自循环系统（共12篇）
自循环系统 篇1
文件系统是操作系统中的一个重要组成部分, 传统系统采用路径的方式查找文件, 但面对越来越多的文件这种文件查找方式不堪复用, 因此需要提出一种新的文件查找方式。不需要人工干预就可以完成对文件的存储分类和查找。本文基于linux0.12内核分析实验, 代码量适中且没有其他文件子系统。
1 理论说明
Linux文件系统中在查找文件时, 需要用户提供路径, 系统根据路径找到文件的i节点, 通过i节点号找到文件由于软连接的存在, 因此一个文件允许存在多个i节点号但一个节点号只对应一个文件, 因此记录文件的任意i节点号就可以找到文件。
主要思路:通过为每个文件建立一套权限区分体系, 使文件按照类别以及所属的应用程序进行区分, 操作系统借助这个体系不使用繁杂的拓展名对文件分类的方式就可以完成对同类型文件的分类管理。
2 具体实现
2.1 前期的准备工作
(1) 在file_table.c中的fs.h下数据结构dir_entry写入两个变量分别为
定义如下:i_right表示文件的调用权限, 并做出规定, 1为文本文件, 2为图像, 以此类推, 0被认为是所有类型文件。
I_app表示文件所属的应用程序, 0代表所有程序都允许调用, 否则写入每个应用程序的唯一编码。
(2) 创建哈希表, 分别对应i_right和对应类型的文件的上一层 (父一层) i节点号, 从而可以通过不同的分类直接进入到本类型文件的存储位置之中。
创建哈希表, 分别对应i_right和目录的filepath。为了尽量少的对原有文件系统的修改而增加的一张表, linux中的查找操作都是基于路径间接查找, 为了利用原有代码而不需要做大幅度改动原有结构因此增加这一张表, 在文件系统中系统通过路径找到i节点号再找到文件, 并因为路径具有唯一对应的文件, 而每一个i节点也可以找到唯一对应的文件且与路径存在一一对应关系 (详见fs.h下dir_entry结构体) , 因此在实际试验中某些需要传入路径作为参数的函数不再进行修改, 使用路径近似代替i节点号。
建立一个二级列表, 第一级可以通过i_app找到第二级的列表, 第二级中的列表可以通过i_right找到对应文件的文件名, i节点号
2.2文件存入的过程
文件在存入时需要两个参数, 先传入i_right, 系统查找哈希表获得对应文件的上一层i节点, 并将文件存入这个位置, 这样就实现了文件的自动存储, 构成物理曾。再传入i_app, 系统将参数写入二级列表, 实现文件的集中管理, 构成逻辑层。
2.3 查询文件的过程
在内核open.c的open函数中增加2.1中的两个参数, 应用程序在读出文件时需要提供目标文件的i_app, 系统会返回属于应用程序的所有文件列表, 再传入一个i_right就可以返回同时满足两个条件的文件, 也就是当前应用程序可以调用的并且满足分类要求的文件。
2.4 对第二部分的总结
在文件查询部分的描述中我们基本能够得到结论, 对于文件系统的修改基于原有文件系统并不复杂但是可以有效屏蔽中间路径。在应用程序保存文件时用户可以直接选择文件类型找到文件的上一层目录, 调用函数如下
对其进行修改或重载, 本文将路径与i节点号建立一张表来完成转换。因此当文件存入时只要有完整的i_right和i_app就可以实现文件的自动存储, i_app可以通过应用程序自动写入, 而i_right需要用户判断或者应用程序的干预。
3 进一步设想
在这一部分中不提供具体试验内容。提供一个新的思路, 即新文件系统。目的:为统一各种设备并能够实现文件的完全分类。实现一种跨平台的文件传输以及自动分类存储。
3.1 主要思路
创造一个完整, 半封闭的文件管理体系, 文件在被建立时就已经完成了对文件的分类和从属的设置, 当这个文件被其他设备拷贝时, 这些参数随着文件被保留下来, 成为其他设备进行自动分类, 自动存储, 快速查找的依据。这就成为新系统的主要的结构。
3.2 实现
在第二部分的基础上进行进一步的修改。在应用程序创建文件时, 通过自动或者用户输入的方式完成对文件参数的写入过程。
(1) 在用户调用时, 不再使用原有的文件资源管理程序, 用户调用文件时需要通过应用程序进行调用, 这样就可以有效利用程序的不同编码完成对文件的基本定位甚至精确查找。
(2) 在应用程序删除时, 将二级列表下的每一个项目均级联删除。
(3) 在文件被传输时, 只允许i_app相同的两个应用程序之间进行传输, 传输中所有的信息被一同输送, 在目标端依照既定原则进行自动存储以及写入对应表。
4 应用价值
(1) 家用设备以及移动设备。在使用同一个文件系统的各个设备上, 文件被自动分类存放, 用户只需要提供概略的分类就可以找到文件所在的概略位置而且通过应用程序可以更加快速找到文件, 避免卸载。
(2) 云存储。在云存储中, 可以将参数i_app作为用户的身份识别, 可以利用文件系统的逻辑层完成对用户数据的管理。
参考文献
[1]赵炯.linux内核完全剖析-基于0.12内核[M].北京:机械工业出版社, 2009 (11) .
[2]博韦.深入理解LINUX内核[M].北京:中国电力出版社, 2004 (6) .
[3]Brian W.Kernighan, Dennis M.Ritchie, 徐宝文, 李志译.The C Programming Language[M].北京:机械工业出版社, 2003 (11) .
自循环系统 篇2
Gideon Kojo是加纳籍美国科学家,年轻时移居美国,从事卫星通讯,绿色环保新能源科技研发.他在智能发电,高续程环保电动车和合金极板高性能电池等项目上有很显著的成就.他现在与美国、英国的同行伙伴在加纳成立了“REAP green Technologies co.LTD”Alternate and remewable energy experts即电力瓦更替绿色科技公司,将各项科技成果带到非洲。正为加纳政府服务。
Mr.Gideon Kojo 是我们多年的老朋友，也是中国长成加纳公司和郑州汇众新能源技术有限公司的战略合作伙伴。他们曾在2010年、2011年两次被我们邀请来中国作商务考查。他对中国的政治稳定，经济繁荣给予了高度的赞誉。并看好中国这个大市场，有意带领他的团队来中国发展。
2000年Gideon Kojo 带领他的研发团队来到中国与中国长城加纳公司、郑州汇众新能源技术有限公司，在中国北京共同组建 “北京（中国—加纳）能源科技集团筹建处”并组成由中国和加纳、美国、英国科研人员参加的研发团队，自循环永续电动车就是中外科研人员共同合作、研发的科研 1
成果之一，作为第一代产品在中国推广应用，他就是利用电流自循环补充电源，达到电动车在行驶过程中自行不间断充电，不需要以外部电源充电，进而长时间续航的目的，这项技术的前期研发在美国、英国、加纳历时十几年，发后投入巨资，并获得成功，2000年中、加、美合作后，结合中国汽车市场的具体情况，和中国的同类技术进行整合、优化。
自循环永续电动车的试验
例：2011年8月25日在北京房山某地第二次进行装车试验，试车行驶前对电动车进行全国检测：电动车测保蓄电池电压为70V、100安时可行驶里程为100公里，参加见证人员有加纳驻华大使武官及外国科学家，中方参加见证人员有原中央军委退休的老领导及房山市房山区老领导共计几十人，电动车在把自循环永续装置连接后开始试车，第一次电动车以每小时平均时速120公里行驶40分钟，开回进行测试，按常规电动车的蓄电池电压应该消耗了90%，但现场实测发现电压70V、100安时平稳，然后电动车第二次行驶了30分左右，也是在时速100公里状态下，实测结果，电动车在70V、100安时经过停车测试，电动车在二次行驶里程总计在180公里以上，蓄电池电压不仅没有下降，反而又
恢复了70V、100安时，并始终保持在70V，这表明在初始蓄电池充足电的情况下，“自循环永续”充电装置，能够对蓄电池进行不间断自行充电，不必从外部充电，达到电动车续航的目的，同时也证明这项技术可以保证了电动车的，其运行寿命，取决于蓄电池的寿命，中要更换了新蓄电池，电动车就可以继续行驶。
自循环永续电动车的重大意义
这项技术的发明及其在中国市场上的推广和应用，将改变了汽车不用汽油的历史
1、自循环永续电动车改变了人类永远摆脱对石油的依赖和消耗
2、彻底消除汽车尾气对自然环境的污染
3、极大地降低了机动车保有者的运行成本费用，使其燃油动力的使用费用降为零
4、自循环永续充电技术可广泛应用各个领域
5、此项技术待进一步拓展后，小到手机电池，大到火车、飞机、舰船的能源动系统都可使用，而且体积、重量也将日趋小型化、轻体化，从某种意义上讲，这项技术的发明的产业化，对我国及到人类生产和生活的影响不亚于古人对火的发明和使用，以及爱迪生对电的发明和使用，其经济、社会、生态价值和效益不可估量。
我国电动车发展现状
目前，国际和国内研发电动车的科研机构和厂家不下几千家，基本上都以增强蓄电池的容量和使用寿命为研究方向，其续航里程也都没有超过200公里（一次充电行驶里程）其根本缺陷和局限在于：
1、其蓄电池体积大、重量大，一般都在100公斤以上，甚至几百公斤，其本身就形成了机动车负载重。
2、在我国城乡尚未普遍建设充电站（桩）的情况下，其活动半径仅限于在没有充电站桩的城市内，而要在全国城乡普遍建设充电站（桩）还是一件比较遥远，也是一件耗资巨大的工程。
自循环永续电动车的发展前景
自乳化释药系统研究进展 篇3
自乳化释药系统(self-emulsifying drug delivery systems, SEDDS)是由油相、表面活性剂(surfactant，SA)、助表面活性剂(cosurfactant，CoSA)组成的固体或液体制剂,其基本特征是可在胃肠道内或环境温度适宜(通常指37 ℃)及温和搅拌的情况下,自发乳化成粒径为5 μm左右的乳剂［1］。当含亲水性表面活性剂(HLB>12)较高(＞40%)或同时使用助表面活性剂时,在轻微搅动下，可制得精细的乳剂(粒径＜100 nm),则被称为自微乳化释药系统(self-micro-emulsifying drug delivery systems , SMEDDS) ［1］。本文就SEDDS研究进展作一综述。
1 SEDDS特点
SEDDS制剂可提高难溶性药物和脂溶性药物的溶解度,促进药物的吸收速度和程度,提高药物的生物利用度,还可避免水不稳定性药物的水解及药物对胃肠的不良刺激［2］，SEDDS服用方便，制备简单，适合大规模生产［3］。SMEDDS适宜用作亲脂性、溶解度低、难吸收、易水解药物的载体。由于在制备过程中可避免光照或可在体系中加入抗氧剂,因而SMEDDS也可作为需避光或易氧化药物的载体［4］。载药SMEDDS口服后在生理体温和胃肠道蠕动作用下,遇胃肠液自发分散成O/W型、粒径小于100 nm的载药乳液,在胃肠道均匀、快速分布,增加了药物的溶解度。
2 SEDDS口服吸收机理
胃肠道消化运动提供了体内自乳化所需的搅动，因此SEDDS在与胃肠液接触时可形成微小的乳滴。有利于提高生物利用度的机理大致包括以下几点:1）提高了药物溶解度并改善了药物溶出。2）在胃肠液稀释下分散形成精细的乳剂，具有较大的界面积。3）因其表面张力较低而易于通过胃肠壁的水化层，使药物能直接和胃肠上皮细胞接触，增加了对上皮细胞的穿透性，促进了药物吸收。4）微乳可经淋巴管吸收，从而克服了首过效应以及大分子通过胃肠道上皮的障碍。
