电工基础实用教程范文

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关键词：信息化教学；网络信息技术；电气工程基础；课程教学

中图分类号：G71 文献标识码：A

文章编号：1009—0118（2012）10—0036—02

电气工程基础课程是根据1998年国家教育部颁布的本科专业目录的指导思想——以强电为主、强弱电结合，按电气工程及其自动化专业宽口径培养目标的要求而设置的一门专业偏基础课程。在该课程中几乎涵盖了有关电气工作的所有基本概念、原理和方法，与电气工程的各个方面均息息相关。随着网络信息技术的不断发展，各大院校应充分利用现代教育技术，运用先进的信息化教学方式改善传统教学模式中的不足，以此提高电气工程基础课程教学效率。

一、电气工程基础课程的特点及教学现状分析

电气工程基础课程的特点为：其一，课程涉及的知识点多。课程内容包括发电、输电、配电、用电等各个方面的知识，每一章都是一个崭新的内容，并涵盖大量的理论知识点，增加了“教”与“学”的难度；其二，电气工程基础课程是基础课与专业课的过渡课程，在教学过程中必须强化学习方法的指导和工程实训环节。

由于电气工程基础课程具备以上两个特点，所以对课程教学质量和效率提出了更为严格的要求。但是在传统教学模式下，电气工程基础课程的教学现状不容乐观，主要存在以下问题：首先，理论教学与实践教学相脱节。由于课程设置的教学学时数有限，即使教师在课堂教学中采用多媒体辅助教学，也无法全面讲授知识点以及与电气工程实践相联系，所以致使学生在课堂学习中，难以消化和理解较为抽象、深奥的理论知识；其次，课程教学没有把握住重点，学生始终处于被动接受知识的学习状态，导致学生对本课程的学习积极性不高，甚至跟不上教师的授课进度，加之教师缺乏对学生必要的课后复习指导，从而造成电气工程基础课程教学效率偏低；再次，课程教学方法单一、教学手段落后，没有将现代化的网络信息技术应用于教学实践中，导致教学效果完成依赖于教师的教学水平和教学态度。

二、信息化教学的优势

（一）信息化教学具备开放性的优势

信息化教学不仅仅局限于课堂教学上，使其具备较强的开放性，主要表现在以下两个方面：首先，开放课程资源，使学生通过网络平台进入教学资源系统，可以随时进行课程学习。同时，在教学资源系统中存储了大量的仿真实验、演示实验、虚拟实验等实验教学信息，可以供学生自主选择学习，弥补课堂教学中的知识缺失，拓展学生的知识视野；其次，信息化教学方式是一个开放的课程建设平台，不仅可以为学生提供充足的数字化资源，还可以有效促进产、学、研三者相结合，提高教师队伍的综合素质。

（二）信息化教学具备创新性的优势

网络信息化教学资源系统能够为课程教学提供丰富的教学资源。教师可以根据课程教学重点与难点，选择有利于学生发展的研究专题，让学生进行课外研究，使课内教学延伸到课外教学。学生在研究专题时，可以充分利用网络信息资源，充分调动起学生自主探究和自主学习的积极性，有利于培养学生创新能力和实践能力。

（三）信息化教学具备建设性的优势

信息化教学以网络信息技术为支撑，使教学场地和教学时间不受任何限制。由于网络信息实现了高度共享，所以学生可以学习不同学科、不同课程的知识，丰富学生的知识体系，拓展学生的思维能力，以满足学生差别化的学习需求，从而使信息化教学更具可持续发展性。

三、信息化教学在电气工程基础课程教学中的使用

（一）合理运用多媒体教学

现阶段，随着计算机网络技术的不断发展和进步，使得电气工程基础教学的内容不再只局限于教材当中，而是要充分地利用多媒体技术来完成教学。在应用多媒体计算机对教学进行辅助时，与教学质量息息相关的是教学软件。多媒体教学软件能够充分地发挥出多媒体教学的优越性，其通过各式各样、图文并貌的动画、音乐、图形和图像等，弥补了传统教学中感性材料不足的缺陷，进一步帮助学生养成了良好的思维能力。利用多媒体中声音和图像可以使原本较为抽象的事物，变得更加形象化、具体化、直观化，并且也在一定程度上激发了学生的学习兴趣。多媒体技术的应用，使教师能够将一些原本无法用语言描述的重点和难点问题，以生动、形象的方式展现在学生眼前，进而有利于学生对这部分知识的理解和记忆。多媒体最强大的地方就在于其能够进行一些模拟操作，这样能够有效地培养学生的动手实践能力。由于多媒体的使用完全是教师在控制。为此，在软件的选取和课件的设计上应尽量贴近教学内容，只有科学合理地使用多媒体技术辅助教学，才能真正达到提高教学质量的目的。

例如，可将发电机调速器的动作过程、凝气式火力发电厂的生产过程、一次设备及二次设备的调频过程、继电器保护器的分合闸过程、电气控制回路的动作过程、倒闸操作过程等等内容制作成多媒体课件，这种课件不但能够重复播放、反复操作，而且还能够出现不同的界面，这样的教学内容不仅可以吸引学生的注意力，激发其学习兴趣，同时这种教学形式也更容易被学生所接受。多媒体教学的有效应用，增大了课堂的信息量，课程的内容随之加深，理论与实际的联系变得更加紧密，对知识的理解和掌握也变得更加容易。

