時間：2022-02-28 08:28:37
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綜合布線系統是酒店智能化系統的信息網絡基礎，本設計注重系統的質量、科學性、先進性、可靠性及安全性，易擴展，同時本設計兼顧考慮酒店的應用特點，將來發展的需要。因此，在系統設計和產品選型中重點關注布線產品的質量、布線系統的模塊化、以及系統的安全性、可管理性和可維護性。
酒店綜合布線系統的目標是：以系統規范為指導，以具有當前國際領先水平的綜合布線技術、計算機技術、通訊技術和自動化技術為支撐，建立一套統一規劃、高度集成的布線系統，為酒店計算機網絡系統數據、圖像及控制信號提供統一的傳輸線路、設備接口和高質量的傳輸性能。全面實現酒店計算機通信網絡的通訊、辦公、管理手段的智能化、集成化，把酒店計算機通信網絡建成一個高起點、高標準、功能設施一流、且具有高開放性和平滑升級性的網絡平臺。同時，該布線系統兼顧了計算機網絡系統未來的發展要求，提供15年保證；在酒店大樓增加新系統時，對新設備提供信號傳輸的支持。
作為酒店智能化系統的基礎平臺－綜合布線系統將為整個酒店的語音通信、寬帶數據、圖像聯網、酒店管理系統及網站建設提供高質量的傳輸通道。酒店大樓內的各個功能區通過高性能的結構化綜合布線系統連接起來，組成一套具備高傳輸帶寬的、結構化的信息高速公路。
二、系統功能
本設計提出的綜合布線系統實現了酒店設備的網絡物理層上的相互聯系，滿足系統間信息共享的要求，為酒店集中管理以及與Internet的連接建立了基礎設施。具體來說,，本方案設計的布線系統可以支持以下各類應用及設備。
話音：程控交換機、電話、傳真、衛星通訊、電話會議、語音信箱等。
數據：快速以太網、千兆以太網、1.2GATM、TCP/IP、INTERNET、INTRANET等。
視頻：閉路電視監控、電視會議、可視圖文、自動控制等音、視頻和控制信號。
需要指出的是視頻、射頻、公共廣播、自動控制等系統技術方面，設計理論和多個項目的實踐已證實采用的結構化布線系統可達到與傳統布線方式同等的傳輸質量和傳輸距離；但在工程造價方面，由于結構化布線系統要配備專用的適配器，以至工程造價將會有很大的提高，故本設計只提供了高性能的傳輸鏈路，在技術發展造價降低時，或有此類需要時提供堅實的支持。
三、系統設計依據及設計原則
酒店智能化系統工程－綜合布線工程整個布線系統選用星型結構，從插座至樓層配線架，最后通過數據/語音主干線纜統一連接至相應的數據和語音機房，以便于集中式管理。系統機房設置在酒店一層，系統水平布線滿足小于90米的布線標準要求。數據水平部分采用超五類雙絞線傳輸，語音水平部分采用電話線傳輸；數據干線子系統采用光纜傳輸，語音干線子系統采用大對數電纜傳輸。如果把結構化布線系統看作是一條信息高速公路的話，那么，越是高級的路況，車速能提高得越快。這種高速率，不是單靠提高汽車的檔次來實現，而是由構筑的信息奔馳“路面”通暢快速來完成的。本設計方案既滿足用戶目前的應用環境,又能支持未來21世紀高速寬帶應用。
為了滿足酒店現在和未來10年至15年發展的應用,以及可能會根據不同的機型選擇不同的適配器來構架整個計算機網絡。因此，采用了開放式的布線設計作為解決方案。結構化布線系統采用星型結構，以便實現各種網絡邏輯拓樸結構。
1.設計原則
（1）先進性。布線系統的設計目標決定了系統必須采用先進的方法和設備，即要反映當今的水平，又應具有發展的潛力。由于布線系統是一項在規定時間內投入運行的工程，因此系統所涉及的技術必須是成熟和先進的。
（2）開放性。布線系統應具有開放性。一方面布線系統能適應不同功能的要求，同時又能支持不同廠家相應的設備。
（3）實用性。布線系統在現在和將來能適應技術的發展，實現資料和語音通信。
（4）靈活性。布線系統應能滿足靈活通用的要求。
（5）模塊化。布線系統中，除固定于建筑物中的線纜外，其余所有接插件均是模塊化的標準件。
（6）擴充性。布線系統是要能擴充的，以便將來要擴展時，可以方便地將設備擴充進去。
2.設計依據
（1）EIA/TIA-568民用建筑線纜標準
（2）EIA/TIA-569民用建筑通信信道和空間標準
（3）EIA/TIA-607民用建筑中通信接地標準
（4）GB/T7427-87通信光纜的一般要求
（5）IEEE802.3總線局域網國際標準
（6）TPDDI銅線分布式資料接口局域網標準
（7）ATM異步傳輸網標準
（8）RS232，X.21，RS422RS485等異步和同步標準
四、各子系統設計方案
1.連接方式
E：設備C：連接點T：終端設備
2.設計等級
綜合布線系統為了滿足高質量的高頻寬帶信號,所以在設計時，參照綜合型設計標準,綜合型設計標準適用于建筑物配置標準較高的場所,采用有線非屏蔽雙絞線的組網方式。
3.結構化布線系統的結構
根據需求，結構化布線系統分解成以下五個模塊進行設計。
（1）工作區子系統（2）水平布線子系統
（3）管理子系統（4）主干子系統
（5）設備子系統
4.工作區子系統的設計
工作區布線子系統由終端設備連接到信息插座的聯機(或軟線)組成,它包括裝配軟線、適配器和連接所需的擴展軟線。
J45暗裝式信息插座與其旁邊電源插座應保持20cm的距離，信息插座和電源插座的低邊沿距地板水平面30cm。如圖3所示。
圖3暗裝式信息插座與其旁邊電源插座距離示意圖5.水平布線子系統的設計
