多路传感器

多路传感器（共7篇）

多路传感器 篇1

0 引言

那些能感应自身所处环境并作出反馈的材料变得越来越重要[1]。低成本传感器、执行器和控制系统的综合产物天生就能出色地监控原料的处理情况,主动地控制原料的形状和运动并且可以指出损害和次品的肇端。要具备以上特点并能对环境改变做出反应,系统必须基于大型的、巧妙结合功能的结构之上。由于其小巧的体积和已被证明的嵌入能力,光纤传感器极具吸引力的选择。特别是EFPI已被广泛应用于局部压力等多种测量中。因它具有高灵敏度和抗电磁干扰能力,还能在多种环境中运行[2]。然而,EFPI还存在一个问题是它提供的是微分测量而不是绝对测量。另一个问题是总体上缺少实时读取设备。本文讨论EFPI的工作原理,分析它的局限,敢提出克服绝对测量中缺陷的方法。

1 非本征珐布里-泊罗干涉传感器

EFPI传感器是用于智能材料和智能结构健康监测的光纤传感器之一。EFPI是一种干涉型传感器,它的探测强度可以依据测量参数调整。

EFPI传感系统包含一个单模激光二极管,这个二极管通过一个耦合器照在珐布里-泊罗腔上。这个腔是在一个输入单模光纤和一个反射单模或多模光纤之间形成的。这个输入光纤和反射光纤是用一根中空的硅光纤连接在一起的。腔两端的没有涂层的端面会各自产生4%的菲涅尔反射。第一次反射R1,称为参考反射,是独立于实际干扰的。第二次反射,R2,称为感应反射,是和腔长d有关的,而d又是根据实际干扰调整的。这两束反射波相干,倘若光程差小于光源的相干长度,那么探测到的光强I就会按照腔长函数变化。

I0取输出强度最大值处,相应λ就是激光二极管的中心波长。

EFPI有能力测量次埃尺度的位移并且被报道为最适于嵌入结构的光纤光学传感器[3],它的局限性阻止了它与用于精确感应的材料和结构的完全结合。此外,若实际压力的方向有改变或在正弦变换函数曲线的最值点发生任何干扰,系统都不可能探测到它。加之需要使用复杂昂贵的外沿计算技术来加速处理获得的数据。白光干涉测量是一种光学反相关技术,它能够精确测定干涉仪两臂的光程差从而允许EFPI的完全解调。

2 白光干涉测量法光路匹配(WLIPM)

WLIPM是基于这样一个原理,如果一个干涉仪的光程差比光源的相干长度大,那么干涉仪中两束光波的传播将不能产生时间相干的干涉条纹。然而如果结构中存在的第二台干涉仪会导致它的光程差同第一台干涉仪的光程差相匹配,这两束光波之间总光程差会小于光源相干长度,而这样两束光波将会相干。当两束光波光程差为零时,他们的相干度达到最大就能看到它们的时间相干图案[4]。图1就是这个概念。

WLIPM传感系统有三种基本构成原理:1)基于反射,2)基于透射,3)基于麦克尔逊干涉。这三种方法中,反射和透射在应用中是最有利的,因为输入导线非敏感性限制了对传感间隙的测量。因在透射构造中存在大量直流成分,基于反射原理的系统就成了首选结构。任何WLIPM设备的物镜都要用一个珐布里-泊罗扫描干涉仪来匹配位于远处的EFPI传感器的腔长。当此情况发生时,一对匹配的EFPI传感器或扫描仪就会产生干涉图案。

图2中给出的解调方法可以解调这个信号。一种扫描方法是用一个变化间隙的EFPI去匹配传感EFPI。这个方法在速度上有局限。图2(b)中给出了另一种改进响应频率的方法。这里用一个线性排列CCD来捕捉远处EFPI传感器返回的光谱。图2(b)中的展示的是一台菲索楔形干涉仪。它的腔长按楔形函数变化可以作为光学反相关器。通过一个腔长为D珐布里-泊罗传感器传播的光强在菲索干涉仪的平镜之间距离达到D位置达到传输最大。CCD排列上的每一个像素都对应珐布里-泊罗腔长的一个特殊长度,而像素读取到的最大光强点给出了EFPI传感器的间隔D。在一些情况下光纤光学传感器的输出经过处理可以得到应变,温度或压力等信息。对于应变计的输出可以用下列关系式计算:

其中,DLfizeau是CCD排列上测量到的菲索腔的有效宽度,a是菲索干涉仪的两片平面镜之间的角度,Lgage是EFPI传感器的度量长度。其他的测量法也类似的用上式计算。

3 多分复用光纤传感器

WLIPM技术的一个优点是能够在一个传感系统中对多个传感器进行多分复用,从而降低测量系统的整体价格。目前商业用途中只有光学时域反射计(OTDR)具有相似的运行多分复用传感器的能力。然而由于它对光源及其敏感要求非常窄的脉冲光源,OTDR系统的苛刻限制不能满足用于原料探测。光路匹配干涉技术能解决这种对大型分布式多元传感系统的需求。

试验证明一个由不同间隙长度的EFPI组成的基于反射原理的白光光路匹配系统可以用一台扫描设备同时连续提取数据。这个构造能即时描绘出一个结构或材料上应变和温度分布情况。此系统有很多优势使得这个方法很有吸引力。它可以得到绝对测量结果并且不依赖于初始条件。其次,单光源或单测量系统的应用极大的降低了运行成本。为了此系统的最大性能,EFPI反射信号的强度应达到最大值。增进性能可以通过在EFPI光纤端面覆盖一层金属或多层绝缘层来完成。

A1:输入光纤反射波振幅可以用分解面反射系数来表示。第二次反射振幅可以用第一次反射的振幅来表示,关系式如下

式中t是传播系数,a是纤芯直径,s是间隙宽度,NA是光纤的数值孔径。入射到下一个传感器的光大约是1-A2。传感器的输出强度要用反射光振幅表示。

式中q是两束反射波的相位差。考虑到连续传感器的光强最大值

式中A3和A4第二台EFPI的反射波波长。解这个表达式,得到t从而得到服从相同强度EFPI运行所需的反射图层。

初步试验中,具有不同初始间隙的EFPI传感器接收到一束光波。所有用于制造这些传感器的光纤端面都覆盖了一薄层金,这样大约能增加大约40%的分界面反射。一个低精度EFPI腔被用于为传感器扫描不同腔长的范围。传感器的输出信号会在下面的图4中展示出来。如图所示每个传感器信号的条纹可见度都依传感器在系列链中的位置不同而不同。

