第一篇：基于嵌入式终端的票控机的研究与设计分析论文
为了提高商业环境的规范性，很多地方都采用了票据进行管理，例如煤炭销售票、旅游景点的门票等。但是也造成了很多假票的产生，如何来保证票据的真实性和安全性是急需解决的问题。出具票据的核心是控制机，因此保证票据的真实性和安全性的关键就是控制机所具有的安全性。
目前，为保障数据的安全性有多种解决办法，主要有CA认证技术、USB Key技术和RSA,DSA,MD5等数据加密算法，但是如何将这几种核心技术融合在一起，结合各个算法的优点还比较少，因此，有必要结合这几种技术进行系统的研究提出一种较为合理的为保障数据安全的综合应用方案。
1控制机系统的设计
控制机的体系结构中最低层的是硬件平台，采用的是嵌入式主机;第2层是虚拟硬件层，虚拟硬件层把硬件平台跟嵌入式XPE操作系统相隔离，解除了硬件平台跟操作系统层的藕合度，虚拟硬件层与硬件平台紧密相连，其向XPE操作系统提供了硬件平台的接口，这样当硬件平台发生变化时第3层的XPE操作系统及上层都不用变化，保证了操作系统可以在不同的硬件平台上移植，嵌入式操作系统内核对硬件的相关操作主要包括系统启动初始化、任务上下文管理、中断异常管理以及时钟管理，都是通过硬件虚拟层来实现的;第3层的XPE操作系统通过虚拟硬件层所提供给其的接口来控制硬件平台，XPE是Windows操作系统的组件化版本，所以控制机软件完全可以不需做任何的改动运行在XPE系统上，而最终的XPE系统体积要远远小于XP系统，而且速度更快;第4层是安全控制层，安全控制层采用多种安全控制措施来保证运行在控制机上的应用软件的安全性。
2控制机的安全性设计
控制机系统在安全性方面主要是用来保证操作人员的合法性、用户所使用的控制机的合法性和数据传输过程中的数据安全性3大部分。
2.1操作人员的合法性
使用控制机的用户必须是经过上级部门所注册的用户，而未经注册的用户是不允许操作本系统的。为了解决用户是否合法，系统采用了给经过注册的用户发放一个USB Key，用户在使用控制机之前，先在票控机上插入USB Key，然后输入固定密码和随机密码进行登录。通过这种方式可以避免非法人员使用控制机。
USB kye具有存储容量大、数据保密性好、抗干扰(包括抗电磁干扰)能力强、存储可靠、读写设备简单、操作速度快、脱机工作能力强及应用范围广等优点叹USB Key现在已经成为离线电子数据存储的主流技术，广泛应用于身份识别、支付工具、加密/解密、信息存储。
2.2控制机的合法性
为了防止未经认证的控制机在系统中使用，给每一个控制机都铅封了一个唯一的序列号，通过这种方式解决了在使用控制机时的不可抵赖性。
2.3数据传输过程加密
数据由控制机到后台管理系统的传输过程中，为了防止对数据的非法篡写和更改，对数据采用了加密处理。通常所使用的加密算法有RSA,DSA,MD5等数据加密算法等。
3基于控制机的票控机的实现
煤炭销售票可以对煤炭的产运等各个环节进行监管，从而可以实现煤炭行业的健康可持续发展。但是由于煤炭管理票据的繁多且没有统一的标准，各单位所采用的都是自身的票据体系，这样在实际的工作中会产生如下问题。
(1)各部门数据的不统一，造成后期难以进行统计。如过磅票和销售票数据不一致，调运单与销售票数据不一致。
(2)矿端开票手续复杂。在矿端需要开具几种不同的票，每种票都有专门的开票流程、工具和纸张，这就造成了开票的繁琐。
(3)运输单位的查票手续复杂。煤炭运输单位在运输过程中经过相关的检查单位查票时所需要的票不同，造成手续复杂。
(4)所涉及的相关票据没有加入防伪验证功能，造成在使用过程中大量的被复制伪造假票的问题。
为了使煤炭销售票管理规范化、网络化、数据化、可控化，从而可以堵住现有销售票使用的漏洞，进而维护煤炭生产、销售和运输产业的健康发展。提出建立一套煤炭销售票管理系统，其包括票控终端机、后台管理系统和数据分发3大部分。通过信息化手段对煤炭销售票工作的分发、领用、使用、回收、核销等各个环节进行准确、快速、高效的管理，变人工售票为软件及硬件售票，通过内部网和互联网数据传输解决票据流转问题;采用USB Key作为身份认证从而避免人为舞弊现象的发生;通过数据加密技术避免数据在传输过程中的信息泄露问题;通过使用票控机及票上使用二维条码避免“假”票的产生。
控制机在经过多次的测试后已经应用于很多企业产品，其中票控机是其应用的比较常用的地方。
在之前设计的控制机的基础上增加了票控机所需要的软件和其所需要的相关的硬件，控制机提供了供二次开发所需要的大量接口，所以很容易进行二次开发而不需要做更多的开发接口的工作。
为了方便使用，在销售票用户联上加印二维码标来完成网络编程，实现图像数据的网络传输。
4系统测试
在之前设计的控制机的基础上增加了票控机所需要的软件和其所需要的相关的硬件，控制机提供了供二次开发所需要的大量接口，所以很容易进行二次开发而不需要做更多的开发接口的工作。
为了方便使用，在销售票用户联上加印二维码标签。票控机可以通过输入的销售票号自动生成唯一对应的二维码。运输经营企业(带有二维码的销售票进行过关检查。在基层查验回收单位(公路出省口管理站、焦炭集团、纠察队、省销办)，审核人员使用手持条码扫描仪快速采集销售票信息，如果基层查验回收单位事先获得有效防伪码编码，就可以实现现场验票真伪。采用手持扫描仪采集数据，方便快捷，可以保证回收数据的准确完整。如果基层查验回收单位具有联网条件，则可以直接将采集的数据通过网络上报到中心系统中去，实现实时比对，现场检查票据真伪。二维码是用某种特定的几何图形按一定规律在平面(二维方向分布的黑白相间的图形记录数据符号信息。在代码编制上使用若干个与二进制相对应的几何形体来表示文字数值信息，通过图像输入设备或光电扫描设备自动识别以实现信息自动处理。二维码能够在横向和纵向两个方位同时表达信息，因此能在很小的面积内表达大量的信息。
5系统主要模块的实现
根据实际的应用需求对控制机和票控机的基本功能和流程做了详细的分析，本系统所采用的开发环境是系统涉及的界面很多，限于篇幅，这里不一一列出。
6结论
本文在原有煤炭销售票、调运单、过磅单等多种票据的基础上，通过将矿端开票、票据的验核销等环节进行了有效整合，实现了一体化闭环式管理，为了提高票据的真伪性和数据的安全性，整合了二维码、USB key、数字签名、加解密等多种技术。为煤炭管理部门在进行煤炭票务整合提供了可依据的方案。
第二篇：光机设计概念与分析
第一章：投影机系统简介
1-1 光机设计初步认识 1-2 光源在照明系统之行为
1-3 反射罩口径与焦距之关系
第二章：投影机光学元件的角色与作用
2-1 成像基本概念 2-2 照明系统投射原理 2-3 成像基本概念
2-4 Lens与Panel之关系 2-5 系统F#之计算 2-6 系统设计实例演练
第三章：光机设计分析软件实例介绍
3-1 Zemax 3-2-1 ASAP 3-2-2 ASAP
第一章：投影机系统简介 1-1光机设计初步认识
照明系统的设计目的为何?灯源在LCD中有何作用?
现在要说明的是投影机光机之设计的基本概念。在此，我们以一三片式穿透式LCD光机为例。如画面中所显示的是一般所使用的三片式LCD所组成之光机系统。整个 LCD projector的作用是因为LCD本身并非自发性的发光元件，所以必须使用一个灯源来提供光源。使其能透过照明系统，有效的照射于LCD面板上，提供LCD面板投影至镜头所需要的光源。
首先，我们将照明系统视为一个黑盒子，灯源的发光分布经过投影机系统成像到LCD面板上面。由于灯源本身特性使然，其在空间上之能量部分如图A中所示，如果将此光源直接照射于液晶面版上面，除了使得光使用效率大打折扣外，也会使的面版上呈现不均匀之能量分布，进而影响了成像质量。所以照明系统设计之目的，就是希望透过设计的技巧，除了提升光源之效率外，并能均匀化液晶面版上之能量，如图B中所示。
如此一来，可使得LCD成像面上的每个位置都达到均匀效率的分布。透过这样的设计，可将LCD面板透过镜头成像的影像效果达到最佳质量。
1-2光源在照明系统之行为 灯源于反射罩上之行为如何?
