電子系統(tǒng)設計與實踐精選(九篇)

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第1篇：電子系統(tǒng)設計與實踐范文

關鍵詞 數(shù)字電視；檢測系統(tǒng)；系統(tǒng)設計

中圖分類號TN94 文獻標識碼A 文章編號 1674-6708（2011）37-0005-02

0 引言

目前，數(shù)字電視平移已經(jīng)漸入尾聲，數(shù)字化、網(wǎng)絡化、高清化是廣播電視行業(yè)的發(fā)展趨勢，數(shù)字時代與傳統(tǒng)模擬時代的廣播影視技術體系相比，在傳播方式、服務方式、技術系統(tǒng)以及運行方式上都發(fā)生了根本性的變化。傳統(tǒng)的依靠值班員對播出情況進行監(jiān)測的模式已經(jīng)無法滿足需求,因此,對數(shù)字電視播出質量、傳輸質量和播出內容進行準確、快速的自動監(jiān)測技術的發(fā)展成為廣播電視監(jiān)測業(yè)務的當務之急。本文本著從當前廣電技術飛速發(fā)展的實際出發(fā)主要探討了如何組建數(shù)字電視監(jiān)測系統(tǒng)設計的相關問題。

1 監(jiān)測系統(tǒng)組成及功能

監(jiān)測系統(tǒng)由監(jiān)測監(jiān)管中心平臺、存儲系統(tǒng)、顯示系統(tǒng)3部分組成。監(jiān)測監(jiān)管中心平臺是系統(tǒng)的核心管理平臺，負責總體協(xié)調、管理各監(jiān)測前端設備，下達監(jiān)測任務，對監(jiān)測前端回傳的數(shù)據(jù)進行綜合處理和匯總分析，按要求定期向相關部門提交報表和分析報告。存儲系統(tǒng)主要用于各種監(jiān)測數(shù)據(jù)、告警信息、故障時段的音視頻內容的存儲。顯示系統(tǒng)將有線前端任意一套有線電視節(jié)目（或組合多畫面）和無線廣播的音柱顯示在電視墻上。

1.1 監(jiān)測監(jiān)管中心平臺

在監(jiān)測監(jiān)管中心平臺設置6臺高端服務器，其具體分工如下：:1）WEB服務器。在監(jiān)測中心局域網(wǎng)內，任意主機可以通過瀏覽器訪問WEB服務器，WEB服務器通過權限認證后提供相應顯示界面，完成對數(shù)據(jù)庫服務器、流媒體服務器、存儲的錄像文件的查詢、訪問，以及通過應用服務器對監(jiān)管分前端下達指令的任務；2）流媒體服務器（2臺）。為滿足監(jiān)測中心對64個以上回傳視音頻的實施監(jiān)聽監(jiān)看，使用2套惠普服務器作為流媒體服務器，完成對監(jiān)測前端網(wǎng)傳視音頻的分發(fā)和點播。多個網(wǎng)絡用戶可以觀看同一回傳節(jié)目，對于節(jié)目的選擇是按照訪問用戶的級別高低進行控制，在通過媒體播放器進行播放的時候，可以對視音頻畫面進行錄制。流媒體服務器支持30個以上的訪問用戶；3）數(shù)據(jù)庫服務器（2臺）。在監(jiān)測中心采用HP ProLiant DL580 G4作為數(shù)據(jù)庫服務器，完成監(jiān)測前端回傳的質量監(jiān)測參數(shù)、異態(tài)報警、門限報警、節(jié)目運行起止時間、報表的分析結果等等。數(shù)據(jù)庫使用Oracle 10G標準版；4）應用服務器。監(jiān)測中心前端設備的控制、監(jiān)測門限參數(shù)設置、監(jiān)測時段任務下達、錄像數(shù)據(jù)回傳設置、質量測量任務、實時視音頻回傳等操作，并且接收前端監(jiān)管主機發(fā)回的數(shù)據(jù)與應答指令。

1.2 存儲系統(tǒng)功能及組成

監(jiān)測中心存儲系統(tǒng)主要用于各種監(jiān)測數(shù)據(jù)、告警信息、故障時段的錄音錄像的存儲，保證各種數(shù)據(jù)和碼流能快速準確地被監(jiān)測監(jiān)管中心平臺檢索和提取。監(jiān)測中心存儲系統(tǒng)采用IP SAN結構，采用雙64位存儲處理器、64位硬件體系和64位專用存儲操作系統(tǒng)，配置企業(yè)級SATAII硬盤，在采用RAID5保護機制情況下，有效存儲空間達到36TB。

監(jiān)測中心存儲系統(tǒng)性能為每臺IP SAN設備可提供410MB/s的帶寬吞吐量和54，000 IOPS的處理能力，4G緩存，1個以太網(wǎng)管理接口，4個千兆以太網(wǎng)業(yè)務接口，64個主機連接數(shù)量，可支持16塊SATAII的磁盤；具備鏈路聚合和故障切換；雙冗余電源，具備電源自動故障切換，支持多種型號的外接UPS，避免電源故障帶來的系統(tǒng)異常；支持RAID容量的在線動態(tài)擴展、在線RAID級別轉換和熱備盤（Hotspare Disk）等多種數(shù)據(jù)安全保護機制。另外，在監(jiān)測中心配置磁帶機作為監(jiān)測中心存儲系統(tǒng)的日常數(shù)據(jù)備份使用，配置4T存儲空間的磁帶。

2.3 顯示系統(tǒng)功能及組成

1）通過監(jiān)測監(jiān)管中心平臺對各監(jiān)測前端設備的控制，可以選擇任意1套電視節(jié)目組成的多畫面圖像進行實時回傳。在不大于2M帶寬的前提下，保證滿足高質量、清晰的回傳畫面質量。在監(jiān)測中心的電視墻上，通過顯示系統(tǒng)，能同時監(jiān)看多個監(jiān)測前端實時回傳的節(jié)目畫面；2）監(jiān)測監(jiān)管中心平臺實現(xiàn)對多個頻道無線廣播節(jié)目監(jiān)測的信號音柱顯示，通過顯示系統(tǒng)，輸出到監(jiān)測中心的電視墻上；3）顯示系統(tǒng)與電視墻之間采用VGA接口連接。

3 系統(tǒng)涉及的關鍵技術及難點問題

1）合理的體系結構。針對監(jiān)測網(wǎng)規(guī)模大、覆蓋范圍廣的特點，系統(tǒng)選用基于HTTP協(xié)議的B/S體系結構構建，監(jiān)測中心與監(jiān)測前端設備之間使用開放的XML接口進行通信，XML接口格式標準、規(guī)范、可擴展。B/S架構的監(jiān)測網(wǎng)系統(tǒng)是現(xiàn)在監(jiān)測網(wǎng)系統(tǒng)發(fā)展的新形態(tài)。由于在通訊上采用HTTP協(xié)議，并采用了成熟的WEB服務器和中間件軟件，使得系統(tǒng)的性能和穩(wěn)定性大大提高，可同時控制多臺監(jiān)測前端和多個客戶端并發(fā)，克服了以前數(shù)量限制的缺點。

2）高效壓縮。目前，廣電系統(tǒng)的網(wǎng)絡帶寬有限，分配到每個監(jiān)測前端的帶寬為4M。采用H．264的壓縮方式對數(shù)字化的視音頻數(shù)據(jù)進行壓縮，壓縮后的數(shù)據(jù)傳輸時只占用約1M的帶寬，保證了文件能清晰、順暢地傳輸。

3）應用層多播技術。在有限帶寬的網(wǎng)絡條件下，不足夠讓每個需要接收監(jiān)測前端流媒體的客戶端都向監(jiān)測前端請求一路實時視頻。為滿足監(jiān)測中心同時多用戶觀看實時流媒體的需求，需要使用多播技術。采用應用層多播技術后，監(jiān)測中心的多個用戶可以同時接收監(jiān)測前端播出的流媒體，又將多播限制在局域網(wǎng)內，不會造成全網(wǎng)的廣播風暴。

4）錄像文件的無縫拼接技術。在系統(tǒng)中，使用了順序流的方式進行歷史錄像的回放。在Web Server上開發(fā)錄像點播Filter程序，重新解析了HTTP傳輸協(xié)議，將對多個錄像文件的查詢操作虛擬為對一個大錄像文件的查詢操作，在后臺實現(xiàn)了各個錄像文件之間的剪切和拼接，保證了數(shù)據(jù)的安全性，可以準確定位錄像查詢時間，保證各文件間無接縫。

5）系統(tǒng)遠程維護。監(jiān)測網(wǎng)系統(tǒng)設備24h不問斷運行，設備始終要保持高穩(wěn)定狀態(tài)，并且監(jiān)測設備多，遍布地域廣，因此，系統(tǒng)維護成為重點解決的難題。所以必須使用多種手段保證遠程的監(jiān)測設備做到真正的無人值守。遠程維護功能的應用，在保證高穩(wěn)定性的前提下，極大地減少了監(jiān)測網(wǎng)系統(tǒng)的維護費用。

4 結論

廣播電視監(jiān)測網(wǎng)是一個復雜、龐大的應用軟件平臺系統(tǒng)，最關鍵的是如何對各種新技術進行深度的整合，充分發(fā)揮每一種技術的先進性，同時兼顧系統(tǒng)的穩(wěn)定性，為其它監(jiān)測系統(tǒng)的建設探索了新的道路并積累了經(jīng)驗，實現(xiàn)對有線電視和無線廣播的監(jiān)測。

參考文獻

第2篇：電子系統(tǒng)設計與實踐范文

關鍵詞 變電站；視頻監(jiān)控體系；系統(tǒng)設計與分析

中圖分類號：TM732 文獻標識碼：A 文章編號：1671-7597（2014）17-0016-01

現(xiàn)階段我國的電力網(wǎng)絡規(guī)模越來越大，并且呈逐漸增長的趨勢。用電量的增加提示著我們要盡快的提升自動化的電力系統(tǒng)，將電力系統(tǒng)構筑成為自動運行的智能化體系。在諸多的電力企業(yè)已有集中式的遠程圖像監(jiān)控系統(tǒng)的設立，這能夠極大的提升電力生產(chǎn)的安全以及可靠性。在諸多的組件基礎上多加了遙視的功能，呈現(xiàn)了電力系統(tǒng)的諸多極為重要的監(jiān)測點。

1 數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)

利用數(shù)字視頻處理為核心的技術，即數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)，它將光電傳感器以及計算機與自動控制、人工智能等諸多的技術形成新型的監(jiān)控體系。該體系運用嵌入式網(wǎng)絡視頻的編碼儀器，實現(xiàn)全程化的系統(tǒng)處理。系統(tǒng)運行有六大特點，運用當下的網(wǎng)絡資源，不用重新構筑監(jiān)控系統(tǒng)的光纜以及設備，就可以進行遠程視頻的監(jiān)控；并且系統(tǒng)的拓展功能極強，在有網(wǎng)絡的區(qū)域增加監(jiān)控的設施設備就能夠拓展新監(jiān)控點；網(wǎng)絡的提供商會維護網(wǎng)絡，前端的設備隨插就可以運用以及免維護，維護系統(tǒng)的費用很低；系統(tǒng)的功能非常的大，運用很靈活，全數(shù)字化的錄像，保存以及檢索就很方便；任何的一臺計算機，安裝了客戶端的軟件并且授權，就能夠形成監(jiān)控的工作站；Web Server視頻散布為基準，利用IE瀏覽器及時的實施監(jiān)控，操作的界面非常友好，客戶的接受程度也很高。

