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數(shù)據(jù)分析設(shè)計范文1
關(guān)鍵詞：數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)；交互界面；MFC；串口通信；USB通信
中圖分類號：TP393 文獻標識碼：A 文章編號：1009-3044（2013）12-2798-04
目前在激光準直、測角、自動跟蹤等精密光電檢測系統(tǒng)中，探測目標位置的連續(xù)變化已經(jīng)變得非常重要。位置敏感探測器（Position Sensitive Detector，PSD）是對入射到光敏面上的光斑能量中心位置敏感的光電感應(yīng)器件，可以利用少數(shù)幾個輸出光電信號的相對程度來計算位置信息。由其構(gòu)成的數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)具有位置分辨率高、響應(yīng)速度快等特點[1]；四象限探測器（Four-Quadrant photodetector，QPD）通過比較四個象限的電流來確定光斑中心在二維平面上的位置坐標，其數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)可以探測目標位置的連續(xù)變化，具有位置分辨率高、響應(yīng)速度快、調(diào)節(jié)方便等特點[2-3]。該文在對光電位置敏感器件構(gòu)成的數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)研究的基礎(chǔ)上，開發(fā)了一套上位機軟件界面。該上位機軟件交互界面設(shè)計了供用戶選擇位置敏感器件型號及輸入系統(tǒng)修正參數(shù)的窗口，通過對串口通信和USB通信方法的研究，設(shè)置了上下位機通信控制部分，同時，設(shè)計了光斑中心位置數(shù)據(jù)文本直觀顯示、模擬坐標繪制、歷史信息保存模塊，及設(shè)備狀態(tài)顯示模塊。軟件功能全面、界面友好、操作直觀、方便，且適用于其他型號的位置敏感器件數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)中。
1 開發(fā)工具簡介
Visual C++ 6.0擁有強大的功能和友好的界面，能為用戶提供一個良好的可視化開發(fā)環(huán)境，它將程序和資源的編輯、編譯、調(diào)試和運行融為一體，且提供了大量的程序開發(fā)工具。MFC是它一個龐大的類庫，實現(xiàn)了標準的用戶接口，提供了管理窗口、菜單、對話框的代碼，可實現(xiàn)基本的輸入/輸出和數(shù)據(jù)存儲，為用戶開發(fā)Windows應(yīng)用程序建立了一個非常靈活的應(yīng)用程序框架[4]。
在MFC中對消息的處理利用了消息映射的方法，該方法的基礎(chǔ)是宏定義實現(xiàn)，通過宏定義將消息分派到不同的成員函數(shù)進行處理。因此，在這種機制的支持下，MFC具有強大的消息處理能力[5]。
借助VC++提供的軟件代碼自動生成可視化資源編輯的功能及MFC消息映射機制，可以很便捷地開發(fā)上位機軟件交互界面。
2 交互界面設(shè)計
上位機軟件交互界面包括供用戶選擇位置敏感器件型號及輸入相應(yīng)修正參數(shù)的窗口部分，上下位機通信控制部分，數(shù)據(jù)/設(shè)備狀態(tài)顯示部分。
2.1 供用戶選擇輸入的窗口設(shè)計
利用下拉式列表框控件提供供用戶選擇位置敏感器件型號的窗口。通過給其連接變量m_Type，利用m_Type.AddString（）函數(shù)為列表框添加選項，m_Type.SelectString（-1， "HY1315（Active area 1.3*15mm）"）函數(shù)添加默認選項。軟件通過m_Type. GetCurSel（）函數(shù)獲得用戶的選擇，完成相應(yīng)量程及坐標軸范圍的改變及顯示。利用編輯框控件提供用戶輸入增益及修正系數(shù)的窗口，以完善數(shù)據(jù)處理[6]。
2.2 上下位機通信控制模塊設(shè)計
上下位機通信控制模塊是數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)實時數(shù)據(jù)采集的核心部分。設(shè)計中采用了串口通信和USB通信兩種方式進行數(shù)據(jù)采集與傳輸。其中，串口通信用于測試，USB通信用于實際數(shù)據(jù)傳輸。
圖1 USB通信流程圖
2.2.1 串口通信控制部分
利用單選按鈕控件提供串口號選擇窗口，通過函數(shù)GetCheckedRadioButton（）獲取串口號。通過按鈕控制串口設(shè)備的狀態(tài)，按鈕交互的實現(xiàn)，通過MFC類向?qū)Π粹o按下時，觸發(fā)消息BN_CLICKED進行攔截，并重寫對應(yīng)的消息處理函數(shù)On*Button（），在函數(shù)中完成相應(yīng)按鈕的功能。串口控制區(qū)中，“Open”、“Close”按鈕對應(yīng)的函數(shù)在獲取用戶選擇的串口號后，分別完成對應(yīng)串口的打開及關(guān)閉功能；“Start”、“Stop”按鈕通過控制參數(shù)m_SPStop控制串口通信的開始與否。借助串口類成員函數(shù)OnComm（）實現(xiàn)接收字符及相應(yīng)數(shù)據(jù)處理的功能[7]。
2.2.2 USB通信控制部分
USB通信接口具有即插即用的特點，方便與微處理器進行聯(lián)機通信，同時USB的通信效率要遠遠高于RS232、RS485等通信接口。USB通信控制部分通過按鈕控制數(shù)據(jù)傳輸，根據(jù)用戶選定的位置敏感器件型號，進行相應(yīng)的數(shù)據(jù)處理。通信程序流程圖如圖1所示。
“Link”按鈕通過標志位m_OpenFlag控制設(shè)備是否連接。“Start”和“Stop”按鈕通過標志位m_stop控制數(shù)據(jù)接收與否。“Suspand”按鈕通過參數(shù)m_pause控制數(shù)據(jù)傳輸?shù)臅和：屠^續(xù)，當按下該按鈕時，按鈕改變?yōu)椤癈ontinue”字樣，同時通過調(diào)用Invalidate（）函數(shù)使整個客戶區(qū)無效，這時Windows會在應(yīng)用程序的消息隊列中放置WM_PAINT消息，MFC為窗口類提供了其消息處理函數(shù)OnPaint（）；當再次按下該按鈕時，OnPaint（）函數(shù)負責重繪窗口，從而重新進行數(shù)據(jù)傳輸。
上下位機的數(shù)據(jù)通信通過直接調(diào)用CH375DLL.dll動態(tài)鏈接庫實現(xiàn)。CH372是一款USB總線的通用設(shè)備接口芯片，是芯片CH375的功能簡化版，硬件成本更低，且完全兼容CH375，可以直接使用其WDM驅(qū)動程序和動態(tài)鏈接庫。CH372在計算機端提供了應(yīng)用層接口，即由動態(tài)鏈接庫DLL提供的面向功能應(yīng)用的API，包括：設(shè)備管理API、數(shù)據(jù)傳輸API及中斷處理API。設(shè)備管理API包含了打開設(shè)備函數(shù)CH375OpenDevice（），關(guān)閉設(shè)備函數(shù)CH375CloseDevice（）；數(shù)據(jù)傳輸API包含了讀取數(shù)據(jù)塊（數(shù)據(jù)上傳）函數(shù)CH375ReadData（），寫出數(shù)據(jù)塊（數(shù)據(jù)下傳）函數(shù)CH375WriteData（）等[8]。
2.3數(shù)據(jù)/設(shè)備狀態(tài)顯示設(shè)計
上位機軟件在數(shù)據(jù)傳輸過程中，借助CString類成員變量stateinfo直觀顯示設(shè)備狀態(tài)。數(shù)據(jù)接收處理后，借助Format（）函數(shù)，以文字形式直觀顯示光斑中心位置的橫縱坐標值，利用繪圖函數(shù)在模擬坐標中顯示光斑位置。借助文件實現(xiàn)數(shù)據(jù)歷史信息保存的功能，關(guān)鍵代碼如下：
GetDlgItem（IDC_RECEIVE_EDIT）PostMessage（WM_VSCROLL，SB_BOTTOM，NULL）；
CString strPath；
圖2 HY1315系統(tǒng)調(diào)試結(jié)果圖
GetModuleFileName（NULL，strPath.GetBufferSetLength（MAX_PATH+1），MAX_PATH）；
strPath.ReleaseBuffer（）；
//此時strPath內(nèi)容為工程文件全路徑，如：E：＼TestPro＼Exam＼ Test.exe
//以下函數(shù)作用是獲取最后一個"＼"的位置
圖3 四象限探測器系統(tǒng)調(diào)試結(jié)果圖
int nPos=strPath.ReverseFind（'＼＼'）；
//開始取全路徑
strPath=strPath.Left（nPos+1）；//此時strPath保存為當前工程的全路徑，如：E：＼TestPro＼Exam＼
//保存文件
CFile m_rFile；
if（！m_rFile.Open（"Rec.txt"，CFile：：modeCreate | CFile：：modeWrite）） {
AfxMessageBox（"創(chuàng)建記錄文件失敗！"）；}
m_rFile.Write（m_Receive，m_Receive.GetLength（））；
m_rFile.Close（）；
3 實際調(diào)試結(jié)果
上位機軟件設(shè)計完成后，運行程序，選擇位置敏感器件的型號為默認選項，即一維位置敏感探測器HY1315，連接其對應(yīng)的系統(tǒng)設(shè)備，輸入需要的增益參數(shù)，選擇串口號，單擊串口控制區(qū)“Open”按鈕打開串口，“Start”按鈕接收數(shù)據(jù)，此時上位機界面數(shù)據(jù)、設(shè)備狀態(tài)顯示，模擬光斑坐標結(jié)果如圖2所示。再次運行程序，選擇四象限探測器型號，即QP36（Active area 6*6mm），連接相應(yīng)系統(tǒng)設(shè)備，單擊USB通信控制區(qū)按鈕，可以控制數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備的狀態(tài)，單擊“Link”按鈕打開設(shè)備，“Start”按鈕接收數(shù)據(jù)，此時上位機軟件界面結(jié)果如圖3所示。
