智能数字技术（精选9篇）
智能数字技术 篇1
目前, 环卫车辆监控系统能够实现车辆定位的监控, 但不能进行对车载货物重量的实时监控。在车载终端数据上传方式上, 采用的通信方案依次有无线电台、集群通信网和GSM短信息服务。根据国内实际使用的情况来看, 无论是无线电台、集群通信网还是GSM短信息,
效果都不理想。集群通信网有优先等级, 调度功能强, 加密性能好, 但同时规模经济效益差, 通信成本高, 可靠性差。GSM网
具有了漫游和越区切换功能, 在广域车辆监控系统中占有很大优势。但实际上GSM
短信息服务还是不能满足GPS车辆监控系统中数据实时传输的要求。文章通过GPRS移动通信网络将数据包通过无线透传至载有GIS地理信息的服务器平台, 节省数据上传的费用, 实现数据集成上传。
1 系统的原理和功能
RFID射频读卡器扫描生活垃圾桶的标签ID, 进行无线射频动态存取;GPS技术对环卫车辆进行全球定位;GPRS技术实现对车辆的有效数据无线传输;最终通过数据信息集成, 建立了统一管理的信息系统。
根据功能要求, 设计了在途车载终端和车辆监控平台两个子系统。其中, 在途车载终端主要采集三种类型的数据:车辆GPS定位数据、垃圾桶电子标签数据、单桶垃圾重量数据。通过安装于车上的称重传感器及组件构成的车载称重装置、称重控制单元实现对单桶重量信息的获取及算法处理, GPS模块采集车辆的定位信息, 射频读卡器读取到电子标签信息, 融合之后的数据一并发送至车载主机设备, 通过GPRS无线传输模块上传至车辆监控平台, 整个系统流程如图1所示。
图1智能环卫系统结构
2 系统的硬件设计
智能环卫车辆监管系统的硬件设计包括GPS接收机、称重传感器、称重控制单元、RFID射频读卡器、车载主机、电源转换系统、车载显示仪表、GPRS无线传输模块等, 其中6组称重传感器均匀分布在车体大梁两侧, 采集到的重量信号经二级硬件差动放大及滤波后, 信号传输至称重控制单元, 信号进行软件滤波, 以消除车体的振动带来的误差, 实现高精度的动态称重。RFID射频读卡器扫描生活垃圾桶的标签ID, 采用超高频920MHz~925MHz频段实现长距离的读取, 并且可以同时读取多张标签卡。车载主机接收到标签号和车载重量信号, 以及对应的GPS接收机的地理坐标, 进行算法处理及融合, 一是在车
载显示仪表上显示车载重量, 标签号信息;二是通过GPRS无线传输模块无线透传至服务器。车载电源管理系统为上述所有硬件电路提供稳定的动力能源。
2.1 称重信号采集放大滤波电路
称重传感器以贴有应变片的弹性体为敏感原件, 在外接激励电源后, 输出与外加负荷成正比例的模拟电压信号。在应变敏感区域表面上粘贴R1、R2、R3及R4四片 (组) 应变计, 组成惠斯汀电桥, 当受外力
F作用时, 弹性体变形, 引起应变计R1、R3受拉伸, 电阻值变大;R2、R4受压缩, 电阻值减少, 使电桥失去平衡, 输出与外力F成正比的电压信号。称重传感器的负荷较小时, 即电阻的相对变化量近似成线性关系, 此时对测量的精度影响不大, 但随着传感器所收到负荷增大, 应变片电阻变化量不断增大, 输出信号的非线性也越来越大, 最终导致测量精度超出可控范围, 如图2所示。
2.2 车载电源管理系统
车载一般载有两节蓄电池, 工作电压为12V, 没有其他的备用电源, 故其工作的可靠性和稳定性尤为重要。根据系统各部分正常工作的需要, 本系统输出电压值分为9伏、5伏和3.3伏三个档。车载电源管理系统, 对车辆提供的12V 12000m Ah蓄电池进行电压调节, 其主要用于以下三个方面:
(1) 采用稳压芯片MIC5205将电源电压稳压到5V后, 给称重传感器电路、GPS接收机、液晶显示电路、GPRS无线传输模块供电。
(2) 经过一个二极管降至10V左右后, 采用隔离回扫开关稳压器LT1424-9, 输出稳定9V电压供给读卡器电路。
(3) 为了能够稳定的给车载主机MCU提供稳定足够的电量, 采用LM1117/LM1117I-800m A稳压器, 其固定输出电压为3.3V、5.0V和可调版本的电压精度为1%。固定电压为3.3V的输出电压精度为2%, 1A输出电流时仅为5V。车辆电源管理系统的电路图, 如图3所示。
3系统软件设计
系统软件设计分为两个部分, 一是车载主控制器的程序设计, 实现对各个车载传感器及模块的实时控制和通信, 最终将数据上传至服务器平台;二是基于GIS界面的监管系统设计, 将上传的数据量化统计, 显示在城市地图上, 以便于监控和管理。
主程序设计的流程如图4所示, 上电开始工作后, 系统判断是否在正常工作模式下, 如果在非工作阶段, 则保持低功率待机模式, 一旦接受工作触发信号, DSP开始对内置寄存器初始化, 并高速运行。对电子标签的识别是对于是否开始称重的初始条件, 一旦读卡器识别到合法标签后, 则发送至车载主机, 触发中断信号, 开始对称重传感器进行数据采集。这样既保证了标签号与所称得的重量数据相匹配, 同时也节省了片内资源, 减少重复多次的数据采集和计算。因为称重信号的工况为户外, 而且车体本身一直处于启动状态, 所以处理器对采集的数据进行二次软件滤波, 提高称重的精度。同时GPS模块也将实时的地理位置信号传送至处理器, 数据融合之后的数据包通过GPRS无线传输模块上传至监控服务器。
4 结语
文章针对环卫车辆的监管, 设计的智能环卫系统, 包括GPS接收机、称重传感器、称重控制单元、RFID射频读卡器、车载显示仪表、GPRS无线传输模块和GIS信息平台等, 实现对环卫车辆的可视化监控, 称重数据的实时上传, 动态图层显示作业过程, 最终生成数据报表。经过上海市静安区实际使用, 已够达到预期的效果。对于目前我国环卫管理的状况来说, 该系统具有很大的实用性和推广价值。
参考文献
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智能数字技术 篇2
1)在电动机定子电路中串入电抗器，使一部分电压降在电抗器上;
2)星形―三角形(Y―△)转换降压起动，即起动时电机接成星形，起动结束后，通过一个转换器变成三角形接法;
3)补偿器起动(自耦变压器起动)。(本网网收集整理)
传统的起动设备体积庞大，成本高，结构复杂，与负载匹配的电机转矩很难控制，也就是说很难得到合适的起动电流和起动转矩;而且在切换瞬间会产生很高的电流尖峰，由此产生的机械振动会损害电机转子，轴连接器，中间齿轮以及负载设备。
因此，就需要有一种能克服传统起动缺点的起动装置。银河公司开发生产的捷普牌新一代数字式智能电机控制模块，不但完全克服了传统起动的缺点，对各种起动方法做了进一步的改善和提高，而且还增加了很多其他功能，比如：节能运行，过流保护，过热保护，缺相保护等。
这种模块采用数码管显示，按键控制，整个起动过程全部由单片机按照预先设定的程序自动完成，操作极其方便。
