实验室数据采集

实验室数据采集（精选12篇）

实验室数据采集 篇1

实验室检验业务, 每天都会产生大量的原始数据, 目前主要是通过人员手工录入的方式进行原始记录、计算并整理数据, 进而形成报告原始记录和检验报告。过程中工程师会对工作站产生的数据通过U盘进行数据的传输, 过程中U盘病毒可能会随着不同机器的插拔扩散, 携带时容易挤压、摔落引起数据丢失。又因医疗器械检验的特殊性、复杂性以及差异性, 导致检验报告原始记录模板、报告模板的不确定性。综合以上因素, 实验室数据采集与数据分析生成电子检验报告功能一直未能实现。我们以热分析仪和疲劳实验作为项目研究对象, 研究原始数据的产生、传输、处理、分析、生成原始记录、报告模板等数据处理的实现。旨在将热分析仪和疲劳实验产生的原始数据进行电子化采集、传送、归档, 便于实验室对实验和仪器设备进行更好的管理, 并且为实验数据分析提供大量、完整、可靠的基础数据。从而保证实验室数据管理执行严格质量体系程序, 控制数据的准确性和唯一性, 实验室的基础信息数据搜集, 为物联网和大数据做部分技术铺垫, 为医疗器械检验领域的实验室数据管理奠定技术和行业基础。

1 技术手段

1.1 软件编写语言、开发工具和运行环境

本软件是使用Java EE语言在Oracle JDeveloper开发环境上进行编写的, 它是Oracle Fusion Middleware的一款产品, 通过支持完整的开发生命周期简化了基于Java的SOA应用程序和用户界面的开发为构建具有J2EE功能, XML和Web Services的复杂的, 多层的Java应用程序提供了一个完全集成的开发环境。它为运用Oracle数据库和应用服务器的开发人员提供特殊功能和增强性能, 是Java开发的一个强大的工具。运行环境:Red Hat Linux Enterprise 5.8。

1.2 程序界面设计

在主界面 (图1) 上有一个导入按钮, 在此可直接将试验机生成的大量CSV (Comma Separated Value, 逗号分隔值) 格式文档上传到系统中, 同时计算出最后需要的试验数据结果, 并将结果存储到数据库当中。

1.3 CSV文件数据的读取

设备产生的原始数据是通过CSV格式的文件进行的存储, 因此将数据整合到Lims系统中就必须读取CSV格式的数据并解析。CSV通常都是纯文本文件, 如果直接点选该文件, 计算机将以Excel的模式开启该文件。CSV文件是一个计算机数据文件用于执行审判和真正的组织工具, 逗号分隔的清单。常常被用于移动表格数据之间的两个不同的计算机程序, 例如关系数据库程序和电子表格程序。

Java有专门操作CSV文件的类和方法。Java开源框架csvreader提供了一个轻量级的、简单方便的统一操作接口可用。通过用read.csv读取CSV文件。对于目标表, 要求对应的字段能够接收CSV文件中对象列的数据, 这里特别需要注意的是字符串的长度, 日期时间格式和整数浮点数的处理;由于CSV文件中实际上都是字符串, 那么在导入的过程中就有可能出现不能转换的情况。例如:日期格式不符合数据库的要求, 或者字符串不能转化为整数或者浮点数等。对于目标表, 字段数目和顺序可以和CSV文件中的不一样。

1.4 数据处理

数据进行读取之后, 即可按照预先定义的规则对采集出来的数据进行计算, 将大容量数据精练出有用的信息, 实现如图2 所示效果。取代了检验工程师手动计算的环节, 不必再费力气去用计算器计算, 然后誊写到纸质记录上, 节约了检验人员的大量时间, 大大降低了计算成本和错误率。同时将计算整理出来的数据进行存储并展示, 从而有效地消除了信息孤岛和数据陈旧的问题。

数据处理之后最终需要算出扭矩[Electro Puls (0, 2) :扭矩] (N·m) 和扭转[Electro Puls (0, 2) : 转动] (deg) 。这两个数据都需要转换成整数之后, 取小数点后两位再进行操作。

采用冒泡法获取扭矩[Electro Puls (0, 2) : 扭矩] (N·m) 即绝对值最大的数。比较相邻的元素。如果第一个比第二个大, 就交换它们两个。对每一对相邻元素作同样的工作, 从开始第一对到结尾的最后一对。在这一点, 最后的元素即会是最大的数。扭转[Electro Puls (0, 2) : 转动) (deg) 数据为整个数据文档的最后一组值。图3、图4 为数据处理前后的显示形式。

2 结束语

目前已完成部分实验室数据的采集功能模块, 并集成到系统中, 它能保证实验室规范的符合性和提高实验室与所内的协同化能力。实现了数据自动获取, 并计算出扭矩[Electro Puls (0, 2) :扭矩] (N·m) 和扭转[Electro Puls (0, 2) :转动] (deg) 。替代了人工从大量数据中去计算和挑选的工作。

当然计算机也不是万能的, 它仍然是由人来控制的, 计算机是灵活的, 能自动生成相应数据;计算机是笨重的, 只有预先设置好它, 它才能按照固定的路走下去。因此还是需要我们多多静下心来, 仔细思考我们实验室数据采集的模式应该如何制定, 以便让北京市医疗器械检验所实验室管理的路走得更远更宽。

实验室数据采集 篇2

数据库原理

实验报告

实验名称：

实验 三

数据库中的数据查询及视图操作(1)班 班

级：

姓 姓

名：

学 学

号：

实验地点：

日 日

期：

一、实验目的：

1．继续熟练 SQL SERVER 2005/2008 系统或 KingBase ES V7.0 的使用； 2．掌握 SELECT 语句的使用。

3.掌握单表查询，多表查询以及嵌套查询。

二、实验内容、要求和环境：

【 实验要求】

注：将完成的实验报告重命名为：班级+学号+姓名+（实验三），（如：041540538张三（实验三）），提交到SPOC学堂。

1.实验课要携带教材、学习辅导、老师下发的实验报告文档等。

2.课前要对实验内容和步骤部分进行预习。

【实验环境】

1.SQL SERVER 2005/2008； 2.KingBase ES V7.0，人大金仓。

【实验内容和步骤】

针对实验一建立的数据库的表，用 select 语句完成如下查询操作，写出 select 语句，并给出操作结果。

1.针对 SPJ 数据库中的四个表，实现如下查询：

(1)求供应工程 J1 零件的供应商号码 SNO；(2)求供应工程 J1 零件 P1 的供应商号码 SNO；(3)求供应工程 J1 零件的供应商名 SNAME;(4)求供应工程 J1 零件 P1 的供应商名 SNAME；(5)求供应工程 J1 零件为红色的供应商号码 SNO；(6)求没有使用天津供应商生产的红色零件的工程号 JNO；(7)求至少用了供应商 S1 所供应的全部零件的工程号 JNO；(8)找出使用上海产的零件的工程名称； 2.针对学生-课程数据库中的三个表，用嵌套方法查询实现如下查询：

（1）查询选修了数据库的学生姓名。

（2）查询比计算机系 CS 所有学生年龄都大的学生信息。

（3）列出“李勇”选修的所有课程的课名和成绩。

（4）查询数据库的先行课的课程名。

3．针对实验一建立的 SPXS 数据库中的三个表，实现如下查询：

精选文档

(1)查询与商品“电视”颜色相同的商品名；(2)查询不销售商品 P2 的商店名；(3)查询至少销售商品 P1、P2 两种商品的商店名；(4)所有商店都销售的商品号。

(5)只销售一种商品P4的商店名。

三、实验结果与分析：

写出操作语句，粘贴查询结果(粘贴结果要求粘贴 SQL Server Managemet Studio 整个窗口)：

1.(1)

(2)

精选文档

(3)

精选文档

(4)

精选文档

(5)

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(6)

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(7)

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(8)

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2.(1)

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3.(1)

精选文档

(2)

精选文档

(3)

精选文档

(4)

精选文档

(5)

精选文档

四、思考题：

1.在操作中遇到什么问题？如何解决的？

第三题第二问不知道如何将在全部的 sno 中剔除当 pno=’p2’是的 sno.语句不知道怎样写出。

五、教师评语：

实验成绩：

：

教师：

（签名））

****年**月**日 日

创新活动

实验室数据采集 篇3

本报讯 8月18日，联合国与百度宣布启动战略合作，共建大数据联合实验室，这也是联合国开发计划署在全球范围内首次携手科技企业建立大数据实验室。近期，该联合实验室的研究重点是环保、健康两大领域，未来还将针对教育、灾害管理等人类发展的众多议题展开深入研究。双方还同步发布了大数据联合实验室的第一个环保解决方案——“百度回收站”轻应用测试版。用户打开最新版手机百度，直接拍摄家中的旧电视、旧电冰箱等电子垃圾，系统就会通过图像技术自动识别、显示电子垃圾类别和回收价格等信息。消费者填写相关信息后，就会有正规回收厂商上门进行回收。

未来，联合国开发计划署百度大数据联合实验室将逐步搭建一个开放的平台，以号召更多合作伙伴加入，共同探索利用技术力量推动人类可持续发展的无限可能。百度首席财务官李昕表示：“技术创新正在成为大数据时代发展关键词，成为推动全球公益的关键力量。联合实验室将以全球共同关心的重大问题作为大数据的应用目标，通过技术创新与国际合作将大数据与社会民生紧密结合，为中国乃至全球的可持续发展做出贡献。”

2014全球移动服务营收将超1万亿美元

本报讯 8月25日，调研公司ABI Research最新数据显示，今年第一季度全球移动服务营收同比增长0.58%，达到2640亿美元。ABI Research同时预计，今年全年移动服务将达到1.01万亿美元，同比增长2.9%，这主要得益于移动互联网市场的强劲增长。报告称，由于移动数据服务的普及，以及网络容量的拓展，2019年全球移动互联网营收将达到4567亿美元，占到移动服务总营收的44.7%。虽然全球移动服务营收总体呈增长趋势，但今年第一季度西欧市场营收却同比下滑5.2%。

