時間：2023-03-20 16:14:43
緒論：在尋找寫作靈感嗎？愛發(fā)表網(wǎng)為您精選了8篇自動控制理論論文，愿這些內(nèi)容能夠啟迪您的思維，激發(fā)您的創(chuàng)作熱情，歡迎您的閱讀與分享！
福建省農(nóng)業(yè)科學(xué)院中以示范農(nóng)場位于福州市晉安區(qū)新店鎮(zhèn)埔檔村，于2013年10月引進(jìn)以色列設(shè)備及技術(shù)，建成3500耐以上的玻璃溫室大棚，建成投人使用1年來運行良好?，F(xiàn)將該玻璃溫室大棚的自動化控制系統(tǒng)設(shè)計，及其應(yīng)用于無土基質(zhì)設(shè)施栽培的管理經(jīng)驗總結(jié)如下。
1自動化控制玻璃溫室大棚系統(tǒng)設(shè)計
1.1玻璃溫室大棚自動化控制系統(tǒng)設(shè)計系統(tǒng)材料和結(jié)構(gòu)
玻璃溫室是以透明玻璃為覆蓋材料的溫室，透光率一般為60%一70%。溫室的骨架為鍍鋅鋼管，門窗框架、屋脊為鋁合金輕型鋼材，肩高約8ma大棚管理系統(tǒng)采用JPK-013型自動化控制系統(tǒng)。開啟電腦，輸入用戶名及密碼，在桌面點擊海峽農(nóng)業(yè)示范園控制系統(tǒng)圖標(biāo)，點擊特殊菜單，點擊登錄“開”，彈出對話框，再次輸人另外一個用戶名及密碼，就可進(jìn)行參數(shù)操作設(shè)計。設(shè)計結(jié)束后，下拉特殊菜單，點擊退出“關(guān)”。把目標(biāo)溫度設(shè)計為300C，降溫需求百分比為10%。
1.2系統(tǒng)功能及操作設(shè)計方案
1.2.1夏、秋季的操作設(shè)計方案根據(jù)南方夏、秋季需要降溫的要求設(shè)計操作方案。
1.2.2冬、春季的操作設(shè)計方案根據(jù)南方冬、春季的氣候特點設(shè)計保溫操作方案。
2玻璃溫室大棚自動化控制系統(tǒng)設(shè)計管理要點
2.1水肥機一體化系統(tǒng)管理
水肥機由以色列Galcon公司提供。操作步驟:電腦開機一桌面一點擊Client系統(tǒng)一點擊Mixero
2.2分區(qū)設(shè)計管理
2.2.1水肥機一體化分區(qū)管理將整個溫室分成6個水肥灌溉區(qū)域，即與電腦連接的6個水閥所控制的灌溉區(qū)域為一個獨立的單元。區(qū)域布置見圖to水肥機裝肥料母液的肥料桶共7個桶，A,B液各3個桶，另外1個酸液桶，分為3個組別，酸液桶共用。針對不同作物，每組的肥料母液可以有所區(qū)別。A桶(Fert.1)和B桶(Fert.2)吸量都設(shè)為5.0L/m3，酸液(Fert.3)吸量設(shè)為3.5I}/m3。1區(qū)、2區(qū)種植瑞豐番茄，2014年5月31日移植;3區(qū)種植金玉滿堂番茄，4區(qū)種植串串紅鈴番茄，3區(qū)、4區(qū)均為5月22日移植。從移植到7月2日每天灌溉1次，清晨5:00開始滴灌，時間為10mino7月2日開始增加為4次，每次3min。因為3區(qū)、4區(qū)結(jié)果多，植株細(xì)弱，7月6日再增加1次，即3區(qū)、4區(qū)結(jié)果期每天灌溉5次，每次3mino5區(qū)、6區(qū)分別種植金石王1號和金玉滿堂番茄，2013年11月9日移植，前期灌溉同3區(qū)、4區(qū)，因結(jié)果盛期需肥水較多，增至每天7次(表3)。
2.2.2各區(qū)域的項目編號綁定及灌溉時間表(Irri-gationProgramNo.)設(shè)計各區(qū)域的電腦識別代碼及灌溉時間表設(shè)計見表30
2.3灌溉時間等數(shù)據(jù)的設(shè)計及修改
在Mixer的圖案里，點擊IrrigationProgramNo.，在左上角白色框格里輸入所要修改或設(shè)定的項目編號(ProgramNo.)，回車，再在左上角白色框格的左邊，點擊鎖匙(解鎖)，選擇要修改的數(shù)據(jù)，輸人要修改的數(shù)據(jù)，全部修改完畢，再次點擊解鎖，點擊確定(sure)完成修改。其他項目的修改過程同樣。
2.4所需EC,pH值的修改及其感應(yīng)器校準(zhǔn)
點擊FertilizationPrograms，在肥料項目號7,8,9欄目內(nèi)修改各種植區(qū)所需的灌溉水肥的EC,pH值。2014年種植番茄，1,2,3,4區(qū)的EC值設(shè)置為1.5ms/cm,爪6區(qū)盛果期設(shè)置為2.0ms/cm;pH值都設(shè)置為5.7。當(dāng)發(fā)現(xiàn)水肥機上的EC,pH值有偏差時，要用標(biāo)準(zhǔn)液來進(jìn)行校準(zhǔn)。
2.5洗鹽
點擊右上角IrrigationPrograms進(jìn)人操作界面，點擊ProgramSettings進(jìn)入灌水?dāng)?shù)據(jù)界面。程序號(Prog.No)要選擇灌溉肥料沒用過的空白號。優(yōu)先權(quán)(PrioritySetup)選擇low。灌溉間隔天數(shù)(Irri.Cycledays)選擇1d，時間單位(Irri.Unit)為min;灌水量(Quantity)為持續(xù)灌水60min，肥料(Fert.Prog)填寫0。開始(StartTime)寫0:O1，結(jié)束寫23;59;各區(qū)的間隔灌溉時間(Duratior)寫250min(洗鹽1輪60x4為240min，其間休息10min。這就是洗鹽1d的循環(huán)模式。
2.6過濾器清洗
每個肥料母液桶下面都有1個過濾器，選擇在沒有灌溉的時間段里，關(guān)閉水肥母液桶的開關(guān)，把過濾器小心擰開，用清水沖洗過濾片，干凈為止。然后在灌溉之前裝回，打開水肥開關(guān)。水肥機后面也有1個過濾器。
2.7混合桶溢水問題的解決
灌溉是邊混合水肥邊進(jìn)行灌溉，如果遇到突然停電，等來電時，電腦不知道混合桶的水肥該往哪個區(qū)走。因此，當(dāng)看到混合桶溢水時，應(yīng)立即手工把混合桶里的水肥舀出1/2。
3小結(jié)
“智能型住宅家庭設(shè)施自動控制與管理系統(tǒng)應(yīng)用研究”是哈爾濱工業(yè)大學(xué)（原哈爾濱建筑大學(xué)）承接的項目，由哈爾濱工業(yè)大學(xué)和北京德達(dá)數(shù)據(jù)系統(tǒng)有限責(zé)任公司合作開發(fā)。該項目采用LONWORKS技術(shù)開發(fā)研究并在住宅示范小區(qū)工程中試運行。1、對住宅居住環(huán)境（濕度、濕度）及設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控；2、住戶三表（水表、電表、煤氣表）遠(yuǎn)傳；3、住戶三防（防火、防災(zāi)、防盜）；4、廚房設(shè)備監(jiān)控；5、衛(wèi)生間排風(fēng)控制。這些功能用LON總線一節(jié)點實施，即每一住戶為一LON節(jié)點，然后再用棗服務(wù)器管理各個用戶的節(jié)點構(gòu)成LON總線系統(tǒng)。該項研究已在北京翌景嘉園示范小區(qū)通過試運行，下面對其自評估如下：
一、攻關(guān)的任務(wù)、考核目標(biāo)及主要技術(shù)指標(biāo)：
經(jīng)過論證，我們在專題合同中將各種指標(biāo)定位在：
本專題的攻關(guān)任務(wù)：研究智能型住宅家庭設(shè)施自動控制與管理系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括兩項任務(wù)，其一是開發(fā)家用管理軟件，其二是開發(fā)家庭智能控制裝置，實現(xiàn)對居室溫度、濕度進(jìn)行自動調(diào)節(jié)；對廚房用具進(jìn)行時序控制；對衛(wèi)生間的排風(fēng)進(jìn)行控制。而家用電腦管理軟件要對家庭設(shè)施進(jìn)行管理并提供若干家政服務(wù)程序。
本專題的考核目標(biāo)：提供具有居室空調(diào)、廚房監(jiān)控、衛(wèi)生間自動排風(fēng)功能的微機控管裝置一套；提供家用電腦管理軟件一套；住宅溫、濕度等參數(shù)應(yīng)滿足智能住宅規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)；在示范工程中應(yīng)用該項成果。
本專題的技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)：溫度、濕度等主要被控參數(shù)應(yīng)滿足智能小康住宅標(biāo)準(zhǔn)（溫度18℃～28℃，濕度30％～70％）；系統(tǒng)運行可靠。
在進(jìn)行該項專題的進(jìn)一步研究的過程中，結(jié)合當(dāng)前先進(jìn)技術(shù)的發(fā)展以及我國智能住宅發(fā)展?fàn)顩r，在原有的合同的基礎(chǔ)上，我們對家庭智能控制器又增加了三表遠(yuǎn)傳、安防等功能。
二、專題執(zhí)行情況評價
本專題按兩個部分實施，即家庭智能控制器和家用電腦管理軟件的研究：
1、家庭智能控制器
（1）功能
本專題所開發(fā)的家庭智能控制器即智能節(jié)點具有4路模擬輸入，12路數(shù)字輸入，12路數(shù)字輸出，其所實現(xiàn)的功能如下：
通過對室內(nèi)溫度監(jiān)測，得到實際溫度與設(shè)定溫度比較：當(dāng)實際溫度低于設(shè)定溫度一定值時，在夏季關(guān)空調(diào)，在冬季開暖氣；當(dāng)實際溫度高于設(shè)定溫度一定值時，在夏季開空調(diào)，在冬季關(guān)暖氣。溫度控制達(dá)到智能小康住宅規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)：18～28℃。
通過對室內(nèi)濕度監(jiān)測，得到實際濕度與設(shè)定濕度比較：當(dāng)實際溫度高于設(shè)定溫度一定值時，關(guān)加濕器；當(dāng)實際濕度低于設(shè)定濕度一定值時，開加濕器。濕度控制達(dá)到智能小康住宅規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)：30～70％。
對三表實行脈沖計數(shù)，并發(fā)送到上位機。
當(dāng)門磁或紅外報警時，在設(shè)防狀態(tài)下，聲光報警和自動撥號器啟動，并有報警信號傳到上位機。
玻璃破碎報警時，聲光報警啟動；在設(shè)防狀態(tài)下，自動撥號器啟動：有報警信號傳到上位機。
緊急按鈕報警時，自動撥號器啟動，并有報警信號傳到上位機。
排風(fēng)扇按鈕控制排風(fēng)扇，排風(fēng)扇運行一段時間自動關(guān)閉。
煙感探頭報警時，煤氣閉閥器關(guān)閉，聲光報警和自動撥號器啟動，并有報警信號傳到上位，此外，通過判斷煙感探頭輸入信號可識別探頭是否有故障。
煤氣泄漏報警時，排風(fēng)扇啟動，煤氣閉閥器關(guān)閉，聲光報警和自動撥號器啟動，并有報警信號傳到上位機。