這是一個主要由水平非屏蔽雙絞線組成的系統，水平非屏蔽雙絞線由管理區的配線架出發，通過金屬線槽、管道、橋架從地面或天花板延伸到指定位置上，然后與插座模塊端接，每一個插口均為RJ45制式。設計中保證單條水平雙絞線的最長距離不超過90米。水平布線子系統考慮數據采用超五類UTP信息模塊、語音采用RJ11信息模塊。語音部分水平布線采用三類四芯電纜設計。
6.水平線纜路由設計
走廊的墻角頂上應安裝有金屬橋架或PVC電線管，進入房間時，從橋架或PVC電線管引出以PVC電線管暗裝方式由墻壁而下到各個信息點。
7.管理子系統的設計
管理子系統由每層弱電井內的壁掛式機柜、配線架與跳線組成。通過跳線將通訊線路定位或重定位到樓層的不同部位。其中水平線纜端接數據和語音均采用24/48口RJ45型模塊式配線架，保留5%的余量用于今后的擴展。采用110式卡接式配線架連接語音主干，采用機架式光纖端接箱連接數據主干，配置相應的數據點的數據跳線和110-RJ45語音跳線，并設置標準電源插座，以便安裝相關網絡交換設備。
8.設備間子系統的設計
設備間子系統由分配線間和主配線間組成。語音主干采用110式卡接式配線架，數據主干采用機架式光纖端接箱，所有設備均安裝在19英寸標準機柜內，交接區應具有良好的標記系統，交接間的配線設備采用色標區別各類用途的配線區，并設置標準電源插座，以便安裝相關網絡交換設備。
9.主干子系統
干線子系統是綜合布線系統的神經中樞，一端始接于計算中心的總配線間，另一端則終接于各個IDF分配線間。主干線纜到各個IDF完成主干的接續。將工作站區子系統、水平布線子系統、管理子系統、設備間子系統、主干子系統五個子系統集成在一起，就形成了完整的結構化綜合布線系統。主干子系統使用大對數雙絞線電纜、光纜實現設備室與各管理子系統間的連接。其中語音主干采用三類大對數非屏蔽UTP雙絞線銅纜，數據主干采用室內多模光纖。
五、展望
隨著新標準、新技術和新產品的不斷出現，國內對智能建筑集成化的要求會不斷提高，隨著全球計算機技術、現代通信技術的迅速發展，人們對信息的需求也是越來越強烈。這就導致具有樓宇管理自動化、通信自動化、辦公自動化等功能的智能建筑在世界范圍蓬勃興起。而綜合布線系統正是智能建筑內部各系統之間、內部系統與外界進行信息交換的硬件基礎。樓宇綜合布線系統是現代化大廈內部的“信息高速公路”，是信息高速公路在現代大廈內的延伸。相信，我國智能建筑集成化的發展趨勢將會更快的向國際化接軌。
參考文獻：
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[3]劉省賢．綜合布線技術教程與實訓．北京大學出版社，2006.
[4]中華人民共和國建設部．智能建筑設計標準．中華人民共和國建設部出版，2007．
視頻數據的接收顯示
①視頻的硬件解碼方式。
在Android平臺之上，默認解碼的視頻格式主要存在兩種，分別是mP4格式和3gp格式。它可以通過MediaPlayer和VideoView兩種方式來對視頻解碼器進行一定程度的調用。MediaPlayer的主要作用是對音視頻媒體文件進行有效地播放，它在音頻的播放方面十分簡單，但在播放視頻時，則需要對SurfaceView進行一定程度的使用，通過它來對畫面進行顯示。而對于SurfaceView來說，它對完全的OPenGLES庫能夠有效的支持，因此相比于自定義的View來說，它能夠在繪圖方面表現出更大的優勢。除此之外，它也可以通過VideoView來播放視頻，videoviewt比MediaPlayer簡單易用，但定制性不如Mediaplayer。
②視頻的軟件解碼方式。
視頻的軟件解碼方式，需解碼H.264格式的視頻，因此，需要在Android平臺之上對解碼器進行一定程度的移植，只有這樣，才能夠有效的擴展Android對視頻格式的支持。一般情況下，要想對視頻軟件解碼方式進行有效的實現，必須要做好解碼器的移植工作，它是實現視頻軟件解碼方式的關鍵。目前狀況下，較為流行的一種方式是通過移植FFmPeg開源庫來實現H.264格式視頻的解碼。
圖片的接收
在圖片的接收方式當中，視頻解碼的功能主要是由服務器端來進行實現的，因此，Android客戶端只需要對解碼后的圖片數據進行有效的接收。然而，這當中也存在著一個問題，那就是傳輸后的數據是解碼后的圖片數據，如果與接收視頻的方式進行一定程度的比較，接收圖片的方式就對網絡寬帶有著更高的要求。隨著經濟的發展，3G技術逐漸普及，在這種環境之下，網絡寬帶的制約將會得到一定程度的緩解。
目前狀況下，在多畫面的視頻監控當中，無論是硬件解碼方式還是軟件解碼方式都存在著一定程度上的不足。而對于圖片接收方式來說，它具有操作簡單,效果優良的特點，下面通過實驗數據來說明各種方式在多畫面視頻監控中的性能。實驗的平臺為Acer平板電腦，型號為A500。在本次試驗當中，解碼的視頻數據的格式均為mp4格式，素材主要存在著三種不同的分辨率，分別為128*96，672*378，800*480。
表2顯示的是硬件解碼的性能。從上表中，我們可以發現硬件的解碼雖然可以對多路視頻進行一定程度上的顯示，但是在畫面的數量上受到一定程度的限制，具體表現在兩個方面：一方面，無論視頻分辨率多低，畫面的數量上限為5路；另一方面，畫面的樹齡與視頻分辨率存在著反比例的關系，畫面的數量會隨著視頻分辨率的增高而出現一定程度的減少。
智能監控的算法
智能視頻監控是在無專人監控的情況下，通過計算機視覺技術對視頻內容進行自動分析，對監控畫面中的變化進行檢測、跟蹤和識別，并對監控目標的行為進行分析和判斷。在智能監控的算法中，運動目標檢測是最基本的一步。運動目標檢測是指在監控畫面中檢測出變化區域并提取出運動目標。目前主流的運動目標檢測的方法有幀差法、光流法和背景減除法等。本文主要采用幀差法作為智能監控算法。
