数控系统实训总结范文第1篇

【关键词】吊舱 PowerPC 实时操作系统

1 引言

在现代战机的空战训练中，往往需要搜集大量的训练数据，用行员飞行后讲评，以便指导他们如何进一步提高和改进，从而提高飞行员的操作熟练程度。而取得这些信息的搜集工作可由空中作战训练系统（ACTS）吊舱完成。以往该吊舱在飞机进行训练场景时搜集数据，回到地面后才可以将数据导出。也就是说只有训练完成后飞行员才能判读当日飞行参数，发现的问题只能等到下次飞行时才能得以纠正。为解决这种效率较低的训练方式，提出了一种新的空战训练吊舱系统，它可以实时向地面传输飞机在空中的各项参数，能直观地显示出空中对抗场景，同时空中每一次的训练结果都可以实时传输给飞行员。这样可大大提高作战训练的效率，且有助行员在真实场景中进行更多训练。

本文介绍的空战训练吊舱综合处理机，可在空中不断采集机上其它设备在飞行及作战训练中产生的各种数据，并可以根据飞机姿态及高度及时提醒飞行员进行相应操作，保证训练安全。本文从工程设计角度出发，介绍了综合处理机的设计实现及开发环境。

2 概述

参照训练吊舱的系统需求，综合处理机主要实现以下功能：1.综合信息处理与任务管理系统：完成飞机所得到信息的综合处理，并完成吊舱系统的任务管理及参数计算等；2.武器控制与管理系统：完成飞机所携带的外挂管理、发射与控制等；3.惯导/GPS信息处理系统：完成飞机惯导与GPS数据的解算等；4.数字记录系统：完成训练数据的记录；5.语音告警系统：完成语音告警功能的管理。

3 硬件设计实现

3.1 系统组成

为提高吊舱计算机系统的集成度和综合处理能力，且考虑到飞机航电技术的发展，设计中采用了运算速度较高的PowerPC系列CPU，同时在系统硬件设计中尽可能使用大规模可编程逻辑器件FPGA。综合处理机按照整机和模块两级进行设计，并遵循了模块化的要求，由处理机模块（CPU）、多路总线模块（MBI）、低带宽模块（LB）、大容量存储模块（MMM）及机箱组成。综合处理机各模块通信使用PCI总线，整机由+5VDC供电而无需配置电源模块，其系统框图如图1所示。

3.2 CPU模块

CPU模块完成对整个训练吊舱的控制、管理以及数据采集与解算、与其它模块的信息交换等任务。CPU模块可提供整机的系统时钟、复位和应答；与其它模块之间的数据传输通路；整机中断处理、计时器、存储器；地面开发和维护测试接口等功能。

CPU模块采用PowerPC8270作为主控单元，设计主频266MHz；通过存储器接口，外部扩展FLASH、SDRAM等，用以存储临时数据和操作系统、用户应用程序；通过模块上的2路DUART，实现对外的RS232通信；1路以太网实现对外的网络调试接口；提供标准PCI总线接口，通过PCI总线可访问机箱内其它模块。CPU 模块的功能框图如图2所示。

3.3 MBI模块

MBI模块负责训练吊舱与机上其它设备之间的1553B总线的通信管理，可作为总线控制器（BC）/远程终端（RT）/总线监控（MT）等模式使用。MBI模块可提供整机对外的1553B总线数据传输通信，传输速度可达1Mb/s，总线传输字差错率小于10-7。当作为BC时，对吊舱系统的通信进行调度和管理；作为RT时，可以根据BC的调度，进行终端总线消息传输；作为MT时，可以对总线上传输的消息进行监控。MBI模块同时还可以为吊舱系统提供实时时钟（RTC）作为系统的通信时间基准。

MBI模块以MG80C186为中央处理器，通过PCI总线接口与CPU模块进行通问；通过协议处理芯片和总线收发器，外部扩展2路1553B接口。MBI 模块的功能框图如图3所示。

3.4 LB模块

LB模块在CPU模块的控制下管理系统的多路RS-422串口通信、离散量输入/输出及告警音频输出等功能。LB模块可提供与TRU/GPS等设备的RS-422通信接口；与武器外挂之间的离散量输入/输出信号；向音频控制盒输出的告警音频信号等。

由于LB模块是PCI总线上的从设备，因此采用可编程逻辑器件FPGA作为主控单元。FPGA中固化的硬件逻辑由IP核及粘合逻辑组成，完成与CPU模块之间的PCI总线接口、RS-422总线协议管理、离散量管理及音频解码芯片控制等功能。LB模块外部扩展4路115200bps的全双工RS-422接口与12路“地/开”型离散量接口。同时在接收到CPU模块的指令后，FPGA硬件逻辑可以通过调取语音FLASH中存储的语句来实现1路告警模拟音频的播放。LB模块的功能框图如图4所示。

