实验系统设计范文

实验系统设计范文（精选10篇）

实验系统设计 第1篇

1 称重系统的硬件设计

1.1 电源电路设计

根据设计需要, 本系统中需要设计两种不同级别的电源, 即传感器需要+12V的电源, 而系统其他芯片使用的是+5V电源。考虑本次设计的实际要求, 为使系统稳定工作, 提高产品的性价比, 电源电路的设计决定采用如下方案:

220V的交流电经过变压器后输出15V的电压, 经整流滤波电路后, 通过7812和LM7905进行DC/DC变换得到+12V和+5V、-5V供传感器和系统的其他芯片使用。在变压器的原边加入熔断保护装置和MFC网络, 使得系统获得的电源更稳定, 效果更好, 且电路短路时, 熔断装置会迅速切断电源, 保护其他电路元件不被损坏。

1.2 数据采集部分电路设计

1.2.1 传感器外围以及放大电路设计

传感器实际上是一种将质量信号转变为可测量的电信号输出的装置。使用传感器首先要考虑传感器所处的实际工作环境, 这对正确使用传感器至关重要, 它关系到传感器能否正常工作以及它的安全和使用寿命, 乃至整个衡器的可靠性和安全性。因此传感器外围电路的抗干扰能力是数据采集部分电路设计的关键环节。

传感器检测电路的功能是把电阻应变片的电阻变化转变为电压输出, 由于惠斯登电桥具有很多优点, 如可以抑制温度变化的影响, 抑制侧向力干扰, 比较方便地解决称重传感器的补偿问题等, 又因为全桥式等臂电桥的灵敏度最高, 各臂参数一致, 各种干扰的影响容易相互抵消, 所以本设计选用的最终方案是上海开沐自动化有限公司生产的NS-TH1系列称重传感器, 额定载荷20Kg, 该称重传感器采用全桥式等臂电桥。

由于传感器输出的电压信号很小, 是m V级的电压信号, 因此为了提高系统的抗干扰能力, 在传感器外围电路的设计过程中增加了由普通运放设计的差动放大器增益调节电阻Rg选用10K电阻, 是为了满足系统抗干扰的要求而设计。

这是一个电阻应变片式称重传感器, 将电阻应变片贴在金属的弹性体 (即力敏感器) 上, 并连接成一差动全桥电路。电阻应变片实心轴沿轴向线应变为:

实心轴沿圆周向线应变为:

金属材料的电阻相对变化公式为:

把 (1) 、 (2) 代入 (3) 可以得到其输出电压为:

其中F为压力 (即重物重量) A为受力面积E为弹性材料的弹性模量。如果在电阻的两侧都加入应变片, 则其输出为

SP20C-G501的输出电压为1-5V, 相应压力为1-50KPa。供电电流变动会直接影响传感器的输出电压, 因此希望电流变动要小。此外, 增大或减小驱动电流可调整输出电压, 但电流过小, 输出电压降低同时抗噪声能力减弱;电流过大, 会使传感器发热等, 将对传感器特性加大影响。因此在电路中使用1m A的驱动电流。在电路中采用通用运算放大器LM324, 由稳态二极管VS提供2.5V的输出电压经电阻R2和R3分压得到基准电压, 作为运放A1输入电压, 并供给1m A的电流。传感器的驱动电流流过基准电阻R4, 其上的压降等于输入电压。

R13和R 14为失调电压的温度补偿电阻, 阻值选择500k-1.5M。输入采用高输入阻抗的差动输入方式, 再由差动放大器电路进行放大, 输出1-5V的电压。RP2用于调整电路输入的灵敏度, RP1用于失调电压的调整。调整时, 压力为0KPa时输出电压为1V, 调整RP1, 当压力为达到20Kg的力时, 输出电压为5V即可。

而由式 (5) 得三运放放大电路的输出信号与输入信号的关系式为:

通过上式可以看出, 放大系数为

代入数值可以计算出, 其放大系数在70~150之间, 完全符合设计要求。

由 (3-6) 可以得到电桥输入电压U0与被测重量x成正比, 即

式中:Ur电桥的电源电压

K0传感器系数

1.2.2 A/D转换芯片与AT89S51单片机接口电路设计

AD574是美国Analog Device公司生产的12位单片A/D转换器。它采用逐次逼近型的A/D转换器, 最大转换时间为25us, 转换精度为0.05%, 所以适合于高精度的快速转换采样系统。由于对AD574 8、10、12引脚的外接电路有不同连接方式, 所以AD574与单片机的接口方案有两种, 一种是单极性接法, 可实现输入信号0~10V或者0~20V之间的转换;另一种为双极性接法, 可实现输入信号-5~+5V或者-10~+10V之间的转换。

根据芯片管脚的原理, 无论启动、转换还是结果输出, 都要保证CE端为高电平, 所以可以将单片机的/RD引脚和/WR端通过与非门与AD574的CE端连接起来。转换结果分高8位、低4位与P0口相连, 分两次读入, 所以12/-8端接地。同时, 为了使CS、A0、R/-C在读取转换结果时保持相应的电平, 可以将来自单片机的控制信号经74LS373锁存后再接入。CPU可采用中断、查询或者程序延时等方式读取AD574的转换结果, 本设计采用中断方式, 则将转换结束状态STS端接到P3.2 (外部中断/INT0) 。其工作过程如下:

(1) 当单片机执行对外部数据存储器的写指令, 并使CE=1, /CS=0, R/-C=0, A0=0时, 进行12位A/D转换启动。

(2) CPU等待STS状态信号送P3.2口, 当STS由高电平变为低电平时, 就表示转换结束。转换结束后, 单片机通过分两次读取外部数据存储器操作, 读取12位的转换结果数据。

(3) 当CE=1, /CS=0, R/-C=1, A0=0时, 读取高8位;当CE=1, /CS=0, R/-C=1, A0=1时, 读取低4位。

1.3 液晶显示电路的设计

内置T6963C控制器的液晶显示模块与计算机的接口时序为Intel8080时序。内置T6963C控制器的液晶显示模块的接口技术有两种:

1.3.1 直接访问方式

直接访问方式是把内置T6963C控制器的液晶显示模块作为存储器或I/O设备直接挂在计算机的总线上。模块的数据线连接在计算机的数据总线上, 片选及寄存器选择信号线由计算机的地址总线提供, 读和写操作由计算机的读写操作信号控制。

1.3.2 间接控制方式

间接控制方式是将内置T6963C控制器的液晶显示模块与计算机系统中的某个并行I/O接口连接, 计算机通过对该I/O接口的操作间接地实现对模块的控制。[1]下图2.4就是液晶显示模块的电路图。

1.4 报警电路的设计

当电路检测到称重的物体超过仪器的测量限制时, 将产生一个信号给报警电路。使报警电路报警从而提醒工作人员注意, 超限报警电路如图所示。它是由89S51的P3.1口来控制的, 当超过设置的重量时, 通过程序使P3.1口值为低电平, 三极管导通, 有电流通过蜂鸣器, 报警电路接通, 使蜂鸣器发出报警声。当P3.1口为高电平时, 不报警。这里设定当超过质量上限时, 通过软件使P3.1口清零, 再用P3.1口输出的低电平信号驱动蜂鸣器发声报警。

2 结语

本文是以单片机实验系统装置箱为核心, 对其配置的液晶显示器及报警部分而设计的一个称重系统的实例。通过对数据采集的分析, 了解各种传感器、放大器及A/D转换器, 对信号的转换、传输有了一定的认识。电子电路的设计中对各种影响因素的考虑不够完善, 比如在对过电压情况的处理中未作防范措施, 系统设计不够优化, 有待改善。

