前端設(shè)計(jì)論文

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前端設(shè)計(jì)論文:雙流機(jī)場(chǎng)天氣雷達(dá)接收前端國(guó)產(chǎn)化的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

摘 要：為提高雙流機(jī)場(chǎng)天氣雷達(dá)正常運(yùn)行的保障力度。經(jīng)過綜合考慮和調(diào)研，西南空管局氣象中心決定對(duì)天氣雷達(dá)射頻接收前端系統(tǒng)進(jìn)行國(guó)產(chǎn)數(shù)字化改造，包括限幅器-LNA組合前端、下變頻器、中頻部件等器件。射頻接收前端系統(tǒng)改造完成試運(yùn)行后通過參數(shù)測(cè)試，在功能上已基本滿足使用要求。為雷達(dá)產(chǎn)品對(duì)比分析和其他器件的國(guó)產(chǎn)化改造工作打下了基礎(chǔ)，希望能對(duì)其他采用進(jìn)口天氣雷達(dá)的氣象部門有一定的借鑒意義。

關(guān)鍵詞：雙流機(jī)場(chǎng)天氣雷達(dá) 國(guó)產(chǎn)數(shù)字化改造 射頻接收前端系統(tǒng) 對(duì)比分析

雙流機(jī)場(chǎng)天氣雷達(dá)由美國(guó)EEC公司生產(chǎn)，于2003年投入使用，所用接收機(jī)為模擬接收機(jī)。作為接收機(jī)重要組成部分的射頻接收前端系統(tǒng)是衡量接收C動(dòng)態(tài)性能的關(guān)鍵部件[1]，它主要包括限幅器-LNA組合前端（限幅保護(hù)器、低噪聲放大器）、下變頻器（C波段濾波器、低噪聲放大器、混頻器和中頻濾波器）、中頻部件（線性中頻放大器、中頻濾波器、功分器和對(duì)數(shù)放大器）等，由于產(chǎn)接收機(jī)的范疇，因此該系統(tǒng)也包含了頻綜這一部分。射頻接收前端系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)如圖1所示。除頻綜以外，其他部分全部封裝在一個(gè)屏蔽盒內(nèi)。電源部分對(duì)射頻接收前端系統(tǒng)供電，頻綜的5 660 MHz輸出通過一個(gè)腔體窄帶濾波器處理后，其頻譜更純，作為接收機(jī)的本振信號(hào)。由于頻綜工作時(shí)發(fā)熱較為嚴(yán)重，因此特別設(shè)計(jì)了一個(gè)冷卻風(fēng)扇，來對(duì)頻綜進(jìn)行風(fēng)冷處理。這一搭配從原理和性能上均有不錯(cuò)的表現(xiàn)，但是由于發(fā)射射頻信號(hào)為5 630 MHz，正好落在一個(gè)寬頻的其他干擾信號(hào)的頻帶內(nèi)，造成接收信號(hào)的異常。為解決這一問題，將設(shè)計(jì)[2]改成在頻綜的上層，增加一個(gè)變頻電路，使發(fā)射信號(hào)偏離干擾頻帶。

1 系統(tǒng)信號(hào)流程

1.1 發(fā)射信號(hào)

頻綜輸出47.5 MHz、5 560 MHz和5 630 MHz 3個(gè)相參的、正弦連續(xù)波信號(hào)[3]。47.5 MHz參考信號(hào)被一個(gè)功分器一分為二，一路仍然作為數(shù)字接收機(jī)與信號(hào)處理器的參考基準(zhǔn)輸入，另一路則作為變頻器的輸入信號(hào)。變頻器由ZMX-7GR無(wú)源混頻器擔(dān)任，將頻綜輸出的5 530 MHz信號(hào)作為混頻器的本振輸入信號(hào)；將混頻器的中頻輸出端用作信號(hào)輸入端，送入47.5 MHz信號(hào)；將混頻器的射頻輸入端用作變頻輸出端，進(jìn)行混頻處理，得到混頻后的5 582.5 MHz信號(hào)和其他頻率成分。通過腔體窄帶濾波器后，5 582.5 MHz信號(hào)輸出，其他信號(hào)被濾除掉，該信號(hào)作為發(fā)射射頻信號(hào)。5 582.5 MHz的發(fā)射射頻信號(hào)，被送入射頻前置放大器（即前面提到的發(fā)射信號(hào)產(chǎn)生與驅(qū)動(dòng)電路）中，首先被調(diào)制成具有升余弦形狀的射頻脈沖，然后被放大到具有足夠的輸出功率（≥8 W）。

速調(diào)管功率放大。該信號(hào)被輸入到速調(diào)管（這時(shí)主要增益級(jí)），進(jìn)行功率放大，作為功率微波源，從天線發(fā)射出去，探測(cè)氣象數(shù)據(jù)。

1.2 接收信號(hào)

降水目標(biāo)產(chǎn)生的回波，被天線接收以后，通過饋線送到接收前端。

為了回波信號(hào)的信噪比不至于因?yàn)橥S電纜傳輸?shù)乃p而明顯下降，高頻放大的第一級(jí)前移到這里來。信號(hào)被放大后，傳輸衰減的影響大為減少。

濾除帶外信號(hào)，對(duì)傳輸衰減進(jìn)行補(bǔ)償性放大后，信號(hào)在這里與本振信號(hào)一起，被混頻器混頻，生成中頻信號(hào)，經(jīng)濾波后輸出，無(wú)需像模擬接收機(jī)那樣，要把中頻作為主要增益部件。在數(shù)字中頻接收機(jī)中，中頻部件要采用線性中頻放大器（對(duì)數(shù)放大器會(huì)造成頻譜的變化，影響多普勒性能），增益要求也不能太高。中頻信號(hào)在這里被放大約25 dB，扣除掉中頻濾波器、功分器以及線路衰減外，仍有18 dB左右的實(shí)際增益。從功分器分出兩路信號(hào)來，一路作為數(shù)字中頻接收機(jī)的輸入信號(hào)，另一路則被送到對(duì)數(shù)放大器中去。在對(duì)數(shù)放大器中信號(hào)被放大、檢波后，送出帶檢查接口。通過示波器可以方便地觀察對(duì)數(shù)視頻信號(hào)，用于分析和判斷接收機(jī)前端以及數(shù)字接收機(jī)的性能。

1.3 數(shù)字信號(hào)

線性中頻信號(hào)被送到數(shù)字接收機(jī)與信號(hào)處理器中，由數(shù)字中頻接收機(jī)直接將模擬中頻信號(hào)變成數(shù)字中頻信號(hào)，經(jīng)過數(shù)字下變頻處理，形成復(fù)基帶信號(hào)（I/Q信號(hào)），同時(shí)可以獲得處理增益，提高信號(hào)的信噪比，并提高系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)范圍。

在數(shù)字信號(hào)處理器中，復(fù)基帶信號(hào)被處理成基本的物理數(shù)據(jù)，即反射率因子、平均速度和速度譜寬，這些物理量被送到計(jì)算機(jī)中，進(jìn)行顯示、傳輸和存儲(chǔ)，已被氣象業(yè)務(wù)應(yīng)用。

2 限幅器-LNA組合前端及下變頻器

限幅器-LNA組合前端包括一個(gè)無(wú)源限幅保護(hù)器（型號(hào)WLM-73-1W-S+）和一個(gè)低噪聲放大器1（型號(hào)TA053-059-22-10），置于接收放大鏈的最前端。

2.1 限幅器

限幅器WLM-73-1W-S+作為環(huán)流器和波導(dǎo)限幅保護(hù)器的輔助保護(hù)措施，對(duì)大功率發(fā)射的微波的泄漏進(jìn)行最后一級(jí)的保護(hù)。

2.2 低噪放和下變頻器

低噪放采用高性能模塊TA053-059-22-10。下變頻的前端設(shè)有一個(gè)C波段濾波器（窄帶腔體濾波器，中心頻率5 582.5 MHz）和一個(gè)低噪聲放大器（ERA-2SM，噪聲系數(shù)4 dB，在5 582.5 MHz頻率時(shí)增益9 dB），在混頻器（ZMX-7GR）中實(shí)現(xiàn)下變頻（本振信號(hào)5 660 MHz@10dBm），通過中頻濾波器（SBP-70+）輸出77.5 MHz中頻信號(hào)。

2.2.1 補(bǔ)償性放大

由于限幅器-LNA組合輸出的線路太長(zhǎng)（超過2 m），傳輸損耗比較嚴(yán)重。因此，前端信號(hào)送來、進(jìn)行一次濾波后，需對(duì)這種衰減進(jìn)行補(bǔ)償性放大。ERA-2SM能滿足這種較低增益的放大要求。

2.2.2 下變頻

下變頻由ZMX-7GR混頻器擔(dān)任。頻綜送來的本振信號(hào)，在圖1中表示為經(jīng)過一個(gè)可調(diào)衰減器來調(diào)整輸入功率。實(shí)際調(diào)試中，采用一個(gè)極窄帶濾波器，將頻綜內(nèi)的其他頻率雜散濾除掉，效果很好。濾波器的插損正好可以省掉衰減器?；祛l后得到中頻信號(hào)，該77.5 MHz中頻信號(hào)經(jīng)過中頻濾波器后送到下一級(jí)去。中頻濾波器采用SBP-70+模塊，其中心頻率為70 MHz，77.5 MHz中頻頻率略微偏離中心，但衰減不大，其通帶插損約為1.5 dB。

3 中頻組成部件

中頻部件[4]包括線性中頻放大器、中頻濾波器功分器和對(duì)數(shù)放大器等部分。

3.1 中頻放大器

中頻放大器與中頻濾波器組成一個(gè)通帶放大器。中頻放大器選用GVA-82+集成寬帶放大器，+5 V供電，15 dB的增益，20 dBm的1 dB壓縮點(diǎn)，很適合用作中放。其6 dB的噪聲系數(shù)，在中頻放大的位置，幾乎沒有影響。中頻濾波器仍采用SBP-70+模塊。

3.2 功分器

中頻功分器采用WILKINSON SPLITTER電路實(shí)現(xiàn)，中頻功分器的工作頻率范圍可達(dá)100 MHz，回路損耗約18 dB，插入損耗約3.3 dB，隔離度約20 dB。功分器前端也設(shè)計(jì)一個(gè)補(bǔ)償性放大器，采用GVA-81+集成寬帶放大器，+5 V供電，10 dB的增益，15 dBm的1 dB壓縮點(diǎn)。這兩部分封裝在一個(gè)屏蔽盒內(nèi)。

至此，有兩路中頻輸出，一路連接到一個(gè)對(duì)數(shù)中頻放大器上，另一路連接到數(shù)字中頻接收機(jī)上。

3.3 對(duì)數(shù)中頻放大器

對(duì)數(shù)中頻放大器的目的是為了產(chǎn)生一個(gè)方便檢查的信號(hào)，這樣有利于對(duì)雷達(dá)整機(jī)系統(tǒng)性能的估測(cè)和分析。對(duì)數(shù)中頻放大器采用集成器件AD8309，做成模塊形式，由6級(jí)高低雙增益模塊組成，每個(gè)雙增益模塊最高增益12 dB。對(duì)每級(jí)模塊的輸出進(jìn)行檢波，并電流疊加，再有電流-電壓轉(zhuǎn)換器以電壓的形式，輸出與輸入功率的對(duì)數(shù)成正比的電壓信號(hào)。

4 頻綜

l綜為外購(gòu)件，47.5 MHz和5 560 MHz為常態(tài)輸出的正弦連續(xù)波信號(hào)。5 630 MHz為受調(diào)制的輸出信號(hào)，屬于ASK類型。通過ASK輸入一個(gè)TTL電平的脈沖信號(hào)，可以產(chǎn)生射頻脈沖輸出。但是這種階躍性的調(diào)制會(huì)導(dǎo)致頻譜較大程度的擴(kuò)散，因此，在雷達(dá)發(fā)射信號(hào)上，一般不能這樣使用。實(shí)際應(yīng)用中，把ASK直接接成高電平，則5 630 MHz也變成了正弦連續(xù)波信號(hào)。

這三個(gè)信號(hào)是相參的，輸出功率均接近15 dBm。正如前述，5 560 MHz信號(hào)作為接收鏈路的本振信號(hào)，要經(jīng)過一個(gè)窄帶濾波器，送到混頻器ZMX-7GR的本振輸入時(shí)，功率大約達(dá)到10 dBm。

對(duì)無(wú)源混頻器ZMX-7GR進(jìn)行的理論分析和實(shí)驗(yàn)表明，該混頻器的本振信號(hào)LO仍作為輸入不變，另外兩個(gè)端口可以交替使用，就是將中頻輸出IF作為輸入，而將射頻輸入RF作為輸出，則RF上差頻的分量比較強(qiáng)。47.5 MHz從IF輸入，5 530 MHz從LO輸入，混頻輸出得到5 582.5 MHz信號(hào)，通過腔體窄帶濾波器后，作為發(fā)射的射頻信號(hào)源。

5 結(jié)論

接收機(jī)理論指出[5]，接收機(jī)靈敏度（最小接收信號(hào)）Simin與接收機(jī)帶寬Bn及其噪聲系數(shù)F0有關(guān)：

Simin=-114dB+10?lgBn（MHz）+10lgF0

接收機(jī)帶寬表明了能通過接收機(jī)的噪聲多寡；噪聲系數(shù)F0則表明了接收機(jī)產(chǎn)生額外噪聲的程度。在沒有其他處理的條件下，一般超外差接收機(jī)的靈敏度為-90～110 dBm。

