時間：2023-03-24 15:20:30
序論：在您撰寫電工電子設計論文時，參考他人的優秀作品可以開闊視野，小編為您整理的7篇范文，希望這些建議能夠激發您的創作熱情，引導您走向新的創作高度。
在傳統的實驗課程中，教師每年工作量盡管很大但是重復的較多。隨著電子信息技術的飛快發展，電工電子設計的教學要求也在不斷變化。教學改革必須與時代同步才能滿足用人單位對學生的需求。這對教師和學生都提出了較高的要求。教師需要不斷的進修學習才能適應電工電子設計課程的教學要求。目前高校中實驗教師隊伍不穩定，人員待遇不高，很難吸引高素質人才。實驗教師的業務水平和專業技能需要不斷的提高才能滿足日新月異的電子信息發展趨勢。穩定的實驗教師隊伍是實踐教學發展的基礎，只有在保障了教師的基本生活條件和社會地位前提下，才能使教學質量得到穩步提升。
2課程內容增多和課時壓縮之間的矛盾
隨著國家中長期教育發展與改革綱要的落實，高校的社會定位越來越明確。高校近年來不斷的擴大招生人數，我國的高等教育已經從傳統的精英教育階段進入大眾教育階段。學生的本科專業范圍越來越寬，需要開設的內容范圍越來越廣，分配給各個課程的課時會減少，電工電子設計的課時也在不斷的壓縮。與此同時針對電子信息類專業的教學內容卻在不斷的增多，這對教學工作提出了嚴峻的挑戰。
3電工電子設計實訓課教學改革的探討
3.1研制實訓套件針對教學套件陳舊的問題，組織實驗教師研制實驗套件。每個實驗教師帶三名學生，完成套件的設計、加工焊接和調試。鼓勵學生跨專業組隊。充分發揮不同專業的優勢，設計出貼近生活的實用套件。通過采用研制的實訓套件進行教學，提高了學生的參與積極性，取得了一定的教學效果。研制實驗設備是針對電工電子設計課程教學需要的產物，在實驗的教學改革過程中發揮了重要的作用。實驗教師在套件研制的過程中學習了新的知識，提高了自身的專業素質，同時也培養了一部分學生。
3.2提高實驗教師技能電工電子設計課程要求實驗老師既要具有完整的理論體系和實踐經驗，還要求深入淺出的將理論和實踐結合起來。工程訓練中心充分認識到教師隊伍培養的重要性，不斷組織相關的學習培訓活動，包括基本實驗技能培訓、業務能力提升培訓和科研能力培訓。提高了實驗技術人員的知識、技能，保持實驗室建設和發展的生機與活力。
3.3突出學生主體地位傳統的實驗課程課時不連續，每節課必須完成對應的操作，學生的自主時間非常少。電工電子設計課程課時連續，時間集中在一兩周內。要求突出學生的主體地位，壓縮教師的理論授課時間，增加討論答疑環節。在保證學生的自主時間的基礎上，教師在教學內容上要適當引導。首先選擇入門型的套件，讓學生先深入進去，再適當遞進式的增加難度，使學生在掌握知識的同時也獲得一定的成就感。最后學生可以根據個人興趣自主選擇提高性套件，既保證了教學受益面也讓優秀的學生可以學到更多的知識。
3.4健全課程考核機制實訓課程的考核不能僅僅依靠實訓報告和一次的實訓結果來進行考核。把課程考核分為套件驗收部分和設計答辯部分?？梢允箍己素灤┯谡麄€教學過程，有利于優秀的學生脫穎而出。課程考核的套件驗收部分主要考查學生的焊接能力、對基礎知識的掌握情況、對電子設計中遇到問題的解決方法的掌握程度和常用的調測儀器儀表的基礎知識。對于電子信息類專業學生的要求較高，需要了解基本原理和使用方法。答辯部分主要考核學生的表達能力和對作品的掌握程度，同時也是一個很好的交流學習機會。通過兩級考核模式可以促進學生的學習熱情，激發學生對專業課的學習興趣。
4結論
EDA技術是機械電子工程設計當中重要的技術，其主要載體可以進行大規模編程的邏輯器件，在編程過程當中，使用的表達方式是硬件描述語言。EDA技術在應用的過程中要使用計算機、編程邏輯器件等科技工具，應用的最終目標是對特定的目標新平進行適配編譯和邏輯映射，形成電子系統或是成為專用集成芯片。EDA技術是在電子電路技術之上發展起來的，EDA技術要編譯器、綜合器、下載器、適配器等部件共同構成。其中，綜合器能夠對設計者的設計文件進行轉換，使其成為系統內門級電路描述。適配器可以生產最終的下載文件，并安排到制定的器件中。EDA技術是機械電子工程設計中的核心技術，EDA技術使用的HDL語言可以公開利用，其描述范圍廣泛，可以機械電子工程設計帶來諸多的幫助。在后期進行交流、修改、保存等工序時也可以十分方便的進行。另外，EDA技術擁有較高的自動化，一些常規的糾錯、調整等工作可以快速完成。
2電子工程中存在的問題
