時間：2023-02-28 15:37:22
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關鍵詞：PCI總線接口控制器S5933甚高速紅外控制器HHH（1,13）編解碼
PCI（PeripheralComponentInterconnect）局部總線[1]是一種高性能、32位或64位地址數據多路復用的同步總線。它的用途是在高度集成的外設控制器件、擴展卡和處理器/存儲器系統之間提供一種內部的連接機構，它規定了互連機構的協議、機械以及設備配置空間。PCI局部總線因具有極小延遲時間、支持線性突發數據傳輸、兼容性能以及系統能進行全自動配置等特點受到業界青睞。PCI總線規范2.1版本還定義了由32位數據總線擴充為64位總線的方法，使總線寬度擴展，并對32位和64位PCI局部總線外設做到向前和向后兼容。
目前微機之間的紅外通信是基于IRDA-1.1標準的紅外無線串行SIR通信，參考文獻[2]給出了基于ISA總線的紅外無線串行通信卡的設計及實現，該通信卡的數據速率為9.6kbps～115.2kbps，工作距離0～3m。但由于RS-232端口的最高數據速率上限為115.2kbps，不能滿足IRDA-1.4規范甚高速紅外VFIR16Mbps速率要求，所以使用了PCI同步總線擴展外設的方法設計甚高速紅外控制器。雖然ISA總線的傳輸速率能滿足甚高速紅外控制器設計要求，但目前許多微機系統已經逐漸淘汰ISA/EISA標準總線。原因是高速微處理器和低速ISA總線之間不同步，造成擴展外設只能通過一個慢速且狹窄的瓶頸發送和接收數據，使CPU高性能受到嚴重影響。
1HHH（1,13）編解碼
2001年5月，紅外無線數據協會IRDA了紅外串行物理層規范IRDA-1.4[4]；它與前期的物理層規范的主要區別在于增加甚高速紅外VFIR16Mbps數據速率的編解碼技術和幀結構，而其它如視角范圍、發射器最小（大）光功率和接收器靈敏度等規范基于相同。紅外串行物理層規范IRDA-1.4規定數據速率小于4Mbps采用RZI（歸零反轉）調制，最大脈沖寬度是位周期的3/16或1/4；數據速率4Mbps采用4PPM（脈沖位置調制）；數據速率16Mbps采用HHH（1,13）碼。
IRDA提出的VFIR編解碼技術-HHH（1,13）碼是碼率為2/3，（d,k）=(1,13)的RLL（run-length-limited）碼；它是一種功率消耗和頻帶利用率相對折中的高效編碼，其中參數d、k分別表示在兩個''''1''''之間最小和最大的''''0''''的數目，參數d決定接收信號中有無碼間干擾ISI，參數k決定接收器能否從接收序列中恢復時鐘。HHH(1,13)碼的帶寬效率使數據通信能夠選擇成本很低、上升/下降時間為19ns的LED。功率效率避免了LED的熱問題，它能保證1m距離范圍內保持鏈接。1m距離16Mbps鏈路可達到過去4Mbps鏈路的驅動電流和功耗。HHH（1,13）碼和4PPM碼（用于4Mbps）的顯著區別是HHH(1,13)碼決不允許一個紅外脈沖緊跟前一個紅外脈沖，脈沖之間應該保持一個chip時間差。由于光電管工作區域內有少量載流子的慢輻射，使LED或光電二極光表現出拖尾效應，HHH（1,13）碼能夠兼容拖尾效應，從而允許在chip時間周期內脈沖的擴展。
雖然HHH（1,13）碼的設計過程比較復雜，但IRDA-1.4標準已經詳細給出了編譯碼邏輯方程和電路，所以實現起來比較容易。筆者使用AlteraMAX+plusII進行邏輯功能仿真，并用GW48EDA實驗系統進行硬件偽真，驗證HHH（1,13）碼編譯碼電路設計的正確性。
2甚高速紅外VFIR控制器的硬件設計
由于PCI總線規定了嚴格的電氣特性，開發PCI總線的應用具有很大難度，因此使用AMCC（AppliedMicroCorporation）公司推出的PCI接口控制器S5933實現紅外控制器PCI總線接口規范[5]。甚高速紅外VFIR控制器原理框圖如圖1所示。選用Altera公司的FLEX10K系列現場可編程門陣列器件實現S5933與紅外TX/RXFIFO、寄存器的傳輸控制和邏輯時序以及紅外接口控制邏輯和紅外收發器接口功能模塊（CRC校驗、編解碼以及串/并轉換）。甚高速紅外VFIR控制器工作原理如下：首先由AMCCS5933外部非易失性串行EEPROMAT24C02下載PCI配置空間，然后主機通過直通（PassThru）寄存器數據訪問方式向紅外接口控制寄存器寫控制命令[3]。紅外接口控制邏輯根據控制命令發出控制信號，使整個紅外控制器處于準備狀態。當上層協議發出數據發送事件時，紅外接口控制邏輯發出消息，通知主機啟動S5933總線主控讀操作，把上層數據寫到外部紅外TXFIFO數據緩沖器；同時紅外接口控制邏輯根據TXFIFO狀態把TXFIFO的數據發送到紅外收發器接口，進行鎖存、并/串轉換、CRC校驗和編碼，最后通過VFIR收發器發送數據。同理VFIR收發器接收到的數據經過譯碼、CRC校驗、串/并轉換和鎖存，寫入RXFIFO數據緩沖器。紅外接口控制邏輯觸發上層協議發出數據接收事件接收數據，主機啟動S5933總線主控寫操作向上層協議遞交數據，數據傳輸完成上層協議發回消息，通知數據接收完成。下面重點分析S5933與紅外TX/RXFIFO、紅外寄存器組訪問控制邏輯以及紅外接口控制邏輯和紅外接發器接口功能。
2.1紅外TX/RXFIFO與紅外控制寄存器組控制邏輯
AMCCS5933支持3個物理總線接口：PCI總線接口、擴充總線接口和非易失性EEPROM總線接口。非易失性EEPROM用于映射PCI的配置空間及設備BIOS的初始化；擴充總線可以與外設設備互連。主機和外設之間可以利用S5933的郵箱寄存器、FIFO寄存器、直通寄存器（Pass-Thru）數據傳輸方式雙向傳輸數據。
紅外寄存器組包括紅外接口控制寄存器和狀態寄存器。本文中甚高速紅外控制利用S5933直通寄存器單周期數據傳送向紅外接口控制寄存器寫控制字，由Pass-Thru邏輯控制電路把地址和數據分離開，直通地址寄存器（APTA）經374鎖存并譯碼，選通紅外接口控制寄存器，同時把直通數據寄存器（PTDA）的低字寫入紅外控制器；該接口控制寄存器的數據寬度為16位，包括紅外控制器始能、工作模式（UART、SIR、MIR、FIR、VFIR）的設置，接收或發送數據的選擇以及滿足SIR模式下多波特率的分頻數。紅外接口控制寄存器結構定義如圖2。
同理使用直通寄存器方式獲取紅外接口狀態寄存器的狀態。紅外接口狀態寄存器結構定義如圖3。
為滿足高速數據傳輸，利用S5933FIFO寄存器總線主控方式下的同步猝發（Burst）操作（DMA傳送）完成主機與紅外TX/RXFIFO的數據傳輸。PCI接口首先初始化S5933作為總線主控設備，然后由PCI接口向主控讀/寫地址寄存器（MRAR/MWAR）寫入要訪問的PCI存儲空間地址，向主控讀/寫計數器（MRTC/MWTC）寫入要傳輸的字節數。S5933提供了4個專用引腳RDFIFO#、WRFIFO#、RDEMPY#和WREULL#控制內部FIFO與外部FIFO的數據傳輸接口邏輯。接收/發送FIFO的數據寬度都是32位，分別由4片8位數據總線的IDT72220FFO數據位擴展實現。該FIFO既為PCI接口提供數據緩沖，又為紅外收發器接口提供訪問數據。S5933與紅外TX/RXFIFO、紅外寄存器組的數據訪問控制邏輯如圖4。
2.2紅外接口控制邏輯
