發(fā)布時間：2022-03-05 07:32:54
序言：寫作是分享個人見解和探索未知領(lǐng)域的橋梁，我們?yōu)槟x了8篇的電子系統(tǒng)設(shè)計樣本，期待這些樣本能夠為您提供豐富的參考和啟發(fā)，請盡情閱讀。
關(guān)鍵詞：現(xiàn)代電子系統(tǒng)設(shè)計；教學(xué)改革；綜合素質(zhì)
一、引言
現(xiàn)代電子系統(tǒng)設(shè)計是我校電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)（以下簡稱為“電子”專業(yè)）的一門選修課程。通過該課程的學(xué)習(xí)與實踐，目的是使學(xué)生對現(xiàn)代電子系統(tǒng)設(shè)計及原理有一個較為完整和系統(tǒng)的認(rèn)識，并具有一定工藝分析、解決工藝問題和提高產(chǎn)品質(zhì)量的能力，可以掌握嵌入式系統(tǒng)開發(fā)的主要過程，從專業(yè)的角度對嵌入式計算機系統(tǒng)進行分析設(shè)計，并且掌握ARM處理器的體系結(jié)構(gòu)。從課程的教學(xué)目的可知，本課程要求培養(yǎng)學(xué)生在知識綜合應(yīng)用和動手實踐方面的能力，不僅要求學(xué)生具有扎實的基礎(chǔ)知識和對知識的綜合應(yīng)用思維，還需要學(xué)生具有很強的動手能力和應(yīng)用能力。
近年來，隨著電子技術(shù)的發(fā)展，電子系統(tǒng)的設(shè)計方法和手段也在不斷更新和進步。電子系統(tǒng)設(shè)計方法在快速發(fā)展的電子技術(shù)應(yīng)用中不斷受到挑戰(zhàn)。從傳統(tǒng)手工設(shè)計方法到EDA設(shè)計方法，從分立元件系統(tǒng)到集成電路設(shè)計，從PCB集成系統(tǒng)到芯片集成系統(tǒng)（SoC），從純硬件系統(tǒng)設(shè)計到硬件與軟件結(jié)合的系統(tǒng)開發(fā)，新型電子系統(tǒng)層出不窮，其設(shè)計理念也發(fā)生著革命性的變化。這使得企業(yè)不僅需要畢業(yè)生在進入該領(lǐng)域時具備良好的專業(yè)能力和素質(zhì)，更需要他們了解和形成現(xiàn)代電子系統(tǒng)設(shè)計的團隊思維方式和綜合設(shè)計方法。同時，學(xué)校要促進教學(xué)知識與時俱進，培養(yǎng)符合社會需要的實用型工程技術(shù)人才，提高學(xué)生的就業(yè)競爭力；也要對現(xiàn)代電子系統(tǒng)設(shè)計課程的教學(xué)方法和教學(xué)模式進行深刻的思考和改進。
二、存在的問題
現(xiàn)代電子系統(tǒng)設(shè)計課程的傳統(tǒng)教學(xué)模式主要包括理論授課和實踐實驗兩個部分。理論授課主要包括對現(xiàn)代電子系統(tǒng)設(shè)計的方法、思維、工具、應(yīng)用基礎(chǔ)的介紹與強化，常用處理器及其體系結(jié)構(gòu)的應(yīng)用、設(shè)計、改進知識和FPGA重構(gòu)思維、Altium Designer電路原理圖及PCB繪制軟件的使用，在本課程的教學(xué)授課過程中需要貫穿系統(tǒng)設(shè)計方法和設(shè)計思想。實踐實驗則以上機實驗為主，進行規(guī)定實驗內(nèi)容的驗證、觀察和簡單電路的原理設(shè)計。電子系統(tǒng)課程所存在的問題主要在教學(xué)方法和人才培養(yǎng)方面。
1.教學(xué)方法問題
在幾年的教學(xué)過程中，筆者通過思考和分析課程教學(xué)中的問題以及學(xué)生的反饋意見，總結(jié)了以下幾點問題：
（1）基礎(chǔ)知識不牢。教師在課堂授課、實踐過程中不能很好地將各門課程綜合應(yīng)用，各門課程間缺乏溝通，學(xué)生無法將所學(xué)知識串連起來，進行綜合應(yīng)用。
（2）教學(xué)內(nèi)容有所欠缺。學(xué)生對處理器知識的理解和實際軟件編程思維不夠深刻，習(xí)慣于有實驗手冊指導(dǎo)條件下的慣性實驗?zāi)Ｊ?，一旦教師讓他們進行開放性實驗來完成設(shè)計時，就無法形成系統(tǒng)性思維，各自為戰(zhàn)，團隊意識不強。
（3）考核方法陳舊。課程的考核方式主要采用大眾式的“本門課程成績=平時成績+期末考試成績”的計算方式，學(xué)生疲于應(yīng)付考試，應(yīng)試態(tài)度明顯，不去思考本門課程所學(xué)內(nèi)容與先修課程和本學(xué)期其他課程的關(guān)聯(lián)，只去死記硬背些條條框框，對于思考題和實際現(xiàn)象無法進行有效分析，形成了固化思維。
2.人才培養(yǎng)問題
除此之外，電子專業(yè)在人才培養(yǎng)方面也存在一些問題，主要體現(xiàn)在學(xué)生學(xué)習(xí)主動性以及創(chuàng)新活動的參與度上：
（1）2013年前，電子專業(yè)在全國大學(xué)生電子設(shè)計大賽、遼寧省機器人設(shè)計大賽、飛思卡爾杯智能汽車大賽（現(xiàn)更名為“恩智浦”杯智能汽車大賽）、大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計劃等體現(xiàn)和鍛煉綜合素質(zhì)的活動中的參與度非常低，僅有3人次參與，這些都側(cè)面反映出學(xué)生對所學(xué)習(xí)的C語言程序設(shè)計、模擬電子、數(shù)字電子、單片機原理、EDA與VHDL語言等課程的綜合應(yīng)用能力較差，學(xué)習(xí)和參與的主動性和積極性不高，綜合設(shè)計能力不強。
（2）根據(jù)對學(xué)生就業(yè)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計調(diào)查發(fā)現(xiàn)，學(xué)生在畢業(yè)后兩年內(nèi)從事與本專業(yè)相關(guān)的研發(fā)、技術(shù)設(shè)計、理論研究工作的人數(shù)不到業(yè)人數(shù)的20%，其他學(xué)生多選擇改行。在校學(xué)生對本專業(yè)的認(rèn)可度也普遍偏低，選擇考研的學(xué)生中有90%選擇了外校。
三、課程改進的方法
為使學(xué)生能夠更好地掌握現(xiàn)代電子系統(tǒng)設(shè)計課程內(nèi)容，并真正提高系統(tǒng)設(shè)計思維和教學(xué)效果，我系針對上面出現(xiàn)的問題進行思考，對所發(fā)現(xiàn)的問題進行教學(xué)環(huán)節(jié)的切實改進。
1.加強實踐訓(xùn)練和實際電路設(shè)計
實際的動手訓(xùn)練和電路設(shè)計，需要具體分析常用電路原理和具體電路常見故障問題，并加強對學(xué)生實際設(shè)備操作和實用能力的培養(yǎng)。采用理論教學(xué)和實踐教學(xué)結(jié)合的項目驅(qū)動方式，由教師結(jié)合實際工作經(jīng)驗和教學(xué)需要，對學(xué)生下發(fā)開發(fā)板、相關(guān)元器件，改變傳統(tǒng)僅使用多媒體課件觀看圖片和以教師理論說教方式完成對電子系統(tǒng)各組成元器件的認(rèn)知，以硬件電路的設(shè)計與開發(fā)實踐項目為引導(dǎo)，使學(xué)生全程接觸實際電路和處理器，以實際項目為驅(qū)動進行電子系統(tǒng)設(shè)計流程、方法、步驟的掌握和訓(xùn)練。教師將STC單片機公司和德州儀器公司贈送的開發(fā)板下發(fā)給學(xué)生，學(xué)生2～3人一組進行實際項目的開發(fā)和學(xué)習(xí)，由淺入深，從STC89C52、MSP430單片機開始，逐步接觸ARM處理器，完成電路系統(tǒng)的設(shè)計與開發(fā)，為后續(xù)FPGA處理器設(shè)計打下良好的應(yīng)用思維基礎(chǔ)。
2.以科技學(xué)術(shù)活動為激勵
學(xué)校以全國大學(xué)生電子設(shè)計大賽、遼寧省機器人設(shè)計大賽、飛思卡爾杯智能汽車大賽（現(xiàn)更名為“恩智浦”杯智能汽車大賽）、大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計劃等科技學(xué)術(shù)活動為激勵，通過相關(guān)大賽培養(yǎng)學(xué)生的應(yīng)用能力，激發(fā)他們的學(xué)習(xí)積極性和自主性。通過這幾年的積極引導(dǎo)，筆者發(fā)現(xiàn)，學(xué)生在以上競賽和活動的參與率上得到了明顯提升，共獲得全國大學(xué)生電子設(shè)計大賽省級競賽一等獎、二等獎各2項，參與3人次；獲批大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)計劃國家級立項2項，省級立項3項，參與14人次；獲智能汽車大賽賽區(qū)一等獎1項，二等獎2項，參與2人次；獲遼寧省機器人設(shè)計大賽二等獎1項，三等獎1項，參與12人次；參與校級及其他各類科技學(xué)術(shù)活動50余人次。這些大賽不但提高了學(xué)生的專業(yè)綜合素質(zhì)，還提高了學(xué)生的總結(jié)能力、文檔設(shè)計能力、電路設(shè)計和軟件編程能力。
3.教學(xué)團隊形式優(yōu)化學(xué)生學(xué)習(xí)內(nèi)容
本專業(yè)教師聯(lián)合為同一教學(xué)團隊，在提高教學(xué)質(zhì)量和學(xué)生動手能力的目標(biāo)下，盡量為學(xué)生設(shè)計一個統(tǒng)一的綜合性題目，增強學(xué)生的能力，同時，使各門課程的知識點相輔相成、互相印證，使學(xué)生更容易將所學(xué)知識進行綜合和理解。
4.考核辦法改進
考核辦法從六個方面考核綜合訓(xùn)練完成的成績，即報告、設(shè)計能力、動手實踐能力、功能完成情況、課堂研討回答所提出問題的程度以及綜合訓(xùn)練過程中的工作態(tài)度等。其中，報告占14%、設(shè)計和實踐能力占10%、功能完成情況占8%、訓(xùn)練設(shè)計掌握程度占6%、課堂研討回答出的問題占7%、綜合訓(xùn)練過程中的工作態(tài)度（考勤）占5%。在期末考試的試題中，要增加創(chuàng)見性題目。同時，教師可以鼓勵學(xué)生發(fā)表學(xué)術(shù)論文，以學(xué)術(shù)論文替代期末考試。
增加小組設(shè)計和小組討論環(huán)節(jié)，教師團隊設(shè)定十組中等難度的綜合應(yīng)用設(shè)計題目，將學(xué)生按2～3人一組進行實踐項目分組，完成設(shè)計白皮書（包括系統(tǒng)需求描述、功能概述、擬采取的解決方法），完成系統(tǒng)電路設(shè)計，繪制電路圖、PCB文件，完成硬件焊接、軟件編程并進行答辯。組員各負(fù)其責(zé)，完成各自項目中的任務(wù)，教師和學(xué)生一起進行實際項目的需求分析、設(shè)計步驟安排、實驗驗證等環(huán)節(jié)。這樣，可以使學(xué)生在學(xué)習(xí)之余提高團隊合作能力和綜合運用知識的能力。經(jīng)實際操作此過程，學(xué)生反應(yīng)強烈，討論和學(xué)習(xí)動力增加，分組實踐情況如圖所示。
分組實踐現(xiàn)場
四、結(jié)束語
本文在現(xiàn)代電子系統(tǒng)設(shè)計課程教學(xué)和本專業(yè)教學(xué)的基礎(chǔ)上，對本課程的教、學(xué)、練等三個方面進行設(shè)計和改進，發(fā)揮和突出本專業(yè)應(yīng)用特色，并且從幾年來的實踐效果看，新的改進方法增強了學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性和教學(xué)過程中的靈活性，提高了學(xué)生綜合能力素質(zhì)和成果比例。
參考文獻：
[1]宋曉梅.現(xiàn)代電子系統(tǒng)設(shè)計教程[M].北京：北京大學(xué)出版社，2011.