機械電子工程快速發展，但是到目前為止，世界各國對于機械電子工程都沒有明確的定義和統一的認識，出現這種問題的原因，一方面是機械電子工程發展速度太快，所涉獵的領域越來越多，另一方面是因為設立明確的定義必定會對其發展產生一定的限制作用，不利于機械電子工程繼續快速發展。電子工程在發展的過程中產生了一些難以解決的問題，電子產品的發展方向是具有更高集成和大容量，同時體積也越來越小，這就需要技術的不斷升級來實現發展目標。電子工程設計方案需要獲得科學的檢驗，要對其進行仿真分析。電子元件所處的工作環境是設計人員應該考慮的問題，要對設計方案進行有效優化，最后要對電路特性進行分析。另外電子工程在運行中要避免靜電的危害。為了實現電子工程取得進步獲得發展，需要在電子工程設計中采用EDA技術。
3電子工程設計要點
3.1仿真分析
機械電子工程設計方案需要通過科學的系統仿真或是結構模擬來說對其可行性、科學性進行驗證和分析。通過仿真分析來確保設計方案在后續實踐中能夠順利應用。在仿真分析過程中，使用EDA技術可以為仿真分析提供良好的支持。EDA技術能夠通過各個環節當中的傳遞函數來進行數學建模并對其進行仿真分析，這樣構建和仿真系統能夠準確驗證設計方案的實踐性，并能夠對電子系統工最后程設計方案進行推廣和使用。這種仿真分析對于提高我國電子工程設計的整體水平和產品質量有積極的指導意義。
3.2優化設計
對設計方案進行優化的目的是盡可能確保電子元件在應用過程中具備穩定性與可靠性，保證其擁有最佳的容差和工作環境。在實際工作條件下，使用傳統的電子工程設計方法，難以對實際容差及電子工程元件工作環境進行全面的檢查和分析。不能對電子元件環境進行全面勘測，就容易導致設計方案在此方面出現漏洞，這樣一來電子元件的容差及其工作環境溫度就很難得到有效的保障。利用EDA技術則能對設計方案進行良好的優化，因為EDA技術可以對電子方案環境進分析計算，獲得電子元件在實際工作中所處的環境溫度等相關數值。在分析獲得的數值基礎上，來對電子工程設計方案進行優化，保證方案在實施后，可以穩定工作，具有可靠安全保障。
3.3預防機械結構中的靜電
機械結構是根據設計方案來工作并應用于事物成為滿足功能需求的結構。在科技快速發展的大環境下，集成電路設計愈來愈復雜，這對靜電的防治也提出了更高的要求。靜電對電子元件的破壞巨大，靜電電場能夠對周邊電荷有吸引力會破壞絕緣體，使電子元件敏感度降低，甚至是引發集成電路燒毀，使電子產品直接報廢。這要求工作人員做好靜電防護，對防靜電工作區域進行劃分，保持操作空間的清潔，降低靜電發生的概率。在電子工程故障檢測方面，要將傳統的電子工程故障檢測和智能故障檢測方法結合，相互驗證，在電子技術投入方面加強，提升電子工程檢測技術的能力，增強電子元件、電路對環境的適應能力。
3.4電路特性的有效分析
對電特性進行有效分析是EDA技術中的重要內容，在電子工程設計的過程中，理論分析都是在數據分析和特性分析的基礎之上進行。因此，數據分析和特性分析方面的數據必須準確及時，使用傳統的電子工程設計方法會受到多方面的限制，難以保證數值的準確性，電力測試的實際精度會受到較大的影響，不利于后期穩定性的建立。EDA技術就能夠對整個系統進行全面的測試，并保證測試的精確性與科學性，避免設計方案出現結構性的差異確保設計方案的整體性以及合理性。
4結論
目前,為了快速實現工業生產的自動化,我國的自動化技術在工業生產中被廣泛的應用,這也預示也我國工業迎來了現代化發展的重要階段。但是,由于我國自動化技術興起時間較短,其各項技術還不是完全的成熟,在工業生產中也只是應用了CAD、CAM以及OA技術,完成了計算機輔助設計與制造,以及綜合辦公管理的自動化控制等三個方面的自動化建設[1]。雖然僅僅只有三個方面,但是卻在極大的程度上幫助我國的工業生產實現了智能化與自動化,這也是自動化技術能在短時間內就被應用在石油、化工、冶金以及輕、重工業等其他工業領域的原因,并且這些領域也隨著自動化技術的應用而提高了自身的生產技術。另外,自動化技術在工業生產自動化的應用,不但實現了工業生產的自動化,還實現了行文、事務處理的自動化,以及輔助決策的自動化,使得工業生產中對于生產設備和流程的管理與控制能力不斷提高,增強了工業生產效率。
2將自動化技術引入到電子信息工程設計中的重要作用
2.1使電子信息工程的設計一體化與機械化得以實現
誠如人們知道的,所謂自動化技術,就是全面解放發展生產力,用機械運作來代替人工操作,最大化的節約人力資源成本,提高工作效率,這也是自動化技術被廣泛的應用到實際的生產生活中的原因。以從事電子信息工程的設計工作的人員角度來看,要想更好的工作,不僅需要全面的掌握電子設計的原理,還需要了解一切與信息工程設計有關的計算機應用理論。從電子信息工程本身具有的特色來看,其本質就是將計算機、信息以及電子技術相融合產生的一項事物,這就使得其設計工作不論是對機械化的程度,還是自動化程度,都有十分高的要求。所以,將自動化技術引入到當前電子信息工程的設計中,不僅能夠促進設計工作的機電一體化,有效的轉變當前電子信息工程的設計情況,提高設計工作的效率,還可以最大化的發揮電子信息工程在設計工作上的優勢,準確的反映出設計工作的多元化以及功能的標準化。
