集中轮轴温度监控系统工程设计实践.ppt

集中轮轴温度监控系统工程项目设计实践,说课,计算机工程系 柴惠民 2010年6月5日,课称名称：计算机接口技术,学生上课要求,课上认真完成工作笔记 收集必须的IC器件和处理技术的资料。 学习指导教师的分析、解决问题的思路和方法。,计算机接口技术职业技能测试 班级： 姓名： 测试日期：,资料阅读能力:,工作表现情况:,工作笔记:,实训要求,考核方式,本项目考核成绩由以下几部分组成： 工作笔记（20%） 资料阅读能力（20%） 程序编制能力（20%） 工作表现情况（20%） 项目完成情况（20%）,开课的目的,提供一个工程设计体验，为学科基础课和专业课的学习构建一个工程师经历背景 培养基本的工程能力，包括分析问题、构思解决方案、软硬件设计、激励源实验测试、硬件制作、软件实现、运行与调试的能力，团队合作能力，书面表达能力。,项目在本课程中的地位,本项目（电子应用产品）是课程中又一个综合性的案例，涉及到多种接口技术,与计算机联接有并行、串行，信号传送有直接、查询、中断，数据有电量和非电量，电子元器件也较多，系统繁简程度适中,特别是研究开发每一个任务，都可体现出完整的工作过程。 本项目涉及前边所学技术，但未学过的知识点有： 1、键盘处理：按住键再加电运行，符合实际情况，拓宽思维。 2、LCD液晶显示技术：定位显示。 3、RS232串行通讯：与上位机通讯，配合发光二极管实现。 学习利用I2C串行通讯新技术，完成温度数据的采集和非易失性数据的存储。 总之，就是将已掌握的技术如何嵌入到新的控制系统中，实施过程中，进一步加深理解软硬件的接口设计、数据结构的设计,提高综合设计的能力。,工程项目的主要内容,项目： 设计制作一个列车集中轮轴温度监控系统,工程项目的主要内容,列车集中轮轴温度监控系统的基本功能 实现利用传感器定时采集车厢8个轮轴的实时温度。 通过键盘能修改车厢号、温度的上下限数据。非易失。 能将现行数据传输给上位机。相当于黑匣子的作用。 当温度超过设定域值时自动发出声光报警信号，利用蜂鸣器声音报警，发光二极管点亮。 利用LCD进行温度实时显示。,工程项目的主要内容,集中轮轴温度监控系统的主要性能指标： 1、监测温度：55125。 2、监测分辨率：0.5。 3、采样周期：10秒 4、相对湿度35% 5、工作电压：温度测控仪、通讯转换器DC12V。 6、输出信号类型：RS485，距离1000米 7、报警音量：100分贝。 8、功率： 9、体积：,教学安排,第一阶段 工程项目（内容）现场调查和任务分解 实训内容：键盘（按钮）电路设计、按钮动作测试,主要是能改变数据。 第二阶段 I2C总线技术支持的讲解和编程 实训内容：LCD设计制作、调试,主要是定位显示出数据 第三阶段 温度传感器器件资料的讲解和编程 实训内容：温度传感器DS1621设计制作、调试,主要是得到温度数据,温度的上、下限数据的读(输入) /写(输出) 。 第四阶段 铁晶电存储器器件资料的讲解和编程 实训内容：PCF8563设计制作、调试，主要是得到当前的时间，车厢号数据读(输入) /写(输出) 第五阶段 测试、评比、总结 工程项目完成情况汇总（效果如何）。每个组分别派1、2个组员参加评比、总结，并给出成绩,研发工作过程,本项目的工作过程如下： 一、现场调查与现场工作人员探讨问题，明确产品的功能。（做什么？） 1.与现场工作人员探讨问题，明确为什么要对车轮进行温度监控。 2.现场调研，确定项目功能，性能指标。 3.画出总状态图。 注意：无论从模块上，还是细化到具体操作步骤，都要始终贯穿状 态的变化时序性，无论采用何种程序设计语言,根据有向状态图（计算机 也称状态机），依据状态的不同书写的程序，在工程中肯定可用。 学会状态图的设计，可以把握大局，掌握系统的工艺流程，为更高一级职 位 (如工程师，高级工程师，总工程师)的进升打下基础。,研发工作过程,研发工作过程,4. 查找相关资料，（图书馆，书店，阅览室，上网），记下笔记。 1)、根据性能指标，选择适应的电子元器件。 2)、阅读元器件的资料。 阅读主要器件DS1621后，得出一个结论，所有传感器检测都以工程对象为背景，每一个传感器在系统中都是为了测量工程对象的物理参数而设计。 阅读资料，提高自学能力，工作中当出现新器件后，能迅速掌握其技术，增强竞争能力和适应能力。 3)、初步确定项目的 硬件结构（接口）:口线及芯片地址分配表（图）。 软件结构（接口）：数据结构的设计表（图）。原则便于数据的处理。 二、技术资料分析项目可行性分析（实用、技术、经济、法律、生命周期等），得出一个用户满意的可行性方案。