時間：2022-09-10 14:13:45
序論：在您撰寫裝置設計論文時，參考他人的優(yōu)秀作品可以開闊視野，小編為您整理的7篇范文，希望這些建議能夠激發(fā)您的創(chuàng)作熱情，引導您走向新的創(chuàng)作高度。
1設計模式
設計模式[4-5](designpatterns)是在設計面向?qū)ο筌浖倪^程中記錄的知識和經(jīng)驗，它是對被用來在特定場景下解決一般設計問題的類和相互通信的對象的描述。設計模式的目的就是復用這些面向?qū)ο筌浖O計[6-7]的解決方案以及便于這些抽象解決方案的積累和交流。軟件設計有2種設計方法，分別是結(jié)構(gòu)化設計方法和面向?qū)ο笤O計方法[8]。設計模式作為面向?qū)ο筌浖O計過程中知識和經(jīng)驗的總結(jié)成果，具有很重要的作用，可以幫助設計者去分析和解決問題。本文主要關(guān)注了工廠模式，一個設計模式的描述一般包含模式名、意圖、結(jié)構(gòu)、參與者、協(xié)作等5個方面。本文結(jié)合這5個方面詳細介紹工廠方法模式。1）模式名。工廠方法(factorymethod)模式，又稱為虛構(gòu)造器(virtualconstructor)模式。2）意圖。定義一個用于創(chuàng)建對象的接口，讓子類決定實例化哪一個類。工廠方法模式使一個類的實例化延遲到子類。3）結(jié)構(gòu)。工廠方法模式的結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。4）參與者。產(chǎn)品類定義工廠方法所創(chuàng)建的對象的接口，實際產(chǎn)品類實現(xiàn)產(chǎn)品類；接口創(chuàng)建者類聲明工廠方法，該方法返回一個產(chǎn)品類型的對象。創(chuàng)建者類也可以定義一個工廠方法的默認實現(xiàn)，其返回一個默認的實際創(chuàng)建者對象。實際創(chuàng)建者類重定義工廠方法返回一個實際創(chuàng)建者類實例。5）協(xié)作。創(chuàng)建者類依賴于其子類來定義工廠方法，所以返回一個適當?shù)膶嶋H創(chuàng)建者實例。一般地，工廠模式適用于類創(chuàng)建對象延遲到子類和類創(chuàng)建對象未知的時候。在實際使用過程中，工廠方法模式的父類和子類分別用來定義創(chuàng)建對象的接口和負責生成具體的對象，實例化的過程在子類中實現(xiàn)。由于工廠方法模式隱藏了子類實例化不同對象的創(chuàng)建過程，降低了層次之間的耦合性，滿足了軟件擴展性的需求，從而最大程度地減少增加新子類時需要付出的代價。這個特性很好地滿足了在規(guī)約轉(zhuǎn)換軟件中需要不斷升級和開發(fā)新規(guī)約的特點。
2通信軟件的開發(fā)方案
傳統(tǒng)的FACTS裝置通信軟件針對具體的通信規(guī)約，每個軟件只能處理單個的通信規(guī)約，造成了巨大的資源浪費并且效率低下。本軟件采用通用型通信軟件方案[9]，如圖2所示。在該方案中，變電站內(nèi)FACTS裝置可只有一個通信軟件，該通信軟件能接入系統(tǒng)中所有FACTS裝置，并且完成與變電站監(jiān)控系統(tǒng)的信息交換。使用這種通信軟件將大大減少開發(fā)通信模塊的工作，提高了代碼的復用率。根據(jù)軟件需求分析[10]得出通信軟件應分為3部分開發(fā)。1）系統(tǒng)配置。此部分主要用來配置系統(tǒng)中FACTS裝置信息、接入設備信息、通道信息和規(guī)約信息。FACTS裝置信息主要包括裝置地址、數(shù)據(jù)傳輸通道信息和裝置本身具體的遙測、遙信等運行信息；接入設備信息主要包括接入設備地址、數(shù)據(jù)傳輸通道和接入的具體遙測、遙信等信息；通道信息主要配置數(shù)據(jù)傳輸通道使用的規(guī)約以及輔助的通道地址、端口號等；規(guī)約信息用來配置具體的使用的規(guī)約庫。2）數(shù)據(jù)采集與處理。數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)是通信過程上行和下行的數(shù)據(jù)按照具體的數(shù)據(jù)格式采集和發(fā)送出去。這是通信軟件實際進行數(shù)據(jù)交換的地方。3）數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換。數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換就是根據(jù)系統(tǒng)配置，F(xiàn)ACTS裝置與接入設備之間進行數(shù)據(jù)通信，完成信息的無縫傳輸。這是通信軟件的核心處理部分。
3IEC60850-103規(guī)約向IEC61850標準接入的實現(xiàn)示例
