導語：如何才能寫好一篇電器自動化畢業論文，這就需要搜集整理更多的資料和文獻，歡迎閱讀由公務員之家整理的十篇范文，供你借鑒。

篇1

電氣自動化畢業論文開題報告范文(一)

摘要：我國自動化技術發展非常迅速，在冶金業中的應用我國已經自主開發出了具有世界領先水平的核心控制軟件。本文從物聯網技術、數學模型、自動化系統的集成與創新以及能源管控一體化對冶金工業自動化技術作了更深入的分析。

近些年我國自動化專業技術的發展得到了很大的成就，已經被推廣至制造業的應用中。并且基于計算機技術的自動化技術應用在經濟效益和社會效益中有很顯著的成果。本文主要以冶金工業自動化技術為主進行分析。

物聯網技術在冶金企業中的應用

繼計算機、互聯網與移動通信網之后，物聯網被認為是世界信息產業的第三次浪潮，其具有廣闊的發展前景。但是目前對物聯網的研究也僅僅停留在概念階段，物聯網在冶金工業領域的應用存在很多問題，主要表現在以下兩個方面：

(1)研制生產關鍵特殊傳感器――工業用傳感器。工業傳感器能夠對物體的狀態和變化進行測量或者感知，并將其轉化為計算機能夠處理的電子信號。工業自動檢測和自動控制實現的首要環節就是研制生產工業用傳感器。在現代工業自動化生產中，必須注重自動化生產過程中的各個參數的監視和控制，從而確保設備能夠正常工作，并且使產品的質量達到最佳效果，而對各個參數的監視和控制就是通過各種傳感器來實現的。因此，質優價廉工業傳感器有助于現代化工業生產體系的構建。

(2)通過工業無線網絡技術布局和建設工廠傳感網。工業無線網絡將傳感器技術、現代網絡及無線通信技術、嵌入式計算技術、分布式信息處理技術等結合起來，它是一種由大量隨機分布的、具有實時感知和自組織能力的傳感器節點組成的網狀網絡。繼現場總線之后，工業無線網絡技術是工業控制系統領域又一熱點技術，它能夠使工業測控系統成本得以降低并且能夠使工業測控系統應用范圍得以提高電氣自動化畢業論文開題報告范文電氣自動化畢業論文開題報告范文。工業無線網絡技術引起許多國家學術界和工業界的高度重視。

過程控制數學模型在冶金自動化中的應用

冶金自動化的不斷突破是離不開數學模型的。如果把數學模型這項技術掌握了，就拿到了自動化的主動權和話語權。因此，要想生產國家急需的鋼鐵產品，就需要高水平的自動化技術做支持，而發達國家在自動化技術發展上比較成熟，他們為了某種目的是不會將其高端技術轉讓出去的，他們所轉讓的技術基本上都是過時的要不就是有條件限制的技術。到目前為止，我國的冶金自動化已經發展到一定的水平，開展高端冶金自動化領域數學模型的自主創新條件基本成熟，能夠滿足市場的廣泛需求。另外，我國已經構建了一個富有技術創新能力的團隊，為數學模型的自主創新創造了良好的基礎條件。數學模型是對象表征的控制，是對象可執行的表述，數學模型與信息技術、工藝能力以及自動化技術進行有機結合，從而使得數學模型的優勢更能充分的發揮出來，因此，數學模型通常被稱為自動化與信息化的核心技術。我國鋼鐵工業要想生產出國民經濟發展需求的鋼材品種，就需要建立高可用性和高精度的數學模型。高可用性和高精度的數學模型能夠確保產品的質量以及節能效果，促進產品可持續發展。

過程控制數學模型在國內鋼鐵行業的應用與發展，目前還剛剛起步，方興未艾，隨著需求的發展，未來的數學模型還有著極大的發展空間。從現在起，形成社會的關注，這對數學模型的未來發展，會起到一定的積極作用。打破數學模型的神秘感。相信自己的力量，鼓足自己的信心，模型應用從低級向高級逐步發展，不斷積累技術，不斷培養人才，踏下心來，抓上幾個項目，就一定能搞出名堂來，收到明顯的經濟效益與社會效益。發展以數學模型為核心的自動化技術，是落實科技創造未來的具體體現，也是我國鋼鐵工業實現新的騰飛的助推器。在過程控制數學模型的研發與應用上，要實現重點突破，開發出有中國特色的數學模型產品與技術，走出一條研制一批，儲備一批，生產一批以科研促生產、以生產出產品、以產品保應用的新的可持續發展之路來。

以國產化創新型產品與技術為核心的自動化系統的集成與創新

目前，我國冶金工業自動化系統的建設，許多都處于開環控制或局部閉環控制階段。而要實現真正意義的自動化系統的集成與創新就要在全過程方面實現真正的閉環。當然，這還要涉及到有關執行機構、檢測單元等方面的支持與配合。其核心是國產化的技術與產品，并廣泛采用國內外其他先進技術做支持，以保證整套系統的品質與質量。如果仍然還是停留在實現局部閉環控制上，就不能真正稱之為系統的集成與創新。以國產化創新型產品與技術為核心的自動化系統的集成與創新是在控制系統、控制工程設計和組態軟件、工業通信網絡、制造管理和執行軟件等多方面的基礎上，通過集成與優化，實現真正意義上的生產管控一體化和生產過程控制智能化。

能源管控一體化建設

冶金工業是耗能大戶，能耗將制約冶金工業的發展，我國冶金工業也正面臨著由粗放型向精細化轉型電氣自動化畢業論文開題報告范文工作報告。以耗能來核定產能，或許將成為可能。所以整個冶金工業的節能降耗、低碳減排工作十分繁重，利用自動化技術來實現降低能耗，是冶金工業節能減排、實現綠色工廠的重要手段之一

WiseMedia

冶金企業能源管控一體化建設，如果只停留在數據采集階段，那么意義不大。這也是目前已經普遍實現的事實。針對冶金工業能源管控的特點，一是耗能大戶，二是在冶金生產過程中，又伴生出大量的可燃性氣體，如焦爐煤氣、高爐煤氣、轉爐煤氣等。所以能源管控的工作重心是能源使用管理的優化、二次能源的安全合理使用、多種能源介質統一平臺操作、改變傳統的能源計量方式以及能源安全管理預警等。能源管控中心建設的特點是控制模型和管理模型的融合。

參考文獻：

[1]郭雨春，陳志，王昊宇.冶金自動化發展的策略與思考[J].自動化博覽，2015，(S1).

[2]冶金自動化技術發展趨勢[J].山東冶金，2015，(S1).

電氣自動化畢業論文開題報告范文(二)

摘要：企業行政管理效率的高低將直接影響企業的各項工作的開展。行政管理工作涉及面廣，綜合性強，行政管理人員必須把學習作為一項重要任務，做到理論聯系實際，在實踐中增長才干，同時發揚務實求實，注重實效的作風。努力健全企業規章制度，不斷提高企業行政管理效率，進而為企業的長遠發展奠定基礎。本文探討了企業的行政管理工作方法電氣自動化畢業論文開題報告范文電氣自動化畢業論文開題報告范文。

做好現代企業的行政管理工作，有利于合理分配人力物力資源，提高員工工作積極性，降低企業的資源浪費，提升企業的經濟效益，進而促進企業的高速發展，擴大企業的生產規模，對企業的意義極大，要合理解決這一問題，就需要我們從各方面出發，對管理人員、管理部門、管理制度進行合理的優化，從而提高整個行政管理的效率。

企業行政管理的意義

有利于增強企業適應經濟社會發展的能力

各企業的順利發展都會為我國的經濟發展做出貢獻，在改革開放以來，我國的經濟取得了迅猛發展，這為企業的發展既帶來了機遇也帶來了挑戰。目前，每個企業都在加強與有效落實我國各項經濟戰略思想與戰略任務，而這些思想與任務都要通過企業的行政管理來推動。各企業只有合理設置行政管理制度、結構體制，有效加強行政管理工作，才能改變以往企業行政管理部門無章可循的現象，才能激發行政管理部門的工作人員的工作熱情，使他們深入基層，了解各部門的工作流程與業務范圍，從而制定出符合企業發展需要的各項管理方法與規章制度

WiseMedia

企業各部門在行政管理部門的溝通與協調下，也會始終處于良性的運作狀態，這樣可以使企業更好地適應形勢發展的需要，推動企業自身的經濟發展。

有助于促進企業自身的發展和我國經濟的發展

經濟的發展給企業行政管理帶來諸多的問題與困難，這些問題與困難都在一定程度上阻礙企業的發展電氣自動化畢業論文開題報告范文工作報告。為了使企業更好地適應現階段新形勢的發展，各企業都會加強行政管理行，以增強企業的核心競爭力。企業加強行政管理，努力同相關部門及協作單位建立良好的溝通合作關系，給企業自身提供良好的發展空間和穩定的內外部環境，擴大企業的發展模，使企業做強做大。此外，加強行政管理通過各種方法解決企業員工在工作上遇到的一些難題和生活中遇到的困難，通過人性關愛，使員工感受到單位的溫暖，從而提升他們的奉獻精神，使他們快樂的融入到企業這個大家庭中，并自覺為企業貢獻自己的力量，從而保障企業健康和諧的發展，也推動了我國社會經濟的整體發展。

提高企業的行政管理工作的方法

建立有效的行政管理模式

企業良好運行的關鍵是保持行政管理工作的合理性。所以，選擇和設計符合企業內外特點的組織機構是保證行政命令貫徹的重要前提。因此，合理選擇與設計行政組織機構與行政管理科學化密不可分，實施企業的規范化管理，必須堅持科學性和實用性的原則，合理建構企業的行政管理部門，強化企業的內部管理職能，將行政與管理合理有效的進行結合，建立有效的行政管理模式。

堅持科學合理的企業管理方法

企業的行政管理部門要根據企業自身的實際情況建立和完善企業的績效評估、目標管理和成本核算等制度。同時在企業運行的過程中，建立完善的績效評價標準，形成公平、競爭的平臺。這個平臺上充滿競爭、激勵、開放、交流的特征，管理者不完全控制員工做事情的方式，而去衡量做事情的結果。對于企業項目建設，進行科學化的管理和監督。高度重視成本預算，合理進行預測。科學地對管理人員和員工的工作業績進行衡量，充分提高企業的運行效率。

加強企業行政管理的溝通與協作

在企業運行過程中，加強各個環節之間的溝通非常重要。溝通包括縱向溝通和橫向溝通?？v向溝通分為與上級領導、下屬、部門溝通。與上級溝通，要充分領悟上級領導的表述或潛在的含義，明確問題的實質，同時要將自己和下級部門的觀點清晰地傳達給上級領導。要有較好的觀察分析能力和表達能力，方能與上級領導步調一致，行之有效地開展工作電氣自動化畢業論文開題報告范文電氣自動化畢業論文開題報告范文。與下級溝通，主要是執行上級領導的決議以及收集下級部門各項信息，需要有較強的組織能力和靈活的變通能力，緩解可能出現的矛盾和分歧。橫向溝通包括與企業內部相關職能部門、與關系企業的窗口部門和外界媒體及政府機關的溝通等，務必真誠、謙虛、謹慎，為企業爭取良好的外部環境。在管理實踐中堅持以溝通協調為紐帶堅持以人為本，營造融洽的人際關系，協調各方面的利益，加強協作，提高經濟效益。

創新企業行政管理體制機制

當前，要想更好地應對企業之間的激烈競爭，創新企業行政管理體制機制非常重要。由于受到傳統計劃經濟體制的影響，我國企業行政管理制度還不夠完善。要想適應當前社會的發展，就必須進行行政管理制度改革，制定出適合當前運營狀態，且能夠提高員工工作效率的行政管理制度。首先，要積極健全企業行政管理領導體制。一個企業要想獲得發展，就必須擁有完善的行政管理領導體制制定一套符合企業自身實際情況的監督體制，以確保監督各部門的實際工作情況，使得各部門各司其職，各負其責；其次，積極完善企業行政管理中的其他規章制度。良好的企業管理制度一定會保證企業健康有效的發展。企業要想取得發展就必須重視企業行政管理制度的建設。通過制成為企業員工明確遵守的信條，從而保證企業經濟效益的不斷提升。

提高企業行政管理部門的人員素質

行政管理部門擁有優秀的有素質的人才是企業健康發展的需要，是企業提高競爭能力的基石。企業中的行政管理人員一定要具備較高的素質和熟練的業務水平，因此，企業應當完善行政管理人員的招聘機制，盡可能的選拔一批優秀的行政管理人才來企業工作。加大對現有行政管理人員的培訓力度，以提升行政管理人員的整體素質。首先，提高企業員工的服務意識。企業行政管理部門的意義就是服務于企業，行政管理部門是否能夠與企業的企業部門密切的合作。因此，要不斷提高企業行政管理人員的服務職責，保證企業行政管理工作的順利開展；其次，加強對企業行政管理人員的培訓。企業可以根據自身的條件讓企業行政管理人員到兄弟企業或者國外企業進行培訓和學習，提高自身的能力；再次，企業行政管理團隊的建立務必要選用德才兼備的管理人才，在選取過程中要務必保證過程透明化，這樣才能保證管理隊伍的整體素質。

加快企業行政管理工作信息化的進程

企業行政管理工作應著眼企業信息化的發展的需求和趨勢，推進信息化建設，使其成為企業發展的強大推動力。首先，通過辦公自動化、ERP等軟件逐步實現網上辦公，借助于無線上網的筆記本電腦、平板電腦、智能手機等隨身攜帶的終端設備，只要在網絡信號覆蓋的任何地方、任何時間均可上網辦公、處理事物電氣自動化畢業論文開題報告范文工作報告。也就是說，辦公地點不固定在辦公室，而是在網絡覆蓋的任何地方。這種改變將使企業行政管理人員的工作方式更為方便、工作效率得到極大提高

WiseMedia

其次，引入可視電話、可視聊天等網絡工具辦公?？梢?、語音等網絡工具可以使上級公司與下級公司、上級與下屬可以實現網上會議，既節約時間，彼此之間又實現了廣泛的互動。另外，網上點播電視、遠程教學、遠程醫療、電子圖書館、電子博物館等也可逐步引入企業行政管理領域，成為企業行政管理工作的一部分。

總之，企業行政管理效率的高低將直接影響企業的各項工作的開展。行政管理人員要有豐富的理論水平、業務水平，必須把學習作為一項重要任務，并緊密同工作結合起來，這樣企業的行政管理工作才能雜而不亂，有序的進行。

參考文獻：

[1]馬蔚然.論企業行政管理職業化[J].企業導報.20XX(17).

[2]康音.關于企業行政管理改革相關問題的探討[J].東方企業文化.20XX(18).

[3]毛慧娟.淺析新時期企業行政管理的重要性及創新路徑[J].經營管理者.20XX(17).

[4]鄭斌.關于企業行政管理工作定位和發展的審視[J].管理科學20XX年第5期.

電氣自動化畢業論文開題報告范文(三)

供應鏈管理中戰略合作伙伴選擇問題研究

隨著經濟全球化和知識經濟時代的到來，無國界化企業經營的趨勢越來越明顯，整個市場競爭呈現明顯的國際化和一體化。競爭也不再是企業與企業之間的競爭，而是供應鏈與供應鏈之問的競爭，為了使企業在市場競爭中立于不敗之地，必須對供應鏈戰略合作伙伴進行科學的評價與選擇，從而保證整條供應鏈的效率和穩定性，使企業在激烈的競爭中保持自己的競爭優勢。

為了提高市場競爭力，保持不敗之地，企業積極尋求新的管理模式，供應鏈管理下戰略合作伙伴關系應運而生。處于競爭日益激烈的商業環境，為降低生產成本，降低庫存，改善產品的質量，戰略合作伙伴的選擇尤為重要。本文通過對對供應鏈管理中戰略合作伙伴選擇中潛在的問題分析，提出戰略合作伙伴選擇相應的對策及方法，進而更好的選擇供應鏈戰略合作伙伴。

Abstract

Withthecomingofeconomicglobalizationandtheeraofknowledgeeconomy，enterpriseoperationwithoutnationalboundariesisbecomingmoreandmoreapparent.Thewholemarketcompetitionalsopresentsobviousinternationalizationandintegration.It'samongthesupplytrainswherethecompetitionlies，notjustamongtheenterprise.Inordertokeepintheinvinciblepositioninthecompetition，theenterprisemustselectandevaluatethestrategicpartnersscientifically，consequentlykeepingthesupplychainstableandefficient，alsoholdingtheadvantageoftheenterpriseinthefiercecompetition.

Inordertoimprovethemarketcompetitivepower，keeptheinvincibleposition，theenterprisestoactivelyseeknewmanagementmode，supplychainmanagementstrategypartnerrelationsarisesatthehistoricmoment.Intheincreasinglycompetitivebusinessenvironment，toreducetheproductioncost，reduceinventory，improvethequalityoftheproducts，strategicpartnerselectionisparticularlyimportant.Thisarticlethroughover-indulgenceinsupplychainmanagementstrategicpartnersinthechoiceofapotentialproblemanalysis，proposedthestrategiccooperationpartnerschoosecorrespondingcountermeasuresandmethods，andthenbetterchoicesupplychainstrategiccooperationpartners.

