浅谈接口综合设计实验平台的设计与应用论文

下面是小编整理的浅谈接口综合设计实验平台的设计与应用论文，本文共8篇，欢迎大家阅读分享借鉴，欢迎大家分享。本文原稿由网友“LOVE＾生活＾”提供。

篇1：浅谈接口综合设计实验平台的设计与应用论文

“微机原理汇编及接口设计”是学生学习和掌握计算机硬件知识和汇编语言程序设计的入门课程，基础性、技术性、应用性和工程实践性强。课程以微处理器、总线、接口和程序设计为主线，要求学生掌握微型计算机系统的体系结构、CPU 工作原理和指令系统，学会合理选用存储器和接口芯片，并能根据不同的要求分析和设计系统的硬件结构，用编程的方法实现定时、I/O口控制、按键、显示、中断等功能。学生通过该课程的学习，能够巩固和加深对先修课程知识的理解，为进一步学习仪器仪表、测量控制、计算机控制、单片机原理、嵌入式系统等专业课程奠定理论基础和微机软硬件应用基础。该课程是培养高素质创新型人才的重要环节。

原“微机原理汇编及接口设计”课程的硬件设计实验只需按照接线引脚图即可完成，学生缺乏对接口电路设计环节的应用练习。以经典的“数码管显示”实验为例，大多沿用“简单的输出接口”实验中接口设计电路进行调试，不能充分锻炼学生的综合实践能力和创新能力。笔者在原有的教学实验装置上，设计开发了基于8086微处理器的“接口综合设计”实验平台。该平台不但能很好地帮助学生深入理解和灵活运用理论知识，还能帮助学生提高综合应用的能力，实现从验证性思维到设计、创新性思维的转变。

篇2：浅谈接口综合设计实验平台的设计与应用论文

1.1平台设计方案

接口综合设计实验的建设应该在传承经典的基础上，更加适应实验教学发展的趋势，丰富其内涵。接口综合设计实验平台的设计理念是营造探索性实验环境，注重实践创新能力培养，通过融合先进的EDA技术，培养学生综合设计开发能力和创新能力。

接口综合设计实验是在现有教学实验装置上，融合了8086微处理器的系统仿真设计，并选用Proteus作为系统仿真软件。Proteus是一款EDA工具软件，是基于ProSPICE混合模型仿真器的、完整的嵌入式系统，软硬件设计仿真平台Proteus 7.5提供了VSMfor 8086模块，增加对8086CPU 的仿真，为培养学生综合设计能力和自主创新能力提供了技术支撑。

结合设计的实验项目，提供了程序设计流程图、参考接口电路设计图、参考程序的范例内容，以及在Proteus环境下的仿真设计、虚拟仪器测试等内容供参考，目的是让学生利用已有范例资源直接进行虚拟仿真测试和软硬件联合调试，尽快掌握原理和接口设计方法，为后续实验的自主设计、自由发挥打好基础。

1.2 关键技术

应用Proteus进行8086接口技术仿真，主要是在Proteus ISIS中编辑电路原理图、设置外部代码编译器、编写和添加源代码及仿真调试。搭建一个培养学生综合设计能力和自主创新能力的实践平台，需要解决几个关键问题。

1.2.1 I/O地址译码电路设计

现有教学实验箱上选用64个I/O地址，分Y0―Y7共8组输出，地址分别为280H―287H、288H―28FH、290H―297H、298H―29FH、2A0H―2A7H、2A8H―2AFH、2B0H―2B7H、2B8H―2BFH。8条输出线在实验箱的I/O地址处分别由自锁紧插孔Y0―Y7引出。。

结合实验箱I/O地址译码电路，利用8086微处理器和相关外围芯片构造I/O 译码电路，并存成部件组。在Proteus仿真设计环境中用到的仿真元件信息。

1.2.2 加载汇编程序

现有的教学实验箱是通过USB接口将实验箱信号传送到微机，USB模块产生的仿ISA总线信号直接从实验箱上输出。为了培养学生对于接口电路的仿真设计能力，要求学生先进行汇编语言程序设计，并加载到Proteus环境下的仿真设计接口电路中进行虚拟仪器测试，确定满足要求的接口电路设计方案，再利用现有教学实验箱和接口开发环境进行硬件电路接线和软硬件联调。

1.2.3 子电路设计和使用

结合精品实验项目设计的侧重点，在Proteus环境下将部分常用电路(例如I/O 接口译码电路)设计为子电路，方便学生进行仿真电路设计时直接使用。分析现有教学实验箱上I/O 地址选用情况，设计了Proteus环境下I/O接口译码子电路和使用。

