分布式热线录音系统的整体设计及实现论文
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篇1：分布式热线录音系统的整体设计及实现论文
1 概述。
近年来随着移动互联网的迅速发展， 国内外广播电台正在发生着深刻的变革[8]. 传统广播电台面临着巨大的挑战， 如何吸引广大的听众， 尤其是吸引广大的移动智能终端的听众， 成为了广播电台的最大的问号。 随着广播电台节目主持人与听众之间的互动越来越频繁， 传统的电台导播模式已无法满足电台节目业务的需求， 数字导播系统应用而生。 数字导播系统是新媒体变革大趋势中的产物， 它有效地解决了传统导播设备无法满足接听大量听众来电的问题， 满足了电台和听众对节目形式的多种需求。
随着数字导播的在各家电台的部署和应用， 听众参与电台节目变得方便快捷， 热线来电的数据统计为节目组提供有用的信息， 因此对热线录音系统的研究变得越来越重要。
传统的热线来电录音功能， 是由录音服务器直接进行录音的， 录音文件资源也集中存储在录音服务器的硬件存储设备中， 这时录音服务器就需要很高的性能满足实时的录音和存储大量的录音文件。 为了能够减少录音服务器的负荷， 同时为了能够保存大量的录音文件资源， 通过对录音功能的研究和分析， 设计出了分布式的热线录音系统。
该课题根据热线录音的特点， 设计了基于硬件语音卡设备的热线录音系统， 文件资源分布式地存储在各个频道工作站上。 本文将从分布式热线录音系统的相关技术、整体设计和录音系统的实现来进行讲解。
2 相关技术介绍。
2.1 硬件录音技术的研究和分析。
本课题在频率工作站端的热线语音板卡设备是杭州三汇公司生产的三汇语音卡， 使用的是 SHT 系列SHT–2B/USB 型号的语音卡， 这种型号采用 USB 接口，符合 1.1 协议的模拟电话线语音盒， 通过配置不同的功能模块， 即可实现虚拟电话机、座席、外线接入等功能。 该型号的语音卡支持 DTMF 和 FSK 模式。 采用电信标准的回声抵消算法， 支持 IP 电话应用和语音识别应用的 BargeIn. 它支持 4 通道全双工录音/放音， 不同的通道可以同时进行不同格式的录放音， 支持 G711A–law、μ–law、linear PCM、IMA–ADPCM、MP3、VOX 和 WINDOWS 标准 WAV 格式， 可以方便地使用Cooledit 等多种声音工具编辑和播放语音文件。
2.2 分布式文件系统（DFS）。
分布式文件系统[1,2]（DFS）把一些分散的（分布在局域网内各个计算机上）共享文件夹， 集合到一个文件夹内（虚拟文件夹）。 利用分布式文件夹， 对于用户来说，要访问这些共享文件夹的时候， 只要打开这个虚拟共享文件夹， 就可以看到所有链接到虚拟共享文件夹内的共享文件夹。 用户感觉不到这是一个虚拟的共享文件夹， 感觉不到这些文件夹时分散于各个计算机上的。分布式文件系统的好处是： 集中访问简化操作， 提高文件存取效率。
2.3 消息队列和 RabbitMQ.
为实现业务服务器系统对频率工作站录音功能的实时控制与管理需要在业务服务器系统与频率工作站之间建立可靠的通信手段以保障控制命令与状态信息的实时交互。 在分布式热线录音系统中， 使用消息中间件服务器建立了一条基于标准消息队列协议的业务服务器系统与频率工作站交互的通道。
使用AMQP标准协议作为自定义业务协议的承载手段， AMQP 是一个提供统一消息服务的应用层标准协议， 选用 RabbitMQ[3]消息队列中间件开源项目作为消息中间件服务器。 RabbitMQ 消息队列中间件开源项目AMQP的标准实现， RabbitMQ定义了以下重要概念。
（1） Exchange, 消息交换机， 它指定消息按什么规则， 路由到哪个队列。
（2） Queue, 消息队列载体， 每个消息都会被投入到一个或多个队列。
（3） Binding, 绑定， 作用是把 exchange 和 queue 按照路由规则绑定起来。
（4） Routing Key, 路由关键字， exchange 根据路由关键字进行消息投递。
篇2：分布式热线录音系统的整体设计及实现论文
4.1 频率工作站的实时录音功能的设计。
频率工作站是分布式热线录音系统的录音功能的实体， 本课题讲述的分布式热线录音系统包含有若干个的频率工作站。 每一个频率工作站都单独完成热线录音功能和对录音文件资源的存储。 频率工作站是由导播计算机和若干部热线座机组成的， 这些热线座机通过语音板卡设备与导播计算机进行连接。 频率工作站进行热线通话录音的过程是： 当听众向某个频率工作站打进热线来电的时候， 首先外来热线要与频率工作站的热线接通， 接通之后， 频率工作站通过各个功能模块相互配合共同完成热线录音功能。 录音资源以文件的形式存储在频率工作站的硬件存储设备当中。 如图 3 为频率工作站的拓扑图。
4.2 录音服务器业务功能的设计与实现。
录音服务器管理和控制频率工作站按照一定的录音策略进行录音和管理频率工作站上的录音文件。 频率工作站能够按照一定的录音策略进行热线录音。设计录音策略表。 设计全录音， 分时录音等多种录音策略。 录音策略信息表的'设计如图 4 所示。
分布式热线录音系统频率工作站的录音文件存储在频率工作站上。 通过录音服务器上的录音文件索引信息表来统一管理录音文件， 录音服务器和频率工作站上的数据库通过数据库访问的方式进行数据传输，通过访问频率工作站数据库中录音文件索引表， 对录音文件进行查询， 删除， 修改， 下载等操作。 录音文件索引表的设计如图 5 所示。
4.3 业务服务器系统与频率工作站通信机制的设计与实现。
本课题使用AMQP标准协议作为自定义业务协议的承载手段， AMQP 是一个提供统一消息服务的应用层标准协议， 选用 Rabbitmq 消息队列中间件开源项目作为消息中间件服务器。
在消息队列服务的基础上根据分布式热线录音系统的整体设计及通信需要设计了自定义业务协议， 热线录音接口协议。 热线录音接口协议 RSI（RecordService Interface）对业务服务器系统与频率工作站间的通信过程和类型进行了分类与描述， 业务服务器与频率工作站通过 RSI 协议可以完成状态变化的通知， 业务功能执行等功能。
RSI 将业务服务器与频率工作站间的交互分为事件、命令、请求及响应几种类型。
事件： 表示功能实体产生某些需要由接收者了解的信息。
命令： 表示功能实体要求立即实现某种操作。
请求及响应： 表示功能实体发出请求消息， 并且期待产生相应的反应。
RSI 相关协议如表 1.