3.5 MMM模块

MMM模块用于记录训练吊舱系统与吊舱系统其它设备进行通讯的信息流，采用固态存储器FLASH陈列实现。该模块在飞行训练结束后可被拆下，与地面读取设备连接后将储存的数据导出以供分析。

MMM模块采用可编程逻辑器件FPGA作为LB模块与CPU模块之间的PCI总线接口控制部件。同时该FPGA中的硬件逻辑也配置有PCI-IDE协议转换功能块，可直接对IDE接口的FLASH阵列进行底层硬件的读写操作。MMM模块外部扩展1路USB2.0接口，与普通PC机连接即可进行地面数据的加卸载。MMM模块的功能框图如图5所示。

4 软件设计实现

根据训练吊舱的整体技术需求，综合处理机采用风河公司的实时操作系统VxWorks，在Tornado2.2环境下进行软件开发。综合处理机的系统软件为应用软件提供任务的调度、任务间的通信，屏蔽底层硬件，负责控制管理整机系统资源，包括时间资源和空间资源，使整个系统安全、可靠、正常的运行，同时为应用软件的开发、维护及运行提供支持。本系统软件主要包括：

（1）主控模块：主控模块通过调用其它功能子模块控制系统的初始化，并根据系统当前的任务状态，控制整个系统软件的流程。

（2）初始化模块：包括硬件初始化和软件初始化模块，分别通过调用硬件初始化模块和软件初始化模块，使综合处理机达到工作状态。

（3）控制模块：本模块主要完成系统状态控制及通信控制，即根据飞行作战软件及其它子系统的相应状态，确定系统运行状态和数据通讯的控制等。

（4）通讯模块：本模块主要用于完成对吊舱系统其它设备的数据发送和接收。总线驱动模块用于驱动具体的1553B总线硬件通道，根据系统的总线配置调用相应的工作模式模块。数据接收模块负责监视RS-422通信的数据接收通道，并接收这些通道上的数据。数据发送模块根据系统的传输协议，将相应数据发送给其它对应设备。

（5）语音模块：本模块主要完成系统告警语音的控制，包括语音实时播放和地面维护时语音文件的烧制等。

（6）接口控制模块：离散量输入模块负责监视系统的离散量输入通道，并周期性地将接收到的数据上报给应用软件。离散量输出模块根据飞行员的操作将相应状态值传达给底层硬件，并将结果传送给应用软件；

（7）数据处理模块：本模块主要完成文件系统的初始化、配置及对记录的数据进行读写控制等。

系统软件功能框图如图6所示。

5 综合处理机地面开发环境

地面开发环境包括系统软硬件调试开发环境及系统综合仿真环境，整个系统的硬件调试和软件开发在图7所示的环境下进行。地面测试设备集成了内置仿真板卡的PC机与信号测试台各1台。其中PC机通过RS232串行接口和以太网通讯接口与CPU模块上的监控程序进行通讯，实现人机对话和对硬件软件资源的调试。PC机上安装的Tornado2.2支持符号调试，可以通过RS232串行口或以太网将调试代码动态加载到目标机上运行，并且具有设置断点、单步运行等功能。通过RS232调试串口可以处理命令的输入和结果的显示。PC机内配置的1553B仿真板卡、RS-422串行通讯仿真板卡、离散量信号仿真板卡及喇叭，可以完成系统相应信号的模拟和仿真。这些仿真板卡可以模拟各种类型的信号并发送至综合处理机，同时还可接收综合处理机的信息输出。测试台内包含断点板、耦合器及电缆等，配合PC机及仿真卡共同完成综合处理机的系统综合和系统测试。

6 结束语

本文设计了一种基于实时操作系统的吊舱综合处理机，实现了训练吊舱系统作训时的通信管理、外挂物控制、人-机接口控制及数据记录等功能。本设计大量运用了可编程逻辑器件FPGA，减少了模块上的芯片使用数量，降低了研发及生产成本，大大提高了系统的可靠性和灵活性。该综合处理机已在某课题上成功验证，市场应用前景十分良好。

参考文献

[1]杨军祥.航空电子系统综合显示处理技术研究[J].航空计算技术，2006（07）.

[2]姚拱元，吴建民，陈若玉.航空电子系统综合技术的发展与模块化趋势[J].航空电子技术，2002（01）.

数控系统实训总结范文第2篇

关键词： 维护训练器； 半实物仿真； 航空电子装备； 机载电子吊舱

中图分类号： TN919?34； TP391；V267.3 文献标识码： A 文章编号： 1004?373X（2014）22?0084?04

Design of maintenance training system for an airborne electronic pod

CHEN Hong1， LI Jin?jie1， GAO Wei1， LIU Ya?juan1， DU Jiang?bo2

（1. Qingdao Branch， Naval Aeronautical Engineering Academy， Qingdao 266071， China；

2. Naval Unit 92492 of the Chinese People’s Liberation Army， Ledong 572528， China）

Abstract： Since the maintenance training of a certain airborne electronic pod has high cost and long cycle， an airborne electronic pod maintenance training system based on semi?physical simulation was designed. The external form， connection and operation of the system are similar to actual equipment. The signal simulation， fault setting and state acquisition circuits were designed in the maintenance training system. The universal I/O modules and RS 485 bus were adopted to monitor and control these circuits. Based on this remote control structure， the maintenance training platform was established to realize the whole technical support training process simulation. It can simulate testing operations which are identical to actual operations of detection device. It can set typical faults， which are accordant with real faults. The practical application effects show that the system is feasible and efficient for the airborne pod maintenance training.