幀差法是在監控圖像中，相鄰兩幀對應位置上的像素進行差分，并通過閡值化檢測出圖像中的運動區域。首先，把前一幀圖像作為背景圖像，與前景圖像相減，隨后對結果進行二值化:背景亮度變化不大時，若差分后的像素值小于預先設定的閡值，可認為此處為背景像素;若差分后的像素值大于閡值，則認為此處有運動目標，將檢測到的區域標記為前景像素。通過標記，便可獲知運動目標在畫面中的位置。此方法的優點:相鄰兩幀的時間間隔較短，用前一幀圖像作為后一幀圖像的背景模型，有很好的實時性，背景不積累，更新速度快，算法計算量小;缺點:閡值選擇非常關鍵:過低，則不能抑制背景噪聲，容易將其誤判為運動目標;過高，則容易漏檢，將有用的運動信息忽略了。而且當運動目標面積較大或顏色一致時，幀差法容易在目標內部產生空洞，無法完整地提取運動目標。
模塊分析
在這一系統當中，主要存在著六個模塊，分別是視頻解碼模塊、網絡接口模塊、畫面顯示模塊、人機交互模塊、智能處理模塊、處理結果顯示模塊。在這六個模塊當中，視頻解碼和智能處理模塊主要是在服務器上進行實現的，其他模塊則在Android終端上進行實現。下面對在Android終端上進行實現的模塊進行簡要闡述。
①網絡接口模塊。對于HTTP，Android提供了三種HTTP通信接口，分別為標準Java接口()、APaehe接口(org.apache.http)、Android網絡接口(.http)。其中APache接口提供了非常豐富、高效的工具包。由于服務器發送的是解碼后的圖片數據，故而客戶端接收到的數據流可以組成一幅圖片。通過Android提供的BitmapFactory.decodeByteAITay()函數，可從接收到的數據流中得到Bitmap格式的對象。
②畫面顯示模塊。為了對畫面顯示進行有效的實現，需要繼承View類，重寫了onDraw（）方法，其中，在onDraw（）方法中所實現的內容，將在界面上顯示出來。定義一個Bitmap對象bmpl，此對象將在畫布中繪制出來(即界面顯示)。
機械臂的模型仿真采用MatLab平臺下的RoboticsToolbox工具箱，從而可以很方便地對機械臂運動學的理論進行學習和驗證。工具箱內部包含了很多機械臂運動學方面的功能函數，如機械臂的坐標變換及機械臂正逆運動等。通過調用Link和Robot兩個功能函數，利用Denavit－Hartenberg參數表來描述機械臂各個連桿間的位移關系，可以在三維空間為機械臂的每一個連桿建立一個坐標系或相對于機械臂底座的相對坐標系，進而確定每一個桿件的位置和方向。在建立多個運動坐標的時候，為了方便，一般建立一張關節和連桿參數的D－H參數表。根據圖4所示的結構模型建立的參數如表1所示。利用表1建立的D－H參數表來進行機械臂數學模型的運動仿真，在Matlab中將6個關節初始角度按照表1設置為θ1=90°、θ2=0°、θ3=0°、θ4=－90°、θ5=90°、θ6=0°。通過調節工具箱中每個自由度對應的活動范圍可以實現機械臂任一關節的位姿運動。
2機械臂控制系統硬件實現
采摘機械臂要實現其特定的動作離不開控制系統的支持，其控制系統主要由AVR主控板和舵機控制擴展板組成，此外還有一些輔助的硬件模塊。例如，使其系統穩定工作的開關電源模塊、調整工作姿態的鍵盤模塊、實現人機對話的顯示模塊和語音播報模塊。同時，為了實現在上位機上的監控，設計了基于MAX232的串行通信接口。
3機械臂控制系統軟件實現
機械臂控制系統軟件主要由主控板控制程序和上位機監控程序兩部分組成。采摘機械臂主程序流程如圖8所示。整個程序主要是通過鍵盤模塊上按鍵的控制來切換操作模式，也可以在上位機設計的監控軟件中來進行模式的選擇判斷。主程序主要由單自由度功能模式、多自由度功能模式、軌跡規劃功能模式這3種工作模式組成，通過這3種工作模式，可以完整的展示采摘機械臂的整體自由度配合情況。為了在上位機上實現對機械臂的監控，借助于Labview軟件設計了機械臂上位機控制系統。Labview使用的是圖形化編輯語言G編寫程序，產生的程序是框圖的形式［6］。根據需求選擇合適的控件并進行合理的布局，就可以構建一個美觀的儀器儀表界面。設計的控制界面如圖9所示，該界面包含有六個舵機的數據監控轉盤、串口通訊設置、速度調節滑塊、按鍵模塊。通過RS232通信協議該監控軟件可以實時的實現對六個自由度轉角和方向的控制，其中舵機轉盤上的數值代表脈寬值，其可調整的范圍為500～2500μs，代表舵機相應的角度為0°～180°。在上位機上的控制信號發送給AVR主控制板，主控制板對接收到的上位機數據進行分析處理，將需要的運動形式及參數發送給舵機控制板，各個舵機根據接收到的控制數據進行相應的動作響應。
4結語