2 數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)的構筑目的

近年來電網(wǎng)建設業(yè)快速的發(fā)展，各大部門之間協(xié)調統(tǒng)一以及管理統(tǒng)一的需求逐漸的顯現(xiàn)，大監(jiān)控成為了變電站的監(jiān)控網(wǎng)絡的首要條件。大監(jiān)控就是將變電站的諸多系統(tǒng)統(tǒng)一的監(jiān)控，各大變電站以及消防系統(tǒng)、管理系統(tǒng)都采用開放的監(jiān)控平臺來進行各個目標的實時監(jiān)控，同一個監(jiān)控點的諸多信息都可以共享的。及時的監(jiān)控變電站之內的各個類型設施設備，控制屏的顯示、儀表顯示數(shù)、開關室的設施設備等系統(tǒng)的運行狀態(tài)；及時的監(jiān)測變壓器的油位以及火災的警報體系，周邊的環(huán)境情況，調節(jié)適合的溫度以及濕度，空調機的啟停以及瓦斯是否泄漏等諸多的危險情況；隨時的將變電站的大門以及主要的通行道進行監(jiān)控；及時的接受各個部門的紅外警報以及門禁的狀態(tài)信號；進行追憶事故，輔助技術人員查探故障的原因以及變電站的狀態(tài)，最終找到最根本的事故原因；運用遠程監(jiān)測功能，進行及時的遠程監(jiān)控，調度中心的技術人員，對遠方任何一處的變電站操作人員進行及時的技術、操作指導；運用遠程教育實行檢修的標準化作業(yè)并進行實時的培訓，及時的存儲錄像并作為以后的多媒體培訓的教材。以上都是變電站數(shù)字視頻監(jiān)控體系應實現(xiàn)的目標，這樣才能更好的做好監(jiān)控作業(yè)。

3 數(shù)字視頻監(jiān)控體系的設計要求與結構

3.1 兼容性要求

系統(tǒng)要可以支持諸多的設施設備，不同類型以及不同的編碼方法等的變電站設施都可以接入系統(tǒng)，降低前端設施的更換次數(shù)以及改造。若是必要的設備變更，就要盡量的降低更換的數(shù)目，一定要避免前端攝像機以及警報器的變更。

3.2 帶寬適應性的要求

當下的變電站可以將諸多的2Mbits帶寬實行合并，供給用戶高度的帶寬傳輸通道，所以，系統(tǒng)必須要有非常強大的帶寬適應性能，可以依據(jù)不一樣的帶寬自行的實行調節(jié)，利用有限的帶寬來傳輸最大限度多的圖像。

3.3 安全性的要求

硬件的安全性以及網(wǎng)絡的安全性都是較為重要的，集中的管理方式，讓系統(tǒng)的管理中心成了極為重要的階段，管理中心的諸多運行數(shù)據(jù)都要進行相應的硬件備份，主要的設施設備之間要可以實行隨時的自動切換。視頻監(jiān)控體系以及電力的區(qū)域網(wǎng)絡要實行鏈接，所以，這就有很多的病毒以及網(wǎng)絡的攻擊，這嚴重的威脅到了視頻的監(jiān)控系統(tǒng)，系統(tǒng)要及時的采取隔離保護的方式，保障體系的安全性。

3.4 系統(tǒng)的結構

系統(tǒng)的規(guī)模大小要依據(jù)電網(wǎng)的區(qū)域范圍以及變電站的數(shù)目進行自合與定義，構筑視頻工作站點在集控中心，各個部門的工作都利用此工作站點獲取授權以及實行遠程監(jiān)控。各個變電站的流媒體的服務儀器都承載諸多的音頻、視頻以及警報數(shù)據(jù)等轉發(fā)，呈現(xiàn)系統(tǒng)的負載均衡性能。集控中心對所有的監(jiān)控端、各個服務儀器等實行統(tǒng)一的協(xié)調管理，并能夠在沒有技術人員值班時實行遠程控制，并構筑本地的監(jiān)控終端在各個變電站。

4 數(shù)字視頻監(jiān)控體系構建中應注意的問題

4.1 系統(tǒng)的集成

變電站數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)應依據(jù)實情設立綜合的管理體系，將站內諸多的子系統(tǒng)進行集成，如環(huán)境的監(jiān)測、火災的警報、視頻的監(jiān)視等等，對站內的一系列數(shù)據(jù)以及傳感器的開關、設施的狀態(tài)實行綜合的判定，利用諸多的識別技術并與別的系統(tǒng)一起運行實行數(shù)據(jù)的智能化處理。綜合運行的管理系統(tǒng)管理的信息區(qū)非常大，并且數(shù)據(jù)量也極度的多，不適宜直接跟生產(chǎn)控制大區(qū)位的監(jiān)控連接，設立單獨的綜合運行管理體系，并且利用隔離設施裝置和計算機的監(jiān)控體系進行信息的互換。

4.2 自動化系統(tǒng)的終端接口

依據(jù)不一樣的變電站自動化體系，構筑通信的接口程序，讓數(shù)據(jù)能夠實時共享，運用變電站已有的自動化設施等，多加視頻設施，將監(jiān)控系統(tǒng)的軟件實行第二次的開發(fā)利用，如通信的接口、數(shù)據(jù)的組織形態(tài)以及畫面的組織形態(tài)，體現(xiàn)無縫的接入，為建設節(jié)省投資。

5 結束語

網(wǎng)絡視頻監(jiān)控體系是一種集諸多的高端技術以及計算機技術為一體的現(xiàn)代集成系統(tǒng)。將當下所有的變電站監(jiān)控體系進行有效的整合，呈現(xiàn)遠方的遠程監(jiān)控，包含防火、防盜、監(jiān)控等功能，從而很好的解決變電站的可視化現(xiàn)場監(jiān)控以及周邊環(huán)境的監(jiān)控，為建設智能化的變電站監(jiān)控系統(tǒng)打下堅實的基礎。

參考文獻

第3篇：電子系統(tǒng)設計與實踐范文

關鍵詞：數(shù)字電視 條件接收系統(tǒng) 加解密 加解擾

中圖分類號：TN9 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2012）09-0170-01

隨著科學技術的發(fā)展，特別是數(shù)字技術的日趨成熟，人們渴望看到更清晰的電視圖像，更逼真的色彩，更優(yōu)美的伴音，更具有身臨其境的感覺，更強互動能力，能夠滿足人們這種需求的就是高清晰度數(shù)字電視。數(shù)字信號具有傳輸距離遠，信號質量高，數(shù)字設備體積小便于攜帶維修，頻道利用率高，便于實現(xiàn)條件接收系統(tǒng)，實現(xiàn)了終端設備智能化等優(yōu)點。其中對數(shù)字電視信號控制的條件接收系統(tǒng)是最為重要的突破。

數(shù)字電視是數(shù)字電視系統(tǒng)的簡稱，通過在平時工作中的摸索和理解，數(shù)字電視就是將模擬圖像和聲音信號轉變?yōu)閿?shù)字信號并進行數(shù)字信號處理、存儲、控制、傳輸和顯示的系統(tǒng)。

1、條件接收系統(tǒng)的含義

隨著計算機網(wǎng)絡技術和多媒體技術的發(fā)展，在數(shù)字電視廣播網(wǎng)絡中上，除傳統(tǒng)的電視廣播業(yè)務外，增加了很多的增值業(yè)務。為了確保這些新業(yè)務的實現(xiàn)，要有一個安全、開房的條件接收（Conditional Access）系統(tǒng)，簡稱CA系統(tǒng)。CA系統(tǒng)是用來控制用戶接收電視廣播業(yè)務的系統(tǒng)。即用戶只能收看經(jīng)過授權的電視廣播業(yè)務和增值服務。CA系統(tǒng)包括系統(tǒng)管理、網(wǎng)絡技術、加解擾技術、加解密技術、復用技術、調制技術、智能卡技術等，是一個綜合的系統(tǒng)，同時還涉及用戶管理、節(jié)目管理、收費管理等多項數(shù)據(jù)庫的應用技術。

2、條件接收系統(tǒng)的歷史

隨著技術不斷的發(fā)展，CA技術不斷發(fā)展，大致經(jīng)歷了如下過程。

模擬電視的CA系統(tǒng)。

第一代CA系統(tǒng)，是模擬信號CA系統(tǒng)。在模擬電視時期，為實現(xiàn)用戶的通斷控制，就通過可尋址網(wǎng)絡的方式來實現(xiàn)。但是通過日常的工作，我們發(fā)現(xiàn)，可尋址系統(tǒng)，對信號質量損傷很大，影響用戶收看，設備成本高，維護難度大。慢慢地就被淘汰了。

第二代CA系統(tǒng)，是數(shù)字機頂盒嵌入CA系統(tǒng)，將加解擾模塊固化在機頂盒主板上。用戶機頂盒出現(xiàn)問題，需要更換主板，就必須將用戶的系統(tǒng)信息同步更改。這樣操作起來十分麻煩。

第三代CA系統(tǒng)，是分離式CA系統(tǒng)，隨著智能卡技術的不斷發(fā)展，將原有安模塊從主板上分離出來，集成在可插拔的獨立單元中。這樣就為數(shù)字電視大規(guī)模的商業(yè)化推廣提供了前提。用戶手中擁有自己的用戶智能卡，就能自由的選擇集成該CA方案的各種機頂盒設備，也為不同檔次的收視要求，提供了可選擇的機會。

第四代CA系統(tǒng)，是軟CA系統(tǒng)。隨著網(wǎng)絡技術和加密技術的不斷發(fā)展，軟CA的概念在不斷豐滿。CA系統(tǒng)不再是固化在智能卡或者芯片上的程序，而是通過加密算法和密鑰時時更新來實現(xiàn)的。

對于網(wǎng)絡運營商的廣電部門來說，選擇合適的條件接收系統(tǒng)是至關重要的。因為現(xiàn)在CA廠出于網(wǎng)絡安全性和自身商業(yè)利益考慮。不會公開技術，技術修改也是通過廠商自己完成，就會造成技術上壟斷的風險。

3、條件接收系統(tǒng)的構成及功能

在前端CA系統(tǒng)主要是由條件接收子系統(tǒng)、用戶管理系統(tǒng)、控制字發(fā)生器、用戶授權系統(tǒng)、加解擾器，加解密器。條件接收系統(tǒng)分為發(fā)送端和接收端。發(fā)送端包括用戶管理、加密器，控制字發(fā)生器、加擾器、授權控制系統(tǒng)。接收端包括解密器，解擾器。

（1）條件接收子系統(tǒng)主要功能是為即將播出的節(jié)目建立節(jié)目表，其中包括將要播出的各個節(jié)目的CA信息。SI生成器將節(jié)目管理信息生成SI和PSI信息，生成控制節(jié)目的播出，被CA系統(tǒng)用來加擾生成ECM，進入用戶管理系統(tǒng)。

（2）用戶管理系統(tǒng)主要功能是對用戶和智能卡進行管理，管理和編輯用戶信息，對用戶購買節(jié)目的信息進行處理，并將用戶的授權信息生成EMM信息。

（3）加擾器主要功能是通過產(chǎn)生隨機序列，對原有序列進行運算，得到加擾的音視頻信號。解擾器是在接收端用相同的隨機序列對加擾序列進行運算，恢復原有序列，生成解密的音視頻信號。

（4）控制字發(fā)生器主要功能是加擾的控制信息，控制字發(fā)生器產(chǎn)生的控制字可以說是密鑰，有了控制字就可以恢復加擾時使用的偽隨機序列，對信號進行解擾。

（5）用戶授權系統(tǒng)包括授權控制信息ECM發(fā)生器（ECMG）和授權授權管理信息EMM發(fā)生器（EMMG）。ECM（Entitlement Control Message）是專用的條件接收信息，它包含對控制字的加密編碼和接收參數(shù)等信息。EMM（Entitlement Management Message）是授權用戶對業(yè)務的解擾信息，包含訂購節(jié)目信息等。ECM在加密端被加密以后與信號一道傳送到接收端，在接收端，ECM被用來控制解擾。在EMM發(fā)生器中，這些信息按照一定的編碼格式編碼后生成完整的EMM數(shù)據(jù)包，經(jīng)過加密后與信號一起傳送到接收端。