該系統(tǒng)模擬射頻前端的噪聲系數(shù)優(yōu)于2 dB，最小脈寬0.8μs時(shí)，帶寬最大為1.25 MHz。此時(shí)，計(jì)算得到接收機(jī)靈敏度為-111 dBm。實(shí)際測(cè)量中，通過測(cè)量對(duì)數(shù)視頻的輸出，可以判斷，模擬射頻前端的靈敏度與計(jì)算值相當(dāng)。為了準(zhǔn)確測(cè)量，在射頻前端的限幅器-LNA組合的輸入端作為輸入，以中頻功分器輸出的中頻信號(hào)作為輸出，信號(hào)源頻率調(diào)5 582.5 MHz作為標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，設(shè)置不同功率電平，對(duì)輸出端的77.5 MHz中頻信號(hào)進(jìn)行功率測(cè)量，得到結(jié)果如圖2所示?？梢?，動(dòng)態(tài)范圍超過90 dB，靈敏度優(yōu)于-110 dBm，線性度優(yōu)于±0.5 dB。在數(shù)字中頻接收機(jī)中，由于數(shù)字下變頻的處理增益和數(shù)字視頻積分的累積增益（總共不會(huì)少于15 dB），最終結(jié)果原則上遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于模擬前端的性能，沒有變得更差的理由。

前端設(shè)計(jì)論文:RFID技術(shù)下的物聯(lián)網(wǎng)前端感知系統(tǒng)設(shè)計(jì)及應(yīng)用

【摘 要】物聯(lián)網(wǎng)是一種信息傳感設(shè)備，按照相關(guān)協(xié)議，連接物品同網(wǎng)絡(luò)，使得人們可以了解物品的情況，并且操縱物品，是一種可以進(jìn)行物品識(shí)別、跟蹤、定位、監(jiān)控的網(wǎng)絡(luò)。因此RFID技術(shù)則成為了物聯(lián)網(wǎng)感知前端的五官和皮膚，用藥對(duì)物體進(jìn)行識(shí)別，并對(duì)信息進(jìn)行采集。物聯(lián)網(wǎng)運(yùn)用的主要技術(shù)有：RFID（射頻識(shí)別）、無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)、Aigbee傳感等技術(shù)。但是后兩者無(wú)法識(shí)別物品，端內(nèi)的技術(shù)職稱，未來必然會(huì)獲得長(zhǎng)遠(yuǎn)的發(fā)展。

【關(guān)鍵詞】RFID；物聯(lián)網(wǎng)；前端感知系統(tǒng)；傳感器

RFID工作的機(jī)理是向后散射實(shí)現(xiàn)通信，并且不斷實(shí)行功率傳輸，隨后出現(xiàn)非接觸自動(dòng)識(shí)別技術(shù)。這一技術(shù)主要是按照工作的頻率差別劃分為低頻、高頻、超高頻以及微波等。當(dāng)前的低頻、高頻技術(shù)已經(jīng)很成熟并運(yùn)用在很多領(lǐng)域。超高頻同低頻和高頻系統(tǒng)作對(duì)比，其具有的主要優(yōu)勢(shì)為通信距離更遠(yuǎn)、抗干擾性能更強(qiáng)、速度更快。

1 基于RFID技術(shù)下的物聯(lián)網(wǎng)前端感知系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

射頻收發(fā)端主要囊括了：載波信號(hào)合成模塊、ASK調(diào)制模塊、濾波電路、調(diào)節(jié)電路及信號(hào)放大電路等。其中主要的控制模塊若是想充分發(fā)揮相應(yīng)的功能，也就是更好的處理數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)防碰撞算法的正常運(yùn)行，這就意味著上位機(jī)對(duì)通訊軟件執(zhí)行對(duì)應(yīng)命令。

1.1 數(shù)字控制

選擇美國(guó)Microship公司生產(chǎn)的PIC24FJ192GB106作為主控制器。其屬于16為的MCU，系統(tǒng)中有一組核心模塊，其具有很多的功能，結(jié)合 CPU內(nèi)核和外設(shè)模塊成為一個(gè)工作單元，并且存在電復(fù)位、高級(jí)器件集成、節(jié)能特性、看門狗定時(shí)器等，對(duì)器件的編程、仿真、在線測(cè)試等各項(xiàng)功能實(shí)現(xiàn)充分的支持。用戶借助軟件可以直接控制外部設(shè)備，或?qū)⑷我患叭客庠O(shè)關(guān)閉，避免功耗浪費(fèi)。

1.2 讀寫芯片

RFID讀寫芯片具備了讀寫器收發(fā)所必備的全部數(shù)字及模擬功能，同時(shí)完全滿足ISO/IEC 18000-6B/6C協(xié)議。和AS3992比較，接受十分靈敏，達(dá)86dBm。AS39992包括了集成化壓控振蕩器組成片PLL、ADC和其與主機(jī)的接口。設(shè)置各工作的寄存器，使得芯片工作能力達(dá)到最大。

文章內(nèi)所設(shè)計(jì)物聯(lián)網(wǎng)前端感知系統(tǒng)屬于低耗能系統(tǒng)，并且運(yùn)作狀態(tài)主要為AS3992芯片存在三種電源狀態(tài)：掉電、工作、待機(jī)。

本文研究的系統(tǒng)中，AS3992工作要先初始化各寄存器值，此時(shí)系統(tǒng)為掉電狀態(tài)，接收主控制器的指令以后，系統(tǒng)進(jìn)入到待機(jī)，針對(duì)一定的范圍查詢有無(wú)標(biāo)簽，若有，讀寫器會(huì)立刻開始工作，主要是按照一定的指令實(shí)行操作；但無(wú)標(biāo)簽回應(yīng)，馬上會(huì)處于掉電。

1.3 射頻發(fā)射器

芯片AS3992會(huì)在高功率下發(fā)射20dBm信號(hào)，運(yùn)用差分輸出，其管腳是Rfoutp-1??????，Rfoutp-2。基于該形式同時(shí)和RF扼流電感外界，并阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)，并且要在平衡轉(zhuǎn)換器BL3216下變成單端輸出，發(fā)送調(diào)制信號(hào)。

匹配網(wǎng)絡(luò)是指在ADS中進(jìn)行建模及仿真，和真實(shí)電路極為相似，對(duì)微帶連接長(zhǎng)度做出充分的考慮。在持續(xù)不斷的優(yōu)化中，最終微帶線長(zhǎng)度出成為4mm，C2=C5=33pF，C3=C6=33pF，L1=L2=47，差分兩端基本得以匹配。在這一設(shè)計(jì)中，隔離器選取TCD-13-4型號(hào)的定向耦合器，覆蓋頻帶范圍達(dá)5～1000MHz，按照數(shù)據(jù)手冊(cè)計(jì)算得出，在700NHz隔離度是28.93dB，1000MHz以26.26dB為隔離度。

1.4 接口

系y內(nèi)有兩個(gè)接口電路，一個(gè)作為上位機(jī)通信USB接口的電路最為合適，其是十分簡(jiǎn)單的電路，只有2個(gè)27歐姆下拉電阻，依靠這一接口能夠進(jìn)行在線調(diào)試。還有就是數(shù)字部門和射頻收發(fā)位置的接口電路，主要由IO口，3.3V電源、系統(tǒng)時(shí)鐘等組成。

2 基于RFID技術(shù)下的物聯(lián)網(wǎng)前端感知系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)軟件是讀寫器和外部的接口，十分關(guān)鍵。一方面和上位機(jī)軟件實(shí)行連接，同時(shí)還要和標(biāo)簽進(jìn)行通信，是連接標(biāo)簽和用戶的重要紐帶。

初始化定時(shí)器也就時(shí)系統(tǒng)軟件的主程序，主要是由硬件接口、USB，AS3992寄存器等部件構(gòu)成，其運(yùn)行是先對(duì)自身進(jìn)行測(cè)試，隨后找出通信范圍中的標(biāo)簽。如果有，讀寫器標(biāo)簽操作內(nèi)容會(huì)在usbInitCommands的子程序基礎(chǔ)上完成。同時(shí)該子程序會(huì)掃描上位機(jī)發(fā)送的全部指令，并且依據(jù)指令來實(shí)施對(duì)應(yīng)的操作。

2.1 選擇

該步驟實(shí)施主要是選取標(biāo)簽群進(jìn)行查詢或是訪問。如果有一個(gè)標(biāo)簽群或是若干個(gè)標(biāo)簽群，就要在主控制器中運(yùn)算防碰撞算法，然后按照用戶需要制定具體的要求，連續(xù)發(fā)出選擇指令，選擇用戶需要的特殊標(biāo)簽群。

2.2 查詢

這一步的主要目的是識(shí)別標(biāo)簽，讀寫器會(huì)發(fā)送查詢指令，清點(diǎn)被選擇的標(biāo)簽群，隨后出現(xiàn)一個(gè)或若干標(biāo)簽響應(yīng)，隨后讀寫器將會(huì)檢測(cè)標(biāo)簽響應(yīng)，并請(qǐng)求協(xié)議的認(rèn)定和CRC-16校驗(yàn)。查詢操作內(nèi)主要有查詢、不確認(rèn)、清點(diǎn)和確認(rèn)等不同指令。

2.3 訪問

最后和與標(biāo)簽進(jìn)行通信。優(yōu)先訪問唯一識(shí)別單個(gè)標(biāo)簽。主要的指令包括了：讀、寫、殺死、鎖、解鎖。

3 結(jié)語(yǔ)

測(cè)試結(jié)果顯示了該設(shè)計(jì)可以符合ISO/IEC18000 6B/6C和EPCGen2協(xié)議。為更大程度提升系統(tǒng)性能，例如通信距離增加，可以通過放大由路，高增益天線等提升系統(tǒng)的性能。

本文所涉及的這一系統(tǒng)，可以被用于生產(chǎn)線監(jiān)測(cè)、運(yùn)輸業(yè)、零售業(yè)等領(lǐng)域。RFID在今后的發(fā)展中會(huì)得到更為廣泛的運(yùn)用，物聯(lián)網(wǎng)將會(huì)極大的影響著我國(guó)社會(huì)的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)等多個(gè)領(lǐng)域。

前端設(shè)計(jì)論文:一種高可靠性一體化視頻監(jiān)控前端箱的設(shè)計(jì)

摘 要

視頻前端控制箱是電力視頻監(jiān)控系統(tǒng)中的常用設(shè)備。目前的設(shè)備箱僅是安裝了電源插座、防雷設(shè)備等少量設(shè)備，施工方需要自購(gòu)其它設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)安裝，受安裝工藝水平的限制，設(shè)備箱成為系統(tǒng)故障的主要來源。通過將箱內(nèi)設(shè)備模塊化，根據(jù)系統(tǒng)的需要，安裝設(shè)備模塊，將各種設(shè)備一體化在箱體內(nèi)，由于這些安裝工作由廠家直接完成，設(shè)備箱的整體可靠性大幅提高，并且節(jié)省了大量的施工時(shí)間。

【關(guān)鍵詞】一體化 視頻監(jiān)控 前端箱

1 概述

視頻監(jiān)控前端控制箱作為安防領(lǐng)域配套設(shè)備之一，起到對(duì)攝像頭供電、信號(hào)傳輸、防雷保護(hù)等作用。目前，由于市場(chǎng)上品種繁多，品牌各異，質(zhì)量相差甚大，可靠性難以滿足視頻監(jiān)控的要求。普通視頻監(jiān)控前端控制箱包括單相自動(dòng)重合閘、空開、固定三眼萬(wàn)能插座、三合一防雷器、二合一防雷器等。但是除上述設(shè)以外，還應(yīng)當(dāng)有攝像機(jī)電源、光收發(fā)器、交換機(jī)、溫度控制等設(shè)備。市場(chǎng)上大部分視頻監(jiān)控箱布局是內(nèi)部?jī)H有開關(guān)、防雷、插座等，其它設(shè)備需要在施工時(shí)安裝，由于箱體尺寸設(shè)計(jì)等都存在差異，安裝布局相當(dāng)麻煩，并且各種其它設(shè)備的現(xiàn)場(chǎng)安裝涉及到安裝工藝的問題，整個(gè)箱內(nèi)系統(tǒng)的可靠性大打折扣。為滿足電力系統(tǒng)視頻監(jiān)控的高可靠性要求，采用一體化的視頻前端控制箱，就是生產(chǎn)廠家根據(jù)使用需要，將各種模塊化設(shè)備安裝在箱中，施工時(shí)僅需要將少量線路接入箱體，大大地簡(jiǎn)化了施工時(shí)間，同時(shí)及大地提高了可靠性。

2 總體思路

一體化視頻前端控制箱是把視頻監(jiān)控需要的設(shè)備，包括綜合設(shè)備管理系統(tǒng)、交流電源防護(hù)子系統(tǒng)、設(shè)備電源供電子系統(tǒng)、防雷防浪涌保護(hù)子系統(tǒng)、光纖數(shù)傳輸管理子系統(tǒng)、光纖數(shù)據(jù)交換子系統(tǒng)、數(shù)顯自動(dòng)溫度控制子系統(tǒng)、物聯(lián)數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)等模塊化后，集成安裝在設(shè)備箱中，以滿足視頻監(jiān)控的需要。