3.1工廠模式在通信軟件中的應用在進行通信軟件的設計時，F(xiàn)ACTS裝置通信軟件使用的通信規(guī)約不盡相同。因此，本軟件開發(fā)了一些常用的通信規(guī)約，使得其之間能夠相互轉(zhuǎn)換。下面結(jié)合工廠方法模式說明IEC60850-103規(guī)約向IEC61850標準轉(zhuǎn)換的過程。在進行通信軟件的設計時，不同的規(guī)約采用的物理通道不同，也就是通信方式的不同，而實際的通信方式的種類遠小于規(guī)約的種類，如果把具體的通信方式寫在具體的規(guī)約中，當不同的規(guī)約使用相同的通信方式時，就會出現(xiàn)大量重復勞動的現(xiàn)象。此時把不同的通信方式抽象成一個基類，由具體的規(guī)約在使用時去實例化自己的通信方式。因此在抽象工廠中定義了創(chuàng)建通道和創(chuàng)建規(guī)約的接口，使得規(guī)約的創(chuàng)建和通道的創(chuàng)建分開。這樣使用工廠模式可以很方便地開發(fā)新的規(guī)約，而不需要更改原來已經(jīng)完成的系統(tǒng)，每增加一個規(guī)約只需要增加自己的工廠方法和實現(xiàn)類即可。工廠模式應用如圖3所示。1）抽象工廠類。將抽象工廠類命名為IFactory，主要是定義了抽象的創(chuàng)建通道和規(guī)約的方法。分別是createProtocol()和createChannel()。2）具體工廠類。將IEC61850工廠類命名為IEC61850Factory，繼承于IFactory類。實現(xiàn)了具體的規(guī)約和通道的創(chuàng)建過程。3）抽象通道類命名為IChannel，定義了通道的打開、關(guān)閉、讀和寫的方法以及通道狀態(tài)判別的方法。4）TCP通道類命名為TCP，繼承于IChannel類，實現(xiàn)了TCP通信的具體工作。5）抽象規(guī)約類命名為IProtocol。主要是定義了通用規(guī)約的通用數(shù)據(jù)變量和處理方法。6）103規(guī)約類命名為IEC103，繼承于IProtocol類。主要工作是定義了將采集到的數(shù)據(jù)局轉(zhuǎn)換為中間數(shù)據(jù)IDevData的方法，以及將ICtrlData中的數(shù)據(jù)下發(fā)的方法。7）IEC61850標準類命名為IEC61850，繼承于IProtocol類。主要工作是定義了將IDevData中的數(shù)據(jù)進行解析的方法和將需要下發(fā)的命令轉(zhuǎn)換為ICtrlData中間數(shù)據(jù)的方法。
3.2數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)介紹在103規(guī)約向IEC61850轉(zhuǎn)換的過程中，103規(guī)約作為設備側(cè)使用的規(guī)約，IEC61850作為轉(zhuǎn)出側(cè)的規(guī)約。轉(zhuǎn)換的實際過程要借助于中間數(shù)據(jù)來完成，數(shù)據(jù)的流向為雙向，即103規(guī)約可以向IEC61850上送數(shù)據(jù)，IEC61850也可以向103規(guī)約下發(fā)命令。具體的轉(zhuǎn)換過程為：103規(guī)約將自己采集到的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為中間數(shù)據(jù)IDevData格式，IEC61850從IDevData中獲取自己需要的數(shù)據(jù)，與此相反，IEC61850將需要下發(fā)的命令轉(zhuǎn)換為中間數(shù)據(jù)ICtrlData格式，103規(guī)約從ICtrlData中獲得下發(fā)的命令并下發(fā)到自己的裝置上去。至此，103規(guī)約向IEC61850標準的轉(zhuǎn)換工作完成。同時，由于IDevData和ICtrlData為中間數(shù)據(jù)格式，因此當別的規(guī)約需要這些數(shù)據(jù)的時候也可以獲取，這樣103就可以不需要針對其他的規(guī)約另行開發(fā)，直接就可以完成和其他規(guī)約轉(zhuǎn)換的工作。在FACTS裝置通信軟件中存在2種意義上規(guī)約，分別是裝置側(cè)規(guī)約和轉(zhuǎn)出側(cè)規(guī)約，而設備側(cè)和轉(zhuǎn)出側(cè)并不進行直接的通信，因此需要一種能夠分別和兩者進行數(shù)據(jù)交換的中間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，就是IDevData和ICtrlData兩個數(shù)據(jù)類。
3.3IEC61850數(shù)據(jù)映射IEC61850[11]是基于制造報文規(guī)范(MMS)來實現(xiàn)雙方的通信，而IEC61850-80-1[12]中提出了可以擴充原有的數(shù)據(jù)類型，同時也給出了IEC60850-5-101和IEC60850-5-104數(shù)據(jù)向IEC61850映射的列子，結(jié)構(gòu)如下所示。其中casdu、ioa和ti分別映射的是IEC61850中的邏輯設備(logicaldevice)、邏輯節(jié)點(logicalnode）、數(shù)據(jù)(data)。而傳統(tǒng)的規(guī)約中仍是靠點索引來建模，即通過CPU號、組號和點號等來組織數(shù)據(jù)，因此傳統(tǒng)規(guī)約向IEC61850轉(zhuǎn)換時必然要進行一定的映射，這樣就利用擴展的數(shù)據(jù)類型使得傳統(tǒng)數(shù)據(jù)點和IEC61850數(shù)據(jù)一一對應起來。當系統(tǒng)在初始化時，將中間數(shù)據(jù)中的哈希表進行初始化。當IEC61850作為智能設備規(guī)約時，通過解析配置文件名，得到主鍵，按照一定的解析方法就可以得到對應傳統(tǒng)規(guī)約的CPU號、組號和點號；而IEC61850作為控制規(guī)約時，將轉(zhuǎn)出的CPU號、組號和點號按照一定的組織方法形成具體的主鍵，即可在哈希表中得到唯一對應的IEC61850的SCL腳本。這樣使得IEC61850和傳統(tǒng)規(guī)約就可以方便的進行規(guī)約轉(zhuǎn)換工作。