（二）构建实践教学资源系统

实践教学资源系统的构建应以电气工程应用型人才培养为基础，以现代化科学技术为手段，以计算机网络平台为支撑，以最优质的教学资源开发为核心。同时实验内容的设置应尽量以学生未来从事的工作岗位为依托，以此来体现出工程教育、职业取向的先进办学理念。该资源系统由以下四个模块构成：

1、管理模块。在整个实践教学的过程中，实验教师既是教学的指导者，也是信息网络平台的管理者和各种实验项目的开发者。这就要求实验教师应具备丰富的实践经验和教学经验，并将这部分经验有效地融入到信息网络教学当中，以此来监控学生的实际学习状况，并从旁引导学生，使之由被动学习转变为主动学习，真正成为学习活动的主体。

2、实验与实践模块。学生可以按照自己的意愿自主选择实验项目和具体实验时间，这样有利于开放实验室运行模式的顺利实施。教师可按照学生的个体差异为其设计必选和可选两类实验项目。学生则可借助信息网络平台，结合自己对各类实验的兴趣，合理选择所需的实验项目。当学生选好实验项目以后，教师按照实验项目的数目和具体参加人数，来编排实验时间表。对于一些教学以外的设计性实验，学生可自行组织成创新协作小组，然后进行提前预约，在获得相关负责人批准后，按照预先申请的实验内容和实验时间完成相关实验。信息网络平台除了能够帮助学生完成实验教学活动的组织以外，还能够按照相关的行业特点设置标准化的测试题库，这样便于学生在网上进行专业技能竞赛，进而提高实践教学质量。

3、实践教学资源模块。信息网络环境最大的特点就是信息获取便捷、各种资源丰富。为此，构建一个检索快捷、资源优质的实践教学资源库是实现信息化教学的重要基础保障，有利于学生随时获取电气工程基础课程的相关知识和信息资源。

4、协作交流模块。信息网络教学与传统的教学模式相比，其最大的优势在于能够以实时交互的形式实现生生之间、师生之间的交流和协作。不仅可以利用信息网路平台中的BBS及讯息等进行相互之间的交流讨论，也可以通过聊天室及视频会议等形式进行在线讨论，彼此间交流意见、答疑解惑。

（三）建设数字虚拟实验室

近年来，随着电力系统的不断发展，电气工程基础课程中原有的纯物理实验现已无法适应现代化电力系统的需要，这部分实验已经很难满足电力系统实验教学的要求。为此，必须对其进行相应的改进和完善。采用数字虚拟试验则可以有效地克服实验仪器方面数量和质量的不足，以及教学经费和实验场地等相关因素的限制。学生可以借助计算机对电力系统的各种运行状况进行监视，并且还可以在计算机上实现遥视、遥控、遥测和遥调，由于计算机的自动化程度较高，所以实验效率也较之以往有了极大程度地提升。原有的纯物理实验因为具有一定的安全性要求，致使实验难以达到设计性和开放性的目的，而数字虚拟实验却能够真正实现实验的设计性和开放性，这对于学生创新意识、实践能力的培养有着十分重要的作用。

参考文献：

[1]吴文辉.信息化技术下电气工程基础课程教学方法探讨[J].华东交通大学学报，2007，（z1）.

[2]马幼捷，安小东，周雪松.电气工程虚拟实验技术的研究[J].电测与仪表，2006，（5）.

[3]林屹.叶小玲.数字电子技术课程教学方法的改革与实践[J].中国电力教育，2008，（21）.

[4]田莉，罗映红.基于网络的电工电子虚拟实验合作学习[J].电气电子教学学报，2008，（6）.

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关键词：Proteus仿真技术；电工电子技术；基于工作过程

中图分类号：TP368.1

《电工与电子技术》这门课程是电类专业的一门专业必修课程，而其枯燥无味的理论知识往往使得学生在学习过程中感到力不从心，而针对电工电子技术这门课程内容的特点，我们可以进行任务驱动法教学，在每个任务中借助Proteus仿真技术加强理解和学习，能够起到较好的效果。

借助于Proteus仿真技术，对《电工与电子技术》课程按照基于工作过程的体系设计原则进行学习情境设计，如表所示。如电工部分，可以设计成电阻电路、电感电路和电容电路的设计与制作三个情境，在每个情境下设计若干任务，每个任务是由简单到复杂的，每个情境之间既相互独立有相互递进联系；同时在每个任务当中学生以任务书的指导下完成利用Proteus仿真技术先完成电路的仿真，从而对任务中的问题产生好奇，从而进一步学习知识包中的内容，最后再将整个过程进行制作、安装和实际调试，来进一步巩固所学的知识。在此过程中我们可以看出Proteus仿真技术的运用，使得教学内容变得更直观和容易理解，提高了学生的学习兴趣。

