发布时间：2022-03-05 07:32:54
序言：写作是分享个人见解和探索未知领域的桥梁，我们为您精选了8篇的电子系统设计样本，期待这些样本能够为您提供丰富的参考和启发，请尽情阅读。
一、引言
现代电子系统设计是我校电子科学与技术专业（以下简称为“电子”专业）的一门选修课程。通过该课程的学习与实践，目的是使学生对现代电子系统设计及原理有一个较为完整和系统的认识，并具有一定工艺分析、解决工艺问题和提高产品质量的能力，可以掌握嵌入式系统开发的主要过程，从专业的角度对嵌入式计算机系统进行分析设计，并且掌握ARM处理器的体系结构。从课程的教学目的可知，本课程要求培养学生在知识综合应用和动手实践方面的能力，不仅要求学生具有扎实的基础知识和对知识的综合应用思维，还需要学生具有很强的动手能力和应用能力。
近年来，随着电子技术的发展，电子系统的设计方法和手段也在不断更新和进步。电子系统设计方法在快速发展的电子技术应用中不断受到挑战。从传统手工设计方法到EDA设计方法，从分立元件系统到集成电路设计，从PCB集成系统到芯片集成系统（SoC），从纯硬件系统设计到硬件与软件结合的系统开发，新型电子系统层出不穷，其设计理念也发生着革命性的变化。这使得企业不仅需要毕业生在进入该领域时具备良好的专业能力和素质，更需要他们了解和形成现代电子系统设计的团队思维方式和综合设计方法。同时，学校要促进教学知识与时俱进，培养符合社会需要的实用型工程技术人才，提高学生的就业竞争力；也要对现代电子系统设计课程的教学方法和教学模式进行深刻的思考和改进。
二、存在的问题
现代电子系统设计课程的传统教学模式主要包括理论授课和实践实验两个部分。理论授课主要包括对现代电子系统设计的方法、思维、工具、应用基础的介绍与强化，常用处理器及其体系结构的应用、设计、改进知识和FPGA重构思维、Altium Designer电路原理图及PCB绘制软件的使用，在本课程的教学授课过程中需要贯穿系统设计方法和设计思想。实践实验则以上机实验为主，进行规定实验内容的验证、观察和简单电路的原理设计。电子系统课程所存在的问题主要在教学方法和人才培养方面。
1.教学方法问题
在几年的教学过程中，笔者通过思考和分析课程教学中的问题以及学生的反馈意见，总结了以下几点问题：
（1）基础知识不牢。教师在课堂授课、实践过程中不能很好地将各门课程综合应用，各门课程间缺乏沟通，学生无法将所学知识串连起来，进行综合应用。
（2）教学内容有所欠缺。学生对处理器知识的理解和实际软件编程思维不够深刻，习惯于有实验手册指导条件下的惯性实验模式，一旦教师让他们进行开放性实验来完成设计时，就无法形成系统性思维，各自为战，团队意识不强。
（3）考核方法陈旧。课程的考核方式主要采用大众式的“本门课程成绩=平时成绩+期末考试成绩”的计算方式，学生疲于应付考试，应试态度明显，不去思考本门课程所学内容与先修课程和本学期其他课程的关联，只去死记硬背些条条框框，对于思考题和实际现象无法进行有效分析，形成了固化思维。
2.人才培养问题
除此之外，电子专业在人才培养方面也存在一些问题，主要体现在学生学习主动性以及创新活动的参与度上：
（1）2013年前，电子专业在全国大学生电子设计大赛、辽宁省机器人设计大赛、飞思卡尔杯智能汽车大赛（现更名为“恩智浦”杯智能汽车大赛）、大学生创新创业训练计划等体现和锻炼综合素质的活动中的参与度非常低，仅有3人次参与，这些都侧面反映出学生对所学习的C语言程序设计、模拟电子、数字电子、单片机原理、EDA与VHDL语言等课程的综合应用能力较差，学习和参与的主动性和积极性不高，综合设计能力不强。
（2）根据对学生就业数据的统计调查发现，学生在毕业后两年内从事与本专业相关的研发、技术设计、理论研究工作的人数不到业人数的20%，其他学生多选择改行。在校学生对本专业的认可度也普遍偏低，选择考研的学生中有90%选择了外校。
三、课程改进的方法
为使学生能够更好地掌握现代电子系统设计课程内容，并真正提高系统设计思维和教学效果，我系针对上面出现的问题进行思考，对所发现的问题进行教学环节的切实改进。
1.加强实践训练和实际电路设计
实际的动手训练和电路设计，需要具体分析常用电路原理和具体电路常见故障问题，并加强对学生实际设备操作和实用能力的培养。采用理论教学和实践教学结合的项目驱动方式，由教师结合实际工作经验和教学需要，对学生下发开发板、相关元器件，改变传统仅使用多媒体课件观看图片和以教师理论说教方式完成对电子系统各组成元器件的认知，以硬件电路的设计与开发实践项目为引导，使学生全程接触实际电路和处理器，以实际项目为驱动进行电子系统设计流程、方法、步骤的掌握和训练。教师将STC单片机公司和德州仪器公司赠送的开发板下发给学生，学生2～3人一组进行实际项目的开发和学习，由浅入深，从STC89C52、MSP430单片机开始，逐步接触ARM处理器，完成电路系统的设计与开发，为后续FPGA处理器设计打下良好的应用思维基础。
2.以科技学术活动为激励
学校以全国大学生电子设计大赛、辽宁省机器人设计大赛、飞思卡尔杯智能汽车大赛（现更名为“恩智浦”杯智能汽车大赛）、大学生创新创业训练计划等科技学术活动为激励，通过相关大赛培养学生的应用能力，激发他们的学习积极性和自主性。通过这几年的积极引导，笔者发现，学生在以上竞赛和活动的参与率上得到了明显提升，共获得全国大学生电子设计大赛省级竞赛一等奖、二等奖各2项，参与3人次；获批大学生创新创业计划国家级立项2项，省级立项3项，参与14人次；获智能汽车大赛赛区一等奖1项，二等奖2项，参与2人次；获辽宁省机器人设计大赛二等奖1项，三等奖1项，参与12人次；参与校级及其他各类科技学术活动50余人次。这些大赛不但提高了学生的专业综合素质，还提高了学生的总结能力、文档设计能力、电路设计和软件编程能力。
3.教学团队形式优化学生学习内容
本专业教师联合为同一教学团队，在提高教学质量和学生动手能力的目标下，尽量为学生设计一个统一的综合性题目，增强学生的能力，同时，使各门课程的知识点相辅相成、互相印证，使学生更容易将所学知识进行综合和理解。
4.考核办法改进
考核办法从六个方面考核综合训练完成的成绩，即报告、设计能力、动手实践能力、功能完成情况、课堂研讨回答所提出问题的程度以及综合训练过程中的工作态度等。其中，报告占14%、设计和实践能力占10%、功能完成情况占8%、训练设计掌握程度占6%、课堂研讨回答出的问题占7%、综合训练过程中的工作态度（考勤）占5%。在期末考试的试题中，要增加创见性题目。同时，教师可以鼓励学生发表学术论文，以学术论文替代期末考试。
增加小组设计和小组讨论环节，教师团队设定十组中等难度的综合应用设计题目，将学生按2～3人一组进行实践项目分组，完成设计白皮书（包括系统需求描述、功能概述、拟采取的解决方法），完成系统电路设计，绘制电路图、PCB文件，完成硬件焊接、软件编程并进行答辩。组员各负其责，完成各自项目中的任务，教师和学生一起进行实际项目的需求分析、设计步骤安排、实验验证等环节。这样，可以使学生在学习之余提高团队合作能力和综合运用知识的能力。经实际操作此过程，学生反应强烈，讨论和学习动力增加，分组实践情况如图所示。
分组实践现场
四、结束语
本文在现代电子系统设计课程教学和本专业教学的基础上，对本课程的教、学、练等三个方面进行设计和改进，发挥和突出本专业应用特色，并且从几年来的实践效果看，新的改进方法增强了学生学习的主动性和教学过程中的灵活性，提高了学生综合能力素质和成果比例。
参考文献：
[1]宋晓梅.现代电子系统设计教程[M].北京：北京大学出版社，2011.
