电开关会向PLC发送信号。E3JM-R4光电传感器参数如表1所示。 本设计采用在各路口双向设置光电传感器的形式对通过路口的车流量进行统计，并将统计信号传送给PLC。PLC对各方向传感器发送信号进行统计比较，最终确认各路口的车流量，同时对各路口车流量情况进行再比较，最后根据比较结果按预设控制方式对南北和东西向的红绿灯进行控制。 1.3 PLC控制设计 PLC为本控制系统的核心，相当于计算机控制系统的CPU，主要负责对车流量、中控台等方面的信号进行收集，并按相应的信号运行PLC内设计的用户程序，最终驱动交通信号灯。本系统选用三菱公司生产的FX2N-48MR系列PLC，其I/O分配如表2所示。 本系统运行模式分两种，即自动运行模式和手动运行模式。 ①自动运行模式下系统按图2所示的运行规则，结合车流量检测信号控制各向红绿灯进行切换。车流量信号的判断比较主要包括两个方面，一是同向信号的比较，将单位时间内来自X6与X10的信号脉冲数比较，两者中较大值作为东西向最终车流量参考值，X7与X11的信号脉冲数比较，两者中较大值作为南北向最终车流量参考值。二是东西南北向车流量比较，即将同向信号比较的结果进行再比较。 ②手动运行模式下，系统在人工干预下运行，人工干预信号包括南北向强制通行、东西向强制通行和四向禁止通行三种。南北向强制通行时，南北向固定输出绿灯亮，东西向固定输出红灯亮；东西向强制通行时，东西向固定输出绿灯亮，南北向固定输出红灯亮；四向禁止通行时，东西南北四向固定输出红灯。 2 总结与展望 本设计基于车流量的自适应交通灯智能控制系统，利用逻辑判断比较和分析算法，使程序的运算结果根据相应的程序方案进行控制，实现了交通灯自适应的智能控制，并通过了软件及硬件的模拟调试。车流量比较值、信号灯接通时间等都可以通过改变PLC中相应的参数进行调整，通过本智能控制方案，可以实现优化交通疏导，达到交通信号灯自适应智能控制的目的。 交通信号系统是一个极其复杂的控制系统，基于车流量的自适应交通灯控制虽然能缓解日趋严峻的交通压力，但其缺点也较为明显，固定的车流量判断模式是其主要缺陷之一。因此今后我们可以考虑使用现今逐渐成熟的视频检测技术，对交通压力进行直观的监测与分析，并设计相应的控制方案。 交通灯智能控制系统的设计与实现:基于微波检测器交通灯智能控制系统的研究与设计 【摘 要】本文主要解决根据十字路口红灯路段停车数的多少，控制交通指示灯的下次放行时间达到实时智能交通控制。 【关键词】微波交通检测器；单片机；交通灯；8255并行口 对目前十字路交通控制器研究发现，用户设定主副路口的时间后，就一直按照设定的时间在主副路交替转换下去，无法满足智能交通对于路口控制器的要求；能否找出根据实际交通状况进行调节控制是解决问题的关键，本文通过微波检测器测出的车辆数，控制定时时间来达到实时智能交通控制。 一、微波交通监测器 微波交通检测器是利用雷达线性调频技术原理，通过发射中心频率为1 0.525GHZ或24.200GHZ的连续频率调制微波（FMCW）在检测路面上，投映一个宽度为3.4米，长度为64米的微波带。每当车辆通过这个微波投映区时，都会向RTMS反射一个微波信号，RTMS接收反射的微波信号，并计算接收频率和时间的变化参数以得出车辆的速度及长度，提供车流量、道路占有率、速度和车型等实时信息。为了检测出车道上停车的车量数，RTMS在微波束的发射方向上以2M为一个层面分展探测物体，微波束在15度范围内投影形成一个分为32个十层面的椭圆形波束（椭圆的宽度取决予仪器选择的工作方式），通过这种方式可检测出车量数。 二、交通指示灯控制过程分析 十字路口各车道有一组红、黄、绿三色的指示灯，指挥车辆和行人安全通行。红灯亮禁止通行，绿灯亮允许通行。黄灯亮提示人们注意红、绿灯的状态即将切换，且黄灯点亮时间为各干道的公共停车时间。各干道车辆通行情况如下表1所示。 表1 各干道车辆通行情况 三、系统硬件设计 它主要由控制器、微波交通检测器、定时器、串行通讯电路、译码器和秒脉冲信号发生器等部分组成。所选元件为8051单片机、各车道微波检测器、8255并行通用接口芯片、74LS07锁存器、MAX692‘看门狗’以及显示电路指示灯组成。系统总框图如图1示： 四、系统工作原理 （1）系统初始化，微波交通检测器检测各车道车辆数，通过车辆数的多少转换为各车道放行时问，通过研究发现，车道放行时间与停车数存在一种复杂的数学关系，为了使问题简单，这里用简单的公式表示为：车道放行时间=停车数*3秒，然后通过8051单片机延时程序控制延时时间，达到智能控制十字路口车辆通行情况。（2）由8051单片机通过P0口向8255的数据口送信息，由8255的PC口显示红、绿、黄灯的燃亮情况；由8255的PA、PB口显示每个灯的点亮时问。（3）8255 PA口用于输出时问的个位，P B口用于输出时间的十位，由747S07驱动芯片驱动；而P C口用于输出各个灯的情况，它的末段连接双向晶闸管采用220V交流电压驱动。（4）在交通控制程序中加入看门狗指令，当系统出现异常看门狗将发出溢出中断。通过专用端口输入到MAX692看门狗芯片的WDI引角引起RESET复位信号复位系统。（5）微波交通检测器测得的数据，通过RS。232接口传递数据至8051串行口，将数据通过编制的软件处理得到定时时间并延时。 五、软件流程图 本系统的设计，主要突出通过微波交通检测器实现十字路通灯智能控制，获得了不错的效果。通过系统将扩展，可实现摄像机交通监控的控制，盲人通过时交通灯的控制以及行人通过时播放音乐声等更加完善。 交通灯智能控制系统的设计与实现:交通灯通断智能控制预防城市道路堵车的一种方法 摘 要：在城市道路密集、路口众多的背景下，基于道路现场测量系统获取车队尾长数据，利用Matlab软件编制一种控制信号灯延迟通断的计算程序，与信号装置相配合，就可以及时调整城市路通灯的接通顺序和时间，一定程度上达到控制车流和避免交通阻塞的目标。 关键词：车队尾长 信号灯 延迟通断 1 交通堵塞的成因 现代城市路网密集，大量私家车上路常常造成交通阻塞且已成为影响城市市民正常生活和工作的严重问题。而城市道路管理中不合理的交通灯通断系统更使交通拥堵现象雪上加霜，例如，多数城市采用的定时同步通断转换自动化交通灯系统，即沿同一条街道上各路口的灯光同步切换，在一定情况下会成为交通拥堵的导火索。很多人都有这样的经历，在一个路口被红灯拦下，后面路口会接二连三被红灯拦住。这不仅仅是运气问题，实际上和交通灯通断控制有很大关系。假设有一队车A在路口1等绿灯放行，欲驶向路口2，两路口的距离为D，车辆正常行驶速度为V，第一辆车到达路口2时用时D/V，此时路口2绿灯，第一辆车通过路口2。由于车队各车是不可能同时起动、同时加速的，而是从头车开始，各辆车依次起动从而形成一个“起动波”，传播速度大约为4.5 m/s（16km/h）[1]。设车队长L，与头车相比，最后一个车要走（L+D）路程才能到达路口2，而且它必须等候起动波传过来时才能起动，因此末尾车要花（L/Vb+（L+D）/V）时间才能到达路口2，如果绿灯通行时间T0小于（L/Vb+（L+D）/V），这就使得车队的尾部有可能在到达并通过路口2之前，就被下一次红灯阻挡，车队A发生截尾，跟过来的车队B就有增长的趋势，车队B增长到一定长度，也会甩尾给车队C，这样车队越积越长，进而发生交通堵塞。可见防止交通堵塞的关键在于及时制止过长车队的形成，防止车队增长的趋势。 2 一种预防交通堵塞方法思路 目前城市路口都装有摄像及图像识别系统，发现某路口车队逐渐增长，在一个绿灯通行时间内有被甩下的车队尾巴出现，通过智能干预，及时调整交通灯的通断顺序和时间，引导疏流，就有可能制止过长车队的形成，从而达到完全避免非反常交通堵塞的目的。假如发现上例路口2逐渐有被甩下的车队尾巴出现，就要延迟路口2红灯开通，即延长绿灯时间，使T≥（L/Vb+（L+D）/V），放车队A过去，消除这个尾巴。这样从路口1处开过来的车队B在接近路口2时就没有车队A的尾巴留下，车队B就不会增长，但延长的时间是有限制的，最长允许延长时间是车队B的头车刚好接上车队A的尾车，即D/V-L/Vb-L/V=0，车队A的长度占路口1与路口2之间的距离D的比例L/D=Vb/（V+Vb）。如果?T=D/V-L/Vb-L/V 0，则路口2还可以再延迟?T开通绿灯；如果?T=D/V-L/Vb-L/V 当然，和实际情况比，这里忽略了车辆行进过程中加速和减速过程，这里V实际上是两路口距离间车队的平均移动速度。 3 一种预防交通堵塞方法的程序实现 设某城市有主干道m条，n条横向街道，主干道与s条横向街道相交后，各段主干方向街道的长度为矩阵D。各路口上被甩下的车队尾巴长度组成的动态数据矩阵（截尾矩阵），如果在上述m条主干方向街道中有m1条双行道，则矩阵将是一个（m+m1）×n的矩阵。根据双行道上双向车队尾长的总和判定各双行道的优先方向，只取双行道优先方向截尾尾长，截尾矩阵化为m×n的矩阵。计算并输出延迟矩阵?T，?T=D/V-L/Vb-L/V，从而控制交通灯通断顺序。在延迟量矩阵中，?T值为负的路口实际上就是尾巴较长的路口，需要提前?T接通绿灯，提前放走积压的车辆，?T值为正的路口是尾巴较短的路口，可以延迟?T接通绿灯而不会造成该方向车辆堵塞。提前值?T大于T0，即可认为已经产生车辆堵塞。 以某7×4街道为例，输入上下行车辆截尾尾长，计算的延迟时间结果如表1所示。 通过道路现场测量系统获取车队尾长数据，应用这个程序计算的信号灯延迟时间，与信号装置相配合，就可以及时调整城市路通灯的接通顺序和时间，一定程度上达到控制车流和避免交通阻塞的目标。 4 结语 现在技术获取道路现场车队尾长数据已经非常方便，Matlab软件应用也非常方便，利用Matlab软件编制的计算程序很容易实现该方案，通过控制信号灯延迟通断，控制车流，避免交通阻塞。 交通灯智能控制系统的设计与实现:一种十字路通灯智能控制系统的设计 摘 要：该文在采用车辆检测传感器实时采集十字路口各方向车流量数据的基础上，提出一套自动周期交通灯比例时长和固定周期交通灯比例时长相结合的智能交通灯控制方案，即根据车流量的实际情况，自动调节信号周期和红绿灯配时比例，以尽量减少道路交通路口的车辆滞留，实现交通灯的智能化控制。 关键词：车流量 交通灯 微控制器 随着经济和人民生活水平的提高，私家车数量的剧增使得城市交通拥堵问题日益突出。十字路口是整个交通网络控制的关键点，十字路通的有效控制能提高整个交通网络的性能。目前，我国传统的十字路通信号采用固定的时间控制，不能有效提高十字路口的通行能力。那么如何提高十字路口的通行能力和缓解城市的交通拥堵问题呢？大家设想如果可以根据十字路口各个车道上的车流量来合理分配交通信号灯的控制时间，对交通信号实现智能化控制，那么就可以提高交通系统的通行能力和效率，从而缓解交通拥堵问题。 1 硬件电路设计 1.1 系统结构图 该十字路通灯智能控制系统由微控制器、车流量检测电路、显示电路（指示灯和倒计时显示电路）和紧急控制开关组成。该系统是以传感器为核心的车流量检测电路用于车流量的智能检测，将车流量信息送微控制器进行处理，智能化控制交通灯的时间长短和倒计时的显示，起到优化十字路通的作用。紧急控制开关用于交通突发事故时的交通车辆通行控制。遇到紧急情况，扳动开关，通过硬件和程序发出一个控制信号来实现两路红灯与黄灯亮，同时关闭数码管的显示。紧急情况解除后，按复位键通过程序回到初始状态，重新开始运行主程序。该系统的结构图如图1所示。 1.2 车流量检测电路 目前，实现车流量检测的传感器有感应线圈传感器、超声波传感器、红外线传感器、微波检测器、视频检测器、磁力检测器、声学检测器等[1]。目前的交通控制系统大多采用单一的车流量检测传感器来采集交通流信息，这样会导致一系列问题：（1）采用单一车流量检测器，若该检测器出现问题，则可能造成整个交通瘫痪；（2）不同的车流量检测器有各自的工作原理和特点，如超出其测试条件时该检测器将无法采集到准确的数据；（3）车流量检测传感器不断地采集数据，这些数据需要汇总到交通控制中心，由控制中心经计算后发出相应指令。车流量检测传感器的发展趋势是多传感器联合检测，在前端对联合检测的数据进行处理，这样交通控制中心获得的信息才会真正成为交通诱导、交通控制以及交通规划的有力依据。 城市中典型的十字路口为双向6车道，每个方向1、2、3车道分别为右转、直行和左转车道。在每个车道的远侧和近侧分别埋设一个车流量检测传感器检测车流量数据，两个检测器之间为各车道的检测区，设定这一距离为100 m。远侧检测器执行通行车辆数加操作，近侧检测器执行减操作，这样任意时刻检测区获得的数据即为该方向等待放行的车辆数。当某一相位绿灯亮时，系统将该车道收集的数据存储，作为判断交通状态和决定下一周期通行时间的依据。 十字路口车流量的放行采用常用的四相位方式，即按照东西方向直行车辆、东西方向左转车辆、南北方向直行车辆、南北方向左转车辆通行的顺序循环切换，交通灯之间采用短时黄灯进行缓冲警告。系统根据传感器获得的等待放行车辆数，适时控制放行时间的自动周期交通灯时长比例的方法和固定周期调节交通灯时长比例两种方法相结合，在各方向车辆数比较均衡的交通低峰时段采用自动周期，在某方向或几个方向出现交通高峰时采用固定周期自动调节交通灯时长比例方式。两种方式判断的标准是是否出现两个或更多方向的排队车辆占满计数区，即如果出现两个方向的车辆排队长度超过100 m即使用第二种控制方式，否则使用第一种方式。不管采用哪种方式，系统都要设定一个最短绿灯时长和最大绿灯时长。设定最短绿灯时长的目的是为了保证每一条道路都不会因为车流量过小而不给通行时间，设定原则是能让少量车辆安全通过路口而不影响交通安全，一般取t0 =15 s。最大时长的设定是为了不让某方向长时间占用通行权，使其他方向的车辆的延误时间增大，对于不太大的单交叉路口，绿灯时间一般不超过60 s，因此设定tm=60 s。 1.3 微控制器 系统的控制核心采用MSP430系列超低功耗的微控制器，车流量检测电路将检测的车流量信息传递给微控制器，微控制器采用某种算法进行计算处理，并将需要发送的十字路通信号信息发送至显示电路，人们通过显示电路就很容易通过十字路口了。 2 系统软件设计 该交通灯采用自动控制，在设计方案中预先设定了可调节红绿灯自动转换时间，并以自动方式显示倒计时；控制系统将在红绿灯交替阶段自动控制黄灯时间，提示各方向过往车辆通过或暂停，以达到模拟现实生活十字路通灯工作模式。程序开始运行时首先对定义的各个变量进行初始化，接下来进入while循环检测是否有按键按下，如果检测到按键，则执行中断程序，解除按键锁定后返回执行while循环。如果没有检测到按键，while循环继续，交通灯与交通灯倒计时同时执行，之后返回while循环。 3 结语 系统采用车流量检测传感器和MSP430微控制器构成的十字路通灯智能控制系统，可以根据实时检测的车流量信息调整红绿交通灯的配时比，达到交通灯智能化控制的目的，提高十字路通的通行能力。

智能农业论文:山东农业大学图书馆RFID智能管理系统实施的基础 摘 要：文章通过分析山东农业大学图书馆实施RFID智能管理系统，介绍了图书馆RFID智能管理系统的原理和特点，根据山东农业大学图书馆的实际情况对老旧图书馆馆舍进行改造，以适应图书馆RFID智能管理系统要求，调整整个图书馆馆藏结构，以及与图书馆RFID智能管理系统相匹配的芯片加工和转换数据等一系列基础工作，深刻解读了图书馆实施RFID技术所需的图书馆基础支持。 关键词：山东农业大学图书馆 RFID技术 应用基础 目前国内在图书馆管理系统中普遍采用的是“安全磁条+条形码”的技术手段，以安全磁条作为图书的安全保障，以条形码作为图书的身份证，虽然解决了图书管理中的些许问题，但是图书顺架、排架困难，读者查找图书以及馆员清点馆藏数量繁琐耗时，图书馆管理自动化程度低，缺乏人性化，而且磁条容易消磁、老化，防盗效果差，安全系数低等一系列问题需要解决；同时图书馆管理人员强烈意识到在新的形势下，需要大幅度提高图书馆管理的信息化程度，现代图书馆需要做到图书自动盘点、自助借还，图书区域定位、自动分拣以适应图书馆当前发展的需要。因此，2012年山东农业大学图书馆成功实施了RFID智能管理系统，围绕RFID项目的实施图书馆开展了许多基础性的工作。 1 图书馆RFID智能管理系统的原理与特点 RFID是一种利用射频通信实现的非接触式识别技术，即无线射频识别，它通过射频信号自动识别目标对象并获取相关数据。它利用先进的RFID技术，将门禁、校园卡、图书标签、标签转换装置、自助借还机、移动盘点平台和馆员工作站系统软件融合为一体，实现了迄今最便捷的图书管理自助功能。它具有以下特点。 （1）简化读者借还书手续，缩短了图书流通周期，提高图书借阅率，提升图书馆服务水平，充分发挥图书馆公共服务职能。 （2）利用移动盘点平台为图书馆提供全新盘点模式，降低管理人员的劳动强度，大幅提高图书盘点及错架图书整理效率。 （3）图书定位使读者方便快捷查找错架图书，挖掘出潜在图书资源，提高图书资料利用率。 （4）安全门禁系统支持离线与在线工作模式，未借出图书通过门禁时，系统会自动发出声光报警，防止图书被带出图书馆，防盗技术更强，系统更安全、可靠。（如表1所示） 2 图书馆实施RFID智能管理系统的基础保障 随着图书馆长期的文献积累，无限增长的馆藏文献和有限的图书馆馆舍面积成为制约图书馆发展的尖锐矛盾；同时也无法适应RFID图书馆管理系统要求的一门式管理模式。图书馆首先对原有图书馆馆舍进行了大规模地改造工程，图书馆的原有建筑是框架结构，大开间、大跨度，改造工程只需要将原来各个独立书库、阅览室的隔墙打开，将其合并形成开放式的借阅。 2.1 图书馆馆舍的改造与利用 由于农大图书馆是20世纪90年代建成的老式图书馆，随着学校大规模的扩招在校学生数量猛增，教师队伍也随之发展壮大，图书馆读者群数量同时随之增多，而图书馆馆舍面积维持在原有的基础上没有大的改观，使得图书馆借阅环境和阅览空间紧张，同时对门厅进行改造，安装了RFID项目的安全门禁系统及电子大屏幕，充分利用图书馆有限的馆舍面积，提升了图书馆的整体形象，同时改善了图书馆愉悦的学习环境、温馨的文化氛围和浓厚的人文气息，为RFID项目的实施提供基础。 2.2 图书馆文献资源结构的调整 2.2.1 首先对改造后的图书馆馆藏文献进行馆藏结构调整 图书馆馆员对各个时代的文献资源进行甄别，部分脱离时展的旧观念、旧知识、旧技术以及部分老化、破损、低借阅率的图书文献进行剔旧处理。调整初期遵循图书馆文献剔旧工作的原则和规律，从该馆整体馆藏文献的针对性、完整性、系统性、未来发展等方面综合考虑，本着藏以致用，高效服务，发挥馆藏功能，满足读者需求的原则，以及保持该馆馆藏文献体系的完整性、科学性，馆藏的专业性与任务相一致的原则，对原有馆藏文献保留了各个时期具有经典性、代表性的著作，摒弃过时、陈旧的内容和学术观点，增强藏书活力和利用率，节约藏书空间，保证馆藏文献有效地反映最新知识和科技成果。 农大图书馆是学校教学、科研的信息服务中心，具有符合学校教学、科研发展的馆藏文献特色。在长期的图书馆馆藏文献建设中，突出与学校专业发展相适应的馆藏文献的收藏；有超前服务的藏书思想，对于一些与学校专业设置相关的领域以及专业拓展的书籍，图书馆馆员要有能力做出判断，在藏书剔旧过程中，对于非专业性图书的剔除从宽处置，一般普及性图书及发展较快的应用科学图书，保存期可以短些，而对于专业性图书的剔除要从严处置，避免造成文献的流失。并在工作过程中按照该馆文献剔旧工作统一的标准执行，如，内容陈旧，不宜久藏的图书；复本量过多，长期压架无人利用的图书；破损的、质量低劣的图书；专业不对口的图书，图书馆馆员根据该馆读者需求、馆藏特色对部分图书进行剔旧，同时设置密集书库。对尚有一定参考、利用价值的书刊，做下架处理，移至密集书库，并在自动化系统中，标明此书在密集库，以供少数读者查阅。这样既保留了馆藏资源，又使得馆藏资源不流失。优化了馆藏结构。 2.2.2 对剔旧后的图书文献资源进行数据结构调整，以适应图书馆RFID技术的应用 对于原有图书馆馆藏结构进行了全面调整，按照图书馆RFID智能管理系统的要求，图书馆将实行开放式、一门式服务，根据改造后图书馆馆舍的实际情况，对原图书馆各书库、阅览室的图书、期刊文献资源进行调整、合并，按照大类分别放置，保存了原有工具书库，将其与过期期刊合并存放成为综合借阅室，而现刊则根据图书按照大类归属于各个书库，形成了以第一和第二自然科学借阅室，以及第一和第二社会科学借阅室和综合借阅室为基础的开放式服务模式，满足了图书馆RFID智能管理系统借阅模式的需求。 山东农业大学选用的是远望谷集团公司的图书馆RFID智能管理系统，必须通过标签转换系统将RFID唯一识别信息与图书唯一条形码信息实施绑定，并将RFID技术与现有图书馆管理系统（ILAS）挂接，实现对图书、读者详细信息的访问，从而将RFID技术集成到现有图书馆管理（ILAS）系统中，实现与现有图书管理软件（ILAS）的无缝链接。因此，图书馆需将调整合并后的图书馆文献资源进行加工、整理，对缺失书标的图书补贴书标，有利于顺架工作的开展，将完成调整的图书由原来的馆藏地点转换到新的馆藏地点，即转馆藏，对每一本图示进行夹芯片（RFID电子标签）工作，并通过标签转换装置将数据信息转换到芯片（RFID电子标签）上，就是转数据，这些工作的顺利完成使图书馆原有的条形码借阅模式改为图书芯片借阅模式，为RFID技术在图书馆的应用提供了基础保障。 3 图书馆实施RFID智能管理系统的体会 山东农业大学校本部图书馆实施RFID图书馆智能管理系统，安装声光报警系统以及视频监控系统，极大地提高了图书馆的安防能力，改变了借阅模式和管理模式，由独立分散管理变为开放式统一管理，由各独立个库室变为藏借阅合一的借阅模式，增加阅览桌椅，增加馆藏面积，优化馆藏结构，提高馆藏质量，增强读者的自由度，实现了图书精确定位，便于读者快速查找，自助借还模式方便读者借阅，提高馆员服务水平。为便于整个图书馆的统一管理，建议南校区图书馆可以实施RFID系统，实现图书馆统一借阅模式、统一管理模式，方便读者利用图书馆，提高图书利用率，节约图书馆馆舍，提高馆藏数量和质量，提升图书馆的服务水平。 4 结语 图书馆RFID智能管理系统的顺利实施，简化了读者借还图书的手续，改变了图书借还流程，变手工借还为自助借还，改进了图书馆读者服务质量，缩短了图书流通周期，提高了图书的流通率；为图书馆员提供了全新的盘点模式，即利用移动式或手提式盘点系统，对所需盘点图书的书架进行扫描，通过无线网络传输将数据录入数据库，快速地完成图书盘点，极大地降低了图书馆馆员的劳动强度；RFID安全门系统实现零误报避免读者与馆员之间的矛盾，管理更加人性化，安全系数大大提高；同时RFID馆员工作站打造一体化的图书管理系统，极大地减轻了图书馆员在藏书管理和流通服务上的劳动强度，提高了图书馆的服务水平。 智能农业论文:农业机器人智能充电系统设计 摘 要： 针对农业机器人的充电现状，设计了基于PIC16F887和UCC3895的农业机器人智能充电系统。该系统采用UCC3895对全桥变换器进行移相控制，在较宽范围内实现了软开关。采用单片机PIC16F887控制充电电路的启停以及实现过压、欠压、过流保护，并对充电过程进行了实时管理，将充电数据进行实时显示并向上位机传输保存。实验证明，充电系统功能完善、性能稳定、充电快速、功耗低。 关键词： 农业机器人； ZVS； UCC3895； PIC16F887； 充电控制 0 引 言 中国作为一个农业大国，农业生产的规模化和精准化是现代化农业水平的重要标志。农业机器人在改善农民劳动环境、降低农民劳动强度和提高劳动效率等方面具有重要意义，尤其在育苗、采摘、灌溉、收获等方面得到了一定程度的应用 [1?2]。因此国家已把农业机器人技术及其应用列为农业工程领域的重点研发对象之一。但农业机器人技术在推广过程中受到了时间和空间的限制，其主要原因就是机器人动力源问题。因此作为机器人动力源的蓄电池以及能量补给的充电系统就显得尤为重要[3]。调查表明，现在的蓄电池由于充电设备落后、充电方法不当导致其使用寿命只有2～3年，远低于其设计指标10～15年的要求，既增加了使用成本又造成了资源的极大浪费。 目前，一般的蓄电池充电系统完成一次充电需要8～12 h，显然无法满足机器人对充电系统的要求以及生产的需要。因此设计一种快速、高效和安全的智能充电系统是农业机器人技术得到大力发展的重要前提。本文以80 V机器人车载铅酸蓄电池为研究对象，设计了基于UCC3895和PIC16F887的充电系统，此系统实现了充电过程的高效、快速、稳定并具有充电过程管理功能。 1 充电系统总体设计 为了做到高效快速的充电，又能实时掌握整个充电过程电池的状态，充电系统由两个模块组成：上位机监控管理模块和下位机充电模块。系统的总体设计框图如图1所示。 本系统的核心是充电模块，主要由充电主电路和控制电路组成。充电主电路由输入整流滤波、DC/DC变换器、输出整流滤波三部分组成；控制电路由UCC3895控制芯片、单片机PIC16F887、检测电路和外围电路组成。系统通过检测充电电压和充电电流实现电压、电流的闭环控制；上位机监控管理模块完成与单片机的通信，实现对充电电压、电流以及电池温度等数据的显示保存，并为后期系统功能的改进提供数据支持。 2 硬件电路设计 2.1 充电主电路的设计 三相交流电经输入滤波、整流后得到直流电压，该直流电压又作为DC/AC逆变器的母线输入。经DC/AC逆变器变换后得到高频脉冲电压，再由高频变压器进行隔离变换，经过输出整流滤波得到充电所需的直流电压。 本文采用ZVS移相全桥变换器作为逆变器，其工作波形[4]如图2所示。其主电路拓扑是利用开关管的输出电容或外接并联电容与变压器自身的漏感或原边串联电感进行谐振，谐振电感储存的能量向电容[C1～C4]释放，使开关管两端电压下降到零并使反向并联二极管导通，由此实现开关管零电压开通和关断。系统选用IGBT模块作为开关器件，为了减小大电压和大电流对IGBT的冲击，设计了RC吸收电路[5]。 2.2 充电控制电路设计 2.2.1 检测及信号处理电路设计 输入检测电路主要负责采集母线电压与电流信号。信号处理电路1将此模拟信号进行变换送入UCC3895的CS端，实现对全桥变换器滞后臂驱动信号占空比的控制；并将其变换后送入PIC16F887的A/D输入端，实现对充电主电路的过压、欠压和过流保护。输出检测电路[6]主要负责采集充电电压、电流、温度信号，信号处理电路2将得到的模拟信号进行变换后送入UCC3895，实现对IGBT驱动信号占空比和相位差的控制；并也将其送入PIC16F887的A/D输入端，实现对充电主电路的启停、显示和报警控制。 2.2.2 UCC3895控制电路设计 本文选取UCC3895作为全桥变换器的移相控制芯片[7]。UCC3895芯片是Texas Instruments 公司生产的专用PWM移相全桥变换器新型控制芯片。该芯片在UCC3875的基础上增加了PWM软关断能力与自适应死区设置功能，能够适应负载变化时不同准谐振条件下的软开关要求。UCC3895采用低功耗的BICMOS工艺，其工作频率、效率、可靠性得到大幅度提高。通过连接不同的外围电路，使其电压工作模式和电流工作模式可以进行切换，并且软启动/软停止可按要求进行调节。 UCC3895主要功能是实现闭环控制。母线电流经检测和变换后送至UCC3895的CS端，如果母线电流增大，CS电压升高形成斜波信号，该信号与UCC3895的CT引脚产生的锯齿信号比较后送UCC3895进行计算，输出可改变占空比的滞后臂驱动信号。如果母线电流瞬间增大，使CS引脚的电压超过2.5 V，UCC3895就会关断PWM输出。从而防止过流烧毁IGBT器件。 UCC3895还内置了可以调节PWM输出占空比的误差放大器EA，它在UCC3895上有3个端口：EAP端pEAN端和EAOUT端。当EAOUT端输出小于500 mV时，UCC3895停止PWM输出，当EAOUT端输出大于600 mV时，恢复PWM占空比调节功能。在本设计中，误差放大器EAN和EAOUT接成跟随电路，将充电电压、电流信号经检测和变换后送至UCC3895误差放大器EAP端，当充电电压或电流大于给定值时，EAP电压减小，导致EAOUT电压下降，UCC3895自动增加超前臂和滞后臂驱动信号的相位差。UCC3895控制框图如图3所示。 2.2.3 单片机控制电路设计 本文选用美国微芯科技公司生产的PIC16F887单片机作为充电系统控制芯片[8?9]。PIC16F887自带A/D转换功能，将检测电路采集的充电电压、电流和温度转换成数字量，通过程序控制IGBT驱动信号的占空比，并把数据进行显示的同时传给PC机进行存储。将采集的母线电流、电压信号变换成数字量，通过程序完成主电路的过压、欠压和过流保护。 2.3 通信接口电路设计 由于单片机与上位机的接口电平不同，因此通信电路采用RS 232总线技术和美信MAX232转换芯片，既实现了20 m左右的异步通信，又实现了充电过程中蓄电池的充电电压、电流和温度等信息的保存。上位机与下位机通信RS 232接口电路如图4所示。 3 系统软件设计 3.1 单片机控制程序设计 充电系统以硬件电路为基础[10]，通过程序控制完成了预充电、大电流恒流充电、恒压充电、小电流恒流充电和涓流充电五个充电阶段，充电程序控制流程如图5所示。 3.2 人机交互界面软件设计 充电系统上位机人机交互界面以VC作为开发工具。通过模块化划分管理，设置了登陆、电池充电状态、充电数据、打印记录等菜单。用户可以清晰地掌握蓄电池的充电状态、充电电压、充电电流、温度等信息。 4 试验结果分析 通过不断的计算和调试，使电路参数设计达到了最优。图6和图7表明轻载时超前臂和滞后臂的IGBT都实现了ZVS，大大降低了充电电路的功率损耗，提高了充电效率。 5 结 论 本文设计了农业机器人充电系统的主电路和控制电路，编写了相关控制程序，实现了五阶段智能充电。系统硬件设计采用UCC3895和PIC16F887对全桥变换器进行移相控制，实现了IGBT模块的ZVS，大大降低了功率损耗。实验证明，此充电系统结构简单，充电快速，充电效率高，功能完善，具有广阔的应用前景。 智能农业论文:基于ZigBee与GPRS的智能农业传感节点的设计 【摘要】 本文设计了一个可以远程采集农业大棚中光照强度、空气温湿度以及土壤温湿度的智能农业传感节点。本设计通过使用CC2530芯片和SIM600A芯片，将ZigBee协议与GPRS协议相结合，使得传感节点同时兼具终端节点和中继节点双重功能。经过测试，本设计具有采样精度高、组网快、组装方便等特点。 【关键词】 CC2530 ZigBee 智能农业 传感节点 GPRS 一、引言 现代社会早已进入信息化的时代，物联网技术正在逐渐向工业、商业、医药卫生、交通、农业等领域渗透。同时，具有无线传感、远程控制、自动组网及智能计算的传感网络极大地方便了人们的生产与生活。调查显示，我国目前的农业智能化普及率只有不到1%，但是市场需求年增长接近50%，由此可见智能农业还有极大的发展空间。本文设计了一种基于CC2530芯片的智能农业传感节点，通过使用低功耗、可灵活组网的ZigBee技术以及可以连接互联网的GSM技术实现了远程采集农业大棚里的光照强度、空气温度、空气湿度、土壤温度和土壤湿度的功能。传感节点采用低功耗设计，成本低廉，可以轻松地推广。 二、原理与结构 本文设计的智能农业传感网络节点需要实现环境传感和无线传输两大功能。环境传感既采集农业大棚里的环境光照强度、空气温湿度以及土壤温湿度。无线传输上，本文设计的节点能够实现终端节点和中继节点两种角色。终端节点只能采集数据并发送给中继节点，而中继节点不仅保留采集数据的功能，还可以汇集终端节点传来的数据，并通过GSM模块将数据传送到互联网服务器。此外，本设计的节点还可以通过显示屏实时显示采集的结果。主控制器采用低功耗的MSP430芯片。整个系统由5V电源适配器通过DC005接口直接接入供电。图1中给出了本设计无线智能农业节点的结构原理图。 三、系统硬件设计 3.1环境物理量传感器模块 图2 SHT11与主控制器通信电路示意图 空气温湿度采用瑞士进口的SHT11芯片进行测量，该芯片温湿度反应灵敏、误差小、各项指标均高于国产DHT22等温湿度模块。资料给出，该芯片的湿度测量范围在0～100%RH，温度测量范围为-40～+123.8℃，其中湿度测量精度为 ±3%RH，温度测量精度只有±0.4℃。此外，该芯片还具有响应时间快及低功耗的优势。图2为该芯片与主控制器之间的通信电路示意图。 由于其具有可完全浸没的特点，故土壤传感器我们也使用了SHT11作为主要芯片，并采用了铜粉烧结技术制作了外壳，用铜合金粉末高温烧结而成，过滤精度高，透气性好。 光照传感器我们则采用了环境光传感器BH1750，能够直接通过光度计来测量环境光照强度，其量程为1～65535流明（注：光通量的单位）。图3给出了BH1750芯片的电路原理图。光照强度计算可以通过公式1表示： L=COD/（1.2*ε*R） （1） 其中，L为实际值，CODE为测量值，ε为透光率，R为高精度模式2调整值。 3.2基于CC2530的无线传感模块 节点间通信采用TI的CC2530解决方案，它是一种集成了ZigBee协议栈与增强型8050内核的无线通信芯片。该芯片采用ZigBee通信协议，可以通过实际情况配制成路由节点或者广播节点。本设计在主控MCU内部完成中继节点和终端节点的区分，终端节点将CC2530无线通信模块配置为广播模式，做为一个节点，每一组约3-6个节点。其中包括一个中继节点，配置成中继节点的传感节点，每个节点都有独立的数据采集能力。不同的是，普通节点采集数据后将数据通过CC2530发送出去，而中继节点则将收到的数据存入自己的内存之中，在适合的时机下通过GPRS协议将数据传送到互联网服务器。 3.3基于SIM900A的GPRS模块 节点与远程服务器的通信采用SIM900A模块，内部集成了GPRS功能，芯片与主控制器之间采用AT指令进行通信。本设计通过使用SIM900A模块的GPRS协议将数据传送到指定服务器中。 四、系统软件设计 本文设计的传感节点将实现无线组网及中继通信功能，此外还将采用低功耗设计。系统开机后将首先判断自己的配置是终端节点还是中继节点。如果是中继节点则进入休眠模式，由时钟定时1分钟唤醒一次。当程序唤醒时将分别采集光照强度、空气及土壤温湿度存储到部内部存储器中，同时将数据发送给中继节点。所有功能完成后再次进入休眠模式，等待下一次唤醒。此外，主控制器还可以通过外部按键唤醒，唤醒后可以在15s内持续显示各项环境参数。作为中继节点的设备将始终保持正常运行状态，收到的终端节点的数据将保存在存储器内，一旦收到服务器的查询指令即可立刻将数据传送到互联网服务器。程序流程见图4所示。 五、系统测试 本设计经过测试，可以发现各项功能运行状态良好，采集的光照强度，空气温湿度以及土壤温湿度均保持在误差较少的范围之内。无线组网功能可靠性高，组网速度快。最终成果见图5所示。 六、结论 本文根据现有的农业发展状况以及智能农业发展现状进行分析，提出了一种设备装配简单，可自主组网、远程检测农业大棚内光照、空气温湿度及土壤温湿度的智能农业传感节点产品。通过测试，本设计具有低功耗、传感精度高、可快速组网并与互联网服务器通信等优势，系统运行可靠性高。 智能农业论文:用于农业生产环境监测系统的智能传感器节点设计 摘 要 本文实现了一种低成本、多参数、分布式、自组织的三层农业物联网架构，能够实现高速率远程接入和信息共享的农产品生产环境监测。本文描述了该系统的整体架构设计和智能节点设计方案，实现了对农业生产环境的无人值守监测功能。 【关键词】农业物联网 智能节点 环境监测系统 农业生产环境的监测由于农业生产的范围大、气候和环境多变，需要监测内容较多，一直是困扰农业物联网技术广泛应用的技术难题。 基于智能传感器技术和物联网技术的综合农业生产环境监测技术是农业物联网技术实施的技术基础和重要应用。农业生产环境涉及到气候、农作物及其生产环境的众多方面，需要的观测量众多，各观测量所采用的传感器技术、变送器方法各不相同，而且在分布范围广和监测时间较长的情况下，智能传感节点的设计需要综合考虑安装环境、网络连接、可用时间等众多因素，设计一种能够适用于多种节点类型，分布式布局、自组织网络的农业物联网系统，首先需要在网络架构上采用灵活部署和分布式的物联网架构，然后是分布式的智能节点设计。具体监测的参数包括大气条件、土壤情况、病虫害和农作物生长形态等。 基于农业物联网技术的农业生产环境监测系统网络，可以实现农业生产的基础数据采集和存储，通过无线传感器网络构成的无人值守的自组网结构，可以准确感知农业生产环境信息和作物信息。 本文介绍了一种基于农业物联网网络架构的智能节点设计方案，可实现农产品生产环境监测。该环境监测系统采用分布式的智能传感器现场布局，这些传感器节点可以准确感知农业生产环境信息和作物信息，通过自组织的Zigbee网络，连接到上层的智能网关，组建农业生产信息基础数据库，利用数据库的共享功能，用户可远程访问数据库，获取需要的信息，指导农业生产过程。 1 农业物联网系统网络架构设计 农产品生产环境监测系统将Zigbee传感器网络与3G/4G 网络融合并接入互联网，系统采用三层结构设计：感知节点层、网络传输层和业务应用层。感知节点层由众多分布式部署的感知节点组成，节点能够搭载多个标量及多媒体传感器节点，在读取农业环境信息的同时，还能够自组织构成可自愈的高效无线数据传输网络，与上层的网关节点保持通信；网络传输层的主要设备是智能农业网关，有能够收集下层感知节点的ZigBee主节点模块和向上与互联网连接的3G /4G无线传输模块；业务应用层的数据中心包括农业基础信息数据库和 Web服务器，农业基础信息数据库负责数据保存，Web服务器负责向互联网信息。系统的工作过程如下：智能感知节点主动构成自组织的无线传感器网络，数据融合后与智能网关进行数据传输，智能网关在保存数据内容后，再通过3G/4G网络向使用者提供互联网服务，然后定期将数据上传给上级监管部门的数据服务器；上级监管部门或农业指导部门可以根据数据内容形成报告提供给农业从员者；各类用户可通过互联网终端访问该系统，查询感兴趣的农业环境参数，如有可能，还可对部分可控节点进行控制操作。 网络传输层的无线传感器网络采用类似于ZigBee的协议，智能农业网关通过ZigBee网络与多个节点或路由器相连，构成一个星形网络。 在网络接入协议的选择上，系统可根据环境要求和应用需要，自主切换到无线WIFI或3G/4G网络，并在节能需要的情况下关闭网络开关，形成速率自适应和节能的网络接入。 2 感知层的ZigBee智能感知节点设计 智能感知节点作为整个监测系统的信息采集源头，能够为整个系统提供完整和准确的数据。节点能实时采集农业生产相关的环境信息与作物信息，并且能够通过集成多种传感器，搭建一个自组织的ZigBee网络。其中的传感器种类，包括大气条件、气象信息、土壤湿度、水环境PH值等标量数据传感器，以及为农业生产者提供直观影像的图像传感器（摄像头）。经由节点采集的数据首先在节点处进行数据处理，然后经由ZigBee网络汇聚到网络区域内的智能网关。 考虑到各类传感器节点的能耗、购买成本、覆盖范围以及传输距离的限制，如摄像头的能耗较大、价钱相对较贵，可以覆盖较大范围，一个监测区域内安放一个摄像头就可以满足应用的要求。因此不必在同一监测区域内的节点上都采用同样的设计结构，可以分别连接不同的传感器连接网关。 3 结论 本文设计实现了一种基于物联网三层结构的农产品生产环境监测系统，该系统利用可灵活部署的智能节点实现了分布式的传感网络总局，实现了对农业生产现场的环境监测和基础农业数据采集。具体采用了自组织的Zigbee网络将广泛分布在农业现场的各类农业生产数据组织在一起，利用网络传送到智能网关给农业从业人员使用。系统重点解决了在分布式环境下对于智能节点的可靠性可用性设计、冗余数据的融合处理和网络的自组织问题，是农业物联网技术的一次成功应用。 智能农业论文:浅析智能仪表系统在农业电气自动化中的应用 摘 要：智能仪表系统现已经在农业中得到了应用，尽管目前应用并不广泛，但却足以证明智能仪表在农业中拥有着巨大的潜力。我国现阶段正在进行着新农村建设，智能仪表系统在农业电气自动化中的应用，无疑为新农村建设提供了科技基础。本文首先对智能仪表系统的工作原理进行了介绍，其次对智能仪表系统的功能特点进行了概述，最后探讨了其在农业中的应用，希望能够为我国农业发展提供借鉴。 关键词：智能仪表系统；农业；电气自动化；应用 由于科技的发展进步，仪表系统越来越向着智能化的方向发展，尤其是测量控制仪表系统发展十分突出。现如今，智能化测量控制仪表种类已经非常多，比如流量计、温度仪、调节器等都已经实现了智能化。这些智能化仪表系统的发展，为我国农业的发展起到了积极的作用。农户借助智能仪表系统，可以对农作物进行自动化的控制，以此提高农作物的产量以及质量。 1 智能仪表系统的工作原理 智能仪表系统要想在农业电气自动化中达到彻底的应用，有关人员必须对其工作原理完全了解，依据其工作原理，将其恰当好处的应用在农业中。传感器是智能仪表系统中不可或缺的一部分，其可以说是该系统的心脏。传感器拾取被测参量的信息，并转换成电信号，经滤波去除干扰后送入多路模拟开关。由单片机逐路选通模拟开关，将各输入通道的信号逐一送入程控增益放大器，放大后的信号经A/D转换器转换成相应的脉冲信号后送入单片机中。单片机根据仪器所设定的初值进行相应的数据运算和处理。运算的结果被转换为相应的数据进行显示和打印；同时，单片机把运算结果与存储于片内或EEPROM（电可擦除存贮器）内的设定参数进行运算比较后，根据运算结果和控制要求，输出相应的控制信号。 2 智能仪表系统的功能优势 2.1 能够进行自动化操作。智能仪表系统应用在农业中，使得农业生产逐渐的摆脱了人类劳动，农户可以从土地中解放出来，去从事其他方面的工作。农业自动化是现代化的典型标志，因此智能仪表系统的应用是我国农业走向现代化的重要表现。智能仪表系统每一个测量环节，都是微控制器进行操作，因此每个测量环节都是自动化。 2.2 能够进行自测。智能仪表系统的自测功能有比较多，比如能够自动凋零、自动诊断、自动检验等。如果系统出现了异常情况，系统会进行自动检测，将故障部位查找出来，如果系统十分高级，甚至能够诊断出故障原因。此种功能可以在仪表启动时就发挥作用，在仪表运行过程中也能够发挥作用，因此不必再派专门的人员进行监控。系统运行期间发生故障，自会发出警报，诊断出故障部位，这对检查人员来说，十分方便。 2.3 能够进行数据处理。这是智能仪表系统最为显著的特点。因为绝大多数智能仪表系统应用的是单片机或者是微控制器，这样如果某些问题硬件逻辑难以解决，软件系统可以解决。比如数字万用表基本不具备处理数据功能，只能进行电流、电压测量，而智能仪表系统中的万能表，除了能够测量数据外，还能够对测量结果进行数据处理，比如取平均值、统计分等。这使得用户不必为自己进行数据处理，同时也确保仪器测量精度。 2.4 能够进行人际对话。智能仪表系统能够进行人机对话，这使得人们只要输入相关的数据信息，就能够找到相应的信息，以便能够及时采取对策。智能仪表系统应用的是键盘，其与传统的切换开关相比，更加的方便灵活，工作人员只需要掌握键盘输入命令，即可进行测量。另外，智能仪表系统还能够将数据信息处理结果报告给操作人员，操作人员通过显示屏即可了解数据信息，这样仪表操作不仅方便，还具有直观性。 2.5 能够进行可程控操作。因其具备这一功能，所以才得到了广大农业研究者的欢迎。现代智能仪表系统绝大多数都有通信接口，比如GPIB、RS485等，这样系统能够与PC机或者是其他仪器设备连接起来，构成完整的测量系统，该系统功能更加齐全，能够对复杂任务进行测试。 3 智能仪表系统在农业中的应用 随着智能仪器以及农业现代化的发展，智能仪表系统逐渐走入农业产业化中，更好的为农业产业化做贡献，其中TFW-VIII型智能化农业环境监测仪得到了广泛的应用。TFW-VIII型智能化农业环境监测仪是一种综合性能较全、测量精度较高、操作较简单的一种智能化农业及生态环境实用的测量仪器，可以对土壤、水和空气进行现场监测。该仪器内设置了GPS全球卫星定位装置，可以对测试地点的方位（经纬度）和海拔高度有较准确的测定。在土壤方面，它能较精确地测试土壤内的氮、磷、钾和有机质的含量，可以对土壤中的酸碱度（pH）值、盐分（电导）、其他微量元素和地层温度进行测量，对土壤的容积含水量进行现场速测，还可以对化肥进行检测。在水质测试方面，可以测试水中的溶解氧、水的浊度、温度、pH值和水的电导率。除此以外，还能对测点空气的温度和湿度进行实时在线监测。该仪器是一部数字化的智能型仪器，不仅设制了操作菜单、数据存储和打印，还可以与计算机实现联网，能最大限度满足使用者对被测物数据的测试、记录和存储的要求，是土肥站、农科所及相关农业环境监测部门首选的仪器之一。 4 智能仪表系统的优化 4.1 测量精度的提高 在智能仪表设计时，以测量精度作为主要的参数之一，为了提高仪表的测量精度，一般除了选择性能好和精度高的元器件外，同时也可以利用微处理器对测量数据进行加工与处理，以减少测量过程中产生的随机误差和系统误差。 4.2 系统的低功耗设计 高效率，低耗能是每个仪器的最终目标。智能仪表系统的低功耗设计是系统优化设计的一个重要方面。在低功耗设计时，应重点考虑以下几个方面：一是可选用CMOS集成电路，这是由于CMOS电路具有功耗低、抗干扰能力强和工作温度范围宽等特点；二是系统功耗和系统供电电压存在着一定的关系，一般来说，供电电压越高，系统功耗越大，因此低功耗单片微机系统应尽量采用低电压供电，这样既能减少系统功耗，又有利于电池供电。 结束语 综上所述，可知对智能仪表系统在农业电气自动化中的应用进行研究十分必要。农业作为我国第一大产业，其发展直接关系到我国国民经济的发展，也关系到农民的生活水平。智能仪表系统在农业中的应用，能够促进我国农业尽早的实现现代化，尽管目前，该系统并不完善，甚至有诸多不足之处，但是将其应用在农业电气自动化中是农业发展的必然。随着使得的发展，智能仪表系统会成为农户日常中不可缺少的设备，也是我国农业研究者重点研究的对象。 智能农业论文:基于yeelink网络平台的智能农业远程控制 民以食为天，农业的发展一直是社会发展与进步的基础，利用现代传感器技术可以使人们更有效地调整和控制大棚农作物生长的环境，从而达到提高农作物的产量，有效地利用资源，缩短农作物的生长周期的目的。而针对传统远程监控系统不能历史数据存储以及需要固定外网IP地址的瓶颈，从而设计了基于yeelink云存储的远程大棚监控器，文章详细介绍了系统组成，工作原理，以及实验结果。实验结果表明，该装置组网简单，使用方便，结果精确。 【关键词】农业 网络平台 智能控制 单片机 1 系统控制要求 远程控制界面使用4个虚拟按键（电灯控制器、电热丝开关、移动天窗开关、喷滴灌系统开关）用于远程控制；使用光照传感器、温度传感器、湿度传感器、土壤传感器、烟雾传感器对环境进行数据测试并且通过W5100发送到yeelink网络平台；数据带有临界报警功能。 2 系统方案 以arduino单片机为控制器，以W5100网络模块为核心，单片机的I/0直接与W5100网络模块通信，系统在程序的的控制下，按照网络yeelink协议把数据循环排队传到yeelink云存储上或下载到单片机上，方便用户实时查看过去任何一段时间的数据和控制单片机进行相应的处理。 3 工作原理 远程环境监控器是一款基于yeelink网络平台的数据云存储，它是以 arduino单片机为处理核心，通过各种传感器探测环境数据，并且通过w5100网络模块接入互联网，通过循环排队等候的方式源源不断把数据发到yeelink网络平台上和把yeelink网络平台上的数据接受到单片机上面，方便用户实时查看过去任何一段时间的数据和控制单片机进行相应的处理。 4 硬件设计 采用光照传感器、温度传感器、湿度传感器、土壤传感器、烟雾传感器作为数据采集点，然后通过arduino单片机进行处理，把数据通过W5100网络模块发送到yeelink云存储平台 5 软件设计 到yeelink官网免费申请帐号，通过帐号申请ID号码，如果没有外网IP，则把路由器设计成自动获取IP地址，并且在程序里面改成自动获取IP地址。 6 远程电脑网页监控 如图1所示。 7 远程手机监控 如图2所示。 8 结论 采用yeelink网络平台实现农业现代化管理，有效提高农业生产效率和大大降低农民的工作量，将大量的传感器节点构成监控网络， 通过各种传感器采集信息， 以帮助农民及时发现问题， 并且准确地确定发生问题的位置， 这样农业将逐渐地从以人力为中心、依赖于孤立机械的生产模式转向以信息和软件为中心的生产模式，从而大量使用各种自动化、智能化、远程控制的生产设备。一场农业科技革命的浪潮正在席卷中国大地：越来越多的人放弃了传统耕作模式，开始用传感器与农作物进行“交流”，成为智慧农业时代的“新农人”。这就是设计基于yeelink网络平台的智能农业远程控制价值所在。 作者单位 邵阳学院 湖南省邵阳市 422000 智能农业论文:农业智能节水灌溉系统的设计分析 摘 要：我国是一个农业大国，然而我国水资源非常缺乏，这就阻碍了农业的发展。农业灌溉所需要的水资源非常多，而现阶段我国农业灌溉技术相对落后，这就造成了在农业灌溉中水资源得到了大量的浪费。随着我国科学技术的发展，人们开始重视农业生产，将一系列的先进技术引入到农业生产中，其中在农业灌溉中充分利用计算机技术和信息技术，设计出了各种不同类型的智能化节水灌溉系统，这不但节约了大量的水资源，还使得农作物的灌溉更加科学合理，提高农作物的产率。文章简要分析了农业智能节水灌溉系统的设计方案，希望能给读者一些帮助。 关键词：农业灌溉；智能节水；设计分析；单片机 目前，农业智能节水灌溉系统主要是把AT89C52单片机作为主控芯片，而外围又是有多个传感器以及电路共同组成，主要包括：湿度传感器、超限警报电路、数据处理电路和LED动态显示电路等。该智能节水灌溉系统主要是通过由湿度传感器监测土壤的湿度，然后将湿度值报告给单片机，单片机再根据预先设定的湿度值控制其它系统对土壤输送水分，待达到规定的湿度值后，系统则自动停止补充水分，让土壤始终保持最合适的湿度，进而促进农作物的快速生长。 1 智能节水灌溉系统的整体设计 智能节水灌溉系统是把型号为AT89C52的单片机作为系统的主控芯片，在土壤中安装多个湿度传感器，由它来监测土壤中水分含量。当土壤中含量低于标准值时，湿度传感器则将这个信息转化成电流信号，再通过信号处理电路进行一系列的处理后就变成了可用的电压模拟性信号，然后通过A/D转换器将它转化为数字信号，直接传输到主控芯片单片机中，单片机就对整个系统进行合理地调控，在数码管上会显示出湿度值。一旦湿度值发生了变化，该智能节水灌溉系统就会自动控制水泵开关。农业智能节水灌溉系统结构框图如图1所示： 图1 智能节水灌溉系统结构图 2 单片机的最小系统 AT89C52单片机具有功耗低、性能高的优点，在农业智能节水灌溉系统中得到较为普遍的应用。该单片机在工作时的额定电压为5V，在单片机的内部存在一个256B的RAM和一个8kB的PEROM，这就保证单片机能够与标准MCS-51指令系统共同控制运作，这主要是运用了由ATMEL公司研制出的高密度生产技术和非易失性存储技术，在单片机内部还分布着Flash存储单元和8位CPU，芯片为40个引脚，这就包括了32个外部双向I/O口、2个全双工串行通信口、2个外部中端口、2个16为可编程定时计数器。该芯片不仅能够实现常规编程，还能够实现在线编程，依靠可反复擦写的Flash存储器与MCU将其有机结合，这就直接使得芯片的灵活性得到大幅度提升，还减少了系统的制造成本。 3 时钟电路 单片机的内部结构从根本上分析也即是同步时序逻辑电路，其核心就是时钟电路，主要依赖于时钟信号对时序逻辑系统进行有效控制，并且CPU具备的不同种指令功能即是在由时序单路生成的时钟信号控制下逐一实现的。其中，MCS-51型号的单片机中所含有的时钟信号可以分为两种方式：通过外部电路生成；通过单片机内部的振荡电路生成。 4 复位电路 为了确保CPU与其它相关的功能部件均可以从某个确定的状态开始工作，因此，单片机在每一个开机时都必须重新复位，此时，复位电路就起到了关键作用。复位电路一般分为按键复位和上电复位等形式。在对MCS-51型号的单片机进行复位时，主要是由外部复位电路来完成，其工作原理为：当按下按钮之后，就使得RC电路进行充电，且RESET端发生高电平，此时只要将高电平始终维持在10ms以上，即可完成单片机的复位工作。 5 数据采集处理电路 由传感器监测到的模拟信号是非常微弱的，并且此时存在很多干扰信号，所以信号在传输到主控芯片之间就必须通过滤波、信号放大以及模数转换等步骤。该智能节水灌溉系统通过运算放大器U2、U3把信号进一步放大，进而能适应之后A/D转换器的工作要求。 ADC0809主要包括一个A/D转换器、一个8通道模拟开关、一个三态输出锁存器和一个地址译码锁存器等，该数据采集处理系统可以同时允许8个模拟信号传输，并实现A/D转换器的转换共享。 6 LED显示系统电路 在采用单片机的系统中，一般所采用到的显示器件包括数码管和显示器。这两种器件具备的优势十分明显，包括价格便宜、配置容易、与主控芯片接口简便等。可以在农业智能节水灌溉系统中采用共阴极数码管，实现动态显示。把数码管的LED的引出端与单片机I/O口的8位线进行连接，调节共阴极数码管的高电平使之有效，再选择8位并行输出端，则就可以在LED显示器上实时显示不同的数值。 7 超限警报电路 如果该智能节水灌溉系统的运行环境超出预置的范围，就需要设置一个超限警报电路来提醒使用者，以便及时采取有效措施加以解决，现今普遍采用的报警电路主要包括：蜂鸣报警、闪光报警及语音报警等。例如，采用语音报警装置，则一般选择采用1SD1420型号的语音报警芯片，由A/D转换器传出的数字信号经过主控芯片的P0接口输送到主控芯片内，然后由主控芯片对信号进行智能化处理并与配置值作对比。如果比预置值要小，那么P2.1口将会输出低电平，单片机就会控制语音芯片发出报警信号；反之，那么P2.1口将会输出高电平，系统不会出现语音报警信号，则系统运行正常。 8 结束语 本文简要介绍了农业智能节水灌溉系统设计组成，这体现了自动化技术在我国农业灌溉中的有效应用，同时也体现了我国农业科技水平的显著提高。而目前，我国农业灌溉的智能化水平在整体上看来偏低，这需要国家农业部门进一步加大农业智能化研发力度，在农田灌溉方面设计出高度智能化、自动化的供水系统，既能节约大量的水资源，还能促进农作物快速成长。 智能农业论文:农业节水灌溉智能控制及信息化系统的研究与推广 【摘 要】介绍了一种适用于广大农村推广使用的节水灌溉信息化系统。只监测用电量就实现了对水量使用的有效控制，控制器内存储的灌溉记录极大地便捷了各级管理部门的工作。结合北京市多个实际项目的实施及售后经验总结，通过对几款不同特色信息化系统的优缺点分析，文章最后对该系统的推广与发展趋势进行了探讨。 【关键词】节水灌溉；无线通信；信息化管理；水电计量 1 技术背景 随着电子技术及信息化的飞速发展，计算机控制与管理技术的运用已广泛深入到各个领域。智能灌溉控制器，是为了提高灌溉效率并实现信息化智能管理而发展起来的一款电子产品。考虑中国土壤面积广、人多、地形复杂以及人文特点，绝大部分的土地无法实现智能灌溉。为了实现准确计量和有效管理，广大农村可采取简单可行的节水灌溉控制措施。此举不仅具有广阔的市场前景，而且具有不可估量的社会价值。 2 农业灌溉智能控制的现状 农业灌溉用水一直主要考虑收取电费，对用水量没有概念。用户灌溉前，需找电工记录电表读数，灌溉后再记录一次，向村里缴纳电费即可。这样既浪费了人力资源及大量的时间，又不准确，且不便于统计管理，尤其对于科学灌溉和信息化管理毫无作用。鉴于此，市面上出现了各种IC卡预付费电表，当用户IC卡内金额足够的时候，刷卡时候预付费电表通过内部控制电路发出开泵指令，启动井泵开始灌溉；当用户主动刷卡停泵或是IC卡内金额不足时，电表发出停泵指令，停止井泵运行。虽然方便了电费的收取，一定程度起到了管理的目的，但是经笔者调查，用户普遍反映设备故障率较高维护不及时，影响用户使用；管理系统只记录了售电情况，管理系统不完善，没有受到上级管理者的认同和推广。 3 农业节水灌溉信息化系统的研究与发展 3.1 精细型信息化系统 此系统需要提前收录该村所有用户的用户名、所有地块信息（包含地块的位置、面积以及种植作物类型）和灌溉方式，并写入智能控制器内。使用过程中，用户通过IC卡识别出自己的资料，并选定地块及作物后启动井泵开始灌溉，同时开始计量电量，当用户再次刷卡时结束灌溉，控制器存储该用户此次的记录信息。由管理员定期利用智能掌上电脑（下文简称PDA），通过蓝牙的无线通讯，将控制器内存储的所有记录信息传送到PDA内。再通过USB数据线将PDA连接到PC机上，在管理软件中导入所有的记录信息，统计出每月的总用水量及每种作物的灌溉时间及用水量，经由GPRS无线传送给上级管理部门。如下图1所示。 图1 节水灌溉信息化系统 此款设备操作明了，记录信息详尽，但也存在一些不足：（1）控制箱的设计存在一定问题；（2）前期所提供数据量太大，村里管理员用到的数据量很小，且上级管理部门目前也不具备全面管理所有地区灌溉资料的力量；（3）控制器内存储的信息过多，设备老化快；（4）控制器与PDA之间是双向操作，对设备的寿命及稳定性都造成不利影响；（5）蓝牙传输不够稳定且速度太慢，不够人性化。 3.2 简单实用型信息化系统 考虑精细型操作过于复杂，在第二代产品的研发过程中，将人性化设计和有效管理放在了第一位。用户直接刷卡进行灌溉，控制器自动存储灌溉的起始时间、终止时间、用户信息、使用电量；管理员利用PDA通过红外技术将控制器内的灌溉信息抄取到PDA内；再将PDA与村级管理平台PC机连接，信息导入管理软件中；由GPRS无线传输给上层管理平台。 改进点：（1）控制器内部芯片也进行了升级，确保了设备的稳定性和寿命；（2）控制器只通过村庄编码来识别用户卡，简化了操作方法，保证灌溉记录的完整性和准确性；（3）在管理软件上，针对机井录入了相对的灌溉面积及作物种类，统计灌溉时间、用电量，通过水电转换系数来变换成相对的用水量，满足用户需求；（4）将蓝牙传输改为红外传输，确保了数据传输的稳定性和完整性。（5）改进了控制箱的设计，将进线孔全部封闭。 经过一段时间的运行，设备返修率仅为5%，且满足上级管理部门的基本需求。在定期维护时候，又发现了一些新问题：（1）灌溉记录的抄取需要人为操作，且抄取时间不定，不能同时满足各级管理者的不同需求；（2）通过估算水电转换系数，来计算用水量，误差太大。 3.3 实用拓展型信息化系统 在此基础上，经过笔者公司相关专业人员的研究，应管理部门的新需求，在北京顺义区又展开一个新项目，在简单实用型的基础上，又开发了控制器与超声波水表之间的无线数据传输、控制器与村级管理PC机的无线传输两种新功能，以及健全信息化系统。（1）设备的使用环境条件较好，配备了超声波水表，可以将水表读数直接无线数传给灌溉控制器，在用户使用过程中实时显示灌溉的用水量以及用电量，保证了用水量及用电量数据的准确性，同时为水电系数计算提供了参考数据；（2）控制器可以直接将灌溉记录定时通过无线组网方式无线传输给村级管理平台的PC机，并由PC机通过GPRS传输到上级管理平台。（3）在管理平台上，细化了机井的各种信息，并关联了用户的地块面积、作物类型，由管理员记录到软件管理平台上。可以随时按照用户名、机井来统计总的用水量、用电量，使得管理更加智能化。 设备运行良好，维护率很低，且管理简单，受到了用户、村级管理员和上级管理部门的好评！ 4 农业节水灌溉信息化系统的应用与推广 目前在大兴、顺义多地大力推广该系统的使用。电子化、信息化、智能化、网络化是管理系统的发展必然趋势，提高无线传输的稳定性、更人性化的处理用户误操作导致的设备故障，以及更恰当的迎合上级管理部门的需求，才能最终实现节水灌溉控制及信息化管理系统的全面推广。 智能农业论文:基于ZigBee传感网的农业智能照明系统 摘要：将LED技术和ZigBee技术相结合，设计了一种智能照明系统应用于农业照明。结果表明，系统能实时监测环境参数并报告故障，对LED灯进行实时控制，节约了电能。解决了农业照明不同光色、光照度及照射时间等需求，提高了管理水平。 关键词：ZigBee;LED驱动;PWM控制 ZigBee网络属于短距离的无线通信网络，能适应复杂的网络环境并快速方便地添加或重新配置网络节点，形成短距离无线通信子网。节点布网成本低、灵活性和可扩展性强，适合组建短距离的无线传感网。ZigBee技术是基于IEEE802.15.4标准，以星、树、簇等拓扑方式实现了数千个微小的传感器之间的协调沟通[1]。 随着节能减排技术的发展，基于无线传感器网络的分布式LED智能照明系统的研究与设计具有重要的现实意义。不同的发光二级管P-N结构成的LED灯其发光颜色不同，此次介绍的农业LED灯则根据不同农作物的需要选取。LED灯的颜色由其本性决定，这里着重介绍LED灯驱动电源的设计及其驱动方式。 1 系统硬件选型及电路搭建 系统采用点对点控制方式、树形组网[2]，以PC（Personnel Computer）基站式和手机移动式两种方式控制WSN（Wireless Sensor Network）的各个节点，以PWM（Pulse Width Modulation）方式控制各个终端的发光亮度，通过光照度传感器采集光照度信息以达到适应不同的外部光照环境来实时控制，有手动和自动控制两种方式。系统硬件大致分为传感网模块和LED驱动电源模块，软件是上位机应用软件。 1.1 节点设计方案 系统中各终端设备和路由设备采用相同设计，充当路由的设备完成信息转发的中继功能，由终端设备完成信息的采集和对LED驱动电源的控制。协调器设备完成网络的发起和建立，并为各个节点分配LAN内的短地址，以RS232串口和计算机互联通信，完成对节点的控制和信息显示。 系统的硬件要求控制芯片应满足工业环境监测要求的通信延迟、通信的可靠和能量损失小的要求[3]。通过ZigBee协议标准的编制，使用成本低、开放、低功率无线互连的国际标准的片上系统芯片CC2530为本系统的传感节点。它能建立低功耗、大规模的传感网络[4]。CC2530采用F256版本，具有256 kB的闪存。 根据CC2530芯片的内部架构设计了射频外围组件，作为其信号收发前端，并将其安置到外围电路上，组成一个能收集现场信息并能控制LED驱动芯片的终端节点。该节点上有温湿度传感器、光照度传感器，节点将现场感知信息通过路由设备传输到协调器设备，协调器根据设定的光照度阀值和现场光照度发送PWM控制命令，再通过终端节点完成对LED驱动电源PWM_D脚的控制。图1是系统的射频前端电路，图2是节点模块电路，图3是协调器电路。 1.2 LED驱动电源设计 系统提供的LED驱动电源能满足LED日光灯、球泡灯等LED灯的恒流驱动，能满足高可靠性、高效率、高功率因数、浪涌保护及电磁兼容的要求。智能调光方式为根据对高功率LED驱动芯片HV9910的PWM_D脚输入PWM信号来对MOS管进行开关控制来调光，最高输入为300 kHz，以满足LED灯不同亮度的要求。 电流输出方式是根据控制MOS管的断开时间来控制输出电压，终端节点输出的PWM信号最大为300 kHz。试验中所使用的LED灯设定的正常工作电流ILED为350 mA，纹波电流正常取ILED的30%。振荡器的工频可以用外部电阻接在HV9910芯片的ROSC端将其控制在25 k～300 kHz，频率值计算方式为FOSC=25 000/（ROSC[k？赘]）[kHZ]。根据HM9910数据手册，电感的计算方式为：正常整流后的电压为 ■VIN，因此开关占空比D=VLED/■VIN，则功率管的导通时间TON=D/FOSC，由这些必要的值求出电感大小为L=（VIN-VLED）TON/（0.3ILED）。 2 软件设计流程 软件设计部分分为协调器模块（路由模块）和终端模块，协调器模块负责网络的发起和建立，并选择优先信道，建立好网络后便充当一个路由设备与PC互联，将终端感知的温度、湿度和光照度等信息通过UART方式传输至PC控制软件，在控制软件上可以对各终端选择控制，图4是协调器的工作流程。 终端模块先申请加入网络，稳定工作后实时将采集的现场信息传输给协调器，再根据协调器的命令对LED驱动电源发送PWM信号，以能够实时控制LED灯的亮度。图5是终端的工作流程。 在控制方式上有两种，一种是在上位机上直接操作，有手动和自动两种方式可选。另一种方式是通过手机发送短消息给终端节点，以完成点对点控制，不过这种方式要求知道终端节点的节点号，不便于操作。表1是终端控制参数设置方式。 3 实测效果 系统中各节点采用树形组网方式，将各个终端节点分布在照明现场，各终端LED灯色根据不同应用进行选取。终端及时地将现场信息采集至管理处，在PC终端可查看现场的温度、湿度、光照度信息，系统有手动和自动两种控制方式，控制人员根据现场采集的信息发送控制命令给每个终端，进行点对点控制，节省了人力和电力。图6是部分LED灯PC端的控制信息。 4 小结 将ZigBee技术和LED应用相结合，设计出了一种应用于农业大棚照明的智能系统，降低了能源消耗，提高了照明的可靠性，在照明方式和实时控制上能取得显著的效果。ZigBee传感网的建立在其节点的能耗上有一定的时限，并且在定位应用的精准度上有一定的困难，具体还有待进一步研究。 智能农业论文:刍议农业智能物联网 摘 要 农业物联网平台适应于多种农业生产场景（植物种植、禽畜饲养、水产养殖等），覆盖农业产业链的种养、检验、销售采购、物流运输和安全回溯等多个环节。农业物联网平台由传感器系统和云控制服务平台构成。农业物联网传感器系统是由大量的传感器节点构成监控网络，采集环境温湿度、光照强度、土壤墒情、空气状态等信息，以帮助管理人员准确地发现定位问题，这样农业将逐渐地从以人力为中心、依赖于孤立机械的生产模式转向以信息和软件为中心的生产模式，从而大量使用各种自动化、智能化、远程控制的生产设备。 【关键词】农业智能 物联网 基于UHF抗扰加密技术的农业物联网传感器系统以先进的正交频分复用（OFDM）和时分复用（TDM）通信同步综合技术为核心，采用新一代软件无线电平台架构，创造性的使用射频信号分集收发、发射器功率泄漏对消、跳频通信抗干扰、时隙轮询握手交互、基于密钥分散和3DES算法的通信数据加密等领先技术，具备高速并行计算处理能力，能够适用300-348 MHz、400-464 MHz和800-928MHz等ISM频段及短距装置（SRD）频带实时双向通信。农业智能物联网应具备如下功能： 1 发射器功率泄漏对消软件自适应算法，有效提升通信传输距离 设备的泄漏对消机制是指从射频发射器前向射频信号中耦合获得参考信号，并根据参考信号产生对消信号，用于利用所述对消信号对所述泄漏信号进行对消处理，经对消处理后的泄漏信号的幅度小于原泄漏信号的幅度，使得射频反向通信干扰信号大幅降低。 2 软件无线电技术，同步综合使用OFDM和TDM技术，抗干扰能力大幅增强 系统基于软件无线电技术的DSRC基带信号处理引擎，独创的信号纠错、还原、再生处理算法，先进的分集接收技术和解码算法，提升了对低质量弱信号的识别能力。 