4結(jié)論
電路設計尤其是超聲波信號的收發(fā)處理采用諸如TX734激勵電路、MAX2038回波放大處理電路等專用IC效果固然理想，但考慮到研發(fā)專用設備僅需小批量試制的因素，故在電路方案選型設計時遵循簡單實用、器件易于采購的原則，盡量選用通用元器件實現(xiàn)，系統(tǒng)電路主要由超聲波發(fā)射激勵和電源變換單元、超聲波回波信號處理單元、時間差測量單元、單片機控制和數(shù)據(jù)處理單元組成。排版布線亦盡量參照IC生產(chǎn)廠商的DEMO方案，采用貼片元件的雙面PCB設計制作，以提高樣機研發(fā)的一次性成功率。
1.1超聲波收發(fā)電路由于檢測裝置工作于井下，井口只為其提供了一路＋24V直流電源，各單元電路的工作電源需要依靠DC／DC變換電路獲得。控制系統(tǒng)和信號處理系統(tǒng)使用的＋5V和±12V電源由LM2596－5．0承擔，其主路輸出＋5V／2A電源供單片機等數(shù)字系統(tǒng)使用，將其儲能電感改用5026－47μH環(huán)形功率電感，并在其上增加兩個輔助繞組，經(jīng)整流、濾波和LM78（79）L12三端穩(wěn)壓IC后產(chǎn)生±12V／0．1A直流電源供信號處理系統(tǒng)使用；超聲波發(fā)射采用了高壓脈沖激勵方式，＋200～300V激勵電壓由＋24V供電電壓經(jīng)簡單的Boost升壓電路獲得，利用單片機送來的1ms周期、5μs脈寬脈沖信號控制MOSFET開關(guān)管實現(xiàn)對超聲波發(fā)射探頭的激勵，儲能電感選用TDK－NL565050T－822J－PF（8．2mH）貼片電感，NMOS開關(guān)管選用2N60即可。超聲波激勵及電源變換電路如圖2所示。經(jīng)實測，激勵脈沖會在接收探頭中產(chǎn)生一個較大的諧振頻率為5MHz、大約5個周期的串擾信號，為此，接收電路設計了一個對發(fā)射激勵脈沖延遲6μs、持續(xù)30μs的使能控制信號，控制接收放大處理電路僅在使能信號有效期間實現(xiàn)回波信號的放大和輸出，使之能夠在鋼管內(nèi)壁和外壁反射的一次、二次回波信號到來之前有效地消除激勵脈沖串擾的影響，使能控制信號時序關(guān)系見圖3。檢測裝置中用于時間差測量的TDC－GP2的典型應用是作為超聲波流量計、激光測距儀的時間間隔測量、頻率和相位信號分析等高精度測試領(lǐng)域。在這些應用中輸入信號一般都較強，經(jīng)簡單處理后即可作為TDC－GP2的START、STOP控制信號使用，而該檢測裝置的超聲波回波信號尤其是多次反射回波信號非常微弱且雜波較大（實測回波信號大約在mV數(shù)量級），必須經(jīng)高增益寬帶放大器放大和濾波、檢波、整形處理后才能勝任。寬帶放大器由AD604承擔，可獲得6～54dB的增益并可由VGN端電壓連續(xù)控制，可較好地滿足超聲波回波信號高速高增益放大的要求［2］?？紤]到僅需將回波信號放大處理后形成STOP控制脈沖即可，故電路僅利用可調(diào)電阻對2．5V基準電壓（由TL431產(chǎn)生）分壓獲得的VGN電壓進行增益設定，但設計電路亦有預留接口可用于接受經(jīng)單片機和DAC輸出的AGC控制電壓，實現(xiàn)增益的閉環(huán)控制。AD604前級放大電路如圖4所示。帶通濾波器選用由MAX4104構(gòu)成，設計中心頻率為5MHz，帶寬約為1MHz；鉗位和檢波由AD8036完成，具有卓越的鉗位性能和精度高、恢復時間短、非線性范圍小、頻帶寬的特點；檢波輸出信號的整形處理由MAX9141負責，這是一款具有鎖存使能和器件關(guān)斷功能的高速比較器，具有高速、低功耗、高抗共模能力和滿擺幅輸入特性等，回波信號經(jīng)其整形處理后可獲得理想的脈沖前沿，并便于與TTL邏輯電平接口，還可以方便地實現(xiàn)回波信號輸出的使能控制。信號調(diào)理電路如圖5所示。
1.2時間差測量電路回波信號時差測量選用了德國ACAM公司的高精度時間間隔測量芯片TDC－GP2。TDC－GP2采用44腳TQFP封裝，內(nèi)含TDC測量單元、16位算術(shù)邏輯單元、RLC測量單元及與8位處理器的接口單元和溫度補償單元等主要功能模塊，利用內(nèi)部ALU單元計算出時間間隔，并送入結(jié)果寄存器保存。TDC－GP2基于內(nèi)部的硬件電路測量“傳輸延時”，以信號通過內(nèi)部門電路的傳輸延遲來實現(xiàn)高精度時間間隔測量，測量分辨率可達pS數(shù)量級，可以很好滿足項目測量的要求。單片機在給超聲波傳感器提供發(fā)射激勵脈沖的同時給TDC－GP2提供START信號指令使之開始計時工作，超聲波接收頭接收到的反射回波信號經(jīng)放大、處理后作為STOP指令信號，由TDC－GP2完成兩次反射波時間間隔的測量。由前述可知，STOP與START信號的時間差大約在6～40μS之間，時差測量分辨率約為0．07μs，為此，設定TDC－GP2工作于“測量模式2”，在該模式下芯片僅使用通道1，可允許4個脈沖輸入，實現(xiàn)STOP1與START信號之間的時間差測量，測量范圍在60ns～200ms，然后，由TDC－GP2計算出各回波信號間的時間差Δt＝tB－tS＝tn－tn－1。測量原理如下：在輸入START信號指令后，芯片內(nèi)部測量出該信號前沿與下一時鐘上升沿的時差，標記為Fc1；之后，計數(shù)器開始工作，得到predivider的工作周期數(shù)，并標記為Cc；這時，重新激活芯片內(nèi)部測量單元，測量出輸入的STOP1信號的第一個脈沖（一次反射回波）前沿與下一時鐘上升沿的時差，標記為Fc2，將STOP1信號的第二個脈沖（二次反射回波）前沿與下一時鐘上升沿的時差標記為Fc3，……；Cal1和Cal2分別表示一個和兩個時鐘周期。
