系統設計論文大全11篇

緒論：寫作既是個人情感的抒發，也是對學術真理的探索，歡迎閱讀由發表云整理的11篇系統設計論文范文，希望它們能為您的寫作提供參考和啟發。

篇（1）

根據某省電力公司的具體情況，本文所設計的電力行業統計分析系統的總體架構分為數據源、數據倉庫架構、數據訪問架構以及元數據管理等。

1.2ETL設計

用OWB（OracleWarehouseBuilder）工具對ETL進行實現，其任務為偵測ETL事件，以便啟動處理過程，同時跟蹤ETL處理日志。ETL的處理過程如下：通過Excel導入管理工具或者OWB將數據源的數據抽取、轉換、加載到ODS層的數據緩沖區的增量數據庫中；將ODS層的數據緩沖區的增量庫的數據抽取、轉換、加載到ODS層的數據緩沖區的歷史庫；將ODS層的數據緩沖區的歷史庫的數據抽取、轉換、加載到ODS層的統一視圖信息區的增量庫；將ODS層的統一視圖信息區的增量庫的數據抽取、轉換、加載到ODS層的統一視圖信息區的全量庫；將ODS層的統一視圖信息區的全量庫的數據抽取、轉換、加載到ODS層的對外數據服務接口區；將ODS層的統一視圖信息區的全量庫的數據抽取、轉換、加載到DW（數據倉庫）層。

1.3系統數據結構設計

1.3.1ODS設計

存放經過清洗、轉換、標準化以后的數據，并對外提供數據服務。為企業提供統一的數據視圖，滿足業務部門實時獲取數據和業務部門間對企業級的數據共享的需求。因此將ODS設計劃分為兩大部分：數據區、服務區。并按主題進行組織、近實時的集成數據存儲，以便最終用戶能夠快速查詢近期細節生產數據。

1.3.2DW（數據倉庫）設計

數據倉庫模型分為兩個區域：核心數據區（企業核心數據歷史細節區域）和輕度匯總數據區。核心數據區的數據模型設計依據企業數據模型進行設計，但是每個實體都要加上相應的時間戳。核心數據區的模型相對穩定。輕度匯總數據區的模型設計依賴于分析需求。數據倉庫模型是符合3NF的帶有時間戳的關系模型。具體操作時應對數據倉庫需求進行分解，按業務主題進行組織，將業務主題相關的數據組織成主題域，并對各指標進行分析。

1.3.3DM（數據集市）設計

數據集市的數據分為兩類：一類是基于數據倉庫的細節數據或輕度匯總數據進行的統計分析，另外一類數據是基于統計分析進一步分析挖掘的數據。數據集市的建模方法是通過調研企業經營的戰略目標、綜合查詢分析系統、同業對標系統、業務管理目標、業務報表等，對這些資料進行分析。根據一體化平臺關于分析主題進行細化，構建統一的核心數據集市模型。數據集市模型采用星形模型建模。

1.4元數據管理設計

元數據存儲在專用的數據庫中。有一類獨立于其它工具，被稱為元數據知識庫（MetadataRepository）的工具，它們為元數據提供一個集中的存儲空間。本設計中采用基于OracleOWB（OracleWarehouseBuilder）的元數據管理方案，各個工具集中通過OWB進行管理其中，元數據管理流程主要包括：元數據獲取流程（手動和自動）、元數據訪問權限管理流程以及元數據流程。元數據知識庫通過元數據獲取流程，來整合多個源（工具、數據庫和流程）中的不同元數據。通過元數據獲取流程，將元數據存入知識庫中后，為了有效的維護和管理元數據，保持其對于整個數據倉庫系統的有效性、準確性和及時性，還需要完成許多管控工作。元數據的方式有很多種：包括從屬關系圖（dependencydiagrams），數據沿襲表（datalineage），影響分析（impactanalysis），高級搜索，柔性報表，元數據術語表等。在實際工作中，應該有一套具體的流程來使用這些元數據方式，使得用戶的查詢請求能得到及時有效的反饋。

篇（2）

2機械臂控制系統硬件實現

采摘機械臂要實現其特定的動作離不開控制系統的支持，其控制系統主要由AVR主控板和舵機控制擴展板組成，此外還有一些輔助的硬件模塊。例如，使其系統穩定工作的開關電源模塊、調整工作姿態的鍵盤模塊、實現人機對話的顯示模塊和語音播報模塊。同時，為了實現在上位機上的監控，設計了基于MAX232的串行通信接口。

