监控演示系统（共8篇）
监控演示系统 篇1
0 引言
电厂循环水处理系统运行工况直接关系到整个机组的安全、稳定和经济运行[1],所以,为了保障循环水处理系统稳定运行,除了需要可靠的硬件设备和功能强大的软件外,还需要电厂运行人员熟练的操作技能和灵活的事故应变能力,即开发研制火电厂循环水处理监控演示系统。火电厂循环水处理监控演示系统可作为员工培训的平台,对系统突发状况或误操作的模拟具有很强的实际价值,还可以为相关科研课题提供试验平台。该监控演示系统主要完成循环水处理整个工艺流程的实时监控管理功能,实现循环水处理的优化运行,并依托数据库为操作员提供丰富的信息和全面的人机交互功能。监控系统设计由一系列生动直观的画面组成。
1 系统设计
以铁岭电厂循环水处理为例,整个监控演示系统具备控制循环水处理过程、控制相应阀门或水泵、监控水泵的工作状况、观察各个参数的趋势、设置高(低)限值并发出报警信号、生成并打印报表等功能,显示每个设备或装置的工作状态与待工作状态。该监控演示系统画面主要由主画面和窗体画面组成。主画面即系统画面,反映主要设备的运行状态、生产过程中的重要参数以及对现场设备的软手动控制;窗体画面被主画面调用,辅助完成主画面需要完成的功能。
2 系统开发
根据系统设计要求开发监控演示系统,从系统画面整体布局出发,合理分配画面比例、各个按钮栏、参数栏的位置与布局,以实用与美观为出发点制作整个监控演示系统。
2.1 系统画面
系统画面如图1所示,主要由导航按钮面板、设备按钮面板、主过程画面组成。主过程画面展示的是循环水处理的整个过程:循环水泵→进水阀→冷却管道→冷却塔→防冻门→循环水泵。冷却塔内每个进水阀处于工作状态时,其上方会缓缓出现蒸汽,表示该冷却塔处于工作状态,相反蒸汽缓缓消失表示冷却塔处于待工作状态。主画面中的4个进水阀、2个防冻门、联系阀门都是图形按钮,点击图形按钮都会由弹出窗口提示操作。设备按钮面板有4组按钮,具有开关阀门、建立或撤销联系等功能。
2.2 循环水泵单元画面
循环水泵单元画面如图2所示,主要由导航按钮面板、参数显示面板、泵体画面组成。参数显示面板位于画面的正上方,显示该循环水泵的各个重要参数。泵体画面位于画面的正中,泵体与清污机阀门是图形按钮,可以进行相应的启动或停止的操作。循环水泵处于工作状态时,泵体中叶片与搅拌机开始转动,水池内会由水泡沿水流方向流动,表示循环水泵工作。
2.3 报警与事件画面
报警与事件画面主要由导航按钮面板、报警/报表切换面板、报警确认面板、3个报警表、报表组成,如图3所示。报警表显示相应的量超出报警高(低)限值后发生的报警,报警处理完毕点击画面左下脚报警,确认面板中相应的按钮确认报警。点击报警/报表切换面板中相应按钮,切换报表画面,选择相应日期,产生相应日报表,可以打印预览及打印。
2.4 设置报警量画面
设置报警量画面主要由导航按钮面板与12个设置面板组成。用户可以输入数值、微调相应的报警量高(低)限值,设置相应的报警量,如图4所示。
2.5 趋势画面
趋势画面主要由导航按钮面板与3个趋势图组成,如图5所示。每个趋势图中每种颜色显示了相应量的变化趋势,用户可以修改相应量的频率或幅值、放大或缩小画面等,以便观察趋势图。
2.6 操作说明画面
操作说明画面主要由导航按钮面板、画面按钮面板、操作说明组成,如图6所示。图6显示了每个画面中每个设备的操作流程与错误提示等内容。点击画面按钮面板中相应的按钮,选择显示相应画面的操作说明。
3 结论
通过实际案例证实,开发的仿真监控演示系统,可以实时监控循环水处理系统运行过程的详细流程,并通过该系统获得的现场数据,可以准确地把握循环水处理系统状态,及时排除险情,因此,将该系统作为现场操作人员的培训平台,一定会提高操作人员的实际工作应变能力。另外,该仿真监控演示系统还具有很强的通用性,可替代相关仿真系统进行模拟操作。
参考文献
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[2]雷仲存.工业水处理原理及应用[M].北京:化学工业出版社,2003.
[3]马国华.监控组态软件及其应用[M].北京:清华大学出版社,2001.
[4]刘晓强.Fix组态软件在微机监控系统中的二次开发与应用[J].煤炭科学技术,2000,28(2):15-17.
[5]张玉艳.RSview32组态软件及其应用[J].沈阳电力高等专科学校学报,2002,4(4):43-46.
[6]万年春.Rsview32在苏州新区新宁水厂自动监控系统中的应用[J].中国给水排水,2000,16(9):39.