参考文献

[1]毛学军主编.液晶显示技术[M].北京:电子工业出版社, 2008:215-246

数字系统设计综合实验报告 第2篇

1） 实验目的

（1） 复习加法器的分类及工作原理。

（2） 掌握用图形法设计半加器的方法。

（3） 掌握用元件例化法设计全加器的方法。

（4） 掌握用元件例化法设计多位加法器的方法。

（5） 掌握用Verilog HDL语言设计多位加法器的方法。

（6） 学习运用波形仿真验证程序的正确性。

（7） 学习定时分析工具的使用方法。

2） 实验原理

加法器是能够实现二进制加法运算的电路，是构成计算机中算术运算电路的基本单元。目前，在数字计算机中，无论加、减、乘、除法运算，都是化为若干步加法运算来完成的。加法器可分为1位加法器和多位加法器两大类。1位加法器有可分为半加器和全加器两种，多位加法器可分为串行进位加法器和超前进位加法器两种。

（1）半加器

如果不考虑来自低位的进位而将两个1位二进制数相加，称半加。实现半加运算的电路则称为半加器。若设A和B是两个1位的加数，S是两者相加的和，C是向高位的进位。则由二进制加法运算规则可以得到。

（2）全加器

在将两个1位二进制数相加时，除了最低位以外，每一位都应该考虑来自低位的进位，即将两个对应位的加数和来自低位的进位三个数相加，这种运算称全加。实现全加运算的电路则称为全加器。

若设A、B、CI分别是两个1位的加数、来自低位的进位，S是相加

的和，C是向高位的进位。则由二进制加法运算规则可以得到：

3）

（1）

（2）

（3） 实验内容及步骤 用图形法设计半加器，仿真设计结果。 用原件例化的方法设计全加器，仿真设计结果 用原件例化的方法设计一个4为二进制加法器，仿真设计结果，

进行定时分析。

（4） 用Verilog HDL语言设计一个4为二进制加法器，仿真设计结

果，进行定时分析。

（5） 分别下载用上述两种方法设计4为加法器，并进行在线测试。

4)设计

1）用图形法设计的半加器，如下图1所示，由其生成的符号如图2

所示。

2）用元件例化的方法设计的全加器如图3所示，由其生成的符号如图4所示。

图三：

图四：

5）全加器时序仿真波形如图下图所示

6）心得体会：

第一次做数字系统设计实验，老师给我们讲了用图形法设计的全过程。在这次过程中，我进一步加强对理论知识的学习，将理论与实践结合起来。实验过程中遇到了一个小问题是生成半加器符号，后来发现缺了File/Create Default这一步。通过这一次的失误，我明白了做事要认真！最后将实验做出来了，体味了成功的喜悦！通过这次实验我复习了加法器的分类及工作原理，

并掌握了用图形法设计半加器的方法，掌握了用元件例化法设计全加器的方法，掌握了用元件例化法设计多位加法器的方法，掌握了用Verilog HDL语言设计多位加法器的方法，学习了运用波形仿真验证程序的正确性，学习定时分析工具的使用方法。

网络综合布线系统实验设计 第3篇

1 存在的问题

网络综合布线系统实验,目前较普遍的做法是使用市面上一些公司开发的综合布线技术实训室方案套包,一次性购买4至8组(根据学生数),同时选配相关组件,从而形成网络综合布线实验室,供网络工程专业学生使用。但该方案有以下不足之处:

1.1 不太适合本科教育

其实训室的定位是重点培养技能型人才,重在施工过程,包括所有的施工环节和施工技术,因而非常适合高职院校使用。而网络工程专业学生的本科教育是培养既掌握计算机网络的基本理论和网络工程的实用技术,又具有计算机网络工程设计与建设、网络运行维护与管理、开发网络应用软件能力的高级工程技术人才,并非过分突出施工过程及施工技术。

1.2 费用太高

一组墙面及组件约需5至7万元经费,1个网络工程专业班级学生数约30人,按照4人一组,则需7至8组,整体成本算出来,学校最少得投入30万。高校耗费大量资金建设实验室,培养出的学生却是重施工技术的“熟练工人”,显然是不合适的。

鉴于以上存在的问题,本文根据高校网络工程专业学生培养目标,结合网络综合布线系统理论课的知识点,从系统综合性、高效实用性、经济灵活性等方面考虑,对网络综合布线系统实验作以下设计。

2 网络综合布线系统实验设计

2.1 设计目标

结合高校网络工程专业的特点,充分考虑社会对应用复合型技术人才的专业知识和技能要求,突出对学生专业知识应用能力和技能的培养,从演示实验教学,基本技能训练实验教学到综合性实验教学,充分激发学生的创新潜能,提高学生解决实际问题的综合能力,同时培养学生的团队精神、合作意识,达到学生在学校与社会零距离上岗的需求。

2.2 设计思路

结合网络综合布线系统理论课知识点,完成实验课程大纲规定的学习目标和任务;根据学校自身特点及现有条件进行设计,使实验在可行的条件下顺利进行(利用学校网络中心的优势,进行实践锻炼);充分考虑学生知识结构及认知能力等因素的不同,使学生主动积极地参与到实验中,在适度紧张的实验任务中完成学习目标。

2.3 实验环境设计

2.3.1 实验室规划

实验室面积约150平方米,逻辑上分为A区,B区。具有8个实验台(即8组,A区包括第一组、第二组、第三组、第四组,B区包括第五组、第六组、第七组、第八组),2个网络机柜(即A柜、B柜,其中A柜属于A区,B柜属于B区,模拟综合布线中的CD、BD、FD),综合布线模拟墙面1块,综合布线展示区及教师示范操作台各1个。实验室布局见图1。

2.3.2 实验室组建

实验室中实验台组成见表1,网络机柜内设备组成见表2(A、B柜配置相同)。相关网络辅材1批。采用此配置,可满足每个实验台提供4位同学做实验,整个实验室可以容纳32位同学同时做实验。

2.4 实验设计功能

2.4.1 综合布线展示区及教师示范操作台

主要用于学生认知综合布线材料及相关工具,以及实验教师进行实验介绍及演示等。便于学生认识各种规格线缆及其端接设备,了解其区别、性能等,包括光纤综合布线器材,以及常用网络压线、整线工具的介绍与使用方法。

2.4.2 学生实验台

学生操作区域之一。用于网络跳线制作,熟悉和掌握跳线的压接方法、技巧;网络插座的安装与模块压接,熟悉和掌握线缆在模块中的端接方法、技术,以及模块与面板、底盒的安装方法;熟悉和掌握监控线缆BNC及电视F头等其他用途的常用接头制作方法及技巧,包括互联技术等。工作区子系统逻辑结构图,见图2。

2.4.3 网络机柜(A、B柜)

学生操作区域之二。主要功能包括数据配线架及110配线架的安装、压接及管理区线缆整理,使学生掌握数据配线架的压接方法、技巧,了解模块补偿特点,规范整理线缆,以及标识制作;光缆两端端接方式,熟悉光缆的常用熔接技术,熟练运用光纤熔接的技巧与方法,掌握光纤尾纤整理及固定技术等。

2.4.4 模拟墙面

学生操作区域之三。用于模拟综合布线CD、BD、FD互联,包括水平、垂直子系统的线槽(管)、桥架安装,使学生掌握线槽(管)的铺设技巧及计算用量,熟悉线槽(管)拐弯、跨接的常用铺设方法;水平子系统(包括干线)的铜缆计量方法,常用的铺设方法以及规范的线路整理;垂直、建筑群子系统光缆测算、选型及铺设方法等。

2.4.5 整体功能

综合布线系统实验结构图,见图3(左图为数据实验结构图,右图为语音实验结构图)学生完成实验环境物理线路的互联,数据网络要求互相能够Ping通对方机器的IP地址,语音网络要求互相能够连通电话。

