交互式智能电子标签

交互式智能电子标签（共9篇）

交互式智能电子标签 篇1

0 引言

为进一步实现变电站监控设备的智能化并简化系统结构, 传统的集中式监控方式逐步向分布式方式转化[1,2,3]。统一的IEC 61850通信标准并不能保证分布式多智能电子设备 (IED) 交互功能的成功运行[4,5], 分布式方式下多IED的时间配合问题会导致系统部分功能失效甚至严重的系统故障[6]。IED交互过程实时性建模与分析能够为智能变电站规划设计、运维检修、设备检测或性能评估等多个工程环节提供指导, 因此, 对IED交互过程实时性的建模与分析方法展开研究具有重要的现实意义[7]。

有限状态机 (FSM) 和Petri网能够采用可视化的方式进行建模与验证, 但是当系统状态空间过大时其建模难度高[8]。统一建模语言 (UML) 具有丰富的图形表达能力, 已被广泛用于电力系统交互建模[9], 但因其缺乏统一的形式语义而难以被验证。行为树 (BT) 是一种能够用于系统行为建模的新方法, 因其具有严格的形式语义、方便的图形语法及良好的层次特性而开始被越来越多的领域所使用。需求工程和游戏领域已使用BT方法成功进行建模, 但没有给出其严格定义和一般用法[10,11,12]。文献[13]从需求工程的角度出发给出了一种BT到通信顺序进程 (CSP) 的转化方法及BT的语义模型, 文献[14]在互操作性测试领域进行了尝试, 文献[15-16]提出了基于CSP和实时系统模型的验证方法, 但均没有给出一套完整的系统实时交互行为建模流程和验证方案。文献[17]给出了BT的相关定义并提出采用BT进行IED的交互过程建模与验证, 但未给出实时特性的描述与验证方法。

本文拟采用BT对IED交互过程进行描述, 但现有BT模型无法完成对分布式功能的实时性描述且对交互过程的描述也相对复杂, 为此, 本文首先引入实时系统模型和CSP中的通信通道模型对BT进行了扩展, 得到改进的时间BT模型。以变电站定时过流保护相关的IED交互过程为例, 给出了交互过程建模思路并给出了实时性和消息同步的建模实例。对模型进行了验证和时间计算, 并对本文所提方法在智能变电站中各个工程环节的适用性进行了简要分析。

1 IED交互过程描述

IED的交互过程描述是对其进行时间特性分析的基础。目前常用的描述包括时序和延时等时间特性描述, UML时序图是工程领域用于描述交互过程时序的常用工具, 时间特性的描述常采用时间自动机方法, 下面以定时过流保护交互过程为例对上述2种方法进行探讨。

1.1 基于UML的交互过程时序描述

本文以变电站定时过流保护为例进行说明, 其UML交互时序如图1所示。图中:PTRC, XCBR, CSWI, IHMI和RREC分别为跳闸控制、断路器、监控单元、人机接口和自动重合闸IED。

IEC 61850标准对各类报文的传输时序及实时性进行了基本约束。IEC 61850将传输报文分为4类, 并分别提出了传输实时性基本要求。4种类型的报文分别为: (1) 周期性的采样测量值报文IT1, 即采样值报文, 通信延迟为3~10 ms; (2) 非周期性的事件传输报文IT2, 即通用面向对象变电站事件 (GOOSE) 报文, 通信延迟为1~4 ms; (3) 非周期性的操作报文IT3, 通信延迟为100~500ms; (4) 非周期性的文件传送报文IT4, 通信延迟为1 000ms。图1中g1, g4, g6和g9为IT2报文 (要求通信延迟小于3ms) , 其他为IT3报文 (要求通信延迟小于100ms) 。

UML时序图能完成对时序及上述时间要求的描述, 但是对如下几类问题缺乏描述机制: (1) 从PTRC接收到来自定时/过流判断逻辑节点的操作指令到后续各步所经历的最小时间的仿真计算问题; (2) 某线路保护系统要求RREC收到消息g1和g4后重合闸动作时间为0.5s; (3) 某应用场景要求从PTRC收到跳闸指令到XCBR完成一次重合闸尽量不超过0.58s。上述问题中存在如下实时性相关概念: (1) 设备处理延时, 如XCBR接收到消息g1后, CPU处理耗时t1后发送消息g4; (2) 网络传输延时, 如PTRC发送消息g1后, 经过时间t2, XCBR收到消息g1; (3) 处理等待超时, 如PTRC发送出消息g1后开始计时, 若t3时间段内未收到消息g4, 则记录超时信息; (4) 尽早执行, 各消息若按照尽早发送的原则运行, 后续消息最早被接收到的时间是多少。

1.2 基于时间自动机的时间特性描述

图2基于时间自动机表达了PTRC和XCBR间与消息g1和g4相关的部分交互过程。图中, t:=0表示时间变量t置初值0。

图2中的时间自动机表达了PTRC发送消息g1给XCBR, XCBR收到消息g1后执行动作并返回消息g4。若PTRC在时间t3内收到消息g4, 则转移到初始状态A0, 若时间超过t3, 则转超时处理A2后转移到初始状态A0。

时间自动机模型可以完成超时等时间概念的表述, 但描述层次性较差。本文将以层次性更好的BT模型为基础, 对其进行扩展后进行设备时间特性描述。

2 BT模型扩展

现有BT模型能够通过顺序、选择和同步等控制流程完成IED交互时序的描述, 但无法完成对分布式功能的时间特性建模, 为此本文引入实时系统模型中的时间概念对BT进行扩展。

在分布式系统中常采用消息传递这种松耦合机制来实现交互。尽管消息交互过程可以使用顺序和同步等现有BT节点进行描述, 但这会使得描述变得复杂, 因此, 本文将CSP中的通信通道引入BT中, 增加新的BT通信通道节点, 以降低整体交互过程的模型复杂度。

2.1 BT的实时性扩展

实时系统模型将交互相关的时间概念抽象出来形成截止 (Deadline) 、启动超时 (Timeout) 、直到 (Waituntil) 、延时 (Delay) 、在时间段内 (Within) 、执行超时 (Interrupt) 及尽快 (Urgency) 等实时系统概念。

