第一篇：嵌入式生產(chǎn)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)研究論文

摘要：當(dāng)今社會，科學(xué)技術(shù)不斷發(fā)展，不斷改變，不斷創(chuàng)新，同一個行業(yè)的企業(yè)之間的競爭也越來越激烈。在如此強(qiáng)烈的競爭環(huán)境下，企業(yè)如果想要獲得更多的利益，想要有更好的社會地位，就必須不斷改革創(chuàng)新，獲得先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)，將先進(jìn)技術(shù)應(yīng)用到企業(yè)的各個方面。企業(yè)建立相應(yīng)的管理部門，對技術(shù)人員進(jìn)行管理，讓企業(yè)的生產(chǎn)能夠順利開展。

關(guān)鍵詞：RFID的嵌入式；生產(chǎn)數(shù)據(jù)采集；研究與設(shè)計

一、對RFID技術(shù)的理解

RFID技術(shù)就是一種自動識別技術(shù)，讀寫器和電子標(biāo)簽是基本部件，不管是好的環(huán)境還是壞的的環(huán)境都能夠使用RFID技術(shù)，而且不用很多人都看著這個技術(shù)進(jìn)行，甚至都不用人工操作這項技術(shù)。RFID技術(shù)的識別速度非常快，操作起來也不難，每個步驟都很容易操作，而且RFID技術(shù)的應(yīng)用也越來越廣泛，成本不斷降低，能夠被大部分人接受這個價格。RFID技術(shù)的使用壽命相對于其它的技術(shù)來講也比較長，不僅減少了資源的浪費，而且也為企業(yè)帶來了更多的利益。

二、數(shù)據(jù)采集終端硬件的主體設(shè)計

（一）電源電路。在設(shè)備運行過程中，一般情況下，工作電壓是1。8伏特，和其他的設(shè)備不太一樣，數(shù)字電源和模擬電源之間有什么不一樣，該設(shè)備就不能準(zhǔn)確的識別出來。在實際應(yīng)用過程中，要多設(shè)計幾條電路線，很有可能會出現(xiàn)多種應(yīng)用電源的情況，也要應(yīng)對一些突發(fā)事件，避免出現(xiàn)突發(fā)事件的時候，手忙腳亂，以至于連最基本的問題都無法順利解決。電源電路多線路的設(shè)計特點，提高了生產(chǎn)的質(zhì)量，也促進(jìn)了企業(yè)的發(fā)展[1]。

（二）系統(tǒng)時鐘電路。在實際應(yīng)用數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的時候，要合理的利用LPC2210ARM7微控器，在使用過程中，可以通過兩種不同的電路進(jìn)行合理的使用，一種是外部晶振電路，還有一種是外部時鐘源電路，而且內(nèi)部的電路還是可以調(diào)節(jié)的，以便提高設(shè)備的運行速度，運行速度也是有限制的，最大的不能超過60赫茲。在使用系統(tǒng)時鐘電路的時候，要嚴(yán)格按照要求進(jìn)行生產(chǎn)數(shù)據(jù)的采集。

（三）建立復(fù)位電路。復(fù)位電路芯片的選擇十分重要，任何的選擇都可能影響企業(yè)的日常運行操作，供電電壓要保持在一定的范圍內(nèi)，不要太低，也不要太高，保持在正常的范圍內(nèi)就行[2]。復(fù)位電路的電壓最高是2.93伏特，如果超過2.93伏特，就不能正常進(jìn)行，要是想要正常的運行設(shè)備，必須嚴(yán)格控制電壓，只有電壓低于2.93伏特的時候，設(shè)備才能正常的運行。

三、數(shù)據(jù)采集終端的外圍設(shè)計

（一）圖形液晶模塊接口的電路設(shè)計。這類電路設(shè)計主要應(yīng)用的是點陣圖形，最大的優(yōu)點就是可以容闊其他的模塊。使用點陣圖形液晶模塊接口的電路設(shè)計時，如果輸入正確的指令，在點陣圖形模塊中就可能同時出現(xiàn)中文和英文。而且點陣圖形模塊接口的電路設(shè)計可以降低設(shè)備的操作難度，符合大眾的需求，讓幾乎每一個人都能體會到該設(shè)計的應(yīng)用。

（二）鍵盤輸入電路設(shè)計。一般的工作都會應(yīng)用到電腦，用電腦就會用到鍵盤，每一個技術(shù)人員對于電腦鍵盤的操作都不陌生，可以用鍵盤輸入數(shù)據(jù)，統(tǒng)計數(shù)據(jù)，制作數(shù)據(jù)報表，計算工程利益預(yù)估的價格等，這就是人和機(jī)器很好結(jié)合的表現(xiàn)。在設(shè)計電路的時候，鍵盤輸入電路的設(shè)計最為普遍，很多人能夠充分的了解該項設(shè)計內(nèi)容，也能很好的接受鍵盤輸入電路設(shè)計，并且應(yīng)用到實際的工作生產(chǎn)過程中。而且現(xiàn)在學(xué)校中計算機(jī)的教育會先教學(xué)生使用鍵盤，隨著人們不斷的學(xué)習(xí)，鍵盤的使用已經(jīng)扎根在人們的腦子里了。

四、結(jié)語

目前，我國的經(jīng)濟(jì)發(fā)展非?？?，也發(fā)展的非常好，生產(chǎn)數(shù)據(jù)的采集還有很多不足之處，需要各個企業(yè)不斷改革創(chuàng)新，爭取建立最適合我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展的生產(chǎn)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。各個企業(yè)的設(shè)計部門應(yīng)該在現(xiàn)有電路設(shè)計的基礎(chǔ)上不斷完善電路設(shè)計內(nèi)容，相關(guān)技術(shù)人員對于所使用的電路設(shè)計也要熟練的掌握其基本要領(lǐng)。在當(dāng)今社會中，通過解決工作過程中不斷出現(xiàn)的一個又一個的問題，不斷完善電路設(shè)計。企業(yè)也要經(jīng)常召開會議，對于技術(shù)的改革創(chuàng)新進(jìn)行不斷探討。在實際生產(chǎn)過程中，企業(yè)要建立相關(guān)的部門，專門負(fù)責(zé)生產(chǎn)過程中的設(shè)計問題，如果出現(xiàn)什么問題，要及時的解決問題，不要累積問題，讓問題的危害擴(kuò)大。企業(yè)的相關(guān)部門也要對技術(shù)人員進(jìn)行培訓(xùn)，很多技術(shù)在不斷改革創(chuàng)新，就需要專業(yè)的技術(shù)人員對新技術(shù)做到熟悉了解，能夠把新技術(shù)熟練的應(yīng)用到生產(chǎn)過程中，推動企業(yè)的發(fā)展，避免企業(yè)在社會日益發(fā)展的潮流中被淘汰下去。

參考文獻(xiàn)

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第二篇：虛擬儀器數(shù)據(jù)采集應(yīng)用論文

虛擬儀器是以一種全新的理念來設(shè)計和發(fā)展的儀器，他是90年代發(fā)展起來的一項新技術(shù)，主要用于自動測試、過程控制、儀器設(shè)計和數(shù)據(jù)分析等領(lǐng)域，其基本思想是在儀器設(shè)計或測試系統(tǒng)中盡可能用軟件代替硬件，即“軟件就是儀器”，他是在通用計算機(jī)平臺上，根據(jù)用戶需求來定義和設(shè)計儀器的測試功能，其實質(zhì)是充分利用計算機(jī)的最新技術(shù)來實現(xiàn)和擴(kuò)展傳統(tǒng)儀器的功能。

虛擬儀器的特點和構(gòu)成 1.1 虛擬儀器的特點

與傳統(tǒng)儀器相比，虛擬儀器具有高效、開放、易用靈活、功能強(qiáng)大、性價比高、可操作性 好等明顯優(yōu)點，具體表現(xiàn)為：

智能化程度高，處理能力強(qiáng) 虛擬儀器的處理能力和智能化程度主要取決于儀器軟件水平。用戶完全可以根據(jù)實際應(yīng)用需求，將先進(jìn)的信號處理算法、人工智能技術(shù)和專家系統(tǒng)應(yīng)用于儀器設(shè)計與集成，從而將智能儀器水平提高到一個新的層次。

復(fù)用性強(qiáng)，系統(tǒng)費用低 應(yīng)用虛擬儀器思想，用相同的基本硬件可構(gòu)造多種不同功能的測試分析儀器，如同一個高 速數(shù)字采樣器，可設(shè)計出數(shù)字示波器、邏輯分析儀、計數(shù)器等多種儀器。這樣形成的測試儀 器系統(tǒng)功能更靈活、更高效、更開放、系統(tǒng)費用更低。通過與計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)連接，還可實現(xiàn)虛 擬儀器的分布式共享，更好地發(fā)揮儀器的使用價值。

可操作性強(qiáng)，易用靈活 虛擬儀器面板可由用戶定義，針對不同應(yīng)用可以設(shè)計不同的操作顯示界面。使用計算機(jī)的 多媒體處理能力可以使儀器操作變得更加直觀、簡便、易于理解，測量結(jié)果可以直接進(jìn)入數(shù) 據(jù)庫系統(tǒng)或通過網(wǎng)絡(luò)發(fā)送。測量完后還可打印、顯示所需的報表或曲線，這些都使得儀器的 可操作性大大提高而且易用、靈活。

1.2 虛擬儀器的構(gòu)成 虛擬儀器的構(gòu)建主要從硬件電路的設(shè)計、軟件開發(fā)與設(shè)計2個方面考慮。

硬件電路的設(shè)計主要根據(jù)用戶所面對的任務(wù)決定，其中接口設(shè)計可選用的接口總線標(biāo)準(zhǔn)包 括Gp IB總線、VXI總線等。推薦選用VXI總線。因為他具有通用性強(qiáng)、可擴(kuò)充性好、傳輸速 率高、抗干擾能力強(qiáng)以及良好的開放性能等優(yōu)點，因此自1987被首次推出后迅速得到各大儀 器生產(chǎn)廠家的認(rèn)可，目前VXI模塊化儀器被認(rèn)為是虛擬儀器的最理想平臺，是儀器硬件的發(fā) 展方向。由于VXI虛擬儀器的硬件平臺的基本組成是一些通用模塊和專用接口。因此硬件電 路的設(shè)計一般可以選擇用現(xiàn)有的各種不同的功能模塊來搭建。通用模塊包括：信號調(diào) 理和高速數(shù)據(jù)采集；信號輸出與控制；數(shù)據(jù)實時處理。這3部分概括了數(shù)字化儀 器的基本組成。將具有一種或多種功能的通用模塊組建起來，就能構(gòu)成任何一種虛擬儀器。例如使用高速數(shù)據(jù)采集模塊和高速實時數(shù)據(jù)處理模塊就能構(gòu)成1臺示波器、1臺數(shù)字化儀或 1臺頻譜分析儀；使用信號輸出與控制模塊和實時數(shù)據(jù)處理模塊就能構(gòu)成1臺函數(shù)發(fā)生器、1臺信號源或1臺控制器。專用接口是針對特定用途儀器需要的設(shè)計，也包括一些現(xiàn)場總線 接口和各類傳感器接口。系統(tǒng)的主要硬件包括控制器、主機(jī)箱和儀器模塊。常用的控制方案 有GpIB總線控制方式的硬件方案、MXI總線控制方式的硬件方案、嵌入式計算機(jī)控制方式的 硬件方案3種。VXI儀器模塊又稱為器件（devices）。VXI有4種器件：寄存器基器件、消 息基器件、存儲器器件和擴(kuò)展器件。存儲器器件不過是專用寄存器基器件，用來保存和傳輸 大量數(shù)據(jù)。擴(kuò)展器目前是備用件，為今后新型器件提供發(fā)展通道。將VXI儀器制作成寄存器 基器件，還是消息基器件是首先要做出的決策。寄存器基器件的通信情況極像VME總線器件，是在低層用二進(jìn)制信息編制程序。他的明顯優(yōu)點在于速度寄存器基器件完全是在 直接 硬件控制這一層次上進(jìn)行通信的。這種高速通信可以使測試系統(tǒng)吞吐量大大提高。因此，寄 存器基器件適用于虛擬儀器中信號/輸出部分的模塊（如開關(guān)、多路復(fù)用器、數(shù)/模轉(zhuǎn)換輸出 卡、模/