学生在完成各操作区实验后,再进行线缆认证测试,包括熟悉Fluke设备(包括Fluke DTX-1200、Fluke Cable IQ、Fluke Nettool、Fluke链路通、Fluk寻线仪等)的使用,了解相关参数的含义,掌握测试模型及测试方法,并能够对网络工程中综合布线故障进行分析,从而快速准确定位故障点;同时根据学生实验内容,逐项进行模拟验收,包括熟悉并掌握我国及国际上最新的综合布线验收的相关标准,并能利用标准对综合布线工程进行验收,同时编制相应的验收文档;通过验收,采用“逆向思维”教学方式,再让学生熟悉并掌握综合布线工程方案的设计,并能对工程进行比较准确的预算,了解投标报价的策略,并能够编制综合布线工程投标书。

2.5 实验总结

通过分组的方式,给学生提供一个真实、完整的综合布线实验环境,促进学生自主学习,调动学生的学习热情和求知欲望。实验老师采用PPT文档演示并配合现场操作,使学生明白“做什么”(目标、内容)、“为何做”(实验内容与真实岗位的技能对应)、“怎么做”(具体的实验步骤及注意事项)。实验中,结合既定的实验内容及实验时间,辅以实验教材,重点强调实验过程,通过组内、组间竞争考核,提高学生知识运用能力、工作效率以及团队合作与创新能力,达到“以学生为主体,实验老师为主导”的教学效果。

实验完成后,再配合综合布线工程真实环境的参观与实践,并进行现场讲解,将理论知识应用到实际环境中,从各方面提高和加深学生对综合布线课程相关技能和知识的掌握。同时要求学生提交完整的实验报告,记录实验中遇到的各种问题及其解决办法,总结在实验中学到的内容,并整理归档,帮助学生明晰实验内容及最佳思考方法,找出不足,并对实验进行拓展和延伸,实现知识和技能的跨越。

3 结束语

本实验设计已在安徽农业大学信息与计算机学院得到验证,在应用与实践中,能够建立课堂与实际工作岗位的良好衔接,既培养了学生的动手能力,又提高了学生综合分析解决问题的能力。通过实验,结合所学的理论知识,使每位学生都能够成为一名合格的网络综合布线工程师。

参考文献

[1]华杰.计算机网络综合布线系统研究[J].软件导刊,2007(11):74-75.

[2]王磊,罗高美,秦川.网络综合布线实训教程[M].北京:中国铁道出版社,2006.

[3]田丰.综合布线工程实训情境设计与实践[A].广东技术师范学院学报,2006,(4):56-58.

《信息系统软件设计》实验教学大纲 第4篇

实 验 教 学 大 纲

课程编号：

课程名称：信息系统软件设计实验 实验学时：40学时

一、实验一 控制台和Windows应用程序

1、实验的性质、任务与目的 2学时

掌握控制台和Windows应用程序的创建方法和运行机理。掌握简单输入/输出语句的使用。熟悉.NET集成开发环境下主要菜单项的功能。

2、本实验课所依据的课程基本理论

.NET Framework 类库中的System名字空间下有一个Console类用于表示控制台应用程序的标准输入流、输出流和错误流。所以可以调用Console类的输入方法和输出方法完成控制台应用程序的输入和输出。Windows应用程序有一个图形用户界面，输入和输出都在这个界面上完成。

3、实验类型：设计型

4、实验类别：基础实验

5、每组人数：1

二、实验二 参数传递

1、实验的性质、任务与目的 4学时

掌握C#语言中参数传递的四种方式。掌握类的简单定义方法。

2、本实验课所依据的课程基本理论

在C语言值传递和传地址的基础上，C#语言又增加传引用和out参数。值传递不能修改实参的值；传地址可以间接地修改调用方法中变量的值；传引用，由于传递的是同一个对象的别名，所以在被调用方法中修改的同一个对象；out输出参数在调用前对象可以没有初始值，通过out修饰在被调用方法中修改对象的值，再带回来。

3、实验类型：设计型

4、实验类别：基础实验

5、每组人数：1

三、实验三 时间类的设计

1、实验的性质、任务与目的 2学时

掌握C#语言定义类的方法。掌握类的各种成员（字段，属性，索引器，方法）的定义方法。掌握获取系统时间的方法。

2、本实验课所依据的课程基本理论 类的定义方式如下： class 类名 {

访问权限修饰符 成员；

…..} 其中成员可以是字段，属性，构造方法，普通方法，索引器等。访问权限可以是public，private，protected等。

3、实验类型：设计型

4、实验类别：基础实验

5、每组人数：1

四、实验四 事件及事件参数

1、实验的性质、任务与目的 4学时

掌握代理的定义，代理的实例化和代理的调用。掌握代理的本质。掌握事件代理的定义，事件的定义，事件的触发以及实例化事件代理和事件处理方法的实现。了解事件参数类的定义和使用方法。

2、本实验课所依据的课程基本理论

在.NET开发环境下可以自己定义一个事件，并定义一个对应的事件处理方法。事件本质上是事件代理定义的一个对象，要完成定义事件，发送事件，处理事件一系列动作需要进行以下几方面的工作：

（1）定义事件代理。这个代理能封装的方法的类型应当与事件对应的事件处理方法类型一致。

（2）定义事件参数类，该类应当继承于EventArgs，该类的字段描述的是传递给事件处理方法的数据。

（3）使用事件代理定义事件对象，即事件是事件代理定义的一个对象。

（4）事件代理实例化。即使用事件代理封装一个方法，该方法就是事件触发之后对应执行的事件处理方法。

（5）为事件参数类实例化，触发带有事件参数对象的事件。

3、实验类型：设计型

4、实验类别：基础实验

5、每组人数：1

五、实验五 运行时多态

1、实验的性质、任务与目的 4学时

掌握派生类的设计方法。掌握虚拟方法（属性）和重写方法（属性）的设计方法。掌握将基类对象引用到派生类实例上的方法。理解运行时多态的含义。

2、本实验课所依据的课程基本理论

当基类中存在抽象方法或虚拟方法时，在派生类中可以重写同名的方法，抽象方法用abstract 说明，虚拟方法用virtual说明，重写方法用override说明。

在使用基类定义对象时，基类对象可以引用到基类的实例上也可以引用到派生类的实例上。如果程序中存在基类对象调用方法，那么编译时程序无法确定是调用基类的（虚拟）方法还是调用哪个派生类的（重写）方法，只有在程序执行时才能够确定到底调用哪个方法。由于是在运行时才区分出来的程序中出现的多态，所以这样的多态称为运行时多态。

3、实验类型：设计型

4、实验类别：基础实验

5、每组人数：1

六、实验六 打字软件设计

1、实验的性质、任务与目的 4学时

熟悉Windows应用程序的创建方法。掌握定时器的使用方法。掌握在C#中生成随机数的方法。掌握数组的定义和使用方法。

2、本实验课所依据的课程基本理论 利用数组存放所有的英文字母，利用随机数发生器产生随机数定位到数组的下标，即可产生随机的英文字母序列。安装定时器对打字的时间进行控制。

3、实验类型：设计型

4、实验类别：基础实验

5、每组人数：1

七、实验七 文档处理器

1、实验的性质、任务与目的 6学时

熟练掌握菜单、工具条的设计方法。掌握通用对话框的使用方法。掌握MDI程序的基本设计方法。掌握打印程序的设计方法。

2、本实验课所依据的课程基本理论

菜单、工具条、通用对话框有关的类的使用。

3、实验类型：设计型

4、实验类别：基础实验

5、每组人数：1

八、实验八 组件设计

1、实验的性质、任务与目的 4学时

掌握组件的设计方法。掌握dll程序的调用方法。掌握dll程序的执行方式。

2、本实验课所依据的课程基本理论

在.NET Framework中，组件是指实现System.ComponentModel.IComponent接口的类，或从实现IComponent的类中直接或间接派生的类。在软件开发中，组件是指可重复使用的软件模块。

