系統設計論文范文第1篇
關鍵詞：測量與進給 數控系統 機床進給結構 系統設計
制造業是衡量一個國家經濟發展程度的重要指標，機械行業又是制造業中重要的組成部分。在當前這個高速發展的社會當中，生產與運作的現代化成為機械發展的主題，機械的測量與進給在機械工作中扮演著越來越重要的角色。而它所包含的伺服系統以及滾珠絲杠等部件也是機械化中重要的組成部分。機械的現代化要求車床工作中具備先進的操作管理系統，從而實現對機械的生產運作的合理的規劃與系統的指導，保證車床的合理有效運作。只有這樣才能促進中國的機械行業得到有效地發展。
1 測量與進給機械系統設計特點
通過研究發現，測量與進給機械系統的特點主要表現為以下幾點。
1.1 結構嚴謹，聯系緊密
加工中心進給系統的機械結構中最主要的一個特點就是各環節緊密相連，形成一個聯系緊密的整體。其主結構是由伺服電機通過驅動滾珠絲杠旋轉，使得絲杠上的絲母做橫向或縱向位移，工作臺與絲母連接在一起，通過位移傳感器對工作臺的位置隨時偵測，形成閉環的反饋，推動伺服電機有條不紊的運作。滾珠絲桿螺母副可以促使電機的轉動轉換成工作臺的直線運動，從而使得導軌保證了工作臺直線運動的精度和動作的靈敏度，保證了進給系統的有規律、有效地工作。
1.2 人工控制減少，自動化加強
當前測量與進給系統的運作主要依靠數控技術。利用人工進行操作的成分逐漸減少。數控技術是用數字信息對機械運動和工作過程進行控制的技術，如今已經廣泛運用到測量與進給系統之中。數控技術與現代制造業進行有機的結合，形成了一種機電一體化技術。數控技術與進給系統的廣泛結合形成了一種高精度、自動化的機床，它的多工位刀塔或動力刀塔，可以加工多種立體物件，如直線圓柱、斜線圓柱、圓弧、各種螺紋，等等。其中人工操作只有任務輸入，大部分是依靠數控自動化來完成。
1.3 國際化趨勢加強
經濟發展的全球化趨勢是時代的一個顯著的主題，而技術發展與國際接軌也是機械進給系統發展的一個主流方向。由于中國發展較晚，世界發達資本主義國家的機械技術領先于中國，所以，中國進給系統的更新與發展離不開借鑒和學習外國的先進技術。隨著改革開放的日益深化，國際先進人才與技術不斷引進中國，機械生產的測量與進給技術國際化日益加深，中國的測量與進給機械系統技術與國際化逐漸接軌。
2 測量與進給技術設計方法探析
2.1 數控技術的廣泛應用
數控技術是各行各業應用最廣泛的一項技術，它可以將數字化深入地融入進行業發展之中。數控車床與車削中心，是一種高精度、高效率的自動化車床。傳統的機械加工都是依靠手工對車床進行操控進行作業，利用肉眼對卡尺進行標準測量從而完成工作。當前數控技術的融入，使得進給機械系統得到了充分的自動化發展。數控技術主要依靠電子計算機對數據的測量，將機械運作的尺度精確到位，促進車床工作的準確無誤。所以對測量與進給機械系統的設計離不開長期持久的對數控技術進行融合應用。
2.2 伺服電機的嚴謹篩選
步進電機是一種離散運動裝置，它和現代數字控制技術在本質上有著直接的聯系。伺服電機作為一種補助馬達間接變速裝置，可以控制速度，位置精度非常準確。在數控進給系統之中，對伺服電機的篩選工作是其前期工作中至關重要的一部分。伺服電機轉子轉速受輸入信號控制，并能快速反應，可以將所收到的電信號轉換成電動機軸上的角位移或角速度輸出，所以，伺服電機的選擇關乎著整個進給系統的成敗，是測量與進給系統設計中不可或缺的工作。
2.3 導軌結構的嚴謹設計
在進給系統中常用的導軌有滑動導軌、滾動導軌等幾種導軌，在進給系統中對導軌的選擇也是進給系統中關鍵性的工作?；瑒訉к壍漠a生的摩擦比滾動導軌產生的摩擦力要大得多，所以要保證對導軌的有效、合理的選擇。一般對直線滾動導軌的選擇比較多，它的突出特點是零間隙，可以由導軌體和滑塊對車床進給進行有效地協調和運作，對導軌長度與選型的選擇要根據實際需要合理選擇，合理地選擇可以保證機械測量與進給工作的高效運轉，可以保證工作質量，縮短時間，節約成本。
3 結語
隨著國際技術的迅猛發展，中國也逐漸加快了技術的更新換代。作為制造業重要的組成部分，測量與進給系統的現代化設計走在了現代更新設計的前沿，換句話說，機械測量與進給系統是否可以得到有效地更新換代，直接關系到了制造業的發展與否。數控技術的深入與精確的推算無疑是測量與進給技術發展的趨勢。推動測量與進給系統的升級與發展，深入實現機械制造業的現代化是一項艱苦而又漫長的路，推動各方面綜合發展任重而道遠。
參考文獻
[1] 馮曉蓉.從工程機械行業分析看工程機械專業的發展前景[J].出國與就業：就業版，2011(14)：73.
