時間：2023-03-14 15:05:26
緒論：在尋找寫作靈感嗎？愛發(fā)表網(wǎng)為您精選了8篇程序設(shè)計論文，愿這些內(nèi)容能夠啟迪您的思維，激發(fā)您的創(chuàng)作熱情，歡迎您的閱讀與分享！
一、前言
Windows提供強大的功能以及友好的圖形用戶界面(GUI),使得它不僅廣泛的用作管理事務(wù)型工作的支持平臺,也被工業(yè)領(lǐng)域的工程人員所關(guān)注。但Windows3.1并非基于優(yōu)先級來調(diào)度任務(wù),無法立即響應(yīng)外部事件中斷,也就不能滿足工業(yè)應(yīng)用環(huán)境中實時事件處理和實時控制應(yīng)用的要求。因此,如何在Windows環(huán)境中處理外部實時事件一直是技術(shù)人員尤其是實時領(lǐng)域工程人員所關(guān)注的問題。目前已有的方法大都采用內(nèi)掛實時多任務(wù)內(nèi)核的方式,如Windows下的實時控制軟件包FLX等,而iRMX實時操作系統(tǒng)則把Windows3.1當作它的一個任務(wù)來運行。對于大型的工程項目,開發(fā)人員可采用購買實時軟件然后集成方式。
對中小項目,從投資上考慮就不很經(jīng)濟。如何尋找一種簡明的方法來處理外部實時事件依然顯得很必要。
本文首先闡述Windwos的消息機制及中斷機制,然后結(jié)合DPMI接口,給出一種保護模式下中斷程序的設(shè)計方法,以處理外部實時事件。經(jīng)實際運行結(jié)果表明,該方法具有簡潔、實用、可靠的特點,并同樣可運行于Win95。
二、Windows的消息機制
Windows是一消息驅(qū)動式系統(tǒng),見圖1。Windows消息提供了應(yīng)用程序與應(yīng)用程序之間、應(yīng)用程序與Windows系統(tǒng)之間進行通訊的手段。應(yīng)用程序要實現(xiàn)的功能由消息來觸發(fā),并靠對消息的響應(yīng)和處理來完成。
Windows系統(tǒng)中有兩種消息隊列,一種是系統(tǒng)消息隊列,另一種是應(yīng)用程序消息隊列。計算機的所有輸入設(shè)備由Windows監(jiān)控,當一個事件發(fā)生時,Windows先將輸入的消息放入系統(tǒng)消息隊列中,然后再將輸入的消息拷貝到相應(yīng)的應(yīng)用程序隊列中。應(yīng)用程序中的消息循環(huán)從它的消息隊列中檢索每一個消息并發(fā)送給相應(yīng)的窗口函數(shù)中。一個事件的發(fā)生,到達處理它的窗口函數(shù)必需經(jīng)歷上述過程。值得注意的是消息的非搶先性,即不論事件的急與緩,總是按到達的先后排隊(一些系統(tǒng)消息除外),這就使得一些外部實時事件可能得不到及時的處理。
圖1
三、Windows的保護模式及中斷機制
1.Windows的保護模式
保護模式指的是線性地址由一個選擇符間接生成的,該選擇符指向描述表中的某一項;而實模式中則通過一個段/偏移量對來直接尋址。80386(486)CPU提供的保護模式能力包括一個64K的虛擬地址空間和一個4G的段尺寸。Windows3.1實現(xiàn)時有所差別,它支持標準模式和增強模式。標準模式針對286機器,不屬本文探討范圍。增強模式是對386以上CPU而言,Windows正是使用保護模式來打破1M的屏障并且執(zhí)行簡單的內(nèi)存保護。它使用選擇器、描述器和描述器表控制訪問指定內(nèi)存的位置和段。描述器表包括全局描述器表、局部描述器表、中斷描述器表。保護模式與實模式有許多不同。其中顯著的差異是訪問內(nèi)存的機制不同。
2.中斷機制
(1)實模式中斷
為了便于理解,我們先回顧實模式中斷。
在實模式下,中斷向量表IVT起到相當重要的作用。無論來自外部硬件的中斷或是內(nèi)部的軟中斷INTn,在CPU中都產(chǎn)生同樣的響應(yīng)。
①CPU將當前的指令指針寄存器(IP)、代碼段寄存器(CS)、標志寄存器壓入堆棧。
②然后CPU使用n值作為指向中斷向量表IVT的索引,在IVT中找出服務(wù)例程的遠地址。
③CPU將此遠地址裝入CS:IP寄存器中,并開始執(zhí)行服務(wù)例程。
④中斷例程總以IRET指令結(jié)束。此指令使存在堆棧中的三個值彈出并填入CS、IP和標志寄存器,CPU繼續(xù)執(zhí)行原來的指令。
(2)保護模式中斷
保護模式中斷過程與實模式中斷過程類似,但它不再使用中斷向量表IVT,而使用中斷描述符表(IDT)。值得一提的是,Windows運行時IVT還存在,應(yīng)用程序并不使用它,Windows仍然使用,但含義已不同。
①IVT結(jié)構(gòu):IVT在RAM的0000∶0000之上,占據(jù)開始的1024字節(jié)。
它仍然由BIOS啟動例程設(shè)置,由DOS填充到RAM中。
②IDT中斷描述符表:保護模式下,Windows操作系統(tǒng)為實現(xiàn)中斷機制而建立的一個特殊表,即中斷描述符表IDT。該表被用來保存中斷服務(wù)例程的線性地址,它們是真正的24位或32位地址,沒有段:偏移值結(jié)構(gòu)。中斷描述器表最多可含有256個例程說明,詳細說明請見【3】。I
DT結(jié)構(gòu)見圖2。
圖2