根據紅外接口控制寄存器控制字，紅外接口控制邏輯實現外部RX/TXFIFO與紅外收發器接口之間的數據傳輸和邏輯時序。它的工作原理如下：根據控制字，首先啟動紅外收發器接口CRC校驗、編解碼器和可編程時鐘（RX/TXFIFO讀/寫時鐘RCLK、WCLK和編解碼時鐘fclock），然后根據控制字的TX/RX位決定是接收還是發送數據。發送數據時，TXFIFO緩沖器不為空，TXFIFO的EF信號就觸發紅外接口控制邏輯發TXFIFO讀操作信號ENR#，讀取TXFIFO的數據（數據寬度32位）傳給紅外收發器接口進行CRC校驗、編碼以及并/串轉換。同理當甚高速紅外控制器接收數據時，紅外收發器接收到的數據經過譯碼、串/并轉換（數據寬度32位），然后觸發紅外接口控制邏輯發出紅外接收FIFO的寫操作信號ENW#，把接收數據寫入紅外接收FIFO。當RXFIFO寫滿后，觸發控制邏輯發出S5933FIFO寫信號WRFIFO#，上層協議啟動PCI接口初始化S5933為同步主控寫操作實現紅外接收FIFO到主機內存的數據傳畀。另外紅外接口邏輯還實現紅外接口狀態寄存器狀態的配置，以方便上層協議了解紅外控制器工作狀態。
2.3紅外收發器接口
紅外收發器接口的設計與實現是紅外控制器成功的關鍵。該接口需要實現各種工作模式（SIR、MIR、FIR、VFIR）的編解碼器和硬件CRC校驗、設計比較復雜。編碼器前、譯碼器后，數據都要進行硬件CRC校驗實現差錯控制。SIR模式采用RZI（歸零反轉）編碼，信號為高電平，調制為低電平；信號為低電平，調制為高電平脈沖，最大脈沖寬度是位周期的3/16。MIR模式也采用RZI（歸零反轉）編碼，但最大脈沖寬度是位周期的1/4。FIR模式采用4PPM（脈沖位置調制）調制，它的原理是被編碼的二進制數據流每兩位組合成一個數據碼元組（DBP），其占用時間Dt=500ns，再將該數據碼元組（DBP）分為4個125ns的時隙（chip），根據碼元組的狀態，在不同的時隙放置單脈沖。由于PPM通信依賴信號光脈沖在時間上的位置傳輸信息，所以解調時先保證收發雙方時隙同步、幀同步，然后根據脈沖在500ns周期中的位置解調出發送數據。考慮到紅外收發器通信距離突然變化引發脈沖寬度擴展，發生碼間干擾，導致譯碼出錯，因此根據HiroshiUno提出的新算法[7]簡化4PPM譯碼過程，并通過實驗驗證該算法比最大似然譯碼算法結構更簡單，功耗更低，而且更容易實現。
VFIR模式采用HHH（1，13）編解碼技術。編碼器原理：為了正確實現編碼，要求在計算內部碼字C=(c1,c2,c3)之前，在nT(T表示一個chip時間)時刻到達編碼器輸入端的輸入數據碼元組d=(d1,d2)經過3個編碼周期（每個編碼周期是3T）的延時后進行邏輯計算，得到下一狀態矢量值N=(s1,s2,s3)，即與輸入數據有關的N出現在（n+9T）時刻；再經過一個編碼周期，即（n+12T）時刻，狀態N賦給內部狀態矢量S=(s1,s2,s3)，同時計算與輸入數據碼元組d=(d1,d2)有關的內部碼字矢量C=(c1,c2,c3)，再經過一個編碼周期，內部碼字C賦給輸出碼字矢量Y=(y1,y2,y3)。由此可見16Mbps的數據速率經過編碼器變為24Mchip/s編碼速率，整個編碼過程延時5個編碼周期即15個chip。注意編碼器初始狀態S應設置為（1，0，0）。譯碼器原理：輸入數據R=(r1,r2,r3)經過鎖存器延時得到矢量Y4=(y10,y11,y12)，對Y4進行不同的延時得到Y3、Y2及Y1。這里矢量Yi是Y4的4-I次延時（由鎖存器實現延時）；對Y4進行或非運算得到Zd，再將Zd進行不同的延時得到Zc和Zb。這里Zc、Zb、Zd是變量，然后將Y4、Y3、Y2、Y1、Zb、Zc、Zd進行邏輯運算、延時分別得到矢量X1=(x1,x2)、X2=(x3,x4)、X3=(x5,x6)；最后將x1、x2經過鎖存器得到譯碼器輸出矢量值U=(u1,u2)。整個譯碼過程延時4個周期即12個chip。可見HHH（1,13）編譯碼電路比較簡單，利用FPGA基于門級描述即可實現，但必須注意鎖存器時鐘fclock=1/3fchip。VFIR模式增加線性反饋移位寄存器（LFSR）實現加擾和解擾功能提高系統性能，減少誤碼。
圖4S5933與紅外接收/發送FIFO，紅外寄存器組數據訪問控制邏輯圖
3甚高速紅外VFIR控制器的軟件設計
由于雙燃料發動機是在原有柴油發動機的基礎上改裝而成，因此發動機必須符合一定的工作狀態，才可以通過轉換在雙燃料狀態下工作，或者在一定條件下，發動機在雙燃料狀態下才具有良好的效果。一般情況下，當發動機水溫高于50℃時，發動機才適合在雙燃料狀態工作。為了更好地使用和保護發動機，燃料轉換機構應該保證在發動機水溫滿足一定的條件進，才可以轉換到雙燃料工作狀態。為實現燃料轉換的順利進行，研制了燃料轉換控制機構。
1系統方案設計
轉換機構的邏輯控制單元主要用來接收司機的轉換信號X1、發動機的水溫信號X2、高壓天然氣的壓力信號X3及燃料轉換機構工作狀態的反饋信號X4等，先進行一定的邏輯判斷，發出適當的指令，完成指定的任務。然轉換機構示意圖如圖1所示。
然轉換機構的機械執行部分必須能夠將邏輯控制單元的指令信號化為機械運行，以實現燃料轉換的目的，這一功能由開關電磁鐵完成。在方案設計中，要求開關電磁鐵的兩種位置對應機械執行部分的兩種工作狀態，即雙燃料工作狀態和純柴油工作狀態。通過機械部分的連動，傳動機構切斷或連接加速踏板的運動，控制調速器控制桿的運動狀態。當加速踏板對調速器起作用時，調速器控制桿決定發動機的運動，此時邏輯控制部分關閉高壓天然氣閥與電控單元（ECU），這就是純柴油工作狀態。當加速踏板的運動向調速器控制桿的傳遞被機械部分切斷時，調速器控制桿被固定在怠速油量位置，邏輯控制單元開啟天然氣高壓閥并給電控單元（ECU）發送工作信號，這就是雙燃料工作狀態。這樣，司機只需板動轉換開關，由它發出指令，邏輯控制單元根據接收的信號作出判斷，同時驅動外沿器件，即可實現純柴油與雙燃料兩種工作狀態的轉換[1]。
2邏輯控制單元設計
邏輯控制單元主要實現信號的接收、判斷和發送。主要由三個部分組成，即邏輯判斷部分、外沿接口部分和電源轉換部分。
邏輯控制單元的工作過程如下：外沿接口部分將接收的模擬信號轉化為數字信號傳遞給邏輯判斷部分后，由邏輯判斷部分判斷轉換條件是否滿足，并發出控制指令；再由外沿接口部分將指令轉化為對應器件能識別的信號，如驅動電源閥的大電流等。電源部分主要是將汽車電瓶的12V電壓轉換為邏輯控制單元上電子元件所需要的電壓（5V）。
2.1邏輯判斷部分
邏輯判斷部分接收外沿接口部分傳來的數字信號，進行判斷后發出適應的指令。
在此規定：在司機將轉換開關轉換到雙燃料工作位置時，轉換信號x1=1，而純柴油位置時，X1=0；當水溫達到雙燃料狀態的要求時，水溫信號x2=1，否則x2=0；當高壓天然氣在允許使用的最小壓力以上時，天然氣氣壓信號x3=1，否則x3=0；當機械部分處于雙燃料工作狀態時，反饋信號x4=1，當機械部分恢復純柴油工作狀態時，反饋信號x4=0。邏輯判斷部分發出的指令有：啟動開關電磁鐵信號Y1（供電時開關電磁鐵工作，將機械部分轉換至雙燃料工作狀態時Y1=1，否則Y1=0），啟動高壓天然氣電磁閥信號Y2（供電時電磁閥開啟時Y2=1，否則電磁閥關閉Y2=0），故障信號Y2（有故障時故障信號燈供電Y3=1，否則，Y3=0），啟動電控單元（ECU）信號Y4（給ECU供電使其工作時Y4=1，否則Y4=0）。
由以上分析得出以下各輸出信號與輸入信號的邏輯關鍵式：
Y1=X1X2X3
Y2=X1X2X3X4
Y3=X1X4+X1X2X3X4
X4=X1X2X3X4
由于邏輯關系比較簡單，采用TTL電路，由74系列的芯片完成其邏輯判斷功能，邏輯部分的電路圖如圖2所示[2]。圖中，7411和7408是與門，7404是反相器，7402是或非門。輸入信號是X1、X2、X3、X4，輸出信號是Y1，Y3，Y4。由于Y2=Y4，所以高壓天然氣的電磁閥和電控單元（ECU）的驅動電路都可以由Y4來控制。
