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傳統(tǒng)機(jī)械設(shè)計(jì)范文1
液壓機(jī)械傳動(dòng)控制系統(tǒng)是一種流體傳動(dòng)與控制技術(shù)有效結(jié)合的先進(jìn)技術(shù)，其主要包括動(dòng)力元件、液壓元件、控制元件和液壓輔助元件[1]。該系統(tǒng)采用液體作為能量傳動(dòng)以及控制的有效介質(zhì)，并由元件回路控制對(duì)能量進(jìn)行傳遞。目前該系統(tǒng)已在諸多領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，特別是機(jī)械設(shè)計(jì)制造領(lǐng)域已離不開(kāi)液壓機(jī)械傳動(dòng)控制系統(tǒng)的大量使用，其也促使機(jī)械設(shè)計(jì)制造領(lǐng)域的不斷發(fā)展，因此研究液壓機(jī)械傳動(dòng)控制系統(tǒng)在機(jī)械設(shè)計(jì)制造中的實(shí)際應(yīng)用情況意義重大。
一、液壓機(jī)械傳動(dòng)控制系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)
1.液壓機(jī)械傳動(dòng)控制系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)
液壓機(jī)械傳動(dòng)控制系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)可以歸納為以下4點(diǎn)：首先是功率高，液壓機(jī)械傳動(dòng)控制系統(tǒng)主要由動(dòng)力元件、液壓元件、控制元件和液壓輔助元件等組成。與傳統(tǒng)的液壓傳動(dòng)和機(jī)械傳動(dòng)相比，這種系統(tǒng)的液壓機(jī)械傳動(dòng)功率相對(duì)較大，同時(shí)這種系統(tǒng)引入了微電子技術(shù)，使得該系統(tǒng)的功能集成化程度高，可在較小空間內(nèi)達(dá)到功率有效控制。其次是小型化，這是由于液壓機(jī)械傳動(dòng)控制系統(tǒng)的各元件高度集成化的特點(diǎn)，使得該系統(tǒng)小型化、輕質(zhì)化發(fā)展。同時(shí)由于系統(tǒng)內(nèi)部各元件的相互協(xié)作性較好，也使得該系統(tǒng)可操作程度高，可針對(duì)不同的工作要求進(jìn)行有效的液壓機(jī)械傳動(dòng)。接下來(lái)是穩(wěn)定性好。這種液壓機(jī)械傳動(dòng)控制系統(tǒng)實(shí)際應(yīng)用可將機(jī)械工作過(guò)程中產(chǎn)生的熱量通過(guò)液壓油流動(dòng)傳遞，可有效降低系統(tǒng)溫度，避免系統(tǒng)局部過(guò)熱的情況，進(jìn)而保證機(jī)械的使用穩(wěn)定性。同時(shí)由于上述原因，該系統(tǒng)也可用于低速重載條件的液壓機(jī)械傳動(dòng)。最后是自動(dòng)換擋功能，為了使得操作人員根據(jù)相關(guān)要求對(duì)機(jī)械進(jìn)行簡(jiǎn)便靈活操作，提高機(jī)械工作效率，可使用這種液壓機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)。該系統(tǒng)具有自動(dòng)換擋功能，可根據(jù)實(shí)際工作條件和機(jī)械運(yùn)行要求的不同進(jìn)行有效的擋位自動(dòng)調(diào)節(jié)，方便操作人員進(jìn)行工作裝置的操作，不要考慮擋位操作的問(wèn)題，可降低機(jī)械工作中的操作失誤概率，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)整體機(jī)械的工作效率。
2.液壓機(jī)械傳動(dòng)控制系統(tǒng)的缺點(diǎn)
液壓機(jī)械傳動(dòng)控制系統(tǒng)的缺點(diǎn)主要包括以下5個(gè)方面：首先是液壓系統(tǒng)漏油問(wèn)題，這是液壓機(jī)械傳動(dòng)控制系統(tǒng)的重要缺點(diǎn)之一，其嚴(yán)重影響整個(gè)傳動(dòng)控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性和正確性。這種液壓系統(tǒng)漏油問(wèn)題使得液壓機(jī)械傳動(dòng)的傳動(dòng)比率波動(dòng)性大，達(dá)不到相關(guān)液壓機(jī)械傳動(dòng)控制要求，嚴(yán)重影響液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行和傳動(dòng)控制的正確性，該缺點(diǎn)也會(huì)對(duì)整個(gè)機(jī)械工作狀態(tài)造成不利效果，使得機(jī)械工作效率低，同時(shí)由于這種原因，該系統(tǒng)不適宜長(zhǎng)距離傳動(dòng)。其次是溫度變化問(wèn)題，通常系統(tǒng)內(nèi)的溫度變化會(huì)直接影響到系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)特性。這種液壓機(jī)械運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)對(duì)溫度要求較高，當(dāng)系統(tǒng)溫度升高時(shí)，系統(tǒng)內(nèi)的液體粘度發(fā)生變化，使得系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)特性也隨之改變，進(jìn)而影響機(jī)械的工作穩(wěn)定性。因此該系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中應(yīng)對(duì)溫度變化進(jìn)行重點(diǎn)監(jiān)控，防止機(jī)械運(yùn)行因溫度變化造成的偏差問(wèn)題。再次是故障的檢查和排除難度大，液壓機(jī)械傳動(dòng)控制系統(tǒng)的故障檢查和排除工作量和難度較大。該系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，液壓元件運(yùn)行產(chǎn)生的金屬粉末容易引起機(jī)械設(shè)備故障問(wèn)題，而系統(tǒng)外的粉塵的大量附著到機(jī)器設(shè)備上，也會(huì)對(duì)系統(tǒng)的運(yùn)行穩(wěn)定性造成嚴(yán)重影響。對(duì)于系統(tǒng)而言，這些金屬粉末和粉塵通常是不可避免，其也增加了故障的檢查和排除工作量和難度。最后是清掃工作，實(shí)際運(yùn)行時(shí)，液壓機(jī)械運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)容易由于一些外界因素干擾，使得系統(tǒng)的穩(wěn)定性和運(yùn)行結(jié)果得不到保障，因此需要在系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行前進(jìn)行全面的清掃工作，盡可能的避免外界因素對(duì)系統(tǒng)的干擾。
二、液壓機(jī)械傳動(dòng)控制系統(tǒng)在機(jī)械設(shè)計(jì)及制造中的具體應(yīng)用
1.液壓機(jī)械傳動(dòng)控制系統(tǒng)的應(yīng)用特點(diǎn)
根據(jù)液壓機(jī)械傳動(dòng)控制系統(tǒng)的高度集成化特點(diǎn)，其可有效滿足不同行業(yè)對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)及制造的規(guī)模、功率、精度和工作效率的嚴(yán)格要求。而小型化、輕質(zhì)化的特點(diǎn)也使得該系統(tǒng)可應(yīng)用在不同施工環(huán)境和施工條件。在機(jī)械設(shè)計(jì)和制造領(lǐng)域，液壓機(jī)械運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)可以根據(jù)自身特點(diǎn)有效彌補(bǔ)傳統(tǒng)傳動(dòng)系統(tǒng)的不足，同時(shí)該系統(tǒng)的大量應(yīng)用可降低機(jī)械設(shè)計(jì)和制造的難度，提高機(jī)械制造精度和縮短制造周期。液壓機(jī)械傳動(dòng)控制系統(tǒng)將自動(dòng)化控制技術(shù)實(shí)際應(yīng)用到機(jī)械設(shè)計(jì)和制造領(lǐng)域，其可加快機(jī)械設(shè)計(jì)和制造的自動(dòng)化進(jìn)程，同時(shí)自動(dòng)化也是未來(lái)機(jī)械設(shè)計(jì)和制造的研究開(kāi)發(fā)的重要方向[2]。這種應(yīng)用可有效控制產(chǎn)品質(zhì)量以及提高生產(chǎn)效率，實(shí)際滿足機(jī)械產(chǎn)品的行業(yè)需求。目前液壓機(jī)械傳動(dòng)控制系統(tǒng)也廣泛應(yīng)用在國(guó)防、農(nóng)業(yè)、冶金和煤礦等眾多行業(yè)。
2.液壓傳動(dòng)無(wú)級(jí)變速器
機(jī)械設(shè)計(jì)制造中，可采用液壓機(jī)械傳動(dòng)控制系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)其速度的有效控制，也就是無(wú)級(jí)變速技術(shù)。一般而言，該液壓系統(tǒng)正常運(yùn)行需要使用變量泵以及定量馬達(dá)。當(dāng)系統(tǒng)工作時(shí)，通過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)將動(dòng)力分離，其中一部分順著離合器傳送給行星架，而另一部分則是經(jīng)過(guò)液壓系統(tǒng)到達(dá)太陽(yáng)輪，這兩部分動(dòng)力通過(guò)差動(dòng)輪系部分進(jìn)行有效合成后，再通過(guò)差動(dòng)輪系的齒圈對(duì)外輸出。通常實(shí)際機(jī)械工作前需要斷開(kāi)離合器C1，同時(shí)閉合C2，使得發(fā)動(dòng)機(jī)的全部動(dòng)力進(jìn)入液壓系統(tǒng)，從而保證機(jī)械的正常啟動(dòng)。而機(jī)械實(shí)際工作時(shí)，離合器C1閉合而C2斷開(kāi)，采用控制系統(tǒng)將液壓馬達(dá)的轉(zhuǎn)速降至0，此時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)的所有動(dòng)力通過(guò)機(jī)械系統(tǒng)進(jìn)行有效傳遞，其可提高機(jī)械工作過(guò)程中的動(dòng)力傳遞效率，并對(duì)系統(tǒng)馬達(dá)轉(zhuǎn)動(dòng)方向進(jìn)行合理調(diào)整，進(jìn)而調(diào)節(jié)機(jī)械工作的輸出速度，保證系統(tǒng)在不同速度下的正常運(yùn)行，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)這個(gè)機(jī)械系統(tǒng)的無(wú)級(jí)變速。目前這個(gè)液壓傳動(dòng)無(wú)級(jí)變速器已實(shí)際應(yīng)用在裝載機(jī)和推土機(jī)上，該裝置運(yùn)行效果良好，可大量應(yīng)用在工程機(jī)械領(lǐng)域。
3.純水液壓機(jī)械傳動(dòng)控制系統(tǒng)
目前機(jī)械制造業(yè)領(lǐng)域中，純水液壓機(jī)械傳動(dòng)控制系統(tǒng)是液壓傳動(dòng)技術(shù)的重要發(fā)展方向之一，該系統(tǒng)是科技進(jìn)步和環(huán)境保護(hù)的結(jié)合產(chǎn)物，其是一種新型的液壓傳動(dòng)技術(shù)，其采用純水作為能量傳動(dòng)以及控制的有效介質(zhì)，這是該系統(tǒng)的最大特點(diǎn)。與液壓油相比，純水價(jià)格便宜、制備簡(jiǎn)單以及來(lái)源廣泛，可有效降低企業(yè)的運(yùn)營(yíng)成本，從而提升企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。冶金、煤礦等特殊行業(yè)，對(duì)液壓機(jī)械傳動(dòng)控制系統(tǒng)要求較高，常規(guī)的液壓油泄漏容易引起火災(zāi)，這嚴(yán)重威脅著企業(yè)的安全運(yùn)營(yíng)，而純水具有良好的阻燃性，可防止液壓機(jī)械傳動(dòng)控制系統(tǒng)液壓油泄漏引發(fā)的安全問(wèn)題。與礦物型的液壓油相比，純水的壓縮系數(shù)較低，使得純水的壓縮損失相對(duì)較少。同時(shí)常規(guī)液壓機(jī)械傳動(dòng)控制系統(tǒng)的液壓油泄漏問(wèn)題，會(huì)對(duì)水體和土壤造成嚴(yán)重的污染，這也制約著冶金、煤礦等行業(yè)綠色化、可持續(xù)化發(fā)展，而采用純水液壓機(jī)械傳動(dòng)控制系統(tǒng)，其可造成的環(huán)境污染程度較低。