1.3單片機接口電路實現(xiàn)系統(tǒng)控制和數(shù)據(jù)處理的單片機選擇余地較大，項目結(jié)合TI公司中國大學計劃選用了美國德州儀器公司生產(chǎn)的MSP43016位單片機，具有16位總線、帶FLASH的微處理器和功耗低、可靠性高、抗強電干擾性能好、適應工業(yè)級運行環(huán)境的特點，很適合于作現(xiàn)場測試設備的控制和數(shù)據(jù)處理使用［4］。TDC－GP2其與單片機的通信方式為四線串行通信（SPI），利用MSP430的4個P2．x和P4．2I／O口實現(xiàn)GP2的選通、中斷和開始、結(jié)束使能以及復位等控制功能。MSP430除用來對GP2控制和數(shù)據(jù)處理外，還可以留出一些資源實現(xiàn)設備其他電路和動作機構(gòu)的控制使用。單片機接口電路原理和程序流程分別如圖8和圖9所示。
2結(jié)束語
現(xiàn)今裝置藝術(shù)在國內(nèi)外的展覽中已經(jīng)占據(jù)了很重要的地位，特別是在廣告的設計中，已經(jīng)將裝置設計作為了其重要的一種表達形式，受到了設計師地熱烈追捧。提到裝置藝術(shù)與廣告設計的結(jié)合，那么，馬塞爾•杜尚是不得不提的一個人。在1917年的一次展覽上，杜尚的作品《泉》引起了全場人的震驚，因為他直接把小便池當作作品放了上去，當時這種展覽作品形式幾乎為零，這件作品也徹底了奠定了杜尚在藝術(shù)界的大師地位，也開創(chuàng)了后來的“裝置藝術(shù)”。當然，從另外一個角度來看，我們也可以認為杜尚的“泉”宣傳了小便池這一特定商品，這其實也代表了當時生活方式的轉(zhuǎn)變，以及科技的進步。2011年11月，法國的一個著名裝置藝術(shù)大師在湖南長沙打造了一個極具視覺沖擊的場面，他用一些透明材質(zhì)打造出一個真實版的“盜夢空間”。這種藝術(shù)品，是在一個大環(huán)境中形成，受眾置身于這樣一個環(huán)境中，既是空間，亦是藝術(shù)，也形成了人與環(huán)境的互動，成為了吸引市民的一個景觀標志。當然以上的裝置藝術(shù)，雖然具有一定的宣傳價值，但大多數(shù)都偏向于設計師本身的理念的表現(xiàn)，具有濃厚的藝術(shù)元素。真正為廣告宣傳而做的裝置藝術(shù)，其實更多包含的是社會理念以及正確的價值觀的導向。前幾年上海街頭曾展出過一個名為“末法時代”的廣告，其最大的特點就是廣告采用了寫實化的手法—一個巨大的蜂窩煤正滾向密密麻麻的汽車。不論是巨大的蜂窩煤，還是數(shù)量龐大的汽車軍團，都給路過的市民留下了深刻的印象，這個廣告告誡大家，在這個人類不斷發(fā)展的社會中，地球的資源卻面臨枯竭，我們需要愛護我們的地球家園，減少破壞。相比于那種傳統(tǒng)的廣告形式而言，它沒有像教科書一樣去灌輸人們的思想，讓人們被動的去接受，而是以這種裝置形式廣告的出現(xiàn)，它首先在視覺上就給以受眾眼球的沖擊，吸引了眾多的觀眾走入場所，同時這種身臨其境的感覺也使觀眾真正思考了所存在的環(huán)境，反思自己的生活方式。雖然思考因人而異，但大的方向仍然受到了廣告的指引，即呼吁大家要齊心協(xié)力共同保護地球、保護環(huán)境，這樣既達到了廣告的宣傳效果，也形成了人與廣告之間的互動，從內(nèi)心深處激起人們的共鳴。
二、裝置藝術(shù)對廣告的影響
傳統(tǒng)形式的廣告大多依賴著電視、報紙、書籍以及路邊的燈箱等一些載體進行單一的影視動態(tài)或者是平面靜態(tài)的展示，這種方式由于其大面積高強度的宣傳，無疑會得到商家的普遍認可。而裝置性廣告的出現(xiàn)卻打破了這種既定的宣傳模式，對傳統(tǒng)的廣告形成了沖擊性的影響，這種影響主要體現(xiàn)在表達方式的巨大轉(zhuǎn)變上。首先，裝置藝術(shù)促進了廣告材料選擇的多元化。原來的廣告設計多以虛體的形式展現(xiàn)，表現(xiàn)手法單一。但是裝置藝術(shù)的材料絕大多數(shù)都是實體化的物體，特別是其本就可以是一些廢舊的東西按照自己獨特的方式在一個特定的環(huán)境里堆積起來，也可以是設計師打造的一些材料，再使用一些媒材(錄影、聲音、表演、電腦、網(wǎng)絡等)綜合來表現(xiàn)，因此廣告受眾對于商品或者理念的認識更加直接與具體。其次，裝置藝術(shù)在廣告設計中的表達使設計師、作品、受眾自然而然地融合在了一起。廣告設計通過裝置藝術(shù)的表現(xiàn)手法，更容易表現(xiàn)設計師的靈感，引起受眾心靈的共鳴。感情可以以物為載體進行表現(xiàn)，實物無疑是設計者表現(xiàn)自身情感的最佳通道。同時在裝置廣告中，物品與人經(jīng)常進行互動，也容易引起受眾的共鳴。例如人們在欣賞裝置廣告時，不知不覺地成為廣告的一部分。因為在裝置藝術(shù)品中，人們的情感反應和一些行為舉止，也都成了作品的元素，只不過一個在表達，一個在反饋，這無疑是一場人性化、感情化的體驗。裝置藝術(shù)產(chǎn)生與人互動的形式不僅存在于表面，其更深層次的目的是與受眾的心理溝通，引起情感共鳴，以達到宣傳的效果。
三、結(jié)語
1.擬定傳動方案
為了估計傳動裝置的總傳動比范圍，以便選擇合適的傳動機構(gòu)和傳動方案，可先由已知條件計算其驅(qū)動卷筒的轉(zhuǎn)速nw,即