4 结论

我们讨论了应用全光路匹配技术的EFPI传感器运行原理。此技术的基础是将EFPI感应间隙与参考光程差相匹配。当这些距离差在光源的相干长度以内,就产生一个相关包络解调传感器的相干测量输出。数据证明四台EFPI传感器的多路技术是可行的。EFPI的多分复用应用包括大型智能结构系统中的应变和温度测量。这些光纤光学结构会像“神经系统”一样主动控制设备。

摘要：非本征珐布里-泊罗干涉传感器(EFPI)已经被证明适用于压力和温度的精确测量。我们介绍一种基于白光干涉仪的路径匹配完全测量方法。该系统从参考间隔到EFPI的感应间隔都适用。当这两个波长差在光源的相干长度内时,在系统输出中会产生一个强度包络。相应的路径失谐明确的指出传感器间隙的大小,压力便可以确定。这种应用大量EFPI传感器的多路技术的测量方法是可行的,并且给出四个多分复用设备的实验数据。文中也给出系统优化的理论设想。

关键词：非本征珐布里-泊罗干涉仪,完全测量,白光干涉测量,光路匹配,多路复用技术

参考文献

[1]R.Claus,Smart materials and structures,Fiber Optic Product News,1991,11.

[2]Proc.Fifth Annual Optical Fiber Sensor-Based Smart Material and Structure Workshop,1992,8.

[3]Proc.First European Conference on Smart Materials and Structures,1992,5.

[4]Mark Johnson,White light interferometry,SPIE,1990.

多路无线遥控开关系统的设计 篇2

1 系统总体设计方案

1.1 发射电路设计

发射和编码电路的按键是遥控开关的重要部件, 通过按键动作使被遥控对象处于不同的工作状态, 从而达到遥控的目的, 按键还相当于PT2262的电源开关。具体电路见图1。按键S1000一端和编码芯片PT2262数据引脚D2相连, 另外一端与三极管相连, 通过按键动作使三极管导通, 从而为PT2262提供电, 起到控制编码芯片工作的目的。

1.2 PT2262组成的编码电路设计

编码芯片PT2262是发射部分的核心元件, 可以通过不同的编码来产生不同的信号, 从而达到被遥控对象处于不同的状态。

PT2262编码电路 (如图2) , 通过不同的按键导通或断开, 使得PT2262端口获得高电平1或低电平0。四个按键S1000—S1003分别对应PT2262的四个端口D0—D3数据输入, 当按下键S1003时, 按键信号经D3进入编码芯片, 编码脉冲输出, 调制发射电路的载波, 而数据码在无线开关的系统中就是能起到把不同的开关加以区分开来的目的

1.3 无线发射部分的电路设计

由上面的各单元电路组成的发射系统电路组成图 (如图3) 。该发射部分包括315 MHz的无线发射单元电路与PT2262编码芯片构成的编码电路两大部分构成。

发射部分中的按键电路没有任何一个按键按下, 这时的三极管Q是处于截止状态的, 那么也就是编码芯片PT2262是没有接通电源的, 它也就不能工作, 那么无线发射模块也就没有工作也没任何信号得以发射。如果这时我们将S1000-S1003中的按钮按下, 这个时候三极管Q也就会被导通, 那么编码集成PT2262得到电源也就进入了工作状态, 接下来它就会按照引脚D0-D3输入的电平进行编码, 然后此信号被输入到315 MHz无线发射单元电路, 经过它的调制后再发射出去。

1.4 解码和无线接收电路设计

解码电路我们采用的是PT2272解码芯片。芯片A0—A7引脚是该芯片的地址引脚, 只有当接收芯片处的地址码与发射芯片的地址码被设定一致的时候, 这时输出端口才会有相应的信号输出。PT2272解码芯片的输入端DIN从先无线接收模块那接收到发送端发来的信号, 然后再通过其内部电路的解码予以辨认。只有当它所接收到的信号的地址码是和发射部分的编码芯片编码相同时, 它的数据输出端D0—D3才有信号输出。反之也就并不会被解码[7]。

接收部分是由四个D触发器、一个高频的信号接收电路模块、一个PT2272, 四个二极管IN4007、四个继电器和四个NPN三极管以及若干个电阻等组成。

2 发射和接收仿真电路

首先对发射部分单元电路进行仿真, 由于元件库中晶振的最高频率为80 M, 所以在电路的输入端用80 MHz的信号源代替输入信号, 为了观察比较输入与输出信号的波形采用双踪接示波器。示波器测得输入与输出的波形 (如图4) ,

由图可知输出与输入信号的波形一致, 皆为正弦信号, 频率为80 MHz。

考虑到元件库里元件所限, 只对无线接收单元电路进行仿真, 此处对接收单元电路做了简化, 由三级管和一级运放电路对输入的信号进行放大, 在运放的输入端加与发射端相同频率为80 MHz的高频信号作为接收到的信号, 为了观察和比较其输出与输入的波形采用双踪示波器。

仿真波形 (如图4) , 左边为输出信号的波形, 右边为电路输入端的波形, 由图可知:输出与输入信号的波形一致, 都为正弦信号, 频率为80 MHz, 且输入信号经过放大后幅值增大, 符合设计要求。

3 结论

无线遥控开关在日常生活中使用越来越广泛, 无论是家用电器, 还是工业智能控制都会用到无线遥控开关来自动控制设备工作, 为了更加方便人们的工作, 设计一款体积小、价格便宜、功能多的无线遥控开关是技术人员经常思考的问题。

本文还要改进的地方有如下: (1) 可以进一步提高发射效率, 降低功耗, 使其具有更好的使用和推广价值。 (2) 后面的研究我们可以采用单片机代替传统解码芯片PT2272对接收到的信号进行软件解码。

摘要：本文设计了一款结构简单、体积小的多路无线遥控开关, 论述了遥控开关各个单元工作原理。发射端包括按键、编码和无线发射等部分, PT2262编码芯片对按键信号进行编码后经无线发射部分发射出去。接收端包括无线接收、解码和继电器开关等部分, 无线数据接收后由PT2272解码芯片解码后控制继电器开关工作。

关键词：无线遥控,编码,解码

参考文献

[1]周结华.可编程无线电遥控多路开关系统设计[J].电子设计工程第19 (15) :2011.

[2]张长林.数字技术在无线电遥控上的发展与应用[J].山西电子技术, 2009 (4) :87-92.

[3]李晓辉.四路无线遥控开关系统的设计与实现[J].现代电子技术, 12, 2007.