通过Proteus软件可以完成电路原理的绘制、结果显示、电流流向等，而且还可以在电路图上用箭头显示电流方向、用颜色显示电流的大小等信息，简单易学，直观方便。以一个简单任务为例子来说明。如在电阻并联电路的制作与测量中，我们可以通过Proteus软件完成许多枯燥无味的理论的学习。其一我们可以选取两个电阻相并联的例子来演示，先画出电路原理图，之后在总支路和分支路上放置电流表，让学生观察三个电流之间的关系，学生很快会发现总电流等于个分电流相加之和，这就引入的基尔霍夫电流定律的学习。如图1（a）所示。其二当我们想用一个电阻代替多电阻时，只要让两个二端电路的在同一个端电压下产生相同的电流相时，二者电阻可以等效，这样就可以发现电阻并联时总电阻和各个分电阻之间的关系，如图1（b）所示。其三我们还可以改变两个电阻的阻值，再通过电流表观察流经的电流与其电阻的关系，很快就可以得到电阻并联分流的规律，等等诸如此类的问题，可以通过软件仿真得到形象的演示。

在模拟电路和数字电路中借助Proteus软件演示就更为有利了，比如学生比较难理解的共射极放大电路的反相放大的问题，借助Proteus软件的示波器可以很快观察到输入输出波形的反相放大问题，而且通过改变基极电阻和集电极电阻及输入信号等等，可以对应观察各种失真：饱和失真、截至失真以及双向失真等。数字电路中的集成芯片管脚多，功能复杂，借助于Proteus软件，熟练将各种电路连接起来，观察现象，从而理解功能。如编码器、译码器、数据选择器、数值比较器、计数器、寄存器等集成芯片的使用，都可以运用仿真来加以学习和理解。

当电工、模拟、数字知识学完之后，对于《电工电子技术》任务教学中的模块电路的课程设计时，如功率放大器、直流稳压电源、数字钟等电路设计制作时，可以先让学生自己设计，在Proteus中演示模拟设计结果，查找问题，当结果成熟之后再进行实际的插件、焊接或安装、调试等，在实际中中可能遇到的一些基本错误可以提前避免，而重点去解决实际中的调试问题，大大提高了效率。

《电工电子技术》任务式教学方式着重强调以学生为主体，教师为主导，学生主要是通过任务指导书自己完成任务，并思考问题、分析问题和解决问题，因此结合实际任务中提出的思考题，学生借助形象逼真、简单易学的Proteus软件可以很快上手，使其成为任务教学的有力工具，使学生在兴趣中学到知识，为进一步扎实实际制作、安装、调试打下了坚实的基础。

参考文献：

[1]孙余凯.电子技术与技能实训教程[M].北京：电子工业出版社，2006.

[2]周润景，张丽娜，刘印群.PROTEUS入门实用教程[M].北京：机械工业出版社，2011.

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关键词：造价；土建；变电站

Abstract: this article with the 110 kV Taiwan mountains and island networking power supply project for example the substation construction cost is analyzed. Is mainly to the building materials, construction, drainage and in the station fire station was discussed. And get control of some of the methods of civil substation cost.

Keywords: cost; Civil engineering; substation

中图分类号：TU723.3文献标识码：A 文章编号：

变电站建筑包括主要生产建筑（即主控制室、继电室、配电装置室等）和辅助生产建筑（即综合楼、警卫室、泵房等）。他们是变电站的重要的组成部分，在变电站职能正常发挥的物质载体。变站站土建造价由站内建筑物、构支架基础、设备基础、电缆沟、站区排水、消防、照明、站区绿化等造价组成。下面我们就以110kV台山川岛联网供电工程为例来对变电站土建造价控制进行一下探讨。

一、工程简介

110kV台山川岛联网供电工程投资单位为广东电网公司，建设单位为广东电网公司江门供电局，2008年12月动工，2010年7月投产。工程动态投资约9612万元，其中土建投资约3047万元，点总投资的约31.6%。土建专业因设计变更增加费用约431万元，点总投资的4.48%。土建工程规模主要包括新建110kV上川、下川变电站两座及扩建对侧110千伏海宴变电站。

二、建筑材料

建筑材料是保证变电站正常运转的内在保证，在选择施工材料的时候，我们首先考虑的是变电站的内在质量，只有在保证内在质量的前提下，我们才可以从节约成本的角度来寻找相应的替代品。这是我们选择材料的原则。在台山川岛联网供电工程的建筑材料的选择上就很好的体现了这一点。变电站建筑物均采用现浇钢筋混凝土框架结构，砖砌填充墙。混凝土强度等级采用C20へC35，钢筋采用HPB235、HRB335和HRB400热扎钢筋，砌体材料采用M5水泥石灰混合砂浆砌筑MU10灰砂砖，事故油池采用钢筋混凝土结构。场地电缆沟采用砖砌结构，过道路电缆沟采用钢筋混凝土结构。这样体现了经济型和实用性。只是在后来的施工过程中，我们发现桩基运输困难，这样在下川变电站施工过程中就把原设计为预制液压桩，改为砂石桩，增加费用179万元。在整个的材料选取阶段只有这个是超出预算的。