假设B为一行为名称, 上述各个概念的含义如下: (1) B Deadline[t], 含义为时间t到达时强制终止B; (2) B Timeout[t], 含义为B在时间t内没有启动执行任何动作, 则终止B; (3) B Waituntil[t], 含义为时间t到达时强制终止B或B提前执行结束, 等待时间到t后才执行后续行为; (4) Delay[t]B, 含义为等待时间t后执行B; (5) B Within[t], 含义为B的第1个事件需在时间t内开始, 否则终止B; (6) BInterrupt[t], 含义为B在时间t内未执行完会强制终止, 转入后续行为; (7) Urgency B, 含义为行为B中的某时间需要在可能的情况下尽早执行。

图2中的交互行为可用实时系统模型表述为如下表达式, 其中→表示顺序。

式中:ts为超时记录行为;c4?g4和c1!g1为CSP语法表达式, 分别表示在c4通道上收到g4消息和在c1通道上发送g1消息, 消息发送和接收相关概念将在下一节展开。

单个事件或者整个进程均有时间特性, 因此, 可以将时间约束扩展为BT原有节点的修饰符, 用于修饰原有各BT节点。采用扩展了“超时”约束修饰的时间BT对上述交互过程的建模如图3所示。需要说明的是, 上述基于时间自动机的交互模型为循环模型, 为了简化时间计算模型, BT建模过程中没有考虑系统的循环运行, 仅对各消息的一次传输进行了建模。

图3中, T:Timeout[t3]为“超时”约束修饰符, 用于修饰其下面的BT节点PTRCA1, Skip为空进程不做任何动作。

经上述时间特性扩充后形成时间BT模型, 时间修饰节点配合原有BT节点可以描述IED交互过程的延时和超时问题 (具体实例参见后续章节) 。

2.2 通信通道节点扩展

2.2.1 CSP中的通信通道

CSP中, 进程P能在通信通道c上传递的所有消息的集合定义为:

式中:αP为进程P的事件集合;v为通道上发送的消息。

下面给出一个通信应用的例子, 如下所示。

式 (8) 描述了一个循环拷贝进程COPY (其事件序列为X) , 从in通道收到x消息就将x消息从out上发送出去, 式 (9) 描述了P, Q这2个进程在通道c上的消息同步, Q进程需要在从c上接收到消息后才能执行。

CSP中通信通道可分为非缓冲通道和缓冲通道, 可以用通信通道的缓冲大小来描述, 非缓冲通道的缓冲大小为1, 表示任何时刻只能有一个正在传送的报文。缓冲通道的缓冲区大于1, 允许多个报文停留在通道中。

2.2.2 BT的通信通道扩展

通道相关的行为主要有通道发送消息x和通道接收消息y这2种。通道在某一时刻能否发送和接收消息由通道本身的控制逻辑完成。因此, 可为BT扩充一个隐式的通信通道节点c。c为某无缓冲通道的名字, 无须在图形中显式给出节点c, 但是该节点的2类事件子节点 (c!x, c?y) 以BT的行为节点的形式出现, 消息发送和接收的一般情形如图4所示。

图4表达了通信模块在满足条件cond1的情况下经通信通道c1发送g1, 在c1通道接收到g1后执行act1行为。在通信中若某设备采用发布/订阅模式将消息发布给多个设备, 可采用同步多次发送完成模拟, 二者的时间特性相同。

扩充通信通道节点后, 消息的同步描述可用一个同步节点 (其子节点包含发送节点和接收节点) 完成, 可以省去通道中先发送后接收的顺序控制描述。

3 基于时间BT的交互建模

完成上述BT模型扩充后, 采用新的时间BT可以完成IED交互过程实时性的完整建模。采用BT通过分层建模的方法能够逐步实现分布式功能的完整建模, 建模过程可以采用自顶向下或自底向上的方法, 本例中采用自底向上的方法, 即先对各个IED进行建模后构建完整的分布式系统模型。交互过程具体的建模流程可参考文献[17], 本文仅对扩充的实时性描述和消息同步建模做举例说明。

3.1 交互过程消息同步建模

以图1中的PTRC为例, 其外部行为主要表现为发送消息g1, r2, r3 (用S123节点描述) , 并接收消息g4和g9 (用R49节点描述) 。PTRC的子节点S123和R49间, S123的子节点c1!g1, c2!r2和c3!r3间, R49的子节点c4?g4和c9?g9间均是同步关系, 必须采用同步节点描述。完整的PTRC模型如图5所示。

需要指出的是, 消息g1, g4和g9需要采用发布/订阅模式发布给多个设备, 本文采用同步多次发送完成模拟。

3.2 实时性建模

上述建模过程只描述了设备间的消息传递时序, 没有对“延时”和“超时”等时间概念进行描述, 模型需要进一步展开。下面以R49为例进行说明, R4节点有超时限制t3, 采用Timeout可完成描述, 所有接收子节点有延时属性, 采用Delay描述。对R49进行时间特性扩展后如图6所示。图中:RD4表示带超时判断的节点4。

图6中, TS为“超时”行为顺序节点。按上述建模步骤可完成各个IED及其消息的实时性建模。各IED交互构成整体系统SYS, SYS中各个IED间的关系主要是消息同步关系, 因此采用同步关系进行建模。定时过流保护系统的整体BT模型如图7所示。

4 实例分析与验证

4.1 验证实例

在完成时间BT建模后, 需要对模型中的各个时间参数进行设定。图1中定时过流保护IED交互过程的时间特性涉及消息准备时间、传输延时和接收超时等项。如断路器开合动作需要消耗一定时间, 以真空断路器为例, 其开合时间可设为70 ms, 因此可将其后的GOOSE消息g4和g9的准备时间设为70ms, 自动重合启动后需要一个延时过程, 可将g6的准备时间设为500ms。其他各项时间特性设置值如表1所示。