Keywords： maintenance training device； semi?physical simulation； avionics； airborne electronic pod

某型机载电子吊舱具有技术先进、结构复杂、价格昂贵等特点，相应的测试维修相对复杂，对该型吊舱的技术保障离不开技能娴熟、维修经验丰富的地勤人员。但现行的维护训练通常结合飞行任务并行实施，存在组织实施困难，训练成本高，对实际装备有损耗等缺陷，且受到场地、天气等多种条件制约，训练时间有限，人员培养周期长。基于虚拟仿真技术或半实物仿真技术的维护训练系统能够有效克服结合实装进行维护训练带来的问题[1?2]。其中半实物维修训练采用物理模型模拟装备的真实外观，而在计算机上仿真实现装备的工作原理。由于半实物训练平台具有实装外形，对其进行维修训练操作基本与实装一致，可以给维修人员带来良好的实践动手能力训练，因此在各型航空维修训练系统中得到了广泛的应用[3?6]。本文基于半实物仿真方式设计实现了该型机载吊舱维护训练系统。

1 维护训练系统功能设计

该机载电子吊舱维护训练系统满足一二线技术保障全程训练需要，具备的功能有：

（1） 内场检测训练功能，能够模拟内场自动测试设备（Automatic Test Equipment，ATE）对仿真吊舱进行数百项详细性能指标的检测，用于训练维护人员内场通电检测操作技能和指标分析判读能力。实现的难点是如何根据仿真吊舱的工作状态、故障设置给出相应的检测结果。

（2） 外场通电训练功能，能够对起挂装机状态的仿真吊舱进行机上通电检查，能模拟机上显控盒对吊舱的上电、自检、功能检查等操作，并给出相应测试结果。用于训练维护人员机上通电操作技能和外场快速反应能力。

（3） 典型故障设置功能，能够在仿真吊舱内各外场可更换单元（Line Replaceable Unit，LRU）及连接电缆上设置故障，模拟包括器件故障、线路通断、性能下降等多种实际工作中常遇到的典型故障，用于训练维护人员故障分析和排除能力。其难点是如何根据设定的故障，在训练中仿真出相应的故障现象。

（4） 起挂转运训练功能，能满足仿真吊舱从内场转运到外场，起挂安装到机上挂架的操作训练需要。

（5） 拆卸安装训练功能，能满足对吊舱舱体蒙皮、各LRU的拆装训练需要。

2 硬件设计与实现

根据上述系统功能，对该型机载电子吊舱维护训练系统进行了硬件设计，系统硬件可分为4大部分：半实物仿真吊舱、采集与控制单元、内场检测平台、外场机上平台，如图1所示。

图1 吊舱维护训练系统硬件组成

2.1 半实物仿真吊舱

半实物仿真吊舱采用1∶1比例真实模拟实装外形，以及内部各LRU的连接和固定方式，能够替代实装作为维护训练时进行通电检查、安装拆卸、起挂转运等，操作难度大、危险系数高、损坏可能性大的实践动手科目的训练平台。半实物仿真吊舱是否逼真，是否具有可操作性，除了外观与实装一致外，更重要的是如何模拟内部的各种信号。仿真吊舱内部根据通电检查、地面检测、故障设置等维护训练需要设计了相应的仿真电路，按照作用可分为以下3种：

（1） 信号仿真电路，在一定制作成本下，采用低频信号替代射频信号，低功率信号替代高功率信号，RS 485总线替代机上总线等方法建立电子装备的主信号通路。信号通路的通断和工作状态的切换由程控继电器来控制。

（2） 故障设置电路，用于对LRU或线路的故障状态进行设置，通过多个故障设置点来设置不同故障状态，如：良好、失效、性能下降等。

（3） 状态采集电路，通过在信号检测点、故障设置点引出采集电路，来实时获取整个仿真吊舱的工作状态和故障信息。

同时为了保证仿真的逼真度，所有这3种电路的走线尽量依照实装电缆实际信号走线，尽量不增加额外线路。

2.2 采集与控制单元

采集与控制单元是仿真吊舱与外场机上平台和内场检测平台实现交联的关键单元。其完成2大功能：一是响应上位机（座舱/检测工控机）的控制指令（上电、自检等），改变仿真吊舱的电路工作状态；二是实时采集仿真吊舱的电路信息（工作状态、故障状态等），并上报给上位机。这两大功能归结起来，就是实现对半实物吊舱内各电路控制点和状态采集点上仿真量的监测与控制。这里所谓的仿真量，是指表示电路通断、连接状态的数字量，或是表示功率强弱、频率高低的模拟量。换句话说就是要实现对仿真吊舱内数字量与模拟量的远程测控。考虑到整个仿真系统测控量较多（超过300个），且测控距离较远（超过15 m），可采用目前市场上使用比较广泛的远程I/O模块，如：研华公司的ADAM系列、研祥公司的Ark系列、研发公司的DAC8000系列等。这类I/O模块能够独立提供A/D，D/A，DI，DO，数据比较和数据通信等功能，通用性好，可靠性高，价格也比较低。