用户通过按键调整参数设置，可以按实际情况选择不同的起动方式，能够很方便地控制起动电流，得到与负载相匹配的电机转矩。
2 模块结构及电气原理
模块结构如图1所示。从图1可以看出，该模块的主电路与相控电路及单片机共同封装于同一壳体内，同时内置多个电流、电压传感器。用接插件将模块与控制盒连接在一起，实现各种功能的设置和显示。
主电路为6只玻璃钝化方形晶闸管芯片，通过一体化焊接技术，将其贴在DBC(陶瓷覆铜板)上，并与导热铜板焊接在一起。模块使用时，导热铜板与散热片通过导热硅脂紧密接触。这种结构使模块具有很高的绝缘性能和散热性能。
图2是模块电气原理方框图。移相控制电路部分是银河公司自主开发的JP-SSY01数字移相集成电路。该电路为SOP28封装，5V单一电源供电，全数字化处理方式，具有很高的移相精度及对称度。对控制端加0～10V电平信号，即可控制移相角度。
同步变压器输出同步信号给移相电路，其中另一路给单片机，作为单片机采集电压、电流信号的基准。这样，就克服了如果交流电频率变化带来的计算误差，提高了计算精度。
传感器包括电压传感器和电流传感器。两种传感器中均使用了霍尔元件，具有体积小、反应快、线形度高的特点，通过与模块结构的一体化设计，方便地置于模块内部。两种传感器将电压模拟量、电流模拟量传给12位高速A/D转换器，通过A/D转换，将相应的数字量传给单片机，以供单片机进行处理。
显示、控制部分采用串行口与单片机进行通信，这种通信方式大大减少了该部分与模块内部的连线。5个数码管显示，8个按键控制，使显示与控制直观、方便。
3 主要功能
智能电机控制模块主要完成电压斜坡起动，限流起动，电压突跳起动，软停车，节能运行，过流、过热、缺相保护等功能。
3.1 电压斜坡起动
如图3所示，系统首先给电机加一个电压Us，之后电压线性上升，
从Us增加到最大电压Umax，即电网输入电压。Us由用户设定，可供用户选择的电压为80～300V。ts也由用户设定，可以在1～90s选择。在实际使用中，用户根据实际情况，例如电机功率大小、负载大小等，选择合适的参数，达到最佳起动效果。
这种起动方式的特点是起动平稳，可减少起动电流对电网的冲击，同时大大减轻起动力矩对负载带来的机械振动。
3.2 限流起动
如图4所示，这种起动方式是由用户设定一电流值Ik，在整个起动过程中，实际电流不超过设定值Ik。Ik由用户根据实际负载大小自己设定。
限流起动可以使大惯性负载以最小电流起动加速，可以通过设置电流上限，以满足在电网容量有限的场合使用。这种起动方式特别适合于恒转矩负载。
3.3 电压突跳起动
实际应用中，很多负载具有很大的静摩擦力。在电压斜坡起动方式中，电压是由小到大逐渐上升的。如果直接使用电压斜坡方式起动，在起动开始的一段时间内，因所加电压太小，克服不了负载的静摩擦力，电机不动，这可能会造成电机因发热而损坏的情况。电压突跳功能则解决了这个问题。在电机起动前，模块先输出一电压Ut，且持续一段时间tt，用以克服静摩擦力，待电机转动之后，再按照原设定方式起动，从而比较好地保护了电机，如图5所示。对于不需要该功能的负载，只要将tt设置为0即可。Ut可调整，范围是0～380V，tt可调整，范围是0～10s。
3.4 软停车
如图6所示，按下停车键后，模块的输出电压立即下降到Up1，然后逐渐下降，经过时间tp后，下降到Up2，再立即下降到0。Up可调整，范围是100～380V;Up2可调整，范围是0～300V;tp调整的范围是0～90s。
软停车可以大大减少管道传输中液体的冲击。
3.5 节能运行
对于大摩擦负载，由于起动电流大，需要功率较大的电动机，而在正常运行时，负载力矩比电动机额定转矩小得多，这就造成电动机轻载运行。对于间歇性负载，持续大电流的工作时间占整个工作周期很小一部分，从而造成轻载时无功损耗?浪费，使运行功率因数大大降低。智能电机控制模块通过检测电压和电流，根据负载大小自动调节输出电压，使电机工作在最佳效率工作区，达到节能目的。
3.6 保护功能
共有三种保护功能：过流保护，过热保护，缺相保护。
在起动或者运行过程中如果出现上述三种故障之一，模块会自动断电，控制盒上的数码管会闪烁显示故障原因，待排除故障以后，按复位键即可恢复正常。
在上述保护中，过流保护值可调。
4 实验情况及实际应用效果
我们对一只正在使用中的智能电机控制模块进行了实际测量并作了记录。所用负载为18.5kW风机，供电电压实际测量值为390V左右。
为了作一个比较，首先拆掉模块进行直接起动。合上空气开关后，电压立即上升到390V，电流快速上升到150A，持续一段时间，逐渐下降，最后稳定在30A左右。同时，可清楚地听到由于大电流冲击，使风机产生强烈的机械振动而发出的噪声。
然后接上智能电机控制模块，设置为限流方式起动，限流值为90A，打开节能运行。按下“起动”键，可观测到电流上升速度明显变慢，逐渐上升到90A，保持2～3s后，逐渐下降为30A。电压由0V缓慢上升到390V。起动时间为6s。在整个起动过程中，电机起动平稳，听不到机械冲击的噪声。15s后，电压逐渐下降为355V，电流不变，开始稳定运行。
数字式智能电机控制模块现已被广泛应用于各种生产领域和其他场合，实际应用效果如下：
1)降低了电动机起动电流;
2)避免了电动机起动时供电线路瞬间电压跌落，造成电网上用电设备、仪表误动作;
3)防止了起动时由于产生的力矩冲击，而使机械断轴或产生废品;
4)可以较频繁地起动电动机(软起动装置一般允许10次/h，而使电动机不致过热);
5)对泵类负载可以防止水锤效应，防止管道破裂;
6)对某些工艺应用(如染纱机械)，可防止由于起动过快而产生染色不匀的质量问题;
7)对某些易碎的容器灌浆生产线，可防止容器破损;
8)适应供电变压器容量较低的场合(如注塑机);
9)可以降低电网适配容量，节省增容费开支;
10)适用于需要方便地调节起动特性的场合。
5 结语
智能数字技术 篇3
数字量信号的相位同步
常规的微机保护装置在采集电流电压量时, 使用交流采样技术对所有信号进行同步等间隔采样, 采样频率一般是1200Hz, 相当于每个周波采24点, 采样间隔为0.833ms, 由此得到的数字量电流电压信号比较好地保持住了其固有的相位关系。
智能变电站借助于电子式电流互感器 (电子式TA) /电子式电压互感器 (电子式TV) 、光电流互感器 (光TA) /光电压互感器 (光TV) 或电磁式互感器加合并单元的方式实现了电流电压量信号的就地数字化, 数字化的电流电压量经合并单元合并后供间隔层二次设备使用。数字化保护的结构如图1所示, 合并单元通过高速光纤数据接口接收来自电子式TA/TV或光TA/TV的数字量电流电压, 或者通过高速模拟量接口将来自电磁式TA/TV的电流电压量转换成数字量, 并对多路数字量进行相位同步处理, 以得到同相位的数字量信息包, 然后通过光纤通信网送出, 供数字化保护装置使用。合并单元通常按间隔配置, 线路保护装置通常只对应一个合并单元, 母线、变压器保护装置通常要对应多个合并单元。保护装置收到来自合并单元的电流电压量以后还必须进行再同步处理才能得到等间隔、同相位的电流电压采样值。