2.2推進電子信息工程的設計智能化快速實現
在傳統的電子信息工程的設計中,主要是依靠人力來處理信息,并對這些信息進行開發、設計、集成與應用的,工作效率十分緩慢,根本無法滿足當前工業化發展對于信息的需求。將自動化技術應用于電子信息工程的設計之中,能夠從根本上變革當前工業生產對于信息的處理、開發、設計、集成與應用的方式,極大的提高電子信息工程在設計方面的智能化水平[2]。通過將計算機、信息以及網絡等自動化技術的融合,能夠為處理和應用大批量、高頻率和密度的信息提供一條更加便捷的途徑,從而提高電子信息工程的整體設計水平,促進電子信息工程的設計智能化建設,提高其工作效率和準確度。
2.3推動電子信息工程設計整體的進步
首先,自動化技術本身就是一種集多項現代化先進科學技術為一身的,具有較高優勢的現代技術,這種優勢不僅是其他各種單一類型的技術或者技巧無法到達的境界,也是當前電子信息工程在設計時需要依靠自動化技術的主要原因。電子信息工程的設計,對于對信息的處理、運用以及控制技術的精確度要求極高,這一要求是無法依靠人力資源來實現的,所以就需要自動化技術來輔助完成。例如:在設計信號與系統時,設計師必須要全面的掌握信號的分解與信息系統的分析等相關技術,這就需要設計工作必須具備極高的精度,此時,設計師就必須要以自動化技術來提高設計整體的水平,提高精確度[3]。由此不難看出,自動化技術對電子信息工程的整體設計以及精確度水平的提高,具有的重要作用。
3自動化技術應用于電子信息工程設計的表現
將自動化技術應用于電子信息工程的設計工作的重要作用,使其在該領域的應用范圍被不斷的擴大,應用效果也不斷提高?？傮w來看,自動化技術在當前電子信息的設計中,主要別用于以下幾大方面:一是,電路分析的設計和計算機的控制領域,這也是整個電子信息工程設計的核心所在。將自動化技術應用于此領域,可以提高其三相電路、雙口網絡以及含有點感電路等方面的工作效率,促進設計整體的自動化和智能化[4]。二是,計算機的輔助設計領域,所謂的計算機輔助設計,主要就是通過綜合的應用計算機的硬件、軟件和網絡等,促進設計整體的有效完成。將自動化技術引入其中后,設計這只需要將相關數據輸入其中,計算機就可以自行分析計算,極大的提高了工作的效率和設計的精確度。
4結語
隨著工業時代向信息時代的發展過渡，人類社會進入了后工業時代，以計算機為代表的信息化產品打破了產品在形式、結構與功能之間的必然聯系，設計的目的轉向解決人、物及環境之間的關系。當前，工業設計的發展思潮多元化，很多設計思潮是受到某一種技術的推動或者對當下某一問題的關注和詮釋，比如生態設計（綠色設計）關注的可持續發展問題；交互設計（ID，InteractionDesign）關注的是用戶的行為和產品之間的反應與互動；情感化設計關注的是與用戶的情感溝通等等。歸根結底，現代的工業設計是產品的人性化設計，也是產品的文化設計，是以滿足人的多種需求為目標的技術人性化的創造活動。設計活動是圍繞著人的活動，是不斷隨著社會、經濟、技術發展而不斷提高其適應性的創造性活動。進入二十一世紀以來，電子商務平臺迅猛發展，它不但改變了人們選購商品的方式，也在改變著人們的生活和觀念。它是一項新的人類活動，是設計服務的新領域。
2電子商務時代帶來挑戰
2.1網絡購物的特點
網絡購物基于互聯網和物聯網，通常是指B2C和C2C購物，主要針對的是消費者。網絡購物活動主要是指用戶借助手機、電腦等媒介終端設備，通過互聯網檢索、查看相關產品的信息，并借助網上銀行訂購產品，最終通過快遞公司到達消費者手中的過程，網絡購物活動具有以下特點：（1）流通環節少而降低產品成本。（2）產品展示不受場地和供貨渠道限制，種類豐富。（3）用戶瀏覽電商網站和購買活動自由，不受時間、地點限制。（4）通過電子信息平臺，產品搜索更容易，信息更新也更快。
2.2電子商務對消費者的影響