[2] 鄭國偉.“入世”對工程機械行業的影響與對策[J].通用機械，2002(1)：13-14.
系統設計論文范文第2篇
關鍵詞：高校電子病歷;系統的設計
一、云南藝術學院病歷系統現狀
云南藝術學院醫院的病歷管理方式是最為傳統的手工書寫、人工管理，這種方式在建校初期還比較合理、有效。
隨著學院的高速發展，來自全國各地的師生越來越多，就醫人數也變得龐大。此外，一些新型疾病流入，學院的環境也變得更加復雜。這種情況下傳統的病歷管理方式顯得混亂、無序、效率低下，不能為醫院提供良好的支持，也不能讓患者更加清楚自己的狀況。
二、電子病歷系統初步設計
原衛生部頒布的《電子病歷系統功能規范(試行)》規定，電子病歷系統是指醫療機構內部支持電子病歷信息的采集、存儲、訪問和在線幫助，并圍繞提高醫療質量、保障醫療安全、提高醫療效率而提供信息處理和智能化服務功能的計算機信息系統。電子病歷系統應當具有用戶授權與認證、使用、審計、數據存儲與管理、患者隱私保護和字典數據管理等基礎功能，保障電子病歷數據的安全性、可靠性和可用性。
根據以上定義，結合醫院就診流程、醫院發展規劃，電子病歷主要有五個模塊：用戶管理、患者基本信息管理、病歷管理、質控管理、病案首頁管理。其中，用戶管理模塊對應用戶授權與認證，保證每個醫護人員都有自己的專屬賬號進行電子病歷操作;患者基本信息管理模塊對應患者數據的使用，保證患者的基本信息能夠得到正確使用;病歷管理模塊對應患者就診期間產生的病歷數據收集管理，保證患者整個就醫過程有清晰、準確、科學的數據記錄;質控管理模塊對應對病歷數據的監控，保證醫護人員錄入醫療數據的準確性與可用性;病案首頁管理模塊則對應患者病案首頁數據的管理，保證病案首頁數據的完整性與可用性。
三、各功能模塊的初步設計
1.用戶管理：用戶管理模塊在需求分析中有十個功能點，根據功能點數據與功能上進行劃分，可以分為五個子模塊進行設計。其中，用戶新增、修改、停用功能，由于都是對用戶賬戶進行操作，故劃分為一個子模塊，稱為用戶子模塊;用戶權限授予、取消功能，由于都是對用戶的權限進行操作，故劃分為一個子模塊，稱為用戶權限子模塊;用戶組新增、修改、停用功能，由于都是對用戶組進行操作，故劃分為一個子模塊，稱為用戶組子模塊;用戶組權限授予、取消功能，由于都是對用戶組的權限進行操作，故劃分為一個子模塊，稱為用戶組功能子模塊;用戶管理操作日志記錄功能單獨為一個子模塊，稱為用戶日志子模塊。
2.患者基本信息管理：根據功能點數據與功能上進行劃分，可以分為三個子模塊進行設計。其中患者基本信息新增、修改、檢索、共享、統計功能，由于都是對患者信息進行讀寫的操作，故劃分為一個子模塊，稱為患者信息子模塊;患者基本信息錄入校驗功能單獨列為一個子模塊，稱為患者信息校驗子模塊;患者基本信息操作日志記錄功能也同樣單獨列為一個子模塊，稱為患者信息日志子模塊。
3.病歷管理：根據功能點數據與功能上進行劃分，可以分為四個子模塊進行設計。其中，病歷新增、修改、瀏覽、統計功能，基本上都是對病歷的讀寫操作，故劃分為一個子模塊，稱為病歷子模塊;病歷修改痕跡記錄功能則單獨劃分為一個子模塊，就稱為病歷修改痕跡子模塊;病歷中患者基本信息跟病人基本信息模塊中信息同步功能，由于在患者基本信息模塊已經設計了共享功能，此功能在病歷管理模塊中就不再重復設計;病歷知識庫新增、修改、刪除功能，由于都是對病歷知識庫進行讀寫操作，故劃分為一個子模塊，稱為病歷知識庫子模塊;病歷歸檔功能獨立劃分為一個子模塊，稱為病歷歸檔子模塊。
4.質控管理：根據功能點數據與功能上進行劃分，可以分為四個子模塊進行設計。其中，自動質控病歷與手工質控病歷功能，都是對病歷進行質控，只是方式不同，所以劃分為一個子模塊，稱為質控子模塊;病歷質控提醒功能，由于是一個結果推送的功能，所以單獨劃分為一個子模塊，稱為質控提醒子模塊;病歷質控點新增、修改、刪除功能，由于都是對質控點進行編輯，所以劃分為一個子模塊，稱為病歷質控點子模塊;病歷質控結果查詢、統計功能，由于都是對病歷質控結果的操作，所以劃分為一個子模塊，稱為病歷質控結果子模塊。