3機械臂控制系統軟件實現

機械臂控制系統軟件主要由主控板控制程序和上位機監控程序兩部分組成。采摘機械臂主程序流程如圖8所示。整個程序主要是通過鍵盤模塊上按鍵的控制來切換操作模式，也可以在上位機設計的監控軟件中來進行模式的選擇判斷。主程序主要由單自由度功能模式、多自由度功能模式、軌跡規劃功能模式這3種工作模式組成，通過這3種工作模式，可以完整的展示采摘機械臂的整體自由度配合情況。為了在上位機上實現對機械臂的監控，借助于Labview軟件設計了機械臂上位機控制系統。Labview使用的是圖形化編輯語言G編寫程序，產生的程序是框圖的形式［6］。根據需求選擇合適的控件并進行合理的布局，就可以構建一個美觀的儀器儀表界面。設計的控制界面如圖9所示，該界面包含有六個舵機的數據監控轉盤、串口通訊設置、速度調節滑塊、按鍵模塊。通過RS232通信協議該監控軟件可以實時的實現對六個自由度轉角和方向的控制，其中舵機轉盤上的數值代表脈寬值，其可調整的范圍為500～2500μs，代表舵機相應的角度為0°～180°。在上位機上的控制信號發送給AVR主控制板，主控制板對接收到的上位機數據進行分析處理，將需要的運動形式及參數發送給舵機控制板，各個舵機根據接收到的控制數據進行相應的動作響應。

篇（3）

2人員闖入室內檢測模塊設計

為了能準確的檢測到人體入侵，本設計采用了主動式紅外檢測方式，主動式紅外需要一個紅外發射管以及一個紅外接受管，正常情況下，兩個管子之間由紅外線連通，但是當有人入侵時，紅外線被阻隔。紅外對管跟單片機相連的電路圖如圖2所示圖中紅外接受管串聯了一個1K的電阻，而紅外發射管串聯了一個500R的電阻。同時在紅外接收管的正極端接到了單片機P32口，當接受管能正常接收到紅外光時，P32為低電平，相反，當接收不到紅外光時，P32為高電平。

3人員闖入報警設計

當有人入侵的時候，除了做到遠程短信報警，也需要有本地報警，起到震懾罪犯的作用，本設計中本地報警就采用了蜂鳴器。蜂鳴器的驅動采用單片機的P2.4口，由于蜂鳴器需要較大的電流來工作，單片機純IO口無法達到那么大的電流，因此需要外接三極管來放大電流。三極管采用的是PNP型三極管，當P2.4為低電平時，三極管導通，蜂鳴器的正極為高電平，就會響起來。圖3是其連線圖。

4按鍵電路

本設計除了主動檢測人體入侵和自動報警外，還需要對各種參數進行設置，比如要設置主人電話號碼，設置當前時間，查詢報警記錄等等，這就需要用到人機交互功能，這里采用了四個按鍵作為人機交互設備，此按鍵屬于微動開關，每個按鍵上都用了10K的上拉電阻，當按鍵沒有被按下時，按鍵所對應的IO口固定為高電平，當按鍵被按下時，IO口直接跟地短路了，所以IO口為低電平，單片機就是讀取IO口的高低電平來判斷是否有按鍵被按下。

篇（4）

從目前潿洲島的旅游資源特點大概可以分為如下幾大類別：一是自然景觀，如火山巖自然風景（最為特色）、滴水丹屏、五彩灘等亞熱帶海灘風光；二是歷史人文景觀，如哥特式天主教堂、媽祖廟等宗教文化；三是客家生活體驗，如農家樂、漁家樂等民風民俗；四是海洋旅游度假體驗，如潛水看珊瑚、沙灘游樂、海鮮餐飲、海洋觀光等。從潿洲島現有的資源入手進行整合與分類，根據景點資源的特色來進行針對性的設計。

（二）突出地域文化的基因

潿洲島獨特的地域文化，便是本島的客家文化與外來西方宗教文化的融和，傳統漁獵文明與現代海洋旅游結合，傳統與現代，東方與西方文化在這不足25平方公里的小島上和諧共存。設計師們在設計具有潿洲島文化氣質的導視系統時，就必須融入潿洲島獨特的地域文化，塑造出個性化名片。這是讓人能夠用來區分不是在韓國濟州島、美國夏威夷，或是塞班島的一個重要舉措。綜合潿洲島的地域文化特征，在進行旅游景點導視系統設計時要突出三大文化基因，即客家文化基因、宗教文化基因、海洋文化基因，其中客家文化是主導，宗教文化是補充，海洋文化是基礎。因此，在進一步認清潿洲島旅游發展所擁有的獨特文化優勢、區位優勢、氣候優勢、資源優勢的前提下，方能形成不可替代、不可復制的產品優勢，這種發掘與整合使得使潿洲島更具獨特魅力。

（三）視覺元素的國際化特色

隨著全球經濟一體化進程的深化，潿洲島作為國際旅游島的發展定位已逐步清晰，而作為視覺符號呈現出來的景點導視系統設計，更是成為外國游客了解潿洲島最為直觀、便捷的方式。視覺導視的國際化定位設計，即在圖形符號、語言文字、色彩設計、構成方式等視覺要素的設計時要考慮國際化趨勢。在突出潿洲島獨特的地域文化優勢的基礎上，還能結合當下時尚要素和國際化潮流，能將設計的感覺和理性結合起來，能將中國東方古老文明用時尚化視覺元素表現出來。