4 結(jié)束語
針對位置敏感器件構(gòu)成的數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)，通過對串口通信和USB通信方法的研究，借助VC++提供的軟件代碼自動生成可視化資源編輯的功能及MFC消息映射機制，設(shè)計了上位機人機交互界面。調(diào)試結(jié)果證明，該界面能夠?qū)崿F(xiàn)用戶選擇輸入，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的上下位機通信傳輸，直觀顯示數(shù)據(jù)，準確繪出光斑在模擬坐標中的位置，完成光斑位置的歷史信息存儲。設(shè)計為數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)提供了一套功能全面、界面友好、操作直觀、方便的上位機軟件。應(yīng)用中只需修改對應(yīng)的數(shù)據(jù)處理，即可應(yīng)用到其他類似的數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)中，很大程度上增強了系統(tǒng)的實際應(yīng)用性。該界面已用于PSD及QPD數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)試驗箱中。
參考文獻：
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數(shù)據(jù)分析設(shè)計范文2
關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)；數(shù)據(jù)分析；網(wǎng)絡(luò)拓撲；節(jié)點管控
中國分類號：TP311?1文獻標識碼：A文章編號：10053824（2013）03003004
0引言
物聯(lián)網(wǎng)（internet of things， IoT）是指將各種信息感知設(shè)備及系統(tǒng)通過接入網(wǎng)絡(luò)與互聯(lián)網(wǎng)結(jié)合起來而形成的巨大的智能網(wǎng)絡(luò)[12]。物聯(lián)網(wǎng)作為一次技術(shù)革命，代表了通信技術(shù)和計算技術(shù)的未來，被稱作繼計算機和互聯(lián)網(wǎng)之后，世界信息產(chǎn)業(yè)的第三次浪潮[3]，受到了世界各國政府和科研機構(gòu)的廣泛關(guān)注[4]。
作為物聯(lián)網(wǎng)的主要支撐技術(shù)之一[5]，信息處理軟件直接影響著物聯(lián)網(wǎng)的用戶體驗及其進一步發(fā)展[67]。但是已有的物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)處理軟件的功能較為單一，可擴展性不足，應(yīng)用領(lǐng)域受限。為了改善物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)處理軟件的功能性和擴展性，為用戶提供快速、高效的物聯(lián)網(wǎng)實時管控方案，本文設(shè)計并實現(xiàn)了一種模塊化的多功能的物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)分析與處理軟件。該軟件采用模塊化設(shè)計，以VC++ 6.0作為主控模塊實現(xiàn)環(huán)境，便于在Windows系統(tǒng)環(huán)境下方便地使用本軟件；服務(wù)器采用Apache Tomcat 6.0搭建；數(shù)據(jù)庫模塊基于MySQL 6.0實現(xiàn)，以保證軟件的易擴展性和穩(wěn)定性；拓撲顯示模塊采用Flex和flash player ActivX 10.0進行開發(fā)，以改善用戶體驗。
1軟件的總體設(shè)計
1.1主要功能
本軟件旨在為用戶提供一套快速、高效的物聯(lián)網(wǎng)實時數(shù)據(jù)處理與管控方案，其主要功能包括以下幾個方面。
1）網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)解析和處理功能：軟件可對物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)進行協(xié)議解析、分析、處理和存儲等操作，并同相鄰網(wǎng)絡(luò)層設(shè)備進行數(shù)據(jù)交互。
2）網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的存儲功能：軟件可通過數(shù)據(jù)庫讀寫操作，將網(wǎng)絡(luò)重要歷史數(shù)據(jù)存儲于遠程數(shù)據(jù)庫中，并可進行讀取等操作，為物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)管理人員提供便利。
3）網(wǎng)絡(luò)拓撲顯示功能：軟件采用FLEX技術(shù)繪制目標物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)拓撲，并通過定時發(fā)送拓撲數(shù)據(jù)請求實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)拓撲狀態(tài)圖的實時更新，提供了優(yōu)越的用戶體驗。
4）網(wǎng)絡(luò)信息查詢和控制功能：本軟件集成了網(wǎng)絡(luò)節(jié)點信息的顯示、查詢能力，用戶可對網(wǎng)絡(luò)節(jié)點相關(guān)狀態(tài)進行針對性的查詢；同時，提供網(wǎng)絡(luò)屬性調(diào)整和節(jié)點控制功能，用戶可根據(jù)實際需要修改網(wǎng)絡(luò)節(jié)點參數(shù)，控制網(wǎng)絡(luò)運行情況。
1.2軟件系統(tǒng)總體架構(gòu)
本軟件系統(tǒng)運行于C/S架構(gòu)的服務(wù)器平臺上，作為遠端服務(wù)器控制軟件完成網(wǎng)絡(luò)監(jiān)聽與數(shù)據(jù)包接收、網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)分析處理、網(wǎng)絡(luò)拓撲狀態(tài)顯示以及節(jié)點信息查詢與控制等物聯(lián)網(wǎng)管控工作。系統(tǒng)總體組織架構(gòu)圖如圖1所示。
圖1軟件總體架構(gòu)圖軟件功能模塊主要由6個部分組成，分別是網(wǎng)絡(luò)通信模塊、參數(shù)設(shè)置模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、拓撲顯示模塊、信息查詢模塊和數(shù)據(jù)庫交互模塊，如圖2所示。其中，網(wǎng)絡(luò)通信模塊完成底層的網(wǎng)絡(luò)通信工作；參數(shù)設(shè)置模塊接收并設(shè)定用戶輸入的軟件工作基本參數(shù)；數(shù)據(jù)處理模塊負責數(shù)據(jù)包的解析、判別和數(shù)據(jù)分類處理工作；拓撲顯示模塊負責為用戶提供網(wǎng)絡(luò)拓撲和節(jié)點簡要信息的顯示；信息查詢模塊為用戶提供網(wǎng)絡(luò)節(jié)點詳細屬性的查詢和節(jié)點控制；數(shù)據(jù)庫模塊負責完成網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的存儲和查詢等工作。
圖2軟件系統(tǒng)功能模塊1.3軟件系統(tǒng)工作流程
本軟件功能模塊間的數(shù)據(jù)流關(guān)系如圖3所示。各模塊間通過相應(yīng)接口完成網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的上傳、分析與處理和控制命令的下發(fā)操作。首先，軟件接收來自網(wǎng)絡(luò)的各類型數(shù)據(jù)，并對其進行分類與解析。隨后，軟件將數(shù)據(jù)處理結(jié)果通過數(shù)據(jù)庫模塊進行存儲。在此基礎(chǔ)上，拓撲顯示模塊和信息查詢模塊分別通過查詢/更新數(shù)據(jù)庫進行信息顯示和用戶控制指令的下發(fā)操作。數(shù)據(jù)處理模塊和數(shù)據(jù)庫模塊掃描數(shù)據(jù)庫中的相應(yīng)表項，提取控制信息后通過網(wǎng)絡(luò)通信模塊下發(fā)至目標網(wǎng)絡(luò)。
圖3軟件工作流程圖2主要功能模塊的實現(xiàn)
2.1網(wǎng)絡(luò)通信功能模塊
網(wǎng)絡(luò)通信模塊是本軟件的底層數(shù)據(jù)通信模塊，該模塊采用完成端口模型（I/O completion port， IOCP）作為本軟件的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)引擎，由于IOCP規(guī)定了并行線程的數(shù)量，并使用線程池對線程進行管理，從而避免了反復(fù)創(chuàng)建線程和線程調(diào)度的開銷，提高了本軟件的并行處理能力。該模塊通過構(gòu)造完成端口模型類（IOCPModeSvr），使用CreatIOCompletionPort（）函數(shù)創(chuàng)建完成端口對象；構(gòu)造ListenProc（）函數(shù)監(jiān)聽來自物聯(lián)網(wǎng)感知層網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)關(guān)節(jié)點的連接請求；使用bool CIOCPModeSvr：：SendMsg（）函數(shù)響應(yīng)上層控制命令的下發(fā)要求，向客戶端發(fā)送控制命令幀。
