计算机测控技术及应用范文

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关键词：项目导向；课程整合；实践；技能

中图分类号：G642 文献标识码：B

1引言

“传感器技术”与“计算机测控技术”是应用电子、汽车电子、电气自动化等电类专业的核心课程。传统的教学模式是先讲授“传感器技术”，侧重于各种传感器的工作原理、相关的测量电路的分析，而具体应用对学生来讲犹如“空中楼阁”，晦涩难懂；“计算机测控技术”主要讲授自动控制系统的组成、自动控制装置特别是自动化仪表的分类与发展，以及计算机组态控制技术。众所周知，自动控制系统离不开传感器，组态控制技术又必须基于传感器进行测量。在实际讲授“计算机测控技术”时，学生却很难将原来学过传感器的知识综合应用。这样就形成了两门内容密切相关，知识互通融合的课程却让学生认为遥不可及的尴尬情况，教学效果一直不理想。基于这种教学状况，我们尝试应用项目导向模式，将两门课程进行了有机整合，并收到了很好效果。

2基于项目导向模式的课程改革

项目导向模式以提高学生创新意识、培养学生的实际操作能力为目标，是高职院校培养高素质技能型人才的行之有效的教学方法。项目导向模式按照学生认知规律进行项目的选择和设计，注重引导探索，具有较强的实用性。如图1所示，项目导向模式由四个基本步骤构成。

(1) 设计项目，这是项目导向教学法的关键。要有明确的目标，要求教师基于学习目标设计实用适合的项目工程。一个项目可以概括多个子项目，学生可以通过对子项目的设计实施逐步掌握各知识点，从而最终完成项目的设计任务。项目设计要符合高技能人才培养的要求，从学生实际出发，充分考虑学生的特点与知识接受能力的差异，做到因材施教。要根据任务难度，恰当控制动机水平。任务设计要注意分散重点、难点。掌握传感器相关知识和技能是一个逐步积累的过程，要考虑任务的大小、知识点的含量、前后的联系等多方面的因素。例如，让学生设计一个温度湿度能够达标的育婴房项目。在这个设计项目中既有温度传感器的应用，又有湿度传感器的应用，还可以让学生初步掌握报警系统的初步设计，让学生设计实施起来很有成就感，可以说这是个非常实用的项目。

(2) 分析项目，这是项目能否正确执行的前提。项目设计后，教师不要急于讲解，先让学生讨论分析，提出其中隐含的新的知识点。学生在教师的引导启发下理解掌握新的知识，并运用其解决相关的项目问题。本项目中，温度、湿度传感器的选用是重点，温度传感器的类型很多，用哪种更适合，其优势在哪里？这些都需要学生的分析。

(3) 完成项目，这是整个教学过程的重点问题。提出并设计好任务过程后，学生就需要通过不同方法去完成项目。学生通过对任务的理解进行探索尝试，消化新知识，完成对知识的理解和应用。在教学方法上，改变学生传统的学习观，由“学会”到“会学”，强调培养学生的自学能力。在教学中，让学生根据“项目”的需求来学习，不断地用“项目”来引导学生自学，主动完成学习目标的任务。

本项目中，学生在选用不同的温度、湿度传感器后所建立的测量电路不尽相同，产生的效果也会大不一样。由于实验条件、经费所限，不可能将所有的电路都具体实现，这时可以使用计算机虚拟仿真，并使用测控软件对整个项目工程进行完整的监控测量，让学生仿佛置身于育婴房一样。

(4) 评估项目，这是对教学效果的评价。学习成果展示是激发学生学习主动性的重要手段，是培养学生分析问题和明辨是非的有效途径。要求教师在进行课堂教学时，安排学生互评或教师点评。这是知识形成和提高的重要阶段，同时也能极大地促进培养学生的成就感。

本项目的评估重点在于不同类型的传感器的选用及其报警校正。通过教师的点评会使学生对重点问题上的解决印象深刻，理解全面，同时通过不同设计的对比切实地掌握了传感器的具体实际应用，其意义不言而喻。

3“传感器应用”与“计算机测控技术”的课程具体整合

“传感器应用”与“计算机测控技术”课程是十分重要的专业课程，两门课程联系密切，传感器的应用离不开测量，测量又离不开传感器的控制，测控技术使用的组态软件中每个设计都会涉及到传感器的应用。将这两门课程有机地整合起来，势必会激发学生的学习兴趣，提高实践设计能力。在教学过程中，可以将两门课程穿插讲解，教师布置的设计任务可以用电路搭建，再由测控软件具体实施，实现设计任务的完整化，让学生直观地感受到传感器的实际应用效果，从而有效地提高学习效率。

我们在教学方法上提出以工程案例和实验为主线和核心的边讲、边实验、边讨论的基于项目导向的教学模式。将具有实际工程应用背景的案例和实验作为核心和主线贯穿在课堂教学中，将两门课程有机整合。例如上述设计育婴房的项目，先让同学们讨论所需的传感器特性、常用测量电路的具体应用等，设计出实用电路，用测控软件仿真实施，实现模拟育婴房的效果，并通过有效的控制使得温度、湿度得到相应的补偿。

以工程案例和实验为主线的课程教学法的核心是实验，必须解决课上、课下实验教学环境的营造问题。为此，利用PC机上的测控资源在教师上课、学生上网的PC机上建立测控实验室，将实验室带入课堂、教师、宿舍和每一个有PC机的地方。为丰富个人测试实验室所能测量的信号种类，我们还针对测控技术课程实验教学注重功能、概念，而不追求精度的特点，用市场上的敏感元件或工业探头+简单调理电路，自己开发了红外传感器、温度传感器、超声波传感器、酒精传感器等20多种低价格的常见物理量检测传感器，可以直接插接在计算机声卡的Line in口上

作为外部传感器使用。为提高测试实验与工程实际的结合程度，我们对一些工业测控设备进行简化处理，设计为测控模型应用到实验教学中。包括由工业管道无损探伤设备简化而来的钢管缺陷无损检测模型，由旋转机械简化而来的转子实验台模型等。并以这些模型为基础建立计算机化的创新实验室，为学生开设综合性、研究性实验。

4项目导向教学深化建议

(1) 教材改革

由于现行的教材基本根据学科知识系统进行编写，因此教师实施项目教学法时，不能完全按照教材一章一节地讲授，而要依据目前传感器技术的飞速发展和高等职业教育的特点，对教材内容进行改革，突出传感器的实际应用，针对测控案例中选用的常用传感器、实验室设备等对教学内容进行调整，重点选好示范项目，依据具体项目内容编制讲义，降低教学难度，结合案例进行有针对性的教学。

(2) 教学管理改革

教学管理体制改革是实施项目教学法的保证。项目教学法很多内容与常规教学有相悖之处，如授课计划、教学大纲、日志填写和时间分配等多方面，要突破常规的管理方式才能使项目教学有效的实施。

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【关键词】测控技术与仪器 计算机 课程体系 试点班

【中图分类号】G642 【文献标识码】A 【文章编号】1006－9682（2011）11－0009－02

目前，我国高等学校教学内容、课程体系改革的各项工作正在如火如荼地开展，其中学科内部及学科之间课程体系的优化整合是本科专业建设和改革最为关键的工作。［1～3］考虑到专业特点和应用型人才培养规格的要求，结合计算机课程平台教学的实际特点，我们对测控技术与仪器专业计算机系列课程进行了大幅度改革，并对特色专业建设的应用型人才培养试点班实施。本文从测控技术与仪器专业对计算机科学与技术知识的基本要求、计算机课程体系改革的具体方案及实施效果三个方面介绍了试点班的改革与实践经验。

一、测控技术与仪器专业对计算机技术的基本要求

测控技术与仪器本科专业是一个多学科交叉的专业，涉及机械工程、光学工程、电力电子学、计算机科学、信息科学、控制工程、仪器科学与技术等一级学科，其中计算机系列课程的教学主线大体为：信息的获取、传输、处理、反馈控制，主要内容包括：在硬件方面，要求掌握计算机的基本组成，包括主流CPU结构与原理（有取舍、有侧重地学习X86、单片机、PLC、嵌入式、DSP、FPGA中的一到两种），存储器组织，总线结构，读写时序，常用基本接口电路，常用输入输出设备等。在此基础上能够完成常用的信号输入输出通道的硬件电路设计。在软件方面，要求掌握基本汇编语言、C语言、数据结构的基本知识、操作系统的基本原理。在底层，要求能够编写驱动程序完成数据输入输出与数据传输，应用层要求能够完成数据的简单计算处理。在达到软硬件基本要求的基础上，学生可以进一步了解各种流行的数据传输总线、协议及链路，能完成数据的传输、显示、打印的硬件通道设计；可进一步掌握面向对象的编程、可视化编程、网络化编程方面的软件程序编写，实现仪器的虚拟化、智能化、网络化。

