智能设计（共12篇）
智能设计 篇1
0 引言
太原作为发展中城市,近10年来经济发展迅速,使交通量持续增长,交通拥堵现象日益严重,并导致公交车辆运营条件恶化,主要公交走廊上公交时速仅为15.01 km/h。与个体机动客车相比,公交是载客效率最高而占用道路资源最少的方式,因此,本文介绍了太原公交智能信息系统中智能调度的设计,以引导太原城市交通高效率地使用道路资源,使太原的道路交通有序畅通。
1 现状分析
目前,我国的智能公交系统的发展尚处于比较低级的阶段,仅仅局限于少量的引进和使用一些关键技术,还没有形成一套完整的公交管理运营系统,也没有与智能交通系统形成有效的连接。“九五”、“十五”期间,北京、上海、杭州和青岛等城市开始小规模地在公交车上安装GPS 装置,试验有车辆定位功能的调度系统。太原、南京、青岛、杭州、沈阳等相当一批城市在公交车上实施了IC 卡付费系统。但这些技术仅作为独立技术运用,没有对多种技术和信息进行整合,为公交决策和管理提供完整的方案。
本文根据太原市实际情况,对太原公交智能信息系统中智能调度进行设计,以实现营运数据采集、信息传输、信息自动化处理和信息发布等功能。
2 智能信息系统总体设计
太原公交智能信息系统的总体设计以太原公交公司五年发展规划确定的管理改进计划为基础,配合公司体制、机制、管理和技术的持续创新,目的是建立一个覆盖太原公交公司总部、下属公司、车队场站、站台以及移动车辆的整体网络。在公司内部建立数据中心和监控指挥调度中心,并建立和形成满足公司及下属单位协同运转、高效管理和科学决策需要的集团综合信息系统,同时建设一套统一的安全体系、标准体系、运维体系和服务体系,为深度开发信息资源、加速信息流通、实现信息资源共享和提高信息利用能力提供有效手段,促进公司的生产、经营、管理和决策方式的改进和优化,提高公交公司的整体创新能力、市场竞争力和公共服务水平。
要保证太原公交ITS信息化建设的顺利实施,就必须在框架中明确信息化建设过程的各个建设层次,明晰了层次,才能在具体实施中明确各具体项目的前置过程,使建设过程有序高效地进行。图1为太原公交智能信息系统整体框架。主要由基础资源层、应用支撑层、应用系统层、全媒体交互层等组成。
2.1 基础资源层
IT基础设施是计算机软、硬件资源运行的基础,在基础资源层的建设上主要分为5个中心(机房中心、数据中心、灾备中心、监控中心、应用中心),基础资源层的建设围绕这5个中心展开,各中心相辅相成,同时为应用支撑层提供资源保障。
2.2 应用支撑层
应用支撑层是非常关键的一层,是承上启下的层次,是太原公交整个信息化建设的基础。 应用支撑层将整个信息化建设的通用和前置元素抽象出来,通过通用平台技术、统一用户管理技术、资源库、目录和交换技术等形成资源目录和交换平台、主题数据库和基础数据库平台、GIS平台、开发运行管理平台、安全支撑平台、视频监控平台等共6个平台。 这6个平台作为统一的应用支撑层的具体实现,提供各种标准服务功能来构建和实现对系统应用业务的技术支撑。
标准服务主要有:组织服务、权限服务、表单服务、流程服务、展现服务、数据交换服务、资源服务、业务协同、信息服务、日志服务等。6个平台采用SOA架构实现,具有良好的扩展性与易维护性。利用这些服务和统一用户管理系统,结合二次开发,可以构建出太原公交的各项业务过程。 利用平台技术提供的系统接口适配器和开放的系统架构,可以任意与第三方系统进行无缝集成,构建太原公交的信息化集中展示平台。 应用支撑层的实现就是太原公交信息化建设的标准化和平台化实现,这个实现将使太原公交公司的信息化过程始终是一个标准化的、可扩展的、解耦性的过程。 信息化过程将不再受制于某个软件的原始承建商,避免了某个厂商的IT私有化,任何有实力的IT厂商都可以根据统一平台的标准规范接手来进行后续改进和开发,IT厂商还能够随时利用平台的各成熟组件和服务,加速其开发的速度和效率,并大大提高开发质量。
2.3 应用系统层
应用系统层是在应用支撑层上的具体业务实现,是贯彻管理层的管理思想、固化管理流程、执行经营理念、自动化各项业务的实体化过程,各项业务的业务逻辑均在此实现。 通过应用支撑层提供的支撑,根据管理思想和经营理念来确定各阶段的业务实现需求。
2.4 全媒体交互层
全媒体交互层是用户端的各种形式的接口,主要包含内部门户、外部网站、语音短信、移动设备、站台交互、车载交互等。
2.5 其他层次
除以上各层外,该系统的纵向两部分分别为安全保障和相关法律政策法规,在法律政策法规的指导下形成安全保障,成为整个系统的支撑框架。
太原公交的ITS信息化建设应该是基于咨询方法论和实施方法论完成需求、分析、策划、实现、装配、测试、运行等步骤。
3 智能信息系统中的智能调度系统
在整个智能信息系统应用系统层中,我们对智能调度系统应用逻辑分为5层架构设计,包括通信接口层、数据存储层、核心处理层、应用层、功能表现层(也就是应用操作的客户端),5层架构更方便业务管理系统的管理、维护和今后的业务扩展。公交智能调度应用系统层次架构见图2。其具体功能如下:
(1) 功能表现层:包括各种客户端(如实时监控、实时调度、管理维护、质量监督等)及操作界面。该层将系统的操作界面与系统的功能实现分离开来。表现层不存储任何数据,主要负责用户的数据接收与发送接口,并对系统数据结果进行展示。
(2) 应用实现层:它是系统的业务逻辑实现层,是系统比较核心的部分。其主要是利用核心处服务的数据结果,实现数据的重新组合与功能的实现。
(3) 核心处理层:用于系统内数据的融合与处理,特别是公交调度模型的算法执行与中间结果的生成。它是系统的技术核心,与系统数据库紧密联合,针对系统功能的不同需要进行数据的挖掘、分析与处理。
(4) 数据存储层:存放并管理各种定位监控、调度管理等数据信息,封装对数据库的访问,但也是系统访问其他数据源的统一接口。智能管理和数据挖掘、调度智能决策分析等应用也通过这一层来访问数据库。
(5) 通信接口层:用于接收来自外部系统的数据,如车载系统中的GPS数据采集、IC卡乘客信息、上下车乘客数等;同时将系统处理的数据发布到相应的外场设备上,如电子站牌、互联网等。它也负责与外部系统的数据交换,如车上报警处理、车辆应急调度。
4 结论
太原公交智能调度作为公交核心业务系统之一,也是公交智能系统的子系统之一。智能公交最终要实现车辆位置、客流状况等基础数据的实时采集,营运班次、到站时间、出行诱导等服务信息的实时发布等功能,实现这些功能需要很多专门的硬件设备和子系统,如果没有统一接口,这些孤立的子系统往往难以发挥综合效益。 太原公交企业信息化始终要以公交智能系统的总体框架为指导,为各类信息的采集和发布建立统一的接口,并通过太原公交智能系统将其集成在一起,以充分发挥其综合效能。
摘要：分析了太原市公交信息化现状,以太原公交五年发展规划确定的管理改进计划为基础,采用442框架设计了太原市公交智能信息系统整体建设框架,并运用咨询方法论和实施方法论完成公交智能调度设计模型的设计,为整个太原公交智能调度信息系统的开发奠定了理论基础。
关键词：公交智能信息系统,智能调度,技术模块
参考文献
[1]杨兆升,史其信,高世廉.智能运输系统概论[M].第2版.北京:人民交通出版社,2009.
[2]王笑京.中国智能交通系统发展战略[M].北京:人民交通出版社,2006.
[3]陆化普.智能交通系统概论[M].北京:中国铁道出版社,2004.