篇（5）

電傳飛機控制系統的核心應用技術是飛控計算機，通過飛控計算機的數據分析和程序預設，最終實現飛機的自動化控制盒管理。結合本型號飛機的實際情況，工作人員在進行系統設計時進行了多種方案的甄選，最終確定將飛控計算機與伺服控制回路綜合在一起，采用3×2余度配置，本系統需要三臺計算機進行系統的連接，因為進行了大膽的技術嘗試，同時又結合了國內外最先進的飛機控制技術，所以這套設計方案是比較科學相對合理的，具有可操作性。每臺計算機有兩個通道：工作通道：根據輸入信號計算機控制面偏轉指令，并且驅動相應的控制面；包括CPU模塊、輸入輸出控制模塊、總線模塊、伺服回路模塊與電源模塊等。監控通道：用于檢測計算機指令的正確性；包括CPU模塊、輸入輸出控制模塊、總線模塊與電源模塊等。

1.2作動器

升降舵、副翼和方向舵均采用電液伺服作動器，電液伺服作動器具有故障監控功能和旁通功能，在故障失效后自動轉入旁通功能，不影響其它作動器工作。單個舵面所有電液伺服作動器均失效后，轉入旁通功能，保持一定的阻尼，該舵面處于阻尼浮動狀態。2.2.1升降舵作動器每個升降舵面采用2臺臺電液伺服作動器并聯安裝，同步工作，具有力均衡功能。每臺電液伺服作動器具有單獨控制單個升降舵面的能力，左右兩個升降舵面共采用4個電液伺服作動器，需3套液壓系統提供動力，升降舵作動器接受飛控計算機指令，控制升降舵偏轉。2.2.2副翼作動器每個副翼采用2臺電液伺服作動器并聯安裝，同步工作，具有力均衡功能。每臺電液伺服作動器具有單獨控制單個副翼的能力，左右兩個副翼共采用4個電液伺服作動器，需3套液壓系統提供動力，副翼作動器接受飛控計算機指令，控制副翼偏轉。2.2.3方向舵作動器在方向舵上并聯安裝3臺電傳控制的電液伺服作動器，同步工作，具有力均衡功能。方向舵作動器接受飛控計算機指令，控制方向舵偏轉，實現對飛機航向控制，需3套液壓系統提供動力。

1.3傳感分系統

傳感器分系統負責所有的數據傳輸和接收，是整個系統的關鍵組成部分。一方面需要及時接收信息，另一方面還要對接收到的信息進行篩選和分類，最終利用具有關聯性的安全信息，具體包括駕駛員指令傳感器、飛行運動傳感器和大氣數據傳感器三個部分。駕駛員指令傳感器顧名思義，就是將操作人員的操作數據和操作動作，以數據的形式傳輸給計算機裝置；飛機運動傳感器將飛機在運動過程中的所有動態數據進行敏感處理和數據傳送；所有的數據最終通過大氣數據傳感器統一進行匯總和分析。需要進行強調的是，為了保證飛機運行的安全和信號的穩定，以上三種數據傳輸工作不能應用飛機上的航電總線，需要安裝獨立的信號傳輸線。確保所有數據的可靠性。

1.4控制顯示分系統

控制顯示系統是操作人員進行飛機控制的主要參考數據來源，操作人員需要根據顯示的數據采用相應的操作程序。顯示的信息量大，信息復雜，主要包括幾下幾種重要的數據：（1）人工進行系統控制的程序指示數據，主要包括提醒操作人員進行系統切換的信息和操作人員進行不同模式轉換的信息等；（2）系統運行的安全性顯示。包括系統常規運行下的各項數據，以及系統運行出現故障時發出的警示信息以及相應應急自動處理信息；（3）系統定期檢測和維護的信息。電傳控制系統需要定期進行維護和保養，顯示系統會根據設定好的程序提醒操作人員進行相應的操作和管理。

2控制律設計概略

電傳飛行控制系統實現了駕駛員操縱指令（桿位移或桿力）與飛機運動參量響應相對應的控制，從而使飛行控制“目標”由原機械操縱系統的舵面偏角操縱，變成了對飛機響應的控制。作為某型飛機電傳飛行系統控制模態包括基本模態和自動飛行控制模態。基本模態包括主控制模態、獨立備份模態及主動控制功能；其中主控制模態與獨立備份模態是系統必須具備的兩個基本控制模態。主控制模態包括控制增穩、中性速度穩定性、飛行參數（法向過載，迎角限制和滾轉速率等）邊界限制與慣性耦合抑制等功能；其中控制增穩功能是電傳飛行控制系統最基本的工作模態，在整個飛行包括內全時、全權應用。獨立備份模態是電傳飛行控制系統的備份模態，是獨立于所有的其他控制律模態的應急工作模態。

篇（6）

2融合算法與控制算法

2．1基于卡爾曼濾波的姿態解算算法利用加速度計對重力矢量進行觀測，以觀測值同重力常量的誤差值修正陀螺對姿態角的測量值，設計卡爾曼濾波器對狀態進行融合估計［10］。根據該方案，傳感器信息融合處理過程如下:1)利用式(6)計算更新四元數，并轉換為姿態角。2)觀測矩陣

2．2控制系統數學模型根據平地鏟運動特征，建立平地鏟的抽象物理模型，如圖3所示。按以下方法建立平地鏟運動的載體坐標系xoy:以平地鏟質心o為零點，系統輸入量x為液壓系統閥芯位移，輸出量y為油缸位移，平地鏟轉動傾角為θ，建立傳遞函數模型。