监控演示系统 篇2
系统交流演示心得体会
本学期，我们学习了高辉老师开设的风趣幽默的生态信息技术课程，我们对VB有了更深的了解，对开发程序也有了接触。第四次试验，我们用VB设计一个包含决策系统的软件。在后来的开发以及演示过程中，我有一些自己的看法，具体将从以下几个方面阐述。(一)、对VB的认识
Visual Basic是一种由 Microsoft 公司开发的结构化的、模块化的、面向对象的、包含协助开发环境的事件驱动为机制的可视化程序设计语言。它源自于BASIC编程语言。VB拥有图形用户界面（GUI）和快速应用程序开发（RAD）系统，可以轻易的使用DAO、RDO、ADO连接数据库，或者轻松的创建ActiveX控件。程序员可以轻松的使用VB提供的组件快速建立一个应用程序。(二)、什么是编程
编程就是让计算机为解决某个问题而使用某种程序设计语言编写程序代码，并最终得到相应结果的过程。为了使计算机能够理解人的意图，人类就必须要将需解决的问题的思路、方法、和手段通过计算机能够理解的形式告诉计算机，使得计算机能够根据人的指令一步一步去工作，完成某种特定的任务。这种人和计算机之间交流的过程就是编程。
（三）、软件开发方面
首先，我从网上寻找VB安装下载，由于事先从同学那得知，VB企业版与电脑系统可能出现不兼容的情况，我安装的是他推荐的VB精简版。下载安装好后，进入了有关材料收集阶段，由于在事先设计时，我有对自己开发的可行性做了比较充分的考虑，所以在开发时我也有了充分的准备。我的软件开发主体是家乡靖江的土地资源规划，在靖江国土资源、规划局相关网站上，我找到了很多资料，并且对其进行了分类。前期准备工作已经就绪，接下来就是软件制作阶段。软件开发一般分为五个阶段：1.问题的定义及规划 2.需求分析3.软件设计4.程序编码5.软件测试，我利用老师上课所教授的知识，对照有关书籍，慢慢地进行我人生的第一份软件设计工作。
（四）、软件演示方面
生态信息系统交流演示心得体会（花晟）
第五次试验是班级同学软件交流时间，交流生态学应用软件研发经验，拓展视野，增长见识，相互借鉴启发，相互促进提高。在演示的过程中，同学们也暴露出一些不足，有的同学紧张，不能将他的软件完整地展示给大家，设计思想表达模糊。有的同学由于事先对自己的设计很马虎的了事，在开发时手忙脚乱，无从下手。甚至在演示之前还在加班加点，导致软件演示中出现各种各样的问题。当然，由于我的软件做的较早，没有注意到演示电脑的差异性，没有调分辨率，导致我的软件在演示时无法看到全貌。
监控演示系统 篇3
关键词：林火监控,ActionScript 3.0,Flash Media Server,Away3D
1 森林火灾智能监控系统演示软件简介
森林火灾智能监控系统主要包括前端基站 (含监控成像设备) 、气象仪、防雷设备、无线网桥、监控中心计算机、双冗余FMS服务器等部分, 可采集林区气象数据、监控林场火情并实现智能预警。
森林火灾智能监控系统演示软件用于模拟演示森林火灾智能监控系统操作软件 (安装于监控中心计算机) 的主要功能, 即完成对林区2D/3D地图及前端监控基站分布的模拟显示, 同时将监控基站回传的实时视频与对应基站相关联, 达到通过切换基站图标即可完成对应基站监控视频选择的目的。该演示软件以动画效果突出的Flash CS5作为开发平台, ActionScript 3.0为脚本语言, 利用快速、高效的3D引擎Away3D和三维制作效果杰出的3DS MAX完成模拟三维地图及三维基站模型的建立与应用;并通过Flash Media Server完成监控视频的实时传输与显示。
2 开发平台及工具简介
2.1 Flash Action Script3.0
Flash CS5是Adobe公司于2011年5月发布的新版Flash软件, 用于动画制作、互动多媒体、游戏设计、网站建设以及各种应用程序开发, 其脚本语言Action Script 3.0 (以下简称为AS3.0) 与AS2.0/1.0有本质上的不同, 是一种功能强大、面向对象、具有业界标准素质的编程语言, 在应用程序中实现了强大的交互性。AS3.0语言具有以下优点:
(1) 语法相对简单, 容易编写, 开发人员可编写具有高性能的响应性代码;
(2) 具有完善、灵活的事件处理机制, 降低复杂代码设计与实现的难度;
(3) 支持类型安全性, 使代码维护更轻松。
2.2 Away3D
Away3D是Flash或Flex上的一个功能强大且实时的3D引擎, 配置编译环境后可在Flash CS5开发平台上直接调用Away3D库, 具有免费开源、快速高效、API清楚等优点, 同时支持导入多种模型格式 (包括ASE、DAE、3DS等) , 因此可以与3DS MAX等建模软件配合使用, 生成复杂而灵活的三维场景。其四大基本构件分别为场景 (scene) 、摄像机 (camera) 、视口 (view) 和3D物体。
(1) 场景:相当于3D世界, 类似于一个展示元件的舞台 (stage) , 可以加入3D对象和3D容器对象;
(2) 摄像机:拍摄记录场景里的3D物体;
(3) 视口:3D内容转换成2D之后用于显示的界面, 可以看作显示物体的屏幕;
(4) 3D物体:需要在3D世界里显示的内容对象。
2.3 Flash Media Server
Flash Media Server (以下简称FMS) 是Adobe公司推出的开发流媒体的服务器软件, 具备Flash多媒体交互的特性, 同时新增了实时音频、实时视频、实时数据流等特色功能, 为用户提供良好的客户端操作环境, 具备跨平台、实时响应等特点。该平台集成了应用程序功能和通讯功能, 不仅可以进行音频、视频的录制和网络存储, 也可以共享数据对象, 并将这些音、视频和共享的数据对象传递给多个客户端, 实现实时同步共享。
FMS包含了客户端和服务器端, 二者间的数据传输通过RTMP协议进行实时交流。FMS实际上为不同用户之间提供了相互交流的通道。基于客户/服务器模式, 服务器端主要负责数据的传输, 由客户端发送请求, 服务器端执行数据查询、计算, 并返回结果给客户端。
3 森林火灾智能监控系统演示软件设计与实现
3.1 软件设计
森林火灾智能监控系统演示软件界面如图1所示, 主要由地图显示区、气象数据栏、视频窗口三部分组成。
地图显示区负责显示林区模拟地图和监控基站分布。左上角的“2D地图”/“3D地图”按钮实现二维地图和三维地图的切换功能;右上角的地图浏览组件可实现对地图的缩放、平移、旋转操作, 且在不使用情况下组件自动半透明隐藏, 鼠标划过或点击时才突出显示。地图上间隔分布的两座基站按钮同视频窗口关联, 通过切换基站即可获取不同监控摄像头传回的视频信息。
