3新理论知识.docx

3新理论知识.docx

《3新理论知识.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《3新理论知识.docx（13页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

3新理论知识

触摸屏显示技术

上述主要的触摸屏技术的突出优点和典型应用总结在表1之中。

响选择触摸屏技术的各种因素

可以用各种方式实现触摸屏。

除了成本之外，技术方面的选择取决于以下几个因素：

性能：

性能包括诸如速度、灵敏度、精确度、分辨率、拖动、Z轴、双/多触摸方式，视差角度和校准的稳定性。

输入灵活性：

输入灵活性参数影响着人机交互的方式，诸如手套、手套材料、指甲、触笔，手写识别和获取签名。

环境：

环境因素为温度、湿度、耐化学性、耐划伤、防飞溅/液滴、高度、车内安装、冲击、振动，断裂性和防打破的安全性。

电气和机械性能：

电气和机械性能需要涵盖功率、浮动接地、静电放电（ESD）、电磁干扰（EMI），尺寸大小，曲率等

光学：

影响技术选择的光学特性包括透光率、清晰度，色彩纯度和反射

触摸屏技术的类型

根据上面所述的各种因素，主要触摸屏技术可分为以下几种类型：

电阻式：

从目前的推广应用来看，电阻式触摸屏是占主导地位的触摸技术。

它由玻璃面板，铱锡氧化物（ITO）电阻涂层组成，并带有导电涂层的护板，沿着边缘有银色的总线条。

声学脉冲识别（APR）式：

APR由一个玻璃显示器涂层或其他坚硬的基板组成，背面安装了4个压电传感器。

该传感器安装在可见区域的两个对角上，通过一根弯曲的电缆连接到控制卡。

用户触摸屏幕时，手指或者触笔和玻璃之间的拖动发生了碰撞或摩擦，于是就产生了声波。

波辐射离开接触点传向传感器，按声波的比例产生电信号。

在控制卡中放大这些信号，然后转换为数字数据流。

比较数据与事先存储的声音列表来确定触摸的位置。

APR设计成能够消除环境的影响和外部的声音，因为这些因素与存储的声音列表不匹配。

表面声波（SAW）式：

SAW触摸屏是由一个针对X和Y轴的有发送和接收的压电传感器的玻璃涂层。

该控制器发送电信号至发射传感器，并在玻璃的表面内将信号转换成超声波。

通过反射器阵列，这些波覆盖整个触摸屏。

对面的反射器收集和控制这些波至接收传感器，将他们转换成电信号。

对每个轴重复这个过程。

用户触摸时吸收了传播的波的一部分。

接收到的对应X和Y坐标的信号与存储的数字分布图相比较，从而识别变化并计算出坐标。

电容式：

电容式触摸屏技术可以进一步细分为表面电容式和投射电容式。

表面电容式技术是在玻璃面板上涂有相同的导体。

围绕面板边缘的电极在整个导电层平均分配低电压，建立一个相同的电场。

触摸时就会从各个角上得到电流。

该控制器测量从各个角上获得的电流比，从而计算出触摸的位置。

投射电容式触摸屏由两个玻璃保护层之间的传感器网格微细线组成。

部件可以放置于用户安装的材料后面，包括防暴的厚达18毫米的玻璃。

触摸时，手指和传感器之间构成了电容。

从改变的传感器栅格的电气特性就可计算出触摸位置。

红外/光学式：

高分辨率红外（IR）技术使用一个围绕显示器的小框，上面有表面安装的LED，对边有光感受器，红外透明边框隐藏在后面。

该控制器连续发送LED，以此来构建一个红外光扫描网格。

触摸时就会阻挡每个轴上的一束或多束红外光，这样就可确定相应的X，Y坐标。

液晶触摸屏控制中的可编程逻辑

对于触摸技术的类型、显示器的类型和显示器制造商，液晶显示器的接口往往是不同的。

对设备的设计人员而言，常常难以在其产品线上选择一个显示控制器芯片以适应所有不同的显示器。

越来越多从事设计配有触摸屏液晶面板的人机界面（HMI）系统集成的设计人员转向使用可编程逻辑器件，以实现他们所需的灵活性。

现场可编程门阵列（FPGA）技术使得系统架构师一次就能够确定人机界面控制器的架构，同时能够扩展到整个产品系列，可采用不同的微控制器、CPU，液晶面板以满足各种应用。