系统采用RS 485串行异步半双工通信协议，将多个远程I/O模块并联在一个总线下，以上位机作为主机实现主从式的远程数据采集控制，如图2所示。在内场以检测工控机为上位机，在外场以座舱工控机为上位机，两者共用该采集与控制单元，以节约成本。而整个采集与控制单元安装在半实物吊舱内部，经由吊舱脱落插头对上位机提供统一的RS 485总线接口（工控机一端在COM口安装RS 232转RS 485模块）。

2.3 外场机上平台

外场机上平台包括显控盒、座舱工控机以及机上通用挂架等设备，能够真实模拟外场机上维护训练环境，是进行吊舱机上通电检查、接口检测、线缆测试、故障排除等科目训练的硬件平台。其中，显控盒实际上是一个人机交互接口，对显控盒的按键监听和指示灯控制可采用嵌入式单片机来仿真实现。单片机在周期性扫描显控盒按键开关阵列的同时，读回扫描结果，判断是否有键按下，并计算按键编码，然后将编码发送到座舱工控机中。座舱工控机为外场机上平台的信息处理中心，在响应显控盒上用户操作的同时，把用户的操作转换为指令，通过RS 232转RS 485总线与采集与控制单元交联，实现对仿真装备的通电控制；同时采集仿真装备的当前工作状态，在显控盒和多功能显示器上显示对应信息。

2.4 内场检测平台

内场检测平台能够模拟ATE的功能，具有与实装一致的操作界面，能够对仿真吊舱进行数百项性能指标的详细检测，其测试的深入程度是外场机上通电检查所不能比拟的。仿真实现中，其强大的检测功能通过运行在检测工控机的软件实现。检测工控机也通过RS 232转RS 485总线与信息采集与控制单元通信，在检测过程中根据需要自动发送控制指令，使仿真吊舱工作于某种指定状态（上电、自检等），然后采集该状态下仿真吊舱内各测控点的信息，最后依据这些信息给出对应的检测结果。

3 软件设计与实现

在吊舱维护训练系统中运行的软件主要有2个：运行在外场机上平台座舱工控机上的“机上显控仿真软件”和运行在内场检测平台检测工控机上的“内场检测仿真软件”。

3.1 机上显控仿真软件

该软件是座舱工控机实现机上通电检查时进行显示控制的核心，其组成如图2所示。

图2 机上显控仿真软件组成框图

机上显控仿真软件具备2大功能：

（1） 座舱按键响应及显示控制，通过实时监听与机上显控器内单片机交联的RS 232通信串口，来响应不同地址编码的按键，调用对应的响应函数，如加电、自检、功能检查等；同时控制显控器指示灯的显示；

（2） 仿真装备状态控制与采集，通过RS 232串口通信与采集与控制单元交联，向仿真吊舱发送各种控制指令，同时循环监听仿真吊舱的状态变化，调用对应函数响应该变化。

3.2 内场检测仿真软件

内场检测软件的模块组成如图3所示，其运行流程如下：软件启动后，首先初始化各种测试资源，连接仿真吊舱；然后等待用户操作选择需要的测试项目，启动检测；接着在测试过程中自动控制仿真吊舱的工作状态，同时由采集到的信息（状态码、故障码等）得出某项具体指标的检测结果，逐项检测，逐项给出结果；最后，测试结束时记录所有检测结果，并释放测试资源。

图3 内场检测仿真软件组成框图

3.3 编程实现

上述2个软件运行在Windows XP环境下，由C#语言开发实现。软件采用模块化设计，从横向上可分为3个层次：接口层、检测层、应用层。底层为接口层，实现RS 232串口通信；中间为检测层，实现仿真吊舱状态的控制和采集；最上层为应用层，实现具体测试功能和人机交互。由于采用一致的底层硬件结构，因此上述2个软件可重用接口层与检测层中的功能模块，降低软件开发成本。其中，接口层的RS 232吊舱通信接口采用NET Framework 2.0 类库包含的 SerialPort 类开发，可方便地实现与仿真设备内采集与控制单元的串口通信。为保证指令传输的完整性和正确性，定义了上位机与仿真装备的通讯协议。协议的格式为：头+地址+数据正文+校验，例如：DD AA 01 02 03 EA。串口接收到数据后需按协议解析得到状态码，等待检测层处理。同样发送控制指令时，需要将指令码按协议封装，以便仿真装备相应地址的控制点响应。接口层串口通信编程实现的核心代码如下：

