發布時間：2022-03-05 07:32:54
序言：寫作是分享個人見解和探索未知領域的橋梁，我們為您精選了8篇的電子系統設計樣本，期待這些樣本能夠為您提供豐富的參考和啟發，請盡情閱讀。
一、引言
現代電子系統設計是我校電子科學與技術專業（以下簡稱為“電子”專業）的一門選修課程。通過該課程的學習與實踐，目的是使學生對現代電子系統設計及原理有一個較為完整和系統的認識，并具有一定工藝分析、解決工藝問題和提高產品質量的能力，可以掌握嵌入式系統開發的主要過程，從專業的角度對嵌入式計算機系統進行分析設計，并且掌握ARM處理器的體系結構。從課程的教學目的可知，本課程要求培養學生在知識綜合應用和動手實踐方面的能力，不僅要求學生具有扎實的基礎知識和對知識的綜合應用思維，還需要學生具有很強的動手能力和應用能力。
近年來，隨著電子技術的發展，電子系統的設計方法和手段也在不斷更新和進步。電子系統設計方法在快速發展的電子技術應用中不斷受到挑戰。從傳統手工設計方法到EDA設計方法，從分立元件系統到集成電路設計，從PCB集成系統到芯片集成系統（SoC），從純硬件系統設計到硬件與軟件結合的系統開發，新型電子系統層出不窮，其設計理念也發生著革命性的變化。這使得企業不僅需要畢業生在進入該領域時具備良好的專業能力和素質，更需要他們了解和形成現代電子系統設計的團隊思維方式和綜合設計方法。同時，學校要促進教學知識與時俱進，培養符合社會需要的實用型工程技術人才，提高學生的就業競爭力；也要對現代電子系統設計課程的教學方法和教學模式進行深刻的思考和改進。
二、存在的問題
現代電子系統設計課程的傳統教學模式主要包括理論授課和實踐實驗兩個部分。理論授課主要包括對現代電子系統設計的方法、思維、工具、應用基礎的介紹與強化，常用處理器及其體系結構的應用、設計、改進知識和FPGA重構思維、Altium Designer電路原理圖及PCB繪制軟件的使用，在本課程的教學授課過程中需要貫穿系統設計方法和設計思想。實踐實驗則以上機實驗為主，進行規定實驗內容的驗證、觀察和簡單電路的原理設計。電子系統課程所存在的問題主要在教學方法和人才培養方面。
1.教學方法問題
在幾年的教學過程中，筆者通過思考和分析課程教學中的問題以及學生的反饋意見，總結了以下幾點問題：
（1）基礎知識不牢。教師在課堂授課、實踐過程中不能很好地將各門課程綜合應用，各門課程間缺乏溝通，學生無法將所學知識串連起來，進行綜合應用。
（2）教學內容有所欠缺。學生對處理器知識的理解和實際軟件編程思維不夠深刻，習慣于有實驗手冊指導條件下的慣性實驗模式，一旦教師讓他們進行開放性實驗來完成設計時，就無法形成系統性思維，各自為戰，團隊意識不強。
（3）考核方法陳舊。課程的考核方式主要采用大眾式的“本門課程成績=平時成績+期末考試成績”的計算方式，學生疲于應付考試，應試態度明顯，不去思考本門課程所學內容與先修課程和本學期其他課程的關聯，只去死記硬背些條條框框，對于思考題和實際現象無法進行有效分析，形成了固化思維。
2.人才培養問題
除此之外，電子專業在人才培養方面也存在一些問題，主要體現在學生學習主動性以及創新活動的參與度上：
（1）2013年前，電子專業在全國大學生電子設計大賽、遼寧省機器人設計大賽、飛思卡爾杯智能汽車大賽（現更名為“恩智浦”杯智能汽車大賽）、大學生創新創業訓練計劃等體現和鍛煉綜合素質的活動中的參與度非常低，僅有3人次參與，這些都側面反映出學生對所學習的C語言程序設計、模擬電子、數字電子、單片機原理、EDA與VHDL語言等課程的綜合應用能力較差，學習和參與的主動性和積極性不高，綜合設計能力不強。
（2）根據對學生就業數據的統計調查發現，學生在畢業后兩年內從事與本專業相關的研發、技術設計、理論研究工作的人數不到業人數的20%，其他學生多選擇改行。在校學生對本專業的認可度也普遍偏低，選擇考研的學生中有90%選擇了外校。
三、課程改進的方法
為使學生能夠更好地掌握現代電子系統設計課程內容，并真正提高系統設計思維和教學效果，我系針對上面出現的問題進行思考，對所發現的問題進行教學環節的切實改進。
1.加強實踐訓練和實際電路設計
實際的動手訓練和電路設計，需要具體分析常用電路原理和具體電路常見故障問題，并加強對學生實際設備操作和實用能力的培養。采用理論教學和實踐教學結合的項目驅動方式，由教師結合實際工作經驗和教學需要，對學生下發開發板、相關元器件，改變傳統僅使用多媒體課件觀看圖片和以教師理論說教方式完成對電子系統各組成元器件的認知，以硬件電路的設計與開發實踐項目為引導，使學生全程接觸實際電路和處理器，以實際項目為驅動進行電子系統設計流程、方法、步驟的掌握和訓練。教師將STC單片機公司和德州儀器公司贈送的開發板下發給學生，學生2～3人一組進行實際項目的開發和學習，由淺入深，從STC89C52、MSP430單片機開始，逐步接觸ARM處理器，完成電路系統的設計與開發，為后續FPGA處理器設計打下良好的應用思維基礎。
2.以科技學術活動為激勵
學校以全國大學生電子設計大賽、遼寧省機器人設計大賽、飛思卡爾杯智能汽車大賽（現更名為“恩智浦”杯智能汽車大賽）、大學生創新創業訓練計劃等科技學術活動為激勵，通過相關大賽培養學生的應用能力，激發他們的學習積極性和自主性。通過這幾年的積極引導，筆者發現，學生在以上競賽和活動的參與率上得到了明顯提升，共獲得全國大學生電子設計大賽省級競賽一等獎、二等獎各2項，參與3人次；獲批大學生創新創業計劃國家級立項2項，省級立項3項，參與14人次；獲智能汽車大賽賽區一等獎1項，二等獎2項，參與2人次；獲遼寧省機器人設計大賽二等獎1項，三等獎1項，參與12人次；參與校級及其他各類科技學術活動50余人次。這些大賽不但提高了學生的專業綜合素質，還提高了學生的總結能力、文檔設計能力、電路設計和軟件編程能力。
3.教學團隊形式優化學生學習內容
本專業教師聯合為同一教學團隊，在提高教學質量和學生動手能力的目標下，盡量為學生設計一個統一的綜合性題目，增強學生的能力，同時，使各門課程的知識點相輔相成、互相印證，使學生更容易將所學知識進行綜合和理解。
4.考核辦法改進
考核辦法從六個方面考核綜合訓練完成的成績，即報告、設計能力、動手實踐能力、功能完成情況、課堂研討回答所提出問題的程度以及綜合訓練過程中的工作態度等。其中，報告占14%、設計和實踐能力占10%、功能完成情況占8%、訓練設計掌握程度占6%、課堂研討回答出的問題占7%、綜合訓練過程中的工作態度（考勤）占5%。在期末考試的試題中，要增加創見性題目。同時，教師可以鼓勵學生發表學術論文，以學術論文替代期末考試。
增加小組設計和小組討論環節，教師團隊設定十組中等難度的綜合應用設計題目，將學生按2～3人一組進行實踐項目分組，完成設計白皮書（包括系統需求描述、功能概述、擬采取的解決方法），完成系統電路設計，繪制電路圖、PCB文件，完成硬件焊接、軟件編程并進行答辯。組員各負其責，完成各自項目中的任務，教師和學生一起進行實際項目的需求分析、設計步驟安排、實驗驗證等環節。這樣，可以使學生在學習之余提高團隊合作能力和綜合運用知識的能力。經實際操作此過程，學生反應強烈，討論和學習動力增加，分組實踐情況如圖所示。
分組實踐現場
四、結束語
本文在現代電子系統設計課程教學和本專業教學的基礎上，對本課程的教、學、練等三個方面進行設計和改進，發揮和突出本專業應用特色，并且從幾年來的實踐效果看，新的改進方法增強了學生學習的主動性和教學過程中的靈活性，提高了學生綜合能力素質和成果比例。
參考文獻：
[1]宋曉梅.現代電子系統設計教程[M].北京：北京大學出版社，2011.