探頭復(fù)位輸入控制火災(zāi)探頭掉電復(fù)位及開啟煤氣閉閥器。
通過上位機運作，可以控制廚房設(shè)備按一定時序啟動。
溫度的設(shè)置可以通過上位機或者設(shè)定按鈕實現(xiàn)。
濕度的設(shè)置可以通過上位機或者設(shè)定按鈕實現(xiàn)。
與本專題預(yù)期目標(biāo)相比，我們在設(shè)備監(jiān)控的基礎(chǔ)上，增加了安防功能，三表遠(yuǎn)傳功能；我們經(jīng)過認(rèn)真研究，考慮研發(fā)產(chǎn)品的應(yīng)用和推廣，我們單片機來完成這些功能，而是采用了先進(jìn)的現(xiàn)場總線棗LON總線。
（2）應(yīng)用的LONWORKS技術(shù)特點
本專題采用了LONWORKS技術(shù)進(jìn)行開發(fā)，該技術(shù)有如下特點：
開放性：網(wǎng)絡(luò)協(xié)議開放，對用戶平等；
通信媒介的多樣性：可采用任何媒介進(jìn)行通信，如雙絞線、電力線、光纖、同軸電纜、無線電波、紅外等，并且同一網(wǎng)絡(luò)可以有多種通信媒介；
互操作性：其通信協(xié)議Lontalk是符合ISO定義的OSI模型，任何制造商的產(chǎn)品都可以實現(xiàn)互操作性；
網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洌河行切汀⒖偩€型、環(huán)型以及自由型；
網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)：主從式、對等式或客戶/服務(wù)式結(jié)構(gòu)；
通信的每幀有效字?jǐn)?shù)可從0至228個字節(jié)；
通信速率可達(dá)1.25MB/S，此時有效距離為130M；78KB/S的雙絞線，直線通信距離可達(dá)2700M；
其技術(shù)核心器件棗Neuron芯片內(nèi)部裝有三個8位微處理器、34種I/O對象和定時器以及LONTALK通信協(xié)議等。該芯片具有通信和控制功能。
近年來，該技術(shù)在國內(nèi)外的智能建筑領(lǐng)域都得到了應(yīng)用和發(fā)展，其開發(fā)工具平臺強大，開發(fā)者在短期內(nèi)就可以完成開發(fā)工作；在韓國、日本、澳大利亞、加拿大等國都已經(jīng)利用該技術(shù)完成多項工程；并且，總體來看，該技術(shù)適用于中國，而且還在無線擴頻等方面有繼續(xù)加強的潛力，能在家庭智能系統(tǒng)上有更大的突破。
（3）解決的技術(shù)關(guān)鍵
功能集成：在目前智能住宅產(chǎn)品中，實現(xiàn)單一功能（如抄表、安防）的產(chǎn)品很多，本裝置將三表收費、三防、廚房設(shè)備監(jiān)控、室內(nèi)環(huán)境監(jiān)測、衛(wèi)生間排風(fēng)扇控制等功能集成在一起，真正實現(xiàn)了功能集成。
采用了Lonworks技術(shù)：Lonworks技術(shù)作為先進(jìn)的總線技術(shù)，在本專題得以采用，將會更有利于家庭智能控制裝置的推廣。
模擬量的引入：從長遠(yuǎn)來看，將模擬量引入智能住宅將是必然，而目前國內(nèi)幾乎沒有智能住宅產(chǎn)品將其引入，本裝置將模擬量引入，也體現(xiàn)裝置的前瞻性。
軟件編程語言采用NeuronC語言，利用該語言事件驅(qū)動任務(wù)的特點，增強了裝置的實時性。
本裝置可靈活組態(tài)：如果用戶不需要該模塊中的模擬輸入，我們就會在設(shè)計硬件電路時預(yù)留出端口，而不焊接模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊，這樣可為用戶省下投資，也為其將來擴展做好準(zhǔn)備；12路數(shù)字輸入點被開關(guān)量或脈沖信號來觸發(fā)，其可以配置成電表水表煤氣表輸入，可以配置成安防信號輸入，也可以是二者結(jié)合；12路輸出只是一個開關(guān)信號，也可根據(jù)實際情況進(jìn)行靈活配置。
與目前系統(tǒng)集成商所提出智能小區(qū)方案相比，本專題將家用電腦引入家庭智能控制系統(tǒng)來管理家庭設(shè)施。
住宅節(jié)能：我們認(rèn)為，智能住宅在提供給人們安全、舒適的環(huán)境的同時，也應(yīng)將節(jié)能的概念引入智能住宅中。在本專題中，我們對衛(wèi)生間排風(fēng)采取實時控制，使其在滿足室內(nèi)排風(fēng)要求的同時做到節(jié)省電能；我們通過對室內(nèi)溫度的設(shè)定，在不同季節(jié)內(nèi)對空調(diào)或供暖設(shè)備進(jìn)行控制，使其在一定的條件下工作，當(dāng)達(dá)到預(yù)期要求時，立刻停止工作，進(jìn)而達(dá)到節(jié)能的目的。
模數(shù)轉(zhuǎn)換通信匹配問題：在本專題中，我們利用Max186芯片對采樣的溫濕度信號進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換。Max186芯片具有12位精度，其與LONWORKS技術(shù)的neurowire方式進(jìn)行通信需要匹配，本專題解決了這個問題。
本專題所開發(fā)出來的家庭智能控制器比較成熟，可作為產(chǎn)品投入市場，并且，該家庭智能控制器已經(jīng)在北京翌景嘉園使用。與目前國內(nèi)同類產(chǎn)品相比，其性能價格比是最優(yōu)的（具體情況見效益分析）。
2、家用電腦管理軟件
家用電腦管理軟件是在Delphi5.2平臺上開發(fā)而成，其功能、設(shè)計特點如下：
（1）功能
提供家庭生活服務(wù)信息。主要有：醫(yī)療保健知識、家庭菜肴、點心制作方法及飲食科學(xué)知識、女性美容裝飾常識、花鳥魚種值飼養(yǎng)方法、旅游知識、保險知識及家庭生活中的一些常用信息等。
提供家庭事物管理手段。這部分主要內(nèi)容有：家庭財務(wù)、親友通訊錄、個人檔案管理。
該軟件通過網(wǎng)卡直接對家庭設(shè)施進(jìn)行管理：三表計費、設(shè)備狀態(tài)顯示、廚房設(shè)備時序控制、溫濕度設(shè)定。
（2）軟件特點：
是軟、硬件技術(shù)成功結(jié)合的典范：考慮到“小康住宅”的特點，將計算機硬件、軟件技術(shù)相結(jié)合，通過LON控制模塊成功地實現(xiàn)了對住宅內(nèi)的環(huán)境監(jiān)測及設(shè)備監(jiān)控。
實用性強：在本軟件中，我們以科學(xué)實用為原則，從醫(yī)學(xué)、美食、旅游、保險、美容裝飾、花鳥魚種植飼養(yǎng)、財務(wù)管理、通信錄管理等方面為用戶提供了及其豐富的生活服務(wù)信息，以便為用戶的工作、學(xué)習(xí)提供更多的方便。
易學(xué)易用：在軟件開發(fā)過程中，我們在不影響功能及生動性的前提下，盡量使界面簡潔、直觀，并具有邏輯性，從而使得用戶容易掌握軟件的思路及操作方法。
三、成果應(yīng)用前景及效益分析
建筑業(yè)是國家的支柱產(chǎn)業(yè)，住宅建設(shè)占總房產(chǎn)建設(shè)投資的80％左右，國家十分關(guān)注住宅建設(shè)，繼“解困”、“安居”工程后，又努力實施“小康”工程。為了加大“小康”工程力度，國家把“2000年小康城鄉(xiāng)科技產(chǎn)業(yè)工程”列為國家重大科技產(chǎn)業(yè)項目?？梢?，投身于住宅小區(qū)智能化以及相關(guān)產(chǎn)品的研發(fā)，既有利于推動建筑業(yè)的發(fā)展，又能帶來可觀的經(jīng)濟效益和社會效益。
1、國內(nèi)智能小區(qū)市場預(yù)測
隨著計算機技術(shù)、現(xiàn)代通信技術(shù)和自動控制技術(shù)等高新技術(shù)的延伸，智能建筑應(yīng)運而生。智能小區(qū)是智能大廈的基本含義中擴展出來的。以1999年為例，國家在99年對住宅的投資1700～1800億元人民幣，根據(jù)建設(shè)部對小區(qū)初、中、高三個等級的劃分，小區(qū)智能化為住宅小區(qū)總投資的1％～3％。以此比例計算，則僅99年度對小區(qū)智能化的需求就達(dá)17～54億元人民幣，而隨著住房體制改革的不斷深入及人們對住宅環(huán)境要求的不斷提高，該數(shù)值還會將大幅度提高。由此可見，小區(qū)智能化市場前景廣闊。
2、本專題的實用性及前瞻性
“智能型住宅家庭設(shè)施自動控制與管理系統(tǒng)應(yīng)用研究”作為2000年小康城鄉(xiāng)科技產(chǎn)業(yè)工程“的一個專題，該項研究應(yīng)用LONWORKS技術(shù)開發(fā)并在住宅示范小區(qū)工程中試運行。該家庭智能控制器具有很強的靈活必一，根據(jù)用戶需要，可以進(jìn)行靈活配置，例如：如果用戶不需要該模塊中的模擬輸入，我們就會在設(shè)計硬件電路時預(yù)留同端口，而不焊接模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊，這樣可為用戶省下投資，也為其將來擴展做好準(zhǔn)備；12路數(shù)字輸入點被開關(guān)量或脈沖信號來觸發(fā)，其可以配置成電表水表煤氣氣輸入，可以配置成安防信號輸入，也可以是二者結(jié)合；12路輸出只是一個開關(guān)信號，也可根據(jù)實際情況進(jìn)行靈活配置。總之，該家庭智能控制器即適合現(xiàn)在智能住宅的要求，也會在一定程度上滿足將來發(fā)展的需要。
我們開發(fā)的家庭智能控制器再加上各種傳感器構(gòu)成的控制系統(tǒng)，其價格為4000元左右，即每個住戶用于智能化投資在4000元左右，與當(dāng)前國家制定普及型智能住宅價格（5000元）相比，相對價位下降20％；而從長遠(yuǎn)來看，隨著人民生活水平的提高以及家庭智能控制器各類相關(guān)器件價格的下調(diào)，大多數(shù)用戶對智能化的投資是可以接受的，并且其所帶來的各種效益是無法估量的。
4、本專題的社會效益
本專題是以小康住宅智能化宗旨，旨在為人們提供舒適、安全、健康的環(huán)境。這一方面提高了人們生活水平，另一方面也為人們的高效率快節(jié)奏提供了條件。
智能住宅設(shè)施的自動控制和管理，既需要相關(guān)行業(yè)的支持，也促進(jìn)相關(guān)行業(yè)的發(fā)展。智能住宅建設(shè)的興起，將使許多相關(guān)企業(yè)投入建筑市場，又為許多人提供了就業(yè)機會。
此外，對于生產(chǎn)智能控制器的廠商來說，他們在推廣應(yīng)用這項成果中，將會獲得可觀的經(jīng)濟效益。
四、專題調(diào)協(xié)的科學(xué)性和合理性的后評估
本專題設(shè)置的科學(xué)性和合理性可從以下幾方面反映出來：
1、專題在智能小區(qū)的地位