v=1.1m/s;D=350mm;
nw=60*1000*v/(∏*D)=60*1000*1.1/(3.14*350)
一般常選用同步轉(zhuǎn)速為1000r/min或1500r/min的電動機作為原動機，因此傳動裝置總傳動比約為17或25。
2.選擇電動機
1）電動機類型和結(jié)構(gòu)形式
按工作要求和工作條件，選用一般用途的Y（IP44）系列三相異步電動機。它為臥式封閉結(jié)構(gòu)。
2）電動機容量
（1）卷筒軸的輸出功率Pw
F=2800r/min;
Pw=F*v/1000=2800*1.1/1000
(2)電動機輸出功率Pd
Pd=Pw/t
傳動裝置的總效率t=t1*t2^2*t3*t4*t5
式中，t1,t2,…為從電動機到卷筒之間的各傳動機構(gòu)和軸承的效率。由表2－4查得：
彈性聯(lián)軸器1個
t4=0.99;
滾動軸承2對
t2=0.99;
圓柱齒輪閉式1對
t3=0.97;
V帶開式傳動1幅
t1=0.95;
卷筒軸滑動軸承良好1對
t5=0.98;
則
t=t1*t2^2*t3*t4*t5=0.95*0.99^2*0.97*0.99*0.98＝0.8762
故
Pd=Pw/t=3.08/0.8762
（3）電動機額定功率Ped
由第二十章表20－1選取電動機額定功率ped=4KW。
3）電動機的轉(zhuǎn)速
為了便于選擇電動事，先推算電動機轉(zhuǎn)速的可選范圍。由表2－1查得V帶傳動常用傳動比范圍2~4，單級圓柱齒輪傳動比范圍3~6，
可選電動機的最小轉(zhuǎn)速
Nmin=nw*6=60.0241*6=360.1449r/min
可選電動機的最大轉(zhuǎn)速
Nmin=nw*24=60.0241*24=1440.6r/min
同步轉(zhuǎn)速為960r/min
選定電動機型號為Y132M1－6。
4）電動機的技術(shù)數(shù)據(jù)和外形、安裝尺寸
由表20－1、表20－2查出Y132M1－6型電動機的方根技術(shù)數(shù)據(jù)和
外形、安裝尺寸，并列表刻錄備用。
電機型號額定功率同步轉(zhuǎn)速滿載轉(zhuǎn)速電機質(zhì)量軸徑mm
Y132M1-64Kw10009607328
大齒輪數(shù)比小齒輪數(shù)=101/19=5.3158
3．計算傳動裝置總傳動比和分配各級傳動比
1）傳動裝置總傳動比
nm=960r/min;
i=nm/nw=960/60.0241=15.9936
2）分配各級傳動比
取V帶傳動比為
i1=3;
則單級圓柱齒輪減速器比為
i2=i/i1=15.9936/3=5.3312
所得i2值符合一般圓柱齒輪和單級圓柱齒輪減速器傳動比的常用范圍。
4．計算傳動裝置的運動和動力參數(shù)
1）各軸轉(zhuǎn)速
電動機軸為0軸，減速器高速軸為Ⅰ軸，低速軸為Ⅱ軸，各軸轉(zhuǎn)速為
n0=nm;
n1=n0/i1=60.0241/3=320r/min
n2=n1/i2=320/5.3312=60.0241r/min
2）各軸輸入功率
按機器的輸出功率Pd計算各軸輸入功率，即
P0=Ped=4kw
軸I的功率
P1=P0*t1=4*0.95=3.8kw
軸II功率
P2=P1*t2*t3=3.8*0.99*0.97=3.6491kw
3）各軸轉(zhuǎn)矩
T0=9550*P0/n0=9550*4/960=39.7917Nm
T1=9550*P1/n1=9550*3.8/320=113.4063Nm
T2=9550*P2/n2=9550*3.6491/60.0241=580.5878Nm
二、設計帶輪
目錄
設計計劃任務書1
傳動方案說明2
電動機的選擇3
傳動裝置的運動和動力參數(shù)5
傳動件的設計計算6
軸的設計計算8
聯(lián)軸器的選擇10
滾動軸承的選擇及計算13
鍵聯(lián)接的選擇及校核計算14
減速器附件的選擇15
與密封16
[關(guān)鍵詞]超載紅外檢測單片機報警鎖定
一、引言
針對我國國情，設計了一種客車載乘人員檢測系統(tǒng)，當超過規(guī)定人數(shù)時，便鎖定汽車執(zhí)行機構(gòu)，使之無法啟動。主要任務有：⑴能夠手動設置人數(shù)上限并對其進行顯示。⑵能夠?qū)崟r顯示出車廂內(nèi)乘客的實際人數(shù)。⑶光報警信號要實現(xiàn)閃爍功能。⑷聲音報警電路可由蜂鳴器完成。
二、系統(tǒng)原理
系統(tǒng)的前端檢測部分有兩個熱釋電紅外傳感器安裝于車的前后兩個門上前門的傳感器用于檢測上車人員，后門的傳感器用于檢測下車人員，車門開時系統(tǒng)及時啟動，由于熱釋電紅外傳感器可檢測到人體發(fā)射的紅外線且與穿衣多少無關(guān)，因此比較可靠。當有人上車時，紅外傳感器檢測上車人數(shù)，單片機累加計數(shù)并通過LED屏顯示；當有人下車時單片機減法計數(shù)。由于單片機內(nèi)預設規(guī)定人數(shù)，當超過此人數(shù)時，單片機控制汽車鎖定執(zhí)行機構(gòu)使其無法啟動，并以LED屏顯示數(shù)字。
三、系統(tǒng)的硬件構(gòu)成及功能設計
1.控制單元?？刂茊卧饕瓿蓹z測信號處理，并根據(jù)處理結(jié)果通過LED實時顯示人數(shù)，當人數(shù)超出規(guī)定時，產(chǎn)生汽車執(zhí)行機構(gòu)的鎖定控制信號和報警信號。利用51單片機作為控制單元。因為51是一個低功耗、高性能的8位單片機。