（做成什么？） 分析后，如有不妥的话，进行 一、4,研发工作过程,三、总体设计绘出控制结构图，系统分为若干个模块，形成一个多层次的结构，分析初始要求，权衡硬件与软件之间的关系，在系统灵活性、速度、成本、计划和可用工具之间作出权衡。（想想、看看，如何做？） 四、模块设计按模块的功能说明书，详细编制系统程序、硬件接口和软件接口参数。（做！好不好？） 在做的过程中，遇到新技术时，首先寻求技术支持,可问厂商、再问老师、专家、工程技术人员，并写出底层函数（一定要会看时序图，不懂时序编不出正确的程序,编制的程序肯定不能用）。 编制程序时，书写程序要规范化，程序代码的说明文件要书写。程序不出现具体数据，要虚拟化，即：通用性。 编制程序时，从简单到复杂，从核心到外围，逐步积累完善，精益求精。符合程序设计的原则（从时间、长度、修改、阅读、可移植、重定位这几个方面考虑）。 编制程序时，注意堆栈区的操作。函数模块中要有现场的保护和恢复,特别是中断程序。中断程序要尽量短，符合时间片。否则程序易跑飞。 “外师物化，内得心源”，将人们日常生活和生产活动中的一些习惯、动作，以及其他事物中，作为我们工程设计的准则；找出一些灵感,作为我们工程设计的手段，使做出来的产品尽量符合人的习惯，便于人操作，增加可卖点，使得工程项目得以顺利的进展。,研发工作过程,编制程序时,要会调试，遵循工程设计的经验原则来进行，即： 九字方针：看得见，摸的着，抓的住 。 具体手段有： 1、单步跟踪 2、连续运行时，必要处设置断点（即陷阱）。（抓的住） 3、软仿真 4、硬仿真 5、示波器的使用 6、特别是逻辑分析仪的使用，能观测到时序、系统的整个运行状态。 7、必要时，附加一组发光二极管，成功后撤掉。 8、在线调试。(摸的着) 注意，一定要会调试，这很重要。不会调试，肯定学不会编程。 学会调试，才能发现问题，知道故障现象，进行维护，进行纠错 水平才能步步高。,研发工作过程,误差处理：可采用平均值法、拉格朗日插值公式、二次乘方法,补偿法等进行完善。 五、临界值测试许多系统研发时并不工作在受控的环境中，它们能不能经受住苛刻环境（数据超范围如：过热、振动、冲击、电源波动和其它恶劣的物理环境条件）的考验。有时可虚拟激励器进行仿真。（能用么？） 六、安全性和可靠性由于系统复杂度和运算量的不断增长，需要更多地考虑系统安全因素。（可靠么？有无人身安全保障？） 七、小型化、重量轻和成本敏感性为了达到便携目的，系统的重量必须设计得较合理，便于安装。批量生产对成本有很大的敏感性。（用户好用么？买么？挣钱么？） 八、知识产权的保护-对程序加密，防止盗卖。,工程项目完成过程中，举一反三，请学生思考现实生活中还有哪些领域，直接或稍加修改可采用这个系统。 如大棚养殖、空调、冷库储存、医院病房、人无法靠近或现场无需人力来监控的场合等，如不是温度，比如说要采集湿度，速度，流体，压力、电流、物品所含化工元素、检索集装箱物品数量等数据。,本项目可适用的场合,传统的教学，均是以单片机的结构为主线，介绍和学习外围接口芯片电路。先讲单片机的硬件结构，然后是指令，然后是软件编程，然后是系统的扩展和各种外围器件的单独应用，最后再讲一些实例。按照此种教学结构，学生普遍感到难学，学好实在不是个容易的事。很多教材一开始就提出总线、地址、并行、串行等概念，初学者难以理解的不管用什么巧妙的比方都不容易理解。于是糊里糊涂地学完了第一部份，第二部份一开始就是寻址方式，更抽象，好多人直到学完计算机还不能理解寻址方式究竟是什么意思，为什么需要这么多寻址方式，刚开始学当然更不懂了。然后是指令，几百多条指令，又不分个重点，反正全是要记住的，等到指令全部学完，大部份人已对计算机望望而生畏，开始打退堂鼓了。第三部份是编程，如果说前面的东西不能理解，还能靠记忆来获得知识的话，这部份就纯是理解和掌握了，如果以前没学过编程，短时间内很难掌握编程的有关知识，更不必说编程技巧了。可是教材上明明规定，要编出这样、那样的程序，学的人编不出来，当然只会认为，教材的要求当然是合理的，应该做到的，我做不到就是我没学好，于是很多人长叹一声：单片机和接口技术太难学了！放弃吧。可是到这里还根本不知道一个单片机开发的完整过程是什么，什么是编程器还不知道。后面的就不说了，总之，现在教材，基本都是以单片机为蓝本来学习计算机原理，而不纯为学习单片机技术，在教材、教学过程的安排上又没有考虑人的接受能力，使得学习的过程是一个充满不断挫折的过程，于是很多人认为这两门课入门难。,教学感言,谢谢大家惠顾， 不足之处，恳 请雅正！,