數(shù)轉(zhuǎn)換輸入卡、信號調(diào)理等）。消息基器件與寄存器基器件不同，他在高層次上用A SCII字符進(jìn)行通信，與這種器件十分相似是獨立HpIB儀器。消息基器件用一組意義 明確的 “字串行協(xié)議”相互進(jìn)行通信，這種異步協(xié)議定義了在器件之間傳送命令和數(shù)據(jù)所需的掛鉤 要求。消息基器件必須有CpU（或DSp）進(jìn)行管理與控制。因此，消息基器件適用于虛擬儀器 中數(shù)字信號處理部分的模塊。

軟件的開發(fā)與設(shè)計包括3部分：VXI總線接口軟件、儀器驅(qū)動軟件和應(yīng)用軟件（軟面板）。軟件結(jié)構(gòu)如圖1所示。

VXI總線接口軟件由零槽控制器提供，包括資源管理器、資源編輯程序、交互式控制程序和 編程函數(shù)庫等。該軟件在編程語言和VXI總線之間建立連接，提供對VXI背板總線的控制和支 持，是實現(xiàn)VXI系統(tǒng)集成的基礎(chǔ)。

儀器驅(qū)動程序是完成對某一特定儀器的控制與通信的軟件程序，也即模塊的驅(qū)動軟件，他 的設(shè)計必須符合Vpp的2個規(guī)范，即Vpp3.1《儀器驅(qū)動程序結(jié)構(gòu)和模型》和Vpp3.2《儀器 驅(qū)動程序設(shè)計規(guī)范》。

“軟面板”設(shè)計就是設(shè)計具有可變性、多層性、自助性、人性化的面板，這個面板應(yīng)不 僅同傳統(tǒng)儀器面板一樣具有顯示器、LED、指針式表頭、旋鈕、滑動條、開關(guān)按鈕、報警裝 置等功能部件，而且應(yīng)還具有多個連貫操作面板、在線幫助功能等。

虛擬儀器在數(shù)據(jù)采集中的應(yīng)用

利用虛擬儀器制作數(shù)據(jù)采集器可以按照硬件設(shè)計、軟件設(shè)計兩個步驟來完成。

2.1 硬件設(shè)計

硬件設(shè)計要完成以下內(nèi)容：

1)模/數(shù)轉(zhuǎn)換及數(shù)據(jù)存儲

設(shè)置具有通用性的數(shù)據(jù)自動采集系統(tǒng)，一般應(yīng)滿足能對多路信號盡可能同步地進(jìn)行采集，為了使所采集到的數(shù)據(jù)不但能夠在數(shù)據(jù)采集器上進(jìn)行存儲，而且還能及時地在采集過程中 將數(shù)據(jù)傳送到上位機(jī)，選用存儲量比較適中的先進(jìn)先出存儲器，這樣既能滿足少量數(shù)據(jù)存儲 的需要，又能在需要實時傳送數(shù)據(jù)時，在A/D轉(zhuǎn)換的同時進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送，不丟失任何數(shù)據(jù)。)VXI總線接口

VXI總線數(shù)據(jù)采集器通?？梢岳脙煞NVXI總線通用接口消息基接口和寄存器基接口。消 息基接口的作用是通過總線傳送命令，從而控制儀器硬件的操作。通用寄存器基接口是由寄存器簡單的讀寫來控制儀器硬件的操作。利用消息基接口進(jìn)行設(shè)計，具體消息基接口的框圖見圖2。

3)采樣通道控制

為了滿足幾種典型系統(tǒng)通道控制的要求，使通道的數(shù)量足夠多，通道的選取比較靈活，可以利用寄存器電路、可預(yù)置計數(shù)器電路以及一些其他邏輯電路的配合，將采樣通道設(shè)計成最多64路、最少2路可以任意選擇，而且可以從任意一路開始采樣，也可以到任意一路結(jié)束采樣，只要截止通道號大于起始通道號就可以了。整個控制在虛擬儀器軟面板上進(jìn)行操作，通過消息基接口將命令寫在這部分的控制寄存器中，從而設(shè)置計數(shù)器的初值以及采樣的通道總數(shù)。

4)定時采樣控制

由于不同的自動測試系統(tǒng)對采樣時間間隔的要求不同，以及同一系統(tǒng)在不同的試驗中 需要的采樣時間間隔也不盡相同，故可以采用程控的方式將采樣時間間隔設(shè)置在2 μs~13.0 ms之間任意選擇，可以增加或減少的最小單位是2 μs。所有這些選擇設(shè)置可以在虛擬儀器軟面板上進(jìn)行。

5)采樣點數(shù)控制

根據(jù)不同測試系統(tǒng)的需求，將采樣點數(shù)設(shè)計成可在一個比較大的范圍中任意選擇，該選擇同樣是在軟面板上進(jìn)行。

6)采樣方式控制

總結(jié)各種自動測試系統(tǒng)的采樣方式不外乎軟件觸發(fā)采樣和硬件 觸發(fā)采樣。在硬件觸發(fā)采樣中又包括同步整周期采樣和非同步整周期采樣，這2種采樣又可 以是定時進(jìn)行的或等轉(zhuǎn)速差進(jìn)行的。所有這些采樣方式，對于數(shù)據(jù)采集器來說都可以在軟面 板上進(jìn)行選擇。

2.2 軟件設(shè)計

軟件是虛擬儀器的關(guān)鍵，為使VI系統(tǒng)結(jié)構(gòu)清晰簡潔，一般可采用組件化設(shè)計思想，將各部分彼此獨立的軟件單元分別制成標(biāo)準(zhǔn)的組件，然后按照系統(tǒng)的總體要求組成完整的應(yīng)用系統(tǒng)，一個標(biāo)準(zhǔn)的組件化的虛擬儀器軟件系統(tǒng)，如圖3所示。

應(yīng)用軟件為用戶提供了建立虛擬儀器和擴(kuò)展其功能的必要工具，以及利用pC機(jī)、工作站的 強(qiáng)大功能。同時Vpp聯(lián)盟提出了建立虛擬儀器標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)庫（VISA）的建議，為虛擬儀器的研 制與開發(fā)提供了標(biāo)準(zhǔn)。這也進(jìn)一步使由通用的VXI數(shù)據(jù)采集模塊、CpU/DSp模塊來構(gòu)成虛擬儀 器成為可能。

基于虛擬儀器的數(shù)據(jù)采集器的軟件包括系統(tǒng)管理軟件、應(yīng)用程序、儀器驅(qū)動軟件和I/O接 口 軟件。以往這4部分需要用戶自己組織或開發(fā)，往往很困難，但現(xiàn)在NI公司提供了所有這 四部分軟件，使應(yīng)用開發(fā)比以往容易得多。

下面簡單介紹以NI公司的Lab Windows/CVI為開發(fā)環(huán)境，來進(jìn)行VXI虛擬儀器的驅(qū)動程序開 發(fā)的方法。

第一步：生成儀器模塊的用戶接口資源文件（UIR）。用戶接口資源、文件是儀器模塊 開 發(fā)者利用Lab Windows/CVI的用戶界面編輯器為儀器模塊設(shè)計的一個圖形用戶界面（GUI）。一個Lab Windows/CVI的GUI由面板、命令按鈕、圖標(biāo)、下拉菜單、曲線、旋鈕、指示表以及 許多其他控制項和說明項構(gòu)成。

第二步：Lab Windows/CVI事件驅(qū)動編程。應(yīng)用程序開發(fā)環(huán)境Lab Windows/CVI中設(shè)計一個 用戶接口，實際上是在用戶計算機(jī)屏幕上定義一個面板，他由各種控制項（如命令按鈕、菜 單、曲線等）構(gòu)成。用戶選中這些控制項就可以產(chǎn)生一系列用戶接口事件（events）。例如，當(dāng)用戶單擊一個命令按鈕，這個按鈕產(chǎn)生一個用戶接口事件，并傳遞給開發(fā)者編寫的C語 言驅(qū)動程序。這是運用了Windows編程的事件驅(qū)動機(jī)制。Lab Windows/CVI中使用不同類型的 控制項，在界面編輯器中將顯示不同類型的信息，并產(chǎn)生不同操作的接口事件。在Lab Wind ows/CVI的開發(fā)平臺中，對事件驅(qū)動進(jìn)行C程序編程時可采用2種基本的方法：回調(diào)函數(shù)法和 事件循環(huán)處理法。

回調(diào)函數(shù)法是開發(fā)者為每一個用戶界面的控制項寫一個獨立的用戶界面的控制函數(shù)，當(dāng)選中某個控制項，就調(diào)用相應(yīng)的函數(shù)進(jìn)行事件處理。在循環(huán)處理法中，只處理GUI控制 項所產(chǎn)生的COMMIT事件。通過Get User Event函數(shù)過濾，將所有的COMMIT事件區(qū)分開，識別 出是由哪個控制項所產(chǎn)生的事件，并執(zhí)行相應(yīng)的處理。

第三步：應(yīng)用函數(shù)/VI集與應(yīng)用程序軟件包編寫。應(yīng)用函數(shù)/VI集需針對具體儀器模塊 功能進(jìn)行編程，應(yīng)用程序軟件包只是一些功能強(qiáng)大、需要完善的數(shù)據(jù)處理能力的模塊才需要 提供，如波形分析儀模塊、DSp模塊等。結(jié)語

本文探討了虛擬儀器的基本組成，以及實際的虛擬儀器軟硬件設(shè)計的一般方法，這些方法經(jīng)過實際設(shè)計工作運用證明是可靠的，可供系統(tǒng)工程技術(shù)人員在組建具體的基于VXI總線的虛擬儀器數(shù)據(jù)采集、測試時參考使用。

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第三篇：ABS系統(tǒng)研究論文

摘要：

利用機(jī)械動力學(xué)仿真軟件ADAMS 建立汽車ABS的機(jī)械動力學(xué)模型，在MATLAB/SIMULINK 環(huán)境下建立Jetta GTX 轎車的ABS 控制模型，構(gòu)成了ABS 機(jī)電液一體化聯(lián)合仿真的動力學(xué)控制模型。利用MATLAB確定了ABS 的控制參數(shù)的門限值，進(jìn)行了仿真結(jié)果數(shù)據(jù)處理和分析，與大量的ABS 實車道路試驗數(shù)據(jù)對比，改進(jìn)模型準(zhǔn)確度，獲得了正確和可行的ABS 仿真控制模型，為加速開發(fā)ABS 的控制算法奠定了基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：ABS 動力學(xué)控制模型 聯(lián)合仿真 ADAMS MATLAB/SIMULINK

第一章 概述

“ABS”（Anti-lockedBrakingSystem）中文譯為“防抱死剎車系統(tǒng)”.它是一種具有防滑、防鎖死等優(yōu)點的汽車安全控制系統(tǒng)。ABS是常規(guī)剎車裝置基礎(chǔ)上的改進(jìn)型技術(shù)，可分機(jī)械式和電子式兩種。

現(xiàn)代汽車上大量安裝防抱死制動系統(tǒng)，ABS既有普通制動系統(tǒng)的制動功能，又能防止車輪鎖死，使汽車在制動狀態(tài)下仍能轉(zhuǎn)向，保證汽車的制動方向穩(wěn)定性，防止產(chǎn)生側(cè)滑和跑偏，是目前汽車上最先進(jìn)、制動效果最佳的制動裝置。

普通制動系統(tǒng)在濕滑路面上制動，或在緊急制動的時候，車輪容易因制動力超過輪胎與地面的摩擦力而安全抱死。

近年來由于汽車消費者對安全的日益重視，大部分的車都已將ABS列為標(biāo)準(zhǔn)配備。如果沒有ABS，緊急制動通常會造成輪胎抱死，這時，滾動摩擦變成滑動摩擦，制動力大大下降。而且如果前輪抱死，車輛就失去了轉(zhuǎn)向能力；如果后輪先抱死，車輛容易產(chǎn)生側(cè)滑，使車行方向變得無法控制。所以，ABS系統(tǒng)通過電子機(jī)械的控制，以非常快的速度精密的控制制動液壓力的收放，來達(dá)到防止車輪抱死，確保輪胎的最大制動力以及制動過程中的轉(zhuǎn)向能力，使車輛在緊急制動時也具有躲避障礙的能力。

