平台设计论文

平台设计论文（共8篇）

平台设计论文 篇1

人文街交易平台打造国内领先的正版商业图库,原创作品交易平台,.汇聚众多优秀摄影师、设计师,提供海量可授权商业使用的高清正版摄影图片、设计素材.,是一个不可多得的以广大艺术家资源为主的多媒体素材交易平台,目前资源已覆盖视频、音乐、音效、3D、AfterEffects模板、照片和插画。

设计，指设计师有目标有计划的进行技术性的创作与创意活动。设计的任务不只是为生活和商业服务，同时也伴有艺术性的创作。

根据工业设计师Victor Papanek 的定义，设计（Design）是为构建有意义的秩序而付出的有意识的直觉上的努力。更详细的定义如下： 第一步：理解用户的期望、需要、动机，并理解业务、技术和行业上的需求和限制。

第二步：将这些所知道的东西转化为对产品的规划（或者产品本身），使得产品的形式、内容和行为变得有用、能用，令人向往，并且在经济和技术上可行。（这是设计的意义和基本要求所在）

这个定义可以适用于设计的所有领域，尽管不同领域的关注点从形式、内容到行为上均有所不同。

随着现代科技的发展、知识社会的到来、创新形态的嬗变，设计也正由专业设计师的工作向更广泛的用户参与演变，以用户为中心的、用户参与的创新设计日益受到关注，用户参与的创新2.0模式正在逐步显现。用户需求、用户参与、以用户为中心被认为是新条件下设计创新的重要特征，用户成为创新2.0的关键词，用户体验也被认为是知识社会环境下创新2.0模式的核心。设计不再是专业设计师的专利，以用户参与、以用户为中心也成为了设计的关键词，Fab Lab、Living Lab等的创新设计模式的探索正在成为设计的创新2.0模式。

人文街交易平台包括以下素材及源码： 新闻素材

记者在采访中获得的原始材料，是记者提炼新闻事实、新闻题材、报道主题和写作新闻报道的基础。新闻素材来源不一，而且往往零散杂错、真伪莫辨，一般只是接触到事物的局部细节或表象，只有经过认真的核实、鉴别、整理和提炼加工，才能成为真实、完整、典型、生动的新闻事实，成为新闻报道反映事物的本来面目，揭示事物本质的具有高度可信性和雄辩说服力的材料。

多媒体素材

多媒体素材是指多媒体课件、以及多媒体相关工程设计中所用到的各种听觉和视觉工具材料。多媒体素材是多媒体课件的基本组成元素，是承载教学信息的基本单位。它包括文本、图形、图像、动画、视频、音频等。素材的准备包括采集制作，是课件制作中耗费时间、精力最多的工作。

矢量素材

在介绍矢量图形之前，我们首先阐述矢量对象的概念。矢量对象是以矢量的形式，即用方向和大小来综合表示目标的形式描述的对象。例如画面上的一段直线，一个矩形，一个点，一个圆，一个填充的封闭区域……等等。矢量图形文件就是由这些矢量对象组合而成的描述性文件。矢量图形则是计算机软件通过一定算法，将矢量对象的描述信息在显示终端上重绘的结果。比如说一个椭圆，它就包括由通过椭圆边缘的一些点组成的轮廓和轮廓内的点两部分。对于矢量图像，椭圆的颜色取决于椭圆轮廓曲线的颜色和轮廓封闭的区域颜色，与轮廓内单独的点无关。我们可以通过修改描述椭圆轮廓的直线或曲线来更改椭圆的性质，也可以移动、放缩、变形，或者在不改变图形显示质量的前提下，改变具有矢量性质的椭圆的颜色。矢量图形具有独立的分辨率，也就是说我们以各式各样的分辨率来显示矢量图形，它都不会失真。

淘宝素材

淘宝素材就是为初学网上开店铺装修、建店者完全免费提供的教程、图片等资料，是在网络电子商务发展到今天产生的必然产物，是针对在网上开店的朋友提供淘宝素材及店铺装修的教程，包括淘宝、易趣、拍拍、淘教网、淘宝教材网等网上开店的店铺（也就是网店）装修介绍，以

及网页三剑客的教程和网站源程序的下载内容。

意境素材

意境素材是指活跃着生命律动的韵味无穷的诗意空间的装饰素材，一般会以图片、头像等方式呈现出来，可以给博客、空间等区域增加一个活性的点缀，有着很高的欣赏意义。数学素材

小说素材

小说素材指小说家从现实生活中积累和摄取的，尚未经过整理、集中、提炼和加工的原始材料。任何小说的创作，都有一个积累和发现素材的过程，它是形成小说题材的基础。素材获取的丰富和真实程度，是决定小说能否进入成功创作的关键环节。一般而言，某些幻想类的小说，可以从别人的小说中汲取好的字，词，句，已达到自己满意的效果。而生活中的素材则更加难找。

空间素材 空间素材是用于空间装扮的图片，flash，音乐，文字等等。也用于空间皮肤、百度空间等装扮，随着QQ空间的慢慢走红，素材也变得极其重要，素材就像是整个空间的灵魂，没有好的素材，再好的空间也出不来。空间素材包括 图片类、文字类、音频类、Flash类、Photoshop自定义类等 各种各样使自己的个人空间更加完美的唯美素材。

婚庆素材

婚庆素材的搜集有很多方法，最容易的方法是去看别人的婚礼。在我们的身边时不时的有朋友、亲人结婚办喜事，自己不妨提前去，可以跟主家交谈一番，交流一下婚礼素材的种类，购买时要注意的事项等等。条件一般的家庭的婚礼场面都差不多，所以参加个三五场婚礼下来，我们就会知道不少关于婚庆素材的事情。

如果你对于婚礼要求较高的话，可以花钱去婚庆公司咨询，“术业有专攻”，专业做婚庆的他们一定会给您提供多种婚庆所需素材和方案的。不止是结婚庆典，其他的大型的庆典也有很多的相似之处，在询问别人知道了基础的内容之后，剩下的就要看自己是否用心了，比如说，结婚时候的手捧花、胸花可以自己新手制作，这样有独特含义的东西相信对方一定会喜欢的。

口碑素材

口碑素材Brand Public Praise Material，是指品牌信息中具备口碑传播条件的内容。它的表现形式有故事、题材、新闻、消息、传说、评论、描述等，通常包括产品服务应用消息、企业荣誉、企业公民行为、负品牌现象

教学素材

教学素材指数学课本上的文本、图片、物体及其数量等一切可以利用来为教学服务的材料，是静态的，客观的，尚未形成数学思维的材料。例如，如2只猫，8条小金鱼，飞走6只小鸟等等。它与数学思维是一对正反的教学理念，教学中要做到有效，必须把数学素材形成数学思维。图片素材

图片素材是指各类摄影、设计图片，是素材中占比较大的一个类目。常用于网页设计，海报设计和各类印刷宣传品等，一般提供图片素材的网站有昵图网，前图网等。随着版权风险的增大。

动态源码

在服务器端运行的程序、网页、组件，属于动态网页，它们会随不同客户、不同时间，返回不同的网页，例如ASP、PHP、JSP、NET、CGI等。

最大的特点就是能够和用户之间互动。比如说网易的信箱，张三登陆的时候，会看到欢迎光临张三，李四又登陆了，李四又看到欢迎光临李四，其实他们两个人登陆的是一个页面，这个就是动态源码的好处，如果要是用静态源码，好像网易有几百万的邮箱用户，每个人做一个页面那

要多少页啊?动态源码不单单只有这么一点用处，比如说我们常见的一些论坛、留言本、计数器、聊天室等，都是由动态源码开发的。动态源码最大的特点就是有数据库，比如ACCESS，SQL，MYSQL，等!此类网站源码的特点就是拥有后台管理，此类网站源码相对静态源码来说不容易被搜索引擎收录！

静态源码

运行于客户端的程序、网页、插件、组件，属于静态网页，例如html页、Flash、JavaScript、VBScript等等，它们是永远不变的。

比如说我们当前看到的这个网页他就是静态的源码，静态源码无法实现以上的那些功能。没有后台，但容易被搜索引擎收录。

有不少源码下载站，下载的源码基本上文件都不齐全，只能做为参考学习使用，如果想使用此类源码，必须要专业的编程人员加以修改才能使用，如果您是一位网站开发者可以到淘宝上购买源码，这种源码一般情况都是比较齐全的，当然也有不齐全的，但只需稍加修改就可以建立自己的网站。

静态与动态

程序是否在服务器端运行，分辨静态网页与动态的重要标志。

静态网页和动态网页各有特点，网站采用动态网页还是静态网页主要取决于网站的功能需求和网站内容的多少，如果网站功能比较简单，内容更新量不是很大，采用纯静态网页的方式会更简单，反之一般要采用动态网页技术来实现。

静态网页是网站建设的基础，静态网页和动态网页之间也并不矛盾，为了网站适应搜索引擎检索的需要，即使采用动态网站技术，也可以将网页内容转化为静态网页发布。

平台设计论文 篇2

随着智能手机的快速普及, 智能手机操作系统市场风生水起。在如今这个智能手机系统群雄纷争的时期, 2008年Google推出了一款名为Android[1]的开源智能手机操作系统。它采用Linux内核, 开放手机联盟 (OHA) 成员可以任意使用和修改SDK包, 系统的开源性使其具有良好的拓展性。这款软件包括了操作系统、用户界面和应用程序, 即智能手机工作所需要的全部软件。Android的最大特点是其开放性体系架构, 不仅具有非常好的开发、调试环境, 而且还支持各种可扩展的用户体验, 包括丰富的图形组件、多媒体支持功能以及强大的浏览器。因此, 对于软件从业人员来说, Android平台具有无限的吸引力, 而这种改变, 目前市场只是在3G手机中得到应用。但手机终端在操作系统方面更多地是考虑提供一个3G业务应用平台, 开发基于Android平台的教学辅助平台, 它打破了传统校园的界限, 可以创造不受时空限制的更广阔的多元化学习环境, 能使学习者更主动地参与并提升学习兴趣, 同时还能实现非实时教学传授方式。因而利用Android的发展, 建立辅助教学的教学平台是形之有效的辅助教学工具, 是达到资讯交流与资源共享的最佳途径。可见, 面对教育发展对网络教育的需要, 开发一个比较有个性的网络教学平台[2,3,4,5,6,7,8,9,10]是很有必要的。

1 框架设计

教学辅助平台构建于操作系统、数据库和软件开发平台之上, 由基本资源库、系统支撑平台实现底层基本功能, 然后在此基础上构建一组应用子系统, 整个平台采用单点登录与身份认证, 各个应用子系统之间数据共享, 非常好的解决了以前多个系统之间重复身份验证和数据重复录入的问题, 其框架设计如图一所示。