【關(guān)鍵詞】實踐教學(xué);教學(xué)改革;電工電子
【中圖分類號】G420 【文獻標(biāo)識碼】B 【論文編號】1009―8097(2010)04―0132―03
引言
高等教育提出朝著“寬口徑、厚基礎(chǔ)、重能力”的方向發(fā)展,培養(yǎng)適應(yīng)能力強、發(fā)展?jié)摿Υ蟮膹?fù)合型人才是高等教育追求的目標(biāo)。電子信息類專業(yè)主要培養(yǎng)具有寬厚電子技術(shù)和信息系統(tǒng)的基礎(chǔ)理論、較強的電子信息系統(tǒng)設(shè)計實踐能力、科學(xué)的思維方法、獨立分析問題和解決問題的能力、能從事各類電子設(shè)備和智能儀器的研究、設(shè)計、制造、應(yīng)用和開發(fā)的應(yīng)用型工程技術(shù)人才。
當(dāng)今世界,電子產(chǎn)品層出不窮,并且向智能化方向發(fā)展,這樣日益凸現(xiàn)出單片機和FPGA等可編程器件在電子產(chǎn)品設(shè)計和創(chuàng)新中的重要性,用人單位普遍要求求職的畢業(yè)生能夠掌握單片機的基本原理和設(shè)計方法,有的單位甚至要求畢業(yè)生具有基于單片機系統(tǒng)的電子產(chǎn)品的設(shè)計經(jīng)驗[1]。電子系統(tǒng)設(shè)計主要是指基于單片機控制的完整應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計,包括系統(tǒng)軟硬件設(shè)計及系統(tǒng)調(diào)試等多方面的知識。電子系統(tǒng)設(shè)計課程體系是以《單片機原理及應(yīng)用》課程為核心,由《模擬電子技術(shù)》、《數(shù)字電子技術(shù)》、《感測技術(shù)》、《電子設(shè)計自動化》、《可編程邏輯器件及應(yīng)用》、《C語言程序設(shè)計》等相關(guān)課程組成。
一 設(shè)課背景
學(xué)生經(jīng)過《模擬電子技術(shù)》、《數(shù)字電子技術(shù)》、《單片機原理及應(yīng)用》、《感測技術(shù)》、《電子設(shè)計自動化》、《可編程邏輯器件及應(yīng)用》、《C語言程序設(shè)計》等課程的學(xué)習(xí),通過教師教學(xué)和隨課的驗證性實驗,對于電子信息領(lǐng)域的相關(guān)理論知識有了了解和掌握,基本能夠進行單元電路的設(shè)計和調(diào)試,但驗證性實驗多數(shù)是教材內(nèi)容的演示和再現(xiàn),學(xué)生基本沒有進行系統(tǒng)級的設(shè)計和實訓(xùn),綜合實踐能力有待提高,學(xué)生沒有發(fā)揮自己的主觀能動性,不利于創(chuàng)新性人才的培養(yǎng)。
通過分析學(xué)生參加多屆電子設(shè)計競賽的情況,我們發(fā)現(xiàn),按傳統(tǒng)理論教學(xué)和實驗方法培養(yǎng)的學(xué)生,在參加電子設(shè)計競賽時,會出現(xiàn)很多問題,達(dá)不到預(yù)期目標(biāo)。比如:對某一功能電路進行設(shè)計,理論上設(shè)計正確但在工程上卻無法實現(xiàn);單元電路正確卻無法實現(xiàn)系統(tǒng)聯(lián)調(diào);各模塊功能實現(xiàn)卻無法完成一個系統(tǒng)等等。這是因為電子設(shè)計競賽既不是單純的理論設(shè)計競賽,也不僅僅是實驗競賽,而是由一個參賽隊共同設(shè)計、制作完成一個有特定工程背景的題目的競賽。電子設(shè)計競賽不僅要在單元電路上實現(xiàn)預(yù)期功能,更要考慮模塊間的接口關(guān)系;它既強調(diào)理論設(shè)計,更強調(diào)系統(tǒng)實現(xiàn);它考核了學(xué)生綜合運用基礎(chǔ)知識的能力,更注重考察學(xué)生的創(chuàng)新意識,在2009年的全國大學(xué)生電子設(shè)計競賽中又增加了性能價格比和節(jié)能減排方面的考核內(nèi)容,更加貼近工程實際和產(chǎn)品設(shè)計。從所涉及的課程內(nèi)容上看,已經(jīng)不是競賽題目一門或者幾門課程所能解決的,而是一個由相關(guān)課程組成的課程群。再從競賽使用的器件上看,有很大一部分是理論教學(xué)中沒有講授和更新的,因為電子信息技術(shù)的發(fā)展太快,新技術(shù)、新器件層出不窮,傳統(tǒng)的教學(xué)方法和體系面臨了嚴(yán)重的挑戰(zhàn),如果不進行改革,建立一個新的理論課和實踐課教學(xué)課程體系,就無法適應(yīng)培養(yǎng)現(xiàn)代化人才和發(fā)展高等教育的需要。
高等學(xué)校培養(yǎng)的人才最終是為社會和國家服務(wù)的,學(xué)生經(jīng)過四年的本科學(xué)習(xí),最終要走向社會,從畢業(yè)生的就業(yè)情況看,絕大多數(shù)畢業(yè)生從事電子信息相關(guān)的工作[2]。統(tǒng)計發(fā)現(xiàn),到企業(yè)進行產(chǎn)品研發(fā)的學(xué)生通常是電子競賽獲獎或參加了電子競賽培訓(xùn)的學(xué)生,動手能力較強,而從事銷售、服務(wù)等工作的畢業(yè)生很大比例是不能夠進行研發(fā),不得已才去做銷售、服務(wù)的。為了使學(xué)生掌握電子系統(tǒng)的設(shè)計與開發(fā),在相關(guān)理論課教學(xué)完成后我們開設(shè)了一系列的獨立的綜合設(shè)計實踐課,對學(xué)生開放實驗室,學(xué)生可以集中時間完成一系列的綜合性、設(shè)計性實驗項目,鞏固理論教學(xué)內(nèi)容,提高學(xué)生的綜合設(shè)計能力和設(shè)計水平,為參加各級電子設(shè)計競賽和以后就業(yè)打好基礎(chǔ),一舉兩得,事半功倍[3]。
二 實踐課設(shè)置情況
系列實踐課的設(shè)置遵循認(rèn)知規(guī)律,是在隨課實驗基礎(chǔ)上的擴展和深入,經(jīng)過調(diào)研和討論,聽取兄弟院校、相關(guān)企業(yè)和畢業(yè)生的意見和建議,在培養(yǎng)學(xué)生動手能力方面除了專業(yè)實習(xí)和畢業(yè)設(shè)計環(huán)節(jié)外,設(shè)置了一系列的獨立實踐課,分布于各個學(xué)期的教學(xué)中。以電子信息工程專業(yè)培養(yǎng)方案為例,實踐課設(shè)置情況如表1所示:
實踐課的教學(xué)基本上在相關(guān)的理論課程教學(xué)完成后進行,保證學(xué)生在進行實踐課時已經(jīng)完成先導(dǎo)課程的學(xué)習(xí)和驗證性實驗,除《電子技術(shù)綜合實踐》,其它多數(shù)實踐課是對某一課程的強化和拓展。
三 《電子技術(shù)綜合實踐》教學(xué)過程
在系列獨立實踐課中,《電子技術(shù)綜合實踐》是關(guān)鍵性的教學(xué)環(huán)節(jié),是最貼近電子設(shè)計競賽和實際工作應(yīng)用的課程,要求綜合模擬電子技術(shù)、數(shù)字電子技術(shù)、傳感器、單片機、FPGA等多方面的知識。該課程強調(diào)以學(xué)生為主體,允許學(xué)生自由選題,題目的難度一般介于驗證性實驗和畢業(yè)設(shè)計之間。
本課程使學(xué)生能夠較系統(tǒng)地掌握電子系統(tǒng)設(shè)計的全過程,包選題、文獻查閱、方案論證、器件選擇、電路設(shè)計、電路實現(xiàn)、軟件編程、裝配調(diào)試、系統(tǒng)測試、總結(jié)報告、文檔整理等。學(xué)生完成由單元設(shè)計向系統(tǒng)設(shè)計的過渡,掌握現(xiàn)代化儀器設(shè)備在系統(tǒng)設(shè)計和實踐中的應(yīng)用。課程充分發(fā)揮學(xué)生的主觀能動性和創(chuàng)造力,培養(yǎng)學(xué)生的獨立工作能力以及協(xié)作精神,并通過該課程選拔參加各類設(shè)計競賽的參賽選手。
1 題目設(shè)置
在該實踐課的教學(xué)上我們選擇了多個有代表性的、難易不同的實踐題目供學(xué)生選擇。具體題目有:液體點滴速度監(jiān)控裝置、電子秤的設(shè)計與制作、智能電梯控制系統(tǒng)、水溫控制系統(tǒng)、脈搏測量儀的制作、直流數(shù)控穩(wěn)壓源、數(shù)字式液量測量系統(tǒng)、轉(zhuǎn)速控制測量儀、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、信號發(fā)生器、智能小車等等。這些題目基本上都是綜合性、設(shè)計性的,有的題目是歷年電子設(shè)計競賽題目的簡化或分解。以液體點滴速度監(jiān)控裝置為例,該設(shè)計要求制作一個液體點滴速度監(jiān)測與控制裝置,如圖1所示,實現(xiàn)的功能有:
(1)在滴斗處檢測點滴速度,并制作一個顯示裝置,能動態(tài)顯示點滴速度(滴/分)。
(2)通過改變h2控制點滴速度,也可以通過控制輸液軟管夾頭的松緊等其它方式來控制點滴速度。點滴速度可用鍵盤設(shè)定并顯示,設(shè)定范圍為20-150滴/分,控制誤差范圍為設(shè)定值 10% 。
(3)調(diào)整時間≤2分鐘(從改變設(shè)定值起到點滴速度基本穩(wěn)定,能人工讀出數(shù)據(jù)為止)。
(4)當(dāng)h1降到警戒值(2~3cm)時,能發(fā)出報警信號。
這個題目中對點滴速度和液面位置的檢測要用到傳感器,要有聲光報警電路,需要電機改變h2高度來控制點滴速度,整個系統(tǒng)由單片機進行控制,通常選擇PID算法來調(diào)整點滴速度。從實用和智能化角度出發(fā),可以擴展成網(wǎng)絡(luò),采用簡單的RS-232通訊實現(xiàn)從站和主站之間的通信,實現(xiàn)智能化管理。
學(xué)生在選題過程中進行引導(dǎo),避免多組學(xué)生選擇同一題目,學(xué)生也可以自主擬定題目,經(jīng)過指導(dǎo)教師審核即可。學(xué)生3人為1個小組,成員有所分工。
2 教學(xué)要求
(1)綜合運用EDA軟件
學(xué)生根據(jù)所選題目進行方案設(shè)計,對方案中的電路進行設(shè)計計算,包括元器件的選擇和電路參數(shù)的計算。要求學(xué)生通過各種EDA軟件進行仿真驗證,選擇Multisim7、Proteus、ISE等軟件進行相關(guān)仿真實驗。
(2)硬件電路制作
設(shè)計方案經(jīng)指導(dǎo)教師審查通過后,學(xué)生領(lǐng)取所需元器件等材料,設(shè)計PCB電路板并且自己加工,最后焊接制作電路并調(diào)試。
本課程教學(xué)采用了“模板化”設(shè)計方法,將學(xué)生設(shè)計調(diào)試好的A/D轉(zhuǎn)換器、D/A轉(zhuǎn)換器、鍵盤、顯示電路“模板化”,使系統(tǒng)設(shè)計的局部和整體有機結(jié)合,提高了實驗資源的利用率和實踐效率,“模板化”后的單元電路在電子設(shè)計競賽中也可使用。