智能设计 篇2
俗话说：“民以食为天”，厨房从始至终都是家庭生活的重要场所，对于热爱做饭的人来说，厨房绝对是天堂，因为可以为亲朋好友带来饮食的乐趣，然而不会做饭的人而言，厨房觉对是梦魇。那么这个时候，您完全需要一套智能厨房，一则可以节约时间，另一方面也有助于提升厨艺，从中获取更多的幸福感。
智能家居产品是适应现代社会发展需要，提高人们生活质量、工作效率，体现科技性、人性化的产品，对智能家居系统深入的研究则从产品设计、制造到销售提供了理论依据。大环境智能化趋势越来越明显，小到厨房也迎来智能化时代，“智能厨电”的兴起让未来的厨房更具想象空间。
总体构想
智能安全控制系统，通过感测器及时检测厨房里存在的安全隐患，并发出警报做出处理。
智能清洗系统通过感测技术对清洗对象进行感测清洗及必要消毒处理，使家庭在吃的安全用的卫生。
智能配菜系统，通过控制系统对网络的链接，按菜品菜单检索菜谱信息，制作出美味佳肴。
展望与总结
儿童智能用具设计研究 篇3
关键词：儿童健康成长；儿童设计研究；智能化
一、选题研究的价值
（一）选题的背景
根据《中外玩具制造》调查显示：93%的受访家长非常同意及同意“我希望孩子有开心和快乐的童年，我会持续买玩具满足孩子对于玩具的需求”。所以不论孩子属于哪个年龄段，家长购买玩具的目的是“为了孩子开心”（68%），其次是“帮助开发和提升孩子的智力”（66%）和“培养孩子的能力”
从儿童的认知功能来进行分析，成长时期对于未知的事情都是充满了探索欲望的。这个时期的儿童对玩具有格外的兴趣。在这个信息化的时代，传统的玩具已经不足以吸引现在的儿童。这些智能化用具给了儿童一个奇特、新鲜的趣味体验。
现代科学技术的飞速发展让笔记本电脑以及智能手机等电子信息产品迅速的普及，影响了世界上的每个人。儿童在这方面也受到了影响，在这种环境的影响下，儿童的早熟程度让我们惊讶。所以，为了避免儿童提前进入成人的社会文化中，我们有必要为儿童构建一个健康成长的信息化产品。
（二）选题研究的意义
1.对儿童的意义：这些超级迷人的电视，电影媒体中，中国传统印刷版书籍和玩具，吸引力下降。本文分析了在这快速发展的社会环境，给孩子们的学习和娱乐有很大的影响。
2.对家长的意义：在这个信息化飞速发展的时代，现在的新生代儿童从很小的时候就开始接触电脑等智能化产品。通过研究这种讨论将让更多家长以积极的态度和正确的态度来引导孩子合理的利用资源，智能网络产品实现意义上的娱乐与学习。
二、智能化儿童玩具设计的基本要素
（一）功能要素
在儿童玩具的设计中，功能元素是一个重要因素。家长作为产品的购买者更关注玩具的娱乐和教育这两个基本功能。此外，大多数家长表示会选择充分发挥儿童的想像力、 创造力和动手能力的玩具。
智能化已经成为了这个行业的新趋势，既可以“听”也可以“说”，还能帮助儿童了解世界。
（二）色彩要素
颜色比形状有更直接的、 牢固的影响。孩子认识世界第一个确定的是颜色而不是形状，所以使用的玩具上的颜色非常重要。因为合适的色彩搭配既是一种教育，同时也可以培养儿童的性情。由于孩子的心灵不够成熟，所以只能感受一些单纯的色彩刺激，以至于儿童对色彩的需求倾向光亮、柔软、鲜艳的颜色。大玩具的选择不应太强烈的色彩和玩具多用明亮鲜艳的色彩以及一个小区域。
三、儿童智能产品设计
（一）产品定位
目标人群：本设计的目标使用人群是4-11岁儿童，这个阶段的儿童正处于智力以及情感发育的重要时期，并没有形成完整的自我保护意识，因此产品的重点应该放在产品质量以及安全性这两个方面。
（二）设计方案
1.设计构思
现在的国内的智能用具大多是智能早教机、儿童智能手表之类的产品。没有和儿童有心理上的沟通，不了解他们的内心想法。因此，设计一款陪伴型智能用具来细心呵护儿童的生理健康和心理健康。其实，儿童最需要的也是陪伴，虽然这只是一款智能产品，但是它能做一个最好的“倾听者”。同时，它也可以给父母和儿童之间搭建一个最好的沟通桥梁，让父母更好的去了解儿童的内心。
2.产品设计说明
（1）产品整体造型的外形圆滑，形态生动，充满了童趣。采用了鲜艳的色系，符合儿童的审美心理和喜好特征。
（2）底部经过处理，增加了产品的稳定性和安全性。
（3）工程塑料价格相对便宜，质量轻，而且易于搬动。
（4）简单的产品结构是合理的，形状上并无锐利边角，轮廓光滑处理，不会伤害孩子们，产品的设计也是容易使孩子易于拿握。见图1所示①
3.使用说明
玩具产品有讲故事、听故事的功能，它就像一个可以倾听的“树洞”，所有开心、难过的事儿都可以告诉它，而且它还可以录像，可以记录下父母和孩子的生活点滴。幻想游戏和讲故事在儿童的发展中起到了很重要的作用。儿童的声音，尤其是在缺乏幻想游戏的时候，听他们发挥自己的声音，通过记录和回顾儿童的声音，增加他们的幻想能力及语言表达能力提供了一个桥梁，讲故事可以成为教育儿童的方法之一，提高孩子的表达、 逻辑思维能力、 想象力和创造力，有助于儿童解决问题，沟通和合作技巧，给孩子们创造更多形式自由故事和提供大量的故事材料，支持儿童与虚拟对象交互；产品也可以播放儿童音乐，培养儿童的音乐素养。效果图见图2所示②
【注释】
①图片来源：作者手绘图。
②图片来源：犀牛模型效果提。
【参考文献】
[1]靳桂芳.玩具设计要适应儿童心理发展的需求[J].长沙师范专科学院学报，2009：61-63.
智能设计 篇4
近年来,因汽车的广泛应用而产生的各种交通问题日益增多,为了有效地解决各种交通问题,业界高度重视智能车辆的研究。智能车辆作为目前国内外智能交通领域研究的热点之一,其研究目的是希望通过综合运用各种先进技术构建包含信息感知、智能决策和多层次辅助驾驶等功能的综合系统,从而提升车辆的操纵水平,保障公路交通的安全运行。然而通过在真实场景下构建智能车对所研究的内容进行测试的方法存在成本高昂、安全性能较差、开发周期较长等缺点,因此通过构建智能车仿真平台的方式进行研究成为当前智能车辆技术研究的一种重要手段[1]。
智能车仿真平台是将典型交通场景和车辆按比例缩小,从而可以在近似真实环境中进行大规模、重复性、多场景的实验,具有性价比高、实验重复性强等优点。一种典型的智能车仿真平台系统原理图如图1所示,多辆微缩智能车行驶于仿真平台沙盘道路上,车辆前部安装有摄像机提取车道线、道路障碍物及道路标志图象,通过车辆内部的无线通信模块将采集的数据以及车辆的当前位置数据上传至智能车调度管理中心进行解析、分析、决策,并根据决策结果向各微缩智能车发送命令,控制其正常运行。因此智能车仿真平台的开发主要包括了交通沙盘设计、智能仿真车设计和智能车调度控制系统设计三部分[2]。
基于上述背景及典型智能车仿真平台,本文设计了一种智能仿真车,阐述了其硬件设计和软件设计方案,重点介绍了智能仿真车正常运行所依赖的车道线检测跟踪算法,该算法能够保证智能仿真车在运动过程中不偏离车道线。
1 智能仿真车硬件设计
本文设计的智能仿真车基于飞思卡尔KM系列微控制器实现[3],其硬件主要由图像采集模块、中央处理模块、无线通信模块和运动控制模块组成,具体硬件组成如图2所示。智能仿真车主电源由7.2 V的镍电池供电;使用USB 2.0免驱摄像机作为视频采集模块;采用Robot-Link V4.0AR-B作为无线通信模块,通过MFRC-522射频模块与RFID标签确定当前车辆位置。车载摄像机获得的视频图像数据分别传送至无线模块和微处理器。无线模块将数据发给智能车调度管理中心;微处理单元将接收到的图像数据进行分析、处理,进而使智能仿真车能够实现自主驾驶、避障与跟车的功能。在运动过程中,仿真车上的MFRC-522射频模块与仿真沙盘道路上的RFID标签进行交互,以确定当前车辆的位置信息,并通过无线模块智能车调度管理中心。
2 智能仿真车软件设计
本文设计的智能仿真车软件主要包含运动控制模块、无线传输模块、图像采集模块、图像处理模块。上述模块相互合作,共同控制智能仿真车的正常运行。智能仿真车供电启动后,各软件模块运行具体过程如图3所示。
其中对于无线模块控制程序,首先判断MFRC-522模块检测是否有RFID标签,若有标签,则读取当前标签信息,计算当前所处的位置,设置无线模块的发送标志位置位,发送数据给周围车辆,同时根据定时器0,每隔1 s读取无线模块接收缓冲区是否有数据,若有,则读取缓冲区中其他车辆的信息与车道线曲率,计算周围车辆到自身车辆的距离大小以及自身车辆距弯道的距离,控制智能仿真车加速或减速。
图像处理模块在系统初始化后,将车载摄像机采集到的图像传送至微控制器,从数据流中读取出每帧图像数据,通过图像预处理以及车道线处理等方法,提取出所采集的图像中的车道线,计算车道线的偏差与曲率,并拟合出中线;通过障碍物识别算法从采集的图像中判别前方是否存在障碍物,进而改变舵机、电机的运动状态,使得智能仿真车能够沿仿真沙盘道路中线正常行驶。
3 基于Hough变换的车道线识别方法
为了使智能仿真车在道路沙盘中不偏离车道地正常运行,仿真车微处理单元需要将前置摄像机实时传送的图像数据进行分析、处理,根据图像中车道线的颜色、形状和纹理等特征,将车道线、前方障碍物等目标与背景分离,从而获得车道线的走向、车辆相对于车道线的位置等信息,并控制舵机和电机转动,进而使智能仿真车能够实现自主驾驶的功能[4,5]。
为了实现仿真车的无偏行驶,本文设计了一种车道线检测方法,具体过程如图4所示。首先对车载摄像机采集的车道线图像进行预处理,具体包括灰度处理、逆透视、边缘特征提取、特征算子卷积滤波等,然后通过多示例学习目标跟踪算法[6]以及依据最小二乘法拟合出中线,实现车道线的提取,使其沿着中线实现车道的弯道与直道正确行驶,以实现在不同的环境下具有良好的稳定性、鲁棒性。
3.1 图像预处理
本文采用智能仿真车采集的两幅典型车道线图像作为分析对象对上述过程进行详细说明。如图5所示,两幅图像的分辨率为640×480,其中图5(a)为典型弯道图像,图5(b)为典型直道图像。由这两幅典型车道线图像可知,智能仿真车采集的不同位置的车道线图像在形状方面的表现特征不尽相同。