4.4 语音板卡设备录音功能的设计与实现。
频率工作站是实现语音板卡设备录音功能的载体。（SIPAgent）是若干封装了“SIPHelloSDK.dll”API 的 SIP代理， 用于和其他 SIP 终端之间的语音交互[7]. 板卡控制模块（CardManager）是封装了“SHP_A3.dll”API 的基于三汇语音板卡的驱动控制程序， 主要负责控制话机的行为及状态， 接收话机的行为及状态， 以及对话机进行内存录音， 放音的操作。 SIPAgent进程与板卡控制进程通过基于 UDP 的进程间通信协议（IPC 协议）进行进行相关业务信息， 电话控制信息， 状态信息与初始化信息的交互， 同时 SIPAgent 进程还会与其他控制进程进一步交互。详细的 IPC 协议如表 2 所示。
建立SIPAgent进程和语音板卡设备之间的连接主要分为两个步骤： （1）初始化阶段。 CardManager 先启动，检测自身和 SIPAgent 的 UDP 消息端口是否可用， 若SIPAgent 的 UDP 消息端口被占用， 则重新申请一个可用的 UDP 端口， 开启守护进程。 成功后， 板卡驱动进程 先 启 动 , 向 SIPAgent 发 送 IPC 协 议–23（UDPList）[9,10], 若某些 SIPAgent 进程未启动， 就不会收到响应。 此时 SIP 代理进程启动并发送（Request）， CardManager 收到请求并发送（Response），完成对应信息的初始化。 （2）语音数据传输阶段。 SIP 代理进程在初始化时会从数据库或 XML 配置文件中读取“SIP 代理进程-板卡通道”对应关系， 因此 SIP 代理进程已知自己对应的通道。 将SIPServer服务器接入的语音数据接入到 SIPAgent. SIPAgent 将语音数据通过语音UDP端口发送给CardManager. SIPAgent的Socket绑定相应的 UDP 端口， CardManager 中通道对应的语音UDP端口始终处于监听（Listen）状态， 当监听到发送来的语音数据后， 接受语音数据并将其存放到相应通道对应的环状缓冲区中， 同时获取到 SIP 代理进程对应的 IP 和 UDP 语音端口， 以便向其发送语音消息。
语音数据具体的传输方式是： 在内存中建立 3 个录音缓冲区和 3 个放音缓冲区， 用来对通道话机进行录音放音操作。 环状缓冲区在开始接受一定数据后，触发响应的通知（BufferNotice）， 这时就开启乒乓内存的录音和放音。 首先从换装缓冲区中取出一段语音数据存入放音缓冲区 1 和放音缓冲区 2 中， 当缓冲区完成录音放音操作而终止时， 会调用任务开始时设置的回调函数。 回调函数会分配给下一个缓冲区 3 新的录音和放音任务。 三个缓冲区是互不干扰的， 会出现1–2–3–1–2–3……交替工作的状态， 提高了多线程的读写效率。 三个录音缓冲区也是相同的工作原理， 只不过录音缓冲区的语音数据会直接发送到SIPAgent的语音 UDP 端口， 然后通过网路将语音数据发送到 SIPServer 上。在录音数据的传输过程中， 通过录音模块分别获取内存中录音和放音缓冲区内的音频数据， 按照乒乓录音的过程进行录音， 并且录制成 wav 格式的音频文件存储到频率工作站指定的 Record 文件夹下。
5 结束语。
本文 通过对热线 录音系统的 调研 , 并且 对Rabbitmq 和 SIP 终端程序与语音板卡连接的研究， 设计了分布式的热线录音系统的整体框架。 首先对分布式热线录音系统整体框架进行了分析和设计， 接着对几个重要的技术模块进行了详细的分析和设计， 逐步完成了对整个热线录音系统的设计。
参考文献
1 李龙来，吴杰，吕智慧，杨明。基于 Web 服务的分布式文件系统管理与优化方案。计算机工程与设计，,33（1）：58–62.
2 方君，陈华平，宋浒，刘晓茜。分布式文件系统 K–DFS 的设计与实现。华中科技大学学报（自然科学版），,38（增刊 I）。
3 袁佳，郭燕慧。基于 Rabbitmq 的海量日志的分布式处理。软件，,34（7）：19–23.
4 刘舒然。基于 SIP 协议的即时通信系统的设计与实现[硕士学位论文].北京：北京交通大学。2012.
5 王卓毅。基于 SIP 协议的网络电话设计与实现[硕士学位论文].西安：西安电子科技大学。2012.
6 高晓婷。基于 AMQP 的信息发布与订阅[硕士学位论文].杭州：浙江工业大学。2013.