1.1 课程辅导群

根据不同的课程建立不同的课程辅导群, 以利于学生能更好的学习该课程。

1.2 专家博客群

以专任教师为主, 建立按人来管理而不是按课程来管理的博客群。教师在自己的博客上发布某一学科方面的最新进展、学习心得、专题详解等, 不必拘泥于教材, 也不必限定于自己本学期所教授的课程。

1.3 教学资源库

将各种教学资源按照课程进行分类, 提供上传和下载。包括:课件、教学进度表、教学计划、相关软件等。

1.4 学生自测库

关于学生在使用智能机的用途方面的调查, 90%的同学选了通话、短信, 90%的同学选择了社会性网络服务, 如微信、人人网、微博等, 微信、微博、人人网等的流行一部分原因是满足大学生的社交需要, 另一个原因是因为学生或者社会工作者可以通过智能手机快捷的载入相应软件。这也给软件开发商一个很好的策略:要想牢牢把握住市场, 必须保证一定的软件下载量。55.7%的同学选择了看书、学习, 说明虽然目前学习、看书不是大学生智能手机最主要的用途之一, 但只要软件开发商认真开发相应软件, 智能手机作为学习、看书工具必然会越来越普遍[1]。将学生需要学习的课程输入到系统中后, 学生可以通过登录系统对所学知识进行自测。这样可以不受时间和空间限制的进行学习, 查缺补漏。

除以上模块以外, 还可以考虑以下扩展功能模块: (1) 利用平台进行作业的布置及批改。 (2) 学生可以进行章节的练习和课程的模拟考试。 (3) 教师可以发布各类通知。 (4) 学生可以提问, 教师可以答疑。

2 辅助教学课堂组织形式

辅助教学应采用“任务驱动”式的教学模式, 让学生带着问题来学习, 有目的的进行学习, 培养学生解决问题的能力。为达到解决实际问题的要求, 在教学实施过程中, 可以利用建构主义的教学模式。它大体可分为下面几个教学环节:明确主题、进入情境、独立探索、协作学习和效果评价, 以下是教学模式的几个阶段:

2.1 明确主题

教师首先公布本课的学习任务。只有使学生知道自己要做什么, 才能为自己的学习确立非常明确的目标, 为学习任务的完成打好基础。

2.2 搭建框架、进入情境

如果把主题看作宝塔的金顶, 这一步的任务则是构建塔的框架。教师抓住主题, 引导学生思考哪些具体问题与主题相关, 接着可以细分主题, 把它们作为一个个节点, 为主题搭建一个有具体目标的框架。

2.3 独立探索

有了具体的目标, 接下来就可以让学生搜寻与主题有关的内容, 并把找到的素材保存下来。此时, 可能有一些学生感到无从下手, 教师应适时、适当的给予辅导, 尽量使学生通过自己的努力完成搜集任务。这个环节, 是教学任务的主要实施阶段, 教师要敢于放手, 给予学生充分的学习自主性, 这样才不会束缚学生的思维, 增强他们独立完成任务的信心和决心, 从而找到获取信息的方法, 初步形成科学的解决问题的能力。

通过充分的自主学习, 有的学生找到了更简捷的搜索信息的方法 (如使用百度搜索) ;有的则从不同角度了解了与主题的有关知识;有的还把自己找到的信息进行了科学的分类, 通过剪切、粘贴, 把有价值的资料通过文档记录下来, 完成了自身学习所需要材料的初步构建。

2.4 协作学习

现今社会, 很注重团队精神和协作精神, 搜集完信息, 可以让学生就自己的资料和结果进行分组讨论, 发表见解。这个过程也是在Android教学辅助平台上进行的, 如为学生建立一个“交流”区, 学生在这个交流区内可自由地和任何对象实现对话、交流心得, 在共享集体思维成果的基础上达到对当前问题比较全面、正确的理解, 最终完成对所学知识的意义建构。

2.5 效果评价

这一环节要完成对学习效果的评价, 其中包括学生的自我评价和小组对个人的学习评价。北师大何克抗教授认为评价内容应包括: (1) 自主学习能力; (2) 对小组协作学习所作出的贡献; (3) 是否完成对所学知识的意义建构。通过这样的评价, 使学生对自己的学习成果有一个客观的认识, 既加深了对知识的理解, 又使学习能力有了进一步的提高。

另外, 基于Android教学辅助平台还有一种模式:教师根据教材的有关内容制作相关的课件, 教师依据这一课件指导学生开展研究型、合作型的学习, 学生也可依据这一课件进行独立自主的学习。由于这种基于Android平台的课件交互性好、知识容量大, 同时也便于师生的操作, 培养学生的探索精神, 成为广大教师进行教学辅助的首选。

3 结束语

通过以上对该教学平台框架的设计, 无论对老师还是学生都是非常有益的, 因此, 可以得出以下结论:

(1) 课堂教学应大力加强学生实践能力的培养, 而要提高实践能力的一个重要因素就是师生之间必须有很强的互动。由于种种原因, 目前的高等院校课堂教学缺少师生之间的互动, 这将大大的影响教学效果。使用该平台来辅助教学工作, 能够将Android平台与传统媒介有机地结合起来, 有效地解决了教与学的交互性, 包括学习内容互动、师生之间的互动、老师之间互动、学生之间的互动。

(2) 一些在传统课堂教学模式下不大愿意提问的学生, 更容易通过手机与教师或同学联系, 增加了师生之间的教学互动, 提高了学习效果。

(3) 该平台打破了许多局限, 满足了学生和老师的需要, 老师要发给学生的材料, 直接发到网上, 作业和考试也是一样, 将作业或试卷放在手机上, 学生答完题后, 在不同时间通过手机交给老师, 整个过程方便快捷。

(4) 教学资源的共享使得教师能够减少一些重复性的备课工作, 可以把时间和精力放在内容的不断更新和修正上。同时学生也能够通过使用这些共享资源从而极大地丰富自己的知识面并提高自己的自学能力。

(5) 学生和教师通过该平台可以很方便的完成交作业和批改作业等任务, 也可以通过使用章节练习和模拟考试的功能随时了解学生对该门课程的掌握情况。作为教师课堂教学效果的一个反馈, 学生也可通过该信息来修正自己的学习方法和学习时间的分配。

摘要：本文通过分析基于Android的教学辅助平台来提升教与学。通过教学辅助平台框架的课程辅导群、专家博客群、教学资源库、学生自测库学生可以更好地学习, 从而提高学生的成绩。如果平台允许, 还可以考虑扩展功能模块: (1) 利用平台进行作业的布置及批改; (2) 学生可以进行章节的练习和课程的模拟考试; (3) 教师可以发布各类通知; (4) 学生可以提问, 教师可以答疑等。结论:通过分析基于Android的教学辅助平台的框架提出了一种课堂教学模式, 以此来提高老师的教和学生的学, 以期实现教与学的双赢。

关键词：Android,辅助平台,教学

参考文献

[1] (美) BillPhillips, BrianHardy, 著.王明发, 译.Android编程权威指南[M].北京:人民邮电出版社, 2014.

[2]曾晶.一种远程交互式教学平台关键技术的研究[D].长沙:湖南大学, 2006.

[3]王兴兰.基于J2EE的网络教学平台的设计与研究[D].哈尔滨:哈尔滨工程大学, 2006.

[4]钱赛微.基于.Net辅助教学平台的设计与实现[D].上海:上海海事大学, 2006.

[5]郭爱章.基于WEB的网络教学平台及自测系统的分析与设计[D].济南:山东大学, 2006.

[6]易雪梅.基于校园网的交互式网络教育平台的设计与实现[D].长沙:湖南师范大学, 2006.

[7]张二锋.基于B/S模式的网络教学平台的构建及应用研究[D].西安:西北大学, 2008.

[8]吴绍靖.基于WEB的网络辅助教学平台的设计与实现[D].武汉:华中师范大学, 2007.

[9]杜震嵘.基于资源库的网络教学平台的研究[D].上海:华东师范大学, 2005.

平台设计论文 篇3

三股强劲的趋势促成了这一变化。首先是不断增加的产品复杂性。消费者对功能和性能的需求与日俱增，同时还要求每一代新产品的原材料成本(BOM)和电池寿命都保持大体一致的水平，这就要求更加精确的软件、信令和逻辑设计。

第二个趋势是新品上市时间在不断缩短，因为竞争对手需要满足消费者对更新更好产品的需求。这就迫使原始设备制造商(OEM)和原始设计制造商(ODM)更加频繁地发布新产品，现在已经不是一年一代新产品，而是按季度发布新产品(如果更新频率不会更快的话)。此外，市场被地域和人口分成许多区域，每个区域需要的功能设置也不尽相同。因此，新一代产品往往需要多种设计，以充分满足日益细分的市场需求。比如手机制造商三星(samsung)，今年就计划推出100多款新型手机。

第三个趋势是设计预算正在缩水。为了使成本更有竞争力，企业不能投入大型设计团队同时开发交错上市的新产品。这就要求小型设计团队必须能够根据市场变化迅速开发出新产品。并且，为了确保效益，新产品还不能盲目模仿已有产品，它们必须拥有不一样的特性，这样才能引起消费者的兴趣。

传统的设计方法是设计团队要从一系列计划书起步，从零开始创建一个全新的、与众不同的设计，这样做显然跟不上步伐。而基于ASIC或ASSP的产品设计也需要一年甚至更多的开发和上市时间。面对消费者错综复杂的需求，改良设计工具从而提升设计工程师生产力的速度至少要与消费者需求增长的速度保持一致，这样才能保证整体设计时间不缩水。

开发人员过去采用的那些可以迅速生产差异化产品并提高产品性能的方法，现在已经不能取得令人满意的效果。比如，过去基于微处理器、通过软件实现差异性能和增强功能的设计方法现在已无法在固定成本下实现工程师所需的全部功能。同样，基于存储器的FPGA设计是利用硬件来实现差异化和提高性能，其价格昂贵，且需要很大功率才能满足设计需要并确保电池寿命。

显然，便携消费市场需要一种新的设计方法一因此基于平台的设计方法应运而生。设计团队首先创建的是一个可以支持整套产品的基础平台，然后通过配置不同的功能来设计单个新品，并通过升级平台来增添新的功能。如果设计考虑周全，单一平台就可迅速衍生出一系列适应不同市场、不同价位的产品。

一家便携式导航设备顶级OEM供应商最近采用这一平台方法创建了一个新的产品系列，基于同一通用平台提供了不同价位的功能组合。每个产品的核心功能，包括尺码和大多数原材料成本，都是相同的。产品的个性化主要表现在重点功能的选择上。例如，通过添加存储器并以彩色显示器代替黑白显示器，不需要耗费什么力气，他们就能将一个基本款产品变成一个高端产品。