5.病案首頁管理：根據功能點數據與功能上進行劃分，可以分為六個子模塊進行設計。其中，從病人基本信息模塊中讀取病人基本信息到病案首頁對應項的功能，由于在病人基本信息管理模塊中已經設計了信息共享功能，故此功能在病案首頁不再單獨設計子模塊，直接調用對應視圖信息即可;從病歷中讀取指定信息到病案首頁對應項的功能，因為是患者信息同步操作，故單獨劃分為一個子模塊，稱為信息同步子模塊;病案首頁必填項目選擇功能，因為是對病案首頁中必填項目的設計，故單獨劃分為一個子模塊，稱為必填項子模塊;病案首頁填寫內容驗證規則添加功能，因為是對病案首頁中填寫驗證規則的操作，故單獨劃分為一個子模塊，稱為驗證規則子模塊;病案首頁歸檔功能，單獨劃分為一個子模塊，稱為病案歸檔組子模塊;病案首頁信息統計功能，單獨劃分為一個子模塊，稱為信息檢索子模塊;病案首頁操作日志記錄功能，單獨劃分為一個子模塊，稱為日志子模塊。
本文實現了對云南藝術學院電子病歷管理系統的分析和設計。從系統功能的層面進行需求分析，主要完成了用戶管理、患者基本信息管理、病歷管理、質控管理、病案首頁五大功能模塊的設計，基本上滿足了醫院日常運行中醫護人員的使用要求。系統的設計還預留了一部分與其他系統結合的接口，可以滿足醫院對系統擴張性的要求，也可以滿足醫院對多個系統的整合，進行單點登錄。但是由于技術的限制，系統在結構化病歷這塊的設計上與國內外先進的電子病歷系統還有一定差距，無法做到完全的結構化，這也造成病歷信息無法很好的提取出來供病案首頁直接使用，也使得質控分析不能達到理想狀態。
我們希望在未來能找到更加合適的技術對系統進行升級，讓系統更加完善，為用戶提供更加高效、準確、簡便的技術支持，提升用戶的滿意度，為醫院的信息化建設提供更好的動力，讓醫院能為學校提供更好的服務，造福于學院師生。(作者單位：云南藝術學院)
參考文獻：
[1]《電子病歷基本架構與數據標準(試行)》，衛生部國家中醫藥管理局2009年十二月印發
[2]《電子病歷國家標準(試行)》，衛生部2010年印發
[3]《電子病歷系統功能規范(試行)》，衛生部2010年印發
[4]《電子病歷系統功能應用水平分級評價方法及標準(試行)》，衛生部辦公廳2011年10月印發
[5]《大數據時代的醫療模式》，互聯網文章
[6]《中國醫療信息化現狀分析》，互聯網文章
[7]《數據庫系統概論》，王珊、薩師煊，高等教育出版社，2009年6月第12次印刷
系統設計論文范文第3篇
關鍵詞：熱網監控系統;硬件;軟件
Key words： Heating network remote monitoring system; hardware; software
隨著社會的發展進步，城市建筑面積逐漸增加，城市供暖的壓力也越來越大，熱網監控就是伴隨著城市的發展而逐漸發展起來的。通過對相關技術的不斷更新，熱網監控系統呈現出非常良好的發展態勢，非常適合大城市的供暖。作為該系統密不可分的兩個組成部分，系統的硬件和軟件也都在不斷進行改進創新，下面根據實際情況，對熱網監控系統的硬件、軟件做一個詳細的介紹[1]。
1 熱網監控系統
本文熱網監控系統，主要是為了滿足熱網用戶對于室內溫度的需求，同時能夠實現節約資源，降低損耗，實現城市熱網總體監控。如圖1則為熱網監控系統的流程圖。
熱網監控系統主要是由一個供熱源及多個換熱站組成。在供熱系統中，由熱源、一次管網和換熱站組成了熱網的供熱區和溫控區，換熱站、二次管網和熱網用戶組成相應的供熱區，在同一個集中供熱區域中，只可以存在一個監控區域。在供熱系統中，熱量的轉換是在換熱站部分實現的，熱量的轉換通常由熱交換設備完成，如汽—水加熱器，水—水加熱器等，這樣的設備稱為換熱器。集中供熱系統的運行過程是，在熱源處形成高溫熱水，經一次管網送至各換熱站，高溫熱水再經過換熱站的換熱器形成供熱熱水，最后由二次管網送至各熱網用戶。
2 熱網監控系統硬件設計
熱網監控系統電氣接線圖如圖2所示。
根據熱網監控系統電氣接線圖，可以很明顯得看出，熱網監控系統主要由補水閥、變壓器、比例電磁閥、Siemens1200PLC等組成。下面簡單介紹幾個硬件的作用及功能。
熱網變頻器主要采用水泵專用變頻器。變頻器必須能夠在平均溫度15℃，最高溫度不超過40℃的環境溫度下運行，不能出現過流、過熱、過載保護，且能保持以變頻器的額定容量輸出，具有管網末端流量補償功能和干泵保護功能，以防止管網流量和供熱溫度不均勻和水泵空轉，造成能源浪費。變頻器要求具有自動能量優化功能，以達到最佳的節能效果。變頻器可以通過接收到的傳感器信號，按照規定值直接在操作便面板上直接顯示溫度、壓力等單位，非常方便控制。
