软件系统机械电子论文范文

软件系统机械电子论文范文第1篇

【摘要】通过分析联合式航空电子系统存在的问题，介绍综合化航空电子系统的基本结构。综合核心处理机是综合化航空电子系统的核心组成部分，通过比较SMP结构与MPP结构在综合核心处理机上应用的特点，得出了MPP是未来发展方向的结论。

【关键词】综合化航空电子系统；SMP；MPP

1.引言

现代航空电子系统是一个由多个系统、多种环境、多项任务、多种资源构成的相互关联、相互支持、相互集成和相互制约的复杂系统，具有多目标、多信息、多专业、多任务、多功能、多资源和多过程支持的显著特征。在这个前提下，如何满足复杂系统功能、品质、能力、成本等要素的综合优化需求，是新一代航空电子系统发展面临的严峻挑战。

航空电子系统在第三代战机中基本使用联合式架构（又称属地管理架构），在第四代战机中又提出了航空电子系统的综合化技术。航空电子系统综合化技术就是针对复杂系统特征，根据系统目标、信息、任务、资源、过程特征和一体化思维，通过各自能力的权衡与系统能力组合，通过各自过程效率组织与系统效率集成，通过各自数据融合与系统信息效能合成，实现系统能力、功能、品质、效率和成本最优化的系统技术。

2.联合式航空电子系统

2.1 联合式航空电子系统基本结构

第三代战机的航空电子系统多使用联合式构架。在联合式航空电子系统架构中通信、导航、探测以及飞行控制系统等功能子系统中的信息处理和操作均由各自的专用机载计算机完成，各子系统作为功能部件连接到机载多路数据传输总线（1553B）总线上。显示和控制的信息通过数据总线与各子系统进行交换，所有信息由一个平视显示器和若干个多功能显示器显示。飞行员通过座舱控制系统输入控制信息。

2.2 联合式航空电子系统存在的问题

航空电子系统各子系统内部资源独立配置，各系统独立管理，各个系统使用通信总线进行交互。这样的结构造成了很多问题，具体如下：

1）系统中资源使用频度不同，各部分资源分时使用以及各个系统之间的资源不能共享，造成了各系统中的资源多数时候被闲置，造成资源浪费。

2）任务构成专门化。由于任务需求不同，各航空电子系统中的机载计算机多为专用定制设计，研发成本高，研制周期长。但是功能构件不能通用或公用，而是只针对特定系统而设计使用。

3）子系统独立构成，存在大量的计算重复，各子系统之间计算结果（最终结果和中间结果）共享度较低。

4）系统组织固态化，任务、功能、状态、资源构成固态化，缺乏管理与调整空间。随着系统规模以及复杂度的提高，故障、失效、异常等带来的系统可靠性问题非常严重。

5）信息能力与处理模式固化，缺乏融合与固化的空间。

3.综合化航空电子系统

系统综合化技术不但解决了联合式架构中存在的问题，而且拥有以下三方面的优势：集成各子系统的优点和能力、增强子系统之间的协同和支持、提升系统处理的品质和效率。它是面向复杂系统组成与特征形成的系统优化技术。综合化航空电子系统基本结构。

综合化航空电子系统包括综合化的射频与传感器单元以及综合化的核心处理单元，其中综合核心处理机具备数据、信号、图形图像视频的综合处理能力，综合的飞机管理单元、任务管理单元，综合显示单元等等；由统一的高速航空电子网络将各部分连接起来。这样的结构节省了系统资源，提高了处理能力，增加了系统可靠性，降低了研制成本和维护费用，射频与光电孔径综合还提高了战机的隐身能力。

4.综合核心处理系统

在综合化航空电子系统中综合核心处理系统是航空电子系统综合化技术发展的核心技术，也是航空电子系统任务和功能运营与管理的平台。综合核心处理系统是指：利用一套通用模块（软件和硬件），通过接口和外部非通用的传感器前端、效应器、接口、显控设备、应用软件等组合，能够被使用到任何一个航空电子系统上，满足降低生命期成本，提高互用性等要求。综合核心处理系统包含了飞行器最主要的处理功能，包括信号处理、数据处理、图像处理、海量存储、通信网络、电源供给等等。当前航空电子系统对综合核心处理系统的性能要求越来越高。

在美国第四代战机F35的航空电子系统中，其综合核心处理单元总的数据处理速度为40.8DMIPS，信号处理速度为75.6G每秒浮点运算次数（FLOPS）。如此高的性能要求对于传统的单机处理模式已经无法完成，需要引入并行计算机技术来实现。

5.并行计算技术

当前并行计算技术中有多种体系结构：对称多处理机SMP、并行向量机PVP、大规模并行处理机MPP和集群Cluster等。

其中SMP系统与MPP系统结构技术成熟，应用广泛，相对于其他并行结构更适合在机载环境下使用。SMP系统与MPP系统结构在航空电子处理方面有着各自的优势，也存在很多不足。

5.1 对称多处理机SMP

SMP系统使用商业化微处理器（具有片上或外置高速缓存），它们经由系统总线（或交叉开关）连向共享存储器。这种结构中，多个处理器运行同一个操作系统，并共享计算机上包括存储器、系统总线在内的一切资源。每个处理器通过系统总线平等地访问共享存储器、I/O设备和外部中断。

