设计导航

设计导航（共12篇）

设计导航 篇1

网站导航设计是结构层面设计中的主要工作之一。但是很多用户时常在浏览一些站点时因为没有方便的导航系统而苦恼,原因是这些网站缺乏针对性和方便的导航系统,也没有提供有助于让我找到所需信息的帮助,他们把所有的导航信息都放置在杂乱的按钮和文本链接上,使用户很难找到自己要访问的页面。

因此,我们在进行网站导航设计时,应该综合考虑客户的需求以及网站的结构,从以下几个方面着手设计:

1 导航的设计应具备易用性

网站的导航,包括顶部、底部和侧面的导航都应该尽可能地对用户友好、易用,保证用户“想”看到的在尽可能的显眼位置,导航里的各要素应该反映出各个目录和子目录,以及各个主题之间的逻辑性、相关性,帮助用户找到主要相关内容。

1.1 设计辅助导航。

为用户提供一个直观的指示,让用户知道现在所在网站的位置,每一级位置的名称都得有链接可返回,在每一个网页都必须包括辅助导航以及左上角的网站LOGO标识。

1.2 设置网站LOGO链接

每一个出现的网站LOGO都要加上回到网站首页的链接,因为大部分用户已经习惯了点击网站LOGO作为回到网站首页的方法。

1.3 导航条的位置

在屏幕上的一个网页实际上可以有五个基本区域来放置导航元素:顶部、底部、左侧、右侧和中央。各个位置都有其优缺点。

顶部导航:把导航元素放在顶部可以迅速地显示出来,是一种常用方式。

底部导航:在通常情况下,底部导航没有多在意义,一般只作为页面标签和公司品牌的介绍,不建议在屏幕底部设计导航。

左侧导航:这是网页导航的一种普遍方式。

右侧导航:一般只用于放置广告、交叉链接以及辅助的导航形式。

中心导航:一般只有在首页上才可把重要的导航元素如图形按钮或图像画面放在页在的中心。

主导航条的位置应该在接近顶部或网页左侧的位置,如果因为内容过多需要子导航时,要让用户容易地分辨出哪个是主导航条,哪个是某主题的子导航条。

1.4 设置联系信息。

进入“联系我们”网页的链接或者直接呈现详细的联系方式都必须在网站的任何一个网页中可以找到。

1.5 导航的使用方法应该简单

导航的使用必须得尽可能的简单,避免使用下拉或弹出式菜单导航,如果没办法一定得用,那么菜单的层次不要超过两层。

1.6 设计网页标签

用户在访问网站的过程中通常会问“我在哪?”,因此在进行导航设计应该考虑如何让用户知道现在所看的网页是什么、现在所看网页的相关网页是什么。

一个高级的网页标签形式可以加入关于位置的许多信息,这就是我们常说的所在位置,这种类型我们也可以称深度测量,因为它直接显示了用户在站点中的位置,如下所示:

首页>作品展示>网站设计>作品1

注:在这种情况下,在所在位置里前面三个都可以链接,而在第四个时字体是加粗的,表明了我们现在所处的位置,同时配合导航的颜色高亮,可以达到视觉直观指示的效果。这种方式能够很直接明了的提示用户我在哪?而它一般都放在主导航条的下方。

1.7 对已浏览过的网页给出提示

在网上查看信息的时候总会出现一个这样的问题:我们经常会看到重复看的信息才发现以前忆访问过这里。如何有效的避免这种情况?我们可以采用颜色来区分,未被点击的是一种颜色,点击过后的又是另外一种颜色,用站点样式来实现。

1.8 设置登陆退出口

登陆入口和退出登陆出口要在全网站的每一个网页都可以找到,让用户进入任一网页都可以登陆和退出。

2 导航的设计应具备功能性

导航的功能设计可以提高或降低整个网站的表现,功能完善的导航可以让用户快速地找到他们想要的东西,否则就会“赶走”用户。

2.1 导航内容明显的区别

导航的目录或主题种类必须得清晰,不要让用户困惑,而且如果有需要突出主要网页的区域,则应该与一般网页在视觉上有所区别。

2.2 导航的链接必须全是有效链接

无论是一般导航还是有下拉菜单的导航,里面的所有文字都应该是有效的链接。

2.3 准确的导航文字描述

用户在点击导航链接前对他们所找的东西有一个大概的了解,链接上的文字必须能准确描述链接所到达的网页内容。

2.4 搜索导航结果

搜索的结果一定不要出现“无法找到”的结果,这是很让用户失望的,如果无法精确找出结果,搜索功能应该实现对错字,类似产品或相关产品给出一个相近的模糊结果。

3 导航的设计应保持与网站风格的一致性

不管为导航选择了哪种位置,即便是几乎所有的位置都使用了,对不同类型的导航来说,所有的一切必须保持一致性。如果主导航在上部,辅助导航在在部,就仍保持原样。在标志页和其他页间,导航的变换是可能的,但一般来讲仍应充分考虑稳定性和一致性,不能有太大的跳跃。

总之,在进行网站导航设计时,不管站点的形式如何,导航的目标是能够简单地帮助用户找到他们的路线。一个好的导航方式能够帮助用户回答诸如“我在哪?”、“我能去哪?”、“如何到达想去的地方?”、“我以前来过这里吗?”和“如何回到曾经去过的地方?“等问题。

参考文献

[1]胡松.网页设计色彩与版式设计[M].北京:中国青年出版社,2006.

[2]刘霆寸.完美网页设计与制作[M].北京:人民邮电出版社,2007.

设计导航 篇2

任务：设计一个网站导航

目标：1、提供给用户方便的网页间跳转的方法

2、能够表达出页面之间、页面与内容之间的关系

分析：人本能的具有空间感。想象一下你现在坐在家中的沙发上看电视，突然有访客，你起身会向哪个方向走去?高中时的挚友是坐在你的前面还是后面?——不用问大家都能会快的回答出来。

同样我们在设计网站导航的时候一定要清晰地告诉访问者“他们在那哪儿”和“他们能去哪儿”

用户需要知道他们在网站信息空间当前所处的位置，我们也希望能帮助用户建立网站空间感，通过我们设计的导航系统。(之所以称为导航系统，是因为仅仅靠某一种导航模式是无法完成目标的)

设计方案：提供一个完整的导航系统，其中包括全局导航、局部导航、辅助导航、上下文导航、远程导航

全局导航：

从网站的最终页面到达其他页面的一组关键点，无论你想去哪里，都可以在全局导航中最终到达，

局部导航：

提供一个页面的父、兄、子级别的通路，是用户在网站信息空间中到附近地点的通路。局部导航的设计好坏会直接影响到整个导航系统的质量。

辅助导航：

提供了全局导航和局部导航不能快速到达的相关内容的快捷途径。用户转移浏览方向，而不需要从头开始。

上下文导航：

用户在阅读文本的时候，恰恰是他们需要上下文辅助信息的时候。准确的理解用户的需求，在他们阅读的时候提供一些链接(例如：文字链接)，要比用户使用搜索和全局导航更高效。上下文导航的示意图与辅助导航类似，这里就不再画了。

友好导航：

一些用户通常不会使用的链接，确实需要时又能快速有效的帮助用户。例如：联系信息、反馈表单和法律声明等。

远程导航：

独立方式存在的导航。如，网站地图：简明的、单页网站整体结构展示。在用户被你的其他导航搞得晕头转向时，很多时候他会选择网站地图。

通过上面这些导航的设计，可以看出一个完整的导航系统设计是非常复杂的和严谨的。

激光导航叉车的设计与应用 篇3

关键词：自动导引叉车；重载；激光导航；倾斜油缸

中图分类号：F253.9 文献标识码：A

Abstract： This article introduce the design and apply of one new LGV（laser guided vehicle）. And explain the design of lift. This LGV can afford 3tons， now this kind of LGV have already applied into the rohot spray production line， the using effect can satisfy design requirement.