2.2外沿接口電路
因為有些器件的輸出信號是模擬量，如水溫傳感器輸出的是可連續變化的電壓信號，邏輯控制單元無法直接接收并辨識判斷，因此就需要有外沿接口電路將其轉化為數字信號。
外沿接口電路的另一個作用就是將邏輯判斷部分的指令轉化為一些器件所需的電信號，如電流信號等。
2.2.1電壓比較器
在邏輯控制單元中，有兩處需要用到電壓比較器，一個是水溫傳感器的接口，另一個是天然氣壓力傳感器的接口。
對比較器LM311給定一個參考電壓，當輸入電壓低于參考電壓時，比較器輸出的電壓為低電平，高于參考電壓時，輸出電壓為高電平。
2.2.2驅動電路部分
在燃料轉換機構的驅動器件中，開關電磁鐵和高壓天然氣截止閥需要較強的工作電流，驅動電路部分采用固態繼電器，將邏輯判斷部分的指令轉換為較強的電流信號。
圖3為高壓天然氣截止閥的驅動電路，器件01為固態繼電器。當發動機處于雙燃料狀態工作時，燃料轉換機構工作，邏輯判斷部分發出指令，使Y4=1，為高電平，經U2（7404，反相器）后，B點的電熱UB為低電平，面A點的電勢UA比點B高，這時固態繼電器的輸入端接通，輸出端也導通。輸出端CD一旦接通，電磁閥HPVALVE兩端就會加上12V的額定工作電壓，使減壓器前的高壓天然氣閥門打開，天然氣經減壓進入發動機。當邏輯判斷部分發出的指令使電磁閥關閉時，Y4=0，經反相器后，B為高電平，UA=UB，固態繼電器的輸入端沒有電流通過，輸出端不導通，電磁閥在彈簧力的作用下恢復常閉狀態。
圖4為開關電磁鐵的驅動電路，其中器件U8是74123芯片，器件02、03是固態繼電器，線圈PUSH是開關電磁鐵的吸入線圈，HOLD則是其維持線圈，電源VDD為24V。當然轉換機構轉換到雙燃料工作狀態時，從74123的B腳輸入的Y1從低電平向高電平跳轉，迷種變化會讓74123的輸出端Q輸出一個瞬時的高電平脈沖電流，維持時間為ΔT。經反相器7404后，A點的電勢UA將會出現同樣脈寬的低電平，固態繼電器02的輸入端也有ΔT時間的電流通過，這時固態繼電器02的輸出端出現ΔT時間的導通。在這段時間內，很強的吸入電流通過開關電磁鐵的吸入線圈，產生足夠的電磁力吸入電磁鐵的鐵芯。脈寬ΔT的選擇應該參考開關電磁鐵的性能參數設定，既要滿足吸入鐵芯的要求，又不能太長導致線圈燒毀。
ΔT是通過選擇電阻R10和電容C3的值來確定的。本處ΔT取為1秒，R10=1000Ω，C3=1000μF。
從產生機理上講，開關電磁鐵的維持電流與高電壓天然氣電磁閥的工作電流是同樣的機理：當Y1=1時，存在維持電流，鐵芯維持在吸入狀態；當Y1=0時，不存在維持電流，鐵芯在回位彈簧的作用下恢復原來的伸出位置。
2.3電源部分
電源部分是以VOLTREG（7805）為核心的調壓電路。汽車電瓶上提供的是12V電源，而邏輯控制單元的芯片的工作電壓都是5V，因此需進行電壓轉換。圖5為電源部分的電路圖，輸入12V，輸出點VCC的電壓為5V。
可編程控制器課程單元，是對于在電子電器以及拖動設備中設置的邏輯控制單元原理和應用方式進項簡潔介紹的課程單元，早期的PLC只能做些開關量的邏輯控制，因而叫PLC。近年來，PLC采用微處理器作為中央處理單元，不僅有邏輯控制功能，還有算術運算、模擬量處理甚至通信聯網功能，正確應稱為PC。但為了與個人計算機有所區別，仍稱其為PLC。盡管功能在逐步強大，但是由于該技術是依托于成熟的儲存模塊，通過寫入讀出進行控制過程設置的一項實用性技術，其現實應用雖是集通信技術、計算機技術以及自動化技術為一體的新型自動控制裝置，但組裝方便，編程簡單，適合大規模格式化應用，因此對學習者的基礎要求和編程能力沒有特殊要求，可以作為一種實用性技術作為教學目標。尤其是對于學習電力自動化和電子電器的學生，學好可編程自動化課程對于熟悉自動化控制原理以及將來在工作實踐中，能夠得心應手的處理電器問題以及簡單設計一些控制單元有著決定性的作用，因此對于中等職業學校的可編程控制器教學單元課程設計的好壞，不僅決定了學校自動化控制專業的水平，也同時決定了學校的畢業生是否能夠順應社會，成為社會上可造之材的關鍵課程，不得不引起電子電器以及自動化控制專業的專業課程所重視，并花大力氣解決教學課程設計等工作。
2可編程控制器教學的主要課程目標
可編程控制器技術，是現代工業自動化三大支柱之一，其目標就是實現設計意圖和設備運行的即時通信。隨著教育的發展，教會學生了解可編程控制器的原理，以及工作特點是課程的首要任務，也是教育要面向未來的最基本要求，這是現代工業對對課程設計的主要現實要求。而對課程目標而言，就是要順應這一時代要求，把這一體積小、組裝維護方便、編程簡單、可靠性高、抗干擾能力強的實用技術方法傳授給學生，使得學生能夠按照從業需求掌握相關知識和技能。
3教學課程的設計重點選擇
課程設計的基礎來源于所教授單元的結構體系，對于可編程控制器技術而言，它是設備電氣系統的心臟和交互傳輸中心，可編程控制器就是這一完整單元的承載者和實現者，而對于中等職業學校的學生而言，控制原理主要作為了解，而控制輸入單元的設計和運行原理就需要加大力度去了解，并加以熟練掌握，達到能夠簡單設計和故障排除的職業需求。同時對于中等職業學校的學生而言，執行機構由控制元件和開關系統指揮各類機械的運行對于這類學生是主要的學習目標，因此重中之重應該安排這部分的教學設計。
4課程設計的主要方法和教學途徑分析
4.1入門教育
可編程控制器科目的學習，對于中等職業技術學校的學生而言，很容易產生畏難情緒，以為像計算機編程語言一樣晦澀難懂，從而產生畏難情緒。因此初始教案的設計就應當有針對性的進行設計，從學生的興趣愛好入手，充分利用學生對知識的渴望和新鮮感，加以正確有效的引導。從身邊的PLC應用入手，講解相應專業同可編程控制器應用的關系，給學生描繪可編程控制器在城市便捷交通控制、生活設施，以及市場上流行的數控加工中心、機械手，甚至3D打印機應用的廣泛實例，激發學生獲取知識的欲望和好奇心，覺得它就在我們身邊。同時教師還可以配合激勵機制聯系就業市場的需求（有較多單位提出“懂得PLC者優先”），從而激發了學生的學習欲望。
4.2課程進度設計要素
根據學生素質參次不齊的現狀，中等職業教育可控制編程器課程單元應當是從簡單應用入手，增加學生學習的信心和勇于探索的內在需求。在現代科技飛速發展的今天，信息的來源層出不窮，充分發揮校園信息平臺，利用互聯網和各類科學技術講座，不斷灌輸自動化對生活的改變，讓學生身處可編程控制器帶來的驚喜改變中，把課程設計融入學生的個人生活中去，循序漸進讓學生從內心里接受知識，接受不斷進取、不斷獲取新知識新技能的內在動力。在享受科技發展帶來的便利和科技進步之余，也將自己融入科技進步的洪流中去，真正成為知識的主人。
4.3把課堂教學變成互動參與的知識殿堂
教學的主體最終還是學生自身，因此在課程設計上需要著重增加學生的主動性和參與度，可以采用老師下課題，分組收集相關知識點的方式，讓學生對所學內容進行外延和內涵的擴展活動，從學生收集的圖片資料和其他應用范例中獲取營養，在獲取知識的同時培養同學之間的合作意識和競爭意識，增添了學生學習的信心和對課程的濃厚興趣。對于可編程控制器這一實用但略顯枯燥的課程而言，直觀教學的方法無疑可以帶來良好的課程效果，在增加感性認識的同時，可以拓寬學生的知識視野，同時可以培養學生的觀察能力，同時也可以采用互動環節，讓同學們自助設計和制作示教板和器具以及簡易控制單元，從而使學生對理論知識，學生在感性直觀教學中易于理解、掌握。
4.4充分利用多媒體教學手段