3 形成机制
3.1 负表面张力
在SMEDDS中,随着表面活性剂浓度的增加,油、水界面张力逐渐降低,当达到一定浓度时,由于助乳化剂的存在,产生混合吸附,出现负的界面张力,从而使油、水界面自发分散成微细液滴,以增加总表面积达到热力学平衡［5］。
3.2 界面膜-液晶体的形成
SMEDDS的自乳化难易程度与水形成液晶体的难易有关［6］。在水中加入二元混合物(油/非离子表面活性剂或助乳化剂)后,能在油、水两相之间进行分配,促使乳化剂在油水之间形成稳定的单分子界面膜;水能穿透界面而溶解于油相中,这一过程持续进行直至在界面达到溶解极限,水进一步穿透就会形成液晶体;最后,靠近界面的物质都成为液晶体,表面活性剂的浓度决定最终形成液晶体的量,液晶体一旦形成后,水就向溶液内核快速穿透,在轻微搅拌下,引起界面破裂并形成细小乳滴。
3.3 增溶作用
Shinoda等［7］提出的增溶理论认为:在SMEDDS中,随着表面活性剂浓度的增加,大量的胶束对油或水产生增溶作用,油或水进入胶束内部使胶束发生溶胀,从而形成精细分散的液滴。增溶作用是微乳自发形成的主要原因之一。
4 处方组成
作为药物载体,SMEDDS的所有辅料成分应无毒、无刺激性，不影响主药的药效和稳定性等。在这一体系中,关键是根据SMEDDS的形成机制,结合药物的特点,来寻找合适的油相，表面活性剂和助乳化剂及其比例。在选定油相、表面活性剂和助乳化剂后,通常采用伪三元相图进行处方优化,以确定最佳比例和微乳区域［8］。4.1 油相
油是SEDDS处方中最重要的辅料之一,油相在SEDDS中的质量分数一般为35%~70%,要求其安全、稳定,能以较少的用量溶解处方量的药物,即使在低温贮藏条件下也不会有药物析出,且遇水时易在处方中表面活性剂作用下乳化。常用的油相多为植物油(如蓖麻油、豆油、花生油、橄榄油等)和脂肪酸酯类。食用油可作为“天然”的脂类材料,具有安全的优点,但其溶解药物的能力和自乳化能力都有限。经修饰和水解的植物油,具有高度的流动性、良好的溶解性和自乳化能力。脂肪酸酯类流动性、溶解性和自乳化性较好,常用的有油酸正丁酯、亚油酸乙酯、月桂酸异丙酯、肉豆蔻酸异丙酯(IPM)以及中链脂肪酸三酰甘油(C8~C10,MCT),如辛酸/癸酸三酰甘油(商品名:Captex355,Miglyol812)及长链脂肪酸三酰甘油(C18),如油酸/亚油酸/亚麻酸三酰甘油等。目前常采用长链和中链不同饱和度的甘油三酯油类来设计自乳化剂型,聚乙二醇甘油酯类(labrafils)具有类似表面活性剂的两亲性,易乳化。在三酰甘油中，溶解度好的药物更易通过淋巴途径吸收,可降低药物的首过效应。
Malcolmson等［9］考察了不同油相对药物的增溶作用,发现药物在微乳中溶解度的增加与其在单纯油相中的溶解度不相关,相对分子质量小的油,与助乳化剂一样,易插入表面活性剂的界面单分子层,引起所谓的稀释效应。
4.2 表面活性剂
SEDDS一般采用高HLB(一般为9~20)的非离子乳化剂。非离子乳化剂比离子乳化剂毒性低, 在溶液中比较稳定,不受强电解质、无机盐类和酸、碱的影响,与其它类型表面活性剂的相容性好,溶血作用小,能与大多数药物配伍,仅引起胃肠道壁渗透性的可逆性转变。SEDDS要在胃肠道内自乳化并维持乳剂状态,处方内必须有30%~60%的乳化剂,但大量的乳化剂可能会刺激胃肠道,所以应充分考虑乳化剂的安全性。
高HLB值乳化剂因具有强亲水性,可较快形成O/W乳滴,使自乳化液在水中迅速扩散,而且增加了疏水性药物的溶解量,同时乳化剂是双亲性的,本身也能溶解相对大量的疏水性药物,可防止药物在胃肠道内沉积和延长药物分子的溶解状态,这对药物的有效吸收非常重要。当乳化剂含量高到一定程度的时候,将会使自微乳化体系形成［10］。
最常采用的SA有聚山梨酯80、聚氧乙烯油酸酯、不同种类的液体或固体乙氧基聚氧乙烯甘油酯,还有液态卵磷脂、聚氧乙烯蓖麻油、椰子油C8C10聚乙二醇甘油酯、聚氧乙烯(25)甘油三油酸酯等。用目测评估的方法,Pouton［11］对一系列工业用非离子型表面活性剂做了筛选,评估与中链和长链三酰甘油产生自乳化的能力。结果显示，含大量不饱和酰基链的表面活性剂最有效,而尤以HLB值大约为11的油酸酯效果最好。天然乳化剂的自乳化能力有限,但口服安全性高［12］。Lawren等［13］尝试用共溶剂以减少乳化剂的用量,虽然能降低表面张力,稳定乳化体系,但是小分子醇的挥发常常会引起相行为的变化,以至出现相分离和药物沉淀等。Li等［14］采用混合表面活性剂取得了较好的效果,能减小粒径增加载药量,提高体系的稳定性。
4．3 助表面活性剂
SEDDS中的助表面活性剂可以辅助溶解药物,降低表面张力,增加界面膜流动性,调节HLB值，并起到助乳化作用。助表面活性剂分子可嵌入表面活性剂分子中,共同形成微乳的界面膜,形成的微乳乳滴直径可小于100 nm。目前采用的助乳化剂多为中、短链醇，如乙醇、丙二醇、Transcutol等。一般认为，碳链较短的助乳化剂被吸附于表面活性剂极性端一侧,碳链较长的助乳化剂则嵌入在表面活性剂的碳链中间。助乳化剂链的长短对助乳化效果有一定的影响:直链优于支链,长链优于短链;当助乳化剂链长达到表面活性剂碳链的链长时,其效果最佳［15］。需要注意的是,自乳化释药系统最终常制成软胶囊或硬胶囊剂,如果含有乙醇及其他挥发性成分,则这些物质可能会穿透囊壳,降低制剂的溶解力,导致亲脂性药物沉淀，但如果选用无醇处方,又可能降低对那些亲脂性药物的溶解力，因此需要作综合考虑。
4.4 药物
SEDDS中的药物为难溶性或脂溶性药物,要求药物在油溶液或油和表面活性剂复合系统中性质稳定。药物对自乳化系统的影响程度因药物的性质而异,可能会改变油与表面活性剂的最佳比例,所以必须进行处方前溶解度实验和相图考察。如果药物能和水分子竞争表面活性剂的乙氧基链的氢键结合作用,则该药物包合在SEDDS中就会影响其自乳化效果。如果药物疏水性很强,不太可能和表面活性剂发生作用,则即使在较高浓度下，对SEDDS影响也很小或几乎没有。处方越复杂,得到的乳剂粒径可能会越小,但自乳化也就越容易受到药物影响［11］。
5 SEDDS的生物药剂学性质
5.1 SEDDS的药物吸收
许多动物生物利用度研究表明,脂溶性药物当以水包油乳剂给药时易吸收，然而物理稳定性差,且需一次口服较大体积,其应用受到明显限制。SEDDS物理稳定性好且体积小,是比乳剂更好的口服给药形式。SEDDS可以提高难溶性药物的吸收率, Win54954的SEDDS剂型血药浓度远高于其聚乙二醇分散剂型,萘衍生物R015-0778的SEDDS的生物利用度至少比其它口服剂型高3倍［16］,在HIV感染的病人使用多剂量HIV蛋白酶抑制剂SC-52151的研究中,发现服用其SEDDS比用相应酏剂的Cmin和Cmax更高。
5.2 乳化剂对吸收的影响
高乳化性能的乳化剂可以把油相乳化成更小的乳滴,从而可以提高药物的生物利用度。当处方中使用水溶性或非水溶性的乳化剂和助乳化剂时,药物的生物利用度有差异。是因水溶性的乳化剂对药物的溶解能力有限,易导致SEDDS中的药物在胃肠道内沉积,而使生物利用度降低。用相对亲油的乳化剂,可减少药物扩散至水相,药物不易沉淀,从而提高生物利用度。
5.3 油相对吸收的影响
油相载体对药物药动学参数的影响,可从油相成分和载体效率两方面考虑。油相对口服药物生物利用度的影响非常复杂,是胃空速率的下降、药物溶出的改变和在小肠液中的溶解以及促进高脂溶性药物的脂蛋白形成等其它因素如甘油三酯的酸链长度、饱和度、脂质的体积等都有可能影响药物的吸收。
5.4 药物释放
SEDDS进入胃肠道后,先自乳化成乳滴。乳剂微粒在胃肠道内结构会改变或被破坏［17］，形成的微米级或纳米级微粒能渗透进入胃肠道的黏膜层,经消化的油滴渗透进入血液循环［18］。当药物进入小肠后,大乳滴被胆盐溶血卵磷脂乳化到平均粒径为0.5~1.0μm的较小乳滴,并进一步被胰脂肪酶代谢成分散的油滴碎片并形成胆盐的混合胶束。然而,混合胶束和微乳能渗进水层和黏液层,通过以下某种或多种方式吸收:胞饮作用、扩散、细胞内吞，SMEDDS比SEDDS的吸收更好。SEDDS的有效药物释放由两个因素控制,即乳滴粒径和极性，粒径是最主要的因素,乳滴极性由油和乳化剂决定,对于水包油微乳的释放,油相的极性并不是一个重要因素。处方中多余的乳化剂对药物的增溶也能促进药物在消化道中的分散,但微乳中含药量依赖于药物在油中的溶解度。
5.5 正电荷SEDDS
正电荷处方与负电荷处方的区别在于其能同胃肠道环境的生物膜相互作用，胃肠上皮细胞属负电性。Gershanik等的最近研究表明,SEDDS自乳化后的正电荷乳剂微粒能同Caco-2细胞和小肠上皮黏液表层产生静电作用。这种处方会提高黄体酮的口服生物利用度,并能提高环孢素A的血浆浓度。
6 体内外评价
体内评价有以下几个指标：自乳化速度；乳剂粒径；乳剂粒子极性；假三元相图；药物的释放速率。
SMEDDS的体内行为可用其体内药动学参数进行评价［19］。通过禁食或进食试验可评价食物和胃肠道运动对SMEDDS中药物吸收的影响，而结扎或未结扎胆管的大鼠在体小肠吸收实验可用于评价胆汁对小肠吸收该系统中药物的影响。在药物进入体内后的一定时间点取样,用NaOH滴定法测定脂解出的游离脂肪酸,可定量获得消化动力学数据，脂类物质超速离心后获得的各种脂肪酸片段可以帮助判断药物代谢物,由此来推断药物在脂解后的变化。
7 应用与展望
目前SEDDS已用于各类药物,如局部麻醉药(利多卡因);抗菌药(诺氟沙星);抗癌药(5-氟尿嘧啶、紫杉醇);非甾体抗炎药(吲哚美辛);β-受体阻断剂(噻吗洛尔);胆碱酶阻断剂(毒扁豆碱);抗凝血剂(肝磷脂);支气管扩张剂(茶碱);降脂药(安妥明);激素(黄体酮);免疫抑制剂(环孢素);维生素(维生素A、维生素E);酶类及胰岛素、生长激素抑制素、降钙素等。SEDDS对提高弱水溶性脂溶性药物生物利用度来说是一种很有前途的载体系统，各种性能都优于乳剂，同时形式多样,设计者有多种可能的处方选择［20］。针对SEDDS中所使用表面活性剂和助表面活性剂会产生细胞毒性的特点,当前研究重点是开发高效低毒的产品,特别是新型注射用表面活性剂,对于研究注射用SEDDS显得非常重要。SEDDS固体制剂的研究,采用改良的三元相图法研究乳剂形成条件,建立体外方法考察SEDDS口服后体内变化过程等,也将成为今后研究的重点方向。国外已有Sandim-muneOR、SandimmuneNeoralOR(环孢素A)、NorvirOR(利托那韦)和FortovaseOR(沙奎那韦)等产品上市。随着研究工作的不断深入,将有中药SEDDS产品上市。然而,处方的多样性对SEDDS性质的影响,如微粒结构、粒径、微粒表面电荷、体内行为等仍然不很清楚,尚需要进一步研究。
参考文献
1 Li L , WangZY, MoFK. Recent development of self-emulsifying drug delivery system ［J］.China Pharm(中国药业), 2005,14(2):25-27.