系统使用OFDM和TDM同步综合技术。在物理层，实现多个设备集（以无线网关为核心）处于不同频段，一旦发生通信碰撞，设备集将使用跳频通信算法自动选择新的频段，避免不同频段（多个设备集间）的通信干扰；在应用层，一个设备集是以无线网关为核心的星形拓扑结构，网关和各个采集设备使用基于时隙轮询的握手算法，分时同各个设备单独通信，避免同频段设备（设备集内）的通信干扰。 在相同通信频率和同一应用场景的情况下，针对多组通信距离，本系统设备通信成功率提高12.5%～75%。 3 通信数据使用3DES算法和密钥分散的软件加密机制，数据安全性显著提升 为了保证无线网关和采集器及控制器之间传输通道安全，系统设计了基于3DES加密算法和密钥分散的软件加密机制。3DES又称Triple DES，是DES加密算法的一种模式，它使用3条56位的密钥对数据进行三次加密。系统具备智能休眠和唤醒算法，实现性能和功耗的最佳平衡状态。 4 支持智能远程监控功能，对接云服务平台 完善的设备自检功能，多参数综合检测，故障快速定位及告警功能，方便工作人员及时掌握设备运行状态。支持智能化的远程监控技术，通过远程监视实现对设备系统的操作、升级、配置、查询、维护等操作。支持脚本化功能配置，灵活对接云服务控制平台。 智慧农业物联网系统是在与现有农业设施的机械、电气控制系统兼容的前提下，构建了一套功能完整、可裁剪、低成本农业生态信息远程监测控制物联网应用平台。该平台适应于多种农业生产场景（植物种植和禽畜养殖等），覆盖农业产业链的种养、销售采购、物流运输、安全回溯等多个环节。 从功能角度，农业生态信息智能化物联网应用系统由传感控制器网络系统和云服务控制中心构成。 传感控制器网络的核心部分是无线网关。该设备基于支持多天线超高频无线通信和有线通信模式，支持10M/100M/1000M以太网通信，支持WLAN/GSM/GPRS/3G无线通信。采集器和控制器可以使用有线或无线的方式连接到网关上，形成完整的农业现场传感器控制网络系统。 5 UHF无线通信技术 常用的无线通信包括3G/GPRS、蓝牙、WiFi、红外传输（IrDA）、ZigBee、SRD UHF等。这些通信方式各有特点，或基于传输速度、距离、耗电量等的特殊要求，或着眼于功能的扩展性，或符合某些单一应用的特别要求，或建立竞争技术的差异化等。 6 正交频分复用技术OFDM原理 正交频分复用技术OFDM是多载波调制的一种。其主要思想是：将信道分成若干正交子信道，将高速数据信号转换成并行的低速子数据流，调制到在每个子信道上进行传输。正交信号可以通过在接收端采用相关技术来分开，这样可以减少子信道间相互干扰ISI。每个子信道上的信号带宽小于信道的相关带宽，因此每个子信道上的可以看成平坦性衰落，从而可以消除符号间干扰。而且由于每个子信道的带宽仅仅是原信道带宽的一小部分，信道均衡变得相对容易。 7 跳频通信技术原理 跳频是最常用的扩频方式之一，其工作原理是指收发双方传输信号的载波频率按照预定规律进行离散变化的通信方式，也就是说，通信中使用的载波频率受伪随机变化码的控制而随机跳变。 近50年来，中国农业走过了一条高投入、高产出、高速度和高资源环境代价的道路。目前，我国农业水平和以生产效率高、经济效益好、技术密集与可持续发展等为主要标志的现代农业相比，存在较大的差距。2013年4月，国家农业部余欣荣部长视察天津农业工作时曾提出：“党的十八大提出了‘四化同步’发展战略，其中工业化是引领，城镇化是动力，农业现代化是基础，信息化是灵魂。” 作者单位 天津机电职业技术学院 天津市 300131 智能农业论文:智能中文农业垂直搜索引擎体系的架构与实现 摘要：针对互联网农业信息的多样性、复杂性以及我国“三农”的特殊性，研究并实现了智能中文农业垂直搜索引擎AgriRoom，介绍了AgriRoom的体系架构和系统实现中涉及到的关键技术：基于网页分类和多元线性回归分析的信息过滤技术、物理存储模式的分页式倒排索引技术、基于随机索引和潜在语义分析的语义检索模型。该系统目前已投入使用，取得了较显著的应用效果。 关键词：农业信息;垂直搜索引擎;体系架构 20世纪90年代初，搜索引擎开始应用于农业领域，多由商业公司开发，也有一些是由组织机构和政府部门研发的。从搜索引擎的质量来看，组织机构、政府部门开发和维护的农业搜索引擎的质量高于商业公司，主要是因为政府部门和组织机构都是农业相关部门，拥有先天优势。典型代表有美国农业网络信息中心（AGNIC）与美国普林斯顿建立的Agriscape Search等[1]。2007年，中国首个农业垂直搜索引擎――“农搜”上线，是目前全球数据量最大的中文农业垂直搜索引擎，其实现了“全文检索+语义检索”的智能检索功能[2]。同年上线的“华农在线”利用自然语言语义分析技术实现了信息处理的应用和在农业行业的垂直搜索。与此同时，我国还出现了一些提供农业信息搜索功能的网站。随着搜索引擎技术的发展，面对我国“三农”的特殊性以及互联网农业信息的多样性和复杂性，许多问题需要探讨，本研究构建了智能中文农业垂直搜索引擎AgriRoom，并从体系的架构、信息过滤、物理存储模式以及语义检索模型等方面进行了介绍，为构建智能中文农业垂直搜索引擎奠定了基础。 1 智能中文农业垂直搜索引擎体系的架构 课题组基于前期研究成果设计并实现了一个功能完备的智能农业垂直搜索引擎AgriRoom，其体系架构如图1所示。AgriRoom作为专注于互联网农业信息的垂直搜索引擎，从初始的种子站点到主题词库等都体现了农业特性，同时系统还具有专门的信息过滤模块筛选与农业相关性高的网页，从而既可以节约存储空间，又保证了信息的准确性。同时，为后期高效地检索打下良好的基础及保证系统的查准率和查全率，AgriRoom采用基于双索引库模式的潜在语义检索方式。首先，系统利用索引模块建立高效的分页式倒排索引库;然后，利用检索模块将其转换为双重语义空间，为后面的语义检索作准备。体系的架构图见图1。 1）专业网络蜘蛛[1]从农业种子站点列表中获得网页的URL，如果该地址不在舍弃URL队列中，则对互联网中相应的Web服务器进行网页抓取，并解析抓取的网页，提取该网页中的超链接信息和网页内容信息送信息过滤模块。然后，网络蜘蛛再继续抓取下一个网页进行同样的处理。 2）信息过滤模块接到专业网络蜘蛛送来的已解析页面后，根据农业主题词库中的主题词及其权值，分析该页面的内容是否与农业主题相关、是否是垃圾网页或导航页面。如果页面与农业主题相关度比设定的阈值低或页面为垃圾页面，则将此页面的URL送入舍弃URL队列。否则，将页面送入索引模块准备建立索引，同时，还将该页面存入农业网页数据库中。 3）索引模块将获得的页面信息，进行相应处理后，建立分页式倒排索引并存入索引库[3]中。 4）当所有抓取的页面都被索引后，检索模块读取分页式倒排索引库中的索引，通过随机索引[4]和潜在语义分析[5]建立较高效的双重语义空间。 5）用户输入查询条件后，检索模块对其进行解析和处理，转换为标准的查询语句;检索模块将查询语句和语义空间中的信息进行语义分析后，获得查询结果。最后，形成结果页面返回给用户。 2 智能中文农业垂直搜索引擎体系的关键技术 AgriRoom的实现需要综合应用多项技术，除了常规的网页抓取[1]、中文分词技术[6]外还涉及到了3项关键技术：信息过滤技术、分页式倒排索引技术以及语义检索技术。 2.1 信息过滤 为了有效地减小索引规模和提高系统效率，AgriRoom采用了一种基于网页分类技术和多元回归分析[7]的信息过滤模型如图2所示。整个工作流程可以分为训练过程和测试过程。在训练过程中，训练集实例经过预处理（文本抽取、中文分词）、抽取特征项、向量表示后，构建多元线性回归的数学模型，最后进行回归分析获得回归方程;在信息过滤过程中，每一个待过滤的中文网页经过预处理、向量表示后，代入多元回归方程中，判定该网页是否为农业网页。 从图2可以看出，构建该信息过滤模型的关键因素包括：建立训练集、网页预处理、特征选择算法、多元线性回归分析： 1）建立训练集。训练集是研究的起点和基础，但是与众多的面向英文的标准网页训练集相比，标准的中文网页训练集的起步很晚。到目前为止，只有一些中文文本训练集，还没有出现标准的中文网页训练集。为了解决该问题，动员100个学生手工在互联网上采集农业网页50 000张，其中，35 000张作为训练集，15 000张作为测试集;然后，以百度作为网络蜘蛛的种子站点，在互联网上随机抓取 12 000张网页，人工挑出7 000张非农业网页，其中的4 000张作为训练集，3 000张作为测试集。通过反复测试，最终确定训练集实例用于信息过滤。 2）网页预处理。网页预处理过程主要包括网页正文抽取;借助于中文分词工具对抽取后的文本进行中文分词;对分词后的结果建立索引。 3）特征选择算法。特征词不但是用来建立回归模型的因子，也是区分农业网页和非农业网页的最关键因素，特征词选取方法将对模型的识别效果产生重大影响。文本在深入研究了中文网页分类中典型的特征词提取方法的基础上，结合实际应用提出了一种新的特征词选取方法，其步骤如下： a.从农业训练集索引文件中获取农业训练集分词结果集合Term1（t1，t2，…，tn）和对应文档频率集合Df1（df1，df2，…，dfn）; b.从非农业训练集索引文件中获取非农业训练集分词结果集合Term2（t1，t2，…，tm）和对应文档频率集合Df2（df1，df2，…，dfm）; c.从集合Df1中查询Term1中所有词条ti的文档频率，记为ny_dfi，再从集合Df2中查询词ti的文档频率dfi，记为fny_dfi，计算词条ti在农业训练集和非农业训练集中文档频率差值的绝对值C，即C=ABS（ny_dfi-fny_dfi）。对词条ti按C值逆序排序，选取C值大于预先设定的阈值的词条ti为区分农业网页和非农业网页的特征词。通过分别比较不同分词工具的特征词选取结果，最终确定了前100个特征词（表1）。 4）多元线性回归分析。多元回归分析[8]是一种处理自变量与因变量的统计相关关系的一种数理统计方法。虽然自变量和因变量之间没有确定性的函数关系，但可以设法找出最能代表它们之间关系的数学表达形式。回归分析有很广泛的应用，例如经验公式的求得、因素分析、产品质量的控制等。在进行中文农业网页识别过程中，利用获得的前40个特征词和MATLAB进行多元线性回归分析，最终获得可用于分类的回归方程，即分类器：y= -0.368 4+0.187 4x[0]+0.210 4x[1]+0.202 4x[2]+0.125 8x[3]+0.364 2x[4]+0.188 2x[5]+0.135 7x[6]+0.083 7x[7]+0.126 8x[8]+0.045 5x[9]+0.061 6x[10]+0.053 8x[11]+0.105 0x[12]+0.097 0x[13]+0.404 0x[14]+0.071 1x[15]-0.018 4x[16]+0.076 1x[17]-0.372 7x[18]+0.118 8x[19]-0.098 9x[20]+0.078 7x[21]+0.065 8x[22]-0.088 4x[23]-0.054 9x[24]-0.028 5x[25]+0.047 5x[26]-0.083 6x[27]+0.036 6x[28]-0.134 3x[29]+0.003 4x[30]+0.004 5x[31]+0.034 4x[32]+0.045 6x[33]+0.020 3x[34]+0.038 0x[35]-0.063 9x[36]-0.026 6x[37]+0.092 7x[38]-0.083 2x[39]。 式中的x[i]为第i个特征词的对应值，若该词在网页中出现了，x[i]的值为1，否则为0;最终计算出的y值如果大于0，说明网页为农业网页，否则不是农业网页。 2.2 分页式倒排索引 为了解决常规倒排索引的检索效率低、不易更新等缺点[9]，AgriRoom采用一种分页式倒排索引结构（图3）。该倒排索引的存储模式采用数据库与磁盘文件混合存储，只将文档集合D存入数据库中而将词条集合T和倒排索引集合IT存入磁盘文件中。为了提高检索速度，AgriRoom将倒排索引散列为100份。每个文件夹下有3个文件，分别是IND、SITES和URLS，均为顺序文件。其中，IND文件中存储了每个词条在SITES文件中的偏移量（SitesOffset），包含该词条的站点个数（SiteCount）、该词条的文档个数（UrlCount）以及词条在文档集合D中出现的总次数（TotalCount）。SITES文件中存储了词条在各站点（Site_ID）倒排索引中的偏移量（UrlsOffset）。URLS文件存储词条的倒排索引并按照Site_ID聚合。 为了提高倒排索引的检索和更新效率，倒排索引文件在磁盘中以分页方式存储[10]。为了减少文件页内碎片，AgriRoom将倒排索引集合IT存入多个文件中，每个文件具有不同页大小，并在配置文件中指定每个文件的路径、文件名以及页大小（页大小是文件系统页大小的整数倍）。每个倒排文件有一个头页（HeadPage）和若干个数据页（DataPage）。在头页中存储该文件的页大小（PageSize）、页个数（PageCount）以及下一个空闲页的页号（NextFreePageNo）。在数据页中存储该页的页号（PageNo），如果单个词条的倒排索引数据长度大于数据页的大小则存储下一个数据页的页号（NextPageNo）、索引长度以及索引数据。一个数据页中最多只能存一个词条的倒排索引数据。由于HASH数据结构在内存中的等值查找性能最好，所以词条集合T和倒排索引集合IT在内存中以HASH数据结构存储以提高检索效率。倒排文件和词典文件在磁盘和内存中的结构如图4所示。 2.3 基于双重语义空间的语义检索模型 检索技术是智能中文农业垂直搜索引擎实现高效检索的核心技术之一，针对语义检索的现状和存在的问题，AgriRoom采用了一种新型的基于双重语义空间的语义检索模型[11]。该检索模型的基本思路是将检索过程分解为两个阶段：①利用改进后的随机索引技术[11]生成农业测试集的文档空间和词空间，然后获得查询句的语义向量，与文档空间中的向量进行比较，获得初选文档列表;②利用潜在语义分析技术生成文档空间的文档相似度矩阵[12]，利用文档间的相似度值，对初选文档列表中大于指定阈值的文档查找相关文档，并更新文档列表，最终获得结果列表返回给用户。AgriRoom的语义检索模型见图5。 3 系统的实现 基于系统的总体设计和相关研究成果，课题组构建了功能完备的智能中文农业垂直搜索引擎AgriRoom。从种子站点开始抓取互联网中的相关网页，并经过信息过滤后，建立农业网页数据库和分页式倒排索引库，再经过进一步的语义分析后，建立语义索引库，最终能够为用户提供方便、准确的农业信息检索服务。 3.1 开发环境与工具 系统开发的硬件环境为：64位曙光刀片服务器，其主要配置为4 GB内存，260 GB硬盘容量;软件配置为：Redhat Linux操作系统，其内核为2.6.31.5-127.fc12.i686.PAE，编译器为GCC 4.4.2，Web服务器为Apache 2.x。系统的后台数据库为：MySQL。 4 小结 面对海量的互联网信息资源，如何快速而有效地获取个性化的农业知识和信息资源成为数字农业迫切需要解决的问题。智能中文农业垂直搜索引擎的出现将有效解决农业信息“迷航”问题。因此研究构建了智能中文农业垂直搜索引擎的关键技术，提出了基于网页分类和多元线性回归分析的信息过滤技术、分页式倒排索引技术以及基于随机索引和潜在语义分析的语义检索模型。最终，构建了功能完备的智能中文农业垂直搜索引擎AgriRoom。经过实际应用证明，该系统能够为用户提供方便、准确的农业信息检索服务。 智能农业论文:基于NRF905的智能农业无线通信系统设计 摘 要：智能农业是农业领域推出的第一代拥有自主知识产权的远程环境监测系统。它是通过光照、温度、湿度等无线传感器，对农作物温室内的温度、湿度信号以及光照、土壤含水量、CO2浓度、叶面湿度、露点温度等环境参数进行实时采集，自动开启或者关闭指定设备（如远程控制浇灌，开关卷帘等）。同时在温室现场布置摄像头等监控设备，实时采集视频信号。用户通过电脑或智能手机终端，随时随地观察现场情况，查看现场温湿度等数据和远程智能调节指定设备的运行状态。现场采集的数据，为农业综合生态信息检测，对环境进行自动控制和智能化管理提供科学依据。前端设备支持多种传感器的接口，同时支持音频，视频功能，可以有效的为农业专家提供第一手的现场专业数据。 关键词： 智能农业；无线传感器；远程监控；实时采集 一、物联网概述 （一）物联网技术的背景 物联网被称为继计算机、互联网之后世界信息产业的第三次浪潮，物联网技术被誉为全球一个新的经济增长点，国家和政府部门非常注重物联网产业的发展，据新华社报道，在各省启动的十二五规划中，有23个省份将物联网作为重要的发展目标。 物联网（The Internet of things）是指通过射频识别（RFID）、传感器、全球定位系统（GPS）、二维码等信息感知设备，按约定的协议连接起来，通过有线或无线网络的组织模式进行信息交换和通信，以实现智能化识别、数据采集、智能控制、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。 物联网技术在农业中的应用，既能改变粗放的农业经营管理方式，也能提高动植物疫情疫病防控能力，确保农产品质量安全，引领现代农业发展。 农业物联网是将大量的传感器节点构成监控网络，通过各种传感器采集信息，以帮助农民及时发现问题，并且准确地确定发生问题的位置，这样农业将逐渐地从以人力为重心、依赖于孤立机械的生产模式转向以信息和技术为中心，大规模地使用各种自动化、智能化、远程控制的设备的生产模式。 短距离无线数据通信系统一般情况下由终端节点、通信系统节点及管理器节点组成，其系统结构框图如图1所示。 （二）智能农业系统的功能介绍 物联网智能农业平台系统由前端数据采集系统、无线传输系统、远程监控系统、数据处理系统和专家系统组成，其各部分系统功能介绍如下： 1.智能农业数据采集系统 数据采集管理系统主要负责温室内部光照、温度、湿度和土壤含水量等传感器采集的数据以及视频监控数据的采集和管理。可为用户在电脑与手机终端上实时、直观的展示采集到的数据。用户可以在平台上查看自己需要的数据，包括实时数据采集、历史数据管理，以及为用户提供自定义打印报表，提供各种汇总统计信息，对数据库备份等服务，从而方便的得到数据信息，辅助决策等。 实时采集的数据主要为各类传感器采集的数据和视频监控采集的现场视频数据。温度包括空气温度、浅层土壤温度（土下2cm）、深层土壤温度（土下5cm）；湿度主要包括空气的湿度、浅层土壤含水量（土下2cm）、深层土壤含水量（土下5cm）。传感器采集数据的上传采用ZigBee无线传输模式，ZigBee发送模块将传感器的采集数据传送到ZigBee节点上。 用户可以在农业物联网平台上或通过手机终端等查看现场的实时采集的数据，并且在界面上可显示实时采集数据的曲线图。 2.智能农业视频监控系统 视频监控系统采用高精度摄像机对农田或大棚等进行视频监控，系统清晰度和稳定性等参数均符合国内相关标准。 在大棚内安装视频监控系统，平台将视频监控文件进行处理传给后台管理子系统，可在微机终端进行查看，后台管理系统将视频监控文件进行处理通过WAP方式利用手机终端进行查看。企业管理层或相关管理结构负责人可通过手机视频来了解农业示范区现场动态情况。系统可以通过视频监控植物的成长过程（实时、录像）供远程学习。 3.智能农业预警系统 当采集数据超过系统预先设置的限制是，将开启系统报警功能，并发送短信告知相关管理人员，便于对农作物生产的管理。 4.智能农业设备远程控制系统 设备远程控制系统主要有控制设备和相应的继电器控制器控制电路组成，通过继电器可以自由控制各种农业生产设备，包括喷淋、滴灌等喷水系统和卷帘、风机等空气调节系统等。用户可通过电脑或手机终端对设备直接操控，完成日常工作。 二、NRF905的概述 （一）NRF905概述 NRF905单片无线收发器是挪威Nordic公司推出的单片射频发射器芯片，工作电压为1.9-3.6V，32引脚QFN封装（5mm×5mm），工作于433/868/915MHz 3个ISM频道，频道之间的转换时间小于650us.自动产生前导码和CRC校验码，可以很容易通过SPI接口进行编程配置。[8] 外围器件连接简单，无需外部SAW滤波器。芯片内部本身附带功率放大器、频率合成器、调制器和晶体振荡器等部分，其中输出功率以及通信频道可通过编写程序进行配置。从NRF905的芯片手册中查到，其功耗十分小，当以10dBm 的功率发射时，工作电流仅有 30mA，同时支持多种低功率工作模式，待机模式下电流仅为12.5μA，节能设计更加方便。 （二）工作原理 该系统主要是实现的是点对点无线收发数据的过程，单片机将地址和数据写完后，就要控制NRF905无线收发模块将接收到的数据发送出去，NRF905发送模式会自动产生字头和CRC校验码，当发送过程完成后，数据准备好引脚（即DR）通知单片机数据发送完毕。下面是NRF905发送数据的流程：（1）当单片机发送数据的时候，根据时序图将要发送的数据以及接收机的地址通过SPI接口传送给NRF905，SPI接口的速率在通信协议和期器件配置时已经确定；（2）通过单片机置高TRX_CE和TX_EN，激发NRF905的射频发送（ShockBurstTM）模式；（3）NRF905的ShockBurstTM发送；（4）若单片机将AUTO_RETRAN寄存器设置为高电平时，此指令表明需要再次发送数据，NRF905无线模块将实施重发，持续到STC89C516RD+单片机将TRX_CE变为低电平为止；（5）当TRX_CE被置低时，表示NRF905发送数据过程完成，芯片将自动进入空闲模式。[14] 三、系统硬件设计 节点硬件结构。本系统的通信底板以STC89C516RD+单片机为核心，通过Altium Designer软件自行设计通信子系统的PCB板，将NRF905无线收发模块安放在预先设计好的的系统板上。串口电路部分采用MAX232芯片，外围搭建光照强度传感器、温度传感器、湿度传感器等，硬件结构简单，性能稳定，同时有效的节约了成本。 四、系统运行流程 软件构架。本系统工作时首先节点1先设定为发送模式，通过外接各种传感器将采集到的数据传送数据给节点2，然后等待节点2接收，当节点2得到正确的数据之后，又将反馈信息发送给节点1，当节点1得收正确的反馈信息之后，系统板上的LED灯将会点亮，则说明发送接收成功。 五、运行结果 系统硬件连接实物图如图2所示。 数据收发完全正确，其结果显示如图3所示。 短距离无线数据业务以其低功耗、数据传输可靠、信息容量大等特点正被应用到广阔的应用领域。本文首先对其发展前景和应用现状及无线通信系统的广泛应用进行了概述，重点是对本课题所采用的STC89C516RD+型单片机与无线收发模块NRF905，再使用LCD液晶显示器进行实时显示来完成NRF905的无线通信系统设计，同时对短距离无线通信技术的结构特点进行了较为详细的论述，对其发展前景也进行了深入的研究。 无线通信技术，正在迅猛发展并广泛应用于各个领域。本文对其在盲区无线智能通信系统中的应用作了一些有益的研究并取得了一些成果，但仍有许多问题可待进一步的研究解决。（1）提高节点集成化，缩小体积。本文制作完成的节点是由微控制系统板和射频通信板组成的，体积较大。在以后的电子技术发展中可以同时将射频通信系统和微控制系统以及一些相关应用集成到同一芯片上，将会极大缩小节点体积。（2）能耗管理智能化研究，进一步降低能耗。本文所作研究对能耗管理方面通过采用系统定时休眠来达到节能的目的。进行能耗管理提高系统自身运行的稳定性，延长系统的使用时间，最终提高了系统自身的应用效益。 利用无线传感器网络实现数据传输是农业环境测控系统通信问题的有效方法。将无线传感器网络技术的农业系统环境信息采集与监测控制系统用于农业环境数据的接收、实时显示和存储，并通过无线方式实现与远程管理中心的通信，成功地解决了传统农业下的各种问题，无线传感器网络技术必将更大更广阔的农业领域中发挥越来越重要的作用。 [作者简介]葛付伟，南开大学滨海学院电子科学系，教师；毛建新，南开大学滨海学院电子科学系，本科在读。 智能农业论文:基于ZigBee技术的智能农业大棚的研究 【摘要】智能农业控制通过实时采集农业大棚内温度、湿度信号以及光照、土壤温度、土壤水分等环境参数，自动开启或者关闭指定设备;可以根据用户需求，随时进行处理。本文提出了利用ZigBee技术进行无线传感的智能农业大棚设计，为农业生态信息自动监测、对设施进行自动控制和智能化管理提供科学依据。 【关键词】ZigBee;智能;农业大棚;物联网 一、概述 “物联网”被称为继计算机、互联网之后，世界信息产业的第三次浪潮。业内专家认为，物联网一方面可以提高经济效益，大大节约成本;另一方面可以为全球经济的复苏提供技术动力。 智能控制是为了达到节能、舒适、便利的目的，要求对市政、家庭、农业等的智能控制和监视制定细致的策略和方案。但是，传统的智能控制系统由于很多因素的制约，很难达到要求。为了解决这些问题，业界尝试了很多办法，但基本上都属于封闭式的，多采用私有协议，彼此间难以互通，导致结构不透明，灵活性、扩充性不佳。从长远看，智能控制系统的发展趋势是走向开放，尤其是智能控制与互联网的融合是其中一个重要发展趋势。 二、智能农业大棚的应用分析 通过对农业大棚内的温湿度信号、光照度以及土壤的水分等参数的采集，能够根据用户设定的参数，自动开启或关闭设备，来达到大棚内的参数平衡。这样，可以实现农业生态信息的自动监测，对大棚内设施进行自动控制和智能化管理。 大棚监控及智能控制解决方案是通过光照、温度、湿度等无线传感器，对农作物温室内的温度，湿度信号以及光照、土壤温度、土壤含水量、CO浓度等环境参数进行实时采集，自动开启或者关闭指定设备（如远程控制浇灌、开关卷帘等）。在每个智能农业大棚内部署空气温湿度传感器2只，用来监测大棚内空气温度、空气湿度参数;每个农业大棚内部署土壤温度传感器2只、土壤湿度传感器2只、光照度传感器2只，用来监测大棚内土壤温度、土壤水分、光照度等参数。所有传感器一律采用直流24V电源供电，大棚内仅需提供交流220V市电即可。 每个农业大棚园区部署1套采集传输设备（包含中心节点、无线3G路由器、无线3G网卡等），用来传输各农业大棚的传感器数据、设备控制指令数据等到internet上与平台服务器交互。 在每个需要智能控制功能的大棚内安装智能控制设备1套（包含一体化控制器、扩展控制配电箱、电磁阀、电源转换适配设备等），用来传递控制指令、响应控制执行设备。实现对大棚内的电动卷帘、智能喷水、智能通风等行为的实现。 三、系统架构研究 1、总体架构 系统的总体架构分为传感信息采集、视频监控、智能分析和远程控制四部分。 2、传感信息采集分析： 数据采集系统，主要负责温室内部光照、温度、湿度和土壤含水量以及视频等数据的采集和控制。数据传感器的上传采用ZigBee无线传感模式。 传感器的数据上具有Zigbee模式和RS485模式两种，RS485模式中数据信号通过有线的方式传送，涉及大量的通讯布线。而在Zigbee传输模式中，传感器数据通过Zigbee发送模块传送到Zigbee中心节点上，用户终端和一体化控制器间传送的控制指令也通过Zigbee发送模块传送到中心节点上，省去了通讯线缆的部署工作。中心节点再经过边缘网关将传感器数据、控制指令发送到上位机的业务平台。用户可以通过有线网络/无线网络访问上位机系统业务平台，实时监测大棚现场的传感器参数，控制大棚现场的相关设备。Zigbee模式具有部署灵活、扩展方便等优点。所以，在这里我们采用的是Zigbee模式。 3、控制系统分析： 控制系统主要由一体化控制器、执行设备和相关线路组成，通过一体化控制器可以自由控制各种农业生产执行设备，包括喷水系统和空气调节系统等，喷水系统可支持喷淋、滴灌等多种设备，空气调节系统可支持卷帘、风机等设备。 采集传输部分主要将设备采集到的数值传送到服务器上，现有大棚设备支持3G、有线等多种数据传输方式，在传输协议上支持IPv4现网协议及下一代互联网IPv6协议。 业务平台负责对用户提供智能大棚的所有功能展示，主要功能包括环境数据监测、数据空间/时间分布、历史数据、超阈值告警和远程控制五个方面。用户还可以根据需要添加视频设备实现远程视频监控功能。数据空间/时间分布将系统采集到的数值通过直观的形式向用户展示时间分布状况（折线图）和空间分布状况（场图）、历史数据可以向用户提供历史一段时间的数值展示;超阈值告警则允许用户制定自定义的数据范围，并将超出范围的情况反映给用户。 四、智能农业大棚主要功能 1、数据采集 能够对智能农业大棚内的数据进行无线采集，可以采集内部的温湿度、光照、以及土壤的水分等参数。 2、视频监控 用户能够实时地通过电脑或手机进行监控，观察大棚内作物生长状况。 3、数据存储 系统能够对历史数据进行保存，以便日后对这些数据进行分析，方便日后查询。 4、数据分析 系统将采集到的数据进行曲线图或柱状图分析，生成报表，根据分析后的数据，可以由此判断出在什么条件下更适宜农作物的生长，为以后种植的提供依据。 5、远程控制 只要能够联网，在任何时刻都可以对大棚内的设备进行远程控制，以调节内部的参数。 6、超限报警 用户可以自行设置超限值，当参数越过超限值时，可以通过监控器或手机进行实时报警，以便及时提醒用户。 五、结束语 随着物联网的普及，智能农业大棚将会在以后扮演越来越重要的角色。对农业生产起着非常重要的作用，同时也会推动农业经济的发展以及农业信息化的发展。

机电一体化技术是一门复杂性的系统学科，结合了机械工程、电子工程、自动控制工程及计算机工程等多种学科，学科之间互相渗透，相互交叉，是一门新兴的边缘学科。应用机电一体化技术能够实现产品自动化生产，能提高其智能化水平，实现产品质量飞跃。机电一体化技术是现代工业发展的起点，随着近几年来微电子技术以及互联网技术的发展，机电一体化技术得到了广泛应用。从目前形势来看，机电一体化技术在数控系统、机器人系统以及辅助设计系统中均有着出色的发挥，特别是在柔性制造以及集成电路制造系统中机电一体化技术更担当着重要的角色，具有广泛的市场发展前景。机电一体化技术在汽车中的应用主要发现于汽车电源系统，从历史材料上看，直流发电机是汽车刚开始制造时的主流技术，随着技术的发展，直流发电机被交流发电机以及二极管所取代，其性能大幅度提高。同时固体电路调整器也代替了原来的机械电路调整器，点火装置也由原来的凸轮开关转换为晶体管，工作效率大幅度提高。下面主要阐述机电一体化技术在汽车设计中的应用研究。 1发动机控制系统 发动机控制系统通过微处理器来对汽车发动机进行控制的大规模集成电路系统。在汽车运行过程中，微机控制系统能够从分布于汽车高速的传感器中获得数据，并且从汽车发动机的输出轴中获得汽车运行的脉冲电压，这些脉冲信号都被传感器输送到发动机控制单元。根据信息技术原理，模拟信号可通过信号转换器转化为数字信号，然后根据数字信号技术特征，在发动机微机控制系统中对内部的空气燃料比以及再循环率开始计算，同时需要将计算所得到的真实结果作为控制染料喷阀以及发动机内部点火装置的主要依据，将数据输出信号作为其控制的依据，以此来控制发动机内部的空气燃料比。如果发动机内部空气燃料比增大，燃料就会缺乏，可能会导致发动机点火困难；如果发动机内部空气燃料比减小，导致氧气不足，因此，排放气体中不完全燃烧的一氧化碳以及碳化氢等有毒物质增加，不利于环境保护。因此必须将发动机微机控制系统中空气燃料比确定在一个适宜的范围之内，因此有利于发动机正常的负荷作用。 2汽车激光雷达自动防撞系统 汽车激光雷达自动防撞系统能够在汽车行驶过程中检测到汽车前方以及后方障碍物，遇到危险情况，可提前发出警报，及时预警，此举可有效避免交通事故发生。汽车激光雷达自动防撞系统需要内部计算机测量出其与杂物之间的距离，主要包括激光测距雷达、处理传感器、监测传感器、障碍物显示器、车辆速度控制器等等部门元件组成。激光测距雷达安置在汽车前部，其发出的光学射线在遇到障碍物后会向后反射，其反射信号会被激光测距雷达所重新接收，并且确定出障碍物方位以及距离。通过对于信号反复进行分析，中央处理器可以判断出障碍物是静止还是动态，同时计算出其相对汽车行驶的相对距离以及相对速度，中央处理器可根据信息判断出其与汽车本体相撞的可能性，按照分析结果实施控制汽车的行驶速度，如果其分析可能遇到危险发生，便会提前发出预警，及时采取有效措施，对汽车速度进行控制。 3自动变速器系统 汽车自动变速器能够有效降低汽车功能损耗，提高汽车的传动效率，实现最佳汽车行驶条件，能够有效实现汽车安全、高效、舒适驾驶的目的。他的主要工作原理是分布于汽车各部的传感器将发动机工作状况传输到电子控制系统，并且根据电子控制系统中其他传感器信息选择最佳的档位，同时调整液压变量来实现换挡功能。自动变速器能够对电子控制系统采取有效监测的措施，比如说，汽车在发动之后，其报警系统中的报警灯不发光，说明其整体功能正常；如果报警灯发光，则说明整个系统存在相应的障碍。 4abs系统 abs系统是汽车安全系统中重要组成部分，能够适当降低汽车的行驶速度，保证汽车行车安全。起先汽车制动器基本出现于汽车后轮，后来由于汽车速度提高，仅仅依靠后轮制动不能够满足汽车安全性，因此在汽车前轮也普遍安装汽车制动器。通过对于汽车动态的研究，技术人员发现如果后轮先抱死则更容易引发汽车方向失控，因此，根据这一现象开始研究汽车的制动防抱死装置，也就是我们常说的abs系统。abs系统能够在车轮中的数据监测器感知车轮瞬间工作状态，并且根据车轮工作状态制定相对应的动力矩，以免出现车轮抱死的现象。abs系统是电子控制系统在汽车制造与设计应用中非常重要的作用，能够在汽车行驶中保持汽车整体稳定性，缩短相对应的制动距离，有效提高汽车制动安全性。 5结语 随着机电一体化技术的发展，其在汽车设计中应用越来越广泛。并且逐渐朝向柔性制造、智能化以及仿生物系统化、微型化发展，不断促进汽车设计革命，提高汽车设计性能，提高汽车行驶安全性，因此具有极为广阔的市场应用前景，值得相关技术人员进行深入研究和思考。

农业生产过程所产生的数据量是极其庞大的，需要引入大数据的概念和分析方法，将农业机器人与大数据结合，可提高机器人的性能和应用效果。为此，基于大数据开发了农业智能的喷药机器人，将采集的机器人作业信息汇集成为大数据后进行分析，用于对机器人的智能控制和作业效果评估。试验结果表明:在大数据的支持下，机器人能够实现自主导航和精准喷药，对作业效果的评估也很准确，智能化水平得到了大幅提升。 0引言 农业是国民经济的基础，可以为人们的生活和其它产业提供物质条件，受到了高度的重视。在新的时代背景下，农业机械化已经成为了农业生产的主要方式，不仅作业效率高，而且降低了生产成本，代表着现代农业的发展方向。但近年来，我国开始经济结构调整，农业生产规模的增速放缓，导致农业机械在农忙时节供不应求，在其它时节又出现闲置，利用效率降低。与发达国家相比，我国的农业机械研制起步较晚，技术水平不高，结构性能也有待进一步改善。另外，农业机械的应用地区经济发展相对落后，农业生产者的购买能力不足，也是农业机械持续推广所面临的问题。信息技术能够采集社会生产生活中的各种数据信息，通过充分挖掘获取相应的知识和规律，为各行业的升级提供支持。信息与能源、材料一起并称国家三大重要战略资源，信息技术目前已经渗透到了包括农业的各个领域中。在农业机械方面，可以利用信息技术采集机械的作业环境、作业参数和运行状态等数据，经过分析处理后用于机械的优化控制，使机械更加智能化和规范化。 目前，我国有18亿亩耕地和186万个乡村，农业从业人员达到8亿人，所使用的农业机械种类繁多，数量庞大，因此农业生产过程所产生的数据量也是极其庞大的。为了对这些数据进行充分的分析，则需要在所使用的信息技术中引入大数据的概念和方法。维基百科将大数据定义为在一定时间内无法用普通软件工具进行捕获和管理的数据集合。大数据具有规模性、多样性和高速性的三大特点，首先是数据量非常庞大，可以达到PB的级别。大数据的类型包括结构化、半结构化和非结构化的数据形式，数据处理速度足够快，能够满足对庞大数据量的实时分析要求。大数据是为相应的需求而诞生的，应用领域从最初的商业和金融逐渐扩展到其它的行业，包括自然科学研究中的地球空间信息学，以及社会经济中的物流服务和发展规律研究。大数据不仅推动社会进步，还使科学研究层次更加深入，具有划时代的意义。精准农业代表了农业发展的新趋势，成为目前国际上农业科学研究的热点。精准农业对技术的要求更高，且需要新型的农业机械与之相匹配，因此出现了高级形式的智能农业机械，即农业机器人。农业机器人是一种具有高度自规划、自组织和自适应能力，可以在复杂环境中完成农业操作的智能机械。机器人诞生于20世纪50年代，80年代在日本被首次引入农业工程领域，并且在农业生产的规模化和精准化过程中得到了广泛的应用。目前，农业机器人在农业领域主要用于移栽、采摘、嫁接、喷药、挤奶和分级检测等作业。 后来，各种传感器技术的发展还赋予了农业机器人对农业数据信息采集和处理的功能。农业机器人的应用有其自身的特点，如操作的对象柔弱复杂、作业环境难以预测，以及作业动作没有固定的模式等。农业机器人的设计和制造成本较高，还需要机器视觉、GPS定位、各类传感器和智能控制技术作为技术支撑。作为高端的农业机械，农业机器人在运行和作业过程中会产生大量数据，包括作业环境信息、机器人位置信息、机器人运行参数和作业效果评估等。这些数据的规模庞大，类型复杂，难以通过普通的设备和方法进行分析和存储。若将这些数据按照大数据的概念进行处理，则可以提取出内含的信息，有利于机器人各部分的整合。农业机器人将各种智能设备和先进技术集于一体，通过与大数据结合，在拓宽大数据应用范围的同时，还能够提高自身的性能和应用效果。目前，对大数据和农业机器人分别进行的研究比较多，但是二者的结合应用却鲜有报导。为此，本文对基于大数据的农业智能机器人开发进行研究，介绍了农业机器人作业时环境信息、位置信息、运行参数和作业效果的大数据从采集至分析结果展示的过程，并利用试验验证机器人的各项功能，通过大数据的应用提升农业机器人的智能化水平。 1总体设计 本研究的平台为AS－Ｒ型的农业喷药机器人，这是一个四轮移动的智能设备，具有自主供电和行走能力。机器人的部件根据功能主要分为机器视觉、GPS定位、信息采集和智能控制4大部分，在作业过程中运行产生的数据包括环境信息、位置信息、运行参数和作业效果等内容，并以大数据的形式进行分析和存储。大数据分析处理由机器人搭载的小型服务器完成，其根据GPS定位信号确定机器人的位置信息，计算出与规划路线之间的偏差，通过对行走装置的控制实现自主导航。环境信息由机器视觉设备和各类传感器采集，大数据分析获得作物和杂草信息后结合机器人所处的位置控制喷药装置的开启，实现精准喷药。另外，传感器还可以采集机器人的各项运行参数和作业参数，通过大数据分析后为作业效果的评估提供依据，农业机器人的总体结构如图1所示。 2组成部分 机器视觉部分包括尼康COOLPIXP60型相机和天创UB570型图像采集卡。相机具有800万像素，通过防抖动处理安装在机器人上，拍摄方向与竖直方向夹角为60°。相机拍摄获得JPEG格式的图像，经过图像采集卡转换为数字信号后进行视觉分析提取目标轮廓，然后用于大数据的处理。机器人的GPS定位设备为Trimble公司的Ag-GPS132型产品，由GPS接收天线、接收机，以及与基站匹配的无线调制解调器和天线组成。机器人与基站之间的无线传输设备为PacificCrest公司的ＲFM96W系列产品，具有较高的定位精度，可以满足农业机器人的作业要求。上述设备利用目标点逼近算法采集差分GPS信号，汇集成大数据后传输给服务器，用于辅助进行机器人的精准喷药和导航控制。机器人信息采集的内容是作业的农田环境信息和设备的运行状态。环境信息采集设备包括DHT11型传感器用于测量空气的温湿度，WTF－B200型风速风向仪用于测定风向和风速，武汉中科能慧NHZD10型光照传感器用于采集光照强度。采集运行状态的设备如HAL41F型霍尔元件，检测动力装置的转动信号从而获得机器人的行走速度;TJP－1型压力传感器将压力转换为电信号，用于检测相应部件的工作负荷。传感器采集的环境信息和运行状态信息汇集成大数据后进行分析处理，作为智能控制决策的依据。机器人智能控制针对的是自主行走和精准喷药。机器人采用四轮行走的方式，行车控制器接收主控模块发来的定位信息和角度传感器提供的行驶方向，然后与规划的路线对比，通过液压阀驱动车轮的偏转实现自主行走。喷药装置的喷头由电磁阀控制，主控模块通过机器视觉和定位结果发送脉冲宽度调制信号在适当的时机控制电磁阀开启和关闭喷头，实现对杂草区域的精准喷药。 3大数据处理过程 大数据由机器视觉、GPS定位和传感器采集的数据汇集而成，蕴含着与机器人作业有关的信息，可以通过一系列的分析处理过程来获得。大数据的分析过程涉及到PB级数据的录入和读取，因此需要进行大型的建模和运算。机器人搭载的大数据分析硬件为x86架构的PCServer型服务器，配置包括锐龙AMDＲyzen7型2路8核CPU，DDＲ4型128GB内存和IntelI350T2型千兆网卡，运算速度和存储空间都能满足实际需求。Hadoop技术作为一种基于Java的分布式大数据处理软件框架，在本文中被用作大数据分析方法。Hadoop框架由通用模块、分布式文件系统等部分组成，集群文件安装在分布式文件系统中，在相应的节点上构建分布式文件架构。该技术可以运行简洁的并行计算模型，具有很强的容错性和扩展性，对大规模数据具有很好的分析处理效果。机器人搭载的各种设备采集的数据经过网络和传输接口进入交换机，交换机连接数据采集器，行使数据交换和汇聚功能，并最终传输给大数据处理器。上述的传输过程执行IEEE1588时间同步协议，可以缩小交换延时以提高数据的实时性和准确性。处理器接收大数据后，依照设定的格式记录数据，再根据分析目的快速重放录入的数据，在此基础上开展后续分析处理。大数据的分析过程依次为预处理、内容分析、信息挖掘和结果展示，实现以数据为中心的分析模式。针对大数据结构形式多样的特点，采用并行处理提高分析的速度。并行处理是在记录数据的同时对大数据进行综合监测和实时分类，根据类型把数据分发到相应的应用系统中;然后，运行专业知识库辅助的决策，为信息的挖掘提供依据;最后，将综合监测和分析处理的结果汇聚到存储和管理模块中，组成应用功能数据库，形成机器人的智能控制决策，并评估作业的效果。 4试验 机器人在田间进行实际的喷药作业，验证基于大数据的各项功能的效果，试验的作物包括玉米、棉花、油菜、小麦和马铃薯。在每种作物田间选择1个100m长的路段，机器人按照规划的路线进行自主行走和精准喷药作业。每个路段上均匀地选取10个点作为样本，统计机器人的路线偏离距离、对杂草的喷药精准率、误喷率，并通过大数据评估并显示作业效果。路线偏离距离为机器人前轮中心与规划路线之间的距离，杂草的喷药精准率为被喷施的杂草植株占所有杂草植株的比例，误喷率为被喷施的作物植株占被喷施植株的比例。在大数据的支持下，机器人的行走路线偏离距离较小，仅为4．8～7．2cm，能在各种环境中实现自主导航。机器人对各种作物杂草的喷药精准率为83．9%～91．4%，误喷率为8．4%～9．7%，具有精准喷药的能力。机器人对自身喷药精准率和误喷率的评估结果都接近实际值，最大误差率仅为5．7%，有助于准确地控制自身运行参数。 5结论 基于大数据开发了农业智能的喷药机器人，将采集的机器人作业环境信息、位置信息和运行参数汇集成为大数据后进行分析，用于对机器人的智能控制和作业效果评估。在大数据的支持下，机器人对5种作物进行喷药作业，行走路线偏离距离较小，能够实现自主导航。机器人对各种作物杂草具有精准喷药的能力，作业效果评估结果接近实际值。试验结果表明:大数据的应用有助于机器人准确地控制自身运行参数，智能化水平得到了大幅提升。

煤矿绞车论文:浅谈无极绳绞车在煤矿中的应用 【摘 要】 在煤矿井下的采区斜巷上运输一般都使用调度绞车，调度绞车运输时需要投入大量的人力、物力，并且中间的环节较多，安全系数相对较低，运输的效率也比较低。而无极绳绞车运输就能解决这些运输环节复杂、运输距离长、巷道变坡多、运输效率和安全系数低的问题，在运输条件复杂的回风槽等地方应用无极绳绞车，就能实现煤矿的安全、高效、经济的斜巷运输，确保煤矿的安全生产。 【关键词】 无极绳绞车 煤矿 应用 0 引言 随着煤矿机械化水平的提高，对煤矿采区内部斜巷运输的安全性、快速性、经济性、高效性提出了更高的要求。推广使用先进的运输装备，提高运输管理水平是当前煤矿斜巷运输管理的重点和难点。无极绳绞车是一种实用的新型辅助运输装备，具有结构紧凑、操作方便、可靠性高等优点，适用于长距离、多变坡、大吨位工况条件的普通轨道运输，主要用于煤矿井下工作面顺槽和掘进后配套运送生产所需材料、设备，无极绳运输设备简单，使用范围广泛，是当前调度小绞车的替代产品。 1 无极绳绞车结构原理 无极绳绞车由传动装置、主轴装置和制动操纵机构等组成。 1.1 传动装置 传动装置包括电动机、液力耦合器、减速器、齿轮联轴器和一级开式齿轮传动。 （1）减速器。减速器采用ZHQ-85型标准两级圆弧齿轮减速器。机壳为水平剖分结构，机盖和机座用铸铁铸成，并以螺栓连接。机座一端设有油位尺，其下面设有放油用的螺塞。盖板用于遮盖视孔，其上有排气帽。主动轴、中间轴和被动轴均以单列向心圆锥滚子轴承支承。各轴轴端有调节轴承间隙的垫片和端盖。 （2）液力耦合器。液力耦合器用于连接电动机和减速器，其作用和工作原理与输送机上用的相同。泵轮和壳体用螺栓连接。涡轮位于壳体内但无连接关系，它通过平键与减速器主动轴联结。壳体内设有注油孔和保险器。当液力耦合器长期过负荷工作使油温超过91.5度时，保险器内的易熔金属熔化，其中的销子在油压作用下被推出，并触动保险装置的拐臂，而后通过小轴、销子、套和凸轮臂，使电气开关动作而切断电路，起到保护作用。 1.2 主轴装置 主轴装置由卷筒、主轴、齿轮和滑动轴承等组成。卷筒有夹钳式和抛物线型两种。夹钳式卷筒有驱动力大、钢丝绳使用寿命长和无滑动现象等优点，其结构是在轮体上装有12块扇形压板，扇形压板内装有左、右卡钳和弹簧、销轴组成的夹钳，钢丝绳则卡在夹钳内。抛物线型卷筒是由轮体和开有抛物线形绳槽的轮圈组成，它们用螺栓连接。这种卷筒的优点是制造简单和可以正反转。 1.3 制动操纵机构 制动操纵机构包括工作制动器和安全制动器。 （1）工作制动器。它采用电动液压推动器自动操纵，推动器的电动机与主电动机联动。主电动机起动后，电动液压推动器使其外部的框架升起，进而通过连杆、长轴和连杆使重锤升起，于是杠杆抬起，工作制动闸松开。主电动机停转时，电动液压推动器随之停止工作，制动闸在重锤的作用下将卷筒闸住。此外，工作制动闸还可以通过手把拉动连杆进行操作。电动液压推动器的结构原理为，动作状态时，电动机带动涡轮旋转，油室内的油液输送到活塞的下腔。这一过程是逐步实现的，从涡轮排出的油液先使缓冲装置下部的活动套升起。当该活动套上升到使开口露出时，油液才进入活塞的下腔。随着套的继续上升，开口逐渐增大，直到套的上端顶到涡轮外罩时，开口达到最大。这时，活塞在油液压力的作用下上升，带动框架升起，使工作制动闸松开。制动状态时，电动机停止运转，涡轮也随之停止运转，油液不再具有压力，于是活塞在重锤的作用下迫使油液从开口返回油室，并且随着套在弹簧的作用下下降，开口越来越小，回油速度越来越慢，因而使制动过程进行的比较平稳。 （2）安全制动器。安全制动器由电动液压推动器、重锤、制动杠杆和带形闸等组成。主电路有电时，液压推动器动作，使重锤提起，使带形闸处于松闸状态。当发生故障，总电路被切断时，液压推动器停止工作，重锤立即下降，通过制动杠杆使带形闸将卷筒制动，起到安全保护作用。安全制动使用的电动液压推动器与工作制动用的基本相同，只是没有弹簧缓冲装置，因而动作较快，适合安全保护的要求。 1.4 逆止装置 逆止装置的作用是当工作制动器失灵时，防止绞车在货载的作用下反转而造成事故。它由固定在主轴一端的单向离合器、固定在离合器上的模板、中间传动机构和按钮开关组成。绞车正常工作时，离合器不转，模板位置不变。一旦工作制动器失灵，绞车在货载的作用下刚一反转时，离合器便立即动作，其上的模板便触动按钮开关而切断液压推动器的电源，使安全制动器立即动作，防止了绞车的反转；同时，安全制动器上的闭锁装置切断主电动机的电路而使之停止转动。 2 无极绳绞车在煤矿运输中的应用 （1）简化运输系统。无极绳绞车减少了线路上的工作人员和矿车摘挂钩次数，摘挂钩工人劳动强度大，轨道附属件多，倾斜运输中容易发生跑车事故，应用无极绳绞车无形中提高了提升效率和安全性能，为综采工作面安全、快速的安装奠定了基础。 （2）减少了摘挂钩和倒车接替次数，避免了因跑车、脱钩、断绳等引发的事故；简化了运输程序，减少了事故隐患环节，降低了运输事故发生率。 （3）液压张紧系统张紧便捷。钢丝绳张力可随着牵引工况的变化而变化，延长了钢丝绳的使用寿命，减少了窜绳张紧的次数。 （4）泄漏通讯装置使用方便，实现了手持电台之问、手持电台与基地电台之间的多方通话，还具有打点、急停控制功能，为长距离安全运输提供了技术保证。 （5）无极绳绞车采用机械传动方式，结构紧凑，操作方便，可靠性高。 （6）在顺槽中实现连续运输，无需转载，提高了安全可靠性，避免了掉道对煤矿采取设备安装、生产的影响。 （7）尾轮固定简单，可方便快捷地移动，实现运输距离变化。 3 结语 无极绳绞车运输是煤矿生产过程中重要的运输方式之一，随着社会的发展和科技的进步，在无极绳绞车在设计制造方面将更加完善，将能更好地为矿井的生产建设服务，为煤矿企业创造更多的效益，确保矿井安全稳定生产。 煤矿绞车论文:浅析煤矿提升绞车测速系统的改造 【摘 要】 传统的矿用提升绞车测速装置因结构较为复杂，带有的电刷和换向器，其产生的干扰信号会对绞车上PLC或者变频器等电控装置造成影响。本文重点介绍了基于霍尔传感器的绞车测速装置在仙亭煤矿中的使用情况，对今后该装置的推广使用具有一定的指导意义。 【关键词】 煤矿 霍尔传感器 提升绞车 测速 目前矿井提升绞车已基本实现了对其进行PLC或者变频控制的改造。但是很多提升绞车上仍然使用的是利用测速发电机这种传统测速方式，该种测速装置结构较为复杂，带有的电刷和换向器，其产生的干扰信号会使改造后的提升绞车电控装置造成不良影响。以仙亭煤矿使用的重庆GKT型绞车为例，该种绞车配备的是直流测速发电机，经过多年的运行，大部分测速装置已经不能正常使用，因此寻找一种廉价、易维护的测速方法对于绞车安全运行有很大价值。本文详细讲述霍尔传感器测速系统在矿山提升绞车上的应用情况。 1 霍尔传感器的原理 1.1 霍尔效应 在一块半导体薄片上，其长度为L，宽度为b，厚度为d，当它被置于磁感应强度为B的磁场中，如果在它相对的两边通以控制电流T，且磁场方向与电流方向正交，则在半导体另外两边将产生一个大小与控制电流I和磁感应强度B乘积成正比的电势u ，即UH=KHIB，其中KH为霍尔元件的灵敏度。该电势称为霍尔电势，半导体薄片就是霍尔元件。 1.2 工作原理 霍尔开关集成电路中的信号放大器将霍尔元件产生的幅值随磁场强度变化的霍尔电压UH放大后再经信号变换器、驱动器进行整形、放大后输出幅值相等、频率变化的方波信号。 2 霍尔传感器在仙亭矿绞车上的应用 2.1 霍尔开关概述 霍尔开关是一种磁感应电子器件，其原理是感应电势根据磁场强度的变化而变化——即霍尔效应。霍尔开关可以作为接近开关使用，主要用于转速及位移检测，其分类有开关型霍尔传感器和线性霍尔传感器两种，开关型霍尔传感器输出为0和1两种信号，是一种数字信号，可以直接连接PLC或者单片机的I/O引脚，而线性传感器则需要AD转换器。霍尔开关价格便宜，稳定性较好，是一种理想的非高精度测速原件，现以仙亭矿201采区GKT1.6绞车为例，探讨使用霍尔传感器对绞车测速。 2.2 测速方法介绍 仙亭矿201采区绞车的电控系统现为PLC电控，结合变频器使用，使用的PLC型号为欧姆龙CPM2AE-60CDR-A，扩展模块为CPM1A-20EDR，扩展模拟模块为CPM1A-AD401，其测速装置使用测速发电机输出220V电压后，进入型号为DP（I）4-PDV500C的数字式直流电压表（DVP）作为采集装置，信号发送到CPM1A-AD401（如图1所示）。PLC模拟模块编程后，可设置输入电流信号上下限，起到限速保护作用（数字式电压表DP（I）4-PDV500C自身带有上下限设定功能，本文不做讨论）。此时测速发电机如果损坏，可考虑使用使用线性霍尔传感器替代，线性霍尔传感器由霍尔元件、线性放大器和射极跟随器组成输出的是模拟型号，根据外加磁场强度变化，输出电流也在变化，将霍尔传感器的输出端直接连接DP（I）4-PDV500C即可，PLC程序无需修改，选择适当型号的霍尔传感器即可。 2.3 硬件实现 2.3.1安装 使用霍尔接近传感器测速时，采用旋转式接近，将配套磁钢片以同一极性按一定的角度贴在电机转轴上，传感器正面对准磁钢片固定，工作距离大概在2～10mm之间（如图2所示）。当电机旋转时，传感器霍尔电势随磁钢片磁场强度变化而变化，对于线性霍尔传感器来说，是电流电压的线性变化。 2.3.2 接线方式 一般的霍尔接近开关有三条线，棕色接电源正极，蓝色接电源负极，黑色为输出线，输出线接负载，负载可以是继电器线圈、信号灯，对于PLC则是数字输入模块。需要注意的是，不同PLC需要选择不同的接近开关，公共输入端为0V的 PLC要选用NPN型接近开关，公共输入端为24V的PLC则需选用PNP型，欧姆龙等日系PLC公共输入端一般为0V。 2.4 软件实现 限速保护实现流程图： 利用PLC编程软件设定上限值，并在安全回路设置过速保护开关，可实现限速保护，如果利用多位数码显示管，还可显示速度。具体的软件设置和梯形图需根据现场及PLC的型号而定。 3 其他测速方式 除线性霍尔传感器，还可使用开关型霍尔传感器，需要设置转速公式，编程较为复杂，但不需要PLC模拟模块；另外还可以使用旋转编码器，其优点是精度较高，接触式旋转编码器安装十分不便，而非接触式旋转编码器对环境要求高。 接近开关可以组合使用，对于牌坊式深度指示器的提升绞车，在深度指示器安装和电机等部位各安装若干个传感器，进入PLC后进行数据对比，设置差值上限，可作为深度指示失效保护。霍尔传感器在工控领域应用已十分成熟，价格在几十至几百元不等，价格低廉，对于矿井设备控制也能有十分广阔的应用。 4 结语 本霍尔传感器适用于矿山提升绞车的速度测量，从根本上解决了传统的利用测速发电机这种电磁式转速传感器输出信号的幅值不稳定，响应频率不高，以及抗电磁波干扰能力差的缺陷。能够更好的保障矿井的安全生产，值得在煤炭行业广泛推广。 煤矿绞车论文:煤矿提升绞车故障诊断技术及设备保养探讨 【摘 要】本文介绍提升绞车的工作原理及性能，并对绞车故障诊断技术和设备保养进行了论述。 【关键词】煤矿机械；提升绞车；故障诊断；设备保养 1 提升绞车的工作原理及性能 1.1 工作原理 （1）动力传动系统：其传递路线为：电机联轴器中心轮1（太阳轮）行星轮中心轮2（内齿轮）调整装置行星架斜齿轮卷筒。 （2）调速系统：因系行星差动轮系，自由度有2个。通过对内齿轮的速度调整，可实现对行星架输出转速的无级调速，使卷筒达到理想的工作转速。 （3）辅助装置：包括紧急制动装置、工作制动器、调速操纵器、深度指示器与卷扬系统等。紧急制动装置用于突然停电或遇紧急情况时，起紧急刹车作用。主要由电力液压制动器和带制动轮的柱销联轴器组成；工作制动器用于停车前或工作中制动减速。该制动器为连杆带式制动器：主要由制动带、杠杆系统和操作手柄组成。制动带有内衬，用螺栓或铆钉固定于钢带上；调速操作器由块式制动器，制动闸轮，杠杆系统，操作手柄组成。向前推动操作手柄，位于调速器外侧的块式制动器打开，调速轮空转，调速器输出速度为零。向后拉动操作手柄拉紧制动时，调速轮固定不动，调速器输出速度最大；卷扬系统装置包括卷筒、主轴与轴承座。卷筒由大齿轮、制动轮和钢板卷筒组成，并通过平键联接在主轴上，外带绳槽的衬垫或木衬、以减少钢丝绳的磨损。 1.2 性能要求 （1）满足负载时变：绞车用于海洋拖曳、电梯轿厢提升、矿山调度等场合时，由于外界环境因素影响，例如海浪、海流、货物质量等的不断变化，其负载也在不断变化。这就对绞车的稳定运行造了很大干扰。因此，要采取有效的控制手段来控制绞车的收放速度。 （2）驱动力矩范围大：这是由绞车的工作环境决定，其驱动力范围从几公斤到上百吨不等。 （3）调速方便，高低速运行稳定：由于收放工作的需要，现在许多绞车都需要能够方便连续地调整收放速度。高速运行时，不能出现飞车情况；低速运行时，不能出现爬行现象，而且要保持一定的输出力矩。 （4）要求较高安全可靠性：由于绞车一旦出现事故，就有可能对人的生命或财产造成很大的伤害，加上绞车的工作环境大多较恶劣，要求绞车具有很高的可靠性。因此，在设计绞车时，应考虑到绞车的最大负载能力、绞车的防爆性与元件的可靠性等因素。 （5）较好的可操作性：一些先进的电子控制技术、通讯技术的运用，使得绞车有很好的人机接口和远程通信能力，极大提高了绞车的操作性能。 2 绞车故障诊断方法 2.1 传统诊断方法 绞车的故障现象是各种各样。实际检修过程中，要充分利用手、眼、耳等器官，判断时，先要搞清楚故障的基本现象或特征，深入仔细思考和具体分析有可能产生故障的部位，以及可能的原因，然后遵循“从简到繁、由表及里、由易到难”的原则。 首先，进入现场直接观察机械设备，并查阅机器运行技术档案资料，结合故障诊断设备。 2.2 运用现代诊断技术 现代测试仪器主要有便携式振动仪，温度计和油样分析仪等。 对绞车运用震动诊断，是运用外在设备对绞车的运行状态做出判断，进而对有故障部位、故障程度、故障原因做出准确判断。绞车常见的机械故障一般出在轴承和齿轮。齿轮的正常运转，关系到整台设备的正常工作。齿轮是一种较为复杂的成型零件，保证其制造和装配质量较为困难，特别是在井下高速重载下运行的齿轮，工作条件更为恶劣。振动分析是非常先进的技术手段。因此，要求设备故障诊断人员有较高的理论水平和较强的实际操作能力。 对绞车采用油样分析，通过润滑油液分析来达到故障诊断的目的。通过对工作油液（脂）的合理采样与分析处理后，就能取得关于该机械设备各摩擦副的磨损状况：包括磨损部位、磨损机理以及磨损程度等方面的信息，从而对设备所处工况作出科学判断。磨损、疲劳和腐蚀是机械零件失效的3种主要形式和原因，而其中磨损失效约占60%左右。由于油样分析方法对磨损监测的灵敏性和有效性，因此，这种方法在机械故障诊断中日益显示其重要地位。 油样分析通常指油样的铁谱分析和光谱分析以及磁塞分析，都是对铁磁性物质颗粒的收集和分析。通过油样分析，能获取绞车以下信息： （1）磨屑的浓度和颗粒大小反映出绞车磨损的严重程度； （2）磨屑大小和形貌反映磨屑产生的原因，即磨损发生的机理； （3）磨屑的成分反映磨屑产生的部位，亦即零件的磨损部位。 温度检测是绞车诊断的重要特征参量。温度升高反映出是否润滑不良、选用材质是否合格，许多轴承的损坏都与轴承的温升息息相关。温度检查是检修绞车的重要依据，是引发机械故障的重要因素。绞车故障检修时选用非接触式温度计就可以收到效果。 3 绞车日常管理维护 （1）要保持设备清洁，设备停止运转后才可进行维修、保养和加油等；经常检查油管、气管、接头处是否有渗漏现象，保证所有的电、气、液管线不与坚硬物发生摩擦；车上变速器等设备摩擦连接处应按照技术要求加足润滑油，防止锈蚀等；设备每运行250 h，应更换滤油器芯。 （2）由专业维修人员进行液压系统的维护工作，确保系统清洁度是液压系统维护的重要问题之一。每次系统运转或维修后，都应检查油箱油面，油量不足时，应及时添加相同牌号的液压油。 （3）滚筒轴承应保持良好的润滑，每月注入一次锂基润滑脂，加注量为贮油量；不定期检查润滑油液位及油液质量，杜绝添加劣质润滑油，尽可能使用同一牌号的润滑油。 （4）精心维护管理降低测井绞车操作过程中出现故障的概率，使绞车保持正常的工作状态，增加绞车使用寿命。当测井绞车长期停止使用时，应存放在干燥、通风良好、无腐蚀性介质，且避风雪、防暴晒，有消防设施的场所。 4 结语 煤矿建设和生产单位要重视对绞车的维护、维修和保养工作，大力提高维修、维护人员的职业水平尤为重要。及时总结经验，逐步提高判断故障的技术水平。 煤矿绞车论文:煤矿双速多用绞车存在的问题与维护 【摘 要】煤矿双速多用绞车用于煤矿井下综采工作面设备及各类机电设备的搬迁等辅助运输工作，也可用于煤矿井下采掘工作面、井底车场、上下山、地面等处的物料运输，矿车调度等工作及回采工作面的回柱放顶，还可用于其他矿山和建筑等行业。本文主要探讨煤矿双速多用绞车存在的问题与维护。 【关键词】煤矿；双速多用绞车；维护 现有生产采区运输系统已经形成，不适用新型辅助运输设备，在联络巷和顺槽宜推广使用双速多用绞车，解决安撤工作面支架运送问题。绞车操作工必须熟悉所操作绞车各部的结构、性能及机械电气、液压系统，熟悉绞车工作原理及操作方法，熟悉信号联系方法，会一般性的检查、维修、润滑和保养，会处理一般性的常见故障。 1 煤矿双速多用绞车的特点 （1）具有快、慢两种速度，慢速平均为8～9m/min左右，与目前煤矿井下使用的回柱绞车等慢速绞车的速度相似；快速平均为55～65m/min左右，与目前煤矿井下使用的调度绞车等快绞车的速度相似；通过离合内齿方式实现速比差异较大的两档快慢速度，使用灵活方便。 （2）该系列绞车的慢速牵引力分别为80kN、140kN、220kN，分别与相应规格的回柱绞车等慢速绞车的牵引力相同；快速牵引力分别为13kN、21kN、29.1kN。分别与相应规格的调度绞车等快速绞车的牵引力相同。 （3）一机多用，可代替现有同规格的回柱绞车、调度绞车、慢速绞车、运输绞车，实现一机四体。 （4）传动系统采用圆锥一圆柱齿传动，传动效率高，整机传动效率在75%以上。能耗低；油箱内油的温升低，绞车设计寿命长（5000h），是现有回柱绞车寿命的3.8倍。 （5）结构紧凑，外形尺寸小，呈长条形对称结构，底座呈船形结构，可整体下井，在井下可自移，且平稳，不摆动，不翻倒，很适应在煤矿井下采掘工作面、顺槽等狭小条件下工作。 （6）系列产品的设计参数适合煤矿井下使用条件。 2 煤矿双速多用绞车存在的问题 煤矿双速多用绞车用于井下采煤工作面综采设备及各类机电设备的搬迁等辅助运输工作，也可用于煤矿井下采掘工作面、井底车场、上山下山、煤矿地面等处的矿车调度、物料运输等工作，还可用于回采工作面的回柱放顶。该绞车具有快速和慢速两档速度，可根据现场的需要变换速度和牵引力进行不同条件下的工作。这就要求绞车操作工熟练地掌握绞车理论知识、实际操作和维护技术，具有高度的职业责任感，为煤矿安全生产做出贡献。 2.1 轴承过热 （1）缺油，油中含杂质，油孔堵塞；（2）接触不良或轴线不同心；（3）间隙过小；（4）油圈转动不灵或卡住。 2.2 滚筒有异声 （1）连接杆件松动或断裂，产生相对位移和振动；（2）焊缝开裂；（3）筒壳强度不够，产生变形；（4）衬套与轴径磨损，间隙过大；（5）联轴器松动。 2.3 滚筒轮毂松动 （1）各支承轴承不同心，水平度偏差大，使轴局部受力过大，反复疲劳折断；（2）经常超载运行和重载冲击，使轴局部受力过大，产生弯曲；（3）材质不符合要求和轴颈变径处结构不合理；（5）带负荷静置太久，产生变形。 2.4 抱闸或松闸不灵活，速度缓慢 （1）传动杠杆销轴不灵活或过于松旷；（2）缓冲器油缸卡顶；（3）油压不足；（4）碟形弹簧失效；（5）制动器操作手把给不到位，或移动角度不合适。 2.5 闸瓦局部过热或裂纹 （1）制动杠杆力不均匀；（2）局部接触，使单位面积压力过大；（3）闸块与闸轮（或闸盘间隙不均匀）。 3 煤矿双速多用绞车的维护与管理 3.1 绞车的维护 （1）绞车的操作人员必须严格遵守操作规程。 （2）绞车必须按规定及时加注润滑油。 （3）绞车若长时间搁置不用，必须选择干燥的地方存放，防止电器受潮，绞车的裸露部分应涂保护油，各摩擦部分涂上润滑油。 3.2 绞车的润滑与密封 机器的润滑不仅关系着机器的正常工作，而且直接影响机器的寿命，因此必须及时的更换和补充润滑油。润滑油的油质必须符合要求，不得混入灰尘、污物、铁屑及水等杂质。闭式齿轮传动润滑采用工业齿轮油250号（SY1172-77S）。减速箱内最高油面不超过大锥齿轮直径的三分之一，最低不低于大锥齿轮齿宽方向的三分之一。闭式减速箱内的轴承均为溅油润滑。 开式齿轮传动及支撑其的滚动轴承均采用钙钠基脂润滑脂（SY1403-77），各滚动轴承内加入的润滑脂加入量不得超过容量的三分之二，每隔3～6个月应加油或更换一次。 对于新的或大修后的绞车，在运行半个月后必须更换减速箱内的润滑脂并进行清洗，以除去传动零件磨损的金属细屑。 减速箱剖封面及各密封面，密封后均不允许漏油。拆卸后，重新安装时应在各密封面涂密封胶或水玻璃。 3.3 认真学习安全生产的方针、政策、法律法规，参加矿、区队组织的安全业务培训及安全技术措施、绞车知识、质量标准、煤矿工人安全知识50条和企业安全文化学习，不断提高自身素质和技能。 3.4 绞车司机必须持有《岗位资格证书》和《特种作业人员操作资格证书》方能上岗，否则，严禁操作绞车。上岗人员应熟悉本职业务，钻研技术，做到“三知四会”（知设备结构原理、知技术性能、知安全装置的作用；会操作、会维护、会保养、会排除一些故障）。 4 结论 正确地操作与维护绞车，保证其安全可靠经济地运行，提高工作效率，延长设备的使用寿命，具有极为重要的意义。所以，要求绞车操作工熟练地掌握绞车理论知识、实际操作和维护技术，具有高度的职业责任感，为煤矿安全生产做出贡献。 煤矿绞车论文:煤矿斜巷小绞车运输事故发生的原因及预防措施 摘 要 分析斜巷小绞车运输事故发生的原因，采取有针对性的措施，对促进煤矿安全生产具有重要的意义。 关键词 煤矿；斜巷小绞车；事故原因；预防措施 矿井运输是煤矿安全生产的重要环节。由于矿井运输具有工作范围广、战线长、设备设施流动性大、涉及人员多等客观因素，矿井运输事故在煤矿各类事故中一直占有很大的比例。特别是分析斜巷小绞车运输事故发生的原因，采取有针对性的措施，对促进煤矿安全生产具有重要的意义。 在运输事故中斜巷小绞车运输占很大的比例，而且斜巷小绞车运输事故的危害也远远大于其他运输事故，下面将最常见的导致斜巷小绞车运输事故发生的原因进行分析并找出相对应的预防措施。 1 分析斜巷小绞车运输事故发生的原因 1）斜巷小绞车的选择、钢丝绳的型号、斜巷的长度坡度以及在该区域设备最大重量四者之间的关系。以上四者之间在各个环节选择不当都可能出现该区域整个运输系统瘫痪。 2）无证人员操作绞车。由于当班班组长安排工作不细致，将无证人员安排在绞车司机工作岗位上，而作业人员没有拒绝班组长的违章指挥行为，而是盲目听从班组长的安排进行违章作业。此类违章行为可能会产生严重后果，由于无证人员对绞车各项性能不熟悉，遇见紧急情况，不能正确处理，斜巷运输作业现场在拉运过程中随时可能出现这样或那样的隐患，而司机处理不当就很有可能发生事故。 3）斜巷违章停车装料或其他作业。