时间：2023-03-20 16:14:43
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福建省农业科学院中以示范农场位于福州市晋安区新店镇埔档村，于2013年10月引进以色列设备及技术，建成3500耐以上的玻璃温室大棚，建成投人使用1年来运行良好。现将该玻璃温室大棚的自动化控制系统设计，及其应用于无土基质设施栽培的管理经验总结如下。
1自动化控制玻璃温室大棚系统设计
1.1玻璃温室大棚自动化控制系统设计系统材料和结构
玻璃温室是以透明玻璃为覆盖材料的温室，透光率一般为60%一70%。温室的骨架为镀锌钢管，门窗框架、屋脊为铝合金轻型钢材，肩高约8ma大棚管理系统采用JPK-013型自动化控制系统。开启电脑，输入用户名及密码，在桌面点击海峡农业示范园控制系统图标，点击特殊菜单，点击登录“开”，弹出对话框，再次输人另外一个用户名及密码，就可进行参数操作设计。设计结束后，下拉特殊菜单，点击退出“关”。把目标温度设计为300C，降温需求百分比为10%。
1.2系统功能及操作设计方案
1.2.1夏、秋季的操作设计方案根据南方夏、秋季需要降温的要求设计操作方案。
1.2.2冬、春季的操作设计方案根据南方冬、春季的气候特点设计保温操作方案。
2玻璃温室大棚自动化控制系统设计管理要点
2.1水肥机一体化系统管理
水肥机由以色列Galcon公司提供。操作步骤:电脑开机一桌面一点击Client系统一点击Mixero
2.2分区设计管理
2.2.1水肥机一体化分区管理将整个温室分成6个水肥灌溉区域，即与电脑连接的6个水阀所控制的灌溉区域为一个独立的单元。区域布置见图to水肥机装肥料母液的肥料桶共7个桶，A,B液各3个桶，另外1个酸液桶，分为3个组别，酸液桶共用。针对不同作物，每组的肥料母液可以有所区别。A桶(Fert.1)和B桶(Fert.2)吸量都设为5.0L/m3，酸液(Fert.3)吸量设为3.5I}/m3。1区、2区种植瑞丰番茄，2014年5月31日移植;3区种植金玉满堂番茄，4区种植串串红铃番茄，3区、4区均为5月22日移植。从移植到7月2日每天灌溉1次，清晨5:00开始滴灌，时间为10mino7月2日开始增加为4次，每次3min。因为3区、4区结果多，植株细弱，7月6日再增加1次，即3区、4区结果期每天灌溉5次，每次3mino5区、6区分别种植金石王1号和金玉满堂番茄，2013年11月9日移植，前期灌溉同3区、4区，因结果盛期需肥水较多，增至每天7次(表3)。
2.2.2各区域的项目编号绑定及灌溉时间表(Irri-gationProgramNo.)设计各区域的电脑识别代码及灌溉时间表设计见表30
2.3灌溉时间等数据的设计及修改
在Mixer的图案里，点击IrrigationProgramNo.，在左上角白色框格里输入所要修改或设定的项目编号(ProgramNo.)，回车，再在左上角白色框格的左边，点击锁匙(解锁)，选择要修改的数据，输人要修改的数据，全部修改完毕，再次点击解锁，点击确定(sure)完成修改。其他项目的修改过程同样。
2.4所需EC,pH值的修改及其感应器校准
点击FertilizationPrograms，在肥料项目号7,8,9栏目内修改各种植区所需的灌溉水肥的EC,pH值。2014年种植番茄，1,2,3,4区的EC值设置为1.5ms/cm,爪6区盛果期设置为2.0ms/cm;pH值都设置为5.7。当发现水肥机上的EC,pH值有偏差时，要用标准液来进行校准。
2.5洗盐
点击右上角IrrigationPrograms进人操作界面，点击ProgramSettings进入灌水数据界面。程序号(Prog.No)要选择灌溉肥料没用过的空白号。优先权(PrioritySetup)选择low。灌溉间隔天数(Irri.Cycledays)选择1d，时间单位(Irri.Unit)为min;灌水量(Quantity)为持续灌水60min，肥料(Fert.Prog)填写0。开始(StartTime)写0:O1，结束写23;59;各区的间隔灌溉时间(Duratior)写250min(洗盐1轮60x4为240min，其间休息10min。这就是洗盐1d的循环模式。
2.6过滤器清洗
每个肥料母液桶下面都有1个过滤器，选择在没有灌溉的时间段里，关闭水肥母液桶的开关，把过滤器小心拧开，用清水冲洗过滤片，干净为止。然后在灌溉之前装回，打开水肥开关。水肥机后面也有1个过滤器。
2.7混合桶溢水问题的解决
灌溉是边混合水肥边进行灌溉，如果遇到突然停电，等来电时，电脑不知道混合桶的水肥该往哪个区走。因此，当看到混合桶溢水时，应立即手工把混合桶里的水肥舀出1/2。
3小结
“智能型住宅家庭设施自动控制与管理系统应用研究”是哈尔滨工业大学（原哈尔滨建筑大学）承接的项目，由哈尔滨工业大学和北京德达数据系统有限责任公司合作开发。该项目采用LONWORKS技术开发研究并在住宅示范小区工程中试运行。1、对住宅居住环境（湿度、湿度）及设备进行监控；2、住户三表（水表、电表、煤气表）远传；3、住户三防（防火、防灾、防盗）；4、厨房设备监控；5、卫生间排风控制。这些功能用LON总线一节点实施，即每一住户为一LON节点，然后再用棗服务器管理各个用户的节点构成LON总线系统。该项研究已在北京翌景嘉园示范小区通过试运行，下面对其自评估如下：
一、攻关的任务、考核目标及主要技术指标：
经过论证，我们在专题合同中将各种指标定位在：
本专题的攻关任务：研究智能型住宅家庭设施自动控制与管理系统，该系统包括两项任务，其一是开发家用管理软件，其二是开发家庭智能控制装置，实现对居室温度、湿度进行自动调节；对厨房用具进行时序控制；对卫生间的排风进行控制。而家用电脑管理软件要对家庭设施进行管理并提供若干家政服务程序。
本专题的考核目标：提供具有居室空调、厨房监控、卫生间自动排风功能的微机控管装置一套；提供家用电脑管理软件一套；住宅温、湿度等参数应满足智能住宅规定标准；在示范工程中应用该项成果。
本专题的技术经济指标：温度、湿度等主要被控参数应满足智能小康住宅标准（温度18℃～28℃，湿度30％～70％）；系统运行可靠。
在进行该项专题的进一步研究的过程中，结合当前先进技术的发展以及我国智能住宅发展状况，在原有的合同的基础上，我们对家庭智能控制器又增加了三表远传、安防等功能。
二、专题执行情况评价
本专题按两个部分实施，即家庭智能控制器和家用电脑管理软件的研究：
1、家庭智能控制器
（1）功能
本专题所开发的家庭智能控制器即智能节点具有4路模拟输入，12路数字输入，12路数字输出，其所实现的功能如下：
通过对室内温度监测，得到实际温度与设定温度比较：当实际温度低于设定温度一定值时，在夏季关空调，在冬季开暖气；当实际温度高于设定温度一定值时，在夏季开空调，在冬季关暖气。温度控制达到智能小康住宅规定标准：18～28℃。
通过对室内湿度监测，得到实际湿度与设定湿度比较：当实际温度高于设定温度一定值时，关加湿器；当实际湿度低于设定湿度一定值时，开加湿器。湿度控制达到智能小康住宅规定标准：30～70％。
对三表实行脉冲计数，并发送到上位机。
当门磁或红外报警时，在设防状态下，声光报警和自动拨号器启动，并有报警信号传到上位机。
玻璃破碎报警时，声光报警启动；在设防状态下，自动拨号器启动：有报警信号传到上位机。
紧急按钮报警时，自动拨号器启动，并有报警信号传到上位机。
排风扇按钮控制排风扇，排风扇运行一段时间自动关闭。
烟感探头报警时，煤气闭阀器关闭，声光报警和自动拨号器启动，并有报警信号传到上位，此外，通过判断烟感探头输入信号可识别探头是否有故障。
煤气泄漏报警时，排风扇启动，煤气闭阀器关闭，声光报警和自动拨号器启动，并有报警信号传到上位机。