一體化視頻前端控制箱設(shè)計(jì)思路如下：

2.1 模塊化各種設(shè)備提高系統(tǒng)的可靠性

各種設(shè)備模塊化，箱體內(nèi)部接線標(biāo)準(zhǔn)化，可以使由于接線造成的接觸不良的故障率大大降低。實(shí)際使用中，由于箱內(nèi)的電源插座松動(dòng)的造成了大量故障，通過內(nèi)部的背板總線為各個(gè)模塊供電，可以得到完全的消除。通過集成了溫度控制、電源保護(hù)、防雷等功能，可以極大地提高系統(tǒng)的可靠性。一體化視頻前端控制箱由廠家將需要的各種設(shè)備布局安裝，安裝工藝和質(zhì)量得到保障。

2.2 標(biāo)準(zhǔn)化外部接口

一體化視頻前端控制箱標(biāo)準(zhǔn)化外部接口，施工時(shí)只需要接市電線、攝像機(jī)電源線、攝像機(jī)數(shù)據(jù)輸入線、數(shù)據(jù)輸入/輸出線（光纖）等即可，大大簡(jiǎn)化了施工接線，節(jié)約施工成本。

2.3 減小控制箱的體積

內(nèi)部設(shè)備的模塊化設(shè)計(jì)可以使安裝布局更緊湊，有利于減少箱體的體積，實(shí)現(xiàn)微型化。

2.4 綜合設(shè)備管理

物聯(lián)數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)采集箱內(nèi)各設(shè)備的工作狀況，通過網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸給后臺(tái)服務(wù)器，監(jiān)控設(shè)備的工作狀態(tài)，并且可以在綜合管理平臺(tái)上管理設(shè)備，如設(shè)備重啟、設(shè)備配置、自檢等。

在總體的設(shè)計(jì)思路上主要把握兩點(diǎn)，即一體化和模塊化。模塊化就是把箱內(nèi)設(shè)備按照一定的尺寸設(shè)計(jì)，采用模塊插拔的方式安裝；一體化就是把需要的功能通過模塊化設(shè)備集成到箱體內(nèi)部。從而實(shí)現(xiàn)整體的高可靠性。

3 設(shè)計(jì)內(nèi)容

3.1 模塊的標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)

目前視頻監(jiān)控系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)化工作的主要內(nèi)容包括視頻監(jiān)控平臺(tái)、前端設(shè)備互聯(lián)、視音頻編解碼和智能監(jiān)控應(yīng)用等，其中前端設(shè)備互聯(lián)工作攝像頭一直是主要研究方向，其它設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)化基本無(wú)人涉及，箱內(nèi)設(shè)備的模塊化設(shè)計(jì)可以為這項(xiàng)工作的開展提供方便。

3.1.1 標(biāo)準(zhǔn)化模塊的形狀

將箱體內(nèi)的設(shè)備設(shè)計(jì)成模塊，首先做到尺寸的標(biāo)準(zhǔn)化，各模塊的厚度按照美國(guó)電子工業(yè)協(xié)會(huì)（EIA）的標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計(jì)成1.75in （4.445cm，1U）高度的整數(shù)倍，寬度設(shè)計(jì)為10.5in，深度設(shè)計(jì)為5.25in。

3.1.2 標(biāo)準(zhǔn)化模塊的接口

根據(jù)模塊的功能需要，設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)化的接口，接口包括模塊供電（5V、12V），數(shù)據(jù)線輸入，數(shù)據(jù)輸出，控制輸入、控制輸出，采用標(biāo)準(zhǔn)擴(kuò)展插槽，重新定義各個(gè)引腳功能。標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)接口（管理接口）可以為前端設(shè)備互聯(lián)提供基礎(chǔ)，如圖1所示。

3.2 各子系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)

集成化的視頻前端控制箱主要由6個(gè)子系統(tǒng)構(gòu)成，包括：綜合設(shè)備管理系統(tǒng)、交流電源防護(hù)子系統(tǒng)、設(shè)備電源供電子系統(tǒng)、防雷防浪涌保護(hù)子系統(tǒng)、光纖數(shù)傳輸管理子系統(tǒng)、光纖數(shù)據(jù)交換子系統(tǒng)、數(shù)顯自動(dòng)溫度控制子系統(tǒng)、物聯(lián)數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)等。

3.2.1 綜合設(shè)備管理系統(tǒng)

如圖2所示，綜合管理系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)控箱內(nèi)各個(gè)子系統(tǒng)設(shè)備的工作狀態(tài)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障，并可以控制相應(yīng)的設(shè)備進(jìn)行重啟或配置。將箱內(nèi)設(shè)備的工作情況通過網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到監(jiān)控中心后臺(tái)，及時(shí)進(jìn)行故障報(bào)警。

3.2.2 交流電源防護(hù)子系統(tǒng)

交流電源防護(hù)子系統(tǒng)，是對(duì)設(shè)備箱接入220V電源的各種防護(hù)及管理，包含220V交流過流保護(hù)、過欠壓保護(hù)、穩(wěn)壓輸出、電源分配，如圖3所示。

3.2.3 設(shè)備電源供電子系統(tǒng)

設(shè)備供電子系統(tǒng)提供了設(shè)備箱內(nèi)所有設(shè)備供電，包含光纖收發(fā)器、網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)、監(jiān)控固定攝像頭、監(jiān)控球型攝像機(jī)、溫控器電源、溫控風(fēng)扇電源等，如圖4所示。

3.2.4 防雷防浪涌保護(hù)子系統(tǒng)

防雷防浪涌子系統(tǒng)，是對(duì)設(shè)備箱內(nèi)設(shè)備如接入220V電源、球機(jī)24V交流電源、槍機(jī)12V直流電源、網(wǎng)絡(luò)RJ45稻萁涌?、悼澊插?、視頻同軸電纜進(jìn)行防浪涌保護(hù)，包含單相電源保護(hù)、二合一防雷保護(hù)、三合一防雷保護(hù)、集中電源防雷保護(hù)等，如圖5所示。

3.2.5 光纖數(shù)傳輸管理子系統(tǒng)

光纖傳輸管理系統(tǒng)，是指對(duì)進(jìn)入設(shè)備箱內(nèi)的光纖進(jìn)行固定、熔接、理纖、配線、跳接管理，包含光纖固定座、光纖繞纖環(huán)、光纖熔纖盤、光纖配線架、光纖跳線，如圖6所示。

3.2.6 光纖數(shù)據(jù)交換子系統(tǒng)

光纖數(shù)據(jù)交換系統(tǒng)，是指光傳輸過程中數(shù)據(jù)交換設(shè)備，包含光纖收發(fā)器、網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)、光纖交換機(jī)、視頻光端機(jī)等，如圖7所示。

3.2.7 數(shù)顯自動(dòng)溫濕度控制子系統(tǒng)

濕度和溫度的調(diào)節(jié)應(yīng)該是全自動(dòng)運(yùn)行的，必須配置全自動(dòng)溫濕度控制和調(diào)節(jié)系統(tǒng)，根據(jù)設(shè)備箱內(nèi)的各個(gè)功能模塊正常工作所需的溫濕度范圍設(shè)定控制閥值，并使用溫度傳感器對(duì)象內(nèi)的溫濕度實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。當(dāng)箱內(nèi)溫度超過閾值時(shí)啟動(dòng)溫濕度控制系統(tǒng)。自動(dòng)溫濕控系統(tǒng)是指依據(jù)設(shè)備箱內(nèi)溫濕度變化，通過溫濕度控制器自動(dòng)開啟風(fēng)扇或加熱器，本系統(tǒng)可根據(jù)需要設(shè)定啟動(dòng)溫度值，系統(tǒng)包含數(shù)顯溫控器（內(nèi)置溫度傳感器）、交流風(fēng)扇（或直流方式）、加熱器、供電電源等。

3.2.8 輔助系統(tǒng)

輔助系統(tǒng)由照明系統(tǒng)、電子控制鎖、防雷接地等輔助設(shè)備組成，為維護(hù)人員提供維護(hù)便利，并具有防盜、防雷等功能。

4 結(jié)論

一體化模塊化視頻前端控制箱經(jīng)過實(shí)際生產(chǎn)和使用，使用效果好。由于安裝簡(jiǎn)單，受到了施工單位的歡迎，并且可靠性得到了及大地提高。一體化使視頻前端控制箱成為視頻監(jiān)控系統(tǒng)的整體設(shè)備，改變了購(gòu)買空箱后安裝設(shè)備的施工方式。模塊化箱內(nèi)設(shè)備使安裝簡(jiǎn)單規(guī)范，布局清晰。存在的問題是模塊化的各種設(shè)備特別是光交換等設(shè)備沒有專門的廠家生產(chǎn)，自主研發(fā)的模塊產(chǎn)品的性能需要檢驗(yàn)和認(rèn)證。

前端設(shè)計(jì)論文:淺談《網(wǎng)頁(yè)前端開發(fā)》課程整體教學(xué)設(shè)計(jì)

摘 要：近些年隨著經(jīng)濟(jì)水平的不斷發(fā)展，我國(guó)各項(xiàng)發(fā)展項(xiàng)目正在積極穩(wěn)定地開展，國(guó)家對(duì)于教育的重視程度逐漸提高，這對(duì)于我國(guó)現(xiàn)代化建設(shè)具有重要的作用。《網(wǎng)頁(yè)前端開發(fā)》課程是我國(guó)現(xiàn)階段教育發(fā)展過程中十分重視的一項(xiàng)內(nèi)容，對(duì)于我國(guó)信息化建設(shè)具有積極的推動(dòng)性作用?！毒W(wǎng)頁(yè)前端開發(fā)》課程整體教學(xué)設(shè)計(jì)是我國(guó)教育創(chuàng)新與改革過程中的重要內(nèi)容，該研究將對(duì)我國(guó)目前《網(wǎng)頁(yè)前端開發(fā)》課程進(jìn)行細(xì)致的思考與分析，并提出合理的教學(xué)設(shè)計(jì)完善方法。

關(guān)鍵詞：網(wǎng)頁(yè)前端開發(fā) 課程 整體教學(xué) 設(shè)計(jì) 改革

在我國(guó)現(xiàn)階段發(fā)展過程中，信息化建設(shè)進(jìn)程推進(jìn)的速度很快，國(guó)家信息化建設(shè)離不開網(wǎng)絡(luò)的支持，所以我國(guó)教育就針對(duì)網(wǎng)絡(luò)發(fā)展對(duì)于《網(wǎng)頁(yè)前端開發(fā)》整體教學(xué)設(shè)計(jì)進(jìn)行完善與創(chuàng)新，使得我國(guó)網(wǎng)頁(yè)前端開發(fā)能力得到加強(qiáng)，進(jìn)一步強(qiáng)化我國(guó)網(wǎng)絡(luò)信息系統(tǒng)的構(gòu)建。作為計(jì)算機(jī)專業(yè)職業(yè)能力必須課，《網(wǎng)頁(yè)前端開發(fā)》課程對(duì)于我國(guó)培養(yǎng)計(jì)算機(jī)相關(guān)建設(shè)型人才具有直接的影響意義，想要使我國(guó)在未來的發(fā)展過程中更具現(xiàn)代化競(jìng)爭(zhēng)能力，就要首先完善《網(wǎng)頁(yè)前端開發(fā)》課程。

1 我國(guó)《網(wǎng)頁(yè)前端開發(fā)》課程整體教學(xué)設(shè)計(jì)的發(fā)展概況

1.1 我國(guó)《網(wǎng)頁(yè)前端開發(fā)》課程整體教學(xué)設(shè)計(jì)的發(fā)展背景

在我國(guó)發(fā)展初期，由于經(jīng)濟(jì)水平的落后使得我國(guó)教育發(fā)展?fàn)顩r較差。計(jì)算機(jī)專業(yè)相關(guān)的教育是我國(guó)近些年才開始進(jìn)行并發(fā)展的教育內(nèi)容，在計(jì)算機(jī)課程教育的早期，只是進(jìn)行簡(jiǎn)單的計(jì)算機(jī)入門教學(xué)，使學(xué)生對(duì)于計(jì)算機(jī)的功能以及基本操作進(jìn)行掌握。隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)水平的逐漸提高，計(jì)算機(jī)在近些年中也進(jìn)行著快速穩(wěn)定的發(fā)展，我國(guó)對(duì)于計(jì)算機(jī)教育的重視程度逐漸加強(qiáng)，所以對(duì)于計(jì)算機(jī)課程教育進(jìn)行了補(bǔ)充與完善?！毒W(wǎng)頁(yè)前端開發(fā)》是我國(guó)現(xiàn)階段計(jì)算機(jī)教育中一項(xiàng)基本的課程內(nèi)容，其主要是對(duì)網(wǎng)頁(yè)的開發(fā)進(jìn)行講解，使學(xué)生掌握網(wǎng)頁(yè)的基本知識(shí)內(nèi)容?！毒W(wǎng)頁(yè)前端開發(fā)》課程教學(xué)水平的發(fā)展對(duì)于我國(guó)現(xiàn)代化建設(shè)的積極開展具有重要作用，是我國(guó)發(fā)展過程所必須加以重視的教學(xué)內(nèi)容。

