时间：2023-03-24 15:20:30
序论：在您撰写电工电子设计论文时，参考他人的优秀作品可以开阔视野，小编为您整理的7篇范文，希望这些建议能够激发您的创作热情，引导您走向新的创作高度。
在传统的实验课程中，教师每年工作量尽管很大但是重复的较多。随着电子信息技术的飞快发展，电工电子设计的教学要求也在不断变化。教学改革必须与时代同步才能满足用人单位对学生的需求。这对教师和学生都提出了较高的要求。教师需要不断的进修学习才能适应电工电子设计课程的教学要求。目前高校中实验教师队伍不稳定，人员待遇不高，很难吸引高素质人才。实验教师的业务水平和专业技能需要不断的提高才能满足日新月异的电子信息发展趋势。稳定的实验教师队伍是实践教学发展的基础，只有在保障了教师的基本生活条件和社会地位前提下，才能使教学质量得到稳步提升。
2课程内容增多和课时压缩之间的矛盾
随着国家中长期教育发展与改革纲要的落实，高校的社会定位越来越明确。高校近年来不断的扩大招生人数，我国的高等教育已经从传统的精英教育阶段进入大众教育阶段。学生的本科专业范围越来越宽，需要开设的内容范围越来越广，分配给各个课程的课时会减少，电工电子设计的课时也在不断的压缩。与此同时针对电子信息类专业的教学内容却在不断的增多，这对教学工作提出了严峻的挑战。
3电工电子设计实训课教学改革的探讨
3.1研制实训套件针对教学套件陈旧的问题，组织实验教师研制实验套件。每个实验教师带三名学生，完成套件的设计、加工焊接和调试。鼓励学生跨专业组队。充分发挥不同专业的优势，设计出贴近生活的实用套件。通过采用研制的实训套件进行教学，提高了学生的参与积极性，取得了一定的教学效果。研制实验设备是针对电工电子设计课程教学需要的产物，在实验的教学改革过程中发挥了重要的作用。实验教师在套件研制的过程中学习了新的知识，提高了自身的专业素质，同时也培养了一部分学生。
3.2提高实验教师技能电工电子设计课程要求实验老师既要具有完整的理论体系和实践经验，还要求深入浅出的将理论和实践结合起来。工程训练中心充分认识到教师队伍培养的重要性，不断组织相关的学习培训活动，包括基本实验技能培训、业务能力提升培训和科研能力培训。提高了实验技术人员的知识、技能，保持实验室建设和发展的生机与活力。
3.3突出学生主体地位传统的实验课程课时不连续，每节课必须完成对应的操作，学生的自主时间非常少。电工电子设计课程课时连续，时间集中在一两周内。要求突出学生的主体地位，压缩教师的理论授课时间，增加讨论答疑环节。在保证学生的自主时间的基础上，教师在教学内容上要适当引导。首先选择入门型的套件，让学生先深入进去，再适当递进式的增加难度，使学生在掌握知识的同时也获得一定的成就感。最后学生可以根据个人兴趣自主选择提高性套件，既保证了教学受益面也让优秀的学生可以学到更多的知识。
3.4健全课程考核机制实训课程的考核不能仅仅依靠实训报告和一次的实训结果来进行考核。把课程考核分为套件验收部分和设计答辩部分。可以使考核贯穿于整个教学过程，有利于优秀的学生脱颖而出。课程考核的套件验收部分主要考查学生的焊接能力、对基础知识的掌握情况、对电子设计中遇到问题的解决方法的掌握程度和常用的调测仪器仪表的基础知识。对于电子信息类专业学生的要求较高，需要了解基本原理和使用方法。答辩部分主要考核学生的表达能力和对作品的掌握程度，同时也是一个很好的交流学习机会。通过两级考核模式可以促进学生的学习热情，激发学生对专业课的学习兴趣。
4结论
EDA技术是机械电子工程设计当中重要的技术，其主要载体可以进行大规模编程的逻辑器件，在编程过程当中，使用的表达方式是硬件描述语言。EDA技术在应用的过程中要使用计算机、编程逻辑器件等科技工具，应用的最终目标是对特定的目标新平进行适配编译和逻辑映射，形成电子系统或是成为专用集成芯片。EDA技术是在电子电路技术之上发展起来的，EDA技术要编译器、综合器、下载器、适配器等部件共同构成。其中，综合器能够对设计者的设计文件进行转换，使其成为系统内门级电路描述。适配器可以生产最终的下载文件，并安排到制定的器件中。EDA技术是机械电子工程设计中的核心技术，EDA技术使用的HDL语言可以公开利用，其描述范围广泛，可以机械电子工程设计带来诸多的帮助。在后期进行交流、修改、保存等工序时也可以十分方便的进行。另外，EDA技术拥有较高的自动化，一些常规的纠错、调整等工作可以快速完成。
2电子工程中存在的问题