Keywords：SupplyChain；Supplychainmanagement；Supplychainstrategypartnerselection；Supplier；Competition

緒論

本文的選題背景

世紀90年代以來，由于科學技術的不斷進步和經濟的不斷發展、全球化信息網絡和全球化市場的形成，圍繞新產品的市場競爭日趨激烈。技術進步和需求多樣化使得產品周期不斷縮短，企業面臨著開發新產品、縮短交貨期、提高產品質量、降低生產成本和改進客戶服務的壓力。這些壓力歸根到底是要求企業對市場做出快速反應，源源不斷地開發出消費者需要的個性化產品去占領市場以贏得競爭。

世紀全球競爭主要有以下幾個特點：(1)信息技術飛速發展和信息資源利用要求的提高；(2)產品研發提升到企業競爭的重要地位；(3)全球化市場的建立和無國界競爭的加?。?4)用戶個性化、多樣化需求的出現；(5)全球化技術支持和售后服務。而企業也面臨著挑戰：(1)縮短產品研發周期；(2)降低庫存水平；(3)縮短交貨期；(4)全球性技術支持和售后服務；(5)可持續發展的要求；(6)用戶的要求越來越苛刻。在這科技迅速發展、世界競爭日趨激烈、客戶需求不斷變化、企業面臨的壓力日益增加的形勢下，傳統的縱向一體化的模式暴露出了許多缺陷，它增加了企業的投資負擔，迫使企業從事自己并不擅長的業務，導致了在每個業務領域都直接面臨著眾多的競爭對手，增加了企業的風險。

在這種情況下，一種全新的管理模式橫向一體化的管理模式應運而生，它使企業集中自己的核心優勢，就是利用企業外部資源迅速響應市場需要，只抓企業發展中最核心的東西：產品方向和市場。至于生產，只抓關鍵零部件的制造，甚至全部委托其它企業加工。例如，福特汽車公司的Festival車就是由美國人設計，在日本馬自達工廠生產發動機，由韓國的制造廠生產其他零件和裝配，最后在美國市場上銷售。制造商把零部件生產和整車裝配都放在了企業的外部，這樣做的目的是利用了其他企業的資源促使產品快速上馬，避免自己投資帶來的基建周期長等問題。贏得了產品在低成本、高質量、早上市等諸方面的競爭優勢電氣自動化畢業論文開題報告范文電氣自動化畢業論文開題報告范文。如何選擇與自己企業最合適的戰略合作伙伴也說成了一個新的、炙手可熱的研究課題。

本文研究的重大意義

供應鏈戰略合作伙伴關系形成于供應鏈中為了特定的目標和利益的企業之問。形成的原因通常是為了降低供應鏈的總成本、降低庫存水平、增強信息共享、改善相互之問的交流、保持戰略合作伙伴相互之間操作的一貫性、產生更大的競爭優勢，以實現供應鏈節點企業的財務狀況、質量、產量、交貨期、用戶滿意度和業績的改善和提高。顯然，選擇了合適的戰略合作伙伴必然將使核心企業在很多方面產生一系列在傳統的縱向一體化管理模式申所無法比擬的巨大優勢，從而提高了整個供應鏈的競爭能力電氣自動化畢業論文開題報告范文文章電氣自動化畢業論文開題報告范文出自http：//gkstk.com/article/wk-4474847554091.html，轉載請保留此鏈接！。然而，如果選擇了不合適的供應鏈戰略合作伙伴，所帶來的破壞性也是十分巨大的。因此，對供應鏈戰略合作伙伴的選擇問題進行深入的研究和探討是具有重要的理論意義和現實意義的。

本文研究的主要內容及結構

本文以現代供應鏈管理理論為基礎，使我們更清晰的了解供應鏈戰略合作伙伴關系選擇的重要性，選擇合適的戰略合作伙伴能夠提高整個供應鏈的競爭能力。通過分析來看供應鏈戰略合作伙伴關系建立的益處與風險，進一步了解供應鏈管理中戰略合作伙伴選擇問題的現狀，進而更好的進行供應鏈戰略合作伙伴的選擇，挑選出最合適的供應鏈戰略合作伙伴。

從結構上看本文分成五章。

第一章：緒論

WiseMedia

介紹選題的背景和意義以及本文的主要工作電氣自動化畢業論文開題報告范文工作報告。

第二章：簡單介紹供應鏈管理的相關的理論知識。

第三章：供應鏈戰略合作伙伴選擇問題的意義及必要性。

第三章：研究分析供應鏈管理中戰略合作伙伴選擇問題中的潛在風險。

篇2

關鍵詞：繼電保護；課程；教學模式

中圖分類號：G642.3 文獻標識碼：A 文章編號：1002-4107（2013）01-0033-02

電力系統、計算機技術、電子技術與通信技術的飛速發展給電力系統繼電保護不斷注入了新的活力，提出新的要求。現代電力系統是高度數字化、信息化和自動化的超大區域網絡結構，電力系統繼電保護是對其安全穩定運行至關重要的一門技術[1]。21世紀繼電保護的未來發展趨勢是計算機化；網絡化；保護、控制、測量、數據通信一體化；智能化[2]。以新疆農業大學（以下簡稱“我?！保槔?，在現有教學模式基礎上，本文探討繼電保護課程教學中提高學生實踐與創新能力的方法，為將學生培養成具有實踐能力、創新精神的人才而努力，為該課程的教學改革提供理論支持和智力保證。

一、電力系統繼電保護課程的特點

我?！半娏ο到y繼電保護原理”課程理論教學36

學時，網絡教學6學時，總計42學時，作為電氣工程及自動化及農業電氣化與自動化的專業必修課，設置在大四上學期初；“微機繼電保護”課程共26學時，均為課堂理論教學學時，作為專業選修課安排在“電力系統繼電保護原理”結束后的大四上學期末開設，目的是順應現代電力系統高度數字化的趨勢，讓學生了解現代數字式繼電保護硬軟件的知識，內容涉及到原理、保護算法、硬軟件設計方法等；“繼電保護課程設計”為期一周，與“微機繼電保護”同時安排在大四上學期期末，目的是培養學生綜合運用所學的基礎理論知識分析與解決電力系統中的實際問題的能力[3]。

二、繼電保護課程教學存在的問題

為適應現代數字電力系統繼電保護技術的新發展，目前我校繼電保護的教學內容已加入“微機繼電保護”，作為少學時內容與“電力系統繼電保護”共同設置在大四上學期，同時開設的其它幾門專業課使得學生大四上學期課程較為集中，學習任務量較大。此時學生即將面臨畢業設計開題、復習考研或找工作，第一學期過高的學習任務和課程的相對集中對其學習效果有一定影響；在課程教學上，基本停留在傳統模式：即利用板書或者多媒體課件形式，將繼電保護原理及其實現方法按照教材的章節和順序進行課堂講授，這主要存在以下幾個問題。

（一）重理論，輕實踐，無法提高學生的實踐能力與創新精神

對教師而言，繼電保護原理單純靠板書或多媒體課件較難講透；對學生而言，繼電保護內容比較抽象且實踐性強，知識描述更需要形象化演示去理解，配合學生自主實踐學習才會有好的效果。比如，“零序過電流保護原則上是按照躲開在下級線路出口處相間短路時出現的最大不平衡電流來整定”，若單純由教師口頭講授原理，學生難以理解； “微機繼電保護”課程主要分析現代數字式繼電保護軟硬件相關知識，內容涉及原理、保護算法、硬軟件設計方法等。若單純講解微機繼電保護算法，使學生難以消化，從而會削弱其學習的積極性。

（二）教學理念不夠強，教學內容需要優化

繼電保護課程組與“單片機技術”、“數字信號處

理”、“電力系統自動化”、“高低壓電氣設備”等課程有很多聯系，但教學上往往孤立、脫節，缺乏全局梳理，使學生對繼電保護完整系統缺乏全面認識。課堂上，教師若能將繼電保護教學作為一個整體，以實例聯系相關課程內容，緊跟行業發展前沿并且結合實踐，教學效果會更好；此外，目前繼電保護教科書內容繁多，與其他專業課程也有所重復，需要對課程內容進行整合優化。

（三） 學生自主選擇力不強

學生對繼電保護內容的興趣點各有不同，部分學生未來并不從事繼電保護工作，或考研方向與此關系不大。目前情況是，繼電保護課程組教學課時相對較多，內容較為寬泛，對于上述內容部分學生顯得索然無味，學生根據自己情況自主選擇的能力不夠強。為此，以學生為本，可以在課程形式上稍做一些調整。

三、教學模式的探索及實踐

針對繼電保護課程教學存在的問題，本文探討了幾種改進模式和方法，且部分已開始具體實施，取得了一定的教學效果。

（一）優化專業培養計劃

將原本設置在大四上學期分開教學的“電力系統繼電保護原理”和“微機繼電保護”兩門課整合為一門，設置在大三下學期?！袄^電保護課程設計”可設置在大四上半學期。這樣設置有兩方面考慮：內容上，減少學生學習任務量，突出重點，使教學有針對性。比如，可縮減“電力系統繼電保護原理”教材中電磁型繼電器、斷路器等與“高低壓電氣設備”教材有所重復的內容，減少或者刪除“微機繼電保護”教材中與“微機原理與應用”、“單片機技術”“數字信號處理”等相關課程的重復內容；時間上，我校電氣專業學生于大三至大四暑假期間設置了為期5周的發電廠生產實習，實習前對繼電保護內容的理論學習，為生產實習期間學生對繼電保護裝置、電力系統設備等內容建立感性認識打下基礎，從而提高學生的實踐與創新能力。

（二）改進教學手段與教學方法

教師可采用多樣化的教學手段和方法進行教學。以傳統教學手段為輔，以現代化網絡媒體、實驗教學等方式為主。以提高學生學習的積極性及其實踐創新能力為目的，建立學生對電力系統繼電保護的整體概念，使學科前沿知識與教材內容相結合，課堂教學與實踐教學相結合。

1.網絡課程建設。利用學校現有網絡平臺，上傳電子教案、視頻，演示動畫等資源，并建立一套自測系統，使學生可以主動借助網絡課程平臺觀看和使用這些資源。教案、課件既可以作為學生的預習資源以及彌補疏漏的課后復習資料，也可以作為教師選擇的教學資源庫；視頻資源以聲、像集合的形式使學生直觀了解繼電保護的動作過程及原理；具有交互性的演示動畫可以提高學生學習的趣味性，比如，利用FLASH將繼電保護動作過程制作成SWF動畫，或用Visual C++開發保護動作演示模塊[4]；自測系統可以使學生在正式考試前自我檢測，彌補疏漏的知識點。利用網絡交互平臺有助于增強課后教師與學生之間的互動性，使教師及時了解學生遇到的問題并展開網上討論，以提高學生對課程學習的主動性。因此，網絡資源的建設需要教師有針對性地選擇教學內容，或利用專業軟件開發演示模塊，并及時更新資源。目前，我校網絡課程建設已取得初步成果。

2.實驗平臺建設。微機保護已成為當前繼電保護的主要形式。華北電力大學、湖南大學等高校先后自主開發了微機型線路保護教學仿真實驗裝置。實驗平臺建設思路為面向實踐平臺的建設，使學生能夠對本專業內容形成完整的知識鏈[5]。我?？刹捎靡M設備或者利用現有教師隊伍和資源對微機繼電保護實驗設備進行開發。目前，我?；赥MS320F28335+PC機的繼電保護教學實驗平臺的研制正在進行。

實驗平臺可作為本專業教學科研平臺，不僅方便用于學生實驗、課程設計和畢業設計，也可以作為教師的科研平臺。該平臺能夠使學生直觀了解微機繼電保護硬件結構，并且通過配置不同的軟件模塊實現不同原理、不同對象的繼電保護功能；開設綜合性實驗和設計性選做實驗，有利于提高學生的積極性及實驗、設計能力，有助于開闊學生的視野、發揮創新能力。

3.課程設計內容優化，加強畢業論文設計。課程設計是培養學生的實踐能力、創新能力和綜合能力的重要環節[6]，在傳統設計內容基礎上可以充分利用實驗平臺，先進行整定計算，后在平臺上模擬故障時繼電保護動作；建立以任務驅動，由教師引導、學生進行自主探究學習的框架。根據繼電保護原理建立主題，比如，電流保護、距離保護、縱差保護等；也可以根據繼電保護對象形成“主題”，比如，電力變壓器保護、輸電線路保護等。

課程設計可以在大三下學期上課期間布置下去，使學生帶著問題學習，并結合大三暑假為期五周的“發電廠生產實習”，使課程設計更具針對性、實踐性，從而激發學生的創新意識。此外，通過畢業論文的設計強化為工作打下基礎。

4.完善評價體系。適應新的教學方法與手段，改進傳統課程考核評價方式。繼電保護理論課成績應綜合考勤、課堂表現、小組討論、平時作業、網絡自測、綜合實驗等教學環節進行考評。將平時成績比例增大，有利于激發學生平時學習的積極性；課程設計可以對每個學生進行公開答辯及嚴格書面考核；畢業論文（設計）成績評定標準應以提高學生的實踐與創新能力為目的，綜合文獻綜述、論文質量、創新能力、實驗態度等因素進行考評。

本文以新疆農業大學電氣工程專業、農業電氣化專業為例，對繼電保護課程的教學模式進行探索與實踐，重點激發學生平時學習的主動性，使其能夠掌握必要的工程技術、測試方法以及先進設備的研究方法。若能將每個環節都做好做實，師生就能在一整套良好有序的教學體系中受益，從而培養出適應智能電網時代、具有實踐能力、創新精神的人才。

參考文獻：

[1]何瑞文，陳少華.現代電力系統的繼電保護課程教學改革與建設[J].電氣電子教學學報，2004，（3）.

[2]付喬.繼電保護發展現狀綜述[J].攀枝花學院學報，2006，（2）.

[3]李文武，袁兆強.繼電保護課程組教學改革的探索[J].中國電力教育，2010，（12）.

[4]曾煜曉.繼電保護教學培訓輔助軟件系統的開發與設計[D].濟南：山東大學，2008.

篇3

關鍵詞：產學研合作；畢業設計；創新能力

作者簡介：許鋼（1972-），男，安徽蕪湖人，安徽工程大學電氣工程學院，副教授；俞曉峰（1978-），男，安徽淮南人，安徽工程大學電氣工程學院，講師。（安徽 蕪湖 241000）

基金項目：本文系2010年度安徽省教育廳質量工程一般項目（項目編號：20100733）、安徽高校省級自然科學研究產學研重點項目（項目編號：KJ2011A035）的研究成果。

中圖分類號：G642.477 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0079（2013）16-0145-02

畢業設計是普通高等院?！皯眯腿瞬拧迸囵B計劃的重要組成部分，學生通過畢業設計可以接受全面的專業訓練，其創新能力、動手能力、綜合分析能力、解決實際工程問題的能力會得到較大提升。近年來，高等院校特別是一些地方性高等院校的規模不斷壯大，但高等教育的投入卻滯后于學生規模的增長，儀器設備和實習基地的配備也略顯不足，同時學生面臨著日趨嚴峻的就業壓力，這些情況對畢業設計的完成和指導工作造成了很大的影響。如何利用現有資源提升畢業設計質量，培養學生一絲不茍的科學精神和認真負責的工作態度，是值得每一位教學工作者思索和探討的問題。

一、產學研合作教育構建本科畢業設計的新模式

安徽工程大學電氣工程學院深度融合地方經濟的發展，與企業開展科技合作，簽訂人才培養合作協議，聯合開辦相關本科專業，以產學研項目為切入點，逐步探索和建立了產學研合作的應用型人才培養新模式，總結了一條產學研結合提升本科畢業設計質量的新道路。

1.產學研結合構建畢業設計選題模式

選題對畢業設計的內容和方向進行了規劃，是決定設計質量的首要條件。從近年畢業設計選題情況來看，存在著題目雷同、內容陳舊、理論性課題偏多、部分選題脫離專業培養目標等問題，導致學生缺乏熱情和動力，嚴重影響了教學效果。新模式下，產學研結合畢業設計的選題工作提前至第三學年的第二學期初開展。指導教師可根據承擔的研究項目，提煉出若干子課題，供學生選擇；也可由教師參考安徽產學研合作網的企業需求，根據企業提出的技術參數擬定畢業設計課題；對于學院下屬電子協會中部分實踐經驗豐富的學生，鼓勵其結合企業生產實際自行選題。畢業設計的選題應堅持理論聯系實際的原則，要使學生通過畢業設計掌握專業領域的最新發展動態，務求做到“真題真做”。另外，選題也可由指導教師設計不同的實現方案，即“相同選題，不同方案”，這樣不僅可以滿足“一人一題”的要求，而且有利于強化學生間的交流和探討，培養團隊合作精神。畢業設計的產學研選題工作結束后，課題統一上報至學院教學工作委員會，委員會對課題的深度、廣度、創新性及相關工作量進行審核后，在學期末和普通畢業設計選題時同時下發，供學生選擇。