探头复位输入控制火灾探头掉电复位及开启煤气闭阀器。
通过上位机运作，可以控制厨房设备按一定时序启动。
温度的设置可以通过上位机或者设定按钮实现。
湿度的设置可以通过上位机或者设定按钮实现。
与本专题预期目标相比，我们在设备监控的基础上，增加了安防功能，三表远传功能；我们经过认真研究，考虑研发产品的应用和推广，我们单片机来完成这些功能，而是采用了先进的现场总线棗LON总线。
（2）应用的LONWORKS技术特点
本专题采用了LONWORKS技术进行开发，该技术有如下特点：
开放性：网络协议开放，对用户平等；
通信媒介的多样性：可采用任何媒介进行通信，如双绞线、电力线、光纤、同轴电缆、无线电波、红外等，并且同一网络可以有多种通信媒介；
互操作性：其通信协议Lontalk是符合ISO定义的OSI模型，任何制造商的产品都可以实现互操作性；
网络拓扑：有星型、总线型、环型以及自由型；
网络结构：主从式、对等式或客户/服务式结构；
通信的每帧有效字数可从0至228个字节；
通信速率可达1.25MB/S，此时有效距离为130M；78KB/S的双绞线，直线通信距离可达2700M；
其技术核心器件棗Neuron芯片内部装有三个8位微处理器、34种I/O对象和定时器以及LONTALK通信协议等。该芯片具有通信和控制功能。
近年来，该技术在国内外的智能建筑领域都得到了应用和发展，其开发工具平台强大，开发者在短期内就可以完成开发工作；在韩国、日本、澳大利亚、加拿大等国都已经利用该技术完成多项工程；并且，总体来看，该技术适用于中国，而且还在无线扩频等方面有继续加强的潜力，能在家庭智能系统上有更大的突破。
（3）解决的技术关键
功能集成：在目前智能住宅产品中，实现单一功能（如抄表、安防）的产品很多，本装置将三表收费、三防、厨房设备监控、室内环境监测、卫生间排风扇控制等功能集成在一起，真正实现了功能集成。
采用了Lonworks技术：Lonworks技术作为先进的总线技术，在本专题得以采用，将会更有利于家庭智能控制装置的推广。
模拟量的引入：从长远来看，将模拟量引入智能住宅将是必然，而目前国内几乎没有智能住宅产品将其引入，本装置将模拟量引入，也体现装置的前瞻性。
软件编程语言采用NeuronC语言，利用该语言事件驱动任务的特点，增强了装置的实时性。
本装置可灵活组态：如果用户不需要该模块中的模拟输入，我们就会在设计硬件电路时预留出端口，而不焊接模数转换模块，这样可为用户省下投资，也为其将来扩展做好准备；12路数字输入点被开关量或脉冲信号来触发，其可以配置成电表水表煤气表输入，可以配置成安防信号输入，也可以是二者结合；12路输出只是一个开关信号，也可根据实际情况进行灵活配置。
与目前系统集成商所提出智能小区方案相比，本专题将家用电脑引入家庭智能控制系统来管理家庭设施。
住宅节能：我们认为，智能住宅在提供给人们安全、舒适的环境的同时，也应将节能的概念引入智能住宅中。在本专题中，我们对卫生间排风采取实时控制，使其在满足室内排风要求的同时做到节省电能；我们通过对室内温度的设定，在不同季节内对空调或供暖设备进行控制，使其在一定的条件下工作，当达到预期要求时，立刻停止工作，进而达到节能的目的。
模数转换通信匹配问题：在本专题中，我们利用Max186芯片对采样的温湿度信号进行模数转换。Max186芯片具有12位精度，其与LONWORKS技术的neurowire方式进行通信需要匹配，本专题解决了这个问题。
本专题所开发出来的家庭智能控制器比较成熟，可作为产品投入市场，并且，该家庭智能控制器已经在北京翌景嘉园使用。与目前国内同类产品相比，其性能价格比是最优的（具体情况见效益分析）。
2、家用电脑管理软件
家用电脑管理软件是在Delphi5.2平台上开发而成，其功能、设计特点如下：
（1）功能
提供家庭生活服务信息。主要有：医疗保健知识、家庭菜肴、点心制作方法及饮食科学知识、女性美容装饰常识、花鸟鱼种值饲养方法、旅游知识、保险知识及家庭生活中的一些常用信息等。
提供家庭事物管理手段。这部分主要内容有：家庭财务、亲友通讯录、个人档案管理。
该软件通过网卡直接对家庭设施进行管理：三表计费、设备状态显示、厨房设备时序控制、温湿度设定。
（2）软件特点：
是软、硬件技术成功结合的典范：考虑到“小康住宅”的特点，将计算机硬件、软件技术相结合，通过LON控制模块成功地实现了对住宅内的环境监测及设备监控。
实用性强：在本软件中，我们以科学实用为原则，从医学、美食、旅游、保险、美容装饰、花鸟鱼种植饲养、财务管理、通信录管理等方面为用户提供了及其丰富的生活服务信息，以便为用户的工作、学习提供更多的方便。
易学易用：在软件开发过程中，我们在不影响功能及生动性的前提下，尽量使界面简洁、直观，并具有逻辑性，从而使得用户容易掌握软件的思路及操作方法。
三、成果应用前景及效益分析
建筑业是国家的支柱产业，住宅建设占总房产建设投资的80％左右，国家十分关注住宅建设，继“解困”、“安居”工程后，又努力实施“小康”工程。为了加大“小康”工程力度，国家把“2000年小康城乡科技产业工程”列为国家重大科技产业项目。可见，投身于住宅小区智能化以及相关产品的研发，既有利于推动建筑业的发展，又能带来可观的经济效益和社会效益。
1、国内智能小区市场预测
随着计算机技术、现代通信技术和自动控制技术等高新技术的延伸，智能建筑应运而生。智能小区是智能大厦的基本含义中扩展出来的。以1999年为例，国家在99年对住宅的投资1700～1800亿元人民币，根据建设部对小区初、中、高三个等级的划分，小区智能化为住宅小区总投资的1％～3％。以此比例计算，则仅99年度对小区智能化的需求就达17～54亿元人民币，而随着住房体制改革的不断深入及人们对住宅环境要求的不断提高，该数值还会将大幅度提高。由此可见，小区智能化市场前景广阔。
2、本专题的实用性及前瞻性
“智能型住宅家庭设施自动控制与管理系统应用研究”作为2000年小康城乡科技产业工程“的一个专题，该项研究应用LONWORKS技术开发并在住宅示范小区工程中试运行。该家庭智能控制器具有很强的灵活必一，根据用户需要，可以进行灵活配置，例如：如果用户不需要该模块中的模拟输入，我们就会在设计硬件电路时预留同端口，而不焊接模数转换模块，这样可为用户省下投资，也为其将来扩展做好准备；12路数字输入点被开关量或脉冲信号来触发，其可以配置成电表水表煤气气输入，可以配置成安防信号输入，也可以是二者结合；12路输出只是一个开关信号，也可根据实际情况进行灵活配置。总之，该家庭智能控制器即适合现在智能住宅的要求，也会在一定程度上满足将来发展的需要。
我们开发的家庭智能控制器再加上各种传感器构成的控制系统，其价格为4000元左右，即每个住户用于智能化投资在4000元左右，与当前国家制定普及型智能住宅价格（5000元）相比，相对价位下降20％；而从长远来看，随着人民生活水平的提高以及家庭智能控制器各类相关器件价格的下调，大多数用户对智能化的投资是可以接受的，并且其所带来的各种效益是无法估量的。
4、本专题的社会效益
本专题是以小康住宅智能化宗旨，旨在为人们提供舒适、安全、健康的环境。这一方面提高了人们生活水平，另一方面也为人们的高效率快节奏提供了条件。
智能住宅设施的自动控制和管理，既需要相关行业的支持，也促进相关行业的发展。智能住宅建设的兴起，将使许多相关企业投入建筑市场，又为许多人提供了就业机会。
此外，对于生产智能控制器的厂商来说，他们在推广应用这项成果中，将会获得可观的经济效益。
四、专题调协的科学性和合理性的后评估
本专题设置的科学性和合理性可从以下几方面反映出来：
1、专题在智能小区的地位