如圖5，本設計前端裝配有CMOS模組，該CMOS模組包括CMOS圖像傳感器7、前端的成像物鏡8、照明光源9、FPC軟性線路板6．CMOS圖像傳感器貼在FPC軟性線路板上，其電源信號線放置在CMOS模組電源信號線腔道2內．照明光源9采用近紅外LED，代替傳統可見光LED．CMOS模組成像物鏡8朝向吸引窗4的方向，準確地觀察孕囊的位置以及術中吸宮時宮腔里面的情況．CMOS模組后面有一個楔形塊5，起到固定CMOS模組的作用，防止CMOS模組在吸引管中晃動而影響成像效果．CMOS攝像頭采用廣角攝像頭，攝像頭可以觀察到最大范圍的夾角為β，即視場角β≥90°．吸引管的軸向方向與CMOS成像物鏡的中心軸之間的夾角為α，100°≤α≤135°．CMOS模組前端放置一個透明隔板13，防止手術出血時污染CMOS模組鏡頭．術中人工流產吸引管后接負壓吸引器，實時觀察宮腔內視頻圖像，進行定點吸引；當吸引管吸引宮腔組織時，宮腔壓力會急劇增加，可以從減壓入口10，通過減壓出口16向外排液，減小宮腔壓力，避免宮血逆流入腹腔．CMOS攝像頭模擬信號通過WDM采集卡進行采集，應用程序通過DirectShow與WDM視頻采集卡驅動程序無縫對接的特性，通過操作DirectShow過濾器完成對視頻信號的采集．在可視的情況下進行流產手術，實現真正的全程可視化人工流產．吸光度是指波長為的光線通過溶液或者某一物質前的入射光強度與該光線通過介質后的透射光強度比值的對數．在近紅外光波段，由于近紅外光透過血液的吸光度低于可見光的吸光度，近紅外光通過血液后的透射光強度比可見光大，CMOS攝像頭接收透射光強度大，CMOS攝像頭成像效果較好．為此在血液環境下進行了近紅外光模擬實驗，來驗證在CMOS攝像頭在近紅外光條件下較可見光條件下，具有更好的分辨能力．
2近紅外光模擬實驗
本實驗設計的透過血液的近紅外光成像系統示于圖6，主要有可見光、850、940nm主波的LED燈珠、鹵素光源（LS3000）、傳光光纖、支架、黑匣子、CMOS攝像頭、視頻采集盒、窄帶濾色片（10nm）、比色皿．比色皿的光程分別為03、05、1mm．窄帶濾色片（透過率T＞80％）的波長分別為800、850、900、925、975、1000、1025、1050、1075nm．實驗用的血液樣本來源于南方醫科大學附屬南方醫院，采用檸檬酸鈉9NC真空抗凝管采集，采集后12h之內測量．在不同光源條件下用CMOS攝像頭透過不同厚度的血液（03、05、10mm）觀察比色皿另一側不同間隔距離（分別為05、10、15、20、25、30、35、40、45mm）的線條成像效果．選擇光程不同裝滿血液的比色皿，其光程大小表示血液的厚度．整個實驗裝置放在黑匣子里面，以減小實驗過程中自然光對實驗結果的影響．
3實驗結果與分析
3．1可見光、近紅外光LED光源的實驗結果與分析
實驗中，選擇可見光LED，850、940nm主波的近紅外LED直接作為照明光源．CMOS攝像頭透過03、05、10mm厚度的血液，觀察比色皿另一側不同間隔距離的線條成像效果．從表1、表2、表3可以看出紅外LED發出的近紅外光可以穿透一定厚度的血液并且使CMOS攝像頭成像效果比可見光LED條件下好．驗證了以上設計的合理性.CMOS光譜響應受Si半導體材料限制，同種Si材料的光譜響應基本一致，其光譜響應區間從400～1100nm，峰值響應在近紅外附近；在近紅外區域，隨著波長增大，CMOS傳感器的響應度與量子效率都發生改變，進而影響到CMOS的成像效果［14］；因此如何確定在血液環境下使CMOS攝像頭成像效果最佳的波長成為關鍵．
3．2不同波長近紅外光的實驗效果與分析
在血液環境下，為了進一步確定可以使CMOS攝像頭成像效果最佳的波長，進行了不同波長的近紅外光成像實驗．由于近紅外LED燈珠各個波段波長不好控制，用紅外光源、濾色片以及傳光束代替近紅外LED進行原理性驗證．下面以近紅外穿透03mm厚度血液為例，進行原理性的實驗驗證，不會對理論實驗結果造成偏差．實驗中，選擇鎢鹵燈光源（波長360～2000nm），10nm窄帶濾色片（波長分別為800、850、900、925、975、1000、1025、1050、1075nm）組成的單一波長的近紅外光，作為照明光源，用傳光束進行照明．進而觀察裝滿血液的光程為03mm的比色皿另一側不同間隔距離的線條成像效果．從表4可以看出照明光源采用波長為900nm附近的近紅外光，可以使CMOS攝像頭在有血液的情況下成像效果最佳．進一步確定了在血液環境下使CMOS攝像頭成像效果最佳的近紅外波長．
4結論
數控技術利用數字信號控制執行機構完成某種功能，實現自動化。隨著我國計算機技術的變革，微小型計算機數字控制CNC是當今制造高精度、高質量以及形狀復雜產品的基礎設施，屬于制造技術的關鍵環節。對于一般數控系統組織，運算器接收、運算、處理輸入裝置的指令或數據，并不斷向輸出裝置送出運算結果。控制器能根據指令控制運算器和輸出裝置來實現各種操作及控制整機的循環工作，使數控系統執行所要求的運動，其中伺服驅動把來自控制器的脈沖信號經過功率放大、整形后，轉換成執行部件的平移、進給或旋轉等運動，主要包括驅動裝置和執行結構兩大部分。驅動裝置由進給驅動單位電機、主軸驅動單元等組成，步進電機、直流和交流伺服電機是常用的伺服元件。執行機構根據控制器發出的指令信號，完成驅動裝置對系統旋轉和進給運動的控制。作為數控系統改進生產設備的實例，數字噴印技術是非接觸印刷技術的主流，以低廉的價格和精美的印刷質量越來越受到用戶的青睞。數字噴印吸收噴墨打印等新技術，墨水經過噴腔組件的小孔射出，噴印器在基材上方以高速度噴射墨水，同時晶體振蕩器高速縱向振蕩，使墨線分裂成一系列大小和間距相等的墨點，機器內部微處理器監視回饋的信號，隨著物體的移動，更多的墨點打在物體表面就形成了字符或圖線。經調研，市場上還沒有針對薄膜開關制造工藝而開發的專業噴印設備，部分生產廠家引入用于廣告噴印的噴墨打印設備進行面板的噴墨印刷，主要有2種：熱泡式噴墨打印機和平板式噴繪機。深圳某公司生產的熱泡式噴墨打印機，采用愛普生配件，底座同步，并采用步進交流電機和IC芯片控制模塊化。