四川大凉山希捷希望小学科技夏令营启动

本报讯 8月24日至28日，由希捷科技公司和中国青少年发展基金会共同举办的“2014四川大凉山希捷希望小学科技夏令营”活动举行。为期5天的活动旨在丰富大凉山孩子们的暑期生活，帮助他们探索大山外面的精彩，激发孩子们的科技梦想。来自凉山美姑县哈洛乡希捷希望小学和典补乡中心校的20余名师生代表参加了此次科技夏令营。希捷科技与大凉山结缘已久，至今已在凉山捐建了多所希望小学、数字图书室，以及彝族文化数字展示厅，极大地改善了孩子们的学习环境并保护了当地珍贵的民族文化。

爱普生再发高端工程投影机

本报讯 近日，爱普生宣布推出专门针对商务、教育行业定制的EB-1985WU系列高端工程投影机。据悉，此次推出的产品不仅性能突出，功能同样可圈可点。具体而言，在性能方面，EB-1985WU系列高端工程投影机不仅亮度超过4400流明，对比度更是达到10000：1，能够很好地满足实际工程的需要。而在功能方面，其不仅具备丰富的接口，还采用了Wi-Fi Miracast和Intel WiDi等先进的无线显示技术，可以方便用户更快捷地进行操作。

迪普科技解决方案服务广西民族大学

本报讯 近日，杭州迪普科技有限公司与广西民族大学在校园网链路负载均衡项目上达成合作。通过业界领先的“融、慧、管、通”校园网出口解决方案，迪普科技提升了广西民族大学业务系统的应用体验，并提高了信息网络的可用性、扩展性和易维护性，大大降低了用户的管理和维护成本。项目所采用的迪普科技ADX3000通过应用层智能调度，将网络应用按需调度和带宽管理融合，实现应用层业务流量智能牵引和优化管理。秉持“应用即网络”的技术理念，ADX3000采用独有的APP-X硬件架构，保证了设备在高性能、低时延要求的网络环境中稳定运行。

Rally Software与仁能信息展开合作

本报讯 企业级软件和服务解决方案提供商Rally Software日前宣布与上海仁能信息技术有限公司建立经销商合作关系。Rally Software 的软件方案和服务旨在协助企业提高其运营灵活性，两家公司联手将为中国的企业提供工具、服务及本地支持组合，致力于协助它们提高业务敏捷性。鉴于亚太地区对敏捷软件开发方法和相关技术的需求日增，Rally分别在中国、马来西亚、新加坡和泰国等市场积极发展合作伙伴关系，专门为客户提供成功和可持续敏捷转型所需的软件、解决方案和咨询服务。

传统应用程序开发实践将对移动应用失效

本报讯 近日，Gartner举办主题为“在移动计算时代获得成功”的客户研讨会，发布了一系列关于移动计算、移动应用等方面的最新研究成果。根据Gartner最新研究，曾经用于定义和开发桌面应用的传统方法将不再适用于移动应用开发。Gartner认为，随着企业业务部门对IT部门施加的压力越来越大，应用程序开发团队将不得不采用有别于传统应用开发方法的新的实践。

Gartner研究副总裁Van Baker表示，应用程序开发负责人需进行功能、性能、负载、用户体验测试以及敏捷开发等多方面的实践。“而在移动应用程序成熟度周期这一点上企业需认识到很重要一点是，如何设计、构建以及部署优秀的移动应用，企业需要学习的东西还很多。” Baker补充说。

余额宝兄弟招财宝面世

本报讯 8月25日，小微金融服务集团（筹）继推出余额宝之后，正式对外发布又一个互联网金融产品“招财宝”。“招财宝”是在理财用户的本金有保障的基础上，联合国内资质优良、信誉良好的40余家金融机构，为用户量身定制的一个投资理财开放平台。在此平台上，投资者可以购买到银行、基金、保险公司等金融机构发布的各类定期理财产品，以及中小企业或个人融资者发布的借款产品。该产品的核心主打功能“变现”是指用户在招财宝购买了高收益定期理财产品后，中间任何时间要用钱，都可以立即进行变现，快速获得现金使用，且原产品收益率保持不变，仅需向平台支付交易金额的千分之二的手续费，从而实现定期理财活起来的灵活体验。目前，“招财宝”平台上的理财产品，预期年化收益率在5.4%～7%，期限则为3个月～3年不等。

谷歌将收购产品设计创业公司Gecko

本报讯 谷歌将收购产品设计公司Gecko Design，以增强其研究实验室的产品设计能力。Gecko总部位于加州Los Gatos，其帮助过许多知名公司设计产品，如惠普、家具制造商赫曼米勒和智能可穿戴设备提供商Fitbit等。当前，谷歌正在开发谷歌眼镜和无人驾驶汽车等创新产品，而去年谷歌还收购了风力发电机开发商Makani Power。可以看出，今年谷歌进一步加大了对研究实验室的投资，加快了并购步伐。

京东举办2014秋冬时尚Show

本报讯 8月18日，京东服装在北京举办京东秋冬时尚Show活动。京东方面表示，京东服装以打造“精品”服装平台为目标，目前入驻京东服装的知名服饰品牌旗舰店占比达到了60%以上。此外，通过大数据技术，京东服装深度挖掘用户需求，可以为他们提供精挑细选的消费引导和搭配建议。据悉，京东服装城自2010年上线以来，历经四年发展，每年的增长速度超过百分之百。

工信部发放第三批虚拟运营牌照

本报讯 8月25日，工业和信息化部正式向6家民营企业发放了第三批移动通信转售业务试点批文。获得第三批试点批文的企业有：贵阳朗玛信息技术股份有限公司、深圳市中兴视通科技有限公司、用友移动通信技术服务有限公司、中邮世纪（北京）通信技术有限公司、北京世纪互联宽带数据中心有限公司、银盛电子支付科技有限公司。加上前两批已获牌照的19家企业，持虚拟运营商牌照的民营企业已达到25家，电信市场进一步开放。

HGST与NEC联手推出可扩充SQL服务器设备

本报讯 HGST与NEC近日携手发布一款面向Microsoft SQL Server的PCIe SSD设备。该产品基于NEC的Express 5800系列可扩展企业服务器和HGST高性能FlashMAX II PCIe服务器闪存，是一款注重性能的参考架构。与前几代解决方案相比，该设备不仅实现了性能的提升，而且还通过大幅缩减机架空间和功耗而降低了TCO。另外，该款PCIe SSD设备的计算能力是上一代4 CPU平台的两倍多，机架空间需求减少69%，功耗降低27%，并为每个服务器带来高达8.8TB的高性能闪存容量。

中国网购市场规模1.1万亿元

实验室无线数据采集系统的设计 篇4

随着射频技术、微电子技术及集成电路的发展,无线通信技术应用深入各领域,数据采集领域中引入无线通信技术,可以解决某些如高腐蚀性、现场无法实现明线连接等环境的数据采集问题,克服有线网络布线麻烦和维护困难,提高采集系统的适应性。蓝牙(BLE)4.0作为一种新兴的无线数据通信技术,主要具有以下特点:工作在2.4GHz的ISM频段,极低的运行和待机功耗;使用1Mb/s速率以达到最大限制带宽;AES-128加密等[1,2]。本文基于蓝牙4.0实现实验室无线信息采集。

1 系统硬件设计

1.1 系统构成和工作原理

系统由数据采集器、BLE终端节点、BLE协调器节点、上位机等部件构成,采用BLE4.0的无线数据传输技术,把采集到的数据收集到一个BLE协调器中,并由上位机实现对数据的显示和处理,系统的整体结构如图1所示。其中数据采集终端主要完成电流、温度、湿度等参数的采集;BLE终端节点主要完成从数据采集终端接收数据,并通过无线通信方式发送接收的数据,或者接收BLE协调器节点发送的控制命令进行操控;BLE协调器节点是整个网络的发起者,管理整个网络的规模,存储有BLE网络中各个节点的信息。担当BLE网络中的协调器的角色,主要任务就是组建和维护一个网络,收集BLE网络中各个节点发出的信息,通过RS232接口把数据传到上位机;上位机接收BLE协调器节点传来的信息,并处理和显示数据。

1.2 协调器与终端器节点电路设计

终端节点电路主要有数据采集电路、数据处理单元电路、信号指示电路、无线传输模块接口电路、按键电路、继电器控制电路及供电电路等。原理图如图2所示,数据采集电路要采集的信息含实验室负载电流、环境信息(温度、湿度等)及烟雾浓度信息。系统由霍尔传感器采集负载电流、温度传感器DS18B20采集环境温度信息、湿度传感器DHT11采集环境湿度信息、烟雾传感器采集烟雾浓度信息;数据处理单元电路以STC12C25A60S2为核心进行数据处理,图中R9、C4构成处理器复位电路,由X1、C4、C5决定系统时钟电路,P1、P2为设计无线传输模块与处理器的电路连接端口,实现处理器与无线收发模块CC2540无线数据传输。其中P1.0、P1.4和P1.1口用于指示网络状态;Q1为继电器控制电路,主要用来控制实验室供电和门禁系统。当实验室门禁授权后,处理器给三极管一个低电平信号,继电器吸合,给实验室供电。当实验室内出现异常情况时(如电流过大、有烟雾等),处理器给三极管一高电平,继电器释放,切断实验室供电。协调器节点电路去除数据采集模块,增加RS232串口转换电路,采用MAX223双通道转换芯,MAX223的R1OUT引脚接CC2540的P0.2引脚,T1IN引脚接CC2540的P0.3引脚,通过它实现PC绑定数据、用户数据命令、节点信息及网络信息数据等数据或命令的传输,从而形成节点应用软件平台与协调器节点上位机软件平台之间的接口。在系统中,5V为STC12C5A60S2提供电源,3.3V为CC2540无线数据传输电路提供电源,电源系统由三端线性稳压器U1、U2构成[3,4]。

1.3 无线传输模块电路设计

由于CC2540将8051内核与无线收发模块集成到一个芯片当中,因而简化了电路的设计,省去了对单片机与无线收发芯片之间接口电路的设计[5]。该电路设计原理图如图3所示。该原理图主要包括3.3V电源滤波电路、芯片晶振电路、天线电路、入网指示电路及复位电路6部分。接口电路由CC2540的I/O引出,增加无线模块的通用性;为得到更好的电源性能,电源滤波电路选择了合适的去耦电容对电源进行滤波,该部分电路参考TI公司滤波电容组设计[6,7];CC2540工作需要两个时钟晶振,第一个为32MHz,为无线收发时钟;第二个为32.068KHz,为休眠模式提供时钟。C17和C18为32MHz晶振的负载点电容,电容值取决于负载电容的大小。C17和C18的典型值为12pF[7]。电路中采用非平衡天线加上一个非平衡变压器构成一个天线电路。由上拉电阻和按键组成,实现低电平复位。