2.產學研結合畢業設計指導教師團隊建設和職責

在學生完成畢業設計的過程中，教師的指導對設計質量的提高起著關鍵作用。產學研結合的畢業設計課題，鼓勵校企合作，課題的指導工作由校內指導教師和企業指導教師共同承擔。校內指導教師長期工作于教學第一線，理論水平高，知識體系完備；企業指導教師長期工作于生產第一線，業務水平高，實踐經驗豐富。兩者在共同指導學生完成畢業設計的過程中會產生交集，可以取長補短，便于學校和企業建立長期的合作關系，也有利于打造產學研一體化的良好環境。在畢業設計的不同階段，教師承擔的任務和職責也會發生變化。

（1）在畢業設計的開始階段，學生初次接觸綜合性課題的實際開展工作，多少都會有些茫然和不適應。在這一階段，校內指導教師要向學生提供一定數量的參考資料，指導和督促學生進行閱讀與消化，并引導學生利用圖書館和網絡相關資源查閱所需文獻。在充分理解和掌握課題要求之后，教師要協助學生制訂工作計劃和設計方案，撰寫開題報告。制訂設計方案時需要與企業指導教師溝通，并依據生產實際進行完善和修改。在這一階段，校內指導教師發揮主要作用，企業指導教師作為輔助。

（2）在畢業設計進行階段，校內指導教師要對學生的工作進行有效監督，保證每周不少于2次，每次不少于1學時的一對一指導時間。教師要帶領學生深入企業生產實際進行調研，了解企業的生產現狀和工藝流程，充分發揮學生的主觀能動性，調動學生完成畢業設計的積極性。對于設計中的難點和重點，教師要帶領學生親自參與研發，并聯合企業指導教師進行攻關。企業指導教師對畢業設計的工程應用性進行把關，主要進行可行性和可靠性等方面的指導，并對設計的階段性成果進行驗收。在這一階段，校內指導教師和企業指導教師要同時參與畢業設計的指導工作。

（3）在畢業設計收尾階段，學生需要對畢業設計的成果進行綜合性調試。調試是實現系統設計目標，降低運行成本不可或缺的一環，也是強化學生實踐能力、提升分析和解決問題能力的主要方法。在以往的畢業設計中，調試環節通常流于形式、紙上談兵，有時候甚至被忽略。產學研畢業設計強調“真題真做”，調試通常分成兩個步驟進行：首先是在學校的實驗室環境中進行功能驗證性調試，其次是進行工業現場調試。驗證性調試由校內指導教師協助學生完成，工業現場的調試由校內指導教師和企業指導教師同時參與指導。工業現場環境復雜、干擾較多、參數變化較快，學生在短時間內可能難以發現和解決問題，這種情況下教師可直接參與調試，學生在協助教師的過程中，同樣會接受一次生動的理論聯系實際的教育。在這一階段，校內指導教師和企業指導教師要同時參與對畢業設計的指導工作。

3.產學研結合畢業設計論文撰寫和成績評定模式

在論文的撰寫階段，教師負責指導學生制定和完善論文提綱，并對論文進行審核，確保學生論文格式符合學校的相關規定。論文撰寫緊密圍繞設計內容進行，對于涉及到的基本理論、概念、芯片介紹一筆帶過，將重心放在系統的設計、優化和調試上，在降低工作量的同時很好地保證了論文質量。同時安徽工程大學電氣工程學院還實行了靈活多樣的畢業論文替代機制，對于已在中文核心期刊上發表了與畢業設計相關的論文的學生，或畢業設計成果獲得了省級以上獎勵的學生，或畢業設計研發產品已經通過相關企業的驗收并投入實際應用的學生，經學院教學委員會審核后，可以將其論文、報獎材料、設計報告作為畢業論文進行提交。

畢業設計的成績參考學生的考勤情況、論文撰寫的規范程度、答辯中的表現等方面進行評定，由校內指導教師、企業指導教師、論文評閱教師和答辯小組共同確定，其中校內指導教師和企業指導教師給出的成績各占30%，論文評閱教師和答辯小組給出的成績各占20%。

4.加強制度建設，保證產學研結合畢業設計的順利進行

在產學研合作教育模式下，畢業設計需要在學校、企業間交替進行，其指導工作由校內指導教師和企業指導教師共同承擔，整個過程涉及學校、企業、科研院所、教師、學生等多個方面，因此如何對新模式下的畢業設計進行規范管理顯得更為重要，為此安徽工程大學電氣工程學院建立了一套完整的質量保障體系，對畢業設計過程進行全程管理和過程監控。

指導教師要結合畢業設計具體內容幫助學生明確各階段目標、督促工作進度、協調學生團隊之間的銜接等，督促每一位學生都按時完成課題任務，確保畢業設計按步驟、按計劃進行，從而保證課題的設計進度。

學院要成立畢業設計領導小組，強化過程管理，除開題、中期、后期三個不同階段的常規檢查之外，院系兩級的教學工作委員會不定期對畢業設計情況進行抽查，并由學院的教學工作委員會對各階段檢查情況和數據進行匯總與分析，形成書面的“畢業設計完成情況匯總表”提交至畢業設計領導小組，以便及時發現和處理問題。學院同時構建了完整的畢業設計評價體系，包括學生和指導教師之間的相互評價、教學工作委員會對畢業設計指導工作的評價、畢業設計領導小組對教學工作委員會監察工作的評價，以此理順關系，確保責任到人。

二、產學研合作教育模式下畢業設計的實踐

從2009年開始，安徽工程大學電氣工程學院與鑫龍電器、海螺集團、鑫科材料等企業聯合指導畢業設計，結合企業的生產實際和技術難題進行選題，直接參與了產品設計、研發和技術改造，與企業建立了良好的合作關系。學校和奇瑞集團成立了應用型人才培養工作小組，聯合申報了“人才培養創新實驗區”，按照校企全程合作培養的新模式，推動了工程技術人才培養模式創新，學生通過畢業設計參與設計的“網絡化車用儀表機芯電路”和“汽車儀表液晶顯示屏”已裝備于奇瑞汽車。2011年，電子信息科學與技術專業依托產學研合作項目“電動叉車停車行車電磁離合制動器的研發”，由大中機電制造有限公司的相關人員和安徽工程大學電氣工程學院教師共同指導完成了“制動器力矩的數字化控制”、“電磁離合制動器的設計”、“高壓吸合低壓保持電路的設計”、“電磁失電啟動器的設計”等多項課題，有8名學生依托該項目完成了畢業設計工作，取得了良好的成績，其中有2名學生和企業簽訂了就業協議，就職于企業的研發部門。2012年，自動化專業學生在畢業設計過程中與所在企業簽訂就業協議的達18人，電子信息工程專業達11人，電子信息科學與技術專業達12人，通信工程專業達6人。

在產學研合作教育模式下的畢業設計真正做到了“在產品上寫論文，在工程中做設計”，學生的綜合應用能力、崗位適應能力、創新能力有了較大提高，就業競爭能力也得到了明顯增強，學生參加工作后，用人單位的反饋良好。

三、結語

產學研結合的畢業設計模式順應了地方經濟的發展，是校企聯合、互補雙贏，確保應用型人才培養質量的重要措施，同時也形成了安徽工程大學“深度融合地方經濟”的辦學特色。產學研合作教育模式下的畢業設計，依托相關企業，充分利用了企業、高等院校和科研院所的優勢資源，以企業的需求為自主創新的導向，豐富了實踐教學內容，促進了教學水平的提高，形成了人才培養的凝聚力，有利于強化學生創新能力和解決實際問題能力。實踐表明，產學研合作教育模式可以有效提升地方性高等院校工科專業畢業設計質量。

參考文獻：

[1]張榮.斯坦福大學產學研創新的成功與啟示[D].太原：太原科技大學，2010：3-4.

[2]楊建芳.產學研結合的畢業設計模式研究[D].石家莊：河北師范大學，2007：21-27.

[3]吳亞男，毛有虎，石懷偉.校企合作創新畢業設計新模式[J].中國成人教育，2010，（13）：68-69.

篇4

[關鍵詞]供用電 安全性 可靠性 解決措施

[中圖分類號] F407.61 [文獻碼] B [文章編號] 1000-405X（2014）-1-212-1

隨著電力企業深化革新、新的生產力和生產關系的大調整，供用電的管理要適應新形勢的要求，提高供用電的安全性與可靠性，是非常必要和迫切的。供用電的兩個重要特點就是安全性與可靠性。供用電的安全性直接影響著供用電的可靠性，而其可靠性又是安全性的一個保障。因此，應將其放在一起進行淺析碩士論文和討論。安全用電包括用電時的人身安全和設備安全。安全用電就是預防電氣事故，而電氣事故有其特殊的嚴重性：當發生人身觸電時，輕則燒傷.重則死亡；當發生設備事故時，輕則損壞電器設備，重則引起火災或爆炸。由于我們經常接觸各種電氣設備，因此必須十分重視安全用電不足，防止電氣事故的發生。供電可靠性就是指供電系統對用戶持續供電的能力，它是電力可靠性管理的一項重要內容，直接體現供電系統對用戶的供電能力。

1安全用電

安全用電就是要降低和預防各類電氣事故。常見的電氣事故有：觸電造成的人員傷亡，雷擊事故，短路和過載造成的電路系統火災、設備損壞，缺相、欠壓、過壓造成的設備不能正常運行，電氣設備失爆造成的可燃物的爆炸，以及絕緣受損、保護失效、誤操作造成的各種事故。

1.1觸電及其預防

對于人來說.安全用電就是要預防觸電。電對人身的傷害就是指電流對人身的傷害。而決定觸電危險性的關鍵兇素是觸電電壓，但觸電電壓叉與觸電方式有關。觸電方式一般有：兩相觸電、中性點接地的單相觸電、供電系統中性點不接的單相觸電。不同的觸電方式造成的危害程度是不一樣的。防止觸電的保護措施有：一是使用安全電壓；二是采用絕緣保護，方式有外殼絕緣、場地絕緣和變壓器隔離等；三是采用保護接地和保護接零：四是安裝漏電保護器；五是將帶電導體、電氣元件和電纜接頭等，都封閉在堅同的外殼內，并在電氣設備的外殼與蓋子之間設有可靠的機械閉鎖裝置，以保證在接通電源之后不能打開外蓋。而在未合上外蓋之前不接通電源，可有效防止發生觸電事故；六是對可能造成意外觸電的區域加裝隔離、懸掛標志等醒目提示，還可以設置語音提示等輔助設施。

1.2雷擊及其預防措施

雷擊事故，固然與雷擊線路這客觀理由有較大關系，而設備缺陷也有莫大關系，設備理由主要有：

（1）絕緣子質量不過關。尤其是P-15、P-20針式絕緣子質量存在缺陷，近一、兩年來，本地區頻頻發生雷擊針式絕緣子爆裂事故，引起10kV線路接地或相間短路；

（2）10kV線路防雷措施不足。1998年底開始，很多地區的配電變壓器都更換了氧化鋅避雷器，但一些較長的10kV架空線路卻沒有安裝線路型氧化鋅避雷器；

（3）導線連接器接觸不良。很多地區以前都習慣使用并溝線夾作為10kV線路的連接器，甚至連并溝線夾都不用而纏繞接線，并溝線夾連接或纏繞接線都不是的最佳連接，導線連接不良，會經受不住強大雷擊電流的沖擊；

（4）避雷器接地裝置不合格。不合格的接地裝置，接地電阻大于10歐，卸流能力低，雷擊電流不能快速流入大地。

防雷擊預防措施：

（1）更換、安裝支柱式絕緣子或瓷橫擔。

（2）安裝氧化鋅避雷器。

（3）選用安普線夾。在今后的10kV線路改造和檢修中，逐步淘汰并溝線夾作導線連接器，并嚴禁不用線夾而纏繞接線，應選用連接性能較好的安普線夾；

（4）檢查、整改接地裝置。

1.3防止誤操作的有關措施

一是進行專門培訓，使操作員熟悉操作流程；二是操作地點有操作順序的明顯標志；三是可設置閉鎖裝置，如誤操作則閉鎖不會打開而不能進行操作；四是操作時可一人操作一人監護。

1.4電氣設備的防爆

具有揮發性可燃氣體場所、可能產生爆炸危險的粉塵場所的電氣設備應具有防爆性能。對于以上場所。電氣設備的失爆極有可能引起爆炸，所以這樣的場所的電氣設備必須具有防爆性。電氣設備的防爆措施有：采用本質安全技術；采片間隙隔爆技術；采用增加安全程度的措施；采用快速斷電技術。

1.5引進新技術及使用新材料

（1）保證供用電安全必須有必要的保護。傳統的繼電保護使用的都是磁力機構.保護的動作主要反映在脫扣線圈帶動的彈簧機構是否能夠按整定要求動作，斷開電氣回路。而彈簧都會產生疲勞，會造成動作與設計不符或誤動作與拒動作，兇此我們應該不斷研究開發新的動作機構，克服這個缺陷?，F在新一代電子保護脫扣器功能豐富。對電流的真實值反應靈敏，我們應該引進使用。

（2）絕緣理由造成的電氣事故也很多，所以絕緣新材料的研究也是一個很大的課題。同時，還可以對設備設置雙重絕緣結構，將主帶電體與操作制約部分隔離，保證操作者在正常操作裝置期間的安全。

（3）逐步引進自動化技術、網絡監控技術，開發各類軟件，對電網進行監控、故障預警、故障淺析碩士論文判斷、設備缺陷在線監測，以保證電網安全可靠運行。同時，還可以考慮一些線路相間采井完全的隔離.避開操作時造成相閾短路事故。

（4）在一些特殊場所或高壓Ⅸ域操作電氣設備時可采用遙控技術，可避開誤操作或其他失誤造成的人員傷產。

（5）電網的越級跳閘也是常見的一類事故.越級跳閘就是下一級的電網事故越級頂了上一級的供電設備。這類事故一般是下一級客戶設備拒動作或動作時間沒有設置好。而現在已有軟件能夠解決這一不足。

（6）完善和增加保護單元，可設置多重保護，提高保護性能，保證設備動作是在事故發生前，以最大限度地保護人與設備的安全。

篇5

0引言

建筑節能是我國經濟發展中的重要國策。建筑給水排水的節能就是在建筑物的規劃、設計、新建(改建、擴建)、改造和使用過程中，執行建筑節能標準，采用節能型的建筑技術、工藝、設備、材料和產品，提高系統效率和保溫隔熱性能，本畢業論文由整理加強建筑物用能系統的運行管理，利用可再生能源，在保證建筑物給排水功能和環境質量的前提下，減少給水排水系統的能耗。建筑給水排水的能耗雖然在建筑能耗中所占的比例不大，但降低其使用能耗、提高能源利用效率，有利于節約用水、改善設計系統的效率、保護環境。因此，重視建筑給水排水節能的途徑，對研究建筑節能將有積極的意義。

1建筑給水排水節能的依據

建筑節能設計標準是建設節能建筑的基本技術依據，是實現建筑節能目標的基本要求，其中強制性條文規定了主要節能措施、熱工性能指標、能耗指標限值，考慮了經濟和社會效益等方面的要求，必須嚴格執行。建筑給排水專業在建筑節能設計中主要所依據的法規、規范、標準有：《中華人民共和國節約能源法》、《中華人民共和國建筑法》、《中華人民共和國可再生能源法》、建設部《民用建筑節能管理規定》、《公共建筑節能設計標準》GB50189-2005、《公共建筑節能設計標準》DBJ01-621-2005(北京地方標準)、《公共建筑節能設計標準》DGJ08-107-2004(上海地方標準)、《民用建筑節能設計標準》JGJ26-95、《住宅建筑規范》GB50368-2005、《住宅建筑節能檢測評估標準》DG/TJ08-801-2004（上海地方標準）、《住宅設計標準》DGJ08-20-2007(上海地方標準)、《建筑給水排水設計規范》GB50015-2003、《建筑給水排水與采暖工程施工質量驗收規程》GB50242-2002、《民用建筑太陽能熱水系統應用技術規范》GB50364-2005、《污水再生利用工程設計規范》GB50335-2002、《建筑中水設計規范》GB50336-2002、《城市污水回用設計規范》CECS61-1994、《建筑與小區雨水利用工程技術規范》GB50400-2006、《節水型生活用水器具》CJ164-2002、《綠色建筑評價標準》GB/T50378-2006等。目前涉及建筑給水排水方面的節能標準并不多，但隨著節能要求的提高，建筑給水排水的節能將逐步得到提高，標準也將不斷完善。