2 应用案例

2.1 案例内容

以经典的“数码管显示”实验为例，其中的“显示接口综合实验”项目的实施内容以微机系统的总线结构为基础，贯穿多个接口芯片的功能应用，注重营造探索性实验环境，着重提高学生灵活应用多种接口芯片的综合设计能力和创新能力。

该实验要求学生掌握数码管的显示原理，实现数码管静态和动态显示。学生经过简单的输入、输出接口实验，已熟悉接口电路设计的基本原则、缓冲器和锁存器在接口电路中的作用，对于可编程并行接口芯片8255A、可编程定时器/计数器芯片8253也有了初步了解。范例采用层次化设计方法，由简单到复杂，引导学生逐步掌握显示接口设计的要点。

演示实验利用数码管循环显示数字单字符(0―9)，在学生掌握动态显示原理后，利用数码管同时显示2个字符(如“EF”)，最后利用数码管实现循环显示数字(0―99)。

2.2 应用案例的.实施过程

2.2.1 注重引导，逐步完善

在显示接口综合设计实验教学开始阶段，注重引导学生根据实验的要求自主制订虚拟仿真实验的初步设计方案。随着理论知识的增加，学生可以自主改进方案、完善功能，并最终自主完成实验，使综合设计能力和创新能力得到锻炼，提出问题和解决问题的实践能力得到提高。

为方便师生交流、保证实验进度，建立了“微机原理虚拟仿真”QQ群，并公布了答疑和提交仿真设计方案的邮箱(virtualsimulation@163.com)。学生在制订虚拟仿真初步设计方案的过程中，由于刚刚开始接触接口部分的理论知识，因而略显被动和随意，但在逐步深入地学习后续课程内容的过程中，会根据自己所掌握知识的更新和积累，主动完善自己的设计方案。此时，学生被动思维模式转为主动思维模式，学习更具有探索性和目的性。

2.2.2 掌握相关平台的使用和流程

当学生学习了接口实验预备知识并做过简单输入输出接口实验后，对实验箱和硬件设计过程便有了初步的了解和认识，可以提供给学生虚拟仿真实验指导书、相关设计软件和演示例程，指导学生进行虚拟仿真环境的搭建和例程的演示。

经过这个过程，学生可以学会使用虚拟仿真软件Proteus进行方案设计和硬件实现方法。在显示接口综合实验项目的实施过程中，教师要针对学生遇到的问题，讲解Proteus软件的一些基本使用方法和注意事项，帮助学生改进自己的虚拟仿真设计。虚拟仿真设计成功，就可以进行最终的硬件实现流程。

2.2.3 后续改进与作品展示

学生后续的实验内容为8253和8259芯片的功能测试项目，该项目引导学生通过对这些芯片的理解和掌握，进一步改进显示接口综合设计方案。显示接口综合实验完成后要进行设计作品的展示。学生通过展示作品，可以发现作品的价值和有待改进之处，而且可以学习到其他同学的设计理念和设计方法，培养了探索精神，提升了自主设计、开发的能力和信心。

2.3 典型自主设计案例

显示接口综合实验注重基于任务驱动的情景化教

学，引导学生进行体验性学习，营造自主探索的实验环境;启发学生在范例内容的基础上，结合自主设计的任务情境，充分发挥、扩展创新;培养学生综合设计创新能力和发现问题、分析问题、解决问题的能力;鼓励学生查阅资料并自主制订多种设计方案，训练学生的科学思维和探索精神，亲身去体验实验的基础性、独创性、多样性和研究性;引导学生借助于Proteus仿真软件自主设计电路，然后把软件仿真的结果移植到硬件实验箱中，体验从仿真到应用的科学设计流程。学生自主设计的内容是：选取可以利用显示接口的项目进行方案设计，例如交通信号灯设计、抢答器设计、时钟显示设计、空调或冰箱温度设定与显示设计等。学生可自主设计项目的具体功能、可自由扩展发挥，不同侧重点的设计方案对学生灵活掌握多种接口芯片的功能与使用方法有不同的要求。

(1)交通信号灯的仿真设计案例。学生在虚拟仿真环境下初步设计实验方案、改进功能，最终实现常用接口芯片8253+8255的综合性设计方案，并利用现有实验箱完成仿真实验。该虚拟仿真环境为学生提供了充分发挥想象力的空间，学生可以自主仿真实际环境现场。通过仿真设计，交通信号灯接口实验可以形象表达而不受硬件条件的制约，既锻炼了学生理论知识的应用能力，又培养了学生理论结合实际的实践创新能力。