2．3控制器的算法設計

2．3．1適用于平地鏟運動的控制算法考慮水田激光平地機的作業特點，控制系統在設計上必須保證平地鏟在傾角角度情況下能夠迅速回位到水平位置，并且盡量減少超調和避免振蕩。傳統PID控制有較好的適應性，但是還不能提供最優控制，其結果是導致超調失效而影響控制效果。目前，基于動態補償的最優控制在工業中得到應用，其特點是能夠準確反映信號的變化趨勢，產生有效的早期修正信號，以增加系統的阻尼程度，從而改善系統的穩定度［12］。本文鑒于非線性系統近似最優PD控制的特性，引入其算法，針對平地機做出相應修改，進行相應嘗試。控制器框圖如圖4所示，姿態測量單元提供位置反饋θ。積分控制、比例控制以及微分控制的作用如下:①積分控制放在前饋通道，其作用是抑制平地鏟在受到外界恒定負載情況下產生的輸出誤差，增益輸出為y0=K1θ。②比例控制作用輸出為y3，等于兩次連續位置反饋值的差值，增量y1等于信號y0減去y3，通過數字積分器累加。③微分反饋信號y2提供參考速度，其大小正比于平地鏟輸出轉速，與參考信號y1組成一個局部的速度內環。微分控制器設計目的是適合平地鏟在大干擾情況下的操作。④系統輸出轉矩的參考值為Trf，送入零階保持器，輸出力矩實際值為Tcm。Tcm正比于零階保持器的輸出。

2．3．2控制器參數的確定平地鏟運動機構近似于二階系統，有以下方程成立。

2．3．3輔助補償器的設計采用Lyapunov再設計方法設計輔助補償器以補償非線性部分和外界擾動對PID控制器的影響。對于漸進穩定的線性系統，必存在實對稱正定矩陣P，滿足以下關系。

3試驗與分析

為了驗證本文提出的平地鏟水平控制系統，本文進行融合算法的驗證試驗以及平地機田間試驗。

3．1傳感器融合算法驗證試驗

3．1．1試驗方法通過AHRS500GA同步測量平地鏟姿態信息并作為準確數據，驗證基于ADIS16355的姿態測量單元有效性。美國Crossbow公司生產的AHRS500GA是高精度慣性姿態測量器件，其采樣頻率為100Hz，測量精度為:航向角0．2°RMS、俯仰角0．03°RMS、橫滾0．03°RMS［15］。融合算法的驗證實驗步驟如下:①在平地機上安裝水平控制系統，保證系統坐標系與載體坐標系一致;②啟動系統，人為搖動平地鏟，同步記錄ADIS16355與AHRS500GA數據;③PC平臺上運行MatLab融合程序對采樣的數據進行處理。

3．1．2試驗結果分析圖5為一次典型的試驗結果，圖5(a)為平地鏟傾角測量值對比，圖5(b)為局部放大結果。1)從圖5(a)、6(b)中可見，0～400s區間平地鏟振動較小時，利用加速度計計算傾角值較準確;當外界擾動導致振動加劇時，誤差可達±5°以上，無法單純用加速度計解算姿態角。2)本設計姿態測量單元能準確測量平地鏟動態傾角。由圖5(b)可見，在動態環境下融合結果能與AHRS500GA提供的參考傾角結果呈現良好的一致性，其誤差絕對值不超過±1°。3)通過傳感器實時判斷平地鏟運動狀態，利用加速度計對重力矢量觀測值來修正陀螺漂移，可以有效降低姿態角計算誤差。

3．2平地機田間試驗

3．2．1試驗方法組裝好平地機的高程和水平控制系統，在水田進行平地試驗，開啟以上系統并保證正常工作，記錄相關數據。圖6所示為水田激光平地機田間作業后的場景，可以看出平地效果良好。

3．2．2試驗結果分析圖7所示曲線為平地機平地過程中控制系統所測量的平地鏟水平傾角。田間試驗結果分析如下:1)從圖7(a)可知，平地鏟傾角變動基本控制在±1．5°以內且漸進穩定，滿足平地機作業要求。2)從圖7(b)和7(c)可知，在外界干擾較大導致平地鏟晃動嚴重時，水平控制系統起作用，通過PWM輸出反向力矩，使平地鏟恢復到水平位置，其過程是漸進穩定的。3)由于在控制算法推導過程中，平地鏟的傳遞函數是簡化和抽象的，如忽略機械連接部分的間隙、撓度，液壓油缸對于控制系統的響應有延遲現象等，最終導致了控制系統的效果受到影響。

