《系统设计论文（精选10篇）》

下面是敬业的小编给大伙儿收集的10篇系统设计的相关文章，欢迎阅读，希望对大家有一些参考价值。

系统设计 篇1

单片机通过串口模块将实时的土壤水分信息经ZigBee无线模块发至上位机进行显示，以便上位机进行实时监控。上位机一方面实时显示下位机传送来的实时数据，另一方面将实际测得的土壤水分含量与上位机设定的土壤下限值进行比较：当土壤水分含量低于设定值时，经ZigBee无线传输模块发送启动灌溉命令给下位机，下位机单片机系统通过驱动电路驱动水泵给田地灌溉，同时启动蜂鸣器进行报警提示。

2系统硬件设计

系统硬件设计主要分为下位机现场控制模块以及无线数传模块两部分。根据系统总体设计方案，设计思路如下：1)集中设计直流稳压电路，为整个电路中的其它部分工作提供稳定的直流电源。电路输入为市电(220V，50Hz)，输出为稳定的直流5V电压。2)使用单片机最小系统设计主要控制模块，配合其它电路以满足对象控制的需要。3)湿度传感器获取田间土壤水分含量的相关数据，并经单片机实时采集显示。4)对串口通信部分进行设计，从而保证下位机现场测控模块可以与上位机(中心计算机)进行可靠的无线通信。5)设计用于测控的上位机系统，用以实时监测现场数据和控制下位机。下位机现场测控模块总体原理图，如图2所示。2．1单片机介绍AT89C51是一种带4K字节FLASH存储器(FPEROM－FlashProgrammableandErasableReadOnlyMemory)的低电压、高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机。单片机可擦除只读存储器可反复擦除1000次。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS－51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器，AT89C2051是它的一种精简版本。AT89C51单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。2．2直流稳压电源模块直流稳压电源模块主要由电源变压器、桥式整流电路、滤波电路及集成稳压电路等构成。桥式整流电路选用的是集成模块3N250，并引入集成稳压电路模块LM7805。为了表明整体电路的工作状况，在电路内接入了一个LED，如果LED亮说明电路正常工作，如果不亮则说明电路未工作。2．3土壤水分测量模块HM1500是线性电压输出式集成湿度传感器主要特点是采用恒压供电，内置放大电路，能输出与相对湿度呈比例关系的伏特级电压信号，响应速度快、重复性好、抗污染能力强。特点：尺寸小、浸水无影响、互换性好、可靠性高、漂移小；在5VDC供电时，0～100%RH型输出1～4VDC;极低的温度依赖性、比例输出、电源电压、适合3～7V供电；在长时间处于饱和状态后快速脱湿、专利固态聚合物结构、对化学品的高抵抗性、响应时间短。本设计中HM1500接法如图2所示。其1引脚接电源，3引脚接地，2引脚接单片机，25引脚用于把采集到的数据传递给单片机。2．4灌溉驱动电路固态继电器(SolidStateRelay，缩写SSR)，是由微电子电路、分立电子器件及电力电子功率器件组成的无触点开关。隔离器件实现了控制端与负载端的隔离。固态继电器的输入端用微小的控制信号，可以直接驱动大电流负载。固态继电器是具有隔离功能的无触电开关，因此除具有与电磁继电器一样的功能外，还具有逻辑电路兼容、耐振耐机械冲击、安装位置无限制等特点，具有良好的防潮防霉防腐蚀性能，在防爆和防止臭氧污染方面的性能极佳。其具有输入功率小、灵敏度高、控制功率小、电磁兼容性好、噪声低和工作频率高等特点。专用的固态继电器可以具有短路保护、过载保护和过热保护功能，与组合逻辑固化封装就可以实现用户需要的智能模块，直接用于控制系统中。本系统中单片机28引脚输出高电平时，三极管Q2导通，驱动继电器导通，带动水泵灌溉。2．5显示电路LED数码管(LEDSegmentDisplays)由多个发光二极管封装在一起组成“8”字型的器件，引线已在内部连接完成，只需引出它们的各个笔划，公共电极。LED数码管常用段数一般为7段，有的另加一个小数点。LED数码管根据接法不同分为共阴和共阳两类。了解LED的这些特性，对编程是很重要的，因为不同类型的数码管，除了硬件电路有差异外，编程方法也是不同的。本设计采用共阴极LED数码管，采用动态显示原理。数码管动态显示是单片机中应用最为广泛的显示方式之一。每个数码管的公共极COM增加位元选通控制电路，位元选通由各自独立的I/O线控制，单片机对位元选通COM端电路控制，所以只要将需要显示的数码管的选通控制打开，该位元就显示出字形，没有选通的数码管就不会亮。在高速选通断开每个数码管的情况下，由于人眼的视觉暂留感觉，每个数码管都是静态显示。2．6通讯接口模块本设计采用串行通信，为实现远距离传输使用ZigBee无线模块。串口叫做串行接口，现在的PC机一般有两个串行口COM1和COM2。串行口不同于并行口之处在于它的数据和控制信息是一位接一位地传送出去的。虽然这样速度会慢一些，但传送距离较并行口更长，因此若要进行较长距离的通信时，应使用串行口。通常COM1使用的是9针D形连接器，也称之为RS－232接口。ZigBee是一种经济、高效、低数据速率(＜250kbps)、工作在2．4GHz和868/928MHz的无线技术，用于个人区域网和对等网络［9］。由于ZigBee价廉以及低功耗的无线通信特点，一直占据着无线通讯市场。特别在无限传感器网络方面，ZigBee有着十分广泛的应用。无线数传模块采用了德州仪器(TI)公司推出的高度整合的SOC芯片CC2530方案进行模块设计。CC2530具有成本低、体积小，设备丰富且电路简单、扩展性强、而且能够胜任WSN节点的功能和作用［10］。CC2530具有一个IEEE802．15．4兼容无线收发器，RF内核控制模拟无线模块。32kHz时钟驱动睡眠定时器和看门狗定时器，并当计算睡眠时期时间时，作为MAC定时器的闸门。应用RF收发器时，必须选择32MHz晶振，确保其稳定。因此，在电路中设计了32MHz和32kHz两个晶振电路，32kHz晶振设计运行在32．768kHz，需要时间精度时，为系统提供一个稳定的时钟信号。CC2530的基本射频电路如图3所示。