表1所示时间特性仅表示特定应用场景下的时间取值, 不同应用场景下应根据实际情况设置。

4.2 模型的PAT描述

完成BT建模后, 将图形化BT模型采用符号化的CSP模型表示后即可方便地使用新加坡国立大学开发的过程分析工具 (PAT) 进行模型验证。

在采用PAT进行验证前, 需要按照PAT的语法规范进行描述, PAT的描述语言与BT的语义模型即CSP模型所使用的符号十分相近, 因此, 将上述模型转化为PAT语法只需要进行简单的符号替换即可。图5所述PTRC的BT模型转化为PAT语句结构为:PTRC= (S (1) ‖S (1) ‖S (2) ‖S (3) ) ‖ (RD (4, 80) ‖R (9) )

其中, S (1) , S (2) , S (3) 为发送进程, R (9) 为接收进程, RD (4, 80) 为带超时判断的接收进程。与收发相关的PAT描述展开后为:

上面的PAT描述中, 表示尽早执行后续行为。PAT中的Wait与BT中Delay相对应, 每个消息的准备时间和传输延时分别采用t2和t1数组存放;通道采用c数组存放;Rev数组用于记录消息是否收到;RevTime数组用于记录消息被接收的时间。XCBR等IED均可按上述方法完成转换。

图7描述的SYS的BT模型转化为PAT语句如下:SYS=PTRC‖XCBR‖CSWI‖IHMI‖RREC。

由于PAT的实时描述过程不提供各消息被接收的时间标志, 为此本文新增了一个Counter循环进程和一个m变量用于记录每个消息收到的时间信息。Counter需要作为SYS的子节点与PTRC等同步运行, 其定义如下。

4.3 模型的PAT求解

完成模型描述后, 系统模型已经能够在PAT工具下仿真运行, 但使用该工具的目标往往是进行系统是否存在死锁、设定目标是否可达及路径耗时等问题的求解。要实现特定计算目标, 需用PAT提供的断言 (assert) 进行目标问题描述。

1) 死锁验证, 如定义了以下断言:

#assert SYS deadlockfree;

验证结果为:The Assertion (SYS deadlockfree) is VALID, 从结果可以看出SYS (将Counter加入前) 模型描述不存在死锁。但如果将循环进程Counter加入SYS后则存在死锁。

2) 目标可达性验证, 如定义了如下断言:

#define goal1 (RevCount==11) ;

#assert SYS reaches goal1;

验证结果为:The Assertion (SYS reaches goal1) is VALID。RevCount为系统仿真过程中收到的不同消息总数, 从结果可以看出该设定目标可达, 即仿真运行中所有消息均能被正确接收, 各个消息被收到的时间记录在RevTime数组中。对表1时间参数进行仿真运行能计算出各个消息被接收的时间 (见附录A图A1) 。

上述仿真运行不存在超时的情况。实际运行情况相对复杂, 会有通道拥塞导致延时变长或丢包现象。某些消息的延时或丢包会引起后续相关动作的延迟或者错误, 下面用例子进行说明。GOOSE通信中存在丢包重传机制, 会以一定频率重发报文。若上例中GOOSE消息首次传输时丢失, 重发频率为1ms, 传输延时保持2 ms不变, 假设g4, g6和g9在第2次发送后被正确接收, g1在第3次发送后被正确接收, 上述2种情况可分别用GOOSE通信通道传输延迟为3 ms和4 ms来模拟。另假设r5由于通道拥塞导致传输延时变为120 ms。上述时间特性可以用如下延时参数来表达, t1[11]=[4, 60, 60, 3, 120, 3, 60, 60, 3, 60, 60]。系统按照上述时间特性仿真运行, 能发现消息r5的超时引起消息r7也存在接收超时。g1的2次丢包导致g4, g6和g9的接收均超时 (见附录A图A2) 。

从实验过程可以看出, 本文方法能够对系统的延时、超时及尽早执行等时间概念进行描述和仿真运行, 能够计算出系统运行各个消息被接收到的时间。该方法可以应用于智能变电站建设中的多个工程环节:在变电站规划设计阶段, 可以根据现有典型设备的时间特性进行仿真运行与时间计算, 为期望时间的规划和设计提供指导;在运维检修阶段, 对检测到的设备的当前实际时间特性进行仿真计算, 如验证实例所示可以发现系统中可能出现的时间配合问题, 指导问题设备的及时更换;在设备检测和性能评估过程中, 本文方法虽不能进行单个设备的检测和性能评估, 但能使用单个设备评估结果对设备加入某分布式系统后的整体系统的实时性进行定量评估。

虽然本文以GOOSE通信服务及报告服务作为主要研究对象, 但是由于本文方法重点关注的系统时间特性与通信信道及通信方式本身无关, 不同的通信通道和通信方式在本文方法中主要表现为通信延时不同, 因此本文方法对过程层采样值、基于TCP/IP的变电站层四遥等智能变电站自动化功能的实时性分析等具有通用性。

5 结语

本文对交互过程描述的常用方法进行了研究, 提出了一种基于时间BT的实时交互过程建模及验证方法。对现有BT模型进行了实时性和通信通道扩展, 完善了现有BT模型的实时通信描述能力。给出了时间BT中新的扩展节点的建模方法, 完成了变电站定时过流保护系统中延时、超时及尽早执行等时间特性的建模。完成了所建模型的死锁、可达性验证及时间计算, 考虑了GOOSE消息丢失后重传的情况, 发现了其中的超时情况。本文方法能够完成IEC 61850IED交互实时性建模与计算验证, 能有效发现IED交互过程中的实时性问题, 且该方法仅关注时间特性, 对不同的通信方式具有通用性, 能够为智能变电站规划设计及运维检修等多个工程环节提供指导。

附录见本刊网络版 (http://www.aeps-info.com/aeps/ch/index.aspx) 。

交互式智能电子标签 篇2

第一次看到电子白板是在电视里，当时觉得很神奇，想必它一定有很多特殊的、新奇的功能。真正接触到电子白板是来到榆垡二小面试，那次的简单说课真正用到了电子白板。

初次使用电子白板，对白板的各项功能还不是很了解，只会在白板上播放PPT，当时觉得这项功能已经很便捷了，既新颖又吸引学生，还可以让教师连贯的展示PPT课件。从那时候起，我对电子白板产生了好奇！并希望能通过各种渠道多了解、学习电子白板的使用方法。