熱網補水泵主要采用變頻調速控制。將二次側回水管路上的壓力傳感器測得的壓力信號，和控制器二次回水壓力設定值進行比較，然后輸出一個控制信號控制器，由控制器來控制補水泵的開啟，以實現二次管網回水自動補給功能?；厮畨毫υO定值由中央監控系統進行遠程設定[2]。
熱網電氣連接圖可根據室內外溫度的變化和當地熱負荷變化的經驗參數，決定二次側的供水溫度。系統通過檢測二次管網供水溫度和室外溫度，自動調節一次管網的閥門開度從而達到二次管網的設定供水溫度值，從而改變一次側的流量，實現二次側供水溫度的質調節和一次側流量的量調節。
3 熱網監控系統軟件設計
熱網監控系統軟件設計的控制方式主要由自動控制、手動控制兩種方式。其中自動控制方式中融合了循環定時監控方式。
正常狀態下，使用自動運行方式，操作人員事先將需要設定的參數設定完成后，選擇自動運行模式，點擊自動運行開始。系統可以自主執行供回水任務，無需人工監控，可以真正做到解放勞動力，提高勞動效率[3]。
手動模式主要運用于特殊場合，當系統需要進行參數調整，可以由工作人員手動調節測試，調整出最優的監控參數?；蛘弋敱O控系統某些部件出現損壞時，需要排查故障，可以執行手動操作，去判斷故障地點及原因，節省解決故障的時間。
熱網監控系統在運行方式上除了設計了常規的自動控制模式和手動控制模式外，還巧妙的添加了循環定時控制，循環定時控制融合在自動控制模式中。
循環定時控制是指工作人員根據不同地域的室外環境等現場條件，根據工作經驗，在觸摸屏中事先設定好每天的工作起始時間。當系統處于工作時間區域內時，系統進行熱網遠程操作，當系統判定不處于工作時間范圍內，系統將處于待機狀態。使用循環定時控制，不僅可以節約熱水資源，而且可以節約電力資源，減少系統硬件工作時間，延長系統使用壽命，節約硬件成本[4]。
熱網監控系統在運行時，首先判斷工作人員選擇的是自動模式還是手動模式，如果系統處于手動模式，則系統等待工作人員手動操作。如果選擇自動模式，則系統首先判斷是否處于工作范圍內，如果是則執行系統自動模式程序，如果不是則關閉所有執行機構，停止對熱網用戶室內溫濕度采樣，監控器等待滿足循環定時監控設置的時間參數，執行自動模式。熱網監控系統流程圖如圖3所示。
當系統處于自動模式工作狀態下，在系統正式運行之前判斷系統是否處于工作人員設定時間范圍內，如果不處于設定時間范圍內，則等待至滿足時間范圍設定再執行程序。當系統處于設定時間區間內后，系統分別對熱網用戶室外溫度進行采樣，反饋給監控器，監控器根據傳感器的反饋值，判斷出室內溫度和濕度的情況，并根據監控規則，對熱網用戶實施供暖。
同時系統還有自檢功能，如果系統發生異常，則系統發出報警信息，需要工作人員將故障排除后才繼續執行熱網遠程任務，直到熱網用戶室內溫度滿足設定要求。
熱網監控系統手動模式，可以對熱網監控系統中執行部件進行手動開啟或關閉。手動輸入熱網監控系統二次管網上比例閥的開度，補水泵的轉速來調整熱網用戶室內溫度[5]。
如果熱網遠程系統的水箱缺水時，系統能夠實時接送水位超低限、超高限開關信號，連鎖停止變頻補水泵，并發報警信號。水箱應接入控制器并設有自動和手動補水功能。
下面在簡單介紹一些熱網監控系統人機界面主界面。有了好的硬件和軟件，就需要一個合理安全的監控主界面圖，如圖4則為熱網監控系統人機界面主界面圖。
熱網監控系統的溫度傳感器、濕度傳感器可以把檢測到的室外溫度及室內溫濕度顯示在人機界面的主界面里。同時主界面中也會顯示系統設備運行狀態，一次管網上比例電磁閥是否開啟及其開度情況，循環泵的轉速、供水管道的壓力、水箱的液位高度、給二次管網加水的電磁閥的開閉狀態等。操作人員可以直觀的在人機主界面中看到系統的運行狀態，非常方便。
4 結束語
本文通過介紹了熱網監控系統的硬件電氣圖及相關軟件流程圖，并繪制熱網監控人機界面圖，從以上可以看出，熱網監控系統適應于現今社會城市的高速發展，并根據城市供暖的需求及時進行供暖設備的更新換代。系統具有適應范圍廣、更新換代快、擴展能力強及維護方便等優點，值得大力推廣。
參考文獻：
[1] 白樹雷. 換熱站無人值守方案[J]. 商品與質量，2016(28)：312-312，313.