为了实现智能仿真车的稳定行驶,一般设计车体重心较低,在此情况下为了使得车载摄像机具有良好的视野,本文将摄像机通过车载支架架起。这使得在智能仿真车的运动过程中,常因为车体的震动导致车载摄像机的位置发生一些变化,比如摄像机角度不正等,进而造成所拍摄的道路图像产生畸变。针对上述问题,本文采用逆透视标定的方法对车载摄像机采集的车道线图像进行处理[7,8]。具体过程如下,如图6所示,首先,在智能车所在的水平地面上建立坐标系,以垂直于智能仿真车行驶的方向为x轴,平行于智能仿真车行驶的方向为y轴,在摄像机采集图像的范围内,选取一个矩形,记矩形纵向边长为H且平行于y轴,横向边长为W且平行于x轴,选取矩形的四个点M1,M2,M3,M4进行标记,使四个点全部显示在图像中。
计算该坐标系中所标定矩形的四个顶点的坐标,矩形右下角、左下角、右上角、左上角的坐标分别为M1(a,b),M2((a+W),b),M3(a,(b+H)),M4((a+W),(b+H)),a表示的是x轴偏移的距离,b表示的是y轴偏移的距离。
然后,建立图像坐标系,如图7所示,以图像的左上角为原点,横轴为x轴,纵轴为y轴,计算矩形在图像中的坐标,坐标分别为m1(x1,y1),m2(x2,y2),m3(x3,y3),m4(x4,y4),其分别表示为矩形右下角、左下角、右上角、左上角。
最后通过Open CV中Get Perspective Transform函数,由四对点计算透射变换,得到3×3矩阵,并由该矩阵作为变换矩阵,使用函数Warp Perspective对图像进行逆透视变换处理,变换处理后的结果如图8所示。将逆透视变换后得到的图像,经过形态学滤波、边缘提取等方法,提取出车道线的边缘,依据车道线的宽度,通过特征算子卷积滤波,去掉无关的噪声,使图像中的车道线更明显。通过图像预处理后,得到如图9所示的卷积滤波图像。
3.2 基于Hough变换的车道线处理
通过分析图9所示的卷积滤波图像可知,经预处理后的图像中的车道线并不连续,因此需要对其进行补全。考虑到Hough变换原理是从黑白图像中检测直线圆、椭圆、双曲线、抛物线等[9,10],本文对滤波后的图像作Hough变换,并将变换结果存入Hough变换累加器,设定阈值,并根据阈值大小将Hough变换累加器中累加值小于阈值的点清零,即认为这些点并不对应图像域中的一条直线。然后查找Hough变换累加器中累加值最大的点,记录该点并将其邻域清零;继续查找并记录下一个累加值最大的点,直到累加器中所有的累加值都为零。这些记录的点即对应了检测到的图像中的直线,根据检测到的点在图像域中绘出直线,从而使不连续的车道线连接成一条线。经Hough变换后的车道线图像,如图10所示。
由图10(a)检测得到的车道线图像与图8(a)逆透视图像可以看出,在图像处理过程中,部分车道线丢失,无法拟合中线。所以需要设计一种方法跟踪车道线目标,从而拟合出当前丢失的车道线。
本文采用多示例学习进行车道线跟踪,其原理是由当前Hough变换的图像作为示例,将含车道线的图像集合作为正包,不含车道线的图像集合作为负包,然后利用正、负包进行分类器训练,找到下一帧中车道线最有可能出现的位置,具体步骤如下:
(1)假设当前采集的图像为第t帧,并在第t帧中找到更小的图像集合Xm:
式中:x为包中图像的个数;l(x)为图像块x的坐标;lt为第t帧图像中车道线的坐标(xt,yt);XS表示找到包中任意图像的车道线坐标与当前图像中车道线的坐标距离小于M的图像。
(2)使用分类器,计算Xm中出现目标(车道线)概率最大的图像,并将它对应的坐标作为第t+1帧中车道线的位置lt+1:
(3)在lt+1的邻域内,找到两个图像集合,即正、负包,从而实现更新,如式(3),式(4)所示:
式中:Xγ为正包;Xλ,β为负包;γ,β分别为正、负包选择的半径。
根据上述方法,由第t帧的车道线位置lt预测出第t+1帧中车道线的位置lt+1,通过lt,lt+1两个点确定车道线的方向。
如图11所示,将霍夫变换后的图像经过目标跟踪算法的处理,将弯道没有采集到的车道线用虚线模拟出车道线。将处理后的图像,通过最小二乘法拟合出车道线的中线,并用虚线表示,结果如图12所示,智能车依据中线在弯道与直道正确行驶。
4 结语
无人驾驶技术及智能车辆是目前国内外智能交通领域的重要研究热点之一。在真实场景下进行智能车辆的实验测试存在成本高昂、安全性能较差等缺点,因此目前多通过构建智能车仿真平台的方式进行研究。在上述背景下,本文针对智能车仿真平台的使用需求设计了一种智能仿真车,详细介绍了其软硬件设计方法,重点研究了智能仿真车车道线识别问题,并提出了一种基于Hough变换的车道线识别方法。该智能仿真车在我校陕西省道路交通智能检测与装备工程技术研究中心建设的智能车仿真平台中进行了长时间的应用,并依次开展了多项科学研究,验证了该仿真车设计的有效性和稳定性。
摘要：针对面向智能车辆研究的智能车仿真平台的构建问题,设计了一种智能仿真车,在研究智能车仿真平台基本结构的基础上,详细阐述了智能仿真车的软硬件设计;提出了一种基于霍夫变换的车道线识别方法,首先采用霍夫变换对车道线进行检测,之后使用多示例学习对车道线进行跟踪。实际应用表明,该智能仿真车能够满足相关技术的研究需求,具备良好的有效性和稳定性。
关键词：智能交通,智能车辆,仿真平台,车道线识别,霍夫变换
参考文献
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智能小车设计文献综述 篇5
智能小车设计文献综述
摘要：随着电子工业的发展，智能技术广泛运用于各种领域，智能小车不仅在工业智能化上得到广泛的应用，而且运用于智能家居中的产品也越来越受到人们的青睐。国外智能车辆的研究历史较长。相比于国外，我国开展智能车辆技术方面的研究起步较晚，在智能车辆技术方面的研究总体上落后于发达国家但是也取得了一系列的成果。随着人工智能技术、计算机技术、自动控制技术的迅速发展，智能控制将有广阔的发展空间。本设计的智能小车利用红外对管检测黑线与障碍物，并以单片机为控制芯片控制电动小汽车的速度及转向，从而实现自动循迹避障的功能。并对智能小车研究现状以及未来的应用与发展前景做一个全方面的介绍。关键词:智能技术，自动循迹，避障 前言
随着电子技术、计算机技术和制造技术的飞速发展，数码相机、DVD、洗衣机、汽车等消费类产品越来越呈现光机电一体化、智能化、小型化等趋势。智能化作为现代社会的新产物，是以后的发展方向，他可以按照预先设定的模式在一个特定的环境里自动的运作，无需人为管理，便可以完成预期所要达到的或是更高的目标。智能小车，也称轮式机器人，是一种以汽车电子为背景，涵盖控制、模式识别、传感技术、电子、电气、计算机、机械等多科学的科技创意性设计，一般主要路径识别、速度采集、角度控制及车速控制等模块组成。一般而言,智能车系统要求小车在白色的场地上,通过控制小车的转向角和车速,使小车能自动地沿着一条任意给定的黑色带状引导线行驶[1]。智能小车运用直流电机对小车进行速度和正反方向的运动控制，运用直流电机对小车进行速度和正反方向的运动控制，通过单片机来控制直流电机的工作，从而实现对整个小车系统的运动控制。智能小车的发展历史、国内外研究现状
2.1 国外研究现状
国外智能车辆的研究历史较长，始于上世纪50年代。它的发展历程大体可以分成三个阶段[2][3][4]：
第一阶段，20世纪50年代是智能车辆研究的初始阶段。1954年美国Barrett Electronics 公司研究开发了世界上第一台自主引导车系统AGVS（Automated Guided Vehicle System）。该系统只是一个运行在固定线路上的拖车式运货平台，但它却具有了智能车辆最基本得特征即无人驾驶。早期研制AGVS的目的是为了提高仓库运输的自动化水平，应用领域仅局限于仓库内的物品运输。随着计算机的应用和传感
智能小车设计文献综述
技术的发展，智能车辆的研究不断得到新的发展。
第二阶段，从80年代中后期开始，世界主要发达国家对智能车辆开展了卓有成效的研究。在欧洲，普罗米修斯项目于1986年开始了在这个领域的探索。在美洲，美国于1995年成立了国家自动高速公路系统联盟（NAHSC），其目标之一就是研究发展智能车辆的可能性，并促进智能车辆技术进入实用化。在亚洲，日本于1996年成立了高速公路先进巡航/辅助驾驶研究会，主要目的是研究自动车辆导航的方法，促进日本智能车辆技术的整体进步。进入80年代中期，设计和制造智能车辆的浪潮席卷全世界，一大批世界著名的公司开始研制智能车辆平台。
第三阶段，从90年代开始，智能车辆进入了深入、系统、大规模研究阶段。最为突出的是，美国卡内基.梅隆大学（Carnegie Mellon University）机器人研究所一共完成了Navlab系列的10台自主车（Navlab1—Navlab10）的研究，取得了显著的成就。
目前，智能车辆的发展正处于第三阶段。这一阶段的研究成果代表了当前国外智能车辆的主要发展方向。在世界科学界和工业设计界中，众多的研究机构研发的智能车辆具有代表性的有：
德意志联邦大学的研究，1985年，第一辆VaMoRs智能原型车辆在户外高速公路上以100km/h的速度进行了测试，它使用了机器视觉来保证横向和纵向的车辆控制。1988年，在都灵的PROMRTHEUS项目第一次委员会会议上，智能车辆维塔（VITA,7t）进行了展示，该车可以自动停车、行进，并可以向后车传送相关驾驶信息。这两种车辆都配备了UBM视觉系统。这是一个双目视觉系统，具有极高的稳定性。
荷兰鹿特丹港口的研究，智能车辆的研究主要体现在工厂货物的运输。荷兰的Combi road系统，采用无人驾驶的车辆来往返运输货物，它行驶的路面上采用了磁性导航参照物，并利用一个光阵列传感器去探测障碍。荷兰南部目前正在讨论工业上利用这种系统的问题，政府正考虑已有的高速公路新建一条专用的车道，采用这种系统将货物从鹿特丹运往各地。
日本大阪大学的研究，大阪大学的Shirai实验室所研制的智能小车，采用了航位推测系统（Dead Reckoning System），分别利用旋转编码器和电位计来获取智能小车的转向角，从而完成了智能小车的定位。另外，斯特拉斯堡实验中心、英国国防部门的研究、美国卡内基梅隆大学、奔驰公司、美国麻省理工学院、韩国理工大学对智能车辆也有较多的研究。