篇（7）

2后臺監控系統設計

CBZ8000自動化系統支持WindowsXP操作系統，利用SQLServer2000構造數據庫，基于VisualBasic語言編制程序。實現無人值守自動化模型，需要得到正確的網絡拓撲連接，實現系統實時分析。上述算法即為網絡拓撲連通性的驗證，網絡節點矩陣自動生成可以大大降低計算工作量。進入監控系統前要完成登陸，系統設計時一定要根據不同的用戶組設置不同的權限，進入登陸系統后就可以查詢各個子系統的狀態，還可以查看整個變電站的運行數據(見圖3)。監控系統還可以查看變壓器和進線的調度，如感性有功電度、感性無功電度、容性有功電度、容性無功電度等。變電站出現故障后，會彈出報警界面，同時記錄下超限值和發生故障的時間，工作人員需要查看上邊的提示，通過保護裝置進行操作。本設計采用的終端設備是WYD—800系列RTU，由測控設備完成初始數據采集和預處理，經以太網由終端設備傳輸到集控站。較以往系統相比，本次設計中改進了微機五防操作系統，主機可以基于規則庫中的數據對實際數據進行邏輯對比，并生成相應的操作程序。操作票專家系統設置了5種開票方式:圖形開票、專家庫開票、調用典型票、手工開票、歷史操作票。

3遙視系統設計及測試

現有變電站一般都具有四遙系統，本設計在這個基礎上增加了遙視系統，即遠程視頻監控系統。此系統可以實現以下功能:監控35kV變電站變壓器和主要設備情況;對周圍環境進行監控并實現消防系統報警;對門禁情況進行中心控制;輔助電力生產減少工作量。變電站遙視系統設備主要有:可控攝像機、煙霧傳感器、紅外傳感器、電源、計算機、交換機、服務器等(見圖4)［6］。中心監控服務器是本系統的核心，承擔著工作人員與前端設備聯絡的任務，其可以實現服務器模塊管理、監控系統設置、身份認證、權限管理、視頻設備管理、鏡頭分組、報警和聯動、中心錄像、數據檢索、電子地圖等功能。遙視系統應用時，工作人員可以在集控站對變電站受控設備進行遠程巡視，實現無人值守變電站的自動控制功能，并結合視頻監控系統和圖像監視系統提供的數據，遠程控制現場球形攝像機(見表1)。

篇（8）

1．1加速度采集接口設計

加速度傳感器選用具有堅固耐用、受外界干擾小等特點的壓電式加速度傳感器，壓電式加速度傳感器采集對擊錘的加速度，將加速度信號轉換成相應的電荷信號，電荷信號經過電荷放大器的處理，最終輸出與之相對應電壓信號;最后，通過高速串行ADS8325實時高速采集電荷放大器輸出的電壓信號，獲得打擊過程中加速度變化的時域曲線，從而計算出最大打擊力和打擊能量，通過無線方式將數據傳輸給主機。STM32有兩個標準SPI，該接口被配置成主模式時可以為外部的其他從設備提供通信時鐘。STM32與ADS8325之間通過標準SPI接口連接，STM32使用SPI的單主模式，采集加速度信號只需要ADS8325到STM32串行數據傳輸，SCK為ADS8325提供通信時鐘，將ADS8325片選管腳CS拉低則為從模式。

1．2位移采集接口設計

選用歐姆龍編碼器進行位移數據的采集，將E6B2-CWZ6C編碼器與機械滑輪相連形成一個位移傳感器，機械滑輪的半徑為17．49mm，錘頭將移動2×3．14R的距離，即109．9mm，即錘頭移動109．9mm時編碼器剛好轉一圈，脈沖計數為2000個。為了增加安全性，減小電壓的干擾，減少電路設計，增量式編碼器和STM32接口采用光耦器件TPL521—4進行隔離。

1．3無線通信模塊接口設計

STM32與SI4432通過SPI接口相接，實現SI4432的基本工作狀態。SI4432通過nIRQ向STM32發送中斷。串行數據通過MOSI從STM32傳輸到SI4432;MISO正好相反;通過SCK向SI4432提供時鐘，同步兩者的串行數據傳輸。nSEL引腳電平為低時，SI4432片選為從模式，STM32才能有效操作SI4432。SI4432的工作模式位SDN為高時，SI4432處于關閉模式，為低時，則處于工作模式，因此，在芯片工作期間，工作模式位必須為低。

2系統軟件實現

系統軟件在KeiluVision4平臺上采用模塊化思想設計開發，將所需模塊的主要功能全部編譯成相對獨立的函數以供主程序需要時調用。模塊需要完成的功能是首先對STM32，SI4432及SPI進行初始化配置，其次，從機模塊采集加速度數據并傳輸，最后，主機模塊接收數據并處理。軟件采用同步傳輸的模式，同步字傳輸完之后才會開始傳輸數據。

2．1從機模塊軟件實現

從機模塊主要實現加速度數據的采集與發送。數據采集與發送過程如下:首先，完成初始化后開始采集數據，數據采集未完成，則等待至數據采集完成，然后清空SI4432的發送FIFO，寫入將要發送的加速度數據;其次，打開發送完成中斷并關閉其他中斷，該中斷使能正常后開始發送數據;再次，數據發送完成后nIRQ引腳轉為低電平狀態，讀取中斷引腳狀態后并將nIRQ引腳轉為高電平狀態，準備下次檢測。如果數據發送成功，則主機模塊上綠色指示燈會變亮;最后，關閉發送功能，準備下一次數據發送。