Key words： AGV； heavy load； laser guide； inclined cylinder

自动导引车（Automated Guided Vehicle，AGV）是一种物料搬运设备，AGV上装备有自动导引的导向系统，可以保障沿预定的路线自动行驶。其中基于配备激光导航的自动导引车习惯上被称为LGV（Laser Guided Vehicle）。LGV中的激光导航叉车由于具有定位精度高、系统柔性好、运行速度快等突出特点在自动化仓库、烟草行业及其它工业领域已经得到了广泛应用。由于传统式激光导航叉车都是根据现有市场上的整体式叉车进行改造，无法满足非标生产线的使用要求。本文将详细介绍一种新型自主研发的激光式导航叉车，并在国内某生产厂商的机器人喷涂生产线上得到应用。

1 激光导航叉车的总体结构

激光导航叉车的外形图如图1、图2所示，叉车采用两个定向随动后轮，前面中间部分一个主驱动轮的三轮结构，由于叉车承载的货物（机器人）主要在车体的后端，所以随动轮起主要承载作用，单个驱动轮起驱动车体作用，由于采用立式安装，节省了车体的长度和宽度尺寸，使车体更加紧凑。车体的运行中心为两随动轮与车体中心线交汇处。驱动轮采用直径350mm的聚氨酯包胶驱动单元。运行功率为5Kw。车体能达到的最大速度为60m/min，拐弯或是接近停车站点时30m/min。车体的主要结构见图3所示。

2 激光导航叉车的导航系统

本项目中叉车使用专用激光测量传感器，该传感器使用红外波段低能量脉冲式激光，且不使用传统的点式光源的光路，激光的光路发散，可保证在任何情况下均不会对人眼造成伤害，该传感器使用“测距+测角”的测量算法，使用专用处理计算位置信息，即保证了系统的测量速度，又提高了测量的可靠性和精度。在AGV行驶过程中，车上的激光检测扫描头不断地扫描周围环境，只要扫描到3个或3个以上的反光支柱即可根据它们的坐标值以及各块反射支柱相对于车体纵向轴的方位角，并由控制器算出车体在全局坐标系中的当前X、Y坐标和当前行驶方向与该坐标系X轴的正向夹角，实现其准确定位。如图4所示激光头与反光板。

3 激光导航叉车的门架倾斜油缸设计

本项目中激光导航叉车承载的机器人规格分别为3吨、1.4吨、0.8吨、0.5吨等，重心离货叉根部距离为700mm。整体需要提升的高度为900mm，所以门架的设计需要按最大承载3吨进行设计，行程按1 000mm设计。此门架的设计难点为倾斜油缸的设计（如图5所示），倾斜油缸在LGV中的门架中主要作用通过后倾防止货物在搬运的过程途中滑落，提高LGV在搬运过程中的稳定性，现将其受力分析及油缸结构尺寸设计原理叙述如下：

（1）由于货物的中心距离货叉根部700mm，鉴于货叉靴的尺寸并根据强度计算，货叉选用宽125mm*厚50mm*长度为1 200mm，材料为33MnCrTiB。根据悬臂梁结构的计算公司得出：

（4）由于门架底部铰点固定，倾斜油缸支座的位置是固定的，所以根据其倾斜角度算出倾斜油缸活塞杆的行程。

4 结束语

智能车自主导航系统设计 篇4

关键词：智能汽车,自主导航,单片机,自主转弯,过障碍

智能小车是一结合了很多学科的综合的制作, 它包括了虚拟智能、机械设计、高等数学、信号处理、传感器技术、电路设计、C语言、单片机、自动控制原理等学科。本设计采用摄像头作为采集信号的模块, 微处理器接收处理信号, 并把这个处理过的信号作为小车导航的依据, 来控制小车转弯、前进、停止、加速等, 从而实现小车在环境较简单的情况下的自主导航。

1 方案论证

1.1 加固车模底盘, 使之成为刚体, 可以有效减少小车在行驶时产生的震动以及震动对摄像头的影响。

1.2 小车在转弯, 过障碍时容易发生侧翻, 可以适当降低小车底盘, 增加其可控性, 防止侧翻发生。

1.3测试赛道比较平坦, 光滑, 小车在直的长赛道上行驶时, 易冲出赛道, 可以在车轮上套上防滑套, 来减少因速度快造成的轮胎磨损, 增加轮胎的抓地性能, 从而提高小车的操控性, 同时使马力能更好的传到地面驱动小车加速。

1.4电机驱动模块是智能小车重要的模块之一, 需要性能稳定、可靠性高、散热性好等特点, 所以采用BTN7971芯片作为电机驱动芯片。并且该芯片具有自我保护能力, 抗电子干扰能力强, 且对环境的适应能力较强, 加速过程快等优点[1]。

1.5智能车系统采用7.2V2000mAhNi-cd蓄电池进行供电, 但各个模块所需要的电压不同, 因此需要进行电压调节。7.2V直接为BTN7971供电, 使用LM7806 (6V) 将7.2V稳压成6V后给舵机供电, 用LM2940 (5V) 分别为单片机、摄像头编码器供电。

1.6智能车的转向控制是关键的技术之一, 转向性能的好坏和转向控制的适当与否对智能小车的速度及稳定性有很大的影响。舵机本身是一个随动系统, 影响舵机控制性能的一个重要参数是舵机的响应速度, 而舵机的响应速度直接影响智能车通过弯道的最高速度, 适当地提高舵机的工作电压可以提高舵机的响应速度, 把舵机改装在两个转向轮中间, 以此来减小响应时间, 根据杠杆原理加长力臂, 来增加舵机的扭转能力, 提高了小车的转向控制速度[2]。

1.7摄像头是路径检测器件, 是智能小车系统的信号输入模块, 主要检测的是赛道相对于智能小车的偏移量、方向、曲率等信息, 这些信息是小车自主沿赛道运行的信息基础, 获得更多、更远、更精确的赛道信息是提高车模运行速度的关键。所以说路径识别系统的好坏, 直接关系到最终性能的优劣。使用摄像头检测方式的最大优点是:检测的前瞻范围比较宽, 可以比较快地检测到转弯等路面信息, 以便提早做出转弯、刹车等操作, 有利于速度的提高[3]。但是摄像头的选取必须慎重, 既要保证图像质量好, 满足后续处理和赛道识别的要求, 目前是市场上主要有两种摄像头, CCD模拟摄像头和CMOS数字摄像头, CCD模拟摄像头的优点是灵敏度高, 即使高速运行也可以获得清晰的图像, 但是缺点是成本高、功耗大、重量大、需要12V供电。CMOS数字摄像头的优点是体积小、重量轻、功耗低, 5V即可正常工作, 内部集成了A/D转换电路, 直接输出数字信号, 因此使用非常方便, 电路要求简单, 价格便宜。单片机的I/O口可以直接接受的是数字信号, 模拟信号要经过处理成数字信号后单片机才能使用, 所以想要使用CCD模拟摄像头需要自己搭建整理模拟信号的电路, 这加大了制作智能车的难度, 但是用CMOS数字摄像头在小车高速运行时, 动态性能较差, 容易出现图像模糊。基于XS128单片机的处理能力, 摄像头不是分辨率越高越好, 综合考虑之后选择CMOS数字摄像头。

在摄像头的安装上, 选择了四个自由度的安装, 可以更加灵活地对摄像头的角度进行调整。

摄像头除了高度和选型之外, 位置也很重要。后置主要问题是转弯时过程滞后, 而前置的主要问题是由于车身抖动, 造成成像模糊, 综合考虑之后, 把摄像头放在中间靠前的位置, 既可以减少震动造成的影响, 又可以解决转弯滞后问题。

摄像头支架选用碳纤维管, 具有质地轻, 刚性大, 直径小, 坚固等优点。支架底部采用上下双重固定方法, 这样固定不仅牢固, 更减轻了电机转动带来的震动干扰。

1.8在智能小车的设计中, 有一个模块必不可少就是光电编码器, 光电编码器通过计算单位时间内编码输出的脉冲来计算出小车的速度, 这样把这个速度反馈给主处理器, 主处理器就对小车的实时速度有了检测, 这样更有利于控制小车速度。

2 软件部分

系统由中断采集程序对摄像头传回的图像进行采集, 然后单片机对传回来的图像进行处理、判断、计算得到控制参数, 再用控制参数去控制舵机和电机, 来实现转弯、加速、减速、停止等功能。

小车在行驶过程中分为直道、弯道、交叉口等, 由于摄像头传回的数据很大, 而且传输的很快, 单片机在有限的频率下无法采集所有数据, 因此只能有选择的选取图像。得到一场视频信号后, 单片机从中提取黑线, 并通过限幅滤波算法判断黑线的偏差值。不同的路况摄像头所采集的图像的有效行数和偏差值是不同的, 在过弯道时, 有效值会减小, 偏差值会增大, 这样就可以利用有效行和偏差值来控制小车的速度和方向。

3 测试与结果

小车的机械结构对小车整体性能影响很大, 需反复调试小车的机械结构才能找到合适的解决方案, 小车在直道上行驶时, 小车加速明显, 当摄像头检测到前方有弯道时, 小车立即减速, 然后通过弯道。切换小车速度, 提高PWM占空比, 小车行驶时可以明显看见小车提速, 再接近弯道时小车减速, 然后顺利通过弯道。

参考文献

[1]O'Reilly.爱上制作 (第二期) [M].人民邮电出版社, 2011.

[2]摄像头组-安徽工业大学-D-I队技术报告[R].

面包屑导航设计交互设计 篇5

让我们看看一些可能出现的问题：

1、什么应该使用单独的链接项目?