(3)軟件的編制與仿真。根據(jù)已設(shè)計出的軟件系統(tǒng)流程圖,編制出各功能模塊的子程序及整機軟件系統(tǒng)的主程序,程序設(shè)計時,要充分考慮與所設(shè)計硬件電路的連接及有關(guān)指標(biāo)要求。向?qū)W生推薦使用C語言進行單片機的編程與開發(fā),用C語言進行程序開發(fā)更方便移植,貼近實際工程背景,適合開發(fā)大型的工程應(yīng)用程序。
(4)系統(tǒng)聯(lián)調(diào)。學(xué)生集中在1周內(nèi)完成所選題目,3個學(xué)生為1組,按照模塊化設(shè)計方式有所分工,當(dāng)每個同學(xué)所負(fù)責(zé)的模塊調(diào)試成功后進行系統(tǒng)聯(lián)調(diào),要求學(xué)生之間相互配合,遇到問題一起找原因、想辦法,而不是相互埋怨、推脫責(zé)任,培養(yǎng)學(xué)生的合作精神,積累系統(tǒng)調(diào)試的經(jīng)驗,培養(yǎng)學(xué)生分析問題和解決問題的能力。
(5)撰寫實踐總結(jié)報告。
書寫高質(zhì)量的工作總結(jié)是反映工作實踐素質(zhì)高低的一個重要方面,工程技術(shù)人員應(yīng)能用書面形式系統(tǒng)、完整、清晰地表達(dá)自己的研究成果,其目的是讓人很容易地看懂所研究課題的內(nèi)容、方案、原理、實現(xiàn)方法等。因此,書寫實踐總結(jié)報告也是實踐課考核的主要內(nèi)容之一。
3 考核方法
(1)設(shè)計方案正確性與合理性,綜合考慮性能價格比和系統(tǒng)功耗。
(2)實踐動手能力,包括PCB設(shè)計水平、安裝工藝水平、焊接工藝水平。
(3)設(shè)計成果,達(dá)到的指標(biāo)。
(4)調(diào)試中分析和解決問題的能力,創(chuàng)新精神。
(5)題目的難易程度。
(6)獨立工作能力,實踐工作態(tài)度。
(7)總結(jié)報告完成的質(zhì)量。
四 教學(xué)效果
經(jīng)過幾年的教學(xué)和改革,對學(xué)生動手能力的培養(yǎng)取得了較好的效果。2005年以來,學(xué)生參加了全國大學(xué)生電子設(shè)計競賽和浙江省大學(xué)生電子設(shè)計競賽,共獲3個全國一等獎,2個全國二等獎,4個省一等獎,6個省二等獎。近5年,本科生一次就業(yè)率年均在90%以上,多數(shù)畢業(yè)生到企業(yè)從事研發(fā)工作,少數(shù)畢業(yè)生獨立創(chuàng)業(yè)、注冊公司進行電子產(chǎn)品的設(shè)計與開發(fā)。
此外,學(xué)生參與教師科研項目、獨立申報承擔(dān)浙江省新苗計劃項目、浙江省大學(xué)生創(chuàng)新項目、校級學(xué)生科研項目的數(shù)量都顯著提高。
五 結(jié)束語
實踐課主要體現(xiàn)在對實際工程應(yīng)用系統(tǒng)或產(chǎn)品的研制,使學(xué)生經(jīng)歷從課題任務(wù)的提出到方案的論證、設(shè)計,軟件及硬件的開發(fā)、聯(lián)機調(diào)試等若干步驟。學(xué)生通過自己設(shè)計實驗電路、實驗步驟、實驗方法等,綜合應(yīng)用電子技術(shù)的能力、理論聯(lián)系實際的能力得到了很大的提高,促進了學(xué)生創(chuàng)造性思維的發(fā)揮。這些實踐課是在理論課教學(xué)和相應(yīng)驗證性實驗基礎(chǔ)上的深入和提高,是對學(xué)生電子系統(tǒng)設(shè)計的綜合性訓(xùn)練,這種訓(xùn)練培養(yǎng)了學(xué)生工程實踐能力、獨立工作能力及創(chuàng)新能力。
參考文獻
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《電子系統(tǒng)CAD》課程設(shè)計是電子信息工程專業(yè)課階段理論知識的綜合應(yīng)用?！峨娮酉到y(tǒng)CAD》課程設(shè)計是針對電子信息工程高年級學(xué)生開設(shè)的,這時理論課程已經(jīng)學(xué)了很多,例如模擬電子技術(shù),數(shù)字電子技術(shù)、高頻電子技術(shù),單片機應(yīng)用及原理,C程序設(shè)計等,通過《電子系統(tǒng)CAD》課程設(shè)計把各門課程更加有效的綜合起來,提高學(xué)生系統(tǒng)設(shè)計的能力。
而原課程的設(shè)置中普遍存在以下幾個問題:以單片機小系統(tǒng)實物展開設(shè)計的設(shè)計周期較長,而且掌握的電子系統(tǒng)開發(fā)工具相對單一;原教學(xué)內(nèi)容設(shè)計使用單片機匯編語言,但是當(dāng)前企業(yè)中大部分用單片機C語言來進行軟件開發(fā),與企業(yè)不能有效的接軌;系班級學(xué)生成績兩級分化嚴(yán)重,特別是高年級的專業(yè),任務(wù)布置上使用一刀切,不利于程度不同的學(xué)生有效的掌握,影響教學(xué)的有效性;驗報告抄襲現(xiàn)象嚴(yán)重。
對《電子系統(tǒng)CAD》課程設(shè)計的教學(xué)內(nèi)容、任務(wù)布置、考核方式等方面進行了改革,使其更好的發(fā)揮本課程設(shè)計的教學(xué)效果,節(jié)約成本同時讓學(xué)生有更多的鍛煉機會,并能讓學(xué)生掌握電子系統(tǒng)設(shè)計工具的使用方法和軟硬件系統(tǒng)設(shè)計的基本方法。
2教學(xué)改革的內(nèi)容
2.1 改革教學(xué)內(nèi)容
改革《電子線路CAD》課程設(shè)計的教學(xué)內(nèi)容,掌握電子系統(tǒng)設(shè)計中常用的protel軟件、multisim電路仿真軟件、proteus軟件、Keil C軟件等軟硬件仿真軟件的使用方法。并從protel 硬件設(shè)計、multisim仿真設(shè)計電路分析性能、keil C與proteus聯(lián)合仿真調(diào)試的形式,從硬件工程師和軟件工程師的兩個方面來了解一個電子系統(tǒng)設(shè)計的流程。同時針對目前電子設(shè)計領(lǐng)域的發(fā)展,軟件設(shè)計時利用單片機C語言進行設(shè)計編程,代替原來的匯編語言設(shè)計,并且用軟件項目管理的架構(gòu)進行軟件系統(tǒng)設(shè)計。這四種軟件都是電子設(shè)計工作者需要掌握的。
Protel一個完整的全方位電路設(shè)計系統(tǒng),包含有電路原理圖設(shè)計、PCB設(shè)計、PCB自動布線、可編程邏輯器件設(shè)計、模擬/數(shù)字信號仿真等功能模塊,并具有Client/Server(客戶/服務(wù)器)體系結(jié)構(gòu)。Protel軟件功能強大、界面友好、使用方便,它最具代表性的是電路原理圖設(shè)計和PCB設(shè)計[1]。
Multisim適用于板級的模擬/數(shù)字電路板的設(shè)計工作。它包含了電路原理圖的圖形輸入、電路硬件描述語言輸入方式,具有豐富的仿真分析能力?？梢允褂肕ultisim交互式地搭建電路原理圖,并對電路行為進行仿真。通過Multisim和虛擬儀器技術(shù),PCB設(shè)計工程師和電子學(xué)工作者可以完成從理論到原理圖捕獲與仿真再到原型設(shè)計和測試這樣一個完整的綜合設(shè)計流程[2]。
Keil uVision2與匯編相比,C語言在功能上、結(jié)構(gòu)性、可讀性、可維護性上有明顯的優(yōu)勢,因而易學(xué)易用,而且大大的提高了工作效率和項目開發(fā)周期。KEILC51標(biāo)準(zhǔn)C編譯器為8051微控制器的軟件開發(fā)提供了C語言環(huán)境,同時保留了匯編代碼高效,快速的特點。C51已被完全集成到uVision2的集成開發(fā)環(huán)境中,這個集成開發(fā)環(huán)境包含:編譯器,匯編器,實時操作系統(tǒng),項目管理器,調(diào)試器。
Proteus從原理圖布圖、代碼調(diào)試到單片機與電路協(xié)同仿真,一鍵切換到PCB設(shè)計,真正實現(xiàn)了從概念到產(chǎn)品的完整設(shè)計。其處理器模型支持8051、HC11、AVR、ARM、8086和PIC10/12/16/18/24/30/DsPIC33、MSP430等,在編譯方面,它也支持IAR、Keil和MPLAB等多種編譯器。
2.2 改革教學(xué)方法與手段
針對本系學(xué)生特點,充分運用各種教學(xué)手段和教學(xué)資源,充分調(diào)動學(xué)生的積極主動性,活躍課堂氛圍,提高教學(xué)質(zhì)量和效果。從簡單并能看到結(jié)果的系統(tǒng)設(shè)計開始做起,提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。比如學(xué)生完成一個LED燈循環(huán)點亮,程序簡單容易實現(xiàn),實現(xiàn)時學(xué)生會有成就感。改進任務(wù)書的布置方式,實行分級多任務(wù)的布置。針對不同學(xué)生的不同學(xué)習(xí)能力,分為簡單任務(wù)題庫和復(fù)雜任務(wù)題庫。復(fù)雜任務(wù)題庫的任務(wù)分基礎(chǔ)部分和提高部分,分等級分步驟臺階式的遞進增長。
2.3 改革考核方式
特別強調(diào)的是考核方式是加入平時成績的登記和最后答辯成績登記,并且增大平時成績和答辯成績占的總成績的比例。平時成績的登記,是督促學(xué)生認(rèn)真完成實驗的重要手段。最后答辯成績登記,是區(qū)別實驗是否優(yōu)秀的重要方法,杜絕實驗報告抄襲的現(xiàn)象。
3教學(xué)改革的效果
因本課程設(shè)計改革側(cè)重點放在軟硬件設(shè)計工具的掌握和軟硬件電路仿真設(shè)計上,掌握電子系統(tǒng)軟硬件設(shè)計的流程,并且用單片機C語言實現(xiàn),提高我系學(xué)生自主設(shè)計的能力?？己朔绞絿?yán)格把關(guān),杜絕抄襲現(xiàn)象。提高教學(xué)效果的有效性:針對不同程度的學(xué)生給出不同難度的題目,讓大多數(shù)的學(xué)生都有收獲,解決有些學(xué)生拿到題目無從下手的困境。同時多任務(wù)也可以杜絕實驗報告的抄襲現(xiàn)象。節(jié)約成本并提高效率:軟件系統(tǒng)設(shè)計只需要在機房中進行,不需要購買元器件。并且能讓每個人都有鍛煉的機會。
4結(jié)語
通過《電子系統(tǒng)CAD》課程設(shè)計培養(yǎng)學(xué)生對電子系統(tǒng)開發(fā)過程中設(shè)計有深刻的了解,學(xué)生掌握了在電子系統(tǒng)開發(fā)過程中用到的軟硬件設(shè)計工具的使用方法,熟悉硬件開發(fā)設(shè)計的流程及軟件開發(fā)設(shè)計的流程,并對單片機C語言的編程技巧,軟件系統(tǒng)設(shè)計的項目管理有一定程度的了解。節(jié)約成本并讓每個學(xué)生得到充分鍛煉的機會。并逐步過渡到以學(xué)生自行設(shè)立控制對象,自主編程以及通過實驗進行電路組成,以達(dá)到較高層次的設(shè)計能力培養(yǎng)。
參考文獻
[1] 張瑾.Protel 99SE入門與提高[M].北京:人民郵電出版社,2007:2～10.