为了使设计之照明系统更符合实际之需求，有效而准确的掌握光于照明系统之行为，就成为首要之事，所以首先我们由灯开始，藉由简单之几何关系，了解光于反射罩上之行为。如图1所示，是一2次曲线方程式，我们将曲线上第1焦点定义为f1、第2焦点定义为f2，而曲线顶点与第一焦点距离则定义为f，两焦点之距离为S。首先由f1发射出一光源达到反射罩P点上，经过反射罩，必定会聚焦于f2上面。在f1、P、f2三点所构成之三角形关系式中，我们定义f1到反射罩的距离为r，P点与f2之距离则定义为r’；光线与光轴的夹角为α。则我们利用此三角关系式可以导出
公式1 ：(r')2=r2+s2α)。
如果我们再把两焦点之距离S与焦距F之间定义为延伸率E，整个r的广义式子就是画面中的公式2。所以利用公式2可以广义的定义任意一个曲线。
举例来说：如果在f1焦点上，有一个大小固定的光源时，光线会有一个 △f1的变异量，因此在其聚焦点的位置上，就会产生 △f2=E△f1。所以当f1有△f1的变化量时，在f2的聚焦点会有 E△f1的变异量。利用此关系式，当f1有一定的变化量时，就可以很清楚的知道，光经过一个反射罩之后，光与聚焦点处的变化量的大小为何。当S=0时，由公式2可知，R会等于F，为一个圆的表示式。当S=∞时，r可以简化成，2倍的焦距除以1加上 cos α，如画面上的公式3，为反射罩一抛物线的表示式。
1-3反射罩口径与焦距之关系
何谓抛物线的表示式?如何求出反射罩所需之最小口径及最大口径半径?
为了解光源经过反射罩时之行为，由前面我们得到的抛物线表示式：r为2倍的焦距除以1加上cos α，分别模拟以光α=45及α=135，来看其在反射罩上之光线的行为。当α＝45度角时，代入抛物线的表示式公式1时，可得r=2(2-√2)f。相同的，当α＝135度角（也就负45度时）可得r=2(2 + √2)f。也就是说利用抛物线的表示式，随时可以求出当α为不同角度时，R与f之间之关系式子。以我们平常所使用HID灯而言，一般的张角是由45度到135度之间，所以利用此公式，进而我们可以计算出反射罩所需之最小口径及最大口径半径。依图1例子，当α＝135度时，光线由135度角出射后，这是其最大张角，因此反射罩必须当R是极大值时才可收到光。所以当R为最大值时，可得
公式一：Rmax= r.cos 45° 公式二：Rmax =(2 √2+2)f。
利用此关系式我们可以重覆的计算出Rmax 与Rmin 之间的关系。由式子1和式子2我们可以导出
公式三：Rmax =(2 √2+2)f、Rmin =(2 √2-2)f。
我们也可由导出的结果中发现，只要是使用抛物杯的反射罩时，当焦距固定时，其最大的口径半径就已经可以决定了。而且当f固定时，最小半径也已经决定了。所以利用这些关系式结果可以决定反射罩之使用效率。
如何求出不同焦距时的所需要的最小的口径半径和最大的口径半径？
接着，我们将前面的图以制表方式呈现，画面中表格的横轴显示的是反射罩的焦距Focal Length，纵轴表示的是反射罩的口径半径。如画面中图形所示，当焦距固定为8mm时，其最小的口径半径为6.63，最大的口径半径为38.63。我们可由此图表的例子与实际的反射罩作一比对，将会发现与实际的情况相差并不会太大。藉由此表，我们随时可以计算出在不同Focal Length焦距时的所需要的最小的口径半径和最大的口径半径。
第二章：投影机光学元件的角色与作用 2-1成像基本概念
何谓marginal ray与chief ray？其作用为何？
接着要介绍的是每个光学元件在照明系统所扮演的角色为何。在谈到照明系统设计之前，首先要跟各位介绍一些基本观念，以方便各位更熟悉接下来之课程介绍。各位在之前已经学过基本的光学概念，知道透过成像描线法可以求出透镜的成像位置与高度。只要透过2条光线（主光线与边缘光线），就可以表达出物体经过一透镜成像之过程。如画面中的图为例，我们先定义其中两条光线，第一条从物体与光轴的焦点处和透镜边缘处所连成的光线为marginal ray，第二条由物的最高点处经过透镜的stop 中心连成的光线为chief ray。当marginal ray经过透镜聚焦于光轴上会有一交点，此焦点处就是物体成像之位置。而chief ray为经过透镜STOP中心之光线，经过透镜时并不会发生偏折的现象，所以此延伸的chief ray与成像面也会有一交点，此交点处就是物体成像之高度。故利用marginal ray可以定义出当物体经孔径边缘之光线与光轴之焦点，就是物体成像之位置。同理，利用chief ray则可定义出物体成像之高度。另外，由物点发出的光线是由无数之光线所构成，因此一物体可有无限多组marginal ray及chief ray。本例取一般常见之定义作为介绍。
2-2照明系统投射原理
在光学系统中各个元件之间有何种的比例关系？
我们现在要介绍的是整个光学系统的内部部分，首先看到画面中的图1的光学系统可分为Reflector、Lens Array、PS Converter以及两组透镜(Condenser1 & Condenser2)，在初始设计时，这些元件在照明系统中到底该扮演何种角色，该如何安排，它们之间有何种的比例关系。首先我们先定义反射罩的最大口径为R，其焦距定义为F，Source的arc长度为d、Lens Array的大小为A，而两个之间的距离为fA，后方两组透镜的距离为fB，LCD的宽度为W。以图2所示：一般而言，source光源经过Lens 1会聚焦于Lens 2。由之前所提到的光学概念可知，蓝色出射的线即为marginal ray。当source光源经过Lens 1聚焦于Lens 2，在Lens 2会有一个source 的image成像。由于Lens 2是放置于source 的image的成像位置上，所以光线并不会发生任何偏折，而会继续扩散。所以从这些过程中可知照明系统可分为两部分：
第一，当光源经过Lens 1成像于Lens 2后会投射于LCD的面板上。
第二，如果被照物体位置于Lens 1时，由图2可知，由Lens 1本身构成之光源来看（即画面中之蓝色、红色和绿色光线），可以知道物体经过Lens 2的成像会位于LCD的面板上。而画面中图1也可视为类似图2的发光过程，发光源经过反射罩后，透过Lens Array 聚焦LCD的面板上。
整个照明系统的设计概念就是，发光源经过反射罩透过Lens Array会聚焦于PS Converter上。而图2中之Lens 1的角色就相当于Lens Array，Lens 2的角色就相当于PS Converter，所以灯经过Lens Array聚焦后，再透过Lens 2后会入射于LCD的面板上
2-3成像基本概念 2
如何求出光线经过透镜聚焦于成像面位置上的高度？
现在要介绍的是有关照明系统设计的公式，首先我们看到画面中的图1中有一道平行光经过透镜后会聚焦于焦点处，焦点至透镜边缘的距离称为后焦，如果物体的发光角度为U角时，经过透镜成像于V处，其聚光角度为U’，透过计算可得
公式一： u'= u + y（=/f），其中的 定义为 1/焦距。
另外，假设已知一个平行光入射至透镜的高度为y1，经过折射后聚焦于X处，那么如何求出折射高度y2呢？我们就可以利用 公式二：
y2 = y1-xv
此计算方式，可以很快的找出光线在经过透镜聚焦之后任何一个成像面位置上的高度y2的值。画面中的图2要说明的是两透镜的组合焦距，如果第一个透镜的有效焦距为F1，第二个透镜的有效焦距为F2，则可定义出。同理，后焦(bfl)的表示值也是如此，利用这些公式将有助照明系统的设计。
2-4 Lens与Panel之关系
Lens Array的大小与LCD的宽度有何关系？
现在要说照明系统中光在反射罩中经过Lens Array聚焦行为的关系式。在图1中d灯经过反射罩，理想为平行光时，经过Lens Array后会聚焦于Lens2，通常Lens Array的距离为FA，而Lens A和 Lens B是有相同焦距的透镜组，所以只需将Lens 放置于 Lens A聚焦处即可。我们参考图2来说明其过程，当source光源经过Lens 1聚焦于Lens 2。透过三角关系式，可找出A/ fA ＝d/f，并可导出A /d＝fA /f，这是我们得到的第一个关系式。在画面中的图3是有一束平行光经过Lens A聚焦于Lens B后的成像情形。由图4来看，可知在Lens2的两边是相似三角形。假设图3的Panel宽度为W，Lens1的大小为A，Lens1和 Lens2两透镜间的距离为fA和X，那么W和A之间的有何关系呢？