2．2主機模塊軟件實現

主機模塊軟件實現加速度數據接收與處理。首先，完成初始化并清空SI4432的接收FIFO;其次，打開接收完成中斷并關閉其他中斷，該中斷使能正常后開始接收數據;再次，數據接收完成后nIRQ引腳轉為低電平狀態，讀取中斷引腳狀態后并將nIRQ引腳轉為高電平狀態，準備下次檢測，然后，關閉接收功能，準備下次數據接收;最后，對接收到的數據進行相應的處理得到打擊能量和打擊力，并將數據通過RS485通信傳輸給工控機和LED大屏。

篇（9）

2系統設計

2．1DSP模塊

采用DSP(TMS320F2812)作為自動調焦系統核心。TMS320F2812是TI公司針對數字控制領域而推出的，具有控制精度高、速度快、使用靈活以及集成度高等優點，已廣泛應用于工業自動化、光學網絡以及自動化控制等領域。TMS320F2812的CPU運行速率可以達到150MIPS，數據總線為32位，內部集成乘法累加器，指令采用流水線處理，使得數據處理的能力大大增強;同時在片內還集成了128KB×16位的Flash存儲器和18KB×16位的SARAM存儲器。針對數字控制領域，還集成了兩個事件管理器(可以發送12路PWM信號)，為電機及功率變換控制提供了良好的控制功能，還兼有死區控制功能。本系統并沒有使用TMS320F2812全部外設接口，而只是使用其中的一小部分，如GPIO接口和EVA/EVB接口。由于采用可編程邏輯器件(FPGA)，使得DSP的硬件電路設計非常簡單。將DSP的數據總線、地址總線、讀寫控制線以及中斷信號線都引入到FP-GA中，根據特定的要求，在FPGA內完成時序和邏輯設計，如為TL16C654、AD7864提供地址選通信號等。由于電機的信號線、限位開關線數量很多，需要本系統的I/O口的數量較多，還需要在FPGA內完成擴展I/O口的功能。

2．2FPGA模塊

選用Cyclone系列FPGA中的EP1C12Q240C8作為整個系統的時序和邏輯控制核心，EP1C12Q240C8提供12060個邏輯單元(LE)和173個I/O口，可以內嵌4K的RAM。采用模塊化的設計思想，對FPGA設計進行模塊分解，FPGA需要擴展I/O口的功能，產生PWM調寬波信號，還需要為TL16C654和AD7864提供片選和讀寫信號等。TL16C654地址譯碼模塊:在FPGA內部，針對DSP的讀寫以及地址信號進行譯碼，為TL16C654提供讀寫信號以及片選等信號。AD7864地址譯碼模塊:對DSP的地址信號進行譯碼，為AD7864提供讀寫、片選以及通道選擇等信號。在設計FPGA時，采用VHDL開發語言，在Quar-tusII環境下開發程序。根據FPGA的設計框圖，在設計程序時采用模塊化的設計思想。每個模塊都獨立設計(即每個模塊都是一個文件)，最后建立一個頂層文件，將各個模塊有機地聯結起來。

2．3串行收發模塊

自動調焦系統與主控計算機通信時，必須要提供串行通信接口，這里采用TL16C654完成并行數據和串行數據之間的轉換。控制器在與其他分系統進行串行通信時，由TMS320F2812作為控制核心，間接控制TL16C654串行發送或接收。FPGA是DSP和TL16C654之間通信的橋梁，為TL16C654提供片選和讀寫信號。當TL16C654的接收FIFO滿等情況發生時，會產生中斷信號，FPGA對TL16C654的中斷信號組進行處理，然后向DSP發送中斷信號，并協助DSP得到TL16C654發出中斷的通道號。TL16C654在發送或接收數據時，可以采用中斷或查詢的工作方式。在控制器與外部進行串行通信時，TL16C654在接收時采用中斷方式，發送時采用查詢方式。

2．4模擬量采集模塊及數字溫度傳感器

模擬量采集選用美國模擬器件公司生產的AD7864模數轉換芯片，分辨率為12位，可實現4通道同時采樣。數字溫度傳感器采用型號DS18B20，DS18B20與微處理器連接時僅需要一條口線即可實現雙向通信，測量范圍:－55℃～+125℃，分辨率0．5℃。

2．5電機驅動器及執行電機

步進電機驅動采用UP－4HB01B步進驅動芯片。它把FPGA發出的脈沖信號轉化為步進電機的角位移，FPGA每發一個脈沖信號，驅動器就使步進電機旋轉一步距角，步進電機轉速與脈沖信號頻率成正比。該驅動芯片適用于四相六出頭混合式步進電機，單極恒壓驅動，四相八拍勵磁方式。執行電機選用常州微特電機廠生產的混合式步進機，型號為42BYG015，電機為混合式四相步進電機，按四相八拍方式工作，步距角為0．9°。

篇（10）

光伏供電系統的工作受限于天氣和日照時間。為保證對滴灌系統的供電，需要對太陽能進行轉換并存儲在蓄電池中，以保證滴灌系統在陰天或光照不足的情況下正常工作。

1．2控制系統

控制系統采用帶有8路A/D轉換的單片機STC12C5A60S2，應用C51編程，將土壤濕度傳感器采集到的微弱電壓信號，經過調理電路提供給單片機，實現土壤濕度的顯示，并為執行機構提供動作信息，實現自動滴灌。