2 系统软件设计

软件是功能得以实现的关键,软件设计包含传感器数据的采集、终端节点数据收发、协调器节点数据收发、及上位机数据实时显示与数据管理等。

2.1 协调器与终端器软件设计

协调器与终端器软件的软件设计按模块化的设计思想来实现,采用语言编程,在IAR集成开发环境中完成,主要有信息采集、终端器无线发送、协调器无线收发等软件设计,其流程如图4、图5及图6所示。

图5终端器无线发送软件流程图 (参见下页)

图6协调器软件流程 (参见下页)

2.2 上位机管理界面软件设计

上位机主要实现以下功能:1)通过RS232串口通信完成与外设的通信;2)数据实时显示;3)数据管理的实现。考虑到上位机软件的通用性及可操作性,上位机软件采用方便快捷的LabVIEW编写管理程序。LabVIEW由美国NI公司研制开发,LabVIEW使用的是图形化编辑语言G编写程序,产生的程序是框图的形式[8,9]。在LabVIEW开发环境下,对采集到的数据进行数据显示等功能,使整个系统的功能更加完善。和其他编程语言一样,在LabVIEW中也存在子程序的概念,在LabVIEW中的子程序被称作子VI。将整个程序划分为若干模块,每个模块用一个或者几个子VI实现,易于程序的编写和维护;子VI可以代码复用。管理界面软件程序框图如图7所示,表1给出了本系统用到的几个通信模块的基本属性的描述。

3 系统测试

系统测试时用3块BLE模块和一个作为协调器节点组建无线网络。用串口调试工具查看当前的组网信息。当节点设置好后,开始先查看终端器发出的信息,图8示出了运行结果,显示当前温度、当前湿度与当前电流。测试表明本系统运行良好,无线网络通信成功。

4 结束语

文中采用射频芯片CC2540和微处理STC12C25A60S2设计了数据信息采集系统,实现了工作频率为2.4GHz的适合BLE协议的无线数据传输。结合硬件电路的特点和系统的功能要求,编写了整个系统软件。本系统操作界面简便、清晰,具有良好的人机操作界面。但节点非法侵入、信息破坏的安全问题及构成较为复杂的网络拓扑结构研究仍有很多新的挑战。

摘要：文章以射频芯片CC2540为核心,构建一个低功耗、低时延的无线数据通信网络,将实验室负载工作电流、温度、湿度等物理量实时传送到上位机。文中给出了系统硬件电路及上、下位机软件设计。测试表明系统数据传输稳定、准确,设计方案有效、可行。

数据库实验报告(实验六) 篇5

六

SQL语言数据查询语言DQL

一、实验内容

了解SQL语言的SELECT语句对数据的查询，学会在Navicat for MySQL中用SELECT语句对表中的数据进行简单查询、连接查询、嵌套查询和组合查询。

启动Navicat for MySQL，用SELECT语句进行简单查询操作，具体实验步骤如下：（实验步骤里的内容）

1启动Navicat for MySQL，登录到本地数据库服务器后，连接到test数据库上。用Create Table建立Student表、Course表和Choose表：

2.用INSERT语句分别向Student表中插入3个元组、Course表中插入3个元组、Choose表中插入7个元组：

3.用SELECT语句，查询计算机学院学生的学号和姓名。

4.用SELECT语句的between„and„表示查询条件，查询年龄在20~23岁的学生信息。

5.用SELECT语句的COUNT()聚集函数，统计Student表中学生总人数。

6.分别用SELECT语句的max()、min()、sum()、avg()四个聚集函数，计算Choose表中C1课程的最高分、最低分、总分、平均分。

7.用SELECT语句对空值(NULL)的判断条件，查询Course表中先修课称编号为空值的课程编号和课程名称。

8.用SELECT语句的连接查询，查询学生的学号、姓名、选修的课程名及成绩。

9.用SELECT的存在量词EXISTS，查询与“张三”在同一个学院学习的学生信息。

10.用SELECT语句的嵌套查询，查询选修C1课程的成绩低于“张三”的学生的学号和成绩。

11.用SELECT语句的组合查询(UNION)，查询选修了C1课程或者选修了C3课程的学生学号。

12.用SELECT语句的组合查询(UNION)与DISTINCT短语，查询选修了C1课程或者选修了C3课程的学生学号，并取消重复的数据。

二、遇到的问题及解决

该实验中，由于对SQL中语句的不熟悉，多次导致了输入错误，得不到实验结果，对存在量词EXISTS陌生，不熟悉，导致实验步骤中的13小题无法根据题目要求完成，要对书本上的知识加以熟悉。

三、心得体会

实验室数据采集 篇6

关键词 PASCO数据采集器；探究性学习；磁场

中图分类号：G424.31 文献标识码：A文章编号：1671-489X（2007）12－0048-02

Application Data-logger Carries on Physical Experiment Zetetic Study//Yu Jianmin，Zhang Yuanfu，Zhong Jiansong

Abstract This article introduced carries on the physical zetetic experiment using the PASCO data-logger. Through to mobile phone around magnetic field survey, exposition use data-logger in physical zetetic study obvious superiority：The technology content is high, the real-time gathering data, the experiment consumes when short, can strengthen student's perceptual knowledge and the direct-viewing understanding, and may carry on many kinds of analyses using the software to the data, the space which the development inquired into.

Key words PASCO data-logger；zetetic study；magnetic field

Author’s address College of Science, Jiujiang University,Jiujiang, Jiangxi 332005

物理学是一门实验科学，它教导学生主动参与交流、合作、探究等多种学习活动，而探究学习与探究实验是教育技术、教育观念和教学方法相结合的创新，实验则是物理探究性学习的有效方式。传统的物理实验存在一些不足，如实验过程繁琐，实验数据处理复杂，特别是一些微小变化和暂态过程很难被显示或测量。应用PASCO数据采集器实验系统则可以大大弥补上述不足，它可以使物理实验更直观简单。本文试图通过对手机周围磁场的测量实验来说明上述问题。

1 PASCO数据采集器系统

PASCO产品提供物理、化学、生物、科学、环境、工程实验等课程使用的传感器、数据采集器接口和支撑软件配套，构成基于计算机和网络应用的新一代数字化实验系统的整体解决方案。PASCO探究实验系统主要包含传感器、数据采集器接口、配套软件。探究实验系统是使用计算机实时采集、存储、显示数据，并进行分析的硬件、软件和课程的组合。传感器接到数据采集器接口中，通过USB和计算机相联。PASC0的图形数据采集器，既可以作为接口和计算机相联，又是一个功能很强的计算机，可单独使用。

与传统实验手段相比，应用数据采集器进行物理实验测量有着明显的优越性。应用数据采集器与计算机结合能提高实验的测量精度，实现测量数据和实验结果的自动输出，消除传统实验仪器多次采样造成的误差；在表现微小变化和显示暂态过程一类的物理实验方面，由于数据采集器的采样频率和灵敏度高，可以在电脑屏上实现实验数据的同步显示数据，并能自动进行数据处理及绘出图像。同时，由于PASCO的测量设备可移动性强，可以被方便地带到户外开展探究性学习活动，探索物理规律。

用该系统做实验，能使实验操作简单，既可做定量实验，也可做定性演示。数据采集器真实记录实验数据，学生能立即看到实验结果，花较少的时间记录和处理数据，且有更多的时间探究实验过程并检测物理概念，拓宽探究的空间。

2 实验：手机电磁周围磁场的测量

通过应用PASCO数据采集器与计算机结合，笔者进行手机周围磁场测量的物理探究性学习。

（1）主要实验仪器：PASCO500数据采集器、磁场传感器、计算机、手机。

（2）实验目的：在手机附近的不同位置探测其通话过程的电磁周围磁场强度，了解在手机不同状态下，手机天线附近磁场的变化状况。

（3）实验测量数据见图1、图2。

3 结论分析

图2中测量的是一类手机天线附近的磁场在不同状态下的实际情况。以空间磁场为0（作为较准磁场），分别测量出手机在待机状态、来电未接状态、拨打对方未接状态及通话状态等情况下手机天线附近的磁场强弱变化情况。从测量的结果可以很好地了解手机天线附近的磁场在由待机状态到通话状态的变化过程。这个过程如果利用传统的测量手段是很难观测到的，因为变化时间非常短。而利用PASCO数据采集系统，使得整个测量过程简便直观，省时而效果良好。

实验室数据采集 篇7

数据新闻 是基于数据的获取、挖掘、分析、叙事并进行可视化呈现的新闻报道方式,其核心是用数据来报道新闻。当提取的数据跟内容主题不吻合时,这个数据可视化的呈现是无效的;当选用的一套数据难以构成跟主题相符的完整叙事逻辑时,这个数据新闻报道是生硬的。要让一个数据新闻产品能真正实现让用户简明易懂地通过数据获取新闻,引用数据的规范和数据表达的逻辑主题的统一,是重要的一环。

一、数据的选择要权威,图例图注的呈现要准确

数据新闻可视化需要用大量数据来解读新闻和传达观点,作为严肃的新闻报道,被引用的数据必须注明出处,且来源需要权威可靠。一般来说,政府部门是权威数据的主要来源,如果数据来源于社会调查机构,则需要考量它的影响力和样本量等是否值得引用。

网易新媒体实验室一开始在制作数据可视化专题《PX项目在中国》时,并没有给每个数据都添加来源,只是突出展示了重要数据来佐证观点。比如在展现“PX项目在中国的地理分布”时,对“无公开投产年份”“和未见相关批复”的城市没有进行标注,事实上造成了某些信息的缺失和整体逻辑表达的不完整。同时,不同跨度的年份进行等比的年份绘制,属于信息呈现不对称。我们在进行第二版制作时,针对这些问题进行了修改。就效果而言,相对于直接铺开重点数据信息,完整和严谨的信息更容易凸显数据趋势,且这样的趋势不是“编辑去告诉用户的”而是通过严谨数据“用户自行感受和判断的”。