要实现这一目标，首先，平台设计必须非常灵活。一个平台支持的变化和功能越多，产品的灵活性就越高。另外，为了实现最佳性能和成本效益，平台应该以硬连接的硬件来实现尽可能多的市场需要的功能。理想的情况是，利用平台把需要定制设计的功能数量降低。把大量功能都包含在通用功能组中，以最小限度的逻辑单元核进行重新配置，从而提供不同的功能组合和接口变化。通过可定制构建模块来增加新功能和新特性，这也是一个成功的平台产品所需的属性。

平台设计论文 篇4

“微机原理汇编及接口设计”是学生学习和掌握计算机硬件知识和汇编语言程序设计的入门课程，基础性、技术性、应用性和工程实践性强。课程以微处理器、总线、接口和程序设计为主线，要求学生掌握微型计算机系统的体系结构、CPU 工作原理和指令系统，学会合理选用存储器和接口芯片，并能根据不同的要求分析和设计系统的硬件结构，用编程的方法实现定时、I/O口控制、按键、显示、中断等功能。学生通过该课程的学习，能够巩固和加深对先修课程知识的理解，为进一步学习仪器仪表、测量控制、计算机控制、单片机原理、嵌入式系统等专业课程奠定理论基础和微机软硬件应用基础。该课程是培养高素质创新型人才的重要环节。

原“微机原理汇编及接口设计”课程的硬件设计实验只需按照接线引脚图即可完成，学生缺乏对接口电路设计环节的应用练习。以经典的“数码管显示”实验为例，大多沿用“简单的输出接口”实验中接口设计电路进行调试，不能充分锻炼学生的综合实践能力和创新能力。笔者在原有的教学实验装置上，设计开发了基于8086微处理器的“接口综合设计”实验平台。该平台不但能很好地帮助学生深入理解和灵活运用理论知识，还能帮助学生提高综合应用的能力，实现从验证性思维到设计、创新性思维的转变。

医疗业务交流平台系统设计方案 篇5

①

商建国 肖辉

摘要：引入带有万转臂高清摄像头的移动推车、三网融合（医院局网、专线网、宽带）的网络技术支持与类似QQ基本功能，根据医生之间的医疗业务交流的特点，打造一个医生之间的业务交流沟通平台，实现医生与专家随时随地的医疗业务沟通。通过各种视频设备（医疗设备视频、移动推车高清摄像视屏、屏幕共享视频）与医院应用系统的远程信息共享，实现患者治疗全过程的远程专家医疗业务指导。医生可以利用此系统通过网络终端或手机实时的传递或得到相应信息，实现随时随地的即时通讯运作模式的常态化医疗交流模式，成为各类医务人员之间日常工作不可缺少的交流工具。

关键字：远程医疗 移动远程工作站

引言：QQ是当今使用最广泛，最成功的即时通信工具。其合理的设计、良好的易用性、强大的功能，稳定高效的系统运行，赢得了用户的青睐。人们使用它实现了亲友与好友的关系建立、专业群创建与加入、实时可以了解好友的在线情况，通过聊天窗口进行各方面的信息交流，通过视频与语音拉近了远在千里之外好友或亲属之间的距离。人们还可以利用QQ留言、发送邮件、传递离线文件、网络硬盘等多种方式来满足日常工作与生活中人与人之间交流，或人们对信息处理的需求。

医疗业务交流平台系统，就是利用当代最先进的网络通讯技术，在QQ基本功能的基础上，根据医生之间的医疗业务交流的特点，打造一个医生之间的业务交流沟通平台，实现医生与专家的医疗业务沟通。通过各种视频设备与系统（医疗设备视频、移动高清摄像、屏幕共享视频）的远程信息共享。

由于此系统引入了带有万转臂高清摄像头的移动推车与三网融合（医院局网、专线网、宽带）的网络技术支持，其功能已远远超出了远程会诊的范围，医生与专家之间可以随时随地进行医疗业务交流，实现患者治疗全过程的远程专家医疗业务指导。远程医疗业务交流平台系统设计也必须具有常态化的即时通讯运作模式，医生可以利用系统通过网络终端或手机实时的传递或得到相应信息。

工信部宽带普及提速工程启动，到“十二五”末期，我国要实现宽带接入用户超过2.5亿户，接入宽带能力城市家庭平均达到20兆，农村家庭平均达到4兆以上，并采取有力措施，进一步提升宽带性价比。越来越多的通用系统都将具备高清视屏功能，研制符合各级医务人员需求的医疗业务交流平台系统与服务体制势在必行。

1方案背景 国务院日前印发《“十二五”期间深化医药卫生体制改革规划暨实施方案》中指出：积极推进公立医院改革；明显提高保障能力和管理水平；基层医疗卫生机构运行新机制有效运转；基本医疗和公共卫生服务能力同步增强。建立医疗业务专用交流平台是深化医疗改革的需要，在目前医疗人才稀缺的形势下，是解决医患供需矛盾的主要手段。

1．1医院规模发展：由于医改的不断深入发展，各医院规模不断扩大。有的需要 ① 武汉大学中南医院信息中心 430071 建立分院、有的建立医院间的联盟协作体、有的建立医院纵向联合体。

1．2医疗业务协作：某些三级医院为了提高运行效率，减轻床位压力，将对患者治疗分解治疗前期、治疗期与治疗康复期。对治疗前期与康复期患者在社区医院中完成，手术治疗期则在三级医院完成。

1．3基层医疗业务指导：由于每个医院都有自己的医疗协作网，每个基层医生都有经常与自己导师进行医疗业务沟通渠道。多种形式的信息交流，能有效的帮助基层医务人员提高自身医疗水平与提高医疗保障能力。

1．4充分利用医疗人才资源：国家新医改政策指出：稳步推动医务人员的合理流动，促进不同医疗机构人才的纵向和横向交流，研究探索注册医师多点执业。通过开展远程门诊与多种形式的医疗业务交流减少盲目出诊。并通过此平台达到规范医师多点执业行为。

1．5充分利用退休专家资源：退休专家是社会的宝贵资源，但由于年龄与精力，不能坐门诊，上手术台。通过医疗业务交流平台，退休专家即可在家中开展远程门诊或进行远程手术指导。

1．6培养年青医生：一个人的医学知识，是通过医学院专业学习得到的。而医疗水平的提高是在日常诊疗与不断勤奋学习中大量经验积累，并在建立导师与学生的“传帮带”基础上提高自身的水平。但是由于学生毕业走上工作岗位后，不能手把手进行指导。利用医疗业务交流平台，实现专家双向指导：专家对基层医师有针对性的日常医疗业务指导；专家的本职日常医疗业务对基层医师的指导。

1．7促进日常医疗学术交流：为了促进专业学科的发展，需要有针对性的举行各种医疗专业学术研讨会，但由于专家医疗业务繁忙无法到会。利用医疗业务交流平台，实现经常性的小型学术交流，对疑难杂症开展学术讨论，活跃学术交流氛围促进学科发展。

目前通用的即时聊天工具可以满足聊天的需要，有的聊天工具以具备了高清视屏功能，但不能满足医疗部门对医疗业务交流的特殊性，必须吸取通用即时通讯工具的特长，针对医疗业务交流特点进行开发。

以上不断变化的医疗业务需求，都需要建立一个适应医疗业务的交流平台支撑。而目前的远程会诊系统只考虑了远程会诊室的建立，忽略了医院业务的特殊性，不能实现随时随地的信息传递，专家无法全面了解远程患者的信息，降低患者确诊率，大大降低远程会诊系统的利用率。

2医疗业务交流特点

2．1真实身份登录：由于各类专家指导建议需要担负一定的法律责任，医疗业务交流必须建立在双方真实身份的基础上。

2．2诊疗过程跟踪：医生对患者的诊疗是一个非常复杂过程，需要进行病情问诊、体格检查、实验室检查与辅助仪器设备检查，再综合医生的诊疗经验，得到处置方案，诊疗方案还需要在治疗过程中不断调整。一个有责任感的远程专家指导基层医生进行患者的诊疗，必须参与患者的全过程跟踪治疗。

2．3信息来源多样化：对患者的信息采集来源于高清视屏、设备仪器、医院信息系统、聊天白板与历史信息记录等。

2．4信息量：在交流过程中，由于需要传递多路高清视屏，信息量大，网络带宽必须达到4M。

2．5跨网络：由于医疗业务交流地点的变化的要求，其系统必需构架医院局网，专线与宽带网的三网融合网络。2．6跨平台：医疗业务交流系统必须可以在电脑、手机等终端平台上运行。2．7随时随地：由于患者病情的不断变化，需要专家与基层医生随时随地进行沟通，并在专家不在线的情况下通过手机、短信等工具与专家联系。专家可以在办公室、病房、家中、外出宾馆等地上网进行指导。

2．8档案建立：由于对患者的远程医疗有可能产生医疗纠纷，所以系统一定要有聊天信息档案保存功能，包括：聊天记录、聊天视屏、语音等。

3系统架构

医疗业务交流平台由网络、硬件设施与应用系统组成。网络由医院局网通过防火墙技术与专线网、公网构成一体，形成三网融合。硬件设施有数字手术室、移动接入推车、专家会诊室、远程门诊等设施构成。应用系统由权限维护、聊天平台、视屏窗口、设备视屏接入、医院系统接入、档案管理等模块构成。

防火墙

3．1数字手术室：在手术中安装可远程遥控的高清摄像云台，通过手麻系统将麻醉机、监护仪等设备信息与医院信息系统接入医疗业务交流平台系统。

作用：基层医院可以将手术过程中产生的信息（图像、语音、仪器设备、电子病历、检查检验与HIS系统信息）传递给专家，专家操作云台指导基层医师完成手术。

可以将专家手术过程采用多角度传递给基层医院或录制成手术教学影像。

3．2移动接入推车：为了充分利用现有基层医院设备，减少投资成本。移动远程医疗工作站，应具有网络、高清摄像、医院主要设备与医院系统接入功能。主要设备配置如下：移动推车、高清摄像头、万向臂、灯光照明、计算机、显示器、高清视频编码器、音响、耳麦、电子听诊器、配电系统等。

万向臂：一端固定在移动推车上，一端固定高清摄像头与照明灯光。长度在1.2至1.5米之间，由基层医护人员操作。可以365度方位与上下调整摄像头，以适应各种场合的使用。高清医用摄像头：它是专家的眼睛，要求具有高清晰度，高分辩率，可自动对焦，可调整分辩率，具有拉近与推远操作功能，有效像素1920x1080。用来采集患者影像。