智能小區(qū)在智能化大樓的基礎(chǔ)上擴展和延伸出來，人們通過對小區(qū)建筑群的四個基本要素（結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)、服務(wù)、管理）進(jìn)行優(yōu)化考慮，提供一個投資合理，又擁有高效率、舒適、溫馨、便利以及安全的人居環(huán)境。從以上的定義可以看出，人們通常提出的智能大廈的3A（建筑設(shè)備自動化、辦公自動化、通信自動化）或5A（在“3A”的基礎(chǔ)上加上安防自動化和防火自動化）也適合智能小區(qū)，所以智能小區(qū)的“智能”很大一部分都體現(xiàn)在其自動化的程度。此次國家制定的該課題與以往課相比，其對智能建筑的功能定位更加合理（功能多而必要），并且具有一定的前瞻性（廚房設(shè)備的自動化以及模擬量的引入隨著人民生活的提高也將會被人們接受）。總之，本專題對智能小區(qū)“智能”的研究，在智能小區(qū)的整體研究中起著相當(dāng)重要的作用。
2、未來市場走向
筆者認(rèn)為，建筑業(yè)是國家的支柱產(chǎn)業(yè)，住宅建設(shè)將占房產(chǎn)建設(shè)投資的80％左右，其中對智能小區(qū)投資占總房產(chǎn)建設(shè)投資的8～24％，在這種背景下，國家將會進(jìn)一步加大對智能化建筑的投資。由于智能小區(qū)的概念是近幾年才形成的，單個功能或系統(tǒng)如抄表、報警功能在一些住宅小區(qū)中已經(jīng)有些應(yīng)用，但是還沒有哪個廠家能夠推出從總體上設(shè)計和規(guī)劃成熟的智能小區(qū)網(wǎng)絡(luò)化綜合管理系統(tǒng)，目前的市場還處于群龍無首階段。此時，國內(nèi)市場急需一種性能價格比較高的智能化產(chǎn)品，這時研究智能型住宅家庭設(shè)施控制和管理系統(tǒng)將有更重要的意義。
3、用戶需求
隨著生活水平的提高，一方面，人們對住宅的追求不僅僅局限于外表的裝飾，人們對住宅的智能已經(jīng)有了初步的認(rèn)識；另一方面，在一些發(fā)達(dá)的城市中已經(jīng)出現(xiàn)智能小區(qū)并為人們所接受。此時研究本專題開發(fā)出適合人們要求的智能化產(chǎn)品也具有很重要的意義。
4、科技含量
可以說智能小區(qū)是隨著計算機技術(shù)、通信技術(shù)、自動控制等的發(fā)展而提出和發(fā)展起來的。智能小區(qū)的“智能”也可理解成為其科技含量，其科技含量的高低反映了智能小區(qū)智能化的水平。本專題所采用的LONWORKS技術(shù)是最近幾年內(nèi)流行的先進(jìn)的現(xiàn)場總線技術(shù)，運用該項技術(shù)研究本專題并開發(fā)出基于該技術(shù)的產(chǎn)品，將更有利于該產(chǎn)品的推廣，并且隨著LONWORK技術(shù)本身的改進(jìn)和提高，智能化產(chǎn)品也利于更新?lián)Q代。
總之，“智能型住宅家庭設(shè)施自動控制與管理系統(tǒng)應(yīng)用研究”專題的完成，一方面，為家庭設(shè)施智能化的可行性提供了依據(jù)；另一方面，也為制定家庭設(shè)施智能化規(guī)范提供了參考。并且，本專題開發(fā)出來的成果正在轉(zhuǎn)換成產(chǎn)品，這進(jìn)一步證明了專題設(shè)置的科學(xué)性和合理性。
五、經(jīng)費決算和經(jīng)費使用評價
國家科委為“智能型住宅家庭設(shè)施自動控制與管理系統(tǒng)應(yīng)用研究”專題攻關(guān)撥款10萬元，于1999年9月?lián)芸畹焦枮I建筑大學(xué)，課題組將其分成兩個子項實施，即智能家庭控制裝置和家用電腦管理軟件，經(jīng)過一年多的研發(fā)，現(xiàn)已完成。其經(jīng)費使用情況如下：
收入
支出
科目實際數(shù)（萬元）科目金額（萬元）單位自籌2儀器設(shè)備費1.5國家撥款10材料費0.5加工費0.5試驗費1.0管理費3.0勞務(wù)費2.0軟硬件費1.0調(diào)研費1.5其他1.0合計12合計122、經(jīng)費使用評價
本專題的研究采用LONWORK技術(shù)，并要求在示范小區(qū)試運，這樣做可保證技術(shù)的先進(jìn)性和成果的推廣。但應(yīng)用該技術(shù)必須在其開發(fā)平臺上完成，我們沒有（國內(nèi)僅少數(shù)單位具有）開發(fā)工具，該開發(fā)系統(tǒng)由美國ECHLON公司專賣，價值二十萬元。其次選擇示范小區(qū)，也要花費相當(dāng)數(shù)量的費用。面對這兩項主要開銷，國家科委下?lián)艿氖f元是明顯不足的。為了解決經(jīng)費的不足，我們采取如下措施：
（1）將該專題分成兩個子項，即智能住宅家庭控制裝置和家用電腦管理軟件。其中智能住宅家庭控制裝置由于采用LONWORKS技術(shù)，我們決定采用合作開發(fā)的辦法，而家用電腦管理軟件采用自主開發(fā)，經(jīng)費分項使用。
（2）選擇北京德達(dá)數(shù)據(jù)系統(tǒng)有限責(zé)任公司作為合作伙伴，主要原因是該公司作為國內(nèi)智能建筑領(lǐng)域起步最早的企業(yè)之一，其在智能建筑科研、設(shè)計、安裝頗具實力，并且還備有開發(fā)技術(shù)產(chǎn)品的成套設(shè)備。與該公司合作，他們可提供開發(fā)設(shè)備和安裝調(diào)試條件，我們出技術(shù)、人力，這樣做就不需購買專題開發(fā)用的設(shè)備，也就節(jié)省了這筆大的開銷。
（3）確定北京翌景嘉園示范小區(qū)作為試運點，該智能住宅小區(qū)是北京德達(dá)數(shù)據(jù)系統(tǒng)有限責(zé)任公司承接工程，其中有該公司科研、開發(fā)、實驗樣板間，利用該樣板間提供的條件（其中包括智能住宅的多種傳感器），可以節(jié)省現(xiàn)場安裝調(diào)試所需的硬件費用。
（4）本著節(jié)省的原則辦事情，由于合作單位、示范小區(qū)均在北京，而我們在哈爾濱，兩地的差旅費將要占科研經(jīng)費的三分之一，我們利用北京德達(dá)數(shù)據(jù)系統(tǒng)有限責(zé)任公司提供給校方人員的食宿條件以及按每次出差要集中高效辦事的原則，使差旅費的花銷僅用原計劃的一半。
由于利用以上一些措施，使得該項目實際用費基本與國家科委撥款持平。
六、存在的問題
目前，國內(nèi)沒有一個完整的智能小區(qū)規(guī)范，這為定位智能住宅的功能帶來一定難度，本專題對家庭智能控制裝置的功能是結(jié)合我國智能小區(qū)現(xiàn)狀及各種技術(shù)資料定位的，并且對每個家庭所配置節(jié)點數(shù)還有待進(jìn)一步研究。
在本專題中，由于目前廚房設(shè)備的種類和數(shù)量的不可預(yù)測性，我們僅定義了兩個廚房設(shè)備，并對其進(jìn)行一定的時序控制，對廚房設(shè)備數(shù)量及實時監(jiān)控還需深入探討；家庭智能控制裝置對設(shè)備控制只局限于開關(guān)控制，對設(shè)備的進(jìn)一步控制有待于進(jìn)一步研究。
關(guān)鍵詞：本機振蕩器直接數(shù)字頻率合成自動頻率控制脈內(nèi)測頻
雷達(dá)系統(tǒng)根據(jù)其工作頻率一般分為米波雷達(dá)、分米波雷達(dá)和厘米波雷達(dá)，其接收機通常是超外差形式的。分米波雷達(dá)和厘米波雷達(dá)由于其工作頻率較高，一般都有自動頻率控制（AFC）系統(tǒng)，控制本振頻率自動跟蹤發(fā)射頻率的變化，或者控制發(fā)射頻率自動穩(wěn)定在本振頻率對應(yīng)的頻率點上，保證雷達(dá)接收機的中頻頻率穩(wěn)定。但是傳統(tǒng)的模擬式單環(huán)路或雙環(huán)路AFC系統(tǒng)由于受模擬電路本身的局限，使得AFC的跟蹤速度慢、跟蹤頻率范圍窄、精度低，甚至有可能出現(xiàn)錯誤跟蹤的情況；此外，控制本振的自頻控雷達(dá)由于在本機振蕩器上加裝了頻率調(diào)整裝置，影響了本振的頻率穩(wěn)定度，這對動目標(biāo)雷達(dá)而言是難以接受的。米波雷達(dá)由于其工作頻率較低，基本上沒有自動頻率控制系統(tǒng)，但是米波雷達(dá)的發(fā)射機工作頻率和接收機本機振蕩頻率由于環(huán)境溫度、電源電壓和負(fù)載變化而發(fā)生一定的變化，其變化范圍從幾十千赫茲到數(shù)百千赫茲，通常在500～600kHz之間。雖然由此造成的中頻頻率變化量的絕對值不會超出中頻放大器的通頻帶范圍（中頻放大器的通頻帶通?！?MHz），但是數(shù)百千赫茲的變化量使回波信號不能得到最有效的放大，造成雷達(dá)接收機技術(shù)、戰(zhàn)術(shù)性能降低，此時即使加裝DSU（DigitalStableUnit）設(shè)備，也由于中頻頻率漂移的影響，使DSU的性能無法得到最有效的發(fā)揮。
應(yīng)用鎖相環(huán)頻率合成技術(shù)實現(xiàn)雷達(dá)自動頻率控制系統(tǒng)已經(jīng)是比較成熟的技術(shù)方案，這種方案的應(yīng)用解決了非相參雷達(dá)的自動頻率跟蹤與本振頻率穩(wěn)定度之間的矛盾，但是鎖相環(huán)固有的大慣性、大步進(jìn)間隔和非線性誤差卻嚴(yán)重地限制著鎖相環(huán)自動頻率控制系統(tǒng)的性能，使其無法滿足高速、高頻率分辨率、大帶寬的要求。
DDS技術(shù)是近幾年來迅速發(fā)展的頻率合成技術(shù)，它采用全數(shù)字化的技術(shù)，具有集成度高、體積小、相對帶寬寬、頻率分辨率高、跳頻時間短、相位連續(xù)性好、可以寬帶正交輸出、可以外加調(diào)制的優(yōu)點，并能直接與單片機接口構(gòu)成智能化的頻率源。基于DDS技術(shù)的自適應(yīng)米波雷達(dá)自動頻率控制系統(tǒng)是新一代的自動頻率控制（AFC）系統(tǒng)，它以直接數(shù)字頻率合成技術(shù)（DDS）為基礎(chǔ)，以單片機為控制核心，通過高速高精度脈內(nèi)頻率測量模塊對雷達(dá)發(fā)射頻率進(jìn)行精確測量，然后由單片機控制DDS，對發(fā)射頻率進(jìn)行搜索和跟蹤。因此它是一種易于實現(xiàn)的數(shù)字式智能化自適應(yīng)頻率控制系統(tǒng)。
圖2DDS頻率合成模塊結(jié)構(gòu)圖
1系統(tǒng)組成及工作原理
基于DDS技術(shù)的自適應(yīng)米波雷達(dá)自動頻率控制系統(tǒng)主要由高速脈內(nèi)頻率測量模塊、DDS頻率合成模塊、單片機和包括頻率顯示、控制鍵盤的人機接口模塊組成，如圖1所示。
系統(tǒng)采用高速高精度實時脈內(nèi)頻率測量技術(shù)，利用頻率穩(wěn)定度高達(dá)10－9的高穩(wěn)恒溫時標(biāo)對頻率進(jìn)行倒計數(shù)法測量，由單片機對測量結(jié)果進(jìn)行分析處理，并控制DDS頻率合成模塊，完成對發(fā)射頻率的搜索和跟蹤。系統(tǒng)中除了DDS輸出后的濾波、放大電路采用模擬電路外，其它全部采用高速數(shù)字電路，并結(jié)合了單片機具有的可編程能力，使系統(tǒng)避免了傳統(tǒng)模擬式AFC的缺陷，能夠?qū)崿F(xiàn)更加靈活的控制。
