余热自发电节能照明灯系统的设计论文[5篇材料]

第一篇：余热自发电节能照明灯系统的设计论文

摘 要：本设计为一种余热自发电节能照明灯系统，它在原有普通照明灯的基础之上增加的一种节能设备，利用温差发电装置中的温差发电片，把照明灯释放的热能在重新收集起来转换成电能，配合升压装置给手机、充电宝等小型移动设备进行充电，其主要目的是让照明灯发光时所产生的热量能够尽可能被充分回收利用。本作品具有自动切换功能，当普通照明灯开启时，自动切换到储存电源模式，利用温差发电装置中的温差发电片配合升压装置进行储存电源;当普通照明灯亮度较低时，自动切换到释放电源模式，给普通照明灯供电，达到一定的亮度后自动切换到储存电源模式;当普通照明灯关闭时，自动关闭开关并把产生的电能储存到蓄电池中，当要给手机、充电宝等小型移动设备进行充电时，用手打开开关连接USB接口给其充电即可;本照明灯系统还配有自动调光模式，随着所处空间亮度的变化而改变照明灯的亮度，实现保护视力、减少能源浪费的功能。该作品可应用于家庭、商场、办公室等场所，安装方便，经济实用，真正达到节约能源的目的。

关键词：储存电源模块 释放电源模块 亮度感应模块 自动切换功能研制背景及意义

目前，市场上的节能照明灯层出不穷，但大多数都是针对照明灯的节能而设计生产的，虽然其使用寿命长、功耗低，但是照明灯还有它自身的余热始终没有被人们开发利用。据资料显示，目前，市场上的普通照明灯亮着的时候温度可以高达90℃，节能照明灯的温度也在40~60℃，并且许多公共场所每天使用的普通照明灯的时间高达16个小时，因此，每天照明灯散发出来的热量十分可观。由于这些普通照明灯的发光和发热是并存的，而且照明灯发光越亮，散发的热量就越多，这样长年累积下来，照明灯的热量消耗也是一笔很大的浪费。结合社会所需，所以，就利用灯泡发光所产生的“余热”，设计制作了这一种余热自发电节能照明灯系统。设计方案

2.1 核心控制处理器的选择

由于余热自发电节能照明灯系统的结构和功能比较简单，因此，选用型号为STC89C52的单片机模块作为核心控制处理器，配合储电和释电转换模块、储存电源模块、释放电源模块、亮度感应模块、照明灯亮度、USB接口等执行系统控制其运行。本作品总体结构和功能系统框架图，如图1所示。

图1 总体结构和功能系统框架图

2.2 各种执行模块的选择

2.2.1 储电和释电转换模块

余热自发电节能照明灯系统的储电和释电转换模块采用STC89C52单片机模块控制处理器控制继电器进行储存电源模块、释放电源模块两部分电路实现平稳的转换。它在余热自发电节能照明灯系统中起着自动调节、转换电路、安全保护的作用。

2.2.2 储存电源模块

余热自发电节能照明灯系统的储存电源模块是由温差发电装置和升压装置组成，它采用温差发电装置中的温差发电片进行发电。其中，温差发电片一侧贴近照明灯底部，对照明灯发光时散发出来的热量进行收集，并将收集到的热量集中到温差发电片的这一侧，温差发电片另一侧安装散热片。利用温差发电片两侧的温差，可以产生2~3V的电压，通过利用升压装置将电压升至稳定的5V电压，然后将稳定的5V电压储存到蓄电池中。

2.2.3 释放电源模块

余热自发电节能照明灯系统的释放电源模块是由5V稳压电路和输出控制电路组成。当余热自发电节能照明灯系统的USB接口被连接时，储存在蓄电池中稳定的5V电压由输出控制电路控制输出给手机、充电宝等小型移动设备进行充电。

2.2.4 亮度感应模块

余热自发电节能照明灯系统的亮度感应模块采用光敏电阻传感器配合辅助电路组成。亮度感应模块具有两个模式，其配合自动切换功能当普通照明灯亮度较低或者所处空间亮度变化时，亮度感应模块自动感应到这些信息，然后产生信号传递给STC89C52单片机模块控制处理器，经STC89C52单片机模块控制处理器处理后传给亮度控制器来控制照明灯的亮度，达到亮度状态标准后不在改变，从而实现保护视力、减少能源浪费的功能。主要功能及性能分析

本设计为一种创新、实用、节能、智能、便捷的余热自发电节能照明灯系统，它在原有普通照明灯的基础之上增加的一种节能设备，利用温差发电装置中的温差发电片进行发电，把照明灯释放的热能在重新收集起来转换成电能，配合升压装置产生的稳定电压给手机、充电宝等小型移动设备进行充电，其主要目的是让照明灯发光时所产生的热量能够尽可能被充分回收利用。本作品具有自动切换功能，当普通照明灯开启时，自动切换到储存电源模式，利用温差发电装置中的温差发电片配合升压装置进行储存电源;当普通照明灯亮度较低时，自动切换到释放电源模式，给普通照明灯供电，达到一定的亮度后自动切换到储存电源模式;当普通照明灯关闭时，自动关闭开关并把产生的电能储存到蓄电池中，当给手机、充电宝等小型移动设备进行充电，用手打开开关连接USB接口给其充电即可;本照明灯系统还有自动调光模式，随着所处空间亮度的变化而改变照明灯的亮度，从而实现保护视力、减少能源浪费的功能。创新点及应用前景

余热自发电节能照明灯系统利用温差发电装置中的温差发电片进行发电，拥有自动切换储存和释放电源的功能，安装在普通照明灯的外部，适用于各种类型的节能灯，不影响整个照明灯的外观，充满的电源能够让人们随时连接USB接口给自己的手机、充电宝等小型移动设备进行充电，并且作品外形设计的轻巧、时尚、靓丽，价格便宜、安装方便，经济实用，更能吸引消费者的眼球。本作品如果不工作了，无需重新购置照明灯，只需在原有照明灯基础上安装即可，可应用于家庭、办公室、商场、咖啡厅、旅游景点等

第二篇：余热发电油系统介绍

余热发电汽轮机组油系统工艺知识介绍

一、油系统的作用及工艺流程

1.油系统的作用

（1）减少轴承的摩擦损失,并带走因磨擦产生的热量和由转子传来的热量；

（2）向调节系统和保护系统装置供油，以保证其正常工作；

（3）供给传动机构的润滑用油

（4）供油过程中对管道及轴承起到清洗和防腐蚀的作用。

2.供油的工艺流程

由主油泵或高压交流油泵打出的油被送到润滑油过滤器和油冷却器处，控制油压力调节阀将使油压保持在0.8MPa以上，另外调整油冷却器入口冷却水量，控制油温度调节阀使汽机、发电机各处轴承入口处供油温度保持在35-45℃之间。

油路在润滑油过滤器入口处分为两条支路：

（1）一路到控制系统部分，控制油送到调节器主伺服电机，紧急停车阀及超速调节器导引阀等停车设施，为使控制油压波动最小，在管线上装有过压阀：注入润滑油压力为0.6MPa压力；