正式参加工作之后，发现身边的年轻同事中不乏“白板高手”！我很想观看他们制作白板课件，自己也曾模仿制作过白板的课件。上学期末的一次听课，让我真正看到了白板真正应用到了实际课堂中。那是一节英语课，那位教师讲的是有关“天气”的单词和用法，课堂上，教师熟练的操作白板，并不断的播放出一幅又一幅连我都被吸引了的画面。利用白板的特殊功能，教师演示出拉幕、聚光灯等新奇的功能，课堂到这里时，班里的气氛一下子活跃了起来，学生们对白板上展示出的东西充满了好奇心，争先恐后的回答问题！到了与学生互动的环节，教师设计的是一个连线游戏，需要学生上前亲手操作连线。这个时候，孩子们更是把手举的高高的！被提问到的孩子蹦跳着跑到讲台上亲手操作。剩下没被叫到的孩子特别的沮丧，有的孩子甚至都快哭了！整节课的课堂气氛特别活跃，学生的积极性奇高！

通过这节课，我更多的接触到了白板的各项功能，同时深刻的体会到了白板在日常课堂教学中所起到的新作用！它不仅能应用各项新颖功能做出各式各样的课件，最重要的是它能很快的调动学生的积极性，让学生的注意力高度集中于白板所播放的课件上，使孩子在游戏和亲自动手的过程中接触到本节课的新知识，既完成了本节课的新授知识，又培养了学生的动手能力！

白板的各项功能尤其适用于英语课堂。英语课堂中会有大量的情景和对话，利用白板，可以生动、真实的重现出书本故事中的情景，同时利用本次学习中学到的白板4.6版本中的视频播放功能，还可以自由的播放和暂停故事视频，逐句甚至逐词给孩子反复的听，让孩子进行跟读和对比。既使课堂活跃起来，又能让学生更直观更具体的听、读所学句子！

我会在以后多学习白板课件的制作方法和白板的使用方法，在以后的英语课堂中尽量的多应用白板，把英语课堂搞的生动、高效、精彩！

耿雅昆

智能电视的交互新路 篇3

也许你想不到，这竟然是电视制作商的理想。今年年初，在美国参加CES展会之后，欢网联合CEO梁铁航就一直在考虑一个问题：在配件大爆发的时代里智能电视充满无限想象。比如，当他看到BodyMedia的CORE健身伴侣手环可以通过蓝牙与智能手机上的配套程序通信时就情不自禁地想到了上述场景。这些附件能够让电视变得更聪明，真正成为家庭的娱乐中心。

显然，很多附件可以成为电视的伴侣，让用户在电视面前动起来。梁铁航认为，有趣而且超酷设计的附件，很容易让人产生购买冲动，在他几年的经验中，很多新奇的功能虽然不是必须的，但是它变成时尚后就会刺激消费者的购买欲望，尤其是这些配件将会迅速打动某些细分市场人群。

“目前，电视最普遍的伴侣还是空中鼠标。”梁铁航说，让电视变得更聪明首先要找到合适的交互方式与电视互动。现在，所有的电视厂商在寻找合适的控制手柄来取代传统的遥控器，比如现在的电视已经能够通过语音来选台和点歌，甚至可以执行更复杂的指令。但为了让用户在电视动起来，各电视厂商都在花精力研发空中鼠标。他解释说，空中鼠标的技术解决方案差异非常大，不仅涉及到手势识别技术精确度能否准确控制界面的技术问题，还涉及到成本问题，梁铁航希望把价格控制在100元-200元之间，并且在未来一年里，让空中鼠标成为智能电视的标配。

事实上，智能电视和新的交互方式已经是大势所趋，而中国电视厂商已经走在全球市场的前列。据预计，2013年智能电视将占整个电视市场销售量的40%，而长虹等电视厂商的新出厂电视中100%都是智能电视。目前，国内智能电视都以Andorid系统为核心，梁铁航表示，如果价格合适，嵌入Kinect技术的微软Win8系统将会给智能电视带来更多意想不到的效果。

当然，未来的电视将会满足人类更多感官刺激。比如，超高清的显示技术可以接近人的肉眼识别的极限。梁铁航透露，TCL在美国研究所已经在人机交互技术上走得更远，通过用户握遥控器的方式就能判断你是哪位家庭成员，了解他过去看了什么，并且通过习惯数据自动推荐他喜欢看的节目。 梁相信，通过云计算的模式与各种终端交互，智能电视将会走出一条完全不同的新路。

交互式智能电子标签 篇4

近日, 全国音频、视频及多媒体系统与设备标准化技术委员会 (简称“全国音视频标委会”) 在北京组织召开了《数字电视交互应用接口规范》 (送审稿) 及《智能电视概念模型》 (送审稿) 标准审查会。

上述两项标准通过审查, 《数字电视交互应用接口规范》规定了数字电视与移动智能终端、计算机、手机等第三方设备之间的交互应用模型、交互应用流程及参考实现方法, 适用于多屏互动的应用设计。《智能电视概念模型》规定了智能电视的概念模型及其典型应用, 为智能电视产品、软件、应用等后续标准的制定提供指导性框架。

交互式智能电子标签 篇5

随着科学技术的进步与发展，人们对生活品质有了愈来愈高的要求，生活用品的质量也逐渐提高。目前大多数家用热水器或高校使用的热水器皆是将水加热至最高温度后再停止加热，过程中造成了电能的浪费。公寓用微型交互式智能给水、温水系统的开发将给予高校学生以及单身白领极大的便利，智能化也将面向更多的用户[1]。

市场传统控制器只具有温度和水位的显示功能，而不具备温度和水位的即时控制功能、部分由于不能控制加热时间及水位产生过烧，而浪费电能、甚至会引起火灾。因此设计一款微型交互式智能给水、温水系统十分有必要[2,3]。