普遍接受的和最知名的分离痕迹径路劲超链接的象征符号(>)“大于”。通常情况下，>符号是用来表示层级结构，在父目录的格式>子目类。

范例

使用其他符号，箭头指向正确的，正确的角度引号(“)和斜线(/)。

范例

不同符号的选择取决于该网站的美学设计和使用的痕迹。例如，面包屑过于醒目，干扰到了主导航，反而减弱了主导航

2、应该有多大?

不让你的面包屑主宰页面。面包屑导航的功能，只是作为一个用户(方便)的协助，其大小应传达给用户。因此，比起主导航菜单至少应较小或者不太突出。

范例

您的面包屑导航设计大小时要遵循的一个好的经验法则是：它不应该抓住用户的注意力。

3、应该在哪里设面包屑?

设计导航 篇6

关键词 易用性 产品设计 LED灯具

中图分类号：TB47 文献标识码：A

一件产品中通常包涵着若干内容，即使是日常生活中常见的一件小产品，其中也包含着诸如造型、功能、价格和易用性等若干方面的内容。当产品设计满足了人们功能性的愿望后，易用性便成为衡量一个产品成功与否的重要标准。

易用性主要包括四方面的内容：一是有效性，指在一定的使用环境中产晶的性能所能达到的预期的效果；二是易学性，产品的使用和安装被限定在一定的难度范围之内，并能向使用者提供相关的服务支持；三是适应性，指产品对不同对象和环境的适应能力；四是使用态度，指消费者对产品使用过程中出现的疲劳、不适、干扰等不利因素的承受能力。

1产品易用性构成要素

易用性是产品设计的重要指标，核心内容是让用户容易接近产品，容易学会使用产品，容易有效的使用产品，容易记住产品的使用方法。易用性主要解决不同环境里，人与产品界面交互过程中，如何进行高效沟通的问题，使用户从生理上和心理上接受产品。正确有效的实现产品的功能就是产品高效使用过程，主要包括操作过程，认知学习过程，记忆过程。因此产品易用性表现为：如何更快的让用户在生理和心理上接受产品，即产品的生理接受性与心理接受性。

1.1 生理接受性

（1）易懂性，指用户在不同的环境中能够一目了然的知道产品的功能；

（2）易学性，指用户能轻松有效的掌握产品的使用方法；

（3）易记性，指用户正常使用产品后，隔段时间（几天或几个月）后，能够再次熟练操作产品，不需再学习产品使用方法；

（4）易对性，指用户在产品使用过程中不易犯错，即使出现问题也能够及时发现并纠正。

1.2 心理接受性

（1）易受性，指用户从心理上容易接受产品（形状、颜色等），不排斥抗拒使用产品；

（2）易解性，指用户在产品使用过程，能够容易正确的理解产品操作界面和使用方法。

总之，生理接受性可归结为用户在产品使用过程的高效性和有效性；而心理接受性则归结为用户在产品使用过程对产品的满意度。

2影响产品易用性的因素

产品易用性是个相对概念，不同用户的心理接受性和生理接受性具有差异，对易用性程度的界定范围也大不相同，即使面对同一产品也会得出差异显著的结论。因此，影响产品易用性的因素不仅仅是产品本身，更重要的是产品的面向对象——用户，可以说用户是产品易用性的决定因素。产品易用性主要对于不同人群的不同心理特征、行为习惯，认知能力，爱好取向进行有针对性的设计。产品是设计表达的载体，体现了设计过程中对用户需求的认识和了解。产品因素包括两方面：

（1）产品的物理属性：包括适宜的形状尺寸，良好的触感材料及悦目的功能颜色，宜人的味道等等。产品的物理属性是用户对产品的第一印象，也是设计者最关心的问题。

（2）新技术的应用：包括产品生产技术，如结构技术、材料技术、加工工艺等。新技术促进产品物理属性的不断变化和创新。新技术为产品提供新的材料、加工工艺、新的结构。

因此产品设计时应注意以下几点：

①产品与人体的尺寸、形状及用力是否配合；

②产品是否顺手和好使用；

③是否防止了使用人操作时意外伤害和错用时产生的危险；

④各操作单元是否实用，各元件在安置上能否使其意义毫无疑问的被辨认；

⑤产品是否便于清洗、保养及修理；

⑥考虑到功能性设计、情感性设计、环境性设计。

基于以上因素，笔者做了一个关于LED灯具的易用性产品设计。该设计的背景是：夜晚，在昏暗的自行车棚中人们通常很难找到自己的自行车，特别是对于匆匆赶路的人而言，给生活带来了极大的不便。而这款设计可以解决这个问题，它的原理是通过在一定范围之内，使遥控器和LED灯之间建立起联系。该产品被安装在车把位置，当使用者离开自行车时将遥控器随身携带，一定距离范围之内手按遥控器二者可以相呼应，LED灯闪烁并照亮，通过光线刺激寻找者在昏暗的光线下快速准确找到自己的自行车等物品；同时该灯也可作自行车的照明灯使用，随着LED技术的迅速发展，体积小巧的灯具足以解决小范围照明问题。

燕尾槽的组合设计让灯身和灯支架之间可以方便的进行组合，当灯身取出时可以放在家中当小夜灯使用，同时也可以进行充电。同时遥控器和LED灯可以进行部件间的组合而合为一体。此类易用性产品设计能够一物多用，很好的解决人们在生活中遇到的问题，切实方便人们生活，笔者预测此类易用性产品必将引领未来产品的发展趋势。

3结论

在现代化工业产品高度发达的时代，当人们使用着功能齐全的各种产品享受着人造物品的快乐时，却时常发现产品在易用性方面的诸多不完善。只有综合考虑多视角的因素，设计好用易用的产品才能得到更多用户的青睐，方便人们的生活，提高生活质量和幸福指数。

参考文献

[1] 李乐山.工业设计心理学.北京：高等教育出版社，2004.

[2] 李砚祖.产品设计艺术.北京：中国人民大学出版社，2005.

[3] 嚴扬，王国胜.产品设计中的人机工程学.黑龙江：黑龙江科学技术出版社，1996.

[4] 章利国.现代设计社会学.湖南：湖南科学技术出版社，2005.

基于红外的自动导航系统设计 篇7

1 硬件设计

本系统的硬件方框图如图1所示, 主要是由红外线接收模块和电机驱动模块两大部分组成。主要完成对红外编码信号的接收、轨迹检测和伺服电机运行的发生等功能。红外接收头安装在小车的上方, 负责红外信号的采集。输出端将信息传输给C51单片机。单片机查询并分析被红外接收头采集到的由红外遥控器发出的红外信号, 通过对信号进行解码, 分析出方向信息, 发出指令驱动小车点击的转动情况, 从而完成对小车运动情况的控制。小车将会向红外线发出端运动, 完成导航过程。

1.1 红外接收模块设计

本系统采用波长约为950nm的红外发射器作为导航源。选用了TSOP1738作为红外接收器, 载波频率为38KHz, 解调信号的输出端直接与单片机相连。有红外编码信号发射时, 输出为检波整形后的方波信号, 并直接提供给单片机。红外线接收器有内置的光滤波器, 除了需要检测的950 nm波长的红外线外, 几乎不允许其它光通过。红外检测器还有一个电子滤波器, 它只允许大约38 kHz的电信号通过。

1.2 电机驱动模块设计

小车的运动状态是通过改变伺服电机的转动情况实现旋转改变的。控制伺服电机转动速度的信号是一系列的脉冲信号。其中电机转速为零的控制信号是高电平持续1.5ms低电平持续20ms, 然后不断重复的控制脉冲。将该脉冲序列发给经过零点标定后的伺服电机, 伺服电机不会旋转, 也就是说, 此时小车是静止的状态。控制电机运动的是两个伺服电机转速的是高电平持续的时间, 当高电平持续时间为1.3ms时, 电机顺时针全速旋转, 当高电平持续时间1.7ms时, 电机逆时针速旋转。将电机与C51连接时P1_0引脚的控制输出用来控制左的伺服电机, 而P1_1则用来控制右边的伺服电机。

2 软件设计

根据系统硬件设计, 要完成课题要求的关键部分在于红外信号的接收和电机运动的控制。所以系统软件设计的思路也主要分为两大模块:红外解码模块和小车控制模块。红外解码部分主要完成检测红外接收头发出的红外编码信号的接收, 单片机分析后, 识别出具体是哪个红外接收头接收到了红外信号。控制小车运动的部分主要是单片机依据提取到的方向信息, 发出相应的指令, 控制小车电机的转动。由于电机与车轮是通过齿轮连接在一起的, 改变伺服电机的转动就可以完成小车直行或转弯等运动情况的改变。

将程序下载到单片机后, 完成系统初始化。红外接收头将检测到红外遥控器发出的编码后的红外信息传递给单片机。单片机对接收到的数据进行解码, 提取相应的方向信息, 产生PWM脉冲波形, 实现对伺服电机的控制, 从而实现对小车的导航。软件设计框图如图2所示。