【關鍵詞】實踐教學;教學改革;電工電子
【中圖分類號】G420 【文獻標識碼】B 【論文編號】1009―8097(2010)04―0132―03
引言
高等教育提出朝著“寬口徑、厚基礎、重能力”的方向發展,培養適應能力強、發展潛力大的復合型人才是高等教育追求的目標。電子信息類專業主要培養具有寬厚電子技術和信息系統的基礎理論、較強的電子信息系統設計實踐能力、科學的思維方法、獨立分析問題和解決問題的能力、能從事各類電子設備和智能儀器的研究、設計、制造、應用和開發的應用型工程技術人才。
當今世界,電子產品層出不窮,并且向智能化方向發展,這樣日益凸現出單片機和FPGA等可編程器件在電子產品設計和創新中的重要性,用人單位普遍要求求職的畢業生能夠掌握單片機的基本原理和設計方法,有的單位甚至要求畢業生具有基于單片機系統的電子產品的設計經驗[1]。電子系統設計主要是指基于單片機控制的完整應用系統的設計,包括系統軟硬件設計及系統調試等多方面的知識。電子系統設計課程體系是以《單片機原理及應用》課程為核心,由《模擬電子技術》、《數字電子技術》、《感測技術》、《電子設計自動化》、《可編程邏輯器件及應用》、《C語言程序設計》等相關課程組成。
一 設課背景
學生經過《模擬電子技術》、《數字電子技術》、《單片機原理及應用》、《感測技術》、《電子設計自動化》、《可編程邏輯器件及應用》、《C語言程序設計》等課程的學習,通過教師教學和隨課的驗證性實驗,對于電子信息領域的相關理論知識有了了解和掌握,基本能夠進行單元電路的設計和調試,但驗證性實驗多數是教材內容的演示和再現,學生基本沒有進行系統級的設計和實訓,綜合實踐能力有待提高,學生沒有發揮自己的主觀能動性,不利于創新性人才的培養。
通過分析學生參加多屆電子設計競賽的情況,我們發現,按傳統理論教學和實驗方法培養的學生,在參加電子設計競賽時,會出現很多問題,達不到預期目標。比如:對某一功能電路進行設計,理論上設計正確但在工程上卻無法實現;單元電路正確卻無法實現系統聯調;各模塊功能實現卻無法完成一個系統等等。這是因為電子設計競賽既不是單純的理論設計競賽,也不僅僅是實驗競賽,而是由一個參賽隊共同設計、制作完成一個有特定工程背景的題目的競賽。電子設計競賽不僅要在單元電路上實現預期功能,更要考慮模塊間的接口關系;它既強調理論設計,更強調系統實現;它考核了學生綜合運用基礎知識的能力,更注重考察學生的創新意識,在2009年的全國大學生電子設計競賽中又增加了性能價格比和節能減排方面的考核內容,更加貼近工程實際和產品設計。從所涉及的課程內容上看,已經不是競賽題目一門或者幾門課程所能解決的,而是一個由相關課程組成的課程群。再從競賽使用的器件上看,有很大一部分是理論教學中沒有講授和更新的,因為電子信息技術的發展太快,新技術、新器件層出不窮,傳統的教學方法和體系面臨了嚴重的挑戰,如果不進行改革,建立一個新的理論課和實踐課教學課程體系,就無法適應培養現代化人才和發展高等教育的需要。
高等學校培養的人才最終是為社會和國家服務的,學生經過四年的本科學習,最終要走向社會,從畢業生的就業情況看,絕大多數畢業生從事電子信息相關的工作[2]。統計發現,到企業進行產品研發的學生通常是電子競賽獲獎或參加了電子競賽培訓的學生,動手能力較強,而從事銷售、服務等工作的畢業生很大比例是不能夠進行研發,不得已才去做銷售、服務的。為了使學生掌握電子系統的設計與開發,在相關理論課教學完成后我們開設了一系列的獨立的綜合設計實踐課,對學生開放實驗室,學生可以集中時間完成一系列的綜合性、設計性實驗項目,鞏固理論教學內容,提高學生的綜合設計能力和設計水平,為參加各級電子設計競賽和以后就業打好基礎,一舉兩得,事半功倍[3]。
二 實踐課設置情況
系列實踐課的設置遵循認知規律,是在隨課實驗基礎上的擴展和深入,經過調研和討論,聽取兄弟院校、相關企業和畢業生的意見和建議,在培養學生動手能力方面除了專業實習和畢業設計環節外,設置了一系列的獨立實踐課,分布于各個學期的教學中。以電子信息工程專業培養方案為例,實踐課設置情況如表1所示:
實踐課的教學基本上在相關的理論課程教學完成后進行,保證學生在進行實踐課時已經完成先導課程的學習和驗證性實驗,除《電子技術綜合實踐》,其它多數實踐課是對某一課程的強化和拓展。
三 《電子技術綜合實踐》教學過程
在系列獨立實踐課中,《電子技術綜合實踐》是關鍵性的教學環節,是最貼近電子設計競賽和實際工作應用的課程,要求綜合模擬電子技術、數字電子技術、傳感器、單片機、FPGA等多方面的知識。該課程強調以學生為主體,允許學生自由選題,題目的難度一般介于驗證性實驗和畢業設計之間。
本課程使學生能夠較系統地掌握電子系統設計的全過程,包選題、文獻查閱、方案論證、器件選擇、電路設計、電路實現、軟件編程、裝配調試、系統測試、總結報告、文檔整理等。學生完成由單元設計向系統設計的過渡,掌握現代化儀器設備在系統設計和實踐中的應用。課程充分發揮學生的主觀能動性和創造力,培養學生的獨立工作能力以及協作精神,并通過該課程選拔參加各類設計競賽的參賽選手。
1 題目設置
在該實踐課的教學上我們選擇了多個有代表性的、難易不同的實踐題目供學生選擇。具體題目有:液體點滴速度監控裝置、電子秤的設計與制作、智能電梯控制系統、水溫控制系統、脈搏測量儀的制作、直流數控穩壓源、數字式液量測量系統、轉速控制測量儀、數據采集系統、信號發生器、智能小車等等。這些題目基本上都是綜合性、設計性的,有的題目是歷年電子設計競賽題目的簡化或分解。以液體點滴速度監控裝置為例,該設計要求制作一個液體點滴速度監測與控制裝置,如圖1所示,實現的功能有:
(1)在滴斗處檢測點滴速度,并制作一個顯示裝置,能動態顯示點滴速度(滴/分)。
(2)通過改變h2控制點滴速度,也可以通過控制輸液軟管夾頭的松緊等其它方式來控制點滴速度。點滴速度可用鍵盤設定并顯示,設定范圍為20-150滴/分,控制誤差范圍為設定值 10% 。
(3)調整時間≤2分鐘(從改變設定值起到點滴速度基本穩定,能人工讀出數據為止)。
(4)當h1降到警戒值(2~3cm)時,能發出報警信號。
這個題目中對點滴速度和液面位置的檢測要用到傳感器,要有聲光報警電路,需要電機改變h2高度來控制點滴速度,整個系統由單片機進行控制,通常選擇PID算法來調整點滴速度。從實用和智能化角度出發,可以擴展成網絡,采用簡單的RS-232通訊實現從站和主站之間的通信,實現智能化管理。
學生在選題過程中進行引導,避免多組學生選擇同一題目,學生也可以自主擬定題目,經過指導教師審核即可。學生3人為1個小組,成員有所分工。
2 教學要求
(1)綜合運用EDA軟件
學生根據所選題目進行方案設計,對方案中的電路進行設計計算,包括元器件的選擇和電路參數的計算。要求學生通過各種EDA軟件進行仿真驗證,選擇Multisim7、Proteus、ISE等軟件進行相關仿真實驗。
(2)硬件電路制作
設計方案經指導教師審查通過后,學生領取所需元器件等材料,設計PCB電路板并且自己加工,最后焊接制作電路并調試。
本課程教學采用了“模板化”設計方法,將學生設計調試好的A/D轉換器、D/A轉換器、鍵盤、顯示電路“模板化”,使系統設計的局部和整體有機結合,提高了實驗資源的利用率和實踐效率,“模板化”后的單元電路在電子設計競賽中也可使用。
(3)軟件的編制與仿真。根據已設計出的軟件系統流程圖,編制出各功能模塊的子程序及整機軟件系統的主程序,程序設計時,要充分考慮與所設計硬件電路的連接及有關指標要求。向學生推薦使用C語言進行單片機的編程與開發,用C語言進行程序開發更方便移植,貼近實際工程背景,適合開發大型的工程應用程序。