（6）加解密器主要功能是在CA系統(tǒng)中對授權管理信息EMM和對授權控制信息ECM進行加解密處理。

4、條件接收系統(tǒng)的原理

在信號發(fā)送端，根據(jù)授權要求，由控制字發(fā)生器產(chǎn)生控制字，由控制字加擾器對數(shù)字信號進行加擾。ECM發(fā)生器接收控制字，加密器根據(jù)用戶授權系統(tǒng)提供的服務密鑰對控制字和控制信息進行加密，生成ECM信息。用戶端解碼器根據(jù)業(yè)務密鑰對ECM信息進行解密得到控制字，從而對數(shù)字信號進行解擾。EMM發(fā)生器接收業(yè)務密鑰和用戶管理系統(tǒng)提供的用戶授權信息經(jīng)過分配密鑰加密運算，生成EMM信息。用戶端解碼器根據(jù)分配密鑰，對EMM信息解密，生成業(yè)務密鑰，從而實現(xiàn)對控制字的解擾。ECM信息和EMM信息被打包加擾后經(jīng)網(wǎng)絡傳輸至客戶端，分配密鑰一般通過加密形式存儲，固化在用戶的智能卡芯片上。機頂盒在接收到ECM信息和EMM信息，在智能卡上分配密鑰解密EMM信息得到業(yè)務密鑰，然后業(yè)務密鑰對ECM信息解密，得到控制字和控制信息，送入解擾器，進行業(yè)務數(shù)據(jù)解擾。

第4篇：電子系統(tǒng)設計與實踐范文

[關鍵詞]PLC;編碼器;MCGS;閘門控制;工業(yè)以太網(wǎng)

中圖分類號：TP317 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2016）22-0008-02

1 工程背景

屈家店樞紐位于天津市北辰區(qū)屈家店東北，由永定新河節(jié)制閘、北運河節(jié)制閘、新引河進洪閘組成，是控制永定河、北運河洪水泄入海河，確保天津市區(qū)安全的國家一級水利工程[1]。其中，永定新河進洪閘工作閘門11孔，墩厚1.2m，閘孔總寬119.8m。機架橋面上設輕型啟閉機房，閘室上游布置工作門及上下游檢修槽，閘墩和檢修橋面高程8.9m。下游為凈寬7.0m的交通橋，高程8.2m。

隨著科技發(fā)展和社會進步，屈家店閘門自動化控制系統(tǒng)設備落后，智能化水平較低，信息不能快速集成，已不能滿足城市水利發(fā)展的需要[2]。因此，對老舊設備進行改造，設計一套新的閘門監(jiān)視控制系統(tǒng)在國家水利工程建設中具有重要意義。閘門自動化工程設計起點較高，從系統(tǒng)網(wǎng)絡架構到控制器選擇、傳感器設計制造要堅持高可靠性、穩(wěn)定性原則。

2 閘門監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡架構

屈家店閘門自動化監(jiān)控系統(tǒng)由11孔閘門的現(xiàn)地控制單元（LCU―Local Control Unit）組成。采用全網(wǎng)絡化數(shù)字化的工業(yè)以太網(wǎng)總線架構。11孔閘門的開度由自已設計的采用格雷碼編碼方案的絕對值型編碼器采集，經(jīng)由現(xiàn)地閘門開度儀轉換成RS485數(shù)字信號送至現(xiàn)地控制單元PLC（Schneider Twido TWDLCAE40DRF）帶有以太網(wǎng)接口。最后由11個工業(yè)交換機互聯(lián)成網(wǎng)，并與監(jiān)控室的交換機互聯(lián)，進一步與閘管處的計算機連接，構成一體化的工業(yè)以太網(wǎng)絡總線控制架構。這種架構穩(wěn)定、可靠、高效;是目前現(xiàn)場總線結構的最高形式。北京昆侖通態(tài)的MCGS 10.2英寸觸摸屏（TPC1061Ti）也帶有以太網(wǎng)RJ45接口，網(wǎng)絡組態(tài)簡單，效率較高，人機交互更加友好。

3 硬件設計

3.1 PLC控制系統(tǒng)電氣驅動設計

硬件設計主要要完成兩部分的設計：其一、手動控制電氣原理圖設計;其二、自動控制原理圖設計[3]。手動控制由LCU柜上的控制按鈕控制，自動控制由Schneider Twido PLC控制。被控對象為交流電機，其安裝與規(guī)格不在此設計范圍之內，在此主要考慮控制電路對電機的正反轉控制實現(xiàn)。包括閘門控制回路與信號指示回路。閘門控制回路包括上升、下降的手動與自動控制。兩電路互鎖，以保證系統(tǒng)安全。KM11、KM12為交流接觸器，控制電機的正反轉。SGP11、SGP12為上限位與下限位機械開關，避免系統(tǒng)極限故障。SA1為系統(tǒng)權限開關，控制面板上的4個位置分別代表“切除”、“現(xiàn)地”、“控制室”、“管理處”4個狀態(tài)。權限開關打到不同的位置代表不同的控制權限。

信號回路用于閘門的狀態(tài)監(jiān)視。當閘門處于上升、下降、停止等狀態(tài)時，對應的指示燈點亮。

3.2 絕對值型編碼器設計

合理精度的編碼器是閘門開度測量的基礎。本項目設計的編碼器采用絕對值方案，即編碼器具有掉電參數(shù)記憶功能[4]。另外，編碼采用格雷碼，相鄰碼位之間僅一位數(shù)字不同，誤碼率大大降低，倍數(shù)越多，效果越明顯。編碼器采用19線，第1～15線為有效數(shù)據(jù)位，第19線為公共端。采用19芯航空連接至開度儀表。

碼制轉換流程：

（1）將低位L8～L1轉換為二進制B8～B1（產(chǎn)生低位二進制碼）。

方法：二進制碼的最高位等于格雷碼的最高位，二進制碼的其余位等于高位二進制碼與本格雷碼按位進行異或邏輯運算。

（2）將高位H7～H1轉換為二進制B7/～B1/（產(chǎn)生高位二進制碼）。

方法同（1）。

（3）把二進制B7/～B1/與與由L8產(chǎn)生的7位二進制碼（當L8=0時，7位二進制碼為000 0000，當L8=1時，7位二進制碼為111 1111）進行二進制相加運算，結果表示B15～B9，去掉最末位B9，產(chǎn)生高位二進制B15～B10。

（4）把高位二進制B15～B10.與低位二進制B8～B1拼接組成碼制轉換結果的14位二進制數(shù)字量B15～B10 B8～B1。

測試案例：

在原碼顯示時，19芯插頭各腳信號對應數(shù)據(jù)顯示值：

第1根數(shù)據(jù)線與公共點短接輸出為1;第2根數(shù)據(jù)線與公共點短接輸出為3;第3根數(shù)據(jù)線與公共點短接輸出為7;第4根數(shù)據(jù)線與公共點短接輸出為15;第5根數(shù)據(jù)線與公共點短接輸出為31;第6根數(shù)據(jù)線與公共點短接輸出為63;第7根數(shù)據(jù)線與公共點短接輸出為127;第8根數(shù)據(jù)線與公共點短接輸出為16383;第9根數(shù)據(jù)線與公共點短接輸出為0;第10根數(shù)據(jù)線與公共點短接輸出為256;第11根數(shù)據(jù)線與公共點短接輸出為768;第12根數(shù)據(jù)線與公共點短接輸出為1972;第13根數(shù)據(jù)線與公共點短接輸出為3840;第14根數(shù)據(jù)線與公共點短接輸出為7936;第15根數(shù)據(jù)線與公共點短接輸出為16128。

4 MCGS監(jiān)視軟件設計

4.1 界面設計

現(xiàn)場11個LCU（Local Control Unit）通過西門子工業(yè)交換機與位于監(jiān)控室內的上位監(jiān)控主機連接。實現(xiàn)高效數(shù)據(jù)SCADA（Supervisory Control & Data Access）是閘門控制與水情測報的關鍵。基于此，要求開發(fā)出既能實時監(jiān)控系統(tǒng)運行，又便于快速開發(fā)及系統(tǒng)后續(xù)升級維護的監(jiān)控軟件是必須的，而MCGS組態(tài)軟件很好的滿足這一要求。采用MCGS設計的軟件主界面如圖2所示。每孔閘門的狀態(tài)信息可以實時監(jiān)測顯示，形象而直觀，觸摸屏與上位機采用一致的設計風格，簡化操作人員的操作，友善的人機界面改善了自動化的操控性能。控制界面的設計與此類同。

根據(jù)系統(tǒng)要求，需要完成水情信息記錄，閘門動作記錄，網(wǎng)絡數(shù)據(jù)傳輸入庫管理，報表打印與記錄。而MCGS組態(tài)軟件的策略設計是實現(xiàn)系統(tǒng)高效與實時信息處理的關鍵。數(shù)據(jù)庫的結構設計是有效管理數(shù)據(jù)的保證。論文重點從這兩點來論述策略的實現(xiàn)。

4.2 MCGS數(shù)據(jù)處理策略

高效的MCGS數(shù)據(jù)處理策略關系到系統(tǒng)的可靠運行，是監(jiān)控軟件系統(tǒng)設計的關鍵[5]。本設計包括建立數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)變量，系統(tǒng)運行時數(shù)據(jù)處理策略。

4.2.1 數(shù)據(jù)庫變量的建立

建立的數(shù)據(jù)庫為Microsoft Access數(shù)據(jù)庫，該數(shù)據(jù)庫簡單而易于維護[6]。表1給出了MCGS實時數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)表格變量，工程有效變量17個，包括操作權限、電機狀態(tài)、過載、遠方、閘門狀態(tài)等;其余變量如data、test等為調試用的中間變量。由于每孔LCU電氣設計完全相同，所以對應的變量設計也完全一樣。

4.2.2 數(shù)據(jù)庫變量與PLC變量的通道連接

要完成PLC開度與水情信息的采集或上位監(jiān)控計算機的控制命令下達，必須要編寫驅動程序。由于驅動程序可以采用MCGS自帶的設備驅動，所以，只要完成數(shù)據(jù)庫實時變量與PLC變量的通道連接工作即可。

打開MCGS設備驅動工具箱，將“通用TCP/IP父設備”選進工具箱，然后設置通信參數(shù)，最小采集周期默認值為1000ms，可以調整該參數(shù)，但不能太小，否則系統(tǒng)響應速度跟不上，一般不能低于100ms。網(wǎng)絡類型要選擇：TCP。本機IP地址指的是觸摸屏或上位監(jiān)控計算機的IP地址，遠方地址指的是所連接的PLC的IP地址。只有正確設備才能保證連接無誤。

然后，將“標準Modbus通信子設備”選進工具箱，并置于“通用TCP/IP父設備”之下。然后設置參數(shù)，并完成通道連接。如“手動”對應PLC內部的開關量地址%M0，“現(xiàn)地”對應PLC內部的開關量地址%M1，即MCGS數(shù)據(jù)庫中的實際地址編號為PLC中M區(qū)位地址編號加1。100XX表示只讀開關量，000XX表示讀寫開關量，3DF00XX表示只讀模擬量，4DF00XX表示讀寫模擬量。

4.2.3 實時數(shù)據(jù)處理策略

水文數(shù)據(jù)日報表，水文數(shù)據(jù)月報表，閘門動作報表等信息獲取，必須通過編寫策略來實現(xiàn)。圖4給出了本工程設計的5類策略，屬于MCGS循環(huán)策略，周而復始的執(zhí)行策略行。策略循環(huán)時間可任意設置，如設置成500ms，則每500ms執(zhí)行一次策略行。具體實現(xiàn)不再贅述。

5 結語

屈家店閘門自動化監(jiān)控系統(tǒng)采用了全新的工業(yè)以太網(wǎng)絡架構，高性能的法國Schneider Twido PLC，在MCGS組態(tài)軟件開發(fā)的監(jiān)控軟件上實現(xiàn)了實時水文數(shù)據(jù)采集與閘門升降控制，完成了信息的網(wǎng)絡傳輸，報警報表?，F(xiàn)在系統(tǒng)已順利完成調試，投入運用以來，穩(wěn)定，可靠，實時性能均有突出表現(xiàn)，對閘門控制與信息處理自動化工程建設具有重要的推廣價值。

參考文獻

[1] 李浩霖.永定新河綜合治理工程（屈家店閘下至大張莊閘段）施工組織設計思路簡述[J].內蒙古水利，2015，02：35-36.

[2] 李洪蕊，郭建琦，高誠.屈家店樞紐北運河節(jié)制閘安全鑒定分析[J].陜西水利，2015，02：45-47.

[3] 張松濤.屈家店樞紐自動監(jiān)控系統(tǒng)應用淺析[J].海河水利，2005，01：46-47.

[4] 杜崗，姜偉，于紅.屈家店水利樞紐綜合測量系統(tǒng)設計[J].常州信息職業(yè)技術學院學報，2015，06：24-27.