篇3：分布式热线录音系统的整体设计及实现论文
3.1 分布式热线录音系统的整体设计目标。
数字导播系统是以图形界面实现人机交互， 集导播计算机、主持人计算机、导播话机等为一体的数字音频系统。 分布式热线录音系统是数字导播系统的业务子系统， 实现频率工作站的录音及相关管理功能以及对频率工作站上的录音文件资源进行的管理。 分布式热线录音系统由录音服务器、消息中间件服务器、WEB 服务器和若干个频率工作站组成， 分布式热线录音系统的拓扑图如图 1 所示。 通过对用户需求的调研及详细分析得到了用户的详细需求， 并根据用户需求设计了分布式热线录音系统的整体架构。
3.2 整体结构设计。
录音服务器的主要功能是提供对频率工作站录音策略的管理功能、提供与频率工作站的交互接口即录音服务接口协议以完成对频率工作站的录音操作的实时控制、提供对频率工作站的录音资源的快速检索能力。
消息中间件服务器建立了一条基于标准消息队列协议的业务服务器系统与频率工作站交互的通道， 使用 AMQP 协议承载录音服务接口协议。
Web 服务器主要为业务服务器系统提供 Web 能力，为用户提供管理分布式热线录音系统的用户界面交互接口。
分布式文件系统（DFS）为分布式录音系统提供了统一的分布式文件管理能力， 利用 DFS 地址映射能力将不同地址的频率工作站映射到统一的域名下面， 通过自定义的 Uri 构造规则实现对频率工作站录音文件的访问及获取， DFS 只为分布式录音系统提供了文件管理能力， 需要配合其他通信及交互手段实现对频率工作站实时录音的控制功能。
频率工作站是分布式热线录音系统中实现录音操作的独立功能单元。 频率工作站依据录音策略对导播热线语音通话进行录音操作。 频率工作站录音系统主要包含四个功能模块， 各个模块相互配合并利用相关技术实现频率工作站导播热线语音通话的录音功能。
频率工作站的四个业务功能模块分别是：
（1）录音服务协议栈模块。
（2）录音策略管理模块。
（3）SIP[4,5]终端功能模块。
（4）语音设备控制模块。
篇4：分布式电源系统设计论文
1分布式电源并网对电压分布的影响
配电系统的基本单元是馈线。馈线的首端经过高压降压变压器与高压配电网相连接，末端经低压降压变压器与用户相连。我国馈线电压等级大多是10kV，每条馈线上线路成树状分布，以辐射形网络连接若干台配电变压器。馈线的不同位置分布有若干负荷，这些负荷种类繁多，随机性大，要准确地描述比较困难。为方便研究，文章采用静态恒功率模型来表示各节点的负荷。考虑到配电网电压较低，线路长度较短，设定以下假设条件：各节点负荷三相对称，三相线路间不存在互感。然后将所有线路阻抗均折合到系统电压等级，得出馈线模型。分布式电源的接入可以提高系统的整体电压水平，其接入位置与节点电压幅值密忉相关。相同容量的分布式电源接在配电线路的不同位置，对线路的电压分布产生的影响差别很大，接入点越接近线路末端节点对线路电压分布的影响越大，越接近系统母线对线路电压分布的影响越小。因此，在配电网规划及分布式电源接入系统设计时，需要根据分布式电源的性质、容量确定合理的接入点，确定合理的控制方式，只有这样才能改善线路的电压质量，提高供电可靠性。
篇5：分布式电源系统设计论文
2.1分布式电源的分类
一般可以根据分布式电源的技术类型、所使用的一次能源及和与电力系统的接口技术进行分类。按照技术类型可分为小型燃气轮机、地热发电、水力发电、风力发电、光伏发电、生物质能发电、具有同步或感应发电机的往复式引擎、燃料电池、太阳热发电、微透平等，按照一次能源可分为化石燃料、可再生能源；按照与电力系统的接口可分为直接相联、逆变器相联；按照并网容量分，可分为小型分布式电源和大、中型分布式电源。小型分布式电源主要包括风力发电、光伏发电、燃料电池等；大、中型分布式电源主要包括微型汽轮机、微型燃气轮机、小型水电等。
2.2微网技术简介
微网是一个小型发配电系统，由分布式电源、相关负荷、逆变装置、储能装置和保护、监控装置汇集而成，具有能量管理系统、通讯系统、电气元件保护系统，能够实现自我调节、控制和管理。微网既可以与外部电网并网运行，也可以孤立运行。从其内部看，微网是一个个小型的电力系统。从外部看，微网是配电网中的一个可控的、易控的“虚拟”电源或负荷。微网系统如图3所示。
2.3将分布式电源组成不同类型的微网
目前，比较成熟的分布式发电技术主要有风力发电、光伏发电、燃料电池和微型燃气轮机等几种形式。在城镇配电网中，风力发电、燃料电池、光伏发电发电容量远小于配网负荷，对于这些小容量的分布式电源，采用与附近负荷组成微网的形式并入配网系统，通过技术措施使微网内的发电功率小于其负荷消耗的功率，使这些“不可见”的分布式电源完全等效为一个负荷。针对发电出力达到最大、负荷功率最小的工况，根据发电出力与负荷消耗功率的差值及持续时间计算出需要存储的电量，该电量作为储能装置容量的一个约束条件，再考虑其他的约束条件，为微网配置容量合理的储能装置。当出现发电出力大于负荷消耗功率时，将这部分电量存到储能装置中，在负荷功率高于发电出力时，再将这部分电量释放掉。大型的微型燃气轮机多用于需要稳定的热源、冷源的工商企业，以实现热、电、冷三联供，这些企业的负荷稳定，易于预测。微型燃气轮机的发电功率由用户对供热和供冷的要求决定，发电功率也易于预测。这样，以这些微型燃气轮机为分布式电源的微网是可控、易控的。将分布式电源纳入到微电网，并将其分为纯负荷性质的微网和发电、负荷可控的微网两种，有效的解决了分布式电源潮流不可控的难题，给配电网的调度、运行带来的极大的方便。
2.4微电网接入系统方案
