時(shí)間：2022-05-14 09:22:30
序論：在您撰寫(xiě)前端設(shè)計(jì)論文時(shí)，參考他人的優(yōu)秀作品可以開(kāi)闊視野，小編為您整理的1篇范文，希望這些建議能夠激發(fā)您的創(chuàng)作熱情，引導(dǎo)您走向新的創(chuàng)作高度。
摘 要：為提高雙流機(jī)場(chǎng)天氣雷達(dá)正常運(yùn)行的保障力度。經(jīng)過(guò)綜合考慮和調(diào)研，西南空管局氣象中心決定對(duì)天氣雷達(dá)射頻接收前端系統(tǒng)進(jìn)行國(guó)產(chǎn)數(shù)字化改造，包括限幅器-LNA組合前端、下變頻器、中頻部件等器件。射頻接收前端系統(tǒng)改造完成試運(yùn)行后通過(guò)參數(shù)測(cè)試，在功能上已基本滿足使用要求。為雷達(dá)產(chǎn)品對(duì)比分析和其他器件的國(guó)產(chǎn)化改造工作打下了基礎(chǔ)，希望能對(duì)其他采用進(jìn)口天氣雷達(dá)的氣象部門(mén)有一定的借鑒意義。
關(guān)鍵詞：雙流機(jī)場(chǎng)天氣雷達(dá) 國(guó)產(chǎn)數(shù)字化改造 射頻接收前端系統(tǒng) 對(duì)比分析
雙流機(jī)場(chǎng)天氣雷達(dá)由美國(guó)EEC公司生產(chǎn)，于2003年投入使用，所用接收機(jī)為模擬接收機(jī)。作為接收機(jī)重要組成部分的射頻接收前端系統(tǒng)是衡量接收C動(dòng)態(tài)性能的關(guān)鍵部件[1]，它主要包括限幅器-LNA組合前端（限幅保護(hù)器、低噪聲放大器）、下變頻器（C波段濾波器、低噪聲放大器、混頻器和中頻濾波器）、中頻部件（線性中頻放大器、中頻濾波器、功分器和對(duì)數(shù)放大器）等，由于產(chǎn)接收機(jī)的范疇，因此該系統(tǒng)也包含了頻綜這一部分。射頻接收前端系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)如圖1所示。除頻綜以外，其他部分全部封裝在一個(gè)屏蔽盒內(nèi)。電源部分對(duì)射頻接收前端系統(tǒng)供電，頻綜的5 660 MHz輸出通過(guò)一個(gè)腔體窄帶濾波器處理后，其頻譜更純，作為接收機(jī)的本振信號(hào)。由于頻綜工作時(shí)發(fā)熱較為嚴(yán)重，因此特別設(shè)計(jì)了一個(gè)冷卻風(fēng)扇，來(lái)對(duì)頻綜進(jìn)行風(fēng)冷處理。這一搭配從原理和性能上均有不錯(cuò)的表現(xiàn)，但是由于發(fā)射射頻信號(hào)為5 630 MHz，正好落在一個(gè)寬頻的其他干擾信號(hào)的頻帶內(nèi)，造成接收信號(hào)的異常。為解決這一問(wèn)題，將設(shè)計(jì)[2]改成在頻綜的上層，增加一個(gè)變頻電路，使發(fā)射信號(hào)偏離干擾頻帶。
1 系統(tǒng)信號(hào)流程
1.1 發(fā)射信號(hào)
頻綜輸出47.5 MHz、5 560 MHz和5 630 MHz 3個(gè)相參的、正弦連續(xù)波信號(hào)[3]。47.5 MHz參考信號(hào)被一個(gè)功分器一分為二，一路仍然作為數(shù)字接收機(jī)與信號(hào)處理器的參考基準(zhǔn)輸入，另一路則作為變頻器的輸入信號(hào)。變頻器由ZMX-7GR無(wú)源混頻器擔(dān)任，將頻綜輸出的5 530 MHz信號(hào)作為混頻器的本振輸入信號(hào)；將混頻器的中頻輸出端用作信號(hào)輸入端，送入47.5 MHz信號(hào)；將混頻器的射頻輸入端用作變頻輸出端，進(jìn)行混頻處理，得到混頻后的5 582.5 MHz信號(hào)和其他頻率成分。通過(guò)腔體窄帶濾波器后，5 582.5 MHz信號(hào)輸出，其他信號(hào)被濾除掉，該信號(hào)作為發(fā)射射頻信號(hào)。5 582.5 MHz的發(fā)射射頻信號(hào)，被送入射頻前置放大器（即前面提到的發(fā)射信號(hào)產(chǎn)生與驅(qū)動(dòng)電路）中，首先被調(diào)制成具有升余弦形狀的射頻脈沖，然后被放大到具有足夠的輸出功率（≥8 W）。
速調(diào)管功率放大。該信號(hào)被輸入到速調(diào)管（這時(shí)主要增益級(jí)），進(jìn)行功率放大，作為功率微波源，從天線發(fā)射出去，探測(cè)氣象數(shù)據(jù)。
1.2 接收信號(hào)
降水目標(biāo)產(chǎn)生的回波，被天線接收以后，通過(guò)饋線送到接收前端。
為了回波信號(hào)的信噪比不至于因?yàn)橥S電纜傳輸?shù)乃p而明顯下降，高頻放大的第一級(jí)前移到這里來(lái)。信號(hào)被放大后，傳輸衰減的影響大為減少。
濾除帶外信號(hào)，對(duì)傳輸衰減進(jìn)行補(bǔ)償性放大后，信號(hào)在這里與本振信號(hào)一起，被混頻器混頻，生成中頻信號(hào)，經(jīng)濾波后輸出，無(wú)需像模擬接收機(jī)那樣，要把中頻作為主要增益部件。在數(shù)字中頻接收機(jī)中，中頻部件要采用線性中頻放大器（對(duì)數(shù)放大器會(huì)造成頻譜的變化，影響多普勒性能），增益要求也不能太高。中頻信號(hào)在這里被放大約25 dB，扣除掉中頻濾波器、功分器以及線路衰減外，仍有18 dB左右的實(shí)際增益。從功分器分出兩路信號(hào)來(lái)，一路作為數(shù)字中頻接收機(jī)的輸入信號(hào)，另一路則被送到對(duì)數(shù)放大器中去。在對(duì)數(shù)放大器中信號(hào)被放大、檢波后，送出帶檢查接口。通過(guò)示波器可以方便地觀察對(duì)數(shù)視頻信號(hào)，用于分析和判斷接收機(jī)前端以及數(shù)字接收機(jī)的性能。
1.3 數(shù)字信號(hào)
線性中頻信號(hào)被送到數(shù)字接收機(jī)與信號(hào)處理器中，由數(shù)字中頻接收機(jī)直接將模擬中頻信號(hào)變成數(shù)字中頻信號(hào)，經(jīng)過(guò)數(shù)字下變頻處理，形成復(fù)基帶信號(hào)（I/Q信號(hào)），同時(shí)可以獲得處理增益，提高信號(hào)的信噪比，并提高系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)范圍。
在數(shù)字信號(hào)處理器中，復(fù)基帶信號(hào)被處理成基本的物理數(shù)據(jù)，即反射率因子、平均速度和速度譜寬，這些物理量被送到計(jì)算機(jī)中，進(jìn)行顯示、傳輸和存儲(chǔ)，已被氣象業(yè)務(wù)應(yīng)用。
2 限幅器-LNA組合前端及下變頻器
限幅器-LNA組合前端包括一個(gè)無(wú)源限幅保護(hù)器（型號(hào)WLM-73-1W-S+）和一個(gè)低噪聲放大器1（型號(hào)TA053-059-22-10），置于接收放大鏈的最前端。
2.1 限幅器
限幅器WLM-73-1W-S+作為環(huán)流器和波導(dǎo)限幅保護(hù)器的輔助保護(hù)措施，對(duì)大功率發(fā)射的微波的泄漏進(jìn)行最后一級(jí)的保護(hù)。
2.2 低噪放和下變頻器
低噪放采用高性能模塊TA053-059-22-10。下變頻的前端設(shè)有一個(gè)C波段濾波器（窄帶腔體濾波器，中心頻率5 582.5 MHz）和一個(gè)低噪聲放大器（ERA-2SM，噪聲系數(shù)4 dB，在5 582.5 MHz頻率時(shí)增益9 dB），在混頻器（ZMX-7GR）中實(shí)現(xiàn)下變頻（本振信號(hào)5 660 MHz@10dBm），通過(guò)中頻濾波器（SBP-70+）輸出77.5 MHz中頻信號(hào)。
2.2.1 補(bǔ)償性放大
由于限幅器-LNA組合輸出的線路太長(zhǎng)（超過(guò)2 m），傳輸損耗比較嚴(yán)重。因此，前端信號(hào)送來(lái)、進(jìn)行一次濾波后，需對(duì)這種衰減進(jìn)行補(bǔ)償性放大。ERA-2SM能滿足這種較低增益的放大要求。
2.2.2 下變頻
下變頻由ZMX-7GR混頻器擔(dān)任。頻綜送來(lái)的本振信號(hào)，在圖1中表示為經(jīng)過(guò)一個(gè)可調(diào)衰減器來(lái)調(diào)整輸入功率。實(shí)際調(diào)試中，采用一個(gè)極窄帶濾波器，將頻綜內(nèi)的其他頻率雜散濾除掉，效果很好。濾波器的插損正好可以省掉衰減器。混頻后得到中頻信號(hào)，該77.5 MHz中頻信號(hào)經(jīng)過(guò)中頻濾波器后送到下一級(jí)去。中頻濾波器采用SBP-70+模塊，其中心頻率為70 MHz，77.5 MHz中頻頻率略微偏離中心，但衰減不大，其通帶插損約為1.5 dB。
3 中頻組成部件
中頻部件[4]包括線性中頻放大器、中頻濾波器功分器和對(duì)數(shù)放大器等部分。
3.1 中頻放大器
中頻放大器與中頻濾波器組成一個(gè)通帶放大器。中頻放大器選用GVA-82+集成寬帶放大器，+5 V供電，15 dB的增益，20 dBm的1 dB壓縮點(diǎn)，很適合用作中放。其6 dB的噪聲系數(shù)，在中頻放大的位置，幾乎沒(méi)有影響。中頻濾波器仍采用SBP-70+模塊。
3.2 功分器
中頻功分器采用WILKINSON SPLITTER電路實(shí)現(xiàn)，中頻功分器的工作頻率范圍可達(dá)100 MHz，回路損耗約18 dB，插入損耗約3.3 dB，隔離度約20 dB。功分器前端也設(shè)計(jì)一個(gè)補(bǔ)償性放大器，采用GVA-81+集成寬帶放大器，+5 V供電，10 dB的增益，15 dBm的1 dB壓縮點(diǎn)。這兩部分封裝在一個(gè)屏蔽盒內(nèi)。
至此，有兩路中頻輸出，一路連接到一個(gè)對(duì)數(shù)中頻放大器上，另一路連接到數(shù)字中頻接收機(jī)上。
3.3 對(duì)數(shù)中頻放大器
對(duì)數(shù)中頻放大器的目的是為了產(chǎn)生一個(gè)方便檢查的信號(hào)，這樣有利于對(duì)雷達(dá)整機(jī)系統(tǒng)性能的估測(cè)和分析。對(duì)數(shù)中頻放大器采用集成器件AD8309，做成模塊形式，由6級(jí)高低雙增益模塊組成，每個(gè)雙增益模塊最高增益12 dB。對(duì)每級(jí)模塊的輸出進(jìn)行檢波，并電流疊加，再有電流-電壓轉(zhuǎn)換器以電壓的形式，輸出與輸入功率的對(duì)數(shù)成正比的電壓信號(hào)。
4 頻綜
l綜為外購(gòu)件，47.5 MHz和5 560 MHz為常態(tài)輸出的正弦連續(xù)波信號(hào)。5 630 MHz為受調(diào)制的輸出信號(hào)，屬于ASK類(lèi)型。通過(guò)ASK輸入一個(gè)TTL電平的脈沖信號(hào)，可以產(chǎn)生射頻脈沖輸出。但是這種階躍性的調(diào)制會(huì)導(dǎo)致頻譜較大程度的擴(kuò)散，因此，在雷達(dá)發(fā)射信號(hào)上，一般不能這樣使用。實(shí)際應(yīng)用中，把ASK直接接成高電平，則5 630 MHz也變成了正弦連續(xù)波信號(hào)。
這三個(gè)信號(hào)是相參的，輸出功率均接近15 dBm。正如前述，5 560 MHz信號(hào)作為接收鏈路的本振信號(hào)，要經(jīng)過(guò)一個(gè)窄帶濾波器，送到混頻器ZMX-7GR的本振輸入時(shí)，功率大約達(dá)到10 dBm。
對(duì)無(wú)源混頻器ZMX-7GR進(jìn)行的理論分析和實(shí)驗(yàn)表明，該混頻器的本振信號(hào)LO仍作為輸入不變，另外兩個(gè)端口可以交替使用，就是將中頻輸出IF作為輸入，而將射頻輸入RF作為輸出，則RF上差頻的分量比較強(qiáng)。47.5 MHz從IF輸入，5 530 MHz從LO輸入，混頻輸出得到5 582.5 MHz信號(hào)，通過(guò)腔體窄帶濾波器后，作為發(fā)射的射頻信號(hào)源。
5 結(jié)論
接收機(jī)理論指出[5]，接收機(jī)靈敏度（最小接收信號(hào)）Simin與接收機(jī)帶寬Bn及其噪聲系數(shù)F0有關(guān)：
Simin=-114dB+10?lgBn（MHz）+10lgF0
接收機(jī)帶寬表明了能通過(guò)接收機(jī)的噪聲多寡；噪聲系數(shù)F0則表明了接收機(jī)產(chǎn)生額外噪聲的程度。在沒(méi)有其他處理的條件下，一般超外差接收機(jī)的靈敏度為-90～110 dBm。
該系統(tǒng)模擬射頻前端的噪聲系數(shù)優(yōu)于2 dB，最小脈寬0.8μs時(shí)，帶寬最大為1.25 MHz。此時(shí)，計(jì)算得到接收機(jī)靈敏度為-111 dBm。實(shí)際測(cè)量中，通過(guò)測(cè)量對(duì)數(shù)視頻的輸出，可以判斷，模擬射頻前端的靈敏度與計(jì)算值相當(dāng)。為了準(zhǔn)確測(cè)量，在射頻前端的限幅器-LNA組合的輸入端作為輸入，以中頻功分器輸出的中頻信號(hào)作為輸出，信號(hào)源頻率調(diào)5 582.5 MHz作為標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，設(shè)置不同功率電平，對(duì)輸出端的77.5 MHz中頻信號(hào)進(jìn)行功率測(cè)量，得到結(jié)果如圖2所示?？梢?jiàn)，動(dòng)態(tài)范圍超過(guò)90 dB，靈敏度優(yōu)于-110 dBm，線性度優(yōu)于±0.5 dB。在數(shù)字中頻接收機(jī)中，由于數(shù)字下變頻的處理增益和數(shù)字視頻積分的累積增益（總共不會(huì)少于15 dB），最終結(jié)果原則上遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于模擬前端的性能，沒(méi)有變得更差的理由。
