软硬件实现（精选12篇）
软硬件实现 篇1
随着信息化在大中型企业的高速发展, 各企业都会遇到硬件采购数量剧增、机房空间急剧膨胀、可靠性考虑较少等问题。因此需要通过技术手段和管理方法, 对相应的业务系统硬件部署进行整合设计、高效利用并共享硬件资源;在不牺牲应用系统性能的前提下节约硬件投资、简化管理, 降低未来的运维压力。基于上述原因, 很多企业都开始尝试进行IT软硬件资源优化整合工作, IT软硬件资源整合目前主要集中在几个方面, 分别为:中间件、数据库、服务器、存储, 下面将分别介绍。
1 中间件优化整合
目前中间件主要采用的是Weblogic, 所以本文以Weblogic为实例。
1.1 中间件与硬件结合的整合方式
中间件与硬件结合的整合方式, 主要依赖于硬件系统的分区或者虚拟化技术, 将系统资源进行合理分配, 在不同的分区上安装Weblogic实例, 再应用部署到不同的Weblogic实例中去, 从而实现整合。
1.2 完全的中间件整合
对于完全的中间件整合方式, 重点是在同一个Weblogic Domain中部署多个应用, 具体的说, 就是一个Weblogic实例运行多个应用程序, 从而实现整合。这里提出的一个Weblogic实例, 可能是一个单机实例, 也可能是由多个实例组成的一个集群环境。
从整合难度来说, 完全的中间件整合难度大于中间件与硬件结合的整合方式。其原因为, 后一种方式对现有应用基本没有影响。然而, 完全整合难度虽大, 但也带来了“标准化”的附加值。从长远考虑, 完全整合方式对企业中间件层面的影响更加深远也更有价值。
2 数据库优化整合
目前数据库主要采用的是Oracle, 所以本文以Oracle为实例。
2.1 O racle单机多实例多用户主备模式
该模式采用单机的Oracle软件, Oracle采用双机的主备模式, 当数据库服务器主节点发生故障之后, 备节点可以自动切换, 采用操作系统级高的可用软件实现切换。
对于Oracle软件本身, 可以采用多实例或者单实例系统。如果是应用系统的数据库类型一致 (即都是OLTP类型) 、并且SQL的复杂度类似, 就可以采用单实例的Oracle, 各应用系统的数据库表、索引、触发器等采用用户 (Schema) 的形式进行区分。如果是数据库类型不同, 或者SQL复杂度差别很大的系统整合, 建议采用多个实例的形式。
2.2 O racle R AC多用户共享模式
该模式为Oracle RAC多用户共享模式。根据业界的最佳实践, 一般三个节点以上的RAC系统各自节点之前会消耗内部通讯的资源, 所以建议RAC多用户共享模式采用RAC双节点完成。
多用户共享RAC实例。各个整合的应用系统在该模式上建立不同的用户 (Schema) 区分各自的表空间、索引、存储过程等。
2.3 O racle R AC单用户独享模式
该模式为Oracle RAC单用户独享模式的整体架构类似于Oracle RAC多用户共享模式, 其主要的不同点是单一用户独享该数据库系统, 这种模式主要用于处理类型比较特殊的应用 (例如一个存OLAP系统) , 或者是关键程度很高的应用可以采用该模式进行整合。
3 服务器优化整合
服务器优化整合从整合程度上来考虑可分为如下两种方法:物理整合和逻辑整合。
*物理整合:将分散于多个地理位置的服务器集中并部署在一个地理位置, 通过构建密集机架或刀片服务器的方式实现物理整合。
*逻辑整合:通过服务器虚拟化技术, 在一台物理服务器上建立多个虚拟服务器, 并分别部署多个应用。
以上两种方法实现的整合程度不同, 所需要的投入和获得的收益也各不相同。其中, 逻辑整合可以获得最大的收益, 并且可以最大程度提高资源使用率和标准化水平, 同时, 相应的整合所承担的风险、投入和难度也最高。
3.1 物理整合
服务器物理整合通常采用如下两种模式。
(1) 地理集中。多个地理位置的服务器集中并部署在同一个地理位置, 实现服务器的集中管理和监控。
(2) 高密度机架或刀片。同一地理位置的服务器通过构建密集机架或刀片服务器的方式, 实现空间和能耗的降低。
3.2 逻辑整合
在逻辑整合模式中, 通常考虑采用如下两种模式。
(1) 服务器资源池。服务器统一采购, 统一部署, 统一使用和统一管理, 构建统一的服务器资源池, 各种应用部署于不同的服务器群上。
目前信息系统大部分都是基于B/S的三层架构应用系统, 即在前端与用户进行通信的Web层, 基于中间件系统的处理业务应用逻辑的应用层, 和后台用于数据的存储和处理的数据库层。因此, 服务器整合时, 可分别建立数据库、应用和Web服务器群, 用于集中部署各类服务器。服务器资源池可以访问和共享统一的数据存储和存储网络。
(2) 服务器虚拟化。即通过在硬件或软件级别上的虚拟化技术将多台独立的物理服务器以虚拟服务器方式整合到一台或几台高端服务器上。
目前服务器硬件平台主要为UNIX小型机和PC服务器, UNIX小型机上的虚拟化技术主要为逻辑分区和物理分区技术, PC服务器上常用的虚拟化技术有VMware、Xen等多种。使用虚拟化技术, 可实现更高层次的服务器虚拟集中, 对于负载较低的前中端服务器, 可以通过在一台物理服务器上创建多个虚拟分区, 安装和运行多个操作系统和应用, 虚拟分区间逻辑完全独立, 硬件 (CPU存储, I/O) 可采取完全独立或者分享部分资源的方式, 实现虚拟分区的高可用性, 通过服务器虚拟化技术可以有效和充分的利用服务器资源, 减少服务器数量和采购, 管理, 维护成本。
4 存储整合
存储整合目前主要方向就是存储虚拟化, 虚拟存储就是整合各种存储物理设备为一整体, 提供永久保存数据并提供能被用户调用的功能, 即在公共控制平台下存储设备的一个集合体。即在不同项目的实施中采购不同厂家不同型号的存储设备, 需要通过虚拟化手段才能进行统一管理和使用。
虚拟存储一般分成如下三类:基于主机或服务器的虚拟化、基于磁盘或磁盘子系统的虚拟化和基于网络的虚拟化:
(1) 基于主机层的虚拟化
基于主机 (应用服务器) 上的虚拟化一般通过运行在存储管理软件加以实现。一般常见的管理软件如逻辑卷管理软件 (LVM) 。逻辑卷, 一般也会用来指代虚拟磁盘, 其实质是通过逻辑单元号 (LUN) 在若干个物理磁盘上建立起逻辑关系。逻辑单元号, Logical Unit Number (LUN) , 是在一个基于SCSI的标志符, 用于区分在磁盘或磁盘阵列上的逻辑单元。
(2) 基于存储设备和存储子系统的虚拟化
虚拟化技术也可以在存储设备内部或存储子系统内部加以实现。比如说磁盘阵列就是通过磁盘阵列内部的控制系统进行的虚拟, 同时也可以在多个磁盘阵列间构建一个存储池。这种基于存储设备或存储子系统的虚拟通过特定的算法或者映射表把逻辑存储单元映射到物理设备之上。最终实现的就是卷独立于其所属的存储设备。根据采用的方案不同, RAID、镜像、盘到盘的复制以及基于时间的快照都采用了此类虚拟化。通过虚拟化, 虚拟磁带库、虚拟光盘库等都得以在存储子系统中加以实现。
(3) 基于SAN的虚拟化
与基于主机和存储子系统的虚拟化不同, 基于SAN的虚拟化功能是在网络内部完成的。具体的虚拟功能的实现可以通过控制SAN交换机的路由来实现。在服务器层面看, 带内存储容易产生性能瓶颈。
基于交换机或路由器的虚拟技术还属于起步阶段, 基于交换机或路由器的虚拟技术的优势就是不需要在主机上安装任何代理软件。基于交换机或路由器的虚拟技术的另一个优势体现在安全性上, 该层次比前面的虚拟应用对外来的攻击有更强的防护。其劣势主要表现在单个交换机和路由器容易成为整个系统的瓶颈和故障点。
软硬件实现 篇2
运用硬件技术实现计算机联锁车站的区间过渡
通过对车站改造中的区间过渡及铁路联锁软件的特点进行分析,结合现场情况,采取运用硬件技术的方法,在保证计算机联锁软件安全性的.前提下,简化施工的繁琐,节省施工时间和工程投资.