3系统软件设计

系统软件设计框图，如图4所示。下位机单片机采集系统首先采集湿度传感器的现场数据，并经过无线数据传输模块ZigBee传送至上位机测控系统；上位机一方面实时显示下位机传送来的现场数据，另一方面通过与设定的土壤水分下限值进行比较，当判断得到土壤水分实时含量低于土壤水分下限时，通过Zig-Bee无线收发模块发送启动灌溉命令给下位机，下位机接收到命令后启动水泵进行灌溉，同时启动蜂鸣器进行报警提示。

4下位机与上位机通信

ZigBee无线通信是在ZigBee2007协议栈的基础上进行的。ZigBee无线网络具有自组网的功能，本系统将上位机设置为协调器，将所有的下位机设置为路由器或终端节点。在进行组网时步骤为：①由协调器建立网络；②所有终端节点或路由器发送申请加入网络的信标(Beacon)请求；③所有终端节点或路由器发送加入网络请求(AssociationRequest);④协调器对所有终端节点或路由器的加入网络的请求作出应答；⑤所有终端节点或路由器收到协调器的应答后发送数据请求(DataRequest)，请求协调器分配网络地址；⑥协调器对所有终端节点或路由器的数据请求作出应答；⑦协调器将分配的网络地址发送给所有终端节点或路由器。至此，所有终端节点或路由器就已经自动加入ZigBee无线网络之中。当进行无线数据传输时，要对ZigBee设备节点进行初始化，在ZigBee2007协议栈中用结构体Simple-DescriptionFormat_t对设备节点进行初始化。在对设备节点进行初始化的时候，要对ZigBee无线通信网络的信道进行设置，设置信道就是设置经CC2530发射的无线电波的频率。由于在如今的空气中有许许多多的无线电波，包括手机、电视、收音机等，它们的频谱从几十兆赫兹到几千兆赫兹不等，这些无线电波都是以空气作为传播介质，而在我国ZigBee无线网络又使用国际通用的ISM(Industrial、ScientificandMedi-cal—工业、科学和医疗)频带。因此，ZigBee无线网络的信号有时候会被其它的无线电波干扰，在实际应用中常常会将ZigBee无线通信的信道设置为比较安静的25、26信道。当下位机采集到通过湿度传感器HM1500测量的土壤水分的数据时，调用数据发送函数AF_DataRequest()将数据发送给上位机。当数据发送给上位机后，上位机首先使用osal_msg_receive()函数从消息队列接收一个消息，然后使用switch－case语句对消息类型进行判断。之后，如果消息是数据类型，就让接收的数据与设置的土壤下限值进行比较：当土壤水分含量低于设定值时，经Zig-Bee无线传输模块发送启动灌溉命令给下位机，下位机单片机系统通过驱动电路驱动水泵给田地灌溉，同时启动蜂鸣器进行报警提示。ZigBee2007协议栈还支持定时睡眠功能，下位机节点即终端节点可以设定为每隔1h或30min测量1次土壤的含水量。这样既可以发挥ZigBee无线通信低功耗的突出优点，同时也可以延长终端节点的使用寿命。

