發布時間：2023-03-15 15:02:35
序言：寫作是分享個人見解和探索未知領域的橋梁，我們為您精選了8篇的系統設計論文樣本，期待這些樣本能夠為您提供豐富的參考和啟發，請盡情閱讀。
機械臂的模型仿真采用MatLab平臺下的RoboticsToolbox工具箱，從而可以很方便地對機械臂運動學的理論進行學習和驗證。工具箱內部包含了很多機械臂運動學方面的功能函數，如機械臂的坐標變換及機械臂正逆運動等。通過調用Link和Robot兩個功能函數，利用Denavit－Hartenberg參數表來描述機械臂各個連桿間的位移關系，可以在三維空間為機械臂的每一個連桿建立一個坐標系或相對于機械臂底座的相對坐標系，進而確定每一個桿件的位置和方向。在建立多個運動坐標的時候，為了方便，一般建立一張關節和連桿參數的D－H參數表。根據圖4所示的結構模型建立的參數如表1所示。利用表1建立的D－H參數表來進行機械臂數學模型的運動仿真，在Matlab中將6個關節初始角度按照表1設置為θ1=90°、θ2=0°、θ3=0°、θ4=－90°、θ5=90°、θ6=0°。通過調節工具箱中每個自由度對應的活動范圍可以實現機械臂任一關節的位姿運動。
2機械臂控制系統硬件實現
采摘機械臂要實現其特定的動作離不開控制系統的支持，其控制系統主要由AVR主控板和舵機控制擴展板組成，此外還有一些輔助的硬件模塊。例如，使其系統穩定工作的開關電源模塊、調整工作姿態的鍵盤模塊、實現人機對話的顯示模塊和語音播報模塊。同時，為了實現在上位機上的監控，設計了基于MAX232的串行通信接口。
3機械臂控制系統軟件實現
機械臂控制系統軟件主要由主控板控制程序和上位機監控程序兩部分組成。采摘機械臂主程序流程如圖8所示。整個程序主要是通過鍵盤模塊上按鍵的控制來切換操作模式，也可以在上位機設計的監控軟件中來進行模式的選擇判斷。主程序主要由單自由度功能模式、多自由度功能模式、軌跡規劃功能模式這3種工作模式組成，通過這3種工作模式，可以完整的展示采摘機械臂的整體自由度配合情況。為了在上位機上實現對機械臂的監控，借助于Labview軟件設計了機械臂上位機控制系統。Labview使用的是圖形化編輯語言G編寫程序，產生的程序是框圖的形式［6］。根據需求選擇合適的控件并進行合理的布局，就可以構建一個美觀的儀器儀表界面。設計的控制界面如圖9所示，該界面包含有六個舵機的數據監控轉盤、串口通訊設置、速度調節滑塊、按鍵模塊。通過RS232通信協議該監控軟件可以實時的實現對六個自由度轉角和方向的控制，其中舵機轉盤上的數值代表脈寬值，其可調整的范圍為500～2500μs，代表舵機相應的角度為0°～180°。在上位機上的控制信號發送給AVR主控制板，主控制板對接收到的上位機數據進行分析處理，將需要的運動形式及參數發送給舵機控制板，各個舵機根據接收到的控制數據進行相應的動作響應。
4結語
水平控制系統閉環控制結構如圖1所示，圖2是系統硬件結構框圖。系統主要由姿態測量部分、非線性控制器與液壓執行部分組成，各部分作用是:姿態測量部分檢測平地鏟水平傾角，非線性控制器根據傾角信息對電磁閥施加PWM脈寬控制信號，液壓執行部分通過扭矩輸出使平地鏟保持在水平位置。系統的硬件包括Cotex－M3處理器、ADIS16355及SD卡存儲器等。Cortex－M3處理器使用了ARMv7－M體系結構，具有較高的性能和較低的動態功耗［9］。從性能能上看，Cortex－M3處理器可以作為本文的融合算法以及控制算法的硬件實現。Cortex－M3處理器使用SPI接收來自ADIS16355的數據并保存在SD卡存儲器。其采樣得到的三軸角速度和加速度計數據通過傳感器信息融合測量，從而得到平地鏟水平傾角;數碼管用于顯示當前測量角度和控制參數等，可通過按鍵改變顯示模式和參數調整，兩者組成簡單的人機界面，易于調試;RS232串口主要用于接收高精度姿態航向參考系統AHRS500GA發送的數據。
2融合算法與控制算法
2．1基于卡爾曼濾波的姿態解算算法利用加速度計對重力矢量進行觀測，以觀測值同重力常量的誤差值修正陀螺對姿態角的測量值，設計卡爾曼濾波器對狀態進行融合估計［10］。根據該方案，傳感器信息融合處理過程如下:1)利用式(6)計算更新四元數，并轉換為姿態角。2)觀測矩陣
2．2控制系統數學模型根據平地鏟運動特征，建立平地鏟的抽象物理模型，如圖3所示。按以下方法建立平地鏟運動的載體坐標系xoy:以平地鏟質心o為零點，系統輸入量x為液壓系統閥芯位移，輸出量y為油缸位移，平地鏟轉動傾角為θ，建立傳遞函數模型。
2．3控制器的算法設計