高清视频编码器：完成多路1080P高清视频的压缩。用来接入医院各种影像检查设备影像。

医用显示器：带触摸功能，尺寸20.1英寸，分辩率1600x1200。用来显示放射、CT等图像信息。医护人员可以方便使用触摸屏操作远程医疗系统。

其它配置：计算机、双视屏采集卡、音响、耳麦、电子听诊器、配电。

移动推车：带有止动装置的移动推车，加载固定上述设备，可调整操作板与显示器高度。

医用胶片扫描器：采用专业的医用胶片扫描仪和管理软件将传统胶片数字化高速度扫描后，自动存储为国际标准DICOM图像，方便浏览、存储、打印图像及报告。

移动远程医疗工作站由于使用在基层医院内部，不用需要无线接入与不间断电源。移动推车上的高清摄像头可以采集患者影像信息，通过高清视频编码器采集检查设备视屏信号，移动推车计算机系统接入医院网络信息。

作用：基层医院可以将移动接入推车推到任何地方，如：医技检查科室、IUC病房、远程门诊等，进行有专家参与的患者全过程远程指导。

专家可以利用移动推车实现患者诊疗全过程教学指导。还可以利用它举行各种医疗专业学术研讨会，实现经常性的小型学术交流，活跃学术交流氛围。

4系统功能分析 4．1权限管理

由于远程医疗系统涉及医疗技术、病人隐私、专家资格认证等医疗专业活动，专家的指导也必须担负一定法律责任。利用此交流平台登录的人员必须具有行医资格，专家必须由医院推荐。并必须为实名制登录。

4．1．1医生注册：系统与当地卫生局或卫生部执业医师数据库联网，医生本人录入发证机关、证件编号、本人姓名，取得本人使用此平台的资格，填写本人所在单位、科室、专业、电话等信息，设置登录密码。

4．1．2专家注册：由各地医院对当地卫生局或卫生部执业医师数据库维护专家资格标志与专家信息包括：就职单位、职务、职称、科室、专业、特长、照片、异地执业医院等。注册方法同上。只有在专家的参与下方可进行高清视频远程医疗业务指导。

4．1．3学生注册：由于专家工作繁重，远程医疗前期工作可以委托学生完成。有专家权限的医师可以注册维护若干个学生信息使用此平台。

若专家的资格取消后，相关学生注册记录也被取消。4．2系统基本功能设计

4．2．1建立好友：医生或专家可以根据专业分类查找网上已注册医师与专家的资料。选中某医生或专家，并申请将此人做为本人好友。

4．2．2专业群：专家可以根据本人专业建立专业群，并维护专业群的人员。4．2．3论坛：系统提供专业论坛功能，各类医生与专家通过此平台，发布疑难病症状诊断与治疗方案的征集、交流医疗业务技术。

4．2．4网站：发布最新的远程医疗信息、开辟微博栏目、开展远程视屏教学等。为系统的推广应用进行宣传。

4．2．5其它功能：系统提供邮件、网络硬盘、留言、短信、好友状态：在线/隐身/离开/请勿打扰等。

4．2．6提示功能：是在得到好友对话与留言、本人在论坛中发表话题的回复、收到邮件等图标闪耀提示用户。用户还可以设置将某些专家对话与留言、邮件信息，转发到手机短信上，使用户第一时间得到专家指导。

4．2．7计费功能：为了提供维持系统运营，系统提供申请方高清视频交流的计时计费功能。

4．3交流功能设计

医师双击某一好友列表图标或档案列表，系统进入交流窗口。

系统提供多屏显示功能。用户可以将不同窗口拖到扩展屏幕上显示。系统提供以下窗口：

4．3．1好友列表：显示好友或档案列表，可以将某医生加入到多方聊天窗口。也可以将某人从多方聊天视屏窗口中删除。

4．3．2多方聊天视屏窗口：显示本人或远程各方的视屏。

4．3．3聊天窗口：各方可以使用文字、图像、白板、语音、文件传递等进行医疗业务交流。

4．3．4高清视频窗口：显示基层医院移动推车或远程手术室高清摄像头影像。远程专家可以远程进行云台操作。

4．3．5屏幕共享窗口：基层医院医生操作本地HIS/PACS/电子病历等系统，通过屏幕共享技术实现患者资料共享。

4．3．6 DICOM图像分析窗口：医生或专家打开此窗口加载DICOM与其它图像文件，医生或专家可以同时对图像进行分析。

4．2．7电心图文件分析窗口：医生或专家打开此窗口加载显示心电图机生成的文件图像，医生或专家可以同时对图像进行分析。

用户可以使用窗口截取、截屏、屏幕录像功能对上述某窗口进行操作保存。4．4档案管理

由于医生与专家的医疗业务交流是需要负担一定的法规责任的，所以医生与专家之间的交流与沟通的信息，必须在平台上长期存档，备查与视提供屏教学。

4．4．1聊天信息：医生或专家聊天时的信息（文字、传递文件、语音、视屏截图、屏幕录像）实时保存在本地。

4．4．2建档：申请方在与专家聊天时，若需要建档时，利用系统提供的建档功能，输入建档名称、开始时间，系统建立聊天目录，将聊天联系人信息与开始时间后的聊天记录信息保存在目录档案中。建档名称在档案列表中显示，供申请方下次聊天加载。

4．4．3打开建档：申请方点击档案列表名称。系统直接加载相应聊天人。建档后所有的聊天信息都会保存到相应的聊天目录档案中。

4．4．4归档：系统将目录档案的所有相关聊天信息上传到远程医疗服务中心，按医院进行归档，删除本地目录与档案。删除档案列表名称。

4．4．5其它功能：并档、归档信息查阅、浏览等

5应用前景分析

系统提供类似于QQ的客户端下载，让各级医疗机构医务人员可以方便下载、安装、使用该客户端，并具备QQ式的便捷导航，如远程手术室、远程移动推车工作站、医护人员办公室（家庭）、卫生所、村卫生室等。

基层医院医生注册后，根据自身医疗业务联系的医院，选择相应专家加入为好友。5．1日常医疗业务

基层医院医生在门诊或住院对病人进行诊疗过程中，遇到不能解决的问题时，通过此系统呼叫远程专家进行业务交流与指导，此时可以通过移动推车高清摄像或与医院PACS屏幕共享得到病人影像与相应资料。若远程专家无法解决，基层医院医生将病人症状发布到论坛中，收集解决方案。论坛中有回复后，系统第一时间将回复内容通过短信传递给基层医院医生。基层医生及时与论坛回复的医生联系得到最佳治疗方案。

5．2手术事件处理

如某病人诊断为肝囊肿，手术开刀后发现患者为癌变病人，基层医生无法完成。在取得患者亲属同意后，通过此系统呼叫远程专家。远程专家可以通过三网融合的网络，在家中或酒店等地点及时响应进行实时手术指导。

若没有这套系统，有时病人躺在手术台上几个小时等远程专家到场指导，或重新缝合转大医院治疗。为此加大了病变转移等危险，病人为此承受重大痛苦。

5．3疑难患者全过程跟踪

由于使用了这套远程医疗系统，使专家可以参与病人的全过程跟踪治疗。如一个胃癌病人，可以在远程专家指导下进行胃镜活检取样、在专家的指导下进行切片病检。再根据胃镜与切片结果与当地医院医疗条件，决定是否转院治疗或在当地，在专家远程参与下进行手术。

5．4远程专家门诊

在基层医院开设远程专家门诊，远程专家在基层医院医生的协助下，利用移动推车的高清摄像头采集患者各部位影像信息；通过电子听诊器得到患者心率、心音、血管杂音等信息；通过语音系统与患者交流；通过各种仪器接入传递各种医疗信息，最终得到正确的诊断结果。使偏远地区患者不出户，就可以接收省级专家的诊疗。

基于移动工作站的远程医疗系统的医疗行为，将有助于提高基层医院疑难病历的诊断率、减少病人死亡率、减轻病人痛苦、提高基层医院医生的医疗水平、为专家提供一个施展医疗技术、丰富医疗经验的平台。并对缓解病人就医难起到一定积极作用。

机电一体化教学平台设计正文 篇6

第一章 绪论

现如今，随着教学方法的进步，以及科技的发展，实验教学平台已经进入校园。PLC教学用的试验箱，单片机教学用的开发板等等，都是实验教学平台。而机电一体化教学平台相对来学涉及的学科范围广，难度大，成本高，所以其普及率也相对较低，但是其对对机电一体化的教学却有着非常重要的意义。该平台采用了高度的教学开放式布局设计, 可以根据实验教学的要求进行不同的组合, 能够完成多项综合性实验。对平台总体方案以及微机数控车床机械系统的设计予以介绍, 重点是进给系统和自动回转刀架。单片机控制系统采用功能型模块化设计方案, 配置灵活, 适应面广。

该平台采用创新型的设计方法,软硬件系统从底层高度开放, 可完成多个综合性实验教学项目;有效地改善我国机电专业的实验教学条件, 显著提高教学效果, 得到国内许多高校的肯定。平台外观布局如图1.1所示。

图1.1平台

机电一体化实验教学平台设计

机电一体化实验教学平台采用开放式平台结构，可以完成本科教学多门课程的综合性、设计性和创新性实验，也可支撑专业课程设计或毕业设计。

实验平台的控制系统基于MCS-51系列的8位单片机，可控两个移动轴；伺服进给系统由步进电机驱动电源、二相混合式步进电机、无间隙减速齿轮箱、精密滚珠丝杠副和移动导轨副构成，最终控制卧式车床或X-Y平面工作台的运动；步进电机的尾部装有圆光栅编码器，系统采用半闭环控制。

1.硬件的模块化组合：硬件电路根据功能设计，采用模块化结构，使用者可以自由选择，组合连接，以实现不同的功能要求。

2.软件的高度开放性：使用者选择的硬件连接后，可以根据实验的要求，自己编制源程序代码，嵌入到系统程序中，完成指定的任务；既可采用单片机仿真插头，连接PC机在线调试，也可固化程序脱机运行；平台系统的底层汇编程序，包括相关的子程序，全部对外开放，可以选择使用。

机电一体化实验教学平台设计

第二章 系统总体方案设计

根据机电一体化系统设计、数控技术、单片机原理及其应用主干课程的实验教学要求,平台确定采用模块化设计, 具有很强的针对性和通用性。各模块既可单独完成某门课程的实验, 也可互相配合完成复杂的机电一体化综合性创新实验。

平台在总体方案设计时充分考虑教学的开放性要求, 在硬件和软件系统从最底层开放, 供学生自主实验。系统主要特色如下:

(1)由于教学功能要求, 所以总体布局与普通工业产品有很大不同, 最大特点是控制系统不能封闭, 而是以面板形式充分展开, 其外形总体尺寸大小应考虑一个实验小组的人数, 一般在5-7人。

(2)电气系统的模板配置应该考虑到强弱电的分开, 避免干扰的发生;此外强电模板要尽量减少裸露接头, 提高安全性。

(3)机械系统部件的选择;应能充分代表当前机电产品的典型应用, 教学难度适中;由于教学需要充分且详细的图纸资料讨论, 所以应该是作者科研开发的产品, 有自主知识产权。