[4]顾桂梅.列车自动上水系统无线电遥控多路开关设计[J].科技资讯, 2009 (29) .

[5]周庆华.无线电遥控多路开关系统的设计[J].无线电工程, 2003, 33 (11) .

[6]孙华波.基于遥控电器开关解码芯片的设计与实现[D].合肥工业大学硕士论文, 2006.

[7]余烈.基于PT2262/2272的无线数据传输[D].武汉科技大学硕士论文, 2011.

多路信号数据采集器设计 篇3

关键词：采集及存储,录取,回放

1概述

数据采集器将设备的多路输出状态信息实时地采集到计算机中,并存储为相应的文件。通过察看文件中存储的被采集信息,可以进行设备测试数据分析和故障判断。

2系统结构

根据系统目标及具体要求,数据采集器系统拟采用图1所示的系统结构,其中虚线框为数据采集器系统。

数据采集器系统包含两个部分:信号调理接口卡和数据采集工控机。数据采集系统采用单机一体化结构,数据采集工控机为基础硬件平台,模拟量、开关量以及串口数据的采集设备均以PCI总线插卡的方式置于数采工控机的PCI插槽上。信号调理接口卡主要完成两个功能:(1)调理设备输入的待采集信号,使之符合数据采集工控机的输入信号要求;(2)隔离设备与数据采集工控机。数采工控机完成模拟信号、开关量信号的采集,以及串口数据的接收与解算。

3信号调理接口卡

目前,决大多数的数据采集卡要求对于输入信号有以下的要求:(1)模拟输入的电压范围为-10~+10V;(2)数字输入符合TTL电平规范(0~5V)。由于设备的待采集信号中包含了-15~+15V的直流慢变信号和高达28.5V的开关量信号,因此,必须在信号采集前对输入信号进行调理。信号调理接口卡的结构如图2所示。

所有的待采集信号必须经过信号调理单元后,然后接入数采工控机的相应采集通道。不同的信号采用不同的信号调理单元,模拟信号调理单元如图3所示。通过设置不同Ra和Rb,可以完成不同的信号衰减。

开关量信号(包括TTL)采用基于光耦器件的电路进行隔离和调理。

4数据采集工控机

数据采集工控机使用便携式一体化机箱,液晶显示屏,并具备至少4个PCI插槽,便于以后的硬件扩充。

5数据采集软件

数据采集软件是完成数据采集通道配置,数据采集任务管理和采集数据管理的一体化应用程序,其框架结构如图4所示。

各个模块的功能简介:

1)软件自检:数据采集所需的配置文件是否完整,并检测本软件的一个实例已经在运行。

2)硬件检测:检查当前机器上是否有完成数据采集的硬件设备(采集卡和422串口卡)。

3)应用程序界面:完成数据采集,配置管理的应用程序主窗口。包括软件配置,配置通道配置,采集任务管理,采集数据管理等。

4)系统配置信息:(1)设置采集数据的存储目录;(2)设置采集数据文件的命名规则及存储方式。

5)采集通道参数配置管理:(1)通道管理。对于AD采集端口,包括采样速率(10~100Hz),电压范围,增益等参数。对于DI采集端口,采样速率(10~100Hz)等。

对于串行端口,包括串口类型,波特率,数据位,停止位,解算方式等;(2)通道组管理。本数据采集器的数据采集方式是基于采集通道组的,一个采集通道组至少包含任一AD端口或DI端口或串行端口。此外,为了保持灵活性,通道配置是基于组的,即对应于不同的组,采集通道可以允许不同的配置。

6)采集任务管理:(1)根据采集组创建采集任务,其相应的信息包括,任务名,采集组名,起止时间,输出文件目录等;(2)手动启动采集任务,手动中止正在运行的采集任务;(3)创建连续的采集任务;(4)删除采集任务;(7)采集数据管理:本软件可以对已经完成的采集任务数据进行管理,并对采集的数据文件进行查看(使用记事本程序)。

8)退出应用程序:在采集任务正在进行时,必须首先结束正在进行的采集任务,然后才能采集应用程序。

6采样数据实时显示

本数据采集器支持采样数据的实时显示功能。在启动采集任务时,软件界面将提示用户是否需要启动数据实时显示的功能。用户可以选择不启动,则数据存储在后台进行;否则,可以设置以下参数来配置实时数据显示。如该任务曾经启动过,软件界面将显示上次配置的参数,供用户修改。

1)实时显示的数据通道;

2)显示和回访的分辨率(最高10ms最低100ms);

在采样数据实时显示的过程中,用户可以完成以下的操作;

3)放大(复原)曲线。可以将某条曲线放大至全屏,或恢复至显示所有曲线的界面;

4)删除曲线,即从实时数据显示界面中删除某采样数据曲线;

5)增加曲线,在不超出总显示曲线限制的前提下,从当前任务中动态增加显示某采样数据曲线;

6)转后台存储,关闭实时数据显示界面,转后台存储;

7)结束采样任务。

7采样数据回放

本数据采集器支持采样数据的回访功能。数据回访功能界面与数据实时显示功能的界面类似。不同之处在于,数据回访是从本地的硬盘读取采样数据而已。数据回访软件界面中,可以完成以下的操作。

1)放大(复原)曲线。可以将某条曲线放大至全屏,或恢复至显示所有曲线的界面。

2)删除曲线,即从实时数据显示界面中删除某采样数据曲线。

3)增加曲线,在不超出总显示曲线限制的前提下,从当前任务中动态增加显示某采样数据曲线。

4)结束数据回放。

8采集数据格式

多路交叉口交通改善方法 篇4

交通拥挤和交通事故是城市道路交叉口存在的普遍问题, 多路交叉口自身几何特征的局限性和交通运行特征的不利方面, 在多路交叉口表现的尤为突出。

1.1 流向多、流量大

按交叉口可能存在的流向数量计算, 3路交叉口有6个流向, 4路有12个, 5路有20个, 6路则达到30个。由于多路交叉口相交的道路多, 与一般的交叉口相比, 经过交叉口的流量也相对较大。随着流向、流量的增加, 交叉口复杂程度大大增加, 对交通组织不利。

1.2 冲突点多、相互干扰严重

交通冲突是产生交通延误和交通事故的根源。当两股不同流向的交通流同时通过空间某点时就会发生交通冲突。冲突点主要有分流点、合流点和交叉点3种。在没有交通管制措施的情况下, n条 (T型交叉为3条, 十字交叉为4条) 道路相交时, 交叉冲突点M1及合流、分流冲突点M2的个数为