(2)抢答器设计案例。以往的实验项目涉及的内容相对单一，设计的综合性、复杂性不高，因而设计调试过程中遇到的问题相对简单、明显;而由于本实验项目提高了综合性和设计性，在调试过程中出现的问题也变得比较复杂，对学生分析问题、解决问题和综合实践能力提出了更高的要求。通过对学生实验报告的分析可知，学生通过自主设计、自主实现的过程，在编程语言、逻辑思路、分析问题和解决问题的能力、设计与实践的结合等方面都有所收获和提高，并且增强了探索、挑战的信心和勇气。

3 结语

接口综合设计实验平台融合了EDA 技术，搭建了培养学生综合设计和自主创新能力的实践平台。通过实际应用证明，该实验平台拓宽了学生的专业视野，提升了学生的专业素养，实现了学生从基础知识理解到综合能力提高的转变、从验证性思维到创新性思维的转变，可供相关院校参考。

篇3：计算机数据接口加密系统设计与应用论文

摘 要 计算机的广泛使用带来了移动存储载体的广泛应用，大量的敏感数据被存储于移动载体上，而由此带来的对移动存储载体上数据安全的要求也日益强烈。

本文设计并实现了一款基于USB协议的计算机接口加密系统，通过USB接口与计算机连接，系统很好地满足了在普遍使用的优盘上实现敏感数据的加密 【关键词】计算机 数据接口 加密系统 设计

随着数字技术的发展，大量敏感数据被存储于移动载体上，由此带来的安全隐患日益严重，于是移动存储设备所带来的信息安全问题也越来越被用户重视。

因此，为确保信息的完整性、实用性、保密性和可靠性，确保用户使用方便的加密技术呼之欲出。

在不断发展的计算机技术下，研制一款无需安装、操作简便、灵活、实用、识别简单、加密强度高，能够充分利用现有资源、且小巧美观、携带方便的加密设备具有重要的现实意义和使用价值。

1 软件加密

1.1 软件加密方案

1.1.1 PrivateZone软加密方案。

我的地盘(PrivateZone)磁盘加密软件，该软件运行后，会自动生成一个可以加密的分区，保存到该分区的数据将自动的被加密。

用户凭访问密码才能访问该分区的数据。

至于如何在移动硬盘中使用，用户还必须通过自己手动设置的方式来实现加密。

将此加密工具复制到用户的U盘或移动硬盘根目录中则可以加密隐藏U盘或移动硬盘上的所有文件。

将此加密工具放到文件夹中则只加密当前文件夹。

需加密多个文件夹则每个文件夹中都得安放本工具、不同的文件夹可用不同的密码，但密码你必须记牢。

1.1.2金盾卫士软加密方案

从官方数据可以知道KDS金盾卫士加密软件采用内核技术、手工加密。

该软件加密强度很高，密钥的长度达到128位。

通其他加密软件相比，该软件是真正意义上的文件内容加密，不是所谓的某些文件夹加密软件，通过隐藏文件来实现“伪加密”。

1.2现有软件加密缺点

(1)需要在电脑或U盘中安装软件，一但系统不稳定或软件损坏可能造成数据永远丢失。

(2)需要记忆较长的密码，用户一旦忘记密码，数据也将永久丢失。

(3)需要用户手动完成相关操作，如加密、复制加密工具等。

(4)很难防止别人通过其他软件进行暴力破解，或者利用软件本身的漏洞进行破解。

软件加密最大的缺点是密码问题，如果用户长时间不使用，一旦忘记密码，连自己都无法进入，相当于把自己关在了防盗门之外。

数据安全也就完全失去了意义。

另外这些产品的应用都需要借助计算机的帮助，如果用户想在没有安装这类软件的机器上或者U盘上使用数据就必须要下载软件并且安装后才能读取。

非常的不方便。

此时硬件加密就显现出了其无可比拟的优越性。

2 硬件加密

2.1 硬件加密方案

现在我们常使用的移动硬盘，也存在很多的常见的加密方案，为了防止在存取数据的环节上的数据被非法获取，必须采用对移动硬盘全盘硬件加密。

这涉及到一系列的加密法转换、附加密钥、加密模块等过程。

解密部分还对硬盘的数据进行完整性校验。

通过采用这些措施保证数据的安全。

2.1.1 朗科U661闪存盘

朗科推出的硬件加密产品U661闪存盘采用朗科特有的256位专业级AES硬件数据加密的防范功能，该款闪存盘拥有硬件加密、磁盘分区加密、普通操作人员加密等功能，是一款具有很高的安全性的硬件加密产品。