作 者：卢刚 Lu Gang 作者单位：中铁二院武汉勘察设计研究院有限责任公司,武汉,430071 刊 名：铁路通信信号工程技术 英文刊名：RAILWAY SIGNALLING & COMMUNICATION ENGINEERING 年，卷(期)： 6(3) 分类号：U2 关键词：硬件技术 计算机联锁 信号过渡 简化声控病人翻身床的硬件设计实现 篇3
【关键词】单片机 SPCE061A 翻身床 语音识别
前言：随着计算机、信息技术、微电子快速发展，智能化技术的研究发展速度也越来越快，智能度越来越高，应用范围也得到了极大的扩展。电子技术在医疗器具的应用也很广泛，智能化的设计使得医疗器具更加省时、方面。声控病人翻身床就是智能化技术中的一个很典型的例子。在护理重病或者瘫痪病人时，需要给病人经常的翻身，使身体受压部分得到血液循环，从而避免病人因为长期卧床发生机体组织坏死，患上褥疮。这对于护理人员来说并不是很容易。现有的病人护理翻身床大多是通过摇杆，或者按键来控制，这同样也很费时费力。而本文设计的病人翻身床通过识别用户的的语音指令，依据指令做出相应的翻转动作，整个设计环节简明合理，具有广阔的发展前景。
一、总体电路设计
该系统的声控系统是基于凌阳SPEC016A包括语音的输人、语音的识别、语音的输出及翻身床体控制部分，主要实现人机语音交流及控制。
当使用者说“倾斜翻转”床体发出“滴”声，指示灯发亮，床体的左上支撑板和右上支撑板缓慢翻转，翻转角度合适时，当使用者说“停”，翻转停止。
当使用者说“右侧翻转”床体发出“滴”声，指示灯发亮，床体的右上支撑板和右下支撑板缓慢翻转，翻转角度合适时，当使用者说“停”，翻转停止。
当使用者说“左侧翻转”床体发出“滴”声，指示灯发亮，床体的左上支撑板和左下支撑板缓慢翻转，翻转角度合适时，当使用者说“停”，翻转停止。
当使用者说“倾斜放平”床体发出“滴”声，指示灯发亮，床体的左上支撑板和右上支撑板缓慢向下翻转，直到床体平整。
当使用者说“右侧放平”床体发出“滴”声，指示灯发亮，床体的右上支撑板和右下支撑板缓慢向下翻转，直到床体平整。
当使用者说“左侧放平”床体发出“滴”声，指示灯发亮，床体的左上支撑板和左下支撑板缓慢向下翻转，直到床体平整。
总体设计原理如图1所示：用户语音输人，即通过控制话筒将语音信号转换成电信号输人SPCE016A内。SPCE016A将其放大，调用SPCE016A相关语音处理函数，SPCE016A会将电信号转换成数字信号；语音识别，然后再调用SPCE016A相关语音识别函数，处理语音信号，进行识别；语音输出，将处理后的语音进行功率放大，然后播放出来；翻转床体控制，依据SPCE016A的控车指令，驱动翻身床进行翻转控制。
图1
二、硬件电路设计
病人翻身床硬件驱动电路如图2所示：
单片机SPCE016A控制语言信号从管脚IOAO-12输出到驱动芯片E298中，E298把语言控制信号进行放大，向负载直流电机B1-4提供适当的功率，供给病人翻身床进行翻转。其中稳压芯片AMS1117保证了E298的逻辑电平为+5 ；稳压管D1-D8、D13-D20保证输出线路上的电压供电机使用。床体的一端对称设置有能够侧翻和倾斜旋转的左上支撑板和右上支撑板，床体的另一端对称设置有够侧翻和倾斜旋转的左下支撑板和右下支撑板，左上支撑板和右上支撑板连接B1、B2转动电机，左下支撑板和右下支撑板连接B3、B4转动电机，侧翻角度为0°～50°前后倾斜翻转角度为0°～25°四个转动机均连接芯片L298。
床体倾斜翻转时，指示灯D11和D12亮，后左电机B1与后右电机B2正转，床体的左上支撑板和右上支撑板向上倾斜，病人的上身得到支撑起来；床体倾斜放平时，后左电机B1与后右电机B2反转，指示灯D9、D10发亮，床体的左上支撑板和右上支撑板缓慢向下翻转，直到床体平整；
床体左侧翻转时，后左电机B1与前左电机B4正转，指示灯D11和D24发亮，床体的左上支撑板和左下支撑板缓慢向上翻转，病人的左侧身体得到支撑翻转；床体左侧放平时，B1与B4反转，指示灯D9和D22发亮，床体的左上支撑板和左下支撑板缓慢向下翻转，直到床体平整；
床体右侧翻转时，后右电机B2与前右电机B3正转，指示灯D12和D23发亮，床体的右上支撑板和右下支撑板缓慢向上翻转，病人的右侧身体得到支撑翻转；床体右侧放平时，指示灯D10和D21发亮，床体的右上支撑板和右下支撑板缓慢向下翻转，直到床体平整。
图2
三、结论
语音信号处理技术随着嵌入式技术的不断发展而不断得到广泛的应用，本文提出的智能声控病人翻身床，无论在硬件设计还是在软件开发上都比较占优势，翻转角度可任意调整，工作运行比较稳定，能耗小，输出的音质清晰，充分展现了智能化和人性化相结合的特征，在医疗器具方面有很大的实用价值。随着语音识别技术和嵌入式技术的不断发展，医疗、教育、工业、办公等技术领域对语音操控终端的需求也会不断上升，而本文设计电路简单，成本低且易于实现，具有很强的操作性，具有很远大、广阔的发展前景。
参考文献：
[1]郝宁生，陆 英；一种基于PIC16C73单片机的电机测控系统[J]；微计算机信息；2002年08期
[2]张粉绒，常翠英，郭爱英；我国人口老龄化与老年保健的研究进展[J]；现代护理；2002年03期
作者简介：
蔡刚（1990.3-），贵州省织金县，硕士研究生，专业：信息与通信工程。
软硬件实现 篇4
内科医师需要超声影像提供更确切的信息,而3D/4D超声影像能够发挥这一重要作用,因为2D检查可能无法获得较为完整的解剖数据,而3D/4D超声影像则降低了这一风险。通过3D技术仅需一次扫描即可为多种临床应用提供完整的解剖数据。随着临床证据逐步证明3D/4D技术的质量可靠,临床医师将更加有可能采用该技术。
摩尔定律
十年前,标准影像设备无法支持软件的最新发展。基于复杂算法的新影像技术不得不与所依赖的硬件的发展同步。由于从2002年起标准硬件的巨大进步,许多影像设备仅需更换软件即可升级。有鉴于此,许多医疗设备制造商无需大量的投资或繁琐的硬件升级安装,即可利用最新的影像进步成果,并且可以与独立开发商合作改造现有工具。
摩尔定律以英特尔联合创始人戈登·E·摩尔命名,其内容为每隔18个月左右集成电路的处理能力将提升一倍。根据目前维基百科中摩尔定律的条目,“摩尔定律描述了20世纪后期和21世纪初期的技术和社会变革的推动力。”例如,多核GPU和其他强大硬件的激增。该特定进步实现了以前无法实现的大量图像处理操作,开创了医疗图像处理的新纪元。与我们曾经认为最先进的2D滤波相比,现在的3D超声图像容量的实时自适应滤波将提供更优秀的图像质量。通过先进的3D渲染软件,临床医师可以生成父母喜欢的“娃娃脸”图像,揭开了医疗影像史和家庭相册的新篇章。
由于二维技术到目前为止已经非常成功,放射线学者总体上满足于2D超声技术,此外他们不确定应用3D/4D技术是否利大于弊。目前,3D技术已经可以用于日常实验,真正的风险则是临床医师在使用2D技术可能会遗漏某些信息。托马斯杰弗逊大学的Goldberg、Forsberg和Lev-Toaff等人的研究表明3D采集以及3D图像增强已经在统计学上取得了显著进步。