③當中斷或異常發(fā)生時,處理過程與實模式類同。當前的CS∶IP值和標志寄存器值被存儲。保存的內(nèi)容還包括CPU其他內(nèi)部寄存器的值,以及目前正在被執(zhí)行的任務(wù)的有關(guān)信息(若必須發(fā)生任務(wù)切換的話)。CPU設(shè)法獲取中斷向量后,以它為索引值,查找IDT中的服務(wù)例程遠地址,接著將控制轉(zhuǎn)移到該處的服務(wù)例程。這是與實模式轉(zhuǎn)移到IVT的不同所在。保護模式使用IDTR寄存器分配和定位內(nèi)存中的IDT中斷描述符表。IDT在內(nèi)存中是可移動的,與IVT固定在內(nèi)存中剛好相反。IDT中斷描述符表在Windows中起決定性的作用。理解了Windows下保護模
式的中斷機制。有助于我們理解中斷服務(wù)程序的設(shè)計,它的關(guān)鍵就在于如何將服務(wù)例程的地址放入IDT中斷描述符表中。當中斷發(fā)生時,如何將斷點地址及CPU各寄存器值保護起來;中斷結(jié)束時,如何將保護的值恢復。Windows系統(tǒng)本身并不提供實現(xiàn)上述功能的API,而DOS保護模式接口DPMI正具備了上述的功能。
下面我們首先介紹DPMI接口,然后基于它實現(xiàn)Windows下中斷服務(wù)程序的設(shè)計。
四、DOS保護模式接口DPMI
Windows除了標準服務(wù)外,還支持一組特殊的DOS服務(wù),稱為DOS保護模式接口DPMI,由一些INT2FH和INT31H服務(wù)組成。它使應(yīng)用程序能夠訪問PC系列計算機的擴充內(nèi)存,同時維護系統(tǒng)的保護功能。DPMI通過軟件中斷31h來定義了一個新的接口,使得保護模式的應(yīng)用程序能夠用它作分配內(nèi)存,修改描述符以及調(diào)用實模式軟件等工作。
Windows為應(yīng)用程序提供DPMI服務(wù)。即Windows是DPMI的宿主(host),應(yīng)用程序是DPMI的客戶(client),可通過INT-31H調(diào)用得到DPMI服務(wù)。INT-31H本身提供多功能。其中它的中斷管理服務(wù)允許保護模式用于攔截實模式中斷,并且掛住處理器異常。有些服務(wù)能夠和DPMI宿主合作,以維護應(yīng)用程序的虛擬中斷標志。
可以用INT31H來掛住保護模式中斷向量,以中斷方式處理外部實時事件。利用INT31H,功能0205H:設(shè)置保護模式中斷向量,將特定中斷的保護模式處理程序的地址置入中斷向量里。調(diào)用方式:AX=0205H,BL=中斷號,CX∶(E)DX=中斷處理程序選擇符:偏移值。返回:執(zhí)行成功CF=清零,執(zhí)行失敗CF=置位。
掛住/解掛中斷向量的時機很重要。主窗口第一次被創(chuàng)建時會傳送它WM-CREATE消息,這時是掛住中斷向量的最好時機。退出時需解掛向量,否則Windows可能崩潰。主窗口接收到WM-DE-STROY之后進行解掛工作,是最適合的。解掛向量可先用INT35H,0204H功能將老的中斷向量保存,退出時用INT35H,0205H恢復。
五、編程實現(xiàn)
有了DPMI的支持,我們就可以很方便地處理數(shù)據(jù)采集、串行通信等工業(yè)過程中的實時事件。下面以Windows3.1平臺下中斷方式實現(xiàn)的串行通信為例,說明中斷程序的編制和實現(xiàn)。為便于參考,給出了詳細的代碼。開發(fā)平臺BC3.1/BC4.5,其本身支持0.9版的DPMI,無需運行其它支持DPMI的軟件。編程語言C,可與C++混合編譯。
初始化COM1,9600波特率,每字符8bits,1個停止位,中斷接收,查詢發(fā)送。
//windowsasycommunication
//byLiXiuming
//lastmodifiedonJune25,1996
#include〈windows.h〉
#include〈dos.h〉
voidinterruptfarDataReceive();
voidinterruptfar(*old-vector)();
unsignedchardatacom-r[1024],datacom-s[1024];
intinflag=0;
unsignedints8259;
intInitCom1()
{//串口1初使化
s8259=inportb(0x21);//讀入8259當前狀態(tài)并保存
outportb(0x21,s8259&0xe8);//初始化8259,允許0x0c號中斷
outportb(0x3fb,0x83);
outportb(0x3f8,0x0c);
outportb(0x3f9,0x00);
outportb(0x3fb,0x03);
outportb(0x3fc,0x08);//允許中斷信號送到8259A,以便能中斷
outportb(0x3f9,0x01);//0x01,中斷允許
return1;
}
voidinterruptfarDataReceive()
{//中斷接收子程序
staticinti=0;//靜態(tài)局部變量
charrechar=0;//每中斷一次,i自動加1
rechar=inportb(0x3f8);//從數(shù)據(jù)口讀出發(fā)送過來的數(shù)據(jù)
if(inflag==0)
{
if(rechar!=s&&i==0)//幀起始
{
i=0;
gotoll;
}
datacom-r[i++]=rechar;//存入datacom-r[](通信緩沖區(qū))
if(rechar==e)//幀結(jié)束
{
inflag=1;
i=0;
}
}
ll:outportb(0x20,0x20);//回送中斷結(jié)束標志
}
//調(diào)用DPMI
//保存舊的0CH號保護模式中斷向量
//設(shè)置新的保護模式中斷服務(wù)例程
voidInitCom(void)
{
asm{
cli
movax,204h