2.1.2 K301

朗科公司推出的另外一款优盘的型号为K301。

K301由设备端硬件实现数据加密功能，在该优盘的加密区，数据被加密后存储在优盘，就是更换连接设备，读出的数据是经过加密的信息，没有任何实际意义，保证了数据的安全。

2.2 现有硬件加密缺点

(1)对于很多硬件加密的设备，加密芯片都是内嵌的，使得这些加密设备只能对自身进行加解密操作，既只能完成一对一的加密;

(2)由于加密需要对传输的数据进行数字化处理，从而导致进行数据传输时速度变慢，并且对所有传输到加密设备内的数据都进行无选择性的加密，使得这些加密设备的使用带有较大的局限性，使用较为不便。

(3)价格昂贵，性能一般的加密设备价格是普通U盘的3-4倍，而性能稍好的价格远高于此，导致很多用户对加密设备望而却步，市场占有率很低。

3 功能分析

本文提供的加密技术，只要U盘等移动存储载体通过它连接电脑，就可以对电脑传输到移动存储载体内的数据进行加密或者对存储载体内的加密数据进行解密读取并进行处理。

对于初次使用的用户，无需在电脑上安装任何软件或者驱动，转接系统连接电脑后，电脑将自动运行mass-storage协议，从而系统成为了一个假U盘。

对于比较关心的密码，用户只需使用一个小小的SD卡写入一个八位数的密码即可，而无需记忆，这就相当于用户花钱买了房子之后，只需买一把保险的锁将大门锁起来，只要有效地保管好钥匙，就无需担心房子内的财产安全。

当存储有加密文件的移动存储载体直接连接电脑后，在现行的文件系统下是无法看到经过加密系统加密的文件的，即使客户使用。

3.1 系统功能

这是一款真正实现了数据加密的小巧易用的加密设备。

既秉承了传统软硬件加密的优点，又具有自己独特的功能：

3.1.1 真正的文件加密

通过解析SCSI指令将PC写入U盘的数据用DES加密算法处理后再写入移动存储载体内，从而确保了对所有的传输的数据进行了加密操作，保证数据安全。

3.1.2 真正的文件隐藏

利用独特的算法对U盘的FAT文件结构进行处理，将加密后的数据再做隐藏，使得在移动存储的载体直接连接电脑时无法看到经过了加密的文件，即使使用了专门的数据恢复软件，也无法将加密的文件再现，进一步保证数据安全。

3.1.3 真正的一盘多用

经转接口加密的优盘同时还可以当做普通优盘在计算机上正常使用，同时，加密后的数据与非加密数据在存储时是物理隔离的，以保证数据安全。

所以，对于一个普通的非加密U盘，既可以把它当做一个安全的加密U盘进行文件的存储管理，同时也可以将其当做正常的存储介质使用。

3.1.4 真正的即插即用

无需安装任何驱动软件和应用软件，直接用转接口连接U盘和PC，就可以进行加密存取。

在接口第一次连接电脑时，计算机操作系统调用masstorage协议，识别之后就可以真正实现即插即用。

3.1.5 真正的一口多用

加密设备独立于存储介质，即使用本转接口可以对目前市面上的几乎所有主流优盘进行加密处理而不必购买专门的加密优盘。

拥有一个转接口就相当于拥有了无数个加密优盘。

3.1.6 安全的密钥管理

用户只有将存储有密钥的SD卡插入卡槽才能进行加密数据的存取。

而SD卡的管理和携带就像我们平时使用家里的钥匙一样。

加密算法的难于破解和密码的低泄露风险，保证了数据的安全。

3.1.7 透明的用户操作

用户通过转接口对优盘数据进行存储和在电脑上直接操作优盘没有任何区别。

符合用户的操作使用习惯。

3.1.8 小巧的结构设计

整个加密转接口封装完成后只比烟盒略大，携带使用非常方便。

3.1.9 人性化的操作使用

无需花费精力去记忆繁琐的密码，无需花费时间安装专门的驱动或者使用软件，无需花费多余的钱去购买两个加密U盘。

3.2 系统特点

该加密系统对除控制信号外的所有数据进行硬件加密，防止存储环节上的数据失密，这一点和目前的加密硬盘相似。

但与目前的加密硬盘相比，该加密转接口具有无可比拟的优势，突出的特点是：

3.2.1 使普通U盘具有双重模式。

U盘并非只有一种加密模式可以使用，当U盘没有通过转接口连接电脑时，U盘可以当做普通U盘来使用，并且已经加密的.数据与非加密数据在存储空间上是物理隔离而且不连接转接口时加密数据是不可见的，任何人无法找到这些已经加密的数据，除非连接加密器。