机械电子工程快速发展，但是到目前为止，世界各国对于机械电子工程都没有明确的定义和统一的认识，出现这种问题的原因，一方面是机械电子工程发展速度太快，所涉猎的领域越来越多，另一方面是因为设立明确的定义必定会对其发展产生一定的限制作用，不利于机械电子工程继续快速发展。电子工程在发展的过程中产生了一些难以解决的问题，电子产品的发展方向是具有更高集成和大容量，同时体积也越来越小，这就需要技术的不断升级来实现发展目标。电子工程设计方案需要获得科学的检验，要对其进行仿真分析。电子元件所处的工作环境是设计人员应该考虑的问题，要对设计方案进行有效优化，最后要对电路特性进行分析。另外电子工程在运行中要避免静电的危害。为了实现电子工程取得进步获得发展，需要在电子工程设计中采用EDA技术。
3电子工程设计要点
3.1仿真分析
机械电子工程设计方案需要通过科学的系统仿真或是结构模拟来说对其可行性、科学性进行验证和分析。通过仿真分析来确保设计方案在后续实践中能够顺利应用。在仿真分析过程中，使用EDA技术可以为仿真分析提供良好的支持。EDA技术能够通过各个环节当中的传递函数来进行数学建模并对其进行仿真分析，这样构建和仿真系统能够准确验证设计方案的实践性，并能够对电子系统工最后程设计方案进行推广和使用。这种仿真分析对于提高我国电子工程设计的整体水平和产品质量有积极的指导意义。
3.2优化设计
对设计方案进行优化的目的是尽可能确保电子元件在应用过程中具备稳定性与可靠性，保证其拥有最佳的容差和工作环境。在实际工作条件下，使用传统的电子工程设计方法，难以对实际容差及电子工程元件工作环境进行全面的检查和分析。不能对电子元件环境进行全面勘测，就容易导致设计方案在此方面出现漏洞，这样一来电子元件的容差及其工作环境温度就很难得到有效的保障。利用EDA技术则能对设计方案进行良好的优化，因为EDA技术可以对电子方案环境进分析计算，获得电子元件在实际工作中所处的环境温度等相关数值。在分析获得的数值基础上，来对电子工程设计方案进行优化，保证方案在实施后，可以稳定工作，具有可靠安全保障。
3.3预防机械结构中的静电
机械结构是根据设计方案来工作并应用于事物成为满足功能需求的结构。在科技快速发展的大环境下，集成电路设计愈来愈复杂，这对静电的防治也提出了更高的要求。静电对电子元件的破坏巨大，静电电场能够对周边电荷有吸引力会破坏绝缘体，使电子元件敏感度降低，甚至是引发集成电路烧毁，使电子产品直接报废。这要求工作人员做好静电防护，对防静电工作区域进行划分，保持操作空间的清洁，降低静电发生的概率。在电子工程故障检测方面，要将传统的电子工程故障检测和智能故障检测方法结合，相互验证，在电子技术投入方面加强，提升电子工程检测技术的能力，增强电子元件、电路对环境的适应能力。
3.4电路特性的有效分析
对电特性进行有效分析是EDA技术中的重要内容，在电子工程设计的过程中，理论分析都是在数据分析和特性分析的基础之上进行。因此，数据分析和特性分析方面的数据必须准确及时，使用传统的电子工程设计方法会受到多方面的限制，难以保证数值的准确性，电力测试的实际精度会受到较大的影响，不利于后期稳定性的建立。EDA技术就能够对整个系统进行全面的测试，并保证测试的精确性与科学性，避免设计方案出现结构性的差异确保设计方案的整体性以及合理性。
4结论
目前,为了快速实现工业生产的自动化,我国的自动化技术在工业生产中被广泛的应用,这也预示也我国工业迎来了现代化发展的重要阶段。但是,由于我国自动化技术兴起时间较短,其各项技术还不是完全的成熟,在工业生产中也只是应用了CAD、CAM以及OA技术,完成了计算机辅助设计与制造,以及综合办公管理的自动化控制等三个方面的自动化建设[1]。虽然仅仅只有三个方面,但是却在极大的程度上帮助我国的工业生产实现了智能化与自动化,这也是自动化技术能在短时间内就被应用在石油、化工、冶金以及轻、重工业等其他工业领域的原因,并且这些领域也随着自动化技术的应用而提高了自身的生产技术。另外,自动化技术在工业生产自动化的应用,不但实现了工业生产的自动化,还实现了行文、事务处理的自动化,以及辅助决策的自动化,使得工业生产中对于生产设备和流程的管理与控制能力不断提高,增强了工业生产效率。
2将自动化技术引入到电子信息工程设计中的重要作用
2.1使电子信息工程的设计一体化与机械化得以实现
诚如人们知道的,所谓自动化技术,就是全面解放发展生产力,用机械运作来代替人工操作,最大化的节约人力资源成本,提高工作效率,这也是自动化技术被广泛的应用到实际的生产生活中的原因。以从事电子信息工程的设计工作的人员角度来看,要想更好的工作,不仅需要全面的掌握电子设计的原理,还需要了解一切与信息工程设计有关的计算机应用理论。从电子信息工程本身具有的特色来看,其本质就是将计算机、信息以及电子技术相融合产生的一项事物,这就使得其设计工作不论是对机械化的程度,还是自动化程度,都有十分高的要求。所以,将自动化技术引入到当前电子信息工程的设计中,不仅能够促进设计工作的机电一体化,有效的转变当前电子信息工程的设计情况,提高设计工作的效率,还可以最大化的发挥电子信息工程在设计工作上的优势,准确的反映出设计工作的多元化以及功能的标准化。