一个类要成为组件，必须实现System.ComponentModel.IComponent接口，并提供一个没有参数的构造方法。在.NET2005下生成以.dll为后缀的文件，这些类就自动变为组件了。

3、实验类型：设计型

4、实验类别：基础实验

5、每组人数：1

九、实验九 自定义控件

1、实验的性质、任务与目的 4学时 了解组件和控件的相同点和不同点。掌握自定义控件的基本原理。掌握自定义控件的基本设计过程。

2、本实验课所依据的课程基本理论

自定义控件是在windows控件的基础上对其进行升级，升级之后的控件是一个个性化的定制控件。升级工作是通过编写代码重写基类的方法或事件等来实现的。

3、实验类型：设计型

4、实验类别：基础实验

5、每组人数：1

十、实验十 MIS设计

1、实验的性质、任务与目的 6学时

掌握使用ADO.NET 2.0访问数据库的基本方式（DataReader和DataSet）。掌握一些关键技术：数据绑定（界面方式绑定和代码方式绑定）；存储过程，数据的显示DataGridView。掌握一些常用SQL语句。充分理解ADO编程模型。

2、本实验课所依据的课程基本理论

MIS的设计包括几个主要问题：数据库设计，窗体界面设计，访问数据库，打印，菜单的动态更新。

3、实验类型：设计型

4、实验类别：基础实验

5、每组人数：1

磁单摆混沌系统的实验设计 第5篇

100多年前, 玻耳曼将“Chaos”作为科学术语使用;20世纪40年代, 维纲纳在他的论文题目中采用了“混沌”这一术语, 其内涵指随机过程所引起的无序状;近期, “混沌”这一术语用以专指决定论系统中的内在随机行为。

在教学中, 关于“混沌”现象的理论阐述比较复杂, 我们可以通过磁单摆实验帮助学生理解这一科学现象。在实验中:可以拉开摆球到某个位置, 沿其向下摆动的方向画一个小箭头, 以研究不同位置作用于摆球上的力使小球向左摆还是向右摆, 还是左右两边用力均等。那些左右作用力相等的位置可以连成几条不稳定线, 其图形称为“美茜蒂丝本茨星”。这一图形揭示磁单摆混沌系统的关键特征, 即存在略有不同的初始位置、微小扰动的冲量以及运动过程中多次通过的不稳定平衡区。

二、磁单摆混沌系统的演示仪

如图1所示, 将长度为60cm的铜棒作为支架固定在木制材料的底座上, 并在铜棒支架的50cm处伸出一长度为25cm的铜棒作为横梁, 在横梁上悬一长约45cm的细绳, 绳的另一端系一枚直径为2.0cm的小钢球 (带小孔) 。

再取一个普通单摆和一套医疗用的一次性输液器、针头 (尽量取小号的, 如5号) 及输液瓶。用剪刀剪去针头后的部分塑料管, 将针头直接插入摆球的穿线孔中 (孔中有摆线) 。然后将针头后的细软塑料管沿单摆的摆线用很细的绳子分段扎好, 在单摆的悬点下5cm左右处扎好塑料管, 上边不要扎, 悬空或在上边用一细绳吊着即可 (目的是让其能自由活动, 不至于因单摆的摆动而来回弯折, 产生阻尼) 。细软管的上方接输液器, 输液器后部插入输液瓶中, 瓶中装上水 (为使得到的图像清晰, 可在水中加入适量的墨水) , 将输液瓶用铁架台支撑在单摆悬点的上方或用手拿着。

如图2所示, 3个小磁铁分布在一个平面内, 位于正三角形的3个顶点上, 磁铁中心离正三角形中心4cm, 3个小磁铁用环氧树脂固结在圆形有机玻璃板上, 并在底板上以方格纸绘制极坐标, 小磁铁的直径为2cm, 厚度为3cm, 小磁铁采用的是硬磁材料, 它的成分为钕铁硼, 磁感应强度为0.22T。

三、实验步骤

1. 如图1所示安装好仪器, 3个扁平形的磁铁固定在正三角形的3个顶点上, N极 (或S极) 均向上, 在正三角形的中心上方悬一钢质小球。

2. 在底座上放一张白纸 (大小根据需要自定, 最好是可以吸水的而且不易化开的宣纸) , 调整磁铁所在的正三角形的中心至其恰好位于悬线的延长线上。

3. 将输液瓶瓶口向下, 打开输液器的开关, 先排出输液器和针头中的空气, 然后关掉输液器的开关。

4. 拉开单摆的摆球一个任意角度, 并在摆球正下方相应白纸上作好起始点的记号, 打开输液器的开关, 同时放开摆球让其自由摆动。

5. 再换一张白纸, 重复2, 3, 4步骤。

6. 注意事项。注意3个磁铁的磁极强度应近似相等、调整磁铁所在的正三角形的中心至其恰好位于悬线的延长线上、并给予钢球以不同的初始条件。

7. 讨论与思考。依据磁库仑定律, 采用逐次叠代法, 给定初始位置, 用Matlab编程, 可绘出摆球的混沌图;若采用CCD装置, 则可在荧屏上实时跟踪混沌摆的运动径迹。

四、结论

中学虚拟电路实验系统的设计 第6篇

1)按钮和实例元件的制作

由于Flash的矢量绘图功能效果好,存储内存小,而且按钮可以直接链接类文件,与类关联,所以要直接做按钮。

2)类的设计与实现

具体的交互功能是在主控制文件中完成的,界面上所有按钮和舞台上的显示元件都有相对应的类定义,来实现一些简单的功能。

3)主控制文件介绍

主控制文件是整个系统的主要部分,负责所有交互内容的管理。包括按钮的响应、对元件的操作、和电路分析功能的链接。其中大部分交互是通过事件机制来完成的。

2 按钮交互功能

1)给舞台和按钮添加监听器

事件监听机制:在ActionScript3.0中,事件的处理者只能是函数对象或对象的方法。给舞台和显示板添加事件监听器,监听相关的事件,添加鼠标事件监听,执行删除、显示信息等操作。

2)橡皮功能的实现

为了模拟真实的删除元件的形式,从外部导入橡皮图片,使之坐标随鼠标坐标变化,实现鼠标跟随。通过点击实现删除操作。

3)访问限制设计

在舞台上的按钮有一定的约束关系。为了防止导线添加出现问题,规定了必须完成某条导线才能点击其他按钮。在运行电路前,一定要检测电路,是否符合基本标准。不允许出现点电源短路等错误链接。这些判断都会通过提示对话框完成提示。

4)与电路分析算法的连接

与后台电路分析算法的连接主要是通过“检测”按钮来完成的,在“检测”的响应函数中建立电路类的实例myCircuit,把显示板上的元件数组和导线数组传给myCircuit,这样就建立与电路类的连接。然后利用电路类中的方法构建电路结构和进行电路分析。

3 元件交互功能

显示板上的元件和导线的管理:

1)先创建元件实例,在通过showPanel.addChild()将该实例添加到显示列表,实现实例按钮的响应。

2)导线的添加,必须利用一个临时变量willdwire来完成。在显示板上通过点击元件节点把节点的值赋给willdwire,当导线获得两点后,调用自身方法drawLine()画出导线。

3)每添加一个元件,就保存到elementsArray中,把创建的导线保存到wireArray中。

4 文件的交互功能

1)文件的保存与打开

保存功能:File.save(currentDoc,nameString+str);

打开功能:File.browse([new FileFilter("CircuitDoc","*.xml")]);

File.addEventListener(Event.SELECT,loadListener);

2)文件信息的还原

成功载入文件后,调用display()把文件的信息还原到舞台。

function display(event:Event):void{}

分别将元件和导线XML节点分组保存,var elementslist:XMLList=currentDoc.element;var wireslist:XMLList=currentDoc.wire;