而当连接加密器时，普通的文件也是无法显示的。

这样一来，就给用户带来了很大的方便，一盘两用。

当然数据是绝对安全的，这是因为我们通过相应的逻辑操作来达到物理隔离的效果，使不同的数据存储于不同的扇区中。

3.2.2 基于SD卡的密钥管理和数据加密。

DES加密算法所使用的密钥存储在SD卡中，与存储介质和加密设备分离。

这样做的好处，首先是对用户来说再也不用记忆冗长的密码。

当然最重要的是提高数据存储的安全性，没有存储于SD卡中的密钥，就无法对优盘中的加密数据进行操作。

没有密钥更无法将存储在优盘中的经DES算法加密的数据还原。

3.2.3 加密转接口性价比很高，应用前景非常可观

和同类的硬件加密相比较，市面上一般的加密优盘价格在200元左右;而本加密转接口如果能量产，则其成本不会高于60元，但是他却可以完成对现有普通U盘的加密，如果有多个U盘，节省的开销将非常可观。

同时用加密转接口管理现有普通U盘也非常方便，无需安装软件，无需记忆密码，无需多余的“加密”操作，对于用户来说，一切工作都是由硬件来完成的，用户的操作无异于普通文件的读写操作。

篇4：计算机数据接口加密系统设计与应用论文

采用protel99进行系统硬件的设计，硬件设计主要包括芯片的选型、接口设计、电源设计等几个方面的内容。

根据功能需求以及基于性价比的考虑，最终选取STC单片机作为系统的控制核心，飞利浦公司的D12作为USB DEVICE接口和CH375芯片USB HOST接口，SD卡进行密钥的存取，USB电源进行供电。

PROTEL是PROTEL公司推出的EDA软件，在电子行业的CAD软件中，它当之无愧地排在众多EDA软件的前面，是电子设计者的首选软件，它较早就在国内开始使用，在国内的普及率也最高，有些高校的电子专业还专门开设了课程来学习它，几乎所有的电子公司都要用到它，许多大公司在招聘电子设计人才时在其条件栏上常会写着要求会使用PROTEL。

该接口加密系统的主要功能是把PC发给U盘的数据进行加密存储，并将U盘中的加密数据进行解密处理发给PC。

为了使用方便，不在计算机上安装任何软件，在加密转接口与PC通信时将转接口配置为U盘，这样在计算机看来加密转接口就是一个“假U盘”，与转接口通信时就会自动加载读写U盘的驱动程序，而不用安装任何驱动程序，同时转接口也能根据PC发出的读写U盘命令对真实的U盘进行控制，当PC发出 “写U盘”命令后，转接口把发来的数据进行加密处理后存储在U盘中，当PC发出“读U盘”命令后，转接口把U盘中相应加密数据解密后发给PC。

转接口要正确读写U盘中的数据，相对于U盘就是一个“主机”。

为了实现以上功能转接口必须同时具备USB DEVICE接口和USB HOST接口，USB DEVICE接口用来与PC通信，实现转接口的“假U盘”功能，USB HOST接口用来读写“U盘”，实现转接口的“主机”功能。

PC机直接连接U盘时是用SCSI/UFI命令读写U盘，读写过程中是以扇区为基本单位，根据命令中给出的扇区地址读出指定数量的扇区数据。

转接口在USB DEVICE 接口中得到SCSI/UFI的读写命令read10和writ10，HOST接口只需根据read10和writ10命令中的读写扇区地址和读写扇区长度对U盘进行读写，将读取出的数据保存在MCU的RAM中，对数据做相应的加密或解密处理后把数据反馈给计算机，这样计算机就能正确地得到U盘中的数据，同时U盘中的数据也能保密存储。