三、建筑施工

建筑施工主要包括土方施工，地基处理，砌筑工程，钢筋混凝土，屋顶工程和装饰工程。建筑施工是把合格的材料变成合格的变电站建筑的最关键最核心的过程，也是造价控制最容易出问题的地方。

1、地基处理

地基处理是变电站施工的基础，台山川岛联网供电工程根据与当地政府相关部门协商结果，变电站场地前期平整由当地政府负责，平整后场地标高为8米，故站区场地土石方工程量主要为填方，填方量为9484.1 立方米。这样虽然填方量不少。由于是当地政府负责的，所以就使工程的造价有了很大程度的降低。场地大部分分布有强度较好的第（2）1层粗砂层Qal），强度稍强，整体性好，是较理想的地基土层。除Zk5钻孔地段外，其余地段均可规划建设建（构）筑物，采用天然地基基础，直接以第（2）1层粘土层为地基承载层，建议场地地基承载力特征值取值Fak＝1600kPa。Zk5钻孔地段上部土层分布有淤泥质粘土软土层，上覆粗砂层厚度较小，未形成软土上覆层“硬壳层”，不宜直接作为天然地基，不建议在该地段规划建设建（构）筑物。少部分分布有淤泥质粘土软土层，故两站址户外构支架及其它设备基础可以天然基础为主，建筑物则采用ф400径锤击高强混凝土预应力管桩。通过台山川岛联网供电工程对地基的处理我们可以看出，在这个工程里地基处理大部分是利用原来的地基，这是在科学勘测的结果。这样做一方面加快了工程的进度，一方面有降低了工程的成本。

2、砌筑工程

对于变电站而言，砌筑工程不仅仅是建立放置机器设备的场所，更多的是保证变电站安全正常运转的基础性保障工程。因此，我们不仅仅关注的是成本的降低，更要关注的是整个变电站的安全的运行。在台山川岛联网供电工程的土建概预算方案的编制就很明显的体现了这一点。在砌筑工程方面因设计变更而发生增加费用约252万元，主要因为有以下原因：（1）受国土政策及台风袭击影响，上川变电站站址位移，考虑日后运行维护原因，增加大型护坡、爆破石方工程；（2）在2009年6月，国土部门要求上川变电站站址位移20米，以利于保护耕地，又因2009年“莫拉菲”、“天鹅”、“莫拉克”等台风影响，变电站需增加边坡保护，移位后站址大部分地方有岩石，施工时需进行大量爆破作业；（3）这里的边坡保护在原来的预算中是没有的，只是随着2009年一系列台风的影响，为了变电站的安全所以必须增加这个新增的项目。虽然跟原来的预算相比，成本是增加了。但是他给我们带来的是一个安全的可靠的变电站。为以后变电站正常运转奠定了基础，减少了以后的维护成本。可以说从整个工程的建设和维护看减少了成本。地震烈度按七度考虑。设计基本地震加速度值为0.10g。基本风压：0.77kN/m2。设计基准期为50年，结构使用年限50年。

(1) 综合楼：配电装置综合楼采用框架结构，钢筋混凝土独立基础。警传室、泵房采用框架结构，钢筋混凝土独立基础。

(2) 110kV构支架、设备支架采用单柱钢管杆型式，场地基础采用现场灌注砼基础，部分基础考虑桩基。这样既保证了变电站的质量也降低了成本。

(3) 构筑物：屋外配电装置构架采用钢管杆型式，110kV构架横梁为钢管横梁。

(4) 电缆沟采用砖砌沟壁，混凝土压顶形式；电缆沟盖板应用热镀锌角钢在底面包边、电缆沟边缘要用热镀锌角钢支承，以保证电缆沟的平整和外形的美观。注意在道路段时要做成隧道式电缆沟。

(5) 事故油池等地下构筑物采用现浇钢筋混凝土结构。主变基础采用钢筋混凝土板式基础，并设有事故排油坑。事故发生时，油可以从油坑经排油管至事故油池。

从以上看，变电站建设就是要求整个方案必须满足变电站能够安全的使用尽量的降低成本。

四、站内防火和站区排水

1、站内防火

按典型设计原则进行设计根据预防为主防消结合的原则，采取一定的消防措施，立足于自救。站内同一时间按一次火灾考虑，根据规范在整个变电站内设置了一套的消防设施。由于站内配电装置楼火灾危险性为戊类，耐火等级为二类，建筑体积不超过3000m3,因此站内不设置消防给水系统，因此站内消防部分主要包括：灭火器配置及火灾自动报警系统。站内各建筑物均按严重危险级配置手提式ABC干粉灭火器，在主变旁配置推车式ABC干粉灭火器。全站集中设置一套火灾自动报警系统，采用编码传输总线制火灾报警系统，一般包括自动报警控制器、各类火灾探测器、手动报警按钮、隔离模块、信号模块、联动控制模块等设备。自动报警控制器容量应满足变电站终期建设规模要求，并应具有通信串行口或网口与站内监控系统或图像监视系统连接，以实现火灾报警部位信号和联动控制状态信号的实时监视。火灾探测报警范围应包括电气二次设备室、10kV配电装置室等处，并根据安装位置的特点和电气设备的特性选用不同的智能火灾探测器。火灾自动报警系统应由站内交流不间断电源系统提供专用回路供电。

