計(jì)算機(jī)在電氣工程中的應(yīng)用與前景（精編版）

1、word格式大學(xué)計(jì)算機(jī) - 計(jì)算思維導(dǎo)論翻轉(zhuǎn)課堂答辯報(bào)告計(jì)算機(jī)在本學(xué)科的應(yīng)用及前景september29,2016哈爾濱工業(yè)大學(xué)專業(yè)資料整理目錄1概述.1問題說明.1.1.1相關(guān)概念.1.2.1cadacad.1.2.11.2.21.2.3.1機(jī)智云云存儲(chǔ)智能電網(wǎng).錯(cuò)誤！未定義書簽。智能家居.錯(cuò)誤！未定義書簽。本文章節(jié)安排.1.3.3具體介紹.2.2小組成員及任務(wù)分工.3.16參考文獻(xiàn).4.161 概述1.1 問題說明信息技術(shù)廣泛地定義為包括計(jì)算機(jī)、世界范圍高速寬帶計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)及通訊系統(tǒng), 以及用來傳感、處理、存儲(chǔ)和顯示各種信息等相關(guān)支持技術(shù)的綜合. 信息技術(shù)對(duì)電氣工程的發(fā)展具有特別大的支配性影

2、響. 信息技術(shù)持續(xù)以指數(shù)速度增長(zhǎng)在很大程度上取決于電氣工程中眾多學(xué)科領(lǐng)域的持續(xù)技術(shù)創(chuàng)新. 反過來 , 信息技術(shù)的進(jìn)步又為電氣工程領(lǐng)域的技術(shù)創(chuàng) 新提供了更新更先進(jìn)的工具基礎(chǔ) . 電氣工程及其自動(dòng)化畢業(yè)生具有系統(tǒng)地掌握本專業(yè)領(lǐng)域必需的較寬的技術(shù)基礎(chǔ)理論知識(shí), 主要包括電工理論、電子技術(shù)、信息處理、控制理論、計(jì)算機(jī)軟硬件基本原理與應(yīng)用等方面的知識(shí)和能力。我們將介紹三個(gè)方面的內(nèi)容： 1. 電氣工程的發(fā)展趨勢(shì)與所遇到的問題 2. 計(jì)算機(jī)在電氣工程中的應(yīng)用及在這方面的研究 3. 計(jì)算機(jī)在電氣工程中的應(yīng)用前景1.2 相關(guān)概念1.2.1 cadacadcad即計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（computeraideddesi

3、gn ），誕生于二十世紀(jì)六十年代，用于圖形的編輯、放大、縮小、平移、復(fù)制和旋轉(zhuǎn)等有關(guān)的圖形數(shù)據(jù)加工工作。acad即 autocad是當(dāng)今最流行的二維繪圖軟件，世界第四大pc軟件公司autodesk公司的主導(dǎo)產(chǎn)品。autocad 有強(qiáng)大的二維繪圖功能，如繪圖、編輯、剖面線和圖案繪制、尺寸標(biāo)注等功能，同時(shí)具有三維繪圖功能。利用autocad提供的autolisp 、ads、arx作為二次開發(fā)的工具，還可以在許多實(shí)際應(yīng)用領(lǐng)域開發(fā)出許多符合實(shí)際應(yīng)用的軟件。目前， autodesk公司最新發(fā)布的版本是autocad2008。也是我們電氣工程使用的應(yīng)用軟件。1.2.2 機(jī)智云云儲(chǔ)存智能電網(wǎng)機(jī)智云，亞洲最大

4、的智能硬件自助開發(fā)paas及物聯(lián)網(wǎng) saas云服務(wù)平臺(tái)，全球領(lǐng)先的物聯(lián)網(wǎng)云服務(wù)商，全棧式物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)服務(wù)領(lǐng)導(dǎo)者，廣州機(jī)智云物聯(lián)網(wǎng)科技有限公司注冊(cè)商標(biāo)。產(chǎn)品及服務(wù)涵蓋終端管理、連接管理、應(yīng)用支持和業(yè)務(wù)分析等主要功能，為有志于進(jìn)軍物-1-聯(lián)網(wǎng)的用戶提供智能硬件一站式開發(fā)工具及云端運(yùn)維服務(wù)，是目前iot 技術(shù)最成熟、云端應(yīng)用功能最完善、全球量產(chǎn)客戶最多、最受iot 開發(fā)者喜愛的量產(chǎn)級(jí)別智能硬件開發(fā)及云服務(wù)平臺(tái)，被業(yè)界及媒體公認(rèn)為物聯(lián)網(wǎng)第三方云服務(wù)第一品牌。云存儲(chǔ) (cloudstorage)是以數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和管理為核心功能的云計(jì)算系統(tǒng)，它是指通過集群應(yīng)用、網(wǎng)格技術(shù)或分布式文件系統(tǒng)等功能，將網(wǎng)絡(luò)中大量各種不