2.2推进电子信息工程的设计智能化快速实现
在传统的电子信息工程的设计中,主要是依靠人力来处理信息,并对这些信息进行开发、设计、集成与应用的,工作效率十分缓慢,根本无法满足当前工业化发展对于信息的需求。将自动化技术应用于电子信息工程的设计之中,能够从根本上变革当前工业生产对于信息的处理、开发、设计、集成与应用的方式,极大的提高电子信息工程在设计方面的智能化水平[2]。通过将计算机、信息以及网络等自动化技术的融合,能够为处理和应用大批量、高频率和密度的信息提供一条更加便捷的途径,从而提高电子信息工程的整体设计水平,促进电子信息工程的设计智能化建设,提高其工作效率和准确度。
2.3推动电子信息工程设计整体的进步
首先,自动化技术本身就是一种集多项现代化先进科学技术为一身的,具有较高优势的现代技术,这种优势不仅是其他各种单一类型的技术或者技巧无法到达的境界,也是当前电子信息工程在设计时需要依靠自动化技术的主要原因。电子信息工程的设计,对于对信息的处理、运用以及控制技术的精确度要求极高,这一要求是无法依靠人力资源来实现的,所以就需要自动化技术来辅助完成。例如:在设计信号与系统时,设计师必须要全面的掌握信号的分解与信息系统的分析等相关技术,这就需要设计工作必须具备极高的精度,此时,设计师就必须要以自动化技术来提高设计整体的水平,提高精确度[3]。由此不难看出,自动化技术对电子信息工程的整体设计以及精确度水平的提高,具有的重要作用。
3自动化技术应用于电子信息工程设计的表现
将自动化技术应用于电子信息工程的设计工作的重要作用,使其在该领域的应用范围被不断的扩大,应用效果也不断提高。总体来看,自动化技术在当前电子信息的设计中,主要别用于以下几大方面:一是,电路分析的设计和计算机的控制领域,这也是整个电子信息工程设计的核心所在。将自动化技术应用于此领域,可以提高其三相电路、双口网络以及含有点感电路等方面的工作效率,促进设计整体的自动化和智能化[4]。二是,计算机的辅助设计领域,所谓的计算机辅助设计,主要就是通过综合的应用计算机的硬件、软件和网络等,促进设计整体的有效完成。将自动化技术引入其中后,设计这只需要将相关数据输入其中,计算机就可以自行分析计算,极大的提高了工作的效率和设计的精确度。
4结语
随着工业时代向信息时代的发展过渡，人类社会进入了后工业时代，以计算机为代表的信息化产品打破了产品在形式、结构与功能之间的必然联系，设计的目的转向解决人、物及环境之间的关系。当前，工业设计的发展思潮多元化，很多设计思潮是受到某一种技术的推动或者对当下某一问题的关注和诠释，比如生态设计（绿色设计）关注的可持续发展问题；交互设计（ID，InteractionDesign）关注的是用户的行为和产品之间的反应与互动；情感化设计关注的是与用户的情感沟通等等。归根结底，现代的工业设计是产品的人性化设计，也是产品的文化设计，是以满足人的多种需求为目标的技术人性化的创造活动。设计活动是围绕着人的活动，是不断随着社会、经济、技术发展而不断提高其适应性的创造性活动。进入二十一世纪以来，电子商务平台迅猛发展，它不但改变了人们选购商品的方式，也在改变着人们的生活和观念。它是一项新的人类活动，是设计服务的新领域。
2电子商务时代带来挑战
2.1网络购物的特点
网络购物基于互联网和物联网，通常是指B2C和C2C购物，主要针对的是消费者。网络购物活动主要是指用户借助手机、电脑等媒介终端设备，通过互联网检索、查看相关产品的信息，并借助网上银行订购产品，最终通过快递公司到达消费者手中的过程，网络购物活动具有以下特点：（1）流通环节少而降低产品成本。（2）产品展示不受场地和供货渠道限制，种类丰富。（3）用户浏览电商网站和购买活动自由，不受时间、地点限制。（4）通过电子信息平台，产品搜索更容易，信息更新也更快。
2.2电子商务对消费者的影响