对称多处理系统技术成熟，实现起来比较容易，系统处理规模也比较适合当前航空电子系统的性能要求。但是SMP系统所有处理节点共享一套总线（或者交叉开关），由于这两种网络互连方式传输带宽有限，当处理器数增多时，访问贮存的冲突概率会加大。一般情况下系统的处理机数目限定在2-16个之间。这决定了SMP系统的处理能力无法满足未来航空电子系统发展的要求。另外SMP结构的扩展性能差，系统使用动态互连技术（总线或交叉网络），在互连网络中实现cache一致性等功能，整个系统一旦做成很难再扩展。SMP结构中所有处理机共享一套总线设备、存储器和操作系统，如果这些设备出现问题，整个系统可能崩溃，这对于可靠性要求极高的航空电子系统是无法接受的。对于SMP系统可靠性不高的问题，可以采用多级交叉网络替换总线或者交叉开关结构，提高互连网络的可靠性，同时多级交叉网络还可以增加互连网络的传输带宽，增强系统的处理能力。而子系统多余度设计技术可以提高整个系统冗余度和可靠性，使其可靠性满足航空电子系统要求。

5.2 大规模并行计算MPP

MPP指使用专有的非商品化的硬件和软件，耦合紧密的分布存储多计算机系统，系统中多个处理节点通过高带宽低延迟互连网络紧密连接，使用专用或非专用通信协议进行通信的定制网络。系统中的互连网络是与处理机的I/O相连，实现节点间的通信，而共享存储并行计算机系统中的互连网络是与处理机的局存相连，每个处理机都能直接访问其他局存单元。基本结构如图2所示。

相对于共享存储结构，MPP系统扩展能力强，计算能力完全可以满足未来航空电子系统发展的要求。其系统内部各节点独立工作，冗余度高，模块化强，适合航空电子系统中应用。互连网络采用静态网络或者交叉开关、多级网络等形式，可靠性高，一个处理节点发生异常并不影响整个系统正常工作。

相对于共享存储器的紧耦合方式，MPP结构中为存储器松散耦合，处理效率低于SMP结构等共享存储模式。此外MPP系统规模一般比较大，计算能力强，当需要处理的数据达到一定规模时MPP系统优势明显。

6.结论

综合化航空电子系统已经成为发展的趋势。综合化的航空电子系统需要一系列的关键技术支撑，综合核心处理系统就是其中最重要的关键技术之一。而随着航空电子系统的不断发展，综合核心处理系统处理能力不断调高，采用MPP结构是未来必然的发展趋势，MPP系统结构的小型化也将成为未来发展中的重要挑战。

参考文献

[1]王国庆.航空电子系统综合化技术的发展与思考[J].国际航空，2011（8）.

[2]袁晓晗.航空电子综合核心处理技术研究[J].航空电子技术，2004（3）.

[3]熊华钢，王中华.先进航空电子综合技术[M].北京：国防工业出版社，2009，1.

[4]陈健，郑卫华.高速互连技术综述[R].2008年全国高性能计算学术年会.

作者简介：李乔杨（1985—），男，陕西商洛人，在读硕士研究生，现供职于中航工业第631研究所，主要从事计算机应用研究。

软件系统机械电子论文范文第2篇

关键词：高校电子病历;系统的设计

一、云南艺术学院病历系统现状

云南艺术学院医院的病历管理方式是最为传统的手工书写、人工管理，这种方式在建校初期还比较合理、有效。

随着学院的高速发展，来自全国各地的师生越来越多，就医人数也变得庞大。此外，一些新型疾病流入，学院的环境也变得更加复杂。这种情况下传统的病历管理方式显得混乱、无序、效率低下，不能为医院提供良好的支持，也不能让患者更加清楚自己的状况。

二、电子病历系统初步设计

原卫生部颁布的《电子病历系统功能规范(试行)》规定，电子病历系统是指医疗机构内部支持电子病历信息的采集、存储、访问和在线帮助，并围绕提高医疗质量、保障医疗安全、提高医疗效率而提供信息处理和智能化服务功能的计算机信息系统。电子病历系统应当具有用户授权与认证、使用、审计、数据存储与管理、患者隐私保护和字典数据管理等基础功能，保障电子病历数据的安全性、可靠性和可用性。

根据以上定义，结合医院就诊流程、医院发展规划，电子病历主要有五个模块：用户管理、患者基本信息管理、病历管理、质控管理、病案首页管理。其中，用户管理模块对应用户授权与认证，保证每个医护人员都有自己的专属账号进行电子病历操作;患者基本信息管理模块对应患者数据的使用，保证患者的基本信息能够得到正确使用;病历管理模块对应患者就诊期间产生的病历数据收集管理，保证患者整个就医过程有清晰、准确、科学的数据记录;质控管理模块对应对病历数据的监控，保证医护人员录入医疗数据的准确性与可用性;病案首页管理模块则对应患者病案首页数据的管理，保证病案首页数据的完整性与可用性。