3 结语

利用电磁导航的AGV设计 篇8

AGV(Automated Guided Vehicle)是指装备有电磁或光学等自动导引装置,能够沿规定的导引路径行驶,具有各种移载功能的运输车[1]。无人AGV广泛地应用于现代工业控制系统中,能完成人工条件下不能完成的任务,可以保障系统在不需要人工导航的情况下自动行驶[2]。

AGV包含了自动控制系统、引导方式的系统和信息无线传输等部分[1]。通过各种算法研究,该设计有效地确定了小车的位置且能很好控制小车运行状态。小车运行时,可以实时采集数据并传回电脑,从而很好地对周围环境进行监控。系统利用电磁轨道(Electromagnetic path-following System)设立其行进路线,电磁轨道黏贴於地板上,无人搬运车则依循电磁轨道所带来的信息进行移动与动作[2],并自动采集相关信息。根据小车采集的信息,上位机给小车发送指令,控制摄像头转动,以便获取不同区域的视频信息[3]。

1 系统硬件设计

AGV系统结构框如图1所示,上位机首先通过遥控的方式给小车指定运行路径;小车上的电磁传感器将采集到的电磁信号经过放大检波变成直流电压信号,单片机再对该信号进行模/数转换,利用PID算法,获取小车距离中心位置的偏差,再把差值赋给舵机,从而实现小车沿着导线的中心自动运行;最后,小车采集的数据实时传回电脑显示[4],与此同时,上位机可给小车发出指令,让小车执行相关任务[5]。

1.1 中央控制器

中央处理器采用Freescale公司推出的S12系列单片机中的一款增强型16位单片机MC9S12DG128(以下简称DG128),片内资源及I/O接口丰富,接口模块包括SPI,SCI,IIC,A/D,PWM等,在汽车电子应用领域具有广泛的用途[6]。

MC9S12G128的单片运行方式是最常用的应用方式。因片内已经有较大的RAM,FLASH空间,—般无需扩展外部RAM或外部FLASH。本设计应用DG128来实现对系统的总体控制[7]。

1.2 速度采集模块

速度检测利用霍尔效应来实现。当一块通有电流的金属或半导体薄片垂直地放在磁场中时,薄片的两端就会产生电位差,两端具有的电位差值称为霍尔电势U[8],其表达式为:

式中:K为霍尔系数;I为薄片中通过的电流;B为外加磁场(洛伦兹力Lorrentz)的磁感应强度;d是薄片的厚度。

霍尔片的输入端是以磁感应强度B来表征的,当B值达到一定的程度时,霍尔开关内部的触发器翻转,霍尔开关的输出电平状态也随之翻转。输出端一般采用晶体管输出,和接近开关类似。当有磁钢接近霍尔片的时候时(在一定的距离范围内才有反应),设置单片机定时器的时间为t,计数器计数为n,一个转盘上的磁钢数量为s,则转速(单位:r/s)的计数公式为:

speed=(n/s)/t(2)

1.3 无线传输模块

本设计采用DTD462无线传输模块,西安达泰公司生产的DTD462无线传输模块,广泛地运用于无线数据传输领域。它能提供高稳定,高可靠,低成本的数据传输,还提供了丰富的外围接口,并具有安装维护方便,绕射能力强,组网结构灵活,范围覆盖宽等特点。采集数据的实时传送,满足客户对于数据实时性,准确性的要求。此类无线传输方式有高可靠性、体积小、重量轻,传输距离30~300m等特点。系统摄像头采集到的视频信息通过DTD462嵌入式无线数据传输方式,传输到接收端在上位机软件中显示监视图像。

1.4 电机控制模块

在电机控制模块的设计中,使用IRFZ44N和IRF9540N搭建了H桥电路,能够实现电机的正转和反转。用光耦对单片机的输出调制信号进行隔离输出,能有效地消除电机转动对单片机的工作干扰。电机的控制模块电路如图2所示。调试过程:当PWM2的输出为高电平,PWM1为低电平时,U5输出低电平,U6输出高电平;U1的d,s导通,d接地,U2的d端接地,而U3的d,s截止,U4的d,s导通,输出高电平,因此电机正转;反之,若PWM2的输出为低电平,PWM1为高电平时,电机反转。小车的转向和摄像头的转动是用2个舵机来分别驱动的。通过编程用软件输出标准PWM信号来驱动舵机,一般PWM控制信号的周期为20ms。当给舵机输入脉宽为0.5 ms,即占空比为0.5/20=2.5%的调制波时,舵机右转90°;当给舵机输入脉宽为1.5ms,即占空比为1.5/20=7.5%的调制波时,舵机静止不动;当给舵机输入脉宽为2.5ms,即占空比为2.5/20=12.5%的调制波时,舵机左转90°。可以推导出舵机转动角度与脉冲宽度的关系计算公式为:

式中:t为正脉冲宽度(单位:ms);θ为转动角度。注意当左转时取加法计算,右转时取减法计算结果。

2 系统软件设计

2.1 控制算法

该设计重点是研究以下的控制算法,即平均值滤波算法,位置加权和PID算法。

平均值算法是对电感获取的信号进行放大检波之后,累加多次,在取平均值,可以有效去掉干扰的影响。

式中:get_ad[i]表示第i次取得的ad值;n表示取ad的次数

位置加权就是对电磁传感器的ad平均值进行位置加权,获得小车的位置。小车的位置在[10,110]范围内变化,具体计算如式(5)所示:

式中:ad_result[0]表示其中一路输入信号的平均值;ad_result[1]表示另一路输入信号的平均值;position即加权后的位置值。

PID算法是根据position算出某一时刻的位置偏差,再对偏差进行PID的运算,从而得到舵机的转角。

式中:error[1]是此时刻的偏差;error[0]是上一时刻的偏差;KP,KI,KD分别是比例系数、积分系数和微分系数。

2.2 传输数据的编码和解码

由于单片机所传输的数据只能以字符的ASCII传输,所以需要对传输的数字信号进行编码传输。比如传输数据是1,而a的ASCII值是65,故可将1+64=65,即1的值等于a(65),接收端接到字符a的ASCII值65,将65-64=1,即进行了译码。以此类推,2当作b(66),3当作c(99)。对0~9十个数分别等价于@,A,B,C,D,E,F,G,H,I。

设计中由于ASCII在传输时,是作为二进制码串行输出,每一位的持续时间是100μs,传输一个ASCII值至少需要800μs,因此为了不让接收端乱码,经过测试得到发送两个ASCII值之间时间必须大于1 200μs。与此同时,在发送一组数据时,必须先发送一个起始位。在编程时,为了不使接收数据发送错误,对接收数据的首位进行校验,如果首位与发送数据首位一致,这就说明该组数据有效,首位字符是是先设置好了的,二者保持一致。

2.3 上位机及通信

在上位机端以VB为开发工具,利用其丰富的图形界面,能够实现转速等信息的实时显示,并且可以很方便地利用设置的按钮通过无线方式发出指令。

通过电脑实现了一对多的通信方式,既可以实现对道路选择端的控制,又可以实现对小车上面舵机的控制。上位机软件流程如图3所示。

3 结语

对于AGV来说,保证运动的可靠性、精确性是非常重要的,它涉及到机构设计、传感器技术、自动控制及软件科学等很多方面,是一项比较复杂的系统性研究工作。该设计中重点研究了小车的各种控制算法,将其运用到小车的控制中,小车贴着铺设的轨道运行平稳,取得了较好的效果。小车进行自主导航的时候,外界环境对它的干扰很小。除此外,AGV还能在夜间独立的运行,摄像头还能较清晰地拍摄夜间图像。实验表明,该AGV能广泛应用于无人搬运、无人环境监控、危险环境监控等场合。系统实用、经济、可靠,因此该AGV具有很大的市场推广价值。

参考文献

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[8]河道清.传感器与传感器技术[M].北京:科学出版社,2003.

[9]李乐军,施业琼,韦宝秀.关于AGV及其在中国的应用与发展探析[J].科技资讯,2007(4):19-23.