2、站区排水

变电站建筑由于其电气工艺设备的特殊性，对排水的要求比较高。如果水不能及时的排出有可能影响电气设备安全，进而影响变电站的安全。因此在台山川岛联网供电工程中对站内场地排水系统比较重视，采用分流、合流制相结合排水系统。雨水和生活污水分流制，即雨水排水系统与生活污水排水系统分设。建筑物边设雨水口、砂井和检查井，道路周边设明沟和雨水口。站内设主变事故油池一个、化粪池一个，事故油池将油水分离后，废水经混凝土管排入检查井，事故油则由人工收集外运。污、废水经处理达到符合国家排放标准后与雨水排水系统汇合，排至站外市政雨、污水系统。

由于站区场地标高均高于四周地势，围墙外四周可采用自然排水。通过以上的措施既起到了保护环境的要求也降低了投资成本。

五、结论

总之，台山川岛联网供电工程的建设，在建筑材料和施工方面因设计变理增加了成本，但是从整个变电站的建设和日后的运营维护上看还是保证了施工质量而且降低运营成本。控制变电站土建的造价，在建筑材料选用、施工方案制定等方面必须慎重考虑，同时还要考虑变电站投产后的运营成本，这样才能建设一座造价合理、经济适用、安全的变电站。

参考文献

[1] 耿剑锋.智能变电站的设计与应用.中国电力出版社.2012年.

[2] 肖艳萍.发电厂变电站电气设备.中国电力出版社.2008年.

[3] 戴尔伊索拉. 建筑师成本管理. 建筑工业出版社. 2009年.

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关键词： 虚拟实验室 仿真软件 网络教学

一、引言

本文针对中等职业技术学校对电工电子实验室的功能定位及基本要求，制订了基于网络虚拟化的电工电子实验平台的构建方案，使开发的实验平台实现虚拟的电类线路的搭建、参数调整、虚拟仿真、实验结果保存与数据恢复及多个实验电路设计方案的比较与分析。

虚拟实验技术为中职教育的电类课程教学提供丰富的拓展空间。在虚拟实验过程中，学生可以自由地选择适合的时间、地点、进度进行与课程内容相匹配的实验，可以个人单独或小组协同工作，并根据课程内容的相关知识点由学生自行安排实验进程。虚拟实验技术就是把实验内容的选择权、主动权交给学生。教师提供实验建议和实验评价，让学生根据自己所学课程的知识点，选择适合自己的并与课程知识点相关的实验，从而掌握专业知识。虚拟实验技术可以更好地培养学生自我评估和独立或团队合作的能力。

二、虚拟实验室的组成

依靠虚拟仪器构建的虚拟实验室，虚拟仪器是虚拟实验室的核心，是通过计算机软件模拟硬件模块的虚拟实验平台，即利用计算机软件模拟传统的硬件实验装置，以完成实验。因此虚拟仪器构建的虚拟实验室具有成本低、可重复使用、数据不易丢失等优点，这是传统的硬件实验平台无法比拟的。

如图1所示，虚拟实验室包括虚拟仪器系统，该虚拟仪器系统通过远程用户端、计算机网络系统、虚拟实验室管理系统进行连接并访问。

图1 虚拟实验室的组成原理图

在具体实施过程中，学生通过计算机远程登录到虚拟实验室的客户端，通过IE浏览器访问虚拟实验室。学生选择合适的课程项目后进入虚拟仪器的控制台，虚拟仪器的控制面板发出相应实验操作指令，包括设置实验参数，例如电阻、电容、三极管参数和型号，虚拟仪器接收到上述操作指令和实验参数后，学生通过虚拟仪器的仿真模块构建虚拟实验电路，并将实验获得的数据通过计算机网络返回给位于客户端的学生。教师可以通过学生的计算机网络实验获得相关数据，教师和学生可以同时或分别进行实验数据分析、自评或互评。

三、网上虚拟电工电子实验室的设计与实现

1.系统结构

网上虚拟电工电子实验平台采用B/S体系结构，以TCP/IP作为网络通信协议。利用Java的Applet技术设计前端的实验操作环境，利用Java的Servlet技术处理前端用户的请求。先对学生的操作请求做预处理电路分析指令，在Java代码中调用PPSpice软件对前端发送来的PSpice分析指令进行电路分析。学生只需通过网络对此框架内的虚拟器件进行模块拖拽和线路连接及属性编辑等动作搭建实验模型，并进行相关实验。虚拟的实验环境具有可视化、交互性、资源共享、安全性等特点。它符合远程教育对实验教学的要求，通过强大的交互功能营造了一个逼真的实验环境，其仿真实验结果和实际实验结果非常接近，并且更趋向理论计算数据。