合并单元与保护装置间的通信目前普遍采用基于IEC 61850-9-2协议的光纤以太网, 该协议直接将SV报文的收发映射到以太网的链路层协议上, 以提高网络通信的快速性和实时性。
数字量电流电压值之间的相位同步目前普遍采用插值和二次采样技术来实现。合并单元送出的数字量信息包通常是按4000Hz (即每周波采样80点) 或以上的采样速率进行采样的, 保护装置收到这些信息包以后, 依据一定的算法, 算出该信息包基于保护装置内部时钟的采样时标, 再根据该时标将收到的采样值记录在相应的时间轴上, 每路信号对应一个时间轴。保护应用程序只要以固定的采样频率对所有时间轴进行等间隔二次采样就可以得到等间隔、同相位的电流电压采样值了。二次采样的原理如图2所示, 二次采样值由时间轴上采样点前后的数据以插值法计算得到。由于保护装置收到数字量信息包的时刻与信息包的采样时标间存在延时, 因此二次采样值也存在一个固定的小延时△t, 图中T5时刻的二次采样值要到T5+△t时刻才能得到, 但由于二次采样的时标跟实际信号的时标是一致的, 只是得到采样值的时间推迟了△t, 并且△t又很小, 因此不会影响保护计算。
二次采样的关键是确定信息包的采样时标, 目前常用的方法有两种, 一种是由接收方根据收包的时标向前推一个延时得到采样时标, 前提是信息包的传输延时必须固定;另一种是由发送方直接给信息包打上采样时标, 前提是各装置的时钟精度要达到微秒级, 必须对所有的保护装置和合并单元进行精确的外部时钟同步。
基于IEC 61850-9-2协议的直接采样
基于IEC 61850-9-2协议的“点对点”直接采样方案的网络结构如图3所示。合并单元的光纤以太网口与保护装置的光纤以太网口直接对接, IEC 61850-9-2协议将SV数据包的收发直接映射到以太网协议的链路层上。由于数据包从合并单元发出到保护装置接收所耗费的时间是固定的, 保护装置只要将收信时标减去一个固定的延时δt就可以得到该数据包的采样时标。δt由合并单元的采样延时、网络通道的数据收发与传输延时、保护装置的处理延时三部分组成, 前两个延时由合并单元提供, 随数据包一块上送, 第三个延时由保护装置确定。该方案的采样时标不依赖于外部时钟, 不要求保护装置与合并单元间保持精确的时钟同步, 相位同步的可靠性很高, 因此得到了广泛使用。该方案的不足是合并单元的信息共享不方便, 当合并单元需要向多台保护装置提供SV数据包时, 就需要配置多个光纤以太网口, 同样, 当保护装置需要接收多个合并单元的SV数据包时, 也需要配置多个光纤以太网口, 不仅增加了装置的硬件开销和复杂程度, 而且网络结构也比较凌乱, 给后期的系统维护与系统扩建带来了一定的困难, 不符合IEC 61850标准实现数据共享的初衷。
基于IEC 61850-9-2协议的SV网络采样
基于IEC 61850-9-2协议的SV网络采样方案的网络结构如图4所示。以太网交换机将多个合并单元和多台保护装置、测控装置等联系起来构成一个数据共享平台, 合并单元从一个网口发出的SV数据包可被多台保护、测控装置所接收, 信息共享很方便, 网络结构很清晰, 符合智能变电站未来的发展方向。该方案的不足是网络通道的收发信延时不稳定, SV数据包从发送到接收至少需要经过一台网络交换机, 而且网络交换机的接收、转发延时是不稳定的。当保护、测控装置对应的交换机网口信息流量较大时, SV数据包在交换机里驻留的时间就比较长, 网络交换机的转发延时就比较长。反之, 当信息流量较小时, 网络交换机的转发延时就比较短。由于SV数据包的网络传输延时不稳定, 也就不能再根据数据包的收信时标来推算其采样时标了, 数据包的采样时标只能由发送方来提供, 这就对收发信各方的时钟精度提出了严格的要求, 各收发信装置的时钟精度必须达到微秒级, 才能满足数字量电流电压信号的相位同步要求。因此, 该方案必须依赖于精确的外部时钟同步, IRIG-B码对时和IEEE 1588网络对时是智能变电站比较常用的两种外部时钟同步方式。
IRIG-B码对时的网络结构如图5所示, 保护装置和GPS装置安装在间隔层, 合并单元安装在过程层, B码对时信息通过RS485标准的双绞线对时总线发送给保护装置, 通过光纤以“点对点”方式发送给合并单元。GPS装置跟卫星对上时以后, 以循环发送方式每秒种输出一串包含时钟信息的B码, 给出整秒的起始时刻和年、月、日、时、分、秒信息, 接受对时的装置通过硬件解码电路, 在整秒的起始时刻将装置内部时钟的毫秒、微秒计数值清零, 之后再将内部时钟的年、月、日、时、分、秒计数值设置成收到的数值即完成了一次完整的对时过程。该方法比较简单实用, 对时精度能满足智能变电站的要求, 不足是需要设置额外的B码对时网, 增加了设备间互联的复杂性。
IEEE 1588网络对时的原理是, 将GPS装置的时钟同步报文直接通过以太网发送给网上的各台装置。由于网络传输报文存在延时, 因此, 为了实现精确对时, 还必须对报文传输延时进行补偿, 支持IEEE 1588标准的网络交换机可以实现这一功能。该方案不需要设置额外的对时网, 但支持IEEE 1588标准的网络交换机价格比较昂贵, 在智能变电站使用不多。
由于SV网络采样方案高度依赖外部同步时钟, 一旦外部同步时钟失效, 就可能会导致保护功能的大面积失效。因此, 基于该方案的继电保护在可靠性方面存在隐患, 要解除该隐患, 就必须想办法摆脱对外部同步时钟的依赖, 设计出一种不依赖于外部时钟的网络采样方案。
不依赖于外部时钟的网络采样方案的实现思路
基于网络采样的数字量要不依赖于外部同步时钟实现相位同步, 必须要能够自动测算出SV数据包的网络传输延时, 只有这样, 才能根据收信时标推算采样时标。笔者认为, 可以对网络交换机进行改造, 由交换机自行测定SV数据包在其内部的驻留时间, 并在链路层报文头设置驻留时间域字段, 将驻留时间传递给接收设备。
网络交换机转发SV报文的过程如图6 (a) 所示, 包含接收、转发排队和发送三个阶段, 每个阶段都有一定的延时, 其中转发排队延时受报文输出口信息流量的影响比较大, 这是造成交换机传输延时不确定的主要因素。如果在SV报文的接收和发送阶段, 分别给报文打上时标T1和T2, 则T2-T1就是SV报文在交换机里的驻留时间。如图6 (b) 所示, 可以选择在两个位置上给SV报文打时标。一是在物理层与链路层之间, 该时标必须由硬件来打, 故称之为硬时标。二是在链路层与应用层之间, 该时标可由软件来打, 故称之为软时标。打硬时标需要设计额外的硬件电路, 实现起来要难一些。打软时标对硬件没有额外的要求, 比较容易实现。但从效果上来讲, 硬时标的时间测算精度高于软时标。由于支持IEEE 1588协议的网络交换机的硬件接口电路已经能够实现给时钟同步报文打硬时标的功能了, 因此, 给SV报文打硬时标的技术条件应该已经具备了。