气象数据栏用于显示当前林区对应的气象信息, 为只读区域。
视频窗口用于显示当前选中基站对应监控摄像头回传的实时视频信息, 且每个基站对应真彩色“电视成像”、灰度“红外成像”及基站自身“防盗监控”三类视频图像, 通过视频窗口下方黑色按钮进行切换选择。此外, 点击视频窗口将放大显示视频图像, 并可通过对焦、缩放操作对前端镜头成像进行模拟控制。
3.2 软件实现
森林火灾智能监控系统演示软件的界面布局、按钮图标、气象数据栏内容通过Photoshop软件制作后导入Flash库面板中, 与影片剪辑绑定加载至舞台进行统一显示, 具体实现过程不再赘述。本节将对2D/3D地图浏览与切换、实时视频回传与显示、基站选择与视频联动三个主要功能的实现进行具体介绍。
3.2.1 2D/3D地图浏览与切换
(1) 创建2D地图。新建Two Dimension Map类和Two Dimension Monitor类, 用于加载二维地图和二维基站图标。将加载完毕的Bitmap类地图图片对象放入Sprite容器中, 通过定义容器在舞台的位置及比例控制地图的初始显示位置, 并通过添加遮罩确定地图显示区在整个软件界面中的显示区域。将二维基站按钮图片作为新元件导入库面板, 与Two Dimension Monitor类绑定, 并在文档类中通过具体对象添加基站按钮至地图上层。利用filter滤光片实现按钮选中状态下的边缘发光效果, 并对已按下的按钮做不可重复点击的操作处理。完成效果如图2所示, 其中, 1号基站为按钮按下后不可选状态, 2号基站为鼠标划过时可选发光状态。
(2) 创建3D地图。新建Three Dimension Map类和ThreeDimension Monitor类, 用于加载三维地图和三维基站模型。导入Away3D相关包, 将3D地图的DAE模型赋给Loader3D类地图对象并添加图片材质, 将加载完成的地图模型对象置于Object Container3D容器中, 用于调用时在舞台显示。为了美观, 在地图后方添加星空背景, 同样利用添加Bitmap图片的方式实现。将三维基站的DAE模型放入Object Container3D容器, 布置于3D地图上层后, 调用Animation Data类相关函数将设计的摄像镜头光柱旋转效果进行动画演示处理。同理, 利用filter滤光片实现按钮选中状态下的边缘发光效果, 并对已按下的按钮做不可重复点击的操作处理。完成效果如图3所示, 其中, 1号基站为按钮按下后不可选状态, 2号基站为鼠标划过时可选发光状态。
(3) 创建地图浏览组件。地图浏览组件如图4左图所示, 从上至下由“旋转”、“平移”、“缩放”三部分组成, 其中, 旋转功能只有在3D地图模式下可用, 平移和缩放功能在2D及3D地图模式下均可用。将用Photoshop制作好的按钮图片素材导入Flash库面板, 并将各元件与相应的类关联, 在类中添加点击按钮对应的地图变化代码。对于平移和旋转两个功能, 特别注意在新建元件时圆形中心应同元件设计提示的十字光标相重叠, 利用鼠标在圆形按钮上点击的相对位置计算出水平方向和垂直方向的速度分量比, 不仅可以让地图摆脱只能上下左右四方向运动的局限、做到360°任意平移、旋转, 同时还可以大大减少代码量、降低实现难度。另外还需注意的是, Flash二维世界中默认向右为x正向, 向下为y正向;而三维世界中则默认向右为x正向, 向上为y正向, 向内为z正向 (即左手坐标系) 。组件完成后, 通过调用add Event Listener侦听函数对鼠标划过、移出组件进行侦听。当鼠标不位于组件上时, 通过将组件的alpha属性值置为0.2进行半透明隐藏处理 (如图4右图所示) ;当鼠标位于组件上时, 无论点击与否, alpha赋值1, 组件完全显示。
(4) 添加地图切换按钮。新建Two Dimension Button类和Three Dimension Button类, 用于加载两个地图切换按钮。利用加载二维基站的方法加载完毕两个按钮图标后, 在文档类中对两个按钮分别加载Mouse Event.CLICK的侦听函数, 一旦按下即进行相应的地图切换操作, 首先调用remove Child函数, 移除当前显示的地图及基站对象, 然后调用add Child函数, 添加新选择的地图和基站对象。同样, 对当前使用中的按钮做不可重复点击操作处理。
3.2.2 实时视频回传与显示
新建Live Net Stream实时视频流类, 用于接收电脑摄像头 (替代实际监控镜头) 从FMS回传的实时视频图像。首先添加视频窗口背景图片, 预留出视频显示区。利用Net Connection类对象将FMS安装目录applications文件夹下的视频数据传输地址与软件相关联, 实现视频流的传输与播放, 核心代码如下:
nc.connect ("rtmp://localhost/Published Streams/") ;//连接服务器的通信应用程序;
ns=new Net Stream (nc) ;//创建Net Stream实例与网络连接对象nc关联, 用于订阅发布的视频流;
vid.attach Net Stream (ns) ;//将订阅的视频流赋给舞台上的video实例;
ns.play ("my Test Stream") ;//播放订阅的视频流。
测试时, 先启动FMS服务器, 然后运行程序。当视频流成功通过FMS传回时, 对应的Clients数将从0变为1, 如图5所示。
3.2.3 基站选择与视频联动
在文档类中对各2D基站和3D基站按钮分别加载Mouse Event.CLICK和Mouse Event3D.MOUSE_DOWN鼠标点击侦听函数, 当鼠标点击某一基站时, 该基站由发光可选状态变为半透明不可选状态。同时, 在对应的响应函数中先调用remove Child函数移除当前视频对象, 再通过调用add Child函数添加选中基站对应的Video视频对象于舞台, 实现基站与视频的联动功能。
4 结语
本软件的实现充分利用了Flash CS5、AS3.0、Away3D及FMS各自的优势与特点, 其优秀的界面表现力和良好的交互性, 为用户提供了对森林火灾智能监控系统软件主要功能的模拟体验。同时该演示软件的实现对于创建校园实时监控系统、会议系统、远程培训系统等, 不仅具有参考意义, 而且有一定的应用价值。
参考文献
[1]谢建华, 岳元亚.应用Flash Media Server技术开发网络视频会议系统[J].福建电脑, 2006 (8) :164-165
[2]Flash CS5 Help.Adobe 2007
[3]李方捷, 等.ActionScript3.0开发技术大全[M].清华大学出版社, 2009.