加密密钥保存在可插拔的SD卡中，用户使用时只需插入SD卡，将自己需加密的数据通过此转接口发送到存储介质即可完成数据加密。

5 结束语

本文设计并实现了一款基于USB协议的计算机接口加密系统，通过USB接口与计算机连接，系统很好地满足了在普遍使用的优盘上实现敏感数据的加密的需求。

系统完成了硬件电路的印制、安装与调试，在此基础上，将编写的控制程序烧写到处理器上，进行了系统的功能验证和性能检测。

通过科学的方法，对系统稳定性、传输速度和功能等各项指标进行测试，得出系统很好地满足了设计要求，各项功能指标均达到预期设计。

同时，系统较好地实现了外观小型、使用简单、适用范围广、加密强度大的设计要求。

随着用户对移动存储载体中敏感数据的安全需求越来越高，相信计算机接口加密系统将拥有较为广阔的市场。

参考文献

[1]张宁.浅谈计算机软件中数据接口的应用与设计[J].计算机工程设计与应用，(30)：90-91.

[2]刘兵.计算机软件数据接口的应用分析[J].计算机光盘软件与应用，(01)：72-73.

[3]许艳玲.浅谈计算机软件数据接口的分析和应用[J].数字技术与应用，2012(08)：87.

篇5：交通信息化教育综合实训平台的设计与应用

交通信息化教育综合实训平台的设计与应用

建立交通信息化教育综合实训平台.以高效直观的方式对交通系统从业人员和学生进行专业培训,是解决交通信息化教育中存在的瓶颈问题的一种有效方法.文中在剖析综合实训平台设计整体框架的基础上,重点介绍平台设计所用的技术、主要模块的功能和流程.实践证明,该系统的`成功研发,极大地提高了交通信息化教育的水平,取得了显著的效果.

作 者：郭庚麒 许兴 黄君羡 关少珊 GUO Geng-qi XU Xing-kun HUANG Jun-xian GUAN Shao-shan  作者单位：郭庚麒,GUO Geng-qi(华南理工大学,广东广州,510640;广东交通职业技术学院,广东广州,510650)

许兴,黄君羡,关少珊,XU Xing-kun,HUANG Jun-xian,GUAN Shao-shan(广东交通职业技术学院,广东广州,510650)

刊 名：广东交通职业技术学院学报 英文刊名：JOURNAL OF GUANGDONG COMMUNICATIONS POLYTECHNIC 年，卷(期)：2009 8(2) 分类号：U495 关键词：交通信息化教育   综合实训平台   架构  

篇6：一种面向研究生的复合型实验平台设计与实现论文

一种面向研究生的复合型实验平台设计与实现论文

研究生实验平台是研究生教学实践的主要途径，对于培养研究生的科研创造能力的具有重要意义。针对专业型、学术型硕士和博士研究生实验课程侧重点和实际需求的差异，提出了一种复合式的实验平台设计方案并拟定了实验内容大纲，对教育资源有限条件下的研究生实验平台建设进行了实践和摸索。

各高校研究生实验平台建设已逐步迈向成熟，参与其中的教育工作者在已有管理架构、运行机制和课程内容之上，从全面、规范和系统的角度总结了既得经验。但也应当注意到，随着研究生教育改革的发展，现有实验平台难免遇到新问题和新挑战。就笔者所在学校而言，由于近年来专业型和学术型硕士研究生的出现，使得工科类专业型、学术型硕士和博士研究生对于实验平台和实验课程的需求产生了较大分化，而学校限于师资、经费、场地等因素，无法为每一类研究生建设专门的实验平台。因此，建立一套面向理论课程、工程实践和科学研究的复合型实验平台显得尤为重要。

本文立足信号处理方向，兼顾专业型、学术型硕士和博士研究生的实际需求，设计并实现了一套基于“云终端-云监控中心-移动客户端”的复合型实验平台，该平台具有信息感知、传输、处理和推送能力。学生通过该平台能够进行课后实验、工程项目实训，理论研究探索等。本文将从系统架构和实验大纲及内容安排等方面对该实验平台进行介绍。

一、实验平台系统结构

实验平台系统架构分为“信息感知云终端”、“云监控中心”和“移动用户端”三部分。其中，“信息感知云终端”可进行大范围布点，其主要功能是由传感器阵列感知和采集环境质量数据，经过模数转换后通过无线收发模块将数据传输至“云监控中心”服务器;“云监控中心”将接收的环境质量数据进行存储和分析，通过计算得到“信息感知云终端”所分布区域的环境质量信息并推送至“移动用户端”;“移动用户端”通常形式为智能手机，用户通过安装在智能手机中的特定APP查询“信息感知云终端”地点的环境质量评测结果。