公寓用微型交互式智能给水、温水系统以目前市场上的家用热水器控制系统功能单一、操作复杂、浪费电能、控制不便等问题为出发点，提出智能交互式给水、温水系统控制的设计思想:用手机APP界面的两项交互式定量、定时功能取代传统的单项输入、人工加水的方法。通过此方法能够方便用户在用水需求前将水加热，整套装置用“自动智能通断电路加热”取代传统“保温功效”，当温度达到预定值时实时语音提醒用户。水位、温度智能动态监控可避免造成能源的极大浪费的现象。同时手机客户端界面可对时间和水量进行调节，系统根据用户需要进行定时开机、设定温度，并具智能检测保护。个性化界面一次性置入长久性“我要洗脸”、“我要洗脚”功能并可对其进行特殊定制控制，具有传统加热系统无可比拟的优越性。

1系统硬件设计

1.1系统总图设计

公寓用微型交互式智能给水、温水系统由一个核心四个基本模块的基本架构组成。以STC89C51单片机为核心，HC-SR04水位传感器采集数据对水量进行监控、DS18B20防水温度传感器对温度进行动态监控和显示、CC2540蓝牙模块把手机客户端与单片机联合实现全过程的智能化[4]，用手机APP预定使用时间和用水量实现对加水加热过程的智能简便控制，硬件设计模块如图1所示。

1.2系统硬件选用

1)单片机

本方案采取STC89C51单片机作为主控制器。STC89C51RC是采用8051核的ISP在系统可编程芯片，具有在系统可编程(ISP)特性，配合PC端的控制程序即可将用户的程序代码下载进单片机内部，省去了购买通用编程器，而且速度更快[5,6]。

2)DS18B20防水温度传感器

DS18B20防水温度传感器具有微型化，低功耗，高性能，抗干扰能力强，易配微处理器等优点，相较热电偶传感器而言可实现高精度测温，可直接将温度转化成数字信号处理器处理。重要参数:测温范围:-55℃～125℃测温误差:0.5℃。

3)蓝牙模块

本方案选择CC2540蓝牙模块作为通信媒介。CC2540低功耗蓝牙模块是一款高性能物联网无线收发器，具有功耗低、体积小、传输距离远、抗干扰能力强等特点。

4)水位传感器

考虑到易用性和成本，选用超声波测距模块HC-SR04。该模块的工作原理是发出超声波，检测有无超声波返回，当有返回时，记录间隔时间，返回信号TTL电平时间正比于与被测物之间的距离，由声速计算出距离[7]。重要参数:射程范围:2 cm～4 m;测量角度:15度。

1.3程序与电路设计

主架构如图2所示，以单片机为控制核心，程序循环采集温度数据和水位数据，将其显示在显示屏上，并通过蓝牙模块发送到手机APP上，其中，3.3 V稳压电源模块电路如图3所示，超声波模块电路如图4所示，温度模块电路如图5所示。

2系统软件设计

系统总体软件设计流程图如图6所示，余下界面端内置程序、模块内置程序及各原理公式分别在小节中说明。

2.1界面端内置程序公式

“多久后用水”与“几点要用水”的平行控制

T1:用户设定用水时间点(0:00—23:59)

T2:当前时间点(0:00—23:59)

ΔT1:用户设定用水时间段(8 min以上)

ΔT1=T1-T2:时间差

2.2交互式模块内置程序公式

“用户设定使用时间”与“智能加热时间”的对接

ΔT:实际加热时长

ΔT2:待命时长

数据ΔT发送给智能控制模块。

2.3时间段、点串联、水量、APP界面中枢公式推导定量、定时关系式

数学建模法建立V(容量)与ΔT(定时)的理论关系:

冬季:1自来水水温:T1=16℃～17℃

2常用洗漱水温:T2=40℃

系统:1系统假设实际加热时长上限:30 min=1 800 s

2热得快功率:500 W

水比热容公式:

理论上下限确立:(用于APP界面进度条的系统设定)

“一盆水”:V=5 L

实际:1有效水量:V1=2.5 L(半盆)

2有效时间:30 min

由上式V=k得上下限:

1实际加热时间:8.04 min≤Δt≤30 min

2水量:0.5盆≤V≤1.87盆(2.5L～9.35L)

由此构建Δt-V一次函数进行拟合实验。结合实验数据:修正后系数:k=4.92×10-3,

实际上下限:

1实际加热时间:9.01 min≤Δt≤35 min

2水量:0.5/盆≤V≤1.66/盆

2.4人性化设计单位定位

刻度盘的界面转化单位L换“盆”，“一盆水”:V=5 L;

水位传感器高度换体积:

H:水箱底部到传感器的距离

h:水平面到传感器的距离

S:水箱截面面积(水箱均匀)。

“我要洗脸”“我要洗脚”等模式“数据库”的建立，实现“一次性置

入，长期性套用”，APP界面效果如图7所示。

3实物模型测试

作品采用“函数拟合法”实现理论到实物的转化，从试验中得出Δt-V(实际加热时长—容量)的相关性曲线，得出实验值V=kΔt的系数k，结合水量比热容公式修正k、结合修正后的k完善手机客户端APP;由2.3节中时间、水量、APP界面中枢公式推导得V-Δt(容量-定时)的理论关系:

将2.3节中构建的Δt-V一次函数进行拟合实验，求得实际上下限:

1实际加热时间:

2水量:0.5/盆≤V≤1.87/盆。

由实验数据，求解相关系数r，求得拟合程度，对最终产品的相关精度等进行科学性评估。

4行业前景分析

4.1创新点

1)迎合市场需求:

覆盖小中型单位、功率限定单位的热水器市场，如学生宿舍、白领住宅等;更好地满足了当前市场的智能需求:用手机APP界面的两项交互式定量、定时功能取代传统的单项输入、人工加水。

2)更具人性化:

将水量单位“L”换做“盆”，APP界面自动点击“我要洗脸”、“我要洗脚”模式，系统自动给入水量、设定时间可实现“一次设置、长久套用”的功效。

3)更节能、安全:

用“智能计算通断加热电路”取代“保温”、“定量控制加热水量”到“整体加热、部分使用”更节能;系统依据水量、温度自动通断电路，防止产生过烧，甚至引起火灾。

4.2后期规划

1)无线控制

将蓝牙模块改进无线网WIFI模块，实现远距离的智能控制。从根本解决传统大功率家居的几大问题，实现加热系统的全面革命[7]。

2)大数据库使加热系统更人性化

将“洗漱最合适水量、时间—健康指数”等统计数据传输到总服务器构建大数据库，自动为用户提供更科学合理的制定方法，生成固定的用户模式，用户可“一键式”操作。数据库可为部分医学研究提供实验数据。

5结束语

该系统通过对温度的检测、分析和处理，实现了对当前温度的显示及对加热系统的控制。通过对水位的监测，实现了被测系统水位超标的报警提示及对送水系统的控制，具有较大的市场前景。

参考文献

[1]倪德良,俞善庆,杜云庆.家用热水器的能效、应用及发展对策[J].能源技术,2004,25(4):171-173.