纯负荷性质的微网在配网中是一个内部带有电源的负荷，将其接入到配网馈线的中间至末端，可有效地改善配电网电压分布，降低配电网网损。当微网内分布式电源突然故障或者失电时，由配电网对微网内的负荷进行供电，此时配电线路潮流增大，微网内的电压会发生跃变，如电压幅值变化超过用电设备允许值，将会对用电设备造成损坏。针对这种情况，可以利用微网内的储能装置将存储的`能量进行逆变，有效地支撑电压，避免产生电压跌落，减少电压波动，有效的保护用电设备。当配电网失电时，微网自动脱网孤岛运行，孤岛的运行方式由微网内部自行控制，对配电网的故障分析、检修、试验不产生影响。对于发电、负荷可控的微网，尤其是容量较大的，在配电网规划及接入系统设计时，需统一考虑中接入位置对配电网电压、继电保护、安全自动装置的影响，需要进行充分的论证，必要时可采用专线接入系统，以确保配电的安全、可靠运行，充分发挥分布式电源的经济效益和社会效益。
3结束语
文章分析了分布式电源接入配网后对电压的影响，并根据分布式电源的不同性质，利用微电网技术，将分布式电源纳入到纯负荷性质的微网和发电、负荷可控的微网，解决了分布式电源潮流不可控的难题，并在配网规划中，对这两类微网接入配网馈线的位置提出建议，达到了改善配电网电压分布、降低网损的作用。影响分布式电源接入系统的因素很多，比如短路电流、继电保护、安全自动装置等，需要在今后继续研究。另外大容量储能技术不成熟是制约分布式电源应用的关键因素，待大容量储能解决后，分布式电源将更加广泛的应用。
篇6：系统整体设计的论文
1系统整体设计
从逻辑结构上可以将系统分成3个部分:农田环境参数采集系统，数据存储管理系统，远程监控系统。
农田环境参数采集系统是由大量的传感器节点构成。
传感器节点分为农田参数采集节点和网关节点两种节点类型。
农田参数传感器节点负责采集农田环境中的各种参数，所得参数通过WIA-PA无线网络发送给网关节点。
网关节点作为整个农田环境采集系统的核心节点，接受农田参数采集节点发送过来的数据，并将数据整理打包通过Internet网络发送至远程的Web主机。
数据存储管理系统由SQLServer数据库服务器平台和数据分析处理软件组成。
该系统接收来自网关节点的各种数据信息，并存储到数据库中。
此外该数据库中存储了无线传感器网络的配置信息及人员操作记录等。
远程监控系统是负责监测整个系统运行情况的窗口，该系统是基于B/S架构的网络系统。
操作人员可以在不同地点，以不同的方式(如LAN、Internet)对系统进行访问，监测传感器节点的工作情况，并且可以发送指令使传感器节点完成相应的任务。
2系统硬件设计
农田参数采集系统中的农田参数采集节点和网关节点在结构上大体相似，主要由主控制器模块、参数采集模块、电源模块构成。
2.1农田参数采集模块电路设计主控制器模块是农田参数采集模块的核心器件，模块电路所采用的处理器为意法半导体(ST)公司的具有ARMCortex-M3核的STM32F107，负责连接各个参数传感器。
农田环境参数主要由土壤水分、空气温度、湿度等，所采用传感器分别为SHT10温湿度传感器、TDR-3土壤水分传感器、BYT20YSCGJ光照度传感器。
SHT10传感器使用简单，只需将SCK引脚、DATA引脚分别于STM32F107的IO口连接即可。
TDR-3测定土壤水分是通过测定电磁波沿插入土壤的探针传播时间来确定土壤的介电常数进而计算出土壤水分含量。
TDR-3的电路连接图如图3所示，Vout引脚通过信号放大电路、采样保持放大器AD783、A/D转换芯片TLC549连接到STM32F107的IO口。
本设计采用MG811CO2传感器采集CO2含量，该传感器采用固体电解质电池原理测试CO2含量。
CO2传感器电路连接图如图4所示，采集电路由3个部分构成:即温度补偿部分、放大部分以及电压比较部分。
温度补偿部分电路主要采用温感电阻构成，放大部分电路主要采用芯片CA4140。
比较输出部分采用比较器LM393实现比较输出。
2.2射频模块电路设计射频模块电路主要负责将传感器模块所采集的参数信息通过WIA-PA无线网络发送至数据存储管理系统。
射频模块电路主要采用Chipcon公司推出的'符合2.4GHzIEEE802.15.4标准的射频芯片CC2430。
CC2430与主控制器STM32F107连接简单，电路如图5所示，CC2430与STM32F107通过SPI接口连接。
2.3电源模块电路设计由于农田环境参数节点中的处理器需要3.3V电源，传感器模块需要12V和5V电源供电，所以在电源模块供电方式上采用12V的锂电池供电。
3.3V和5V电源主要采用电平转换芯片LP2590-3.3和LP2590-5。
3系统软件设计
3.1节点部分软件设计农田环境参数采集系统的软件部分采用模块化编程，如图6所示，以协议栈、板级支持包、应用程序相结合的方式，程序模块间采通过接口函数通信，软件中的任务调度器对3个模块进行调度。
在协议栈方面，WIA-PA无线传感器网络遵循ISO/OSI的七层结构，通过基于80215.4标准格式的超帧结果，以TDMA的介入方式实现各个时段各个层次间的通信。
在板级支持包方面，根据处理器STM32F107的内核及外设模块进行硬件抽象，编写统一的接口函数方便上层应用程序直接调用，从而使应用程序间接操作各个外设模块。
应用程序将土壤含水率、温湿度等参数采集、以及节点ID信息发送给网关节点。
网关节点负责网络间协议转换，实现WIA-PA无线网络和Internet之间的数据转换和处理。
网关节点软件部分调用嵌入式Linux的socket接口编程函数建立网关和远程主机之间的网络连接，实现网关和远程主机间的Internet通信。
3.2远程监控系统设计与实现远程监控系统采用基于J2EE的B/S构架，该应用构架集成了Struts应用框架技术和Hibernate应用框架技术，可以有效的保证系统长时间在大负荷量的情况下工作，软件框图如图7所示。
该系统架构分为4个模块，分别是节点管理、用户管理、数据管理、日志管理。
节点管理模块:该模块负责对农田环境参数采集节点的情况进行管理，诸如记录节点ID，发射功率等情况。
用户管理模块:该模块是系统安全性保障的一个重要模块，负责对访问系统的用户进行合法性判断，权限判断。