(一)信息感知终端

信息感知终端硬件结构主要包括有电源模块、气体传感器阵列、温湿度模块、A/D转换模块、单片机、无线通信模块等部分，系统结构框图如图2所示。图中电源模块可将外部直流电压或电池电压转换为DC3.3V、DC4V、DC5V和DC7V电压。其中DC3.3V为单片机、A/D转换模块、无线通信模块、温湿度模块和GPS模块供电。DC4V、DC5V和DC7V为传感器阵列供电。传感器阵列部分由3个金属氧化物型气敏传感器和一个PM2.5传感器组成，用于感知当前空气质量。无线通信模块通过串口与单片机连接，并读取传感器数据，采用GPRS进行环境数据传输。如图3所示为信息感知终端实物图。

信息感知终端软件开发工具为MPLAB IDE V8.53，开发语言为C语言，辅助调试工具为网络调试助手、串口调试助手等。该终端程序主要包括数据采集子程序、A/D转换子程序、GPS定位子程序、GPRS数据传输子程序等。在该部分程序中，传感器数据采样频率、GPS定位精度、数据传输周期等参数均可自由设定，以满足不同环境的监测需求。

(二)云监控中心

云监控中心demo采用Microsoft Visual Studio 开发，开发语言为C/C++语言，后台服务器租用的商用云服务器。云监控中心各单元子程序功能框图如图4所示，主要实现云监控中心与信息感知云终端的数据交互、云监控中心与移动用户端的数据交互、传感器数据的存储及算法处理、地图查询及显示等功能。

云监控中心的数据库采用oracle数据库，使用PLSQL developer软件对数据库进行操作，采用ADO连接数据库的方法实现Microsoft Visual Studio 2010和数据库之间的通信。

云监控中心的系统界面如图5所示，在图中，1处为地图信息显示;2处为信息感知云终端通信状态显示;3处为接收到的数据显示;4处为用户查询信息显示;5处为历史数据查询按键。

上图中1框显示地图信息，图中每个绿点代表一个信息感知云终端，单击每个绿点将显示当前监测点的监测结果，显示包括空气质量信息和采集时间。点击按钮5将弹出历史数据查询界面。

(三)移动用户端

移动用户端主要涉及APP应用程序的.开发，开发工具为Eclipse，开发语言为Java语言，其功能应包括：提供与云监控中心的接口，接收云监控中心的推送信息，同时具备可视化界面，能够提供窗口显示服务器端的数据及对应的气体种类和浓度，用户可随时随地查询各监测点的污染情况等。

图6(a)-(d)为基于安卓系统开发APP操作界面：图6(a)显示的是放置在不同室内外地点的各个信息感知终端，空气质量未超标时显示绿色图标，通过点击终端编号，可以查询该点检测结果，同时自动重新定位，如图6(b)所示;如若有监测点空气质量超标，点击该点图标即可变为红色，如图 6(c)所示;之后将会在查询结果界面提示超标污染物及其浓度，如图6(d)所示。

二、实验大纲及内容

本实验平台以“服务研究生课程，积累工程实践经验，培养科学创新能力”的目的，将相关实验内容分为三个递进的层次：基本实验项目、工程实训项目和研究支撑计划。“基本实验项目”是指立足研究生专业课程而开展的课程实验;“工程实训项目”是为专业型研究生提供的综合性实践项目;“研究支撑计划” 是为学术性硕士和博士研究生进行理论研究提供平台支撑，研究者可根据自己的研究方向、课题和实验平台提供的软硬件接口，在实验平台上进行二次开发，为其研究提供便捷的通道。

(一)基本实验项目

基本实验项目分为6个，其主要内容如下：

1.“环境信息感知”：使用实验平台完成环境温度和湿度信息的采集和转换，使用人机界面进行相关信息的显示和查询;使用实验平台完成对空气中污染物信息的采集和转换并根据该信息对空气质量进行自动评估;使用实验平台完成PM2.5信息的采集和转换，使用人机界面进行相关信息的显示和查询。

2.“云网络数据传输”：使用“终端”设备，实现环境感知数据的网络传送;使用“云端”设备，实现数据的接收、存储和查询，完成“云端”数据库的建立、修改与查询。

3.“GPS定位”：使用实验平台完成各终端设备GPS信息的接收、提取、转换和上传;使用实验平台完成对空气中污染物信息的采集和转换并根据该信息对空气质量进行自动评估。

4.“阵列数据采集与存储”：使用实验平台实现ADC多路采样，控制采样频率大小，比较不同采样频率对数字信号的影响;选择合适的数据结构进行阵列信号存储并根据数据结构特点进行数据读取和修改。