【关键词】实践教学;教学改革;电工电子
【中图分类号】G420 【文献标识码】B 【论文编号】1009―8097(2010)04―0132―03
引言
高等教育提出朝着“宽口径、厚基础、重能力”的方向发展,培养适应能力强、发展潜力大的复合型人才是高等教育追求的目标。电子信息类专业主要培养具有宽厚电子技术和信息系统的基础理论、较强的电子信息系统设计实践能力、科学的思维方法、独立分析问题和解决问题的能力、能从事各类电子设备和智能仪器的研究、设计、制造、应用和开发的应用型工程技术人才。
当今世界,电子产品层出不穷,并且向智能化方向发展,这样日益凸现出单片机和FPGA等可编程器件在电子产品设计和创新中的重要性,用人单位普遍要求求职的毕业生能够掌握单片机的基本原理和设计方法,有的单位甚至要求毕业生具有基于单片机系统的电子产品的设计经验[1]。电子系统设计主要是指基于单片机控制的完整应用系统的设计,包括系统软硬件设计及系统调试等多方面的知识。电子系统设计课程体系是以《单片机原理及应用》课程为核心,由《模拟电子技术》、《数字电子技术》、《感测技术》、《电子设计自动化》、《可编程逻辑器件及应用》、《C语言程序设计》等相关课程组成。
一 设课背景
学生经过《模拟电子技术》、《数字电子技术》、《单片机原理及应用》、《感测技术》、《电子设计自动化》、《可编程逻辑器件及应用》、《C语言程序设计》等课程的学习,通过教师教学和随课的验证性实验,对于电子信息领域的相关理论知识有了了解和掌握,基本能够进行单元电路的设计和调试,但验证性实验多数是教材内容的演示和再现,学生基本没有进行系统级的设计和实训,综合实践能力有待提高,学生没有发挥自己的主观能动性,不利于创新性人才的培养。
通过分析学生参加多届电子设计竞赛的情况,我们发现,按传统理论教学和实验方法培养的学生,在参加电子设计竞赛时,会出现很多问题,达不到预期目标。比如:对某一功能电路进行设计,理论上设计正确但在工程上却无法实现;单元电路正确却无法实现系统联调;各模块功能实现却无法完成一个系统等等。这是因为电子设计竞赛既不是单纯的理论设计竞赛,也不仅仅是实验竞赛,而是由一个参赛队共同设计、制作完成一个有特定工程背景的题目的竞赛。电子设计竞赛不仅要在单元电路上实现预期功能,更要考虑模块间的接口关系;它既强调理论设计,更强调系统实现;它考核了学生综合运用基础知识的能力,更注重考察学生的创新意识,在2009年的全国大学生电子设计竞赛中又增加了性能价格比和节能减排方面的考核内容,更加贴近工程实际和产品设计。从所涉及的课程内容上看,已经不是竞赛题目一门或者几门课程所能解决的,而是一个由相关课程组成的课程群。再从竞赛使用的器件上看,有很大一部分是理论教学中没有讲授和更新的,因为电子信息技术的发展太快,新技术、新器件层出不穷,传统的教学方法和体系面临了严重的挑战,如果不进行改革,建立一个新的理论课和实践课教学课程体系,就无法适应培养现代化人才和发展高等教育的需要。
高等学校培养的人才最终是为社会和国家服务的,学生经过四年的本科学习,最终要走向社会,从毕业生的就业情况看,绝大多数毕业生从事电子信息相关的工作[2]。统计发现,到企业进行产品研发的学生通常是电子竞赛获奖或参加了电子竞赛培训的学生,动手能力较强,而从事销售、服务等工作的毕业生很大比例是不能够进行研发,不得已才去做销售、服务的。为了使学生掌握电子系统的设计与开发,在相关理论课教学完成后我们开设了一系列的独立的综合设计实践课,对学生开放实验室,学生可以集中时间完成一系列的综合性、设计性实验项目,巩固理论教学内容,提高学生的综合设计能力和设计水平,为参加各级电子设计竞赛和以后就业打好基础,一举两得,事半功倍[3]。
二 实践课设置情况
系列实践课的设置遵循认知规律,是在随课实验基础上的扩展和深入,经过调研和讨论,听取兄弟院校、相关企业和毕业生的意见和建议,在培养学生动手能力方面除了专业实习和毕业设计环节外,设置了一系列的独立实践课,分布于各个学期的教学中。以电子信息工程专业培养方案为例,实践课设置情况如表1所示:
实践课的教学基本上在相关的理论课程教学完成后进行,保证学生在进行实践课时已经完成先导课程的学习和验证性实验,除《电子技术综合实践》,其它多数实践课是对某一课程的强化和拓展。
三 《电子技术综合实践》教学过程
在系列独立实践课中,《电子技术综合实践》是关键性的教学环节,是最贴近电子设计竞赛和实际工作应用的课程,要求综合模拟电子技术、数字电子技术、传感器、单片机、FPGA等多方面的知识。该课程强调以学生为主体,允许学生自由选题,题目的难度一般介于验证性实验和毕业设计之间。
本课程使学生能够较系统地掌握电子系统设计的全过程,包选题、文献查阅、方案论证、器件选择、电路设计、电路实现、软件编程、装配调试、系统测试、总结报告、文档整理等。学生完成由单元设计向系统设计的过渡,掌握现代化仪器设备在系统设计和实践中的应用。课程充分发挥学生的主观能动性和创造力,培养学生的独立工作能力以及协作精神,并通过该课程选拔参加各类设计竞赛的参赛选手。
1 题目设置
在该实践课的教学上我们选择了多个有代表性的、难易不同的实践题目供学生选择。具体题目有:液体点滴速度监控装置、电子秤的设计与制作、智能电梯控制系统、水温控制系统、脉搏测量仪的制作、直流数控稳压源、数字式液量测量系统、转速控制测量仪、数据采集系统、信号发生器、智能小车等等。这些题目基本上都是综合性、设计性的,有的题目是历年电子设计竞赛题目的简化或分解。以液体点滴速度监控装置为例,该设计要求制作一个液体点滴速度监测与控制装置,如图1所示,实现的功能有:
(1)在滴斗处检测点滴速度,并制作一个显示装置,能动态显示点滴速度(滴/分)。
(2)通过改变h2控制点滴速度,也可以通过控制输液软管夹头的松紧等其它方式来控制点滴速度。点滴速度可用键盘设定并显示,设定范围为20-150滴/分,控制误差范围为设定值 10% 。
(3)调整时间≤2分钟(从改变设定值起到点滴速度基本稳定,能人工读出数据为止)。
(4)当h1降到警戒值(2~3cm)时,能发出报警信号。
这个题目中对点滴速度和液面位置的检测要用到传感器,要有声光报警电路,需要电机改变h2高度来控制点滴速度,整个系统由单片机进行控制,通常选择PID算法来调整点滴速度。从实用和智能化角度出发,可以扩展成网络,采用简单的RS-232通讯实现从站和主站之间的通信,实现智能化管理。
学生在选题过程中进行引导,避免多组学生选择同一题目,学生也可以自主拟定题目,经过指导教师审核即可。学生3人为1个小组,成员有所分工。
2 教学要求
(1)综合运用EDA软件
学生根据所选题目进行方案设计,对方案中的电路进行设计计算,包括元器件的选择和电路参数的计算。要求学生通过各种EDA软件进行仿真验证,选择Multisim7、Proteus、ISE等软件进行相关仿真实验。
(2)硬件电路制作
设计方案经指导教师审查通过后,学生领取所需元器件等材料,设计PCB电路板并且自己加工,最后焊接制作电路并调试。
本课程教学采用了“模板化”设计方法,将学生设计调试好的A/D转换器、D/A转换器、键盘、显示电路“模板化”,使系统设计的局部和整体有机结合,提高了实验资源的利用率和实践效率,“模板化”后的单元电路在电子设计竞赛中也可使用。
(3)软件的编制与仿真。根据已设计出的软件系统流程图,编制出各功能模块的子程序及整机软件系统的主程序,程序设计时,要充分考虑与所设计硬件电路的连接及有关指标要求。向学生推荐使用C语言进行单片机的编程与开发,用C语言进行程序开发更方便移植,贴近实际工程背景,适合开发大型的工程应用程序。