2 李国栋,范伟,居红卫.自乳化释药系统的研究进展［J］.国外医药,2001,22(5):304-305.
3 钱一鑫,唐景玲,孙进.口服自乳化释药系统及其在中药制剂中的应用［J］.中草药，2006，37（10）：1441-1446.
4 刘明星，王义明，罗国安.自微乳药物传递系统的研究进展［J］.药学进展，2006，30（9）：397-403.
5 沈熊，吴伟.自乳化和自微乳化释药系统［J］.复旦学报（医学版），2003，30（2）：180-183.
6 Gershanik T, Benita S. Self-dispersing lipid formulations for improving oral absorption of lipophilic drugs ［J］ . Eur J Pharma Biopharma, 2000,50(1):179-188.
7 Shinoda K, Araki M, Sadaghiani A, et al. Lecithin-based microemulsions: phase behaviour and microstructure ［J］ .J Phys Chem, 1991, 95:989-993.
8 Kawakami K, Yoshikawa T, Moroto Y, et al. Microemulsion formulaion for enhanced absorption of poorly soluble drugs I: Prescription design ［J］. J Controlled Release, 2002, 81(1-2):65-74.
9 Malcolmson C, Satra C, Kantaria S, et al. Effect of oil onthe level of solubilization of testosterone propionate into nonionic oil-in-water micro- emulsions ［J］. J Pharm Sci, 1998, 87(1):109-116.
10 Constantinides PP. Lipid microemulsions for improving drug dissolution and oral absorption: physical and biopharmaceutical aspects ［J］. Pharm Res,1995,1(11): 1561 - 1572 .
11 Pouton CW. Formulation of self-emulsifying drug delivery systems［J］. Adv Drug Delivery Rev, 1997, 25(1):47.
12 Hauss DJ, Fogal S E, Ficorilli J V, et al. Lipid-based delivery systems for improving the bioavailability and lymphatic transport of a poorly water-soluble LTB4 Inhibitor ［J］. J Pharm Sci, 1998, 87(2):164-169.
13 Lawrence M J. Rees G D. Microemulsion-based media as novel drug delivery systems ［J］. Adv Drug Deliv Rev, 2000,45(1):89-121.
14 Li P, Ghosha A, Wagnera R F, et al. Effect of combined use of nonionic surfactant on formation of oil-in-water micro-emulsions ［J］. Int J Pharm, 2005, 288(1-2):27-34.
15 Malmsten M. Surfactants and polymers in drug delivery, drugs and pharmaceutical sciences, V122M. New York: Marcel Dekker, 2002, 5-159.
16 Charman S A, Charman W N, Rogge M C, et al.Self emulsifying drug delivery systems: formulation and biopharmaceutic evaluation of an investigational lipophilic compound ［J］. Pharm Res,1992,9(1):87-93.
17 Florence A T. The oral absorption of micro-and nanoparticulates: neither exceptional nor unusual［J］.Pharm Res,1997,14(3):259-266.
18 Serajuddin A T M. Sheen P C, Mufson D, et al. Effect of vehicle amphiphilicity on the dissolution and bioavailability of a poorly water-soluble drug from solid dispersion ［J］. J Pharm Sci,1988,77(5):414-417.
19 Kawakami K, Yoshikawa T, Hayashi T, et al. Microemulsion formulaion for enhanced absorption of poorly soluble drugs II In vivo study ［J］. J Controlled Release, 2002,81(1-2):75-82.
20 周其辉，平其能.自乳化药物传递系统的应用与前景［J］.药学进展，2001，25（3）：134-138.
自适应信号采集系统设计 篇4
在工业控制和智能测量系统中, 一般信号的变化幅度大, 若采用单一的放大增益, 小信号经放大器放大后, 幅值仍然很小, 经A/D变换后, 会影响数据的精密度, 而大信号放大后又有可能超出A/D转换的量程, 因此设计开发增益自动可调的程控增益放大器, 使允许输入的模拟量在很大的范围内动态可调, 方便与微机接口, 已成为现代测控设备的必然要求。
二、自适应信号采集系统的组成
自适应信号采集系统由差动放大电路、共模抑制电路、双端单端转换电路和程控增益放大电路组成, 是一种连续程控调节电路。
差动放大电路由运算放大器Ⅲ、Ⅳ (OP27) 组成, 在差动放大电路和双单转换电路之间增加了共模抑制电路, 以运算放大器Ⅴ (OP27) 为核心构成。
单双转换电路由运算放大器Ⅰ、Ⅱ (OP27) 组成, 它将单端输入信号转换成双端输出信号, 提供较高的共模抑制能力。
衰减器电路由U6 (8位DAC转换器DAC0832) 和运算放大器U 7 (OP27) 组成。
三、自适应信号采集的方法
可自动控制增益放大器可以用D/A转换器和运算放大器实现, 调试容易, 外接元件少, 可以方便地和计算机接口。放大器增益的线性好、精度高, 既可放大又可衰减, 动态范围达100dB以上。
信号通过传感器, 输入到固定增益放大器。因为输入为单端信号, 所以在固定增益放大器的前端, 要接上一个单端变双端转换电路, 此电路由两个同型号运算放大器组成, 一个做同相放大器, 即信号跟随器, 另一个做反相放大器。信号经前级放大后, 增益是不可变的, 手动调节输入或运算放大器的电阻, 既不方便又不精确。所以, 加一个衰减器和控制器, 通过控制器给衰减的反馈信号, 控制衰减器的衰减倍数, 来实现增益的自动控制。衰减器由D/A转换器和一个运算放大器组成, 运算放大器在衰减器中的作用使D/A转换器的输出电流信号变换成电压信号, 方便传输给电压转换器。控制器由A/D转换器、FPGA控制器和电压比较器组成。
四、基于FPGA的控制器简介
FPGA (现场可编程门阵列) 是新型的可编程逻辑器件, 内部含有大量的门阵列, 相应时间端, 可以精确的控制时钟的输出。FPGA的处理数度很块, 完全适合采集速度比较高的场合。更重要的是FPGA采用系统可编程技术, 即使整个数据采集系统已经投入生产, 也可以根据实际情况改变系统的配置和功能, 下载到FPGA芯片中即可完成功能的修改。在本设计中使用的是Altera公司的EP1K30FPGA芯片。
五、FPGA的配置
FPGA正常工作时, 它的配置数据存储在SRAM中, 由于SRAM的易失性, 每次加电时, 配置数据都必须重新下载。FPGA器件由两类配置下在方式:主动配置方式和被动配置方式。主动配置方式由FPGA器件引导配置操作过程, 它控制着外部存储器和初始化过程;而被动配置方式则由外部计算机或控制器控制配置过程。
专用配置器件通常是串行的PROM器件。大容量的PROM器件也提供并行接口, 按可编程次数分为两类:一类是OTP (一次可编程) 器件;另一类是多次可编程的。ALTEAR提供了一系列FPGA专用配置器件, 即EPC型号的存储器。
配置器件的控制信号 (如, Ncs、OE、和DCLK等) 直接与FPGA器件的控制信号相连。所有的器件不需要任何外部智能控制器就可以由配置器进行配置。配置器件的OE和Ncs引脚控制着DATA输出引脚的三态缓存, 并控制地址计数器的使能。当OE位低点平时, 配置器件复位地址计数器, DATA引脚位高电阻。当Ncs置低点平后, 地址计数器和DATA输出均使能。OE再次置低电平时, 不管Ncs处于何种状态, 地址计数器都将复位, DATA引脚置为高电平。
实际应用中, 常常希望能随时更新器件中的内容, 但又不希望再把配置器件从电路板上取下来编程。ALTERA的可重复编程配置器件, 如EPC2就提供了在系统编程的能力。图2为EPC2的编程和配置电路, EPC2本身的编程由JTAG接口来完成, FPGA的配置可既可由ByteBlasterMV配置, 也可用EPC2来配置, 这时, ByteBlasterMV端口的任务是对EPC2进行ISP方式下载。
六、仿真实验
采用Multisim仿真软件, 该软件是一个完整的设计工具系统, 提供了一个非常大的零件数据库, 并提供原理图输入接口、全部的数模Spice仿真功能、VHDL/Verilog设计接口与仿真功能、FPGA/CPLD综合、RF设计能力和后处理功能, 还可以进行从原理图到PCB布线工具包 (的无缝隙数据传输。它提供的单一易用的图形输入接口可以满足设计需求。
在Multisim2001的主窗口中, 建立新文件, 需要对电路窗口的有关选项进行设置, 这样有利于电路图的搭接和打印。电路窗口的设置包括图纸的大小、是否显示栅格、页边缘和标题栏、电路图选项设置和元器件符号设置。
把元器件进行合理的布局以后, 就可以开始连线了。Multisim2001提供两种连线方式:手工连线和自动连线。在本仿真过程中, 选择用手动连线。本仿真过程中, 使用了函数信号发生器、示波器。
经仿真软件的仿真, 结果符合设想的要求, 但是在实际应用过程中, 因为外界干扰条件的存在, 所以还得考虑采用上面介绍的抗干扰方法。
七、结论
本文提出的这种设计方案理论上分析和仿真结果表明:该系统能够通过FPGA控制衰减器来完成对输入信号的放大, 提高系统的精度, 实现可自动调节放大倍数。促进系统性能的改善和提高, 具有较高的应用价值。
摘要：本设计应用现场可编程门阵列 (FPGA) 控制实现对放大器增益进行预置和自适应控制, 全面提高了采集数据的精度和检测信号的动态范围, 提高了系统的可靠性。
关键词：自适应,运算放大器,FPGA,仿真
参考文献
[1]谢自美:电子线路设计[M].武汉, 华中科技大学出版社, 2000.6
自循环系统 篇5
本次实验主要是让大家掌握如何为自己的应用程序添加在Vista中的运行级别.