【摘 要】物聯(lián)網(wǎng)是一種信息傳感設(shè)備，按照相關(guān)協(xié)議，連接物品同網(wǎng)絡(luò)，使得人們可以了解物品的情況，并且操縱物品，是一種可以進(jìn)行物品識(shí)別、跟蹤、定位、監(jiān)控的網(wǎng)絡(luò)。因此RFID技術(shù)則成為了物聯(lián)網(wǎng)感知前端的五官和皮膚，用藥對(duì)物體進(jìn)行識(shí)別，并對(duì)信息進(jìn)行采集。物聯(lián)網(wǎng)運(yùn)用的主要技術(shù)有：RFID（射頻識(shí)別）、無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)、Aigbee傳感等技術(shù)。但是后兩者無(wú)法識(shí)別物品，端內(nèi)的技術(shù)職稱，未來(lái)必然會(huì)獲得長(zhǎng)遠(yuǎn)的發(fā)展。
【關(guān)鍵詞】RFID；物聯(lián)網(wǎng)；前端感知系統(tǒng)；傳感器
RFID工作的機(jī)理是向后散射實(shí)現(xiàn)通信，并且不斷實(shí)行功率傳輸，隨后出現(xiàn)非接觸自動(dòng)識(shí)別技術(shù)。這一技術(shù)主要是按照工作的頻率差別劃分為低頻、高頻、超高頻以及微波等。當(dāng)前的低頻、高頻技術(shù)已經(jīng)很成熟并運(yùn)用在很多領(lǐng)域。超高頻同低頻和高頻系統(tǒng)作對(duì)比，其具有的主要優(yōu)勢(shì)為通信距離更遠(yuǎn)、抗干擾性能更強(qiáng)、速度更快。
1 基于RFID技術(shù)下的物聯(lián)網(wǎng)前端感知系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
射頻收發(fā)端主要囊括了：載波信號(hào)合成模塊、ASK調(diào)制模塊、濾波電路、調(diào)節(jié)電路及信號(hào)放大電路等。其中主要的控制模塊若是想充分發(fā)揮相應(yīng)的功能，也就是更好的處理數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)防碰撞算法的正常運(yùn)行，這就意味著上位機(jī)對(duì)通訊軟件執(zhí)行對(duì)應(yīng)命令。
1.1 數(shù)字控制
選擇美國(guó)Microship公司生產(chǎn)的PIC24FJ192GB106作為主控制器。其屬于16為的MCU，系統(tǒng)中有一組核心模塊，其具有很多的功能，結(jié)合 CPU內(nèi)核和外設(shè)模塊成為一個(gè)工作單元，并且存在電復(fù)位、高級(jí)器件集成、節(jié)能特性、看門(mén)狗定時(shí)器等，對(duì)器件的編程、仿真、在線測(cè)試等各項(xiàng)功能實(shí)現(xiàn)充分的支持。用戶借助軟件可以直接控制外部設(shè)備，或?qū)⑷我患叭客庠O(shè)關(guān)閉，避免功耗浪費(fèi)。
1.2 讀寫(xiě)芯片
RFID讀寫(xiě)芯片具備了讀寫(xiě)器收發(fā)所必備的全部數(shù)字及模擬功能，同時(shí)完全滿足ISO/IEC 18000-6B/6C協(xié)議。和AS3992比較，接受十分靈敏，達(dá)86dBm。AS39992包括了集成化壓控振蕩器組成片PLL、ADC和其與主機(jī)的接口。設(shè)置各工作的寄存器，使得芯片工作能力達(dá)到最大。
文章內(nèi)所設(shè)計(jì)物聯(lián)網(wǎng)前端感知系統(tǒng)屬于低耗能系統(tǒng)，并且運(yùn)作狀態(tài)主要為AS3992芯片存在三種電源狀態(tài)：掉電、工作、待機(jī)。
本文研究的系統(tǒng)中，AS3992工作要先初始化各寄存器值，此時(shí)系統(tǒng)為掉電狀態(tài)，接收主控制器的指令以后，系統(tǒng)進(jìn)入到待機(jī)，針對(duì)一定的范圍查詢有無(wú)標(biāo)簽，若有，讀寫(xiě)器會(huì)立刻開(kāi)始工作，主要是按照一定的指令實(shí)行操作；但無(wú)標(biāo)簽回應(yīng)，馬上會(huì)處于掉電。
1.3 射頻發(fā)射器
芯片AS3992會(huì)在高功率下發(fā)射20dBm信號(hào)，運(yùn)用差分輸出，其管腳是Rfoutp-1??????，Rfoutp-2?；谠撔问酵瑫r(shí)和RF扼流電感外界，并阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)，并且要在平衡轉(zhuǎn)換器BL3216下變成單端輸出，發(fā)送調(diào)制信號(hào)。
匹配網(wǎng)絡(luò)是指在ADS中進(jìn)行建模及仿真，和真實(shí)電路極為相似，對(duì)微帶連接長(zhǎng)度做出充分的考慮。在持續(xù)不斷的優(yōu)化中，最終微帶線長(zhǎng)度出成為4mm，C2=C5=33pF，C3=C6=33pF，L1=L2=47，差分兩端基本得以匹配。在這一設(shè)計(jì)中，隔離器選取TCD-13-4型號(hào)的定向耦合器，覆蓋頻帶范圍達(dá)5～1000MHz，按照數(shù)據(jù)手冊(cè)計(jì)算得出，在700NHz隔離度是28.93dB，1000MHz以26.26dB為隔離度。
1.4 接口
系y內(nèi)有兩個(gè)接口電路，一個(gè)作為上位機(jī)通信USB接口的電路最為合適，其是十分簡(jiǎn)單的電路，只有2個(gè)27歐姆下拉電阻，依靠這一接口能夠進(jìn)行在線調(diào)試。還有就是數(shù)字部門(mén)和射頻收發(fā)位置的接口電路，主要由IO口，3.3V電源、系統(tǒng)時(shí)鐘等組成。
2 基于RFID技術(shù)下的物聯(lián)網(wǎng)前端感知系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
系統(tǒng)軟件是讀寫(xiě)器和外部的接口，十分關(guān)鍵。一方面和上位機(jī)軟件實(shí)行連接，同時(shí)還要和標(biāo)簽進(jìn)行通信，是連接標(biāo)簽和用戶的重要紐帶。
初始化定時(shí)器也就時(shí)系統(tǒng)軟件的主程序，主要是由硬件接口、USB，AS3992寄存器等部件構(gòu)成，其運(yùn)行是先對(duì)自身進(jìn)行測(cè)試，隨后找出通信范圍中的標(biāo)簽。如果有，讀寫(xiě)器標(biāo)簽操作內(nèi)容會(huì)在usbInitCommands的子程序基礎(chǔ)上完成。同時(shí)該子程序會(huì)掃描上位機(jī)發(fā)送的全部指令，并且依據(jù)指令來(lái)實(shí)施對(duì)應(yīng)的操作。
2.1 選擇
該步驟實(shí)施主要是選取標(biāo)簽群進(jìn)行查詢或是訪問(wèn)。如果有一個(gè)標(biāo)簽群或是若干個(gè)標(biāo)簽群，就要在主控制器中運(yùn)算防碰撞算法，然后按照用戶需要制定具體的要求，連續(xù)發(fā)出選擇指令，選擇用戶需要的特殊標(biāo)簽群。
2.2 查詢
這一步的主要目的是識(shí)別標(biāo)簽，讀寫(xiě)器會(huì)發(fā)送查詢指令，清點(diǎn)被選擇的標(biāo)簽群，隨后出現(xiàn)一個(gè)或若干標(biāo)簽響應(yīng)，隨后讀寫(xiě)器將會(huì)檢測(cè)標(biāo)簽響應(yīng)，并請(qǐng)求協(xié)議的認(rèn)定和CRC-16校驗(yàn)。查詢操作內(nèi)主要有查詢、不確認(rèn)、清點(diǎn)和確認(rèn)等不同指令。
2.3 訪問(wèn)
最后和與標(biāo)簽進(jìn)行通信。優(yōu)先訪問(wèn)唯一識(shí)別單個(gè)標(biāo)簽。主要的指令包括了：讀、寫(xiě)、殺死、鎖、解鎖。
3 結(jié)語(yǔ)
測(cè)試結(jié)果顯示了該設(shè)計(jì)可以符合ISO/IEC18000 6B/6C和EPCGen2協(xié)議。為更大程度提升系統(tǒng)性能，例如通信距離增加，可以通過(guò)放大由路，高增益天線等提升系統(tǒng)的性能。
本文所涉及的這一系統(tǒng)，可以被用于生產(chǎn)線監(jiān)測(cè)、運(yùn)輸業(yè)、零售業(yè)等領(lǐng)域。RFID在今后的發(fā)展中會(huì)得到更為廣泛的運(yùn)用，物聯(lián)網(wǎng)將會(huì)極大的影響著我國(guó)社會(huì)的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)等多個(gè)領(lǐng)域。
摘 要
視頻前端控制箱是電力視頻監(jiān)控系統(tǒng)中的常用設(shè)備。目前的設(shè)備箱僅是安裝了電源插座、防雷設(shè)備等少量設(shè)備，施工方需要自購(gòu)其它設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)安裝，受安裝工藝水平的限制，設(shè)備箱成為系統(tǒng)故障的主要來(lái)源。通過(guò)將箱內(nèi)設(shè)備模塊化，根據(jù)系統(tǒng)的需要，安裝設(shè)備模塊，將各種設(shè)備一體化在箱體內(nèi)，由于這些安裝工作由廠家直接完成，設(shè)備箱的整體可靠性大幅提高，并且節(jié)省了大量的施工時(shí)間。
【關(guān)鍵詞】一體化 視頻監(jiān)控 前端箱
1 概述
視頻監(jiān)控前端控制箱作為安防領(lǐng)域配套設(shè)備之一，起到對(duì)攝像頭供電、信號(hào)傳輸、防雷保護(hù)等作用。目前，由于市場(chǎng)上品種繁多，品牌各異，質(zhì)量相差甚大，可靠性難以滿足視頻監(jiān)控的要求。普通視頻監(jiān)控前端控制箱包括單相自動(dòng)重合閘、空開(kāi)、固定三眼萬(wàn)能插座、三合一防雷器、二合一防雷器等。但是除上述設(shè)以外，還應(yīng)當(dāng)有攝像機(jī)電源、光收發(fā)器、交換機(jī)、溫度控制等設(shè)備。市場(chǎng)上大部分視頻監(jiān)控箱布局是內(nèi)部?jī)H有開(kāi)關(guān)、防雷、插座等，其它設(shè)備需要在施工時(shí)安裝，由于箱體尺寸設(shè)計(jì)等都存在差異，安裝布局相當(dāng)麻煩，并且各種其它設(shè)備的現(xiàn)場(chǎng)安裝涉及到安裝工藝的問(wèn)題，整個(gè)箱內(nèi)系統(tǒng)的可靠性大打折扣。為滿足電力系統(tǒng)視頻監(jiān)控的高可靠性要求，采用一體化的視頻前端控制箱，就是生產(chǎn)廠家根據(jù)使用需要，將各種模塊化設(shè)備安裝在箱中，施工時(shí)僅需要將少量線路接入箱體，大大地簡(jiǎn)化了施工時(shí)間，同時(shí)及大地提高了可靠性。
2 總體思路
一體化視頻前端控制箱是把視頻監(jiān)控需要的設(shè)備，包括綜合設(shè)備管理系統(tǒng)、交流電源防護(hù)子系統(tǒng)、設(shè)備電源供電子系統(tǒng)、防雷防浪涌保護(hù)子系統(tǒng)、光纖數(shù)傳輸管理子系統(tǒng)、光纖數(shù)據(jù)交換子系統(tǒng)、數(shù)顯自動(dòng)溫度控制子系統(tǒng)、物聯(lián)數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)等模塊化后，集成安裝在設(shè)備箱中，以滿足視頻監(jiān)控的需要。
一體化視頻前端控制箱設(shè)計(jì)思路如下：
2.1 模塊化各種設(shè)備提高系統(tǒng)的可靠性
各種設(shè)備模塊化，箱體內(nèi)部接線標(biāo)準(zhǔn)化，可以使由于接線造成的接觸不良的故障率大大降低。實(shí)際使用中，由于箱內(nèi)的電源插座松動(dòng)的造成了大量故障，通過(guò)內(nèi)部的背板總線為各個(gè)模塊供電，可以得到完全的消除。通過(guò)集成了溫度控制、電源保護(hù)、防雷等功能，可以極大地提高系統(tǒng)的可靠性。一體化視頻前端控制箱由廠家將需要的各種設(shè)備布局安裝，安裝工藝和質(zhì)量得到保障。
2.2 標(biāo)準(zhǔn)化外部接口
一體化視頻前端控制箱標(biāo)準(zhǔn)化外部接口，施工時(shí)只需要接市電線、攝像機(jī)電源線、攝像機(jī)數(shù)據(jù)輸入線、數(shù)據(jù)輸入/輸出線（光纖）等即可，大大簡(jiǎn)化了施工接線，節(jié)約施工成本。
2.3 減小控制箱的體積
內(nèi)部設(shè)備的模塊化設(shè)計(jì)可以使安裝布局更緊湊，有利于減少箱體的體積，實(shí)現(xiàn)微型化。
2.4 綜合設(shè)備管理