当班班组长安排工作不细，不认真，没有交代作业过程中的安全注意事项。作业人员为了作业省力，蛮干违章。 4）斜巷安全设备不齐全或闭合不到位，倒置在运行过程中起不到安全保护作用，从而造成斜巷跑车事故或安全设施闭合不到位，在下车场有作业人员时，上车场的车辆进入斜巷造成跑车，出现伤亡事故。 5）绞车维护不到位长期带病运行，钢丝绳出现断丝、硬弯、打结或磨损超限不及时更换，等都有可能出现斜巷跑车事故发生。 6）连接装置不合格如出现裂纹、破损、磨损超限等如果没有及时进行更换，在拉运过程中可能出现连接装置断裂造成跑车事故。 7）运输车辆本身缺陷造成事故。装材料或机械车辆由于使用时间较长，车辆底盘、碰头、闭锁装置等由于长时间碰撞或锈蚀等没有及时进行检修修复，在运输过程中在薄弱环节可能出现断裂，造成事故。 8）在斜巷正常拉运过程中，由于轨道质量不合格造成在车辆掉道，在处理掉道车辆时，由于使用处理方法不当（如用绞车硬拉处理、在松绳状态下使车辆复轨等）导致事故发生。 除了以上原因以外，区队干部对斜巷运输的不重视也是一个主要原因，特别是一些采掘一线的管理人员，他们认为采掘一线主要任务就是生产，每班只安排几个职工进行材料运输，对现场的运输管理全部由当天拉运人员中临时安排人员进行负责，造成在运输过程中得不到有效的监管，任由现场作业人员进行违章蛮干，最后导致事故发生。 2 斜巷事故发生的预防措施 由以上斜巷小绞车运输事故的发生原因分析可知，运输事故的发生主要表现在“人、物、环境”（人是指作业人员，物是指设备、材料、工具等，环境是指工作现场的作业环境）在三者之间是没有轻重主次之分，只要任何一个出现问题都有可能造成运输事故的发生。要减少或控制运输事故，应采取以下措施。 1）在斜巷运输的设计开始必须经过严密的设备选型以及验算，以该区域设计巷道的参数（斜巷的长度、坡度）为基础，以最大设备重量为承载量，合理的选择小绞车的型号和钢丝绳的型号，必须保证绞车的牵引了和钢丝绳的破断拉力是斜巷小绞车安全运行的首要保证。 2）在小绞车拉运时，绞车司机必须熟知绞车的性能，尤其掌握提升的最大静张力，估算出所拉设备的重量。特别是对于不经常拉运的材料，决不能盲目进行拉运，必须向管理人员问清楚，采取谨慎态度，宁可少挂车辆或不拉运（严禁超挂车辆）。如超载超重运料，很有可能引起制动力矩不够，造成断绳或跑车事故。 3）绞车司机必须持证上岗，在工作期间职工必须清楚本人操作证的工种，在班组长安排工作是，首先要考虑是否有该工种的操作证，如果没有必须果断的拒绝班组长的安排，并说明原因，再由班组长合理安排其他符合该岗位的作业人员。 4）在斜巷绞车运行过程中，上下口的把钩工应负责把口严禁人员进入斜巷，在发现有人进入时把钩工应及时制止此类违章行为，发现后立即向绞车司机打信号，停车并制止，坚决做到斜巷“行人不行车，行车不行人”。 5）在斜巷作业过程中必须严格按照相关的作业规程和《煤矿安全规程》中的相关规定进行作业，在从事特殊作业时必须编制专门的安全技术措施，根据措施进行作业。 6）对斜巷所使用的设备和安全设施、工具特别是连接装置在拉运前必须由专人进行专项检查，对存在的不安全隐患和不合格工具必须坚决进行处理更换，必须保证设备和安全设施始终处于完好状态。 7）要强化安全宣传教育和培训，提高员工的运输安全意识和安全技能。各单位的领导干部必须利用每班班前会的学习时间对职工在现场操作中可能出现的一些违章现象和不规范行为以及一些隐患进行强调，并给出出现相应问题的处理和解决方案。对全矿实行的“手指口述”和“岗位描述”必须给职工详细讲解并剖析，使职工熟练掌握。要切记让职工对一些规定进行死记硬背，干部应根据规定结合现场实际对职工说明制定各条款的原因，使其对规定有进一步的理解，从而便于现场实际操作。通过学习和培训让职工掌握矿井运输安全的重要性，必须给职工树立“安全第一”的思想，增强遵章守纪、按章操作的自觉性，要做到只要不安全，坚决进行作业的思想意识。 8）加强现场的安全监督检查，严格落实各项规章制度。要通过单位自查和管理科室的抽查来加强矿井运输的监督和管理，是有效遏制运输事故的重要手段。特别是矿井专门成立的督导组检查人员必须具备丰富的运输管理工作经验，且工作积极、责任心强，并熟悉斜巷运输中各工种的《操作规程》和作业程序，掌握《煤矿安全规程》和一些相关的管理规定，对全矿的斜巷小绞车安全运行填卡制度的执行情况进行监督检查，对使用中的小绞车安全运行进行现场随机监督和卡片签字认可的复查工作，对存在的问题必须及时安排人员进行处理，对一些问题得不到解决的必须严格落实相关人员的责任，进行从严、从重处罚。 除了以上的预防措施外我们还可以给职工创造一个安全的工作环境。如斜巷要有足够的光线照明，一坡三挡设置齐全。在一些特殊地点制作安全提示小标语。班前会上安排工作任务要细致认真，要强调在作业过程中可能出现的隐患和问题并给出相应的处理办法。再就是安全监督检查人员应加强斜巷作业监督检查，帮扶作业人员遵章作业。 煤矿绞车论文:煤矿斜井绞车联动挡车器的工作原理及功能特性 摘 要：浅析斜井跑车事故的危害，斜井跑车事故的发生原因及其主要特点，绞车联动挡车器的结构与工作原理，斜井绞车联动挡车器的主要功能与特点，以及应注意的两个关键问题。 关键词：煤矿斜井；绞车联动；挡车器；原理；特性 一、引言 煤矿斜井串车提升，一直是常用的提升方式。该提升作业程序比较复杂，需要的操作人员多，劳动强度大，对作业人员间的协调配合要求还比较高，且提升过程中极易发生跑车事故。事故一旦发生，将给人身安全和财产安全都造成极大的危害。因此，斜井提升也是煤矿安全防范的重点之一，必须采取行之有效的措施，预防和制止跑车事故的发生。 斜井串车提升发生的跑车事故，因能量积蓄很大，破坏性极强。采用高强度耐冲击的挡车器，会造成挡车器体积过大、对控制机构的功率和强度要求高，存在响应时间长等诸多弊端。通过挡车器和绞车的联动，就可以降低挡车器的强度，提高灵敏度，从而有效防止跑车事故的发生。 二、斜井跑车事故的发生原因及其主要特点 煤矿斜井跑车，实质上就是被牵引的车辆失去控制后，在重力的作用下沿斜坡方向加速下滑的现象。一旦失控的车辆自由下滑到斜坡的底端，巨大的冲击力就会给周围设施造成损毁。斜井跑车发生的区间还难以确定，事故的破坏性极强。 斜井跑车事故发生的原因与主要特点，可归纳为以下几点（类）： 1）断绳造成的跑车。有时因载荷超过了钢丝绳的破断力，或者受外力冲击，以致造成钢丝绳破断，而使得被牵引的车辆失去控制。特点：跑车发生在车辆运行区段，车辆具有一定的初速度，不易发现和控制。破坏性随事故发生的位置而不同。 2）断销造成的跑车。车辆运行过程中因连接销断裂或滑脱，以致造成了被牵引车辆失去控制。特点与断绳跑车截然相同。 3）未连挂车辆的跑车。因作业操作失误或井口挡车装置失效，使未连挂的车辆滑人斜巷造成的跑车事故。特点：发生在上井口车场，车辆初始运行速度较小或为零，易发现，并在井口车场内极易控制或制止事故扩大。如果不能及时制止，则失控的车辆将在整个斜巷内自由下滑，积聚的动能最大，破坏性也最强。 三、绞车联动挡车器的结构与工作原理 1）绞车联动挡车器结构。绞车联动挡车器主要由电源开关、行程开关组件、信号开关、执行元件、挡车器，以及信号传输线路等组成。在此以电控式绞车联动挡车器为例说明之。电源控制开关选用DW83-80N型可逆磁力起动器，执行元件选用电动推杆，挡车器选用型钢与转轴组合而成的自复位型挡车器，按照分段距离确定其强度。 挡车器及形成开关组件设置，见图1（a）。由图中示意可以看出，两档挡车器将整个斜井划为AB、BC、CD三段。其对应于图1（b），行程开关组件I、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ将整个圆盘分为三段圆弧。 2）绞车联动挡车器工作原理。①当下放车辆时，提升绞车起动，车辆2由上车场被推向变坡点A，安装于限速圆盘上的控制凸轮板也由起点开始转动。当车辆2到达A点时，控制凸轮板到达Aˊ点。②车辆通过A点后，沿斜坡向B点运行，控制凸轮板也由Aˊ转向Bˊ。当车辆2接近B点时，控制凸轮板到达行程开关组件I的位置，并将行程开关4压下。行程开关串接在电源开关正向控制线圈电路中的常开点闭合；正向控制线圈有电；接触器动作；电动推杆收缩，通过连接钢丝绳牵引第一档挡车器3转动；挡车器伏在基础坑上，低于轨面，同时触发设置于基础坑内的信号开关，向绞车房发送允许通过的灯光信号。车辆2可顺利通过。③当车辆2全部通过B点后，控制凸轮板转至行程开关组件Ⅱ处，并压下行程开关2。行程开关2串接于电源开关反向控制线圈电路中的常断接点闭合；电源开关反向控制线圈有电；反向接触器动作；电动推杆伸出；挡车器在自重力的作用下抬起复位，并释放信号开关。AB段恢复封闭状态，车辆不能通过。④第二档挡车器的动作由行程开关Ⅲ、Ⅳ控制，对BC段进行封闭，阻挡该区段发生跑车事故的车辆继续下滑（其控制原理与第一档挡车器相同）。⑤当车辆上提时，车辆撞击挡车器，使挡车器伏在基础坑上。车辆通过后，挡车器自行复位。控制凸轮板随限速圆盘反向旋转，将行程开关压杆抬起，行程开关不动作。⑥通过调整行程开关组件I、Ⅱ的相对位置，可调整A、B、C、D问的距离，实现根据挡车器的强度对斜井巷道适当分区，以确保挡车器工作的可靠性。⑦通过调整行程开关组件I、Ⅱ、Ⅲ 、Ⅳ之间的相对位置，就可控制挡车器的开闭时间，从而限制车辆通过的个数，并实现防止超挂车辆现象的发生。 四、斜井绞车联动挡车器的主要功能与特点 在斜巷中运输，为防止跑车事故或阻止跑车事故的扩大，必须在斜井设置能将跑车车辆阻挡住的具有极高强度和灵敏度的挡车器，但是这个问题难以解决。高强度势必造成挡车器体积大、功率大、响应时间长、灵敏度又低。而绞车联动挡车器，则可综合以上特点，并能有效地解决这一矛盾。 斜井绞车联动挡车器主要特点：①该系统可通过深度指示器圆盘定位，方便准确，易于调整，且不发生误动作。②系统具有可靠的控制功能，可根据提升机钩头的位置，准确地控制挡车器的开闭，便于将整个提升区间进行分段和分段地设置挡车器，同时全部与绞车联动。它能限制发生跑车车辆的自由下滑距离，从而使车辆未积聚较大动能时就能被挡车器及时阻住，这样也降低了对挡车器强度、体积和机构功率的要求，并缩短挡车器的响应时间，有效提高挡车器的动作灵活性。③系统可通过相应的信号及时通知操作人员，使其迅速判断是否发生了事故，从而选择可靠的操作方法。④系统的执行机构与挡车器之间，通过钢丝绳柔性连接，从而消除了车辆撞击挡车器时对执行机构的破坏性，也使系统易于恢复和降低运行费用。⑤本系统结构简单，易于安装，便于维护和使用。 五、应注意的关键问题 安装使用应注意的两点：①系统使用控制凸轮板时，应不影响提升绞车限速装置和自动减速装置的正常工作。使用非接触元件(如红外线传感器)替代控制凸轮板和行程开关组件为好。②系统可以使用风动、液压等执行机构，但其缺点是动作响应时间较长，在考虑挡车器强度或对斜井分段时，应将响应时间内车辆积蓄的能量和运行距离考虑进去，以保障挡车强度。 六、结语 本绞车联动挡车器，由于采用了分段式控制，在满足挡车强度的基础上，有效第缩小了体积，提高了响应效果，阻车也有了保障。这样也能降低运行成本。系统操作简单，维护方便，可靠性高。 煤矿绞车论文:浅析变频绞车电控系统在煤矿中的应用 摘要：本文简要介绍了变频绞车的特点,重点讲述了变频绞车电控系统在煤矿生产中的使用情况。 关键词：煤矿 变频绞车 电控系统 应用 矿用绞车是通过缠绕钢丝绳带动提升容器沿井筒或倾斜井巷运行的提升机械,是煤矿生产系统矿中用不可少的重要运输设备,常用于采区、工作面顺槽及掘进工作面等地点。为了进一步提升绞车运行中的安全性、经济性与可靠性,从而达到节能与增效的目标,必须对绞车的电气控制措施进行改造,其中探讨变频绞车电控系统的技术的应用对煤矿生产来说是至关重要的。本文主要论述变频绞车电控系统的组成及应用。 1、变频绞车的特点 (1)结构紧凑、体积小、移动方便、用于矿井可节省大量的开拓费用。 (2)安全防爆,适用于煤矿井下等含有煤尘、瓦斯或其它易燃易爆气体的场所。 (3)变频绞车是以全数字变频调速为基础,以矢量控制技术为核心,使异步电机的调速性能可以与直流电机相媲美。表现在低频转矩大、调速平滑、调速范围广、精度高、节能明显等。 (4)采用双PLC控制系统,使斜井绞车的控制性能和安全性能更加完善。 (5)操作简单、运行安全稳定、故障率低、基本上免维护。 变频绞车控制系统是完成绞车按一定的控制要求,安全可靠运行的一种过程控制系统。该系统主要包括绞车的提升控制;行程测量、控制与指示;故障检测、报警与保护;安全电路及液压站工作制动与安全制动控制等。以PLC为控制核心的绞车控制系统,极大地提高了控制系统本身的安全可靠性,使绞车控制性能和保护性能更加完善;使控制系统的硬件组成和线路更加简化;操作和维护更加容易。 2、变频绞车电控系统适用的范围 变频绞车电控系统,适用于交流异步电动机(绕线型或鼠笼型)驱动的单滚筒或双滚筒缠绕式绞车。既可以与新安装的绞车配套使用,也适合于对老绞车电控系统的技术改造。变频绞车电控设备适用于以下场所: (1)海拔高度不超过1000米,如超过这个海拔高度,元器件在功率、容量方面应按海拔高度的增加,适当降容使用。 (2)周围环境温度不高于+40℃,不低于-20℃。 (3)相对湿度不超过95±3％。 (4)没有导电尘埃及对金属和绝缘有破坏作用的气体。 (5)在无淋水、滴水、无剧烈振动和颠簸的地点使用。 (6)没有强磁场作用。 (7)防爆设备适用于煤矿井下等含有煤尘,瓦斯或其它易燃易爆气体的场所。 3、变频绞车电控系统的技术参数 (1)电机型式及调速方式: 电机:交流异步电动机,推荐采用鼠笼电机; 单机最大容量:660V,355kW;1140V,500kW; 电机电压等级:380V,660V,1140V;电压波动范围:±10％; 调速方式:交流异步电动机变频调速; 主回路:交-直-交电压型; 功率器件:IGBT或SKiiP。 (2)控制方式是PLC双线制控制。 (3)适用范围:井下暗斜井、暗立井;地面斜井、立井;单水平、多水平;单滚筒、双滚筒。 4、变频绞车电控系统 变频绞车电控系统可简单地划分为:变频调速系统(由输入电抗器箱+VFD1、变频器箱+VFD2组成);PLC控制系统(由PLC控制箱+DS、司机台+PA组成);信号系统(+LM)。 变频调速系统是根据PLC控制系统发出的控制指令,通过对绞车交流拖动电动机的转矩和频率控制,来完成对绞车的启动、加速、稳速、减速、停止等运行过程的控制。交流异步电动机采用了矢量控制技术后,使异步电机的调速性能可以与直流电机相媲美。表现在低频转矩大、调速平滑、调速范围广、精度高、节能明显等。 PLC控制系统主要完成绞车从启动、加速、等速、减速、爬行到停车的整个过程的逻辑控制;行程测量、控制与指示;故障检测、报警与保护;安全电路及液压站工作制动与安全制动控制等。PLC控制系统极大地提高了控制系统本身的安全可靠性,使绞车控制性能和保护性能更加完善;使控制系统的硬件组成和线路更加简化;操作和维护更加容易。PLC控制系统受信号系统的控制与闭锁。 信号系统是根据上下井口或各个中段的生产情况,在具备开车条件后,由各水平信号工以打点的形式,通知司机按要求开车,同时与PLC控制系统之间有各种信号闭锁,可避免因司机误操作造成安全故障。信号系统内部有严格的逻辑闭锁,并有语音对讲和报警功能。 5、煤矿变频绞车电控系统的应用 5.1 调速精度高,调速范围广 调速精度不低于0.5%,调速范围为0.3～额定转速。 5.2 双线制保护 由于采用一条硬件安全电路和两条软件安全电路相互冗余,使得系统更加安全可靠。 5.3 双线制控制 正常提升时,采用双PLC系统相互监视,相互冗余。当其中一个PLC系统发生故障时,另一个PLC系统仍可投入进行应急开车,最大程度的给用户减少损失。 5.4 操作简便 绞车司机操作简单,系统安全性大大提高。 5.5 节能效果明显 系统将再生能量通过四象限变频调速装置回馈电网,采用AFE自换向技术保持回馈电流与电网电压的反相位,真正实现回馈制动。 5.6 延长绞车寿命 煤矿变频绞车的电气控制中可以对设备的启动、加速时间进行合理的调节,进而减少了在绞车启动时对电器部件或机械部件的冲击,并且增强了电气系统的可靠性,有利于延长绞车的寿命。 6、结语 总之,在变频绞车电控系统中,以防爆四象限变频器为主要拖动设备,通过双PLC数字控制技术,实现了《煤矿安全规程》中规定的绞车双线制保护及控制。从而促进了我国煤矿工业的全面发展。 煤矿绞车论文:煤矿绞车盘形闸的组成及工作间隙的监测与调整 摘要：在叙述煤矿绞车盘形闸的组成的基础上，阐述了盘形闸工作间隙的监测与调整方法。 0 前言 绞车提升系统中盘形闸与制动盘的工作间隙是一个重要参数。煤矿安全规程明确规定：“绞车提升装置必须装有闸间隙保护装置，当闸间隙超过规定值(一般为2mm)时能自动报警或自动断电”。为此，设计了具有声光报警功能的盘形闸工作间隙动态监测报警仪。 1 仪器结构及工作原理 盘形闸工作间隙动态监测报警仪有两种结构,可根据现场条件选择使用：(1)就地安装，即主机安装在盘形闸附近；(2)远地安装，即在盘形闸附近安装一台数据检测仪，显示主机放在绞车房或其它1．5km范围以内的任何地方。 仪器工作原理：仪器主机由单片机控制，未安装传感器前，仪器各点显示的间隙距离为无穷大(实际显示为4mm左右，由传感器性质决定)，当固定好传感器后，各点显示为盘形闸间隙的零点初始值。为让传感器工作在最佳区域范围内，要求传感器离制动盘1．5mm左右，通过仪器面板上的调零按钮将各点调零，则在各点显示为“0．O”时，单片机已将各点的初始距离保存在一只掉电不丢失数据的存储器里，并且仪器一直显示当前检测的盘形闸间隙与初始值之差，即盘形闸的工作间隙。 2 硬件 2．1 主机 2．1．1 显示电路 仪器显示分辨率为0．1mm，在现场已足够使用，所以每个测点显示的数据为2位有效数字，即最大9．9mm，最小非零数字0．1mm。仪器有8个测点共16位LED数码管，为节约硬件电路资源，选用了2片高性能串行接口、8位LED数据管显示驱动器MAX7219芯片，它的主要特点为：供电电压5V，管脚为24脚，外部只需要一只普通的限流电阻，输入的显示数据为BCD码，只需三根输入数据线，内部动态扫描，编程控制LED亮度、小数点和显示的位数。 2．1．2 通信电路 设计通信电路是为了实现该仪器与其他单片机或计算机之间数据通信。如电路板不接显示器，可当作就地数据采集分机。通过通信电路与另一台远距离主机或计算机相连，或功能相同的两台报警仪，一台就地安装，一台远地安装，实现数据共享，使观察、操作、维护都很方便。电路设计采用光耦隔离、RS485接口芯片，同时加有滤 波、抗干扰措施，传输距离达数公里，并可与计算机联网。 2．1．3 传感器测试电路 传感器输出为电压信号，所以必须经过A／D转换后才能由单片机检测，仪器选用了高性能串行接口TLC2543集成电路，它具有11路模拟输入，输入电压范围0-VREF，VREF最大可达芯片的电源电压5V，它的分辨率为12位，具有内部时钟，功耗12．5mW，工作方式可编程，外围电路不需其他任何元器件，且在使用中性能稳定、可靠，数据准确，软件编程也较简单。需要注意的是，单片机每次读出的转换数据是上一次选通的模拟通道数据而非本次操作输出的通道数据。该芯片不允许输入电压超过其电源电压，而一般的标有0―5V输出的传感器都可能超过5V(如输入超限时)，为防止损坏TLC2543，设计时在传感器与TLC2543之间增加了一只电压跟随、限幅输出电路，它的功能是当传感器输出电压小于5V时，其输出为线性跟随，当传感器输出电压大于5V时，则输出限幅为5V，确保TLC2543在安全范围内工作。为了使转换数据准确、稳定、可靠，须在位移传感器的输出或A／D转换器的输入端对地跨接一只滤波电容，这是很必要的，否则，单片机读出的转换数据不稳定，有波动。 2．1．4 自动复位电路 自动复位电路由二极管、振荡器和单片机复位电路组成。振荡器正常工作时每隔一定的时间(可调整)输出一个正脉冲给复位电路，让单片机复位。然而单片机在正常工作时并不需要复位信号，只有在单片机死机时才需要它输出一个正脉冲，这就要求单片机不能允许振荡器正常工作。可利用振荡器的清零引脚，在单片机正常工作中不断的输出一个清零脉冲给振荡器，使振荡器输出全为低电平。 2．1．5 存储电路与调零电路 其功能是保存数据在仪器掉电的情况下不丢失，主要保存零点的数字。所谓零点数字，就是指在仪器安装好后，位移传感器与制动盘的初始距离。在离铁质物质0一lmm范围内是传感器的盲区。仪器要求传感器的初始距离在1―5mm范围内，在此基础上，通过按键调零按钮，即将当前的初始距离值保存起来，此后显示器显示的数字即为盘形闸与制动盘的间隙距离。调零电路设有8只按钮，分别对应8只位移传感器，按不同的按钮会得到不同的初始距离，存储电路将一一对应地把不同点的初始值放在不同的存储空间。存储器选用了EE．PROM，易编程控制，价格低廉，工作稳定可靠。 2．1．6 声光报警电路 在8个测点中，其中任一个间隙超限(大于2mm)时都能发出声光报警。在正常情况下，指示灯为绿色，报警时，对应的指示灯变成红色。声光报警指示直到超限间隙回复到安全距离以内(小于2mm)时才解除。为现场使用方便，仪器还设有一组无源接点输出备用，有报警时接点闭合，正常时接点断开。 2．2 位移传感器设计 位移传感器为电感式微位移传感器。工作范围为1～5nun，精度可达0．01mm。传感器为铁磁感应式传感器，当感应线圈附近没有铁磁物体时，流过感应线圈的电流为恒定初始电流，当有铁质物体靠近时，根据电磁感应原理，铁质物体处在传感器线圈电磁场中，内部被磁化并产生涡流，吸收了传感器线圈中的电磁场能量,使得流过线圈中的电流减小，铁质物体离传感器越近，传感器线圈中通过的电流越小，通过适当增加电路补偿，基本上可使线圈中的电流与线圈离铁质物体的间隙成正比关系，再通过转换电路，将电流信号转换成0～5V的电压信号。 3 软件 3．1 主程序 图1 是主程序流程图。在主程序中，报警的设置是利用单片机内部的一个寄存器字节(8位，可寻址)，放8个测点的报警值，若超限报警，该位置1；不超限，该位清零。对灯光指示，该位直接输出到单片机的控制输出线上；对声音，则判断整个字节是否全为零，否则，只要有一个位为1，则声报输出，只有当整个字节全为零时，声报才解除。 3．2 通信程序 设计通信程序工作于全中断方式，当接收到外来计算机通信指令时，单片机才作出相应的操作，不同的指令，执行不同的操作，操作完毕，退出中断，返回主程序。 4 安装调试 对位移传感器，可通过一只“Z”型铁板将其固定在盘形闸上面的一颗螺钉上，传感器长度160mm，用两个螺母(传感器自带)固夹在“Z”字型铁板上。用一只厚度为1．5mm的塑料片作衬垫，使传感器头与制动盘保持i．5mm左右的初始工作间隙，仪器送电后，分别将各测点调零，调完后所有测点均显示“0．0”，此时仪器安装调试完毕。使用一段时间后，由于某些点安装不牢或因振动造成某些点的初始值不为零，或为负零点几，或为正零点几，表明初始间隙有微变，这时再一次调零即可。 作者简介： 梁修龙，男，安徽六安人，助理工程师，现在淮浙煤电公司顾北煤矿分公司机电修配中心从事机电技术管理工作。 煤矿绞车论文:浅谈煤矿井下调度绞车安全管理 摘要：为深入贯彻落实“安全第一、预防为主、综合治理”的安全生产方针，进一步加强调度管理，促进安全可靠生产。现对煤矿井下斜巷调度绞车的安全设施、安全管理做一浅谈。 关键词：煤矿井；绞车；安全 一、安全管理：新安装调度绞车必须由矿专业人员进行设计，调度绞车的安装、回撤要有专人负责。安装设计中，要明确标注绞车硐室尺寸、绞车型号、控制设备型号、绞车安装地点、安装尺寸、照明和信号的安装位置、钢丝绳型号、长度、最大载荷量、绳头的连接方式，以及下山安全设施（车档、保险门、地滚的安装尺寸和具体要求等）。 所有调度绞车的安装质量应符合设计和安装质量标准要求，安装竣工后应验收合格方可投入使用。 调绞牵引斜长超过15m时，都必须安装声光信号，信号线应采用橡套电缆，并且不准有鸡爪子、羊尾巴、明接头。调度绞车电源开关必须采用远控按钮操作。 调绞管理要专人包机，谁使用谁管理，保持完好，绞车离合、制动系统、护绳板等安全装置必须齐全可靠。否则，不准使用。提升车辆的钢丝绳、钩头、连接装置，必须符合要求，挂车要用保险钩头，倾角大于12°时要用保险绳。 调度绞车在使用中必须实行班检查原则，班检查由司机负责。 对调绞要实行定期维修，禁止在井下倒换使用或超周期使用。井上大修后的绞车应有专人负责质量检验，不合格不准使用。绞车司机要固定专人，经过技术培训并考核合格后方可持证上岗，不准无证开车，司机必须严格执行岗位责任制和《操作规程》，严禁超载提运，严禁不送电放车。 调度绞车提升的钢丝绳和保险绳必须严格执行日检查制度。 二、斜巷绞车安全设施：调度绞车主要安全设施有阻车器、保险门。作为下山绞车第一道安全设施必须由绞车司机控制，当矿车提升到上部时，由司机控制关上保险门（或阻车器），当矿车再次下方时，由司机控制打开保险门（或阻车器）。当然由司机自动控制这道设施是有一定难度的，如果设阻车器必须用机械控制，但是由于绞车距阻车器超过20米时，操作起来不灵敏。所以调度绞车下方第一道安全设施应该用保险门(此保险设施上方安设一盏防爆行车红灯)，最适合操作，保险门可以设计电动控制。那么电动保险门是怎样实现的呢？此保险门必须特殊加工，在保险门的转轴上，安装旋转电机，此电机由真空磁力起动器开关控制电机正反旋转。在矿车提升到距绞车5米处的轨道上或绞车前巷道变平坡点适当处安设一台行程式控制开关，从而实现控制和起动保险门开与关。这一电动保险设施对运输安全是一种保障，免去以往人为忘记关保险门在变坡点处忘记挂钩头、提前摘钩头或断绳等造成跑车，而造成的危险。安全设施必须安全灵活可靠，信号系统必须通畅灵敏，下面说一下信号系统。调度绞车信号系统包括联络信号、行车红灯和照明灯。联络信号，从过去的防爆打点机和防爆电铃传输点的个数，从而发出拉放车信号，而现在的声光信号器，不光是信号声传输还灯光提示和语音传输双方的对话。可照明灯和行车红灯在斜巷调度绞车运输中还有待普遍使用和技术改进。下面重点说一下，斜巷调度绞车运输道照明灯和行车红灯的设计和使用，现在斜巷调度绞车道照明灯的使用是很有必要的，煤矿《安全规程》规定“斜巷提升时严禁蹬车、行人”，在车运行当中把钩工更不能蹬车。当运输巷道设置照明时，上面司机和下面把钩工都能观察到一定距离的车运行情况。在运输巷道里设置50米一盏照明灯，还可以随时观察到巷道的支护情况和人员行走方便。 综上所述调度绞车巷道是有必要安设照明灯的，那么在实际操作时行车红灯是必须有的安全设施。因为在煤矿《安全操作规程》中有“行车不行人，行人不行车” 特殊规定。因此在车运行当中，尤其车行至巷道上部时，人在下部很难发现车是否在运行，人在向巷道上山行走过程中，如果这时运行车辆发生断绳、断链、断销等造成跑车事故时，人员是很难躲闪不开的，会造成严重后果。所以行车红灯是行车信号灯，在调度绞车斜巷中每100米一盏红灯是必须安设的安全设施。那么在斜巷调度绞车运输中怎样来实现行车时红灯亮呢？在这里先说一下调度绞车现在使用的QBZ-80N防爆开关的工作原理。 先将起动器隔离开关Q闭合，隔离开关Q闭合后电源变压器T获电源。保护器JDB的执行继电器J吸合，串接于中间继电器K3和K4吸合线圈回路中的常开触点3、4闭合。为起动器正常工作做好准备。按下外控正转起动按钮S2，中间继电器K3吸合，常开触点K31闭合，真空接触器K1吸合线圈接通，主触头K1接通，电动机正向起动；同时真空接触器辅助触头的一组常闭触头K12打开，将漏电闭锁回路断开，使漏电闭锁保护解除。当中间继电器K3和真空接触器K1闭合时，另一组中间继电器K3的常闭触点K32与K34打开，使之外控反转起动器按钮S3不能再起动，实现电气联锁。按下起动器停止按钮S1或外控停止按钮S4，中间继电器K3吸合线圈释放，常开触点K31打开真空接触器K1吸合线圈释放，主触头K1断开，电动机停止，同时真空接触器辅助触点的一组常闭触点K12闭合漏电闭锁回路接通，漏电闭锁保护投入。起动器反向起动与正向起动工作原理相同。 要想最终实现行车红灯亮，QBZ-80N防爆开关需改进：为什么要对开关改进呢？由于QBZ-80N防爆开关现有三个大接线嘴，两个小接线嘴，接线室内有5个控制用小接线端子。因此需改进开关如图，把接线室内增加两个小接线端子，开关本身增加一个接线小嘴。这样才能保证实现行车时红灯亮。 为能实现对斜巷调度绞车行车红灯的控制，在外接照明综保开关借一相127V电源（另一相127V电源直接接入红灯），接到中间继电器任意一对常开触点上（必须把正、反向起动器两个中间继电器的两对常开触点串在一起），形成一个行车红灯的电源开关，当起动器起动时中间继电器吸合，常开触点闭合，从而实现行车时红灯亮。 随着科技的发展和实践的证明，一切煤矿井下使用的电器设备会愈来愈标准和完善，投入的设施会灵活可靠更能保证安全生产。 煤矿绞车论文:煤矿提升绞车电控系统的改进 摘要：通过对煤矿提升绞车电控系统技术革新的回顾，阐述了我国科学技术日新月异的发展和科技在推动企业发展中的巨大作用。 关键词：绞车电控；技术革新；系统 0 概述 绞车是煤矿的大型只要设备，也是煤矿所有设备中唯一需要调速运行的设备，它担负着煤矿人员与设备材料的提升。早期的煤矿提升绞车电控系统都是采用KKX或TKD电控系统，由于它在当时的技术条件下能够满足提升绞车的调速要求，因此，在煤矿中得到了广泛的应用，很多煤矿至今仍沿用这种控制系统。 九十年代中期，随着自动化控制等技术的成熟和发展，以PLC代替继电器以及外围电路、可控硅无触点调速装置代替交流接触器的新一代提升绞车电控设备在焦作华飞公司诞生，它的问世大大简化了原提升绞车的电控系统，使提升绞车的控制操作简单化和智能化迈进了一大步。目前，随着控制技术、电力电子技术、微电子技术和计算机技术的飞速发展，好多厂家（如洛阳源创电气有限公司、唐山开诚电控设备集团有限责任公司）已经研制出高低压变频调速装置并将其成功应用于煤矿提升绞车电控系统。下面就煤矿提升绞车电控系统的技术改进过程作一综述。 1 PLC技术的成功应用 1．1 PLC概述 可编程控制器是专门为工业控制应用而设计的一种通用控制器，是一种以微处理器为基础，综合了计算机技术、自动控制技术、通信技术和传统的继电器控制技术而发展起来的新型工业控制装置，具有结构简单、编程容易、体积小、使用灵活方便、抗干扰能力强、可靠性高等一系列优点。近年来在工业生产的许多领域，如冶金、机械、电力、石油、煤炭、化工、轻纺、交通、食品、环保、轻工、建材等工业部门得到了广泛的应用，已经成为工业自动化控制的三大支柱之一。 1．2 绞车电控采用PLC的优势 (1)简化了系统。PLC与传感器等器件配合后，完全代替了原TKD控制系统中的时间继电器、磁放大器、自整角机、测速度发电机等部件，因此，减化了控制系统，减少了故障点，使维护变得简单易行。 (2)可靠性高，抗干扰能力强。可编程控制器是专为工业控制而设计的，在硬件和软件电路设计方面都采用了屏蔽、滤波、隔离、故障诊断和自动恢复等措施，使可编程控制器具有很强的抗干扰能力，其平均无故障时间达到(3―5)×l04h以上。 (3)编程直观、简单。可编程控制器是面向用户、面向现场，考虑到大多数电气技术人员熟悉电气控制线路的特点，其编程所用的梯形图语言与继电器原理图相类似，形象直观，易学易懂。 (4)适应性好。可编程控制器是通过程序实现控制的，当控制要求发生改变时，只要修改程序配置，组成规模不同、功能不同的控制系统即可，适应能力非常强。 (5)增加了控制的科技含量。目前的可编程控制器具有数字量和模拟量的输入输出、逻辑和算术运算、定时、计数、顺序控制、通信、人机对话、自检、记录和显示等等功能，使设备控制水平大大提高。 2 可控硅无触点加速接触器及真空接触器的应用 TKD电控系统的高压换向器、线路接触器、加速接触器等全采用的是大功率的空气式交流接触器，用于线路及电阻切换，这些元件存在一个共同缺点，就是电磁及机械噪声大、结构复杂、易损坏不可靠。经过多年的研究和探索，焦作华飞等公司终于研制出高压真空换向器和可控硅调速装置，很好地解决了这一问题。 (1)高压真空接触器的使用。用高压真空接触器代替原空气式高压换向器、线路接触器，并采用现场总线方式接收主控台PLC发出的操作指令，实现提升机的正反向切换和正常运行控制。该接触器以真空作为灭弧介质，因此具有主电路电弧不外露、分断能力大、体积小、重量轻、寿命长、低噪声和安全可靠等优点。 (2)可控硅调速装置的研制应用。该装置利用了可控硅(SCR)的开关特性，巧妙地替代了原系统的空气式交流接触器，同时采用现场总线方式接收主控台PLC发出的操作指令，实现主电机转子回路外接电阻的切换，其切换原理如图1所示。该装置有以下优点： ’ ①无触点控制，运行可靠，无噪音； ②优良的动、静特性； ③结构简单，使用维护方便。 图1 可控硅调速装置原理图 3 高压变频调速装置的应用 矿山提升绞车通过对控制电路的改造，减化了系统，降低了噪声，维护方便，同时增加了系统的科技含量。但其机械特性及调速的经济性等性能指标并没有改变。随着控制技术、电力电子技术、微电子技术和计算机技术的飞速发展，一种数字、节能、智能化的绞车调速控制系统应运而生，那就是高压变频调速系统。 3．1 高压变频原理 随着通用变频器技术的日新月异和快速发展，高压大功率变频调速装置也不断地成熟起来，原来一直难于解决的高压问题，近年来也随着现代电力电子技术和微电子技术的迅猛发展得到了很好的解决。 高压变频器类型和拓扑结构比较多，但原理和功能大同小异。根据有无直流环节将高压变频器分为两大类：无直流环节的变频器，即交一交变频器和有直流环节的变频器称为交一直一交变频器，其中直流环节采用大电感以平抑电流脉动的变频器称为电流源型变频器；直流环节采用大电容以抑制电压波动的变频器则称为电压源型变频器，煤矿提升绞车一般多采用IGBT单元串联型变频器。由于受功率器件(IGBT或GTo)耐压的限制，高压变频器运用了电压叠加技术，输出电压由若干个低压单元串联而成，每个单元相当于一个常压变频器，完全利用了通用变频器的成熟技术和功率器件。各个功率单元由隔离变压器的二次线圈分别供电(如图3所示)，可以很方便地得到不同电压等级的输出，而不受功率器件耐压的限制。其功率单元及系统原理如图2所示。 图2IGBT功率单元原理图 3．2 变频调速提升机的控制优势 (1)真正实现了绞车的无机调速，可以实现大范围内的高效连续调速控制，使绞车在加、减速阶段运行非常平稳，具有良好的机械性能。 (2)软启动软停车，减小了机械冲击，在启动、加速换档及减速阶段不会对电网造成冲击，可以进行高频度的起动运转。 (3)模块化、智能化设计，维护简单，排除故障容易。 (4)系统简化，占用空间小。绞车变频控制系统取消了原老系统的加速接触器、电阻箱、高压换向器、低频电源装置、动力制动装置、测速装置、继电器屏等设备，系统仅由高压开关柜、高压变频器、主控台(PLC、数字式主令控制器等)等几部分组成，且只需要普通鼠笼型异步电机即可。 图3 6 000 V变频器系统原理图 (5)全中文界面，显示操作直观，交互性好。 (6)变频器四象限运行，在绞车下放阶段向电网回馈能量，实现电气制动，提高了运行的可靠性。 (7)由于使用了普通的鼠笼式电机，因此节省了原系统电阻部分的转差功率消耗。同时在绞车下放阶段向电网回馈能量，节能效果非常明显。据测算，绞车实现变频调速后，其节能效果提高30％ ～40％ 。 (8)容易实现电动机的正反转切换，无需任何换向装置。 (9)适用范围广。目前，高压防爆变频调速绞车已成功应用于煤矿井下。 (10)直接转矩控制，实现电动机速度和转矩的精确控制。 4 结论 高压变频控制系统的出现，使绞车的机械性能发生了质的飞跃，是绞车控制理论的一个重大突破。但是由于受功率器件耐压的限制，目前必须采用均压叠加技术才得以实现，而且在软件控制方面的技术并不十分成熟，因此它的发展和改进尚有一定的空间。随着现代电力电子技术及计算机控制技术的日益成熟，高压变频器将朝着大功率、小型化、轻型化和无传感器控制等方向发展。届时，煤矿提升绞车的控制将会变得更加完美。 注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。 煤矿绞车论文:煤矿提升绞车设计与优化 【摘 要】绞车是现代工业生产当中较为常见的一种起重设备。绞车的出现于发展已经经历了一个较长时间的发展过程。随着现代工业技术的不断发展，绞车的生产技术也在不断的提升当中，通过在设计上和生产工艺、材料上的提升和优化，提升绞车在工作性能和操作安全方面都都得到了长足的发展。本文就现代煤矿生产中针对提升绞车进行的设计补充和优化进行了详细的分析。 【关键词】煤矿；提升绞车；设计；优化 绞车作为现代工业中施工现场主要的起重机械。在煤矿开采、港口运算、工厂建设的过程中应用广泛。其中，提升绞车主要被应用于煤矿开采过程中竖井和斜井的物品和人员调运工作。提升绞车的牵引性能十分优秀，作为煤矿开采过程中设备和人员的运输工具，为煤矿的正常运行提供了更为可靠的安全保障。 绞车正被广泛地运用于矿山、港口、工厂、建筑和海洋等诸多领域。 一、提升绞车的性能和设计要求 提升绞车主要应用在现代工业生产中的设备牵引当中。煤矿开采和生产过程中，由于矿洞本身的封闭性和狭窄特点。所以良好的人员和设备的牵引机械，是保证煤矿生产基础要求。为此，针对煤矿生产工作的需要，提升绞车的设计需要满足一下几点设计要求： 1、良好的牵引能力 对于提升绞车的牵引能力又可以细分为绞车的负载能力和驱动能力。由于煤矿开采的过程中，矿井的纵向深度和横向距离是处在不断的增加过程中的。因此，为了满足开采工作的需要。提升绞车的牵引功能被严格要求。煤矿生产的过程中，随着生产的进行，提升绞车的工作包含矿石运输，人员和生产设备的调度几个方面，货物、人员、设备的重量对于提升绞车的负载能力造成了很大的考验。如果牵引过程中提升绞车的负载能力不能够满足实际的需求，绞车的收放工作就将难以进行。 同时，在保证提升绞车负载能力的基础上，提升绞车还需要具备出色的驱动能力。在这里，要额外强调的是，绞车的驱动能力并不仅仅是指绞车对于牵引重量上的负荷能力，还包括提升过程中绞车的稳定性和加速过程中的安全性。 牵引能力是提升绞车的主要性能之一，特别是在煤矿开采过程中。提升设备的牵引能力被特别强调。 2、提升绞车的调速能力和可靠性 提升绞车在煤矿开采工作的过程中，针对不同开采现场的特点，提升绞车的运行速度的要求也是个不相同的。随着自动化技术的不断发展，实现提升绞车的调速运行也已经不再停留在设计范围。为了实现煤矿生产的高速运转，在进行设计的时候，要针对提升绞车在动作时的现场调速能力进行优化和补充。确保高速运行过程中的稳定性和低速运行中的匀速效果。 再有，煤矿开采和生产过程中，矿洞的开采是不断向下进行的。同时为了保证矿洞的稳定性，煤矿矿井的横截面积都不是很阔约。一旦提升绞车出现故障或者事故，财产的损失是小，井下员工的安全和矿井的安全是大。为此，针对煤矿矿井下恶劣的生产条件。要对提升绞车的安全性能进行强调。设计时根据实际的应用范围和性能需要，针对绞车的最大负载能力、设备元件的维修、故障时的应急措施，都要进行全面的考虑并进行优化。 3、提升绞车的易操作性和自动化 随着现代工业的不断发展，对于生产中普遍应用的各种设备的操作性能和自动化要求越来越高。绞车易操作性的提升也就代表由于操作失误导致的生产事故的概率降低。同时自动化技术和理念的应用，代表了提升绞车自愈性和可控性的增加。 对于提升绞车自动化的设计，不仅要满足易操作的设计要求。同时也要满足绞车自身安全运作的要求。 二、提升绞车的设计优化 煤炭作为我国的主要传统能源，在我国人民生活生产的过程中应用广泛。随着我国经济和现代工业的不断发展。对于煤炭的需求量和煤炭产业的生产量都在不断的提升中，这使得用于煤矿开采过程中的生产设备的性能需要进一步的补充和优化。同时考虑到设备的生产和运行成本，如何在优化设备性能的同时，减少设备损耗，降低设备生产运行成本也是进行优化的一个方面。 1、从提升绞车的工作原理出发 对于提升绞车，从事煤矿开采工作的人员并不陌生。提升绞车的工作原理也相对简单，及时通过设备内部的电机产生驱动力，通过驱动器、太阳轮、行星轮、内齿轮以及调整装置实现提升绞车对于设备的提升和牵引功能。 由此，提升绞车的最大驱动能力和负载能力主要和牵引设备使用的材料和电机的性能相关联，通过设计可优化的范围不大。而绞车的稳定性和可靠性就成为设计优化当中的主要内容。 2、辅助装置的使用 对于提升绞车的设计优化，绞车的安全性是其中关键之一。为此，在进行设计的过程中，要增加用于保障设备安全的辅助装置，例如：紧急制动器、调速装置、深度指示器等等。其中紧急制动装置对于设备故障起到紧急刹车作用。，当绞车发生故障时，电力液压制动器会自动咬合绞车制动齿轮，实现设备的紧急制动。 3、行星差动传动装置在提升绞车设计中的应用 行星差动传动装置是通过调节和控制设备运行过程中元件的稳定性，对设备的安全运作提供了保障。采用行星差动技术调节提升绞车刹车带的松紧和齿轮的倒换，不论在提升绞车运作过程中的调速能力还是可靠性，都有着出色的作用。 对于行星差动技术在绞车设计中的应用，要在深入了解行星传动技术和提升绞车平面结构设计技术的基础上，对无级调速系统的零件进行设计和检验，涉及到参数的选取和零件的安装。通过对零件的校正获得了合理的结构参数。 总 结 本文通过分析煤矿生产当中，提升绞车的设计理念和要求，对现代工业发展过程中提升绞车设计的优化提出了建议和看法。对于煤矿作业当中的提升绞车而言，在保证设备性能的情况下，降低设备生产运行当中的成本也是提高设备设计质量和市场竞争力的主要优化内容。如何结合现代工业生产技术对提升绞车的设计进一步优化，还需要结合实际生产中的经验不断的摸索。 煤矿绞车论文:煤矿回柱绞车的发展与应用 摘要：本文对煤矿回柱绞车的发展与应用进行了简要论述。 关键词：回柱绞车 0 引言 当今社会煤炭是的一项重要能源，是国民经济保持高速增长的重要物质基础和保障。由于资源条件和能源科技发展水平决定，在未来的30-50年内，世界范围内新能源、可再生能源及核电的发展尚不能普遍取代矿物燃料。因此，在相当时期内矿物燃料仍将是人类的主要能源。随着现代科学技术的快速发展，尤其是世界经济对能源的旺盛需求，世界煤炭开采技术也得到迅猛地发展。20世纪末期以来，先进采煤国家积极应用机电一体化和自动化技术，实现了采掘机械化和自动化控制，做到了矿井的高产高效生产。 机械化是煤炭工业增加产量、提高劳动效率、改善劳动条件、保障安全生产的必要技术手段，也是煤炭生产过程中节约能源、人力和减少原材料消耗的有效技术措施。矿井辅助运输作为矿井运输的重要组成部分之一，在矿山生产中也占有重要地位，尤其是现代化矿井对此更应高度重视。 煤炭工业的机械化是指采掘、支护、运搬、提升的机械化。其中运搬包括运搬和辅助运搬。绞车就是辅助运搬的其中一种。我国绞车的发展大致分为三个阶段。20世纪50年代主要是仿制设计阶段；60年代，自行设计阶段；70年代以后，我国进入标准化、系列化设计阶段。 1 概述 JHB-8型回柱绞车是一种有效的矿山辅助设备。该型绞车主要应用于回柱放顶，同时也可用于上山、下山、平巷等综采工作面设备的搬迁，比如液压支架、溜槽等。此外，拉紧皮带机机头、运料、调度车辆等工作都可以用这种绞车来完成。在港口、码头、建筑工地、工厂企业，这种回柱绞车也可以发挥作用。可见，回柱绞车在煤炭行业、机械行业，包括部分其他行业都有着不可忽视的地位。 1.1 回柱绞车在回采工作面的布置方式 ①安装在回风巷内，距回采工作面约20-30m。这种布置方式适用条件广，尤其是煤层倾角较大，顶板破碎，压力较大的工作面。但这种布置方式会影响回风巷的运料工作。每一次回柱需移动导向轮，钢丝绳绕过导向轮，多了一个拐弯，摩擦阻力增大，钢丝绳容易损坏。按这种方式布置的回柱绞车，必须沿钢丝绳牵引方向长条式布置，绞车宽度不应超过900mm，过宽则会堵塞巷道。 ②安设在回采工作面上端，紧靠回风巷上部和密集支柱之间。这种布置方式在顶板较好、煤层倾角较小的条件下采用。但每进行一个循环都须移动绞车，且需移开柱子，因而不够方便。在工作面上方顶板压力较大时，机座受力容易变形，可能引起齿轮啮合不良，甚至回柱绞车有被压埋的危险。 ③安设在工作面上，工作面上有数台绞车同时回柱，加快回柱速度。这种布置方式对浅截深的机采工作面尤为需要。 1.2 回柱绞车结构的一般分析 1.2.1 按驱动机构分 ①手摇式回柱绞车 手摇式回柱绞车用于人工回柱，体积小，重量轻，移动方便，结构简单。但人工回柱效率低，安全性差，一般只用作辅助作业，或在回收金属支柱时使用。 ②风动回柱绞车 风动回柱绞车拉力大，重量轻，适用于我国西南地区的超级瓦斯矿，但是风动回柱绞车成本较高，使用范围受到限制。 ③电动回柱绞车 电动回柱绞车使用范围最广，目前各制造厂生产的多为电动回柱绞车。 1.2.2 按滚筒结构分 ①缠绕式滚筒 缠绕式滚筒具有一定的容绳量，操作简单，使用范围广，但体积和重量都比较大，现在生产的回柱绞车以采用缠绕式滚筒的为最多。 ②摩擦式滚筒 摩擦式滚筒多制成双曲线型，靠滚筒上的几圈钢丝绳与滚筒的摩擦力带动钢丝绳进行工作，滚筒量不受限制，也不存在排绳子问题，解决了咬绳现象，这种绞车尚在试验中。 ③链条滚筒 链条滚筒即用缠绕链条来进行回柱工作。因链条较重，不宜太长，如某厂生产的三吨轻便回柱绞车，链条仅有6米，因此，使用这种回柱绞车的极少。 1.2.3 按传动机构分 ①普通蜗杆蜗轮传动 普通蜗杆蜗轮回柱绞车，第一级为普通蜗杆蜗轮传动，再经过二级圆柱齿轮带动滚筒。采用蜗杆蜗轮传动机械效率低，虽具有结构结实耐用的优点，但体积重量都很大，搬运困难，不适于井下狭窄环境和经常移动的特点，故此类回柱绞车已不再生产。 ②圆弧面蜗杆传动 现在生产的各种回柱绞车均采用圆弧面蜗杆传动，机械效率提高到约为0.8-0.85机器体积和重量都相应减少。 2 国内外绞车的发展 近40年我国的煤炭行业发生了巨大变化，综采机械化水平达到国际先进水平，综采单采原煤产量早已突破了百万吨，然而煤炭工业机械化离不开运输，运输又离不了辅助运输设备，绞车就是辅助运输设备的一种。 我国绞车诞生于20世纪50年代，初期主要仿制日本和苏联的；60年代进入了自行设计阶段；到了70年代，随着技术的慢慢成熟，绞车的设计也进入了标准化和系列化的发展阶段。但与国外水平相比，我国的绞车在品种、型式、结构、产品性能，三化水平（参数化、标准化、通用化）和技术经济方面还存在一定的差距。 2.1 国外矿用绞车的特点 ①标准化系列化； ②体积小、重量轻、结构紧凑； ③高效节能； ④寿命长、低噪音； ⑤一机多能、功率大； ⑥外形简单、平滑、美观、大方。 2.2 针对国外的情况我们应采取以下措施 ①制定完善标准，进行产品更新改造和提高产品性能； ②完善测试手段，重点放在产品性能检测； ③技术引进和更新换代相结合； ④组织专业化生产，争取在较短时间内达到先进国家的水平。 2.3 JHB-8型回柱绞车的技术特点 ①速度变化不大，回柱效率高 JHB-8型回柱绞车工作时的牵引速度为5.9-8.1m/min，平均速度7m/min，最大牵引力为50KN，容绳量为100m，工作效率大大提高。 ②结构简单，布置合理 JHB-8型回柱绞车的传动系统采用两级传动，圆弧蜗轮蜗杆齿轮传动和圆柱齿轮传动，而且采用了开式齿轮传动，大大简化了机械部分的传动系统，便于安装和拆卸，结构布置紧凑、合理。 ③操作简单，安全可靠 JHB-8型回柱绞车采用锥面实现了工作状态和制动状态的互锁。绞车起动时动载小，钢丝绳受到的冲击小。只需轻轻点动电机控制按钮，就可起动电机，然后操作制动的手把，便可实现绞车的动作。 煤矿绞车论文:煤矿立井绞车自动化装载系统设计与改造 【摘 要】:本文主要对自动化系统构成的硬件配置、装载自动化控制系统工作原理以及改造后系统的优势进行了分析。 煤矿;立井;绞车;自动化;装载系统;设计;改造 1、前言 煤矿随着生产水平的不断延伸,其水平煤矿产量也随之上升,在煤矿生产中绞车起着非常重要的作用。其装载电控系统自投产以来一直采用手动控制,长期以来,有一些问题不能够得到解决。首先,工人劳动强度大。一般情况下,该系统每天分两班倒班制进行井下作业,随着水平煤炭产量的增加,工人因疲劳而导致操作有误的事件很多,即造成装重罐和煤炭装入井底的事故。其次,必备的保护装置比较缺乏。在手工操作下,无法把各种保护装置投入进去,除了经常发生的上述事件外,溜子、给煤机偷停,过载故障缺乏报警监控手段,不但延长事故处理时间,常常引起电机烧毁和运输溜子故障,严重影响正常生产秩序。为了解决上述问题,对此系统进行自动化改造。 2、自动化系统构成的硬件配置 主井装载系统是有2台往复式给煤机、2台刮板运输机、2台装煤定量斗及弧型闸门组成。井上、下煤仓设有煤位信号传感器,定量斗弧型闸门设有位置传感器(防爆磁开关),定量斗下有压磁测力装置检测煤量,刮板运输机、给煤机由真空开关控制作为电源控制启动和停止。 电气控制系统采用计算机集中控制,输入、输出信号分为开关量信号和模拟量信号。刮板运输机、给煤机的启动或停止属于开关量信号,定量斗内的煤量属于模拟量信号,外界开关量输出信号通过24V直流继电器隔离,可以有效防止外界电气干扰和高电压进人PLC。对继电器供电的24V电源,采用直流24V开关电源作为独立工作电源,有效的保证了计算机系统的稳定性和安全性。定量斗煤量传感器采用KJD-7型定重装置,该装置可提供2套计量传感控制,设置2套“空”、“满”、“过满”参数,提供2套“空”、“满”、“过满”继电器接点,分别用于A,B定量斗的煤量检测。 3、装载自动化控制系统工作原理 图1 PLC控制原理与接线 FX2一80MR型PLC的输人、输出为继电器型PLC,输入信号有40个接点,地址分别为XO~X7、X10~X17、X20~X27、X30~X37、X40~X47,其中X0连接打点按钮,在检修或手动控制方式下操作人员通过该按钮向绞车司机发出信号;X3,X4连接工作方式按钮控制,系统启动后默认为手动控制方式,按一次工作方式按钮,X4产生一个“1”脉冲,系统转为自动控制方式;再按一次工作方式按钮,X4再产生一个“l”脉冲,系统转为自动控制方式。检修控制方式由检修旋钮控制,当旋钮闭合时,X3为1,系统强行转到检修控制方式;X7连接装载急停按钮,当该按钮按下后装载系统全部设备停止工作,并报警。X10~X13连接给煤机启、停按钮,在手动控制方式和检修控制方式时,分别为B给煤机启、停按钮和A给煤机启、停按钮;X14~X17在手动控制方式和检修控制方式时,分别为B刮板运输机启、停按钮和A刮板运输机启、停按钮;X20~Xl7分别连接B定量斗弧型闸门开、关按钮和A定量斗弧型闸门开、关按钮;X32,X33,X47和X34,X35,X6分别连接定量斗煤量状态信号,来自KJD-7型定重装置输出继电器,当B定量斗煤量分别为“满”、“过满”、“空”状态时,X32,x33或x47为“l”,当A定量斗煤量分别为“满”、“过满”、“空”状态时,X34,X35,X6为“1”。X43,X44真空开关反馈信号,来自B,A给煤机真空开关。当B或A给煤机真空开关闭合时,向PLC柜发送指示信号,X43或X44为“l”,表示真空开关已经闭合;X45,X46分别连接B,A刮板运输机真空开关信号,当B或A刮板运输机真空开关闭合时,向PLC柜发送指示信号,X43或X44为“1”,表示真空开关已经闭合;X25,X42连接A,B箕斗到位信号,来自绞车电控系统接点,当A或B箕斗到达装载位置时,接点闭合,X25或X42为“1”。X27,X36连接绞车上、下行信号,来自绞车电控系统接点,当绞车上、下行时,接点闭合,X27或X36为“1”;X30,X31连接B,A箕斗进入曲轨信号,来自井筒防爆磁开关,当箕斗进入曲轨时,接点闭合,X3O或X31为“1”;X40,X41连接B,A定量斗弧型闸门关到位信号,来自B,A定量斗弧型闸门防爆磁开关,当定量斗弧型闸门关到位时,接点闭合,X40或X41为“1”。 4、改造后系统的优势 4.1降低工人劳动强度 在提煤期间,装载系统采用自动的工作方式,以下工作均由设备来完成:两个罐的给煤机启停、溜子启停、计量斗的开关以及开车信号的发出等全部操作。而操作工人只是完成以下工作:巡视和检查设备运转状态,必要的清洁工作。 4.2提高了生产效率 自动化工作方式中的各个工序是要严格按照计算机的运算指令进行,时间准确度超过0.15,因此,它在保证安全的前提下提高了工作效率,同时也对于因人为因素而造成的工作拖延这种情况也得到了避免。 4.3提高了安全性、可靠性,转变了工人违章环境 由于工人误操作装重罐的事故,由于装重罐保护装置投人使用,也得到了抑制。对于箕斗不到位而将煤装人井下的事故,由于箕斗――计量斗连锁保护,其事故的发生率也得到了抑制。上仓满、下仓空保护使井上下流水线作业信息沟通完善,使得走空溜子现象得到了避免。 5、结语 通过对煤矿立井绞车自动化装载系统设计与改造,使得立井绞车实现了自动化装载,创造了良好的作业环境,解决了安全问题。总之,立井绞车自动化装载系统改造成功,为煤矿工作带来了极大的益处。 煤矿绞车论文:煤矿副井绞车电控改造的研究与应用 摘 要：JTDK-ZN-01S型交流提升机电控系统采用性能优越的进口PLC可编程控制器作为主要控制器件，两套PLC相互冗余，构成安全回路双线制，且冗余量不低于20%。运用软件化的设计思想，能用软件实现的功能，决不用硬件，提高了系统的稳定性，大大减少了系统的硬件故障。采用了RS485 串行通讯的现场总线技术，仅用一根屏蔽线即可完成通讯功能，实现了控制的智能化。在提高系统可靠性的同时，省去了大量的控制接线，具有安装调试简单，使用维护方便等一系列优点。 关键词：副井绞车 电控改造 本矿副井提升绞车电控装置原采用天津电气控制设备厂生产的JKMK―PC型绞车电控装置，自2000年5月安装并投入正式运行，至今已有六年多的运行时间，一是电控部分大量的元器件已到使用期限，部分元件已损坏；二是原来的电控系统生产厂家已倒闭，配件供应不及时；三是PLC内部控制程序多次出现丢失现象，程序丢失后只能临时采用高压开车，给副井绞车的安全运行带来很多问题，因此经矿多方面调研论证，确定采用JTDK-ZN-01S型交流提升机电控系统，对副井绞车电控进行改造。 1. 电控系统技术特点 （1）现场总线技术 系统采用了RS485 串行通讯的现场总线技术，仅用一根屏蔽线即可完成通讯功能，实现了控制的智能化。在提高系统可靠性的同时，省去了大量的控制接线，具有安装调试简单，使用维护方便等一系列优点。 （2）全数字化设计 该系统将轴编码器应用于绞车电控，实现数字化的行程、速度、给定、油压等，其中数字化的主令控制器和手闸控制器具有控制准确、操作方便、故障率低等特点。 （3）软件化的设计 本系统运用软件化的设计思想，能用软件实现的功能，决不用硬件，提高了系统的稳定性，大大减少了系统的硬件故障。 （4）模块化设计 本系统运用模块化的设计思想，将系统多个功能集成为不同的电路模块，如语言报警模块、可调闸模块、电流检测模块、功率检测模块、电源模块等，缩短了故障的处理时间。 （5）冗余化设计 采用性能优越的进口可编程控制器作为主要控制器件，两套PLC相互冗余，构成安全回路双线制，且冗余量不低于20%。 （6）抗干扰设计 按照抗干扰的设计原则，在输入、输出、电源等方面有针对性地实施了抗干扰措施，完全符合GB/T13926电磁兼容性要求，整套系统独家通过电兼容性试验，使得系统安全可靠。 （7）完善的防雷系统 主控台内设置有完善的防雷系统，采用德国OBO公司设计生产的防雷器，有效地提高了系统抵抗自然灾害的能力。 （8）工业控制人机界面 该系统将工业显示屏应用于电控系统，显示绞车的各种静、动态参数，如速度、行程、油压、速度图、力图、打点次数及各种开关量的状态。此外显示屏中设置了故障记忆和故障态，以便查寻提升机的故障状态和故障原因，方便简洁。 （9）UPS电源 采用具有正弦波特性、功率容量充分大的不间断电源为控制回路供电，①保证了系统电磁兼容性指标的实现；②当发生突然停电，保证了二级制动的有效性。 （10）语言报警 本系统设计了安全回路控制接点动作记忆电路，一旦安全回路动作，引起动作的各种故障被记忆下来，并连续不断地用语言播放故障位置，大大缩短了故障的查找时间。 （11）多种运行方式 提升系统能完成提升机手动、自动、检修、故障开车等各种运行方式的控制要求。 2. 系统配置 本电控系统按照结构标准化、产品系列化、性能现代化、体积小型化进行产品设计，对于提高矿井自动化、安全保障能力，以及矿井现代化管理水平具有十分重要的现实意义。此外对于减少设备维修费用，减轻工人劳动强度，降低能源消耗和噪音污染，提高矿井生产效率等方面，将会产生很大的社会经济效益。系统设备特性如下： （1）智能型全数字交流主控台（JTDK-ZN-ZKT） （2）智能型高压低频换向柜（JTDK-ZN-GHP） （3）全数字无环流低频电源柜（JTDK-PC-DPY） （4）智能型可控硅调速柜（JTDK-ZN-SCR） （5）高压馈电开关柜（KGS1） （6）低压电源柜（JTDK-ZN-DYG） 3. 系统的主要技术性能 （1）提升机的运行方式 提升系统能完成提升机自动、常规、手动、故障开车等各种运行方式的控制要求。 （2）数字行程监控器 数字行程监控器由PLC、轴编码器构成。轴编码器将脉冲信号送入PLC中，经PLC逻辑运算处理转换成提升机钢丝绳线速度和容器行程位置，形成各种操作信号、保护信号和按行程给定的速度给定曲线。 主控PLC与监控PLC之间相互保护、相互监督，并能完成如下功能： 1）实现PLC故障状态下的低速开车功能； 2）实现数字行程给定功能，定位精度≤1cm，并实现数字行程罐位显示； 3）具有对编码器进行同步校正的功能； 4）PLC行程监控器可以很容易地进行参数的整定以适应变化的工况（如变化了的速度、深度等）。 （3）提升控制 系统核心控制部分采用两套模块化工业微机―FX2N可编程控制器，该型可编程控制器具有指令众多，功能强大，配置灵活，使用简单，工作可靠，可以和管理计算机联网，并能完全满足矿井提升工艺过程要求。 1）选用日本三菱公司的FX2N 型PLC； 2）主控PLC应用软件能完成提升机手动、自动、常规等运行方式的控制要求； 3）完成提升机运行工艺要求的控制功能； 4）实现对调速系统按速度给定的控制； 5）实现完善的保护功能，对于等速段超速、减速段过速、过卷等安全保护具有多重保护； 6）保护功能按下列三类设置：立即施闸的紧急停车、完成本次提升后不允许再次开车的功能，即一次提升、自动减速后施闸停车。 7）可在线或离线修改用户程序； 8）采用全数字工作闸和主令控制器，采用脉冲编码器来实现，使得控制准确度高、操作轻便、故障率低； 9）留有与矿井生产管理系统联网的接口。 （4）安全保护 系统的安全回路有两套，一套由主控机PLC，另一套为监控机PLC，实现PLC的相互冗余。系统的主要保护有： 立即施闸类保护，发生下列各类故障时，系统能立即进行完全制动停车，并发生声报警：提升容器过卷、减速段过速保护、等速段超速保护、提升容器接近井口速度超过2m/s、错向保护、给定方向记忆、深指失效保护、通讯错误、高压失压跳闸保护、制动油过压、轴编码器失效。 终端施闸类保护，完成本次提升后不允许再次开车的保护，即一次提升：润滑油欠压、润滑油超温、制动油超温。 自动减速后施闸类保护，发生下列各类故障时，系统自动降低速度，然后再施闸停车，并发出声报警：信号电源欠压、制动油故障、主电机超温、闸瓦磨损、闸盘偏摆、弹簧疲劳等。 （5）制动控制系统 提升机制动控制系统由PLC、安全继电器、脚踏动力制动和可调闸模块组成，其主要功能是： 1）当系统发生故障导致安全回路断开时，PLC利用采集来的速度信号和油压信号，对液压站制动电液阀进行PID闭环控制，以实现液压站的减速制动功能。 2）当减速制动发生故障时，若提升机在井中，PLC直接控制安全阀和二级制动阀动作，实施二级制动控制；若提升机接近井口，则实施一级紧急制动。 4. 应用情况和效益 副井绞车电控系统自改造以来，运行效果良好，未出现任何问题，2006年11月经山东省机电设备检测中心性能测试，各项指标均满足相关标准要求，极大地提高了副井安全运行的可靠性。该系统改造对于提高矿井自动化、安全保障能力，以及矿井现代化管理水平具有十分重要的现实意义。