[2]傅教智.我国热水器市场分析[J].现代家电,2000,12(5):23-26.

[3]冯凯,童世华.智能家居的由来及其发展趋势[J].中国新技术新产品,2010,8(6):7-9.

[4]孟伟,方世巍,宋杰,等.基于单片机的智能家用热水器控制系统设计[J].微型机与应用,2011,30(21):33-36.

[5]王翠香,邵星.基于无线传感器网络的智能家居系统设计[J].工业控制计算机,2015,28(12):58-59.

[6]余发山,王福忠.单片机原理及应用技术[M].矿业大学出版社,2008.

交互式智能电子标签 篇6

一、让课堂教学更具吸引力

作为一名历史教师,有责任和义务让学生知道真实历史事实,同时要引导学生分析和引申历史事实的方法,从而提升学生的能力。但是对历史的研究存在一定困难,历史是发生在过去的时代,教材只能抽象的呈现一部分内容,再加上以往教师主要是通过说教的形式教学,这样就导致历史课堂缺乏活力,学生没有学习的兴趣。但是,在历史教学中,为了打造更具吸引力的课堂,提升课堂教学实效,就要想法设法弥补无法用语言描述的历史知识和内容。这时智能交互式白板的使用正好可以解决这一问题,电子白板可以方便的把内容从抽象到具体,进行形象化教学,从而能呈现出良好的感觉效果,从而促进了学生对历史事件的理解和思考,教学效果良好。特别是能够让课堂激发学生思考的兴趣,课堂变得活跃、促进了学生在历史课堂中的探索。

例如:学习“文化大革命”这一课的内容时,其主要目标是让学生了解文化大革命的真相,以及文化大革命的危害和教训,如何能让学生体验到这些。如只靠教师讲解和教材中的图文是无法达到的。作为教师我们知道,文化大革命在政治、经济、文化教育方面的影响是深远的。如何让学生得知这些呢,我们可以通过搜索文化大革命的相关视频以及文字资料,然后将进行筛选和整理,课堂上通过电子白板进行展示, 这样课堂内容变得充实、丰富,就能吸引学生去思考,从而让学生从中感受历史的真相及危害,而后能用自己的话总结出来,那么就达到了这节课的教学目标。

二、让课堂设计更趋合理化

在历史课堂教学中,使用智能交互使电子白板主要是复杂课堂教学,促进有效教学。利用电子白板只激发了学生学习历史的兴趣显然是不够的,只有起到的良好的教学效果才是合理的利用,否则就很难实现教学目标。因此,在对电子白板的使用,我们要合理、有效的利用。历史教师在设计教学的时候,利用电子白板教学一定要围绕教学重心设计,以为打造高效课堂,培养学生学习能力为主要目的,这样才算为教学而使用,而不是只停留在表面上。

在设计《第一次世界大战》时,教师根据教学目标的要求,以教材为纲,充分挖掘和拓展内容。这时就可以把电子白板要教学的内容设计融入进去。可以教师要搜索相关视频和图片,再结合一下文字资料,然后运用电子白板合理的呈现。 这节课其关键要不两个方面的电子白板教学的内容设计进去。内容1.利用电子白板播放《萨拉热窝事件》视频,让学生思考事件发生的原因是什么、主角是谁以及你如何评价普林西普的刺杀行为?从而得知一次世界大战的原因。内容2.出示“一战前的巴尔干半岛形势图”,让学生思考观察图,了解半岛的局势,记忆各国的位置。这样做的目的是激发学生学习情趣,引导学生自主学习。然后利用电子白板简介半岛的状况,这样就很自然让学生明白各帝国主义对这块肥肉都垂涎三尺,战争是不可避免的。仅仅是找个借口而已。内容3.利用电子白板播放马恩河战役、凡尔登战役、索姆河战役、日德兰战役的幻灯片,并结合教材的图文,其主要目的通过生动形象的图文让学生了解大战的过程。这样把教学中的重点内容设计其中,电子白板融合进去,就能发挥电子白板功效。因此,利用电子白板设计教学,丰富课堂内容,激发学生学习兴趣,促进学生自主学习,从而提高了课堂教学实效,培养了学生历史素养。

三、让师生交流更加畅通性

利用智能交互式白板,其强大的功能就是交互信息资源,让师生、生生的互动更加流畅,让学生经过思维的碰撞, 从而形成自己的知识和技能。利用电子白板能够极大的丰富课堂教学内容,同时也让交流贯彻到整个历史教学过程中, 不像以前的多媒体是单边的活动,交互式电子白板解决了这一问题,让师生的交流方便,促进了探究学习,提升了课堂教学的实效。

例如,在学习《内战烽火》一课时,其中我们探讨了“毛泽东是否应该去参加重庆谈判”的问题。我们可以先用电子白板上有关重庆谈判前的背景资料的视频,从而了解当时事件的背景,这样就有利于学生思考和分析问题。在此基础上学生有了两种不同观点,一种是赞成去,一种是不去。先让赞成者将理由直接写到白板上,从而得知学生的真实想法,然后和这些学生深入交流。剩下的反对毛泽东去参加重庆谈判的同学一起驳斥赞成者的观点,当然赞成者们也可以反驳斥, 这样一来,教师与学生,学生与学生之间进行了观点的碰撞, 学生的思维得到激活,历史思维能力得到培养。在课堂讨论过程中,老师和学生还通过交互式电子白板调取网络和资源库的资源,来支持自己的观点,这样交流更具体、深入,教学效果明显。