2.2數(shù)據(jù)分析與處理功能模塊
數(shù)據(jù)處理模塊是物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)分析與處理軟件的關(guān)鍵組成模塊之一。該模塊接收來自底層網(wǎng)絡(luò)模塊的數(shù)據(jù)幀，并進行分類、分析、處理及重構(gòu)等操作，為上層數(shù)據(jù)應(yīng)用奠定數(shù)據(jù)預(yù)處理基礎(chǔ)。通過創(chuàng)建DataProc類實現(xiàn)該模塊，具體包括：
1）通過內(nèi)聯(lián)函數(shù)checkType（）快速解析由底層網(wǎng)絡(luò)上傳的數(shù)據(jù)幀的協(xié)議類型與數(shù)據(jù)類型；
2）構(gòu)造getInt（）、getRangeString（）等函數(shù)完成數(shù)據(jù)幀的數(shù)據(jù)進制與格式轉(zhuǎn)換；
3）使用ProcessRecvData（）函數(shù)分析數(shù)據(jù)幀，重構(gòu)出信息處理所需數(shù)據(jù)；
4）完成相應(yīng)數(shù)據(jù)處理功能，主要包括數(shù)據(jù)聚類、數(shù)據(jù)計算、數(shù)據(jù)范圍判斷、數(shù)據(jù)異常的處理、反饋數(shù)據(jù)幀的構(gòu)造。
2.3參數(shù)設(shè)置模塊
參數(shù)設(shè)置模塊是物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)分析與處理軟件的系統(tǒng)參數(shù)初始化模塊，該模塊讀取用戶設(shè)置的軟件運行參數(shù)，并對軟件進行相應(yīng)運行參數(shù)初始化。該模塊響應(yīng)用戶參數(shù)設(shè)置操作，讀取參數(shù)并判斷參數(shù)是否有效。若參數(shù)設(shè)置有效，則對軟件相應(yīng)運行參數(shù)進行修改，同時顯示軟件當前連接狀態(tài)，界面實現(xiàn)如圖4所示。
圖4參數(shù)設(shè)置界面
2.4數(shù)據(jù)庫與Web服務(wù)器
本軟件采用MySQL數(shù)據(jù)庫進行原始數(shù)據(jù)的存放，其中已經(jīng)直接保存了經(jīng)由數(shù)據(jù)分析與處理模塊上傳的全部數(shù)據(jù)，主要數(shù)據(jù)表包括：表node_topu_stat，用以存儲網(wǎng)絡(luò)所有原始拓撲信息；表node_info_stat，存儲網(wǎng)絡(luò)節(jié)點上傳的狀態(tài)信息；表control_stat，負責存儲用戶的查詢和控制指令。由于上層的拓撲展示模塊所需要的是最新的數(shù)據(jù)信息，因而需要Web服務(wù)器模塊將冗余的原始數(shù)據(jù)進行初步處理，為拓撲顯示模塊提供無冗余的信息，以實現(xiàn)基于拓撲圖的物聯(lián)網(wǎng)實時監(jiān)控。首先，通過對數(shù)據(jù)庫中各分類表加入觸發(fā)器實現(xiàn)數(shù)據(jù)的初步提取。其次，在本模塊中，數(shù)據(jù)處理模塊所生成的最新數(shù)據(jù)進一步轉(zhuǎn)換為能夠表示拓撲圖的XML文件，即將節(jié)點所上傳的鄰居表轉(zhuǎn)換為節(jié)點與邊的關(guān)系。本系統(tǒng)中使用了Web服務(wù)器所能支持的JSP技術(shù)實現(xiàn)了實時訪問數(shù)據(jù)庫生成轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)的功能，拓撲控制模塊直接訪問該頁面的地址，即可實現(xiàn)拓撲數(shù)據(jù)的獲取，如圖5所示。
圖5數(shù)據(jù)庫與Web服務(wù)器2.5拓撲顯示模塊
網(wǎng)絡(luò)拓撲顯示模塊是與用戶進行交互的主要模塊，用戶通過點擊“網(wǎng)絡(luò)拓撲”訪問拓撲展示模塊。該模塊通過定時向Web服務(wù)器數(shù)據(jù)處理模塊發(fā)起拓撲數(shù)據(jù)請求實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)拓撲的實時更新。通過向數(shù)據(jù)處理模塊獲取拓撲XML數(shù)據(jù)，圖形界面將其轉(zhuǎn)化為拓撲圖中的“節(jié)點”與“邊”的實際圖形對象，并將其他附加數(shù)據(jù)作為標簽保存在給節(jié)點，方便用戶查看。模塊工作流程及實現(xiàn)界面分別如圖6和圖7所示。
圖6拓撲顯示模塊圖7拓撲顯示界面2.6信息查詢與控制
本模塊中的查詢控制功能是指對物聯(lián)網(wǎng)可控節(jié)點發(fā)送控制指令。查詢控制指令與拓撲數(shù)據(jù)一樣，需要經(jīng)過數(shù)據(jù)庫作為中轉(zhuǎn)，整個中轉(zhuǎn)回傳的代碼構(gòu)成了控制模塊。控制指令需要根據(jù)實現(xiàn)指定的通信協(xié)議發(fā)送。在控制指令的收集窗口中，用戶可以進行相應(yīng)的選擇，控制模塊負責將用戶在窗體中的選擇輸出至與數(shù)據(jù)庫相連的JSP頁面，并由JSP頁面將其存入數(shù)據(jù)庫中。網(wǎng)關(guān)通過定期與服務(wù)器通信獲得最新的操作指令，將其轉(zhuǎn)換為控制指令最終發(fā)送至物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點，實現(xiàn)界面如圖8所示。
3結(jié)束語
本文設(shè)計并實現(xiàn)了一種多功能物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)分析與處理軟件。該軟件通過網(wǎng)絡(luò)監(jiān)聽、數(shù)據(jù)分析處理、網(wǎng)絡(luò)拓撲顯示以及節(jié)點信息查詢與控制等功能模塊實現(xiàn)對物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)的有效處理。通過將該軟件移植于實際物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用環(huán)境，驗證了該軟件能夠快速、高效地處理網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)，且易于擴展，為多模異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)條件下的物聯(lián)網(wǎng)創(chuàng)新應(yīng)用平臺構(gòu)建提供了新的思路。
圖8信息查詢與控制界面
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數(shù)據(jù)分析設(shè)計范文3
Abstract： Combined with measurement of metal electric work function， designing the data processing and management sysetm by using Excel software. This system has the advantages of rapidity， conciseness and visualization， completely can compare common processing software with experiment teaching instrument accompanied. This design method is popular value.
關(guān)鍵詞： Excel軟件；數(shù)據(jù)處理；數(shù)據(jù)管理；金屬電子逸出功
Key words： Excel software；data processing；data management；metal electric work function
中圖分類號：TP274；O4—39 文獻標識碼：A 文章編號：1006—4311（2012）27—0216—03
0 引言
在物理實驗尤其是近代物理實驗以及科學研究中，經(jīng)常產(chǎn)生大量測量數(shù)據(jù)，經(jīng)過記錄、整理、計算、繪圖、分析等大量復(fù)雜繁瑣的數(shù)據(jù)處理后，方能給出科學結(jié)論。傳統(tǒng)方法往往是手工處理大量數(shù)據(jù)，最終僅在坐標紙上描點繪圖。因此效率低，易出錯，誤差大，甚至影響結(jié)論的準確性。
隨著計算機迅速發(fā)展，數(shù)據(jù)分析處理的軟件實現(xiàn)和應(yīng)用也逐漸成為每個科研工作者必須掌握的一門技術(shù)。常見的數(shù)據(jù)處理軟件如Origin、MATLAB、SPSS等功能強大，專業(yè)性強，對使用者有較高要求，而Excel直觀易學，使用方便，數(shù)據(jù)處理過程簡單，無需精通計算機編程，因此成為處理物理實驗數(shù)據(jù)的首選工具。
Excel集數(shù)據(jù)表格、圖表和數(shù)據(jù)庫三大基本結(jié)構(gòu)功能于一身，還提供了大量函數(shù)，用戶可通過這些函數(shù)進行統(tǒng)計管理、線性分析等工作[1—3]。并能很方便地將數(shù)據(jù)處理過程的基本單元制成電子模板，使用時只要調(diào)出相應(yīng)的模板，輸入原始數(shù)據(jù)，激活相應(yīng)的功能按鈕，就能得到實驗作圖要求的各項參數(shù)。
1 電子逸出功的測量原理簡介
由費米—狄拉克能量分布公式可得到熱電子發(fā)射的里查遜—熱西曼公式[4] I=AST2exp（—■）（1）
式中I是加速電壓為零時熱電子發(fā)射電流，稱零場電流。A與陰極材料有關(guān)，S為陰極有效發(fā)射面積，T為發(fā)射熱電子的陰極絕對溫度（該溫度與加熱電流對應(yīng)關(guān)系可查表）。實際測量中采用理查遜直線法避開A、S測量，將（1）式兩邊除以T2，再取對數(shù)得
1g■=1gAS—■=1gAS—5.04×103？漬■（2）