相反,非权威性的数据或者数据比例展示不当、数据单位缺失会带来用户对新闻观点真实性的怀疑。

二、数据的选用尽量新近,且跟叙事主题统一

新闻强调时效性,新近且全面的数据在表现上更具说服力。同时,我们在选用数据时尤其注意数据的时效与叙事主题的统一。在数据可视化专题《失衡的中国网费与网速》中,我们引用了中国工信部网站、《中国互联网络发展状况统计报告》的数据,选用了截止到2014年的全国各省网民人数、网民增速和网民普及率,信息量大且新,能更好地说明目前中国各省区互联网人口规模、网民普及率和增速的现状。

除了最近一年度的数据能更好地描绘最新情况外,我们也从报告中去掉了“移动电话使用人数分布”、“手机网民的分布”等与这一页的叙事主题关系度很弱的数据信息,仅保留为“规模”、“普及率”、“增速”的各省分布相关的数据,与这一幅图想传达的“在沿海省市,网民人口比例超6成,增速加快”的主题相吻合。

三、多组数据构建成一个图,需分别标明来源

在搜集数据的过程中,我们最先找到的是各类数量大、内容杂的初始数据,这时就要进行“数据清洗”,即从不同来源的数据中抽取我们需要的部分,进行统计分析,重新整合为一组新的多重维度的数据。这样构成的多维度图表,综合了不同衡量标准下的数据,体现出新的关联。相应的,每组数据都需要在图中分别标明来源和时间。

数据可视化专题《PX项目在中国》中,网易新媒体实验室用三个维度的数据共同展示PX产能较高的省份与年产能、投产时间的关系。左侧将省份按照“GDP”从高到低排序,中间按照“PX年产能”从大到小排序,右侧则是按“投产年份”从早到晚排序,中间饼图是该省多个PX项目的产能分布。这三个维度的数据,其来源和呈现信息的角度都是不同的,所以网易新媒体实验室在标注上特别注明GDP的截止年限,年产能的定义,年份上若“无公开投产时间”亦加以标注,确保多维度的数据呈现时也能保证每个数据有据可考、信息准确。

四、数据的叙事层次推进,符合主题逻辑演绎

数据新闻要求编辑将新闻思维和数据的良好使用相结合,用数据为受众诠释新闻、叙述这组数据的新意义。就H5形态的数据新闻可视化专题而言,每一页中数据所传达的信息,必定要和每页想要表达的观点所吻合。整体上,各部分的数据逻辑推进也要和观点逻辑推进保持相一致。

比如,在“PX世界产能过剩,中国供不应求”这个小标题下,我们挑选了多维度数据来支撑想表达的小标题逻辑,数据所展现的直观趋势和小观点相吻合。用户可以一目了然的看到,从2009年到2013年,PX的产量折线逐年递增,PX的需求量折线递增趋势明显,而中国的PX自给率却是在逐年下降。即使没看到标题,用户根据数据也可轻易理解到“中国PX供不应求”这个层面。

在数据可视化专题《失衡的中国网费与网速》中,我们把每页的小观点抽离出来放在一起,也可以看到完整的逻辑演绎。

封面是“ 失衡的中国 网费和网速”,内文的逻辑呈现包括以 下六点 :1 . 中国网速 落后世界,仅上海一地略高于世界平 均水平 ;2 . 网费遥遥 领先他国,宽带资费占人均GDP比重大;3.接受高网费低网速的中国网民规模10年间不断扩大;4.尤其在沿海省市 , 网民人口 比例已超6成,增速加快;5.与规模化递增的网络人 口相反 ,通信基建增速放缓;6.总理注意到这个问题,工信部承诺大幅提网速降网费。

叙事逻辑 从中国网速 落后世界 切入,谈到网费却领先他国。继而提到中国庞大的网民人口、普及率和增速,说明网络几成生活必需品,网速和资费对每个中国人都息息相关。接着延伸至通信基建的行业的发展现状,称与规模化递增的网络人口不协调的是通信基建增速放缓。最后落在新闻李克强总理注意到网速、网费和通信基建相对落后的问题后,工信部承诺大幅提网速降网费的新闻。整个数据新闻产品的逻辑结构,也是一个新闻专题的报道逻辑。

五、颜色、形状、大小的不同区分多维度逻辑

为了保证信息量和逻辑顺畅,数据可视化专题往往要在有限的空间内同时呈现多维度信息。网易新媒体实验室在数据新闻可视化的尝试中,把单一的时间、人数、速度、高度、面积等数据维度,进行重新组合和叠加,生成一个具有多维度信息的图表。这就要求新闻编辑用不同的方式帮助用户理清维度,清楚明了地划分数据信息。除了用文字区分,颜色和图例是我们常用的区分复杂多维逻辑关系的方式。

比如,在“PX项目纠纷发生时间与当地人均GDP、城市人口关系图”这页中,我们用圆圈的大小表示“PX项目纠纷地人口多少”,用圆圈的不同颜色对应图例中不同的“PX项目纠纷处理结果”。同时增加传统坐标轴,纵坐标用人均GDP数值来体现城市的经济发展水平,横坐标说明各次纠纷发生的时间。整张图看下来,用户先注意到色块内的城市,然后即可顺着坐标轴、颜色、图例了解到纠纷时间、纠纷地发展水平、纠纷处理结果等信息。看起来直观且有延伸性。

同样,在专题《失衡的中国网费与网速》中,表现近年中国网民规模趋势时也用到了类似的方法。(如图)

六、数据展示的主要信息或趋势需和主题吻合

不论是偏向内容呈现的信息可视化还是专注数据逻辑演绎的数据可视化,呈现给用户的内容都要和整个新闻产品想要传达的核心观点相吻合。在封面这一留给用户“第一印象”的重要地方,简洁有力的体现出主题和暗喻想表达内容的可视化设计亦十分重要。

比如专题 《中国十 年撤侨路 》在封面就体现出中国和历年撤侨国家的联系,专题《失衡的中国网费与网速》的封面用天平的形式表现出网费和网速不平衡的现状,让用户对主题一目了然。

实验室数据采集 篇8

2012年,莫言获得诺贝尔文学奖,他是有史以来首位获得诺贝尔文学奖的中国籍作家。2013年12月诺贝尔颁奖典礼前后,财新数据可视化实验室推出数据新闻,向一百年来的七百多位获奖者致敬。

如今,越来越多的中国媒体和中国人关注诺贝尔,而要了解诺贝尔的历史,财新网的这张《百年诺奖》数据可视化动态图一目了然。而且在此专题出品一年后,细心地加上了2014诺贝尔奖的信息。可视化设计师任远说,这个专题会常年更新下去。

这个项目 从数据分 析——视觉 通道——视觉结构——视觉设计,经过多次迭代的方式,最终得到较满意的设计。跟着可视化设计师任远的思路,图解设计过程:

一、数据分析

在分析了诺贝尔的原始数据以后,决定以时间线为导向,分别展示各年份的数据:

(1)该年各奖项获奖比例;

(2)该年各国各奖项获奖比例;

(3)该年各国按获奖年龄分布的获奖人,获奖人的数据包含:照片,名字,英文名,性别,获奖年龄,国家,奖项类别。

为获奖人的属性分配可视化的“视觉通道”:

(1)获奖年龄:位置;

(2)国家:位置;

(3)奖项类别:颜色;

(4)其他的数据信息:边栏。

二、视觉结构设计

由获奖年龄、国家、奖项类别的视觉通道:位置、颜色,可以确定用散点图的结构会比较直观。由于国家的列表项有40多个,用横向和纵向的散点图会超出界面边界,所以把散点图折成了圆形来表现。半径表示获奖年龄,对应圆心的角度表示国家,颜色表示奖项类别。再加一层时间轴就构成了基本的数据图(见图1)。

可以看到用圆形表示散点图,越靠近圆心等分的面积越小,比较受限制,可读性和视觉效果也不佳。所以将圆形变成了环形的散点图(见图2)。

三、权衡视觉设计、交互设计、用户体验

这样一来,数据图不论是在视觉和可读性上,都有了提高。可是问题又出现了,时间轴放在最里面,用户操作起来很不方便。因为还需要一个可以精确点选到从1900-2013年的某一年的功能。于是在接下来的几天尝试了另外几种解决方案。

根据之前的数据图,拓扑出来了6个方案(见图3),但都有各自的优缺点,始终不能达到权衡视觉设计、交互设计、用户体验的最完美状态。最后选择了两个比较接近的设计,第一个和第五个。然后,加入“各国各奖项获奖比例”继续往下设计。

最终选择了“图4”中的第二个方案。

四、环形文字的可读性处理

前面的图中文字在环形排列时会有反转的情况,可读性不高。在尝试左右反转的方式后,最终又改为另一种方式:将环形用“X”分为上下左右4个部分,上下用竖排文字,左右用横排文字,文字的排列遵循从左到右和从上到下。这种方式很适合中文字体,因为中文字体基本上都是显方形的,在元素细节构图上会比较好看。如果是英文字体的话可能不太美观,英文字体大多为长方形,所以竖排的文字会显的扁一些(见图5)。

五、真实的数据往往会有“缺陷”

诺贝尔的数据在“1900”和“1940-1942”两个年份段有空缺,时间在变化的时候,数据图右侧会出现两次人物列表空白。而两个年代,第一次是在开始时间1900年,第二次是在二战期间19401942年。

为了画面元素平衡,开始时,使用诺贝尔头像和文字标题替代右侧的空白处;二战期间,用坦克和文字标题替代右侧的空白处;都用插画风格来表现,和左侧的环形数据图相应和。插画用少面积的蓝色填充,达到画面色彩平衡。