(a) SV报文的交换机转发过程; (b) SV报文协议栈
从合并单元送出的SV报文, 其驻留时间域字段置零。如果从交换机送出的SV报文进入了下一级交换机, 则下级交换机送出报文的驻留时间域字段内容, 应是输入报文的驻留时间域字段内容与本机的驻留时间之和。如果SV报文进入了保护装置, 则保护装置的以太网链路层就将驻留时间域字段的内容传递给SV应用层。
保护应用程序在收到SV数据包的同时还收到一个累计的路由传输延时, 有了该信息, 就可以从收信时标推算采样时标了, 基于网络采样的数字量就可以不依赖于外部时钟实现相位同步了。
该方案的关键是设计制造出符合继电保护可靠性要求的, 能自动测算SV数据包驻留时间的网络交换机。合并单元与“点对点”直接采样方式完全相同。保护应用程序只要在计算延时δt的时候加上交换机的驻留时间就可以了, 根据收信时标和报文传输延时δt推算数据包采样时标的方法, 以及二次采样的方法等, 均与“点对点”直接采样方式完全一样。
结束语
基于IEC 61850-9-2协议的“点对点”直接采样方案是智能变电站数字化保护比较成熟的数字量采样方案, 但信息共享不方便, 网络结构比较复杂, 后期维护难度较大。基于IEC 61850-9-2协议的SV网络采样方案虽然信息共享很方便, 网络结构很清晰, 符合智能变电站未来的发展方向, 但由于数字量的相位同步高度依赖外部同步时钟, 造成继电保护在可靠性方面存在隐患。不依赖外部同步时钟的网络采样方案兼具了上述两种方案的优点, 具有很大的推广应用价值。
摘要：数字量电流电压信号的相位同步是智能变电站继电保护进行数字量采样时必须解决的核心问题, 它决定着智能变电站过程层的组网方案。目前正在使用的方案主要有“点对点”直接采样和基于外部同步时钟的网络采样两种。本文从数字量信号的相位同步原理出发, 分析了这两种采样方案的特点与不足, 探讨了网络采样摆脱对外部同步时钟依赖的途径, 提出了通过改造网络交换机, 由交换机自行测定采样值 (SV) 数据包的驻留时间, 以实现精确测量SV报文传输延时的思路。
参考文献
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智能全数字锁相环的设计 篇4
关于CPU的选择有三种方案：①FPGA片内实现CPU。片上系统的发展使其成为可能。②与片外系统共用CPU。DPLL大多用于通信系统中，而大部分通信系统都有嵌入式CPU。③单独采用一个廉价单片机（如89C51）,不仅可用于智能锁相环的控制，还可控制外部RAM实现FPGA的初始装载，一机多用，经济实惠。可以视具体情况而定。
5结论
智能数字技术 篇5
1 无线充电技术研究现状
目前的无线充电技术还不算成熟, 标准也尚未统一, 还达不到上述的理想状态。业内主要有三大充电标准, 分别是WPC公司的QI标准、PMA公司的Power2.0标准和A4WP公司的Rezence标准[2]。目前, 研发的无线充电技术种类很多, 但主流技术有三种:电磁感应、电磁共振、以及射频识别式方案。其中, WPC和PMA暂时是基于电磁感应技术, A4WP是基于电磁共振技术, 射频识别无线充电方案虽然目前没有成型的产品问世, 但其却有着比前两种技术方案更广泛的应用前景。整个全球无线充电市场未来将高速发展, 根据全球著名研究机构ISH的13份报告分析, 在未来的4年里, 整理无线充电硬件市场产值将翻10倍。例如, 2014年5月推出的LG G3, 5天内销售了10万部, 这么惊人的销售数据, 在于它的无线充电保护壳, 带有圆孔显示的Quick Circle。
2 无线充电技术原理
无线充电式充电器和数字终端各含一个线圈, 发射端把电能通过发射线圈转换为磁场, 发射线圈的磁场穿过接收端的线圈, 在接受线圈中将产生电场, 最后通过接收端输出电能给数字终端设备充电, 具体原理如下[3]。
2.1 三种无线充电技术原理
2.1.1 电磁感应技术
基本原理如图1所示, 由发射线圈和接受线圈组成, Cp、Cs分别为发射端和接收端补偿电容, Lp、Ls为两端电感, M为两线圈的耦合系数, 发射线圈的固有谐振频率为接收线圈的固有谐振频率为根据谐振原理及磁耦合原理, 当两线圈靠近, 耦合系数高, 充电效率也会提高[4]。
信息传送是通过信号的调制解调进行实现的。首先将模拟信号通过A/D转换, 然后编码、调制、发送、解调、转换等过程进行通信。
2.1.2 电磁共振技术
电磁共振技术也是LC谐振原理和磁场耦合原理, 只是发射端和接收端的功率信号要求会很高, 要求都工作在谐振点, 且频率相同 (即共振) , 电磁共振的能量传输距离稍远一点, 但能量的传输频率会高很多[5]。
2.1.3 无线射频识别技术
该技术除上述模块之外, 系统需要有驱动模块、RFID读写模块、MCU模块等, 对每个无线充电设备嵌入RFID电子标签, 读写器通过射频信号同电子标签进行通信, 保证被充电设备与充电系统的完全分离, 实现能量的高效率无线传输, 达到了真正的智能无线充电技术的标准。
2.2 三种无线充电技术比较
3 智能无线充电发展前景
如何让无线充电技术朝着距离化、高效化、便捷化发展是今后需要重点研究的方向。如今成型的无线充电产品几乎大多数都是为智能手机等小型电子产品服务, 并且均采用电磁感应技术。从目前的产品出现的弊端, 可以推断电磁共振和射频识别技术有着广阔的发展空间。就目前市场的最新数据, 可以得出智能无线充电技术正飞速进入以下几个市场。
电动汽车市场:汽车不同于手机, 电动汽车队无线充电的功率需求更大, 目前很多厂家在研究大功率的无线充电, 特别是汽车及家电厂商, 将来一旦可以产品化, 将是无线充电行业一次质的飞越。
医疗装备市场:智能无线充电技术的运用可以使急救装备始终处于供电充足的状态.提高了急救装备在恶劣环境下的电气安全, 为急、危、重患者和突发事件伤员的救护提供了有力的保障。
智能穿戴市场:无线充电技术已经潜移默化的加入了智能穿戴行业中, 正如尽管目前苹果的i Watch还没有出来, 但这两款产品一定会带无线充电功能, 这也是智能穿戴产品的一个趋势。
智能家居市场:智能家居是物联网的产物, 但最终都是朝着无线化发展, 无线充电是期中必备的技术之一。智能家居和无线充电两大领域一旦完美结合, 势必进一步改变人类的生活。
4 总结
随着人们生活水平的提高, 数字终端飞速发展, 在未来的各种场合, 智能无线充电技术势必要扮演着重要的角色, 为人类服务。就目前市场研究情况看出, 无线充电技术发展尚未成熟, 技术标准没有统一性, 成型产品在距离、效率、发热等方面存在弊端, 是今后需要研究的重点。