智能小车设计文献综述
2.2 国内研究现状
相比于国外，我国开展智能车辆技术方面的研究起步较晚，开始于20世纪80年代。而且大多数研究处在于针对某个单项技术研究的阶段。虽然我国在智能车辆技术方面的研究总体上落后于发达国家，并且存在一定得技术差距，但是我们也取得了一系列的成果[5 ]，主要有：
（1）中国第一汽车集团公司和国防科技大学机电工程与自动化学院与2003年研制成功我国第一辆自主驾驶轿车。该自主驾驶轿车在正常交通情况下的高速公路上，行驶的最高稳定速度为13km/h,最高峰值速度达170km/h，并且具有超车功能，其总体技术性能和指标已经达到世界先进水平。
（2）南京理工大学、北京理工大学、浙江大学、国防科技大学、清华大学等多所院校联合研制了7B.8军用室外自主车，该车装有彩色摄像机、激光雷达、陀螺惯导定位等传感器。计算机系统采用两台Sun10完成信息融合、路径规划，两台PC486完成路边抽取识别和激光信息处理，8098单片机完成定位计算和车辆自动驾驶。其体系结构以水平式结构为主，采用传统的“感知-建模-规划-执行”算法，其直线跟踪速度达到20km/h，避障速度达到5-10km/h。
智能车辆研究也是智能交通系统ITS的关键技术。目前，国内的许多高校和科研院所都在进行智能交通系统ITS（Intelligent Transport System）关键技术、设备的研究。随着ITS研究的兴起，我国已形成一支ITS技术研究开发的技术专业队伍。并且各交通、汽车企业越来越加大了对ITS及智能车辆技术研发的投入，整个社会的关注程度在不断提高。交通部已将ITS研究列入“十五”科技发展计划和2010年长期规划。相信经过相关领域的共同努力，我国ITS及智能车辆的技术水平一定会得到很大提高。
目前学术界对智能小车的研究也很多，桂林理工大学黄建能等[2]设计的无线遥控小车，其由四部分组成：主控模块、无线通信模块、电机驱动模块和电源模块。主控模块采用STC89C52单片机作为处理器；无线通信模块采用芯片 PT2262和 PT2272实现无线收发；用内置两个H桥的 L298芯片驱动直流电机实现对小车的控制，实现前进、后退，左转、右转以及加速、减速的动作。整个无线遥控小车系统具有体积小、成本低、操作简单等优点，并具有一定的可扩展性。
于连国、李伟等[6]设计了自动往返的智能电动车，其采用 STC89C51 单片机作为小车的检测和控制核心；使用红外传感器检测跑道黑线并把反馈到的信号传给单片机，能够使小车在各区域均能按预定的速度行驶。
智能小车设计文献综述
葛广军,杨帆[7]设计了一种能够自动循迹的智能小车。该智能小车的控制系统以单片机MC912DG128为核心,由路径识别、车速检测、舵机控制、直流电机、电机驱动芯片LMD18200和电压转换芯片LM7525等模块组成，并详细阐述了控制系统的组成原理和软硬件设计。实验的结果表明：该控制系统具有循迹效果好、性能稳定等优点。
董涛,刘进英等[8]设计并制作了一种具有红外遥控、自动避障、智能寻径等功能的智能小车，该车以玩具小车为车体,直流电机及其控制电路为整个系统的驱动部分，STC89C52单片机为整个系统的控制核心,采用IRM-2638红外一体接收头接收控制信号实现对小车的遥控,加以多种传感器以实现小车的自动避障与智能寻径等功能，该小车还配备了两块数码显示管，以便实时观察小车状态。该小车工作稳定，还可用于各种机器人比赛。
姜宝华、齐强等[9]基于STC89C52RC单片机设计了一种遥控智能小车。小车具有自动、遥控两种模式。该小车在遥控模式下小车可在1公里范围遥控到达指定位置，并在手持设备上显示小车位置坐标；自动模式下在封闭环境输入任意坐标，小车可自动运行到该位置。
可以预计，我国飞速发展的经济实力将为智能车辆的研究提供一个更加广阔的前景。我们要结合我国国情，在某一方面或某些方面，对智能车进行深入细致的研究，为它今后的发展及实际应用打下坚实的基础。智能小车设计构想
智能车辆是集环境感知、规划决策、多等级辅助驾驶等功能于一体的综合系统，是智能交通系统的一个重要组成部分。本次设计对智能小车的控制系统进行了研究，设计实现一个基于路径规划处理的智能小车控制系统，实现智能小车最基本的两个功能：循迹、避障。
3.1 主控系统
方案1：采用可编程逻辑器件CPLD作为控制器。CPLD可以实现各种复杂的 逻辑功能、规模大、密度高、体积小、稳定性高、IO资源丰富、易于进行功能扩展。采用并行的输入输出方式，提高了系统的处理速度，适合为大规模控制系统的控制核心。但本设计不需要复杂的逻辑功能，对数据的处理速度要求也不是非常高。且从使用及经济角度考虑我放弃了此方案。
方案2：采用51单片机作为整个系统的核心[7]，用其控制行进中的小车，以实现其既定的性能指标。充分分析我们的系统，其关键在于实现小车的自动控制，而
智能小车设计文献综述
在这一点上，单片机就显现出来它的优势——控制简单、方便、快捷。这样一来，单片机就可以充分发挥其资源丰富、有较为强大的控制功能及可位寻址操作功能、价格低廉等优点。因此，这种方案是一种较为理想的方案。
综上所述，我采用了方案二。
3.2 电机驱动模块
方案1：采用继电器对电动机的开或关进行控制,通过开关的切换对小车的速度进行调整.此方案的优点是电路较为简单,缺点是继电器的响应时间慢,易损坏,寿命较短,可靠性不高。
方案2：采用电阻网络或数字电位器调节电动机的分压，从而达到分压的目的。但电阻网络只能实现有级调速，而数字电阻的元器件价格比较昂贵。更主要的问题在于一般的电动机电阻很小，但电流很大，分压不仅回降低效率，而且实现很困难。
方案3：采用功率三极管作为功率放大器的输出控制直流电机。线性型驱动的电路结构和原理简单，加速能力强，采用由达林顿管组成的 H型桥式电路。用单片机控制达林顿管使之工作在占空比可调的开关状态下，精确调整电动机转速。这种电路由于工作在管子的饱和截止模式下，效率非常高，H型桥式电路保证了简单的实现转速和方向的控制，电子管的开关速度很快，稳定性也极强，是一种广泛采用的 PWM调速技术。
这种调速方式有调速特性优良、调整平滑、调速范围广、过载能力大，能承受频繁的负载冲击，还可以实现频繁的无级快速启动、制动和反转等优点。因此决定采用使用功率三极管作为功率放大器的输出控制直流电机。
综合考虑，本设计选择了方案三。
3.3 循迹模块
方案1：采用简易光电传感器结合外围电路探测，但实际效果并不理想，对行驶过程中的稳定性要求很高，且误测几率较大、易受光线环境和路面介质影响。在使用过程极易出现问题，而且容易因为该部件造成整个系统的不稳定。故最终未采用该方案。
方案2：采用两只红外对管，分别置于小车车身前轨道的两侧，根据两只光电开关接受到白线与黑线的情况来控制小车转向来调整车向，测试表明，只要合理安装好两只光电开关的位置就可以很好的实现循迹的功能。
方案3：采用三只红外对管，一只置于轨道中间，两只置于轨道外侧，当小车脱离轨道时，即当置于中间的一只光电开关脱离轨道时，等待外面任一只检测到黑
智能小车设计文献综述
线后，做出相应的转向调整，直到中间的光电开关重新检测到黑线（即回到轨道）再恢复正向行驶。现场实测表明，小车在寻迹过程中有一定的左右摇摆不定，虽然可以正确的循迹但其成本与稳定性都次于第二种方案。
综合考虑，本设计选择方案二。
3.4 避障模块
方案1：采用一只红外对管置于小车中央。其安装简易，也可以检测到障碍物的存在，但难以确定小车在水平方向上是否会与障碍物相撞，也不易让小车做出精确的转向反应。
方案2：采用二只红外对管分别置于小车的前端两侧，方向与小车前进方向平行，对小车与障碍物相对距离和方位能作出较为准确的判别和及时反应。
方案3：采用一只红外对管置于小车右侧。通过测试此种方案就能很好的实现小车避开障碍物，且充分的利用资源而不浪费。
综合考虑，本设计选择方案二。设计原理简述
4.1 循迹原理
这里的循迹是指小车在白色地板上循黑线行走，通常采取的方法是红外探测法。红外探测法，即利用红外线在不同颜色的物体表面具有不同的反射性质的特点，在小车行驶过程中不断地向地面发射红外光，当红外光遇到白色纸质地板时发生漫反射，反射光被装在小车上的接收管接收；如果遇到黑线则红外光被吸收，小车上的接收管接收不到红外光。单片机就是否收到反射回来的红外光为依据来确定黑线的位置和小车的行走路线。红外探测器探测距离有限，一般最大不应超过15cm。对于发射和接收红外线的红外探头，可以自己制作或直接采用集成式红外探头。
当小车在白色地面行驶时，装在车下的红外发射管发射红外线信号，经白色反射后，被接收管接收，一旦接收管接收到信号，那么图中光敏三极管将导通，比较器输出为低电平；当小车行驶到黑色引导线时，红外线信号被黑色吸收后，光敏三极管截止，比较器输出高电平，从而实现了通过红外线检测信号的功能。将检测到的信号送到单片机I/O口，当I/O口检测到的信号为高电平时，表明红外光被地上的黑色引导线吸收了，表明小车处在黑色的引导线上；同理，当I/O口检测到的信号为低电平时，表明小车行驶在白色地面上。
循迹流程框图如图4.1所示。
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开始前进N是否检测到黑线Y左转Y判断是否是左边检测到黑线N右转
图4.1 循迹流程框图
4.2 红外避障原理
避障传感器基本原理，和循迹传感器工作原理基本相同，利用物体的反射性质。在一定范围内，如果没有障碍物，发射出去的红外线，因为传播距离越远而逐渐减弱，最后消失。如果有障碍物，红外线遇到障碍物，被反射到达传感器接收头。传感器检测到这一信号，就可以确认正前方有障碍物，并送给单片机，单片机进行一系列的处理分析，协调小车两轮工作，完成一个漂亮的躲避障碍物动作传。
跃迁到导带，成为自由电子，同时产生空穴，电子—空穴对的出现使电阻率变小。光照愈强，光生电子—空穴对就越多，阻值就愈低。当光敏电阻两端加上电压后，流过光敏电阻的电流随光照增大而增大。入射光消失，电子-空穴对逐渐复合，电阻也逐渐恢复原值，电流也逐渐减小。