FPGA技术还可以很容易实现高性能的矢量图形，以及用单芯片与现实世界接口。

　无纸记录仪的计量性能要求

　　l、基本误差

　　无纸记录仪的准确度等级和最大允许误差应符合表1规定。

（基本误差以其他方式表示时，以仪表铭牌或说明书为准）。

准确度等级

最大允许误差

记录误差

0.2

±0.2%FS

±0.2%FS

0.5

±0.5%FS

±0.5%FS

　注：

仪表的量程

　　2、通道显示一致性（多通道时适用）

　　如果仪表使用说明书无特殊说明时，多通道无纸记录仪各通道间的最大显示差值应不超过3b

　　b:

无纸记录仪数字显示部分分辨率

　　3、稳定性

　　3.1模糊误差

　　无纸记录仪数字显示部分只允许按分辨力计数顺序（增、减）改变示值，而不能间隔跳动，其不同的数字位应精确同步，不应产生模糊误差。

　　3.2波动

　　无纸记录仪数字显示部分零点和示值波动用量化单位（分辨力值）表示。

　　一般仪表的波动不大于lb;分辨力高（a%FS≥10b）仪表的波动不大于2b

　　a-无纸记录仪准确度等级

　　3.3短期漂移

　　仪表经预热、预调后，lh内的最大漂移值应不大于最大允许误差的1/4

　　4重复性误差

　　4.1一般仪表数字显示部分的重复性误差应不大于lb;

　　4.2分辨力高（a%FS≥10b）的仪表数字显示部分其重复性误差应不大于最大允许误差的1/4

无纸记录仪结构特点

　　采用灵活的主机+下位机结构。

主机采用5.7”真彩色屏，工控PC主板，下位机采用ST-130系列仪表。

一台记录仪可记录多达16个通道；具有丰富的图形画面，具备实时数据、实时曲线、报警信息、历史记录、报表打印等多种功能，并可制作工艺流程图；数据可采用USB盘直接备份，也可通过RS232/485通讯备份至其他计算机，并可自动进行备份实时显示数据。

新功能:

USB接口：

插U盘备份历史数据和报警信息，接打印机打印历史曲线和数据；可通过U盘备份历史数据，再到PC上用“无纸记录仪U盘采集系统”进行历史数据查看与分析。

无纸记录仪的应用

无纸记录仪摒弃了传统有纸记录仪中使用的记录笔和记录纸，提高了记录仪本身的质量，增强了记录仪的稳定性和可靠性，更重要的是降低了记录仪的运行成本。

无纸记录仪是将工业现场的各种需要监视记录的输入信号，比如流量计的流量信号、压力变送器的压力信号、热电阻和热电偶的温度信号等，

宽屏无纸记录仪

通过高性能32位ARM微处理器进行数据处理，一方面在大屏幕液晶显示屏幕上以多种形式的画面显示出来，另一方面把这些监察信号的数据存放在本机内藏的大容量存储芯片内，以便在本记录仪上直接进行数据和图形查询、翻阅和打印。