目前純水液壓機(jī)械傳動(dòng)控制系統(tǒng)已在一些行業(yè)得到實(shí)際應(yīng)用，該系統(tǒng)污染小、成本低等特點(diǎn)符合我國(guó)相關(guān)行業(yè)環(huán)境保護(hù)要求，其也是常規(guī)液壓機(jī)械傳動(dòng)控制系統(tǒng)的代替技術(shù)，因此純水液壓機(jī)械傳動(dòng)控制系統(tǒng)作為機(jī)械制造業(yè)領(lǐng)域中的熱點(diǎn)研究對(duì)象，該系統(tǒng)的研究開(kāi)發(fā)以及實(shí)際應(yīng)用前景廣闊。
三、液壓機(jī)械傳動(dòng)控制系統(tǒng)實(shí)際應(yīng)用存在的問(wèn)題
液壓機(jī)械傳動(dòng)控制系統(tǒng)采用的技術(shù)成熟度的不斷提高，也促使著該系統(tǒng)在諸多領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用，尤其是在機(jī)械設(shè)計(jì)制造領(lǐng)域，其不僅可以降低人工勞動(dòng)強(qiáng)度，同時(shí)也可有效控制相應(yīng)的企業(yè)運(yùn)行成本。但是當(dāng)前系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用還存在一些問(wèn)題，其中較為突出的問(wèn)題是當(dāng)前我國(guó)液壓機(jī)械傳動(dòng)控制系統(tǒng)使用的各種元件基本需從國(guó)外進(jìn)口，如動(dòng)力元件、液壓元件、控制元件和液壓輔助元件等[3]。與發(fā)達(dá)國(guó)際相比，我國(guó)制造的元件在強(qiáng)度和精度方面均較為落后，而系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，系統(tǒng)需要這些元件的相互協(xié)作才能完成相關(guān)工作，因此這些元件的質(zhì)量嚴(yán)重影響著整個(gè)液壓機(jī)械傳動(dòng)控制系統(tǒng)的完善性和功能性。如這些元件的質(zhì)量達(dá)不到相關(guān)要求，可能造成系統(tǒng)運(yùn)行的不穩(wěn)定和低功能性。因此為了實(shí)現(xiàn)液壓機(jī)械傳動(dòng)控制系統(tǒng)在各領(lǐng)域的大規(guī)模應(yīng)用，需要對(duì)液壓機(jī)械傳動(dòng)控制系統(tǒng)的各種元件實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化，并通過(guò)國(guó)外技術(shù)引進(jìn)和自主創(chuàng)新，保證相關(guān)元件的強(qiáng)度和精度達(dá)到系統(tǒng)要求，有效提升相關(guān)元件的功能性和適應(yīng)性，優(yōu)化和改善液壓機(jī)械運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)，實(shí)現(xiàn)液壓機(jī)械運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性，從而帶動(dòng)機(jī)械設(shè)計(jì)制造領(lǐng)域和相關(guān)領(lǐng)域的深入發(fā)展。
傳統(tǒng)機(jī)械設(shè)計(jì)范文2
關(guān)鍵詞：模塊；傳動(dòng)系統(tǒng)；機(jī)械；設(shè)計(jì)
1 引言
在機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)中，大多都是由于若干種串聯(lián)形成的展開(kāi)式、同軸式的多級(jí)系統(tǒng)。對(duì)于較為常用的單級(jí)機(jī)械傳動(dòng)而言，傳動(dòng)的零件在設(shè)計(jì)工作中存在強(qiáng)度計(jì)算、公差查詢及自動(dòng)繪制等，這些都可以實(shí)現(xiàn)可視化語(yǔ)言的協(xié)同開(kāi)發(fā)，來(lái)完成可視化機(jī)械設(shè)計(jì)。在機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)中控制模塊設(shè)計(jì)是通過(guò)模塊化設(shè)計(jì)方法來(lái)完成的，將基礎(chǔ)模塊作為單級(jí)可視化的機(jī)械設(shè)計(jì)，并不斷的進(jìn)行機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)控制的開(kāi)發(fā)，這樣便會(huì)提高常用機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)控制的設(shè)計(jì)質(zhì)量及效率。這種開(kāi)發(fā)模式可以解決傳動(dòng)系統(tǒng)在總體設(shè)計(jì)上的問(wèn)題。主要是對(duì)傳動(dòng)系統(tǒng)的方案問(wèn)題進(jìn)行正確的解決。在進(jìn)行傳動(dòng)系統(tǒng)方案的設(shè)計(jì)時(shí)，方案對(duì)系統(tǒng)具有隨機(jī)性問(wèn)題，但如果利用人工判斷，這樣系統(tǒng)使用便會(huì)較為靈活。但會(huì)存在干預(yù)較多，人工的勞動(dòng)量較大，有著較低的效率，在開(kāi)發(fā)方面較為復(fù)雜。對(duì)機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行開(kāi)發(fā)有這樣兩個(gè)較為關(guān)鍵的因素，一個(gè)是要對(duì)用戶所選擇的傳動(dòng)系統(tǒng)方案進(jìn)行準(zhǔn)確有效的判斷，這包括傳動(dòng)級(jí)數(shù)傳動(dòng)類(lèi)型、傳動(dòng)比及傳動(dòng)效率，另一個(gè)是對(duì)傳動(dòng)方案所匹配的各個(gè)基礎(chǔ)模塊進(jìn)行自動(dòng)的交換問(wèn)題。
2 機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)控制模塊設(shè)計(jì)
在對(duì)機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行模塊設(shè)計(jì)時(shí)，要采用正確的設(shè)計(jì)方法，對(duì)系統(tǒng)功能進(jìn)行合理的劃分，可以將其劃分為主、從模塊，并利用調(diào)用的順序及深度，將其繼續(xù)劃分為四級(jí)模塊，具體如圖1所示。
圖1 系統(tǒng)功能模塊結(jié)構(gòu)示意圖
在進(jìn)行控制模塊的設(shè)計(jì)時(shí)，可以將主模塊分為四個(gè)子模塊，在進(jìn)行子模塊設(shè)計(jì)時(shí)，主要是體現(xiàn)用戶輸入工作機(jī)的工作參數(shù)，并進(jìn)行電機(jī)類(lèi)型和同步轉(zhuǎn)速的選擇，從而使得若干種傳動(dòng)選擇，并將相應(yīng)級(jí)數(shù)的傳動(dòng)方案進(jìn)行組合。在進(jìn)行各級(jí)傳動(dòng)的傳動(dòng)比及傳動(dòng)效率選擇的時(shí)候，可以實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)系統(tǒng)與原動(dòng)機(jī)的確定，從而確定工作機(jī)之間的聯(lián)軸器是否可以完成使用。并對(duì)用戶進(jìn)行理論總傳動(dòng)在誤差范圍之內(nèi)的基礎(chǔ)下，實(shí)現(xiàn)各級(jí)傳動(dòng)比的準(zhǔn)確修改，并利用各級(jí)傳動(dòng)比、功率、轉(zhuǎn)速瀏覽的允許，將二級(jí)模塊與方案匹配的傳動(dòng)設(shè)計(jì)計(jì)算模塊進(jìn)行調(diào)用，從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)地依次調(diào)用，使公差數(shù)據(jù)庫(kù)查詢模塊與傳動(dòng)零件自動(dòng)繪制模塊能夠依次進(jìn)行調(diào)用。
3 控制模塊設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)平臺(tái)及操作計(jì)算
對(duì)一級(jí)模塊與二級(jí)模塊中的單級(jí)傳動(dòng)設(shè)計(jì)計(jì)算模塊，可以運(yùn)用Visual Basic6.0來(lái)進(jìn)行開(kāi)發(fā)，二級(jí)模塊中還存在數(shù)據(jù)庫(kù)維護(hù)模塊，這與三級(jí)模塊共同利用Visual FoxPro6.0來(lái)進(jìn)行開(kāi)發(fā)。這些都是通過(guò)將模塊進(jìn)行編碼翻譯的過(guò)程，成為可執(zhí)行文件。但對(duì)于四級(jí)模塊，其是不能夠進(jìn)行編譯過(guò)程，其繪圖模塊是利用Visual LISP開(kāi)發(fā)，并保存為.lsp文件，來(lái)在AutoCAD平成運(yùn)行過(guò)程。
在機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)中控制模塊操作關(guān)鍵技術(shù)方面，模塊在保存為文件時(shí)，在運(yùn)行順序上存在于數(shù)據(jù)之間的傳遞。這些傳遞都是通過(guò)各個(gè)模塊的接口程序來(lái)實(shí)現(xiàn)的，所以這便是系統(tǒng)在開(kāi)發(fā)中的關(guān)鍵技術(shù)。
對(duì)“設(shè)計(jì)”子模塊的接口程序設(shè)計(jì)，為了操作更為便利、帶給我們更深刻的記憶力，可以采用這樣一些措施。
（1）BasDeclare模塊進(jìn)行全局建立，并將5個(gè)全局?jǐn)?shù)組及1個(gè)全局變量進(jìn)行定義過(guò)程。
（2）將1個(gè)文本框?qū)ο蠹?個(gè)對(duì)象數(shù)組進(jìn)行在主輸入界面的設(shè)置。這主要分為兩個(gè)步驟，一是將文本框?qū)ο髏xtJishu來(lái)為用戶進(jìn)行傳動(dòng)級(jí)數(shù)的提供，并再將級(jí)數(shù)存儲(chǔ)在變量Jishu中。二是對(duì)框架對(duì)象數(shù)組framel，進(jìn)行傳動(dòng)類(lèi)型組合框架對(duì)象數(shù)組的安置，及傳動(dòng)比文本框?qū)ο髷?shù)組textl和傳動(dòng)效率文本框?qū)ο蠼MtextX的安置。從而形成具體的關(guān)系對(duì)應(yīng)。
（3）對(duì)jishu個(gè)框架對(duì)象數(shù)組中的元素可見(jiàn)
這是利用文本框?qū)ο髏xtJishu的改變事件過(guò)程，使得其中的framel個(gè)對(duì)象數(shù)組中元素都可見(jiàn)，但其他的元素則不可見(jiàn)。
（4）對(duì)用戶的輸入進(jìn)行接收
利用命令按鈕對(duì)象在Click事件的過(guò)程中，完成對(duì)用戶選擇的接收機(jī)各級(jí)傳動(dòng)類(lèi)型名稱(chēng)、傳動(dòng)比及傳動(dòng)效率的輸入過(guò)程。
在進(jìn)行“設(shè)計(jì)”子模塊的接口程序中，要將傳動(dòng)比修改界面中的使命按鈕進(jìn)行寫(xiě)入時(shí)，主要包括這樣兩個(gè)核心部分。一是對(duì)修改后的各級(jí)傳動(dòng)比要進(jìn)行數(shù)組lduan（）的存入，二是對(duì)調(diào)用的數(shù)據(jù)進(jìn)行逐級(jí)實(shí)現(xiàn)，并將數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸。
4 結(jié)束語(yǔ)
機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)控制模塊的設(shè)計(jì)和操作可以采用可視化的多平臺(tái)進(jìn)行協(xié)同開(kāi)發(fā)技術(shù)的利用，這樣可以將不同的平臺(tái)特長(zhǎng)都能夠發(fā)揮出來(lái)，更好的實(shí)現(xiàn)自動(dòng)連續(xù)的機(jī)械傳動(dòng)總體設(shè)計(jì)、各級(jí)承載能力的計(jì)算以及公差數(shù)據(jù)庫(kù)的查詢和傳動(dòng)零件圖的繪制。對(duì)于關(guān)鍵的開(kāi)發(fā)技術(shù)要進(jìn)行細(xì)節(jié)上的注意，并善于利用對(duì)象數(shù)組及變量數(shù)組，從而更好的實(shí)現(xiàn)程序模塊間的正確調(diào)用及數(shù)據(jù)的傳輸。
參考文獻(xiàn)
[1] 秦汝明. 計(jì)算機(jī)輔助機(jī)械設(shè)計(jì)[M]. 西安：西安電子科技大學(xué)出版社，2010.