中等職業技術學校的生源一般都來自城市周邊，對于工業化的理解并不直觀，尤其對于大型設備，大型流水線以及數控加工中心的認識一般都缺乏必要的認識。在實習和學習之前，充分利用多媒體輔助教學，就可以解決這一難題，充分利用多媒體技術制作教案，用豐富的設備設施充分體現可編程控制器的應用。同時對于晦澀難懂的理論也可以直觀的分化出來，把編程輸入和控制流程，直到各種控制動作的實現都一一展現在學生的面前，達到控制過程直觀呈現的效果，充分理解可編程控制器的控制原理，細化程序的設計理念和操作方法，摒棄枯燥的填鴨教學以避免給學生帶來畏難情緒。
4.5利用好實驗手段，展示課程魅力，提高學生學習興趣
眾所周知，實驗課是電子電器類課程最能吸引學生好奇心和創造性的科目，不但可以起到理論課的補充作用，更是強化學習效果的重要手段，在現代教學理念中還把實驗課作為檢驗學生學習能力和動手能力的主要考察方向，因此做為一個良好的課程設計，可謂不能不加以充分認識和利用。通過實驗，學生們充分的動手實驗，觀察現象和結論，不僅可以加深理解所學的基礎知識，同時通過實際的模擬實驗，可以直接了解將來工作中手動編程器的使用情況，是學生們走上社會后直接面對工作的捷徑，從而提高學生的社會適應性，增強學生的就業競爭力；而不單單是一種學習知識了解技能的工具。因此對于以造就實用型復合人才為培養目標的中等職業學校，充分利用好實驗手段，是教學課程設計的關鍵命題。
5結語
OPC作為微軟公司的對象鏈接和嵌入技術應用于過程控制領域，為工業自動化軟件面向對象的開發提供一項統一的標準，解決了應用軟件與各種設備驅動程序之間的通信問題。它把硬件廠商和應用軟件開發商分離開來，為基于Windows的應用程序和現場過程控制應用建立了橋梁，大大提高了雙方的工作效率。應用程序與OPC服務器之間必須有OPC接口，OPC規范提供了兩套標準接口:Custom標準接口和OLE自動化標準接口，通常在系統設計中采用OLE自動化標準接口。OLE自動化標準接口定義了以下3層接口，依次呈包含關系。OPCServer(服務器):OPC啟動服務器，獲得其他對象和服務的起始類，并用于返回OPCGroup類對象。OPCGroup(組):存儲由若干OPCItem組成的Group信息，并返回OPCItem類對象。OPCItem(數據項):存儲具體Item的定義、數據值、狀態值等信息。3層接口的層次關系如圖2所示。
2菇棚溫度控制系統的設計
2．1菇棚的溫度控制原理
寧夏南部山區杏鮑菇生產基地采用大棚式培養方式，作為對杏鮑菇生長起最重要影響的因素，溫度顯得尤為重要［8］。菇棚溫度采用自動記錄儀對溫度進行檢測，利用空調對菇棚溫度進行調節。由于溫度控制系統具有大時變、非線性、滯后性等特點，采用模糊控制非常合適［9－10］。本文對菇棚的溫度進行了控制設計，最終采用模糊PID控制方案，達到對溫度的實時控制，從而將出菇階段的溫度控制在14～17℃的范圍之內。菇棚溫度控制系統的原理如圖3所示。圖3中，虛線框內的部分在工業控制環境中大多由PLC等控制設備完成，而這些設備很難實現模糊PID的控制功能。因此，將虛線框部分在Simulink中實現，把在Simulink中創建的模糊PID控制器直接應用到現場設備中。菇棚實時溫度控制系統原理圖如圖4所示。圖4中，該系統以PCACCESS軟件作為OPC服務器，用MATLAB/OPC工具箱中的OPCWrite模塊和OPCRead模塊與Simulink進行數據交換。傳感變送裝置檢測溫度后將電信號傳送給S7－200PLC的模擬量輸入模塊EM231，經過A/D轉換后得出溫度值;PCACCESS軟件從PLC中讀取溫度值，通過OPCRead模塊傳送給Simulink;在Simulink中與設定的溫度值進行比較后，進行模糊PID計算，將結果通過OPCWrite模塊傳送給PCACCESS軟件，經PCACCESS軟件寫入到PLC中，計算分析得出數字量，輸出到模擬量輸出模塊EM232，經D/A轉換為電信號送給溫控裝置(空調)，實現對菇棚溫度的模糊PID控制。
2．2模糊PID控制系統
2．2．1模糊PID控制器的設計菇棚的溫度控制系統是一個復雜的非線性系統，很難建立精確的數學模型，而常規的PID控制則需建立被控對象的精確數學模型，對被控過程的適應性差，算法得不到滿意的控制效果。單純使用模糊控制時，控制精度不高、自適應能力有限，可能存在穩態誤差，引起振蕩［11－12］。因此，本文針對PID控制和模糊控制的各自特點，將兩者結合起來，設計了模糊PID控制器，可以利用模糊控制規則對PID參數進行在線修改，從而實現對菇棚溫度的實時控制，將出菇階段的溫度控制在14～17℃的范圍之內。基于上述分析，將菇棚溫度作為研究對象，E、EC作為模糊控制器的輸入，其中E為設定溫度值與實際溫度值的差值。PID控制器的3個參數KP、KI、KD作為輸出。設輸入變量E、EC和輸出變量的KP、KI、KD語言值的模糊子集均為{NB，NM，NS，ZO，PS，PM，PB}={負大，負中，負小，零，正小，正中，正大}，誤差E和誤差變化率EC的論域為{－30，－20，－10，0，10，20，30}，KP的論域為{－0．3，－0．2，－0．1，0，0．1，0．2，0．3}，KI的論域為{－0．06，－0．04，－0．02，0，0．02，0．04，0．06}，KD的論域為{－3，－2，－1，0，1，2，3}。為了論域的覆蓋率和調整方便，均采用三角形隸屬函數。根據對系統運行的分析和工程設計人員的技術知識和實際操作經驗，得出KP、KI、KD的模糊控制規則表，如表1所示。利用Simulink工具箱，建立系統的模糊PID控制器的模型，如圖5所示。2．2．2系統的仿真菇棚溫度的傳遞函數采用G(s)=e－τsαs+k。其中，α為慣性環節時間常數，α=10．3s/℃;k=0．023;τ=10s，為純滯后時間。設定菇棚溫度值為15℃，常規PID控制器的仿真結果如圖6所示，模糊PID控制器的仿真結果如圖7所示。結果表明，菇棚溫度控制系統采用模糊PID控制器具有超調小、抗干擾能力強等特點，能較好地滿足系統的要求。
3Simulink與S7－200PLC數據交換的實現
PCACCESS軟件是專用于S7－200PLC的OPC服務器軟件，它向作為客戶機的MATLAB/OPC客戶端提供數據信息。在菇棚溫度控制系統中，模糊PID控制器的輸出值和反饋值就是Simulink與S7－200PLC進行交換的數據。實現數據交換的具體步驟如下:1)打開軟件PCACCESSV1．0SP4，在“MicroWin(USB)”下，單擊右鍵設置“PC/PG”接口，本文選用“PC/PPI(cable)”。然后，右鍵單擊“MicroWin(USB)”進入“新PLC”，添加監控S7－200PLC，本文默認名稱為“NewPLC”。右鍵單擊所添加的新PLC的名稱，進入“NewItem”添加變量，本文為輸出值“wendu1”和反饋值“wendu2”，設置完成，如圖8所示。PCACCESS軟件自帶OPC客戶測試端，客戶可以將創建的條目拖入測設中心進行測試，觀察通信質量，如圖9所示。測試后的通信質量為“好”。2)打開MATLAB，在工作空間輸入命令“opctool”后，將彈出OPCTool工具箱的窗口，在該窗口的MAT-LABOPCClients對話框下單擊右鍵，進入“AddClient”添加客戶端，用戶名默認“localhost”，ServerID選擇“S7200．OPCServer”;與PCACCESS軟件連接成功后，在“S7200．OPCServer”中添加組和項，把在PCACCESS軟件中創建的兩個變量“wendu1”和“wendu2”添加到項中，操作完成后結果如圖10所示。3)新建Simulink文件，導入模糊PID控制器模型，調用OPCWrite模塊、OPCRead模塊和OPCConfigura-tion模塊，設置OPCWrite模塊和OPCRead模塊的屬性，把OPC工作組中的變量“wendu1”添加到OPCWrite模塊中，把變量“wendu2”添加到OPCRead模塊中，設置完成后兩個模塊與控制器相連，如圖11所示。這樣，基于Simulink和S7－200PLC的模糊PID實時溫度控制系統的設計就完成了。