平台由机械系统、控制系统、PC机等部分组成。机械系统包括数控车床、X-Y 工作台、自动回转刀架等。PC机通过仿真器和控制系统相连接, 学生可以在PC机上编制相应的源程序, 通过仿真器完成在线连机调试。平台总体构成见图2.1。

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图2.1 系统框图 微机数控车床机械系统设计

微机数控机床是典型的机电一体化产品, 在几门主干课程中都是重要的教学对象。作者二十多年来一直在从事这方面产品的研究开发工作。积累了大量的经验和技术资料, 这为平台的研制提供了保障。主要设计工作是将纵向和横向进给系统改成用微机控制的、能独立运动的进给伺服系统;将手动刀架换成自动回转刀架。

总体设计方案的确定

总体设计方案应考虑车床数控系统的运动方式、进给伺服系统的类型、数控系统CPU 的选择, 以及进给传动方式和执行机构的选择等。主要如下:(1)普通车床数控化改造后, 数控系统应设计成连续控制型。车床经数控化改造后属于经济型数控机床, 应简化结构, 降低成本。因此, 进给伺服系统采用步进电动机的开环控制系统。

(2)根据数控系统的经济性要求, 结合本科教学课目, 决定选用MCS-51系列的8位单片机作为数控系统的CPU。根据系统的功能要求, 需要进行存储器扩展、键盘与显示、I/O 接口电路等设计;还要选择步进电动机的驱动电源以及主轴电动机的交流变频器 4

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等。

(3)纵、横向的进给传动应选用摩擦力小、传动效率高的滚珠丝杠螺母副;为了消除传动间隙提高传动刚度, 滚珠丝杠的螺母应有预紧机构。由于采用步进电动机, 为了圆整脉冲当量, 往往需要减速机构, 并且应有消间隙措施。

(4)选择四工位的立式自动回转刀架, 采用单片机进行控制。

机械系统主要的改造设计

(1)主传动系统的改造设计对普通车床进行数控化改造时, 需要在加工中自动变换主运动转速, 可用2~ 4挡的多速电动机代替原有的单速主电动机;当多速电动机不能满足要求时,可用交流变频器实现无级变速。系统中, 当采用有级变速时, 可选用YD系列715kW变级多速三相异步电动机, 实现2~ 4挡变速;当采用无级变速时, 应加装交流变频器, 型号为: F1000-G0075T3B, 适配715kW电动机, 生产厂家为烟台惠丰电子有限公司。

(2)安装电动卡盘

为了提高加工效率, 工件的夹紧与松开采用电动卡盘, 选用呼和浩特机床附件总厂生产的KD11250型电动三爪自定心卡盘。卡盘的夹紧与松开由数控系统发信控制。(3)换装自动回转刀架

为了提高加工精度, 实现一次装夹完成多道工序, 将车床原有的手动刀架换成自动回转刀架;实现自动换刀需要配置相应的电路, 由数控系统完成。(4)螺纹编码器的安装方案

数控车床加工螺纹时, 需要配置主轴脉冲发生器, 作为车床主轴位置信号的反馈元件, 它与车床主轴同步转动。这里, 改造后的车床能够加工的最大螺纹导程是24mm, Z 向的进给脉冲当量是0101mm /脉冲, 选择螺纹编码器的型号为ZLF-1200Z-05V0-15-CT, 生产厂家为长春光机数显技术有限公司。

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第三章 系统详细设计

3.1 机械系统的设计

3.1.1 X-Y工作台的设计

X-Y数控工作台是许多机电一体化设备的基本部件，如数控车床的纵-横向进刀机构、数控铣床和数控钻床的X-Y工作台、激光加工设备的工作台、电子元件表面贴装设备等。因此，选择X-Y数控工作台作为机电综合课程设计的内容，对于机电一体化专业的教学具有普遍意义。

模块化的X-Y数控工作台，通常由导轨座、移动滑块、工作平台、滚珠丝杠螺母副以及伺服电动机等部件构成。其外观形式如图2.2所示。其中，伺服电动机作为执行元件用来驱动滚珠丝杠，滚珠丝杠的螺母带动滑块和工作平台在导轨上运动，完成工作台在X、Y方向的直线移动。导轨副、滚珠丝杠螺母副和伺服电动机等均已标准化，由专门厂家生产，设计时只需根据工作载荷选取即可。控制系统根据需要，可以选用标准的工业控制计算机，也可以设计专用的微机控制系统。

图2.2 X-Y数控工作台外形

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1．机械传动部件的选择

（1）导轨副的选用 要设计的X-Y工作台是用来配套轻型的立式数控铣床，需要承受的载荷不大，但脉冲当量小、定位精度高，因此，决定选用直线滚动导轨副。它具有摩擦系数小、不易爬行、传动效率高、结构紧凑、安装预紧方便等优点。

（2）丝杠螺母副的选用 伺服电动机的旋转运动需要通过丝杠螺母副转换成直线运动，要满足0.005mm的脉冲当量和 ±0.01mm的定位精度，滑动丝杠副无能为力，只有选用滚珠丝杠副才能达到。滚珠丝杠副的传动精度高、动态响应快、运转平稳、寿命长、效率高，预紧后可消除反向间隙。

（3）减速装置的选用 选择了步进电动机和滚珠丝杠副以后，为了圆整脉冲当量，放大电动机的输出转矩，降低运动部件折算到电动机转轴上的转动惯量，可能需要减速装置，且应有消间隙机构。为此本例决定采用无间隙齿轮传动减速箱

（4）伺服电动机的选用 任务书规定的脉冲当量尚未达到0.001mm，定位精度也未达到微米级，空载最快移动速度也只有3000mm/min。因此，本设计不必采用高档次的伺服电动机，如交流伺服电动机或直流伺服电动机等，可以选用性能好一些的步进电动机，如混合式步进电动机，以降低成本，提高性/价比。

（5）检测装置的选用 选用步进电动机作为伺服电动机后，可选开环控制也可选闭环控制。任务书所给的精度对于步进电动机来说还是偏高的，为了确保电动机在运转过程中不受切削负载和电网的影响而失步，决定采用半闭环控制，拟在电动机的尾部转轴上安装增量式旋转编码器，用以检测电动机的转角与转速。增量式旋转编码器的分辨率应与步进电动机的步距角相匹配。

考虑到X、Y两个方向的加工范围相同，承受的工作载荷相差不大，为了减少设计工作量，X、Y两个坐标的导轨副、丝杠螺母副、减速装置、伺服电动机以及检测装置拟采用相同的型号与规格。2．控制系统的设计

（1）设计的X-Y工作台准备用在数控铣床上，其控制系统应该具有单坐标定位、两坐标直线插补与圆弧插补的基本功能，所以控制系统应该设计成连续控制型。

（2）对于步进电动机的半闭环控制，选用MCS-51系列的8位单片机AT89C52作为控制 7

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系统的CPU，应该能够满足任务书给定的相关指标。

（3）要设计一台完整的控制系统，在选择CPU之后，还需要扩展程序存储器、数据存储器、键盘与显示电路、I/O接口电路、D/A转换电路、串行接口电路等。（4）选择合适的驱动电源，与步进电动机配套使用。

3.1.2 自动回转刀架的设计

数控车床为了能在工件的一次装夹中完成多工序加工, 缩短辅助时间, 必须带有自动回转刀架。自动回转刀架是一个非常有代表性的机电一体化部件, 在机械结构上有蜗杆蜗轮副、螺杆螺母副、端齿盘等典型部件。为了保证可靠工作, 还要选择恰当的刀位检测和合理的定位结构。刀架的换刀是由计算机控制系统检测和控制的, 然后驱动继电器电路来实现。其工作过程是典型的计算机弱电、继电器强电、机械系统的控制过程。(1)总体结构设计

普通的三相异步电动机因转速太快, 不能直接驱动刀架进行换刀, 必须经过适当的减速。根据立式转位刀架的结构特点, 采用蜗杆-蜗轮副减速是最佳选择。蜗杆-蜗轮副传动可以改变运动方向, 获得较大的传动比, 保证传动精度和平稳性, 并且具有自锁功

能, 还可以实现整个装置的小型化。(2)上刀体锁紧与定位机构的设计

由于刀具直接安装在上刀体上, 所以上刀体要承受全部的切削力, 其锁紧与定位的精度将直接影响工件的加工精度。系统的上刀体的锁紧与定位机构选用端面齿盘, 将上刀体和下刀体的配合面加工成梯形端面齿。当刀架处于锁紧状态时, 上下端面齿相互啮合, 这时上刀体不能绕刀架的中心轴转动;换刀时电动机正转, 抬起机构使上刀体抬起, 等上下端面齿脱开后,上刀体才可以绕刀架中心轴转动, 完成转位动作。(3)刀架抬起机构的设计

图2.2 自动回转刀架的传动机构示意图

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图2.2 自动回转刀架

要使上、下刀体的两个端面齿脱离, 就必须设计合适的机构使上刀体抬起。这里选用螺杆螺母副, 在上刀体内部加工出内螺纹, 当电动机通过蜗杆-蜗轮带动螺杆绕中心轴转动时, 作为螺母的上刀体要么转动, 要么上下移动。当刀架处于锁紧状态时, 上刀体与下刀体的端面齿相互啮合, 因为这时上刀体不能与螺杆一起转动, 所以螺杆的转动会使上刀体向上移动。当端面齿脱离啮合后, 上刀体就与螺杆一同转动。设计螺杆时要求选择适当的螺距, 以便当螺杆转动一定角度时, 使得上刀体与下刀体的端面齿能够完

全脱离啮合状态。图3为自动回转刀架的工作原理示意图。在机电一体化系统课程设计时, 自动回转刀架的设计也作为一个教学班的题目。

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3.2 控制系统的设计

控制系统按照功能划分, 有CPU 模块、电源模块、步进电机驱动模块、LCD 显示模块、键盘及LED显示模块、继电器控制模块、变频器控制模块、通信模块等。学生可以针对不同实验的要求, 自主选择, 组合连接, 充分发挥学生的主动设计能力。控制系统所有的元器件都以展板的形式布置, 学生可以直观了解每一个元器件的结构、接口电路设计原理, 从而对机电一体化系统有感性的认识和深入的了解。CPU模块以MCS-51系列的AT89S52八位单片机为核心, 扩展片外RAM 及ROM 存储器;扩展并行I/O口8255经步进电机驱动模块控制步进电机等;扩展8279控制键盘及LED显示模块;D /A和A /D转换电路分别采用芯片DAC0832和ADC0809, 同时外接电压表, 方便观察模拟量的输入、输出。LCD显示模块由320 @ 240点阵式液晶板和液晶控制器SED1335组成, CPU 通过SED1335控制液晶面板的显示。变频器模块和继电器控制模块分别控制电机的无级调速和通断。通信模块集成RS-232标准串行接口和USB接口, 完成与外部通信。控制系统原理如图2.3所示。