由于該打印機源于辦公打印機技術，墨量不厚，所以不能采用UV油墨，不能立體打印，且印制速度慢，無法滿足規模化生產。廣州某公司生產的平板噴印機，采用陶瓷壓電式工業高速Konic，XAAR等噴頭，由多色噴頭組成單模組，且UV光跟隨固化，可形成立體墨痕和噴印彩色圖案，但不能用于電路噴印。由于該打印機在制造中各工序對位困難，故不能完全滿足彩色面板、上電路、絕緣層、下電路的套印，工序切換速度慢，不符合一次流水套打的工藝要求。為了提高定位精度，采用計算機視覺定位技術、MARK高精度光學影像定位系統及圖像AOI技術，印制精細度達0.1mm，對位精度≤0.2mm。采用多噴頭陣列高速流水噴印技術，以4—12個噴頭為1組并行噴印，從而實現高速輸出。為消除噴頭間噴印干擾，對12個噴頭的噴印進行同步控制。采用2套獨立控制電路，分組傳輸，每組噴頭數不超過6個，從而能保證一般的4色彩油墨、金屬導電油墨、特色工藝油墨的噴印陣列。DSP的定位圓圖像采集及參數提取更進一步提高了定位精確度和噴印速度。設計的陣列雙模式噴印平臺基于數字控制器現場可編程門陣列（FPGA），DSP，PC及軟件，由程序協調操作FPGA等多芯片運作，同時解決數據分配、時分信號和信號優化等數據處理問題。在數控系統中可以利用FPGA處理接口板與上位主控板之間的數據傳輸，接收下位伺服的反饋信號，監測伺服電機的工作狀態。針對x，y，z和w方向的移動，利用可靠性、可編程多軸控制器構建精確位置控制系統。以PLC控制變頻電機為執行元件，通過RS-485通信實現驅動單元的遠程控制，提高系統的集成度與可靠性。基于以上設計和工藝，集成高速、柔性、精密配套技術以及制造工藝，利用數控系統的核心技術，噴印平臺簡化了傳統工藝流程，只需改變電氣參數就能完成不同的噴印任務，不需要為新產品的每一次改動而制作網版。設計的陣列噴印流水式裝置通過交錯及斜裝陣列組合模式，由12通道靜態噴頭陣列與4通道動靜雙模式噴印模組構造，雙模式構造能保證噴印清晰度和速度，解決縫接及拉線等問題。該裝置能快速完成維護和噴頭更換，提高了設備的靈活性和生產效率，其平臺抗震、抗干擾能力較好，符合IP54標準。
2陣列雙模式噴印平臺的控制模塊
2.1主要控制單元
作為一種典型的控制不同組合對象的多參數數控噴印平臺系統，既有平移、旋轉運動控制和圖像識別輔助控制，又有噴墨頭的溫度、流量等過程控制。為保證高速陣列多噴印頭的數據協調、時控合理，核心控制模塊采用WDM類設備驅動程序架構和MINIPort層間驅動協議，驅動程序用VC編寫和調試，使其達到4路USB準同步數據傳輸，時間關鍵幀技術保證操作系統達ms級響應。發揮硬件和軟件的開放性，實現數控系統和伺服控制系統間的通訊、加工代碼的自動生成、最佳模切順序和最短空程路徑。模塊化設計后則重點關注控制器、數據處理、I/O系統、驅動接口等子模塊，以上位機數控系統來擴展網絡控制系統，使用計算機數控系統與FPGA控制器完成接口驅動，控制模塊見圖2。噴印控制電路系統重點包括基于FPGA的主控部分、基于DSP的定位圓圖像采集及參數提取部分。采用現有控制技術的理論方法和技術條件，以FPGA嵌入式為主控制系統，FPGA有豐富的邏輯硬件資源，CycloneIIFPGA芯片有DSP系統、硬件協處理器、接口系統、通信系統、存儲電路以及普通邏輯電路等功能子系統，能解決傳統寬幅噴印機對大量圖像數據在上下位機之間和系統內部傳輸速度的瓶頸。利用DSP實現復雜的電氣控制算法，提高對字車電機和走紙電機運動的精度控制，從而提高寬幅噴印機的噴印精度。系統還開發了FPGA的時鐘同步系統，在上位機獲取時間戳并通過FPGA硬件電路矯正晶振頻率的動態補償，實現數控系統的精確時鐘同步。FPGA主控部分主要包括USB接口模塊、噴印數據處理模塊、噴頭驅動模塊、溫度控制模塊、驅動電壓調整模塊、噴印圖像存儲及糾偏模塊與DSP接口模塊等7部分。
2.2模組控制單元的數據處理
FPGA接收數據并處理數據，發送數據到噴嘴、電機、相機等數字終端，數據緩沖區則使用多片DDR2，以加快數據傳輸速度。對輸入數據進行分組，基于FPGA內核改變時鐘域意味著整個噴墨頭的處理在1個時鐘周期內實現多目標的同步時鐘系統。通過使用VHDL編寫的時序程序發送控制字到FPGA的UART接收模塊，根據控制字的不同，調整相應的數據，電機模塊根據控制字產生相應的脈沖和控制信號，控制噴頭電機的啟停、方向和速度等數值，利用FPGA實現復雜的邏輯時序的控制信號。事件驅動控制的機電驅動系統也在FPGA實現，由有限狀態機（FSM）定義所有可能的實現方向數據。其中，USB接口模塊在每批次噴印開始前用于接收計算機發送下來的原始噴印圖像，并將存儲在外部緩存當中的定位原圖像上傳至計算機，用于在人機界面上檢查初始標定參數是否正確。當噴印過程開始后，USB接口模塊用于與計算機交互噴印過程中的實時參數，噴印數據處理模塊用于將待噴印圖像的像素數據進行拆解，并重新封裝成適合噴頭噴印的數據格式。噴頭驅動模塊用于計算時設置的有關噴印參數信息轉化為適合噴頭噴印的時序，以此時序來精確控制噴頭的噴印。溫度控制模塊用于實時調整并顯示噴頭的溫度，驅動電壓調整模塊用于實時調整噴頭驅動電壓的幅值及幅寬，存儲噴印圖像及工藝MARK參數信息處理，可以保證噴印位置的準確性。利用CycloneIIFPGA的并行執行特點，對2—4排噴嘴的數據進行處理及分配，實現實時噴射控制、裝置控制邏輯與狀態管理。多排噴嘴的數據收發1次，先將此行像素拆分成奇數像素數據和偶數像素數據，再將這2部分像素以相反的順序發送至噴頭，就能噴印1行完整的像素點矩陣。此時，將首先在存儲中開辟一個動態的全局緩存，存放所要噴印的一排像素數據，再為若干個噴頭分別開辟單獨的緩存區和獨立的進程，這些獨立的進程將通過一定的交換機制，與其他相關進程進行數據交換，所有與噴頭相關的進程完全并行，因此整個過程除了USB數據的接收外，其他部分所消耗的時間只相當于處理一個噴頭數據所消耗的時間，從而提高數據處理的速度。