红外避障流程框图如图4.2所示。
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开始前进N左转是否检测到障碍物NY左红外是否检测到障碍物N左右红外对管都检测到障碍物YY右转后退
图4.2 红外避障流程图 总结及展望
智能小车的研究、开发和应用涉及传感技术、电气技术、电气控制技术、智能控制等学科，智能控制技术是一门跨科学的综合性技术，当代研究十分活跃，应用日益广泛的领域。智能作为现代社会的新产物，是以后的发展方向，它可以按照预先设定的模块在一个特定的环境里自动的运行，可运用于科学勘探等用途，无需人为的管理，便可以完成预期所要达到的或更高的目标。智能机器人正在代替人们完成这些任务，凡不宜有人直接承担的任务，均可由智能机器人代替，可以适应不同环境，不受温度、湿度等条件的影响，完成危险地段，人类无法介入等特殊情况下的任务，智能小车就是其中的一个体现。对于智能小车研究还可以从以下方向展开：在小车上装摄像头进行实时视频监控采集，通过无线传给远端的主机，主机可以发送命令给小车，执行相应的动作等等。还可以扩展其他的模块。就可以广泛的应用于科学研究、地质勘探、危险搜索、智能救援等。
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参考文献
智能家居产品设计 篇6
一.背景
随着科技发展人类生活的不断改善，人们已经不在满足功能的需求，而是追求更高的享受，家居产品在很大的方面影响着生活质量，关乎着一个家庭对生活的品味。优良的智能家居产品可以更加方便人们的生活，是日常生活的重要的一项。通过合理的设计，让家庭生活更方便、舒适、和节能。同时，将结合创意想法，使之形态更加丰富创意让一切变成了可能，正如那句广告语“一切皆有可能”。在我们的日常生活中，是十分需要创意的，因此，就有了我们的生活创意设计。创意设计就是把再简单的东西或概念或想法通过另一种不同的表现方。使产品可以更适于生活，赋予生活更多趣。
智能家居的概念不仅仅是具有居住功能，同时也能够提供舒适安全、高质量且适宜人们居住的生活空间，帮助家庭与外部保持信息交流畅通，优化人们的生活方式，智能家居作为对一种更健康，更舒适，更简单生活的追求，智能家居成为当前现代化家居的一个热门选择。如今越来越多的家居产品在推出智能化概念的同时，将智能与设计进行了完美的结合，本文浅谈了一下智能家居的设计特点，为中国的智能家居设计尽一份力量，本文主要从以下几个方面论述了智能家居产品的设计：智能家居产品功能的设计、智能家居产品色彩的设计、智能家居产品技术的要求、智能家居产品的人文元素。
二.智能家居产品的设计
设计一个产品需要从审美需求、认知需求、形式需求、功能需求考虑，同时满足产品的开发、产品的设计、产品的生产、产品营销等。在设计智能家居产品时还要注意满足人们对产品形态美学、功能的多样性、宜人性、精神元素等体验，智能家居产品设计可简单的分为以下几个方面。
1.功能的设计
家居产品是以营造更好的生产生活环境为前提，同时提高生活质量。强大的功能更能与产品相得益彰。相较于功能单一的传统的家居产品，智能家居产品的功能应方便、快捷、一物多用，产品的多功能并不是一味的追求产品功能上的“变形金刚”，而是更有机的结合。例如既可以洗衣服有可以甩干的洗衣机、既可以空气加湿又有何了香薰的空气加湿器、既可以当凳子有课一当梯子用的多功能座椅。智能家居产品的多功能未来发展的大致趋势。
2.色彩的设计
色彩搭配是产品设计过程中必不可少的过程，色彩是产品给人的第一感受。好的产品设计色彩可以使产品提高更高的一个层次，色彩在设计中扮演不可或缺的角色。色彩给人以温度感、距离感、重量感、尺度感、不同的色彩搭配会给人们带来不同的感受。在智能家居设计中充分的发挥色彩的特性，将会富裕产品感人的魅力，使产品大放异彩。
3.技术要求
科学技术是支持产品智能化的根基，产品的创新和结构造型的创新有着密切的联系，二者应取得协调统一，充分考虑结构造型中美的形象，把艺术和技术融合在一起。这就要求设计师必须具备必要的结构类型知识，熟悉和掌握结构体系的性能，特点。家居产品设计置身于现代科学技术的范畴之中，要使产品更好的满足人们精神功能的要求，就必须最大限度的利用现代科学技术的最新成果。
4.人文元素
社会的不断发展，情感的更高追求，通过科学技术的飞速发展，人们对生活用品有了更高层次的精神追求。同时消费者的需求的提高和日益激烈的竞争市场。使得心理诉求得到了史无前例的关注，人们已经不能简简单单的满足于物质层面，人们的生产生活需求也向着更高的精神层次发展。在未来的发展中满足人们的生产生活需求的同时，还能有机的结合精神文化元素，将会是未来的正能家居产品发展的必然趋势。
三.未来智能家居产品的畅想
智能家居历经了几年的稳定发展，从人们最初的梦想到现在确确实实出现在我们生活中。它服务人类，经历了一个艰难的过程，从发展趋势来看，科技和网络的不断发展和完善，也会将智能艰巨产品注入新鲜血液，只能家居产品也将迎来甘肃发展时期。但其要走的路还很长，坎坷和困难也将不断出现。设计师的不断努力，困难也将迎刃而解。智能家居发展到最后应当是一种无需借助任何终端设备就可以直接将人的感官、感受传递给家居设备，让他们能够读懂人心，这是真正意义上的智能家居，我相信，随着设计师的不断努力，家居产品一定会越来越多种多样，同时也能够给人们生活带来更大的便利。
基于智能配网的智能化配电柜设计 篇7
近年来, 随着计算机技术、信息采集与传感技术、网络通信技术、移动通信技术, 特别是IEC61850国际标准的颁布, 加速和推进了智能电网建设的进程。智能化配电柜作为智能电网的最基本单元, 是智能电网建设的一个重要组成部分。智能化配电柜应用是智能电网建设发展的必然趋势, 其目的就是为了提高电网透明度, 掌握配电柜运行参数。智能化配电柜的特征表现为:一次设备智能化、二次设备网络化、参数数字化。
2 智能配电柜一次设备
目前, 配电柜一次设备基本采用户内开关设备, 高压上采用中置式开关柜, 低压采用框架断路器或者塑壳断路器组成的固定分割式和抽屉式回路。这些开关设备按照断路器配电容量和依据配电柜的用途进行有机组合, 组成各种各样的不同功能的配电柜。
1) 配电柜一次设备是以断路器为主, 熔断器、接触器和其它设备为辅助。
2) 配电柜的一次设备智能化包括:断路器控制器的智能化, 熔断器和接触器状态参数采集设备智能化。断路器智能控制器测量参数包括:电压、电流、频率、功率因数、有功、无功、电度、保护延时时间、过载保护时间、断路器状态、断路器位置等。智能控制器通过内置于断路器内的互感器采集电流, 通过芯片内部程序计算出其他的参数与设置保护时间, 通过断路器的辅助触点采集断路器状态与位置。智能控制器通过以太网接口, 采用光纤传输方式直接和工业以太网交换机采用GOOSE通信。
熔断器和接触器状态采集设备能采集参数包括:熔断器的状态和经过熔断器的电流, 接触器的状态和电流。熔断器状态与电流、接触器状态和电流通过光纤送到过程层交换机, 通过GOOSE与上层IED通信。
3 智能配电柜二次设备
3.1 配电柜二次设备状态
目前配电柜中二次设备主要以传统的电磁式互感器、电磁式指针表和电磁式继电保护设备。设备体积大、测量精度低、安装与配线复杂、检修不方便等。
3.2 配电柜二次设备智能化
为了满足智能电网的需要, 适应智能电网建设的步伐, 新型智能化的二次设备采用电子式互感器和电子式采集设备, 实现从模拟采集到数字采集的转变。经过数字化采集之后, 采集到的信号通过光纤送到光纤交换机, 光纤交换机将数据送给测控IED, 实现了采集设备到光纤交换机最后到测控IED。增大了信息采集的路数的同时, 减少了复杂的配线, 同时只需要简单跳线可以实现多路信息采集共享一个测控IED。IED通过光纤进行数据传输。
4 IEC61850系列交换机
能严格满足工业标准下配电柜复杂电磁环境要求;具备模块化结构并支持多种不同的通讯类型;以简单的连接方式实现与任何网络设备的互用性;具备超强安全性, 提供可靠的通讯和保护, 可以防止数据篡改或伪造;符合IEC61850-3标准, 实现数据通讯优化配置, 可为GOOSE对等通信提供优先权;具备LINK LOSS ALERT (链接丢失报警) 功能, 可对光纤连接断开实施检测并重新选择路由;具备前面或后面配备以太网接口;配备GIGA-BIT上行链路接口, 可连接多个通讯交换机;冗余配置电源。
5 GSM报警设备
为了实时了解配电柜的状态、参数, 以及对配电柜的寿命进行预测, 对故障进行报警, 在智能化配电柜配置有GSM/GPRS报警设备。在智能化配电柜上GSM/GPRS可以实时浏览到配电柜的参数, 将采集到的变化量全部存储在数据库中, 利用报警软件的筛选功能, 将筛选出来的报警信号以AT指令的形式发送出去。
6 智能化配电柜系统组成
智能化配电柜属于智能电网最小单元, 对智能电网的整体功能的完善起着重要作用。智能化配电柜包括智能化电路器、智能化接触器、智能化熔断器等开关设备, 这些智能设备通过光纤与交换机进行数据交换。电子式互感器采集数据经光纤传输到光纤转接盒, 最后连接到智能测控设备, 实现信息的采集与传输。在智能配电柜上提供IEC61850系列的交换机, 让智能化配电柜之间通过以太网就可以进行数据的通信, 连接方便。GSM报警设备装在其中一台智能化配电柜上, 实现短消息报警和通过GRPS实时浏览各个配电柜参数。
7 结束语
该智能化配电柜不仅技术先进功能齐全, 有利于目前电网和将来电网智能化的需求, 为电网安全运行、提高供电可靠性、故障快速定位减少抢修时间提供保障, 而且具有良好的经济性和前瞻性。智能化配电柜的使用将大大加快智能电网推进的步伐。
参考文献
[1]白晓民.智能电网技术标准体系研究[M].中国电力科学研究院, 2010.6.
[2]叶丽萍.低压配电柜的开发与研究探讨[M].2009.7.
[3]陈树勇.宋书芳.李兰欣等.智能电网技术综述[J].电网技术, 2009.3.
[4]钟金.郑睿敏.杨卫红等.建设信息时代的智能电网[J].电网技术, 2009.7.