$\begin{array}{l}\text{Μ}{}_1=\frac{1}{6}\text{n}{}^2(\text{n}-1)(\text{n}-2),(1)\\ \text{Μ}{}_2=\frac{1}{2}\text{n}{}^2(\text{n}-1)(\text{n}-2).(2)\end{array}$

若不计入行人流、非机动车流的各类冲突点, 各种平交口的冲突点数量 (按最少计) 如表1所示。

从表1可以看出多路交叉口内交通的交叉点、合流点、分流点的数量较普通交叉口有明显的增加, 其结果势必导致交叉口处的交通处理变得十分复杂。

1.3 交叉口内面积过大、交通秩序混乱

由于多路交叉口内交叉面积较大, 在缺少渠化或渠化不合理地情况下交通流行驶轨迹不确定。车辆的任意行驶造成交叉口内冲突点分散、冲突区域面积扩大, 容易导致交通事故的发生和交通秩序的混乱。

1.4 信号相位复杂、信号周期长

多路交叉口的交通流向多、流量大, 一般需要采用多相位信号控制, 在设计信号相位时存在一定的难度。增加信号相位可以减少冲突点的个数, 但是, 每增加一个信号相位都要增加一次绿灯信号前损失时间和后损失时间, 信号周期也会相应变长。多相位信号控制和信号周期的偏长导致交叉口延误增加、降低了交叉口的通行效率。

2 多路交叉口交通改善策略及流程

2.1 工程改造

工程改造采用工程建设的手段对原有的交叉口进行改造。通过工程改造能改变交叉口几何形状、进口道宽度和视距等, 从而提高交叉口通行能力和通行效率, 改善交叉口的车辆运行状况。概括地说, 工程改造主要包括新建道路、交叉口进口道拓宽、改善路面质量及无障碍设计等。

2.2 交通组织优化

道路交通组织优化就是在有限的道路空间上, 科学合理地分时、分路、分车种、分流向使用道路, 是道路交通处于有序、高效的运行状态。通过单向交通组织、车种禁限、路口流向禁限、车种禁限等手段对交叉口的交通流进行合理引导, 使交通流在空间和时间上重分布, 达到转移交通压力、提高交叉口通行能力和效率的目的。经过分析, 对于T型交叉口, 限制某一方向左转, 交叉冲突点由3个降至1个, 禁止左转则无冲突点;对于十字交叉口, 限制某两方向左转, 交叉冲突点从16个降至8个, 限制左转则降至4个。

2.3 交叉口渠化

为减少多路交叉口内的冲突点, 可以利用单行、禁止左转等措施将路口流向进行合并, 再进行渠化和信号控制一体化设计, 设计的重点是路口内渠化。由于多路交叉口几何形状复杂, 路口冲突点位置不易确定, 有必要通过路口渠化明确各流向通过路口的空间路权, 把冲突点位置固定下来, 以便控制冲突, 改善路口秩序。交叉口渠化具有投资少、见效快等特点, 对于提高交叉口通行能力、改善交叉口安全状况有显著效果。

2.4 信号控制

交叉口渠化在一定程度上从空间上分离了各向交通流, 确定了交叉口内冲突点的位置, 减少了冲突区域面积, 但是它并不能减少冲突点, 为了减少冲突点可以采用信号控制的方式在时间上对其进行分离。采用信号控制能明确不同流向、不同种类交通流通过路口的时间路权, 多相位信号控制可以减少或消除冲突点。

2.5 多路交叉口交通改善流程

引起多路交叉口交通问题的原因是多方面的, 在进行多路交叉口的交通改善时应重视系统性原则和整体性原则。从路网层面上分析交通问题, 从整体上把握造成交通问题的原因所在, 运用多种手段进行综合治理。多路交叉口交通改善的一般流程如图1所示。

3 实例运用

3.1交叉口概况

曲靖市张三口是由环城东路、紫云路、潇湘路、北园路、南宁南路及北园巷相交而成的6路交叉口, 改造前采用环岛组织交通流。交叉口附近有个滇东北建材市场, 吸引了大量的货车和畜力三轮车 (马车) 。

紫云路:城市主干道, 承担过境交通功能, 车行道路宽23.5 m, 单幅路, 双向四车道, 其中机动车道宽3.5 m, 非机动车道宽5.25 m;

环城东路:城市主干道承担过境交通功能, 车行道路宽22.5 m, 单幅路, 双向四车道, 其中机动车道宽3.5 m, 非机动车道宽4.75 m;

南宁南路:城市次干道, 车行道路宽23.5 m, 单幅路, 双向四车道, 其中机动车道宽3.5 m, 非机动车道宽5.25 m;

北园路:城市次干道, 车行道路宽22 m, 三幅路, 双向四车道, 其中机动车道宽3.5 m, 非机动车道宽4 m, 中央绿化分隔带宽3 m;

潇湘路:城市次干道, 车行道路宽13.5 m, 双向两车道, 其中机动车道宽3.5 m, 非机动车道宽3.25 m;

北园巷:支路, 车行道路宽8 m, 单幅路, 双向2车道, 机非混行。

张三口改造前如图2所示。

3.2具体问题

通过交通调查和实地观测, 发现张三口存在的主要交通问题有以下几点:

1) 高峰时段交叉口交通流量大, 采用环岛无法承担大量的交通流量。交通量调查数据见表2。

2) 大货车、摩托车混入率高。大货车启动慢、停驶不易、车身长, 摩托车蛇行、见缝插针、不遵守交通规则极大的影响了通行效率。

3) 张三口位于滇东北建材市场旁边, 此处的货车、畜力三轮车乱停乱放现象严重。

4) 张三口是个6路交叉口, 交叉口标线磨损严重, 交通标志设置不连续, 容易导致驾驶员出现错误选择出口道的情况。

3.3 改造措施

3.3.1 工程措施

1) 新建一条车行道路宽18 m, 长约80 m的道路。新建道路双向四车道, 机动车道宽3.5 m, 非机动车道宽2.5 m, 具体位置见图3。

2) 紫云路、环城东路、潇湘路交叉口路段设置了中央隔离栏, 减少对向交通间的相互干扰和行人随意穿越道路对机动车通行的影响, 同时限制了路段上的乱调头现象。

3) 削减北园路部分中央绿化带, 设置了左转专用道。

4) 拆除了原有环岛, 在合理位置设置交通岛, 对部分交通岛采取绿化, 在使交通流有序化的同时改善交叉口的景观。

5) 增加相应的交通标志, 与交通渠化、交通管制相互协调。

3.3.2 交通组织

1) 北园巷采取单向交通, 交叉口内的车辆只能通过北园巷交叉口。

2) 南宁南路去往环城东路、北园路的交通流通过新建道路实现。

3) 环城东路、北园路去往南宁南路的交通流通过到紫云路路段调头实现。

4) 新建道路禁止左转, 车辆只能右转到南宁南路和环城东路;潇湘路出口道禁止右转到南宁南路。

3.3.3 交叉口渠化

1) 对相交道路的车道宽度、车道功能进行科学、合理地分配。

2) 因地制宜地设置交通岛, 对不同流向的车辆起到引导作用。

3) 交叉口停车线和人行横道线适当提前, 缩小交叉口面积, 减少车辆通过交叉口的时间。

3.3.4 信号控制

采用感应式交通信号控制方式, 根据感应线圈检测到的流量自行调整信号周期长度, 减少交叉口的延误。四相位信号相位设计, 与交叉口车道功能相匹配。

通过上述措施, 张三口由原来的环岛改成十字信号控制交叉口。改造后张三口如图3所示。

3.4改造评价

1) 定性评价。张三口改造后1个月, 交通秩序明显好转, 周期性交通拥堵得到解除。通过对当地驾驶员、行人、交通管理人员及交叉口附近居民的调查, 张三口改造方案得到一致好评, 达到了预期的效果。

2) 定量评价。通过Vissim交通微观仿真系统对张三口改造前、后延误进行模拟对比分析, 分析结果如表3所示。

由表3可以看出, 运用本文提出的改善方法和思路, 对交叉口进行交通组织优化, 分离冲突点、缩小冲突区域面积, 采用信号控制后交叉口延误较改造前有明显减少。

4 结束语

多路交叉口的交通治理是一个复杂的系统工程, 需要综合考虑各方面的因素。本文提出通过少量的工程措施, 采用交通渠化和信号控制一体化设计进行多路交叉口交通治理的思路和方法。将该方法用于张三口多路交叉口交通治理工程实践, 取得了良好效果。

摘要：针对城市路网中存在多路交叉口的客观事实, 在分析多路交叉口带来的交通问题的基础上提出多路交叉口交通改善的基本思路和方法。通过曲靖市张三口交通治理工程实例及改造前、后的对比, 说明文中提出多路交叉口交通改善方法的有效性。

关键词：多路交叉口,交通治理,交通渠化,信号控制

参考文献

[1]陈洪星, 吴中.异型交叉口改善方法的研究分析[D].大连:河海大学, 2007.

[2]汪峰, 马鹤龄.老城区道路平面畸形交叉口优化设计[J].中国市政工程, 2006, 1:6-8.

[3]宋微, 黄亮, 左忠义.城市道路平面交叉口改善的几点建议[J].北方交通, 2008, 2:159-161.

[4]彭力, 李旭宏, 陈大伟.城市道路交叉口交通治理措施[J].河南科技大学学报:自然科学版, 2004, 4 (25) :62-67.

[5]叶亮.城市多路交叉口的交通治理措施研究[J].城市道路与防洪, 2006, 4 (7) :60-64.

[6]张震山.城市多路交叉口设计方法和应用实例[J].公路运输工程, 2008 (12) :11-13.

多路高速并行信号光传输单元设计 篇5

通信系统的重要组成部分之一是传输系统,而现代信息高速公路的主要传输手段是光纤传输,其特点是高带宽和高可靠性、低损耗[1]。按其传输的距离可以分为长距离、中距离、短距离三类[2]。超过40公里的传输为长距离骨干网传输(Long Haul Reach),2公里到40公里的范围称为中等距离传输(Intermediate Reach),600米到2公里的距离一般称为短距离传输(Short Reach)[3]。本文将现场可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array,FPGA)、数字技术、光纤传输技术相结合研制一种多路高速并行信号光传输单元。

多路高速并行信号光传输单元以FPGA、光收发模块为核心,辅以时钟电路、电源电路、存储器。在FPGA中对串行差分高速光信号进行并行化,传输到并行接口;反之将并行接口电信号串行化,形成高速差分光信号。其整体框图如图1所示。文章将对整个设计进行详细阐述如下。

1 光信号接口电路设计

光信号接口电路的设计可以采用3种方式实现,第1种是采用分立元件[4];第2种是基于激光器、光电检测器,为它们设计驱动电路和放大电路等[5];第3种是采用集成光收发模块。前2种虽然成本低于第3种,但是设计时要要考虑的射频电路和分布参数设计技术在2.5G的速率下一般应用设计者还是难以做到。而且现有众多厂家提供高性能的光收发模块,如飞通、恒宝通、安捷伦公司等。故在文中采用第3种方式,只需重点考虑光信号接口电路与光电介质转换芯片的匹配问题。

设计中采用飞通公司生产的PT7323-61-1 T型S F F光收发器模块。其传输速度为O C-4 8(2488.32Mbit/s,STM-16),工作波长为1310nm只需单+3.3V直流供电即可工作。它是一种高性能、高性价比模块。可以应用在电信和数据通信的领域中,所有版本都符合SONET/SDH建议。发射机部分集成了MQW-FP和驱动IC与温度补偿和自动功率控制电路。接收部分将一个高效的铟镓砷PIN光电二极管[6,7]和宽动态范围、增益可以自动控制的跨阻放大器集成在一起。采用LVPECL数据接口简化了外部电路连接接口。设计为带良好EMI屏蔽金属壳的多源2×5小型化封装。光收发器具有优良的抗干扰性和可靠性。

其中一路2.5G光信号接口电路如图2所示。发送数据接口TD+、TD-之间接100欧匹配电阻R4。TXDIS管脚接LVTTL低电平使能光发送,光模块发送部分接收来自光电介质转换芯片的高速串行数据TD+、TD-,并对光模块发送部分的激光器进行调制,使之发送出激光。接收数据接口RD+、RD-所接下拉电阻R1、R2为130欧匹配电阻。当光模块接收部分检测到光信号输入并将之转变成高速差分串行数据RD+、RD-,同时SD1“信号检测”信号呈现为LVTTL低电平送给FPGA做相关控制用。当光模块接收部分没有检测到光信号输入,因此高速差分串行数据RD+、RD-端口无输出且SD1“信号检测”信号为LVTTL高电平。数据接口RD+、RD-;TD+、TD-为LVPECL接口。此外还对电源进行了特殊处理,即两个光模块的收发电源均有∏型滤波器,以便将收发隔离、模块隔离。光模块的屏蔽壳也应接到电源地上,才能起到屏蔽作用。