(4)系統聯調。學生集中在1周內完成所選題目,3個學生為1組,按照模塊化設計方式有所分工,當每個同學所負責的模塊調試成功后進行系統聯調,要求學生之間相互配合,遇到問題一起找原因、想辦法,而不是相互埋怨、推脫責任,培養學生的合作精神,積累系統調試的經驗,培養學生分析問題和解決問題的能力。
(5)撰寫實踐總結報告。
書寫高質量的工作總結是反映工作實踐素質高低的一個重要方面,工程技術人員應能用書面形式系統、完整、清晰地表達自己的研究成果,其目的是讓人很容易地看懂所研究課題的內容、方案、原理、實現方法等。因此,書寫實踐總結報告也是實踐課考核的主要內容之一。
3 考核方法
(1)設計方案正確性與合理性,綜合考慮性能價格比和系統功耗。
(2)實踐動手能力,包括PCB設計水平、安裝工藝水平、焊接工藝水平。
(3)設計成果,達到的指標。
(4)調試中分析和解決問題的能力,創新精神。
(5)題目的難易程度。
(6)獨立工作能力,實踐工作態度。
(7)總結報告完成的質量。
四 教學效果
經過幾年的教學和改革,對學生動手能力的培養取得了較好的效果。2005年以來,學生參加了全國大學生電子設計競賽和浙江省大學生電子設計競賽,共獲3個全國一等獎,2個全國二等獎,4個省一等獎,6個省二等獎。近5年,本科生一次就業率年均在90%以上,多數畢業生到企業從事研發工作,少數畢業生獨立創業、注冊公司進行電子產品的設計與開發。
此外,學生參與教師科研項目、獨立申報承擔浙江省新苗計劃項目、浙江省大學生創新項目、校級學生科研項目的數量都顯著提高。
五 結束語
實踐課主要體現在對實際工程應用系統或產品的研制,使學生經歷從課題任務的提出到方案的論證、設計,軟件及硬件的開發、聯機調試等若干步驟。學生通過自己設計實驗電路、實驗步驟、實驗方法等,綜合應用電子技術的能力、理論聯系實際的能力得到了很大的提高,促進了學生創造性思維的發揮。這些實踐課是在理論課教學和相應驗證性實驗基礎上的深入和提高,是對學生電子系統設計的綜合性訓練,這種訓練培養了學生工程實踐能力、獨立工作能力及創新能力。
參考文獻
[1] 王劍.電子系統設計課程體系改革的探討[J].長江大學學報(自然科學版),2009,6(2):377-378.
《電子系統CAD》課程設計是電子信息工程專業課階段理論知識的綜合應用。《電子系統CAD》課程設計是針對電子信息工程高年級學生開設的,這時理論課程已經學了很多,例如模擬電子技術,數字電子技術、高頻電子技術,單片機應用及原理,C程序設計等,通過《電子系統CAD》課程設計把各門課程更加有效的綜合起來,提高學生系統設計的能力。
而原課程的設置中普遍存在以下幾個問題:以單片機小系統實物展開設計的設計周期較長,而且掌握的電子系統開發工具相對單一;原教學內容設計使用單片機匯編語言,但是當前企業中大部分用單片機C語言來進行軟件開發,與企業不能有效的接軌;系班級學生成績兩級分化嚴重,特別是高年級的專業,任務布置上使用一刀切,不利于程度不同的學生有效的掌握,影響教學的有效性;驗報告抄襲現象嚴重。
對《電子系統CAD》課程設計的教學內容、任務布置、考核方式等方面進行了改革,使其更好的發揮本課程設計的教學效果,節約成本同時讓學生有更多的鍛煉機會,并能讓學生掌握電子系統設計工具的使用方法和軟硬件系統設計的基本方法。
2教學改革的內容
2.1 改革教學內容
改革《電子線路CAD》課程設計的教學內容,掌握電子系統設計中常用的protel軟件、multisim電路仿真軟件、proteus軟件、Keil C軟件等軟硬件仿真軟件的使用方法。并從protel 硬件設計、multisim仿真設計電路分析性能、keil C與proteus聯合仿真調試的形式,從硬件工程師和軟件工程師的兩個方面來了解一個電子系統設計的流程。同時針對目前電子設計領域的發展,軟件設計時利用單片機C語言進行設計編程,代替原來的匯編語言設計,并且用軟件項目管理的架構進行軟件系統設計。這四種軟件都是電子設計工作者需要掌握的。
Protel一個完整的全方位電路設計系統,包含有電路原理圖設計、PCB設計、PCB自動布線、可編程邏輯器件設計、模擬/數字信號仿真等功能模塊,并具有Client/Server(客戶/服務器)體系結構。Protel軟件功能強大、界面友好、使用方便,它最具代表性的是電路原理圖設計和PCB設計[1]。
Multisim適用于板級的模擬/數字電路板的設計工作。它包含了電路原理圖的圖形輸入、電路硬件描述語言輸入方式,具有豐富的仿真分析能力。可以使用Multisim交互式地搭建電路原理圖,并對電路行為進行仿真。通過Multisim和虛擬儀器技術,PCB設計工程師和電子學工作者可以完成從理論到原理圖捕獲與仿真再到原型設計和測試這樣一個完整的綜合設計流程[2]。
Keil uVision2與匯編相比,C語言在功能上、結構性、可讀性、可維護性上有明顯的優勢,因而易學易用,而且大大的提高了工作效率和項目開發周期。KEILC51標準C編譯器為8051微控制器的軟件開發提供了C語言環境,同時保留了匯編代碼高效,快速的特點。C51已被完全集成到uVision2的集成開發環境中,這個集成開發環境包含:編譯器,匯編器,實時操作系統,項目管理器,調試器。
Proteus從原理圖布圖、代碼調試到單片機與電路協同仿真,一鍵切換到PCB設計,真正實現了從概念到產品的完整設計。其處理器模型支持8051、HC11、AVR、ARM、8086和PIC10/12/16/18/24/30/DsPIC33、MSP430等,在編譯方面,它也支持IAR、Keil和MPLAB等多種編譯器。
2.2 改革教學方法與手段
針對本系學生特點,充分運用各種教學手段和教學資源,充分調動學生的積極主動性,活躍課堂氛圍,提高教學質量和效果。從簡單并能看到結果的系統設計開始做起,提高學生的學習興趣。比如學生完成一個LED燈循環點亮,程序簡單容易實現,實現時學生會有成就感。改進任務書的布置方式,實行分級多任務的布置。針對不同學生的不同學習能力,分為簡單任務題庫和復雜任務題庫。復雜任務題庫的任務分基礎部分和提高部分,分等級分步驟臺階式的遞進增長。
2.3 改革考核方式
特別強調的是考核方式是加入平時成績的登記和最后答辯成績登記,并且增大平時成績和答辯成績占的總成績的比例。平時成績的登記,是督促學生認真完成實驗的重要手段。最后答辯成績登記,是區別實驗是否優秀的重要方法,杜絕實驗報告抄襲的現象。
3教學改革的效果
因本課程設計改革側重點放在軟硬件設計工具的掌握和軟硬件電路仿真設計上,掌握電子系統軟硬件設計的流程,并且用單片機C語言實現,提高我系學生自主設計的能力。考核方式嚴格把關,杜絕抄襲現象。提高教學效果的有效性:針對不同程度的學生給出不同難度的題目,讓大多數的學生都有收獲,解決有些學生拿到題目無從下手的困境。同時多任務也可以杜絕實驗報告的抄襲現象。節約成本并提高效率:軟件系統設計只需要在機房中進行,不需要購買元器件。并且能讓每個人都有鍛煉的機會。
4結語
通過《電子系統CAD》課程設計培養學生對電子系統開發過程中設計有深刻的了解,學生掌握了在電子系統開發過程中用到的軟硬件設計工具的使用方法,熟悉硬件開發設計的流程及軟件開發設計的流程,并對單片機C語言的編程技巧,軟件系統設計的項目管理有一定程度的了解。節約成本并讓每個學生得到充分鍛煉的機會。并逐步過渡到以學生自行設立控制對象,自主編程以及通過實驗進行電路組成,以達到較高層次的設計能力培養。
參考文獻
[1] 張瑾.Protel 99SE入門與提高[M].北京:人民郵電出版社,2007:2～10.