可見，1g■與■成線性關(guān)系，由斜率即可求出該金屬的逸出電位？漬或逸出功e？漬。
由于肖特基效應(yīng)，零場電流I與陰極發(fā)射電流Ia、加速電壓Ua有
1gIa=1gI+■■■（3）
式中Ia是加速電壓Ua為時陰極發(fā)射電流，r1和r2分別是陰極和陽極半徑。幾何尺寸一定的管子，陰極溫度T一定時，1gIa與■成線性關(guān)系，截距為1gI。
實驗一般在7個不同溫度值采集49組電壓和電流值，根據(jù)公式（3）進行7次直線擬合，采用直線外延法分別找出7個溫度對應(yīng)的零場電流對數(shù)1gI，之后再根據(jù)公式（2）進行1g■～■直線擬合，找出該直線斜率，進而求出該金屬的逸出功e？漬。計算公式繁瑣，圖表較多，數(shù)據(jù)處理困難。
2 設(shè)計思路
本設(shè)計旨在實現(xiàn)數(shù)據(jù)的記錄管理和分析處理。使用者僅需錄入測量數(shù)據(jù)并保存，系統(tǒng)便自動生成處理結(jié)果以及相關(guān)圖表。保存后可獲得原始測量數(shù)據(jù)備份，避免隨意篡改偽造測量數(shù)據(jù)；同時，又可形成一個數(shù)據(jù)信息庫，為使用者查詢測量數(shù)據(jù)提供便利。
基于以上構(gòu)思，數(shù)據(jù)錄入和數(shù)據(jù)處理作為兩個獨立且關(guān)聯(lián)的模塊，分別出現(xiàn)在兩個工作表中。數(shù)據(jù)錄入模塊將個人信息和測量數(shù)據(jù)輸入電腦，除必要輸入欄目，使用者沒有權(quán)限更改其他選項。處理分析模塊的數(shù)據(jù)來自于對管理模塊的鏈接，包括數(shù)據(jù)處理的中間過程和最終處理結(jié)果，為了便于管理還應(yīng)包含使用者的基本信息。流程如圖1。
3 基于Excel實現(xiàn)測量數(shù)據(jù)的錄入和管理
本測量采用西安超凡光電設(shè)備有限公司W(wǎng)H—I型金屬鎢電子逸出功測量儀完成。
打開Excel，創(chuàng)建新工作表，該工作表作為數(shù)據(jù)記錄用表，命名為“原始數(shù)據(jù)”。根據(jù)測量原理和要求，該工作表由基本信息、數(shù)據(jù)記錄、溫度對照表三個部分組成，如圖2。
此工作表A1—H3為使用者基本信息，其中G2單元格輸入的內(nèi)容為“=TODAY（）”，可獲取當前系統(tǒng)日期。A6—H12為數(shù)據(jù)Ia、Ua記錄欄。A14—H17為“加熱電流If與鎢絲真實溫度對照表”，數(shù)據(jù)處理過程中需查此表獲得陰極燈絲溫度。
4 基于Excel實現(xiàn)數(shù)據(jù)處理和分析
數(shù)據(jù)分析設(shè)計范文4
關(guān)鍵詞：狀態(tài)采集平臺；數(shù)據(jù)分析；圖表
中圖分類號：G717 文獻標識碼：A
1 網(wǎng)絡(luò)版高職院校狀態(tài)采集平臺動態(tài)數(shù)據(jù)分析系
統(tǒng)建設(shè)的必要性
為促進高職院校發(fā)展的需要，實現(xiàn)學校管理的科學化、現(xiàn)代化、規(guī)范化，提高人才培養(yǎng)質(zhì)量，江蘇省自2008年開始推進《高等職業(yè)院校人才培養(yǎng)工作狀態(tài)采集平臺》系統(tǒng)的應(yīng)用，每年采集一次數(shù)據(jù)。目前，高職院校的數(shù)據(jù)采集平臺是由上海行健職業(yè)技術(shù)學院開發(fā)的單機版[1]，近兩年推出了網(wǎng)絡(luò)版的采集平臺，但網(wǎng)絡(luò)版只有數(shù)據(jù)采集的功能，沒有開發(fā)數(shù)據(jù)分析的功能。
目前狀態(tài)采集平臺的數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)使用的是江蘇經(jīng)貿(mào)學院開發(fā)的單機版數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)。該系統(tǒng)將全省80多所高職院校的統(tǒng)計數(shù)據(jù)整合起來，進行分析處理，以人們最能接受的直觀的圖表方式來呈現(xiàn)。界面簡潔，功能相對齊全。但單機版的數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)因為受到各種條件的限制，存在一些缺點。
（1）自動化程度低。單機版數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)的統(tǒng)計數(shù)據(jù)需要從每個院校的excel表格中獲取，獲取數(shù)據(jù)的自動化程度低。各個院校提交到省教育部門的是一個excel文檔，其中包括原始數(shù)據(jù)和統(tǒng)計數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)的獲取必須將80多個excel文檔中的統(tǒng)計數(shù)據(jù)項提取到一個新的excel文檔中，然后通過數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)將這些統(tǒng)計數(shù)據(jù)以圖表的方式呈現(xiàn)。在數(shù)據(jù)提取的過程中，需要人為干預(yù)，耗費大量的時間和精力，容易出現(xiàn)錯誤。
（2）缺乏狀態(tài)采集數(shù)據(jù)的縱向比較。單機版的數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)處理的都是單個年份的數(shù)據(jù)，只能對各個院校的數(shù)據(jù)進行橫向比較，而無法實現(xiàn)每個高校數(shù)據(jù)的縱向比較。而對于用戶來說，數(shù)據(jù)分析不僅需要在各個院校之間進行橫向的比較，同時也需要縱向比較。在本系統(tǒng)中，增加了縱向比較功能，通過對歷年的數(shù)據(jù)對比分析，以折線圖的表現(xiàn)方式直觀表現(xiàn)數(shù)據(jù)的變化，根據(jù)圖表對未來數(shù)據(jù)項進行預(yù)測。
（3）無法實現(xiàn)資源的統(tǒng)一管理和共享。狀態(tài)采集平臺目前收集了高職院校的大量數(shù)據(jù)，這些原始數(shù)據(jù)作為全社會一個公共的教育資源，應(yīng)該進行統(tǒng)一管理和共享，不僅為教育部門和高職院校提供決策支持，同時讓更多的人參與了解高職院校的辦學情況、專業(yè)狀況等，進一步加強輿論監(jiān)督的力量。在信息化的今天，資源的統(tǒng)一管理和共享顯得尤為重要。
隨著狀態(tài)采集平臺在全省院校中的應(yīng)用推廣，其作用不僅僅是為了采集數(shù)據(jù)，更為重要的是對采集到的數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析。隨著數(shù)據(jù)量逐年遞增，數(shù)據(jù)分析的重要性越來越突顯，分析結(jié)果將更具有參考價值。在此情況下，將一些雜亂的大量的沒有規(guī)律的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為有價值的決策信息，輔助各高職院校以及省級教育部門完善教學質(zhì)量保障體系。因此建設(shè)網(wǎng)絡(luò)版的省級數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)勢在必行。
2 省級狀態(tài)采集平臺數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)的設(shè)計
為了增強系統(tǒng)的健壯性，本系統(tǒng)在設(shè)計中將狀態(tài)采集平臺的原數(shù)據(jù)與統(tǒng)計匯總的數(shù)據(jù)完全分開，一方面使得數(shù)據(jù)相對獨立，另一方面則保證數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)的運行速度。系統(tǒng)的設(shè)計框架如圖1所示。
圖1 系統(tǒng)框架
狀態(tài)采集平臺的數(shù)據(jù)項以及狀態(tài)采集平臺整個系統(tǒng)還在不斷地完善中，每年的數(shù)據(jù)項、數(shù)據(jù)的名稱等會發(fā)生變化，比如數(shù)據(jù)庫表的字段名稱會發(fā)生變化，數(shù)據(jù)表會增加，以及數(shù)據(jù)庫中表的名稱會發(fā)生變化等等。在2013年狀態(tài)采集平臺中，數(shù)據(jù)項“學校代碼”修改為“學校標識碼”，“院校名稱”改為“學校名稱”，“應(yīng)屆畢業(yè)生頂崗實習情況的畢業(yè)生錄用比例（%）”改為“企業(yè)錄用率（%）”，類似這樣的變化的數(shù)據(jù)項有很多。狀態(tài)采集平臺這些數(shù)據(jù)項的變化必然會導(dǎo)致數(shù)據(jù)統(tǒng)計系統(tǒng)的變化。為了使數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)具有穩(wěn)定性和健壯性，在系統(tǒng)的設(shè)計中，我們將統(tǒng)計和分析作為兩個獨立的系統(tǒng)，數(shù)據(jù)統(tǒng)計系統(tǒng)的主要功能就是根據(jù)數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)中的需要分析的數(shù)據(jù)項進行統(tǒng)計，將統(tǒng)計結(jié)果寫入數(shù)據(jù)分析數(shù)據(jù)庫。數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)則相對獨立，根據(jù)數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)對各項指標和數(shù)據(jù)進行對比分析。
