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1、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
2、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
3、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：5512
4、5。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
5、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
6、，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）：
7、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
8、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
9、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
10、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。
11、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，
12、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！,