5、同類型的存儲(chǔ)設(shè)備通過 應(yīng)用軟件集合起來協(xié)同工作，共同對(duì)外提供數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和業(yè)務(wù)訪問功能的一個(gè)系統(tǒng)。智能電網(wǎng) (smartgrid)是把最新的信息化、通訊、計(jì)算機(jī)控制技術(shù)和原有的輸、配電基礎(chǔ)設(shè)施高度結(jié)合，形成一個(gè)新型電網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)的智能化。智能電網(wǎng)可以提高能源效率、減少對(duì)環(huán) 境的影響、提高供電的安全性和可靠性、減少輸電網(wǎng)的電能損耗。進(jìn)入新世紀(jì)后，美國能源部、 電力科學(xué)研究院以及歐盟委員會(huì)等對(duì)未來智能電網(wǎng)的發(fā)展紛紛提出各自的設(shè)想和框架；國際電 工委員會(huì)、國際大電網(wǎng)會(huì)議組織等國際組織也高度關(guān)注智能電網(wǎng)的發(fā)展情況。國內(nèi)國家電網(wǎng)公 司提出了建設(shè)“堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)" 的電網(wǎng)發(fā)展大戰(zhàn)略。1.2.3 智

6、能家居智能家居（英文：smart home,homeautomation ）是以住宅為平臺(tái)，利用綜合布線技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、安全防范技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、音視頻技術(shù)將家居生活有關(guān)的設(shè)施集成，構(gòu)建高效的住宅設(shè)施與家庭日程事務(wù)的管理系統(tǒng)，提升家居安全性、便利性、舒適性、藝術(shù)性，并實(shí)現(xiàn)環(huán)保節(jié)能的居住環(huán)境，不需要用戶指揮也能根據(jù)不同的狀態(tài)互動(dòng)運(yùn)行。1.3 內(nèi)容章節(jié)安排第一介紹電氣工程的發(fā)展過程中遇到的問題節(jié)介紹計(jì)算機(jī)在電氣工程中的應(yīng)用及在這方面的研究節(jié)第二介紹計(jì)算機(jī)在電氣工程中的應(yīng)用前景第三節(jié)2 具體介紹2.1 電氣工程的發(fā)展過程中遇到的問題電氣工程自動(dòng)化水平低的現(xiàn)狀1、系統(tǒng)設(shè)計(jì)比較復(fù)雜，沒有根據(jù)具體應(yīng)

7、用對(duì)象，有針對(duì)性地進(jìn)行編程設(shè)計(jì)，在實(shí)際應(yīng)用中，自動(dòng)化水平低，沒有真正發(fā)揮電氣工程自動(dòng)化的重要作用。2、電氣工程自動(dòng)化系統(tǒng)功能的集成作用很低，信息數(shù)據(jù)在交流上有障礙問題，單一的功能作用導(dǎo)致電氣工程自動(dòng)化水平還存在不足。而且在進(jìn)行電氣自動(dòng)化技術(shù)的研發(fā)時(shí)很容易受到技術(shù)管理人員的主觀影響，不利于電氣工程自動(dòng)化的發(fā)展。3、電氣工程word格式自動(dòng)化在發(fā)展的過程中還不是很統(tǒng)一，不同的電力企業(yè)運(yùn)用的網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)不同，使得信息程序的傳輸接口不同，這樣就會(huì)造成資源信息的交流存在障礙，阻礙了電氣工程自動(dòng)化的發(fā)展。實(shí)施中的效率低方法復(fù)雜由于網(wǎng)絡(luò)布線以及在電氣工程以及自動(dòng)化方面的軟件設(shè)計(jì)上的不足，直接導(dǎo)致了電氣工程及

8、其自動(dòng)化你能否成功的運(yùn)行。它的運(yùn)行依靠的是各種各樣的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，當(dāng)今網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)錯(cuò)綜復(fù)雜，這會(huì)造成一些額外的影響，在加上電氣工程所需的技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架的截然不同，直接造就了造成了電氣工程及其自動(dòng)化發(fā)展與建設(shè)中的繁瑣與雜亂，致使施工的過程效率及其地下。這是現(xiàn)階段電氣工程及其自動(dòng)化發(fā)展不容忽視的問題，也是急需解決的問題。數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩噪姎夤こ套詣?dòng)化雖然最早應(yīng)用于工業(yè)領(lǐng)域，但是隨著全球一體化的進(jìn)行，已經(jīng)悄然的朝著商業(yè)化過渡，這就使數(shù)據(jù)安全性成為了我們最為注意的問題，電氣工程自動(dòng)化的前期發(fā)展中不注意對(duì)數(shù)據(jù)安全性的控制，同時(shí)很多企業(yè)在進(jìn)行內(nèi)部信息交流是也會(huì)因?yàn)椴煌漠a(chǎn)品差異造成數(shù)據(jù)傳輸上的困難，使電氣工程自動(dòng)