依賴于互聯網的的消費行為是全新的人類活動，在消費過程中，消費者完全處于主動地位。在電子購物平臺上，消費者可以在幾秒鐘之內切換至不同的電商，自由地在不同店鋪中穿梭，比對信息，并對信息進行甄別和處理，根據個人需求去尋找最符合需求的產品。他們可以在自己認為合適的時間、地點和環境下選購商品，這使消費行為享受了前所未有的自由。減少了中間環節的供貨渠道，及電商之間為爭奪消費群體而產生的競爭，為消費者提供了有足夠吸引力的價格。而另一方面，電子商務活動完全是通過互聯網的虛擬界面進行，這為消費行為帶來了新的問題。如圖2所示，線上購物流程比在實體購物場所更復雜，對消費者知識和認知技能的要求更高。消費者有大量的信息需要處理和甄別，復雜的操作流程需要合理的引導，繁多的賬號需要進行管理。而且，網絡與生俱來的不真實性使消費者缺乏對產品的實物感知，不及實體店中“所見即所得”的消費體驗。
2.3電子商務對傳統企業產生的沖擊
中國網購人數最近5年一直保持43.3%的年均增長率，已經超過美國,成為全球網購人數最多的國家。淘寶、京東等電商的百貨平臺正在超越蘇寧、家樂福等傳統零售業巨頭，而且其增長的潛力似乎還可以不斷挖掘。在這種形勢下，傳統零售業要么與線上銷售結合并進，要么尋求新的發展方向。而對于制造業而言，減少了中間商的掣肘，通過互聯網平臺，制造商能夠直接與消費者交易，獲得更高的利潤和更及時地市場反饋。但另一方面雖然機械化大批量生產的模式減少了成本，但隨著人們生活水平的提高，對情感、精神和個性化需求的凸顯，對于柔性設計需求越來越強烈。網絡的迅速反饋可以使企業能夠做出及時的調整，乃至生產出符合消費者需求的小批量個性化產品。而3D打印技術的推出和不斷成熟，似乎可以徹底改變企業賣出的產品實物的概念，而是可以的出售“設計”。通過3D打印機，也許就在不久的將來，人人都可以成為一名設計師，成為自己產品的締造者，到時輕輕按下一個鍵，產品就可以被直接打印出來。
3電子商務時代工業設計的機遇與發展
工業設計師一直致力于成為消費者和企業之間的橋梁，解決兩者之間利益的沖突，并達到雙贏的結果：使消費者能夠得到自己滿意的產品，而企業能夠在生產活動中獲益，為社會創造價值。電子商務改變了消費者和企業之間的活動形式和關系，其中最為顯著的體現在三個方面——網絡化數據、網絡化媒介和網絡化產品，工業設計能夠通過電子商務結合為消費者帶來高效的、適合的、怡人的使用體驗。
3.1電子商務平臺提供了準確而真實的數據反饋。
“我設計的產品能夠滿足消費者需求么？”這是設計師在開始設計工作前必須要考慮的問題，也是產品能否具有競爭力的關鍵。優秀的設計一定是建立在正確的市場調研基礎上的，通過圖1我們可以看到，設計工作的第一部分就是進行市場研究，傳統的市場調研方法所花費的時間周期較長，所需投入的成本也較高，而調查結果的有效性卻往往不能令人滿意?，F在電子商務平臺上產品的市場反饋信息則基于互聯網，是對交易和評價的即時計算和分析，并且無償開放的，其作用有如下幾點：（1）網購平臺商品檢索功能提供了細致的類比信息，這些對比數據可以使設計師易于發現同類產品之間細微的差異。用戶只要在電商網站的檢索欄輸入需要尋找商品的關鍵字，就可以得到相關產品的各方面信息檢索條目，如圖3所示為淘寶網的搜索界面。用戶可以依據商品的各類關鍵信息進行篩選，并可以對比哪些商品更受到消費者的青睞，或者哪些商品銷量最好。這有利于設計師及時得到產品的相關技術發展趨勢、品牌認同度、同質化競爭情況等信息。（2）網購平臺的“客戶評價”功能便于設計師取得第一手用戶反饋意見。消費者收到網購消費的貨品后可以對產品進行評價，而這些評價的數據實時被更新，有利于其他消費者評估。如圖4所示為京東商城的商品評價界面。在上面我們可以看到每件商品的好評率，“買家印象”說明了產品各方面特征，有哪些是最令消費者滿意的，有哪些能夠引起消費者的購買動機，這對設計師客觀正確的評估產品的市場認同情況和售后信息反饋具很重要的意義。（3）網購平臺為概念方案提供一種新的設計評價媒介。如果我們把網絡購物平臺的數據不是用于已投產的產品評估，而是用于概念設計的方案評價，將產品生產的環節置于銷售之后，那么產品投入市場的風險可以被降低，也有利于產生一些有針對性的柔性設計。
3.2電子商務平臺為設計服務提供了新媒介
如圖1所示，在傳統銷售策略中，針對產品的包裝、運輸、陳列、展示、宣傳等市場化環節，設計師需要滿足其功能需求及消費者的審美需求，從而衍生出眾多設計領域。而在電子商務平臺上，網站界面（UI）及其所提供的信息在產品的市場化中起著重要作用，影響消費者的使用體驗與購物行為的網站界面設計發展迅速。（1）在電子商務平臺的界面設計中，交互設計的發展前景遠大。數字化產品日趨扁平化，人和物之間的精神交流和意識交流變得越來越直接。人與產品交互不是簡單的視覺溝通，而是在邏輯和行為層面的互動。購物網站的界面設計必須能夠正確引導消費者行為，很難想象一個界面設計混亂、不協調的電子商務網站會吸引網絡消費者的注意并進入瀏覽、購物。［7］電子商務平臺的發展和成熟為交互設計的發展提供了土壤，現在交互設計的思維正在向更多的產品設計領域深入。體驗店成為線下銷售的重要發展方向。在現有技術背景下，用戶在線上購物時只能看到產品圖片和其他用戶的評價，無法獲得直接的試用體驗。而實體商店的優勢就在于其資源配置和便利的地理條件，可以為用戶提供品牌文化體驗、產品試用體驗、售后服務體驗等方式，在用戶試用產品的同時，加強企業和用戶之間的情感溝通和文化交流。體驗店的設計為設計師提供了另一個平臺，有利于為企業與用戶之間建立更好地溝通橋梁，如圖5為AOC在北京798的商品體驗店。