目的
通过本次实验可以对任何程序进行运行级别的定制.
步骤1 – 确保Vista UAC为开启状态
首先点击Vista开始菜单, 选择开始菜单中顶部的当前用户图标并单击:
在弹出窗口中选择Turn User Account Control on or off:
在对话框中确保Use User Account Control (UAC) to help protect your computer复选框为选中状态:
如果该项为非选中状态则单击选择该项然后点击OK按钮并重新启动计算机
步骤2 – 创建Windows Form应用程序
打开VS , 选择File ->New ->Project…:
在弹出的项目创建向导种选择Visual C# ->Windows ->Windows Forms Application:
输入项目名称为 VistaLogoDemo并点击OK按钮创建项目:
这里我们的程序就建立到这里, 我们主要是体验Vista运行级别的定义, 这里点击调试按钮进行调试:
步骤3 – 在VS2008中为程序添加嵌入式自定义级别使程序已管理员权限运行
建立文本文件, 将其名称命名为”可执行文件名.exe.manifest”, 这里我们写为”VistaLogoDemo.exe.manifest”, 将下面内容粘贴到文件中:
Code
这里运行级别有3种，我们这里使用 requireAdministrator 表示以管理员权限运行，如果写为 aslnvoker，那么就是以普通权限运行，
自定义Vista系统下程序运行级别
，
将该文件存放到项目的”binDebug”目录下:
回到程序的解决方案中, 选择VS解决方案浏览器上方的Show All Files按钮并点击:
打开Bin目录下的Debug目录中的VistaLogoDemo.exe文件:
在打开文件后会出现该exe文件的树形列表:
在该列表上右击选择Add Resource:
在弹出的对话框中选择Import:
在弹出的文件选择对话框中将筛选框选择到所有文件:
然后选择我们刚才建立的VistaLogoDemo.exe.manifest文件并点击Open按钮:
这是在弹出的对话框中的Resource Type中输入RT_MANIFEST, 如下, 并点击OK按钮:
完成后回到VistaLogoDemo.exe文件的树形列表, 找到刚刚添加的资源RT_MANIFEST:
在值为101的节点右击选择Properties, 将它的ID属性修改为1:
将值为1 [Neutral]的节点删除:
保存exe文件:
自循环系统 篇6
【关键词】自适应阅读；语言应用；阅读资源
个性阅读资源是阅读活动顺利、有效开展的关键和基础，因而，在中小学英语教学过程中，阅读材料的有效选择是广大英语教师面临的共同问题。随着信息技术应用水平的不断提升，如何在英语教学中融入更多的网络阅读资源，扩展广大中小学学生的英语范围，进而为学生们的课外阅读提供更多的资源选择呢？
一、选择自适应阅读材料的基本原则
自上世纪后期开始，语言习得教育越来越注重学习者中心地位的突出，并逐渐成为现代外语教学的主流趋势。根据语言输入理论，当语言输入与学习者学习水平存在较大不匹配时，学习者会很难对输入知识形成深入的理解，更不要说充分吸收语言输入知识了，因此，在选择自适应阅读材料时，应尽量选择那些难度适中的阅读资源，难度过高就会打击学习者的阅读自信心，而太低则会使他们无法获得有效的语言知识储备，进而形成停步不前的困境。
但在这种循序渐进的过程中，我们必须解决好以下两个问题，第一，对于阅读材料的“难度”，我们应通过何种方式对其进行权量；第二，不同的学习者之间是否存在个体差异，如果有，那又会有多大。
二、中小学英语自适应阅读系统体系
根据相关文献研究和系统的实际需要，本文认为，英语自适应阅读的完整系统应包括下述几个方面：
1.语言能力特征量辅助标注模块
在英语自适应阅读系统中，我们用阅读材料的篇幅、句式结构、文章类型、概念内容和词汇词组情况等语言能力特征量对阅读材料进行难度表征，既必备的材料阅读语言能力。当然，假如我们完全用人来通过手工获取这些特征变量，这将是非常一项非常宏大的工程，但现有信息技术水平还无法对这些特征量进行自动获取，因而，这一环节的作用是让电脑尽可能自动的获取阅读材料的语言能力特征量，并由人工标注剩余的特征量。
2.英语知识等级参照库
在当前的体制约束下，对学生英语阅读能力进行分级是一项非常麻烦的事。在我国“一纲多本”的教材体系中，国家只是笼统的列出了小学、初中和高中阶段的英语课程标准和基本能力要求。因此，在借鉴教材编排的基础上，本系统在划分英语等级时将其具体到了“单元”，并通过开放式英语知识等级参照库的建立生成了相应的工具，教师通过该工具的利用能够自行生成自己教学教材的英语知识等级参照库，在参照库中，本系统的语言能力特征量包括材料主题、材料体裁、文章篇幅、词组词汇类型、句式语法、材料平均句长等，分别用以记录本等级学到的材料主题、主要的文章体裁、等级阅读学生可以接受的单词总数、较上等级增加的词组和生词、较上等级增加的语法知识和学生可以接受的平均句式单词量等。
3.英语阅读资源库
阅读材料在经手动和自动标注以后放存在英语阅读资源库中，由于阅读材料自身的普适性特点，本文并不会用具体的英语等级去衡量阅读材料的具体划分，而是对阅读材料标注英语能力必备特征量。同时，为了更好的满足学生自检的需要，本系统还设置了材料阅读记录，主要是用材料句子的评价长度自动标注文章句子的平均单词数、用材料篇幅自动记录文章的总词汇数量、用生词词组自动记录阅读材料中出现的词组和单词的原型、用句式语法自动记录材料中的所有语法类型、用材料体裁手动记录材料的题材类型和用阅读理解问题手动记录材料所对应的阅读理解客观题等。
4.个性化阅读材料选择模板
中小学英语自适应阅读系统会自动根据学生现存的阅读水平在资源库中为他们挑选最合适的个性化阅读资源。这一原则主要包括：第一，阅读材料的“难度”较学习者的实际学习能力相比会相对较高，但在学习中能够理解的范围之内；第二，阅读材料的主题和题材类型会尽可能的相似于学习者当前所学的类型；第三，为了确保阅读材料的与时俱进性，资料库会自动挑选那些入库时间不久的阅读材料。
三、结语
在借用现存语言处理软件的基础上，本文初步实现了一个中小学英语自适应阅读系统的构建工作。但受容量因素的制约，这一系统当前还无法进行实际应用，但这并不妨碍这一系统后续潜力的挖掘和发挥。因而，在未来的探究中，如何通过信息技术的利用自动充实英语阅读资源库将会是我们的重点工作方向，当然，这涉及到信息抽取和网络爬虫两大核心技术的处理。总之，我们完全相信，一旦实现英语阅读资源库的自动充实，中小学英语自适应阅读系统必然会发挥更大的应用价值。
参考文献：
[1]陈莉霞.建构主义与语言输入理论[J]. 西安工程科技学院学报，2005（04）.
[2]黄雪英.从语言输入理论看英语阅读材料的选择[J].浙江工贸职业技术学院学报，2003（Z1）.
[3]陆益.浅谈英语阅读材料的选择原则[J].浙江省政法管理干部学院学报，1995（02）.