2建筑給水排水節能的主要途徑

2.1給水

合理確定用水量(包括冷水、熱水及其他等用水)的定額。嚴格執行《建筑給水排水設計規范》中的生活用水量定額標準，并非用水量越高越好。理設計建筑給水系統。主要可通過下列方法實現：充分利用市政管網的壓力，直接供水；合理進行豎向分區，平衡用水點的水壓；采用并聯給水泵分區，盡量減少減壓閥的設置；推薦支管減壓作為節能節水的措施，減小用水點的出水壓力；合理設置生活水池的位置，盡量減小設置深度，以減少水泵的提升高度；優先考慮水池-水泵-水箱的供水方式。推廣采用節水的衛生器具。如限制衛生器具的流出水頭、紅外線感應龍頭和便器等，不應采用無控制花管、長流水的小便槽。合理采納變頻調速泵組供水。當采用變頻泵供水時，應優先采用變頻變壓變流量的給水方式，其節能效果要優于變頻恒壓變流量的給水方式；當采用變頻恒壓變流量時，工作壓力的設定應接近水泵工頻運行時高效段揚程的下限；工作水泵應選用2臺或2臺以上，不同級配工作泵的流量宜以1/2的流量梯變，宜采用大小水泵搭配的形式，并設氣壓罐小流量給水。當市政條件允許時，宜采用疊壓供水設備。具備條件的，應當至少選擇一種可再生能源(指風能、太陽能、水能、生物質能、地熱能、海洋能等非化石能源)，用于建筑物的熱水供應。熱水水源的利用可采用太陽能、水源熱泵、地源熱泵技術。在采用水源熱泵、地源熱泵技術時，不得對水體和土壤造成污染和浪費。如利用地下地溫地源自動供暖制冷系統，就是通過表層地下水為載體，或將盤管埋在土壤中以盤管內流動的介質為載體，將這些地溫熱源輸送到水源熱泵進行能量轉換，冬季輸出45～65℃的熱水。在太陽能的利用上，有條件的可采用太陽能蓄熱技術，太陽熱水系統的工程參數應結合建筑所處的地理位置確定。太陽能熱水器的循環可采用強迫式、自然式循環太陽能熱水器和直流式太陽能熱水器。太陽能熱水器應有溫控裝置，并應合理控制和設定熱水的溫度。太陽能熱水系統的熱能再利用與節水技術還應相互結合。太陽能熱水器可作為熱水供應的預加熱措施，可設在其他熱交換器的前端。熱水系統宜機械循環以滿足用水點的節水要求。合理設計熱水供應系統。加強余熱的回收和利用(包括工業余熱、廢熱、煙氣余熱、蒸凝結水、熱風能量的回收和梯級利用)，有條件的地區可采用城市熱網或區域性鍋爐房的熱水或蒸氣作熱源?？刹捎脤Ｓ玫恼魵饣驘崴仩t制備熱源，也可采用燃油、燃氣熱水機組制備熱源或直接供應生活熱水。當地電力供應較富裕的地區或鼓勵夜間使用低谷電的政策時，可采用電能作為熱源或直接制備熱水。從技術可靠、經濟適用的角度出發，應合理配置組合各種不同熱源的比例關系。對集中熱水系統遠距離的少量供熱點可采用局部加熱方式；對不同場所可采用不同的熱源形式。熱水供應系統儲水溫度宜控制在55～60℃。應合理確定熱水用水量定額、耗水量、耗熱量、供水水溫、水質等熱水系統的基本設計參數。熱水供應管網宜采用同程回水的給水方式。當采用電作為熱源時，宜采用儲熱式電熱水器，以降低耗電功率。熱水供應系統宜縮短熱水的給水時間，增加機械循環，并平衡冷熱水的水壓。對于適合熱電聯供技術的工程，應優先考慮。

2.2排水和雨水

①排水應盡量采用重力排水的方式。本畢業論文由整理②污廢水管道的敷設應就近排放，并應避免壓力提升。③中水的利用。④利用空調凝結水排水。⑤蒸汽凝結水的回收利用。⑥雨水的收集和綜合利用。

2.3冷卻水和消防給排水

冷卻水宜循環利用，提高水的重復利用率。在水源條件許可的情況下，可采用江水、河水、湖泊水、海水、地下水等作為循環冷卻水。合理選擇冷卻塔。在空氣濕球溫度較低的干燥地區，可通過設計計算來適當提高冷卻水進出水溫差，以減少循環水量和循環水泵的能耗，縮小循環管道的管徑。合本理布置冷卻塔。保證冷卻塔之間的距離，有良好的氣流組織條件，避免影響冷卻塔的散熱效果。針對不同的循環冷卻水水質應采取化學(殺菌、滅藻等)、物理(過濾)的水處理方法，具有緩蝕、阻垢的水處理功能，減少管道和機組內的結垢、腐蝕。在一定的條件下，設置合用消防水箱，以減少消防水箱的清洗用水。利用消防試驗排水，將消防排水返回到消防水池。增加消防水池、消防水箱的水處理設備。

2.4自動控制和計量

建筑中宜設置建筑給排水自動化的監控系統(溫度設定與控制、水池、水箱的報警和監控)。變頻泵供水方式宜采用管網末端壓力表控制水泵轉速的運行方式。針對不同需要場所及使用條件，應加強給水用水量計量。住宅應設分戶水表計量用水。居住建筑節能改造應當安設分棟用熱計量和供熱系統調控裝置。公共建筑應當設計并安裝用熱計量、室內溫度調控、多表遠程操控系統和供熱系統調控裝置。冷卻水補充水、鍋爐補充水、綠化用水、水景補充水、游泳池補充水、蒸汽應分別設置水表計量。其他需要獨立計量的管道系統(如道路澆灑用水、汽車沖洗用水、地面沖洗用水等)宜設水表計量。企事業單位、學生宿舍的公共浴室、淋浴間等宜刷卡(或采用紅外線、腳踏開關)來用水。

2.5其他

在設備、材料的選用中，應選用節能型、節水型等節能高效的產品，應禁用淘汰產品。宜推廣化學建材，并執行國務院建設行政主管部門制定并公布的建筑節能新技術、新工藝、新設備、新材料、新產品推廣目錄以及限制或者禁止使用能耗高的技術、設備、材料和產品的目錄。節水、節能型產品如：噴射式和壓力流沖擊式的節水大便器(沖水量≤6L/次)、免水沖小便器、陶瓷片密封水嘴、紅外線感應節水裝置、自力式平衡壓力恒溫混水閥、節能型熱交換器、飄水量小省電型冷卻塔、太陽能熱水器、高效率的水泵等；淘汰產品如：多層住宅、多層公共建筑的生活給水管道禁止設計、使用鍍鋅鋼管；小區建設工程中禁止設計、使用埋地鑄鐵排水管和水泥排水管；城鎮新建住宅中淘汰砂模鑄造排水鑄鐵管。在工業建筑中，應采用節水、節能的生產工藝和設備。注意加強設備與管道的保溫，應選用理化性能優良的保溫材料，并確保有效的絕熱層厚度。生活熱水管管道的經濟絕熱層厚度可參考表1。對于管內介質溫度在7℃常溫時，采用柔性泡沫橡塑的設計厚度應按防結露要求計算確定；對于管內介質溫度0～95℃的熱水管道不適宜采用柔性泡沫橡塑材料保溫。

在水泵的設計選擇中，運行工況點應落在Q-H水泵曲線的高效端中，變頻泵的選用工況點宜落在高效端的右側。熱水鍋爐、熱水器、熱交換器等設備應高效率、節能，應采用優質的閥門、浮球閥等配件。在綠化用水中，盡量采用非生活飲用水，可采用雨水、中水等雜排水；盡量利用室外管道內水的余壓供水；綠化用水宜采用滴灌、噴霧等節水技術。在道路澆灑用水中，盡量采用非生活飲用水，可采用雨水、中水等雜排水，盡量利用室外管道內水余壓的供水方式。在汽車沖洗、地面沖洗用水中，盡量采用非生活飲用水，可采用雨水、中水等雜排水，并對沖洗用水回收利用。在游泳池用水、水景用水中，盡量循環使用，設置水處理裝置。

3建筑給排水節能與功能、節水、經濟的關系

3.1節能與功能

建筑給排水節能應用技術是綜合應用的工程技術。在追求節能的同時，需要滿足建筑給排水設計的基本功能要求，不能顧此失彼，失去功能要求的節能是沒有意義的。不要出現以節約能源和節約用水的名義做出一些既不節能、節水，也不環保的措施。問題解決的根本還在于節能價值觀的調整，設計應該樹立一種全面的系統價值觀念。建筑給排水節能的關鍵是從系統的設計抓起。合理的系統設計需要既滿足使用功能又滿足節能要求。節能需要多種技術的綜合應用，結合建筑的特點、地區的具體情況采取不同節能方式的組合。雨水收集與砂基滲水磚應用技術、生態污水處理系統與中水回用應用技術就是建筑給排水節能與功能處理得較好的方式之一。同時，也需對因節能引起設計功能變化的問題進行處理。變頻調速技術(如變頻增壓給水設備等)節省了建筑所耗電能，但由此產生的高頻諧波，對內壓較低的電器易產生沖擊而造成損壞，其節省能耗產生的經濟效益可能還不足以彌補損失。

3.2節能與節水

建筑給水排水的節能技術也是綜合節水技術，建筑給水排水的節能、節地、節水和節材潛力很大。建筑給排水的節能和節水是相互聯系的，在節水的同時往往也能達到節能的目的。建筑給水排水的節能是重點降低長期使用時的總能耗，節水是重點考慮水資源的循環利用，節材是重點研究新型工業化和產業化道路。對生活水池的大小盡量按經濟、節地、節能的原則設計，從節水的角度出發，生活水池內采用釉磁涂料涂刷或采用不銹鋼材料，確保衛生、減少水箱的污染和換水次數，以達到減少水資源的浪費，達到節能的目的。采用新型給水管道，如塑料管、不銹鋼管、襯(涂)塑鋼復合管等，同樣是在節約用水的同時，也節約了材料和能源。在居住區排水中應用塑料檢查井技術，還可達到節地的目的。超級秘書網

3.3節能與經濟

建筑給水排水的節能是需要經濟的投入，特別是建設初期。節能應強調建筑整體的效益，根據功能目標、使用性能、經濟效益達到預期的目的。事實上，節能是一個相對的概念，經濟問題也是需要考慮的，節能的經濟性可以通過一定時期的運行來得到經濟回報。本畢業論文由整理對于工程項目中建筑給排水有明顯節能效果的技術措施，應進行節能量、投資額和投資回收期進行必要的經濟技術分析。設計在考慮技術、經濟效益的同時，還應該充分考慮節能的先進性。

篇6

關鍵詞：計算機應用; 裝配規劃; 綜述; 虛擬現實; 軟計算; 協同裝配

裝配是產品生命周期的重要環節，是實現產品功能的主要過程。畢業論文 裝配成本占產品制造成本40%～50%，裝配自動化一直是制造自動化中的瓶頸問題。裝配規劃是在給定產品與相關制造資源的完整描述前提下，得到產品詳細的裝配方案的過程，對指導產品可裝配性設計、提高產品裝配質量和降低裝配成本具有重要意義。產品的裝配規劃通常需要得到零部件的裝配序列、裝配路徑、使用的工裝夾具和裝配時間等內容[1]~[3]。

較早的傳統裝配規劃采用人工方式，工藝人員根據設計圖紙和技術文檔，通過分析產品裝配圖中零件的幾何形狀和位置關系，必要時再和設計人員進行討論，進一步明確設計者的真正意圖，利用自己的經驗和知識規劃出產品的裝配方案。這種方法工作量大、效率低，且難于保證裝配方案的經濟性。

隨著計算機集成制造CIMS 和并行工程CE技術的發展和應用，一方面對裝配相關的設計技術提出了計算機化的要求，以提高和產品開發過程中其他環節的集成化程度。另一方面要求裝配方案的優化以降低成本和縮短規劃時間以加快產品開發進程。受“需求牽引”和“技術推動”兩方面的影響，80 年代初，出現了對計算機輔助裝配規劃(Computer Aided Assembly Planning，CAAP)技術的研究。到目前為止，CAAP 經歷了幾個不同的發展階段，出現了4 種代表性的方法，按照出現的時間順序及方法的特點，筆者將其歸結為經典裝配規劃方法、虛擬裝配規劃方法、裝配規劃軟計算方法和協同裝配規劃方法。

1 經典裝配規劃方法

早期CAAP 的研究側重于裝配序列的規劃，以產品CAD 裝配模型為基礎，碩士論文 一般采用幾何推理的方法，通過產品裝配建模、裝配序列推理和表達以及裝配序列評價和選擇為產品面向裝配的設計和裝配工藝規劃提供指導和支持，其過程通常如圖1 所示。

1.1產品裝配建模

產品裝配模型是裝配規劃的基礎，為裝配規劃提供裝配體和零部件的相關信息。常用的裝配信息表達模型可分為圖模型和矩陣模型。法國學者Bourjauct 提出了聯系圖模型[4]，將零件之間的物理接觸關系定義為聯系即裝配關系，圖中的節點對應零件，邊表示所連接的零件間至少有一種裝配關系。關系模型[5]進一步區分了零件之間的接觸關系和聯接關系，圖中包含3 種實體類型：零件、接觸和聯接，邊表達了實體間的關系。產品等級裝配模型[6]將裝配體看成具有層次結構性，即裝配體可以分解為子裝配體，子裝配體又可分解為下級子裝配體和零件的集合，以此表達產品的裝配組成。

矩陣比圖易于計算機表達和實現。Dini 和Santochi[7]利用干涉矩陣、接觸矩陣和連接矩陣表達產品，干涉矩陣描述了零部件間沿坐標軸方向裝配時相互間的干涉情況，接觸矩陣描述了零部件間的物理接觸狀態，連接矩陣描述了零部件間的連接類型。為減少矩陣的數量，Huang[8]等把6個干涉矩陣合并為一個拆卸矩陣，集成的表達零部件間沿坐標軸方向的干涉情況。

1.2裝配序列推理和表達

基于聯系圖模型，Bourjauct 采用人機交互“問答式”方法獲取裝配優先約束關系[4]，醫學論文 隨后De Fazio 和Whitney[9]，Baldwin[10]等人的工作進一步較少了需要由用戶回答問題的數量，然后通過對裝配優約束關系進行推理得到聯絡建立優先關系的層次模型表達產品的裝配序列。

“割集”法是基于拆卸策略的裝配規劃中通常采用的圖論算法。Homem de Mell 和Sanderson[5]通過對產品聯接圖進行縮并，利用“割集”算法對聯接圖進行循環分解，生成所有可能的子裝配體，直到不可再分。并提出了裝配序列的AND/OR 圖表達方法，圖中的節點對應裝配過程中的子裝配體或零件，超弧表達將子裝配體或零件聯接在一起形成更大子裝配體的裝配操作。因為“割集”算法的計算復雜性為O(3N) (N為零件個數)，因此，對于復雜產品的裝配順序規劃存在指數爆炸問題，這是難以讓人接受的。

1.3裝配序列評價和選擇

裝配序列的選擇對裝配線設計、裝配成本、裝配設備選擇有很大影響，職稱論文 而評價是選擇的基礎。裝配序列的評價可分為定性和定量兩方面因素[11]~[13]，定性因素主要考慮的有裝配方向換向的頻度、子裝配體的穩定性和安全性、裝配操作任務間的并行性、子裝配體的結合性和模塊性、緊固件的裝配、零件的聚合等。定量因素主要考慮的有整個裝配時間 (包括子裝配體的操作時間、運輸時間等 )、整個裝配成本 (包括勞動成本、夾緊和加工成本 )、產品在裝配中再定位的次數、夾具的數目、操作者的數目、機器人手爪的數目、工作臺的數目等。

更多的經典裝配規劃方法研究文獻可以參見Texas A&M 大學Wolter 教授的“Assembly Planning Bibliography”[14]，其中收集了自1980年起近15 年經典裝配規劃方法的相關研究。經典方法一般表達出全部的序列解空間，這使它可能從中找出最優的裝配序列，但隨著產品中零件數量的增加，解空間的組合爆炸給序列的存儲、選優帶來極大困難；且序列的幾何推理方法不易融入人類的裝配知識，難免產生眾多幾何可行但工藝不可行的序列結果。

2虛擬裝配規劃方法

虛擬現實技術為裝配規劃的“人－機”協同工作提供了契機。虛擬裝配是指由操作者通過數據手套和三維立體顯示設備直接三維操作虛擬零部件來模擬裝配/拆卸過程，無需產品或支撐過程的物理實現，通過分析、先驗模型、可視化和數據表達等手段，利用計算機工具來安排或輔助與裝配有關的工程決策[15]。虛擬裝配過程中，人機可以充分發揮各自的優勢，即人通過直覺/裝配經驗和知識決定產品的裝配過程，但不能精確地判斷當前所有可能裝配的零件，也不太可能準確判定裝配某一零件后裝配體的穩定性等因素，而通過一定算法和規則實現的機器智能剛好彌補人的不足。虛擬裝配方法得到的不僅僅是零件的順序，還可以包括零件路徑、裝配工具、夾具和工作臺等信息。圖2 為虛擬裝配規劃的工作步驟。