2．3．1適用于平地鏟運動的控制算法考慮水田激光平地機的作業特點，控制系統在設計上必須保證平地鏟在傾角角度情況下能夠迅速回位到水平位置，并且盡量減少超調和避免振蕩。傳統PID控制有較好的適應性，但是還不能提供最優控制，其結果是導致超調失效而影響控制效果。目前，基于動態補償的最優控制在工業中得到應用，其特點是能夠準確反映信號的變化趨勢，產生有效的早期修正信號，以增加系統的阻尼程度，從而改善系統的穩定度［12］。本文鑒于非線性系統近似最優PD控制的特性，引入其算法，針對平地機做出相應修改，進行相應嘗試。控制器框圖如圖4所示，姿態測量單元提供位置反饋θ。積分控制、比例控制以及微分控制的作用如下:①積分控制放在前饋通道，其作用是抑制平地鏟在受到外界恒定負載情況下產生的輸出誤差，增益輸出為y0=K1θ。②比例控制作用輸出為y3，等于兩次連續位置反饋值的差值，增量y1等于信號y0減去y3，通過數字積分器累加。③微分反饋信號y2提供參考速度，其大小正比于平地鏟輸出轉速，與參考信號y1組成一個局部的速度內環。微分控制器設計目的是適合平地鏟在大干擾情況下的操作。④系統輸出轉矩的參考值為Trf，送入零階保持器，輸出力矩實際值為Tcm。Tcm正比于零階保持器的輸出。
2．3．2控制器參數的確定平地鏟運動機構近似于二階系統，有以下方程成立。
2．3．3輔助補償器的設計采用Lyapunov再設計方法設計輔助補償器以補償非線性部分和外界擾動對PID控制器的影響。對于漸進穩定的線性系統，必存在實對稱正定矩陣P，滿足以下關系。
3試驗與分析
為了驗證本文提出的平地鏟水平控制系統，本文進行融合算法的驗證試驗以及平地機田間試驗。
3．1傳感器融合算法驗證試驗
3．1．1試驗方法通過AHRS500GA同步測量平地鏟姿態信息并作為準確數據，驗證基于ADIS16355的姿態測量單元有效性。美國Crossbow公司生產的AHRS500GA是高精度慣性姿態測量器件，其采樣頻率為100Hz，測量精度為:航向角0．2°RMS、俯仰角0．03°RMS、橫滾0．03°RMS［15］。融合算法的驗證實驗步驟如下:①在平地機上安裝水平控制系統，保證系統坐標系與載體坐標系一致;②啟動系統，人為搖動平地鏟，同步記錄ADIS16355與AHRS500GA數據;③PC平臺上運行MatLab融合程序對采樣的數據進行處理。
3．1．2試驗結果分析圖5為一次典型的試驗結果，圖5(a)為平地鏟傾角測量值對比，圖5(b)為局部放大結果。1)從圖5(a)、6(b)中可見，0～400s區間平地鏟振動較小時，利用加速度計計算傾角值較準確;當外界擾動導致振動加劇時，誤差可達±5°以上，無法單純用加速度計解算姿態角。2)本設計姿態測量單元能準確測量平地鏟動態傾角。由圖5(b)可見，在動態環境下融合結果能與AHRS500GA提供的參考傾角結果呈現良好的一致性，其誤差絕對值不超過±1°。3)通過傳感器實時判斷平地鏟運動狀態，利用加速度計對重力矢量觀測值來修正陀螺漂移，可以有效降低姿態角計算誤差。
3．2平地機田間試驗
3．2．1試驗方法組裝好平地機的高程和水平控制系統，在水田進行平地試驗，開啟以上系統并保證正常工作，記錄相關數據。圖6所示為水田激光平地機田間作業后的場景，可以看出平地效果良好。
3．2．2試驗結果分析圖7所示曲線為平地機平地過程中控制系統所測量的平地鏟水平傾角。田間試驗結果分析如下:1)從圖7(a)可知，平地鏟傾角變動基本控制在±1．5°以內且漸進穩定，滿足平地機作業要求。2)從圖7(b)和7(c)可知，在外界干擾較大導致平地鏟晃動嚴重時，水平控制系統起作用，通過PWM輸出反向力矩，使平地鏟恢復到水平位置，其過程是漸進穩定的。3)由于在控制算法推導過程中，平地鏟的傳遞函數是簡化和抽象的，如忽略機械連接部分的間隙、撓度，液壓油缸對于控制系統的響應有延遲現象等，最終導致了控制系統的效果受到影響。
4結語
自動調焦系統利用精密線繞電位器檢測準直鏡的位置，由電位器的中心抽頭取出的電壓、溫度采樣值和接收的主控計算機距離信息送DSP進行運算，得出誤差電壓值。如果誤差電壓不等于零，DSP送出驅動脈沖，經功率模塊放大驅動步進電機轉動，通過機械傳動帶動準直鏡移動，同時也帶動檢測電位器的轉軸向減小誤差電壓的方向旋轉，直至誤差趨近于零，系統處于平衡狀態，以達到最佳的成像效果。
2系統設計
2．1DSP模塊
采用DSP(TMS320F2812)作為自動調焦系統核心。TMS320F2812是TI公司針對數字控制領域而推出的，具有控制精度高、速度快、使用靈活以及集成度高等優點，已廣泛應用于工業自動化、光學網絡以及自動化控制等領域。TMS320F2812的CPU運行速率可以達到150MIPS，數據總線為32位，內部集成乘法累加器，指令采用流水線處理，使得數據處理的能力大大增強;同時在片內還集成了128KB×16位的Flash存儲器和18KB×16位的SARAM存儲器。針對數字控制領域，還集成了兩個事件管理器(可以發送12路PWM信號)，為電機及功率變換控制提供了良好的控制功能，還兼有死區控制功能。本系統并沒有使用TMS320F2812全部外設接口，而只是使用其中的一小部分，如GPIO接口和EVA/EVB接口。由于采用可編程邏輯器件(FPGA)，使得DSP的硬件電路設計非常簡單。將DSP的數據總線、地址總線、讀寫控制線以及中斷信號線都引入到FP-GA中，根據特定的要求，在FPGA內完成時序和邏輯設計，如為TL16C654、AD7864提供地址選通信號等。由于電機的信號線、限位開關線數量很多，需要本系統的I/O口的數量較多，還需要在FPGA內完成擴展I/O口的功能。
2．2FPGA模塊