硬件设计论文:浅谈变电站综合自动化中监控系统的硬件设计研究 论文 关键词　测控系统总线现场总线型综合自动化系统 论文摘要　测控系统在变电站综合自动化系统中肩负着测量与控制任务，随着电网电压等级的提高，变电站综合自动化对测控系统的要求不断提高。根据变电站综合自动化系统的设计思路．对一种由总线组成的新型现场总线型测控系统的硬件设计进行研究。 一、引言 变电站综合自动化是在微处理技术、自动控制技术和远动技术 发展 到一定程度的基础上，为使变电站二次设备更合理、有效地运行而提出的一种变电站自动化模式。变电站综合自动化系统除了实现对现场的监测、控制和保护之外。更重要的是能实现当地和远方对现场的监控、调节和保护。 二、变电站综合自动化中的测控系统的功能要求 (一)遥信功能。遥信功能通常用于测量下列信号开关的位置信号、变压器内部故障综合信号保护装置的动作信号、通信设备运行状况信号、调压变压器抽头位置信号、自动调节装置的运行状态信号和其它可提供继电器方式输出的信号事故总信号及装置主电源停电信号等。 (　)j噩测功能。遥测功能常用于变压器的有功和无功采集、线路的有功功率采集、母线电压和线路电流采集、温度、压力、流量流速等采集、周波频率采集、主变油温采集和其它模拟信号采集。 (三)遥控功能。遥控功能常用于断路器的合、分和电容器、电抗器的投切以及其它可以采用继电器控制的功能。 (四)遥调功能。遥调常用于有载调压变压器抽头的升、降调节和其它可采用一组继电器控制的、具有分级升降功能的场合。 三、测控系统硬件设计研究 针对测控单元存在的不足之处．考虑到高压、超高压变电站的自动化特点及变电站综合自动化的发展对测控单元的要求，结合 电子 元器件发展、通信技术的进步和其它新技术的出现，提出了新型线路测控单元的模块化硬件设计方案。 线路单元测控装置的硬件构成主要包括80c196kc基本处理模块、电流型互感器模块、滤波放大电路、多路模拟开关、a／d转换电路、频率检测电路、遥信输入光祸隔离电路、遥脉输入光藕隔离电路、控制输出继电器、双can总线通信模块、串行通信模块。 (一)80c196k0 80c196kc是intel公司16位单片机系列的第三代产品，是目前应用最广泛的16位单片机，具有以下特点： 1　废除了cpu的累加器(acc)与算术逻辑运算部件(alu)的传统结构，采用了寄存器阵列／算术逻辑部件(ralu)。ooh－1ffh单元包含寄存器阵列、专用寄存器和256字节的附加ram。ooh—017h是专用寄存器区。018h—offh是寄存器阵列．可由ralu直接访问。iooh—1ffh是附加的256字节ram．这些ram通过“垂直寄存器窗”结构，也可以作为寄存器由ralu直接访问，因而给程序设计带来很大方便。 2　特殊功能寄存器直接控制i／o口，实现了i／o口的高速输入与高速输出。四个高速输入口最小能记录分辨间隔为1微秒的外部事件发生时间(时钟频率为16mhz)；六个高速输出口，可在预定的时间内触发外部电路。 3　两个16位定时／计数器及四个软件定时器可以很方便地为众多的外部或内部事件提供定时与计数功能。所谓软件定时器就是对hso编程，可以按预定的时间产生中断。 4　具有高速运算处理器。80c196kc可以采用16eiz的晶振．其运行速度比12mhz的90c196kb快33％，比12mhz的8096bh快1倍。 5　3路d／a转换采用脉冲宽度调制输出(pwm)，调制精度为8位，输出波形为占空比可变的方波，方波可经积分后变成直流电平．其电平随占空比变化有256级输出。 6　有16位watchdog监视定时器，用于监视软件运行是否发生故障，当系统由于干扰或其它扰动导致软件运行紊乱时，它能够使系统自动复位。 7　有高速数据交换能力。支持dma(直接存储器存取)方式数据交换和pts方式数据交换。 (二)测控单元的组成 80c196kc基本处理模块主要由80c196kcl6位中央处理器、128kbyte程序存储器eprom，64kbyte数据存储器ram，16kbyte的存储器eeprom及译码电路组成；电流型互感器模块完成将100v，5a的电压电流信号转化为+2.5ma的弱电信号，经过信号变换．放大滤波变成标准信号送入多路模拟开关，在cpu的控制下依次a／d转抉，将现场输入的模拟量转变成数字量，供cpu处理。频率检测模块对输入的交流正弦信号进行整形变成主波信号，输入cpu的高速输入口，通过测量跳变的周期测量频率及进行频率跟踪。遥信、遥脉输入光藕隔离电路完成信号变换及隔离功能，支持220v／110v／24v直流电压信号输入。键盘显示模块提供人机交互功能．采用薄膜键盘和带背光的128*64的点阵式液晶．屏幕一屏可显示16×8个 英文 字母或8×4个汉字。 为了满足不同应用的需要，本装置设计有5路通信接口：其中2路为冗余设计的can总线接口，用于与通信控制单元通信；1路光纤通信接口，用于与通信控制单元的通信或与智能设备通信；1路rs485接口，用于支持装置与总控单元的通信或与智能设各通信；l路为rs232接口．用于支持装置的组态功能，所有的通信接口均通过高速光藕进行光电隔离。 在继电器驱动电路中采用了一些保护措施，防止在分合直流电源时引起逻辑电路紊乱而造成继电器误动作，并在驱动电路与继电器之间加光电隔离，以提高抗干扰能力。本装置还采用自检闭锬功能和放电回路，防止由于硬件错误。 硬件设计论文:变压器冷却控制系统控制器的硬件设计 摘要：变压器的冷却装置是将变压器在运行中由损耗所产生的热量散发出去，以保证变压器可以安全正常的运行。本文所进行的主要核心部分就是对控制模块进行的设计，其中包括了可以对主变压器风扇投入与切除的温度范围进行自行设定，也可以按照用户的要求而变化。 关键词：变压器；冷却控制系统；硬件 1变压器冷却控制系统控制模块的设计总体思想 本文所进行的就是对变压器冷却控制系统控制器模块进行设计，其中包括了可以对主变压器风扇投入与切除的温度范围进行自行设定，也可以按照用户的要求而变化。在传统控制方式中，风扇投切的温度限制值是不能改变的，此外，风扇电机的启动和停止温度有一余量，不像传统的控制方式中是一个定值，避免了频繁启动的缺陷，此外还有运行、故障保护及报警等信号的显示及其与控制中心或调度中心的通讯，上传这些信息，如变压器油温、风扇运行状态有无故障等。至于风扇的分组投切设置是为了节约电能，具有一定的 经济 意义，但这个分组数不宜过多，以免控制复杂，且散热效果不佳。 控制器主要由at89cs1单片机、a/d转换器、键盘控制芯片，输出模块、通讯模块以及自动复位电路等组成，其中单片机是控制器的核心，aid转换器是把输入信号转换为数字信号。 2变压器风扇控制系统的硬件接线 基于以上的要求，我们设计的风扇控制器的硬件线路图如下页图1所示。变压器风扇控制中对控制模块进行改进是本文研究的重点，其中包括主要芯片的选用以及一些抗干扰元件的使用。所以在本章节中，我们重点将要介绍变压器风扇冷却控制模块中的主要硬件芯片的作用、选用以及它们之间的连接力一法。 （1）单片机at89c51（如图1）。 at89c51是atmel公司生产的一种低功耗，高性能的8位单片机，具有8k的flash可编程只读存储器，它采用atmel公司的高密度不易丢失的存储器技术，并且和 工业 标准的80c51和80c52的指令集合插脚引线兼容，其集成的flash允许可编程存储器可以在系统或者通用的非易失性的存储器编程中进行重新编程。at89c51集成了一个8位的cpu， 8k的flash。256字节的edam， 32位的i/0总线。三个16字节的定时器/计数器，两级六中段结构，一个全双工的串行口，振荡器及时钟电路。at89c51是完成系统的数据处理和系统控制的核心，所有其它器件都受其控制或为其服务。 在本文中，经过tlc 1543 a/d转换器后输出的数字量输入到at89c51单片机中，同时在进行了温度参数的设置以后，进行它的输出控制，其中包括了变压器的温度显示、状态显示、以及声音报警设备等等，也就是我们所研究的变压器冷却控制系统的核心部分。 （2）变压器的温度采集及温度处理模块。在变压器的风扇冷却自动控制系统中，第一步进行的就是对变压器上层油温进行的温度采集工作。变压器的温度采集是由变压器的温度控制器来实现的，其中包括铂电极、传感器以及变送器。经过温度控制器输出的信号进入变送器，变送器送出一个4一20毫安的电流信号，然后将此电流信号通过控制芯片上的电阻元件实现电流电压信号的转换，转换后的电压是在0.4一2（伏特）之间，然后将此电压信号输入到tlc 1543数模转换器，进行信号处理。变送器输出信号有电流和电压信号两种，考虑到变压器安装的位置（室外）距本控制装置（室内）有一定的距离，电流信号不易损失，故选择了4一20毫安的电流信号。 （3）11通道10位串行a/d转换器丁lc1543。 tlc1543 a/d转换器是美国ti公司生产的众多串行a/d转换器中的一种，它具有输入通道多、转换精度高、传输速度快、使用灵活和价格低廉等优点，是一种高性价的模数转换器。tlc 1543是cmos，10位开关电容逐次逼近模数转换器。它有三个输入端和一个3态输出端：片选（cs），输入/输出时钟（i/0 clock），地址输入和数据输出（dataout）。这样通过一个直接的四线接口与卞处理器或外围的串行口通讯。片内还有14通道多路选择器可以选择11个输入中的任何一个三个内部自测试（self-test）电压中的一个。 （4）bc7281 128段led显示及64键键盘控制芯片。 bc7281是16位led数码管显示器键盘接口专用控制芯片，通过外接移位寄存器（典型芯片如74hc164， 74ls595等），最多可以控制16位数码管显示或128支独立的led。 bc7281的驱动输出极性及输出时序均为软件可控，从而可以和各种外部电路配合，适用于任何尺寸的数码管。 bc7281各位可独立按不同的译码方式译码或不译码显示，译码方式显示时小数点不受译码影响，使用方便；bc7281内部还有一闪烁速度控制寄存器，使用者可随时改变闪烁速度。 bc7281芯片可以连接最多64键c8*8）的键盘矩阵，内部具有去抖动功能。它的键盘具有两种工作模式，bc7281内部共有26个寄存器，包括16个显示寄存器和10个特殊（控制）寄存器，所有的操作均通过对这26个寄存器的访问完成。 bc7281采用高速二线接口与mcu进行通讯，只占用很少的i/o资源和主机时间。 bc7281在本系统中主要用于驱动变压器温度显示的led以及显示风扇运行状态的指示灯。 前已提及，bc7281芯片内部共有26个寄存器，包括16个显示寄存器和10个特殊功能寄存器，共用一段连续的地址，其地址范围是ooh-19h，其中ooh-ofh为显示寄存器，其余为特殊寄存器。 （5）使用max232实现与pc机的通讯。 ①max232芯片简介 max232芯片是1viax工m公司生产的低功耗、单电源双rs232发送/接收器，适用于各种e工a-232e和v.28； v.24的通信接口，1viax232芯片内部有一个电源电压变换器，可以把输入的+5v电源变换成rs-2320输出电平所需±10v电压，所以采用此芯片接口的串行通信系统只要单一的+5v电源就可以。 我们的设计电路中选用其中一路发送/接收，rlou t接mcs一51的rxd ， t 1工n接mcs一51的txd， tlout接pc机的rd，rl工n接pc机的td1。因为max232具有驱动能力，所以不需要外加驱动电路。 系统中使用了此技术之后就实现了变压器风扇冷却系统的远程控制，工作人员可以在控制室对冷却系统进行控制，可以达到方便、准确、快捷的日的，这也是我们对传统的风扇冷却控制系统而做的一个重要的改进。 ②串行通讯 在此实现中，我们必须要对mcs-51串行接日和pc机串行接日的串行通讯要有一定的了解，串行通信是指通信的发送方和接收方之间数据信息的传输是在单根数据线上，以每次一个二进制位移动的，它的优点是只需一对传输线进行传送信息，囚此其成本低，适用于远即离通信；它的缺点是传送速度低；串行通信有异步通信和同步通信两种基本通信方一式，同步通信适用于传送速度高的情况，其硬件复杂；而异步通信应用于传送速度在50到19200波特之间，是比较常用的传送方式，本文中使用的就是异步通讯方式。 （6）“看门狗”电路ds1232 在系统运行的过程中，为了避免因干扰或其他意外出现的运行中的死机的情况，“看门狗电路”ds1232会自动进行复位，并且能够重读eeprom中的设置，以保证系统可以安全正常的运行。 美国dallas公司生产的“看门狗”（watchdog）集成电路ds1232具有性能可靠、使用简单、价格低廉的特点，应用在单片机产品中能够很好的提高硬件的抗干扰能力。 ds1232具有以下特点： ①具有8脚dip封装和16脚soic贴片封装两种形式，可以满足不同设计要求； ②在微处理器失控状态卜可以停止和重新启动微处理器； ③微处理器掉电或电源电压瞬变时可自动复位微处理器； ④精确的5%或10%电源供电监视； 在本变压器冷却控制系统中，ds1232作为一定时器来起到自动复位的作用，在ds1232内部集成有看门狗定时器，当ds1232的st端在设置的周期时间内没有有效信号到来时，ds1232的rsr端将产生复位信号以强迫微处理器复位。这一功能对于防止由于干扰等原因造成的微处理器死机是非常有效的，因为看门狗定时器的定时时间由ds1232的td引脚确定，在本设计中，我们将其td引脚与地相接，所以定时时间一般取为150ms。 3结论 本装置实现了通过单片机自动控制冷却器的各种运行状态并能精确监测变压器的油温和冷却器的各种运行、故障状态，显示了比传统的控制模式的优越性。（1）能够对变压器油温进行监测与控制；（2）实现了变压器冷却器依据不同油温的分组投切，延长了冷却器的使用寿命，有较好的 经济 意义； （3）实现了冷却系统的各种状况，如油温、风扇投切和故障等信息的上传，便于值班员、调度员随时掌握情况。 由于固态继电器实现了变压器的无触点控制，解决了传统的控制回路的弊端，同时此控制装置具有电机回路断相与过载的保护功能。由于使用了单片机，因而具有一定的智能特征，实现了油温、风扇的投入、退出和故障等信号的显示以及上传等。通过实际运行表明，该装置的研制是比较成功的。但今后，我们还应该对固态继电器本身的保护进行一些研究，以免主回路因电流过大而造成固态继电器的损坏，以使变压器风扇冷却控制回路更加完善。 硬件设计论文:浅谈变电站综合自动化中监控系统的硬件设计研究 论文关键词　测控系统总线现场总线型综合自动化系统 论文摘要　测控系统在变电站综合自动化系统中肩负着测量与控制任务，随着电网电压等级的提高，变电站综合自动化对测控系统的要求不断提高。根据变电站综合自动化系统的设计思路．对一种由总线组成的新型现场总线型测控系统的硬件设计进行研究。 一、引言 变电站综合自动化是在微处理技术、自动控制技术和远动技术发展到一定程度的基础上，为使变电站二次设备更合理、有效地运行而提出的一种变电站自动化模式。变电站综合自动化系统除了实现对现场的监测、控制和保护之外。更重要的是能实现当地和远方对现场的监控、调节和保护。 二、变电站综合自动化中的测控系统的功能要求 (一)遥信功能。遥信功能通常用于测量下列信号开关的位置信号、变压器内部故障综合信号保护装置的动作信号、通信设备运行状况信号、调压变压器抽头位置信号、自动调节装置的运行状态信号和其它可提供继电器方式输出的信号事故总信号及装置主电源停电信号等。 (　)j噩测功能。遥测功能常用于变压器的有功和无功采集、线路的有功功率采集、母线电压和线路电流采集、温度、压力、流量流速等采集、周波频率采集、主变油温采集和其它模拟信号采集。 (三)遥控功能。遥控功能常用于断路器的合、分和电容器、电抗器的投切以及其它可以采用继电器控制的功能。 (四)遥调功能。遥调常用于有载调压变压器抽头的升、降调节和其它可采用一组继电器控制的、具有分级升降功能的场合。 三、测控系统硬件设计研究 针对测控单元存在的不足之处．考虑到高压、超高压变电站的自动化特点及变电站综合自动化的发展对测控单元的要求，结合电子元器件发展、通信技术的进步和其它新技术的出现，提出了新型线路测控单元的模块化硬件设计方案。 线路单元测控装置的硬件构成主要包括80c196kc基本处理模块、电流型互感器模块、滤波放大电路、多路模拟开关、a／d转换电路、频率检测电路、遥信输入光祸隔离电路、遥脉输入光藕隔离电路、控制输出继电器、双can总线通信模块、串行通信模块。 (一)80c196k0 80c196kc是intel公司16位单片机系列的第三代产品，是目前应用最广泛的16位单片机，具有以下特点： 1　废除了cpu的累加器(acc)与算术逻辑运算部件(alu)的传统结构，采用了寄存器阵列／算术逻辑部件(ralu)。ooh－1ffh单元包含寄存器阵列、专用寄存器和256字节的附加ram。ooh—017h是专用寄存器区。018h—offh是寄存器阵列．可由ralu直接访问。iooh—1ffh是附加的256字节ram．这些ram通过“垂直寄存器窗”结构，也可以作为寄存器由ralu直接访问，因而给程序设计带来很大方便。 2　特殊功能寄存器直接控制i／o口，实现了i／o口的高速输入与高速输出。四个高速输入口最小能记录分辨间隔为1微秒的外部事件发生时间(时钟频率为16mhz)；六个高速输出口，可在预定的时间内触发外部电路。 3　两个16位定时／计数器及四个软件定时器可以很方便地为众多的外部或内部事件提供定时与计数功能。所谓软件定时器就是对hso编程，可以按预定的时间产生中断。 4　具有高速运算处理器。80c196kc可以采用16eiz的晶振．其运行速度比12mhz的90c196kb快33％，比12mhz的8096bh快1倍。 5　3路d／a转换采用脉冲宽度调制输出(pwm)，调制精度为8位，输出波形为占空比可变的方波，方波可经积分后变成直流电平．其电平随占空比变化有256级输出。 6　有16位watchdog监视定时器，用于监视软件运行是否发生故障，当系统由于干扰或其它扰动导致软件运行紊乱时，它能够使系统自动复位。 7　有高速数据交换能力。支持dma(直接存储器存取)方式数据交换和pts方式数据交换。 (二)测控单元的组成 80c196kc基本处理模块主要由80c196kcl6位中央处理器、128kbyte程序存储器eprom，64kbyte数据存储器ram，16kbyte的存储器eeprom及译码电路组成；电流型互感器模块完成将100v，5a的电压电流信号转化为+2.5ma的弱电信号，经过信号变换．放大滤波变成标准信号送入多路模拟开关，在cpu的控制下依次a／d转抉，将现场输入的模拟量转变成数字量，供cpu处理。频率检测模块对输入的交流正弦信号进行整形变成主波信号，输入cpu的高速输入口，通过测量跳变的周期测量频率及进行频率跟踪。遥信、遥脉输入光藕隔离电路完成信号变换及隔离功能，支持220v／110v／24v直流电压信号输入。键盘显示模块提供人机交互功能．采用薄膜键盘和带背光的128*64的点阵式液晶．屏幕一屏可显示16×8个英文字母或8×4个汉字。 为了满足不同应用的需要，本装置设计有5路通信接口：其中2路为冗余设计的can总线接口，用于与通信控制单元通信；1路光纤通信接口，用于与通信控制单元的通信或与智能设备通信；1路rs485接口，用于支持装置与总控单元的通信或与智能设各通信；l路为rs232接口．用于支持装置的组态功能，所有的通信接口均通过高速光藕进行光电隔离。 在继电器驱动电路中采用了一些保护措施，防止在分合直流电源时引起逻辑电路紊乱而造成继电器误动作，并在驱动电路与继电器之间加光电隔离，以提高抗干扰能力。本装置还采用自检闭锬功能和放电回路，防止由于硬件错误。 硬件设计论文:锅炉自动控温给水系统硬件设计 【内容摘要】本文重点研究了基于STC89C52RC单片机的锅炉自动控温给水系统的设计制作，该系统可以实现的功能有温度控制、液位控制、语音播报等。其中锅炉液位检测和温度检测控制通过单片机来加以控制，该系统成本较低、易于调试、各工作部分障碍互不干扰、维修方便。 【关键词】STC89C52单片机;液位控制;温度控制;语音报警 在现代社会中，居民区热力供应量、需求量越来越大，国内燃煤锅炉的数量仍居高不下［1］。基于此种情况，提高蒸汽锅炉的容量，对操作、控制过程严格要求，都有利于缓解热力供应压力。与此同时，对于锅炉液位和温度的精确控制是关系到人们自身和设备安全的重要问题。由于被控对象和过程的非线性、时变性，多参数间的强耦合、随机干扰等因素，使得建立被控对象的精确数学模型变得很困难［2］。基于控制中的各种影响因素，传统的控制方法已经无法实现所需要的控制精度和系统稳定性。近些年随着单片机技术的迅速发展，利用单片机及其外围芯片实现复杂系统的控制已经成为现实［3］。锅炉自动控温给水系统就是利用单片机使锅炉系统具有较高的实用价值和优越性［4］。通过单片机自动控制、调节加热与给水系统，可使锅炉维持一个较稳定的系统，以正常供气供水，保证系统安全经济运行。 一、系统简介 设计的研究对象主要是锅炉的液位和温度，对其液位和温度实现自动控制。通过STC89C52RC单片机、温度传感器(DS18B20)、LCM(12864液晶显示屏)、语音模块(WT588D)、浮球式液位传感器、独立按键等实现系统温度、液位报警和控制，同时可以对锅炉当前状态的显示、控制和播报加以实现。系统的硬件设计主要是有以下几个模块:STC89C52RC芯片为核心的控制模块，液位采集模块、温度采集模块、键盘模块、液晶显示模块、语音报警模块、独立按键模块、继电器控制模块、电源模块、串口模块等。可实现的具体功能如下:一是系统启动后播放开机画面和开机音乐，显示系统默认的温度上下限值。二是显示当前的温度及温度是否在设定范围内，同时显示当前液位状态。三是当液位低至给定的下限液位时，放水水泵停止对锅炉放水，同时启动进水水泵对锅炉进行加水，直到液位到达指定值，LCM显示液位正常。四是当液位高至给定上限的液位时，进水水泵停止对锅炉加水，同时启动放水水泵对锅炉进行放水，直到液位到达指定值，LCM显示液位正常。五是如果温度传感器DS18B20损坏，系统停止工作，LCM提示错误。六是温度低于设定值，启动加热工作。温度到达指定温度值，停止加热工作。七是可以语音播报，并通过独立按键控制语音播报的开、关。八是通过按键实现温度上下限值的设定，最高上限值为70摄氏度，最低下限值为10摄氏度。 二、系统硬件设计 (一)单片机接口原理图。该部分主要由单片机芯片、上拉电阻、排阵等组成。原理图如图1所示。(二)温度采集模块。温度采集模块主要使用DALLAS半导体公司的数字化温度传感器DS18B20。DS18B20为单线接口，性能较为稳定。用户可以设定温度报警上下限值，同时，该DS18B20超温度限可通过报警搜索命令加以识别。在传统的模拟信号远距离温度测量系统中，需要很好地解决一些技术问题，才能够达到较高的测量精度［5，6］。在感温器件中，DS18B20适合于单片机构成智能温度测量和控制系统，其精度很高、易保证。体积小、无需标定、支持多点组网功能、可多点测温等特点都有利于在实际应用中取得良好的测温效果。温度传感器如图2，DS18B20的原理图如图3［7］。(三)液位采集模块。液位传感器采用的是浮球式液位开关。其结构简单，无复杂电路，使用方便，使用磁簧开关无需电源，接点寿命长，控制开关位置可随使用者订制。所有开关出线在同一接线盒，外部施工配线成本较低。由于磁簧开关和导线与被测液体是完全隔离，该液位开关可在高温、高压设备上安全使用。浮球式液位开关是采取直浮子驱动磁簧开关内部磁铁，达到开关瞬间动作的原理。当被测介质浮动浮子时，浮子在一定范围内上下移动，浮球内的磁体将吸引控制开关动作杆上的磁体，从而产生开与关的动作，实现液位的指示与控制［8］。液位传感器实物如图4，液位采集模块的电路图如图5。(四)继电器控制模块。继电器主要是来做自动控制作用的开关元件。在本次设计中共使用了3个电磁继电器，都是用+5V的直流电来控制12V的直流电，分别实现对进水水泵、出水水泵、加热器的控制作用。电磁式继电器可以用低电压、弱电流的控制电路来控制高电压、高电流的工作电路，能实现远距离操纵和自动控制。进水水泵、出水水泵和加热器的控制就可通过此原理得到远程自动控制。继电器控制电路如图6。 三、结构设计 本设计中使用的保温水桶是在成品的基础上进行部分加工所得。机械加工包括对桶壁进行开孔，加热器的定位、安装和密封，进出水水管的定位、安装和密封，液位传感器支架的设计安装，以及液位传感器和DS18B20温度传感器的安装、固定。在上液位传感器安装时，液位传感器的浮球下边缘和进水管平齐，当水位到达该液位传感器浮球下边缘时停止加水，防止进水管被完全淹没。下液位传感器安装时，浮球的下边缘略高于加热装置，当桶内液位低于该液位传感器上边缘时停止出水同时开始加水，防止液位过低而导致加热装置干烧。加工结果如图7。上下液位传感器的信号线分别从安装进出水管的孔里引出。DS18B20温度传感器安装在保温桶夹层内部并紧贴内壁，位置在水桶中部，信号线从和上液位传感器的信号线一路从进水孔引出，如图8所示。 四、应用分析 当保温桶内液位过低时系统控制继电器使进水水泵工作。当液位过高时进水水泵停止工作，出水水泵工作，直至液位正常。同时水的温度如果低于设定值，继电器控制加热器开始加热，直至达到设定温度，加热器(220V)停止工作，这些功能都要能够实现，而且整个过程都是自动完成，不需用户操作，用户只需按照自己的要求设定温度范围，既安全又方便。锅炉自动控温给水系统经过实验验证，已经可以实现开机画面的显示，显示默认的温度上下限值，可根据需要进行设定，系统会显示当前的温度和温度、液位状态是否正常。随着单片机技术的发展和日趋成熟，单片机不仅应用前景广泛，同时有助于发现可能存在的故障。锅炉自动控温给水系统就是利用单片机使锅炉系统具有较高的实用价值和优越性。 作者:伍广 邓传奇 陈帅 单位:安徽理工大学机械工程学院 硬件设计论文:封闭禽舍传感器节点软硬件设计 本文作者：曹元军1金濯2翟旭军2王新忠3作者单位：1.泰州职业技术学院2.江苏畜牧兽医职业技术学院3.江苏大学生物机电工程研究院 工厂化蛋鸡舍在结构上是一个全封闭的设施，鸡舍内部环境受设计结构的制约和影响，形成了不同于外部环境的“鸡舍小气候”。鸡舍气候信息主要包括室内的温度、湿度、光照、二氧化碳、氨气和硫化氢等环境因子。鸡舍设施的全封闭性决定了鸡舍与外界的物质与能量交换，这种交换会引起鸡舍小气候环境的变化，进而在一定程度上又会影响蛋鸡的生长及其产蛋率。鸡舍气候信息采集的智能化和信息化是实施工厂化蛋鸡养殖的关键技术之一，国内外已有科研人员将无线传感器网络(WirelessSensorNetworks，WSN)技术应用于农田信息采集。为满足农业信息采集中监测周期长的需求，研究人员结合不同的应用场合，设计了多种专用的无线传感器网络节点［1－6］。由于封闭式蛋鸡舍设施的特殊性，鸡舍环境信息有线采集设备易出故障，且设备的投入成本与维护成本较高，因此，无线传感器网络的应用将尽显其优势。为此，笔者在尽可能延长无线传感器节点通信距离的基础上，合理地设计硬件系统和软件系统，以有效提高节点的生存周期。 1节点硬件设计 节点硬件设计通过自组网的形式将采集的信息发送至系统监控中心，实现对封闭式蛋鸡舍设施的温度、空气湿度、光照、二氧化碳、氨气和硫化氢等环境因子的采集。传感器节点由微处理器模块、无线通信模块、串口通信模块、传感器模块和电源模块组成，如图1所示。为了提升传感器节点的通信距离，微控制器(CPU)采用AVR系列单片机ATmega128L，对比普通51系列单片机而言，ATmega128L代码执行效率更高，抗干扰能力更强，同时，ATmega128L单片机具有低功耗的特点(1μA～25mA，WDT关闭时为100nA)。该设计的无线通信模块采用功耗低、发射功率可微调的nRF905模块，其高斯频移键控(GFSK)调制方式抗干扰能力强，能够很好地抑制噪声环境对信息采集系统的影响。设计节点的CPU时钟频率为7．3228MHz，nRF905设定在433MHz国家开放频段。温湿度传感器采用SHT11，光强度传感器采用美国TAGS公司的光强度数字TSL2561。有害气体浓度的监测传感器分别为:CO2浓度传感器选用美国FIGARO公司生产的TGS4160，NH3传感器选择的型号为MIC－NH3智能传感器，硫化氢传感器选择的型号为(H2S传感器)M－100。 2节点软件设计 针对上述节点硬件结构，结合封闭式蛋鸡舍设施信息采集周期性强、时间间隔短、单次数据传输量大的特点，设计了基于C语言的软件系统。 2．1节点软件构成 节点软件由操作系统和应用程序构成。WSN利用TinyOS操作系统，采用AVRStudio4．07开发平台，开发应用程序，包括各个硬件模块的驱动、数据采集和通信协议。在TinyOS环境下为节点用NesC语言编写了相应的执行程序。AVRStudio4．07平台采用面向对象的编程方法，1个TinyOS应用程序与多个组件(Component)连接，构成1个执行模块(Module)。组件是硬件的抽象概念，组件间由接口(Interface)互相连接。该设计传感器节点的TinyOS应用程序结构如图2所示。 2．2节点休眠的设计 无线传感器节点节省能量的最主要的方式是休眠机制。当传感器节点目前没有传感任务并且不需要为其他节点转发传感数据时，关闭节点的无线通讯模块、数据采集模块甚至计算模块以节省能量。因而，一个传感任务发生时，只有与之相连的区域内的传感器节点处于活动状态，从而形成一个活动区域。如图3所示，活动区域随着数据向网关节点传送而移动，这样原先活动的节点在离开活动区域后可以转成休眠模式从而节省能量。 2．3同步控制 时钟同步是该设计分布式系统的重要组成部分，采用TDMA－MAC协议。具有休眠机制的无线传感器网络需要严格的时间同步机制，用来准确接入信道和及时唤醒。在传感器网络中，节点运行工作时的物理时钟依靠对自身晶振中断计数实现。如果节点晶振的频率误差和初始计时时刻不同，就会使节点之间物理时钟不同步。通过计算出物理时钟与逻辑时钟的关系，构造对应的逻辑时钟以达成同步。无线传感节点在应用基站充当时间基准点，发送数据包具有当前时钟读数的同步指令，当无线传感器网络内其他节点接收到该同步指令后，计算延时参数并调整本节点的逻辑时钟值，以和基站节点基准点构成同步。传感节点在和基站节点同步后作为新的基准点，一环接一环由里向外同步，直至覆盖整个无线传感器网络。 2．4节点程序的调试 无线传感器节点硬件和软件设计完成后，进行了程序初步调试。程序调试平台为AVRStudio4．07，调试步骤如下:①在启动AVRStudio4．07之前，将JTAG仿真器与PC机串口连接起来;②JTAG仿真器的数据电缆连接到目标板的JTAG接口;③在确认PC、JTAGICE和目标板正确连接后，按照下列顺序依次接通电源的操作:打开目标板电源，即SW1拨至“ON”处，然后接通JTAG电源，JTAG仿真器上的绿黄两灯同时亮表示连接成功，若有任意一灯不亮，就说明连接没有成功;④在PC上打开AVRStudio4．07，调试节点程序，如下图4、5所示。 3结语 为解决传统封闭式蛋鸡舍设施的温度、空气湿度、光照、二氧化碳、氨气和硫化氢等环境因子的监测中所存在的监测区域面积小、采样率低、工作量大等问题，该研究探讨了将无线传感器节点技术作为封闭式蛋鸡舍环境监测中数据采集和传输载体的可行性，设计和开发了无线传感器节点，并进行了节点程序的调试。下一步应采用所设计的无线传感器节点，构成无线传感器网络，通过进一步的封闭式蛋鸡舍环境因子信息采集试验，提高无线传感器网络系统的可靠性和实用性。 硬件设计论文:常规剧场舞台机械控制系统的软硬件设计 【摘要】根据国内剧场舞台机械控制系统的特点，探讨了软、硬件设计解决方案。根据实际工程经验从控制系统硬件设计组成、网络系统构建和软件功能要求三个方面进行了详细的论述。 【关键词】PLC；舞台机械；变频器；现场总线 常规剧院根据功能可以划分为歌剧院、戏剧院、音乐厅和多功能厅等。舞台机械是现代化剧场不可缺少的核心设备，通过舞台机械设备不断升降、平移、开合运动，并配合灯光、音响的不断变换，呈现在观众眼前的是一场场美轮美奂的视觉盛宴。常规剧场舞台机械设备一般可分为台上和台下两个部分，台上以卷扬类为主，台上设备的基本配置有防火幕、假台口、大幕、二道幕、景吊杆、灯吊杆、单点吊机、灯光渡桥、灯光吊笼等设备，有的还配置了反声罩。台下以升降、推拉、旋转为主，台下设备的基本配置有主升降台、左右车台、后车转台、升降乐池、各种补偿台、插销和安全网等设备。其中，台上吊杆类设备、台下升降台类设备和车台类设备是舞台表演空间的主要设备。随着计算机技术的不断发展，现在舞台机械控制多采用以可编程控制器为主的分布式控制系统。系统硬件由继电器、接触器和变频器等低压电器组成，网络采用开放式工业现场总线通讯技术，软件设计采用功能完备的人机友好界面和安全互锁保护。整个系统快速、方便地将分散在台上、台下的设备和核心中央处理器联系起来，其各种不同类型的控制模块通过硬件接口和软件组态可进行广泛组合，为舞台机械运行提供实时、安全可靠的运行保证。同时，由于采用计算机控制，系统具有处理速度快、系统资源裕量大、通讯能力强、故障排除快速、定位准确的特点。 1设备电器设计组成 舞台设备电器控制回路一般由各种安全保护单元（如限位、乱绳、超载、超速、安全急停链路）、位置测量单元（如编码器、减速开关、行程开关）、控制电路（如各种继电器、PLC输入输出模块）、驱动单元（如变频器、交流接触器）和执行单元（如三相异步鼠笼电机、伺服电机）组成，并通过以上电器环节的共同作用控制设备运动。国内舞台设备按控制方式包括常规定速控制和调速定位控制。 1.1常规定速控制 常规定速控制——通过PLC起停输出、设备的行程开关、保护开关、继电器组成的中间回路控制对应的三相电源的相序通断，从而达到直接控制电机的正反向运动，如舞台各种插销、安全网、升降栏杆、安全门。该方式广泛应用在对时间要求不高的舞台设备硬件设计上，对于在运动过程中有位置需求但定位要求不高的设备（如灯光吊笼、假台口侧片、灯光渡桥）来说，该方式并不能满足要求。从设计经济、硬件便捷的角度，通常在常规电机传动轴上加装轴套型增量编码器，将编码器信号接入具有位置采集功能的模板（如西门子编码器模块FM350），同时，在硬件选型时根据模板的采样频率和电机转速确定所选编码器的每圈脉冲值。采集的位置信号经过现场总线传送到中央处理器中，和预设的目标位置做比较，决定设备是否到位停止运行。在实际的硬件设计中，为了能及时响应到位置信号，需把采集模板的实际输出值串入控制电机正反转回路。考虑到常规定速控制设计中不具备调速功能，电机高速运动过程中收到停止信号后制动运行较长，影响设备控制精度，在应用中要根据设备实际制动距离，在软件调试中加入制动停止提前长度来修正设备停止响应距离，从而提高设备实际到位精度 1.2调速定位控制 调速定位控制——常规电机带有编码器，编码器接入具有位置控制功能的高性能交流矢量变频器，变频器通过本身的内置位置控制卡计算电机运行的实时位置和给定目标位置的差值，通过PID调节输出对应的频率和电压控制电机运转速度，中央处理器通过总线通讯方式比较变频器传回来的位置、状态特性，并根据变频器窗口到位值实现对所控设备的速度、位置精确控制，控制电路如图3所示。使用调速定位控制，降低了对机械设备的冲击，提高了设备的安全性和可靠性。因此，在国内中、大型剧场中，该控制方式是控制吊杆、升降台、车台等机械设备的主流方案。调速定位按控制电路功能一般可分为一对一控制和矩阵切换控制。对于前者，每个设备都是一个控制单元，控制电路结构相对简单，每个变频器的总线状态真实反应设备实际情况。由于只考虑单独控制回路，现场调试成本较小，出现故障排查相对容易，系统后期维护人工成本较小，但如果控制单元的任何器件发生故障，则直接影响调速设备运行，同时对于电器元件、变频器的成本支出较高。对于后者，由于采用继电器矩阵切换，控制回路采用冗余备份方式，每个调速设备在选定之前不对应固定变频器，如果某一个控制单元出现问题影响吊杆运行，通过切换矩阵的及时调整可以规避出现故障的控制单元，从而使设备更可靠地运行，提高了整个系统的风险抵御能力。同时，采用切换方式，节省了变频器数量，降低了电器成本支出。但这种控制方式电路结构复杂，软件互锁要求较高，一旦出现故障，排查和维护较繁琐。通常来说，台上调速吊杆采用切换矩阵方式，台下调速设备采用一对一控制方式。这主要是因为各种类型的吊杆大多功率在30kW以内，且功率较为相近，实际舞台演艺中同时运动的最多吊杆数远远小于总吊杆数，故采用切换方式。而台下升降类设备在演出时载有大量演员，功率较大，通常达到60kW以上，为了避免频繁切换对用电回路的冲击，并考虑到实际运行的安全性，故采取一对一方式。 2网络系统的构建 舞台机械控制系统从网路结构上分为三个层级：管理级、控制级和现场级。2.1管理级设备管理级设备包括控制台和服务器。控制台中主要设备包括工控机、触摸屏和电源、操作按键及操纵杆，主要为监控舞台设备状态、运行参数、报警信息，编场数据处理和控制设备起停，为操作人员提供友好的人机交互界面。服务器可记录操作人员和设备的实时数据，为演出设备历史追溯提供不可替代的手段。 2.2控制级设备 控制级设备主要包括可编程控制器的中央处理单元和各种适应现场总线的通讯单元。作为整个舞台机械控制系统的“大脑”，中央处理单元是系统核心，主要负责向上通过以太网传递现场的监控信息（如升降台、景杆等调速设备的位置、速度等实时参数，以及乱绳、电机过热等安全信号），向下对现场级设备下达动作命令，协调现场设备动作次序（如舞台机械设备的定位控制和设备延时启动等）。 2.3现场级设备 现场级设备：主要包括符合现场总线协议的相关舞台机械控制远程I/O站点、对应的变频器和电动机。现场级设备主要任务负责实现操作人员通过控制台发送的具体的运动方案，同时采集必要的现场信息，传递给上层作为参考。图4为采用标准三级网络设计的结构图。 2.4网络系统的构建中的关键问题 （1）控制系统的安全性设计要贯穿整个控制系统，包括核心控制器到单体设备的控制设计。控制系统应采用开放的现场总线技术，根据用户的实际需要，采用可靠的冗余技术，包括核心部件的冗余和网络的冗余。控制系统具有紧急停机系统，任意一个极限开关的动作会触发本设备应急线路，任意一个急停按钮应触发控制系统的急停链路。同时，急停系统和中央处理器通过安全总线进行信息交换。所有具有提升性能的驱动都采用双制动器，并且互相独立控制，保证驱动能及时有效地停止工作。（2）所有的舞台机械系统主控制台、移动控制台，应具备即插即用的特点。对于单一控制台，用户可根据实际情况方便地选择切换到不同的操作方式（如手控、程控、更改参数）对设备进行操作；对于不同控制台之间的切换操作，中央处理单元应具备统一的授权管理，保证同一设备在任意时刻只接受来自单一控制台的指令信息，防止设备由于接受不同控制台指令信息而造成控制紊乱。（3）保证关键信息响应的实时性和同步性（如舞台机械设备的启动命令）。对于调速定位设备，国内大多是通过每个变频器的内置位置控制卡控制设备，当多个设备同时运动时，由于网络传输的延迟性造成设备启动的不统一和设备运行中间过程中的实际位置偏差。在设计控制网络时，对于关键信息的传递需采用等式同步机制和数据优先级处理，保证数据传输的快速响应。 3软件设计要求 3.1操作功能要求 操作功能要求：对于舞台控制操作界面，应设有手动选择、运动参数设定、设备编组、场景运行、设备位置绑定、运动禁止、设备位置记录等功能，根据实际用户需求的不同，还应提供系统管理、维护和根据演出过程需要而附带的工程组态功能。同时，应提供演出中间的各种应急处理功能，如当在演出场景中编组的运行设备，设备出现报警停止运行时应具备手动快速介入，当设备撞到物理极限位后，应具备旁路控制使设备及时脱离危险位置。用户一旦误操作，不光有报警信息，同时提供相应的保护，规避可能发生的设备误动作引发的系统风险。 3.2设备互锁要求 设备运行互锁是舞台设备安全可靠运行必不可少的保障，互锁软件设计必须实时跟踪设备运行的数据。互锁软件应采用顺序控制程序，根据优先级管理机制，按照预先规定好的优先级动作顺序，对控制过程各阶段的设备互锁顺序进行自动判别和保护。每一个设备的运行条件都依存于其他相邻设备的位置，当检测到条件满足或不满足时，及时发送给设备数据块运行或受限指令，使设备安全可靠地运行。 3.3分布式管理要求 通过现场总线技术，把分布在舞台控制室的控制台、上位机、台上及台下控制柜间的现场驱动单元、现场采集单元等方便、快捷地联系起来。通过开放的现场总线控制通信网络把物理分散的设备构成为一个整体，用分布式数据库实现全系统的信息集成，进而达到信息共享，从而实现同时在多台控制终端上对舞台设备的集中监视、集中操作和集中管理。 3.4远程维护要求 控制系统工程师可通过互联网对现场控制系统进行远程诊断和维护。操作系统中出现的故障，应及时记录在上位机历史数据库中，用户通过Internet网以文本形式传送到远程诊断实验室，帮助用户排除故障。通过专门远程诊断软件，可实时跟踪链接到现场网络节点的舞台机械设备运动情况，及时帮助用户解决操作中出现的问题。 4小结 在控制系统建设规划中，要注重安全和效益并重的原则，适当降低建设成本和后期维护成本，同时还要从长远着眼，技术方案要有一定的前瞻性，充分考虑将来整个系统的整体升级、扩容问题。随着计算机和控制理论的不断进步，舞台控制技术逐渐趋于完善，带有自诊断功能和微机通信接口的PLC元器件也越来越普及，价格也趋向便宜。在国内以可编程控制器为核心的舞台机械控制系统已经形成了集网络化、集散化、自动化、智能化为一体的先进的自动控制模式。目前，广义舞台的概念已不再仅仅局限于正规剧场传统品字型舞台，随着电视剧场、演播厅、体育场馆等组合式舞台，以及各种类型的动感、多维影院、VA多媒体互动系统、科技馆等领域的异型舞台的出现，舞台机械控制系统的软、硬件设计也应随着舞台要求的变化不断发展更新。 作者:刘学信 刘建喆 单位:山东艺术学院 北京师范大学第二附属中学 硬件设计论文:高性能车载充电机硬件电路设计研究 电动汽车作为新型代步交通工具，车载充电机是其不可缺少的配套充电设备，对车载充电机的研究显得尤为重要。一款成功的高性能的车载充电机要能抑制谐波、功率因数高、效率高等特点。本文根据上述特点，设计了一款2kw的车载充电机。有源功率因数校正电路（APFC）能有效抑制谐波，提高功率因数。而软开关技术能有效提高充电机的效率。本文将二者结合在一起，设计了一款高性能指标的车载充电机，并进行了波形测试及实验验证。 1车载充电机硬件拓扑结构及原理 1.1APFC拓扑及原理功率 因数校正有多种拓扑电路，比如boost、buck、buckfly等电路。本文采用BOOST电路拓扑，如图1所示，因其电流连续、电流波形失真小、输出功率大、储能电感同时具有抑制RFI和EMI噪声的功能。状态分析：当S通、VD断时，假设此状态持续时间为T1，可得到状态方程，解得，其中为第K时刻的输入电压值。当S断、VD通时，假设此状态持续时间为t2，可得状态方程，解得：。当S断、VD断时，假设此状态持续时间为t3，得状态方程。由上述公式可知，是跟随输入电压变化的半波正弦函数，如图2所示，其相位基本相同且输入电流波形近乎正弦波，所以功率因数接近于1。当电感电流临界连续时，t3=0，可知电感电流的包络线仍为半波正弦函数形式。弱电感电流连续，则表现为电感电流正弦变化的基波上迭加随斩控频率变化的高频锯齿波，锯齿波的幅度与电感量及斩控频率有关。 1.2逆变整流拓扑及原理 逆变电路采用副边无源钳位软开关移相全桥拓扑结构，如图3所示S1、S3为超前臂，S2、S4为滞后臂。其软开关的实现，超前臂的零电压开关依靠变压器漏感和超前臂的并联电容实现，滞后臂的零电流开关通过变压器二次测钳位电容在换相期间钳位电压强迫一次侧电流复位到零实现。此种软开关结构，所需器件简单，不需要额外有源元件等优点。 2主回路参数设计 2kw高性能车载充电机的额定输出电压为96V，额定电流为20A，输入单相交流电160V-240V整流后经APFC电路得到400V直流母线电压，开关频率fs取50KHZ。 （1）apfc电感设计。 1）输入电流峰值的最大值确定：电感应当在最大电流时避免饱和。交流输入电压最小时，其峰值能达到最大，再考虑到期效率假设为0.92； 2）电感中纹波电流峰峰值。一般最大峰峰值可取输入电流的20%； 3）确定输入电压峰值时的最大占空比； 4）电感量的计算：经过试验，调整为1mh。 （2）主变压器的设计。 1）选定工作频率在100khz，铁氧体磁芯完全能够满足要求； 2）磁芯规格的选择。铁芯的窗口面积乘积为：通过查表选择双EE55磁芯。式中：V1I1为输入功率；V2I2为输出功率；K0为窗口利用系数，一般取0.2-0.4；Kf为波形系数，方波为4； 3）原边绕组匝数选择； 4）副边匝数选择 （3）钳位电容的设计。其作用主要有两个：一是钳位整流二极管的电压，从而降低二极管的电压应力；二是超前臂关断后，钳位电容上的电压反射到原边，抵消漏感的能量，使得原边电流迅速降低，实现滞后臂的零电流开关。本文中漏感选择20uh。电容上存储的能量为：一次测漏感能量为：为了抵消原边漏感的能量，电容上存储的能量要大于漏感存储的能量，即整理得：最终经过试验选择容值为200nf。 3实验波形及结果分析 蓝色为超前上桥臂驱动波形，黄色为超前上DS间波形，由上图可知超前臂实现了零电压开通关断；图中红色为滞后下DS间波形，紫色为回路电流波形，由图可知，滞后臂基本实现了零电流开通关断。 4结束语 随着电力电子技术的不断发展，人们对车载充电机的要求越来越高，高频化小型化高效化低谐波车载充电机成为发展的趋势。本文研究了带有源功率因数校正的移相全桥软开关车载充电机，对其工作原理和性能做了分析并对样机进行了实验，证明了充电机的可行性和有效性。 作者：王平来 李小伟 张立功 单位：山东省汽车电子重点实验室 山东省科学院自动化研究所 硬件设计论文:浅谈喷雾机的系统硬件设计与实验 1系统硬件设计 系统硬件设计系统工作时，药液由液压泵泵出，经主管道及喷杆后由喷头流出，通过转换接头流经流量传感器，最后由药液收集槽收集。为便于试验记录，将左侧喷头从上到下标记为喷头1～喷头3，右侧喷头从上到下标记为喷头4～喷头6。转换接头为自行设计的快捷转换接头。流量传感器输出频率信号，信号经频率转电流模块转换为4～20mA电流信号，同时压力传感器输出4～20mA电流信号，流量传感器与压力传感器输出的电流信号经4～20mA信号采集模块采集后，由RS－485总线上传至上位机界面显示。本系统可同时显示6路流量信号及1路压力信号。流量传感器选用GemsF6FT—110系列TurboFlow型流量传感器，输出频率范围58～575Hz;压力传感器选用WLB型压力传感器，输出信号为4～20mA电流信号;频率电流转换模块选用ART－阿尔泰A11FV11频率/电压、电流信号隔离转换模块，输入为0～1kHz，0～10kHz和0～100kHz频率信号，输出为0～5V，0～10V电压信号和0～20mA或4～20mA电流信号。本设计根据流量传感器输出信号选择输入档位为0～1kHz，并根据信号采集模块选择输出档位为4～20mA;4～20mA电流采集模块选用顺源ISOADA08型采集模块，可同时采集8路电流信号，通过RS－485总线上传至上位机界面。若喷雾机喷头较多，系统可对喷头进行分批次测量。 本转换接头可分为固定架、螺杆和接头体3部分。其中，固定架用于支撑接头，并将接头与喷头位置进行固定;接头体上端采用橡胶密封垫，可将喷头与接头接触部位进行密封，橡胶密封垫通孔直径为13mm，可用于测量多类喷雾机喷头。测量时，将橡胶密封圈与喷头喷嘴对接，卡钩卡至喷头上端，且保证两卡钩处于同一平面内，以保证密封性良好，旋转螺杆使转换接头固定至喷头上;药液经喷头体由胶管接头引流至流量传感器。本转换接头使用方便，操作简单，用于对单个喷头的测量;若喷雾机喷头数量较多，可使用多个接头进行测量。 2上位机软件设计 系统上位机控制软件采用C#编写，使用VisualStudio2008开发平台开发进行开发，可以运行于Win-dowsXP及以上环境。系统工作时，可根据不同试验条件在上位机界面显示不同的测量值。因本系统主要测量喷头流量值，根据拟合方程中流量与电流的关系，设定最大电流值与最小电流值所对应流量值以及压力值。系统启动后，上位机界面实时显示主管道压力值以及喷头1～6的流量值。数据采样间隔可根据用户要求进行设定，同时系统会将所采集数据在数据库中进行存储，可供试验后期数据分析处理。为了获得电流与流量关系曲线，试验时选用SCL600型喷雾机ALBUZ－ATR80型喷头，分别设定压力为0．3，0．7，1．1，1．5MPa，使用秒表记录测量时间，并测量在该时间范围内由量筒收集的药液体积，同时用万用表测量输出电流值，每个压力值下测量3次，取平均值。 3试验及结果分析 为测试本系统精度，试验时选用SCL600型喷雾机所配置的ALBUZ－ATR80型喷头进行试验，记录上位机界面所示流量值，同时用量筒测量一定时间流经流量传感器的药液体积，计算其平均流量(即实际流量)，通过与试验测量流量(即上位机所示流量)进行比较，得到系统精度。为了测试系统精度，以喷头2为例，使用上位机软件，以0．4MPa为间隔，在0．3～1．5MPa范围内记录上位机界面所示流量值，并测量在一定时间内量筒所收集的药液体积。每个压力下测量3次，取平均值。试验数据表明，喷头在不同压力下流量不同，且随着压力的增加，流量逐渐增加;在流量为0．53～1．25L/m范围内，喷头平均流量与测量流量的最大相对误差为4．40%。为了测试系统精度，选择喷头1、喷头3及喷头4进行试验，使用上位机软件，试验设定压力为0．7MPa。同时，记录上位机界面所示流量值，并测量在一定时间内量筒收集的药液体积，每组测量3次，取平均值，试验数据表明:当压力为0．7MPa时，各喷头流量基本保持一致;当流量为0．83～0．91L/m时，喷头平均流量与测量流量的最大相对误差为3．88%。 4结论 本系统所设计的转换接头使用方便，密封性良好，对喷头寿命影响较小，可便于系统同时对多类喷雾机喷头流量快速测量，且系统操作方便，上位机界面可实时显示各喷头流量值，实现对喷雾机喷头流量在线测量，测量精度较高。 作者：单位：西北农林科技大学机械与电子工程学院 国家农业信息化工程技术研究中心 硬件设计论文:钻孔机械臂控制体系硬件设计与实现 0绪论 工业机械臂（以下简称机械臂）是近代自动控制领域中出现的一项新技术，作为多学科融合的边沿学科，它是当今高技术发展最快的领域之一，并已成为现代机械制造生产系统中的一个重要组成部分。随着机器人系统设计应用的复杂化以及机器人系统对控制精度、实时性能、可靠性的要求不断变高，需要给机械设备装备嵌入式操作系统。嵌入式系统应用于机械的控制，将是机器控制领域的一个发展方向，为机器的智能控制的实现提供了广阔的平台。与传统的微处理器和DSP相比，ARM微处理器资源丰富，具有很好的通用性，其主要技术优点是高性能、低价格、低功耗，可以广泛的应用于各个领域，因此将ARM应用于机械臂控制系统不失为一种好的策略。 1机械臂功能设计 本文主要研究的是单臂式钻孔机械臂，这种机械臂需要完成的动作有：前行、后行、左行、右行、上行、下行。这些动作相互结合，完成相应的动作安排。根据上述动作要求，工艺流程如下：(1)本文研究的机器臂主要由底座(或躯干)、机械臂构成。底座的主要任务是支撑和完成手臂上下左右的移动，实现机械臂在工作空间中的活动；(2)机械臂的底座固定不动，机械臂的Y轴由伺服电机驱动在平行于底座的平面进行前后运动，即是在Y轴平面中的运动；(3)X轴在上位机对伺服驱动器发出指令后和Y轴同时移动，进行左右的运动，即在X轴平面中的运动，同时运动就可以实现机械臂在X-Y平面上的精确定位；(4)在X轴上安装一个气动式动力头，当在X-Y平面上精确定位之后，处理器通过控制电磁阀动力头进给，带动钻头旋转进行既定的钻孔。总结归纳可知，X-Y轴用于机械臂钻孔的定位，Z轴做往复运动进行钻孔；(5)机械臂完成上位机发出的脉冲指令，回到机械原点，等待下一次的指令。 工作过程如下：上位机对控制机发出脉冲指令，电机控制系统从控制器中获取指令数据，传感器系统检测在机械臂工作的范围之内有无障碍物，确定无障碍后开始动作，在系统运行中与电机同轴度编码器实时反馈机械臂所到达的位置，以判断是否完成规定动作。当控制器接受编码器反馈的数据判断出规定动作完成后系统暂停动作，等待下一次指令。为了使机械臂在接受到指令后高速准确的完成动作，本设计在硬件上采用了伺服驱动系统，软件上采用模糊控制算法。电机驱动系统由ARM处理器及其相关外围硬件和电机驱动器组成，ARM处理器发出指令脉冲下达给伺服驱动器，电机驱动器驱动电机运转，运行期间，ARM处理器根据编码器反馈的信息判断机械臂的运动状态，实现实时跟踪定位和位置定位。 2模糊控制算法在ARM控制系统中的实现 2.1输入量模糊化 模糊控制算法用在ARM中,则需使用在ARM中可以运行的软件实现模糊控制，这样就把能将原来的数字控制器改成模糊控制器，从而构成了一个基于ARM的模糊控制系统。由此可见，这种模糊控制器在本质上只是一种控制算法与硬件的结合，与其它的模糊算法的差别在于用ARM的语言来实现模糊化、模糊推理决策以及反模糊化过程。这种模糊控制器的优点是资源消耗少，灵活性高，通用性强，应用范围广等。必须注意的是设计过程中要考虑到ARM的内存空间，运算速度，以及模糊算法的执行效率和系统的实时性要求。在模糊控制器中，给定目标为r，将光电编码器检测到的电机转速作为反馈输入。然后计算得到转速偏差e(k)和转速偏差变化率Δe(k)，量化和模糊化后作为模糊控制器的两个输入信号，反模糊后得到精确的PID参数，经过PID运算得到电机控制信号，此控制信号经过进一步的转换，可得到PWM控制寄存器的设定值，写入PWM寄存器后，从ARM的PWM输出端口将得到相应的PWM控制信号，经过驱动器驱动伺服电机，使钻孔机械臂达到计算机的控制运动要求。在机械臂硬件平台控制系统中,计算机通过串口与ARM处理器通信,发送控制命令控制机械臂的运动状态。用编码器检测电机的旋转速度。 电机转速的误差:式中：n是当前电机转速；n0是t0时刻对应的电机转速;当上次的电机转速为e(k-1)时，当前电机转速的误差变化为：根据e(k),Δe(k)的隶属度函数可知，我们必须把由上式计算得到的误差和误差变化率进行处理,使他们的值落在[-3,3]区间,再进行模糊化处理,才能进行模糊控制器运算。经过反复的试验,可以得到e(k),Δe(k)的最大值,分别为em,Δem由此我们进行归一化公式:当出现测量值大于我们的最大值时，我们就将其视为最大值em的值，所以以上公式是普适用的。 2.2建立机械臂模糊控制规则表 模糊控制规则在模糊控制系统中，是一种根据控制量偏差和控制量偏差变化率而推断出输出量的推理规则。这些规则是由误差和误差变化率状态的不同而形成的一系列条件语句。在模糊控制器选用单变量二维最常见的结构形式，设定误差e,误差变化ec及控制量输出u的模糊子集为｛负大,负中,负小,零,正小,正中,正大｝，并简记为{NB,NM,NS,Z,PS,PM,PB}，论域均定为[-3,3],模糊子集NB,PB分别选为Z型隶属函数和S型隶属函数，其余选为灵敏度高且在论域范围内均匀分布，等距离的三角形隶属函数。由于三角形隶属函数简单易行，计算效率高，且仅与直线的形状有关，适合于实时控制和在线调整的控制，因此，本模糊控制器的输入输出隶属度函数曲线如图1所示。 3钻孔机械臂控制系统硬件设计与实现 3.1LPC2138处理器 ARM内核采用精简指令集计算机（RISC）体系结构，具有大量的通用寄存器，指令格式使用统一和长度固定，寻址方式简单，内含2套指令系统（ARM指令集和Thumb指令集）。极低的功耗，适合对功耗要求较高的应用，如便携式产品。能够提供0.9MIPS/MHz的三级流水线结构。 3.2传感器模块 本课题研究的钻孔机械臂是一个用于加工的机械装备，当上位机设定好要加工的参数且启动机械臂臂进行加工时，为了防止有意外的发生，需要加一些传感器进行保护，当检测到有人或物进入到机械臂加工的范围之内时，传感器将检测到的信号反馈给处理器，进行相应的动作。 （1）位置传感器：即行程开关，在X轴和Y轴上都装有3个行程开关，在Z轴的上下位置也装有两个行程开关，本系统中选用无触点感应式行程开关，两线制传感器，型号为TL-05MD1。原理：无触点行程开关又称接近开关，它可以代替有触头行程开关来完成行程控制和限位保护，还可用于高频计数、测速、液位控制、零件尺寸检测、加工程序的自动衔接等的非接触式开关。由于它具有非接触式触发、动作速度快、可在不同的检测距离内动作、发出的信号稳定无脉动、工作稳定可靠、寿命长、重复定位精度高以及能适应恶劣的工作环境等特点，所以在机床、纺织、印刷、塑料等工业生产中应用广泛。无触点行程开关分为有源型和无源型两种，多数无触点行程开关为有源型，主要包括检测元件、放大电路、输出驱动电路3部分，一般采用5V～24V的直流电流，或220V交流电源等。当被控物体到位,电子行程开关动作，常开组导通(闭合)常闭组截止,(断开)。完成相应的动作。 （2）光电编码器：由伺服电机驱动器独立控制。 （3）红外光栅传感器又称为安全性光栅安全性光栅是一种保护各种危险机械装备周围工作人员的先进技术。同传统的安全措施，比如机械栅栏、滑动门、回拉限制等来相比，安全性光栅更自由，更灵活，并且可以降低操作者疲劳程度。通过合理地减少对实体保护的需求，安全性光栅简化了那些常规任务，如设备的安装、维护以及维修。 4总结 本文在分析机械臂嵌入式控制体系的基础上，进行了以LPC2138为主控制器的嵌入式系统硬件平台设计。合理规划机械臂的任务模块，设计应用程序，实现对各功能子系统的数据通信、控制管理。本文只对机械臂底层控制系统进行研究设计并介绍。因此，真正的实现伺服电机的精确控制还需要进一步要有专业人员研究。 硬件设计论文:计算机硬件设计安全问题与策略 摘要：随着时代的发展，信息逐步走进每个人的生活，与人们的生产与生活息息相关，在信息时代下计算机也在迅猛发展，但是随之暴露出来的问题也是不容忽视的，重点引起人们关注的问题就是计算机硬件设计安全问题，因为这关系到人们信息的安全。基于此，就重点针对这一问题进行分析研究，并根据现有问题状况提出几项策略。 关键词：计算机硬件；信息安全；创新技术 在现阶段中，世界已成功步入信息时代、科技时代，我国也不甘落后，我国有关计算机的科技技术也在迅猛发展，然而随着发展速度的加快计算机硬件的问题逐渐显现出来，相较于计算机的发展来说较为落后，尤其引起人们关注的就是计算机硬件设计安全问题，这是一个很严肃的问题，这个问题会对计算机系统、人们的信息数据造成或大或小的影响，所以，解决计算机硬件设计安全问题势在必行。 1计算机硬件安全的概述 在使用计算机的过程中，外部环境对计算机有很大的影响，所以对计算机运行时外部环境的要求很苛刻，要求计算机外部环境清洁度较高，计算机温度不能过高要适中，计算机四周电压要保持稳定，做到这些并保证外部环境良好就能够尽可能确保计算机硬件正常运行、不出故障。保证计算机硬件安全还有一个很重要的技术，这个技术叫做加固技术，计算机在设计生产中使用加固技术加固后能够防震、防腐蚀以及防水，这样的计算机能够一整天在野外工作，所以加固技术是一个很重要的技术。计算机的硬件除了自身有问题会影响自身安全外也会有其他多方面因素对计算机系统造成安全影响。例如，计算机的中央处理器内部都会存在一系列集成保密的指令代码，虽然说这些指令代码是保密的，但是到底是否是绝对保密、安全的并不能得知。据悉，我国的中央处理器或许存在着病毒指令代码或者陷阱指令代码，外国能够通过无线代码激活中央处理器内部的各种指令，使得计算机内所有的信息、资料泄露，同时也可能会使计算机崩溃，并且这一崩溃将是毁灭性的，一旦这一消息是真实的，那么我国的计算机系统将随时可能会被攻击，导致硬件泄密、信息泄露，甚至更严重的是硬件泄密还会很大程度上影响电源安全，从而导致产生电源泄密的情况。电源泄密是什么呢？电源泄密是计算机所发出的电磁信号顺着市电电线被传导出去后被人为使用特殊的手段和工具把这一电磁信号拦截下来并加以还原。其实，计算机就像是人的身体，有很多零部件，计算机中的零部件每一个皆是能够控制的，所以又出现了一个专业名词就是可编程控制芯片，一旦这一可编程控制芯片的程序被准确破解，那么就能够控制计算机，所以现在要做的就是保证芯片是不能够被控制的，因此，要做好计算机硬件安全防护工作，保证计算机硬件安全，保证计算机硬件的设计安全。综上所述，可以看出，计算机硬件的最主要也是最重要的安全问题就是信息安全问题，信息安全重点工作就是保密、集成、实用，想要保证信息是安全的，就需要工作人员教授计算机购买用户操作计算机的方式方法，从而确保计算机硬件安全以及整个系统信息的保密安全。计算机硬件一直在发展中，它的发展过程比较漫长，通过它的发展过程能够知道一点，那就是计算机硬件安全是什么，它指的就是一个安全系统，这个安全系统是由以下三点结合在一起产生的，这三点分别是集芯片设计、电路设计以及工程设计。 2计算机硬件的设计安全发展现状 计算机系统中有各种各样的元件，这些构件组合起来构成了物理部件，也就是所谓的计算机硬件。根据分析调查得出，现阶段，计算机硬件发生的安全问题基本上可以分为三种，相应的，产生问题的原因也大概能分为三种，包括输入设备、储存介质、输出设备。首先，就输入设备来说，以它为源头产生的计算机硬件安全问题大致有两种，一种是所输入的信息资料、数据资料存在问题引发安全威胁，一般情况下发生这种情况是因为输入的信息存在木马病毒，从而导致计算机系统信息数据安全受到一定程度的威胁。另一种是在输入过程中没有依法进行运作而造成安全问题爆发，一般情况下发生这种情况都会导致计算机内部信息数据被破坏与泄露，后果严重。其次，就储存介质来说，以它为源头产生的安全问题主要是计算机系统内部的储存介质没有给信息资料、数据资料提供安全保障，安全保护层没有搭建起来就会导致信息数据在面临被破坏以及非法拷贝时毫无抵挡之力。最后，就输出设备来说，以它为源头产生的计算机硬件安全问题主要是输出设备自身具备的记忆性能会导致信息数据输出时的操作动作留下痕迹被复制下来，这在一定程度上使得信息数据处于危险状态下。 3计算机硬件的设计安全分析 在信息时代迅猛发展的潮流下，计算机硬件设计安全问题逐步显现出来，相应解决这些安全问题的方案也逐渐被提出来，其中有一些新兴安全方案设计精妙，实用性高，并且成本不高、功耗不高，这类新兴安全方案的主要代表有设计多样性以及独特数字签名等。除此之外，在新兴安全方案出现的同时还有一大批新兴技术产生，如纳米技术、光纤技术、射频互联技术以及等离子技术等，新兴技术的出现使得新兴安全方案发挥出更大的作用，但是任何事物都有两面性，内在变异有好的一面也有坏的一面，它能够使得检测恶意攻击行为的复杂程度大大提升[1]。现阶段已普及使用的硬件系统主要有新的安全原语设置、硬件木马检测、新型综合技术、物理不可复制技术、硬件安全协议等。 3.1硬件木马 根据上述可知硬件木马检测已被普遍应用于计算机，硬件木马与病毒相似，都会对计算机硬件、计算机系统安全造成威胁，是一种较为恶意的程序，这一恶意程序主要针对的是计算机原始芯片，它会恶意改变原始芯片。尽管在现阶段看来仅有少部分硬件木马被发现，但是由于硬件木马对计算机硬件、计算机系统安全影响程度很大，所以现阶段大部分有关研究人员都积极对硬件木马进行研究。研究人员在研究过程中选用的研究模型有很多种，所以每个研究人员研究的难易程度不同，普遍情况下，那些过于标准规范的结构以及性能检测无法有效检测木马攻击。如果将工程变异忽略不计，那么检测木马的工作实际上就是针对一截输入序列的有关功耗进行测量，主要测量的功耗有两个方面，一方面是开关功耗，另一方面是泄漏功耗，然后将测量结果与研究所用的模拟模型进行对比。但是，之前忽略不计的工程变异对于硬件木马的检测工作来说，使得检测工作的困难程度以及复杂程度大幅度加大。若在不是关键的路径上安放木马，或者让已有的门电路和硬件木马连接在一起并且将其隐藏起来，会使得硬件木马检测工作难度、复杂度加大，这时对硬件结构或者对旁道进行的检测都无法达到预期效果。在近期又有新的检测方法被提出，它们能够避免前面提到的传统检测方法的弊端进行木马检测，如热调节技术。硬件木马检测方法仍在不断被提出，这对计算机硬件设计安全具有很大的意义。 3.2物理不可复制技术 计算机硬件设计安全发展至今普遍被研究的还有一个课题就是物理不可复制技术，物理不可复制技术是一个新兴的比较新的概念，物理不可复制技术前景广阔，它能够提供一组特殊的映射，该映射与芯片的制造工艺间存在依存关系，这种映射的方向是从输入开始到输出结束。其实物理不可复制技术采用数学或者是统计的方式实现逆向工程是很难的，这正是由于物理不可复制技术中存在的依存关系，除此之外，芯片的映射还存在不可预测的问题，这也使得实现逆向工程变得更加困难。现阶段，随着对计算机硬件设计安全问题以及物理不可复制技术的研究深入，越来越多的物理不可复制技术被研究人员提出，并加以试验，最终成功实现，然而，在很多现在被提出的物理不可复制技术方案里，仍旧存在输入到输出的映射数量有限、芯片结构存在线性或者偏低非线性特性等问题，这些问题使得物理不可复制技术的安全水平大幅度降低[2]。通常情况下我们所知道的物理不可复制技术的结构都或多或少存在一部分弊端，例如输入到输出数据库的指数级不稳定时常变化。物理不可复制技术中有一种是公开物理不可复制技术，它是一种能够轻易被反向工程的特殊物理不可复制技术，能够制造出一种刚刚兴起的加密系统，这种系统被叫做非对称加密系统。这种非对称加密系统里，相应的加密和解密密钥是不一样的。非对称加密技术中，加密密钥和解密密钥不相同。在很多种状态下，需要像物理不可复制技术或者公开物理不可复制技术以某种方式集成到设备电路的安全原语，有很多方式能够实现集成。 4计算机硬件设计安全的策略 4.1做好内置安全确认工作 想要很好保证计算机硬件设计安全，第一个需要做的事情就是做好内置安全确认工作，内置安全确认工作重点是在测试和制造计算机芯片时使用物理不可复制技术和外延平面集成电路技术以电路设计形式来保护硬件网络之间互联的协议也就是IP。那么怎样来进行内置安全确认工作呢？计算机硬件内置安全确认工作、保护工作的程序大概是下面的几步，首先，使用物理不可复制技术将最初设计好的集成电路在集成电路制造工厂中进行制造，在制造后能够获得一种发生变异的公开物理不可复制技术序列，再通过电子设计自动化工具进行编译工作，从而能够得到新的产物也就是物理版图，把前面已获得的公开物理不可复制技术序列和已经过加密处理的集成电路信息进行合成然后得到校验密钥，接下来就在刚刚得到的集成电路的物理版图中挑选关键区域，把校验密钥进行加密处理后得到验证模块，随后把验证模块加在最初设计好的已形成保护层的集成电路的物理版图上，最后将其应用到集成电路产品的生产制造中[3]，从而就完成了内置安全保护工作。有关工作者通过对内置安全保护工作的了解和认识能够更好进行内置安全确认工作，从而更好保障了计算机硬件设计安全。 4.2检测外置辅助安全 想要更好改善现存的计算机硬件设计安全问题还需要采取的策略就是做好外置辅助安全检测工作。现阶段，大多数都会使用可靠性R、可用性A、可维修性S3个指标也就是RAS技术来进行对外置辅助安全的检测工作，与此同时，外置辅助安全检测工作还要依赖可以信任的密钥关机部门制造公开密钥以及私用密钥，其中公开密钥一般是被把信息数据进行加密然后保存在电路里面，而私用密钥一般被安置在用于检测外置辅助安全的密钥储存器内。 4.3研发时注重安全设计 计算机硬件设计安全问题是多方面存在的，所以在进行计算机安全设计的整个过程里不仅仅需要加强对技术领域的监管检测，还需要关注多方面，避免因为设计方案、设计想法、设计工作者以及实施工作时的重点这些因素产生计算机硬件设计安全问题。除此之外，现阶段存在的一个问题是计算机硬件的设计研发工作者不够了解计算机硬件，认识计算机硬件的程度不深，所以还需要提高他们对计算机硬件的了解与认识，与此同时，还需要更加注重计算机硬件的设计安全功能[4]。总之，在设计研发中要注意内置以及外置，搞好设计安全，制定计算机硬件设计安全检测制度以及相关检测程序，除此之外，还要注意评估输入设备、储存介质与输出设备，以便发现问题、解决问题。 4.4注重创新技术 计算机硬件设计安全问题的出现追根究底还是由于相关技术水平还有待提高，在目前来看无法适应时代的进步，所以，想要解决计算机硬件设计安全问题重点需要注意创新技术，进一步完善计算机硬件的安全设计技术。 5结语 综上所述，计算机硬件设计安全问题需要引起设计人员、研究人员、使用人士的广泛注意，不可以忽略问题、轻视问题，要敢于面对问题并采取正确的方式，研究更为有效的技术来解决问题，保证计算机硬件设计安全，保护计算机系统内部的信息数据。 作者：唐淑珍 单位：天津市静海区医院 硬件设计论文:EDA技术在计算机硬件设计的实践 【摘要】科学技术的发展离不开计算机硬件的发展，EDA技术的发展为计算机硬件的设计提供了全新的解决思路，以一种高效、快速、便于调试的方式，提升了计算机硬件的发展水平。本文简单介绍了EDA技术，并以UART的设计和实现为例，阐述了EDA技术在计算机硬件设计方面的应用。 【关键词】计算机硬件设计；EDA技术；实践分析 前言 电子设计从手工设计逐步走向了自动化设计，它的发展以EDA技术的发展为主要标志。EDA技术以计算机为操作工具，融合了最新的应用电子技术、计算机技术和智能化技术的成果，并且将设计人员从繁重且重复的劳动中解脱出来，使得电子产品的设计效率提升了。 1EDA技术概述 1.1EDA技术的基本内容 在没有EDA技术的时代，计算机硬件的设计需要通过人工手动完成集成电路的设计、布线等工作。而随着集成线路复杂程度的增加，基于手工的设计方式已经无法满足工作需求。因而人们开始寻求一种更为高效的硬件设计方式。EDA技术的诞生，成功改变了这一情况。它以计算机为操作工具，让学生可以在软件平台上，通过软件化的设计方式来描述计算机硬件。由计算机代替人工完成逻辑编译、优化、布线、仿真等工作。整个过程是自动的，直到能够完成对既定芯片的适配编译、逻辑映射和编程下载等工作[1]。 1.2一般设计流程 它创新性的颠覆了传统电子产品的设计方式。将设计的顺序从由下至上翻转过来。这使得硬件设计者能够从更为宏观的角度去掌控产品的开发。包括设计的质量、成本、功能需求、研发周期等。在拥有比较全面的宏观分析后，从系统设计出发，进行顶层功能模块的解构和划分。并能够按照方框图系统级的次序逐级完成仿真纠错和验证。从而能够使设计问题更早的被凸显出来。当所有的仿真和验证确认无误后，再用逻辑综合优化工具的门级逻辑电路的网表来实现硬件的物理级呈现。通过该项技术的应用，将设计者的设计强度减轻，仅需要通过软件平台，就可以实现硬件的电路设计和功能仿真。整体的设计效率被大幅度提升。硬件设计流程如图1所示： 2基于EDA技术的计算机硬件设计的实践探究 本文以可编程器件开发工具MAX+PLUSⅡ为开发平台设计，它的运行速度快，界面统一，功能集中。同时该开发平台具备十分完整的可编程逻辑设计环境，能够完成从指标设计、输入、编辑综合处理、校验直至编程下载的EDA设计的全过程。设计者可以按工作流程选用工作模块。适用于多平台操作，是一种理想的开发平台。本部分就计算机的基本硬件之一通用异步收发传输器基于EDA技术的设计实现进行了简要的阐述。 2.1UART的基本介绍 通用异步收发器（UART），是计算机中不可缺少的组成部分，它是一种短距离串行传输接口。能够作为微机与下位机的通讯串口，来实现有效通讯。根据当前的计算机运行机制，需要进行数据的交换和传输。但是并行数据并不能够直接发送到调至解调器中，而必须要经过异步传输才能够解决。UART就是此过程的必要部件。它将信息有序的发送到调制解调器中，实现计算机的正常运转。 2.2硬件设计 在进行硬件设计时，考虑各项功能模块的调试工作，设置了三个按键输入来实现UART的复位、接收和发送数据功能的启动。整体硬件结构如图2所示。 2.3模块设计 （1）基本设计思路UART在工作中主要涉及两个过程，发生和接收。在设计时，考虑模块化的方式来进行设计。发生的过程即并行数据的准备阶段，UART按照既定的格式，将信号进行转换。在此过程中涉及到关键的时钟信号。需要通过波特率发生器来产生与本地系统同步的时钟信号。而接收的过程，就是在信号转换成RXD串行信号后，转换成调制解调器需要的并行数据信号。在整个进程中，由于本地时钟信号与UART的时钟信号会产生一定的延迟和误差。当这种误差产生持续性的积累时，会产生接收偏差。使得UARD的功能不能够被顺利的实现。因此，在进行设计时，需要采用一个远远高于波特率的本地时钟信号对输入信号RXD不断地采样，来保持工作过程中UARTDE接收和发生不会出现步调不一致。（2）奇偶校验位发生器模块设计奇偶校验是一种校验代码传输正确性的方法，以保证串行数据的准确性。在基于EDA技术进行UART奇偶校验位发生器设计需要考虑几个关键点。一是该模块能够执行奇偶校验规则，正确的选择数据。从而实现系统既定二进制数据与输入的串行数据校验位的合理比较。验证输入的正确性。二是该模块必须要满足计算机功能的持续拓展性。在计算机工作中，会产生不确定的并行校验位的增加。那么该模块应该能在后续定义的规则基础上进行校验位的添加。对已经设计完成的奇偶校验位发生器模块采用EDA的工具mod-elsim12.0进行功能的仿真，对仿真结果进行详细的分析，以确保所有期望的功能都已经实现，对于发生问题的地方及时进行修订。（3）波特率发生器模块设计此模块的主要功能就是能够根据时钟的频率和既定的波特率来计算出波特分频因子。分频因子就是分频数。对于波特率发生器的系数一般在现场可编程门阵列实现时基本上是固定的，但是当实现出现变化时，波特发生器的系数就要发生改变。在UART中采用的是专用的芯片，使得波特率的改变变得比较困难，需要加上相应的接口来实现波特率的变动。在使用硬件描述语言的parameter语句（VerilogHDL）或者Generic语句（VDHL）就可以实现UART专用芯片的波特率的改变。