浅析循环水泵自启动应用 篇7
兰州石化公司8000Nm3/h制氮装置由兰州寰球工程公司设计, 2012年9月建成投产, 该装置生产能力为8000Nm3/h, 给炼油区生产装置提供生产过程所需的氮气和压缩空气, 8000Nm3/h制氮装置设计了独立的循环水单元, 供制氮装置内换热设备进行热量交换, 循环水单元共有循环水立式自吸泵两台, 相互备用, 工程建设时未设计单台循环水泵故障后备用水泵自启动功能, 在使用过程中由于循环水泵开泵需要调整时间明显大于受循环水影响的压缩机机间风温升高联锁时间, 即当循环水泵故障时, 还未来得及启动备用泵, 已经导致压缩机因机间风温升高而联锁停车, 从而影响装置的平稳运行, 造成氮气压力波动, 经设计变更, 将循环水泵启动控制方式改为备用泵在运行泵故障停机或循环水单元压力降至0.2MPa时自行启动方式, 来缩短备用泵开启时间, 防止因循环水单元水压低而影响装置的正常运行, 提高8000Nm3/h制氮装置平稳运行率。
1 现象描述
目前, 8000Nm3/h制氮装置共有换热器20台, 由于循环水压力低、流量小造成设备联锁的换热器共10台。循环水泵故障, 在备用水泵开启过程中, 会造成循环水压短暂波动, 引起部分换热效果下降, 温度升高造成相关运行设备联锁停车, 从而影响8000Nm3/h制氮装置的正常运行。2012年11月2日8时17分巡检人员发现1#循环水泵轴承处有冒烟现象, 并伴有焦糊味, 判断水泵轴承故障, 立即启动循环水泵故障应急预案, 立即开启2#循环水泵, 由于该泵开泵时厂家要求水泵出口蝶阀在35度时开启循环水泵, 且循环水泵房离操作室距离有一段距离, 正在操作人员进行操作时, 1#压缩机二级风温在8时18分58秒开始上升, 8时19分43秒二级风温到达联锁值54℃, 机组联锁停车, 时间为45秒, 在此期间压缩机润滑油温由43.3℃一直上升至46℃, 未达到润滑油高温联锁值54℃。由于当班操作人员及时开启备用水泵及备用压缩机组, 应急措施得当, 未对装置产生明显影响, 保证了装置的平稳运行, 但从此次故障中也反映出了循环水泵突发故障, 开启备用水泵时间的长短, 直接影响压缩机机间风温升高, 有明显影响, 故十分有必要降低此风险, 分析温度升高原因, 找出解决办法。
2 机组中间冷却器温度高的原因分析
造成机间风温高的原因主要有:循环水量的影响、循环水温的影响、循环水压的影响和循环水质原因造成冷却水管内水垢多, 有机物堵塞的影响。
循环水量造成的影响:供水量不足。空气的热量不足以被冷却水带走, 造成温度升高。在运行中一般通过监控冷却水温度和控制供水量以及水压来保证换热效果。供水温度太高, 水温高使水、气之间温差缩小, 传热冷却效果差, 同样的冷却水量, 使气体冷却后温度仍然很高。
当下级吸气量减少时, 造成前一级压出的气量无法全部“吃进”, 容易使前一级的工作进入喘振区, 在该级发生喘振。通过长时间的操作摸索, 笔者认为中间冷却器的温度应控制在30~38℃之间为宜, 故循环水压及循环水量的波动直接影响压缩机组级间风温, 而8000Nm3/h制氮装置循环水单元压力及循环水单元水量波动往往是由于循环水泵故障, 备用水泵未及时开启, 造成循环水单元循环水压力波动。
3 循环水泵控制方式改造
8000Nm3/h制氮装置循环水泵为一开一备, 开启方式为现场操作柱进行现场操作, 循环水单元压力在DCS上只有显示功能, 没有实际操作功能, 现改为压力控制循环水泵1/1和泵1/2。在泵1/1 (或泵1/2) 正常运行时, 当运行泵出口压力PI8101<0.20 MPa值时, 开启备用循环水泵1/2 (或泵1/1) , 联系仪表人员在DCS中设置泵1/1、泵1/2自动/手动软开关切换按钮, 在电气人员的配合下将信号 (常开接点) 送至8000Nm3/h制氮装置变电所循环水泵电气控制柜中。
手动状态:由操作人员现场开启泵1/1、泵1/2。
自动状态:由运行参数出口压力PI8101控制泵1/1、泵1/2至DCS给8000Nm3/h制氮装置变电所循环水泵电气控制柜中输出常闭接点控制泵1/1、泵1/2启动 (正常情况下仪表给电气控制柜常开接点) , 具体接点引至8000Nm3/h制氮装置变电所循环水泵电气控制柜。在完成自启动控制方式改造后车间进行了相应的循环水泵的自启动实验, 在运行泵正常运行时, 将备用水泵在DCS上的显示状态改为自动状态, 并将循环水泵的出口阀门控制在30度, 由操作人员在现场控制柱上突然停运运行泵, 待循环水单元压力降低至0.20MPa时, 备用循环水泵自行启动, 在此过程中备用循环水泵在运行泵停下到备用泵正常运行共持续时间为17秒, 判断出循环水泵控制方式改为自启动后, 压缩机组的级间风温从32.4℃升至最高至36℃需要27秒, 至风温上升至联锁值54℃的时间大于31秒, 可满足降低循环水单元压力波动对级间风温的影响。
4 结束语
车间完成了循环水泵自启动控制系统改造及循环水泵电流引入DCS的工作, 现场模拟运行循环水泵故障, 备用水泵自行启动, 在运行泵故障31秒后, 备用泵就已启动并完全保证循环水压力及流量达到正常用量, 实现了备用水泵及时投用, 保证了循环水单元压力及流量, 进而保证了空分装置平稳运行。
参考文献
自循环系统 篇8
莱钢大型压缩机采用西门子S7-400、S7-300多种控制系统,WINCC人机接口。
从站采用带有PROFIBUS的控制设备组成。可以实现PLC与PLC、PLC与现场控制设备间及PLC与上位机之间的信息传输。整个网络庞大,涉及到的设备众多,网络负担重,每个扫描时间担负的任务重,网络在现场设备故障时占用的总线时间长,容易造成网络超负荷瘫痪。同时,在压缩机的实际运行中,常常因为测量信号的准确度不高,变送器失灵或者电缆断路等问题,使控制系统安全性降低。本文对控制系统变负荷运行、压缩机防喘振故障信息分析和定位提出处理措施,并通过上位机在线直观显示出来。
1 负荷自适应
负荷自适应就是在制氧工艺中,根据用户用氧量的变化,自动调节生产运行工况,运行参数在自动控制中向最佳点逼近,实现自适应控制。操作人员只要设定好产品流量参数,系统自动计算出物料平衡和冷量平衡,计算出关键参数的自动调节工艺参数。
1.1 控制原理
设计负荷自适应控制程序,按照功能的不同,分为若干不同的模块:显示、目标计算、过程模型、通讯、优化。
1.2 显示
为操作员提供操作界面,显示工艺流程图,工艺参数值及变化趋势,工艺过程报警参数。各种气体管路用不同的颜色显示,并根据操作需要,在工艺流程画面中选取所需的局部画面显示。
1.3 目标计算
对操作员凭经验输入的主要产品如液氮、液氧、气氧的目标产量进行复核,算出每种产量允许的最小、最大值和目标产量值。当输入参数值严重与工艺数值不吻合时,显示屏会提示错误信息。
例如:FLO=[(F1-F2)/K1>-F3-K2
式中FLO为液氧产量;F1为分子筛出口空气流量;F2为膨胀机过冷空气量;F3为氧压机入口氧流量;K1、K2为系数
1.4 过程模型
过程模型包括状态模型和计算模型。状态模型对制氧工艺的稳定性起着重要作用,包括空气进化量状态模型、粗氩量模型、液氩量模型、制冷平衡状态模型、透平机空气量状态模型、透平旁通空气量状态模型和工艺气量状态模型。例如:空气净化量S1是一个关于气氧和液氧产量的函数,其表达式为
S1=f(K1,FGO,FLO,C1)
式中K1为系数;C1为工作状态下空气净化量。
计算模块以状态模块为基础计算出每个优化控制器的设定值,每个优化控制器都有相应增减负载的线性化模型和变化斜率。
1.5 通讯模块
通讯模块负责过程模型和优化模型的信息传送,一旦启动连续运转,除非人为停止。
1.6 优化模型
优化控制器由滤波器、调节器等组成,与过程模型有一一对应的关系,它们类似一套仿真系统,使上位机的控制达到工艺要求的最佳状态。优化控制器的模型状态,目标状态和当前状态不断刷新,使模型计算的产量、目标产量和输入产量吻合在规定的调节误差内,每个优化控制器就能同期同步地完成各自的控制,但产品流量、纯度、膨胀机叶片开度等参数均要满足设定条件,若有一个参数超过设定偏差,优化控制器就会处于等待状态。
2 冲击信号自修正模型的建立
在设备的实际运行中,机械振动及一次原件的损坏都会造成测量值失效,关键参数丢失会导致设备误停机。因此,过滤不真实的测量值,保持数值的可靠性是提高设备运行稳定性的重要手段。我们利用温度和温差作为输入变量,结合相关权重、阈值参数,通过判断函数和预测时间函数计算,最终输出预警等级值的模型,相比模糊函数实时判断模型可以避免因应急时间不足导致故障向事故发展;其次,短期温度值综合判断结合故障等级跃迁、解除的模式.可以过滤部分因温度波动而产生误判的“伪故障”。
实时温度预警模型,提高了对部分特殊症状(剧升、大幅波动等)判断的敏感度,过滤了部分伪故障(小幅震荡等)。
3 喘振故障响应仿真
采用可变极限流量控制,在防喘振控制中,根据压缩机的人口压力、出口压力、入口流量组成防喘振数学模型。空压机的流量计安装在入口位置,为消除四季空气温度变化对空压机喘振线的影响,增加两个测量点,即机组进口和出口温度,进行流量的温度补偿,并参与防喘振控制。
喘振控制器控制防喘放空阀FV1046。
出口流量(m3/h)形成过程值,该值根据下面的工艺参数计算而来:
流量传感器的温度T流体[K]=TE 1044(0-150°C)
流量传感器的压力P流体[巴,绝压]=PE 1044(0-10°巴(表压))
流量传感器的差压dP流体[毫巴]=FE 1044(0-27毫巴)
根据下面的公式:
V出口(立方米/小时)undefined
基于空压机的性能曲线,开发PLC查表程序,实现空压机出口压力(dischange press)和出口流量(actual volume flow)的故障响应即时仿真。当测量原件断线产生冲击信号时,系统区分判断误信号,报警提醒维护人员。同时激发自修正程序,根据当前入口导叶开度计算出当前的流量和出口压力值,提供给操作人员,参与设备联锁。一旦现场恢复测量,系统自动跳出修正,测量值恢复实际值。