智能小区在智能化大楼的基础上扩展和延伸出来，人们通过对小区建筑群的四个基本要素（结构、系统、服务、管理）进行优化考虑，提供一个投资合理，又拥有高效率、舒适、温馨、便利以及安全的人居环境。从以上的定义可以看出，人们通常提出的智能大厦的3A（建筑设备自动化、办公自动化、通信自动化）或5A（在“3A”的基础上加上安防自动化和防火自动化）也适合智能小区，所以智能小区的“智能”很大一部分都体现在其自动化的程度。此次国家制定的该课题与以往课相比，其对智能建筑的功能定位更加合理（功能多而必要），并且具有一定的前瞻性（厨房设备的自动化以及模拟量的引入随着人民生活的提高也将会被人们接受）。总之，本专题对智能小区“智能”的研究，在智能小区的整体研究中起着相当重要的作用。
2、未来市场走向
笔者认为，建筑业是国家的支柱产业，住宅建设将占房产建设投资的80％左右，其中对智能小区投资占总房产建设投资的8～24％，在这种背景下，国家将会进一步加大对智能化建筑的投资。由于智能小区的概念是近几年才形成的，单个功能或系统如抄表、报警功能在一些住宅小区中已经有些应用，但是还没有哪个厂家能够推出从总体上设计和规划成熟的智能小区网络化综合管理系统，目前的市场还处于群龙无首阶段。此时，国内市场急需一种性能价格比较高的智能化产品，这时研究智能型住宅家庭设施控制和管理系统将有更重要的意义。
3、用户需求
随着生活水平的提高，一方面，人们对住宅的追求不仅仅局限于外表的装饰，人们对住宅的智能已经有了初步的认识；另一方面，在一些发达的城市中已经出现智能小区并为人们所接受。此时研究本专题开发出适合人们要求的智能化产品也具有很重要的意义。
4、科技含量
可以说智能小区是随着计算机技术、通信技术、自动控制等的发展而提出和发展起来的。智能小区的“智能”也可理解成为其科技含量，其科技含量的高低反映了智能小区智能化的水平。本专题所采用的LONWORKS技术是最近几年内流行的先进的现场总线技术，运用该项技术研究本专题并开发出基于该技术的产品，将更有利于该产品的推广，并且随着LONWORK技术本身的改进和提高，智能化产品也利于更新换代。
总之，“智能型住宅家庭设施自动控制与管理系统应用研究”专题的完成，一方面，为家庭设施智能化的可行性提供了依据；另一方面，也为制定家庭设施智能化规范提供了参考。并且，本专题开发出来的成果正在转换成产品，这进一步证明了专题设置的科学性和合理性。
五、经费决算和经费使用评价
国家科委为“智能型住宅家庭设施自动控制与管理系统应用研究”专题攻关拨款10万元，于1999年9月拨款到哈尔滨建筑大学，课题组将其分成两个子项实施，即智能家庭控制装置和家用电脑管理软件，经过一年多的研发，现已完成。其经费使用情况如下：
收入
支出
科目实际数（万元）科目金额（万元）单位自筹2仪器设备费1.5国家拨款10材料费0.5加工费0.5试验费1.0管理费3.0劳务费2.0软硬件费1.0调研费1.5其他1.0合计12合计122、经费使用评价
本专题的研究采用LONWORK技术，并要求在示范小区试运，这样做可保证技术的先进性和成果的推广。但应用该技术必须在其开发平台上完成，我们没有（国内仅少数单位具有）开发工具，该开发系统由美国ECHLON公司专卖，价值二十万元。其次选择示范小区，也要花费相当数量的费用。面对这两项主要开销，国家科委下拨的十万元是明显不足的。为了解决经费的不足，我们采取如下措施：
（1）将该专题分成两个子项，即智能住宅家庭控制装置和家用电脑管理软件。其中智能住宅家庭控制装置由于采用LONWORKS技术，我们决定采用合作开发的办法，而家用电脑管理软件采用自主开发，经费分项使用。
（2）选择北京德达数据系统有限责任公司作为合作伙伴，主要原因是该公司作为国内智能建筑领域起步最早的企业之一，其在智能建筑科研、设计、安装颇具实力，并且还备有开发技术产品的成套设备。与该公司合作，他们可提供开发设备和安装调试条件，我们出技术、人力，这样做就不需购买专题开发用的设备，也就节省了这笔大的开销。
（3）确定北京翌景嘉园示范小区作为试运点，该智能住宅小区是北京德达数据系统有限责任公司承接工程，其中有该公司科研、开发、实验样板间，利用该样板间提供的条件（其中包括智能住宅的多种传感器），可以节省现场安装调试所需的硬件费用。
（4）本着节省的原则办事情，由于合作单位、示范小区均在北京，而我们在哈尔滨，两地的差旅费将要占科研经费的三分之一，我们利用北京德达数据系统有限责任公司提供给校方人员的食宿条件以及按每次出差要集中高效办事的原则，使差旅费的花销仅用原计划的一半。
由于利用以上一些措施，使得该项目实际用费基本与国家科委拨款持平。
六、存在的问题
目前，国内没有一个完整的智能小区规范，这为定位智能住宅的功能带来一定难度，本专题对家庭智能控制装置的功能是结合我国智能小区现状及各种技术资料定位的，并且对每个家庭所配置节点数还有待进一步研究。
在本专题中，由于目前厨房设备的种类和数量的不可预测性，我们仅定义了两个厨房设备，并对其进行一定的时序控制，对厨房设备数量及实时监控还需深入探讨；家庭智能控制装置对设备控制只局限于开关控制，对设备的进一步控制有待于进一步研究。
关键词：本机振荡器直接数字频率合成自动频率控制脉内测频
雷达系统根据其工作频率一般分为米波雷达、分米波雷达和厘米波雷达，其接收机通常是超外差形式的。分米波雷达和厘米波雷达由于其工作频率较高，一般都有自动频率控制（AFC）系统，控制本振频率自动跟踪发射频率的变化，或者控制发射频率自动稳定在本振频率对应的频率点上，保证雷达接收机的中频频率稳定。但是传统的模拟式单环路或双环路AFC系统由于受模拟电路本身的局限，使得AFC的跟踪速度慢、跟踪频率范围窄、精度低，甚至有可能出现错误跟踪的情况；此外，控制本振的自频控雷达由于在本机振荡器上加装了频率调整装置，影响了本振的频率稳定度，这对动目标雷达而言是难以接受的。米波雷达由于其工作频率较低，基本上没有自动频率控制系统，但是米波雷达的发射机工作频率和接收机本机振荡频率由于环境温度、电源电压和负载变化而发生一定的变化，其变化范围从几十千赫兹到数百千赫兹，通常在500～600kHz之间。虽然由此造成的中频频率变化量的绝对值不会超出中频放大器的通频带范围（中频放大器的通频带通常≤1MHz），但是数百千赫兹的变化量使回波信号不能得到最有效的放大，造成雷达接收机技术、战术性能降低，此时即使加装DSU（DigitalStableUnit）设备，也由于中频频率漂移的影响，使DSU的性能无法得到最有效的发挥。
应用锁相环频率合成技术实现雷达自动频率控制系统已经是比较成熟的技术方案，这种方案的应用解决了非相参雷达的自动频率跟踪与本振频率稳定度之间的矛盾，但是锁相环固有的大惯性、大步进间隔和非线性误差却严重地限制着锁相环自动频率控制系统的性能，使其无法满足高速、高频率分辨率、大带宽的要求。
DDS技术是近几年来迅速发展的频率合成技术，它采用全数字化的技术，具有集成度高、体积小、相对带宽宽、频率分辨率高、跳频时间短、相位连续性好、可以宽带正交输出、可以外加调制的优点，并能直接与单片机接口构成智能化的频率源。基于DDS技术的自适应米波雷达自动频率控制系统是新一代的自动频率控制（AFC）系统，它以直接数字频率合成技术（DDS）为基础，以单片机为控制核心，通过高速高精度脉内频率测量模块对雷达发射频率进行精确测量，然后由单片机控制DDS，对发射频率进行搜索和跟踪。因此它是一种易于实现的数字式智能化自适应频率控制系统。
图2DDS频率合成模块结构图
1系统组成及工作原理
基于DDS技术的自适应米波雷达自动频率控制系统主要由高速脉内频率测量模块、DDS频率合成模块、单片机和包括频率显示、控制键盘的人机接口模块组成，如图1所示。