選用Cyclone系列FPGA中的EP1C12Q240C8作為整個系統的時序和邏輯控制核心，EP1C12Q240C8提供12060個邏輯單元(LE)和173個I/O口，可以內嵌4K的RAM。采用模塊化的設計思想，對FPGA設計進行模塊分解，FPGA需要擴展I/O口的功能，產生PWM調寬波信號，還需要為TL16C654和AD7864提供片選和讀寫信號等。TL16C654地址譯碼模塊:在FPGA內部，針對DSP的讀寫以及地址信號進行譯碼，為TL16C654提供讀寫信號以及片選等信號。AD7864地址譯碼模塊:對DSP的地址信號進行譯碼，為AD7864提供讀寫、片選以及通道選擇等信號。在設計FPGA時，采用VHDL開發語言，在Quar-tusII環境下開發程序。根據FPGA的設計框圖，在設計程序時采用模塊化的設計思想。每個模塊都獨立設計(即每個模塊都是一個文件)，最后建立一個頂層文件，將各個模塊有機地聯結起來。
2．3串行收發模塊
自動調焦系統與主控計算機通信時，必須要提供串行通信接口，這里采用TL16C654完成并行數據和串行數據之間的轉換。控制器在與其他分系統進行串行通信時，由TMS320F2812作為控制核心，間接控制TL16C654串行發送或接收。FPGA是DSP和TL16C654之間通信的橋梁，為TL16C654提供片選和讀寫信號。當TL16C654的接收FIFO滿等情況發生時，會產生中斷信號，FPGA對TL16C654的中斷信號組進行處理，然后向DSP發送中斷信號，并協助DSP得到TL16C654發出中斷的通道號。TL16C654在發送或接收數據時，可以采用中斷或查詢的工作方式。在控制器與外部進行串行通信時，TL16C654在接收時采用中斷方式，發送時采用查詢方式。
2．4模擬量采集模塊及數字溫度傳感器
模擬量采集選用美國模擬器件公司生產的AD7864模數轉換芯片，分辨率為12位，可實現4通道同時采樣。數字溫度傳感器采用型號DS18B20，DS18B20與微處理器連接時僅需要一條口線即可實現雙向通信，測量范圍:－55℃～+125℃，分辨率0．5℃。
2．5電機驅動器及執行電機
步進電機驅動采用UP－4HB01B步進驅動芯片。它把FPGA發出的脈沖信號轉化為步進電機的角位移，FPGA每發一個脈沖信號，驅動器就使步進電機旋轉一步距角，步進電機轉速與脈沖信號頻率成正比。該驅動芯片適用于四相六出頭混合式步進電機，單極恒壓驅動，四相八拍勵磁方式。執行電機選用常州微特電機廠生產的混合式步進機，型號為42BYG015，電機為混合式四相步進電機，按四相八拍方式工作，步距角為0．9°。
3結論
雖然在開展采購工作過程中，部隊完全參照各項指標和規范進行采購和資金支付，并嚴格的落實了集中式的采購方法，采購工作取得了一定成效，但是依然存在很多問題，具體表現在以下幾個方面：
（1）應用集中采購的方式，如果部隊的規模較小，規模效益會不明顯。這種情況主要存在基層一些部隊，現在被廣泛適用的采購制度是建立在團營級的部隊組織中，這樣一來，部隊需要的物資少，采購的規模就會變小，采購量難以與師以上的部隊組織相比，缺少市場采購優勢。
（2）駐地偏遠，采購和配送的成本高。很多基層部隊因為常年駐扎在偏遠地區，比如，兩國邊界處或者西部偏遠地區的邊防部隊等。
（3）采購的各項費用都是人工進行計算的，因此，財務結算的效率較低，尤其是在地方某些部隊，物品的采購、下單、運輸等的結算全部是由部隊專業部門通過手工記賬的方式完成的。
（4）部隊物品采購的范圍小，有很多物品都不能滿足部隊需求。當前，很多部隊大批量采購的是一些生活必需品，但是到當地供應商處購買時種類較少，有很多的物質都不能滿足部隊中官兵的需求。
2后勤物資統購系統的設計
部隊后勤中的物資采購系統在很多功能上都與應用軟件有所區別，可以說，后勤物資的統購系統既有軟件功能又有硬件功能，是一類綜合型的系統。鑒于這種原因，在對該系統軟件設計和開發時要考慮到硬件和軟件的一些設計上的基本要求，要對該系統的軟件功能和硬件功能以及網絡配置重點考慮。
2．1系統的網絡設計要求
部隊后勤物資統購系統采用的應用程序為Web系統程序，該程序是分布式的，能夠滿足部隊的網絡要求，但是應用這種程序首先要保證部隊網絡的通暢。主要是部隊中的網以及部隊內部的Internet網絡。值得注意的是，內部網絡和外部網絡是不能隨便接在一起的，并要采取一些隔離的手段。只有經過部隊的上級領導同意，用于執行軍事事務的時候才能將內部網絡連接到外部網絡中。
2．2客戶層的設計
該系統應用的是WebService應用集成手段，該集成手段能夠使所有運行在互聯網上的服務器都能夠以集成的方式組合在一起，可以使分散的計算機與各種系統設備組合到一起運行，大大提高了用戶的體驗效果。隨著這種集成方式被大范圍的應用，系統開發的重點已經轉變成了應用的效果。這種集成組成的方式能夠取代Web應用上的其他物件，能夠成為未來信息技術的主導。網絡中為用戶提供服務的主要方式是通過手機和計算機的終端對企業中網站進行訪問，以此實現服務的功能。網絡站點可以對WebService集成手段進行查詢，查詢的主要內容是該系統以公開形式存在的目錄，也可以是設置了訪問權限的私有形式的目錄，首先獲取提供服務的信息源，再將信息處理的結果返回到系統的使用客戶。通過各種系統的接口可以將傳輸來的信息轉換成可以利用的程序對象，再將這種能夠使用的程序對象傳輸到業務系統處理。業務系統存在于邏輯的中間位置，網絡中的一切功能實現就是靠業務層。