总之,智能交互式白板创新初中历史课堂教学,其关键还是要看如何使用。在教学中,我们只有一切为了课堂服务、 为了学生的学习服务。把电子白板用的巧妙,解决常规教学手段不能完成的任务,从而打造历史高效课堂,提升学生学习历史的能力。

摘要：探索历史教学的有效途径,巧妙利用智能交互式白板开展初中历史教学,力求创新历史课堂教学,从而激发学生学习兴趣,促进学生自主学习,打造历史高效课堂,提升学生历史素养。

交互式智能电子标签 篇7

一、交互式智能平板在教学中的优点

交互式智能平板以高清液晶屏为显示和操作平台, 它不仅可以书写、批注、绘画, 还能够实现网络会议、多媒体娱乐等功能, 是一种人、机交互融合的高科技产品。在现代化的信息社会中, 它已被广泛应用, 教学、办公、会议等缺少不了它的身影。它能让图像更加清晰, 让教学模式更为灵活, 是教学课堂中很好的辅助工具。交互式智能平板具有良好的交互性, 能够改变以往教学中的刻板方式, 使教学资源得到充分运用。在教学方式上, 图音并茂、灵活的教学模式, 更能吸引学生的注意力, 也能方便教师展示其教学成果, 深入分析课堂教学中所出现的各种问题, 形成一种良好的学习模式。它还能将教师所教授的内容进行存储, 便于学生和教师一起来复习回顾, 能让教学达到一种“不教之境”。交互式智能平板能让学生的身心根据自己所需要的内容进行最优化的选择, 尽量发掘出课堂之外的教学资源, 让学生在有计划、有步骤的学习之外, 更能独立思考, 进行独立的学习。

二、当前课堂教学存在的主要问题

在教学过程中, 教师需要向学生传递系统的文化科学知识和基本的技能、技巧, 有效促进学生智力、能力、兴趣、创新精神及个性发展, 培养学生的观察力和想象力。教学过程是复杂多变的, 因教学情况不同, 部分学生存在抵触教学的情况。主要问题有: (1) 有的教师不能将书本上的知识很好地转变成学生可接受的知识, 转化为学生的知识财富。 (2) 有的学生在面对课本或是课堂教学的时候, 不能主动参与, 总是停留在老师讲多少就学多少的模式当中。学生对于教学内容的掌握, 往往是刻板的, 不能够很好地灵活运用。 (3) 教师与学生之间不能很好地形成一种互动式的和谐关系, 一切教学活动都是在有计划、有步骤的过程中进行。一些教师的教学方法还停留在直接经验的传授, 而忽略了间接经验的存在。如果引入交互式智能平板辅助课堂教学, 则能大大改善教学现状, 提高学生的学习兴趣。

三、交互式智能平板辅助课堂教学的策略

(1) 创设与所学课程相贴切的教学情境, 便于学生学习。比如, 设置一个与课堂内容相关的视频, 创设新颖、独特的教学情境, 通过音频、静止的图片, 提出一个与之相关的问题, 吸引学生的注意力。交互式智能平板能够让教师灵活地运用教学资源, 将相关的教学资料以多面化的方式来呈现, 教学变得更加容易理解和操作, 学生对所学的内容更有兴趣去尝试、去探索。在交互式智能平板所呈现的课堂结构中, 学生感受到学习的愉悦性, 教师逐步形成具有明显个性特征的教学风格。学生根据交互式智能平板所渲染的教学情境, 更好地参与教学活动, 达到教学的实效性和教学的艺术化。 (2) 改变教师与学生在课堂上的互动方式, 发挥学生主体性。学生是学习活动的主体, 学生学习的主动性、积极性越高, 越能够更好地去求知, 对于未知的知识也会有更好的探索精神。交互式智能平板可以将教材中刻板的文字变为图文并茂的随机教案, 这种灵活的教案或是课件, 能让老师更为灵活地掌握所教授的内容, 也能让学生很快地掌握他们所感兴趣的知识。通过这种教学方式, 学生能更好地启迪智慧, 学会提出问题、解决问题, 提高学生的综合能力, 在学习上获得进步。 (3) 激发学生主动学习。在教学过程中, 有时学生会有注意力不集中、好动的情况。此时, 教师要调整教学方案, 活跃课堂气氛, 通过恰当的教学方式, 激发学生学习的积极性和学习兴趣。比如在教学活动中, 教师要灵活掌握所教授课程的内涵, 依据学生心理特点和年龄特点, 让学生切身感受所学习内容的实际应用性。这时, 教师就可以通过交互式智能平板来解决。

四、结束语

总之, 交互式智能平板作为课堂教学辅助工具已被普遍使用, 它创新性的应用范围还有很多, 需要教育工作者不断挖掘。它在教学实践中可以提升教学效率, 提高学生学习的兴趣, 对教师与学生在课堂上进行互动教学, 发挥学生主体性有着重要作用。因此, 交互式智能平板是辅助课堂教学的有利工具, 作为教育工作者应该充分利用, 力争取得教学上的优异成绩。

摘要：分析交互式智能平板在教学中的优点, 以及当前课堂教学存在的主要问题, 从创设与所学课程相贴切的教学情境, 改变课堂上的互动方式, 发挥学生主体性, 激发学生主动学习等方面, 研究交互式智能平板如何辅助课堂教学。

关键词：交互式,课堂教学,实践,思考

参考文献

[1]赵艳峰.交互式智能平板辅助中职计算机课堂教学的实践与思考[J].中国现代教育装备, 2014 (09) .