图2为电工电子实验平台系统的模块结构图，主要包括五个模块：电路设计模块、仪器模块、实验电路存取模块、实验面板控制模块、实验仿真模块。

电路设计模块、仪器模块、实验电路存取模块、实验面板控制模块直接面向客户端，接收客户端的指令。电路设计模块包括：交互模块、元器件模块和电路连接模块；仪器模块包括：交互模块、参数模块和显示模块；实验电路存取模块包括：保持模块和读取模块；实验面板控制模块包括：各电路模块仿真单元，例如，供电模块（内含交、直流电压和电流模块）、电路案例模块，如由555搭建的各种时基电路、简单三极管测试电路。

实验仿真模块作为本电工电子实验平台系统的核心模块，包括仿真控制模块、数据收集模块、数据发送模块、数据接收模块、数据解析模块、数据发送模块。

图2 系统模块结构图

2.虚拟实验平台的体系结构

本电工电子实验平台系统软件架构分为四层：

（1）界面层：①学生搭建实验仿真电路图，并进行相关元器件的参数设置，该数据用.gra文件形式进行封装。②通过解析传输层反馈的实验仿真数据，该实验仿真数据同样采用.gra文件的形式，发送至计算机界面上，供学生检查实验数据。

（2）数据处理层：其主要作用是通过电路仿真软件PSpice将接收到的.gra文件进行解析，转换为.cir文件，然后进行电路仿真，获得电路仿真结果，并生成含有结果数据的.out文件。

（3）仿真层：实现上述数据处理层的主要步骤，即解析学生通过客户端传输的电路仿真实验操作的数据.gra文件，并转换为.cir文件，为后续仿真做准备；再调用PSpice进行仿真，获得仿真实验数据。

（4）服务层：存储仿真实验数据，临时保存实验及与实验有关的数据设置和仿真数据。如图3所示。

图3 系统软件框架

3.系统组成及功能

如图4所示，虚拟实验平台主要由虚拟实验子系统、实验状态保存和恢复子系统、实验报告提交管理子系统、实验相似度分析程序四大模块组成。

图4 系统组成结构图

各模块的功能如下：

（1）虚拟实验子系统：用于虚拟的实验环境中搭接实验电路，选择合适的电路参数，仿真得到相关实验结果数据。

（2）实验状态保存和恢复子系统：学生可以建立个人数据库，将实验中已完成的或未完成的虚拟实验电路进行封装保存在数据库中，可以随时调用，并继续未完成的虚拟实验，而且完成的虚拟实验电路可以作为作业提交到教师主机，便于老师检查实验进程、数据结果。

（3）实验报告提交管理子系统：系统自动将实验报告模版发送给学生，学生根据实验结果将报告填写完成后再将其提交给系统。教师可以对报告进行批阅和管理。学生可以下载阅读批改后的报告，查看自己的实验数据，便于总结自己实验的得失。

（4）实验相似度分析程序：因为该虚拟实验系统主要依靠学生的自主学习能力，而实验主要在课堂外自主完成，且课程针对的是中职的学生，其自学能力和自我控制能力较差，所以学生很有可能会拷贝其他同学的实验电路及数据，造成整个班仅两三种版本，这显然违背本实验平台的设计思想。

教师可通过实验相似度分析程序分析学生提交的实验涉及元器件、参数，得出分析结果，根据该分析结果可以判断学生在完成实验时是否抄袭。

四、结语

网络虚拟实验系统的设计是以PSpice为电路仿真分析软件的基础，并结合Java技术作为后台服务器的仿真核心模块，利用可视化技术与客户端的虚拟实验平台实现无缝链接，实现电路实验在网络环境下的虚拟仿真实验。让学生在逼真的网络“虚拟环境”中利用各种“虚拟元件或虚拟电路模块”任意搭接各种电子线路，并通过各种“虚拟仪器”的仿真测试实时得到仿真结果数据。

该网络虚拟实验系统的建立，特别适合中职院校的教学改革，它不仅能保障学生有充足的实验时间，而且能一定程度地解决学校实验经费不足、元器件损坏等问题。

参考文献：

[1][美]毕晓普.LabVIEW8实用教程[M].北京：电子工业出版社，2012.

[2]宁超等.网络虚拟实验室的研究与开发[J].实验技术与管理，2005.

[3]路勇著.电子电路实验及仿真[M].北京：清华大学出版社，北京：北方交通大学出版社，2004.

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关键词：MPEG MPEG-1 MP3

一、MPEG概述

MPEG的全名为（Moving Pictures Experts Group，MPEG），中文译名是动态图像专家组。是在1988年由国际标准化组织（International Organization for Standardization，ISO）和国际电工委员会（International Electrotechnical Commission，IEC）联合成立的专家组，负责开发电视图像数据和声音数据的编码、解码和它们的同步等标准。这个专家组开发的的标准成为MPEG标准，到目前为止，已经开发和正在开发的MPEG标准有：

1、MPEG-1：数字电视标准，1992年正式。是针对1.5Mbps以下数据传输率的数字存储媒体运动图像及其伴音编码设计的国际标准，主要用于在CD－ROM（包括Video－CD、CD－I等）存储彩色的同步运动视频图像，它针对SIF（标准交换格式）标准分辨率(NTSC制为352×240；PAL制为352×288)的图像进行压缩，每秒可播放30帧画面，具备CD(指激光唱盘)音质。同时，它还被用于数字电话网络上的视频传输，如非对称数字用户线路(ADSL)、视频点播(VOD)、教育网络等。