（2）另一路为润滑路线，0.8MPa高压油由双重孔板及润滑油压调节阀来降至0.1～0.13MPa左右，润滑油被送至汽机的每个轴承、减速机与发电机、减速啮合齿轮及盘车设施。

二、供油系统的设备组成及作用

1.余热发电油系统的组成：主油泵、高压交流油泵、润滑交流油泵、直流油泵、注油器、油过滤器、冷油器、油净化器、低压油过压阀、启动排油阀、油雾风扇、油箱、单向阀及相关的管道和阀门。

2.作用

1、主油泵：离心式油泵，位于减速机齿轮轴的前向端，由主减速齿轮通过一套泵驱动齿轮来驱动，离心泵由主轴直接带动，设备简单，系统紧凑，但自吸能力差，需使用注油器向油泵供油。

2.高压交流油泵：又称启动油泵或调速油泵，其作用是在主油泵不能正常工作时向调节、保护、润滑系统供油。自动启动连锁条件：润滑油压≤1MPa时高压油泵自动启动；

3.润滑交流油泵、直流油泵：润滑交流油泵和直流油泵又称低压辅助油泵或事故油泵，作用是在主油泵不能供给系统润滑油时向各轴承及盘车装置提供润滑油。自动启动连锁条件：润滑油压≤0.05MPa时润滑交流油泵自动启动；润滑油压≤0.04MPa时直流油泵自动启动；

4.冷油器：对润滑油进行降温冷却的设备，控制润滑油温度在35°C~45°C之间，属于表面式换热器。油从上而下沿若干隔板构成的弯曲流道流动，冷却水则是自上而下在铜管中流动。要求油侧压力要高于水侧压力，防止铜管破裂时由内进水而使油质恶化。

5.润滑油过滤器、调速油过滤器在切换时：

（1）应先打开两单元之间的平衡阀进行油压平衡，方可进行切换；

（2）慢慢切换手柄（有锁紧装置的应先打开锁紧手柄），以防止可能出现的油压低而停车，手柄指向何侧，即何侧投入运行

（3）慢慢关闭平衡阀，确认油压稳定、无波动。

6.低压油过压阀：安装在冷油器出口油管道上，起稳定润滑油压的作用。阀门是弹簧力型的，以送返回油至油箱的方法来保持油压。在其执行机构上有一个波纹管腔，上侧备有弹簧。当入口压力过高时，阀门逐步打开，进行减压；当入口压力过低时，阀门逐步关闭，进行增压。

7.启动排油阀：确保副主油泵与主油泵切换过程中，系统稳定供油。当机组启动时，主油泵的出口压力低于启动油泵的出口压力，主油泵的油通过排油阀上的排油口流至油箱，带走主油泵内的部分热量，当启动油泵停止后，主油泵投入工作时，主油泵有的压力将排油阀活塞推下，主油泵出口油与排油口断开。

三、汽轮机启动时油压的建立

汽轮机的启动过程其实就是打开主汽门和高调门，使汽轮机进汽的过程，而这都是通过油压的建立来实现的，而建立油压的顺序是：安全油压——AST油压——OPC油压——DDV油压。先启动高压油泵通过挂闸建立安全油压，打开主汽门，在建立AST油压和OPC油压后建立DDV油压，DDV伺服阀控制高调门开度，从而实现汽轮机的进汽，冲转。

四、汽轮机组油系统常见故障现象及处理方法

1.轴承油温过高 ：油润滑油温基准值35℃～45℃，报警50℃轴承润滑油温度基准＜65℃，报警75℃

处理方法：

（1）检查过滤器内是否有白金属；

(2)增加通过冷却器的冷却水流量；

(3)如油温仍持续偏高，振动上升，则应缓慢地减速，停汽轮机，进行检查

可能原因：1）检查油温调节阀，是否存在故障；

2）油中有脏物，清洗滤油器 ；

3）油冷却器水或油侧存在气隔―――打开排气阀；

4）检查油冷却器是否堵塞；

5）轴承烧坏，检查确认后更换

2.润滑油过滤器中有杂质

检查：（1）确认物料的类型—如果是大量的白色金属则紧急停机。

（2）不是白色金属，为一般杂质（包括片状管道防锈漆）处理方法：

（1）经常更换过滤器筒

（2）操作油净化器

（3）检查油压，油温是否在正常范围内

3.润滑油过滤器中有轴承白色金属

处理方法：(1)准备停汽轮机

(2)检查油温、油压、振动及汽轮机轴向位移情况

(3)确认某处轴承,可能原因有轴承白色金属发现

1)轴承间隙有变化出现磨损

2)轴承油膜过薄，油流对轴承冷却效果不佳，容易发生干擦

和烧瓦现象

3)汽轮机严重振动（如水冲击现象）

4.油箱油位显示过高或过低

(1)油中进水（油位显示高）

(2)油滤筛有堵塞现象

(3)油位计不正常

(4)系统漏油或排污阀打开

(5)油冷却器头部或冷却管有泄漏现象（油位显示低）

5.润滑油压力异常下降

现象：（1）压力表上低油压

（2）润滑油压力低报警

（3）辅助油泵自动启动

（4）汽轮机跳闸（润滑油压力低于0.02Mpa汽轮机跳闸）处理方法：

（1）准备汽轮机停机，如有可能，恢复油压（检查辅助油泵的启动情况）

（2）检查油压开关和油压检测管路。

（3）检查油系统管路是否有泄漏，及时处理；

（4）切换润滑油过滤器磨

第三篇：家用电器节能系统设计说明书

家用电器节能系统设计说明书

设计者：

指导教师：

（XX学院，机械设计制造及其自动化工程，机本班）

作品内容简介

通过实验设计了一套空调与电热水器联合节能系统，实现家庭、酒店、理发店医院等同时需要制冷和制热（包括制热水）系统的节能。通过对空调系统的改进实现，空调废热利用，节约热水器耗能。把热水器变成空调系统的一个冷凝器，在夏天使用空调时顺便加热热水，热水器不耗电；春秋冬通过热泵原理，利用空调设备，用电能取得大量热量，实现节能。

研制背景及意义

空调和热水器是家庭的必备家电，目前大中城市普遍采用的是电热水器，酒店既大量使用空调有需要大量热水，夏天空调制冷产生的大量废热，如果能利用这些废热来加热水可提供大量生活热水。春秋冬季节需要大量生活热水，如果用电热水器来加热，能耗很到，空调设备也基本闲置，如果能利用空调装置和热水器装置构成一个热泵，既可实现空调装置的有效利用，也能实现热水器的节能。