國外虛擬裝配規劃的研究以沉浸式虛擬裝配環境VADE[16]， [17](Virtual Assembly DesignEnvironment)為代表，英語論文 通過建立一個裝配規劃和評價的虛擬環境來探索運用虛擬現實技術進行設計、制造的潛在技術可能性，為機械系統裝配體的規劃、評價和驗證提供支持。在虛擬環境中，利用提取并導入的CAD 系統產生的裝配約束信息引導裝配過程；通過引入了質量、慣性和加速度等物理屬性，基于物理特性進行裝配建模，逼真地模擬真實裝配環境；支持雙手的靈活裝配和操作；記錄虛擬裝配過程中產生的掃體積和路徑信息并可進行編輯；建立了工具/零件/人相互作用模型，支持裝配工具在虛擬裝配環境中的運用。

國內管強等[18]將虛擬現實技術與面向裝配設計的理論相結合，建立了一個虛擬環境下的面

向裝配設計系統（VirDFA）。萬華根等[19]建立了一個具有多通道界面的虛擬設計與虛擬裝配系統（VDVAS），通過直接三維操作和語音命令方便地對零件進行交互拆裝以建立零件的裝配順序和裝配路徑等裝配信息。在面向過程與歷史的虛擬設計與裝配環境（VIRDAS）中，張樹有等[20]通過識別裝配關系進行裝配運動的導航，實現虛擬拆卸/裝配順序規劃、虛擬裝配分析。從集成的觀點出發，姚珺等[21]提出面向產品設計全過程的虛擬裝配體系結構，從方案設計、結構設計和裝配工藝設計3 個層次上分階段地對產品可裝配性進行分析與評價。田豐等[22]提出一個面向虛擬裝配的三維交互平臺（VAT），簡化了虛擬裝配應用系統的構造，便于應用的快速生成。

應用虛擬現實環境開展裝配規劃，提供了一種新的思路和工具。但是，虛擬環境的構建需要較大資金的軟硬件投入，另外，虛擬現實技術本身（如圖形的高速刷新）及其相關硬件技術（如力觸覺設備）的不成熟使得虛擬裝配的研究仍處于探索階段。

3 裝配規劃軟計算方法

1994 年，Zadeh 教授將模糊邏輯與智能技術結合起來，提出了軟計算方法（soft computing）[23]。軟計算以模糊邏輯、神經網絡和概率推理為基礎，不追求問題的精確解，以近似性和不確定性為主要特征，所得到的是精確或不精確問題的近似解。為避免組合爆炸同時又能得到較優的裝配規劃方案，近來，基于建模、表達和尋優一體化的裝配規劃軟計算方法得到廣泛關注。

3.1 裝配規劃神經網絡方法

神經網絡是模擬人類形象思維的一種人工智能方法，它是由大量神經元廣泛互連而成的復雜網絡系統，留學生論文 單一神經元可以有許多輸入、輸出，神經元之間的相互作用通過連接的權值體現，神經元的輸出是其輸入的函數。若將優化計算問題的目標函數與網絡某種狀態函數(通常稱網絡能量函數)對應起來，網絡動態向能量函數極小值方向移動的過程就可視作優化問題的求解過程，穩態點則是優化問題的局部或全局最優解。

轉貼于 Hong 和Cho[24]用于機器人裝配順序優化的Hopfiled 神經網絡中，考慮裝配約束、子裝配體穩定性和裝配方向改變等因素建立網絡的能量方程，基于優先約束推理和專家系統提供的裝配成本驅動網絡的進化方程得到優化的序列。但由于神經網絡缺乏全局搜索能力，計算結果顯示，該方法容易產生不優化的裝配順序，且常常只能得到一個局部最優的裝配序列。另外，參數選擇和初始條件對網絡的靈敏度影響大；神經網絡在應用前須進行訓練，而訓練時要由專家提供較多可行的順序作為樣本。而樣本可能是針對某種類型的產品，對其它類型的產品則不一定適用，該方法的應用范圍窄。

3.2 裝配規劃模擬退火算法

模擬退火算法源于固體退火思想，將一個優化問題比擬成一個熱力學系統，將目標函數比擬為系統的能量，將優化求解過程比擬成系統逐步降溫以達到最低能量狀態的退火過程，通過模擬固體的退火過程獲得優化問題的全局最優解。

Saeid 等[25]利用模擬退火算法進行裝配序列規劃時，根據產品裝配模型獲得裝配優先關系，將裝配過程總裝配時間和重定向次數運用多屬性應用理論組合成單一目標函數，作為裝配序列優化的評價函數。Hong 和Cho[26]將裝配約束和裝配過程的成本映射為裝配序列能量函數，利用模擬退火算法使裝配序列能量函數擾動地逐步減小，經過多次迭代，直到能量函數不再變化為止，最后得到具有最小裝配成本的裝配序列。作者將該方法應用到一個電子繼電器裝配體上，并將其性能與利用神經網絡[24]的裝配規劃方法進行了比較，結果顯示基于模擬退火的裝配序列優化方法可以產生較好的裝配序列并且在運算時間上優于人工神經網絡方法。

模擬退火算法具有較強的局部搜索能力，并能使搜索過程避免陷入局部最優，但模擬退火算法對整個搜索空間的狀況了解不多，不能使搜索過程進入最有希望的搜索區域，從而使得算法的運算效率不高。

3.3 裝配規劃遺傳算法

在眾多軟計算方法中，遺傳算法得到了眾多研究者的重視。工作總結 遺傳算法是模仿生物自然選擇和遺傳機制的隨機搜索算法，它將問題的可能解組成種群，將每一個可能的解看作種群的個體，從一組隨機給定的初始種群開始，持續在整個種群空間內隨機搜索，按照一定的評估策略即適應度函數對每一個體進行評價，不斷通過復制、交叉、變異等遺傳算子的作用，使種群在適應度函數的約束下不斷進化，算法終止時得到最優/次最優的問題解。圖3 為裝配規劃遺傳算法的一般流程。

裝配規劃遺傳算法的研究重點集中于設計裝配序列的基因編碼方式以包含更多的裝配過程信息、設計基因操作的形式和改進遺傳算法的局部搜索能力上。Lazzerini 等[27]的分段編碼遺傳算法中，將染色體分為3 段編碼，第1 段表示參與裝配的零件編號，第2 段表示零件的可行裝配方向，第3 段表示裝配工具，從而使染色體包含了部分工藝信息。為了提高算法的性能，文中將裝配體分解為子裝配體進行裝配，減少了參加裝配序列規劃的零件數目；Guan 等[28]采用基因團編碼方式，一個基因團表達一個零件的裝配操作，由被裝配零件號裝配元、裝配工具裝配元、裝配方向裝配元和裝配類型裝配元組成。在擴大采樣空間選擇下一代種群的基礎上，通過交叉和多層次變異實現裝配序列并行優化。廖小云和陳湘鳳[29]在裝配序列規劃遺傳算法中設計了復制、交叉、變異、剪貼和斷連5 種遺傳算子尋找裝配序列優化解。在Smith 等[30]的增強型遺傳算法中，選擇下一代個體并不完全依靠適應度，而是先把一定數量較優的個體復制到下一代，將適應度低但幾何可行的序列用于繼續產生序列，直到滿足下一代種群中序列個數的需求，從而使算法能跳出局部最優點，在全局范圍內搜索最優解。

理論上，找到全局最優裝配序列要求參加演化計算的種群規模要足夠大，迭代次數要無限

多，但在計算資源和時間限制下是達不到要求的。因此，遺傳算法求解裝配規劃問題的效率和結果依賴于初始種群規模及其質量、遺傳算子及其操作概率等因素。

4 協同裝配規劃方法

裝配體作為實現產品功能的載體，零部件可能由不同的企業設計，零部件和產品可能在不同的裝配工廠完成裝配過程，因此需要設計團隊的協同工作和決策以保證裝配質量和降低裝配成本。計算機和網絡技術的快速發展縮短了異地人員在時間和空間上的距離，為實時的“人－機－人”協同裝配工作提供了可能。

Wisconsin-Madison 大學[31]提出網絡環境下的電子化裝配（ e-Assembly ），探討在Internet/Intranet 上利用3D 模型進行協同虛擬裝配和拆卸的方法論和工具，擬實現的關鍵技術包括3D 交互可視化、協同裝配/拆卸/維護/回收等。目前已開發了Motive3D 系統，利用Synthesizer模塊可以交互/自動進行產品的裝配建模和規劃，Visualizer 模塊為用戶在Web 平臺上提供裝配序列規劃結果的可視化仿真，但缺少交互修改、調整功能。在ATS 項目[32]實施中，為了向異地的開發人員展示裝配設計和裝配規劃結果，嘗試利用VRML 作為可視化工具，一方面供設計團隊瀏覽零部件設計，另外將裝配模型用文本編輯軟件進行編輯，生成裝配序列的VRML 仿真文件，供異地的設計團隊實時進行評價和提出修改意見。但手工編輯文件不但花費的時間長達一周，而且每次設計修改后都必須重新編輯；同時，仿真文件僅具有瀏覽功能，不能進行交互修改。

Web 環境下的協同裝配規劃方法[33]采用協同工作環境下的裝配建模、裝配規劃任務分配和裝配序列合成等技術，通過對復雜產品裝配規劃問題的分解，即降低了單機規劃工作模式的復雜度，又便于集中不同地域多專家的裝配知識和經驗進行裝配規劃方案的協同決策。面向協同廣義裝配[34]通過確定裝配子任務編碼方法、裝配人員評價指數和制定協同裝配協議，以VRML 為產品模型載體實現協同裝配系統。在裝配知識和規則的支撐下，支持局域網內多用戶實施產品預裝配、驗證零部件可裝配性，相關的裝配人員能夠協同討論裝配方案。Web 環境下3D 交互裝配可視化仿真結構是一個符合開放技術標準的可視化裝配系統[35]，它基于VRML-Java 實現裝配場景的動態生成、裝配控制、碰撞檢測以及裝配過程的動畫回放等功能，目前完成了基于“堆疊”思路的裝配驗證方式。但該系統屬于單用戶系統，不能支持多用戶的實時協同裝配工作。

5 結論與展望

CAAP 的研究在理論上取得了一定的成果，在工業界也得到了一定的應用，但相對而言還很少，這說明該技術距離工業實用還存在較大差距。裝配規劃是一個經驗和知識密集型的工作，同時又與具體行業和產品有緊密的關系。經典裝配規劃方法的精確推理在保證序列的幾何可行性方面具有優勢，而軟計算技術能夠將人的模糊知識融入規劃過程中，使得結果具有更好的工藝可行性，兩者的適當結合將有利于模仿人類裝配專家的實際裝配規劃過程，從而得到合理的裝配方案。

跨地域、跨國家的網絡化、協同化產品設計和制造新模式的形成使產品裝配成為一個需要協同工作和決策的問題。隨著虛擬現實技術和網絡技術的進一步發展，建立基于網絡的協同裝配決策平臺和虛擬環境，支持異地多人員協同裝配方案決策將是新形勢下裝配規劃研究的新趨勢。 參考文獻

[1] 蘇強， 林志航. 計算機輔助裝配順序規劃研究綜述[J]. 機械科學與技術， 1999， 18(6): 1006~1012.

[2] 石淼， 唐朔飛， 李明樹. 裝配序列規劃研究綜述[J]. 計算機研究與發展， 1994， 31(6): 30~34.

[3] 牛新文， 丁漢， 熊有倫. 計算機輔助裝配順序規劃研究綜述[J]. 中國機械工程， 2001， 12(12):1440~1443.

篇7

1.1 選題研究背景、目的及意義

1.1.1 課題研究背景

本課題屬于設計性課題。21世紀人類已進入信息社會，汽車及交通也已邁入信息時代。當前信息技術在汽車及交通領域中的應用項目相當多，發展速度可以說是“日新月異”,各種媒體多有報道。

可大致歸納為4個方面，即車輛安全系統，網絡、通訊及導航系統，智能交通系統和移動多媒體系統。隨著汽車的日益普及, 停車場越來越擁擠, 車輛常常需要在停車場穿行、掉頭或倒車。由于這些低速行駛的車輛與其它車輛非常接近, 駕駛員的視野頗受限制, 碰撞和拖掛的事故時有發生, 在夜間時則更顯突出。車輛安全系統通過應用電子信息技術，使車輛實現高智能化，極大地改善車輛人機系統的安全性，以避免事故的發生和減少傷害程度。

1.1.2 選題的目的及意義

本課題把硬件電路和電路軟件有機的結合起來，完成汽車倒車報警系統的設計，能夠了解單片機技術的現狀，而且通過對電路系統的設計，學習掌握了數字電路從原理圖到PCB版的全部過程，形成完善的設計思路以及思想，并通過對汽車倒車超聲波報警器的軟件設計的過程，鍛煉應用C以及相關匯編語言等軟件設計電路程序的能力為以后參與實際工作奠定良好的設計基礎。

本課題要求使用現在應用非常廣泛的計算機軟件PROTEL，隨著計算機技術的發展，計算機軟件在電路設計中的應用越來越廣泛， Protel是人們熟悉的常用EDA軟件。作為電路設計自動化（EDA）的一種工具，Protel應用于電路原理圖設計、電路板設計等，它基于Windows環境，功能強大，人機界面友好，能讓人們在具有最完整的功能環境下，提升設計上的品質和效率。本課題將要求Protel在電路設計中的應用，包括電路原理圖設計和印刷電路板設計以及設計過程中遇到的問題和解決方法。這樣使學生也能將所學與所用有機結合起來，在步入工作崗位之前得到全方位的工程設計訓練。

通過對汽車倒車報警電路的設計能初步具有用PROTEL軟件設計電路原理圖以及電路版圖的能力。與實際電路相結合，通過理論聯系實際的方法，使所學的知識通過自己設計思考真正應用到實踐中。

微波探測技術在軍用和民用領域里的廣泛使用，使得通過這次畢業設計所學到的此方面的知識將會有很強的實用性。本設計要求對汽車倒車超聲波報警器進行硬件設計，可以通過完成本次設計，練習PROTEL軟件的使用，增加硬件設計的經驗。

隨著社會進步，經濟發展，人民生活水平的不斷提高，擁有汽車的家庭逐漸增多，交通問題也同時出現了：交通擁擠，各種不同的場合停車、倒車困難。許多非職業汽車駕駛員更是希望能有一種汽車倒車報警器，在倒車時不斷測量汽車尾部與其后面障礙物的距離，并隨時顯示其距離，在不同的距離范圍內發出不同的報警信號，以提高汽車倒車時的安全性。

汽車倒車超聲波報警器設計就是為了確保駕駛員和汽車的安全，使駕駛員在倒車時能明確與后面車輛、建筑的距離，確保倒車的安全。它具有顯示功能，能夠客觀顯示車后物體與車尾之間的距離。它可望成為新手駕駛員，以及后視不良車輛如大貨車、公共汽車、集裝箱車等車輛駕駛員倒車的好幫手，也可用于夜間輔助倒車及倒車入庫。

1.2 超聲波測距系統研究現狀以及存在的問題

1.2.1 超聲波測距系統研究現狀

隨著電子技術的發展，出現了微波雷達測距、激光測距及超聲波測距。前2種方法由于技術難度大，成本高，一般僅用于軍事工業，而超聲波測距則由于其技術難度相對較低，且成本低廉，適于民用推廣。這項技術也可用于工業測量領域。由于超聲波指向性強，能量消耗緩慢，在介質中傳播的距離較遠，因而超聲波經常用于距離的測量，如測距儀和物位測量儀等都可以通過超聲波來實現。利用超聲波檢測往往比較迅速、方便、計算簡單、易于做到實時控制，并且在測量精度方面能達到工業實用的要求，因此在移動機器人的研制上也得到了廣泛的應用。隨著自動測量和微機技術的發展，超聲波測距的理論已經成熟，超聲波測距的應用也非常廣泛。超聲測距是一種非接觸式的檢測方式。與其它方法相比，如電磁的或光學的方法，它不受光線、被測對象顏色等影響。對于被測物處于黑暗、有灰塵、煙霧、電磁干擾、有毒等惡劣的環境下有一定的適應能力。因此在液位測量、機械手控制、車輛自動導航、物體識別等方面有廣泛應用。特別是應用于空氣測距，由于空氣中波速較慢，其回波信號中包含的沿傳播方向上的結構信息很容易檢測出來，具有很高的分辨力，因而其準確度也較其它方法為高；而且超聲波傳感器具有結構簡單、體積小、信號處理可靠等特點。因此本設計也是利用超聲波來測量距離。

1.2.2 探測盲區問題

超聲波從發射到接收的時間間隔是由控制器內部的定時器來完成的。由于發射器探頭與接收器探頭的距離不大，有部分波未經被測物就直接繞射到接收器上，造成發送部分與接受部分的直接串擾問題。這一干擾問題可通過軟件編程，使控制器不讀取接收器在從發射開始到"虛假反射波"結束的時間段里的信號。這樣，就有效的避免了干擾，但另一方面也形成了20cm的“盲區”。此“盲區”很小，對本系統沒有影響。