1.2 我國(guó)《網(wǎng)頁(yè)前端開發(fā)》課程整體教學(xué)設(shè)計(jì)的發(fā)展現(xiàn)狀

在我國(guó)現(xiàn)階段的發(fā)展過程中，《網(wǎng)頁(yè)前端開發(fā)》課程整體教學(xué)的設(shè)計(jì)正在逐漸完善與創(chuàng)新，與以往相比，其整體教學(xué)設(shè)計(jì)的內(nèi)容更加合理有效，在教學(xué)過程中能夠起到更好的輔助性作用。但《網(wǎng)頁(yè)前端開發(fā)》在發(fā)展的過程中還存在一些有待進(jìn)一步完善的問題，這些題的存在制約了我國(guó)計(jì)算機(jī)專業(yè)教學(xué)水平的更好發(fā)展?！毒W(wǎng)頁(yè)前端開發(fā)》課程整體教學(xué)設(shè)計(jì)過程中，對(duì)于教學(xué)目標(biāo)制定得不夠明確，缺少明確的教學(xué)目標(biāo)使得《網(wǎng)頁(yè)前端開發(fā)》課程安排不合理，進(jìn)一步將導(dǎo)致學(xué)生不能對(duì)所需要掌握的知識(shí)進(jìn)行充分掌握[1]。在對(duì)教學(xué)案例的選擇過程中，現(xiàn)階段我國(guó)《網(wǎng)頁(yè)前端開發(fā)》主要存在的問題就是不能根據(jù)我國(guó)網(wǎng)絡(luò)發(fā)展現(xiàn)狀對(duì)于教學(xué)案例進(jìn)行最合理的選擇，這樣在教學(xué)的過程中就不能很好地針對(duì)我國(guó)進(jìn)行整體教學(xué)設(shè)計(jì)?！毒W(wǎng)頁(yè)前端開發(fā)》課程對(duì)于基礎(chǔ)知識(shí)的講解是十分關(guān)鍵的內(nèi)容。目前我國(guó)計(jì)算機(jī)教育過程中對(duì)于《網(wǎng)頁(yè)前端開發(fā)》基礎(chǔ)知識(shí)的講解不夠細(xì)致化，這使學(xué)生在理解過程中產(chǎn)生一定的難度。完善教學(xué)考核制度也是我國(guó)《網(wǎng)頁(yè)前端開發(fā)》課程現(xiàn)階段面臨的主要問題，已有的課程考核制度較為傳統(tǒng)落后，對(duì)于《網(wǎng)頁(yè)前端開發(fā)》課程的進(jìn)一步發(fā)展十分不利。

1.3 重視《網(wǎng)頁(yè)前端開發(fā)》課程整體教學(xué)設(shè)計(jì)的必要性

我國(guó)目前正處于現(xiàn)代化發(fā)展的重要時(shí)期，對(duì)于新興的重要技術(shù)以及領(lǐng)域的重視程度逐漸加強(qiáng)。網(wǎng)絡(luò)技術(shù)就是現(xiàn)階段全球化共同發(fā)展的新興技術(shù)，在推動(dòng)社會(huì)的進(jìn)步與發(fā)展上起到了積極的作用。我國(guó)整體的發(fā)展速度與其他發(fā)達(dá)國(guó)家相比較慢，所以要使我國(guó)在未來的發(fā)展中更具競(jìng)爭(zhēng)力就要首先重視我國(guó)計(jì)算機(jī)與網(wǎng)絡(luò)的完善?！毒W(wǎng)頁(yè)前端開發(fā)》課程是計(jì)算機(jī)專業(yè)教學(xué)過程中的一項(xiàng)基本內(nèi)容，所以重視《網(wǎng)頁(yè)前端開發(fā)》課程整體教學(xué)設(shè)計(jì)，同時(shí)完善教學(xué)方法是現(xiàn)階段我國(guó)教育過程中十分必要的階段。提高《網(wǎng)頁(yè)前端開發(fā)》課程的教學(xué)水平能夠促進(jìn)我國(guó)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)相關(guān)人才的工作能力以及基本素質(zhì)的顯著提高，這對(duì)我國(guó)發(fā)展與建設(shè)具有積極的意義。我國(guó)現(xiàn)代化發(fā)展項(xiàng)目的開展與進(jìn)行離不開網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的支持，只有充分利用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)手段才能使其快速高效地發(fā)展，同時(shí)保證發(fā)展項(xiàng)目的管理更加便捷有效。

2 《網(wǎng)頁(yè)前端開發(fā)》課程整體教學(xué)的設(shè)計(jì)

2.1 教學(xué)目標(biāo)的設(shè)計(jì)

《網(wǎng)頁(yè)前端開發(fā)》課程中整體教學(xué)設(shè)計(jì)的首要內(nèi)容就是對(duì)于教學(xué)目標(biāo)的設(shè)計(jì)。教學(xué)目標(biāo)就是在教學(xué)過程中起到重要引導(dǎo)性作用的內(nèi)容。為了制定更為合理的《網(wǎng)頁(yè)前端開發(fā)》課程的教學(xué)目標(biāo)，首先就需要對(duì)我國(guó)計(jì)算機(jī)教育的發(fā)展現(xiàn)狀進(jìn)行必要的分析，根據(jù)現(xiàn)階段的發(fā)展來確定教學(xué)所應(yīng)達(dá)到的目標(biāo)，進(jìn)一步確定課程內(nèi)容的選擇與課時(shí)的安排。教學(xué)目標(biāo)的設(shè)計(jì)是影響教學(xué)水平與質(zhì)量的關(guān)鍵因素，所以在制定目標(biāo)的過程中一定要注重合理有效性，使教學(xué)目標(biāo)與我國(guó)現(xiàn)階段的教學(xué)水平相適應(yīng)。

2.2 教學(xué)案例的合理選擇

在《網(wǎng)頁(yè)前端開發(fā)》課程進(jìn)行的過程中，教學(xué)案例的合理選擇對(duì)于教學(xué)效果起到重要的影響作用，合理的教學(xué)案例能夠?qū)W(xué)生的理解起到輔助性作用，在學(xué)習(xí)網(wǎng)頁(yè)前端開發(fā)的過程中更加積極主動(dòng)化。在老師進(jìn)行課堂教學(xué)的過程中，適當(dāng)合理地引入教學(xué)案例是十分重要的，例如在進(jìn)行網(wǎng)頁(yè)窗口制作的課程中，老師應(yīng)提出相應(yīng)問題“為何要增加咨詢頁(yè)面模板的引入”，這種情境化教學(xué)引入適當(dāng)?shù)慕虒W(xué)案例能夠促進(jìn)學(xué)生對(duì)于相應(yīng)問題進(jìn)行積極的思考，同時(shí)在思考的過程中有更加深刻的理解[2]。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)過程中的情景化教學(xué)案例引入將對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)效果增強(qiáng)起到促進(jìn)作用，進(jìn)一步提高我國(guó)《網(wǎng)頁(yè)前端開發(fā)》課程的教學(xué)水平，同時(shí)帶動(dòng)我國(guó)網(wǎng)絡(luò)化的發(fā)展。

2.3 教學(xué)課程的知識(shí)講解

在進(jìn)行《網(wǎng)頁(yè)前端開發(fā)》知識(shí)講解的過程中，對(duì)于重點(diǎn)知識(shí)詳細(xì)全面化講解是保證學(xué)生進(jìn)行理解的基礎(chǔ)。老師在進(jìn)行《網(wǎng)頁(yè)前端開發(fā)》課程教學(xué)過程中，應(yīng)該將學(xué)生需要重點(diǎn)掌握的內(nèi)容進(jìn)行標(biāo)記，使其能夠在課堂中將這些基礎(chǔ)性知識(shí)內(nèi)容進(jìn)行掌握，對(duì)解決網(wǎng)頁(yè)前端開發(fā)相關(guān)問題過程具有重要的作用。加強(qiáng)教學(xué)課程知識(shí)講解是《網(wǎng)頁(yè)前端開發(fā)》課程發(fā)展的重要基礎(chǔ)，對(duì)于提高計(jì)算機(jī)相關(guān)專業(yè)的教學(xué)質(zhì)量以及效率提高都產(chǎn)生一定的影響。

2.4 教學(xué)課程的考核

《網(wǎng)頁(yè)前端開發(fā)》課程教學(xué)過程中還有一項(xiàng)較為重要的內(nèi)容就是教學(xué)課程的考核。在課程進(jìn)行到一定階段的過程中需要進(jìn)行合理的課程考核，考核的目的就是了解學(xué)生對(duì)《網(wǎng)頁(yè)前端開發(fā)》的掌握程度。制定合理的考核制度對(duì)于正確了解學(xué)生課程掌握有著重要的作用?？己说姆绞蕉喾N多樣，只依靠考試對(duì)于《網(wǎng)頁(yè)前端開發(fā)》進(jìn)行考核這種方法過于單一，所以針對(duì)課程不同階段的學(xué)習(xí)，老師應(yīng)該制定適合的考核方式，例如對(duì)特定網(wǎng)頁(yè)窗口的制作、小組合作問題解決等?！毒W(wǎng)頁(yè)前端開發(fā)》課程的合理考核不僅對(duì)教學(xué)水平的提高具有積極作用，還能夠進(jìn)一步增強(qiáng)學(xué)生對(duì)于多方面不同問題的解決能力。

3 結(jié)語(yǔ)

我國(guó)教學(xué)發(fā)展過程中對(duì)于《網(wǎng)頁(yè)前端開發(fā)》整體教學(xué)設(shè)計(jì)的重視程度逐漸加強(qiáng)，這在我國(guó)現(xiàn)階段的發(fā)展與建設(shè)過程中十分必要。要提高我國(guó)網(wǎng)絡(luò)建設(shè)相關(guān)人才的能力與水平，首先就要提高相應(yīng)的教學(xué)水平。相信經(jīng)過我國(guó)的不斷努力，《網(wǎng)頁(yè)前端開發(fā)》的整體教學(xué)設(shè)計(jì)將更加合理，我國(guó)計(jì)算機(jī)專業(yè)的教學(xué)水平也將有顯著提高。

前端設(shè)計(jì)論文:基于Euro NCAP 8.0行人上腿部評(píng)價(jià)規(guī)程的車輛前端結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與優(yōu)化

摘要： 歐盟新車評(píng)價(jià)規(guī)程（Euro NCAP）8.0版本對(duì)行人上腿部碰撞測(cè)試方法進(jìn)行了修改，新的測(cè)試方法減小行人上腿部對(duì)車輛前端空間的要求，但是對(duì)其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和硬點(diǎn)的布置等提出新的要求.從行人上腿部的碰撞位置、碰撞角度及能量等方面對(duì)比Euro NCAP新舊版本的不同.根據(jù)Euro NCAP 8.0行人上腿部的碰撞要求，對(duì)車輛前端結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行分析，并針對(duì)某車進(jìn)行試驗(yàn)，用CAE技術(shù)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，使其滿足Euro NCAP 8.0對(duì)行人上腿部碰撞的要求.

關(guān)鍵詞： 汽車安全； 汽車前端結(jié)構(gòu)； 行人保護(hù)； 上腿部保護(hù)

隨著汽車工業(yè)的不斷發(fā)展與家用轎車的廣泛使用，汽車安全保護(hù)措施成為汽車設(shè)計(jì)的重要課題之一，且越來越重視對(duì)行人的保護(hù).歐盟新車評(píng)價(jià)規(guī)程Euro NCAP已將行人保護(hù)作為評(píng)價(jià)內(nèi)容之一，主要針對(duì)行人的頭部、上腿部及下腿部進(jìn)行評(píng)價(jià)，故行人保護(hù)性能直接影響車輛安全星級(jí)的評(píng)定.[12]在2015年之前Euro NCAP公布的結(jié)果中，較大部分行人保護(hù)上腿部得分為0分，尤其是大型車輛.由于行人上腿部的撞擊能量和角度都比較大，對(duì)車輛前端吸能空間和吸能零件的設(shè)計(jì)要求高，而前端結(jié)構(gòu)受造型的局限，空間非常有限.這會(huì)限制車輛的Euro NCAP星級(jí)評(píng)定.[3]Euro NCAP 8.0版對(duì)行人上腿部碰撞測(cè)試進(jìn)行修改，于2015年2月開始實(shí)施.撞擊位置、撞擊角度、撞擊能量等均與之前版本不同.由于撞擊能量的整體降低，新的測(cè)試方法降低對(duì)車輛前端空間的要求，但是對(duì)其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和硬點(diǎn)的布置等提出新的要求.[4]本文根據(jù)不同車型，對(duì)車輛前端進(jìn)行設(shè)計(jì)，并基于試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行優(yōu)化分析.

1Euro NCAP行人上腿部評(píng)價(jià)規(guī)程簡(jiǎn)介在WAD775上選取撞擊點(diǎn)，從車輛中間位置開始，在2個(gè)參考點(diǎn)區(qū)域內(nèi)在橫向垂直面內(nèi)每隔100 mm選取1個(gè)點(diǎn)，并刪除與角參考點(diǎn)距離小于50 mm的網(wǎng)格點(diǎn)，見圖1.按照舊的評(píng)價(jià)規(guī)程，撞擊位置在發(fā)動(dòng)機(jī)前緣基準(zhǔn)線上選取，對(duì)于離地高度角度較低的小型車輛來說，發(fā)動(dòng)機(jī)前緣基準(zhǔn)線與WAD775包絡(luò)線的位置一般均在發(fā)動(dòng)機(jī)蓋前端，碰撞點(diǎn)的位置差別太不大，但對(duì)于離地高度較高的SUV車型來說，WAD775包絡(luò)線位置一般在車輛上格柵位置，較發(fā)動(dòng)機(jī)前緣基準(zhǔn)線z向要低一些.