使用MPEG－1的压缩算法，可以将一部120分钟长的电影压缩到1.2GB左右，因此，它被广泛地应用于VCD制作和一些视频片段的下载，目前90％以上的VCD都是用MPEG－1格式压缩的。

2、MPEG-2：数字电视标准，1994年正式。是针对3～10Mbps的数据传输率制定的的运动图像及其伴音编码的国际标准。MPEG－2可以提供一个较广的范围改变压缩比，以适应不同画面质量、存储容量和带宽的要求。它在与MPEG－1兼容的基础上实现了低码率和多声道扩展：MPEG－2可以将一部120分钟长的电影压缩到4～8GB(它提供的是我们通常所说的DVD品质)，其音频编码可提供左右中及两个环绕声道、一个加重低音声道和多达7个伴音声道(因此DVD可有8种语言配音)。

除了作为DVD的指定标准外，MPEG－2还可用于为广播、有线电视网、电缆网络等提供广播级的数字视频。不过对普通用户来说，由于现在电视机分辨率的限制，MPEG－2所带来的高清晰度画面质量(如DVD画面)在电视上效果并不明显，倒是其音频特性(如加重低音、多伴音声道等)得到了广泛的应用。

3、MPEG-3：已于1992年7月合并到高清晰度电视（HDTV）工作组，但由于MPEG-2的出色性能已能适用于HDTV，因此MPEG-3标准并未制定。

4、MPEG-4：多媒体应用标准，1998年11月被ISO/IEC批准为正式标准。是针对一定比特率下的视频、音频编码，更加注重多媒体系统的交互性和灵活性。

5、MPEG-5：直今还没有看到定义。

6、MPEG-6：直今还没有看到定义。

7、MPEG-7：多媒体内容描述接口标准。继MPEG－4之后，要解决的矛盾就是对日渐庞大的图像、声音信息的管理和迅速搜索。1998年10月基于这种设想的MPEG－7标准被提出，它的正式名称是“多媒体内容描述接口”，将对各种不同类型的多媒体信息进行标准化的描述，并将该描述与所描述的内容相联系，以实现快速有效的搜索。

8、MPEG-21：MPEG在1999年10月的MPEG会议上提出了“多媒体框架”的概念，同年的12月的MPEG会议确定了MPEG-21的正式名称是“多媒体框架”或“数字视听框架”，它以将标准集成起来支持协调的技术以管理多媒体商务为目标，目的就是理解如何将不同的技术和标准结合在一起需要什么新的标准以及完成不同标准的结合工作。

二、MPEG-1 声音（MPEG-1 Audio）

MPEG-1声音标准方案由5个部分组成：①MPEG-1系统（MPEG-1 Systems），规定电视图像数据、声音数据及其他相关数据的同步。②MPEG-1电视图像（MPEG-1 Video），规定电视数据的编码和解码。③MPEG-1 声音（MPEG-1 Audio），规定声音数据的编码和解码。④MPEG-1一致性测试（MPEG-1 Conformance testing），这个标准详细说明如何测试位数据流和解码器是否满足MPEG-1前3个部分（Part1,2和3）中所规定的要求。这些测试可由厂商和用户实施。⑤MPEG-1软件模拟（MPEG-1 Software simulation），实际上，这部分的内容不是一个标准，而是一个技术报告，给出了用软件执行MPEG-1标准前3个部分的结果。

MPEG-1 声音压缩采用子带编码方法（sub-band coding，SBC），这种方法首先把时域中的声音数据变换到频域，对频域中的子带分量分别进行量化和编码；然后根据心理声学模型确定样本的精度，从而到达压缩数据量的目的。

MPEG-1 声音（MPEG-1 Audio）标准的主要性能指标如下：

（1）MPEG-1编码器的输入信号为线性PCM信号，采样率为32kHz、44.1 kHz或48 kHz，输出为32kb/s~384 kb/s。

（2）MPEG-1声音标准提供三个独立的压缩层次：层1（Layer 1）、层2（Layer 2）、层3（Layer 3），用户对层次的选择可在复杂性和声音质量之间进行权衡。

①层1（Layer 1）的编码器最为简单，编码器的输出数据率为384 kb/s，采用的算法主要是将数字音频输入分解成32个子带滤波器、将数据按一定的格式分块的固定分割、确定自适应比特分配的心理学模拟、以及使用块压扩和格式化的量化。主要用于小型数字盒式磁带（DCC），压缩率为4：1。

②层2（Layer 2）的编码器的复杂程度属于中等，编码器的输出数据率为256 kb/s ~192 kb/s，它提供对比特分配、标度因子和取样附加码，使用了差帧。其应用包括数字广播声音（DBA）、数字音乐、只读光盘交互系统（CD-I）和视盘（VCD）等，压缩率为6：1~8：1。