a、喘振曲线;
b、放空防喘曲线;
c、压力限曲线
4 硬件故障实时监控定位
通过WINCC软件平台实时监测故障发生来源,对故障原因进行分类,从而对系统故障进行处理。故障分为两类:CPU故障(诊断检查错误,程序检查错误)和外部模块故障,一旦发生故障通过实时扫描把故障信息传送到上位机。
如图,CPU识别系统错误和用户程序中的错误,并在系统状态列表和诊断缓冲区输入诊断信息,可以在用户程序中使用SFC51 RDSYSST 读取诊断条目,或者用STEP 7以通俗的语言显示诊断信息,包括出错的地点和时间、该条目所属的诊断事件的类型(用户自定义的诊断事件、同步、异步的错误、工作模式改变)。
CPU在诊断缓冲区中输入标准诊断和扩展诊断的事件,如果满足以下条件,它也会生成用于标准诊断时间的过程控制组信息:
①已经指定将在STEP7中生成的过程控制信息;
(2)至少在CPU上为过程控制信息记录了一个显示单元;
(3)在当前没有一个相应等级(总共有7个等级)的过程控制组信息时,才生成过程控制组信息;
(4)每个等级可以生成一个过程控制组信息。
通过来自编程设备的STEP 7菜单命令或者SFC 51RDSYSST系统功能可以读取状态列表中的信息。
除了CPU,还有其它有诊断能力的模块,它们的数据也输入到系统状态列表中。还可以使用系统功能SFC 52WRUSMSG来扩展SIMATIC S7的标准系统诊断:在诊断缓冲区中输入个人诊断信息,发送用户定义的诊断信息到上位监控机。利用现有控制软件,获取软件发生故障时的运行序列,分析可疑模块的故障系数,利用OPC传送故障代码到远程监控机,实现故障模块的远程定位。例如,远程I/O模块故障定位中,利用系统组织块OB可以将从站中有错误的块号通过中间变量表示出来。通过远程网络传输到管理层,故障模块被准确定位。
5结束语
本系统经过现场实践,控制稳定且运行效率高,故障监测准确及时,大大降低故障率,减少了劳动强度,因此更好的满足了生产需求,并具有广泛的推广价值。
摘要：随着自诊断、自适应技术在工业生产自动化控制系统中的应用越来越广泛,本文以莱钢大型压缩机机组为例,利用负荷自适应、冲击信号自修正模型、喘振响应仿真等技术手段,设计实现了压缩机节能变负荷运行、预防性喘振响应仿真及检测设备和基础自动化设备的在线故障自诊断和自修复。该系统投运后,大大减少了停机率,提高了设备运行效率和故障处理效率,可以推广到类似的控制系统中。
射频能量自捕获天线系统研究 篇9
关键词：能量自捕获电源,阵列天线,偶极子天线,HFSS
0 引言
随着无线传感网络的发展自供能电源成为研究的热点, 在基于高频信号能量自捕获电源系统中设计一种高效接收天线就成为必要, 该天线可以提供一个较高的初级电压, 为能量自捕获电源的设计提供了保障。
2010年日本Hiroshi Nishimoto尝试收集电视信号能量给WSN供电。2011年, 美国乔治亚理工学院将撷取自半公里远的电视发射台电磁能量, 驱动温度传感器。2013年, 加拿大卡尔顿大学对无线传感器网络节点整体及各模块做出了理论介绍[1]。国内的研究都处于理论阶段。2012年浙江大学在其硕士论文提出了一套无线传感器网络节点的硬件设计方案[2]。本文设计一种高效的接收天线, 用于收集电磁波的能量, 并通过超级电容或电池等存储器件将能量存储起来, 为能量自捕获电源提供能量输入。加上智能电源管理模块, 能为低功耗无线传感器网络节点供电。通过软件仿真设计了一种偶极子天线, 并对天线样品测试, 其结果与预期符合, 达到设计目的。
1 系统总体方案
如图1所示为天线系统设计框图, 先对环境中电磁波进行能量密度分析, 选择适合选定电磁信号频率的接收天线类型, 对天线参数进行计算机仿真, 然后制作天线样品, 再在整个电源系统中进行测试, 进一步进行优化。
2 天线系统设计
2.1 环境电磁波谱分析
通过分析数百k Hz的AM广播信号, 几十MHz的FM广播信号, 数百MHz的TV信号, 可以确定能量密度较高的波段约为900MHz和1800MHz的GSM信号, 2.4GHz的ISM信号, 最大能量密度值出现在1.8GHz-1.9GHz频段, 如图2所示[3]。
参考不同时刻环境中电磁能量密度的分布情况如图3, 考虑实际中手机信号覆盖范围较广, 以及无线通信对频率的相关规定, 确定系统工作中心频率为915MHz。
2.2 天线选型
2.2.1 微带阵列天线
阵列天线的构成是阵列形式的, 根据天线馈电电流、间距、电长度等不同参数来构成阵列, 以获取最好的辐射方向性, 这就是阵列天线的优点, 它可以根据需要来调节辐射的方向性能[4]。
2.2.2 八木天线
八木天线的优点是它有很好的方向性, 较偶极天线有高的增益。用它来测向、远距离通信效果特别好。再配上仰角和方位旋转控制装置, 就可以与包括空间飞行器在内的各个方向上的电台联络。
2.2.3 偶极子天线
偶极子天线是用来发射和接收固定频率信号的一种天线。SCHWARZBECK偶极子天线的频率范围由30MHz~4GHz。其中的VHAP和UHAP是一套精确偶极子天线, 特别适用于场地衰减和天线系数的测量[5]。
2.3 软件仿真
根据HFSS对天线各项参数进行仿真验证的流程与方法, 从设计环境的搭建到软件下载, 从创建工程文件、天线模型到仿真结果输出、优化, 对天线结构进行了详细的分析与设计[6]。
在HFSS中创建如图4所示的印刷半波偶极子天线参数化模型, 仿真分析出该天线模型的性能。分别分析偶极子的长度、三角形的大小和传输线的长度对天线性能的影响。
材质:上下金属片为铜;基板玻璃布-环氧树脂覆铜箔板FR-4;介质基板处于空气之中, 空气介质模型的长宽高分别为, 160mm, 210mm, 70mm。图3中浅色在上层, 深色在下层, 建成的模型如图5所示。
通过对仿真环境设置边界条件、激励方式, 模型建立和求解设置等, 进行仿真计算, 设计出天线模型。
2.4 天线性能仿真测量
2.4.1 S参数设计与测试
S参数是建立在入射波、反射波关系基础上的网络参数, 以器件端口的反射信号以及从该端口传向另一端口的信号来描述电路网络, 以表征微波网络性能。在各个S参数中, (图6) 是入射端反射系数, 式中表示入射端的反射波, 表示入射端的入射波, 值越大被反射的能量越多, 天线接收的辐射能量越少, 设计时尽量使取最小值。
2.4.2 方向图测试
图7为天线的立体方向图, 方向图上任意一点的角度对应了实际辐射的角度, 而对应点的矢径对应该方向上的辐射场大小。因为偶极子天线本身的最大辐射方向在垂直于振子的方向上, 所以最大辐射方向在Z方向上, 而Y方向上辐射最小。
2.4.3 输入阻抗
阻抗匹配一般分为两部分, 共轭匹配和无反射匹配, 共轭匹配是指信号源和传输线之间的匹配, 目的是信号源有最大功率输出给传输线。无反射匹配指传输线输入的能量都能被负载所吸收, 获得最大能量利用率。输入阻抗体现的是负载吸收能量的能力, 为了实现阻抗匹配, 获得最大能量利用效率, 应使输入阻抗和输入传输线的特性阻抗相等或者尽量接近。从图7中可以得出, 在中心频率915MHz时, 阻抗的实部为46.46, 表示了部分的能量发热损耗, 虚部为2.03, 表示有小部分的能量的反射损耗, 整体输入阻抗Zin=46.46+j2.03, 这个值已经很接近50欧姆的完全匹配效果了[7]。据图8可知, 当L1=50mm时阻抗能得到很好的匹配。天线表面电场强度分布情况如图9。
2.5 天线软件仿真设计结果
各项参数的优化结果为臂长L2=63.2mm, 微带线长L1=50mm, L3=10mm, L4=12mm。
3 天线的制作
采用感光湿膜法制PCB的方法制作天线[8]。
第一步涂感光膜。将液体感光湿膜和稀释剂以1:1的比例混合后, 用硬毛刷均匀地涂在覆铜板上。
第二步设计掩模板。掩膜板用电路设计软件Altium Designer直接在PCB文件中绘制。
第三步光刻。光刻用紫外灯, 功率8W, 距离5cm, 时间10~15分钟。
第四步显影。显影剂10克溶于900ml—1000ml水中, 显影的最佳温度为30℃左右。时间为3分钟左右。
第五步刻蚀。刻蚀液可以用三氯化铁、双氧水或蓝色环保刻蚀剂, 本次使用第三种, 将刻蚀剂190克溶于650ml水中, 刻蚀时间约为40分钟 (用热水配液可缩短时间) 。
第六步脱膜。脱膜剂10克溶于700ml水中, 将刻蚀完全后的感光板置于脱膜液中, 数分钟后膜变软脱落, 取出后立即用水冲洗, 膜就可以去除干净, 表面也不会被氧化。
第七步镀锡。为了防止铜氧化, 要在铜表面镀一层锡, 本次采用化学镀锡法, 在镀锡溶液里将覆铜板浸泡5分钟即可。焊接好天线接口就完成了天线实物制作, 做好的天线如图9所示。
4 结论
制作的偶极子天线, 并将其与能量自捕获电源系统结合, 在自然环境中对能量自捕获电源系统测试, 实验结果表明偶极子天线对能量自捕获电源可提供6V电压和能量输入, 测试验证了该天线可以满足射频能量自捕获系?统对输入能量的要求。
参考文献
[1]Harry Ostaffe, Bharat Rawal.射频能量采集技术新发展[OL].佳工机电网, 2011.
[2]江发昌.无线充电传感器网络系统及应用[D].2012.
[3]D.BOUCHOUICHA, F.DUPONT, M.LATRACH, L.VENTURA.Ambient RF Energy
Harvesting[J].STMicroelectronics, 2010:23-25.
[4]张钧, 刘克诚, 张贤铎, 赫祟骏.微带天线理论与工程[M].北京:国防工业出版, 1988.
[5]章文勋.天线[M].3版.电子工业出版社, 2004.
[6]李明洋.HFSS电磁仿真设计应用详解[M].北京:人民邮电出版社, 2010.
[7]赵姚同, 周稀朗.微波技术与天线[M].3版.南京:东南大学出版社, 2003.