4結論
傳感器芯體上面集成了測溫電阻與加熱電阻，測溫電阻能實時監測傳感器芯體的當前溫度，且反饋到控制電路的輸入端，作為溫度誤差信號的一個輸入端，形成閉環控制。電路框圖如圖1所示，測溫電路把當前芯體溫度值轉化為電壓值，該值是一個微弱信號值，必須經過高信噪比前置放大電路放大到合適的電壓輸出值，再經過系統放大，然后輸送給PID環節進行控制輸出，控制輸出產生寬度可調脈沖信號驅動加熱電路，給傳感器芯體加熱。傳感器當前溫度與設定溫度溫差值越大，誤差電壓信號越大，經過PID控制輸出脈寬開通時間越長，加熱功率越大，反之亦然，從而實現了恒溫控制。
二、系統控制設計
2.1溫度與加熱功率
傳感器芯體溫度與加載在芯體上的正熱能與負熱能大小有關。若傳感器芯體溫度維持在環境溫度以上，則傳感器芯體加載的正熱能來自電能，由焦耳定律可以知道若給定電阻R上加熱電流為I，加熱時間為T，那么有I2RT的電能轉換成熱能；而傳感器芯體加載的負熱能可以是傳感器芯體與周圍環境的溫度差而產生的熱對流及熱傳導帶來的熱能轉移。這種正熱能與負熱能對溫度的影響體現為傳感器芯體的加熱功率與制冷功率，它們共同決定了傳感器芯體的穩定溫度。假設傳感器芯體工作環境溫度為25℃，傳感器芯體氣體濃度響應最佳溫度為80℃，因熱傳導和熱對流損失的負熱能為某個可測量值且保持恒定，那么該點環境下芯體溫度只與加熱功率有關。如上所述，給芯體合適電流，那芯體就可以維持設定點溫度，若環境溫度上下波動，芯體加熱與制冷的功率隨溫度發生變化，要使芯體繼續維持在設定點溫度，只需要調節芯體上電流的大小。在25℃環境下，實際測得加熱功率與芯體溫度的關系，加熱功率為0．45W時芯體即可穩定工作在設定溫度80℃。
2.2溫度測量
為了更加準確地測量敏感芯體溫度場的溫度，在氫敏芯體上集成了一個測溫電阻與一個加熱電阻。測溫電阻、加熱電阻和氫敏電阻版圖設計經過溫度場仿真實現最佳耦合。因而測溫電阻能真實反映氫敏電阻當前工作溫度。測溫電阻材料采用高純鉑電阻鍍膜而成，實際測試的測溫電阻溫度特性，從圖中可以看出測溫電阻具有良好的溫度線性關系。該測溫電阻的溫度系數因為采用薄膜沉積工藝制備，溫度系數沒有標準PT100大，但并不影響使用。電阻經過測溫電橋檢測，輸出反映溫度的電壓信號。這個信號在控制區域非常微弱，為了提高溫度測量精度，采用四線制檢測電路，減少測溫鉑電阻引線長度與鉑電阻通電電流對溫度測量的影響。
2.3溫度控制環路
通常溫度系統是大慣性系統，具有較大的滯后性，往往需要具有超前調節的微分環節。氣體傳感器芯體體積很小，無論是加熱還是制冷，芯體對溫度都有快速響應，采用比例積分［3］控制就可以獲得不錯的效果。
2.3.1比例環節
比例環節具有快速調節能力，比例系數越大靜差越小，過大容易震蕩。電路如圖4所示，其增益為－RP1／RP2，試驗測試比例系數為－4時控制效果較好。
2.3.2積分環節
積分環節可以消除系統靜差，當系統有穩態誤差時，積分環節的輸出會持續增大使得控制作用加強，從而減小穩態誤差。積分系數越小，積分作用越明顯，控制精度越高。積分電路如圖5所示，其增益為－1／RI1CI1S，其中S為拉式算子。經調整時間常數RI1CI1為4．7s比較合適。采用PWM通斷控制模式，能最大化利用加熱功率。在導通瞬間，加熱電壓完全加載在加熱電阻上，電流峰值會比較大，因此需要控制加熱電阻合適的阻值。另外PWM控制存在完全導通的情況，雖然在本電路應用中不會帶來壞的影響，但是為了調整最大加熱功率以達到控制最大加熱溫度的目的，在PID輸出環節采用穩壓二極管，控制PID輸出電壓的幅度，保證PWM能夠輸出一定寬度的死區。
2.3.3微分電路
微分環境對輸入快速變化的情況具有較大的反應輸出，能提高控溫系統對環境溫度波動的快速響應能力。
2.3.4PWM產生電路
PWM電路［4］采用簡單分立器件搭建，具體電路如圖7所示，主要構成有比較器產生限閾值翻轉波形，然后經過積分電路充放電產生標準鋸齒波，鋸齒波在與PID環節輸出電壓比較，產生脈寬隨溫度誤差調整的波形，該波形輸出給驅動加熱電路。
三、實驗結果
樣機進行了穩定動態過程的短時間測試和穩定點長時間測試。短時間測試樣機溫度曲線，其中可以看出樣機到達溫度設定點90％的時間非常短，大概為120s，整體控溫精度在0．15℃以內。當環境溫度波動時控溫點會隨著擾動，很快就能回到設定的溫度值，動態響應非常快。樣機控溫效果穩定點長時間監測曲線如圖9所示，從該圖可知整體控溫精度在0．15℃以內更加明顯，說明樣機電路控溫點不會隨時間飄移，也不隨環境緩慢變化的溫度波動漂移。
四、結束語
關鍵詞：行車空調空氣焓值法取樣風機空氣混合箱流量箱
0前言
在冶金企業的煉鋼、焦化、初軋、煉鐵等工廠中，通常采用高溫行車空調對高溫車間行車操縱室進行局部空氣調節，以改善操作人員的工作條件，提高勞動效率。高溫行車空調的工作環境比較惡劣，具有環境溫度高、空氣污染較為嚴重、行車運行時振動大等特點。環境溫度可達45℃，甚至達到60℃以上，這些都對空調器的性能和可靠性提出了更高要求。因此，有必要建立高溫行車空調專用的熱工性能實驗室，根據相關標準的要求對其各項性能指標進行嚴格測試，以達到優化產品質量，提高競爭力的目的[1～3]。
空氣焓值法實驗裝置主要由絕熱庫房，空氣再處理裝置，空氣取樣裝置，空氣接受混合裝置，風量測量裝置及電氣控制等部分組成。高溫行車空調作為特種空調的一種，目前我國尚無專門的測試規范。根據一些生產廠家的技術資料，行車室內的空氣干球溫度一般取28～30℃。且根據文獻[4]，本文采用空氣焓值法測定高溫行車空調的制冷量，著重探討空氣取樣測量裝置的設計方法，通過對取樣風機、溫濕度測量箱、空氣接收混合箱和循環風量測量箱的合理設計，達到盡可能高的測試精度。
用空氣焓值法測量空調器性能，需要測量空調器室內側進出口處空氣焓值及空調器的循環風量。因為目前無直接測量焓值的設備，只能靠間接測量獲得，即需通過測量當地的大氣壓力、空氣干球溫度和濕球溫度求得。空調器循環風量測試采用差壓法，即通過測量空氣經過噴嘴的壓力降及噴嘴前的空氣參數間接計算出空氣流量[4，5]。
1空氣取樣及測量裝置設計
1.1總體設計
空氣取樣及測量裝置主要由取樣風機、取樣笛管及溫濕度測量箱組成。利用取樣風機及取樣笛管引入空調器進出口的典型樣本空氣，將其送入溫濕度測量箱測量。要求如下：
（1）取樣風機與取樣笛管相互獨立，兩者間用鋁箔軟管連接，無需保溫；
（2）溫濕度測量箱采用有機玻璃膠合而成，主要由風道、水盒（用于測量濕球溫度）、補水杯組成。其標準流通截面尺寸為100mm×100mm，長250mm；
（3）取樣笛管采用不銹鋼管焊接而成，包括匯合管和笛管。每根笛管開有吸風口，兩邊等量交錯開孔。
1.2取樣風機的選擇
（1）風量計算
取樣風機的風量V可按公式（1）計算：
（1）
式中：vt為溫濕度測量箱內垂直于溫度傳感器方向的風速，取5m/s；At為測量箱內流通截面積，取0.01m2。計算結果為0.05m3/s（180m3/h）。
（2）風壓計算
空氣取樣裝置的風阻包括取樣笛管到風機進口的沿程阻力及局部阻力。可用圖1的模型表示。為計算簡便，對空氣取樣系統的各段風管作如下簡化：
A．1-2為取樣笛管段：1-2的阻力由三部分組成：笛管吸風阻力，笛管合流阻力及匯合管合流阻力；
圖1空氣取樣系統風道壓力損失模型?