3D/4D技术可以更清晰地显示器官和病灶的大小、位置、形状和形态,勾勒出它们的轮廓,从而改善诊断和治疗。Benacerraf博士谈到:“立体超声包含所有可用的信息,我们可以显示任何平面中的图像。”配合自适应3D图像增强,我们可以进一步增强立体超声中的信息。3D超声的识别、定位和立体定量提高了诊断质量和测量精度,这是2D超声望尘莫及的。正如Benacerraf博士所说:“在探索信息显示途径的道路上,我们才刚刚起步。”
通过3D超声影像,可以看到器官和深层嵌入结构的真正位置和方向。显著的临床收益使临床医师能够更快地获取更准确的信息。Tutschek教授谈到:“立体3D技术可以实现理想的检查环境,实现每个点在两个或三个正交平面中的相互关系的分析和研究。”
大部分放射学医师已经接受过2D技术培训,并且由于过去缺乏3D/4D的临床证据,这使临床医师产生偏见,导致对技术改进的需求较低。但是,通过3D采集,通过一次扫描能够获得整个解剖数据,且能满足大多数的临床应用。从而帮助实现更快速的诊断,激发了应用的需求。
Benacerraf博士展示了快速采集足以重建三个正交平面,并显示每个所需方向的体腔。3此外,3D扫描也可以访问与探头垂直的C平面;而2D扫描技术则无法实现。正如Tutschek教授所述:“可以在矢状面内的重建平展以及临床医师日益增加的需求将成为OEM厂商投资强大3D技术的强劲驱动因素。OEM厂商可以轻松地升级到3D/4D超声探头,使其与3D/4D超声影像软件配套。
通过与合适的软件相结合,目前的软件可以高性价比地提供先进功能,而此前获取这些功能需要购置昂贵的专用硬件。例如,超声扫描转换最初是完全通过硬件完成的过程。现在这一过程可以通过先进的图像处理面中看到小脑蚓部。”2Selbing教授同时指出:“只需提供3D扫描技术的基本培训,经验较少的放射线技师也能有效地获取准确的解剖立体结构。”
硬件升级
图形处理器(GPU)不仅越来越多地应用于电子游戏业,而且还可以取代CPU或与CPU协作进行通用计算。随着GPU技术的快速发展和标准程序设计语言的涌现,可以充分发挥3D/4D采集和3D图像增强软件的潜力。
功能强大且廉价的硬件的快速发软件完成。
妇产科学是3D/4D技术最擅长的临床应用,可以带来最可靠的临床效益。但是,其他临床应用,如普通放射科和泌尿科的诊断,对3D采集的需求也日益增加,因此3D技术的应用也随之增长。只要临床医师的需求保持增长,OEM厂商将必须投资能够支持3D/4D影像的硬件。
软件将在医疗影像新进展中发挥关键作用的4个原因
当代家庭使用照片和视图交流的方式足以让我们的祖父辈感到惊奇。我们当中的许多人都使用手机采集和分享高分辨率视频,记录下几乎每一个重要时刻。通过强大的人脸识别软件,我们可以选择自动标记人脸,用以组织我们的图像文件。
十五年前,只有专业人士才能使用各种安装有专业软件的专业工作站来执行复杂的图像处理任务,而现在我们仅凭借口袋中的设备就可以执行大部分任务。而这种改变了家庭照片和视频交流方式的复杂技术也正在实现新的医疗影像方式。
以前,无论是X射线、超声还是核磁共振,医疗影像技术的发展主要由设备的进步来推动。例如,二十世纪早期X射线技术的发展。从最初1904年发明的真空管,到热电子二极管,再到1913年发明的Coolidge型X射线管,X射线管的先驱者从每次更迭中汲取经验,测试不同的管径和温度,直到发现最佳组合。Coolidge管这种形式一直沿用至今。
强大而低廉的标准硬件与专用软件组合将成为本世纪的主导发展力量。这一变化主要归因于四大驱动因素。
1.指数型硬件增长:由于来自消费电子产品(例如游戏行业和移动通信行业)的压力,硬件处理速度呈指数型增长。图形处理单元(或GPU)不仅用于游戏行业,同时正日益取代CPU或与其协作用于通用计算。GPU技术的迅猛发展和标准编程语言的涌现使我们更有机会充分利用软件进步。现在人们能够以史无前例的速度处理大量的图像。通过硬件和软件的适当组合,可以实现某些应用所必须的实时处理能力。
2.使用软件取代昂贵的硬件并降低成本:通过与合适的硬件结合时,目前的软件可以提供高性价比地先进功能,而此前获取这些功能需要购置昂贵的专用硬件。例如,超声扫描转换最初是由硬件完成的过程。现在这一过程可以通过先进的图像处理软件完成。此外,软件可以在无需患者在场的情况下操作图像,展示额外的详细信息和病理学信息,同时最大限度提高昂贵设备的生产力。
3.超声技术的兴起:鉴于超声技术的低成本、机动性和非电离特性,目前执业医师将超声技术广泛应用于临床检查,而10年前,这些临床检查所涉及的程序非常繁琐,而且可能需要大剂量照射。虽然设备进步促进了超声技术的广泛应用,但图像增强软件的进步提高了诊断能力。高级图像处理软件最初是为了降低核磁共振影像的噪声而开发的,现在通过降噪和器官边缘锐化使超声影像发生了革命性的变化,推动超声技术成为主要诊断工具。利益相关者将继续推动这一影像技术向前发展。
软硬件技术类 篇5
初级阶段可以租用虚拟主机，发展阶段再进行服务器托管，最后自建服务器。这个是出于对现有成本以及有限的技术人员的合理安排。虚拟主机是使用特殊的软硬件技术，把一台网站服务器划分为若干个“虚拟”的主机。每个虚拟主机都可以是一个独立的网站，可以具有独立的域名，具有完整的Internet服务器功能(WWW、FTP、Email等)。同一台主机上的虚拟主机之间是完全独立的，而且每一台虚拟主机和一台独立的主机(采用服务器托管、专线上网等方式建立的服务器)完全一样。我们使用虚拟主机方案构建企业网络，网站服务器管理简单，诸如软件配置、防病毒、防攻击等安全措施都由专业服务商提供，大大简化了服务器管理的复杂性。并且相对于购买独立服务器，网站建设的费用大大降低，为我们初步网站提供了极大便利。通常，网站建设完成后虚拟主机的开通时间也比较短。因为现在主要的服务商都已经实现了整个业务流程的电子商务化，其方便快捷。
对于我们的第二阶段服务器托管，由于其采用专门的服务器，使得我们的公司可以通过此种方式建立的企业网站，具有更大、更强的功能，并且在灵活性上也更便于掌控。其实它的基本形态就是租用专门的服务器托管公司的网络线路、自己选择服务器配置及服务应用软件，然后由专门的服务器托管公司负责维护。此种方式在服务器的确定上，我们可以采用主机租用和主机托管两种方式。其中，主机租用即是说由服务提供商提供硬件，负责基本软件的安装、配置，负责服务器上基本服务功能的正常运行；用户独享服务器的资源，并服务其自行开发运行的程序。而主机托管就是用户自备服务器硬件，自己安装软件，由服务提供商负责该机器能够连接到网络上，并在该机器当机时帮助其重启。我们可以根据我们的实际情况和公司规模需要来确定那种方法交适合我们的发展。