三、各功能模块的初步设计

1.用户管理：用户管理模块在需求分析中有十个功能点，根据功能点数据与功能上进行划分，可以分为五个子模块进行设计。其中，用户新增、修改、停用功能，由于都是对用户账户进行操作，故划分为一个子模块，称为用户子模块;用户权限授予、取消功能，由于都是对用户的权限进行操作，故划分为一个子模块，称为用户权限子模块;用户组新增、修改、停用功能，由于都是对用户组进行操作，故划分为一个子模块，称为用户组子模块;用户组权限授予、取消功能，由于都是对用户组的权限进行操作，故划分为一个子模块，称为用户组功能子模块;用户管理操作日志记录功能单独为一个子模块，称为用户日志子模块。

2.患者基本信息管理：根据功能点数据与功能上进行划分，可以分为三个子模块进行设计。其中患者基本信息新增、修改、检索、共享、统计功能，由于都是对患者信息进行读写的操作，故划分为一个子模块，称为患者信息子模块;患者基本信息录入校验功能单独列为一个子模块，称为患者信息校验子模块;患者基本信息操作日志记录功能也同样单独列为一个子模块，称为患者信息日志子模块。

3.病历管理：根据功能点数据与功能上进行划分，可以分为四个子模块进行设计。其中，病历新增、修改、浏览、统计功能，基本上都是对病历的读写操作，故划分为一个子模块，称为病历子模块;病历修改痕迹记录功能则单独划分为一个子模块，就称为病历修改痕迹子模块;病历中患者基本信息跟病人基本信息模块中信息同步功能，由于在患者基本信息模块已经设计了共享功能，此功能在病历管理模块中就不再重复设计;病历知识库新增、修改、删除功能，由于都是对病历知识库进行读写操作，故划分为一个子模块，称为病历知识库子模块;病历归档功能独立划分为一个子模块，称为病历归档子模块。

4.质控管理：根据功能点数据与功能上进行划分，可以分为四个子模块进行设计。其中，自动质控病历与手工质控病历功能，都是对病历进行质控，只是方式不同，所以划分为一个子模块，称为质控子模块;病历质控提醒功能，由于是一个结果推送的功能，所以单独划分为一个子模块，称为质控提醒子模块;病历质控点新增、修改、删除功能，由于都是对质控点进行编辑，所以划分为一个子模块，称为病历质控点子模块;病历质控结果查询、统计功能，由于都是对病历质控结果的操作，所以划分为一个子模块，称为病历质控结果子模块。

5.病案首页管理：根据功能点数据与功能上进行划分，可以分为六个子模块进行设计。其中，从病人基本信息模块中读取病人基本信息到病案首页对应项的功能，由于在病人基本信息管理模块中已经设计了信息共享功能，故此功能在病案首页不再单独设计子模块，直接调用对应视图信息即可;从病历中读取指定信息到病案首页对应项的功能，因为是患者信息同步操作，故单独划分为一个子模块，称为信息同步子模块;病案首页必填项目选择功能，因为是对病案首页中必填项目的设计，故单独划分为一个子模块，称为必填项子模块;病案首页填写内容验证规则添加功能，因为是对病案首页中填写验证规则的操作，故单独划分为一个子模块，称为验证规则子模块;病案首页归档功能，单独划分为一个子模块，称为病案归档组子模块;病案首页信息统计功能，单独划分为一个子模块，称为信息检索子模块;病案首页操作日志记录功能，单独划分为一个子模块，称为日志子模块。

本文实现了对云南艺术学院电子病历管理系统的分析和设计。从系统功能的层面进行需求分析，主要完成了用户管理、患者基本信息管理、病历管理、质控管理、病案首页五大功能模块的设计，基本上满足了医院日常运行中医护人员的使用要求。系统的设计还预留了一部分与其他系统结合的接口，可以满足医院对系统扩张性的要求，也可以满足医院对多个系统的整合，进行单点登录。但是由于技术的限制，系统在结构化病历这块的设计上与国内外先进的电子病历系统还有一定差距，无法做到完全的结构化，这也造成病历信息无法很好的提取出来供病案首页直接使用，也使得质控分析不能达到理想状态。

我们希望在未来能找到更加合适的技术对系统进行升级，让系统更加完善，为用户提供更加高效、准确、简便的技术支持，提升用户的满意度，为医院的信息化建设提供更好的动力，让医院能为学校提供更好的服务，造福于学院师生。(作者单位：云南艺术学院)

参考文献：

[1]《电子病历基本架构与数据标准(试行)》，卫生部国家中医药管理局2009年十二月印发

[2]《电子病历国家标准(试行)》，卫生部2010年印发

[3]《电子病历系统功能规范(试行)》，卫生部2010年印发

[4]《电子病历系统功能应用水平分级评价方法及标准(试行)》，卫生部办公厅2011年10月印发

[5]《大数据时代的医疗模式》，互联网文章

[6]《中国医疗信息化现状分析》，互联网文章

[7]《数据库系统概论》，王珊、萨师煊，高等教育出版社，2009年6月第12次印刷

软件系统机械电子论文范文第3篇

摘 要：我国是煤炭资源大国，开采量位居世界前列，因此煤炭开采技术对我国煤炭资源开发程度起到了决定性作用，在一定范围上左右着经济发展速度。在煤炭资源的开采中，煤矿机械的高效性是整个开采过程的关键所在，而电气自动化系统可以大大提高煤矿机械利用效率，减小资源浪费，节省人力投资，提高煤矿开采速率。