傳統(tǒng)機(jī)械設(shè)計(jì)范文3
關(guān)鍵詞：泄漏同軸電纜，地鐵隧道，鏈路計(jì)算，場(chǎng)強(qiáng)測(cè)量
Abstract: in this paper, the leakage coaxial cable transmission system characteristics, application places and leak coaxial cable structural features and main technical parameters were briefly introduced; And with a subway tunnel leakage cable transmission system design, for example, a detailed description of the link calculation and system design method, at last, this paper introduces the electromagnetic field of the free space of the field test method.
Keywords: leakage coaxial cable, the subway tunnel, link calculation, the field measurement
中圖分類(lèi)號(hào)： TM247 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：
隧道、地鐵、礦井、車(chē)站和地下停車(chē)場(chǎng)等都是空間狹窄的特殊通信區(qū)域，影響無(wú)線信號(hào)正常傳輸；此外，由于車(chē)體對(duì)信號(hào)的遮擋，車(chē)輛行駛速度快，導(dǎo)至隧道內(nèi)的通信信號(hào)極差，產(chǎn)生通信盲區(qū)。采用泄漏同軸電纜分布覆蓋解決方案，可以克服常規(guī)天線電磁場(chǎng)分布不均勻和頻帶窄等諸多弊病。泄漏同軸電纜還適用于金屬框架結(jié)構(gòu)的建筑物，或者信號(hào)需要被限制在一個(gè)比較小的范圍（幾米）內(nèi)。信號(hào)覆蓋范圍可以被限定在一個(gè)特定的區(qū)域內(nèi)，從而可以最大限度降低同頻道干擾。
泄漏同軸電纜(Leaky Coaxial Cable)簡(jiǎn)稱(chēng)為“漏纜”。是一種可以安裝在建筑物內(nèi)及隧道內(nèi)的無(wú)線覆蓋設(shè)備，它可以解決在室外基站信號(hào)無(wú)法穿透建筑物的難題。
泄漏同軸電纜的結(jié)構(gòu)與普通同軸電纜基本一致，由內(nèi)導(dǎo)體、開(kāi)有周期性槽孔的外導(dǎo)體和絕緣介質(zhì)三部分組成，如圖1所示。電磁波在泄漏同軸電纜中縱向傳輸?shù)耐瑫r(shí)，還通過(guò)外導(dǎo)體槽孔向外界輻射電磁波；外界移動(dòng)設(shè)備發(fā)射的電磁場(chǎng)也可通過(guò)外導(dǎo)體槽孔感應(yīng)到泄漏電纜內(nèi)，并傳送到無(wú)線基站(BTS)的接收端。
當(dāng)今，寬頻泄漏電纜已經(jīng)成為室內(nèi)無(wú)線通訊系統(tǒng)的重要組成部分，包括第二代和第三代商業(yè)網(wǎng)絡(luò)、緊急服務(wù)通訊網(wǎng)絡(luò)、WLAN、WiMAX和移動(dòng)電視等。
泄漏同軸電纜具有同軸電纜和天線的雙重作用。與傳統(tǒng)的直放站＋轉(zhuǎn)發(fā)天線、饋電系統(tǒng)相比,泄漏電纜分布式天饋系統(tǒng)具有以下特點(diǎn)：
(1) 信號(hào)覆蓋均勻，尤其適合地下停車(chē)場(chǎng)、隧道、礦井等狹小空間；泄漏電纜和傳統(tǒng)天線輻射的電磁場(chǎng)分布相比，就像長(zhǎng)日光燈管與電燈泡照明的亮度分布相比那樣；如圖2所示。
(2) 泄漏電纜是一種寬頻帶系統(tǒng),其頻段覆蓋在45MHz－2GHz以上，適應(yīng)現(xiàn)有各種無(wú)線通信體制，即可同時(shí)提供多種通信服務(wù)覆蓋，例如可同時(shí)用于：CDMA800、SM900、GSM1800、WCDMA、1/4 1/2 7/8 1-1/4 1-5/8
WLAN等多種不同頻段的無(wú)線通信系統(tǒng)；圖1各種規(guī)格的泄漏電纜
(3) 在障礙物多的復(fù)雜空間環(huán)境下，泄漏電纜通信的信號(hào)穩(wěn)定、性能優(yōu)異；
(4) 泄漏電纜的始端與末端的場(chǎng)強(qiáng)差異較大；(5) 泄漏電纜價(jià)格較貴，但當(dāng)多系統(tǒng)同時(shí)接入時(shí)可大大降低總體造價(jià)。
圖2泄漏電纜與傳統(tǒng)天線輻射電磁場(chǎng)分布比較
一. 泄漏電纜的主要技術(shù)特性
1.1泄漏電纜分類(lèi)
根據(jù)信號(hào)泄漏機(jī)理，泄漏電纜可分為：耦合型、輻射型和分段型三種類(lèi)型。
1. 耦合型泄漏電纜：
耦合型漏纜外導(dǎo)體上的槽孔間距遠(yuǎn)小于工作波長(zhǎng)。電磁波通過(guò)槽孔衍射；外導(dǎo)體表面波的二次效應(yīng)電流，在電纜周?chē)ぐl(fā)出電磁場(chǎng)，電磁場(chǎng)能量以同心圓的方式擴(kuò)散，它輻射的電磁能量是無(wú)方向性的，并隨著距離的增加迅速減小。耦合型漏纜適合于寬頻譜傳輸。典型的耦合型漏纜結(jié)構(gòu)是外導(dǎo)體上有軋紋，紋上銑橢圓形孔。由于耦合型漏纜的傳輸頻帶寬，因此地鐵專(zhuān)網(wǎng)無(wú)線通信系統(tǒng)一般都選用耦合型漏纜，在地鐵里，一根漏纜可傳輸多路公網(wǎng)（GSM/CDMA等）信號(hào)。
耦合型泄漏電纜一般有兩類(lèi)，一類(lèi)是耦合損耗小而線路損耗較大，另一類(lèi)是耦合損耗大而線路損耗小，可根據(jù)不同情況和不同用途選取。
2.輻射型泄漏電纜：
輻射型漏纜的典型結(jié)構(gòu)是在外導(dǎo)體上開(kāi)著周期性變化的一字、八字形槽孔。槽孔間隔約等于1／2工作頻率波長(zhǎng)，槽孔結(jié)構(gòu)使得在槽孔處的信號(hào)產(chǎn)生同相迭加，但只在相應(yīng)波長(zhǎng)的窄頻段才會(huì)產(chǎn)生同相迭加效應(yīng)，因此工作頻帶較窄。
輻射型漏纜電磁能量相對(duì)集中在槽孔方向，并與電纜軸心垂直，輻射能量有方向性，并且不會(huì)隨距離的增加而迅速減小。耦合損耗在某一頻段內(nèi)保持穩(wěn)定，適用于800－2200MHz頻段。
3.分段型泄漏電纜：
分段型漏纜是每隔一定距離在外導(dǎo)體上開(kāi)槽口(分段槽孔)，分段的距離使電纜的線路損耗在某一頻帶內(nèi)最小，并可隨著電纜線路損耗的增加而增加開(kāi)口數(shù)量，即不斷增加泄漏量，從而增加傳輸距離。
表1是耦合型漏纜和輻射型漏纜兩種泄漏電纜特性的比較。
1.2泄漏電纜的主要技術(shù)參數(shù)
1. 頻率范圍：漏纜的工作頻帶寬度。通過(guò)不同的外導(dǎo)體開(kāi)槽設(shè)計(jì)，可以使漏纜在不同的工作頻帶上獲得優(yōu)化。頻率分段范圍的規(guī)定：
L：70 300 MHz T：300 500 MHz C：800 1000 MHz
P：1700 2000 MHzU：2000 2300 MHz S：2300 2400 MHz
2. 耦合損耗Lc：耦合損耗Lc是漏泄電纜區(qū)別于普通同軸電纜的一個(gè)重要指標(biāo)，它是指泄漏電纜內(nèi)的傳輸功率Pt與自由空間接收到的信號(hào)功率Pr之比。是表征泄漏電纜與外界環(huán)境之間相互耦合程度的一個(gè)特征參數(shù)。
耦合損耗的定義和測(cè)量方法在 IEC61196-4和GB/Tl7737.4同軸通信電纜第4部分：輻射電纜分規(guī)范中有明確規(guī)定。
Lc＝10 lg(Pt/Pr)----------------------------------------------------------------- (1)
式中：
Lc――耦合損耗，單位dB；
Pt――漏泄電纜內(nèi)的傳輸功率，W；
Pr――標(biāo)準(zhǔn)偶極子天線的接收功率，W。
式(1)表明，當(dāng)泄漏電纜內(nèi)傳輸同樣大的功率Pt，自由空間獲得的接收功率Pr越大時(shí)，耦合損耗Lc就越小；也就是說(shuō)，耦合損耗Lc越小，自由空間獲得的輻射能量越大。耦合損耗Lc與泄漏電纜外導(dǎo)體的槽孔設(shè)計(jì)和傳輸頻率密切相關(guān)。
3. 傳輸損耗：傳輸衰減又稱(chēng)線路損耗或插入損耗，是指漏纜傳輸線路的線性損耗，以dB/100m表示。它隨頻率而變化，通常傳輸頻率越高，漏纜的傳輸損耗越大。
4. 漏纜總損耗：漏纜總損耗是指?jìng)鬏敁p耗＋耦合損耗的總和。是鏈路設(shè)計(jì)的依據(jù)。
系統(tǒng)鏈路計(jì)算時(shí)，漏纜的總損耗不得超過(guò)系統(tǒng)允許的最大損耗。例如，如果系統(tǒng)允許的最大損耗的典型值為120dB，應(yīng)扣除系統(tǒng)共用器、環(huán)境屏蔽和其他因素引起約15dB左右的衰減損耗，因此，漏纜的總損耗應(yīng)不超過(guò)105dB。通常長(zhǎng)度越短，漏纜總損耗也越小。
圖3漏纜總損耗α=傳輸損耗+耦合損耗Lc
圖3是兩條尺寸相同，但耦合損耗不同的漏纜總損耗圖。漏纜②的耦合損耗(實(shí)線)小于漏纜(虛線)①，于是漏纜②的傳輸衰減就會(huì)大于①。隨著漏纜長(zhǎng)度的增加，漏纜②的總損耗會(huì)超過(guò)漏纜①。