系統(tǒng)的設(shè)計具有松耦合性，無論狀態(tài)采集平臺中的數(shù)據(jù)項如何變化，數(shù)據(jù)統(tǒng)計系統(tǒng)會將所需要的統(tǒng)計數(shù)據(jù)導(dǎo)入數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫中，數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)就負責將統(tǒng)計數(shù)據(jù)對比分析，以可視化的圖表方式呈現(xiàn)給用戶。
3 數(shù)據(jù)準備
3.1 數(shù)據(jù)來源
收集的數(shù)據(jù)是否準確，是否真實和充分，決定數(shù)據(jù)分析的直接結(jié)果。省級狀態(tài)采集平臺的數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)作為狀態(tài)采集平臺系統(tǒng)的延續(xù)，所使用的數(shù)據(jù)均來自各高職院校通過單機版或者網(wǎng)絡(luò)版狀態(tài)采集平臺填報的數(shù)據(jù)。狀態(tài)采集平臺經(jīng)過近幾年的使用，各高職院校目前都能夠熟練使用，并且各級部門和領(lǐng)導(dǎo)也很重視，保證了采集數(shù)據(jù)的相對準確，從而使得數(shù)據(jù)分析結(jié)果在一定程度上正確反映學校在教育教學等方面的現(xiàn)狀和不足，有利于針對性整改，提高教學質(zhì)量。
3.2 數(shù)據(jù)選擇
高等職業(yè)院校狀態(tài)采集平臺中采集的數(shù)據(jù)非常多，其中包括學校的硬件設(shè)施、固定資產(chǎn)、產(chǎn)學合作、招生、就業(yè)、經(jīng)費收入支出、校內(nèi)專任教師、兼課教師、專業(yè)狀況、實習實訓(xùn)、學生獎助學情況、學生社團等大概80多個數(shù)據(jù)表。在實際的數(shù)據(jù)分析中，不是要對所有的數(shù)據(jù)全部進行分析，本系統(tǒng)選擇一些對能夠反映高職院校教學質(zhì)量情況的數(shù)據(jù)項進行數(shù)據(jù)分析。狀態(tài)采集平臺數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)對院校概況、辦學條件、監(jiān)測分析、師資概況等11個大類的數(shù)據(jù)進行分析。在每個類中都包含了很多的數(shù)據(jù)項。例如監(jiān)測分析中包括了高級職稱教師占專任教師的比例，生均占地面積，生均宿舍面積等7個數(shù)據(jù)項。
3.3 數(shù)據(jù)處理
高職院校狀態(tài)采集平臺雖然具有數(shù)據(jù)位的校驗，數(shù)據(jù)格式，關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)校驗，報錯和提示功能，但是在實際的采集操作過程中，仍然存在不符合規(guī)格的數(shù)據(jù)，因此就需要對數(shù)據(jù)進行各種處理。數(shù)據(jù)處理的過程分以下幾個步驟：
（1）清理數(shù)據(jù)
主要清理的數(shù)據(jù)有兩種：不符合格式要求的數(shù)據(jù)；奇異數(shù)據(jù)。
不符合格式要求的數(shù)據(jù)：狀態(tài)采集平臺中采集的數(shù)據(jù)有的在數(shù)據(jù)格式中沒有限制，比如在收集教師基本信息的表中，有一項是在企業(yè)中的時間，有的學校職工在填寫中就寫了1天，有的寫的是1*60，這樣的數(shù)據(jù)格式在統(tǒng)計中是無法進行數(shù)學統(tǒng)計，必須對數(shù)據(jù)進行清理。
奇異數(shù)據(jù)：所謂奇異數(shù)據(jù)，是指在采集的過程中，針對同一類數(shù)據(jù)，個別院校的數(shù)據(jù)與其他的數(shù)據(jù)差別很大，一般我們認為相差三個數(shù)量級別時，就認為這是個奇異數(shù)據(jù)，要對其進行核準、處理，從而保證數(shù)據(jù)分析結(jié)果的準確性。
（2）轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)格式
狀態(tài)采集平臺數(shù)據(jù)表中的字段基本都是字符型的數(shù)據(jù)，在數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)中，對數(shù)據(jù)的統(tǒng)計匯總要通過數(shù)學公式來進行計算，字符型的字段無法計算，因此在數(shù)據(jù)清理完成后，必須將統(tǒng)計匯總的字段轉(zhuǎn)換為數(shù)值型。具體的處理方法，用JAVA語言寫一個批處理程序，實現(xiàn)對數(shù)據(jù)字段的批量轉(zhuǎn)換。
（3）數(shù)據(jù)統(tǒng)計
在將數(shù)據(jù)準備好之后，就要對選擇的數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計匯總。本系統(tǒng)中對數(shù)據(jù)的統(tǒng)計一般包括總和，均值，百分比等。比如在校生人數(shù)，需要統(tǒng)計全省在校生總數(shù)和全省在校生均值；高級職稱教師占校內(nèi)專任教師，需要統(tǒng)計的是百分比；院校招生中的實際錄取率，實際報到率等，統(tǒng)計的是百分比。數(shù)據(jù)統(tǒng)計由數(shù)據(jù)統(tǒng)計系統(tǒng)來完成。
4 系統(tǒng)的數(shù)據(jù)分析
狀態(tài)采集平臺數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)主要采取圖表對比分析的方法。采用圖表方式的優(yōu)點，易于閱讀，易于理解，直觀。例如各個學校的數(shù)據(jù)與全省均值的比較，各種類別院校的均值比較，歷年數(shù)據(jù)的對比分析。對比分析主要通過以下幾種圖表實現(xiàn)：
（1）儀表盤形式。這種儀表盤的對比方式主要適合于各個院校數(shù)據(jù)與全省均值的對比，儀表盤顯示院校的指標數(shù)據(jù)，全省均值則顯示在儀表盤的上方，這樣便于兩個數(shù)值的比較。同時數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)還顯示了各院校數(shù)據(jù)在全省的排名。圖2是某個院校的教師數(shù)、全省排名以及與全省均值的比較。
圖2 儀表盤數(shù)據(jù)對比分析
（2）柱狀圖形式。柱狀圖的圖表形式也是我們最常用的一種對比方法。在本系統(tǒng)中主要用于數(shù)據(jù)各種均值的比較。例如，全省均值，國家示范院校均值，國家骨干院校均值，省級師范院校均值，一般院校均值，綜合師范民族類均值等。圖3是校內(nèi)專任教師數(shù)量的均值比較。
圖3 柱狀圖數(shù)據(jù)對比分析
（3）折線圖對比形式。數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)中縱向數(shù)據(jù)的比較適合用折線圖對比形式，表現(xiàn)簡潔，便于理解，能夠明顯看出數(shù)據(jù)項在幾年中的變化，從而指導(dǎo)學校的進行科學話管理和決策。由于網(wǎng)絡(luò)版數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)今年才開始推廣，數(shù)據(jù)項是從2012年開始的，目前折線圖的對比方式還沒有完全體現(xiàn)出來。
5 結(jié)束語
狀態(tài)采集平臺數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)的建設(shè)，為省級教育部門的決策咨詢提供詳實有力的數(shù)據(jù)，有利于科學合理的制定宏觀調(diào)控政策，強化宏觀管理和指導(dǎo)的針對性，進一步推進高等職業(yè)教育的可持續(xù)發(fā)展；有利于各高職院校查找辦學差距和薄弱環(huán)節(jié)，整合教學資源配置，提高辦學治校的科學化水平，不斷加強和改善自身的教育教學管理。
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數(shù)據(jù)分析設(shè)計范文5
聲卡是一個非常優(yōu)秀的音頻信號采集系統(tǒng)，其數(shù)字信號處理器包括模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC) 和數(shù)模轉(zhuǎn)換器(DAC) ，ADC 用于采集音頻信號，DAC用于重現(xiàn)這些數(shù)字聲音，轉(zhuǎn)換率達到44.1KHz。聲卡已成為多媒體計算機的一個標準配置，利用聲卡進行采樣與輸出，就不需要購買專門的采集卡可以降低虛擬儀器的開發(fā)成本，且在音頻范圍內(nèi)可以完全滿足實驗要求。
3.3 MATLAB在數(shù)據(jù)采集中的應(yīng)用
數(shù)據(jù)采集工具箱集成于MATLAB中，所以在進行數(shù)據(jù)采集的同時，可以對采集的數(shù)據(jù)進行實時分析，或者存儲后再進行處理，或者針對數(shù)據(jù)分析的需要對測試條件的設(shè)立進行不斷的更新。應(yīng)用數(shù)據(jù)采集工具箱提供的命令和函數(shù)可以控制任何類型的數(shù)據(jù)采集。例如，在硬件設(shè)備運行時，可以獲取事件信息，評估采集狀態(tài)，定義觸發(fā)器和回訪狀態(tài)，預(yù)覽數(shù)據(jù)以及進行實時分析，可以設(shè)置和顯示所有的硬件特性以滿足用戶的技術(shù)指標。
4系統(tǒng)設(shè)計方案
聲音信號的采集與分析處理在工程應(yīng)用中是經(jīng)常需要解決的問題，如何實時采集聲音信號并對其分析處理，從而找出聲音信號的特征在科學研究中是一項非常有意義的工作。
聲卡是多媒體計算機系統(tǒng)中最基本、最常用的硬件之一，其技術(shù)發(fā)展已經(jīng)成熟，它具有AD/DA轉(zhuǎn)換功能，現(xiàn)已被廣泛應(yīng)用于聲音信號采集和虛擬儀器系統(tǒng)的設(shè)計。MATLAB則是一種功能強大、計算效率高、交互性好的數(shù)學計算和可視化計算機高級語言，它將數(shù)值分析、信號采集與處理和圖形顯示有機地融為一體，形成了一個極其方便、用戶界面友好的操作環(huán)境。本文所設(shè)計的聲音信號采集與分析系統(tǒng)就是充分利用了聲卡的AD/DA轉(zhuǎn)換功能和MATLAB強大的數(shù)據(jù)處理功能，同時，該系統(tǒng)還是建立在MATLAB軟件的圖形界面實現(xiàn)的，因而使系統(tǒng)具有良好的交互性。