隨著世界汽車工業(yè)的迅猛發(fā)展，安全性日益成為人們選購汽車的重要依據(jù)。目前廣泛采用的防抱制動系統(tǒng)（ABS）使人們對安全性要求得以充分的滿足。

汽車制動防抱系統(tǒng)，簡稱為ABS，是提高汽車被動安全性的一個重要裝置。有人說制動防抱系統(tǒng)是汽車安全措施中繼安全帶之后的又一重大進(jìn)展。汽車制動系統(tǒng)是汽車上關(guān)系到乘客安全性最重要的二個系統(tǒng)之一。隨著世界汽車工業(yè)的迅猛發(fā)展，汽車的安全性越來越為人們重視。汽車制動防抱系統(tǒng)，是提高汽車制動安全性的又一重大進(jìn)步。

ABS防抱制動系統(tǒng)由汽車微電腦控制，當(dāng)車輛制動時，它能使車輪保持轉(zhuǎn)動，從而幫助駕駛員控制車輛達(dá)到安全的停車。這種防抱制動系統(tǒng)是用速度傳感器檢測車輪速度，然后把車輪速度信號傳送到微電腦里，微電腦根據(jù)輸入車輪速度，通過重復(fù)地減少或增加在輪子上的制動壓力來控制車輪的打滑率，保持車輪轉(zhuǎn)動。在制動過程中保持車輪轉(zhuǎn)動，不但可保證控制行駛方向的能力，而且，在大部分路面情況下，與抱死〔鎖死〕車輪相比，能提供更高的制動力量。

第二章 發(fā)展歷程

ABS系統(tǒng)的發(fā)展可以追溯到本世紀(jì)初期，早在1928年制動防抱理論就被提出，在30年代機(jī)械式制動防抱系統(tǒng)就開始在火車和飛機(jī)上獲得應(yīng)用，博世（BOSCH）公司在1936年第一個獲得了用電磁式車輪轉(zhuǎn)速傳感器獲取車輪轉(zhuǎn)速的制動防抱系統(tǒng)的專利權(quán)。

進(jìn)入50年代，汽車制動防抱系統(tǒng)開始受到較為廣泛的關(guān)注。福特（FORD）公司曾于1954年將飛機(jī)的制動防抱系統(tǒng)移置在林肯（LINCOIN）轎車上，凱爾塞·海伊斯（KELSEHAYES）公司在1957年對稱為“AUTOMATIC”的制動防抱系統(tǒng)進(jìn)行了試驗研究，研究結(jié)果表明制動防抱系統(tǒng)確實可以在制動過程中防止汽車失去方向控制，并且能夠縮短制動距離；克萊斯（CHRYSLER）公司在這一時期也對稱為“SKIDCONTROL”的制動防抱系統(tǒng)進(jìn)行了試驗研究。由于這一時期的各種制動防抱系統(tǒng)采用的都是機(jī)械式車輪轉(zhuǎn)速傳感器的機(jī)械式制動壓力調(diào)節(jié)裝置，因此，獲取的車輪轉(zhuǎn)速信號不夠精確，制動壓力調(diào)節(jié)的適時性和精確性也難于保證，控制效果并不理想。

隨著電子技術(shù)的發(fā)展，電子控制制動防抱系統(tǒng)的發(fā)展成為可能。在60年代后期和70年代初期，一些電子控制的制動防抱系統(tǒng)開始進(jìn)入產(chǎn)品化階段。凱爾塞·海伊斯公司在1968年研制生產(chǎn)了稱為“SURETRACK”兩輪制動防抱系統(tǒng)，該系統(tǒng)由電子控制裝置根據(jù)電磁式轉(zhuǎn)速傳感器輸入的后輪轉(zhuǎn)速信號，對制動過程中后輪的運動狀態(tài)進(jìn)行判定，通過控制由真空驅(qū)動的制動壓力調(diào)節(jié)裝置對后制動輪缸的制動壓力進(jìn)行調(diào)節(jié)，并在1969年被福特公司裝備在雷鳥（THUNDERBIRD）和大陸·馬克III（CONTINENTALMKIII）轎車上。

克萊斯勒公司與本迪克斯（BENDIX）公司合作研制的稱“SURE-TRACK”的能防止4個車輪被制動抱死的系統(tǒng)，在1971年開始裝備帝國（IMPERIAL）轎車，其結(jié)構(gòu)原理與凱爾塞·海伊斯的“SURE-TRACK”基本相同，兩者不同之處，只是在于兩個還是四個車輪有防抱制動。博世公司和泰威（TEVES）公司在這一時期也都研制了各自第一代電子控制制動防抱系統(tǒng)，這兩種制動防抱系統(tǒng)都是由電子控制裝置對設(shè)置在制動管路中的電磁閥進(jìn)行控制，直接對各制動輪以電子控制壓力進(jìn)行調(diào)節(jié)。

別克（BUICK）公司在1971年研制了由電子控制裝置自動中斷發(fā)動機(jī)點火，以減小發(fā)動機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩，防止驅(qū)動車輪發(fā)生滑轉(zhuǎn)的驅(qū)動防抱轉(zhuǎn)系統(tǒng).瓦布科（WABCO）公司與奔馳（BENZ）公司合作，在1975年首次將制動防抱系統(tǒng)裝備在氣壓制動的載貸汽車上。

第一臺防抱死制動系統(tǒng)ABS(Ant-ilockBrakeSystem)，在1950年問世，首先被應(yīng)用在航空領(lǐng)域的飛機(jī)上，1968年開始研究在汽車上應(yīng)用。70年代，由于歐美七國生產(chǎn)的新型轎車的前輪或前后輪開始采用盤式制動器，促使了ABS在汽車上的應(yīng)用。1980年后，電腦控制的ABS逐漸在歐洲、美國及亞洲日本的汽車上迅速擴(kuò)大。到目前為止，一些中高級豪華轎車，如西德的奔馳、寶馬、雅迪、保時捷、歐寶等系列，英國的勞斯來斯、捷達(dá)、路華、賓利等系列，意大利的法拉利、的愛快、領(lǐng)先、快意等系列，法國的波爾舍系列，美國福特的TX3、30X、紅彗星及克萊斯勒的帝王、紐約豪客、男爵、道奇、順風(fēng)等系列，日本的思域，凌志、豪華本田、奔躍、俊朗、淑女300Z等系列，均采用了先進(jìn)的ABS。到1993年，美國在轎車上安裝ABS已達(dá)46%，現(xiàn)今在世界各國生產(chǎn)的轎車中有近75%的轎車應(yīng)用ABS。

現(xiàn)今全世界已有本迪克斯、波許、摩根.戴維斯、海斯.凱爾西、蘇麥湯姆、本田、日本無限等許多公司生產(chǎn)ABS，它們中又有整體和非整體之分。預(yù)計隨著轎車的迅速發(fā)展，將會有更多的廠家生產(chǎn)。

這一時期的各種ABS系統(tǒng)都是采用模擬式電子控制裝置，由于模擬式電子控制裝置存在著反應(yīng)速慢、控制精度低、易受干擾等缺陷，致使各種ABS系統(tǒng)均末達(dá)到預(yù)期的控制效果，所以，這些防抱控制系統(tǒng)很快就不再被采用了。

進(jìn)入70年代后期，數(shù)字式電子技術(shù)和大規(guī)模集成電路的迅速發(fā)展，為ABS系統(tǒng)向?qū)嵱没l(fā)展奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。博世公司在1978年首先推出了采用數(shù)字式電子控制裝置的制動防泡系統(tǒng)--博世ABS2，并且裝置在奔馳轎車上，由此揭開了現(xiàn)代ABS系統(tǒng)發(fā)展的序幕。盡管博世ABS2的電子控制裝置仍然是由分離元件組成的控制裝置，但由于數(shù)字式電子控制裝置與模擬式電子控制裝置相比，其反應(yīng)速度、控制精度和可靠性都顯著提高，因此，博世ABS2的控制效果己相當(dāng)理想。從此之后，歐、美、日的許多制動器專業(yè)公司和汽車公司相繼研制了形式多詳?shù)腁BS系統(tǒng)。

“自動防抱死剎車”的原理并不難懂，在遭遇緊急情況時，未安裝ABS系統(tǒng)的車輛來不及分段緩剎只能立刻踩死。由于車輛沖刺慣性，瞬間可能發(fā)生側(cè)滑、行駛軌跡偏移與車身方向不受控制等危險狀況！而裝有ABS系統(tǒng)的車輛在車輪即將達(dá)到抱死臨界點時，剎車在一秒內(nèi)可作用60至120次，相當(dāng)于不停地剎車、放松，即相似于機(jī)械自動化的“點剎”動作。此舉可避免緊急剎車時方向失控與車輪側(cè)滑，同時加大輪胎摩擦力，使剎車效率達(dá)到90％以上。

從微觀上分析，在輪胎從滾動變?yōu)榛瑒拥呐R界點時輪胎與地面的摩擦力達(dá)到最大。在汽車起步時可充分發(fā)揮引擎動力輸出（縮短加速時間），如果在剎車時則減速效果最大（剎車距離最短）。ABS系統(tǒng)內(nèi)控制器利用液壓裝置控制剎車壓力在輪胎發(fā)生滑動的臨界點反復(fù)擺動，使在剎車盤不斷重復(fù)接觸、離開的過程而保持輪胎抓地力最接近最大理論值，達(dá)到最佳剎車效果。

ABS的運作原理看來簡單，但從無到有的過程卻經(jīng)歷過不少挫折（中間缺乏關(guān)鍵技術(shù)）！1908年英國工程師J.E.Francis提出了“鐵路車輛車輪抱死滑動控制器”理論，但卻無法將它實用化。接下來的30年中，包括Karl Wessel的“剎車力控制器”、Werner M?hl的“液壓剎車安全裝置”與Richard Trappe的“車輪抱死防止器”等嘗試都宣告失敗。在1941年出版的《汽車科技手冊》中寫到：“到現(xiàn)在為止，任何通過機(jī)械裝置防止車輪抱死危險的嘗試皆尚未成功，當(dāng)這項裝置成功的那一天，即是交通安全史上的一個重要里程碑”，可惜該書的作者恐怕沒想到這一天竟還要再等30年之久。

當(dāng)時開發(fā)剎車防抱死裝置的技術(shù)瓶頸是什么？首先該裝置需要一套系統(tǒng)實時監(jiān)測輪胎速度變化量并立即通過液壓系統(tǒng)調(diào)整剎車壓力大小，在那個沒有集成電路與計算機(jī)的年代，沒有任何機(jī)械裝置能夠達(dá)成如此敏捷的反應(yīng)！等到ABS系統(tǒng)的誕生露出一線曙光時，已經(jīng)是半導(dǎo)體技術(shù)有了初步規(guī)模的1960年代早期。

精于汽車電子系統(tǒng)的德國公司Bosch（博世）研發(fā)ABS系統(tǒng)的起源要追溯到1936年，當(dāng)年Bosch申請“機(jī)動車輛防止剎車抱死裝置”的專利。1964年（也是集成電路誕生的一年）Bosch公司再度開始ABS的研發(fā)計劃，最后有了“通過電子裝置控制來防止車輪抱死是可行的”結(jié)論，這是ABS（Antilock Braking System）名詞在歷史上第一次出現(xiàn)！世界上第一具ABS原型機(jī)于1966年出現(xiàn)，向世人證明“縮短剎車距離”并非不可能完成的任務(wù)。因為投入的資金過于龐大，ABS初期的應(yīng)用僅限于鐵路車輛或航空器。Teldix GmbH公司從1970年和奔馳車廠合作開發(fā)出第一具用于道路車輛的原型機(jī)——ABS 1，該系統(tǒng)已具備量產(chǎn)基礎(chǔ)，但可靠性不足，而且控制單元內(nèi)的組件超過1000個，不但成本過高也很容易發(fā)生故障。