第5篇：電子系統(tǒng)設計與實踐范文

關鍵詞：云計算； 電子郵件安全服務； 面向服務體系結構； 對等網(wǎng)絡； 表述性狀態(tài)轉移

中圖分類號：TP393.027； TP393.098 文獻標志碼：A

0引言

電子郵件是互聯(lián)網(wǎng)上歷史最為悠久，使用最為廣泛的通信手段。當前，互聯(lián)網(wǎng)中各種垃圾郵件泛濫，病毒猖獗，然而傳統(tǒng)的電子郵件安全掃描軟件安裝維護復雜，運行成本高昂，嚴重影響了服務質量。因此，如何提高電子郵件安全掃描軟件的可部署性和優(yōu)化軟件系統(tǒng)性能成為相關技術研究的熱點問題之一。作為分布式計算技術的最新發(fā)展，云計算為有效聚集可用資源、實現(xiàn)動態(tài)資源共享提供了商業(yè)實現(xiàn)模式，相關技術研究受到學術界及產(chǎn)業(yè)界的高度關注[1]。

目前市面上廣泛應用的郵件安全服務系統(tǒng)如IMHS（Interscan Message Hosted Security）系統(tǒng)都是基于傳統(tǒng)網(wǎng)關掃描軟件架構基礎構建而成的。在海量用戶壓力之下，此類系統(tǒng)存在效率低下、擴充困難、魯棒性差、維護困難等一系列問題。

為了從根本上消除上述問題，本文提出了以“松耦合、異步、無狀態(tài)”為原則的新型電子郵件安全云服務系統(tǒng)架構方案，設計和實現(xiàn)了基于云計算的電子郵件安全服務系統(tǒng)。該系統(tǒng)以對等化為貫徹上述原則的切入點，在云端引入基于對等網(wǎng)絡（PeertoPeer，P2P）的分布式計算模式的云服務節(jié)點資源共享模型，實現(xiàn)了基于面向服務的體系結構（Service Oriented Architecture，SOA）的云服務軟件動態(tài)協(xié)同機制[2]。

1系統(tǒng)架構設計優(yōu)化方案

1.1緊耦合同步處理系統(tǒng)存在的問題

目前市場上使用的郵件安全服務系統(tǒng)軟件都不是按照分布式系統(tǒng)的要求設計和實現(xiàn)的，而是在原有網(wǎng)關掃描產(chǎn)品的同步架構的基礎上設計實現(xiàn)的，是一個典型的三明治結構，如圖1所示。整個系統(tǒng)基本上依據(jù)傳統(tǒng)的郵件遞送系統(tǒng)的思想，由郵件遞送服務器、內容掃描系統(tǒng)、用戶交互系統(tǒng)等一系列子系統(tǒng)構成。子系統(tǒng)包括接收MTA（Mail Transfer Agent）、掃描服務器（Scaner）、發(fā)送MTA、Web用戶界面、策略服務器、日志服務器、郵件隔離服務器、數(shù)據(jù)庫及其他后臺支撐系統(tǒng)。各子系統(tǒng)之間相互緊密耦合，任何獨立的子系統(tǒng)都不能單獨工作。

這種設計方式具有結構簡單、處理流程直接、單封郵件處理時間短的優(yōu)點。但它的缺點在于，主要的子系統(tǒng)都是通過簡單郵件傳輸協(xié)議（Simple Message Transfer Protocol，SMTP）直接或間接連接在一起，緊耦合同步處理方式造成了在系統(tǒng)整體效能、健壯性、可維護性、可擴充性上存在難以克服的困難。

例如，掃描服務器（Scaner）接收到Inbound MTA的連接請求后立刻發(fā)出連接Outbound MTA的請求，只有收到Outbound MTA的回應后，才能返回對應的回應給Inbound MTA。每一個SMTP的命令處理都要經(jīng)過相同的流程。

這種嚴格同步機制，使整個系統(tǒng)的吞吐率嚴重依賴于模塊的瞬間性能，任何一個模塊的性能瓶頸都會造成這個系統(tǒng)性能的大幅度下降，也導致對系統(tǒng)整體容量的評估異常困難[3]。一旦基礎設施有任何的不穩(wěn)定，都可能導致系統(tǒng)出現(xiàn)吞吐量下降、響應緩慢等問題。此外，各模塊間的依賴很復雜，也會造成系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，無法快速定位故障發(fā)生點并進行排除，十分不利于日常維護。

1.2確立解決方案

針對上述問題，本文在優(yōu)化系統(tǒng)的設計中提出了三個基本設計原則：松耦合、異步和無狀態(tài)[4]。

1.2.1松耦合

依據(jù)松耦合的原則將系統(tǒng)劃分為多個互相之間耦合度最小的子系統(tǒng)，保證子系統(tǒng)的獨立性和自閉性，既有利于系統(tǒng)的實現(xiàn)和測試，也有利于將來對服務的擴充。

1.2.2異步

整個系統(tǒng)數(shù)據(jù)流和控制流在各子系統(tǒng)之間的傳輸盡量采用異步模式，提高對硬件的使用效率，減少系統(tǒng)瓶頸，提高系統(tǒng)伸縮性。

1.2.3無狀態(tài)

無狀態(tài)原則是指系統(tǒng)的各模塊必須盡量做到不保存狀態(tài)，這樣當某些服務器軟硬件發(fā)生故障時，可以將事務迅速轉移到其他服務器上，不需要做復雜的狀態(tài)遷移。這種設計有利于實現(xiàn)計算的虛擬化，無狀態(tài)意味著事務在這臺或那臺服務器上完成并無區(qū)別，計算并不依賴具體的軟硬件，當需要擴充容量時，只需要向計算資源池內投入更多的服務器就可以實現(xiàn)系統(tǒng)處理能力的無縫伸縮。

基于這三個設計原則，設計并實現(xiàn)了基于云計算的電子郵件安全服務系統(tǒng)。在優(yōu)化設計中，采用P2P系統(tǒng)架構為系統(tǒng)解耦，通過SOA的軟件架構設計保證系統(tǒng)的異步性和無狀態(tài)性。也正是系統(tǒng)的松耦合、無狀態(tài)和異步設計使得系統(tǒng)硬件部署上得以借助云計算的平臺技術來實現(xiàn)，使系統(tǒng)性能得到更好的發(fā)揮。

2對等化電子郵件安全云服務系統(tǒng)的設計

2.1系統(tǒng)異步處理架構——P2P對等網(wǎng)絡

前面分析了各模塊間的緊耦合和同步處理是造成很多問題的根源。遵循松耦合的原則，首先從優(yōu)化網(wǎng)絡架構的角度提出了P2P對等網(wǎng)絡架構的解決方案。圖2所示的是我們所采用的基于P2P對等網(wǎng)絡的IMHS分布式處理的設計和實現(xiàn)方案，通過取消原有的集中式IMHS系統(tǒng)的中心節(jié)點，以P2P的平行結構取而代之，這種設計可以最大限度地消除系統(tǒng)的瓶頸，提高整個系統(tǒng)的可靠性。重要的是這種設計不依賴特定的軟硬件，可以方便地部署到虛擬化的環(huán)境中，特別適合在公有或私有云中部署。

該方案將整個系統(tǒng)按功能分成若干個子系統(tǒng)，每個子系統(tǒng)由一組功能同構的服務器組成。整個系統(tǒng)各個節(jié)點都是平等的，沒有中心節(jié)點，計算和存儲任務由各個節(jié)點自行協(xié)調分配到最適合的節(jié)點處理；節(jié)點不保存狀態(tài)，每個任務由某個節(jié)點處理；節(jié)點之間沒有依賴關系，每個節(jié)點都擁有完成自身處理任務所必須的數(shù)據(jù)和資源[5]。擴展系統(tǒng)處理能力只需要線性地增加服務器就可以做到，并且在添加服務器時，系統(tǒng)的處理能力和存儲能力都同步得到擴充。

2.2系統(tǒng)動態(tài)資源共享——云計算技術實現(xiàn)模式

2.2.1云安全服務的實現(xiàn)策略

傳統(tǒng)電子郵件安全服務系統(tǒng)方案允許垃圾郵件和病毒下載到公司內部后再處理，存在潛在威脅，系統(tǒng)需不斷地投入資金和技術人員進行升級和維護。為有效地解決該問題，在P2P對等網(wǎng)系統(tǒng)架構上，將云計算模式和電子郵件安全掃描功能相結合，建立電子郵件安全云。云計算技術可以有效聚集可用資源和實現(xiàn)動態(tài)資源共享。如圖3所示，服務采用SaaS（Software as a Service）模式，用戶只需提供郵件服務的請求，并提交服務的輸入，就可以直接得到服務的結果。這樣既可以有效保證系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性、高效性及實時性，還可大大降低用戶的處理成本和管理成本。

在電子郵件云安全服務中，用戶在使用了系統(tǒng)提供的云安全掃描服務以后，通過設置域名服務器（Domain Name Service，DNS）記錄，將自己的郵件流中轉到系統(tǒng)提供的安全云入口。郵件在經(jīng)過掃描以后轉發(fā)給用戶自己的郵件服務器。在這個過程中，大約95%以上的垃圾郵件和病毒郵件在云端被過濾掉，不會下載到用戶端，也不會占用用戶的帶寬和處理資源。用戶所有的配置信息和安全策略以及安全統(tǒng)計信息都保存在云端，用戶還可以通過瀏覽器登錄到系統(tǒng)來修改和配置自己的安全策略，查看統(tǒng)計信息等。

2.2.2云安全服務的部署

本文系統(tǒng)使用的是趨勢科技的云平臺，安全服務部署于分布在北美和歐洲的四個不同的數(shù)據(jù)中心內，每個數(shù)據(jù)中心都具有完全獨立的服務器集群提供服務。這些服務器和數(shù)據(jù)中心對于用戶來說是完全透明的。趨勢科技負責管理所有數(shù)據(jù)中心的服務器系統(tǒng)，并保證用戶的郵件能夠得到及時有效的處理。

數(shù)據(jù)中心內的服務器集群采用多租戶冗余設計，當一臺服務器發(fā)生故障時，用戶的郵件會被自動切換到正常的服務器上。分別部署在美國東西海岸的兩個數(shù)據(jù)中心互為備份，用戶的帳戶和配置信息在兩個數(shù)據(jù)中心之間實時同步，在最壞的情況下，如因為基礎設施的故障，整個數(shù)據(jù)中心發(fā)生問題時，另一個數(shù)據(jù)中心能夠自動接管所有的郵件流量，保證用戶的電子郵件不受影響。同樣部署于歐洲的數(shù)據(jù)中心也具有同樣的結構。

系統(tǒng)充分發(fā)揮了云計算的優(yōu)勢，把所有的資源都通過互聯(lián)網(wǎng)連接成一個虛擬的云服務系統(tǒng)。通過對服務的虛擬化，云安全系統(tǒng)可以為用戶提供24小時不間斷的可靠服務，保證用戶的業(yè)務任何時候都不會因為各種事件和故障而中斷。

2.3基于SOA的軟件構架方案設計

系統(tǒng)的整體設計采用的是SOA軟件架構，它是一種粗粒度、松耦合服務架構，系統(tǒng)以Web Service作為內部的通信接口，運用技術將系統(tǒng)的主被動部分分開[6]，實現(xiàn)異步處理。

2.3.1系統(tǒng)解耦設計方案

只有降低系統(tǒng)各部件之間的耦合度之后，才能把系統(tǒng)有效分割為幾個子系統(tǒng)分別進行調試和優(yōu)化。從軟件設計角度對傳統(tǒng)IMHS系統(tǒng)詳細分析，發(fā)現(xiàn)主要耦合部分在以下三個方面：1）從Inbound MTA到Scaner的SMTP連接；2）從Scaner到Outbound MTA的SMTP連接；3）Scaner內部的一些慢速的處理。

這三個部分形成了一個串行化處理路徑Inbound MTAScanerOutbound MTA，路徑上的部件互相牽制，互相制約，其峰值處理能力在最佳情況下，也遠遠小于路徑中最慢的部件的處理能力。只需將這個路徑上的同步處理通過解耦分成三個獨立的處理過程，并在它們之間建立緩沖隊列以平衡任務的峰值和谷值，那么系統(tǒng)的處理能力應該接近或等于性能最差部件的峰值處理能力。由此可通過提高最慢的子系統(tǒng)的處理能力來消除瓶頸，提高系統(tǒng)整體性能。