智能手表交互设计研究 篇8

所谓“可穿戴设备”, 是指可穿戴于人体上的智能设备, 这些智能设备能融合无线通信、微传感、GPS、虚拟现实和生物识别等前沿技术, 还能通过结合大数据平台、移动互联网, 随时随地对人体有关的一切信息进行搜集、处理、共享和反馈。可穿戴设备可以是手表、眼镜、项链或服饰。自2014年以来, 三星、Pebble、Moto和Apple等各大公司纷纷推出了智能手表。

2 智能手表的交互设计

随着科学技术的发展, 可穿戴设备正从注重硬件技术逐渐转向注重用户体验, 或两者兼顾, 这个转变使交互设计成为智能手表设计中至关重要的一部分。相比于智能手机而言, 智能手表体积偏小, 因此, 操控方式、界面设计和续航能力这些问题都会影响产品的用户体验。

3 现有智能手表的交互设计分析

交互设计包含目标、任务和方式。对于智能手表而言, 目标是指用户想通过智能手表获得什么, 即产品功能;任务是指达到目标的具体动作和步骤;方式可理解为用户以什么样的形式完成前二者。笔者将市场上具有代表性的几款智能手表设定为研究对象, 对其交互设计进行比较。

3.1 Pebble Steel

Pebble号称“全球首款真正意义上的智能手表”。在CES2014大展上, Pebble Technology发布了Pebble第二代产品——Pebble Steel。Pebble Steel延续了Pebble简约的特点, 无冗杂的功能。

3.1.1 功能

具备来电提醒、上网浏览、信息实时提醒、控制手机播放音乐和安装应用程序等功能。

3.1.2 操作方式

操作方式为按键操控和体感操控。

3.1.3 操作流程

表盘右侧有3个按键, 分别为上导航键、点选键和下导航键, 表盘左侧设有返回键。在光线较暗的情况下, 只需要抖动手腕, 背光灯会自动开启。硬件方面配有陀螺仪, 理论上可配合Pebble商店关于健康监测的应用, 从而实现全面的健身追踪功能。

3.2 Moto360

在2014年谷歌I/O开发者大会上, 不仅公布了Android Wear系统, 还发布了3款基于Android Wear操作系统的智能手表, 其中, 以圆形屏幕为特点的Moto360最引人瞩目。

3.2.1 功能

具备运动健康监测, 来自手机的来电、短信和邮件等消息的提醒功能。

3.2.2 操作方式

操作方式为触摸操控、语音操控、体感操控和按键操控。

3.2.3 操作流程

上滑可浏览不同的通知项目 (比如天气、记步和邮件等) , 右滑会进入单个项目的细则, 左滑会清除单个通知;时钟状态下点击屏幕会进入google now, 对着手表说一声“Ok Google”, 就可以向语音助手提问或下达任务;手臂抬起时, 手表会被自动点亮, 显示时间和重要通知;内置六轴陀螺仪, 可实现运动检测功能;表盘右侧设有物理按键, 为电源开关。

3.3 Geak Watch 2

我国的可穿戴产业发展速度较慢, 果壳科技扮演了第一个吃螃蟹的人。2013-06-17, 果壳科技发布了Geak Watch, 并于2014-06-12, 果壳科技公布了Geak Watch 2智能圆表, 其更接近于传统手表的外观。

3.3.1 功能

除了具备智能手表的固有功能外, 还自带心率监测和计步器两款应用。此外, 还内置有App Store, 包括“Wi Fi万能钥匙”“正点闹钟”等, 并具备PPT遥控、遥控旋翼机和智能家居设备遥控等功能。

3.3.2 操控方式

操控方式为触摸操控、按键操控、语音操控和体感操控。

3.3.3 操控流程

采用卡片式交互方式, 并推出2种全新的输入方式, 即“十字输入法”和“远程输入法”;表盘侧面依次为设置键 (可查看当前蓝牙、电量、WLAN和日期状态等) 、电源键、麦克风孔和返回键;Pro版设有果壳语音助手;内置陀螺仪, 可实现运动检测功能;手腕上设有控制器, 轻摇手腕或指尖点击, 音乐会随之响起。

3.4 Apple Watch

在高科技企业中, 凭借创新而闻名的苹果公司于2015-03-10发布了备受关注的Apple Watch。在手表袖珍的空间中设备了麦克风、扬声器、天线、芯片、电池和传感器等多种器件, 因此, 其功能多于任何一款智能手表。

3.4.1 功能

具备通话、发送短信、运动健康监测、遥控拍照、导航、远程控制、浏览照片和听音乐等功能。

3.4.2 操控方式

操控方式为按键操控、触摸操控、语音操控和体感操控。

3.4.3 操控流程

表盘右侧有2个按键, 分别为圆形按键 (相当于苹果手机上的“home”键) , 可对操作画面进行放大或缩小操作, 按下旋钮可返回主菜单;下方的按键名为“digital touch”, 点击后可展示联系人;上下滑动可滚动屏幕, 水平滑动可跳过页面, 屏幕边缘向上滑动可进入Glance视图, 屏幕边缘向左滑动可返回上一页或进入下一页;增加了画图的交流方式;点击屏幕可唤醒好友手表;支持Siri语音助手;当举起手臂时, 屏幕会自动亮起;具有运动检测和运动建议等功能, 能为用户累计起身频率。

4 结束语

通过上述分析, 笔者认为, 在未来几年, 智能手表的交互设计会不断发展。在目标方面, 应深挖用户的潜在需求, 试图开发杀手级应用, 改变智能手表为智能手机附带品的地位;在交互方式方面, 应实现更自然的交互方式, 以及人与智能设备的直接交互, 这是智能手表交互设计的重点和难点;在交互流程方面, 基于用户行为习惯和手表先天的特点, 将技术与功能有机结合, 使操作行为自然、合理, 这是设计师必须解决的问题。

参考文献

[1]陈根.可穿戴设备:移动互联网新浪潮[M].北京:机械工业出版社, 2014.

交互式电子白板教学应用探究 篇9

随着应用的深入, 广大一线教师和教研工作者对交互式电子白板在教育教学中的应用展开了总结与探讨。本期杂志收录稿件27篇, 来自全国16所中小学校、2所教育机构和2所知名大学。稿件内容涉及理论探究、调研报告、学科应用和指标案例4个部分。稿件作者既有一线任课教师、教学教研的管理者, 中小学校长, 还有大学教授。同时还结合调查问卷进行了相关信息的搜集整理, 并试着做了一些粗浅的分析, 基本能较全面地反映当前交互式电子白板的使用情况。

“假舆马者, 非利足也, 而致千里;假舟楫者, 非能水也, 而绝江河。”其中的真谛在于“善假于物”。装备人如何配备好电子白板为教学服务, 施教者如何使用好电子白板使课堂教学更精彩, 是我们应长期思考和关注的话题, 所以关于交互式电子白板教学应用的探究在此只是刚刚开始。