依赖于互联网的的消费行为是全新的人类活动，在消费过程中，消费者完全处于主动地位。在电子购物平台上，消费者可以在几秒钟之内切换至不同的电商，自由地在不同店铺中穿梭，比对信息，并对信息进行甄别和处理，根据个人需求去寻找最符合需求的产品。他们可以在自己认为合适的时间、地点和环境下选购商品，这使消费行为享受了前所未有的自由。减少了中间环节的供货渠道，及电商之间为争夺消费群体而产生的竞争，为消费者提供了有足够吸引力的价格。而另一方面，电子商务活动完全是通过互联网的虚拟界面进行，这为消费行为带来了新的问题。如图2所示，线上购物流程比在实体购物场所更复杂，对消费者知识和认知技能的要求更高。消费者有大量的信息需要处理和甄别，复杂的操作流程需要合理的引导，繁多的账号需要进行管理。而且，网络与生俱来的不真实性使消费者缺乏对产品的实物感知，不及实体店中“所见即所得”的消费体验。
2.3电子商务对传统企业产生的冲击
中国网购人数最近5年一直保持43.3%的年均增长率，已经超过美国,成为全球网购人数最多的国家。淘宝、京东等电商的百货平台正在超越苏宁、家乐福等传统零售业巨头，而且其增长的潜力似乎还可以不断挖掘。在这种形势下，传统零售业要么与线上销售结合并进，要么寻求新的发展方向。而对于制造业而言，减少了中间商的掣肘，通过互联网平台，制造商能够直接与消费者交易，获得更高的利润和更及时地市场反馈。但另一方面虽然机械化大批量生产的模式减少了成本，但随着人们生活水平的提高，对情感、精神和个性化需求的凸显，对于柔性设计需求越来越强烈。网络的迅速反馈可以使企业能够做出及时的调整，乃至生产出符合消费者需求的小批量个性化产品。而3D打印技术的推出和不断成熟，似乎可以彻底改变企业卖出的产品实物的概念，而是可以的出售“设计”。通过3D打印机，也许就在不久的将来，人人都可以成为一名设计师，成为自己产品的缔造者，到时轻轻按下一个键，产品就可以被直接打印出来。
3电子商务时代工业设计的机遇与发展
工业设计师一直致力于成为消费者和企业之间的桥梁，解决两者之间利益的冲突，并达到双赢的结果：使消费者能够得到自己满意的产品，而企业能够在生产活动中获益，为社会创造价值。电子商务改变了消费者和企业之间的活动形式和关系，其中最为显著的体现在三个方面——网络化数据、网络化媒介和网络化产品，工业设计能够通过电子商务结合为消费者带来高效的、适合的、怡人的使用体验。
3.1电子商务平台提供了准确而真实的数据反馈。
“我设计的产品能够满足消费者需求么？”这是设计师在开始设计工作前必须要考虑的问题，也是产品能否具有竞争力的关键。优秀的设计一定是建立在正确的市场调研基础上的，通过图1我们可以看到，设计工作的第一部分就是进行市场研究，传统的市场调研方法所花费的时间周期较长，所需投入的成本也较高，而调查结果的有效性却往往不能令人满意。现在电子商务平台上产品的市场反馈信息则基于互联网，是对交易和评价的即时计算和分析，并且无偿开放的，其作用有如下几点：（1）网购平台商品检索功能提供了细致的类比信息，这些对比数据可以使设计师易于发现同类产品之间细微的差异。用户只要在电商网站的检索栏输入需要寻找商品的关键字，就可以得到相关产品的各方面信息检索条目，如图3所示为淘宝网的搜索界面。用户可以依据商品的各类关键信息进行筛选，并可以对比哪些商品更受到消费者的青睐，或者哪些商品销量最好。这有利于设计师及时得到产品的相关技术发展趋势、品牌认同度、同质化竞争情况等信息。（2）网购平台的“客户评价”功能便于设计师取得第一手用户反馈意见。消费者收到网购消费的货品后可以对产品进行评价，而这些评价的数据实时被更新，有利于其他消费者评估。如图4所示为京东商城的商品评价界面。在上面我们可以看到每件商品的好评率，“买家印象”说明了产品各方面特征，有哪些是最令消费者满意的，有哪些能够引起消费者的购买动机，这对设计师客观正确的评估产品的市场认同情况和售后信息反馈具很重要的意义。（3）网购平台为概念方案提供一种新的设计评价媒介。如果我们把网络购物平台的数据不是用于已投产的产品评估，而是用于概念设计的方案评价，将产品生产的环节置于销售之后，那么产品投入市场的风险可以被降低，也有利于产生一些有针对性的柔性设计。
3.2电子商务平台为设计服务提供了新媒介
如图1所示，在传统销售策略中，针对产品的包装、运输、陈列、展示、宣传等市场化环节，设计师需要满足其功能需求及消费者的审美需求，从而衍生出众多设计领域。而在电子商务平台上，网站界面（UI）及其所提供的信息在产品的市场化中起着重要作用，影响消费者的使用体验与购物行为的网站界面设计发展迅速。（1）在电子商务平台的界面设计中，交互设计的发展前景远大。数字化产品日趋扁平化，人和物之间的精神交流和意识交流变得越来越直接。人与产品交互不是简单的视觉沟通，而是在逻辑和行为层面的互动。购物网站的界面设计必须能够正确引导消费者行为，很难想象一个界面设计混乱、不协调的电子商务网站会吸引网络消费者的注意并进入浏览、购物。［7］电子商务平台的发展和成熟为交互设计的发展提供了土壤，现在交互设计的思维正在向更多的产品设计领域深入。体验店成为线下销售的重要发展方向。在现有技术背景下，用户在线上购物时只能看到产品图片和其他用户的评价，无法获得直接的试用体验。而实体商店的优势就在于其资源配置和便利的地理条件，可以为用户提供品牌文化体验、产品试用体验、售后服务体验等方式，在用户试用产品的同时，加强企业和用户之间的情感沟通和文化交流。体验店的设计为设计师提供了另一个平台，有利于为企业与用户之间建立更好地沟通桥梁，如图5为AOC在北京798的商品体验店。