movbl,0ch
int31h
sti
}
old-vector=MK-FP(-CX,-DX);//保存
asm{cli//設(shè)置新的0x0c中斷服務(wù)例程
movax,205h
movbl,0ch
movcx,segdatareceive
movdx,offsetdatareceive
int31h
sti
}
InitCom1();
}
//恢復8259狀態(tài)
//恢復0CH保護模式向量
voidRestoreComm(void)
{
outportb(0x21,s8259);
asm{
cli
movax,205h
movbl,0ch
movcx,segold-vector
movdx,offsetold-vector
int31h
sti
}
}
在窗口第一次被創(chuàng)建時會傳送它WM-CREATE消息,這時調(diào)用InitCom()即可。在主窗口關(guān)閉時,即主窗口中收到WM-DESTROY消息時,調(diào)用RestoreComm()恢復原來的狀態(tài)。
這樣在對串口初始化,設(shè)置中斷服務(wù)例程后,通信事件發(fā)生時,會立即跳入中斷子程序中執(zhí)行,越過系統(tǒng)的消息隊列,達到實時處理通信事件的目的。而數(shù)據(jù)處理模塊可通過全局標志flag訪問全局的數(shù)據(jù)通信緩沖區(qū)獲取實時數(shù)據(jù)。這種實現(xiàn)方式與基于消息機制的Windows通信API實現(xiàn)相比具有實時性強的特點,因為它超過Windows系統(tǒng)的兩極消息機制。
上述程序已在實際系統(tǒng)中得到應(yīng)用。在Windows3.1支持下,同時運行三個Windows任務(wù):服務(wù)器SERVER(內(nèi)有實時串行通信,多個網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)子服務(wù)),客戶CLIENT,FOXPRO數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。整個系統(tǒng)運行良好。切換到WIN95平臺下(支持0.9版DPMI),系統(tǒng)也運行良好。
參考文獻
1張豫夫、曹建文譯.【澳】BarryKauler著.Windows匯編語言及系統(tǒng)程序設(shè)計.北京大學出版社,1995
陰陽理論強調(diào)萬物皆含有“陰陽”，“陰”與“陽”之間的互動，構(gòu)成了穩(wěn)定、平衡的局面。在面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計里，繼承性體現(xiàn)了陰陽理論的這種“構(gòu)成論”。派生類通過繼承得到了父類的一切—父類中的數(shù)據(jù)（陰）和函數(shù)（陽）。如果在祖先類定義好數(shù)據(jù)（陰）和函數(shù)（陽），那么從這個祖先類派生出去的所有子類都將含有數(shù)據(jù)（陰）和函數(shù)（陽）。CPerson類中，含有陰（Name和Age屬性）和陽（GetName()、GetAge()、SetName()、SetAge()四個函數(shù)）兩大部分，通過派生得到CChina、CUsa和CJapan三個子類，在這所有的派生類中，都繼承了CPerson的陰、陽兩部分的內(nèi)容，即使這三個派生類再派生其它子類，依然會繼承CPerson的陰、陽兩部分的內(nèi)容，正所謂“萬物負陰而抱陽，沖氣以為和”，面向?qū)ο缶幊讨羞@種陰、陽互動的內(nèi)部工作方式構(gòu)成了它強大的生命力。
2多態(tài)性抽象類與陰陽理論
面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計的多態(tài)性中出現(xiàn)的抽象類，因其定義的某些函數(shù)（陽）是純虛函數(shù)，沒有具體的代碼，實現(xiàn)不了常規(guī)的操作（缺失“陽”的功能），這種抽象類（含有“陰”卻無功能性的“陽”）不能夠生成對象，正符合“孤陰不生”之道。在抽象類中，接口類是一種典型的沒有數(shù)據(jù)（陰）的抽象類，它只含有純虛函數(shù)（無功能性的“陽”），從上面分析可知，該類型也是不能夠?qū)嵗瘜ο蟮模^“獨陽不長”。《易經(jīng)》中有“天地氤氳，萬物化醇，男女構(gòu)精，萬物化生”，在古籍《雪心賦》中更有“孤陰不生，獨陽不長”的名句[6]。句中的“天地”、“男女”更抽象一步可理解為“陰陽”，兩句都強調(diào)“陰陽”在萬物的構(gòu)成中相互依存的對立統(tǒng)一性。
3總結(jié)
當電纜沒有開路、錯位質(zhì)量故障時，A0～A31端的電纜等效電阻RT≤7000mΩ時，對A0～A31端分別取樣進行精密測量。在綜合考慮IC100～IC131輸入端低電平應(yīng)≤0.7V和圖2中運算放大器輸入靈敏度兼容情況下，取恒流源IS的輸出電流為10±0.5mA，Re0～Re31＝33Ω±5%，Vces≤0.1±0.05V。因此可以計算出VA采樣取值范圍是0.353～0.566V，VB的采樣取值范圍是0.348～0.384V。為此圖2中選用OPA335運算放大器，其輸入電壓范圍是0～3V（單電源供電時），最大輸入失調(diào)電壓為5μV。圖2中運算放大器輸出電壓V0～V31可由式（4）計算。由于OPA335的最大輸入失調(diào)電流是70pA，在設(shè)計中控制最大輸入電流在0.1～1mA之間，選擇RA＝RB＝2kΩ±5%，R1＝RF＝33kΩ±5%，電壓增益為16.5，輸出電壓范圍0～3.6V。