然后依次访问数组的每个XML节点,根据节点信息先判断Etype类型,然后根据Etype创建相同类型的元件。再把其他信息分别赋值给对应的变量。然后把元件添加到已经清空的显示板上。导线的信息读取后还要调用drawLine(),绘制出导线的线条。

5 数学模型仿真

基本的前台和后台交互更能实现后,开始实现对数学模型的仿真。

1)通过电路之间的约束条件,把这些规律用计算机模拟出来。

这里的电路约束有KCL、KVL、VAR。这些约束条件主要反映的是电路各个支路和结点的关系。

2)把舞台上的连接关系转换成可以和模型进行直接关联的电路结构,即有结点,支路等。

在最初的设计中,每个元件都有两个连接节点,每个节点记录了与之相连接的导线。假设电路的每条支路有一个元件,支路和支路的交汇处事电路结点。那么需要利用一个递归函数找出所有的结点和支路。只有找出结点和支路后才能建立基尔霍夫关联矩阵,建立结点和支路的关系。

3)制定出分析方法,对转换后的图进行分析,排除和计算。

在这个过程中需要处理一些不合理的连接关系,比如电源短路、元件短路、断路等。如果一条支路的两端结点是同一个结点,则可以判定这条支路上的元件被短路;如果一条支路存在一个以上的空结点,则可以判定这条支路的元件是断路的。

如果有开关,需要判断出开关控制的支路,然后记录这些被控制的支路。

通过得到的关联方程和VAR关系,建立得到n-1个KCL独立方程和b-n+1个KVL方程。运用Matrix中的矩阵计算方法求得方程的解。把得到的解记录到对应的变量中

4)把第3步的结果交给前台处理,控制灯的亮灭和线标的显示。

6 结论

Flash+ActionScript3.0能近似模拟真实实验,表现出很好的交互效果。ActionScript3.0是一种和Java很相似的脚本语言,其内建的方法和强大的事件机制也为实现交互提供了很好的支持。在前台设计好界面,后台进行控制,对开发者来说很形象易懂。不过这种方案也相对有限,对于一般的应用程序或者flash动画游戏来说比较简单,而ActionScript3.0是一种很有发展前景的脚本语言。

这个设计最重要的特点就是有效地结合了FlashIDE的图形制做功能和ActionScript3.0编程功能,使得设计方法简单有效。本文主要是介绍了一种新的仿真方法,然后实现对数学模型的模拟。在实现模拟时要注意数学模型和数据之间的关系,以便找到模拟方法。

摘要：虚拟电路实验室系统通过对不同的电路建立数学模型,然后对数学模型进行求解,对电路实验进行仿真,让学生在计算机上完成电路实验。该文主要介绍了如何运用脚本语言Action Script3.0并结合FlashIDE来完成中学虚拟电路实验系统的设计。

关键词：计算机仿真,Action Script3.0,Flash

参考文献

[1]乔珂.ActionScript3.0权威指南[M].北京:电子工业出版社,2008.

[2]Ramaswamy A.Lights,camera,ActionScript3.0[EB/OL].http://www.ibm.com/developerworks/library/wa-actionscript.

[3]Moock C.Essential ActionScript3.0[M].O'Reilly Media,2007.

[4]邓友生,韩立群.虚拟电路实验室的设计开发[J].计算机仿真,2005(5).

[5]庞淑英,罗萍,吴光敏,等.虚拟电子实验室中电路元器编程实现的研究[J].昆明理工大学学报,2002,27(5).

安全防范系统虚拟实验设计 第7篇

一、系统简介

1. 系统功能。

本系统主要实现安全防范系统的虚拟实验操作。使用者可进行非定制实验, 允许自行制订实验方案, 根据自己的思路进行设备选型、安装连线、调试运行、故障检测等各种操作的实验, 并能完成实验报告。

2. 系统业务流程。

系统业务流程如图1所示。

二、安全防范系统虚拟实验基本设计思想

安全防范系统虚拟实验通过虚拟实验环境, 实现完成非定制虚拟实验的功能。在物理实验室中所做的安全防范系统实验, 主要是在各种情景下进行安全防范系统的组建实验, 因此虚拟实验的基本操作步骤是:根据实验要求, 选择相应的设备添加至实验平台, 调整成适当的尺寸后放置在相应位置上。然后通过相应的线缆进行各设备接线端子间的连线。最后根据实验方案, 进行该系统的调试。

1. 设备添加及位置、尺寸调。

基于非定制实验的特点, 在系统搭建的过程中, 设备的摆放是不固定的, 要根据实验者的意愿任意放置, 所以要求设备能随着鼠标任意拖动。本平台的所有设备模型均为通过Photoshop技术编辑加工后的实物图片, 以设备的接线端子面板图片或控制面板图片的形式显示在用户界面中, 因此添加设备的操作实质上是通过FLASH技术实现图片的自由拖动操作。如果实验中所使用的设备较多, 还会涉及改变图片尺寸的操作。自由拖动图片操作的实现方法是:把图片先放到一个按钮中, 再把这个按钮放到一个电影剪辑中, 最后对其进行编程。代码编写主要借助ActionScript脚本语言中的startDrag () 方法和stopDrag () 方法实现。其中, startDrag () 方法在鼠标按钮被点击下的on (press) 事件中调用, 并由四个控制变量规定它的拖动范围, 由此实现图片开始拖动;stopDrag () 方法在鼠标按钮被按下并松开以后的on (release) 事件中调用, 由此实现图片结束拖动。改变图片尺寸操作的实现方法是:把图片先放到一个按钮中, 再把这个按钮放到一个电影剪辑中, 最后对其进行编程。代码设计的基本思想是在按下鼠标时记下这个电影剪辑的坐标x1、y1, 松开鼠标时记下鼠标在主场景中的当前坐标x2、y2。然后通过x2-x1来确定电影剪辑的宽 (width) , y2-y1来确定电影剪辑的长 (height) 。为了在同一张图片上实现拖动和改变尺寸的功能, 可制作两个按钮放在图片的上边:一个按钮放在图片上方, 拖动它即可拖动图片;一个按钮放在图片的右下角, 按下它拖动即可改变图片的大小。然后再把这二个按钮及图片放入一个电影剪辑中, 并调整好三者的位置及大小。

2. 设备连线。

本模块的所有线缆在进行虚拟实验时均通过FLASH技术绘制。在两个接线端子间连线时, 界面看到的效果是:点击第一个接线端子A后, 会从A发出一条线缆动画跟随鼠标的移动;点击第二个接线端子B后, 在A与B之间出现一条静态的线缆, 连线操作结束。连线操作的实现方法是: (1) 鼠标点击第一个接线端子时获取线缆起点的坐标X、Y, 并生成跟随鼠标移动的线缆动画效果。 (2) 鼠标点击第二个接线端子时, 获取线缆终点的坐标X、Y。 (3) 绘制线缆, 通过lineStyle () 方法设置线条样式, moveTo () 方法设置线缆的起点坐标, 然后通过lineTo () 方法实现从线缆起点到终点绘制线缆。

3. 系统调试。

虽然安全防范各子系统调试的要求各不相同, 但有一些操作是类似的, 比如:虚拟视频监控系统是实现鼠标在虚拟监控画面中, 移动后触碰到虚拟移动侦测探测区域时, 系统能将报警信号输出至虚拟报警装置中;虚拟门禁控制是实现虚拟门禁卡在虚拟读卡机上触碰后, 系统能将虚拟门锁打开;虚拟防盗报警系统是实现鼠标点击了虚拟紧急按钮, 或是鼠标触碰了虚拟红外对射探测器间的虚拟布防区域后, 系统将报警信号输出至虚拟声光报警器。由此可见, 系统调试操作中, 很重要的一种操作就是碰撞检测, 其最根本的设计思路就是实现在FLASH环境, 能测试到影片剪辑之间或鼠标与影片剪辑之间是否发生触碰并输出信号。因此碰撞检测的基本实现方法是:通过hit Test () 方法实现两种冲突检测。这两种冲突分别是一个点坐标是否在某一个影片剪辑范围内、两个影片剪辑对象是否冲突。影片剪辑对象冲突指的是两个影片剪辑对象在场景里是否发生重叠现象。如果发生冲突, hitTest () 方法检测结果返回的值为ture, 否则为false。这个返回值则可以作为是否执行相关操作的依据。鼠标与影片剪辑的冲突检测可通过myMovieClip.hitTest (x, y, shapeFlag) 实现;两个影片剪辑的冲突检测可通过myMovieClip.hitTest (target) 实现。