改革与实践的总体思路归纳如下：以学生最终能够应用乃至设计完整的计算机测控系统（包括硬件电路与软件程序）为教学目标，从简到繁、从易到难、从基础到应用，分阶段、分步骤，硬件电路与软件设计相结合，课堂教学与实践锻炼相结合，多个学期连续不断线教育与短期集训相结合，课内教育与课余兴趣小组活动相结合，由多个任课教师分成小组，分工配合地实施课堂教学与实践教学。

二、计算机课程体系改革具体方案

测控技术与仪器专业计算机系列课程的优化整合方案为：从修订教学计划入手，着力于对学生的知识、能力、素质结构进行调整，注重基础，强化学生综合实践能力和创新意识的训练，有效克服当前教学工作中存在的教学内容分散陈旧、教学方法过死、教学环节不连贯等问题，解决长期以来自然形成的课程科目与实践环节过多与总学时有限的冲突、知识面广而不精等问题。

1．教学内容的整合原则

在原有课程体系中，软硬件方面的课程设置均存在一定的弊端。软件程序方面，必修课只有《C语言程序设计》一门，开课时间设置在第一学期，与后续课程脱节，导致学生到第五、第六学期的实践环节用到时已基本遗忘。另外，教学内容不充分，没有覆盖操作系统、数据结构等方面的基本知识。硬件方面，必修课中《微机原理与接口技术》与《单片机原理及应用》同属硬件类课程，内容重复，讲授的内容不尽合理，如没有目前常用的PC机板卡资源、嵌入式技术等。此外，选修课多而杂，教学主线不明确，与专业培养目标配合不紧密。

具体来讲，对教学内容进行优化整合的几个原则如下：①综合性：课程设置改变传统的自成一体的单个课程范畴，进行优化整合，提高课程的综合化程度，达到以软硬件基础知识为主体，以计算机测控应用技术为主线，拓宽知识面，改善知识结构；②先进性：将传统的测控技术与当代最新的计算机技术相结合，使原来单一模式的分析方法转变为生动丰富的多方案优化，加深了对现代测控手段的理解和掌握；③实用性：找准应用型人才的培养定位，教学内容的安排上注重夯实软硬件基础、拓展系统综合应用能力，避免传统教学中理论教学的单调性和复杂冗长化。

2．教学内容的深度凝练

经优化整合后，3门必修课的主要教学内容归纳如下：

（1）《程序设计基础》是本专业计算机系列课程体系中的核心课程之一，综合了《操作系统》、《C语言程序设计》与《计算机软件基础》等课程的内容，并通过实验巩固所学知识，为后续计算机测控技术方面的专业课程打下坚实的基础。

（2）《计算机硬件基础》旨在让学生掌握微型计算机硬件的基本组成、体系结构和工作模式，着重使学生掌握微型计算机中存储器、I/O接口、总线、中断、人机交互等概念、原理和应用技术，同时通过实验，初步形成计算机硬件方面的工程设计与应用能力。

（3）《计算机测控技术》旨在通过本课程的学习，使学生学会设计基于微型计算机的测控系统，解决工程实际问题，要求学生掌握基于微处理器的计算机测控系统的基本体系结构、常用输入输出通道的设计、常用人机接口的设计、常用数据传输电路的设计、简单数据处理算法以及计算机测控技术的若干新进展，形成工程设计与应用能力。

改革后，上述3门必修课程的教学内容由多门课程优化整合而成，注重学生综合素质和独立工作能力的培养，在计算机系列课程体系中所占比重大大增强，见图1。在保证课程基本教学内容的基础上，突出实践教学环节，注重教给学生科学的思维方法，训练其逻辑思维及理工科思维能力。

3．独立实践环节的合理设置

我校测控技术与仪器实验室下设精密机械与测试技术、传感技术、光信息技术、现代电子技术、信号处理等多个功能实验室，可开展全方位的独立实践教学活动，有效提高学生对于光机电一体化测控系统的设计与应用能力，促使学生从课程分类学习向工程实际综合应用的转化。

（1）作为实践教学必修课，《计算机测控实践》安排在计算机系列理论课程全部结束之后进行，集中设计时间为两周，相比改革前其教学力度加强。其教学目的在于使学生巩固计算机方面的基础理论知识，同时训练学生运用计算机软、硬件知识解决具体工程问题的能力。通过多人共同完成一项设计任务使学生认识到团队协作的重要性及协作技巧，并通过设计使学生掌握设计说明书的撰写方法及基本技能，培养工程师的素质。

（2）《测控专业综合实践》环节安排在第7学期，学时为3周，题目均来源于教师的科研成果，打破了传统的演示性、验证性和单一性实验模式，建立起了新的设计型、创新型、综合型的实践环节体系。要求学生独立完成一个实际的小型光机电一体化测控系统（或大系统的一部分）的设计与调试，根据学生具体情况因材施教，有针对性、分群体加强学生在某个具体技术领域的技能培养，做到学以致用。

三、实践探索及初步成效

以上计算机系列课程设置方案，是北京信息科技大学测控技术与仪器专业在多年的教学实践与改革探索过程中逐步形成并实施的。具体地，首先，在测控08级尝试独立的实践环节《计算机测控实践》，在第六学期初由教师集中讲解，布置课程设计任务，提出设计要求。学生根据任务与要求，结合自己的特长与兴趣查阅资料、制订设计与调试方案。随后，学生根据自己的时间灵活安排，分散在相关实验室进行系统分模块设计和调试，教师分组指导与答疑。最后两周学生在实验室进行系统联合调试，撰写课程设计说明书，完成课程设计验收与答辩。

其次，针对测控09级，有意识地对计算机系列课程的教学内容进行了局部调整与取舍，注重教学环节的搭配与教学内容衔接。同时，花大力气建设了计算机系列课程实验系统。针对《微机原理及接口技术》与《单片机原理及应用》，专门设计、制作了模块化的实验系统，该系统让学生采用搭积木的思路来设计、调试、验证简单的计算机测控系统及其应用，如温湿度测量、处理、输出显示等系统。

最后，根据前期积累的改革实践经验和教训，形成了2010级专业培养计划和教学大纲等指导性教学文件，在测控2010级特色专业建设试点班中推广实施。实施新培养计划与教学大纲的测控1001班（试点班）学风突出，在大一全年的各次考试中单科与总体成绩均名列前茅，为后续几年的专业课学习打下了坚实的基础。

四、结束语

根据测控技术与仪器专业多学科交叉的特点，并结合我校该专业应用型人才的培养目标，在总结经验与摸索创新的基础上，我系对该专业的计算机系列课程的设置与教学环节进行适应性改革，构建了合理有效、因材施教的人才培养模式，形成了“专业口径宽、实践能力强”的专业特色，并对应用型人才培养的特色专业建设试点班进行实践，取得了初步成效。

参考文献

1 唐鸿儒、郑洁、黄亚忠.测控技术与仪器专业教学研究与实践［J］.高教论坛，2009（5）：71～74

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关键词：测控；网络；太阳能

一、引言

随着现代科学技术日新月异的发展，以信息技术产业为支柱的知识经济也随之迅速发展，人类已经逐渐进人信息社会，各种高新技术也愈来愈多地融合渗入到测量领域和仪器仪表行业。作为测量领域惟一的本科专业，测控技术与仪器已经发展成为当今信息科学技术学科领域的重要分支，是研究信息的获取和预处理，以及对相关要素进行控制的理论与技术。

二、测控技术的专业介绍以及发展趋势

（一）专业介绍

测控技术与仪器专业是多学科交叉融合的专业，知识面非常的广，涉及测量与测控技术、仪器仪表技术、计算机技术、信息技术、系统与网络技术等多个学科的知识。测控技术自古以来就是人类生活和生产的重要组成部分。最初的测控尝试都是来自于生产生活的需要，对时间的测控要求使人类有了日晷这一原始的时钟，对空间的测控要求使人类有了点线面的认识。现代社会对测控的要求当然不会停留在这些初级阶段，随着科技的发展，测控技术进入了全新的时代。

本专业以光、机、电、计算机一体化为特色，培养具有现代科学创新意识、知识面宽、基础理论扎实、计算机和外语能力强，可从事计算机应用、电子信息、智能仪器、虚拟仪器、测量与控制等多领域的产品设计制造、科技开发、应用研究、企业管理等多方面的高级工程技术及经营管理人才。同时因为他们专业知识面宽广，具有很强的适应能力和广泛的发展空间，也可从事计量、测试、控制工程、智能仪器仪表、计算机软件和硬件等高新技术领域的设计、制造、开发和应用等工作，转行比较容易。