物聯(lián)數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)采集箱內(nèi)各設(shè)備的工作狀況，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸給后臺(tái)服務(wù)器，監(jiān)控設(shè)備的工作狀態(tài)，并且可以在綜合管理平臺(tái)上管理設(shè)備，如設(shè)備重啟、設(shè)備配置、自檢等。
在總體的設(shè)計(jì)思路上主要把握兩點(diǎn)，即一體化和模塊化。模塊化就是把箱內(nèi)設(shè)備按照一定的尺寸設(shè)計(jì)，采用模塊插拔的方式安裝；一體化就是把需要的功能通過(guò)模塊化設(shè)備集成到箱體內(nèi)部。從而實(shí)現(xiàn)整體的高可靠性。
3 設(shè)計(jì)內(nèi)容
3.1 模塊的標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)
目前視頻監(jiān)控系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)化工作的主要內(nèi)容包括視頻監(jiān)控平臺(tái)、前端設(shè)備互聯(lián)、視音頻編解碼和智能監(jiān)控應(yīng)用等，其中前端設(shè)備互聯(lián)工作攝像頭一直是主要研究方向，其它設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)化基本無(wú)人涉及，箱內(nèi)設(shè)備的模塊化設(shè)計(jì)可以為這項(xiàng)工作的開(kāi)展提供方便。
3.1.1 標(biāo)準(zhǔn)化模塊的形狀
將箱體內(nèi)的設(shè)備設(shè)計(jì)成模塊，首先做到尺寸的標(biāo)準(zhǔn)化，各模塊的厚度按照美國(guó)電子工業(yè)協(xié)會(huì)（EIA）的標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計(jì)成1.75in （4.445cm，1U）高度的整數(shù)倍，寬度設(shè)計(jì)為10.5in，深度設(shè)計(jì)為5.25in。
3.1.2 標(biāo)準(zhǔn)化模塊的接口
根據(jù)模塊的功能需要，設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)化的接口，接口包括模塊供電（5V、12V），數(shù)據(jù)線輸入，數(shù)據(jù)輸出，控制輸入、控制輸出，采用標(biāo)準(zhǔn)擴(kuò)展插槽，重新定義各個(gè)引腳功能。標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)接口（管理接口）可以為前端設(shè)備互聯(lián)提供基礎(chǔ)，如圖1所示。
3.2 各子系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)
集成化的視頻前端控制箱主要由6個(gè)子系統(tǒng)構(gòu)成，包括：綜合設(shè)備管理系統(tǒng)、交流電源防護(hù)子系統(tǒng)、設(shè)備電源供電子系統(tǒng)、防雷防浪涌保護(hù)子系統(tǒng)、光纖數(shù)傳輸管理子系統(tǒng)、光纖數(shù)據(jù)交換子系統(tǒng)、數(shù)顯自動(dòng)溫度控制子系統(tǒng)、物聯(lián)數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)等。
3.2.1 綜合設(shè)備管理系統(tǒng)
如圖2所示，綜合管理系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)控箱內(nèi)各個(gè)子系統(tǒng)設(shè)備的工作狀態(tài)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障，并可以控制相應(yīng)的設(shè)備進(jìn)行重啟或配置。將箱內(nèi)設(shè)備的工作情況通過(guò)網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到監(jiān)控中心后臺(tái)，及時(shí)進(jìn)行故障報(bào)警。
3.2.2 交流電源防護(hù)子系統(tǒng)
交流電源防護(hù)子系統(tǒng)，是對(duì)設(shè)備箱接入220V電源的各種防護(hù)及管理，包含220V交流過(guò)流保護(hù)、過(guò)欠壓保護(hù)、穩(wěn)壓輸出、電源分配，如圖3所示。
3.2.3 設(shè)備電源供電子系統(tǒng)
設(shè)備供電子系統(tǒng)提供了設(shè)備箱內(nèi)所有設(shè)備供電，包含光纖收發(fā)器、網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)、監(jiān)控固定攝像頭、監(jiān)控球型攝像機(jī)、溫控器電源、溫控風(fēng)扇電源等，如圖4所示。
3.2.4 防雷防浪涌保護(hù)子系統(tǒng)
防雷防浪涌子系統(tǒng)，是對(duì)設(shè)備箱內(nèi)設(shè)備如接入220V電源、球機(jī)24V交流電源、槍機(jī)12V直流電源、網(wǎng)絡(luò)RJ45稻萁涌?、悼澊插?、視頻同軸電纜進(jìn)行防浪涌保護(hù)，包含單相電源保護(hù)、二合一防雷保護(hù)、三合一防雷保護(hù)、集中電源防雷保護(hù)等，如圖5所示。
3.2.5 光纖數(shù)傳輸管理子系統(tǒng)
光纖傳輸管理系統(tǒng)，是指對(duì)進(jìn)入設(shè)備箱內(nèi)的光纖進(jìn)行固定、熔接、理纖、配線、跳接管理，包含光纖固定座、光纖繞纖環(huán)、光纖熔纖盤(pán)、光纖配線架、光纖跳線，如圖6所示。
3.2.6 光纖數(shù)據(jù)交換子系統(tǒng)
光纖數(shù)據(jù)交換系統(tǒng)，是指光傳輸過(guò)程中數(shù)據(jù)交換設(shè)備，包含光纖收發(fā)器、網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)、光纖交換機(jī)、視頻光端機(jī)等，如圖7所示。
3.2.7 數(shù)顯自動(dòng)溫濕度控制子系統(tǒng)
濕度和溫度的調(diào)節(jié)應(yīng)該是全自動(dòng)運(yùn)行的，必須配置全自動(dòng)溫濕度控制和調(diào)節(jié)系統(tǒng)，根據(jù)設(shè)備箱內(nèi)的各個(gè)功能模塊正常工作所需的溫濕度范圍設(shè)定控制閥值，并使用溫度傳感器對(duì)象內(nèi)的溫濕度實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。當(dāng)箱內(nèi)溫度超過(guò)閾值時(shí)啟動(dòng)溫濕度控制系統(tǒng)。自動(dòng)溫濕控系統(tǒng)是指依據(jù)設(shè)備箱內(nèi)溫濕度變化，通過(guò)溫濕度控制器自動(dòng)開(kāi)啟風(fēng)扇或加熱器，本系統(tǒng)可根據(jù)需要設(shè)定啟動(dòng)溫度值，系統(tǒng)包含數(shù)顯溫控器（內(nèi)置溫度傳感器）、交流風(fēng)扇（或直流方式）、加熱器、供電電源等。
3.2.8 輔助系統(tǒng)
輔助系統(tǒng)由照明系統(tǒng)、電子控制鎖、防雷接地等輔助設(shè)備組成，為維護(hù)人員提供維護(hù)便利，并具有防盜、防雷等功能。
4 結(jié)論
一體化模塊化視頻前端控制箱經(jīng)過(guò)實(shí)際生產(chǎn)和使用，使用效果好。由于安裝簡(jiǎn)單，受到了施工單位的歡迎，并且可靠性得到了及大地提高。一體化使視頻前端控制箱成為視頻監(jiān)控系統(tǒng)的整體設(shè)備，改變了購(gòu)買(mǎi)空箱后安裝設(shè)備的施工方式。模塊化箱內(nèi)設(shè)備使安裝簡(jiǎn)單規(guī)范，布局清晰。存在的問(wèn)題是模塊化的各種設(shè)備特別是光交換等設(shè)備沒(méi)有專(zhuān)門(mén)的廠家生產(chǎn)，自主研發(fā)的模塊產(chǎn)品的性能需要檢驗(yàn)和認(rèn)證。
摘 要：近些年隨著經(jīng)濟(jì)水平的不斷發(fā)展，我國(guó)各項(xiàng)發(fā)展項(xiàng)目正在積極穩(wěn)定地開(kāi)展，國(guó)家對(duì)于教育的重視程度逐漸提高，這對(duì)于我國(guó)現(xiàn)代化建設(shè)具有重要的作用。《網(wǎng)頁(yè)前端開(kāi)發(fā)》課程是我國(guó)現(xiàn)階段教育發(fā)展過(guò)程中十分重視的一項(xiàng)內(nèi)容，對(duì)于我國(guó)信息化建設(shè)具有積極的推動(dòng)性作用。《網(wǎng)頁(yè)前端開(kāi)發(fā)》課程整體教學(xué)設(shè)計(jì)是我國(guó)教育創(chuàng)新與改革過(guò)程中的重要內(nèi)容，該研究將對(duì)我國(guó)目前《網(wǎng)頁(yè)前端開(kāi)發(fā)》課程進(jìn)行細(xì)致的思考與分析，并提出合理的教學(xué)設(shè)計(jì)完善方法。
關(guān)鍵詞：網(wǎng)頁(yè)前端開(kāi)發(fā) 課程 整體教學(xué) 設(shè)計(jì) 改革
在我國(guó)現(xiàn)階段發(fā)展過(guò)程中，信息化建設(shè)進(jìn)程推進(jìn)的速度很快，國(guó)家信息化建設(shè)離不開(kāi)網(wǎng)絡(luò)的支持，所以我國(guó)教育就針對(duì)網(wǎng)絡(luò)發(fā)展對(duì)于《網(wǎng)頁(yè)前端開(kāi)發(fā)》整體教學(xué)設(shè)計(jì)進(jìn)行完善與創(chuàng)新，使得我國(guó)網(wǎng)頁(yè)前端開(kāi)發(fā)能力得到加強(qiáng)，進(jìn)一步強(qiáng)化我國(guó)網(wǎng)絡(luò)信息系統(tǒng)的構(gòu)建。作為計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)職業(yè)能力必須課，《網(wǎng)頁(yè)前端開(kāi)發(fā)》課程對(duì)于我國(guó)培養(yǎng)計(jì)算機(jī)相關(guān)建設(shè)型人才具有直接的影響意義，想要使我國(guó)在未來(lái)的發(fā)展過(guò)程中更具現(xiàn)代化競(jìng)爭(zhēng)能力，就要首先完善《網(wǎng)頁(yè)前端開(kāi)發(fā)》課程。
1 我國(guó)《網(wǎng)頁(yè)前端開(kāi)發(fā)》課程整體教學(xué)設(shè)計(jì)的發(fā)展概況
1.1 我國(guó)《網(wǎng)頁(yè)前端開(kāi)發(fā)》課程整體教學(xué)設(shè)計(jì)的發(fā)展背景
在我國(guó)發(fā)展初期，由于經(jīng)濟(jì)水平的落后使得我國(guó)教育發(fā)展?fàn)顩r較差。計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)相關(guān)的教育是我國(guó)近些年才開(kāi)始進(jìn)行并發(fā)展的教育內(nèi)容，在計(jì)算機(jī)課程教育的早期，只是進(jìn)行簡(jiǎn)單的計(jì)算機(jī)入門(mén)教學(xué)，使學(xué)生對(duì)于計(jì)算機(jī)的功能以及基本操作進(jìn)行掌握。隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)水平的逐漸提高，計(jì)算機(jī)在近些年中也進(jìn)行著快速穩(wěn)定的發(fā)展，我國(guó)對(duì)于計(jì)算機(jī)教育的重視程度逐漸加強(qiáng)，所以對(duì)于計(jì)算機(jī)課程教育進(jìn)行了補(bǔ)充與完善?！毒W(wǎng)頁(yè)前端開(kāi)發(fā)》是我國(guó)現(xiàn)階段計(jì)算機(jī)教育中一項(xiàng)基本的課程內(nèi)容，其主要是對(duì)網(wǎng)頁(yè)的開(kāi)發(fā)進(jìn)行講解，使學(xué)生掌握網(wǎng)頁(yè)的基本知識(shí)內(nèi)容?！毒W(wǎng)頁(yè)前端開(kāi)發(fā)》課程教學(xué)水平的發(fā)展對(duì)于我國(guó)現(xiàn)代化建設(shè)的積極開(kāi)展具有重要作用，是我國(guó)發(fā)展過(guò)程所必須加以重視的教學(xué)內(nèi)容。
1.2 我國(guó)《網(wǎng)頁(yè)前端開(kāi)發(fā)》課程整體教學(xué)設(shè)計(jì)的發(fā)展現(xiàn)狀