参考文献
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智能数字技术 篇6
关键词：三网融合,双向接入技术,EPON,FTTB,EOC
1 引言
随着国家三网融合政策的明晰，广电运营商在推进有线电视网络数字化工作的过程中，对有线电视HFC网络积极进行光纤到楼和电缆分配系统双向接入技术的工程改造，以便与电信运营商在三网融合市场和利益的竞合过程中取得先机。无论三网融合市场和利益竞合的结果如何，有线电视网络始终是智能小区的基础网络，而智能小区有线电视网络向有线数字电视双向接入网络的升级改造将推进智能小区数字化的发展。智能小区的管理者和设计者需要了解和研究有线数字电视双向接入网络技术，并在智能小区的通信、安全、管理、服务系统中融合这种技术的应用，加快智能小区向数字小区发展的进程。
2 有线数字电视双向接入系统技术构成
有线数字电视双向接入系统是基于有线电视光纤双向传输系统和有线电视电缆接入双向传输网络系统架构，综合了数字电视图像、数据、语音双向传输、接收等各个环节的全程数字化电视及综合信息接入系统，它不仅仅能够向电视用户传输丰富的广播式的数字电视节目，还能为电视用户提供包括数据广播、交互式数字电视视频点播、电子商务、宽带数据、IP语音等全方位的服务。
2.1 有线数字电视技术
有线数字电视是指基于数字技术平台，从节目拍摄、编辑、发射、传输到接收、显示的全程数字化的电视系统。有线数字电视信号的传输就是采用QAM方式将多路数字电视信号调制到模拟载波上，通过频分复用实现多频道传输。
有线数字电视是模拟有线电视的升级产品，它不仅能提供高清的图像质量和丰富的频道数量，还能作为一个数字信号传输平台，扩展提供其他如数据广播、视频点播、电子商务等增值业务。
要实现有线数字电视的这些交互式数据业务的传输，必须对有线数字电视传输系统进行双向接入技术的升级改造。这一升级改造过程，就是一个有线电视网络的变革过程，它体现在三个方面：
◆使有线电视网络由模拟向数字技术体制过渡;
◆使有线电视网络由单向广播向交互传输技术方式转变;
◆使有线电视网络由单一的电视业务向数字图像、宽带数据、IP语音等多业务综合功能拓展。
2.2 有线数字电视光纤双向传输网络系统技术
有线数字电视光纤双向传输网络系统由有线电视光纤传输系统和基于太网协议的EPON无源光网络传输系统组成。广播式的数字电视信号由1550nm波长的有线电视光纤传输系统传输，交互式数字电视、电子商务、宽带数据、IP语音业务服务由EPON以太无源光网络传输系统(如图1所示)承载。两种光纤传输技术均采用点到多点的拓扑结构，利用光纤和光无源器件进行物理层传输，相互之间的传输网络结构无缝隙地融合，共同组成了有线数字电视光纤双向传输网络系统技术，同时提供有线数字电视广播、交互式数字电视视频点播，以及宽带数据、IP语音等业务。这两种技术和网络的无缝隙融合应用将成为三网融和FTTB光纤传输和FTTH接入的主流技术。
由于现阶段光网络设备成本过高的原因，广电运营商暂未考虑使用有线数字电视光纤双向传输网络系统技术进行FTTH光纤到户的全光网商业应用，而是采用了有线数字电视光纤双向传输网络系统技术与电缆网络双向接入技术综合应用的技术方式，如“FTTB+EPON+CMTS+CM”、“FTTB+EPON+LAN”、“FTTB+EPON+EOC” 等接入技术。
2.3 有线数字电视电缆网络双向接入技术
有线电视网络早期常用的双向接入技术是基于轴电缆网络的“CMTS+CM”技术和LAN以太网这两种技术方式。EPON和EOC这两项新兴网络技术的成熟，又为广电运营商提供了更加适宜有线数字电视电缆网络双向接入的EOC电缆网络双向接入技术模式。从有线电视网络应用的角度简述，EOC技术就是把IP数据与有线电视信号有机地结合在一起，用同一根电缆接入用户——既不影响有线电视信号的传输，又有双向独享的宽带综合业务接入;具有良好的适应性和灵活的组网接入方案，无需对原有有线电视网络进行双向施工改造或者实施大规模的5类线敷设到户的工程。根据技术方法的不同，适用于有线电视网络应用的EOC技术可归纳为无源基带传输、有源调制传输两大类技术。
(1）无源基带传输EOC技术
无源基带传输EOC技术是一种基于频分复用基带数据流传输的传统技术，其技术原理就是令符合IEEE 802.3系列标准的以太网信号，在无源EOC设备中通过阻抗变换、平衡/非平衡变换后，在10～25MHz带宽内与有线电视的65～860MHz信号混合，通过同一根有线电视同轴电缆入户，在户内再通过无源设备将以太信号与RF电视信号分离，从而完成对用户的双向网络综合业务的接入。
(2）有源调制传输EOC技术
有源调制传输EOC技术是一种基于同轴电缆进行射频调制，实现IP数据和CATV信号共缆传输的技术。该技术在有线电视同轴电缆传输网络的网络应用结构上与有线电视技术基本相同，均是在光接机至用户终端之间的同轴电缆中进行IP数据信号的插入，通过修改传输介质的耦合电路在同轴电缆上进行IP数据射频信号调制传输, 并在用户终端通过分离器将IP数据信号与数字电视RF信号分离还原。
2.4 适用的有线数字电视双向接入“FTTB+EPON+EOC”技术
对于智能小区来说，目前最为适用的有线数字电视双向接入是使用EPON技术进行光纤到楼(FTTB)的骨干网架构，使用EOC技术进行双向电缆的用户接入(如图2所示)。这种“FTTB+EPON+EOC”技术的全网覆盖和用户接入，既保护了现有有线电视网络的资源，又能迅速、快捷地进行全网综合业务覆盖、灵活的网络接入，还能平滑地向三网融合FTTH光纤到户全业务运营过渡。采用该技术模式所建成的有线数字电视双向接入网络将是一个简单、易于投资、易于施工、易于扩展、易于维护和管理的双向宽带网络。
3 有线数字电视双向接入系统技术在智能小区中的应用
住宅小区的智能化就是实现小区通信系统、安全系统、管理系统、服务系统的智能化系统集成，为住宅小区的服务、管理及居民生活提供高技术的智能化辅助手段，提高社区物业服务和管理水平，为广大住户提供安全、方便、舒适的居家环境。智能小区进一步的发展就是数字小区，数字小区主要基于数字化网络传输，即利用先进的数字化网络传输系统把整个小区的各子系统都集成在统一平台上，并实现多种功能业务。数字小区是现实社区与利用数字化技术营造的虚拟社区的有机组合，通信网络是数字化社区的核心部分，需要满足各种业务网与用户终端设备之间传送信息的要求，承载综合业务的接入，特别是多媒体业务和IP业务的综合接入。
传统的住宅小区的智能化建设，由于通信系统中视频图像、IP数据、语音传输各子系统网络、应用的各自分离建设，以及IP数据网络建设成本的原因，未能实现百分之百覆盖小区用户，导致小区通信系统、安全系统、管理系统、服务系统网络建设各成体系，造价不菲，严重阻碍了智能小区向数字小区发展的进程