2測量分析電路設(shè)計
A/D轉(zhuǎn)換與分析電路設(shè)計在圖3中，A/D轉(zhuǎn)換電路ADC0809的輸入端IN0~IN7分別與圖2中運算放大器的輸出端V0～V7連接，將模擬信號轉(zhuǎn)化為8位數(shù)字輸出信號，并傳送給單片機的D0～D7端口，由單片機進行分析運算。路模擬輸出信號共需要4塊ADC0809電路進行模數(shù)轉(zhuǎn)換。單片機P0.0～P0.7端口接收ADC0809輸出的8位數(shù)字信號后進行分析。
3電纜等效電阻檢測程序設(shè)計
3.1標準等效電阻值確定
端子壓接后電纜等效電阻的標準值因電纜長度不同而有差異。可采用預先設(shè)定標準值和自動確定標準值兩種方法。對線徑為0.4mm的銅芯線電纜，預先設(shè)置標準值RT標準可按照式（5）進行計算：RT標準=75+148•L（5）其中，L是電纜長度，單位為m；RT標準的單位是mΩ。自動確定標準值方法是以正常工藝在質(zhì)量穩(wěn)定情況下，將首根檢驗的壓接端子的電纜作為樣品，對32個芯線等效電阻進行自動檢測對比，選取其中的最小值，然后乘以系數(shù)1.05作為標準值。
3.2自動設(shè)定標準值程序設(shè)計
標準等效電阻值存放于I2C存儲器AT24C08中。檢測程序設(shè)計多路通信電纜端子精密檢測的主程序流程圖如圖5所示。以下為采集的主要函數(shù)，假設(shè)通道數(shù)為36路。
4批量檢測結(jié)果分析
案例需要選取復雜程度適中，學生比較感興趣的實例，使課堂變得生動活潑。每位同學設(shè)計自己的實施方案，鼓勵大家去思考、去創(chuàng)造，經(jīng)過老師的講解，可以完成整個案例的實現(xiàn)。學生之間可以通過討論，經(jīng)驗交流，互相取長補短，完善自己的案例制作。當學生完成作品時，教師應(yīng)當對此次案例的實施進行總結(jié)，并且在此基礎(chǔ)上，將問題延伸，對其進行完善或改進，根據(jù)課時情況，鼓勵學生設(shè)計并實現(xiàn)。
2與自身專業(yè)相結(jié)合
為了提高VisualBasic程序設(shè)計的實用性，增強學生學以致用的能力，需要將該門課程與學生所學專業(yè)有機的結(jié)合在一起，這樣能夠使學生的學習興趣更加濃厚，提高學習熱情。以交通運輸專業(yè)為例，課程開展至圖形圖像的使用時，可以選取紅綠燈變換例題作為學生的操作案例，如圖2所示。在這個案例中，與交通專業(yè)的專業(yè)知識也許還有一定的差距，但這樣一個簡單的實例足以吸引學生的注意力，控件要求也比較簡單，代碼結(jié)構(gòu)并不復雜，但是需要提醒學生注意的是需要對于Image3控件需要添加具有3個元素的控件數(shù)組，來存儲紅、黃、綠三種顏色。類似的案例教師可以通過網(wǎng)絡(luò)搜索或圖書資料等多種方法搜集，難度不能太大，如果太復雜，反而會影響學生學習的積極性，以上就是對于非專業(yè)學生，將案例教學法應(yīng)用于理論教學中的一些建議。
3程序?qū)嵺`教學改革
本文對溫度、濕度兩個顯著影響溫室作物生長的參數(shù)進行深入分析研究，構(gòu)建的溫濕度模糊控制系統(tǒng)方案如圖2所示。圖2中，T和H分別為模糊控制系統(tǒng)輸出的溫室環(huán)境溫度和濕度值;T1、H1分別為根據(jù)專家經(jīng)驗給出的農(nóng)作物生長最佳的溫度和濕度值;eT1、eH1分別為給定值與溫室環(huán)境的實際測量值的偏差;ecT1、ecH1分別為溫濕度偏差隨時間的變化率。
2溫濕度模糊控制器設(shè)計
2．1輸入與輸出變量的模糊化
根據(jù)溫室大棚的實際狀況，以溫濕度偏差及其偏差變化率為輸入變量，各輸入變量的模糊化信息如表1所示。結(jié)合研究對象實際情況，既考慮控制規(guī)則的靈活性又兼顧簡單易行。表1中，4個輸入變量模糊集均取為A，A為{NB，NS，ZE，PS，PB};模糊論域均取為B，B為{－4，－3，－2，－1，0，1，2，3，4}。模糊控制器的輸出控制變量為前窗、天窗、后窗、遮陽簾、通風機、加濕器和加熱器。這7個變量均為開關(guān)量，只有開和關(guān)(0/1)兩種狀態(tài)，分別用符號u1、u2、u3、u4、u5、u6、u7表示這7個變量。
2．2隸屬函數(shù)的確定
由于三角形隸屬度函數(shù)在輸入值變化時比正態(tài)分布或高斯型具有更高的靈活性［6］，因此本研究中溫濕度偏差與偏差變化率均選取三角形隸屬度函數(shù)。圖4為各輸入變量的隸屬度函數(shù)，選擇的模糊集寬度為4。因為寬度過小會造成部分區(qū)間空缺，可能找不到相應(yīng)的控制規(guī)則，收斂性不好;寬度過大會造成控制規(guī)則的重疊部分過多，相互間影響加大并且響應(yīng)速度也變慢［7］。根據(jù)隸屬度函數(shù)對輸入變量量化為9個等級，其相應(yīng)的隸屬度賦值如表2所示。
2．3模糊控制規(guī)則的制定
模糊控制規(guī)則的形成實質(zhì)上是把操作者的經(jīng)驗或?qū)＜业闹R和經(jīng)驗進行凝練得到的若干條模糊控制規(guī)則［8］。經(jīng)對實際溫室控制系統(tǒng)的研究，發(fā)現(xiàn)溫濕度間存在一定的耦合性，即當通過某一執(zhí)行機構(gòu)改變溫度(濕度)時濕度(溫度)也會發(fā)生變化，因此在制定模糊控制規(guī)則時就要滲透解耦的思想。基于此，對7種執(zhí)行機構(gòu)的開關(guān)狀態(tài)做如下考慮:u1、u2和u3每打開一個設(shè)備降溫和降濕效果增強一點，但速度較慢;u5開通后其降溫和降濕速度明顯比u1、u2、u3快;u4降溫作用明顯，對濕度基本無影響;u6主要起加濕作用，降溫為次要作用;u7主要為增溫作用，降濕為次要作用。研究中制定了溫度與濕度之間、溫度變化率與濕度變化率之間的兩個模糊控制規(guī)則表，在此僅列出溫度與濕度之間的模糊控制規(guī)則，如表3所示。表3中，U為u1到u7這7個變量的開關(guān)狀態(tài)，開用“1”表示，關(guān)用“0”表示。