在我國(guó)現(xiàn)階段的發(fā)展過(guò)程中，《網(wǎng)頁(yè)前端開(kāi)發(fā)》課程整體教學(xué)的設(shè)計(jì)正在逐漸完善與創(chuàng)新，與以往相比，其整體教學(xué)設(shè)計(jì)的內(nèi)容更加合理有效，在教學(xué)過(guò)程中能夠起到更好的輔助性作用。但《網(wǎng)頁(yè)前端開(kāi)發(fā)》在發(fā)展的過(guò)程中還存在一些有待進(jìn)一步完善的問(wèn)題，這些題的存在制約了我國(guó)計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)教學(xué)水平的更好發(fā)展?！毒W(wǎng)頁(yè)前端開(kāi)發(fā)》課程整體教學(xué)設(shè)計(jì)過(guò)程中，對(duì)于教學(xué)目標(biāo)制定得不夠明確，缺少明確的教學(xué)目標(biāo)使得《網(wǎng)頁(yè)前端開(kāi)發(fā)》課程安排不合理，進(jìn)一步將導(dǎo)致學(xué)生不能對(duì)所需要掌握的知識(shí)進(jìn)行充分掌握[1]。在對(duì)教學(xué)案例的選擇過(guò)程中，現(xiàn)階段我國(guó)《網(wǎng)頁(yè)前端開(kāi)發(fā)》主要存在的問(wèn)題就是不能根據(jù)我國(guó)網(wǎng)絡(luò)發(fā)展現(xiàn)狀對(duì)于教學(xué)案例進(jìn)行最合理的選擇，這樣在教學(xué)的過(guò)程中就不能很好地針對(duì)我國(guó)進(jìn)行整體教學(xué)設(shè)計(jì)。《網(wǎng)頁(yè)前端開(kāi)發(fā)》課程對(duì)于基礎(chǔ)知識(shí)的講解是十分關(guān)鍵的內(nèi)容。目前我國(guó)計(jì)算機(jī)教育過(guò)程中對(duì)于《網(wǎng)頁(yè)前端開(kāi)發(fā)》基礎(chǔ)知識(shí)的講解不夠細(xì)致化，這使學(xué)生在理解過(guò)程中產(chǎn)生一定的難度。完善教學(xué)考核制度也是我國(guó)《網(wǎng)頁(yè)前端開(kāi)發(fā)》課程現(xiàn)階段面臨的主要問(wèn)題，已有的課程考核制度較為傳統(tǒng)落后，對(duì)于《網(wǎng)頁(yè)前端開(kāi)發(fā)》課程的進(jìn)一步發(fā)展十分不利。
1.3 重視《網(wǎng)頁(yè)前端開(kāi)發(fā)》課程整體教學(xué)設(shè)計(jì)的必要性
我國(guó)目前正處于現(xiàn)代化發(fā)展的重要時(shí)期，對(duì)于新興的重要技術(shù)以及領(lǐng)域的重視程度逐漸加強(qiáng)。網(wǎng)絡(luò)技術(shù)就是現(xiàn)階段全球化共同發(fā)展的新興技術(shù)，在推動(dòng)社會(huì)的進(jìn)步與發(fā)展上起到了積極的作用。我國(guó)整體的發(fā)展速度與其他發(fā)達(dá)國(guó)家相比較慢，所以要使我國(guó)在未來(lái)的發(fā)展中更具競(jìng)爭(zhēng)力就要首先重視我國(guó)計(jì)算機(jī)與網(wǎng)絡(luò)的完善?！毒W(wǎng)頁(yè)前端開(kāi)發(fā)》課程是計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)教學(xué)過(guò)程中的一項(xiàng)基本內(nèi)容，所以重視《網(wǎng)頁(yè)前端開(kāi)發(fā)》課程整體教學(xué)設(shè)計(jì)，同時(shí)完善教學(xué)方法是現(xiàn)階段我國(guó)教育過(guò)程中十分必要的階段。提高《網(wǎng)頁(yè)前端開(kāi)發(fā)》課程的教學(xué)水平能夠促進(jìn)我國(guó)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)相關(guān)人才的工作能力以及基本素質(zhì)的顯著提高，這對(duì)我國(guó)發(fā)展與建設(shè)具有積極的意義。我國(guó)現(xiàn)代化發(fā)展項(xiàng)目的開(kāi)展與進(jìn)行離不開(kāi)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的支持，只有充分利用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)手段才能使其快速高效地發(fā)展，同時(shí)保證發(fā)展項(xiàng)目的管理更加便捷有效。
2 《網(wǎng)頁(yè)前端開(kāi)發(fā)》課程整體教學(xué)的設(shè)計(jì)
2.1 教學(xué)目標(biāo)的設(shè)計(jì)
《網(wǎng)頁(yè)前端開(kāi)發(fā)》課程中整體教學(xué)設(shè)計(jì)的首要內(nèi)容就是對(duì)于教學(xué)目標(biāo)的設(shè)計(jì)。教學(xué)目標(biāo)就是在教學(xué)過(guò)程中起到重要引導(dǎo)性作用的內(nèi)容。為了制定更為合理的《網(wǎng)頁(yè)前端開(kāi)發(fā)》課程的教學(xué)目標(biāo)，首先就需要對(duì)我國(guó)計(jì)算機(jī)教育的發(fā)展現(xiàn)狀進(jìn)行必要的分析，根據(jù)現(xiàn)階段的發(fā)展來(lái)確定教學(xué)所應(yīng)達(dá)到的目標(biāo)，進(jìn)一步確定課程內(nèi)容的選擇與課時(shí)的安排。教學(xué)目標(biāo)的設(shè)計(jì)是影響教學(xué)水平與質(zhì)量的關(guān)鍵因素，所以在制定目標(biāo)的過(guò)程中一定要注重合理有效性，使教學(xué)目標(biāo)與我國(guó)現(xiàn)階段的教學(xué)水平相適應(yīng)。
2.2 教學(xué)案例的合理選擇
在《網(wǎng)頁(yè)前端開(kāi)發(fā)》課程進(jìn)行的過(guò)程中，教學(xué)案例的合理選擇對(duì)于教學(xué)效果起到重要的影響作用，合理的教學(xué)案例能夠?qū)W(xué)生的理解起到輔助性作用，在學(xué)習(xí)網(wǎng)頁(yè)前端開(kāi)發(fā)的過(guò)程中更加積極主動(dòng)化。在老師進(jìn)行課堂教學(xué)的過(guò)程中，適當(dāng)合理地引入教學(xué)案例是十分重要的，例如在進(jìn)行網(wǎng)頁(yè)窗口制作的課程中，老師應(yīng)提出相應(yīng)問(wèn)題“為何要增加咨詢頁(yè)面模板的引入”，這種情境化教學(xué)引入適當(dāng)?shù)慕虒W(xué)案例能夠促進(jìn)學(xué)生對(duì)于相應(yīng)問(wèn)題進(jìn)行積極的思考，同時(shí)在思考的過(guò)程中有更加深刻的理解[2]。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)過(guò)程中的情景化教學(xué)案例引入將對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)效果增強(qiáng)起到促進(jìn)作用，進(jìn)一步提高我國(guó)《網(wǎng)頁(yè)前端開(kāi)發(fā)》課程的教學(xué)水平，同時(shí)帶動(dòng)我國(guó)網(wǎng)絡(luò)化的發(fā)展。
2.3 教學(xué)課程的知識(shí)講解
在進(jìn)行《網(wǎng)頁(yè)前端開(kāi)發(fā)》知識(shí)講解的過(guò)程中，對(duì)于重點(diǎn)知識(shí)詳細(xì)全面化講解是保證學(xué)生進(jìn)行理解的基礎(chǔ)。老師在進(jìn)行《網(wǎng)頁(yè)前端開(kāi)發(fā)》課程教學(xué)過(guò)程中，應(yīng)該將學(xué)生需要重點(diǎn)掌握的內(nèi)容進(jìn)行標(biāo)記，使其能夠在課堂中將這些基礎(chǔ)性知識(shí)內(nèi)容進(jìn)行掌握，對(duì)解決網(wǎng)頁(yè)前端開(kāi)發(fā)相關(guān)問(wèn)題過(guò)程具有重要的作用。加強(qiáng)教學(xué)課程知識(shí)講解是《網(wǎng)頁(yè)前端開(kāi)發(fā)》課程發(fā)展的重要基礎(chǔ)，對(duì)于提高計(jì)算機(jī)相關(guān)專(zhuān)業(yè)的教學(xué)質(zhì)量以及效率提高都產(chǎn)生一定的影響。
2.4 教學(xué)課程的考核
《網(wǎng)頁(yè)前端開(kāi)發(fā)》課程教學(xué)過(guò)程中還有一項(xiàng)較為重要的內(nèi)容就是教學(xué)課程的考核。在課程進(jìn)行到一定階段的過(guò)程中需要進(jìn)行合理的課程考核，考核的目的就是了解學(xué)生對(duì)《網(wǎng)頁(yè)前端開(kāi)發(fā)》的掌握程度。制定合理的考核制度對(duì)于正確了解學(xué)生課程掌握有著重要的作用。考核的方式多種多樣，只依靠考試對(duì)于《網(wǎng)頁(yè)前端開(kāi)發(fā)》進(jìn)行考核這種方法過(guò)于單一，所以針對(duì)課程不同階段的學(xué)習(xí)，老師應(yīng)該制定適合的考核方式，例如對(duì)特定網(wǎng)頁(yè)窗口的制作、小組合作問(wèn)題解決等?！毒W(wǎng)頁(yè)前端開(kāi)發(fā)》課程的合理考核不僅對(duì)教學(xué)水平的提高具有積極作用，還能夠進(jìn)一步增強(qiáng)學(xué)生對(duì)于多方面不同問(wèn)題的解決能力。
3 結(jié)語(yǔ)
我國(guó)教學(xué)發(fā)展過(guò)程中對(duì)于《網(wǎng)頁(yè)前端開(kāi)發(fā)》整體教學(xué)設(shè)計(jì)的重視程度逐漸加強(qiáng)，這在我國(guó)現(xiàn)階段的發(fā)展與建設(shè)過(guò)程中十分必要。要提高我國(guó)網(wǎng)絡(luò)建設(shè)相關(guān)人才的能力與水平，首先就要提高相應(yīng)的教學(xué)水平。相信經(jīng)過(guò)我國(guó)的不斷努力，《網(wǎng)頁(yè)前端開(kāi)發(fā)》的整體教學(xué)設(shè)計(jì)將更加合理，我國(guó)計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)的教學(xué)水平也將有顯著提高。
摘要： 歐盟新車(chē)評(píng)價(jià)規(guī)程（Euro NCAP）8.0版本對(duì)行人上腿部碰撞測(cè)試方法進(jìn)行了修改，新的測(cè)試方法減小行人上腿部對(duì)車(chē)輛前端空間的要求，但是對(duì)其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和硬點(diǎn)的布置等提出新的要求.從行人上腿部的碰撞位置、碰撞角度及能量等方面對(duì)比Euro NCAP新舊版本的不同.根據(jù)Euro NCAP 8.0行人上腿部的碰撞要求，對(duì)車(chē)輛前端結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行分析，并針對(duì)某車(chē)進(jìn)行試驗(yàn)，用CAE技術(shù)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，使其滿足Euro NCAP 8.0對(duì)行人上腿部碰撞的要求.
關(guān)鍵詞： 汽車(chē)安全； 汽車(chē)前端結(jié)構(gòu)； 行人保護(hù)； 上腿部保護(hù)
隨著汽車(chē)工業(yè)的不斷發(fā)展與家用轎車(chē)的廣泛使用，汽車(chē)安全保護(hù)措施成為汽車(chē)設(shè)計(jì)的重要課題之一，且越來(lái)越重視對(duì)行人的保護(hù).歐盟新車(chē)評(píng)價(jià)規(guī)程Euro NCAP已將行人保護(hù)作為評(píng)價(jià)內(nèi)容之一，主要針對(duì)行人的頭部、上腿部及下腿部進(jìn)行評(píng)價(jià)，故行人保護(hù)性能直接影響車(chē)輛安全星級(jí)的評(píng)定.[12]在2015年之前Euro NCAP公布的結(jié)果中，較大部分行人保護(hù)上腿部得分為0分，尤其是大型車(chē)輛.由于行人上腿部的撞擊能量和角度都比較大，對(duì)車(chē)輛前端吸能空間和吸能零件的設(shè)計(jì)要求高，而前端結(jié)構(gòu)受造型的局限，空間非常有限.這會(huì)限制車(chē)輛的Euro NCAP星級(jí)評(píng)定.[3]Euro NCAP 8.0版對(duì)行人上腿部碰撞測(cè)試進(jìn)行修改，于2015年2月開(kāi)始實(shí)施.撞擊位置、撞擊角度、撞擊能量等均與之前版本不同.由于撞擊能量的整體降低，新的測(cè)試方法降低對(duì)車(chē)輛前端空間的要求，但是對(duì)其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和硬點(diǎn)的布置等提出新的要求.[4]本文根據(jù)不同車(chē)型，對(duì)車(chē)輛前端進(jìn)行設(shè)計(jì)，并基于試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行優(yōu)化分析.