3.3基于电子商务平台上的产品设计新探索
电子商务不仅可以改变产品的营销渠道，而且可以赋予产品新的内涵。3D打印机的出现使“商品”可以完全实现非物质化，企业出售产品也许仅仅就是高精度的3D模型，用户购买后自己“生产”。更加贴近用户的商业模式是：由顾客提出设计要求，设计人员直接将方案发给用户——这种模式已经在部分医疗产品上在应用。在信息时代，产品的内涵不断发生变化，产品不再仅仅是物质上的存在，因为用户需要的不再是产品实物本身，虚拟产品在人们生活中变得越来越丰富而重要，这使得设计师不得不为新的产品而进行创新和思考。
4总结
电子式多功能电能表主要针对国内市场三相用电的工业用户。随着电力行业改革深入,工业三相用电对多功能电能表的需求大量增加。目前国内多功能表种类少、价格较高、功能不完善,往往仅是针对某些地区的特定要求开发,缺乏通用性,某些产品未能完全达到国标的要求。本文介绍的电子式多功能电能表正是为了适应这种市场需求而设计的。
这是一款智能型高科技电能计量产品,该表可以同时计量正/反向有功电能、正/反向无功电能、四象限无功电能,还具有多费率控制,负荷曲线记录,各相失压、过压、频率超限记录,数据LCD显示等多种功能。主站可以通过RS-485总线或手持红外抄表器对该电表进行查表、设表、抄表等操作。
软件代码全部采用C/C++语言编写,编码效率高,可维护性好,便于实现模块化设计,可根据用户的需求方便地对功能模块进行裁剪。而且代码经过优化,其生成的目标代码大小和执行效率已与汇编代码相差无几。该产品的技术指标全面符合GB/T17215-1998《1级和2级静止式交流有功电度表》、DL/T614-1997《多功能电能表》和DL/T645—1997《多功能电能表通信规约》的要求。
多功能电能表的总体结构和硬件设计
多功能表总体结构
电子式多功能电能表硬件的核心MCU主控制器,它负责按键输入扫描、工作状态检测,计量数据的读入、计算和存储、电表参数的现场配置以及与外界的通信控制等。其主要功能单元包括MCU主控制器单元、电量计量模块、红外和RS—485通信模块、校表模块、EEPROM存储阵列等;其他辅助模块主要有:时钟日历电路、工作异常报警电路、按键输入电路、复位和看门狗电路、开关电源模块和后备电池电路、大屏幕液晶显示模块和LED显示模块。多功能表总体结构框图如图1所示。
高性能主控制器单元
主控制器采用NEC公司8位单片机中的高档产品uPD78P0338。该款单片机为120脚QFP封装,单片集成有60KBFlash、一个异步通信串行口、40x4段LCD驱动器、高达10MHz的总线时钟和10路10位精度的ADC,并可通过简单的接口进行在系统编程,极大地方便在线调试和软件升级。并且支持高级语言,较好地满足了多功能表任务繁多、数据量庞大、算法较复杂的功能要求。
串口复用通信单元
通信电路模块主要包括TSOPl838红外接收头、红外发射二极管、载波电路、MAX487专用485收发电路、驱动/开关二极管和其他元件。
本电能表为便于用户抄表,设计有红外本地抄表和RS-485集中抄表两种串行抄表方式,因为uPD78F0338仅有一个串口,故通信电路设计时采用串口复用技术。由9012、9014和若干电阻等器件组成互补开关,由MCU的一个I/O口来控制红外和RS-485通信方式的切换,如图2所示。
高精度电量计量模块
计量模块由高精度专用电能计量芯片SA9904,电流互感器和其他电路元件组成。SA9904是Sames公司生产的一款三相双向功率/电能计量芯片,可以计量有功/无功功率、电压、频率、相序异常等,可以单独计量每一相的用电信息,符合IEC521/1036标准,可达到1级交流电能表的精度要求,各数据寄存器具有24位精度,可通过三线SPI接口与CPU交换数据。从而可以较好地适应多功能表需要计量多种电量数据的要求。SA9904引脚及其电路图如图3所示。
其中,CLK、DO、DI构成与MCU控制器的接口,用于传输控制命令和测得的电量数据,IIps、IIPt、IIPr用来对电流取样,IVPl、IVP2、IVP3用来对电压取样。