每個(gè)網(wǎng)格點(diǎn)的撞擊角度定義為該點(diǎn)的保險(xiǎn)杠內(nèi)參考線IBRL和包絡(luò)線WAD930所形成直線的垂直線與地面線所形成的夾角，見圖2.其中，保險(xiǎn)杠內(nèi)參考線IBRL是Euor NCAP 8.0新增加的劃線，與前保險(xiǎn)杠橫梁的結(jié)構(gòu)有關(guān).撞擊角度在0～44.757°范圍內(nèi)選?。ㄅf的評(píng)價(jià)規(guī)程的撞擊角度范圍為0～46°）.雖然撞擊角度的范圍并沒有減小太多，但對(duì)于離地高度較高的SUV車型來說，由于撞擊位置的變化，新評(píng)價(jià)規(guī)程的角度變化比較明顯.

每個(gè)網(wǎng)格點(diǎn)的撞擊能量由撞擊角度決定，新評(píng)價(jià)規(guī)程的范圍為160.0～456.7 J，舊評(píng)價(jià)規(guī)程的范圍為200～700 J，新評(píng)價(jià)規(guī)程的撞擊能量要小很多.根據(jù)能量與位移和上腿部軸向力的關(guān)系，行人上腿部設(shè)計(jì)對(duì)空間的要求有所降低，在合理的空間范圍內(nèi)對(duì)前端結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提出更高的要求.

圖 2某車型行人保護(hù)上腿部撞擊示意

Fig.2Schematic of pedestrian upper leg impact

每個(gè)網(wǎng)格點(diǎn)的撞擊速度由撞擊角度決定，其大小范圍為5.521～9.327 m/s，舊的評(píng)價(jià)規(guī)程的撞擊速度在發(fā)動(dòng)機(jī)前緣高度與保險(xiǎn)杠前緣的曲線上通過線性插值獲得，范圍為20～50 km/h（5.56～13.9 m/s），新的評(píng)價(jià)規(guī)程最大撞擊速度小很多.

行人保護(hù)上腿部碰撞器質(zhì)量為定值10.5 kg.Euro NCAP行人上腿部傷害指標(biāo)有2個(gè)：上腿部軸向力及上腿彎矩.每個(gè)撞擊點(diǎn)的評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)為：上腿部軸向力380 N?m，該撞擊點(diǎn)得分為0分；位于2種情況之間，用線性插值計(jì)算得分，每個(gè)上腿部網(wǎng)格點(diǎn)的評(píng)分按2個(gè)指標(biāo)中得分低的計(jì)算.[5]如果某個(gè)網(wǎng)格點(diǎn)沒有進(jìn)行試驗(yàn)，則將會(huì)采用其臨近點(diǎn)的最壞的結(jié)果進(jìn)行評(píng)分.由于網(wǎng)格點(diǎn)對(duì)稱位于車輛的兩邊，所以可使用對(duì)稱原則.所有撞擊點(diǎn)得分相加后除以總個(gè)數(shù)，為該車型的得分率，得分率乘以6，為該車型行人上腿部總得分.行人上腿部滿分為6分.

2基于Euro NCAP 行人上腿部的前端結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)根據(jù)Euro NCAP 行人上腿部撞擊點(diǎn)位置的不同，前端結(jié)構(gòu)也應(yīng)分別進(jìn)行設(shè)計(jì).[6]A級(jí)車型的行人保護(hù)上腿部撞擊位置一般在發(fā)動(dòng)機(jī)蓋前緣，主要關(guān)鍵部件為發(fā)動(dòng)機(jī)蓋系統(tǒng)前緣、散熱器上支架及前保系統(tǒng)上支架.離地高度較高的SUV車型的行人保護(hù)上腿部撞擊位置一般在前保系統(tǒng)的上格柵位置，主要關(guān)鍵部件為上格柵系統(tǒng)及內(nèi)部吸能零件.

2.1A級(jí)車型前端結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

A級(jí)車型的行人保護(hù)上腿部撞擊位置一般在發(fā)動(dòng)機(jī)蓋前緣，與BLE線位置接近，見圖3.

圖 3A級(jí)車型行人上腿部撞擊點(diǎn)位置

Fig.3Location of pedestrian upper leg impact points on

A level vehicle

由于上腿部彎矩受上腿力的影響較大，故本文分析時(shí)以上腿力作為評(píng)價(jià)指標(biāo).發(fā)動(dòng)機(jī)蓋系統(tǒng)前緣、散熱器上支架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分析如下.

2.1.1發(fā)動(dòng)機(jī)蓋系統(tǒng)前緣設(shè)計(jì)

根據(jù)上腿部模型撞擊過程發(fā)動(dòng)機(jī)蓋前端的變形狀態(tài)，將其結(jié)構(gòu)優(yōu)化為可壓潰的懸臂結(jié)構(gòu)，見圖4a）.優(yōu)化后的結(jié)構(gòu)在受到上腿部撞擊時(shí)，圖示虛框內(nèi)的懸臂可以壓潰吸能，降低發(fā)動(dòng)機(jī)蓋對(duì)上腿模型的碰撞力度，上腿部軸向力曲線對(duì)比見圖4b）.

a） 發(fā)動(dòng)機(jī)蓋內(nèi)板前端結(jié)構(gòu)

b） 上腿部軸向力曲線對(duì)比

由圖4b）可看出，該結(jié)構(gòu)對(duì)曲線第二個(gè)峰值有明顯影響，表明發(fā)動(dòng)機(jī)蓋前端的可壓潰結(jié)構(gòu)對(duì)上腿部軸向力的降低有明顯影響.由于造型和布置等原因，懸臂結(jié)構(gòu)不能設(shè)計(jì)太長(zhǎng)，故在3個(gè)面內(nèi)增加弱化孔，見圖5a）.該弱化孔可以降低發(fā)動(dòng)機(jī)蓋前端對(duì)上腿模型的抗力，上腿部軸向力曲線對(duì)比見圖5b）.該弱化孔對(duì)上腿部軸向力曲線的2個(gè)峰值均有影響.弱化孔的方向及大小應(yīng)根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)蓋的綜合要求進(jìn)行設(shè)計(jì).

a） 發(fā)動(dòng)機(jī)蓋內(nèi)板前端結(jié)構(gòu)

b） 上腿部軸向力曲線對(duì)比

2.1.2散熱器上支架設(shè)計(jì)

散崞骺蚣芪塑料件（見圖6a）），安裝蒙皮的支架集成于散熱器前端模塊上.蒙皮支架剛度大，上腿模型撞擊到蒙皮支架上時(shí)，上腿部在該撞擊位置不得分，故對(duì)其結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化.新增加圖6a）所示支撐板，并將蒙皮支架集成于該支撐板上，蒙皮支撐板安裝于散熱器上橫梁上端.該方案可將剛度大的支架后移，降低車輛前端剛度，從而減小上腿部軸向力，對(duì)比見圖6b）.該結(jié)構(gòu)第一個(gè)峰值增大，但第二個(gè)峰值明顯降低，曲線趨于平緩，上腿部軸向力減小.如果散熱器框架為金屬件，其上支架可以設(shè)計(jì)為易于壓潰的結(jié)構(gòu)，主要設(shè)計(jì)方向?yàn)椋荷现Ъ軆?nèi)部加強(qiáng)筋的布置，其厚度及材料的選取參考文獻(xiàn)[7].

2.2SUV車型前端結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

離地高度較高的SUV車型的行人保護(hù)上腿部撞擊位置一般在BLE線下端的前保系統(tǒng)的上格柵位置，見圖7.a） 蒙皮支撐板結(jié)構(gòu)

b） 上腿部軸向力曲線對(duì)比

SUV vehicle

2.2.1上格柵結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

根據(jù)上腿模型撞擊過程前保上格柵的變形狀態(tài)，對(duì)其剛度進(jìn)行優(yōu)化，主要設(shè)計(jì)方向有格柵x向?qū)挾?、格柵車?nèi)加強(qiáng)筋、材料厚度等.本文分析其厚度，研究格柵剛度對(duì)上腿部軸向力的影響，見圖8.

由圖8可看出，格柵剛度的減小有助于上腿部軸向力的減小，其剛度減小幅度也應(yīng)綜合其他因素進(jìn)行考慮.[8]

2.2.2內(nèi)部吸能零件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

SUV車型的上腿部撞擊點(diǎn)在上格柵位置，如果上格柵及前保蒙皮系統(tǒng)與前散熱器結(jié)構(gòu)的空間及造型有限制，在上腿部碰撞位置增加相應(yīng)的吸能零件對(duì)上腿部得分有很大幫助[9]，見圖9.吸能零件主要設(shè)計(jì)方向應(yīng)考慮吸能零件的位置、加強(qiáng)筋的布置及其料厚度等.

前端設(shè)計(jì)論文:簡(jiǎn)易m序列調(diào)制解調(diào)器前端設(shè)計(jì)

摘要：m序列是U頻通信方式的基礎(chǔ)理論，應(yīng)用較為廣泛，m序列是對(duì)最長(zhǎng)線性反饋移位寄存器序列的簡(jiǎn)稱，可由帶線性反饋的移位寄存器通過串行移位方式生成。文中通過對(duì)m序列生成的基本理論進(jìn)行了詳細(xì)介紹，并基于此設(shè)計(jì)了簡(jiǎn)易m序列調(diào)制解調(diào)器架構(gòu)，和硬件描述語(yǔ)言代碼，完成了仿真，測(cè)試。

關(guān)鍵詞：m序列；偽隨機(jī)碼；Verilog HDL；仿真

一、引言

m序列的使用是通信系統(tǒng)中CDMA（Code Division Multiple Access――碼分多址）模式的基礎(chǔ)，也是擴(kuò)頻通信方式的基礎(chǔ)理論。應(yīng)用較為廣泛，可用于《通信原理》基礎(chǔ)理論研究，也可以用于實(shí)際通信過程的擾碼單元使用，因此，對(duì)于該序列調(diào)制解調(diào)器的設(shè)計(jì)具有實(shí)際的意義。

m序列是對(duì)最長(zhǎng)線性反饋移位寄存器序列（maximal length linear feedback shift register sequence）的簡(jiǎn)稱，它是一種由帶線性反饋的移位寄存器所產(chǎn)生的序列，并且具有最長(zhǎng)周期。帶線性反饋的移位寄存器設(shè)定各級(jí)寄存器的初始狀態(tài)后，在時(shí)鐘觸發(fā)下，每次移位后各級(jí)寄存器狀態(tài)都會(huì)發(fā)生變化。觀察其中一級(jí)寄存器（通常為末級(jí)）的輸出，隨著移位時(shí)鐘節(jié)拍的推移會(huì)產(chǎn)生一個(gè)序列，稱為移位寄存器序列。可以發(fā)現(xiàn)序列是一個(gè)周期序列，其周期不但與移位寄存器的級(jí)數(shù)有關(guān)，而且與線性反饋邏輯有關(guān)。在相同級(jí)數(shù)情況下，采用不同的線性反饋邏輯所得到的周期長(zhǎng)度不同。此外，周期還與移位寄存器的初始狀態(tài)有關(guān)。

二、系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)方案

一般情況下，用于產(chǎn)生m序列的n級(jí)線性反饋移位寄存器的結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

0010110011111000110111010100001（由右至左依次按順序生成），發(fā)送端需要調(diào)制的信號(hào)，與這31位數(shù)進(jìn)行異或運(yùn)算。為仿真驗(yàn)證波形顯示便利，在發(fā)送信號(hào)的時(shí)候采用調(diào)制方法，即將1相應(yīng)的調(diào)制為1，0調(diào)制為-1；則可以得到傳輸中的m序列。

三、系統(tǒng)HDL設(shè)計(jì)方案

系統(tǒng)使用Verilog HDL語(yǔ)言完成設(shè)計(jì)。代碼由add_noise.v、coder.v、correct.v、Corrected_Decoder.v、decoder.v和top.v六個(gè)Verilog HDL代碼。代碼架構(gòu)設(shè)計(jì)圖如圖3所示。分別為傳輸加噪、發(fā)送端編碼調(diào)制、發(fā)送端校驗(yàn)編碼、校驗(yàn)解碼、解碼單元和頂層單元。

m序列調(diào)制與解調(diào)部分學(xué)習(xí)和實(shí)驗(yàn)主要進(jìn)行了基于ModelSim仿真的代碼編寫和調(diào)試，屬于不可綜合仿真，參考代碼中加入了兼具了testbench的測(cè)試功能。通信過程中，一般系統(tǒng)不會(huì)在啟動(dòng)后立即發(fā)送有效載荷數(shù)據(jù)，為了保證通信的穩(wěn)定，首先要發(fā)送雙方約定好的一系列信令和同步用數(shù)據(jù)信息，通過同步用數(shù)據(jù)信息來完成發(fā)送、接收雙方的時(shí)鐘、信令和控制數(shù)據(jù)的同步，同步后才能有效接收數(shù)據(jù)，這個(gè)過程類似于網(wǎng)絡(luò)通信中的TCP協(xié)議通信過程，是通信網(wǎng)絡(luò)中保證收發(fā)雙方可靠、穩(wěn)定通信的流程。