我们企业自己组建网站服务器。对于物恋网这类网站，在网站壮大之后掌握的大量用户和商品的信息是网站盈利主要资源，对这些信息的安全性的保障的有相当高的要求。为确保这些信息资源的安全性和避免服务器成本受制于厂商的风险，我们要着手部署对服务器的控制。
最终阶段，发展到移动平台。根据现有市场的客户需求，移动设备日益占据了人们生活重要部分。在手机产业链上，软件平台扮演的角色也越来越重要。移动平台作为我们二手易物的重要载体，能够很好地体现出我们项目的特色。
二、网站系统安全技术
网站使用HTTPS（超文本传输安全协议）技术，在不安全的网络上创建一安全信道，有效地防止了黑客攻击，保障了网站的交易安全。
三、数据挖掘技术
软硬件实现 篇6
【关键词】自动抄表系统；集中器；嵌入式系统
目前，电力行业在对电力资源进行管理的过程中主要是以远程抄表，智能缴费的形式为主。主要是由于人工抄表不仅工作量相对较大，精准度也无法保证。采用智能卡付费的形式给用户带来了较大的便利。随着电子技术、通信技术以及计算机等技术的高效发展电力系统发展中的嵌入式技术逐渐趋于成熟。集中器作为远程电力抄表系统运行的核心部位，研究人员对其设计形式以及实现形式进行探讨和分析具有一定的现实性和可行性。
1、集中器的硬件设计与实现的重要性
远程抄表系统在运行的过程中主要以集中器的功能和性质为主。集中器主要是通过各种智能仪表以及模块的形式来实现数据的采集和传输，最终对各种不同类型的信息进行储存。在这一过程中信道形式比较特殊，在上行通信信道和服务器相互连接的过程中，上行通信信道主要采用的是公用网络。另外，由于集中器所包含的模块类型比较复杂，数量较多。研究人员只有对各种硬件模块进行研究，才能够提升电力远程抄表工作的效率，促进通信方式的科学性和规范性。
2、集中器的硬件
2.1中央处理器
集中器硬件设备的中央处理器结构处于核心位置，其芯片性能以及系统性符合集中器硬件设计的要求。通常情况下，计数人员在对远程抄表系统进行研究和优化的过程中，集中器硬件所选择的芯片类型主要是AT系统的芯片，同时还需要加设各种全套的外围设备。不仅如此，网口结构和控制器也是不可缺少的结构类型。由于芯片的系统功能较强大，因此，外部组件的件数也可以逐渐减少。
2.2存储模块的设计
无论是哪种类型的芯片，都含有外设接口。芯片内部的存储器在无法满足实际要求时，需要进行不断扩展。通常情况下，储存器的主要作用是存储系统的程序。电表上的相关数据主要应该存储在Flash存储器或者是内存卡上。在内存方面如果存储空间足够大，就没有必要进行扩展。
2.3上行通讯模块的设计
第一，MODEM通信设计。集中器在上行通讯模块运行的过程中主要的功能就是实现内置MODEM和上位机之间的通讯。这种通讯方式属于有线通讯的一种。用户只需要将电话线接入到端口位置就可以实现远程通讯。在上位机开始拨号的过程中，集中器上面的指示灯会处于常亮的状态。在命令执行完毕之后，集中器的指示灯和MODEM的指示灯都会熄灭。集中器的上位机指示灯是判定通讯进程的重要指示，保证通信模块的灵活性和稳定性是设计工作的重点之所在。研究人员要将这方面作为通讯模块设计重点，加强模块结构和主板之间的联系。
第二，红外通信设计。所谓的红外通讯技术主要是采用红外线的形式来对数据进行传递，同样属于无线通讯技术的一种。这种通讯形式不仅价格低廉，而且在联接的过程中保密性较高，损耗程度较低。但是，这种通信设计形式在距离和速度方面受到严重的限制，在测试方面的应用价值还有待提升。
集中器下端部位有一个红色的按钮，在抄表的过程中可以将终端设备和集中器相互连接。在指示红灯闪亮几次之后，就可以根据具体的指示来进行操作。在红外通讯指示灯熄灭之后，集中器可就可以退出红外通讯状态。红外信号在进行转化以及传输的过程中主要采用的是不同类型芯片形式，在提升调制解调作用的基础上，提升了信号传输的高效性和整体效率。在实际的电力抄表应用的过程中，工作人员需要对抄表现场的检测工作加强重视，同时对于集中器的各项参数进行科学合理地控制。为了保证远程抄表工作进行的高效性和准确性，需要在实际的工作中选择素质相对较高或者是对操作技能掌握程度较强的工作人员。而且集中器设备的红外功能比较突出。
2.4下行通讯模块的设计
人们经常说的下行通讯，主要是指集中器和相关的终端设备所进行的数据传输。从项目设计工作中可以看出，AT系列的芯片可以用户上行和下行通讯设备当中。而TX和RX系列芯片仅仅可以用户下行通讯的终端设备当中。在下行通讯模块设计的过程中，主要涉及到的就是载波形式的通信口，芯片以及各种串口、控制口等等。加强数据的传递是集中器设备的最终工作目标，提升设计的科学性和规范性也可以有效地提升电力远程抄表工作的高效性。
第一，载波通信设计。下行载波通讯模块的主控芯片是专为面向未来的开放式自动抄表智能信息家电以及远程监控系统而设计的单芯片片上系统，它除了具有功能强大的微处理器外尤其在高精度模/数转换以及电力线载波通讯方面具有更大的优势，它的扩频通信单元是PL2000系列专用电力线载波通信集成电路的升级内核具有更强的抗干扰能力更高的数据通信速率和更大的软件可配置灵活性。
第二，RS-485设计。在电力通讯方案的设计中，下行通讯除了采用低压电力载波通讯方式以外，还经常利用RS-485总线通讯方式。因为这样组网方式就较为灵活既可使用RS-485总线和低压电力载波混合的方式组网，也可以使用可靠性比较高的全485方案组网。而且可用于RS-485接口的芯片种类也越来越多实现这种通讯的技术也相当成熟。
2.5JTAG的设计
本设计采用SAM-ICE仿真器调试程序，SAM-ICE是专为ATMEL的AT91系列ARM处理器设计的JTAG仿真器.标准的JTAG接口是4線，分别为测试模式选择、测试时钟、测试数据输入和测试数据输出，JAG测试允许多个器件通过AG接口串联在一起，形成一个AG链，能实现对各个器件分别测试，JAG接口还常用于对FLASH器件进行编程.通过JTAG接口可对芯片内部的所有部件进行访问，因而是开发调试嵌入式系统的一种简洁高效的手段。
3、结束语
集中器通过MODEM通信方式接收来自上行信道的主站命令，处理器将接受到的命令转换为一条或者多条内部可执行的命令，从而提取历史数据或参数，并对数据进行协议封装传送给上行信道。上行信道将数据按照原路径传送给服务器，同时，通过下行信道抄收各种用户终端的用电量数据信息，并进行存储从而实现智能化抄表工作.这种基于ARM芯片的集中抄表系统是可行的、有效的，它代表着技术发展的新趋势也将会有广泛的应用前景。
参考文献
[1]王玉萍.抄表系统中集中器的设计[J].产业与科技论坛，2012（17）.
[2]阎浩，叶崧.远程抄表系统中集中器软件的模块化设计与实现[J].现代电子技术，2011（04）.
[3]陈凤.低压电力线载波通信技术及应用[J].电力系统保护与控制，2012（22）.
[4]殷志良.基于IEC61850的通用变电站事件模型[J].电力系统自动化，2015（19）.
[5]卢恩.一种新的自动抄表系统方案及其实现[J].电力自动化设备，2013（06）.