照明系统中的Lens Array的大小如何决定？
由前面的定义可计算出此两个透镜的焦距f1与焦距f2，此两个透镜的组合焦距可以用表示出来。透过此公式我们可以找出W和A之间的关系为
这是我们得到的第二个关系式。整个Panel和Lens Array的关系可由此关系式来表达。
照明系统中的LCD的宽度如何决定？
当x=f2时，表示Lens1与PS Converter B非常接近时（即X≒f2），上式就可以简化成 2-5系统F#之计算
如何计算光学系统中的F#值？
从前面这两个组合公式A 和W 以及系统F#，（F#的定义是焦距除以孔径），由以上这3个公式可以得到（F# = W fA / AR =const）。F#值等于Panel的大小乗以反射罩的焦距除以反射罩的孔径再乘上灯源d的长度(F#=Wf/Rd)。再代入反射罩之最小及最大半径公式
Rmax =(2 √2+2)f
就可以得到值。
这个最后所求出的公式表示的是一个光学系统的F#值，F#值其实只跟Panel的大小和source的d有关，至于其他的式子只是相互依靠其值是不能改变的。所以当你在设计照明系统时，如你已决定LCD的Panel size时和灯时，那么也就等于决定了F#值，F#的值就无法改变了。
如何决定适合光学系统中的F number值及两透镜之间的距离？
如果.W=25.4、.d=1 mm时，代入F# = W/(9.687×d)公式时，可以求出此照明系统所适合的F#值为=2.62207，以及透镜之间的距离f2为178.54778。再者，根据2*Rmax = 24√2，你可以改变你的F#值，如果将F#改为f3时，将会发现f2的值会变为2 Rmax 乘上F#。因此f2的值也会由原来的178.54778变为203.64675。再由前面Rmax =(2√2+2)f公式，就可以计算出f等于7.02944。所以当你在设计照明系统时，透过这些公式可以帮助你决定适合光学系统中的F#值及F2。
2-6系统设计实例演练
Lens AB的切割数和焦距如何决定？
再来要说明的是LensAB切割数如何决定，一般而言，你可以视系统的需求决定LensAB的切割数。通常LensAB的每个cell比例会依照panel的比例来切割，一般panel的设计比例为4:3。如果我们在一个正圆的反射罩上，切割成许多的Array时，其也应是4:3的比例。以画面中的例子而言，每个cell设计成8mm×6mm时，其A的大小对角线为10，当A和f2已知时，我们就可以计算出 fA的焦距了。
总结来说，当你已决定了Panel size和灯的d大小时，就可以透过以上这些公式计算出f2的大小和LensAB的焦距。
第三章：光机设计分析软件实例介绍 3-1Zemax Zemax简介
ZEMAX 是一套综合性的光学设计软件。它将实际光学系统的设计概念、优化、分析、公差及文件整合在一起。ZEMAX 10.0新版中，包含有 lens design、stray light，illumination，fiber coupling，并且可以搭配CAD软件作转换，是全功能的光学系统设计分析软件。
ZEMAX的应用范围包括：传统相机、数位相机镜头、观景窗…设计；DVD、VCD读写头、投影显示器、照明系统、干涉仪、LED、Laser diode…等。
如何利用Zemax软件找出你所需要的焦距距离？
接下来要介绍的是Zemax优化的部分，如画面中所显示，如果我们要设计出一个已知其焦距为fA、材料为BK7，孔径大小为10mm的 LensA，我们就可以透过Zemax软件找出你所需要的焦距距离。首先在此软件中输入孔径大小10mm，并设定主要光线红、蓝、绿的波长，另外也可以使用此软件的Default Merit Function，将曲率设定为变量，这样就能很快的优化到LensA，找到当R1=42.424827，厚度为5，它可以聚焦到80.17857，也就是你所需要的焦距。所以透过Zemax设计软件可以很快的计算出LensA在不同曲率时所要的Focus Lens距离。
如何利用Zemax软件计算出不同曲率的优化成像位置？
同样的方法，如果已知透镜的焦距为203.646750，就可以很快的计算出当LensB聚焦点会位于203.646750处，其焦距值为多少。所以透过Zemax软件，可以很快计算出当透镜不同曲率直接优化所需成像的位置。
如何利用Zemax软件优化？
现在画面中所显示是我们设计后的结果，LensAB经过系统入射于Lans2之后变成平行光，会在不同位置投射于panel上，由于实际的反射罩并非完美的平行光，因此我们还必需考虑到当光源正负角度入射情形的成像表现。所以透过前面所说的简单计算公式并搭配Zemax软件就可以很快设计出理想的照明系统。3-2ASAP ASAP简介
接下来要介绍的是另一套光学分析软件ASAP。ASAP原名为Advanced System Analysis Program，是美国BRO(Breault Research Organization)公司研发的一套专业光学模拟软件，它可以帮助使用者模拟真实之光学系统，以达到最实际之光学分析结果。
ASAP 可以独立使用，或与其他己构设计成透镜设计软件相结合，来建立3D光学系统模型。无论是灯泡，弧光灯，LED或是雷射光源，均可以轻松的建立。光源可置于几何模型中的任何位置，无论是在介质内外或是在空气中。ASAP 能让使用者观察到光能量在经过系统而产生反射，透射，吸收，绕射或散射等作用后之变化状况。
ASAP光学模拟软件有何特色、功用？
画面中所显示的是把之前所我们建立的公用系统放入至ASAP光学分析软件中模拟光源经过影像系统的成像图。由于实际的光源并非完美的点光源，所以必须搭配一套光学系统模拟软件，模拟实际光源经过影像系统的成像情形。使用ASAP就是因为Zemax这套软件在之前的版本无法模拟真实HID灯的成像表现。将光源资料放在ASAP软件中模拟时，需要注意什么？
画面中显示的是HID灯图。左图是HID灯的进场表现，右图是HID灯的原厂分布。
我们可以将厂商所给予的光源资料放在ASAP软件中建立一个与其相似的发光源。
因为光源资料准确模拟的结果才会准确。所以当你在使用ASAP软件时，一定要建立正确的发光源才能得到正确的结果。
利用ASAP软件或厂商资料两者所做出来的相似的发光源图有何差异
现在画面中所显示的图是我们利用ASAP软件所做出来的相似的发光源图，你可以和上一页中厂商所给予的资料作出来的图相互比较一下。
接下来要利用ASAP软件模拟PS Converter，由于PS Converter需考虑到偏光转换的问题，画面中右图中显示的是一道X光，经过PS Converter 45度反射之后，仍然为一个X偏折光的状态，实际上，以这套ASAP系统来说，X光入射之后遇到45度斜面反射之后出来还是X光。而左图中的P光则会经过系统之后继续穿透。所以在PS Converter后加一个Retarder将其作偏光转换。其整个系统表现如画面中所示。
入射光在不同角度入射时，其穿透率与反射率有关系？
画面中的图提示我们需注意两件事，一般的光学元件表现主要在于波长和角度，因为每个元件的 coating面对于P光、X光在不同的波长时的表现均会不一样。画面中的例子主要是说明在ASAP里面，其实也可以建立一个光随着不同波长时其穿透率与反射率之间的表现形式。同样的，入射光在不同角度入射时，其穿透率与反射率也会有所不同的表现。画面中右图是ASAP模拟的结果，必须要把实际的光源在不同波长的穿透率与反射率表现出来，以及光在不同角度上穿透率的表现，实际的键入最后的模拟值才会比较准确。
ASAP所模拟光源在每个元件的成像表现如何？ B 现在来看看我们实际模拟出来的结果，图中显示光在Lens Array、PS Converter、Lens2、及LCD Panel上的成像情形。利用这样的分析方式，可以实际得到光源在每个元件的成像模拟情形，进而掌握成像的发光行为。