關鍵詞:程控放大器;單片機;自動量程切換;基準電壓
中圖分類號:TP29 文獻標識碼:A
文章編號:1004-373X(2009)21-147-02
Design of Voltage Measurement System with Self-scale
GU Jiang
(Changshu Institute of Technology,Changshu,215500,China)
Abstract:It is significant of the voltage measurement in the present electronical system.With expanding of the dynamic range,a method owning the slef-scale is urgently required.It presents a system of voltage measurement with self-scale,based on the program control amplifier controlled by the single chip computer.Otherwise,the errors induced by the measurement channel and the temperature drift are depressed using the self-calibration technology.The examination shows that the system can adjust its measurement scale and has a certain anti-jamming capability.
Keywords:program control amplifier;single chip computer;self-scale;voltage reference
在電子系統設計調試過程中,電壓測量往往是一個測控或測量系統中不可缺的項目。對于電壓測量,若其在一個小動態范圍內變化,則無論電平高低,要做到精確測量并不困難。但當被測量在寬動態范圍內變化時,例如從mV級甚至μV級到V級,做到測量誤差均勻的控制在一定范圍之內,常用的方式是切換量程,即指定測量范圍,例如常用的數字電壓表等儀器。然而在許多情況下為了保證測量的實時性,測量時不可能變換測量通道的量程,因此要在整個電壓變化范圍內做到精確測量就凸顯出其重要性。本文基于MCU AT89C51控制,實現了一種自動量程切換的電壓測試系統。
1 電壓測量原理及系統組成
為了對不同量級的電壓信號進行測量,對輸入信號進行放大時就不能采用相同的增益倍數。系統要求能根據不同信號幅值,自動選擇相適應的增益倍數。在本方案中采用單片機判斷輸入電平的量級,通過通道選擇開關,控制前級放大器的增益系數,使其輸出符合后級ADC的輸入電平要求。再通過MCU對采樣結果計算分析,將得到的結果顯示在LED顯示器上,可以通過按鍵控制測量的起始狀態,默認狀態下為一直處于測量狀態。為消除信道在不同溫度、濕度等狀態下對測量的影響,增加了基準電壓自校準功能,其測量系統框圖如圖1所示。
圖1 測量系統框圖
2 系統硬件電路
2.1 前級程控放大電路
由于輸入信號最小為μV級,對于前級放大器的要求很高,需要有合適的溫度系數、噪聲系數等。目前一些方案中多數采用斬波放大器。本文采用ADI公司的具有超低失調、超低漂移和偏置電流特性的寬帶自穩零放大器AD8628,可提供自穩零或斬波穩定放大器才具有的特性優勢,將低成本與高精度、低噪聲特性融于一體。AD8628的失調電壓僅為1 μV,失調電壓漂移小于0.005 μV/℃,噪聲僅為0.5 μV峰峰值,因而適合不容許存在誤差源的應用。其在工作溫度范圍內的漂移接近零,對位置和壓力傳感器、醫療設備以及應變計放大器應用極為有利,可以利用AD8628提供的軌到軌輸入和輸出擺幅能力,以降低輸入偏置復雜度,并使信噪比達到最大。具體電路如圖2所示。
圖2 前級程控放大器
該部分中,實現增益控制主要依靠通道選擇,本方案中采用四通道選擇器ADG804,該器件導通電阻小于0.8 Ω,單電源供電,封裝小,溫度適應性強,通過地址線A0和A1選擇導通路。單片機I/O口送數至ADG804的地址輸入端,選擇不同的反饋電阻值Rf,通過式(1)得到不同的放大增益系數G,進而確定事先定義的不同檔位的切換。
G=Vo/Vi=Rf/Ri
(1)
2.2 ADC變換電路
選擇使用AD775作為本方案中的A/D變換器。AD775是一款CMOS、低功耗、8位、20 MSPS采樣模數轉換器(ADC),內置采樣功能和片內基準電壓偏置電阻,可提供完整8位ADC解決方案。它采用流水線式或乒乓兩步式FLASH架構,可提供最高35 MHz的采樣速率,同時保持極低的功耗(60 mW)。該器件融合了出色的微分非線性(DNL)、高采樣速率、低差分增益與相位誤差、極低功耗以及+5 V單電源工作等特性,其參考電阻可采用多種配置方式進行連接,以處理不同的輸入范圍。與傳統的FLASH型轉換器相比,低輸入電容提供易于驅動的輸入負載。
圖3給出ADC的電路以及和MCU數據傳輸的連接關系。
圖3 ADC電路MCU連接
2.3 MCU系統電路
方案中采用Atmel公司的AT89S52,帶8 KB閃速可編程可擦除制存儲器(PEROM)及低電壓,高性能CMOS微控制器。由于將多功能8位CPU和閃速存儲器組合在單個芯片中,AT89S52是一種高效微控制器,為很多嵌入式控制系統提供了一種靈活性高且價廉的方案。采用單片機P0口直接驅動紅色LED,5 V供電,采用共陽數碼管,上拉電阻取1 kΩ。共采用三個數碼管,動態掃描式顯示。單片機系統圖省略。
3 系統軟件設計
3.1 數據采集及量程切換
軟件設計采用模塊化設計思想,每個模塊實現特定的功能。系統軟件包括主程序、定時中斷程序和一系列功能子程序。上電后程序初始化,進入監控狀態,顯示待機界面等待測量。測量時啟動A/D后,首先選擇最大量程對外部數據進行采樣計算并判斷,確定合適的量程。切換量程后再次采樣,記錄得到的數據,通過相應對相應量程的計算,得到測量的電壓。如果需要,MCU可與微型打印機通過并口連接,將存儲于RAM中的電壓歷史數據和當前數據打印出來,作為資料存檔保留,系統流程圖如圖4所示。
圖4 系統流程圖
3.2 通道自校準
為了消除信道給測量帶來的誤差,在電路和程序中增加了自校準部分。其主要原理是通過比對基準電壓和待測電壓在相同信道中的測量值,進一步消除系統信道帶來的誤差。基準電壓通過穩壓器件和一系列分壓電阻得到一組不同量級且高精度的電壓基準源,設置為1 mV,10 mV,50 mV,100 mV,500 mV,1 V等。設某通道的輸入信號為VX,經過測量得到的結果為V′X;選擇合適的量程范圍,選擇距離此范圍最接近的基準電壓
VS1和VS2,經過同樣的信道測量的結果為V′S1和
V′S2,那么根據相似性原理可以得到:
VX-
V′S2
V′X
-
V′S2
=
VS1-VS2
V′S1
-
V′S2
(2)
由此推算得到真實的測量值為:
VX=
VS1
-VS2V′S1-V′S2(V′X-V′S2)+VS2
(3)
通過在線基準電壓校準從根本上消除了放大、濾波等環節由于器件參數分散性所引入的單向偏差問題,使測量系統的精度得到進一步的提升。
4 結 語
電壓是電子系統中最基本的測量值之一,也是諸多非電子傳感器轉換為電子測量時最常用的物理量。 其快速準確測量無論是對于電子系統設計,還是對各種物理信號的測量,都有極其重要的意義。本文實現了一種基于單片機的自動量程切換的電壓測量系統,能在較寬電平范圍內準確地測量其電壓值。此外采用基準電壓測量,最大限度地減小信道對測量結果帶來的誤差。
參考文獻
[1]李華.MCS-51系列單片機實用接口技術[M].北京:北京航空航天大學出版社,1993.
[2]楊丕楠,劉彥鵬,吳明光.一種基于電壓頻率變換的高精度數據采集系統\.自動化儀表,2006(Z1):144-146.