2系統硬件構成

系統硬件由太陽能存儲模塊、數據采集處理模塊、串口通信模塊、執行模塊和太陽能追光模塊5部分構成。其中，STC12C5A60S2單片機、土壤濕度檢測電路、復位電路、繼電器控制電路是整個測控系統的核心。整個系統為太陽能薄膜電池進行光伏轉換及蓄電池存儲供電。根據不同農作物的蓄水規律，預先在數據采集系統中設定土壤濕度的上下限值，與實時采集到的土壤濕度信號進行比較，然后輸出信號使繼電器控制電路控制電磁閥門的開關決定是否對作物灌溉。整個系統又為太陽能電池薄膜和蓄電池供電。

2．1太陽能追光模塊

該模塊主要利用單片機驅動控制直流電機和機械機構，調整電池板與太陽的角度，使太陽能電池薄膜最大限度地吸收太陽能轉換電能。本系統以光電隔離和繼電器作直流電機的驅動電路，通過軟件控制電機的啟停動作及間隔時間，利用此追光控制模塊，可比普通固定的太陽能發電效率更高。太陽能追光模塊和太陽能追蹤光電轉化分析圖分別如圖3、圖4所示。

2．2太陽能供電模塊

整個系統的供電均來自光伏轉換，采用轉換效率較高的柔性太陽能電池薄膜。該電池采用了UV固化聚合物，質量小、柔韌性好，保證了很高的耐用性。單片薄膜可輸出2V電壓，370～400MA，通過串并聯組合可輸出20V，400MA左右的電流。執行機構不工作時，經過充電控制器將太陽能轉化后存儲在蓄電池中;執行機構工作時，蓄電池為相關機構提供電能。同時，太陽能追光系統通過控制電路適時調整電池板的角度，以最大限度地接受和利用太陽能。

2．3數據采集處理模塊

數據采集處理模塊是整個控制系統的核心，采用性價比高、耗能低的STC12C5A60S2單片機。該處理器內部集成有8路10位A/D轉換單元(250K/s，即25萬次/s)。土壤電阻的大小隨土壤含水量的不同而不同，根據這一原理，自制阻抗式土壤濕度傳感器。其通過探針檢測土壤電阻，將土壤電阻的大小轉變為電壓信號輸出，此信號是模擬信號，先由單片機內的A/D轉換器變成數字信號后再進行處理，包括主控模塊、顯示模塊及執行模塊。2．3．1主控模塊單片機有32個I/O口，P0口是單片機和1602的數據接口，P1．0～P1．3口是濕度傳感器與單片機內部A/D的接口，P2口部分引腳作繼電器及液位檢測接口，P3口作液晶顯示的控制及按鍵接口。2．3．2顯示模塊顯示模塊采用1602液晶顯示片。單片機的P0口和P3口的部分引腳構成了1602的數據和控制引腳，顯示模塊電路如圖8所示。

2．4水位控制和電磁閥驅動電路

儲水裝置的水位需要控制，具體控制電路如圖9(a)所示。電磁閥實現灌溉控制，需要把單片機輸出的5V電壓轉換為驅動電磁閥閉合的12V電壓，電磁閥控制驅動電路如圖9(b)所示。

2．5串口通信模塊

該系統的上位機通過485口實現遠程監控。本系統由于上位機距離控制系統較近，采用RS232通信方式。單片機與PC機通過串口通信模塊，將采集的數據上傳，同時PC機的控制指令通過串口送到單片機。串行接口電路如圖10所示。

3系統軟件

系統實施灌溉的指令決定于土壤濕度，根據不同作物的需水規律，設定滴灌系統工作的上下限指標。結合考慮土壤水分下滲，一般田間持水率80%的土壤濕度作為上限。本系統用于一個小的種植區，設定土壤濕度85%和10%為上下限值。當前系統狀態可由顯示器顯示出來，設定灌溉時間和時長來驅動電磁閥根據上下限值進行自動灌溉。此外，利用軟件設計控制太陽能追光的時間、角度及自動檢測高位水箱里水位。

篇（11）

一旦粘度變差，就會使得設備面對如下三個方面的問題。零件和系統中的油液出現大量的滲漏，泵的容積率受到影響。油液流經節流小孔或隙縫式閥口的流量增大，此時之前的工作速率就會發生改變，干擾到穩定性，而且會導致精度明顯的變低。除此之外，一旦粘度變差還會導致零件表層的膜變得非常薄，此時機械就會更容易受到磨損。

1.2導致氧化速率變快。

如果溫度大于55℃時，每當溫度增加10℃，其使用年限將降低一半。而且，氧化還會生成很多的膠裝物體，使得零件的小孔擁堵，干擾系統的活動。

1.3零件因為受熱而發生形變。

一旦溫度變高，就會使得零件因為受熱而發生變形現象，此時之前零件之間的縫隙就會改變，導致阻力變大，有時候還會導致閥門卡死。另外，這種熱變形還會使得零件接觸區域的油膜發生變化，致使磨損變嚴重，進而導致液壓系統的泵、閥、馬達等的精密配合面因過度磨損而失效或報廢。