四、設(shè)計(jì)仿真測(cè)試

上述設(shè)計(jì)代碼直接在ModelSim中就可以直接綜合和進(jìn)行仿真。加載了Verilog HDL代碼的ModelSim項(xiàng)目窗口如圖4所示。發(fā)送端發(fā)送的數(shù)據(jù)由outdata變量存儲(chǔ)，其發(fā)送的數(shù)據(jù)經(jīng)由編碼和加噪模塊完成數(shù)據(jù)的m調(diào)制后，發(fā)送至接收端，接收端由解校驗(yàn)和解碼單元處理后，形成解調(diào)數(shù)據(jù)。

仿真運(yùn)行50微秒后部分仿真波形如圖5所示。從圖5中很容易看出負(fù)向波谷（表示波形向下，但是取值仍未正）位置對(duì)應(yīng)的解調(diào)碼值為0，正向波峰對(duì)應(yīng)位置解調(diào)碼值為1。與該窗口outdata（已發(fā)送數(shù)據(jù)）顯示數(shù)據(jù)一致。

五、結(jié)束語(yǔ)

本簡(jiǎn)易m序列調(diào)制解調(diào)器設(shè)計(jì)完成了基本的設(shè)計(jì)目標(biāo)，能夠正常發(fā)送和解調(diào)已發(fā)送的數(shù)據(jù)，能夠準(zhǔn)確進(jìn)行仿真和驗(yàn)證，后續(xù)可以繼續(xù)進(jìn)行優(yōu)化和加長(zhǎng)序列調(diào)制長(zhǎng)度，并增加通信系統(tǒng)中常見的各種糾錯(cuò)編碼方案，以使系統(tǒng)更加完善。

前端設(shè)計(jì)論文:考慮無(wú)源器件寄生參數(shù)的接收機(jī)射頻前端電路設(shè)計(jì)

摘要：隨著無(wú)線通信技術(shù)的快速發(fā)展，硅基工藝毫米波集成電路成為了熱點(diǎn)研究領(lǐng)域。本文主要分析考慮寄生參數(shù)的硅基接收機(jī)射頻前端電路的設(shè)計(jì)問題。文中首先討論了用于射頻前端電路和片外電路接口PAD的影響，分析了PAD結(jié)構(gòu)、尺寸和寄生參數(shù)的相互制約問題。然后，文中討論了如何在電路設(shè)計(jì)中進(jìn)行互連線參數(shù)提取，以及設(shè)計(jì)互連線中需要考慮的因素。

關(guān)鍵詞：射頻前端 無(wú)源器件 寄生參數(shù) PAD 互連線

1 引言

隨著半導(dǎo)體工藝和微電子技術(shù)的快速發(fā)展，硅基工藝微波射頻集成電路受到了工業(yè)、科技、醫(yī)藥醫(yī)療等領(lǐng)域的科研工作者的興趣[1，2，3]，硅基工藝集成電路相對(duì)于其他工藝電路具有集成度高、價(jià)格低等優(yōu)點(diǎn)。然而，當(dāng)硅基工藝集成電路的工作頻率提升到微波波段范圍時(shí)，其集成電路設(shè)計(jì)將受限于電路中有源器件和無(wú)源器件的模型精度，同時(shí)受限于電路中其它一些參數(shù)性能，如傳輸線寄生參數(shù)、電路的pad結(jié)構(gòu)、dummy金屬填充等。因此，在實(shí)際的電路設(shè)計(jì)中既要考慮有源器件和無(wú)源器件模型，同時(shí)還要考慮電路設(shè)計(jì)中的寄生參數(shù)對(duì)電路性能的影響。

無(wú)線接收機(jī)是無(wú)線通信系統(tǒng)的重要組成部件，其主要作用是將空氣中的目標(biāo)信號(hào)進(jìn)行接收，然后通過下變頻轉(zhuǎn)換成低頻信號(hào)，再通過解調(diào)將數(shù)據(jù)恢復(fù)成原來的格式發(fā)送給目標(biāo)用戶。雖然無(wú)線接收機(jī)由射頻前端，基帶信號(hào)處理部分和應(yīng)用接口等部件構(gòu)成，但在現(xiàn)有成熟的基帶技術(shù)情況下，接收機(jī)的性能主要決定于射頻前端的性能[3]。對(duì)于接收機(jī)而言，通常要求具有滿足應(yīng)用要求的靈敏度和動(dòng)態(tài)范圍，如果將靈敏度和動(dòng)態(tài)范圍進(jìn)行轉(zhuǎn)換，則可以轉(zhuǎn)換成接收機(jī)對(duì)應(yīng)的噪聲系數(shù)，動(dòng)態(tài)范圍和增益等指標(biāo)。由于接收機(jī)的主要性能取決于射頻前端的性能，因此接收機(jī)的主要性能取決于射頻前端的噪聲系數(shù)，增益，線性度等主要指標(biāo)。在射頻前端電路設(shè)計(jì)，通常采用不同的結(jié)構(gòu)來得到需要的射頻性能指標(biāo)，然而，在實(shí)際的電路設(shè)計(jì)中，不但要考慮電路的結(jié)構(gòu)同時(shí)還需要考慮電路設(shè)計(jì)中的寄生參數(shù)，本文主要討論射頻前端電路的設(shè)計(jì)中如何考慮寄生參數(shù)。

2 硅基射頻前端電路設(shè)計(jì)總體考慮

圖1是常規(guī)的超外差式接收機(jī)射頻前端電路結(jié)構(gòu)[4]，射頻前端電路中包含濾波器，低噪聲放大器，混頻器，壓控振蕩器（VCO），可變?cè)鲆娣糯笃鳎ㄖ蟹牛┑饶K構(gòu)成，射頻信號(hào)通過天線進(jìn)入到RF濾波器中進(jìn)行需要射頻信號(hào)的選頻，通過RF濾波器將接收機(jī)需要的射頻信號(hào)從空中信號(hào)中選擇出來。經(jīng)過RF濾波器出來的信號(hào)通常信號(hào)幅度都很弱，增加其信號(hào)能量是進(jìn)行有效檢測(cè)的重要手段，通過低噪聲放大器可以大幅度提高信噪比。由于RF濾波器的信號(hào)中通常含有鏡像信號(hào)，該鏡像信號(hào)將在后續(xù)的變頻電路中對(duì)有用信號(hào)產(chǎn)生影響，因此低噪聲放大器輸出信號(hào)需要通過鏡像抑制濾波器對(duì)鏡像信號(hào)進(jìn)行抑制?；祛l器將本地振蕩器產(chǎn)生的信號(hào)和接收的射頻信號(hào)進(jìn)行下混頻得到中頻信號(hào)，在輸出的中頻信號(hào)中將含有不少數(shù)量的交調(diào)成分，IF濾波器對(duì)無(wú)用交調(diào)成分進(jìn)行過濾，然后送入到可變?cè)鲆娣糯笃髦羞M(jìn)行放大，進(jìn)而放大后的信號(hào)到基帶中進(jìn)行解調(diào)或者進(jìn)行進(jìn)一步下變頻得到更低的中頻信號(hào)。

在實(shí)際的射頻前端電路設(shè)計(jì)中，由于各個(gè)濾波器通常是采用電感和電容無(wú)源器件來實(shí)現(xiàn)，受限于硅襯底的低電阻率特性，RF濾波器、IR濾波器和IF濾波器通常由片外模塊來實(shí)現(xiàn)，而其中的各個(gè)有源電路，如低噪放、混頻器、VCO和中放則通過片上電路來實(shí)現(xiàn)，這種情況下片外模塊-各種濾波器和片上電路之間的連接需要通過PAD和鍵合線來實(shí)現(xiàn)。

對(duì)于射頻前端而言，噪聲系數(shù)、線性度、增益和功耗是影響其實(shí)際使用的四個(gè)因素。通常期望射頻前端具有低的噪聲系數(shù)，高線性度、高增益和低功耗。然而，在實(shí)際的電路設(shè)計(jì)中低的噪聲系數(shù)、高線性度、高增益通常將帶來功耗的增加，因此在實(shí)際的射頻前端電路設(shè)計(jì)中通常以功耗為主要限制條件，對(duì)射頻前端電路的設(shè)計(jì)以功耗為約束條件，在一定功耗和確定增益的情況下對(duì)噪聲系數(shù)，線性度等進(jìn)行分配。

對(duì)于射頻前端另一個(gè)需要考慮的因素是電路設(shè)計(jì)中的各類無(wú)源器件，用于和片外電路連接的PAD、金屬鍵合線以及電路大量存在的各類傳輸線。由于射頻前端常用的電感和電容這兩類無(wú)源器件工藝廠商在提供設(shè)計(jì)模型（PDK文件）時(shí)已經(jīng)進(jìn)行了精確的模型驗(yàn)證，在射頻前端設(shè)計(jì)中可以直接利用模型進(jìn)行設(shè)計(jì)。然而，對(duì)于其余的器件如PAD，金屬鍵合線、互連線等，通常工藝廠商無(wú)相關(guān)的模型，需要在集成電路設(shè)計(jì)中進(jìn)行考慮。同時(shí)，由于模塊電路的各個(gè)元器件之間以及各個(gè)模塊之間需要采用大量采用互連線進(jìn)行連接，此時(shí)大量存在的互連線將不可避免的對(duì)射頻前端性能產(chǎn)生影響。

3 射頻前端的寄生參數(shù)設(shè)計(jì)

圖2是片上射頻前端電路包含無(wú)源器件的電路框圖，不同于圖1的射頻電路結(jié)構(gòu)，圖2中各個(gè)器件之間的互連線以及和片外電路連接的金屬PAD都顯示于圖中，在圖中，各個(gè)模塊內(nèi)部有源器件、無(wú)源器件相互之間的互連線沒有顯示出來。

從圖2中可以看出，對(duì)于射頻前端而言，其不可避免的存在大量的互連線和金屬PAD。由于這些互連線和金屬PAD存在，將不可避免的對(duì)電路性能產(chǎn)生影響，在實(shí)際的電路設(shè)計(jì)中需要對(duì)這些無(wú)源器件寄生參數(shù)進(jìn)行考慮，提高系統(tǒng)電路性能。

3.1 PAD考慮及效應(yīng)影響

如圖1所示，射頻前端電路中由于其內(nèi)部模塊需要和外部電路之間進(jìn)行信號(hào)交換，需要采用PAD來把片上的模塊如低噪聲放大器和片外的濾波器連接。對(duì)于射頻電路而言，為了保證功率無(wú)反射，通常需要和外部電路連接片上模塊的輸入阻抗和輸出阻抗為50歐姆，這就要求低噪聲放大器的輸入端和輸入端，混頻器的輸入端都要匹配成50歐姆，保證信號(hào)能夠良好傳輸。在實(shí)際的電路設(shè)計(jì)中，由于PAD通常由一層或兩層金屬作為信號(hào)線層，底層金屬作為地這樣結(jié)構(gòu)構(gòu)成，這些信號(hào)層將和地構(gòu)成電容，影響電路性能。

對(duì)于PAD而言，其對(duì)電路設(shè)計(jì)帶來的影響主要是在電路的輸入端和輸出端增加寄生電容和寄生電阻[4]。由于PAD帶來的寄生電容在電路的輸入端和輸出端和電路相互并聯(lián)，該并聯(lián)電容將和輸入端和輸出端的阻抗一起構(gòu)成了射頻模塊新的輸入阻抗和輸出阻抗，改變了電路的輸入輸出反射系數(shù)，導(dǎo)致?lián)p壞增加。由于該電容直接和地相連，理論上該電容越小越好，即盡可能的采用頂層金屬和較小的面積來實(shí)現(xiàn)PAD結(jié)構(gòu)，從而減小電容量。另一方面，對(duì)于PAD而言，當(dāng)其接入到射頻電路中，PAD本身帶來的寄生電阻將和輸入阻抗、輸出阻抗相互串聯(lián)，進(jìn)而導(dǎo)致其信號(hào)的損耗增加。由于PAD的寄生電阻和金屬面積成反比，和金屬的厚度成正比，為了減小這種寄生電阻的損耗，有效的策略是增加其面積，同時(shí)頂層金屬和臨近頂層金屬層通過過孔連接起來。然而，當(dāng)采用這種把兩層金屬作為信號(hào)層結(jié)構(gòu)時(shí)，信號(hào)金屬層和地金屬層之間的距離將顯著減小，這將導(dǎo)致PAD寄生電容的增加，因此在電路設(shè)計(jì)時(shí)需要綜合進(jìn)行考慮。

對(duì)于PAD另一個(gè)需要綜合考慮的是其面積。由于PAD的面積直接影響其寄生電阻大小和寄生電容大小。PAD面積越大，寄生電容越大，寄生電阻越小，同時(shí)帶來的關(guān)鍵問題是芯片面積的顯著增加，因此，為降低其寄生電容，同時(shí)減小其芯片面積，通常PAD的尺寸按照可以實(shí)現(xiàn)金屬鍵合線連接的最小尺寸為主。