1.3 論文的主要內容

論文將介紹超聲波測距系統設計的方案選擇與硬件的設計與調試。全文共分為五章，本章介紹了超聲波測距系統設計的研究現狀和本課題的選題目的與意義；第二章介紹超聲波測距系統的總體設計方案，并對每個模塊進行了方案論證與選擇；第三章介紹了超聲波測距系統的原理；第四章介紹了各單元模塊的硬件電路設計與實現；第五章介紹了系統的調試過程和調試結果，最后總結了整個設計中有待改進的地方。

 

第二章 超聲波測距系統的原理

2.1 超聲波的測距原理

2.1.1 測距的電路原理框圖

構成超聲測距系統的電路功能模塊包括發射電路、接收電路、顯示電路、核心功能模塊單片機控制器及一些輔助電路。

采取收發分離方式有兩個好處：一是收發信號不會混疊，接收探頭所接收到的純為反射信號；二是將接收探頭放置在合適位置，可以避免超聲波在物體表面反射時造成的各種損失和干擾，提高系統的可靠性。

根據設計要求并綜合各方面因素，選擇了西安立宇電子科技有限公司的超聲波測距傳感器TCT40－16T/R（T表示發射傳感器，R表示接收傳感器），最大探測距離為6m，發射擴散角為60度。同時，采用單片機作 為主控制器，用動態掃描法實現LED數字顯示，超聲波驅動信號用單片機的定時器完成，超聲波測距器的系統框圖如下圖2-1所示。

圖2-1 測距的電路原理框圖

通過單片機的I/O口控制超聲波發射電路發出40kHz的超聲波，與此同時單片機內計數器開始計時；經過延遲后開啟超聲波接收電路，當接收電路收到經障礙物反射的回波后，計數器計時結束。通過單片機計算出即時距離，在顯示電路顯示出來，若低于警戒距離則開啟報警。

2.1.2 工作原理

人能聽到的聲音頻率為：20Hz~20kHz，即為可聽聲波，超出此頻率范圍的聲音，即20Hz以下的聲音稱為低頻聲波，20kHz以上的聲音稱為超聲波。超聲波是一種只有少數生物（如蝙蝠、海豚）才能感覺的機械波，其頻率在20kHz以上，波長短，繞射小、能定向傳播。

超聲波為直線傳播方式，頻率越高，繞射能力越弱，但反射能力越強。為此，利用超聲波的這種性能就可制成超聲波傳感器。

本設計采用的超聲波是40kHz。超聲波的縱向分辨率較高，對色彩和光照度不敏感，對外界光線和電磁場不敏感，可以用于測量較近目標的距離。本設計采用的超聲波傳感器往返距離為15m，在有灰塵、煙霧、強磁場干擾、有毒等各種環境下都能穩定工作。

超聲測距從原理上可分為共振式、脈沖反射式兩種。由于共振法的應用要求復雜。在這里使用脈沖反射式。超聲波測距原理是通過超聲波發射器向某一方向發射超聲波，在發射時刻的同時開始計時。超聲波在空氣中傳播，途中碰到障礙物就立即返回來，超聲波接收器收到反射波就立即停止計時。超聲波在空氣中的傳播速度為C，而根據計時器記錄的測出發射和接收回波的時間差 就可以計算出發射點距障礙物的距離L。超聲波測距的算法原理如圖2-2所示：

 

圖2-2  超聲波測距的算法原理圖

計算公式為：

 C= 331. 5 + 0. 607 T                  （2-1）

式中：C為超聲波在空氣中傳播速度；T為環境溫度。

        L=                     （2-2）

式中：C為被測距離； 為發射超聲脈沖與接收其回波的時間差； 為超聲回波接收時刻； 為超聲脈沖發射時刻。用單片機可以很方便地測量 時刻和 時刻，根據以上公式，用軟件編程即可得到被測距離L。

這就是所謂的時間差測距法。由于超聲波也是一種聲波，其聲速C與溫度有關，表2-1列出了幾種不同溫度下的聲速。在使用時，如果溫度變化不大，則可認為聲速是基本不變的。如果測距精度要求很高，則應通過溫度補償的方法加以校正。

表2-1  聲速與溫度關系表

溫度(℃)  30

 20

 10

0 10 20 30 100

聲速(米／秒) 313 319 325 323 338 344 349 386

聲速確定后，只要測得超聲波往返的時間，即可求得距離。這就是超聲波測距系統的機理。本設計認為在實際使用中的環境溫度變化不大，對距離檢測精度要求也不高，將超聲波波速C認為是不變的常數。

另一種補償方法就是用查表法，查上面溫度與聲速的對應表，再適當插值補償。這種方法精確度較高。在這里考慮到設計上的簡易性，沒有進行補償，能達到簡單應用的基本要求。

該系統的工作原理：由微機編程送出40kHz頻率的方波信號至信號處理器，信號處理器通過兩級放大，再經過壓電換能器將信號發射出去，該信號遇到障礙物反射回來在此稱為回波。同時，壓電換能器將接收的回波，通過信號處理的檢波放大、積分整形及一系列常見電路的處理，送至微機處理。顯示器的聲音告警頻率、發光二極管方位指示及障礙物距超聲波探頭的距離顯示均由單片機控制。

2.1.3 超聲波測距的工作方式

利用超聲波測距的工作，就可以根據測量發射波與反射波之間的時間間隔，從而達到測量距離的作用。其主要有三種測距方法：

•相位檢測法，相位檢測法雖然精度高,但檢測范圍有限。

•聲波幅值檢測法，聲波幅值檢測法易受反射波的影響。

•渡越時間檢測法，渡越時間檢測法的工作方式簡單，直觀，在硬件控制和軟件設計上都非常容易實現。其原理為：檢測從發射傳感器發射超聲波，經氣體介質傳播到接收傳感器的時間，這個時間就是渡越時間。

本設計的超聲波測距就是使用了渡越時間檢測法。在移動車輛中應用的超聲波傳感器，是利用超聲波在空氣中的定向傳播和固體反射特性（縱波），通過接收自身發射的超聲波反射信號，根據超聲波發出及回波接收的時間差和傳播速度，計算傳播距離，從而得到障礙物到車輛的距離。

2.1.4 信號處理技術

測量過程是由單片機部分和超聲波信號處理電路共同完成的，一次測量的全過程為40ms。發射時，將40kHz的超聲波信號和一個同步脈沖信號加到與門，同步脈沖信號通過與門控制發射超聲波。單片機將同步脈沖的起始時刻定為 ， 超聲波接收電路將接收到的信號加到單片機中，若檢測到信號，則記下該時刻 ，由時間差  =    ，即可算得障礙物與超聲探頭之間的距離。若單片機系統接收不到超聲波回波信號，則到40 ms時重復上述過程開始下一輪的循環。

在超聲波發出后，如果直接進入檢測狀態，則勢必浪費時間，因為此系統有最小測量距離，當距離最小時，即為時間差 最小，記為  ，所以此時間可以用來處理別的數據。本設計中計算子程序就是在此時間里完成的，這樣就節省了一些時間。

2.2 超聲波探頭的主要作用

•探頭是一個電聲換能器，并能將返回來的聲波轉換成電脈沖；

•控制超聲波的傳播方向和能量集中的程度，當改變探頭入射角或改變超聲波的擴散角時，可使聲波的主要能量按不同的角度射入介質內部或改變聲波的指向性，提高分辨率；

•實現波型轉換；

•控制工作頻率，適用于不同的工作條件。

2.3 小結

本章介紹了超聲波測距系統的測距原理、超聲波測距的工作方式以及測距中如何進行信號處理優化，并闡述了超聲波測距的基本概念理論基礎、設計計算的主要方法和內容

第三章 汽車倒車超聲波報警器設計方案比較與選擇

3.1 汽車倒車超聲波報警器的總體方案設計

3.1.1 方案的擬定條件

本設計首先要根據畢業設計任務書中的要求（最大測距6m，最小測距0.20m，顯示分辨率0.02m，實時數字顯示測得的距離；在不同的距離范圍內發出不同的聲光報警信號；駕駛員可根據個人需要調整設置報警距離．本報警器與其它報警器相比具有功能多、電路簡單、操作簡便、工作穩定可靠等優點）來進行器件選擇，如諧振頻率是多少，帶寬為多少，Q值、聲壓輸出、波束指向性、電容、驅動電壓、功率是多少才能達到設計要求，在什么樣的 環境特性下才能正常工作，市場上是否容易找到，便宜且應用較廣否，這些都是需要考慮的問題。只有在這樣的條件下，方案才能順利確定，設計才能順利展開。

3.1.2 模型的建立

汽車倒車雷達是利用超聲波測距原理，不斷測量汽車尾部與其后面障礙物的距離，在一定距離范圍內給駕駛者以警示，同時由高亮度數碼管顯示出所測的距離值，提高汽車在倒車時的安全性。超聲波測距是通過不斷檢測超聲波發射后遇到障礙物所反射的回波，可由單片機測出從發射到接收到回波的時間，計算出障礙物到汽車尾部的距離S=CT/2，式中C為超聲波波速。盡管超聲波波速與環境溫度有關，但汽車倒車雷達在實際使用中的環境溫度變化不大，對距離檢測精度要求也不高，將超聲波波速C認為是不變的常數。

測距系統模型應如圖3-1所示。

3.2 超聲波測距系統的器件選擇

3.2.1 微控制器的選擇

單片機是本檢測系統的核心，它完成系統的功能設定、測量對象選擇、信號處理存儲、驅動LED顯示等功能。起初對于是選擇AT89S51芯片，還是AT89C51芯片舉棋不定，覺得二者區別不大，后來查閱相關資料發現AT89S51相對于AT89C51增加了很多新功能，性能有了較大提升，價格卻基本不變，甚至比89C51更低。

     圖3-1 測距模型

•AT89S51支持ISP在線編程功能，串行寫入、速度更快、穩定性更好，燒寫電壓也僅僅需要4～5V 即可。這個功能的優勢在于改寫單片機存儲器內的程序不需要把芯片從工作環境中剝離，是一個強大易用的功能。而AT89C51只支持并行寫入，同時需要VPP燒寫高壓。

•最高工作頻率為33MHz，大家都知道89C51的極限工作頻率是24M，就是說S51具有更高工作頻率，從而具有了更快的計算速度。

•燒寫壽命更長：89S5*標稱的1000次，實際最少是1000次～10000次，這樣更有利初學者反復燒寫，減低學習成本。綜合上面的一些區別，個人認為89C51的停止使用只是時間問題而已，就象當年的8031。

•內部集成看門狗計時器，不再需要像89C51那樣外接看門狗計時器單元電路。

•雙數據指示器。

•電源關閉標識及電源范圍：89S5*電源范圍寬達4～5.5V，而89C5*系列在低于4.8V和高于5.3V 的時候則無法正常工作。

•全新的加密算法，這使得對于89S51的解密變為不可能，程序的保密性大大加強，這樣就可以有效的保護知識產權不被侵犯。

•兼容性方面：向下完全兼容51全部字系列產品。比如8051、89C51等等早期MCS-51兼容產品。也就是說所有教科書、網絡教程上的程序（不論教科書上采用的單片機是8051還是89C51還是MCS-51等等），在89S51上一樣可以照常運行，這就是所謂的向下兼容。

此外，AT89S51設計和配置了振蕩頻率可為0Hz并可通過軟件設置省電模式?？臻e模式下，CPU暫停工作，而RAM定時計數器，串行口，外中斷系統可繼續工作，掉電模式凍結振蕩器而保存RAM的數據，停止芯片其它功能直至外中斷激活或硬件復位。

比較結果：就如同INTEL的P3向P4升級一樣，雖然都可以跑Windows98，不過速度是不同的。從AT89C51升級到AT89S51，也是同理。和S51比起來，C51就要遜色一些，實際應用市場方面技術的進步是永遠向前的。

3.2.2 顯示模塊器件的選擇

在單片機小系統中，顯示模塊可以反映系統工作和運行結果，在系統中占有相當重要地位。常用的顯示有：LED顯示和LCD顯示。

•LED顯示的硬件電路設計簡單、價格便宜，缺點是顯示消耗的電流較高，體積大，在低功耗手持式儀器中很少使用。

•LCD顯示具有低功耗、體積小特點，越來越多地應用于以單片機為核心的便攜式儀表和測試儀中。采用LCD來顯示檢測到的溫濕度參數，降低系統功耗。

本設計顯示部分采用簡單的4位共陽LED數碼管，段碼驅動用74LS245集成電路，位碼用S8550（也可用9012）三極管驅動。

3.2.3 超聲波傳感器的選擇

超聲波傳感器是利用超聲波的特性研制而成的傳感器。超聲波是一種振動頻率高于聲波的機械波，由換能晶片在電壓的激勵下發生振動產生的，它具有頻率高、波長短、繞射現象小，特別是方向性好、能夠成為射線而定向傳播等特點。超聲波對液體、固體的穿透本領很大，尤其是在陽光不透明的固體中，它可穿透幾十米的深度。超聲波碰到雜質或分界面會產生顯著反射形成反射成回波，碰到活動物體能產生多普勒效應。因此超聲波檢測廣泛應用在工業、國防、生物醫學等方面。

    以超聲波作為檢測手段，必須產生超聲波和接收超聲波。完成這種功能的裝置就是超聲波傳感器，習慣上稱為超聲波換能器，或者超聲波探頭。

    超聲波探頭主要由壓電晶片組成，既可以發射超聲波，也可以接收超聲波。小功率超聲探頭多作探測作用。它有許多不同的結構，可分直探頭（縱波）、斜探頭（橫波）、表面波探頭（表面波）、蘭姆波探頭（蘭姆波）、雙探頭（一個探頭反射、一個探頭接收）等。

    超聲波探頭的核心是其塑料外套或者金屬外套中的一塊壓電晶片。構成晶片的材料可以有許多種。晶片的大小，如直徑和厚度也各不相同，因此每個探頭的性能是不同的，使用前必須預先了解它的性能。超聲波傳感器的主要性能指標包括：

•工作頻率。工作頻率就是壓電晶片的共振頻率。當加到它兩端的交流電壓的頻率和晶片的共振頻率相等時，輸出的能量最大，靈敏度也最高。

•工作溫度。由于壓電材料的居里點一般比較高，特別時診斷用超聲波探頭使用功率較小，所以工作溫度比較低，可以長時間地工作而不失效。醫療用的超聲波探頭的溫度比較高，需要單獨的制冷設備。

•靈敏度。主要取決于制造晶片本身。機電耦合系數大，靈敏度高；反之，靈敏度低。

為了研究和利用超聲波，人們已經設計和制成了許多超聲波發生器?？傮w上講，超聲波發生器可以分為兩大類：一類是用電氣方式產生超聲波，一類是用機械方式產生超聲波。電氣方式包括壓電型、磁致伸縮型和電動型等；機械方式有加爾統笛、液哨和氣流旋笛等。它們所產生的超聲波的頻率、功率和聲波特性各不相同，因而用途也各不相同。目前較為常用的是壓電式超聲波發生器。

本次設計就選用壓電式超聲波發生器，壓電式超聲波發生器實際上是利用壓電晶體的諧振來工作的。超聲波發生器內部結構如圖3-2所示，它有兩個壓電晶片和一個共振板。當它的兩極外加脈沖信號，其頻率等于壓電晶片的固有振蕩頻率時，壓電晶片將會 發生共振，并帶動共振板振動，便產生超聲波。反之，如果兩電極間未外加電壓，當共振板接收到超聲波時，將壓迫壓電晶片作振動，將機械能轉換為電信號，這時它就成為超聲波接收器了。

圖3-2  超聲波換能器內部結構

超聲波發射換能器與接收換能器其結構上稍有不同，使用時應分清器件上的標志（一般器件上有標明是T還是R，T：發射換能器，R：接受換能器）。超聲波換能器外部結構如圖3-3所示。

 

圖3-3  超聲波換能器外部結構

每個傳感器的中心頻率都存在一定的誤差，在40kHz左右波動。而且超聲波傳感器發射波束時存在發散角問題，一般發散角都比較大，從而導致了方向性較差。同時，隨著傳播距離的增大，在不同的發散角上信號衰減的程度也有變化。它在空氣中的發散角及耗散性如圖3-4所示。

 

圖3-4  發散角與耗散性

3.3 小結

本章介紹了超聲波測距系統的工作原理和超聲波測距系統微控制器的特點，提出了超聲波測距設計的總體方案，對各功能模塊的方案進行了比較，分析了常用的傳感器，選定了超聲波測距系統設計所需的器件。

第四章 超聲波測距系統的硬件設計

4.1 硬件設計工具平臺簡介

電路及PCB設計是EDA技術中的一個重要內容，而EDA技術是現代電子工程領域的一門新技術，它提供了基于計算機和信息技術的電路系統設計方法。Protel是其中比較杰出的一個軟件，在國內流行最早、應用面最寬。Protel DXP是Altium（Protel Technology前身）公司在2002年8月推出的一套最新Protel DXP電路板設計軟件平臺。該平臺運行與Windows XP/2000操作系統。Protel DXP不僅繼承了Protel系列產品的優點，更重要的是將所有設計工具集成于設計系統一身。通過把設計輸入仿真、PCB繪制仿真、拓撲自動布線、信號完整性分析和設計輸出等技術的完美融合，為用戶提供了全程的設計解決方案，使用戶可以輕松的進行各種復雜的電路板設計。