正常情況下的系統(tǒng)總損耗會(huì)隨傳輸距離增加而增大，采用分段型可變衰耗泄漏電纜可顯著地增加泄漏電纜的可用長(zhǎng)度。
5. 實(shí)際環(huán)境中的系統(tǒng)總損耗在實(shí)際環(huán)境中（如隧道、建筑物或地下車(chē)庫(kù)內(nèi)），需考慮周?chē)h(huán)境內(nèi)導(dǎo)體的反射或界面的吸收損耗。可通過(guò)以下途徑處理： 安裝時(shí)使用使用圖4所示的非金屬支架，因?yàn)榻饘僦Ъ軙?huì)影響漏纜內(nèi)的駐波。圖4泄漏電纜的非金屬安裝支架
保留15-17dB的衰減損耗儲(chǔ)備。
泄漏電纜的安裝位置對(duì)耦合損耗的影響很大。安裝時(shí)，漏纜的軸線與墻壁或金屬橋架應(yīng)保持有20cm以上的距離。
不同開(kāi)放空間的隧道或地下停車(chē)場(chǎng)、礦井等安裝環(huán)境，會(huì)產(chǎn)生不同的多徑效應(yīng)，取決于隧道的形狀、尺寸和材料等因素。
表2是耦合型泄漏電纜的主要技術(shù)特性；表3是輻射型泄漏電纜的主要技術(shù)特性；表4是分段型泄漏電纜的主要技術(shù)特性。
1.3 耦合損耗的測(cè)量
耦合損耗Lc源自電纜內(nèi)的信號(hào)功率Pt與自由空間一個(gè)半波偶極子接收天線收到的信號(hào)功率Pr的比值：Lc=10lg(Pt/Pr)（單位dB）。依照國(guó)際電工技術(shù)委員會(huì)標(biāo)準(zhǔn)IEC 61196-4《同軸通訊電纜（第4部分:輻射電纜分規(guī)范）》和GB/T 17737.4介紹的自由空間測(cè)量方法如下：
測(cè)量時(shí)將一個(gè)半波偶極子天線與漏纜保持D＝2m，并沿漏纜方向移動(dòng)。耦合損耗的采樣值隨測(cè)量位置的變化而變化。測(cè)量數(shù)據(jù)還與半波偶極子天線與漏纜的相互方位（正交、垂直或平行）有關(guān)。根據(jù)IEC 61196-4規(guī)定，耦合損耗值是空間測(cè)量數(shù)據(jù)的平均值。圖5是耦合損耗的測(cè)試及計(jì)算圖。
如果接收天線D的距離是6m，測(cè)得的耦合損耗會(huì)增大5dB(即信號(hào)電平減小5dB)。
圖5耦合損耗的測(cè)試及計(jì)算圖
Lc＝Pin－[PR(d)－(Pin－Pout)d]--------------------------------------(2)
在 IEC61196-4和GB/Tl7737.4標(biāo)準(zhǔn)中，泄漏電纜的長(zhǎng)度至少要10倍于測(cè)量頻率下的波長(zhǎng)，同時(shí)為確保測(cè)量有效，在95%覆蓋接收率時(shí)，每半波長(zhǎng)需要進(jìn)行10次測(cè)量，才能作為計(jì)算耦合損耗的依據(jù)。由于要求的測(cè)量點(diǎn)太多，因此耦合損耗的測(cè)量依靠人工是不可能實(shí)現(xiàn)的，必須借助計(jì)算機(jī)和自動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)耒完成。
由于某一處漏泄電纜內(nèi)的傳輸功率等于電纜輸入功率減去電纜輸入端到該處的功率衰減，因此，局部漏纜的耦合損耗ac (z)計(jì)算公式如下：
ac(z)=Ne-（a×z）-Nr(z)-------------------------------------------------------------- (3)
式中：
ac (z) ：局部漏纜的耦合損耗，單位dB；
Ne ：漏纜輸入端的電平，單位dBm；
Nr (z) ：測(cè)量天線處的接收電平，單位dBm；
a ： 漏纜的衰減常數(shù)(傳輸損耗)，單位dB/km；
z ： 漏纜輸入端到接收天線的距離，單位km。
耦合損耗Lc可由ac50和ac95兩個(gè)典型值來(lái)表征，
ac50(即50％覆蓋率)耦合損耗：是指在50 %覆蓋區(qū)測(cè)得的局部漏纜的耦合損耗平均值；
ac95(即95％覆蓋率)耦合損耗：是指在95%覆蓋區(qū)測(cè)得的局部漏纜的耦合損耗平均值。
ac50和ac95之間的差值，可以幫助系統(tǒng)設(shè)計(jì)員評(píng)估并計(jì)算連接的可用性。
二. 泄漏電纜傳輸系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
由于漏泄同軸電纜能保證信號(hào)覆蓋的連續(xù)性和均勻性，因此可以在任何地方、甚至存在電磁波干擾或沒(méi)有電磁波的地方都可實(shí)現(xiàn)無(wú)線通信，例如：隧道、礦山、地鐵、建筑大樓和大型復(fù)雜的地下停車(chē)場(chǎng)。
耦合型寬帶泄漏同軸電纜可覆蓋從900MHz的蜂窩系統(tǒng)到1900MHz的PCS (個(gè)人通訊服務(wù)) 服務(wù)，包括用于應(yīng)急服務(wù)的超高頻系統(tǒng)。這些系統(tǒng)可以通過(guò)組合器(合波器)或者交叉波段耦合器把信號(hào)合成到一根泄漏同軸電纜。能在同一根電纜上完成不同波段的各種服務(wù)。
在長(zhǎng)達(dá)2～3公里的隧道中，應(yīng)每隔一定距離安裝一臺(tái)雙向放大器，把信號(hào)放大到合理的程度。原則是電纜信號(hào)下降20分貝時(shí)，放大器就應(yīng)介入補(bǔ)償20分貝的損耗。在裝有蜂窩系統(tǒng)的大樓，樓頂天線與樓內(nèi)放大器連接時(shí)，可以把接收信號(hào)電平放大25～30分貝。只要足以補(bǔ)償路徑損耗就行。
泄漏同軸電纜的耦合損耗設(shè)計(jì)一般選擇在55～85分貝之間(與漏纜的槽孔參數(shù)有關(guān))。對(duì)于狹長(zhǎng)的隧道系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，無(wú)線電波在隧道中傳播時(shí)具有隧道效應(yīng)，信號(hào)傳播是墻壁反
射與直射的結(jié)果，其中直射為主要分量。因此隧道本身也能幫助提高泄漏同軸電纜的耦合性能，所以耦合損耗設(shè)計(jì)一般選擇為75～85分貝(即輻射量可小一些)，這樣有利于增長(zhǎng)漏纜的覆蓋長(zhǎng)度。
對(duì)于地下停車(chē)場(chǎng)和建筑樓宇內(nèi)，漏泄同軸電纜的單向長(zhǎng)度一般都較短，在50～100米之間，傳輸衰減(線路損耗)一般都不會(huì)大。因此泄漏同軸電纜的耦合損耗設(shè)計(jì)一般選擇在55～65分貝之間(即輻射量可大一些)，讓漏泄同軸電纜能盡量多的發(fā)射信號(hào)功率，并能穿透周?chē)缑妗?/p>
泄漏同軸電纜系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)需要考慮的主要因素有：耦合損耗、傳輸衰減(線路損耗)、系統(tǒng)總損耗、各種接插件及跳線的插損、環(huán)境影響、射頻功放的輸出功率、中繼器的增益以及移動(dòng)設(shè)備的最低工作電平。規(guī)格尺寸大的漏泄同軸電纜系統(tǒng)的傳輸損耗較小，可獲得較長(zhǎng)的覆蓋長(zhǎng)度。
2.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)步驟：
1. 確定移動(dòng)終端設(shè)備參數(shù)：
由于移動(dòng)終端的輸出功率較低，因此一般以移動(dòng)終端的發(fā)射功率來(lái)確定漏泄同軸電纜的最大覆蓋長(zhǎng)度。根據(jù)設(shè)備的最大輸出功率電平（手機(jī)為2W）和系統(tǒng)要求的最低接收?qǐng)鰪?qiáng)（典型值為85dBm～105dBm）確定系統(tǒng)允許的最大總損耗值αmax. 。
2. 選定漏泄同軸電纜的耦合損耗值Lc：
確定選定泄漏同軸電纜在指定工作頻率上規(guī)定長(zhǎng)度L所對(duì)應(yīng)的傳輸衰減為α×L。
α為該漏泄同軸電纜的線路損耗(dB/100米)。從而可確定該漏泄同軸電纜的系統(tǒng)總損耗值αs=α×L＋Lc 。(α為線路損耗，dB/100米；L為漏纜長(zhǎng)度，m ；Lc為耦合損耗，dB。)
3.根據(jù)工作環(huán)境應(yīng)留出一定的損耗裕量M：
損耗裕量M涉及的因素一般有以下幾點(diǎn)：
漏纜提供的耦合損耗數(shù)據(jù)為統(tǒng)計(jì)平均值，必須考慮其波動(dòng)性；
按50％覆蓋率的耦合損耗值設(shè)計(jì)時(shí)，需留出10dB的裕量；
按95％覆蓋率的耦合損耗值設(shè)計(jì)時(shí)，需留出5dB的裕量；
應(yīng)考慮跳線及接頭的插損；
地鐵系統(tǒng)車(chē)體的屏蔽作用和吸收損耗也要考慮，
上述各項(xiàng)的環(huán)境影響，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)M的推薦值為15dB到17dB；
4. 確定泄漏同軸電纜的最大覆蓋距離：
因?yàn)橄到y(tǒng)允許的最大總損耗為：αmax. ＝αs ＋M＝α×L＋Lc＋M
則漏纜的最大覆蓋距離L=(αmax.－Lc－M)÷α-------------------(4)
2.2 某地鐵隧道泄漏電纜鏈路計(jì)算
地鐵隧道長(zhǎng)2800米，傳輸900MHz波段的GSM移動(dòng)通信信號(hào)；系統(tǒng)覆蓋要求：90%的車(chē)內(nèi)覆蓋電平應(yīng)達(dá)到-85dBm。采用無(wú)線直放站作為GSM信號(hào)源。
1. 漏泄同軸電纜選用的依據(jù)
漏泄同軸電纜選用的依據(jù)是：使用頻率、傳輸距離、傳輸衰減和耦合損耗。本方案選用HLHTAY-50-42 (1-5/8") 輻射型寬頻帶異型槽泄漏電纜，技術(shù)參數(shù)為：..