4. 实验报告提交。

用户在提交实验报告时, 系统首先检查实验报告的填写是否符合要求, 然后系统自动获取姓名、学号、班级等信息, 再与之前用户填写的实验的相关信息一起提交, 最后返回提交成功的提示信息。

引向天线教学实验系统的设计 第8篇

1 实验基本原理

天线项目的测试, 通常需要射频信号源、频谱仪或者矢量信号分析仪等仪器设备, 但这些设备往往价格比较昂贵, 如果要成套配置和大量装备, 更是需要大量经费, 不利于本科教学中天线实验项目的开展。一些学校甚至开始采用虚拟仪器的方法来模拟天线实验, 采用这样的实验教学方法, 无法锻炼学生的实际动手的机会。

鉴于这种情况, 可以通过设计一套高灵敏度的天线放大器, 制作一种结构简单、调整方便的引向天线, 使用这套实验装置, 不仅可以节省实验经费的投入, 同时, 在实验过程中, 通过学生亲自动手对引向天线进行设计、组装和调整, 还进一步提高了学生的学习兴趣, 加深对天线性能的了解, 可以培养和提高本科学生在天线调试和测试等方面的动手能力, 加强对天线实际测试方法的了解和掌握。

在进行实验装置设计时, 接收天线装置采用引向天线作为接收天线, 它有较好的方向性, 比偶极天线有更高的增益, 同时, 因为其抗干扰较强、作用距离远, 构造简单, 架设方便, 对测向、远距离通信效果比较好。设计时一方面考虑到信号源的成本以及配套接收仪器的成本, 另一方面为了使整个实验系统的结构比较小巧, 方便在室外 (自由空间) 进行测试。

2 教学实验装置组成和设计

根据天线的实验测试项目, 实验系统主要有射频信号源、发射天线、接收天线转台、引向天线、天线放大器和指示器部分等, 如图1所示。

2.1 引向天线的设计制作

根据系统的工作频率500MHz, 可以计算出其工作波长为λ=0.6米。为便于根据实验内容进行调整, 设计了一套有别于传统上结构、尺寸固定的引向天线系统。振子选择为可调节长度的振子并固定在方块胶木上, 同时, 采用方形塑料型材作天线固定架, 并在上面开细长槽, 以便灵活地调节振子之间的间距, 在天线支撑架还具有垂直方向旋转的装置和刻度盘。引向天线的整体结构设计示意如图2。

2.2 天线放大器的设计

天线放大器实际上是一种高频宽带低噪声放大器, 在本设计中采用了三级放大, 前两级为低噪声放大, 末级采用的是功率放大。天线放大器的电原理图如图3。

放大器满足如下指标:工作频带100~500MHz, 输入信号动态范围为:-60d Bm~20d Bm, 噪声系数 (NF) 小于0.3d B, 带内增益不小于45d B, 带内增益平坦度±0.5d B以内, 输入输出驻波比小于1.8。电路设计时选择了适当的电路形式, 对输入端和输出端进行了阻抗匹配。放大后的信号通过功分器, 一路为检波输出, 采用检波指示方式, 适合于降低实验系统的设备投入费用, 节省成本;另外一路则直接输出天线信号强度, 用频谱仪直观地进行测量。

3 实验教学项目设置和实验方法

天线的主要性能指标有:辐射方向图、天线增益和方向性系数、极化方式等, 这套实验装置可以满足这些指标开展相应的测试项目。

3.1 天线的极化实验

电场、磁场的方向通常都是随时间而变化, 为了说明波的电场强度的取向, 采用了波的极化这个概念。电磁波的极化是电磁场和电磁波、电波传播与天线课程中的一个重要概念。

天线辐射电磁波中电场的方向就是天线的极化方向, 收发天线的极化状态和方式必须一致时, 才能有效地接收到信号, 否则将使接收信号质量变坏, 甚至完全收不到信号, 这种现象称为极化失配。

天线实验中, 由于本科学生空间认识能力的差异和对极化概念理解的偏差, 常常有学生将两个处于同一平面内组成的收发系统, 误认为是极化失配。为了进一步帮助学生对极化这一概念的理解, 将作为接收天线的引向天线旋转不同的角度, 通过测量其在不同角度位置上的接受信号强度的变化, 验证和理解天线的极化。

按照图1连接实验装置, 将收、发天线等高水平架设, 调整接收天线水平旋转角度, 保证两个天线极化状态相同且最大辐射方向对准, 记录数据;按照一定偏转角度垂直旋转接收天线, 并最终旋转到90° (即使之与地面垂直) 。通过实验, 可以使学生在建立一定的空间概念的基础上, 测量天线的极化状态对接收效果的影响, 加深对极化这一重要概念的理论认识。

3.2 天线方向图的测试

所谓天线方向图, 是指在离天线一定距离处, 辐射场的相对场强 (归一化模值) 随方向变化的图形, 通常采用天线最大辐射方向上的两个相互垂直的平面方向图 (H面和E面) 来表示。

实验采用实际工作中经常采用的旋转天线法, 测量五元引向天线的H面方向图, 调整引向天线振子数量, 组成一个五元引向天线, 并将引向天线上的振子在天线固定架上移动, 按照要求, 调整好各振子的间距, 调整完成后, 必须用螺钉顶紧, 防止在实验过程中振子位置发生变动。水平旋转接收天线一周, 每隔一定的角度 (一般为3°~5°) 记录指示器的读数, 按照记录结果将数据进行归一化处理, 绘制引向天线H面方向图。学生可以在绘制的H面方向图上, 测量出主瓣宽度 (即场强相对值为0.707的两个点之间的夹角) , 并与理论计算值进行比较。

该实验项目不仅可以让学生形象地了解表示天线的方向性的方向图, 掌握天线方向图的测试方法而且, 通过将实验测试结果与理论计算结果进行分析对比, 进一步加深对主瓣宽度、方向系数等天线电参数概念的认识。

3.3 引向天线的设计

在实验教学中, 可以开展进行一些设计性实验项目。例如, 给定学生一些天线的参数和指标, 让学生按照这些技术指标进行理论计算并设计引向天线, 动手进行调试。通过实际测试, 观察实际测试结果与理论计算值之间的差异, 按照实际测量结果, 重新调整引向天线结构尺寸, 如反射器、引向器长度以及各振子间距、有源振子的长度等, 使引向天线的各项参数和指标达到要求。通过实验, 不仅可以增强学生的实际动手能力, 还进一步加强对天线设计、测试和调整整个过程的了解。

3.4 验证天线结构变换对其性能的影响

通过实验测量, 了解引向天线的振子位置、数量、几何尺寸与各电参数之间的关系。

(1) 由一个无源振子和有源振子构成一个二元引向天线, 通过改变无源振子的尺寸以及无源振子和有源振子的间距, 测量其方向图, 研究引向天线中, 无源振子所起的反射作用或引向作用;

(2) 以一个无源振子作反射器、一个无源振子作引向器和一个有源振子构成三元引向天线并测量其方向图;以一个无源振子作反射器、三个无源振子作引向器和一个有源振子构成五元引向天线, 测量其方向图, 通过改变无源振子的数量, 研究振子数量与天线方向图的关系。

4 结论

天线实验系统通过设计引向天线的结构, 使其调整更加方便、灵活, 并与设计的符合性能要求的天线放大器配合, 可以根据各个学校实验成本的具体情况, 按照不同配置的测试仪器进行实验, 开展多个验证性、设计性的天线实验项目。

配合天线实验系统开展的天线实验项目, 通过在实验过程中学生的实际动手设计、调整和测试, 使学生将理论知识与工程实践结合在一起, 不仅巩固、深化了学生的理论知识, 还可以培养其实际工程经验。

参考文献

[1]苏光杰.高灵敏度天线实验系统[J].桂林电子工业学院学报, 2001, 21 (4) :69-71.