private SerialPort Com = new SerialPort（）；

private List buffer = new List（1024）；//接收缓存

private byte[] State_Code = new byte[4]； //接收到的状态码

private bool bCodeReceived = false；

Com.DataReceived += Com_Receive； //添加串口接收事件

void Com_Receive（object sender， SerialDataReceivedEventArgs e）

{

int n = Com.BytesToRead； //串口接收到的数据长度

byte[] buf = new byte[n]；

Com.Read（buf， 0， n）； //读取串口数据

buffer.AddRange（buf）； //把数据放入接收缓存

while （buffer.Count >= 6） //达到一个数据包长度

{

if （buffer[0] == 0xDD） //查找数据头

{

byte checksum = 0；

for （int i = 0； i < 4； i++）

//异或校验，确认数据正确

checksum ^= buffer[i]；

if （checksum == buffer[5]）{

//如果数据校验正确，解析该数据包

buffer.CopyTo（0， State_Code， 1， 4）；

//解包获取状态码

bCodeReceived = true； }

buffer.RemoveRange（0， 5）； //从缓存中移除数据

}

… …

}}

检测层的装备状态采集模块对采集到的仿真装备状态编码的解析，并调用应用层的响应函数，完成座舱内显示结果的实时更新，或是得到内场检测的相应结果。检测层的装备状态控制模块响应应用层的控制函数，产生对应的控制码，通过调用接口层的串口发送函数，将指令发送到仿真装备对应地址控制单元，完成对装备状态的控制。检测层装备状态采集与控制模块编程实现的核心代码如下：

private void StateAcquisition（） //装备状态采集函数

{

if （bCodeReceived） {

Switch（State_Code[0]）{

//依据状态码地址，判断采集点类型

case： 0x01 //发射机

GetTransmitterState（State_Code）；

break；

case： 0x02 //控制器

GetProcessorState（State_Code）；

break；

… … } }

private void timer1_Tick（object sender， System.EventArgs e） //定时函数

{StateAcquisition （）； //不断循环采集装备状态

… …}

4 结 语

本文设计实现了一种基于半实物仿真实现的机载电子吊舱维护训练系统。该系统的外形和内部结构与实装一致，具备真实的操作感，能够满足对吊舱进行机上通电、内场检测、拆卸安装、起挂转运等训练的需要，同时扩展了实装不具备的故障设置功能，从而既能做常规维护操作训练，又能进行各种突发故障的排除训练，较大程度上增强了该型机载电子吊舱维护训练手段，为理论教学与技能训练的有机结合搭建了良好的平台。经过实际使用表明，该训练系统能有效克服实装训练中存在的问题，且可扩展性好，使用方便，可靠性高，其设计方法在各型航空电子装备维护训练模拟器中具有一定的推广应用价值。

参考文献

[1] WANG G H， LI X R， XING H G， et al. Design and development of the newest armored equipments weapon maintenance training simulation system [C]// Proceedings of 2012 International Conference on Quality， Reliability， Risk， Maintenance， And Safety Engineering （ICQR2MSE）. Washington： IEEE Press， 2012： 1368?1371.

[2] DE CRESCENZIO F， FANTINI M， PERSIANI F， et al. Augmented reality for aircraft maintenance training and operations support [J]. IEEE Transactions on Computer Graphics and Applications， 2011， 31（1）：96?101.

[3] 李柯，魏保华，郑思龙，等.某型防空导弹半实物仿真训练模拟系统设计[J].计算机仿真，2008，25（1）：297?301.

[4] 李向阳，张志利，黄先祥，等.大型武器装备故障诊断训练系统仿真开发研究[J].系统仿真学报，2009（21）：6770?6773.

[5] 查国云，刘鹏飞，陈秋凤，等.某型飞机航空军械仿真训练系统设计[J].计算机测量与控制，2011，19（10）：2455?2458.

[6] 钟春华，许炎义，刘峰.基于半实物仿真的舰员级雷达维修训练系统设计[J].舰船电子工程，2011，31（11）：125?149.

[7] 刘颖，朱元昌，邸彦强.面向维修训练的故障建模、仿真与评估[J].计算机工程，2007（13）：245?247.

[8] 龙勇，黄先祥，张志利，等.基于视景仿真的某型武器分布式模拟系统设计[J].系统仿真学报，2006（7）：1820?1823.