9、化技術(shù)在應(yīng)用的過程中增加成本。2.2 計(jì)算機(jī)在電氣工程中的應(yīng)用及在這方面的研究2.2.1我們主要介紹三個(gè)內(nèi)容，首先是acad autocad在電氣領(lǐng)域內(nèi)的設(shè)計(jì)主要包括：（1） ）機(jī)械及汽車電氣設(shè)計(jì)。如零件圖、裝配圖、電氣原理圖、ke-jetronic電路圖、發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火裝置電路圖的繪制。（2） ）變電工程圖設(shè)計(jì)。如變電工程圖、電氣主接線圖、變電所斷面圖、高壓開關(guān)柜外觀圖的繪制。（3） ）輸電工程圖設(shè)計(jì)。如架空線路圖、電纜線路工程圖的繪制。（4） ）電子線路圖的設(shè)計(jì)。如數(shù)字電路、模擬電路及電力電子電路的繪制。（5） ）工廠電氣控制圖的設(shè)計(jì)。如工廠低壓系統(tǒng)圖、電動(dòng)機(jī)控制圖、車間接地線路圖、工廠智能系

10、統(tǒng)配線圖的繪制。（6） ）通信工程圖的設(shè)計(jì)。如移動(dòng)通信系統(tǒng)圖、數(shù)字交換機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖、無線尋呼系統(tǒng)圖的繪制。（7） ）建筑電氣平面圖設(shè)計(jì)。如辦公樓配電平面圖、屋頂防雷接地平面圖的繪制等。簡(jiǎn)單給大家看看一下電氣制圖word格式使用 cad進(jìn)行機(jī)械制圖的優(yōu)勢(shì)（1） ）使用簡(jiǎn)單，易于上手機(jī)械制圖中經(jīng)常需要設(shè)計(jì)新零件，而acad對(duì)其零件的制造有很好的支持和擴(kuò)充，在acad軟件中， 可以根據(jù)模板零件改裝新零件，可以單獨(dú)設(shè)計(jì)新零件，對(duì)零件模板的修改方便快捷，同時(shí) acad還能保證零件與零件之間的親密耦合， 帶可以設(shè)計(jì)一些復(fù)雜的數(shù)學(xué)模型來輔助零件的制 作，繪圖效率。（2） ）繪圖精度高避免單獨(dú)設(shè)計(jì)零件導(dǎo)致的裝

11、配錯(cuò)誤。大大縮減了繪圖者的繪圖時(shí)間，acad提高了一般機(jī)械制圖要求的精度精確到毫米，手工繪圖誤差較大，acad實(shí)現(xiàn)了高精度的繪圖標(biāo)準(zhǔn)， 這事手工繪圖所無法比擬的，特別是在精度要求較高的燈光照度分析、日影分析等方面具有較大的有時(shí)，利用acad制圖極大地提高了機(jī)械制圖的精確性。（3） ）成果重復(fù)利用，傳統(tǒng)的手工制圖，項(xiàng)目與項(xiàng)目之間的零件無法復(fù)用，利用acad制圖，可以建立不同類型的項(xiàng)目中的素材庫，設(shè)計(jì)一次零件，可以應(yīng)用到后續(xù)所有使用該零件的項(xiàng)目中，不用重復(fù)開發(fā)。對(duì)類似的零件，可以修改復(fù)制成為新的零件，大大提高了工作效率， 同時(shí)項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)可以復(fù)用。2.2.2接著要介紹的是機(jī)智云的用途及其與電氣工程的關(guān)

12、系。首先是用途：1. 免費(fèi)通過機(jī)智云后臺(tái)的自助接入工具配合gokit 開發(fā)板， 30 分鐘可以完成一款物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備原型的開發(fā)。讓開發(fā)者快速把想法變成產(chǎn)品。2. 免費(fèi)通過機(jī)智云后臺(tái)可視化的設(shè)備功能定義工具，硬件廠商可以自助、快速的實(shí)現(xiàn)硬件產(chǎn)品的云端接入。3. 機(jī)智云免費(fèi)提供物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備網(wǎng)絡(luò)連接、遠(yuǎn)程操控、互聯(lián)互通所必需的云端服務(wù)支持。4. 通過機(jī)智云后臺(tái)完成一款設(shè)備的功能定義之后，后臺(tái)自動(dòng)生成負(fù)責(zé)底層通信的sdk（應(yīng)用開發(fā)工具包），開發(fā)者只需完成界面用戶體驗(yàn)層的開發(fā)，集成sdk后即完成一款智能硬件 app 開發(fā)。5. 設(shè)備接入機(jī)智云后，機(jī)智云免費(fèi)提供了設(shè)備數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析和運(yùn)算處理。6. 通過機(jī)智云開