雷達(dá)開機后，系統(tǒng)首先工作于搜索模式：單片機控制DDS頻率合成模塊輸出本振頻率的最低值，與從發(fā)射機耦合過來并經(jīng)過衰減后的發(fā)射脈沖頻率混頻，取出下變頻后的中頻信號，經(jīng)過頻率測量模塊測量后將結(jié)果送入單片機，單片機若判斷頻率測量結(jié)果不是規(guī)定的中頻頻率值，則控制DDS頻率合成模塊將輸出的本振頻率按規(guī)定的步長（通常是頻率測量系統(tǒng)的頻率分辨率）調(diào)高，重復(fù)此過程，直到頻率測量系統(tǒng)測量得到的頻率值為規(guī)定的中頻頻率值為止。若搜索過程中本振頻率達(dá)到上限時仍未搜索到規(guī)定的中頻頻率值，則返回到本振頻率最低值，重新開始新一輪的搜索。系統(tǒng)一旦搜索到規(guī)定的中頻頻率值就進(jìn)入跟蹤狀態(tài)。
在跟蹤狀態(tài)，頻率測量模塊對每一個發(fā)射脈沖頻率與本振頻率下變頻得到的中頻脈沖頻率進(jìn)行實時精確測量，在發(fā)射脈沖結(jié)束時將測量結(jié)果送入單片機。單片機立即根據(jù)測量結(jié)果計算出響應(yīng)的本振頻率調(diào)整量，并控制DDS頻率合成模塊調(diào)整輸出頻率，保證在目標(biāo)回波信號到達(dá)接收機時，本振信號已經(jīng)調(diào)整到與該發(fā)射脈沖頻率對應(yīng)的頻率點上，使目標(biāo)回波信號下變頻后的頻率值為準(zhǔn)確的中頻頻率值，從而保證目標(biāo)回波信號能夠得到最有效的放大。
跟蹤模式實質(zhì)上是一個自適應(yīng)的控制過程：某一發(fā)射脈沖的頻率比前一發(fā)射脈沖的頻率升高（降低）在本振頻率不變的條件下，中頻頻率升高（降低）頻率測量模塊的測量結(jié)果升高（降低）單片機得到測量結(jié)果后控制DDS頻率合成模塊，使之輸出的本振頻率相應(yīng)升高（降低）中頻頻率降低（升高）到規(guī)定值。
2硬件結(jié)構(gòu)
2．1DDS頻率合成模塊
DDS頻率合成模塊以DDS芯片AD9854為核心，包括濾波電路、放大電路和與單片機的接口電路，圖2是其組成框圖。
AD公司推出的AD9854是DDS芯片中的典型代表之一，它具有300MHz的內(nèi)部時鐘，4～20倍的內(nèi)部可編程倍頻器使外部輸入的時鐘信號頻率可以從15MHz到75MHz，另外具有100MHz的并行接口總線，內(nèi)置正交雙通道DAC輸出，具有多種編程工作方式，能產(chǎn)生線性調(diào)頻信號和非線性調(diào)頻信號等復(fù)雜信號。
AD9854采用CMOS結(jié)構(gòu)，工作電壓為3．3V，而單片機AT89C51工作在5V電壓下，其總線電平是5V的TTL電平，為保證AD9854的正常工作，必須經(jīng)電平轉(zhuǎn)換后再與AD9854接口，AD9854的時鐘信號也必須經(jīng)過電平轉(zhuǎn)換后送到AD9854的時鐘引腳。AD9854有正交雙通道DAC輸出，每一個通道都是反相的互補輸出，經(jīng)MAX436放大后濾波，然后再經(jīng)MAX436放大到雷達(dá)要求的本振電平。兩路輸出中的一路用于和發(fā)射脈沖混頻，將下變頻后的中頻信號送到頻率測量模塊進(jìn)行頻率測量，系統(tǒng)已經(jīng)知道DDS頻率合成模塊輸出的本振頻率，測量出發(fā)射脈沖的中頻頻率就能計算出發(fā)射頻率；另一路作為接收機的本振信號。
根據(jù)奈奎斯特采樣定律，當(dāng)DDS系統(tǒng)的時鐘為300MHz時，其輸出頻率的上限是150MHz，在工程應(yīng)用中通常只使用到時鐘頻率的40％，即120MHz。某型米波雷達(dá)的本振頻率上限略高于120MHz，經(jīng)查閱AD9854的數(shù)據(jù)手冊，其輸出頻率能夠達(dá)到理論的150MHz；同時經(jīng)實驗證實，AD9854能夠在雷達(dá)本振頻率上限值處穩(wěn)定工作，且輸出信號質(zhì)量完全可以滿足雷達(dá)系統(tǒng)對本振的要求。
2．2高速高精度脈內(nèi)頻率測量模塊
高速高精度脈內(nèi)頻率測量模塊采用倒計數(shù)法進(jìn)行頻率測量，主要由下變頻混頻器、濾波整形電路、計數(shù)器T0、計數(shù)器T1和時序控制電路組成。圖3是其結(jié)構(gòu)的組成框圖，圖4是倒計數(shù)法頻率測量的時序圖。
倒計數(shù)法測頻是用被測信號的N個周期形成一個計數(shù)門時間T＝N·Tx，在T時間內(nèi)由時標(biāo)F0計數(shù)，這樣一來測頻就相當(dāng)于測量門寬T，T的最大量化誤差是T0，Tx的最大量化誤差是T0/N。
某型雷達(dá)的發(fā)射脈沖的寬度是13μs，考慮到其發(fā)射機是單級振蕩式發(fā)射機，每個脈沖在起振和停振的過程中振蕩不穩(wěn)定，因此取中間的10μs作為測頻區(qū)間。該型雷達(dá)的第一中頻頻率為30MHz，在正常工作時，發(fā)射脈沖與本振信號下變頻的輸出頻率應(yīng)該是準(zhǔn)確的30MHz，在10μs的測頻時間內(nèi)應(yīng)有300個脈沖，即可取N＝300；高穩(wěn)定的時標(biāo)的頻率是100MHz，T0＝10ns，相應(yīng)的Tx的最大誤差是T0／300＝1／30ns，據(jù)此可計算出測頻的分辨率是30kHz，相對于雷達(dá)中頻放大器接近1MHz的帶寬而言，此指標(biāo)完全能夠滿足雷達(dá)系統(tǒng)的要求。用頻譜分析儀實際測得的系統(tǒng)跟蹤誤差如表1所示。
表1實際測得的系統(tǒng)跟蹤誤差表
發(fā)射頻率/MHz147.000147.500148.000148.500149.000149.500
本振輸出頻率/MHz116.999117.495118.008118.492118.990119.493
跟蹤誤差/kHz-1-5+8-8-10-7
發(fā)射頻率/MHz150.000150.500151.000151.500152.000152.500
本振輸出頻率/MHz119.995120.490120.990121.510122.005122.500
跟蹤誤差/kHz-5-10-10+10+50
模塊的工作過程是：當(dāng)雷達(dá)觸發(fā)脈沖到來時，時序控制電路打開計數(shù)器T，發(fā)射脈沖隨后到來，經(jīng)下變頻、濾波、整形后轉(zhuǎn)換成TTL方波作為計數(shù)器T的時鐘。當(dāng)計數(shù)器T計到第32個脈沖時，時序控制電路打開計數(shù)器T0，T0開始對高穩(wěn)定時標(biāo)計數(shù)；當(dāng)計數(shù)器T計到第332個脈沖時，時序控制電路關(guān)閉計數(shù)器T和T0，并通知單片機已經(jīng)完成一次頻率測量，單片機取走測量結(jié)果，并對硬件電路復(fù)位，準(zhǔn)備下一個周期的測量。
2．3高穩(wěn)定度恒溫時鐘模塊
本機振蕩器的頻率穩(wěn)定度是影響雷達(dá)接收機性能的關(guān)鍵性指標(biāo)。由于DDS頻率合成方法的輸出頻率穩(wěn)定度僅僅取決于其時鐘的頻率穩(wěn)定度，因此選用頻率穩(wěn)定度高達(dá)10－9的恒溫晶體振蕩器作為整個系統(tǒng)的時鐘。恒溫晶體振蕩器輸出的100MHz高穩(wěn)正弦波經(jīng)放大后整形為標(biāo)準(zhǔn)的TTL方波，一路作為頻率測量模塊的時間標(biāo)準(zhǔn)，另一路經(jīng)F161分頻為25MHz的TTL方波，經(jīng)電平轉(zhuǎn)換后作為AD9854的外部時鐘信號，利用AD9854內(nèi)部的可編程倍頻器倍頻12倍使AD9854工作在300MHz的內(nèi)部時鐘頻率下。高穩(wěn)定度恒溫時鐘模塊組成框圖如圖5所示。
3軟件結(jié)構(gòu)
單片機是整個系統(tǒng)的控制核心，可以充分利用軟件可編程控制的優(yōu)勢對系統(tǒng)進(jìn)行靈活有效的控制。圖6是單片機的軟件框圖。
通電以后單片機首先進(jìn)行初始化，然后設(shè)置DDS模塊的工作模式等參數(shù)，再進(jìn)行時序控制電路的復(fù)位并對所有計數(shù)器進(jìn)行清零操作。隨后單片機不斷查詢測量完成信號。當(dāng)時序控制電路在雷達(dá)觸發(fā)脈沖的作用下完成一次測量時?熏就通過該信號通知單片機，單片機一旦查詢到測量完成便立即讀入測量結(jié)果。然后進(jìn)行分析，是標(biāo)準(zhǔn)中頻頻率時不進(jìn)行本振頻率的調(diào)整，直接準(zhǔn)備下一脈沖周期的測量，若不是則計算所需的頻率調(diào)整量，控制DDS頻率合成模塊進(jìn)行頻率調(diào)整，然后再準(zhǔn)備下一脈沖周期的測量。
搜索和跟蹤過程的區(qū)別主要在于計算頻率調(diào)整量的方法不同，其它流程基本一致。
關(guān)鍵詞：本機振蕩器直接數(shù)字頻率合成自動頻率控制脈內(nèi)測頻
雷達(dá)系統(tǒng)根據(jù)其工作頻率一般分為米波雷達(dá)、分米波雷達(dá)和厘米波雷達(dá)，其接收機通常是超外差形式的。分米波雷達(dá)和厘米波雷達(dá)由于其工作頻率較高，一般都有自動頻率控制（AFC）系統(tǒng)，控制本振頻率自動跟蹤發(fā)射頻率的變化，或者控制發(fā)射頻率自動穩(wěn)定在本振頻率對應(yīng)的頻率點上，保證雷達(dá)接收機的中頻頻率穩(wěn)定。但是傳統(tǒng)的模擬式單環(huán)路或雙環(huán)路AFC系統(tǒng)由于受模擬電路本身的局限，使得AFC的跟蹤速度慢、跟蹤頻率范圍窄、精度低，甚至有可能出現(xiàn)錯誤跟蹤的情況；此外，控制本振的自頻控雷達(dá)由于在本機振蕩器上加裝了頻率調(diào)整裝置，影響了本振的頻率穩(wěn)定度，這對動目標(biāo)雷達(dá)而言是難以接受的。米波雷達(dá)由于其工作頻率較低，基本上沒有自動頻率控制系統(tǒng)，但是米波雷達(dá)的發(fā)射機工作頻率和接收機本機振蕩頻率由于環(huán)境溫度、電源電壓和負(fù)載變化而發(fā)生一定的變化，其變化范圍從幾十千赫茲到數(shù)百千赫茲，通常在500～600kHz之間。雖然由此造成的中頻頻率變化量的絕對值不會超出中頻放大器的通頻帶范圍（中頻放大器的通頻帶通?！?MHz），但是數(shù)百千赫茲的變化量使回波信號不能得到最有效的放大，造成雷達(dá)接收機技術(shù)、戰(zhàn)術(shù)性能降低，此時即使加裝DSU（DigitalStableUnit）設(shè)備，也由于中頻頻率漂移的影響，使DSU的性能無法得到最有效的發(fā)揮。