13点照度值的功用为何？
最后以画面中的实例来说，可以比较一下光在成像面上的均匀度表现。按照ASAP量测标准我们可以在软件上面实际的检测，如右图中13点的照度值。由此13点照度值，可以帮助我们很快的判断出成像系统的设计是否有达到物体均匀化的目的。
如何在ASAP中检测光在Panel上的入射角度？
最后还要在ASAP中检测光在Panel上的入射角度。以前面所提到的例子再次做说明，在画面中的图可以看出，如果设计一个F number 3（F/）的系统，其入射角度大约只有10度左右，这是符合我们的设计需求。
照明系统设计时有哪些步骤？
现在将整个照明系统的设计步骤与流程，做个整理说明。首先在照明系统中我们会知道panel size 的大小与arc的长短，由厂商的资料也可以知道reflector size为多少，而lensAB aperature则是由设计者自己决定。当设计者将这些数值代入算式中，可以很清楚的计算出 F#值。如果觉得F#值并不适合，你也可以更改F#。不过要注意的是，当F#改变时，整个物体系统的距离也会随之而改变。透过本章所叙述的计算式子，可以很快的计算出所需要的F2以及 fA。最后将计算式所得到的数值放入光机设计软件Zemax中作最佳化设计。
第三篇：海商法论文研究与分析
海商法论文
试论海商法的调整对象
作者
倪学伟
提 要 我国是世界十大航运国之一，远洋运输在我国对外贸易中占居重要位置。1993年7月1日起生效的《中华人民共和国海商法》，是近年来我国所颁布的法律中与国际惯例和国际通行做法接轨最多的法律之一。明确海商法的调整对象，有利于加强对海商法的研究。本文论述了海商法的四方面调整对象：海上企业组织、海上商业运输、海上损害赔偿和船舶担保法。
关键词 海商法 船舶 运输 提单
海商法一词包括了两层含义，一是指作为法律的海商法，如《中华人民共和国海商法》，《英国海上货物运输法》等等；二是指海商法学科，即以海商法为主要研究对象的古老的法律学科，一般又称为海商法学。本文从第一种含义上使用海商法一词，即本文所研究的是海商法法律的调整对象，而且主要以1992年11月7日第七届全国人民代表大会常务委员会第28次会议通过的《中华人民共和国海商法》为基础来研究海商法的调整对象。
海商法一词在大陆法系国家称为Maritime Law或The law of Admiralty，在英美法系国家称为Shipping Law。从词源上考查，海商法一词是与“海”和“商”有关的法律，是有关海洋商业的法律。海商法的调整对象各国学者认识不一，各国的立法实践也多有相异之处，这除了与法律传统、文化习俗、航运习惯等有关之外，还与一个国家的地理位置、外贸地位等有关。我国海商法体系是以《中华人民共和国海商法》为核心，以《中华人民共和国对外国籍船舶管理规则》、《中华人民共和国海上交通安全法》、《中华人民共和国海上环境保护法》、《北京理算 1
规则》、《中国海事仲裁委员会仲裁规则》等以及中国参加的有关海上运输方面的国际条约为内容构成的，并以众所周知的航运习惯为必要补充。《中华人民共和国海商法》第一条规定：“为了调整海上运输关系，船舶关系，维护当事人各方的合法权益，促进海上运输和经济贸易的发展，制定本法。”由此可见，我国海商法律的调整对象是海上运输中发生的以及与船舶有关的各种关系，包括调整平等主体之间的横向的海商、海事关系和调整非平等主体之间的纵向的海商、海事及船舶行政管理关系。
一、海商法调整对象之一：海上企业组织
海上企业组织是从事海上商业运输和海上生产活动的主体。海上企业组织可以是法人、非法人的单位和自然人，在现代海上运输实践中，海上企业组织多以法人的形式出现，非法人的单位和自然人则较为少见。海商法对海上企业组织的调整主要是关于船舶所有人、船舶辅助人员以及船舶本身的规定。
船舶所有人是指对船舶本身享有占有、使用、收益和处分权利的人，包括船舶所有人本人、船舶共有人和租船人。船舶所有人本人是完全的自物权人，享有充分的和全面的船舶所有权，除可以对船舶进行占有、使用和收益之外，还可以对船舶进行处分。船舶共有人包括船舶共同共有人和船舶按份共有人两类，他们分别依据民法上的共同共有制度和按份共有制度对船舶行使所有权。船舶由两个以上的法人或者自然人共有的，应当向船舶登记机关登记，未经登记的，不得对抗善意的第三人。租船人包括航次租船人、期租船人、光船租船人和船舶租购合同中的租船人。租船人对船舶所享有的权利属于他物权性质，即是在他人的船舶所有权的基础上对船舶享有的一种不完全的所有权，租船人对船舶可以行使占有、使用、收益的权利，但不能对船舶进行处分。船舶租购合同中的租船人在缴纳完约定的租金并在约定期间届满时享有船舶的所有权，此时的租船人即成为完全的船舶所有人，可以对船舶行使处分权。船舶所有人是海上运输活动中享受权利和承担义务的主体，海上运输活动和海上生产活动都是围绕船舶所有人而展开和进行的，在某种意义上可以说，海商法就是关于船舶所有人权利和义务的法律。
船舶辅助人员包括海上船舶辅助人员和陆上船舶辅助人员。海上船舶辅助人员是指受雇于船舶所有人、在特定的船舶上工作的船长船员以及作为独立营业者的引航员和与拖带业务有关的人员。陆上船舶辅助人员除包括与船东有雇佣关系的人员外，还包括代理人、中间人、运输经纪人等独立的辅助人。作为海商法调整对象之一的船员是指，基于与船舶所有人的雇佣关系而在特定船上连续从事船舶航行业务的人，包括处于船舶指挥地位的船长和在船长指挥下从事船务的船员。在传统的海商法中，船长在船上具有指挥者和船东代理人的身份，在国家权力难以到达的带有特殊危险的海上社会中处于支配地位，并具有公法和私法特权，可以行使警察权等公权和船东与货主的当然代理人等私权。《中华人民共和国海商法》对船长的公法权利和私法权利作了明确规定，如“船长在其职权范围内发布的命令，船员、旅客和其他在船人员都必须执行。”“为保障在船人员和船舶的安全，船长有权对在船上进行违法、犯罪活动的人采取禁闭或者其他必要措施，并防止其隐匿、毁灭、伪造证据。”“船长负责船舶的管理和驾驶”。“船长管理船舶和驾驶船舶的责任，不因引航员引领船舶而解除。”等等。船员是在船长指挥下从事船务工作的人员，有高级船员和普通船员之分，他们都应经过专业训练并应持有相应的证书。其他的船舶辅助人员，海商法也作了相应的规定。
船舶是海商法规定中的物，是以商业行为为目的供航海使用的一种水面浮动装置。船舶的法律性质表现为三方面：
1、船舶是一个合成物，是由船体、桅樯、船机、甲板、船舱等两个以上的个体组成的一个统一体；
2、船舶是动产，但具有不动产的性质，在实践中都将船舶作为不动产对待；
3、船舶的拟人处理，在英美法系国家中，原告可以对船舶提起诉讼，即对物诉讼，这就是把船舶作为法律上的“人”而对待的。海商法除规定船舶的性质外，还规定船舶所有权的取得、转让、消灭，船舶的登记、检验和船舶证书等内容。
二、海商法调整对象之二：海上商业运输
海上商业运输主要是指海上货物运输和海上旅客运输，除此之外还包括海上拖航运输。海上货物运输是海商法调整的主要对象之一，又有两种运输方式，即提单运输(又称为班轮运输、定期船运输、件杂货运输或零担运输)和租船运输(又称为不定期船运输)。提单运输是指承运人承揽运输件杂货而应托运人要求签发提单并收取运费的运输，此时的运输合同是通过提单表现的，提单具有海上货物运输合同的证明、承运人收受货物或将货物装船的收据、承运人凭以在目的港交付货物的物权凭证等三大法律功能。调整提单运输的国际公约主要有 1924年的《统一提单若干法律规定的国际公约(International Convention for the Unification of Certain Rules of Law Relating to Bills of Lading)》，简称《海牙规则(The Hague Rules 1924)》，1968年的《关于修订统一提单若干法律规定的国际公约的议定书(Protocol to Amend the International Convention for the Unification of Certain Rules of Law Relating to Bills of Lading)》，简称《海牙一维斯比规则(The Hague-Visby Rules 1968)》