作者简介
软硬件实现 篇7
数据压缩是信息科学中的一项重要的技术, 有着广泛的应用。它可以使存储的文件变小, 也可以提高模块之间数据交换的速度等。通常, 文件是由字符构成的, 而字符在计算机中是由二进制串表示的。这就是说, 如果字符集包含C个字符, 则在标准的等长编码中, 每个字符由┌log2c┐位的二进制串表示。但在实际应用的一些大文件中, 字符被使用的比率不是平均的, 有时甚至相差很悬殊。因此, 如果所有字符都由等长的二进制码表示, 那么将造成一定的空间浪费。为了尽量减少这种不必要的空间浪费, 解决的方法之一就是采用不等长的二进制码, 令文件中出现频率高的字符的编码尽可能短。
采用不等长编码, 又可能会产生多义性。例如:如果用“01”表示字符a, “10”表示字符b, “100”表示字符c, 那么对于编码“1001”, 无法明确指出它究竟表示字符c, 还是表示字符串“ba”, 其原因是b的编码与c的编码的前缀部分相同。为了避免出现多义性, 就必须要求字符集中任何字符的编码都不是其它字符编码的前缀, 即要求字符编码必须是前缀码。设组成文件的字符集C={c1, c2, -, cn}其中ci的编码长度为l i, ci出现的次数 (或频率) 为pi.要使文件总编码长度最短, 就必须要确定l i, 使WPL=∑ni=1pi×l i最小。WPL表示树的带权路径长度, 定义为树中的所有叶子结点的权值与叶结点的路径长乘积之和。为了设计出使WPL最小的前缀码, Huffman于1952年提出了Huffman算法。
哈夫曼 (Huffman) 编码是一种常用的压缩编码方法。它的基本原理是频繁使用的数据用较短的代码代替, 较少使用的数据用较长的代码代替, 每个数据的代码各不相同。这些代码都是二进制码, 且码的长度是可变的。
2 Huffman编解码原理
哈夫曼 (Huffman) 编码是一种常用的压缩编码方法。它的基本原理是频繁使用的数据用较短的代码代替, 较少使用的数据用较长的代码代替, 每个数据的代码各不相同。这些代码都是二进制码, 且码的长度是可变的。
哈夫曼树又称最优树 (二叉树) , 是一类带权路径最短的树, 构造这种树的算法最早是由哈夫曼1952年提出, 这种树在信息检索中很有用。哈夫曼编码是哈夫曼树的一个应用, 数据压缩过程称为编码, 即将文件中的每个字符均转换为一个惟一的二进制位串。数据解压过程称为解码, 即将二进制位串转换为对应的字符。所谓树的带权路径长度, 就是树中所有的叶结点的权值乘上其到根结点的路径长度 (若根结点为0层, 叶结点到根结点的路径长度为叶结点的层数) 。树的带权路径长度记为WPL= (W1*L1+W2*L2+W3*L3+...+Wn*Ln) , N个权值Wi (i=1, 2, ...n) 构成一棵有N个叶结点的二叉树, 相应的叶结点的路径长度为Li (i=1, 2, ...n) 。此时, 可以证明哈夫曼树的WPL是最小的。
哈夫曼编码法的特点在于其经过编码得出的档案是具有唯一码性质的实时编码。即各个不同字符编码得出的位串并不相同, 因此, 译码时能立即解出。也就是说, 哈夫曼编码法的译码过程是实时的并且是唯一的解码。
3 Huffman编码软件实现部分
3.1 软件运行环境
操作系统:Microsoft Windows XP Professional版本2002 Service Pack 2
开发软件:
EDK7.1i sp2:嵌入式集成开发环境
ISE7.1i sp4 IMPACT:将配置文件下载到FPGA的工具
串口调试工具:调试串口数据的软件工具
3.2 FPGA端Huffman数据结构定义
3.2.1 定义Huffman编码表构造的每个树结点的信息
3.2.2 记录每个符号的编码
3.2.3 保存树节点的权值和序号, 用于建树时找权值最小的两个点用
3.3 构造Huffman树
进行Huffman树构造函数, 其中还包括一个每次选择最小、次小权值接点选择的定义函数。
3.4 Huffman编码
计算机存储数据使用定长编码 (如ASCII码) , 其字符使用的频率不同, 为在计算机实现数据的压缩, 只需将全部数据的ASCII码频率做权进行Huffman编码, 使用数据前再利用Huffman树译码, 就可获得原数据, 从而大大节约存储空间。
4 Huffman编码硬件实现部分
4.1 硬件运行环境
PC机
FPGA开发板:Xilinx Virtex 2p xc2vp7
4.2 FPGA开发板
本实验使用的是Virtex-ⅡPro开发板, Power PC处理器。Power PC处理器是32位的RISC处理器, 具有嵌入式环境结构, 使用IP核嵌入技术集成到Virtex-ⅡPro开发板上。
4.3 PC机端串口配置
为了确保PC机与FPGA开发板之间能够通过串口正常通信, 正确传输数据, 则必须在PC机端对RS232串口进行配置, 使其与FPGA开发板的串口通信格式保持一致。否则, 会造成数据的丢失, 致使通信失败。
5 系统集成和测试
本实验在VirtexⅡPro开发板上完成, 借助串口进行输入、输出以测试程序的正确性, 所以在该程序中还有一些串口的操作函数。
可以根据输入的字符及权值, 画出Huffman树.然后对其编码, 再与串口的输出编码进行比较, 即可测试程序的正确性。对于解码程序的设计, 则可以是在同一棵树上对输入的串进行解码看是否正确则可测试出程序的正确性。
6 软件执行结果
编码文件输入:27.2KB的文章
压缩后为15.3KB, 压缩率为56.3%
7 结论
通过该实验, 可以进一步熟悉Xilinx开发板的功能以及如何利用Xilinx提供的集成开发环境对开发板进行编程、编译、下载、测试与调试等功能。也可以进一步了解哈夫曼编码解码的思想, 并且了解了在嵌入式开发板上进行开发的基本流程及其开发环境的配置、调试等等, 对整个流程有了一个基本的认识。
摘要：介绍了Huffman编码原理, 描述了如何利用VⅡPro开发板完成基于Huffman编码的数据压缩模块, 通过串口使PC机与开发板通信, 从而实现将给定的文件压缩成二进制文件的功能。
关键词：哈夫曼 (Huffman) 编码,VirtexⅡPro开发板,串口配置
参考文献
[1]严蔚敏.数据结构[M].北京:清华大学出版社, 1997.