图3.1控制系统原理图

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根据实验教学的要求, 设计控制系统的硬件电路时主要考虑以下功能:(1)接收键盘数据, 控制LED 显示;接收操作面板的开关与按钮信号。(2)接收车床限位开关信号;接收螺纹编码器信号。

(3)接收电动卡盘夹紧信号与电动刀架刀位信号;控制X、Z 向步进电动机的驱动器。(4)控制主轴的正转、反转与停止;控制多速电动机, 实现主轴有级变速。(5)控制冷却泵启动/停止;控制电动卡盘的夹紧与松开。

(6)控制电动刀架的自动选刀;与PC机的串行通信。平台中X 向步进电动机的型号为110BYG5802,Z 向步进电动机的型号为130BYG5501。两台电动机的驱动电源可用同一型号, 选用科林数控科技有限责任公司生产的五相混合式调频调压型步进驱动器, 型号为BD5A。

3.2.1 CPU模块设计

本设计CPU模块选择单片机作为主控制器，单片机是一种集成的电路芯块采用了超大规模技术把具有运算能力（如算术运算、逻辑运算、数据传送、中断处理）的微处理器（CPU）,随机存取数据存储器（RAM），只读程序存储器（ROM），输入输出电路（I/O口），可能还包括定时计数器，串行通信口（SCI），显示驱动电路（LCD或LED驱动电路），脉宽调制电路(PWM)，模拟多路转换及A/D转换器等电路集成到一块单片机上，构成一个最小然而很完善的计算机系统。这些电路能在软件的控制下准确快速的完成程序设计者事先规定的任务。总的而言单片机的特点可以归纳为以下几个方面：集成度高、存储容量大、外部扩展能力强、控制功能强、低电压、低功耗、性能价格比高、可靠性高这几个方面。

单片机按内部数据通道的宽度，可分为4位、8位、16位及32位单片机。它们被应用在不同领域里，8位单片机由于功能强大，被广泛的应用在工业控制、智能接口、仪表仪器等各个领域。8位单片机在中、小规模应用场合仍占主流地位，代表了单片机的发展方向，在单片机应用领域发挥越来越大的作用。随着移动通讯、网络技术、多媒体技术等高科技产品进入家庭，32位单片机应用得到了长足发展。纵观单片机的发展过 11

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程，可以预示单片机的发展趋势：

1、微型单片化

2、低功耗CMOS

3、与多品种共存

4、可靠性和应用水平越来越高

单片机有着微处理器所不具备的功能，它可以独立地完成现代工业控制所要求的智能化控制功能这就是单片机的最大特点。然而单片机又不同于单板机，芯片在没有开发前，它只是具备功能极强的超大规模集成电路，如果赋予它特定的程序，它便是一个最小的、完整的微机控制系统。它与单板机或个人电脑有着本质的区别，单片机属于芯片级应用，需要用户了解单片机芯片的结构和指令系统以及其它集成电路应用技术和系统设计所需要的理论和技术，用这样特定的芯片设计应用程序，从而使芯片具备特定的智能。

（2）简介AT89S52 AT89S52是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K 在系统可编程Flash 存储器。使用Atmel 公司高密度非易失性存储器技术制造，与工业80C51 产品指令和引脚完全兼容。片上Flash允许程序存储器在系统可编程，亦适于常规编程器。在单芯片上，拥有灵巧的8 位CPU 和在系统可编程Flash，使AT89S52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。

AT89S52具有以下标准功能： 8k字节Flash，256字节RAM，32 位I/O 口线，看门狗定时器，2 个数据指针，三个16 位定时器/计数器，一个6向量2级中断结构，全双工串行口，片内晶振及时钟电路。另外，AT89S52 可降至0Hz 静态逻辑操作，可选择节电模式、空闲模式。空闲模式下，CPU停止工作，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下，RAM内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。其引脚图，如图3.2所示

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图3.2 AT89S52的引脚图

它一共有40个引脚，引脚又分为四类。其中有四个电源引脚，用来接入单片机的工作电源。工作电源又分主电源、备用电源和编程电源。还有两个时钟引脚XTAL1、XTAL2。还有由P0口、P1口、P2口、P3口的所有引脚构成的单片机的输入/输出（IO）引脚。最后一种是控制引脚，控制引脚有四条，部分引脚具有复位功能。

综上所述，单片机的引脚特点是：

1、2、单片机多功能，少引脚，使得引脚复用现象较多。

单片机具有四种总线形式：P0和P2组成的16位地址地址总线；P0分时复用为8位数据总线；ALE、PSEN、RST、EA和P3口的INT0、INT1、T0、T1、WR、RD以及P1口的T2、T2EX组成控制总线；而P3口的RXD、TXD组成串行通信总线。

89C52单片机的主要功能  与MCS-51单片机产品兼容 

8K字节在系统可编程Flash存储器  1000次擦写周期  全静态操作：0Hz～33Hz 13

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 三级加密程序存储器  32个可编程I/O口线  三个16位定时器/计数器  八个中断源

 全双工UART串行通道  低功耗空闲和掉电模式  掉电后中断可唤醒  看门狗定时器  双数据指针 掉电标识符

3.2.2 电源模块的设计

直流稳压电源是一种将220V工频交流电转换成稳压输出的直流电压的装置，它需要变压、整流、滤波、稳压四个环节才能完成。直流稳压电源方框图

图3.3 直流稳压电源的方框图

其中：

（1）电源变压器：是降压变压器，它将电网220V交流电压变换成符合需要的交流电压，并送给整流电路，变压器的变比由变压器的副边电压确定。

（2）整流电路：利用单向导电元件，把50Hz的正弦交流电变换成脉动的直流电

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（3）滤波电路：可以将整流电路输出电压中的交流成分大部分加以滤除，从而得到比较平滑的直流电压。

（4）稳压电路：稳压电路的功能是使输出的直流电压稳定，不随交流电网电压和负载的变化而变化。总的设计原理图如图3.4所示

图3.4 稳压电路原理图

3.2.3 步进电机模块设计 1.步进电机的工作原理

步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元件。在非超载的情况下，电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响，即给电机加一个脉冲信号，电机则转过一个步距角。这一线性关系的存在，加上步进电机只有周期性的误差而无累积误差等特点。使得在速度、位置等控制领域用步进电机来控制变的非常的简单。

虽然步进电机已被广泛地应用，但步进电机并不能象普通的直流电机，交流电机在常规下使用。它必须由双环形脉冲信号、功率驱动电路等组成控制系统方可使用。因此用好步进电机却非易事，它涉及到机械、电机、电子及计算机等许多专业知识。

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该步进电机为一四相步进电机，采用单极性直流电源供电。只要对步进电机的各相绕组按合适的时序通电，就能使步进电机步进转动。图1是该四相反应式步进电机工作原理示意图。

图3.5 四相步进电机步进示意图

开始时，开关SB接通电源，SA、SC、SD断开，B相磁极和转子0、3号齿对齐，同时，转子的1、4号齿就和C、D相绕组磁极产生错齿，2、5号齿就和D、A相绕组磁极产生错齿。

当开关SC接通电源，SB、SA、SD断开时，由于C相绕组的磁力线和1、4号齿之间磁力线的作用，使转子转动，1、4号齿和C相绕组的磁极对齐。而0、3号齿和A、B相绕组产生错齿，2、5号齿就和A、D相绕组磁极产生错齿。依次类推，A、B、C、D四相绕组轮流供电，则转子会沿着A、B、C、D方向转动。

四相步进电机按照通电顺序的不同，可分为单四拍、双四拍、八拍三种工作方式。单四拍与双四拍的步距角相等，但单四拍的转动力矩小。八拍工作方式的步距角是单四拍与双四拍的一半，因此，八拍工作方式既可以保持较高的转动力矩又可以提高控制精度。

单四拍、双四拍与八拍工作方式的电源通电时序与波形分别如图2.a、b、c所示：

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51单片机驱动步进电机的方法

通常高压斩波恒流驱动电路如图3.6 示。这种电路与单电压限流型及高低压驱动相比,步进电机绕阻电流波形的前后沿陡,无顶部下凹的现象,并且在高频大负载时仍具有较宽的平顶(不下凹),绕阻负载电流也较为恒定,起动和运行的频率特性都有明显的提高。绕阻单相通电的电流波形如图2a 所示。但是,在实际驱动电路的测试中,采用多相通电(步进电机带载运动)时,由于步进电机绕阻电流顶部的锯齿波形波动频率较低(效率一般为几kHz 到十几kHz ,与步进电机型号、驱动电压、驱动电流有关),故电磁噪声较大。同时,由于运行中步进电机各相绕阻的电感不可避免会发生瞬时变化,以及它们的互感作用,各相绕阻电流会产生局部过冲现象。对于三相步进电机按三相六拍驱动时,其绕阻电流波形如图2b 所示,出现2～3 个过冲现象。对于大功率步进电机,这种过冲电流是极其有害的,它使步进电机绕阻异常发热,驱动力矩不够,系统极有可能发生振荡。

图3.6 高压斩波恒流驱动原理

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图3.7 绕组电流波形图

要消除这种电磁噪声及步进电机绕阻电流局部过冲现象,一般可采用MOSFET 场控晶体管,允许将斩波频率提高到超声波段,并采用FWM 技术使各相斩波频率相同来消除差拍噪声。在设计应用中,斩波频率一般应比由环形分配器或单片机输出的步进驱动脉冲频率高10 倍以上。在后级功率驱动中,如果采用大功率晶体管开关管来设计,由于它们的工作频率较低,一般最高的频率仅有106 Hz ,且它们所要求的驱动功率也较大,驱动线路也较复杂。在晶体管的安全工作区如果选择裕量较小,通常要发生二次击穿。MOSFET 是一种单极控制器件,其开关频率远比达林顿功率管和大功率三极管高,最高可达109Hz。并且,MOSFET 的输入阻抗很高,具有自关断能力,电流放大倍数大,无二次击穿问题,这使MOS2FET 安全工作区宽,可设计较大的功率。在后级功率放大电路中,采用MOSFET 设计大功率步进电机驱动电源是一个理想的选择。设计MOSFET 的驱动线路,通常采用MOSFET 专用驱动器件,其原理简图如图3 所示。前极采用高速光电隔离,后极采用NPN 和PNP 三极管互补输出,提高了MOSFET 驱动电路的快速性。