(4)系统联调。学生集中在1周内完成所选题目,3个学生为1组,按照模块化设计方式有所分工,当每个同学所负责的模块调试成功后进行系统联调,要求学生之间相互配合,遇到问题一起找原因、想办法,而不是相互埋怨、推脱责任,培养学生的合作精神,积累系统调试的经验,培养学生分析问题和解决问题的能力。
(5)撰写实践总结报告。
书写高质量的工作总结是反映工作实践素质高低的一个重要方面,工程技术人员应能用书面形式系统、完整、清晰地表达自己的研究成果,其目的是让人很容易地看懂所研究课题的内容、方案、原理、实现方法等。因此,书写实践总结报告也是实践课考核的主要内容之一。
3 考核方法
(1)设计方案正确性与合理性,综合考虑性能价格比和系统功耗。
(2)实践动手能力,包括PCB设计水平、安装工艺水平、焊接工艺水平。
(3)设计成果,达到的指标。
(4)调试中分析和解决问题的能力,创新精神。
(5)题目的难易程度。
(6)独立工作能力,实践工作态度。
(7)总结报告完成的质量。
四 教学效果
经过几年的教学和改革,对学生动手能力的培养取得了较好的效果。2005年以来,学生参加了全国大学生电子设计竞赛和浙江省大学生电子设计竞赛,共获3个全国一等奖,2个全国二等奖,4个省一等奖,6个省二等奖。近5年,本科生一次就业率年均在90%以上,多数毕业生到企业从事研发工作,少数毕业生独立创业、注册公司进行电子产品的设计与开发。
此外,学生参与教师科研项目、独立申报承担浙江省新苗计划项目、浙江省大学生创新项目、校级学生科研项目的数量都显著提高。
五 结束语
实践课主要体现在对实际工程应用系统或产品的研制,使学生经历从课题任务的提出到方案的论证、设计,软件及硬件的开发、联机调试等若干步骤。学生通过自己设计实验电路、实验步骤、实验方法等,综合应用电子技术的能力、理论联系实际的能力得到了很大的提高,促进了学生创造性思维的发挥。这些实践课是在理论课教学和相应验证性实验基础上的深入和提高,是对学生电子系统设计的综合性训练,这种训练培养了学生工程实践能力、独立工作能力及创新能力。
参考文献
[1] 王剑.电子系统设计课程体系改革的探讨[J].长江大学学报(自然科学版),2009,6(2):377-378.
《电子系统CAD》课程设计是电子信息工程专业课阶段理论知识的综合应用。《电子系统CAD》课程设计是针对电子信息工程高年级学生开设的,这时理论课程已经学了很多,例如模拟电子技术,数字电子技术、高频电子技术,单片机应用及原理,C程序设计等,通过《电子系统CAD》课程设计把各门课程更加有效的综合起来,提高学生系统设计的能力。
而原课程的设置中普遍存在以下几个问题:以单片机小系统实物展开设计的设计周期较长,而且掌握的电子系统开发工具相对单一;原教学内容设计使用单片机汇编语言,但是当前企业中大部分用单片机C语言来进行软件开发,与企业不能有效的接轨;系班级学生成绩两级分化严重,特别是高年级的专业,任务布置上使用一刀切,不利于程度不同的学生有效的掌握,影响教学的有效性;验报告抄袭现象严重。
对《电子系统CAD》课程设计的教学内容、任务布置、考核方式等方面进行了改革,使其更好的发挥本课程设计的教学效果,节约成本同时让学生有更多的锻炼机会,并能让学生掌握电子系统设计工具的使用方法和软硬件系统设计的基本方法。
2教学改革的内容
2.1 改革教学内容
改革《电子线路CAD》课程设计的教学内容,掌握电子系统设计中常用的protel软件、multisim电路仿真软件、proteus软件、Keil C软件等软硬件仿真软件的使用方法。并从protel 硬件设计、multisim仿真设计电路分析性能、keil C与proteus联合仿真调试的形式,从硬件工程师和软件工程师的两个方面来了解一个电子系统设计的流程。同时针对目前电子设计领域的发展,软件设计时利用单片机C语言进行设计编程,代替原来的汇编语言设计,并且用软件项目管理的架构进行软件系统设计。这四种软件都是电子设计工作者需要掌握的。
Protel一个完整的全方位电路设计系统,包含有电路原理图设计、PCB设计、PCB自动布线、可编程逻辑器件设计、模拟/数字信号仿真等功能模块,并具有Client/Server(客户/服务器)体系结构。Protel软件功能强大、界面友好、使用方便,它最具代表性的是电路原理图设计和PCB设计[1]。
Multisim适用于板级的模拟/数字电路板的设计工作。它包含了电路原理图的图形输入、电路硬件描述语言输入方式,具有丰富的仿真分析能力。可以使用Multisim交互式地搭建电路原理图,并对电路行为进行仿真。通过Multisim和虚拟仪器技术,PCB设计工程师和电子学工作者可以完成从理论到原理图捕获与仿真再到原型设计和测试这样一个完整的综合设计流程[2]。
Keil uVision2与汇编相比,C语言在功能上、结构性、可读性、可维护性上有明显的优势,因而易学易用,而且大大的提高了工作效率和项目开发周期。KEILC51标准C编译器为8051微控制器的软件开发提供了C语言环境,同时保留了汇编代码高效,快速的特点。C51已被完全集成到uVision2的集成开发环境中,这个集成开发环境包含:编译器,汇编器,实时操作系统,项目管理器,调试器。
Proteus从原理图布图、代码调试到单片机与电路协同仿真,一键切换到PCB设计,真正实现了从概念到产品的完整设计。其处理器模型支持8051、HC11、AVR、ARM、8086和PIC10/12/16/18/24/30/DsPIC33、MSP430等,在编译方面,它也支持IAR、Keil和MPLAB等多种编译器。
2.2 改革教学方法与手段
针对本系学生特点,充分运用各种教学手段和教学资源,充分调动学生的积极主动性,活跃课堂氛围,提高教学质量和效果。从简单并能看到结果的系统设计开始做起,提高学生的学习兴趣。比如学生完成一个LED灯循环点亮,程序简单容易实现,实现时学生会有成就感。改进任务书的布置方式,实行分级多任务的布置。针对不同学生的不同学习能力,分为简单任务题库和复杂任务题库。复杂任务题库的任务分基础部分和提高部分,分等级分步骤台阶式的递进增长。
2.3 改革考核方式
特别强调的是考核方式是加入平时成绩的登记和最后答辩成绩登记,并且增大平时成绩和答辩成绩占的总成绩的比例。平时成绩的登记,是督促学生认真完成实验的重要手段。最后答辩成绩登记,是区别实验是否优秀的重要方法,杜绝实验报告抄袭的现象。
3教学改革的效果
因本课程设计改革侧重点放在软硬件设计工具的掌握和软硬件电路仿真设计上,掌握电子系统软硬件设计的流程,并且用单片机C语言实现,提高我系学生自主设计的能力。考核方式严格把关,杜绝抄袭现象。提高教学效果的有效性:针对不同程度的学生给出不同难度的题目,让大多数的学生都有收获,解决有些学生拿到题目无从下手的困境。同时多任务也可以杜绝实验报告的抄袭现象。节约成本并提高效率:软件系统设计只需要在机房中进行,不需要购买元器件。并且能让每个人都有锻炼的机会。
4结语
通过《电子系统CAD》课程设计培养学生对电子系统开发过程中设计有深刻的了解,学生掌握了在电子系统开发过程中用到的软硬件设计工具的使用方法,熟悉硬件开发设计的流程及软件开发设计的流程,并对单片机C语言的编程技巧,软件系统设计的项目管理有一定程度的了解。节约成本并让每个学生得到充分锻炼的机会。并逐步过渡到以学生自行设立控制对象,自主编程以及通过实验进行电路组成,以达到较高层次的设计能力培养。
参考文献
[1] 张瑾.Protel 99SE入门与提高[M].北京:人民邮电出版社,2007:2～10.