1973年Bosch公司購得50％的Teldix GmbH公司股權(quán)及ABS領(lǐng)域的研發(fā)成果，1975年AEG、Teldix與Bosch達(dá)成協(xié)議，將ABS系統(tǒng)的開發(fā)計劃完全委托Bosch公司整合執(zhí)行?！癆BS 2”在3年的努力后誕生！有別于ABS 1采用模擬式電子組件，ABS 2系統(tǒng)完全以數(shù)字式組件進(jìn)行設(shè)計，不但控制單元內(nèi)組件數(shù)目從1000個銳減到140個，而且有造價降低、可靠性大幅提升與運算速度明顯加快的三大優(yōu)勢。兩家德國車廠奔馳與寶馬于1978年底決定將ABS 2這項高科技系統(tǒng)裝置在S級及7系列車款上。

在誕生的前3年中，ABS系統(tǒng)都苦于成本過于高昂而無法開拓市場。從1978到1980年底，Bosch公司總共才售出24000套ABS系統(tǒng)。所幸第二年即成長到76000套。受到市場上的正面響應(yīng)，Bosch開始TCS循跡控制系統(tǒng)的研發(fā)計劃。1983年推出的ABS 2S系統(tǒng)重量由5.5公斤減輕到4.3公斤，控制組件也減少到70個。到了1985年代中期，全球新出廠車輛安裝ABS系統(tǒng)的比例首次超過1％，通用車廠也決定把ABS列為旗下主力雪佛蘭車系的標(biāo)準(zhǔn)配備。

1986年是另一個值得紀(jì)念的年份，除了Bosch公司慶祝售出第100萬套ABS系統(tǒng)外，更重要的是Bosch推出史上第一具供民用車使用的TCS/ ASR循跡控制系統(tǒng)。TCS/ ASR的作用是防止汽車起步與加速過程中發(fā)生驅(qū)動輪打滑，特別是防止車輛過彎時的驅(qū)動輪空轉(zhuǎn)，并將打滑控制在10％到20％范圍內(nèi)。由于ASR是通過調(diào)整驅(qū)動輪的扭矩來控制，因而又叫驅(qū)動力控制系統(tǒng)，在日本又稱之為TRC或TRAC。

ASR和ABS的工作原理方面有許多共同之處，兩者合并使用可形成更佳效果，構(gòu)成具有防車輪抱死和驅(qū)動輪防打滑控制(ABS /ASR)系統(tǒng)。這套系統(tǒng)主要由輪速傳感器、ABS/ ASR ECU控制器、ABS驅(qū)動器、ASR驅(qū)動器、副節(jié)氣門控制器和主、副節(jié)氣門位置傳感器等組成。在汽車起步、加速及行進(jìn)過程中，引擎ECU根據(jù)輪速傳感器輸入的信號，當(dāng)判定驅(qū)動輪的打滑現(xiàn)象超過上限值時，就進(jìn)入防空轉(zhuǎn)程序。首先由引擎ECU降低副節(jié)氣門以減少進(jìn)油量，使引擎動力輸出扭矩減小。當(dāng)ECU判定需要對驅(qū)動輪進(jìn)行介入時，會將信號傳送到ASR驅(qū)動器對驅(qū)動輪（一般是前輪）進(jìn)行控制，以防止驅(qū)動輪打滑或使驅(qū)動輪的打滑保持在安全范圍內(nèi)。第一款搭載ASR系統(tǒng)的新車型在1987年出現(xiàn)，奔馳S 級再度成為歷史的創(chuàng)造者。

隨著ABS系統(tǒng)的單價逐漸降低，搭載ABS系統(tǒng)的新車數(shù)目于1988年突破了爆炸性成長的臨界點，開始飛快成長，當(dāng)年Bosch的ABS系統(tǒng)銷售量首次突破300萬套。技術(shù)上的突破讓Bosch在1989年推出的ABS 2E系統(tǒng)首次將原先分離于引擎室（液壓驅(qū)動組件）與中控臺（電子控制組件）內(nèi)，必須依賴復(fù)雜線路連接的設(shè)計更改為“兩組件整合為一”設(shè)計！ABS 2E系統(tǒng)也是歷史上第一個舍棄集成電路，改以一個8 k字節(jié)運算速度的微處理器（CPU）負(fù)責(zé)所有控制工作的ABS系統(tǒng)，再度寫下了新的里程碑。該年保時捷車廠正式宣布全車系都已安裝了ABS，3年后（1992年）奔馳車廠也決定緊跟保時捷的腳步。

1990年代前半期ABS系統(tǒng)逐漸開始普及于量產(chǎn)車款。Bosch在1993年推出ABS 2E的改良版：ABS 5.0系統(tǒng)，除了體積更小、重量更輕外，ABS 5.0裝置了運算速度加倍（16 k字節(jié)）的處理器，該公司也在同年年中慶祝售出第1000萬套ABS系統(tǒng)。

ABS與ASR/ TCS系統(tǒng)已受到全世界車主的認(rèn)同，但Bosch的工程團(tuán)隊卻并不滿足，反而向下一個更具挑戰(zhàn)性的目標(biāo)：ESP（Electronic Stabilty Program，行車動態(tài)穩(wěn)定系統(tǒng)）前進(jìn)！有別于ABS與TCS僅能增加剎車與加速時的穩(wěn)定性，ESP在行車過程中任何時刻都能維持車輛在最佳的動態(tài)平衡與行車路線上。ESP系統(tǒng)包括轉(zhuǎn)向傳感器（監(jiān)測方向盤轉(zhuǎn)動角度以確定汽車行駛方向是否正確）、車輪傳感器（監(jiān)測每個車輪的速度以確定車輪是否打滑）、搖擺速度傳感器（記錄汽車?yán)@垂直軸線的運動以確定汽車是否失去控制）與橫向加速度傳感器（測量過彎時的離心加速度以確定汽車是否在過彎時失去抓地力），在此同時、控制單元通過這些傳感器的數(shù)據(jù)對車輛運行狀態(tài)進(jìn)行判斷，進(jìn)而指示一個或多個車輪剎車壓力的建立或釋放，同時對引擎扭矩作最精準(zhǔn)的調(diào)節(jié)，某些情況下甚至以每秒150次的頻率進(jìn)行反應(yīng)。整合ABS、EBD、EDL、ASR等系統(tǒng)的ESP讓車主只要專注于行車，讓計算機(jī)輕松應(yīng)付各種突發(fā)狀況。

延續(xù)過去ABS與ASR誕生時的慣例，奔馳S 級還是首先使用ESP系統(tǒng)的車型（1995年）。4年后奔馳公司就正式宣布全車系都將ESP列為標(biāo)準(zhǔn)配備。在此同時，Bosch于1998及2001年推出的ABS 5.7、ABS 8.0系統(tǒng)仍精益求精，整套系統(tǒng)總重由2.5公斤降至1.6公斤，處理器的運算速度從48 k字節(jié)升級到128 k字節(jié)，奔馳車廠主要競爭對手寶馬與奧迪也于2001年也宣布全車系都將ESP列為標(biāo)準(zhǔn)配備。Bosch車廠于2003年慶祝售出超過一億套ABS系統(tǒng)及1000萬套ESP系統(tǒng)，根據(jù)ACEA（歐洲車輛制造協(xié)會）的調(diào)查，今天每一輛歐洲大陸境內(nèi)所生產(chǎn)的新車都搭載了ABS系統(tǒng)，全世界也有超過60％的新車擁有此項裝置。

“ABS系統(tǒng)大幅度提升剎車穩(wěn)定性同時縮短剎車所需距離”Robert Bosch GmbH（Bosch公司的全名）董事會成員Wolfgang Drees說。不像安全氣囊與安全帶（可以透過死亡數(shù)目除以車禍數(shù)目的比例來分析），屬于“防患于未然”的ABS系統(tǒng)較難以真實數(shù)據(jù)佐證它將多少人從鬼門關(guān)前搶回？但據(jù)德國保險業(yè)協(xié)會、汽車安全學(xué)會分析了導(dǎo)致嚴(yán)重傷亡交通事故的原因后的研究顯示，60%的死亡交通事故是由于側(cè)面撞車引起的，30%到40%是由于超速行駛、突然轉(zhuǎn)向或操作不當(dāng)引發(fā)的。我們有理由相信ABS及其衍生的ASR與ESP系統(tǒng)大幅度降低緊急狀況發(fā)生車輛失去控制的機(jī)率。NHTSA（北美高速公路安全局）曾估計ABS系統(tǒng)拯救了14563名北美駕駛?cè)说男悦?/p>

從ABS到ESP，汽車工程師在提升行車穩(wěn)定性的努力似乎到了極限（民用型ESP系統(tǒng)誕生至今已近10年），不過就算計算機(jī)再先進(jìn)仍須要駕駛?cè)说倪m當(dāng)操作才能發(fā)揮最大功效。

多數(shù)車主都沒有遭遇過緊急狀況（也希望永遠(yuǎn)不要），卻不能不知道面臨關(guān)鍵時刻要如何應(yīng)對？在緊急情況下踩下剎車時，ABS系統(tǒng)制動分泵會迅速作動，剎車踏板立刻產(chǎn)生異常震動與顯著噪音（ABS系統(tǒng)運作中的正?，F(xiàn)象），這時你應(yīng)毫不猶豫地用力將剎車踩死（除非車上擁有EBD剎車力輔助裝置，否則大多數(shù)駕駛者的剎車力量都不足），另外ABS能防止緊急剎車時的車輪抱死現(xiàn)象、所以前輪仍可控制車身方向。駕駛者應(yīng)邊剎車邊打方向進(jìn)行緊急避險，以向左側(cè)避讓路中障礙物為例，應(yīng)大力踏下剎車踏板、迅速向左轉(zhuǎn)動方向盤90度，向右回輪180度，最后再向左回90度。最后要提的是ABS系統(tǒng)依賴精密的車輪速度傳感器判斷是否發(fā)生抱死情況？平時要經(jīng)常保持在各個車輪上的傳感器的清潔，防止有泥污、油污特別是磁鐵性物質(zhì)粘附在其表面，這些都可能導(dǎo)致傳感器失效或輸入錯誤信號而影響ABS系統(tǒng)正常運作。行車前應(yīng)經(jīng)常注意儀表板上的ABS故障指示燈，如發(fā)現(xiàn)閃爍或長亮，ABS系統(tǒng)可能已經(jīng)故障（尤其是早期系統(tǒng)），應(yīng)該盡快到維修廠排除故障。

要提醒的是，ABS/ ASR/ ESP系統(tǒng)雖然是高科技的結(jié)晶，但并不是萬能的，也別因為有了這些行車主動安全系統(tǒng)就開快車。

第三章 工作原理

控制裝置和ABS警示燈等組成，在不同的ABS系統(tǒng)中，制動壓力調(diào)節(jié)裝置的結(jié)構(gòu)形式和工作原理往往不同，電子控制裝置的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和控制邏輯也可能ABS通常都由車輪轉(zhuǎn)速傳感器、制動壓力調(diào)節(jié)裝置、電子不盡相同。

在常見的ABS系統(tǒng)中，每個車輪上各安裝一個轉(zhuǎn)速傳感器，將有關(guān)各車輪轉(zhuǎn)速的信號輸入電子控制裝置。電子控制裝置根據(jù)各車輪轉(zhuǎn)速傳感器輸入的信號對各個車輪的運動狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測和判定，并形成相應(yīng)的控制指令。制動壓力調(diào)節(jié)裝置主要由調(diào)壓電磁閥組成，電動泵組成和儲液器等組成一個獨立的整體，通過制動管路與制動主缸和各制動輪缸相連。制動壓力調(diào)節(jié)裝置受電子控制裝置的控制，對各制動輪缸的制動壓力進(jìn)行調(diào)節(jié)。