3結語
水平控制系統閉環控制結構如圖1所示，圖2是系統硬件結構框圖。系統主要由姿態測量部分、非線性控制器與液壓執行部分組成，各部分作用是:姿態測量部分檢測平地鏟水平傾角，非線性控制器根據傾角信息對電磁閥施加PWM脈寬控制信號，液壓執行部分通過扭矩輸出使平地鏟保持在水平位置。系統的硬件包括Cotex－M3處理器、ADIS16355及SD卡存儲器等。Cortex－M3處理器使用了ARMv7－M體系結構，具有較高的性能和較低的動態功耗［9］。從性能能上看，Cortex－M3處理器可以作為本文的融合算法以及控制算法的硬件實現。Cortex－M3處理器使用SPI接收來自ADIS16355的數據并保存在SD卡存儲器。其采樣得到的三軸角速度和加速度計數據通過傳感器信息融合測量，從而得到平地鏟水平傾角;數碼管用于顯示當前測量角度和控制參數等，可通過按鍵改變顯示模式和參數調整，兩者組成簡單的人機界面，易于調試;RS232串口主要用于接收高精度姿態航向參考系統AHRS500GA發送的數據。
2融合算法與控制算法
2．1基于卡爾曼濾波的姿態解算算法利用加速度計對重力矢量進行觀測，以觀測值同重力常量的誤差值修正陀螺對姿態角的測量值，設計卡爾曼濾波器對狀態進行融合估計［10］。根據該方案，傳感器信息融合處理過程如下:1)利用式(6)計算更新四元數，并轉換為姿態角。2)觀測矩陣
2．2控制系統數學模型根據平地鏟運動特征，建立平地鏟的抽象物理模型，如圖3所示。按以下方法建立平地鏟運動的載體坐標系xoy:以平地鏟質心o為零點，系統輸入量x為液壓系統閥芯位移，輸出量y為油缸位移，平地鏟轉動傾角為θ，建立傳遞函數模型。
2．3控制器的算法設計
2．3．1適用于平地鏟運動的控制算法考慮水田激光平地機的作業特點，控制系統在設計上必須保證平地鏟在傾角角度情況下能夠迅速回位到水平位置，并且盡量減少超調和避免振蕩。傳統PID控制有較好的適應性，但是還不能提供最優控制，其結果是導致超調失效而影響控制效果。目前，基于動態補償的最優控制在工業中得到應用，其特點是能夠準確反映信號的變化趨勢，產生有效的早期修正信號，以增加系統的阻尼程度，從而改善系統的穩定度［12］。本文鑒于非線性系統近似最優PD控制的特性，引入其算法，針對平地機做出相應修改，進行相應嘗試。控制器框圖如圖4所示，姿態測量單元提供位置反饋θ。積分控制、比例控制以及微分控制的作用如下:①積分控制放在前饋通道，其作用是抑制平地鏟在受到外界恒定負載情況下產生的輸出誤差，增益輸出為y0=K1θ。②比例控制作用輸出為y3，等于兩次連續位置反饋值的差值，增量y1等于信號y0減去y3，通過數字積分器累加。③微分反饋信號y2提供參考速度，其大小正比于平地鏟輸出轉速，與參考信號y1組成一個局部的速度內環。微分控制器設計目的是適合平地鏟在大干擾情況下的操作。④系統輸出轉矩的參考值為Trf，送入零階保持器，輸出力矩實際值為Tcm。Tcm正比于零階保持器的輸出。
2．3．2控制器參數的確定平地鏟運動機構近似于二階系統，有以下方程成立。
2．3．3輔助補償器的設計采用Lyapunov再設計方法設計輔助補償器以補償非線性部分和外界擾動對PID控制器的影響。對于漸進穩定的線性系統，必存在實對稱正定矩陣P，滿足以下關系。
3試驗與分析
為了驗證本文提出的平地鏟水平控制系統，本文進行融合算法的驗證試驗以及平地機田間試驗。
3．1傳感器融合算法驗證試驗
3．1．1試驗方法通過AHRS500GA同步測量平地鏟姿態信息并作為準確數據，驗證基于ADIS16355的姿態測量單元有效性。美國Crossbow公司生產的AHRS500GA是高精度慣性姿態測量器件，其采樣頻率為100Hz，測量精度為:航向角0．2°RMS、俯仰角0．03°RMS、橫滾0．03°RMS［15］。融合算法的驗證實驗步驟如下:①在平地機上安裝水平控制系統，保證系統坐標系與載體坐標系一致;②啟動系統，人為搖動平地鏟，同步記錄ADIS16355與AHRS500GA數據;③PC平臺上運行MatLab融合程序對采樣的數據進行處理。
3．1．2試驗結果分析圖5為一次典型的試驗結果，圖5(a)為平地鏟傾角測量值對比，圖5(b)為局部放大結果。1)從圖5(a)、6(b)中可見，0～400s區間平地鏟振動較小時，利用加速度計計算傾角值較準確;當外界擾動導致振動加劇時，誤差可達±5°以上，無法單純用加速度計解算姿態角。2)本設計姿態測量單元能準確測量平地鏟動態傾角。由圖5(b)可見，在動態環境下融合結果能與AHRS500GA提供的參考傾角結果呈現良好的一致性，其誤差絕對值不超過±1°。3)通過傳感器實時判斷平地鏟運動狀態，利用加速度計對重力矢量觀測值來修正陀螺漂移，可以有效降低姿態角計算誤差。
3．2平地機田間試驗
3．2．1試驗方法組裝好平地機的高程和水平控制系統，在水田進行平地試驗，開啟以上系統并保證正常工作，記錄相關數據。圖6所示為水田激光平地機田間作業后的場景，可以看出平地效果良好。