13、放平臺(tái)，讓更多的第三方應(yīng)用開發(fā)者為你提供應(yīng)用開發(fā)服務(wù)，同時(shí)也供了智能硬件與第三方智能硬件的互聯(lián)互通條件。接著是與電氣工程的關(guān)系感知層與電氣自動(dòng)化物聯(lián)網(wǎng)感知層由各種傳感器以及傳感器網(wǎng)關(guān)構(gòu)成，包括二氧化碳濃度傳感器、溫度傳感器、濕度傳感器、二維碼標(biāo)簽、rfid 標(biāo)簽和讀寫器、攝像頭、gps等感知終端。感知層的作用相當(dāng)于人的眼耳鼻喉和皮膚等神經(jīng)末梢，它是物聯(lián)網(wǎng)識(shí)別物體、采集信息的來源，其主要功能是識(shí)別物體，采集信息。其包含傳感器技術(shù)，rfid 技術(shù)，二維碼技術(shù)，藍(lán)牙技術(shù)等技術(shù)。而自動(dòng)化在這一層次上主要承擔(dān)的角色是指自動(dòng)化承擔(dān)為物聯(lián)網(wǎng)提供各種技術(shù)支持。因?yàn)樽詣?dòng)化技術(shù)是一門綜合性技術(shù)，它和控制論、信息論

14、、系統(tǒng)工程、計(jì)算機(jī)技術(shù)、電子學(xué)、液壓氣壓技術(shù)、自動(dòng)控制等都有著十分密切的關(guān)系，這些理論所帶來的技術(shù)方面的支撐能很好的支持物聯(lián)網(wǎng)感知層的建立，能夠提供從事自動(dòng)控制、自動(dòng)化、信號(hào)與數(shù)據(jù)處理及計(jì)算機(jī)應(yīng)用等方面的技術(shù)工作。這些都是物聯(lián)網(wǎng)所需要的最基本的技術(shù)支持，沒有這些技術(shù)的支持，“神經(jīng)”的效果，也就是說物聯(lián)網(wǎng)感知層必須與自動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)感知層必定不能夠起到一種類似化技術(shù)聯(lián)系起來，只有這樣才能實(shí)現(xiàn)“感知”。網(wǎng)絡(luò)層與電氣自動(dòng)化物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)層是在現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上建立起來的，它與目前主流的移動(dòng)通信網(wǎng)、國際互聯(lián)網(wǎng)、企業(yè)內(nèi)部網(wǎng)、各類專網(wǎng)等網(wǎng)絡(luò)一樣，主要承擔(dān)著數(shù)據(jù)傳輸?shù)墓δ?。網(wǎng)絡(luò)層主要用于把感知層收集到的信息安全可靠地傳

15、輸?shù)叫畔⑻幚韺?，然后根?jù)不同的應(yīng)用需求進(jìn)行信息處理,實(shí)現(xiàn)對(duì)客觀世界的有效感知及有效控制。物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)層將承擔(dān)比現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)更大的數(shù)據(jù)量和面臨更高的服務(wù)質(zhì)量要求，所以現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)尚不能滿足物聯(lián)網(wǎng)的需求，這就意味著物聯(lián)網(wǎng)需要對(duì)現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行融合和擴(kuò)展，利用新技術(shù)以實(shí)現(xiàn)更加廣泛和高效的互聯(lián)功能。物聯(lián)網(wǎng)中連接終端感知網(wǎng)絡(luò)與服務(wù)器的橋梁便是各類承載網(wǎng)絡(luò)物聯(lián)網(wǎng)的承載網(wǎng)絡(luò)包括互聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)通信網(wǎng)以及無線低速網(wǎng)和無線寬帶網(wǎng)等網(wǎng)絡(luò)形式。而自動(dòng)化可以在這一部分承擔(dān)起信息整合的整合的能力及提供新的網(wǎng)絡(luò)支撐，即將信息實(shí)現(xiàn)一種智能化的分配，讓信息能夠被篩選出來，不再是雜亂無章的，而這種能力的具備是需要自動(dòng)化的不斷發(fā)展，利用其在自動(dòng)控

16、制系統(tǒng)及信息論及系統(tǒng)工程等理論知識(shí)，實(shí)現(xiàn)信息的完美分配，自動(dòng)化方面的信息與網(wǎng)絡(luò)方面的知識(shí)才是支撐物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)層搭建的好幫手。自動(dòng)化將在物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)層搭建中承擔(dān)起一個(gè)很重要的地位， 因?yàn)橹挥凶詣?dòng)化技術(shù)的發(fā)展與完善才能夠?yàn)槲锫?lián)網(wǎng)技術(shù)的突破與應(yīng)用帶來一個(gè)新的局面。應(yīng)用層與電氣自動(dòng)化應(yīng)用層位于物聯(lián)網(wǎng)三層結(jié)構(gòu)中的最頂層，其功能為“處理”，即通過云計(jì)算平臺(tái)進(jìn)行信息處理。應(yīng)用層與最低端的感知層一起，是物聯(lián)網(wǎng)的顯著特征和核心所在. 物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用層的核心功能圍繞兩個(gè)方面：一是“數(shù)據(jù)”，應(yīng)用層需要完成數(shù)據(jù)的管理和數(shù)據(jù)的處; 理二是“應(yīng)用”， 僅僅管理和處理數(shù)據(jù)還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，必須將這些數(shù)據(jù)與各行業(yè)應(yīng)用相結(jié)合。而這些聯(lián)絡(luò)體系