对于家庭、酒店、理发店或医院等系统来说，同时购买空调和热泵热水器可实现有效节能，但是热泵热水器投资巨大，节能却不省钱。没有经济意义。

因此，我们致力于研发尽量少的的增加设备投资的情况下实现系统的节能。

设计方案

2.1机械控制

空调热水器设计如图1所示

室内换热器

热水器换热器（冷凝器）

室外换热器

压缩机

毛细管（节流阀）

6、7

四通阀8、9

截止阀

可调节三通阀

图1

空调热水器系统设计图

空调热水器原理图如图2

室内换热器

热水器换热器（冷凝器）

室外换热器

压缩机

毛细管（节流阀）

6、7

四通阀8、9

截止阀

可调节三通阀

图2

空调热水器原理图

制冷、制热水循环：

关闭阀门8，打开阀门9，四通阀6，7通电，当水温较低时，阀门10调节流量是工质全部流向2（热水器换热器）加热水，当水温升高（>32度）调节阀门10减小流向2的流量，让一部份工质流经3（室外换热器），当水温超过40度，只让工质流经3。

室内换热器（蒸发器）

热水器换热器（冷凝器）

室外换热器（冷凝器）

压缩机

毛细管（节流阀）

6、7

四通阀8、9

截止阀

可调节三通阀

图3

制冷制热水循环

制热、制热水循环：

关闭阀门9，打开阀门8，四通阀6，7失电，此时3（室外换热器）充当蒸发器，1（室内换热器）、2（热水器换热器）充当冷凝器，通过阀门10可以实现仅制热，或者仅制热水，同时制热和制热水将受室外换热器负荷限制。

室内换热器（冷凝器）

热水器换热器（冷凝器）

室外换热器（蒸发器）

压缩机

毛细管（节流阀）

6、7

四通阀8、9

截止阀

可调节三通阀

图4

制热制热水循环

设计时考虑的主要问题：

1.热水器和空调的工况差异大，在水温的不同阶段由于工况的漂移，压缩机负荷急剧变化，致使机组无法有效运行，如何在不影响空调性能的前提下，实现空调的热量利用？

2.空调热水器能否实现的四季均可利用？

3.热水器换热器怎么在空调中一直充当冷凝器？

2.2电器部分（电路控制）

1.空调控制系统十分复杂，修改难度大，同时改动成本也高。因此我们基本不对空调控制系统的进行修改。

2.根据水温调节阀门开度，市场有该控制电路成品，采用这种产品。我们可以实现对阀门10的控制。

3.还需要另外设计的控制包括阀门8、9和四通阀7，（注：四通阀6在空调控制系统中）下面设计对阀门8、9和四通阀7进行的控制设计：

这些阀门只存在两种状态：状态一：阀门8关，阀门9开，四通阀7得电；状态二：阀门8开，阀门9关，四通阀7失电。所有阀门的两种状态对应相反。阀门8、9均为得电打开，因此控制电路设计就比较简单。

图5

电磁阀控制

开关向右，电磁阀9得电打开，电磁阀8失电关闭，实现制冷制热水循环；

开关向左，电磁阀8得电打开，电磁阀9失电关闭，实现制热制热水循环

理论设计计算

1.空调工况计算：

考虑到目前主要使用的制冷剂为R22，有必要对原有设备进行节能改造，本设计计算采用R22做制冷剂计算，但R22对臭氧层有破坏作用，属于将要淘汰的制冷剂之一。故在日后新产品的设计制造中考虑使用R134a等环保制冷剂。

空调制冷系统，工质为R22，需要制冷量=5kW，空调用冷气温度为=15°C，蒸发器端部传热温差为∆

=10°C，冷却水温度为=32°C，冷凝器端部的传热温差取

∆=

8°C，液体过冷度△=5°C，有害过热度△=5°C，压缩机的输气系数为λ=0.8,指示效率ŋ=0.8。

分析：绘制制冷循环的压-焓图，如右图所示

根据已知条件，得出制冷剂的工作温度为：

=+∆=32+8=40°C

=-∆=10-5=5°C

=-∆=40-5=35°C

=+∆=5+5=10°C

查R22表得到各循环特征点的状态参数如下：

点号

P（MPa）

t（°C）

h（kJ/kg）

v（/kg）

0

0.58378

407.143

0.58378

412

0.043

1.5335

446

1.5335

250

热力计算：

(1)

单位质量制冷量

=-=407.143-250=157.143kJ/kg

(2)

单位容积制冷量

=/=157.143/0.043=3654.5kJ/

(3)

理论比功

=-=446-412=34kJ/kg

(4)

指示比功

=/ŋ=34/0.8=42.5kJ/kg

=+=412+42.5=454.5kJ/kg

(5)

制冷系数

ε=/=157.143/34=4.62

ε=/=157.143/42.5=3.70

(6)

冷凝器单位热负荷

=-=454.5-250=204.5kJ/kg

(7)

所需工质流量

=/=5.0/157.143=0.0318kg/s

(8)

理论输气量

=/λ=1.37×/0.8=1.71×

/s

实际输气量

==0.0318×0.043=1.37×

/s

(9)压缩机消耗的理论比功

==0.0318×34=1.08

kW

压缩机消耗的指示功率

=/

ŋ=1.08/0.8=1.35

kW

(10)冷凝器的热负荷

==0.0318×204.5=6.50

kW

(11)热力学完善度

卡诺循环制冷系数ε=(273+10)/(40-15)=11.32

指示热力学完善度

ŋ=ε/ε=3.7/11.32=0.327

2.热水器换热器设计计算：

经分析：该换热器在空调中一直起着水冷式冷凝器的作用，下面按照水冷式冷凝器的设计方法设计换热器。

设计要求：热负荷

Qk=6.5KW;

冷凝温度

tk=40oC；制冷剂

R22

（1）

冷凝器的结构形式：卧式壳管式冷凝器

（2）

冷却水温

t’,温升△t,t1’=32oC;在卧式冷凝器中，一般取△t=3～5oC,取△t=4

oC，冷却水出口温度

t’

’=

t1’+△t=36

oC

（3）

冷凝器中污垢热阻

管外热阻

ro=0.9x10-4m2.oC/W

管内热阻

ri=

0.9x10-4m2.oC/W

（4）

冷凝器的设计计算

①

冷却水流量

qvs

和平均传热温差△tm

冷却水流量qvs为

QVS=Qk／(ρc∆t)=6.5／(1000×4.187×4)=0.388×10-3

m/s

平均传热温差

△tm

=t，-t,／㏑[tk-t1,/(tk-t1，)]=36-32/㏑[40-32/(40-36)]=5.8

℃

②

初步规划的结构尺寸

选用的铜管，取水流速度

u=1.5m/s

则每流程的管子数

z=4qVS／πdi2u=4×0.388×10-3/[3.14×(10-2)2×10-6×1.5]=5.15

圆整后z=6

根

实际水流速度

u=4qVS／πdi2z=4×0.388×10-3/[3.14×(10-2)2×10-6×6]=1.3

m/s

③

管程与有效管长

假定热流密度q=6400w/m2则所需的传热面积Fo为

Fo=Qk/q=6500/6400=1.015

m2

管程与管子有效长度乘积

NLc=F0/πd2z=1.015/(3.14×0.01×6)=5.38

m

采用管子或正三角形排列的布置方案，管距

S=20mm,对不同流程数N，有不同管长lc及筒径D,见下表：

N

lc(m)