B．2-3為連接軟管段：在此按最不利管路情況模擬：有四個90°的彎頭，中心彎曲半徑為ф100，同時管長按拉伸計算。2-3的阻力由兩部分組成：風管沿程阻力和四個彎頭阻力；
C．3-4為溫濕度測量箱段：3-4阻力由兩部分組成：風管到測量箱的突然擴大與測量箱到風機入口的突然縮小阻力；
D．4-5為風機段：空氣從風機出口排出時存在阻力，因風機尚未選定，故暫不做考慮。
根據以上分析，計算結果匯總于表1。風機所需的風壓為：
（2）
式中：P為風機所需全壓，Pa；v為出風口的風速，m/s；P為總風阻，Pa；ρ為空氣密度，取1.2kg/m3。計算結果為P=247Pa。
（3）風機選擇
由于整個裝置的風阻較大，且希望風機出口具有較大的全壓，以減小對被測空調器回風口的影響，同時也使安裝方便，根據所需風量180m3/h及風壓247Pa（全壓），可按相關風機樣本的風量和全壓參數選擇風機型號。取樣風機選用意大利NICOTRA公司的離心風機，型號為DD146/190，其主要參數為風量300m3/h，全壓410Pa。
2空氣混合箱和流量箱的一體化設計
2.1空氣混合箱設計
空氣混合箱用于接收并精確測量被測空調器室內側出風溫濕度。因為空調器出風溫度與環境溫度相差較大，為了減少出風溫濕度測量裝置的漏熱量，將溫濕度測量裝置置于混合箱內。具體要求如下：
表1空氣取樣系統風阻匯總管段號構件名稱重要參數局部阻力系數ξ壓力損失P=ξρv2/2
1-2側孔吸風支面積比：0.106風量比：0.125支風速：4.8m/s支風速：4m/s0.050.69
主0.98.64
總9.33
笛管合流（選取最不利管路a）支通道面積比：0.25風量比：1主風速：1m/s支風速：4m/s11.82113.47
主0.3250.2
總113.67
匯合管合流支匯合管風速：5m/s出口風速：6.4m/s1.319.5
主0.819.66
2-3風管內沿程阻力空氣流量：0.05m3/s管徑：100mm查得Rm=8.5Pa管長：4m中心彎曲半徑等于管直徑的90°彎風速：6.4m/s34
四個彎頭0.2221.64
3-4突然擴大面積比：0.79計算風速：6.4m/s0.051.23
突然縮小0.143.44
總計222.5
（1）箱體采用δ=100mm雙面彩鋼聚氨酯保溫板，以使漏熱量不大于5%；
（2）取樣管采用φ100mm不銹鋼開孔圓管，開孔率為4%，均勻開孔，引風管為φ400mm不銹鋼管；
（3）混合箱進口處靜壓測量采用壁面測壓法。取壓板結構尺寸如圖2所示，材質為青銅，壓力出管尾部有螺紋，用于連接帶螺帽的三通接頭；
（4）為了提高氣流均勻性，需要增加各氣流間的相互擾動，故我們考慮在接受室出口前設置混合器，其形式如圖3所示。
根據混合箱內的風速小于0.77m/s[4]以及最大接受風量，可計算出箱體空氣流動方向的最小截面積。對于制冷量范圍為2000～20000kW，風量范圍為400～4000m3/h的高溫行車空調器[6]，可求得箱體最小截面積為1.44m2，取35%的安全余量，則為0.507m2。最后確定箱體截面尺寸為1300×1500（寬×高）。
2.2流量箱總體設計
流量測量箱主要包括噴嘴、噴嘴前后的整流板及取壓板。其用不銹鋼板焊接而成，并與混合箱合為一體，這樣既節省了材料又增強了系統的緊湊性，其結構如圖4所示。噴嘴前后箱壁設有取壓板，將四周的取壓管匯合后接到壓差變送器，以測量噴嘴前后壓差P。
圖3混合器示意圖
在噴嘴后正壁面上開設操作門，用來手動開關噴嘴及檢查噴嘴開關狀態。具體要求如下：
（1）箱體采用δ=50mm雙面不銹鋼聚氨酯保溫板；
（2）為使噴嘴前后空氣充分混合均勻，在噴嘴前后各設置一塊整流板，整流板由不銹鋼板加工，開孔率為50%左右；
（3）為防止因風機震動影響風量測量，流量箱與調零風機分離放置，兩者之間采用鋁箔軟管連接。
圖4空氣測量裝置總體結構示意圖
2.3噴嘴的選擇計算
根據高溫行車空調器的風量范圍、設計要求及相關標準[4～6]，選用長徑低比值標準噴嘴4只（0.20<B<0.50，β=d/D，d為噴嘴喉部直徑，D為上游管道內徑），其中d為ф80的噴嘴1只，ф110的噴嘴3只。噴嘴的結構尺寸見圖5，其技術數據如表2所示。噴嘴的選擇遵循了使設計風量范圍400～4000m3/h處于噴嘴組合中間范圍內的原則，各噴嘴風量范圍相互之間有一定的迭加，總的風量測試范圍為271～4254m3/h。
表2噴嘴的技術數據dmm材料流量范圍m3/hD1mmD2mmHmmhmmLmmn
80鑄鋁L104271-6631962261571314
110515-11972662961871806
圖5噴嘴的結構尺寸?
3結論
作為一個完整的空調器熱工性能測試系統，每一部分的準確嚴格設計都十分關鍵，直接關系到測量結果的準確性和可靠性。本文僅就處于核心地位的空氣取樣裝置、溫濕度測量裝置及風量測量裝置的設計問題進行了討論。本設計以常規空調測試標準為參考，在設計中充分考慮高溫行車空調的工作條件及特點，在系統設計、標準件選擇、運行操作等方面均以可靠、方便、降低成本為出發點，在提高特種空調器熱工性能測試精度及可靠性方面做了一些有益的嘗試。
參考文獻
1.李安桂.特種空調機.北京：科學出版社，2001.