六、整体和局部展示

整个诺贝尔可视化的过程都是展示单个年份,没有一个整体呈现的过程。所以在一开始的时候加了一个整体概况分布。

对美国国家实验室基于数据的素描 篇9

为满足国家某些特殊的且现有政府或承包人的资源不能有效完成的长期研究或开发需求,根据《联邦采购条例》,美国政府创建了“联邦政府资助的研究与开发中心”(Federally Funded Research and Development Center,FFRDC),使得联邦机构可以利用私人部门的资源来完成其部门使命[1]。这些联邦研发中心可以从广义的角度理解为美国的“国家实验室”(National Lab),它们以自治组织的形式存在,其运营与管理由大学或大学联盟、非营利组织或企业公司负责,但又有如国防部、国土安全部、能源部等相关的政府部门负责其宏观管理与指导。根据2014年3月美国国家科学基金委(National Science Foundation,NSF)公布的联邦研发中心名单,由能源部(Department of Energy,DOE)主管的最多,为16个(1),占总数的40%,其年度科研经费占所有研发中心的70%以上[2]。可以认为能源部主管的联邦研发中心就是美国国家实验室的代表。能源部对其所主管的国家实验室划定了3项目标:第一,完成需要大量科技投入,且通常在安保、安全、项目管理、运营挑战等方面极具复杂性的国家长远使命;第二,打造学术界与企业界所没有的唯一的科研能力,为整个科技共同体提供服务;第三,培养并保持由政府认定并亟需的关键科技能力[3]。

随着我国国家实验室建设的逐步推进,国家实验室也日益受到学界的关注,实际上不论是在我国的国家实验室出现之前或之后,也都一直有学者在关注并向国内介绍美国的国家实验室,然而其中关于美国国家实验室的各种数据或由于年代“久远”而没有得到及时更新,或由于“考据”不严而略有出入,在一定程度上会影响到我们对美国国家实验室的准确认知。本文的出发点就是想尽可能地利用能够找到的相关资料,尝试对现有数据进行适当的更新与补充,以便让我们对有关美国国家实验室科学研究的人力资源、经费来源、经费支出、核心能力与管理运营等方面的认识更加真实和全面,同时也尝试通过对相关数据的简要分析,寻求对我国国家实验室开展科学研究与完善管理运行的借鉴。

2 数据来源

在美国能源部主管的16个国家实验室中有10个由科学办公室(Office of Science,SC)主管,它们在研究能力、人员构成、经费来源与管理方式等方面都可以代表能源部主管的国家实验室,因此本文主要选取这10个国家实验室相关数据进行相关的统计与分析。本文中的所有数据,如无特别说明,均为2012财年的数据,其中科研经费的统计单位为“百万美元”。

3 研究内容

以下将从基本情况、人员构成、研发经费来源与支出、核心科研能力、部分科研成果等方面对美国科学办公室主管的10个国家实验室进行数据的描述与简要分析。

3.1 基本情况

美国联邦研发机构的管理是相关政府部门主管与承包人代管相结合的“委托-代理”模式,而对于能源部所属的国家实验室而言,其采用的专门形式被称作“管理与运营合同”(Management and Operating Contract,MOC)模式,因此这些实验室也被称为“政府拥有,承包人运营的实验室”(Government-Owned,Contractor-operated,GOCO)。表1是对10个国家实验室的管理与运营承包人及其类型、实验室名称及其类型等基本数据的整理。

注:数据来源于能源部及各实验室官方网站

(1)代管单位。联邦研发机构的代管单位主要有3种类型,即大学、企业与非营利组织,10个国家实验室的代管单位没有企业,其中的7个由大学如加州大学(University of California),或由大学为国家实验室的管理与运营而专门成立的独立法人实体如芝加哥大学阿贡有限责任公司(UChicago Argonne LLC)代管;其中的3个由非营利组织如拜特尔纪念研究院(Battelle Memorial Institute)代管。

(2)实验室类型。根据实验室所开展的科学研究所涉及的领域,可以将它们分为单项目实验室与多项目实验室两类,10个实验室中4个是单项目实验室,6个是多项目实验室。然而,阿姆斯实验室(Ames Laboratory,AMES)近年来在从传统的以材料科学为主向分子科学、计算科学等领域拓展,因此它已经不再是传统意义上的单项目实验室。而斯坦福直线加速器国家实验室(SLAC National Accelerator Laboratory,SLAC)虽然是多项目实验室,但它从成立之初就是主要关注粒子物理与加速器,后来逐渐拓展到材料、化学、分子等领域,但其体量却仍不能与其它大型的多项目实验室相比,处于单项目实验室与多项目实验室之间的水平。这两个实验室在其所属类型方面的特殊性在以下数据统计中都会有相应的体现。

3.2 人员构成

首先需要明确的一点是国家实验室中的科研人员并不是联邦政府的雇员,他们在组织关系上属于各实验室的承包人,但其特殊之处在于为了防止由于承包人更迭而影响到长期性、战略性研究的连续性,能源部负责所有科研人员的养老保险与医疗保险[4]。从表2中可以看到各实验室的人员构成中,除了全职与兼职的研究人员,还有大量的博士后研究人员、研究生、本科生、访问学者等。

人

注:数据来源于能源部科学办公室10个国家实验室2013财年战略规划[5]

实验室的研究与开发工作固然基本是由其全职雇员完成,但60多年来,能源部及其前身一直致力于为科学家、数学家、工程师提供培训与支持,主要措施就是在大学与其所属的国家实验室中为本科生、研究生、博士后研究人员提供各种研发资助与奖励。在科学办公室,此类事务由“教师与科学家培养”项目办公室(Workforce Development for Teachers and Scientists,WDTS)负责[6],这其中包括:为有志于进入科学、技术、工程与数学领域的本科生提供短期实习机会的“科学本科生实验室短期实习项目”(Science Undergraduate Laboratory Internships,SULI);旨在鼓励社区学院学生未来进入技术领域工作并为他们提供技术培训的“社区学院短期实习项目”(Community College Internships,CCI);旨在培养下一代科学与技术人才,为优秀研究生提供的为期三年的在物理、化学、生物、数学等学科的基础研究培训的“研究生奖学金项目”(Graduate Fellowship Program,SCGF);旨在提升传统弱势高校教师科研竞争力的“客座教师项目”(Visiting Faculty Program,VFP)。这些教师与实验室的研究人员就共同感兴趣的项目进行合作,并可以带两名学生(其中至少一名研究生)参加。各实验室的科研项目与科研设施一般都对外开放,因此每年有来自全国乃至全球各地的科学家到实验室开展合作研究项目,或利用实验室的研究设施完成自己的研究项目。

3.3 科研经费收支

表3所列示的是美国科学办公室各国家实验室2012财年的科研经费情况。

注:数据来源于国家科学基金委公布的联邦研发机构2012财年经费支出报告[2]

3.3.1 科研经费来源

联邦研发机构的经费来源涉及联邦政府、地方政府、企业、非营利组织等部门,但明显的以联邦政府拨款为主。根据表2的数据,联邦政府拨款占各实验室科研总经费的比例都在92%以上,联邦经费占所有实验室经费的比例达到96%以上。

联邦政府拨款的多少与实验室之间承包人的类型没有直接的联系,即由大学代管的实验室与由非营利组织代管的实验室在联邦经费所占的比例上并没有显著的差别,但却与实验室的类型相关,即单项目实验室由于涉及科研领域比较单一,从地方政府等其他部门获取的经费相对较少,其科研经费主要来自联邦政府,联邦经费占所有经费的比例达到99.23%。如前所述的AMES与SLAC的特殊情况,作为单项目实验室的AMES所获取的联邦经费比例稍低于同类型实验室,而作为多项目实验室的SLAC所获取的联邦经费比例则稍高于同类型实验室。此外,除联邦政府拨款的其它经费的一半以上投入到了阿贡国家实验室(Argonne National Laboratory,ANL)与劳伦斯伯克利国家实验室(Lawrence Berkeley National Laboratory,LBNL)。

3.3.2 科研经费支出

根据研究与开发工作的对象与目标,一般将它们分为基础研究、应用研究和发展研究三大类,基础研究提供理论基础,应用研究将基础研究的成果转化为实用技术,发展研究则把应用研究的成果付诸生产与实践。表2列示了10个国家实验室科研经费在3个方向的使用情况:(1)各实验室基本都以基础研究为主,只有太平洋西北国家实验室(Pacific Northwest National Laboratory,PNNL)以发展研究为主,这是因为PNNL主要致力于解决国家所面临的技术挑战,并通过商业化让技术与知识发挥最大的价值与影响[7]。(2)与经费来源的情况相似,各实验室科研经费的使用主要与实验室的类型相关,单项目实验室基本都从事基础研究,其中3个完全从事基础研究。(3)经费去向与实验室承包人之间的相关性开始呈现,3个由非营利组织承包的实验室所完成的应用与发展研究占10个实验室总和的比例都超过了70%。(4)AMES与SLAC的特殊情况继续体现,前者作为单项目实验室,涉及了一些应用研究与少许发展研究;后者作为多项目实验室却完全从事基础研究。

3.4 核心科研能力

经过多年的建设与发展,单项目实验室或秉持其成立之初的关注点,如加速器科学或聚变能源科学,或向多项目实验室演进,如SLAC在直线加速器的基础上向化学、材料科学拓展;多项目实验室在面向较多研究领域的同时也在打造其最为基础与核心的科研能力。各国家实验室在保证完成传统的国家安全、能源、环境科学与技术等使命的同时,也有着各自清晰的专长[8]。在《国家实验室战略规划:2013财年》中,科学办公室结合各实验室的历史,并考虑国家的现实与未来需求,根据包含大量的研究设施与/或研究团队组合、拥有唯一或世界一流的要素、与能源部/国家核安全管理委员会/国土安全部的使命相关等3条标准划定了构成10个国家实验室科学与技术根基的17项核心能力[5]。

科学办公室划定的核心科研能力为表4中所列示的17项。从纵向看,17项能力的分布与实验室类型的关系是很明显的,单项目实验室的核心科研能力都在2~4项之内,多项目实验室除SLAC以外则都在10项以上,其中的LBNL和柳树岭国家实验室(Oak Ridge National Laboratory,ORNL)的核心能力基本覆盖了划定的17项;从横向看,除大规模用户设施实际上不是严格的科研能力之外,其余的16项主要涉及物理、化学、数学、材料、核能、计算机等领域,其中加速器科学、化学与分子科学是最受关注的领域,有7个实验室都将其列为核心能力,其次是凝聚态物质与材料科学、应用核科学与技术、应用材料与工程,是6个实验室关注的重点。纵向的分析有助于了解10个实验室之间相对的科研实力,横向的分析则有助于了解10个实验室重点关注的研究领域。