系统采用高速高精度实时脉内频率测量技术，利用频率稳定度高达10－9的高稳恒温时标对频率进行倒计数法测量，由单片机对测量结果进行分析处理，并控制DDS频率合成模块，完成对发射频率的搜索和跟踪。系统中除了DDS输出后的滤波、放大电路采用模拟电路外，其它全部采用高速数字电路，并结合了单片机具有的可编程能力，使系统避免了传统模拟式AFC的缺陷，能够实现更加灵活的控制。
雷达开机后，系统首先工作于搜索模式：单片机控制DDS频率合成模块输出本振频率的最低值，与从发射机耦合过来并经过衰减后的发射脉冲频率混频，取出下变频后的中频信号，经过频率测量模块测量后将结果送入单片机，单片机若判断频率测量结果不是规定的中频频率值，则控制DDS频率合成模块将输出的本振频率按规定的步长（通常是频率测量系统的频率分辨率）调高，重复此过程，直到频率测量系统测量得到的频率值为规定的中频频率值为止。若搜索过程中本振频率达到上限时仍未搜索到规定的中频频率值，则返回到本振频率最低值，重新开始新一轮的搜索。系统一旦搜索到规定的中频频率值就进入跟踪状态。
在跟踪状态，频率测量模块对每一个发射脉冲频率与本振频率下变频得到的中频脉冲频率进行实时精确测量，在发射脉冲结束时将测量结果送入单片机。单片机立即根据测量结果计算出响应的本振频率调整量，并控制DDS频率合成模块调整输出频率，保证在目标回波信号到达接收机时，本振信号已经调整到与该发射脉冲频率对应的频率点上，使目标回波信号下变频后的频率值为准确的中频频率值，从而保证目标回波信号能够得到最有效的放大。
跟踪模式实质上是一个自适应的控制过程：某一发射脉冲的频率比前一发射脉冲的频率升高（降低）在本振频率不变的条件下，中频频率升高（降低）频率测量模块的测量结果升高（降低）单片机得到测量结果后控制DDS频率合成模块，使之输出的本振频率相应升高（降低）中频频率降低（升高）到规定值。
2硬件结构
2．1DDS频率合成模块
DDS频率合成模块以DDS芯片AD9854为核心，包括滤波电路、放大电路和与单片机的接口电路，图2是其组成框图。
AD公司推出的AD9854是DDS芯片中的典型代表之一，它具有300MHz的内部时钟，4～20倍的内部可编程倍频器使外部输入的时钟信号频率可以从15MHz到75MHz，另外具有100MHz的并行接口总线，内置正交双通道DAC输出，具有多种编程工作方式，能产生线性调频信号和非线性调频信号等复杂信号。
AD9854采用CMOS结构，工作电压为3．3V，而单片机AT89C51工作在5V电压下，其总线电平是5V的TTL电平，为保证AD9854的正常工作，必须经电平转换后再与AD9854接口，AD9854的时钟信号也必须经过电平转换后送到AD9854的时钟引脚。AD9854有正交双通道DAC输出，每一个通道都是反相的互补输出，经MAX436放大后滤波，然后再经MAX436放大到雷达要求的本振电平。两路输出中的一路用于和发射脉冲混频，将下变频后的中频信号送到频率测量模块进行频率测量，系统已经知道DDS频率合成模块输出的本振频率，测量出发射脉冲的中频频率就能计算出发射频率；另一路作为接收机的本振信号。
根据奈奎斯特采样定律，当DDS系统的时钟为300MHz时，其输出频率的上限是150MHz，在工程应用中通常只使用到时钟频率的40％，即120MHz。某型米波雷达的本振频率上限略高于120MHz，经查阅AD9854的数据手册，其输出频率能够达到理论的150MHz；同时经实验证实，AD9854能够在雷达本振频率上限值处稳定工作，且输出信号质量完全可以满足雷达系统对本振的要求。
2．2高速高精度脉内频率测量模块
高速高精度脉内频率测量模块采用倒计数法进行频率测量，主要由下变频混频器、滤波整形电路、计数器T0、计数器T1和时序控制电路组成。图3是其结构的组成框图，图4是倒计数法频率测量的时序图。
倒计数法测频是用被测信号的N个周期形成一个计数门时间T＝N·Tx，在T时间内由时标F0计数，这样一来测频就相当于测量门宽T，T的最大量化误差是T0，Tx的最大量化误差是T0/N。
某型雷达的发射脉冲的宽度是13μs，考虑到其发射机是单级振荡式发射机，每个脉冲在起振和停振的过程中振荡不稳定，因此取中间的10μs作为测频区间。该型雷达的第一中频频率为30MHz，在正常工作时，发射脉冲与本振信号下变频的输出频率应该是准确的30MHz，在10μs的测频时间内应有300个脉冲，即可取N＝300；高稳定的时标的频率是100MHz，T0＝10ns，相应的Tx的最大误差是T0／300＝1／30ns，据此可计算出测频的分辨率是30kHz，相对于雷达中频放大器接近1MHz的带宽而言，此指标完全能够满足雷达系统的要求。用频谱分析仪实际测得的系统跟踪误差如表1所示。
表1实际测得的系统跟踪误差表
发射频率/MHz147.000147.500148.000148.500149.000149.500
本振输出频率/MHz116.999117.495118.008118.492118.990119.493
跟踪误差/kHz-1-5+8-8-10-7
发射频率/MHz150.000150.500151.000151.500152.000152.500
本振输出频率/MHz119.995120.490120.990121.510122.005122.500
跟踪误差/kHz-5-10-10+10+50
模块的工作过程是：当雷达触发脉冲到来时，时序控制电路打开计数器T，发射脉冲随后到来，经下变频、滤波、整形后转换成TTL方波作为计数器T的时钟。当计数器T计到第32个脉冲时，时序控制电路打开计数器T0，T0开始对高稳定时标计数；当计数器T计到第332个脉冲时，时序控制电路关闭计数器T和T0，并通知单片机已经完成一次频率测量，单片机取走测量结果，并对硬件电路复位，准备下一个周期的测量。
2．3高稳定度恒温时钟模块
本机振荡器的频率稳定度是影响雷达接收机性能的关键性指标。由于DDS频率合成方法的输出频率稳定度仅仅取决于其时钟的频率稳定度，因此选用频率稳定度高达10－9的恒温晶体振荡器作为整个系统的时钟。恒温晶体振荡器输出的100MHz高稳正弦波经放大后整形为标准的TTL方波，一路作为频率测量模块的时间标准，另一路经F161分频为25MHz的TTL方波，经电平转换后作为AD9854的外部时钟信号，利用AD9854内部的可编程倍频器倍频12倍使AD9854工作在300MHz的内部时钟频率下。高稳定度恒温时钟模块组成框图如图5所示。
3软件结构
单片机是整个系统的控制核心，可以充分利用软件可编程控制的优势对系统进行灵活有效的控制。图6是单片机的软件框图。
通电以后单片机首先进行初始化，然后设置DDS模块的工作模式等参数，再进行时序控制电路的复位并对所有计数器进行清零操作。随后单片机不断查询测量完成信号。当时序控制电路在雷达触发脉冲的作用下完成一次测量时?熏就通过该信号通知单片机，单片机一旦查询到测量完成便立即读入测量结果。然后进行分析，是标准中频频率时不进行本振频率的调整，直接准备下一脉冲周期的测量，若不是则计算所需的频率调整量，控制DDS频率合成模块进行频率调整，然后再准备下一脉冲周期的测量。
搜索和跟踪过程的区别主要在于计算频率调整量的方法不同，其它流程基本一致。
关键词：本机振荡器直接数字频率合成自动频率控制脉内测频