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图3.8 MOSFET 专用器件的原理简图

MOSFET 的开关频率由时钟信号CP 触发PWM 控制器来实现,各相开关频率受同一时钟信号控制,从而达到了各相的同频斩波。(PWM + MOSFET),步进电机驱动电路原理如图4 所示:由环形分配器或单片机输出的步进电机步进脉冲信号进入PWM 控制器,经PWM 控制器处理后分成两路:一路送入上开关管T1 ,使T1 导通;一路送入下开关管T2 ,使T2 导通。R4 为电流检测电阻。当步进电机绕阻达到额定值时,其电流值通过电流/ 电压转换,输出一控制电压进入PWM 控制器。PWM 控制器输出一调宽脉冲改变上开关管的开通时间,从而达到绕阻恒流的目的。另外,PWM 控制器可对步进电机绕阻电流上升速率作检测,从而防止绕阻电流过冲现象。在图4 中,由R1、D2、C1 组成的阻容滤波网络保护T1 管,由R2、D3、C2 组成的阻容滤波网络保护T2 管,放电回路中D1、D4 必须选用快恢复续流二极管,适当选择R3 可使步进电机绕阻电流下降沿变陡。这种电路在实际测试中,波形非常好,其波形如图2c 所示。在实际使用中,PWM 控制器还有半电流控制端CY,使步进电机在静止时以半电流锁定,以减少发热,降低功耗。19

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图3.9步进电机驱动电路原理图

上述驱动电源在对C650 及落地车床的经济型数控改造中,应用一年多情况良好。Z 向步 进电机选用LB180(静力矩40 N·m),相电流调至23A ,X 向步进电机选用LB150(静力矩20 N·m),相电流调至18A ,在X 向未采用滚珠丝杆情况下(无该规格的滚珠丝杆),空载运行实测能保持0101 mm 的步距精度。在加工铸钢件时,吃刀深度18 mm 时也不丢步。在三班制工作时,性能也保持相当稳定。可见,(PWM + MOSFET)是一种优良的大功率步进电机驱动电源。

3.2.4 LCD显示模块设计

液晶（Liquid Crystal）是一种高分子材料，因为其特殊的物理、化学、光学特性，20世纪中叶开始广泛应用在轻薄型显示器上。液晶显示器（Liquid Crystal Display，LCD）的主要原理是以电流刺激液晶分子产生点、线、面并配合背部灯管构成画面。本次设计采用的是DMF50840液晶显示器，日本OPTREX 公司生产的 DMF50840液晶是一款性能不错的液晶显示模块。它的分辨率是320*240；显示效果为蓝底白字；背光为 20

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CCFL背光，且为双电压的模块。原装的DMF50840价格较高，维修困难，国内公司相继开发出兼容屏。其中广泛被国内厂家选用的替代屏是杭州清达光电技术有限公司生产的HG320240系列屏，大大降低了中华企业对日本显示器件的依赖性。

图3.3 DMF时序图

表1：DMF引脚说明

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3.2.5 变频器控制模块的设计

工作原理

主电路是给异步电动机提供调压调频电源的电力变换部分，变频器的主电路大体上可分为两类：电压型是将电压源的直流变换为交流的变频器，直流回路的滤波是电容。电流型是将电流源的直流变换为交流的变频器，其直流回路滤波是电感。它由三部分构成，将工频电源变换为直流功率的“整流器”，吸收在变流器和逆变器产生的电压脉动的“平波回路”，以及将直流功率变换为交流功率的“逆变器”。整流器

最近大量使用的是二极管的变流器，它把工频电源变换为直流电源。也可用两组晶体管变流器构成可逆变流器，由于其功率方向可逆，可以进行再生运转。平波回路

在整流器整流后的直流电压中，含有电源6倍频率的脉动电压，此外逆变器产生的脉动电流也使直流电压变动。为了抑制电压波动，采用电感和电容吸收脉动电压（电流）。装置容量小时，如果电源和主电路构成器件有余量，可以省去电感采用简单的平波回路。逆变器

同整流器相反，逆变器是将直流功率变换为所要求频率的交流功率，以所确定的时间使6个开关器件导通、关断就可以得到3相交流输出。以电压型pwm逆变器为例示出开关时间和电压波形。控制电路是给异步电动机供电（电压、频率可调）的主电路提供控制信号的回路，它有频率、电压的“运算电路”，主电路的“电压、电流检测电路”，电动机的“速度检测电路”，将运算电路的控制信号进行放大的“驱动电路”，以及逆变器和电动机的“保护电路”组成。

（1）运算电路：将外部的速度、转矩等指令同检测电路的电流、电压信号进行比较运算，决定逆变器的输出电压、频率。

（2）电压、电流检测电路：与主回路电位隔离检测电压、电流等。

（3）驱动电路：驱动主电路器件的电路。它与控制电路隔离使主电路器件导通、22

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关断。

（4）速度检测电路:以装在异步电动机轴机上的速度检测器(tg、plg等)的信号为速度信号，送入运算回路，根据指令和运算可使电动机按指令速度运转。

（5）保护电路：检测主电路的电压、电流等，当发生过载或过电压等异常时，为了防止逆变器和异步电动机损坏，使逆变器停止工作或抑制电压、电流值。变频器的选择

由于本设计中变频器的作用是驱动三相异步电动机，其中转速与频率的关系为：n=60f/p，根据转动惯量、负载转矩，电机的效率等参数选择变频器的型号为XHF100-185G/200P-4，它是国内西普公司生产的变频器，驱动功率为185kw--200kw。

图3.10 变频器接线图

3.2.6 通信接口模块设计

USB(u niversalse rialb us)是近年发展起来的一种快速、灵活的总线接口。它最大的特点是易于使用、可热插拔、接口连接灵活，并且能够提供外设电源川，在嵌人式系统及智能仪表中得到广泛的应用。而51系列单片机以其优越的性能、成熟的技术、高性价比被广泛应用于测控仪器等自动化领域。因此用51系列单片机实现USB主机接口，进而实现对USB外设的控制，对提高整个系统的数据存储、数据传输、设备控制等性能都有很大的作用。因此本次设计与PC机的通讯采用USB接口。

51.8 11 H S是Cypress公司推出的具有主/从两种工作模式的USB控制器[4]，遵循USB1.1 规范，可自动检测总线速率，支持全速12M bps和低速1.5 M bps设备;具有8位 23

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双向的数据总线，易与单片机连接;片内256字节的SRAM(其中16字节用于工作寄存器)，用于数据传输;可自动产生SOF和CRC5/16，简化软件工作量;片内具有根Hub,US B口可以直接外接集线器;支持挂起/唤醒工作模式，减少功耗;支持地址自动加1功能，在连续读写过程中，只需设置一次地址，其内部寄存器地址自动增加，这在大容量数据的通信中是非常必要的。

1.2 单片机与SL811H S接口设计

图 1所 示 是AT89C 51与SL811H S的硬件连接电路111。在本设计中，由于所选用的单片机AT89C51及其外围元件的工作电压为5V，而SL811H S的工作电压为3.3 V，所以系统应提供5V电压同时要进行电压转换。虽然SL811H S可以使用12M Hz晶振，但在实际使用过程中，如果晶振质量不太好，电路稳定性就会比较差，因此，设计时推荐使用48 MHz有源晶振。SL811H S的中断请求输出的是高电平，因此需要用反向器把它变换成低电平以满足AT89C51中断输人要求。此外，应注意SL811H S是低电平复位。为了便于调试，系统扩展了液晶显示器。硬件完成后要进行测试，先向SL811HS 寄存器中写人数据，之后读出数据并在液晶显示器上显示，如果和写人的数据相同，说明SL811H S与单片机连接正确。再用示波器观察有源晶振是否起振，一切正常后便进入软件调试。

图3.11 USB硬件接线图

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第四章 总结

通过这次的课程设计，我对学习了机电一体化系统设计方案的拟定有了一定的认识，涉及的内容广，包括机电一体化技术单片机原理及应用、机械设计、电机拖动技术、变频器技术，以及相关的电子技术。本设计是以机电一体化技术为依托，综合多门学科，实现机电一体化教学平台的设计。控制部分采用单片机技术，即CPU采用的是Atmel公司的AT89S52单片机，可实现在应用编程和在系统编程，单片机的外围电路有电源电路、复位电路、晶振电路、键盘电路、显示电路、步进电机驱动电路、USB接口电路、变频器控制电路等。主轴动力由三相交流异步电机提供，三相交流异步电机采用变频技术进行变频调速，变频调速是一种无极变速技术。显示部分采用LCD液晶显示器，显示的分辨率为320*240。由于X-Y平台的负载较大，其驱动的步进电机必须采用大功率步进电机，所以其驱动步进电机的电路必须能够承受高电流。

通过此次课程设计，使我更加扎实的掌握了有关机电一体化技术方面的知识，在设计过程中虽然遇到了一些问题，但经过一次又一次的思考，一遍又一遍的检查终于找出了原因所在，也暴露出了前期我在这方面的知识欠缺和经验不足。实践出真知，通过亲自动手操作，使我们掌握的知识不再是纸上谈兵。

过而能改，善莫大焉。在课程设计过程中，我们不断发现错误，不断改正，不断领悟，不断获取。最终的检测调试环节，本身就是在践行“过而能改，善莫大焉”的知行观。这次课程设计终于顺利完成了，在设计中遇到了很多问题，最后在老师的指导下，终于游逆而解。在今后社会的发展和学习实践过程中，一定要不懈努力，不能遇到问题就想到要退缩，一定要不厌其烦的发现问题所在，然后一一进行解决，只有这样，才能成功的做成想做的事，才能在今后的道路上劈荆斩棘，而不是知难而退，那样永远不可能收获成功，收获喜悦，也永远不可能得到社会及他人对你的认可！

课程设计诚然是一门专业课，给我很多专业知识以及专业技能上的提升，同时又是一门讲道课，一门辩思课，给了我许多道，给了我很多思，给了我莫大的空间。同时，设计让我感触很深。

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参考文献

[1] 袁中凡，李彬彬.机电一体化技术.电子工业出版社.2010 [2] 尹志强.机电一体化系统设计课程设计指导书.机械工业出版社,2007 [3] 房小翠.单片微型计算机与机电接口技术.国防工业出版社,2002 [4] 王小明.电动机的单片机控制.北京航空航天大学出版社,2002 [5] 郑学坚,周斌.微型计算机原理及应用.清华大学出版社,2003 [6] 王爱玲，白恩远，赵学良.现代数控机床.国防工业出版社,2001 [7] 徐灏.机械设计手册（3）.机械工业出版社,2003 [8] 张建民.机电一体化系统设计.北京理工出版社,2004 [9] 徐灏等.机械设计手册[M].北京:机械工业出版社,2000 [10] 濮良贵 ,记名刚.机械设计[M].北京:高等教育出版社,2003 [11] 吴振彪.机电综合设计指导[M].湛江:湛江海洋大学,1999 [12].杨入清.现代机械设计—系统与结构[M].上海:上海科学技术文献出版社,2000 [13].张立勋,孟庆鑫,张今瑜.机电一体化系统设计[M].哈尔滨:哈尔滨工程大学出版社,2000