注:数据来源于能源部科学办公室10个国家实验室2013财年战略规划[5]

3.5 代表性科研成果

通过上述四个方面,我们对美国科学办公室国家实验室的人员构成、科研经费、科研能力等有了一个基本的了解,以下将从科研论文、科研奖项中选取几项常见的指标对各实验室的科研成果作一个简单的梳理,以帮助我们了解各实验室以上述几方面为基础所产出的科研成果。

注:数据来源于Web of Science检索数据库与科学办公室官方网站

“R&D 100奖”是美国《R&D》杂志每年评选的上一年度最具创新性的科学与技术思想或产品,受到全美学术界、企业界以及政府部门的公认[9],文中涉及的区间为2004—2013年。10个国家实验室10年来获得诺贝尔奖11人次,获得R&D 100奖176次,其中ANL、BNL与LBNL各有3人次获得诺贝尔奖,ORNL则产出了最多的R&D 100奖,占总数的36%。ESI(Essential Science Indicators)数据库统计全世界各国家或地区、科研机构、科学家的最近10年的论文与引文数据,10个国家实验室10年被ESI收录的所有论文的篇均被引次数为21.63,高于能源部的20.41,其中SLAC最高,为32.25;产出的高被引论文平均比例为3.95%,高于能源部的3.53%,其中费米国家加速器实验室(Fermi National Accelerator Laboratory,FNAL)最高,为6.45%(2)。

4 借鉴与启示

通过能够获取到的数据与信息,选取美国能源部科学办公室主管的10个国家实验室为美国联邦研发机构的代表,从科研人员、科研经费、科研能力与代表性科研成果等方面对它们作了一个“数据素描”。一方面,固然有助于加深我们对美国国家实验室及整个联邦研发体系的认识与了解,但更为重要的是透过表面的数据描述,窥见美国国家实验室管理与运营模式中种种指向(且真正实现了)提升科研绩效与竞争力的做法,从而启发我国探索国家实验室科学研究与管理运行的思考。

4.1 政府拨款为主的经费来源

分析美国10个国家实验室的经费来源与构成能够看出,这些实验室之所以能够长期承担国家的重大战略性科研项目,一个重要原因就是稳定的政府拨款。联邦研究与开发中心成立的初衷就是从事企业界、高校、非营利组织等部门或不能承担或不愿承担的,但又是国家战略需要的研究与开发工作,因此绝对多数的政府经费投入是必须的保证,而这与实验室由什么单位代管没有必然的联系。以我国武汉光电国家实验室为例,实验室科研经费处于完全竞争状态,科研经费全部来自竞争项目,使得科研人员将大部分精力花在项目申报、审批与评估,非常不利于科学研究尤其是基础研究的长远开展[10]。2008年,我国财政部与科学技术部联合出台了“国家重点实验室专项经费管理办法”,对国家重点实验室给予专项经费支持。虽然国家实验室的专项经费可以参照国家重点实验室,然而国家实验室尤其在战略性、前瞻性、基础性等方面与国家重点实验室是不可比的,因此仍有必要出台针对国家实验室专项经费支持与管理的相关规章,从制度上保证尤其是对基础研究的稳定、持续支持。

4.2 结构平衡的科研能力

由于实验室类型、历史沿革、现实与未来需求等因素,美国10个国家实验室在保证强大的基础科技能力的同时打造各自的核心科研能力,在基础研究、应用研究、发展研究三个方面各有侧重,这既有利于分工合作,也有利于错位竞争。我国的国家实验室在建设之前就对其研究方向进行了论证与凝练,各有其主攻方向,如信息科学与技术、微尺度、分子科学、材料科学、凝聚态物理、光电等,其制度安排已经内含了错位竞争思想,有利于各实验室在其主攻的科研领域集中优势资源打造核心竞争力。然而新的问题是不论上述各领域中的哪一个想要取得一流的科研成果,都必须以强大的物理、化学、计算机等支撑性学科为基础,否则核心竞争力的打造都可能会成为空中楼阁。我国的国家实验室是在整合优势资源与多学科交叉基础建设的,基本上拥有较好的基础研究传统,因此突出的核心科研能力是国家实验室与国家重点实验室的重要区别。在国家实验室的实际建设与发展过程中,在保证和提升既有基础研究能力的同时,须特别注重核心科研能力的培养,需要处理好基础科研能力与核心科研能力之间,基础研究、应用研究与发展研究之间的关系。

4.3 独立法人形式的管理承包人

目前为止,美国能源部是唯一拥有法定授权采用管理与运营合同的联邦机构。多年来,基于绩效的管理与运营合同模式,在保证国家战略目标实现与充分利用代管单位管理专长,国家宏观管控与承包人灵活运营,国家科研目标的长远性、基础性与实验室科研实践的积极性、连续性等方面实现良好平衡的过程中发挥了不可替代的重要作用。然而从最新的数据(见表1)中可以看到,美国国家实验室的承包人当中单纯的大学已经变得越来越少,取而代之的是依托大学而建立起来的独立的法人实体。如此,在继续利用大学丰富资源的同时,赋予了承包人更大的自主权与灵活性,更为重要的是有利于理清代管高校与国家实验室之间的关系。我国的国家实验室管理也采用“委托-代理”模式,主要将国家实验室的管理与运营委托给高校,然而各高校对国家实验室的管理仍然处在摸索阶段,较多地因袭了其对校内二级院系的宏观管理思路与其所属国家重点实验室的内部管理制度[11],这种简单的套用与移植并不利于大科学环境下国家实验室绩效目标的实现。如果“独立法人”的承包人形式离我们还比较远,但美国国家实验室管理中基于“绩效管理”与“目标管理”的管理与运营合同模式却仍然是值得我们深入了解并寻求借鉴的重要素材。将目标管理的理念引入国家实验室评价体系,无论从国家实验室自身发展还是满足国家战略需求等方面都具有极为现实和长远的意义[12]。

4.4 科研资源的开放与共享

梳理美国10个国家实验室的核心科研能力,每个能源部所属国家实验室内会有一个或多个特有的研究装置,如同步辐射光源、强脉冲中子源、串列加速器、直线加速器、重离子对撞机等,为学术研究界提供其他组织不能提供的实验条件[13]。这些科研设施与资源基本都对外开放,既能优化资源配置,又可促进各实验室之间的交流与合作。而从各实验室科研人员的构成情况来看,除了实验室自身强大的科研团队(软件)以外,世界级的科研设施(硬件)也是吸引全国甚至全球范围内优秀科学家到此来进行访问或开展研究的重要因素。在我国,大科学装置、公共设备平台的建设与共享是目前国家实验室建设中遇到的突出问题之一[14]。无论是国家举办的科研院所与高校,还是企业或民间的研究机构,当然也包括国家实验室,或缺乏设施开放的意识,或欠缺资源共享的渠道,这既不利于科研共同体的交流与合作,也有可能导致重复建设与资源浪费。在科研设施与资源相对于科研人员更为紧张的我国,尤其需要树立开放与共享的意识,畅通开放与共享的渠道。

4.5 下一代人才的吸引与培养

在美国10个国家实验室的科研人员构成中有一项特别引人注目,即几乎每个实验室都有大量的研究生与本科生参与,在能源部及科学办公室的推动下,各实验室通过各种项目为吸引社区学院学生将来从事技术工作提供培训;为有志于进入科学、工程与数学等领域工作的本科生提供短期实习机会;为培养下一代科技人才而向研究生提供基础研究的培训与资助,以此来保证科研队伍有源源不断的新人。我国国家实验室的代管高校本身就肩负人才培养的任务,利用国家实验室的优势资源培养更高素质的科研接班人自是份内之事,然而培养只能针对已经在培养体制之内的学生,因此我们需要更加注意的是有计划地培养尚处于中小学阶段的学生对于科学、技术、工程、数学等学科与领域的兴趣,合理引导他们今后从事相关的学习与研究。对下一代的吸引虽非国家实验室必然之责或一己之力可成,但其在这一关系国家长远利益与发展的重大事项中能够而且应该发挥至关重要的作用。

基于数据透视表的实验室管理 篇10

数据透视表是一种对大量数据快速汇总和建立交叉列表的交互式动态表格, 可以迅速分类汇总、比较、计算大量的数据, 尤其可以通过源数据进行不同项目, 不同格式的分类汇总。得出不同的统计数据, 使得分析、组织复杂的数据更加快捷和有效。使用数据透视表, 可以创建一个交互式表格, 自动提取、组织和汇总数据。例如:计算平均数、标准差、建立列联表、计算百分比、建立新的数据子集等。根据不同部门的需要, 将纷繁的数据转化为有价值的信息, 创建满足各种需求的报表, 以供研究和决策所用。

一、实验预约表的分类汇总

实验室管理中, 预约实验, 制订实验课表是重要的教学工作, 在每学期初, 任课教师要将实验计划报至实验室, 以便制定学期实验计划, 安排仪器, 人员, 调整时间。该报表数据量很大, 时间也从第1周到第20周, 跨度很大, 如图1所示为学期实验课表源文件 (部分) , 在实验室管理中, 需要制定周计划, 同时还要将实验地点, 人员标识清楚, 因此对该表需要进行处理。

使用数据透视表可以很方便地对此表进行处理。比如, 按照图2所示布局方法, 以周次为页、以星期和节次等为行数据, 可以立即生成每周的实验课表, 而且表格按照星期、节次顺序排列, 非常清楚。

如果要查看第12周的实验课表, 可以在周次选取框中选择第12周, 如图3所示为周次选取框。

生成的第12周实验课表如图4所示。

为了方便各实验室准备仪器和实验材料, 还可以将同一个实验室的实验归并到一起。这时, 只需将实验中心及室名项移至行选项的第一项, 如图5所示为调整后的布局。

经过调整后, 得到按不同实验中心排出的实验课表。如图6所示。

如果需要各实验员察看自己负责的课表, 可以将实验员项排在行选项的第一项, 经过调整布局, 可以得到如图7所示的实验员课表。通过这个表, 实验员可以清晰地了解本周自己的实验任务。而且如果时间冲突, 也很容易显示出来。如图7所示, 在星期1、星期2的9—10节, 两个实验课不同的内容、不同的地点, 却安排了同一名实验员, 发生了冲突。依此表可以发现问题, 即时作出调整, 避免教学事故发生。