因此在三者之間加入異步轉送郵件的模塊，切斷MTA和掃描服務器之間的緊密耦合，將同步過程轉變?yōu)楫惒竭^程，并通過緩沖隊列來調節(jié)數(shù)據(jù)流的峰谷值之間的平衡，以獲得最大平均性能。

系統(tǒng)的解耦方案如圖4所示。在MTA和掃描服務器（Scaner）之間插入兩個轉發(fā)及一個緩沖隊列，同時取消MTA和掃描服務器（Scaner）之間的SMTP連接。系統(tǒng)工作流程將按如下方式進行：Inbound MTA收到郵件之后不再啟動SMTP連接去發(fā)送，而是直接保留在自己本地的磁盤里；轉發(fā)1檢索到這些文件后，將它們通過網(wǎng)絡轉發(fā)到掃描服務器上，郵件被保存在掃描服務器上的緩沖隊列里；掃描服務器的工作進程定期查詢緩沖隊列來檢索新的任務，一旦發(fā)現(xiàn)有新的郵件到達，即將新郵件提交；完成掃描的郵件被回送到緩沖隊列中，由轉發(fā)2將這些郵件轉發(fā)給Outbound MTA，隨后從緩沖隊列中刪除這些郵件，完成處理過程。

IMHS系統(tǒng)內存在多個Agent和Service，需要考慮如何來管理這些動態(tài)的組件，讓Agent和Service之間實現(xiàn)直接的P2P通信，這種對等網(wǎng)的軟件架構如圖5所示。完全對等網(wǎng)狀通信結構更有利于負荷的均勻分配[7]，系統(tǒng)的擴充也較為容易。添加新功能時，只需要加入新的 Agent和Web Service；性能不足時，只需添加相應的服務器。P2P的扁平層次結構更適合一個大型動態(tài)環(huán)境，是可不斷進行動態(tài)擴充的系統(tǒng)[8]。

考慮到松耦合和異步通信的設計原則，在接口的設計風格上遵照高負載分布式系統(tǒng)的設計基本原則，通過對流行的SOA的分析，選擇了RESTful（REpresentation State Transfer）式的Web服務[9]。這種以數(shù)據(jù)為中心的設計架構，服務器盡量保持無狀態(tài)的設計，服務器之間的通信通過Agent的異步傳輸來實現(xiàn)，服務器之間沒有直接的耦合關系，較好地解決了擴展性、可靠性以及低成本之間的矛盾，效能也比舊架構有較大的提高[10]。組件之間通過注冊服務器建立邏輯關系，每個注冊服務器都保存一張所有組件的狀態(tài)表。組件是在異步模式下工作的，通過HTTP協(xié)議，建立輸入輸出隊列來交互數(shù)據(jù)。

2.3.2系統(tǒng)功能邏輯設計

系統(tǒng)經(jīng)過解耦后，可以劃分為12個主要組件，每個組件都由一個獨立的Web Service來實現(xiàn)，這些組件可分別駐留在不同服務器上，也可以讓多個組件共享一臺服務器，還可在多個服務器部署同一組件的多個副本來平滑峰值負載。圖6為系統(tǒng)主要部件和子系統(tǒng)關系圖。

2.3.3系統(tǒng)性能的擴展

在用戶大量增加、系統(tǒng)現(xiàn)有容量不敷使用時，需要通過添加新的服務器來擴充系統(tǒng)的容量。本系統(tǒng)的設計可以允許用戶采用即插即用的方式擴充系統(tǒng)，免去了繁瑣的重新配置和調試的過程。首先，需要分析系統(tǒng)的瓶頸在哪里。由于本系統(tǒng)采用了完全異步的處理方式，判斷瓶頸的工作變得非常簡單，只要檢查任務在哪一個服務處堆積，就能找到瓶頸。然后用戶只需購買相應的硬件，安裝軟件后設置好注冊服務器的地址，即可使新服務器自動投入運行。

3系統(tǒng)性能測試與分析

基于“松耦合、異步、無狀態(tài)”的原則，依據(jù)SOA軟件設計架構設計和實現(xiàn)了基于云計算的對等化電子郵件安全服務系統(tǒng)，并對它和傳統(tǒng)的郵件安全云服務系統(tǒng)進行了性能比較。

3.1測試系統(tǒng)配置

測試服務器采用DELL 2950，操作系統(tǒng)為CentOS 5.3，MTA服務器安裝Postfix 2.3.3。選擇了處理郵件的主要流程和組件，即從輸入MTA到掃描服務器再到輸出MTA的流程。利用思博倫通信的Avalanche 2900測試儀模擬網(wǎng)絡負載，它是目前測試云系統(tǒng)的可靠工具。系統(tǒng)測試持續(xù)時間為60min，郵件的測試樣本采用純文本的郵件，其樣本大小分布如表1所示，該分布和實際運行的系統(tǒng)上觀察到的分布基本一致，可以較準確地反映系統(tǒng)在真實環(huán)境下的處理能力。

用來進行對比測試的系統(tǒng)是趨勢科技運營的第一代云安全服務產(chǎn)品IMHS 1.0，采用傳統(tǒng)架構設計，該產(chǎn)品應用廣泛，目前已擁有了數(shù)百萬的注冊用戶。

3.2測試結果

經(jīng)對比測試，趨勢科技運IMHS 1.0系統(tǒng)運行結果每秒處理郵件能力在30到60封范圍內，對等化架構的IMHS運行結果是系統(tǒng)每秒處理郵件能力在60到180封范圍內。

傳統(tǒng)架構的IMHS和對等化架構的IMHS兩種系統(tǒng)1h收郵件測試結果匯總如表2所示。

3.3結果分析

從表2可以看出，與傳統(tǒng)架構的IMHS相比，本文提出的對等化架構的IMHS系統(tǒng)對CPU和內存的占用略有上升，但性能卻有100%以上的提高，由于兩個系統(tǒng)中掃描服務器本身的代碼并未改變，這個性能上的提高可以看作是新的體系架構所帶來的。主要原因在于新的異步通信策略解放了掃描服務器，使之不用等待上下游其他組件的響應，可以全力投入對數(shù)據(jù)的掃描服務。同時，異步的通信要求較少的通信線程，

這部分資源也可以投入到掃描服務中。所以，盡管異步通信

引入了更多的I/O操作，但是服務器的整體效能還是得到了提高。另外，從結果可以看出，整個系統(tǒng)的吞吐速率約等于最慢的部件——掃描服務器的吞吐速率，添加更多的掃描服務器就可以提高系統(tǒng)的吞吐速率。

4結語

本文探討了高負載分布式系統(tǒng)的設計基本原則，確立了松耦合、異步傳輸和無狀態(tài)服務器的重要設計原則?；谶@些原則，通過對流行的SOA的分析，設計建立了基于云計算的節(jié)點資源共享模型的對等化電子郵件安全服務系統(tǒng)。實際性能測試結果表明，新系統(tǒng)設計達到了預期效果。在以后工作中，我們還將進一步完善系統(tǒng)功能，優(yōu)化性能，對自適應分組和動態(tài)調整服務器等方面展開進一步的研究，為優(yōu)化郵件系統(tǒng)的部署、提供個性化服務提供支持。

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第6篇：電子系統(tǒng)設計與實踐范文

著名的軟件大師RalphJohnson對框架(Framework)進行了如下的定義:框架是整個系統(tǒng)或系統(tǒng)的一部分的可重用設計,由一組抽象的類及其實例間的相互作用方式組成,框架一般具有即插即用的可重用性、成熟的穩(wěn)定性以及良好的團隊協(xié)作性。JavaEE復雜的多層結構決定了大型的JavaEE項目需要運用框架和設計模式來控制軟件質量。Struts、JPA和Spring是JavaEE開發(fā)的3種輕量級開源項目,它們的出現(xiàn)為開發(fā)人員提供了極大的便利,將開發(fā)人員從簡單而繁瑣的工作中解脫出來,從而去關注業(yè)務邏輯模塊的實現(xiàn),從而降低了開發(fā)周期。同時,也為系統(tǒng)的性能和安全性提供了保證,提高了系統(tǒng)的擴展性和可維護性。

1.1Struts

Struts作為Apache組織的子項目,是一個基于MVC(模型—視圖—控制器)設計模式的開源框架,其擺脫了傳統(tǒng)Web應用開發(fā)模式的束縛,得到了眾多軟件企業(yè)和開發(fā)人員的認可,成為MVC模式Web應用的首選框架。Struts的模型(Model)分為Action和ActionForm兩個對象,由ActionForm封裝交互的數(shù)據(jù)元素,Action完成業(yè)務處理。視圖(View)由JSP以及Struts標簽庫等組成,視圖負責前端的頁面及數(shù)據(jù)顯示。控制器(Control-ler)用于管理模型與視圖的交互,控制組件有struts-con-fig.xml和ActionServlet,控制器主要處理發(fā)送到Struts的HTTP請求,把請求分發(fā)到相應的Action類,然后通過ActionForward進行鏈接轉向。

1.2Spring

Spring是一個以控制反轉(IOC)和面向切面(AOP)編程為核心的輕量級分層體系結構開發(fā)框架。通過控制反轉機制,只需描述哪一個組建需要哪一項服務,而無需在代碼中直接與對象或服務連接,通過IOC容器自動地將其注入。同時運用面向切面編程可以創(chuàng)建“橫切關注點”,可將它們插入到代碼中,使代碼具有良好的可重用性可擴展性。此外,Spring還提供了包括聲明式事務管理,RMI或WebServices遠程訪問業(yè)務邏輯,以及可以多種方法進行的持久化數(shù)據(jù)庫的解決方案。

1.3JPA

JPA(JavaPersistenceAPI)由EJB3.0軟件專家組開發(fā),是JavaEE標準中的ORM規(guī)范,它充分吸收了現(xiàn)有Hibernate、TopLink等ORM框架的基礎上發(fā)展而來。JPA是一個簡單易用、伸縮性強的ORM規(guī)范。任何符合JPA標準的框架都提供相同的訪問API,這確保了利用JPA技術開發(fā)的企業(yè)級應用可以在任何實現(xiàn)了JPA規(guī)范的ORM框架中運行,可移植性很強。目前主流的ORM框架如Hibernate也提供了對JPA的實現(xiàn)。

2系統(tǒng)設計

2.1系統(tǒng)功能模塊設計

電子商務系統(tǒng)是一套面向企業(yè)級的商品在線交易平臺,從用戶的角度看系統(tǒng)可分為前臺和后臺兩大模塊,前臺主要負責用戶的產(chǎn)品瀏覽,在線交易,產(chǎn)品評價等商務活動。后臺模塊又可根據(jù)超級管理員、普通管理員、部門員工等不同權限對網(wǎng)站的運營實施管理功能。從功能結構上看,系統(tǒng)可包含多個功能子模塊,具體如下:產(chǎn)品管理:網(wǎng)站運營人員可通過該模塊對產(chǎn)品的詳細信息進行管理。產(chǎn)品具有產(chǎn)品類別、品牌、價格、銷量、點擊數(shù)、廠商、是否推薦標識等屬性,產(chǎn)品類別具有向下無限級分類功能。產(chǎn)品搜索:根據(jù)用戶輸入的關鍵詞對產(chǎn)品信息進行搜索,并可通過產(chǎn)品類別、品牌、價格等屬性進行篩選。產(chǎn)品展示:前臺展示頁面提品類別和品牌的導航,通過導航可以定位到相應類別和品牌下的產(chǎn)品列表;產(chǎn)品頁面顯示產(chǎn)品的詳細信息,并可根據(jù)產(chǎn)品價格,產(chǎn)品銷量等屬性對產(chǎn)品進行排序。購物車:購物車是在線交易系統(tǒng)的重要組成部分,類似于現(xiàn)實世界超市中的購物籃。用戶可以將喜愛的產(chǎn)品添加進購物車,而后建立訂單結算,支付方式可通過在線支付(支付寶等)和郵局匯款方式。購物車提品添加、產(chǎn)品刪除、產(chǎn)品數(shù)量修改、產(chǎn)品清空、產(chǎn)品總價格計算等功能。訂單管理:訂單管理模塊的主要功能包括訂單查詢、訂單修改、訂單刪除、訂單處理等。訂單處理流程由多個部門協(xié)同參與,市場部負責訂單確認,財務部負責訂單支付確認,產(chǎn)品部負責產(chǎn)品的配送。訂單根據(jù)處理流程應具有多個處理狀態(tài):未處理、已確認、已支付、已配送等。為避免同一訂單同時被多人進行處理造成的訂單異常,訂單在被處理時其狀態(tài)設為鎖定,只允許單人訪問,處理完畢后恢復解鎖。用戶管理:網(wǎng)站的用戶群體可分為前臺客戶和網(wǎng)站運營人員,故用戶管理功能可分為對前臺客戶信息的管理和網(wǎng)站運營人員的管理。對前臺客戶可管理其注冊信息、購買行為、評論回復等;對網(wǎng)站運營人員可管理其員工信息和部門信息等。其中,網(wǎng)站運營人員隸屬于不同的部門之下,每個部門行使不同的責任和權限。權限管理:權限管理針對網(wǎng)站的運營人員設定,超級管理員擁有所有權限,可創(chuàng)建并維護下屬的部門信息,為部門添加員工并分配部門相應的操作權限。數(shù)據(jù)統(tǒng)計:對產(chǎn)品的銷量、點擊數(shù)、訪問來源、個性化用戶購買行為、瀏覽習慣等數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計,為網(wǎng)站商業(yè)運營提供決策支持。