ABS的工作過程可以分為常規(guī)制動，制動壓力保持制動壓力減小和制動壓力增大等階段。在常規(guī)制動階段，ABS并不介入制動壓力控制，調(diào)壓電磁閥總成中的各進(jìn)液電磁閥均不通電而處于開啟狀態(tài)，各出液電磁閥均不通電而處于關(guān)閉狀態(tài)，電動泵也不通電運轉(zhuǎn)，制動主缸至各制動輪缸的制動管路均處于溝通狀態(tài)，而各制動輪缸至儲液器的制動管路均處于封閉狀態(tài)，各制動輪缸的制動壓力將隨制動主缸的輸出壓力而變化，此時的制動過程與常規(guī)制動系統(tǒng)的制動過程完全相同

在制動過程中，（如下圖所示）電子控制裝置根據(jù)車輪轉(zhuǎn)速傳感器輸入的車輪轉(zhuǎn)速信號判定有車輪趨于抱死時，ABS就進(jìn)入防抱制動壓力調(diào)節(jié)過程。例如，電子控制裝置判定右前輪趨于抱死時，電子控制裝置就使控制右前輪刮動壓力的進(jìn)液電磁閥通電，使右前進(jìn)液電磁閥轉(zhuǎn)入關(guān)閉狀態(tài)，制動主缸輸出的制動液不再進(jìn)入右前制動輪缸，此時，右前出液電磁閥仍末通電而處于關(guān)閉狀態(tài)，右前制動輪缸中的制動液也不會流出，右前制動輪缸的刮動壓力就保持一定，而其它末趨于抱死車輪的制動壓力仍會隨制動主缸輸出壓力的增大而增大；如果在右前制動輪缸的制動壓力保持一定時，電子控制裝置判定右前輪仍然趨于抱死，電子控制裝置又使右前出液電磁閥也通電而轉(zhuǎn)入開啟狀態(tài)，右前制動輪缸中的部分制動波就會經(jīng)過處于開啟狀態(tài)的出液電磁閥流回儲液器，使右前制動輪缸的制動壓力迅速減小右前輪的抱死趨勢將開始消除，隨著右前制動輪缸制動壓力的減小，右前輪會在汽車慣性力的作用下逐漸加速；當(dāng)電子控制裝置根據(jù)車輪轉(zhuǎn)速傳感器輸入的信號判定右前輪的抱死趨勢已經(jīng)完全消除時，電子控制裝置就使右前進(jìn)液電磁閥和出液電磁閥都斷電，使進(jìn)液電磁閥轉(zhuǎn)入開啟狀態(tài)，使出液電磁閥轉(zhuǎn)入關(guān)閉狀態(tài)，同時也使電動泵通電運轉(zhuǎn)，向制動輪缸泵輸送制動液，由制動主缸輸出的制動液經(jīng)電磁閥進(jìn)入右前制動輪缸，使右前制動輪缸的制動壓力迅速增大，右前輪又開抬減速轉(zhuǎn)動。（參見：汽車電子控制基礎(chǔ)，曹家喆 主編，機(jī)械工業(yè)出版社，2007年10月）

ABS通過使趨于抱死車輪的制動壓力循環(huán)往復(fù)而將趨于防抱車輪的滑動率控制，在峰值附著系數(shù)滑動率的附近范圍內(nèi)，直至汽車速度減小至很低或者制動主缸的常出壓力不再使車輪趨于抱死時為止。制動壓力調(diào)節(jié)循環(huán)的頻率可達(dá)3~20HZ。在該ABS中對應(yīng)于每個制動輪缸各有對進(jìn)液和出液電磁閥，可由電子控制裝置分別進(jìn)行控制，因此，各制動輪缸的制動壓力能夠被獨立地調(diào)節(jié)，從而使四個車輪都不發(fā)生制動抱死現(xiàn)象。

盡管各種ABS的結(jié)構(gòu)形式和工作過程并不完全相同，但都是通過對趨于抱死車輪的制動壓力進(jìn)行自適應(yīng)循環(huán)調(diào)節(jié)，來防止被控制車輪發(fā)生制動抱死。

第四章 汽車ABS 機(jī)械動力學(xué)模型

1.汽車ABS 仿真模型建立的要求：

(1)在仿真建模過程中要考慮到模型的準(zhǔn)確性和可信度，在不失真的前提下盡量簡化仿真模型，減少自由度數(shù)，提高求解效率。

(2)能夠正確的根據(jù)路面條件、道路狀況、制動強(qiáng)度和法向載荷實時計算出車速和輪速，使模型盡可能反映實車的運動狀況。

(3)具有仿真建模改進(jìn)的能力，能方便地修改子模型的參數(shù)，不需要花費很大精力或者重新建模，就可以在設(shè)計階段，插入或改變仿真模型。

ADAMS 軟件計算功能強(qiáng)大，求解器效率高，具有多種專業(yè)模塊和工具包，以及與其它CAD 軟件的接口，可方便快捷地建立機(jī)械動力學(xué)模型，支持Fortran 和C 語言，便于用戶進(jìn)行二次開發(fā)[1]?；贏DAMS軟件的上述優(yōu)點，利用ADAMS 軟件建立汽車制動防抱死系統(tǒng)（ABS）的機(jī)械動力學(xué)模型。2.模型建立：

汽車是一個復(fù)雜的動力學(xué)系統(tǒng)，對汽車的ABS 制動性能進(jìn)行模擬仿真，輸入的參數(shù)包括制動初速，路面條件如干鋪設(shè)路面、濕鋪設(shè)路面、雪路面、冰路面、對開路面、對接路面等，道路狀況如直道、彎道、上坡、下坡等和整車參數(shù)。輸出的參數(shù)包括汽車制動過程中整車和車輪的運動狀態(tài)，如制動時間、制動距離、制動減速度、車輪滑移率、車輪角減速度、制動器制動力、地面制動力、地面?zhèn)认蛄?、橫擺力矩等。

根據(jù)以上研究目的，對整車進(jìn)行適當(dāng)簡化。汽車懸架系統(tǒng)結(jié)構(gòu)型式和轉(zhuǎn)向系結(jié)構(gòu)型式對汽車制動性能的影響不大，仿真模型中的慣性參數(shù)由Pro/ENGINEER 軟件三維實體建模計算得到，對懸架系和轉(zhuǎn)向系簡化如下：

懸架系統(tǒng)只考慮懸架的垂直變形；轉(zhuǎn)向系忽略車輪定位角和轉(zhuǎn)向傳動裝置。把汽車簡化為具有十個剛體的模型，共14 個自由度。十個剛體分別為車身、一個后非獨立懸掛組質(zhì)量、兩個前獨立懸掛組質(zhì)量（兩個前輪橫擺臂和兩個前輪轉(zhuǎn)向節(jié)）、四個車輪。兩前輪共有3 個自由度，車身具有3 個轉(zhuǎn)動和3 個平動自由度，兩后輪各有1 個自由度，前懸架各有一個自由度，后懸架1 個自由度，如圖1 所示。

圖1 整車仿真模型

1—車身 2—后輪 3—后懸架 4—前輪

5—前懸架 6—橫擺臂 7—轉(zhuǎn)向節(jié)

仿真模型包括以下幾個子模型：

轉(zhuǎn)向系模型：以轉(zhuǎn)向角約束直接作用于左轉(zhuǎn)向節(jié)。

前懸架模型：前懸架是獨立懸架，一側(cè)的簡化模型如圖2 所示。轉(zhuǎn)向節(jié)簡化如圖2 中3 所示，用轉(zhuǎn)動副與前輪連接。橫擺臂與減振器以球鉸分別與轉(zhuǎn)向節(jié)和車身連接。

圖2 懸架的簡化模型

1—車身 2—橫擺臂 3—轉(zhuǎn)向節(jié) 4—輪胎 5—前懸架 6—彈簧

A—轉(zhuǎn)動副 B—球鉸 C—轉(zhuǎn)動副 D—滑柱鉸 E—球鉸

后懸架是非獨立懸架，只考慮垂直方向的自由度，懸架與車身之間用平移副表示它們之間的相對運動，懸架與車身用彈簧阻尼連接，與后輪用轉(zhuǎn)動副連接。

輪胎模型：車輛的各種運動狀態(tài)主要是通過輪胎與路面的作用力引起的。采用力約束方法，不考慮輪胎拖距、回正力矩以及滾動阻力的影響。采用ADAMS 提供的非線性Pacejka 輪胎模型[2]。

制動器模型：采用美國高速公路車輛仿真模型中的制動器模型。

液壓模型：采用ADAMS 中液壓模塊（ADAMS/Hydraulics）建立制動系統(tǒng)的液壓仿真模塊。

路面模型：設(shè)計出路面模型可進(jìn)行對開路面和對接路面制動過程的仿真計算。利用ADAMS 中提供的平面（Plane）作為路面模型的基礎(chǔ)，定義了平面（Plane）的長、寬等參數(shù)，使得汽車制動過程有足夠的空間，利用平面－圓（Plane-Circle）接觸力（Contact）表示車輪與地面之間的法向作用力。ADAMS輪胎模型中沒有附著系數(shù)變化的路面模塊，為此在ADAMS 提供的路面模塊基礎(chǔ)上，對對接路面采用在路面模型上加入標(biāo)記點（Marker）的方法，分別求出前輪和后輪質(zhì)心到標(biāo)記點X 方向上的距離。當(dāng)距離為正時說明輪胎已經(jīng)跨過了標(biāo)記點，此時根據(jù)所規(guī)定的路面情況對輪胎附著系數(shù)進(jìn)行改變，使得模型可以計算路面附著系數(shù)變化。對開路面也采取了相同的加入標(biāo)記點的方法，進(jìn)行計算左右側(cè)輪胎相對于標(biāo)記點Y 方向上的距離。（參見：汽車車身電子與控制技術(shù)，陳無畏 主編，機(jī)械工業(yè)出版社，2008年02月）

第五章 制動防抱死系統(tǒng)ABS 的控制模型

在ADAMS 中定義了與MATLAB/SIMULINK 的接口，把ADAMS 中建立的非線性機(jī)械模型轉(zhuǎn)化為SIMULINK 的S－FUNCTION 函數(shù)，再把S－FUNCTION 函數(shù)加入到控制模型里，這樣就可以方便的利用SIMULINK 提供的各種強(qiáng)大的工具進(jìn)行控制模型開發(fā)，在MATLAB 軟件下進(jìn)行聯(lián)合仿真計算[3]。圖3 所示為MATLAB/SIMULINK中表示的ADAMS 機(jī)械模型，在ADAMS 中定義四個車輪的制動力矩為輸入變量，定義四個車輪的速度和滑移率為輸出變量，保存在.m 文件中由MATLAB 調(diào)用。

圖3 ADAMS子模塊

圖4 所示

為在MATLAB/SIMULINK 下開發(fā)的ABS 控制模塊，圖中深色的部分為ADAMS 生成的子模塊，輸入?yún)?shù)為制動力矩，輸出參數(shù)為車輪速度和車輪滑移率，以車輪的加速度/減速度和車輪滑移率為控制參數(shù)。（參見：汽車車身電子與控制技術(shù)，陳無畏 主編，機(jī)械工業(yè)出版社，2008年02月）

圖4 ABS 仿真控制模型

第六章 ABS 聯(lián)合仿真控制規(guī)律結(jié)果與分析

1.確定車輪加速度和參考滑移率的門限值

根據(jù)ADAMS 仿真制動過程計算出的車輪加速度曲線，分析出加速度門限值為w&

1、減速度門限值為w&2。車輪滑移率下門限值λ1，上門限值λ2。

車輪的加、減速度和滑移率的門限值的確定是一個反復(fù)交替驗證過程。方法為：計算車輪的加、減速度和參考滑移率，以參考滑移率為控制參數(shù)初步確定車輪的加、減速度的門限值，再以車輪加、減速度門限值控制車輪的滑移率,確定滑移率的門限值。圖4 中深色的部分為ADAMS 生成的機(jī)械模型，在MATLAB作為一個S－FUNCTION 函數(shù)參與運算。通過上述交替驗證的方法，車輪滑移率和加速度的仿真變化曲線如圖5 所示，實車測試數(shù)據(jù)如圖6 所示。比較圖5 和圖6，可以看出仿真數(shù)據(jù)與實車測試數(shù)據(jù)相吻合，驗證了車輪加速度門限值和滑移率門限值的確定是合理的。