[4]张亚飞.NET for Flash FMS动态网站开发手札[M].化学工业出版社, 2011
物理演示实验室照明系统设计 篇4
压力传感器：
为了采集到压力信号，需要选用合适的压力传感器。最常用的压力传感器是扩散硅压力传感器。扩散硅压力传感器具有线性好，量程宽，输出大，频响高等特点。便于批量生产和微机械加工，具有广泛的应用前景。扩散硅压力传感器通常是在硅弹性膜片上用离子注入和激光修正方法形成四个阻值相等的扩散电阻，组成一个惠斯登电桥。结构如图1所示。图1扩散硅压力传感器结构
由于半导体材料的温度灵敏性。压阻传感器易受温度的影响，表现在零点温度漂移和灵敏度温度漂移两个方面。一般需要对压阻传感器进行温度补偿。温度补偿电路主要有零位温漂补偿电路、灵敏度温漂补偿电路及信号放大电路等组成。其电路如图2所示。这个电路将压敏元件与补偿电路与放大电路连为一体，各部分之间必然相互影响。通过实验确定合适的补偿顺序，对各个补偿参数进行调整，可以使相互影响最小。
LED光源的特点：
近年来，随着以节约资源，保护环境为宗旨的绿色照明工程日益发展，高效节能的光源得到了明显进步。综合实验测量和软件光谱模拟的角度分析各种照明光源：白炽灯、节能灯、高压钠灯、金卤灯和发光二极管LED等，比较可以得出LED具有广泛的饮用前景。白炽灯、节能灯、高压钠灯、金卤灯等传统光源，其发光原理限制了光效的提高。对于白炽灯等基于热辐射的光源，其绝大部分输入功率都变成了红外辐射以及热损失。对于基于气体放电发光的光源，荧光灯由于受到紫外线转换成可见光的能量效率的限制，其光效提高也有限。高压钠灯，金卤灯由于热导及紫外、红外的损失，光效也难以提高。LED作为新型固体高效能源，具有寿命长、节能、环保等特点，在现代得到了更广泛的应用。LED自从二十世纪六十年代以来，在30年中取得了飞速的发展，颜色已经扩大到红色、绿色、黄色。亮度每十年提高为原来的二十倍，价格降低为原来的1//00。伴随着新材料的发明和光效的提高，单个LED光源的功率和光通量也迅速增加。快速发展的LED技术使得LED在照明工程中的应用越来越广泛。
LED是一种固态的半导体器件，结构见图3。由一些化合物如GaAs(砷化鎵)、GaP(磷化鎵)、GaAs P(砷磷化鎵)等半导体组成，利用固体半导体芯片作为发光材料，在半导体中通过载流子发生复合发出过剩的能量而引起光子发射(见图4)，直接发出红、黄、兰、
绿、青、白等各种颜色的光。
LED驱动电路的设计：
电路设计如图5所示，该电路采用3181集成芯片作为控制器，驱动方案采用电容降压式，其中，C1和C5为两个并联的相同电容，由4个IN4007组成的整流桥对输入交流电压整流。滤波电容C4用于滤除整流输出电压中的交流成分，使电压更为平滑。肖特基二极管VD5稳定a点的电压，VD6控制IC提供稳定的电压，R3, R4为限流电阻，R2, C2为控制IC提供交流输入频率，为集成IC提供交流采样频率。三极管VT1, VT2, VT3用于控制LED电流的变化。
通过降压电容C1, C5向负载提供的电流I，实际上就是通过电容C的充放电电流。当负载电流I小于电容充放电电流时，多余的电流就会流过滤波电容C4及其他支路。二极管工作时需要消耗较大的电流，另外也要保证电容C正常工作，其耐压选择应大于2倍电源电压，因此选择两个电容并联工作。整流和滤波电路中，一般电容值大，输出电压越平缓，其纹波值越小。但是电容容量越大，体积也越大，所以选取适当的电容就可。系统电源电路中因为需要用到两组电压，一组用于驱动三串LED，一组为集成IC提供工作电源。VD5的稳压值与所驱动单串LED的个数有关。另外为了让各色LED亮度一致，需要在各个LED上串上串接平衡电阻。
总结：以上我介绍了一个实验室的自动控制LED灯控系统。这个系统采用了感应压力的方式，通过压力传感器接收信号，然后灯自动亮。使用了LED作为光源，可以节约很多能量。同时设计了一套驱动LED的电路系统。
参考文献
[1]刘木清, 周德成, 梅毅.LED与传统光源光效比较分析[J].照明工程学报, 2006.