2．4反模糊化
模糊控制器輸出的是模糊語言不同取值的一種組合，由于被控對象只接受一個精確的控制量，因此需要從組合中判決出一個精確的控制量，這也就是反模糊化的過程［9］。常用的判決方法有重心法、最大隸屬度法和中位數(shù)法等，本研究采用重心法計算模糊控制輸出的精確控制量。其具體表達式為u＇=∑nj=1ωjμ(ωj)/∑nj=1μ(ωj)(1)其中，n為模糊變量個數(shù)，ωj為模糊變量，μ(ωj)是對應(yīng)模糊變量的隸屬度。本系統(tǒng)反模糊化的具體過程:首先溫濕度誤差或其誤差變化率經(jīng)量化后得到相應(yīng)的量化等級，根據(jù)量化等級查詢各個執(zhí)行機構(gòu)在控制規(guī)則表中對應(yīng)的控制規(guī)則并使其激活。然后，由式(1)計算各個執(zhí)行機構(gòu)的輸出值，計算結(jié)果等于0．5時，執(zhí)行機構(gòu)保持原來狀態(tài);計算結(jié)果大于0．5時，執(zhí)行機構(gòu)開;計算結(jié)果小于0．5時，執(zhí)行機構(gòu)關(guān)。基于這種思想，可建立各執(zhí)行機構(gòu)的模糊控制查詢表，放在內(nèi)存中，編寫相應(yīng)的PLC程序即可實現(xiàn)模糊控制器對執(zhí)行機構(gòu)的實時控制。
3溫濕度模糊控制PLC程序設(shè)計
溫濕度模糊控制PLC程序包括輸入量的采樣與模糊化程序、量化等級程序、模糊控制查詢程序、執(zhí)行機構(gòu)控制程序和預警程序等［10］，在此僅介紹有關(guān)輸入采樣、誤差的計算和模糊控制查詢的部分程序。本研究是在STEP7編程環(huán)境下完成的模糊控制程序。
3．1輸入量采樣和ET/EH計算程序
研究中應(yīng)用的溫濕度傳感器的變送單元分別取0～50℃、0～100%RH，線性對應(yīng)電流均為4～20mA，因此在編寫PLC程序前需把溫濕度的值與PLC中的數(shù)字量關(guān)系建立起來。具體過程如下:以溫度為例，用I表示電流值，T表示溫度值，X表示實時溫度轉(zhuǎn)換為PLC中的數(shù)字量值。由于0～50℃與4～20mA對應(yīng)，4～20mA又與PLC中的數(shù)字量為6400～32000對應(yīng)，因此可得曲線方程如式(2)與式(3)所示。根據(jù)式(4)即可計算0～50℃對應(yīng)PLC內(nèi)部的數(shù)字量值。如22℃對應(yīng)數(shù)字量值為17664。同理，可求得濕度值與PLC中數(shù)字量的對應(yīng)關(guān)系如式(5)所示。其中，H表示濕度。下面以溫度為22℃和濕度為70%RH的情況編寫相應(yīng)的PLC程序，70%RH對應(yīng)的數(shù)字量為24320。
3．2模糊控制查詢程序
由反模糊化得到的模糊控制查詢表實質(zhì)上是一個9×9的二維數(shù)組，存在以VW200開始的81個字單元中。在此把數(shù)組的首地址指針設(shè)定為VD48，根據(jù)(VW20×9+WV18)×2即可計算偏移值，在查詢表中定位并把相應(yīng)值賦予WV28。
4系統(tǒng)實際運行測試
控制系統(tǒng)投入運行后，任選某一天對控制效果進行實際測試。測試時的起始溫度和濕度分別為32℃和52%RH，控制設(shè)定值分別為22℃和70%RH。對溫濕度采樣時間間隔均為5min，根據(jù)采集數(shù)據(jù)繪制的曲線如圖5所示。由圖5可知30min左右時溫濕度值均達到設(shè)定值，再經(jīng)10min左右溫濕值即達到預設(shè)的穩(wěn)定狀態(tài)值，達到了較滿意的控制效果。控制系統(tǒng)達到穩(wěn)態(tài)的時間可通過增減有關(guān)設(shè)備進行調(diào)節(jié)。
5結(jié)束語
1、設(shè)計原理及內(nèi)容
1．1設(shè)計原理
為實現(xiàn)嵌入式田間圖像視頻采集，主控芯片選擇使用比較廣泛的S3C2440芯片，攝像頭采用芯片為中星微ZC301的USB攝像頭，把采集到的植物視頻信息傳輸?shù)街骺匦酒小Ｖ骺匦酒ò巡杉囊曨l信息顯示到LED觸摸屏上，還要把采集到的信息傳輸?shù)絇C機中。大田視頻采集模塊總體結(jié)構(gòu)如圖1所示。圖1大田視頻采集模塊總體結(jié)構(gòu)圖軟件方面包括USB攝像頭的驅(qū)動程序、視頻采集程序、LED實時顯示程序網(wǎng)絡(luò)傳輸程序的設(shè)計、調(diào)試、燒寫等操作。
1．2主要研究的內(nèi)容
1)對ARM嵌入式Linux的內(nèi)核，Bootloader、YAFFS根文件系統(tǒng)的制作和移植，即完成軟件平臺的搭建;2)中星微ZC301的USB攝像頭驅(qū)動程序的設(shè)計;3)模塊的視頻采集程序的設(shè)計;4)設(shè)計驅(qū)動LED，來顯示采集到視頻信息的程序;5)設(shè)計TCP網(wǎng)絡(luò)傳輸程序，把視頻信息發(fā)送出去;6)把采集到的視頻圖像顯示到PC虛擬機上。
2、總體設(shè)計
2．1平臺設(shè)計