關(guān)鍵詞:程控放大器;單片機;自動量程切換;基準(zhǔn)電壓
中圖分類號:TP29 文獻標(biāo)識碼:A
文章編號:1004-373X(2009)21-147-02
Design of Voltage Measurement System with Self-scale
GU Jiang
(Changshu Institute of Technology,Changshu,215500,China)
Abstract:It is significant of the voltage measurement in the present electronical system.With expanding of the dynamic range,a method owning the slef-scale is urgently required.It presents a system of voltage measurement with self-scale,based on the program control amplifier controlled by the single chip computer.Otherwise,the errors induced by the measurement channel and the temperature drift are depressed using the self-calibration technology.The examination shows that the system can adjust its measurement scale and has a certain anti-jamming capability.
Keywords:program control amplifier;single chip computer;self-scale;voltage reference
在電子系統(tǒng)設(shè)計調(diào)試過程中,電壓測量往往是一個測控或測量系統(tǒng)中不可缺的項目。對于電壓測量,若其在一個小動態(tài)范圍內(nèi)變化,則無論電平高低,要做到精確測量并不困難。但當(dāng)被測量在寬動態(tài)范圍內(nèi)變化時,例如從mV級甚至μV級到V級,做到測量誤差均勻的控制在一定范圍之內(nèi),常用的方式是切換量程,即指定測量范圍,例如常用的數(shù)字電壓表等儀器。然而在許多情況下為了保證測量的實時性,測量時不可能變換測量通道的量程,因此要在整個電壓變化范圍內(nèi)做到精確測量就凸顯出其重要性。本文基于MCU AT89C51控制,實現(xiàn)了一種自動量程切換的電壓測試系統(tǒng)。
1 電壓測量原理及系統(tǒng)組成
為了對不同量級的電壓信號進行測量,對輸入信號進行放大時就不能采用相同的增益倍數(shù)。系統(tǒng)要求能根據(jù)不同信號幅值,自動選擇相適應(yīng)的增益倍數(shù)。在本方案中采用單片機判斷輸入電平的量級,通過通道選擇開關(guān),控制前級放大器的增益系數(shù),使其輸出符合后級ADC的輸入電平要求。再通過MCU對采樣結(jié)果計算分析,將得到的結(jié)果顯示在LED顯示器上,可以通過按鍵控制測量的起始狀態(tài),默認(rèn)狀態(tài)下為一直處于測量狀態(tài)。為消除信道在不同溫度、濕度等狀態(tài)下對測量的影響,增加了基準(zhǔn)電壓自校準(zhǔn)功能,其測量系統(tǒng)框圖如圖1所示。
圖1 測量系統(tǒng)框圖
2 系統(tǒng)硬件電路
2.1 前級程控放大電路
由于輸入信號最小為μV級,對于前級放大器的要求很高,需要有合適的溫度系數(shù)、噪聲系數(shù)等。目前一些方案中多數(shù)采用斬波放大器。本文采用ADI公司的具有超低失調(diào)、超低漂移和偏置電流特性的寬帶自穩(wěn)零放大器AD8628,可提供自穩(wěn)零或斬波穩(wěn)定放大器才具有的特性優(yōu)勢,將低成本與高精度、低噪聲特性融于一體。AD8628的失調(diào)電壓僅為1 μV,失調(diào)電壓漂移小于0.005 μV/℃,噪聲僅為0.5 μV峰峰值,因而適合不容許存在誤差源的應(yīng)用。其在工作溫度范圍內(nèi)的漂移接近零,對位置和壓力傳感器、醫(yī)療設(shè)備以及應(yīng)變計放大器應(yīng)用極為有利,可以利用AD8628提供的軌到軌輸入和輸出擺幅能力,以降低輸入偏置復(fù)雜度,并使信噪比達(dá)到最大。具體電路如圖2所示。
圖2 前級程控放大器
該部分中,實現(xiàn)增益控制主要依靠通道選擇,本方案中采用四通道選擇器ADG804,該器件導(dǎo)通電阻小于0.8 Ω,單電源供電,封裝小,溫度適應(yīng)性強,通過地址線A0和A1選擇導(dǎo)通路。單片機I/O口送數(shù)至ADG804的地址輸入端,選擇不同的反饋電阻值Rf,通過式(1)得到不同的放大增益系數(shù)G,進而確定事先定義的不同檔位的切換。
G=Vo/Vi=Rf/Ri
(1)
2.2 ADC變換電路
選擇使用AD775作為本方案中的A/D變換器。AD775是一款CMOS、低功耗、8位、20 MSPS采樣模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC),內(nèi)置采樣功能和片內(nèi)基準(zhǔn)電壓偏置電阻,可提供完整8位ADC解決方案。它采用流水線式或乒乓兩步式FLASH架構(gòu),可提供最高35 MHz的采樣速率,同時保持極低的功耗(60 mW)。該器件融合了出色的微分非線性(DNL)、高采樣速率、低差分增益與相位誤差、極低功耗以及+5 V單電源工作等特性,其參考電阻可采用多種配置方式進行連接,以處理不同的輸入范圍。與傳統(tǒng)的FLASH型轉(zhuǎn)換器相比,低輸入電容提供易于驅(qū)動的輸入負(fù)載。
圖3給出ADC的電路以及和MCU數(shù)據(jù)傳輸?shù)倪B接關(guān)系。
圖3 ADC電路MCU連接
2.3 MCU系統(tǒng)電路
方案中采用Atmel公司的AT89S52,帶8 KB閃速可編程可擦除制存儲器(PEROM)及低電壓,高性能CMOS微控制器。由于將多功能8位CPU和閃速存儲器組合在單個芯片中,AT89S52是一種高效微控制器,為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價廉的方案。采用單片機P0口直接驅(qū)動紅色LED,5 V供電,采用共陽數(shù)碼管,上拉電阻取1 kΩ。共采用三個數(shù)碼管,動態(tài)掃描式顯示。單片機系統(tǒng)圖省略。
3 系統(tǒng)軟件設(shè)計
3.1 數(shù)據(jù)采集及量程切換
軟件設(shè)計采用模塊化設(shè)計思想,每個模塊實現(xiàn)特定的功能。系統(tǒng)軟件包括主程序、定時中斷程序和一系列功能子程序。上電后程序初始化,進入監(jiān)控狀態(tài),顯示待機界面等待測量。測量時啟動A/D后,首先選擇最大量程對外部數(shù)據(jù)進行采樣計算并判斷,確定合適的量程。切換量程后再次采樣,記錄得到的數(shù)據(jù),通過相應(yīng)對相應(yīng)量程的計算,得到測量的電壓。如果需要,MCU可與微型打印機通過并口連接,將存儲于RAM中的電壓歷史數(shù)據(jù)和當(dāng)前數(shù)據(jù)打印出來,作為資料存檔保留,系統(tǒng)流程圖如圖4所示。
圖4 系統(tǒng)流程圖
3.2 通道自校準(zhǔn)
為了消除信道給測量帶來的誤差,在電路和程序中增加了自校準(zhǔn)部分。其主要原理是通過比對基準(zhǔn)電壓和待測電壓在相同信道中的測量值,進一步消除系統(tǒng)信道帶來的誤差。基準(zhǔn)電壓通過穩(wěn)壓器件和一系列分壓電阻得到一組不同量級且高精度的電壓基準(zhǔn)源,設(shè)置為1 mV,10 mV,50 mV,100 mV,500 mV,1 V等。設(shè)某通道的輸入信號為VX,經(jīng)過測量得到的結(jié)果為V′X;選擇合適的量程范圍,選擇距離此范圍最接近的基準(zhǔn)電壓
VS1和VS2,經(jīng)過同樣的信道測量的結(jié)果為V′S1和
V′S2,那么根據(jù)相似性原理可以得到:
VX-
V′S2
V′X
-
V′S2
=
VS1-VS2
V′S1
-
V′S2
(2)
由此推算得到真實的測量值為:
VX=
VS1
-VS2V′S1-V′S2(V′X-V′S2)+VS2
(3)
通過在線基準(zhǔn)電壓校準(zhǔn)從根本上消除了放大、濾波等環(huán)節(jié)由于器件參數(shù)分散性所引入的單向偏差問題,使測量系統(tǒng)的精度得到進一步的提升。
4 結(jié) 語
電壓是電子系統(tǒng)中最基本的測量值之一,也是諸多非電子傳感器轉(zhuǎn)換為電子測量時最常用的物理量。 其快速準(zhǔn)確測量無論是對于電子系統(tǒng)設(shè)計,還是對各種物理信號的測量,都有極其重要的意義。本文實現(xiàn)了一種基于單片機的自動量程切換的電壓測量系統(tǒng),能在較寬電平范圍內(nèi)準(zhǔn)確地測量其電壓值。此外采用基準(zhǔn)電壓測量,最大限度地減小信道對測量結(jié)果帶來的誤差。
參考文獻
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關(guān)鍵詞：電子元器件；工程實踐能力；網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺；教學(xué)改革
作者簡介：李紅（1984-），女，山東肥城人，蘭州交通大學(xué)自動化與電氣工程學(xué)院，講師；趙峰（1966-），男，上海人，蘭州交通大學(xué)自動化與電氣工程學(xué)院，教授。（甘肅 蘭州 730070）
基金項目：本文系自動化與電氣工程學(xué)院本科教學(xué)改革項目（ZDH2013011）的研究成果。
中圖分類號：G642.44 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1007-0079（2014）03-0143-02