无纸记录仪主要应用场合为：

冶金、石油、化工、建材、造纸、食品、制药、热处理和水处理等各种工业现场。

随着科技的发展，无纸记录仪扩展了更多的功能，如PID调节等，也向着越来越集成化的趋势发展。

无纸记录仪的使用

　　本节介绍一个简单的虚拟仪器——可以在多个实验中采集数据的无纸记录仪的基本组成和使用。

无纸记录仪的信号接入有两种方式：

放大器加采集卡的方式

其结构简单，造价不高，在实验中具有一定的通用性，可以与多种仪器配接，适用于作为学生实验的数据采集。

数据采集的准确性主要取决于放大器的性能，II放大器放大误差<±1%，已能满足实验与一般的应用研究需要。

串口方式

　　用于具有串口输出的仪器。

由于不同仪器串口参数设置有所不同，使用时需要根据仪器使用说明进行设置。

无纸记录仪的应用

　　无纸记录仪和无线通讯技术的有机结合，有效的解决了油田地域十分分散，而又急需解决数据远传和自动控制问题。

本文向你介绍彩色无纸记录仪在国内某大型油田采油集、输系统中的应用一例。

现场情况

　　油田油井十分分散，往往离采油厂几公里甚至几十公里，因此，输送原油及天然气的管线遍布油区各地，要想实时获得每口井以及各个区域的采油/气量十分困难，多年来，各大油田的采油站、联合站、运销处等大都采用各采油站填写报表的形式统计每天每口井以及各个区域的采油/气量，然后通过累加的方式获得月产量，这样的方法不但要花费大量的人力和物力，很易出错，而且在时间上也严重滞后，采油厂、油田很难动态掌握每口井甚至每个区域的采油情况，对突发事件难以做出迅速反应，有时甚至造成重大损失。

因此，给油田管理带来诸多不便，对油田整体效益的提高造成重大影响。

系统组成

　　其主要部分有:

无纸记录仪、涡街流量变送器、压力变送器、Pt100热电阻以及无线通讯设备和后方计算机系统。

系统结构如上图所示。

　　该系统的核心是彩色无纸记录仪，该产品是研发、生产的，是以CPU为核心，辅以大规模集成电路和图形液晶显示器的新型智能化记录仪表，其性能、技术指标达到了国际先进水平，与同类产品相比，该记录仪有许多独到之处，特别适合油田现场较为复杂的显示和控制需要。

首先，它质量可靠，性能稳定，在线校正，能够适应油田现场恶劣温度与电磁环境，另一方面，它所有输入、输出信号全隔离，并实现智能调理、万用输入功能，各种信号可直接输入，记录仪内部可自动识别，且可以为一次仪表提供全隔离配电，使用、维护非常方便；第三方面，精度非常高，可达到千分之一的精度；第四，高性价比。

不但能显示、记录，而且具有调节、报警输出功能，特别适于高度分散，既需显示，又需控制的油田现场；第五，其内部固化了常规控制算法、常用介质温压补偿、流量累计等功能块；第六，它具有通讯和联网功能，记录仪上可配有两个RS-485接口和一个RS-232接口，使用它们可方便的组成网络，另外，体积小、容量大。

最多可达8个输入通道，也可构成8路PID，同时可有12个开关量输出。

　　在本应用案例中，该系统主要用于采油站、联合站对每口井以及各个区域采油、气量的实时显示、记录，并把实时数据通过无线的方式传送给采油厂的调度中心，并可对各个实时数据进行累计，生成相应报表。

　　在该系统中，一般配10个输入通道、4各输出通道、6个开关量输出的彩色无纸记录仪。

根据每个采油站、联合站的具体情况，其配置作相应改变，但最多可配16通道（包括输出通道）和12个开关量输出，如果一台无纸纪录仪不能满足需要，可配多台，多台记录仪可公用一台无线发射装置，作为和基地通讯的通道。