新型心脏介入磁导航系统的设计 篇9

介入手术是临床上与内科药物治疗、外科手术并列的三大治疗方式之一,在心脑血管病领域应用最为广泛。应用磁导航技术构建的介入磁导航系统,通过遥控外源磁场的变化,使术者不必进入导管室,在操作间或借助远程通信技术,即可控制患者体内磁导航专用导管/ 导丝到达手术所需位置,完成诸如起搏电极安装、导管消融等心脏介入治疗[1,2,3]。

当前,Stereotaxis公司研制的以永磁体为外源磁场的Niobe Ⅰ、Niobe Ⅱ和Niobe ES系统,是国际临床应用中主要采用的心脏介入磁导航系统[4,5,6]。然而,受限于永磁体系统的固有特性,Niobe系统在操作反应时间、磁导管头端的支撑力度、产生外源磁场的可控性等方面,不能完全满足临床需求[7,8,9,10],因此临床应用规模仍比较小。

与基于永磁体的介入磁导航系统相比,基于电磁体的磁导航系统磁场强度可变、磁场可开关、支持带鞘操作、借助电流而不需要借助磁体的机械运动控制导管,因此可实现更高的磁场强度、更快的操作反应时间,满足各类心脏介入手术要求的支撑力度[9,10],能够克服基于永磁体系统的内在缺点。国际上基于电磁体的心脏介入磁导航系统,主要是Magnetecs公司的CGCI系统[9,10,11,12],但在临床上的推广还处于起步阶段。

本研究为克服基于永磁体磁导航系统的内在缺点,立足国内迫切的医疗需求,突破限制磁导航技术进一步发展及在临床推广应用的瓶颈,研制了基于电磁体的新型心脏介入磁导航系统。现将该新型系统总体设计报道如下。

1 系统组成

心脏介入磁导航系统的研制需要电磁学、计算机、机械、数学、力学、医学等多学科的交叉融合。系统由X线部分、磁导航部分组成核心部件,磁导航介入手术模拟仿真训练系统和其他外围设备组成辅助部分,共同实现磁导航引导下的介入手术操作,系统组成见图1。

1.1 核心部件

1.1.1 X线部分

X线部分采用具有防磁功能的数字平板心血管造影机。为防止磁场干扰图像,显示器需用液晶显示器,传统的影像增强器用平板探测器代替,其余部件通过采用防磁材料或进行防磁处理而达到防磁要求。本系统配备的是项目组成员单位之一乐普公司提供的型号为WINMEDIC2000 的血管造影机。

1.1.2 磁导航部分

磁导航部分是该系统的重要核心部件,主要包括产生外源磁场的电磁体设备、磁导航系统专用导管及其推送装置、磁场控制软件等。

(1)电磁体设备

电磁体设备由电磁体、磁体程控电源、磁体控制系统等3 部分组成。

电磁体:心脏介入磁导航系统的重要核心部件,由8台磁极线圈组成,产生介入手术用外源磁场。磁极线圈采用H级铜线,通过真空环氧灌注方式固定。线圈外侧有水套散热,防止电磁体过热。

磁体程控电源:磁体程控电源是专为导航用电磁体供电的电源,其性能直接影响着介入磁导航系统的总体功效。包括以下部分:① 符合GB-3793 标准的电源机柜;② 控制磁导航电源工作模式、进行电源过压、过流、过热保护的系统、远程急停保护的控制系统、控制输出电流稳定度及励磁速度的功率系统。

磁体控制系统:包括硬件和软件两部分。硬件部分包括导航控制手柄、磁控虚拟遥操作计算机、磁控电源监控计算机、磁控电源和磁体等部分。导航控制手柄采用莱仕达摇杆(型号:PXN-2103),通过USB接口与电脑相连。软件部分主要完成磁控虚拟遥操作和磁控电源监控两大功能,包括输入输出模块(摇杆数据信息读取、磁场方向数据、磁场强度数据)、磁场参量分析模块、电流控制量分析模块、磁体电源监控模块等。

(2)磁导航系统专用导管[13]及其推送装置[14]

普通导管不能适应磁导航系统的需要,必须研制磁导航系统专用导管(以下简称磁导管)及其推送装置。

磁导管包括导管外管、3 个磁传感器、3 个铂金属环形电极和一个消融头电极、一个温度传感器。导管外管质量是磁导航导管研制成败的关键因素。

磁导管推送装置包括夹持机构、导管驱动机构及运动机构3 部分,共同完成导管在手术过程中的前进、后退动作。

1.2 辅助部分

1.2.1 磁导航介入手术模拟仿真训练系统

基于生物力学和虚拟现实技术建立模拟训练系统,该系统包括心血管系统虚拟模型建立、虚拟力反馈模型建立、基于力反馈的人机交互机制实现、三维虚拟现实环境构建等4 大主要模块,实现用户类似对实物操纵的力觉反馈,保证虚拟手术过程的高真实感。

1.2.2 外围辅助设备

根据心脏介入手术类别,提供相应的辅助设备,以房颤射频消融手术为例,配备电解剖标测系统、多导生理记录仪、导管床、电刺激仪、射频消融仪等设备。

2 系统功能

心脏介入磁导航系统是借助磁导航技术,使术者在机器的控制室内即可遥控完成心脏介入手术的一种高端医疗设备。其主要功能,见图2。

2.1 产生手术用外源磁场

磁导航系统通过8 个电磁体产生介入手术所需外源磁场,磁场的方向和强度由流过磁场的电流方向和数值决定。设计外源磁场的技术参数如下:空间直径20 cm的球形工作区域内磁场强度0.15~0.2 T,磁场力不均匀度优于1%,最大推力20~26 g。

2.2 控制磁导管的运动

磁导管前端和头端固定有磁性器件,所以放置在人体心脏中的磁导管可随外源磁场的变化而改变运动方向、速率和运动轨迹。在使用系统时,医生通过操纵手柄施加力,借助引导磁场支持系统,施加的力首先改变八路电流,进而引起磁场变化,驱动磁导管按选定的导航方式沿着导航路径动作。系统提供方向导航、靶点导航、解剖标志导航等3 种导航方式,同时,系统可根据需要自动规划导航路径,在导管推送器的驱动下,实现导管自动运动。

2.3 显示及人机交互功能

直观的视觉显示为术者及设备维护人员提供方便、快速获取信息的途径,保证手术顺利高效进行。

系统借助图形工作站可显示X线影像、3D虚拟心脏图像,实时显示导管位置、姿态、导管运动指示标记及导管所在位置的人体解剖结构,辅助术者控制导管的运动。同时,可实时显示磁场强度、方向、八路电流输出值等外源磁场监控参数和磁控电源电流、控制模式等电源控制参数,并可通过人机交互界面监控。

2.4 存储输出功能

系统可对手术过程实时录像存储,记录手术过程中的重要数据,并保存成文件,通过USB接口输出,供后续分析研究。

2.5 安全保障功能

保证安全性是介入手术设备设计的首要要求,心脏介入磁导航系统进行了如下一些安全性设计:① 对磁导航电源提供过压、过流及过热保护;② 通过功率系统控制输出电流稳定度和励磁速度,满足磁体磁场分布均匀性要求;③ 为电磁体配备水冷系统,防止电磁体过热;④ 系统提供远程急停保护,内部设置故障监测系统,自动监测系统的关键运行参数,发现异常自动报警。

2.6 模拟仿真训练功能

系统可建立基于心脏组织生物力学特性的心脏生理模型,视觉仿真心脏在不同体位下自变形和在手术器械接触、拉伸、碰撞等条件下的大尺度变形;实现虚拟手术器械操作时的触觉力反馈功能,达到类似于对实物进行操作的高真实感。模拟心脏介入手术仿真系统可用于医生的介入手术培训。

3 系统技术实现

心脏介入磁导航系统研制主要包括研发磁导航设备、编制模拟导航软件、研发磁导航专用导管及磁导航介入手术仿真训练系统等4 部分内容,总体技术研究路线,见图3。

(1)运用目标场计算和有限元分析方法,建立磁化矢量和电流矢量关系的数学模型,优化磁场均匀性,得到线圈的工程参数。

(2)加工制造线圈及其支撑机构,提高定位及绕制精度,设计制造铁轭,完成磁体装配。

(3)根据磁体设计参数,计算空间磁矢量分布,找出与线圈电流分布关系,实现通过调节线圈中的电流大小即可控制空间磁场位形。

(4)磁导航系统需配备专用的磁场指引导管,内部装有磁传感器,用于在磁场环境下准确定位及控制导管的运动方向;为实现磁导航导管的手动、自动移动,需设计专用的导管推送器。导管推送器利用模数转换技术,借助驱动机构实现导管手动、自动推送。

(5)进行X光机等影像设备的兼容性设计、电磁体设备的空间移动平台设计加工等。

(6)编制模拟导航软件,匹配虚拟磁化矢量、影像设备扫描后的三维图像和导管位置,实时调整引导磁场各个线圈的电流强度,改变磁场场形,控制导管的运动,并进行可视化显示。

(7)基于考虑心脏组织生物力学特性的心脏生理模型,研究用户、设备和虚拟医疗对象交互的触觉力反馈交互机制,将虚拟手术器械操作时的动力学信息反馈给用户,提高虚拟手术过程的真实感,实现磁导航介入手术仿真训练功能。

(8)总装调试,在完成系统各部分的设计、加工制造、安装、调试后,即可进行系统总装调试,主要包括软件对硬件的驱动及控制、磁导管定位可重复性、系统安全尤其是电器安全是否符合要求等。