软硬件实现 篇8
1 可重构计算机与共享存储
在对计算机进行重构的时候需要进行两个方面的重构, 首先的计算机的硬件部分, 这一部分可以靠编程进行重构, 另一方面就是软件部分, 这部分的改变和硬件较为相似。在对这两部分进行重组后, 可以最大程度的优化计算机的程序, 让计算机的性能得到最佳的提升。从现有的技术上看, 通过这两部分实现可重构计算机还存在着很多的难度。共享存储可重构计算机就是在大规模的数据中进行处理时计算机的综合性能, 在普通的计算机上实现的时候, 主要依靠的是PCI-Express, 通过其处理的相关的数据, 与FPGA相连接, 让FPGA能够及时的访问计算机系统中的相关内容, 实现数据的优化计算。
2 共享存储可重构计算机的重点
2.1 硬件的粒度
硬件的粒度是计算中硬件的综合, 并且能够完整的表达数据的集中量, 在可重构的计算中, 硬件粒度直接决定了计算机硬件的使用效率, 如果计算机处理数据的效率越高, 那么其使用的是硬件数量就少, 相反的话如果硬件粒度的下降, 那么计算机运行的效率就越低。硬件的粒度越高, 硬件的数量就越少, 计算机的运行效率就越高, 计算机的成本就越低。现阶段的硬件粒度远不能满足计算机的处理, 在进行电路的整理中, 通常采用的是逻辑门的运算。通过算法逻辑单元的重算能够实现可重构计算机计算的算法单元最大化, 即FPGA单位。在这种方法进行重构时, 也可以叫做算法单元的重构。依靠FPGA算法的灵活性, 可以最大限度的实现共享存储的可重构计算机。
2.2 计算机和处理器的距离
从重构的线路组成上看, 在实际的运行中可重构的计算机仍然具有很多的缺点, 计算机的总线并没有和计算机系统的硬件相连, 使得总线只能对CPU的工作进行辅助。计算机硬件和处理器之间的距离过大, 使得计算机的通信效率不高, 因此在进行可重构的计算机优化时, 需要从根本上解决硬件和处理器之间的距离问题。最简单的办法就是将计算机硬件和处理器直接连接在一起, 让处理器直接对计算机系统进行访问, 并且对其中的数据进行计算, 以此更好的提升计算机的数据处理效率。
2.3 计算机的容量
可重构计算机的容量直接决定了计算机的性能, 通常来说, 如果降低了计算机硬件的数量, 再进行重构系统的时候, 计算机的性能就会提升很多。在实际的运用中, 由于用户的需求不同, 在进行硬件和软件数量选择的时候也存在着很多的差异, 因此计算机的性能是由硬件和软件两部分共同组成的。另外在对计算机进行重组的时候, 技术人员的操作也会直接影响了计算机的性能和处理的效率。
3 共享存储可重构计算机软硬件通信的优化实现
进行系统优化时的主要载体是PFGA, 同时采用NiosⅡ辅助数据的处理, 并且实现计算的独立。想要更好的提升系统性能, 需要保持NiosⅡ的独立性, 从而保证数据访问的独立性。
3.1 存储的独立访问
首先对计算机的总线进行翻译, 并且对地址进行查询, 让总线中的地质和计算机中的地质相呼应, 从而保证计算机的运行效率, 如果两者的地址出现空口, 则出现了数据处理错误, 让PGD对错误的页面进行检查。相关的组间可以对FPGA进行重新的计算, 保证计算机的处理效率。
3.2 共享存储的实现
在实现数据的共享存储是, 需要用到POSIX信号, 并且保证信号动作的原子性, 这样才能使得数据被有效的访问, 从而实现数据的共享。在保证原子性的过程中, 需要使用总线的锁定功能, 保证原子的操作被有效的执行。
4 结语
在进行可重构的计算机处理中, 需要从硬件和软件两部分进行, 实现计算机通信效率的最大化。按照计算机重组中的重点进行, 并且要保持NiosⅡ的独立性, 从而更好的实现数据的共享, 现阶段我国对于计算机的可重构计算还处于研发阶段, 想要进行市场投入就必须要结合用户的需要进行。要加强对共享存储可重构计算机软硬件通信的优化研究, 提升计算机的数据处理效率, 让计算机更好的为人们的生活服务。
摘要：随着信息技术的发展, 在生活和工作中应用计算机的范围也在逐步的扩大, 人们通常依靠计算机进行数据的优化处理, 借助计算机强大的数据处理能力, 能够很大程度的提升信息处理的效率。在数据的处理中, 对于计算机的处理效率和性能也提出了更高的要求, 因此在解决这个问题的时候, 要进行可重构计算机处理, 从硬件和软件两个方面共同的优化计算机的通信效率。本文针对共享存储可重构计算机软硬件通信进行了相关的讨论。
关键词：共享存储,可重构计算机,软硬件通信,优化实现
参考文献
[1]荀长庆, 杨乾明, 伍楠, 文梅, 张春元.共享存储可重构计算机软硬件通信的优化实现[J].计算机研究与发展, 2013 (08) .
[2]马畅.共享存储可重构计算机软硬件通信的优化实现之我见[J].计算机光盘软件与应用, 2013 (23) .
[3]Saldana M, Chow P.TMD-MPI:An Mpi implementation for multiple processors across multiple FPGAs[C].Proc of the16th int conf on Filed Programmable Logic and Applications.Piscataway, NJ:IEEE, 2006:1-6.
软硬件实现 篇9
电力机车承担若干牵引任务后, 必须返回机务段或整备场进行整备。传统的作业模式采用人工方式对接地杆、隔离开关进行操作, 如果作业过程中联系不周, 操作不当, 就会严重威胁到登顶作业人员的生命安全和供电设备安全。由此, 我们开发了基于PLC的电力机车整备作业安全监控系统, 本系统采用PROFIBUS-DP总线网络结构, 下位机从站选用S7-200PLC, 主站选用S7-300PLC, 上位机监控软件采用组态软件。该系统能够准确检测机车停车位置, 并通过IC卡对检修人员身份进行认证, 自动控制隔离开关的分闸和合闸, 全过程语音提示, 车顶门无线遥控开启, 完全改变了以往的人工作业方式, 减少传统作业方式中监护员的职责, 杜绝人为主观不确定因素所造成的人身及设备安全隐患, 保障整备作业有序、高效运作。
2 系统网络结构及工作流程
本系统采用故障导向安全的设计思想, 在控制过程中任何一个操作流程出现故障, 都不能进行下一步操作, 这样就尽可能的避免了安全隐患[1]。由此, 我们根据整备作业现场的工作流程和控制要求对系统的网络结构和软硬件进行设计, 其中系统网络结构采用PROFIBUS现场总线技术[2], 下位机控制方式采用单主站分布式I/O来实现对现场设备的控制, 由从站S7-226 CN+EM277模块及主站S7-315-2DP组成, 主要功能是向上位机发送整备作业现场各股道数据与下发上位机控制命令;上位机监控软件采用人机界面友好、可视化程度高的组态王开发。系统网络结构模型如图1所示。
整备作业安全监控系统的控制要求是系统软硬件设计和选择控制方案的主要依据之一, 其中最基本的控制要求是:a.登车顶进行整备作业前, 隔离开关必须处于分闸状态, 同时接地杆在隔离开关断开后才能接地;b.隔离开关要合闸, 必须确保车顶无作业人员、且在接地杆与地断开后才能合闸。我们以系统控制要求为基础, 对传统整备作业工作流程改进设计, 使之更好的满足安全规程和实现全过程的安全监控, 改进后的工作流程为:电力机车进段检修→登顶作业人员申请→监控人员授权→隔离开关断电→司机升弓验电并确认→接地杆接地→电子门锁开启→作业人员登顶→作业完成确认→隔离开关闭合申请→监控人员确认→接地杆与地断开→隔离开关闭合→系统转入待机状态。
3 现场控制单元硬件设计
电力机车整备作业现场控制单元主要由安装在整备作业现场的控制箱组成, 它是每个股道与监控中心进行数据交换最前端设备, 主要完成机车停车位置检测、ID卡作业申请及身份识别、语音提示及键盘输入、LCD显示、对隔离开关实现远动操作、实现与上位机的通信功能。控制箱内部安装直流稳压电源、S7-200PLC、单片机控制板, 以及在控制箱操作面板上安装各类控制按钮和输出指示灯、液晶显示屏、薄膜键盘。下面对控制箱各主要部件进行简要的说明。
S7-200PLC:选用S7-226 CN CPU+EM277[3]接口模块, 通过I/O口实现停车位置信息采集, 控制电动执行机构动作, 通过PORT0、PORT1口分别连接ID读卡器和单片机交互式系统, 获取ID卡号和机车号, 并按照整备作业操作步骤进行语音提示, 能够依照预先系统设计的逻辑互锁关系控制车顶门电子锁。