[3]盛春波,鄭繩楦.基于CPLD技術工頻相位測量中電壓信號量程自動切換\.電子器件,2006,29(1):238-240.
[4]陳步月,張秋平.雷楓.V/F轉換電壓測量系統\.微型機與應用,2002(12):23-25,51.
[5]徐博寧,司江英,王鑫.基于單片機的頻率、電壓監測系統設計\.現代電子技術,2008,31(21):67-69.
關鍵詞：電子元器件；工程實踐能力；網絡教學平臺；教學改革
作者簡介：李紅（1984-），女，山東肥城人，蘭州交通大學自動化與電氣工程學院，講師；趙峰（1966-），男，上海人，蘭州交通大學自動化與電氣工程學院，教授。（甘肅 蘭州 730070）
基金項目：本文系自動化與電氣工程學院本科教學改革項目（ZDH2013011）的研究成果。
中圖分類號：G642.44 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0079（2014）03-0143-02
工程實踐能力培養是大學本科教育的重要內容，對提升工科人才培養質量、未來促進工程教育和工程師的認證具有重要意義。[1]通過電子元器件市場調研與系統設計課程實踐的學習，使學生初步掌握電子元器件市場調研與電子系統設計的方法、過程，培養學生的實踐動手能力和本專業學習的興趣，提高學生對電子技術、自動控制系統相關知識學習的積極性，為后續課程打下良好的基礎。電子元器件市場調研與系統設計課程一般安排在大二第二學期，通過確定調研問題與目標、實地調查、信息整理、分析，調查報告的撰寫的基本步驟來組織實施，電子系統設計則通過查找資料、確定選題、根據選題給出設計方案、分析、驗證電路的基本步驟來組織實施。
通過前幾年的教學實踐獲得了不少有益成果，但如何在2周的有限時間內完成眾多培養環節，更有效地對學生選題、老師答疑、給定成績三個方面進行全過程監控，對培養具有很強實踐創新能力的卓越工程師[2]有重要意義。
一、時間組織改革
前期培養方案中，本課程按2周時間分兩個階段分別實施：
1.電子元器件調研
（1）確定調研問題與目標。初步形成對自己所欲設計的電子系統的電子元器件名稱、型號、規格、參數、尺寸的基本評價。
（2）實地調查。到電子市場確定相關電子元器件市場供應品牌、價格、需求情況、主要替代品情況。
（3）信息整理。對數據、資料有重點地進行整理、分析，運用所學知識對結果進行分析得出判斷和結論。
（4）調查報告的撰寫。把整個調查過程以報告的形式呈現出來，并能依據調查的結論給出合理化建議和意見，作為調查的成果。
2.電子系統設計
（1）查找資料，確定選題。通過在圖書館、網上查閱所欲設計的電子系統的相關書籍、論文資料，確定選題。
（2）根據選題給出設計方案。針對所選題目設計電路原理圖、編寫程序、繪制原理圖。
（3）分析、驗證電路。先借助專業軟件進行仿真驗證，再購買相關元器件進行焊接后實際測試。
上述實施方案所涉及的培養環節較多，在實際教學過程中發現存在時間難以控制，各環節之間有重疊或跨越的現象。經老師分析和學生反映的意見綜合，主要原因在于調研與設計環節分開，時間浪費較多。
經研究，本課程的2周時間內統一為一個過程按五個環節進行實施：
（1）查找資料，確定選題。針對老師提供的備選題目，學生通過在圖書館、網上查閱欲選題目的相關書籍、論文資料，確定選題。
（2）根據選題給出設計方案。針對所選題目，搜集相關資料，設計電路原理圖，學習Altium Designer軟件[3]并繪制電路原理圖。
（3）電子元器件調研。對自己所欲設計的電子系統的電子元器件名稱、型號、規格、參數、尺寸等進行網上調研，了解相關電子元器件市場供應品牌、價格、替代品情況，對數據、資料有重點地進行整理、分析，到電子市場采購部分元器件。
（4）制作、驗證電路。先借助Proteus軟件[4]進行仿真驗證，再進行焊接后實際測試。
（5）撰寫總結報告。把整個實踐過程以報告的形式呈現出來，并依據測試數據給出合理化建議和意見，作為成績評定的重要參考。
改革前后各培養環節時間分配對比如表1所示，由表可知，改革后電子元器件調研環節可以占用第一周的周六、周日機動時間，且制作、驗證電路環節可以增加到3天，給學生更充足的動手時間。
二、實踐環節的教學改革
1.學生選題
因本課程的功能定位不同于大三的專業課課程設計以及畢業設計，且考慮到學生未學課程較多的實際情況，將原有的“每組同學在指導教師的指導下自行選擇設計題目，指導教師不限題目，只要每個指導教師指導的各組不重復即可”的選題標準具體化，統一給出選題目錄，如表2所示。
2.老師答疑
為了利用網絡技術及培養學生正確利用網絡，[5]我們將原有的“每天固定2小時，機動2小時”的當面答疑時間調整為“每天網絡2小時，每周當面2小時”。網絡答疑提供2種途徑：利用QQ群和QQ群空間實現網絡互動，利用本校網絡教學平臺上的課程交流區在線互動。
實踐中發現，多數師生更喜歡利用QQ群進行交流，網絡教學平臺上的課程交流區則相對而言人氣較差，師生發帖的積極性不高。這也意味著有必要進一步研究網絡教學平臺的在線答疑模塊的改進與優化，提高使用的便捷性與信息共享的快捷性。
3.給定成績
為了提高學生的積極性，減輕總結報告書寫工作量，在給學生提供報告模板及格式要求的基礎上，將原有的五級制評分標準改為按表3制定的百分制標準進行評定。
三、教學效果
1.學生的積極性及自我滿意度
經在本校電氣工程專業2011級本科生4個班中進行教學實踐，通過選題方式、老師答疑模式、給定成績標準等三個方面的改革，學生在選題時表現出更大的主動性和時效性，且選題范圍較寬；網絡答疑也降低了學生的拘束感，幾乎都能提出一些問題，且網絡資源的便捷共享優點極大地提高了電子元器件調研與選型效率。
相對于前幾屆學生在本課程結束后對自己智能等方面提高程度的自我滿意度而言，本屆學生多數反映經過本課程的實踐練習，自己對如何利用網絡獲取最新的元器件資料及典型應用案例、網絡提問與回答、Altium Designer軟件、Proteus軟件的使用等方面都有了極大的提高，而對于后續電子技術、單片機等課程的學習也有了明確目標。
2.教師的工作量及教學效果
經時間組織與具體實施方案的改革，尤其是選題目錄、網絡答疑、評分標準的實施，老師們感覺自己在該課程的投入時間較以前可以減少30%左右，同時，從學生們的作品及報告來看教學效果則較以前反而有了極大提高。
參考文獻：
[1]鐘永彥，陳娟，張蔚.從電子系統綜合設計談學生工程實踐能力的培養[J].中國教育技術裝備，2012，267（9）：112-115.
[2]高有華，翟慧萍，卲岳，等.面向卓越工程師培養的“電工學”課程改革[J].電氣電子教學學報，2012，S1（34）：74-76.
[3]宋瑾.基于Altium Designer的仿真技術在電子技術教學中的應用[J].信息與電腦（理論版），2012，（6）：136-137.
關鍵詞：新生報到；學籍管理；Visual FoxPro；新生電子報到系統
中圖分類號：TP311文獻標識碼：A文章編號：1009-3044(2012)06-1328-03
Design and Implementation of Electronic Register System for Freshmen Based on VF
ZHANG Bu1, WANG Jun2, WU Xiu-shi3
(1. Academic Affairs Office, Shenyang Agricultural University, Shenyang 110866, China; 2. College of Information and Electrical Engineer? ing, Shenyang Agricultural University, Shenyang 110866, China; 3. Yingkou Power Supply Company, Yingkou 115000, China)
Abstract: The freshmen reception was an important part in academic statues management and reflected the level of management and effi? ciency of management. This paper analyzed the function and design flow of electronic register system, and chose Visual FoxPro software to design and exploit electronic register system for freshmen. Electronic register system with its characteristics of accuracy and high efficiency was based on VF technology, which solved the problems of time consumption, energy consumption and errors in the traditional system of freshmen reception which were based on handwork, searching and statistics.