自循环系统 篇10
C2H2+HCl→C2H3Cl+124.7kJ·mol-1
转化器管程内为触媒催化剂,走原料气;壳程为热水。由于反应会放出大量热量,考虑到各种因素,反应温度在100～180℃之间转化率最佳,故需移走反应热。原有工艺是使用大功率水泵强制热水循环带走反应热,近年来发展了转化器热水自循环系统,通过把转化热水系统的大循环改为单台转化器的小循环,不仅能满足反应的温度需要,还可以节能降耗,无需增加转化器即可增加产能。本公司应用该技术进行了合成工序的改造,成效显著,特介绍如下。
1 原有的热水强制循环系统
南宁化工股份有限公司有2条PVC生产线,1#生产线投产于1983年,原为5kt·a-1生产线,经过多次技改扩建为50kt·a-1,合成工序现为28台Φ2400×4710转化器(613列管),6台热水泵,单台水泵Q=400m3·h-1,电机功率37k W,正常情况下开4备2;2#生产线投产于2005年,为60kt·a-1生产线,合成工序为36台Φ2400×5600转化器(827列管),3台热水泵,单台水泵Q=720m3·h-1,电机功率75kW,正常情况下开2备1。
热水强制循环即是使用大功率的水泵把热水槽里的去离子水输送到转化器夹套,转化器热水进、出口全开,热水吸收反应热量后汇集到换热器,经常温工业水冷却后回到热水槽进行循环,工艺流程见图1。
2 热水自循环系统原理和工艺流程
2.1 热水自循环系统原理及热量衡算
利用热动力学原理,在转化器水路上增加气液分离器,当转化器夹套内的热水吸收反应热后,密度降低,温度升高,少量热水由于吸收了大量的热量汽化成水蒸汽,形成汽水混合物一起升上顶部气液分离器,部分蒸汽及高温热水在常压的气液分离器内减压释放,带走了大部分热量,同时进行汽液分离,降温后的热水借液柱高度差及密度差重新回流至转化器夹套继续循环换热,这样热水即可在转化器夹套中自行循环,无需借用外力来促其循环。
由于热水蒸发会带走部分水量,按60kt·a-1PVC产量计算,则:
1h生产的PVC量为:60000/8000=7.5t·h-1
聚合收率93%,消耗的氯乙烯单体为:7.5t/h/93%=8.06t·h-1=129.03kmol·h-1
总的反应热为:129.03kmol·h-1×124.7k J·mol-1=1.61×107kJ·h-1
查表得水的蒸发潜热ΔHv=40735.323kJ·mol-1,则蒸发的水量:
由计算可知,只需开1台水泵即可满足生产需要,同时也可以得知原有上水阀门过大,需另外增加支管为转化器持续补充热水保证循环量。
2.2 热水自循环系统工艺流程
转化热水自循环工艺流程图见图2。
原始开车时,关闭气液分离器热水溢流管阀门2,打开回气管阀门1,全开转化器热水进、出口阀(原有阀门4、5),利用转化器和气液分离器的高度差进行热水升温,等热水槽温度达到80～85℃后通入物料气开车,生产正常后即可打开溢流管阀门2,关闭阀门4、5,调节好补充水阀门3给转化器补充热水,转为热水自循环工艺。
需要注意的是,为了减少管路气阻,热水溢流管、回气管配管至热水槽时应保持一定的坡度,而不是按一般的横平竖直原则来配管。
此外,由于下一个工序———精馏工序也使用同一个热水槽的热水,自循环会使槽内热水温度下降,达不到精馏的工艺要求,此时可以选2台温度高的转化器切换到强制循环,以补充热水槽损失热量,或是不切换直接补加蒸汽以提高槽内热水温度。
3 应用效果和经济效益
3.1 效果
首先解决了转化器的超温汽化现象。以前使用强制循环时常能听到转化器发出砰砰的响声,那是由于转化器局部温度过高导致热水汽化,循环热水通不进去,积气在夹套内发出的声音,不仅易造成触媒过快失效,生产负荷也无法提升。改造为热水自循环后再未发生过这种现象。
其次是大大减少了热水泵使用台数,延长了水泵的使用寿命,相应也减少了维修频率。
最后是显著地提高了生产能力,1#生产线原先最高乙炔流量为1600m3·h-1,改造后提升到了1900m3·h-1;2#线原先最高乙炔流量为2400m3·h-1,改造后提升到了3000m3·h-1,不用增加转化器就把氯乙烯单体产能总量提高了约2万t·a-1。
3.2 经济效益
经过应用热水自循环后,1#线由于扩建时热水系统未合并,需开2台热水泵,2#线开1台即可,使用水泵数量减少了50%,按全年运行8000h计算,动力电单价为0.5元·(k W·h)-1,则每年可节约动力电费用为:
1#线:37kW×2×8000h×0.5元/kW·h=29.6万元
2#线:75kW×1×8000h×0.5元/kW·h=30万元
4 结语
相对于热水强制循环工艺,热水自循环工艺运行费用明显降低,而且尚未计算由于产能扩大而使成本下降带来的效益,虽然改造有一定的初期投资,但节约的费用一年即可抵消,操作简单,安全环保,优势是很明显的。其劣势在于低负荷生产时用不起来,还是得使用强制循环,不是“全天候”通用。
目前,国内大多数电石法聚氯乙烯生产企业都改造投用了热水自循环工艺,以达到节能降耗的目的,新生产线若从设计阶段就采用热水自循环工艺,则一次性投资比强制循环要降低很多,值得推广使用。
摘要：介绍了氯乙烯合成中热水自循环系统的原理、流程和应用,不仅节能降耗,而且增加产能。
自循环系统 篇11
关键词：汽车维修；故障自诊断；基本原理；故障代码
汽车故障自诊断系统主要通过对电子控制系统中的传感器、电子控制系统本身和各种执行的元件这几个方面进行监测。其故障定位功能使维修人员更快地找出故障原因，而故障预警功能则更好地提高了汽车的安全性和可靠性，其故障参数记录为维修工作提供了理论依据。自诊断系统具有以下功能：检测电子控制系统的故障；将故障代码存储在ECU的存储单元中；提示驾驶员ECU已检测到故障，应谨慎驾驶；启用故障保护功能，确保车辆安全运行；协助维修人员查找故障，为故障诊断提供信息。汽车故障自诊断系统在维修工作中有着重要作用，有利于让缺乏专业知识的驾驶员更好地了解故障情况，提高行驶安全性能，最大限度地减少交通事故的发生，有效地保障了驾驶员的人身安全。
1.我国汽车维修行业的现状
随着社会经济的发展，汽车维修工作也从传统的手工作方式的状态发展到如今的自动化机械操作，各企业都加强了配置，无论是从车身还是车内设施的维修都使用了现代化的机械。这些先进机械参与到维修中不仅可以确保车辆维修的质量，还能为维修人员减轻负担。根据不同车型以及电子控制装置的不同，自诊断系统也成为重中之重。随着企业逐渐转化成为特约维修企业，也应根据系统、性质的不同，维修技术也逐步专业化，争取早日摆脱传统的维修模式。
2.故障自诊断系统的工作原理
汽车故障的自诊断模块的对象时汽车电控系统的各种传感器、各种执行元件和电子控制系统本身，故障的判断也是针对这三种对象进行的。故障自诊断模块公用汽车电子控制系统的信号输入电路，在行驶过程中以上三种对象进行检测，当其中某个信号在一定时间内超过设定值的时候，故障自诊断模块就会判断这一信号对应的电路出现故障，并把故障以代码的形式存入内部存储器中，并通过指示灯显示出来。具体表现为：
（1）当汽车的某一部分，比如传感器或者电路有故障后，相对应的信号也就不能再做为衡量汽车是否有故障的控制参数。为了保障汽车的正常运行，故障自诊断系统自动从程序存储器中找到之前设定的一组经验值，做为应急参数，预备方案可以及时的保障在这一部分有故障的时候汽车也可以继续运行。
（2）当汽车的执行元件会损害其他元件，或者导致汽车出现严重的故障时，那么就要对症下药，把这个部分的执行元件检测出来，然后及时解决问题，故障自诊断系统能自动的处理好这一点，自动采取安全措施，停止这一功能的运行，为汽车的正常运行保驾护航。例如，当点火器出现故障的时候，故障自诊断模块就会切断燃油喷射系统电源，停止喷油，防止排油系统爆炸。
（3）当汽车的电子控制系统出现故障时，故障自诊断系统自动开启备用控制回路对汽车进行简单的控制，确保汽车在出现故障之后还是可以运行一段时间，让车主可以开到汽车修理站进行维修。
（4）当汽车传感器出现异常或者无信号时，而且持续时间较长，而ECU便以稳定的形式将预先设置好的故障代码存储到RAM中，并通过指示灯的闪烁来起到警示的作用，
3.故障自诊断系统之故障代码
（1）故障代码的设定。故障代码是代表汽车故障的类型和故障部位的信息，使自诊断系统记录相应的故障点时只要通过数字或字母表示。故障代码的设定方法有很多种，主要包括值域判定法、时域判定法、功能判定法、逻辑判定法等。
（2）故障代码的测试模式。在故障自诊断系统中，故障代码主要有静态测试模式和动态测试模式两种。静态模式就是在发动机停止运转时，从存储器读出故障代码，利用机内已存在的电子控制系统对故障代码进行诊断；而动态模式却在是在发动机正常运行中完成的，利用自诊断系统和诊断模式检测出故障代码。
（3）故障代码的种类。故障代码又分成硬码和软码两大类型。它的分类主要是与故障灯的状态是息息相关的，如在运行中，故障灯一直是亮的状态即硬码，如在发动机运转时，故障灯先亮后熄即软码。软码是间歇性的故障代码，有可能是线路接触不良而引起的。可以对线路进行检测。
（4）故障代码的读取和清除。随着车载网络在汽车电子技术中运用，在排除汽车故障之后，存储器内部的故障代码就必须要清除，以免造成再出现新的故障时，系统把旧代码一齐输入，导致不能及时的发现故障。
4.如何更好的把故障自诊断系统应用到汽车维修工作中去
虽然故障自诊断系统已经逐渐应用到汽车维修中去，但是还存在很多盲区，在其以后的发展过程中应注意以下几个方面：
（1）完善故障定位功能。故障定位功能是为了能及时的找到电子控制单元中的故障元件，以防在维修中盲目维修，节约成本，故障自诊断系统应完善电子控制单元内部各项元件的定位功能。
（2）准确的记录故障参数。故障参数是为了分析故障原因，自诊断系统应及时记录各项故障情况，并逐一核对，以确保故障参数的准确性。
（3）优化故障预警功能。故障预警是通过各项数据处理技术使自诊断系统能预告系统可能出现的故障，提醒车主提前防范，及时维修。
（4）强化驾驶员知情功能。让驾驶员可以了解到故障情况，提高了在车辆维修中的公平性。
5.结束语
综上所述，通过对汽车自诊断系统的深入了解，认识到汽车故障自诊断系统的使用不仅可以减轻维修人员的负担，也给车主带来了便利。
参考文献：
[1]丁奎华.浅析汽车维修中的“故障自诊断”[J].现代企业文化，2010，（9）
[2]倪桂荣.浅析发动机电控系统故障码故障的诊断技术[J].汽車维修与保养，2012，（8）
[3]黄开宏.汽车故障自诊断系统及其在汽车维修中的应用探究[J].科学时代 ，2013，（15）
[4]张永艳.简述汽车故障自诊断系统及其在汽车维修中的应用[J].城市建设理论研究（电子版），2012，（33）
自适应网络课程学习导航系统 篇12
应该指出, 网络上许多课程已经注意了学习导航, 但是, 大量的学习导航还处于静态水平上, 未实现动态的个性化的服务。存在主要的问题有:
(1) 不能灵活建构学习内容和学习过程。现有各种导航组织是固定的、线性的, 很难做到学习个性化和学习模式的多样化;
(2) 缺乏足够智能性, 一般的课件导航只是方便用户浏览内容, 很少具有用户行为分析、知识联想、学习推荐等智能导航策略;
(3) 缺乏个性化服务, 大部分的课件在不同的用户面前呈现的内容是一样的, 都是按课程本身的组织方式呈现, 没有根据不同用户的学习状况和爱好展示不同的学习内容, 也没有区别个体提供不同的服务;