监控演示系统 篇5
上述系统基本以教学内容为主线,将各知识点演示,可作为课堂教学的辅助,亦可作为学生课后复习使用。笔者团队开发的教学仿真演示平台,同样基于Matlab的图形用户界面开发环境设计实现,平台中除包含课程教学核心内容外,着重在动态演示、工程应用方面加入实例,目前平台中包括通信领域的调制与解调、语音信号处理、图像处理领域的工程应用等。
1 教学仿真演示平台整体框架和功能介绍
1.1 系统框架
根据“信号与系统”课程教学内容和教学目标,设计的教学演示平台包含四个方面:信号的表示、信号处理、系统分析、工程应用四大模块,同时为了方便用户查看知识点,平台中设计了帮助系统。Matlab中的图形用户界面,具有良好的交互性,方便课程知识点的仿真演示[5]。演示平台整体框架如图1 所示,图2是平台主界面图。
1.2 平台功能介绍
1)信号的表示:该功能模块主要用以演示典型连续与离散时间信号的波形。系统提供了八种典型信号可供选择,信号的基本参数可选择,同时在界面中提供信号波形生成的代码;
2)信号处理:信号处理模块包括信号的基本运算、信号分成与分解、信号的傅里叶变换域频谱分析。其中基本运算包括对信号时间变量的运算、对信号值的运算以及信号的卷积,信号的傅里叶变换模块中,提供多种信号频谱进行演示。信号合成模块给出方波和锯齿波两类信号傅里叶级数展开的动态合成过程。部分演示界面如图3所示;
3)系统分析
该部分包括离散时间系统分析和采样系统的过程演示两大模块。离散时间系统分析根据手动选择系统零极点位置,动态展示系统单位样值响应、系统频谱响应之间的关系。采样系统可展示连续时间信号欠采样、临界采样、过采样三类状态下信号的频谱以及复原过程;
4)应用模块
目前该模块包括三个应用领域:通信系统中的调制与解调、语音信号分析、图像信号处理。其中语音信号分析包括语音信号生成、语音信号分析、语音信号处理三个实例,主界面见图4;
5)帮助模块
为方便查看课程知识点,本演示平台中设计了帮助模块,其界面如图5所示,方便用户使用过程中查询相关知识点。
2 典型模块举例
2.1 动态演示模块举例
为配合教学,本平台中加入了动态显示的模块,用以阐述信号运算过程或系统的特性。信号基本运算模块中加入了离散信号卷积的动态显示部分,可清晰揭示卷积的图解过程,帮助学生理解卷积的本质和运算过程,其界面和结果图如图6所示。连续时间信号的傅里叶级数分解一直是学习的难点,设计的演示系统中给出了方波和锯齿波信号合成的动态过程,通过该演示界面,可直观了解连续时间信号傅里叶级数展开的原理,并观察吉伯斯现象,该界面图如图7所示。图8是离散时间系统分析的演示界面图,可实现人工选择系统零极点位置,由此动态演示系统频率响应、求解系统单位样值响应的整个过程,该实例将有效帮助学生理解系统零极点图与系统频率响应的关联性,深刻认识系统滤波的概念。
2.2 工程应用举例
“信号与系统”课程中理论知识点较多,与工程实践的结合是教学改革的趋势[6]。笔者参考了部分教材中的应用实例[7,8,9],选择了通信、语音信号处理和图像处理三个领域的工程实例作为仿真演示实例。调制和解调是“信号与系统”课程的重要知识点,通过演示界面,直观地给出信号调制和解调的全过程,特别是调制前后时域和频域的波形,其界面图如图9所示。语音信号和图像信号是两类常用工程信号,有众多工程应用,笔者选择语音信号合成、语音信号分析作为初步的演示实例,同时配合课程教学中的系统分析应用,将语音信号回声消除系统进行展示,上述界面图如图10-12 所示。同时,平台中将利用小波变换进行图像去噪的实例作为工程应用的实例之一。
3 总结
本文介绍了“信号与系统”课程教学演示平台的主要功能,特别详细介绍了面向工程应用的几个实例和动态演示实例。该教学演示平台互动性强,可为教学的有益辅助。目前,该教学仿真演示平台仅涉及了三个应用实例,今后可扩展至更多领域,将工程案例与理论教学有机结合。目前,笔者团队正在扩展语音信号分析与处理、图像处理模块的内容,将更多应用案例加入平台中。
摘要：“信号与系统”是电气信息类本科专业的基础课之一,该课程理论性强,学习难度大。将信号运算、频谱分析、系统分析等知识点利用仿真演示平台配合传统教学,有助于学生掌握教学内容。开发的信号与系统教学仿真演示系统包括信号处理模块、信号和系统分析模块、信号处理应用模块、帮助模块等。该系统应用Matlab中的图形用户界面编程实现,具有良好的互动性。为配合教学,演示系统中包括了常用信号运算、信号分解、信号频谱分析、卷积运算、系统频率响应分析及各类应用等,同时为结合工程应用,系统中包含在通信、语音信号处理、图像处理领域的应用实例。该演示平台可作为传统教学的补充和辅助。
基于PLC的汽车变速演示系统 篇6
关键词：机械自动变速器,可编程逻辑控制器,自动控制,示教系统
0 引 言
目前, 汽车的电子化和自动化成为汽车技术的发展潮流, 汽车电子化程度已成为衡量一个国家汽车生产技术水平的重要标志。在汽车工业比较发达的国家, 汽车电控技术的集成化程度越来越高, 且不断向智能化方向发展, 而车辆自动变速技术是汽车电控技术的一个重要组成部分, AMT作为自动变速器的一种, 目前已成为国内汽车领域的开发热点[1,2]。
针对自动变速器、汽车、维修等领域的教学和原理演示需要, 本研究提出一套汽车变速的演示系统, 通过系统自动操作演示, 可以直观地看到整个汽车的变速过程。同时采用PLC来控制, 能够准确地完成汽车的换档, 通过传感器完成对系统运行过程中转速的自动记录, 能进行机械变速相关的教学实验[3,4,5]。
1 机械系统布局规划与演示方案设计
1.1 自动变速演示系统机械布局方案