工程實踐能力培養(yǎng)是大學(xué)本科教育的重要內(nèi)容，對提升工科人才培養(yǎng)質(zhì)量、未來促進工程教育和工程師的認(rèn)證具有重要意義。[1]通過電子元器件市場調(diào)研與系統(tǒng)設(shè)計課程實踐的學(xué)習(xí)，使學(xué)生初步掌握電子元器件市場調(diào)研與電子系統(tǒng)設(shè)計的方法、過程，培養(yǎng)學(xué)生的實踐動手能力和本專業(yè)學(xué)習(xí)的興趣，提高學(xué)生對電子技術(shù)、自動控制系統(tǒng)相關(guān)知識學(xué)習(xí)的積極性，為后續(xù)課程打下良好的基礎(chǔ)。電子元器件市場調(diào)研與系統(tǒng)設(shè)計課程一般安排在大二第二學(xué)期，通過確定調(diào)研問題與目標(biāo)、實地調(diào)查、信息整理、分析，調(diào)查報告的撰寫的基本步驟來組織實施，電子系統(tǒng)設(shè)計則通過查找資料、確定選題、根據(jù)選題給出設(shè)計方案、分析、驗證電路的基本步驟來組織實施。
通過前幾年的教學(xué)實踐獲得了不少有益成果，但如何在2周的有限時間內(nèi)完成眾多培養(yǎng)環(huán)節(jié)，更有效地對學(xué)生選題、老師答疑、給定成績?nèi)齻€方面進行全過程監(jiān)控，對培養(yǎng)具有很強實踐創(chuàng)新能力的卓越工程師[2]有重要意義。
一、時間組織改革
前期培養(yǎng)方案中，本課程按2周時間分兩個階段分別實施：
1.電子元器件調(diào)研
（1）確定調(diào)研問題與目標(biāo)。初步形成對自己所欲設(shè)計的電子系統(tǒng)的電子元器件名稱、型號、規(guī)格、參數(shù)、尺寸的基本評價。
（2）實地調(diào)查。到電子市場確定相關(guān)電子元器件市場供應(yīng)品牌、價格、需求情況、主要替代品情況。
（3）信息整理。對數(shù)據(jù)、資料有重點地進行整理、分析，運用所學(xué)知識對結(jié)果進行分析得出判斷和結(jié)論。
（4）調(diào)查報告的撰寫。把整個調(diào)查過程以報告的形式呈現(xiàn)出來，并能依據(jù)調(diào)查的結(jié)論給出合理化建議和意見，作為調(diào)查的成果。
2.電子系統(tǒng)設(shè)計
（1）查找資料，確定選題。通過在圖書館、網(wǎng)上查閱所欲設(shè)計的電子系統(tǒng)的相關(guān)書籍、論文資料，確定選題。
（2）根據(jù)選題給出設(shè)計方案。針對所選題目設(shè)計電路原理圖、編寫程序、繪制原理圖。
（3）分析、驗證電路。先借助專業(yè)軟件進行仿真驗證，再購買相關(guān)元器件進行焊接后實際測試。
上述實施方案所涉及的培養(yǎng)環(huán)節(jié)較多，在實際教學(xué)過程中發(fā)現(xiàn)存在時間難以控制，各環(huán)節(jié)之間有重疊或跨越的現(xiàn)象。經(jīng)老師分析和學(xué)生反映的意見綜合，主要原因在于調(diào)研與設(shè)計環(huán)節(jié)分開，時間浪費較多。
經(jīng)研究，本課程的2周時間內(nèi)統(tǒng)一為一個過程按五個環(huán)節(jié)進行實施：
（1）查找資料，確定選題。針對老師提供的備選題目，學(xué)生通過在圖書館、網(wǎng)上查閱欲選題目的相關(guān)書籍、論文資料，確定選題。
（2）根據(jù)選題給出設(shè)計方案。針對所選題目，搜集相關(guān)資料，設(shè)計電路原理圖，學(xué)習(xí)Altium Designer軟件[3]并繪制電路原理圖。
（3）電子元器件調(diào)研。對自己所欲設(shè)計的電子系統(tǒng)的電子元器件名稱、型號、規(guī)格、參數(shù)、尺寸等進行網(wǎng)上調(diào)研，了解相關(guān)電子元器件市場供應(yīng)品牌、價格、替代品情況，對數(shù)據(jù)、資料有重點地進行整理、分析，到電子市場采購部分元器件。
（4）制作、驗證電路。先借助Proteus軟件[4]進行仿真驗證，再進行焊接后實際測試。
（5）撰寫總結(jié)報告。把整個實踐過程以報告的形式呈現(xiàn)出來，并依據(jù)測試數(shù)據(jù)給出合理化建議和意見，作為成績評定的重要參考。
改革前后各培養(yǎng)環(huán)節(jié)時間分配對比如表1所示，由表可知，改革后電子元器件調(diào)研環(huán)節(jié)可以占用第一周的周六、周日機動時間，且制作、驗證電路環(huán)節(jié)可以增加到3天，給學(xué)生更充足的動手時間。
二、實踐環(huán)節(jié)的教學(xué)改革
1.學(xué)生選題
因本課程的功能定位不同于大三的專業(yè)課課程設(shè)計以及畢業(yè)設(shè)計，且考慮到學(xué)生未學(xué)課程較多的實際情況，將原有的“每組同學(xué)在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下自行選擇設(shè)計題目，指導(dǎo)教師不限題目，只要每個指導(dǎo)教師指導(dǎo)的各組不重復(fù)即可”的選題標(biāo)準(zhǔn)具體化，統(tǒng)一給出選題目錄，如表2所示。
2.老師答疑
為了利用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及培養(yǎng)學(xué)生正確利用網(wǎng)絡(luò)，[5]我們將原有的“每天固定2小時，機動2小時”的當(dāng)面答疑時間調(diào)整為“每天網(wǎng)絡(luò)2小時，每周當(dāng)面2小時”。網(wǎng)絡(luò)答疑提供2種途徑：利用QQ群和QQ群空間實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)互動，利用本校網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺上的課程交流區(qū)在線互動。
實踐中發(fā)現(xiàn)，多數(shù)師生更喜歡利用QQ群進行交流，網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺上的課程交流區(qū)則相對而言人氣較差，師生發(fā)帖的積極性不高。這也意味著有必要進一步研究網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺的在線答疑模塊的改進與優(yōu)化，提高使用的便捷性與信息共享的快捷性。
3.給定成績
為了提高學(xué)生的積極性，減輕總結(jié)報告書寫工作量，在給學(xué)生提供報告模板及格式要求的基礎(chǔ)上，將原有的五級制評分標(biāo)準(zhǔn)改為按表3制定的百分制標(biāo)準(zhǔn)進行評定。
三、教學(xué)效果
1.學(xué)生的積極性及自我滿意度
經(jīng)在本校電氣工程專業(yè)2011級本科生4個班中進行教學(xué)實踐，通過選題方式、老師答疑模式、給定成績標(biāo)準(zhǔn)等三個方面的改革，學(xué)生在選題時表現(xiàn)出更大的主動性和時效性，且選題范圍較寬；網(wǎng)絡(luò)答疑也降低了學(xué)生的拘束感，幾乎都能提出一些問題，且網(wǎng)絡(luò)資源的便捷共享優(yōu)點極大地提高了電子元器件調(diào)研與選型效率。
相對于前幾屆學(xué)生在本課程結(jié)束后對自己智能等方面提高程度的自我滿意度而言，本屆學(xué)生多數(shù)反映經(jīng)過本課程的實踐練習(xí)，自己對如何利用網(wǎng)絡(luò)獲取最新的元器件資料及典型應(yīng)用案例、網(wǎng)絡(luò)提問與回答、Altium Designer軟件、Proteus軟件的使用等方面都有了極大的提高，而對于后續(xù)電子技術(shù)、單片機等課程的學(xué)習(xí)也有了明確目標(biāo)。
2.教師的工作量及教學(xué)效果
經(jīng)時間組織與具體實施方案的改革，尤其是選題目錄、網(wǎng)絡(luò)答疑、評分標(biāo)準(zhǔn)的實施，老師們感覺自己在該課程的投入時間較以前可以減少30%左右，同時，從學(xué)生們的作品及報告來看教學(xué)效果則較以前反而有了極大提高。
參考文獻：
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關(guān)鍵詞：新生報到；學(xué)籍管理；Visual FoxPro；新生電子報到系統(tǒng)
中圖分類號：TP311文獻標(biāo)識碼：A文章編號：1009-3044(2012)06-1328-03
Design and Implementation of Electronic Register System for Freshmen Based on VF
ZHANG Bu1, WANG Jun2, WU Xiu-shi3
(1. Academic Affairs Office, Shenyang Agricultural University, Shenyang 110866, China; 2. College of Information and Electrical Engineer? ing, Shenyang Agricultural University, Shenyang 110866, China; 3. Yingkou Power Supply Company, Yingkou 115000, China)
Abstract: The freshmen reception was an important part in academic statues management and reflected the level of management and effi? ciency of management. This paper analyzed the function and design flow of electronic register system, and chose Visual FoxPro software to design and exploit electronic register system for freshmen. Electronic register system with its characteristics of accuracy and high efficiency was based on VF technology, which solved the problems of time consumption, energy consumption and errors in the traditional system of freshmen reception which were based on handwork, searching and statistics.