雷达系统根据其工作频率一般分为米波雷达、分米波雷达和厘米波雷达，其接收机通常是超外差形式的。分米波雷达和厘米波雷达由于其工作频率较高，一般都有自动频率控制（AFC）系统，控制本振频率自动跟踪发射频率的变化，或者控制发射频率自动稳定在本振频率对应的频率点上，保证雷达接收机的中频频率稳定。但是传统的模拟式单环路或双环路AFC系统由于受模拟电路本身的局限，使得AFC的跟踪速度慢、跟踪频率范围窄、精度低，甚至有可能出现错误跟踪的情况；此外，控制本振的自频控雷达由于在本机振荡器上加装了频率调整装置，影响了本振的频率稳定度，这对动目标雷达而言是难以接受的。米波雷达由于其工作频率较低，基本上没有自动频率控制系统，但是米波雷达的发射机工作频率和接收机本机振荡频率由于环境温度、电源电压和负载变化而发生一定的变化，其变化范围从几十千赫兹到数百千赫兹，通常在500～600kHz之间。虽然由此造成的中频频率变化量的绝对值不会超出中频放大器的通频带范围（中频放大器的通频带通常≤1MHz），但是数百千赫兹的变化量使回波信号不能得到最有效的放大，造成雷达接收机技术、战术性能降低，此时即使加装DSU（DigitalStableUnit）设备，也由于中频频率漂移的影响，使DSU的性能无法得到最有效的发挥。
应用锁相环频率合成技术实现雷达自动频率控制系统已经是比较成熟的技术方案，这种方案的应用解决了非相参雷达的自动频率跟踪与本振频率稳定度之间的矛盾，但是锁相环固有的大惯性、大步进间隔和非线性误差却严重地限制着锁相环自动频率控制系统的性能，使其无法满足高速、高频率分辨率、大带宽的要求。
DDS技术是近几年来迅速发展的频率合成技术，它采用全数字化的技术，具有集成度高、体积小、相对带宽宽、频率分辨率高、跳频时间短、相位连续性好、可以宽带正交输出、可以外加调制的优点，并能直接与单片机接口构成智能化的频率源。基于DDS技术的自适应米波雷达自动频率控制系统是新一代的自动频率控制（AFC）系统，它以直接数字频率合成技术（DDS）为基础，以单片机为控制核心，通过高速高精度脉内频率测量模块对雷达发射频率进行精确测量，然后由单片机控制DDS，对发射频率进行搜索和跟踪。因此它是一种易于实现的数字式智能化自适应频率控制系统。
图2DDS频率合成模块结构图
1系统组成及工作原理
基于DDS技术的自适应米波雷达自动频率控制系统主要由高速脉内频率测量模块、DDS频率合成模块、单片机和包括频率显示、控制键盘的人机接口模块组成，如图1所示。
系统采用高速高精度实时脉内频率测量技术，利用频率稳定度高达10－9的高稳恒温时标对频率进行倒计数法测量，由单片机对测量结果进行分析处理，并控制DDS频率合成模块，完成对发射频率的搜索和跟踪。系统中除了DDS输出后的滤波、放大电路采用模拟电路外，其它全部采用高速数字电路，并结合了单片机具有的可编程能力，使系统避免了传统模拟式AFC的缺陷，能够实现更加灵活的控制。
雷达开机后，系统首先工作于搜索模式：单片机控制DDS频率合成模块输出本振频率的最低值，与从发射机耦合过来并经过衰减后的发射脉冲频率混频，取出下变频后的中频信号，经过频率测量模块测量后将结果送入单片机，单片机若判断频率测量结果不是规定的中频频率值，则控制DDS频率合成模块将输出的本振频率按规定的步长（通常是频率测量系统的频率分辨率）调高，重复此过程，直到频率测量系统测量得到的频率值为规定的中频频率值为止。若搜索过程中本振频率达到上限时仍未搜索到规定的中频频率值，则返回到本振频率最低值，重新开始新一轮的搜索。系统一旦搜索到规定的中频频率值就进入跟踪状态。
在跟踪状态，频率测量模块对每一个发射脉冲频率与本振频率下变频得到的中频脉冲频率进行实时精确测量，在发射脉冲结束时将测量结果送入单片机。单片机立即根据测量结果计算出响应的本振频率调整量，并控制DDS频率合成模块调整输出频率，保证在目标回波信号到达接收机时，本振信号已经调整到与该发射脉冲频率对应的频率点上，使目标回波信号下变频后的频率值为准确的中频频率值，从而保证目标回波信号能够得到最有效的放大。
跟踪模式实质上是一个自适应的控制过程：某一发射脉冲的频率比前一发射脉冲的频率升高（降低）在本振频率不变的条件下，中频频率升高（降低）频率测量模块的测量结果升高（降低）单片机得到测量结果后控制DDS频率合成模块，使之输出的本振频率相应升高（降低）中频频率降低（升高）到规定值。
2硬件结构
2．1DDS频率合成模块
DDS频率合成模块以DDS芯片AD9854为核心，包括滤波电路、放大电路和与单片机的接口电路，图2是其组成框图。
AD公司推出的AD9854是DDS芯片中的典型代表之一，它具有300MHz的内部时钟，4～20倍的内部可编程倍频器使外部输入的时钟信号频率可以从15MHz到75MHz，另外具有100MHz的并行接口总线，内置正交双通道DAC输出，具有多种编程工作方式，能产生线性调频信号和非线性调频信号等复杂信号。
AD9854采用CMOS结构，工作电压为3．3V，而单片机AT89C51工作在5V电压下，其总线电平是5V的TTL电平，为保证AD9854的正常工作，必须经电平转换后再与AD9854接口，AD9854的时钟信号也必须经过电平转换后送到AD9854的时钟引脚。AD9854有正交双通道DAC输出，每一个通道都是反相的互补输出，经MAX436放大后滤波，然后再经MAX436放大到雷达要求的本振电平。两路输出中的一路用于和发射脉冲混频，将下变频后的中频信号送到频率测量模块进行频率测量，系统已经知道DDS频率合成模块输出的本振频率，测量出发射脉冲的中频频率就能计算出发射频率；另一路作为接收机的本振信号。
根据奈奎斯特采样定律，当DDS系统的时钟为300MHz时，其输出频率的上限是150MHz，在工程应用中通常只使用到时钟频率的40％，即120MHz。某型米波雷达的本振频率上限略高于120MHz，经查阅AD9854的数据手册，其输出频率能够达到理论的150MHz；同时经实验证实，AD9854能够在雷达本振频率上限值处稳定工作，且输出信号质量完全可以满足雷达系统对本振的要求。
2．2高速高精度脉内频率测量模块
高速高精度脉内频率测量模块采用倒计数法进行频率测量，主要由下变频混频器、滤波整形电路、计数器T0、计数器T1和时序控制电路组成。图3是其结构的组成框图，图4是倒计数法频率测量的时序图。
倒计数法测频是用被测信号的N个周期形成一个计数门时间T＝N·Tx，在T时间内由时标F0计数，这样一来测频就相当于测量门宽T，T的最大量化误差是T0，Tx的最大量化误差是T0/N。
某型雷达的发射脉冲的宽度是13μs，考虑到其发射机是单级振荡式发射机，每个脉冲在起振和停振的过程中振荡不稳定，因此取中间的10μs作为测频区间。该型雷达的第一中频频率为30MHz，在正常工作时，发射脉冲与本振信号下变频的输出频率应该是准确的30MHz，在10μs的测频时间内应有300个脉冲，即可取N＝300；高稳定的时标的频率是100MHz，T0＝10ns，相应的Tx的最大误差是T0／300＝1／30ns，据此可计算出测频的分辨率是30kHz，相对于雷达中频放大器接近1MHz的带宽而言，此指标完全能够满足雷达系统的要求。用频谱分析仪实际测得的系统跟踪误差如表1所示。
表1实际测得的系统跟踪误差表
发射频率/MHz147.000147.500148.000148.500149.000149.500
本振输出频率/MHz116.999117.495118.008118.492118.990119.493
跟踪误差/kHz-1-5+8-8-10-7
发射频率/MHz150.000150.500151.000151.500152.000152.500
本振输出频率/MHz119.995120.490120.990121.510122.005122.500
跟踪误差/kHz-5-10-10+10+50
模块的工作过程是：当雷达触发脉冲到来时，时序控制电路打开计数器T，发射脉冲随后到来，经下变频、滤波、整形后转换成TTL方波作为计数器T的时钟。当计数器T计到第32个脉冲时，时序控制电路打开计数器T0，T0开始对高稳定时标计数；当计数器T计到第332个脉冲时，时序控制电路关闭计数器T和T0，并通知单片机已经完成一次频率测量，单片机取走测量结果，并对硬件电路复位，准备下一个周期的测量。