3．2．2試驗結果分析圖7所示曲線為平地機平地過程中控制系統所測量的平地鏟水平傾角。田間試驗結果分析如下:1)從圖7(a)可知，平地鏟傾角變動基本控制在±1．5°以內且漸進穩定，滿足平地機作業要求。2)從圖7(b)和7(c)可知，在外界干擾較大導致平地鏟晃動嚴重時，水平控制系統起作用，通過PWM輸出反向力矩，使平地鏟恢復到水平位置，其過程是漸進穩定的。3)由于在控制算法推導過程中，平地鏟的傳遞函數是簡化和抽象的，如忽略機械連接部分的間隙、撓度，液壓油缸對于控制系統的響應有延遲現象等，最終導致了控制系統的效果受到影響。
4結語
1.1雙軸陽光追蹤裝置數學模型
裝置采用高度角和方位角的全追蹤方式，又稱為地平坐標系雙軸追蹤。工作平面的方位軸垂直于地平面，另一根軸與方位軸垂直，稱為俯仰軸。陽光追蹤系統通過實時計算，求出裝置所在地的太陽位置。工作時工作平面根據太陽的視日運動計算結果繞方位軸轉動改變方位角α，繞俯仰軸作俯仰運動改變工作臺的傾斜角β，從而使工作平面始終與太陽光線垂直。工作平面方位角α與太陽方位角A相等，傾斜角β與太陽高度角h互余，如圖1所示，因此只要計算出太陽的方位角A和高度角h即可確定當前工作臺應該保持的姿態。這種追蹤系統的特點是追蹤精度高，而且工作臺承載器件的重量保持在垂直軸所在的平面內，因此結構簡單，易于加工制造。
1.2陽光追蹤控制系統結構
本系統機械本體具有兩個自由度并具備自鎖能力，可以調節安裝在工作臺上物體的位姿，以對準太陽高度角和方向角。單片機根據時間及當地經緯度計算出此時當地的太陽位置，并產生脈沖信號給步進電機驅動器，控制步進電機進行相應動作，并通過電子羅盤HMC5883L和加速度計MPU6050進行檢測反饋。操作者可通過人機交互模塊查看或改變系統的運行參數，如角度、時間、電機轉速等信息。
1.3系統工作流程
控制系統上電后，系統根據時間，判斷太陽是否落山，是則進入待機狀態；如沒有，則自動進入對正模式，系統將根據時間及當地經緯度計算出的此時太陽高度角及方位角，并實時與MPU6050檢測到的工作臺傾角及HMC5883L檢測到的方位角比較求出角度差，轉換成控制脈沖輸出步進電機驅動器，使機構對正太陽方位，對正后等待一個設定時間，進行下一次對正。
2太陽角度計算及參數修正
2.1太陽主要角度計算
根據天文學及航海學中常采用的天球坐標系可以方便地對天體的運動進行觀測及追蹤。通常的方法是在太陽與地球間建立天球赤道坐標系主要包括天軸PNPS、天赤道、以及天體時圈。在觀測者與太陽間建立天球地平坐標系包括測者天頂Z、天底Z￠、測者真地平圈、垂直圈、測者午圈，其中太陽在天體時圈和垂直圈的交點上，如圖2所示。根據天球坐標系的相關定義，有太陽赤緯角δ，當地的緯度φ，太陽時角t，太陽高度角h，太陽方位角A，從1月1日開始的天數被稱為積日N。在天球上以仰極、天頂和天體為頂點，通過這些點的大圓弧為邊所形成的三角形稱為天文三角形，或稱為位置三角形。由于要求解的角度與星體距離無關，所以假設以地球為中心，太陽到地球的距離不變，從而可以用角度來表示弧長。
2.2HMC5883L數據校準
電子羅盤主要是通過感知地球磁場的存在來計算磁北極的方向，然而由于地球磁場在一般情況下只有微弱的0.5高斯，外界的各種磁場干擾都很容易對檢測結果造成影響。理想狀態下，電子羅盤水平轉動一周，兩個水平方向磁場矢量的輸出為圓形。當存在外界磁場干擾的情況時，測量得到的磁場強度矢量將為該點地球磁場與干擾磁場的矢量和，使羅盤輸出曲線的圓心發生偏移。羅差使羅盤輸出轉變成橢圓，因此將羅差校準的問題轉變為橢圓擬合問題。
3結論
35kV變電站無人值守自動化系統的設計原則就是通過智能電網的理念，對整個縣級電網進行建模，得到安全可靠的設計方案，以保證電網穩定運行。35kV變電站無人值守自動化系統最重要的設備是集控站，其負責整個系統的監控管理、數據收集、數據處理等［4］。無人值守系統較常規系統相比增加了微機自動巡視和跟蹤功能(見圖1)。受控子站主要包括測控通訊模塊、遠動通信模塊、微機五防模塊、網絡通信模塊、保護測控模塊、視頻監控模塊等，由這些子站實現數據實時采集、通信、終端控制等功能。這些受控子站的分布模式主要有集中式、集中分布式、分散式3種［5］。本設計中采用的是許繼集團CBZ8000自動化系統，包括站控層、通訊層、裝置層3部分(見圖2)。整個系統采用面向對象設計，系統結構簡單，不設置總控單元，測控單元均為模塊化結構并分散式安裝。無人值守自動化控制系統，在遙測和遙信的基礎上實現遙控和遙調功能。集控主站內的電氣設備主要有:接地裝置、35kV進線、斷路器、無功補償裝置、電源、主變壓器、10kV饋線等。
2后臺監控系統設計
CBZ8000自動化系統支持WindowsXP操作系統，利用SQLServer2000構造數據庫，基于VisualBasic語言編制程序。實現無人值守自動化模型，需要得到正確的網絡拓撲連接，實現系統實時分析。上述算法即為網絡拓撲連通性的驗證，網絡節點矩陣自動生成可以大大降低計算工作量。進入監控系統前要完成登陸，系統設計時一定要根據不同的用戶組設置不同的權限，進入登陸系統后就可以查詢各個子系統的狀態，還可以查看整個變電站的運行數據(見圖3)。監控系統還可以查看變壓器和進線的調度，如感性有功電度、感性無功電度、容性有功電度、容性無功電度等。變電站出現故障后，會彈出報警界面，同時記錄下超限值和發生故障的時間，工作人員需要查看上邊的提示，通過保護裝置進行操作。本設計采用的終端設備是WYD—800系列RTU，由測控設備完成初始數據采集和預處理，經以太網由終端設備傳輸到集控站。較以往系統相比，本次設計中改進了微機五防操作系統，主機可以基于規則庫中的數據對實際數據進行邏輯對比，并生成相應的操作程序。操作票專家系統設置了5種開票方式:圖形開票、專家庫開票、調用典型票、手工開票、歷史操作票。