有线数字电视双向接入系统技术的承载网络(如图3所示)是一个性能良好的，具有双向视频图像、IP数据、语音传输通信能力的网络结构，具有高入户率、高带宽、低建网成本、高安全可靠性等优势，是面向住户的最佳的宽带接入平台，不仅能够满足住户双向视频图像、IP数据、语音传输通信的需求，还能够为小区的安全系统、管理系统、服务系统的智能化系统提供高度集成的、建设成本最低的信息传输网络。
(1）数字电视双向机顶盒作为智能小区家庭智能终端接收控制设备的优势
有线数字电视双向机顶盒作为有线数字电视双向接入系统的用户终端，不仅能成为智能小区各住户的家庭数字多媒体视音频娱乐终端接收产品，还能成为智能小区各住户的家庭通信和社区多媒体信息控制终端。
有线数字电视双向机顶盒集中反映了多媒体、计算机、数字压缩编码、解扰算法、加解密算法、通信技术和网络技术的发展水平。运营商和厂家在机顶盒的设计中不断加入面向对象的互动特性，从而使机顶盒和电视机共同组成了集广播电视、电子政务、信息咨询服务、文化娱乐、交流互动于一体的数字多媒体家庭信息中心，使终端住户能够享受到诸如标清与高清节目接收、可视化服务(VOD等)、电子节目指南、数据广播、数据通信(信息发布和共享、Internet接入等)、电子邮件、股票信息、互动游戏、远程教育、远程医疗、硬盘存储等应用。未来的有线数字电视双向机顶盒将是集音频、视频、网络、娱乐、消费和小区管理服务于一体的多媒体应用中心——这体现在其强大的CPU处理，海量的存储，高品质的视频解码输出，强大的2D、3D图形引擎，高速Internet接入和电子邮件等诸多方面。随着数字技术、多媒体技术和网络技术的发展, 机顶盒的方便应用平台必将成为智能小区数字化终端硬件实现的最佳终端平台。
(2）有线数字电视双向接入系统视频图像业务在智能小区中的应用
有线数字电视双向接入系统具有天然的视频图像传输功能，不但可以传输广播式的模拟电视、数字电视、互动电视，还可以进行任何基于IP网络化的视频图像传输、交互，提供多媒体视像服务业务。视频点播(VOD)、视频监控和视频会议均是采用有线数字电视双向接入系统可视化技术向智能小区内的物业管理方和终端住户提供视像的传输、交互和服务的功能。有线数字电视生存的支点就是互动视频电视，即视频点播。点播的内容可以包括传统图文与流媒体形式的各种视频信息资源，如高清数字电视、电影、公众信息、股票资讯等。住户可实时进行点播和存储。
(3）有线数字电视双向接入系统IP数据交换业务在智能小区中的应用
智能小区的IP数据业务信息化的建设是通过构建以家庭为核心的三层数据信息业务交换平台，包括家庭内部的数字化平台、社区的智能化平台和城市公众信息平台，将信息、网络、自动控制、通信等高新技术应用到人们的生活领域，以家庭信息化为手段，实现家庭和社区的社会化及数字化。有线数字电视双向机顶盒作为智能小区各住户的家庭通信和社区多媒体信息控制终端，不仅可在电视机上显示交互的视频图像、互联数据信息，还可连接电脑成为小区和家庭智能化管理数据处理中心。利用有线数字电视双向接入系统IP数据网络平台资源和有线数字电视双向机顶盒作为家庭通信和小区多媒体信息控制终端的独特技术优势，不难满足智能小区物业和小区住户以家庭为核心的家庭内部的数字化平台、小区的智能化平台和城市公众信息三层数据信息平台的业务交换需求，具体表现在：
◆社区通信系统信息交换，即通过小区有线数字电视双向接入系统数据交换功能，实现高速上网、IP语音电话、远程教育、远程医疗、会议视频、视频点播、小区广播、购物、娱乐等;
◆社区的安全管理，即通过小区有线数字电视双向接入系统数据交换功能，实现住宅的火灾、有害气体泄露等的自动报警，以及基于紧急呼叫系统的楼宇间通话、紧急呼叫等功能;
◆住宅自动化管理，即通过小区有线数字电视双向接入系统，实现水、电、气表的自动抄表、计量，家用电器设备的远程控制等;
◆社区内部信息建设，即通过小区有线数字电视双向接入系统数据交换功能，实现小区内部信息网站为用户提供内部视频业务、小区内部公告、家政服务信息等的功能;
◆社区物业管理，即通过小区有线数字电视双向接入系统数据交换功能，实现车辆车位管理、用户信息、房源信息等公共设施、信息管理等功能。
4 智能小区中有线数字电视双向接入系统的建设
智能小区中有线数字电视双向接入网络的建设在现阶段可分为两种模式，一种是广电运营商在智能小区投资建设，另一种是智能小区投资管理方自主建设。广电运营商在智能小区中建设有线数字电视双向接入网络，在视频图像、数据、语音业务的应用、运营方面都会处于垄断地位，可满足智能小区住户以家庭为核心的，家庭内部的数字化平台和城市公众信息两层数据信息平台的业务交换需求。在这样的模式下，小区内部的安全管理、自动化管理、物业管理和内部信息数据交换平台需要通过与广电运营商协商共同建立智能小区的虚拟数据交换专网来实现。可采用视频数字压缩技术将智能小区内部的卫星接收电视和自办视频节目转换为有线数字电视双向机顶盒可以接收的数字电视格式，通过光纤波分复用和电缆频分复用技术传送给智能小区住户。
智能小区投资管理方自主建设的有线数字电视双向接入网络，在数字电视、互动电视收视上须选择接入占有垄断地位的广电运营商，而在城市公众信息平台和外部数据信息交换上可选择其他有优势的电信运营商，同时，可方便地在小区内部有线数字电视双向接入网络上建设小区内部的安全管理、自动化管理、物业管理和内部信息数据交换平台。
现阶段智能小区中有线数字电视双向接入网络建设最适宜的技术方案是“FTTB+EPON+EOC”双向接入技术。随着全光纤“FTTH+EPON”有线数字电视双向接入技术网络物理造价的降低和各通信运营商在三网融合过程中竞合权益的明朗化，全光纤“FTTH+EPON”有线数字电视双向接入网络技术方案就会普遍存在。这个阶段，以“FTTB+EPON+EOC”双向接入技术建设的有线数字电视双向接入网络可以平滑地升级到全光纤“FTTH+EPON”智能小区全业务接入网络。建设全光纤“FTTH+EPON”智能小区全业务接入网络可实现内容的融合、网络的融合、设备的融合、服务的融合、管理的融合，将是智能小区向数字小区发展的必由之路。
参考文献
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智能数字技术 篇7
A:Michael Warrilow
如今, IT技术应用已经蔓延至各行各业, 并已成为个人和竞争性商业生态系统未来创新的催化剂。其中, 数字产业革命已初现端倪, 相对应的前沿技术趋势更加引人关注, 本期《通信世界》就“泛IT”话题采访了Gartner研究总监Michael Warrilow, 并就3D打印、数字业务以及智能机器等前沿技术的未来前景和存在隐患展开深入的讨论。
3D生物打印尚未“允许”
Q:3D打印被誉为本世纪最具颠覆性的前沿技术之一, 目前已被众多组织和企业所看好, 您认为3D打印距离真正落地还存在哪些障碍和难点?