基于計算機聲卡的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)有以下特點：
（1）價格低廉。在數(shù)據(jù)采集時，所要采用的是模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片，對于某些應(yīng)用場合，可以利用計算機上所附帶的聲卡實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集任務(wù)。
（2）靈活性強。用戶不僅可以進行實時監(jiān)視和控制操作，還可以把數(shù)據(jù)保存到硬盤，供以后分析使用。在CPU足夠快的條件下，還可以實時處理數(shù)據(jù)，動態(tài)顯示波形的頻譜、功率譜。另外在一臺計算機上，可以插若干塊聲卡，組成多通道數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。
（3）頻率范圍較窄，不能測直流。由于受聲卡的硬件限制，要得到較好的波形，輸入信號的頻率最好在100Hz～15kHz范圍內(nèi)。
總之，運用廉價的聲卡，構(gòu)成一個較高的采樣精度，中等采樣頻率，且具有很大靈活性的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，對于一些應(yīng)用領(lǐng)域是一種很好的選擇。
4.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計
MATLAB提供了一個數(shù)據(jù)采集工具箱(Data Acquisition Toolbox)，在該數(shù)據(jù)采集工具箱中，有一整套的命令和函數(shù)，可用來直接控制與PC機兼容的數(shù)據(jù)采集設(shè)備進行數(shù)據(jù)采集，因此，利用MATLAB的這一工具箱便可進行聲音信號的采集。然后在MATLAB中直接調(diào)用頻譜分析函數(shù)、功率譜分析函數(shù)或數(shù)值分析函數(shù)等，就可以將采集到的聲音信號分別進行頻譜、功率譜分析等多種譜分析。因此，在MATLAB中可以很容易地實現(xiàn)信號采集與分析處理工作。
圖4-1系統(tǒng)實現(xiàn)的總體框圖
從系統(tǒng)框圖上看，整個系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，而且數(shù)據(jù)的后續(xù)分析方便，不需要再進行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)移，而直接在MATLAB軟件中完成分析處理工作。在該系統(tǒng)中，從硬件上來講，只需必要的信號預(yù)處理電路和一臺普通的多媒體計算機(或筆記本電腦)即可;從軟件上來講，則只需使用本文中所編制的程序，便可從聲卡獲取數(shù)據(jù)并保存為文件，然后再可根據(jù)實際需要進行數(shù)據(jù)分析處理。
4.2 系統(tǒng)功能設(shè)計
本系統(tǒng)由數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)分析兩大部分組成，數(shù)據(jù)采集部分是實現(xiàn)信號采集功能，根據(jù)用戶選擇的采樣頻率和預(yù)設(shè)的采樣樣本數(shù)從聲卡獲得用戶需要的數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)分析部分主要實現(xiàn)以下功能:(1)從信號采集部分獲取數(shù)據(jù)，或者從數(shù)據(jù)文件讀取數(shù)據(jù);(2)實現(xiàn)將采集到的聲音信號數(shù)據(jù)進行頻譜分析，畫出頻譜圖以圖形方式很直觀地反映出信號特征;(3)保存數(shù)據(jù)，包括保存所有數(shù)據(jù)和部分數(shù)據(jù)的功能，同時保存對應(yīng)的頻譜數(shù)據(jù);(4)顯示聲音信號數(shù)據(jù)的時域圖和頻譜圖;(5)其他功能。根據(jù)不同的需要，還可以進行修改，以選擇合適的實驗方案。
4.3 系統(tǒng)設(shè)計實現(xiàn)
聲音信號采集功能的實現(xiàn)是由MATLAB控制計算機聲卡將傳感器得到的模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號并存儲在計算機中;而信號分析功能是將采集得到的數(shù)據(jù)進行時、頻域分析和各項數(shù)值分析等。整個系統(tǒng)設(shè)計主要包括系統(tǒng)的硬件配置、編制程序?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)采集、編制程序?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)分析及系統(tǒng)的界面設(shè)計四部分。
4.3.1 聲音信號采集的硬件配置
將聲卡插入計算機的PCI插槽，安裝好相應(yīng)的驅(qū)動程序后，將聲音傳感器設(shè)備與聲卡的模擬輸入端連接起來，這就構(gòu)建了聲音采集的硬件設(shè)備，需要注意的是對聲音傳感器的選擇，應(yīng)選擇音頻專用電纜或屏蔽電纜以減小噪聲信號的引入，最好能選擇單向性聲音傳感器。在MATLAB的信號采集工具箱中有專門為聲卡生成一個操作對象的函數(shù)，初始化該操作對象即能建立MATLAB與聲卡的通信，并為已創(chuàng)建的聲卡設(shè)備對象增加數(shù)據(jù)采集通道和觸發(fā)方式。若缺省設(shè)置則系統(tǒng)采用一個數(shù)據(jù)通道、手動觸發(fā)方式啟動工作。進行數(shù)據(jù)采集時，根據(jù)所配置的聲卡的工作特性和信號分析的設(shè)計要求，可設(shè)置相應(yīng)的參數(shù)來控制聲卡在數(shù)據(jù)采集時的行為，如采樣頻率、采樣時間、預(yù)計模擬信號的輸入/輸出范圍、采樣的出發(fā)方式，采樣點數(shù)據(jù)的存儲等。另外需要注意的一點是采樣頻率是由聲卡的物理特性決定的，實際應(yīng)用中可以根據(jù)情況選擇一個聲卡支持的采樣頻率.MATLAB支持電平觸發(fā)、事件觸發(fā)和手動觸發(fā)三種方式來啟動數(shù)據(jù)采集工作。聲音信號采集硬件配置的具體實現(xiàn)過程:
sound=analoginput(‘winsound’);% ‘winsound’為聲卡的驅(qū)動程序
channel=addchannel(sound，1);% 添加通道為單聲道
set(sound， ‘SampleRate’，44100);% 設(shè)置采樣頻率為44100Hz
set(sound， ‘SamplesPerTrigger’，22050);% 設(shè)置采樣時間為0.5s
set(sound， ‘TriggerType’， ‘manual’);% 設(shè)置觸發(fā)方式為手工觸發(fā)
...% 其它的相關(guān)設(shè)置
4.3.2 數(shù)據(jù)采集
啟動設(shè)備對象，控制聲卡開始采集數(shù)據(jù)，采集過程中可以向聲卡發(fā)送控制命令，如暫停采集、退出采集等。采集到的數(shù)據(jù)被暫時存放在計算機的內(nèi)存中，理論上可采集的最大數(shù)據(jù)量是由計算機的內(nèi)存量所決定的。同時， MATLAB能夠記錄采集設(shè)備的硬件屬性、采集的啟動時刻、采集時間、采樣頻率及采樣通道等信息，如果采集過程中出現(xiàn)了錯誤，則出錯的時刻、錯誤產(chǎn)生的來源等信息也都會被記錄下來供后續(xù)工作參考。需要注意的是，執(zhí)行完一次數(shù)據(jù)采集工作后應(yīng)刪除設(shè)備對象，將內(nèi)存中的數(shù)據(jù)存儲在硬盤上之后釋放數(shù)據(jù)存儲所占用的內(nèi)存空間，以備下一次采集能有足夠的內(nèi)存空間存儲新的數(shù)據(jù)，聲音信號采集的實現(xiàn)程序為:
start(sound);% 啟動設(shè)備對象
try
time=0;data=0;
[data，time]=getdata(sound);% 獲取采樣數(shù)據(jù)
catch
time=0;data=0;disp(‘A timeout occurred’);
end
stop(sound);% 停止設(shè)備對象
delete(sound);% 刪除設(shè)備對象
4.3.3 數(shù)據(jù)分析
在設(shè)計該部分時，不僅要求實現(xiàn)能從數(shù)據(jù)采集部分直接獲取數(shù)據(jù)，還需實現(xiàn)能從文件中讀取以前所保持好的數(shù)據(jù)。之后，用戶可以根據(jù)實際研究的需要，在MATLAB中調(diào)用頻譜分析函數(shù)(periodogram等)、功率譜分析函數(shù)(psd等)或數(shù)值分析函數(shù)(fminbnd等)，就可以將采集到的聲音信號分別進行頻譜、功率譜分析等多種譜分析，并且可方便地將分析結(jié)果以圖形的形式顯示出來，如圖4-2所示。在研究蛋殼破損自動檢測過程中，通過對所采集的蛋殼聲音信號進行頻譜分析，找出區(qū)分損殼蛋與好殼蛋的特征變量，從而實現(xiàn)蛋殼破損的自動檢測。對所采集的聲音信號進行頻譜分析的程序為:
...% 獲取采樣數(shù)據(jù)
Px=abs(fft(data，512)) 2/512;% 對所采集的數(shù)據(jù)進行傅立葉變換
px=Px(1:256);
s=60+10*log10(px);
...% 其它功能
圖4-2 聲音信號的采集與頻譜分析
4.3.4 系統(tǒng)界面設(shè)計