那么就不需要通过后续的接口添加来改变系数，也就减少了设计和调试的难度。该发生器的分频时钟与波特时钟的频率比设置为16:1.那么信号采样的准确性就会增高，使接收和发生保持在同一步调上[2]。（4）顶层模块设计UART顶层模块是硬件的综合模块。它涵盖硬件中全部接口定义。主要是为了接收和发生与其他模块的通讯和连接。若通用异步收发器的波特率为9600bit/s，分频因子则为9600*16*2。运用EDA仿真软件，在进行发送功能仿真时将能够得到相应的仿真结果。对该模块的仿真结果进行详细分析的时候可以发现，等待发送的数据在接触发生信号后，其串行信号发生了改变，由01010101001010101[3]。利用EDA技术进行UART的实际，能够实现利异步串行通信功能，同时可以利用EDA仿真工具就功能模块进行分别和整体的仿真校验，解决了计算机硬件设计问题发现晚的劣势，能够在设计的过程中及时调整设计方案。 3结束语 EDA技术是计算机硬件设计向软件化转变的重要标志，它为计算机硬件设计提供了全新的思路。这种设计方式使得计算机的硬件设计具备可视性、直观性，且可以在设计过程中进行实时的控制和调整，解决了复杂电路设计问题发现滞后的问题。 作者：景帆 单位：中煤科工集团西安研究院有限公司 硬件设计论文:电子产品硬件设计如何提升产品实用性 【摘要】随着我国信息化技术研发应用水平的不断提高，电子产业的发展呈爆炸式，电子产品的市场功能持续扩展。就电子产品的设计而言，硬件设计作为重要组成部分，既要实现产品的基本性能，又要兼顾产品的使用效果，提升消费者的使用满意度。做好硬件设计以提升产品实用性，对于电子产业的长足发展而言意义重大。本文首先就电子产品硬件设计进行概述，进而指出硬件设计的主要流程，最后提出了设计当中提升产品实用性应注意的方面以供参考。 【关键词】电子产品；硬件设计；实用性；提升 在互联网技术的推动下，电子产品在市场中的火爆程度越来越猛烈，电子产品作为信息交流的工具越来越成为当今社会的必须。我国电子产业作为成长速度最快的行业之一，其产品设计发挥的作用尤为突出。保证产品功能性的同时，突出产品的实用性，才能让消费者更加满意，积极追随产品的更新迭代。电子产品硬件设计注重产品实用性，对于电子产业本身的长足发展十分关键。 1电子产品硬件设计概述 电子产品硬件设计即依据产品需求、基于规格和成本进行产品硬件设计，在满足产品功能性和电磁辐射、可生产性的前提下，进而实现硬件产品设计完整性，以进入产品量产和销售环节。对于电子企业而言，产品硬件设计尤为重要，产品设计承载的价值远大于生产成本，产品销售成本在设计成本上占据优势，则能够在电子产品市场获得更大的企业收益。硬件设计需追求信号完整性和产品散热、功耗等方面的水平达标，保障产品多方面功能优势的前提下，追求省电环保，提高电源电路的效率，才能确保电子产品硬件设计不断优化以受到市场青睐［1］。 2电子产品硬件设计流程分析 2．1基于设计项目作前期分析准备 电子产品硬件设计之初需对硬件设计项目作前期的分析和准备。首先明确电子产品的功能需求，对各个功能模块作划分并对各自的实现电路进行设计和分布。其后对各电路所需的器件进行品牌选择，确保产品质量与生命周期。设计电子电路方案并作验证试验，记录试验步骤和结果以确定项目的可行性，为下一步的功能模块原理图设计和硬件整体设计作好基础。 2．2参考电路绘制功能模块原理图 完成项目设计前期分析准备工作后，为项目产品进行原理图设计和绘制。依据功能模块对电路所需元件、电路布置等进行绘制，于原理图中明确功能块，在功能块之间以网络标号作连接和分隔。完成功能模块原理图后，对整体原理图作检查分析，确保原理图无错误和纰漏后，确定各个功能模块元件封装，即可进入下一步的设计环节。 2．3绘制 PCB图并布局设置元器件经过前几项准备环节后，进入PCB图的绘制环节。将原理图中各个功能模块的元件封装导入到PCB图当中，按照原理图的连接关系对元件进行排列，确保相互之间的有序性，避免出现重叠和交错现象。依据前期的项目设计需求，确定电路板的尺寸及固定方式，并以此作硬件元件布局，明确元器件位置，完成机械定位，注意布线的规范性，完成关键部位的电气布置，满足硬件功能块的功能性［2］。 3电子产品硬件设计中产品实用性提升策略 3．1简化调整机构设计，避免产品使用故障 电子产品实用性的表现之一便是产品使用流畅，故障发生率低，不影响消费者的正常使用。为此，在硬件设计中应当对调整机构的设计作相应简化，避免设计中出现元件的磨损或者飘移造成产品故障的发生。如主要功能元器件易发生局部损耗，则在设计时可对其进行优化设计，更换为拆卸方便的组合件，便于局部更换，也可在出现故障时快速调校和修复［3］。产品不易发生故障，产品实用性和使用体验也就相应得到提升。 3．2权衡设计产品功能，强化产品可维修性 权衡设计产品的功能，对于产品可能出现的相似功能进行整合，或对不必要功能作相应的删减，实现硬件体系的轻便和一体性。在达到功能需求的前提下，对产品层次进行简化，减少组成单元数量，使得零件形状得以简化，方便产品的顺畅运行。同时，追求产品外观、操作和硬件设计的统一性，在确保产品外观时尚和舒适操作体验的前提下，又要确保产品的可维修性，既保证产品使用便捷又达到维修成本降低的目的。 3．3优化电路功率设计，避免无用功率过大 电子产品电路功率设计予以优化，尽可能减少无用功率设计，提高功率因素。在电子元器件的选择上，通过计算该元器件在电路中的功耗，选择合理的电子元器件。当该元器件上流过的电流比较大的时候，我们要保证这两边的压差不要太大。元器件功耗得当，则产品使用中发热问题将得到有效控制，对于用户使用体验而言将更加舒适。 4结语 电子产品在现代社会中的普及率越来越高，产品使用性能和体验是否突出将直接决定了产品的市场表现。对于电子产品设计而言，关注硬件设计，突出硬件设计对于产品实用性的影响，并从调整机构设计、产品功能设计和电路功率设计等方面入手进行设计优化，才能在满足产品基本功能需求的同时实现产品实用性的提升。 作者：乔卫杰 单位：河南辉煌科技股份有限公司 硬件设计论文:计算机硬件实验平台设计研究 摘要：针对当前高职院校计算机硬件平台中存在的不足，提出了一种基于云技术的计算机硬件实验平台的设计方法。分析了当前计算机硬件实验平台存在的不足，阐述了云技术在计算机硬件实验平台设计中的优势，有针对性地给出了云技术的计算机硬件实验平台的设计方案。该方案改变了传统计算机硬件试验平台的实验模式，能够降低成本投入、提高实验数据的安全性，具有重要的参考价值。 关键词：云技术；计算机；实验平台 1概述 在高职计算机教学领域，人们对计算机教学信息化、智能化的需求也越来越高[1]，特别是在计算机硬件的教学中，不仅要对教学内容进行创新，同时还要不断加强教学基础设施的建设，从而全面提高计算机教学的水平[2]。计算机硬件专业是一门实践性很强的课程，学生只有通过实际操作实验才能真正理解和掌握该课程的理论知识。因此，在计算机硬件教学中，计算机硬件实验平台的建设是重要的一部分[3]。一个技术先进、硬件设施完善的实验平台是学生快速学习计算机硬件知识的重要场所。当前，传统的计算机硬件实验平台存在着维护难度大、安全性较低等不足，已经越来越不能满足计算机硬件教学的实际需要。为此，提出一种基于云技术的计算机硬件实验平台的设计方法。在计算机硬件实验平台的建设中引入云技术，以云技术为支撑，使学生能够根据自身的实际需求获取计算机硬件实验平台中的各类信息，从而提高了计算机硬件教学的水平。 2计算机硬件平台的问题以及云技术的优势 2.1存在问题 当前阶段，很多院校的计算机硬件实验平台已经难以满足计算机硬件教学的实际需求，其存在的问题主要体现在以下几点：（1）维护难度大。当前，一个计算机实验平台经常服务于多门专业或者课程，为了满足不同专业或者课程的教学需要，维护人员经常需要花大量的时间去安装和更新各类软件，从而极大地增加了计算机硬件平台的使用成本。（2）安全性较低。计算机硬件实验平台在使用过程中会产生大量的实验数据，同时U盘等移动存储介质的使用也会使计算机硬件实验平台引入大量的计算机病毒。若仅依靠还原卡来防范病毒，不仅会清除各种实验数据，同时也会清除各类软件升级数据。因此，如何防范计算机病毒已经成为计算机硬件实验平台建设中的一个重要课题。（3）软件难以及时更新。在现有的教学模式下，计算机硬件实验平台中的软件经常需要手动更新，一些计算机考试软件的运行也需要特殊的软件才能运行。若准备时间较短，计算机硬件实验平台中的一些软件就不能被及时更新，从而对相关计算机课程的考试计算造成影响。（4）实验数据保存中的难题。学生知识水平往往存在着较大差异，为了满足不同学生学习、实验的连贯性，需要为学生保留一些实验数据，在进行实验数据拷贝的过程中，计算机病毒的防范又是个难题。 2.2云技术在计算机硬件实验平台中的优势 利用云技术对计算机硬件实验平台进行设计，具有以下显著的优势：（1）降低了成本投入。由于所有的教学程序都是在云端运行的，用户端无需更高的存储空间或者处理器，同时可以省去光盘驱动器等配置，因此可以大幅度降低用户端的投入。教师和学生在进行计算机硬件实验中需要的所有服务都从云端获取，学校仅需投入较低的云端接入设备即可。利用云技术能够很好地满足不同用户对数据运算的需求。云技术既降低了硬件的投入成本，同时也降低了人工维护成本。利用云技术可以对实验平台中的每一台用户终端中的应用程序进行批量安装和升级，节省了大量的时间。（2）提高了平台的性能。利用云技术能够使实验平台中的计算机避免占用程序和后台运算能力，提高了用户终端计算机的启动速度和运算速度，从而使实验平台的整体性能得到大幅度提高。（3）安全性高。在计算机硬件的实验平台中，往往有多人共同使用同一台设备，因此实验数据难以有效保存，安全性较低。而利用云技术，只需一个账号，就能安全的保存各类实验数据，且几乎没有容量限制。本地实验平台无需保存任何实验数据，因此不用担心实验数据被窃取、破坏或者病毒感染等。同时，即使实验平台中的系统崩溃，也不会影响实验数据的安全性。因此，云技术能够极大提高实验数据的安全性。 3系统设计 计算机硬件实验平台设计的目的，就是为了使师生更好的利用现有的硬件资源和软件资源，从而提高计算机硬件实验平台的效率，提高教学水平。因此，计算机硬件实验平台应该充分利用云技术等现有的IT技术，突破传统的计算机硬件实验室的观念，最终将单纯的计算机硬件实验平台转变为各种计算机硬件教学资源与实验相结合的实验平台。云技术的计算机硬件实验平台可分为云技术平台部分、教学资源部分、信息系统部分等3个部分。 3.1云技术平台 虚拟化技术是云技术中的一个重要分支，利用虚拟化技术能够将所有可用的硬件资源组合成一个资源池，并将虚拟功能将资源池中的资源按照不同用户的需求提供用户。虚拟化是通过虚拟机实现的，虚拟机是一种封闭运行的软件容器，在其内部可以独立运行操作系统和应用软件，如同一台真实的物理计算机。虚拟机包含自己的虚拟CPU、RAM存储器和网络接口NIC。云技术平台的结构包括虚拟中心服务器、虚拟化操作系统、用户端和数据库等4部分构成。（1）虚拟中心服务器（vCenterServer）。中心服务器采用的是两台型号为曙光天阔A840r-G的服务器，其配置为两路12核2.1GHzCPU、64GECCDDR31333Registered内存、4个1TB2.5英寸的SAS硬盘、1块双口千兆网卡、1个双口8GbFCI-E光纤HBA卡、1+1冗余电源模块。利用虚拟化技术能够将服务器中的处理器、内存、硬盘及网络资源等虚拟化为多台虚拟机，虚拟机可从服务器中运行的ESX/ESXi获取各类资源。硬盘阵列采用的是曙光DS600-F20，25块2TBSATA硬盘能够提供50T的存储空间。（2）虚拟化操作系统（VMwarevSphere）。虚拟化操作系统至少存在于虚拟中心服务器中，在一台高性能的服务器中安装虚拟化操作系统，能够为实验平台提供基本的数据服务，如访问权限控制、提供个性化配置等功能。它能够将所有硬件资源和网络资源进行统一分配，使所有虚拟机共享资源。虚拟化操作系统的应用环境中需要必要的域环境。若域环境具备则可直接使用，否则必须搭建必要的域环境。（3）用户终端（ViewClient）。师生用户需要在物理机中通过用户终端远程访问虚拟桌面，用户终端是用户与虚拟化操作系统进行交互操作的桥梁，因此可将其作为虚拟机的控制台和虚拟操作系统的管理界面。（4）数据库。数据库的作用是对虚拟操作系统中所有的配置数据进行组织分配。系统管理界面（ViewComposer）必须与虚拟化操作系统安装在同一个虚拟机中。 3.2教学资源 计算机硬件实验平台的教学资源包括计算机原理、汇编语言、接口技术、JavaEE课程、C/C+课程、以及其他实训课程。实验平台设计的目的就是能够将学生将理论与实践融合在一起。平台中的教学资源可作为软件既服务（SAAS）部分，所有的计算机硬件教学资源都是以服务的形式提供给师生用户用于实验，也可以提供给国内外其他院校使用。平台中的教学资源都是计算机硬件方面理论与实践相结合的资源，其核心是计算机硬件的实验资源。将理论资源与实验资源相结合用于计算机硬件的教学，能够极大地提高教学质量。 3.3信息化系统 平台中的信息化系统主要包括教学实验、计算机实训、实验管理等3个子系统。教学实验子系统负责计算机理论课与实验课的教学；计算机实训子系统负责对学生进行计算机硬件实际操作培训；实验管理子系统负责对整个计算机硬件教学过程和实验过程中产生的数据进行管理。信息化系统以WebService的数据格式为师生提供访问接口，用于访问3个子系统。实验平台中各类资源能够同时服务于计算机硬件的理论教学、案例教学、学生实践、实验管理、教学质量评价等方面。 4结语 基于云技术的计算机硬件实验平台的设计，能够降低各类高职院校计算机硬件实验平台的硬件成本和维护成本。实验平台中的软件和操作系统的下载、更新等都可以通过网络及时进行更新和维护，从而简化了计算机硬件实验平台的管理工作。师生通过云技术的计算机硬件实验平台获得个性化服务，为计算机硬件的教学提供了可靠的技术保障。 作者：王冠虎 单位：天津青年职业学院 硬件设计论文:计算机硬件测试系统设计与实现 摘要：分析了计算机硬件测试系统的设计规范，研究了各测试功能模块的实现。 关键词：计算机；硬件测试；设计与实现 引言 计算机硬件是计算机系统中各种物理装置的总称，并且按照系统结构的要求可以将其形成一个统一的有机体，从而有利于实现对计算机内各种软件正常运行的有效维护。因此，对数据和程序进行输入和存储，按照程序加工数据是计算机硬件的主要功能。 1计算机硬件测试系统的设计规范 1.1通用设计方面的要求1）基于XML文件对测试时间和次数等通用参数的支持，配置时所输入的文件必须为该形式的文件，其中测试时间指的是测试所能够持续的时长；测试次数则是在指定测试时间内配置所完成的次数，每个测试所包括的不同可选测试项目的配置都是由XML文件指定的。2）每个测试工具只要是硬件相关，便都必须具备硬件显示信息的基本功能，如硬件测试的厂商、端口号、型号以及驱动的版本等，以UI模块的设计为准则实现对每个测试工具UI的设计。测试完成后，程序的返回值只有0与非0两种情况，其中0代表的测试正常，非0则表示测试过程中程序出现自定义的错误。3）测试模块需要设计成自动运行，即不要安装任何软件便可以自动运行，在同一目录内使用测试所需要的非Windows自库文件和相关执行程序。同时，编写者在测试模块要封装成相关测试构件的形式。1.2文档需求测试模块在进行交付和验收时需要提交完整的文档：1）交档的目录需要经过一定的交付流程；2）文档在设计过程中会涉及到多种软件的应用，如高层设计、组织结构、相关的文件关系图、数据流图以及流程图等；3）代码源程序，主要包括各种文件，如资源、程序代码以及其他文件等；4）代码所对应的各种程序设计文档，函数和全局变量的说明、函数输入输出以及关键数据的结构等；5）编译和使用过程中会用到相关的说明书，如各种执行文件的编译和生成、安装包的部署和发行、测试模块所使用的各种说明书以及要求Word和PDF所提供的各种格式以及众多版本等。1.3测试构件测试构件是由运行测试机上众多的个体模块构成的，而测试模块主要是每个单独测试项目所需要的各种文件的集合体以及按照各种要求完成对相关文件和数据的配置，如对处理器、内存以及硬盘的测试等。同时，在服务器或者PC等测试系统中，各种测试项目需要在同一个目录内进行集中统一的存放和管理。但是，测试构件可能是自行开发的也可能是集成第三方开发的，又或者是商业所集成的各种测试工具等。因此，测试构件构成的要求非常严格，不仅能够直接运行各种执行程序文件，支持和满足第三方程序的执行，将各种测试结果的数据收集起来经过整理确保其格式的统一性，并且对于各种商业测试还能实现自动安装以及完成相关的执行处理操作等。1.4目录结构定义测试流程是在测试构件中所引用的最小测试单位，但是如果测试程序是相同的，测试流程和参数不同，则生成的测试构件有很多个。但是这些测试构件所指的测试程序都是相同的，只是所包含的测试和数据配置有所不同。同时，测试构件在系统中是以目录文件的形式存在的，其名称的区分主要是目录名。 2各测试功能模块的实现 2.1处理器测试1）设计要求。处理器的测试往往分为功能和压力测试，对功能的测试是对处理器厂商、型号、类别、当前运行的频率、支持的指令集合以及标称频率的测试；压力测试则是对单核和多核并行压力的测试。2）总体设计功能的实现。一方面，可以显示CPU的各种信息，鼠标相关信息的安装，如驱动等，左右键的调换以及具体移动的数据；另一方面，还能测试CPU的速度。3）部分代码实现。CPU速度测试的原理原本就十分简单，即在规定时间内统计和记录CPU运行的次数以及变化情况，然后相应地计算出其具体的速度。本模块的模型是对话框形式，通过对各控件变量进行一定的类向导映射，以及定义相关时间类，通过单击相关事件按钮便能够测试速度的功能。另外，完成相应的测试之后，还会在相应的目录下面生成result.txt文件，以此来对本次测试的相关信息进行记录。2.2存储器测试1）设计要求。硬盘是电脑重要的外部存储器之一，不仅拥有超大的容量，并且运行速度非常快，并且其作为机械部件的一种，指标非常多，寻道时间、主轴转速都存在，单碟容量和内部所传输的速率是性能方面的主要体现。其中性能被限制主要与硬盘的子系统有关，虽然硬盘的外存很快，但是其速度相对于CPU内存而言非常慢。另外，存储器的测试主要包括对基本信息和读写的测试。2）总体设计。在Windows和Linux系统中都可以把设备当作相关的文件来操作，对于Windows系统而言，可以将串口1、2当作com1、2传递给CreateFile函数中，其中利用文件放路径的形式将所需要进行访问和操作的硬件设备全部指明是参数COM1和COM2的根本目的。这在一定程度上与所要访问的串行端口十分相似，并且还能实现对磁盘扇区的访问。值得注意的是硬盘操作的标识并不需要用disk1和disk2来标识。基于逻辑扇区在逻辑分区的上面，在对磁盘逻辑分区进行访问的过程中需要指定某种特定的格式。3）算法实现。Windows磁盘本身具有相对较大的缓冲区，在读取相关的磁盘数据时，系统实际读取数据的长度可能会比指定数据长，这样的好处便是当你下次再读取相关数据时，如果缓冲区保留了你所要读取的数据，便不需要读盘直接复制过去即可；在磁盘中写入数据时，系统会自动提醒你将数据复制到缓冲区，待写入成功之后，系统后台会逐渐在磁盘中写入数据。若编写程序时没有对上述因素进行考虑，则所测试的结果可能并不准确。 3结语 本文通过对计算机硬件测试系统设计规范的探究，掌握其在通用设计、文档、测试构件以及目录结构方面的具体要求，在此基础上从处理器和存储器测试两方面对各测试功能模块的实现进行了深入的研究和分析。 作者：郝幸之 单位：江苏无线电厂有限公司

新时期，多种清洁能源的应用为燃气行业的发展提供了有利的依据。而燃气报警器则是通过对可燃、易燃易爆及毒害气体的检测，为燃气运输、使用过程的顺利进行提供依据。随着可燃气体报警器应用范围的拓展，其应用性能也不断增加。而为了保证其应用效果的稳定提升，对其电子电路设计模块调试工作进行适当优化分析具有非常重要的意义。 1系统方案设计及调试 1.1系统方案设计 燃气报警器系统模块设计主要包括信号比较判断、电容延时比较电路、光报警、声报警、电源电路等几个方面。其中信号比较判断主要是通过单值比较器的运行，对电阻分压后传感器特性进行试点分析；而光及声报警设计则是通过对指示电路运行情况及报警电路比较器状态翻转情况的分析，确定比较器运行状态之后可启动比较器运行开关，从而促使光或声预警信号以发光二极管和扬声器的形式发出；预热延时电路设计主要是通过比较器延时性能的分析，保证传感器具有充足的预热时间；而电源电路设计则是利用整流桥二极管将低压交流电转化为脉动直流电。 1.2系统方案调试 依照预先系统设计制造流程，在确定系统线路连接及相关电路元件配置正确的基础上，可进行电路调试工作。首先在系统预热阶段，应控制电解电容端口电压显示值为0。在连接回路电源端进行电源供应之后其相应端口电压将上升至2.50V。而由于系统运行中输出端电压为低电平，则其反向输出端口电压也应为低电平。随之导致正向输出端电压为2.50V-3.0V之间的高电平；其次在系统正常运行过程中，若系统显示充电已完成，则电解电容端口电压应大于输出端口电压，而实际线路中运行的比较电压应在2.5V以上。同时若燃气报警器被触发工作，电解电容运行端口反向输入端电压为高电平，从而启动光预警及声预警模块，声光预警模块单元线路运行电压为3.3V。 2单元电路设计及调试 2.1单元电路模块设计 单元电路模块设计主要是对传感器、比较器、光及声预警电路模块设计。其中在传感器模块设计过程中需要综合考虑工作电压、环境温湿度、灵敏度电阻等技术参数，选择合理的传感器型号；而比较器则需要对内部频率补偿、单位增益频带宽、电源电压范围宽、低输入失调电压、共模输入电压范围宽、输入电压摆幅等参数进行合理设置；光及声预警单元电路设计主要是通过发光二极管及报警扬声器的合理配置，通过电容充电与设计电压比较控制，保证相关功能的稳定运行。 2.2单元电路模块调试 在实际单元电子电路模块设计制作过程中，单元电路模块调试主要是依据电路设计原理，结合相应的电路设计计算参数，确定电路模块运行性能。然后对相应模块及其相邻电路的连接情况进行全面检测分析。在确定相应模块电路连接配置无误之后，可进行分模块检测。依据燃气预警器的总体电路系统运行特点，可将其划分为比较器模块、传感器模块、声及光预警模块等方面，针对不同模块的运行状态可综合采取动态调试、静态调试两种措施。其中静态调试主要是对相应模块静态电路运行情况进行检测；而动态检测则是在电源电路连接的情况下，对其运行过程中元件是否处以正常工作状态，参数是否正常，有没有发热情况及冒烟、异味等其他现象进行详细评估。最后在模块检测完毕之后，相关检测人员可将比较器、传感器、声及光预警器等模块进行统一调试。在具体的操作过程中，通过对各个模块连接后实际运行状态的分析，可将设计目标及性能指标与实际运行数据进行对比分析，为最终电子电路完善设计提供依据。 3电子电路设计制作调试要点 为了保证电子电路调试工作的有效进行，在实际电子电路设计制作调试过程中，相关调试工作人员应注意保证电子电路设计制作调试的功能性、稳定性及最优化。其中功能性主要是基于电子电路设备内部多个子系统运行情况，将相应的子系统作为独立的调试模块，为整体系统的稳定运行提供保障；而最优化则是在实际电子电路元件设计过程中应保证相应元件间的兼容性，结合整体优化措施，避免元件应用过程中不稳定风险的发生；稳定性主要是由于电子电路调试稳定性直接影响了整体电子设备运行效率。因此在设计制作调试过程中应在保证电子线路简洁化的基础上，采取适当的调试防护措施。 4结束语 综上所述，电子电路设计制作调试方法的合理应用是电路设计质量提升的有效保障。因此在实际电子电路设计制作过程中，相关工作人员应结合相应电子设备设计原理，在电子电路设计原则的指导下。综合采用模块调试、联机调试、系统调试等多个调试方法，为电子电路设计质量的提升提供依据和保障。

0引言 实验室是高校加深在校学生对理论课程的理解和培养实践动手能力的实验场地，也是研究人员进行科学研究和相关实验论证的科研场所。随着国内高校办学规模的扩张和办学水平的提高，实验室建设逐渐成为学校产学研体系的重要组成部分[1]。实验室安全是各项教学活动和科学研究顺利进行的基本保证，其不仅关系到实验室实验仪器存放安全与否，更关系到在实验室进行教研活动的师生的人员安全[2]。2019年中国实验室发展大会中提到：我国高校每年发生用电安全事故约150起。由此可见，构建健全的实验室安全管理体系至关重要。高校实验室安全管理大多采用人工巡查等方式进行实验室安全方面的维护，每间实验室配备相应的实验室安全管理人员，定期对实验室电力设备运行状况进行巡查[3]。上述“人防”方式虽然能从一定程度上保障实验室的日常安全运行，但许多用电安全隐患不易察觉，用电安全问题发生突然，实验室管理员不易第一时间知晓并处理警情，因此通过“人防”方式进行实验室消防管理存在一定的局限性[4⁃5]。随着现今物联网、大数据等新兴科学技术的蓬勃发展，高校响应国家号召，运用现代科技实现实验室信息10期化、智能化管理势在必行。本文利用物联网、云计算、大数据等技术对实验室用电情况进行实时监测和系统分析，排查实验室用电安全隐患，发生异常情况及时报警，实现信息化条件下的实验室用电安全管理工作转型升级[6⁃7]。此举可以保障实验室的财产安全和实验人员的人身安全，完善校园信息化安全管理体系，为安全和谐校园建设添砖加瓦。 1高校实验室用电安全问题分析 1.1不规范用电 实验室实验人员进行教研任务的不规范用电行为是造成实验室火灾事故的主要原因之一。近年来，高校逐渐重视对实验人员的实验室用电安全教育，但在实验室饮食、实验仪器工作时无人在旁值守等安全意识薄弱现象屡见不鲜[8]。除了实验仪器，接线板也是实验室最常见也最容易被忽视的用电设备。使用非国标的接线板，将接线板随意放置于实验仪器旁，同时使用多个接在同一个接线板的大功率电器造成接线板过载等不规范用电行为，都大大增加了实验室消防安全隐患。 1.2维护缺失 现如今，高校在实验室用电安全方面的科技支撑不足，对实验室安全进行维护管理时大多采用安全管理人员定期定点巡查等方式。但部分实验室管理人员对实验室安全管理重视程度不足，对实验室的定期巡查和维护流于形式，缺乏规范有效的监督，缺岗、漏岗现象时有发生[9]。实验室安全监管人员不能及时发现实验室内用电安全问题，为火情等危险情况的发生埋下了巨大隐患。另一方面，高校校园中部分老旧实验楼用电线路过于陈旧，电力线路检修难度大，安全管理人员检查不到位，极易产生监管死角[10]。一旦用电不慎，极易导致线路短路或线路功率过大引起火灾。 1.3安全管理体系和手段不健全 基于往年高校实验室发生火灾等事故留下的惨痛教训，近年来各大高校逐步建立起实验室安全管理体系[11⁃13]。受人力成本高等因素制约，实验室安全管理员大多由实验员、任课老师或安保等人员兼任。然而以上监管人员存在时间精力有限和缺乏专业火灾防控知识等问题，使得实验室安全管理人员责任范围模糊，造成“不愿管、不会管、不敢管”的监管乱象[14]。另一方面，学校对监管人员和实验人员的实验室安全教育培训过于形式化，实验室安全管理制度流于纸面，未能落实到具体的实验室安全管理上[15]。长此以往，会造成实验人员对实验室用电安全隐患的排查与处理不到位、不合理的问题，存在巨大的监管漏洞。一旦发生因用电安全引发的火灾等事故，会对人员生命和实验室财产安全造成不可挽回的损失。 2系统设计 运用物联网、边缘计算、大数据等现代信息技术实现高校实验室用电安全监测和管理，十分迫切且可行。为了解决上述用电安全问题，提升实验室用电安全管理问题的效率和效果，实现实验室安全管理方式从“人防”向“技防”的转变，建设信息化、智慧化实验室，本文开发了实验室物联网用电安全系统。该系统由智慧用电物联终端和实验室用电安全管理云平台构成。智慧用电物联终端是基于物联网、边缘计算和“移动互联网+”等最新技术研发的硬件设备，包括物联终端及配套部署的各类传感器。根据实验室职能、规模和所在区域等实验室信息可设置终端参数，终端和传感器对实验室的配电箱进行24h数据监控，并将电路和温度等实时数据通过无线通信动态上传至云平台。实验室用电安全管理云平台是一个综合性的物联网云平台，能够对智慧用电物联终端设备进行监测、定位和跟踪，及时获取实验室终端设备数据和运行状况，并将终端上传的监测数据批量存储在云平台数据库中。同时通过数据挖掘分析，对实验室用电安全状况和用电行为进行评估分析，提高实验室安全管理人员监管质量和效率。实验室物联网用电安全系统主要实现当实验室配电箱内电路出现过流、过压、漏电等异常情况，并在引发电气火灾等更严重的后果前及时向实验室管理人员报警，最大限度做到实验室消防警情的早预判、早发现、早除患和早扑救，减少实验室用电隐患的滋生，强化实验室用电安全预防工作，建立高校实验室的防火墙，构筑校园实验室安全管理体系。智慧用电物联终端部署于各实验室配电箱内部，与之连接的传感器布置于箱内的线缆和箱体等部位，终端以无线的方式（NB⁃IoT/4G/5G）入网，与实验室用电安全管理云平台进行数据交互。当某路监测数据达到相应阈值时，终端本地会进行蜂鸣报警，同时将数据上传至云平台，在云平台推送报警具体信息，并向发生报警实验室的安全负责人通过拨打电话、发送短信和微信平台推送等方式进行通知。实验室用电安全管理中的用电数据分析、事件电子台账、安全隐患定位等其他功能主要通过云平台实现。 3智慧用电物联终端 智慧用电物联终端是可以检测实验室配电箱内线路各项电力数据的设备，是实验室物联网用电安全系统的主要监测终端设备。物联终端通过传感器监测的数据通道包括一路剩余电流、四路线路温度、一路箱体温度、三路电压、三路电流。将终端安装在配电箱中，正常工作时终端不间断监控各个通道数据，根据设定通道数据的上下限对实验室配电箱内电力线路进行异常报警和保护。当各通道数据值超过阈值时，终端蜂鸣器报警，立即控制空开脱扣，同时上传各个通道的数据到安全管理云平台，并生成报警事件，通过微信（推送报警通知）、电话（收到智能来电）推送信息给管理员。并且当终端监测到数据出现异常变化或超出阈值，会频繁上传数据至实验室安全管理云平台，直到监测数据恢复正常，停止上报异常情况。当报警事件处理完毕后实验室安全管理人员必须手动消音并复位终端，进行新一轮的实时数据监控。终端的控制部分为一个嵌入式系统，主要用于基本功能逻辑实现、数据处理、数据通信等功能。接口电路部分主要用于电流互感器、温度传感器等传感器与控制电路的连接和驱动；指示电路则主要通过数码管、LED灯形式指示终端的运行状态和报警信息；报警电路中的蜂鸣器则主要用于产生报警声音和上电提示音等。终端内置4G通信模块（可根据信号覆盖情况更换为NB⁃IoT模块或5G模块），通过运营商网络实现终端接入，与云平台进行双向通信。由于终端使用的是无线网络通信，不需要布置信号线，在供电方面终端从配电箱内部取电，不需要额外进行电源布线，因此终端安装的施工难度和成本大大降低，可以根据实验室配电箱内部情况灵活部署。由于终端使用的传感器均为线路外部安装，无需破坏原有电路结构，不会对原有线路产生影响。智慧用电物联终端实物如图3所示，终端配电箱内实际安装部署如图4所示。 4实验室用电安全管理云平台 实验室用电安全管理云平台能够实现实验室用电安全隐患、事故的早发现、早报警、早补救，全面解决实验室用电安全监督难点。云平台接收、显示、处理、存储终端设备动态实时上传的监测数据，且根据设计主要用于智慧用电物联终端的接入，但不仅限于此。云平台不受物联网设备类型的限制，能够接入多种物联网设备，基于多类型标准协议和API开发满足海量设备的高并发快速接入，实现对终端设备的实时监控、报警推送、数据分析、详细定位等功能。目前所实现的主要功能具体如下。 4.1实时监控 云平台实时监控智慧用电物联终端上线时上传各通道数据，生成上线事件推送至云平台，同时实时推送动态到用户Web端。用户端可根据物联终端所在位置查看每个终端设备的详细信息，如设备状态、通道数据、所属类别等。云平台24h监控已上线的物联终端状态，对关乎实验室用电安全的主要因素，如线缆温度、配电箱温度、剩余电流、电路电压、电流等信息进行实时在线监测，上报排查各类安全隐患。部分数据监测页面如图5、图6所示。 4.2报警推送 当实验室的智慧用电物联终端发生告警情况，可通过Web网页、短信、电话、微信等多种方式将报警通知及报警地址实时推送给对应实验室管理员，管理员能够第一时间收到报警推送消息，即可及时联系相关工作人员进行处理，最大限度地保障实验室生命财产安全。同时，管理员可针对重点监管区域的终端进行高优先级设置，实现终端分级管理，设立多道监管防线，避免因个人疏漏所导致的严重事故。 4.3数据分析 实验室用电安全管理云平台可以实时在线显示监测线路中的电压、电流、剩余电流、温度等动态信息，把用电情况变成可视的数字化监控，查看实时采集的数据信息以及历史数据曲线，并生成统计分析数据表。运用大数据相关技术分析电器设备回路的相关参数，着重于功率、突变电流和箱体温度等与电气火灾成因有直接关联的参数，按照时间、地点、实验室类型进行智慧用电物联终端告警事件统计，生成实验室用电安全隐患分析报告，及时排查实验室用电安全隐患，并适时进行提示。 4.4详细定位 实验室用电安全管理云平台嵌入GIS系统（地理信息系统），能够对每一个实验室配置终端设备进行精确定位，并将位置信息添加在终端设备管理详情页。管理员在全景地图界面能够直观了解到当前地理位置已安装终端设备位置分布情况，有效解决人力巡检遗漏问题，实现实验室用电安全监管网络全面覆盖，消除安全监控死角。 5部署应用 实验室物联网用电安全系统已在山东大学青岛校区的公共（创新）实验教学中心部署使用，覆盖中心各实验室，实现实验室用电安全信息化管理。系统的智慧用电物联终端及传感器部署于中心44个实验室的55个配电箱中，实验室用电安全管理云平台本地部署于中心的服务器。通过开通实验中心主任、系统管理员、实验室管理员等不同权限的账号，系统使用人员可以通过Web端登录系统，使用系统各项实验室用电安全管理功能，使用手机通过短信、电话、微信等方式接收实验室用电安全事件信息。另外，还专门开发了大屏信息展示页面，应用于中心监控室大屏，如图7所示。大屏实现监控室人员对实验室用电安全数据和系统状态的监控，以及对外展示等功能。系统在中心已经部署应用了三年多时间，系统整体性能稳定，数据实时性强，用电安全事件信息推送及时，曾多次及时向电路、化学等实验室管理员提示漏电、线路过流、过压等情况，辅助排查原因并消除了安全隐患。系统应用以来，记录和存储了大量的实验室用电安全数据，形成了用电安全电子台账，便于管理和调阅；同时可以成为大数据分析和数据挖掘的数据源，供相关实验和科研项目使用，也可以通过开发，应用实时数据和历史数据进一步改进和拓展系统功能、提升系统性能。 6结语 实验室物联网用电安全系统是融合终端硬件设计和物联网、云计算等技术设计的一套高度信息化用电安全管理系统。系统管理方式从传统的“人防”监管转向“技防”管理，侧重对实验室配电箱电力线路数据的日常监测、异常报警和隐患分析排查，实现实验室用电数据信息化管理，将电气事故发生的可能性和实际损失降到最低。系统部署成本低，是实现实验室安全管理、信息化建设的良好途径，在实验室管理中具有一定的推广价值，经过实际部署应用也证明了系统的稳定性和有效性，有利于营造更加安全、稳定、和谐的校园环境。 参考文献 [1]孙淑强，张乐，周磊，等.智能监测技术在高校实验室安全管理中应用[J].实验室研究与探索，2019，38（1）：272⁃275. [2]李佳霖，李疆，娄杰，等.新工科背景下高校实验室安全管理体系构建探究[J].实验室科学，2022，25（4）：191⁃195. [3]安玲玲，于雷.高校实验室用电设备实时管理系统设计[J].信息技术与信息化，2020（12）：40⁃43. [4]李晟延，马鸿雁，窦嘉铭，等.教学建筑室内火灾应急疏散路径寻优算法研究[J].消防科学与技术，2022，41（8）：1066⁃1072. [5]丁京.高校实验室消防安全管理存在的问题与对策[J].今日消防，2021，6（6）：67⁃68. [6]徐晓明，曲卓荦.信息化背景下院系安全管理创新途径研究[J].黑龙江科学，2021，12（7）：62⁃63. [7]史蓓蕾，张秀山，陈修亮.物联网技术在实验室安全管理中的应用[J].实验室研究与探索，2019，38（3）：273⁃276. [8]柳帅.基于能源管控系统的高校学生用电特性分析与研究[D].武汉：武汉大学，2019. [9]苏嫄.普通地方高校实验室安全管理现状与措施[J].实验室科学，2021，24（6）：227⁃230. [10]张晓新，王国伟，林峰，等.电力线路线损监测系统的设计与实现[J].电子器件，2022，45（4）：920⁃924. [11]何有明，李剑宇.基于B/S结构的实验室管理系统研究[J].中国管理信息化，2018，21（16）：143⁃144. [12]唐士，任昌鸿.基于移动网络的实验室管理绩效评估系统[J].现代电子技术，2021，44（13）：75⁃79. [13]龙海洋，夏彬伟，姜永东，等.实验室管理平台的建设与实践[J].实验室研究与探索，2021，40（10）：252⁃255. [14]陆和萍.基于数据挖掘的高校计算机实验室管理水平评价研究[J].现代电子技术，2021，44（13）：115⁃119. [15]支琴，熊顺子，彭华松.基于能耗监测的高校实验室安全管理策略[J].实验室研究与探索，2020，39（7）：300⁃304. [16]赵意涛，王维佳，张宇坤，等.图像融合在实验室用电安全监测应用研究[J].科学技术创新，2019（25）：76⁃78. 作者:李怡锦 王洪君 房明 单位:山东大学信息科学与工程学院

汽车安全技术论文:基于数值仿真的汽车安全技术教学方法探讨 摘 要 鉴于汽车安全技术课程在车辆工程领域的重要性以及学生普遍反映难学的特点，将数值仿真技术融入到教学方法中去，并开展本课程的新型教学方法研究与探索。实践证明，在教学中实施数值模拟试验，不但可以弥补课堂讲授存在的单一性和抽象性两方面不足，同时还增强了学生的学习能力和实践能力。 关键词 数值仿真 车辆工程 汽车安全技术 教学实践 0 引言 近年来随着我国汽车工业飞速发展以及汽车的普及，培养特色鲜明的应用型人才已成为理工科院校发展的重要趋势。①汽车安全技术作为车辆工程专业的专业选修课，涉及到机械、车辆工程、卫生医学、交通运输工程、法律、保险等多学科，具有很强的技术性和实践性。在我国，由于高速公路建设和现代汽车工业的不断发展等诸多因素，导致近年来汽车安全事故逐年上升，而且人们对汽车安全性能的关注程度比以前有很大的提高，这些因素都促使我们必须重视对汽车安全领域的教学和科学研究来促进汽车安全性的提高。 然而，目前很多本科院校在汽车安全技术的具体教学中，仍然普遍反映难教、难学的特点。从教师角度出发，汽车安全是一项极其复杂的系统工程，实车碰撞试验是综合评价汽车碰撞安全性能的最基本、最有效的方法。但是，实车碰撞试验费用昂贵，周期较长，限于学校试验条件，只能从理论上向学生讲授，这样就造成教学内容陈旧、方法单一、重理论轻实践等现象。从学生角度出发，由于教学对象过于抽象、乘员约束系统比较复杂、工程性强但实践机会较少，很难将汽车安全技术与工程实践有机结合，学生反映教学效果欠佳。 本文针对汽车安全技术课程的重要性和教学特点，对课堂教学方式进行了探讨，并将数值仿真技术融入到教学方法中去，其目的是充分激发学生思考、活跃课堂气氛。教学实践证明，基于数值仿真技术的教学方法，可以在课程中引导学生积极思考，促进教师与学生的互动，改善汽车安全技术教学中存在的重理论轻实践的问题，更重要的是能加强学生的实践能力、学习能力和创新能力。 1 改革课堂教学方式 汽车安全是一项极其复杂的系统工程， 教师需根据教学目标和教材的实际情况，从学生的知识基础、心理特点和接受能力出发，以学生为主体，教师为主导，通过教学方法上的改革，②促使学生全面发展。 第一，强调实践性。针对汽车安全技术教学，应采取课堂教学与数值仿真相结合的方式进行。课后学生上机演练课内所学内容，使学生逐渐熟悉掌握数值仿真技术在汽车安全方面的应用。第二，授课内容应加强针对性，突出教学重点，侧重理论与实践的有机结合，同时做到容量适当，遵照由简到繁的原则完成教学。本课程可先向学生讲授汽车安全技术的相关机理，然后在该理论基础上以具体实例为目标，通过软件建立的数值仿真模型，开展相关的仿真控制和数据处理，增强教学效果。第三，采用互动教学方式。授课期间应观察学生的反应，采取设问、提问、反问等方式调动学生的学习热情， 注意因材施教。③条件允许情况下，可在机房配备一台多媒体投影机，教师边用多媒体投影机讲解，学生边在自己的计算机上模仿，教学效果将会更佳。 2 基于数值仿真技术的汽车安全技术教学 本文针对汽车安全技术课程的重要性和教学特点，建立乘员和约束系统在不同冲击载荷下的数值仿真模型，如图1所示。利用碰撞过程中乘员的运动方式和约束系统的工作方式来阐述乘员的损伤机理以及需采用的乘员损伤评价指标。教师在课堂上通过仿真动画引导学生进行思考，寻找乘员损伤模式，重点掌握此工况下需采用的人体损伤评价指标。 在授课过程中，教师应针对具体汽车碰撞实例和学生兴趣，主动提供学生动手实践的平台，培养学生自主创新能力。整个教学过程应注重发挥学生潜能，培养学生自学能力，倡导学生进行创新思维。教师应把握好方向，引导学生，并对其设计方案、研究内容、技术路线等严格把关。通过这类实践，学生有针对性地带着问题深入进行理论学习，既培养了学生发现问题、分析问题、解决问题的能力，又加强了学生自主创新、团队协作的意识。 3 结论 在汽车安全技术课程教学过程中，通过实施数值模拟试验教学方法，并严格贯彻学生为主体，教师为主导的教学思想，不但能引导学生进行积极思考和探索，使其加深对知识的理解，而且还能培养学生的学习能力和创新能力。实践证明，将数值模拟技术引入汽车安全技术课程教学，激发了同学的学习兴趣，开拓了同学的视野，课堂气氛明显得到改善。 汽车安全技术论文:我国汽车制造安全技术中的自动化及测量技术 【摘要】在我国，安全一直被放在很高的位置，但多数停留在“对人进行安全教育”的层面，认为安全事故的主因在人，把对技术措施的改进放在第二位。但是国外，尤其是欧洲多年推行安全技术，事故率大大降低。这一事实说明安全事故的预防也是一个技术问题，技术性的措施比对人的教育更加重要。本文讨论了汽车制造安全技术或产品的应用以及汽车制造自动化现代测量技术。 【关键词】汽车制造 安全技术 自动化技术 自动化测量技术 一、汽车制造安全技术或产品的应用 汽车制造设备，尤其是冲压设备，都是安全等级要求极高的设备，一直以来也是安全控制产品的主要应用领域，从很多安全产品和应用中，都能明显看到这一点。由于法律和文化等诸多方面的原因，欧洲的安全技术和产品一直处于领先，应用也最为成熟和广泛。 在我国，安全一直被放在很高的位置，但多数停留在“对人进行安全教育”的层面，认为安全事故的主因在人，把对技术措施的改进放在第二位。但是国外，尤其是欧洲多年推行安全技术，事故率大大降低。这一事实说明安全事故的预防也是一个技术问题，技术性的措施比对人的教育更加重要。 可喜的是，目前安全技术在国内的应用日益广泛。虽然我国强制性的推行国际安全技术标准，但大多汽车制造厂对安全技术有比较严格的要求，带动了安全技术在国内机器制造行业的应用。而且，随着美国和日本逐渐重视安全技术，使得美国和日本的电气控制巨头们也推出了诸多具有竞争力的安全产品。 对安全技术的应用有了更大的推动作用。一般来说，安全控制系统应该包括安全输入设备（如急停按钮、安全门限位开关或联锁开关、安全光栅或光幕、双手控制按钮），安全控制电气元件（如安全继电器、安全PLC 和安全总线）和安全输出控制（如主回路中的接触器、继电器或阀等）。 其中，安全PLC是在应用中值得重点关注的产品。所谓安全PLC，就是专门为条件苛刻的任务或安全相关的应用而设计的PLC，在其失效时不会对人员安全或过程安全带来危险。在一台安全PLC根据要求达到了特定的可靠性/故障概率等级时，就意味着它具有广泛的自诊断能力，可以监测各个方面的硬件状态、程序执行状态和操作系统状态。此外，安全PLC 还必须能够执行标准机构（例如TUV、FM等）认证的必须的故障安全动作，而这些故障安全动作都是根据特定的原则设计，并满足国际安全标准（如IEC61508和EN954-1等）中定义的要求。另外，安全PLC 还可能包括警卫保护预警和权限管理的内容，用来保护安全PLC 不受来自外界的干扰。 从安全PLC供应商方面看，罗克韦尔自动化、欧姆龙、西门子A D等巨头纷纷采取一系列措施，推出自己的安全PLC产品，这些产品几乎都符合IEC61508标准并得到了SIL3的等级认证。同时，都试图将安全PLC 与其他机械安全产品一起构成完整的机械安全解决方案。罗克韦尔自动化在美国举办的年度Automation Fair展览会上设立了安全产品线独立展区，产品线覆盖从传感、逻辑判断到执行机构的每个环节，如安全按钮、安全地毯、安全开关、安全继电器、安全光幕、安全镭射扫描器、集成安全功能的马达启动器与伺服电机、安全PLC（模块式与分布式）、安全分布式I/O、安全网络等。同时，罗克韦尔在安全PLC和安全继电器方面还将不断推出新品，Ethernet/IP safety安全以太网也即将推出。此外，西门子的安全PLC也从丰田这样的著名汽车商那里获得青睐。目前，在世界范围内的丰田汽车公司制造厂中，有3个安全PLC项目正在进行中，分别是Tahara（日本）、印第安纳（美国）和剑桥（加拿大）。在这3个工厂中使用的西门子安全PLC 总数大约为170个，共使用了大约2000个I/O模块。 二、汽车制造自动化现代测量技术 应高精度、高速度、多功能、在线检测的需求，不断取得新的发展与突破；同时，测量技术所覆盖的工艺环节和工业领域，也越来越多样化。 系统的最新发展及方向。目前自动化系统发展的一个主要趋势，是控制器功能的集成化，以及通讯的集成化。长久以来，由于技术的限制，在一个自动化系统中需要使用多种，来自多个厂商的专一功能的控制设备，比如一般控制任务的PLC；安全控制用的PLC；运动控制用控制器；伺服控制用控制器；等等。相应地在通讯上，有一般控制任务的现场总线；用于安全控制的安全总线；用于运动控制的通讯等等。 这样集成得到的系统，复杂性高，无论系统集成商，还是设备使用维护方，除了掌握各种不同的技术外，还必须适应不同厂商产品的不同设计习惯，不同的软件编制风格。还有，不同系统之间的接口和通讯进一步增加了系统的复杂性。而且从一定程度上，降低了系统的性能。 现在，集成了上述几个和全部控制功能的控制器越来越多。比如集成了一般控制功能和安全控制功能的PLC，集成了PLC功能和运动伺服控制功能的基于PC 的控制器，等等。同时在通讯领域也在发生重大变化，以太网借着在一般网络上取得的巨大成功，已经在工业领域逐步深入，开始牢牢确立自己的地位。集多种通讯功能于一身的以太网产品已经出现，随着技术的逐渐成熟，产品的逐渐丰富，以太网技术是目前能够看到的一统江湖的通讯网络。 汽车行业有自己的特点，就是高可靠性，高利用率，设备的高寿命。这些特点，决定了在选用自动化产品时，普遍比较谨慎，不敢为天下先，一般倾向选择成熟的产品。因此这些新的技术何时能够大规模进入汽车行业，就要看它们何时能够积累起足够的市场认可度。 由于中国巨大的汽车市场，各个国际汽车巨头目前纷纷在中国各地投资建厂，汽车制造商为了扩大品牌占有率和汽车销售，会对原有厂房或生产线进行扩建或改造，同时，由于汽车厂商的建厂、改造，必然会带动相关零部件厂商间的竞争，从而零部件厂商也会为了扩大生产而采取相应措施，因此，需要越来越先进的生产设备和系统来扩大自己的生产、增进效率、降低成本。汽车自动化系统的发展成为了业界瞩目的焦点之一，因此我国汽车制造安全技术非常重要。 汽车安全技术论文:汽车电子安全技术的现状及其发展策略 摘要：介绍了当代汽车电子安全技术的发展现状，从主动与被动安全两方面技术分别探讨，包括电子制动力分配装置、驱动防滑系统、电子稳定装置、自适应巡航控制装置、和安全气囊防护系统、自动防抱死刹车系统、电子刹车辅助系统、事故自动报警系统、驾驶纪录系统等。同时对未来的汽车电子安全技术的发展趋势做了简要介绍。 关键词： 汽车电子；主动安全；被动安全；发展趋势 0 引言 汽车安全，一个大家越来越关心的话题。实际上从汽车诞生那一刻开始，汽车安全技术就随着汽车技术的发展而发展，如今汽车安全技术早已经不仅仅是安全气囊安全带的简单应用，各种电子设备的介入使得汽车安全装置更加的智能化、人性化。本文主要介绍了汽车安全相关的电子技术，并对未来的发展趋势提出了构想。 汽车安全性配置按照事故发生的前后基本可以分为主动安全和被动安全两大类。汽车的主动安全性是指事故将要发生时汽车防止事故发生的能力，而被动安全则是在发生事故时汽车对车内成员的保护或对被撞车辆或行人的保护，使损失降到最小的能力。 1 汽车电子的主动安全装置 主动预防、避免或减少汽车在行驶过程中发生事故，对汽车的内、外部结构进行合理有效的设计，所谓主动安全技术就是在汽车设计和制造时，为提高汽车的主动安全性能，而采用的更先进的技术和装备。目前已广泛采用的汽车电子主动安全技术主要有自适应巡航控制装置（ACC）、电子稳定装置（ESP）、驱动防滑系统（ASR）、电子制动力分配装置（EBD）、电子刹车辅助系统（EBA）、自动防抱死刹车系统（ABS）等。 1.1 ABS（Anti-lock Braking System）自动防抱死刹车装置 由于车辆冲刺惯性，瞬间可能发生侧滑、行驶轨迹偏移与车身方向不受控制等危险状况，在遭遇紧急情况时驾驶者踩死刹车，刹车抱死车轮。ABS系统使车辆在车轮即将达到抱死临界点时，刹车在一秒内可作用60至120次循环，相当于不停地刹车、放松，即相似于机械自动化的“点刹”动作。此举可避免紧急刹车时方向失控与车轮侧滑，同时加大轮胎摩擦力，使刹车效率达到90％以上。 1.2 电子制动力分配系统EBD（Electronic Brake force Distribution） EBD系统可依据车辆的重量和路面条件来控制制动过程，防止汽车制动时后轮先制动的情况发生， 如发觉前后车轮有差异，而且差异程度必须被调整时，制动以前轮为基准去比较后轮轮胎的滑动率，使前、后轮的液压接近理想化制动力的分布，它就会调整汽车制动液压系统。因此，重踩制动在ABS动作启动之前，为改善制动力的平衡并缩短汽车制动距离，防止出现后轮先抱死的情况，EBD已经平衡了每一个轮的有效地面抓地力。一些汽车技术性能就有了ABS+EBD的项目，EBD实际上是ABS 的辅助功能，可以提高ABS的效用，使满载车辆和弯道制动性能改善。 1.3 电子刹车辅助装置EBA（Electronic Brake Assist）在一些非常紧急的情况下，驾驶员往往缺乏果断性，不能迅速踩下制动踏板。EBA就是为此设计的。它的功能与ABS相似。该系统利用传感器感知驾驶员对制动踏板踩踏的速度和力度大小，以此判断驾驶员此次制动的意图。如果属于非常紧急的制动，EBA就会指示制动系统产生更高的制动力，使ABS发挥作用，从而使制动力快速产生，减小制动距离；而对于正常情况的制动，EBA则会通过判断不予启动ABS。通常情况下，EBA的响应速度都会远远快于驾驶员。这对缩短制动距离增加行车安全性非常有利。因此，对脚力较差驾驶员避让紧急危险的制动是非常有帮助的。 1.4 驱动防滑转控制系统 ASR（Automatic Slip Regulation），也被称为牵引力控制系统TCS 该系统根据传感器监测到的车轮滑转状况，综合控制发动机输出功率和驱动轮制动力，把车轮的滑转率控制在最佳滑转率附近。 充分利用路面的附着能力！提高了汽车的驱动性和操纵性，使得汽车在附着状况不好的路面上能顺利起步、加速和转向。 1.5 电子稳定装置（ESP）（Electronic Stablity Program）ESP实际上也是一种牵引力控制系统，与其他牵引力控制系统比较，ESP不但控制驱动轮，而且可控制从动轮。该系统具有支援ABS及TCS的功能。它通过对从各传感器传来的车辆行驶状态信息进行分析，然后向ABS、TCS发出纠偏指令，帮助车辆维持动态平衡。ESP可以使车辆在各种状况下保持最佳的稳定性，在转向过度或转向不足的情形下效果更加明显。ESP一般需要安装转向传感器、车轮传感器、侧滑传感器、横向加速度传感器等。ESP可以监控汽车行驶状态，并自动向一个或多个车轮施加制动力，以保持车子在正常的车道上运行，甚至在某些情况下可以进行每秒150次的制动。 1.6自适应巡航控制装置ACC（Adaptive Cruise Control） 该装置是CCS（Cruise Control System）功能的自然延伸。它依据雷达探测到的主车与目标车辆间的相对位置关系及相对运动关系，通过控制发动机节气门开度、行驶档位及制动器制动力矩实现对车辆行驶速度的调节，从而达到与目标车辆间保持安全行驶距离的目的。 2 汽车电子的被动安全系统 为使直接损失降到最小的技术，保护车辆内部乘员及外部人员，汽车被动安全技术是指一旦事故发生时，所采取的安全保护系统。 2.1 安全气囊防护装置（SRS） 安全气囊系统主要由传感器、微处理器、气体发生器和气囊等主要部件组成。传感器和微处理器用以判断撞车程度，传递及发送信号；气体发生器根据信号指示产生点火动作，点燃固态燃料并产生气体向气囊充气，使气囊迅速膨胀。随着技术的发展，安全气囊的保护范围将进一步扩大，从现在的前排乘员前方保护扩展到前排乘员的侧面、膝部和后排乘员的前方与侧面以及车外行人。侧面安全气囊、发动机罩宽幅气囊、车外气囊等产品不断推出。同时，安全气囊已出现智能化，能识别乘员席有无乘员、有无逆向儿童座椅以及乘员身材大小、重量，坐姿、是否系戴安全带等，并根据上述信息调整动作，以求最大限度地减少失误和保护乘员。 2.2 驾驶纪录系统 依据地理信息管理系统（GIS）及计算机数据库系统，汽车黑匣子是利用GPS先进技术，形成一套现代化的监控体系。它能帮助有关部门迅速准确地分析事故发生的原因，不但具有像飞机黑匣子一样记录事故发生前后的详细数据，而且还能帮助车辆管理人员和驾驶员，它实质上是机动车综合记录仪，最大限度地减少事故的发生，适时监控和分析车辆的运行情况，从而加强对车辆的管理。实践证明，汽车黑匣子的使用，产生了显著的社会效益和经济效益，大大减少了人员伤亡和财产损失，使交通事故率降低了37％～52％。 2.3 事故自动报警系统 它与智能汽车交通系统和全球卫星自动定位系统相配合，是在汽车后视镜内安装了一个微型摄像机，它主要是与移动电话和撞车传感器相连，事故自动报警系统将是今后汽车必备的安全系统，一旦汽车发生事故，将自动向有关部门和医疗急救部门报警，并保持联络，使事故车中的人员得到及时救护，它能全面地提供系安全带人数和人员受伤的大致程度、事故严重程度、车载人员数、汽车所在位置等信息。 3 汽车电子安全技术的发展趋势 未来的汽车安全技术将向着集成化、系统化和智能化方向发展，安全技术中的主动安全和被动安全是相辅相成、缺一不可的。 3.1 智能化 随着电子信息等技术的飞速发展，安全技术正逐步走向智能化，智能技术在汽车安全系统上得到了广泛应用。随着传感器技术及计算机技术的进步，越来越多的新型智能化安全装置将出现在现代汽车上。全球卫星定位系统（GPS）技术、智能安全气囊、智能轮胎、智能悬架、智能避撞系统、智能驾驶系统等将在汽车上发挥越来越大的作用。这些智能装置将具有一定的识别、判断能力，在各种情况下都能自动协助或自行控制。未来的智能约束系统尽可能多地收集和利用有关乘员形体位置及撞车类型和撞车速度的数据，建立数据库，对某一碰撞中获得的乘员和车的有关信息进行判断识别，使人体获得最佳的保护。 3.2 系统化 为达到系统整体的最佳效益，实现驾驶员特征、车辆机械特性及道路交通法规之间的协调，达到各自性能的最佳匹配，将人、车、路作为一个系统来分析研究，让三者相互协调。 3.3 集成化 德尔福公司推出的集成安全系统（ISS）涵盖了汽车上所有的主要电子系统，为得到更好的安全保护效果，将汽车主动安全技术与被动安全技术进行融合，由50种不同的技术组成，能更好地预防交通事故发生，协同发挥作用，这些技术集成于一体。 4 结语 我国汽车被动安全性和汽车安全技术研究起步晚，但发展迅速，正在接近和赶上国际先进水平。随着现代科学技术的发展，未来的汽车将越来越智能化，越来越人性化，越来越可靠，越来越安全。未来的汽车电子安全技术将向着微处理机、光导纤维传导技术、纳米技术、声纳传感技术、软件技术、多通道传输技术、集成化技术、车载网络系统等更先进的技术领域发展。 汽车安全技术论文:汽车被动安全技术分析 摘要：随着科学技术的发展， 汽车主动安全技术在交通安全中起着越来越大的作用。但尽管如此， 仍然不可避免地发生意外情况， 此时， 汽车的被动安全技术将是避免乘员受伤的唯一保障。汽车的被动安全技术主要包括安全带、安全气囊、安全转向柱及安全座椅等几个方面。 关键词：汽车安全 碰撞 安全带 气囊 随着我国经济的不团发展，汽车作为现代化的交通工具已经走进了平常百姓的生活中。汽车数量的极大增加一方面给人们的日常生活带来了方便，但同时不多出现的各类交通事故也带来了极大的负面影响。国内外大量统计数据表明，汽车交通事故造成的人员伤亡和财产损失时巨大的。如2009年，全国共发生道路交通事故238351起，造成67759人死亡、275125人受伤，直接财产损失9.1亿元。汽车安全性能越来越为人所关注。 1、汽车被动安全 车用安全系统根据是否为预防性质， 可分为主动安全（Active Safety System） 与被动安全（Passive Safety Systerns）两类，前者为预防事故的发生，后者则为减缓事故发生的伤害程度。简单的来说主动安全技术就是防患于未然，被动安全技术就是要做到汽车在不可避免发生事故时“车毁人安”。 汽车安全问题自汽车诞生的那天起就时刻的存在，但是由于早期汽车的速度较慢，数量也相对较少汽车事故并没有引起社会的广泛重视。随着汽车大规模的运用，汽车技术的不断革新，速度的增大和数量的增多，汽车安全问起变得越来越突出，据统计，目前每年死于车祸的人数多达100万，伤残人数达到数千万人。汽车被动安全技术作为保障人员安全的最后一道屏障，也引起来人们的高度重视。 2、分散撞击力车架 车架是汽车的基本骨架，现代的汽车的架设计不仅要考虑空间、重量和发动机的布局，更要考虑其安全性能，即在事故中抗冲撞的性能。通过精密计算与设计将汽车碰撞时的撞击力分散开来，并最终将碰撞的撞击力分散到整个车架的各个部位，减轻车内乘员承受的冲击力，同时加强座舱的强度避免车体或发动机等部分凸入车厢内。通常这些分散撞击力车架的横向撑杆及纵向梁全都十分坚固和紧密相连，那些在撞击时受力最大的地方都运用多种特质钢材并经过特别的强化工序处理，或是增加了加固件。当然，分散撞击力车架最重要的品质表现还在于当撞击真的发生时车架将会如何折曲以吸收掉大部分的冲击力，合理的折曲设计可以确保车厢结构完整，即实现所谓的“安全舱”，这对于保证车内乘员的脱险和抢救是至关重要的。 3、防撞钢梁 一般包括汽车前后防撞梁和四车门防撞梁，防撞梁的主要作用是保证车辆在中低速行驶的过程中发生汽车前后碰撞，汽车侧面碰撞等情况时，对车辆起到一定的保护作用，能在一定程度上保护驾乘舱人员的安全，但不能百分百保证安全。 前后防撞梁的意义就是车辆第一次承受撞击力的装置，在车身被动安全方面有一个重要理念就是一点受力全身受力。也就是说汽车车体的某一个位置受到了撞击，如果仅仅让这一部位去承受力的话，那么达到的保护效果会很差。如果在某一点受到力的时候，让整个骨架结构去承受力，则可以最大限度的降低一个点所受到的力的强度，特别是前后防撞钢梁在这里就起到很明显的作用。 在汽车结构中防撞梁两端连接的是屈服强度很低的低速吸能盒，然后通过螺栓的形式连接在车体纵梁上。低速吸能盒可以在车辆发生低速碰撞时有效吸收碰撞能量，尽可能减小撞击力对车身纵梁的损害，这样可以降低维修成本，而螺栓连接的方式可以更方便的对防撞梁进行更换。 在高速偏置碰撞中，防撞梁可以有效的将撞击力从车身左侧（或右侧）传递到右侧（或左侧），尽可能让整个车体去吸收碰撞能量。在发生低速碰撞时（一般为15km/h以下），防撞梁可以避免撞击力对车身前后纵梁的损害，降低维修成本。 4、安全带 汽车座椅安全带是最重要的汽车乘员约束保护装置，如今安全带已经是汽车的标准安全配置，在减轻碰撞事故中乘员伤害程度方面起着重要作用。瑞典沃尔沃公司于1959年首先开发了三点式座椅安全带， 此后被为国的汽车制造厂所采用。由于三点式安全带使用方便维护简单，保护效果比较明显，后来就逐渐扩大了安全带的使用范围， 从小轿车车到载货车、客车， 从短途车到长途卧铺车， 从外侧座椅到中间座椅。装配的安全带形式也从三点式到赛车运动的多点式。现在， 大部分汽车所有乘员的座位上都装配安全带，作为汽车安全标准装备。 安全带是最典型的被动安全装置， 它可对驾乘人员进行系绊约束和相对固定， 能有效地减轻交通事故发生时乘员与车身的碰撞的几率， 并将乘员的损伤程度降至最低。其工作原理很简单， 缓拉时无阻力， 急拉时可锁紧。即当车辆出现紧急制动、正面碰撞或发生翻滚时， 乘员会使安全带受到快速而猛烈的拉伸， 此时卷收器的自锁功能可在瞬间卡住安全带， 使乘员紧贴座椅， 避免乘员身体冲出座椅与车内饰件发生二次碰撞。安全带作为主要的乘员约束保护装置， 是目前最有效的安全设备， 其单独使用时可以减少42%左右的死亡率。事实证明， 在正面碰撞、追尾碰撞及翻车事故中， 普通安全带对乘员保护效果很好， 尤其是对乘员头部， 胸部的保护。为了进一步降低碰撞时乘员的“潜水”现象（即乘员沿座椅下滑）造成的腹部伤害， 目前很多汽车生产厂采用织带预张紧器或织带夹紧装置的安全带。这种安全带同改进的座椅结构及安全气囊相接合， 便可大大提高对乘员的保护性能[1]。 汽车安全技术论文:浅议现代汽车安全技术活理念 摘要：汽车交通事故已成为日益严峻的全球性社会问题。笔者提出汽车驾驶者与汽车安全性能共同发展的现代汽车安全活理念。使人们在享受汽车带来便利的同时加强安全意识。 关键词：汽车安全；安全活理念；驾驶技术 0引言 随着交通工具现代化和绝对数量的剧增，交通事故已成为严峻的全球性社会问题。毋庸置疑，好的驾驶习惯、出色的应变能力以及先进的汽车安全设施是行车安全的保障。努力研究开发高性能、高安全性的安全汽车，同时也要加强对在用汽车的定期维护和管制，使汽车经常处于良好的技术状况，以提高汽车行驶的安全性。 1汽车安全活理念 从1886年有了汽车， 汽车给世界装上了轮子，使人类实现了征服距离的梦想，由加快生活节奏升华为一种享受，但驾车如驾虎，驾乘人员必须掌握一套系统而科学的安全理念。“五次元”安全活理念，将汽车行驶过程中出现的安全威胁分为五个等级，分别为：正常路况下的“安全驾驶”；危险路况上的“安全问题”；轻微碰撞时的“安全损控”；车辆碰撞后的“安全防护”以及碰撞救援时的“安全脱离”。其意义是说明：首先在最大程度上避免事故发生，其次如果不可避免，就将损失降低到最低程度，最后一旦发生重大较大事故，避免再次伤害是首先要考虑的因素，实现“车守护人”的安全理念。 2汽车安全性 汽车的安全性是按交通事故发生的前后进行分类的，一般分为主动安全性、被动安全性、事故后安全性和生态安全性。 2.1 汽车主动安全性汽车主动安全性（也称为“一次安全性” ）是指汽车设计时能主动预防或减少道路交通事故发生的性能，在交通事故发生之前采取安全措施，特别当即将发生危险状态时，驾驶者操纵方向盘避让或者紧急制动以避免交通事故发生。使汽车在正常行驶中，为确保驾驶者的基本操纵稳定性，对周围环境的视认性和确保汽车本身的基本行驶性能，汽车结构设计开发了防抱死制动系统(ABS)、防滑驱动系统(ASR)、自动悬架、动力转向、四轮驱动(4WD)、四轮转向(4WS)、灯光照明系统、刮水器、后视镜、防止车辆追尾的车距报警系统和激光雷达等。这些安全装置和技术称为主动安全系统，也称为预防安全系统。未来的汽车将主动安全性的新技术更加广泛的应用和普及，如打瞌睡警告及唤醒系统，高适应性定速巡航系统，紧急制动先期警告系统，录仪行车（类似于飞机上的黑匣子），卫星定位导航系统，防碰撞系统，安全的行驶方向控制系统，转弯减速调节系统，EyeCar技术（即无阻碍视眼和最好的能见度），CanCar技术（提示驾驶员的感知能力）等智能化汽车。 2.2 汽车被动安全性汽车被动安全性（也称为碰撞安全性或二次安全性）是指在无法避免碰撞事故的情况下，依靠车辆本身保护撞击，将撞击伤害降到最低的装置。另外，作为防止事故后出现二次伤害的安全性，因汽车碰撞分为一次碰撞和二次碰撞，驾乘人员受到伤害的主要原因是二次碰撞中与车身的各部位发生接触或甩出汽车外而造成伤害，汽车被动安全性又分为车外部安全性和车内部安全性。车辆的钢板，车身结构，预紧式安全带，智能安全气囊，头枕，可溃缩吸能的方向盘及制动踏板和自适应约束技术系统（ARTS），灭火系统等都是被动安全的重要组成的部分。 2.3 汽车事故后安全性汽车事故后安全性是指汽车发生事故后保障驾乘人员及时救助，能减轻事故后果的性能。主要包括能否迅速消除事故后果，同时避免新的事故发生，避免再次伤害。GPS救援系统利用卫星导航定位缩短救助时间，门锁紧急施放系统使驾乘人员迅速离开车内和现代的交通管理系统都是事故后安全的组成。 2.4 汽车生态性安全汽车的公害问题，指汽车的制造、使用过程中发动机排气污染、噪音和电磁波对自然环境、人类生存、资源消耗带来的危害影响。人们期望使用零污染、无公害和保护环境的绿色汽车。绿色汽车主要标志为：第一是可以回收利用；其次是动力源多样性;第三是对环境污染小。电动汽车具有低耗、低污染高效率的优势；被称为清洁能源的天然气汽车、氢能源汽车、甲醇汽车、太阳能汽车都是典型的绿色汽车；设计合理的动力混合汽车，都使汽车工业持续发展。 3汽车驾驶技术培训 安全驾驶培训是驾驶员上路前必修之课，全球每年死伤于交通事故的人数有5000多万人，我国拥有的车辆数量只占世界车辆总数的2%，死亡率却占世界的15%。通过学习掌握“安全行车指南”的五大准则，提高驾驶员的综合素质能力达到保障行车安全的目的。 3.1 提高预测能力要时刻查看前方路上发生的事情，不要只关注车跟前，因为隐患往往在车前很长一段距离就出现了。 3.2 观测行驶道路的全景了解车辆周围发生的事情，仔细观察发展变化的交通形势，目光注视某物的时间不宜超过2秒，同时要养成每隔5-10秒就查看一下反光镜的习惯。 3.3 尽早打出信号，表明意图以便他们有时间作出正确决定，但不要突然行动，以免引起他人的惊慌。 3.4 安排一条退路选择超车时机，做好避让的准备，以便在意外发生时迅速作出反应。要安排一条能有足够时间、空间和视程来平稳起步或停车的退路，避免汽车追尾。 3.5 果断行动按照以上四条准则执行以后，驾驶员就应该有充分的时间和空间来处理紧急情况，最后需要的就是要下定决定、果断行动，做到快准稳。 4总结 车在路上行驶，车祸猛于虎，安全才是王道。