使得用户只能在其权限范围内对系统进行操作和调用特定的数据资源。
数据管理模块:该模块主要是对节点所采集的农田环境参数信息进行处理和存储，方便操作人员分析数据。
本部分具有对数据的参数、打印、备份与统计等操作。
日志管理模块:该模块会对整个系统中的事件进行记录，有助于操作人员了解整个系统在无人值守的情况下的运行状态。
4系统性能测试
整个系统在河南农业大学附近农田进行了测试，通过在农田内部署8个环境参数采集节点与网关节点，参数采样间隔时间设置为30min，采样数据经过WIA-PA网络传输给网关节点，再经过网关节点传送至远程的Web主机。
每个节点每天发送数据包48个，通过查询Web主机内的存储信息来计算数据包的发送成功率。
节点发送成功率统计表如表1所示。
通过表1可以得知，节点发送数据的成功率随着通信距离的增加而减小，并且在发送耗时方面随着通信距离增加而增加。
5结论
本论文主要针对目前微灌技术的研究，将WIA-PA无线网络和数据库等技术应用于微水监控系统。
采用WIA-PA标准的无线传感器网络对农田环境参数进行采集，上传到数据库中，为系统管理人员提供参考，方便做出灌溉决策和措施。
本系统采用的WIA-PA无线数据传输方式可以有效的降低成本，系统可靠性高，节点布局方面，实时性好，将会有非常好的应用前景。
篇7：系统整体设计的论文
1系统总体设计
基于Wi-Fi无线网络的设计的温室监控系统的总体框架是由温室采集层、数据汇集层、监控中心层3层构成。
部署在温室内大量的微型终端节点能够独立完成对温度、湿度、CO2浓度、光照强度的测量，并且把收集到的数据，使用Wi-Fi无线通信形式发送到数据AP节点进行汇集，最后由AP节点传回到监测中心，如图1所示。
2Wi-Fi无线通信系统节点硬件设计
Wi-Fi又称802.11b标准，IEEE802.11b无线网络规范是对IEEE802.11的改进，其最高带宽为11Mbps。
在信号较弱或有干扰的情况下，带宽可调整为5.5，2，1Mbps[3-4]。
本系统中带宽为11Mbps。
本系统需要完成基于Wi-Fi的无线传感器网络节点的设计与制作，包括终端节点和AP节点，并以无线传输的方式为上位机提供室内温度、湿度、CO2浓度及光照传感器参数值。
2.1电源模块本系统的各个模块工作电压都为3.3V，因此供电采用2节AA电池，提供的工作电压为3.3V。
电源电路如图2所示。
2.2Wi-Fi无线通信模块Wi-Fi无线通信模块采用GainSpan公司的超低功耗模块—GS1011MEP。
该模块芯片中包括2个32位ARM7处理器，一个用于处理无线发送数据，一个用于软件应用。
芯片内嵌的Flash和SRAM用于保存程序和数据;可用USB转串口对模块进行编程和调试;ADC，GPIO，I2C总线等接口用于接收来自传感器采集到的数据信息[5]，工作电压为3.3V;通过串口与单片机通信。
Wi-Fi模块电路图，如图3所示。
2.3处理器模块终端节点采用低功耗STC89LE52RC单片机。
该单片机IO口可模拟I2C接口和传感器模块进行通信，供电电压为3.3V。
AP节点无需处理器。
2.4串口模块Wi-Fi模块和单片机通过串口通信，并通过USB转串口进行程序配置，如图4所示。
2.5传感器模块本设计中采用瑞士Sensirion公司生产的SHT11数字式温湿度传感器，工作电压为3.3V;通过串行数据线SDA和串行时钟线SCK与单片机的P1.2，P1.3相连进行通信，SDA需接一个10kΩ上拉电阻，实现SHT11的控制，以读写温湿度的数据[6]。
光照强度传感器采用ISL29010数字型光照强度传感器，工作电压为3.3V，工作电流为0.25mA，待机电流0.1μA，测量精度±50lux，连接单片机的P2.0及P2.1[7]。
CO2传感器采用C20红外CO2传感器，精度可达10×10-6，功耗<100mW，工作电压3.3V，连接单片机的P2.6及P2.7[8]。
传感器与单片机连接电路原理图，如图5所示。
3Wi-Fi无线通信系统节点软件设计
IEEE802.11标准定义了两种基本操作模式:In-frastructure模式和Ad-hoc自组织网络模式。
在本设计方案中，以Infrastructure组网模式为基础，TCP/IP为通信协议，将多个终端节点采集到的数据通过AP节点传输到监测中心。
本系统中，首先使用gs_flashprogram软件对GS1011模块进行烧写Wi-FiProtectedSetup(WPS)程序，该程序内嵌TCP/IP协议;然后，采用KeiluV4软件对单片机进行软件设计，软件结构由AT指令、各传感器的程序和API接口组成。
在系统中，终端节点定时向AP节点发送采集到的数据，AP节点主要负责把收到终端节点发送到的数据帧传送给监控主机，最终为应用程序提供诸如温湿度、光照、CO2等参数信息。
系统中所有的节点都工作在同一信道，同一时刻只能有一个终端节点和AP节点通讯，在定时器的控制下，各个终端节点在不同的时间被唤醒后，开始工作，采集数据后分别向与其配置的AP节点发送5次数据。
发送数据后，定时器满，传感器休眠。
其他时间双方都处于未连接状态，不同的IP地址有效避免了数据的冲突，降低了系统功耗。
其软件流程如图6和图7所示。
4管理系统的实现
上位机是整个系统的管理核心，主要由串口接收程序及上位机管理程序等功能模块组成，采用Mi-crosoftVisualStudio里的MSCOMM控件设计串口接收程序，采用MicrosoftVisualStudio2010里的MFC应用程序框架设计上位机程序。
监控中心程序主要进行传感器设置查询、数据接收、数据存放及历史数据查询等，当监控人员在客户端登入并查询相关资料时，系统可以将数据库中已处理过的数据调出，并以视图的形式提供给用户，以实现对温室大棚的远程监测。