17、的構(gòu)建更是與自動(dòng)化技術(shù)緊密相關(guān)。因?yàn)樽詣?dòng)化技術(shù)始終提供了物聯(lián)網(wǎng)一個(gè)基本的技術(shù)支撐，有助于物聯(lián)網(wǎng)構(gòu)建一種新的體系 物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用體系。確立了物聯(lián)網(wǎng)的體系結(jié)構(gòu)，有助它進(jìn)一步的發(fā)展，自動(dòng)化不僅僅提供了一種技術(shù)上的支撐， 更是為建立一個(gè)美好的物聯(lián)網(wǎng)王國而提供一種體系結(jié)構(gòu)的臂膀。自動(dòng)化幫助物聯(lián)網(wǎng)形成物聯(lián)網(wǎng)的體系，為它提供了極大的便利，這些都是顯而易見的。2.2.3最后介紹一下模擬電路的設(shè)計(jì)制作：電路設(shè)計(jì)前奏在進(jìn)行電路設(shè)計(jì)之前，十分重要的一點(diǎn)就是對(duì)電路的功能進(jìn)行規(guī)劃。也就是說，先不去理會(huì)電路的復(fù)雜性和電路形式、電子器件的選擇等問題，而對(duì)電路系統(tǒng)所要完成的功能進(jìn)行一個(gè)詳細(xì)而清晰的設(shè)計(jì)。舉一個(gè)例子，在采集聲音信號(hào)

18、的過程中，我們只關(guān)心低頻的聲音信號(hào)，而高頻噪聲的存在會(huì)影響分析的效果。這時(shí)，可以設(shè)計(jì)一個(gè)低通濾波器。該濾波器所要實(shí)現(xiàn)的完整功能如下所示：截止頻率為1.5khz 。增益為 20db。雖然只有簡(jiǎn)單的兩點(diǎn)功能，但這卻是著手進(jìn)行該電路設(shè)計(jì)和電路板制作加工的指導(dǎo)思想。如圖1-2所示，用方框代表了未來將要設(shè)計(jì)的電路，而電路的輸入輸出信號(hào)是已知的。這些方框還需要進(jìn)一步的設(shè)計(jì)，所以它現(xiàn)在只是一個(gè)“黑匣子”。低通濾波器放大器圖 1-2低通濾波器的功能框圖電路設(shè)計(jì)電路設(shè)計(jì)是一項(xiàng)需要綜合思維能力的工作。對(duì)于初學(xué)者來說，想迅速成為電路設(shè)計(jì)的高手就必須從一個(gè)個(gè)基本的、簡(jiǎn)單的電路入手，對(duì)這些電路的原理和電路形式有較好的掌

19、握。這樣，在復(fù)雜電子系統(tǒng)的電路設(shè)計(jì)過程中才會(huì)做到有的放矢、游刃有余。目前，電路的種類主要有以下3 種： 模擬電路。數(shù)字電路。模數(shù)混合電路。模擬電路包括放大器、振蕩器、濾波器、信號(hào)運(yùn)算與處理電路、信號(hào)發(fā)生器等；數(shù)字電路包括邏輯門電路、組合邏輯電路、觸發(fā)器、時(shí)序邏輯電路、存儲(chǔ)器、可編程邏輯器件、a/d 和 a/d 器件等。但是，單純使用模擬電路或數(shù)字電路的場(chǎng)合已經(jīng)不多了，比如在單片機(jī)、 dsp等系統(tǒng)中，有機(jī)地集合了數(shù)字與模擬器件。典型的例子還有電源電路和電子通信電路，其中由數(shù)字ic 和電容、電感、電阻等外圍器件組成的電路解決了越來越多的工程實(shí)際問題。所以，要想成為一名熟練的、有經(jīng)驗(yàn)的電路設(shè)計(jì)師，需

20、要經(jīng)過長(zhǎng)時(shí)間的電路知識(shí)的積累。如果讀者感覺個(gè)人能力有限，可以選擇一塊自己感興趣的領(lǐng)域，比如濾波器或cpld等的同時(shí)兼顧了解其他方面的電路就可以一個(gè)方向進(jìn)行深入而系統(tǒng)的研究，了。一些有經(jīng)驗(yàn)的老工程師可能對(duì)模擬、數(shù)字電路很熟悉，原因是模擬電路的發(fā)展伴隨著他們的成長(zhǎng)；此外，年輕一些的設(shè)計(jì)師們可能對(duì)單片機(jī)控制電路輕車熟路，因?yàn)閱纹瑱C(jī)在20 世紀(jì) 80 年代后蓬勃發(fā)展；而有一批更年輕的電子設(shè)計(jì)師，他們很容易就駕馭dsp系統(tǒng)和嵌入式系統(tǒng)，這是因?yàn)?0 世紀(jì) 90 年代后，隨著計(jì)算機(jī)的普及和編程技術(shù)的發(fā)展，電路的功能被極大地復(fù)雜化和可控化，年輕一代對(duì)以往電路就是硬件的概念已經(jīng)不再滿足，他們希望能在一塊pcb