2.2分層架構設計

基礎平臺采用JavaEE的三層結構,分為表現(xiàn)層、業(yè)務邏輯層和數(shù)據(jù)服務層(系統(tǒng)架構如圖1所示)。其中表現(xiàn)層主要包括Jsp、Struts標簽和JSTL/EL來完成頁面顯示和數(shù)據(jù)的呈現(xiàn)。數(shù)據(jù)服務層由MySQL提供數(shù)據(jù)存儲服務。中間層通過整合主流的開源框架Struts+Spring+JPA實現(xiàn),具體又可細分為:①Web層,負責表現(xiàn)層與業(yè)務邏輯層的交互,通過調用業(yè)務層對象處理業(yè)務,并進行鏈接轉向,呈現(xiàn)數(shù)據(jù)到表現(xiàn)層;②Service層,負責業(yè)務邏輯的實現(xiàn),通過DAO接口的實例對象進行持久化操作;③DAO層,負責與持久化對象進行交互,封裝了基本的數(shù)據(jù)訪問方法,如增、刪、改、查等;④PO層,負責對象到關系數(shù)據(jù)庫的映射。整合框架的過程中,通過基于MVC模式的Struts框架,利用ActionForm類封裝與用戶交互的數(shù)據(jù)元素,Ac-tion類實現(xiàn)控制、調用業(yè)務對象處理業(yè)務。通過Spring容器進行業(yè)務組件的組裝關聯(lián),通過依賴注入、AOP應用、面向接口編程,來降低組件之間的耦合度,提高系統(tǒng)的擴展性和通用性。把ActionObject交由Spring容器進行管理,在Action中可通過依賴注入功能為Action對象注入業(yè)務對象;使用Spring容器提供的事務管理功能對業(yè)務層對象聲明事務管理。通過JPAAPI對實體bean進行持久化操作。

3系統(tǒng)實現(xiàn)

3.1泛型機制

泛型是JavaSE1.5的新特性,在沒有引入泛型的情況下,往往通過對類型Object的引用來實現(xiàn)參數(shù)的“任意化”,“任意化”帶來的缺點是要做顯式的強制類型轉換,導致常常出現(xiàn)運行時的轉型異常。本系統(tǒng)通過引入泛型機制實現(xiàn)參數(shù)化類型,所操作的數(shù)據(jù)類型被指定為一個參數(shù),該參數(shù)類型可以用在類、接口和方法的創(chuàng)建中,并且所有的強制轉換都是自動和隱式的。從而提高代碼的重用率和可讀性。

3.2產(chǎn)品分類實現(xiàn)

下面以產(chǎn)品分類為例詳細說明在架構中該模塊的具體實現(xiàn)。產(chǎn)品分類應具類別添加、修改、查詢、刪除、向下無限極分類、分頁查看等功能,由于產(chǎn)品類別之間、類別和具體產(chǎn)品之間有諸多層次性關系,為避免由于刪除產(chǎn)品類別導致的其他數(shù)據(jù)異常,故刪除功能并不對產(chǎn)品類別的數(shù)據(jù)進行物理刪除,而是通過一個是否可見標識設定其可見或隱藏。產(chǎn)品分類具有如下屬性:分類ID、類別名稱、是否可見標識、所屬上級分類、子類別等。

3.2.1持久層實現(xiàn)

持久層主要包括持久化類和元注解。通過JPA提供注解方式配置實體的JPA行為,屬性映射可以在持久化類的屬性getter方法上進行標記。JPA與數(shù)據(jù)庫的連接通過persistence.xml文件進行配置,包括連接數(shù)據(jù)庫所用的連接池、用戶名和密碼等信息。部分產(chǎn)品類別的實體Bean代碼如下:@Entity//指定為JPA實體publicclassProductTypeimplementsSerializable{privateIntegertypeid;//產(chǎn)品類別idprivateProductTypeparent;//所屬父類privateSet<ProductType>childtypes=newHashSet<ProductType>();//子類別…@Id@GeneratedValue(strategy=GenerationType.AUTO)//注解持久化類的主鍵信息和主鍵的生成策略publicIntegergetTypeid(){returntypeid;}publicvoidsetTypeid(Integertypeid){this.typeid=typeid;}@ManyToOne(cascade=CascadeType.REFRESH)@JoinColumn(name="parentid")//定義外鍵對應關系和級聯(lián)publicProductTypegetParent(){returnparent;}publicvoidsetParent(ProductTypeparent){this.parent=parent;}…}

3.2.2業(yè)務層實現(xiàn)

(1)DAO層的實現(xiàn)

DAO層包括一個接口DAO及其DaoSupport實現(xiàn)類,通過引入泛型機制實現(xiàn)參數(shù)化類型,可對所有實體進行操作。DAO層作為業(yè)務邏輯層Service的上層父類,完成和持久層進行交互的,不同的業(yè)務邏輯類可根據(jù)不同需求對DaoSupport方法進行重載。DaoSupport類部分代碼片斷如下:@Transactional//聲明事務管理publicabstractclassDaoSupport<T>implementsDAO<T>{@PersistenceContextprotectedEntityManagerem;//聲明實體管理器publicvoiddelete(Serializable...entityids){for(Objectid:entityids){em.remove(em.getRef-erence(this.entityClass,id));}}@Transactional(readOnly=true)//聲明事務只讀屬性publicTfind(SerializableentityId){returnem.find(this.entityClass,entityId);}}

(2)Service層實現(xiàn)

業(yè)務對象負責處理程序的業(yè)務邏輯,包括一個接口及其實現(xiàn)類,需要繼承DaoSupport實現(xiàn)類并將具體的實體作為泛型參數(shù)傳入。不同實體的業(yè)務類可根據(jù)需求重載或增加新的的方法。代碼片斷如下:@Service@Transactional//聲明該類為業(yè)務類和聲明事務管理publicclassProductTypeServiceBeanextendsDao-Support<ProductType>implementsProductTypeService{@Override//重載實體的刪除方法publicvoiddelete(Serializable...entityids){更改可見標識代碼;}…}

(3)業(yè)務層的配置

下面就是通過Spring的配置文件將定義好的DAO和Service組裝關聯(lián)起來。配置文件bean.xml文件代碼片斷如下:<beanid="entityManagerFactory"class="org.springframework.orm.jpa.LocalEntityManagerFactory-Bean"><propertyname="persistenceUnitName"value="shopping"/></bean><beanid="transactionManager"class="org.spri-ngframework.orm.jpa.JpaTransactionManager"><propertyname="entityManagerFactory"ref="entityManagerFactory"/></bean><tx:annotation-driventransaction-manager="trans-actionManager"/><beanid="compass"class="pass.spring.LocalCompassBean"><propertyname="classMappings"><list><value>com.bean.product.ProductInfo</value>…</list></property><propertyname="transactionManager"ref="transactionManager"/></bean>

3.3分頁實現(xiàn)

在編寫JavaWeb應用時,常常需要對顯示的數(shù)據(jù)進行分頁顯示,如果一次性將所有結果數(shù)據(jù)顯示給用戶,則顯得不夠人性化和美觀。該系統(tǒng)對分頁功能進行封裝,并引入泛型機制,調用時通過include指令包含一個用于顯示分頁數(shù)據(jù)的獨立jsp頁面即可完成對所有實體的分頁功能。具體做法是:利用泛型定義一個查詢結果類QueryResult用于存放查詢得到的分頁數(shù)據(jù),該類包含兩個屬性List<T>型的結果記錄集resultlist和long型的查詢結果的總記錄數(shù)totalrecord以及它們的getter和setter方法;同樣利用泛型定義一個用于在頁面顯示的頁對象PageView,其包括總記錄數(shù)、總頁數(shù)、每頁顯示記錄數(shù)、當前頁、記錄的開始索引、起始頁碼、結束頁碼、分頁數(shù)據(jù)等,其中分頁數(shù)據(jù)為List<T>型,通過set方法將QueryResult的分頁數(shù)據(jù)注入,另外總記錄數(shù),總頁數(shù)和記錄的開始索引也需要通過簡單的公式計算出來,通過set方法注入,在此不一一列舉。用于顯示分頁數(shù)據(jù)的獨立jsp頁面fenye.jsp部分調用如下:<c:forEachitems="${pageView.startindex}"end="${pageView.endindex}"var="p">第${p}頁</c:forEach><c:forEachitems="${pageView.records}"var="entry">${entry.propertyValue}</c:forEach>

第7篇：電子系統(tǒng)設計與實踐范文

本文首先分析了仿真技術在汽車電子設計中的應用優(yōu)勢，并介紹了SABER軟件對汽車電子設計做出的貢獻，最后具體分析了汽車電子設計中仿真技術的應用，為汽車電子設計中仿真技術的應用提供資料參考。

【關鍵詞】

汽車；電子設計；仿真技術；應用

仿真技術是一門利用系統(tǒng)模型對實際或設想的系統(tǒng)進行動態(tài)驗證的技術，仿真技術綜合控制論、系統(tǒng)論、相似原理和信息技術，以計算機和專用設備為工具，能夠模擬汽車或飛機駕駛訓練，在汽車工業(yè)中有著廣泛的應用。現(xiàn)代的汽車制造業(yè)，對電子設備依賴程度越來越大，隨著人們對汽車安全性能要求不斷提高，仿真技術在汽車電子設計中得到了廣泛應用。仿真技術在汽車電子設計中的應用，縮短了汽車電子系統(tǒng)的研發(fā)周期，提高了汽車電子系統(tǒng)設計的安全系數(shù)，并幫助工程師在電子系統(tǒng)應用于實踐之前發(fā)現(xiàn)問題，大大的提高了汽車電子系統(tǒng)的研發(fā)效率，推進了汽車工業(yè)的發(fā)展。

1仿真技術概述

1．1仿真技術在汽車電子設計中的應用優(yōu)勢信息時代的來臨，汽車中應用的電子設備越來越多。電子設備在汽車中的應用，不僅提高了汽車的安全系數(shù)，還優(yōu)化了汽車的駕駛體驗，推動了汽車行業(yè)的發(fā)展。但在汽車新產(chǎn)品研發(fā)時，卻由于汽車電子系統(tǒng)研發(fā)成本過高，限制了汽車行業(yè)的發(fā)展。仿真技術的出現(xiàn)，為汽車電子系統(tǒng)設計提供了強大的工具。利用仿真技術，工程師可以利用計算機和仿真軟件，來模擬汽車的運行狀態(tài)，并在虛擬現(xiàn)實中對汽車電子系統(tǒng)的設計進行仿真驗證。這一研發(fā)模式，極大的縮短了汽車電子系統(tǒng)的研發(fā)周期，并降低了汽車電子系統(tǒng)研發(fā)的資金投入量。我國作為發(fā)展中國家，近年來汽車工業(yè)的飛速發(fā)展正是基于仿真技術的應用實現(xiàn)的。隨著計算機互聯(lián)網(wǎng)技術的發(fā)展，仿真技術在汽車研發(fā)和制造領域的技術優(yōu)勢更是與日凸顯，如何在汽車電子設計中應用好仿真技術，已經(jīng)成為決定汽車制造企業(yè)研發(fā)能力的關鍵之一。