2 Rocket IO接口电路设计

光收发器电路与FGPA相连。众多厂商能提供千FPGA芯片,比如Xilinx、Altera等。一般的设计中采用FPGA+串并变换芯片+时钟数据恢复电路(Clock and Data Recovery,CDR)方案[8]。为了简化硬件设计,文章采用具有高速CDR和PLL功能的XC2VP7[9]。

XC2VP7是Xilinx公司基于Virex-II FPGA平台技术的一款高性能的FPGA解决方案。其特性有:灵活的逻辑资源,多达11088个逻辑单元;基于SRAM的在线配置;积极的互连技术;Select RAM分级存储器体系,44个18Kb块,可达792Kb存储容量;44个专用的18-bit x 18-bit乘法器块;高性能时钟管理电路;独特的Select IO技术,具有XCITE数控阻抗;1个IBM POWERPC RISC处理器;具有8个嵌入式数G收发器Rocket IO。

在设计主要是使用了数G收发器Rocket IO来进行高速2.5G光信号的串并变换以及逆变换。数G收发器Rocket IO的特点如下:串行变换及解串变换;单片时钟合成和恢复;兼容3.1875 Gb/s XAUI,Infiniband,PCI Express,Aurora,SXI-5(SFI-5,SPI-5),和OC-48协议标准;可选8/16/32位数据接口(设计中采用8位数据接口);在通道旁路时可做为8B/10B编译码器;支持通道绑定(在片上倾斜校正和通道到通道对齐的弹性缓冲器);接收器时钟恢复容忍度可达75非过渡位;50Ω/75Ω可选在片发送和接收终端;可编程的逗号检测和字对齐;通过插入或删除字符来进行速率匹配;自动锁定到参考功能;自持可编程预加重;可以内部环回;可选发送和接收数据反转(在收发硬件设计反转错误时用来纠正错误);支持CRC。

其中一路2.5 G收发器R o c k e t I O接口电路如图3所示。数据接口T X N P A D 9、TXPPAD9;RXNPAD9、RXPPAD9为CML接口。由于在图2中TD+、TD-,RD+、RD-已经做了50Ω阻抗匹配,因此可以直流耦合。相互连接关系如下:TXNPAD9接TD1-、RXPPAD9接TD1+、RXNPAD9接RD1-、TXPPAD9接RD1+。需要提供4路电源:AVCCAUXRX9(接收电路2.5V模拟电源)、AVCCAUXTX9(发送电路2.5V模拟电源)、VTRXPAD9(接收终端1.7V电源)、VTTXPAD(发送终端2.5V电源),4路电源分别采用磁珠L11、L6、L8、L12隔离。

3 时钟电路设计

每个Rocket IO收发器实例需要输入八个时钟。REFCLK和BREFCLK是外部源产生的参考时钟。参考时钟在FPGA端口处表现为差分输入。这些参考时钟连接到Rocket IO数G收发器的REFCLK或BREFCLK端口。为了保证Rocket IO数G收发器内部的发送PLL和接收PLL的正常工作,参考时钟是不可缺少。其余6个时钟可由REFCLK和BREFCLK通过DCM或BUFG产生。在本设计中我们只用到BREFCLK,频率为106.25MHz。串口发送速率为2.125GHz。对应FPGA的IO端口为GCLK4S(FOUT01)、GCLK5P(NFOUT01)。

Rocket IO收发器实例的参考时钟设计如图4所示。由高速差分LVDS频率合成器ICS8442产生。频率合成器使用25MHz的晶体,其谐振电容C57、C60为18p F、22p F。只要将M4、M0、N1设置为高电平,将M2、M3、M5-M8、N0设置为低电平,就可以从管脚FOUT0、NFOUT0输出106.25MHz差分时钟信号,连接到GCLK4S(FOUT01)、GCLK5P(NFOUT01)。由于配置脚(除M5之外)默认为下拉,故在配置为低电平时M5脚必须接到地。由于ICS8442芯片的高速、低功耗和低工作电压,导致其噪声容限低,对电源的纹波、瞬态响应性能、时钟源的稳定性和电源监控可靠性等诸多方面也提出了更高的要求。因此,为了提高系统的可靠性,并行载入电路(n P_LOAD)没有采用简单的阻容复位电路而是采用了专用复位芯片IMPS11。注意的是未使用的FOUT1、NFOUT1必须接100欧终端匹配电阻。

并行传输接口所需的100MHz差分时钟(时钟电路一)也是由一片ICS8442产生。在图4的基础上将M0设置为低电平,即悬空。产生的差分时钟信号FOUT02连接到FPGA的GCLK0S、NFOUT02连接到GCLK1P。再一分四作为并行数据接口的发送差分时钟。

4 并行传输接口设计

并行传输接口是异步FIFO接口,采用8位差分数据宽度,工作频率为100MHz。电路如图5所示。

采用Samtec的0.5mm高速插头QTH150,在接口为差分对工作频率可达1GHz。在本设计中,工作频率为100MHz。接收FIFO包含的信号线有时钟RX_CLK、复位信号RX_RST、满标志RX_FULL、空标志RX_EMPTY、读使能RX_RDEN、数据RX_DATA0-7、接收有效标志RX_VALID。发送FIFO包含的信号线有时钟TX_CLK、复位信号TX_RST、写使能TX_WDEN、数据TX_DATA0-7。各信号线名称中的Pxx表示是第xx对差分信号。

5 结束语

在完成上述的主体电路设计后,作者还对其配套存储电路、电源电路进行了设计。最后进行了八层高速PCB设计来验证原理设计。文中设计的多路高速并行信号光传输单元光接口端采用双LC连接器,外接工作波长为1310nm的单模光纤,传输距离可以达到2km,速率为2.5G。4路8根9/125μm光纤通过MPO连接器转变成8芯带状光缆进行传输。MPO连接器的插入损耗为5d B。

经测试,设计的多路高速并行信号光传输单元各项性能指标良好,可以广泛应用于光纤通道中,速率可达2.12Gbps。

摘要：光传输单元应用广泛,作者在文章中提出了基于XC2VP7、结合PT7323-61-1T的设计方案,并对各部分电路设计做了详细的阐述和分析,最后进行了PCB设计。测试结果表明,设计达到预期目标、性能稳定,可以广泛应用于光纤通道中,速率可达2.12Gbps。

关键词：光接口,RocketIO数G收发器,时钟,异步FIFO

参考文献

[1]雷晓荃.甚短距离光传输VSR4-3.0系统转换器集成电路的设计[D].天津大学,2006.