工作頻率：900MHz
耦合損耗Lc：該電纜的50%覆蓋率的耦合損耗為72dB，在保證90%覆蓋概率時(shí)，耦合損耗增加9dB，即90%覆蓋概率時(shí)的耦合損耗為72+9＝81dB。
標(biāo)稱(chēng)傳輸衰減α為2.34dB/100m；
2. 移動(dòng)終端技術(shù)參數(shù)
手機(jī)最大輸出功率為2W（33dBm）
90%的車(chē)內(nèi)覆蓋電的接收電平為 -85 dBm
3.系統(tǒng)損耗裕量M
耦合損耗的波動(dòng)裕量為5dB
跳線及接頭損耗為2dB
車(chē)體影響為10dB
系統(tǒng)損耗裕量M ＝5 dB＋2 dB＋10 dB＝17 dB
4. 系統(tǒng)允許的最大總損耗值αmax.：
系統(tǒng)允許的最大總損耗值：αmax.＝手機(jī)發(fā)射功率(33 dBm )接收功率電平Pr（-85 dBm）＝118 dB
5. 計(jì)算漏纜最大長(zhǎng)度：
漏纜最大長(zhǎng)度 L＝(αmax.-Lc-M)÷α＝（118 dB－81 dB－17 dB）÷23.4 dB/km
＝0.879km ＝854米。
此結(jié)果說(shuō)明在以上條件下，該種規(guī)格泄漏同軸電纜的最大覆蓋距離為854米，由于地鐵隧道長(zhǎng)為2800米，，必須由四段700米泄漏同軸電纜組成，中間需用雙向(收、發(fā))中繼放大器來(lái)完成全部覆蓋距離。
6.計(jì)算泄漏電纜需要的輸入功率Pt：
接收電平Pr＝Pt ―Lc－M－α；
則：Pt＝Pr ＋Lc＋M＋α----------------------------(5)
式中：
Pr：接收電平，-85dBm；
Lc：耦合損耗，81dB；
M：損耗裕量，17dB；
α：傳輸衰減＝2.34 dB/100m×700m＝16.38dB
Pt＝－85dBm＋81dB＋17dB＋16.38dB＝29.38 dBm (即1w)
考慮到需要抑制上行信號(hào)的噪聲和抑制下行信號(hào)交互調(diào)制產(chǎn)生的噪聲，實(shí)際需要的發(fā)射功率還需提高50％，即33 dBm。
如果需轉(zhuǎn)發(fā)4路載波信號(hào)，4路載波信號(hào)用合波器合成一路輸入到漏纜，4合1合波器的衰耗為8dB，則每路雙向射頻功放的功率輸出應(yīng)為33dBm＋8dB＝41 dBm(12w)。
(6) GSM信號(hào)源和第一個(gè)放大器之間允許的最大縱向衰減為：
LossLong＝33+85-17-81＝20dB。因此，第一個(gè)放大器的增益應(yīng)為20-25dB。
2.3系統(tǒng)設(shè)計(jì)
圖6是由四段700公尺泄漏電纜組成的雙軌地鐵隧道無(wú)線通信系統(tǒng)。寬帶雙向射頻功率放大器的功率增益為25～30分貝。
系統(tǒng)設(shè)計(jì)還需考慮下面一些問(wèn)題：
接地的考慮
饋線或漏纜的接地
接地點(diǎn)的選擇
隧道的環(huán)境影響
產(chǎn)品手冊(cè)的誤差范圍
垂直極化方式下的耦合損耗指標(biāo)
直流阻斷器的考慮
功分器選擇
合波器/耦合器的選擇
泄漏同軸電纜的終端匹配電阻。
三. 泄漏同軸電纜在自由空間電磁波場(chǎng)強(qiáng)的測(cè)量
場(chǎng)強(qiáng)是電磁場(chǎng)強(qiáng)度的簡(jiǎn)稱(chēng)，它是天線在空間某點(diǎn)的感應(yīng)電信號(hào)大小，以表征該點(diǎn)的電磁場(chǎng)強(qiáng)度。單位為微伏/米(μv/m)。
3.1場(chǎng)強(qiáng)測(cè)量
接收天線與漏纜的相互方位有：水平、垂直和水平正交三種。場(chǎng)強(qiáng)的測(cè)量數(shù)據(jù)不僅與測(cè)量位置的電磁場(chǎng)強(qiáng)弱有關(guān)，還與接收方位有關(guān)，如果接收天線的方位與被測(cè)漏纜軸線平行，可獲得最大的感應(yīng)信號(hào)。如圖7(C)所示。
圖7接收天線的極化方向與漏纜相對(duì)的三種測(cè)量方位
場(chǎng)強(qiáng)一般可用射頻（RF）有效值型電平表（電壓表）來(lái)測(cè)量。圖8是場(chǎng)強(qiáng)測(cè)量原理圖。
當(dāng)線路匹配良好時(shí)，儀表讀取的電平值是儀表輸入端口（一般50Ω或75Ω）所取得的射頻電壓Er（dBμv)。Er可用下式表示：
Er=E+Ga+20lgLe-Lf-6---------（6）
式中：
Er：儀表輸入口讀取的電平（dBμV）；
E；電場(chǎng)強(qiáng)度（dBμV/m）；
Ga：接收天線增益（dB）。
如果采用半波長(zhǎng)偶極天線時(shí)Ga=0dB；圖8 電場(chǎng)強(qiáng)度測(cè)量原理
Le：接收天線有效長(zhǎng)度（λ/π）；
Lf：接收饋線損耗（dB）；
6：從終端值換算為開(kāi)放口的校正值（dB）。
而電場(chǎng)強(qiáng)度E（dBμV/m）則可從（6）式求出，即：
E =Er-Ga-20lgLe+Lf+6------------------------------------(7)
舉例說(shuō)明：
測(cè)試頻率：228.25MHz(λ=1.31m)
則20lgλ/π=20lg1.31/π≈-7.6dB；
接收天線為全向半波長(zhǎng)偶極天線，Ga=0dB；Lf選用衰減10dB/100m型電纜，實(shí)用長(zhǎng)度10m時(shí)的衰減為1dB；儀表指示電平為15dBμV。
將上列數(shù)據(jù)代入（7），即可求得：可求得：
場(chǎng)強(qiáng)E =Er-Ga-20lgle+Lf+6 =15-0-（-7.6）+1+6 =15+7.6+1+6 =29.6dBμV/m。
3.2場(chǎng)強(qiáng)儀
場(chǎng)強(qiáng)儀是由電平表和天線組成的儀器。場(chǎng)強(qiáng)儀的量值是以μV/m作單位。從原理上來(lái)說(shuō)，電平表（或電壓表）它量度的是儀表輸入端口的壓值，而場(chǎng)強(qiáng)儀所量度的是天線在自由空間中某一點(diǎn)感應(yīng)的電壓。
目前市面上的場(chǎng)強(qiáng)儀，是將電平表的技術(shù)指標(biāo)與天線分開(kāi)。如日本安立公司ML524場(chǎng)強(qiáng)儀主機(jī)就是按一個(gè)電平表給出技術(shù)指標(biāo)，頻率范圍、靈敏度、電平測(cè)量范圍、電平測(cè)試精度。天線MP534A、MP666A作為選件，按頻段給出技術(shù)指標(biāo)和天線增益。
國(guó)內(nèi)無(wú)線領(lǐng)域常用的是南韓生產(chǎn)的PTK3201場(chǎng)強(qiáng)儀，它也是按電平表給出指標(biāo)，頻率范圍0.1～2000MHz，靈敏度0.3mV等都是以儀器輸入端口給出，有一根鞭裝天線，沒(méi)有天線系數(shù)，只能定性地測(cè)量信號(hào)場(chǎng)強(qiáng)的相對(duì)大小，如果要測(cè)定dBμV/m 場(chǎng)強(qiáng)，則要選配測(cè)量天線。
由此可見(jiàn)，電平表Er (以dBμV作單位)和場(chǎng)強(qiáng)儀E (以dBμV/m作單位)是有很大區(qū)別的。可用式(7)換算。請(qǐng)注意：Er(電平)和E(場(chǎng)強(qiáng))是兩個(gè)不相同的數(shù)值，不能互相替代。
場(chǎng)強(qiáng)儀，它與天線關(guān)系非常密切，如果要求一定的測(cè)量精度，那么從式（7）可知，它直接與天線增益Ga有關(guān)，再則與天線的工作頻率范圍有關(guān)，這是最起碼的要求，因此不能隨便找一根天線接在電平表上就行了。在實(shí)踐中，這種天線稱(chēng)為測(cè)試天線，它有嚴(yán)格技術(shù)指標(biāo)，如頻率范圍，天線增益以及阻抗、駐波比、波束的前后比等等。為適應(yīng)它的頻率范圍，其形狀大有區(qū)別，有鞭狀天線，半波振子天線，對(duì)數(shù)周期天線，環(huán)行天線等。
3.3譜分析儀與場(chǎng)強(qiáng)儀
以前場(chǎng)強(qiáng)儀總是將天線配套供給。隨著電子技術(shù)和電子測(cè)量技術(shù)的發(fā)展，特別是20世紀(jì)80年代以來(lái)，頻譜分析儀的大量使用，傳統(tǒng)的場(chǎng)強(qiáng)儀已越來(lái)越少，它的功能己被頻譜儀代替。頻譜儀本身就是測(cè)量頻譜范圍內(nèi)的信號(hào)電平，如果在頻譜儀上加上標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試天線不就是可測(cè)量場(chǎng)強(qiáng)了嗎！比較好的頻譜儀，可以將天線系數(shù)存在機(jī)內(nèi)，使用時(shí)直接顯示場(chǎng)強(qiáng)數(shù)值μV/m。如安捷倫公司、安立公司的頻譜儀大都有天線系數(shù)存儲(chǔ)功能。
結(jié)束語(yǔ)：
在山區(qū)隧道和地鐵、礦井等場(chǎng)合進(jìn)行無(wú)線通信，無(wú)線電波傳播會(huì)受到阻礙，尤其是短波和超短波受到的傳輸衰減更大。測(cè)試表明，一臺(tái)在中等開(kāi)闊地、有效通信距離為5千米的無(wú)線電臺(tái)，放到礦井下或坑道里，它的有效通信距離只能為20來(lái)米。增大無(wú)線電臺(tái)的發(fā)射功率固然可以增大通信距離，但通信效果并不明顯。有專(zhuān)家作過(guò)試驗(yàn)，即使將無(wú)線電臺(tái)的發(fā)射功率加大100倍，在礦井下或隧道中，它的傳播距離也不過(guò)只能增加1/5罷了。何況，在礦井下是不允許隨意增大發(fā)射功率的，不然容易因電火花引發(fā)爆炸事故。那么，在隧道、礦井內(nèi)實(shí)現(xiàn)無(wú)線電通信，路在何方？經(jīng)過(guò)科學(xué)家們的研究，終于找到了利用泄漏同軸電纜進(jìn)行無(wú)線電通信的良方。泄漏電纜隧道無(wú)線通信覆蓋系統(tǒng)主要得益在于：