时钟日历模块
时钟电路采用EPSON生产的RTC-4553实时时钟芯片。内部集成了32.768kHz的石英晶体振荡器,简化电路,并可以根据需要进行自由设置以得到较高的频率;同时集成有时钟和日历计数器,可选择24或12小时显示模式,时钟可通过软件方式进行间隔30秒的调整,并提供0.1Hz或1024Hz的定时脉冲输出,以便于在电能表的外部对时钟精度进行定期检查。RTC-4553引脚及其电路图如图4所示。
其中,SCK、Sin、Sout与主处理器接口,用于发送控制指令或者传输日期时间数据,本系统日历时钟模块采用电池作后备电源,以确保在停电状态下,日期时间的准确无误。
多功能电能表的软件设计
数据结构设计
多功能电能表涉及的数据类型种类繁多。按字节分包括单字节、双字节、三字节、四字节和六字节等,按表征的意义分有时间、时刻、电压、电流、有功功率、无功功率、有功电能、无功电能、次数、功率因数、门限、状态字、系数、表号等。复杂的数据类型对数据结构的设计提出了较高的要求,本实现方案通过采用多种数据寻址方式和多种类型存储器较好地解决了这一问题。
数据结构设计要点
系统的数据存放方式有:内部ROM、RAM和外挂EEPROM。
内部ROM用来存放大量的常数表格,RAM用于存放临时变量和堆栈,本方案需要2.5KB左右的RAM,串行EEPROM则存储各种用户电量数据和设表参数,通过12C总线与CPU交换数据,电能表按设计需求的最大要求大约需要250KB的EEPROM,本方案采用8片256位EEPROM通过级联来实现。
数据寻址方式
EEPROM数据访问采用两种方式;直接地址访问,通过数据的EEPROM地址直接读写数据;数据ID寻址,通过数据的编码读写数据。
通信口复用功能设计
红外通信和RS-485共用一个串行口(RxD/TxD)通信,由于串行口通信开始都有一低电平位(0),因此将红外接收端(与485接收端用一三极管隔开)引到一中断引脚INTP1,通过其引发的中断可判断串行口数据是否来自红外。发送时按时应方式发送,使其不互相干扰。由于红外通信和遥控接收用同一接收管,因此在判断红外来源的中断中启动定时器INTTM4检测红外接收端,如果检测到脉冲宽度为9ms或0.56ms,则判断为红外遥控,并根据定时检测遥控编码;否则判断为红外产生的串行口接收中断,并将定时检测关闭。
红外38.4kHz调制信号由CPU内部分频输出(P05/PCL)。f=fx/27=4.9152/128=38.4kHz。
因红外发送字节之间可选有15～20ms的延时,而485通信则不需要延时。数据发送在发送中断中进行,红外通信在发送操作后立即关闭发送中断允许,待延时时间到后再允许发送中断。
多功能表程序流程图
电子式多功能电能表主要针对国内市场三相用电的工业用户。随着电力行业改革深入,工业三相用电对多功能电能表的需求大量增加。目前国内多功能表种类少、价格较高、功能不完善,往往仅是针对某些地区的特定要求开发,缺乏通用性,某些产品未能完全达到国标的要求。本文介绍的电子式多功能电能表正是为了适应这种市场需求而设计的。
这是一款智能型高科技电能计量产品,该表可以同时计量正/反向有功电能、正/反向无功电能、四象限无功电能,还具有多费率控制,负荷曲线记录,各相失压、过压、频率超限记录,数据LCD显示等多种功能。主站可以通过RS-485总线或手持红外抄表器对该电表进行查表、设表、抄表等操作。
软件代码全部采用C/C++语言编写,编码效率高,可维护性好,便于实现模块化设计,可根据用户的需求方便地对功能模块进行裁剪。而且代码经过优化,其生成的目标代码大小和执行效率已与汇编代码相差无几。该产品的技术指标全面符合GB/T17215-1998《1级和2级静止式交流有功电度表》、DL/T614-1997《多功能电能表》和DL/T645—1997《多功能电能表通信规约》的要求。
多功能电能表的总体结构和硬件设计
多功能表总体结构
电子式多功能电能表硬件的核心MCU主控制器,它负责按键输入扫描、工作状态检测,计量数据的读入、计算和存储、电表参数的现场配置以及与外界的通信控制等。其主要功能单元包括MCU主控制器单元、电量计量模块、红外和RS—485通信模块、校表模块、EEPROM存储阵列等;其他辅助模块主要有:时钟日历电路、工作异常报警电路、按键输入电路、复位和看门狗电路、开关电源模块和后备电池电路、大屏幕液晶显示模块和LED显示模块。多功能表总体结构框图如图1所示。
高性能主控制器单元