在学期末统计各实验员工作量时, 也可使用这样的布局方式, 周次选择全部即可得出各实验员的全部工作量。如果不需要显示细节, 则可以隐藏明细数据, 只列出每周的课时以及学期总课时。如图8所示的实验员课时统计表。

为防止实验漏排、错排, 还要汇总每个班级有实验环节的课程, 经过统计各周各门课程的安排, 与大纲相比较, 以班级为页选项, 以课程为第一行选项, 并统计每门课程的实验学时总和。如图9所示的班级实验课表。

为了方便各位任课教师了解自己的实验课情况, 可以将任课教师设置为页选项, 以课程为行选项第一项。如图10所示的任课教师学期实验课表。任课教师可以方便地查看自己每门课程的实验项目、实验时间、地点等内容。

二、资产管理

学校的实验资产分布于各个系部, 系部下面又包括不同的实验中心、实验室, 大量的资产存放在实验室中, 由于管理的需要, 经常需要不同的统计方法。使用数据透视表可以对这些数据进行分析、整理, 从而对资产情况有清晰的了解。如图11的某系资产源数据表。

资产源数据表项目很多, 数据量也很大, 在工作中许多统计工作都要以此表为原始依据。采用数据透视表可以很方便进行管理, 比如要统计数控中心I实验室的仪器设备, 可以设置布局, 如图12所示。虽然原表格中项目很多, 但可以根据需要只选择少数统计的项目。

得到的表格如图13所示。

通过这个表格, 可以对某实验室的设备基本情况如名称、型号、领用人、价格等内容有清晰的了解, 便于实验仪器的管理工作。

如果需要查看某人名下保管的仪器设备, 可以将领用人设置为页选项, 点击相应人名, 可以立即查看其名下资产, 如图14所示的各人名下领用的资产清单。

数据透视表的名字来源于它具有表格透视的能力, 即从大量看似无关的数据中寻找相互关联的关系, 以便从不同角度查看数据。数据透视表应用在实验室管理中, 使许多复杂问题简单化, 并极大地提高工作效率, 保证工作计划的准确, 使实验室工作更好地完成。

摘要：分析了数据透视表的优点, 并列举了一些实例, 验证了数据透视表应用在实验室管理中可以提高工作效率、保证工作质量, 具有很好的应用价值。

关键词：数据透视表,源文件,资产管理

参考文献

[1]韩小良, 陶圆.Excel数据表从入门到精通[M].北京:中国铁道出版社, 2008.

[2]邓芳.Excel高效办公数据处理与分析[M].北京:北京人民邮电出版社, 2012.

实验数据的获取、呈现与论证 篇11

【关键词】实验数据 获取数据 呈现数据 推理论证

学生做实验后的讨论交流环节，是学生运用探究获得的现象或数据进行分析解释、推理与论证的过程，也是学生认知冲突与思维碰撞提升科学概念的过程。但实际教学中，好多教师却只让学生以小组为单位陈述或展示获得的现象或数据，并没有对数据进行剖析，组与组之间没有互动交流，没有集体的相互论证，对个别小组的特殊数据亦以“可能你们小组测量的时候出了问题”等个人的经验感受来回避，最后以教师的小结作为结论而结束。其带来的不良后果有三：一是学生对自己的观察与实验结果缺乏信心，久而久之容易产生为了顺应大流而篡改数据的现象；二是缺乏分析与解释，使学生对数据与结论之间难以建立关联，难以使概念真正内化于心；三是缺乏对学生科学逻辑思维能力的培养。本文以《热起来了》一课为例，就数据的获取、呈现与论证谈谈认识。

一、改进器材，科学获取数据

基于数据论证的前提是学生获取科学的数据。在学生的探究活动中，有许多因素会影响学生实验数据的获得，如实验仪器的不精确、实验材料的不典型以及周围环境的影响等，都会造成学生获取的实验数据的不合理。在此数据基础上的解释与论证就会偏离预定目标，与构建核心概念背道而驰。因此，教师首先要做的是对实验器材的改进与优化。

（一）改进仪器，避免估值影响数据

小学科学中有好多测量数据是需要学生进行估计的，如量筒测量液体的体积、玻棒式温度计测量液体的温度、弹簧测力计测量力的大小等，学生在利用这些仪器进行测量，记录数据时会有估上估下的误差值，单独一个数据或两个数据对比明显的情况下，不会受影响。但如果是一组连续的数据且数据变化不大的情况下，估值的上与下就会对数据的分析与解释造成直接的影响。

《热起来了》一课教材安排的是采用玻棒式温度计测量一本字典的温度。玻棒式温度计只能精确到1摄氏度，每一小格之间的0.1至0.9摄氏度的值是需要学生来进行估计的，这个值的大小有人为的主观因素，甚至同一个学生在前后几次的估值中都有差异，这就使得个别小组记录的数据中出现了“裹了衣服后温度升高了零点几摄氏度”的情况，这为后面基于数据的解释与推理带来了麻烦，哪怕是增加了0.1摄氏度，学生也认为是衣服增加的热量。

温度能否不用估计就直接显示出来呢？基于本课核心概念建构的需要，我们对仪器进行了升级，用数字温度计代替玻棒式温度计，解决了学生人为估值影响数据的问题，也符合新科技产品走进科学课堂的理念。使用数字温度计后显示出了明显的优势：一是灵敏度提高，节省了温度变化的等待时间；二是误差更小，数据更准确；三是温度不需要估算，消除了人为估值对数据的影响，更便于学生的记录，为后续的论证环节做好了铺垫。

（二）改进材料，防止他因干扰数据

受小学生年龄特点的影响，学生在探究活动中往往对探究材料特别感兴趣，领到材料后，经常会不自觉地把弄材料，如对材料进行“亲密接触”，而这些材料又对“接触”比较敏感的话，就会对实验数据进行干扰。

《热起来了》一课中，部分小组学生在领到温度计以后不是先记录起始温度，而是用手握住了温度计的下端玻璃泡部分，致使温度升高，这时再记录起始温度，显然数据不科学。特别是在测量几分钟内的温度变化过程中，有些同学把温度计取出来放进去反复操作，致使数据上下波动。另外，早上的科学课容易受室内温度逐渐上升的影响等。在如此多因素的干扰下，好多组的数据出现温度升高的现象。

要解决这一问题，除了在实验前对学生的操作进行强调以外，可以对选用的材料进行改进。在本课中，可用一瓶接近人体温度的温水来模拟身体，代替教材中安排的字典。数字温度计一开始就插入瓶中，学生领到材料后，主观上不容易接触到温度计敏感的下部。另外，周围的室温远低于温水的温度，根据热量的传递特点，环境温度变化自然也不会再干扰数据。由此，干扰数据的问题也就迎刃而解了。

二、借助图表，直观呈现数据

在学生获取实验数据之后，把数据呈现出来以供解释与论证所用尤为重要。常见的方式有三：一是学生根据记录表读、报数据；二是小组成员把记录表在实物投影仪上边展示边宣读；三是各组把数据填写在教师准备的汇总表中。显然，第一种方式失去了数据的价值，第二种方式比较常见，但缺乏全班整体数据的横向比较；第三种方式相对比较理想，但需要教师准备一张大的汇总表，且不利于数据的直观处理。在数字化时代，我们完全可以利用Excel等软件以数据图表的形式呈现，同时可以对数据进行直观处理。

（一）借助柱形图呈现数据整体

Excel中有个数据透视图功能，经过简单的设置就可以将数据汇总并以我们需要的图表形式直观呈现。《热起来了》一课采用柱形图的方式直观形象地呈现全班所有小组的实验数据，效果比较明显。数据的输入、呈现与学生的探究活动同步，在学生用数字温度计测量温度的过程中，每获得一个数据，各组就可以指定一名同学到台上电脑图表中输入数据，实时呈现在大屏幕上。有了全班学生的监督，避免了个别学生对数据的任意篡改。同时，学生在测量温度的间隙也不再无事可干，可通过大屏幕随时观察各组同学测得的实时数据，初步地进行分析与思考。等全班学生实验完毕，数据也同时输入完毕，一张全班各组数据的柱形图便呈现在大家面前。如图1，上半部是直观图，下半部是数据。

此柱形图充分利用了Excel数据处理模块，直观形象地呈现了12组学生的实验数据，使学生面对全班大量的数据不再眼花缭乱，通过图形与具体数据的结合，有助于学生对数据的观察与分析、推理与论证，实际效果很好。

（二）借助折线图呈现数据趋势

有时候我们并非需要对所有数据进行呈现与对比分析，而是显现数据变化的趋势，这时候，我们就可以借助折线图来达成目的。《热起来了》一课中学生在对数据整体分析后发现，衣服不能给身体增加热量，同时发现这样一个问题：裹了衣服温度还在降低，那衣服还有作用吗？学生自然会产生这样的问题，而对这个问题教师可以进行预设，在学生探究活动中事先在其中一个小组预增一个对比实验，这时就可以把这个小组的对比数据以折线图（见图2）呈现，使学生对裹了衣服和没裹衣服的温度变化趋势一目了然，也使学生对保温的概念有一个新的认识：保温并不是能一直保持温度不降，而是减缓热量的散失，使温度降低的速度减慢。

三、利用数据，深入剖析论证

科学获取数据并借助图表直观呈现，其目的是帮助学生建立自己的观点，用事实说话，用证据解释，培养实证精神。因此，在交流研讨环节，教师要组织学生充分利用数据来说话、来解释，使课堂交流成为学生对话的平台，成为学生推理论证的契机，在个体到集体的论证中，得到思维的发展、概念的完善与提升。

（一）自我分析，个体论证

个体论证是本人或本组成员对自己或本组的实验数据进行分析与解释、交流与分享的过程，是学生基于自己的观点寻求证据进而发展自己观点的过程，有助于学生从证据上升到解释，促进思维的发展。