③层3（Layer 3）的编码器最复杂，编码器的输出数据率为64 kb/s，它基于一个混合滤波器组将频率分辨率提高，增加了非均匀量化器、自适应分割以及对于量化值的熵编码。广泛应用于ISDN网咯和电视应用、数字卫星广播，压缩率为10：1~12：1。

（3）压缩后的比特流具有预定的几种比特率之一。此外，MPEG－1音频标准也支持用户使用预定的比特率之外的比特率。

    （4）编码后的比特流支持循环冗余校验CRC(Cyclic Redundancy Check)。

    （5）MPEG-1音频标准还支持在比特流中载带附加信息。

MPEG-1声音压缩标准包括了三个使用高性能音频数据压缩方法的感知编码方案(perceptual coding schemes)。按照压缩质量(每Bit的声音效果)和编码方案的复杂程度分別是Layer 1、Layer 2、La yer 3三个层次。所有三个层次的编码采用的基本结构是相同的。它們均采用传统的频谱分析和编码技术的基础上应用了子带分析和心理噪声感知模型理论。也就是通过研究人耳和大大脑视觉神经对音频失真的敏感度，在编码时先分析声音文件的波形，利用过滤器找出噪声电平(Noise Level)，然后滤去人耳不敏感的信号，通过矩阵量化的方式將余下的数据每一位打散排列，最后编码形成MPEG-1声音压缩文件。虽然压缩是有失真的，但对人耳来说这些失真是听不到的。也即对人耳而言，MPEG－1音频压缩是不失真的。因此，MPEG－1音频标准的应用非常广泛。

三、MP3播放器

1、MP3概念及MP3播放器的出现

MP3的全称是Moving Pictures Experts Group，Audio LayerIII，它就是MPEG-1层3（Layer 3）,所使用的技术就是MPEG-1层3（Layer 3）音频压缩技术。是对声音信号进行压缩的一种格式。市场上的所说的MP3，实指MP3播放器。

MP3格式研究于1987年在德国Erlangen的Fraunhofer研究所开始的，1989年Fraunhofer在德国被获准取得了MP3的专利权，几年后这项技术被提交到国际标准组织(ISO)，整合进入了MPEG-1标准。

最早的播放器是Frauenhofer在1990年早期开发的，但只是一个非常不知名的小程序，没有引起大家的重视。而被大家公认的第一个MP3播放器是在1997年，由一个叫做Tomislav?Uzelac的开发者开发的。他开发了AMP?MP3?播放引擎。当AMP引擎进入网络以后不久，个大学生Justin?Frankel?和Dmitry?Boldyrev拿到了Amp引擎，并且为它添加了一个Windows界面，最后他们把这个程序命名为""Winamp.""? 1998年，当Winamp作为免费的音乐播放器在网络上传播的时候，MP3的狂潮开始了。

2、MP3音乐的制作

将音频文件压缩成MP3文件，其实就是利用MP3编码器找到并删除音频文件中人耳听不到的声音。正常的人耳只能听到频率在20赫兹至2万赫兹的声音，音频文件中包含的一些声音可能超出了人耳所能听到的范围，另外还有一些细微的声音可能被更大的声音掩盖，还有一些音乐中的声音可能根本就是多余的。编码软件能将代表这类声音的文件找出来并加以删除。这样，原先臃肿的音频文件就变小了。压缩音乐文件时，人们通常会说以多大的压缩比率进行压缩，压缩比率的单位为Kbps(千字节/秒)。当选择较高的压缩比率时(如128Kbps)，原始文件中被去除的数据将会比较少，音质比较好，但压缩后的文件比较大，有时会导致文件无法使用；相反，当选择的压缩比率较低时(如64Kbps)，被去除的数据会比较多，这样做虽然缩小了文件，但却会造成音质损失。

3、MP3的特点

音乐品质好，由于MP3是采用1：10的数字压缩格式，在64kbs压缩率下,标准的MP3过滤掉了10kHz以上的声音来节省空间，以减小文件尺寸，但是音乐的细节部分特别是高频会受到损耗，所以，在听感上仍无法和采用传统模拟技术的磁带以及采用无损编码方式的CD唱片相媲美。

MP3格式压缩比高，可以使音乐文件在音乐质量做很小牺牲的情况下将文件大小缩小很多。因此，目前网络上的音乐格式以MP3最为常见。

MP3通用性开放性好，有移动随身听MP3播放设备，各种软件工具较多。因此，所有的语音、音乐等音频资料文件全部采用MP3压缩格式保存，参数：采样频率44.1kHz,采样精度16位，压缩比率128kbps，立体声。这种高质量的参数便于以后编辑处理，而其它各种数字音频则根据不同要求用相关软件再进行处理，但是原始文件质量一定要留有备份且品质要高，因为各种压缩格式都是有损压缩，无法复原。

[参考文献]

[1] 林福宗，多媒体技术基础[M]，北京，清华大学出版社，2000.8

[2] 赵英良，多媒体应用技术实用教程[M]，北京，清华大学出版社，2007.8

[3] 冯博琴等，多媒体技术及应用[M]，北京，清华大学出版社，2005.2