抛开价格因素，一辆“安全车”应达到的最基本标准是：前后盘式制动系统、前排双气囊、三点式安全带、安全玻璃、高位刹车灯、ABS＋EBD(刹车防抱死和电子制动力分配系统)、车头、车尾可溃缩的安全车身设计、车门内有防撞杆NCAP碰撞测试成绩等结构，良好的驾驶技术才能让优秀的安全设施发挥其应有的作用，构筑以人为本车守护人的和谐社会。 汽车安全技术论文:浅谈汽车智能安全技术的应用 [关键词]智能安全技术；防撞技术：防盗技术 汽车已不仅仅只是代步工具了，而是演变成一件件高科技产品。当前汽车安全技术发展的目标就是提高行车安全性和各环境下的适应性。当前的信息技术革命正在推动汽车设计翻开新的一页，自动化、智能化、多功能将成为21世纪汽车发展的新趋势。智能化的汽车在21世纪将以更高的速度和效率把人类带入智能信息时代。 一、关于发达国家智能汽车研究的现状和趋势 进入20世纪90年代以来，随着汽车市场竞争激烈程度的日益加剧和智能运输系统(ITS)研究的必起，国际上对于智能汽车及其相关技术的研究成为热门，目前它已成为世界众多发达国家重点发展的智能交通体系中的重要组成部分，也是世界车辆工程领域研究的热点和汽车工业增长的新动力。 美国交通部已开始一项五年计划，投入3500万美元，与通用汽车公司合作开发一种前后防撞系统。同时，美国俄亥俄州立大学和加州大学以及其他一些研究机构正在进行全自动车辆的研制与改进工作。欧洲的一些国家正试验将智能速度适应(Intelligent Speed Adapta2tion，ISAl作为提高车辆安全性的手段，其构想是通过路边标志信息或卫星定位信息以及车载数字地图进行车辆导航，并自动控制车辆的速度。目前在日本，夜视和后视报警系统已应用在某些汽车上，三菱公司和尼桑公司已其近期可使用的防撞设备。前方防撞和车道偏离有望在1至2年内实现。世界各国著名大学也参与到智能汽车的开发中，如麻省理工学院、斯坦福大学、剑桥大学等。 二、关于智能安全技术的应用 1.防撞技术。专家、学者在分析城市交通事故的原因时，普遍认为事故原因主要由：人员素质、运输车辆、道路环境、管理法规等4个方面。而其中很重要的一点――运输车辆性能的提高，常常为人所忽视。而事实上，随着科技水平的不断提高，使得机动车辆的智能化已成现实。可以通过机动车辆的智能化来提高交通的安全性。一是新型带，自动制动功能的碰撞警示系统。该系统由沃尔沃公司最近推出，可以最大可能地降低碰撞时的车速，减少碰撞双方乘员伤害风险。该系统功能包括：纵向避撞――有助于防止车辆与车辆之间，车辆与其他物体或行人之间正面或尾部的碰撞：侧向避撞――有助于防止车辆偏离行驶车道引起的侧面碰撞；视觉强化防止碰撞――改善驾驶员观察道路及道路上或道路旁物体的能力。二是激光测距在汽车智能防撞系统中的应用。该汽车智能防撞系统主要包括：振动电路、激光调制器、激光发射器、激光接收器、计数器、处理器，以及显示、报警和智能制动装置等。当启动系统后。激光发射器不断发射激光束，探测前方是否有障碍物。当有障碍物时，激光束被反射回来被接收器接收并转换为电信号。经放大后通过计数器计数获得N值，再经处理器的运算得到是否安全的距离。三是智能式汽车安全气袋控制系统。气袋控制系统的任务是准确判断出事故的碰撞强度，并点爆气袋。现在大部分系统都采用带微处理器的智能控制系统。它使用单片机对电子式加速度传感器测得的信号进行计算，认为发生了碰撞并且达到一定强度时，输出点火脉冲引爆气体发生器。迅速产生大量气体充满气袋。智能控制系统的控制算法由软件实现，极大地提高了算法的灵活性，而且具有记录事故信息和与计算机通讯等前两代控制系统无法实现的功能。 2.防盗技术。一是射频识别技术。汽车电子式防盗采用射频识别技术(RFID)，通过射频信号自动识别目标对象并获取相关数据。RFID技术采用射频传输，可以透过外部材料读取芯片数据，实现非接触操作，应用便利，使用寿命长；大容量的存储空间，适合储存大量的数据信息；数据安全方面，通信数据使用加密算法对数据进行加密，实现数据安全存储、安全管理和安全通信。基于射频识别技术的汽车防盗器主要功能特点如下：普通汽车防盗器主要是采用键盘输入方式对司机身份进行识别的，这种方式给驾驶带来诸多不便，而且由于其密码组合有限。较容易被窃取和破译。而采用射频识别技术来识别身份，则可有效解决这一问题。车主只须携带应答器(32mm)靠近阅读器的感应线圈(进入7cm左右的感应范围)，即可在瞬间完成身份识别，并且其密码不宜破译，因而大大提高了防盗效果。利用该电路可以方便地实现防盗系统的安全提示和报警功能。二是汽车智能钥匙。智能钥匙的主要功能：靠近汽车时。钥匙和汽车便开始通过无线电交换已设定好的指令信息。随即汽车的关闭系统和安全系统以及发动机的控制系统全部被激活。打开车门时。只要驾驶员一碰到车门把手。传感器就会探测到这一压力，同时伺服发动机便会打开车门门锁。接着座椅、转向盘和外后观镜便会自动调整到合适与车主的位置。启动前，驾驶员踩下制动踏板，转向盘锁会被随即打开。同时启动按钮也会被释放。最后主制动器自动松开。下车时，驾驶员必须按下锁车钮，如果闪光灯亮起则表示车门已安全上锁。汽车上锁的同时，钥匙和汽车就会重新约定好一个新的指令信息。三是GPRS移动通讯网络汽车智能防盗系统。当用户驾车外出。车辆停放位置与用户比较近时。防盗监测系统通过GSM网络发短消息给用户的GPRS手机。不需要上Internet网络，这样用户可以更快采取补救措施。当用户车辆在公用车库中或距离很远，或中途被抢，此时就可将信息经GPRS和Intemet网络传送给监控中心计算机，监控中心计算机分析现场传输的图片、声音等资料，采取相应的措施，同时利用GPS传送信息结合该地区、城市地形图，确定被盗车辆现在哪个地区哪个城市哪个街道。将监测到的有效信息提供给公安机关，帮助快速破案。 三、关于汽车智能安全技术的展望 汽车出现有100多年的历史，而智能汽车才刚刚起步。尽管汽车智能安全技术的发展前景非常广阔。但仍存在着不少障碍。如某些高智能化安全系统造价昂贵。普通消费者无法接受。为了实现彼此设备的兼容，、要制定统一的工业标准。现在的智能汽车时速还不能超过30公里／小时，以及受到恶劣天气、路况的影响还比较大。随着技术上的不断完善，我们有理由相信。未来的汽车驾驶和乘坐，将不会再有任何的安全顾虑，驾车也将真正成为一种享受。 作为交通运输工程的参与者，要大力倡导和积极推广汽车智能安全技术在工作和生活中的应用。身体力行的同时。要注意不断总结和技术研发，切实推动汽车智能安全技术项目的完善。 汽车安全技术论文:汽车安全技术的智能化发展刍议 摘要：汽车技术首要作用是确保安全。在智能化技术飞速发展的今天，汽车的安全技术也有了长足的进步。汽车安全主要有主动安全与被动安全两部分，作者结合自身学习与实践，从主动安全技术与被动安全技术两方面论述汽车安全技术的智能化发展现状，着重讲述主动安全技术的智能化发展趋势，并举出相关例证。 关键词：汽车；安全技术；智能化；发展 一、概念简述 汽车的节能减排、降低环保、保证安全是当代汽车技术的重要衡量指标。其中最重要的指标是安全性。汽车安全主要有主动安全与被动安全两部分。主动安全指的是在事故发生前充分使用安全技术，消灭安全隐患；被动安全指的是发生事故的时候，通过汽车性能设计和被动安全设备尽量降低驾驶者、乘客和车外行人遭受伤害的机率。 在目前智能化技术的发展的促进下，汽车安全技术和以往比较产生了巨大的进步。不仅仅在智能化的方面有着明显的发展趋势，汽车安全技术的进步的重点正从被动安全转移到主动安全。 二、主动安全技术的智能化发展趋势 1、减轻碰撞系统 此系统利用完整的智能系统检测驾驶员会要采用的紧急刹车等行为，并在刹车实施的时刻，辅助驾驶员把制动力加刀尽量大，达到减少制动距离，降低碰撞几率。奔驰公司当前投入使用的新式减轻碰撞系统有着两个雷达传感器，第一个探测的角度相对小一些，为的是探测远处事物；第二个探测角度相对大一些，为的是探测近处的事物。丰田雷克萨斯利用了探测距离较远的雷达传感器来检查远处是否有障碍物如汽车、路障等；第二个探测距离相对近的物体例如行人。沃尔沃公司目前试验能够达到现有的制动辅助设施的条件下同一时刻对转向也可以采取干预的技术，进而达到有效降低事故概率的目的。 2、距离警示系统 此系统的最大特征是当自适应巡航控制系统(ACC)关闭的时候，也能够辅助驾驶员时刻与前车保持一定的距离，若是打开了距离警示系统打开，驾驶员能够实现设置好驾驶车辆和前方车辆的安全距离，当汽车行驶，系统发现驾自身车辆和前方车辆的距离间隔小于实现设置的时候，就在前风窗玻璃上进行提示，并且发出警示声音，若是驾驶员还没有进行规避或调节驾驶，该系统便会自发的制动。如沃尔沃汽车公司所生产的此类预防碰撞的距离警示系统(Distance Alert)。 3、驾驶员警示系统 该系统一项正在发展完善的汽车安全技术，能够监测车辆在道路上的行驶状态，一旦驾驶员的操作有一场，就会向驾驶员进行示警。这系统安装在车辆上后，不仅在白天，即使在黑夜，如果汽车行驶到驾驶员容易松懈的平直车道或易于判断错误的复杂道路时，警示系统就能利用摄像头持续监测车辆和道路两旁和周围车辆的距离，继而使用传感器传递至电控单元，电控单元再分析相关信息，用来检测汽车有没有安全隐患，若是存在，系统就能够发出警报，同时还能够在仪表板上显示是否应该休息的提示。 4、车道偏离警示系统 该系统能够帮助驾驶员及时辨别休整方向。工作原理是通过摄像头观察汽车与道路标线之间的距离。若是没有展示变道信号就越过了车道标线，系统会有声音信号提示驾驶员。在此工作原理上，可以强化其智能化，开发自动转向回避碰撞功能，这样能够比车道偏离警示系统更优越，能够使用摄像头与雷达传感器监测车辆和其它车辆之间的距离，从技术上确保了可以预防驾驶员粗心大意导致的摩擦碰撞等。比如汽车如果要驶入错误车道，而且系统监测到旁边有车可能与自身发生碰撞，汽车会自动调节线路，到达安全车道。 三、被动安全技术的智能化发展趋势 1、气囊式安全带 以最新的福特后座气囊式安全带为例，该安全带在2011年配置在新一代福特Explorer SUV汽车中。目前福特打算为全世界的汽车上使用气囊式安全带技术。气囊式安全带可以降低事故发生对乘坐者头部、颈部与胸部的损伤机率与程度，而事故中最易受到伤害的是儿童与老人。平时应用时，气囊式安全带和传统安全带功能类似，并能够适用于儿童身上。百分之九十以上的测试气囊式安全带的人都感觉气囊式安全带的舒适程度和传统安全带到得多。 发生事故时，汽车安全带中的传感器可以及时检测装机的力度，并迅速打开气囊式安全带的气囊。安全带里面有许多管状气囊，能够利用冷压缩气体膨胀展开，安置在座椅底部的气罐把气体利用特殊设置的扣环导进安全带中。气囊式安全带就会将碰撞的力量分散到更大面积，用以增加保护面积，并减少可能导致的伤害。 2、智能化安全气囊技术 智能化安全气囊是基于以往安全气囊基础之上设置了智能传感器，用来监测前面的座位里有没有人，乘坐者是儿童或是成人，有没有系好安全带，驾驶员与乘员在座位上的位置是否合理等等。智能型安全气囊包含以下几种传感器：重量传感器，能够利用座椅上重量检测到是不是有人乘坐，是儿童还是成人，甚至可以检测乘客的性别；红外线传感器，用以确定车上人员的位置；电子区域传感器，利用测量低能量电子区域的电流，检测乘客之间的相对距离。 3、吸能式车体结构 汽车碰撞时，车体结构的安全作用是吸收汽车动能的同时减缓乘员移动的程度，并保证乘员有足够的生存空间。专家们认为，在未来汽车的车体结构设计中，要预先设计一个具有高吸能特性的所谓“压偏区”（一般为非乘坐区）。当车体受到撞击时，该压偏区能以一种可以预见的形式发生断裂或破坏，在一定程度内被压偏，从而最大限度地吸收车辆的压力。 四、结论： 凭借着在智能化领域强大的技术实力和先进性能，当代汽车的安全技术越来越智能化，其效率越来越高，世界各大汽车公司，都在开展这方面的研发，目前车企业在汽车安全技术智能化方面已取得实用化成果。为解决智能交通系统研究开发过程中的汽车行驶安全问题，提供了理论及技术支撑，汽车安全技术的智能化发展，必将为人们的生命安全提供有力的保障。 作者简介 王莉（1979-08）女，籍贯吉林省四平市，单位：烟台汽车工程职业学院，学历：研究生。研究方向：汽车。邮编265500。 汽车安全技术论文:汽车安全技术要首先考虑行人 在汽车上开发各种先进的安全技术时，开发者、利用者最需要铭记的是，路上的行人绝对是个弱者 轿车正在走进普通中国人的家庭。据商务部预测2004年中国汽车产量将突破500万辆，其中240万辆是轿车。 当汽车堂堂皇皇地进入到人们生活中时，其负面影响也愈发地显著起来。每次到中国访问，我都能立即感受到城市中的大气污染。而汽车的迅速增加也带来了交通事故的频发。中国只有2400万辆汽车，但交通事故造成的死亡事故在这几年一直是每年10万人，相当于每天将近有300人死于交通事故。 当然汽车厂家、中国政府都非常重视这些问题。在环境方面，上海汽车工业公司与通用公司（GM）在共同开发油电两用车（同时使用汽油引擎及电动马达的汽车），东风集团也将在2005年以后生产同种汽车。第一汽车集团已准备和丰田共同生产油电两用车，中国政府在全方位地推进环境对应型汽车的开发。国际社会上有些厂家的燃料电池汽车已经接近实用化，在汽车大踏步地走入到人们生活中时，技术的开发、引进有可能让环境等问题得到改善。 世界众多的厂家都在为解决交通事故的产生，而在进行着技术开发。现在，日本正在开发和利用的相关技术有：窗帘气囊（在侧面遭受撞击时，能保护乘客头部的气囊）、防止横向滑动装置、带有控制车与车之间距离的低速行驶装置、导航系统、囊括了以上主要装置的ITS（Intelligent Transport Systems）系统等。日本正在进行安全技术、支援驾驶等技术的开发和利用，如果中国也进行这方面的开发、引进的话，这些能成为对付交通事故的一个有力的手段。 但是笔者更愿意在这里强调的是，技术的开发、利用由于意识、思想的不同，能带来结果也大不相同。乍一看同样是安全技术，但其开发、利用的意识的不同，能营造出完全不同的结果。打个比方说，刀子可以作为餐桌上使用的餐具，也可以作为战争中的武器。虽然它都是以金属加工技术为基础的，但使用目的的不同，做出来的刀具其形状及结构也大相径庭。手握一把刀子时，是用它去加工食品还使用它去打仗，最后结果是完全不一样的。 从汽车安全技术上看，一方面是公路建造方法、交通法规不完备，对司机的安全教育不彻底，而另一方面则在车上装上了气囊及防止横向滑动装置，这些与行人的徒步行走环境的改善毫无关联。司机的安全系数高了以后，反而使一些人敢胡乱开车，让行人处于更加危险的境地。导航系统在强调它们是如何的方便，但如果在技术开发上无原则地增加信息量，反而会让司机的注意力不能集中。 所以在汽车上使用这些技术时，开发者、利用者应该在意识和思想上真正把安全当一会事来思考，最需要铭记的是，路上的行人绝对是个弱者。 一个以每小时5公里速度行走的体重50公斤的人，和以每小时50公里行驶的1吨重的汽车相比较，由于运动能量与重量有关，和速度成二次方的比例，汽车的运动能量是人的2000倍（重量是人的20倍，速度为10倍时，20×102=2000）。我们应该注意的是，在行人的旁边（这里面有注意力不够成熟的孩子，有行走的自由度比较少的老人，还有残疾人），具有如此巨大的运动能量（破坏力）的汽车在飞驶着。要保卫处于绝对弱势的生命，必须彻底坚持“行人优先”的原则，这与2004年5月在中国实施的新《道路交通安全法》的精神――“以人为本”的精神也是一致的。 当然，司机也是人，人是会犯错误的。我们应该让公路结构，让交通法规在司机犯错误的时候也能减少行人的生命危险;应该在道路设计上实现人车完全分离，让司机在驾车失误时也不会造成行人的人员伤亡;应该充实交通法规，确实地遵守法规;应该进行彻底的安全行驶教育。 在“行人优先”思想的指导下，在实施以上对策之后，再引进汽车安全技术，这才是有意义，汽车也才能真正地为人类服务。如果不是这样，在没有安全意识、安全思想的时候推进汽车的普及，行人在路上行走将时刻面临着死亡的危险。笔者已经多次在日本看到过惨不忍睹的状况，衷心地希望中国的汽车普及能在“行人优先”的原则下推展下去。 （日本・名城大学经济系副教授） 汽车安全技术论文:汽车主动安全技术和被动安全技术发展探究 摘 要：随着人们经济水平的不断提高，汽车的应用已成为普遍的趋势，由此带来的汽车安全问题成为全世界关注的焦点。本文从汽车安全技术的概念入手，简述了汽车主动安全技术和被动安全技术的应用情况，明确了未来汽车安全技术的发展趋势。 关键词：汽车主动安全技术 被动安全技术 发展 从汽车投入使用那日起，汽车的安全问题就一直是汽车设计者非常重视的问题，针对汽车安全领域的额研究和改进也没有停止过。经过世界各个国家和组织的共同努力，汽车安全技术在很多方向中也取得了不错的成效。加大汽车的安全技术可以在很大程度上减少了事故发生的几率，减轻了由事故所带来的伤亡和各方面的损失，进一步保障了人们的人身安全。 一、汽车安全技术的概念 汽车的发展和应用的百余年里，汽车的安全问题一直受到汽车制造商和社会各界的广泛关注。汽车的安全成为人们重视的重点，随意打开某一品牌的汽车宣传册，汽车安全的介绍往往占据主要的篇幅。汽车安全技术可以划分为主动安全技术和被动安全技术两种。主动安全技术是运用原有的防范，防止交通事故的出现。被动安全技术则是指事故发生的过程中或者事故发生后，把伤害减到最低的技术。虽然被动的安全技术也可以减小事故发生的伤害，主动安全技术则更占据主要的位置，主动安全技术可以最大可能的避免事故带来的人员或者车辆的损害。主动安全技术起到防患于未然的作用，减少事故发生后出现的交通拥堵而引起的间接地经济损失的问题。 二、汽车主动安全技术及应用 （一）汽车防抱死制动系统（ABS） 汽车防抱死制动技术就是运用计算机对传感器所探测到的各个车轮的转速进行计算，得到当时车轮的滑移率，以此来确定车轮是不是存在抱死的情况，这时可以对执行机构下达调整制动压力的命令，确保车轮在理想的制动情况中运行。对于防抱死制动系统的准确认识是如果驾驶人员要进行紧急刹车的情况，可以保持车辆不会因为抱死而失去控制，可以维持住转向力进而躲避障碍物的碰撞。在通常的情况下，防抱死制动技术不可以缩短刹车的距离。 （二）驱动防滑系统（ASR） 汽车的驱动防滑系统是指在车辆进行加速运行车轮打滑的时候，运用把调整点的时间和间歇关闭的喷油阀降低至发动机进行转速，从而降低了发动机的扭矩，保障车轮不出现打滑的情况。汽车驱动防滑系统是防抱死系统的延伸，进一步为防抱死系统进行完善。汽车的防抱死系统可以确保制动过程中的汽车方向的稳定和操纵性，汽车驱动防滑系统则保障了行驶过程中汽车方向的稳定性和操纵性。所以，汽车驱动系统只能对驱动的车轮加以控制，而汽车防抱死系统可以对所有的车轮实施控制。 （三）电子稳定程序（ESP） 电子稳定程序对于防抱死系统和驱动防滑系统具有支援的作用。电子稳定程序运用各个传感器得到的车辆行驶情况的信息实施分析，对前面两种系统发出纠偏的命令，辅助车辆维持好平衡。电子稳定程序由车轮传感器、电脑、转向传感器等部分组合而成。如果汽车在行驶的过程中，转向的参数会不停的传到电脑，电脑可以结合其他传感器的值来对该车辆行驶过程的转向不足进行修正。 二、汽车被动安全技术及应用 汽车的被动安全技术是指当事故已经发生后，运用车内的保护系统保障车内所有人员的损失降低到最小的程度。 （一）安全带 安全带的应用有着很久的历史，如果出现剧烈碰撞的情况，安全带可以确保车内人员的身体状态不会出现乱动，为其他的安全设施发挥作用奠定基础。汽车上所运用的安全带一般有两点式、三点式、四点式和斜挂式，分别由安装固定件、调节件、织带等部件组合而成。目前的安全带技术运用电子限力预紧的模式，这种模式的使用不仅可以精确地锁定安全带，也可以在收紧安全带的同时保障乘车人员的身体和椅背靠紧。电子式的安全带和安全气囊隶属同一套的控制设施，如果出现剧烈撞击的情况，安全带就运用自带的收紧装置比气囊优先工作，更有效的确保乘客的人身安全。 （二）安全气囊防护系统 安全气囊防护系统的应用在很大程度上减小了碰撞发生时车内人员的受伤几率。安全气囊划分为气囊系统、传感器、气体发生器三个方面。由于技术的快速发展，安全气囊的保护范围也不断的加大，安全气囊的应用可以使紧急的撞车事故中减少车内人员遭受仪表盘、方向盘和挡风玻璃对于颈部、头部、和胸部剧烈的撞击。保护气囊的保护部位由安装位置所决定。安装正面的安全保护气囊需要在车头的左右两面30度的区域内的正面碰撞并达到一定的碰撞的速度和力度方可引爆，侧面的安装要求碰撞点在中心线60度左右的区域内。所以不要以为安装了安全保护气囊就万事大吉了，在没有系安全带的情况下，安全气囊对于保护人的左右更小，也有可能出现不好的作用。因此想要发挥气囊原有的作用，首要的条件是系好安全带。 （三）自动求救系统 自动求救的系统是被安装与GPS车上最新的被动安全系统。如果车辆发生严重的碰撞事故后，此系统可以快速的向救援中心发出呼救，并把事故发生的位置和车辆所处的状态进行报告，为救援人员尽早的获知伤员的信息做了快速的传达。自动求救系统不仅可以预测车内是否有需要救助的人员，也可以检测出车厢内部微量的二氧化碳和轻微的震动情况，为尽快、尽早的救助受伤人员争取了宝贵的时间，把伤亡的指数减小到最低的限度。 三、汽车安全技术的发展趋势 随着电子信息技术的快速发展，越来越多的智能技术在汽车上得以应用，安全技术也向智能化的方向推进。安全技术的智能化主要表现为可以对车辆的行驶情况时时监控、对车辆自身进行监控、可以对驾驶人员进行监控。比如：可以对在车辆运行过程中驾驶人员的瞌睡情况提出警示，智能化的系统也可以对于驾驶人员的身体状况进行监控，判断驾驶人员是否适合驾车。也可以运用智能化的装置对车辆自身进行监控，杜绝出现病车上路的情况，减少事故出现的几率。 可以把汽车、人和道路当做一个系统来进行研究，达到三者的协调发展，确保各自性能的最佳匹配状态，达到驾驶人员的行为特征和道路的设施、交通法规各方面的最佳协调模式，保障整体系统的最佳效益。 为了确保汽车的主动安全系统和被动安全系统可以合为一体的使用，达到更高的安全性能，在最大的程度中保障车辆、车内乘客和路边行人的安全。把雷达、稳定的控制电子传感器和影像传感器进行整合，全面的监控驾驶的环境，自动的帮助驾驶人员运用更好的防护方法。 结束语：汽车作为现代社会无可替代的交通工具，不仅给人们的出行带来了方便，随之而来的还有重大的安全问题。汽车主动安全和被动安全具有相互补充的功效，基于现今汽车的主动安全技术和被动安全技术的应用，对未来汽车的安全前景做出展望。 汽车安全技术论文:汽车主动安全技术新动向 如果要列举目前汽车技术最热门的领域，主动安全无疑应该榜上有名。近日有媒体测算，根据目前汽车保有量、增速和电子系统价格，未来3年国内汽车主动安全系统前端市场有望达2926亿元人民币的庞大市场规模；夜视系统后端市场也将达733亿元人民币。 碰撞预警、紧急制度辅助刹车、驾驶辅助、自动泊车、车道偏离警告、ABS、电子差速锁……如果留心一下，你会发现，在2013年上市的新车会上，这些主动安全技术名词开始被作为新车营销的亮点频频提起，德尔福高管甚至称“2013年是中国汽车主动安全元年”。包括德尔福在内的博世、电装、大陆、天合、威伯科等外资零部件企业，早已看准主动安全会在国内汽车市场得到大规模应用的前景，均展在这方面开展了大量的前沿研究。 这里，《汽车科技》把近来主动安全技术的新动向分为三类，分别为大家呈现。 外部检测系统 汽车主动安全策略中，外部检测系统一般主要是针对车辆外部危险物体的靠近进行的检测，用以对驾驶人员进行预警，沃尔沃公司在这方面近来有项新的技术，可以主动发现“突然冒出来的骑行者”。 今年1月份，沃尔沃宣布跟瑞典头盔及运动防护装备公司POC合作，并提出了全新的交通安全理念，他们的第一个合作项目就是从汽车到自行车的通信系统，即在四轮的机动车和两轮的自行车之间建立信息交互渠道。这个合作项目的基础是沃尔沃在2013年3月份的骑行者检测技术。沃尔沃与POC将在今年的下半年进行新技术的公开展示。 所谓骑行者检测技术，是对与车辆行进方向相同的骑自行车的人进行实时监测，能够在即将发生碰撞时自动全力刹车的主动安全技术。这项技术是对行人检测技术的一大更新，对于已经实装行人检测技术的车辆，可以直接升级这项新功能。 根据沃尔沃统计的数据显示，在欧洲，有50%的骑行者死于与汽车相撞。因此，对于骑行者的安全保护技术，也被提上日程。但是，与行人相比，骑行者的速度更快，而且同时有“人”与“物体”两种因素，要进行骑行者检测，对检测系统就有了更高的要求：必须能够进行更快的视觉数据处理功能，能够实现更快的识别和更精准的判断。 骑行者检测系统中三项设备各司其职：安装在进气格栅上的雷达，用于识别探索范围内是否有物体并计算两者之间的距离；安装在车内后视镜前方的摄像机，用于判断物体的类型，是行人、车辆、动物还是骑行者；最后还有一个中央控制单元，持续不间断地监控并评估前方的交通情况。 该系统不仅能够检测前方行人和骑车人，向司机发出提醒，还能够在司机反应不及的情况下主动采取制动。虽然无法完全避免碰撞的发生，但该系统至少能够将碰撞发生后的损伤降到最低。 国外汽车媒体AOL Autos将这项技术评为年度技术之一。最重要的是，沃尔沃已经准备将该系统搭载于2014年款的车型系列中。 去年，国内科研人员也开发出了成本更低的外部车辆预警摄像头。 在模拟的数字画面中，通过视频捕捉的前方车辆与测试车的间隔距离实时显示，10米、8米、6米……滴滴滴，当两车距离过近时，系统立即通过声音向驾驶者进行预警。这就是27岁的新加坡南洋理工大学工学博士刘国清展示的新型汽车主动安全系统。 “它的工作原理与沃尔沃、奔驰这些高端汽车配备的碰撞警示系统工作原理相同。后者是基于雷达，我们的系统只需要依赖于一个摄像头。”刘国清是南京一家信息科技公司的总工程师，“与辐射范围只在2到3米的短距离倒车雷达不同，应用于汽车前端的长距离雷达的成本很高，因此只能在高端品牌的汽车上配备，或提供选装，价格都在万元以上。”正是这一点的核心区别，使得刘国清和他的创业伙伴们找到了市场中的这块蓝海，“目前，我们是国内首家以视频捕捉分析技术为核心的主动安全系统研发团队。在世界范围内，也只有少数几个独立团队和国际汽车集团从事这一类型的产品开发。” “一部iPhone 4S的摄像头和芯片处理能力就能完全满足技术的硬件需要。”刘国清透露，以这套新型汽车主动安全系统为蓝本开发的App将以免费的方式在苹果商店提供下载，“只要开车时将手机进行类似行车记录仪的方式进行固定，打开软件就行。” 驾驶员辅助系统 驾驶辅助是较早开始应用的、针对驾驶员的主动安全技术，尤其是在大型客车上，辅助配置越来越多。目前针对驾驶员的主动安全技术有一个热点――防驾驶分心，通过各种跨学科手段，检测驾驶员的注意力集中状态，用以指导甚至控制车辆的运行。 很多人觉得自己可以一脑多用，但科学证明并不是如此。“大脑是一台集中注意的机器；它只能一次进行一项任务，”Geoff Mackellar说，他是神经工程公司Emotive的CEO。“因而当你觉得自己在进行多任务处理时，实际上只是在不同任务之间迅速地来回切换。”当你边开车边发邮件时，后果是非常危险的。 Emotive和西澳大利亚皇家汽车俱乐部最近刚完成了一项研究，他们造了一辆叫Attention Powered Car（注意力驱动车）的汽车，用以研究我们开车时分心的频率。这车就跟它的名字一样：只有当你注意力完全a集中时才能全速开动；如果你分心了，它会根据程度来调降车速。 他们使用EPOC（过量耗氧）建立了一个精神探测系统，用来测量驾驶者转换注意力的频率。它会跟踪整体的注意力水平，同时会测量驾驶者喝咖啡或是玩弄广播时的注意力。那个耳机拥有14个EGS传感器，用来测量整体的大脑活动，有8个专注于大脑额叶，这是集中注意力的地方。 最有意思的是Mackellar可以知道一位驾驶者将要分心，在你拿手机发短信之前它就知道你要分心了。“我觉得很惊讶，我们可以探测驾驶者将要做什么事的意愿水平。”他说。 2013年，日本的一名工程师还研制出了一种基于计量生物学原理的车用安全系统，可通过名为EEG的脑电波扫描仪监测司机的脑电波，从而判断出是否有劫车、疲劳驾驶、酒驾或引擎熄火等异常情况的发生。 这个EEG系统由一系列的电极组成，通过连接司机的头皮来检测其脑电波。和指纹、虹膜或者视网膜一样，每个人的脑电波都不同，可用于作为甄别个体的可靠依据。 EEG系统在投入使用前需要首先获取车主在正常驾车状态下的脑电波，当出现劫车、瞌睡、酒驾等突发事件时，车主的脑电波会出现异常，系统即可通过有异的脑电波获知驾车情况有变，进而发出警示或作出其他的必要反应。当有人试图盗车时，EEG可检测出脑电波并非车主所有，自发制动引擎，使汽车无法启动。 在未来，或有可能推出通过无线连接装置将车主的脑电波信息传送给汽车、电脑、智能手机或其他需要持续认证的装置。最为理想的情形是：所有的此类装置都能在车主在场时自动解锁、在车主离开时自动上锁，无需任何手动操作。但距离如此智能化的系统还有多远距离，尚未可知。 2012年4月，谷歌了风靡一时的谷歌眼镜（Google Project Glass），它是一款“拓展现实”眼镜，具有和智能手机一样的功能，可以通过声音控制拍照，视频通话和辨明方向以及上网冲浪、处理文字信息和电子邮件等。今年初，谷歌宣布正在研发一款名为Drive Safe的app，将和谷歌眼镜配套使用，用于在司机出现瞌睡迹象时发出警示提醒，并帮助其寻找距离最近的休憩场所。 司机通过语音命令“眼镜，让我保持清醒”即可启动该app。该app主要利用一个红外线传感器和一个倾斜传感器运作，其中，红外传感器检测司机的眨眼情况，倾斜传感器用于测量司机的头部方位，两者测量得出的数据可通过一个特殊的公式计算出司机是否在打瞌睡或有打瞌睡的趋势。如果计算结果显示司机已出现驾车疲劳，那么app就会出现语音警示提醒，并提供距离最近的休息地址。 不过以目前的状态来看，以上三种技术现在还很难应用到实际当中，很多人连安全带都懒得系，更不用说戴个傻气耳机、眼睛或其它装置了。此外，注意力驱动车在公路上随便减速也是很危险的，而谷歌Drive Safe需要和谷歌眼镜结合使用，司机有可能收到眼镜发出的其他无关消息对驾车过程带来干扰，加利福尼亚州就曾处罚过一位戴谷歌眼镜开车的女性。因此，它们是否会商业化还难以定论。 2013年11月，伟世通电子提出一种全新的车舱新概念，其中采用多用途摄像头用于监视路况的同时，保护司机的人身安全。 全新的多功能摄像头能够将特定的驾驶员控制系统增强，能够减少司机在操作这些系统时所花费的时间，减少司机分心的几率。多功能摄像头同时还能够辨认出驾驶者的样貌，并根据情况调节某些系统的运作方式，这一功能用于防止窃贼或强盗时非常有用。 多功能摄像头安装非常方便，可安装在驾驶舱内的各种位置，以实现最佳视野。通过将收集到的画面经过微处理器计算，系统能够辨别出司机当前视线聚焦的地方，例如汽车中控台还是路面。根据这些数据，系统能够即刻自动增强这些功能的可视性，让司机更容易看到信息。 系统拥有的识别能力还可用于自动调节座椅位置或侧视镜。此外，万一有窃贼进入车辆后，系统判断出窃贼并非司机本人后将禁止发动机起动，甚至将拍摄到的入侵者图像保存下来。 前方摄像头与普通摄像头功能一样，检测前方车辆、行人和道路标志。当前方出现障碍物时，微处理器将前方摄像头收集到的画面数据进行计算，而后方摄像头则解析司机当前视线的聚焦点，并判断出司机是否看到了前方的障碍物。这项信息会以声音警报或在仪表盘上弹出信息的方式转达给司机。 伟世通电子正在向各汽车制造商展示这项技术，希望将其运用于未来的汽车安全系统中。 智能交通系统 主动安全新技术还集中在智能交通领域，通过共享道路、车辆信息来预防事故发生。 以前车辆搭载的主动安全系统信号输入主要是由大量的随车传感器提供的，这些随车传感器主要监控驾驶状况以及潜在驾驶危险。而现在已经有大量的研究人员开始研究利用一些外部组合传感器增加甚至替代主动安全系统之前的信号输入种类。 相比之前单纯依靠摄像机、雷达等随车传感器数据的局限性，通过结合GPS卫星数据和车载导航数据作为主动安全系统的信号输入来源具有更广泛的数据输入类型。 越来越多的公司开始研究车辆与车辆、车辆与基站的通信技术，也就是V2X（Vehicle to X）技术。此种通信技术采用了传统车载通信系统不常采用的专用短程通信手段。尽管V2X技术面市还尚需时日，但是其主要的公路测试已经完成。等到美国车辆监管机构批准其上市时，其公路测试的数据将作为主要的数据基准。正因为此技术所带来的车辆安全性以及可承载车流量的大幅提升，目前已有大量的汽车生产厂商正计划在将来将此技术应用到车辆当中。 当路前方较远距离存在潜在驾驶危险时，V2X技术可以及时的通过基站与车辆进行通信，提早做出相应减速措施。相比较随车传感器实时性突出，远距离预警则有所不足。V2X技术的远距离预警功能不仅可以提高驾驶安全性，而且对于提高燃油经济性、保证交通顺畅同样具有重要作用。 目前，德尔福、电装、伟世通等都投入人力、物力研究。 伟世通高级开发副主任Brian Daugherty表示：“V2X系统造价与传统辅助驾驶系统相比要低一些，V2X技术不仅可以作为传统辅助驾驶系统功能上的补充，而且还可供低配车型选配。” 在谷歌宣布125亿美元收购摩托罗拉移动公司两个月后，后者了一款摄像头系统及其专利图，据悉，这项系统能够将检测到的路况信息与其他车辆的司机共享，这也是该公司为数不多的直接与汽车相关的技术专利。这项代号为US 13/556，081的专利或将帮助司机降低道路风险。 “该摄像头系统将收集到的路况信息拍摄记录，并将多媒体信息传输给即将抵达此地的车辆，起到预警的作用。”以上是专利的部分技术说明内容。 系统中包括视频编码器、摄像头、无线电频率调制电路。其中，后者起到调节雷达信号、视频信号8的作用，系统利用跨车辆警报系统（inter-vehicle alert system）控制摄像头捕获视频数据，将视频数据通过后方天线装置传输至其他车。 作为汽车安全措施的重要一环，a新车主动安全系统评价也越来越重要。2013年10月底，中国C-NCAP 管理中心评价部部长、国家轿车质量监督检验中心副总工程师刘玉光透露，新版C-NCAP评价规程预计在2014年形成初稿，2015年定稿并公布实施。“从中远期来看，C-NCAP研究的方向将会更加侧重主动安全、碰撞形态、测量效果、安全考核四大领域。”随着更多企业的加入，主动安全市场由当初的蓝海已经变成了拼杀激烈的红海，但国内企业还是处于被动跟随的状况，等到技术大规模普及红利显现时，我们是否只能望洋兴叹了？ 汽车安全技术论文:汽车主动安全技术势在必行 现如今，中国汽车市场发展快速，国内消费者对驾车生活的追求也逐渐从满足基本的代步功能转向追求舒适和安全等更为高层次的需求。对于保千里汽车主动安全系统，汽车电子行业知名品牌广州飞歌汽车音响有限公司的副总经理陈健勇表示，如果能够有效针对潜在危险向驾驶者提供更加全面、及时的信息，可以有效提升国内汽车安全水平，这不仅对车主是一大福音，也给行业今后在汽车主动安全领域的发展指明了方向。同时，他指出：“汽车的交通安全是我们汽车电子企业的一份事业，同时也是一份社会责任。道路的交通安全离不开企业的创新发展，企业在市场推广的同时也提高了交通参与者，尤其是车主的安全意识。我相信，随着消费者观念的转变，汽车主动安全系统这类产品的市场前景是非常好的。” 据陈总介绍，主动安全相比被动安全，更能保证驾乘者的安全，防患于未然。从过去的数据来看，被动安全的参数基本接近饱和，它的作用已经接近于极限。现在大家更关注的是怎样预防事故的发生，因此主动安全产品的应用将是未来汽车安全产品的发展趋势。“在汽车业群雄逐鹿的今天，无论从消费者的角度出发，还是从汽车电子行业发展方向来看。中国汽车工业必须顺应汽车主动安全技术发展的方向，在我国有计划、有步骤地发展现代汽车主动安全技术是势在必行的。”他说。 深圳市汽车电子行业协会副秘书长陈会军也表示，汽车主动安全产品是一个大趋势，将来会慢慢形成一种标配。他说：“对于驾驶者来说，他们需要的是越来越安全，而汽车的进化就是往安全、便捷、智能化方向发展，所以汽车的主动安全在今后相当长一段时间内可能会占领主要的位置，特别是汽车电子这一部分，汽车安全部件现在增长是非常快的。现在很多高档车都已经安装了主动安全系统，一些中档车也开始在装，根据每个车厂设计的车型的不同，功能会有一些小的差异，但是大的方向是相同的，各个车厂都有自己主动安全的基准侧重点。” 不过，就目前来看，尽管主动安全方面的产品开发已经取得一定的成就，但当前汽车主动安全防护方面的应用状态还很少，普及率较低。对此，陈秘书长表示：“从前装的车厂来看，很多高档车都已经装了，但是后装有些难度，也有技术方面的问题。目前后装的可能只是在原来的基础上加装一些预警和提醒的功能，对车本身的驾驶没有干预，但是前装的车厂很多时候可以对整车的驾驶进行干预，比如自动减速或刹车，这是有很大区别的。从普及率来说，比较快的还是前装车厂的这种模式，但高档车毕竟买的人不多。不过到了中档车也有这种功能的时候，也会有更多的人对主动安全这个概念有更清楚的认识。比如20万以上的车都标配有这种功能的话，那对于普及来说是非常有利的。” 而飞歌的陈总分析道：“任何一个新产品的研发过程都是不易的，因为主动安全是一个新领域，对企业不仅仅有技术上的创新要求，对企业的研发思路上也有极大的创新要求。目前国内主动安全技术的研发相对滞后，但广阔的前景不言而喻。当然，主动安全的意识要不断推广普及，让更多企业和车主加入主动安全的行列。” 那么，汽车电子企业能为汽车主动安全的发展提供哪些支撑呢？陈总说：“我觉得汽车电子行业在汽车主动安全领域还是大有可为的，就拿飞歌自身产品来说，其中就有一项很重要的功能胎压监控。驾驶者可以通过车内提示系统来判断轮胎胎压情况是否正常，避免因轮胎亏气出现的行车跑偏，预防因胎压不正常出现的爆胎情况，在高速行驶时对于乘坐者的安全也是一种保障。汽车电子的种类繁多，但无论是什么类型的产品，都应该从自身角度出发，将细节做到极致。特斯拉开启了汽车的智能时代，让有技术优势的企业有了新的生机。汽车的智能整合也即将开启，例如主动防撞、道路偏移纠正系统和专业的夜视记录仪就能通过智能系统充分结合。汽车电子企业可以在车辆的通讯、发动机控制、OBD报警、远程故障诊断、轮胎、夜视、主动防撞、车道偏移纠正、救援、云数据等方面提供最新技术和产品支持。将来安全性汽车电子产业将是一个百花齐放的阳光产业。” 在陈总看来，企业的竞争形态可以看出一个行业的发展状况。目前已经出现了很多创新的、有特色的汽车电子产品，除了保千里汽车主动安全系统外，还有自适应巡航系统、车道偏离警告系统、主动刹车系统以及防撞系统等产品。但车载导航是汽车与人沟通的中心点，扮演着司令部的角色。将来所有的汽车智能化产品都是借助车载导航来实现操控与通信。所以，将来的汽车主动安全系统与车机是一个相互配合、相互推动的过程。 对于汽车主动安全未来的发展，陈秘书长也提出了一些建议：“对于汽车制造厂而言，我觉得在汽车设计定型和销售时可以在汽车主动安全方面多做一些科普和宣传，这样可以进一步提高车的销售和买车人的安全意识。而对于后装市场，要尽量将产品的稳定性和可靠性做得更好一些。但我不是特别赞同后装主动安全的企业去干预车辆的驾驶。我觉得后装市场做主动安全的企业把预警做好，能做到提醒驾驶者这就够了，不要轻易涉入车身去干预驾驭。不管是后装的差异、品质，还是品质的管控，安装的难度，市场销售的策略，我觉得都应该是这样子。” 结语 很明显，消费者对于汽车主动安全的需求是存在的，这种需求已经逐渐被激发出来并促使汽车业进入了主动安全时代，这对于汽车电子企业而言无疑是一个机遇。或许过不了多久，将会有越来越多的企业挤进汽车主动安全这片蓝海，那就让竞争来推动这个领域的创新和提升吧！ 汽车安全技术论文:汽车安全技术运用及发展趋势研究 摘要：汽车安全技术的运用提高了汽车的安全性，降低了事故的发生率，对保证人民的生命财产安全又重要作用。本文首先探讨了汽车安全技术的运用，然后阐述了其发展趋势。 关键词：汽车安全技术；主动安全技术；被动安全技术；发展 一、汽车安全技术的运用 1.汽车主动安全技术 汽车主动安全性是指汽车设计时能主动预防或减少道路交通事故发生的性能，在交通事故发生之前采取安全措施，特别当即将发生危险状态时，驾驶者操纵方向盘避让或者紧急制动以避免交通事故发生。使汽车在正常行驶中，为确保驾驶者的基本操纵稳定性，对周围环境的视认性和确保汽车本身的基本行驶性能，汽车结构设计开发了主动安全系统。 （1）距离警示系统 该系统主要特点是在自适应巡航控制系统(ACC)关闭时，也可帮助驾驶员保持与前车的安全距离，当距离警示系统被激活后，驾驶员可预先设定驾驶车辆与前车的时间间隔，汽车行驶时，系统探测到驾驶的车辆与前车的时间间隔低于设定值时，会在前风窗玻璃上发出警示，同时发出警告铃声，如驾驶员仍未采取任何安全措施，这个系统会主动制动。沃尔沃汽车公司最近开发出了这种防止撞车的距离警示系统 (2)行人安全系统 除了提高交通参与者的安全意识以外，主动避让的行人安全技术的开发显得尤为重要。该系统由集成在前格栅中的雷达装置，装在车内后视镜前面的摄像头和一个中央控制单元组成。雷达的任务是探测车前的物体并确定与车的距离。摄像头则确定物体的类型。行人安全系统不仅能够对前方静止或行驶的汽车做出反应，还可以探测到任何身高80cm以上的行人(包括儿童)。如果有人走入汽车的行进路线，系统即会发出警告;如果驾驶者未能及时做出反应，系统会自动全力制动。在车速小于35km/h时，可使汽车避免与行人相撞。在较高的车速下，则尽可能在发生碰撞前减小车速。并在发生碰撞前施加全力制动，完全规避或最大程度减少事故发生的伤亡程度。 (3)误踩踏板加速抑制系统 日常生活中，经常会有些新手驾驶者因为把油门当制动酿成的惨剧，针对这一现象，日产研发的误踩踏板加速抑制系统能够有效地降低惨祸发生的概率。在限定的区域内，只要该系统启动着，无论驾驶者用多大的力度踩加速踏板，车辆都不会猛的向前蹿出去。这个系统将成为很多新手驾驶者的福音。该系统通过全景式监控影像系统的4组摄像机获取图像信号数据，可以识别车辆是在道路行驶还是在停车场内(或者前方有障碍物)。 (4)远红外夜视系统 夜间是事故高发时段，照明系统是否可靠直接关系到汽车驾驶员的生命安全。最新的夜视辅助系统可让驾驶员在夜间提前看清近光灯照不到的交通标牌、弯道、行人、汽车、障碍物或道路上其它可能造成危险的物件。装备夜视辅助系统的汽车装有两个红外线前照灯，可以找到前方大约200m的距离，在风窗玻璃内侧，有一个小型红外线摄像机可以记录前方的驾驶环境，减弱干扰的耀眼光，提高其它物件的显示亮度，并将其显示在驾驶员仪表板的显示屏上。 (5)驾驶者警示控制系统 由于高速公路网的不断完善，增加了长时间驾驶的机会，驾驶人员极易疲劳和注意力不集中，由此而引起的交通事故约占整个车辆事故的50%。该系统能够记录汽车在道路上的行驶情况并向注意力分散的驾驶员发出警示，避免或减少因疲劳驾驶导致事故的发生。在车辆进入容易使驾驶者进入放松状态的笔直、平坦的道路以及容易使驾驶者注意力不集中的环境时，当车速超过60km/h，该系统激活;当车速超过65km/h，系统便开始进行干预。 2汽车被动安全技术 汽车被动安全性（也称为碰撞安全性或二次安全性）是指在无法避免碰撞事故的情况下，依靠车辆本身保护撞击，将撞击伤害降到最低的装置。另外，作为防止事故后出现二次伤害的安全性，因汽车碰撞分为一次碰撞和二次碰撞，驾乘人员受到伤害的主要原因是二次碰撞中与车身的各部位发生接触或甩出汽车外而造成伤害，汽车被动安全性又分为车外部安全性和车内部安全性。车辆的钢板，车身结构，预紧式安全带，智能安全气囊，头枕，可溃缩吸能的方向盘及制动踏板和自适应约束技术系统（ARTS），灭火系统等都是被动安全的重要组成的部分。 （1）膨胀式后座安全带 福特开发的膨胀式后座安全带在事故发生时，通过把撞击压力分散到更大面积来扩大保护范围，为头部和颈部提供额外支持，有助于减少撞击对胸部的压力和控制后座乘客头部和颈部的移位。该系统将筒状气囊折叠成褶皱状收放在安全带内侧。在发生正面碰撞或侧面碰撞时，汽车安全带传感器在瞬间测定碰撞的严重性并展开气囊式安全带的气囊，从发生碰撞到气囊膨胀打开只需40ms的时间。 （2）外部安全气囊 福特开发的外部安全气囊系统采用了两种可在碰撞中对行人进行保护的气囊。这两种气囊一个是发动机罩气囊;一个是前围安全气囊。两者的配合使用可减少最常见的行人伤亡事故。碰撞发生时，碰撞预警传感器激活发动机罩气囊，其在保险杠上方紧靠保险杠处开始展开，50}75ms内完成，充气后的安全气囊约有1371mm宽、558mm高、127mm厚，由保险杠顶面向上伸展到发动机罩表面以上。 （3）智能型安全气囊技术 所谓智能型安全气囊是在原有安全气囊基础上增加传感器，以探测前排座椅上是否有人，乘员是儿童还是成年人，是否系好安全带及驾驶员和乘员在座位上所处位置。智能型安全气囊有5类传感器:重量传感器可根据座椅上重量测量出是否有人，是大人还是小孩，是男性还是女性;红外线传感器根据热量探测人的存在;电子区域传感器通过测量低能量电子区域的电流，测定乘员是否存在和其所处乘位的位置;光学传感器判定人体存在与否和其位置;超声波传感器分析反射波探明乘员是否存在及其位置。 二、汽车安全技术的发展趋势 为了避免或减轻行人与车辆相撞时发生伤害的严重度，提高车辆的各项主动与被动安全性，世界各大汽车公司投入巨大的人力、物力和财力来研究和开发汽车安全保护技术和产品，并逐渐应用到现代汽车上。未来汽车的安全技术将向着智能化主动化和集成化的方向发展。 智能化。在科学技术不断发展的今天，高科技在汽车制造业中的运用越来越多，使汽车安全系统向着智能化方向前进。通过这些智能化设备的运用，提高了汽车操作的简便性和安全性，保证了人们行车的舒适与安全。 主动化。数据表明，汽车被动安全技术的发展已经到了瓶颈阶段，很难再有新的突破，其作用已经接近极限。现如今，只能通过运用主动安全技术来提高人们行车的安全性。 集成化。将主动安全技术与被动安全技术进行融合，使之形成一个有效的网络，协同发挥作用。中央控制系统能够在危险逼近时主动辅助驾驶者驾驶汽车，而如果事故无法避免的话，系统将会在有限的时间内，把事故的后果减轻到最轻的程度。 三、结束语 车在路上行驶，车祸猛于虎，安全才是王道。抛开价格因素，一辆“安全车”应达到的最基本标准是：前后盘式制动系统、前排双气囊、三点式安全带、安全玻璃、高位刹车灯、ABS＋EBD(刹车防抱死和电子制动力分配系统)、车头、车尾可溃缩的安全车身设计、车门内有防撞杆NCAP碰撞测试成绩等结构，良好的驾驶技术才能让优秀的安全设施发挥其应有的作用，构筑以人为本车守护人的和谐社会。 汽车安全技术论文:汽车安全技术的研究现状及展望 摘 要：安全技术是汽车技术中最重要的问题。保证汽车技术的安全性可以减少交通事故的发生，减少交通事故带来的伤亡和财产损失。研究和展望现阶段的汽车主动安全技术和被动安全技术，并对汽车安全技术的前景进行展望。 关键词：主动安全技术 被动安全技术 防抱死系统 电子稳定系统 1 引言 作为现代社会不可缺少的交通工具，汽车在给人们带来便捷的同时也带来了大量的交通事故。由汽车引起的伤亡数量一直在增长，相关经济损失也非常巨大。因此汽车安全技术也越来越被全球各个国家所重视。在这种情况下，经过各个国家和组织的不懈努力，汽车安全技术在很多方向上取得了一定成果。本文中，笔者将对汽车安全技术的现状和汽车安全技术的未来进行研究和讨论。 2 汽车主动安全技术 汽车主动安全技术主要包括：防抱死系统，电子稳定系统，电子制动力分配系统，转向控制系统，防滑转系统等技术。 2.1 防抱死系统 防抱死系统的基本功能是在实时状态下感知汽车车轮的运动状态，并对其作出调整，防止车轮抱死事故的发生。根据统计数据显示，轿车，重型卡车和客车在安装了汽车车轮防抱死系统后，交通事故发生率分别减少了8%，15%和5%。通常情况下，防抱死系统可以明显的提升汽车运动状态下车轮的安全性并很大程度上的减少相关事故的发生。 2.2 电子稳定系统 通常情况下，电子稳定系统包括以下几种功能模块：驾驶员疲劳检测，距离控制，周围环境检测，刹车助力器，限速器，综合稳定性控制，汽车轨道设置器和汽车轨道偏离警示系统。这几种功能模块的综合使用，可以很好的提升汽车运行的稳定性，从而减少汽车交通事故的发生。 电子稳定系统的工作原理是：通过感应监控设备来监控汽车运行状态下的所有数据，数据会被传输到微型计算机控制系统，系统用提前存储好的标准状态数据和接受的数据进行比较，以此来判断汽车当前是否处于不稳定的运行状态。一旦发现汽车处于不稳定的运行状态，系统会迅速的分析当前汽车的不稳定程度和可能出现的后果，如果不稳定程度比较严重，系统会取代驾驶者自动控制汽车。从而减少潜在的事故发生，保证汽车安全。 2.3 电子制动力分配系统 电子制动力分配系统经常被看做是防抱死系统的辅助系统。它可以调节汽车前轴和后轴刹车制动力的分配比例，从而保证汽车的刹车性能。同时，电子制动力分配系统可以和防抱死系统结合使用来提升刹车的稳定性。其工作原理是，利用计算机感应汽车每个车轮的周围环境和摩擦力，控制每个车轮对应的刹车装置，根据得到的数据提供相应的制动力分配方案，从而保证汽车驾驶的安全性。 2.4 汽车牵引方向控制系统 汽车牵引控制方向系统是用来控制汽车的转向过程的。它是由刹车液压传感器，减速传感器，车身摇摆角速度传感器，转向轮角度传感器和车轮速度传感器组成的。汽车牵引力控制系统可以修正使汽车偏离安全路径的牵引力，防止汽车偏离正常行驶路径。主要工作原理是：利用传感器实时的感应汽车的行驶状态的信息。如果发现汽车当前行驶方向的数据和标准安全数据不同，系统会自动的调节刹车控制器和加速器，同时在不同的车轮上独立的进行制动，从而保证汽车驾驶的安全性。 2.5 汽车防滑转系统 汽车防滑转系统是一种新出现的系统，是建立在防抱死系统的基础上的。系统通过监测和控制主动轮来防止由于汽车大幅度转向或路滑引起的汽车失控。主要的工作原理是：电子传感器监测主动轮和从动轮的转速，如果发现主动轮的转速比从动轮的转速高，系统就自动发出控制命令，例如降低档位或者刹车从而防止车轮滑转。 3 汽车被动安全技术 汽车被动安全技术主要包括安全带、安全座椅、气囊系统和COF能量吸收刹车踏板。 3.1 安全带系统 安全带系统的作用是在交通事故中，减轻或防止乘坐者由于和物体碰撞引起的伤害。它主要的工作原理是：预紧装置在汽车紧急刹车或碰撞时迅速的收紧，同时安全带将乘坐者固定住，以防止乘坐者和物体碰撞并造成伤害。当撞车影响减弱时，安全带会自动松开。大量的测试证明，安全带最大可以承受1.4吨的力量，可以在90%的事故中起到减轻或防止伤害的作用。安全带系统主要由两部分组成。 （1）安全带预紧装置。预紧装置的作用原理是专门的感应器收集撞车信息，如果发生碰撞就释放出脉冲，脉冲控制气体发生器引爆气体。爆炸产生的气体迅速在管内膨胀，迫使球链向前运动并带动棘爪盘转转动。棘爪盘和轴连为一体，棘爪盘带动轴转动，安全带就绕在轴上，因此瞬间实现了安全带的收紧功能。 （2）安全带拉力控制器。安全带控制器的作用原理是在预收紧装置的轴上有一根金属转动棒。当汽车碰撞结束后，转动棒即开始转动，从而松开安全带。 3.2 安全座椅 安全座椅主要是指以保护儿童乘车安全而设计，制作的专用汽车座椅。汽车的车座和安全带一般都是按照成人体型来设计的，在保护儿童乘车安全性的功能方面有所欠缺。安全座椅根据儿童的身体特点而设计，可以在事故发生时对儿童起到很好的保护作用。 3.3 安全气囊 汽车安全气囊，通常设置在车内正面，侧面和车顶三个位置。旨在减轻乘员的伤害程度，当汽车发生碰撞时，安全气囊在小于0.1秒的时间内弹出并快速充气，保护乘坐者的头部和胸部。此技术的一个不足之处在于，当汽车碰撞不是非常剧烈时，安全气囊的弹出可能会对乘坐者带来不必要的损伤。 3.4 COF能量吸收刹车踏板 统计表明，世界上90%的驾驶者都在严重的汽车碰撞中腿部骨折，甚至造成了残疾。这是由于在重大事故发生时，驾驶者通常都会用力的用右脚踩踏刹车，这样由事故引起的巨大能量会通过和踩踏方向相反的方向传递给驾驶者右腿。因此驾驶者的右腿往往会在事故中受到相对严重的伤害。 为了减少这种情况的发生。德国大众公司发明了一种能量吸收刹车踏板，最早被使用在POLO轿车上。当汽车遇到和行驶方向相反方向的碰撞时，刹车踏板会在制动后自动分解，从而使驾驶者右腿受到保护。 4 汽车安全系统的未来发展方向 4.1 激光测距成像技术 激光测距成像技术一定程度上解决了机械成像的难题，但也具有一些自身的缺点，例如噪音大，测量精度和分辨率低，成本太高。因此在实际应用上还具有一定难度，此技术未来的发展方向将是提高其测量精度和降低制造成本。 4.2 集成传感器技术 和激光测距成像技术一样，集成传感器技术也正处在研究阶段，并存在着一些缺点。传感器在汽车技术中起着非常重要的作用，现阶段的主要研究方向是怎样将多个传感器组成合理的传感器阵列从而使这些传感器综合的发挥更好的作用。 4.3 综合控制技术 此类技术的的应用效果比单一使用技术要更好，分别在主动和被动安全技术方面取得一定进展。 例如美洲豹汽车的“自适应约束系统”（ARTS），对前面提到的安全气囊的缺点进行了改进，它能够自动检测乘坐者的体型，头部所处的高度，并根据汽车碰撞的剧烈程度来控制气囊是否弹出和气囊充气程度，从而使安全气囊更好的起到保护乘坐者的作用。 福特公司的“综合安全系统”（ISS），该系统综合的涵盖了多种先进的电子系统，由超过50种的系统综合组成。 5 结语 人类对于科学技术的探索永远不会停止。关于汽车技术，我们已经取得了很多成果。安全技术作为汽车技术中非常重要的组成部分一定会随着人类的努力和汽车技术整体的进步，朝着更高，更远的方向而发展。 汽车安全技术论文:中国汽车安全技术的现状与展望 摘 要：交通意外伤亡率高是当前中国的严峻形式，所以企业、学校、科研机构已加紧研究和开发汽车安全技术投资，加速安全技术和产品开发能力提升的过程。独立的C- NCAP五星级品牌汽车，以获得较高的分数，中国的飞跃带动了安全技术的发展。行人的保护、后排乘客的保护、保护骑自行车等被列入安全研究之内；主动安全系统、预碰撞系统、智能汽车网络系统的研究和发展，已进一步成为了人们关注的焦点，更高层次的乘客、车辆和环境相关的主动和被动安全技术的融合协调，将推动零伤亡的汽车碰撞安全概念的实施。国家研究开发和商业化的主要问题，是完善法规与标准的建立，将成为汽车安全技术的飞速发展。 关键词：中国汽车安全；技术；现状；安全 近年来，中国汽车产业的快速发展。中国已经超越美国作为世界最大的汽车生产商，在2010年中国汽车销量分别为1.826万美元和1.807万美元，汽车产量和销量都超过1800万，赢得了世界的第一。中国汽车保有量以突破70亿，达到一个新的高峰，不断增长的汽车事故造成的大量人员伤亡，是当前中国面临的一个首要问题。为了减少交通伤亡率，提高车辆乘员保护，汽车安全技术已经成为中国汽车产业的最重要的研究方向之一。引进先进的汽车安全技术和研发，努力提高中国汽车产业的自主性是必须经历的过程。 一、中国汽车安全的现状 随着中国社会人们的安全意识的淡薄，中国交通意外在年年增加，日益增长的交通伤亡率，进一步反映了整个中国的汽车安全性能低（见图），虽然在汽车销售存在一个巨大量的突破，中国的汽车安全技术发展还比较落后。 因此，根据中国的国情，为中国新车评估C - NCAP评价体系建立，揭开了中国汽车安全技术快速发展的序幕。国内消费者从以前的重外观不重质量的角度来看，逐渐转化为车辆的安全性能是购买的首要标准，C - NCAP汽车安全星级，以帮助消费者更直观地识别车辆安全性能的表现，正是因为有这样的第三方评级机构，有效地促进了国内汽车公司在汽车安全技术的研究和开发，以及安全配置，加大投资力度，不仅是为了实现国家的法律法规和标准，但深入挖掘并满足消费者的安全需求。中国汽车安全性能的要求逐步提高汽车零部件的质量要求也越来越高，安全零部件供应商积极引进国际先进技术，加大投资力度，研究和开发新产品，以提升国内整体汽车安全部件性能。消费者，原始设备制造商、供应商有效地刺激国内汽车安全技术和产业进步之间的互动。 二、汽车安全的类型 1、主动安全技术 主动安全技术指的易用性和舒适的驾驶条件，以帮助司机避免事故的技术。主动安全技术，包括底盘的主动安全技术，安全预警技术和集成安全技术，整个主动安全技术的发展，如图2所示。底盘主动安全技术主要以底盘控制技术为核心，最终通过机箱组件用于与安全相关的控制。以及开始的防抱死制动系统及其应用（防锁定制动系统.ABS）。 2、主动安全控制 主动底盘控制技术是底盘的主动安全控制与执行以电子制动控制，是使用最广泛的技术。电子稳定控制系统（ESC）在主动安全性的底盘控制技术起到很重要的地位。如图（3）:在电子稳定性控制系统通过传感器和汽车驱动程序的实际操作状态的操作意图检测到的数据的比较，和差补偿施加到车辆制动横摆力矩控制的转向特性的变化和改进横向稳定性，从而减少交通事故的数量。 3、安全带 安全带是第一个在中国市场上已经普及的被动安全装置，三点式安全带已成为标准的安全装置。在已经升级的基础上，出现了三点式座椅安全带预张紧器，安全带预紧器和限力器，安全带具有更多功能的安全带，安全气囊，座椅安全带预紧限力等；在中国市场上有三点式安全带的一般逐渐开始取代普通的三点式安全带成为各种车型的标准配置。国内汽车制造商积极引入更智能的电机皮带，电机皮带（参见图8）通过预碰撞警告系统检测到碰撞的风险，可以增加安全带来的电动安全带卷收器，符合消除安全带松弛预碰撞的主动安全系统可以更好的乘员约束，以减少可能造成的损害。 车外人员保护措施 虽然中国汽车保有量在200万左右，但作为一个发展中国家，基础设施相对薄弱，人口众多，混合通过主要道路交通状况时有发生，导致越来越多的车毁人亡，事故中行人的伤亡率、行人事故死亡率高约占总死亡率的26％，高于其他类型的交通人员死亡7％。中国在近几年才开始开展行人保护研究，2009年10月30国家了GB/T24550-2009 “汽车对行人的碰撞保护”的法规和标准，体现了中国政府和汽车制造商的行人注意安全。目前，中国汽车技术研究中心有一个完整的模块，能够超过七冲击实验，包括头模块（成人和儿童）的发动机罩冲击试验，腿模块保险杠冲击试验，大腿模块引擎盖边缘震荡行人保护测试实验室，其他汽车制造商都在积极行人保护实验室的建设。自行车作为中国的主要手段，在复杂的道路环境运输也面临着由机动车辆发生碰撞的风险，根据中国的交通情况，有关大学对驾驶自行车与汽车的骑手接触位置与车辆碰撞速度进行试验，碰撞运动的车手，机械师和人身伤害事故等方面的重建，事故模拟，建立中国人体特征作为参数的碰撞模型模拟研究，并寻求降低骑手受伤的解决方案。 三、国家汽车安全法规和标准 目前的汽车安全法规的释放与建立对中国汽车安全有积极的影响，侧面碰撞、安全气囊技术、安全带技术、安全带提醒装置、儿童座椅、行人保护法规等；相对于欧洲，美国和日本而言，全面的滞后是我国最基本的国情；欧盟的ECE / EEC法规相对较早，作为中国汽车安全研究时间较短，并开展小范围，技术能力和缺乏这方面的经验是领先的中国缺乏的主要原因。经过多年的努力，支持了自己的品牌，以及高校，国家正在建立具有中国特色的汽车交通安全法规，打破国际技术壁垒，一直占据着很重一页。要加快中国汽车安全技术发展的步伐，中国汽车技术研究中心汽车安全法规标准不断提高，安全带提醒，儿童乘员约束系统，行人保护方面的国家标准。表（1）显示了中国各大汽车安全的阶段有关技术标准： 中国汽车安全技术展望 随着社会的进步和科技的发展，汽车技术也获得了快速增长，越来越多地车企参与汽车安全技术在各方面的研究，中国的汽车安全发展方向也将走向一个全面综合和创新的时代；主动安全技术将成为汽车安全技术发展的主流，主动提醒没有被证明是有效避免交通事故，开始主动出击，积极干预控制深度的方向，随着技术的不断发展，通过先进的电子技术相结合的智能集成安全系统，自适应主动安全性研究巡航控制系统，车道保持系统，积极的事故预防系统，CAR2X主动安全系统、控制技术、汽车安全技术将成为未来的主流；智能交通系统是先进的信息技术、人工智能技术、信息和通信技术自动控制进行汽车主动安全装置，控制干预智能交通的安全性，最终形成全社会的信息通信技术和计算机处理技术，有效整合交通管理系统，与汽车主动安全技术是一个完整的统一。 总之，人体生物力学、高科技材料、电子信息技术、计算机仿真技术，除了政府需要建立中国人体功能与底盘集成等关键技术研究项目，也要集中优势资源，是解决中国当前滞后重要的一点。只有汽车安全相关的学科和技术已得到改进，才能有效地促进汽车安全技术的快速发展。