NZ

D(m)

lc/D

2.69

0.14

1.34

0.18

0.89

0.20

0.67

0.22

从D及lc/D值看，8流程是可取的④

传热系数

1)

管内冷却水与内壁面的换热系数，αi=0.023λ/di

Ref0.8Prf0.4

计算时取冷却水的平均温度ts为定性温度

ts=(t1’+t1’’)/2=(32+36)/2=34℃

Ref=udi/v=1.3×0.008/(0.7466×10-6)=13930

Ref0.8=2066

Pr=4.976(查物性表中的数据)

Pr0.4=1.9

λ=62.48×10-2

W/(m

oC)

αi=0.023×62.48×10-2/0.008×2066×1.9=7051

W/(m2

oC)

2)

水平管的排数

因流程数N=8，总的管子数Nz=48，将这些管子布置在17个纵列内，每列管子数分别为1，2，3，4，3，3，3，3，4，3，3，3，3，4，3，2，1则按公式

=[48/(2×10.75+2×20.75+10×30.75+3×40.75)]4=2.94

(3)管外换热系数α0的计算

α0=cb(1/∆t0d0)0.25

W/(m2

·℃)

查表得

b=1465.9,c=0.725,α0=nm-0.25αco=2585∆t0-0.25

W/(m2

·℃)

（4）传热系数大。传热过程分成两部分：第一部分是热量经过制冷剂的传热过程，其传热温差为∆t0，第二部分是热量经过管外污垢管。管壁管内污垢层以及冷却水的传热过程：

第一部分的热流密度：

q1=λα0∆t=2585∆t00.75

W/m3

第二部分的热流密度为：

q2=∆ti/[(1/αi+γi)d0/di+δ/λ(d0/dm)+

γ0]

W/m2

其中

dm为管子的平均直径，将有关数值代入求的：

q2=2614∆ti=2614(5.8-∆t0)

取不同的∆t0试凑：

∆t0

q1

q2

7319.2

5892.5

3.5

6012.2

6614.78

3．35

6404.3

6400.9

可见∆t0=3.35时，q1与q2的误差已经很小，所以tw=36.65oC，q=6404

W/m2

这与前面假定的q=6400

W/m2

只差0.6%，表明前面的假定可取。

(5)传热面积和管长：

传热面积F0=1.015m2，有效管长L=0.67m，适当增加后，取管长为0.93m。

(6)水的流动阻力

沿程阻力系数ξ=0.3164/Ref0.25=0.3164/(13930)0.25=0.0291

冷却水的流动阻力∆P为：

∆P=1/2

ρu2

[(ξ

N

L/di)+1.5(N+1)]

=0.5×1000×1.32×[0.0291×8×0.93/0.008+1.5(8+1)]

=0.034MPa

考虑到外部管路损失，冷却水总压降约为：

∆P，=0.1+∆P=0.134MPa

取离心水泵的效率ŋ=0.6，则水泵所需的功率为：

Pe

=qr

∆P，/ŋ=0.388×10-3×0.134×106/0.6=86.7

W

设计综述如下：Ф10×1的铜管总数为48根，每根传热管的有效长度为930mm，管板的厚度取30mm，考虑传热与管板之间胀管加工时两端各伸出3mm，传热管实际下料长度为1000mm，壳体长度为930mm，壳体规格为Ф273×7mm的无缝钢管，取端盖水腔深度为50-60mm，端盖铸造厚度约为10mm，则冷凝器外形总长为1100mm。冷却水流程为8，传热管48根。冷凝器外壁涂上1mm的隔热涂料。

3.热水器烧水时间计算（实用性计算）：

热水器换热器热负荷

6.5kW，电热水器总共50L水

将50L水从14℃加热到40℃水温升高26℃

烧水时间t

假设水箱保温不够散热，损失20热能

烧水时间t’=

冷凝器设计入口温度为32℃，当水温较低(<=32)时，冷凝器的传热温差较大，传热快。当水温较高（>32℃）时，冷凝器的传热温差较小，传热慢。总体来看，启动空调20分钟内，能够将水烧开到40℃供洗澡用。

4.节能计算

情况1：夏季使用空调制冷，且需要热水洗澡，冷水水温20℃

需要水温40℃：节约全部原来需要电热水器烧水消耗的电能

需要水温60℃：节约初始20℃到40℃的烧水电能；40℃到60℃，使用电热水器加热；

电热水器耗能：W=cm∆t=4187*50*40=8374000J

本装置耗能：W=cm∆t=4187*50*20=4187000J

与使用电热水器加热相比节能：（8374000-4187000）/8374000=50%

情况2：春秋季节不使用空调制冷，且需要热水洗澡，冷水水温15℃

需要水温40℃：使用热泵加热，供热系数为4.3，与电热水器加热相比，节约电能76%。

需要水温60℃，先使用热泵将水加热到40℃，再用电热水器加热到60℃；

电热水器耗能：W=cm∆t=4187*50*45=9420750J

本装置耗能：W=cm∆t=4187*50*（25/4.3+20）=5404151J

与使用电热水器加热相比节能：42.6%。

情况2：春秋季节不使用空调制冷，且需要热水洗澡，冷水水温10℃

需要水温40℃：使用热泵加热，供热系数为4.3，与电热水器加热相比，节约电能76%。

需要水温60℃，先使用热泵将水加热到40℃，再用电热水器加热到60℃；

电热水器耗能：W=cm∆t=4187*50*50=10467500J

本装置耗能：W=cm∆t=4187*50*(30/4.3+20)=4187000J

与使用电热水器加热相比节能：46%。

综上，本设计主要在节约电热水器加热部分的能量，至少能节能40%以上。且夏天能利用空调制冷的热量，春秋冬季使用热泵制热，节能优势明显。

工作原理及性能分析

工作原理：能级匹配节能原理，热泵原理

电热水器通过电加热的方式加热水，是把功变成热，能级严重不匹配，造成能源的品质浪费。本作品基于热泵原理（通过做功把热量由低温热源传向高温热源，得到数量高于功的能量），较电加热热水器而言实现电能的合理利用。

性能分析：

从经济性上来说，热泵成本较高，本作品合理的利用空调装置，实现热水器的热泵改造，实现设备投资的节约。

理论估计本设计的性能要远高于空调和热水器单独使用。具体的性能指标还有看实际中空调和热水器联用对空调系统的影响程度，才能确定。

创新点及应用

1）实现空调和热水器不同工况的有效整合；

2）操作和控制简便，容易地使用它；

3）空调设备在春秋冬季节得到有效利用。

在全国大中城市，空调和电热水器普及数量很多，大部分属于隔离状态，有待在节能改造，因此应用前景很广。

参考文献

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张小松，王铁军，金苏敏

制冷技术与装置设计

重庆大学出版社：142-146

[2]