关键词：煤矿机械；自动化系统；应用；

随着我国经济的不断发展，社会需要进一步进行开发建设。然而时代的不断进步，需要工业不断的发展，我国社会工业发展、经济发展都离不开能源的支持。众所周知，中国自古以来就是个地大物博的能源大国，煤炭资源更是丰富的蕴藏于我国山西省、内蒙古、新疆等各个省市。然而近年来，随着经济不断发展，社会对能源的需求量越来越大，而煤炭开采量却在逐年下降。这就使得煤炭企业不得不对煤炭开发过程进行技术改革，进行机械设备控制系统的升级来改善这一情况。

一、煤矿机械设备中的电气系统及其基本特点

（一）煤矿机械设备的电气系统基本组成

我国采用的煤矿机械目涵盖了探测、挖掘、开采、运输、安全检测等方面，有例如采煤机、掘进机、提升机、胶带运输机等自动化电气设备，其中，采煤机、掘进机、提升机、胶带运输机是煤矿机械设备中最基础的组成。

针对采煤机这一煤矿基础设备而言，在当前自动化水平已有了提高的情况下，采煤机这一设备的创新开发也成了企业研发的重点。当前采用的采煤机多数能够使用计算机进行网络操作，远程遥控，对器械的运行状态进行时时监控，确保设备正常使用。

与采煤机相同，掘进机采用了PLC主板作为控制中心，实现了各单元部位间的启动与停止，将生产中的各种相关逻辑、功能进行集中化管理。系统中添加的电子保护器通过对电流回路的实时监测实现了对电动机的保护，准确的判断电路的运行状态，最终将情况反馈至PLC进行统一分析，实现了电气自动化管理。

煤炭的运输是煤炭开采中最重要的一个环节，是矿山的咽喉，作为矿井与外界唯一的联系通道，提升机肩负着对煤炭、物料、工作人员的运输作用，不仅要有高度的工作效率，还要有极高的安全性确保万无一失。

胶带运输机以可编程逻辑控制器为核心，以工业监测、监视、控制软件作为用户界面，在主控中心可以实现多种连锁功能，遵循了“逆煤流起车、顺煤流停车”原则。

（二）煤矿机械设备电气系统的应用特点

自我国进行煤矿开采以来，传统的煤矿开采方式都是采用人工手段，机械参与作业也只是近几十年开始发展起来的。而在如此短短的几十年间，我国煤矿企业不断进行技术创新，对煤矿开采的机械设备进行了大量的技术革新，使得我国的煤矿机械设备不断趋于自动化水平。煤矿机械设备电气系统在应用过程中有着极大的优越性，首先，自动化水平能够很大的弥补人力工作带来的效率低下的缺陷，能够真正做到高效的进行煤矿开发，很大程度上提高了企业的经济效益。再者，电气控制对比传统的人力监管工作，具有极大的便捷度。由于电气系统在设计、工作过程中，采用了遥控、触控等大量的新型科学技术，能够对整个煤矿开采情况进行准确的监控，保证安全作业的同时，提供了极大的便利。

二、加强煤矿设备电气系统的管理

当前我国煤炭企业在煤炭开发、开采过程中遇到了许多技术问题，为了解决这一问题，进行了技术的革新和设备的更新改革。在进行了煤矿机械设备电气系统更新升级以后，更需要针对这一系统在使用过程中的实际情况。加强电气机械设备的管理工作不但能够为更好的煤炭开发工作提出帮助，更是保障安全的煤矿开采工作的基本条件。煤矿开采是一项极为复杂并且具有很强危险性的工作，因此，在此过程中需要采用的也是极为复杂的电气设备。加强煤矿机械设备电气系统的管理，需要做到以下几点：首先，将设备投入使用前必须充分了解设备安装特点以及需要的安装技术要求。另外，在机械设备的使用过程中，必须严格监管，对整个流程进行监控，保证所有电路使用一切正常，确保所有在线工作人员严格按照规章制度及操作规程进行规范作业。最后，必须定期进行设备系统的维护、检查，及时发现并处理安全隐患，杜绝一切事故发生的可能性。

三、矿用设备电器自动化发展前景

诚然，当前我国已经对天然气、煤层气等诸多新型能源展开研究开发，但是当前我国的工业生产对煤矿这一传统能源的需求依然十分大，并且随着科技的不断进步，煤矿企业开始追求更高效、安全、环保的进行煤矿开发技术，在这样的情况下，进行煤矿机械设备自动化的改革创新几乎是发展的必然。有需求就会有市场，当前我国煤矿企业对机械设备电气系统的需求不断提高的同时，随之而来的一定是我国煤矿机械设备的电气系统会有着更深远的良好发展前景。当前不少煤矿企业真正从社会发展、企业发展这一基本落脚点出发，对煤矿设备进行了技术创新，可以预见，在不远的将来，我国的煤矿机械设备电气系统在完全走向自动化水平的同时，也会不断向信息化、智能化的水平发展，进一步保证了煤矿生产的安全进行。