使用Protel DXP設計印刷電路板的第一步就是要設計電路原理圖，只有正確設計電路原理圖，生成相應的網絡表之后才能生成PCB文件。在設計時，先分析系統，在進行模塊化的設計，將各部分電路分別設計，得到個模塊電路，在通過融合，實現整體電路的設計，還可以將所有模塊在一張比較大的圖紙上全部畫出來，但在同一張紙以模塊的形式分別設計電路圖，這樣在設計過程中思維比較清晰，設計過程比較簡單，而且更容易檢查錯誤。原理圖的設計相對簡單，在設計完成后要先通過編譯無誤后才生成網絡表，原理圖常見錯誤有：

•管腳沒有接入信號；

•放置導線時Wire與繪圖工具中Line混用，Wire具有電氣特性而Line不具有；

•元件放到圖紙界外；

•創建的工程文件網絡表只能部分調入PCB：生成netlist時沒有選擇為global；

在設計好原理圖，通過編譯檢查，生成了網絡表之后的工作就是繪制PCB板圖了。在導入網絡表之前，要確定原理圖中的元件都有PCB封裝。如果使用的器件在Protel DXP軟件的PCB庫中是沒有封裝的，那就要求自己按照器件的技術手冊封裝所需元件了。在封裝PCB元件是應注意以下幾點：

•原理圖中所填元件的封裝要與PCB元件庫中的名稱一致。

•原理圖中元件的引腳名稱要與PCB元件庫中的引腳名稱一致。

•直插式元件封裝的孔要比元件的實際尺寸稍微大些，貼片元件的引腳封裝應在條件允許的范圍內盡量加寬、加長，這樣才有利于焊接。

完成以上幾步后，將網絡表導入到PCB文件中，生成PCB板圖。在導入網絡表的時候通常會出現以下的錯誤：

•原理圖中的元件使用了PCB庫中沒有的封裝。

•原理圖中的元件使用了PCB庫中名稱不一致的封裝。

•原理圖中的元件使用了PCB庫中pin number不一致的封裝。

網絡表成功導入PCB文件之后對器件進行布局，元件的布局有自動布局和手工布局兩中方式，由于自動布局的效果往往不能令人滿意，所以一般都需要進行手工調整。良好的布局可以降低PCB布線的難度。布局應遵循以下一般原則：

首先，要考慮PCB尺寸大小。PCB尺寸過大時，印制線條長，阻抗增加，抗噪聲能力下降，成本也增加；過小，則散熱不好，且鄰近線條易受干擾。在確定PCB尺寸后，再確定特殊元件的位置。最后，根據電路的功能單元，對電路的全部元器件進行布局。

在確定特殊元件的位置時要遵守以下原則：

①盡可能縮短高頻元器件之間的連線，設法減少它們的分布參數和相互間的電磁干擾。易受干擾的元器件不能相互挨得太近，輸入和輸出元件應盡量遠離。

②某些元器件或導線之間可能有較高的電位差，應加大它們之間的距離，以免放電引出意外短路。帶高電壓的元器件應盡量布置在調試時手不易觸及的地方。

③重量超過15g的元器件、應當用支架加以固定，然后焊接。那些又大又重、發熱量多的元器件，不宜裝在印制板上，而應裝在整機的機箱底板上，且應考慮散熱問題，熱敏元件應遠離發熱元件。

④對于電位器、可調電感線圈、可變電容器、微動開關等可調元件的布局應考慮整機的結構要求。若是機內調節，應放在印制板上方便于調節的地方；若是機外調節，其位置要與調節旋鈕在機箱面板上的位置相適應。

⑤應留出印制扳定位孔及固定支架所占用的位置。

根據電路的功能單元，對電路的全部元器件進行布局時，要符合以下原則：

①按照電路的流程安排各個功能電路單元的位置，使布局便于信號流通，并使信號盡可能保持一致的方向。

②以每個功能電路的核心元件為中心，圍繞它來進行布局。元器件應均勻、整齊、緊湊地排列在PCB上，盡量減少和縮短各元器件之間的引線和連接。

③在高頻下工作的電路，要考慮元器件之間的分布參數。一般電路應盡可能使元器件平行排列，這樣，不但美觀，而且裝焊容易，也易于批量生產。

④位于電路板邊緣的元器件，離電路板邊緣一般不小于2mm。電路板的最佳形狀為矩形，長寬比為3：2或4：3。電路板面尺寸大于200×150mm時，應考慮電路板所受的機械強度。

布線的方式也有兩種：自動布線及手工布線，自動布線效率高，但有時布線的結果不盡如人意，這是因為自動布線的功能主要是實現電氣網絡之間的連接。在自動布線的實施過程中，很少考慮到特殊的電氣、物理和散熱等要求，因此必須通過手工來進行調整，使電路板既能實現正確的電氣連接，又能滿足用戶的設計要求。手工調整布線的最簡便的方法是對不合 理的布線，采取先拆線，后手工布線。在布線的過程中應注意的問題有：

•輸入端與輸出端的邊線應避免相鄰平行，以免產生反射干擾。

•盡量加寬電源、地線寬度，最好是地線比電源線寬，它們的寬度關系是：地線＞電源線＞信號線，通常信號線寬為：0.2～0.3mm,最經細寬度可達0.05～0.07mm,電源線為1.2～2.5 mm。對數字電路的PCB可用寬的地導線組成一個回路, 即構成一個地網來使用(模擬電路的地不能這樣使用) 用大面積銅層作地線用,在印制板上把沒被用上的地方都與地相連接作為地線用。

焊盤時，焊盤中心孔要比器件引線直徑稍大一些。焊盤太大易形成虛焊。焊盤外徑D一般不小于(d+1.2)mm，其中d為引線孔徑。對高密度的數字電路，焊盤最小直徑可取(d+1.0)mm。

此外，還應注意以下兩點：

•在印制板中有接觸器、繼電器、按鈕等元件時，操作它們時均會產生較大火花放電，必須采用RC電路來吸收放電電流，一般R取1~2K，C取2.2~47uF。

•CMOS的輸入阻抗很高，且易受感應，因此在使用時對不用端要接地或接正電源。

4.2 超聲波測距系統的硬件設計

51系列單片機中典型芯片(如AT89S51) 采用40引腳雙列直插封裝(DIP)形式，內部由CPU，4kB的ROM，256B的RAM，2個16b的定時/計數器T0和T1，4個8b的I/O端口P0、P1、P2、P3，一個全雙功串行通信口等組成。特別是該系列單片機片內的Flash可編程、可擦除只讀存儲器( PROM )，使其在實際中有著十分廣泛的用途, 在便攜式、省電及特殊信息保存的儀器和系統中更為有用。該系列單片機引腳圖如圖4-1所示，同時也為了對下面超聲波測距系統的硬件設計進行更清楚的敘述，對其引腳標了號。

51系列單片機提供以下功能: 4kB存儲器；256BRAM；32條I/O 線；2個16b定時/計數器；5個2級中斷源；1個全雙向的串行口以及時鐘電路。

空閑方式: CPU 停止工作，而讓RAM、定時/計數器、串行口和中斷系統繼續工作。

掉電方式: 保存RAM的內容, 振蕩器停振，禁止芯片所有的其他功能直到下一次硬件復位。

51系列單片機為許多控制提供了高度靈活和低成本的解決辦法。充分利用他的片內資源，即可在較少外圍電路的情況下構成功能完善的超聲波測距系統。

 

圖4-1  AT89S51引腳圖

4.2.1 超聲波發射電路的設計

超聲波發射電路原理圖如圖4-2所示。

設計原理：發射電路主要由反向器74LS04和超聲波換能器T構成，AT89S51單片機P1.0端口輸出的40kHz方波信號一路經一級反向器后送到超聲波換能器的一個電極，另一路經兩級反向器后送到超聲波換能器的另一個電極。用這種推挽形式將方波信號加到超聲波換能器兩端，可以提高超聲波的發射強度。

輸出端采用兩個反向器并聯，用以提高驅動能力。上拉電阻R8、R9一方面可以提高反向器74LS04輸出高電平的驅動能力，另一方面可以增加超聲波換能器的阻尼效果，縮短其自由振蕩的時間。

在實驗制作和電路改進中，為了增加測量效果，可以考慮提高接收的靈敏度，但是靈敏度也并不是越高就越好。接收靈敏度過高，容易引起自激，結果反而不好，其實可以從增加發射功率方面著手，只要在發射頭兩端加個線圈。線圈可以用0.01mm的銅絲在小磁環繞成大致初級10匝，次級40匝左右。

  

圖4-2  超聲波發射電路

4.2.2 超聲波檢測接收電路的設計

本超聲波測距儀的接收電路采用集成塊CX20106A，其總放大增益為80db 以保證7腳輸出的控制脈沖序列信號幅度在3.5-5V以內。超聲接收換能器UCM-40R接收到的信號經C9電容耦合至輸入端1腳，總增益大小由2腳接收器R、C決定。R越小，C越大增益越高，C9選值過大將造成頻率響應變差，為了兼顧總增益和頻率特性R14取4.7 ，C17取3.3μF，3 腳C為檢波電容，選3.3μF，當其容量減小時，瞬態響應，靈敏度會有所提高，但檢波輸出脈沖寬度變動也較大。帶通濾波特性，可由5腳R15電阻決定其值在210K-220K間調整，本設計R15定為200K。用金屬膜電阻調試，若其阻值偏差過大，中心頻率也將相對偏移。所以當信號經過帶通濾波器時，增益將大大降低，6腳C6電容為比較積分電容，7腳R16為輸出負載電阻，104pF電容C11為電源濾波元件，當電容容量減小或失效時，將造成濾波不良，可能干擾接收輸入端。超聲波接收電路如圖4-3所示。

CX20106是紅外遙控接收前置放大雙極性電路，引腳意義如下：

1 IN    遙控信號輸入端(此腳與地之間接紅外線接收二極管

2      前置放大器頻率特性和增益設定(此腳與地之間接RC串連電路)

3     接檢波電容

4 GND   接地

5      設定帶通濾波器的中心頻率(此腳與電源間接電阻)

6      外接積分電容

7 OUT   遙控指令輸出端

8      外接電源

典型電壓5V，典型功耗9mW。帶通濾波器的中心頻率可由電阻調節，范圍30－60kHz。配套使用型號為M50462AP。

 

圖4-3  超聲波接收電路

4.2.3 超聲波蜂鳴報警電路的設計

蜂鳴報警電路是采用揚聲器來對所設置的報警距離實施報警，以向駕駛員提出警示。

本系統可以設定距離值，當大于或小于設定值時將發出控制信號。當小于設定值時，進入蜂鳴報警狀態，通過一個NPN晶體管來驅動蜂鳴器，不需要復雜的濾波和放大電路，具有自動平滑功能，蜂鳴器鳴響。

超聲波蜂鳴報警電路如圖4-4所示。

 

圖4-4  超聲波蜂鳴報警電路

4.2.4 超聲波系統鍵盤電路的設計

鍵盤電路是用來對最大測距、最小測距以及有關參數進行設置。

鍵盤輸入：開啟值30-1000厘米，關閉值30-1000厘米（在該范圍內任意設置）。本系統由一個按鍵 啟動/停止系統，由三個按鍵設定距離值： 的作用是進入和退出設定， 和 ：分別是向上加值和向下減值，每按一次加或減一厘米，由數碼管輸出顯示。超聲波系統鍵盤電路如圖4-5示。

 

圖4-5  超聲波系統鍵盤電路

4.2.5 超聲波濾波整流電路的設計

超聲波濾波整流電路如圖4-6所示。該電路是用來把反射信號轉換為標準電平信號，通過整形把檢波后得到的不標準的脈沖波整形為標準脈沖波。

信號整形電路：當接收到的信號從信號篩選電路中出來之后是一個很不規則的方波信號，希望最好得到一脈沖信號，經過此部分電路處理過后再送進單片機中進行處理運算。

因為多諧振蕩器中有高頻分量噪聲，所以通過低通濾波器將高頻噪聲濾掉。本信號篩選電路在整個電路中可以說起到非常重要的作用，通過對它的適當調整，可以有效地濾除由于外界干擾帶來的非超聲波信號進入超聲波接收系統，從而大 大提高了本電路的抗干擾性。

 

圖4-6  超聲波濾波整流電路

4.2.6 時鐘和復位電路設計

（1）復位電路的設計

在振蕩器運行時，有兩個機器周期（24個振蕩周期）以上的高電平出現在此引腿時，將使單片機復位，只要這個腳保持高電平，51芯片便循環復位。復位后P0－P3口均置1引腳表現為高電平，程序計數器和特殊功能寄存器SFR全部清零。當復位腳由高電平變為低電平時，芯片為ROM的00H處開始運行程序。復位操作不會對內部RAM有所影響。

（2）時鐘電路的設計

時鐘振蕩器：

AT89S51中有一個用于構成內部振蕩器的高增益反相放大器，引腳XTAL1和XTAL2分別是該放大器的輸入端和輸出端。這個放大器與作為反饋元件的片外石英晶體或陶瓷諧振器一起構成自激振蕩器。

外接石英晶體（或陶瓷諧振器）及電容C1，C2接在放大器的反饋回路中構成并聯諧振電路。對外接電容C20，C25雖然沒有十分嚴格的要求，但電容容量的大小會輕微影響振蕩頻率的高低，振蕩器工作的穩定性，起振的難易程序及溫度穩定性，如果使用石英晶體，推薦電容使用30pF 10pF ,而使用陶瓷諧振器建議選擇40pF 10pF。

可以采用外部時鐘。這種情況下，外部時鐘接到XTAL1端，即內部時鐘發生器的輸入端，XTAL2則懸空。

由于外部時鐘信號是通過一個二分頻觸發器后作為內部時鐘信號的，所以對外部時鐘信號的占空比沒有特殊的要求，但最小高電平持續時間和最大的低電平持續時間應符合產品技術條件的要求。時鐘復位電路如圖4-7所示：

 

圖4-7  時鐘和復位電路

4.2.7 擴展顯示電路的設計

回波經過AT89S51對接收到的信息進行處理后，被測的距離在LED上顯示。

顯示電路采用簡單實用的四位一體共陽極LED數碼管顯示所測距離值，顯示電平使用低電平有效。段碼用74LS245驅動，外接升壓電阻。位碼用PNP三極管8550（可用9012替代）驅動。顯示電路如圖4-8所示。

數碼管采用動態掃描顯示，動態掃描顯示的好處是對CPU的I/O口要求較少，但對電路的干擾較大，注意PCB板的布線和對接收放大電源的穩定性要進行補償處理，否則對其影響很大。

74LS245雙向總線接收器簡要說明：74LS245為三態輸出的八組總線收發器，其主要電器特性的典型值如表4-1所示(不同廠家具體值有差別)。

表4-1  74LS245電器特性

 

 

 

 

74LS245 8ns 8ns 275mW

引出端符號：A     A總線端

B     B總線端

      三態允許端(低電平有效)

DIR   方向控制端

極限值：電源電壓 …………………………………………. 7V

輸入電壓 …………………………………………. 7V

輸出高阻態時高電平電壓 ……………………… 5.5V

工作環境溫度：74LS245 ………………………………….……… 0~70℃

存儲溫度 ………………………………………-65~150℃

 

圖4-8  顯示電路

4.3 小結

本章首先介紹了做設計的硬件設計工具Protel DXP，然后對超聲波測距系統的硬件各電路功能模塊包括發射電路、接收電路、顯示電路、核心功能模塊單片機控制器及一些輔助電路進行了詳細的敘述，給出了詳細的原理圖。

本系統利用AT89S51產生40kHz的頻率驅動超聲波換能器的發射頭，接收頭收到信號后，經CX20106A芯片進行放大、限幅、濾波、整形、比較后輸出低電平送到單片機的外部中斷0申請中斷，單片機響應中斷請求，取得定時器內的時間進行距離計算，用四位一體的數碼管顯示測出的距離，并可根據設定報警距離進行報警。

 

第五章 超聲波測距系統聯機調試與結論

5.1 系統硬件電路調試與分析

5.1.1 調試儀器和內容

（1）測試試驗方法：可通過顯示電路實驗、超聲波發射接收以及測距試驗進行調試。

測試儀器：示波器，多功能穩壓電源，電壓表，秒表。

（2）調試內容

超聲波測距儀的制作和調試都比較簡單，安裝時探頭時應保持兩換能器中心軸線平行并相距4～8cm，其余元件無特殊要求。若能將超聲波接收電路用金屬殼屏蔽起來，則可提高抗干擾能力。根據測量范圍要求不同，可適當調整與接收換能器并接的濾波電容C的大小，以獲得合適的接收靈敏度和抗干擾能力。

系統調試完后對測量誤差和重復一致性進行多次實驗分析，不斷優化系統使其達到實際使用的測量要求。

5.1.2 調試過程

系統采用模塊化電路設計, 采用較低的外部晶振和中周電路固化的超聲波探頭，數字和模擬部分電路分開供電，以提高系統抗干擾能力，但由于實際應用中仍存在較多電磁干擾，而回波信號為小信號輸入, 系統調試中通過硬件補償的方式對電路進行了優化和調整，使系統達到了較高的可靠性。