[2] 吳雷.城市熱網監控系統淺析[J]. 科技創新導報，2012(8)：125-125.
[3] 黃戈，樊小朝，王楊等.烏魯木齊市某換熱站監控系統的設計研究[J].應用能源技術，2014(3)：10-15.
[4] 張明光，吳明永，楊素娟. 基于GPRS-Internet的換熱站無線監控系統[J]. 自動化儀表，2009(9)：46-48.
[5] 齊曉軍，田海.串級模糊控制器在換熱站監控系統中的設計[J].電氣傳動，2015(1)：58-63.
系統設計論文范文第4篇
摘要：針對部分車輛在扭矩測試中安裝受到空間狹窄限制、測試數據包丟失等問題，依托應變測試原理和無線傳輸技術，設計了一套無線傳輸的扭矩測試系統，用于研究裝甲車輛在不同環境條件下的動力性能，準確的進行實車扭矩測試，對于提升柴油機的輸出性能和可靠性，充分發揮裝備的戰技術性能，提升訓練效果具有重要意義，最后進行了實驗測試，并對應變式傳動軸扭矩測試系統作了總結和評價。
關鍵詞：傳動軸;扭矩;測量
Key words： transmission shaft;torque strain;gauges
0 引言
扭矩是反應動力系統的基本載荷形式，是檢測發動機性能的重要參數，作為實現發動機狀態監測、故障診斷和保證車輛無事故發生的重要手段，因此扭矩的準確測量，獲得精確的扭矩數值顯得至關重要，在工程上具有重大的研究價值和現實意義。根據扭矩不同的測量原理，傳動軸扭矩測量主要有傳遞法、平衡力法和能量轉換法三種類型，常用的扭矩測量方法主要有電阻應變式扭矩測試方法、磁彈性扭矩測試方法、電容式扭矩測量方法、光電式扭矩測量方法、光纖式扭矩測量方法、無線聲表面波扭矩測量方法等，本文重點研究的是基于電阻應變片的扭矩測量方法[1-4]。
1 扭矩測量原理[5]
根據材料力學的理論知識可知，傳動軸在扭矩作用下，表面應力將會發生變形，在與軸線成45°和-45°的方向上產生最大的壓應力和拉應力，貼片方法如圖1所示，分別在這兩個方向粘貼兩個應變片，在傳動軸受到扭矩M作用時，傳動軸發生變形引起應變片發生形變，其變量與扭矩M成正相關，公式如下：
式中：ε為應變值、D為傳動軸的外徑、G為材料的彈性模量、d為傳動軸的內徑，從公式（1）中能夠看出，在已知軸的材質和內外徑的時候，可以根據材料變形ε，能夠求出作用在軸上的扭矩[6]。
測量電路如圖2，電阻應變片的初始電阻為R1=R2=R3=R4=R，各個電阻的變化量分別為ΔR1、ΔR2、ΔR3、ΔR4，當電橋處于平衡狀態時，因為R1R4=R2R3，所以整個電橋的輸出電壓UDB=0，傳動軸受到扭矩作用時，四個電阻應變片R1、R2、R3、R4分別產生相應正負應變，電橋處于不平衡狀態，此時電橋輸出電壓ΔUDB與各橋臂電阻以及電阻變化之間的關系為[7]：
可知輸出電壓UDB和應變片電阻值ΔR的變化量成正比。全橋電路即能起到溫度補償作用，又能提高輸出靈敏度，可以減小外界環境變化對應變片輸出數據的影響[8]。
2 硬件設計
2.1 電源電路
電池的輸出電壓不夠穩定，因此不能直接作為輸出電源進行橋路激勵，需要經過高輸出電流運放THS4032來提高負載供電和遠端補償的能力，雙路放大器THS4032可提供卓越的交流性能，主要在低失真和低噪聲環境的應用，采用諾芯德科技有限公司生產的MAX4624芯片進行電平轉換提供的電壓來保證橋路激勵穩定輸出。
2.2 信號放大和濾波
應變片因變形而輸出的電壓信號較為薄弱，為了排除外部噪聲和環境干擾，必須進行信號放大才能處理，通過可編程的信號調節器PGA309來實現，PGA309是一個精密的低漂移、低噪聲、前端可編程的增益放大器，不但能夠放大輸出的扭矩信號，而且能為零點測量范圍、零點漂移、測量范圍漂移和線性誤差提供數字校準，可實現為嵌入式傳感器直流偏置補償器提供了溫度補償和進行調整功能，其校準參數存儲在外部非易失性的存儲器中以避免手動微調并保證長時間輸出穩定的參考電壓[6]。放大器放大后的信號常常含有一些干擾信號，必須經過濾波器進行濾波去除干擾信號，我們使用低通濾波器進行排除干擾信號。
2.3 A/D模數裝換