关键词:程控放大器;单片机;自动量程切换;基准电压
中图分类号:TP29 文献标识码:A
文章编号:1004-373X(2009)21-147-02
Design of Voltage Measurement System with Self-scale
GU Jiang
(Changshu Institute of Technology,Changshu,215500,China)
Abstract:It is significant of the voltage measurement in the present electronical system.With expanding of the dynamic range,a method owning the slef-scale is urgently required.It presents a system of voltage measurement with self-scale,based on the program control amplifier controlled by the single chip computer.Otherwise,the errors induced by the measurement channel and the temperature drift are depressed using the self-calibration technology.The examination shows that the system can adjust its measurement scale and has a certain anti-jamming capability.
Keywords:program control amplifier;single chip computer;self-scale;voltage reference
在电子系统设计调试过程中,电压测量往往是一个测控或测量系统中不可缺的项目。对于电压测量,若其在一个小动态范围内变化,则无论电平高低,要做到精确测量并不困难。但当被测量在宽动态范围内变化时,例如从mV级甚至μV级到V级,做到测量误差均匀的控制在一定范围之内,常用的方式是切换量程,即指定测量范围,例如常用的数字电压表等仪器。然而在许多情况下为了保证测量的实时性,测量时不可能变换测量通道的量程,因此要在整个电压变化范围内做到精确测量就凸显出其重要性。本文基于MCU AT89C51控制,实现了一种自动量程切换的电压测试系统。
1 电压测量原理及系统组成
为了对不同量级的电压信号进行测量,对输入信号进行放大时就不能采用相同的增益倍数。系统要求能根据不同信号幅值,自动选择相适应的增益倍数。在本方案中采用单片机判断输入电平的量级,通过通道选择开关,控制前级放大器的增益系数,使其输出符合后级ADC的输入电平要求。再通过MCU对采样结果计算分析,将得到的结果显示在LED显示器上,可以通过按键控制测量的起始状态,默认状态下为一直处于测量状态。为消除信道在不同温度、湿度等状态下对测量的影响,增加了基准电压自校准功能,其测量系统框图如图1所示。
图1 测量系统框图
2 系统硬件电路
2.1 前级程控放大电路
由于输入信号最小为μV级,对于前级放大器的要求很高,需要有合适的温度系数、噪声系数等。目前一些方案中多数采用斩波放大器。本文采用ADI公司的具有超低失调、超低漂移和偏置电流特性的宽带自稳零放大器AD8628,可提供自稳零或斩波稳定放大器才具有的特性优势,将低成本与高精度、低噪声特性融于一体。AD8628的失调电压仅为1 μV,失调电压漂移小于0.005 μV/℃,噪声仅为0.5 μV峰峰值,因而适合不容许存在误差源的应用。其在工作温度范围内的漂移接近零,对位置和压力传感器、医疗设备以及应变计放大器应用极为有利,可以利用AD8628提供的轨到轨输入和输出摆幅能力,以降低输入偏置复杂度,并使信噪比达到最大。具体电路如图2所示。
图2 前级程控放大器
该部分中,实现增益控制主要依靠通道选择,本方案中采用四通道选择器ADG804,该器件导通电阻小于0.8 Ω,单电源供电,封装小,温度适应性强,通过地址线A0和A1选择导通路。单片机I/O口送数至ADG804的地址输入端,选择不同的反馈电阻值Rf,通过式(1)得到不同的放大增益系数G,进而确定事先定义的不同档位的切换。
G=Vo/Vi=Rf/Ri
(1)
2.2 ADC变换电路
选择使用AD775作为本方案中的A/D变换器。AD775是一款CMOS、低功耗、8位、20 MSPS采样模数转换器(ADC),内置采样功能和片内基准电压偏置电阻,可提供完整8位ADC解决方案。它采用流水线式或乒乓两步式FLASH架构,可提供最高35 MHz的采样速率,同时保持极低的功耗(60 mW)。该器件融合了出色的微分非线性(DNL)、高采样速率、低差分增益与相位误差、极低功耗以及+5 V单电源工作等特性,其参考电阻可采用多种配置方式进行连接,以处理不同的输入范围。与传统的FLASH型转换器相比,低输入电容提供易于驱动的输入负载。
图3给出ADC的电路以及和MCU数据传输的连接关系。
图3 ADC电路MCU连接
2.3 MCU系统电路
方案中采用Atmel公司的AT89S52,带8 KB闪速可编程可擦除制存储器(PEROM)及低电压,高性能CMOS微控制器。由于将多功能8位CPU和闪速存储器组合在单个芯片中,AT89S52是一种高效微控制器,为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。采用单片机P0口直接驱动红色LED,5 V供电,采用共阳数码管,上拉电阻取1 kΩ。共采用三个数码管,动态扫描式显示。单片机系统图省略。
3 系统软件设计
3.1 数据采集及量程切换
软件设计采用模块化设计思想,每个模块实现特定的功能。系统软件包括主程序、定时中断程序和一系列功能子程序。上电后程序初始化,进入监控状态,显示待机界面等待测量。测量时启动A/D后,首先选择最大量程对外部数据进行采样计算并判断,确定合适的量程。切换量程后再次采样,记录得到的数据,通过相应对相应量程的计算,得到测量的电压。如果需要,MCU可与微型打印机通过并口连接,将存储于RAM中的电压历史数据和当前数据打印出来,作为资料存档保留,系统流程图如图4所示。
图4 系统流程图
3.2 通道自校准
为了消除信道给测量带来的误差,在电路和程序中增加了自校准部分。其主要原理是通过比对基准电压和待测电压在相同信道中的测量值,进一步消除系统信道带来的误差。基准电压通过稳压器件和一系列分压电阻得到一组不同量级且高精度的电压基准源,设置为1 mV,10 mV,50 mV,100 mV,500 mV,1 V等。设某通道的输入信号为VX,经过测量得到的结果为V′X;选择合适的量程范围,选择距离此范围最接近的基准电压
VS1和VS2,经过同样的信道测量的结果为V′S1和
V′S2,那么根据相似性原理可以得到:
VX-
V′S2
V′X
-
V′S2
=
VS1-VS2
V′S1
-
V′S2
(2)
由此推算得到真实的测量值为:
VX=
VS1
-VS2V′S1-V′S2(V′X-V′S2)+VS2
(3)
通过在线基准电压校准从根本上消除了放大、滤波等环节由于器件参数分散性所引入的单向偏差问题,使测量系统的精度得到进一步的提升。
4 结 语
电压是电子系统中最基本的测量值之一,也是诸多非电子传感器转换为电子测量时最常用的物理量。 其快速准确测量无论是对于电子系统设计,还是对各种物理信号的测量,都有极其重要的意义。本文实现了一种基于单片机的自动量程切换的电压测量系统,能在较宽电平范围内准确地测量其电压值。此外采用基准电压测量,最大限度地减小信道对测量结果带来的误差。
参考文献
[1]李华.MCS-51系列单片机实用接口技术[M].北京:北京航空航天大学出版社,1993.