以及1978年的《联合国海上货物运输公约(United Nations Convention on the Carriage of goods by Sea)》，简称《汉堡规则(The Hamburg Rules 1978)》。《汉堡规则》已于1992年11月正式生效，因此，这三个国际公约都是目前现行有效的国际公约。但是，由于《汉堡规则》取消了承运人航海过失免责和管船过失免责的规定，动摇了海商法律的基础，与《海牙规则》的规定相去甚远，因而参加者寥寥，且参加的国家都不是航运大国。我国目前尚未参加这三个国际公约，《中华人民共和国海商法》中关于提单的规定与《海牙规则》是一致的，只是在赔偿限额、诉讼时效、集装箱运输等方面有必要的修改，因而更符合时代的要求。
海上租船运输是指船舶所有人以一定的条件向租船人提供船舶的全部或部分舱位以运输货物或旅客，由租船人向船舶所有人缴纳租金的一种运输方式。海上租船运输有四种方式，即航次租船运输、期租船运输、光船租船运输和租购船舶运输。租船运输没有既定的船期表，也没有固定的航线，而是随货源情况决定船期和航线。海上租船运输一般运送的是大批的、整船整舱的货物，每一个租船合同的条款通常是互不相同的，其租金是以载货量的大小或时间的长短来计算，租船合同本身就是运输合同而不是合同的证明。海上租船运输是海上货物运输的一种重要方式，大宗货物的运输多采用这种方式。《中华人民共和国海商法》专设一章，即第六章“船舶租用合同”，专门对海上租船运输予以法律调整。
海上旅客运输是指承运人以适应运送旅客的船舶经海路将旅客及其行李从一港运送至另一港，而由旅客支付票款的运输形式。海上旅客运输与海上货物运输相比，对船舶的适航性要求更高，它不仅要求承运人在开航前和开航当时克尽职责使船舶适航，而且要求承运人在整个合同航次中，必须谨慎处理，使船舶始终处于适航状态。另外，在赔偿原则、责任限制等方面，海上旅客运输也与海上货物运输有重大区别。
海商法对海上商业运输方面的规定主要是关于合同双方的权利、义务、责任等的原则性规定，除关于承运人的最低责任方面的规定，如提供适航船舶的责任，管货的责任等是强制性的规定之外，其他方面的规定都是非强制性的，当事人可以根据“契约自由”原则，经双方协商后予以变更。
三、海商法调整对象之三：海上损害赔偿
海商法关于海上损害赔偿的规定又被称为海事法，主要是对船舶碰撞、海上救助、共同海损、海上保险、海上油污、海事索赔责任限制等问题的规定。在这部分内容中，除船舶碰撞是强制性规范之外，其他内容都是非强制性的。
船舶碰撞是指在任何水域海船与海船或海船与内河船发生接触，致使有关船舶或船上人身、财产遭受损害的行为。海事法律研究船舶碰撞主要是研究船舶碰撞责任的确定以及如何处理碰撞所造成的船舶、人身、货物及有关财产的损害赔偿问题。
海上救助又叫海难救助，是指由外来力量在任何水域对遭遇海难的船舶、货物和人命的全部或部分进行的援救。海上救助是以维护航行安全、增进贸易航海方便和利益为目的，以承认救助人的救助报酬请求权为手段来促进安全航行的实现。海上救助通常采取“无效果、无报酬(No Cure，No pay)”的形式进行，经双方当事人协商，也可以采取其他的救助形式。在现代海上运输中，对遇难油轮的救助通常采取“无效果、有一定报酬”的救助形式，以防止和减少海上油污事件的发生。
共同海损是指在海上运输中，船舶和货物遭受共同危险时，为了船货共同安全的需要，有意和合理地采取措施而产生的特殊牺牲和特殊费用。共同海损源于古老的法律谚语——“一人为大家作出的牺牲要由大家来补偿。”共同海损的牺牲和费用不是海上危险直接导致的结果，相反，它是为了解除海上危险而人为地、有意地造成的损失和费用。共同海损的牺牲和费用应由受益的船、货及运费方分摊。
海上保险是指保险人在被保险人从事海上运输发生损失时，按照约定的承保范围和险别负责赔偿的损害保险制度。海上保险有船舶保险、运费保险、货物保险、期得利益保险、船舶碰撞责任保险、再保险等。海上保险应贯彻赔偿原则、可保利益原则、绝对诚信原则和近因原则等保险制度的基本原则。
四、海商法调整对象之四：船舶担保法
船舶担保法是指关于海上运输和与其有关的行为所产生特定的当事人之间的特殊债权债务关系的法律，包括船舶优先权和船舶抵押权两方面的内容。
船舶优先权是指海事请求人根据法律的规定向船舶所有人、光船承租人、船舶经营人提出海事请求，对产生该海事请求的船舶具有优先受偿的权利。一般来说，以下各项海事请求具有船舶优先权：(1)船长、船员和在船上工作的其他在编人员的工资、其他劳动报酬、船员遣返费用和社会保险费用的给付请求；(2)在船舶营运中发生的人身伤亡的赔偿请求；(3)船舶吨税、引航费、港务费和其他港口规费的缴付请求；(4)海难救助的救助款项的给
付请求；（5）船舶在营运中因侵权行为产生的财产赔偿请求。船舶优先权不因船舶的转让而消灭。船舶优先权先于船舶留置权受偿。
船舶抵押权是指抵押权人对于抵押人提供的作为债务担保的船舶，在抵押人不履行债务时，可以依法拍卖，从卖得的价款中优先受偿的权利。船舶所有人或其授权的人可以设定船舶抵押权。在设定船舶抵押权时应签订书面协议，并应向船舶登记机关办理船舶抵押权登记，否则不得对抗善意的第三人。船舶抵押权后于船舶留置权受偿。
第四篇：嵌入式系统设计与应用
第一章：
嵌入式系统定义：以应用为中心，以计算机技术为基础，软硬件可裁剪，适应应用系统对功能，可靠性，成本，体积，功耗严格要求的专用计算机系统。（一切非PC计算机系统）嵌入式系统特点：“专用”计算机系统，运行环境差异很大，比通用PC系统资源少，功耗低，体积小，集成度高，成本低，具有完整的系统测试和可靠性评估体系，具有较长的生命周期，需要专用开发工具和方法进行设计，包含专用调试电路，多学科知识集成系统。嵌入式系统应用范围：汽车，工业控制，通信设备，消费电子，商业终端，航空航天，军事需求。
嵌入式系统的基本开发流程：系统定义与需求分析阶段，方案设计阶段，详细设计阶段，软、硬件集成测试阶段，系统功能性测试及可靠性测试阶段。
系统定义与需求分析阶段：对系统需求进行分析，制定系统的设计依据。方案设计阶段：确定系统初步设计方案并形成设计描述文档。详细设计阶段：完善初步方案，对方案实施详细设计。
软硬件集成测试阶段：对系统软硬件进行综合测试，验证系统设计功能。
系统功能性能测试及可靠性测试测试：对系统功能，性能，可靠性进行综合测评。
对于使用操作系统的嵌入式系统来说,嵌入式系统软件结构一般包含4个层面：板级支持包层，实时操作系统(RTOS)层，应用程序接口(API)层，应用程序层。有些资料将应用程序接口API归属于OS层，按3层划分的应用程序控制系统的运作和行为；操作系统与硬件无关，不同的嵌入式操作系统其组成结构也不尽相同 嵌入式操作系统种类繁多,大体分为两种：商用型和免费型
商用型：VxWorks，Windows CE，pSoS，Palm OS，OS-9，LynxOS，QNX和LYNX 免费型：Linux和uC/OS—II uC/OS—II具有执行效率高，占用空间小，可移植性及扩展性强，实施性能优良，稳定性和可靠性良好等特点。其内核采用微内核结构，将基本功能(如进程管理，存储管理，中断处理)放在内核中，留给用户一个标准API函数，并根据各个任务的优先级分配CPU时间。交叉开发环境：交叉开发是指一个通用计算机上进行软件的编辑编译，然后下载到嵌入式设备中进行调试的开发方式，它通常采用宿主机/目标机模式。
第二章：
RISC是精简指令集
精简指令集体系结构的优点：硬连线的指令译码逻辑，便于流水线执行，大多数RISC指令为单周期执行。
精简指令集处理器的优点：处理器关心面积小，开发时间缩短，开发成本降低，容易实现高性能，低成本的处理器。
精简指令集体系结构缺点：与CISC相比，通常RISC的代码密度低；RISC不能执行x86代码；RISC给优化编译程序带来了困难
ＡＲＭ设计采用的RISC技术特征主要有：Load/Store体系结构，固定的32位指令，3地址指令格式。