主控制器采用NEC公司8位单片机中的高档产品uPD78P0338。该款单片机为120脚QFP封装,单片集成有60KBFlash、一个异步通信串行口、40x4段LCD驱动器、高达10MHz的总线时钟和10路10位精度的ADC,并可通过简单的接口进行在系统编程,极大地方便在线调试和软件升级。并且支持高级语言,较好地满足了多功能表任务繁多、数据量庞大、算法较复杂的功能要求。
串口复用通信单元
通信电路模块主要包括TSOPl838红外接收头、红外发射二极管、载波电路、MAX487专用485收发电路、驱动/开关二极管和其他元件。
本电能表为便于用户抄表,设计有红外本地抄表和RS-485集中抄表两种串行抄表方式,因为uPD78F0338仅有一个串口,故通信电路设计时采用串口复用技术。由9012、9014和若干电阻等器件组成互补开关,由MCU的一个I/O口来控制红外和RS-485通信方式的切换,如图2所示。
高精度电量计量模块
计量模块由高精度专用电能计量芯片SA9904,电流互感器和其他电路元件组成。SA9904是Sames公司生产的一款三相双向功率/电能计量芯片,可以计量有功/无功功率、电压、频率、相序异常等,可以单独计量每一相的用电信息,符合IEC521/1036标准,可达到1级交流电能表的精度要求,各数据寄存器具有24位精度,可通过三线SPI接口与CPU交换数据。从而可以较好地适应多功能表需要计量多种电量数据的要求。SA9904引脚及其电路图如图3所示。
其中,CLK、DO、DI构成与MCU控制器的接口,用于传输控制命令和测得的电量数据,IIps、IIPt、IIPr用来对电流取样,IVPl、IVP2、IVP3用来对电压取样。
时钟日历模块
时钟电路采用EPSON生产的RTC-4553实时时钟芯片。内部集成了32.768kHz的石英晶体振荡器,简化电路,并可以根据需要进行自由设置以得到较高的频率;同时集成有时钟和日历计数器,可选择24或12小时显示模式,时钟可通过软件方式进行间隔30秒的调整,并提供0.1Hz或1024Hz的定时脉冲输出,以便于在电能表的外部对时钟精度进行定期检查。RTC-4553引脚及其电路图如图4所示。
其中,SCK、Sin、Sout与主处理器接口,用于发送控制指令或者传输日期时间数据,本系统日历时钟模块采用电池作后备电源,以确保在停电状态下,日期时间的准确无误。
多功能电能表的软件设计
数据结构设计
多功能电能表涉及的数据类型种类繁多。按字节分包括单字节、双字节、三字节、四字节和六字节等,按表征的意义分有时间、时刻、电压、电流、有功功率、无功功率、有功电能、无功电能、次数、功率因数、门限、状态字、系数、表号等。复杂的数据类型对数据结构的设计提出了较高的要求,本实现方案通过采用多种数据寻址方式和多种类型存储器较好地解决了这一问题。
数据结构设计要点
系统的数据存放方式有:内部ROM、RAM和外挂EEPROM。
内部ROM用来存放大量的常数表格,RAM用于存放临时变量和堆栈,本方案需要2.5KB左右的RAM,串行EEPROM则存储各种用户电量数据和设表参数,通过12C总线与CPU交换数据,电能表按设计需求的最大要求大约需要250KB的EEPROM,本方案采用8片256位EEPROM通过级联来实现。
数据寻址方式
EEPROM数据访问采用两种方式;直接地址访问,通过数据的EEPROM地址直接读写数据;数据ID寻址,通过数据的编码读写数据。
通信口复用功能设计
红外通信和RS-485共用一个串行口(RxD/TxD)通信,由于串行口通信开始都有一低电平位(0),因此将红外接收端(与485接收端用一三极管隔开)引到一中断引脚INTP1,通过其引发的中断可判断串行口数据是否来自红外。发送时按时应方式发送,使其不互相干扰。由于红外通信和遥控接收用同一接收管,因此在判断红外来源的中断中启动定时器INTTM4检测红外接收端,如果检测到脉冲宽度为9ms或0.56ms,则判断为红外遥控,并根据定时检测遥控编码;否则判断为红外产生的串行口接收中断,并将定时检测关闭。
红外38.4kHz调制信号由CPU内部分频输出(P05/PCL)。f=fx/27=4.9152/128=38.4kHz。
因红外发送字节之间可选有15～20ms的延时,而485通信则不需要延时。数据发送在发送中断中进行,红外通信在发送操作后立即关闭发送中断允许,待延时时间到后再允许发送中断。
多功能表程序流程图