3.3基于電子商務平臺上的產品設計新探索
電子商務不僅可以改變產品的營銷渠道，而且可以賦予產品新的內涵。3D打印機的出現使“商品”可以完全實現非物質化，企業出售產品也許僅僅就是高精度的3D模型，用戶購買后自己“生產”。更加貼近用戶的商業模式是：由顧客提出設計要求，設計人員直接將方案發給用戶——這種模式已經在部分醫療產品上在應用。在信息時代，產品的內涵不斷發生變化，產品不再僅僅是物質上的存在，因為用戶需要的不再是產品實物本身，虛擬產品在人們生活中變得越來越豐富而重要，這使得設計師不得不為新的產品而進行創新和思考。
4總結
電子式多功能電能表主要針對國內市場三相用電的工業用戶。隨著電力行業改革深入,工業三相用電對多功能電能表的需求大量增加。目前國內多功能表種類少、價格較高、功能不完善,往往僅是針對某些地區的特定要求開發,缺乏通用性,某些產品未能完全達到國標的要求。本文介紹的電子式多功能電能表正是為了適應這種市場需求而設計的。
這是一款智能型高科技電能計量產品,該表可以同時計量正/反向有功電能、正/反向無功電能、四象限無功電能,還具有多費率控制,負荷曲線記錄,各相失壓、過壓、頻率超限記錄,數據LCD顯示等多種功能。主站可以通過RS-485總線或手持紅外抄表器對該電表進行查表、設表、抄表等操作。
軟件代碼全部采用C/C++語言編寫,編碼效率高,可維護性好,便于實現模塊化設計,可根據用戶的需求方便地對功能模塊進行裁剪。而且代碼經過優化,其生成的目標代碼大小和執行效率已與匯編代碼相差無幾。該產品的技術指標全面符合GB/T17215-1998《1級和2級靜止式交流有功電度表》、DL/T614-1997《多功能電能表》和DL/T645—1997《多功能電能表通信規約》的要求。
多功能電能表的總體結構和硬件設計
多功能表總體結構
電子式多功能電能表硬件的核心MCU主控制器,它負責按鍵輸入掃描、工作狀態檢測,計量數據的讀入、計算和存儲、電表參數的現場配置以及與外界的通信控制等。其主要功能單元包括MCU主控制器單元、電量計量模塊、紅外和RS—485通信模塊、校表模塊、EEPROM存儲陣列等;其他輔助模塊主要有:時鐘日歷電路、工作異常報警電路、按鍵輸入電路、復位和看門狗電路、開關電源模塊和后備電池電路、大屏幕液晶顯示模塊和LED顯示模塊。多功能表總體結構框圖如圖1所示。
高性能主控制器單元
主控制器采用NEC公司8位單片機中的高檔產品uPD78P0338。該款單片機為120腳QFP封裝,單片集成有60KBFlash、一個異步通信串行口、40x4段LCD驅動器、高達10MHz的總線時鐘和10路10位精度的ADC,并可通過簡單的接口進行在系統編程,極大地方便在線調試和軟件升級。并且支持高級語言,較好地滿足了多功能表任務繁多、數據量龐大、算法較復雜的功能要求。
串口復用通信單元
通信電路模塊主要包括TSOPl838紅外接收頭、紅外發射二極管、載波電路、MAX487專用485收發電路、驅動/開關二極管和其他元件。
本電能表為便于用戶抄表,設計有紅外本地抄表和RS-485集中抄表兩種串行抄表方式,因為uPD78F0338僅有一個串口,故通信電路設計時采用串口復用技術。由9012、9014和若干電阻等器件組成互補開關,由MCU的一個I/O口來控制紅外和RS-485通信方式的切換,如圖2所示。
高精度電量計量模塊
計量模塊由高精度專用電能計量芯片SA9904,電流互感器和其他電路元件組成。SA9904是Sames公司生產的一款三相雙向功率/電能計量芯片,可以計量有功/無功功率、電壓、頻率、相序異常等,可以單獨計量每一相的用電信息,符合IEC521/1036標準,可達到1級交流電能表的精度要求,各數據寄存器具有24位精度,可通過三線SPI接口與CPU交換數據。從而可以較好地適應多功能表需要計量多種電量數據的要求。SA9904引腳及其電路圖如圖3所示。
其中,CLK、DO、DI構成與MCU控制器的接口,用于傳輸控制命令和測得的電量數據,IIps、IIPt、IIPr用來對電流取樣,IVPl、IVP2、IVP3用來對電壓取樣。