(1) 可減少信號(hào)陰影和遮擋區(qū)域。在復(fù)雜的隧道中如果采用分布式天線，手機(jī)與某特定天線之間可能會(huì)受到遮擋，導(dǎo)致覆蓋不好。
(2) 信號(hào)波動(dòng)范圍減少。與其它天線系統(tǒng)相比，隧道內(nèi)信號(hào)覆蓋連續(xù)、均勻。
(3) 可對(duì)多種服務(wù)同時(shí)提供覆蓋。泄漏電纜本質(zhì)上是一種寬帶系統(tǒng)，多種不同的無(wú)線系統(tǒng)可以共享同一套泄漏電纜系統(tǒng)。
(4) 泄漏電纜覆蓋設(shè)計(jì)是一項(xiàng)非常成熟的技術(shù)，其設(shè)計(jì)方案相對(duì)簡(jiǎn)單。
傳統(tǒng)機(jī)械設(shè)計(jì)范文4
在當(dāng)今世界，計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，導(dǎo)致廣告設(shè)計(jì)越來(lái)越機(jī)械化、模式化；而在激烈的市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)競(jìng)爭(zhēng)下，廣告的持續(xù)發(fā)展必然要求設(shè)計(jì)家要突破各種常規(guī)，在注意信息傳達(dá)功能的同時(shí)，更應(yīng)該注重獨(dú)特風(fēng)格的發(fā)展，用富有創(chuàng)意的設(shè)計(jì)去打動(dòng)消費(fèi)者的心。于是人們發(fā)現(xiàn)，將情感融和到設(shè)計(jì)之中，廣告會(huì)獲得更易打動(dòng)人心的力量。其原因在于，中國(guó)是一個(gè)具有五千年歷史的文化古國(guó)，每個(gè)人在其成長(zhǎng)的過(guò)程中都受到過(guò)傳統(tǒng)文化的熏陶和感染，人們?cè)趥鹘y(tǒng)文化中受到最為單純、最為原始的溫暖人性，因此，在廣告設(shè)計(jì)作品中，如果能巧妙地運(yùn)用中國(guó)傳統(tǒng)文化，會(huì)使人倍感親切、溫馨、信任，從而在心靈上引起共鳴，激發(fā)消費(fèi)者消費(fèi)的欲望。現(xiàn)代廣告設(shè)計(jì)只有真正引起消費(fèi)者的情感共鳴，才能實(shí)現(xiàn)最佳的廣告效果。
如何將中國(guó)傳統(tǒng)文化融合到現(xiàn)代廣告設(shè)計(jì)中去?其作用又有哪些?這自然不是簡(jiǎn)單的問(wèn)題，對(duì)于傳統(tǒng)文化我們是照搬照抄，還是將傳統(tǒng)文化放置一邊，不予理睬?筆者認(rèn)為好的設(shè)計(jì)應(yīng)著重于人與人、人與空間和人與自然的融合上，是對(duì)傳統(tǒng)文化的再創(chuàng)造。而這種再創(chuàng)造是在理解的基礎(chǔ)上，用現(xiàn)代的審美觀對(duì)傳統(tǒng)的一些元素加以改造、提煉和運(yùn)用，使其更富有時(shí)代的特征：或者把傳統(tǒng)的造型方法與表現(xiàn)形式運(yùn)用到現(xiàn)代設(shè)計(jì)中來(lái)表達(dá)設(shè)計(jì)的理念，體現(xiàn)民族個(gè)性，這是對(duì)傳統(tǒng)文化再創(chuàng)造的理解。中國(guó)傳統(tǒng)文化對(duì)現(xiàn)代廣告設(shè)計(jì)的融合作用究竟體現(xiàn)在哪些方面呢?
一、中國(guó)傳統(tǒng)文化對(duì)現(xiàn)代廣告設(shè)計(jì)構(gòu)圖的作用
所謂傳統(tǒng)文化，是指中國(guó)幾千年文化發(fā)展史中在特定的自然環(huán)境、經(jīng)濟(jì)形式、政治結(jié)構(gòu)、意識(shí)形態(tài)的作用下形成、積累和流傳下來(lái)，并且至今仍在影響著當(dāng)今文化的“活”的中國(guó)古代文化，這些文化又包含了國(guó)畫(huà)、剪紙、建筑、皮影、雕刻等等。而傳統(tǒng)文化又與廣告有著不解之緣，兩者在構(gòu)圖上的融和關(guān)鍵在于廣告設(shè)計(jì)中傳統(tǒng)美學(xué)的審美性。之前我們說(shuō)過(guò)；中國(guó)是一個(gè)歷史文化古國(guó)，每個(gè)人都受到傳統(tǒng)文化的熏陶，這必然導(dǎo)致我們對(duì)“美”的崇拜和追求觀念不同與西方國(guó)家，形成具有中國(guó)傳統(tǒng)文化獨(dú)色的廣告作品。因此，中國(guó)傳統(tǒng)美學(xué)的審美性影響著廣告設(shè)計(jì)作品中“美”的體現(xiàn)，也影響著中國(guó)傳統(tǒng)文化的繼承和發(fā)展。
我們都知道廣告設(shè)計(jì)是屬于“瞬間藝術(shù)”，人們駐足于前的時(shí)間短，視線集中的程度有限，要想在這苛刻的條件下給人留有印象，廣告的設(shè)計(jì)就不能太過(guò)于復(fù)雜，必須要做到一目了然，簡(jiǎn)潔明確，使人在一瞬之間、一定距離外能看清楚所要宣傳的事物。為了達(dá)到這個(gè)目的，廣告的設(shè)計(jì)總是盡可能采取假定的設(shè)計(jì)手法，將不同時(shí)間、空間發(fā)生的活動(dòng)組合在一起，并經(jīng)常運(yùn)用象征手法，啟發(fā)人們的聯(lián)想來(lái)吸引消費(fèi)者。所以在廣告構(gòu)圖中，要突出重點(diǎn)，就要?jiǎng)h去次要的細(xì)節(jié)，甚至是背景。這種設(shè)計(jì)手法與國(guó)畫(huà)處理構(gòu)圖的手法一致。例如：在國(guó)畫(huà)構(gòu)圖中要求“以一當(dāng)十”、“以少勝多”的精煉：或者“計(jì)白當(dāng)黑”、“無(wú)畫(huà)處皆成妙境”的簡(jiǎn)潔；“疏可走馬，密不透風(fēng)”的對(duì)比關(guān)系等。由此我們可以看出，在現(xiàn)代廣告設(shè)計(jì)中，構(gòu)圖要概括集中，突出醒目地表達(dá)所要宣傳的事物，表現(xiàn)物與物之間的內(nèi)在聯(lián)系，賦予畫(huà)面更廣泛的含義并使人們?cè)谟邢薜漠?huà)面中能聯(lián)想到更廣闊的生活，感受到新的意義。我們只有將中國(guó)傳統(tǒng)文化的精髓融合到現(xiàn)代廣告設(shè)計(jì)的理念中去，才能使民族傳統(tǒng)文化與現(xiàn)代廣告設(shè)計(jì)真正的融為一體，從而增強(qiáng)廣告設(shè)計(jì)的傳播效率與文化藝術(shù)意蘊(yùn)。另外，傳統(tǒng)文化與現(xiàn)代廣告設(shè)計(jì)的融和還可以有效增加廣告的附加價(jià)值，傳統(tǒng)文化由于自身特有的功能性和特殊的文化底蘊(yùn)，本身就具有“滿足人們精神需要”的價(jià)值，這種價(jià)值可以在現(xiàn)代廣告設(shè)計(jì)中起到增強(qiáng)附加價(jià)值的作用。
二、中國(guó)傳統(tǒng)文化對(duì)現(xiàn)代廣告設(shè)計(jì)構(gòu)思的作用
在現(xiàn)代廣告設(shè)計(jì)中，我們?cè)诟S西方現(xiàn)代設(shè)計(jì)潮流的時(shí)候，已不滿足于純粹跟隨，開(kāi)始對(duì)傳統(tǒng)文化進(jìn)行探索，并應(yīng)用傳統(tǒng)文化的構(gòu)思方法來(lái)結(jié)合現(xiàn)代廣告設(shè)計(jì)，體現(xiàn)中國(guó)傳統(tǒng)文化的意蘊(yùn)及自身的文化內(nèi)涵，把握并創(chuàng)造出具有東方特色的廣告設(shè)計(jì)作品。廣告設(shè)計(jì)是一種“瞬間藝術(shù)”，好的廣告作品不僅要讓人“一目了然”，還要“一見(jiàn)傾心”，為它所吸引，留下深刻的印象。這就要求在廣告設(shè)計(jì)中要具備精湛的構(gòu)思。清代一位學(xué)者曾說(shuō)過(guò)，一幅畫(huà)“與其令人愛(ài)，不如使人思”，好的廣告設(shè)計(jì)作品也是如此。它要讓人聯(lián)想、引起人的美好愿望、表現(xiàn)意境，就要有手段，我們稱(chēng)之為“意匠”。如：“獨(dú)具匠心”指的就是別人沒(méi)有想到的你想到了，這也是在廣告設(shè)計(jì)中我們經(jīng)常提到的一種構(gòu)思方法。“意匠”具體說(shuō)來(lái)就是選材(先取最精粹部分)、剪裁(去污存清)、夸張(強(qiáng)調(diào)形象的特征)、經(jīng)營(yíng)位置(構(gòu)圖)、表現(xiàn)(選項(xiàng)用恰當(dāng)?shù)募挤?等，而這一切，恰恰是我國(guó)廣告設(shè)計(jì)者最為常用的構(gòu)思手段。
三、中國(guó)傳統(tǒng)文化對(duì)現(xiàn)代廣告設(shè)計(jì)內(nèi)容的作用