2.熱紅外檢測單元。紅外傳感器采用對紅外光線最敏感的光敏原件以非接觸形式檢測出人體輻射的紅外線，并將其轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷盒盘?，?jīng)搜索資料確定可使用美國的傳感元件———熱釋電紅外傳感器KDS9。它能鑒別出運動的生物與其他非生物。下圖是其雙探測元熱釋電紅外傳感器的結(jié)構(gòu)。
使用時，D端接電源正極，G端接電源負極，S端為信號輸出。該傳感器將兩個極性相反、特性一致的探測元串接在一起，目的是消除因環(huán)境和自身變化引起的干擾。它利用兩個極性相反、大小相等的干擾信號及內(nèi)部相互抵消的原理來使傳感器得到補償。對于輻射至傳感器的紅外輻射，熱釋電傳感器通過安裝在傳感器前面的菲涅爾透鏡將其聚焦后加至兩個探測元上，從而使傳感器輸出電壓信號。制造熱釋電紅外探測元鍺二極管材料，它的探測波長最敏感范圍為1.5μm左右。為了對某一波長范圍的紅外輻射有較高的敏感度，該傳感器在窗口上加裝了一塊干涉濾波片。這種濾波片除了允許某些波長范圍的紅外輻射通過外，還能將燈光、陽光和其他紅外輻射拒之門外。
本系統(tǒng)中，當人體輻射的紅外線通過菲涅爾透鏡被聚焦在熱釋電紅外傳感器的探測元上時，電路中的傳感器將輸出電壓信號，應對熱釋紅外傳感器輸出的電壓信號進行放大。可以運用集成運算放大器來進行兩級放大，以使其獲得足夠的增益。當傳感器探測到人體輻射的紅外線信號并經(jīng)放大后送給窗口比較器時，若信號幅度超過窗口比較器的上下限，則系統(tǒng)將輸出高電平信號；無異常情況時則輸出低電平信號。比較器的上下限電壓即參考電壓分別設為3.8V和1.2V。將這個高低電平變化的信號上升沿信號作為單片機P3.0的輸入信號，設計中采用中斷方式來檢測。
3.報警部分。當單片機判斷出車上人員數(shù)量超出規(guī)定時，將通過P1.0口輸出1kHz的音頻信號驅(qū)動揚聲器，作報警信號，經(jīng)查閱資料確定電路可使用音頻放大集成芯片LM386。
4.鎖定部分。鎖定部分通過在點火線路中加一繼電器控制開關(guān)來實現(xiàn)。當單片機判斷出車上人員數(shù)量超出規(guī)定時，將通過P1.5口輸出一高電平，繼電器工作，從而使點火線路斷開，無法啟動。
5.乘員數(shù)顯示部分。由于客車載人數(shù)目都在100人以內(nèi)，所以用兩個7段LED已經(jīng)足夠。本設計采用P2和P0口的輸出來驅(qū)動兩個LED。
四、系統(tǒng)軟件設計
人員檢測系統(tǒng)是一個智能化的系統(tǒng)，它的軟件所完成的功能主要包括：
(1)信息處理：即當單片機I/O口接收到脈沖時，單片機做加/減法計數(shù)。(2)顯示輸出：單片機將總?cè)藬?shù)輸出到LED進行顯示。(3)控制輸出：即當車載人數(shù)超出規(guī)定時，產(chǎn)生鎖定和報警控制信號。主程序、中斷子程序流程圖如下所示。
五、結(jié)束語
該系統(tǒng)在精度和靈敏度上都能滿足實際的需求，解決了通過加大檢測力度、行政干預等手段檢查客車超載問題帶來的不便，方便了交警，保障了行車安全。如果進一步擴充，可以增加語音提示，發(fā)出“歡迎光臨”、“車已超載”等提示；可以擴展日期和時鐘模塊，記錄每日的載客量和發(fā)車時間；還可加入鍵盤輸入模塊，隨時輸入要顯示的提示信息；甚至可以擴展和上位機的通信模塊，將載客及出發(fā)時間保存。但該系統(tǒng)要求乘客在乘車時必須從前門上后門下，當不滿足此要求時就會造成整個系統(tǒng)結(jié)果與實際不符，因此，在此問題上有待改進。
參考文獻：
[1]胡漢才.單片機原理及接口技術(shù)(第2版).北京：清華大學出版社，2006.
關(guān)鍵詞：燃氣直熱；微波輔助；干燥裝置
引言
我國是世界上最大的發(fā)展中國家，國民經(jīng)濟快速發(fā)展，人民生活水平不斷提高，與此同時，干燥技術(shù)的應用在市場需求的刺激下也出現(xiàn)了迅猛增長的勢頭。我國的干燥技術(shù)應用經(jīng)歷了引進、消化吸收及自制等階段，是世界上擁有干燥設備制造廠數(shù)量最多的國家，但我國大部分的農(nóng)產(chǎn)品仍沒有條件獲得先進干燥技術(shù)的處理。據(jù)有關(guān)統(tǒng)計，由于得不到及時的干燥處理，我國平常年景損失的糧食達50億Kg。至于干燥技術(shù)對糧食產(chǎn)品外形和口味的影響尚無力顧及，今后與進口糧食產(chǎn)品全面競爭的局面遲早要出現(xiàn)，屆時，這方面的缺陷將削弱我國產(chǎn)品的競爭力。
干燥能源通常使用煤、電、油、氣等，而且隨著世界煤炭、石油等能源的枯竭，使用成本愈來愈高，太陽能、微波能、遠紅外、生物質(zhì)能等新能源的開發(fā)及應用愈發(fā)受到重視。本文介紹的是利用天然氣燃燒產(chǎn)生的氣體作為熱介質(zhì)，利用微波進行輔助加熱的一種組合干燥機，具有綠色、無污染，溫度易控制，熱利用率高的特點，另外微波還具有殺菌的作用。
就北方的玉米干燥而言，降速干燥階段時間占整個干燥時間的2/3，蒸發(fā)掉的水分卻不足全部水分的1/3，本發(fā)明設想在傳統(tǒng)干燥的恒速干燥最后階段，在進入降速干燥之前，加入微波輔助加熱，加快內(nèi)部水分向外部擴散的速率，這樣可以大大縮短降速干燥階段時間，也使整個干燥時間縮短，從而達到高效節(jié)能的目的。
一、總體結(jié)構(gòu)
烘干機由四部分組成：帶式干燥機及配風系統(tǒng)、天然氣燃燒系統(tǒng)、微波輔助加熱系統(tǒng)、控制系統(tǒng)。