應(yīng)用鎖相環(huán)頻率合成技術(shù)實現(xiàn)雷達(dá)自動頻率控制系統(tǒng)已經(jīng)是比較成熟的技術(shù)方案，這種方案的應(yīng)用解決了非相參雷達(dá)的自動頻率跟蹤與本振頻率穩(wěn)定度之間的矛盾，但是鎖相環(huán)固有的大慣性、大步進(jìn)間隔和非線性誤差卻嚴(yán)重地限制著鎖相環(huán)自動頻率控制系統(tǒng)的性能，使其無法滿足高速、高頻率分辨率、大帶寬的要求。
DDS技術(shù)是近幾年來迅速發(fā)展的頻率合成技術(shù)，它采用全數(shù)字化的技術(shù)，具有集成度高、體積小、相對帶寬寬、頻率分辨率高、跳頻時間短、相位連續(xù)性好、可以寬帶正交輸出、可以外加調(diào)制的優(yōu)點，并能直接與單片機接口構(gòu)成智能化的頻率源?；贒DS技術(shù)的自適應(yīng)米波雷達(dá)自動頻率控制系統(tǒng)是新一代的自動頻率控制（AFC）系統(tǒng)，它以直接數(shù)字頻率合成技術(shù)（DDS）為基礎(chǔ)，以單片機為控制核心，通過高速高精度脈內(nèi)頻率測量模塊對雷達(dá)發(fā)射頻率進(jìn)行精確測量，然后由單片機控制DDS，對發(fā)射頻率進(jìn)行搜索和跟蹤。因此它是一種易于實現(xiàn)的數(shù)字式智能化自適應(yīng)頻率控制系統(tǒng)。
圖2DDS頻率合成模塊結(jié)構(gòu)圖
1系統(tǒng)組成及工作原理
基于DDS技術(shù)的自適應(yīng)米波雷達(dá)自動頻率控制系統(tǒng)主要由高速脈內(nèi)頻率測量模塊、DDS頻率合成模塊、單片機和包括頻率顯示、控制鍵盤的人機接口模塊組成，如圖1所示。
系統(tǒng)采用高速高精度實時脈內(nèi)頻率測量技術(shù)，利用頻率穩(wěn)定度高達(dá)10－9的高穩(wěn)恒溫時標(biāo)對頻率進(jìn)行倒計數(shù)法測量，由單片機對測量結(jié)果進(jìn)行分析處理，并控制DDS頻率合成模塊，完成對發(fā)射頻率的搜索和跟蹤。系統(tǒng)中除了DDS輸出后的濾波、放大電路采用模擬電路外，其它全部采用高速數(shù)字電路，并結(jié)合了單片機具有的可編程能力，使系統(tǒng)避免了傳統(tǒng)模擬式AFC的缺陷，能夠?qū)崿F(xiàn)更加靈活的控制。
雷達(dá)開機后，系統(tǒng)首先工作于搜索模式：單片機控制DDS頻率合成模塊輸出本振頻率的最低值，與從發(fā)射機耦合過來并經(jīng)過衰減后的發(fā)射脈沖頻率混頻，取出下變頻后的中頻信號，經(jīng)過頻率測量模塊測量后將結(jié)果送入單片機，單片機若判斷頻率測量結(jié)果不是規(guī)定的中頻頻率值，則控制DDS頻率合成模塊將輸出的本振頻率按規(guī)定的步長（通常是頻率測量系統(tǒng)的頻率分辨率）調(diào)高，重復(fù)此過程，直到頻率測量系統(tǒng)測量得到的頻率值為規(guī)定的中頻頻率值為止。若搜索過程中本振頻率達(dá)到上限時仍未搜索到規(guī)定的中頻頻率值，則返回到本振頻率最低值，重新開始新一輪的搜索。系統(tǒng)一旦搜索到規(guī)定的中頻頻率值就進(jìn)入跟蹤狀態(tài)。
在跟蹤狀態(tài)，頻率測量模塊對每一個發(fā)射脈沖頻率與本振頻率下變頻得到的中頻脈沖頻率進(jìn)行實時精確測量，在發(fā)射脈沖結(jié)束時將測量結(jié)果送入單片機。單片機立即根據(jù)測量結(jié)果計算出響應(yīng)的本振頻率調(diào)整量，并控制DDS頻率合成模塊調(diào)整輸出頻率，保證在目標(biāo)回波信號到達(dá)接收機時，本振信號已經(jīng)調(diào)整到與該發(fā)射脈沖頻率對應(yīng)的頻率點上，使目標(biāo)回波信號下變頻后的頻率值為準(zhǔn)確的中頻頻率值，從而保證目標(biāo)回波信號能夠得到最有效的放大。
跟蹤模式實質(zhì)上是一個自適應(yīng)的控制過程：某一發(fā)射脈沖的頻率比前一發(fā)射脈沖的頻率升高（降低）在本振頻率不變的條件下，中頻頻率升高（降低）頻率測量模塊的測量結(jié)果升高（降低）單片機得到測量結(jié)果后控制DDS頻率合成模塊，使之輸出的本振頻率相應(yīng)升高（降低）中頻頻率降低（升高）到規(guī)定值。
2硬件結(jié)構(gòu)
2．1DDS頻率合成模塊
DDS頻率合成模塊以DDS芯片AD9854為核心，包括濾波電路、放大電路和與單片機的接口電路，圖2是其組成框圖。
AD公司推出的AD9854是DDS芯片中的典型代表之一，它具有300MHz的內(nèi)部時鐘，4～20倍的內(nèi)部可編程倍頻器使外部輸入的時鐘信號頻率可以從15MHz到75MHz，另外具有100MHz的并行接口總線，內(nèi)置正交雙通道DAC輸出，具有多種編程工作方式，能產(chǎn)生線性調(diào)頻信號和非線性調(diào)頻信號等復(fù)雜信號。
AD9854采用CMOS結(jié)構(gòu)，工作電壓為3．3V，而單片機AT89C51工作在5V電壓下，其總線電平是5V的TTL電平，為保證AD9854的正常工作，必須經(jīng)電平轉(zhuǎn)換后再與AD9854接口，AD9854的時鐘信號也必須經(jīng)過電平轉(zhuǎn)換后送到AD9854的時鐘引腳。AD9854有正交雙通道DAC輸出，每一個通道都是反相的互補輸出，經(jīng)MAX436放大后濾波，然后再經(jīng)MAX436放大到雷達(dá)要求的本振電平。兩路輸出中的一路用于和發(fā)射脈沖混頻，將下變頻后的中頻信號送到頻率測量模塊進(jìn)行頻率測量，系統(tǒng)已經(jīng)知道DDS頻率合成模塊輸出的本振頻率，測量出發(fā)射脈沖的中頻頻率就能計算出發(fā)射頻率；另一路作為接收機的本振信號。
根據(jù)奈奎斯特采樣定律，當(dāng)DDS系統(tǒng)的時鐘為300MHz時，其輸出頻率的上限是150MHz，在工程應(yīng)用中通常只使用到時鐘頻率的40％，即120MHz。某型米波雷達(dá)的本振頻率上限略高于120MHz，經(jīng)查閱AD9854的數(shù)據(jù)手冊，其輸出頻率能夠達(dá)到理論的150MHz；同時經(jīng)實驗證實，AD9854能夠在雷達(dá)本振頻率上限值處穩(wěn)定工作，且輸出信號質(zhì)量完全可以滿足雷達(dá)系統(tǒng)對本振的要求。
2．2高速高精度脈內(nèi)頻率測量模塊
高速高精度脈內(nèi)頻率測量模塊采用倒計數(shù)法進(jìn)行頻率測量，主要由下變頻混頻器、濾波整形電路、計數(shù)器T0、計數(shù)器T1和時序控制電路組成。圖3是其結(jié)構(gòu)的組成框圖，圖4是倒計數(shù)法頻率測量的時序圖。
倒計數(shù)法測頻是用被測信號的N個周期形成一個計數(shù)門時間T＝N·Tx，在T時間內(nèi)由時標(biāo)F0計數(shù)，這樣一來測頻就相當(dāng)于測量門寬T，T的最大量化誤差是T0，Tx的最大量化誤差是T0/N。
某型雷達(dá)的發(fā)射脈沖的寬度是13μs，考慮到其發(fā)射機是單級振蕩式發(fā)射機，每個脈沖在起振和停振的過程中振蕩不穩(wěn)定，因此取中間的10μs作為測頻區(qū)間。該型雷達(dá)的第一中頻頻率為30MHz，在正常工作時，發(fā)射脈沖與本振信號下變頻的輸出頻率應(yīng)該是準(zhǔn)確的30MHz，在10μs的測頻時間內(nèi)應(yīng)有300個脈沖，即可取N＝300；高穩(wěn)定的時標(biāo)的頻率是100MHz，T0＝10ns，相應(yīng)的Tx的最大誤差是T0／300＝1／30ns，據(jù)此可計算出測頻的分辨率是30kHz，相對于雷達(dá)中頻放大器接近1MHz的帶寬而言，此指標(biāo)完全能夠滿足雷達(dá)系統(tǒng)的要求。用頻譜分析儀實際測得的系統(tǒng)跟蹤誤差如表1所示。
表1實際測得的系統(tǒng)跟蹤誤差表
發(fā)射頻率/MHz147.000147.500148.000148.500149.000149.500
本振輸出頻率/MHz116.999117.495118.008118.492118.990119.493
跟蹤誤差/kHz-1-5+8-8-10-7
發(fā)射頻率/MHz150.000150.500151.000151.500152.000152.500
本振輸出頻率/MHz119.995120.490120.990121.510122.005122.500
跟蹤誤差/kHz-5-10-10+10+50
模塊的工作過程是：當(dāng)雷達(dá)觸發(fā)脈沖到來時，時序控制電路打開計數(shù)器T，發(fā)射脈沖隨后到來，經(jīng)下變頻、濾波、整形后轉(zhuǎn)換成TTL方波作為計數(shù)器T的時鐘。當(dāng)計數(shù)器T計到第32個脈沖時，時序控制電路打開計數(shù)器T0，T0開始對高穩(wěn)定時標(biāo)計數(shù)；當(dāng)計數(shù)器T計到第332個脈沖時，時序控制電路關(guān)閉計數(shù)器T和T0，并通知單片機已經(jīng)完成一次頻率測量，單片機取走測量結(jié)果，并對硬件電路復(fù)位，準(zhǔn)備下一個周期的測量。
2．3高穩(wěn)定度恒溫時鐘模塊
本機振蕩器的頻率穩(wěn)定度是影響雷達(dá)接收機性能的關(guān)鍵性指標(biāo)。由于DDS頻率合成方法的輸出頻率穩(wěn)定度僅僅取決于其時鐘的頻率穩(wěn)定度，因此選用頻率穩(wěn)定度高達(dá)10－9的恒溫晶體振蕩器作為整個系統(tǒng)的時鐘。恒溫晶體振蕩器輸出的100MHz高穩(wěn)正弦波經(jīng)放大后整形為標(biāo)準(zhǔn)的TTL方波，一路作為頻率測量模塊的時間標(biāo)準(zhǔn)，另一路經(jīng)F161分頻為25MHz的TTL方波，經(jīng)電平轉(zhuǎn)換后作為AD9854的外部時鐘信號，利用AD9854內(nèi)部的可編程倍頻器倍頻12倍使AD9854工作在300MHz的內(nèi)部時鐘頻率下。高穩(wěn)定度恒溫時鐘模塊組成框圖如圖5所示。
3軟件結(jié)構(gòu)
單片機是整個系統(tǒng)的控制核心，可以充分利用軟件可編程控制的優(yōu)勢對系統(tǒng)進(jìn)行靈活有效的控制。圖6是單片機的軟件框圖。
通電以后單片機首先進(jìn)行初始化，然后設(shè)置DDS模塊的工作模式等參數(shù)，再進(jìn)行時序控制電路的復(fù)位并對所有計數(shù)器進(jìn)行清零操作。隨后單片機不斷查詢測量完成信號。當(dāng)時序控制電路在雷達(dá)觸發(fā)脈沖的作用下完成一次測量時?熏就通過該信號通知單片機，單片機一旦查詢到測量完成便立即讀入測量結(jié)果。然后進(jìn)行分析，是標(biāo)準(zhǔn)中頻頻率時不進(jìn)行本振頻率的調(diào)整，直接準(zhǔn)備下一脈沖周期的測量，若不是則計算所需的頻率調(diào)整量，控制DDS頻率合成模塊進(jìn)行頻率調(diào)整，然后再準(zhǔn)備下一脈沖周期的測量。