四、结语

煤炭企业作为社会经济发展的必需品，在我国当前乃至未来的很长一段时间内，都将是我国工业发展的重中之重。然而当前我国煤炭机械及其自动化还处于研究阶段，有许多功能技术有待进步。要想使煤炭事业更快速的发展，我们必须与國际接轨，掌握煤炭开采中的核心技术，才能真正在煤炭行业处于国际前沿，因为科学技术才是生产的第一要素。我们需要做的不仅是埋头苦干，合理利用现代化设施才能使我们的生活变得更美好。

参考文献：

[1]蔡依然.论电气化技术的应用前景分析[J].焦作大学学报，2009，08.

[2]林少白.提高煤炭生产的自动化技术研究[J].煤矿机电，2008，07.

[3]高虹. 电气自动化技术在机械设备中的应用[J]. 科技创新与应用，2014，10：55-56.

[4]邱伟良. 矿山关键设备安全运行集成监控系统设计[D].湖南科技大学，2008.

[5]李雷军，尚占宁，路锦程，等矿井提升机行程控制的研究和实现[J].电气传动自动化.2005，01.

软件系统机械电子论文范文第4篇

【摘要】为了使传统鞋柜的功能只是不仅仅局限在储存鞋子上，设计和介绍了以MSP430作为控制中心的智能鞋柜，该智能鞋柜不仅具有一般市面智能鞋柜具有的杀菌、消毒等功能，还具配备家庭环境报警和家庭防盗报警的功能。

【关键词】MSP430；智能鞋柜；家庭保卫系统

Key works：MSP430；Intelligent shoe ark；Home security system

0.引言

智能家居越来越多应用在人们的日常生活中，智能家具的评定指标就是使家具具有自动化、人性化、便捷化。而智能鞋柜[1]作为智能家具大家族的一员，具有广阔的市场前景；其具有烘干、杀毒、除臭功能被都市白领、小康家庭所中意，尤其是在阴雨连绵的春天更是受广大用户的青睐。而本文的智能鞋柜不仅具有上述功能，还具有家庭环境报警和家庭防盗报警的功能；极易操作且性价比高。

1.智能鞋柜系统构架

本款智能鞋柜采用MSP430低功耗芯片作为核心处理器，系统主要由人机交互界面、消毒系统、烘干系统、环境监控系统和家庭预警系统组成；其整体的硬件结构图如图1所示。用户可通过触屏界面来完成该鞋柜的功能，同时还能实时家庭环境和家庭安防的监控。

1.1 烘干系统

当用户外出归来弄湿鞋子时，通过触屏板给予主控中心一个电信号，则使能烘干系统，外围烘干电路对鞋子进行烘干处理，外围烘干电路送出的烘干风力温和轻柔，不会对鞋子造成损伤，并且用户还可自由调整风力大小值。其系统结构图如图2所示。

1.2 消毒系统

长期穿在脚上的鞋子看起来或许很干净，但是很可能已滋生细菌，因此采用臭氧对鞋子进行消毒，通过操作触屏板选择消毒功能，一旦鞋柜臭氧泄露，更有报警信号做出处理，安全可靠。其系统结构图如图3所示。

1.3 家庭环境报警

智能鞋柜安放的位置一般位于门旁，而家庭环境报警[2]则是通过NRF905无线模块，与外围模块1通信，外围模块1可放在家庭任意位置，一旦家庭环境改变，如煤气泄漏，氧气减少等；一旦超过设定标准，则发送信号回到智能鞋柜，智能鞋柜当即发出报警信号提醒户主来做出相应措施。其系统结构图如图4所示。

1.4 家庭防盗系统

家庭防盗系统[3]同样是通过NRF905模块与外围模块通过，外围模块2可安放在窗户、侧门等地，当有人感应到外围模块上的红外人体感应装置时，外围模块2发送信号回到智能鞋柜，智能鞋柜当即发出尖锐的报警信号来提醒户主[2]，其系统结构图如图5所示。

2.软件编程

本文设计的智能鞋柜比市面上的智能鞋柜功能多，在对系统进行软件设计时我们采用了分模块化设计的方法。整个系统分为主机和从机，主机主要掌控消毒、烘干、人机交互、与从机通信等功能；从机主要包括检测家庭环境、监控家庭安全、与主机通信等功能；根据系统的分工流程，在IAR环境下编写C语言程序。主机程序流程图如图6所示，列出家庭环境监控从机程序流程图如图7所示。

3.结束语

随着智能化家居概念的不断推广及电子信息产业快速向生活领域渗透，实现家居信息化、网络化、智能化已成为家居系统发展的新趋势.家庭智能防盗报警系统可对家居的安全环境进行实时监控。本文设计的智能鞋柜不仅功能齐全，还增加了现有智能鞋柜没有的功能，性价比极高；并且具良好的操作界面，适合各种年龄段的人；主控芯片采用的MSP430属于低功耗芯片，在待机时耗电量极小，且稳定性极高，具有多组IO口方便二次开发，具有广阔的市场。

参考文献

[1]賀婷.基于FPGA的智能鞋柜控制系统设计[J].电脑知识与技术，2012，8（7）：1581-1582.