（二）发展趋势

1.教育发展状况

科学史上重大的发现往往是由于新的测量技术的发明而获得。在信息科技时代，测控技术与仪表是实现信息获取、存储、处理的必备工具，也是揭示物质运动的必备工具。在现代化建设中，由于仪器仪表对生产工艺和产品的质量的具有的监测作用，人们在技术上对它有着更高层次的要求。

测控技术与仪表是适用于各类不同专业的一门实用性非常强的学科，如工业自动化、生产过程自动化、检测技术及仪表、电子仪器及测量技术、计算机过程控制等等。在当今的大学理工科类院校中，几乎都已开设了此专业。由于该专业在国内设立较早，因此现已处于成熟的阶段。

测控技术与仪表可以说是一门边缘学科，它和自动控制、工业自动化、仪器仪表以及计算机专业有着密切的联系。而正是由于测控技术与仪表专业的这种联系，对于该专业的毕业生来说，其就业可以选择的方向十分广泛，既可以进入生产工程自动化企业从事自动控制、自动化检测等方面的工作，也可以在科研单位进行仪器仪表的开发和设计，同时还可以在工程检测领域、计算机应用领域找到适合本专业个人发展的空间。

2.分布式测控系统

分布式测控系统其核心思想是集中管理，分散控制，即管理与控制相分离，上位机用于集中监视管理功能，若干台下位机分散到现场实现分布式测量与控制，上、下位机之间用控制网络互联以实现互相之间的信息传递。因此，分布式测控系统有力的弥补了集中式数字测控系统对控制器处理能力和可靠性要求高的缺陷。

3.基于交换式连接工业以太网及分布式、测量控制管理一体化的测控系统

以太网的工业控制优越性和可能性主要表现为：足够带宽并且进行交互式互连从而保证测控系统得实时性，采用TCP从而获得通信协议的开放性、易与Internet集成从而更有利于建立测量控制管理一体化的测控系统，有成熟的以太控制网络软件及成本低廉等。

三、测控技术发展前景与发展新阶段――网络化

目前测控系统中迅猛发展的现场总线，它的通信模型和OSI模型对应，将现场的智能仪表和装置作为节点，通过网络将节点连同控制室内的仪器仪表和控制装置联成有机的测控系统。测控网络的功能将远远大于系统中各独立个体功能的总和。结果是测控系统的功能显著增强，应用领域及范围明显扩大。1999年2月，JiNI软件技术问世。Jini软件技术旨在使各种电器设备、测量仪器及采用JAVA芯片的各种装置能连接上网，Jini软件连同以Java语言编写的简单程序，可使联网的任何仪器设备实现其自身功能的同时，还能为其他仪器设备加以利用。网络技术的出现，正在并将极大地改变人们生活的各个方面。具体到计量测试、测控技术及仪器仪表领域，微机化仪器的联网，高档测量仪器设备以及测量信息的地区性、全国性乃至全球性资源共享，各等级计量标准跨地域实施直接的数字化溯源比对，远程数据采集与测控，远程设备故障诊断，电、水、燃气、热能等的自动抄表，都是网络技术进步并全面介入其中发挥关键作用的必然结果。

测控技术是随着科学技术的发展以及社会的进步而产生的，在测控技术中光机电一体化系统的开发研制与应用越来越受到重视。现代测控技术是21世纪重点发展的技术之一。现代科学技术的融入不但使现代测控技术在各方面得到广泛的应用，而且加快了现代测控技术的发展。随着其在国防、工业、农业等领域应用的深度和广度的扩大，它将为提高生产效率、改进技术水平做出巨大的贡献。测控技术在生活中的应用以实际情况为例，对现实中出现的问题进行一系列的监测。

参考文献：

[1]静.测控技术与仪器专业导论北京大学出版社，2010.6

[2]田国庆，王志毅，沈智广.网络测控技术在太阳能热水装置中的应用能源工程，2007（第2期）

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关键词：测控技术；特点；电子技术；应用

中图分类号：O434文献标识码： A

概述：测控技术是二十一世纪信息化的产物，是一门高新技术密集型的综合学科。它是由电子、计算机与网络、光电、信息与控制技术等多门学科综合组成的，在农业、航天、电子、国防、计算机等领域发挥着重要作用。现代测控技术在农业、工业和国防业等众多领域有着广泛的应用，并取得了重大的成功。特别是在工业生产领域中，现代测控技术结合现代无线技术、定位技术，为实际的工业生产提供了技术支持和交互支持，极大的改善了工业发展的环境，提高了生产效率。

一、测控技术的组成

现代测控系统由控制器、测控应用软件、程控设备、总线与接口及被测对象五个部分组成，下面我们分别介绍这五个部分：一是控制器，抽象的说是指系统的协调与指挥中心，具体的说就是单片机、计算机等；二是测控应用软件，其主要作用是测试系统的正确性，由可执行应用程序、I/O接口和仪器驱动器组成，；三是程控设备，其主要作用包括存储、显示等，该设备一般由执行器、存储器、显示器、程控伺服系统等元件组成；四是总线与接口部分，它主要是由USB、电缆、连接器、插槽等部分组成，其作用是将控制器与程控设备连接起来，形成通路，使系统良好运行；五是被测对象，将被测设备与接口相连接，就可对对象进行测控。测控系统的各个部分缺一不可，在测控中都发挥着至关重要的作用。

二、测控技术的特点

随着现代科技的不断发展，测控技术也有了飞越的发展。国家投入了相当人力物力，使得测控技术正不断走向网络化、数字化、智能化、分布式化。下面分别介绍测控技术的四大特点。

1. 网络化

随着计算机技术及通信技术的快速发展，测控技术通过与计算机技术、通信技术的结合，使测控技术走向网络化，更加方便快捷。除了计算机网络技术，测控还融合了传感器技术，使得网络化测控系统的组建变得十分方便。由于现代测控技术的发展不断完善，其应用也更加广泛，近年来已经应用到了通信、电子、航空航天、国防等领域。

2. 数字化

在信息发达的社会，测控技术的数字化是发展的必然结果。数字化的主要应用包括：信号数字化处理、通信数字化、传感器的数字化以及多媒体数字化等过程。其中多媒体数字化应用于教学体系中相当成功，使老师授课更加形象生动；通信数字化应用于人们日常交流中，使沟通更加方便等等。

3. 智能化

智能已经成为时代的主题，手机、机器人都离不开智能。假想测控系统中的仪器都是智能仪器，那么测控技术将更加精准、方便、人性化，功能也更加强大。由于人工智能和微电子技术的快速发展，仪器智能化已经得到大幅度发展，例如计算能力、计算方法以及计算精准性相比从前大大增强，这对于工业发展来说更加有利。

4. 分布式化

分布式化作为测控技术的另一特点，是在微型计算机和网络技术的基础上发展起来的。

在生产控制过程中，分布式的结构可以将测控系统的所有部分连接起来，实现测控系统的自动化管理、控制和测量，既提高了生产效率，也降低了人工测控成本。因此，分布式化测控技术为测控的今后发展打下了牢固的基础。

三、 测控技术在电子技术方面应用

现代测控技术的应用体现在方方面面，包括农业、航天测控、粮食储存等。下面介绍测控技术在电子方面的应用。

1. 新型传感器技术的应用

新兴传感器技术是测控技术的一个重要应用分支，目前开发的新兴传感器主要包括智能化传感器、集成传感器、数字化传感器、微型气体传感器以及新型网络传感器等。智能传感器主要应用于心内压监控和火车的状态监控等；温度、压力等测量一般用集成化传感器；数字化传感器的应用较为常见，例如图像传感器、环境测量及银行、医院监控等；微型气体传感器应用对社会安全十分重要，常应用于国防、交通、化工、医学等方面；其中最为重要的是新型网络传感器，它的应用涉及生活的方方面面，包括工农业、国防、军事、救灾抢险、城市管理等，对社会的和谐和稳定做出了很大的贡献。

2. 远程测控技术

测控技术中另一项重要应用是远程测控技术，也是工业领域正大力发展的一个测控方向。专线的远程测控技术的应用有核电站监测的远程测控和石油输送的远程监控等，专线远程测控方便了大型工程的监测工作；无线通信远程测控应用广泛，例如水、电、煤气等自动抄表等的远程测控。网络与远程测控技术的融合极大的方便了人们的生活，对社会发展发挥了至关重要的作用。

3. 现代测控总线技术

总线技术是一个将各部件连接到处理器上的元件，它能在很大程度上增加系统的可靠性、兼容性和开放性，使系统结构简化，方便更换各个元部件，从而降低系统成本。USB应用总线技术可在低速设备上运行，GPIB总线技术使得测控技术向大规模测控方向迅速发展，这些都得益于测控总线技术的发展。总线技术的应用使得电子方向有了更好的发展，自动化正朝着总线结构方向前进，这就大大的提搞了企业的自动化管理和网络相关行业的发展，为企业节约成本。