時鐘日歷模塊
時鐘電路采用EPSON生產的RTC-4553實時時鐘芯片。內部集成了32.768kHz的石英晶體振蕩器,簡化電路,并可以根據需要進行自由設置以得到較高的頻率;同時集成有時鐘和日歷計數器,可選擇24或12小時顯示模式,時鐘可通過軟件方式進行間隔30秒的調整,并提供0.1Hz或1024Hz的定時脈沖輸出,以便于在電能表的外部對時鐘精度進行定期檢查。RTC-4553引腳及其電路圖如圖4所示。
其中,SCK、Sin、Sout與主處理器接口,用于發送控制指令或者傳輸日期時間數據,本系統日歷時鐘模塊采用電池作后備電源,以確保在停電狀態下,日期時間的準確無誤。
多功能電能表的軟件設計
數據結構設計
多功能電能表涉及的數據類型種類繁多。按字節分包括單字節、雙字節、三字節、四字節和六字節等,按表征的意義分有時間、時刻、電壓、電流、有功功率、無功功率、有功電能、無功電能、次數、功率因數、門限、狀態字、系數、表號等。復雜的數據類型對數據結構的設計提出了較高的要求,本實現方案通過采用多種數據尋址方式和多種類型存儲器較好地解決了這一問題。
數據結構設計要點
系統的數據存放方式有:內部ROM、RAM和外掛EEPROM。
內部ROM用來存放大量的常數表格,RAM用于存放臨時變量和堆棧,本方案需要2.5KB左右的RAM,串行EEPROM則存儲各種用戶電量數據和設表參數,通過12C總線與CPU交換數據,電能表按設計需求的最大要求大約需要250KB的EEPROM,本方案采用8片256位EEPROM通過級聯來實現。
數據尋址方式
EEPROM數據訪問采用兩種方式;直接地址訪問,通過數據的EEPROM地址直接讀寫數據;數據ID尋址,通過數據的編碼讀寫數據。
通信口復用功能設計
紅外通信和RS-485共用一個串行口(RxD/TxD)通信,由于串行口通信開始都有一低電平位(0),因此將紅外接收端(與485接收端用一三極管隔開)引到一中斷引腳INTP1,通過其引發的中斷可判斷串行口數據是否來自紅外。發送時按時應方式發送,使其不互相干擾。由于紅外通信和遙控接收用同一接收管,因此在判斷紅外來源的中斷中啟動定時器INTTM4檢測紅外接收端,如果檢測到脈沖寬度為9ms或0.56ms,則判斷為紅外遙控,并根據定時檢測遙控編碼;否則判斷為紅外產生的串行口接收中斷,并將定時檢測關閉。
紅外38.4kHz調制信號由CPU內部分頻輸出(P05/PCL)。f=fx/27=4.9152/128=38.4kHz。
因紅外發送字節之間可選有15～20ms的延時,而485通信則不需要延時。數據發送在發送中斷中進行,紅外通信在發送操作后立即關閉發送中斷允許,待延時時間到后再允許發送中斷。
多功能表程序流程圖
電子式多功能電能表主要針對國內市場三相用電的工業用戶。隨著電力行業改革深入,工業三相用電對多功能電能表的需求大量增加。目前國內多功能表種類少、價格較高、功能不完善,往往僅是針對某些地區的特定要求開發,缺乏通用性,某些產品未能完全達到國標的要求。本文介紹的電子式多功能電能表正是為了適應這種市場需求而設計的。
這是一款智能型高科技電能計量產品,該表可以同時計量正/反向有功電能、正/反向無功電能、四象限無功電能,還具有多費率控制,負荷曲線記錄,各相失壓、過壓、頻率超限記錄,數據LCD顯示等多種功能。主站可以通過RS-485總線或手持紅外抄表器對該電表進行查表、設表、抄表等操作。
軟件代碼全部采用C/C++語言編寫,編碼效率高,可維護性好,便于實現模塊化設計,可根據用戶的需求方便地對功能模塊進行裁剪。而且代碼經過優化,其生成的目標代碼大小和執行效率已與匯編代碼相差無幾。該產品的技術指標全面符合GB/T17215-1998《1級和2級靜止式交流有功電度表》、DL/T614-1997《多功能電能表》和DL/T645—1997《多功能電能表通信規約》的要求。
多功能電能表的總體結構和硬件設計
多功能表總體結構
電子式多功能電能表硬件的核心MCU主控制器,它負責按鍵輸入掃描、工作狀態檢測,計量數據的讀入、計算和存儲、電表參數的現場配置以及與外界的通信控制等。其主要功能單元包括MCU主控制器單元、電量計量模塊、紅外和RS—485通信模塊、校表模塊、EEPROM存儲陣列等;其他輔助模塊主要有:時鐘日歷電路、工作異常報警電路、按鍵輸入電路、復位和看門狗電路、開關電源模塊和后備電池電路、大屏幕液晶顯示模塊和LED顯示模塊。多功能表總體結構框圖如圖1所示。
高性能主控制器單元