利用MATLAB軟件中GUI模塊進行設(shè)計，在MATLAB中可以方便地設(shè)計出基于對話框的圖形用戶界面，它提供了諸如編輯框、按鈕、滾動條等圖形對象，通過對這些圖形對象的有機組合，再對相應(yīng)的圖形對象編寫程序，就可以設(shè)計出界面友好、操作方便的系統(tǒng)軟件。圖4-2所示為聲音信號采集與頻譜分析系統(tǒng)的運行界面，還可再根據(jù)實際需要進行擴展。
建立基于聲卡和MATLAB的信號采集與分析系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)信號采集、設(shè)備控制、數(shù)據(jù)分析以及結(jié)果顯示等功能。實踐證明該系統(tǒng)具有精度高、實時性好、性價比高、人機界面友好、升級修改簡單等優(yōu)點。在進行項目研究過程中，常常需要進行多次實驗，采集大量的數(shù)據(jù)，并且要求對數(shù)據(jù)能實時地進行分析處理，該系統(tǒng)能很好地滿足這種研究需要。此外，這一系統(tǒng)還可以擴展應(yīng)用到其他相關(guān)的領(lǐng)域中，如在語音識別工作中可以用該系統(tǒng)采集語音信號并且加入語音處理的相關(guān)分析等。因此，該系統(tǒng)不僅具有良好的實用性，還可為其他的相關(guān)研究提供理論和應(yīng)用基礎(chǔ)。
語音信號分析處理系統(tǒng)一般由聲電傳感器(麥克風) 、數(shù)據(jù)采集卡、處理器(計算機) 、軟件系統(tǒng)等幾部分組成。商品數(shù)據(jù)采集卡(A/ D 板) 都包含了完整的數(shù)據(jù)采集電路和計算機接口電路，并同時提供驅(qū)動程序，產(chǎn)品和種類繁多，性能價格各異，價格一般都比較貴。PC 機的聲卡本身就是一個廉價同時又非常優(yōu)秀的語音信號采集系統(tǒng)，它采用直接內(nèi)存讀取方式傳輸數(shù)據(jù)，極大地降低了CPU 的占用率;不僅如此，聲卡16 位的A/ D 轉(zhuǎn)換精度比普通16 位A/ D 卡要高，能夠滿足語音信號采集分析要求。
5 應(yīng)用設(shè)計
一、 對聲卡產(chǎn)生的模擬輸入對象(AI) 進行操作
聲卡是MATLAB數(shù)據(jù)采集工具箱所支持的一種硬件，用聲卡完成一個簡單的數(shù)據(jù)采集過程，麥克風就成了數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中的傳感器．
1)創(chuàng)建設(shè)備對象，這里創(chuàng)建的是一個聲卡AI設(shè)備對象，硬件設(shè)備標示符為2．
ai=analoginput(‘winsound’，2)；
2)給設(shè)備對象添加通道，這里添加1個通道．
addchannel(ai，1)；
3)設(shè)定設(shè)備屬性值，控制數(shù)據(jù)采集．
freq=8 000； ＼采樣頻率8 000 Hz
set(AI，SampleRate．freq)
duration=2； ＼采樣時間2 s
set(AI，SamplesPerTrigger，duration*freq)；
4)數(shù)據(jù)采集及結(jié)果處理．在這里首先將所采集到的數(shù)據(jù)進行快速傅立葉變換，然后轉(zhuǎn)化成分貝，并顯示結(jié)果的實數(shù)部分．
start(ai)；
data=getdata(ai)；
fftdata= abs(fft(data))；
mag =20*logl0(fftdata)；
mag= mag(1：end／2)；
5)清除內(nèi)存中的設(shè)備對象．
delete(ai)；
clear ai；
圖5-1 采樣過程中沒有對麥克風講話
圖5-2 采樣過程中對麥克風講話
結(jié)果分析：圖5-1是在采樣過程中打開麥克風，但是沒有對麥克風講話的結(jié)果(對不同品牌、質(zhì)量的聲卡，結(jié)果可能有所不同)，圖5-2是在采樣的過程中對麥克風講話的結(jié)果．可以看出，講話與否(傳感器感受端的變化)改變了所采集到的數(shù)據(jù)的結(jié)果．
二、 直接利用MATLAB數(shù)據(jù)采集箱中提供的函數(shù)命令進行采集
一般的采樣過程是對聲卡產(chǎn)生的模擬輸入對象(AI) 進行操作的，由于計算機配置和模擬通道的運用使得數(shù)據(jù)采集過程顯得煩瑣難以理解，有時還不易獲得采樣數(shù)據(jù)。實驗過程發(fā)現(xiàn)一種更為簡單實用的方法可以進行數(shù)據(jù)采集。在闡述之前，首先介紹一下MATLAB數(shù)據(jù)采集箱中的幾條有關(guān)命令:
wavrecord : wavrecord 利用Windows 音頻輸入設(shè)備記錄聲音，其調(diào)用形式為:wavrecord (n ，fs ，ch) 。利用Windows音頻輸入設(shè)備記錄n個音頻采樣， 頻率為fs Hz ，通道數(shù)為ch。采樣值返回到一個大小為n*ch 的矩陣中。缺省時，fs = 11025 ，ch = 1。
waveplay: waveplay 利用Windows音頻輸出設(shè)備播放聲音，其調(diào)用形為:waveplay(y ，fs) 。以采樣頻率fs向Windows 音頻設(shè)備發(fā)送向量信號。標準的音頻采樣率有:8000、11025、22050 和44100Hz。
wavread :wavread 用于讀取Microsoft 的擴展名為“.wav”的聲音文件。其調(diào)用形式為: y = wavread (file) 。其作用是從字符串file 所指的文件路徑讀取wave 文件，將讀取的采樣數(shù)據(jù)送到y(tǒng) 中。Y的取值范圍: [ -1 ，1 ] 。
sound:音頻信號是以向量的形式表示聲音采樣的。sound 函數(shù)用于將向量轉(zhuǎn)換為聲音，其調(diào)用形式為:sound (y ，fs) ，作用是向揚聲器送出向量y 中的音頻信號(采樣頻率為fs) 。
應(yīng)用上述所講到的MATLAB數(shù)據(jù)采集箱提供的函數(shù)進行一次簡單的語音信號的采集實驗。記錄5 秒鐘的8 位音頻語音信號并回放之， 采樣頻率設(shè)為11025Hz。
﹥﹥fs = 11025 ; \ 設(shè)置采樣頻率
﹥﹥y1 = wavrecord (5*fs ，fs ，‘uint8’) ; \ 進行無語音采集
﹥﹥plot (y1) ;
﹥﹥y2 =wavrecord (5*fs ，fs ，‘uint8’) ; \ 開始采集8位語音信號，時間為5s
﹥﹥plot (y2) ;
﹥﹥wavplay(y2 ，fs) ; \ 回放所采集的語音
﹥﹥sound (y2 ，fs) ;
﹥﹥y1 =fft (y2) ; \ 做信號的fft 變換
﹥﹥plot (y2) ;
圖5-3 無聲音信號輸入波形
圖5-4 有聲音信號輸入波形
圖5-5 聲音信號傅里葉變換
圖形分析：用戶可以變換采樣頻率及采樣時間，也可以不同的頻率回放語音。感受不同函數(shù)在相同的頻率下回放的語音信號是否一致。此例進行的是實時回放，若要事后回放則可用wavread 函數(shù)。從程序語言及實現(xiàn)上可看出此方法簡便了許多，而且實驗結(jié)果與傳統(tǒng)方法得到的實驗結(jié)果完全一致。圖5-3為在采樣過程中打開麥克風，但是沒有對麥克風講話的結(jié)果(對不同品牌、質(zhì)量的聲卡，結(jié)果可能不同) ，從圖上可以看到除開始采樣的極短一段時間內(nèi)有個信號接收過程產(chǎn)生階躍外，其余時間內(nèi)波形都在很小的范圍內(nèi)平穩(wěn)的波動。圖5-4是采樣過程中對麥克風講話的結(jié)果，可以看出，講話(傳感器端接收到信號)改變了采集的數(shù)據(jù)的結(jié)果。從圖5-4中看出波形發(fā)生了很大的變化，波形隨聲音信號的高低強弱而發(fā)生變化，可知計算機已經(jīng)通過麥克風接收到了語音信號，說明信號采集工作成功。圖5-5為對采集到的信號進行的快速傅立葉變換所得到的圖形。
上面介紹的基于聲卡和MATLAB的語音數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，具有實現(xiàn)簡單、性價比和靈活度高的特點。經(jīng)實例分析證明，利用該系統(tǒng)可實現(xiàn)在線連續(xù)采集語音信號并進行分析和處理。
應(yīng)用前文所述的MATLAB 數(shù)據(jù)采集工具箱提供的命令函數(shù)和系統(tǒng)環(huán)境為Windows98 的計算機上的板載聲卡進行簡單數(shù)據(jù)采集。記錄5s的16 bit音頻語音信號并回放， 采樣頻率設(shè)為11025 Hz。
fs=11025
%設(shè)置采樣頻率
y1=wavrecord( 5*fs， fs， ‘unit16’)
%進行無語音采集
plot( y1)
%畫出所采集到的信號的波形
y2=wavrecord( 5*fs， fs， ‘unit16’)
%進行語音采集
wavplay( y1， fs)
sound( y2， fs)
%回放所采集的語音
圖5-6是用MATLAB的DAQ工具箱中的命令函數(shù)的方法采集數(shù)據(jù)， 采樣過程中傳聲器無語音輸入；圖5-7是用創(chuàng)建聲卡設(shè)備對象的方法采集數(shù)據(jù)， 采樣過程中傳聲器有語音輸入。
數(shù)據(jù)分析設(shè)計范文6
關(guān)鍵詞:工程教育；CDIO教育理念；教學設(shè)計模式；實踐類課程