4. 虚拟仪器技术

虚拟仪器技术是现代工业的新产物，它结合了计算机技术与测控技术，不仅功能强大、技术性强，而且是测试领域的一项重大突破技术。它的优点突出，不仅灵活、交互性强，而且实现了系统化、网络化。其主要应用有：一是用于蚕种催青过程的无损质量检测；二是利用视觉软件，开发出自动秧苗分析系统，预测发芽期和秧苗数量，监视秧苗质量；三是应用于农机现代化教育与管理；四是可测量液力变矩器不同压力及转速下的性能参数。虚拟仪器技术应用广泛且应用实际，对于农业、电子方面有较大的贡献。

四、结语

21世纪是一个科技的时代，各种高新技术层出不穷，而现代测控技术作为一门新兴的高科技技术，在这个大的技术环境下得到了飞速的发展。它的原身是测控、电子等学科，同时结合现代计算机科学技术，逐步向智能化、虚拟化、网络化和远程化发展。现代测控技术有别于传统的测控技术，很大程度上依赖与计算机处理技术。同时很强调动手能力和实践能力，通过将实地测控到的数据录入电脑，结合现代数据分析技术，处理并得出许多有用的信息，在速度和精准性上有很大的提高。

参考文献：

[1]李欣国.浅谈现代测控技术及其应用[J].实用科技，2010（16）.

[2]孙亮.现代测控技术的发展及应用[J ].电子质量，2006（10）.

[3]陈永光.现代测控技术及其应用[J].科技论坛，2013（07）.

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关键词：测控技术及仪器专业 创新 应用型人才 课程设计 实践应用

中图分类号：G712 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2013）03（a）-0228-01

伴随着我国科学技术进程步伐的加快，光机电一体化的系统的开发研制和生活生产制造的应用越来越得到广泛的应用，越来越受到重视。分析中国过去的市场状态，我国工业生产之所以在长时间的努力后仍然在国际市场上没有地位的原因有很多，主要有：生产产品太多导致产品质量不达标，质量不高的产品在进入国外市场时检测不合格，以致与其他工业国家相比竞争实力减弱；还有一个原因就是测控技术及仪器专业人才缺乏，测控技术不高。

1 测控技术及仪器专业的简单介绍

所谓测控技术及仪器专业其实是指信息科学技术的源头，是光学，电子，精密机械技术，计算机与信息科学技术多种学科相互渗透，相互联系形成的一门高新科学技术密集型的综合学科。测控技术及仪器专业所涉及的专业面比较广泛，小到工厂制造车间仪器的检测，大到卫星以及火箭发射过程监控，还有测控技术及仪器专业的光盘生产制造。其特点是以光，电，机械，计算机为主要，有很强的市场适应能力和广泛的技术发展空间，测控技术及仪器专业在计算机应用，测量与控制等多种领域的产品设计，生产制造等。

在我国的高等教育中，对测控技术及仪器专业对培养人才格外重视。在工业革命到现在以来的长时间实践中总结经验，这方面想要快速发展，进入国际市场，首先要培养具备精密仪器设计制造以及测量与控制方面基础知识与应用能力，并且能在国民经济各个部门从事测量，控制领域方面有关的技术，仪器与系统的设计制造，科技开发，应用研究，机械运行管理的高级技术人才。这不但是因为市场对测控技术及仪器专业人才的需求紧缺，再者也是国家想要发展科学技术，并且走向世界的关键性因素。但是，由于我国的工业发展相对于其他发达国家相比较晚，技术条件差，只有像清华大学，吉林大学，东南大学，测控技术及仪器专业的开设比较完善，而且这种高等院校在我国数量较少，严重束缚了我国应用型测控技术及仪器专业人才的开发和培养。

2 测控技术及仪器专业课程设计方案

在测控技术及仪器专业课程设计的过程中，在逐渐完善该专业教学体系的同时，还有培养应用创新型人才，这才是教育的首要目的。本科课程可以使三年为一个阶段，进行体制改革，以便适应社会发展及测控技术及仪器专业的部分技术改变，逐年完善技术专业的教育课程，逐步跟踪科学技术的发展步伐。

（1）依据高等院校的科学发展的特点以及师资力量，制定合理的测控技术及仪器专业课程计划。根据社会人才需求方向，定向培养本专业创新性，应用型本科及本科以上的人才，在教育体制中，不仅仅要参照课程教材进行施教，而且还要进行测控技术及仪器专业课程的实践操作，这个至关重要。在技术专业，理论知识是地基，那么实践操作就是上层建筑，而非纸上谈兵，二者缺一不可。

（2）课程体系，教学方式和教学内容进行改革。教学内容的格局布置上过细，测控技术及仪器专业的课程中的各个分支课程过去一直强调重要性，独立性，完整系统性的特点，其实经过几十年的教学经验和社会实践发现，其实这种教学观念是不正确的。把明明是一个整体的课程划分为几个小部分，在进行教育，而且着重点却不同。所以，在现在的教学体制中，应该把曾经独立的测控技术及仪器专业学科合理的进行交叉式，融合式教学，使此专业适应现代化的发展需求。针对以上内容下面进行进一步的探讨：

（3）在保持原有测控技术及仪器专业特色的基础上，加大培养应用型人才的力度，以创新和实践相结合的理念。基础学科的设计上，再加上实验教学，建立完整的知识结构。拥有实验室设备作为基础建设，对于科研项目的研究，检测技术以及自动化仪器的测试计量技术的熟练操作，是专业课程向高水平进军的特色改革之一。教师主动引导学生从被动教学，转化为主动研究思考，操作的方向上去，使学生参与实验室建设，与专业建立探索性学习的新模式当中，进一步提升测控技术及仪器操作的水平。实践操作课程对于测控技术及仪器的掌握有很大的促进作用，教材知识只是对技术规范，操作步骤和方法的介绍及延伸，要想真正熟练操作机械，测量设备等还是需要实践操作的实验课程。

首先，利用网络资源开展课程。高校的硬件设备要求要有所提升，不但要有电子阅览室作为资料库，还要有计算机操作课。因为，在未来科学技术环绕的时代里，所有程序有以计算机为基础，设备操作也要求计算机作为基础技术条件。在课程设计中加入网络资源相关的课程，不但是社会对人才的要求，同时也在教学研究上节省了很大的自由空间，使学生利用网络资源与教师互动，完成课程任务。

其次，中英相结合的课程设计。高校针对测控技术及仪器专业课程内容里，既要开设中英教学，还要有普通的教学设计。根据学生的英语水平不同，有针对性的进行课程选择，英语成绩优异的学生可以自愿选择中英课程，对于英语成绩稍差的同学也要进行分班教学，课程层次的难度性也会有所不同。在师资力量方面，配备外教，在课堂上有英语互动交流的环节，增强学生的英语交流能力。现阶段的技术及仪器或多或少都有外国友人的国际接触，还有设备的使用，参考文献的查阅也有外语标注，所以课程设计中融入英语课程也是未来技术型人才培养的必经之路。

3 结语

测控技术以及仪器专业，是现代化催生下新课程，是工农业生产制造，科学技术的研究，设备监控等领域的重要手段和标志，适应了社会发展需求，在不断高新产业崛起，技术监督要求的推陈出新很大的推动作用。所以，在测控技术以及仪器专业的课程教育方面，得到了国家的大力支持，在创新中谋求发展，在发展中培养越来越多的应用型人才，为我国科学技术进步作出更大的成就。

参考文献

[1] 卜雄洙，朱丽，牛国柱.测控技术及仪器专业创新型人才培养模式的研究与实践[J].中国科学信息，2011（6）.