[2]王战备.室内温度检测与调控系统的设计[J].电子设计工程，2012，6：40-43.

[3]张新耀，冯启朋，王亚惠，等.基于无线传感器网络的室内监控系统[J].中国高新技术企业，2012，30.

软件系统机械电子论文范文第5篇

摘 要：為提高番茄采摘效率，降低番茄生产成本，本文设计了一种四自由度串联采摘机械臂系统。在设计过程中，笔者首先确定关节型机械臂构型，分析机械臂各杆长和工作负载，完后各关节电机选型;然后设计控制系统以及无刷电机控制流程;最后搭建实物样机，控制各关节的电机将末端执行器送到成熟番茄的位置完成采摘任务。

关键词：番茄采摘;四自由度;串联机械臂;无刷电机

番茄可用于鲜食和深加工，在中国鲜食番茄产量占比高达90%[1]。其中，用于深加工的番茄采摘已经实现了机械化，而用于鲜食的番茄由于采摘难度大仍未实现机械化。目前，在中国参加鲜食番茄生产的劳动力主要是老人和妇女，工作效率较低。由于番茄采摘期较短，采摘作业效率不高，会导致部分番茄腐烂，影响番茄产量和质量。鲜食番茄采摘费时费力，其投入的劳动力占整个番茄生产环节劳动力投入的50%～70%[2]。随着社会的进步，人工采摘成本不断提高，而采摘成本则会在更大程度上影响鲜食番茄的市场价值。本文主要基于农业机器人技术，针对标准化温室番茄采摘自动化问题，设计一种四自由度串联采摘机械臂系统。

1 机械系统设计

关节型机械臂灵活性强，结构紧凑，工作范围大且占用空间小[3-5]，因此本文采用关节型机械臂。自由度数是机械臂的一个重要技术指标。自由度减少可简化机械系统和控制系统设计，但会降低机械臂灵活性;反之，将提高机械系统和控制系统的复杂性[6]。本文研究的番茄温室空间较为狭窄，故确定四自由度的串联机械臂结构，其结构如图1所示。

谐波减速器具有体积小、质量轻、传动比大和运动精度高等特点。同时，交流电机、步进电机和无刷电机目前被广泛应用于机器人设计制造。其中，交流电机扭矩大但需要交流电源，不适用于农业机器人;步进电机精度高，但不能对其进行力矩控制;无刷电机寿命长、噪声低、调速性能好。因此，本文设计的四自由度的串联机械臂的腰部关节电机、肩部关节电机、肘部关节电机均使用无刷电机加谐波减速器驱动。舵机具有体积小、扭矩大、易于控制的特点，广泛应用于机器人控制。因此，本文设计的四自由度的串联机械臂的腕部关节和末端执行器电机使用舵机驱动。

机械臂的受力分析图如图2所示。

根据实际温室番茄生长空间，设计机械臂大臂杆长[a2]=32cm，小臂杆长[a3]=39cm，机械臂末端点到腕部距离[a4]=13cm。末端执行器上安装3个中等尺寸的舵机，舵机质量在55～65g，选取最大值65g作为设计质量，预估末端执行器上其他部件质量150g，番茄单果质量在100～170g[7]，取单果质量为170g，则

（1）

则腕部关节所受扭矩为

（2）

根据腕部关节所受扭矩选取LOBOT生产的LD-220MG数字舵机。

舵机[m2]的质量为65g，估计小臂臂杆[m3]的质量为200g，则肘部关节所受扭矩为

（3）

根据肘部关节所受力矩，选用北京时代超群42BL80S09-230无刷电机和日本东方ASM46AA2-H50谐波减速器。

无刷电机和谐波减速器[m4]的质量为820g，估计小臂臂杆[m5]的质量为200g，则肩部关节所受扭矩为

（4）

根据肩部关节所受力矩，选用无刷电机北京时代超群60BL100S15-230无刷电机和东方ASM66MC-H100谐波减速器。腰部关节承受的转矩主要和机械臂的转动惯量和沿腰部转动的角加速度大小有关，该关节电机选用与肘部关节同型号的无刷电机和谐波减速器。

2 运动控制系统设计

机械臂腰部关节、肩部关节和肘部关节均由无刷电机驱动，腕部关节和末端执行器上的3个电机均由舵机驱动。根据机械系统特性与采摘要求，设计的运动控制模块整体框架如图3所示。该模块主要包括主控制器、电机控制器和传感器。其中，主控制器通过指令完成对电机运动的控制;各电机控制器的驱动程序以及视觉伺服控制的控制程序均在STM32单片机中运行。

STM32单片机作为主控制器，其串口3通过一个TTL to485模块将电平转换至485电平，进而作为485总线上的主机控制3个无刷电机控制器，驱动3个无刷电机。STM32单片机通过串口2与16路舵机控制器通信，进而控制手爪及腕部的4个舵机运动。另外，用于机械臂复位的3个红外光电开关以及手爪上的1个红外光电开关与主控制器的IO口直接相连。