智能窗帘系统设计 篇8
关键词：低功耗芯片,光敏传感器,智能窗帘
1 总体设计方案
核心处理芯片为MSP430G2211, 利用硅光电池2DU5将外界的光照度转换成电压信号, 并将该电压信号经过一级跟随器电路输入到G2211模拟比较器的正输入端, 并通过与负输入端的内部参考电压作比较, 使得比较模块寄存器的CAOUT端置“1”或清零来控制单片机的P1.2和P1.3口输出高低电平, 进而控制电机的正反转, 实现窗帘的打开与关闭。
2 硬件设计
2.1 最小系统板
采用TI公司出品的MSP430G2系列Launchpad, 搭载超低功耗型单片机MSP430G2211, 它有5种节电模式, 从待机模式唤醒仅需1us, 且具有一个强大的16位RISC CPU、16位寄存器和常数发生器, 高效率的代码和低功耗的特性满足了家居系统的要求。
2.2 电源电路
3.3V和5V电源电路主要是给所用芯片供电使能以及逻辑电平的选择。本方案用LM2940将12V降为5V, 用GM1117将5V降为3.3V, 为单片机I/O口的按键检测提供高电平 (其实也可以直接用单片的电源给按键供电) 。由于电机和运放 (27L2) 的供电电压均选择为12V, 所以将交流电通过适配器直接转换成了12V, 而电机驱动芯片 (L298n) 的逻辑供电电压Vss (9脚) 最大值为7V, 典型值为5V, 而且使能高电平Ven (11脚) 的取值大于2.3V小于Vss, 故选择5V给9脚和11脚供电。
2.3 传感器选择
本设计选用硅光电池2DU5, 它有两个优点: (1) 在可见光范围内, 该器件的输出电流与外界光照强度有良好的线性关系, 这样我们就可以方便地通过一个运放将其转换成电压信号; (2) 具有良好的灵敏度, 即使光照强度仅有微弱的改变, 运放的输出电压也能随之改变。
实际上, 只要是硅光电池就可以, 不同型号的硅光电池只是输出电流 (一般为微安级或毫安级) 的大小不同, 当然必须保证所选的型号能感应你要控制的窗帘所处环境的光 (例如, 可见光) 。因为该方案采用的是硬件校准的方法, 即通过调节运放反馈电阻的大小来调节输入单片机模拟器正端的电压值, 所以如果你所选的硅光电池输出电流比较小, 可将反馈电阻调大, 从而提高输出电压值, 反之亦然。
2.4 光电转换电路
光电转换电路主要由27L2芯片组成, 将光信号转换为电压信号经过跟随器接到单片机的P1.1口。这里需要注意的是, 实际上, 电路中的RP2, R6和RP1, R5只需任选一路即可, 之所以这样设计是为了在画板子时多一路备用。6和7脚相连构成一个电压跟随器, 它的作用是将光电转换电路与单片机隔离开来。最终的输出电压大小等于硅光电池产生的电流与所选一路电阻的乘积。
2.5 电机驱动电路
本设计采用的是L298n芯片对电机进行驱动, 包含了两个H桥电路, 10和12脚连接单片机的I/O口, 13和14脚连接电机的两端, 4脚连接电源。该芯片的最大输入电压为46V, 本设计采用的是12V。8脚接地, 11脚充当第二个H桥工作的使能端, 高电平 (2.3V到Vss, 本设计选取Vss为5V) 有效。
2.6 硬件安装调试注意事项及方法
(1) R6, RP2和R5, RP1只需焊一组即可, 本方案焊的是R6, RP2。
(2) 焊接时一定要注意硅光电池2DU5的正负, 接反的话27L2的6脚是没有电压值的。
(3) 在将单片机和硬件电路连接在一起之前, 一定要进行硬件校准, 即通过调电位器的大小来改变27L2的6脚的值, 将电路置于你作为参考光照度的环境下, 调节RP2让6脚的值为0.9V (这跟你的程序有关, 因为我是将27L2的6脚的值作为单片机模拟比较器的正输入端, 负输入端为单片机内部参考0.25Vcc) , 一定要注意单片机模拟比较器的输入端最大输入电压为2.6V。
(4) 在将单片机和自己画的硬件电路连接之前, 先给硬件加上电源, 测一下和单片机I/O口相连的端子的电压, 看其是否正常, 因为硬件的错误连接 (比如短路) 可能导致跟单片机连接的端子的电压异常, 超过单片机的最大电压范围 (3.6V) , 可能烧坏单片机。
3 软件设计
本设计的程序采用的是“状态机”的思想, 它分为四个状态:电机正转状态, 电机反转状态, 窗帘打开状态, 窗帘关闭状态 (程序的默认状态) 。如果光照强度高于参考值, 同时窗帘处于关闭状态, 电机正转, 从而打开窗帘;如果光照强度高于参考值, 但是窗帘已经处于打开状态, 则电机不转。如果光照强度低于参考值, 同时窗帘处于打开状态, 电机反转, 从而关闭窗帘;如果光照强度低于参考值, 但是窗帘已经处于关闭状态, 则电机不转。
4 总结
智能仪器设计研究 篇9
智能仪器是计算机技术与测量技术、仪器仪表技术相结合的产物。它具有传统仪器无法比拟的优点,在测量精度、速度、可靠性方面有了根本性改变。智能仪器广泛应用于测量、控制、通信、医学仪器以及科学研究等各个方面。近年来随着计算机技术、微电子技术的迅速发展,智能仪器又发生了巨大的变化[1,2,3],探讨智能仪器的设计方法及研制步骤。
1 智能仪器设计的基本要求
1.1 功能及技术指标应满足要求
在智能仪器设计中,首先应明确仪器要实现的功能和技术指标,然后根据功能和技术指标要求进行总体设计。常见的仪器功能有:输出功能(如显示,打印)、人机对话功能(如键盘的操作管理、屏幕的菜单选择)、通信功能、出错和超限报警功能等。常见的技术指标有:精度(如灵敏度、线性度、基本误差以及环境参数对测量的影响等)、被测参数的测量范围、工作环境(如温度、湿度、腐蚀性等)以及稳定性(如连续工作时间)等。
1.2 具有高的可靠性
可靠性就是仪器在规定条件下和规定时间内,完成规定功能的能力[4]。一般用年均无故障时间、故障率、失效率或平均寿命等指标来表示。实践证明,提高仪器可靠性的关键在于提高产品的可靠性设计水平。因此在设计阶段必须充分考虑可靠性问题,在设计方案、元器件选择、工艺过程以及维护性等方面予以全面的考虑,采用成熟的设计技术以及可靠性分析、试验技术,提高产品的固有可靠性。
1.3 便于操作和维护
在仪器设计过程中,应考虑操作方便,尽量降低对操作人员的专业知识要求,以便产品的推广应用。仪器的控制开关或按键不宜太多、太复杂,操作程序应简单明了,输入输出用十进制数表示,从而使操作者无需专门的训练,便能够掌握仪器的使用方法。
智能仪器还应有很好的可维护性,为此仪器结构要规范化、模块化,并配有现场故障诊断程序,一旦发生故障,能保证有效地对故障定位,以便更换相应的模块,使仪器尽快地恢复正常运行。
1.4 仪器工艺及造型设计要求
仪器工艺流程是影响可靠性的重要因素。要依据仪器工作环境条件是否需要防水、防尘、防爆,是否需要抗冲击、抗振动、抗腐蚀等要求设计工艺流程。仪器的造型设计也极为重要。总体结构的安排、部件间的连接关系以及面板的美化等都必须认真考虑。
2 智能仪器的设计原则
2.1 从整体到局部的设计原则
智能仪器的设计大多面临复杂而综合的设计任务[5,6]。在进行仪器的软硬件设计时,应遵循从整体到局部,也就是“自顶向下”的设计原则。这种设计原则的含义是,把复杂的、难处理的问题,分为若干个较简单的、容易处理的问题,然后再逐个地加以解决。开始设计时,设计人员根据仪器功能和设计要求提出仪器设计的总任务,然后将总任务分解成一批相互独立的子任务。子任务还可以再细分,直到每个低级的子任务足够简单,可以容易地实现为止。由于这些低级的子任务相对简单,因此可以采用某些通用模块实现,并且可以作为单独的实体进行设计和调试。子任务完成后,将所有结果汇总起来,必要时做些调整,即可完成整体设计任务。
2.2 软硬件协调原则
智能仪器的某些功能(如逻辑运算、定时、滤波)既可以通过硬件实现,也可以通过软件完成。硬件和软件各有特点,使用硬件,可以提高仪器的工作速度,减轻软件编程任务。但仪器成本增加,结构较复杂,出现故障的机会增多。以往人们在智能仪器设计中,过多地着眼于硬件成本,尽量“以软代硬”,随着LSI芯片功能的增强,价格的下降,这种设计理念需要转变。哪些设计子任务应该“以硬代软”,哪些应该“以软代硬”,要根据系统的规模、功能、指标和成本等因素综合考虑。一般的原则是,如果仪器的生产批量较大,应该尽可能的压缩硬件投入,用以“以软代硬”的办法降低生产成本。此外,凡简单的硬件电路能解决的问题不必用复杂的软件取代,反之,简单的软件能完成的任务也不必去设计复杂的硬件。在具体的设计过程中,为了取得满意的结果,硬件与软件的划分需要多次协调、折中和仔细权衡。
2.3 开放式与组合化设计原则
在科学技术飞速发展的今天,设计智能仪器系统面临三个突出的问题[3,7]:①产品更新换代加快。②市场竞争日趋激烈。③如何满足用户不同层次和不断变化的要求。
针对上述问题,在智能仪器设计中应推行 “开放式系统”的设计理念。“开放式系统”是指向未来的VLSI开放,在技术上兼顾今天和明天,即从当前实际可能出发,又留下容纳未来新技术机会的余地;向系统的不同配套档次及用户不断变化的特殊要求开放。
为了使智能仪器满足“开放式系统”的要求,应采用组合化设计方法。即针对不同的应用系统要求,选用现成的硬件模块和软件组成系统。 使设计者将主要精力放在分析设计目标,确定总体结构,选择系统配件,解决专用软件的开发设计等方面,而不是放在功能模块设计上。采用组合化设计的优点是:
(1)开发设计周期短。组合化设计采用成熟的软件、硬件产品组合成系统,不需要进行功能模块的设计。因此,相对于传统设计方法,设计简便,设计周期短。
(2)结构灵活,便于扩充和更新。使用中,可以根据需要更换一些模块或进行局部结构改装来满足不断变化的要求。
(3)维修方便快捷。功能模块大量使用LSI和VLSI芯片,在出现故障时,只需要更换IC芯片或功能模块,大大缩短维修时间。
(4)成本低。仪器系统使用的功能模块,一般为批量生产,成本低而且性能稳定,因此组合成的系统成本也较低。
3 智能仪器的研制步骤
设计研制一台智能仪器的一般过程(如图1所示)。主要分为三个阶段。第一阶段:确定设计任务,并拟定设计方案;第二阶段:硬件和软件设计;第三阶段:系统调试及性能测试。各阶段的工作内容和设计任务如下。
3.1 确定设计任务、拟定设计方案
(1)确定设计任务
根据仪器最终要实现的目标,编写设计任务书。在设计任务书中,明确仪器应该实现的功能、需要完成的测量任务;被测量的类型、变化范围,输入信号的通道数;测量速度、精度、分辨率、误差;测量结果的输出方式及显示方式;输出接口的设置,如通信接口、打印机接口等。
另外,要考虑仪器的内部结构、外型尺寸、面板布置、研制成本、仪器的可靠性、可维护性及性能价格比等。
(2)拟定设计方案
设计方案就是对设计任务的具体化。首先根据仪器应该完成的功能、技术指标等,提出几种可能的方案。每个方案,应包括仪器的工作原理、采用的技术、重要元器件的性能等;接着对各方案进行可行性论证,包括对某些重要部分的理论分析、计算及必要的模拟实验;最后再兼顾各方面因素选择其中之一作为仪器的设计方案。在确定仪器总体设计方案时,微处理器的选择非常关键。微处理器是整个仪器的核心部分,应该从功能和性价比等方面认真考虑。
当仪器总体方案和选用的微处理器种类确定之后,采用“自顶向下”的设计原则,把仪器划分成若干个便于实现的功能模块。仪器中有些功能模块既可以用硬件实现,也可以用软件实现,设计者应该根据仪器的性价比、研制周期等因素对硬件和软件的选择作出合理安排。在对仪器硬件和软件协调之后,作出仪器总体硬件功能框图和软件功能框图。
3.2 硬件和软件的设计
在设计过程中,硬件和软件应同步进行。在设计硬件、研制功能模块的同时,即着手进行应用程序的编制。硬件、软件的设计工作要相互配合,充分发挥微机的特长,尽可能缩短研制周期、提高设计质量[8,9]。
(1)硬件电路的设计
硬件设计的主要工作是根据仪器总体硬件框图设计各单元电路(如输入/输出通道、信号调理电路、主机电路、人机接口、通信接口等)并研制相应的功能模块。在功能模块研制完成之后进行组合与装配,即按照硬件框图将各功能模块组合在一起,构成仪器的硬件系统。
在硬件设计中还应注意下列问题
①应考虑到将来会有的修改和扩展,硬件资源需留有足够的余地。
②为了及时修复仪器出现的故障,需附加有关的监测报警电路。
③在硬件设计时还须考虑硬件抗干扰措施和是否需要设置RAM的掉电保护措施等。
④绘制线路板时,需注意与机箱、面板的配合,接插件安排等问题。
(2)软件设计
软件设计的一般过程是,先分析仪器系统对软件的要求,画出总体软件功能框图[10];然后用模块化设计方法设计每一软件功能模块,绘出每一功能模块的流程图,选择合适的语言编写程序;最后按照总体软件框图,将各模块连接成一个完整的程序。
3.3 系统的调试
(1)调试过程
由于智能仪器设计中,硬件和软件的研制是相互独立地进行的,因此软件调试可以在硬件完成之前,硬件调试也可以在无完整的应用软件情况下进行。硬件和软件调试结束后,还需在样机上进行软件和硬件的联合调试。在调试中,如果出现故障,应分析原因,修改有关的硬件和软件。反复进行这一过程,直至没有错误为止。
(2)硬件静态调试
硬件静态调试的目的是为了排除明显的硬件故障。集成电路器件未插入电路板之前,必须仔细检查线路连接是否正确。重点检查系统总线(地址总线、数据总线和控制总线)是否存在相互之间短路或与其他信号线短路,特别要防止电源短路。确定电路连线无误后,再插入芯片,接通电源。
(3)软件调试
软件调试可以利用软件模拟开发系统进行。通常这种系统是由个人计算机和模拟开发软件构成的一种完全依靠软件手段进行开发的系统,开发系统与用户系统在硬件上无任何联系,借助于模拟开发系统,智能仪器软件设计人员可以在计算机上,利用模拟软件实现对单片机的硬件模拟、指令模拟、运行状态模拟。从而完成应用软件开发调试的全过程。
(4) 动态在线调试
智能仪器硬件电路的静态调试只是初步调试,排除了明显的静态故障。由于智能仪器的软件和硬件密切相关,对硬件电路动态故障的检查和诊断、应用软件的调试等必须在联机状态下进行。动态在线调试一般借助于仿真开发系统完成。动态在线调试时,拔掉样机的单片机(或CPU)芯片,将在线仿真器提供的IC插头插入单片机插座的位置。对于样机系统来说,单片机虽然由仿真器代替,但实际运行状态并无明显的差别。由于在线仿真器是在开发系统控制下工作的,因此,可以利用开发系统丰富的硬件和软件资源对样机系统进行研制和调试。
需要指出的是在系统调试中,还必须对设计要求的全部功能及技术指标进行测试和评价,以确定仪器是否达到预定的设计目标,若发现某一功能或指标达不到要求,则应修改硬件或软件,并进行重新调试直至满意为止。
4 结束语
研发人员进行智能仪器设计时,首先应对仪器的功能要求及技术指标进行分析。在此基础上提出并优化设计方案。在具体设计中应遵从三个设计原则,即“自顶向下”设计原则;软、硬件协调原则;开放式与组合化原则。理论设计完成后,应实施软、硬件的分别调试以及联合动态调试。调试应与仪器的功能、技术指标测试并行进行,只有功能、技术指标均满足要求,整个调试工作才算结束。
参考文献
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[9]赵茂泰.智能仪器原理及应用[M].北京:电子工业出版社,2005.