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关键词：微灌，计算机控制，推广应用

 

1.工程概况

莱芜市钢城区黄庄镇，是中国黄金桃之乡，优质黄金桃种植生产基地，该项目位于黄庄镇东北部黄金桃主产区，控制灌溉总面积4000亩，项目区原无灌溉设施，经常遭受干旱威胁，严重威胁黄金桃产量和品质。近年来实施了计算机控制微灌工程项目，共建成了中心控制管理房及附属设施1处、蓄水池5座、各类灌溉管道 40km。自动控制部分安装中心控制计算机1套，在田间埋设各类控制信号模块40个、进口2英寸电磁阀40个、土壤墒情传感器4个；沿干、支管道铺设电源线、信号线、计算机网络线、电磁阀控制线8km，金属屏蔽管3km，在支管管道安装水表、压力表等量测设备，另外还配备UPS电源、避雷器等稳压和过电压保护装置。

2.计算机控制系统的工作原理及配置

2.1 自动化控制系统工作原理

计算机控制系统主要是接收土壤水分传感器采集的数据，当采集数据达到土壤含水量下限值时，控制系统发出开阀指令，控制器打开电磁阀门，按照预先设定的灌水强度和灌水量进行灌溉，本组灌溉完毕打开下一组电磁阀，同时关闭本组电磁阀，直到整个灌溉过程结束。在整个灌溉过程中，灌溉强度、灌水量均可根据不同作物品种、当时的土壤含水量进行人工设定。系统可对土壤含水量、管网压力、流量、灌水量等进行实时控制，并将灌水时间、日期、灌水总量等数据存储并可随时打印。

2.2 自动化控制系统的配置

自动控制系统由上位机和采集控制模块相结合，是目前配置较为可靠的方案。采集控制模块对于系统的扩展灵活方便。土壤水分传感器是自动控制系统的关键部件，其灵敏度和可靠性直接关系到能否适时启闭供水设备可靠灌溉。论文格式。管道上的电磁阀均按照预先分组连接到控制模块上，启闭受计算机软件控制。

2.3 系统的软、硬件设计及功能

系统软件分为上位机监控软件和采集控制模块软件两部分。上位机软件包括通讯程序、监控画面和打印程序。采集控制模块采用梯形图编写。

系统硬件设计按功能可划分为监控、控制两部分。系统监控部分由上位机和打印机组成，用来实时处理采集控制模块采集的数据并据设定值进行逻辑判断，向控制站采集控制模块发送控制命令。系统控制部分由采集控制模块、土壤水分传感器、压力流量传感器及电磁阀等组成。该部分作用是采集流量压力信号并送入上位机进行处理，同时执行上位机发送的控制命令，对电磁阀进行控制操作。

3.自动化控制系统方案设计

3.1 自动化控制系统站点布局

整个高效经济作物种植区内，控制灌溉总面积4000亩，全部采用小管出流灌溉，分布于项目区内的5座蓄水池为灌溉水源，由安置于中央控制室内的计算机分别负责控制5座水池按需供水。每种灌溉区域和每座水池都安装一套中心测控单元——测控终端。包括：采集控制模块，用来完成数据采集和控制驱动任务；传感器，完成数据测量与传输任务。测控终端通过Rs485信号网络与中心控制室内主计算机相连，自动进行数据采集、传输、指令接收和驱动控制，实现远程测控功能，从而使田间地块灌溉自动化。

3.2 自动化控制系统网络结构布局

由于本项目区周围需灌溉的农田面积较大，各测控点距中央控室距离不等，为此，控制系统采用了二级分布式网络化测控系统拓扑结构。该结构具有以下先进特点：(1)保持网络距离、测控终端的扩展、传感器和伺服机构的增加，在原有工程的基础上扩大系统规模。(2)不同种类、不同通讯协议、不同传输速率的智能终端共用网络介质，进一步提供了系统扩展的灵活性。(3)部分远程测控终端的故障或脱网维护，不影响其他部分的正常工作。

3.3 自动化控制系统布线

微灌工程中埋设了各类管线，其中有不同管径的灌溉输水管道、强电电缆线、弱电信号线等。现场弱电信号总线采用4芯1.5mm2铜芯电缆，其中2芯传输 24VDC电源，另外2芯传输RS-485网络信号。论文格式。电磁阀驱动线采用每电磁阀1．5mm2的2芯24VAC电缆。通信网络采用RS-485双绞线，通信波特率9600bps、自定义奇校验、帧协议、帧校验格式，自动切换。

4.计算机控制系统的特点

本项目系统测控选择了高性价比的测控设备，具有高可靠性、直观性、安全性等特点。系统不但支持测控对象数量、测控终端数量、软件功能、远程信息共享等方面的开放扩展性，而且对于操作人员的技术水平要求较低，技术维护工作简单易行，完全能够满足农业生产的野外工作环境要求。本项目实现了以下技术创新：(1)设计了多媒体动画界面，可对全灌区实时动态动画模拟，对灌溉作业远程实时操作。(2)根据作物品种、土壤含水量，编制科学合理的灌溉计划，避免了大水漫灌和灌水不足，为作物稳产高产奠定了基础。(3)使用了1:1隔离变压器，有效避免了雷击、过电压等强电干扰对设备的损害，延长了设备的使用寿命。(4)测控终端使用了通用采集控制模块代替了传统PLC可编程控制器，既方便了管理又降低了工程造价。

5.自动化控制系统的应用效果

计算机控制系统在微灌工程中的成功应用，是自动化控制技术在其适用领域内一个很大的突破，实现了根据不同作物不同需水量，实时科学灌溉和水资源的高效利用，经济效益和社会效益显著，推广应用前景广阔。论文格式。工程运行证明，该系统具有节水、省工等特点，降低了农业生产成本和管理成本。果园小管出流与地面灌相比，桃树每亩增产220kg，每亩年节水175m3,节水61％。该工程提高了灌溉水的利用率，减少了深层渗漏和棵间蒸发，节省了水资源。为微灌计算机控制和微灌工程建设探索出了成功经验，推动了微灌技术的发展。

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（中国卫星海上测控部，江苏 江阴 214400）

【摘　要】执行海上测控任务期间，为确保测控通信设备的稳定可靠，海上测控通信系统的训练模式仍是采取以口头演练为主，辅以仿真训练的模式，已不能适应当前高密度海上测控训练的要求，通过信息化手段引进基于虚拟现实训练模式，实现海上测控通信系统训练模式的转换具有重要意义。

关键词 训练模式；虚拟现实；测控通信系统

0　引言

高密度海上测控任务要求测控通信系统设备必须稳定可靠，这就给传统的测控通信训练模式带来挑战，以往测控通信系统训练模式采取以理论训练和实操训练相结合的方式进行，并采取仿真训练等手段为辅助手段，这些训练模式取得了良好效果，培养了大量的海上测控通信人才。随着信息化技术的发展和虚拟现实技术的应用，在越来越多的领域采取虚拟训练的模式开展训练，其具有训练成本低、安全性高、不受时空限制且训练效果好等特点，通过训练模式转变的研究，将有效推动通信系统训练效益。

1　海上测控通信系统训练模式综述

海上测控通信系统训练模式包括个人自学、承师带徒、厂所培训、授课讲课、联调演练及网络化训练等模式，为海上测控通信系统人才培养、能力提升作出了重要贡献。

1.1　个人自学

个人自学是根据个人训练的实际情况，依据年初制定的个人年度训练计划开展专业训练的方式，其具有针对性强、效果有限的特点，侧重于对设备基本信息、基本操作、基本流程、基本原理的掌握。

1.2　承师带徒

承师带徒是为岗位人员指定本专业技术骨干开展专业知识培训，包括理论授课、实操演示等，主要通过“以老带新、互帮互学”等方式开展训练，其具有指导性强、重点突出等特点，侧重于基本操作、基本原理的学习和掌握。

1.3　厂所培训

厂所培训主要结合新设备研制、改造、联合课题研究、厂所代职等工作进行，厂所培训能够使岗位人员对设备的总体知识、设备性能、设备原理等进行深层次的学习和研究，对提升岗位人员执掌设备能力和科研试验能力具有重要作用。

1.4　授课讲课

授课讲课可分为新学员汇报讲课、外训人员汇报讲课、岗位专家授课、外请专家授课等。通过授课讲课既可检查人员知识掌握情况。又可使岗位人员学习了解当前新技术、新研究、新应用等，为岗位人员提供岗位训练和科研创新动力。

1.5　联调演练

联调演练是为了熟悉任务流程、检验参试设备工作状态和技术性能，验证软硬件的可靠性、协调性，确保测控通信设备间的接口正确、可靠，可培养岗位人员严谨的试验作风、熟练掌握操作流程和任务工作流程，锻炼指挥员的组织指挥和协同能力，是一种综合性的训练方式。

1.6　网络化训练

网络化训练是指利用网络上的训练资源或者相关训练软件辅助人员进行训练、考核的训练方式，主要包括网上模拟系统训练、远程培训、视频教学和网上考核等。网络化训练可以充分利用网络集成化，数字化，资源共享方便快捷等特点辅助训练，扩展训练模式，提高训练效率，优化考核过程。

1.7　计算机模拟训练

计算机模拟能够逼真地显现现实中相关任务的过程，可激起参训人员的行为和思维的反应，是一种有效地训练手段。但目前的计算模拟训练存在交互性不强、环境不逼真、“身临其境”感觉不明显等问题，停留在二维层面，训练效果与预期的差距较大，不能满足模拟训练要求，急需研究新的真实性较高、交互性较强、立体感较好的模拟训练模式。