自动变速演示系统机械布局方案如图1所示。A端为输入端, 输入电机 (1) 与输入轴通过联轴器连接。齿轮传感器 (2) 安装在输入齿轮的上方, 与数显表相连。数显表显示输入的速度。B端为输出端, 齿轮传感器 (3) 安装在输出齿轮的上方, 与数显表相连接, 用来显示输出的速度。位移传感器 (4) 、 (5) 分别与档位拨叉对应, 用来确定拨叉的位置。步进电机 (8) 、 (9) 分别与丝杆 (6) 、 (7) 通过联轴器相连接, 用来拨动叉的位置。
1—输入电机;2, 3—齿轮传感器;4, 5—位移传感器;6, 7—丝杆;8, 9—步进电机
1.2 自动变速齿轮传动与变速方案
1.2.1 变速齿轮传动
现以桑塔纳的变速器为例[6]。桑塔纳变速器是手动“二轴五速”变速器, 其换档结构和大部分手动变速器的换档结构类似, 即通过选换档轴进行选档, 由拨叉轴、拨叉、同步器总成、档位齿轮结合齿实现挂档。操作者通过操纵杆和外部连杆机构作用选换档轴→选换档轴推动拨叉轴→拨叉轴带动拨叉→拨叉推动同步器齿套→同步器齿套推动同步器滑块, 同时压缩同步器弹簧→同步器滑块推动同步器齿环→同步器齿环受滑块的推力在齿轮的锥面上形成摩擦力矩, 使得齿轮转速与同步器齿套转速等同 (同步过程) →同步器齿套通过同步器齿环梅角和档位齿轮梅角的引导, 滑入档位齿轮结合齿实现挂档。
1.2.2 变速动作原理与控制方案
以1档传递路线为例, 1档动力传递路线如图2所示。动力是从输入轴上1档齿轮 (粗实线) 传到中间轴1档齿轮, 此时中间轴上的1, 2档同步器位于1档位置上, 1档齿轮与输入轴连为一体, 所以动力最终通过输出轴减速器主动齿轮输出。其传动比为0.90。
其他各档的动力传递路线与1档相似。2档、3档、4档和倒档的传动比分别为1.20、1.83、3.06和2.56。
系统的换档过程可以分为选档和上档这两个动作。若选定档位, 则与档位相应的拨叉会进行动作。系统各个状态时的离合器、输入轴转速、输出轴转速、拨叉和档位的状态如表1所示。以换1档的过程为例:当选定1档时, 系统处于选档动作。此时, 离合器分开, 输入轴和输出轴的转速都为0。1, 2档的拨叉将会移到1档齿轮的位置, 选档动作结束。接着是上档动作, 此时离合器闭合, 输入轴的转速就是驱动电机的转速;而输出轴的转速为1档的转速, 1档的指示灯会亮起。
换档元件控制原理图如图3所示。
换档机构控制可独立操作也可通过上位计算机进行操作。独立操作使用操作台面板上的按钮进行。面板上有显示档位的信号灯5只, 分别对应于1～4档以及倒档, 电源指示灯1只, 使得换档状态一目了然。操作台面板上有5个按钮开关, 分别对应于1～4档以及倒档。操作者可以通过这5个按钮来控制演示系统的档位。由于演示系统设计时将系统的初始位置设置成了空档, 所以在控制面板上不需要有空档操作的按钮。
自动方式是使演示系统能根据速度的大小自动进行选档和换档。自动方式下, 有1个按钮可控制:油门按钮。该按钮是用来模拟汽车在行驶过程中, 驾驶员踩下油门, 汽车速度变大的这一功能。当按下该按钮时, 输入电机加速。系统通过档位传感器的信号来识别该时刻的档位状况, 在不符合操作逻辑 (档位升降只能依次进行, 不得跳档操作) 的情况下, 系统不作任何响应。当电机的速度达到设定的下一档的速度时, 系统将进行一系列的操作, 直至自动换到下一个档位。若换档失败 (进档时间过规定范围而此时操纵杆仍未到达预定位置) , 系统将自动退档并合上离合器。此时选档杆保留原位, 同时向PLC发出换档失败信号。若继续操作, 则再按下油门按钮。系统将打开离合器继续进档, 重复以上操作。若选择停止操作, 系统将自动退回到初始状态, 等待下一步指令。
为满足试验中不同操作要求以及模拟汽车正常行驶中经常从任意档位退回到空档的实际情况, 在本系统中只需选择停止操作即可完成。
2 PLC控制系统设计与开发
2.1 PLC选型
根据本换档机构的控制要求, 需要20点输入和15点输出, 笔者选用欧姆龙公司的CP1H型号的PLC, 该型号PLC的有24个输入点和16个输出点[7,8]。设计过程中运用了其中的8个输入I/O将传感器的信号传入PLC中, 而用了其中8个输出I/O作为控制信号输出点, 分别来控制3个步进电机的运行、输入电机的启动和离合器的吸合。该PLC具有菜单式功能选择, 能在线或离线编程, 方便实用。PLC对整个试验过程进行测控, 包括试验数据的采集、数据的处理分析和档位识别。
系统控制部分的布线图如图4所示。
传感器和开关的信号与PLC的输入端口相连接, 向PLC输入各个拨叉的位置信号以及操作者的命令信号;PLC分别向步进电机的驱动器、离合器、变频器和指示灯发出控制信号, 以完成动作。
系统总体框图如图5所示。整个控制系统以PLC为中心, 外部信号传入PLC中, PLC做出响应来控制电磁离合器、换档装置和变频器。
2.2 自动控制流程及软件设计
软件采用梯形图编程, 其程序流程图如图6所示。
与1档相关的启动、换档和停止的部分程序图如图7～9所示。
在1档启动时, 先获得所有档位传感器的信号, 如果满足换档要求, 则进行下一步动作 (如图7所示) 。
向步进电机发出脉冲, 电机驱动拨叉运动, 完成上档动作 (如图8所示) 。
1档停止时, 离合器断开并向步进电机发出脉冲, 电机驱动拨叉回到初始位置 (如图9所示) 。
3 样机示教实验系统
通过试验发现, 该演示系统有噪音低、效率高、价格低和振动小等优点。
4 结束语
本演示系统实现了汽车换档的自动实现, 并能显示在不同档位的情况下输入转速和输出转速。采用变频调速电机模拟发动机输入简化了动力源, 同时采用PLC进行了5档变速演示的自动全程控制, 其界面友好、操作方便、示教目的明确, 能广泛用于相关自动变速器、汽车、维修等领域的演示和教学。
参考文献
[1]化明松, 姚朝霞.汽车自动变速器示教板的设计[J].计算机科学与技术, 2000, 24 (6) :48-50.