1Euro NCAP行人上腿部評(píng)價(jià)規(guī)程簡(jiǎn)介在WAD775上選取撞擊點(diǎn)，從車(chē)輛中間位置開(kāi)始，在2個(gè)參考點(diǎn)區(qū)域內(nèi)在橫向垂直面內(nèi)每隔100 mm選取1個(gè)點(diǎn)，并刪除與角參考點(diǎn)距離小于50 mm的網(wǎng)格點(diǎn)，見(jiàn)圖1.按照舊的評(píng)價(jià)規(guī)程，撞擊位置在發(fā)動(dòng)機(jī)前緣基準(zhǔn)線上選取，對(duì)于離地高度角度較低的小型車(chē)輛來(lái)說(shuō)，發(fā)動(dòng)機(jī)前緣基準(zhǔn)線與WAD775包絡(luò)線的位置一般均在發(fā)動(dòng)機(jī)蓋前端，碰撞點(diǎn)的位置差別太不大，但對(duì)于離地高度較高的SUV車(chē)型來(lái)說(shuō)，WAD775包絡(luò)線位置一般在車(chē)輛上格柵位置，較發(fā)動(dòng)機(jī)前緣基準(zhǔn)線z向要低一些.
每個(gè)網(wǎng)格點(diǎn)的撞擊角度定義為該點(diǎn)的保險(xiǎn)杠內(nèi)參考線IBRL和包絡(luò)線WAD930所形成直線的垂直線與地面線所形成的夾角，見(jiàn)圖2.其中，保險(xiǎn)杠內(nèi)參考線IBRL是Euor NCAP 8.0新增加的劃線，與前保險(xiǎn)杠橫梁的結(jié)構(gòu)有關(guān).撞擊角度在0～44.757°范圍內(nèi)選?。ㄅf的評(píng)價(jià)規(guī)程的撞擊角度范圍為0～46°）.雖然撞擊角度的范圍并沒(méi)有減小太多，但對(duì)于離地高度較高的SUV車(chē)型來(lái)說(shuō)，由于撞擊位置的變化，新評(píng)價(jià)規(guī)程的角度變化比較明顯.
每個(gè)網(wǎng)格點(diǎn)的撞擊能量由撞擊角度決定，新評(píng)價(jià)規(guī)程的范圍為160.0～456.7 J，舊評(píng)價(jià)規(guī)程的范圍為200～700 J，新評(píng)價(jià)規(guī)程的撞擊能量要小很多.根據(jù)能量與位移和上腿部軸向力的關(guān)系，行人上腿部設(shè)計(jì)對(duì)空間的要求有所降低，在合理的空間范圍內(nèi)對(duì)前端結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提出更高的要求.
圖 2某車(chē)型行人保護(hù)上腿部撞擊示意
Fig.2Schematic of pedestrian upper leg impact
每個(gè)網(wǎng)格點(diǎn)的撞擊速度由撞擊角度決定，其大小范圍為5.521～9.327 m/s，舊的評(píng)價(jià)規(guī)程的撞擊速度在發(fā)動(dòng)機(jī)前緣高度與保險(xiǎn)杠前緣的曲線上通過(guò)線性插值獲得，范圍為20～50 km/h（5.56～13.9 m/s），新的評(píng)價(jià)規(guī)程最大撞擊速度小很多.
行人保護(hù)上腿部碰撞器質(zhì)量為定值10.5 kg.Euro NCAP行人上腿部傷害指標(biāo)有2個(gè)：上腿部軸向力及上腿彎矩.每個(gè)撞擊點(diǎn)的評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)為：上腿部軸向力380 N?m，該撞擊點(diǎn)得分為0分；位于2種情況之間，用線性插值計(jì)算得分，每個(gè)上腿部網(wǎng)格點(diǎn)的評(píng)分按2個(gè)指標(biāo)中得分低的計(jì)算.[5]如果某個(gè)網(wǎng)格點(diǎn)沒(méi)有進(jìn)行試驗(yàn)，則將會(huì)采用其臨近點(diǎn)的最壞的結(jié)果進(jìn)行評(píng)分.由于網(wǎng)格點(diǎn)對(duì)稱位于車(chē)輛的兩邊，所以可使用對(duì)稱原則.所有撞擊點(diǎn)得分相加后除以總個(gè)數(shù)，為該車(chē)型的得分率，得分率乘以6，為該車(chē)型行人上腿部總得分.行人上腿部滿分為6分.
2基于Euro NCAP 行人上腿部的前端結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)根據(jù)Euro NCAP 行人上腿部撞擊點(diǎn)位置的不同，前端結(jié)構(gòu)也應(yīng)分別進(jìn)行設(shè)計(jì).[6]A級(jí)車(chē)型的行人保護(hù)上腿部撞擊位置一般在發(fā)動(dòng)機(jī)蓋前緣，主要關(guān)鍵部件為發(fā)動(dòng)機(jī)蓋系統(tǒng)前緣、散熱器上支架及前保系統(tǒng)上支架.離地高度較高的SUV車(chē)型的行人保護(hù)上腿部撞擊位置一般在前保系統(tǒng)的上格柵位置，主要關(guān)鍵部件為上格柵系統(tǒng)及內(nèi)部吸能零件.
2.1A級(jí)車(chē)型前端結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
A級(jí)車(chē)型的行人保護(hù)上腿部撞擊位置一般在發(fā)動(dòng)機(jī)蓋前緣，與BLE線位置接近，見(jiàn)圖3.
圖 3A級(jí)車(chē)型行人上腿部撞擊點(diǎn)位置
Fig.3Location of pedestrian upper leg impact points on
A level vehicle
由于上腿部彎矩受上腿力的影響較大，故本文分析時(shí)以上腿力作為評(píng)價(jià)指標(biāo).發(fā)動(dòng)機(jī)蓋系統(tǒng)前緣、散熱器上支架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分析如下.
2.1.1發(fā)動(dòng)機(jī)蓋系統(tǒng)前緣設(shè)計(jì)
根據(jù)上腿部模型撞擊過(guò)程發(fā)動(dòng)機(jī)蓋前端的變形狀態(tài)，將其結(jié)構(gòu)優(yōu)化為可壓潰的懸臂結(jié)構(gòu)，見(jiàn)圖4a）.優(yōu)化后的結(jié)構(gòu)在受到上腿部撞擊時(shí)，圖示虛框內(nèi)的懸臂可以壓潰吸能，降低發(fā)動(dòng)機(jī)蓋對(duì)上腿模型的碰撞力度，上腿部軸向力曲線對(duì)比見(jiàn)圖4b）.
a） 發(fā)動(dòng)機(jī)蓋內(nèi)板前端結(jié)構(gòu)
b） 上腿部軸向力曲線對(duì)比
由圖4b）可看出，該結(jié)構(gòu)對(duì)曲線第二個(gè)峰值有明顯影響，表明發(fā)動(dòng)機(jī)蓋前端的可壓潰結(jié)構(gòu)對(duì)上腿部軸向力的降低有明顯影響.由于造型和布置等原因，懸臂結(jié)構(gòu)不能設(shè)計(jì)太長(zhǎng)，故在3個(gè)面內(nèi)增加弱化孔，見(jiàn)圖5a）.該弱化孔可以降低發(fā)動(dòng)機(jī)蓋前端對(duì)上腿模型的抗力，上腿部軸向力曲線對(duì)比見(jiàn)圖5b）.該弱化孔對(duì)上腿部軸向力曲線的2個(gè)峰值均有影響.弱化孔的方向及大小應(yīng)根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)蓋的綜合要求進(jìn)行設(shè)計(jì).
a） 發(fā)動(dòng)機(jī)蓋內(nèi)板前端結(jié)構(gòu)
b） 上腿部軸向力曲線對(duì)比
2.1.2散熱器上支架設(shè)計(jì)
散崞骺蚣芪塑料件（見(jiàn)圖6a）），安裝蒙皮的支架集成于散熱器前端模塊上.蒙皮支架剛度大，上腿模型撞擊到蒙皮支架上時(shí)，上腿部在該撞擊位置不得分，故對(duì)其結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化.新增加圖6a）所示支撐板，并將蒙皮支架集成于該支撐板上，蒙皮支撐板安裝于散熱器上橫梁上端.該方案可將剛度大的支架后移，降低車(chē)輛前端剛度，從而減小上腿部軸向力，對(duì)比見(jiàn)圖6b）.該結(jié)構(gòu)第一個(gè)峰值增大，但第二個(gè)峰值明顯降低，曲線趨于平緩，上腿部軸向力減小.如果散熱器框架為金屬件，其上支架可以設(shè)計(jì)為易于壓潰的結(jié)構(gòu)，主要設(shè)計(jì)方向?yàn)椋荷现Ъ軆?nèi)部加強(qiáng)筋的布置，其厚度及材料的選取參考文獻(xiàn)[7].
2.2SUV車(chē)型前端結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
離地高度較高的SUV車(chē)型的行人保護(hù)上腿部撞擊位置一般在BLE線下端的前保系統(tǒng)的上格柵位置，見(jiàn)圖7.a） 蒙皮支撐板結(jié)構(gòu)
b） 上腿部軸向力曲線對(duì)比
SUV vehicle
2.2.1上格柵結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
根據(jù)上腿模型撞擊過(guò)程前保上格柵的變形狀態(tài)，對(duì)其剛度進(jìn)行優(yōu)化，主要設(shè)計(jì)方向有格柵x向?qū)挾取⒏駯跑?chē)內(nèi)加強(qiáng)筋、材料厚度等.本文分析其厚度，研究格柵剛度對(duì)上腿部軸向力的影響，見(jiàn)圖8.
由圖8可看出，格柵剛度的減小有助于上腿部軸向力的減小，其剛度減小幅度也應(yīng)綜合其他因素進(jìn)行考慮.[8]
2.2.2內(nèi)部吸能零件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
SUV車(chē)型的上腿部撞擊點(diǎn)在上格柵位置，如果上格柵及前保蒙皮系統(tǒng)與前散熱器結(jié)構(gòu)的空間及造型有限制，在上腿部碰撞位置增加相應(yīng)的吸能零件對(duì)上腿部得分有很大幫助[9]，見(jiàn)圖9.吸能零件主要設(shè)計(jì)方向應(yīng)考慮吸能零件的位置、加強(qiáng)筋的布置及其料厚度等.