吴业正，韩宝琦

制冷原理及设备

西安交通大学出版社，1998：53-54，246-250

第四篇：校园路灯系统节能设计探讨

校园路灯系统节能设计探讨

摘要： 如今我国经济高速发展，人们生活水平日益提高，能源和资源变得日益紧张，电力短缺已成为制约国民经济发展的突出矛盾。学校作为一个国家人才输出地，在我国乃至世界当中都占有相当重要的分量，而学校由于照明所产生的耗电量无疑是众多公共事业单位中最多的部门之一。但在号召节能减排的当下，我们应从技术角度以及行为角度去寻找能够解决此类问题的方法，既要保证合适照度、保证各种教学和生活等方面工作的顺利进行，又要求节约电能，提倡绿色照明环境。

关键词：校园路灯系统；光源类型；节能

21世纪，可持续发展已经成为人类社会发展的绿色思潮，倡导绿色低碳生活，减少能源的浪费，建设资源节约型、环境友好型社会已成为人类社会的广泛共识。大学校园校区面积大，有教学工作区、学生生活居住区、食堂、超市和运动场所等不同的功能区域，在这些区域内安装有大量的室外照明灯具，这些室外照明灯具作为学校一个很重要的照明用电组成部分，室外照明设计不仅要体现艺术性还要注重其功能性，既要保证合适照度、保证各种教学和生活等方面工作的顺利进行，又要求节约电能，提倡绿色照明环境

1、学校路灯照明系统的现状：

目前校园路灯存在路灯的布点方式不合理，照明效果欠佳，灯型不统一、线路老化、灯杆锈蚀严重、不满足节能要求等现象。根据调查，有很多学校晚上23：00过后校园里几乎没有行人来往了，然而校园路灯却是“通宵达旦”。学校路灯有些是全夜灯，也有些是后夜灯，基本上是人工控制，劳动强度很大，繁琐，由于工作人员开启或关闭路灯的不及时，造成不方便路人与浪费用电的现象时有发生。在不影响路灯正常工作的情况下对其进行节能研究有着重要意义。

2、光源类型的选择

参考《城市道路照明设计标准》要求，结合大学校园室外道路照明的具体情况，路灯照明系统所采用光源的主要类型有：高压钠灯、金属卤化物灯、节能灯（紧凑型荧光灯）、半导体发光二级管（LED）灯、太阳能灯等。

（1）校园主干路、次干路的道路照明光源，考虑大量的车流、人流以及景观的照明需要，应采用具有发光效率高、寿命长、透雾能力强、色温适中、显色性也符合一般道路照明要求的高压钠灯。

（2）生活居住区和商业区的人行道路照明光源，考虑尊重人的感受，强调以人为本的理念；同时要营造环境幽静轻松的氛围，可考虑选择发光效率比较高、寿命长、显色性好的金属卤化物灯或紧凑型荧光灯。

（3）在满足道路照明标准要求的前提下，经过经济效益分析对比以及试点成熟的基础上，适当推广使用太阳能路灯、半导体发光二级管（LED）灯等新能源节能 灯具。

3、校园路灯节能措施

（1）节能不是靠降低照明水平来实现，而是在确保各级道路符合相应的照明标准的前提下考虑节能。因此，首先就得根据被照明场所的要求和特点合理选定照明标准值。否则，标准选高了会造成能源浪费，标准选低了又不符合照明要求。

（2）照明设计是实现节能的核心环节。在进行照明设计时，要同时提出多套方案进行设计计算，在确定它们都符合照明标准的要求后，再进行综合经济分析比较，从中选取最佳的方案。

（3）合理选择照明器材是实现节能的有效手段之一。根据《城市道路照明设计标准》要求，应选择符合国家标准中关于节能评价规定的光源和镇流器。在选择灯具时，首先要满足灯具相关标准以及光强分布和眩光限制的要求，在此前提条件下再选择高效率者。

（4）气体放电灯的功率因数一般在0.4～0.6之间，可通过实施电容补偿或配用电子镇流器来提高功率因数，降低无功损耗。从经济合理的角度考虑，补偿后的功率因数在0.8～0.9之间为宜。

（5）在深夜普遍降低路面照度是节能效果最为明显的一项措施。由于深夜车流、人流量小，应该普遍推行这种措施。因此，在主干路、次干路应该采取这一措施。实施这一措施的办法包括：

第一，采用双光源灯具是一种合理的办法。深夜的交通流量小，关闭1只光源，如将1盏灯具内的2只光源在上半夜全部点亮，下半夜道路车流量小时关掉其中1只光源，既可以达到节能目的，又不影响路面照度均匀度。

第二，采用深夜能自动降低路灯光源功率的装置，如变功率镇流器或智能型照明调控装置等。变功率镇流器是通过时间控制器和电子开关来调节镇流器的电抗，减小光源回路电流，从而调节照明装置的功率，从全功率降至60%～70%的功率。如高压钠灯灯具内安装变功率镇流器时，深夜能自动降低光源的功率，从而达到节能的目的。智能型照明调控装置是一种智能型降压稳压调光装置，能够根据电网电压的波动，平滑地对路灯输入电压进行动态调整，自动调光。在深夜电网电压升高、道路车流量小时进行自动调压，降低光源的功率，从而降低路面照度，达到节能的效果。

第三，采用深夜关闭不超过半数灯具的办法，但不得关闭沿道路纵向相邻的两盏灯具，以免路灯照明均匀度降低过多，影响交通安全。当路灯为单侧布置时，应采用间隔熄灯的方式；当路灯为双侧交错布置时，应采用熄灭一侧路灯的方式；当路灯为双侧对称布置时，应采用交叉熄灯的方式。

第四，由于技术原因，考虑到线路压降以及终端负载的电压需求，电网供电电压普遍偏高，尤其是在午夜以后，由于市网电压远高于额定电压，路灯照明系统电压不能根据电网波动、照度需求以及照明时段等情况进行实时调整，往往导致灯具过度发热，造成大量的电能浪费、照明灯具的使用寿命大幅缩短。目前路灯照明的电能利用率还不到65%，电能浪费相当严重，存在着巨大的节能空间。采用智能路灯节能设备对路灯系统运行状态进行全自动的监控，实现人性化的亮度设置和控制。采用智能路灯节能设备后照度基本不变，灯具的功耗明显减少，使用寿命大大延长。学校用于路灯照明系统维护的成本也将明显减少，同时也将带来相当可观的经济效益。

（6）电缆截面的选择。校园室外路灯照明系统的特点是系统用电功率不是很大，线路上的工作电流也不是很大，但需要敷设线路较长。负荷计算时电缆载流量的要求容易得到满足，但由于路灯照明系统线路较长，线路压降要满足线路末端的电压要求是需要重点考虑的问题。解决线路压降问题的方法可以考虑适当加大线路截面；加大线缆截面积的同时也提高了线路的输送能力，对提高供电可靠性、电压合格率以及节约电能是大有好处的。