[2]张建华, 黄冶.电磁波极化和天线极化的教学研究[J].电气电子教学学报, 2011, 10 (4) :111-114.

实验系统设计 第9篇

关键词：智能交通；计算实验；评估

中图分类号：U491.4 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2016）17-0001-02

1 概 述

对交通解决方案进行全面、准确、及时地评估和优化是交通研究中急需解决的问题之一。评估及优化工作面临的主要制约因素是评价实验难以开展。中国科学院王飞跃研究员带领的团队在交通管控的研究与实践中引入复杂系统和智能控制的相关成果，提出了平行交通系统控制与管理的理念。该理念基于人工系统（Artificial systems）、计算实验（Computing experiments）和平行控制（Parallel control）所组成的方法体系，简称为ACP方法。基于人工交通系统的计算实验设计为交通方案的评价提供了新的实验手段，这种实验方法在提高可实施性的同时，能提供更为全面、合理的评价结果，对保障交通管理控制系统的大规模应用与实施具有重要意义。

基于ACP方法体系中的计算实验理论，构造智能交通管控方案评估及优化平台。该平台由交通信息处理与分析系统、交通管控与服务方案计算实验与评估系统和交通人员学习与培训系统三个部分组成。交通管控与服务方案计算实验与评估系统基于搭建的人工交通仿真系统，模拟真实的智能交通系统的能力，通过海量交通数据的计算实验，完成对智能交通系统各个层面管控与服务方案的学习与优化，提高管控与服务方案的效果，并进一步完善智能交通系统管控与服务方案的决策支持库。该系统由计算实验资源与设置和计算实验运行环境两个功能模块构成。本文将分别针对这两个模块，详细描述其功能设计。

2 计算实验资源与设置

该模块分为城市交通生成器、城市交通管理生成器、城市交通环境生成器和城市交通实验场景生成器四个部分。

2.1 城市交通生成器

包含以下三个生成器：

①城市交通及设施生成器，建立城市的路网、场所分布、线路、检测设备，包含如下功能：

其一，基于人工交通系统生成各交通要素；其二，基于人工交通系统生成交通基础设施。

②人口生成器，建立人口分类、人口的运动规则，包含如下功能：

其一，管理人口模型列表；其二，在列表中新建、移除及管理维护当前工作区的人口模型；其三，支持将其他人口模型文件加到当前工作区；其四，支持对人口模型的内容进行配置。

人口配置包含：人口数量与人口结构、人口年龄区间与比例分布、人口性别比例、人口出行交通工具选择习惯、人口使用各种交通工具时的自由流习惯、 人口配置还包括以年份为单位生成该年内的人口构成；

③车辆生成器，建立车辆类型分类，包含如下功能：

其一，在列表中显示设计的车辆模型（允许增加、修改、删除）；其二，指定城市的车辆拥有数量； 其三，指定城市的车辆类型及其分布；其四，系统支持将其他车辆模型文件加到当前工作区。

2.2 城市交通管理生成器

包含三个方面的管理功能：

①信号控制，建立城市路网下的信号控制方案，可以为每一个信号机指定信号控制，包含如下功能：

其一，在列表中管理信号控制方案；其二，维护信号控制方案；其三，支持在列表中維护当前工作区内的信号控制模型；其四，信号控制模型必须针对一个路网进行设置；其五，信号控制模型中必须指定信号控制模式以及信号机、最大绿灯、最小绿灯；其六， 选择路网后列出路网内的实路口进行路口机方案配置；其七，每个路口机允许指定一套控制方案；控制方案包括相位配置方案和相位配时方案；其八，相位配置方案：每个路口机的控制方案中根据路口形状进行相位配置；其九，相位配时方案：系统允许为每一个相位指定相位的绿灯时间、黄灯时间和红灯时间；其十，一个路口机的方案的时长为绿灯时间+黄灯时间+红灯时间；其十一，允许通过每个相位图直观的查看相位方案。

②信息发布，建立信息发布模型，包括接收率及发布周期，包含如下功能：

其一，以列表形式管理信息发布模型（允许增加、修改、删除）；其二，指定信息发布模型中的是否有信息发布以及信息被交通参与者接收的比例；

②交通管理，建立城市路网下的管理，包括限速管理等，包含如下功能：

其一，在列表中管理交通管理模型； 其二，维护交通管理模型；其三，交通管理模型必须制定对应的路网；其四，交通管理模型中必须指定城市自由流速度；其五，交通管理模型中必须指定城市公交车自由流速度。

2.3 城市交通环境生成器

包含三个方面功能：

①天气环境，建立天气类型，包含如下功能：

其一，在列表中维护天气环境模型；其二，天气环境模型指定了一种典型的天气环境，通过降水强度、持续时间、造成能见度影响、风力进行描述；其三，天气环境模型列表提供各种典型的天气环境模型，供人工系统使用。

②事故生成器，建立事故类型，包含如下功能：

其一，在列表中维护事故模型；其二，交通事故模型指定了一种典型的交通事故，通过发生概率、事故影响严重程度、事故影响持续时间进行描述；其三，交通事故模型列表提供各种典型的交通事故模型，供人工系统使用。

③大型活动生成器，建立大型活动类型，包含如下功能：

其一，在列表中维护大型活动模型；其二，大型活动模型指定了一种典型的大型活动，通过活动类型、活动影响程度、活动持续时间进行描述；其三，大型活动列表提供各种典型的大型活动模型，供人工系统使用。

2.4 城市交通实验场景生成器

建立实验场景，一个实验场景指定了一类典型实验所包含的条件，可以根据实验场景设计实验，包含如下功能：

①在列表中管理实验场景；

②支持预先根据实验条件设计不同的实验场景，以提供实验设计时复用；

③实验场景中必须指定一个路网；

④实验场景中，必须根据选择的路网选择信号控制模型及交通管理模型；

⑤实验场景中，可以指定多个天气模型，并为每个模型指定发生的时间；

⑥实验场景中，可以指定多个事故模型，并为每个模型指定发生的位置及时间；

⑦实验场景中，可以指定多个大型活动模型，并为每个模型指定发生的位置及时间；

⑧实验场景中，可以不指定天气模型、事故模型及大型活动模型。

3 计算实验运行环境

该模块分为以下四部分：

①城市交通计算实验设计器，选择实验条件因素，一次实验设计中，除了路网，其余的都可以多选，表示设计不同条件因素的实验，包含如下功能：

其一，支持两种实验设计方式：根据场景设计和根据实验条件设计；其二，根据场景设计时，允许选择同一个路网下的多个实验场景；其三，根据实验条件设计时，只允许选择一个路网模型，其他模型可以设置多个；其四，设计实验时，必须指定实验的基本运行参数以及输出设置；其五， 设计实验时，如果根据实验条件设计，必须指定实验方式；其六，设计实验时，必须指定路网、人口、车辆、信号控制、城市交通管理模型，否则实验资源准备不充分。

②城市交通计算实验生成器，选择一次实验设计，对设计中的实验，生成实验前的各种因素的xml文件，如出行需求等，包含如下功能：

其一，选择实验设计，列出包含的实验；其二， 选择准备生成的实验，顺序生成；其三，实验生成实际上是准备实验所必须的各种资源；其四， 实验生成过程中，要对实验的生成进行监控。