21、板上隨著人的意志做一些更靈活的事情。從圖 1-3 所示的電子技術(shù)的發(fā)展史中，不但可以了解各種電路的出現(xiàn)和發(fā)展時(shí)期，還可以根據(jù)個(gè)人的喜好，選擇研究方向。繪制電路原理圖前面，我們使用multisim8把圖 1-4 所示的低通濾波器進(jìn)行了仿真，在multisim8中所畫的就是一幅電路原理圖。而在protel2004中繪制的低通濾波器的電路原理圖如圖1-12 所示。圖 1-12protel2004中的低通濾波器與 multisim8中相同的是， protel2004中的電路也可以進(jìn)行仿真。此外，這張繪制好的原理圖可以很方便地生成電路板設(shè)計(jì)圖紙。關(guān)于如何在protel2004中繪制電路原理圖將在本書稍后

22、部分談到。圖 1-13嵌入式系統(tǒng)板pcb的表面一般有3 層，從上到下依次是絲印層、阻焊層和銅箔層。（ 1）絲印層：即絲網(wǎng)印刷層。電路板要能更好地完成電氣連接任務(wù)，除了銅箔層外，絲印層也是必不可少的。絲印層位于印刷電路板的最上層，記錄著一些標(biāo)志圖案和文字標(biāo)號(hào)（一般為白色），如元件的標(biāo)號(hào)、型號(hào)、封裝形狀、廠家標(biāo)志和一些設(shè)計(jì)信息。（ 2）阻焊層：為了使制作的電路板滿足焊接的需要，同時(shí)為了保護(hù)下一層的銅箔導(dǎo)線，在絲印層下是阻焊層。該層把除了焊盤和過孔（焊盤和過孔的概念稍后會(huì)談到）外，將銅箔導(dǎo)線用阻焊劑保護(hù)了起來。（ 3）銅箔層：即信號(hào)層或叫布線層。銅箔層完成電路的電氣連接。通常將銅箔的層數(shù)定義為電路板

23、的層數(shù)，因此單面板只有一個(gè)銅箔層，雙面板上下表面都有銅箔層，而更復(fù)雜的電路板則有多個(gè)銅箔層。圖 1-14 是一個(gè)雙面板的示意圖，其中說明了以上3 層在 pcb中的位置。絲印層銅箔層阻焊層圖 1-14pcb 結(jié)構(gòu)示意圖總而言之計(jì)算機(jī)無論是在cad制圖，機(jī)智云都有著非常重要的應(yīng)用，計(jì)算機(jī)為電氣工程的發(fā)展起到了非常強(qiáng)的推動(dòng)作用。2.3 計(jì)算機(jī)在電氣工程中的應(yīng)用前景依托計(jì)算機(jī)，電氣工程將有更為廣闊的應(yīng)用前景，謹(jǐn)以智能家居、云倉庫以及本校的門禁系統(tǒng)簡(jiǎn)單介紹。2.3.1 智能家居智能家居是在互聯(lián)網(wǎng)影響之下物聯(lián)化的體現(xiàn)。 智能家居通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)將家中的各種設(shè)備（如音視頻設(shè)備、 照明系統(tǒng)、窗簾控制、空調(diào)控制、

24、 安防系統(tǒng)、數(shù)字影院系統(tǒng)、 影音服務(wù)器、 影柜系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)家電等）連接到一起，提供家電控制、照明控制、電話遠(yuǎn)程控制、室內(nèi)外遙控、防盜報(bào)警、環(huán)境監(jiān)測(cè)、暖通控制、紅外轉(zhuǎn)發(fā)以及可編程定時(shí)控制等多種功能和手段。與普通家居相比，智能家居不僅具有傳統(tǒng)的居住功能，兼?zhèn)浣ㄖ⒕W(wǎng)絡(luò)通信、信息家電、設(shè)備自動(dòng)化，提供全方位的信息交互功能，甚至為各種能源費(fèi)用節(jié)約資金。一、家庭自動(dòng)化（homeautomation）家庭自動(dòng)化系指利用微處理電子技術(shù)，來集成或控制家中的電子電器產(chǎn)品或系統(tǒng)，例如： 照明燈、咖啡爐、電腦設(shè)備、保安系統(tǒng)、暖氣及冷氣系統(tǒng)、視訊及音響系統(tǒng)等。家庭自動(dòng)化系統(tǒng)主要是以一個(gè)中央微處理機(jī)（centralpro