Key words: freshmen reception; academic statues management; Visual FoxPro; electronic register system for freshmen
新生入學報到是高校學籍管理中一項非常重要的工作，它涉及到教務處、學生處、計財處、后勤處、公安處、團委及各學院等諸多部門，但是目前很多高校的新生入學報到都采用人工方式，即先打印好新生名單，在報到當天來一名學生就在名單中做一個標記，這種方式不但繁瑣，浪費人力，而且容易出錯，也不能準確確定該生的真實身份。因此，構建一個適應高校新生報到的電子系統不但可以提高新生報到工作效率，還可以緩解因場地、人手等軟硬件條件不足而帶來的矛盾，同時應用新生電子報到系統還可以一目了然的發現新生的基本信息和照片，從而大大的降低新生因替考而入學的可能性。
1新生報到流程
新生入學報到之前，學生處會發放錄取通知書和錄取報到說明，新生須按照說明的要求在規定的時間內將學費和宿舍費存入銀行卡，由銀行代扣學費和宿舍費，部分不能如期繳清學費的學生在報到當天直接到計財處繳清學費，申請辦理助學貸款的同學直接到學生處助學貸款辦理處辦理綠色通道。在新生報到當天，教務處學籍管理人員通過Internet收到繳清學費和辦理綠色通道學生的數據，在報到現場學籍管理人員根據該數據，核實錄取通知書、身份證和準考證進行報到注冊，經身份核實無誤后打印《新生報到單》，學生持此報到單分別到公安處、后勤處、團委及各個學院分別辦理戶口遷移、就餐卡、組織關系及宿舍的現場分配等等，新生報到流程圖如圖1所示。
2新生電子報到系統的設計與實現
目前，各高校的學生學籍注冊原始數據和各省教育廳的審核數據都來源于當年的新生錄取數據，其文件類型為FoxPro中的“. dbf”格式。為了方便數據管理和接口的控制，本文選用Visual FoxPro作為其數據庫管理系統和應用數據庫。同
時，Visual FoxPro也是一個功能強大的交互式數據管理工具，是為數據結構和應用程序開發而設計的功能強大的面向對象的環境。無論是組織信息、運行查詢、創建集成的關系型數據庫系統，還是為最終用戶編寫功能全面的數據管理應用程序，Visual FoxPro都可以提供管理數據所需的所有工具。
2.1新生電子報到系統的功能
依據新生報到流程圖，可以看出高校的新生電子報到系統必須具備以下幾項基本功能：
1）招生數據校驗功能：教務處學籍管理人員從學生處招生辦獲得招生錄取數據，首先要對錄取數據進行必要的邏輯性和合法
性審核，所以新生電子報到系統必須可以對錄取數據進行必要的校驗。
2）新生學籍信息管理功能：學校學籍管理人員和輔導員根據招生辦提供的招生信息和學生實際入學報到情況，對注冊報到的學生根據專業進行分班、編制學號、刪除無效記錄（招生流失未報到的學生）等數據處理，并添加必要的學籍內容（如學制、層次、學習方式等）。審核無誤后，新生電子報到系統應形成規范的學生學籍注冊信息文件。
3）新生信息查詢和統計功能：學籍管理人員根據新生的注冊信息進行各種信息的統計，也可進行新生注冊數據的隨機查詢等。
2.2新生電子報到系統的設計流程
新生電子報到系統的大致工作流程分為以下9個環節：
1）導入程序將本校的錄取數據和新生照片導入新生報到數據，對數據進行邏輯性和合法性校驗，并進行數據和照片匹配；2）各院系輔導員對本院系的所有新生按專業進行分班；
3）通過網絡連接，教務處匯總計財處、貸款中心的數據，確定繳費新生數據，以保證完費注冊；
4）報到當天，電子報到系統通過考生號或身份證號檢索到該生的信息和照片，在確認信息無誤后，現場打印新生報到單；
5）按照招生省區、招生層次、系、專業四種方式統計，分為報到與未報到兩種情況實時更新匯總；
6）招辦及各學院負責將延期報到的新生補錄到教務處；
7）教務處根據實際報到新生數，按照所在班級、專業分配學號；8）確定新生信息無誤后，系統將新生數據導成dbf文件；
9）根據各部門需求的不同，系統生成不同的統計材料。
2.3新生電子報到系統各模塊的設計2.3.1系統管理模塊設計
系統管理模塊主要用于保證系統的安全性，因為新生數據涉及到考生號、身份證號碼、戶籍所在地等許多私人信息，所以在登錄時設置用戶名和密碼是非常必要的，2009年秋季新生報到窗口的客戶端登錄界面如圖2所示。
圖2客戶端登錄界面2.3.2數據處理模塊設計
在進行數據處理之前，首先要對所在學院、專業、班級等信息進行編碼管理、排序和賦予屬性。然后將反映新生屬性的各類數
據和新生照片導入到數據處理模塊。最后數據處理模塊完成對導入數據的校驗、審核和補充，確保數據的準確性和完整性。2.3.3報到模塊設計
新生報到的后臺數據庫集中存儲在服務器上，前臺只要安裝新生的管理系統軟件，并賦予操作的權限，就可以通過校園網上的任意一臺計算機來完成，實行客戶―服務器管理模式。在新生報到模塊設置考生號查詢按鈕，通過輸入考生號來查詢新生的信息，報到窗口如圖3所示，包括新生的照片、考生號、姓名、性別、所在學院、專業、班級等等。同時為方便報到當天的管理，直接在報到界面設置輔助打印、標記功能。
圖3新生入學電子報到窗口2.3.4查詢和統計模塊設計
對新生數據進行分類統計分析是學校學籍管理部門的重要工作，所以查詢和統計模塊設計的目的主要是學籍管理人員通過該模塊可以形成各種需要的統計信息又也可進行新生注冊數據的隨機查詢等。為方便查詢和統計新生的報到情況，查詢和統計模塊設計為按照招生省區、是否報到、專業等情況進行查詢和統計并實時更新匯總，并可以生成相應視圖報表或另存為DBF等格式，如圖4所示。
圖4新生報到信息查詢窗口
3系統特點
1）系統安裝簡便，信息實現共享
新生電子報到系統采用的是典型的客戶機―服務器模式，各工作站只需安裝應用系統即可連接并操作數據庫。本系統對數據進行集中的管理，并使用統一的數據標準和格式，建立多種與其它管理系統的數據接口，實現數據的高度共享與集中。
2）操作界面友好，運行高效穩定
該系統源程序簡單易懂，數據庫使用簡單，管理方便，擁有與用戶互動良好的操作界面，使用效率高，安全可靠。
3）符合管理實際，信息實時顯示
本系統統籌考慮各部門的工作流程，認識到各部門的管理實際，高度利用新生數據，實現了人性化管理，并能讓學校領導及時、準確地統計和分析數據，掌握報到現場的動態情況。
4結束語
采用電子報到系統對新生報到工作進行網絡管理，是當前新生報到管理工作實際的需要，這不僅可使新生報到管理工作更方
便、更規范、更快捷，也改變了傳統的手工報到工作方法，使管理手段得到進一步的優化，實現了無紙化管理。運用此系統，有效地促進學校各部門的協調運作，大大提高了工作效率，也提升了學校的學籍管理水平，有助于為新生家長和社會各界提供更人性化、信息化、現代化的服務。此外，迎新工作結束后，可以導出已經報到注冊的新生的基本數據，為學校其他管理系統（例如教務管理系統）所用，以實現數據共享，減少了大量重復勞動。
參考文獻：
[1]何林,馮淑娟架構下的新生報到注冊系統的設計與實現策[J].計算機時代,2004(9):30-31.
[2]龍景奎,盧蓓蓓.高校新生管理系統開發及應用方略[J].煤炭經濟研究,2003(6):72-73.
[3]陳金剛,舒攀.基于Web的數字迎新系統設計與實現[J].計算機與數字工程,2007,35(9):159-161.
[4]陳和平,張偉,程耕國,等.大學新生報到系統的設計與實現[J].計算機工程與應用,2002,38(15):192-194.