主控制器采用NEC公司8位單片機中的高檔產品uPD78P0338。該款單片機為120腳QFP封裝,單片集成有60KBFlash、一個異步通信串行口、40x4段LCD驅動器、高達10MHz的總線時鐘和10路10位精度的ADC,并可通過簡單的接口進行在系統編程,極大地方便在線調試和軟件升級。并且支持高級語言,較好地滿足了多功能表任務繁多、數據量龐大、算法較復雜的功能要求。
串口復用通信單元
通信電路模塊主要包括TSOPl838紅外接收頭、紅外發射二極管、載波電路、MAX487專用485收發電路、驅動/開關二極管和其他元件。
本電能表為便于用戶抄表,設計有紅外本地抄表和RS-485集中抄表兩種串行抄表方式,因為uPD78F0338僅有一個串口,故通信電路設計時采用串口復用技術。由9012、9014和若干電阻等器件組成互補開關,由MCU的一個I/O口來控制紅外和RS-485通信方式的切換,如圖2所示。
高精度電量計量模塊
計量模塊由高精度專用電能計量芯片SA9904,電流互感器和其他電路元件組成。SA9904是Sames公司生產的一款三相雙向功率/電能計量芯片,可以計量有功/無功功率、電壓、頻率、相序異常等,可以單獨計量每一相的用電信息,符合IEC521/1036標準,可達到1級交流電能表的精度要求,各數據寄存器具有24位精度,可通過三線SPI接口與CPU交換數據。從而可以較好地適應多功能表需要計量多種電量數據的要求。SA9904引腳及其電路圖如圖3所示。
其中,CLK、DO、DI構成與MCU控制器的接口,用于傳輸控制命令和測得的電量數據,IIps、IIPt、IIPr用來對電流取樣,IVPl、IVP2、IVP3用來對電壓取樣。
時鐘日歷模塊
時鐘電路采用EPSON生產的RTC-4553實時時鐘芯片。內部集成了32.768kHz的石英晶體振蕩器,簡化電路,并可以根據需要進行自由設置以得到較高的頻率;同時集成有時鐘和日歷計數器,可選擇24或12小時顯示模式,時鐘可通過軟件方式進行間隔30秒的調整,并提供0.1Hz或1024Hz的定時脈沖輸出,以便于在電能表的外部對時鐘精度進行定期檢查。RTC-4553引腳及其電路圖如圖4所示。
其中,SCK、Sin、Sout與主處理器接口,用于發送控制指令或者傳輸日期時間數據,本系統日歷時鐘模塊采用電池作后備電源,以確保在停電狀態下,日期時間的準確無誤。
多功能電能表的軟件設計
數據結構設計
多功能電能表涉及的數據類型種類繁多。按字節分包括單字節、雙字節、三字節、四字節和六字節等,按表征的意義分有時間、時刻、電壓、電流、有功功率、無功功率、有功電能、無功電能、次數、功率因數、門限、狀態字、系數、表號等。復雜的數據類型對數據結構的設計提出了較高的要求,本實現方案通過采用多種數據尋址方式和多種類型存儲器較好地解決了這一問題。
數據結構設計要點
系統的數據存放方式有:內部ROM、RAM和外掛EEPROM。
內部ROM用來存放大量的常數表格,RAM用于存放臨時變量和堆棧,本方案需要2.5KB左右的RAM,串行EEPROM則存儲各種用戶電量數據和設表參數,通過12C總線與CPU交換數據,電能表按設計需求的最大要求大約需要250KB的EEPROM,本方案采用8片256位EEPROM通過級聯來實現。
數據尋址方式
EEPROM數據訪問采用兩種方式;直接地址訪問,通過數據的EEPROM地址直接讀寫數據;數據ID尋址,通過數據的編碼讀寫數據。
通信口復用功能設計
紅外通信和RS-485共用一個串行口(RxD/TxD)通信,由于串行口通信開始都有一低電平位(0),因此將紅外接收端(與485接收端用一三極管隔開)引到一中斷引腳INTP1,通過其引發的中斷可判斷串行口數據是否來自紅外。發送時按時應方式發送,使其不互相干擾。由于紅外通信和遙控接收用同一接收管,因此在判斷紅外來源的中斷中啟動定時器INTTM4檢測紅外接收端,如果檢測到脈沖寬度為9ms或0.56ms,則判斷為紅外遙控,并根據定時檢測遙控編碼;否則判斷為紅外產生的串行口接收中斷,并將定時檢測關閉。
紅外38.4kHz調制信號由CPU內部分頻輸出(P05/PCL)。f=fx/27=4.9152/128=38.4kHz。
因紅外發送字節之間可選有15～20ms的延時,而485通信則不需要延時。數據發送在發送中斷中進行,紅外通信在發送操作后立即關閉發送中斷允許,待延時時間到后再允許發送中斷。
多功能表程序流程圖