5结论

系统设计 篇2

关键词：采暖通风系统；建筑工程；防火防烟；设计

随着我国城市化进程的不断加快、国民经济的飞速发展，建筑行业也得到了前所未有的发展。与此同时，人民物质生活水平普遍提高的同时对于建筑结构中采暖通风系统也提出了新的要求。截至目前，中央空调系统已成为各种建筑结构 因此，在目前的工作中做好防火、防烟系统设计尤为关键，也是降低和减少火灾事故产生的主要手段。

一、采暖通风系统概述

在现代建筑工程项目中，采暖通风系统是应用最为广泛的一种空气清洁、室内温度调节系统，也是整个工程领域备受关注的一部分。截至目前，采暖通风系统越来越普遍，其结构越来越复杂，因此在工作中如何做好相关的设计和安装�

1. 采暖通风系统概述

采暖通风系统也被人们广泛的称之为暖通系统，是目前建筑工程项目中应用最为广泛的一种，其主要包含有制冷供暖系统、新风系统、排风系统等多个子系统，其也是有这些系统综合、系统、合理设计形成的一套室内环境优化和处理措施。这里我们所说的暖通从功能上说，是建筑物的一个分部工程，从建筑设计上分析，是建筑设计工作的一个分项环节。随着科学技术的发展，传统的暖通概念由于专指空调这一局限性而无法满足时展需求，取而代之的是一种节能、环保、舒适为主的新型建筑结构体系。

2. 采暖通风系统特点

随着科学技术的发展，各种新型的施工技术措施和材料不断的涌现了出� 然而，在目前的建筑工程领域中，建筑室内空间的舒适度已经不再是传统的温度所能决定的了，同时还需要湿度、风速、室内空气清洁度需求，因此在采暖通风系统的建立中就需要根据居民需求来综合分析，针对其中的各种问题加以研究和探索。

二、防火防烟系统概述

在现代建筑工程领域中，采暖通风系统应用较为普遍，其防火防烟系统设计是否合理稳定直接关系到整个建筑物和其中人员的生命财产安全。防火防烟系统通常都是由送风管道、送风口、管道井、防火阀、风机共同构成的，其在布置的时候通常都是设置在楼梯间之内。在目前的防火防烟系统设计中，机械排烟系统排烟量和防烟分布措施有着直接的关系，也是保障工程安全的核心手段。尤其是高层建筑不断出现的现阶段，防火防烟设施的建设更为重要，其通常都可以分为机械加压送风系统和可开启外窗的自然排烟设施两种。

按规范要求，排烟窗应有便于开启的装置，但有些安装高度较高，开启困难的排烟窗均未安装开启操作装置，不利火灾情况下排烟窗的开启。 通风是将未经处理过的室外新鲜空气送入室内，同时排出室内被污染的空气或用来冲淡室内被污染的空气，借以改善空气，以造成安全、卫生条件而进行的换气技术。通风是将未经处理过的室外新鲜空气送入室内，同时排出室内被污染的空气或用来冲淡室内被污染的空气，借以改善空气，以造成安全、卫生条件而进行的换气技术。通风一般分为自然通风和机械通风两大类，机械通风一般有下列两种方式：局部通风和全面通风。全面排风系统用以排除建筑内某些部位的被污染的空气。全面送风用于危害空气因素不固定或面积较大，用新鲜空气来冲淡有害气体。通风、空调系统的火灾危险性主要有：穿越楼板的竖直风管是火灾向上蔓延的主要途径之一，排出有火灾爆炸性物质，如没有采取有效措施，容易引起爆炸事故。由于排风机与电机不配套引起火灾爆炸事故时有发生。在一些建筑使用塑料风管，燃烧蔓延快，产生大量有毒气体，危害大。建筑的通风、空调系统采用可燃泡沫塑料作风管保温材料，发生火灾燃烧快，浓烟多且有毒，风管大多隐藏在吊顶和夹层内，起火不易扑救，往往造成大灾。