2．3系統業務邏輯層的設計
部隊后勤統購物資系統的主要部分就是系統的業務邏輯層，這種業務邏輯層功能強大，能夠將整個系統中的所有業務邏輯順利完成。在特殊平臺上構建這種業務邏輯層的主要方法有以下兩種：首先是Servlet和JavaBean這兩種技術來實現，其次是通過選擇系統組件的方式來實現，重點選擇的組件有EJB系統組件。前兩種技術在處理業務邏輯時相對簡單，并且處理系統功能時的要求不是很高，也由此造成了其安全性和穩定性不高。但是后者處理的對象集中性較強，一般都是存在于企業中或者獨立的部門中，因此，該系統在一定程度上比上一種技術更加安全和可靠，唯一的缺點是對其開發的成本較高，并且該系統的組成較為復雜，如果發生故障處理起來會有一定難度。
2．4數據持久層的設計
隨著多媒體技術的飛速發展,各種各樣的多媒體演示系統在信息領域中發揮著越來越大的作用。其豐富的表現力、生動的視覺及聲響效果,大大增強了所演示信息的吸引力。但是,多媒體作品的創作是一項費時費力的工作,不僅涉及到美術、傳播、教育、心理等多方面創作因素,而且更需一種能方便地將圖、文、聲、像等多媒體信息按某種特定要求編合在一起進行表現的方法。為節省多媒體作品的創作時間,需要一種相對簡單、集成、高效的創作工具來輔助多媒體作品的創作開發與演播。
本文簡要分析了目前流行的多媒體創作工具的特點,提出了一種多媒體創作工具的功能結構、設計方法及實現技術,最后給出一個用visualbasic語言編寫的播放多媒體信息的程序例程。
一、現有多媒體創作工具的類型
目前,最流行的多媒體創作工具主要分為以下三類。
1.描述性語言式
該類工具開發作品的思想是,按書的結構方式將每個標題的開發過程視為一本"書"的組合,每一屏被指定為一頁,在每頁內可有多級的對象,設定好各頁與各頁中內容及其之間的動作,然后使用指定的編排設計語言進行作品設計。這類工具中,比較有代表性的是美國asymetrix公司的multimediatoolbook工具,其編排設計語言為openscript。這類工具的最大優點是開發時的彈性較好,面向稍懂編程的用戶,另外價格較低,易于接受;缺點是整體運行速度慢,雖入門較易,但要掌握其機理需費一番苦功,特別是對多媒體資源的訪問,openscript主要通過mci函數調用,必須在腳本里顯式地寫出有關調用,且語法和序列并非全直觀,又缺少提示,這點足以使非程序員怯步。
2.交互性圖標式
這類工具主要是讓用戶直接在畫面上安排所需的元件,定義出元件本身的動作以及元件和元件之間的關系。其工作方式是采用一種形象化的方法在微機上制作多媒體作品,通過選擇精簡的形象化圖標,構成應用程序結構的流程圖,然后再往結構中添加內容,流程圖定義了多媒體元素的流動過程。這類工具很適合沒有程序設計經驗的用戶,因此在短時間內就可開發出一套交互式的多媒體系統。這類工具中,著名的有美國authorware公司開發的authorwareprofessional及美國aimtech公司的iconauthor。其主要用于開發事件驅動的、需要高交互性的教育、訓練模擬以及導覽系統。這類工具不足之處是價格一般很貴,靈活性方面受現有系統的限制。
3.時間流程式
該類工具較適合于開發簡報系統,它在多媒體顯示上具有較強的時間前后順序,以圖形、文字信息為主。比較著名的有action工具、powerpoint、harvardgraphic工具等。該類工具對多媒體信息的支持基本上是通過ole外部方式進行的,因此,演播多媒體時磁盤i/o動作頻繁,系統開銷大,運行效率低。
上述三類多媒體創作工具開發的運行環境是基于windows3.x,可處理的音頻文件格式為wav、mid;靜態圖像文件格式為pcx、bmp、gif、tga、jpg、tif、wmf、dib等;動態圖像格式為avi、fli、flc等。
二、多媒體創作系統的功能及設計方法通過以上分析,可看出多媒體創作系統一般具有如下特點。
1.易于入門,無需專業級程序員的編程經驗,但熟練掌握不易。對某些特定的簡單要求,往往要通過熟練掌握后所得到的使用技巧來實現。另外,對時效要求高、常修改的內容,修改也不甚方便。
2.支持許多硬設備和許多文件格式,可生成含有圖形、圖像、文本、聲音、動畫、視頻元素的復雜產品。
3.具有流程控制能力,可為上述元素提供導引框架。
4.雖包含了圖形編輯、動態編輯、數字式動畫、視頻編輯等多項工具,但多媒體數據的制作能力不如專用軟件功能強、精美。
當前,處理多媒體信息的專用軟件資源比較豐富,文字方面有wordforwindows、wps等;圖形圖像方面有photostyler、photoshop、coreldraw等;動畫方面有animator、3ds等;視頻方面有videoforwind
ows、adobepremiere、quicktimeforwindows等;聲音方面有soundsystem、waveedit等。