圖5 仿真試驗數(shù)據(jù)

圖6 試車實驗數(shù)據(jù) 圖6 實車試驗數(shù)據(jù)

選取適當(dāng)滑移率門限值λ1，λ2是控制的關(guān)鍵問題之一。如果車輪的滑移率大于路面峰值附著系數(shù)相應(yīng)的滑移率λOPT，車輪的側(cè)向附著力很低。在有側(cè)向風(fēng)、道路傾斜或轉(zhuǎn)向制動等對車輛產(chǎn)生橫向力情況下，或左右車輪的地面制動力不相等時，路面不能提供足夠的側(cè)向力使車輛保持行駛方向，車輛容易發(fā)生危險的甩尾情況，因此滑移率門限值的上限應(yīng)小于λOPT。

理想的ABS 系統(tǒng)應(yīng)能把制動壓力調(diào)節(jié)到一個合適的范圍內(nèi)，使得車輪的滑移率保持在λOPT附近。如果（λ2 － λ1）取值較小，則控制過程的保壓時間較短，需進(jìn)行頻繁的壓力調(diào)節(jié)，壓力調(diào)節(jié)器需進(jìn)行頻繁的動作，而壓力調(diào)節(jié)器和制動器需要一定的響應(yīng)時間，過于頻繁的壓力調(diào)節(jié)會使壓力調(diào)節(jié)器和制動器來不及響應(yīng)，達(dá)不到控制效果。如果（λ2 － λ1）取值較大，車輪的運動狀態(tài)不能及時的控制，車輪的速度波動范圍很大，還會造成制動效能降低。2.ABS 的控制周期

控制周期取決于車速信號采集頻率，制動壓力調(diào)節(jié)器的響應(yīng)時間和控制邏輯運算時間之和。在仿真模型里進(jìn)行了控制周期對ABS 控制影響的分析。

模型中采用了改變控制模型與車輛模型之間的通訊時間來實現(xiàn)控制周期的模擬。以通訊時間為0.1s 和0.15s 為例，得到結(jié)果如圖7和圖8所示。從兩圖中可以看到控制周期增大，滑移率變化范圍增大，說明車輪的線速度變化范圍增大，車輪的抱死趨勢強(qiáng)烈。在開發(fā)ABS 的時候，應(yīng)盡力縮短控制周期。的聯(lián)合仿真 圖9 為左前輪3～5s 的ABS 仿真試驗數(shù)據(jù)，按照邏輯門限值的方式進(jìn)行控制。從圖9 中可以看出，在加速度為－20m/s2 附近，進(jìn)行了快速減壓，車輪的加速度增大，但車輪速度仍在減小。然后在加速度為－22m/s2 時出現(xiàn)了保壓過程，此時滑移率為0.17 左右。緊接著是一個壓力逐漸增加的過程，在這個過程中車輪的加速度逐步減小，但車輪速度繼續(xù)增加，此時車輪滑移率控制在0.1 附近，接著又是一個短暫的保壓過程，車輪的加速度增大，此后又開始了新的一輪的制動壓力的調(diào)節(jié)。車輪的加速度在（－20～20）m/s2之間，管路壓力在（1.5～4.5）MPa 之間。圖10 為道路試驗數(shù)據(jù)，比較兩圖，仿真數(shù)據(jù)與試驗數(shù)據(jù)基本吻合。（參見：張躍今，宋健.多體動力學(xué)仿真軟件－ADAMS 理論及應(yīng)用研討.機(jī)械科學(xué)與技術(shù)，1997.9）

圖9 左前輪3～5s 的仿真試驗數(shù)據(jù)

圖10 左前輪3～5s 的道路試驗數(shù)據(jù)

第七章 結(jié)論

(1)用兩個軟件

ADAMS 和MATLAB/SIMULINK分別建立機(jī)械模型和控制模型，發(fā)揮各自的優(yōu)點進(jìn)行聯(lián)合仿真計算，精度較高。

(2)采用交替驗證的方法，確定車輪滑移率和加速度的門限值效果較好。(3)仿真數(shù)據(jù)與道路試驗數(shù)據(jù)基本吻合，證明仿真方法和仿真模型可行。(4)此模型較準(zhǔn)確地反映ABS 制動過程各參數(shù)的變化情況，可以此為基礎(chǔ)進(jìn)行實車的ABS 控 制算法的開發(fā)，縮短開發(fā)時間，減少開發(fā)經(jīng)費。

(5)此模型還易于擴(kuò)展，進(jìn)一步開發(fā)和研究ABS 以及與ASR(Acceleration Slip Regulation)、ACC(Adaptive Cruise Control)的集成化系統(tǒng)。

致 謝

在這短短幾個月的時間里畢業(yè)論文能夠得以順利完成，并非一人之功。感謝所有指導(dǎo)過我的老師，幫助過我的同學(xué)和一直關(guān)心、支持著我的家人。感謝你們對我的教誨、幫助和鼓勵。在這里，我要對你們表示深深的謝意！

感謝我的指導(dǎo)老師——田文超老師，沒有您認(rèn)真、細(xì)致的指導(dǎo)就沒有這篇論文的順利完成。和您的交流并不是很多，但只要是您提醒過該注意的地方，我都會記下來。事實證明，這些指導(dǎo)對我?guī)椭艽蟆?/p>

感謝我的父母，沒有他們，就沒有我的今天。你們的鼓勵與支持，是我前進(jìn)的強(qiáng)大動力和堅實后盾。

最后，感謝身邊所有的老師、朋友和同學(xué)，感謝你們?nèi)陙淼年P(guān)照與寬容，與你們一起走過的繽紛時代，將會是我一生最珍貴的回憶。

參考文獻(xiàn)：

1.汽車電子技術(shù)，遲瑞娟，李世雄 主編，國防工業(yè)出版社，2008年08月 2.汽車電子控制基礎(chǔ)，曹家喆 主編，機(jī)械工業(yè)出版社，2007年10月 3.汽車車身電子與控制技術(shù)，陳無畏 主編，機(jī)械工業(yè)出版社，2008年02月

4.張躍今，宋健.多體動力學(xué)仿真軟件－ADAMS 理論及應(yīng)用研討.機(jī)械科學(xué)與技 術(shù)，1997.9 5.ADAMS Reference Manual Version 12, Mechanical Dynamics, Inc.6.Matlab Referen ce Manual Version 6.1.Mathworks Inc.

第四篇：嵌入式論文

信息工程學(xué)院

課程設(shè)計報告書

專 業(yè)： 電子信息科學(xué)與技術(shù) 班 級： 0312412 學(xué) 號： 031241217 學(xué)生姓名： 肖文洲 指導(dǎo)教師： 劉三軍

計算機(jī)專業(yè)嵌入式系統(tǒng)課程的研究與實踐

【摘 要】隨著電子技術(shù)的發(fā)展，嵌入式技術(shù)成為當(dāng)今信息技術(shù)發(fā)展的主流技術(shù)。嵌入式技術(shù)作為高校計算機(jī)專業(yè)的一個新方向已被許多學(xué)校采用。本文通過對嵌入式技術(shù)的分析，提出了嵌入式系統(tǒng)課程體系建設(shè)的基本方法，包括專業(yè)培養(yǎng)計劃、嵌入式系統(tǒng)教學(xué)實踐平臺建設(shè)以及嵌入式系統(tǒng)教學(xué)模式與教學(xué)方法創(chuàng)新等。【關(guān)鍵詞】嵌入式技術(shù)；研究與實踐；計算機(jī)專業(yè)

隨著電子技術(shù)和信息技術(shù)的快速發(fā)展及嵌入式硬件技術(shù)與軟件技術(shù)的不斷成熟，嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用越來越廣泛，如智能家電、手機(jī)、汽車電子、網(wǎng)絡(luò)通信及電子娛樂產(chǎn)品等，隨之而來的是社會對嵌入式產(chǎn)品開發(fā)人才的需求也越來越多。因此，許多高校都開設(shè)了嵌入式系統(tǒng)開發(fā)方面的系列課程。由于嵌入式系統(tǒng)課程涉及的知識面寬、實踐性強(qiáng)，對實驗教學(xué)的要求較高，包括實驗教師、硬件配置、實驗項目的設(shè)置等。因此，作為對新技術(shù)研究和探索最活躍的群體，高等院校如何接受嵌入式技術(shù)帶來的挑戰(zhàn)，盡快開設(shè)嵌入式系統(tǒng)的相關(guān)理論與實驗課程，并逐漸形成較規(guī)范的教學(xué)體系已成為一個重要的研究課題。

一、嵌入式系統(tǒng)教學(xué)的特點

設(shè)置嵌入式系統(tǒng)課程的目的是讓未來的軟硬件開發(fā)人員了解和掌握必要的嵌入式系統(tǒng)設(shè)計方法的概念、方法和工具。同時由于嵌入式系統(tǒng)對其他學(xué)科領(lǐng)域的滲透，其他相關(guān)專業(yè)的學(xué)生也有學(xué)習(xí)該課程的需求與必要。如其他電子、自動化專業(yè)都可開設(shè)相應(yīng)的選修課程，在某種程度上可以提升畢業(yè)學(xué)生的競爭力、就業(yè)率。嵌入式系統(tǒng)課程的教學(xué)內(nèi)容應(yīng)包括嵌入式系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)、硬件構(gòu)架、軟件編程及外圍設(shè)備接口和驅(qū)動等，注重培養(yǎng)學(xué)生的設(shè)計能力和軟件開發(fā)能力;盡量反映該領(lǐng)域近年來最新的理論與技術(shù)，使學(xué)生了解學(xué)科的最新發(fā)展。嵌入式系統(tǒng)課程的特點是涉及知識面廣、綜合性強(qiáng)、實踐性強(qiáng)，并且學(xué)科發(fā)展快，因而學(xué)習(xí)難度大，難以形成一個簡單明確的知識體系。同時該課程講授難度很大，它要求教師不僅具備一般的計算機(jī)系統(tǒng)的軟硬件知識，而且需要真正從事過嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)實踐，才能對嵌入式系統(tǒng)中的實時性等抽象概念和系統(tǒng)調(diào)試過程有感性認(rèn)識。嵌入式系統(tǒng)教學(xué)主要有以下三個特點:(1)基礎(chǔ)性。嵌入式系統(tǒng)技術(shù)涉及多個專業(yè)，如計算機(jī)工程、軟件工程、工業(yè)自動控制、機(jī)電工程、精密儀器和電子工程等，嵌入式技術(shù)與各個專業(yè)相互滲透融合，將逐漸形成新的學(xué)科研究方向，因此，嵌入式系統(tǒng)可作為上述各專業(yè)的基礎(chǔ)平臺課，以強(qiáng)化專業(yè)基礎(chǔ)知識。(2)綜合性。嵌入式系統(tǒng)是軟件和硬件設(shè)計的完美結(jié)合。它涉及電子信息、計算機(jī)、自動控制等諸多專業(yè)相關(guān)課程的內(nèi)容，如語言、微機(jī)原理、單片機(jī)設(shè)計和操作系統(tǒng)等課程，有很強(qiáng)的綜合性，因此，可以有效地對學(xué)生進(jìn)行綜合能力的培養(yǎng)。(3)實踐性。嵌入式系統(tǒng)是理論與實踐結(jié)合密切的課程。實驗是嵌入式系統(tǒng)課程的重要組成部分，缺乏實驗的嵌入式系統(tǒng)課程學(xué)習(xí)是紙上談兵，因此，學(xué)生必須通過大量的實驗和實踐環(huán)節(jié)，來加深對嵌入式系統(tǒng)理論知識的理解。

二、適合計算機(jī)專業(yè)的嵌入式系統(tǒng)課程體系

嵌入式系統(tǒng)涉及電子、計算機(jī)、自動控制等諸多專業(yè)知識，專業(yè)性強(qiáng)，包括了操作系統(tǒng)、微機(jī)原理、編程語言程序設(shè)計、計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和接口設(shè)計等內(nèi)容，是軟件、硬件的完美結(jié)合。因此，嵌入式系統(tǒng)的設(shè)計原理與技術(shù)不是一門課程所能講授的，需要建立一個課程體系。