1.4一些零件的老化速率加快。

絕大部分的零件都是橡膠材料的，如果液壓油溫度太高的話，就會使得這些零件的使用時間大大的縮減。所以，要認真的分析系統高溫問題產生的原因，并且采取正確的方法應對。

2液壓系統設計缺陷對液壓油高溫故障的影響分析

通過分析發現，高溫問題一般可以分為兩個類型。第一是因為系統的設計不當導致溫度變高，第二是因為系統的使用或是維護工作開展的不到位導致溫度變高。由于設計不合理導致的溫度變高，一般是因為設計不當或是沒有正確的安裝，此時就使得熱量大量的產生，或是因為系統生成的熱無法盡快的排放，最終導致溫度過高。設計不當導致的問題一般涵蓋如下的幾類。

2.1沒有正確的設計油箱。

通過分析發現很多時候的溫度升高都是因為沒有設計好油箱而導致的。對于該系統來說，油箱存在的意義是存儲液壓油，而且還有散熱以及隔離水的功效。而設計不到位主要體現在油箱太小或是結構方面的問題。如果油箱太小，就會導致儲液量非常少，進而使得系統不具備較高的流量，無法把產生的熱帶走，此時就使得溫度變高。而結構方面的問題主要指的是因為吸油管和回油管的間隔太近，中間沒有做好隔離工作，此時就會使得絕大多數的油沒有合理的冷卻就進到吸油管中，將使溫度升高。所以，為了避免問題產生，必須要將油箱的體積適當的調整，而且開工至好兩個油管間的距離，在兩者間做好隔離工作。

2.2沒有正確的設計散熱體系。

散熱系統的設計不合理，主要體現在冷卻回路流量過小，空冷器散熱能力與系統產熱不相匹配兩個方面。冷卻回路的循環流量必須與液壓系統所要求的散熱量相匹配。流量過小，則冷卻系統的換熱能力降低，必將導致液壓系統油溫的不斷升高。冷卻同路的循環流量是由冷卻回路的阻力特性和液壓泵的動力特性共同確定的（冷卻回路的流量一阻力特陛曲線與液壓泵的流量一揚程特陛曲線的交點對應的流量，即為冷卻回路的循環流量），對于冷卻回路流量過小的散熱系統，可以通過調整冷卻回路的阻力特性（管徑大小、閥門開度等）或更換輸送能力較大的液壓泵等措施，提高冷卻回路的循環流量。空冷器散熱能力與系統產熱不相匹配，主要表現在空冷器散熱面積過小及空冷器空氣側的對流換熱能力不足兩個方面。空冷器散熱面積過小，主要是由于空冷器熱工設計參數選用不合理或設計計算存在錯誤造成的。對于這個問題，可以在重新進行準確的熱T計算的基礎上，更換散熱面積滿足要求的空冷器，以增強空冷器的散熱能力；空冷器空氣側的對流換熱能力不足，則主要是由于空冷器空氣側的空氣流量不足造成的。可以通過采用更換大風量風扇等措施，強化空冷器空氣側的對流換熱效果，保證空冷器的冷卻散熱能力。

2.3沒有選擇合適的液壓零件。

液壓系統中的液壓元件，主要包括換向閥、溢流閥和順序閥等。這些元件的選型設計，必須滿足液壓元件工作壓力、所通過流量及所要求的壓力和流量的調節范圍等方面的要求。其中流量指標是選擇液壓元件的重要依據。根據流量選擇液壓元件，其實只是保證所選擇的液壓元件的局部阻力系數具有合適的取值，以保證液壓元件在正常工作狀態下的阻力損失不致過大。因此，液壓元件選型不合理，主要表現為所選液壓元件局部阻力系數過大，從而導致液壓系統在正常的工作流量下產生較大的阻力損失。這部分阻力損失最終轉化為摩擦熱被液壓油吸收，從而導致液壓油的較大溫升。所以，一旦選擇的零件型號不當，也會使得設備發生高溫問題。

2.4管線設計以及安裝工作開展的不到位。

系統管路的阻力有兩種，一種是沿程阻力，另一種是局部的阻力。不論是哪種阻力，只要其變大就會導致熱量變多，最終使得油溫變高。因此，要積極的做好管線系統設計工作，將阻力損失掌控在一定的范圍之內。站在控制阻力損失的層面上來看的話，在設計的時候要注意如下幾個方面。（1）管徑選擇。在選擇管徑的時候要結合回路流量以及設計規定的比摩阻來綜合分析，這樣就能夠防止發生管徑太大或是太小的現象了。（2）管路長度。在確保功效合理，運行穩定的前提之下，在設計管路的時候一定要秉承著精簡的理念，最好是短一些，這樣就能夠避免過多的彎折以及轉彎等。（3）管路附件。在滿足使用要求的前提下，液壓油管路盡量減少彎頭、變徑及不必要的閥門等附件，以減少管路系統的局部阻力損失。