ARM7TDM名称具体含义：ARM7：32位ARM体系结构4T版本；T：Thumb16位压缩指令集；D：支持片上Debug，使处理器能够停止以响应调试请求；M：增强型Multiplier，与前代相比具有较高的性能且产生64位的结果。I：EmbeddedICE硬件以支持片上断点和观察点。ARM7 3级流水线：（取指级，译码级，执行级）ARM9TDMI 流水线操作：（取指，译码，执行，缓冲/数据，回写）5级 ARM处理器核可工作两种状态：ARM状态和Thumb状态
从ARM进入Thumb状态，当操作数寄存器Rm的状态位bit[0]为1时，执行“BX Rm”指令进入Thumb状态
从Thumb进入ARM状态，当操作数寄存器Rm的状态位bit[0]为0时，执行“BX Rm”指令进入ARM状态
ARM处理器工作模式（共7种）：除用户模式外的其他六种模式称为特权模式。特权模式：主要处理异常和监控调用（有时也称为软件中断），他们可以自由地访问系统资源和切换模式
ARM处理器总共有37个寄存器，均为32位 ARM状态下的通用寄存器分为3类： 未分组寄存器:R0~~R7（为公用寄存器）
分组寄存器：R8~~R14
R13通常用于堆栈指针SP
R14用做子程序链接寄存器
程序计数器：R15(PC)
用做程序计数器
ARM程序状态寄存器中
条件码标志（N Z C V）
N——在结果是带符号的二进制补码的情况下，结果为负，N=1 否则为0 Z——结果为0 Z=1 否则为0 C——针对加法：产生进位
C=1 否则为0
针对减法：产生借位
C=0 否则为1
针对有移位操作的非加减法指令
C为移位操作中最后移出位的值
对于其他指令
C通常不变
V——对于加减法指令
操作数和结果为带符号的整数时，产生溢出
V=1 否则为0
对于其他指令
V通常不发生变化 ARM的异常中断响应过程： 一：将CPSR的内容保存到将要执行的异常中断对应的SPSR中，以实现对处理器当前状态，中断屏蔽字以及各条件标志位的保存。二：设置当前状态寄存CPSR中的相应位：
设置CPSR模式控制位CPSR[4:0]，使处理器进入相应的执行模式
当进入Reset或FIQ模式时，还要设置中断标志位（CPSR[6]=1）禁止FIQ中断，否则其值不变
设置中断标志位（CPSR[7]=1），禁止IRQ中断
三：将寄存器LR-
四：给程序计数器PC强制赋值，使程序从相应的向量地址开始执行中断处理程序。
非向量中断和中断向量的区别和联系
异常中断的优先级：复位（最高），数据异常中断，FIQ，IRQ，取值指异常中止，SWI未定义指令
ARM支持的数据类型（6种）：8位有符号和无符号字节
16位有符号和无符号半字，以2字节的边界定位
32位有符号和无符号半字，以4字节的边界定位
ARM存储器组织：以字节为单位寻址的存储器中有“小端”和“大端”两种方式存储字 小端格式：较高的有效字节存放在较高的存储器地址，较低的有效字节存放在较低的存储器地址
大端格式：较高的有效字节存放在较低的存储器地址，较低的有效字节存放在较高的存储器地址
ARM处理器能方便地配置为其中任何一种存储器方式，但他们的缺省设置为小端格式（71页有题）
ARM7TDM内核的重要特性：53页最上面
第三章：
指令分类中基本指令格式
S
可选后缀，若指定S，则根据指令执行结果更新CPSR中的条件码 ARM寻址方式
立即寻址有选择题
寄存器间接寻址：ARM的数据传送指令都是基于寄存器间接寻址，即通过Load/Store完成对数据的传送操作
103页举例
可能为考题
伪操作
是ARM汇编语言程序里的一些特殊指令助记符，它的作用主要是为完成汇编程序做各种准备，在源程序进行汇编时由汇编程序处理，而不是在计算机运行期间由机器执行 ARM嵌入式系统程序设计可以分为ARM汇编语言程序设计、嵌入式C语言程序设计以及C语言与汇编语言的混合编程。
ARM汇编程序中
AREA指示符定义本程序段位代码段
即申请一个定义段 161页程序
可能考
嵌入式C语言程序设计中修饰符：interrupt、near、far、huge Interrupt在函数修饰为中断函数，没有输入和输出参数 第三章课后习题见李向妮笔记
第四章
DMA
I2C
I2S 基于S3C44B0X的最小系统设计：
嵌入式最小系统是指保证嵌入式微处理器可靠工作所必需的基本电路组成的系统，通常包括处理器单元、时钟单元、复位单元、、存储器单元、供电电源和调试接口。
基于ARM的嵌入式最小系统基本组成包括：基于ARM核的微处理器、电源电路、复位电路、时钟电路、存储器电路（FLASH和SDRAM）、UART接口电路和JTAG调试接口
第五章：
uC/OS—II采用的抢占式内核是一个真正的实时操作系统
uC/OS—II基本特点：源码开放；可移植性；可裁剪；抢占式内核；可扩展的多任务；可确定的执行时间；中断管理；稳定性和可靠性
uC/OS—II的文件结构（与内核功能相关的文件）：任务管理；同步通信；内存管理；时间管理
uC/OS—II任务及其运行状态：
任务是一个简单的程序，对应于实际应用中的一个逻辑功能。对uC/OS—II来说,任务是系统运行的基本单元，系统以任务为单元分配内存资源和处理时间，每个任务都有自己独立的寄存器和栈空间。
任务看起来就像一个无限循环永不返回的函数，但是不同于函数的是，它有一套自己的内存空间，运行时完全占用处理器资源，在任意确定的时刻都处于休眠、就绪、运行、挂起以及中断服务这五种状态之一 图见书上337
第六章
uCLinux与标准Linux的最大区别就在于内存管理。标准Linux是针对有MMU的处理器设计的
uCLinux不使用虚拟内存管理技术，采用的是实存储器管理策略，也就是说uCLinux系统对内存的访问是直接的
uCLinux与标准Linux系统在进程的创建
进程的执行
进程的终止
上有着显著不同 基于uCLinux操作系统的应用开发环境一般是由目标系统硬件开发板和宿主PC机所构成。目标硬件开发板用于运行操作系统和系统应用软件，而目标板所用到的操作系统的内核编译、电子词典应用程序的开发和调试则需要通过宿主PC机来完成。目标板用来进行内核编译
PC机用来进行调试
移植就是使一个实时操作系统能够在某个微处理器平台上或者微控制器上运行。uCLinux移植包括3个层次的移植: 处理器结构层次移植、芯片层次移植、板级移植。
移植思路：开发环境确定以后，首先，要为uCLinux设计一个BootLoader，通过BootLoader来初始化硬件，引导uCLinux运行。BootLoader的设计可以在ads中或者Linux中实现。其次，针对硬件环境和设计的BootLoader修改uClinux内核。最后，在交叉编译环境下配置、编译、链接uClinux，下载编译得到的印象文件到FLASH，通过BootLoader来启动uCLinux。如果参数默认或者无参数，则先执行BootLoader，否则BootLoader第二位，参数执行为第一位。
第五篇：论文-嵌入式Web传感器的研究与应用
石油大学硕士学位论文开题报告及文献总结
嵌入式Web传感器的研究与应用
摘要：本文在分析了传统传感器和智能传感器的不足之处的基础上，结合IEEE1451标准，着重介绍了嵌入式Web传感器的结构与功能，并阐述了其发展前景和存在的问题。
Abstract: On the basis of analyzing the shortcomings of the Dumb Sensor and the Smart Sensor, the author introduced the Embedded Web Sensor by the link of the IEEE1451.关键字：网络传感器 嵌入式Web传感器 IEEE1451 Key Words：Networked Sensor
Embedded Web Sensor IEEE1451
一、嵌入式Web传感器的必然性
1.1 网络传感器的必然性
传感器是人类探知自然界信息的触角,它可将人们需要探知的各种非电量信息转化成可测的电量信息,是信息系统的第一道门槛,为人们认识和控制相应的对象提供条件和依据。作为现代信息技术三大核心技术之一的传感器技术,从诞生到现在,已经经历了传统的传感器(Dumb Sensor)、“智能传感器”(Smart Sensor)[1]、“网络化传感器”(Networked Sensor)的发展历程。