摘要：m序列是U頻通信方式的基礎(chǔ)理論，應(yīng)用較為廣泛，m序列是對(duì)最長(zhǎng)線性反饋移位寄存器序列的簡(jiǎn)稱，可由帶線性反饋的移位寄存器通過(guò)串行移位方式生成。文中通過(guò)對(duì)m序列生成的基本理論進(jìn)行了詳細(xì)介紹，并基于此設(shè)計(jì)了簡(jiǎn)易m序列調(diào)制解調(diào)器架構(gòu)，和硬件描述語(yǔ)言代碼，完成了仿真，測(cè)試。
關(guān)鍵詞：m序列；偽隨機(jī)碼；Verilog HDL；仿真
一、引言
m序列的使用是通信系統(tǒng)中CDMA（Code Division Multiple Access――碼分多址）模式的基礎(chǔ)，也是擴(kuò)頻通信方式的基礎(chǔ)理論。應(yīng)用較為廣泛，可用于《通信原理》基礎(chǔ)理論研究，也可以用于實(shí)際通信過(guò)程的擾碼單元使用，因此，對(duì)于該序列調(diào)制解調(diào)器的設(shè)計(jì)具有實(shí)際的意義。
m序列是對(duì)最長(zhǎng)線性反饋移位寄存器序列（maximal length linear feedback shift register sequence）的簡(jiǎn)稱，它是一種由帶線性反饋的移位寄存器所產(chǎn)生的序列，并且具有最長(zhǎng)周期。帶線性反饋的移位寄存器設(shè)定各級(jí)寄存器的初始狀態(tài)后，在時(shí)鐘觸發(fā)下，每次移位后各級(jí)寄存器狀態(tài)都會(huì)發(fā)生變化。觀察其中一級(jí)寄存器（通常為末級(jí)）的輸出，隨著移位時(shí)鐘節(jié)拍的推移會(huì)產(chǎn)生一個(gè)序列，稱為移位寄存器序列。可以發(fā)現(xiàn)序列是一個(gè)周期序列，其周期不但與移位寄存器的級(jí)數(shù)有關(guān)，而且與線性反饋邏輯有關(guān)。在相同級(jí)數(shù)情況下，采用不同的線性反饋邏輯所得到的周期長(zhǎng)度不同。此外，周期還與移位寄存器的初始狀態(tài)有關(guān)。
二、系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)方案
一般情況下，用于產(chǎn)生m序列的n級(jí)線性反饋移位寄存器的結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。
0010110011111000110111010100001（由右至左依次按順序生成），發(fā)送端需要調(diào)制的信號(hào)，與這31位數(shù)進(jìn)行異或運(yùn)算。為仿真驗(yàn)證波形顯示便利，在發(fā)送信號(hào)的時(shí)候采用調(diào)制方法，即將1相應(yīng)的調(diào)制為1，0調(diào)制為-1；則可以得到傳輸中的m序列。
三、系統(tǒng)HDL設(shè)計(jì)方案
系統(tǒng)使用Verilog HDL語(yǔ)言完成設(shè)計(jì)。代碼由add_noise.v、coder.v、correct.v、Corrected_Decoder.v、decoder.v和top.v六個(gè)Verilog HDL代碼。代碼架構(gòu)設(shè)計(jì)圖如圖3所示。分別為傳輸加噪、發(fā)送端編碼調(diào)制、發(fā)送端校驗(yàn)編碼、校驗(yàn)解碼、解碼單元和頂層單元。
m序列調(diào)制與解調(diào)部分學(xué)習(xí)和實(shí)驗(yàn)主要進(jìn)行了基于ModelSim仿真的代碼編寫(xiě)和調(diào)試，屬于不可綜合仿真，參考代碼中加入了兼具了testbench的測(cè)試功能。通信過(guò)程中，一般系統(tǒng)不會(huì)在啟動(dòng)后立即發(fā)送有效載荷數(shù)據(jù)，為了保證通信的穩(wěn)定，首先要發(fā)送雙方約定好的一系列信令和同步用數(shù)據(jù)信息，通過(guò)同步用數(shù)據(jù)信息來(lái)完成發(fā)送、接收雙方的時(shí)鐘、信令和控制數(shù)據(jù)的同步，同步后才能有效接收數(shù)據(jù)，這個(gè)過(guò)程類(lèi)似于網(wǎng)絡(luò)通信中的TCP協(xié)議通信過(guò)程，是通信網(wǎng)絡(luò)中保證收發(fā)雙方可靠、穩(wěn)定通信的流程。
四、設(shè)計(jì)仿真測(cè)試
上述設(shè)計(jì)代碼直接在ModelSim中就可以直接綜合和進(jìn)行仿真。加載了Verilog HDL代碼的ModelSim項(xiàng)目窗口如圖4所示。發(fā)送端發(fā)送的數(shù)據(jù)由outdata變量存儲(chǔ)，其發(fā)送的數(shù)據(jù)經(jīng)由編碼和加噪模塊完成數(shù)據(jù)的m調(diào)制后，發(fā)送至接收端，接收端由解校驗(yàn)和解碼單元處理后，形成解調(diào)數(shù)據(jù)。
仿真運(yùn)行50微秒后部分仿真波形如圖5所示。從圖5中很容易看出負(fù)向波谷（表示波形向下，但是取值仍未正）位置對(duì)應(yīng)的解調(diào)碼值為0，正向波峰對(duì)應(yīng)位置解調(diào)碼值為1。與該窗口outdata（已發(fā)送數(shù)據(jù)）顯示數(shù)據(jù)一致。
五、結(jié)束語(yǔ)
本簡(jiǎn)易m序列調(diào)制解調(diào)器設(shè)計(jì)完成了基本的設(shè)計(jì)目標(biāo)，能夠正常發(fā)送和解調(diào)已發(fā)送的數(shù)據(jù)，能夠準(zhǔn)確進(jìn)行仿真和驗(yàn)證，后續(xù)可以繼續(xù)進(jìn)行優(yōu)化和加長(zhǎng)序列調(diào)制長(zhǎng)度，并增加通信系統(tǒng)中常見(jiàn)的各種糾錯(cuò)編碼方案，以使系統(tǒng)更加完善。
摘要：隨著無(wú)線通信技術(shù)的快速發(fā)展，硅基工藝毫米波集成電路成為了熱點(diǎn)研究領(lǐng)域。本文主要分析考慮寄生參數(shù)的硅基接收機(jī)射頻前端電路的設(shè)計(jì)問(wèn)題。文中首先討論了用于射頻前端電路和片外電路接口PAD的影響，分析了PAD結(jié)構(gòu)、尺寸和寄生參數(shù)的相互制約問(wèn)題。然后，文中討論了如何在電路設(shè)計(jì)中進(jìn)行互連線參數(shù)提取，以及設(shè)計(jì)互連線中需要考慮的因素。
關(guān)鍵詞：射頻前端 無(wú)源器件 寄生參數(shù) PAD 互連線
1 引言
隨著半導(dǎo)體工藝和微電子技術(shù)的快速發(fā)展，硅基工藝微波射頻集成電路受到了工業(yè)、科技、醫(yī)藥醫(yī)療等領(lǐng)域的科研工作者的興趣[1，2，3]，硅基工藝集成電路相對(duì)于其他工藝電路具有集成度高、價(jià)格低等優(yōu)點(diǎn)。然而，當(dāng)硅基工藝集成電路的工作頻率提升到微波波段范圍時(shí)，其集成電路設(shè)計(jì)將受限于電路中有源器件和無(wú)源器件的模型精度，同時(shí)受限于電路中其它一些參數(shù)性能，如傳輸線寄生參數(shù)、電路的pad結(jié)構(gòu)、dummy金屬填充等。因此，在實(shí)際的電路設(shè)計(jì)中既要考慮有源器件和無(wú)源器件模型，同時(shí)還要考慮電路設(shè)計(jì)中的寄生參數(shù)對(duì)電路性能的影響。
無(wú)線接收機(jī)是無(wú)線通信系統(tǒng)的重要組成部件，其主要作用是將空氣中的目標(biāo)信號(hào)進(jìn)行接收，然后通過(guò)下變頻轉(zhuǎn)換成低頻信號(hào)，再通過(guò)解調(diào)將數(shù)據(jù)恢復(fù)成原來(lái)的格式發(fā)送給目標(biāo)用戶。雖然無(wú)線接收機(jī)由射頻前端，基帶信號(hào)處理部分和應(yīng)用接口等部件構(gòu)成，但在現(xiàn)有成熟的基帶技術(shù)情況下，接收機(jī)的性能主要決定于射頻前端的性能[3]。對(duì)于接收機(jī)而言，通常要求具有滿足應(yīng)用要求的靈敏度和動(dòng)態(tài)范圍，如果將靈敏度和動(dòng)態(tài)范圍進(jìn)行轉(zhuǎn)換，則可以轉(zhuǎn)換成接收機(jī)對(duì)應(yīng)的噪聲系數(shù)，動(dòng)態(tài)范圍和增益等指標(biāo)。由于接收機(jī)的主要性能取決于射頻前端的性能，因此接收機(jī)的主要性能取決于射頻前端的噪聲系數(shù)，增益，線性度等主要指標(biāo)。在射頻前端電路設(shè)計(jì)，通常采用不同的結(jié)構(gòu)來(lái)得到需要的射頻性能指標(biāo)，然而，在實(shí)際的電路設(shè)計(jì)中，不但要考慮電路的結(jié)構(gòu)同時(shí)還需要考慮電路設(shè)計(jì)中的寄生參數(shù)，本文主要討論射頻前端電路的設(shè)計(jì)中如何考慮寄生參數(shù)。
2 硅基射頻前端電路設(shè)計(jì)總體考慮
圖1是常規(guī)的超外差式接收機(jī)射頻前端電路結(jié)構(gòu)[4]，射頻前端電路中包含濾波器，低噪聲放大器，混頻器，壓控振蕩器（VCO），可變?cè)鲆娣糯笃鳎ㄖ蟹牛┑饶K構(gòu)成，射頻信號(hào)通過(guò)天線進(jìn)入到RF濾波器中進(jìn)行需要射頻信號(hào)的選頻，通過(guò)RF濾波器將接收機(jī)需要的射頻信號(hào)從空中信號(hào)中選擇出來(lái)。經(jīng)過(guò)RF濾波器出來(lái)的信號(hào)通常信號(hào)幅度都很弱，增加其信號(hào)能量是進(jìn)行有效檢測(cè)的重要手段，通過(guò)低噪聲放大器可以大幅度提高信噪比。由于RF濾波器的信號(hào)中通常含有鏡像信號(hào)，該鏡像信號(hào)將在后續(xù)的變頻電路中對(duì)有用信號(hào)產(chǎn)生影響，因此低噪聲放大器輸出信號(hào)需要通過(guò)鏡像抑制濾波器對(duì)鏡像信號(hào)進(jìn)行抑制?；祛l器將本地振蕩器產(chǎn)生的信號(hào)和接收的射頻信號(hào)進(jìn)行下混頻得到中頻信號(hào)，在輸出的中頻信號(hào)中將含有不少數(shù)量的交調(diào)成分，IF濾波器對(duì)無(wú)用交調(diào)成分進(jìn)行過(guò)濾，然后送入到可變?cè)鲆娣糯笃髦羞M(jìn)行放大，進(jìn)而放大后的信號(hào)到基帶中進(jìn)行解調(diào)或者進(jìn)行進(jìn)一步下變頻得到更低的中頻信號(hào)。
在實(shí)際的射頻前端電路設(shè)計(jì)中，由于各個(gè)濾波器通常是采用電感和電容無(wú)源器件來(lái)實(shí)現(xiàn)，受限于硅襯底的低電阻率特性，RF濾波器、IR濾波器和IF濾波器通常由片外模塊來(lái)實(shí)現(xiàn)，而其中的各個(gè)有源電路，如低噪放、混頻器、VCO和中放則通過(guò)片上電路來(lái)實(shí)現(xiàn)，這種情況下片外模塊-各種濾波器和片上電路之間的連接需要通過(guò)PAD和鍵合線來(lái)實(shí)現(xiàn)。
對(duì)于射頻前端而言，噪聲系數(shù)、線性度、增益和功耗是影響其實(shí)際使用的四個(gè)因素。通常期望射頻前端具有低的噪聲系數(shù)，高線性度、高增益和低功耗。然而，在實(shí)際的電路設(shè)計(jì)中低的噪聲系數(shù)、高線性度、高增益通常將帶來(lái)功耗的增加，因此在實(shí)際的射頻前端電路設(shè)計(jì)中通常以功耗為主要限制條件，對(duì)射頻前端電路的設(shè)計(jì)以功耗為約束條件，在一定功耗和確定增益的情況下對(duì)噪聲系數(shù)，線性度等進(jìn)行分配。
對(duì)于射頻前端另一個(gè)需要考慮的因素是電路設(shè)計(jì)中的各類(lèi)無(wú)源器件，用于和片外電路連接的PAD、金屬鍵合線以及電路大量存在的各類(lèi)傳輸線。由于射頻前端常用的電感和電容這兩類(lèi)無(wú)源器件工藝廠商在提供設(shè)計(jì)模型（PDK文件）時(shí)已經(jīng)進(jìn)行了精確的模型驗(yàn)證，在射頻前端設(shè)計(jì)中可以直接利用模型進(jìn)行設(shè)計(jì)。然而，對(duì)于其余的器件如PAD，金屬鍵合線、互連線等，通常工藝廠商無(wú)相關(guān)的模型，需要在集成電路設(shè)計(jì)中進(jìn)行考慮。同時(shí)，由于模塊電路的各個(gè)元器件之間以及各個(gè)模塊之間需要采用大量采用互連線進(jìn)行連接，此時(shí)大量存在的互連線將不可避免的對(duì)射頻前端性能產(chǎn)生影響。
3 射頻前端的寄生參數(shù)設(shè)計(jì)
圖2是片上射頻前端電路包含無(wú)源器件的電路框圖，不同于圖1的射頻電路結(jié)構(gòu)，圖2中各個(gè)器件之間的互連線以及和片外電路連接的金屬PAD都顯示于圖中，在圖中，各個(gè)模塊內(nèi)部有源器件、無(wú)源器件相互之間的互連線沒(méi)有顯示出來(lái)。
從圖2中可以看出，對(duì)于射頻前端而言，其不可避免的存在大量的互連線和金屬PAD。由于這些互連線和金屬PAD存在，將不可避免的對(duì)電路性能產(chǎn)生影響，在實(shí)際的電路設(shè)計(jì)中需要對(duì)這些無(wú)源器件寄生參數(shù)進(jìn)行考慮，提高系統(tǒng)電路性能。
3.1 PAD考慮及效應(yīng)影響
如圖1所示，射頻前端電路中由于其內(nèi)部模塊需要和外部電路之間進(jìn)行信號(hào)交換，需要采用PAD來(lái)把片上的模塊如低噪聲放大器和片外的濾波器連接。對(duì)于射頻電路而言，為了保證功率無(wú)反射，通常需要和外部電路連接片上模塊的輸入阻抗和輸出阻抗為50歐姆，這就要求低噪聲放大器的輸入端和輸入端，混頻器的輸入端都要匹配成50歐姆，保證信號(hào)能夠良好傳輸。在實(shí)際的電路設(shè)計(jì)中，由于PAD通常由一層或兩層金屬作為信號(hào)線層，底層金屬作為地這樣結(jié)構(gòu)構(gòu)成，這些信號(hào)層將和地構(gòu)成電容，影響電路性能。