嵌入式系統(tǒng)本身就是計算機(jī)系統(tǒng)。從廣義上講，目前計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的課程體系中所設(shè)置的許多專業(yè)基礎(chǔ)課，比如數(shù)字邏輯、C/C++程序設(shè)計、計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)等，對嵌入式系統(tǒng)設(shè)計的學(xué)習(xí)者來說同樣重要。在此，只從狹義的角度探討嵌入式系統(tǒng)的課程體系設(shè)置。

由于嵌入式系統(tǒng)涉及的知識面廣、應(yīng)用層面廣，所以應(yīng)針對嵌入式系統(tǒng)設(shè)計與應(yīng)用的不同層面的需求，設(shè)置不同層面的課程體系。從狹義上劃分，嵌入式系統(tǒng)課程體系可以有以下三個不同的層面: 第一層面:針對將來只是應(yīng)用嵌入式系統(tǒng)硬件、軟件平臺來進(jìn)行二次開發(fā)的學(xué)生而言，應(yīng)側(cè)重培養(yǎng)其基于某個嵌入式系統(tǒng)平臺上(包括硬件平臺和軟件平臺)進(jìn)行應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計和開發(fā)的能力。因此，針對這一層面的學(xué)生應(yīng)開設(shè)以下幾門主要課程: 《嵌入式實時操作系統(tǒng)》：選取一個具體的操作系統(tǒng)比如uCLinux為例，講授嵌入式操作系統(tǒng)的原理及應(yīng)用，重點介紹如何進(jìn)行任務(wù)劃分、如何編寫I/ O驅(qū)動程序等。《嵌入式系統(tǒng)設(shè)計》：重點介紹嵌入式系統(tǒng)設(shè)計步驟、方法，重點介紹嵌入式應(yīng)用軟件的開發(fā)技術(shù)，以及嵌入式系統(tǒng)的測試技術(shù)及軟件優(yōu)化技術(shù)?！肚度胧骄W(wǎng)絡(luò)技術(shù)》：重點介紹基于嵌入式環(huán)境下的網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)及應(yīng)用，比如I2C總線技術(shù)、USB接口技術(shù)、嵌入式Web技術(shù)等，掌握相關(guān)的通信技術(shù)及接口編程。

第二層面:針對將來從事嵌入式系統(tǒng)平臺設(shè)計及合作開發(fā)的學(xué)生而言，除需要學(xué)習(xí)上述三門課程外，還必須開設(shè)《嵌入式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)》課程。該課程重點介紹某個具有代表性的嵌入式CPU(如ARM系列)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、匯編指令系統(tǒng)、中斷管理機(jī)制、常用外圍接口，使學(xué)生掌握嵌入式平臺設(shè)計的基礎(chǔ)知識。前提是學(xué)生具備數(shù)字邏輯方面的相關(guān)基礎(chǔ)知識。對于與第一個層面相同的課程，其授課中重點也不完全一樣。比如，《嵌入式操作系統(tǒng)》課程可以嵌入式Linux為主，重點介紹進(jìn)程調(diào)度、進(jìn)程間通信、內(nèi)存管理和I/O驅(qū)動機(jī)制等，使學(xué)生具備進(jìn)行操作系統(tǒng)的裁剪、移植的基本能力。

第三層面:針對將來從事SOC(systemonChip)系統(tǒng)設(shè)計及開發(fā)的學(xué)生而言。主要課程有數(shù)字邏輯設(shè)計與應(yīng)用、電子電路原理與PCB技術(shù)、EDA技術(shù)(FPGA設(shè)計及應(yīng)用)、嵌入式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、嵌入式操作系統(tǒng)等，偏重于底層的設(shè)計。

通過以上分析可以看出，第一層至第三層分別是嵌入式系統(tǒng)中由軟到硬、由高層至底層的三個不同應(yīng)用層次，對應(yīng)不同的知識結(jié)構(gòu)需求。第一層偏軟，對底層的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及接口等要求較低，是在當(dāng)前比較容易實現(xiàn)的一個培養(yǎng)方向。在計算機(jī)本科專業(yè)中，軟件方向比較適合開展第一個層面的嵌入式系統(tǒng)教學(xué)，應(yīng)用方向比較適合開展第二個層面的嵌入式系統(tǒng)的教學(xué)。根據(jù)以上分析，可以提出在計算機(jī)本科專業(yè)開設(shè)嵌入式系統(tǒng)方向需要參照的課程體 系:(1)專業(yè)基礎(chǔ)課:嵌入式系統(tǒng)概論、嵌入式系統(tǒng)原理與接口技術(shù)。(2)專業(yè)必修課:嵌入式操作系統(tǒng)、嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用設(shè)計。

(3)專業(yè)選修課:嵌入式網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、嵌入式系統(tǒng)測試技術(shù)、嵌入式工程應(yīng)用(即行業(yè)領(lǐng)域，如移動通信技術(shù)與應(yīng)用、數(shù)字家庭網(wǎng)關(guān)技術(shù)等)、分布式嵌入式系統(tǒng)原理與設(shè)計等。

作為課程體系的一部分，實踐教學(xué)是嵌入式系統(tǒng)教學(xué)的關(guān)鍵。實踐教學(xué)設(shè)置的總體指導(dǎo)思想是:以培養(yǎng)創(chuàng)新動手能力為核心，建立“系統(tǒng)的多級課程實踐”的實驗體系，包含課程基礎(chǔ)實驗、課程設(shè)計、綜合項目設(shè)計;同時，以“項目為中心”設(shè)計多層次的集中實踐題目，各層次的題目難度不等，以適合不同層次的學(xué)生[4]。

(1)每門課保證至少30%以上的上機(jī)或?qū)嶒瀸W(xué)時，完成基礎(chǔ)實驗項目。(2)至少有兩門課的課程設(shè)計(約兩周)，如ARM匯編程序設(shè)計、操作系統(tǒng)移植實驗、LCD/觸摸屏等接口實驗等等。(3)至少完成一個綜合課程設(shè)計(課余時間+綜合實訓(xùn)時間共約40學(xué)時)，類似于一個簡單的工程項目，有設(shè)計、編程調(diào)試、性能測試等完整的步驟如手機(jī)游戲、校園導(dǎo)航、電子詞典、嵌入式WEB服務(wù)器等。

(4)校企合作，建立實習(xí)基地，聯(lián)合完成項目設(shè)計。

三、嵌入式系統(tǒng)課程體系在計算機(jī)專業(yè)的實踐

我們在分析了企業(yè)對嵌入式人才需求的基礎(chǔ)上，提出了“在計算機(jī)本科專業(yè)培養(yǎng)嵌入式系統(tǒng)人才”的具體實施方案，并在2007級、2008級本科生中進(jìn)行了實踐。

該課程定位為實驗研究型。目標(biāo)是通過嵌入式實驗平臺學(xué)習(xí)構(gòu)建一個嵌入式系統(tǒng)的一般方法，熟悉一些常用的微處理器、存儲器、外設(shè)接口并學(xué)習(xí)軟硬件設(shè)計方法。掌握嵌入式操作系統(tǒng)，定制內(nèi)核，編譯下載調(diào)試，編寫驅(qū)動程序和應(yīng)用程序等，最后要求實現(xiàn)或部分實現(xiàn)一個具體嵌入式應(yīng)用的解決方案，并在硬件平臺上實現(xiàn)出來。

課程的主要內(nèi)容包括:(1)典型嵌入式系統(tǒng)的基本配置?硬/軟件綜合設(shè)計方法和流程?應(yīng)用范例?(2)硬件環(huán)境微處理器?存儲器?I/O 口?外設(shè)接口和驅(qū)動?電源轉(zhuǎn)換和管理?總線?硬件調(diào)試?(3)嵌入式操作系統(tǒng)?操作系統(tǒng)內(nèi)核?Linux 和uCLinux?任務(wù)和任務(wù)調(diào)度?實時 OS? GUI?API?文件系統(tǒng)等?(4)嵌入式網(wǎng)絡(luò)通過和計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)結(jié)合, 開發(fā)基于網(wǎng)絡(luò)接的應(yīng)用?(5)軟件開發(fā)過程?交叉編譯?鏈接調(diào)試?下載?板級支持包?(6)驅(qū)動程序?設(shè)備驅(qū)動機(jī)制?按鍵和觸摸屏驅(qū)動?網(wǎng)口驅(qū)動?紅外?USB 驅(qū)動?

實驗是嵌入式系統(tǒng)教學(xué)的一個比較重要的環(huán)節(jié)，實驗大綱的制定是保證課程教學(xué)大綱目標(biāo)實現(xiàn)的一個重要環(huán)節(jié)，制定出符合學(xué)生實際的實驗大綱對計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)的實現(xiàn)至關(guān)重要。按難易程度的不同，實驗內(nèi)容分為兩個層次：基本實驗與綜合應(yīng)用實驗?；緦嶒?zāi)康氖亲寣W(xué)生了解嵌入式軟件和硬件的一般開發(fā)環(huán)境與流程，進(jìn)行基本的嵌入式程序開發(fā)。綜合應(yīng)用實驗?zāi)康氖亲寣W(xué)生綜合運用前面所學(xué)到的知識，按照指定的題目，自行設(shè)計開發(fā)嵌入式應(yīng)用程序?；緦嶒灠ㄇ度胧杰浖_發(fā)基礎(chǔ)實驗、人機(jī)接口實驗、通信與音頻接口實驗、簡單驅(qū)動程序?qū)嶒灪颓度胧讲僮飨到y(tǒng)移植實驗等。對于綜合應(yīng)用實驗，給出多個題目，選擇其一，學(xué)生也可以自選題目。設(shè)備選 擇 了 北 京 博 創(chuàng) 公 司 所 開 發(fā) 的PXA270教學(xué)實驗平臺,由于 PXA270 性能好,實驗開發(fā)板的外圍設(shè)備又很豐富，使得實驗選題更加靈活。

課程設(shè)計及畢業(yè)設(shè)計中對所學(xué)知識的運用與提高在理論學(xué)習(xí)結(jié)束后，學(xué)生對嵌入式系統(tǒng)開發(fā)的各個環(huán)節(jié)有了較深入的理解與掌握。我們的方法是在課程設(shè)計和畢業(yè)設(shè)計中深化學(xué)習(xí)。課程設(shè)計中，結(jié)合實驗用開發(fā)平臺，選擇了如MP3模擬控制系統(tǒng)等在實際中真正是嵌入式大行其道的應(yīng)用領(lǐng)域。在畢業(yè)設(shè)計中，我們布置了諸如“嵌入式智能控制器”，“嵌入式音頻控制器”，“內(nèi)核裁減”設(shè)計等工作，這些設(shè)計要求學(xué)生從軟硬件協(xié)同設(shè)計到軟硬件的測試方法等有深刻的掌握。還有組織學(xué)生參加大學(xué)生嵌入式設(shè)計競賽等教學(xué)活動。

四、結(jié)束語

隨著嵌入式應(yīng)用的迅猛發(fā)展,企業(yè)對嵌入式人才需求的缺口越來越大,越來越多的高校開始加強(qiáng)嵌入式系統(tǒng)的教學(xué)和科研,培養(yǎng)更多的適應(yīng)社會需求嵌入式系統(tǒng)人才。本文所設(shè)置的針對計算機(jī)本科專業(yè)的嵌入式系統(tǒng)課程體系,融合了企業(yè)的需求和計算機(jī)專業(yè)的特點,符合實際應(yīng)用。針對兩年實踐中存在的問題,在以后的教學(xué)中將不斷完善。

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第五篇：基層農(nóng)業(yè)統(tǒng)計數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)研究

基層農(nóng)業(yè)統(tǒng)計數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)研究

摘 要： 智能手機(jī)數(shù)據(jù)采集相比傳統(tǒng)數(shù)據(jù)采集在時效性等方面具有優(yōu)勢?；凇盎鶎愚r(nóng)業(yè)統(tǒng)計數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)”的需求，在Android平臺上，依據(jù)分層開發(fā)思想，詳細(xì)設(shè)計了數(shù)據(jù)庫適配器、數(shù)據(jù)層、結(jié)構(gòu)層以及activity等，最終完成了軟件系統(tǒng)的開發(fā)，為農(nóng)業(yè)技術(shù)人員提供了易用、可靠的基層農(nóng)業(yè)統(tǒng)計數(shù)據(jù)采集和處理工具。