5.“阵列数据预处理与特征提取”：原始数据的噪声处理，对实验数据的分析，设计合理有效的滤波器(IIR/FIR滤波器)对实验的噪声进行滤除并对比效果;传感器阵列数据标准化处理方法仿真与比较;典型阵列时频域特征a提取方法仿真与比较。

6.“模式识别与人工智能算法”：常用聚类方法(PCA、k-NN、SOM、ART等)仿真与比较;人工嗅觉系统常用识别方法(ANN、SVM等)仿真与比较。

(二)工程实训项目

本项目旨在训练工程设计与实现方面的能力。培训研究生完成从事一项工程项目的方案设计、硬件组态、软件设计、系统调试与测试等全过程的工程实践能力。

设计要求：①通过若干信息感知终端(不超过10个)采集当地空气质量数据并传送至云端。②云端无差错接收各信息终端采集的空气质量数据并分类汇总。③在云端进行污染源的溯源及污染扩散预测。④能够通过手机APP完成空气质量数据和气味溯源监测结果的实时查询。

任务目标：①掌握嵌入式系统(信息感知终端)的软件开发流程与代码实现。②掌握基于云端OS的数据收集软件设计和代码实现。③掌握基于安卓或IOS的APP开发流程及代码实现。④掌握基于大数据分析的污染溯源和预测方法。

测试与分析内容：①完成信息感知终端AD多路采样。②云终端无差错接收气味终端上传数据。气味溯源和预测方法结果与实际情况相符。③基于 APP的手机人机界面设计：能够对查询的终端进行选择并实时显示该终端的气味检测结果。能够查询气味溯源和预测结果并以适当的形式显示。

学生考核及学分认定：完成实训实验项目，给予学生一定的学分，该学分可以计入研究生的教学实践、工程实践以及下厂实习的学分。总学分按实验和项目包含的具体单项分配。完成实验和训练项目相关内容，经实验室指导老师评估考核，合格者给予相应内容的学分。

(三)研究支撑计划

本实验平台“信息感知终端”所获数据可作为研究人工嗅觉系统的原始数据，可开展系统背景干扰、漂移抑制、精度提高等方面的理论研究。“云监控中心”所获得数据可进一步用于环境大数据分析和污染溯源等研究。详细研究步骤、内容和方案等由学生自主拟定，经导师和实验指导教师审核批准后方可进入实验平台。

三、总结与展望

随着研究生招生种类多样化的推进，已有实验平台和实验内容难以应付多元化的教学和科研需求。本文提出的复合式实验平台建设是一种可以借鉴的解决思路，其主要优势表现在：实验平台硬件具有成本低、应用范围广、可扩展性强等特点;实验内容和大纲编排体现了“层次化”理念，将实验教学、工程实训、科研辅助结合为一个有机的整体。另一方面，实验平台硬件功能的扩展和大纲内容的进一步充实将是下一步需要完成的工作。

篇7：基于校园网的实验室综合信息管理平台的设计与研究

基于校园网的实验室综合信息管理平台的设计与研究

本文针对学校教育管理信息化的`实验室管理,探讨了实验室相关人员队伍、仪器设备、实验教学等方面的内容,提出了利用校园网和各类信息技术,设计和构造实验室综合信息管理平台,实现学校教育管理信息化的过程.

作 者：屈泳  作者单位：南昌大学,数学系,江西,南昌,330031 刊 名：计算机教育 英文刊名：COMPUTER EDUCATION 年，卷(期)： “”(22) 分类号：G642 关键词：实验室   管理平台   校园网   Web服务  

篇8：基于USB接口的高频RFID阅读器设计与应用

基于USB接口的高频RFID阅读器设计与应用

本文介绍了高频RFID读写芯片MFRC530和USB接口芯片CH374T,给出了13.56MHz阅读器的设计方法,对单片机控制MFRC530的具体开发方案和电路原理图进行分析.通过USB接口,实现了上位机和阅读器之间的数据传输,并详细介绍下位机软件的.实现.

作 者：李志超 傅建明 许绘香  作者单位：李志超,傅建明(武汉大学研究生学院,湖北,武汉,430072)

许绘香(中州大学信息工程学院,河南,郑州,450044)

刊 名：人力资源管理(学术版) 英文刊名：HUMAN RESOURCE MANAGEMENT 年，卷(期)：2010 “”(4) 分类号：N945.23 关键词：射频识别   MF RC530   USB  

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