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关键词：电子元器件；工程实践能力；网络教学平台；教学改革
作者简介：李红（1984-），女，山东肥城人，兰州交通大学自动化与电气工程学院，讲师；赵峰（1966-），男，上海人，兰州交通大学自动化与电气工程学院，教授。（甘肃 兰州 730070）
基金项目：本文系自动化与电气工程学院本科教学改革项目（ZDH2013011）的研究成果。
中图分类号：G642.44 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2014）03-0143-02
工程实践能力培养是大学本科教育的重要内容，对提升工科人才培养质量、未来促进工程教育和工程师的认证具有重要意义。[1]通过电子元器件市场调研与系统设计课程实践的学习，使学生初步掌握电子元器件市场调研与电子系统设计的方法、过程，培养学生的实践动手能力和本专业学习的兴趣，提高学生对电子技术、自动控制系统相关知识学习的积极性，为后续课程打下良好的基础。电子元器件市场调研与系统设计课程一般安排在大二第二学期，通过确定调研问题与目标、实地调查、信息整理、分析，调查报告的撰写的基本步骤来组织实施，电子系统设计则通过查找资料、确定选题、根据选题给出设计方案、分析、验证电路的基本步骤来组织实施。
通过前几年的教学实践获得了不少有益成果，但如何在2周的有限时间内完成众多培养环节，更有效地对学生选题、老师答疑、给定成绩三个方面进行全过程监控，对培养具有很强实践创新能力的卓越工程师[2]有重要意义。
一、时间组织改革
前期培养方案中，本课程按2周时间分两个阶段分别实施：
1.电子元器件调研
（1）确定调研问题与目标。初步形成对自己所欲设计的电子系统的电子元器件名称、型号、规格、参数、尺寸的基本评价。
（2）实地调查。到电子市场确定相关电子元器件市场供应品牌、价格、需求情况、主要替代品情况。
（3）信息整理。对数据、资料有重点地进行整理、分析，运用所学知识对结果进行分析得出判断和结论。
（4）调查报告的撰写。把整个调查过程以报告的形式呈现出来，并能依据调查的结论给出合理化建议和意见，作为调查的成果。
2.电子系统设计
（1）查找资料，确定选题。通过在图书馆、网上查阅所欲设计的电子系统的相关书籍、论文资料，确定选题。
（2）根据选题给出设计方案。针对所选题目设计电路原理图、编写程序、绘制原理图。
（3）分析、验证电路。先借助专业软件进行仿真验证，再购买相关元器件进行焊接后实际测试。
上述实施方案所涉及的培养环节较多，在实际教学过程中发现存在时间难以控制，各环节之间有重叠或跨越的现象。经老师分析和学生反映的意见综合，主要原因在于调研与设计环节分开，时间浪费较多。
经研究，本课程的2周时间内统一为一个过程按五个环节进行实施：
（1）查找资料，确定选题。针对老师提供的备选题目，学生通过在图书馆、网上查阅欲选题目的相关书籍、论文资料，确定选题。
（2）根据选题给出设计方案。针对所选题目，搜集相关资料，设计电路原理图，学习Altium Designer软件[3]并绘制电路原理图。
（3）电子元器件调研。对自己所欲设计的电子系统的电子元器件名称、型号、规格、参数、尺寸等进行网上调研，了解相关电子元器件市场供应品牌、价格、替代品情况，对数据、资料有重点地进行整理、分析，到电子市场采购部分元器件。
（4）制作、验证电路。先借助Proteus软件[4]进行仿真验证，再进行焊接后实际测试。
（5）撰写总结报告。把整个实践过程以报告的形式呈现出来，并依据测试数据给出合理化建议和意见，作为成绩评定的重要参考。
改革前后各培养环节时间分配对比如表1所示，由表可知，改革后电子元器件调研环节可以占用第一周的周六、周日机动时间，且制作、验证电路环节可以增加到3天，给学生更充足的动手时间。
二、实践环节的教学改革
1.学生选题
因本课程的功能定位不同于大三的专业课课程设计以及毕业设计，且考虑到学生未学课程较多的实际情况，将原有的“每组同学在指导教师的指导下自行选择设计题目，指导教师不限题目，只要每个指导教师指导的各组不重复即可”的选题标准具体化，统一给出选题目录，如表2所示。
2.老师答疑
为了利用网络技术及培养学生正确利用网络，[5]我们将原有的“每天固定2小时，机动2小时”的当面答疑时间调整为“每天网络2小时，每周当面2小时”。网络答疑提供2种途径：利用QQ群和QQ群空间实现网络互动，利用本校网络教学平台上的课程交流区在线互动。
实践中发现，多数师生更喜欢利用QQ群进行交流，网络教学平台上的课程交流区则相对而言人气较差，师生发帖的积极性不高。这也意味着有必要进一步研究网络教学平台的在线答疑模块的改进与优化，提高使用的便捷性与信息共享的快捷性。
3.给定成绩
为了提高学生的积极性，减轻总结报告书写工作量，在给学生提供报告模板及格式要求的基础上，将原有的五级制评分标准改为按表3制定的百分制标准进行评定。
三、教学效果
1.学生的积极性及自我满意度
经在本校电气工程专业2011级本科生4个班中进行教学实践，通过选题方式、老师答疑模式、给定成绩标准等三个方面的改革，学生在选题时表现出更大的主动性和时效性，且选题范围较宽；网络答疑也降低了学生的拘束感，几乎都能提出一些问题，且网络资源的便捷共享优点极大地提高了电子元器件调研与选型效率。
相对于前几届学生在本课程结束后对自己智能等方面提高程度的自我满意度而言，本届学生多数反映经过本课程的实践练习，自己对如何利用网络获取最新的元器件资料及典型应用案例、网络提问与回答、Altium Designer软件、Proteus软件的使用等方面都有了极大的提高，而对于后续电子技术、单片机等课程的学习也有了明确目标。
2.教师的工作量及教学效果
经时间组织与具体实施方案的改革，尤其是选题目录、网络答疑、评分标准的实施，老师们感觉自己在该课程的投入时间较以前可以减少30%左右，同时，从学生们的作品及报告来看教学效果则较以前反而有了极大提高。
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关键词：新生报到；学籍管理；Visual FoxPro；新生电子报到系统
中图分类号：TP311文献标识码：A文章编号：1009-3044(2012)06-1328-03
Design and Implementation of Electronic Register System for Freshmen Based on VF
ZHANG Bu1, WANG Jun2, WU Xiu-shi3
(1. Academic Affairs Office, Shenyang Agricultural University, Shenyang 110866, China; 2. College of Information and Electrical Engineer? ing, Shenyang Agricultural University, Shenyang 110866, China; 3. Yingkou Power Supply Company, Yingkou 115000, China)
Abstract: The freshmen reception was an important part in academic statues management and reflected the level of management and effi? ciency of management. This paper analyzed the function and design flow of electronic register system, and chose Visual FoxPro software to design and exploit electronic register system for freshmen. Electronic register system with its characteristics of accuracy and high efficiency was based on VF technology, which solved the problems of time consumption, energy consumption and errors in the traditional system of freshmen reception which were based on handwork, searching and statistics.