2．3高稳定度恒温时钟模块
本机振荡器的频率稳定度是影响雷达接收机性能的关键性指标。由于DDS频率合成方法的输出频率稳定度仅仅取决于其时钟的频率稳定度，因此选用频率稳定度高达10－9的恒温晶体振荡器作为整个系统的时钟。恒温晶体振荡器输出的100MHz高稳正弦波经放大后整形为标准的TTL方波，一路作为频率测量模块的时间标准，另一路经F161分频为25MHz的TTL方波，经电平转换后作为AD9854的外部时钟信号，利用AD9854内部的可编程倍频器倍频12倍使AD9854工作在300MHz的内部时钟频率下。高稳定度恒温时钟模块组成框图如图5所示。
3软件结构
单片机是整个系统的控制核心，可以充分利用软件可编程控制的优势对系统进行灵活有效的控制。图6是单片机的软件框图。
通电以后单片机首先进行初始化，然后设置DDS模块的工作模式等参数，再进行时序控制电路的复位并对所有计数器进行清零操作。随后单片机不断查询测量完成信号。当时序控制电路在雷达触发脉冲的作用下完成一次测量时?熏就通过该信号通知单片机，单片机一旦查询到测量完成便立即读入测量结果。然后进行分析，是标准中频频率时不进行本振频率的调整，直接准备下一脉冲周期的测量，若不是则计算所需的频率调整量，控制DDS频率合成模块进行频率调整，然后再准备下一脉冲周期的测量。
搜索和跟踪过程的区别主要在于计算频率调整量的方法不同，其它流程基本一致。
传统课堂授课通常一次讲授2个学时，针对课程中的重点难点可以充分讲解。为适应网络学习者的认知习惯，MOOC课程将授课视频分为了一些10分钟至20分钟长度的小模块。怎样在这些小模块中传授较为完整的知识点，需要授课教师转变思路、精心设计[3]。在设计时要注意知识间的联系，形成课程的逻辑结构，扩展知识的深度广度，使之形成一个有机的整体，从而有利于学生从整体结构上掌握知识的共同本质和内在联系。
（一）提炼课程内容的总体逻辑关系
自动控制原理课程系统地讲述了自动控制科学和技术领域的基本概念和基本规律，涵盖了自动控制技术从系统建模到系统设计的各种思想和方法，内容十分丰富。作为授课教师，首先应该沥青这些内容间的逻辑关系。经典控制理论的基本理论包含反馈控制系统的分析和设计方法两方面的内容，具体的包含关系如图1所示。为了让学生更好地理解各部分知识的有机联系，对上述经典控制理论体系建立“三纵”和“三横”两条知识主线。控制系统分析与设计的主要内容是研究系统的特性，即稳定性、动态特性、静态特性。又称控制系统“三要素”。从性能指标是看，就是俗称的“稳，快，准”。把这三方面的性能指标称为“三横”。所谓“三纵”是指在不同的域内进行系统的分析与设计，即时域、复域、频域。掌握系统在不同域中的数学模型表达，即可进行系统的特性分析与设计，因为所有问题的分析和求解都是建立在数学模型基础上进行的。加强对这两条线的理解，可以使学生统观全局，把握研究方向。
（二）采用提纲挈领的碎片化原则
要将自动控制原理的授课内容碎片化为一些短的相对完整的知识单元，需要采用提纲挈领的组织方法。首先介绍每个知识模块的内容要点，然后交代每个知识点的关联性，精炼举例推导过程。贯彻“少而精”的原则。对于所讲的内容要分清主次，突出重点，精讲内容，同时要注意有较高的系统性、逻辑性，保证知识的质量，难点精心组织，一定要讲懂。精讲内容不是少讲内容，有些内容反而要加强。例如，在讲解经典控制理论中的数学模型时就可以按照如下思路处理。首先将数学模型分为三个内容要点：微分方程模型、传递函数模型和图形方式的数学模型。其中微分方程是时间域的模型，传递函数是复数域的模型，图形方式的模型是数学模型的图形化语言描述。当推导系统的微分方程描述时，精选两个相似系统作为例子来说明系统的建模过程。这样，由于有目的地选择有启发性、可延伸性与典型性的问题，使每一节、每一章的内容都具有明确概念、传授方法、启发思维、培养能力的作用。这种提纲挈领的组织方法，层次清楚关联性强，容易将碎片化内容联系起来。
（三）结合学科发展，适时更新
基于MOOC模式的教学过程由于安排了较多的课程讨论环节，教师单独的讲授环节要比传统课堂压缩。这样在教学内容就需要有所取舍。根据学科发展趋势，新的发展方向和应用工具应该增加介绍；已经被其他方法取代的方法可以忽略介绍。无论是理论家还是工程师，人们总是把最先进最有效的理念和技术用于控制工程。如：控制与管理的结合、信息流与物质能量流的互动、复杂系统研究与应用等均表现出很强的时代特征。在当今这个信息时代诞生了网络控制、基于数据的驱动控制等新的控制概念。而传统的手工绘图方法已经可以由计算机辅助软件完成。经典控制理论在上个世纪四、五十年代已经形成了比较完整的理论体系，频率特性法、根轨迹法等直到现在仍然是系统分析和设计的主要方法。经典控制理论的一个重要特色就是采用简便直观的图解方法，因此也得到工程技术人员广泛欢迎。在讲授这些内容的时候，几乎有一半的学时是在学习这些图形的画法。例如，频率特性图就有伯德图、乃奎斯特图和尼柯尔斯图等几种，学生需要记住每种图形的坐标要求及计算方法。随着计算机辅助分析技术的发展，目前已有像MATLAB这样的成熟的软件可以帮助画图。所以在授课时就减少介绍手工做图的内容，而将分析和设计的方法作为重点内容，从而训练学生作为控制工程师的高级思维能力。当然，在这种碎片式的教学过程中也要注意逻辑的连续性。学生在分析思维之前，往往需要直观思维，在演绎之前要有归纳，在联想之前要有类比，在获得正确的认识之前要有辨析。在进行单元章节复习时，一定要求学生自己去发现知识的内在联系，然后再重新组合材料，进行知识归类、延伸与扩展。在整个教学过程中，教师要引导学生经常反复复习，循环螺旋上升，从整体上掌握知识的脉络，保证学习者长期的学习积极性。
二、课程教研组的建设
MOOC课程作为一种新的网络教学模式，应该在学生对知识的获取、思维能力和创造力的开发等方面有自己的特色。尤其是面向专业基础课教学时，需要研究与制定结合专业发展需求的教学大纲与教学设计，体现现代网络教育的开放性、交互性和便捷性。一门教学效果好的MOOC课程可以提供丰富的数字资源，可以采用在线或离线的方式与学生互动，还可以方便地进行一些教学信息统计工作。针对目前高校的现状，建议以课程教研组的形式承担MOOC课程的教学。因为课程教研组能够具备单个教师无法做到的整体协调优势。专业教师队伍水平的提高是MOOC课程更新发展的源动力。首先，教研组是课程建设的组织保障。教研组由老中青三代教师组成，定期学习新的教学理念与方法，研讨课程中的重点与难点，有计划地安排教师进修提高。我单位自控原理课程教研组由7人组成，包括1名教学带头人，2名副教授，3名讲师和1名实验员。教研组定期学习控制理论的前沿发展方向，组织观摩教学，有计划地派出青年教师到国内外进修。这些活动从制度上保证了教师的个人成长和课程内容的不断更新。教研组通过教育理论和专业知识的不断学习和丰富，大家发现自己的差距，逐渐形成课程意识、学生意识、开放意识、问题意识等，发现存在哪些与新课程理念不相符甚至相违背的问题，然后寻求解决问题的新理论、新理念、新途径，以提高教学效果。这种以教研组形式承担MOOC课程的模式可以避免教师个体缺乏持续提高教学质量的动力的问题。其次，教研组是课程建设的知识园地。MOOC课程是一种网络课程，由于不受年龄、文化和地域等限制，学习对象可以是在校学生，也可以是在职的继续教育学生。学生的职业背景和基础知识差别较大。在MOOC教学中为了保证网络教学效果，设计了较受欢迎的短授课多讨论的教学模式。这些都是MOOC课程开放性和交互性的体现。但这同时要求教师有多方面的知识储备。每位教师都有自己的能力和兴趣特长，很难独立解决网络交流中的所有问题。对于自动控制原理课程来说，教师既需要有深厚的控制理论基础又需要有一定的控制系统设计经验。课程教研组由老中青三代教师组成，保证知识结构全面。青年教师学历高熟悉新的理论方向，老教师实践经验丰富。同时，也要充分利用网络平台的知识聚集作用，及时总结学生的反馈信息[4]。