簡而言之，電子信息工程就是借助信息電子化技術，不斷獲取信息、處理信息的一種手段。近些年來，隨著我國現代技術的逐步完善，電子信息工程在一定程度上取得了較大的成果，其高效性、便利性、準確性也常被人津津樂道。但是，不得不承認的是，我國的電子信息工程設計還存在著諸多弊端，例如：核心技術和長遠發展戰略的缺乏。一方面，由于我國電子信息工程設計起步較慢，因此在發展過程中對于國外技術的依賴較大，這是無法忽視的隱患之一，我們必須及時有效的研發新技術來擺脫這一現狀。另一方面，電子信息工程設計的發展受到企業經濟情況和對外認知的影響，我國的企業普遍缺乏創新性和可持續發展的觀念，因此，無法制定有效優質的可持續發展戰略?？偠灾?，自動化技術在電子信息工程領域的應用，是符合時展要求的。
2自動化技術在電子信息工程設計中的逐步應用
自動化技術，是一種綜合了信息技術、控制技術、電子技術等一系列高新科技的混合體，其在一定程度上，代表著尖端高新領域的發展。自動化技術由于其在控制領域的巨大創新，受到了現代工業的廣泛應用和追捧。因此，將自動化技術引入電子信息工程設計中進行應用，獲得了業界的一致認可。
2.1引領電子信息工程設計朝著機械化和一體化的方向不斷發展
自動化技術中最突出的特點就是，能在最大程度上用機械代替人力進行一系列工業生產和發展。因此，自動化技術的應用，在一定程度上能夠直接體現項目、工程的機械化程度，這也正是其受到廣泛應用和追捧的主要原因。而電子信息工程單純是由計算機技術和電力電子技術等高新科技支撐、發展的，電子信息工程設計在一定程度上缺乏相應的機械一體化能力。因此，兩者之間存在著諸多不可避免的聯系，與此同時，將兩者進行有機的結合在一定程度上是一個發展的契機，一方面，可以促進電子信息工程設計朝著機械化方向大力發展；另一方面，還能在一定程度上提高電子信息工程設計的效率。因此，在電子信息工程設計中逐步應用自動化技術是一個不可多得的明智之舉，是工業發展的必然要求。
2.2進一步提高電子信息工程設計的智能控制能力
眾所周知，電子信息工程設計是通過對電子設備的研究、設計及其開發等手段，進而對電子信息進行一系列有效的控制和處理?？偠灾?，電力信息工程設計是基于信息，進行一系列操作運行的。而自動化技術在信息的儲存和處理上有著引人注目的驕人成績，因此，在電子信息工程設計中引入自動化技術能在根本上改善提高其對于信息的智能化操作水平。換而言之，自動化技術和電子信息工程技術的融入能在最大程度上改善、提高對于信息的智能控制能力。
2.3在電子信息工程控制方面的提高
對于電子信息工程設計而言，電路分析和計算機控制這兩部分尤為關鍵。而自動化技術在電路分析和設計方面有著不可忽視的主導地位，例如：三相電力、互感電路以及雙口網絡。也就是說，一旦自動化技術開始應用于電子信息工程設計，自動化技術在各方面電路的高超本領也將注入電子新型工程設計。而計算機控制本來就和自動化技術有著密不可分的聯系，因此，自動化技術的全力支持對于計算機控制的提高是不可或缺的?？偠灾?，自動化技術在電子信息工程設計中的應用，能夠電子信息工程控制方面帶來極大幅度的提高。
2.4輔助電子信息工程的具體設計
自動化技術的應用，對于計算機設計效率的提高而言，存在著關鍵性作用。自動化技術能夠從根本上改善原本效率低、準確性低的陳舊計算機制圖方法。因此，在計算機制圖方面，一旦應用了自動化技術，設計者只需在固定程序中輸入所采用的數據和規模，計算機就能自動輸出設計。并且，其對于制圖方面的應用涵蓋了建筑、紡織、電子等方方面面，這能給我們帶來極大的便利。因此，自動化技術在電子信息工程設計中的應用，能夠在最大程度上提高其工作準確度和工作效率。
2.5引領電子信息工程設計走向更好的明天
自動化技術所涵蓋的技術領域和其技術能力，是迄今為止最廣和最高的。這也能從側面說明，在電子信息工程領域大面積應用自動化技術是時代要求，是大勢所趨。例如，在信息處理方面，現階段除了自動化技術之外，沒有任何技術能對信息處理的如此全面和高效。在智能操控方面，也沒有任何技術能夠超越自動化技術的完美操控。與此同時，在計算機處理方面，自動化技術對于制圖的輔助能力也是其他技術所無法匹敵的。而信息的高效操作能力，工程的智能操控手段以及對于計算的制圖的輔助，對于電子信息工程設計而言都是必不可少的一部分。因此，在電子信息工程設計中大力推廣及應用自動化技術是大勢所趨，是社會發展的必要進程。
3結束語
總而言之，無論是電子信息工程的設計，抑或是自動化技術，兩者對于我國工業的發展都存在著至關重要的作用。任何一方的缺失都可能會，造成工業發展的滯后甚至停滯。因此，只有在電子信息工程設計中全面應用自動化技術，在最大程度上將兩者進行一個有機結合，才能使兩者完好的發揮出各中高效作用，進而才能推動著我國工業的快速進步。
作者:王玲 單位:西安鐵路職業技術學院
引用：
[1]尹坤任.自動化技術在電子信息工程設計中的應用[J].電子技術與軟件工程,2014,01:253.