Key words: freshmen reception; academic statues management; Visual FoxPro; electronic register system for freshmen
新生入學(xué)報到是高校學(xué)籍管理中一項非常重要的工作，它涉及到教務(wù)處、學(xué)生處、計財處、后勤處、公安處、團委及各學(xué)院等諸多部門，但是目前很多高校的新生入學(xué)報到都采用人工方式，即先打印好新生名單，在報到當(dāng)天來一名學(xué)生就在名單中做一個標(biāo)記，這種方式不但繁瑣，浪費人力，而且容易出錯，也不能準(zhǔn)確確定該生的真實身份。因此，構(gòu)建一個適應(yīng)高校新生報到的電子系統(tǒng)不但可以提高新生報到工作效率，還可以緩解因場地、人手等軟硬件條件不足而帶來的矛盾，同時應(yīng)用新生電子報到系統(tǒng)還可以一目了然的發(fā)現(xiàn)新生的基本信息和照片，從而大大的降低新生因替考而入學(xué)的可能性。
1新生報到流程
新生入學(xué)報到之前，學(xué)生處會發(fā)放錄取通知書和錄取報到說明，新生須按照說明的要求在規(guī)定的時間內(nèi)將學(xué)費和宿舍費存入銀行卡，由銀行代扣學(xué)費和宿舍費，部分不能如期繳清學(xué)費的學(xué)生在報到當(dāng)天直接到計財處繳清學(xué)費，申請辦理助學(xué)貸款的同學(xué)直接到學(xué)生處助學(xué)貸款辦理處辦理綠色通道。在新生報到當(dāng)天，教務(wù)處學(xué)籍管理人員通過Internet收到繳清學(xué)費和辦理綠色通道學(xué)生的數(shù)據(jù)，在報到現(xiàn)場學(xué)籍管理人員根據(jù)該數(shù)據(jù)，核實錄取通知書、身份證和準(zhǔn)考證進行報到注冊，經(jīng)身份核實無誤后打印《新生報到單》，學(xué)生持此報到單分別到公安處、后勤處、團委及各個學(xué)院分別辦理戶口遷移、就餐卡、組織關(guān)系及宿舍的現(xiàn)場分配等等，新生報到流程圖如圖1所示。
2新生電子報到系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)
目前，各高校的學(xué)生學(xué)籍注冊原始數(shù)據(jù)和各省教育廳的審核數(shù)據(jù)都來源于當(dāng)年的新生錄取數(shù)據(jù)，其文件類型為FoxPro中的“. dbf”格式。為了方便數(shù)據(jù)管理和接口的控制，本文選用Visual FoxPro作為其數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)和應(yīng)用數(shù)據(jù)庫。同
時，Visual FoxPro也是一個功能強大的交互式數(shù)據(jù)管理工具，是為數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和應(yīng)用程序開發(fā)而設(shè)計的功能強大的面向?qū)ο蟮沫h(huán)境。無論是組織信息、運行查詢、創(chuàng)建集成的關(guān)系型數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，還是為最終用戶編寫功能全面的數(shù)據(jù)管理應(yīng)用程序，Visual FoxPro都可以提供管理數(shù)據(jù)所需的所有工具。
2.1新生電子報到系統(tǒng)的功能
依據(jù)新生報到流程圖，可以看出高校的新生電子報到系統(tǒng)必須具備以下幾項基本功能：
1）招生數(shù)據(jù)校驗功能：教務(wù)處學(xué)籍管理人員從學(xué)生處招生辦獲得招生錄取數(shù)據(jù)，首先要對錄取數(shù)據(jù)進行必要的邏輯性和合法
性審核，所以新生電子報到系統(tǒng)必須可以對錄取數(shù)據(jù)進行必要的校驗。
2）新生學(xué)籍信息管理功能：學(xué)校學(xué)籍管理人員和輔導(dǎo)員根據(jù)招生辦提供的招生信息和學(xué)生實際入學(xué)報到情況，對注冊報到的學(xué)生根據(jù)專業(yè)進行分班、編制學(xué)號、刪除無效記錄（招生流失未報到的學(xué)生）等數(shù)據(jù)處理，并添加必要的學(xué)籍內(nèi)容（如學(xué)制、層次、學(xué)習(xí)方式等）。審核無誤后，新生電子報到系統(tǒng)應(yīng)形成規(guī)范的學(xué)生學(xué)籍注冊信息文件。
3）新生信息查詢和統(tǒng)計功能：學(xué)籍管理人員根據(jù)新生的注冊信息進行各種信息的統(tǒng)計，也可進行新生注冊數(shù)據(jù)的隨機查詢等。
2.2新生電子報到系統(tǒng)的設(shè)計流程
新生電子報到系統(tǒng)的大致工作流程分為以下9個環(huán)節(jié)：
1）導(dǎo)入程序?qū)⒈拘５匿浫?shù)據(jù)和新生照片導(dǎo)入新生報到數(shù)據(jù)，對數(shù)據(jù)進行邏輯性和合法性校驗，并進行數(shù)據(jù)和照片匹配；2）各院系輔導(dǎo)員對本院系的所有新生按專業(yè)進行分班；
3）通過網(wǎng)絡(luò)連接，教務(wù)處匯總計財處、貸款中心的數(shù)據(jù)，確定繳費新生數(shù)據(jù)，以保證完費注冊；
4）報到當(dāng)天，電子報到系統(tǒng)通過考生號或身份證號檢索到該生的信息和照片，在確認(rèn)信息無誤后，現(xiàn)場打印新生報到單；
5）按照招生省區(qū)、招生層次、系、專業(yè)四種方式統(tǒng)計，分為報到與未報到兩種情況實時更新匯總；
6）招辦及各學(xué)院負(fù)責(zé)將延期報到的新生補錄到教務(wù)處；
7）教務(wù)處根據(jù)實際報到新生數(shù)，按照所在班級、專業(yè)分配學(xué)號；8）確定新生信息無誤后，系統(tǒng)將新生數(shù)據(jù)導(dǎo)成dbf文件；
9）根據(jù)各部門需求的不同，系統(tǒng)生成不同的統(tǒng)計材料。
2.3新生電子報到系統(tǒng)各模塊的設(shè)計2.3.1系統(tǒng)管理模塊設(shè)計
系統(tǒng)管理模塊主要用于保證系統(tǒng)的安全性，因為新生數(shù)據(jù)涉及到考生號、身份證號碼、戶籍所在地等許多私人信息，所以在登錄時設(shè)置用戶名和密碼是非常必要的，2009年秋季新生報到窗口的客戶端登錄界面如圖2所示。
圖2客戶端登錄界面2.3.2數(shù)據(jù)處理模塊設(shè)計
在進行數(shù)據(jù)處理之前，首先要對所在學(xué)院、專業(yè)、班級等信息進行編碼管理、排序和賦予屬性。然后將反映新生屬性的各類數(shù)
據(jù)和新生照片導(dǎo)入到數(shù)據(jù)處理模塊。最后數(shù)據(jù)處理模塊完成對導(dǎo)入數(shù)據(jù)的校驗、審核和補充，確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和完整性。2.3.3報到模塊設(shè)計
新生報到的后臺數(shù)據(jù)庫集中存儲在服務(wù)器上，前臺只要安裝新生的管理系統(tǒng)軟件，并賦予操作的權(quán)限，就可以通過校園網(wǎng)上的任意一臺計算機來完成，實行客戶―服務(wù)器管理模式。在新生報到模塊設(shè)置考生號查詢按鈕，通過輸入考生號來查詢新生的信息，報到窗口如圖3所示，包括新生的照片、考生號、姓名、性別、所在學(xué)院、專業(yè)、班級等等。同時為方便報到當(dāng)天的管理，直接在報到界面設(shè)置輔助打印、標(biāo)記功能。
圖3新生入學(xué)電子報到窗口2.3.4查詢和統(tǒng)計模塊設(shè)計
對新生數(shù)據(jù)進行分類統(tǒng)計分析是學(xué)校學(xué)籍管理部門的重要工作，所以查詢和統(tǒng)計模塊設(shè)計的目的主要是學(xué)籍管理人員通過該模塊可以形成各種需要的統(tǒng)計信息又也可進行新生注冊數(shù)據(jù)的隨機查詢等。為方便查詢和統(tǒng)計新生的報到情況，查詢和統(tǒng)計模塊設(shè)計為按照招生省區(qū)、是否報到、專業(yè)等情況進行查詢和統(tǒng)計并實時更新匯總，并可以生成相應(yīng)視圖報表或另存為DBF等格式，如圖4所示。
圖4新生報到信息查詢窗口
3系統(tǒng)特點
1）系統(tǒng)安裝簡便，信息實現(xiàn)共享
新生電子報到系統(tǒng)采用的是典型的客戶機―服務(wù)器模式，各工作站只需安裝應(yīng)用系統(tǒng)即可連接并操作數(shù)據(jù)庫。本系統(tǒng)對數(shù)據(jù)進行集中的管理，并使用統(tǒng)一的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)和格式，建立多種與其它管理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)接口，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的高度共享與集中。
2）操作界面友好，運行高效穩(wěn)定
該系統(tǒng)源程序簡單易懂，數(shù)據(jù)庫使用簡單，管理方便，擁有與用戶互動良好的操作界面，使用效率高，安全可靠。
3）符合管理實際，信息實時顯示
本系統(tǒng)統(tǒng)籌考慮各部門的工作流程，認(rèn)識到各部門的管理實際，高度利用新生數(shù)據(jù)，實現(xiàn)了人性化管理，并能讓學(xué)校領(lǐng)導(dǎo)及時、準(zhǔn)確地統(tǒng)計和分析數(shù)據(jù)，掌握報到現(xiàn)場的動態(tài)情況。
4結(jié)束語
采用電子報到系統(tǒng)對新生報到工作進行網(wǎng)絡(luò)管理，是當(dāng)前新生報到管理工作實際的需要，這不僅可使新生報到管理工作更方
便、更規(guī)范、更快捷，也改變了傳統(tǒng)的手工報到工作方法，使管理手段得到進一步的優(yōu)化，實現(xiàn)了無紙化管理。運用此系統(tǒng)，有效地促進學(xué)校各部門的協(xié)調(diào)運作，大大提高了工作效率，也提升了學(xué)校的學(xué)籍管理水平，有助于為新生家長和社會各界提供更人性化、信息化、現(xiàn)代化的服務(wù)。此外，迎新工作結(jié)束后，可以導(dǎo)出已經(jīng)報到注冊的新生的基本數(shù)據(jù)，為學(xué)校其他管理系統(tǒng)（例如教務(wù)管理系統(tǒng)）所用，以實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享，減少了大量重復(fù)勞動。
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1系統(tǒng)設(shè)計需求分析
在系統(tǒng)設(shè)計中，要確定用戶角色。在互聯(lián)網(wǎng)電子商務(wù)系統(tǒng)中，其角色為客戶。因為，角色并不是都表示人，也可以是外部系統(tǒng)。所以，本系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫處理角色就是一個外部系統(tǒng)?？蛻粼诘顷懙诫娮由虅?wù)系統(tǒng)的首頁時，可以根據(jù)需求選擇商品，并能夠?qū)⑸唐芳尤氲较到y(tǒng)的購物車之中，然后用戶在判斷商品價值后，基于購買決策為商品付賬，就相當(dāng)于完成一次電子商務(wù)交易，提升系統(tǒng)可用性[13-15]。在整個電子商務(wù)系統(tǒng)設(shè)計中，可以確保該電子商務(wù)系統(tǒng)設(shè)計完成后符合用戶實際應(yīng)用需求。