物联网技术论文:消防安全管理在物联网技术的信息化应用 【摘要】消防信息化建设是消防安全管理的重要内容，在消防安全管理中，只有通过采用正确、及时的灭火措施，才能最大程度的保障人员的生命财产安全，物联网技术为消防信息化建设提供了新的发展方向。因此，本文通过阐述了物联网技术的定义，联系实际，分析了物联网技术在消防信息化领域中的应用 【关键词】消防安全管理；物联网技术；信息化应用 物联网技术能够实现信息的智能收集与传递，不仅可以降低人为误操作带来的安全隐患，同时也可以提高消防工作效率，阻止火势的蔓延，保障人民群众的生命财产安全，加强消防信息化建设，就要在消防工作中利用物联网实现资源的有效整合与利用。 1物联网技术 物联网技术是在互联网技术之上研发的一种先进的计算机技术，由于我国对物联网技术的研究较早，目前，物联网技术在各行各业中都有着广泛的应用，极大程度的促进了我国现代化建设。物联网技术的技术核心是将网络技术做了延伸和扩展，将移动终端设备与互联网相连接，如全球定位系统、红外感应器、激光扫描仪等，通过移动终端设备实现信息的交换，达到智能监控与管理的目的，运营模式有M2M、SaaS等。物联网以其智能化以及优越性在消防安全管理中有着重要的应用，尤其针对于高层建筑、高铁、地下建筑的消防安全管理有着更大的意义，更大的责任，只有加强消防信息化建设，才能有效的保障社会群众的生命财产安全，物联网在消防信息化中的应用主要表现在感知功能与传输功能上，通过手持机等移动终端设备来实现智能的感知功能，通过无线网络实现信息的传输功能，最终作用于消防系统中，另外，物联网技术还可以应用于消防事业管理，将数据导入到消防档案系统中，实现统一管理与消防的合理调度。 2物联网技术在消防信息化领域中的应用 2.1更新基础数据库 数据是系统的重要组成部分，完善的数据不仅可以帮助系统做出正确、科学的分析，同时也能够提高数据的利用率，但是我国目前的消防信息系统数据过于陈旧，资源利用率不高，在资源共享方面难以提供全面的数据，极大程度的限制了我国消防信息化的进程，因此，将物联网技术应用在消防信息化领域中，能够有效的对数据进行录入与分析，区别于过去数据单独录入存在重复率极高的弊端，物联网能够实现数据的平移，达到资源有效整合的目的，消防信息化领域中，将灭火救援、队伍整改以及后勤保障串联在一起，实现统一管理，利用物联网技术可以将消防指挥中心与客户终端相连，在火灾发生时，能够及时的采取正确的灭火措施，疏散人群，避免造成更大的损失。另外通过为消防人员配置移动终端设备，能够最大程度的提高资源的利用率，促进消防事业的发展。 2.2实现消防车辆智能调度 在灭火过程中，对消防车辆、消防员和灭火药剂的调度有着重要的作用，高效的调度能够帮助消防队员及时的采取灭火措施，在火势尚能控制时降低安全事故的发生几率，保障人民群众的生命财产安全。因此，将物联网技术应用于消防的调度中，通过RFID技术与消防车辆的水泵与发动机相连，能够在灭火过程中，对于消防车的水量以及发动机状态做到实时的了解，便于消防指挥中心的指挥工作，通过物联网技术，将数据进行智能收集与传递，此过程不依赖于人工操作，不仅能够避免在数据收集与传递中的人工误操作，同时也大大节约了沟通的时间，数据可以直接在PDA或消防指挥系统中显示，为消防指挥中心制定出正确的灭火方案赢得了时间。 2.3提高消防工作人员的安全保障 火灾现场情况复杂，尤其是在高层或地下建筑环境中，人员密集，疏散空间狭小，使得消防人员的危险系数增大，特殊的环境也加大了灭火救援的难度，因此，将物联网技术与消防员相连，在消防防护服中安装芯片，如湿度探测器等传感设备将每一名消防员的基本信息通过网络反映到消防指挥系统中，不仅可以使指挥员识别出火灾现场的温度、湿度以及有害气体的浓度，从而及时调整灭火方案，另外移动终端设备还会反映出消防员的身体状况，使指挥员及时下达撤离命令，有效的规避风险，保障消防员的安全。 2.4实现消防设施的动态管理 消防设施主要是指自动化灭火设施、灭火器、消防水源等等。目前我国消防部队尚没有对消防设施采用统一的管理，自动化灭火设施等是阻止火灾蔓延最为有效的途径，尤其在消防救援力量未赶到火灾现场时，自动化灭火设施的合理使用能够最大程度的保障人民群众的生命财产安全。消防水源是灭火救援的基础设施之一，合理的利用可以达到最大的灭火效果，因此，将物联网技术应用到消防信息化领域中，通过在消防设施中安装GPS芯片合一实时了解消防设备的位置，通过安装RFID芯片，能够是实时了解消防设备的使用情况，便于统一管理和调度。 3结语 综上所述，物联网技术在消防信息化领域有着广泛的应用，不仅可以更新基础数据库、实现消防车辆智能调度、提高消防工作人员的安全保障同时也能够实现消防设施的动态管理，不仅最大程度的保障了社会人民群众的生命财产安全，同时也极大促进了我国消防事业的现代化建设。 作者：吴迪 单位：昆明市公安消防支队 物联网技术论文:物联网技术在环境监测中的运用 摘要：详细分析了物联网技术在大气污染、水污染、海洋污染及其他生态环境恶化等环境监测中的作用，着重阐述物联网技术在这些监测中存在的要素不全、技术等级低、监测缺乏统一规划和标准、公众对监测认知程度较低等系列重要问题，并对物联网技术在环境监测中的未来发展前景做出展望。 关键词：环境监测；物联网技术；信息传递 随着改革开放的推进，各种工业不断发展，加剧了对自然资源的需求和生态环境的破坏，人们逐步意识到环境保护的重要性，传统的环境监测是使用人工采取样品进行检测的方式，这种监控方式：（1）无法进行长期的远程实时监控；（2）不能够及时地反应环境变化等信息；（3）由于依靠人力，劳动强度大，这些不足使得传统监测方式无法满足现代监测对于环境的信息化管理要求。随着污染源在线监控系统的开始推广，物联网技术在我国环境监测领域开始了最早的探索和应用，它的出现克服了传统环境监测方法的缺陷，降低了监测成本，也使得环境监测向自动化、信息化、网络化、智能化方向发展，我国目前的环境监测手段还很落后，物联网技术的出现为我国环境监测的发展提供了一个很好的契机，为复杂、多样的环境进行自动实时监测提供了可行的思路和方案。 1物联网 1.1概念 物联网（TheInternetofthings，IOT）是指在互联网的基础上扩展和延伸到物体与物体之间信息交流的一种新型信息技术，物联网的定义是实现物体与物体、人与物体、人与人之间的信息交流。物联网在国内的应用一般是使用定位系统、红外线感应仪、全球定位系统（GPRS）、激光扫描仪和气体感应器等设备间的信息，进行交换和记录，实现检测、定位、监测和扫描的一种信息技术，实现各种设备之间信息的交流，让使用者能够在物联网中得到需要的信息，让监测和管理的信息具有时效性和保证其准确性，达到人工智能化的监控，提高工作效率和生产力，弥补传统工作中的不足。物联网在现代被广泛运用于各个领域中，如医疗健康、道路交通、店铺监控等，它们都体现了物联网的智能化与实用性。随着信息技术、网络技术、自动化技术、芯片技术的不断发展，物联网已经开始应用到生活的各个方面，很多地方的环境监测已经开始广泛使用物联网技术。 1.2组成结构 环境监测物联网主要由采集层、网络层、应用层3大部分组成。其中采集层通过传感器、智能卡、电子标签、识别码、摄像头等感知设备实现环境因子的识别、监测分析等信息的捕获、采集，以达到智能感知的目的；网络层利用无线网、移动网、固定网、互联网、广电网等传输网络实现感知层所采集信息的传输与处理，是整个环境监测物联网的核心组成部分，是将采集层所采集的数据进行大范围的传输与共享，并且实现多方的交互；应用层主要包括环境监测中的特定应用服务以及实现网络层和应用服务间接口和能力调用功能的中间件，用于完成信息的分析处理和决策，以实现环境监测信息的识别、感知、分析和预测，发挥智能作用。 2在环境监测中的应用 2.1大气污染监测 如今我国很多城市存在空气污染现象，空气质量较差，尤其在一些大中城市，由于重工业和城市交通的发展以及人口持续增长，导致了城市大气污染相当严重，其中就有人们熟知的PM2.5。大气污染监测主要包括大气污染物监测、空气质量自动监测和大气降尘监测等几个方面，由于物联网技术所具有的强大沟通等功能，它能够有效地应用到对大气污染监测的整个过程中，如监测空气中可吸入颗粒物的含量，空气中有毒有害物质的含量，甚至能够监测大气中的氧气含量、二氧化碳含量、氮气含量等，可以快速地发现空气中存在的问题，并且通过实时传输功能把监测器上的相关数据传输到气象控制中心，再由气象控制中心传输给电视台新闻中心等告知民众，让民众及时做好自我防护，降低污染的危害，保证身体健康。从中央到地方各级天气气象预报的准确和适时就表明我国在城市空气质量监测的物联网应用上确实已经有一个完善的体系。 2.2水污染监测 当今世界水污染现象已到了相当严重的程度，应当引起全人类的重视。由于物联网技术所具有的自动监测功能也被广泛用于对河流河道水质、水库水质、污水处理质量等监测中。通过传感器监测水体中含有的各种固体污染物含量，各种气体含量，其他有毒有害物质含量；而后将数据传送到中央控制系统，再由那里的计算机自动进行对比分析判断水质好坏情况、水质安全情况并提供两种相应系数，所有的数据都会自动进行储存备案，一旦发现问题或异常情况，计算机还能够自动报警，引起人们的警觉。而且物联网技术具有的“物物相联”的特点使得人也能够对系统进行人工干预，人为地进行实时的监测观察，以便为及时整改服务。 2.3海洋污染监测 我国对于海洋污染监测的物联网系统建设还处于初级阶段，而世界很多国家都很早就对海洋污染监测的物联网系统建设进行着研究，它们的研究成果能够为我们提供借鉴和帮助。海洋污染物联网系统建设能够监测一个国家海洋的水质情况、污染物情况，能够在发生一些人为灾害或者自然灾害时做到及时发现，从而为及时处理争取时间。比如在发生核泄露造成核污染时及时发现污染物是否到达国家的近海，为及时有效的防范争取时间；在发生油船原油泄漏时也能够及时地判断原油泄露产生的污染情况并及时地做出处理，有效控制污染的范围和规模，把损失降到最低。 2.4生态环境监测 生态环境的物联网监测系统尽管是一个较为宽泛的系统概念，但也已经逐步地被接受应用，并发生着作用。一般来说，这样的一个监测系统不仅仅包括前面提及的几个已经投入使用的环境监测系统，它还包括视频监控系统和对生态环境中的植物、动物生存情况的监测等一系列的监控，所有的信息、数据等最终汇集到中央控制系统中，由中央控制系统做出反应发出指令。目前生态环境的物联网监测的应用主要是在一些自然保护区、沙漠绿植研究、生态环境恶化监测中，已经体现出了收集、预报等功能和功效。 3存在的问题 3.1监测要素不全 在关于生态环境的物联网技术系统性监测中，监测的对象其实较为简单，很多监测系统的构成也较为单纯，因而离实际需要还有很大距离。比如只能够对海洋中几种特定的污染物进行监测，对空气中特定的污染物进行监测，监测范围非常有限，因而监测的功效也大受影响，这些与对全球整个生态环境的监测需求是极不匹配的，缺乏完善、全面的整体性环境监测势必制约着环境保护与防治，所以监测要素亟待补充和完善，方能担当重要使命。 3.2监测技术还较为初级 世界上物联网环境监测系统建设其实也并不完善，尤其是我国环境监测中的物联网系统建设还处于较初级的阶段，硬件、软件上都还有很多欠缺的地方需要完善和加强，还有很多课题亟待人们去研究和论证，还有很多未知领域等待我们去认知和开拓；不仅仅是完善传感器、传输器、运算器等硬件；更多的是在软件系统的研究控制上要加大力气，加强技术攻关，努力改变监测技术的初级化制约着监测成效的现状。 3.3监测缺乏统一规划和标准 我国在环境监测的物联网系统建设上起步晚，缺乏相关的经验和技术，逐步在摸索中前进，逐步在积累中提高，迄今还没有一个统一的标准和尺度，整个国家的环境监测物联网系统建设也还缺乏统一规划，有着各自为政的特点，因而显得混乱；甚至同一个地方、不同监测系统每天向公众播报的空气污染物种类、污染程度及等级都不相同，这样的环境监测效果确实不尽人意。因此实行监测的统一规划和标准，有利于提升监测效果。 3.4公众的认知度较低 物联网是一种较为新颖的名词概念，其技术应用在我国尚未得到大范围的推广，而且宣传力度也不够，甚至对于已经应用了一定物联网技术的领域也没有对公众进行宣传，由此可见，物联网技术对于普通公众的关注度还不是很高，有隔膜的。这样一来，关注度低自然导致相应的政策无法进行完善，物联网技术应用便不能有效地扩大范围。虽然公众对于这样一项技术是有着巨大的需求前景，但是市场和生产研发之间出现了巨大脱节，这也与技术的宣传力度不足存在着一定的联系。 4未来发展 4.1加大技术研发的力度 对于相关设备技术的研发、生产，国家要不断加大加强政策支持，同时国家也要加强对相关研发企业、生产企业的政策补贴，在提高物联网相关附属设施质量、性能的同时不断地降低成本价格，让物联网技术能够更好地应用到环境监测中，服务国家，服务社会。 4.2加强环境监测物联网建设规划 必须加强环境监测物联网建设的系统规划，统一监测的标准，统一国家层面的系统建设标准。同时对整个环境监测物联网系统的建设进行统一的规划，杜绝地方性差异，与此同时还要不断进行完善，提高质量和水平。 4.3加大宣传，提高民众对于物联网的认知 必须要通过科学教育频道、有关新闻频道、社会活动以及公共产品展示等方式来提高人们对于物联网技术的认识和了解，增加普通民众对于物联网技术研发的支持，因为物联网技术的研发归根到底要惠及民生幸福。 5结语 物联网技术是新一代信息技术的重要组成部分，随着社会和信息技术的发展，它必然会融入人们日常生活中的方方面面，促进生活的改善和优化，使得人们的生活越来越智能化。尤其对于现代环境监测系统的建设，其建设的物联网监测系统对于节能型社会的发展，新时期环境保护以及国家实行节能减排都有巨大的促进作用，也使得现代经济得到持续、健康、稳定发展。 作者：沈伟 单位：泰州职业技术学院 物联网技术论文:在铁路运输中物联网技术的应用 铁路运输与维护是阻碍铁路发展的巨大隐患之一，运用铁路信息化完全可以这些问题迎刃而解。由此，为了能够适应铁路客运呈现的密度高、客流大的特征，就一定要提高铁路系统运输工作的效率与智能化水平。 一、物联网概述 1.物联网概念 物联网是通过运用物品把它和互联网相结合，从而实施智能化的管理、定位、识别与监控的网络，同时通过激光扫描器、全球定位系统与红外感应器等信息传感设备实现通讯与交换。它的核心是互联网，但是结果却已经扩散到商品之间的互换。 2.物联网的发展历程 在1999年，物联网这个概念第一次被提出。物联网是依靠互联网技术运用无线设备与射频设别技术，从而形成一个能够让全世界的商品在互联网上能够达到实时共享的网路。在2003年，美国的权威杂志《技术评论》表示在未来的生活中物联网将会是改变我们生活习惯的十大技术的第一位。在2005年国际电信联盟就发表了物联网的相关报告，在报告中表示出物联网大时代的到来，在全世界各地的商品都能够通过网上交易平台实现交换。通过依靠互联网技术，物联网也将会成为未来商品交易的主要方式之一。在中国也出现了许多成功运用物联网技术实现人工智能化的典型，例如上海的浦东机场与上海的世博会。 二、物联网关键技术 首先物联网需要运用特定的识别系统对物品的相关属性进行鉴定，其次应该把相关物品的数据信息通过互联网上传的网上，最有通过中央信息处理系统把传输进去的网络信息进行处理与公布，从而实现信息的共享。在当前物联网使用的主要技术包括：智能嵌入、云计算、IPv6、传感技术等。 1.IPv6 因为互联网的不断成熟，互联网的IPv4地址已经达到了顶峰，IPv6必定会在未来取代IPv4。当期IPv4只有32位的地址远远不能够到达当前会联网用户的需求，而孕育而生的IPv6具有128位地址，这样就能够促使世界上的任何一样物品都能够拥有自己的IP。在当前想要快速发展物联网就需要让每一件商品都具有自己的IP地址，因此IPv6的运用必将成为物联网实现迅猛增长的基础。 2.RFID 运用射频识别RFID能够通过无线射频识别出相应的物品信息。射频识别可以识别出很小的物品的相应信息，同时通过对实体的分辨，可以迅速的在没有触摸商品的情况下了解到商品的相关信息。RFID能够大面积的识自动识别商品的相关属性，但是RFID运用的技术也有相应的不同，比如适用领域、技术特点与工作原理都制定出了不同的标准。 3.云计算 云计算被一些专业人士叫做计算资源池，它能够对海量的信息实现快速的处理，它是发展物联网的关键。由于物联网需要随时随地及时的对相关采集的数据进行更新与添加，这样就需要一个能够大量存储信息的平台实现，通过云计算就能够实现海量数据的管理。 4.传感技术 计算机技术、通信技术、传感技术是信息技术的三大核心。传感技术通过传感器、信息的识别与处理对相关物品实现检测与数据录入。同时运用其相关的传感器对一些感官达到信息录入与处理的要求。 5.智能嵌入 把信息处理器嵌于应用系统，运用Internet让整个系统固化。这样就能够节约许多的时间，但能够快速的让信息实现共享。这样就能够让计算机技术与网络技术实现实时同步的进行信息的高速传递。 三、物联网技术在铁路运输中的应用 在铁路运输中实现物联网的全覆盖能够对铁路运输与维护起到高效的作用。它能够在铁路行车调度管理、机车和轮对检修信息管理系统、铁路货运物流信息化系统与智能化检票系统中实现 1.智能化售检票系统 智能化售票系统在中国已经实现了大规模的使用。乘客可以使用自动售票机进行铁路购票。在乘客进站时检票员运用小型识读器识别读取RFID电子标签，以此来识别乘客购买的车票是否与购票信息相符，这样不但能够大大提高铁路人员的工作效率，还能够节省旅客进出车站的时间，从而使车站可以快速运转。 2.铁路机车车辆智能化识别系统 地面独立识别设备、车身或者底部的识别标签、复示设备与数据集中管理这五个部分构成了铁路机车车辆智能化识别系统。地面独立识别设备是由四个部分组成，其设置需要通过各个站点的一系列的处理来实现信息的管理。在货物运输车上安装电子标签就能够迅速的对车辆的相关信息进行识别。这样在物联网时代就能够让货物的信息实现实时的了解与共享。 3.铁路行车调度管理 物联网在铁路行车调度管理中只要是通过对车厢的管理来实现。它能够对铁路的速度检测与信号的升级起到关键的作用。在每一个车厢上安装一个RFID芯片，运用RFID芯片的读写器，不但能够了解到当前铁路运输的速度，还能够检测到当前铁路运输中所出现的安全隐患，从而使相关人员能够及时的排除安全隐患从而使铁路可以安全的到达相应的目的地，防止一些干扰。 4.铁路客运系统 运用物联网，把旅客购票的信息植入到每一张的车票中，同时把读写器安装的客运车厢、候车室、检票口与车站口等地方。当旅客在自动售票机上购买到车票以后进入到进站口就能够自动识别车票信息是否与本人相符，进入到候车大厅以后，收到读写器的识别能够快速分辨出旅客候车地是否正确，以免旅客耽误候车时间。同时还能够及时的对旅客候车的人数进行统计。旅客在登上火车后，也可以通过读写器对某些旅客走错车厢得以及时的纠正，并且对旅客的下一站所达到的信息进行实时传递，一面旅客坐过站的现象出现。在旅客下车以后，系统还可以对相关信息进行处理。 5.机车和轮对检修信息管理系统 运用RFID技术，能够对火车的到达时间与步骤进行精确的统计与计算，进而存储。不但如此，还可以对火车进出车站的次数与相应数据进行快速的采集与录入，这样就可以大大提高列车数据的查询与统计效率，缩减检测工作人员的工作量提高其工作质量与效率。 6.铁路货运物流信息化系统 发展铁路物流，就一定要把集装箱运输实现信息系统化。通过对集装箱信息的采集与统计，对箱号图像识别，这样可以方便摄像头对集装箱对信息的快速读取，从而减少由于天气或集装箱破损的原因导致识别系统出问题的现象的出现。把RFID技术运用到铁路的集装箱上面，不但能够实时了解货物运输情况，还可以减少商品被盗或者破损的情况。同时提高集装箱运输运用的效率得以提高。 四、物联网技术在铁路行业其他业务中的应用及展望 1.物联网在视频监控中的运用 想要达到高质量的要就必须要使用传感器与物联网。比如，能在探头前面连接各种各样的传感器，将激光测距传感器、倾角传感器与云台摄像机连接，利用云台摄像机捕捉画面信息，利用激光测距传感器进行测距。 2.山体滑坡的监控以及提前警报系统 山体滑坡作为一种破坏力极强的地质灾害，它不但可以摧毁大量的铁路基础设施，还可能对铁路运输时对火车上的人员造成极大的伤害，由此看它是一个特别严重的灾害对铁路运输安全是一个极大地隐患。在当前铁路部门可以运用物联网技术，在山体滑坡现象严重的区域安装倾角传感器、液位传感器和前端设备，这样不但能够实时监控这一地区山体情况，还能够对当前的山体的数据进行传输与储存以便于相关人员的分析。同时在发现山体变化的同时及时的发出警告预警，以便于车站人员能够及时的对相应的地质灾害做出反应，进而极大地挽回人员与财产的损失。 五、结束语 物联网技术在我国铁路系统的广泛运用，是当前信息化时代不断进步的必然要求。只有把物联网技术应用到了铁路系统的各个方面才能够提升我国铁路系统的运输效率。目前，我国的物联网在铁路中的使用主要表现在RFID、传感器、数据采集以及二维码等方面，在这些年的运用中能够发现其效果是十分的明显的。互联网的广泛运用，为物联网的发展打下了坚实的基础。未来铁路运输的发展必将会朝着智能化的方向不断的前进，我国铁路系统必将会迎来发展的新契机。 作者：范军 单位：北京铁路局调度所 物联网技术论文:物联网技术单灯控制系统应用 1单灯控制系统组成 莱州市单灯控制系统框图由路灯监控中心、GPRS无线数据通信系统、路灯监控终端和安装于每基路灯灯杆处的单灯控制器组成。该系统利用中国联通烟台有限公司莱州分公司的GPRS网络进行大区组网，将监控中心局域网与联通GPRS核心网络接入平台进行专线链接，为每台监控终端安装移动SIM卡（SIM卡只开启数据传输功能），并且配置监控中心的IP地址后，即可实现监控中心与监控终端的数据传输，达到远程监控的目的。而监控终端通过RS-485接口与单灯集中器连接，采用ISM无线小区组网方式与安装在每基灯杆处的单灯控制器进行通信，并完成与监控中心的通信中转任务。 1.1单灯控制系统组网方式 1.1.1单灯有线方式（电力线载波） 电力线载波通信的发展已有很多年了，它是借助电力线，将高频信号叠加在电力线上进行低速数据传输的技术，广泛应用于自动抄表、智能电网等领域。优点：借助原先路灯电力线进行通信，无需铺设电缆和安装天线，可实现长距离数据通信；网络协议简单；维护方便。缺点：由于路灯线路复杂多变，灯型和阻抗各有不同，单一载波频率很难适应各种线路，通信成功率不到90%；变压器对载波有阻隔作用，电力载波信号只能在一个变压器配电区域使用，无法实现跨越。 1.1.2单灯ISM无线方式（433MHZ） ISM为国际通用的无线频段，433MHz无线网络广泛应用于工业、科学和医学领域，国内在远程抄表、工业控制、电子消费产品和无线传感网中均有成功应用。优点：频率免费使用，穿透性和绕射能力强，传播距离最远可达2000米；发射功率低，接受灵敏度高，稳定可靠；经济适用。缺点：单一的433MHz频点易受干扰，可通过无线模块自身特有的十组频点跳频技术来解决； 1.1.3单灯ISM无线方式（Zigbee） ZigBee是一种无线连接网络，工作在2.4GHz频段，具有最高250kb/s的传输速率，它的传输距离在10-75米的范围内，类似于WIFI技术，多用近距离数据传输。优点：功率低，时延短；协议通用、开放；采用加密算法和避免碰撞机制，安全性高，可切换16个信道。缺点：波长短，只能直线传输，无法绕开障碍物；传输距离短，超过75米需增加中继，可靠性大大降低，中继故障将导致后面链路所有通信中断。 1.2单灯集中器 单灯集中器安装于路灯控制箱处，与监控终端通过RS-485接口对接，主要实现承上启下的作用。一方面，单灯集中器负责集中采集所管辖路段所有路灯的电压、电流、有功、无功、功率因素等参数，向单灯控制器发送开关灯指令；另一方面，单灯集中器与三遥终端进行数据传递，由三遥终端向监控中心实时传输数据。单灯集中器主要技术指标如下：（1）处理器采用Corex-M332位ARM芯片，运行速度快，可靠性高；（2）软件可远程升级；（3）可容纳单灯控制器容量≥256个；（4）内置锂电池，停电后可使用8小时以上；（5）具有自身和单灯控制器参数掉电保存功能；（6）较好的接收灵敏度和抗干扰性能，信道冲突自动检测；（7）单灯集中器自身故障，可根据自带时钟及常闭触点确保路灯正常开关。（8）供电范围：AC220V±20%；（9）工作温度：-40～+70℃；（10）防护等级：IP51；（11）防雷等级4级； 1.3单灯控制器 单灯控制器主要应用于路灯照明，可以实时在线监控每一个灯杆每一盏灯的工作，采用国际上先进的物联网技术，经精心研制而推出的新产品。单灯控制器安装于路灯灯杆底部，防尘、防水设计，达到IP54防护等级，可根据灯杆尺寸和内部空间采用永磁吸附灯杆内壁或内壁悬挂固定。主要技术指标如下：（1）采用军品级MCU处理芯片和电力计量专用芯片，运算速度快，采样数据精度高；（2）采用无线或载波通讯方式与单灯集中器通信，通信距离最远可达2KM；（3）检测回路：2路，可检测电压、电流、有功功率、无功功率、功率因数；（4）数据采集精度优于1％；（5）采用IP54防护等级，防水、防潮；（6）采用看门口电路、软件优化等方法进行抗干扰设计；（7）可适应高压钠灯、金卤灯、LED灯和节能灯等不同光源；（8）外形尺寸设计小巧，安装方便，采用透明外壳和指示灯，方便现场接线和维护；（9）工作温度：-40～+70℃；防护等级：IP65；（10）输入电压：220±20%VAC；（11）绝缘等级ClassI； 2单灯控制系统主要功能 （1）实现单、双、三头（臂、火）的控制、调光和检测；（2）通过中心站软件或手机APP指令实现片区、街道、间隔和一侧（单、双数）等控制方案，以及主道开灯、辅道开灯、主辅全开、主道调光、辅道调光和主辅调光等控制模式；（3）可实现3路0-10V独立调光输出控制；（4）具有异常开关灯、电压电流超限、灯具故障、灯杆漏电、通信失败等报警功能；（5）可按照周计划、日计划自主独立运行；（6）能够检测各个灯头的电压、电流、有功、无功和功率因素；（7）实现了通过更换通信模块，即可实现433MHZ、Zigbee和电力线载波三种不同得通信方式，确保通信无盲区覆盖。（8）实现白天修灯只开启需要维修的单盏路灯，无需开启整条路段路灯。 3结语 莱州单灯控制系统建成后，只要在监控中心就可掌握全市主要路段每盏路灯的亮灯情况，路灯故障可直接定位，准确及时的维修，大大提高工作效率，同时也为管理者精细化管理奠定了技术基础。另外通过设置各路段每天亮灯方案，隔灯亮、半夜关闭广告灯箱、奇偶日轮换亮灯等方式不仅节约了大量电费还大大延长了灯具的使用寿命。因此该系统的建设获得了很好的社会效益和经济效益。 作者：李宁华 单位：南京理工科技系统有限公司 物联网技术论文:物联网技术铁路运输论文 一、目前物联网技术在铁路运输各方面的应用 近几年来，我国的物联网技术在铁路方面得到了初步的应用，尤其是在设备的客货运输的服务系统以及安全保障系统。各方面的智能化应用给乘客带来了极大的方便，同时也提高了铁路运输的安全以及服务质量。 1.火车票售票和检票的智能化应用 目前，在全球的高速铁路中物联网技术的应用飞速发展，我国的售票和检票系统也已经实现了很高的智能化，给广大乘客取得了很大的便利。而在铁路运输的领域中，所运用的是RFID电子容票，它根据乘客需求，采用自动售票机使得乘客可以自己提取，而且在检票中指定相对应的读写器，解读数据来分析车票是否有效，这给乘客带来了很大的便利，同时也缩短了工作流程。 2.铁路行车时的调度得到有效管理 在铁路行车的调度管理中，物联网的运用能够有效管理火车的各节车厢从而进行铁路速度的监察控制以及信号系统升级改造。它是将电子标签芯片安装在各个车厢里面，这样同时，隔一段距离在铁路的两装上特有的读写器，这样，不仅能够全面掌握全国所有的铁路某个时刻所在的线路位置信息，还能够读出火车的速度，大大的帮助了火车的安全控制、调度以及追踪。 3.铁路上车辆智能化监控识别系统 一般而言，铁路机车车辆智能化识别系统由五个部分所组成，即数据集中管理、复示设备、机车车身底部识别标签、地面自动识别设备（AEI）等，其中，地面自动识别设备包含了防雷设备、天线、读取装置、列车探测装置、远程通信设备、微波射频装置等。将自动识别的仪器装在各种不同的站，通过对国王的车辆分析解读，然后传至信息系统处理，采集包含数量、车次、类型等各种数据的信息，这就实现了车站管理信息的系统对机车进行每个时段的有效跟踪。 4.物联网技术在客运系统的运用 在铁路系统的各个主要地方安装读写器，这样就能识别车票中的芯片，对应相应的乘客。除此之外，这样的系统能够统计等候的乘客人数，如果有乘客不小心进错了检票口，那么就会发出提醒。而且在列车驶出后，这些信息就会自动的传输到下一个车站，而到下一站的时候就会自动提醒，除此之外，乘客下车后系统能对信息写入。 5.物联网在铁路货运物流信息化系统的应用 互联网与现代化技术的迅速发展，人们的生活方式也在潜移默化的改变着。而如今网上购物的便利使得人们购物的方式越来越倾向它，那么货运的稳定、高效成为了人们关注的热点。而相比其他的运输方式而言，铁路有其独特的优势，但是，也经常会出现一些非常重要的漏洞。并且这些情况的发生，不但损失了消费者的利益，同时也给铁路部门带来了许多损失。而将物联网技术的使用，使得在货物上车前就对其进行检测，那么这些信息都能被采集到，组合管理人员能够将货物与单据信息核对。不仅如此，物联网的应用，使得消费者能在网络上看到货物所在地以及到达的时间。 二、物联网技术在铁路运输领域内的未来展望 随着大规模的铁路建设，物联网技术的迅猛发展，铁路运输信息化程度的要求越来越高，那么，基于物联网技术在智能化交通以及现代中的应用，物联网的技术会在一下更多的方面得到更为广泛的应用。 1.物联网应用于站车信息的共享系统 如今铁路的售票系统已经与网络相连，但是车上的补票依旧需要独立的开展，这就导致了车站里面的所留的票以及车上所补的票之间会有所脱节，那么就会有浪费的现象出现。如果利用RFID技术的网络信息共享性，将车站售票系统与车上补票系统联网，车站可以准确掌握无票上车人员的情况，根据实际情况确定车票的预留，车上也可以准确掌握列车预留情况，方便为旅客补票，从而可以充分利用列车资源，同时便于车上进行检票。 2.综合安全预示系统 安装以物联网技术为基础的综合安防预警系统，能够及时有效的感应入侵，包含火灾等各类安全隐患的子系统，实现列车更为安全的运行。 3.仓库管理系统 借助标签我们能使工作人员在不开箱的情况下检查物品，这同时可以防止货物在仓库里面受到损害或者被盗。 三、结语 物联网作为一次技术革命，带动或者是与产业链共同发展，实现了人与物品之间的对话。铁路是我国各方面的重要产业，随着各方面发展的提高以及互联网技术的飞速发展，在不远的将来，铁路交通智能化一定会迎来质的飞跃。 作者：吴鹏单位：内蒙古集通铁路（集团）有限责任公司 物联网技术论文:物联网技术化校园管理论文 1物联网技术在校园教学管理中的应用。 1)提供智能化教学环境。学生时常为找不到自习教室而苦恼，利用物联网技术搭建的信息平台，学生可以通过网络了解到自习室的情况。将摄像头、传感器等设备安装在教室中，并且与教室资源系统连接起来，将实时的学生数量信息传递到资源平台上，学生可以通过进入教学资源系统来查询自习室的占用情况，从而节省了找自习室的时间。 2)智能考勤系统。传统教师点名的考勤方式，浪费了一定的教学时间。使用智能考勤技术，学生上课前通过刷卡进教室，教室的读卡器在接受了学生的刷卡信息后，自动将信息发送到教学管理系统中，并通过计算机将数据更新到考勤数据中去，这样教师就可以通过计算机快速的查询学生的出勤情况，从而节约了教学时间。 3)构建智慧图书馆。智慧图书馆的建设主要为学生借阅图书和学校管理图书提供方便。首先，学校图书馆是供学生查阅资料的场所，外来人员的进入会给图书馆的管理带来了不便，利用RFID标签和学生的一卡通等设备，可实现图书馆安全管理。另外学生借书、还书也依靠一卡通来实现，通过刷卡、扫描图书等方式来实现自助式借书，还书时只需扫描一卡通即可获得书本信息，方便图书的归架。另外，系统在刷卡时能自动识别学生的专业、借阅记录，学生的考试成绩等信息，自动寻找学生的兴趣点，为学生提供推荐服务，方便学生学习。 4)实验室管理。实验室的设备一般造价昂贵，其结构、类别也比较复杂，通过电子标签，对实验设备进行管理，在电子标签上存储设备的信息，通过与网络系统相连接，实现统一控制。学生凭一卡通进出实验室。 2物联网在学生生活方面的应用。 校园生活是智慧校园管理系统中的一项重要内容，校园生活包括学生、教师在校园内消费、住宿、校园安全、车辆管理等方方面面，智慧校园是以智慧技术来实现智慧生活，利用物联网技术来更好的实现智慧校园。具体来谈，有以下几点。 1)消费管理。消费管理是智慧校园的重要组成部分，以物联网技术为核心的消费管理主要包括： ⑴基于RFID技术的一卡通，或有的学校以手机等作为信息存储器，含有学生的基本信息。 ⑵RFID阅读器，即消费场所的刷卡器，读到信息后传至后台的数据库进行查询，读取和扣除金额。 ⑶后台数据库，持卡人的信息统计在数据库中，方便了消费业务的查询。像食堂、商店、浴室等场所的消费管理都可以通过这种方式实现。 2)智能照明控制。利用物联网技术实现智能照明，利用声控装置、加法计数器等设备，根据光线、教室有无人来自动控制照明开关，实现节能效果。 3)校园安防管理。在物联网安防管理平台中，利用射频识别、图像识别、GPS等技术，结合日常监控设备，通过计算机进行信息汇总、处理，适时进行警报或提示，实现校园安防自动化。 作者：张淑坤单位：德州科技职业学院 物联网技术论文:现代农业发展物联网技术问题及建议 摘要：农业物联网是一种新兴农业信息化技术。本文针对物联网技术在我国农业上的具体应用，分析了在应用过程中涉及的数据安全、射频辐射、电子环保、形象工程、国家标准五大问题，并提出了相应的建议和解决方案。 关键词：物联网；射频技术；农业信息化 物联网是当代信息技术发展的又一里程碑，其英文名称是：“TheInternetofthings”。定义可以概括为通过射频识别（RFID）（RFID+互联网）、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器、气体感应器等信息传感设备，按约定的协议把任何物品与互联网相连，进行信息交换和通讯，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络［1］。物联网技术在农业信息化中的应用步骤是首先各种数据感知设备采集各种农业数据，然后建立数据传输和数据格式转换，最后利用各种网络及现代信息传输渠道如4G网络、zigbee、internet，数据决策中心如“吸星大法”般的实现农业广、深数据全方位的大尺度收集；决策中心再将海量农业数据进行分析、挖掘，然后再发出指令数据控制各种智能化终端完成农业各种操作行为，最大限度的免手工作业，进而实现数字农业高效精准目标。物联网和云计算、大数据往往是密不可分的。近年来，物联网在我国农业相关领域开发应用取得了很大的成绩，在农业生产过程精细管理、农产品质量溯源、农产品物流、农业生态环境监测等各个方面如雨后春笋般地出现了各种基于物联网技术的农业数据处理平台。如辽宁省农科院开发的基于zigbee网络传输的设施农业温湿度物联网控制系统；2012年安徽省被列入国家物联网试验区，主要在农作物“四情”大田监测、农业精细化种植管理、加工车间生产管理、畜禽和水产养殖、农产品质量安全追溯等方面应用到了物联网技术。物联网等信息技术确实在由传统农业到现代农业转变的过程中起到了重要作用，但看到成绩的同时，物联网快速爆发式的应用也呈现出了很多问题。如何应对及解决这些问题，是我国农业物联网能否高效、长期、健全稳定发展的关键。 一、数据安全及建议 从物联网的定义上不难看出，RFID使用数字识别技术。（RadioFrequencyIDentification，简称RFID）射频识别技术，是由电子标签（TAG）也就是所谓的应答器（Transponder）、阅读器（Reader）与及软件平台三部份所组成，通过射频信号进行数据识别，其工作原理非常简单。农业物联网与其他物联网最大的差别是，农业物联网能够较大程度地保证农产品生产过程中的各类生产信息的公开，而且使用农业物联网进行生产的农产品附加值较高［2］。但是，由于前期大量数据录入及处理需要人工操作，那么，问题来了！从数据安全角度，如果射频标签不加密或机密机制不够严谨，在各个工作流程的环节中，标签中的数据很有可能被删除、盗取或被篡改。农产品的各种种植、加工、性状等数据就有可能被其他竞争者所获取并利用，也就形成了标签数据是真的，但和实际产品对不上的尴尬境地。从网络安全角度，从读写器到后台网络传输如zigbee网络传输，不但面临普通网络中的数据安全问题，而且也要面对无线传输数据截获问题。建议：解决这些问题的方案是所有的RFID读写器在读取数据、zigbee传输数据中都要严格应用数据加密验证机制，同时读写器和后段的系统平台数据传输也需要数据加密，必要时可以采用量子网络进行数据传输。参与平台的管理人员也要有高度的数据安全意识，并且要具有高涵养的科研数据保密素质。 二、射频芯片的电磁辐射影响 在物联网中，无论是信息采集设备、还是无线数据传输设备，包括rfid、zigbee、wifi等先进电子设备，都会或多或少的对周围环境产生电磁辐射。当RFID标签和zigebee相关的电子器件被大量使用的时候，操作者就会陷在充满电磁辐射的有一定危险的空间中，如果功率过高，这就可能会损害人类的身体健康。在农业物联网中，电子器件的电磁辐射及材料释放物对空气、水、植物、动物等的影响甚至会超过对人类健康的影响，本来农业物联网是用来代替人工劳动力来提高农业生产效率的，最后可能因为电磁辐射的影响，却大大降低了农产品的品质，甚至是生产了有毒害的农产品，最终食用农产品的人类还是受害者。这样人类就掉入了自己所设计的高科技电子产品之坑。建议设计人员严格按照国家电磁辐射相关标准规定RFID标签使用的频谱和信号功率，其功率及频谱必须对人体的辐射降低到最低，甚至是零辐射；规定其工作模式是被动还是主动以等重要参数。不要盲目追求传输速率，尽量使用保证人类、环境相对安全的低频段，避开高频段和超高频段，把农业物联网的电子设备的电磁辐射降低到最小。 三、物联网电子设备的环保问题 在大规模的农业物联网中，电子标签和相关电子器件必将是大规模应用的产品，大规模的使用所带来的问题就是环境污染即“绿色环保”的问题。针对电气电子设备报废产生的环境问题，2003年1月27日欧洲议会和欧洲理事会电气电子设备报废指令，电气电子设备报废指令旨在将电气电子设备在其生命周期中和成为废品后对环境产生的影响最小化。它鼓励收集、处理、再循环、再利用电气电子设备报废品，并订立标准，规定制造商负责大部分这类活动的费用（制造商责任）个人用户能够返还报废的电气电子设备而勿需缴纳费用此外。强调采用再利用、再循环以及其它各种形式的废物回收手段，以减少废物排放还寻求改善电气电子设备生命周期中所涉及到的所有人员的环境条件［3］。虽然rfid、zigbee等电子器件及芯片是可以多次反复使用的，但也会有生命周期。因此，做好废弃RFID相关电子器件处理与回收利用的工作，既是对本身的道德要求，又是对社会公众及地球大环境负责任。我国在电子设备绿色环保领域还没有成熟的相关法律法规。建议国家尽快建立物联网相关电子设备的废物回收等绿色环保电子设备法律法规，最好由使用方或者制造方负责回收，并且要创建由政府部门监督、由检测机构或RFID标签制造方来处理的体制，采用“谁获得收益谁付出管理”的原则。即产品制造者在得到RFID标签收益同时，也必须要由有义务回收、处理相关的电子垃圾，或者增缴RFID电子标签及其他电子器件垃圾的环保税。可以依据回收工作的质量进行rfid设备商的资质评级，未达到资质评级的要求强制退出政府采购供应。 四、演示形象工程多，产生实际效益的少 虽然我国农业互联网技术应用发展已有多年，但大多数还是处在演示、形象、政绩工程阶段，真正用到农村农业生产实践中的很少，而能够给农业带来实际经济效益和社会效益的少之又少。类似几年前的互联网泡沫经济，短期出现的大量互联网站在互联网泡沫经济的衰退下也都因为不能创造价值而关闭了。同理，目前物联网有些标准还尚未统一，政府部门及相关科研单位及企业各自为战，在设计研发初期都把关键点放在了如何采用最时髦的信息技术和设备，营造最先进的物联网环境，以达到单位报奖、个人政绩提升之目的。至于设备成本、人工使用成本、使用推广对象、是否适合地域实际情况等问题很少考虑。以致重复投资建设研发出来的形形色色的技术平台只能做花瓶鉴赏，不能真正在农村、农民中推广，不能在农业实际生产时投入使用。或者即使投入实际农业生产，相对高昂的平台软硬件费用投资，产生的社会效益及经济效益也会微乎其微，甚至会是负效益。建议政府、科研部门在设计研发物联网平台时应脚踏实地、立足当地实际的三农需求，根据国家的相关标准，开发出当地农业真正能用得上的、用得起的、真正给当地农业带来实际经济效益的物联网平台。即真正用在田间地头的、用在老百姓家里的、让农民看到收益的物联网平台五、农业物联网技术应用缺乏统一标准近年来，我们国家先后建立了中国物联网标准联合工作组、中国通信标准化协会（CCSA）、电子标签标准工作组、传感器网络标准工作组、泛在网技术工作委员会（TC10）。早期成立的这些科研组织通过积极参与制定国际物联网标准化方面的工作，在物联网技术标准化方面奠定了一定的话语权。但是农业是一个特殊的应用行业，其他行业的物联网技术标准往往不能直接应用于农业方面，需要根据农业行业特点重新进行拟定统一技术标准。所以，在物联网技术农业标准方面，各个国家是处于同一起跑线的。建议国家相关部门专门成立农业物联网标准的制定部门，特别对绿色RFID标签的研究与开发相关标准方面，有待建立完善的农业物联网标准体系。各级科研机构不能各自为战，要尽快统一标准。 五、结束语 在信息技术飞速发展的今天，农业物联网的研究与应用已经引起了世界农业科研机构的高度重视，我国国家农科院、各省农科院也认识到了物联网技术应用对农业数字化管理及精准数字农业的重要意义。如果能在实践中解决以上五个相关问题，并充分和云计算、大数据等信息技术相结合，相信随着政府的高度重视，科研机构的前瞻研究，再和农村生产一线的实践相结合，物联网技术在我国农业上的应用就不会停留在虚空的信息化彩壳之上，亦将会给我国数字农业发展带来革命性的改变。 物联网技术论文:物联网技术在电子商务中的应用 物联网是新一代信息技术的重要组成部分，是信息产业发展的第三个浪潮，被列入国家“十二五”规划专题。电子商务这几年虽发展迅猛，但物流配送、产品质量、假货等问题制约了电子商务的发展，因此研究如何应用物联网技术解决这些问题具有重要的现实意义。 一、物联网简介 1、物联网的定义 物联网是指按约定的协议，通过各种信息传感设备，如射频识别（RFID）、光纤传感、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备，将任何物品与互联网相连接起来，能实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。 2、物联网的典型特征 （1）全面感知：通过装置在各类物体上的电子标签（RFID）、传感器等，实现对物体的全面感知。 （2）可靠传输：通过移动通信网、互联网、传感网等多种方式将感知的信息传送到处理中心。 （3）智能处理：强大的计算能力和数据存储能力，智能处理算法和模型。 3、我国物联网发展现状 我国物联网的发展并不比其他国家落后，我国的物联网研究并没有盲目跟从国外，而是根据国家重大战略以及应用需求，积极开展基础标准体系等方面的研究，近年来，我国物联网在车辆管理、调度以及物流的物品运输、仓储、监测和食品药品溯源等方面得到了广泛的应用，形成了以应用为牵引发展特色，并在标准、技术、产业以及服务和应用等方面，已经接近国际水平。我国物联网产业已进入了“百花齐放”的“应用启动”阶段，多地物联网产业发展重点突出“示范应用”。 二、电子商务发展中存在的问题 1、信息不对称问题 电子商务并不是面对面的交易，而是通过商品的标题、图片、宝贝描述来获取商品的信息，买家对于商品的认知取决于卖家的描述，若卖家不诚信，则造成买家对商品的认知产生偏差，卖家甚至可以利用掌握商品信息的主动权误导买家，如经营商虚假商品信息等，使得市场中出现了一些商品信息不对称的问题，网络消费者实际收到的商品往往和网上的商品介绍相去甚远。 2、物流问题 物流是电子商务的最后一公里，是与消费者直接打交道的最接近的环节，物流服务的好坏直接影响电子商务的效果；但由于我国目前物流发展还较落后，没有形成高效的物流体系，多以第三方配送为主，而第三方的服务质量和水平会影响用户对商品的满意度，目前电子商务中投诉最多的是物流配送服务方面。如：配送速度慢，送错地方，丢失货件，送错商品，货件有损坏等问题。 3、电商产品真假问题始终存在 价廉物不美，电商商品真假难辨，近年来越来多的电子商务平台被假货沦陷，淘宝/天猫（C2C集市卖家及品牌卖家）、当当、小米、国美在线、1号店、唯品会、银泰网、华为、好乐买、凡客诚品为“2014年度十大用户体验最差网络零售商”。2011年央视《焦点访谈》曝光了淘宝网售假问题；2013年3月，调查发现，关于乐蜂网售卖假货的投拆在微博、论坛、BBS上比比皆是；2014年CCTV2《经济半小时》曝光当当网、亚马逊中国等电商售卖的化妆品来自“天照天”批发市场，而当当网方面无法提供能证明是“正品”的凭证。所有这些，说明目前电商售假，是老大难问题，同时也是制约电商发展的重要问题。 三、基于物联网的电子商务发展策略 1、应加强支撑平台的建设，积极推进示范工程 （1）建设原则统一规划、统一标准。着力改变电子商务分散建设各自为战的现状，应尽快制定电子商务标准、物联网编码标准以及数据共享和交换等标准规范，并应统一设计电子商务和物联网总体框架。示范引导、分步实施。鼓励感兴趣、并有条件的企业首先在我国电子商务对物联网应用需求比较迫切的地区和领域，开展物联网应用示范基地，总结运行经验，并逐步扩展应用的区域和领域。依托现有、充分整合。依托现有的电子商务、信息基础设施，充分整合各种相关系统，提高效率，尽量避免重复建设。资源共享、业务协同。强调资源共享，包括设备资源共享、信息资源共享和知识经验的共享，通过物联网整合分散的资源，理顺各单位间的业务流程，形成新技术条件下电子商务新的工作机制，逐步实现企业间、部门间的业务协同。政府引导、市场运作。示范工程的建设需要发挥政府与企业的积极性，实现政府引导，市场运作。 （2）支撑平台的建设应由政府建立相关的《产品防伪和质量追溯管理系统》，使用RFID技术对产品从生产到流通直至到消费者的全部信息数据进行精准化和系统化管理，从而达到对产品实行防伪和追溯管理的目的。质量追溯：系统应对所有产品进行统一编码，综合运用加密通信、GPS、RFID等技术，将产品生产、加工、储存、运输等过程的信息全部写入RFID标签，对写入的环节应严格把关，再利用RFID读写设备读取信息，了解每个产品的信息，从而实现从产品的生产到加工、物流配送直至到最终消费的全过程监控，实现产品可追溯，可追溯系统对产品供应链上的所有环节实施监控，能够实现产品的可追溯和信息透明化。防伪：为每个产品设置一个全球唯一标识，并将标识写入电子标签中，成为产品的一部份，用户可通过电子标签识别器对产品进行真假识别验证。 （3）示范工程的建设应开展应用示范工程，可在物流、农产品、食品等方面的电子商务确立一批应用物联网的示范工程，积极探索“物联网+电子商务”的应用模式，如可先建立智能物流、食品追溯物联网示范工程。示范工程应以政企共建模式为佳，由政府牵头整合资源、进行前期引导支持，后续通过企业市场运作保障工程的可持续发展，并在初期对企业给予税收和资金等方面的政策支持。 2、应用物联网技术解决电商产品信息不对称问题 从产品开始生产起，就在产品中嵌入EPC标签，使每件产品都有自己的身份证，将产品从生产到流通整个过程的信息都记录其中，包括：生产厂商名称、原材料、原材料检验人、原材料检验结果、原材料批次、产品批号、成品质检人、成品质检结果、成品分类、出厂日期、出厂顺序等相关信息，为消费者提供商品的真实信息。消费者在进行网上购物时，不再是由卖家单方介绍产品信息，可主动地通过卖家所提供的产品的电子标签EPC，通过溯源系统查询产品从原材料到成品，然后再到销售的真实信息，从而解决电商产品信息不对称问题，使消费者可真实地辨别商品，了解商品的来源，提高网络消费者的满意度。同时，每件商品都有自己的“身份证”，有利于工商等执法部门的公平快速执法，形成网上商家良性竞争形态。 3、应用物联网技术解决防伪问题 应用RFID技术建立基于物联网的产品防伪系统，在生产时为每个产品设置一个全球唯一标识，并且将标识写入电子标签中，写入后是无法修改、无法仿制的，同时在标签读写过程中利用电子签名技术提升标签的保密性和防伪造性，为方便用户的查询，可应用移动技术将移动终端，如：具有RFID读写功能的PDA、开放了开发环境的智能手机和平板电脑与电子标签、防伪系统结合起来，使用户可直接用智能移动终端对产品进防伪验证，系统将防伪验证结果返回给消费者，同时记录验证信息，若验证不正确，应将信息记录到防伪报警子系统中。 4、应用物联网技术优化物流问题 配送速度慢，送错地方，丢失货件，送错商品，货件有损坏等问题，主要是由于企业和消费者对物流过程不能实时监控所造成的，可通过将电子商务物流与物联网有机结合，解决这些问题。 （1）优化配送运输流程应综合运用RFID、GPS、GIS及速度传感器等技术建立智能物流系统。系统可通过优化配送线路和配送方案，加快物流配送速度；并能实时准确获取车辆所处的地理位置、车辆速度、车内湿度、温度以及物品的相关信息等，并可将车辆的各类参数进行实时动态监测，当出现异常情况时应有自动报警功能，并将这些信息传送到智能物流系统，同时车辆应按监控中心的指令工作。 （2）实时追溯货物的行踪，提高配送质量通过对物品进行统一的编码，并在物品中嵌入EPC标签，通过智能物流系统，消费者、企业、物流公司仅需要在网上查找相关商品的EPC信息，就能够实时获取该商品的所有信息，如：商品的运输路线、车辆目前所处位置、车内温度、物品有无破损等。当商品在物流的某个环节出现问题时，可马上采取措施进行补救。通过对商品实现追踪，减少送错地方、丢失货件、送错商品、货件损坏等问题的发生，有效提高整个物流实时效率。 四、结语 近年来电子商务成为了我国经济发展的新的增长点，而物联网是信息产业发展的第三个浪潮，它们是相辅相成的，将物联网与电子商务有机结合，将会解决电子商务目前存在的很多难题，有助于电子商务健康持续发展。 作者：黄燕勤 单位：梧州学院 物联网技术论文:库存管理中物联网技术应用 现如今，大多数的制造型企业在库存管理上都基本实现了自动化，管理信息系统的应用也推动了企业库存管理的发展，诸如MRP、ERP等，而物联网的发展也极大的改善了库存管理的模型。 一、库存管理中物联网技术的有效应用 1、仓储运作流程的优化。 在企业的仓储运作流程当中，包括有三个阶段：其一是入库；其二是出库；其三是盘点。而验货人员的工作就是根据以上的到货记录与接到订货数量的单子进行具体的比对，再决定是否将货物接收入库；而在出库的管理过程中，一般是应用RFID技术来进行扫码，可以将库存量信息准确的进行更新记录，定位货物库位的信息，有利于货物的分拣便捷；对货物进行盘点的时候，可以应用RFID技术来加快盘点的速度，使得定位更加精确，与传统的人工盘点相比，新型盘点技术可以增加效率，缩短时间，更能够提高盘点的准确性。 2、库存成本的降低。 在企业内部的库存管理时，需要对订货的时间和数量做出准确的管理，还要保证货物的安全问题。物联网技术的应用就可以极大的保证在途物资的动态时时查询和跟踪监测，为后来的入库做好充分的准备，还可以科学的安排接下来的生产以及销售。此外，我们还可以对库存内的产品数量进行了解，在掌握原材料的消耗情况之后，为下次的订货做好准备。因此，物联网的应用能够帮助企业进行库存管理，最大化的降低库存成本，使企业保持最佳的库存持有量，减少库存资金在企业资金中所占的比例，从而提高抵抗市场风险的能力。 3、生产成本的精确计算。 在企业的生产管理过程中，只有通过物联网技术的引进才能够准确的把握产品的生产过程，了解消耗的原材料数量和其他加工的产生的见解成本，对不同批号产品的数量和成本都能够更加准确的进行计算。 4、服务质量的提高。 利用物联网技术还可以帮助客户进行产品动态的查询，还可以对整个企业的库存变动情况进行科学的记录，将库存管理行为透明化，只有有迹可循才能够不断提高客户的满意度。并且，企业还可以对产品生产的来源和加工流程进行了解，包括原材料的始发地信息等等，保证企业在产品生产的过程中出现问题时能够准确的查询到原有，同时，还能够利用物联网技术将库存产品动态进行清晰的定位，配合先进的自动化技术将库存管理过程中的设备运行机械化，包括对堆垛机的控制以及出入库和库内管理的运行，提高了企业内部库存管理的有效性。 二、在库存管理中应用物联网的障碍 1、物流管理应用较少。 现代企业对于库存管理已经不单单在企业的内部使用，在与企业相关的各个供应链当中都得到了广泛的应用，而整个应用的环节设计到多个方面，包括对于海关、工商和税务等。由于在现代社会当中，物联网的应用还处于初始阶段，还没有在整个市场企业中得到重视，因此技术使用范围受到的局限性较大，大多是在企业的内部得到推广，却没有在庞大的供应链中体现物联网技术的优势。 2、物联网技术标准不够统一。 物联网技术所涉及的范围包括：传感网技术；TCP/IP寻址技术；RFID技术，第三项技术的技术性较强，在企业中的使用也比较频繁，由于每个RFID标签都具有唯一性，也就是说其中的识别码是独一无二的，因此使用者可以通过使用感应器来将物品中的RFID标签信息读取出来，比较规范而且还具有信息互用性。但是现阶段，RFID产品在国际上并没有正视的标准，倒是每个厂商的相关产品之间不可互通，无法兼容，导致RFID标签产品只能在特定的厂商中得以应用，不利于库存管理中物联网技术的发展，企业的管理也不够便捷。 3、技术产业化问题。 国内对于物联网技术的研究主体一般都是各大高校或者是相关的科研单位，虽然该技术在许多的领域中都取得了专利，但是技术产业化问题仍然困扰着我们，无法进行大规模的产业化应用，只要在智能交通或者家居等方面使用，对于企业供应链这一庞大的应用群体，物联网技术只处于试验时期，还无法将这项费用较高的新兴技术在企业物流管理中得到广泛的应用。总之，本文探究了库存管理中物联网技术的有效应用，面对信息技术的不断快速发展，物联网技术也将会继续深入的进行研究试验，最终成为物流发展的重要核心支撑点，降低库存成本提高企业运营的效率。 作者：徐小敏 单位：重庆西南医院 物联网技术论文:铁路运输中物联网技术的应用 铁路运输与维护是阻碍铁路发展的巨大隐患之一，运用铁路信息化完全可以这些问题迎刃而解。由此，为了能够适应铁路客运呈现的密度高、客流大的特征，就一定要提高铁路系统运输工作的效率与智能化水平。 一、物联网概述 1.物联网概念 物联网是通过运用物品把它和互联网相结合，从而实施智能化的管理、定位、识别与监控的网络，同时通过激光扫描器、全球定位系统与红外感应器等信息传感设备实现通讯与交换。它的核心是互联网，但是结果却已经扩散到商品之间的互换。 2.物联网的发展历程 在1999年，物联网这个概念第一次被提出。物联网是依靠互联网技术运用无线设备与射频设别技术，从而形成一个能够让全世界的商品在互联网上能够达到实时共享的网路。在2003年，美国的权威杂志《技术评论》表示在未来的生活中物联网将会是改变我们生活习惯的十大技术的第一位。在2005年国际电信联盟就发表了物联网的相关报告，在报告中表示出物联网大时代的到来，在全世界各地的商品都能够通过网上交易平台实现交换。通过依靠互联网技术，物联网也将会成为未来商品交易的主要方式之一。在中国也出现了许多成功运用物联网技术实现人工智能化的典型，例如上海的浦东机场与上海的世博会。 二、物联网关键技术 首先物联网需要运用特定的识别系统对物品的相关属性进行鉴定，其次应该把相关物品的数据信息通过互联网上传的网上，最有通过中央信息处理系统把传输进去的网络信息进行处理与公布，从而实现信息的共享。在当前物联网使用的主要技术包括：智能嵌入、云计算、IPv6、传感技术等。 1.IPv6 因为互联网的不断成熟，互联网的IPv4地址已经达到了顶峰，IPv6必定会在未来取代IPv4。当期IPv4只有32位的地址远远不能够到达当前会联网用户的需求，而孕育而生的IPv6具有128位地址，这样就能够促使世界上的任何一样物品都能够拥有自己的IP。在当前想要快速发展物联网就需要让每一件商品都具有自己的IP地址，因此IPv6的运用必将成为物联网实现迅猛增长的基础。 2.RFID 运用射频识别RFID能够通过无线射频识别出相应的物品信息。射频识别可以识别出很小的物品的相应信息，同时通过对实体的分辨，可以迅速的在没有触摸商品的情况下了解到商品的相关信息。RFID能够大面积的识自动识别商品的相关属性，但是RFID运用的技术也有相应的不同，比如适用领域、技术特点与工作原理都制定出了不同的标准。 3.云计算 云计算被一些专业人士叫做计算资源池，它能够对海量的信息实现快速的处理，它是发展物联网的关键。由于物联网需要随时随地及时的对相关采集的数据进行更新与添加，这样就需要一个能够大量存储信息的平台实现，通过云计算就能够实现海量数据的管理。 4.传感技术 计算机技术、通信技术、传感技术是信息技术的三大核心。传感技术通过传感器、信息的识别与处理对相关物品实现检测与数据录入。同时运用其相关的传感器对一些感官达到信息录入与处理的要求。 5.智能嵌入 把信息处理器嵌于应用系统，运用Internet让整个系统固化。这样就能够节约许多的时间，但能够快速的让信息实现共享。这样就能够让计算机技术与网络技术实现实时同步的进行信息的高速传递。 三、物联网技术在铁路运输中的应用 在铁路运输中实现物联网的全覆盖能够对铁路运输与维护起到高效的作用。它能够在铁路行车调度管理、机车和轮对检修信息管理系统、铁路货运物流信息化系统与智能化检票系统中实现 1.智能化售检票系统 智能化售票系统在中国已经实现了大规模的使用。乘客可以使用自动售票机进行铁路购票。在乘客进站时检票员运用小型识读器识别读取RFID电子标签，以此来识别乘客购买的车票是否与购票信息相符，这样不但能够大大提高铁路人员的工作效率，还能够节省旅客进出车站的时间，从而使车站可以快速运转。 2.铁路机车车辆智能化识别系统 地面独立识别设备、车身或者底部的识别标签、复示设备与数据集中管理这五个部分构成了铁路机车车辆智能化识别系统。地面独立识别设备是由四个部分组成，其设置需要通过各个站点的一系列的处理来实现信息的管理。在货物运输车上安装电子标签就能够迅速的对车辆的相关信息进行识别。这样在物联网时代就能够让货物的信息实现实时的了解与共享。 3.铁路行车调度管理 物联网在铁路行车调度管理中只要是通过对车厢的管理来实现。它能够对铁路的速度检测与信号的升级起到关键的作用。在每一个车厢上安装一个RFID芯片，运用RFID芯片的读写器，不但能够了解到当前铁路运输的速度，还能够检测到当前铁路运输中所出现的安全隐患，从而使相关人员能够及时的排除安全隐患从而使铁路可以安全的到达相应的目的地，防止一些干扰。 4.铁路客运系统 运用物联网，把旅客购票的信息植入到每一张的车票中，同时把读写器安装的客运车厢、候车室、检票口与车站口等地方。当旅客在自动售票机上购买到车票以后进入到进站口就能够自动识别车票信息是否与本人相符，进入到候车大厅以后，收到读写器的识别能够快速分辨出旅客候车地是否正确，以免旅客耽误候车时间。同时还能够及时的对旅客候车的人数进行统计。旅客在登上火车后，也可以通过读写器对某些旅客走错车厢得以及时的纠正，并且对旅客的下一站所达到的信息进行实时传递，一面旅客坐过站的现象出现。在旅客下车以后，系统还可以对相关信息进行处理。 5.机车和轮对检修信息管理系统 运用RFID技术，能够对火车的到达时间与步骤进行精确的统计与计算，进而存储。不但如此，还可以对火车进出车站的次数与相应数据进行快速的采集与录入，这样就可以大大提高列车数据的查询与统计效率，缩减检测工作人员的工作量提高其工作质量与效率。 6.铁路货运物流信息化系统发展 铁路物流，就一定要把集装箱运输实现信息系统化。通过对集装箱信息的采集与统计，对箱号图像识别，这样可以方便摄像头对集装箱对信息的快速读取，从而减少由于天气或集装箱破损的原因导致识别系统出问题的现象的出现。把RFID技术运用到铁路的集装箱上面，不但能够实时了解货物运输情况，还可以减少商品被盗或者破损的情况。同时提高集装箱运输运用的效率得以提高。 四、物联网技术在铁路行业其他业务中的应用及展望 1.物联网在视频监控中的运用 想要达到高质量的要就必须要使用传感器与物联网。比如，能在探头前面连接各种各样的传感器，将激光测距传感器、倾角传感器与云台摄像机连接，利用云台摄像机捕捉画面信息，利用激光测距传感器进行测距。 2.山体滑坡的监控以及提前警报系统 山体滑坡作为一种破坏力极强的地质灾害，它不但可以摧毁大量的铁路基础设施，还可能对铁路运输时对火车上的人员造成极大的伤害，由此看它是一个特别严重的灾害对铁路运输安全是一个极大地隐患。在当前铁路部门可以运用物联网技术，在山体滑坡现象严重的区域安装倾角传感器、液位传感器和前端设备，这样不但能够实时监控这一地区山体情况，还能够对当前的山体的数据进行传输与储存以便于相关人员的分析。同时在发现山体变化的同时及时的发出警告预警，以便于车站人员能够及时的对相应的地质灾害做出反应，进而极大地挽回人员与财产的损失。 五、结束语 物联网技术在我国铁路系统的广泛运用，是当前信息化时代不断进步的必然要求。只有把物联网技术应用到了铁路系统的各个方面才能够提升我国铁路系统的运输效率。目前，我国的物联网在铁路中的使用主要表现在RFID、传感器、数据采集以及二维码等方面，在这些年的运用中能够发现其效果是十分的明显的。互联网的广泛运用，为物联网的发展打下了坚实的基础。未来铁路运输的发展必将会朝着智能化的方向不断的前进，我国铁路系统必将会迎来发展的新契机。 作者：范军 单位：北京铁路局调度所 物联网技术论文:物联网技术在建筑节能中的应用 1建筑节能的方向走势 （1）对于建筑节能最常见的概括是，为了提高建筑中的能源利用率，在建筑使用的过程中，对建筑空调热水器的使用、建筑照明以及各个家用电器工作状况等多方面对其进行一定的合理利用。另外，在建筑使用的能耗方面，空调体统、照明以及动力系统的所占比例较高，对于大型的公共建筑而言，楼宇的自动化系统的运用是最常见的，通过对楼宇自动化和控制网络的数据通讯协议以及欧洲设备安装总线的协议这两种主要的技术采用，保证了楼宇自动化系统的建筑内共机电设施的完好运行。尽管楼宇系统自动化的技术运用比较广泛，但仍然存在一些难点，例如：建筑内电气设备存在布线的成本较高并且安装复杂的问题。并且，楼宇系统自动化的其他方面的难点在于，它不能全面的获取建筑在能耗过程的详细数据，因此，无法让建筑的内耗能系统处于最佳的运行状态。所以，另外一种更低成本、更加低耗拥有较大范围的组网，并且更便于管理的网络通信技术应运而生。 （2）物联网技术的低成本，低耗能，并且能够组建大规模的测控网络等许多方面的使物联网技术为建筑的节能技术带来更好的发展前景。在国外，一些能源研究机构经过科学的系统研究，研究出来根据无线传感器网络技术的照明控制实验室的原型系统。在一些研究报告中可以发现，增加采用基于无线传感器网络技术的控制节点的照明系统中，使其对能源的消耗降低30%左右。另一方面，一些小型的公司，已经研发出一整套以无线传感器为基础的网络的照明控制产品，这些产品，通过照明系统的遥控与自控，从而使照明系统的能耗降低。 （3）建筑的能耗多尺度、细粒度以及对多种运行参数的检测都可以通过对物联技术的运用得以实现，另一方面，根据对一些相关数据的进行分析的基础上，继而形成建筑低能耗的运行系统的最优化。 2物联网技术在生活中的应用 （1）温湿度采集器、空调墙空器以及人员位置的采集器是中央空调的调监控子系统的主要组成部分。温湿度采集器主要通过对区域的温度和湿度进行一定的收集，然后将收集到的数据信息发送给空调墙控器，进而，空调墙空器结合当前温度与之前预备设置的温度进行对比，另一方面，人员位置采集器通过向空调墙提供某篇区域的人员所在信息，让空调控制器通过一定的数据分析合适选择其控制模式，因此，这两方面的正常结合运用，使空调得以正常的运行。 （2）照明控子系统是通过将某片区域的光照检测信息传递给照明墙控器然后通过对该区域的安装的人员位置与光照度的采集，在周围环境光照度的基础上，经过该片区域内照明电器的组合控制照明电器开关对照明亮度进行一定的调节。 （3）为实现对处于正常运行状态中电梯进行一定的数据监测与信息控制，电梯控子系统采用电梯数据采集器以此来知晓电梯在运行过程中的消耗。通过对电梯控子系统的智能优化，从而更好的实现节约能源，降低耗能的最终计划。 （4）电能表数据的采集是一个较为复杂的过程，在实际生活中，为更加方便的解决电表数据的采集和传送，使用为电表加入无线通信模块或者是连接无线数据采集器的方式进行远程电表数据的采集工作，并且逐步建立一个电力抄表的系统。 （5）根据实际生活的需要，对建筑能耗系统的测控中，数据采集节点占绝大部分，数据采集节点有被人们称之为系统中的终端节点。终端节点的作用在于在检测环境温度，电量的数据过程中可以一段时间内周期性的采集所需要的检测数据。另一方面，由于电梯的启动与暂停工作的频繁，因此，可以采用中断方式采集数据，而且终端节点在很大程度上处于一种未工作的状态，从而可以采用电池进行对其的供电。 3建筑节能的控制策略 （1）利用物联网技术对能源以及排放的系统设备进行一定改善与约束是跟据我国能源及排放多方位的整理分析得出的。因此，对建筑各个方面的节能控制成了首要的任务。在建筑的通风与空调节能的分项工程中，对水管、风管的保温层的温差进行一定的自动检测并经过一定的数据分析，另外对房间里每个地方的空调用电进行计算与统计并安装自控装置。 （2）在对空调的采暖系统的冷热源这一分项的节能工作中，进行一定的科学实验。在公共建筑的空调节能过程中，以实验区为例。在实验区的区域内采用四管制空调系统用，冷源为冰蓄冷系统，热源为市政蒸汽。一方面采用全空气空系统，空调系统冷热源采用屋顶式空调机组；另一方面，在教育展示中心设置地源热泵，使建筑物内其余的空调区域运用变冷媒流量多联几种中央空调系统，最后利用技术动态的检测记录，进行分布调控。 （3）在进行对电能检测与控制节能的工程分项中： ①对每个电源的分路进行检测、计量；根据的电路所需容量选择合适的智能电表。 ②对于开关容量超过100A，应配置相应的电流互感器，运用带CT接线进行软计量检测，最后，智能电表和智能数据根据网关可采用“总线式”挂换方式。 （4）在可再生能源分项工程、雨水利用分项工程以及污水处理的分项工程中： ①对太阳能热水系统的智能检测和供回水动态监控，同时也对太阳能光伏发变电监测进行智能的记录与监控。 ②在雨水利用分项过程中，对集水池，管道和泵，以及喷灌系统进行记录控制，使雨水在一定程度上能够被最大化的利用。 ③对污水排放的窖井，调节池和反应池以及污水提升管道，进行一定的动态检测，包括，潜污泵、流量计、管道混合器、pH计泵、加药设备以及计量泵。使污水得以被更好的重新利用或者合理的进行排放。 4结束语 在物联网技术应用过程中，建筑节能是一个热点领域，随着市场的发展，将占据未来物联网市场数据中的主要比例。这一技术的兴起，能很好的降低我国建筑领域对能源的需求，提高产品的质量，从而更好的实现企业效益目标，因此，物联网技术的应用是我国工业建筑节能减排中是一个重要的研究对象。 作者：刘浩伟 单位：山东省电子信息产品检验院 物联网技术论文:现代物联网技术设施农业论文 一、物联网技术在设施农业应用概述 据统计，到二十一世纪第一个十年，我国的设施农业种植面积已经位居世界首位，达到了350万hm2。同时伴随着物联网技术应用推广开来，大范围应用于设施农业，会使应用整个体系更加完善。与此同时，物联网凭借其产出增加、成本降低、高效及智能化等优势被人看作是现代农业智能化实现的重要途径。设施农业是结合动植物的特点分析其最佳的生长条件，同时在有关设备和人力的共同调节下控制环境，使动植物不受季节天气的束缚达到每年均衡生产上市的目的。当现代信息技术发展到某个程度进而衍生出物联网技术，实现了技术上的突破，物联网技术是将传感器技术、人工智能、网络与自动化等综合在一起从而实现的聚合性应用。它涉及的技术领域比较广，因此被认为是信息技术第三次革命性的创新。这种技术拥有巨大的潜力，同时世界各国人们对其充满了期待，我国顺应时代潮流，提出了“感知中国”的战略，其重要性可见一斑。把互联网的快速发展应用到设施农业发展中去，实现农业现代化与信息化的完美结合。在智能监控与分析、数据的传输与采集、自动化调控等互联网信息技术的帮助下对农业的生产过程等进行监控管理，对农业生产实现科学的组织与规范的管理，让动植物能够更好生长生产，实现产出最大化。如今，物联网在设施农业中的应用已经形成一套控制闭环的系统，它的实现首先通过传感器来得到温室环境的各种参数（如温度、湿度、酸碱性等），在把得到的数据通过数据的收发网关来发送到信息的处理中心，同时由它来对得到的信息进一步处理并采用一系列的算法等作出决策，然后再经网关把算出的决策传送到设施农业执行机构，触发执行任务后就可以参考标准对现在的环境作出调整。如此循环往复，实现目标。 二、物联网技术在设施农业中的应用 当前，在种植、养殖、农资、农产品加工、农业信息化推送、农业智能化管理等方面，设施物联网技术都取得了一定的应用与发展。物联网技术的应用，可以让植物生长环境更好，可以全面感知家禽牲畜的生长状态，减少弊病。下面就对其应用具体几个方面进行探讨：一、物联网技术可以对农业情况进行实时监测。在整个物联网技术的研究工作中，其终端技术的应用及研究是工作的重点之一。简单地说，物联网终端与各式各样的作用不同的传感器有着密不可分的联系。在传感器的帮助之下，可以全方位的对农作物实时进行监控，依据监控所得数据进一步采取措施，使农作物在合适的环境下生长。其中传感器的种类大致有温度、光、湿度、pH值、二氧化碳、生物等传感器。使用这一终端对在农业生产中出现的各种问题进行合理适度的调整控制，同时还节约了各类资源，如水与人力等。二、对农作物的病虫害具有防治作用。判定农作物是否发生灾害的关键数据是阈值，当阈值到达一定的界限之后，农作物灾害便随之而来。在以往的种植过程中，人们常常需要花费不少的时间、金钱、精力去应对农作物灾害发生，但是往往得到的效果也不尽如人意，同时大量时间、金钱付诸东流。在设施农业中应用物联网技术，可以借助无线传感器对农田进行大规模的同步监测，同时针对观察情况，科学及时地对发现的情况处理，对农作物的灾害防御有很好的作用。在准确判断灾害情况、范围、程度的同时，还可以面对问题给出最合理的方案。根据情况的不同，在整个过程中还可能会用到GPS定位、GIS等先进技术。 三、物联网在设施农业应用中存在的问题 随着国家对物联网发展事业的重视，物联网产业持续升温，很多与设施农业相关的设备工厂开始在设施农业物联网方面大展拳脚，使得产品种类多种多样。在这个过程中，这些公司也出现了很多的问题。一、产品功能单调、没有特色。再次开发前景受限、价格过高等。这些工厂研发制造水平旗鼓相当，在激烈竞争的同时并没有出现领头羊式的企业。再者由于该技术比较新颖，没有一套公认的、合理的、权威的评价标准。面对这一困境，需要国家进行适度干预，从全局上对该产业进行规划、同时明确发展的方向并根据实际情况制定一些计划。要在新产品的研发与新技术上加倍努力，根据不同的地区情况、人员素质情况研发技术，因地制宜。在发展的同时还出现了技术不协调的问题。二、目前我国的农业生产信息化还没有普及，所以物联网中很多的高新技术并不是完全适用于我国当前的市场，这就导致我国的物联网技术在一些关键的技术上一直停滞不前。但是伴随着传感器在各个不同类型农业的发展，其价格也逐渐走低，该技术取得了一定进步。综合上述两种现象，产生了在一个大的技术系统中各类技术发展不均衡。设施农业的发展离不开物联网技术的支持，虽然目前物联网技术取得一定发展，但是总体上水平较低。要是这个问题走出泥潭，首先是对关键技术（无线传输等）进行攻关，取得突破，再是对已经取得的技术成果（传感器等）进一步巩固完善。三、当前，我国农业物联网产业分布分散，没有统一的组织，没有明确的分工，这使得行业内交流较少。出现了对同一技术重复开发，造成资源大量浪费。这需要各个企业共同努力建设一个权威技术平台，围绕该平台，进行交流探讨，避免一些重复开发、资源浪费问题再次发生。 四、就物联网在设施农业发展中的设想 要想使设施农业实现投资少，环保节约的目的就要大力发展精确农业，这种农业类型以效益作为目标，是一种超前性的农业新技术。这种技术把信息智能化与机电一体化结合起来，并取得一定的应用。精确农业凭借其减少不必要投资，同时加强农业管理水平，既保证能源消耗少，又可以使环境影响小等优势值得被引入我国设施农业。自进入二十一世纪以来，食品安全的问题逐渐凸显。要想使食品安全有保证，农产品的生产、传输、出售等各环节必须严格把关，用传统的方式往往会消耗大量的人力物力，但是设施农业的引入可以缓解这个问题。比如通过物联网技术监控动植物生长，监测动植物生长环境的各个指标，真正保证食品安全，实现绿色无公害。当前，传感器应用和比较广泛，但是随着发展很多农户存在完全自动化管理的要求。这对整个设施农业的发展可以起到很好的领导作用。同时要建设一批专业的技术队伍和技术品台，使企业之间、用户之间、企业用户间有一个良性沟通。 五、结语 物联网的应用可以使设施农业有一个大的飞跃。