傳統(tǒng)文化是現(xiàn)代廣告?zhèn)鞑コ晒Φ幕A(chǔ)，而現(xiàn)代廣告?zhèn)鞑t是因?yàn)閭鹘y(tǒng)文化的滋養(yǎng)才具備了強(qiáng)勁的精神發(fā)散效力，“越是民族的就越是世界的”這句話在一定程度上對(duì)于廣告同樣適用。中國(guó)傳統(tǒng)文化源遠(yuǎn)流長(zhǎng)，怎樣在廣告設(shè)計(jì)的內(nèi)容上體現(xiàn)傳統(tǒng)文化的精髓??這是我們值得深思的問(wèn)題。筆者認(rèn)為應(yīng)從一個(gè)“意”字開(kāi)始，廣告設(shè)計(jì)內(nèi)容上的意字，指的是傳統(tǒng)文化所要表達(dá)的意蘊(yùn)，也是意味深長(zhǎng)之意。“意”是傳統(tǒng)文化在內(nèi)容設(shè)計(jì)上的關(guān)鍵，也適合于現(xiàn)代廣告設(shè)計(jì)所提出的吉祥如意的設(shè)計(jì)理念，更符合中國(guó)人在廣告設(shè)計(jì)上的要求。例如：腦白金的廣告語(yǔ)“今年孝敬咱爸媽?zhuān)投Y還送腦白金”、“今年過(guò)節(jié)不收禮，收禮還收腦白金”，就是利用了中國(guó)傳統(tǒng)文化對(duì)“意”的理解。中國(guó)自古就有尊老愛(ài)幼、孝敬父母的傳統(tǒng)美德，“腦白金”定位成一種禮品，并且是一種能帶給人健康的禮品，極力宣傳送禮更要送健康的“意”念。這個(gè)觀念定位恰好順應(yīng)了中國(guó)的傳統(tǒng)，為廣大消費(fèi)者所能接受，從而有效地樹(shù)立了企業(yè)、品牌形象。整個(gè)廣告根植于中華民族傳統(tǒng)文化，是有強(qiáng)烈的現(xiàn)代氣息，既符合了廣告主的要求，又達(dá)到了準(zhǔn)確的廣告定位。
我國(guó)的傳統(tǒng)文化具有很強(qiáng)的東方文化的表現(xiàn)風(fēng)格，它能完美地將我國(guó)的傳統(tǒng)文化融合到現(xiàn)代廣告設(shè)計(jì)理念中去。這不僅僅是對(duì)中華藝術(shù)精神的繼承，更是對(duì)中國(guó)傳統(tǒng)文化走向世界的一種推廣和弘揚(yáng)。我們只有不斷加深對(duì)傳統(tǒng)文化的理解，將傳統(tǒng)文化融和到現(xiàn)代廣告設(shè)計(jì)中，才能對(duì)傳統(tǒng)文化加以改造、提煉和運(yùn)用，更好地利用它創(chuàng)造新的富有中國(guó)特色的現(xiàn)代廣告設(shè)計(jì)理念。
傳統(tǒng)機(jī)械設(shè)計(jì)范文5
（國(guó)家海洋技術(shù)中心，天津300112）
摘要：為解決在外場(chǎng)條件下不便于測(cè)試數(shù)傳電臺(tái)通信性能的問(wèn)題，提出了便攜式數(shù)傳電臺(tái)測(cè)試系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路。該系統(tǒng)由鋰聚合物電池、電源管理模塊、主控芯片、電臺(tái)通信接口模塊等部分組成，通過(guò)對(duì)系統(tǒng)主控芯片編程可為數(shù)傳電臺(tái)提供測(cè)試數(shù)據(jù)以滿足要求。試驗(yàn)結(jié)果表明：該系統(tǒng)能夠在外部無(wú)源的復(fù)雜環(huán)境中完成對(duì)多種性能數(shù)傳電臺(tái)的測(cè)試，具有便攜性、實(shí)用性、工作穩(wěn)定的特點(diǎn)。
關(guān)鍵詞 ：數(shù)傳電臺(tái)測(cè)試；便攜式系統(tǒng)；電池充電管理；串口通信
中圖分類(lèi)號(hào)：TN924?34 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1004?373X（2015）15?0005?03
收稿日期：2015?01?30
基金項(xiàng)目：國(guó)家海洋防災(zāi)減災(zāi)項(xiàng)目支持（2009?008）
0 引言
數(shù)傳電臺(tái)（Radio Modem），又可稱(chēng)為“無(wú)線數(shù)傳電臺(tái)”、“無(wú)線數(shù)傳模塊”，是指借助DSP技術(shù)和軟件無(wú)線電技術(shù)實(shí)現(xiàn)的高性能專(zhuān)業(yè)數(shù)據(jù)傳輸電臺(tái)。數(shù)傳電臺(tái)在無(wú)線通信系統(tǒng)中使用廣泛，因此對(duì)其工作性能的測(cè)試十分重要，通常利用有線測(cè)試的方法獲得電臺(tái)的發(fā)射功率、靈敏度、二次和三次諧波功率等指標(biāo)[1?2]，從測(cè)試結(jié)果對(duì)其性能加以評(píng)價(jià)；然后會(huì)根據(jù)電臺(tái)發(fā)射功率、接收靈敏度、收發(fā)天線的方向圖、極化匹配因子、電磁波自由空間損耗等因素，估算出電臺(tái)有效的通信距離[3?4]，以此來(lái)評(píng)價(jià)電臺(tái)在無(wú)線通信環(huán)境下的通信性能。
由于實(shí)際應(yīng)用環(huán)境（如地形、建筑、遮擋物、供電不便等）復(fù)雜多變，僅根據(jù)理論計(jì)算評(píng)價(jià)電臺(tái)的通信性能是不夠且不具有說(shuō)服力的，必須通過(guò)在現(xiàn)場(chǎng)選擇合理的位置加以測(cè)試，從而確定電臺(tái)實(shí)際可靠的通信距離。為了滿足不同性能電臺(tái)的測(cè)試要求，需設(shè)計(jì)能與多種電臺(tái)相配合使用的便攜式測(cè)試系統(tǒng)，以滿足在各種復(fù)雜測(cè)試環(huán)境下的需要。
測(cè)試系統(tǒng)以大容量鋰聚合物電池作為系統(tǒng)電源，在電源管理電路的控制下完成電池的充放電管理，并可為多種數(shù)傳電臺(tái)提供穩(wěn)定可調(diào)的工作電壓輸出，系統(tǒng)具有剩余電量指示功能，并可及時(shí)對(duì)電池充電。系統(tǒng)上的主控芯片通過(guò)編程可為電臺(tái)提供多種測(cè)試數(shù)據(jù)，具有標(biāo)準(zhǔn)的RS 232 接口，可與多種電臺(tái)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信以滿足測(cè)試要求。
1 系統(tǒng)總體構(gòu)成
便攜式測(cè)試系統(tǒng)由鋰聚合物電池、電源管理模塊、開(kāi)關(guān)、主控芯片、電臺(tái)通信接口模塊等部分組成。選用鋰聚合物電池是因其具有能量高、小型化、安全性好等特點(diǎn)[5]，其容量為10 000 mA·h，最大輸出電流為2.1 A，可滿足測(cè)試系統(tǒng)及較大功率電臺(tái)的需要；電源管理模塊完成鋰電池充電、測(cè)試系統(tǒng)和電臺(tái)供電等功能；系統(tǒng)通過(guò)主控芯片、開(kāi)關(guān)、電臺(tái)通信接口模塊等部分完成對(duì)待測(cè)電臺(tái)無(wú)線通信有效性和可靠性的測(cè)試，其組成框圖如圖1所示。
便攜式測(cè)試系統(tǒng)與待測(cè)電臺(tái)連接后，開(kāi)啟開(kāi)關(guān)，系統(tǒng)運(yùn)行并為電臺(tái)提供適當(dāng)?shù)墓ぷ麟妷汉碗娏鳎ㄟ^(guò)對(duì)系統(tǒng)上的主控芯片編程產(chǎn)生與待測(cè)電臺(tái)相符合的測(cè)試數(shù)據(jù)，通過(guò)電臺(tái)通信接口模塊傳給電臺(tái)并由其發(fā)射出去，數(shù)據(jù)發(fā)送時(shí)會(huì)伴隨指示燈的閃爍，發(fā)送完畢后系統(tǒng)電源自動(dòng)關(guān)閉。
2 硬件設(shè)計(jì)
2.1 電源管理模塊設(shè)計(jì)
2.1.1 鋰聚合物電池充電管理電路設(shè)計(jì)
測(cè)試系統(tǒng)使用TI公司的BQ24702芯片對(duì)鋰聚合物電池進(jìn)行充電管理，該芯片是一款高集成度電池充電控制器，可通過(guò)動(dòng)態(tài)功率管理功能最小化充電時(shí)間，具有0.4%的充電電壓精度和4%的充電電流精度，適合對(duì)鋰電池進(jìn)行充電控制[6]，其電路連接如圖2 所示。其中VREF引腳為芯片的5 V 參考電壓輸出，通過(guò)上拉電阻將ENABLE引腳置為高電平使芯片保持在工作狀態(tài)，通過(guò)電阻分壓的方式控制SRSET和BATSET引腳電壓，從而設(shè)置電池的充電電流和電壓，該設(shè)計(jì)中將二者分別設(shè)為2.5 A和5 V。R9 為25 mΩ精密電阻，通過(guò)SRP和SRN引腳對(duì)其兩端電壓進(jìn)行檢測(cè)從而控制電池充電電流達(dá)到設(shè)定值，通過(guò)BATP引腳檢測(cè)電池的充電電壓，達(dá)到設(shè)定值后電池充電電壓保持不變而充電電流逐漸減小，當(dāng)其減小到芯片內(nèi)部設(shè)定的電流門(mén)限后停止充電[7]。電池的剩余電量通過(guò)4個(gè)發(fā)光二極管進(jìn)行顯示。
2.1.2 測(cè)試系統(tǒng)電源電路設(shè)計(jì)
測(cè)試系統(tǒng)使用鋰聚合物電池提供的5 V 電壓作為系統(tǒng)輸入電壓，由于各種電臺(tái)正常工作時(shí)的供電電壓各不相同，應(yīng)設(shè)計(jì)具備輸出電壓可調(diào)且范圍較寬的調(diào)節(jié)電路，這里使用NS公司的LM2621芯片，該芯片的輸入電壓范圍為1.2~14 V，輸出電壓范圍為1.24~14 V，最大可輸出1 A的負(fù)載電流[8]，效率高達(dá)90%，充分滿足本設(shè)計(jì)要求，其電路連接如圖3所示。其中EN 引腳為芯片的使能端，由測(cè)試系統(tǒng)上的單片機(jī)和系統(tǒng)開(kāi)關(guān)共同控制；通過(guò)調(diào)節(jié)與芯片F(xiàn)B引腳相連的可調(diào)電阻，可對(duì)輸出電壓進(jìn)行調(diào)節(jié)，這里選用阻值為50 kΩ的多圈精密電位器，調(diào)節(jié)電位器R20 使管腳7的輸出電壓為6 V。為了滿足測(cè)試系統(tǒng)上單片機(jī)和其他數(shù)字芯片的供電要求，選用NS公司的LM2937?3.3芯片，將LM2621芯片的輸出電壓作為其輸入，從而獲得穩(wěn)定、低噪聲的3.3 V電壓輸出。