（7）选择合理的控制方式，采用具有可靠度高和一致性好的控制设备也是一项重要的节能措施。基于校园特殊的分区特点，室外路灯照明系统的控制方式应合理选择，做到需要开灯时能即刻开启，需要关灯时马上就能关闭，这样才能准确控制全年的灯具燃点时间，达到节能目的。对于重要校园路灯照明区域应根据所在地区的地理位置和季节变化合理确定开关灯时间，并应根据天空亮度变化进行必要修正。宜采用光控和时控相结合的控制方式，以时控为基础，并辅以光控功能，使路灯照明的开、关控制准确合理。路灯照明宜采用智能化控制，通过计算机网络技术，利用有线和无线传输方式，对路灯的启闭、运行状态、故障情况等进行遥控、遥测、遥信，从而实现对路灯的远距离监控和管理。通过时控、光控、程控等多种智能化控制模式，实现对路灯照明的动态智能化控制，从而达到长期安全、节能运行和科学管理的目的。对于非重要路灯照明区域，在满足照度及安全的情况下，应选择在深夜自动或手动关闭部分，以节约电能。

（8）由于太阳能路灯以太阳光为能源，白天在阳光的照射下，太阳能电池板给蓄电池充电，晚上蓄电池给负载供电使用，无需复杂昂贵的管线铺设，无需人工操作，工作稳定可靠，安全无污染，节省电费免维护等优点以及LED路灯的定向发光、功率消耗低、驱动特性好、响应速度快、抗震能力高、使用寿命长、绿色环保的优点。所以随着太阳能以及LED路灯技术的发展成熟，校园路灯设计在综合经济效益分析合适的情况下，逐步采用太阳能以及LED路灯将成为绿色节能校园建设的一个有着巨大潜力的发展方向。

4、总结：

校园是学生和教职工工作和生活的主要场所，合理的安装路灯会给大家的生活和学习带来很大的方便，同时，也会有效的减少校园内的安全事故，保障学生和教职工的安全。因此，学校对校园内路灯的管理与优化应该尽快进行和落实。路灯之类的设施实施节能改进，不久可以降低能耗成本，而且有助于缓解政府能源供应和建设压力，对减少废气污染保护环境也有巨大的现实意义，我们要努力落实以人为本，全面、协调、可持续的科学发展观，减轻环境污染，实现人与自然和谐发展的重要举措。这在一定程度上提高了人们的生活水平。校园路灯稳定可靠的工作关系是关系到校园全体师生的大事，事关人身安全与财产，科学合理的设计校园路灯控制系统具有很重要的社会意义。

参考文献 ：

[1]城市道路照明设计标准（CJJ45-2006）[S].[2]王真.大学城路灯照明设计与节能研究.福建建筑，2009，03

[3] 祝洪波.大学校园路灯照明系统的设计探讨.现代物业，2011，10（3）

第五篇：电子系统级设计论文

电子系统级（ESL）设计

摘要：电子系统级设计（ESL,Electronic System Level)设计是能够让SOC 设计工程师以紧密耦合方式开发、优化和验证复杂系统架构和嵌入式软件的一套方法学，并提供下游寄存器传输级(RTL)实现的验证基础。ESL牵涉到比RTL级别更高层次的电路设计，其基本的关注点在于系统架构的优化、软硬件划分、系统架构原型建模、以及软硬件协同仿真验证。SystemC是一种很好的软硬件联合设计语言,它不仅可以帮助设计人员完成一个复杂的系统设计,还可以避免传统设计中的各种弊端,并提高设计效率。关键词：电子系统级设计；SOC；SystemC 1 引言

目前，高质量的电子系统设计变得越来越复杂和困难。功能更繁杂的设计需求，更短的上市时间，不断增加的成本压力使这种趋势看起来还在加速。从应用概念到硅片实现的过程已经不能仅仅靠工程师聪明的大脑来完成，而更需要依赖于严格完善的设计方法学。

随着片上系统（SoC，System on Chip)设计复杂度的不断提高，设计前期在系统级别进行软硬件划分对SoC各方面性能的影响日趋增加，迫切需要高效快速性能分析和验证方法学。传统的RTL仿真平台不能提供较快的仿真速度与较大的仿真规模，FPGA平台则不能提供详细的性能分析指标，而电子系统级设计（Electronic System Level，ESL）方法，不仅提供高速的仿真验证手段还提供详细的性能分析指标，已经成为当今SoC设计领域最前沿的设计方法，它是能够让SoC设计工程师以紧密耦合方式开发、优化和验证复杂系统架构和嵌入式软件的一套方法学。电子系统级设计（ESL，Electronic System Level）牵涉到比RTL级别更高层次的电路设计，其基本的关注点在于系统架构的优化、软硬件划分、系统架构原型建模、以及软硬件协同仿真验证。全新的ESL工具为电路系统级建模提供了虚拟原型的基本仿真平台。电子系统级设计正在从学术研究的课题变成业界广为接受的建模手段，它完成从理想应用优化到目标体系结构建立。而后依据预期产量规模的不同，用SoC 芯片或可编程平台实现。2.传统SOC设计方法的局限

目前的设计方法不能充分利用设计能力来快速构建满足市场需求的SoC。而只有快速适应消费电子市场的变化，商业系统设计公司才能在竞争中胜出。这使SoC设计方法的研究具有重要的现实意义。

目前在技术上，SoC设计面临的主要挑战是在系统建模和硬件设计之间的不连续性。通常系统是使用C语言或其他系统描述语言定义的。而系统的集成电路实现却使用硬件描述语言，因此导致转换和重写系统的负担。这样的流程使得设计过程中容易出错而且耗时。验证流程中需要仿真大规模系统，仿真速度难以需满足设计需求。HDL模型仿真效率低，需要提高抽象层次。SoC系统中的组件具有多样性异质性，包括各个专业的设计，模拟和数字设计等等，需要提供异质的仿真环境以及对系统级设计空间的探索复杂性的管理。千万门级的规模使得设计本身的管理成为问题深亚微米集成电路中，沿线延迟的增加使时序收敛问题显得更加突出，需要消除前端逻辑设计和后端物理设计的反复返工问题传统的设计重用方法需要适应规模的增长。系统设计需要具有竞争力，从基于芯片的设计方法，过渡到基于IP核的设计也是必然趋势。虽然可以使用标准接口，但是更理想的办法是分离出通讯部分，使用接口综合技术。因此需要设计工具重点面向模块间的通讯和互连，门级和寄存器传输级(RTL)仿真速度太慢，不适合系统设计。需要提高设计的抽象层次。SoC设计的趋势是向高层抽象移动，更强调芯片级的规划和验证。强调早期芯片级规划，以及软硬件系统验证。软硬件协同设计方法是SoC设计方法学研究的重要领域。主要目的是开发适应设计需求的设计方法和相应的电子设计自动化软件。在设计中通常一种技术是不能满足设计要求的，因此要结合研发成本和开发周期等等因素，综合考虑各种技术。3.ESL设计的基本概念