對(duì)于PAD而言，其對(duì)電路設(shè)計(jì)帶來(lái)的影響主要是在電路的輸入端和輸出端增加寄生電容和寄生電阻[4]。由于PAD帶來(lái)的寄生電容在電路的輸入端和輸出端和電路相互并聯(lián)，該并聯(lián)電容將和輸入端和輸出端的阻抗一起構(gòu)成了射頻模塊新的輸入阻抗和輸出阻抗，改變了電路的輸入輸出反射系數(shù)，導(dǎo)致?lián)p壞增加。由于該電容直接和地相連，理論上該電容越小越好，即盡可能的采用頂層金屬和較小的面積來(lái)實(shí)現(xiàn)PAD結(jié)構(gòu)，從而減小電容量。另一方面，對(duì)于PAD而言，當(dāng)其接入到射頻電路中，PAD本身帶來(lái)的寄生電阻將和輸入阻抗、輸出阻抗相互串聯(lián)，進(jìn)而導(dǎo)致其信號(hào)的損耗增加。由于PAD的寄生電阻和金屬面積成反比，和金屬的厚度成正比，為了減小這種寄生電阻的損耗，有效的策略是增加其面積，同時(shí)頂層金屬和臨近頂層金屬層通過(guò)過(guò)孔連接起來(lái)。然而，當(dāng)采用這種把兩層金屬作為信號(hào)層結(jié)構(gòu)時(shí)，信號(hào)金屬層和地金屬層之間的距離將顯著減小，這將導(dǎo)致PAD寄生電容的增加，因此在電路設(shè)計(jì)時(shí)需要綜合進(jìn)行考慮。
對(duì)于PAD另一個(gè)需要綜合考慮的是其面積。由于PAD的面積直接影響其寄生電阻大小和寄生電容大小。PAD面積越大，寄生電容越大，寄生電阻越小，同時(shí)帶來(lái)的關(guān)鍵問(wèn)題是芯片面積的顯著增加，因此，為降低其寄生電容，同時(shí)減小其芯片面積，通常PAD的尺寸按照可以實(shí)現(xiàn)金屬鍵合線連接的最小尺寸為主。
3.2 互連線考慮及效應(yīng)影響
對(duì)于射頻前端而言，另一個(gè)不可避免的無(wú)源器件是系統(tǒng)內(nèi)大量存在的互連傳輸線，如圖2所示。這些互連線其主要的寄生參數(shù)包含串聯(lián)電感和電阻，并聯(lián)電容，并聯(lián)電導(dǎo)這幾部分構(gòu)成。各個(gè)寄生參數(shù)的大小和互連線的尺寸成正比，為了減小這些寄生參數(shù)，各個(gè)互連線的尺寸應(yīng)該盡可能短。同時(shí)，對(duì)于射頻集成電路而言，其工作信號(hào)的頻率通常達(dá)到幾個(gè)吉赫茲甚至更高的幾十吉赫茲，此時(shí)，傳輸線的寄生效應(yīng)，尤其是寄生電阻和寄生電感將會(huì)對(duì)電路的性能帶來(lái)顯著影響。為降低這些寄生參數(shù)影響，射頻電路的各個(gè)器件之間的互連線應(yīng)該單端從電路設(shè)計(jì)中提取出來(lái)，然后通過(guò)電磁場(chǎng)仿真軟件如HFSS，ADS-Momentum等進(jìn)行模型構(gòu)建和寄生參數(shù)提取，再將提取的寄生參數(shù)放入到電路中進(jìn)行仿真。在實(shí)際電路設(shè)計(jì)中，可以將這些互連線作為電路中匹配元件的一部分，降低這些互連線對(duì)電路影響。
對(duì)于互連線另一個(gè)需要重點(diǎn)考慮的因素是互連線的對(duì)稱性。根據(jù)集成電路知識(shí)可以知道，為減少共模信號(hào)對(duì)電路的干擾，電路中信號(hào)通常是采用差分信號(hào)結(jié)構(gòu)的形式，如混頻器，放大器，VCO等通常采用的是差分結(jié)構(gòu)形式[5]。然而，對(duì)于差分電路而言，一個(gè)至關(guān)重要的因素是差分信號(hào)的一致性，即差分信號(hào)的幅度相等，相位相反。當(dāng)差分信號(hào)的失配嚴(yán)重系統(tǒng)射頻性能將大幅度降低。為了保證差分信號(hào)一致性，在電路結(jié)構(gòu)上應(yīng)該盡可能的使電路對(duì)稱。這種電路結(jié)構(gòu)的對(duì)稱既包含電路的有源器件對(duì)稱，也包含器件之間的互連線的對(duì)稱性。當(dāng)電路中不可避免的需要采用長(zhǎng)的互連線時(shí)，應(yīng)該保證互連線兩支路都是采用相同的金屬層，互連線的長(zhǎng)度嚴(yán)格一致，同時(shí)兩支路的結(jié)構(gòu)嚴(yán)格完全相同。
4 結(jié)語(yǔ)
隨著無(wú)線通信技術(shù)的快速發(fā)展，硅基工藝射頻集成電路在集成電路設(shè)計(jì)的熱點(diǎn)領(lǐng)域。本文主要討論了考慮無(wú)源器件寄生參數(shù)的硅基接收機(jī)射頻前端電路設(shè)計(jì)問(wèn)題。對(duì)于射頻前端而言，其不可避免的需要和片外電路進(jìn)行相互連接，此時(shí)用作輸入輸出接口的PAD寄生參數(shù)將對(duì)電路設(shè)計(jì)帶來(lái)影響，為降低其寄生電容和寄生電阻的影響，文中分析了PAD結(jié)構(gòu)和尺寸的相互制約問(wèn)題。射頻前端電路設(shè)計(jì)中另一個(gè)重要的問(wèn)題是電路內(nèi)部大量存在的互連線，文中討論了如何在電路設(shè)計(jì)中進(jìn)行互連線參數(shù)提取，以及設(shè)計(jì)互連線中需要考慮的因素。
【摘 要】介紹了一種基于DSP的用于高溫高壓高速時(shí)溫度、壓力、振動(dòng)等環(huán)境參數(shù)測(cè)量的一體化前端采集控制器，給出了硬件和軟件設(shè)計(jì)方案，重點(diǎn)介紹了硬件設(shè)計(jì)，硬件方案設(shè)計(jì)主要圍繞數(shù)據(jù)的高速采集和大容量存儲(chǔ)兩方面考慮。該采集器具有速度快、處理能力強(qiáng)、可靠性和電磁兼容性高等優(yōu)點(diǎn)。
【關(guān)鍵詞】TMS320F2812PGFA芯片；大容量存儲(chǔ)；數(shù)據(jù)處理
0 引言
在某些高溫高壓高速實(shí)驗(yàn)場(chǎng)合中，溫度、壓力、振動(dòng)等環(huán)境參數(shù)是是檢驗(yàn)被測(cè)物體及運(yùn)動(dòng)裝置的可靠性和可維修性的重要依據(jù)，為被測(cè)物體的改進(jìn)提供必要的依據(jù)。而這些參數(shù)的測(cè)量通過(guò)熱電偶傳感器、壓力傳感器、振動(dòng)傳感器將物理量信息轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，送給一體化前端采集控制器。一體化前端采集控制器將所接收到的電信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字量后，將數(shù)據(jù)保存起來(lái)，并可以通過(guò)以太網(wǎng)口、RS422及USB口等通訊接口將數(shù)據(jù)上傳至計(jì)算機(jī)中。計(jì)算機(jī)可以處理和分析數(shù)據(jù)，并可以將處理結(jié)果用報(bào)表、圖表的方式打印出來(lái)。由于這些實(shí)驗(yàn)的無(wú)法重復(fù)性、復(fù)雜性這就對(duì)一體化前端采集控制器的設(shè)計(jì)提出了更高的要求，不僅具備多通道高速采集和大容量存儲(chǔ)的功能還應(yīng)具有很高的可靠性、精確性和電磁兼容性。
1 一體化前端采集控制器工作原理
一體化前端采集控制器的工作原理圖如圖1所示。一體化前端采集控制器將采集通道、主控部分、數(shù)據(jù)總線等集成在一起，采用嵌入式計(jì)算機(jī)技術(shù)設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)一體化程控，并具有RS422、USB2.0和以太網(wǎng)接口。
2 硬件設(shè)計(jì)方案
2.1 主控制部分
每臺(tái)采集器都有一個(gè)主控制板，其作用是通過(guò)相應(yīng)的端口與上位機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，并通過(guò)控制總線對(duì)采集板進(jìn)行控制與數(shù)據(jù)交換。組成框圖如圖2所示。
2.1.1 中央處理器
考慮到系統(tǒng)的高速數(shù)據(jù)采集、大容量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，通道獨(dú)立性等特點(diǎn)，數(shù)據(jù)采集和存儲(chǔ)的控制由一個(gè)高速32位DSP（數(shù)字處理單片機(jī)）芯片實(shí)現(xiàn)。DSP單片機(jī)與普通單片機(jī)相比，在運(yùn)行速度和數(shù)據(jù)處理能力上都有后者無(wú)法比擬的優(yōu)越性，完全可以滿足系統(tǒng)高速采集的要求。在DSP芯片的選擇上，采用TI公司的TMS320F2812PGFA 32位定點(diǎn)處理DSP芯片，該芯片不但運(yùn)行速度高（可達(dá)150MHz的主頻），處理功能強(qiáng)大，并且具有豐富的片內(nèi)外圍設(shè)備，便于接口和模塊化設(shè)計(jì)，其信價(jià)比極高。而且它特有的性能是外部存貯空間接口可達(dá)1MB、可編程等待狀態(tài)、三個(gè)獨(dú)立的片選端還有幾十個(gè)GPIO端口可供選擇。此特點(diǎn)用于管理其它采集板通訊雙口RAM（IDT7027）提供了很大的方便。芯片內(nèi)部具有8K×16的片內(nèi)Flash存儲(chǔ)器，可以大大降低系統(tǒng)的體積，而且其功耗也比較低（核心電壓1.8V，I/O口電壓3.3V）。
2.1.2 主控板CPLD
為方便通道的可擴(kuò)展性，設(shè)計(jì)了一套完整的并行數(shù)據(jù)總線和協(xié)議。每塊采集板上都有自己的一個(gè)控制CPU來(lái)進(jìn)行采集和存儲(chǔ)控制，并通過(guò)并行數(shù)據(jù)總線和協(xié)議由一塊主控制板來(lái)與上位機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。為增強(qiáng)儀器的可靠性和總線的驅(qū)動(dòng)能力，所以在每塊板上都增加了一套總線驅(qū)動(dòng)器，考慮到板子體積大小，將總線驅(qū)動(dòng)器做到了一個(gè)CPLD中，其特點(diǎn)就是集成度高，體積小，邏輯更改方便可以通過(guò)編程來(lái)實(shí)現(xiàn)。
2.2 采集通道部分
為了增加板子可靠性和獨(dú)立性，我們?cè)O(shè)計(jì)中都將每塊板子設(shè)計(jì)成為了相對(duì)獨(dú)立的采集器。由自己控制CPU、采樣AD、信號(hào)調(diào)理前端、存貯磁盤(pán)及通訊總線。其組成框圖如圖3所示。
2.2.1 中央處理器
根據(jù)儀器需要及與主控部分的編程操作方便，CPU控制器也是選用TI公司的TMS320F2812PGFA 32位定點(diǎn)處理DSP芯片，它還具有3個(gè)32位的CPU定時(shí)器，運(yùn)用這三個(gè)定時(shí)器，可實(shí)現(xiàn)AD的定時(shí)采集，以達(dá)到采樣頻率：10Hz-160KHz/通道，連續(xù)可調(diào)。
2.2.2 A/D轉(zhuǎn)換器
A/D轉(zhuǎn)換器是將輸入模擬電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)的關(guān)鍵部位。設(shè)計(jì)中采用了AD公司的高速16位A/D轉(zhuǎn)換器AD7663AST芯片。該AD轉(zhuǎn)換器具有高速度、高精度、低功耗、單一電源供電（+5V）等特點(diǎn)，使用其±5V量程檔?？梢酝耆珴M足本測(cè)量系統(tǒng)對(duì)于測(cè)量速度和測(cè)量精度16位的要求。
2.2.3 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)
數(shù)據(jù)存儲(chǔ)也是數(shù)據(jù)采集通道中的一個(gè)關(guān)鍵部分，它必須滿足存儲(chǔ)容量和能夠掉電保持?jǐn)?shù)據(jù)的雙重功能。設(shè)計(jì)中采用靜態(tài)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器緩存加大容量電子盤(pán)（ADC）作為存儲(chǔ)介質(zhì)實(shí)現(xiàn)大容量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。電子盤(pán)與普通Flash存儲(chǔ)器相比，具有速度快、容量大的優(yōu)點(diǎn)；與普通硬盤(pán)相比，存儲(chǔ)容量相當(dāng)，電子盤(pán)的工作環(huán)境溫度更寬、抗沖擊振動(dòng)能力強(qiáng)、體積小、安裝形式多，更適合本測(cè)量系統(tǒng)。根據(jù)程序支持的存貯容量，用戶通過(guò)上位機(jī)軟件去選擇存儲(chǔ)盤(pán)的容量，最高可支持512M字節(jié)的存儲(chǔ)。
2.2.4 雙口RAM
增加雙口RAM目的是為了實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)在采集過(guò)程中的實(shí)時(shí)監(jiān)控功能。當(dāng)CPU在采樣過(guò)程中先將AD的采樣數(shù)據(jù)放在靜態(tài)RAM中，然后再將數(shù)據(jù)存入電子盤(pán)。當(dāng)采樣率比較高的時(shí)候CPU的工作頻率也就相對(duì)比較高。這時(shí)靠CPU再與上位機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換已經(jīng)來(lái)不及了。在不影響采集存儲(chǔ)的情況下只有靠主控板自己的CPU把數(shù)據(jù)從采集RAM取走傳給上位機(jī)。普通單口RAM只有一個(gè)讀寫(xiě)操作口無(wú)法實(shí)現(xiàn)上述功能，而雙口RAM有左右兩個(gè)讀寫(xiě)操作口，這樣就可以實(shí)現(xiàn)了邊存儲(chǔ)邊顯示的功能了。而且為增加總線數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俣群头奖阈?，將雙口RAM的存儲(chǔ)區(qū)劃分幾個(gè)不同的區(qū)域，每塊采集板的所有要與主控板進(jìn)行交換的數(shù)據(jù)及命令都靠取RAM中不同區(qū)域數(shù)據(jù)來(lái)實(shí)現(xiàn)。根據(jù)需要選用IDT公司的IDT70V28L芯片，其存儲(chǔ)容量為64k X 16位，電源為3.3V。該芯片典型功耗為440mW，待機(jī)功耗僅660μW。
2.2.5 信號(hào)調(diào)理前端
信號(hào)調(diào)理前端作用就是把傳感器的信號(hào)歸一化為理想的電壓信號(hào)，再由AD進(jìn)行采樣轉(zhuǎn)換?，F(xiàn)在大多數(shù)傳感器信號(hào)輸出型式有三種：電荷型、單端電壓型、差分電壓型。為實(shí)現(xiàn)儀器能對(duì)多種信號(hào)進(jìn)行采集，所以在采集板上做了三種信號(hào)調(diào)理電路，通過(guò)模擬電子開(kāi)關(guān)及編程的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)信號(hào)的切換。