25、cessorunit， cpu）接收來自相關(guān)電子電器產(chǎn)品（外界環(huán)境因素的變化，如太陽初升或西落等所造成的光線變化等）的訊息后，再以既定的程序發(fā)送適當(dāng)?shù)男畔⒔o其它電子電器產(chǎn)品。中央微處理機(jī)必須透過許多界面來控制家中的電器產(chǎn)品，這些界面可以是鍵盤，也可以是觸摸式熒幕、按鈕、電腦、電話機(jī)、遙控器等； 消費(fèi)者可發(fā)送信號(hào)至中央微處理機(jī)，或接收來自中央微處理機(jī)的訊號(hào)。二、家庭網(wǎng)絡(luò)（homenetworking）首先大家要把這個(gè)家庭網(wǎng)絡(luò)和純粹的“家庭局域網(wǎng)”分開來，我們?cè)诒緯羞€會(huì)提到“家庭局域網(wǎng) / 家庭內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)”這一名稱，它是指連接家庭里的pc、各種外設(shè)及與因特網(wǎng)互聯(lián)的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，它只是家庭網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)組成

26、部份。家庭網(wǎng)絡(luò)是在家庭范圍內(nèi)( 可擴(kuò)展至鄰居，小區(qū))將 pc、家電、安全系統(tǒng)、照明系統(tǒng)和廣域網(wǎng)相連接的一種新技術(shù)。當(dāng)前在家庭網(wǎng)絡(luò)所采用的連接技術(shù)可以分為“有線”和“無線”兩大類。有線方案主要包括：雙絞線或同軸電纜連接、電話線連接、電力線連接等；無線方案主要包括：紅外線連接、無線電連接、基于rf 技術(shù)的連接和基于 pc的無線連接等。三、網(wǎng)絡(luò)家電網(wǎng)絡(luò)家電是將普通家用電器利用數(shù)字技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及智能控制技術(shù)設(shè)計(jì)改進(jìn)的新型家電產(chǎn)品。網(wǎng)絡(luò)家電可以實(shí)現(xiàn)互聯(lián)組成一個(gè)家庭內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)，同時(shí)這個(gè)家庭網(wǎng)絡(luò)又可以與外部互聯(lián)網(wǎng)相連接?？梢?，網(wǎng)絡(luò)家電技術(shù)包括兩個(gè)層面：首先就是家電之間的互連問題，也就是使不同家電之間能夠互相

27、識(shí)別，協(xié)同工作。第二個(gè)層面是解決家電網(wǎng)絡(luò)與外部網(wǎng)絡(luò)的通信，使家庭中的家電網(wǎng)絡(luò)真正成為外部網(wǎng)絡(luò)的延伸。四、信息家電（3c 或者說 ia ）信息家電應(yīng)該是一種價(jià)格低廉、操作簡(jiǎn)便、實(shí)用性強(qiáng)、帶有pc主要功能的家電產(chǎn)品。利用電腦、電信和電子技術(shù)與傳統(tǒng)家電（包括白色家電：電冰箱、洗衣機(jī)、微波爐等和黑色家電：電視機(jī)、錄像機(jī)、音響、vcd、dvd等）相結(jié)合的創(chuàng)新產(chǎn)品，是為數(shù)字化與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)更廣泛地深入家庭生活而設(shè)計(jì)的新型家用電器，信息家電包括pc、機(jī)頂盒、 hpc、dvd、超級(jí) vcd、無線數(shù)據(jù)通信設(shè)備、視頻游戲設(shè)備、webt、v夠通過網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)交互信息的家電產(chǎn)internet電話等等，所有能品，都可以稱之為信

28、息家電。音頻、視頻和通信設(shè)備是信息家電的主要組成部分。另一方面, 在傳統(tǒng)家電的基礎(chǔ)上，將信息技術(shù)融入傳統(tǒng)的家電當(dāng)中， 使其功能更加強(qiáng)大，使用更加簡(jiǎn)單、方便和實(shí)用，為家庭生活創(chuàng)造更高品質(zhì)的生活環(huán)境。比如模擬電視發(fā)展成數(shù)字電視，vcd變成 dvd，電冰箱、洗衣機(jī)、微波爐等也將會(huì)變成數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化的信息家電。2.3.2 云倉庫智能電網(wǎng)云存儲(chǔ)系統(tǒng)電網(wǎng)的智能化體現(xiàn)為能夠全面、及時(shí)地掌握電網(wǎng)運(yùn)行的信息，綜合各自動(dòng)化功能系統(tǒng)對(duì)信息分析的結(jié)果，做出最優(yōu)的反應(yīng)。然而隨著電網(wǎng)建設(shè)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，以及數(shù)字化電網(wǎng)、數(shù)字化變電站等研究應(yīng)用的不斷深入，系統(tǒng)面對(duì)的采集點(diǎn)越來越多。一個(gè)中等規(guī)模地區(qū)的采集量可以達(dá)到2