ESL设计指系统级的设计方法，从算法建模演变而来。ESL设计已经演变为嵌入式系统软硬件设计、验证、调试的一种补充方法学。在ESL设计中能够实现软硬件的交互和较高层次上的设计抽象。ESL设计能够让SoC设计工程师以紧密耦合方式开发、优化和验证复杂系统架构和嵌入式软件，并能够为下游的寄存器传输级(RTL)实现提供验证基础。

ESL设计以抽象方式来描述系统单芯片（SoC）设计。在ESL设计中，系统的描述和仿真的速度快，让设计工程师有充裕的时间分析设计内容。并且能提供足够精度的虚拟原型，以配合软件的设计。ESL设计不仅能应用在设计初期与系统架构规划阶段，亦能支持整个硬件与软件互动设计的流程。

ESL设计技术与IP模块能将流程融入现有的硬件与软件设计与工具流程，在SoC开发流程中扮演协调统合的角色。它们让工程师能开发含有数百万逻辑门与数十万行程序代码的设计，并提供一套理想平台，用来进行验证，满足客户持续成长的需求。

4.ESL设计的特点

ESL设计之所以会受欢迎，主要源于以下五方面功能：功能正确和时钟精确型的执行环境使提前开发软件成为可能，缩短了软硬件集成的时间。系统设计更早地和验证流程相结合，能确定工程开发产品的正确性。在抽象层设置的约束和参数可以被传递到各种用于设计实现的工具中。（1）更早地进行软件开发

有了虚拟的原型平台意味着可以更早地开始软件开发。对于目前基于SystemC语言的ESL设计方法学来说，ESL设计工程师可用SystemC生成一个用来仿真SoC行为的事务级模型。由于事务级模型的开发速度比RTL模型要快得多。在RTL实现以前，完成TLM建模后的系统就可以开始软件的开发。这样软件的开发可以和RTL实现同时展开，而不是传统上的在RTL实现完成以后才开始软件的开发。虽然部分和硬件实现细节有关的软件要在RTL完成以后才能开始，但还是可以节省大量的开发时间。（2）更高层次上的硬件设计

为了适应不断变化的市场要求，需要不断推出新产品或经过改进的产品。在SoC设计中可以通过改进一些模块的性能、增加功能模块或存储器、甚至在体系结构上做出重大的调整。因此设计工程师必须拥有可实现的快速硬件设计方法。为了实现快速的硬件设计，在ESL设计须建立在较高层次上的抽象如事务级建模（TLM）。事务级模型应用于函数调用和数据包传输层。传输级模型可以分为事件触发型和时钟精确型，这些模型能够提供比RTL级模型快好几个数量级的仿真速度。ESL工具的挑战就是既要保持足够精度的时序信息来帮助设计决策，又要提供足够的仿真速度以满足大型的系统软件（如OS启动）在可接受的时间内的完整运行。只要掌握了这种平衡，就可以在高级设计中验证时序和设置约束条件，再将这些优化的设计分割、分配到各个不同的软、硬件设计工作组去加以实现。RTL仿真通常只能提供10MIPS到数百MIPS左右的性能；然而，时钟精确型的ESL仿真却能达到100KMIPS到1MMIPS的仿真速度。（3）设计的可配置性和自动生成

越来越多的系统强调自己的可配置性，诸如：不同的处理器、不同的总线带宽、不同的存储器容量、无数的外设。配置和生成出来的设计必须和验证环境得到的结果完全一致，并延续到整个设计流程中。通过ESL模型，结构设计师能够找到最好的配置方案。但是，这样产生出来的结果需要和一套骨架的验证环境同步到设计实现中去。如ARM已经实现了从RealView SoC Designer ESL环境中自动导入SynopsysDesignWare coreAssembler SoC的集成和综合流程，并且可以从coreAssembler或Mentor Graphics公司的Platform Express中启动ARM PL300 AXI可配置互联生成器，来生成AXI总线系统。（4）方便的架构设计

ESL架构设计能完成功能到运算引擎的映射。这里的引擎指的是那些可编程的目标——如处理器、可配置的DSP协处理器，或者是特殊的硬件模块如UART外设、互连系统和存储器结构。这是系统设计的开始环节，从行为上划分系统，验证各种配置选择的可行性及优化程度。ESL工具对于开发可配置结构体系是非常关键的。它使系统结构从抽象的行为级很容易地映射到具体的硬件设计，从而方便决定哪些模块可以被复用，哪些新模块需要设计。还能提供必要信息指导最优化的通讯、调度和仲裁机制。（5）快速测试和验证

由于ESL设计中的抽象级别明显高于RTL设计抽象级别，ESL设计中可以做到描述模块内的电路状态、精确到纳秒的转换以及精确到位的总线行为。相比使用RTL，使用周期精确的事务级模型将使硬件验证和硬件/软件协同验证速度快1000倍或者更多。这种方法不仅可产生用于验证系统行为，它还支持与较低抽象级别的RTL模型的协同仿真。如果ESL设计抽象级别被当作一个测试台的话，当下游的RTL实现模块可用时，它们便可在这个测试台上进行验证。

系统级的HW/SW协同验证要优于C/RTL实现级的HW/SW协同验证。因为在系统级的验证可以在较早的展开，而不必等到底层的实现完成后才开始。在底层实现没有开始前的协同验证可以及时修改体系结构或软硬件划分中的不合理因素。越高层次上的验证，可以越大程度上减少修改设计带来的损失。5.ESL设计方法

ESL作为一种先进的设计方法学，能够用于硬件的功能建模与体系结构的探察，给硬件架构设计人员提供准确可靠的设计依据，因此在本章的内容里将将详细介绍ESL设计的基本流程与ESL的核心方法—利用SystemC实现事务级建模的基本理念。

首先要指出的是在设计的哪个阶段使用ESL设计方法和ESL设计工具。每一个电子产品的设计过程以某一种形式的顶层定义开始。这个定义过程可以以文本的形式描述，也可以用图表、状态图、算法描述，或者利用工具如MATLAB等描述。ESL设计并不是定位在这个层次上的设计。而是通过描述系统怎样工作，并为进一步的实现提供一个解决方案。ESL设计成为系统和更加底层设计之间的桥梁。ESL设计包括功能设计和体系结构设计两大领域。

系统的行为由功能模块实现，功能模块设计必须关注系统的应用。功能设计不考虑硬件和软件，物理和工艺。功能设计包括实现功能模块结构、模块之间的通信和它们的基本行为。在ESL中一个硬件功能模块的设计包括定义正确的功能，确定输入和输出，划分子模块，确定子模块的结构、数据流和控制逻辑，还要为其模块建立测试环境。这个设计过程和RTL的设计流程相似，但他们在不同的抽象层次上，使用不同的设计语言，例如，在ESL的功能模块建模过程中使用SystemC或SystemVerilog，而RTL级建模则使用Verilog或者VHDL。

体系结构设计首先要建立平台的描述。接着将应用的功能部件影射到平台。验证体系结构模型，并根据成本和性能优化这个结构。在体系结构设计中需要考虑处理器的类型、处理器的数量、存储器的大小、Cache性能、总线互联和占用率、软件和硬件的功能划分和评估、功耗的评估和优化等。