智能通卡系统设计 篇10
随着科技的进步, 越来越多的企业为了工作便利推出智能通卡管理系统。企业智能通卡是一套以人为中心, 以网络数据传输为通道, 以IC卡的数据为存储介质的信息系统。它利用生物识别和IC芯片技术, 并结合数据库、网络和通信等计算机技术, 实现对企业诸如考勤、门禁多方面的管理和控制, 并实现一卡多功能, 以提高企业的科学化管理水平[1]。本系统主要由计算机软件系统、各种读卡机器如门禁机、考勤机、生物识别设备、IC卡片等硬件组成。
1 功能需求分析
1.1 考勤需求
灵活、实用、准确的考勤数据, 编排班灵活, 操作简单, 易于维护, 灵活处理频繁倒班、调班、停工待料、中途请假等情况的出勤管理, 对事假、病假、产假、工伤假、调休等有薪、无薪假管理, 支持年假处理, 随时查询年休假情况, 节假日灵活设置, 可按企业的实际工作日历设置节假日, 出勤报表自动汇总平时加班、周末加班、请假、迟到、早退、旷工等状况, 所有报表均支持导出Excel, 可以对考勤数据进行查询、汇总、分析。
1.2 门禁需求
灵活规划各门禁允许进出的人员名单、时间段及进出方式, 查询各个门禁的出入人员、进出次数与时间, 保障公司财产安全, 可以自动生成员工进出的日报表、月报表等, 实现对指定区域分级、分时段的通行权限管理, 完善灵活的门点组合功能, 方便把所有门点分为不同的组, 便于同时控制各组中门的开关, 实现总公司具有相应权限的员工的一卡畅通。
2 总体设计思路
以平台化为设计导向, 以模块化为基础, 开发考勤系统和门禁系统等应用模块。采用Silver Light/WPF+WCF+Linq+数据库的多层构架方式, 搭建灵活的、可扩展的应用平台。Silver Light/WPF为交互层 (展示层) , 负责与用户交互信息, WCF或WebService为业务逻辑层, 数据库 (Sql Server) 为数据存储层, Linq为数据映射。
3 系统功能模块设计
3.1 考勤机模块
此模块主要对考勤机进行管理。操作人员在“基础管理”菜单中进入此功能模块, 选择相应的考勤机地点, 点击添加按钮, 在新增对话框中填入或选择相应的考勤机数据。例如:机器名称、机器型号、IP地址、端口号、通讯波特率等信息。信息输入完毕后点击保存按钮, 系统将数据保存到数据库。如果考勤机信息有所更改, 选择考勤地点, 选择考勤机, 点击修改按钮, 弹出修改对话框 (类似新增对话框) , 然后对相应的参数或信息进行修改, 修改完成后点击保存按钮。如果需要删除某一台考勤机, 选择考勤地点, 选择考勤机, 点击删除按钮, 在弹出的确认对话框中选择“是”, 则所选择的考勤机将从系统中删除。
3.2 IC卡模块
此模块主要是把智能卡信息注册到相应的考勤机, 使相应的持卡人可以进行考勤。操作人员在“基础管理”菜单中进入此功能模块。如果员工信息已录入到人事系统:点击员工查询按钮, 输入员工ID号或者工号或者姓名, 点击查询, 选中要进行发卡的员工信息, 点击发卡按钮, 完成发卡任务。如果员工信息还未录入:点击“直接发卡”按钮, 在发卡对话框中录入相关信息, 点击发卡按钮, 完成发卡任务。当人事系统中录入了该员工的信息后, 卡信息将自动对应到持卡人的人事信息。当持卡人离职后系统会自动停止对此卡片的考勤, 此时可以更改卡片信息, 将卡片发放给其他员工。当持卡人将卡遗失时, 操作人员点击智能卡挂失按钮, 在挂失对话框中输入持卡人的工号和姓名, 点击挂失按钮, 完成挂失操作。
3.3 门禁模块
需安装门禁的所有区域, 如办公区、生产区、仓存区、住宿区。操作人员通过“门禁基础设置”菜单进入此功能模块点击添加按钮, 录入划分的区域信息, 如区域名称、附加信息等, 系统自动生成区域编码, 点击保存按钮, 系统将数据保存到数据库中。在区域范围内规划添加门点位置, 操作人员通过“考勤管理”菜单进入此功能模块。选择相应的区域, 点击添加按钮录入相应的门禁点位名称和门禁机信息。
4 数据库设计
(1) 考勤机表
定义考勤机的信息, 主要包括ID号 (由数据库自动生成) , 用于在系统内部唯一标识一台考勤机;考勤机编号 (KQ_xx_xxx, KQ为考勤的简拼, xx为公司简拼, xxx顺序数字) , 用于标识考勤机;考勤机名称 (由维护人员命名) ;考勤机型号;考勤机IP;考勤机PORT;考勤机通讯波特率;考勤地点ID;维护人员的系统内部ID号;考勤机所属公司的ID号, 是否生效等信息。
(2) 智能卡表
定义智能卡的相关信息, 主要包括智能卡的物理编号 (智能卡自带的, 固化在卡中的出厂编号) , 用来唯一标识一张智能卡;对应的员工的ID;员工的工号;员工的姓名;发卡人ID号;员工所属公司的ID号;卡是否生效等信息。
(3) 原始考勤数据表
存储从考勤机中读取出来的原始数据, 主要包括员工ID号、员工工号、员工姓名、打卡时间、员工所属公司的ID号。
(4) 操作类型
存储员工对功能具有的操作形式, 比如读取、修改、删除等等, 主要包括类型名称、是否生效等信息。
(5) 员工功能表
存储员工和相应功能的对应关系, 即员工对哪些功能具有相应的权限, 主要包括员工的系统内部ID号码, 功能的内部ID号码。
(6) 员工操作权限表
存储员工对相应功能具有什么样的权限, 主要包括员工功能表的内部ID号, 操作类型表的内部ID号。
(7) 班组表
存储公司中为了方便员工的管理而划分的所有员工组合, 比如A班、B班、职员班等等。主要包括员班组名称, 标识班组是否生效的“是否生效”字段等信息。
(8) 员工分班表
存储员工信息和班组的对应关系, 即员工被划分到哪个班组。主要包括班组内部ID, 人员内部ID等信息。
(9) 班次调整表
存储某些员工进行班次调整的记录。主要包括员工内部ID号, 现班组内部ID号, 调整后的内部ID号, 调整开始时间, 和谁调整, 是否临时调整, 如果是临时调整则调整多长时间等等信息。
(10) 休假类别表
存储公司的假期信息, 比如国家的各种节假日, 公司内部的制度假等等。主要包括节假日名称, 开始时间, 结束时间等等信息。
(11) 员工调休表
存储员工每次调休的详细记录。主要包括员工内部ID号, 调休的开始时间, 调休的结束时间, 和哪个休假时间/加班时间调, 员工实际休息时间和调休时间的时间差等信息。
(12) 请假类别表
存储公司的请假类别, 主要包括类别名称, 是否有薪, 是否生效等信息。
(13) 员工请假表
存储所有员工的请假信息, 主要包括员工的内部ID号码, 请假开始时间, 请假结束时间, 请假类别ID[2], 员工实际休息时间和请假时间的差等信息。
(14) 加班信息表
存储员工的加班信息, 主要包括员工的内部ID号码, 加班开始时间, 加班结束时间等信息[2]。
(15) 员工签卡表
存储员工的签卡信息, 主要包括员工的内部ID号码, 所签的时间等信息。
5 结束语
通过智能通卡管理系统的设计实现, 公司能够通过信息化手段更有效的进行管理。随着数字化技术的广泛的应用, 智能通卡的数据库将得到不断的更新。智能通卡加快了企业信息化程度, 提高了企业管理水平, 增强了对用户的管理控制能力, 高效便捷的管理功能使其必将成为社会信息管理的主流[3]。
参考文献
[1]邓胡滨.一卡通管理系统的设计和开发[J].计算机与现代化, 2003, (03) :76-78.
[2]迪娜尔·阿地里江.乌市农信社考勤管理系统的设计与实现[D].大连:大连理工大学, 2013.