[2]董学冰.汽车变速箱自动换档机构及其电气实现[J].微计算机信息, 2004, 20 (2) :1-2.
[3]冯立.桑塔纳轿车变速器换档机构分析改进[J].汽车技术, 2008 (6) :27-29.
[4]时国平.机械式自动变速器控制系统的设计与研究[J].自动化与仪器仪表, 2008 (6) :24-26.
[5]贾永峰, 郭全民.软件隔离技术在自动变速器实验台中的应用[J].机电工程技术, 2007, 36 (9) :94-96.
[6]曲秀全, 刘红云.四变速齿轮差速器[J].机械传动, 2002, 26 (4) :55-57.
[7]MILIAR R J.An Artificial Intelligence based Framework forPlanning Air Launched Cruise Missile[R].ADAl54466, 1986.
民用飞机防冰模拟演示系统实现 篇7
本文主要根据A320飞机防冰系统的结构与原理, 进行对民用飞机防冰的模拟演示。根据原理设计相应的电路图, 设计民用飞机防冰模拟演示系统线路图。根据电路图设计相适应的程序, 利用单片机进行模拟演示, 而后加以改善, 使其能实际应用模拟,
1防冰演示系统的设计目的和思路
本系统设计目的:通过研究和分析单片机编译与防冰系统, 掌握A320飞机防冰系统的基本原理和实现步骤。并结合单片机进行仿真和模拟, 分析各种原理, 选择最好的方法来模拟实验。
设计思路如下:1.掌握防系统所使用的原理和方法。2.掌握A320飞机防冰系统所使用原理和方法。3.设计电路, 掌握单片机各算法的使用。4.使用单片机进行编程。5.进行仿真演示。6.进行模拟演示。
2防冰演示系统算法及程序设计
本系统主要用C语言作为程序设计, 以单片机为开发平台, 然后通过Proteus这个软件平台进行防冰系统的模拟仿真。
根据A320飞机防冰系统理论原理, 在单片机设计时涉及到中断、计时、计数三个大的程序, 以及一些小程序。而探头不好进行仿真, 故采用按钮来代替探头。而一个51芯片只有P1、P2、P3、P4四个端口, 因为要显示计数与时间, 一个芯片不够, 故采用3个芯片。
系统设计流程见图1:
其中, 各芯片功能如下:
1号芯片的主要作用是输出相应的信号给外部电路, 以及记录探测器探测次数即按钮所按次数。根据这些信息, 1号芯片所涉及算法就是中断程序以及计数程序。
2号芯片主要作为记录60s的定时程序。当60s到时, 2号芯片的定时程序将自动关闭。并且开始启动3号芯片。如果在60s未到时, 再次采集到结冰输入信号, 便重新开始计时, 直到没有信号传输过来。
3号芯片主要作为记录130s的计时程序。当2号芯片中60s程序, 计时完成后, 2号芯片给3号芯片一个信号, 使3号芯片开始工作, 3号芯片记录130s, 直到最后结束。结束后给1号单片机信号, 停止给外部电路提供输出信号。
最终的单片机模拟系统见图2。
3结束语
当飞机发生表面结冰时, 会严重影响飞机的飞行姿态, 容易发生飞行事故。本论文主要对飞机的防冰系统进行模拟实现。本文主要用C语言作为程序设计, 以单片机为开发平台, 然后通过Proteus软件平台进行了防冰系统的模拟实现。
摘要：当飞机高空飞行时或者冬季停放在飞机场时, 高湿度或者低温度都有可能引起外表面凝结冰、雪、霜等, 这样飞机外表面将会变得粗糙导致阻力增加, 升力减小, 严重影响飞机的飞行姿态, 让飞机有安全隐患, 非常容易发生飞行事故。本论文主要利用单片机对飞机的防冰系统进行模拟实现。
关键词：民用飞机,防冰系统,实现
参考文献
[1]周洁敏.飞机电气系统[M].第一版, 北京:科学出版社, 2013.
[2]李航航, 周敏.飞机结冰探测技术及防冰系统工程应用[J].航空工程进展, 2010, 1 (02) .