首先ESL接受一个设计定义的输入，这个定义可以是文本、图表、算法或者是某种描述语言如UML，SLD，MATLAB等的描述。对于这个输入的定义，在ESL设计完成算法的开发，接口定义，用ESL语言或其他语言来描述来完成体系结构的设计。并在此基础上完成软硬件的划分。完成软硬件划分后，可以开始软件和硬件的设计。在硬件设计中，对于功能单元需要在较高层次上的建模，完成功能设计。比如说用SystemC进行事务级的建模。

用C/C++或其他高级语言完成应用软件的设计。在这个阶段开始软硬件的协同验证，根据协同验证的结果反馈给体系结构和软硬件划分。后者根据性能、成本等因素重新做出调整。软硬件的设计和验证，包括软硬件的协同验证是一个重复的过程，在整个设计过程中都要根据验证的结果对体统和设计做出调整。完成验证的硬件和软件设计就可以组成一个完整地系统级设计。传递给下一级 的设计作为输入。比如说是ESL设计为软件应用提供C或C++语言描述的程序。为定制电路提供Verilog或VHDL语言描述的硬件设计。为硬件平台提供PCB板的功能部件或抽象层IP，比如说基于SystemC的IP。在实现ESL设计流程的具体过程中，有不同的实现方法可以采用。下面介绍两种应用得比较多 的设计方法。

在完

成系统功能定义后，设计方法之一是从系统的定义开始，先进行算法级设计。通常用MatLab等工具进行算法的分析，接着用Simulink等工具进行数据流的分析。完成分析后进行体系结构的平台的设计。体系结构和平台设计要进行系统级的验证，以确定结构是否合理。在体系结构的设计中，首先从IP库中获取已有的硬件模块的事物级模型，如处理器和总线模型，或者重新设计IP库中没有的模块的事物级模型。硬件模块的事物级建模完成后，建立系统模型。接下来输入软件参考模型进行软硬件的协同验证。体系结构的系统级验证的目标是确定存储器的大小、DMA的定义、总线带宽和软硬件划分等。

与图2中的ESL设计方法一相比，图3中的设计方法是直接由软件参考代码开始，创建事物级模型的虚拟平台，在此基础上进行系统结构设计，验证和性能的分析。通常，软件参考代码已实现了基本功能，特别是保证了算法及数据流等的正确性。如，软件参考代码可以是某一标准协议的用C语言写的参考代码。在软件参考代码和事物级模型的基础上分别进行软件和硬件的设计。在软件设计中，会把建立完成的虚拟平台和构架作为集成开发环境的一部分。集成开发环境还包括编译器和调试工具的开发。在设计的过程通过软硬件的协同验证调整设计的内容。

6.SystemC的系统级芯片设计方法研究

在传统设计方法中,设计的系统级往往使用UML,SDL, C, C++等进行描述以实现各功能模块的算法,而在寄存器传输级使用硬件描述语言进行描述。最广泛使用的2种硬件描述语言是VHDL和Verilog HDL,传统的系统设计方法流程如图3所示。从图中不难看出,传统的设计方法会出现如下弊端:首先,设计人员需要使用C/C++语言来建立系统级模型,并验证模型的正确性,在设计细化阶段,原始的C和C++描述必须手工转换为使用VHDL或Verilog HDL。在这个转换过程中会花费大量的时间,并产生一些错误。

其次,当使用C语言描述的模块转换成HDL描述的模块之后,后者将会成为今后设计的焦点,而设计人员花费大量时间建立起来的C模型将再没有什么用处。再次,需要使用多个测试平台。因为在系统级建立起来的针对C语言描述的模块测试平台无法直接转换成针对HDL语言描述的模块所需要的测试平台。

无论采用什么样的设计方法学,人们都需要对SOC时代的复杂电子系统进行描述,以选择合适的系统架构进行软硬件划分、算法仿真等。描述的级别越低,细节问题就越突出,对实际系统的模仿就越精确,完成建模消耗的时间、仿真和验证时间就越长。相反,描述的抽象级别越高,完成建模需要的时间就越短,但对目标系统的描述也就越不精确。作为设计人员必须在速度和精确性之间做出选择。

人们对系统级描述语言的要求是:高仿真速度以及建模效率、时序和行为可以分开建模、支持基于接口的设计、支持软硬件混合建模、支持从系统级到门级的无缝过渡、支持系统级调试和系统性能分析等。人们迫切需要一种语言单一地完成全部设计。这种语言必须能够用于描述各种不同的抽象级别(如系统级、寄存器传输级等),能够胜任软硬件的协同设计和验证,并且仿真速度要快。这就是所谓的系统级描述语言SLDL,而传统的硬件描述语言如VHDL和Verilog HDL都不能满足这些要求。SystemC就是目前这方面研究的最新、最好的成果,他扩展传统的软件语言C和C++并使他们支持硬件描述,所以可以很好地实现软硬件的协同设计,是系统级芯片设计语言的发展趋势。7.ESL综合

“ESL综合”到底有没有一种明确的定义，能让我们确信ESL综合是一种可行的设计技术，或者用于评估某款所谓的ESL综合工具是否真的能够完成综合工作？凭借Synplicity营销高级副总裁AndrewHaines在电子设计自动化(EDA)方面的工作经验，关于ESL综合的定义，建议是：此定义应该突出ESL综合与其他ESL设计工作相比的独到之处。

首先，从本质来说，综合是从一种抽象层级转变为另一种抽象层级，同时保持功能不变。逻辑综合是从RTL到逻辑门的转变；而物理综合则是从RTL到逻辑门及布局的转变。因此，ESL综合是从ESL描述语言到RTL等抽象较低的实施方案的转变。就ESL综合的定义而言，选择哪种描述语言并不重要，因为通过在初始化阶段根据不同应用支持多种ESL语言的方式，用户群最终均能解决这一问题。重要的是，ESL综合应将设计转变为抽象较低但功能相当的实施方案。其次，某种技术被定义为综合技术，就必然与其他形式的转变存在根本区别。例如，原理图输入(schematic capture)很显然是一种涉及多种抽象层级的转变，而综合则不是。综合与原理图输入定义的独特区别在于香蕉曲线，也

就是说，综合的结果不是面积与时序关系图上的一个点，而是一条曲线，表示所有综合结果均保持相当的功能，但时序与面积不同。因此，根据面积与时序关系自动定义一系列功能相当的解决方案必须作为ESL综合定义的一部分。

我们已经认识到，真正的DSP综合需要从算法发展到优化的RTL，市场中已有能够满足上述要求的相关ESL综合技术。这确实是ESL综合技术的进步。不过，客户必须始终认识到，有的所谓“ESL综合”工具实际只能根

据算法描述创建参数化的RTL模型，这种产品不能实现自动化，也无法形成“香蕉曲线”，且对提高工作效率的作用也非常有限。定义本身不会改善ESL设计，即便如此，我们也应当在早期为其下一个明确的定义，以便设计小组了解ESL的真正进步与不足。参考文献：

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