4 系统初步验证

在国家“十二五”科技支撑计划资助下,由北京安贞医院马长生教授任项目负责人,组织乐普(北京)医疗器械股份有限公司、首都医科大学附属北京安贞医院、中国科学院电工研究所、北京航空航天大学等四家单位,共同承担国产“心脏介入磁导航系统研制”课题。项目组通过以上设计思路和方法,研制出了有自主知识产权的新型心脏介入磁导航系统样机。目前,样机已完成总装调试,正在进行动物实验的初步验证。

动物实验以活体成年狗为实验对象,通过在体心脏射频消融手术,初步验证系统的可操作性、安全性、有效性和功能性等整体性能。实验结果表明,系统总体设计合理,技术路线可行。

后期研发重点是减小系统的体积和重量,改进导管在动力学方面的自动控制;在解决了动物试验发现的问题后,系统即完成了初步验证,下一步进入临床试验验证阶段。

5 结语

我国是一个人口大国,随着老龄化的加剧,心脏介入手术需求量逐年上升,而常规介入手术医生培训周期长,不能满足临床需求。研制和推广应用新型的、适应性强的介入磁导航系统既是临床应用的迫切需求,也是我国民族介入产业发展的战略要求。

本文研制的新型磁导航系统总体设计合理、技术路线可行。该系统的成功研制,将在磁导航技术与临床医学结合上取得技术突破,开拓中国在国际介入医学产业中的新天地,将极大地提高复杂介入手术成功率,降低医疗成本,让更多患者受益。

摘要：本文介绍了一种用于心脏介入治疗的新型磁导航系统的设计思路和方法。该系统以电磁体产生外源磁场,借助磁场控制软件,控制体内磁导航导管运动,进行心脏介入手术;并利用虚拟现实技术,基于生物力学建立磁导航介入手术模拟仿真训练系统,用于手术培训。从系统结构、功能、技术实现路线等方面进行心脏介入磁导航系统总体设计,样机的初步试验表明,系统总体设计合理,技术路线可行,可以克服基于永磁体系统的缺点,满足临床心脏介入手术要求。

导航系统中频滤波器的设计 篇10

随着美国导航系统GPS的发展,GPS凭借其自身的优势,已经涉及到生活的各个领域,相比GPS系统,我国的导航产业还处于初期阶段,中频带通滤波器作为全集成接收机芯片中的一个重要组成部分是不可缺失的,因此对其研究也显得尤为重要。本文基于TSMC0.18μm CMOS工艺技术对导航系统的中频滤波器进行了设计,以具有增益的双极点节为基础,设计了一个二阶有源低通滤波器,然后通过级联的方式实现了用于导航系统的中频滤波器。

1 Chebyshev切比雪夫滤波器

由于Chebyshev I型和Chebyshev II型滤波器可以将要求的指标精度均匀地分布在通带内或阻带内,正因为如此,才能够在满足指标的情况下很容易设计出阶数较低的滤波器,而Chebyshev I型满足本设计指标要求。Chebyshev I型幅频特性如图1所示。

其中,0<ε<1,ε表示通带波纹大小。ε越大,波纹也越大。Ωc为截止频率,即在chebyshev滤波器中,当时对应的通带宽带。

Chebyshev滤波器通带波纹δ(用d B表示)

因为,所以δ=10lg(1+ε2),ε2=100.1δ-1。

2 滤波器阶数的确定

由公式[2]:

αmin为阻带内的最小衰减,αmax为通带内的最大衰减,Ωs为通带频率,Ωp为阻带频率。根据给出的指标,通过计算可知n取6。因此该中频滤波器结构选用3个二阶切比雪夫低通滤波器和一个高通的缓冲器级联而成,每一级为差分多路反馈二阶低通滤波器。根据上述指标中的平坦度、-3 d B带宽和n=6这3个条件查找滤波器设计手册,可以得到每个二阶环节的传输函数系数。为了使滤波器的噪声系数达到一个较低的水平,把增益尽量分配给前两级。

3 二阶低通滤波器电路设计

具有增益的双极点节原理如图2所示。根据二阶低通滤波器的传输函数:

通过确定C5,然后根据式(5)~式(9)就可以确定元件的值。

然后利用仿真工具,通过仿真修改后得到精确的值分别为:R1=2.49 kΩ,C2=622.238 f F,R3=2.13 kΩ,R4=14.919 kΩ,C5=450 f F。

最终得二阶有源低通滤波器原理图如图3所示。

此外,滤波器还接有一个前级缓冲放大器提供额外的增益,并保证前级的负载能力。

4 运放放大器的设计

4.1 运放结构的选择

运算放大器主要有3种:简单差分对、套筒式共源共栅、折叠式共源共栅结构。如图3所示,本次设计选用普通的两级运算放大器,因为其结构简单而且实用。第一级由M1-M4、M17组成,采用电流源负载的双端输入双端输出的差分放大器,第二级是一个NMOS的源极跟随器。

4.2 主运放的小信号分析

第一级为电流源负载的差动放大器,M3、M4为PMOS电流源。其差动输入-差动输出时的小信号电压增益Avd为:

与二极管连接的CMOS为负载的差分放大器相比,它的小信号电压增益和共模输入电压范围以及输出电压摆幅均有所提高。

第二级为NMOS管的源极跟随器,对其小信号分析得电压增益为:

因此,整个运算放大器的增益为:

然后从TSMC 0.18μm工艺库文件中得到以下工艺参数。

对于NMOS:阈值电压Vth.N=0.43 V,μnCOX=353μA/V2。对于PMOS:阈值电压Vth.P=0.43 V,μpCOX=92μA/V2。根据对运算放大器的一系列指标要求就可以反推出运算放大器主运放中各个管子的宽长比。当然,由于存在近似处理,计算得出的比值还必须结合仿真工具进一步修改。最终得到的宽长比分别为:

4.3 共模反馈电路

从理论来分析上来看,差分结构的电路应该完全对称,而且对共模信号具有很好的抑制作用。但是,在实际工程当中,由于工艺、温度和电源电压等一系列原因而产生失配,这时候就需要一个共模反馈电路来稳定输出电压,从而确保电路处于正常工作状态。除此之外,共模反馈电路还必须具备一些自身的特征,既要对共模信号敏感,还不能影响差模信号的工作状态。共模电路的工作原理是:

根据公式,假设主电路的输出VON增加,则流过M12的电流减小,由于流过M11和M12的总电流不变,因此导致流过M11的电流增大,即流过M16的电流增大,从而使VCMFB增大,主电路的尾电流增加,由于差分结构两边对称,因此流过支路M1的电流和流过M2的电流相等,而且同时增加,从而使VON减小,当主电路的输出VON减小时,情况与增加时刚好相反。通过这种反馈方式从而保证了输出共模电平稳定。所设计运算放大器原理如图4所示。

5 仿真结果

电路采用TSMC 0.18μm工艺设计,1.8 V电压供电,利用Cadence软件中Spectre对运放和滤波器进行了交流仿真,噪声系数仿真和1 d B压缩点进行仿真验证。

5.1 运放的交流仿真

运放交流仿真结果如图5所示,从仿真结果可以看出,直流增益45.3 d B,相位裕度82°,满足指标要求。

5.2 滤波器的交流仿真

滤波器的交流仿真结果如图6所示,根据仿真结果,4 MHz时增益为13.21 d B,-3 d B带宽为5 MHz,28 MHz时衰减为-58.37 d B。

5.3 1 d B压缩点仿真

1 d B压缩点仿真结果如图7所示,该滤波器的1 d B压缩点为-14.7 d Bm,满足系统线性度要求。

5.4 噪声系数仿真

噪声系数仿真结果如图8所示,在4 MHz时,噪声系数为30.88 d B。

6 总结

本文实现了一个用于导航系统的中频滤波器设计,就整个滤波器实现方法而言,比双二次结构[1]或者梯形结构的滤波器在工程上都容易实现,而且性能良好。通过对整体电路的仿真,结果均满足了预期的设计要求。

参考文献

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[5]张键丰.窄带微带带通滤波器的设计[J].军事通信技术,2014,35(4):4-5.