③城市交通计算实验执行器，选择设计好的实验，调用人工系统顺序开始执行系统，包含如下功能：

其一， 选择实验设计，从实验设计中选择已经生成的实验开始执行（可以按照顺序执行，每个实验对应一个人工系统）；其二，执行实验时，要求对实验的执行过程进行监控。

④城市交通计算实验查看器，选择实验结果，可以查看实验结果的avi动画、简单交通流信息、实验报告等，包含如下功能：

其一，以列表形式列出要查看的实验；其二，对于查看的实验以动画回放的形式查看；其三，对于查看的实验以图表的形式查看；其四，对于查看的实验以输出报告的形式查看；其五，支持一次性選择一个实验，打开窗口（非模态）播放动画；其六，当选择一个实验时，可以设置输出哪些具体的路段；当选择多个实验时，只能输出所有的路段；其七，允许设置是否输出实验平均值。

4 结 语

本文以智能交通管控与服务方案评估及优化问题为研究对象，基于ACP方法构建智能交通管控方案评估及优化平台。针对该平台组成部分之一的交通管控与服务方案计算实验与评估系统，分别从计算实验资源与设置和计算实验运行环境两个方面，详细描述了其功能设计。

参考文献：

[1] 张会，于泉，刘金广，等.平行系统理论在交通工程中的应用浅探[J].交通 信息与安全，2009，（S1）

[2] 王飞跃.关于复杂系统研究的计算理论与方法[J].中国基础科学，2004，（5）.

[3] 宁滨，王飞跃，董海荣，等.基于ACP方法的城市轨道交通平行系统体系 研究[J].交通运输系统工程与信息，2010，（6）.

实验系统设计 第10篇

实验报告的质量和管理水平可以在一定程度上反映出本学科实验教学的层次和水平。目前, 实验报告以纸质文档上交的比较普遍。但纸质文档带来了很多缺点。首先, 信息含量低, 不能拓展学生的知识面, 创新能力受限;其次, 学生互相抄袭, 分析总结能力无法得到充分锻炼;第三, 管理落后, 浪费了大量的人力、财力和物力, 实验报告的分数不好统计, 容易出错, 还容易造成实验报告的遗失, 实验教学检查不方便等等问题。

随着计算机及网络技术的普及, 使实验报告电子化变成了可行。但电子文档的集中上交, 增加了实验管理人员的工作量, 而且灵活性差, 统计容易出错。基于以上种种原因, 我们开发了实验报告管理系统, 通过互联网, 学生可以上交实验报告及查看成绩, 老师可以批改, 管理员可以归档实验成绩及实验报告。教学检查时, 可以快速准确地查找多年的实验报告并列出所有相关数据。

1 系统的功能模块

系统的总体设计分为三大模块:管理员、教师及学生。系统功能框图如图1所示。

(1) 管理员模块:由学院班级管理、实验课程管理、实验人员管理、系统及数据维护四大部分组成。数据输入后, 可进行修改, 停用, 删除操作。还可根据学院班级, 用户账号或者用户姓名等进行模糊查询。系统会根据系统参数所设定的时间对学生自动毕业, 对于学生休学、转班、复学也可进行相应的操作。对于实验课程, 根据实验大纲导入所有的实验项目, 课表导入后, 系统自动关联课程—实验项目—时间—地点—任课教师—学生的关系。学期结束后, 管理员需对实验报告及成绩进行归档。

(2) 教师模块:由实验报告管理和实验学生管理两部分组成。教师进入系统后, 可以列出多年任教课程的实验, 默认为当前学年学期。可以查看实验课表, 可设置各个报告的提交限制时间。要改实验报告时, 点击各个实验名称可以显示该实验的完成情况, 包括未批改、已批改、未提交的学生人数及名单;并且可进行相关的批改操作。批改后, 成绩自动登记在成绩单上。

(3) 学生模块:由实验报告管理和用户管理两部分组成。学生进入系统后, 可以列出本学期所有课程, 点击课程显示该课程的所有实验项目的具体情况, 包括课程名称、实验名称、上交截止时间等。上交完报告, 学生可以查看查看分数及评语。

2 系统基本流程

如图2所示, 学期初, 管理员先输入本学期相关的所有数据, 包括课程信息、学生信息和课程表等。所有数据的导入, 只需特定的EXCEL表格, 即可进行批量导入。任课教师可以先设置各个报告的提交限制时间, 默认为空。学生做完实验, 登录系统交实验报告。任课教师进行批改, 系统自动登记成绩。学期结束, 管理员对实验报告及成绩归档。

3 数据库的设计和系统实现

本系统为Web App, 编写语言为PHP, 以apache为服务器, 使用oracle数据库, 前端使用Java Script, j Query等, 下面给出系统主要功能实现的实例。

(1) 学生实验报告提交

学生在线填写实验报告, 按照教师要求在系统提供的编辑器中进行书写, 添加所需的数据, 比如表格、图片等。 (如图3所示) 点击提交后, 后台服务器首先判断对应实验报告的文件是否存在, 通过“select R_DRAFT_LOC, R_CONTENT_LOC, R_EXPORT_LOCfrom T_REPORTwhere R_STU_ID=?ANDR_TRIAL_ID=?”获取此实验报告的文件的路径, 判断其文件是否存在, 若存在则将内容写入文件中$file=fopen ($content Loc, ’w’) ;fwrite ($file, $data) ;fclose ($file) ;同时, 为了避免出现乱码的问题, 我们需要进行转码, 代码如下“$content Loc=iconv (″UTF-8″, ″GBK″, $content Loc) ;”。当然, 若实验报告设置了时间限制, 系统会在保存实验报告前判断“SELECTREPORT_SUBMIT_TIMEFROMT_EXPERIMENTS_HISTORYWHEREID=?"获取其实验报告限制的时间是多少, 与当前时间对比, 若超过时间, 则返回$msg=“已超过报告最终提交时间!”;

若报告未书写完成, 可以点击保存, 在下次进入编辑时可以继续编辑上次保存的报告, 此时报告的路径被保存在另一个字段中R_DRAFT_LOG, ”select R_DRAFT_LOCfrom T_REPORTwhere R_STU_ID=?ANDR_TRIAL_ID=?”。完成后点击提交即可交由课程教师批改, 在教师没有进行批改前, 学生可以提交多次。

(2) 教师批改实验报告

教师可以看到报告提交情况 (如图4 所示) , 也可以对学生的提交时间做出限制, 批改时可以对学生的报告加入批注、评语等。若学生报告存在问题, 需要学生修改, 可以使用驳回功能, 要求学生修改好后再次提交。若学生报告没有问题, 教师可以给成绩和评语。批改结束后系统将记录教师的批改痕迹, 并存放在另一个文件中。文件的路径将存储在T_REPORT的R_CONTENT_AFTER_LOC字段中, 并且改R_STATUS为对应的状态, 那么此时学生即可查看到自己的报告批改情况了。

结语

系统在实际应用已经有两年时间, 期间在不断的测试与完善当中。学生与教师反馈的意见非常重要, 为此, 我们增加了用户反馈模块, 它可以显示一些系统的最新消息, 用户也可发送信息给系统管理员, 提出自己的意见及建议。另外, 为了用户操作方便, 用户进行的每一步操作, 都有详细的帮助显示出来, 让学生和教师不需通过培训即可操作。今后, 我们会不断完善系统, 让它在实验教学管理上发挥作用。

参考文献

[1]刘永革.基于ASP的网络实验报告管理系统[J].安阳师范学院学报, 2005 (02) :62-64.

[2]方淑梅.通用实验报告网络化管理系统[J].辽东学院学报, 2009, 16 (03) :232-235.