2．1．1 BootLoader制作和移植首先按下任意鍵，使ARM9的程序運行停止在如圖2所示的在DNW軟件上出現(xiàn)主選擇菜單界面;接著選擇下載到flash，即選擇‘1’，使用USB下載;在DNW軟件上出現(xiàn)有關(guān)閃存的各個存儲區(qū)間的情況。在上一步完成的基礎(chǔ)上，再選擇FLb．bin要燒寫到NAND閃存中的位置，即選擇‘0’，燒寫到NAND閃存中的boot的位置;然后在DNW軟件界面下執(zhí)行配置選項中的操作執(zhí)行指令，來進行下載地址、COM口和波特率設(shè)置;在DNW軟件上點擊USBPort選項中的傳輸操作，找到要燒寫FLb．bin的位置，選中FLb．bin文件;文件傳輸完成后即完成了BootLoader的移植。
2．1．2 系統(tǒng)內(nèi)核剪裁、制作和移植Linux內(nèi)核的移植和引導加載程序的燒寫過程幾乎是相同的，添加內(nèi)核的映像文件和BootLoader的移植都是相同的。也就是說，內(nèi)核是下載到NAND閃存的kernel位置;內(nèi)核移植時會出現(xiàn)移植進度條;移植完成后出現(xiàn)的和BootLoader的移植出現(xiàn)的提示一樣。到此，Linux內(nèi)核的移植就完成了。Linux內(nèi)核配置對話框如圖3所示。
2．1．3 FAFFS根文件系統(tǒng)的創(chuàng)建和燒寫過程1)使用目錄創(chuàng)造命令創(chuàng)造根文件系統(tǒng)的目錄，并創(chuàng)建在usr目錄下的bin、dev、etc等目錄，把根文件系統(tǒng)的框架搭建起來;2)創(chuàng)造根文件系統(tǒng)的設(shè)備文件，進入到dev目錄下使用創(chuàng)造命令來完成;3)安裝etc，進入到etc目錄下進行解壓etc．tar．gz;4)進入到內(nèi)核目錄下使用模塊編譯命令來編制內(nèi)核模塊;5)使用模塊安裝命令對模塊進行安裝;6)使用配置命令對其進行配置，編譯命令進行編譯，安裝命令進行安裝;7)進入到根文件目錄下使用ln－s命令來進行鏈接，重新再編譯內(nèi)核;8)將編譯生成的內(nèi)核映像文件通過USB傳輸?shù)介_發(fā)板的根文件系統(tǒng)中。
2．2軟件設(shè)計
2．2．1 攝像頭驅(qū)動程序設(shè)計
實現(xiàn)USB設(shè)備的即插即用功能的函數(shù)是攝像頭探測函數(shù)，函數(shù)名稱是sp_probe。該驅(qū)動程序中的數(shù)據(jù)傳輸模塊使用takelet來實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的同步快速傳遞，此函數(shù)對圖像數(shù)據(jù)進行解碼使用的是spcode．c程序。數(shù)據(jù)傳輸模塊函數(shù)的具體名稱是sp5_init_isoc，并且在sp5_open函數(shù)中掛有該函數(shù)的入口點。打開設(shè)備是同步傳輸數(shù)據(jù)開始的標志，這里實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸?shù)暮瘮?shù)是sp_m_data，它把數(shù)據(jù)傳送給驅(qū)動程序，驅(qū)動程序?qū)?shù)據(jù)的訪問使用的是輪詢法。Linux中的USB器件通過系統(tǒng)的USB層來操作下層硬件，流程圖如圖4所示。
2．2．2 模塊視頻采集程序
本系統(tǒng)的視頻采集程序是基于V4L開發(fā)的，主要實現(xiàn)圖像采集設(shè)備的初始化、讀取和關(guān)閉等，基本操作流程如圖5所示。
3、大田視頻采集模塊的安裝與調(diào)試
3．1大田視頻采集模塊安裝執(zhí)行該命令要在該軟件文件所在的目錄下，將視頻采集模塊和PC虛擬機連接起來。這樣在PC虛擬機上就會顯示出視頻圖像，如圖6所示。
3．2大田視頻采集模塊現(xiàn)場調(diào)試在齊齊哈爾嫩江大橋以北的農(nóng)田里，對種植的土豆進行試驗。模塊調(diào)試如圖7所示。圖7模塊調(diào)試一觸摸屏LED和虛擬機顯示圖像不清晰，是因為幀的大小等參數(shù)設(shè)置得小，修改后圖像較原來清晰些;觸屏和虛擬機圖像顯示不連貫是因為其顯示程序中延時設(shè)置太大，以及內(nèi)核需要優(yōu)化小點。大田視頻采集模塊的對農(nóng)作物視頻采集穩(wěn)定，觸屏的視頻圖像顯示非常清晰，且以非常高的質(zhì)量把采集到的視頻圖像傳輸?shù)搅薖C機上(見圖8)，在其上顯示的視頻圖像清晰連貫，能對農(nóng)作物進行非常有效的實時監(jiān)測;操作人員能夠從其中迅速獲得農(nóng)作物的自身生長發(fā)育情況和是否有病蟲害等信息，而且大田的農(nóng)作物視頻信息采集受陽光的影響也很小。本次試驗非常成功。圖8PC機顯示的視頻圖像
4、結(jié)論
1.1 課程結(jié)構(gòu)陳舊
現(xiàn)在民辦高職院校采用教學材料中的課程結(jié)構(gòu)往往跟不上時代變化的腳步，甚至遠遠落后與當前的研究形式。而且在講授Java這門實踐性較強的課程，選擇的教學方式非常陳舊，以教師為中心的被動化課堂模式，無法顯示學生的主動性和積極性，這種教學模式根本無法詮釋Java語言的精妙之處。
1.2 教學內(nèi)容編排存在問題
現(xiàn)階段民辦高職院校的Java程序語言課程教學內(nèi)容比較單一和落后，教學過程中，教師主要講解一些Java理論性的知識。學生在學習了Java語言這門課程之后，往往對Java只是一個寬泛性的概念理解，對Java語言的實際操作的強大功能沒有切身領(lǐng)會和感受到[2]。