设计导航 篇11

摘 要：知识地图以可视化的方式对知识结构及其内在关系进行表征，在国际上得到了学习者和教师的普遍认可。高中教学存在班额大、知识点多、升学压力大等特点，传统教学难以满足，短小精悍的微课作为一种新型教学资源应用于高中教学很有意义和价值。目前已存在很多微课资源网站，使用后发现存在一些问题。本文基于知识地图内涵，深入研究我国现有的微课网站导航，设计出基于知识地图的高中微课资源网站导航，以期提高高中生的微课资源学习效率，为高中微课资源网站建设提供微薄之力。

关键词：高中微课资源网站；知识地图；导航设计

中图分类号：G434 文献标志码：A 文章编号：1673-8454（2016）07-0042-04

引言

随着信息技术的发展，微课日渐成为教育探讨的焦点，许多一线教师都开始尝试自制微课视频，网络上的微课资源日益增多，为学生们自主学习提供了便利。高中教学存在着班额大，学生基础不等的特点，加之高考升学压力的因素影响，普适化教学缺乏针对性，难以满足不同层次学生的需求。因此微课运用在高中教学中应当具有积极作用与意义。现如今已有很多微课资源网站，使用后发现部分网站导航缺失，用户学习混乱，致使学生学习兴趣降低、进而微课资源堆积，海量信息浪费，微课资源网站“鬼城”现象严重。本文拟借鉴国际上普遍认可的知识地图相关知识，充分了解知识地图内涵，深入研究我国微课资源网站导航现状和存在问题，结合高中特点，尝试设计基于知识地图的高中微课资源网站导航。基于知识地图的高中微课资源网站导航可以地图化层次化地反映高中微课资源的课程分类、微课资源课程内容、学科体系和授课教师，用Edraw Mind Map软件来绘制知识地图，将各个模块的具体内容进行可视化展示。旨在帮助学生提高微课资源利用效率和微课资源网站利用率。

一、知识地图概述

知识地图（Knowledge Map）这一概念是最早源于情报学家布鲁克斯，他指出“知识地图是按照知识的逻辑结构找出人们思维相互影响的链接点，把链接点像地图一样标示出来，展示知识的有机结构图。”这为后来很多研究者提供了支持和借鉴，现在知识地图被视为对以后知识的可视化描述，并满足不同层次的学习者对不同知识的追求学习，进而进行交流沟通。在教育教学中，知识地图效果也很显著，如教师知识地图、辅助学习系统等的出现大大优化了教育教学过程。将知识地图应用于微课资源网站中、设计网站导航，层次清晰的体现教学内容和教学资源，为学生的学习指航。

综合研读各位学者对知识地图的研究，目前普遍认同的知识地图模型如图1所示。

资源层、描述层和知识地图层是知识地图的三个组成层次。在资源层中主要包含现实中丰富的知识来源，这层是知识地图的资源基础，为后续层次提供保障。描述层实现了对资源层提供资源的整合处理，是知识地图的消化处理层，承接资源层的知识、消化整理为后续所用。知识地图层是知识地图的可视化层次，他将资源层的资源、经由描述层整合后，一并展示体现，为学习者提供可视化的知识。

二、我国现有微课资源网站导航现状及存在问题

随着信息技术的发展，微课已逐渐成为教育技术领域探讨的焦点。 自2010年以来，国内微课实践日益加强，相关研究逐步深化。微课短小精悍、目标明确，课资源网站集合多个优质微课资源，方便学生个性化自助学习，也为教师课堂教学做了延伸和补充。现如今盛行出很多微课资源网站。本文以百度搜索出的9个微课资源网站为例，采用网络调查法，统计分析我国微课资源网站导航现状及存在的问题，结果如表1所示。

另外，各个网站每天的浏览量都在一万以上，报名学习人数升序增长。

本文使用网络法，通过研究发现我国微课资源网站数量丰富，网站对象以高中小学学习居多，现有网站均存在导航，但是导航层次不足，用户使用过程中只能顺着导航思路往下搜索资源，学习效率较低，特别是部分网站只提供一个导航依据，如用户在依据年级的导航下就无法根据课程去选择微课资源，高中学习者在紧迫的学习压力下很容易浪费时间，学习效率降低、微课资源利用率也降低。另外，一些网站的适用范围广，用户针对面大，资源相对较多，但是会出现连接无效的情况，花费授课教师大量心血建设的网站在教学实践中的作用不应该局限于此。

三、基于知识地图的微课资源网站导航设计分析

针对以上问题综合分析，现如今微课资源网站已经和教学教学密切结合起来，但是以高中生为适用对象的资源网站还比较稀少。高中生面对繁杂的知识点和强大的升学压力，有必要设计自己的微课资源网站。将知识地图与教育教学相结合，设计基于知识地图的资源导航，以可视化的方式对知识结构及其内在关系进行表征，动态条理的地图化、层次化呈现出各个元素之间的关联。知识地图能够直观描述高中微课资源网上的网络资源，减少学生搜索时间，提高搜索效率。本文首先以知识地图为基准、绘制高中微课资源结构，据此绘制高中微课资源导航，最终用Edraw Mind Map设计高中微课资源网站导航。

1.构建微课资源知识地图

首先基于知识地图基本结构模型，设计高中微课资源知识地图结构，为高中微课资源网站导航设计提供基础，同时为高中微课程资源网站用户提供一个认知手段。高中微课资源知识地图结构以知识地图的理念作以规划和梳理，主要为高中微课资源的导航设计做准备。

在知识资源层中，包含内容有多媒体资源、电子教材资源、高考真题资源、名师指导资源、友情链接资源和其他资源。多媒体资源具体细化为教育教学微课件、教师授课视频、辅助教学动画等等。电子教材资源主要包括高中各科学习的授课教材和辅助教材等等。历年真题资源和名师讲解资源详细包含不同年级不同科目的真题和名师信息，设计上都以年级和学科作为子选项，用户可以快速方便的自己选取需要的知识资源。

其次在网络描述层，用元数据对资源层中的各种高中微课资源进行内容、结构等特征描述，提供资源的链接来源描述知识来源连接。在知识连接层，调用资源，实现地图调用、知识查询、学习交流、整理索引等。

然后知识地图层是直接用户的可视化展示层，将以结构化形式呈现出来的知识地图应用到该层，设计导航系统，地图化层次化体现资源层资源。在知识可视化的地图层中，学习者可自行选择搜素功能，进行搜索查询，方便学习者精准便捷的定位学习内容。

2.高中微课资源导航

接下来笔者以知识地图为导向、集合高中微课资源、设计高中微课资源全局导航，如图3所示。

高中微课资源导航图，将冗杂的高中微课资源有序呈现，条理清晰、结构完整，为下文微课资源网站导航的设计提供铺垫。

高中课程资源包含高中所学科目特别是高考重点科目语文、数学、英语、文综相关、理综相关的微课资源。这些资源大多来源于教师自行上传和优质资源网站，类型包含文献资料，视频资源，课件资源等等。用户年级资源主要针对不同的用户年级作以准备区分，具体划分为高一上、高一下、高二上、高二下、高三上和高三下。此类资源化分主要考虑到不同用户层面的需求不同，高一高二的用户基本 以知识学习和巩固为主，所以子资源多以讲解呈现，高三用户目的是备战高考，子资源多以模拟考和高考准备为主。

以高中微课资源全局为基准设计全局导航，作用如下：①将冗杂的高中微课知识点分门别类的提炼出来，打成一有序完整的导航框架，为高中微课资源网站导航设计提供直接客观的参考和意见。②将不同科目和不同层次进行学习导航，帮助学生建立自己的知识认知结构，提高自主学习和个性化学习效率，这对高中生而言是非常总要的。③高中微课资源全局导航将高中的多种微课资源整合到一起，不再以单纯的参考书为体现方式，而使知识按照不同的课程科目，借用丰富的资源库以一个地图系统体现出来。④知识地图方便学生对不同的知识层次有明确的定位和判断，既能全局掌握课程体系，又能精准定位自己的学习进度，进而制定个性化学习路线，并沿着合理的途径进行学习。

3.用Edraw Mind Map设计高中微课资源网站导航

详细分析知识地图理念下高中微课资源模式和全局资源导航基础后，将资源导航具体化，选用Edraw Mind Map设计基于知识地图的高中微课资源网站导航。EDraw Mind Map是替代Visio的一款免费软件，它终结了知识地图软件“好用则价高，免费则难用”的局面.它体积小巧、功能丰富、完全可以满足普通用户绘制流程图的需求。

将资源层的高中微课资源，包括教材资源、年级资源、高考真题资源、名师资源、友情链接和知识索引6个部分借以知识地图展示，图4是高中微课资源网站大纲导航，起到了总领整体的导航作业。

大纲导航是系统导航的依托，在大纲导航中能够进行不能功能的添加和编辑，还包括一些交互功能的使用，例如可以链接到文件、网站、演示文稿等。如图5所示为高考资源网站添加网站超链接，可将网站直接添至此，完成后会在对应的超链接后面出现小图标，当点击时可以直接打开网站浏览。

知识地图在高中微课资源网站中用有序可循的信息单元来取代原本杂乱无章的繁琐微课资源，从而让用户有据可循的去浏览查阅微课资源，提高微课资源网站利用率和学习效率，这对于时间宝贵的高中生来说是非常必要且有意义的。借助知识地图将同类课程的所属和承接关系清晰表达，将不同类课程的联系和层次关系明确体现，进而完善高中微课资源网站中的课程资源。

本设计基于资源层、描述层和知识地图层模型之上，具体体现在高中课程资源、高中年级分类资源、历年高考真题资源、名师指导资源、友情链接资源和其他资源6个子模块，各个模块又进一步细化结构，清晰明了。同时在相对应的不同节点上通过添加超链接，直接明了对应知识。

四、结语

本文通过分析我国微课资源网站导航现状，以知识地图为依托，设计出高中微课资源知识地图，进一步制作出高中微课资源全局导航，最后用Edraw Mind Map实现高中微课资源网站导航。期待本研究能提高高中生的微课资源学习效率，为高中微课资源网站建设提供一定参考借鉴。

参考文献：

[1]唐钦能，高峰，王金平.知识地图相关概念辨析及其研究进展[J].情报理论与实践，2011（1）.