2　虚拟现实仿真模拟训练模式的概念

训练模拟系统从技术手段上看，主要包括三种类型：一是以硬件设备为主、结合相关软件、与实际装备基本一致的“硬”模拟系统，比如，用于驾驶和操纵训练的各种专项技能训练模拟器；二是以软件方式为主、用虚拟界面代替实际装备界面、与实际装备视觉效果基本一致的“软”模拟系统，比如，用于装备操作流程训练、战术指挥训练的各种训练模拟系统等；三是在实际平台或装备系统中嵌入专用于训练的信息支持软件，从而构成了实装嵌入式训练模拟系统。无论上述哪一种训练模拟系统，其所构成的训练环境与真实环境相比都存在较大的差距，因此，“仿真度”问题一直困扰着模拟领域，对“构造逼真训练环境”的追求长期存在并一直未能得到很好地解决。虚拟现实技术可对研究对象和环境获得“身临其境”的感受，提高人类认知的广度和深度，拓宽认识空间和方法空间，是仿真技术的发展方向。

2.1　虚拟现实系统的基本概念

虚拟现实（Vitual Reality，VR），又称“灵境技术”，是综合利用了计算机图形学、仿真技术、多媒体技术、人工智能技术、计算机网络等技术，模拟人的视觉、听觉、触觉等感觉器官功能，使人沉浸在计算机生成的虚拟环境中，通过语言、手势等自然的方式与之进行实时交互，创建一种适人化的多维信息空间。

2.2　虚拟现实系统的基本特征

虚拟现实系统的最大优势是能够充分发挥在由计算机和人构成的系统中人的主观能动性，即把人的感知能力、认知能力和心理状态在计算机系统中得到体现，人与系统交互采用完全自然的方式。其基本特征可通过“灵境技术三角形”加以描述，即“3个I（Immersion（沉浸）-Interaction（交互）-Imagination（构想））”。

2.3　虚拟现实系统的基本构成

虚拟现实系统一般分为桌面式、大屏幕式和头盔式，按照系统构成划分可分为检测模块（检测用户的操作命令，并通过传感器模块作用于虚拟环境）、反馈模块（接受来自传感器模块的信息，为用户提供实时反馈）、传感器模块（接受来自用户的操作命令将其作用于虚拟环境，并将操作后产生的结果以相应的反馈形式提供给用户）、控制模块（对传感器进行控制，使其对用户、虚拟环境和现实世界产生作用）、3D模型库（现实世界各组成部分的三维表示，并由此构成对应的虚拟环境）及建模模块（获取现实世界各组成部分的三维数据，并建立他们的三维模型）。

2.4　虚拟现实训练模式特点

与传统的训练模式相比较，使用虚拟现实的训练模式主要有以下特点：

（1）提高训练环境的逼真度。通过虚拟现实的模拟训练系统，设立与任务实战、设备故障等相一致的训练环境，使参训人员处于逼真的环境下开展训练，可避免因设备安全隐患而降低训练难度和标准的情况发生。

（2）大大缩短训练时间。通过计算机虚拟技术可迅速设置联调演练和任务实战场景，且不受人员、环境、天气等影响缩短了参训人员的准备时间。

（3）大大减少了装备的损耗。由于海上环境复杂，设备动用频繁极易造成设备故障损坏，从而增加海上测控任务风险。在实际施训中，可通过模拟训练提高训练的逼真度，在确保训练效益的前提下，降低设备损坏。

（4）可复现人员训练情况。在使用虚拟训练系统进行训练时，系统可模拟各种实际情况，并对相关训练情况进行记录、回放，以便于进一步掌握、了解训练中的得失，做好总结，提升能力。

3　测控通信系统虚拟现实训练模式建设

虚拟现实仿真训练模式是引领未来测控通信系统训练的先进训练模式，对于提高测控通信系统训练效益具有重要意义，虚拟现实仿真训练模式主要包括以下软硬件保障、训练内容和方式、训练制度保障等方面内容。

3.1　软硬件建设

虚拟现实仿真训练的目标是由计算机生成虚拟世界，用户可以与之进行视、听、触、嗅觉等全方位的交互，并且可实现实时响应。因此除了高性能的计算机外，还需要相关的软件。

通过专业VR建模软件如OpenGL、Pro/E、Vega、Creator等建立环境模型，可结合Visual C++构建的平台营造虚拟环境；运用多种方法来保证三维场景的动态显示；利用模板匹配、人工神经网络等技术实现运动的识别来交互；为保证环境的真实性，还需要使用I-Collide、PAPID、V-Clip等算法进行实时的碰撞检测。

通过软件和硬件将通信系统设备、接口、环境等通过计算机进行模拟仿真，增强通信环境的“逼真度”，为基于虚拟现实的训练模式提供场景、环境、反馈等支撑，实现了基于虚拟现实的软硬件支撑。

3.2　训练内容方式

（1）单人通信设备模拟训练。基于VR的模拟训练系统最初应用于单人操作维护装备，对于单人通信设备模拟操作训练具有得天独厚的优势，可通过三维图形生成系统生成逼真的涌浪、船摇、风浪等各种设备操作条件，与合成的三维空间声音的效果一同，完成单人通信模拟训练系统的训练，如天线跟踪的飞车现象等。通过单人通信设备模拟训练实现单人在各种气象条件和环境下，逼真模拟操作设备训练。

（2）开展指挥人员模拟训练。根据应急状态下和常态化任务状态下，综合甲板、机房等各种环境下的通信状态、场景，让指挥员通过传感器装置观察设备状态及处置现状，以便于逼真模拟与真实环境完全相似的环境，生动的视觉、听觉和触觉效果，使受训指挥员“沉浸”在“真实的”试验任务环境中，开展任务指挥及应急处置指挥，锻炼指挥员的心理素质和指挥能力。

（3）通过网络开展异地同环境演练。通信系统最大特点是点多、线长、面广，一个设备故障可能涉及到多个方向、多个测站，只有通过协同指挥、协同操作才能彻底排除故障，因此运用虚拟现实技术分布式交互仿真并结合现代网络通信技术，通过模拟训练中心设置在不同测量站（船站）的指挥员的模拟系统终端，实现不同地域、相同环境的模拟训练，各测站之间的通信系统可通过局域网和广域网实现互联互通，并在此基础上开展联合演练，排除设备故障、组织基地间的通信设备应急处置联合训练。

3.3　训练模式发展趋势

随着计算机信息技术尤其是网络技术的迅猛发展，未来基于虚拟现实技术的模拟训练模式将呈现新的发展。

（1）着眼复杂环境，构建多维虚拟试验任务环境，提高训练效益。在实际任务过程中，海上通信环境呈现陆、海、空、天、电等多维发展的趋势，需要在复杂多变的环境中保持通信信息畅通，应着重加强复杂环境下的多维训练。

（2）实施超实时模拟训练。这种训练是使受训对象在模拟环境中进行的一种比正常训练速度更快的训练。通常采用压缩时间跨度，加快作业进程，提高训练强度的方式进行，使受训者得到超常的反应和训练，其适用于技能型训练。

（3）与心理训练紧密结合。通过将虚拟现实模拟训练与心理训练紧密结合后，进一步训练人员的心理承受能力和恢复能力，对于应急情况下的组织指挥、应急操作均有重要意义。

4　结束语

创新信息化条件下训练模式，既是深化训练改革的核心，目前基于虚拟现实的模拟训练仍然处于蓬勃发展的阶段，尚未成规模、成体制，相应的硬件建设、软件建设、制度建设等仍处于研究和探索阶段，但其广阔的应用前景和巨大的发展潜力引导研究引向深入，为测控通信系统的训练模式改革创新提供技术支撑。

参考文献

［1］李林,吴卫玲,黄权欣.虚拟维修综述[J].科技信息,2009（33）.

［2］胡小强.虚拟现实技术基础与应用[M].北京:北京邮电大学出版社,2009.

［3］刘世斌,刘兴彦.虚拟现实技术在军事上的研究[J].应用与安全,2003（04）:604-607.

［4］洪炳镕,蔡则苏,唐好选.虚拟现实技术及其应用[M].北京:国防工业出版社,2005.

［5］袁华.训练模拟系统发展现状及启示[J].国防科技,2009（01）:62-65.