楼宇智能系统的节能设计 篇11
一、温湿度控制精度适当
楼宇内温度和湿度的变化与楼宇节能有着紧密的相关性，将温湿度控制在适当的设定值精度范围内，是楼宇空调节能的有效措施。
对于楼宇的普通空调、新风区域，由于基本上是舒适性空调系统，风速、周边环境温度、湿度都影响着人对环境的感觉。在非工作时间，可能还有人工作，但负荷较小，需要对设定值再设定并可以适当放宽控制精度。这样一方面起到了节能作用，另一方面也降低了水阀的调节动作频率，提高了設备的使用寿命。
二、新风量适量控制
从健康的要求出发，楼宇内必须保证有一定的新风量，但新风量过多将增加能耗。可以实施新风量控制的措施有两种：一是在回风道上设置风道式CO2检测器，根据回风中CO2气体浓度自动调节新风风门的开启度；二是根据楼宇内人员的变动规律，采用统计学的方法，建立新风风阀控制模型，根据相应的时间确定运行程式进行程序，从而控制新风风阀，达到对新风风量的控制。
三、空调设备的最佳启停控制
通过楼宇自控系统对空调设备进行楼宇预冷、预热的最佳启停时间的计算和控制，以缩短不必要的预冷、预热的时间，达到节能的目的。同时在楼宇预冷、预热时，关闭室外新风风阀，不仅减小设备容量，而且可以减小冷却或加热新风的能量消耗。
四、不同季节模式不同工况下的设备运行
不同季节的室外温湿度、日照、风速等环境参数有一定的变化规律，楼宇自控系统需要判断当前的季节以采取不同的工况模式。
系统进入冬季模式有两个判断标准。其一是当地历史室外计算（干球）温度记录。但是由于气候变化莫测，因此建议采用另一个重要参数——室外平均气温，即连续三天室外气温平均低于5℃。同时满足以上两个条件，系统自动进入冬季模式，否则将采用与春季或者秋季过渡模式。
春季过渡模式的判断标准也是两条：当地历史室外计算（干球）温度记录；室外日平均气温达到10℃。系统进入春季过渡季节模式时，将根据时间表自动调节空调机组新风量，主要通过室外新风来保证室内舒适度。当室外最高温度超过26℃时，系统将采取秋季过渡季节的控制模式，采用夜间吹扫的办法，吹扫时间可跟据气候变化进行调节。
夏季模式的判断标准有两条：当地的历史室外计算（干球）温度记录和室外日平均气温达到15℃。这两个条件决定系统是否启动冷冻机系统，同时空调介质转为冷冻水。冷冻机系统循序启停控制和机组群控程序开始运行。当室外湿度过高时，根据特殊场所如计算机房的要求将启动除湿程序。如果目前状况只符合条件之一，系统将采用与目前时间段最接近的春季或者秋季过渡模式。
秋季过渡季节模式的判断标准为当地的历史室外（干球）温度记录和室外日平均气温达到8℃。系统进入秋季过渡季节模式，将根据时间表自动调节空调机组新风量，主要通过室外新风来保证室内舒适度。如果室外最高温度低于15℃，系统将采取春季过渡模式，取消夜间吹扫的办法。
五、节能系统能够提供的主要控制措施
1.焓值控制
对每种空气源进行全热值计算，并进行比较决策，自动选择空气源，使被冷却盘管除去的冷量或增加的热量最少，来达到所希望的冷却或加热温度。
2.设定值再设定
根据室外空气温湿度的变化，对新风机组和空调机组的送风或回风温度设定值进行再设定，使之恰好满足区域的最大需要，以将能耗降至最低。
3.负荷间隙运行
在满足舒适性要求的极限范围内，按实测温度和负荷确定循环周期与分段时间，通过固定周期性或可变周期性间隙运行某些设备来减少设备开启时间，减小能耗。
4.夜间循环程序
分别设定低温极限和高温极限，按采样温度决定是否发出“供热”或“制冷”命令，实现加热循环控制或冷却循环控制。在凉爽季节，夜间只送新风，以节约空调能耗。
5.夜间空气净化程序
采样测定室内外空气参数，并与设定值进行比较，依据能否节能的效果，发出（或不发出）净化执行命令。
6.零能量区域
设置冷却和加热两个设定值，有一个既不用冷也不用热的区域，实现空间温度在该舒适范围内不消耗冷、热能源。
7.循环启停程序
自动按时间循环启停工作泵及备用泵，维护设备。
8.例外日程序
为特殊日期如假日，提供时间例外日程序安排计划，中断标准系统处理，只运行少数必须运行的设备。
9.临时日编程
如遇特殊情况，可提前一天编制好下一天的临时日程序，只运行一些必须运行的设备。临时日程序优先于其他时间程序。
智能设计 篇12
1.1 智能电网的定义
智能电网指的是电力输配系统综合传统的和前沿的电力工程技术、复杂的感应和监控技术、信息技术和通讯技术以提高电网运行效率并支持客户端广泛的附加服务的新型电网。智能电网在广义上包括可以优先使用清洁能源的智能调度系统可以动态定价的智能计量系统以及通过调整发电、用电设备功率优化负荷平衡的智能技术系统。
1.2 智能电网的特点
智能电网的主要特征归纳为。
(1) 自愈:故障发生时, 在没有或者少量人工干预下, 利用分布式电源等设备自动进行恢复, 能够快速隔离故障、自我恢复、避免大面积停电的发生。
(2) 互动:系统运行与批发、零售电力市场实现无缝连接, 支持电力交易的有效开展, 实现资源的优化配置;同时通过市场交易更好地激励电力市场主体参与电网安全管理, 从而提升电力系统的安全运行水平。
(3) 优化:实现资产规划、建设、运行维护等全寿命周期环节的优化, 合理地安排设备的运行与检修, 提高资产的利用效率, 有效地降低运行维护成本和投资成本, 减少电网损耗。
(4) 兼容:电网能够同时适应集中发电与分散式发电模式, 实现与负荷侧的交互, 支持风电等可再生能源的接入, 扩大系统运行调节的可选资源范围, 满足电网与自然环境和谐发展。
(5) 集成:通过不断的流程优化、信息整合、实现企业管理、生产管理、调度自动化与电力市场管理业务的继承, 形成全面的辅助决策支持体系, 支撑企业管理的规范化和精细化。
1.3 智能电网与目前电网的区别
从宏观上看, 与传统电网管理运行模式相比, 智能电网是一个完整的企业级信息框架和基础设施体系, 它可以实现对电力客户、资产及运营的持续监视, 提高管理水平、工作效率、电网可靠性和服务水平。传统的电力分配方式, 类似于经济学上的计划经济, 电力资源没有被合理配置, 造成能源和财富的损失, 而智能电网将基本杜绝此类的浪费, 它会把暂时不用的电卖给其他需要电力的人, 供或需都由电力资源市场决定。从微观上看, 与传统电网相比, 智能电网进一步优化各级电网控制, 构建结构扁平化、功能模块化、系统组态化的柔性体系结构, 通过集中与分散相结合, 灵活变换网络结构、智能重组系统结构、最佳配置系统效能、优化电网服务质量, 实现与传统电网截然不同的电网构成理念和体系。
2 智能电器的概述
智能电器应当具备以下四方面的特征。
(1) 参量获取和处理数字化。智能电器所有功能的实现基于数字化的信息, 因此智能电器必须能够实时获取各种参量并加以数字化。
(2) 自我监测与诊断能力。智能电器具有自我监测与诊断能力, 它可以随时监测各种涉及设备状况和安全运行所必须的物理量并进行计算和分析。
(3) 自适应控制能力。智能电器依靠数字技术, 能够根据实际工作的环境与工况对操作过程进行自适应调节, 使得所实现的控制过程和状态是最优的。
(4) 信息交互能力。智能电器的重要特征在于它的信息能够以数字化的方式广泛而便利的进行传播与交互。
3 智能电器节电系统的设计
本次智能电器节电系统的设计主要基于居室智能节电系统。本系统处于AMI结构体系中的用户端。在用户需求的层面上组建家庭用电和宽带共享的局域网络, 通过智能电能表控制居室内的各种用电设备, 根据各个时段电价的不同, 为用户计算分析出最佳的节电策略供用户选择, 从而起到需求侧响应的作用。
本系统中的智能电能表, 是由一块液晶显示屏及其控制电路组成。它可以通过RS232串口与计算机进行实时通信。计算机向串口发送一组二进制代码, 控制液晶显示屏上的一个显示动作, 代码与显示动作一一对应, 这样就可以达到对液晶显示屏的实时控制。我们将“智能电能表”的显示界面设计成可以显示出用户的当前时段及对应的实时电价, 受控制的用电器被一一列出, 当前居室内用电器的使用状况一目了然。同时, 根据用电器的使用情况计算出当前的用电总功率, 并显示在液晶屏上, 如果总功率高于某一设定好的值, 屏幕下方会出现节电提示。液晶显示屏通过串口与计算机相连, 在“居室智能节电系统”的软件部分里, 运用串口控件向计算机串口发送指定的数据, 控制液晶屏幕上的显示。通过这个模拟的智能电能表, 可以为用户提供详细的用电信息, 使用户对居室当前的用电状态有一个全面的了解, 并且能够对用户的节电行为起到很好的激励作用。控制器主要起到作为智能电能表和室内用电设备之间联络桥梁的作用。它接受智能电能表发出的控制口令, 并将其转换成模拟或数字输出量对室内的用电设备进行控制。同时, 它也可以采集室内各用电设备的工作情况, 并将其反馈给智能电能表。这一部分主要由数字量模拟量输入输出控制器完成对各个用电电器的控制。它可以利用计算机RS232串口实时控制模拟量的输出和数字量的输出, 控制器采用特有的抗高频干扰电路, 工作稳定可靠, 其中每路模拟量输出都有过电压保护电路, 可以抗击雷击及静电冲击。工作电源为直流24V, 采用高速C8051系列单片机, 具有2路模拟量输出, 6路数字量输出。通过串口发送简单的代码就可以控制各数字量和模拟量的输出, 使用极其方便。我们在居室模型中, 选用了照明灯、落地灯、装饰灯、空调、电暖气、电视机、饮水机、组合音响这8各可控的不同功率的家用电器, 用直流电动机、发光二极管、音乐芯片等器件代表不同的用电器, 来模拟真实的家庭居室。控制器通过串口与计算机连接, 在系统中根据具体情况实时的发出指令, 指令代码通过RS232串口发送到控制器, 控制模拟量的输出电压和数字量的开通与关断, 从而达到对直流电动机、发光二极管等器件的控制, 这样可以准确的模拟出居室内的电器使用情况。
4 结语
智能电网的核心是实现对电网运行的快速响应, 提高与分布式能源的兼容能力, 从而提高整个系统的经济性、可靠性和安全性。在智能电器的支撑下, 智能电网的建设将更为便捷。
摘要：本文主要介绍了适合中国电网情况的智能电网的定义, 总结出了智能电网自愈、互动、优化、兼容、集成五大特点, 概括出了智能电网和传统电网的区别, 同时对智能电器也做了相应的介绍, 并对智能电器的节能设计进行了研究。
关键词：智能电网,智能电器,节能
参考文献
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