（一）计算机病毒的入侵。病毒入侵是计算机管理过程中经常遇见的情况，计算机病毒主要分为优盘病毒与网络病毒两种形式，网络病毒又被分为多种形式，如可以不经允许就进行自身复制的蠕虫病毒，隐藏性的特洛伊木马病毒等。这些病毒的侵入轻则会使计算机的运行速度降低，重则会损坏计算机系统，使计算机中存储的数据丢失，甚至损坏主板。计算机病毒的危害力度是不可估量的，当其进入某个运行程序中时，便会扩散到整个计算机系统当中。
（二）人为因素。人为因素主要分为两种，一种是当人际关系出现不融洽现象时，有人利用毁坏计算机中重要信息，或对计算机中的相关数据进行篡改、删除的手段进行恶意报复，达到制造麻烦的目的的有意行为；另一种是指计算机操作或管理人员由于自身技术水平较为低下，在对计算机的操作过程中产生了错误操作导致计算机安全配置不当等无意行为。但无论是有意还是无意，在众多可能的人为因素面前，计算机仍然面临着许多安全威胁。
（三）相关法律规定不完善。相关法律体系的不健全现象无法为计算机安全管理提供有效的保障，即使国家已经对其加以关注，制定了相关的法律，但这些法律法规还是存在着许多漏洞，许多不法分子仍然在法律的制约下轻而易举的钻了空子。因此，国家还需对计算机安全保护的问题加以重视，使不法分子没有可乘之机。
（四）系统运维管理不规范。计算机的运行维护管理主要包括制度、机构建设、人员三个方面。制度管理主要是使得计算机操作人员或管理人员在对计算机进行操作时有理可循，有据可依，不会使计算机系统出现无序运行的现象，避免安全漏洞的产生；机构建设管理则是在计算机系统安全出现问题时可以将其有效解决的重要途径，对于防止问题频发起着关键作用；内部人员对单位计算机的操作情况极为熟悉，因此加强内部人员的管理是防止人为因素中有意破坏行为的关键。但在许多单位都存在着系统运维管理不规范的行为，把握不好制度、机构建设与人员管理三者的关系，对计算机安全产生威胁。
二、计算机控制自动化中的安全管理技术
（一）网络加密。计算机网络加密技术是对重要信息数据进行保护的重要手段，在信息传递的过程中采用乱码的形式，之后再进行信息数据的还原。其主要包括算法与密钥；两种元素，算法用来生成密文，密钥用来解密、编码。
（二）隐通道技术。运用隐通道可以实现由低安全级别向高安全级别主体发送信息，且不易被检查与控制，用户可以以反向思维进行信息传递。隐通道技术的运用可以有效的预防重要信息、数据、文件的泄露。
（三）水印技术。在不影响原内容的情况下，通过某些算法将需要隐藏的信息加印到原内容载体上，这种水印技术的运用能够有效的避免非法盗取信息的现象发生，也是进行数据信息保护的重要研究发展方向。
（四）防火墙技术。防火墙技术为网络通信进行访问控制，对每一个连接进行检查，防止网络遭到外界的干扰。在防火墙使用的过程中一定要保证使用方法的准确性与防火墙设计的合理性，只有这样才能保障网络的安全性，才能将不安全服务进行屏蔽，降低风险，提高网络环境的安全度。
三、计算机安全管理工作中的防范措施
（一）提高管理人员素质。在计算机的安全管理工作中人的作用是非常关键的，对于相关管理人员进行工作技能的培训，加强对其思想道德、职业道德的培养，使其加强对计算机安全管理工作的重视。计算机安全管理工作是不可以仅靠控制自动化来完成的，因此发挥人的主观能动性对计算机安全进行管理是非常必要的。
（二）完善计算机运维管理机制。实现计算机网络系统的绝对安全是不可能的，只有建立具有科学规章制度，高效管理机构，优秀管理人员的计算机运维管理机制才能为其安全性提供保障。日常工作中可以提前对计算机系统可能出现的问题进行预测，并根据预测结果制定出补救措施，使计算机系统出现故障时能采取积极有效的补救措施，将损失降到最低。此外，还要对管理人员的工作流程进行严格的要求，制定奖罚措施，且落到实处，避免人为因素导致计算机无法正常运作的现象发生。
论文摘要： 对当前自动控制理论实验教学方法与实验仪器进行分析，提出教学方法和教学仪器的改革措施。通过开设新的实验内容和研制新的教学仪器，使学生更好地完成自动控制理论实验的学习任务，提高学生的综合能力和创新能力。
“自动控制理论”课程是研究自动控制系统的共同规律，为自动控制系统的分析和综合提供基本理论和基本方法的一门专业基础课[1]。该课程是一门重要的测控类专业的基础课，具有较强的理论性，与前续课程联系紧密，知识面广，学生不易理解掌握[2-3]。学好这门课程不仅可以为后续专业课的掌握打下良好的理论基础，而且能在今后从事专业工作时，直接运用它去分析和解决实际技术问题。对于工程实践具有重要的指导作用，受到人们的广泛重视。在本课程的教学中，实验教学对理论知识的理解、掌握、巩固具有重要的作用。
1 当前实验教学的不足
长期以来，传统的实验教学被一种固定的模式所束缚，教学内容陈旧，教学方法呆板，在一定程度上限制了学生的主动性和积极性，难以激发他们独立分析问题、解决问题的兴趣和激情，没有体验过从失败中自己寻找成功之路的经历，抑制了学生个性的发展，这样不利于对学生创新能力的培养[4]。
1.1 实验内容固定
传统的实验主要是按章节进行验证性实验，实验仪器功能固定，实验只能按照实验指导书设计好的步骤进行， 学生被束缚在验证性实验中，对出现的相关问题缺少系统、多角度的分析，不利于学生创新能力的培养。
1.2 实验时间限制
一般的实验都要求在实验室2个学时内完成，学生很难全面深入地把握实验主要内容和方法，对实验的目的、实验原理无法理性地理解，更别提实验中出现故障的排解分析，限制了学生的设计和创新，不利于锻炼学生的综合能力。
1.3 实验仪器制约
实验仪器过于固化，仪器设置上未给学生留下设计性和探究问题的空间。仪器组成以理论验证为主，缺少实际控制系统各环节，特别是反馈部分的传感部分，更不具备跟随学科发展而开拓新实验的延伸性。
1.4 实验方法落后
实验技术水平和内容更多地满足于基础性实践环节，缺乏系统的综合性、设计性和研究性实验环节，以及缺少在利用多种现代实验手段、方法和工具对实验过程中的结果和现象进行深入分析研究方面对学生的引导。实验过程主要完成连线操作、数据记录等简单的工作。
2 实验教学改进
针对目前实验教学的现状，摒弃以往按部就班完成指定实验步骤操作验证形式，按照学生对科学的自然认知进度设置灵活变换的实验内容。对实验设置按多层次，从简到难，逐步引导学生自主学习、合作学习、研究性学习，逐步走向从问题出发的探究、创新。同时，研究新的实验教学仪器，开发配套软件，保证实验硬件满足新环境下的要求。结合灵活的教学仪器改变教学方法，充分调动学生动手的积极性，引导其创新。
2.1 实验内容设置
开设不同层次的实验内容，既要满足实验教学的验证、演示等基本功能，又要激发学生的兴趣。
基础实验：根据给定实验任务、方案和步骤，选择并完成一定数量基本实验；同时，通过调整实验参数得到不同结果，增加思考空间。
综合实验：将各个基础实验环节有机结合在一起，各课程之间关联内容综合。
设计实验：以任务的形式，给定实验题目，允许学生按照自己思路选择设计性实验内容，引导学生学会设计和研究的方法。
创新实验：自行命题实验，将学生的构想通过仪器现有功能模块来实现，在探究式学习中培养学生创新能力。
2.2 实验仪器的改进