随着社会发展，人们对新的农业技术要求越来越迫切，同时也提出愈发多的高要求，加之国家对物联网的高度重视，使得物联网发展有着很好的发展前景。面对种种任务，我们才刚刚起步，前路漫漫，需要我们更加努力地进行探索研究。 作者：庞春辉 单位：辽宁机电职业技术学院 物联网技术论文:物联网技术电子商务论文 一、物联网与云计算 谷歌已许可用户在Google的云计算上运行大型并行式的应用程序，并公开其教授云计算程序。在国内，中国移动科学院已完成云计算中心的试验，阿里巴巴下属阿软件建立了国内首个“电子商务云计算中心”，世纪互联推出CloudEx产品线，提供个人及企业进行云备份的数据保障服务。由此可见，中国云计算的产业生态链的构建立正在进行中，云计算将得到飞速的发展，其在电子商务上的发展价值巨大。本文对分析云计算在B2C的发展及困难，通过解决方案来探讨云计算在电子商务中的发展方向。 二、基于云计算与物联网技术的B2C电子商务模式 由于云计算平台的物联网的电子商务运营体系，能够对海量的营销数据进行高性能的分析处理与优化，考虑当前的物联网技术处于初步发展阶段，在建立云计算平台的物联网的电子商务运营体系时，采用如下几个方面的经营模式。 1.在物联网的角度作为切入口，协同传感器生产厂商、通讯营运商，将企业自身的无线传输网络，通过传感节点的方式接入互联网。因此，想升级为电子商务模式的企业，可以将物联网系统架设在云计算的基础设施之上。从而实现运资源的虚拟化与动态分配。 2.可以将大型的B2C的企业作为发展的云平台发展的基础，将云平台的网络几点配置以及资源分配进行优化升级，从而达到B2C电子商务企业的高效应用。将大型的B2C企业进行联合，制定云平台的统一标准。 3.当云计算平台的物联网的电子商务运营体系建立完善时，随着B2C电子商务的业务量不断的增长，要努力提升云平台资源的共享服务以及高性能计算的能力。服务能力的提升是伴随云计算平台的物联网的电子商务良性发展的要素。随着B2C电子商务的规模越来越大，云计算平台的物联网的电子商务运营体系的优势就越明显，盈利效应就越好。 三、总结 本文介绍了云计算与物联网的概念及其应用，深入分析了云计算与物联网技术的商业模式，并且对云计算平台的物联网解决方案作了详尽的阐述与深入的探讨。为云计算和物联网技术的B2C电子商务领域的企业提供了有力的理论依据和一定的实践参考价值。 作者：周本海 单位：沈阳工程学院 物联网技术论文:物联网技术用于设施农业论文 1设施农业物联网技术发展趋势 21世纪是信息化科技飞速发展时期，我国农业正处于这个关键的时期，农业物联网的发展为推动传统产业改造升级提供了巨大的动力，随着互联网技术的成熟和普及，要想使“电脑上种地”的愿望可以实现，就必须加快网络信息化技术发展的步伐，为现代设施农业发展提供必要的基础。 1.1传感器种类繁多，功能相近，将向细化 其发功能的方向发展目前，应用的传感器产品都能够达到对环境监测的目的，并能够形成简单的系统，但是功能不完整，扩展性和升级能力相对较差，性价比不高，没有取得较好的推广效果。无线传感器技术的发展使农业传感器将朝着微型化、低功耗、高可靠性的方向发展，能否降低构建传感器网络的成本，降低传感器的功耗，延长传感器网络的生命周期是传感器网络能否在农业中得到广泛应用的关键。同时，发展可靠性高的更为先进的身份识别技术以及设施与机械化技术的功能定位，引进精准农业技术、智能化技术、物联网技术等高新技术，提高设施农业机械化、自动化、信息化水平。 1.2网络传输管理系统建设滞后，无线通信 技术将获广泛应用设施农业物联网技术需要一个稳定性、经济性和通用性上均衡发展的管理系统或管理平台，设施农业综合管理系统大多还处于试验研究阶段，价格昂贵，真正能够大面积推广的产品还很少。此外，如何提高传感器网络的可靠性也将是研究的重心。现有无线传感器网络空间范围查询处理算法能量消耗较大，且当节点失效时查询处理过程易被中断，无法返回查询结果。wifi技术因其组网灵活、易维护、易拓展和丰富的配套设备等优势将在设施农业中得到更广泛的应用；同时，通过对农作物温室内的温度、湿度信号以及光照、土壤温度、土壤含水量、二氧化碳浓度、叶面湿度、露点温度等环境参数进行实时采集，自动控制指定设备。同时在设施现场布置摄像头等监控设备，用户通过电脑或G4手机实时采集视频信号，收集设施内生长环境数据进行分析，从而达到远程控制智能调节指定设备，为作物生长信息实现自动监测、自动控制和智能化管理提供科学依据。 1.3人才匮乏，技术不完善，应用推广范围较小 农业物联网的建设需要国家鼓励和加大对物联网的物资投资和人才投资，给予资金技术支持；需要国家加强农业物联网专门人才的培养，提高他们的创新能力以及应用能力；需要专业的设施农业物联网技术服务。各物联网设备开发企业，围绕这个平台和标准，开发相应的配套产品设备，不再投入大量精力开发基础的软硬件，可以节省人力、物力，增加设施农业物联网技术的产品种类，加快设施农业物联网综合技术的推广应用。 2结语 设施农业物联网技术作为多种学科技术的综合应用，融合了现代的传感技术、自动化、智能化通讯技术、计算机技术以及植物科学等多种技术，通过物联网技术的应用，把所有的技术联系在一起，从而达到对农作物生长进行精细化管理，有效降低农业成本，提高农业生产效率，加强环境保护，促进农业发展的信息化、标准化、智能化。 作者：李娅娜 单位：扬州商务高等职业学院 物联网技术论文:物联网技术资产管理系统设计论文 1物联网与FRID技术介绍 1.1物联网技术 物联网是一项新的技术，是一种物与物，物与人的连接，通过射频识别、红外感应、激光扫描、通信装置等信息传感设备，按照约定的协议，将物体与互联网相连，进行信息的交换与通信，实现对物体的智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的网络。 1.2FRID技术 射频识别（简称FRID）技术是一种利用射频信号通过交变磁场和电磁场实现非接触式信息传递并通过所传递的信息识别目的的自动识别技术，它通过射频信号自动识别目标对象并获取相关数据。通过与物联网技术相结合，能够实现企业资产的定位跟踪与信息的共享。FRID正不断向生产行业的各个方面渗透。FRID在煤炭行业的应用首先是人员定位系统、安全监测系统，然后扩大到资产、物流的各个环节，已显示其在煤炭行业的广阔的应用前景。 2系统需求分析 基于物联网的资产管理系统基本功能应满足公司公司资产的流程管理工作，具体包括资产的录入管理：即采购资产的信息录入、到货信息的补充录入、资产的验收确认、资产信息数据的写入、RFID芯片标签的制作、标签的粘贴与固定；同时实现资产的变动管理：包括资产的转移、维修修和报废管理；资产状态管理：主要是区域内资产分类、资产名称和数量等，而且某个大型设备上安装多个标签可反应一个资产信息，快速盘点资产；资产信息的查询汇总；统计分析报表等功能。要求能够对资产进行全生命周期管理工作，实时掌握设备使用的全过程，从而实现从设备的采购，运行，报废整个过程对资产进行科学合理的管理。是管理工作做到更加精细，精确。 3系统的整体架构设计 资产管理系统的整体架构是按照物联网三层架构的基础上进行设计的，具体包括感知层，网络层，和应用层，感知层采用RFID读写器和RFID标签组成，标签用于记录资产信息，读写器用于读取标签上的信息，实现物联网感知层原始数据的自动采集工作。网络层采用公司的各类可连接的网络连接读写器，在网络机房架设SQLServer2005数据库服务器和应用服务器，将读写器采集到的数据传输到服务器中来完成资产的全程跟踪，实现资产的动态信息化管理。应用层是用户和物联网的接口，是根据公司资产管理流程处理读写器采集到的数据，再将数据显示在用户桌面上，实现资产数据信息的查询、存储、统计与共享工作。 4资产管理系统设计方案 本系统包括资产编码设计、RFID系统设计和资产管理系统设计。 4.1资产编码设计 为了有效控制和管理公司的资产，准确区分公司各类型资产存放状况，将公司资产分为固定资产和其他资产两大类，为了做好编码资产的动态管理，本次资产编码采用RFID植入式芯片无线管理监控，并对编码资产实行门禁系统管理，将公司资产存放位置划分为生活区、工业区、井下、风井工业区四大区域。同时，为了规范资产管理，前期由资产管理部门对所管辖资产进行标签写入、核对及贴签。后期对新增的每一项资产均在验收通过时，写入资产管理系统并现场制做并贴签。 4.2RFID设计 4.2.1RFID标签设计 由于煤矿物资存放的场所不同，体积各异，且井下环境条件恶劣，在对公司物资设备情况进行具体分析后，确定使用超高频860～960MHz，存放公司物资电子标签设计时主要考虑以下内容： 1)防水、防油污、防撕 2)RFID芯片的粘贴或悬挂根据以上要求将RFID标签样式设计为室内标签和室外标签两种，室内标签采用超高频无源RFID标签银行卡大小，封装pvc8.5×5，室外标签采用超高频无源RFID标签，封装pcb，抗金属，规格95×35×10，带外壳，具体根据实际情况分为钢丝栓挂，带胶，带胶且螺丝固定3种类型。 4.2.2RFID读写器设计 RFID读写器是系统的核心设备，通常分为固定式和手持式两种，固定式读写器安装于公司资产存放位置的出入口，用于快速识别资产上绑定的标签出入，进行方便的对资产的管理，并提供报警功能。手持式读写器配合管理人员用于对公司固定资产进行盘点。管理人员拿着手持式读写设备在资产所在区域走一圈，该区域的资产将自动读入手持式读写器，再将读写器连接在互联网上将数据导入资产管理系统中，方便的实现固定资产的盘点工作。 4.3资产管理系统设计 4.3.1系统业务流程 根据公司资产管理的流程分析。管理人员登录到资产管理系统，根据流程图可以看出管理资产的动向和盘点的数据。 4.3.2业务功能设计 根据公司的实际需求，对公司的业务工作流进行分析，设计系统业务功能图。资产管理系统的功能包括资产的新增，领用、借用、处置、调拨等功能。 4.3.3系统开发及运行环境 在项目开发阶段，整个系统开发基于B/S的体系结构，数据统一存放在数据服务器上，采用基于微软的.NET平台VisualStudio2010进行编程，数据库采用SQLServer2005数据库，在客户端运行此系统端无需安装任何软件，通过浏览器就可以访问，在服务器端配置windowsServer2008+IIS（.netFrameWork3.5）即可。 5结束语 张家峁矿业公司基于物联网资产管理系统对未来煤矿行业大规模的物联网发展推广有积极的作用。物联网技术有望成为煤矿行业工业化和信息化融合的切入点。物联网技术的不断发展，使得公司技术创新形态发生着转变，以用户为中心，以人为本的创新形态正在不断的显现，实际应用下的用户体验也是煤矿行业的创新。但物联网的具体应用涉及到信息的采集，传输、处理、控制各个过程，还涉及到研发的各个环节，显然不是单个人后者单个部门能够处理的了的事情，需要在政府部门、企业技人员、和消费者的共同努力下，才可能形成一个良性的物联网发展环境。 作者：韩培强 单位：陕煤集团神木张家峁矿业有限公司

浅谈风力发电机控制系统设计:风力发电机组并网运行研究 论文关键字：风能 发电机 电能 论文摘要：风能是一种清洁，安全，可再生的绿色能源，利用风能对环境无污染，对生态无破坏，环保效益和生态效益良好，对于人类社会可持续发展具有重要意义。进入20世纪70年代，在世界范围内爆发的能源危机告诫人们，要生存就要寻找开发新能源，此后各国政府纷纷制定能源政策支持新能源的开发利用。现今调整能源结构、减少温室气体排放、缓解环境污染、加强能源安全已成为国内外关注的热点。国家对可再生能源的利用,特别是风能开发利用给予了高度重视。 近年来，世界风力发电事业蓬勃发展，截至2006年年底，全世界风力发电装机容量已达7422万千瓦，预计到2010年全世界风力发电装机容量将达到149．5吉瓦。 我国风能资源丰富。据中国气象科学研究院的初步测算,我国陆地10m高度处可开发储量为2.53亿kw,海上可开发储量为7.5亿kw,总计约10亿kw,风能利用潜力巨大。2005年以来我国每年的风电新增装机容量连年翻番，2005年装机容量126万kw，2006年装机容量260万kw，2007年装机容量590万kw，至2008年底风电装机容量已超过1000万kw。国家规划,到2020年中国风电装机规模将达3000万kw。在国家政策和资源优势的推动下,中国风能开发利用取得了长足进步。 风力发电在并网时由于冲击电流的存在，会对电网电压产生影响。由于风力发电是一种间歇性能源，风电场的功率输出具有很强的随机性，所以为了保证风电并网以后系统运行的可靠性，需要额外安排一定容量的旋转备用以响应风电场的随机波动。各种形式的风力发电机组运行时对无功功率的需求不同，依靠电容补偿来解决无功功率平衡问题，发电机的无功功率与出力有关，由此也影响电网的电压。 大型风力发电机组的投入运行，使大规模风力发电场的建设成为可能，风电事业正逐步向产业化迈进。在某些地方，风力发电已经在电网中占有了相当的比重，它的运行状况直接关系到整个电网的安全性和可靠性。为了更加安全、充分的利用风力资源，迫切需要深入研究大规模风电场并网运行的相关技术问题，是保证并入大规模风电场后电力系统仍然可以正常稳定运行的重要前提。 国内外研究现状 过去很长一段时期以来，由于结构简单、运行可靠，风力发电系统主要采用恒速恒频发电方式，但采用恒速恒频方式的风力发电机组发电效率较低，而且机械承受的应力较大，相应的装置成本较高。近年来，随着大规模电力电子技术的日趋成熟，同时为实现不同风速下实现最大风能捕获从而高效发电，国内外正在采用变速恒频发电方式，变速恒频发电方式可以大范围内调节运行转速 ,来适应因风速变化而引起的风力机功率的变化,可以最大限度的吸收风能 ,因而效率较高；控制系统采取的控制手段可以较好的调节系统的有功功率、无功功率 ,但控制系统较为复杂；低风速下风机转速相应下降，从而大大降低了系统的机械应力和装置成本，近年来变速恒频风力发电机组成了大容量风力发电设备的主要选择方向。 恒速恒频风力发电机组的并网包括同步发电机的并网和异步发电机的并网。同步发电机在重载情况下并网，若不进行有效的控制，常会发生严重的无功振荡和失步，对系统造成严重的影响。用于风力发电的同步发电机与电网并联运行时，常采用自动准同步并网和自同步并网方式。前者由于风速的不确定性，通过该方法并网比较困难；后者的并网操作相对简单，使并网在短时间内完成，但要克服合闸时有冲击电流的缺点。异步风力发电机控制装置简单，而且并网后不会产生振荡和失步，运行比较稳定。然而，异步发电机直接并网时会产生发电机额定电流5-7倍的冲击电流，不仅对电网造成冲击而且影响机组寿命；另外异步发电机本身不发无功功率，需要进行无功补偿。 变速恒频风力发电系统有多种，例如同步发电机交/直/交系统的并网运行和双馈发电机系统的并网运行。在变速恒频风力发电的众多种方案中,最具优势的方案是采用双馈感应发电机的并网型交流励磁变速恒频风力发电机组。 同步发电机交/直/交系统并网运行时，由于采用频率变换装置进行输出控制, 因此并网时没有电流冲击, 对系统几乎没有影响。由于同步发电机组工作频率与电网频率是彼此独立的, 风轮及发电机的转速可以变化, 不必担心发生同步发电机直接并网运行可能出现的失步问题。在风电系统中使用阻抗匹配和功率跟踪反馈来调节输出负荷, 可使风力发电机组按最佳效率运行, 向电网输送更多的电能。 双馈发电机系统并网运行时，风力机起动后带动发电机至接近同步转速时电网, 并网时基本上无电流冲击。风力发电机的转速可随风负载的变化及时做出相应的调整, 产生最大的电能输出。而且通过调节双馈发电机励磁电流的频率、幅值和相位，可以保证发电机在变速运行的情况下发出恒定频率的电力,并可以调节无功功率和有功功率。 交流励磁变速恒频风力发电系统中，发电机和电网之间是一种柔性连接，尤其对无刷双馈电机而言，对发电机转子侧交流励磁电流的调节与控制，就可在变速运行的任何转速下满足并网条件，实现变速恒频无冲击电流的高效并网。其励磁绕组与电网间的双向变频器功率，仅为发电机系统的一小部分功率。可以预见，在未来几年内，无刷双馈电机在变速恒频发电系统中将会获得广泛的应用，对全国的风力发电等机电产品的更新换代起推动作用，产生显著的经济和社会效益。 研究(设计)内容 对主要风力发电机组类型进行对比研究，不同机型的发电机原理、结构、运行特性和对电力系统的影响不尽相同，有必要进行研究。 对风力发电机组并网方式进行比较分析研究，主要是同步发电机的并网方式和异步发电机的并网方式进行比较分析，并对目前主流的变速恒频风力发电机组中的双馈感应发电机进行重点探讨。 电压水平是电力系统稳定运行的重要指标，研究了风力发电并网运行后电力系统的电压特性。 从风电场接入地区的中枢点电压水平、风电系统负荷的轻重、风电场的无功补偿容量大小等各个方面分析探讨影响风电机组最大注入功率的各种因素。 综合分析几种常用风力发电机的并网控制技术，分析比较它们各自应用于风力发电上的优缺点。并提出风力发电技术今后的发展趋势。 研究(设计)方法及技术路线 首先建立几种常用风力发电机的数学模型，建立风速、风力机模型，并利用已建立的数学模型对发电机原理进行探讨，研究各风力发电机的运行特性，并就各种发电机并网时对电网的影响进行理论探讨，特别是与电网有功、无功交换功率及对电网电压的影响进行探讨，找出合适的并网运行控制方案。 本课题研究的难点有：1）风力发电机数学模型的建立；由于风力发电机类型较多，不同电机的数学模型不一样，不能建立统一的、适应各种机型的数学模型。2）该课题的探讨主要停留在理论上，并进行适当的仿真计算，难以进行实验验证 时间安排 第九周 详细地了解设计题目、设计任务、设计要求、预期效果。本周内主要完成：①明确设计任务的具体内容。② 完成开题报告。③编制初步设计方案 第十周 通过分析设计任务，提出各自的问题。 第十一周、第十二周 ① 将设计任务再次细化，提出更加具体的问题。② 开始设计预期目标的整体方案，包括相关硬件、软件方案，提出可行性。 第十三周、第十四周 ① 设计方案更加具体化，使之更加清晰，明确提出可达到的预期效果。② 再次论证方案的可行性。③ 对设计方案各部分进行系统的分析计算，解决设计中出现的具体问题。 第十六周 总结前两个阶段的工作成果，编写设计说明书。 第十七周 ① 妥善保存设计系统。② 修改毕业论文，并完成打印。③准备答辩 预期成果 预期成果为几种常见风力发电机组的并网运行控制方案，并以论文论文的形式表达出来。可能的创新点为：考虑充分利用电力存储或者能量存储技术，降低风能资源的随机性对电网造成的不利影响，改善风能资源的利用条件，尽可能达到可控的目的。 浅谈风力发电机控制系统设计:大型风力发电机组旋转机械的状态监测及分析 【摘 要】本文对大型风力发电机组旋转机械的状态监测进行了分析，论述了大型风力发电机组旋转机械状态监测的重要性，介绍了振动信号的采集和分析过程，以及大型风力发电机组容易出现的故障。 【关键词】大型风力发电机组；旋转机械；状态监测 大型风力发电机组通常都是位于草原、戈壁滩等广阔偏远的地区，分布的面积非常广，离监控中心的位置很远，大型风力发电机组的电子装置和发电机组又比较复杂，在这样的情况下，大型风力发电机设备就会很容易出现故障。而状态监测作为一种重要的手段，能够保障风电机组设备的正常运行，优化机组设备，在机组设备出现故障时，及时作出诊断，由此看来，对大型风力发电机组旋转机械的状态监测进行分析和研究，是非常有必要的。 1、大型风力发电机组旋转机械的状态监测 大型风力发电机组在运行的过程中，需要时刻对正在运行中的状态参数进行监测，并且将数据传感器采集到的数据进行处理，通过得出的结果对大型风力发电机组旋转机械的状态进行评估和预测，这样即使是远程控制，也可以最大程度地提高大型风力发电机组的工作效率，减少故障的产生，降低维修的费用。通常的监控系统采集到的数据是有限的，只能采集到一部分数据，例如振动量就无法采集到，这就可能会导致故障预警不准确，使设备的存在安全隐患。想要实现对大型风力发电机组全方位的控制和监测，在大型风力发电机组的监控系统中加入状态监测，是一种十分有效的方法。大型风力发电机组旋转机械的状态监测是scada系统的一个组成部分，结构和scada是一致的，都是由上、下位机等组成的，上位机在完成数据交换和传送命令的时候，要通过网关和下位机的plc控制组相连接，plc控制组主要包括a/d转换模块、i/o输入输出模块、cpu模块和电源模块等。整个监测系统的核心部位就是plc控制组，程序如果想要顺利的执行，就必须要先上传到plc控制组。plc控制组中的a/d转换模块的主要作用就是信号转换，将采集到的信号转换成为监测系统可以识别的信号；i/o输入输出模块的输出功能就是实现操作对象命令的执行，输入功能则是将plc控制组和各个传感器连接，进行数据的采集；cpu模块的主要功能是运算和判断；电源模块的主要作用是保持电源的稳定性，保障其它的各个模块都能正常的工作。只有各个部分之间相互配合，才能更好地对大型风力发电机组旋转机械进行状态监测。 2、旋转机械振动信号的采集 旋转机械的部件在有许多阻力的情况下，产生的响应，称之为机械振动。机械信号振动的采集要通过传感器，传感器的选择一定要准确，要选择最为恰当的，并且安装在合适的位置，通过制定的软件进行数据的采集和传递。传感器要根据所处的环境以及监测部位的振动情况来选择，传感器的灵敏度要好，抗干扰的能力要强，这样才能保障数据的可靠性。传感器在安装方面，也是需要特别注意的，如果安装的位置不恰当，不仅会影响到测量结果的准确性，还可能会导致传感器自身出现损坏。电涡流式的传感器是一种非触碰型的传感器，非常适合监测机轴的转轴相对于轴承座的振动，电涡流式的传感器有两种安装方式：①第一种方式是根据主轴的垂直和平行方向，将传感器用支架固定在轴承座的侧边；②第二种方式则是在轴承座中分面上夹角45°的位置处，垂直轴颈安装两个传感器，用支架固定。在安装的过程中，如果出现了两个传感器的位置过于靠近，则要注意防止交叉影响。其它的传感器，如压电加速传感器和磁电式速度传感器在安装方面是差不多的，都是安装在轴承座上，为了获得最佳的监测效果，也可以用螺丝将传感器牢牢地固定在机座的表面。 德国劳埃德船级社 gl 认证的在线状态检测标准，规定了几个必要的振动测试点，具体内容见表1。 在具体的发电场工作中，可以根据机组的类别和监测情况等增加测试点，使重要位置和容易出现损害的位置得到监控保障。 3、旋转机械振动信号的处理分析 在大型风力发电机组设备旋转机械测试出的振动信号，都不是单一的，通常都是两个或者更多信号形成的综合性信号，这时，就需要对振动信号进行处理，将信号的特征扩大化，这样的做法，有利于对监测设备的状态进行最为准确的判断。信号最基本的处理方法主要有频域分析、时域分析、相域分析和幅域分析：①频域分析：频域分析就 要将信号的频域机构进行确定，简单来说就是将信号中所包括的频率成分以及这些频率成分幅值的大小搞清楚。主要的内容就是通过傅立叶的变换，以频域的形式对信号进行描述，傅立叶的正逆变换、倍频分析、小波变换、三维坐标图等；②时域分析：时域分析就是信号在时间区域之内进行的变化以及分析，主要的内容包括时域平均、瞬态记录等；③相域分析：相域分析指的是对相位随时间的变化以及相位值的测量值进行分析；④幅域分析：幅域分析指的是将信号在幅值上进行处理，主要的内容包括均值计算、概率密度和概论分布函数等。当今时代，微电子计算机发展迅速，对振动信号的分析主要采用数字式分析机来完成，分析仪所进行的数字频率分析的计算工作量是非常繁重的，fft作为一种傅立叶变换的快速算法，能够节省计算所耗费的时间。通过快速傅立叶变换，可以迅速的识别出旋转机械振动信号的振动频率。 4、结语 大型风力发电机组旋转机械的故障分析和预测方法，可以通过状态监测技术实行，利用状态监测技术把机组的状态发展和信息提供出来，通过这些信息来减少安全事故的发生。在线监测技术的优势可以预测可能发生的故障，这样就可以优化风力发电机组旋转机械的运行和使用，所以在线状态监测技术对安全生产和提高机组的经济效益有着不可忽视的重要作用。 浅谈风力发电机控制系统设计:风力发电机组控制系统论文 1风力发电机组控制系统的构成分析 在风力发电机组中，其控制系统关系着机组是否能够安全稳定的运行。控制系统可以分为本体系统与电控系统，也叫做总体控制。其中，本体系统又可以分成空气动力学系统、发电机系统以及变流系统和其附属结构；电控系统是由各种不同类型的模块组成的，分为变桨控制、偏航控制以及变流控制等等。与此同时，本体系统和电控系统之间已经实现信号的转换，比如空气动力系统里，桨距主要受变桨控制系统控制，这样做能够发挥风能转化的效率，同时也能使得功率平稳。由于风电机组的标准不同，其控制系统也是不一样的。根据功率可以将发电机组分定桨距和变桨距发电机组以及变速型机组三种。其控制技术也是由原来的定桨距恒速恒频控制向变桨距恒速恒频发展，而后再发展到变桨距变速恒频技术。 2对定桨距风力发电机组的控制分析 在定桨距风力发电机组里，主要运用的是定桨距风力机与双速异步发电机，所采用的控制系统是恒速恒频技术。运用这种技术，确保了机组运行的安全和稳定。定桨距恒速恒频技术主要应用了软并网技术、偏航技术以及空气动力刹车技术等等。发电机与电网之间有晶闸管，晶闸管的开度对于冲击电流有很大的影响。使用恒速恒频技术对晶闸管的开度进行调控，进而来对并网瞬间产生的电流进行限制。风力发电机组控制系统的相关分析文/江康贵蒲上哲在风力发电中，发电机组的控制技术是确保机组正常运转的关键。风力发电机组的控制系统是一个综合性较强的系统，因此，加强对控制系统的研究分析，对于确保机组安全稳定运行至关重要。本文拟对机组中的几种控制系统进行分析。摘要此外，利用这种技术，经过传感、检测等能够实现自动偏航以及自动解缆的功效。在定桨距风力发电机组中，桨叶的节角距是固定不变的，如果风速比额定的风速要大很多时，那么桨叶本身的自动失速就会失去效能，不能让输出的功率更加的平稳。 3对变桨距风力发电机组的控制系统分析 变桨距风力发电机组所使用的电机是可以调节滑差的绕线式异步发电机，风力机使用的是变桨距风力机。和定桨距风力发电机组相比较，变桨距风力发电机组有更大的优势，主要表现在输出功率更加的平稳，此外，还有在额定点上有着非常高的风能利用系数，同时还有非常好启动性能以及非常好的制动性。变桨距风力发电机组的控制系统主要使用了转速控制器1和2,以及功率控制器。为了能够最大限度的将由风速引发的功率波动降低，机组还应用了转子电流控制技术。这种技术可以对转子的电阻进行调节，从而确保转子电流对恒定电流的给定值进行有效的跟踪，进而保证输出功率的稳定。在发电机并入电网以前，发电机的转速信号控制着系统的节距值大小，发电机的转速有控制器1控制，变桨距系统会依据给定的速度参考值，对节距角进行调整，从而让风轮拥有比较大的启动转矩。在并网以后，发电机组主要由控制器2和功率控制进行管控。与此同时，要把发电机组的转差调整到1%，节距的大小应根据实际的风速进行调整。在风速比额定值高的时候，伴随着风力的不断加大，风力机逐渐的吸收更多的风能，发电机的转速也将变快。对于转速的调节，主要通过改变节距来进行。随着桨距角的改变，发电机输出的功率就会维持在一个稳定的值上，不会出现大的波动。某个时段的风速不稳定，一会上升一会下降。上升的时候，输出功率也随之上升，转子电流给定值相应的改变，从而使得转子电流控制器工作，将转子回路的电阻改变，提升发电机转差率，那么发电机的转速会逐渐上升。此时，风力又开始降低，在功率控制的作用下，发电机的转速也随着下降。这样，在风速上升和下降的过程中，发电机的输出功率基本上没有出现变化，这样就维持了功率的稳定，确保了发电机安全稳定的运行。 4对变速风力发电机组的分析 与恒速恒频技术相比，使用变速恒频技术，能够在风速较低的情况下，叶尖速比能够一直处于最佳的状态，从而获得最大的风能。如果风速比较大，使用风轮转速的变化，对部分能量进行调节，进而增加传动系统的韧性，确保输出功率的稳定性。变速风力发电机组的总体控制可以分为三个区：恒定、转速恒定以及功率恒定。在恒定区，随着风速的变化，发电机的转速也出现了变化。受功率—转速曲线的影响，发电机的转速达到一定的值后就保持不变，然后进入转速恒定区。在这个区里，转速控制对发电机的转速进行控制，确保转速不变。当风力进一步增大，功率也增大，达到极限后，功率进入恒定区。变速风力发电机组的控制系统主要就是变速恒频技术。双馈异步发电机在绕线转子异步发电机的转子上装有三相对称的绕组，同时，三相对称交流电又与这三线绕组接通，从而产生了一个旋转磁场，这个磁场的转速和交流电的频率以及电机的极对数的关系非常密切，我们可以通过下面的公式来看：在这个公式中，n2代表的是绕组被接入频率是f2的交流电之后所产生的旋转磁场相对于转子本身的旋转速度，p代表的是极对数。从上面的公式中，我们可以得知，只要频率发生改变，既可以使得转速发生变化；如果通入转子的交流电的相序发生变化，那么磁场的旋转方向就会发生变化。我们可以假设n1是电网频率为50Hz的时候发电机的转速，n是发电机的转速，因此，只要是n±n2=n1，那么异步电机的定子绕组感应电动势的频率就不会发生改变，始终维持在50Hz。 5结语 综上所述，当前风力发电已经越来越引起人们的关注了。风力发电机组中，控制系统对于维持机组的未定具有非常重要的作用。本文主要分析了三种控制系统：定桨距风力发电控制系统、变桨距风力发电控制系统以及变速恒频控制系统，这三种控制系统随着风速的变化能够实现对输出功率的调整，使其保持平稳的状态，进而维持了风力发电机组的安全稳定。 作者：江康贵蒲上哲单位：汕头市众业达电器设备有限公司 浅谈风力发电机控制系统设计:风力发电机组振动优化设计论文 1风电机组振动特性研究分析 风电机组中发生共振的现象时有发生，为了避免机组发生较大振动，需对塔筒以及整个风力发电机轴系进行共振裕度分析。塔筒为细长结构，可采用梁模型进行简化处理得到塔筒的1、2阶弯曲频率。轴系计算中，重点关心了机组的1、2阶扭转自振频率。风力发电机组的激振源较多，主要有转频、电网频率以及叶片通过频率，振动特性分析较为复杂。通过机组工作转速与固有频率的CAMPBELL分析以及机组的共振裕度分析表，从而可得出结论，该机组动力特性良好。塔筒为细长梁模型，一阶弯曲固有频率一般介于1倍工作转频至3倍工作转频之间，因此塔筒的频率必须首先保证避免共振。同时发电机部件由于激振来源较多，主要来自转频、电网以及叶片通过频率等，振动特性分析较为复杂。对于机组振动特性的分析，可以通过机组CAMPBELL分析. 2强度优化设计 为提高风电产品的市场竞争力，机组在保证性能的基础上，要具备成本优势以及开发效率优势。基于以上目的，优化设计的方向和目标大致分为以下几个方面。 2.1以降低重量为目标的多参数强度优化设计 降低重量主要是要通过减小产品的尺寸来实现。在保证产品的刚强度各项性能指标满足要求的前提下进行，即优化之后进行。许用应力值:σ≤［σ］疲劳损伤因子:D≤1，D＜0.5(焊缝) 2.2基于工艺成本控制的多目标强度优化设计 对于产品某些加工部位的表面光洁度可进行优化设计，对产品成型工艺可进行降本优化改进。例如，在保证疲劳可靠性的前提下，由原来的表面光洁度2.5μm增至12.5μm，显然降低了加工的难度，节约了加工成本。同样，由原来的锻造成型改为铸造成型，同样可降低机组的制造成本，并满足批量产生的需求。在工艺优化设计中，同样需保证结构的抗疲劳性能，需满足以下疲劳性能指标:疲劳损伤因子:D＜1，D＜0.5(焊缝位置)。 2.3整体提高产品性能的全新优化设计 上述2种优化方式与方法，参数的调整系统性不强。借助计算软件的先进优化算法，例如遗传算法等，可以对结构的重量、疲劳可靠性等进行系统的优化分析。 2.4基于软件设计开发平台，自主编程定制优化 设计流程，缩短开发周期为了能够满足批量产品的设计需求，在大量分析计算经验积累的基础上，对于某些特定问题，借助软件的设计开发平台，开发全参数的强度分析设计软件。 3风电机组中几类特殊难点问题 3.1螺栓连接强度分析计算 风机和发电机部件中，螺栓连接及焊缝连接是最常用的2种连接方式。对于此类问题的静强度与疲劳强度分析，考核标准以欧洲的标准体系British、GermanorDNV或美国的ASME标准为主。对于塔筒分段的链接螺栓，有学者提出了采用分段线性模拟螺栓在不同阶段受力的方法，该方法简单易行。对于塔筒与主机架、主机架与发电机主轴、轮毂与发电机等部位的连接螺栓，由于载荷较为复杂，采用上述经验公式已不能满足要求，需要借助FEA分析方法。结合载荷谱，通过计算最终得到螺栓的疲劳损伤值。 3.2焊缝连接强度分析计算 关于焊缝疲劳问题，国际焊接协会IIW－2003、欧洲标准Eurocode3part1.9、英国标准BS7608、挪威船级社DNV的相关规范，以及美国机械工程协会ASME规范，均给出了相应的计算方法。东方电机一般采用国际焊接协会中的热点应力法来分析焊缝疲劳。首先，在FEA分析模型中建立热点应力的参考点，单位载荷作用下，得到2个参考应力点的应力分量，然后通过外推公式，最终得到热点位置的应力分量。通过查找和选取相应的疲劳等级DC，计算之后得到焊缝损伤。若损伤因子D＜0.5，可满足抗疲劳的要求。 3.3传动链疲劳分析难点 传动链的疲劳问题较为复杂。主轴轴承的装配，使得载荷在该位置的传递出现了较大的非线性因素耦合效应，主要来自于3个方面: (1)轴承轴向及径向紧量装配。 (2)轴承内部滚子与滚道的接触。 (3)螺栓预紧作用的非线性效应。这使得FEA模拟仿真结果具有较大的不确定性，成功解决此类问题的难点在于准确模拟滚子与滚道的接触应力传递。 4结语 风电机组的研发设计虽然借助于较为完备的标准体系，但对于工程中出现的复杂多样的事故及问题，有时却没有标准可供参考。所以，风电机组的整机分析、机电耦合振动分析、风流场与复合材料耦合振动响应分析、机组应力及位移响应分析、机组疲劳断裂损伤的深入研究等，均有待更为深入的研究逐步解决。此外，产品优化设计也是一个多因素集成的工作，往往需将设计工艺制造难度、材料成本、电磁性能、通风散热性能、强度振动性能、软件计算性能等诸多因素予以综合考虑，才能创造性价比高、具有市场竞争力的产品。 作者：李源 陈昌林 谭恢村 单位：东方电气东方电机有限公司

0前言 在煤矿的生产开采过程中，有效并且科学合理的应用机电设备以及相关的机电技术能够很好地提升煤矿生产的工作效率，能够在很大程度上解放劳动力。随着我国科学技术在煤矿行业的不断应用和渗入，我国的煤矿行业在机电技术方面有了非常大的发展。目前我国在煤矿机电技术的应用过程中，主要有3种应用技术，首先是煤矿电力电子机电技术；其次是煤矿设备监测机电技术，最后是煤矿机器人机电技术。目前我国很多的煤矿在生产过程中都在应用这3种机电技术，效果也较为明显。但是相较于世界范围内的先进水平还有一定的差距，还需要进行相应的完善和创新，因此在我国的煤矿生产过程中要重视机电技术的发展，促进我国机电技术在煤矿生产中的应用，要在大功率，安全性能高以及大容量方面进行进一步的创新和发展。 1在我国煤矿机电技术中电力电子相关技术应用和发展 目前，随着我国对于煤炭资源需求量的不断提升，我国的煤炭产量也需要不断地提升，因此在我国的煤矿生产过程中，对于生产效率是要有充足的保障的。为了满足生产效率不断提升的要求，我国的煤矿在生产过程中应用的机电设备向着功率大以及外形大的方向发展，这样的改变就对我国煤矿机电技术中的电子技术提出了更高标准。特别是随着我国电子技术以及相关的半导体技术的不断发展和应用。目前我国的电力电子技术得到了非常大的发展，在煤矿生产中也得到了非常广泛的应用。与最初煤矿生产中应用的电子部件相比，目前我国煤矿生产过程中应用的电子部件在质量上以及性能上都有了非常大的提升和改进。我国煤矿机电设备在20世纪50年代应用的是SCR机电技术；在20世纪80年代应用的是MOSFET，目前我国煤矿机电设备应用的相关电子技术已经是较为成熟的第三代电子技术SIT以及IGBT。第三代煤矿机电技术能够有效地将煤矿生产过程中应用的大功率机电设备，大电流机电设备有效地进行集成化处理，能够通过相关的处理形成一种智能控制设备功率的电子集成模块。在煤矿生产的过程中，使用的机电设备最主要的部件就是电动机。目前较为常用的电动机形式为交流型的电动机，在控制电动机的过程中，我们通常采用变频器进行相关的控制，在变频器中，主要的元器件在回路以及磁场回路应用中，都采用电子元器件，这样能够有效地实现变频以及整流的效果。电子元器件的应用能够减少电刷的使用，这样就会进一步的提升电机的容量，有助于机电设备的正常启动。除了上述的电动机之外，传送机以及水泵等设备在进行速度控制以及启动控制的过程中应用最多的也是电子技术，这样应用最大的效果就是能够让设备有较高的调速性能，让设备在运行的过程中更加的稳定和安全。例如目前应用较为普遍的磁阻开关电机由于其优越的性能得到了广泛的认同，其工作原理就是电力电子技术的应用。 2在我国煤矿机电技术中煤矿设备监测技术的应用和发展 为了有效地保障煤矿生产过程中的安全，我们要采取相应的措施来进行机电设备的运行监测。因此在我国的煤矿机电技术中，煤矿设备的监测技术就显得较为重要和实用。通常情况下，我们在进行煤矿设备监测系统应用的过程中，主要的监测设备有煤矿通风机、水泵、矿井提升机以及空气压缩机等煤矿生产过程中较为重要并且常见的机电设备。在煤矿机电设备监测系统的应用中，主要的结构为网络分层主体结构。监测系统最底层的结构为传感器结构层。传感器能够通过机电设备运行的实际情况进行运行数据的实时传输。在进行数据收集的过程中，传感器采用的是实时收集，将收集到的运行数据通过电缆等媒介传输到煤矿监测系统分站。每一个监测系统的分站都会配置安全的电源，这样就能够通过相关的监测显示器进行数据的实时显示和监控。当监控过程中出现运行故障的时候，会自动发出报警信号。在煤矿机电设备监控系统中，主要的部件有6个，第一是监控系统核心处理器，第二是监控系统数据采集；第三是监控系统的通信模块，第四是监控系统的显示模块，第五是监控系统的键盘模块，第六是监控系统的报警模块。在煤矿生产的过程中每一个小型的监控中心最主要的作用就是要把传感器中的实际信号有效地传输到数据处理终端进行数据处理，处理后的数据能够通过显示模块进行实时反馈。在机电设备监控系统中，报警模块是必不可少的一个部件，报警模块承担着设备报警的功能。当设备运行出现故障的时候，能够及时地进行错误信号的报警，保障设备运行的安全。 3在我国煤矿机电技术中机器人技术的应用和发展 在煤矿生产的过程中，大多数的煤矿都存在生产环境较为恶劣的问题，同时生产过程中的高风险性也是我们在生产过程中需要注意和改进的地方。因此，很多的煤矿在生产的过程中利用机器人来代替现场施工人员进行工作，这样就能够最大限度地降低煤矿生产过程中对于工作人员的危害性。同时在地下煤矿生产的过程中由于其潮湿、充满有毒气体以及粉尘的工作环境，工作人员容易在长时间并且高强度的工作过程中产生较为严重的身体不适问题，这样对于工作人员的人身健康以及生活质量也是有非常大的影响，严重的情况下会对工作人员的生命造成威胁。因此在我国煤矿生产的过程中采用机器人来代替人工是一项非常有效的措施，对煤矿生产的发展有非常重要的指导意义。目前我国煤矿生产过程中应用的机器人主要有4种，首先是凿岩机器人，其次是采煤机器人，再次是支护机器人，最后是装载机器人。在这4种机器人应用的过程中，主要的组成部分基本类似，包括控制机构系统、操纵机构系统以及驱动机构系统。根据目前的发展研究方向，我国煤矿生产过程汇总的救灾机器人已经在进行研制和开发，未来有可能取代人的力量来进行煤矿生产安全事故的救援工作。 4我国煤矿机电技术的主要发展趋势 目前，煤矿机电技术正向着大容量、大功率、智能化和网络化的方向发展。我国煤矿机电技术虽然得到了一定的发展，但是，与世界先进水平仍然存在着较大的差距，未来煤矿机电技术将会有以下特点： （1）通信功能加强，未来更加注重设备的网络化和智能化，因此，通信功能必然会广泛应用于未来煤矿机电技术。 （2）传感器的数字化、集成化、智能化和多维化，使矿用传感器在井下恶劣的环境下也能准确测量被测信号，并具有自校正、自诊断、状态识别和自我调节等功能。 （3）新技术将更加广泛地应用于煤矿机电设备当中，例如光纤、红外线、雷达等用于煤矿机电一体化的产品，这些新技术将更加适应于井下环境。 5结语 根据上文的阐述，我国的机电技术在我国的煤矿生产过程中有着非常广泛的应用，同时也取得了较为可喜的效果，但是在应用的过程中还是存在一定的不足，需要我们在煤矿生产机电技术应用的过程中，给予必要的分析和创新，最大程度上提升我国煤矿生产的工作效率以及生产安全性。

物联网在石油中应用篇1 现阶段，物联网并没有一个精确统一的定义，物联网最早主要是基于RFID技术的物流网络。物联网主要是建立在互联网基础之上的，它把用户端扩展和延伸到了物与物之间的信息通讯和交换，从而可以达到互联网信息与其他物之间的联系，从而实现管理、监控、定位、智能化识别以及跟踪。石油工业主要是对天然气、石油等采取地质勘查、开采、钻井、炼制等方式从而提供化工原料、润滑油以及燃料油等。它的产业链非常的长，所以在对其各环节进行管理的时候应该采用先进的技术方法和管理理念。有效利用物联网技术是完成石油工业管理目标的最佳途径。 一、物联网技术概述 （一）物联网概念 产品的电子代码是物联网的核心，物联网主要是通过运用无线数据通信技术和射频识别技术等，构造一个能够将世界万物都覆盖的互联网实物。随着物联网概念的提出，传统的思维也逐渐被打破，传统的思维往往是将IT基础设施和物理基础设施区分开，但是在物联网条件下，有效的将IT基础设施和物理基础设施整合到一起。诸如汽油管道、供水系统、电网、机场、隧道、桥梁、公路、铁路、建筑物、汽车、手表以及钥匙等世界万物，只要将微型感应芯片嵌入其中，设置相应的信息标签，然后再通过无线网络、全球定位、激光扫描、红外感应以及射频识别等装置和技术将其与互联网连接，最后再通过运用计算机群对其进行智能化管理。 （二）物联网关键技术 我们可以将物联网的关键环节总结为信息的感知环节、传输环节、处理环节，而其关键的技术主要包括通信和网络技术、射频识别技术、嵌入式智能技术、纳米技术以及传感技术等，这些技术是物联网广泛应用和发展的基础。首先，对于传感器与传感节点技术而言，传感器节点的主要构成是数据的采集、处理、传输以及电源构成，而且节点具有通信能力、计算能力和感知能力。近年来，传感器逐渐向着智能化的趋势发展，而嵌入式智能技术又是其中非常重要的手段之一，它将软件和硬件有效的结合起来，充分的利用了其处理器的高集成度、体积小、低功耗等优势，从而促进物联网技术向着智能化趋势发展。其次，对于射频识别技术而言，它属于自动识别技术，射频的信号可以将目标对象自动的识别，从而获得对应的数据信息。最后，对于通信和网络技术而言，传感网络主要是凭借通信和网络技术实现对相关信息的协同和传递，它主要包括广域网络通信技术和近距离通信技术。 二、物联网技术在石油领域中的应用 (一)在石油石化物流领域的应用 在我国石油石化行业的物流领域中，物联网技术电子提单得到了很好的社会效益和经济效益。在03年的时候中国石化深圳公司选择用射频卡电子提单来代替成品油的纸质提单，在07年的时候全国各省的石油公司在自动付油系统中将其推广。还有很多其他石化企业也随之做了同样的选择，选择在化工产品和成品油等产品的物流管理中使用射频卡电子提单。将其和ERP系统进行集成，从而在一定程度上加强ERP的销售分销功能和物料管理，实现信息流、资金流以及物流这三方面的融合，同时这也是深化该系统应用和优化资源配置的有效手段。因为电子提单具有操作简便、交易安全的特征而使得物流成本也得以有效的降低，而且人们对其的评价也非常的好。在石油石化物流领域应用电子提单具有革命性的进步。 （二）在资产跟踪和石油产品管理中的应用 在传感网中地理位置是可测要素，传感网具有对数据长时间连续监测的优势，它可以将空间和实践联系起来，在资产跟踪管理和石油产品中有广泛的应用，对企业采集关键数据有很好帮助作用。RFID系统所使用的是读取器和RFID对部件的生产运送等各环节进行实时监控。RFID读取器能够对产品动向进行有效识别，同时还可以采集这些数据。通过把RFID系统部署到生产的各环节来对产品进行记录，可以使人们及时掌握产品的所有信息。 （三）在海上和抽油井采油监控系统里的应用 采油厂的主要采油设施包括计量站、多口油井、转油站、管汇阀组、原油外输系统、联合站、油田及油罐等，采油厂中所用各类设施运行的状态和诸如流量、压力、温度等所采油品数据都与原油质量及油田生产有着直接的关系。现阶段，大部分都是通过人工的方式对设备的工作情况每天都进行定时检查，对采油数据进行统计和测量。因为油井的分布广而且数量多，这种方式加大了工作人员的劳动强度，同时对采油数据和设备监控的准确性和实时性造成了一定的影响，而且还可能出现作假和笔误等方面的问题。从而使得上层无法对采油现场真实的情况进行准确的了解，也未能按照各项数据制定出灵活有效的处理方案。所以，采油厂运用信息化、自动化的数据采集系统是非常重要的。 三、物联网技术在石油领域中的前景展望 建设和研究石油化工领域内物联网技术的目的就是在整个行业中通过运用物联网技术来建立有效应用平台，该平台主要支持经营、生产、环保、安全、物流等领域。建立物联网系统可以使市场机制得到充分的发挥，结合生产企业、科研机构和技术厂商从而进一步实现功能拓展、资源整合以及服务升级。物联网技术的应用是石油领域与装备制造业、物流运输业以及电子信息业等多种产业共同合作的具有典型代表的案例，在物联网系统中各种产业都进行了高度融合，从而可以最大限度的实现石油石化价值链的经济效益和社会效益。石油行业中的油罐车监控、输油管、以及钻进等都是物联网时代的全新产物，它是集合了GPRS/CMDA通信技术、地理信息系统以及全球卫星定位系统等方面的综合性平台，实现对输油管线、油罐运输以及野外钻探等方面运输车辆的实时监控以及对监控仪表的状态参数进行无线采集。这样可以对石油行业中各种资源进行统一、高校、集中的管理。物联网技术在石油行业的主要应用包括对石油设备进行智能测控、售卖管理和追踪石油产品、对石油排污进行实时监控以及石油安全生产方面的管理。在石油运输、开采、以及勘探等环节应用物联网技术，建立远程职能测控系统，从而可以智能管理和测控石油生产设备，对我国石油的科学管理和安全生产起到促进作用。对石油产品实现数字化物流，使各厂商协作使用先进的物流管理技术，从而使石油供应链能够协调发展。在石油这种污染比较高的行业中，应该积极建立和完善智能排污监控系统，从而使水质参数检测仪、水质数据监控装置、智能排污监控设备等集成到一起进行应用。 四、结语 综上所述，物联网已经是我国各产业进行发展和升级的核心驱动力，同时它还是信息技术竞争的制高点。及时掌握最先进的物联网技术、抓住物联网发展的机遇、使物联网技术可以实现产业化发展，这样就可以占据科技竞争制高点的位置，从而在物联网领域中掌握绝对的国际话语权。在石油行业中，现阶段正是物联网进行改革创新的最佳时机，将物联网技术应用于该行业中，能够运用比较低的成本来获取重要的监测参数，在此基础上可以进行优化控制，从而实现节能降耗和提高石油产品质量的目的。 作者:张楠 单位:中国石油集团海洋工程有限公司工程设计院 物联网在石油中应用篇2 1概述 物联网（IOT，Internetofthings）是在互联网基础上，将用户端延伸和扩展到了任何物与物之间，进行信息交换和通讯，实现任何物与互联网信息的相互联系，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理。石油工业是以石油、天然气等为对象，进行地质勘探、钻井、开采、炼制等以提供燃料油、润滑油、化工原料等的重要工业部门，石油行业是一个产业链很长的行业，因此，需要采用先进的管理理念、技术手段和方法，对产业链各环节有效管理，形成闭环的生产过程和设备资产生命周期管理，而物联网技术的有效利用和充分发展，正是实现石油工业上述战略和管理目标最好的途径。 2物联网在石油工业中的应用现状 石油行业是较早利用物联网的行业，在物联网概念提出之前，石油行业就广泛应用DCS、SCADA、PLC等控制系统，实现信息的感知、传输和处理，目前我国各大石油公司均加强了与地方政府、相关行业以及大专院校的战略合作，开展了物联网应用研究工作。物联网在石油行业主要应用于石油石化行业物流、产品及资产跟踪管理、石油钻井监控、抽油井及海上采油平台监控、油田仪表无线抄表、石油管道输送监测及应急管理等方面。 2.1石油开发与生产领域 2.1.1钻井设备制造、运输及仓储 将RFID标签嵌入到钻杆制造的整个流程中，对整个生产过程进行监控，包括合格品的储存、销售、流通及使用，不合格品的后期返工处理等。 2.1.2油井内射孔枪的扳机触发 RFID技术在原油生产中被应用于油井内射孔枪的扳机触发，淘汰了冗长、笨重的枪伽玛射线定位工具，这项技术为石油公司节省大量的资金。 2.1.3海洋石油工程 海洋石油勘探开发环境及设备应用环境十分恶劣，管理方法采用传统人工记录的方法，十分不便，在海洋石油勘探生产中利用物联网技术，可以实时监控所有设备，保证生产连续稳定。 2.1.4石油集输 利用物联网和全球卫星定位系统（GPS）、地理信息系统（GIS）以及CMDA/GPRS通信技术，建立石油行业钻井、输油管、油罐车信息监控平台，对石油行业野外钻探、油罐运输、输油管线实时监控，各监控仪表状态参数无线采集，从而实现对资源的集中、高效、统一管理。 2.2炼油化工领域 2.2.1炼油装置阀门、管道及设备的监控 炼厂使用RFID标签来捕获主要容器中的压力安全泄压阀，管道和工艺设备的相关信息，以保持记录相关的关键参数和工艺信息。 2.2.2炼油厂使用RFID作为疏散系统 英国石油公司的某炼油厂，启用使用射频识别技术(RFID)的人员疏散系统。这种定位安全系统将用于追踪该区域2000多人的职员、承包商和游客的行踪，将能够更好地提高职业健康安全局的安全管理方面的危险化学品管理标准。 2.3油品存储与销售 2.3.1产品配送：运送活动及油轮跟踪为了削减船队（车队）运营的成本，石油和天然气公司必须能够实时管理自己的卡车和船运，最大限度地减少成本较高的车辆和司机的等候时间，并优化资产绩效，应用RFID技术的车队管理解决方案，可以跟踪油品交付以及原油/汽油油轮的活动。 2.3.2油库实时监测石油的储存条件要求非常严格，需要对油库周围的环境进行实时监控，充分利用无线传感器网，并将采集到的数据传送至监控中心,中心处理分析后加以显示，同时也把处理结果发送给移动监测器,它能实时收到油库的各种参数信息。 3存在的问题 3.1安全问题 目前物联网的安全研究处于起步阶段，缺乏技术标准和方法，未形成综合全面的物联网安全体系。保护个人隐私问题不仅仅在于生产制造领域，而是在整个应用环节中，RFID的应用不能涉及消费者的隐私信息。另一个问题是，射频识别标签发送的企业/个人物品信息可能被截获和篡改，因此企业在考虑物联网建设时，首先应考虑不涉及物联网安全的领域进行实践。互联网本身的安全问题产生在物联网上后果将更加严重，因此，要确保物联网获取数据的合法用途。 3.2成本问题 对于大多数公司而言，标签的成本和支撑的RFID设备的成本仍然是普及应用的障碍。目前，标签远比条码昂贵，随着标签成本的下降，石油公司可能会选择采用新的RFID标签技术以降低成本。 3.3技术问题 围绕着RFID市场的若干技术问题，也带来诸多挑战，RFID技术市场仍不一致和不成熟。虽然已经在硬件取得了很大进展，但市场仍然处于发展的初期阶段，许多中间件系统能够处理标签数据，但与旧系统进行连通和协作的能力仍然未能得到证实。此外，RFID的使用中围绕电子产品代码的标准需要统一。物联网的实施可能会很复杂，会触及整个企业的多个方面以及整个供应链系统。 3.4标准不统一 ISO、EPCglobal、IEEE分别制定不同的RFID标准，而且RFID硬件供应商比如Hitachi，不顾既定标准而完全按自己的方式制作。ISO标准涵盖了RFID应用的全部领域，从零售店中的电子防盗装置到非接触式智能卡，EPCglobal由UCC、EAN两大标准化组织联合成立，它关注的领域较窄，主要针对应用于供应链管理中携带有限数据的标签，在生产制造领域，缺少统一的标准也许将推迟RFID应用。 4物联网在石油工业中的发展前景 石油化工行业物联网的研究和建设，目标是利用物联网技术，在全行业建立起一个高效的应用大平台，支持生产、经营、物流、安全、环保等业务领域。物联网系统的建立可以充分发挥市场机制的作用，将技术厂商、科研机构与生产企业结合起来，实现资源的整合、功能的拓展和服务的升级。物联网的应用，是石油工业与电子信息业、物流运输业、装备制造业等多产业协作的典型案例，多方产业在该系统中得到高度融合，以信息化提升石油石化产业链协作水平，实现整个价值链的效益最大化。针对当前物联网技术的不成熟和存在的诸多问题以及石油工业的复杂、特殊性，我们在技术上大力发展、攻关的同时，更重要的是在应用规划和评价机制上进行突破，并建立统一的标准，形成具有行业特色的物联网管理平台。 4.1石油行业物联网应用规划研究 石油行业钻井、输油管、油罐车监控是“物联网”新时代的产物，是集全球卫星定位系统（GPS）、地理信息系统（GIS）以及CMDA/GPRS通信技术于一体的综合平台，主要针对石油行业野外钻探、油罐运输、输油管线等业务需求，实现对运输车辆实时监控，各监控仪表状态参数无线采集，从而实现对石油行业各资源的集中、高效、统一管理。未来主要应用方面包括： 4.1.1石油设备智能测控 将物联网技术推广应用到石油勘探、开采、运输等环节，建立油井生产智能远程测控系统，实现对石油生产设备的智能测控和管理，促进中国石油的安全生产和科学管理。 4.1.2石油产品追踪和售卖管理 实现对石油产品的数字化物流，推动上下游协作厂商共同应用先进物流管理技术，建设一个相互支持的石油现代物流群，提高石油供应链的协调性。 4.1.3石油工业排污实时监控 在石油化工高污染行业，支持其智能排污监控系统的建立与完善，实现智能排污自动监控装置、水质数据监控装置、水质参数检测仪等设备的集成应用，对重点排污监控企业实行实时监测、自动报警，远程关闭排污口，防止突发性环境污染事故的发生。 4.1.4石油安全生产管理 重点应用传感器、无线射频识别、移动通信等技术实现石油行业重大危险源的识别与监测，建设和完善安全监测网络系统，提升石油安全生产过程的监控和应急响应水平。 4.2评价机制研究 物联网的应用更重要的是要建立物联网技术及应用的评价模型，用来评价物联网在石油及相关行业中是否得到成功应用，其结果通过宏观路线图来体现，包括进行石油勘探、钻井、生产、炼油和产品制造等技术领域的使用和评价。通过评价模型及时的发现物联网在应用过程中的问题，通过不断的更新、升级，使得物联网真正起到产业发展推手的作用。4.3物联网标准研究对物联网标准的研究，不只是研究其数据标准，还应研究软件架构、数据交换格式、空中协议，安全要求和最佳实践框架等所有相关技术层面的标准化，统一标准不仅可以加强整个相关产业链之间的合作，而且可以推进物联网技术的发展。为与物联网标准相适应，石油公司以及它们的供应商将被要求重新设计他们的信息共享和数据管理的程序和策略，并且要求进一步整合现有的企业应用程序，以方便数据交换。 5结束语 目前，物联网已成为信息技术领域未来竞争的制高点和产业升级的核心驱动力，谁抓住了物联网的发展机遇，掌握了领先的物联网技术、实现了物联网产业化发展，谁就将掌握物联网领域的国际话语权，从而在世界新一轮科技革命竞争中占据制高点。对于石油工业而言，当前正是借助物联网大力革新的最佳契机，利用物联网技术，可以以较低的投资和使用成本实现对工业全流程的“泛在感知”，获取传统由于成本原因无法在线监测的重要工业过程参数，并以此为基础实施优化控制，来达到提高产品质量和节能降耗的目标。当然，这一过程需要全社会各行各业的支持，尤其是相关政策的大力扶植和推进作用，随着物联网技术在石油行业中的逐渐发展，必然会对整个石油行业以及与之相关的产业带来利好的影响，并且也为物联网本身的完善和持续发展带来契机。 作者:武佳贺 周浩 宫俊峰 贾丽娟 单位:吉化集团信息网络技术有限公司 物联网在石油中应用篇3 0引言 物联网技术作为近年来的新兴技术，它的概念是在1995年被比尔盖茨提出的，只是当时各种硬件设施和软件设施以及周边设备都还没能够去支撑物联网技术的发展，所以在当时并没有得到重视。但现如今，物联网技术作为综合发展能力较强的一项新技术，已经涉及到了很多领域，涵盖了我们生活的各个方面，为企业降低成本和提高效率提供了很大的帮助。石油行业包括油田地质勘探、油田开发、石油开采、钻井、炼制加工、输送等多个环节，因此想要提升自动化和智能化水平，就需要重视物联网技术的应用发展。 1物联网概述 物联网是建立在互联网基础上的，把用户端拓展和延伸到物与物之间的信息通讯交换，从而实现管理、监控、定位、智能化识别以及跟踪[1]。物联网产业架构主要分为三层：分别是感知层、传输层以及应用层。其中感知层用来识别、采集数据；传输层进行数据传输；应用层主要功能是将数据进行处理和分析，然后应用于各个领域。 2物联网在石油行业的应用 石油物联网是利用各种在线的、实时测量的感知设备，诸如安装在油气水井、管道、油气处理、加工、储运设备上的各种仪表、射频识别标签（RFID）和油气田勘探开发生产现场的视频摄像机、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备，将采集到的数据连接到企业网或互联网，进行信息交换和通信，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理[2]。 2.1在石油钻井中的应用 石油钻井开发过程中，存在许多不确定性因素，如地质环境、地层参数等，为提高钻井效益，利用物联网技术对钻井数据进行监测和采集，并实时传输到数据处理中心，对工程参数分析后，反馈和指导钻井现场，从而实现对钻井过程的预警和控制，实现钻井过程的科学化指导及闭环管理，提高钻井效率。在物联网时代，应用传感器技术能够实现对钻井设备的状态监控，如对柴油机、顶驱进行监控，可以达到减少油耗、及时发现设备故障的目的；应用传感器技术能够实现对有害气体的检测、钻井液的检测，减少事故发生的隐患；应用无线传输技术能够实现对钻井参数的实时采集，及时调整和控制井眼轨迹；通过定位技术、射频技术，可以实现复杂作业环境下的人员、机器、设备、工具、物料及基础设施的协调管理和有效控制。尤其对于海上钻井平台来说，其工作环境非常恶劣，大部分地区常规网络覆盖不到，只能通过卫星通讯或自建网络来监控井压力、流速、温度和其他重要参数，成本较高。采用物联网可以以较低的成本在关键设备上装上传感器，实现低成本、实时而又精准的监控。物联网技术在石油钻井中的应用，对于挖掘石油钻井数据潜在价值，优化钻井生产决策，完善石油钻井系统，降低生产成本，增加生产能效具有重要意义[3]。 2.2在采油系统的应用 现阶段，绝大多数油田企业在测量采油数据时还是利用人工定时定点检测设备的方式来进行统一测量，但基于我国油田油井的地理位置分散比较广且油井数量多，石油的作业量也随着这两个因素而增加，导致工作人员的劳动强度也随之增加，这样大大降低了采油监控设备的时效性和精确性，甚至可能还会出现数据出错或者人为造假的现象发生。因此，针对这种情况，我们需要将采油现场的实际情况和采油监控系统中记录的各个数据信息结合在一起，确保我们最终选择的处理方法是有迹可循的，并且这个方法是具备科学性、合理性、灵活性以及多样性的。油罐油田、外部运输监测系统、石油能源中转基站等都属于石油采油行业的工作设备，这些采油设备运行的温度、运行流量状态等都对油田生产出来的原油能源质量有着直接的影响。物联网技术应用在油田的生产过程中，通过监控数据技术和传感技术来远程收集所有我们需要的数据和信息，不仅能够从根本上避免生产过程的安全问题，同时，还能够有效提高石油工程的的整体效率，从而达到降低生产成本、增加生产能效的最终目标。 2.3在资产跟踪中的应用 在物联网技术的应用进程中，传感网系统是重要的组成部分，能够长时间并且不间断的监测地理位置，同时把空间和时间联动的结合起来，让石油企业更加方便快速的收取关键数据信息。而且，通过物联网技术的实时监测系统，我们可以有效识别石油能源从生产到产出然后到运输的各个流程环节中的实时动态，且监测的同时把资产运行流程的各个数据都在系统里记录下来，数据被整合到一个单元中，实现数字化运营，这样物联网技术在资产跟踪的应用中呈现了极大的效果。 2.4融入了电子提单的应用 目前，我国物联网技术在石油行业物流中的应用已经有了明显的成效，经济效率有了显著的提高。其实，我们国家部分石油公司最早在2003年的时候已经开始使用物联网技术，开启了自动付油和电子提单这片新天地，让石油企业往方便便捷的发展更进一步。并且，把电子提单和智能系统结合在一起，不仅可以把石油企业的物流管理、资金管理和信息管理实现捆绑管理，还能够利用物联网技术的拓展延伸功能来优化整合现有的石油资源，更深层次的去分析和研究这个系统的应用发展，把这个系统的优势发展到最大化。与此同时，电子提单的应用，能够大大降低石油企业在物流管理中的成本和投入，因为它在功能上有着操作简单容易且安全方便的优势，同时它的使用范围也很广泛。 3物联网技术在石油行业中的未来发展蓝图 受全球经济形势影响，近年来石油产业格局发生了显著变化，能源趋向多元化和低碳化，信息技术的快速发展及推广应用，给石油行业带来了新的发展机遇，油气市场的全球物联网正在逐年增长，2019年起每年的复合年增长率为21.86%，物联网的部署已经改变了传统的经营方式，因为它具有跨远程位置提供实时信息的优势，使运营对员工来说既高效又安全。物联网在石油行业中的快速渗透，最大限度的减少了劳动力，提高了运营生产力。 3.1系统层面 当今时代，物联网技术的应用发展在石油领域中发挥着重大的作用，物联网技术的应用给予了积极构建相对应的技术网络平台的新思路，这个信息平台，囊括了石油能源从零到一的整个流程，从开始生产到生产出来再到运输，这些流程的每个细节都体现在信息平台中。由此可见，这项应用不仅最大化发挥出了网络技术平台的功能特点，还能够让相关的生产厂家和科研机构的联系拓展到系统上，从而实现系统功能的延伸，让石油行业这个传统行业得以实现升级和转型。物联网技术最大程度的把石油领域和电子信息领域以及物流领域甚至更多的领域紧密的关联了起来，利用电子信息技术将石油行业的利用价值和利用效果发挥到最大上限，给我国的社会收益和经济收益带来了最大化的保障。 3.2技术层面 （1）设备预测性维护。大多数设备运行过程中会出现老化或各种故障，需要定期进行维护，预测性维护是根据设备当前状态进行的，利用传感器技术对设备进行远程监控，技术人员根据监测情况及时对是否需要关闭、修复或更换设备做出决定。利用物联网技术能够跟踪零件和设备的劣化，评估设备磨损情况，制定维护方案。传感器将收集到的数据信息反馈到云平台，为技术人员提供实时数据，建立预测模型，在设备需要维护时发出警报信息，大大减少了计划外停机的需要，同时降低了运营和维护成本。同时通过数据分析，对昂贵的设备进行预测性维护，可避免设备故障导致的巨大经济损失。 （2）石油运输及管道监测。原油开采后运输到炼油厂，再到加油站，整个传输流程特别庞大复杂，包括管道、火车、卡车等。在石油行业的未来发展蓝图中，我们需要更加重视并且实现数字化物流，将它列为重要的技术目标，并且着重分析和研究现代先进的物流管理技术，以便给石油行业以及相关周边物流厂家提供更多的便利，让他们的运转更加方便快捷。石油管道具有种类多、管道长的特点，管道分布纵横交错，尤其是地下管道，管理维护非常复杂。管道泄漏的主要原因是管道老化及腐蚀，管道泄漏不但会造成巨大经济损失，还会对环境造成污染，因此管道监测极为重要。现阶段对石油管道泄漏的检验停留在人工开车巡逻的层面，不但巡检时间长，且对于部分存在隐患的管道不能进行及时检查。物联网利用传感器技术监测压力、气体流量、压缩机环境、浓度、温度和其他变量来预测泄漏。通过建立实时监控网络，对管道进行长时间、高频率的检测，检测结果通过前端检测装置传输到总数据库，并将多个采集节点进行数据整合，实现管道检测效率的大幅提升。 （3）工业安全生产管理。石油行业是资产密集型行业，具有设备价值高、工艺复杂、产业链长、危险性高的行业特征，一些站点通常位于危险和偏远山区，应用物联网技术，把传感器嵌入和装配到设备、油气管道中，或者作为智能穿戴设备集成到工作服中，可以实时感知人员和设备机器的安全状态信息，员工无需在危险环境下工作，通过远程监控实现准确识别和快速响应，有效缩短控制时间。 （4）环保检测与能源管理。石油行业在生产过程和运行中都存在着很高的污染系数，物联网与环保设备的融合，实现了对工业生产过程中产生的各种污染源及污染治理各个环节关键指标的实时监控，无需任何现场人员，根据数据去调整完善优化排污系统，提高应用监控设备和水质监控设备的利用率，让它们为物联网技术在石油行业中的应用提供更多的发展空间。 （5）库存管理。通过物联网传感器收集的信息，炼油厂可以得到已交付石油类型的通知，并根据这些信息做出制造、库存和运营决策，提供实时库存管理。除了射频ID芯片、全球定位系统和智能设备等其他设备外，物联网设备还可以通过精确的位置监控和更高效的存储和分发来促进库存跟踪。通过传感器可以采集每个加油站燃料泵上的消费数据，通过网络发送到云平台，石油公司基于这些数据对燃料的使用效率、库存量进行分析，以此选择加油站的地点设置、确定库存量及其他设备的配置等，达到更为高效合理的分配资源的目的。（6）数据整合与智能分析。石油行业的利润取决于及时准确的生产数据。由于物联网由数以万计的采集设备组成，每天会收集大量的数据，如何对这些数据进行整合，并分析出其中的关键数据至关重要。通过对复杂数据进行统一标准化的分类及数据挖掘，可以提高生产决策的科学性和准确性。例如，石油企业可以通过将实时井下钻井数据与附近井的生产数据进行比较，来调整他们的钻井策略。在油田工业大数据智能化方面，我国统一的数据共享应用标准尚未形成，优化决策的大数据系列模型也未完整搭建，这些都是促进石油行业数字化发展的决定因素。 4结语 综上所述，石油资源作为我们国家发展建设中重要的战略能源，它的发展对我们国家的整体发展至关重要，对我国的企业经济效益和社会建设效益有着重要的意义。物联网已经给石油行业带来了经证实的好处，如对生产流程的控制、高水平的安全性、基于大数据的业务优化等。石油行业具有地域跨度广、协调难度大的特点，因此对物联网系统的互用性与安全性提出了更高的要求，我们要更加完善和优化物联网技术在石油行业中的应用，提高传感技术和通信技术以及物流管理技术的整体水平，给石油行业的建设发展开拓出更大的空间，为我国石油行业的发展做出贡献。 参考文献： [1]武佳贺，周浩，宫俊峰，等.物联网在石油行业中的应用及展望.[J]中国信息界，2011(07):16-18. [2]乔彦友，李广文，常原飞，等.基于GIS和物联网技术的基础设施管理信息系统.[J]地理信息世界，2010,8(05):17-21. [3]李维校.物联网技术在石油钻井中的应用研究[J].信息记录材料，2018,19(05):45-46. 作者:李梅英 陈士金 李玮燕 单位:航天科工惯性技术有限公司