监测人员根据数据可以调整温室内的温湿度等数据。
5系统测试
在某基地对本文设计的系统进行了测试。
在4个温室中各自放置2个节点，其中终端节点8个，路由节点2个。
温湿度传感器、光照强度传感器、CO2传感器集成在终端节点上。
终端节点仅需2节普通5号电池就可以工作6～12个月。
节点固定在温室大棚内离地面1.5m处，两节点相互间隔50m。
终端节点每隔30min进行一次采样，完成数据采集、发送之后，自动进入休眠状态，直至下一个采样周期唤醒。
表1所示为光照、温度、湿度和CO2浓度监测结果。
系统部署示意如图8所示。
6结束语
本文设计的温室环境监测系统具有良好的应用前景，能够正确地采集温湿度、光照强度和CO2浓度数据，并可通过Wi-Fi协议进行网络传输[6]。
但无线传感器网络的发展也面临许多技术难题，如在本文设计的系统中，对于监控的数据无法对温室进行实时调节，只能进入温室调节。
为了改进系统，可以在监控中心增加智能调控系统，如在后台以远程调节温室内的温湿度等。
篇8：桥梁整体设计技巧论文
桥梁整体设计技巧论文
摘要：钢结构具有轻质、高强，抗拉、抗压性能强等优势，因而在我国桥梁建设中应用十分广泛，钢结构桥梁整体性能的好坏，与其整体设计密切相关。文章阐述了钢结构桥梁整体设计相关理念，基于关键技术，探讨了桥梁整体设计优化策略。
关键词：桥梁钢结构整体设计
中国钢结构桥梁的发展，近年来取得了骄人的成绩，南京三桥、苏通大桥、昂船洲大桥的建造，表明在大跨径桥梁上钢结构的优势越来越明显。桥梁是为满足交通功能的建筑物，现代桥梁钢结构由结构钢加上单元经焊(栓)连接组成为复杂的受力系统，有明确的承载安全和服役耐久性要求。
一、钢结构桥梁整体设计理念概述
钢结构的特点是质量轻，强度高，并且具备其抗压以及抗拉等相关优点，对于混凝土结构而言，其外观更为直观，强度等级更高。在我国，钢结构桥梁应用十分广泛。因为作为钢结构的施工而言，其施工周期短。钢结构桥梁主要应用在：
①城市立交桥段，尤其是交通要道处，如果采用混凝土桥，必然增加施工周期，对于现场交通不能较好地维护。
②大跨径海、江、河桥梁（长江大桥、杭州湾大桥等），因为大跨径的要求下，只能考虑钢结构，因为如果采用混凝土结构，根本满足不了大跨径要求。
1.1钢结构整体设计目标我国桥梁钢结构的设计使用年限为1，与国际标准(BS5400，EUROCODE)基本一致。完整性设计的目标是确保结构在使用年限内的可靠与安全。桥梁钢结构的完整性设计由荷载、材料性能、结构细节构造、制造工艺、安装方法、使用环境及维护方式等多种因素所确定。设计除对结构、构件连接及构造细节按常规考虑强度、刚度要求外，尚需对损伤与损伤容限、断裂与抗断裂作出评定。
1.2钢结构损伤及损伤容限钢结构从材料加工过程到服役期不可避免的会在内部和表面形成和发生微小缺陷，在一定外部因素(荷载、温度、腐蚀等)作用下，这些缺陷不断扩展与合并形成宏观裂纹，导致材料和结构力学性能劣化。对桥梁钢结构而言，完整性和损伤是相对应的，损伤程度将会对结构的完整性带来影响，损伤极限则是结构的失效。而损伤容限是指钢结构在规定的`使用周期内抵抗由缺陷、裂纹或其他损伤而导致破坏的能力。损伤容限概念的使用是承认钢结构在使用前存在有初始缺陷，但可通过结构完整性设计方法评判带缺陷或损伤的钢结构在服役期限内的安全性。
国内桥梁钢结构因损伤导致局部破坏的实例近几年时有发生，结构损伤构成了对桥梁安全与耐久最大的威胁。在引起设计者对焊接结构损伤、损伤扩展以及结构系统失效过程关注的同时，也引发了人们对如何保证桥梁钢结构系统整体完整性的思考。
二、桥梁钢结构整体设计策略
2.1横向抗倾覆稳定设计钢结构的桥梁普遍比较轻而且强度非常高，然而，在小半径以及多车道设计时，其横向抗倾覆是当前研究的热点内容。早前的桥梁施工中，由于设计原因，导致在施工过程中或者桥梁使用过程中发生桥体倾覆。因为连续钢梁的半径比较小，所以相对而言，其跨度显得较大，如果再加上桥面宽于钢梁，这一必定显得活载不是最优，弄不好横梁外侧支座受力增大，而内侧支座出现不受力，这样横梁受力极其不均匀，发生梁体的倾覆。在设计过程中，通过合理的计算，来设计横梁的偏心受力情况，这样即可满足桥梁的荷载要求，也能似的桥体均匀受力。在横梁处采取灌砂措施，并在满足规范的条件下，增加多车道时的桥梁整体稳定度。
2.2焊接结构完整性设计要点桥焊接结构的完整性设计是保障桥梁整体稳定性的重要因素，其焊接的接头形式因受力的不同而各有差异，其接头部位的应力作用导致了母材结构以及受力性能的不同，同时，在焊接过程中不能100%消除应力，焊接应力通常导致焊接接头的变形，造成焊接接头形成大量缺陷，不能满足桥梁整体性设计要求。所以在桥梁整体设计中，必须考虑焊接接头的设计，在满足相干规范的前提下，必须做到：
①因地制宜地选择形式，并通过焊接性检测要求来获取静力和疲劳等级，来决定焊缝相关形式。
②在焊接设计中，必须详细设计其关键细节，达到焊接中受力均匀，尽可能降低应力。
③在设计中必须考虑焊接检测相关要求，必须以无损检测等相关控制指标来检测焊缝质量。
2.3加劲肋设置加劲肋是在支座或有集中荷载处，为保证构件局部稳定并传递集中力所设置的条状加强件。加劲肋的设计，通常很多人都认为这方面是可有可无的，实际上必须通过设计计算才能决定是否加劲肋。加劲肋与否，是有腹板的h0/δ的值来决定。如果确定需要加劲肋，则优先考虑竖向加劲肋，并且其设置距离由腹板厚度以及相关剪应力来决定。当竖向加劲肋仍然不能满足要求时，可设置水平加劲肋，水平加劲肋是竖向加劲肋的补充形式。加劲肋的设置是因为原有构件截面的不足而用来增强抵抗弯矩和剪力的，因为设置加劲肋可以缩小原构件截面大小，从而有效的降低用钢量，压缩成本，所以在工程中，一般设置在原有构件上起到增强抵抗弯矩和剪力的作用。