传统的传感器基本上分为电阻式和电容式，它的设计指导思想是把外部信息变换成模拟电压或电流信号, 然后通过变送器以电压或电流 [2]石油大学硕士学位论文开题报告及文献总结
方式连接到采集器。它输出幅值小,灵敏度低,而且功能单一,因而被人们称为“聋哑传感器”。
人们将微处理器技术、智能技术和微机械加工技术（MEMS）应用于传感器，传感器性能的改变不再仅仅依赖硬件的改进，而是用存放于微处理器中的功能强大的软件对系统进行非线性自动校正、自校零、自校准、自补偿、自检验、抑制噪声等处理，增强了传感器的“智能化”功能，这就是智能传感器。智能传感器仍然存在缺陷。例如，在数据通信方面，传感器与控制设备之间仍然采用传统的模拟电压和电流信号进行通信，没有根本解决布线复杂和抗干扰性差的问题。
网络传感器的出现成了历史的必然。网络传感器的输出信号是符合某种网络协议的数字信号，这就从根本上解决了传统传感器和智能传感器的缺陷，使得网络传感器的精度更高、传输距离更远、抗干扰性更强。[3]1.2嵌入式Web传感器的必然性
根据网络传感器所遵从的协议不同，可以将其分为基于现场总线的网络传感器和基于Internet的网络传感器。基于现场总线网络传感器的测控系统的基本结构如图1所示。
图1 典型的分布式测量和控制系统 石油大学硕士学位论文开题报告及文献总结
目前市场上现场总线多种多样，较为流行的现场总线有CAN（控制局域网络），Lonworks(局部操作网络)、Profibus（过程现场总线）、HART（可寻址远程传感器数据通信）、FF（基金现场总线）等。各种现场总线的内部结构、通信接口、通信协议各不相同，使得基于现场总线的传感器/执行器（Sensor/Actuator）接口协议标准各异，这就要求智能传感器必须符合所在现场总线的有关规定，从而给系统的扩展、维护等带来不利的影响。
对于传感器生产商而言，要开发出为所有控制网络支持的传感器，是不现实的，所以现有的智能传感器只能用在特定的现场总线中；对于用户来说，如果所需要的智能传感器不支持现有的现场总线，是更换现有的现场总线(显然这样代价太大)，还是忍痛割爱，选择现有现场总线支持但不太符合需要的智能传感器？哪种选择都不理想。
如果所使用的传感器是基于TCP/IP协议的，那么它将直接与企业内部网（Intranet）或因特网(Internet)相连，从而使数据采集、信息传输等都能直接在Intranet/Internet上进行，既统一了标准，又使工业测控数据能直接在Intranet/Internet上动态发布和共享，供相关技术人员、管理人员参考，这样就把测控网（Infranet）和信息网（Intranet）有机地结合了起来，使得工厂或企业拥有一个一体的网络平台，无论从成本、管理、维护等方面考虑，都是一个最佳的选择。
于是就有了本文要论述的嵌入式Web传感器，下面将对之进行详细的介绍。
二、嵌入式Web传感器简介
2.1嵌入式Web传感器的定义与特点
嵌入式Web传感器的实质是在传统传感器的基础上实现信息化、网 3 石油大学硕士学位论文开题报告及文献总结
络化、智能化和微型化，其核心是使传感器本身实现TCP/IP网络通信协议，将传感器作为网络节点直接与计算机网络通信，可以利用Internet上的任意一台PC通过浏览器与该传感器通信。确切地说，嵌入式Web传感器已不再是简单意义上的“传感器”，它已经涵盖了以前是属于仪器和微型计算机所具有的功能。
嵌入式Web传感器具有如下特点：第一，具有高可靠性、低功耗、低成本和微体积等特点；第二，可根据输入信号进行判断和制定决策，具有自检测、自校准和自保护功能；第三，不同的应用系统无须采用不同的传感器，可在单一传感器的基础上通过软件设计来改变传感器的功能，以满足客户的不同需求；第四，采用当今最为流行的TCP/IP网络通信协议为载体，利用Internet传输传感器数据，与外部进行信息交换；第五，嵌入式Web传感器组成的控制网络与计算机网络直接通信，技术人员利用浏览器通过网络管理嵌入式Web传感器的工作状态，实施远程测控；第六，采用即插即用技术，具有良好的开放性、可升级性和可维护性，方便测控系统的集成；第七，实现了传统的数据采集与发送向网络化的信息管理与集成的转移。
2.2 嵌入式Web传感器的系统结构
嵌入式Web传感器主要由三部分组成：敏感单元、智能处理单元和TCP/IP通信协议接口[3]。从原理结构上来说，基于Internet的嵌入式Web传感器可以用图2来表示。
石油大学硕士学位论文开题报告及文献总结
图2 基于Internet的嵌入式WEB传感器的体系结构
从框图中我们可以看到，传统的传感器在嵌入式Web传感器中只占其中的一部分，其核心部分是完成信号处理、数据交换和控制的嵌入式智能单元以及完成数据传输的TCP/IP网络接口，通过微处理器和嵌入式操作系统的使用，使传感器本身实现数据采集、处理的智能化和数据传输的TCP/IP网络化。
2.3 嵌入式Web传感器的技术基础[3]
微处理器技术的发展促进了传感器的智能化，微机械加工技术的发展为传感器的微型化提供了可能，基于TCP/IP协议的Internet技术的发展为传感器的网络化提供了必要的技术手段，这三大技术的日渐融合促进了基于Internet的嵌入式Web传感器的产生。
具体地讲，嵌入式Web传感器的实现需要硬件技术和软件技术的紧密配合。其中硬件技术有：
a)嵌入式网络硬件技术：微处理器、数据采集和信号处理、TCP/IP等嵌入式网络硬件的飞速发展是嵌入式Web传感器发展的重要保证。目
[3]石油大学硕士学位论文开题报告及文献总结
前，美国Connect One公司、Philips公司、EmWare公司、TASKING公司和国内的P&S公司等均提供基于Internet的Device-Networking的软件、固件(Firmware)和硬件产品。此外，在数据采集、DSP、TCP/IP、STIM、NCAP方面都不断有新型的专用接口模块产生，例如完成数据采集的有ADµ、c812、CS5511、TLC548；完成DSP的有TMS320C2000TMDSP；完成STIM和NCAP的有EDI1520、PLCC-44，而Analog Devices 公司生产的芯片ADCu812就可用来执行IEEE1451.2的STIM端的工作；完成TCP/IP协议转换的有研华公司的ADAM4572、ADAM4570；目前已有TCP/IP芯片（如美国Seiko Instruments公司生产的ichip S7600A芯片可直接用作网络接口[4]）等等。随着这些专用模块和MCU的不断发展，完全可以保证在片上系统实现具有Internet功能的Web传感器。b)大规模集成电路技术：利用大规模集成电路技术将敏感元件、信号处理器和微处理器集成在一块硅片上，形成一个“单片智能传感器”，是一个对外界信息具有检测、数据、处理、判断、识别、自诊断和自适应能力的多功能传感器，还能实现与主机远距离、高速度、高精度的传输。这类传感器具有小型化、性能可靠、能批量生产、价格低廉的优点。
嵌入式Web传感器用到的软件技术有：
a)嵌入式Web服务器：嵌入式Web传感器只需要完成基本参数和采集数据的传递，所以对Web功能要求比较简单，只需要几个简单的控制命令和完成基本的数据传输。根据这个特点，可以综合采用Internet技术、操作系统剪裁技术，在ROM DOS上实现了一个最小化剪裁的嵌入式Web服务器，只保留了最基本的控制命令，其它与传感器数据传送要求无关的命令都剪裁掉。它接收浏览器的访问，实现浏览器命令到设备管理命令、数据的解析。浏览器访问命令有GET、POST、READ等，一般只要支持文件获取命令GET就可以了。
最小化裁剪的Web服务器程序可以设计为一个标准的子程序，嵌入在应用程序中，故称之为嵌入式Web服务器。另外，也可根据需要在Web服务器模块中提供CGI、JAVA脚本、嵌入式数据库等技术，也可加入GET、石油大学硕士学位论文开题报告及文献总结