搜索和跟蹤過程的區(qū)別主要在于計算頻率調(diào)整量的方法不同，其它流程基本一致。
傳統(tǒng)課堂授課通常一次講授2個學(xué)時，針對課程中的重點難點可以充分講解。為適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)者的認(rèn)知習(xí)慣，MOOC課程將授課視頻分為了一些10分鐘至20分鐘長度的小模塊。怎樣在這些小模塊中傳授較為完整的知識點，需要授課教師轉(zhuǎn)變思路、精心設(shè)計[3]。在設(shè)計時要注意知識間的聯(lián)系，形成課程的邏輯結(jié)構(gòu)，擴展知識的深度廣度，使之形成一個有機的整體，從而有利于學(xué)生從整體結(jié)構(gòu)上掌握知識的共同本質(zhì)和內(nèi)在聯(lián)系。
（一）提煉課程內(nèi)容的總體邏輯關(guān)系
自動控制原理課程系統(tǒng)地講述了自動控制科學(xué)和技術(shù)領(lǐng)域的基本概念和基本規(guī)律，涵蓋了自動控制技術(shù)從系統(tǒng)建模到系統(tǒng)設(shè)計的各種思想和方法，內(nèi)容十分豐富。作為授課教師，首先應(yīng)該瀝青這些內(nèi)容間的邏輯關(guān)系。經(jīng)典控制理論的基本理論包含反饋控制系統(tǒng)的分析和設(shè)計方法兩方面的內(nèi)容，具體的包含關(guān)系如圖1所示。為了讓學(xué)生更好地理解各部分知識的有機聯(lián)系，對上述經(jīng)典控制理論體系建立“三縱”和“三橫”兩條知識主線?？刂葡到y(tǒng)分析與設(shè)計的主要內(nèi)容是研究系統(tǒng)的特性，即穩(wěn)定性、動態(tài)特性、靜態(tài)特性。又稱控制系統(tǒng)“三要素”。從性能指標(biāo)是看，就是俗稱的“穩(wěn)，快，準(zhǔn)”。把這三方面的性能指標(biāo)稱為“三橫”。所謂“三縱”是指在不同的域內(nèi)進(jìn)行系統(tǒng)的分析與設(shè)計，即時域、復(fù)域、頻域。掌握系統(tǒng)在不同域中的數(shù)學(xué)模型表達(dá)，即可進(jìn)行系統(tǒng)的特性分析與設(shè)計，因為所有問題的分析和求解都是建立在數(shù)學(xué)模型基礎(chǔ)上進(jìn)行的。加強對這兩條線的理解，可以使學(xué)生統(tǒng)觀全局，把握研究方向。
（二）采用提綱挈領(lǐng)的碎片化原則
要將自動控制原理的授課內(nèi)容碎片化為一些短的相對完整的知識單元，需要采用提綱挈領(lǐng)的組織方法。首先介紹每個知識模塊的內(nèi)容要點，然后交代每個知識點的關(guān)聯(lián)性，精煉舉例推導(dǎo)過程。貫徹“少而精”的原則。對于所講的內(nèi)容要分清主次，突出重點，精講內(nèi)容，同時要注意有較高的系統(tǒng)性、邏輯性，保證知識的質(zhì)量，難點精心組織，一定要講懂。精講內(nèi)容不是少講內(nèi)容，有些內(nèi)容反而要加強。例如，在講解經(jīng)典控制理論中的數(shù)學(xué)模型時就可以按照如下思路處理。首先將數(shù)學(xué)模型分為三個內(nèi)容要點：微分方程模型、傳遞函數(shù)模型和圖形方式的數(shù)學(xué)模型。其中微分方程是時間域的模型，傳遞函數(shù)是復(fù)數(shù)域的模型，圖形方式的模型是數(shù)學(xué)模型的圖形化語言描述。當(dāng)推導(dǎo)系統(tǒng)的微分方程描述時，精選兩個相似系統(tǒng)作為例子來說明系統(tǒng)的建模過程。這樣，由于有目的地選擇有啟發(fā)性、可延伸性與典型性的問題，使每一節(jié)、每一章的內(nèi)容都具有明確概念、傳授方法、啟發(fā)思維、培養(yǎng)能力的作用。這種提綱挈領(lǐng)的組織方法，層次清楚關(guān)聯(lián)性強，容易將碎片化內(nèi)容聯(lián)系起來。
（三）結(jié)合學(xué)科發(fā)展，適時更新
基于MOOC模式的教學(xué)過程由于安排了較多的課程討論環(huán)節(jié)，教師單獨的講授環(huán)節(jié)要比傳統(tǒng)課堂壓縮。這樣在教學(xué)內(nèi)容就需要有所取舍。根據(jù)學(xué)科發(fā)展趨勢，新的發(fā)展方向和應(yīng)用工具應(yīng)該增加介紹；已經(jīng)被其他方法取代的方法可以忽略介紹。無論是理論家還是工程師，人們總是把最先進(jìn)最有效的理念和技術(shù)用于控制工程。如：控制與管理的結(jié)合、信息流與物質(zhì)能量流的互動、復(fù)雜系統(tǒng)研究與應(yīng)用等均表現(xiàn)出很強的時代特征。在當(dāng)今這個信息時代誕生了網(wǎng)絡(luò)控制、基于數(shù)據(jù)的驅(qū)動控制等新的控制概念。而傳統(tǒng)的手工繪圖方法已經(jīng)可以由計算機輔助軟件完成。經(jīng)典控制理論在上個世紀(jì)四、五十年代已經(jīng)形成了比較完整的理論體系，頻率特性法、根軌跡法等直到現(xiàn)在仍然是系統(tǒng)分析和設(shè)計的主要方法。經(jīng)典控制理論的一個重要特色就是采用簡便直觀的圖解方法，因此也得到工程技術(shù)人員廣泛歡迎。在講授這些內(nèi)容的時候，幾乎有一半的學(xué)時是在學(xué)習(xí)這些圖形的畫法。例如，頻率特性圖就有伯德圖、乃奎斯特圖和尼柯爾斯圖等幾種，學(xué)生需要記住每種圖形的坐標(biāo)要求及計算方法。隨著計算機輔助分析技術(shù)的發(fā)展，目前已有像MATLAB這樣的成熟的軟件可以幫助畫圖。所以在授課時就減少介紹手工做圖的內(nèi)容，而將分析和設(shè)計的方法作為重點內(nèi)容，從而訓(xùn)練學(xué)生作為控制工程師的高級思維能力。當(dāng)然，在這種碎片式的教學(xué)過程中也要注意邏輯的連續(xù)性。學(xué)生在分析思維之前，往往需要直觀思維，在演繹之前要有歸納，在聯(lián)想之前要有類比，在獲得正確的認(rèn)識之前要有辨析。在進(jìn)行單元章節(jié)復(fù)習(xí)時，一定要求學(xué)生自己去發(fā)現(xiàn)知識的內(nèi)在聯(lián)系，然后再重新組合材料，進(jìn)行知識歸類、延伸與擴展。在整個教學(xué)過程中，教師要引導(dǎo)學(xué)生經(jīng)常反復(fù)復(fù)習(xí)，循環(huán)螺旋上升，從整體上掌握知識的脈絡(luò)，保證學(xué)習(xí)者長期的學(xué)習(xí)積極性。
二、課程教研組的建設(shè)
MOOC課程作為一種新的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)模式，應(yīng)該在學(xué)生對知識的獲取、思維能力和創(chuàng)造力的開發(fā)等方面有自己的特色。尤其是面向?qū)I(yè)基礎(chǔ)課教學(xué)時，需要研究與制定結(jié)合專業(yè)發(fā)展需求的教學(xué)大綱與教學(xué)設(shè)計，體現(xiàn)現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)教育的開放性、交互性和便捷性。一門教學(xué)效果好的MOOC課程可以提供豐富的數(shù)字資源，可以采用在線或離線的方式與學(xué)生互動，還可以方便地進(jìn)行一些教學(xué)信息統(tǒng)計工作。針對目前高校的現(xiàn)狀，建議以課程教研組的形式承擔(dān)MOOC課程的教學(xué)。因為課程教研組能夠具備單個教師無法做到的整體協(xié)調(diào)優(yōu)勢。專業(yè)教師隊伍水平的提高是MOOC課程更新發(fā)展的源動力。首先，教研組是課程建設(shè)的組織保障。教研組由老中青三代教師組成，定期學(xué)習(xí)新的教學(xué)理念與方法，研討課程中的重點與難點，有計劃地安排教師進(jìn)修提高。我單位自控原理課程教研組由7人組成，包括1名教學(xué)帶頭人，2名副教授，3名講師和1名實驗員。教研組定期學(xué)習(xí)控制理論的前沿發(fā)展方向，組織觀摩教學(xué)，有計劃地派出青年教師到國內(nèi)外進(jìn)修。這些活動從制度上保證了教師的個人成長和課程內(nèi)容的不斷更新。教研組通過教育理論和專業(yè)知識的不斷學(xué)習(xí)和豐富，大家發(fā)現(xiàn)自己的差距，逐漸形成課程意識、學(xué)生意識、開放意識、問題意識等，發(fā)現(xiàn)存在哪些與新課程理念不相符甚至相違背的問題，然后尋求解決問題的新理論、新理念、新途徑，以提高教學(xué)效果。這種以教研組形式承擔(dān)MOOC課程的模式可以避免教師個體缺乏持續(xù)提高教學(xué)質(zhì)量的動力的問題。其次，教研組是課程建設(shè)的知識園地。MOOC課程是一種網(wǎng)絡(luò)課程，由于不受年齡、文化和地域等限制，學(xué)習(xí)對象可以是在校學(xué)生，也可以是在職的繼續(xù)教育學(xué)生。學(xué)生的職業(yè)背景和基礎(chǔ)知識差別較大。在MOOC教學(xué)中為了保證網(wǎng)絡(luò)教學(xué)效果，設(shè)計了較受歡迎的短授課多討論的教學(xué)模式。這些都是MOOC課程開放性和交互性的體現(xiàn)。但這同時要求教師有多方面的知識儲備。每位教師都有自己的能力和興趣特長，很難獨立解決網(wǎng)絡(luò)交流中的所有問題。對于自動控制原理課程來說，教師既需要有深厚的控制理論基礎(chǔ)又需要有一定的控制系統(tǒng)設(shè)計經(jīng)驗。課程教研組由老中青三代教師組成，保證知識結(jié)構(gòu)全面。青年教師學(xué)歷高熟悉新的理論方向，老教師實踐經(jīng)驗豐富。同時，也要充分利用網(wǎng)絡(luò)平臺的知識聚集作用，及時總結(jié)學(xué)生的反饋信息[4]。
（一）計算機病毒的入侵。病毒入侵是計算機管理過程中經(jīng)常遇見的情況，計算機病毒主要分為優(yōu)盤病毒與網(wǎng)絡(luò)病毒兩種形式，網(wǎng)絡(luò)病毒又被分為多種形式，如可以不經(jīng)允許就進(jìn)行自身復(fù)制的蠕蟲病毒，隱藏性的特洛伊木馬病毒等。這些病毒的侵入輕則會使計算機的運行速度降低，重則會損壞計算機系統(tǒng)，使計算機中存儲的數(shù)據(jù)丟失，甚至損壞主板。計算機病毒的危害力度是不可估量的，當(dāng)其進(jìn)入某個運行程序中時，便會擴散到整個計算機系統(tǒng)當(dāng)中。