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关键词：冶金设备;安全性;冶金产业

冶金工业生产不同产品的企业种类繁多，工艺、设备复杂多祥,设备体积大(如各种冶炼设备,各种运输设备体积都十分庞大)；产品质量高，冶炼生产温度高(如炼铁、炼钢的焰点和沸点高达1000~2000℃甚至以上，电解铝正常生产温度高达950℃)；粉尘烟害大,有毒有害物质多，劳动条件艰苦，安全卫生问题突出，伤亡事故和职业病多。这些都是劳动保护不可忽视的。在冶金工业生产中，从矿山开采、选矿、烧结、冶炼、轧钢、轧制有色金属到焦化、耐火材料、炭素、铁合金、机械加工和运输等一系列过程中危害工人安全、健康的因素非常多，需要采取各种措施加以解决。冶金设备平稳高效的运行是确保冶金行业的生产效益和安全的重要因素。根据笔者多年的现场经验和众多科研院校的研究，基于计算机知识的现代设计理念和方法的应用．以及测控系统软硬件冗余技术和防干扰措施的实施．使得冶金设备性能大大提高．安全性和可靠性得以保证，从而减少了冶金产业的事故发生率，提高了其有效生产。

1 冶金安全生产安全技术的原则

随着现代化经济的发展与安全工作的社会、国际化，安全系统的概念已不再停留在原先某个行业某个车间的危险控制上，系统的组成包括了各子系统，分系统。其规模、范围互不相同，危险的性质，特点亦不相同，因此，必须采用分级控制。各子系统可以自己调整和实现控制。一级控制是指对事故的根本原因－管理缺陷的控制，二级指的是对生产过程实施的危险闭环控制系统，二级控制是对装备本质安全化的控制，因此是至关重要的。三级则是工作场所预防控制，如机械防护，局部排风。在三级控制中，一级是关键，只有有了有效的一级控制才会有好的二级和三级控制。由于冶金安全事故预防必须采取分级控制方法，因此只有综合性的措施方能有效。

2 设备安全控制技术分析

近年来，随着计算机系统的飞速发展，现代设计理论和方法的发展进入更为广阔的空间和越来越多的设计领域。对于冶金设备的设计来说，设计人员应使用CAD计算机辅助设计系统，应用相应的现代设计理论和方法，在最初的设计阶段考虑最大限度地提高冶金行业生产设备的安全和效益。以下阐述计算机辅助设计和有限元方法如何在实际中用于冶金设备。

2.1 CAD辅助技术。

对于相对成熟的冶金设备，在设计中应用CAD技术可实现模块化设计以及CAD／CAPP／CAM一体化设计。诸多的CAD软件为我们提供了广阔的设计平台，我们可以使用AutoCAD进行平面和三维设计，利用UG强大的造型功能来设计复杂的机械结构曲面，使设备各零件在受力、磨损、平衡等方面更合理，以增加其寿命，减少不安全因素，我们也能够利用Pro＼E或SOLIDWORKS灵活的装配功能，对设备进行整体装配并观察各部分的运动、协调以及干涉情况，以进行动态设计，减少设计周期。利用CAD软件不仅可以对设备进行模块化设计、标准化设计，在提高设计效率的同时也提高了产品的安全性能。

2.2 数值计算技术。

它是将复杂的研究对象简化为有限数量单元组成的集合体，分别对每个单元体进行求解后，再将各单元拼合起来，以代替原来的整体进行分析的方法。使用有限元方法既可分析工程中复杂非线性问题、非稳态问题的，又可用于工程中复杂结构的力学分析。目前已有许多成熟的大型有限元分析软件如ANSYS、MSC．Marc、ADINA、ABQUS等。冶金设备工况条件的复杂性正好适用于有限元法来分析。例如，轧钢机的轧辊和轴承的结构和受载在设计中一直采用工程计算法，即将其作为承受弯曲变形的梁来处理。这种方法只能确定危险截面处的应力，而不能确定组成轧机关键部件每块钢板的应力分布。但是使用有限元分析方法则可以很好的解决此类问题，并在冶金设备在最初设计环节减少不稳定因素，从而提高设备的可靠性。

3 测控系统技术分析

冶金设备自动化装备水平的提高，势必要求提高其计算机控制系统的可靠性和可用性。这除了提高软硬件自身的可靠性外，还可以通过控制系统的软硬件冗余和先进的测试技术来提高整个系统的安全性。

3.1 热备冗余技术。

是一种通过使用计算机集群技术来实现的双机热备系统。集群计算机技术是指将一组独立的计算机通过特定的硬件和软件连接起来，它可以在短时间内检测到故障的发生及时并启用备用设备以保证设备的平稳运行。对于使用PLC的基础自动化来说，它的工作原理与计算机操作系统工作原理不同，PLC内嵌的应用程序是按照顺序执行，循环扫描的方式工作来运行的。扫描周期对于既定的应用有着严格的执行时间。为保证设备正常运行，可将核心部件做备份，并使冗余的CPU与正常工作CPU保证相同的时钟和执行速度，使之同时工作，通过准确的时钟同步以及程序断点同步，时刻保持程序运行的一致性。当发生故障时，通过无忧切换，备用CPU的启用在一个扫描周期(一般为几十微毫秒)内完成切换工作。

3.2 抗干扰技术。

在工业环境中，对于实际应用的微机测控系统，有很多强烈的干扰来自系统内设备的运行，例如，大型感性负载的通断，大型设备的关停启动时产生的干扰可以作用到测控系统的微机电路上。这些干扰虽然危害严重，但往往是可以预知及避免的，通常的作法是在硬件上采取一定的措施抑止干扰或者屏蔽传输途径以达到防干扰的目的。在设计和开发冶金设备的测控系统时，一般很难考虑到在实际应用过程中可能发生的各种干扰和设备自身的随机性故障，尤其是现场恶劣的环境很有可能使计算机系统在运行过程中发生异常。此类问题需要借助干特殊软件措施使计算机摆脱困境，当出现故障时及时使用修复或启用备用系统。软件“看门狗技术”、指令冗余技术、数据冗余技术以及软件陷阱技术均可解决此类问题。

4 结束语

笔者结合自己多年对冶金设备的认识，从设计方法、零件分析、测控系统、软件设计等方面，阐述如何合理有效地提高冶金设备安全性能。

参考文献

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1测控技术概述 

测控技术是现代信息技术中包含的一种最为突出的技术类型，该项技术已经应用到了各行各业中。测控技术主要由以下五部分组成，分别为：一、控制器，它是测控技术中的核心组成部分，协调着整个系统的正常运行，相当于我们人体中的大脑部分，因此也是测控技术的指挥中心，该部分主要由计算机及单片机构成，每一个零件都十分重要；二、测控应用软件，由三个子部分共同组成，其中包括能够被执行的测控应用程序、功能接口应用程序以及仪器驱动器；三、程控设备，该项设备的主要作用是信息的存储和显示，如果测控技术中缺少该项设备就不能在第一时间将有用的信息传至控制器进行有关操作，因此程控设备在测控技术中也十分重要；四、总线与接口，它的主要作用就是将程控设备和控制器进行连接，保证通信线路的通畅，从而实现信息的快速传递；五、被测对象，对于该项组成部分，只要将相关的硬件接口与其相连接即可。 

2现代测控技术的特点 

2.1智能化 

当前，各行各业都在强调生产和工作的智能化、自动化，从这个发展趋势来看，智能化已经成为了时展的特色之一，现代测控技术作为一门新兴的技术，也在顺应时展的规律，向着智能化的方向发展，比如，现代测控系统中的很多设备和仪器都实现了智能化，以计算机为基础的操作系统使测控设备的使用更加便捷。而且隨着人工智能和微电子控制技术的不断发展，测控仪器的智能化程度会有更大的发展空间，而通过测控技术获得的信息和数据也会更加精准，这些数据会给工作人员提供更准确、更详细的依据，并间接促进企业生产效率的提高。 

2.2数字化 

数字化就是将复杂的信息转变为具体的数据或数字，然后利用这些数据或数字构建稳定的、可靠的数字模型或程序，然后与计算机技术相结合，对复杂多变的信息进行处理。在今后相当长的一段时间内，数字化将是现代测控技术的发展趋势和必然结局，因为，当前的测控技术已经呈现出了数字化的特点，比如，传感器数字化、信息处理数字化、通信设计数字化、多媒体技术数字化、信息共享数字化等。 

2.3网络化 

随着互联网的发展和普及，网络技术的应用范围越来越广泛，给人们的生活和生产带来了极大的便利。此外，网络不仅有普及性的特点，还具有很强的实用性和渗透性，已经和测控技术相互融合，使测控技术呈现出了网络化的特点，而且随着网络技术的不断发展，现代测控技术的工作效率将会大大提升。 

3电子技术中测控技术的应用 

3.1在传感器技术中的应用 

传感器技术是测控技术主要应用方向，随着测控技术的发展，它在传感器方面的应用也越来越广泛，出现了为数字化传感器、新型传感器、集成传感器以及智能传感器，在上述四项应用了测控技术的传感器中，最常见的传感器为数字传感器，它常被用于银行、医院等一些特定场所的监控系统中；而新型传感器的应用最为重要，不仅广泛应用于城市管理、工农业、抢险救灾等行业中，更应用于军事、国防行业中；一般情况下，在压力、温度等测量方面应用的传感器为集成化传感器；智能传感器主要使用在心内压、火车运行状态等的监控中。 