数控系统实训总结范文第3篇

关键词 工业通讯；网络控制；现场总线

中图分类号 TP273 文献标识码 A 文章编号 1673-9671-（2012）112-0158-02

通常，一般企业中，通讯网络可以划分为三个等级：企业级、车间级和现场级。

1）企业级通讯网络。企业级通讯网络用于企业的上层管理，为企业提供生产、经营、管理等数据，通过信息化方式优化企业的资源，提高企业的经营水平。

2）车间级通讯网络。其属于中间级，它能解决并协调不同工段之间的通信，根据通信要求，要求其能够在短时间内传送大量的讯息，并提供控制数据，具备较高的精度及实时性。目前大多数企业都采用工业网络来解决其信息交换和控制的要求。

3）现场级通讯网络。在工业网络中，企业各个厂区分布着这些处在整个网络的底层，其为基本的I/O设备、传感器、变送器、变频与驱动装置等，由于连接的设备的不同环境和要求的不同，需要根据企业实际的要求安装这些设备，这样就给通信网络的建设带来很多困难。目前，大多数企业采用PROFIBUS结构。

1 PROFIBUS结构

PROFIBUS是比较适用于传输中小量的通信数据。由于其允许许多家厂商开发各自的符合PROFIBUS协议的产品，所以具有比较好的开放性，适合不同的硬件，其传输介质可以是屏蔽双绞线、光纤或无线电磁波。其硬件通常采用逻辑拓扑环。较为熟悉的DP网络就是基于这种存取机制，其中主站周期按顺序同从站交换数据。PROFIBUS网络拓扑结构如图1所示。

按照RS485/光纤和IEC6115-2的定义，PROFIBUS大致分为三类。如表1所列。由于电气特性，PROFIBUS PA（本质安全）应用在防爆领域；FMS较为复杂，多应用于西门子S5系列PLC或第三方控制产品进行通讯。DP以其传输速度快、数据量大以及良好的可扩展性等特点，成为目前广大用户普遍采用的通讯方式。本项目的底层网络采用的正是PROFIBUS DP，其通讯速率为187.5 k～12 Mbps，通常默认设置为1.5 Mbps，通讯数据包为224字节。

图1 PROFIBUS网络拓扑结构

结合本学院的实际情况，工业自动化网络控制实训中心将采用西门子最先进的工业网络控制技术，融合西门子全集成自动化（TIA）的理念。由于学院原有的各个自动化类实验室中的设备均为几年前的产品，当时产品的先进性和技术功能与当今产品相比已有一定的局限性。尤其是在网络的全局性方面差距明显。根据实训中心的建设计划，这部分老的系统将会融入新的系统当中，通过新的布局，将会焕发出新的功能。根据学院的投资情况，工业自动化网络控制实训中心的实验室建设规划如表1：

本实训中心项目利用SIEMENS NET工业通讯网络中的工业以太网及PROFIBUS-DP现场总线，采用两级网络控制拓扑结构。上层采用工业以太网（TCP/IP），用于上位机PC和下位机PLC之间的通讯；底层采用PROFIBUS-DP现场总线，用于下位机PLC主站和从站之间的通讯。

2 小结

工业自动化网络控制实训中心的建设计划将自动化类专业分散在各门基础课程和专业课程中的实验进行适当的整合和优化，并增加新的教学层面，构筑一个层次化实验教学平台。工业自动化网络控制实训中心项目的建设要有特色，要能够体现全集成自动化（TIA）的概念、网络化（不同网络介质、不同网络的融合）、系统化（多层次结构、多站点、不同人机界面等）组成的系统、工程化（面对实际被控对象）等概念，将西门子全集成自动化的概念以形象直观的生产线系统方式展示给教师、学生，增加其感性认识。所有系统实现模块化建设，每一段可形成独立单元的实训系统。建设以过程控制实训系统和运动控制实训系统为对象的综合自动化实训系统，以便学员完成工厂实际自动化项目的设计、编程和组态任务。

参考文献

[1]Jonas Berge著.过程控制现场总线——工程、运行与维护[J].清华大学出版社，2003.

数控系统实训总结范文第4篇

关键词：无人机；STM32；道路检测；神经网络；模型训练

传统的道路巡检和保养主要由人工来完成，需要投入大量的人力物力来保证道路的相对安全，这种方式存在着低效率、高成本且难以保证道路的决定安全[1]。固定式交通检测设备大量设置在道路的主干路上，也存在着一些缺陷：（1）监控摄像头不能做到全覆盖且具有一定的探测盲区。（2）监控系统采用多屏幕方式，工作人员进行道路故障判断时受限。（3）不能灵活的通知有关部门对事故的快速应急处理。为了克服上述的缺点，本文设计了一种基于卷积神经网络的无人机道路巡检系统，对发生故障和需要保养的道路能快速响应，及时的通知有关部门，避免事故的发生。