對用戶而言,已掌握了多媒體處理專用軟件,還得學習創作系統中的功能較弱的媒體處理工具,是某種意義上的重復。用戶要求在媒體素材設計上精雕細鑿,媒體作品演播時靈敏高效。因此,我們的設計原則是,利用現有功能強大的多媒體處理工具,采用系統集成與軟件編程相結合的方法,縮短開發周期以創造最佳的軟件。既兼顧一般要求,又滿足用戶演播的特定要求。在方法上綜合描述性語言及圖標式創作工具的優點,以及軟件編程開發在系統彈性和擴充上靈活、應用范圍廣、用戶具體要求明確、軟件資源節約的特點,克服現有創作工具靈活
性弱、受現有系統限制的不足。
所設計的多媒體創作系統各模塊主要功能如下。
·文本編輯:這是一個文本編輯器,它將所要演播的文字底稿逐行輸入,形成文本文件。
·劇本編輯整合:提供一種方便、高效、直觀的圖、文、聲、像數據集成的編輯手段,按用戶的設計要求,對各種媒體數據進行編輯整合,制成各媒體對象的進出入效果(如閃爍、飛行、旋轉、淡入淡出、大小、定位等等),最后形成一個劇本文件供演播時調用。
·圖形圖像處理:圖形圖像部分掛接photoshop或photostyler軟件,處理多種位圖文件,包括wmf、tif、bmp、pcx、tag、gif、dib、jpg等等格式;統計圖形方面提供制作各種二維、三維統計圖形的手段。
·劇本演播:將劇本編輯整合處理形成的劇本文件直接調入演播,可按自動播放方式或導引、單步控制播放方式進行播出。對動態圖像播放可控制暫停、繼續。
·二維動畫處理:掛接animator二維動畫處理軟件,處理并形成fli、flc格式動畫文件。
·三維動畫處理:掛接3ds三維動畫處理軟件,制作并形成flc、fli格式的動畫文件。
·視頻處理:掛接videoforwindows、quicktimeforwindows、adobepremiere軟件。對質量要求一般的視頻影像,經電視、vcr或影碟機播出,通過視頻捕捉卡,處理形成avi、mov格式的視頻文件。而對質量要求高、需全屏顯示的視頻影像,則使用專用數字視頻采樣壓縮工具生成mpeg、dat影像文件存于cd-rom中,播放時,使用mpeg視頻解壓卡,將影像文件從光盤中調出,實時解壓縮,滿足全屏幕、全運動、全彩色的視覺要求。
·聲音處理:主要掛接soundsystem或waveedit,處理mid、wav格式的語音文件,并能使用cd-audio音碟資源。
·地圖標繪與動畫處理:主要處理點陣、矢量地圖的標繪及基于地圖的簡單動畫,如箭頭、飛機、艦船、車輛等運動目標沿軌跡運動、閃爍、變化過程等,并形成ate自定義格式文件,供演播時調用。
·外接演播工具:主要外掛其它各種多媒體創作工具的演播軟件來播放其制作的作品文件。如掛接powerpoint的pptview程序,掛接authorware的runapw程序。
三、多媒體創作系統設計技術的實現
我們在靜態圖形、圖像處理上,使用windowsapi編程技術,結合ole方法;在多媒體數據處理方面,充分使用mci接口,將各種媒體的編演融合一體。
編程語言采用visualbasic及visualc++語言,同時充分利用第三方廠家提供的這兩種語言的用戶控制對象來解決圖、文、聲、像等多媒體演播時可能存在的效果限制問題。
具有高效方便的圖、文、聲、像等多媒體數據編輯整合功能是多媒體創作工具的特點。我們提出了以下這種基于表格方式,以頁操作為主的多媒體數據編輯整合的實現方法。
表格形式如表1。
首先將文字底稿調入并自動填入到上述表格中,然后,用清屏方式來定義屬于同一頁的文字,并定義好該頁的背景色、字體、前景色以及該頁正文出頁方式,根據需要還可定義出該頁正文所在行的操作方式、條件及其位置。系統還提供缺省的版面布局供用戶使用。
表1
定義好一頁的文字以后,就可定義與該頁有關的多媒體信息之間的有機關系,可選擇聲音文件、動畫文件、視頻文件、統計圖、地圖標繪動畫數據,并定義這些媒體的播放位置、觸發條件及進出場效果等。
另外,還可嵌入播放其它著作工具的作品并融合到播出中。這種編輯方法使整個格本形成一個前后一貫的大表格,前、后、左、右滾動可直觀方便地瀏覽全部劇本,操作非常簡便,整體性好,每頁隨時可進行修改,并可隨時察看每頁效果。
2.多媒體數據訪問的實現
(1)采用windowsapi處理多媒體數據
我們使用bitblt函數實現圖形圖像的變化,mci接口處理音頻、視頻、動畫、cd-audio數據的播放。
windows3.1中的mmsystem.dll動態連接程序庫提供了大約一百多個具有多媒體處理能力的api函數,其mci函數提供了與設備無關的程序接口,應用程序可以通過mci命令訪問符合mci控制標準的多媒體設備,mci接口覆蓋了多媒體的主要領域,因此可以滿足大多數應用系統的開發需要。由于mci的設備無關性,更換設備時只需更換mci驅動程序,無需了解每種多媒體產品的細節,系統升級十分方便,提高了應用系統的開發效率及靈活性。
在系統開發中,主要用到的mci多媒體設備類型及驅動程序如表2。
表2
其余的mpg、dat等視頻格式的設備類型及mci驅動程序視其產品提供的mci驅動程序而定。