控制机械臂完成采摘动作的关键在于无刷电机的控制，由此，设计单个无刷电机转速控制的程序流程，如图4所示。首先创建一个一维数组存放一帧数据。为避免电机因速度过大而发生意外，控制电机速度在-700～700Hz/s。其次，根据所控无刷电机控制器地址、电机速度配置数组前六位，通过CRC校验函数返回值配置数组后两位。再次，将配置好信息的数组通过串口发送到485总线上。最后，等待接收控制命令，当接收到从机回传码时，程序运行结束。

3 样机及效果

根据温室大棚番茄采摘的实际需要，搭建的番茄采摘机械臂样机如图5所示。在设计过程中，首先确定关节型机械臂构型;其次，以STM32为控制器，基于总线设计了控制系统硬件组成，通过无刷电机控制算法使机械臂更具稳定性。

本文所设计的机械臂基本能完成自动化采摘的任务，但由于时间、实验设备等方面的限制，还需要对采摘机械臂进行进一步研究、设计及优化。

参考文献：

[1]刘继展.温室采摘机器人技术研究进展分析[J].农业机械学报，2017（12）：1-18.

[2]赵德安，姬伟，陈玉，等.果樹采摘机器人研制与设计[J].机器人技术与应用，2014（5）：16-20.

[3]蒲筠果，王志刚，朱良.基于农业采摘的机械臂结构设计研究[J].农机化研究，2018（9）：39-43.

[4]陶子航，齐敏中，季俊辉.一种六自由度轻型机械臂的设计与实现[J].工业控制计算机，2017（6）：78-79.

[5]刘忠超，熊雷，翟天嵩.六自由度采摘机械臂系统设计[J].农机化研究，2015（8）：112-114，119.

[6]宋健.茄子采摘机器人结构参数的优化设计与仿真[J].机械设计与制造，2008（6）：166-168.

[7]秦利杰，焦娟，文莲莲，等.株行距对架式促成栽培番茄生长和产量的影响[J].天津农业科学，2018（10）：43-49.

软件系统机械电子论文范文第6篇

摘要：现如今随着社会经济的不断发展，环境问题得到了人们的广泛关注，传统模式下采用火力发电技术，因为对周围环境造成污染严重，具有不可再生的特点，难以提高社会效益，不符合可持续发展战略。风力发电具有低碳的特性，具有广阔的应用前景，得到了广泛应用。在风力发电系统中采用电力电子技术有助于改善系统性能，提高系统运行效率，具有极高的应用价值。基于此，本文对电力电子技术在风力发电系统中的应用展开分析。

关键词：风力发电;电力电子;风能控制;储能

风能与其他能源类型存在不同，具有低污染、可再生性等特点，风能的利用与开发有助于缓解能源紧张问题，对于改善缓解污染现状具有重要的意义。因此风力发电系统得到了诸多领域的广泛应用，但是系统对输电、控制等性能具有较高的要求，传统的电子器件无法满足系统运行需求，导致系统整体运行效能不佳。同传统技术相比，电力电子技术具备明显的优势，有助于改善系统性能，提高其运行质量，对于推动风力发电的发展具有重要意义。

1. 电力电子技术概述

电力电子技术是电力行业中一系列电子技术的统称，对其进行具体分析，主要指采用电子相关装置实现对电力系统进行控制的一项先进技术。首个品闸管的成功研发标志该项技术的诞生。对电力电子技术的核心内容进行分析，主要包括电路、装置以及相关器件，其材料主要由半导体构成，理论基础为电子学，电力电子系统主要由电路和相关元器件组成。随着我国工业化进程的加快，电力电子技术得到了诸多领域的广泛应用，尤其是电力行业，对于电力行业的稳定发展发挥了重要的作用。

2. 风力发电系统常用的电力电子器件

2.1 IGBT

IGBT是系统的关键器件，其作用在于控制系统功率，属于功率器件的一种，不但可以有效切断电流，同时可以通过PWM技术实现无源逆变，可以直接通过直流输电将电力输送至无交流电源的主要负荷点。但是因为风力发电系统的稳定性不佳，因此IGBT在实际运行过程中存在一定的波动，导致铜片和基板、铜片与芯片进行焊接的过程中需要承载较大的热量-机械应力。因为IGBT具备这一特性，所以其SPWN逆变器得到了广泛应用。在具体运行阶段，通过开关波形进行有效控制，能够有效提高电力传输的有效性与稳定性。除此之外，能够对初次应用的角度进行改变，将功率因数转化为1，有助于改善系统的功率。

2.2 交直交变频器

风力发电系统的主要特点为便利恒频，通过采用变频装置实现向电能的转化，为电网能量的有效传输提供巨大的便利，但是系统多存在侧功率低、电压谐波较多等问题。所以为了能够为了解决相关问题，需要合理利用交直交变频器，实现对系统的优化和控制，确保交流的双向性，尤其要注重对无刷双馈电机和变速恒频系统的合理应用[1]。