2.3 電源管理模塊
為滿足野外無(wú)外接電源長(zhǎng)時(shí)間工作需求，選大容量聚合物鋰電池，選定制的電池保護(hù)電路保證穩(wěn)定的電流輸出。大容量聚合物鋰電池可根據(jù)需要擴(kuò)充電量，外置的電池盒可方便拆卸和搬運(yùn)，在電池盒中設(shè)置的溫控電路也可保障電池在低溫環(huán)境下的工作。
3 軟件設(shè)計(jì)
前端采集器需要完成數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)3 個(gè)基本功能，這三部分在系統(tǒng)軟件的監(jiān)控和任務(wù)調(diào)度下協(xié)同運(yùn)行。軟件設(shè)計(jì)的主要流程圖如圖4所示。
進(jìn)入數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)后，程序首先對(duì)系統(tǒng)初始化，內(nèi)部計(jì)時(shí)器開(kāi)始計(jì)時(shí)，啟動(dòng)ADC采集數(shù)據(jù)，主程序進(jìn)入一個(gè)死循環(huán)；當(dāng)ADC轉(zhuǎn)換完畢，進(jìn)入中斷子程序，采集并存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，然后將采集的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到硬盤(pán)里，以便進(jìn)行數(shù)據(jù)處理與分析。
4 可靠性和電磁兼容性設(shè)計(jì)
4.1 可靠性設(shè)計(jì)
一體化前端采集控制器設(shè)計(jì)時(shí)，在滿足整機(jī)主要性能指標(biāo)的前提下，按照可靠性的要求進(jìn)行簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)、降額設(shè)計(jì)、熱設(shè)計(jì)、三防設(shè)計(jì)、安全設(shè)計(jì)等，從簡(jiǎn)化電路構(gòu)成、增加元件參數(shù)額定使用上限、加強(qiáng)散熱效果、采取三防處理、采取絕緣處理等方面考慮，確保了一體化前端采集控制器的可靠性。
4.2 電磁兼容性設(shè)計(jì)
一體化前端采集控制器在設(shè)計(jì)中采取一系列電磁兼容及抗干擾措施：電源模塊的輸入、輸出都具有濾波電路；同時(shí)在每塊印制板的電源入口處放置大電容，在每個(gè)組件旁和每個(gè)信號(hào)的輸入接口處放置小電容，從而加強(qiáng)了儀器抗電磁兼容干擾的能力；印刷板采取了去耦措施，電源端、輸入輸出端加濾波；印刷線路板布線有規(guī)則前向布線，盡量縮短布線長(zhǎng)度；信號(hào)線與回線盡量靠近，平行走線。按電路類(lèi)型對(duì)元件、邏輯組件進(jìn)行分組，相對(duì)集中，相互獨(dú)立的功能塊周?chē)玫鼐€環(huán)繞；采用多層印制板，增加電源層及接地層接觸面，增強(qiáng)抗干擾能力；對(duì)儀器所用元器件嚴(yán)格按照選用標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行篩選和選用，保證其抗干擾能力；由于整機(jī)采用金屬殼，具有屏蔽作用，因此會(huì)大幅度減少內(nèi)部噪聲輻射到機(jī)殼外部。
5 結(jié)語(yǔ)
本文設(shè)計(jì)的一體化前端采集控制器具備多通道、大容量、高速采集與存儲(chǔ)的功能。由于采用了高性能的DSP芯片TMS320F2812PGFA和采用嵌入式計(jì)算機(jī)技術(shù)，加入了可靠性設(shè)計(jì)和電磁兼容性設(shè)計(jì)，適合一些高溫高壓高速實(shí)驗(yàn)場(chǎng)合測(cè)量的要求。
摘 要：AJAX作為當(dāng)前網(wǎng)站開(kāi)發(fā)的前沿技術(shù)，可根據(jù)用戶需要向服務(wù)器端發(fā)送少量的數(shù)據(jù)請(qǐng)求，實(shí)現(xiàn)快速無(wú)刷新地改變系統(tǒng)頁(yè)面的布局和內(nèi)容，從而提供給用戶極佳的瀏覽體驗(yàn)。文中將分析AJAX的基本原理以及其在Web應(yīng)用交互中的重點(diǎn)突破，并設(shè)計(jì)出基于AJAX的智慧農(nóng)業(yè)監(jiān)控系統(tǒng)前端框架。
關(guān)鍵詞：AJAX；智慧農(nóng)業(yè)；Web前端；異步通信
0 引 言
作為一個(gè)21世紀(jì)新興強(qiáng)國(guó)，我國(guó)農(nóng)業(yè)卻仍以傳統(tǒng)耕種方式為主，這樣不僅造成各種資源的浪費(fèi)，更對(duì)環(huán)境與水土造成嚴(yán)重污染和破壞，對(duì)農(nóng)業(yè)的可持續(xù)性發(fā)展構(gòu)成了嚴(yán)重的威脅。我國(guó)政府部門(mén)先后頒布了諸多農(nóng)業(yè)科技發(fā)展新條例，足以體現(xiàn)其對(duì)農(nóng)業(yè)發(fā)展的高度重視。伴隨著物聯(lián)網(wǎng)的飛速發(fā)展，越來(lái)越多的先進(jìn)技術(shù)被應(yīng)用到農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，運(yùn)用傳感器和軟件通過(guò)移動(dòng)平臺(tái)或者電腦平臺(tái)對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)進(jìn)行控制是當(dāng)前農(nóng)業(yè)發(fā)展的必然趨勢(shì)。Web前端作為Web系統(tǒng)的內(nèi)容展現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)可視化的同時(shí)，為用戶與系統(tǒng)提供了豐富的交互入口，在整個(gè)智慧農(nóng)業(yè)監(jiān)控系統(tǒng)中起著至關(guān)重要的作用。
1 AJAX簡(jiǎn)介
AJAX（Asynchronous JavaScript And XML）的全稱為異步JavaScript和XML，它是由JavaScript、XMLHttpRequest（XHR）、DOM、XML等技術(shù)復(fù)合而成的異步通信技術(shù)。
1.1 AJAX的工作原理
AJAX的工作原理就是在瀏覽器與服務(wù)器之間增加了一個(gè)包含一些復(fù)雜JavaScript程序的AJAX引擎，而XHR對(duì)象作為異步通信的基礎(chǔ)，旨在為JavaScript程序提供許多豐富可用的接口與后臺(tái)服務(wù)器端進(jìn)行少量的數(shù)據(jù)交互，然后通過(guò)對(duì)XML文檔的解析處理，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)頁(yè)面的快速選擇性刷新。
1.2 傳統(tǒng)應(yīng)用模型與AJAX應(yīng)用模型的比較
在傳統(tǒng)的Web應(yīng)用中，當(dāng)用戶進(jìn)行表單提交時(shí)，瀏覽器直接將數(shù)據(jù)發(fā)送給后臺(tái)服務(wù)器，后臺(tái)對(duì)請(qǐng)求進(jìn)行相應(yīng)處理后通過(guò)Http協(xié)議返回給瀏覽器一個(gè)完整的頁(yè)面，瀏覽器接收到返回?cái)?shù)據(jù)后將對(duì)頁(yè)面進(jìn)行重新構(gòu)造并顯示，其應(yīng)用模型如圖1所示。在此過(guò)程中，瀏覽器處于空白狀態(tài)，用戶必須等到頁(yè)面完全被刷新后才能瀏覽更新的內(nèi)容。
圖1 傳統(tǒng)的Web應(yīng)用模型
而在基于AJAX的新興Web應(yīng)用中，瀏覽器首先將數(shù)據(jù)發(fā)送給AJAX引擎中的JavaScript代碼，由JavaScript代碼首先來(lái)捕捉表單中需提交的數(shù)據(jù)，然后將其發(fā)送給后臺(tái)服務(wù)器，從而實(shí)現(xiàn)用戶操作與服務(wù)器響應(yīng)的異步化，用戶無(wú)需等到后臺(tái)服務(wù)器響應(yīng)仍可繼續(xù)操作程序。但JavaScript代碼并不會(huì)將所有的請(qǐng)求都提交給后臺(tái)服務(wù)器去處理，部分無(wú)需從后臺(tái)獲取新數(shù)據(jù)的請(qǐng)求交由AJAX引擎自身來(lái)處理，其它確認(rèn)需要獲取新數(shù)據(jù)的請(qǐng)求則由AJAX引擎提交給服務(wù)器。這樣不僅能夠?qū)崿F(xiàn)頁(yè)面的局部刷新，縮短用戶的等待時(shí)間，而且能夠?qū)⒁徊糠謹(jǐn)?shù)據(jù)處理交由瀏覽器來(lái)完成，從而減輕服務(wù)器的負(fù)擔(dān)。
2 系統(tǒng)Web前端設(shè)計(jì)
2.1 系統(tǒng)需求分析
“智慧農(nóng)業(yè)”作為一種科學(xué)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)手段，它主要通過(guò)給每個(gè)基點(diǎn)配置無(wú)線傳感節(jié)點(diǎn)來(lái)獲取植物的生長(zhǎng)環(huán)境信息，如空氣溫濕度、光照強(qiáng)度、土壤的酸堿度、植物養(yǎng)分、氣體含量等參數(shù)。系統(tǒng)將會(huì)先收集無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)發(fā)來(lái)的數(shù)據(jù)并將其進(jìn)行存儲(chǔ)，而后將存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫(kù)的數(shù)據(jù)進(jìn)行提取、篩選、統(tǒng)計(jì)、分析，最終將更具科學(xué)性、代表性的結(jié)果通過(guò)瀏覽器展現(xiàn)給用戶。系統(tǒng)也可以設(shè)置為智能模式，將結(jié)果進(jìn)行自動(dòng)分析，自動(dòng)控制相應(yīng)設(shè)備。引入視頻圖像與圖像處理，直觀地反映農(nóng)作物生產(chǎn)的實(shí)時(shí)狀態(tài)，從整體上給農(nóng)戶提供更加科學(xué)的種植決策理論依據(jù)。
Web前端作為系統(tǒng)的可視化部分，主要是為了實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)顯示，給用戶提供一個(gè)與后臺(tái)進(jìn)行數(shù)據(jù)交互、參數(shù)設(shè)置、設(shè)備控制的入口。
2.2 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)
根據(jù)系統(tǒng)的需求分析，總體上可將系統(tǒng)分為登陸界面、登陸失敗界面、設(shè)備監(jiān)控界面、設(shè)備管理界面、視頻監(jiān)控界面、系統(tǒng)設(shè)置界面、日志記錄界面、設(shè)備詳情界面、掃描新設(shè)備界面、視頻監(jiān)控詳情界面。系統(tǒng)前端界面流程圖如圖3所示。
整個(gè)界面設(shè)計(jì)框架主要分為三層，結(jié)構(gòu)層、表示層和行為層。結(jié)構(gòu)層主要是由HTMl負(fù)責(zé)創(chuàng)建，實(shí)現(xiàn)了頁(yè)面文字、圖片和動(dòng)畫(huà)的繪制；表示層是CSS負(fù)責(zé)創(chuàng)建，完成了網(wǎng)頁(yè)顏色、布局和線條的美化；行為層則是JavaScript語(yǔ)言和DOM負(fù)責(zé)創(chuàng)建，實(shí)現(xiàn)了頁(yè)面事件的動(dòng)態(tài)交互。三層結(jié)合提供給用戶一個(gè)可視性強(qiáng)、可操作性強(qiáng)的智能平臺(tái)。設(shè)備監(jiān)控界面作為其主界面，PC端效果圖如圖4所示，系統(tǒng)的設(shè)置界面如圖5所示。
3 AJAX在系統(tǒng)中的應(yīng)用
對(duì)于一個(gè)監(jiān)控功能系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)刷新以及控制設(shè)備狀態(tài)的實(shí)時(shí)改變是非常重要的。在本文的智慧農(nóng)業(yè)監(jiān)控系統(tǒng)中，主要使用了DOM中的setInterval方法來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的輪詢，將一個(gè)包含AJAX請(qǐng)求的函數(shù)傳入其中作為要執(zhí)行的代碼塊。應(yīng)用程序?qū)⒅芷谛缘膱?zhí)行相應(yīng)的AJAX請(qǐng)求，快速完成頁(yè)面的局部刷新，獲取到當(dāng)前時(shí)段的最新數(shù)據(jù)信息。當(dāng)用戶需要改變底層控制設(shè)備的狀態(tài)時(shí)，用戶通過(guò)觸發(fā)點(diǎn)擊事件向服務(wù)器發(fā)送AJAX請(qǐng)求，并根據(jù)服務(wù)器的返回?cái)?shù)據(jù)相應(yīng)的改變系統(tǒng)中的狀態(tài)圖片。在這整個(gè)過(guò)程中，系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了無(wú)刷新更新頁(yè)面，用戶幾乎完全不知道后臺(tái)發(fā)生的一切。
4 結(jié) 語(yǔ)
隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的不斷發(fā)展，智慧農(nóng)業(yè)的運(yùn)用將更加廣泛，農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)的處理也會(huì)越來(lái)越精確、安全。而AJAX作為一種用于創(chuàng)建快速動(dòng)態(tài)網(wǎng)頁(yè)的技術(shù)，雖說(shuō)在用戶體驗(yàn)上帶來(lái)了極大的提升，但在瀏覽器兼容性、數(shù)據(jù)新舊區(qū)分以及客戶端負(fù)載等方面仍存在不足。相信隨著Web技術(shù)的不斷完善，AJAX在應(yīng)用程序中的運(yùn)用也會(huì)更加成熟。