1系统的总体设计

在无人机道路巡检系统中，我们主要考虑了以下几个要求[3]：（1）无人机系统能满足正常的工作；（2）无人机系统能适应各种天气和气候变化等；（3）无人机系统应充分考虑控制的安全性；（4）视频流的传输应避免较长的延时。无人机道路巡检系统主要由无人机系统设计、远程控制系统、PC端系统三大部分组成，系统的总体结构框图如图1所示。系统的具体工作原理为：无人机将道路环境检测的结果，将处理后的视频流通过远程传输的方式，发送到PC端进行实时监控道路状况。远程控制系统以STM32作为主控芯片，主要包括在无人机端和遥控端两个部分，遥控端将控制指令通过2.4G通信发送到无人机端，此时无人机的做出相应的位姿变化，完成遥控端对无人机位姿的控制。无人机系统的图像采集模块芯片为树莓派，完成图像的采集并采用TCP通信实现远程视频的传输，将获取的视频流传输到PC端。PC端上使用OpenCV对图像进行处理[4]，利用深度学习模块对设计的神经网络进行数据训练，从而得到检测模型，最后在PC上接收处理过的数据并实时监测道路状况。上述工作原理可实现无人机道路巡检系统，下文将对其包括的三大模块进行说明介绍。

2无人机系统设计

本次使用的是RaspberryPi3(modelB+)作为无人机的主控制板[7]，无人机的飞行控制算法和图像采集模块集成在树莓派中。远程控制系统通过2.4G无线通信模块连接，通过控制器实现对无人机飞行和图像采集的控制。无人机系统总体结构如图2所示。

3PC端系统设计

在PC端系统设计主要分为图像预处理、模型训练和视频监控三大部分，通过TCP通信协议进行通信，TCP通信是一种面向连接的通信，可完成客户端（树莓派）和服务端（PC）的信息传递[9]。下面主要对前两部分详细介绍。

3.1图像预处理

本系统对地面裂缝检测的图像预处理流程如图3所示具体工作原理为：（1）采用加权平均灰度化对获取的无人机影像进行灰度化处理；（2）对灰度化处理后的影像进行直方图均衡化，使得影像具有高对比度和多元的灰度色调变化，为后续的滤波降噪奠定基础；（3）对处理后的影像进行滤波降噪，消除孤立的噪声点，采用方法的是中值滤波降噪；（4）使用迭代二值化处理将影像的灰度值设置合适的阈值，使得图像更简单，目标更突出，然后对图像进行分割，计算迭代的阈值，判断迭代的阈值是否收敛到某一值或者达到限定的迭代次数，如果是的话，将完成二值化处理和滤波，否则将初始二值化阈值；（5）最终完成道路故障的识别与标记。

3.2模型检测

3.2.1卷积神经网络原理使用卷积神经网络进行模型训练，首先使用卷积层实现特征的提取，原理如图4所示。如图5所示，卷积操作是模仿神经元的机制。不同的输入在权重的影响下会有不同的输出，根据损失函数的计算来不断的更新权重，直到获得合理的权重参数。初始传递的信号为x，中间通过权重w，再经过偏置b后连接在末端，最后输出信号变成wx+b。fun(•)表示激活函数，最终f(z为输出的结果，如式（1）所示。3.2.2卷积神经网络训练流程通过相机采集到的缺陷和问题图像作为训练样本，这部分是检测道路安全的关键一步，（1）训练标记数据：首先使用图像预处理中标记好的道路故障提取出来，通过卷积神经网络对标记框内的目标数据进行训练；（2）提取特征数据：将道路故障的类型统计并归纳；（3）误差反馈学习：对测试样本进行误差反馈学习，并进行测试；（4）优化训练数据：根据实际应用场景增加图像的种类和数量，不断训练模型。3.2.3故障的基本分类道路故障主要路面缺陷（例如裂缝、残缺等）和路面增加（例如长时间静止的车辆和路人），各自训练集数量为1000张。如表1所示。3.2.4实验测试为实现故障的检测，测试数据集为100张，不同类型故障数据50张，均采集自新道路且与训练样本一致，实验结果如表2所示。由表2可知，检测路面增加（例如长时间静止的车辆和路人）的准确率高达96%，但是地面缺陷的准确率相比较而言略低，可能造成的原因是：①硬件原因导致采集的图像清晰度比较低；②地面缺陷太小，无人机难以识别；③训练的数据集较少，特征学习误差大；但是满足了设计需求，还需进一步改进。

4总结与展望

数控系统实训总结范文第5篇

关键词：感知体验；智能家居；RFID；信息交互

移动互联网，就是将移动通信和互联网二者结合起来，成为一体。在最近几年里，移动通信和互联网成为当今世界发展最快、市场潜力最大、前景最诱人的两大业务，它们的增长速度都是任何预测家未曾预料到的。移动互联网是一个全国性的、以宽带IP为技术核心的，可同时提供话音、传真、数据、图像、多媒体等高品质电信服务的新一代开放的电信基础网络，是国家信息化建设的重要组成部分。移动互联网的用户数量庞大，截至2012年9月底，全球移动互联网用户已达15亿。