POST、READ等Web协议以外的自定义命令和数据通讯格式，这时需要在Web服务器功能、复杂度、可靠性和尺寸大小等方面进行权衡和选择。b)Web远程信号采集：利用内嵌在网页中的程序、ActiveX控件等服务程序，可以很方便地通过Internet实现传感器信号的远程数据采集，用户可以通过浏览器设定采样参数、启动采样过程和获取采样数据。
有一点要指出的是，由于传感器的软、硬件资源毕竟有限，要使它象PC微机那样成为一个全功能的Internet节点，显然是不可能的，也是没有必要的[4]。
2.4 嵌入式Web传感器的前景展望
目前，包括Siemens/Infineon、Philips与Motorola在内的数十家大公司联合成立了“嵌入式Internet联盟（ETI）”，共同推动着嵌入式Internet技术和市场的发展[4]。具有Internet/Intranet功能的网络化智能传感器技术已经不再停留在论证阶段或实验室阶段，越来越多成本低廉具备Internet/Intranet网络化功能的智能传感器/执行器涌向市场，正在并且将要更多更广地影响着人类生活。
可以预见，在网络化测控、嵌入式网络和e-维护技术三个领域中，嵌入式Web传感器都将起到重要作用[3]。在国防、通信、航空、航天、气象、制造等领域，对大范围的网络化测控将提出更迫切的需求，嵌入式Web传感器必将很快发展并成熟起来，从而有力地带动和促进现代测量技术即网络测量技术的进步。在此基础上，嵌入式网络、e-维护等技术也会蓬勃发展起来，对工业和社会的进步产生深远影响。
而同时，嵌入式Web传感器使得“数字地球”成为可能。届时，无数因特网的节点（具有Internet/Intranet功能的网络化智能传感器）将发挥着神经细胞的功能，它将使地球披上一层“电子皮肤”，地球用因特网在支持和传递着它的“感觉”，无处不在的网络化智能传感器（包括气象参数传感器、水土分析传感器、污染检测器、电子眼、电子
[4]石油大学硕士学位论文开题报告及文献总结
鼻、葡萄粮传感器和脑电图仪等等）探测和监视着我们的城市、大气、船只、车流和我们人类自己。
三、IEEE1451系列标准简介
3.1 IEEE1451系列标准发展历程
鉴于现场总线的混乱，为了实现智能传感器接口总线的统一，IEEE-TC9在1993年9月决定制定一种智能传感器通信接口。
1994年3月，NIST(the National Institute of Standard and Technology)和IEEE(the Institute of Electrical & Electronic Engineer)共同组织了一次关于制定智能传感器接口的研讨会，会上讨论了开发这样一种简化控制网络和智能传感器连接标准接口的可能性。从那以后，连续召开四次研讨会，直到1995年4月,成立了两个专门的技术委员会：P1451.1工作组和P1451.2工作组。
P1451.1工作组主要负责智能变送器的公共目标模型进行定义和对相应模型的接口进行定义；P1451.2工作组主要定义TEDS 和数字接口标准，包括STIM和NACP之间的通讯接口协议和管脚定义分配[5]。在1997年和1999年IEEE先后颁布了IEEE 1451.2标准和IEEE 1451.1标准。1998底，技术委员会针对大量的模拟量传输方式的测量控制网络及小空间数据交换问题，鉴于许多混合型智能传感器（即能非同时地以模拟和数字的方式进行通信）由于没有统一的标准，成立了另外两个工作组P1451.3和P1451.4。其中P1451.3负责制定模拟量传输网络与智能网络化传感器的接口标准；P1451.4负责制定小空间范围内智能网络化传感器相互之间的互联标准。
IEEE1451.4就是一个混合型的智能传感器接口的标准，它通过提供一个与传统传感器兼容的通用IEEE1451.4传感器通信接口使得传感器具有即插即用功能，在传统仪器与智能混合型（smart mixed-mode）传感器之间提供了一个桥梁。石油大学硕士学位论文开题报告及文献总结
IEEE1451.4标准通过定义不依赖于特定控制网络的硬件和软件模块来简化网络化传感器的设计，使得工程师们在选择传感器时不用考虑网络结构，这就减轻了制造商要生产支持多网络的传感器的负担，也使得用户在需要把传感器移到另一个不同的网络标准时可减少开销[5]。
3.2 IEEE1451标准的优越性
IEEE1451是为变送器制造商和用户提供的一种有效而经济的方式以支持各种控制网络。IEEE1451标准接口的结构如图3所示[5]：
图3.不同网络总线IEEE1451转换方案
针对上图的几点说明：
第一层模块结构用来运行网络协议栈（Network Protocol Stack）和应用硬件（Application Firmware）,即网络匹配处理器NCAP(Network Capable Application Processor);第二层模块为智能变送器接口模块STIM（Smart Transducer interface Module）,其中包括变送器和变送器电子数据单TEDS（Transducer Electronic Data Sheet）。
这样在基于各种现场总线的分布测量控制系统中，各种变送器的设计制造无须考虑系统的网络结构。石油大学硕士学位论文开题报告及文献总结
3.3.IEEE1451.2标准简介[6]
IEEE 1451.1标准定义了网络独立的信息模型，使传感器接口与NCAP相连，它使用了面向对象的模型定义提供给智能传感器及其组件；IEEE 1451.2标准定义了一个连接传感器到微处理器数字接口（STIM），并通过网络适配器（NCAP）把传感器和执行器连接到网络。据IEEE和NIST最新资料，1451.X标准之间可以一起使用，也可以单独使用
[7]。
IEEE1451.2是一个开放的标准，它的目标不是开发另外一种控制网络，而是在控制网络和传感器之间定义一个标准接口，使传感器的选择和控制网络的选择分开，从而使用户可以根据自己的需要选择不同厂家生产的智能传感器而不受限制，实现真正意义上的即插即用(Plug and Play)。
基于IEEE1451.2标准的网络Web传感器的系统结构框图如下：
图4 IEEE1451.2传感器的结构框图
IEEE1451.2主要定义了STIM(Smart Transducer Interface Module)的内容,其中主要包括TEDS(Transducer Electronic Data Sheet)和TII(Transducer Independent Interface)。
TEDS是IEEE1451.2标准的核心,提供了对广大范围传感器 石油大学硕士学位论文开题报告及文献总结
(sensor)、缓存传感器(buffered sensor)、数据系列传感器(data sequence sensor)、事件系列传感器(event sequence sensor)、执行器(actuator)等模型的支持,并具有自动识别这些传感器和执行器的能力。TEDS完整详细地描述了它支持的传感器和执行器的类型、操作和属性。
TEDS被分成8个可以寻址的部分,其中只有Meta TEDS和Channel TEDS是必须要的,其余的6个TEDS可以根据需要选择。每个STIM包括1个Meta TEDS，用来描述TEDS的数据结构、STIM的极限时间参数和通道组信息等有关STIM的总体信息；每个STIM通道包括1个Channel TEDS，主要用来对每个通道的具体信息，如：函数模型、校准模型、通道的物理属性、返回的数据类型和格式、对象使用上下极限、使用时限等参数。
TII并非是额外的一种网络协议，而是用于连接NCAP和STIM的点对点、时钟同步、短距离的接口，共有10个引脚。IEEE1451.2标准详细定义了这10个引脚的功能，并定义了NCAP和STIM数据传输协议。
3.4 IEEE1451系列标准的发展动向[5]
IEEE和NIST还在着手制定无线连接各种传感设备的接口标准，该标准的名称为“IEEE P1451.5”，主要用于利用电脑等主机设备综合管理建筑物内各传感设备获得的数据，还将包括把传感器获得的信息用于
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