Key words: freshmen reception; academic statues management; Visual FoxPro; electronic register system for freshmen
新生入学报到是高校学籍管理中一项非常重要的工作，它涉及到教务处、学生处、计财处、后勤处、公安处、团委及各学院等诸多部门，但是目前很多高校的新生入学报到都采用人工方式，即先打印好新生名单，在报到当天来一名学生就在名单中做一个标记，这种方式不但繁琐，浪费人力，而且容易出错，也不能准确确定该生的真实身份。因此，构建一个适应高校新生报到的电子系统不但可以提高新生报到工作效率，还可以缓解因场地、人手等软硬件条件不足而带来的矛盾，同时应用新生电子报到系统还可以一目了然的发现新生的基本信息和照片，从而大大的降低新生因替考而入学的可能性。
1新生报到流程
新生入学报到之前，学生处会发放录取通知书和录取报到说明，新生须按照说明的要求在规定的时间内将学费和宿舍费存入银行卡，由银行代扣学费和宿舍费，部分不能如期缴清学费的学生在报到当天直接到计财处缴清学费，申请办理助学贷款的同学直接到学生处助学贷款办理处办理绿色通道。在新生报到当天，教务处学籍管理人员通过Internet收到缴清学费和办理绿色通道学生的数据，在报到现场学籍管理人员根据该数据，核实录取通知书、身份证和准考证进行报到注册，经身份核实无误后打印《新生报到单》，学生持此报到单分别到公安处、后勤处、团委及各个学院分别办理户口迁移、就餐卡、组织关系及宿舍的现场分配等等，新生报到流程图如图1所示。
2新生电子报到系统的设计与实现
目前，各高校的学生学籍注册原始数据和各省教育厅的审核数据都来源于当年的新生录取数据，其文件类型为FoxPro中的“. dbf”格式。为了方便数据管理和接口的控制，本文选用Visual FoxPro作为其数据库管理系统和应用数据库。同
时，Visual FoxPro也是一个功能强大的交互式数据管理工具，是为数据结构和应用程序开发而设计的功能强大的面向对象的环境。无论是组织信息、运行查询、创建集成的关系型数据库系统，还是为最终用户编写功能全面的数据管理应用程序，Visual FoxPro都可以提供管理数据所需的所有工具。
2.1新生电子报到系统的功能
依据新生报到流程图，可以看出高校的新生电子报到系统必须具备以下几项基本功能：
1）招生数据校验功能：教务处学籍管理人员从学生处招生办获得招生录取数据，首先要对录取数据进行必要的逻辑性和合法
性审核，所以新生电子报到系统必须可以对录取数据进行必要的校验。
2）新生学籍信息管理功能：学校学籍管理人员和辅导员根据招生办提供的招生信息和学生实际入学报到情况，对注册报到的学生根据专业进行分班、编制学号、删除无效记录（招生流失未报到的学生）等数据处理，并添加必要的学籍内容（如学制、层次、学习方式等）。审核无误后，新生电子报到系统应形成规范的学生学籍注册信息文件。
3）新生信息查询和统计功能：学籍管理人员根据新生的注册信息进行各种信息的统计，也可进行新生注册数据的随机查询等。
2.2新生电子报到系统的设计流程
新生电子报到系统的大致工作流程分为以下9个环节：
1）导入程序将本校的录取数据和新生照片导入新生报到数据，对数据进行逻辑性和合法性校验，并进行数据和照片匹配；2）各院系辅导员对本院系的所有新生按专业进行分班；
3）通过网络连接，教务处汇总计财处、贷款中心的数据，确定缴费新生数据，以保证完费注册；
4）报到当天，电子报到系统通过考生号或身份证号检索到该生的信息和照片，在确认信息无误后，现场打印新生报到单；
5）按照招生省区、招生层次、系、专业四种方式统计，分为报到与未报到两种情况实时更新汇总；
6）招办及各学院负责将延期报到的新生补录到教务处；
7）教务处根据实际报到新生数，按照所在班级、专业分配学号；8）确定新生信息无误后，系统将新生数据导成dbf文件；
9）根据各部门需求的不同，系统生成不同的统计材料。
2.3新生电子报到系统各模块的设计2.3.1系统管理模块设计
系统管理模块主要用于保证系统的安全性，因为新生数据涉及到考生号、身份证号码、户籍所在地等许多私人信息，所以在登录时设置用户名和密码是非常必要的，2009年秋季新生报到窗口的客户端登录界面如图2所示。
图2客户端登录界面2.3.2数据处理模块设计
在进行数据处理之前，首先要对所在学院、专业、班级等信息进行编码管理、排序和赋予属性。然后将反映新生属性的各类数
据和新生照片导入到数据处理模块。最后数据处理模块完成对导入数据的校验、审核和补充，确保数据的准确性和完整性。2.3.3报到模块设计
新生报到的后台数据库集中存储在服务器上，前台只要安装新生的管理系统软件，并赋予操作的权限，就可以通过校园网上的任意一台计算机来完成，实行客户―服务器管理模式。在新生报到模块设置考生号查询按钮，通过输入考生号来查询新生的信息，报到窗口如图3所示，包括新生的照片、考生号、姓名、性别、所在学院、专业、班级等等。同时为方便报到当天的管理，直接在报到界面设置辅助打印、标记功能。
图3新生入学电子报到窗口2.3.4查询和统计模块设计
对新生数据进行分类统计分析是学校学籍管理部门的重要工作，所以查询和统计模块设计的目的主要是学籍管理人员通过该模块可以形成各种需要的统计信息又也可进行新生注册数据的随机查询等。为方便查询和统计新生的报到情况，查询和统计模块设计为按照招生省区、是否报到、专业等情况进行查询和统计并实时更新汇总，并可以生成相应视图报表或另存为DBF等格式，如图4所示。
图4新生报到信息查询窗口
3系统特点
1）系统安装简便，信息实现共享
新生电子报到系统采用的是典型的客户机―服务器模式，各工作站只需安装应用系统即可连接并操作数据库。本系统对数据进行集中的管理，并使用统一的数据标准和格式，建立多种与其它管理系统的数据接口，实现数据的高度共享与集中。
2）操作界面友好，运行高效稳定
该系统源程序简单易懂，数据库使用简单，管理方便，拥有与用户互动良好的操作界面，使用效率高，安全可靠。
3）符合管理实际，信息实时显示
本系统统筹考虑各部门的工作流程，认识到各部门的管理实际，高度利用新生数据，实现了人性化管理，并能让学校领导及时、准确地统计和分析数据，掌握报到现场的动态情况。
4结束语
采用电子报到系统对新生报到工作进行网络管理，是当前新生报到管理工作实际的需要，这不仅可使新生报到管理工作更方