（二）人為因素。人為因素主要分為兩種，一種是當(dāng)人際關(guān)系出現(xiàn)不融洽現(xiàn)象時，有人利用毀壞計算機中重要信息，或?qū)τ嬎銠C中的相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行篡改、刪除的手段進(jìn)行惡意報復(fù)，達(dá)到制造麻煩的目的的有意行為；另一種是指計算機操作或管理人員由于自身技術(shù)水平較為低下，在對計算機的操作過程中產(chǎn)生了錯誤操作導(dǎo)致計算機安全配置不當(dāng)?shù)葻o意行為。但無論是有意還是無意，在眾多可能的人為因素面前，計算機仍然面臨著許多安全威脅。
（三）相關(guān)法律規(guī)定不完善。相關(guān)法律體系的不健全現(xiàn)象無法為計算機安全管理提供有效的保障，即使國家已經(jīng)對其加以關(guān)注，制定了相關(guān)的法律，但這些法律法規(guī)還是存在著許多漏洞，許多不法分子仍然在法律的制約下輕而易舉的鉆了空子。因此，國家還需對計算機安全保護(hù)的問題加以重視，使不法分子沒有可乘之機。
（四）系統(tǒng)運維管理不規(guī)范。計算機的運行維護(hù)管理主要包括制度、機構(gòu)建設(shè)、人員三個方面。制度管理主要是使得計算機操作人員或管理人員在對計算機進(jìn)行操作時有理可循，有據(jù)可依，不會使計算機系統(tǒng)出現(xiàn)無序運行的現(xiàn)象，避免安全漏洞的產(chǎn)生；機構(gòu)建設(shè)管理則是在計算機系統(tǒng)安全出現(xiàn)問題時可以將其有效解決的重要途徑，對于防止問題頻發(fā)起著關(guān)鍵作用；內(nèi)部人員對單位計算機的操作情況極為熟悉，因此加強內(nèi)部人員的管理是防止人為因素中有意破壞行為的關(guān)鍵。但在許多單位都存在著系統(tǒng)運維管理不規(guī)范的行為，把握不好制度、機構(gòu)建設(shè)與人員管理三者的關(guān)系，對計算機安全產(chǎn)生威脅。
二、計算機控制自動化中的安全管理技術(shù)
（一）網(wǎng)絡(luò)加密。計算機網(wǎng)絡(luò)加密技術(shù)是對重要信息數(shù)據(jù)進(jìn)行保護(hù)的重要手段，在信息傳遞的過程中采用亂碼的形式，之后再進(jìn)行信息數(shù)據(jù)的還原。其主要包括算法與密鑰；兩種元素，算法用來生成密文，密鑰用來解密、編碼。
（二）隱通道技術(shù)。運用隱通道可以實現(xiàn)由低安全級別向高安全級別主體發(fā)送信息，且不易被檢查與控制，用戶可以以反向思維進(jìn)行信息傳遞。隱通道技術(shù)的運用可以有效的預(yù)防重要信息、數(shù)據(jù)、文件的泄露。
（三）水印技術(shù)。在不影響原內(nèi)容的情況下，通過某些算法將需要隱藏的信息加印到原內(nèi)容載體上，這種水印技術(shù)的運用能夠有效的避免非法盜取信息的現(xiàn)象發(fā)生，也是進(jìn)行數(shù)據(jù)信息保護(hù)的重要研究發(fā)展方向。
（四）防火墻技術(shù)。防火墻技術(shù)為網(wǎng)絡(luò)通信進(jìn)行訪問控制，對每一個連接進(jìn)行檢查，防止網(wǎng)絡(luò)遭到外界的干擾。在防火墻使用的過程中一定要保證使用方法的準(zhǔn)確性與防火墻設(shè)計的合理性，只有這樣才能保障網(wǎng)絡(luò)的安全性，才能將不安全服務(wù)進(jìn)行屏蔽，降低風(fēng)險，提高網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的安全度。
三、計算機安全管理工作中的防范措施
（一）提高管理人員素質(zhì)。在計算機的安全管理工作中人的作用是非常關(guān)鍵的，對于相關(guān)管理人員進(jìn)行工作技能的培訓(xùn)，加強對其思想道德、職業(yè)道德的培養(yǎng)，使其加強對計算機安全管理工作的重視。計算機安全管理工作是不可以僅靠控制自動化來完成的，因此發(fā)揮人的主觀能動性對計算機安全進(jìn)行管理是非常必要的。
（二）完善計算機運維管理機制。實現(xiàn)計算機網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的絕對安全是不可能的，只有建立具有科學(xué)規(guī)章制度，高效管理機構(gòu)，優(yōu)秀管理人員的計算機運維管理機制才能為其安全性提供保障。日常工作中可以提前對計算機系統(tǒng)可能出現(xiàn)的問題進(jìn)行預(yù)測，并根據(jù)預(yù)測結(jié)果制定出補救措施，使計算機系統(tǒng)出現(xiàn)故障時能采取積極有效的補救措施，將損失降到最低。此外，還要對管理人員的工作流程進(jìn)行嚴(yán)格的要求，制定獎罰措施，且落到實處，避免人為因素導(dǎo)致計算機無法正常運作的現(xiàn)象發(fā)生。
論文摘要： 對當(dāng)前自動控制理論實驗教學(xué)方法與實驗儀器進(jìn)行分析，提出教學(xué)方法和教學(xué)儀器的改革措施。通過開設(shè)新的實驗內(nèi)容和研制新的教學(xué)儀器，使學(xué)生更好地完成自動控制理論實驗的學(xué)習(xí)任務(wù)，提高學(xué)生的綜合能力和創(chuàng)新能力。
“自動控制理論”課程是研究自動控制系統(tǒng)的共同規(guī)律，為自動控制系統(tǒng)的分析和綜合提供基本理論和基本方法的一門專業(yè)基礎(chǔ)課[1]。該課程是一門重要的測控類專業(yè)的基礎(chǔ)課，具有較強的理論性，與前續(xù)課程聯(lián)系緊密，知識面廣，學(xué)生不易理解掌握[2-3]。學(xué)好這門課程不僅可以為后續(xù)專業(yè)課的掌握打下良好的理論基礎(chǔ)，而且能在今后從事專業(yè)工作時，直接運用它去分析和解決實際技術(shù)問題。對于工程實踐具有重要的指導(dǎo)作用，受到人們的廣泛重視。在本課程的教學(xué)中，實驗教學(xué)對理論知識的理解、掌握、鞏固具有重要的作用。
1 當(dāng)前實驗教學(xué)的不足
長期以來，傳統(tǒng)的實驗教學(xué)被一種固定的模式所束縛，教學(xué)內(nèi)容陳舊，教學(xué)方法呆板，在一定程度上限制了學(xué)生的主動性和積極性，難以激發(fā)他們獨立分析問題、解決問題的興趣和激情，沒有體驗過從失敗中自己尋找成功之路的經(jīng)歷，抑制了學(xué)生個性的發(fā)展，這樣不利于對學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)[4]。
1.1 實驗內(nèi)容固定
傳統(tǒng)的實驗主要是按章節(jié)進(jìn)行驗證性實驗，實驗儀器功能固定，實驗只能按照實驗指導(dǎo)書設(shè)計好的步驟進(jìn)行， 學(xué)生被束縛在驗證性實驗中，對出現(xiàn)的相關(guān)問題缺少系統(tǒng)、多角度的分析，不利于學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。
1.2 實驗時間限制
一般的實驗都要求在實驗室2個學(xué)時內(nèi)完成，學(xué)生很難全面深入地把握實驗主要內(nèi)容和方法，對實驗的目的、實驗原理無法理性地理解，更別提實驗中出現(xiàn)故障的排解分析，限制了學(xué)生的設(shè)計和創(chuàng)新，不利于鍛煉學(xué)生的綜合能力。
1.3 實驗儀器制約
實驗儀器過于固化，儀器設(shè)置上未給學(xué)生留下設(shè)計性和探究問題的空間。儀器組成以理論驗證為主，缺少實際控制系統(tǒng)各環(huán)節(jié)，特別是反饋部分的傳感部分，更不具備跟隨學(xué)科發(fā)展而開拓新實驗的延伸性。
1.4 實驗方法落后
實驗技術(shù)水平和內(nèi)容更多地滿足于基礎(chǔ)性實踐環(huán)節(jié)，缺乏系統(tǒng)的綜合性、設(shè)計性和研究性實驗環(huán)節(jié)，以及缺少在利用多種現(xiàn)代實驗手段、方法和工具對實驗過程中的結(jié)果和現(xiàn)象進(jìn)行深入分析研究方面對學(xué)生的引導(dǎo)。實驗過程主要完成連線操作、數(shù)據(jù)記錄等簡單的工作。
2 實驗教學(xué)改進(jìn)
針對目前實驗教學(xué)的現(xiàn)狀，摒棄以往按部就班完成指定實驗步驟操作驗證形式，按照學(xué)生對科學(xué)的自然認(rèn)知進(jìn)度設(shè)置靈活變換的實驗內(nèi)容。對實驗設(shè)置按多層次，從簡到難，逐步引導(dǎo)學(xué)生自主學(xué)習(xí)、合作學(xué)習(xí)、研究性學(xué)習(xí)，逐步走向從問題出發(fā)的探究、創(chuàng)新。同時，研究新的實驗教學(xué)儀器，開發(fā)配套軟件，保證實驗硬件滿足新環(huán)境下的要求。結(jié)合靈活的教學(xué)儀器改變教學(xué)方法，充分調(diào)動學(xué)生動手的積極性，引導(dǎo)其創(chuàng)新。
2.1 實驗內(nèi)容設(shè)置
開設(shè)不同層次的實驗內(nèi)容，既要滿足實驗教學(xué)的驗證、演示等基本功能，又要激發(fā)學(xué)生的興趣。
基礎(chǔ)實驗：根據(jù)給定實驗任務(wù)、方案和步驟，選擇并完成一定數(shù)量基本實驗；同時，通過調(diào)整實驗參數(shù)得到不同結(jié)果，增加思考空間。
綜合實驗：將各個基礎(chǔ)實驗環(huán)節(jié)有機結(jié)合在一起，各課程之間關(guān)聯(lián)內(nèi)容綜合。
設(shè)計實驗：以任務(wù)的形式，給定實驗題目，允許學(xué)生按照自己思路選擇設(shè)計性實驗內(nèi)容，引導(dǎo)學(xué)生學(xué)會設(shè)計和研究的方法。
創(chuàng)新實驗：自行命題實驗，將學(xué)生的構(gòu)想通過儀器現(xiàn)有功能模塊來實現(xiàn)，在探究式學(xué)習(xí)中培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力。
2.2 實驗儀器的改進(jìn)
根據(jù)實驗內(nèi)容的要求，開發(fā)適合本專業(yè)的教學(xué)儀器。儀器具有控制系統(tǒng)需要驗證的各種典型環(huán)節(jié)模塊、信號發(fā)生器模塊等基本功能，還結(jié)合工程實際將傳感器引入反饋環(huán)節(jié)，增加執(zhí)行器件，構(gòu)成完整的閉環(huán)系統(tǒng)。避免教學(xué)儀器箱只能完成信號源作為激勵，控制環(huán)節(jié)構(gòu)成系統(tǒng)的不足。同時，儀器上的控制效果通過便于觀看的形式展示出來，讓控制過程可視化。儀器要預(yù)留出擴展接口，便于在實驗中添加新的模塊。儀器在結(jié)合計算機完成實驗的同時，又能獨立完成實驗內(nèi)容，實驗配套軟件要能對硬件平臺對的實驗內(nèi)容進(jìn)行仿真和虛擬實驗。學(xué)生可以根據(jù)測試參量的不同選擇相應(yīng)的傳感器，完成非電量到電量的轉(zhuǎn)換，對信號進(jìn)行處理，結(jié)合控制理論完成創(chuàng)新性、設(shè)計性的實驗。