2基于UML設(shè)計實現(xiàn)電子商務(wù)系統(tǒng)
2.1系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計
采用UML對象建模，在財務(wù)軟件的客戶端與數(shù)據(jù)庫之間可以加入了一個中間層，將財務(wù)軟件應(yīng)用程序的將業(yè)務(wù)規(guī)則、數(shù)據(jù)訪問以及合法性校驗等放到中間層進行處理。系統(tǒng)的客戶端采用JavaScript、Java等網(wǎng)絡(luò)編程語言編寫，其腳本程序簡單易用、靈活性強，可以控制整個Web頁面。其總體結(jié)構(gòu)如圖1所示。
2.2系統(tǒng)功能設(shè)計
對于UML對象建模中，在設(shè)計電子商務(wù)系統(tǒng)中，能夠用統(tǒng)一的UML建模語言，構(gòu)建電子商務(wù)系統(tǒng)，提升系統(tǒng)軟件的可用性。其電子商務(wù)系統(tǒng)功能設(shè)計如圖2所示。用戶管理：主要通過全局變量，記錄系統(tǒng)中的登錄用戶信息。商品管理：查看商品基本信息；根據(jù)商品名稱查看商品；對查詢結(jié)果進行操作。電子商務(wù)購物管理：用戶查看商品，選擇要購買的商品；能夠?qū)⒂脩暨x中的商品加入到電子商務(wù)系統(tǒng)的購物車中，并且確保購物車信息也可以依據(jù)用戶需求變化，動態(tài)的更改購物車數(shù)據(jù)。
2.3分析電子商務(wù)系統(tǒng)業(yè)務(wù)流程
該電子商務(wù)系統(tǒng)是針對消費者購買商品設(shè)計的。消費者分為兩類，一類是會員，若是某會員要購買，直接登錄網(wǎng)站，就可以購買所需要的商品了；另一類是普通瀏覽者，該瀏覽者可以瀏覽網(wǎng)站基本信息，若要購買，則必須確保系統(tǒng)的用戶先進行注冊之后，才可以在該電子商務(wù)網(wǎng)站中購買展示的商品。并且，基于UML技術(shù)，用戶在注冊成系統(tǒng)用戶后，就可以選擇所需的商品，同時系統(tǒng)將會為用戶生成商品訂單，確保電子商務(wù)系統(tǒng)能夠滿足用戶使用需求。電子商務(wù)系統(tǒng)的主要業(yè)務(wù)流程，如圖3所示。
2.4UML建模設(shè)計
對象設(shè)計：UML對象建模中，確定設(shè)計模型中的類、關(guān)聯(lián)、接口和現(xiàn)實服務(wù)的算法。可以根據(jù)動態(tài)模型中的行為和功能模型中的用例描述確定類的服務(wù)，然后設(shè)計實現(xiàn)服務(wù)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和算法，主要是選擇能正確描述信息的邏輯結(jié)構(gòu)和相應(yīng)的能夠高效實現(xiàn)算法的物理結(jié)構(gòu)。在UML中，一個系統(tǒng)由若干個用例圖描述，用例圖的主要元素是用例和角色。如圖，是在網(wǎng)上商店系統(tǒng)經(jīng)理的用例圖如圖4。優(yōu)化設(shè)計：UML對象建模中，還能夠從效率和清晰性角度優(yōu)化對象模型[15]，提高效率和調(diào)整繼承關(guān)系；采用抽象與具體的方法來優(yōu)化繼承關(guān)系，增加派生屬性和派生關(guān)聯(lián)可以提高訪問效率，以實現(xiàn)財務(wù)軟件代碼共享、減少冗余。在UML中，顯示了互聯(lián)網(wǎng)電子商務(wù)系統(tǒng)的類圖。上圖顯示了從用戶登陸首頁選擇商品到結(jié)帳離開類之間的關(guān)系，分別由4種類圖組成。主要就是將JSP與Servlet技術(shù)聯(lián)合使用，從而實現(xiàn)對電子商務(wù)系統(tǒng)的用戶提供動態(tài)的內(nèi)容服務(wù)。設(shè)計對象約束：基于UML對象建模的財務(wù)軟件設(shè)計中，無論是消費者、商戶還是銀行員工都可以通過Internet訪問該系統(tǒng)，完成各自授權(quán)的活動、工作。
3系統(tǒng)應(yīng)用效益分析
以基于UML的電子商務(wù)系統(tǒng)開發(fā)為視角，以MyEclipse6.0開發(fā)平臺為開發(fā)環(huán)境，介紹基于UML建模技術(shù)，并結(jié)合實例說明面向?qū)ο筌浖墓ぷ鬟^程。實踐表明，基于Java三層架構(gòu)設(shè)計的軟件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)清晰、便于維護，具有代碼復(fù)用之功能?；赨ML設(shè)計出的互聯(lián)網(wǎng)電子商務(wù)系統(tǒng)，系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)清晰、便于維護，能夠構(gòu)造一個科學(xué)準(zhǔn)確的互聯(lián)網(wǎng)電子商務(wù)系統(tǒng)模型，提升系統(tǒng)設(shè)計質(zhì)量，提升12.0%，將設(shè)計好的系統(tǒng)應(yīng)用到實踐中發(fā)揮積極的應(yīng)用效益。在本次電子商務(wù)系統(tǒng)設(shè)計中，基于UML技術(shù)，分析電子商務(wù)系統(tǒng)的建模開發(fā)工作，將UML應(yīng)用到系統(tǒng)開發(fā)過程中，不僅可以提升系統(tǒng)開發(fā)工的靈活性，也可以提升系統(tǒng)的可擴展性與維護性，使設(shè)計完成的系統(tǒng)更具用戶使用性能，發(fā)揮積極應(yīng)用效益。
4結(jié)論
綜上所述，在設(shè)計電子商務(wù)系統(tǒng)中，應(yīng)用UML技術(shù)，具有應(yīng)用價值，可以在實踐電子商務(wù)系統(tǒng)設(shè)計中推廣應(yīng)用該技術(shù)。
作者:龐敏 單位:寶雞職業(yè)技術(shù)學(xué)院
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關(guān)鍵詞:電力市場;結(jié)算系統(tǒng);Java;XML;Webspere
中圖分類號:TP311文獻標(biāo)識碼:A文章編號:1009-3044(2010)22-6365-02
The Design of Power Market System Settlement Subsystem
ZHANG Tao
(College of Software Engineering Southeast University, Nanjing 210011, China)
Abstract: According to the user requirements and the actual conditions of the power market operation system, this article propose the design of the settlement systems. Itinclude the details of system design, implementation of the settlement system, and it include the storing calculatingand publishing of the settle data. the use of design patterns for data processing and other modules optimize the design and use of sophisticated java, xml, webspere and other related technologies to achieve and deployment.
Key words: power market; settle system; Java; XML; Webspere
根據(jù)國家電網(wǎng)公司信息化建設(shè)目標(biāo),將電力市場交易應(yīng)用納入“SG186工程”統(tǒng)一考慮。電力市場運營系統(tǒng)通過整合服務(wù)資源,優(yōu)化業(yè)務(wù)流程,以信息技術(shù)推動電力市場交易應(yīng)用創(chuàng)新和服務(wù)創(chuàng)新。電力市場運營系統(tǒng)是為了實現(xiàn)三級電力市場交易運營和規(guī)范化管理,實現(xiàn)與公司其他應(yīng)用以及各級電力市場交易應(yīng)用間的互聯(lián)互通,實現(xiàn)橫向和縱向的數(shù)據(jù)共享,提高電力交易中心的管理水平、服務(wù)水平和工作效率,提升各級交易中心的專業(yè)化管理水平。
該系統(tǒng)主要分為由交易中心主站系統(tǒng)、市場成員終端(系統(tǒng))、以及電力市場運營系統(tǒng)與“SG186”一體化平臺接口組成。電力市場運營系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)申報、合同管理、交易管理、結(jié)算管理、市場預(yù)測、市場分析、信息和綜合管理八個應(yīng)用功能部分。
本文主要著力于結(jié)算子系統(tǒng)的設(shè)計和實現(xiàn)。結(jié)算管理子系統(tǒng)根據(jù)電能量計量系統(tǒng)提供的有效電能數(shù)據(jù)、交易管理模塊的交易計劃、電價數(shù)據(jù)和網(wǎng)損,調(diào)度指令,能量管理系統(tǒng)的運行數(shù)據(jù),合同管理模塊的相關(guān)數(shù)據(jù),以及市場主體的運行考核數(shù)據(jù)和市場運營狀態(tài),依據(jù)市場規(guī)則進行各交易主體進行電量結(jié)算和電費結(jié)算。
1 技術(shù)基礎(chǔ)
面向?qū)ο蟮年P(guān)系型數(shù)據(jù)庫。該項目采用了oracle 10g數(shù)據(jù)庫,它在oracle 9i的基礎(chǔ)上又在安裝,服務(wù)器的可管理性、性能調(diào)整、安全性、可用性和可恢復(fù)性、商業(yè)智能和應(yīng)用開發(fā)等方面增加了新的功能。面向?qū)ο蟮年P(guān)系型數(shù)據(jù)庫是用面向?qū)ο缶幊痰姆椒▽ο笥糜跀?shù)據(jù)庫應(yīng)用軟件中,在關(guān)系型數(shù)據(jù)庫的基礎(chǔ)上,實現(xiàn)對象的存取管理。面向?qū)ο蟮年P(guān)系數(shù)據(jù)庫使數(shù)據(jù)庫應(yīng)用軟件更具靈活性。具有數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)清晰,便于實現(xiàn)面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計OOP;數(shù)據(jù)庫對象具有獨立性,便于維護;需求變更時程序與數(shù)據(jù)庫重用率高,修改少的優(yōu)點。