測距系統經過檢波等硬件處理后的波形如圖5-1所示：

在檢測時，發送完檢測脈沖后立刻進行判斷負脈沖的長短，從而確定是否有障礙物存在。無障礙物時負脈沖寬度固定為t1，有障礙物時負脈沖固定為t1+t2，t3為超聲波回波檢測負脈沖。t1、t2的寬度與發送的脈沖周期數有關。周波數越多，t1越寬，檢測距離越遠，反之亦然。T3與T4之間的長度會隨障礙物的距離而先行變化。因此，只要檢測出t1、t2及T3與T4之間的長度即可判斷障礙物距離。

（1）7段數碼管的測試

LED數碼有共陽和共陰兩種，把這些LED發光二極管的正極接到一塊（一般是拼成一個8字加一個小數點）而作為一個引腳，就叫共陽的，相反的，就叫共陰的，那么應用時這個腳就分別的接VCC和GND。再把多個這樣的8字裝在一起就成了多位的數碼管了。

    首先，找個電源（3到5伏）和1個1K（幾百的也歐的也行）的電阻，VCC串接個電阻后和GND接在任意2個腳上，組合有很多，但總有一個LED會發光的找到一個就夠了，然后用GND不動，VCC（串電阻）逐個碰剩下的腳，如果有多個LED（一般是8個），那就是共陰的了。相反用VCC不動，GND逐個碰剩下的腳，如果有多個LED（一般是8個），那就是共陽的了。

（2）發射器探頭對接收器探頭的影響

超聲波從發射到接收的時間 間隔是由控制器內部的定時器來完成的。由于發射器探頭與接收器探頭的距離不大，有部分波未經被測物就直接繞射到接收器上，造成發送部分與接受部分的直接串擾問題。這一干擾問題可通過軟件編程，使控制器不讀取接收器在從發射開始到"虛假反射波"結束的時間段里的信號。這樣，就有效的避免了干擾，但另一方面也形成了20cm的“盲區”。此“盲區”很小，對本系統沒有影響。

（3）調試注意事項

•超聲波探頭表面嚴禁用手及其它物體觸摸以免產生信號滯后性及損壞。

•在測距中應保證測距儀與被測物體距離為定值，要和被測物體成一條直線，使測得距離讀數的準確性。

5.1.3 測試數據及測試結果分析計算

傳感器工作電壓：超聲波傳感器5V

試驗數據：簡單搭建電路板并調試后，對一500mm寬的距離測試，所測數據如表5-1所示（單位:mm）。

表5-1  500mm寬的距離測試數據

次數 1 2 3 4 5 平均

測值 500.3 499.8 499.9 500.1 500.0 500.03

該測距系統使用方便、精度高，在一些惡劣環境，如極易被腐蝕、電解，失去靈敏性等工礦業現場將大有用武之地。

（1）測試結果與分析

超聲波測距系統調試完成后，對系統進行了測試。在超聲波換能器與較大平面(如墻壁面)法線方向一致時，量程為0.07~5.50m，測距盲區控制在20cm內，分辨率為0.01m，實驗中對測量范圍0.07~2.50m內的平面物體做了多次測試，測距器的最大誤差不超過1cm，重復一致性很好。因為超聲波具有一定發散角，所以當在正前方和斜前方都有物體時，會以距發射器最近的物體作為探測目標。目前此設計可提交于應用于一些動機器人、安全線提示，銀行及取款機的一米線提示等場合。

（2）誤差分析

對系統進行實驗測試，結果發現在5米范圍內，最大誤差在5cm以內，且距離越近，誤差越小，限制該系統最大可測距離的因素包括：超聲波的幅度、反射面的質地、反射和入射聲波之間的夾角以及接收換能器的靈敏度。接收換能器對聲波脈沖的直接接收能力將決定最小的可測距離。

測距誤差主要來源于以下幾個方面：

①氣溫度變化等引起的聲速變化造成的誤差，溫度在-30℃-40℃范圍變化時，傳播速度v的變化范圍為313米/秒-356米/秒，由測距公式可計算出距離值有一定影響，采用聲速預置和傳播介質溫度測量結合的方法對聲速進行修正，可有效地降低溫度變化產生的誤差。

②發射與脈沖計數由于響應快慢差異開啟不同步引起的誤差，對此在調試中通過脈沖計數值補償進行修正。

③超聲波在傳播過程由于受衍射、散射和吸收等影響衰減導致的誤差，近距離誤差不明顯，距離越遠產生的誤差越大，可適當增大超聲波的發射功率等來改善。

④發射和接受前置電路延遲的時間誤差等，發射前置電路和接收前置電路中采用集成芯片都有時間延遲。對此采取時間增益控制，來減少誤差，由于本裝置對于厘米級的精度已經足夠，電路延遲都是納秒數量級，記數頻率是40kHz，所以減少一個記數單位完全可以矯正。針對誤差原因在程序設計及系統調試中做了相應處理后，收到一定的效果，精度得到一定的提高。

⑤超聲波波束對探測目標的入射角的影響。

⑥超聲波回波聲強與待測距離的遠近有直接關系。

⑦超聲波傳播速度對測距是有影響的。穩定準確的超聲波傳播速度是保證測量精度的必要條件，傳播媒質的特性，如溫度、壓力、密度對聲速都將產生影響。因此，為了準確地計算距離，應對聲速加以修正，系統程序中采用了軟件補償措施。

（3）誤差改進

由于考慮到體積、成本等因素，本裝置在性能上、功能上還存在不足，有待于進一步提高：

•增加幾路不同方向的超聲波探測或紅外探測器以及溫度補償電路等，可以提高裝置的靈敏度和精度,同時提高可靠性。

•可在裝置中增加一個語音芯片，將蜂鳴報警改為語音說明指示，根據探測結果直接報出距離、方位，更便于使用。

•由于受發射功率及回波檢測靈敏度的限制，探測范圍較小，可增加發射功率調節等電路，以便增大探測范圍，可用于夜間探路、井下探索等。

（4）溫度的補償

由于超聲波也是一種聲波，其聲速C與溫度有關。在使用時，如果溫度變化不大，則可認為聲速是基本不變的。如果測距精度要求很高，則應通過溫度補償的方法加以校正。聲速確定后，只要測得超聲波往返的時間，即可求得距離。

所以，在超聲波的兩個探頭旁邊可放置溫度傳感器，測出環境溫度T，由單片機控制器進行軟件修正。

5.2 系統源程序的調試過程

5.2.1 軟件仿真驗證

本設計采用51匯編語言編寫，用Keil C51編譯和調試。這里采用光電二極管和光電三極管來代替超聲波發送探頭和超聲波接收探頭，且空中傳播過程略去仿真。聯調仿真后，可見數字電路的延遲效果比較明顯，所以需要軟件矯正。

由于超聲波探頭存在余震效應, 為避免余震產生的“虛假反射波”超聲測距數據的采集與處理錯誤申請中斷，超聲波脈沖發射后軟件中設置了一段時間的延時，稱為“死區”時間，“死區”形成了距離測量中的“盲區”，由于探頭的性能誤差，運行后要不斷調整探頭的“死區”。經過應用過程的調試，本系統的測量“盲區”控制在20cm內，“死區”時間為115ms，測量誤差為±1cm。

結  論

本文所設計的倒車雷達系統是保障汽車倒車安全的輔助系統，通過超聲波探頭發出超聲波，使用高速單片機計算距離，還可加入了溫度補償電路，提高了距離計算的精度。系統安裝的LED可以直觀的顯示溫度和距離，給駕駛員提供了方便。倒車時當汽車與障礙物的距離小于所設定的安全距離時，系統發出報警，提醒駕駛員，防止汽車的碰撞或擦傷，具有很強的實用性。

整個報警器系統由汽車倒車擋控制，當汽車置于倒車擋時，報警器工作；置于其它擋時，報警器不工作。在環境溫度為-20～50℃的范圍內，測量誤差為幾個厘米，這個誤差能滿足正常倒車的需要。因為本設計所采用的超聲波傳感器的輻射范圍是   60°，所以在安裝時，需在車尾裝3～4個超聲波傳感器，這樣才能覆蓋整個范圍。

利用51系列單片機設計的測距儀便于操作、讀數直觀。經實際測試證明, 該類測距儀工作穩定, 能滿足一般近距離測距的要求, 且成本較低、有良好的性價比。

本超聲波測距系統可應用于汽車倒車、建筑施工工地以及一些工業現場的位置監 控，也可用于如液位、井深、管道長度的測量等場合，覺得這次的設計實用性極強。

通過一學期的努力，完成了超聲波測距系統的設計。設計滿足了任務書中的基本要求和擴展要求，軟、硬件設計已達到預期效果。主要完成的工作有：

①學會了使用Protel軟件繪制原理圖和PCB板圖。

②完成了超聲波測距系統的各個功能模塊的硬件設計與調試。

③已經通過系統的軟硬件聯合調試，距離通過LED顯示出來。

由于時間和能力有限，本次設計還有一些不足之處，主要有以下幾方面：

①由于經驗不足，在設計超聲波測距系統的時候，設計原理圖與PCB板圖的時候出現了一些問題。

②在調試時，顯示的延遲性較大，超聲波探頭太敏感。

本文創新點：

①測試結果分析可知，本裝置采用較低成本的器件設計制作，且誤差較小，完全滿足汽車倒車的指引作用，具有較高的性價比。

②裝置結構簡單、體積小、性能穩定，操作容易、使用方便，可以安裝在不同的載體上，制作成不同的用具，如導盲眼鏡、位移儀、深度儀等，具有一定推廣應用價值。

致  謝

感謝西南科技大學。在這里，我開闊了見識，增長了知識，鍛煉了能力。大學四年的親身體驗讓我更增加了對學校的熱愛。

感謝我的指導老師曾毅對我的辛勤培育。從論文的立題到實驗的設計以及論文的撰寫整個過程無不浸透著老師的心血。他廣博的學識，嚴肅的科學態度，嚴謹的治學精神，靈活的思維方式，耐心細致的言傳身教深深感染激勵著我，將使我終身受益。導師不但在學習上給予我耐心細致的指導，在生活中也給了我莫大的關懷，在這里向曾老師表示衷心的感謝。

    感謝大學四年所有指導過的老師。在學習的過程中給了我很多的指導，讓我在理論知識和動手能力上都有很大的提高。

在完成畢業設計和畢業論文的過程中，我們寢室的同學給了我很大的幫助，在此向他們表示深深的感謝。

感謝父母二十多年來的養育之恩，讓我順利的完成了四年的大學學業，并讓我獲取了一定的知識并最終走向社會，為社會貢獻自己!

最后，我要向在百忙之中抽時間對本文進行審閱、評議和參加本人論文答辯的各位老師表示感謝

參考文獻

[1] 戴曰章.基于超聲波測距的汽車倒車報警器設計[J] .自動化與儀器儀表，2006，3.

[2] 趙文龍，苑鴻驥，熊麗云.汽車倒車測距儀中信號處理技術的研究[J] .廈門大學學報，2001，40(4)：106 110.

[3] 李建法等.超聲波測距的電路設計與單片機編程[N] .河南：安陽師范學院院報，2003.

[4] 姜志海，黃玉清等.單片機原理及應用[M] .北京：電子工業出版社，2005.

[5] 王福瑞.單片機微機測控系統大全[M] .北京：北京航天航空大學出版社，1998.

[6] 房曉翠，王金風.單片機實用系統設計技術[M] .北京：國防工業出版社，1999.

[7] 宋明耀.提高超聲測距精度的設計[Z] .電子產品設計，2004.7.

[8] 胡漢才.單片機原理及其接口技術[M] .清華大學出版社，1996.

[9] 劉樂善.微型計算機接口技術及其應用[M] .華中科技大學出版社，2001.

[10] 張明友,呂幼新.信號與系統分析[M] .電子科技大學出版社，1999.

[11] Analog Devices. 3V/5V, 450mA 16-Bit , Sigma-Delta ADC AD7715[J].2000.

[12] Texas Instruments Incorporated. MAX3221 3V to 5.5V multichannelRS-232 line driver/ receiver[J].2000.

[13] Alessio Carullo and Marco Pavis. "An Ultrasonic Sensor for Distance Measurement in Automotive Application[J] ". IEEE SENSOR JOURNAL, 2001,1(2).

[14] Huelaman.l.p.Basic circuit Theory (2nd dition)[Z]. Prentice-Hall, Inc, 1984.

[15] Rabiner L R and Gold B. Theory and Application of Digital signal Processing [M].Prentice-Hill Inc, 1975.

附  錄

附錄1：系統總原理圖

 

附錄2：AT89S51引腳功能

Vcc：電源電壓；GND：地

RST：復位輸入。當振蕩器工作時，RST引腳出現機器周期以上高電平將使單片機復位。

P0口：P0口是一組8位漏極開路型雙向I/O口，也即地址/數據總線復用口。作為輸出口用時，每位能吸收電流的方式驅動8個TTL邏輯門電路，對斷口寫“1”可作為高阻抗輸入端用。

在訪問外部數據存儲器或程序存儲器時，這組口線分時轉換地址（低8位）和數據總線復用，在訪問期間激活內部上拉電阻。

在Flash編程時，P0口接收指令字節。而在程序檢驗時，輸出指令字節，校驗時，要求外接上拉電阻。

P1口：P1是一個帶內部上拉電阻的8位雙向I/O口，P1的輸出緩沖級可驅動（吸收或輸出電流）4個TTL邏輯門電路。對端口寫“1”，通過內部上拉電阻把端口拉到高電平，此時可作輸入口。作輸出口使用時，因為存在上拉電阻，某個引腳被外部信號拉低時會輸出一個電流（ ）。

Flash編程和程序校驗期間，P1口接受低8位地址。

P2口：P2是一個帶內部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2的輸出緩沖級可驅動（吸收或輸出電流）4個TTL邏輯門電路。對端口寫“1”，通過內部上拉電阻把端口拉到高電平，此時可作輸入口。作輸出口使用時，因為存在上拉電阻，某個引腳被外部信號拉低時會輸出一個電流（ ）。

在訪問外部程序存儲器或16位地址的外部數據存儲器P2口送出高8位地址數據。在訪問八位地址的外部數據存儲器，P2口線上的內容（也即特殊功能存儲器（SFR）區中R2寄存器）。在整個訪問期間不改變。

FLASH編程或校驗時，P2亦接受地址和其它控制信號

P3口：P3口是一組帶有內部上拉電阻的八位雙向I/O口，P3口輸出緩沖級可驅動（吸收或輸出電流）四個TTL邏輯門電路。對P3口寫入“1”時。它們被內部上拉電阻拉高并可作為輸入端口。作輸入端時，被外部拉低的P3口將用上拉電阻輸出電流（I ）。

P3口除了作為一般的I/O口線外，更重要的用途是它的第二功能，如表③-2所示。P3口還接受一些用于FLASH閃速存儲器和程序校驗的控制信號。

表1  P3口的分配

端口引腳 第二功能

P3.0 RXD（串性輸入口）

P3.1 TXD(串行輸出口)

P3.2  （外中段0）

P3.3  （外中段1）

P3.4  （定時/計數器0）

P3.5  （定時/計數器1）

P3.6  （外部數據存儲器寫選通）

P3.7  （外部數據存儲器讀選通）

ALE：當訪問外部程序存儲器或數據存儲器時，ALE（地址鎖存允許）輸出脈沖用于鎖存地址的低八位字節。即使不訪問外部存儲器，ALE仍以時鐘振蕩頻率的1/6輸出 固定的正脈沖信號，因此它可對外輸出時鐘或用于定時目的。要注意的是，每當訪問外部數據存儲器時將跳過一個ALE脈沖。對Flash存儲器編程期間，該引腳還用于輸入編程脈沖（ ）。如有必要，可通過對特殊功能寄存器（SFR）區中的8EH單元的D0位置位，可禁止ALE操作。該位置位后，只有一條MOVX和MOVC指令ALE才會被激活。此外，該引腳會被微弱拉高，單片機執行外部程序時，應設置ALE無效。

 ：程序儲存允許（ ）輸出是外部程序存儲器的讀選通信號，當AT89C51由外部程序存儲器取指令（或數據）時，每個機器周期兩次 有效，即輸出兩個脈沖。在次期間，當訪問外部數據存儲器時，這兩次有效的 信號不出現。

EA/VPP：外部訪問允許。欲使CPU僅訪問外部程序存儲器（地址為0000H-FFFFH），EA端必須保持低電平（接地）。需注意的是：如果加密位LB1被編程，復位時內部會鎖存EA端狀態。如EA端為高電平（接Vcc端），CPU則執行內部程序存儲器中的指令。Flash存儲器編程時，該引腳加上+12V的編程允許電源Vpp。當然這必須是該器件是使用12V編程電壓Vpp。

XTAL1：振蕩器反相放大器的及內部時鐘發生器的輸入端。

XTAL2：振蕩器反相放大器的輸出端