2.3 矩阵变换器

随着对电力电子技术研究的不断深入，矩阵变换器得到了广泛的应用，具有良好的发展前景。该装置属于电源变换器的一种，十分先进，能够实现交流电相关参数的高效转化。除此之外，将其应用于风力发电系统中，能够提高电压以及调节频率的控制水平，进而达到变频恒频的控制目的，实现对风能的有效控制，具有极高的应用价值。

3. 电力电子技术在风力发电系统中的应用

3.1 在系统改造中的应用

过往风力发电系统在实际运行的过程中，系统发电机的主要运行方式为主动失速或者失速，该模式下的输出功率稳定性不佳，难以满足系统运行要求。随着应用方式的发展和变化，这一方式已经被其他方式取代。近些年来电力电子技术发展迅速，发电机系统也在不断更新与完善，同时其运行方式和原理也得到了一定的优化。其中变速恒频风力发电机系统便是电力电子技术不断发展的产物，采用变速恒频变桨距调节系统，在内部配备双馈感应电机，不但能够有效提高输电质量，同时有助于减少能耗，效果确切[2]。

3.2 在系统储能改造中的应用

目前风力发电系统的主要问题体现在风向、风速的稳定性较。随着风能应用范围的不断提升，难以确保风量。在这一形势下，需要对相关技术进行不断创新和优化，提高风能的储存效果，为发电、供电的稳定性提供保障。目前蓄电池得到了风力发电储能系统的广泛应用，优势明显，具有非常快的储能速率，同时安装操作十分便捷;另外，对系统风能的储存来说，超导线圈储能也是一种高效的储能途径，但是该项技术尚未发展成熟，未得到广泛应用于推广，仍需進一步完善。另外，不间断电源因为在输入电流过程中具备持续供电的特点，符合风力发电系统特点，得到了广泛重视，使用电力电子技术的过程中，不间断电源结构多使用脉宽调制技术、IGBT等器件，具有极高的应用效率，将其应用于偏远的发电站仍然具备良好的应用效果。

3.3 在风力发电输电中的应用

对风力发电系统的发电来说，其动能的主要来源为风力资源，对发电机组进行配置的过程中，多位于偏远区域，因此导致用户、发电机组以及调度中心等存在明显的不足。交流输送是主要输送方式，但是存在诸多问题。未来发展阶段需要积极利用高压直流输电技术，该项技术具备异步联网的特点，结构完善，对于环境具有极强的适应性。其可关断器件主要使用GTO、IGBT等。PWM技术也是一种应用广泛的电力电子技术，能够有效改善直流输电效果，具有非常高的质量。另外，以电力电子技术为基础的轻型直流输电应用于风力发电系统中也具有理想的效果，能够实现海上风电场交流网络和电网的同步运行，具有极强的抗故障性能[3]。未来发展阶段，需要加强对灵活交流输电系统的应用，该系统实现了现代控制技术和电力电子技术的有效融合，能够实现对系统参数、相位角等的有效控制，有助于提高输电能力，强化系统的稳定性。

3.4 在风力发电的滤波、补偿中的应用

风力发电机组位于供电网络末端位置，极易导致谐波干扰配电网，引发闪变、电源波动等故障问题。因此风力发电系统需要加强对滤波及补偿装置的应用，目前常用的技术主要为静止无功补偿器以及有源电力滤波器。

静止同步务工补偿器并未使用容量较大的电容器产生无功功率，主要采用电子器件的高频开关提高无功补偿技术水平，在中高压电力系统的动态无功补偿具有良好的应用效果。同时该项技术能够有效追踪负荷变化情况，进行务工补偿。有助于改善风力发电系统中电压波动较大的情况，提高其稳定性，改善电能质量。将其设置在风电机侧安，能够增加阻尼，提高电压的动态化控制水平[4]。

有源电力滤波器能够通过可关断电子器件，以坐标变换原理中的瞬时无功理论为基础，对补偿对象的电流、电压进行检测，通过电力控制器完全取代系统电源向负荷提供的畸变电流，确保系统能够得到期望电流。该装置具有极快的响应速度，对于电压波动、闪变补偿率的控制效果理想，同时能够高效滤除高次谐波，具有极高的应用价值。

结语

综上所述，风力发电具有良好的发展前景，将电子电力技术应用于风力发电系统中，能够有效提高系统运行效率，改善电能变换质量，降低发电成本，未来发展阶段需要加大的研发力度，充分发挥风力发电系统的作用。

参考文献：

[1] 潘特. 电力电子技术在风力发电中的实践运行探讨[J]. 百科论坛电子杂志，2019（2）：516-517.

[2] 姜传彦，王利军. 关于风力发电与电力电子技术对新能源的开拓探讨[J]. 科学与信息化，2019（1）：89-90.

[3] 李雅倩，茹意，何瑶. 风力发电中电力电子技术的应用[J]. 科技风，2018（17）：202，211.

[4] 张俊莲，杨传燕. 电力电子技术在风力发电中的实践运用探讨[J]. 商品与质量，2018（12）：217.

项目支持：云南省教育厅科学基金项目（2021J1073）