關(guān)鍵詞： Android； 應(yīng)用開發(fā)； 農(nóng)業(yè)信息化； 界面設(shè)計

中圖分類號：TP3 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1006-8228（2018）02-10-04

Abstract： The data acquisition with smart phone is superior to traditional data acquisition in the aspects of timeliness and so on.According to the requirement of “the acquisition and processing system of the grass-roots level agricultural statistical data”，on the Android platform，with the idea of layered development，the database adapter，the data layer，structure layer and the activity etc.are designed in detail，to finally complete the development of the software system，provide agriculture technical personnel with an agricultural statistical data acquisition and processing tool of easy to use and reliable.Key words： Android； application development； agricultural information； interface design

0 引言

農(nóng)業(yè)信息化的意義顯而易見[1]，但是由于多方面的原因，農(nóng)業(yè)信息化進(jìn)程遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于服務(wù)業(yè)、工商業(yè)等各領(lǐng)域。這對農(nóng)民以及農(nóng)業(yè)的發(fā)展是十分不利的。

基層農(nóng)業(yè)統(tǒng)計數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)是在Android操作系統(tǒng)的基礎(chǔ)上開發(fā)而成。該系統(tǒng)通過Android智能手機(jī)獲取與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)有關(guān)的信息，如地塊檔案、農(nóng)戶信息、地塊制度、農(nóng)村等各類信息。通過該系統(tǒng)，可以讓基層農(nóng)業(yè)信息化工作人員方便地建立和管理數(shù)據(jù)庫。農(nóng)技人員可基于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)境，實時、快速地獲取與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)有關(guān)的數(shù)據(jù)。開發(fā)環(huán)境及技?g介紹

Android系統(tǒng)在中國的普及范圍大且速度快，搭載Android系統(tǒng)的移動設(shè)備價格合適，在農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣體系中使用較多，且能滿足系統(tǒng)設(shè)計需求，是智能手機(jī)開發(fā)的首選平臺。

Android是一種以Linux為基礎(chǔ)的開放源代碼操作系統(tǒng)[2]，主要使用于便攜設(shè)備。Android操作系統(tǒng)可細(xì)分為如下幾部分：應(yīng)用軟件、操作系統(tǒng)、用戶界面、中件間。Android平臺可依次分為如下四層：Linux內(nèi)核層；Android運行層；應(yīng)用框架層；應(yīng)用程序?qū)??；贏ndroid的軟件的開發(fā)通常處于Android架構(gòu)中的頂層，即應(yīng)用程序?qū)印?/p>

本系統(tǒng)是針對Android系統(tǒng)研發(fā)的一款移動應(yīng)用，需要的開發(fā)工具分別為：Eclipse、Android SDK。系統(tǒng)總體設(shè)計

2.1 系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)

結(jié)合本系統(tǒng)的基本功能以及Android架構(gòu)[3]特點，開發(fā)分如下四個層次。

XML：界面設(shè)計，具體設(shè)計時主要運用/res/layout/中的.xml文件，運用該文件布局控件、控制屬性、自定義控件樣式。在設(shè)置版本信息方面時，主要運用

/AndroidManifest.xml，即形成Android API信息。逐個聲明Activity、申請客戶使用資源，另外程序中用到的中文單詞則主要結(jié)合strings.xml聲明。利用arrays.xml逐個設(shè)置列表各項元素。

View：本層屬于人機(jī)交互界面，包含本系統(tǒng)中所需要運用到的所有Activity。用戶可通過Activity進(jìn)行相關(guān)操作，比如輸入數(shù)據(jù)，確定數(shù)據(jù)項，最后點擊，即可獲得相關(guān)信息。

Data與Adapter：一般認(rèn)為該層為數(shù)據(jù)庫及其適配器層。主要用于建立農(nóng)業(yè)生產(chǎn)信息數(shù)據(jù)庫，同時該層包括更新及相關(guān)方法，Adapter中含所有適配器Adapter，顯示數(shù)據(jù)庫Activity的信息。在ListView控件記錄時，需要運用到各顯示數(shù)據(jù)表。

Table：屬于數(shù)據(jù)表層。利用Entity存儲數(shù)據(jù)表各字段名及類型。一般情況下Data層不會因為本層發(fā)生變化而變化，因此適用于分層開發(fā)。

如圖1為本系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)圖。

由此分析軟件體系結(jié)構(gòu)[4]，在具體設(shè)計時，可將系統(tǒng)分為五個包：XML；View；Adapter；Data；Table。這五個包是有自上而下的依賴關(guān)系，分別對應(yīng)view包、data包、data包、adapter包和table包。如圖2為該軟件系統(tǒng)包圖。

2.2 系統(tǒng)流程圖

農(nóng)業(yè)技術(shù)人員登錄Android客戶端執(zhí)行數(shù)據(jù)采集，首先要在客戶端應(yīng)用匯總獲取數(shù)據(jù)，并上傳到Web服務(wù)器中，經(jīng)過Web服務(wù)器對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理后對數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲，并向客戶端發(fā)出反饋信息，以標(biāo)識采集任務(wù)完成。系統(tǒng)的流程圖如圖3所示。詳細(xì)設(shè)計

3.1 各功能模塊描述

基于Android的農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)主要功能分為兩大類：工作類和交流類。工作類數(shù)據(jù)采集包括：提交推廣日志、上報災(zāi)情、采集價格信息等；交流類數(shù)據(jù)采集包括農(nóng)技問答、經(jīng)驗交流和問題反饋等。

3.1.1 用戶模塊

系統(tǒng)的用戶類型[5]分為未授權(quán)用戶（注冊）、普通用戶、管理員以及超級管理員。

未授權(quán)用戶：需管理員授權(quán)后才能使用系統(tǒng)。

普通用戶：能上傳數(shù)據(jù)，查看歷年數(shù)據(jù)。

管理員：能修改除超級管理員以外的所有用戶的權(quán)限，以及刪除用戶操作，能查看數(shù)據(jù)，給所有用戶發(fā)送手機(jī)消息提醒。

超級管理員：與管理員相比，多了能對管理員進(jìn)行設(shè)置權(quán)限的操作。

⑴ 創(chuàng)建用戶

在客戶端任何人都能新增角色，但權(quán)限為未授權(quán)用戶，需管理員來修改權(quán)限。

⑵ 用戶登錄

登錄輸入錯誤時進(jìn)行用戶名或密碼錯誤的相應(yīng)提示，權(quán)限不足時提示沒有權(quán)限進(jìn)行此操作的提示。

⑶ 用戶管理

管理員能對未授權(quán)用戶和普通用戶，更改他們的權(quán)限或者刪除用戶，而超級管理員能對管理員、普通用戶和未授權(quán)用戶，修改他們的權(quán)限或者刪除用戶。

3.1.2 數(shù)據(jù)模塊

普通用戶選取好需要錄入數(shù)據(jù)的區(qū)域和農(nóng)作物種類（保存在服務(wù)器上，如果沒有需添加）后，選擇相應(yīng)的季節(jié)（春、夏、秋、冬）和行為（播種、收獲），并填寫相應(yīng)的信息，提交至服務(wù)器，此時如果數(shù)據(jù)和去年同期數(shù)據(jù)比較波動幅度超過10%則需填寫備注信息。

3.1.3 ?稻薟榭茨？?

用戶或者管理員在選取好需要查看的區(qū)域和農(nóng)作物種類后，能在客戶端上獲取到對應(yīng)信息的歷年收獲數(shù)據(jù)。

3.1.4 個人中心模塊

用戶或者管理員，在登錄后的主頁面中進(jìn)入個人中心后，能按自己的喜好和需求來修改密碼或者手機(jī)號。

3.1.5 用戶提醒模塊

管理員在網(wǎng)頁上登錄成功后能對所有用戶發(fā)送自定義的提醒內(nèi)容，也可以對特定用戶發(fā)送自定義提醒內(nèi)容，該提醒會出現(xiàn)在安卓手機(jī)的通知欄上。

3.2 系統(tǒng)功能圖

⑴ 系統(tǒng)功能總圖（如圖4）

3.3 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計

結(jié)合用例分析和需求分析，構(gòu)成系統(tǒng)的數(shù)據(jù)[6]主要包括如下幾部分：

⑴ 用戶表users（具體包含用戶名、ID以及姓名、密碼手機(jī)號碼，權(quán)限）；

⑵ 地區(qū)表zone（地區(qū)ID、地區(qū)名稱）；

⑶ 村莊表village（村落ID，村落名稱，地區(qū)ID）；

⑷ 種類表kind（種類ID，種類名稱）；

⑸ 農(nóng)作物名稱表crop（農(nóng)作物ID，農(nóng)作物名稱，種類ID）；

⑹ 用戶個性化表marks（ID，用戶ID，村落ID，農(nóng)作物ID）；

⑺ 農(nóng)作物播種表sow（播種ID，年份，季度，村落ID，農(nóng)作物ID，播種面積，備注，用戶ID，上傳日期）；

⑻ 農(nóng)作物收獲表gains（收獲ID，年份，季度，村落ID，農(nóng)作物ID，面積，產(chǎn)量，畝產(chǎn)量，備注，用戶ID，上傳日期）。系統(tǒng)實現(xiàn)舉例

基于Android的基層農(nóng)業(yè)統(tǒng)計數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)，通過安裝Android移動設(shè)備中的應(yīng)用程序與用戶進(jìn)行直接交互，Android端的應(yīng)用程序采取本地化開發(fā)模式，在移動終端獲取數(shù)據(jù)，結(jié)合移動端的界面設(shè)計，通過編碼來實現(xiàn)滿足用戶采集需求的相關(guān)功能，將數(shù)據(jù)傳送至服務(wù)器，在服務(wù)器端網(wǎng)頁和Android端應(yīng)用程序界面都可瀏覽相關(guān)采集信息，并能夠執(zhí)行回復(fù)、評論等信息交互操作。

4.1 登錄模塊

用戶打開軟件后立即顯示登錄頁面，需要輸入用戶名、密碼后點擊登錄，成功登錄后進(jìn)入操作頁面。輸入錯誤出現(xiàn)提示并需重新輸入。登錄界面如圖7所示。

登錄模塊通過Android端Login Activiy類中的 click Login（）方法（圖），將登錄信息傳送至Login Utils類中的線程run（）方法去執(zhí)行登錄驗證請求，Server 端Login Action類中的client Login（）方法對信息進(jìn)行驗證。代碼片段如圖8所示。

4.2 消息提醒模塊

管理員能夠?qū)λ杏脩艋蛘咛厥庥脩舭l(fā)送提醒[7]，并且會在智能手機(jī)的通知欄顯示出來，如圖9。結(jié)束語

本文基于采集統(tǒng)計農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)以及處理系統(tǒng)需求，結(jié)合Android、移動通信技術(shù)，以及農(nóng)業(yè)信息化等實際需求，綜合利用無線網(wǎng)絡(luò)和智能移動設(shè)備的優(yōu)勢，為農(nóng)業(yè)技術(shù)人員提供現(xiàn)代化、智能化、便攜式、易用、可靠的基層農(nóng)業(yè)統(tǒng)計數(shù)據(jù)采集和處理工具。

我們在研究移動開發(fā)及農(nóng)業(yè)信息化方面取得了一定成績[8]，基于Android智能手機(jī)初步構(gòu)建了基層農(nóng)業(yè)統(tǒng)計采集與處理系統(tǒng)。但是由于各方面原因，系統(tǒng)依然存在諸多不足之處。比如數(shù)據(jù)采集內(nèi)容方面，需進(jìn)一步豐富基層農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)采集的內(nèi)容和形式；系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計方面，還需加強(qiáng)服務(wù)器端的承載能力；在數(shù)據(jù)傳輸控制方面，要深入研究傳輸中斷情況的數(shù)據(jù)傳輸策略等。

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