電路所采集的模擬信號必須經過模數轉換成數字信號才能夠被單片機處理，采用TI公司ADS1256 24位ADC采集卡作為A/D數模轉換模塊的主芯片，其通道的A/D轉換能夠單次、連續、掃描或間斷模式的執行，ADC的結果可以左對齊或右對齊方式存儲在16位數據寄存器中，采集卡的采集速率為30K/s，精度可達到0.00001，抗干擾能力較強，能夠滿足扭矩測試精度的要求。
2.4 無線傳輸模塊
現階段無線傳輸類的芯片有很多，考慮到測試系統的工作環境，芯片類型的選擇必須滿足性能可靠、價格低廉、結構小巧、低耗能的要求。WizFi220是一款低功耗的“串口轉WiFi”模塊，在休眠狀態下只有微安級的功耗。它具備串行UART接口，可以通過簡單的8/16/32位指令連接到設備上，能夠簡單、方便、快捷地為設備提供Wi-Fi功能。該模塊支持的數據速率可達到11Mbps，與802.11b兼容，可以快速建立一個基于串口（URAT）與PC或外部微處理器的連接。WizFi220對于有一點或者沒有無線網絡或RF技術的設備是一種非常理想的解決方案。支持WEP，WPA，WPA2-PSK，Enterprise，具有很高的保密性，還可以通過動態電源管理達到極低的能量消耗，尺寸緊湊，工作溫度：-40°到85°。其參數如表1。
3 軟件設計程序
軟件的主要功能包括參數配置、數據采集、數據濾波、存儲和回放，具體流程如圖3，為了滿足各項具體功能的實現，主要功能模塊下還含有一些單一的模塊，基于應變片的傳動軸扭矩測試系統的整體工作過程：橋路激勵由內置電池供電保證平穩長時間運行，發射器固定在傳動軸上，應變片發生形變而輸出的毫伏級電壓信號經過放大、低通濾波、A/D模塊轉換后發送，數據采集卡負責采集和存儲電壓值，上位機軟件由用戶操作進行實時顯示、分析和回放[6][9]。
4 實車測試
在實車測試過程中，為了解決扭矩測試設備同傳動軸一起高速旋轉不被離心力甩出的問題，利用SolidWorks軟件設計了安裝用的卡具，把設備固定在卡具上隨傳動軸一起轉動，保證了設備的測試精度和設備的穩固性。在進行應變片設備安裝的過程中，由于設備受到了空間狹小的現場條件限制，很難有效的保證應變片安裝的精度從而影響測試效果，為了解決這個問題，專門設計了應變片安裝儀并申請專利，保證安裝的方便、快捷、有效和應變片安裝位置、方向的精度要求，提高了測試精度，避免了因為應變片粘貼位置和方向偏差造成的人為測試誤差。在某型號履帶式裝甲車輛上進行了實車測試，如圖4，測試的具體參數為：被測軸直徑為54mm、彈性模量為206Gpa、泊松比為0.25μ，采樣頻率為fs=1kHz，車輛勻速行駛，轉速控制在800r/min，測得傳動裝置輸出軸扭矩如圖5所示，能夠看出扭矩測試系統測得的扭矩信號穩定，并能反映傳動端扭矩的交變波動。
5 結論
本文針對部分車輛在扭矩測試中設備安裝空間受限、測試數據包丟失等問題，依托應變測試原理和無線傳輸技術，設計了一套無線傳輸的扭矩測試系統，并在實車上進行了實驗測試，取得了較好的效果，結果表明該套設備體積小、安裝方便快捷、受周圍環境影響較小、能夠在各種復雜環境中使用，有效的克服了安裝空間狹小測試和數據包丟失的問題，對研究柴油機動力性能和狀態監測都具有重要的意義。但是測試設備的穩定性和精確性還可以進一步提高，這也將是以后研究的重點。
參考文獻：
[1]王巖，儲江偉.扭矩測量方法現狀及發展趨勢[J].林業機械與木工設備，2010，38（11）：14-18.
[2]薛增喜，鐘文斌，于亮等.基于感應供電和2.4GHz無線傳輸的船舶軸功率測量系統設計[J].船舶工程，2018，40（2）：79-82.
[3]劉翔，黃文平，?；燮嫉?基于相位差的轉軸扭矩測量中的零位識別與處理[J].宇航計測技術，2018，38（4）：49-54.
[4]欒振輝，鄭猛，劉肖.扭矩自檢型行星齒輪減速器研究[J].安徽理工大學學報（自然科學版），2016，36（6）：61-66.
[5]馬龍龍.應變式傳動軸功率測試系統設計與研究[D].山西：中北大學，2011.
[6]孔祥喜.新型汽車半軸無線扭矩測試系統的設計與實現[D].北京：中國科學院大學人工智能技術學院，2017.