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附录：带功能注释的源程序

平台设计论文 篇7

“机械设计基础实验”是高等工科院校机械基础实验的核心内容之一, 它对于培养学生的工程实践能力、科学实验能力、创新能力及动手能力起着重要的作用。但是很多高校由于在经费、场地、器材等方面面临困难和压力, 难以开展实验活动。

Pro/Engineer提供了二次开发工具箱, 充分发挥了参数化建模的特长, 提高了建模效率。SQLServer是一种能够提供不同类型的数据库解决方案、应用广泛的数据库管理系统。Visual Studio 2008作为一种集成开发环境, 不仅提供MFC类库支持, 还可为ASP.net框架提供丰富的工具箱和设计器, 使其能采用所见即所得的编辑方式。针对实体机械设计实验平台存在的弊端, 有必要探讨利用Pro/Engineer、SQLServer、Visual studio 2008等软件开发工具开发具有经济、开放、可重复利用、共享、仿真等特性的虚拟实验平台。可采用C++编程语言, 在Visual Studio 2008开发环境下, 基于MFC程序框架和Pro/TOOLKIT二次开发包, 开发人机交互界面友好、系统运行可靠的机械设计虚拟实验室框架, 实现机械设计相关实验的实验功能。同时, 可在虚拟实验室框架的基础上, 基于B/S模式完善系统数据加密技术, 构建实验预约平台和实验成绩管理平台。最后对平台进行集成, 开发平台维护模块, 生成便于平台发布与维护的程序安装包。这一虚拟实验平台的实现将有效地解决实体机械设计实验平台存在的难题, 而且开展网上虚拟实验教学能够突破传统实验对“时、空”的限制, 无论是学生还是教师, 都可以自由、无顾虑地随时随地上网进入虚拟实验室, 操作仪器, 进行各种实验, 有助于提高实验教学质量。

2 机械设计虚拟实验平台设计

2.1 系统业务流程设计

根据实验系统的功能性需求分析和非功能性需求分析, 设计系统的业务流程为:学生登录系统后选择实验项目, 设定实验参数后开始做实验, 实验结束后提交实验报告。教师登录后可以对实验项目进行管理, 批改学生已经提交的实验报告。教师批改完实验报告给出评定成绩后, 学生可登录系统查看自己的成绩。系统业务流程如图1所示。

2.2 系统框架设计

在系统业务流程的基础上, 设计系统的框架如图2所示。系统包括主控模块、人机界面、CAD/CAE三维仿真环境、实验组织模块、实验报告管理模块和数据库及其组织、管理与维护模块。实验室管理员、学生和实验教师通过友好的人机界面进行交互。

CAD/CAE仿真模块主要实现实验环境、实验过程的可视化, 以直观、交互性强的用户界面呈现实验过程, 从而提高学生实验过程中的沉浸性和体验性。CAD/CAE仿真主要包括三维建模、运动仿真、结构分析等部分。三维建模和运动仿真主要由Pro/Engineer的二次开发工具箱实现, 集成MFC开发环境和Pro/Engineer实体建模环境, 实现实验过程的三维仿真。结构分析主要集成ANSYS有限元分析环境, 实现机械结构的静力、动力仿真。人机界面为学生、教师、知识工程师及外部程序与智能虚拟实验系统之间提供良好的交互界面, 用于识别学生、教师、知识工程师及外部程序的命令、数据等信息, 以及对智能优化设计系统的过程信息和结果信息进行反馈。人机界面包括实验模块和后台管理模块两个部分。实验模块为C/S运行模式, 主要的操作角色为学生, 学生通过该模块可开展虚拟实验。后台管理模块为B/S运行模式, 管理员通过后台管理模块可管理系统用户, 教师通过后台管理模块可输入成绩, 查看学生在线状态等, 学生通过后台管理模块可查看个人信息、成绩等内容。

3 机械设计虚拟实验平台实现

3.1 后台管理模块的实现

后台管理模块主要实现系统管理员对系统用户的管理、教师对学生信息和成绩的管理、学生对个人信息的管理和成绩查询等功能。后台管理模块采用B/S模式, 基于ASP.NET技术, 在Visual Studio2008开发环境下, 结合SQLSEVER2005数据库管理技术实现。该模块包含管理员、教师、学生三个角色, 他们分别具有不同的操作权限。后台管理模块用例图如图3所示。

为统一系统界面风格, 建立了一个父网页模板来控制页面布局。由于系统具有三类角色, 为便于角色权限的分配, 在父网页模板的基础上, 继承了3个子网页模板, 分别作为三类角色的网页模板。后台管理中心的登录页面如图4所示。登录系统后, 管理员可以通过用户管理页面添加用户、删除用户, 或者修改用户密码;教师可通过在线状态页面查询学生的在线状态;学生可通过查看实验成绩页面查看自己的成绩。

3.2 实验模块的实现

实验系统模块采用C/S模式实现, 系统的主要角色为学生。该模块主要实现学生的虚拟实验、个人信息管理和成绩查询功能。系统基于MFC基础类库, 在Visual Studio 2008开发环境下结合SQL SEVER2005数据库管理技术开发实现。其中, 三维虚拟实验环境基于Pro/Engineer三维建模环境实现, 借助Pro/TOOKIT二次开发包实现三维虚拟环境和MFC程序环境的有机继承。仿真分析借助ANSYS有限元分析环境, 基于Batch运行模式, 通过APDL语言实现ANSYS分析环境、MFC环境和Pro/Engineer环境的有机集成。图5所示为实验模块的框架结构。目前系统主要设计有5个实验。

在实验系统模块的登录界面中, 管理员、教师和学生均可通过该界面登录虚拟实验系统。用户登录和退出系统时, 系统在后台实更新用户在线状态, 便于教师查询学生在线状态。用户登录成功后, 系统会自动显示具有用户信息、系统配置和实验项目3个一级菜单的页面。用户信息菜单实现对工作目录、个人信息、密码、成绩等的管理。系统配置主要用来配置相关参数满足系统对环境的需求, 包括服务器信息和Pro/Engineer、ANSYS软件的配置。目前系统已经开发了基本机构认知、机构创新设计、减速器拆装、轴系结构测绘、结构分析5个实验。

图6所示为基本机构认知实验中的铰链四杆机构实验。通过参数设置界面设置四杆机构各连杆长度后, 系统自动根据四杆长度判断四杆机构类型, 给出相应提示, 并更新Pro/Engineer环境下的三维实体模型, 进而显示仿真动画。其余已经开发好的基本机构三维实体模型包括齿轮传动机构、带轮传动机构、摆动凸轮机构、滚子直动从动件凸轮机构、尖顶直动从动件凸轮机构和发动机机构等。

如图7所示为减速器拆装实验界面。减速器主要由齿轮、齿轮轴、箱体、轴承等主要零件和螺栓、油标等一些零部件组成。完成减速器的整体装配后, 可以应用机构分析, 对相应的机构施加伺服, 并可设置电动机的转速和时间等有关参数, 进行运动仿真。另外, 轴系结构测绘实验主要建立在齿轮轴系结构的基础上。

4 小结

(1) 开发了智能虚拟实验室系统, 大大减少了实验室建设的资金投入, 减小了实验室用房面积, 节省了实验消耗材料。学生能够灵活地运用自己的实验时间, 不受实验室关闭和开放时间限制。

(2) 机械设计虚拟实验为图形界面, 操作方便, 交互性强, 直观形象, 真实准确。同时, 可以交互控制实现双向交流, 扩大实验规模, 缩短时间, 提高教学的容量。虚拟实验平台不仅具有实验功能, 还具有实验管理与实验成绩管理功能。

(3) 虚拟实验台与真实实验台类似, 可供学生自己动手配置、连接、调节和使用机械设计实验仪器设备。虚拟实验建立在一个虚拟的实验环境之上, 而注重的是实验操作的交互性和实验结果的仿真性。

参考文献

[1]吴立军.Pro/Engineer二次开发技术基础[M].北京.电子工业出版社, 2006.

[2]徐璇, 姜明新, 黄静, 徐晶, 李敏.基于MFC的工程软件界面设计[J].电子设计工程, 2011, 21:11-13.

优化作业设计 搭建个性发展平台 篇8

一、具有针对性

所谓针对性,即作业内容要结合学生所学内容和生活实际。教授完一节课后,适当地给学生布置些作业是有必要的,但作业量要适中,而且要注意作业的质量。作业要有针对性,也就是说,作业设计必须能强化教学目标,突出教材重点、难点，指出学习方法等，达到学用结合,以提高学生的能力。布置作业前,我总要想想今天学了什么内容,要让学生掌握什么,就布置与之相应的作业。

二、体现层次性

英语学习与其他学科有所不同，学生自身条件差距较大，学习能力不尽相同，学习过程中两极分化比较明显。如何借助作业来解决教学问题，从而实现教学目的，使不同层次的学生各有所获，这就需要教师在选题时，将学生的水平层次（个体层次）与知识层次（“四会”层次）有机地结合起来。这样才能使练习具有较强的针对性，让每个学生都能有所收获，都能享受到成功的快乐。

如对话式课文，可要求成绩好一点的学生想象相似情景和角色表演，中等水平的学生作换词对话表演，差一点的学生可看书表演情景。这样使每个层次的学生都能有质量地完成练习作业，尝到学习的快乐，从而获得成就感。这类作业能够特别关注到学习上的后进生，充分尊重学生的差异，真正体现了因材施教。

三、充滿趣味性

“兴趣是最好的老师”。学生的英语学习活动应当是一个生动活泼的、主动和富有个性的过程。我们理应发挥作业在激发学生学习英语兴趣方面的独特作用。有些教师布置的家庭作业总是抄单词、背课文等，这常常使学生感到枯燥无味。要使作业起到应有的作用，布置的作业要尽量符合小学生的心理特点，设计时必须注意趣味性，作业类型多样、新颖独特、有吸引力，能激发学生的学习兴趣，促使他们努力学习。

四、体现创新性

英语作业也是培养学生创新能力的一种重要途径。例如，在教授地点类和方位类单词时，让学生学会如何表达“去某处”和“如何去某处”。我布置这样的作业：让学生自己查找中国地图，找出你想去的地方并准备怎样去?然后邀请其他同学一起去。 Excuse me? Could you tell me ...?Yes. Go down this street.Turn left ... 在其对话中，不断运用所学的句型。

五、注意交际性

英语语言的学习，其最终目的是为了运用和交际。如果偏离了这一目的，培养出来的学生只能是“聋子”和“哑巴”。我在设计作业时，尽可能围绕教材所体现的语言交际功能，使学生在课堂中习得的英语知识和英语表达能力迅速地迁移到实际生活中去，以求达到英语教学的最终目的。

总之，作业的设计，要以英语课标中的理念为先导，面向全体学生，从提高学生兴趣、发展学生创造性思维能力、强化教学目标出发，为提高教学质量服务，使学生获得初步运用英语的能力，为真实交际打下基础。