[2]万海鹏，李威，余胜泉.大规模开放课程的知识地图分析——以学习元平台为例[J].中国电化教育，2015（5）.

[3]尹桂秀.基于知识地图的进阶式文献检索网络课程研究[J].中国电化教育，2013（8）.

[4]王荣.基于知识地图的高中信息科技系列微课程的设计与应用[D].上海：华东师范大学，2014.

[5]王佑镁.高校精品课程网络资源教学有效性的调查研究[J].开放教育研究，2010（5）.

[6]韩玲.运用知识地图的网络课程设计研究[D].济南：山东师范大学，2009.

[7]高燕，秦志刚.基于知识地图实现动态学习流建模[J].电化教育研究，2010（1）.

[8]马坤坤，葛敬民.知识地图在网络资源导航平台构建中的应用研究[D].济南：山东理工大学，2013.

[9]彭慧.基于知识地图的网络课程资源的管理研究——以《现代教育技术》课程为例[D].杭州：浙江师范大学，2012.

[10]程国祥.高中信息技术课堂引入微课教学[J].中国现代教育装备，2015（4）.

[11]叶步伟.微课在高中信息技术教学中的应用探讨[J].中国现代教育装备，2015（3）.

基于MapX的校园导航系统设计 篇12

随着GIS步入产业化阶段,其二次集成开发的应用领域不断扩大,其中GIS组件与面向对象可视化编程语言集成二次开发模式正成为主流,具有既能充分利用GIS组件对空间数据库的管理、分析功能,又可以利用可视化编程语言具有的高效、方便等优点。结合学校规模和招生人数的不断扩大的背景,新校园对新生入学时的陌生会带来很多的不便,制作一个校园电子地图并且在外接GPS情况下实时显示目标在电子地图的位置就变得很有意义[1]。

1 系统开发理论基础

1.1 GIS

GIS又称为“地理信息系统”。它是在计算机硬件、软件系统支持下,对整个或部分地球表层(包括大气层)空间中的有关地理分布数据进行采集、存储、管理、运算、分析、显示和描述的技术系统。GIS处理、管理的对象是多种地理空间实体数据及其关系,包括空间定位数据、图形数据、遥感图像数据、属性数据等,用于分析和处理在一定地理区域内分布的各种现象和过程,解决复杂的规划、决策和管理问题。

1.2 MapInfo

MapInfo地理信息系统是美国MapInfo公司的桌面地理信息系统软件,是一种数据可视化、信息地图化的桌面解决方案。它不仅具有矢量化、编辑、查询、统计分析、绘制专题地图和报表制作等功能,还为用户提供了一系列强大的二次开发功能。MapInfo提供了配套的开发工具,如MapBasic 5.0和MapX 4。在MapInfo地理信息系统中,空间数据与属性数据是分开存储的。属性数据以数据库的形式存储为一张表,而空间数据则以MapInfo自己定义的格式保存于文件之中。两者之间通过一定的索引机制联系起来。MapInfo是按照图层来管理地理的,每个图层均由以下四个基本的文件构成:属性数据表结构文件(.TAB)、属性数据文件(.DAT)、交叉索引文件(.ID)和空间数据文件(.MAP)。

1.3 MapX

Map是MapInfo公司提供的用来开发地理信息系统的32位OCX控件。它使用与MapInfo Professional一致的地图数据格式,并实现了大多数MapInfo Professional的功能。在VB,Delphi,PowerBuilder,VC等可视化开发环境中,只需在设计阶段将MapX控件放入窗体中,并对其进行编程,设置属性或调用方法或相应事件,即可实现数据可视化,专题分析,地理查询,地理编码等丰富的地图信息系统功能[2]。

2 校园导航系统框图及各模块的实现

该系统将目标用一个图元对象来代表,通过使用GPS(全球卫星定位)和多线程技术实时接收并处理NMEA 0183格式的GPS定位数据并且将经纬度数据提取出来赋值给由MapInfo制作的电子地图中的动态图层上的目标图元,通过定时器更新目标位置,实现在电子地图上的实时定位,当到达某一地点时播报语音提示命令。该系统还具有电子地图的放大、缩小、漫游、增加图元等电子地图的基本功能。该系统结构框图如下:

2.1 电子地图制作与显示

在MapInfo软件平台上载入中北大学jpg格式的校园图,并把实地采集的经纬度信息录入校园图中从而完成电子图的配准。按照高校特点将电子地图分为道路层、教学实验楼、学生公寓楼、教师公寓楼、商业服务建筑、文娱体育设施等图层。运行MapX下的Geoset Manager应用程序,新建一个名为NUC的Geoset文件,将上述图层添加进去,组成一个后缀为gst的地图文件:NUC.gst,通过MapX控件将校园图嵌入到系统界面中,从而完成了电子地图的绘制和显示。

2.2 电子地图基本功能实现

电子地图基本功能包括选择、标注、缩小、放大、漫游等。采用MapX可以很容易的实现这些功能,下面以缩小功能为例,简单介绍一下程序里如何实现地图缩小。

添加一个新的Toolbar资源,输人标题“IDR-TOOLBARMAP”。在“IDR-TOOLBARMAP”下添加按钮,在其上绘制缩小图形来表示“缩小”,其ID为ID-MAP-TOOL-ZOOMOUT。打开类向导,选择视图类CMapXView,为菜单项ID-MAP-TOOL-ZOOMOUT添加COOMMAND消息映射函数OnMapToolZoomout(), 并编辑代码如下:

void CMapDemoView:: OnMapToolZoomout() //缩小工具

{

m-ctrlMapX.SetCurrentTool(miZoomOutTool); //CMapX m-ctrlMapX;

}

编译运行程序,点击缩小按钮,在电子地图上单击鼠标就会实现电子地图的缩小功能。可用相同方法实现其他标准工具的功能。

2.3 GPS数据的接收和处理

此模块完成了从串口读取数据,并对数据按照GPS所遵循的NMEA0183协议进行处理,得出经纬度坐标等信息的功能。此模块包括两个部分串口通信和数据处理。

由于GPS模块每一秒更新一次数据,当上空有4颗卫星时串口会源源不断的接收到定位数据,为了在对串口实时监控的同时还可以在前台进行一些其他的操作,采用基于多线程的CSerialPort类的串口通信方法可以很好的解决这一问题。

此模块的工作流程可分为以下几步:(1) 利用CSerialPort的InitPort()初始化串口配置。(2) 如果配置成功用StartMonitoring()打开串口并创建监视串口的线程。(3) 在相应的类里添加响应WM-COMM-RXCHAR消息的消息处理函数,并且在其中做接收字符处理。(4) 添加定时器,在OnTimer中处理NMEA 0183格式的GPS定位数据,将提取到的纬度数据保存到相应类上的成员变量中[3,4]。

2.4 目标定位和播报

该模块从GPS数据处理模块中得到经纬度坐标等信息,并且把它赋值给目标图元,通过定时器更新图元位置从而完成实时定位[5]。

由于程序实时接收定位数据来更新图元的位置,就需要程序频繁的刷新整个图层,就会影响效率,动态图层的目的是为了加速图层的刷新率从而提高效率,设置动态图层后,每次刷新都只刷新动态图层,这样就很好的解决了这个问题。示例代码如下:

m-MapCtrl->SetGeoSet(gst);

CMapXLayers allLayer=m-MapCtrl->GetLayers(); //创建图层并设定图层为动态图层

CMapXLayer aniLayer;

aniLayer =allLr.CreateLayer(“Animation”,NULL, 2, 32);

allLayer.SetAnimationLayer(aniLayer .DetachDispatch());

程序最后运行界面如下:

3 结束语

本文在GIS二次开发日新月益的背景下,结合校园实际特点开发了基于MapX的校园导航系统,经过调试,程序运行稳定,实现了电子地图放大、缩小、漫游等功能。程序由Microsoft Visual C++ 6.0编译、在Windows XP下运行通过。

参考文献

[1]虞昌彬,谢潇.基于.Net平台的校园新生导航系统[J].福建电脑,2008,10:121-122.

[2]童瑞华.利用MapX开发MapInfo[J].电脑纵横,2001,7:42-44.

[3]尹德春.多线程技术在串口通信中的应用[J].微计算机信息,2005,21(8):129-131.

[4]马飞,诸昌铃.利用VC++实现GPS数据采集[J].计算机时代,2005,6:13-15.