简而言之，电子信息工程就是借助信息电子化技术，不断获取信息、处理信息的一种手段。近些年来，随着我国现代技术的逐步完善，电子信息工程在一定程度上取得了较大的成果，其高效性、便利性、准确性也常被人津津乐道。但是，不得不承认的是，我国的电子信息工程设计还存在着诸多弊端，例如：核心技术和长远发展战略的缺乏。一方面，由于我国电子信息工程设计起步较慢，因此在发展过程中对于国外技术的依赖较大，这是无法忽视的隐患之一，我们必须及时有效的研发新技术来摆脱这一现状。另一方面，电子信息工程设计的发展受到企业经济情况和对外认知的影响，我国的企业普遍缺乏创新性和可持续发展的观念，因此，无法制定有效优质的可持续发展战略。总而言之，自动化技术在电子信息工程领域的应用，是符合时展要求的。
2自动化技术在电子信息工程设计中的逐步应用
自动化技术，是一种综合了信息技术、控制技术、电子技术等一系列高新科技的混合体，其在一定程度上，代表着尖端高新领域的发展。自动化技术由于其在控制领域的巨大创新，受到了现代工业的广泛应用和追捧。因此，将自动化技术引入电子信息工程设计中进行应用，获得了业界的一致认可。
2.1引领电子信息工程设计朝着机械化和一体化的方向不断发展
自动化技术中最突出的特点就是，能在最大程度上用机械代替人力进行一系列工业生产和发展。因此，自动化技术的应用，在一定程度上能够直接体现项目、工程的机械化程度，这也正是其受到广泛应用和追捧的主要原因。而电子信息工程单纯是由计算机技术和电力电子技术等高新科技支撑、发展的，电子信息工程设计在一定程度上缺乏相应的机械一体化能力。因此，两者之间存在着诸多不可避免的联系，与此同时，将两者进行有机的结合在一定程度上是一个发展的契机，一方面，可以促进电子信息工程设计朝着机械化方向大力发展；另一方面，还能在一定程度上提高电子信息工程设计的效率。因此，在电子信息工程设计中逐步应用自动化技术是一个不可多得的明智之举，是工业发展的必然要求。
2.2进一步提高电子信息工程设计的智能控制能力
众所周知，电子信息工程设计是通过对电子设备的研究、设计及其开发等手段，进而对电子信息进行一系列有效的控制和处理。总而言之，电力信息工程设计是基于信息，进行一系列操作运行的。而自动化技术在信息的储存和处理上有着引人注目的骄人成绩，因此，在电子信息工程设计中引入自动化技术能在根本上改善提高其对于信息的智能化操作水平。换而言之，自动化技术和电子信息工程技术的融入能在最大程度上改善、提高对于信息的智能控制能力。
2.3在电子信息工程控制方面的提高
对于电子信息工程设计而言，电路分析和计算机控制这两部分尤为关键。而自动化技术在电路分析和设计方面有着不可忽视的主导地位，例如：三相电力、互感电路以及双口网络。也就是说，一旦自动化技术开始应用于电子信息工程设计，自动化技术在各方面电路的高超本领也将注入电子新型工程设计。而计算机控制本来就和自动化技术有着密不可分的联系，因此，自动化技术的全力支持对于计算机控制的提高是不可或缺的。总而言之，自动化技术在电子信息工程设计中的应用，能够电子信息工程控制方面带来极大幅度的提高。
2.4辅助电子信息工程的具体设计
自动化技术的应用，对于计算机设计效率的提高而言，存在着关键性作用。自动化技术能够从根本上改善原本效率低、准确性低的陈旧计算机制图方法。因此，在计算机制图方面，一旦应用了自动化技术，设计者只需在固定程序中输入所采用的数据和规模，计算机就能自动输出设计。并且，其对于制图方面的应用涵盖了建筑、纺织、电子等方方面面，这能给我们带来极大的便利。因此，自动化技术在电子信息工程设计中的应用，能够在最大程度上提高其工作准确度和工作效率。
2.5引领电子信息工程设计走向更好的明天
自动化技术所涵盖的技术领域和其技术能力，是迄今为止最广和最高的。这也能从侧面说明，在电子信息工程领域大面积应用自动化技术是时代要求，是大势所趋。例如，在信息处理方面，现阶段除了自动化技术之外，没有任何技术能对信息处理的如此全面和高效。在智能操控方面，也没有任何技术能够超越自动化技术的完美操控。与此同时，在计算机处理方面，自动化技术对于制图的辅助能力也是其他技术所无法匹敌的。而信息的高效操作能力，工程的智能操控手段以及对于计算的制图的辅助，对于电子信息工程设计而言都是必不可少的一部分。因此，在电子信息工程设计中大力推广及应用自动化技术是大势所趋，是社会发展的必要进程。
3结束语
总而言之，无论是电子信息工程的设计，抑或是自动化技术，两者对于我国工业的发展都存在着至关重要的作用。任何一方的缺失都可能会，造成工业发展的滞后甚至停滞。因此，只有在电子信息工程设计中全面应用自动化技术，在最大程度上将两者进行一个有机结合，才能使两者完好的发挥出各中高效作用，进而才能推动着我国工业的快速进步。
作者:王玲 单位:西安铁路职业技术学院
引用：
[1]尹坤任.自动化技术在电子信息工程设计中的应用[J].电子技术与软件工程,2014,01:253.