3.2在远程测控技术中的应用 

远程技术也是测控技术的一个主要应用方向，现阶段实现了远程测控技术与网络技术的融合，不仅为社会人们生活提供了更大的便利，同时也促进了工业行业的发展与进步，在社会发展中发挥了比较巨大的作用[2]。目前，远程测控技术主要包含以下两方面内容：一、专线通信远程测控技术，该项技术更适用于型号相对较大的工程监控工作、石油运输工作的远程监控以及核电站监控的工作中；二、无限通信远程测控技术，该项技术应用起来更为方便，因此，广泛应用于人们的日常生活之中，例如煤气、水、电等相类似的自动抄表工作中。随着社会的进步与发展，由于该项技术能够减少人力，节约时间，会更广泛的应用于人们的日常生活领域。 

3.3在现代测控总线技术中的应用 

总线技术主要是指将设备中的各个部件与处理器相连接的技术，合理使用该项技术能够有效提高系统结构的合理性、开放性以及可靠性，不仅能够使系统内部原有的复杂结构发生简化，而且能够在提高系统部件便捷性的同时降低系统成本，由于使用测控技术的总线技术具有以上优势，因此在企业管理与发展中更加重视起来，同时也有效提高了企业自动化管理程度。 

3.4在虚拟仪器技术中的应用 

虚拟仪器技术中不仅使用了计算机技术，更使用了测控技术，因此，该项技术既具有交互性和灵活性强的特点，又具有功能强大的显著优势，现阶段，在实际生产生活中得到了广泛的使用，不仅能够将其利用于农业领域的自动秧苗分析系统中，实现对种子发芽情况和秧苗数量的预测，强化了农业对秧苗的管理与控制，而且能够应用于电子技术、农机现代化等相关领域。 

结束语 

综上所述，时代在不断发展，科技在不断进步，为了适应社会发展的需求，测控技术作为电子技术的重要组成部分，会越来越成熟、越来越完善，其应用范围也会越来越广泛，为了满足人们的生产和生活中日益提高的应用要求，我们应当不断加强对现代测控技术的研究，使其促进企业生产效率的提升，进而为社会经济的发展做出更大的贡献。 

参考文献： 

[1]彭捷.电子技术中测控技术的应用[J].电子制作.2014（08） 

篇10

【关键词】现代控制理论 过程控制工程 预测控制 智能控制

以状态空间方法为主体的现代控制理论，借助于多变量控制系统的设计，能够实现对工业过程的状态采集、输出反馈，以及解耦控制等操作，尤其是现代计算机技术的发展和在工业生产中的应用，更使得现代控制理论获得了新的突破。自上世纪80年代基于实时动态环境下对多变量耦合系统控制技术的问世，以模型预测启发式控制和动态矩阵控制技术为代表的预测技术，逐渐成为工业过程控制应用的主角，同时，随着工业过程控制技术的不断深入，基于模型的控制理论体系也得到了完善。

一、先进控制理论的技术理论特点分析

与传统基于模型的过程控制相比，对于先进控制技术来说，如神经网络、专家控制，以及模糊控制等智能化技术，已经成为当前发展的主要方向。结合先进控制的应用实践，以多变量耦合、大时滞、被控变量与控制变量间的关系约束等方面来看，先进控制技术可以实现在常规回路上的动态约束控制，即能够适应实际工业生产过程的动态操作要求。另外从对计算功能的支持上，实时性是先进控制技术的主要特征，并能够依托先进的计算机技术来完成对控制可靠性、可维护性的高效操作。

二、基于工业过程的控制技术分类策略

从过程控制策略来看，主要分为五类，一是传统控制策略，如PID控制、手动控制、比值控制、前馈控制等；二是经典技术控制策略，如增益调整策略、解耦控制策略、时滞补偿策略等；三是统行技术控制策略，如模型预测控制策略、自适应控制策略、内模控制策略等；四是潜在技术控制策略，如专家控制策略、最优控制策略、神经控制策略、非线性控制策略、及模糊控制策略等；五是研究上的策略，如U综合策略、鲁棒控制策略等。对于不同控制技术来说，结合不同的应用领域选择适应的控制策略来完成具体的应用操作。

三、对预测控制技术的研究与分析

自上世纪60年代卡尔曼将状态空间法引入到控制理论中，从而揭开了现代控制理论的序幕。特别是在自动化控制技术日益发展的今天，借助于多变量、时变和非线性等特点，在工业过程控制中将时效性和经济性作为控制模型的基础，并从最优化性能指标算法中实现了对复杂工业过程的控制。同时，为了克服数学模型精度和不确定性因素的影响，从工业过程建模、鲁棒控制及自适应控制中进一步突破传统思想的束缚，以现代计算机技术为支撑的高性能计算平台来完善控制新算法，以实现对预测控制技术的有效改进。

基于非参数模型的模型预测控制技术。以Richalet（1987）、Mehra（1982）等提出在脉冲响应模型基础上而改进的模型预测启发控制系统，其原理是利用脉冲响应来实现对工业现场的控制，不需要额外系统来进行系统识别，从而避免不确定性的运行，提高了控制的鲁棒性。如在炼油厂催化裂化装置中，对于原油预热过程进行控制，能够获得较好的控制效果。再如对于某钢厂加热炉进行综合控制时，从多变量约束条件控制算法中来获得各环节的预测参数值，并从工业现场过程中的解耦、跟踪上来优化控制算法，从而获得良好的控制目标。

基于参数化模型的预测控制技术。为了在自适应控制理论中增强系统的鲁棒性，从广义最小方差的基础上，Clarke（1987）提出的广义预测控制技术。其原理是吸取预测控制技术中多步预测优化策略，并从过程参数识别控制中，来提高系统的自适应控制能力。如将自适应控制技术与预测控制技术进行结合，从参数修正过程中来实现对预测模型的动态修正，从而改善系统的控制性能。如在联铸工业生产过程中对结晶液位的控制上，从广义预测控制技术上克服了拉速变化产生的有色噪声，提高了过程控制的鲁棒性。预测控制技术的成功源自工业实践，更因为预测控制技术能够从控制目标的优化、约束条件的广泛性，以及控制算法、鲁棒性等的优越性，使其能够获得更好的应用前景。

四、智能控制在工业控制过程中的应用研究

智能控制技术作为一门新的学科分支，在以现代信息技术、人工智能技术的支撑下，信息论、控制论、系统论理论的日益成熟，将控制技术进行高度分化和综合，从而获得了对控制对象时变性、时滞性、非线性的有效控制，也使得智能控制技术能够从模拟人类思维的方式来解决复杂的控制策略，并取得了较好的应用效果。如在工业领域中的材料加工、冶炼、化工等过程控制中，面对复杂的反应机理，从不确定的外界环境干扰中对系统运行过程进行实时自动化控制，如引入专家控制系统，神经元网络控制系统，从对整个生产现场实际控制中来提高自动化水平，其中包含对相关操作工艺的优化控制，对控制过程不同故障的诊断和改进等。

在专家控制系统中，优点是借助于专家操作经验和计算机信息处理能力，来实现对现场工业过程中时变性、非线性、以及负责控制对象的控制效果，其应用主要从系统设计、建模、参数整定、以及过程故障检测和监控，不足是专家控制系统因知识库更新困难而难以实现同步提升。在模糊控制系统中，利用人类模糊语言系统可以实现对现场过程的判定和决策，不足是稳态精度不高，自适应能力差。对于神经网络控制系统来说，以其高度组织性、学习性和自适应性为特征的智能控制，因无法对模糊信息的有效处理，也使其具有局限性。为此，结合复杂控制环境下的过程控制，将智能控制与常规控制进行统合，以充分发挥各自优势，并从人工智能技术上来提高整个系统的智能化水平。如将模糊控制技术与滑模控制技术进行结合来实现对水下机器人的控制；利用模糊C均值聚类算法来对电容进行分组，并借助于神经网络算法来进行补偿导纳，以实现对电网电压、无功功率和不平衡的综合补偿。需要说明的是，在工业生产控制过程中，对于模型化研究的目标旨在从工业过程中来实现故障诊断和控制决策，其方法体现了模糊识别、统计分析和归纳推理等知识，以满足实际工程控制的需要。

五、结语

现代控制理论与控制工程的不断发展，特别是对于工业生产大型化、集成化、复杂化趋势来说，借助于现代控制技术，融入先进计算机技术、信息分析技术来实现对工业过程的准确控制，如以现场总线为基础的企业生产、经营、管理综合控制系统的实现，必将成为未来工业生产自动化发展的方向。

参考文献：