[7]盧臘，劉妤，徐梓翔等.基于stm32的無線動態扭矩測量系統[J].儀表技術與傳感器，2018（4）：81-86.
[8]汪曲波.船舶推進軸系振動與功率測量分析研究[D].武漢理工大學，2009.
[9]孫玥.工程車輛無線扭矩測試系統的設計與應用[J].現代制造技術與裝備，2018（3）：14-15.
系統設計論文范文第5篇
【摘要】本文設計了一種以STC89C52單片機為核心的太陽光追蹤系統。我們設計了光電追蹤與太陽入射角度計算相結合的追蹤方式，實現高精度的追蹤控制。為了實現光電跟蹤，設計了一種由光敏電阻搭建而成的太陽位置傳感器，實現了以STC89C52單片機為控制器的太陽光追蹤控制系統的硬件設計，包括系統框架、光電傳感器信號處理模塊、步進電機模塊、外部時鐘模塊、液晶顯示等模塊設計以及軟件設計。
【關鍵詞】單片機;光電傳感器;太陽光追蹤
自然光是取之不盡用之不竭的綠色能源。自然光照明既節約大量照明用電，又保護環境，因此如何充分利用自然光進行照明已經成為現在綠色照明的一項重要研究內容。其中，如何提高太陽光利用率，并且實時跟蹤太陽的位置以實現光線直射是技術關鍵?，F在光能的應用成為新的研究領域。很多大型建筑中應用太陽光進行“室內采光”已經越來越受到建筑師們的關注，即采集太陽光并利用光纜把它傳輸到需要的地方，比如會議室、教室、礦井、人防工程、地下商場等。但是，目前太陽能利用效率低的問題一直阻礙著太陽能技術更好的普及。而太陽光自動跟蹤裝置的研究是提高太陽能效率的重要途徑。研究高精度太陽光追蹤裝置，可以使日光采集的接收效率大幅度提高，從而提高太陽能的利用效率。本文所設計的太陽光自動跟蹤裝置能夠使太陽光保持與太陽光采集器垂直， 保證最大的接收效率， 實現高跟蹤精度， 具有一定的實用價值。
一、太陽能追蹤系統發展現狀
1.國內發展現狀
目前，我國太陽能自動跟蹤主要有控放式、壓差式、比較控制式、時鐘式太陽跟蹤器。一般時鐘式的機電跟蹤器和純機械式的跟蹤器精度偏低，因此本設計采用了精度較高的光敏電阻控制的雙軸太陽跟蹤的控制方式使光伏電池始終面向太陽，并且在日落后能使電池板重新面向東方，以實現日循環運行。
2.國外發展現狀
美國在1997年研制成功了單軸二維空間內轉動的太陽能追蹤裝置，此裝置安裝在低緯度地區的東西朝向上，確實提升了太陽光接收效率，甚至只需設計使其隨時間轉動即可。但是，隨著季節的變化不同地區應用此裝置就只能手動調節了，即便如此系統也能提高約15%的太陽光接收效率。1998年出現了雙軸的追蹤系統。2002年美國研制出了全方位的太陽能追蹤系統。
二、控制器以及元器件選擇
1.控制方式的選擇
太陽能光伏發電技術是利用光學聚光組件，提高入射到太陽能電池表面的光能量密度，因此可以減少系統中太陽能電池的使用成本。目前，太陽能光伏發電技術整體轉換效率為 31%～40.7%，它是提高發電效率、降低發電成本的有效途徑。因為采用了光學聚光組件，因此聚光裝置必須以高控制精度實時地對太陽光進行跟蹤。
追日系統一般采用光電追蹤和太陽角度計算追蹤兩種方式：
1）光電追蹤是一種閉環追蹤方式。這種追蹤方式是根據太陽光的入射角度的變化來確定追蹤方向。光電追蹤系統主要應用CMOS圖像傳感器或者光敏器件來接收太陽光，并且將接收到太陽光轉換為電信號，再經過處理放大后傳送給單片機，勁兒由單片機分析判斷是否改變電池板的接收角度，同時發送指令控制電機運行，使電池板相應地轉動到合適的角度。雖然光電追蹤靈敏度較高、結構設計較簡單，但容易受天氣變化的影響。如果在一定時間里出現陰天、烏云遮日或者其它光源的干擾，將會導致追蹤裝置無法對準太陽，甚至會引起追蹤裝置的誤動。
2）太陽角度計算追蹤是一種開環追蹤方式。這種追蹤方式根據當地的經緯度以及時間計算太陽光的入射角度，以此數據來修正太陽能電池板的角度，即控制二軸電機轉動的角度。與光電追蹤相比，太陽角度計算追蹤方法的優點是不受天氣和其它光源的干擾。但是，由于計算太陽角度所采用的數值不是非常準確，而且時鐘存在積累誤差和跟蹤裝置的機械結構誤差，以及其它不利因素產生的誤差等產生的疊加誤差也是不可忽視的。
2.傳感器的選擇