控制按钮和输出指示灯:主要用于现场操作和输出显示, 其输入操作按钮包括启动、紧急停止、作业申请、同意分闸、同意合闸;输出指示灯能够显示系统启动与停止、机车停车位置是否正确、隔离开关分闸和合闸限位指示。
单片机控制单元:由80C320单片机作为主控芯片开发, 主要对整备作业过程中作业步骤进行语音提示并按照逻辑关系遥控车顶门电子锁, 同时扩展键盘输入和液晶显示功能。
4 PLC系统软件设计
4.1 主站S7-300PLC程序设计
从机车整备作业控制过程中S7-300PLC主站要实现的功能考虑, 软件程序设计采用模块化编程方式。其中主站程序包括1个组织块OB1, 1个共享数据块DB1, 5个功能FC。组织块OB1 (主程序) 用于循环处理, 是用户程序中的主程序[4]。其主程序各功能描述如下:
FC0:实现系统联挂功能, 通过使用变量M1寄存器判断上位机组态监控软件与主站PLC是否正常通信。
FC1:实现机车停车位置状态的动态显示, 上位机软件使用变量M2和M3寄存器动态显示停车位置是否合适。
FC2:读取ID卡功能, 上位机软件使用变量M25~M36寄存器显示ID卡号。
FC3:读取机车号功能, 上位机软件使用变量M10~M23寄存器显示机车号。
FC4:实现隔离开关分闸与合闸操作动态显示功能, 上位机软件使用变量M4和M5寄存器表示申请分闸和申请合闸, M7和M8表示分闸输出和合闸输出。
4.2 从站S7-200PLC软件设计
在整备作业控制系统中, 从站S7-200PLC程序设计主要分为三部分:主程序设计、子程序SBR_0和SBR_1设计以及中断程序设计。
主程序完成对自由口Port0和Port1初始化, 并调用分闸和合闸子程序实现机车整备作业。其中Port0用于ID卡卡号获取, 设置波特率为9600, 无校验, 采用开始字符48和结束字符10接收检测, 接收的起始地址为VB300;Port1口用于PLC与单片机系统交互式操作, 设置波特率9600, 8位数据位, 无校验, 采用首字符EE和尾字符FF接收检测, 最多发送2个字节。
子主程序主要由申请分闸子程序SBR_0和申请合闸子程序SBR_1组成。中断程序由读ID卡中断程序、把Port1口转换为接收口中断程序和发送机车号中断程序组成。
5 系统调试及结果分析
电力机车整备作业安全监控系统目前已完成初步开发, 经单机调试和联调后, 运行状况良好。系统调试方法和结果如下:
a.从站PLC程序单机调试:按照整备作业操作流程, 利用串口调试工具读取PLC Port1口数据, 模拟单片机交互式系统进行测试, 测试结果表明, 从站程序能够按照预先设计步骤进行整备作业。
b.系统联调:使用EM277模块把从站S7-200PLC连接到PROFIBUS总线上, 使它能够与S7-315-2DP主站成功通信, 同时S7-200PLC Port1口连接单片机系统, 主站通过MPI电缆与上位机连接。
从联调结果分析, 整套系统达到了预期设计目标, 能够最大可能的避免安全隐患, 可在整备作业现场推广应用。
摘要：主要对电力机车整备作业安全监控下位机控制系统软硬件进行设计, 采用S7-300PLC为主站, S7-200PLC为从站的PROFIBUS-DP网络结构, 实现了机车停车位置检测、ID卡身份识别, 通过与单片机交互式通信, 获取机车号并按照操作流程进行语音提示;同时接收上位机指令, 控制电动操纵机构动作。该系统经过单机调试和联调后, 能够按照预先设计的控制流程进行整备作业。系统可靠性高, 可以运用于实际整备作业现场。
关键词：整备作业,PLC,PROFIBUS-DP,通信
参考文献
[1]铁道部.电气化铁路有关人员电气安全规则, 1979. ([79) 铁机字654号].
[2]骆德汉.可编程控制器与现场总线网络控制[M].北京:科学出版社, 2005 (8) .
[3]DP-Ethernet:the Profibus DP protocol imple-mented on Ethernet.S.Vitturi.Computer Commu-nications, Volume26, Issue10, 20June2003, Pages1095-1104.
软硬件实现 篇10
关键词：激光测距,铁路限界,限界测量仪,电子信息
目前在国内相对较为先进的测量尺为上海铁路局科研所研制的SZXC-A型数显式站台限界测量尺,该测量尺适合高铁站台的限界测量,同时能兼顾大部分低站台的限界测量,具有高精度、高效稳定、操作简便等特点,能满足站台限界检查和测量需要,但仍然采用接触式的测量方法,功能单一只针对站台,不能适应其他建筑物限界,现阶段信号机可视距离及应答器间距等轨道长距离测量利用三点法测量,工具笨重耗时又费力。因此,需要采取一种更加高效系统的检测方法来满足站台、隧道、接触网等各种类型的建筑限界测量需求,兼容轨道长距离测量,提高检测效率、准确度以及系统化的目的。
1总体设计结构
1.1主机设计
采用电子信息技术对传统检测方法进行取代,设计出一种以单片机为控制核心,激光测距仪、陀螺仪传感器等高精度电子传感器,卡尔曼滤波法处理计算数据的便携式测量仪,对铁路建筑限界进行检测。利用圆柱形套桶,沿着中心轴旋转,调节激光倾角。通过激光测距仪测量激光发射点与轨道之间距离,陀螺仪测量激光发射线与垂线之间的角度,进而通过单片机的高速运算特性计算出边缘线距线路中线的距离和墙顶面高程,并可在控制盒显示屏与移动终端屏幕上实时显示与存储测量结果。外部通过直杆连接底端编码轮,紧贴轨面拖动进行长距离测量。
1.2数据采集模块
本设计中采用相位式激光测距仪,用无线电波段的频率,对激光束进行幅度调制并测定调制光往返测线一次所产生的相位延迟,再根据调制光的波长,换算此相位延迟所代表的距离。激光传感器是新型测量仪表,能实现非接触式远距离测量,速度快,精度高,量程大,抗光、电干扰能力强,适用于现在所有铁路限界测量环境。三维角度传感器:其模块内部集成了姿态解算器,配合动态卡尔曼滤波算法,能够在动态环境下准确输出模块的当前姿态,姿态测量精度0.01度,稳定性极高,自带电压稳定电路,兼容3.3V/5V的嵌入式系统,连接方便。编码器:将角位移或直线位移转换成电信号,再将信号进行编制、转换为可用以通讯、传输和存储的数据。
2软件设计
利用上位机进行软件设计,软件界面简洁,分为用户管理、连接管理、数据管理以及设备管理四大模块。用户管理可进行用户信息的存储,方便不同工人测量信息的收集。连接管理可将仪器通过蓝牙信号连接至PC端,使数据进行共享。数据管理可将不同建筑类型限界数据进行导入或导出以及和历史数据的对比。设备管理可对仪器进行调试及属性的修改。软件和测量仪的能够有机结合,将铁路不同区间、不同建筑类型、不同工人所得数据进行系统的分类整合,使作业人员直观的对数据进行观察分析管理,促进铁路限界测量信息化,系统化发展。
3测量方式及数据处理
3.1限界测量
将便携式测量仪展开放置轨面上,根陀螺仪测量激光线与垂线之间的角度a,激光测距仪测量激光发射点与测量点之间的距离D,通过单片机控制采集传感器的测量数据,计算出导高H和拉出值S,激光测距仪基准平面与反射点之间的距离为H为:;建筑物与线路中线之间的距离S为:;当限界不满足要求时,蜂鸣器将发出警报。最后通过彩色TFT显示屏将数据显示出来供工作人员记录与参考。
3.2编码轮测距
将便携式测量仪折叠,把镶嵌有编码器并带有磁性的轮子紧贴于轨面,由信号机或应答器处开始拉动,置人肉眼不可见为止的或走到下一个应答器的位置。测出信号机的可视距离或应答器间隔。显示屏上即可显示钢轨相对应的距离并自动将所得数据传至数据库进行存储分析。
结束语
本设计具有实用性、经济性、灵活性、便携带等特点,结合上位机软件较强大的数据处理功能,实现了一个具有多项功能的铁路建筑限界激光测量及铁轨长距离测距仪,以传感器为采集方式,通过一系列改进和功能升级,以及外观结构优化,既保证了测量数据较高的准确性,又大幅度减少了测量工作人员的劳动强度,提高了测量工作效率和测量人员的安全质量。实现了智能化、数字化、存储自动化,适应当前铁路发展需要。在限界测量原理及长距离测距上具有独特的创新设计,读取测量数据快而准。其操作简单,数据读取方便,测量精度高,测量效果好,具有良好推广应用价值。
参考文献
[1]王云霞,俞北良.电子式站台无接触限界测量仪[J].中国铁路,2013,01:74-75.
[2]吴斌,庄洵,刘常杰,郭寅.铁路机车车辆静态限界测量系统校准方法研究[J].传感技术学报,2013,01:58-62.
[3]王敏,冯晶,谢志海.利用三维激光扫描仪进行地铁隧道限界测量[J].测绘通报,2014,12:78-81.