3.2 互連線考慮及效應(yīng)影響

對(duì)于射頻前端而言，另一個(gè)不可避免的無(wú)源器件是系統(tǒng)內(nèi)大量存在的互連傳輸線，如圖2所示。這些互連線其主要的寄生參數(shù)包含串聯(lián)電感和電阻，并聯(lián)電容，并聯(lián)電導(dǎo)這幾部分構(gòu)成。各個(gè)寄生參數(shù)的大小和互連線的尺寸成正比，為了減小這些寄生參數(shù)，各個(gè)互連線的尺寸應(yīng)該盡可能短。同時(shí)，對(duì)于射頻集成電路而言，其工作信號(hào)的頻率通常達(dá)到幾個(gè)吉赫茲甚至更高的幾十吉赫茲，此時(shí)，傳輸線的寄生效應(yīng)，尤其是寄生電阻和寄生電感將會(huì)對(duì)電路的性能帶來顯著影響。為降低這些寄生參數(shù)影響，射頻電路的各個(gè)器件之間的互連線應(yīng)該單端從電路設(shè)計(jì)中提取出來，然后通過電磁場(chǎng)仿真軟件如HFSS，ADS-Momentum等進(jìn)行模型構(gòu)建和寄生參數(shù)提取，再將提取的寄生參數(shù)放入到電路中進(jìn)行仿真。在實(shí)際電路設(shè)計(jì)中，可以將這些互連線作為電路中匹配元件的一部分，降低這些互連線對(duì)電路影響。

對(duì)于互連線另一個(gè)需要重點(diǎn)考慮的因素是互連線的對(duì)稱性。根據(jù)集成電路知識(shí)可以知道，為減少共模信號(hào)對(duì)電路的干擾，電路中信號(hào)通常是采用差分信號(hào)結(jié)構(gòu)的形式，如混頻器，放大器，VCO等通常采用的是差分結(jié)構(gòu)形式[5]。然而，對(duì)于差分電路而言，一個(gè)至關(guān)重要的因素是差分信號(hào)的一致性，即差分信號(hào)的幅度相等，相位相反。當(dāng)差分信號(hào)的失配嚴(yán)重系統(tǒng)射頻性能將大幅度降低。為了保證差分信號(hào)一致性，在電路結(jié)構(gòu)上應(yīng)該盡可能的使電路對(duì)稱。這種電路結(jié)構(gòu)的對(duì)稱既包含電路的有源器件對(duì)稱，也包含器件之間的互連線的對(duì)稱性。當(dāng)電路中不可避免的需要采用長(zhǎng)的互連線時(shí)，應(yīng)該保證互連線兩支路都是采用相同的金屬層，互連線的長(zhǎng)度嚴(yán)格一致，同時(shí)兩支路的結(jié)構(gòu)嚴(yán)格完全相同。

4 結(jié)語(yǔ)

隨著無(wú)線通信技術(shù)的快速發(fā)展，硅基工藝射頻集成電路在集成電路設(shè)計(jì)的熱點(diǎn)領(lǐng)域。本文主要討論了考慮無(wú)源器件寄生參數(shù)的硅基接收機(jī)射頻前端電路設(shè)計(jì)問題。對(duì)于射頻前端而言，其不可避免的需要和片外電路進(jìn)行相互連接，此時(shí)用作輸入輸出接口的PAD寄生參數(shù)將對(duì)電路設(shè)計(jì)帶來影響，為降低其寄生電容和寄生電阻的影響，文中分析了PAD結(jié)構(gòu)和尺寸的相互制約問題。射頻前端電路設(shè)計(jì)中另一個(gè)重要的問題是電路內(nèi)部大量存在的互連線，文中討論了如何在電路設(shè)計(jì)中進(jìn)行互連線參數(shù)提取，以及設(shè)計(jì)互連線中需要考慮的因素。

前端設(shè)計(jì)論文:一種基于DSP的一體化前端采集控制器的設(shè)計(jì)

【摘 要】介紹了一種基于DSP的用于高溫高壓高速時(shí)溫度、壓力、振動(dòng)等環(huán)境參數(shù)測(cè)量的一體化前端采集控制器，給出了硬件和軟件設(shè)計(jì)方案，重點(diǎn)介紹了硬件設(shè)計(jì)，硬件方案設(shè)計(jì)主要圍繞數(shù)據(jù)的高速采集和大容量存儲(chǔ)兩方面考慮。該采集器具有速度快、處理能力強(qiáng)、可靠性和電磁兼容性高等優(yōu)點(diǎn)。

【關(guān)鍵詞】TMS320F2812PGFA芯片；大容量存儲(chǔ)；數(shù)據(jù)處理

0 引言

在某些高溫高壓高速實(shí)驗(yàn)場(chǎng)合中，溫度、壓力、振動(dòng)等環(huán)境參數(shù)是是檢驗(yàn)被測(cè)物體及運(yùn)動(dòng)裝置的可靠性和可維修性的重要依據(jù)，為被測(cè)物體的改進(jìn)提供必要的依據(jù)。而這些參數(shù)的測(cè)量通過熱電偶傳感器、壓力傳感器、振動(dòng)傳感器將物理量信息轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，送給一體化前端采集控制器。一體化前端采集控制器將所接收到的電信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字量后，將數(shù)據(jù)保存起來，并可以通過以太網(wǎng)口、RS422及USB口等通訊接口將數(shù)據(jù)上傳至計(jì)算機(jī)中。計(jì)算機(jī)可以處理和分析數(shù)據(jù)，并可以將處理結(jié)果用報(bào)表、圖表的方式打印出來。由于這些實(shí)驗(yàn)的無(wú)法重復(fù)性、復(fù)雜性這就對(duì)一體化前端采集控制器的設(shè)計(jì)提出了更高的要求，不僅具備多通道高速采集和大容量存儲(chǔ)的功能還應(yīng)具有很高的可靠性、精確性和電磁兼容性。

1 一體化前端采集控制器工作原理

一體化前端采集控制器的工作原理圖如圖1所示。一體化前端采集控制器將采集通道、主控部分、數(shù)據(jù)總線等集成在一起，采用嵌入式計(jì)算機(jī)技術(shù)設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)一體化程控，并具有RS422、USB2.0和以太網(wǎng)接口。

2 硬件設(shè)計(jì)方案

2.1 主控制部分

每臺(tái)采集器都有一個(gè)主控制板，其作用是通過相應(yīng)的端口與上位機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，并通過控制總線對(duì)采集板進(jìn)行控制與數(shù)據(jù)交換。組成框圖如圖2所示。

2.1.1 中央處理器

考慮到系統(tǒng)的高速數(shù)據(jù)采集、大容量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，通道獨(dú)立性等特點(diǎn)，數(shù)據(jù)采集和存儲(chǔ)的控制由一個(gè)高速32位DSP（數(shù)字處理單片機(jī)）芯片實(shí)現(xiàn)。DSP單片機(jī)與普通單片機(jī)相比，在運(yùn)行速度和數(shù)據(jù)處理能力上都有后者無(wú)法比擬的優(yōu)越性，完全可以滿足系統(tǒng)高速采集的要求。在DSP芯片的選擇上，采用TI公司的TMS320F2812PGFA 32位定點(diǎn)處理DSP芯片，該芯片不但運(yùn)行速度高（可達(dá)150MHz的主頻），處理功能強(qiáng)大，并且具有豐富的片內(nèi)外圍設(shè)備，便于接口和模塊化設(shè)計(jì)，其信價(jià)比極高。而且它特有的性能是外部存貯空間接口可達(dá)1MB、可編程等待狀態(tài)、三個(gè)獨(dú)立的片選端還有幾十個(gè)GPIO端口可供選擇。此特點(diǎn)用于管理其它采集板通訊雙口RAM（IDT7027）提供了很大的方便。芯片內(nèi)部具有8K×16的片內(nèi)Flash存儲(chǔ)器，可以大大降低系統(tǒng)的體積，而且其功耗也比較低（核心電壓1.8V，I/O口電壓3.3V）。

2.1.2 主控板CPLD

為方便通道的可擴(kuò)展性，設(shè)計(jì)了一套完整的并行數(shù)據(jù)總線和協(xié)議。每塊采集板上都有自己的一個(gè)控制CPU來進(jìn)行采集和存儲(chǔ)控制，并通過并行數(shù)據(jù)總線和協(xié)議由一塊主控制板來與上位機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。為增強(qiáng)儀器的可靠性和總線的驅(qū)動(dòng)能力，所以在每塊板上都增加了一套總線驅(qū)動(dòng)器，考慮到板子體積大小，將總線驅(qū)動(dòng)器做到了一個(gè)CPLD中，其特點(diǎn)就是集成度高，體積小，邏輯更改方便可以通過編程來實(shí)現(xiàn)。

2.2 采集通道部分

為了增加板子可靠性和獨(dú)立性，我們?cè)O(shè)計(jì)中都將每塊板子設(shè)計(jì)成為了相對(duì)獨(dú)立的采集器。由自己控制CPU、采樣AD、信號(hào)調(diào)理前端、存貯磁盤及通訊總線。其組成框圖如圖3所示。

2.2.1 中央處理器

根據(jù)儀器需要及與主控部分的編程操作方便，CPU控制器也是選用TI公司的TMS320F2812PGFA 32位定點(diǎn)處理DSP芯片，它還具有3個(gè)32位的CPU定時(shí)器，運(yùn)用這三個(gè)定時(shí)器，可實(shí)現(xiàn)AD的定時(shí)采集，以達(dá)到采樣頻率：10Hz-160KHz/通道，連續(xù)可調(diào)。

2.2.2 A/D轉(zhuǎn)換器

A/D轉(zhuǎn)換器是將輸入模擬電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)的關(guān)鍵部位。設(shè)計(jì)中采用了AD公司的高速16位A/D轉(zhuǎn)換器AD7663AST芯片。該AD轉(zhuǎn)換器具有高速度、高精度、低功耗、單一電源供電（+5V）等特點(diǎn)，使用其±5V量程檔?？梢酝耆珴M足本測(cè)量系統(tǒng)對(duì)于測(cè)量速度和測(cè)量精度16位的要求。

2.2.3 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)

數(shù)據(jù)存儲(chǔ)也是數(shù)據(jù)采集通道中的一個(gè)關(guān)鍵部分，它必須滿足存儲(chǔ)容量和能夠掉電保持?jǐn)?shù)據(jù)的雙重功能。設(shè)計(jì)中采用靜態(tài)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器緩存加大容量電子盤（ADC）作為存儲(chǔ)介質(zhì)實(shí)現(xiàn)大容量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。電子盤與普通Flash存儲(chǔ)器相比，具有速度快、容量大的優(yōu)點(diǎn)；與普通硬盤相比，存儲(chǔ)容量相當(dāng)，電子盤的工作環(huán)境溫度更寬、抗沖擊振動(dòng)能力強(qiáng)、體積小、安裝形式多，更適合本測(cè)量系統(tǒng)。根據(jù)程序支持的存貯容量，用戶通過上位機(jī)軟件去選擇存儲(chǔ)盤的容量，最高可支持512M字節(jié)的存儲(chǔ)。

2.2.4 雙口RAM

增加雙口RAM目的是為了實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)在采集過程中的實(shí)時(shí)監(jiān)控功能。當(dāng)CPU在采樣過程中先將AD的采樣數(shù)據(jù)放在靜態(tài)RAM中，然后再將數(shù)據(jù)存入電子盤。當(dāng)采樣率比較高的時(shí)候CPU的工作頻率也就相對(duì)比較高。這時(shí)靠CPU再與上位機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換已經(jīng)來不及了。在不影響采集存儲(chǔ)的情況下只有靠主控板自己的CPU把數(shù)據(jù)從采集RAM取走傳給上位機(jī)。普通單口RAM只有一個(gè)讀寫操作口無(wú)法實(shí)現(xiàn)上述功能，而雙口RAM有左右兩個(gè)讀寫操作口，這樣就可以實(shí)現(xiàn)了邊存儲(chǔ)邊顯示的功能了。而且為增加總線數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俣群头奖阈?，將雙口RAM的存儲(chǔ)區(qū)劃分幾個(gè)不同的區(qū)域，每塊采集板的所有要與主控板進(jìn)行交換的數(shù)據(jù)及命令都靠取RAM中不同區(qū)域數(shù)據(jù)來實(shí)現(xiàn)。根據(jù)需要選用IDT公司的IDT70V28L芯片，其存儲(chǔ)容量為64k X 16位，電源為3.3V。該芯片典型功耗為440mW，待機(jī)功耗僅660μW。

2.2.5 信號(hào)調(diào)理前端

信號(hào)調(diào)理前端作用就是把傳感器的信號(hào)歸一化為理想的電壓信號(hào)，再由AD進(jìn)行采樣轉(zhuǎn)換?，F(xiàn)在大多數(shù)傳感器信號(hào)輸出型式有三種：電荷型、單端電壓型、差分電壓型。為實(shí)現(xiàn)儀器能對(duì)多種信號(hào)進(jìn)行采集，所以在采集板上做了三種信號(hào)調(diào)理電路，通過模擬電子開關(guān)及編程的方式來實(shí)現(xiàn)信號(hào)的切換。