2.4钢箱梁横梁设计当桥梁主道设计过宽时，必须优化车道钢结构宽箱梁，在设计中，重点满足其竖向计算要求，对于横梁的跨径，需要从支座间双悬臂简支梁的计算中得知，在支座处可采取竖向加劲肋相关措施，当竖向加劲肋不能满足要求时，考虑横向加劲肋，其计算措施与纵向计算措施相仿。
2.5施工人孔的设置桥梁的整体设计中，其不可忽视的一环是人孔的设置，通常情况下，人孔是为了方便施工，在桥梁箱梁顶板和腹板上开设。顶板施工人孔的具体位置可设置在1.5跨径处，而腹板的施工人孔的具体位置必须设置在应力相对薄弱的地方，比如简支梁，其腹板施工人孔可设置在跨中，而连续梁，必须精确计算剪力，选取剪力最小处。有时候人孔的设计不止一个，不能将所有人孔分布在相同断面，采取错开设置。当应力较大的地方必须加设施工人孔，必须采取加强措施。
2.6结构内力计算结构内力计算是以边孔采用单悬臂，中孔采用简支挂梁作为结构的计算模式。将桥梁纵向划分为多个单元，并对每个单元截面进行编号，然后进行项目原始数据输入。输入的数据信息有：项目总体信息、单元特征信息、预应力钢束信息、施工阶段和使用阶段信息。按全预应力构件对全桥结构安全性进行验算，计算的内容包括预应力、收缩徐变及活载计算。桥台处滑动设支座，桥墩处设固定支座，碇梁与挂梁间存在主从约束，挂梁一端设置固定支座，另一端设滑动支座。牛腿计算是对预先设计好的牛腿尺寸和配筋分4个步骤进行验算：
①牛腿的截面内力。求出截面内力后对各种危险截面进行强度校核；
②竖截面验算。按偏心受压杆件验算抗弯和抗剪强度或按受弯杆件验算强度；
③最弱斜截面验算。求得最弱斜截面位置后，按偏心受拉构件验算此斜截面的强度；
④45°斜截面的抗拉验算。
三、结语
我国基础建设的加快，带动了桥梁技术的长足发展，在当前形势下，桥梁钢结构的整体应用也十分广泛，主要是在设计过程中的优化，才能确保桥梁钢结构的整体性、稳定性。必须从整体性角度出发，全面分析桥梁受力情况，加强焊接形式的优化设计，才能保障桥梁钢结构的整体质量。
参考文献：
[1]中华人民共和国铁道行业标准.铁路桥梁钢结构设计规范(TB10002.2-).北京.中国铁道出版社.2005.
[2]叶见曙.结构设计原理(第二版)[M].北京.人民交通出版社.2005.
[3]卢永成等.上海长江大桥主航道桥设计要点[J].世界桥梁..（A01）.14-17.
篇9：浅析基于云计算的分布式数据挖掘系统设计与实现论文
随着网络大数据信息处理技术的发展，对数据处理的规模不断增大，对数据信息处理的精度要求不断提升，采用云计算进行数据分布式网格计算，能提高数据的并行处理和调度性能，根本上提高数据的计算速度，因此，云计算成为未来大数据信息处理的主要趋势。在云计算环境下进行数据挖掘，是进行大数据信息特征提取和数据开采的基本技术，相关的算法研究受到人们的重视。文献采用云计算环境下分布式数据模糊C均值聚类的挖掘算法，在受到较强的毗连特征干扰时，数据挖掘的精度不高。针对上述问题，本文提出一种基于分布式自适应特征调度和高阶累积量后置聚焦的数据挖掘算法，并进行了仿真实验性能分析，得出了较好的数据挖掘效果的结论。
篇10：浅析基于云计算的分布式数据挖掘系统设计与实现论文
为了实现对基于云计算的分布式数据挖掘系统设计，其中，数据挖掘算法设计是关键，本文提出一种基于分布式自适应特征调度和高阶累积量后置聚焦的数据挖掘算法，假设数据信息流为，数据信息流通过噪声滤波，得到数据流聚类相似性函数表示为，其是一组准平稳随机的时间序列，对数据库中的存储信息流进行能量谱密度特征提取，得到输出数据x(t) 的第n 个宽频带分量，分布式自适应特征调度模型表示为：基于二元假设模型，构建数据库存储结构的检验统计量，通过经验模态分解执行数据库存储结构的区域的自适应筛选和更新，得到：云计算环境下分布式数据的数据挖掘的本体结构为一个五元组，其中，C 为云计算环境下分布式数据的概念集，I 是云计算环境下分布式数据的字符串实例集，通过四阶累积量切片进行数据库存储结构的特征压缩处理，降低存储的特征维数和数据冗余，结合高阶累积量后置聚焦，得到数据挖掘输出特征的四阶累积量切片：式中，表示存储空间的频谱特征伸缩尺度，可见，采用高阶累积量后置聚焦，有效提高了数据的精度。
2 嵌入式Linux的内核下数据挖掘系统设计描述
在上述进行了算法设计的基础上，进行数据挖掘系统的软件开发设计，基于云计算的分布式数据挖掘系统总体模型中，采用ST 超低功耗 ARM CortexTM-M0 微控制器，系统建立在嵌入式Linux 的内核平台上，系统包括程序加载模块、数据存储模块、数据缓存调度模块和数据通信传输模块等，通过配置CAN_IMASK 寄存器，采用LabWindows/CVI 进行数据远程控制和信息通信，基于云计算的分布式数据挖掘系统给用户提供一个简单、统一的系统调用接口，系统可配置4 路组联合Cache，基于云计算的分布式数据挖掘系统的寄存器系统时钟120 MHz。嵌入式Linux 的内核下数据挖掘系统通过VISA 软件接口发送Flash 设备上的文件系统内核到HP E1562D/ESCSI 数据硬盘进行数据存储，调用s3c2440_adc_read 函数，进行程序加载和基于云计算的分布式数据挖掘系统的嵌入式控制，使用Qt/Embedded 作为GUI，利用开源Linux 操作系统的.丰富网络资源，实现数据挖掘系统的远程通信信息传输和控制。
3 仿真实验
为了测试本文设计的基于云计算的分布式数据挖掘系统在实现数据挖掘中的优越性能，进行仿真实验，分布式数据信息采样的时宽为10 ms, 分布式数据的随机采样率为KHz，调控因子λ=0.25。根据上述仿真环境和参数设定，进行基于云计算的分布式数据挖掘系统的数据挖掘和处理性能分析，首先进行数据挖掘的输出时域波形采样，结果可见，采用本文算法进行数据挖掘的准确度较高，为了对比性能，采用本文方法和传统方法，以数据挖掘的准确配准性为测试指标，得到对比结果。实验结果表明，采用该方法进行基于云计算的分布式数据挖掘，数据挖掘的准确配准性能较好，系统的可靠性较好。