监控演示系统 篇8
MATLAB中图像处理工具包提供了丰富的图像处理函数, 便于图像处理技术的算法设计。而且, MAT-LAB还具有可视化的图像用户界面开发环境, 可用于开发相应的演示界面。因此, 应用MATLAB友好的界面和丰富、实用、高效的指令及模块, 可以较快地认识、理解图像处理的相关概念, 逐步掌握图像信号处理的基本方法, 进而能够解决相关的工程和科研中的问题。本文基于MANLAB软件设计了一种图像处理演示系统, 该系统可以进行互动式的动态演示, 通过在界面上直接设置参数, 得到相应的处理结果, 便于使用者的操作和比较分析。
1、MATLAB图像处理工具箱简介
MATLAB中的基本数据结构是由一组有序的实数或复数元素构成的数组, 图像对象的表达采用的是一组有序的灰度或彩色数据元素构成的实值数组。MATLAB中通常用二维数组来存储图像, 数组的每一个元素对应于图像的一个像素值。
MATLAB的图像处理工具箱功能十分强大, 支持的图像文件格式丰富, 如*.BMP、*.JPEG、*.GIF、*.TIFF、*.PCX、, *.HDF、*.XWD、*.PNG等。MATLAB图像处理工具箱支持四种图像类型, 分别为真彩色图像、索引色图像、灰度图像、二值图像, 由于有的函数对图像类型有限制, 这四种类型可以用工具箱的类型转换函数相互转换[1]。
MATLAB提供了15类图像处理函数, 涵盖了包括近期研究成果在内的几乎所有的图像处理方法。这些函数按其功能可分为:图像显示、图像文件I/O、几何操作、像素和统计处理、图像分析、图像增强、线性滤波、线性二元滤波设计。
利用这些图像处理工具箱, 结合其强大的数据处理能力, 可以不必关心图像文件的格式、读写、显示等细节, 把精力集中在算法研究上, 大大提高工作效率。在测试这些算法时, 不但能够方便地得到统计数据, 而且可以同时得到直观图示[2]。
2、可视化图形用户界面简介
MATLAB提供了可视化的用户界面开发环境 (GUI Development Environment, GUIDE) 实现“所见即所得”。GUIDE可方便的创建GUI应用程序, 根据用户设计的GUI布局, 自动生成M文件的框架, 用户使用这一框架编制自己的应用程序。在MATLAB主窗口中, 选择File菜单中的New菜单项, 再选择其中的GUI命令, 就会显示图形用户界面的设计模板。
设计模板有四种, 分别是:Blank GUI (默认) 、GUI with Uicontrols (带控件对象的GUI模板) 、GUI with Axes and Menu (带坐标轴与菜单的GUI模板) 、Moda Question Dialog (带模式问话对话框的GUI模板) 。当用户选择不同的模板时, 在GUI设计模板界面的右边会显示出与该模板对应的GUI图形。
在GUI设计模板中选中一个模板, 然后单击OK按钮, 显示GUI设计窗口。选择不同的GUI设计模式时, 在GUI设计窗口中显示的结果不同[3]。
GUI设计窗口组成部分包括以下几个部分:
(1) 菜单栏:File、Edit、View、Layout、Tools和Help 6个菜单项, 使用其中的命令可以完成图形用户界面的设计操作。
(2) 工具栏:Align Objects (位置调整器) 、Menu Editor (菜单编辑器) 、Tab Order Editor (Tab顺序编辑器) 、M-file Editor (M文件编辑器) 、Property Inspector (属性查看器) 、Object Browser (对象浏览器) 和Run等15个命令按钮, 通过它们可以方便地调用需要使用的GUI设计工具和实现有关操作。
(3) 控件工具栏:Push Button、Slider、Radio Button、Check Box、Edit Text、Static Text、Popup Menu、List box、Toggle Button、Axes等控件对象, 它们是构成GUI的基本元素。
(4) 图形对象设计区
3、图像处理演示系统的总体设计
本文设计的数字图像处理演示系统包含了四个主要模块:几何变换、灰度变换、图像平滑、图像锐化, 每个主模块还包含多个子功能模块。系统模块具体组成如图1所示。
系统的总体设计方案如下:
1) 创建GUI菜单栏, 分为“菜单”和“功能选择”两个下拉式选项, “菜单”选项可以直接退出GUI界面;“功能选择”选项可选择图像预处理各功能模块, 如图2所示
2) 每个功能模块, 采用面板作为基底, 将坐标轴、普通按钮、开关按钮、单选按钮、滚动条以及静态文本框等放置在相应面板中。使用面板的好处在于GUI的树形管理模式能更好的管理各种按钮和文本框等。
3) 编辑对应按钮的callback函数, 实现既定功能。在实现选择某一功能时, 其他功能全部隐藏, 采用set (handles.uipanel N, ’visible’, on/off) 函数实现界面的显示与隐藏, 解决GUI中面板重叠显示问题。
4、演示实例分析
以灰度变换模块中灰度拉伸为例, 说明模块的设计和实现方法, 并分析灰度变换和直方图均衡化两个子模块的演示效果。
4.1 灰度拉伸子模块
1、子模块的GUI设计
根据设计需要: (1) 拖拽两个面板 (Panel) , 一个作为显示面板, 一个作为功能面板。 (2) 在显示面板里拖拽两个图形窗口 (Axes) 。一个作为显示图片区域, 一个作为显示直方图区域。 (3) 在功能面板里拖拽两个滚动条 (Slider) , 在每个滚动条的两侧分别拖拽两个静态文本框 (Static Test) , 分别写“上限”、“1”、“下限”、“0”。 (4) 拖拽三个按钮 (Pushbutton) 作为选取、保存图片及返回操作按钮。将上述的所有按钮及图形窗口合理的布局, 达到美观工整的效果, 运行GUI, 系统会自动生成GUI文件。
2、灰度拉伸实现效果
在菜单中选择图片, 滑动滚动条观察灰度范围的变化对图像的不同效果, 该处理主要使用的是MAT-LAB的imadjust函数。如图3所示, 其中:图a为原图及其直方图, 图b为灰度拉伸及其直方图。其中, 直方图的计算与显示调用的是imhist函数。通过对比验证, 通过灰度变换, 增强了图像的对比度, 使图像的层次感更明显, 相应直方图的灰度范围从较小的灰度范围扩展到较大的灰度范围。
4.2 直方图均衡化子模块
在菜单中选择图片, 选用不同参数进行处理后的结果如图4所示, 其中:图a为原图及其直方图, 图b为使用64灰度级做均衡化及其均衡化的结果。通过图a和图b对比发现, 均衡化之后的直方图分布趋于均匀, 图像层次感更丰富, 显得更加清晰。
5、结束语
本文以灰度变换为例介绍了图像处理演示系统的设计方法和实现效果, 该系统的每个模块都能实现动态的参数设置, 并实时地在界面上显示处理结果。通过对结果的比较, 可以形象地得到和验证所需要的或已有的算法结论, 而且该系统的功能具有良好的扩展性, 有助于图像处理技术的算法研究和开发。
摘要：本文介绍了一种数字图像处理演示系统的设计与实现, 该系统使用MATLAB软件进行开发, 能够互动实时地演示图像处理结果, 界面友好, 操作简单, 为开展技术研究提供良好平台。
关键词：数字图像处理,MATLAB,可视化界面设计
参考文献
[1]冈萨宙斯, 阮秋琦.数字图像处理 (MATLAB版) [M].北京:电子工业出版社, 2005.
[2]张威.MATLAB基础与编程入门[M].西安:西安电子科技大学出版社, 2008.