光敏電阻器是利用半導體的光電效應制成的電阻值隨入射光的強弱而變化的電阻器;特點是入射光強時電阻減小，入射光弱時電阻增大。光敏電阻器一般制成薄片結構以吸收更多的光能。當光敏電阻器受到光的照射時，半導體片內就激發出電子空穴對，參與導電并使電路中電流增強。光敏電阻的電極常采用梳狀圖案以獲得高的靈敏度。
3.控制器的選擇
51系列單片機屬于基本型它從內部的硬件到軟件有一套完整的按位操作系統，稱作位處理器。51系列的I/O腳的設置和使用非常簡單，當該腳作輸入腳使用時，只須將該腳設置為高電平（復位時，各I/O口均置高電平）。
4.舵機選擇
舵機又稱伺服機。優點是結構緊湊、控制簡單、大扭力、成本低。舵機的主要性能取決于最大力矩和工作速度。它是一種位置伺服的驅動器，通常適用于需要角度不斷變化的控制系統。在機器人機電控制系統中，舵機控制效果是性能的重要影響因素。舵機能夠在微機電系統和航模中作為基本的輸出執行機構，其簡單的控制和輸出使得單片機系統很容易與舵機相連。
5.溫濕度模塊的選擇
DHT11數字溫濕度傳感器是一種已校準數字信號輸出的溫濕度一體傳感器。它應用了采集技術和溫濕度傳感技術，具有極高的可靠性與穩定性。傳感器包含電阻式感濕元件和NTC測溫元件，并與高性能8位單片機相連接。DHT11傳感器是在精確的濕度校驗室中校準，并且在檢測信號的過程中需要調用校準系數。傳感器具有超小體積和極低功耗的優點，信號傳輸距離在20米以上。傳感器上電后，需要等待1s以跳過不穩定狀態。電源引腳VDD與GND之間可以增加100nF的電容，目的是去耦濾波。
三、系統硬件電路設計
1.系統結構圖設計
太陽跟蹤與驅動控制器以單片機STC89C52為核心建立追蹤系統。具體的方案框圖如圖1所示。
圖1 系統結構圖
圖3 溫濕度測量電路
2.信號處理電路的設計
信號檢測部分，應用的是光敏電阻檢測光強，通過四個方向的光敏電阻的電流和中心的光敏電阻的電流相比較，所得的信號十分微弱，經過兩級放大之后，發送給單片機處理以判斷太陽的位置，單片機發出命令控制執行結構，調整追蹤器方向，直至對準太陽方向。
本設計應用了鏡像電流源技術，五個方向的光敏電阻分別和前面的電路部分形成鏡像電流源電路，使得集電極電流源一樣大，隨著不同光敏電阻所受光強不同，因此，實時電阻不同則電壓不同，電路圖如圖2所示。
圖4 太陽追蹤主程序流程圖
3.溫濕度測量電路
DHT11作為溫濕度檢測模塊。DHT11是一款數字輸出的復合傳感器，包含一個電阻式感濕元件和NTC式溫度檢測元件，可測20～90% RH濕度，誤差5% RH，0～50攝氏度。溫濕度檢測電路如圖3所示。
四、系統軟件設計
主程序軟件設計方案：開機之后，進入復位狀態，系統初始化結束后，首先根據DS1302時鐘提供的時間來判斷此時是否在預設時間范圍內，如果不在預設時間范圍內，進入等待狀態;如果在系統預設的時間范圍內，系統首先進行太陽角度計算追蹤，達到光電追蹤視場范圍內后，如果光線強度達到光電追蹤的強度時，系統啟動光電追蹤方式。否則系統繼續采用太陽角度計算追蹤。系統運行流程如圖4所示。
五、總結
未來太陽光追蹤裝置的發展將充分應用全自動跟蹤技術。首先在機構設計上將朝著大范圍、高精度追蹤方向發展，并使電池板的太陽光率最大，從而降低發電的成本。其次在系統控制技術方面將采用機、電、光綜合控制技術，對太陽光進行全自動跟蹤，并且實現大角度、高精度、自動返回等功能。
在世界能源短缺、環境污染日益嚴重趨勢下，開發利用太陽能已成為各國可持續發展的能源戰略決策，隨著各國政府的高度重視和加大投入，太陽光追蹤系統必將成為各個國家高效利用太陽能的利器而掀起一次照明領域新的革命。
參考文獻
[1]謝宜仁.單片機接口技術實用寶典[M].北京：機械工業出版社，2011.
[2]唐穎.單片機技術及C51程序設計[M].北京：電子工業出版社，2012.
[3]楊咸.機械工程控制基礎與應用[M].武漢：華中科技大學出版社，2013.
[4]郭天祥編著. 新概念51單片機C語言教程[M].北京：電子工業出版社，2009，1.
[5]胡學海.單片機原理及系統設計實用教程[M].北京：化學工業出版社，2012.
[6]林雪琴.大功率白光LED道路照明系統的設計與實現[D].華南理工大學，2010.
課題信息：基于全自然光的公路隧道智能照明系統關鍵技術的研究（項目編號：120130063）。