二、java程序設(shè)計課程教學質(zhì)量保證體系構(gòu)建
2.1 提升教師教學水平
要有效提高Java程序設(shè)計課程教學質(zhì)量，提高教師的教學水平是首要途徑。Java語言的授課教師必須立足自身的優(yōu)勢和缺陷，取長補短，不斷豐富自身的專業(yè)知識，增強專業(yè)技能，更新教學觀念，引入創(chuàng)新的教學方法，積極主動參與Java實訓活動，這樣才能在Java課堂教學中游刃有余。
2.2 改革課程結(jié)構(gòu)
課堂教學過程中，遵循“教師為引導，學生為主體”原則，選擇與學生知識水平相符合的教學課程，課程結(jié)構(gòu)要與學生的生活世界緊密結(jié)合，以培養(yǎng)學生的上機實操能力為主，讓學生成為課堂上的主體，積極培養(yǎng)學生主動學習能力、動手能力，提高學生的應(yīng)用創(chuàng)新能力。比如在講授類、圖形用戶界面設(shè)計、網(wǎng)絡(luò)編程等內(nèi)容時，筆者特意將教科書的章節(jié)打亂，實際教學時由淺入深、循序漸進的講解，適當增加直觀化、生動化的案例解析。
2.3 優(yōu)化教學內(nèi)容
Java程序設(shè)計課程作為一項跨學科、知識面廣的學科，在課程教學內(nèi)容上要進行合理優(yōu)化組合，以符合學生的知識水平和實際生活為主，利用網(wǎng)絡(luò)教學資源為學生提供Java程序設(shè)計課件、Java案例解析、Java學習論壇等[3]。
三、結(jié)束語
程序設(shè)計課程具有很強的實踐性，在培養(yǎng)學生學會自己分析問題、使用計算機解決問題能力的同時提倡學生創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，主要采用的教學模式有項目教學法、案例分析法、任務(wù)驅(qū)動法等。
1．1《VB程序設(shè)計》課程中項目的設(shè)計
1．1．1章節(jié)項目
在整個教學過程當中，采用了“大項目、小案例、任務(wù)驅(qū)動不斷”的教學模式，設(shè)計并選取與生活相聯(lián)系的合理的能夠調(diào)動學生學習積極性的項目。針對課程教學的最終目的，設(shè)計了一個比較完整的圖書館管理系統(tǒng)綜合項目，但是這門課程知識點較多，要想完成這個綜合項目，學生首先必須熟悉VB開發(fā)環(huán)境、掌握VB程序設(shè)計的基本概念和基礎(chǔ)知識、各章節(jié)的知識點內(nèi)容。為了配合整個課程最后綜合項目的完成，在具體的教學中按照教學內(nèi)容由易到難，針對教學中的重點和難點安排了13個章節(jié)項目，幫助學生更好地學習教材各章節(jié)中的知識點。項目一:由現(xiàn)實生活中的漢諾塔游戲、交換兩個杯子中飲料的問題，引入一個利用VB程序解決兩幅圖片對換位置的具體案例，使學生熟悉VB集成開發(fā)環(huán)境以及各種窗口的使用、掌握常用控件對象的建立以及布局、利用VB開發(fā)簡單應(yīng)用程序的步驟、并初步引入程序設(shè)計思想，引導學生思考兩數(shù)互換的問題，使學生通過觀察、思考、總結(jié)得出兩數(shù)互換的問題和兩幅圖片互換位置是一類問題。項目二:編寫一程序，在屏幕上顯示“歡迎來到VB世界!”，并輸入自己的名字。使學生熟悉VB編程四部曲———界面設(shè)計、相關(guān)對象的屬性設(shè)置、相關(guān)對象的代碼編寫、調(diào)試運行，尤其注意程序的調(diào)試過程。項目三:設(shè)計一個華氏溫度與攝氏溫度之間轉(zhuǎn)換的程序。通過這個項目熟悉VB的數(shù)據(jù)類型及其運算，掌握VB的常用標準函數(shù)、變量以及常量的使用等語法知識點。項目四:利用輸入函數(shù)輸入一元二次方程的系數(shù)a、b、c，編寫程序計算一元二次方程的兩個實根或虛根，用輸出語句輸出結(jié)果。熟悉常用的輸入輸出控件、掌握Print方法、Inputbox()函數(shù)、Msgbox()函數(shù)和Msgbox過程的使用方法。項目五:設(shè)計一個賬號和密碼的輸入檢驗程序。規(guī)范整理英文文章，即對輸入的任意大小寫的英文文章進行整理，規(guī)則是:所有句子開頭應(yīng)為大寫字目(句子是以符號“?”、“．”、“!”作為結(jié)束符的)，其他都是小寫字母。使學生熟練掌握程序三大結(jié)構(gòu)中的選擇和循環(huán)結(jié)構(gòu)。項目六:對一個班級的學生成績進行輸入統(tǒng)計，找出所有成績中的最高分和最低分、全班成績的平均分等。使學生掌握數(shù)組的使用。項目七:編寫一個函數(shù)，在已知的字符串中找出最長的單詞。假定已知字符串中只含有字符和空格，空格用來分隔不同的單詞。通過該項目的學習使學生掌握過程程序的設(shè)計、實參、形參等基本概念。項目八:常用控件的使用。設(shè)計一個類似Win-dows記事本的應(yīng)用程序，并完善其各項功能。通過該項目使學生掌握菜單、對話框和多重窗體程序設(shè)計。項目九:導入手機號碼文件，編寫一個手機選號程序，比如說選出手機尾號后四位相同的手機號碼等。要求學生通過學習，掌握文件的相關(guān)操作，利用文件能夠建立簡單的應(yīng)用程序。項目十:建立本班同學信息庫，具體包括:學號、姓名、性別、出生日期、寢室電話、手機號碼，并用數(shù)據(jù)控件及綁定控件實現(xiàn)對同學信息的瀏覽，并實現(xiàn)按姓名查詢相關(guān)人員的基本信息。通過該項目掌握VB數(shù)據(jù)庫的相關(guān)技術(shù)。項目十一:設(shè)計多文檔應(yīng)用程序，熟悉VB高級界面的設(shè)計。項目十二:用MMControl控件設(shè)計一個錄音機，用API函數(shù)設(shè)計一個用戶化的CD播放器。通過學習，使學生掌握VB多媒體程序設(shè)計。