《热起来了》一课中，全班学生在探究活动前就已经借助生活经验与感受建立了两种不同的观点：“衣服能给身体增加热量”和“衣服不能给身体增加热量”。但由于这两个观点都是建立在学生主观感受基础上，谁也说服不了谁。于是教师要引导学生用事实来说话，用证据来解释。“事实”和“证据”就在学生实验观察到的数据里。因此，研讨交流的首要任务就是组织学生开展个体论证，要让学生观察图1柱形图中自己小组的数据，从起始温度、1分钟后的温度、2分钟后的温度、3分钟后的温度这几个数据作纵向的观察与分析，用数据来佐证自己的观点。在观察分析中，有些小组发现自己组数据中的四个温度没有一个上升，说明衣服不能给身体增加热量，与自己当初的观点一致；而起初持不同观点的有些小组也发现自己组四个数据的温度也没有上升，与自己当初的观点不一致，从而产生了认知冲突。在这里，是坚持自己原先的观点，还是尊重事实，尊重数据，体现了科学态度和精神的渗透与培养。

（二）全班互动，集体论证

在个体论证的基础上，教师组织学生开展集体论证，让全班同学对其他小组的数据进行比较分析、质疑批驳或解释评价，通过不同观点的相互“交锋”，产生思维碰撞，在实现从个体表征到集体建构的飞跃过程中理解科学概念和科学本质。

《热起来了》一课，教师一方面要求学生对自己小组数据进行分析论证，另一方面则要求学生对其他小组的实验数据进行观察。这时，有些学生就会对一些特殊的数据进行关注，并提出自己的分析、质疑与推理。在此基础上，教师还要引导学生从全班的角度观察数据，从上升、下降或者是基本一致几个方面进行数据分析。学生就会发现，图1中没有一个小组温度上升，解释说明了衣服不能增加热量。同时还发现绝大部分小组数据有下降的现象，这是在学生的意料之外，更促使学生去进一步分析原因，去联想生活实际来思考。在相互的交流论证中，知道了温水在不断地向外界散发热量，而衣服只是起到了保温的作用，使温度下降的速度减慢。这里，对数据的分析与交流、推理与解释，既验证了衣服不能给身体增加热量的问题，又产生了新的问题。这样，学生的汇报交流就不再是数据的简单呈现与结果的主观臆断，而是一个不断对话、交互的理性过程，更注重概念建构与思维发展的有效融合。

综上所述，引导学生基于数据的分析与解释，能有效解决汇报交流单纯呈现数据的问题，能帮助学生改变为记录而记录、为汇报而汇报的现状，慢慢引领学生对数据的尊重，对数据的利用，以及运用数据来推理与论证的能力，更好地促进学生思维的发展。

实验室数据采集 篇12

《微机原理与接口技术》是计算机专业和大多数电类专业的必修课, 同时也是一门实用性和动手性都很强的计算机硬件类课程。在本课程的教学过程中, 实验教学是提高教学质量的重要手段, 学生通过实验, 不仅可以提高对本课程的兴趣, 更重要的是对计算机内部原理和某些芯片的工作流程将会有更直接的感性认识, 为学习者以后走上工作岗位打下坚实的理论基础。在多年的实验教学中, 发现以往的微机原理实验大多是基于各功能芯片设计的孤立实验, 学生只是掌握了各种芯片的使用方法, 而对各功能芯片在一个实际应用系统中的作用理解不深刻。并且, 一直以来微机原理的实验内容主要以验证性实验为主, 验证理论课的教学内容。这种以验证性实验为主、基于单个功能芯片的实验教学很难培养学生的科技创新能力、独立设计软硬件能力和全局观念。针对这一状况, 设计了基于微机原理实验箱的数据采集系统, 该系统综合运用了ADC0809、DAC0832、8253定时器、8255并行接口、七段LED (发光二极管) 等功能芯片, 实现了数据采集的功能, 同时激发了学生的学习能动性, 提高了学生面对实际问题的分析判断、设计应用能力。

1总体设计

1.1设计内容

采用查询法将ADC0809通道0外接0～ 5 V电压, 转换成数字量后, 送DAC0832输出, 用示波器或三用表检测;同时在七段LED数码管上, 以小数点后2位 (几十毫伏) 的精度, 显示其模拟电压的十进制值;在74LS373输出的LED上, 以一定的要求点亮LED。调整电位器, 用示波器观察DAC0832、七段LED数值以及LED的变化。

1.2设计要求

a) 时钟信号:ADC0809 的CLK 脉冲由定时器8253的OUT0提供。

b) EOC信号:采用74LS245检测ADC0809转换是否结束。

c) 8位LED:采用74LS373驱动8位LED管, 使其按要求点亮, 指示当前采样值的范围。

8位LED亮度变化如下:若电压值小于0.5 V, 则最低位 (D0) LED灯亮, 若电压值大于4.5 V, 则最高位 (D7) LED灯亮, 若电压值在0.5 V ～ 4.5 V, 则8位LED由低向高变亮。

d) 具备良好的人机对话界面。用并行口8255的外接小键盘控制程序的运行, 若按下B键时, 开始数据采集, 在数据采集过程中, 若主键盘有键按下, 则停止运行, 等待8255小键盘输入;当键值是E时, 返回DOS, 键值是B时, 再次数据采集, 其他键则等待。

2硬件设计

由于采用了PC机和微机原理实验箱, 硬件电路设计相对比较简单, 主要利用微机原理实验箱上的8255并行口、ADC0809、DAC0832、七段LED单元、8253定时/计数器、74LS245输入接口、74LS373输出接口、电位器等单元电路, 经一定的组合后构成了数据采集系统, 硬件电原理框图如图1所示。

3软件设计

本设计通过软件编程, 实现A/D转换器ADC0809对0号输入通道IN0进行0～5 V直流电压的采样, 并将IN0采样获得的值转换成十进制后, 在七段LED上显示;CPU 根据IN0的值, 使8位LED根据设定的要求, 指示相应的电压范围。

3.1设计思想

数据采集系统分成5个功能模块, 分别是键盘扫描模块、A/D和D/A转换模块、BCD转换模块、LED显示模块和8位LED驱动模块。

1) 键盘扫描模块

键盘扫描模块利用8255并行口单元芯片, 采用行反转法或者行扫描法均可实现。

2) A/D转换和D/A转换模块

采用查询方式实现A/D转换, 在ADC0809的0号通道 IN0启动后, 程序不断地检查74LS245的 IN0位, 直到其为高电平, 就读取ADC0809的IN0的值并保存。此数字量分成两部分输出:一部分送给DAC0832输出, 供示波器或三用表检查;另一部分将此数字量转换成十进制数后, 分别送到个位、十分位、百分位存储单元保存, 以供七段LED显示时调用。

3) BCD转换模块

BCD转换模块较简单, 只需将IN0的数字量分别除以51, 其商存入个位存储单元;余数乘以十, 再除以51, 其商存入十分位存储单元;余数再乘以十, 除以51, 若余数大于25, 则商加1, 小于25则舍去, 这样就达到四舍五入的精度, 再把商存入百分位存储单元, 以供显示时调用。

4) LED显示模块

LED显示模块比较简单, 可参考实验8255并行口中的显示模块或自编, 应注意的是在显示个位时, 要加上小数点的显示, 这可以在查表获取个位段码后, 再加上80H来实现, 注意每一位显示后要有适当的延迟时间。

5) 8位LED驱动模块

8位LED驱动模块可通过某个设定的门限值, 将IN0的数字量与其比较, 确定其指示的范围, 在大于4.5 V和小于0.5 V时, 驱动处理比较简单;在4.5 V与0.5 V之间时, 需考虑如何按要求来驱动8位LED。

3.2主要功能模块的程序设计

整个程序的流程图如图2所示。8253、8255等芯片的控制字根据定义即可确定, 此处不作详细说明。

根据图2重点列出A/D转换、BCD转换模块和数码管显示模块这3个功能模块的程序清单如下:

1) A/D转换模块

LL1:MOV DX, ADIN0 ; ADIN0为ADC0809通道0的地址

OUT DX, AL ; 启动0809转换

LL2:MOV DX, DICS ; DICS为74LS245通道0的地址

IN AL, DX;

TEST AL, 1; 查询EOC=1

JZ LL2; EOC≠1则继续查询

MOV DX, ADIN0;

IN AL, DX ; 转换结果读入AL中

2) BCD转换模块

BCD1:MOV AH, 00H;

MOV BL, 33H ; 33H为1V电压对应的十六进制数字量

DIV BL;

MOV A, AL; A中存放的是个位

MOV AL, AH;

MOV AH, 00H ;

MOV CL, 0AH;

MUL CL;

DIV BL;

MOV B, AL; B中存放的是十分位MOV AL, AH

MOV AH, 00H;

MUL CL;

DIV BL;

CMP AH, 19H ; AH>0.5V?

JB BCD2 ;

INC AL;

BCD2:MOV C, AL ; C中存放的是百分位

3) 数码管显示模块 (仅列出用最低位的数码管显示电压值的个位的程序段)

MOV AL, A;

MOV AH, 00H;

LEA BX, DCTBL; DCTBL中存放的是数码管的段码表

MOV SI, AX ;

MOV AL, [BX+SI];

ADD AL, 80H ; 80H对应于小数点的段码

MOV DX, SEGCS ; SEGCS为数码管段码的片选地址

OUT DX, AL;

MOV DX, BITCS ; BITCS为数码管位码的片选地址

MOV AL, 01H ; 选择最低位的数码管显示电压值的个位

OUT DX, AL;

CALL DELAY;

4结束语

该数据采集系统充分利用了现有微机原理及接口实验箱的硬件资源, 是一个综合性的微机原理实验。不仅加深了学生对微机硬件的感性认识, 而且锻炼提高了学生的设计、实现能力, 激发了学生的实践热情。这一类型的综合性实验是微机原理实验教学过程中一个新的发展思路和方向。

摘要：以16位微机原理及接口实验箱为基础, 设计了一个实现数据采集功能的综合实验。该实验综合运用ADC0809、DAC0832、8253定时器、8255并行接口、七段LED (发光二极管) 等功能芯片, 加深了学生对各功能芯片的认识, 提高了学生的综合设计能力, 激发了学生的创新能动性。

关键词：微机原理,实验箱,数据采集系统

参考文献

[1]吴宁.80X86/Pentium微型计算机原理及应用[M].北京:电子工业出版社, 2000.

[2]冉彦中, 杨可扬.用8255设计LED显示器接口实验[J].学科建设与教学改革, 2008 (13) :89-90.