便、更规范、更快捷，也改变了传统的手工报到工作方法，使管理手段得到进一步的优化，实现了无纸化管理。运用此系统，有效地促进学校各部门的协调运作，大大提高了工作效率，也提升了学校的学籍管理水平，有助于为新生家长和社会各界提供更人性化、信息化、现代化的服务。此外，迎新工作结束后，可以导出已经报到注册的新生的基本数据，为学校其他管理系统（例如教务管理系统）所用，以实现数据共享，减少了大量重复劳动。
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1系统设计需求分析
在系统设计中，要确定用户角色。在互联网电子商务系统中，其角色为客户。因为，角色并不是都表示人，也可以是外部系统。所以，本系统的数据库处理角色就是一个外部系统。客户在登陆到电子商务系统的首页时，可以根据需求选择商品，并能够将商品加入到系统的购物车之中，然后用户在判断商品价值后，基于购买决策为商品付账，就相当于完成一次电子商务交易，提升系统可用性[13-15]。在整个电子商务系统设计中，可以确保该电子商务系统设计完成后符合用户实际应用需求。
2基于UML设计实现电子商务系统
2.1系统总体结构设计
采用UML对象建模，在财务软件的客户端与数据库之间可以加入了一个中间层，将财务软件应用程序的将业务规则、数据访问以及合法性校验等放到中间层进行处理。系统的客户端采用JavaScript、Java等网络编程语言编写，其脚本程序简单易用、灵活性强，可以控制整个Web页面。其总体结构如图1所示。
2.2系统功能设计
对于UML对象建模中，在设计电子商务系统中，能够用统一的UML建模语言，构建电子商务系统，提升系统软件的可用性。其电子商务系统功能设计如图2所示。用户管理：主要通过全局变量，记录系统中的登录用户信息。商品管理：查看商品基本信息；根据商品名称查看商品；对查询结果进行操作。电子商务购物管理：用户查看商品，选择要购买的商品；能够将用户选中的商品加入到电子商务系统的购物车中，并且确保购物车信息也可以依据用户需求变化，动态的更改购物车数据。
2.3分析电子商务系统业务流程
该电子商务系统是针对消费者购买商品设计的。消费者分为两类，一类是会员，若是某会员要购买，直接登录网站，就可以购买所需要的商品了；另一类是普通浏览者，该浏览者可以浏览网站基本信息，若要购买，则必须确保系统的用户先进行注册之后，才可以在该电子商务网站中购买展示的商品。并且，基于UML技术，用户在注册成系统用户后，就可以选择所需的商品，同时系统将会为用户生成商品订单，确保电子商务系统能够满足用户使用需求。电子商务系统的主要业务流程，如图3所示。
2.4UML建模设计
对象设计：UML对象建模中，确定设计模型中的类、关联、接口和现实服务的算法。可以根据动态模型中的行为和功能模型中的用例描述确定类的服务，然后设计实现服务的数据结构和算法，主要是选择能正确描述信息的逻辑结构和相应的能够高效实现算法的物理结构。在UML中，一个系统由若干个用例图描述，用例图的主要元素是用例和角色。如图，是在网上商店系统经理的用例图如图4。优化设计：UML对象建模中，还能够从效率和清晰性角度优化对象模型[15]，提高效率和调整继承关系；采用抽象与具体的方法来优化继承关系，增加派生属性和派生关联可以提高访问效率，以实现财务软件代码共享、减少冗余。在UML中，显示了互联网电子商务系统的类图。上图显示了从用户登陆首页选择商品到结帐离开类之间的关系，分别由4种类图组成。主要就是将JSP与Servlet技术联合使用，从而实现对电子商务系统的用户提供动态的内容服务。设计对象约束：基于UML对象建模的财务软件设计中，无论是消费者、商户还是银行员工都可以通过Internet访问该系统，完成各自授权的活动、工作。
3系统应用效益分析
以基于UML的电子商务系统开发为视角，以MyEclipse6.0开发平台为开发环境，介绍基于UML建模技术，并结合实例说明面向对象软件的工作过程。实践表明，基于Java三层架构设计的软件系统结构清晰、便于维护，具有代码复用之功能。基于UML设计出的互联网电子商务系统，系统的结构清晰、便于维护，能够构造一个科学准确的互联网电子商务系统模型，提升系统设计质量，提升12.0%，将设计好的系统应用到实践中发挥积极的应用效益。在本次电子商务系统设计中，基于UML技术，分析电子商务系统的建模开发工作，将UML应用到系统开发过程中，不仅可以提升系统开发工的灵活性，也可以提升系统的可扩展性与维护性，使设计完成的系统更具用户使用性能，发挥积极应用效益。
4结论
综上所述，在设计电子商务系统中，应用UML技术，具有应用价值，可以在实践电子商务系统设计中推广应用该技术。
作者:庞敏 单位:宝鸡职业技术学院
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关键词:电力市场;结算系统;Java;XML;Webspere
中图分类号:TP311文献标识码:A文章编号:1009-3044(2010)22-6365-02
The Design of Power Market System Settlement Subsystem
ZHANG Tao
(College of Software Engineering Southeast University, Nanjing 210011, China)
Abstract: According to the user requirements and the actual conditions of the power market operation system, this article propose the design of the settlement systems. Itinclude the details of system design, implementation of the settlement system, and it include the storing calculatingand publishing of the settle data. the use of design patterns for data processing and other modules optimize the design and use of sophisticated java, xml, webspere and other related technologies to achieve and deployment.