1．1．2階段項目
為了使整個學期的教學內(nèi)容具有連貫性，糅合各章節(jié)零散的知識點，使教學實踐具有可操作性，將整個學期的教學實踐分成了三個階段，每個階段選用一個打破章節(jié)限制的階段項目，使學生對所學知識內(nèi)容有一個階段性較完整的認識。這三個階段依次是實踐的開始階段、實踐的展開階段、實踐的結(jié)束階段，分別對應(yīng)階段項目一、階段項目二和階段項目三。每個階段中抓住關(guān)鍵教學環(huán)節(jié)，按照“大項目、小案例、任務(wù)驅(qū)動不斷”的具體教學流程組織教學。階段項目一:選用簡單的項目，如蝴蝶飛舞、字幕滾動的項目。由于是初次接觸計算機編程語言，所以對于非計算機專業(yè)的學生來說，這門課程的入門學習很關(guān)鍵，如果按照常規(guī)授課方法，依據(jù)書本上的章節(jié)內(nèi)容安排依次講授VB語言發(fā)展史、VB語言特點以及編程環(huán)境等內(nèi)容的話，學生很難接受，往往是聽得稀里糊涂，不知道學習VB究竟有什么實際作用，從而會產(chǎn)生畏難情緒，最終導致學生對VB知識學習失去興趣和信心。為消除初學者的畏難情緒，第一階段主要以激發(fā)學生的學習興趣為主，讓學生對VB有一個直觀的認識，同時讓學生在輕松的氣氛中了解VB的編程環(huán)境和編程步驟，以及VB面向?qū)ο蟆⑹录?qū)動的編程機制。萬事開頭難，一旦學生對VB產(chǎn)生了興趣，就有利于后續(xù)知識的學習。階段項目二:難度稍微加大，選用計算器項目。通過本項目，一方面讓學生理解控件數(shù)組的含義和設(shè)計使用方法，以及簡單下拉菜單、常用數(shù)學函數(shù)的使用、過程函數(shù)的編寫等，進一步加強學生對概念的理解。另一方面讓學生注意可視化界面的設(shè)計，因為友好美觀的人機交互界面，給人賞心悅目感覺的同時是軟件的門面。階段項目三:選用綜合項目———學生信息管理系統(tǒng)。通過這個項目讓學生真正了解掌握軟件的開發(fā)過程。雖然這個項目比較難，但是有了前面知識的鋪墊，會變得容易接受理解，也是對前面所學知識點的一次鞏固和進一步更深入的理解，更是對前面知識的綜合應(yīng)用，讓學生由淺入深、由易到難，逐步領(lǐng)會掌握編程的基本思想、基本方法和開發(fā)一個軟件的完整步驟。三個階段通過運用“大項目、小案例”，每個階段讓學生帶著具體任務(wù)去學習，把枯燥的理論知識與生動形象的教學方式相結(jié)合，以清晰簡明的表達方式深入淺出地向?qū)W生傳授VB程序設(shè)計語言課程的知識，使學生在完成具體任務(wù)的實踐過程中不斷加深對面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計思想和知識的理解。
1．2《VB程序設(shè)計》課程中的案例選取
有了已經(jīng)準備好的各模塊的項目，并展示給學生，學生有了興趣后，就會想這些項目是怎么完成的，任務(wù)就落到各個模塊項目里面具體的案例上了。由于VB程序設(shè)計授課內(nèi)容多，授課時間緊張，按各知識模塊劃分選取項目后，在每個項目里面，按項目選取具體案例或是進行設(shè)計各項目的各功能模塊，各功能模塊實際就是一個個案例。在教學過程中應(yīng)循序漸進，可以在原有案例的基礎(chǔ)上逐步改變或增加一些條件，將應(yīng)用進行引申，啟發(fā)學生思維，讓學生對知識點的理解更透徹，掌握各知識點之間的聯(lián)系，提高學生發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的能力，并在教學中兼顧學生生活經(jīng)驗與知識趣味性，達到事半功倍的教學效果。
1．3任務(wù)設(shè)計
圍繞每一知識模塊的教學內(nèi)容、教學知識點，設(shè)計相關(guān)的項目，并在各個項目中采用了系列案例以及完成各功能模塊的案例，為了讓學生更加熟練、更好地掌握教學內(nèi)容，在各知識模塊的學習中設(shè)置學習情景，給學生留有感興趣的任務(wù)，讓學生去完成。同時根據(jù)各知識模塊提出了單元任務(wù)，單元任務(wù)設(shè)置兩個層次———基本任務(wù)和提高任務(wù)。由于學生自身水平有差異，對于基礎(chǔ)好、學有余力的學生，要求他們不但要完成基本任務(wù)，還要完成提高任務(wù);對于大多數(shù)學生，只要求他們完成基本任務(wù)。由于時間的限制，可以讓學生在課余時間分析任務(wù)，在上機實踐課以及課余時間去完成任務(wù)，最后做任務(wù)的總結(jié)。有了興趣和任務(wù)的驅(qū)使，學生為了完成任務(wù)，就會利用各種方式和手段積極主動地去解決問題，他們會通過查閱相關(guān)書本、瀏覽網(wǎng)絡(luò)資源、同學之間互相協(xié)作等方式解決問題，充分調(diào)動了學生的主觀能動性，在完成任務(wù)的過程中學生分析問題、解決問題、實際開發(fā)應(yīng)用程序的能力得到了鍛煉，為學生知識的創(chuàng)新奠定良好的基礎(chǔ)，同時知識面也更廣、更大了。學生不會再覺得教學只是教師一個人的“獨角戲”，而是教師和學生的“二人轉(zhuǎn)”。在相互的配合以及友好和諧的師生關(guān)系中，教學順利完成的同時學生個人的知識庫也得到了構(gòu)建。
2實施方法