1．2SABER仿真軟件與汽車電子設計SABER仿真軟件是美國Analogy公司于1987年推出的模擬機混合信號仿真軟件，該軟件能夠同時對模擬信號、事件驅動模擬信號、數(shù)字信號和模數(shù)混合信號設備進行仿真，被廣泛應用于電子學、電力電子學、電機工程、機械工程、水利、光學和控制系統(tǒng)等研發(fā)和數(shù)據(jù)采樣中。該系統(tǒng)在汽車電子設計中的應用，代表著我國汽車電子設計技術進入新的階段。SABER軟件能夠分析從SOC到大型系統(tǒng)之間的設計，并模擬數(shù)字電路及混合電路，通過仿真內核的運算和模擬，給出與真實實驗相似的實驗數(shù)據(jù)，從而幫助設計人員檢驗設計方案。在現(xiàn)代汽車制造工業(yè)中，包括ABS防抱死系統(tǒng)、安全氣囊系統(tǒng)、發(fā)動機控制系統(tǒng)、車身控制系統(tǒng)均能夠運用SABER仿真軟件進行仿真檢驗，幫助設計人員發(fā)現(xiàn)設計中存在的問題。該系統(tǒng)目前已經(jīng)被很多西方汽車制造研發(fā)企業(yè)定位行業(yè)標準，推動了我國汽車制造業(yè)和世界汽車制造業(yè)的技術發(fā)展。

2汽車電子設計中仿真技術的運用

汽車電子設計中仿真技術的運用，主要分為建立數(shù)學模型、系統(tǒng)原理仿真和仿真模型的檢驗修改三個階段。通過在汽車電子設計中應用仿真技術，有效的降低了汽車電子系統(tǒng)設計驗證的資金投入，并提高了工程師的工作效率和質量。

2．1建立數(shù)學模型數(shù)學模型的建立，是運用仿真系統(tǒng)設計和檢驗汽車電子系統(tǒng)的第一步，也是最基礎和最關鍵的一步。計算機仿真軟件的根本運行原理就是將實際系統(tǒng)運行的規(guī)律轉為數(shù)學方式，即微分和差分方程來表達。為了實現(xiàn)對汽車電子系統(tǒng)的發(fā)展檢驗，在建立數(shù)學模型時，需要將系統(tǒng)原理圖中的所有部件及其運動狀態(tài)轉化為數(shù)學模型，轉化完成的數(shù)學模型綜合到一起，才能形成一組模擬仿真系統(tǒng)。因此，在建立數(shù)學模型中，零部件的數(shù)學建模質量將直接影響到仿真系統(tǒng)的真實性，并決定了仿真系統(tǒng)的運算結果是否與系統(tǒng)的實際運行相似。為了提高數(shù)學模型的建立效率，工程師在建立一系列數(shù)學模型時，會對相似的元件歸類為同一種數(shù)學模型，這樣雖然會拉大仿真軟件與現(xiàn)實的差距，但卻能夠極大的縮短開發(fā)周期，實現(xiàn)開發(fā)成本的節(jié)約。

2．2系統(tǒng)原理的仿真汽車電子設計中應用仿真技術時，是采用計算機程序運算，來模擬汽車電子系統(tǒng)中各個子系統(tǒng)和零部件在工作中的電壓、電流、功率等參數(shù)變化，通過對這些參數(shù)變化的波形分析，來找到實際試驗與模擬仿真質檢單額區(qū)別，從而發(fā)現(xiàn)涉及疏漏或問題，對電子系統(tǒng)的設計實施改進措施。在汽車電子系統(tǒng)設計中，仿真系統(tǒng)能夠實現(xiàn)對雙電壓系統(tǒng)、供電系統(tǒng)、起動機和發(fā)電機系統(tǒng)以及雙電壓42V系統(tǒng)的仿真驗證。汽車的雙電壓系統(tǒng)設計，將汽車的高電壓設備和低電壓設備區(qū)分開來，不僅是保證汽車安全性的關鍵，還是降低汽車能耗的重要技術。通過運用仿真技術，能夠對雙電壓系統(tǒng)的運行效率和安全性進行驗證，以確保汽車電子設計中雙電壓系統(tǒng)的安全性和可靠性。14V電壓系統(tǒng)主要用于各控制單元，該系統(tǒng)對波形有極高的要求。如果14V電壓系統(tǒng)存在問題，將其應用于汽車時將會由于峰值電壓和電流產(chǎn)生的脈動，對蓄電池造成干擾，發(fā)生蓄電池電位波動性變化，導致其他控制系統(tǒng)的控制信號失靈，給汽車的行車安全帶來致命的威脅。運用仿真軟件，能夠檢驗14V系統(tǒng)對蓄電池干擾的影響度，確保其不會影響到控制系統(tǒng)的工作，避免由于電位波動導致控制系統(tǒng)失靈。起動機和發(fā)電機由于都具有相同的轉矩特性，所以可以設計一種設備集合這兩種機器的特點。如果設計成功，并投入大規(guī)模的生產(chǎn)中，則可以獲得的利益是難以想象的。這種將兩種設備集于一體的技術是科學家努力創(chuàng)新而創(chuàng)造出來的財富。這種系統(tǒng)可以讓發(fā)動機在很快的時間內啟動，并且發(fā)動機啟動以后，切換到發(fā)電的模式，使汽車的重啟動更加容易。雙電壓系統(tǒng)中的42v供電系統(tǒng)，如果在設計中電子元件選擇錯誤，將會由于電壓隨轉速變化的提高，導致電子元器件被燒毀，帶來巨大的行車安全隱患。而采用模擬仿真技術，則能夠測試電子元器件的所需承受的電壓峰值，更加科學的進行選擇，保證系統(tǒng)安全。

2．3仿真系統(tǒng)的檢驗和修改仿真系統(tǒng)只是運用計算機技術和數(shù)學原理對汽車電子設計的運行狀態(tài)進行模擬實驗，其與實際試驗還是有很大差距的。因此，在運用SABER軟件中，需要通過嚴謹?shù)膶嶒瀸Ρ?，確定仿真結果與現(xiàn)實存在的差距，并在此基礎上對電子設計進行優(yōu)化，以不斷提高汽車電子系統(tǒng)設計的質量，促進汽車工業(yè)的發(fā)展。綜上所述，在現(xiàn)如今的汽車研發(fā)與制造中，運用仿真技術對設計方案進行檢驗和修改，已經(jīng)成為汽車研發(fā)的必須技術之一。近年來，我國汽車工業(yè)發(fā)展迅速，這離不開我國汽車電子設計中仿真技術應用的日漸成熟。相信隨著仿真技術的發(fā)展，我國汽車研發(fā)和制造將會迎來新一輪的發(fā)展，為我國經(jīng)濟的發(fā)展做出更大的貢獻。

參考文獻:

［1］張珂．汽車電子設計中仿真技術的應用分析［J］．中國電子商情:科技創(chuàng)新，2014(12):33～33．

第8篇：電子系統(tǒng)設計與實踐范文

關鍵詞： 電子技術課程設計 教學設計 教學過程

電子技術課程設計是在電子技術實驗的基礎上進行的綜合性的實驗訓練，是電子技術課程的實踐性教學環(huán)節(jié)，是對電子類和其他相近專業(yè)學生進行綜合能力培養(yǎng)的實踐課程，對于全面、系統(tǒng)、深入地理解與掌握電子系統(tǒng)的知識、設計方法具有重要的教學意義。

1.電子技術課程設計的重點與要求

本課程的重點是電路設計，內容側重綜合應用所學知識，設計制作較為復雜的功能電路或小型電子系統(tǒng)。一般給出實驗任務和設計要求，通過電路方案設計、電路設計、電路安裝調試和指標測試、撰寫實驗報告等過程，培養(yǎng)學生綜合運用所學知識解決實際問題的能力，提高電路設計水平和實驗技能。在實踐中著重培養(yǎng)學生系統(tǒng)設計的綜合分析問題和解決問題的能力，培養(yǎng)學生創(chuàng)新實踐的能力。

電子技術課程設計一般要求學生根據(jù)題目要求，通過查閱資料、調查研究等，獨立完成方案設計、元器件選擇、電路設計、仿真分析、電路的安裝調試及指標測試，并獨立寫出嚴謹?shù)?、文理通順的實驗報告?/p>

具體地說，學生通過課程設計教學實踐，應達到以下基本要求：建立電子系統(tǒng)的概念，綜合運用電子技術課程中所學習到的理論知識完成一個電子系統(tǒng)的設計；掌握電子系統(tǒng)設計的基本方法，了解電子系統(tǒng)設計中的關鍵技術；進一步熟悉常用電子器件的類型和特性，掌握合理選用器件的原則；掌握查閱有關資料和使用器件手冊的基本方法；掌握用電子設計自動化軟件設計與仿真電路系統(tǒng)的基本方法；進一步熟悉電子儀器的正確使用方法；學會撰寫課程設計總結報告；培養(yǎng)嚴肅認真的工作作風和嚴謹?shù)目茖W態(tài)度。

2.電子技術課程設計的教學過程

電子技術課程設計是在教師指導下，學生獨立完成課題，達到對學生理論與實踐相結合的綜合性訓練，要求本課程設計涵蓋模擬電路知識和數(shù)字電路知識，因此課程設計的選題要求包含數(shù)字電子技術和模擬電子技術。

教學環(huán)節(jié)可以分為以下四個部分。

2.1課堂講授。

課程設計開始前，需要確定指導老師。由指導老師通過兩學時的教學，明確課程設計的要求，主要內容包括課程介紹、教學安排、成績評定方法等。

在課堂教學環(huán)節(jié)中，指導老師介紹課題的基本情況與要求，要求學生從多個課題中選擇一個。

2.2設計與調試環(huán)節(jié)。

2.2.1前期準備、方案及電路設計。

前期準備包括選擇題目、查找資料、確定方案、電路設計、電路仿真等。在確定方案時要求學生認真閱讀教材，根據(jù)技術指標，進行方案分析、論證和計算，獨立完成設計。設計工作內容如下：題目分析、系統(tǒng)結構設計、具體電路設計。

學生根據(jù)所選課題的任務、要求和條件進行總體方案的設計，通過論證與選擇，確定總體方案。此后是對方案中單元電路進行選擇和設計計算，稱為預設計階段，包括元器件的選用和電路參數(shù)的計算。最后畫出總體電路圖（原理圖和布線圖），此階段約占課程設計總學時的30％。

2.2.2在實驗室進行電路安裝、調試，指標測試等。

在安裝與調試這個階段，要求學生運用所學的知識進行安裝和調試，達到任務書的各項技術指標。

預設計經(jīng)指導教師審查通過后，學生即可購買所需元器件等材料，并在實驗箱上或試驗板上組裝電路。運用測試儀表調試電路、排除電路故障、調整元器件、修改電路（并制作相應電路板），使之達到設計指標要求。此階段往往是課程設計的重點與難點，所需時間約占總學時的50％。

2.3撰寫總結報告，總結交流與討論。

撰寫課程設計的總結報告是對學生寫科學論文和科研總結報告能力的訓練。學生寫報告，不僅要對設計、組裝、調試的內容進行全面總結，而且要把實踐內容上升到理論高度?？偨Y報告應包括以下方面：系統(tǒng)任務與分析、方案選擇與可行性論證、單元電路的設計、參數(shù)計算及元器件選擇、元件清單和參考資料目錄。除此之外，還應對以下幾部分進行說明：設計進程記錄，設計方案說明、比較，實際電路圖，功能與指標測試結果，存在的問題及改進意見，等等。