3遙視系統設計及測試
現有變電站一般都具有四遙系統，本設計在這個基礎上增加了遙視系統，即遠程視頻監控系統。此系統可以實現以下功能:監控35kV變電站變壓器和主要設備情況;對周圍環境進行監控并實現消防系統報警;對門禁情況進行中心控制;輔助電力生產減少工作量。變電站遙視系統設備主要有:可控攝像機、煙霧傳感器、紅外傳感器、電源、計算機、交換機、服務器等(見圖4)［6］。中心監控服務器是本系統的核心，承擔著工作人員與前端設備聯絡的任務，其可以實現服務器模塊管理、監控系統設置、身份認證、權限管理、視頻設備管理、鏡頭分組、報警和聯動、中心錄像、數據檢索、電子地圖等功能。遙視系統應用時，工作人員可以在集控站對變電站受控設備進行遠程巡視，實現無人值守變電站的自動控制功能，并結合視頻監控系統和圖像監視系統提供的數據，遠程控制現場球形攝像機(見表1)。
4結語
自動調焦系統利用精密線繞電位器檢測準直鏡的位置，由電位器的中心抽頭取出的電壓、溫度采樣值和接收的主控計算機距離信息送DSP進行運算，得出誤差電壓值。如果誤差電壓不等于零，DSP送出驅動脈沖，經功率模塊放大驅動步進電機轉動，通過機械傳動帶動準直鏡移動，同時也帶動檢測電位器的轉軸向減小誤差電壓的方向旋轉，直至誤差趨近于零，系統處于平衡狀態，以達到最佳的成像效果。
2系統設計
2．1DSP模塊
采用DSP(TMS320F2812)作為自動調焦系統核心。TMS320F2812是TI公司針對數字控制領域而推出的，具有控制精度高、速度快、使用靈活以及集成度高等優點，已廣泛應用于工業自動化、光學網絡以及自動化控制等領域。TMS320F2812的CPU運行速率可以達到150MIPS，數據總線為32位，內部集成乘法累加器，指令采用流水線處理，使得數據處理的能力大大增強;同時在片內還集成了128KB×16位的Flash存儲器和18KB×16位的SARAM存儲器。針對數字控制領域，還集成了兩個事件管理器(可以發送12路PWM信號)，為電機及功率變換控制提供了良好的控制功能，還兼有死區控制功能。本系統并沒有使用TMS320F2812全部外設接口，而只是使用其中的一小部分，如GPIO接口和EVA/EVB接口。由于采用可編程邏輯器件(FPGA)，使得DSP的硬件電路設計非常簡單。將DSP的數據總線、地址總線、讀寫控制線以及中斷信號線都引入到FP-GA中，根據特定的要求，在FPGA內完成時序和邏輯設計，如為TL16C654、AD7864提供地址選通信號等。由于電機的信號線、限位開關線數量很多，需要本系統的I/O口的數量較多，還需要在FPGA內完成擴展I/O口的功能。
2．2FPGA模塊
選用Cyclone系列FPGA中的EP1C12Q240C8作為整個系統的時序和邏輯控制核心，EP1C12Q240C8提供12060個邏輯單元(LE)和173個I/O口，可以內嵌4K的RAM。采用模塊化的設計思想，對FPGA設計進行模塊分解，FPGA需要擴展I/O口的功能，產生PWM調寬波信號，還需要為TL16C654和AD7864提供片選和讀寫信號等。TL16C654地址譯碼模塊:在FPGA內部，針對DSP的讀寫以及地址信號進行譯碼，為TL16C654提供讀寫信號以及片選等信號。AD7864地址譯碼模塊:對DSP的地址信號進行譯碼，為AD7864提供讀寫、片選以及通道選擇等信號。在設計FPGA時，采用VHDL開發語言，在Quar-tusII環境下開發程序。根據FPGA的設計框圖，在設計程序時采用模塊化的設計思想。每個模塊都獨立設計(即每個模塊都是一個文件)，最后建立一個頂層文件，將各個模塊有機地聯結起來。
2．3串行收發模塊
自動調焦系統與主控計算機通信時，必須要提供串行通信接口，這里采用TL16C654完成并行數據和串行數據之間的轉換。控制器在與其他分系統進行串行通信時，由TMS320F2812作為控制核心，間接控制TL16C654串行發送或接收。FPGA是DSP和TL16C654之間通信的橋梁，為TL16C654提供片選和讀寫信號。當TL16C654的接收FIFO滿等情況發生時，會產生中斷信號，FPGA對TL16C654的中斷信號組進行處理，然后向DSP發送中斷信號，并協助DSP得到TL16C654發出中斷的通道號。TL16C654在發送或接收數據時，可以采用中斷或查詢的工作方式。在控制器與外部進行串行通信時，TL16C654在接收時采用中斷方式，發送時采用查詢方式。
2．4模擬量采集模塊及數字溫度傳感器
模擬量采集選用美國模擬器件公司生產的AD7864模數轉換芯片，分辨率為12位，可實現4通道同時采樣。數字溫度傳感器采用型號DS18B20，DS18B20與微處理器連接時僅需要一條口線即可實現雙向通信，測量范圍:－55℃～+125℃，分辨率0．5℃。
2．5電機驅動器及執行電機
步進電機驅動采用UP－4HB01B步進驅動芯片。它把FPGA發出的脈沖信號轉化為步進電機的角位移，FPGA每發一個脈沖信號，驅動器就使步進電機旋轉一步距角，步進電機轉速與脈沖信號頻率成正比。該驅動芯片適用于四相六出頭混合式步進電機，單極恒壓驅動，四相八拍勵磁方式。執行電機選用常州微特電機廠生產的混合式步進機，型號為42BYG015，電機為混合式四相步進電機，按四相八拍方式工作，步距角為0．9°。
3結論