根据实验内容的要求，开发适合本专业的教学仪器。仪器具有控制系统需要验证的各种典型环节模块、信号发生器模块等基本功能，还结合工程实际将传感器引入反馈环节，增加执行器件，构成完整的闭环系统。避免教学仪器箱只能完成信号源作为激励，控制环节构成系统的不足。同时，仪器上的控制效果通过便于观看的形式展示出来，让控制过程可视化。仪器要预留出扩展接口，便于在实验中添加新的模块。仪器在结合计算机完成实验的同时，又能独立完成实验内容，实验配套软件要能对硬件平台对的实验内容进行仿真和虚拟实验。学生可以根据测试参量的不同选择相应的传感器，完成非电量到电量的转换，对信号进行处理，结合控制理论完成创新性、设计性的实验。
2.3 实验方法的转变
1）以学生为主体，开辟新知识领域，重视实践能力的锻炼；2）培养学生的综合能力；3）科学知识和实验能力培养上，建立系统、科学且开放的实验教学体系，注重课程之间纵向和横向的联系。
结合开发的教学仪器，在实验方法上除了基本的验证性实验，其他实验按任务的形式给出，不对学生做过多的限制，留出学生思考、动手、创新的空间。充分利用计算机的计算、分析功能以及仪器配套软件（采用数学工具MATLAB编写的程序）在实验前完成必要的仿真分析，让实验有的放矢，理论指导实践。实验既做到软硬精密结合，又能相互独立，两者相辅相成。克服当前实验中仪器平台不能脱离计算机，配套软件不能独立工作，学生只能在实验课中有限的时间内完成实验的不足，让实验内容通过软件可以在任意计算机上完成。
3 总结
对当前实验教学过程中存在的问题进行分析和总结，从实验内容设置、实验仪器、实验方法3个方面提出改进方法。自动控制理论来源于实践，反过来指导实践[5]。结合当前人才培养的趋势，理论联系实际，提高学生实践能力，在实践中发现问题、解决问题进而培养创新能力。
参考文献
[1]葛锁良.自动控制理论教学内容与教学方法的探讨[C]//2001年中国自动化教育学术年会论文集，2001:72
[2]杜永贵，谢克明，李国勇，谢刚.“自动控制理论”课程教学改革与实践[J].太原理工大学学报:社会科学版，2009， 27(1):77-79
[3]方晓柯，王建辉，郑艳，何大阔，顾树生.《自动控制原理》教学改革的探索与实践[J].教育实践研究，2008(11):101-102
论文摘要： 对当前自动控制理论实验教学方法与实验仪器进行分析，提出教学方法和教学仪器的改革措施。通过开设新的实验内容和研制新的教学仪器，使学生更好地完成自动控制理论实验的学习任务，提高学生的综合能力和创新能力。
“自动控制理论”课程是研究自动控制系统的共同规律，为自动控制系统的分析和综合提供基本理论和基本方法的一门专业基础课[1]。该课程是一门重要的测控类专业的基础课，具有较强的理论性，与前续课程联系紧密，知识面广，学生不易理解掌握[2-3]。学好这门课程不仅可以为后续专业课的掌握打下良好的理论基础，而且能在今后从事专业工作时，直接运用它去分析和解决实际技术问题。对于工程实践具有重要的指导作用，受到人们的广泛重视。在本课程的教学中，实验教学对理论知识的理解、掌握、巩固具有重要的作用。
1 当前实验教学的不足
长期以来，传统的实验教学被一种固定的模式所束缚，教学内容陈旧，教学方法呆板，在一定程度上限制了学生的主动性和积极性，难以激发他们独立分析问题、解决问题的兴趣和激情，没有体验过从失败中自己寻找成功之路的经历，抑制了学生个性的发展，这样不利于对学生创新能力的培养[4]。
1.1 实验内容固定
传统的实验主要是按章节进行验证性实验，实验仪器功能固定，实验只能按照实验指导书设计好的步骤进行, 学生被束缚在验证性实验中，对出现的相关问题缺少系统、多角度的分析，不利于学生创新能力的培养。
1.2 实验时间限制
一般的实验都要求在实验室2个学时内完成，学生很难全面深入地把握实验主要内容和方法，对实验的目的、实验原理无法理性地理解，更别提实验中出现故障的排解分析，限制了学生的设计和创新，不利于锻炼学生的综合能力。
1.3 实验仪器制约
实验仪器过于固化，仪器设置上未给学生留下设计性和探究问题的空间。仪器组成以理论验证为主，缺少实际控制系统各环节，特别是反馈部分的传感部分，更不具备跟随学科发展而开拓新实验的延伸性。
1.4 实验方法落后
实验技术水平和内容更多地满足于基础性实践环节，缺乏系统的综合性、设计性和研究性实验环节，以及缺少在利用多种现代实验手段、方法和工具对实验过程中的结果和现象进行深入分析研究方面对学生的引导。实验过程主要完成连线操作、数据记录等简单的工作。
2 实验教学改进
针对目前实验教学的现状，摒弃以往按部就班完成指定实验步骤操作验证形式，按照学生对科学的自然认知进度设置灵活变换的实验内容。对实验设置按多层次，从简到难，逐步引导学生自主学习、合作学习、研究性学习，逐步走向从问题出发的探究、创新。同时，研究新的实验教学仪器，开发配套软件，保证实验硬件满足新环境下的要求。结合灵活的教学仪器改变教学方法，充分调动学生动手的积极性，引导其创新。
2.1 实验内容设置
开设不同层次的实验内容，既要满足实验教学的验证、演示等基本功能，又要激发学生的兴趣。
基础实验：根据给定实验任务、方案和步骤，选择并完成一定数量基本实验；同时，通过调整实验参数得到不同结果，增加思考空间。
综合实验：将各个基础实验环节有机结合在一起，各课程之间关联内容综合。
设计实验：以任务的形式，给定实验题目，允许学生按照自己思路选择设计性实验内容，引导学生学会设计和研究的方法。
创新实验：自行命题实验，将学生的构想通过仪器现有功能模块来实现，在探究式学习中培养学生创新能力。
2.2 实验仪器的改进
根据实验内容的要求，开发适合本专业的教学仪器。仪器具有控制系统需要验证的各种典型环节模块、信号发生器模块等基本功能，还结合工程实际将传感器引入反馈环节，增加执行器件，构成完整的闭环系统。避免教学仪器箱只能完成信号源作为激励，控制环节构成系统的不足。同时，仪器上的控制效果通过便于观看的形式展示出来，让控制过程可视化。仪器要预留出扩展接口，便于在实验中添加新的模块。仪器在结合计算机完成实验的同时，又能独立完成实验内容，实验配套软件要能对硬件平台对的实验内容进行仿真和虚拟实验。学生可以根据测试参量的不同选择相应的传感器，完成非电量到电量的转换，对信号进行处理，结合控制理论完成创新性、设计性的实验。
2.3 实验方法的转变
1）以学生为主体，开辟新知识领域，重视实践能力的锻炼；2）培养学生的综合能力；3）科学知识和实验能力培养上，建立系统、科学且开放的实验教学体系，注重课程之间纵向和横向的联系。
结合开发的教学仪器，在实验方法上除了基本的验证性实验，其他实验按任务的形式给出，不对学生做过多的限制，留出学生思考、动手、创新的空间。充分利用计算机的计算、分析功能以及仪器配套软件（采用数学工具matlab编写的程序）在实验前完成必要的仿真分析，让实验有的放矢，理论指导实践。实验既做到软硬精密结合，又能相互独立，两者相辅相成。克服当前实验中仪器平台不能脱离计算机，配套软件不能独立工作，学生只能在实验课中有限的时间内完成实验的不足，让实验内容通过软件可以在任意计算机上完成。
3 总结
对当前实验教学过程中存在的问题进行分析和总结，从实验内容设置、实验仪器、实验方法3个方面提出改进方法。自动控制理论来源于实践，反过来指导实践[5]。结合当前人才培养的趋势，理论联系实际，提高学生实践能力，在实践中发现问题、解决问题进而培养创新能力。
参考文献
[1]葛锁良.自动控制理论教学内容与教学方法的探讨[c]//2001年中国自动化教育学术年会论文集,2001:72
[2]杜永贵,谢克明,李国勇,谢刚.“自动控制理论”课程教学改革与实践[j].太原理工大学学报:社会科学版,2009, 27(1):77-79
[3]方晓柯,王建辉,郑艳,何大阔,顾树生.《自动控制原理》教学改革的探索与实践[j].教育实践研究,2008(11):101-102
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