1系統設計需求分析
在系統設計中，要確定用戶角色。在互聯網電子商務系統中，其角色為客戶。因為，角色并不是都表示人，也可以是外部系統。所以，本系統的數據庫處理角色就是一個外部系統。客戶在登陸到電子商務系統的首頁時，可以根據需求選擇商品，并能夠將商品加入到系統的購物車之中，然后用戶在判斷商品價值后，基于購買決策為商品付賬，就相當于完成一次電子商務交易，提升系統可用性[13-15]。在整個電子商務系統設計中，可以確保該電子商務系統設計完成后符合用戶實際應用需求。
2基于UML設計實現電子商務系統
2.1系統總體結構設計
采用UML對象建模，在財務軟件的客戶端與數據庫之間可以加入了一個中間層，將財務軟件應用程序的將業務規則、數據訪問以及合法性校驗等放到中間層進行處理。系統的客戶端采用JavaScript、Java等網絡編程語言編寫，其腳本程序簡單易用、靈活性強，可以控制整個Web頁面。其總體結構如圖1所示。
2.2系統功能設計
對于UML對象建模中，在設計電子商務系統中，能夠用統一的UML建模語言，構建電子商務系統，提升系統軟件的可用性。其電子商務系統功能設計如圖2所示。用戶管理：主要通過全局變量，記錄系統中的登錄用戶信息。商品管理：查看商品基本信息；根據商品名稱查看商品；對查詢結果進行操作。電子商務購物管理：用戶查看商品，選擇要購買的商品；能夠將用戶選中的商品加入到電子商務系統的購物車中，并且確保購物車信息也可以依據用戶需求變化，動態的更改購物車數據。
2.3分析電子商務系統業務流程
該電子商務系統是針對消費者購買商品設計的。消費者分為兩類，一類是會員，若是某會員要購買，直接登錄網站，就可以購買所需要的商品了；另一類是普通瀏覽者，該瀏覽者可以瀏覽網站基本信息，若要購買，則必須確保系統的用戶先進行注冊之后，才可以在該電子商務網站中購買展示的商品。并且，基于UML技術，用戶在注冊成系統用戶后，就可以選擇所需的商品，同時系統將會為用戶生成商品訂單，確保電子商務系統能夠滿足用戶使用需求。電子商務系統的主要業務流程，如圖3所示。
2.4UML建模設計
對象設計：UML對象建模中，確定設計模型中的類、關聯、接口和現實服務的算法。可以根據動態模型中的行為和功能模型中的用例描述確定類的服務，然后設計實現服務的數據結構和算法，主要是選擇能正確描述信息的邏輯結構和相應的能夠高效實現算法的物理結構。在UML中，一個系統由若干個用例圖描述，用例圖的主要元素是用例和角色。如圖，是在網上商店系統經理的用例圖如圖4。優化設計：UML對象建模中，還能夠從效率和清晰性角度優化對象模型[15]，提高效率和調整繼承關系；采用抽象與具體的方法來優化繼承關系，增加派生屬性和派生關聯可以提高訪問效率，以實現財務軟件代碼共享、減少冗余。在UML中，顯示了互聯網電子商務系統的類圖。上圖顯示了從用戶登陸首頁選擇商品到結帳離開類之間的關系，分別由4種類圖組成。主要就是將JSP與Servlet技術聯合使用，從而實現對電子商務系統的用戶提供動態的內容服務。設計對象約束：基于UML對象建模的財務軟件設計中，無論是消費者、商戶還是銀行員工都可以通過Internet訪問該系統，完成各自授權的活動、工作。
3系統應用效益分析
以基于UML的電子商務系統開發為視角，以MyEclipse6.0開發平臺為開發環境，介紹基于UML建模技術，并結合實例說明面向對象軟件的工作過程。實踐表明，基于Java三層架構設計的軟件系統結構清晰、便于維護，具有代碼復用之功能。基于UML設計出的互聯網電子商務系統，系統的結構清晰、便于維護，能夠構造一個科學準確的互聯網電子商務系統模型，提升系統設計質量，提升12.0%，將設計好的系統應用到實踐中發揮積極的應用效益。在本次電子商務系統設計中，基于UML技術，分析電子商務系統的建模開發工作，將UML應用到系統開發過程中，不僅可以提升系統開發工的靈活性，也可以提升系統的可擴展性與維護性，使設計完成的系統更具用戶使用性能，發揮積極應用效益。
4結論
綜上所述，在設計電子商務系統中，應用UML技術，具有應用價值，可以在實踐電子商務系統設計中推廣應用該技術。
作者:龐敏 單位:寶雞職業技術學院
參考文獻：
[1]藍鷹.基于UML的高校圖書電子商務系統分析和設計[J].智能計算機與應用，2014（4）:43-46.
[2]趙永紅，劉利民，魏家瑞，等.基于多層架構的B2C電子商務系統的建模研究[J].內蒙古工業大學學報；自然科學版，2011，30（1）:47-53.
[3]何耀光，康汶，詹先信，等.基于UML的電子商務在線銷售系統分析與設計[J].計算機與現代化，2011（2）:171-174.
[4]侯秀美.基于UML的電子商務系統建模及應用研究[D].南昌：南昌大學，2012.
[5]唐路其.基于UML的電子商務系統的建模及實現[D].南昌：南昌大學，2014.
[6]賈鳳玲，李小天.UML在電子商務網上支付系統建模中的應用[J].福建電腦，2015（4）:38-40.
[7]倪芳.基于MVC的電子商務系統的設計與實現[D].廈門：廈門大學，2014.
[8]譚敏，范強.電子商務數字取證模型設計[J].網絡安全技術與應用，2014（7）:110-111.
[9]劉定智.電子商務站點設計中的UML用例新應用[J].科學與財富，2012（2）:104-104.
[10]華文立.基于Java三層架構的電子商務系統設計與實現[J].蚌埠學院學報，2015（2）:7-11.
[11]李傳煌，王偉明，施銀燕，等.一種UML軟件架構性能預測方法及其自動化研究[J].軟件學報，2013（7）:1512-1528.
[12]胡文生，趙明，楊劍峰，等.敏捷開發過程中的迭代策略分析[J].微電子學與計算機，2012，29（5）:165-169.
[13]王蘋.基于UML建模的銷售系統研究[J].煤炭技術，2011，30（6）:268-270.
關鍵詞:電力市場;結算系統;Java;XML;Webspere
中圖分類號:TP311文獻標識碼:A文章編號:1009-3044(2010)22-6365-02
The Design of Power Market System Settlement Subsystem
ZHANG Tao
(College of Software Engineering Southeast University, Nanjing 210011, China)
Abstract: According to the user requirements and the actual conditions of the power market operation system, this article propose the design of the settlement systems. Itinclude the details of system design, implementation of the settlement system, and it include the storing calculatingand publishing of the settle data. the use of design patterns for data processing and other modules optimize the design and use of sophisticated java, xml, webspere and other related technologies to achieve and deployment.