A:我们认为3D打印技术未来具有广泛的使用场景, 它的出现甚至可以改变人类生活和经济社会。而生物打印是3D打印机的医疗应用, 可以制造活组织和活器官, 但在这方面, 3D的生物打印尚未得到使用许可。起码在2015年底之前, 美国食品药品监督管理局或其他正在评估所有医疗提议的发达国家的类似机构将明确规定, 若不经过事先许可, 将禁止用于挽救生命的生物组织和器官的3D生物打印。
在生物组织和器官的生物打印领域, 正在引发一场全球性讨论, 其焦点在于是否应该调整该技术, 或是明令禁止其用于人类以及非人类的组织或器官的复制。
另一方面, 伴随3D打印机、扫描仪以及3D建模技术成本的急速下降, 再加上设备功能的不断改进, 将使得知识产权的盗用更为容易。我们预计到2018年, 3D打印将导致全球知识产权收入至少一年损失1000亿美元。到2015年, 至少会有一家西方市场制造商指控其某一项针对市场主流产品的知识产权通过3D打印被盗用。
数字业务加速数据泄露风险
Q:无处不在的网络正在构建一个全球化的数字世界, 并由此产生相对应的商业模式, 数字业务成为当下业界探讨的热门话题, 您如何看待其未来前景?
A:数字业务是指通过数字资产包括数字产品、服务或客户体验, 以及通过数字渠道和社区创造的业务。
消费者对于数据采集实践已有越来越高的认知, 这为他们提供更多个人数据, 包括线上和线下搜集数据的处理控制能力打下了基础。另一方面, 市场对于这些数据的日益增长的使用需求也进一步抬高了其价值, 为鼓励消费者自愿分享这些数据, 相应的激励手段也在不断提升。
企业和政府存储和使用的数据量在大规模增加, 要保护所有这些数据是不现实的, 相较而言, 与其承担保护所有数据这一艰巨任务, 企业和政府反而更专注于保护其中的一小部分的重要数据。
到2015年, 相比不使用众包解决方案的竞争对手, 在营销活动或新产品开发方面使用这些解决方案的消费品企业的收入将提高1%。而到2017年, 超过半数的消费品制造商将通过众包方式, 获得75%的消费者创新和研发能力;80%的消费者将收集、追踪和交易其个人信息, 以实现成本节约、方便以及定制化。
智能机器改进流程和决策制定
Q:智能机器也是近几年前沿技术中的重要一项, 当我们赋予机器和设备更多的“智慧”以后, 智能机器所作的参考决策是否能真正帮助到普通消费者或者政府企业?
A:智能机器的出现也是喜忧参半, 因为“认知系统”虽然可以改进流程和决策制定, 但同样也会削弱流程以及决策制定过程对人的需求。CIO们认为这是实现更高效率的好方法, 但他们需要确保主动的人类劳动力以及机器冷效率之间的平衡。到2017年, 10%的计算机将具备学习能力而不仅是处理。比如语音识别应用的性能正在翻倍增长。
其中的一个分支领域, 就是物联网。在当代社会中, 物联网结合了机器、人类和商业之间的互联。随着大规模连接器件的出现, 企业、政府和人类如今可以获取比自己实际所需更多的关于自己及所处环境的信息。
Gartner的预测集中在建立应用和服务的机会上, 利用这些信息来为客户、员工和合作伙伴创造新的市场模型, 并且培育一套新的商业和营销模型, 让“参与”这个词成为真正有价值的资产。
3D打印:到2018年, 3D打印将导致全球知识产权收入至少一年损失1000亿美元。
智能数字技术 篇8
“方法”一词源于古希腊,表示沿着正确的道路运动。建筑设计方法定义为“建筑师把现实设计问题转化为解决结果的过程中所借用的模型和手段等等的总和”1。现代设计方法源于上世纪六十年代的伦敦设计方法讨论会,当时主流思想的代表人物琼斯(J.C.Jones)提出“系统化”的设计方法,拉克曼提出相关决策域分析法。之后现代设计方法的主要思想有:C.亚力山大提出的“倾向冲突”,达克(J.Darke)提出的“原始动机”,艾珂因(O.Akin)提出的“案例分析法”等等。
近五十年以来,现代建筑设计方法从一元走向多元,各个学科间相互渗透。主要分成两类学派:“理性派”(Rationalism)和“经验派”(Empiricism)。前者以包豪斯(Bauhaus)为典型,代表人物勒·柯布西耶、密斯·凡德罗相信格式塔(Gestalt:德文:外形、外貌)心理学。后者以莱特、路易斯康为代表,以感性为基础,强调有机性和个体经验。
2.人工设计方法
人工设计方法指传统的、强调“人脑”是方案创作的主体,图纸和模型是方案表现媒介的方法。虽然某些属于制图范畴内的数字方法也会被应用于其中,但整个创作主要过程仍在“人脑”中完成。人工建筑设计方法有以下特征:
1. 建筑方案的创作思维模式以“灵感”为来源,感性为基础。著名学者奥斯本、麦契脱等均表示,设计过程中最有价值的部分存在于设计者的脑神经系统活动中,只能部分的被设计者自觉控制。2
2. 建筑设计过程中,方案的修改、取舍和评判主要凭借建筑师个体经验,通过草图和模型等手段。
3. 建成后的建筑作品常带有鲜明的建筑师个性,某些作品在设计领域中有“范例”作用。
人工设计方法流程如图1,各个阶段和环节的递进以建筑师个体经验为判定标准。虚线框内部分是“人脑”进行方案设计的核心部分,也是“人脑”综合各个设计的要求、设计的限定因素,综合解决各个设计矛盾的过程,包含了如建筑经济、建筑物理等理性因素的考虑,也包含了如作品创新,用户心理和社会美学等感性因素的考虑,它是一个高度综合的思维过程,通常被称为“黑匣子”操作过程。
3.数字设计方法
数字建筑设计(Digital Architectural Design)方法,就是指用0和1两位数字编码,以二进制的数字信息来描述建筑,将数字编码、数字传输等技术应用于建筑设计的方法。建筑数字技术的应用在国内外均处于初级阶段。数字建筑设计成果的优劣与建筑师个体思维的优劣没有直接关系,它是软件运行的一种客观结果,而应用软件的设计是众多建筑师、结构师、程序架构师等集中智慧的成果。
与人工方法相比,数字设计方法有如下特点:
1.数字建筑设计使用人机互动的“数字化思维”模式3。设计在三维虚拟空间中构思,建筑师突破习惯性设计思路,设计更有创意、准确和高效。
2.数字建筑设计利用网络、通信、建模、人工智能等技术,使设计过程可视化、同步化。从方案到施工图,各工种同时设计和修改同一个可视建筑模型,向动态、多用户协同设计的方向发展。
3. 数字建筑设计可以减少施工和建造中的工程损失。数字化的信息管理模式将各个专业、协作单位统一到一个操作平台下,大幅度提高建筑产业的效率,节约能源,保护环境,实现可持续发展。
数字建筑设计方法流程如图2所示。计算机辅助设计硬件系统包括:中央数据处理器,进行0和1运算;输入设备,包括键盘、鼠标、数字化扫描仪等设备;输出设备包括绘图仪、视频等设备。设计软件包括系统软件、支撑软件和应用软件。目前,使用范围最为广泛的是与制图、建模和性能分析相关的应用类软件,如AutoCAD,Revit,Ecotect等。
4. 智能化设计方法
智能化的数字建筑设计方法指用人工智能方法进行建筑设计。在实际中,能够真正支持建筑师进行方案阶段设计的人工智能技术非常少,目前国际上的热点有,利用生物学的遗传算法和进化理论,利用数学的模糊理论,利用计算机中的图形学理论等来辅助进行智能化建筑设计,研究的领域包括专家系统(Expert System),模式识别系统(Pattern Recognition),自动程序设计(Automatic Programming),机器学习(Machine Learning),问题求解(Problem Solving)等。其中专家系统是目前国际上最活跃、发展最快的人工智能技术。