针对以上问题, 本文认为导航系统建设需要考虑:个性化学习内容的结构应超越传统的目录结构, 能够根据领域知识结构和学生的认知结构来灵活建构;有效的智能导航策略不仅提供学习单元状态提示与内容漫游功能, 还具有用户行为分析、知识联想、学习推荐等多种功能;系统能为每一个用户达到的学习目标设计一定的任务和实施环境并给出相应的测试与评价。
只有达到了这些要求, 学习系统才能真正担负起"教"与"学"的双重功能, 为用户通过电子课件学习提供一个良好的环境。
一、系统设计目标分析
自适应网络课程学习系统主要提供了网上学习的平台, 其主要功能如下:
1、通过用户注册初步了解用户基本信息, 同时初始化用户学习状态与用户学习记录。
2、进入系统, 系统通过用户记录展现了用户的学习级别及与该级别相匹配的难度的知识点, 从而实现了用户进行网上学习的个性化与自适应性特征, 同时通过教学大纲导航, 用户可以进行学习, 并可通过在线测试了解对知识点的掌握程度。
3、通过测试结果改变用户的学习状态与学习记录, 对用户的状态进行管理。当用户再次登录时, 系统会自动进行更新, 实现用户学习的个性化。
4、通过知识点链接导航使用户在页面之间轻松跳转, 不至于在浏览过程中迷失方向, 从而提高学习效率, 促进学习进度。
5、在用户进行某一知识点的学习时, 有相应的知识点分类导航对用户进行指导。这些知识点和用户所学知识具有相同的关键字, 它们之间可能存在某些关联与联系。这样便于用户对此类知识的查找, 同时也会扩大用户的知识面。
6、通过知识点搜索导航, 用户可以直接进行所要学习知识点的查找。对所要查找的知识点了解较少时可以模糊查找, 而了解较多则可精确查找。
二、用户模型的介绍
用户模型可以记录所有不同用户的特征以及不同学习行为信息。设计用户模型的目的是为了给用户提供自适应的个性化服务。本系统用户模型的特点是模型分为动态和静态两部分, 两部分相互作用共同完成建构个性化的学习内容和动态导航的任务。用户模型可分为以下四部分, 用户模型下级分为三个组成部分个人信息、互动信息和学习记录。
三、系统导航功能模块介绍
在系统分析的基础上, 结合用户的学习特征和学习状态, 得出本系统的功能模块结构图, 此模块共分为三层结构, 各结构之间紧密相连, 共同建构了自适应网络课程学习导航系统。具体功能模块如图1。
四、系统详细设计与实现
4.1 系统工作原理介绍
本系统采用B/S结构 (Browser/Server, 浏览器/服务器结构) 和基于Web服务两种模式, 是一个适用于Internet环境下的模型结构。只要用户能连上Internet, 便可以在任何时间和地点进行学习。
系统的工作流程包括以下一些关键环节:
(1) 用户注册。用户使用该课件前需注册, 系统会将用户输入信息记录到用户模型中。
(2) 用户登陆。用户输入用户名和密码后, 系统验证正确性及用户能否进行学习。
(3) 个性化学习内容自动生成。根据用户注册时输入的学习特征和学习过程中的学习记录, 从用户模型和知识领域模型中读取相应信息合成网页内容。
(4) 用户信息管理。其中包括对用户信息的查询和修改, 系统会根据修改后的用户信息重新自动合成网页内容。
(5) 在线浏览。这是用户学习课件内容的主要方式, 浏览中的动作主要是点击网页中的超链接, 系统会动态跟踪用户的行为更新网页内容和导航提示。
(6) 导航搜索。为帮助用户更快更方便的找到所需知识点, 系统根据知识点不同的特征, 比如说作者不同, 主题不同或关键字不同等进行搜索, 使用户一步到位, 直接找到所需知识点。
以上各个环节相互联系, 前后影响。对于用户的每一操作, 系统都会自动读取数据并更新其中用户数据, 并将更新后数据通过课程学习系统网页呈现出来。
4.2 系统数据流图
数据流图能精确地在逻辑上描绘系统的功能、输入、输出和数据存储等, 摆脱了物理内容, 是描绘系统逻辑模型的最主要的工具。经过系统详细调查及用户需求分析, 我们得到了新系统的数据流图。如图2、图3:
4.3 系统的实现算法
4.3.1 用户信息初始化算法
该算法中牵涉的数据有:用户数据库中的用户信息管理表、用户特征表、用户学习表。算法主要功能是通过接收用户输入或选择的信息初始化用户模块中有关信息。
4.3.2 检索导航算法
登录后, 用户可根据知识点搜索进行检索。知识点搜索主要从知识点主题、知识点类别和知识点的关键字三方面进行。三方面的共同限制可使用户查找到较精确的知识点。在该导航实现过程中, 用到的数据有文章知识表, 内容是从文章知识表数据库中调出。
4.3.3 知识点关联导航算法
知识点关联导航是当用户浏览某知识点时, 与此知识点相关的知识点将显示在相关知识点栏目中。这些知识点的相关性是根据关键字进行判断的。用户点击任一知识点, 只要与此知识点具有相同关键字的知识点都会显示在页面上。这种自适应性方便了用户对一些相关知识点的查找与阅读。
4.3.4 网络课程知识点显示算法
用户登录成功后, 页中知识点的内容是根据用户学习级别进行判断的, 用户学习级别不同决定了不同内容。这种根据用户学习情况自适应的显示, 有利于用户对知识点的掌握, 同时随着学习不断推进, 用户可以相应改变自己学习级别, 来学习更高级的知识点, 直到对整个课程知识点有了深刻的了解与认识。
4.4 前端页面的设计与实现
在后台数据库建立与整体设计的基础上, 前端页面的设计与开发尤其重要, 对于自适应网络课程学习导航系统来说, 主要包括的页面模块有:用户注册模块、热点学习模块、推荐学习模块、知识点搜索模块、知识点分类导航模块、主题分类导航模块和讨论区模块等。
4.4.1 系统公用页面
在本系统中, 将会有些公用页面, 即每个文件或部分文件都会用到的文件, 在使用这些文件时, 只需一个包含语句即可, 这样减少了代码的冗余, 也使编码简单, 减少了工作量。主要公用文件包括:syscode_article.asp、conn.asp、function.asp、config.asp等。
(1) syscode_article.asp:该文件是对系统栏目和文章专题与章节的整体管理。它包括文章内容与知识点的如何显示, 以及用户的阅读权限, 栏目的显示效果, 文章的分页效果, 最新文章显示函数, 推荐文章显示函数, 最热文章显示函数等。此文件基本上贯穿了整个系统, 它包含在各文件中, 是系统的主要部分与精髓。
(2) conn.asp:该文件对于程序中建立数据库连接和关闭数据库连接的操作, 最好放在一个包含文件中, 这样便于维护和修改。前面一部分为建立数据库连接的语句, 其中conn为建立数据库连接的对象, connstr为数据库连接字符串, 它表明了数据库连接的物理路径以及采用的数据库类型, 采用的是ACCESS数据库。用这种方法连接数据库的目的是防止程序被移植后, 数据库的路径出现问题或是还得设置数据源。
(3) function.asp:该文件是各种函数的集合文件, 主要包括检查email地址合法性函数Isvalidemail () , 求字符串长度函数Strlenth () , 显示错误提示过程WriteErrMsg () , 显示本站公告信息过程ShowAnnounce () , 显示用户登录表单过程Sho UserLogin () , 显示知识点搜索表单过程ShowSearchForm () 等。这些函数或过程放在同一个ASP文件里, 便于其他asp文件的调用, 同时易于修改和管理。
(4) config.asp:该文件是各种常量的声明文件, 这样做的目的是可以在程序的任何部分使用该常量来代替某一特定的数值, 从而方便了编程。
4.4.2 用户注册页面
用户注册界面如图4所示。带*号的为用户必须填写的内容, 这便于对用户的管理以及用户的安全性。用户注册页面的信息是用户进入系统的有利凭证。该页面涉及的主要asp文件为user_reg.asp。
4.4.3 分类导航模块
分类导航的简单设计使用户一目了然, 他们带有不同的超链接, 不同页面显示不同的主题内容。分类导航提供了两个框架:主题分类和知识点分类。两种导航操作起来都比较简单, 适合各种层次的用户使用和操作。
此主题分类导航模块包含了各种知识点, 知识分类清晰可见, 主要由showspecial () 函数和showclassnavigation () 函数来编译, 其中showspecial () 函数用来编译专题栏目, 而showclassnavigation () 函数用来编译栏目导航。其中涉及到的其它文件还有syscode_article asp、function.asp、conn.asp。
知识点分类导航模块方便了用户的多方面查询, 使用户可以在某一知识点下了解到更多的相关知识, 扩充自己的知识面, 同时了解自己在其他知识点中的不足。此模块涉及到的ASP文件有syscode_article.asp, function.asp和conn.asp。
在syscode_article.asp中, 主要涉及的函数为showcorrelative () 函数, 此函数是知识点显示的主要函数。在showcorrelative () 函数中包含了function.asp中的gottopic () 函数, gottopic () 函数是一截取字符串的函数, 返回值是截取后的字符串。同时为了数据库建立连接, conn.asp是必不可少的。
4.4.4 检索导航模块
本模块功能:方便用户搜索所要学习的知识点, 快速定位。本模块是在选择知识点分类的基础上根据知识的各个关键字进行搜索。
其主要的ASP页面有:
(1) conn.asp页面, 此页用来与数据库连接, 便于其它页面对数据库进行查询时使用
(2) article_search.asp页面, 对于知识点搜索的结果将显示在此页面中。
涉及到的主要函数有:showsearchform () 函数, 此函数是用来显示知识点的搜索表单, 即模块中所显示的内容。showsearchresult () 函数, 分页显示搜索结果的函数, 此搜索结果将显示在article_search.asp所显示的页面中。
4.4.5 推荐学习导航与热点学习导航模块
推荐学习导航和热点学习导航主要是管理员进行管理的, 管理员根据最近比较好的知识点文章对用户进行推荐, 并将最受用户欢迎的知识点显示在热点学习栏目中。
4.4.6 讨论区页面
讨论区页面主要功能是方便用户之间的交流与讨论, 用户可以在交流中不断发现问题, 解决问题, 同时不断增加自己的知识面。
讨论区主要用到文件有:chat.asp、announce.asp、particular.asp、re_announce.asp、count_hit.asp。
结语
网络学习导航系统成功的关键在于导航界面的清晰, 简单设计、导航系统的全面性、导航系统的自适应性和系统的易管理性这四个方面。
本系统的大部分模块已经实现, 并符合以上几个特性。但一个完整的系统靠短时间的分析、设计来开发是远远不够的, 它需要更长时间来测试并完善。随着研究的进行, 可能还会有其他一些问题, 需要继续努力, 改善本系统。
摘要：现代信息技术的发展, 使得基于WEB技术的网络教育平台成为现代教育技术改革与发展的方向。本文介绍了用ASP+ACCESS技术开发该系统的子系统自适应网络课程学习导航系统。该系统主要利用了ASP强大的网络数据库访问技术, 实现了网络学习的自适应性。