(2)利用用戶控制對象vbx進行編程,處理圖、文、聲、像等多媒體數據
目前有眾多知名廠商開發出各類vbx控制對象,支持visualc++、visualbasic,vbx有可能成為標準文件格式。這類功能強大的vbx控制對象是開發多媒體系統,提高開發效率,縮短開發周期的有效武器,使我們對復雜的圖文特效及外部設備的控制都交給了控制對象去處理,大大減少了編程的工作量,而且準確性、高效性大大地提高。
開發多媒體系統常用到的vbx主要有:支持mci接口的mci.vbx(microsoft公司);支持flc、fli動畫演播的vbplay.vbx(autodesk公司);支持圖文播放效果的fxtools/vb(imagefx公司)、knife.vbx(imageknife)、mhpicture.vbx(microhelp公司);支持圖形、圖像、文字播放效果的fximage.vbx、fxlabel.vbx;支持mov視頻播放的qtmove.vbx、qtview.vbx。
四、結束語
多媒體創作系統的開發與通常的應用系統開發有一定的差異,既要有豐富的編程經驗,又要充分了解多媒體的特點。
善于利用多媒體集成工具,就能在應用系統開發中作到事半功倍。完成多媒體作品相當部分的工作量在于圖形、圖像、聲音、影像素材的準備,其技術及藝術含量都很高。而多媒體創作系統,其目的是便于用戶高效地使用創作工具按某種構想,將圖、文、聲、像等媒體進行導演、創意及包裝。
目前,多媒體創作工具種類越來越多,隨著多媒體技術應用發展的深入,開發多媒體的技術將越來越先進、越科學、越方便、越有效。
本系統應用范圍廣,適用于需經常制作多媒體作品的教育、軍事、旅游等部門。
以下是一個用mci.vbx控制對象來播放多媒體數據的函數實例(visualbasic編寫,對mpeg視頻以realmagicmpeg解壓卡為例),可看出用控制對象處理多媒體信息的方便高效性。
constmci_mode_not_open=524
subclosemedia(byvalmediatype)''''關閉媒體
selectcasemediatype
case"video","sound","animator"
ifnotmmcontrol1.mode=mci_mode_not_openthen
mmcontrol1.wait=true
mand="close"
endif
case"graph"
image.picture=loadpicture("")
image.visible=false
endselect
endsub
subopenmedia(mediatypeasstring,medianameasstring)''''
打開并演播媒體
ifnotmmcontrol.mode=mci_mode_not_open_then
mmcontrol.wait=true
mand="close"
endif
selectcasemediatype
case"graph"''''圖像
image.picture=loadpicture(medianame)
image.visible=true
exitsub
case"sound"''''聲音
tt$=ucase(right$(medianame,3))
selectcasett$
case"wav"
mmcontrol.devicetype="waveaudio"
case"mid"
mmcontrol.devicetype="sequencer"
endselect
case"animator"''''二、三維動畫
tt$=ucase(right$(medianame,3))
selectcasett$
case"flc","fli"
mmcontrol.devicetype="animation1"
case"mmm"
mmcontrol.devicetype="mmmovie"
endselect
case"video"''''視頻
tt!=ucase(right$(medianame,3))
selectcasttt$
case"avi"
mmcontrol.devicetype="avivideo"
case"mov"
mmcontrol.devicetype="qtwvideo"
case"mpg"
mmcontrol.devicetype="mmaster"''''reelmagic設備名
case"dat"
mmcontrol.devicetype="mmaster"''''reelmagic設備名
case"cdi"
mmcontrol.devicetype="mmaster"''''reelmagic設備名
endselect
endselect
mmcontrol.1049079981.htm=medianame
mmcontrol.wait=true
mand="open"''''打開設備
mmcontrol.notify=true