[2]贺传峰.基于FPGA的甚短距离高速并行光传输系统研究[D].天津大学,2005.

[3]赵玲玲.基于FPGA的10Gb/s光传输系统设计[D].中国科学院研究所学院,2010.

[4]夏飞,游佰强.光收发模块分立元件实现方法探讨[J].光通信技术,2004,28(4):22-24.

[5]彭涛,郭峰.高速光收发模块的技术分析与设计[J].浙江万里学院学报,2007,20(2):75-78.

[6]刘增基,周洋溢,胡辽林,周绮丽.光纤通信[M].西安:西安电子科技大学,2001:59-62.

[7]David G.Cunningham,William G.Lane[著]韩松,何道君,邓迎春,等译.组网用网:千兆位以太网组网技术[M].北京:电子工业出版社,2001:154-155.

[8]王晓明,王志功,苗澎,黄颋,胡艳.10Gbit/s甚短距离并行光传输模块研究[J].电路与系统学报,2004,9(4):1-4,137.

基于多路舵机的素描机械手臂设计 篇6

机械手作为工业机器人的一个重要分支,是最早出现的工业机器人,也是最早出现的现代机器人。随着对机器人研究的深入发展,人们渐渐的倾向于研究能够模仿人类特定行为的类人机器人。书写与绘画是人类的重要特征,因此研制能模仿人类的书写和绘画功能的机器人是人类的愿望之一[1]。机械手是一种具有人体上肢的部分功能,工作程序固定的自动化装置。机械手一般由执行机构、控制系统、驱动系统三个部分组成。

1 舵机控制板设计

本设计以51增强型单片机STC12C5A60S2为控制芯片,利用STC12单片机产生3路PWM信号去控制3个伺服舵机的转角位置,从而实现对机械手臂动作的控制。舵机控制板由电源部分、最小系统部分和舵机接口部分组成。

2 机械手臂硬件设计

由于本设计的素描机械手臂是模仿人类实现绘画和书写的功能,要求控制的精度比较高,但又为了能更方便编程控制机械手的动作,使其运动方式更加简单直观,因此选用工作范围大,动作灵活的关节坐标式和位置精度最高的直角坐标式相结合的方式作为机械手臂的结构[2]。硬件结构以仿人类手臂搭设,由固定底座、大臂、小臂和手腕组成。该机械手一共具有三个独立的运动关节,连同机械手末端画笔部分的运动,一共需要三个动力源。由于实现绘画和书写功能需要任意点的描画,因此本设计采用连续轨迹控制的控制方式。系统搭架的实物图如图1所示。

3 机械手绘画原理

3.1 坐标定点原理

本设计以固定底座上的舵机转轴中心为坐标参考原点,设大臂支架的长度为L1,小臂的长度为L2,手腕关节舵机转轴到画笔落地点的长度为L3,由于硬件搭架方面的原因,画笔实际的落地点与小臂支架的中心线方向存在一偏差角。机械手臂实现坐标定点的原理图如图2所示[3]。

设某点的坐标为(x,y),则可以计算出该点到原点的距离为

由图2和相关数学公式可求得

若大臂舵机以x轴正值方向为0°参考方向,舵机转到x轴位置时的PWM信号值为,则由上面公式可计算出大臂舵机转角值为,则此时大臂的PWM信号值计算为:

当坐标点在y轴上面时:

当坐标点在y轴下面时:

其中θ为舵机转1°角时对应的PWM信号值。若小臂以与大臂相垂直向下的方向为0°参考方向,设小臂舵机转到参考方向时的PWM信号值为,则此时的小臂的PWM信号值为:

3.2 绘画直线原理

若已知直线两点坐标分别为和,则可由两点式直线方程可得

直线的绘画可以由许许多多个在直线上的点的描画组成的,当横坐标以幅度(值的大小决定绘画坐标点的个数,值越小绘画的精度越高)向递增时,y坐标的值便可由公式8求得

3.3 圆形绘画原理

圆形的绘画也是由许多在圆上的点绘画组成的,由圆形的标准方程可得

其中点(a,b)为圆心坐标值,r为圆的半径。由于圆形每一个横坐标x都对应两个y坐标值,因此要分两种情况计算。

当坐标在圆的上半部时,可得

当坐标在圆的上半部时,可得

绘画时先绘画圆的上半部,x轴坐标值从a-r以△幅度递增到a+r,由公式11便可计算出对应的y值,从而得到相应的点坐标。绘画下半部是x轴坐标从a+r以△递减到a-r,由公式12便可求出y的坐标值。

4 系统功能测试

下载程序到主控单片机后,通过红外遥控器发送不同指令对机械手直线、三角形、圆形的绘画功能和英文字母的书写功能进行测试,其测试结果分别如图3、图4、图5和图6所示[4]。

5 结论

通过测试结果可以看出,机械手虽然能够实现基本的绘画功能,但还存在一些误差,误差的主要原因是由硬件搭架摩擦和舵机精度不够高造成的。机械手的硬件搭架是本设计的一大难点,硬件搭设的不合理会使机械手摩擦增大,影响绘画的精度和准确度。在搭设过程中,对支架的形状大小、螺丝的长短大小都有严格的要求,特别是一些用于承接的连接器件对机械手的整体性能有着很大的影响。

参考文献

[1]邱桂林.绘画机器人执笔设计与控制方法[D].辽宁:沈阳工业大学,2012.

[2]武继坤.筛选机械手设计[D].四川:西华大学,2006.

[3]邱桂林.绘画机器人执笔设计与控制方法[D].辽宁:沈阳工业大学,2012.

多路传感器 篇7

数据立方体是一种多维数据模型, 支持感念分层, 可以通过上钻与下卷在不同的概念层次上查看数据, 主要用于O- LAP, 也可以用于高维数据挖掘。由于OLAP需要在大规模的数据仓库上执行复杂的操作, 为了缩短访问时间, 高效地分析数据, 一般要对数据立方体进行预计算, 也称为立方体物化。立方体物化是指在不同维组合上对基本单元进行聚集, 每次聚集会产生一个m维聚集单元, 所有在相同维组合上聚集产生的聚集单元组成一个m维方体。对于一个n维的数据立方体, 可以产生2n种不同的m维方体。立方体物化可以分为完全立方体、冰山立方体、 闭立方体和立方体外壳。其中完全立方体是指计算出数据立方体的所有不同的聚集单元, 可以完整反映数据立方体所蕴含的信息, 降低查询响应时间、提高联机分析处理的性能。对完全立方体的计算一般采用多路数组聚集技术, 下面介绍多路数组聚集技术。