　　对于原油，由于其为液体，不需进行温度压力补偿，对于天然气，其流量累计采用了彩色无纸记录仪内部集成的专用的温度、压力补偿算法。

系统主要功能

　　该系统虽然硬件结构简单，投资少，但它不但实现了油田采油量的实时采集、显示，为油田的管理上一台阶，而且可以大大减少意外事故损失，其主要功能有：

　　●及时性。

油田后方能够实时掌握每个区域、甚至每口油、气井的生产动态，为快速制定生产和经营方案提供决策依据。

　　●自动报警系统。

在出现意外情况，如输油管线破裂，造成主管流量和分支管线流量之和产生较大差异，上位计算机经运算发出报警，提醒用户及时采取措施，减少事故损失。

　　●在局部区域，如一个采油站或联合站内，出现异常情况，如某管线压力严重下降，可自动关闭相关阀门，防止事故发生。

　　●提高统计数据的准确性。

本系统提供各种形式的自动报表，不但节约大量人力，也减少了因认为因素造成的误差。

　　●系统维护量小。

由于采用了无线通讯技术，野外没有通讯线路，可大大减少维护量。

　　●在采油站、联合站也可监控每口井或每个采油站的生产情况，不但有瞬时流量，而且有累计流量；各参数不但有棒图指示，而且有历史曲线显示，各项参数一目了然。

　　●针对天然气的特点，我们在记录仪内集成了其专用流量累积计算算法，其温度、压力补偿计算公式如下：

　　●后方作为数据服务器的计算机通过无线方式接收数据后，不但本机可以显示、进行数据处理和报表打印，而且可通过网络达到数据共享。

　　●双重记录功能。

无纸记录仪和后方计算机同时记录，互为冗余，可较好的防止数据丢失，即使计算机中的数据由于各种原因丢失，可方便的从记录仪中取回历史数据。

　　●本系统现场部分采用无纸记录仪，集采集、控制、记录、显示于一体，结构简单，功能强大。

　　●配备了配套的计算机管理软件，用户可根据需要，十分方便的组态自己所需的画面及处理数据。

无纸记录有以下特点：

快速启动整个系统（小于8s）；低功耗，免风扇设计，提高整个系统的稳定性；利用网络传输数据，提高了工作效率；使用TFT-LCD，亮度达350cd/m2，色彩绚丽，无视角；具有数字、曲线、百分比棒图、追忆、报警状况、时间等显示。

　光纤传感器应用：

可实现绝缘子污秽、磁场、声场、流量、振动、弯曲、浓度、PH值、压力、温度、加速度、陀螺、位移、液面、转矩、光声、电流和应变等70多物理量的测量，无论是在测量精度还是简便程度上都大大优越于传统传感器，正在逐步取代传统传感器的地位。

结构简单、测量精度高、动态范围大、线性度好、灵敏度极高。

正朝微型化、智能化、低功耗、无线传输、便携式发展。

DSP技术的应用

应用

　　现代社会对数据通信需求正向多样化、个人化方向发展。

而无线数据通信作为向社会公众迅速、准确、安全、灵活、高效地提供数据交流的有力手段，其市场需求也日益迫切。

正是在这种情况下，3G、4G通信才会不断地被推出，但是无论是3G还是4G，未来通信都将离不开DSP技术（数字信号处理器），DSP作为一种功能强大的特种微处理器,主要应用在数据、语音、视像信号的高速数学运算和实时处理方面，可以说DSP将在未来通信领域中起着举足轻重的作用。

　　为了确保未来的通信能在各种环境下自由高效地工作，这就要求组成未来通信的DSP要具有非常高的处理信号的运算速度，才能实现各种繁杂的计算、解压缩和编译码。

而目前DSP按照功能的侧重点不一样，可以分为定点DSP和浮点DSP，定点DSP以成本低见长，浮点DSP以速度快见长。

如果单一地使用一种类型的DSP，未来通信的潜能就不能得到最大程度的发挥。

为了能将定点与浮点的优势集于一身，突破DSP技术上的瓶颈，人们又推出了一种高级多重处理结构--VLIW结构，该结构可以在不提高时钟速度的情况下，实现很强的数字信号处理能力，而且它能同时具备定点DSP和浮点DSP所有的优点。

为了能推出一系列更高档的新技术平台，人们又开始注重DSP的内核技术的开发，因为DSP的内核就相当于计算机的CPU一样，被誉为DSP的心脏，大量的算法和操作都得通过它来完成，因此该内核结构的质量如何，将会直接影响整个DSP芯片的性能、功耗和成本。

　　考虑到未来无线访问Internet因特网和开展多媒体业务的需要，现在美国的Sun公司又开始准备准将该公司的拳头产品--PersonalJava语言嵌入到DSP中，以便能进一步提高DSP在处理信号方面的自动化程度和智能化程度。

当然，在以前DSP中也潜入了其他软件语言，例如高级C语言，但这种语言在处理网络资源以及多媒体信息方面无能为力；而PersonalJava是一种适合个人网络连接和应用的Java环境，基于该环境的个人通信系统可以从网络和Internet网上下载数据和图像。