本設計軟件系統主要實現的是節點間的無線通信、PC機與節點的信息傳輸，協調各模塊的聯通。結構關聯示意如圖2：PC機與ZigBee協調器通過串口進行通信，由上位機進行顯示，上位機向協調器發送溫度設定命令，通過協調器發送給各傳感節點，協調器與各節點的通信都是通過Zigbee無線傳輸協議進行無線傳輸的。傳感節點在檢測到溫度后會進行判斷，溫度若超過上位機設定的范圍便會報警，并啟動相關溫度調節裝置。檢測的同時也會無線發送到目標設備，距離較遠的節點將通過路由節點進行跳躍，再傳輸至協調器。
2硬件系統設計
2.1ZigBee協調器（路由）節點
ZigBee協調器的電路設計包括：一個ZigBee模塊、一個RS232串口模塊、一個JTAG接口/復位模塊、一個電源模塊、LED指示燈模塊等。1）JTAG接口。實際只用到了P1.4、P1.5、P1.6、P1.7、P2.1、P2.2、VCC、GND、REST五個引腳，其它引腳懸空，該電路可將程序通過仿真器燒寫進芯片中。2）電源電路設計。由于ZigBee模塊需要3.3V的電源，本設計供電為兩節5號電池供電，可不需要穩壓芯片進行穩壓。3）復位電路設計。4）串口電路設計。下載程序和調試通信兩個作用，采用MAX232做RS232電平與TTL電平的轉換芯片，MAX232有兩路電平轉換。
2.2傳感節點設計
傳感節點設計包含有DS18b20溫度傳感器，溫度調節控制裝置（本設計用電機代替），LED指示燈。1）DS18b20設計。DS18b20只需一條線就可以和處理器通信。2）電源供電電路。Zigbee模塊工作電壓為3.3V，外部供電為5V輸入，需要AMS1117—3.3電源穩壓芯片進行穩壓。3）JTAG仿真電路。4）模擬溫度控制器（電機）電路。
3軟件系統設計
3.1IAR集成開發環境
本系統程序的調試編譯用的是IAREmbeddedWorkbenchIDE，它是一套開發工具，用于匯編、C或C++編寫的嵌入式軟件程序進行編譯和調試。IAREmbeddedWorkbench適用于大量8位、16位和32位的微處理器和微控制器，用戶在開發新的項目時也能在所熟悉的開發環境中進行。該集成環境包含了IAR的C/C++編譯器，文件管理器，文本編輯器，匯編器，鏈接器，工程管理器及C-SPY調試器等。它為用戶提供一個易學且具有最大量代碼繼承能力的開發環境，和對大多數和特殊目標的支持。IAREmbeddedWorkbench有效的提高了用戶的工作效率，通過IAR工具，用戶可以大大地節省工作時間。針對不同芯片的代碼優化器，IAREmbeddedWorkbenchIDE可以為微處理器生成非常高效的FLASH/PROMable代碼。
3.2VisualBasic語言開發環境上位機設計實現
VisualBasic是目前一種應用于圖形界面比較多的開發語言，它衍生于BASIC編程語言。VB用有快速應用程序開發和圖形用戶界面開發系統，它是微軟開發的，用于協助開發環境的驅動編程語言。在現在的使用標準來說，VB是目前世界上使用者對多的語言，在目前圖形化界面開發來說，VB是比較好的開發語言較容易應用ADO、DAO、RDO輕松創建ActiveX控件和連接數據庫。對于想快速建立一個應用程序，VB將會是一個很好的選擇。本設計的上位機制作，VB是一個很好的選擇。
3.3ZigBee協調器軟件實現
協調器是直接與上位機通信的節點，它的任務是協調各感知節點發送過來的數據，使得數據有序傳輸到上位機顯示。
3.4Zigbee傳感節點軟件實現
傳感節點是可以在一定范圍內定點位置，其任務只要是實時檢測溫度，周期將數據無線發送給協調器，同時，節點上的溫度調控裝置根據溫度啟動，進行溫度調控。
4系統測試
開發和建設科研管理信息系統是利用信息技術和網絡技術突破傳統科研管理模式存在的弊端，構建代替人工、信息共享、學科化服務、數據分析的快捷、準確、高效的科研管理新模式。其工作流程是科研人員通過系統對科研工作進行日常管理，科研管理人員的工作主要是對信息的審計和更高層次的利用。而科研管理信息系統具有遠程性、規范性、動態性、集約性等特點，能很好地收集、整合與傳遞科研信息，提高工作效率，保證科研數據的及時性和準確性，較好地解決傳統科研管理帶來的程序繁瑣且重復的弊端。系統管理工作的動態性和參與性為科研人員提供了日常科研工作的信息化管理平臺。
2系統設計
2．1基本原則與目標
研究所科研管理信息系統是基于網絡的科研信息數據管理平臺，在系統整體過程中要充分把握規范性、安全性、實用性、可靠性、可擴充性原則，采用面向對象的程序設計語言和模塊化的軟件開發方法。系統建設目標是建立一個能夠覆蓋研究所主要科研業務管理的計算機信息管理系統。以網絡為平臺，利用計算機網絡技術簡化人工管理流程，通過信息的一次錄入，實現信息多方共享、綜合分析加工和信息的批量導出導入，滿足不同管理層次對各類信息的需求。
2．2功能設計
系統除了能夠實現數據錄入、權限瀏覽、報表打印、留言板等功能外，還需要實現節點推送功能、關聯查詢功能、統計/匯總功能和批量導入導出功能。節點推送功能:系統將業務流程串接起來，將節點任務推送給相關人員，并及時反饋相關工作任務和要求。關聯查詢功能:系統支持全信息的查詢和關聯功能，當用戶需要了解一個項目時，系統能把項目相關信息一并展現給用戶。統計/匯總功能:系統通過數據庫層匯總分析原始數據，自動形成報表和數據，無需人工參與加工。批量導入導出功能:系統能夠實現標準格式文件的批量導入，如任務書、開題報告、中期檢查報告、結題報告等，也可根據需求將數據批量導出。