平面布局自动化系统4是设计型专家系统的一种。专家系统是一种具有人工智能的计算机程序,基于知识的系统,实质是使系统的构造和运行都基于控制对象和控制规律的各种专家知识。专家型系统包括分析型(如建筑采光、日照、声光热的分析系统)、控制型(如异常诊断系统)、解释型、预测型、数学型和设计型专家系统等。
图3是专家系统的结构,知识库和推理机是核心部分。知识库主要用于存储和管理专家的经验、方法等知识,将知识进行表述或者模型化,一般运用“IF:条件THEN结论”的形式来表达专家的经验法则和判断规则。条件和结论均可以通过逻辑运算AND,OR,NOR来实现,是计算机进行推理的基础。推理器根据问题的条件,匹配知识库中的规则,进行推理,得到求解的结果。数据库是存储推理过程中的数据或者中间、最终结论的暂时存储区。
图4是设计型专家系统的方案求解过程。在方案设计阶段,专家系统主要协助建筑师进行方案的自动生成,评价,选择和决策。它的求解过程是一个设计-评价-再设计的过程,也叫做生成-测试的方法。由于建筑方案设计的解答不是唯一的,评价也没有明确的标准,因此,此类专家系统必须要具备对生成的方案进行综合优化评价的能力,这也是专家系统中最困难的一点。目前处于初级发展阶段,能够真正应用到实际工程项目中去的系统非常少。
国内外最新的从思维创作角度来辅助建筑设计的智能化数字技术主要分为两大类:分析式(Analytical)应用和生成式(Generative)应用5,如单层平面自动化布最优化系统,平面自动生成系统等。2006年东南大学的胡宏等人利用MATLAB,ActionScript等软件,设计和实施建造了“前工院”门厅的“Ceiling Margin”项目6;山东师范大学的刘弘使用遗传算法来对布局设计过程中的方案进行约束和控制7。日本的村岗直人、青木义次运用遗传算法来实现廊式建筑一维平面布局最优化的研究。8
5. 结论
总之,数字化的设计方法从根本上彻底改变了建筑方案的传统人工模式,它采用人机互动的“数字化思维”模式,可视化、动态、同步的设计过程,突破了建筑师的思维惯式,减少了工程的差错,节约了能源,提高了建筑业的工作效率和进度,实现了可持续发展的目标。
摘要：本文从思维创作角度比较了建筑设计的人工和数字方法,指出以设计型专家系统为代表的智能化数字技术能够从真正意义上辅助“人脑”进行方案创作。用集成电路替代神经网络,用设计-评价-再设计模式解决“狡猾性”问题,求解过程高效和准确,避免了建筑师个体差异性。模拟涉及生物学、神经网络学、社会学等多学科,是目前国际上最复杂和热门的数字设计方向之一,处于初期阶段。
关键词：建筑方案设计,人工方法,智能数字技术,设计型专家系统
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智能数字技术 篇9
传统观念认为, PLC主要用于机器工业化控制, 用其可构建现代化设备操控运行平台, 为机械化控制提供技术保障。近年来, 以PLC为技术中心, 可构建更多种不同的智能操控模式, 其数字化应用领域更加广泛。因此, 不能单一地认为PLC具有工业化性能, 也要看到PLC在其它领域控制中的性能特点。
2 楼宇智能化
楼宇智能化是采用计算机技术对建筑物内的设备进行自动控制, 对信息资源进行管理, 为用户提供信息服务, 它是建筑技术适应现代社会信息化要求的结晶, 如图1。可编程逻辑控制器 (PLC) 本质上属于可编程的存储器, 用于其内部存储程序, 执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数与算术操作等面向用户的指令, 将其用于楼宇智能化是技术创新趋势, 体现了PLC强大的操控性能力。
3 基于PLC楼宇智能化控制
智能PLC具有功能性、多样性、可操控性等特点, 实现了控制系统一体化建设, 帮助用户构建新型操控平台。楼宇智能化中, 可借助PLC构建新型操控平台, 对空调、变配电、照明等实施智能控制, 体现出数字控制器的智能控制优势。
3.1 空调监控系统
基于智能建筑科技指导下, 机械设备面临的生产任务更多, 现有建筑控制功能达不到预定标准, 不利于建筑一体化发展。我国建筑科技步入自动化时代, PLC各种虚拟模型在智能楼宇中得到广泛应用, 提升了楼宇智能化水平。基于PLC平台, 智能楼宇空调控制包括:温度控制、湿度控制、新风、回风、排风的控制、制冷器的防冻监控、过滤器的状态监测、风机的状态及故障报警冷冻站监控系统。
3.2 变配电监控系统
随着科学技术快速发展, PLC在建筑控制中得到普及应用, 体现了自动化控制技术的应用优势。为了改变传统工程模式不足, 建筑各个区域执行任务时均采用自动化平台, 利用数字控制器构建新型操控平台, 满足了建筑智能操作作业要求。变配电控制中, PLC控制对象包括低压配电系统、计算机不间断UPS电源系统、冷冻站配电、变压器、高压系统和高压二次线中的各个点进行监测控制。
3.3 照明监控系统
照明系统中由中央监控系统按每天预定的时间顺序进行开关控制, 监视其开关状态, 工作状态可用文字、图形显示, 并经打印机打印。与相同功能的控制器系统相比, PLC实现了楼宇照明智能化, 如图2, 利用中央处理主机作为操控平台。PLC可以通过通信联网, 实现分散控制, 集中管理。选用虚拟技术辅助工业控制系统, 可在PLC平台上预先演练楼宇操作流程, 及时发现问题后进行改良处理, 避免误操作导致智能楼宇控制失效。
3.4 安全防范监控系统
为了适应信息化发展趋势, 智能楼宇可应用数字化技术完成区域图像控制的相关任务, 从数据收集、地图建模、动态展示等方面进行表达。安全防范系统是智能大厦必不可少的部分, 它为大厦提供了安全监视、侵入报警、出入门控制管理。安全监视系统采用微机控制矩阵系统, 集中完成视频切换控制、水平/俯仰/变焦控制及自备检测功能。数字控制器用于智能楼宇具有先进性, 能够为楼宇控制作业提供精准化定位服务, 保持楼宇项目执行中获取准确的地质信息, 提升了智能楼宇自动化控制水平。
4 智能楼宇系统维护
PLC产品已经标准化、系列化、模块化, 配备有品种齐全的各种硬件装置供用户选用, 用户能灵活方便地进行系统配置, 组成不同功能、不同规模的系统。伴随着建筑改造工程不断发展, 我国智能楼宇项目持续增多, 楼宇控制工作也面临着更大的挑战, 引入PLC技术将成为楼宇定位调度的主控技术。未来进一步提升PLC数字化控制水平, 智能楼宇需重视维护工作, 从软硬件系统进行升级改造, 提高智能楼宇内外结构的数字化水平, 适应智能系统控制要求。
5 结论
总之, PLC具有强大的数据处理功能, 可适应智能楼宇的智能化控制需求, 以数字控制器为中心设计智能楼宇系统具有可行性。现阶段, 以PLC为数字化控制中心, 体现出了智能系统的实际应用价值。同时, 在引入PLC技术过程中, 要结合实际控制领域情况, 设置相对个性化的操控模式, 满足楼宇区域内的数字化控制要求。
参考文献
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