此外，人们还在研究开发符合MPEG-4无线解压缩标准DSP，该压缩标准将为未来通信传输各种多媒体信息提供了依据。

　　作为一个案例研究，我们来考虑数字领域里最通常的功能：

滤波。

简单地说，滤波就是对信号进行处理，以改善其特性。

例如，滤波可以从信号里清除噪声或静电干扰，从而改善其信噪比。

为什么要用微处理器，而不是模拟器件来对信号做滤波呢？

我们来看看其优越性：

　　模拟滤波器（或者更一般地说，模拟电路）的性能要取决于温度等环境因素。

而数字滤波器则基本上不受环境的影响。

　　数字滤波易于在非常小的宽容度内进行复制，因为其性能并不取决于性能已偏离正常值的器件的组合。

　　一个模拟滤波器一旦制造出来，其特性（例如通带频率范围）是不容易改变的。

使用微处理器来实现数字滤波器，就可以通过对其重新编程来改变滤波的特性。

嵌入式技术及应用

　　嵌入式是一种专用的计算机系统，作为装置或设备的一部分。

通常，嵌入式系统是一个控制程序存储在ROM中的嵌入式处理器控制板。

事实上，所有带有数字接口的设备，如手表、微波炉、录像机、汽车等，都使用嵌入式系统，有些嵌入式系统还包含操作系统，但大多数嵌入式系统都是是由单个程序实现整个控制逻辑。

　　嵌入式技术近年来得到了飞速的发展，但是嵌入式产业涉及的领域非常广泛，彼此之间的特点也相当明显。

例如很多行业：

手机、PDA、车载导航、工控、军工、多媒体终端、网关、数字电视……

　　手机领域：

以手机为代表的移动设备可谓是近年来发展最为迅猛的嵌入式行业。

甚至针对于手机软件开发，还曾经衍生出“泛嵌入式开发”这样的新词汇。

一方面，手机得到了大规模普及，另一方面，手机的功能得到了飞速发展，3、4年前的手机功能与价格与现在就不能同日而语。

随着国内3G时代的脚步日益临近，可以预料到手机领域的软硬件都必将面临一场更大的变革。

功耗、功能、带宽、价格等都是手机硬件领域的热门词汇。

从软件技术角度来看，我认为手机的软件操作系统平台会趋于标准化和统一化。

手机的应用会愈加丰富，除了最基本的通话功能外，逐渐会包括目前PDA、数码相机、游戏机等功能，更加趋向于成为个人手持终端。

　　汽车电子领域：

随着汽车产业的飞速发展，汽车电子近年来也有了较快的发展。

但是不得不承认，目前国内的嵌入式车载领域的发展与国际相比差距还是比较大的。

电子导航系统在汽车电子中占据的比重比较大，目前导航系统在国外已经有了广泛的应用。

在国内近年来也已经开始起步，可以预料未来几年内会有比较快速的发展。

汽车电子领域的另外一个发展趋势是与汽车本身机械结合，从而可以实现故障诊断定位等功能。

　　消费类电子产品：

消费类电子产品的销量早就超过了PC若干倍。

并且还在以每年10%左右的速度增长。

消费类电子产品主要包括便携音频视频播放器、数码相机、掌上游戏机等。

目前，消费类电子产品已形成一定的规模，并且已经相对成熟。

对于消费类电子产品，真正体现嵌入式特点的是在系统设计上经常要考虑性价比的折衷，如何设计出让消费者觉得划算的产品是比较重要的。

　　军工航天：

对于大多数开发者和用户而言，这可能都是比较神秘的一个领域。

的确，大多数人一生都没有机会给F117战机编写控制程序。

的确，军工和航天领域是不为大众所知的领域，在这个领域里面，无论是硬件还是操作系统、编译器，通常并不是市场上可以见到的通用设备，它们大多数都是专用的。

但是并不代表这个领域落后，许多最先进的技术最前沿的成果，往往都会用在这个领域。

嵌入式发展前景

　　嵌入式控制器的应用几乎无处不在:

移动电话、家用电器、汽车……无不有它的踪影。

嵌入控制器因其体积小、可靠性高、功能强、灵活方便等许多优点,其应用已深入到工业、农业、教育、国防、科研以及日常生活等各个领域,对各行各业的技术改造、产品更新换代、加速自动化化进程、提高生产率等方面起到了极其重要的推动作用。