2.陸甘華，茅清希，吳利瑞.某大型鋼鐵企業煉鋼車間行車電氣室空調系統現狀的調查研究.建筑熱能通風空調，2002，（6）：12-14.
3.何立江，鄔志敏，周大漢.R134a工質用于高溫空調器的理論及實驗研究.流體機械，2003，31（10）：41-43.
在家庭照明設計上，根據人們的日常生活習慣，對家庭照明進行規劃、改造設計。大多數人的習慣是:晚上回家開門后，直接在門口開啟門廳照明燈，根據情況開啟廚房或客廳照明燈(這些均在有照明情況下進行，為節省投資，這部分不做改動)。吃過飯后，在客廳看一會電視，然后有的直接睡覺，有的進入書房看書或上一段時間的網再睡覺。
因此，根據實際需求，在客廳配置控制面板1，在原有照明控制開關的基礎上進行改造。控制面板主要配置:客廳射燈、燈帶、主照明燈開關、餐廳燈帶、門廳照明燈開關、主臥照明燈控制按鈕、書房照明燈控制按鈕、防盜控制開關、鬧鈴控制開關。上述設計可實現主人在離開客廳時開啟主臥或書房的照明燈，關閉客廳照明燈。在書房門旁4配置主臥燈控制按鈕、書房燈控制按鈕，主人在書房完成工作后，開啟主臥照明燈，關閉書房照明燈，進入主臥室。主臥門旁和床頭配置照明燈控制按鈕5，在臥室內對照明燈進行開、關控制。
在廚房配置燃氣泄漏檢測開關2，檢測到泄漏信號進行報警，報警設計為鈴聲報警10秒。在次臥配置床頭求助按鈕3，當家中有臥床老人時，通過按鈕進行鈴聲求助;對于家中有幼兒的，也可改為夜晚被子未蓋好的檢測信號，如被子偏離位置過大，檢測開關則進行鈴聲求助。
在入戶門、陽臺、各個窗戶上安裝檢測開關，在主人入睡后啟動午夜時段報警，當有人非正常從門、窗進入時啟動防盜10秒報警;在主人離家時，合上客廳控制面板上的防盜控制開關，10分鐘后啟動防盜報警程序，報警設計為鈴聲報警10秒。
在主人上班或孩子上學期間，合上客廳控制面板上的鬧鈴控制開關，通過手機與LOGO!通訊軟件或LOGO!操作鍵設定早晨起床時間和午休起床時間，進行5秒鐘鈴聲叫醒服務。
設計部分插座具有現場手動與遠程自動通電控制功能，利用手機進行遠程控制，比如在廚房設計帶旁通開關控制的插座，節假日主人在家，合上開關利用該插座插上電飯煲進行煮飯。在上班時間，斷開該開關，利用LOGO!的輸出二端點與此控制開關二端點并聯，淘好米放入電飯鍋后加入適量水，把電飯鍋插在該插座上，快下班時，主人可通過手機與LO-GO!通訊，控制LOGO!的輸出進而控制此插座通電進行煮飯。
2家用電氣控制系統設計
根據產品功能介紹，該款家用多功能安防與電氣控制系統需要8路數字量輸入和三路數字量輸出。系統控制器采用西門子LOGO!230RC控制器，控制器有8個數字量輸入4個數字量輸出。根據客戶定制需求，可選用擴展模塊采用一個LOGO!DM8/24R(四個數字量輸入端口，四個數字量輸出端口)。系統數字量輸入資源分配為:I1主臥按鈕，客廳、書房、主臥等處四個主臥按鈕并聯后接入，單次操作為開主臥照明燈，雙次操作為關主臥照明燈;I2書房按鈕，客廳、書房二個主臥按鈕并聯后接入，單次操作為開書房照明燈，雙次操作為關書房照明燈;I3次臥床頭求助按鈕或蓋被檢測拉線開關，有信號時進行3秒求助鈴聲報警;I4燃氣檢測開關，有信號時進行10秒鈴聲報警，通過手機可進行遠程監控、信息查詢;I5防盜檢測，門、窗等處七個檢測開關并聯后接入，有信號時進行10秒鈴聲報警，通過手機可遠程進行信息監控查詢;I6鬧鈴開關，有信號且達到設定時間則進行5秒叫醒鬧鈴服務;I7與I8防盜開關，I7有信號則進行時段報警，即主人入睡后當I5防盜檢測到信號則進行10秒鈴聲報警，I8有信號則進行全天候報警，當I5防盜檢測到信號則進行10秒鈴聲報警，報警信息通過手機可遠程監控、查詢，當I7與I8均有信號時，具有時段報警與全天候報警功能。系統數字量輸出資源分配為:Q1主臥照明燈控制，Q2書房照明燈控制，Q3鈴聲控制，Q4插座控制。
3家用電氣控制系統調試
(1)主臥與書房照明燈異地控制，采用單次按鈕接通為開啟照明燈，雙次按鈕接通為關閉照明燈。
(2)次臥床頭求助按鈕3，當家中有臥床老人時，通過按鈕進行3秒鈴聲求助;對于家中有幼兒的，也可改為夜晚被子未蓋好的檢測信號，如被子偏離位置過大，檢測開關則動作，進行3秒鈴聲求助。
(3)廚房燃氣泄漏檢測，檢測到泄漏信號進行報警，報警設計為鈴聲報警10秒。采用LOGO!0BA7模塊，通過通訊主人可以利用手機遠程進行信息查詢。
(4)門窗檢測開關，在主人入睡后啟動午夜時段報警，當有人非正常從門、窗進入時啟動防盜10秒報警;在主人離家時，合上客廳控制面板上的防盜控制開關，10分鐘后啟動防盜報警程序，報警設計為鈴聲報警10秒。采用LOGO!0BA7模塊，通過通訊主人可以利用手機遠程進行信息查詢。
(5)合上鬧鈴控制開關，通過手機與LOGO!0BA7模塊通訊軟件或LOGO!操作鍵設定早晨起床時間和午休起床時間，進行5秒鐘鈴聲叫醒服務。
(6)廚房安裝旁通開關控制插座，旁通開關斷開時，插座受LOGO!的輸出控制，程序采用利用存儲器數據進行比較，當大于某數據時LOGO!產生輸出信號接通插座通電，根據實際情況確定通電一段時間后自動修改存儲器數據，使插座斷電，以防電器通電時間過長產生安全事故。如，電飯鍋由于使用年限較長，飯煮好后不能自動斷電，長時間通電引起電飯鍋導線過熱絕緣損壞，很容易造成火災。主人可通過手機與LOGO!通訊，改寫存儲器的數據，進而達到控制LOGO!的輸出使插座通電。
4結語
關鍵詞：企業內部控制；問題；研究
內部會計控制是企業管理者為保證會計記錄與實物資產相一致，確保企業計劃順利完成與相關財務資料真實可靠而設立的一系列會計管理規章制度的總稱。它是保證企業正常運轉的前提與基礎。在企業會計系統高速發展的今天，內部控制系統如何適應市場經濟發展的要求，如何滿足現代企業組織結構、經營方式與管理目標的需要，是一個全新的理論課題，因此，必須不斷健全和完善企業會計內部控制，為企業經濟的健康發展打下堅實的基礎。
一、建立健全會計內部控制制度在現代企業中的作用
1. 建立健全會計內部控制制度是法律、法規的必然要求，也是經濟全球化的迫切需要
建立健全會計內部控制制度對于及時發現和糾正企事業單位的各種錯誤和營私舞弊現象及違法行為，確保法律法規履行具有特殊的作用。在新舊體制轉軌階段，現代企業經營中低效率以及人為的損失、浪費現象較為普遍，無章可循、有章不循、弄虛作假、違規操作等不正當行為時有發生。《會計法》以及財政部所頒布的《會計內部控制規范》中都明確要求單位必須建立健全會計內部控制制度，加強內部監督，以保證會計信息的真實性和合法性。
2. 建立健全會計內部控制制度保證會計信息的真實性和準確性
健全的會計內部控制，可以保證會計信息的采集、歸類、記錄和匯總過程，從而真實的反映現代企業生產經營活動的實際情況，并及時發現和糾正各種錯弊，從而保證會計信息的真實性和準確性。
3. 建立健全會計內部控制制度有效的防范現代企業經營風險
在現代企業的生產經營活動中，現代企業要達到生存發展的目標，就必須對各類風險進行有效的預防和控制，會計內部控制作為現代企業管理的中樞環節，是防范現代企業風險最為行之有效的一種手段。它通過對現代企業風險進行有效評估，不斷的加強對現代企業經營風險薄弱環節的控制，把現代企業的各種風險消滅在萌芽之中，是現代企業風險防范的一種最佳方法。