多路数组聚集技术基本思想可以分为两部分: 首先将完整的数据立方体切分成多个块, 块大小要求可以完全放进内存进行计算, n维数据立方体的分块仍是n维数据立方体; 然后每次将一块子方体读入内存, 计算这个这个子方体的所有聚集单元; 根据读入数据块的顺序, 某些维度组合的聚集结果会被计算出来, 在所有块都被计算之后原始完全立方体的所有聚集单元就都已经计算完成。这种技术只对原始数据立方体进行一遍扫描, 就可以计算出所有的聚集单元, 可以有效地计算完全立方体, 但是随着数据量的增加和数据维度的增加, 在单机上运行该算法需要花费的时间和需要占用的内存空间都远远超出了用户的忍受范围。为了解决这些问题,有必要对算法进行并行化改造, 使其适应分布式计算环境, 下面介绍一种在大数据时代普遍使用的MapReduce分布式计算框架。

2 MapReduce 技术

MapReduce是一种编程模型 , 主要用于大规模数据集的并行计算, Map和Reduce分别指代映射和规约, 这两个函数需要用户自己定义, 并且以参数的形式传递给计算框架, 而对任务的分派和调度则由该计算框架完全自动处理或者在用户干预下自动处理, 使得用户可以简单地开发并行应用。简单地说, Map函数的作用是对用户输入的原始键值对进行初步处理, 产生中间键值对, 这些键值对会暂时储存在某些磁盘分区里; Reduce函数的作用是对调度程序指定的磁盘分区中的Map函数产生的中间键值对进行规约计算, 并产生最终结果。以词频统计为例, 用户要求是输入一组文章, 然后输出所有文章中出现的单词, 以及出现的频数; 使用MapRe- duce框架解决这个问题时 , 用户首先需要定义Map函数 : 接收文章, 并以键值对的方式返回文章中出现的单词和出现频数; 然后定义Reduce函数: 接收键值对, 进行合并之后返回最终的统计结果。定义了函数之后, 用户就可以将所有文章交给MapReduce框架处理, 计算框架会自动将输入文章划分为许多组, 然后交给多个计算节点并执行Map函数, 然后再将Map函数产生的中间键值对按照键的值进行聚集, 然后将每一组键值相同的键值对交个一个计算节点执行Reduce函数, 由Reduce函数输出最终结果。

用户所能做的事情除了定义Map和Reduce函数之外, 还可以指定Map函数与Reduce函数的个数, 以及通过以下接口干预应用的执行:

an input reader: 这个接口可以用来定义如何划分原始数据, 产生原始键值对。

aoutput writer: 这个接口可以定义如何将结果写入文件系统。

a combiner function: 这个函数相当于在本地对Map结果进行预处理, 目的是提高Reduce函数的效率。

a partition function: 这个函数用于指定将Map函数产生的中间结果存入哪个磁盘分区。

3 将 MapReduce 技术应用到多路数组计算

MapReduce就是通过控制一组计算机 , 对原始任务切分 , 并行计算, 然后并行规约得到最终结果的计算过程。可以看出, 这与多路数组聚集技术所使用的思想是相同的, 因此可以将MapReduce技术应用到多路数组计算中, 需要做的是设计Map函数和Reduce函数应该做什么, 以及对一些接口函数进行定义。

由于数据 立方体的 基础数据 结构是多 维数组 , 因此MapReduce计算框架在接收了完整的数据立方体之后 , 会按照系统默认值或者用户指定的值对数据立方体进行块划分, 然后将每个子方体储存在计算节点上等待计算。由于每个子方体也会使用多维数组储存, 在每个计算节点上数组每一维的起始下标都为零, 但是许多子方体在原始数据立方体的数组中的起始下标并不为零, 这就会导致Map函数产生的中间键值对的键的值与这个中间键值对应该有的键的值不符, 导致Reduce函数无法正常规约。因此需要一个长度与数据立方体维数相同的一维数组来记录一个子方体的每一维相对原始数据立方体的偏移量, 可以称之为偏移数组。用户可以通过对input reader接口进行定义, 将每个子方体对应的偏移数组和子方体组合成原始键值对传递给Map函数; 在Map函数产生了中间键值对之后, 可以在本地使用combiner函数使用偏移数组的值对中间键值对的键进行修正, 这样就可以保证re- duce函数产生正确的结果。对于Reduce函数的设计则比较简单, 与上文提到的词频统计应用相同。

下面以三维数据立方体为例说明上述过程: 如图1所示, 维A、B、C的基数都是4, 使用数组cube [4] [4] [4] 存储。定义每个子立方体的每一维的基数为2, 每个子方体用sub- cubei表示, 可以将原始数据立方体分为8块, 例如第一块由图1中编号为1,2,5,6,17,18,21,22的基本单元组成。定义每i个子方体的偏移数组为offseti, 通过input reader函数, 可以得到如下键值对:

…

定义通过Map函数处理之后, 中间键值对的键是聚集单元的描述, 形式是 (a,b,c), 其中a,b,c可以是数字或者“*”, 数字表示在相应维的下标, 对于〖subcube〗_1, a=0表示在A维的下标为0, “*”表示聚集维; 键值对的值是相应聚集单元的聚集值。这样对每个子方体进行Map处理后都会产生如下的键值对:

< (*,*,*) ,value>,< (*,*,0) ,value>,< (*,*,1) ,value>,< (*,0,*) ,value>,

……,< (0,0,*) ,value>,< (1,0,*) ,value>,……,< (0,0,0) ,value>.

以subcube2的< (1,0,*) ,value>为例, 键值 (1,0,*) 中a= 1, 代表在A维的下标为1, 但是实际下标应该是3。为解决这个问题使用combiner函数, 并利用原始键值对的键的值对这些中间键值对进行修正, 方法就是在中间键值对的键的值, 除了聚集维之外的每一维在原始值之上加上相应的偏移量。修正之 后subcube2的< (1,0,*) ,value>更改为subcube2的< (3,0,*) ,value>, 键表示的就与实际值相符了。

最后, 通过Reduce函数对中间键值对的键相同的那些键值对的value简单相加就可以得出每个聚集单元的最终值。

为了实现这个算法, 可以使用开源软件系统Hadoop来搭建分布式计算环境。Hadoop是实现了MapReduce技术的分布式软件框架, 通过这套软件系统, 可以将上述算法实现, 同时Hadoop开源社区还提供了例如Hive (数据仓库工具)、Pig (大数据分析平台) 等工具, 可以方便地对完全立方体计算的到的数据进行分析利用。

4 结语