2.3 電源管理模塊

為滿足野外無(wú)外接電源長(zhǎng)時(shí)間工作需求，選大容量聚合物鋰電池，選定制的電池保護(hù)電路保證穩(wěn)定的電流輸出。大容量聚合物鋰電池可根據(jù)需要擴(kuò)充電量，外置的電池盒可方便拆卸和搬運(yùn)，在電池盒中設(shè)置的溫控電路也可保障電池在低溫環(huán)境下的工作。

3 軟件設(shè)計(jì)

前端采集器需要完成數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)3 個(gè)基本功能，這三部分在系統(tǒng)軟件的監(jiān)控和任務(wù)調(diào)度下協(xié)同運(yùn)行。軟件設(shè)計(jì)的主要流程圖如圖4所示。

進(jìn)入數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)后，程序首先對(duì)系統(tǒng)初始化，內(nèi)部計(jì)時(shí)器開始計(jì)時(shí)，啟動(dòng)ADC采集數(shù)據(jù)，主程序進(jìn)入一個(gè)死循環(huán)；當(dāng)ADC轉(zhuǎn)換完畢，進(jìn)入中斷子程序，采集并存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，然后將采集的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到硬盤里，以便進(jìn)行數(shù)據(jù)處理與分析。

4 可靠性和電磁兼容性設(shè)計(jì)

4.1 可靠性設(shè)計(jì)

一體化前端采集控制器設(shè)計(jì)時(shí)，在滿足整機(jī)主要性能指標(biāo)的前提下，按照可靠性的要求進(jìn)行簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)、降額設(shè)計(jì)、熱設(shè)計(jì)、三防設(shè)計(jì)、安全設(shè)計(jì)等，從簡(jiǎn)化電路構(gòu)成、增加元件參數(shù)額定使用上限、加強(qiáng)散熱效果、采取三防處理、采取絕緣處理等方面考慮，確保了一體化前端采集控制器的可靠性。

4.2 電磁兼容性設(shè)計(jì)

一體化前端采集控制器在設(shè)計(jì)中采取一系列電磁兼容及抗干擾措施：電源模塊的輸入、輸出都具有濾波電路；同時(shí)在每塊印制板的電源入口處放置大電容，在每個(gè)組件旁和每個(gè)信號(hào)的輸入接口處放置小電容，從而加強(qiáng)了儀器抗電磁兼容干擾的能力；印刷板采取了去耦措施，電源端、輸入輸出端加濾波；印刷線路板布線有規(guī)則前向布線，盡量縮短布線長(zhǎng)度；信號(hào)線與回線盡量靠近，平行走線。按電路類型對(duì)元件、邏輯組件進(jìn)行分組，相對(duì)集中，相互獨(dú)立的功能塊周圍用地線環(huán)繞；采用多層印制板，增加電源層及接地層接觸面，增強(qiáng)抗干擾能力；對(duì)儀器所用元器件嚴(yán)格按照選用標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行篩選和選用，保證其抗干擾能力；由于整機(jī)采用金屬殼，具有屏蔽作用，因此會(huì)大幅度減少內(nèi)部噪聲輻射到機(jī)殼外部。

5 結(jié)語(yǔ)

本文設(shè)計(jì)的一體化前端采集控制器具備多通道、大容量、高速采集與存儲(chǔ)的功能。由于采用了高性能的DSP芯片TMS320F2812PGFA和采用嵌入式計(jì)算機(jī)技術(shù)，加入了可靠性設(shè)計(jì)和電磁兼容性設(shè)計(jì)，適合一些高溫高壓高速實(shí)驗(yàn)場(chǎng)合測(cè)量的要求。

前端設(shè)計(jì)論文:基于AJAX的智慧農(nóng)業(yè)監(jiān)控系統(tǒng)Web前端設(shè)計(jì)

摘 要：AJAX作為當(dāng)前網(wǎng)站開發(fā)的前沿技術(shù)，可根據(jù)用戶需要向服務(wù)器端發(fā)送少量的數(shù)據(jù)請(qǐng)求，實(shí)現(xiàn)快速無(wú)刷新地改變系統(tǒng)頁(yè)面的布局和內(nèi)容，從而提供給用戶極佳的瀏覽體驗(yàn)。文中將分析AJAX的基本原理以及其在Web應(yīng)用交互中的重點(diǎn)突破，并設(shè)計(jì)出基于AJAX的智慧農(nóng)業(yè)監(jiān)控系統(tǒng)前端框架。

關(guān)鍵詞：AJAX；智慧農(nóng)業(yè)；Web前端；異步通信

0 引 言

作為一個(gè)21世紀(jì)新興強(qiáng)國(guó)，我國(guó)農(nóng)業(yè)卻仍以傳統(tǒng)耕種方式為主，這樣不僅造成各種資源的浪費(fèi)，更對(duì)環(huán)境與水土造成嚴(yán)重污染和破壞，對(duì)農(nóng)業(yè)的可持續(xù)性發(fā)展構(gòu)成了嚴(yán)重的威脅。我國(guó)政府部門先后頒布了諸多農(nóng)業(yè)科技發(fā)展新條例，足以體現(xiàn)其對(duì)農(nóng)業(yè)發(fā)展的高度重視。伴隨著物聯(lián)網(wǎng)的飛速發(fā)展，越來越多的先進(jìn)技術(shù)被應(yīng)用到農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，運(yùn)用傳感器和軟件通過移動(dòng)平臺(tái)或者電腦平臺(tái)對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)進(jìn)行控制是當(dāng)前農(nóng)業(yè)發(fā)展的必然趨勢(shì)。Web前端作為Web系統(tǒng)的內(nèi)容展現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)可視化的同時(shí)，為用戶與系統(tǒng)提供了豐富的交互入口，在整個(gè)智慧農(nóng)業(yè)監(jiān)控系統(tǒng)中起著至關(guān)重要的作用。

1 AJAX簡(jiǎn)介

AJAX（Asynchronous JavaScript And XML）的全稱為異步JavaScript和XML，它是由JavaScript、XMLHttpRequest（XHR）、DOM、XML等技術(shù)復(fù)合而成的異步通信技術(shù)。

1.1 AJAX的工作原理

AJAX的工作原理就是在瀏覽器與服務(wù)器之間增加了一個(gè)包含一些復(fù)雜JavaScript程序的AJAX引擎，而XHR對(duì)象作為異步通信的基礎(chǔ)，旨在為JavaScript程序提供許多豐富可用的接口與后臺(tái)服務(wù)器端進(jìn)行少量的數(shù)據(jù)交互，然后通過對(duì)XML文檔的解析處理，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)頁(yè)面的快速選擇性刷新。

1.2 傳統(tǒng)應(yīng)用模型與AJAX應(yīng)用模型的比較

在傳統(tǒng)的Web應(yīng)用中，當(dāng)用戶進(jìn)行表單提交時(shí)，瀏覽器直接將數(shù)據(jù)發(fā)送給后臺(tái)服務(wù)器，后臺(tái)對(duì)請(qǐng)求進(jìn)行相應(yīng)處理后通過Http協(xié)議返回給瀏覽器一個(gè)完整的頁(yè)面，瀏覽器接收到返回?cái)?shù)據(jù)后將對(duì)頁(yè)面進(jìn)行重新構(gòu)造并顯示，其應(yīng)用模型如圖1所示。在此過程中，瀏覽器處于空白狀態(tài)，用戶必須等到頁(yè)面完全被刷新后才能瀏覽更新的內(nèi)容。

圖1 傳統(tǒng)的Web應(yīng)用模型

而在基于AJAX的新興Web應(yīng)用中，瀏覽器首先將數(shù)據(jù)發(fā)送給AJAX引擎中的JavaScript代碼，由JavaScript代碼首先來捕捉表單中需提交的數(shù)據(jù)，然后將其發(fā)送給后臺(tái)服務(wù)器，從而實(shí)現(xiàn)用戶操作與服務(wù)器響應(yīng)的異步化，用戶無(wú)需等到后臺(tái)服務(wù)器響應(yīng)仍可繼續(xù)操作程序。但JavaScript代碼并不會(huì)將所有的請(qǐng)求都提交給后臺(tái)服務(wù)器去處理，部分無(wú)需從后臺(tái)獲取新數(shù)據(jù)的請(qǐng)求交由AJAX引擎自身來處理，其它確認(rèn)需要獲取新數(shù)據(jù)的請(qǐng)求則由AJAX引擎提交給服務(wù)器。這樣不僅能夠?qū)崿F(xiàn)頁(yè)面的局部刷新，縮短用戶的等待時(shí)間，而且能夠?qū)⒁徊糠謹(jǐn)?shù)據(jù)處理交由瀏覽器來完成，從而減輕服務(wù)器的負(fù)擔(dān)。

2 系統(tǒng)Web前端設(shè)計(jì)

2.1 系統(tǒng)需求分析

“智慧農(nóng)業(yè)”作為一種科學(xué)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)手段，它主要通過給每個(gè)基點(diǎn)配置無(wú)線傳感節(jié)點(diǎn)來獲取植物的生長(zhǎng)環(huán)境信息，如空氣溫濕度、光照強(qiáng)度、土壤的酸堿度、植物養(yǎng)分、氣體含量等參數(shù)。系統(tǒng)將會(huì)先收集無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)發(fā)來的數(shù)據(jù)并將其進(jìn)行存儲(chǔ)，而后將存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫(kù)的數(shù)據(jù)進(jìn)行提取、篩選、統(tǒng)計(jì)、分析，最終將更具科學(xué)性、代表性的結(jié)果通過瀏覽器展現(xiàn)給用戶。系統(tǒng)也可以設(shè)置為智能模式，將結(jié)果進(jìn)行自動(dòng)分析，自動(dòng)控制相應(yīng)設(shè)備。引入視頻圖像與圖像處理，直觀地反映農(nóng)作物生產(chǎn)的實(shí)時(shí)狀態(tài)，從整體上給農(nóng)戶提供更加科學(xué)的種植決策理論依據(jù)。

Web前端作為系統(tǒng)的可視化部分，主要是為了實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)顯示，給用戶提供一個(gè)與后臺(tái)進(jìn)行數(shù)據(jù)交互、參數(shù)設(shè)置、設(shè)備控制的入口。

2.2 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

根據(jù)系統(tǒng)的需求分析，總體上可將系統(tǒng)分為登陸界面、登陸失敗界面、設(shè)備監(jiān)控界面、設(shè)備管理界面、視頻監(jiān)控界面、系統(tǒng)設(shè)置界面、日志記錄界面、設(shè)備詳情界面、掃描新設(shè)備界面、視頻監(jiān)控詳情界面。系統(tǒng)前端界面流程圖如圖3所示。

整個(gè)界面設(shè)計(jì)框架主要分為三層，結(jié)構(gòu)層、表示層和行為層。結(jié)構(gòu)層主要是由HTMl負(fù)責(zé)創(chuàng)建，實(shí)現(xiàn)了頁(yè)面文字、圖片和動(dòng)畫的繪制；表示層是CSS負(fù)責(zé)創(chuàng)建，完成了網(wǎng)頁(yè)顏色、布局和線條的美化；行為層則是JavaScript語(yǔ)言和DOM負(fù)責(zé)創(chuàng)建，實(shí)現(xiàn)了頁(yè)面事件的動(dòng)態(tài)交互。三層結(jié)合提供給用戶一個(gè)可視性強(qiáng)、可操作性強(qiáng)的智能平臺(tái)。設(shè)備監(jiān)控界面作為其主界面，PC端效果圖如圖4所示，系統(tǒng)的設(shè)置界面如圖5所示。

3 AJAX在系統(tǒng)中的應(yīng)用

對(duì)于一個(gè)監(jiān)控功能系統(tǒng)來說，數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)刷新以及控制設(shè)備狀態(tài)的實(shí)時(shí)改變是非常重要的。在本文的智慧農(nóng)業(yè)監(jiān)控系統(tǒng)中，主要使用了DOM中的setInterval方法來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的輪詢，將一個(gè)包含AJAX請(qǐng)求的函數(shù)傳入其中作為要執(zhí)行的代碼塊。應(yīng)用程序?qū)⒅芷谛缘膱?zhí)行相應(yīng)的AJAX請(qǐng)求，快速完成頁(yè)面的局部刷新，獲取到當(dāng)前時(shí)段的最新數(shù)據(jù)信息。當(dāng)用戶需要改變底層控制設(shè)備的狀態(tài)時(shí)，用戶通過觸發(fā)點(diǎn)擊事件向服務(wù)器發(fā)送AJAX請(qǐng)求，并根據(jù)服務(wù)器的返回?cái)?shù)據(jù)相應(yīng)的改變系統(tǒng)中的狀態(tài)圖片。在這整個(gè)過程中，系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了無(wú)刷新更新頁(yè)面，用戶幾乎完全不知道后臺(tái)發(fā)生的一切。

4 結(jié) 語(yǔ)

隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的不斷發(fā)展，智慧農(nóng)業(yè)的運(yùn)用將更加廣泛，農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)的處理也會(huì)越來越精確、安全。而AJAX作為一種用于創(chuàng)建快速動(dòng)態(tài)網(wǎng)頁(yè)的技術(shù)，雖說在用戶體驗(yàn)上帶來了極大的提升，但在瀏覽器兼容性、數(shù)據(jù)新舊區(qū)分以及客戶端負(fù)載等方面仍存在不足。相信隨著Web技術(shù)的不斷完善，AJAX在應(yīng)用程序中的運(yùn)用也會(huì)更加成熟。