2.2 系統(tǒng)開(kāi)關(guān)設(shè)計(jì)
為了在測(cè)試系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)發(fā)送時(shí)通信指示并節(jié)省設(shè)計(jì)空間，使用帶有發(fā)光二極管的非自鎖開(kāi)關(guān)作為系統(tǒng)開(kāi)關(guān)，通過(guò)對(duì)其自帶的LED 進(jìn)行控制實(shí)現(xiàn)發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)的閃爍效果，非自鎖的方式允許測(cè)試系統(tǒng)在工作完畢后可自動(dòng)關(guān)斷電源。
測(cè)試系統(tǒng)的啟動(dòng)流程如下：系統(tǒng)電源芯片LM2621的使能端EN由兩個(gè)光電耦合器的輸出引腳共同控制，當(dāng)開(kāi)關(guān)按下后，一個(gè)光耦瞬間導(dǎo)通，LM2621因EN為高電平開(kāi)始工作，系統(tǒng)上的單片機(jī)和數(shù)字芯片獲得工作電壓，單片機(jī)程序運(yùn)行，通過(guò)其I/O口控制另一個(gè)光耦導(dǎo)通，EN因此繼續(xù)保持高電平，當(dāng)程序運(yùn)行結(jié)束后關(guān)斷該光耦從而關(guān)閉LM2621芯片，系統(tǒng)電源關(guān)閉。
2.3 主控芯片選型及設(shè)計(jì)
由于測(cè)試系統(tǒng)主要完成對(duì)外圍芯片的控制和測(cè)試數(shù)據(jù)的生成，對(duì)于計(jì)算要求并不復(fù)雜，因此對(duì)主控芯片的運(yùn)算處理能力要求不高；同時(shí)，由于測(cè)試系統(tǒng)的電池容量為10 000 mA·h，而系統(tǒng)在工作時(shí)所需時(shí)間也較短，因此對(duì)主控芯片的功耗要求也不高，但在軟件開(kāi)發(fā)過(guò)程中要求開(kāi)發(fā)難度低，以縮短研發(fā)周期，經(jīng)對(duì)比選型，最終選用Silicon Laboratories 公司的高性能微控制器C8051F310作為主控芯片。它具有與8051兼容的CIP?51微控制器內(nèi)核，是完整的混合信號(hào)片上系統(tǒng)SoC芯片。其主要性能為：采用高速流水線結(jié)構(gòu)（25 MIPS），70%的指令執(zhí)行時(shí)間為1~2個(gè)時(shí)鐘周期，具有16 KB可在系統(tǒng)編程flash和1 280 B SRAM，最多可達(dá)14個(gè)中斷源等特點(diǎn)，以上性能完全滿足本測(cè)試系統(tǒng)的設(shè)計(jì)需求。
2.4 電臺(tái)通信接口模塊設(shè)計(jì)
為了給待測(cè)電臺(tái)供電并與其進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，測(cè)試系統(tǒng)應(yīng)具備電臺(tái)通信接口。使用單片機(jī)的I/O口、光電耦合器和MOSFET組成電臺(tái)供電的控制邏輯。通常各種電臺(tái)都具有RS 232 接口，測(cè)試系統(tǒng)上的單片機(jī)使用的是TTL 電平，選用MAXIMUM 公司生產(chǎn)的MAX3221 芯片完成二者間的電平轉(zhuǎn)換，其電路原理框圖如圖4所示。
3 軟件設(shè)計(jì)
為了保證測(cè)試系統(tǒng)的可靠運(yùn)行且可維護(hù)性強(qiáng)，采用模塊化編程完成程序設(shè)計(jì)，根據(jù)待測(cè)電臺(tái)數(shù)據(jù)的需求對(duì)系統(tǒng)單片機(jī)程序進(jìn)行編寫(xiě)，以生成測(cè)試數(shù)據(jù)源。采用Keil公司的Keil μVision4作為編程環(huán)境開(kāi)發(fā)，程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言采用C語(yǔ)言為主，匯編語(yǔ)言為輔的設(shè)計(jì)方案，匯編語(yǔ)言僅完成MCU寄存器的初始化，其程序流程圖如圖5所示，其中測(cè)試數(shù)據(jù)格式由待測(cè)電臺(tái)的要求來(lái)確定。
4 系統(tǒng)測(cè)試結(jié)果及分析
對(duì)待測(cè)電臺(tái)使用有線測(cè)試的方法獲得其發(fā)射功率和接收靈敏度，選擇帶寬與電臺(tái)相匹配的天線，根據(jù)電磁波的自由空間損耗公式、收發(fā)天線的方向圖及增益等參數(shù)估算出電臺(tái)的理論有效通信距離。在現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試中，根據(jù)場(chǎng)地的要求盡可能將測(cè)試系統(tǒng)和其接收系統(tǒng)拉開(kāi)距離，當(dāng)受場(chǎng)地限制時(shí)，可在待測(cè)電臺(tái)射頻輸出端加一定量的衰減起到拉遠(yuǎn)距離的效果。在進(jìn)行試驗(yàn)前，對(duì)便攜式測(cè)試系統(tǒng)進(jìn)行高低溫試驗(yàn)和8 h不間斷工作試驗(yàn)，以確定其正常工作的環(huán)境溫度范圍和可靠的工作時(shí)間。
現(xiàn)選用三種不同的數(shù)傳電臺(tái)作為待測(cè)電臺(tái)，經(jīng)有線測(cè)量得知，其發(fā)射功率分別為9 dBm，15 dBm，27 dBm，接收靈敏度為-75 dBm，-84 dBm，-82 dBm，工作頻率為160 MHz，433 MHz，915 MHz，工作電壓分別為6 V，9 V，12 V，選擇中心頻率與其相匹配，帶寬為20 MHz，增益為0 dB 的單極子全向天線作為發(fā)射和接收天線。使用直流12 V的電源適配器，對(duì)測(cè)試系統(tǒng)進(jìn)行充電直至電量指示燈顯示充電完成，調(diào)節(jié)3套測(cè)試系統(tǒng)的電臺(tái)供電電壓以滿足要求。編寫(xiě)模擬測(cè)試數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)幀格式由測(cè)試系統(tǒng)標(biāo)號(hào)、幀標(biāo)號(hào)、模擬數(shù)據(jù)內(nèi)容三部分組成[9?10]，每秒發(fā)送1幀數(shù)據(jù)。
選擇遮擋相對(duì)較少的岸邊作為測(cè)試環(huán)境，將測(cè)試系統(tǒng)放置于船上，將其接收系統(tǒng)放置于岸邊高臺(tái)處，開(kāi)啟測(cè)試系統(tǒng)與接收系統(tǒng)且船駛離岸，用頻譜分析儀實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)對(duì)應(yīng)頻率的數(shù)據(jù)發(fā)送狀態(tài)并記錄接收系統(tǒng)的結(jié)果，記錄船的經(jīng)緯度以用于測(cè)量船岸距離。船的航速為8 kn，數(shù)據(jù)連續(xù)發(fā)送40 min，船岸間距約為10 km時(shí)結(jié)束測(cè)試，結(jié)果如表1所示。三套測(cè)試系統(tǒng)在外場(chǎng)環(huán)境下均完成了對(duì)相應(yīng)電臺(tái)的測(cè)試。通過(guò)計(jì)算可知三種電臺(tái)的理論通信距離分別為2.5 km，6 km，8 km，而實(shí)測(cè)通信距離均比理論值要近，這與電臺(tái)自身性能、收發(fā)天線的駐波比、饋線損耗、環(huán)境噪聲、空氣中固態(tài)和液態(tài)顆粒物引起的傳輸損耗等因素有關(guān)。由此可見(jiàn)，使用便攜式測(cè)試系統(tǒng)在外場(chǎng)驗(yàn)證對(duì)評(píng)估電臺(tái)在實(shí)際應(yīng)用環(huán)境下的通信性能是非常必要的，為全面評(píng)估電臺(tái)的有效通信距離提供了保證。
5 結(jié)語(yǔ)
本文提出了便攜式數(shù)傳電臺(tái)測(cè)試系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思想并詳細(xì)給出了硬件和軟件的實(shí)現(xiàn)方案，最后選擇海岸邊作為實(shí)測(cè)場(chǎng)地對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行外場(chǎng)測(cè)試。結(jié)果表明：該測(cè)試系統(tǒng)能在外部無(wú)源的復(fù)雜環(huán)境中完成對(duì)多種數(shù)傳電臺(tái)無(wú)線通信性能的測(cè)試，具有便攜性好、實(shí)用性高、工作穩(wěn)定等特點(diǎn)。本設(shè)計(jì)對(duì)數(shù)傳電臺(tái)通信性能的實(shí)際檢驗(yàn)方法起到一定的借鑒作用。
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作者簡(jiǎn)介：王心鵬（1983—），男，天津人，工學(xué)碩士，助理工程師。主要研究方向?yàn)闊o(wú)線通信、電路設(shè)計(jì)、嵌入式系統(tǒng)等。
傳統(tǒng)機(jī)械設(shè)計(jì)范文6
作者簡(jiǎn)介：
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