Key words: power market; settle system; Java; XML; Webspere
根據國家電網公司信息化建設目標,將電力市場交易應用納入“SG186工程”統一考慮。電力市場運營系統通過整合服務資源,優化業務流程,以信息技術推動電力市場交易應用創新和服務創新。電力市場運營系統是為了實現三級電力市場交易運營和規范化管理,實現與公司其他應用以及各級電力市場交易應用間的互聯互通,實現橫向和縱向的數據共享,提高電力交易中心的管理水平、服務水平和工作效率,提升各級交易中心的專業化管理水平。
該系統主要分為由交易中心主站系統、市場成員終端(系統)、以及電力市場運營系統與“SG186”一體化平臺接口組成。電力市場運營系統包括數據申報、合同管理、交易管理、結算管理、市場預測、市場分析、信息和綜合管理八個應用功能部分。
本文主要著力于結算子系統的設計和實現。結算管理子系統根據電能量計量系統提供的有效電能數據、交易管理模塊的交易計劃、電價數據和網損,調度指令,能量管理系統的運行數據,合同管理模塊的相關數據,以及市場主體的運行考核數據和市場運營狀態,依據市場規則進行各交易主體進行電量結算和電費結算。
1 技術基礎
面向對象的關系型數據庫。該項目采用了oracle 10g數據庫,它在oracle 9i的基礎上又在安裝,服務器的可管理性、性能調整、安全性、可用性和可恢復性、商業智能和應用開發等方面增加了新的功能。面向對象的關系型數據庫是用面向對象編程的方法將對象用于數據庫應用軟件中,在關系型數據庫的基礎上,實現對象的存取管理。面向對象的關系數據庫使數據庫應用軟件更具靈活性。具有數據庫結構清晰,便于實現面向對象程序設計OOP;數據庫對象具有獨立性,便于維護;需求變更時程序與數據庫重用率高,修改少的優點。
Java語言綜合了面向對象技術和internet技術,將編譯和解釋有機結合,以實現跨平臺(操作系統,硬件,網絡平臺)運行。Java嚴格實現了面向對象的四大特征:封裝性(Encapsulation),多態性(Polymorphism),繼承性(inheritance),動態聯編(Dynamic Binding)。java在多線程支持和安全性等方面遠優于C++。Java不僅僅是一種編程語言,JavaBean ,Java組件的發展對應用編程帶來極大的方便。
多層結構。基礎的三層結構即(MVC)模式,第一層是客戶層,提供用戶接口的功能;第二層是業務邏輯層,提供完成所有業務邏輯和數據庫存儲的功能;第三層是數據庫層,提供數據持續儲存的能力。現在又提出了多層結構。分別是客戶層,頂端web服務層,應用服務層和數據層。
XML技術。隨著企業與企業之間電子商務的發展,XML得到極大的發展。XML語言嚴格的語法保證了文件的規范和數據的有效。在異質系統之間的信息交換,數據的存儲保值,自動化,精確搜索等方面發揮了巨大的作用。
2 業務功能和模塊劃分
1) 結算數據管理:為結算管理進行數據準備,實現結算源數據的讀入與管理。包括計量數據、交易計劃數據、考核結果以及結算所需的各類市場參數等。對用于結算的源數據進行檢索、查詢、核對、修正,最后進行確認,確保用于結算的源數據可靠。
2) 預結算:根據交易規則對各市場主體按照借、貸兩種賬戶,進行電量分割和統計,然后進行電量和電費的日清算與月結算,形成初步結算單。
3) 預結算審核:在交易中心內部,對預結算結果進行審核,并提交審核結果。如果結算結果審核不能通過,需要重新核實用于結算的各個源數據后重新進行預結算,直至審核通過后通過信息將預結算結果向各市場主體。
4) 結算主體校核:各結算主體對與自身相關的結算源數據和預結算結果進行校核,如果對預結算結果有異議,可以向交易中心提出結算爭議,由交易中心再次審核。在規定時間內如果沒有提出爭議,則認為沒有爭議。
5) 終結算:交易中心根據結算主體提出的結算爭議,按照爭議的類型,校核用于結算的源數據后,重新進行結算。
6) 終結算批準:在結算結果通過交易中心與結算主體校核后,提交結算賬單,經財務批準后通過信息系統向結算主體,并以此為依據支付電費。
7) 結算統計報表:按照日報和月報的方式,對電量、電價、電費進行統計匯總,形成報表。
3 結算子系統實現
按照數據流程的順序,將整個結算子系統分解為幾個模塊。使得原始的數據,主要是電力市場其他如計劃,合同交易等子系統導入的數據,原始的電表數據,經過數據確認,修正后,進入結算的主模塊,進行計算,生成所需要的格式化的各項數據,經過審批后儲存,最終在統計查詢界面顯示出來。
3.1 結算數據管理
主要功能是實現從電能量計量系統、能量管理系統、考核系統、合同管理模塊、交易管理模塊以及系統管理模塊的數據讀入,為結算管理模塊進行數據準備。結算數據管理可以分為與區域電網公司計算數據管理和與發電企業結算數據管理。
通過提供數據表單、圖表等多種方式的數據檢索、查詢工具,實現對各類結算源數據的分類匯總、過濾,為結算人員對數據校核提供方便的手段。
在發現有問題的數據后,可對有關數據進行著色標記,另行存儲。原則上,結算數據校核功能只對數據的有效性進行核實,對于有疑問的數據不在結算模塊進行修正。結算模塊對有問題的數據提出疑問后,由相關數據的源頭進行修正。待修正后,結算模塊重新獲取。
首先從電能量計量系統獲得電廠關口電量以及與區域電網交互的各聯絡線關口電量計量數據,并自動統計月內每日峰時段電量、平時段電量和谷時段電量。如果月內發生電價調整,則自動統計各電價變動范圍內的峰時段電量、平時段電量和谷時段電量。結算人員根據手工抄送的表計數據采集單,對自動計算的計量數據進行確認和修改。
應用提供錄入界面,由使用人員錄入區域電網下發的CPS 考核電量、聯絡線偏差電量和線損偏差電量。使用人員將自動計算和確認后的關口電量數據與區域電網下發的關口電量確認單進行對比,如果發現有大的偏差,則需要查找偏差原因。
使用人員將軟件自動分解的電量分量與區域電網下發的電量成分單進行對比校核,如果有大的偏差,則需要查找偏差原因。
另外還設置一個結算配置的模塊,對于結算過程中所需定制的各個參數提供一個圖形界面的設置模塊。將配置結果存儲在本地的xml文件中。
3.2 預結算
按照日清月結或根據交易規則規定的結算周期,對各市場主體按照購售電方式,建立借貸明細帳目,計算購售電電量和電費,并形成初步結算單。預結算結果輸出包括:結算主體名稱,交易類型,結算電量,結算電價,結算電費等。可以根據結算配置靈活改變結算所需要的內容。
此模塊為主要計算模塊,通過電力市場運營系統統一的webspere網絡服務器接口從數據庫中調入相關原始數據,根據結算基本規則和各地不同的要求(在結算配置里配置),對原始數據進行分解計算,生成所需要的結算數據,并存儲與本地xml文件中和再通過webspere網絡服務器接口將結算后數據寫入數據庫。同時提供一個圖形界面顯示結算數據的結果。
3.3 預結算審核
預結算完成后,為確保結算的正確性,在向結算主體結算結果前,在交易中心內部,對預結算結果進行審核。
審核內容包括結算源數據的校核、結算方法審核、結算算法正確性驗證等。
如果結算結果審核不能通過,需要重新結算,直至審核通過。
本模塊主要是提供一個審批的界面,供工作人員審核數據。
3.4 結算主體校核
預結算結果后,結算主體在交易規則規定的期限內,對預結算結果進行校核,如果對預結算結果有異議,可以向交易中心提出結算爭議。在規定時間內如果沒有提出爭議,則認為沒有爭議。提供一個結算爭議界面,有組合查詢功能,使得使用者能對所需審核的記錄快速查找,驗證。
3.5 終結算
在交易規則規定的時間內,交易中心根據結算主體提出的結算爭議,將結算爭議分類處理。
在所有爭議都得到處理后,將重新結算的結果再次通過信息模塊向結算主體進行。
3.6 終結算批準
在結算結果通過交易中心與結算主體校核后,形成結算對賬單,并根據交易規則的規定組織結算對賬單的分項和匯總內容。如審批不能通過,需要重新結算。經審核批準后,通過信息系統向結算主體。
3.7 結算統計報表
根據交易規則和電力市場應用的特點,按照時間和業務要求,組織相應的數據,形成各類報表。本模塊中使用chart4free包繪制了餅圖,棒圖等,幫助工作人員直觀了解最終結算數據的情況。
4 結束語
本文所述系統特色在于使用Java平臺技術和運用XML技術,實現具有實用性、開放性、可擴展性、可靠性、安全性、可配置性、易維護性的省級電力市場運營系統中的結算子系統。Java技術由于其開放性,易擴展,跨平臺等優點,已經成為了企業應用的熱點。而XML語言在數據交換,Web服務,內容管理,Web集成,配制等方面的重要應用,成為一個新興的熱門技術。對這些技術的研究不但對推動電力市場的發展有積極作用,而且對其他領域的企業應用也有借鑒推廣價值。
參考文獻:
[1] 楊爭林,宋燕敏,沈利華.基于J2EE的電力市場技術支持系統研究[J].電力系統自動化,2004,28(8).
[2] 宋燕敏,潘久經.PMOS―2000發電市場技術支持系統概述[J].電力系統自動化,2000,24(4).