2.3 實驗方法的轉(zhuǎn)變
1）以學(xué)生為主體，開辟新知識領(lǐng)域，重視實踐能力的鍛煉；2）培養(yǎng)學(xué)生的綜合能力；3）科學(xué)知識和實驗?zāi)芰ε囵B(yǎng)上，建立系統(tǒng)、科學(xué)且開放的實驗教學(xué)體系，注重課程之間縱向和橫向的聯(lián)系。
結(jié)合開發(fā)的教學(xué)儀器，在實驗方法上除了基本的驗證性實驗，其他實驗按任務(wù)的形式給出，不對學(xué)生做過多的限制，留出學(xué)生思考、動手、創(chuàng)新的空間。充分利用計算機的計算、分析功能以及儀器配套軟件（采用數(shù)學(xué)工具M(jìn)ATLAB編寫的程序）在實驗前完成必要的仿真分析，讓實驗有的放矢，理論指導(dǎo)實踐。實驗既做到軟硬精密結(jié)合，又能相互獨立，兩者相輔相成。克服當(dāng)前實驗中儀器平臺不能脫離計算機，配套軟件不能獨立工作，學(xué)生只能在實驗課中有限的時間內(nèi)完成實驗的不足，讓實驗內(nèi)容通過軟件可以在任意計算機上完成。
3 總結(jié)
對當(dāng)前實驗教學(xué)過程中存在的問題進(jìn)行分析和總結(jié)，從實驗內(nèi)容設(shè)置、實驗儀器、實驗方法3個方面提出改進(jìn)方法。自動控制理論來源于實踐，反過來指導(dǎo)實踐[5]。結(jié)合當(dāng)前人才培養(yǎng)的趨勢，理論聯(lián)系實際，提高學(xué)生實踐能力，在實踐中發(fā)現(xiàn)問題、解決問題進(jìn)而培養(yǎng)創(chuàng)新能力。
參考文獻(xiàn)
[1]葛鎖良.自動控制理論教學(xué)內(nèi)容與教學(xué)方法的探討[C]//2001年中國自動化教育學(xué)術(shù)年會論文集，2001:72
[2]杜永貴，謝克明，李國勇，謝剛.“自動控制理論”課程教學(xué)改革與實踐[J].太原理工大學(xué)學(xué)報:社會科學(xué)版，2009， 27(1):77-79
[3]方曉柯，王建輝，鄭艷，何大闊，顧樹生.《自動控制原理》教學(xué)改革的探索與實踐[J].教育實踐研究，2008(11):101-102
論文摘要： 對當(dāng)前自動控制理論實驗教學(xué)方法與實驗儀器進(jìn)行分析，提出教學(xué)方法和教學(xué)儀器的改革措施。通過開設(shè)新的實驗內(nèi)容和研制新的教學(xué)儀器，使學(xué)生更好地完成自動控制理論實驗的學(xué)習(xí)任務(wù)，提高學(xué)生的綜合能力和創(chuàng)新能力。
“自動控制理論”課程是研究自動控制系統(tǒng)的共同規(guī)律，為自動控制系統(tǒng)的分析和綜合提供基本理論和基本方法的一門專業(yè)基礎(chǔ)課[1]。該課程是一門重要的測控類專業(yè)的基礎(chǔ)課，具有較強的理論性，與前續(xù)課程聯(lián)系緊密，知識面廣，學(xué)生不易理解掌握[2-3]。學(xué)好這門課程不僅可以為后續(xù)專業(yè)課的掌握打下良好的理論基礎(chǔ)，而且能在今后從事專業(yè)工作時，直接運用它去分析和解決實際技術(shù)問題。對于工程實踐具有重要的指導(dǎo)作用，受到人們的廣泛重視。在本課程的教學(xué)中，實驗教學(xué)對理論知識的理解、掌握、鞏固具有重要的作用。
1 當(dāng)前實驗教學(xué)的不足
長期以來，傳統(tǒng)的實驗教學(xué)被一種固定的模式所束縛，教學(xué)內(nèi)容陳舊，教學(xué)方法呆板，在一定程度上限制了學(xué)生的主動性和積極性，難以激發(fā)他們獨立分析問題、解決問題的興趣和激情，沒有體驗過從失敗中自己尋找成功之路的經(jīng)歷，抑制了學(xué)生個性的發(fā)展，這樣不利于對學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)[4]。
1.1 實驗內(nèi)容固定
傳統(tǒng)的實驗主要是按章節(jié)進(jìn)行驗證性實驗，實驗儀器功能固定，實驗只能按照實驗指導(dǎo)書設(shè)計好的步驟進(jìn)行, 學(xué)生被束縛在驗證性實驗中，對出現(xiàn)的相關(guān)問題缺少系統(tǒng)、多角度的分析，不利于學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。
1.2 實驗時間限制
一般的實驗都要求在實驗室2個學(xué)時內(nèi)完成，學(xué)生很難全面深入地把握實驗主要內(nèi)容和方法，對實驗的目的、實驗原理無法理性地理解，更別提實驗中出現(xiàn)故障的排解分析，限制了學(xué)生的設(shè)計和創(chuàng)新，不利于鍛煉學(xué)生的綜合能力。
1.3 實驗儀器制約
實驗儀器過于固化，儀器設(shè)置上未給學(xué)生留下設(shè)計性和探究問題的空間。儀器組成以理論驗證為主，缺少實際控制系統(tǒng)各環(huán)節(jié)，特別是反饋部分的傳感部分，更不具備跟隨學(xué)科發(fā)展而開拓新實驗的延伸性。
1.4 實驗方法落后
實驗技術(shù)水平和內(nèi)容更多地滿足于基礎(chǔ)性實踐環(huán)節(jié)，缺乏系統(tǒng)的綜合性、設(shè)計性和研究性實驗環(huán)節(jié)，以及缺少在利用多種現(xiàn)代實驗手段、方法和工具對實驗過程中的結(jié)果和現(xiàn)象進(jìn)行深入分析研究方面對學(xué)生的引導(dǎo)。實驗過程主要完成連線操作、數(shù)據(jù)記錄等簡單的工作。
2 實驗教學(xué)改進(jìn)
針對目前實驗教學(xué)的現(xiàn)狀，摒棄以往按部就班完成指定實驗步驟操作驗證形式，按照學(xué)生對科學(xué)的自然認(rèn)知進(jìn)度設(shè)置靈活變換的實驗內(nèi)容。對實驗設(shè)置按多層次，從簡到難，逐步引導(dǎo)學(xué)生自主學(xué)習(xí)、合作學(xué)習(xí)、研究性學(xué)習(xí)，逐步走向從問題出發(fā)的探究、創(chuàng)新。同時，研究新的實驗教學(xué)儀器，開發(fā)配套軟件，保證實驗硬件滿足新環(huán)境下的要求。結(jié)合靈活的教學(xué)儀器改變教學(xué)方法，充分調(diào)動學(xué)生動手的積極性，引導(dǎo)其創(chuàng)新。
2.1 實驗內(nèi)容設(shè)置
開設(shè)不同層次的實驗內(nèi)容，既要滿足實驗教學(xué)的驗證、演示等基本功能，又要激發(fā)學(xué)生的興趣。
基礎(chǔ)實驗：根據(jù)給定實驗任務(wù)、方案和步驟，選擇并完成一定數(shù)量基本實驗；同時，通過調(diào)整實驗參數(shù)得到不同結(jié)果，增加思考空間。
綜合實驗：將各個基礎(chǔ)實驗環(huán)節(jié)有機結(jié)合在一起，各課程之間關(guān)聯(lián)內(nèi)容綜合。
設(shè)計實驗：以任務(wù)的形式，給定實驗題目，允許學(xué)生按照自己思路選擇設(shè)計性實驗內(nèi)容，引導(dǎo)學(xué)生學(xué)會設(shè)計和研究的方法。
創(chuàng)新實驗：自行命題實驗，將學(xué)生的構(gòu)想通過儀器現(xiàn)有功能模塊來實現(xiàn)，在探究式學(xué)習(xí)中培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力。
2.2 實驗儀器的改進(jìn)
根據(jù)實驗內(nèi)容的要求，開發(fā)適合本專業(yè)的教學(xué)儀器。儀器具有控制系統(tǒng)需要驗證的各種典型環(huán)節(jié)模塊、信號發(fā)生器模塊等基本功能，還結(jié)合工程實際將傳感器引入反饋環(huán)節(jié)，增加執(zhí)行器件，構(gòu)成完整的閉環(huán)系統(tǒng)。避免教學(xué)儀器箱只能完成信號源作為激勵，控制環(huán)節(jié)構(gòu)成系統(tǒng)的不足。同時，儀器上的控制效果通過便于觀看的形式展示出來，讓控制過程可視化。儀器要預(yù)留出擴展接口，便于在實驗中添加新的模塊。儀器在結(jié)合計算機完成實驗的同時，又能獨立完成實驗內(nèi)容，實驗配套軟件要能對硬件平臺對的實驗內(nèi)容進(jìn)行仿真和虛擬實驗。學(xué)生可以根據(jù)測試參量的不同選擇相應(yīng)的傳感器，完成非電量到電量的轉(zhuǎn)換，對信號進(jìn)行處理，結(jié)合控制理論完成創(chuàng)新性、設(shè)計性的實驗。
2.3 實驗方法的轉(zhuǎn)變
1）以學(xué)生為主體，開辟新知識領(lǐng)域，重視實踐能力的鍛煉；2）培養(yǎng)學(xué)生的綜合能力；3）科學(xué)知識和實驗?zāi)芰ε囵B(yǎng)上，建立系統(tǒng)、科學(xué)且開放的實驗教學(xué)體系，注重課程之間縱向和橫向的聯(lián)系。
結(jié)合開發(fā)的教學(xué)儀器，在實驗方法上除了基本的驗證性實驗，其他實驗按任務(wù)的形式給出，不對學(xué)生做過多的限制，留出學(xué)生思考、動手、創(chuàng)新的空間。充分利用計算機的計算、分析功能以及儀器配套軟件（采用數(shù)學(xué)工具matlab編寫的程序）在實驗前完成必要的仿真分析，讓實驗有的放矢，理論指導(dǎo)實踐。實驗既做到軟硬精密結(jié)合，又能相互獨立，兩者相輔相成?？朔?dāng)前實驗中儀器平臺不能脫離計算機，配套軟件不能獨立工作，學(xué)生只能在實驗課中有限的時間內(nèi)完成實驗的不足，讓實驗內(nèi)容通過軟件可以在任意計算機上完成。
3 總結(jié)
對當(dāng)前實驗教學(xué)過程中存在的問題進(jìn)行分析和總結(jié)，從實驗內(nèi)容設(shè)置、實驗儀器、實驗方法3個方面提出改進(jìn)方法。自動控制理論來源于實踐，反過來指導(dǎo)實踐[5]。結(jié)合當(dāng)前人才培養(yǎng)的趨勢，理論聯(lián)系實際，提高學(xué)生實踐能力，在實踐中發(fā)現(xiàn)問題、解決問題進(jìn)而培養(yǎng)創(chuàng)新能力。
參考文獻(xiàn)
[1]葛鎖良.自動控制理論教學(xué)內(nèi)容與教學(xué)方法的探討[c]//2001年中國自動化教育學(xué)術(shù)年會論文集,2001:72
[2]杜永貴,謝克明,李國勇,謝剛.“自動控制理論”課程教學(xué)改革與實踐[j].太原理工大學(xué)學(xué)報:社會科學(xué)版,2009, 27(1):77-79
[3]方曉柯,王建輝,鄭艷,何大闊,顧樹生.《自動控制原理》教學(xué)改革的探索與實踐[j].教育實踐研究,2008(11):101-102