杭州，作为全国唯一的集国家电子信息产业基地、服务外包基地、高技术产业基地、电子商务之都等称号于一体的城市，拥有国家电子信息产业基地、国家软件产业基地、国家集成电路设计产业化基地、杭州信息产业国家高技术产业基地等称号，具备较强的信息产业配套协作能力。2011年在《杭州市“十二五”信息化发展规划》提出了“智慧杭州”建设目标，希望能充分发挥信息化的带动引领作用，提升杭州市城市管理与服务水平。同年，制订了《杭州市智慧城市建设总体规划》。在该规划中，明确指明了物联网产业是智慧城市的产业基础。

移动互联网实训基地是一个教学实践应用和感知体验相结合的实训基地，根据岗位需求培养高素质技能型人才。经过多年建设在工学结合、校企合作上取得了一定成效，在与多家企业校企合作的基础上，为学生专业实训、创业、就业搭建了一个基于校内外辐射课内外的实训综合体，实现校内实训与校外实训相衔接、课内实训与课外竞赛相衔接、创业教育与创业实践相衔接。

一、“校中馆”平台的设计思想

1.1移动互联网“校中馆”平台需求

随着移动互联技术的不断发展，高校教学的不断改进，目前高校实验实训教学方面，不再是实验箱、实验平台等实验设备传统教学模式，而是需要教学实训与实际体验场馆配合使用的教学场景。本平台采用了智能家居系统中的物联网技术、嵌入式技术、Zigbee技g、自动控制、网络通讯、无线通讯、视频处理等多项先进技术，将各种智能化功能轻松的融合成一个整体。该平台加强了实训室管理，煅炼了该专业学生的教学实训现场实践能力，强化了专业社团工程项目现场实施动手能力，为教师科研技术开发提供了平台，为校企合作提供了开发应用实践平台。因此，有必要建立移动互联网“校中馆”平台，以便满足该专业师生教学实训的需求。

1.2“校中馆”平台的功能分析

该平台系统集中控制智能灯光、智能照明、智能家电、安防监控、电动门窗、温湿度控制、自动遮阳、综合布线箱等，可扩展控制数字可视对讲、背景音乐、智能楼宇等。它把嵌入式技术、计算机技术、网络通讯技术、综合布线技术、无线传输技术，单片机技术、传感器技术、自动控制理论等技术知识有机地结合在一起，并能真正将理论知识与实际应用相互结合，是真正为学生教学实训体验感知提供了最佳的真实环境。

二、“校中馆”平台的设计与实现

2.1平台的系统结构

系统平台采用B/S架构，B/S是Browser/Server的缩写，客户机上只要安装一个浏览器（Browser），如Google或Internet Explorer，服务器安装SQL Server数据库。在这种结构下，用户界面完全通过WWW浏览器实现，一部分事务逻辑在前端实现，但是主要事务逻辑在服务器端实现。浏览器通过Web Server 同数据库进行数据交互。本系统通过RFID扫描标签，实现人员定位并在移动终端显示人员位置以及人员周围环境的介绍；DDC直接数字控制器，承载分布式逻辑，采用485总线控制DALI主控；DALI主控采用485总线控制，接收到DDC下发的指令后使用DALI协议控制DALI电源，调节灯带亮度及控制灯带亮灭；如图2-1系统整体架构。网络硬盘录像机接收网络高清摄像头的视频信息处理并保存在硬盘中，并可支持智能搜索、智能回放及备份等功能，通过网络在智能电视上实时显示监控画面。如图2-2视频监控系统架构。

2.2系统模块

2.2.1触摸式一体查询终端子系统

该系统是以Web形式交互界面，以智能电视屏触摸点击方式显示多媒体内容以及信息，平台的UI界面可以任意布局替换。该系统为该专业学生提供移动互联Android应用平台开发及体验平台；

2.2.2智能走廊灯光控制子系统

该系统通过RFID检测走廊内参观人员位置，智能控制走廊照明灯、氛围灯带在观人员的位置进行明暗变化，营造良好的参观氛围，并实现绿色节能的效果。该系统为该专业学生提供工程实施平台；

2.2.3实训室智能展示子系统

该系统在基地任一间实训室中自动定位参观人员位置，并推送实训室介绍内容至参观人员手持的平板电脑，充分体验移动互联信息的交互性。该系统为该专业学生提供移动互联项目工程实施、移动互联项目硬件开发提供实施平台。

3 结论

总而言之，随着实训基地项目化不断改革，校企合作共建教学实践应用和感知体验相结合的实训基地是必然的趋势，是实现校企合作培养人才的目标必要条件。而在设计和实现移动互联网校中馆平台时，则需要完成平台的需求分析和功能分析，以便较好的完成系统架构和功能模块的设计，继而满足人才培养的需求。

参考文献：

[1]高职移动互联网人才培养的探讨[J]. 熊亚蒙. 信息与电脑（理论版）. 2012（09）

[2]移动互联网校内实训基地建设研究[J]. 李群. 福建电脑. 2014（08）

[3]基于移动互联的电子口岸实训室开放与管理创新[J]. 王明严，王正华. 实验技术与管理. 2015（06）