4. 建立健全會計內部控制制度能維護財產和資源的安全完整。
健全完善的會計內部控制能夠科學有效的監督和制約財產物資的采購、計量、驗收等各個環節，從而確保財產物資的安全完整，并能有效的糾正各種損失浪費現象的發生。
5. 能夠保證企業高效率的經營。科學的內部控制制度，能夠合理地對企業內部各個職能部門和人員進行分工控制、協調和考核，促使企業各部門及人員履行職責、明確目標，保證企業的生產經營活動有序、高效地進行。
二、當前企業會計內部控制存在的問題
目前，我國現代企業組織管理體制尚未形成規范化的模式，因而影響和制約了現代企業的投資決策能力和市場競爭能力，導致現代企業會計內部控制失效。
1. 控制環境失效
會計內部控制環境是指一個現代企業的風氣或氛圍。它直接影響著現代企業員工的控制意識，是會計內部控制所有其他要素的基礎。控制環境失效，將直接影響現代企業會計內部控制制度的實施以及實施的效果，并影響其他控制要素作用的發揮。目前，我國現代企業的股權高度集中，即使將上市現代企業的流通股全部買進，也不能取得現代企業的控制權，資本市場對經營者的約束非常有限。現代企業董事會很大程度上由內部人組成，對經營人員的監督有限，缺乏對高層經理的評估和有效激勵，容易造成經營的決策失控。
2. 財會系統失效
財會系統是現代企業為了匯總、分類、分析、記錄、報告現代企業交易，并保持對相關資產與負債的受托經濟責任而建立的方法和記錄。現代企業應重視財務財會工作，合法建立和有效利用財會信息系統，并讓相關的部門和人員知悉其在相關會計內部控制中的作用和責任。財會賬務處理不真實，弄虛作假，使財會信息失真；收入不實，支出不當；現代企業資金使用效率低下，損失浪費嚴重；財會監督乏力，現代企業財產物資的安全與完整受到影響；資金的籌集、投放、分配等環節缺乏應有的宏觀約束機制和調控手段。
3. 控制程序失效
控制程序是為了確保管理指令得以執行，保證現代企業經營目標的實現而建立的政策和程序，是針對風險采取的必要行為。控制程序失效的表現主要為：各項經濟活動運行不暢，購、銷、存或者供、產、銷脫節；預算的制定、執行、分析等環節不能相互協調，相互制約；經濟活動的授權、主辦、核準，執行、記錄和復核等步驟不能按程序合理分工，職責不清，相互扯皮：管理混亂，各種監控系統形同虛設，信息反饋渠道不暢。
三、現代企業會計內部控制設計
1. 組織結構控制需要解決的問題
組織結構控制是指對現代企業組織結構設置、職務分工的合理性以及有效性所進行的控制。在組織機構方面主要體現在兩個層面：一是法人治理結構方面，涉及到董事會、經理設置和相互關系問題。現代企業缺乏規范的法人治理結構設置，存在職責不清等問題，使現代企業目標發生偏移；二是現代企業管理部門的設置。這里探討的主要是現代企業治理結構方面的問題。現代企業由于業務崗位設置的先天缺陷而未得到分離，這同現代企業對不相容職務是否應該加以分離的認識以及業務流程的復雜程度有關；沒有認識到應該加以分離這進一步驗證了現代企業財務負責人對不相容職務的認識水平還停留在一個較低的層次。
2. 會計內部控制
會計內部控制應該與其經營管理過程相結合，成為生產經營過程的一個組成部分，而不應游離于它的基本活動之外。現代企業生產經營活動的全過程，也就是資金運動的全過程。要維護現代企業的整體利益，強化對所屬現代企業生產經營活動的過程控制，達到控制和減少風險、改善會計狀況、擴大會計成果的目的，就必須將會計內部控制滲透到現代企業的會計管理和資金運動之中，強化對現代企業會計管理和資金運動的過程控制。
3. 預算控制
總部應運用科學方法制定預算標準，對下屬現代企業的年度預算，應根據經營目標進行審查、幫助挖潛，力求預算合理，并以此約束現代企業的支出。對于現代企業預算控制的內容，筆者認為，現代企業對預算控制應該以資本預算為中心。即現代企業確定發展戰略和經營目標，并按照管理層進行分解，確定關鍵的預算指標，如銷售額、資本的保值增值、資本性投資的金額和時間分布、投資效益，重大籌資計劃等，作為責任預算的基礎。對于一般性的預算內容，可以不作為現代企業預算控制的重點。
4. 風險防范控制
引入先進管理思想，運用現代風險管理手段和方法，借鑒先進企業的成功經驗，結合自身管理實踐，逐步樹立管理創新的思想；在現代企業管理層樹立謹慎而不悲觀、果斷而不冒進的經營風格。現代企業須樹立風險意識，針對各個風險控制點，建立有效的風險管理系統，通過風險預警、風險識別、風險評估、風險報告等措施，對財務風險和經營風險進行全面防范和控制。
5. 內部審計控制
內部審計作為現代企業最高管理層控制現代企業的工具，對現代企業的各種財務資料的可靠性和完整性、現代企業資產運用的經濟有效性等進行審核，并評價現代企業及其成員現代企業的會計內部控制是否有效，減少舞弊行為。
四、現代企業會計內部控制的保障機制
1. 完善現代企業的會計內部控制環境
控制環境包括員工的誠實性和道德觀、員工的勝任能力、管理者的管理哲學和經營風格、組織結構、授予權利和責任的方式、人力資源政策和實施等。控制環境構成了一個單位的氛圍。首先，現代企業全體員工尤其是管理層應當樹立會計內部控制理念。會計內部控制能否有效關鍵看現代企業員工有沒有會計內部控制觀念，特別是看管理層是否重視會計內部控制制度。其次，完善現代企業和成員的現代企業治理。第三，加強人力資源投資，提高員工素質。第四，建立積極向上的現代企業文化。
2. 健全組織機構及其責任，內部管理控制是整個會計內部控制系統的主體部分，其范圍涉及現代企業經營管理各部門、各環節，它通過建立和改進有關的管理政策和程序，有效控制現代企業運行。（1）健全組織機構。把握好集權和分權的關系，建立適合現代企業發展和市場要求的組織機構，以及適合現代企業組織結構，行之有效的激勵與約束管理機制。（2）明確權責分派。對組織中全部活動的職責和權限進行合理有效地分配，特別對敏感職位之間的財務分工要準確合理；為執行任務和承擔職責的組織成員配備所需資源，確保他們的經驗和知識與職責權限相匹配；使所有員工了解他們的工作行為、職責承擔形式和認可方式以及與達成組織目標之間的聯系。（3）落實人力資源政策及實務。包括各崗位制定工作說明書和管理任務清單，健全人事管理、招聘、選拔、培訓、人員發展、績效考核、薪酬等在內的人力資源管理制度和相關流程、工作表格。（4）建立內部記錄與報告體系。包括對各類投入產出等的記錄與計算、產品或服務的質量統計與分析、原始記錄管理、各種統計臺賬的登記和統計表格的編制。（5）加強決策與執行過程控制。建立經營計劃的種類、內容、權力機構和組織管理、與經營計劃相關的資金管理控制等經營決策程序；建立對產品或服務的生產周期、投入與完工時間和交貨日期等的時間控制制度；健全對人身、財產、單據、.印鑒和文件資料等的安全控制制度。
3. 建立風險評估機制和財務預警系統
在市場經濟條件下，現代企業面臨的經濟環境日趨復雜，不可避免地會遇到各種風險，為防范風險，現代企業應建立風險評估機制。現代企業的風險評估主要應包括籌資風險評估、投資風險評估、信用風險評估和合同風險評估等內容。現代企業在建立風險評估機制時應成立專業的風險管理部門來制訂風險管理政策，將風險管理的重點放在籌資和投資兩個方面，并對子現代企業進行風險管理的授權、控制和評估。