软硬件的激情碰撞 篇11
利盟自1991年从IBM分离以后，一直秉承其专业态度，成长为全球唯一一家专注于打印和影像解决方案的供应商。利盟全球大中华区总裁李建民饶有兴致的介绍了利盟文印解决方案，现场诠释了“打印更少，节省更多”的内涵。“在任何企业中为方便使用都会事先印刷大量的表格、资料，当需要对表格、资料内容进行哪怕些许修改时，就要将所有表格、资料重印，造成库存的巨大浪费。而利盟提供的on-demand printing(按需打印)可以将表格、资料内容存储在打印机内，用户需要时随时打印，也可以随时更新、修改电子表格、资料。”李建民先生对利盟这一独特功能颇为自豪。
会上，利盟展示了包括e-Task大尺寸触摸屏在内的多种特色功能和产品，同时表述认真求实的态度，如利盟引以为傲的百万分之三卡纸率，便是利盟对产品品质严苛要求的结果。利盟激光产品经理何骥名对利盟产品易用、可扩展和高稳定性的三大特性详细讲解，同时还介绍了此次推出的新品——A4幅面的X792de／C792de和A3幅面的X925de／C925de。
根据客户的需求定制契合用户行业需求的解决方案是利盟的优势所在，利盟解决方案顾问易容女士现场演示了利盟身份证打印解决方案、刷卡打印解决方案和教育行业的阅卷系统解决方案等，还邀请媒体朋友亲身体验利盟解决方案给用户带来的改变。
在会议现场，利盟组织与会者模拟了考试场景，集体体验了教育行业的阅卷系统解决方案。该解决方案通过X654de多功能一体机直接打印问卷及答题卡，学生用铅笔涂写答题卡后，通过利盟X654de扫描，设备可以按需输出成绩单和多种数据报告，还能自动生成图表和进行数据分析，有助于将教师从伏案阅卷的繁重工作中解脱出来。
利盟的方向
9月16日，记者对利盟国际有限公司董事长Paul Rooke进行了专访。Paul Rooke对利盟公司的全球策略，利盟未来的方向，以及对中国市场的看法等作出了详细解答。
Paul Rooke认为，打印机市场将向6个大方向发展，分别是信息的分散获取与多功能、文印管理服务、对移动设备的支持、非结构性内容增长、信息与用户业务流程的有效连接，最后一个文云应用趋势。
在2007年利盟已经做出了一个战略决策，放弃低端打印机产品，将所有的注意力转移到商用客户，也就是大、中、小企业，百分之百的注意力关注到大、中、小型企业。未来的一年利盟将在此基础上实行以下策略(在中国)：打印设备的统一管理、打印设备管理的解决方案、完成从应用到解决方案，再到工作流管理的转变。“我们可以根据行业、针对客户、针对中国的具体情况，来定制客户化的管理。这就是为什么我们做出决策，放弃个人打印机，把我们的关注聚焦在为企业级客户提供解决方案上面。”
软硬件实现 篇12
中频模拟信号经过A/D采样后将数字信号送入FPGA进行基带数字信号处理，在FPGA和DSP内完成数字下变频、捕获、码跟踪、载波跟踪等过程，最终实现卫星信号的解扩解调。在实际应用中，需要设计多个通道对多颗卫星同时进行跟踪，才能获得解算结果。
1 硬件设计
硬件平台用FPGA芯片和DSP芯片作为主处理器，主处理器之间可以互相通信。经过AD采样后的信号直接进入FPGA，此后所有对信号的处理均由软件来实现。如此可以充分利用FPGA和DSP的重复烧写及在线调试能力，尽量减少对其他硬件的依赖程度，从而增加了平台的灵活性。另外，每片DSP都外接了Flash和SDRAM。由于Flash掉电数据不会丢失，可以在Flash内保存程序及数据，而外接的SDRAM是DSP的扩展Ram，当DSP运行大型程序以致DSP的内部Ram不够用时，可以将程序放到外接的SDRAM内运行。
2 软件设计
信号处理模块框图如图1所示，捕获模块和通道的跟踪环路占用FPGA和DSP。整个跟踪环路包括五个部分：FPGA内的下变频模块，通道模块，通道控制器和DSP接口模块，以及DSP内的码环、载波环。
AD采样后的信号首先进入数字下变频模块，下变频输出的基带I/Q信号直接进入捕获模块和各个通道(跟踪模块)。各个通道的数据通过DSP接口被送到DSP, DSP和FPGA之间的数据传输通过中断的方式来完成。DSP完成鉴频鉴相及滤波运算后将结果反馈回FPGA。图中各个通道通过通道控制器共用一个捕获模块。
3 多通道设计
多通道的设计总体包括两个部分：多通道的控制和各个通道数据的传输。一种简单的多通道控制方法就是采用多个并行通道的设计，各个通道有各自独立和完全一样的功能模块，包括捕获模块，这种并行结构的设计不需要额外的通道控制逻辑，各个通道独立工作，不受干扰，尤其在捕获时各个通道可以同时工作，减少捕获时间。但是这种方法需要很大的硬件资源，尤其是在捕获算法很复杂时，捕获模块的资源占用最大。因此，在硬件资源有限的条件下，这种方法资源分配的不合理性使得实现这种结构不实际。在实际设计时，由于捕获模块需要占用整个FPGA的资源，因此只能采用捕获模块共享的结构，如图1所示，各个通道通过一个通道控制器共用捕获模块。这种结构下，各个通道的捕获是串行的方式，因此捕获时间为并行结构的N倍。
4 中断处理设计
由于跟踪环路的鉴频鉴相算法都是在DSP内运行，因此FPGA需要将通道的累加值及时发送到DSP, DSP运算结束后又需要及时将结果反馈回FPGA，这个过程需要用中断的方式来实现。传统的中断处理方法分为独立请求法、菊花链法和软件轮询法3种。独立请求法的方式给每个设备一个中断请求线，当有几个设备同时请求时，经判优逻辑选择一个优先级最高的中断请求，并形成对应的中断向量，通过数据总线送到处理器。菊花链法和软件轮询法都只需要一个中断请求线，处理器检测到中断请求信号后，根据优先级，分别通过硬件和软件的方法来选择中断请求设备。本课题选用的DSP处理器只有4个外部中断，而FPGA共有多个通道。因此，给每个通道分配一个中断请求线的方法不可行。另外，多个通道的数据到达时间间隔虽然固定，但是各个通道之间的数据到达时间并没有固定关系。综合考虑，本课题采用每个通道在积分累加结束后将累加值存入对应的相关峰值寄存器，DSP每隔时间T响应中断，并读取多个通道的相关峰值，运算结束后依次写入FPGA内的反馈寄存器。相关峰值寄存器的更新率和中断速率相同，但是两者并不同步;另外12个通道的数据更新也不同步。这里相关峰值寄存器组有类似双口Ram的功能，所不同的是该寄存器组的所有寄存器可以同时写入数据。
5 结论
可以根据实际来增加或删减通道达到相应的功能需要，用此种方法可以同时多通道稳定跟踪卫星信号，为后续的解算提供稳定的数据。
摘要：在设计卫星导航接收机时, 需要同时对多颗卫星实时跟踪才能获得最终的导航结果, 这就要求对每颗卫星都要有一个处理通道。本文提出了一种在FPGA和DSP的硬件开发平台上设计多通道跟踪环路的方法, 以及设计中断控制器来实现FPGA和DSP数据交互接口, 从而实现卫星信号的跟踪。
关键词：多通道,卫星信号,跟踪,中断
参考文献
[1]袁建平, 罗建军, 等.卫星导航原理与应用[M].中国宇航出版社, 2003.
[2]杨小牛, 楼才义, 徐建良.软件无线电原理与应用[M].电子工业出版社, 2001.
[3]王忠.高动态GPS接收机的设计.航天电子对抗.
[4]田明坤.高动态GPS接收机的一种设计方案[J].遥控遥测.
[5]刘基余.GPS卫星导航定位原理与方法[M].科学出版社, 2003.
[6]董在望.通信电路原理[M].高等教育出版社, 2003.
[7]郑君里, 杨为理.信号与系统[M].高等教育出版社, 2001.