Java語言綜合了面向?qū)ο蠹夹g(shù)和internet技術(shù),將編譯和解釋有機結(jié)合,以實現(xiàn)跨平臺(操作系統(tǒng),硬件,網(wǎng)絡(luò)平臺)運行。Java嚴(yán)格實現(xiàn)了面向?qū)ο蟮乃拇筇卣?封裝性(Encapsulation),多態(tài)性(Polymorphism),繼承性(inheritance),動態(tài)聯(lián)編(Dynamic Binding)。java在多線程支持和安全性等方面遠(yuǎn)優(yōu)于C++。Java不僅僅是一種編程語言,JavaBean ,Java組件的發(fā)展對應(yīng)用編程帶來極大的方便。
多層結(jié)構(gòu)?；A(chǔ)的三層結(jié)構(gòu)即(MVC)模式,第一層是客戶層,提供用戶接口的功能;第二層是業(yè)務(wù)邏輯層,提供完成所有業(yè)務(wù)邏輯和數(shù)據(jù)庫存儲的功能;第三層是數(shù)據(jù)庫層,提供數(shù)據(jù)持續(xù)儲存的能力?，F(xiàn)在又提出了多層結(jié)構(gòu)。分別是客戶層,頂端web服務(wù)層,應(yīng)用服務(wù)層和數(shù)據(jù)層。
XML技術(shù)。隨著企業(yè)與企業(yè)之間電子商務(wù)的發(fā)展,XML得到極大的發(fā)展。XML語言嚴(yán)格的語法保證了文件的規(guī)范和數(shù)據(jù)的有效。在異質(zhì)系統(tǒng)之間的信息交換,數(shù)據(jù)的存儲保值,自動化,精確搜索等方面發(fā)揮了巨大的作用。
2 業(yè)務(wù)功能和模塊劃分
1) 結(jié)算數(shù)據(jù)管理:為結(jié)算管理進行數(shù)據(jù)準(zhǔn)備,實現(xiàn)結(jié)算源數(shù)據(jù)的讀入與管理。包括計量數(shù)據(jù)、交易計劃數(shù)據(jù)、考核結(jié)果以及結(jié)算所需的各類市場參數(shù)等。對用于結(jié)算的源數(shù)據(jù)進行檢索、查詢、核對、修正,最后進行確認(rèn),確保用于結(jié)算的源數(shù)據(jù)可靠。
2) 預(yù)結(jié)算:根據(jù)交易規(guī)則對各市場主體按照借、貸兩種賬戶,進行電量分割和統(tǒng)計,然后進行電量和電費的日清算與月結(jié)算,形成初步結(jié)算單。
3) 預(yù)結(jié)算審核:在交易中心內(nèi)部,對預(yù)結(jié)算結(jié)果進行審核,并提交審核結(jié)果。如果結(jié)算結(jié)果審核不能通過,需要重新核實用于結(jié)算的各個源數(shù)據(jù)后重新進行預(yù)結(jié)算,直至審核通過后通過信息將預(yù)結(jié)算結(jié)果向各市場主體。
4) 結(jié)算主體校核:各結(jié)算主體對與自身相關(guān)的結(jié)算源數(shù)據(jù)和預(yù)結(jié)算結(jié)果進行校核,如果對預(yù)結(jié)算結(jié)果有異議,可以向交易中心提出結(jié)算爭議,由交易中心再次審核。在規(guī)定時間內(nèi)如果沒有提出爭議,則認(rèn)為沒有爭議。
5) 終結(jié)算:交易中心根據(jù)結(jié)算主體提出的結(jié)算爭議,按照爭議的類型,校核用于結(jié)算的源數(shù)據(jù)后,重新進行結(jié)算。
6) 終結(jié)算批準(zhǔn):在結(jié)算結(jié)果通過交易中心與結(jié)算主體校核后,提交結(jié)算賬單,經(jīng)財務(wù)批準(zhǔn)后通過信息系統(tǒng)向結(jié)算主體,并以此為依據(jù)支付電費。
7) 結(jié)算統(tǒng)計報表:按照日報和月報的方式,對電量、電價、電費進行統(tǒng)計匯總,形成報表。
3 結(jié)算子系統(tǒng)實現(xiàn)
按照數(shù)據(jù)流程的順序,將整個結(jié)算子系統(tǒng)分解為幾個模塊。使得原始的數(shù)據(jù),主要是電力市場其他如計劃,合同交易等子系統(tǒng)導(dǎo)入的數(shù)據(jù),原始的電表數(shù)據(jù),經(jīng)過數(shù)據(jù)確認(rèn),修正后,進入結(jié)算的主模塊,進行計算,生成所需要的格式化的各項數(shù)據(jù),經(jīng)過審批后儲存,最終在統(tǒng)計查詢界面顯示出來。
3.1 結(jié)算數(shù)據(jù)管理
主要功能是實現(xiàn)從電能量計量系統(tǒng)、能量管理系統(tǒng)、考核系統(tǒng)、合同管理模塊、交易管理模塊以及系統(tǒng)管理模塊的數(shù)據(jù)讀入,為結(jié)算管理模塊進行數(shù)據(jù)準(zhǔn)備。結(jié)算數(shù)據(jù)管理可以分為與區(qū)域電網(wǎng)公司計算數(shù)據(jù)管理和與發(fā)電企業(yè)結(jié)算數(shù)據(jù)管理。
通過提供數(shù)據(jù)表單、圖表等多種方式的數(shù)據(jù)檢索、查詢工具,實現(xiàn)對各類結(jié)算源數(shù)據(jù)的分類匯總、過濾,為結(jié)算人員對數(shù)據(jù)校核提供方便的手段。
在發(fā)現(xiàn)有問題的數(shù)據(jù)后,可對有關(guān)數(shù)據(jù)進行著色標(biāo)記,另行存儲。原則上,結(jié)算數(shù)據(jù)校核功能只對數(shù)據(jù)的有效性進行核實,對于有疑問的數(shù)據(jù)不在結(jié)算模塊進行修正。結(jié)算模塊對有問題的數(shù)據(jù)提出疑問后,由相關(guān)數(shù)據(jù)的源頭進行修正。待修正后,結(jié)算模塊重新獲取。
首先從電能量計量系統(tǒng)獲得電廠關(guān)口電量以及與區(qū)域電網(wǎng)交互的各聯(lián)絡(luò)線關(guān)口電量計量數(shù)據(jù),并自動統(tǒng)計月內(nèi)每日峰時段電量、平時段電量和谷時段電量。如果月內(nèi)發(fā)生電價調(diào)整,則自動統(tǒng)計各電價變動范圍內(nèi)的峰時段電量、平時段電量和谷時段電量。結(jié)算人員根據(jù)手工抄送的表計數(shù)據(jù)采集單,對自動計算的計量數(shù)據(jù)進行確認(rèn)和修改。
應(yīng)用提供錄入界面,由使用人員錄入?yún)^(qū)域電網(wǎng)下發(fā)的CPS 考核電量、聯(lián)絡(luò)線偏差電量和線損偏差電量。使用人員將自動計算和確認(rèn)后的關(guān)口電量數(shù)據(jù)與區(qū)域電網(wǎng)下發(fā)的關(guān)口電量確認(rèn)單進行對比,如果發(fā)現(xiàn)有大的偏差,則需要查找偏差原因。
使用人員將軟件自動分解的電量分量與區(qū)域電網(wǎng)下發(fā)的電量成分單進行對比校核,如果有大的偏差,則需要查找偏差原因。
另外還設(shè)置一個結(jié)算配置的模塊,對于結(jié)算過程中所需定制的各個參數(shù)提供一個圖形界面的設(shè)置模塊。將配置結(jié)果存儲在本地的xml文件中。
3.2 預(yù)結(jié)算
按照日清月結(jié)或根據(jù)交易規(guī)則規(guī)定的結(jié)算周期,對各市場主體按照購售電方式,建立借貸明細(xì)帳目,計算購售電電量和電費,并形成初步結(jié)算單。預(yù)結(jié)算結(jié)果輸出包括:結(jié)算主體名稱,交易類型,結(jié)算電量,結(jié)算電價,結(jié)算電費等?？梢愿鶕?jù)結(jié)算配置靈活改變結(jié)算所需要的內(nèi)容。
此模塊為主要計算模塊,通過電力市場運營系統(tǒng)統(tǒng)一的webspere網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器接口從數(shù)據(jù)庫中調(diào)入相關(guān)原始數(shù)據(jù),根據(jù)結(jié)算基本規(guī)則和各地不同的要求(在結(jié)算配置里配置),對原始數(shù)據(jù)進行分解計算,生成所需要的結(jié)算數(shù)據(jù),并存儲與本地xml文件中和再通過webspere網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器接口將結(jié)算后數(shù)據(jù)寫入數(shù)據(jù)庫。同時提供一個圖形界面顯示結(jié)算數(shù)據(jù)的結(jié)果。
3.3 預(yù)結(jié)算審核
預(yù)結(jié)算完成后,為確保結(jié)算的正確性,在向結(jié)算主體結(jié)算結(jié)果前,在交易中心內(nèi)部,對預(yù)結(jié)算結(jié)果進行審核。
審核內(nèi)容包括結(jié)算源數(shù)據(jù)的校核、結(jié)算方法審核、結(jié)算算法正確性驗證等。
如果結(jié)算結(jié)果審核不能通過,需要重新結(jié)算,直至審核通過。
本模塊主要是提供一個審批的界面,供工作人員審核數(shù)據(jù)。
3.4 結(jié)算主體校核
預(yù)結(jié)算結(jié)果后,結(jié)算主體在交易規(guī)則規(guī)定的期限內(nèi),對預(yù)結(jié)算結(jié)果進行校核,如果對預(yù)結(jié)算結(jié)果有異議,可以向交易中心提出結(jié)算爭議。在規(guī)定時間內(nèi)如果沒有提出爭議,則認(rèn)為沒有爭議。提供一個結(jié)算爭議界面,有組合查詢功能,使得使用者能對所需審核的記錄快速查找,驗證。
3.5 終結(jié)算
在交易規(guī)則規(guī)定的時間內(nèi),交易中心根據(jù)結(jié)算主體提出的結(jié)算爭議,將結(jié)算爭議分類處理。
在所有爭議都得到處理后,將重新結(jié)算的結(jié)果再次通過信息模塊向結(jié)算主體進行。
3.6 終結(jié)算批準(zhǔn)
在結(jié)算結(jié)果通過交易中心與結(jié)算主體校核后,形成結(jié)算對賬單,并根據(jù)交易規(guī)則的規(guī)定組織結(jié)算對賬單的分項和匯總內(nèi)容。如審批不能通過,需要重新結(jié)算。經(jīng)審核批準(zhǔn)后,通過信息系統(tǒng)向結(jié)算主體。
3.7 結(jié)算統(tǒng)計報表
根據(jù)交易規(guī)則和電力市場應(yīng)用的特點,按照時間和業(yè)務(wù)要求,組織相應(yīng)的數(shù)據(jù),形成各類報表。本模塊中使用chart4free包繪制了餅圖,棒圖等,幫助工作人員直觀了解最終結(jié)算數(shù)據(jù)的情況。
4 結(jié)束語
本文所述系統(tǒng)特色在于使用Java平臺技術(shù)和運用XML技術(shù),實現(xiàn)具有實用性、開放性、可擴展性、可靠性、安全性、可配置性、易維護性的省級電力市場運營系統(tǒng)中的結(jié)算子系統(tǒng)。Java技術(shù)由于其開放性,易擴展,跨平臺等優(yōu)點,已經(jīng)成為了企業(yè)應(yīng)用的熱點。而XML語言在數(shù)據(jù)交換,Web服務(wù),內(nèi)容管理,Web集成,配制等方面的重要應(yīng)用,成為一個新興的熱門技術(shù)。對這些技術(shù)的研究不但對推動電力市場的發(fā)展有積極作用,而且對其他領(lǐng)域的企業(yè)應(yīng)用也有借鑒推廣價值。
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