嵌入式计算机在应用数量上远远超过了各种通用计算机,一台通用计算机的外部设备中就包含了5-10个嵌入式微处理器。

在制造工业、过程控制、网络、通讯、仪器、仪表、汽车、船舶、航空、航天、军事装备、消费类产品等方面均是嵌入式计算机的应用领域。

嵌入式系统工业是专用计算机工业,其目的就是要把一切变得更简单、更方便、更普遍、更适用;通用计算机的发展变为功能电脑,普遍进入社会,嵌入式计算机发展的目标是专用电脑,实现“普遍化计算”,因此可以称嵌入式智能芯片是构成未来世界的“数字基因”。

正如我国资深嵌入式系统专家—沈绪榜院士的预言,“未来十年将会产生头大小、具有超过一亿次运算能力的嵌入式智能芯片”,将为我们提供无限的创造空间。

总之“嵌入式微控制器或者说单片机好象是一个黑洞,会把当今很多技术和成果吸引进来。

中国应当注意发展智力密集型产业”。

　　嵌入式应用行业举例

　　1.机器人

　　随着嵌入式系统和机器人技术的普及和发展，机器人本体功能越来越趋于模块化、智能化、微型化。

同时，机器人的价格也在大幅度下降，使其在军事、工业、家庭和医疗等领域获得更广泛的应用。

例如，国内最近开发了一种“医疗服务机器人”，其核心部件主要由CPLD和多个EMCU组成。

它可将大脑脱离机器人本体并置于母环境中，采用无线通信与本体进行交互；而服务机器人本体中的小脑具体实现接收机器人大脑发出的各种命令，控制机器人各个执行和感知机构，进而实现机器人本体各个功能模块之间相互协调配合的功能。

　　2.军事国防领域　　军事国防历来就是嵌入式系统的重要应用领域。

20世纪70年代，嵌入

式计算机系统应用在武器控制系统中，后来用于军事指挥控制和通信系统。

目前，在各种武器控制装置（火炮、导弹和智能炸弹制导引爆等控制装置）、坦克、舰艇、轰炸机、陆海空各种军用电子装备、雷达、电子对抗装备、军事通信装备、野战指挥作战用各种专用设备等中，都可以看到嵌入式系统的身影。

使用嵌入式技术的武器曾为美军在伊拉克战争中发挥重要的作用。

　　3.医疗仪器

　　嵌入式系统在医疗仪器中的应用普及率极高。

在设计过程中，根据需要对嵌入式系统重新编程，可避免前端流片（NRE）成本，减少和ASIC相关的订量，降低芯片多次试制的巨大风险。

此外，随着标准的发展或者当需求出现变化时，还可以在现场更新，而且设计人员能够反复使用公共硬件平台，在一个基本设计基础上，建立不同的系统，支持各种功能，从而大大降低生产成本。

使产品具有较长的生命周期，可以保护医疗仪器不会太快过时，医疗行业的产品生命周期比较长，因此这一特性非常重要。

现代数字医疗仪器设备不但包括诊疗设备，而且还有数据存储服务器和接口软件。

嵌入式系统可为医疗仪器设备设计、生产和使用提供先进的技术支持。

　　当今，嵌入式系统的发展已经进入大融合的时代，其特点如下：

　　通信、计算机及消费电子产品（3C）融合——趋向没有独立的3C，只有融合的3C，即信息产品（IA）；

　　数字模拟融合、微机电融合、电路板硅片融合及硬软件设计融合——趋向SoC：

和SiP；

　　嵌入式整机的开发工作也从传统的硬件为主变为软件为主；

　　激烈的市场竞争和技术进步呼唤着新颖的产品开发平台，特别是SoC开发平台的出现。

　　随着嵌入式技术的不断发展，嵌入式系统将更广泛应用于人类生活的各个方面。

。

。

。

。

嵌入系统使用的软件

　　C++在中国大陆的程序员圈子中通常被读做“C加加”，而西方的程序员通常读做“Cplusplus”，“CPP”。

它是一种使用非常广泛的计算机编程语言。

C++是一种静态数据类型检查的，支持多重编程范式的通用程序设计语言。

它支持过程化程序设计、数据抽象、面向对象程序设计、制作图标等等泛型程序设计等多种程序设计风格。