29、萬至 10 萬條記錄，而一個(gè)大型地區(qū)未來可能面臨50 萬至 100 萬條記錄的數(shù)據(jù)采集規(guī)模，一年的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)規(guī)模將從目前的gb級(jí)擴(kuò)大到tb級(jí)。從當(dāng)前情況來看，傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)方式無法滿足智能電網(wǎng)的海量數(shù)據(jù)儲(chǔ)存需求。云存儲(chǔ)技術(shù)的發(fā)展為智能電網(wǎng)海量數(shù)據(jù)的儲(chǔ)存提供了思路。云存儲(chǔ)通過把分布在眾多計(jì)算機(jī)中的存儲(chǔ)資源整合在一起，協(xié)同工作，共同對(duì)外提供存儲(chǔ)服務(wù)，極大提高了系統(tǒng)存儲(chǔ)能力。其具備可靠性高、數(shù)據(jù)處理量巨大、靈活性好、擴(kuò)展性強(qiáng)、能夠按需分配以及設(shè)備利用率高等特點(diǎn)，能夠解決智能電網(wǎng)對(duì)海量數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)的難題，最大限度地整合系統(tǒng)的存儲(chǔ)能力， 減少電網(wǎng)的重復(fù)投資，大幅提高當(dāng)前系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理和存儲(chǔ)能力，為電網(wǎng)數(shù)據(jù)中

30、心提供更力、穩(wěn)定的技術(shù)支持與服務(wù)保障。將智能電網(wǎng)和云存儲(chǔ)技術(shù)結(jié)合，可以有力地促進(jìn)“電力云"的發(fā)展，促進(jìn)智能電網(wǎng)的發(fā)展。在建設(shè)智能電網(wǎng)調(diào)度技術(shù)支持系統(tǒng)過程中，需要建設(shè)多個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)，如實(shí)時(shí)采集與監(jiān)控 系統(tǒng) (scada) 、高級(jí)應(yīng)用系統(tǒng)(pas) 、電量采集與分析系統(tǒng)(tmr)、地理信息系統(tǒng)(gis)等，各系統(tǒng)都需要對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)，相互之間需要有數(shù)據(jù)的共享、交換、應(yīng)用，因此大量數(shù)據(jù)成為實(shí)現(xiàn)智能電網(wǎng)的核心。為了解決海量數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和處理、系統(tǒng)的統(tǒng)一管理和彈性擴(kuò)容、備份和容災(zāi)等問題，構(gòu)想利用云存儲(chǔ)技術(shù)實(shí)現(xiàn)在建設(shè)中的解決方案。在支持系統(tǒng)中利用云存儲(chǔ)技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)虛擬化整合、鏡像陣列與數(shù)據(jù)遷移

31、、遠(yuǎn)程容災(zāi)及更進(jìn)一步的服務(wù)器虛擬化支持，最終實(shí)現(xiàn)備份容災(zāi)系統(tǒng)一體化解決方案。云儲(chǔ)存的廣泛應(yīng)用使智能電網(wǎng)技術(shù)支持系統(tǒng)能夠更好地發(fā)揮作用。2.3.3 門禁系統(tǒng)電氣專業(yè)與門禁系統(tǒng)的關(guān)系門禁系統(tǒng)采用 89s52 單片機(jī)作為控制核心，外圍加蜂鳴器控制電路、開門指示燈電路、電控鎖控制電路以及 8 位數(shù)碼管顯示電路等門禁系統(tǒng)主要組成 : 有 cpu、復(fù)位電路、電源指示、工作指示、振蕩電路、蜂鳴器電路、門控鎖電路、出門按鈕、讀卡模塊、顯示模塊等組成。采用射頻卡完成刷卡進(jìn)門，按鈕出門功能。其門禁系統(tǒng)的工作原理：當(dāng)刷卡是，蜂鳴器響一下，如卡權(quán)限獲得允許，顯示模塊顯示卡號(hào)，同時(shí)繼電器動(dòng)作將門鎖打開，指示燈點(diǎn)亮，延時(shí)一段時(shí)間后繼電器再次動(dòng)作將門鎖鎖閉，指示燈熄滅。當(dāng)按下出門按鈕時(shí)，繼電器動(dòng)作將門鎖打開，指示燈點(diǎn)亮延時(shí)一段時(shí)間后繼電器再次動(dòng)作 將門鎖鎖閉，指示燈熄滅。程序中增加了射頻卡權(quán)限判斷，當(dāng)遇到合法卡時(shí)顯示卡號(hào)，門鎖打 開，延時(shí) 10 秒自動(dòng)關(guān)閉，非法卡不顯示卡號(hào)門鎖不開。本系統(tǒng)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、性能優(yōu)良，具有一定的實(shí)用性。實(shí)際上，門禁系統(tǒng)就是一個(gè)復(fù)雜一些的電路，其本質(zhì)就是通過一系列電路來完成對(duì)刷卡-開門- 關(guān)門的自動(dòng)化控制