現(xiàn)今世界，利用大數(shù)據(jù)技術(shù)打造指引行業(yè)發(fā)展的風向標，已成為各行業(yè)向智能經(jīng)濟發(fā)展邁出的重要步伐。然而，當前大數(shù)據(jù)專業(yè)人才極其短缺。我校肩負著服務(wù)武陵山片區(qū)區(qū)域發(fā)展與扶貧攻堅國家戰(zhàn)略的使命，承擔著為西部地區(qū)培養(yǎng)優(yōu)秀工程技術(shù)人才的重任。近年 來，我校緊跟以人工智能、大數(shù)據(jù)技術(shù)為代表的新科技發(fā)展步伐，積極推進新工科建設(shè)，成為首批30所入圍數(shù)據(jù)中國“百校工程”項目建設(shè)院校之一[1]，新獲批的“數(shù)據(jù)科學與大數(shù)據(jù)技術(shù)”專業(yè)（以下簡稱大數(shù)據(jù)專業(yè)）于2018年開始招生。如何根據(jù)時代需求辦好大數(shù)據(jù)新專業(yè)，以培養(yǎng)具有大數(shù)據(jù)思維、掌握大數(shù)據(jù)分析應(yīng)用技術(shù)的高層次人才是我校面臨的一個新挑戰(zhàn)。大數(shù)據(jù)專業(yè)實踐類課程教學是體現(xiàn)該專業(yè)辦學質(zhì)量和人才培養(yǎng)水平的重要標志。如何利用先進教學理念提高該類課程的教學質(zhì)量和人才培養(yǎng)水平，是我校大數(shù)據(jù)專業(yè)建設(shè) 過程中必須重視的問題。本研究立足于我校大數(shù)據(jù)專業(yè)建設(shè)的實際需求，探究基于CDIO理念的大數(shù)據(jù)專業(yè)實踐類課程教學設(shè)計模式。本研究的實施，將為我校創(chuàng)新型工程教育改革探索道路，不僅有利于提升我校大數(shù)據(jù)專業(yè)實踐類課程的教學質(zhì)量，也將對其他工科課程教 學改革起到一定的指導(dǎo)和借鑒作用。
1 CDIO工程教育模式的發(fā)展及內(nèi)涵
上世紀80年代起，工程人才短缺和高等院校工程教育低質(zhì)量之間的矛盾日益突出，產(chǎn)業(yè)對工程教育改革的呼聲不斷高漲。1986年，美國的工程教育學會、國家研究委員會和國家工程院等機構(gòu)開始探索工程教育改革之路。2000年，麻省理工學院和瑞典皇家工學院等四 所大學組成的跨國研究機構(gòu)，正式啟動CDIO教育改革計劃，在廣泛調(diào)研和大量實踐研究的基礎(chǔ)上，制定了CDIO教學大綱[2]。2004年，CDIO工程教育模式創(chuàng)立，并開始向世界各國推廣。2005年，瑞典國家高教署建立了CDIO的12條新標準，并將之用于對本國100個工程學位 計劃進行評估[3]。迄今為止，包括麻省理工學院在內(nèi)的丹麥、南非、法國、新加坡、中國等國家的幾十所世界著名大學加入了CDIO國際組織。這些學校的多個工科院系在教學中借鑒和采納了CDIO工程教育理念，取得了良好的效果。目前，CDIO已成為國內(nèi)外高校工程教育改革和培養(yǎng)體系制定等領(lǐng)域研究和實踐的熱點。實踐表明，CDIO教育模式不但能提高學生團隊協(xié)作能力、綜合解決問題能力，而且在學生創(chuàng)新能力培養(yǎng)方面效果顯著。據(jù)文獻[4-5]，CDIO工程教育模式自2005年開始引入我國。2006年，汕頭大學成為中國高校中的首個CDIO成員。2008年12月，教育部高教司理工處聯(lián)合汕頭大學主辦了CDIO工程教育模式試點工作會議，成立“教育部CDIO工程教育改革試點工作組”，確定了18所高校及相關(guān)專業(yè)（機械類、電氣類、化工類、土木類）為國內(nèi)首批CDIO試點。工作組每年舉辦兩次全國性的會議， 對CDIO試點工作進行交流、研討和總結(jié)，并通過CDIO培訓(xùn)班為全國高校實施CDIO教育培養(yǎng)骨干人才。2016年1月，“全國CDIO工程教育聯(lián)盟”成立。至今已有100余所高校加入聯(lián)盟。這些高校的部分工科專業(yè)采用CDIO工程教育模式教學，培養(yǎng)出來的學生深受社會與企業(yè)歡 迎。當前，在聯(lián)盟全體成員的共同努力下，我國高校積累了一系列改革經(jīng)驗與成果，在基于CDIO理念建立專業(yè)培養(yǎng)標準，構(gòu)建一體化課程體系，實施基于項目/問題、探究式等主動教與學方法等方面都取得了顯著進步，有效推進了CDIO的本土化與再創(chuàng)新。近年來，國內(nèi)CDIO的研究趨勢從CDIO教育模式、教學體系等宏觀的主題向具體的課程教學改革、課程建設(shè)等更深更細的方向發(fā)展，諸多教師在教學實踐中嘗試了采用CDIO理念進行課程教學改革的研究與探索[6-10]。CDIO工程教育模式是國際創(chuàng)新型工程教育改革的最新成果，體現(xiàn)了系統(tǒng) 性、科學性和先進性的統(tǒng)一，代表了當代工程教育的發(fā)展趨勢。該模式以產(chǎn)品研發(fā)到產(chǎn)品運行的生命周期為載體，讓學生以主動的、實踐的、課程之間有機聯(lián)系的方式進行工程學習。CDIO的4個字母代表Conceive（構(gòu)思）、Design（設(shè)計）、Imple?ment（實現(xiàn)）和Operate（運作）四個單詞。CDIO主要包括三個核心文件[11]：1個愿景、1個大綱和12條標準。CDIO愿景提供了一種強調(diào)工程基礎(chǔ)的、建立在真實世界的產(chǎn)品和系統(tǒng)的“構(gòu)思-設(shè)計-實現(xiàn)-運行”的CDIO過程背景環(huán)境基礎(chǔ)上的工程教育。CDIO大綱從技術(shù)知識和推理能力、個 人職業(yè)技能和職業(yè)道德、人際交往技能、企業(yè)和社會的構(gòu)思-設(shè)計-實施-運行（CDIO）系統(tǒng)四個方面，以逐級細化的方式，將工程師需具備的工程基礎(chǔ)知識、個人能力、人際團隊能力和整個CDIO全過程能力表達出來，要求用綜合的培養(yǎng)方式使學生在工程基礎(chǔ)知識、個人能力、人際團隊能力和工程系統(tǒng)能力四個層面達到預(yù)定目標。CDIO的12條標準[12]涉及到專業(yè)哲學（標準1）、課程計劃開發(fā)（標準2-4）、設(shè)計實現(xiàn)經(jīng)驗和實踐場所（標準5-6）、教與學的方法（標準7-8）、教師發(fā)展（標準9-10）、學生考核與專業(yè)評估（標準11-12），回答了工程教育“如何培養(yǎng)人”的問題，使得工程教育改革變得具體化、可操作和可測量，能夠?qū)φ麄€教育模式的實施和檢驗起到系統(tǒng)全面的指引作用，對學生的學和教師的教都具有重要指導(dǎo)意義。
2 CDIO理念下大數(shù)據(jù)專業(yè)實踐類課程教學設(shè)計的思路與策略
2.1 設(shè)計思路
大數(shù)據(jù)專業(yè)實踐類課程教學是培養(yǎng)學生運用理論知識、科學方法和技術(shù)技能去解決大數(shù)據(jù)工程實際問題并進行科技創(chuàng)新的實踐能力的重要環(huán)節(jié)。目前，我校大數(shù)據(jù)專業(yè)實踐類課程教學組織方式通常以項目為單位設(shè)計，重視對學生解決實際問題（主要是項目涉及到的 具體問題）的能力，但不關(guān)注學生在整個項目周期中知識、能力、態(tài)度等的變化情況，無法全面覆蓋技術(shù)性與非技術(shù)性能力的培養(yǎng)目標。CDIO理念要求培養(yǎng)出來的學生必須在工程基礎(chǔ)知識、個人能力、人際團隊能力和工程系統(tǒng)能力四個層面都達到預(yù)定目標。CDIO教育模 式強調(diào)一體化與參與性，促使學生在項目研發(fā)到項目運行的整個項目周期中進行鍛煉與思考，課程教學不僅要關(guān)注學生學到的學科知識，更要關(guān)注學生能力、素質(zhì)的提升情況。顯然，CDIO理念下大數(shù)據(jù)專業(yè)實踐類課程教學設(shè)計應(yīng)強調(diào)“知識與能力”并重，緊扣CDIO大綱 和CDIO標準，進行教學大綱和教學組織方式的設(shè)計，并設(shè)置以“學習評估為中心”的多樣化考核方式。
2.2 設(shè)計策略
教學大綱方面，本研究嘗試結(jié)合大數(shù)據(jù)類專業(yè)培養(yǎng)目標，依據(jù)CDIO大綱，對大數(shù)據(jù)專業(yè)實踐類課程教學大綱進行設(shè)計：依據(jù)CDIO大綱的主題和條目組織課程大綱結(jié)構(gòu)，并明確描述與期望能力要求相對應(yīng)的課程學習目標。教學組織方式方面，本研究嘗試在大數(shù)據(jù)專業(yè) 實踐類課程教學中以“做中學”為依托，將整個課程教學安排以項目為載體，針對每個項目為學生提供“構(gòu)思-設(shè)計-實施-運行”的流程，并將實踐所需知識、能力、素質(zhì)等培養(yǎng)目標圍繞項目這個核心融入教學實踐中，讓學生的整個學習過程變成對一個個項目的完整實踐過程。教學考核方面，本研究嘗試匹配CDIO大綱的能力目標，具體根據(jù)課程概念及原理性知識的理解、技能掌握、設(shè)計—實現(xiàn)經(jīng)驗獲取、分析及解決問題能力、交流表達能力和綜合實踐能力等類別的學習效果的評估需要，在大數(shù)據(jù)專業(yè)實踐類課程教學考核方式設(shè)置時， 對不同類別的學習效果設(shè)計不同的考核方式。
3 CDIO理念下的大數(shù)據(jù)專業(yè)實踐類課程教學設(shè)計模式
3.1 教學大綱框架設(shè)計
基于CDIO理念的教學大綱需要對融合了知識、能力、態(tài)度的學習效果進行準確描述，并清晰指明該課程整體及每一節(jié)課對學生所需學習的內(nèi)容和所需掌握的能力要求。依據(jù)CDIO大綱中關(guān)于個人能力、職業(yè)素養(yǎng)等方面的培養(yǎng)要求，本研究將大數(shù)據(jù)專業(yè)實踐類課程教學 大綱框架設(shè)計為如表1形式。
3.2 教學組織方式設(shè)計
如何在實踐教學組織中體現(xiàn)CDIO教育理念是實施CDIO教學的基礎(chǔ)[13]。本研究基于CDIO理念將大數(shù)據(jù)專業(yè)實踐類課程教學組織方式設(shè)計為如圖1所示的“理論講授-任務(wù)布置-項目構(gòu)思-項目設(shè)計-項目實施-項目運行”六個環(huán)節(jié)構(gòu)成的有機體。讓學生在參與項目的構(gòu)思 、設(shè)計、實施、運行這四個環(huán)節(jié)的活動中逐漸形成較完整的系統(tǒng)思維。
3.3 考核方式設(shè)置
CDIO理念下的教學是師生共同學習的過程，要求以“學”為中心進行評估，教學與考核相互聯(lián)系，考核用來促進和診斷教學和學習。為了評估課程教學所培養(yǎng)學生的能力能否達到CDIO大綱要求的預(yù)定目標，需要從不同方面檢驗學生的學習效果。為此，本研究根據(jù)不 同類別的學習效果評估的需要，以過程性考查為重點，設(shè)置不同的考核方式如表2所示。上述各類考核方式可綜合應(yīng)用于專業(yè)實踐類課程教學的整個過程。為確保評估的可靠性和有效性，可在不同階段選擇一種或多種考核方式對不同類別的學習效果進行評估。