帶式干燥機由機箱、帶傳動系統(tǒng)組成，帶速可無級調(diào)節(jié)。配風系統(tǒng)包括進、出風管、循環(huán)風機、排潮風機及控風門。
微波輔助加熱系統(tǒng)包括微波加熱腔、微波源、微波源外罩及進、出料微波抑制器。
控制系統(tǒng)控制傳送帶開/停及變頻調(diào)速；循環(huán)風機、排潮風機開/停；微波源分組開啟/關(guān)閉及狀態(tài)顯示；料溫顯示及報警；風溫顯示及報警。
二、烘干機主要參數(shù)的確定
通過干燥過程的物料衡算和熱量衡算，確定主要參數(shù)，包括計算水分蒸發(fā)量、空氣耗量、天然氣用量及微波能耗。
在干燥過程中，新鮮空氣（其狀態(tài)為環(huán)境溫度t0，濕度H0，熱焓I0，干空氣量L）進入空氣加熱器，加熱后（其狀態(tài)為t1，H1＝H0，I1，L）進入干燥器，在加熱器中物料燥，由含水率m1降至m2，物料溫度由tm1升至tm2后排出干燥器；而干燥空氣溫度下降、濕度增加后排出干燥器（其狀態(tài)為t2，H2，I2，L）。
（1）原料玉米的質(zhì)量流量G1（kg/h）：根據(jù)要求G1=1000kg/h。
（2）產(chǎn)品玉米的質(zhì)量流量G2：G2=G1*（1－m1）/（1－m2）
式中：G2為產(chǎn)品玉米的質(zhì)量流量，kg/h；G1為原料玉米的質(zhì)量流量，kg/h；m1為原料玉米的濕基水分，28%；m2為產(chǎn)品玉米的濕基水分，14%。帶入數(shù)值，計算得到：G2=837kg/h。
（3）玉米中去除水分的質(zhì)量流量mw：每小時去除的水分質(zhì)量流量mw，由如下公式計算：mw＝G1*（m1－m2）/（1－m2）
式中：mw為每小時去除的水分質(zhì)量流量，kg/h；帶入各值，計算得到：mw=163kg/h
（4）干燥介質(zhì)進入干燥室時的濕含量H1：因H1＝H0，當溫度為t0＝－20℃，相對濕度為35%，查表得H1＝0.001
（5）干燥介質(zhì)離開干燥室時的濕含量H2：溫度為t2＝35℃，相對濕度為80%，查表得H2＝0.029
（6）干燥介質(zhì)濕比容υ（m3/Kg）：
υ＝（0.773+1.244*H1）（273+t1）/273＝1.002（m3/Kg）式中：t1＝70℃
（7）干燥介質(zhì)流量L（Kg/h）：L＝mw/（H2－H1）＝5821.4（Kg/h）（8）干燥介質(zhì)體積流量V（m3/h）：V＝L*υ＝5833（m3/h）
（9）干燥介質(zhì)離開干燥室時的焓值I2：I2＝1.01t2+H2（2501+1.86t2）＝35.35+0.029*2566.1＝109.8（KJ/Kg）
（10）干燥介質(zhì)進入加熱室時的焓值I0：I0＝1.01t0+H1（2501+1.86t0）＝－20.2+0.01*（2501－37.2）＝4.44（KJ/Kg）式中：t0＝－20℃
（11）加熱器加入的熱量QH（KJ/h）：系統(tǒng)輸入熱量：1）濕物料G1帶入的熱量：因為G1＝G2+mw，所以濕物料G1帶入的熱量為G2Cmtm1+mwCtm12）空氣帶入的熱量LI03）加熱器加入的熱量QH
系統(tǒng)輸出熱量：1）產(chǎn)品G2帶走的熱量：G2Cmtm22）廢氣帶走的熱量：LI23）干燥器散熱損失QL取QL＝10％QH
綜合以上：G2Cmtm1+mwCwtm1+LI0+QH＝G2Cmtm2+LI2+10％QH
得：90％QH＝G2Cm（tm2－tm1）+L（I2－I0）－mwCwtm1
式中：Cw為水的比熱容，4.187KJ/（Kg·℃）；tm1為原料玉米的溫度，－20℃；tm2為產(chǎn)品玉米的溫度，60℃；Cm為產(chǎn)品玉米的比熱，2.01KJ/（Kg·℃）
最后QH＝846202（KJ/h）＝202150Kcal/h
（12）天然氣燃燒熱為8000Kcal/m3，則天然氣用量為25.3m3/h。
（13）微波功率P（Kw）：假設降速干燥開始時，玉米中應去除的水分還剩1/3（54Kg），此時的質(zhì)量流量（包含水分在內(nèi)）為Mj，含水率wj＝（54+1000×14％）/Mj＝21％，設經(jīng)微波加熱后，含水率為20％，糧食溫度由T1（60℃）變?yōu)門2（70℃），加熱效率η1（80％），微波轉(zhuǎn)換效率η2（70％），在標準大氣壓力下，水的氣化熱539Kcal/Kg，產(chǎn)品干燥時，所需要的熱量為Q，可得：
Mj＝1000×（1－28％）+54+1000×14％＝914Kg/h＝15.23Kg/min
Q＝Mj×〔W1（T2－T1）×1+C（1－W1）（T2－T1）+539（W1－W2）〕＝171.8（Kcal/min）
則微波功率P＝0.07Q/η1η2＝21（Kw）
三、總結(jié)
玉米是我國主要的糧食資源，研制烘干玉米的關(guān)鍵技術(shù)和裝備，已成為節(jié)能減排、建設玉米綠色供應鏈的關(guān)鍵，且眾多生產(chǎn)領(lǐng)域還沒有采用先進的干燥技術(shù)和裝備，更有巨大的市場還有待于開發(fā)。使用可燃氣，主要成份為甲烷，燃燒生成二氧化碳和水，屬于清潔能源，采用微波干燥，速度快、加熱均勻，同時具有殺菌、減少污染的作用，結(jié)合熱風干燥，能達到節(jié)能的目的，目前在糧食烘干領(lǐng)域還未見應用，但經(jīng)廣大科技人員的研究與推廣，我國的糧食干燥技術(shù)及裝備必將取得更多成果。
參考文獻：
[1]金國淼等.干燥設備[M]，化學工業(yè)出版社，2002.
[2]郝立群，白巖，董梅.玉米干燥中的能耗[J].糧食加工，2005,(2).