Key words: power market; settle system; Java; XML; Webspere
根据国家电网公司信息化建设目标,将电力市场交易应用纳入“SG186工程”统一考虑。电力市场运营系统通过整合服务资源,优化业务流程,以信息技术推动电力市场交易应用创新和服务创新。电力市场运营系统是为了实现三级电力市场交易运营和规范化管理,实现与公司其他应用以及各级电力市场交易应用间的互联互通,实现横向和纵向的数据共享,提高电力交易中心的管理水平、服务水平和工作效率,提升各级交易中心的专业化管理水平。
该系统主要分为由交易中心主站系统、市场成员终端(系统)、以及电力市场运营系统与“SG186”一体化平台接口组成。电力市场运营系统包括数据申报、合同管理、交易管理、结算管理、市场预测、市场分析、信息和综合管理八个应用功能部分。
本文主要着力于结算子系统的设计和实现。结算管理子系统根据电能量计量系统提供的有效电能数据、交易管理模块的交易计划、电价数据和网损,调度指令,能量管理系统的运行数据,合同管理模块的相关数据,以及市场主体的运行考核数据和市场运营状态,依据市场规则进行各交易主体进行电量结算和电费结算。
1 技术基础
面向对象的关系型数据库。该项目采用了oracle 10g数据库,它在oracle 9i的基础上又在安装,服务器的可管理性、性能调整、安全性、可用性和可恢复性、商业智能和应用开发等方面增加了新的功能。面向对象的关系型数据库是用面向对象编程的方法将对象用于数据库应用软件中,在关系型数据库的基础上,实现对象的存取管理。面向对象的关系数据库使数据库应用软件更具灵活性。具有数据库结构清晰,便于实现面向对象程序设计OOP;数据库对象具有独立性,便于维护;需求变更时程序与数据库重用率高,修改少的优点。
Java语言综合了面向对象技术和internet技术,将编译和解释有机结合,以实现跨平台(操作系统,硬件,网络平台)运行。Java严格实现了面向对象的四大特征:封装性(Encapsulation),多态性(Polymorphism),继承性(inheritance),动态联编(Dynamic Binding)。java在多线程支持和安全性等方面远优于C++。Java不仅仅是一种编程语言,JavaBean ,Java组件的发展对应用编程带来极大的方便。
多层结构。基础的三层结构即(MVC)模式,第一层是客户层,提供用户接口的功能;第二层是业务逻辑层,提供完成所有业务逻辑和数据库存储的功能;第三层是数据库层,提供数据持续储存的能力。现在又提出了多层结构。分别是客户层,顶端web服务层,应用服务层和数据层。
XML技术。随着企业与企业之间电子商务的发展,XML得到极大的发展。XML语言严格的语法保证了文件的规范和数据的有效。在异质系统之间的信息交换,数据的存储保值,自动化,精确搜索等方面发挥了巨大的作用。
2 业务功能和模块划分
1) 结算数据管理:为结算管理进行数据准备,实现结算源数据的读入与管理。包括计量数据、交易计划数据、考核结果以及结算所需的各类市场参数等。对用于结算的源数据进行检索、查询、核对、修正,最后进行确认,确保用于结算的源数据可靠。
2) 预结算:根据交易规则对各市场主体按照借、贷两种账户,进行电量分割和统计,然后进行电量和电费的日清算与月结算,形成初步结算单。
3) 预结算审核:在交易中心内部,对预结算结果进行审核,并提交审核结果。如果结算结果审核不能通过,需要重新核实用于结算的各个源数据后重新进行预结算,直至审核通过后通过信息将预结算结果向各市场主体。
4) 结算主体校核:各结算主体对与自身相关的结算源数据和预结算结果进行校核,如果对预结算结果有异议,可以向交易中心提出结算争议,由交易中心再次审核。在规定时间内如果没有提出争议,则认为没有争议。
5) 终结算:交易中心根据结算主体提出的结算争议,按照争议的类型,校核用于结算的源数据后,重新进行结算。
6) 终结算批准:在结算结果通过交易中心与结算主体校核后,提交结算账单,经财务批准后通过信息系统向结算主体,并以此为依据支付电费。
7) 结算统计报表:按照日报和月报的方式,对电量、电价、电费进行统计汇总,形成报表。
3 结算子系统实现
按照数据流程的顺序,将整个结算子系统分解为几个模块。使得原始的数据,主要是电力市场其他如计划,合同交易等子系统导入的数据,原始的电表数据,经过数据确认,修正后,进入结算的主模块,进行计算,生成所需要的格式化的各项数据,经过审批后储存,最终在统计查询界面显示出来。
3.1 结算数据管理
主要功能是实现从电能量计量系统、能量管理系统、考核系统、合同管理模块、交易管理模块以及系统管理模块的数据读入,为结算管理模块进行数据准备。结算数据管理可以分为与区域电网公司计算数据管理和与发电企业结算数据管理。
通过提供数据表单、图表等多种方式的数据检索、查询工具,实现对各类结算源数据的分类汇总、过滤,为结算人员对数据校核提供方便的手段。
在发现有问题的数据后,可对有关数据进行着色标记,另行存储。原则上,结算数据校核功能只对数据的有效性进行核实,对于有疑问的数据不在结算模块进行修正。结算模块对有问题的数据提出疑问后,由相关数据的源头进行修正。待修正后,结算模块重新获取。
首先从电能量计量系统获得电厂关口电量以及与区域电网交互的各联络线关口电量计量数据,并自动统计月内每日峰时段电量、平时段电量和谷时段电量。如果月内发生电价调整,则自动统计各电价变动范围内的峰时段电量、平时段电量和谷时段电量。结算人员根据手工抄送的表计数据采集单,对自动计算的计量数据进行确认和修改。
应用提供录入界面,由使用人员录入区域电网下发的CPS 考核电量、联络线偏差电量和线损偏差电量。使用人员将自动计算和确认后的关口电量数据与区域电网下发的关口电量确认单进行对比,如果发现有大的偏差,则需要查找偏差原因。
使用人员将软件自动分解的电量分量与区域电网下发的电量成分单进行对比校核,如果有大的偏差,则需要查找偏差原因。
另外还设置一个结算配置的模块,对于结算过程中所需定制的各个参数提供一个图形界面的设置模块。将配置结果存储在本地的xml文件中。
3.2 预结算
按照日清月结或根据交易规则规定的结算周期,对各市场主体按照购售电方式,建立借贷明细帐目,计算购售电电量和电费,并形成初步结算单。预结算结果输出包括:结算主体名称,交易类型,结算电量,结算电价,结算电费等。可以根据结算配置灵活改变结算所需要的内容。
此模块为主要计算模块,通过电力市场运营系统统一的webspere网络服务器接口从数据库中调入相关原始数据,根据结算基本规则和各地不同的要求(在结算配置里配置),对原始数据进行分解计算,生成所需要的结算数据,并存储与本地xml文件中和再通过webspere网络服务器接口将结算后数据写入数据库。同时提供一个图形界面显示结算数据的结果。
3.3 预结算审核
预结算完成后,为确保结算的正确性,在向结算主体结算结果前,在交易中心内部,对预结算结果进行审核。
审核内容包括结算源数据的校核、结算方法审核、结算算法正确性验证等。
如果结算结果审核不能通过,需要重新结算,直至审核通过。
本模块主要是提供一个审批的界面,供工作人员审核数据。
3.4 结算主体校核
预结算结果后,结算主体在交易规则规定的期限内,对预结算结果进行校核,如果对预结算结果有异议,可以向交易中心提出结算争议。在规定时间内如果没有提出争议,则认为没有争议。提供一个结算争议界面,有组合查询功能,使得使用者能对所需审核的记录快速查找,验证。
3.5 终结算
在交易规则规定的时间内,交易中心根据结算主体提出的结算争议,将结算争议分类处理。
在所有争议都得到处理后,将重新结算的结果再次通过信息模块向结算主体进行。
3.6 终结算批准
在结算结果通过交易中心与结算主体校核后,形成结算对账单,并根据交易规则的规定组织结算对账单的分项和汇总内容。如审批不能通过,需要重新结算。经审核批准后,通过信息系统向结算主体。
3.7 结算统计报表
根据交易规则和电力市场应用的特点,按照时间和业务要求,组织相应的数据,形成各类报表。本模块中使用chart4free包绘制了饼图,棒图等,帮助工作人员直观了解最终结算数据的情况。
4 结束语
本文所述系统特色在于使用Java平台技术和运用XML技术,实现具有实用性、开放性、可扩展性、可靠性、安全性、可配置性、易维护性的省级电力市场运营系统中的结算子系统。Java技术由于其开放性,易扩展,跨平台等优点,已经成为了企业应用的热点。而XML语言在数据交换,Web服务,内容管理,Web集成,配制等方面的重要应用,成为一个新兴的热门技术。对这些技术的研究不但对推动电力市场的发展有积极作用,而且对其他领域的企业应用也有借鉴推广价值。
参考文献:
[1] 杨争林,宋燕敏,沈利华.基于J2EE的电力市场技术支持系统研究[J].电力系统自动化,2004,28(8).
[2] 宋燕敏,潘久经.PMOS―2000发电市场技术支持系统概述[J].电力系统自动化,2000,24(4).