2．3結構設計
根據科研管理的業務范圍和管理要素，科研管理信息系統主要包含以下功能模塊。信息模塊:該模塊由科技處基于門戶網信息動態、最新通知和學術活動公告。項目管理模塊:該模塊是系統的關鍵部分，主要包括課題立項、開題、結題和成果申報管理。由用戶通過權限賬號進行全過程管理，包括課題研究過程性文件和成果，科技處通過管理員權限進行瀏覽審核并反饋。成果管理模塊:用戶登錄后，通過該模塊對個人成果進行填報和管理，包括論文、著作、獲獎等方面的信息。研究生管理模塊:該模塊屬于用戶信息管理和課題管理一體化的部分，主要包括用戶基本信息、選課明細和課題管理相關內容。研究生通過登錄該模塊，填報入學基本信息，選課明細，提交課題研究過程中的所有文件。科研條件管理模塊:該模塊對研究所科技資產進行統計管理。用戶管理模塊:該系統設置3種用戶類型，分別為科技處系統管理員、各科室領導管理員、科研人員，并根據用戶角色和單位不同分配不同的權限。另外，系統還通過網站提供日常所需的科研相關文件下載功能。
3系統技術實現
系統采用基于J2EE技術框架的B/S構架，以Eclipse+JBossTools為開發平臺，以MicrosoftSQLServer2005為數據庫平臺，應用Tomcat6．0輕量級服務器，采用JSF、JavaBean、JPA等多種開發技術，在WindowsServer2003或WindowsXP以上操作系統環境運行。科研管理信息系統在開發和完善時需重點考慮以下問題。一是系統的安全性。為確保研究所科研信息的安全，系統通過權限管理為每個用戶分配相應的角色，不同的角色使用戶使用的系統功能和查看信息的范圍得到控制。除系統管理員外，所有用戶只可修改自己所添加的數據。此外，系統還提供了操作日志記錄功能，用戶在系統的所有操作都有所可查，進而保證了用戶的操作都是可審計、可追溯的。二是系統的可維護性。系統采用模塊化設計，每個功能模塊的編程、調試獨立進行。三是與現有系統的集成。結合研究所科研人員內部局域網賬號，系統開發局域網內部系統的統一認證功能，方便用戶注冊。
4結語
系統采用自頂向下的分層結構化方法進行設計，由系統門戶、科研管理、技術管理、知識產權管理、質量管理、“三標一體”管理、信息化管理、三維設計管理、技術裝備管理、學協會管理、評獎報優、標準化管理、保密管理、系統管理共計14個功能模塊結合而成。考慮到系統的易用性、穩定性、易維護性和技術先進性，本系統基于B/S結構，服務器端采用ASP．net平臺進行開發，后端數據庫選用SQLServer作為數據庫服務器，客戶端基于jQuery進行開發，使用jQueryEasyUI搭建系統界面，采用JSON為服務器和客戶端的數據交換格式(圖1)。
2關鍵技術
2．1基于jQuery的AJAX異步交互技術
B/S結構相較于C/S結構來說具有易部署、易維護、易擴展、安全性強等優勢，但傳統的B/S結構在提交數據或更新數據時需要重載整個頁面，因而存在數據傳輸量大、響應不及時等不足。但隨著AJAX技術的出現和發展，B/S結構的這一缺點正逐漸消失。AJAX即“AsynchronousJavascriptAndXML”(異步JavaScript和XML)，是一種創建交互式網頁應用的網頁開發技術。AJAX可以使網頁通過后臺與服務器進行少量數據交換，實現異步更新，即可以在不重新加載整個網頁的情況下，對網頁局部進行更新，從而減少了數據傳輸量，提高了頁面響應速度。jQuery是一個輕量級、兼容性高、技術先進的JavaScript庫，它不僅提供了簡單、高效的選擇器和事件處理方法，且對AJAX進行了封裝，使AJAX使用起來更加便捷，從而在提升客戶體驗的同時，大幅提升了系統開發效率。下面的代碼是jQuery的AJAX異步請求基本用法，在無刷新的情況下通過后臺實現了用戶登錄驗證。
2．2基于JSON的數據交換格式
JSON(JavaScriptObjectNotation)是一種輕量級的數據交換格式，是JavaScript的一個子集。因使用了類似于C語言家族(包括C，C++，C#，Java，JavaScript，Perl，Python等)的習慣，使其成為理想的數據交換語言，易于人閱讀和編寫，同時也易于機器解析和生成，其可讀性和可擴展性與XML不分上下，但攜帶相同信息的字符量卻低于XML。采用AJAX異步請求技術之后，瀏覽器與客戶端之間的數據傳輸量已有大幅下降，數據交換格式采用JSON后，數據傳輸量將進一步下降。ASP．net服務器端序列化和反序列化JSON有多種方法，本系統使用了第三方提供的Json．NET庫，在使用前需先下載并引用“Newtonsoft．Json．dll”。下面的代碼是將泛型列表轉換為JSON數據格式的過程，服務器端響應客戶端請求返回了一組科研項目列表信息。服務器端返回的JSON序列如下:客戶端在處理JSON數據時，不必進行處理或特殊轉換，可直接將JSON數據當做JavaScript對象進行操作。
3結束語