關(guān)鍵詞：植入式裝置遙測編程器脈沖位置調(diào)制
植入式裝置（例如植入式心臟起搏器、神經(jīng)電刺激器等）的體內(nèi)植入部分和體外程控器之間進行遙測時，工作距離不超過40mm，一般選用電磁耦合方式實現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳送。由于體內(nèi)植入裝置的能量供應受限制，為了延長其使用壽命，需要系統(tǒng)發(fā)送數(shù)據(jù)時的功耗盡量低。據(jù)此，本文設計了一種采用脈沖位置調(diào)制（PPM）的植入式裝置遙測技術(shù)，包括控制單元、耦合單元、發(fā)射預處理單元和接收預處理單元。在發(fā)送數(shù)據(jù)時平均功耗很低，且電路簡單可靠，可以減小裝置的體積。
1硬件設計思路
硬件電路是采用PPM方式進行遙測的物理基礎(chǔ)，由于當前的植入式裝置一般都具有雙向通信功能。因此本文對體內(nèi)植入部分和體外程控器采用相同的遙測電路結(jié)構(gòu)，如圖1所示。
（1）控制單元
由于體內(nèi)植入部分對功耗、工作電壓、裝置體積及電路復雜度等因素的嚴格要求，所以采用靜態(tài)功耗少、電壓低、功能多、體積小的單片機進行控制。采用軟件實現(xiàn)數(shù)據(jù)的脈沖位置調(diào)制和解調(diào)過程。
（2）數(shù)據(jù)發(fā)射單元
來自控制單元的數(shù)據(jù)信號，驅(qū)動能力很弱，無法直接驅(qū)動耦合回路將數(shù)據(jù)發(fā)射出去。采用MOS開關(guān)作為中間級，用來自控制單元的數(shù)據(jù)信號控制MOS開關(guān)的開啟和閉合，驅(qū)動耦合單元發(fā)射瞬間的高壓脈沖。
（3）數(shù)據(jù)接收單元
接收端接收到的信號由發(fā)射端天線的反沖電壓耦合到接收端天線上形成，具有衰減的振蕩拖尾。通過接收單元，把有衰減振蕩的脈沖波形變換成標準的方波信號，使控制單元能夠直接處理。
（4）耦合單元
脈沖信號的發(fā)射和接收效果與耦合單元性能有關(guān)，本文采用優(yōu)化的空心短圓柱線圈作為天線。
2工作原理
（1）模式切換
如圖1所示，開關(guān)P是P溝道MOSFET，其柵極G由MCU控制。當柵極G被設置為低電平時，開關(guān)P導通，此時電路工作在數(shù)據(jù)脈沖的發(fā)射模式；當柵極G被設置為高電平時，開關(guān)P關(guān)斷，這時電路工作在數(shù)據(jù)脈沖的接收模式。
（2）脈沖的發(fā)射
不同于電路比較復雜的諧振回路發(fā)射信號，本文中數(shù)據(jù)信號的發(fā)射基于電感升壓原理：當發(fā)送端的開關(guān)N（N溝道MOSFET）導通時，電流流經(jīng)線圈L1，電磁能量儲存在線圈L1中；當N關(guān)斷時，回路截止，線圈L1感應出瞬間的高壓窄脈沖，緊接著是衰減的振蕩拖尾信號，其中高壓窄脈沖被用作PPM信號。接收端通過電磁耦合方式接收信號。
開關(guān)N關(guān)斷時線圈上產(chǎn)生自感電動勢（即反沖電壓）ε＝－L，而dt是N由導通到閉合的轉(zhuǎn)換時間，N確定則dt為定值，同時線圈固定則L也為定值，因此當N導通時電流I越大則N關(guān)斷瞬間產(chǎn)生的反沖電壓就越大。另一方面，要求脈沖發(fā)射時能耗盡量少，因此N的導通時間設置為使I接近飽和。為了便于觀察，在回路中串接阻值小的電阻R2，如圖1所示。當N導通時，根據(jù)R2上測得的電壓波形，就可以方便地看到I是否接近飽和，從而優(yōu)化N的導通時間。
（3）脈沖的接收
耦合到接收端線圈L1的脈沖信號經(jīng)過隔直電容C4，直流分量被濾掉，有用的信號（頻率）分量傳送到脈沖判別和脈寬延展電路。
運放A1和電阻R3、R4、R5、R6、R7，以及電容C2、C3組成脈沖判別和脈寬延展電路：其中C2起濾波作用，使接收到的脈沖信號振蕩減弱?？勺冸娮鑂7用來調(diào)節(jié)門限。運放A1平時輸出為高電平，當A1反相輸入端接收到脈沖幅度大于門限時，輸出反轉(zhuǎn)，變?yōu)榈碗娖健ｋ娙軨3起正反饋作用，延展負脈沖寬度，以使單片機能夠識別處理。延展后的負脈沖作為外部中斷觸發(fā)單片機，請求響應。
（4）電源的穩(wěn)定
如圖1所示，VDD是裝置的直流電源電壓。為了能在線圈L1發(fā)射數(shù)據(jù)信號時提供足夠能量，并且不使電源受到數(shù)據(jù)發(fā)射時電感上感應電動勢的波動影響，由電阻R1和電容C1組成去耦電路。數(shù)據(jù)發(fā)射周期T必須大于時間常數(shù)τ1＝R1·C1，一般要求滿足T＞3～5）·τ1。
在做植入式裝置遙測實驗時，通過MCU控制電阻R8與發(fā)光二極管LED組成的指示電路，可以直觀地了解通信狀況。
3軟件設計
本文研究植入式裝置的數(shù)據(jù)遙測，綜合考慮信息傳輸速率和平均功率消耗等因素，采用4－PPM方式。即每兩位二進制數(shù)據(jù)信號調(diào)制成一個4－PPM（四進制）信號。數(shù)據(jù)的調(diào)制和解調(diào)，以及4－PPM信號以幀格式發(fā)送和接收都由軟件控制。
定義傳輸一個4－PPM信號的基本時間單位為一幀（frame），如圖2所示，A～F構(gòu)成一幀。把一幀的持續(xù)時間平均分成8份，每一小份時間段代表一個時隙（slot），則一幀由slot0～slot7組成。每一幀里的8個時隙組成4個固定的時區(qū)，在每一個時區(qū)內(nèi)包括一定的變化脈沖位置：
（1）第一個固定時區(qū)由時隙slot0和slot1組成，如圖2中的A、B。在每一幀里的預定脈沖位置產(chǎn)生一個幀同步信號，從而使接收端確定這是一幀的開始，使幀同步。幀同步信號位于每一幀的第一個固定時區(qū)內(nèi)，而且是唯一的同步信號。如圖2所示，幀起始由脈沖P1確定，它所在的時隙則定義為slot0，幀同步脈沖P2位于幀的第一個固定時區(qū)內(nèi)的固定位置--時隙slot1。當接收端在接收到P1之后（設為slot0），若接著在slot1接收到P2，則可以確定正在接收一幀，即發(fā)送端和接收端之間實現(xiàn)幀同步。
（2）第二個固定時區(qū)由時隙slot2組成，如圖2中C。這個時區(qū)是一個保護帶，因為保護帶的存在，使幀同步脈沖和數(shù)據(jù)脈沖在一起不會被當作新的幀同步脈沖，從而唯一地確定一幀，防止數(shù)據(jù)交迭。
（3）第三個固定時區(qū)由時隙slot3～slot6組成，圖2中的C～E區(qū)間。在這個時區(qū)內(nèi)的脈沖位置產(chǎn)生一個數(shù)據(jù)量值信號，表示被發(fā)送信息的數(shù)值，4個時隙唯一地表示兩位二進制數(shù)據(jù)信息：slot3表示“00”，slot4表示“01”，slot5表示“10”，slot6表示“11”。例如，圖2中的數(shù)據(jù)脈沖P3，它位于時隙slot4，因此表示二進制數(shù)據(jù)是“01”。