4 结束语
本文提出一种基于分布式自适应特征调度和高阶累积量后置聚焦的数据挖掘算法，并进行了实验分析。结果表明，采用该方法进行数据挖掘，数据挖掘的准确配准性能较好，系统的可靠性较好，具有较好的应用价值。
篇11：FIR数字滤波器分布式算法的原理及FPGA实现论文
FIR数字滤波器分布式算法的原理及FPGA实现论文
摘要：在利用FPGA实现数字信号处理方面，分布式算法发挥着关键作用，与传统的乘积-积结构相比，具有并行处理的高效性特点。详细研究了基于FPGA、采用分布式算法实现FIR数字滤波器的原理和方法，并通过XilinxISE在Modelsim下进行了仿真。
关键词：分布式算法DALUTFPGAFIR
数字滤波器正在迅速地代替传统的由R、L、C元件和运算放大器组成的模块滤波器并且日益成为DSP的一种主要处理环节。FPGA也在逐渐取代ASIC和PDSP，用作前端数字信号处理的运算（如：FIR滤波、CORDIC算法或FFT）。乘累加运算是实现大多数DSP算法的重要途径，而分布式算法则能够大大提高乘累加运算的效能。
1传统的乘累加结构FIR数字滤波器基本理论
FIR滤波器被称为有限长脉冲响应滤波器，与IIR数字滤波器相对应，它的单位脉冲响应h(n)只有有限个数据点。输入信号经过线性时不变系系统输出的过程是一个输入信号与单位脉冲响应进行线性卷积的过程，即：
式中，x(n)是输入信号，y(n)是卷积输出，h(n)是系统的单位脉冲响应。可以看出，每次采样y(n)需要进行L次乘法和L-1次加法操作实现乘累加之和，其中L是滤波器单位脉冲响应h(n)的长度。可以发现，当L很大时，每计算一个点，则需要很长的延迟时间。
2乘累加运算的位宽分配
DSP算法最主要的就是进行乘累加运算。假设采样信号的位宽用N来表示，则N位与N位的乘累结果需要2N位的寄存器来保存；如果两个操作数都是有符号数，则乘积只有2N-1个有效位，因为产生了两个符号位。
为了使累加器的结果不产生溢出，需要对累加器进行冗余设计，也就是说要在累加器2N的位宽上多设计出K位，累加器的长度M计算方式如下（L为滤波器的长度）：
对于无符号数：M=2N+K=2N+log2L
对于有符号数：M=2N=K=2N+log2L-1
3乘累加运算的分布式算法原理分析
得益于XilinxFPGA查找表结构的潜能，分布式算法在滤波器设计方面显示出了很高的效率，自20世纪90年代初以来越来越受到人们的.重要。分布式算法是基于查找表的一种计算方法，在利用FPGA实现数字信号处理方面发挥着重要的作用，可以大大提高信号的处理效率。它主要应用于数字滤波、频率转换等数字信号处理的乘累加运算。
分布式算法推导如下：
设Ak是已知常数（如滤波器系数、FFT中的正弦/余弦基本函数等），xk(n)是变量，可以看作是n时刻的第k个采样输入数据，y(n)代表n时刻的系统响应。那么它们的内积为：
其中，xk(n)变量可以写成下面的格式：
式中，B为数据格式的字长,xkb是变量的二进制位，只有“0”和“1”两种状态。将（2）式代入（1）式得：
4FPGA实现过程中查找表的构造方法
根据以上论述，括号中的每一乘积项代表着输入变量的某一位与常量的二进制“与”操作，加号代表着算术和操作，指数因子对括号中的值加权。如果事先构造一个查找表，该表存储着括号中所有可能的组合值，就可以通过所有输入变量相对应位的组合向量（XNb,X(N-1)b,...x1b）对该表进行寻址，该查找表称为DALUT。DALUT的构造规则如表1所示。
5采用分布式算法实现FIR数字滤波器
为了说明问题，以一个三个系数的FIR数字滤波器为例设计分布式算法，字宽也设置为三位。设FIR数字滤波器系数为：h(0)=5,h(1)=2,h(2)=3。
在进行FPGA设计时，该表以组件Component形式构建，设置为ROM结构，提供输入寻址端口table_in,输出端口table_out。FPGA算法的结构图如图2所示。
算法实现中的几个关键问题为：
（1）采用状态机实现分布式算法的状态转移
状态机的实现如图3所示，设置三个状态s0、s1、s2。状态s0完成数据的装入，数据寄存器需要成对出现，一个完成数据的延迟，另一个完成数据的移位，并将状态转移到s1；状态s1完成查找表功能、数据移位和分布式算法的乘累加运算，数据移位一个数据宽带后将状态转移到s2;状态s2完成数据的输出，并将状态转移到s0。利用状态机可以条理清楚地简化计算过程，在算法实现时发挥着关键的作用。
（2）系统时钟与数据输入时钟的关系
根据上述的状态转移关系，可以得出：每输入一个数据，在下一次数据输入之前，需要在状态s1停留一个数据宽带（三位）的时钟时间，在s2停留一个时钟的数据输出时间。也就是说，系统时钟频率应是数据输入频率的5倍，即fclkock=5fxin。
（3）分布式算法中的乘累加式公推导及核心代表实现
设B是数据的字宽，Pn是分布式算法第n位的结果，则有：
有了该关系式，就可以通过for...loop循环，使用一条语句完成
分布式乘累加算法。具体如下：
fornin0toB-1loop
P:=p/2+tableout(n)*2B-1;
Endloop;
6算法仿真验证与结论
本文实现的FIR滤波器在Xilinx的集成开发环境ISE下利用ModelSim进行了仿真。当输入数据为7，3，1...时，仿真输出依次为35,29,32,16...,与乘累加方式FIR滤波算法得出的结果完全一致。假设查找表和PDSP的通用乘法器延时时间相同，分布式算法的等待时间是Br,通用乘法器的等待时间是N1。可见，对于位宽较小的数据来说，分布式算法的执行速度远高于乘累加运算。可见，利用FPGA实现分布式计算大大提高了计算的速度，在高速信号处理中发挥着重要作用。
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