總結報告具體內容如下：課題名稱、內容摘要、設計內容及要求、比較和選擇設計的系統(tǒng)方案、畫出系統(tǒng)框圖、單元電路設計、參數(shù)計算和器件選擇。畫出完整的電路圖，并說明電路的工作原理。組裝調試的內容，包括使用的主要儀器和儀表；調試電路的方法和技巧；測試的數(shù)據(jù)和波形并與計算結果比較分析；調試中出現(xiàn)的故障、原因及排除方法?？偨Y設計電路的特點和方案的優(yōu)缺點，指出課題的核心及實用價值，列出系統(tǒng)需要的元器件清單，列出參考文獻，收獲、體會，并對本次設計提出建議。

2.4成績評定。

課程的實踐性不僅體現(xiàn)實際操作能力，而且體現(xiàn)獨立完成設計和分析的能力。因此，課程設計的考核分為以下部分：設計方案的正確性與合理性。設計成品：觀察實驗現(xiàn)象，是否達到技術要求。（安裝工藝水平、調試中分析解決問題的能力）實驗報告：實驗報告應具有設計題目、技術指標、實現(xiàn)方案、測試數(shù)據(jù)、出現(xiàn)的問題與解決方法、收獲體會等。課程設計答辯：考查學生實際掌握的能力和表達能力，設計過程中的學習態(tài)度、工作作風和科學精神及創(chuàng)新精神，等等。

3.電子技術課程設計的步驟

在“電子技術基礎”理論課程教學中，通常只介紹單元電路的設計。然而，一個實用的電子電路通常是由若干個單元電路組成的。通常將規(guī)模較小、功能單一的電子電路稱為單元電路。因此，一個電子系統(tǒng)的設計不僅包括單元電路的設計，還包括總體電路的系統(tǒng)設計（總體電路由哪些單元電路構成，以及單元電路之間如何連接，等等）。隨著微電子技術的發(fā)展，各種通用和專用的模擬和數(shù)字集成電路大量涌現(xiàn)，電子系統(tǒng)的設計除了單元電路的設計外，還包括集成電路的合理選用。電子電路的系統(tǒng)設計越來越重要，不過從教學訓練角度出發(fā)，課程設計仍應保留一定的單元電路內容。

電子系統(tǒng)分為模擬型、數(shù)字型及兩者兼而有之的混合型三種。

雖然模擬電路和數(shù)字電路設計的方法有所不同（尤其單元電路的設計），但總體電路的設計步驟是基本相同的。

電子電路的一般設計方法與步驟包括：總體方案的設計與方案論證、單元電路的設計、單元電路間的連接方法、繪制總體電路草圖、關鍵電路試驗、EDA仿真、繪制正式的總體電路圖等。

4.電子技術課程設計的效果

學生經(jīng)過這樣系統(tǒng)訓練后，各方面技能都通過考核，為后續(xù)課程的學習打下了扎實的基礎。

參考文獻：

［1］高吉祥，易凡，丁文霞等.電子技術基礎實驗與課程設計（第二版）［M］.北京：電子工業(yè)出版社，2006.

［2］楊志忠，華沙，康廣荃.電子技術課程設計［M］.北京：機械工業(yè)出版社，2008.

第9篇：電子系統(tǒng)設計與實踐范文

關鍵詞：110kV變電站；綜合自動化系統(tǒng)；設計

Abstract: This paper studies the design of 110kV substation integrated automation system of substation operation management, hope to help.

Key words: 110kV substation; integrated automation system; design;

中圖分類號：TU2

0前言

變電站綜合自動化系統(tǒng)是實現(xiàn)電網(wǎng)自動化的重要基礎之一，是滿足現(xiàn)代化供用電的實時、可靠、安全、經(jīng)濟運行管理的需要，它通過計算機網(wǎng)絡與企業(yè)信息管理系統(tǒng)實現(xiàn)了數(shù)據(jù)資源的共享。利用計算機強大的制表與分析統(tǒng)計能力，進行生產(chǎn)的成本核算，綜合利用電能計費時的峰谷差，降低生產(chǎn)成本，提高經(jīng)濟效益。本文對于110kV變電站綜合自動化系統(tǒng)設計進行了研究，闡述了變電站自動化系統(tǒng)的設計方案，并且對于變電站綜合自動化系統(tǒng)中電磁干擾問題進行了研究。

1、110kV變電站綜合自動化系統(tǒng)設計

1.1 110kV變電站綜合自動化系統(tǒng)

110kV變電站綜合自動化系統(tǒng)就是指利用先進的計算機自動化技術、信息信號處理技術、現(xiàn)代電子通信技術，將包括測量儀、信號系統(tǒng)、繼電保護、自動裝置等在內的變電站二次設備經(jīng)過功能的優(yōu)化組合，以實現(xiàn)對整個變電站以及輸電配電線路的主動監(jiān)控、自動測量、自動控制、微機保護和調度通信等綜合性的自動化控制。

110kV變電站綜合自動化系統(tǒng)具備的功能綜合化、結構微機化、操作監(jiān)視視頻化、運行管理智能化等特征，它的廣泛應用一方面實現(xiàn)了電網(wǎng)的現(xiàn)代化管理，提高了勞動生產(chǎn)率，提高了變電站正常運行的可靠性；另一方面也通過對變電站二次系統(tǒng)的優(yōu)化設計，節(jié)約了變電站的建設造價；同時，變電站的綜合自動化系統(tǒng)利用計算機的高速計算能力和超強邏輯判斷能力更方便地采集到齊全的數(shù)據(jù)和信息，提高了調度中心的全局監(jiān)控和控制能力。

2、110kV變電站綜合自動化系統(tǒng)對繼電保護設備實施微機保護

110kV變電站綜合自動化系統(tǒng)的創(chuàng)新設計的一個重點就是對變電站的二次

部分進行全微機化的優(yōu)化設計，建立繼電保護裝置、防誤鎖裝置、測量控制的裝置、遠動裝置、故障錄波的裝置、電壓無功測量裝置、同期操作裝置、在線狀態(tài)檢測裝置等基于標準化和模塊化的微機處理和設計制造，在設備之間采用高速的網(wǎng)絡通信，以實現(xiàn)真正意義上的數(shù)據(jù)資源的共享。而在上述優(yōu)化設計措施中繼電保護設備的微機保護則是重中之重。

110kV變電站的綜合自動化系統(tǒng)都采用三層分布式的結構，由綜合的保護裝置組成的間隔保護層是其關鍵部位，通過各個裝置相對獨立的工作，起著隔離變電站一次設備故障，保護設備的重要作用。間隔層要實現(xiàn)其對被控對象的保護功能，就要在系統(tǒng)發(fā)生故障時自動采取切斷線路等措施，對繼電斷路器、隔離開關、變壓器分接頭調節(jié)、保護壓板的投退等進行實質性的控制，使得各類保護裝置具備故障記錄、多套定值的存儲、與監(jiān)控系統(tǒng)及時通信等功能。

3、110kV變電站綜合自動化系統(tǒng)的抗干擾能力

可以從兩個方面抑制干擾源：一個是屏蔽，機柜和機箱采用鐵質材料用來實現(xiàn)屏蔽功能，測量和微機保護所采用的互感器的一、二次繞組之間加設屏蔽層，實現(xiàn)屏蔽電場的功能。另一個是減少強電回路的感應耦合，三相線在同一電纜中，避免回路；安裝設備時靠近接地體，減少高頻瞬變漏磁通。接地是自動化系統(tǒng)抑制干擾的主要手段，接地手段往往和屏蔽相結合，在接地的時候要正確做好一次系統(tǒng)接地和二次系統(tǒng)接地，一般采用安全接地和工作接地的手段。隔離可以使干擾源減少侵入，一般可以采用輸入模擬量、輸入與輸出開關量、強弱信號分電纜、信號電纜避開強電等方式。最后是電源的抗干擾，要避開直流和交流電源，可以采用安裝隔離變壓器、采用不間斷電源UPS以及采用氧化鋅壓敏電阻等方法。

工程實例

2.1 某變電站概況

本變電站有110kV總降變一座，63MVA三相雙卷自冷有載調壓變壓器三臺，電壓變比是115/10.5kV。電氣主接線形式是110kV線路進線，總共分為3回進行，分別通過一臺63MVA主變降壓到10kV，10kV為單母線的接線形式為四分段接線，出線42回，1臺主變帶兩段10kV母線，其余兩臺主變分別帶一段10kV母線。每臺主變6000kVar的容量。同時該站安裝了2臺550/10.5-80/0.4干式接地變壓器兼站用變壓器，每臺接地容量為550kVA，站用變額定容量100kVA，各自分接在10kV母線上。同時還安裝了兩臺容量為400kVA的消弧線圈，各自接在干式接地變壓器中性點上。

2.2 系統(tǒng)的設計原則

①用綜合自動化系統(tǒng)代替常規(guī)二次設備，應該將繼電保護、測量、監(jiān)視、運行控制、和通信集中在一個分布式系統(tǒng)中，代替常規(guī)的控制裝置，全面提高可靠性和技術水平。

②接口要采用現(xiàn)場總線、串行口以及以太網(wǎng)等多種形式，實現(xiàn)兼容性設計，實現(xiàn)各種遠方控制。

③系統(tǒng)設計的功能和配置應滿足無人值班的總體要求。

④設計要服從電網(wǎng)調度自動化的總體設計，功能配置要滿足電網(wǎng)運行的需要。

最后是系統(tǒng)要有著較強的可靠性和抗干擾能力，并且有著良好的擴展性和適應性，以及標準化和開放性能。

2.3 設計方案

1)遠動與計算機監(jiān)控系統(tǒng)

擬采用開放式分層分布結構，以以太單網(wǎng)為網(wǎng)絡結構，用間隔層的測控單元實現(xiàn)控程網(wǎng)絡，遠動與計算機監(jiān)控系統(tǒng)合用I/O測控單元。采用經(jīng)過軟件加固的windows系統(tǒng)，遠動系統(tǒng)通訊規(guī)約采用IEC60870-5-104協(xié)議。將IEC60870-5-101標準用于TCP/IP網(wǎng)絡。按變電站遠景規(guī)模來配置站控層設備，按工程實際建設規(guī)模來配置間隔層設備。

2)GPS時鐘系統(tǒng)

站內配置獨立的GPS對時系統(tǒng)，時間同步系統(tǒng)宜輸出IRIG-B（DC）、IPPS、IPPM或時間報文。

3)二次系統(tǒng)安全防護裝置

要建立相應的防護體系保障變電站的安全運行，并配置相應IP認證加密裝置，保證調度自動化信息的實時性、安全性、可靠性。

4)微機五防閉鎖功能:通過監(jiān)控系統(tǒng)來實現(xiàn)全站的防誤操作閉鎖功能

2.4 自動化設備配置

1)間隔層配置：間隔層配置采用模塊化結構，就地分散布置，主要配置包括測量輸入部件、遙控輸出部件、就地顯示和手動控制部件以及網(wǎng)絡通信接口部件，用以實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集和處理、同期、防誤操作閉鎖、自動低壓低頻減載、同步對時和10kV設備保護測控一體化裝置及就地監(jiān)視和手動控制功能。

2)站控層配置：采用雙機配置、主備通道、雙口調制解調器及防雷保護器為遠程終端，應當支持各種RTU遠動規(guī)約，滿足直采直送，直接從以太網(wǎng)上獲取數(shù)據(jù)，實現(xiàn)遠程診斷和維護等功能。滿足無人值班管理的要求，并且支持多種通訊協(xié)議。要配置一臺高性能工控PC 機，以windowsNT 為操作系統(tǒng)，充分利用該系統(tǒng)占先式、實時多任務和多線程的優(yōu)點，實現(xiàn)全過程控制的當?shù)乇O(jiān)控。

3)網(wǎng)絡配置設置：傳輸通道用以太單網(wǎng)來設計，每個間隔層設備信息直接上傳至以太網(wǎng)中，保障各個間隔層相互獨立，配置足夠的交換機，并且保證有冗余。同時，交換機必須有著高可靠性來保證通信不中斷。

總結

110kV變電站綜合自動化系統(tǒng)的應用,使得變電站的自動化水平和信息化水平都得到吧提高,實現(xiàn)了對變電站電氣設備的實時監(jiān)控，達到無人值班或少人值班的要求和變電站運行記錄自動化，充分利用先進的網(wǎng)絡技術實現(xiàn)了“四遙”,促進了工作效率的提高和管理水平的進步,為其他礦井變電站綜合自動化改造提供了寶貴的經(jīng)驗。