三、采暖通风系统防火防烟系统的设计

对于采暖通风系统防火防烟系统的设计主要就从以下几个方面来进行。

1、自然排烟系统的设计

防烟楼梯间前室、消防电梯前室可开启外窗面积不应小于2平方米，合用前室不应小于3平方米，靠外墙的防烟楼梯间每五层内可开启总面积之和不应小于2平方米，长度不超过60m的内走道可开启外窗面积不应小于走道面积的2%。在设计排烟的房间时，需要排烟的房间可开启外窗面积不应小于该房间面积的2%；净空高度小于12m的中庭可开启天窗或高侧窗的面积不应小于该中庭地面面积的5%。

2、机械加压送风防烟系统的设计

在许多的建筑采用机械加压送风防烟系统，在设计的时候。高层建筑防烟楼梯间及其前室、合用前室和消防电梯前室的机械加压送风量应由计算确定，或查表确定。当计算值与查表结果不一致时，应按两者中较大值确定。层数超过32层的高层建筑，其送风系统及送风量应分段设计。剪刀楼梯间可合用一个风道，其风量应按二个楼梯间风量计算，送风口应分别设置。封闭避难层（间）的机械加压送风量应按避难层净面积每平方米不小于30立方米/小时计算。

3、机械排烟部分的设计

排烟口应设在顶棚上或靠近顶棚的墙面上，且与附近安全出口走道方向相邻边缘之间的最小水平距离不应小于1.5米，设在顶棚上的排烟口，距可燃构件或可燃物的距离不应小于1米。排烟口平时应关闭，并应设有手动和自动开启装置。防烟分区内的排烟口距最远点的水平距离不应 超过30米。在排烟支管上应设有当烟气温度超过280度时能自动关闭的排烟防火阀。排烟风机应保证在280度时能连续工作30分钟。走道的机械排烟系统宜竖向设置；房间的机构排烟系统宜按防烟分区设置。排烟风机可采用离心风机或采用排烟轴流风机，并应在其机房入口处设有当烟气温度超过280度时能自动关闭的排烟防火阀。机械排烟系统中，当任一排烟口或排烟阀开启时，排烟风机应能自行启动。排烟管道必须采用不燃材料制作。

四、结束语

现代建筑普遍应用采暖通风系统，其防火排烟系统的安全稳定运作直接影响着建筑和其中人员的生命财产安全。只有进行其设计，才能促进对防火排烟系统的安全稳定的运作。

参考文献

1、中华人民共和国国家标准 GB19-87（2001年版）.采暖通风与空气调节设计规范。 北京：中国计划出版社，2001.

2、杨昌智 刘光大 李念平。暖通空调工程设计方法与系统分析。 北京：中国建筑工业出版社，2001.

系统设计 篇3

关键词：USB声卡；S3C2410；125

引言

近年来USB产品层出不穷，USB音频类在USB开发者论坛的努力下，成为一种标准的规范，USB声卡也开始在市场上悄然出现。因为USB声卡内置了DAC和有源功放，音频数据以数字方式进入USB声卡，完全杜绝了PC的内部干扰，所以，USB声卡将有可能成为现有内置声卡的替代品。本文介绍了一种基于ARM处理器的USB声卡设计。

USB声卡原理

由USB声卡数据流图(见图1)可以看出USB声卡的工作原理。在主机端播放音乐时，应用软件或驱动程序把各类音频信号转换为统一的格式，如PCM、MPEG等格式的数据流，通过主机的USB接口发送给USB声卡。声卡的USB接口接收到数据后，通过12S接口把并行音频数据转为串行，再发送给音频编解码芯片进行D／A转换，即可在音频芯片连接的扬声器中发音。录音过程和播放过程正好相反。

硬件设计

USB声卡硬件主要包括MCU和音频编解码芯片。MCU采用三星公司的处理器S3C2410，S3C2410内置FS总线控制器和USB Slaver控制器。S3C2410的12S控制器实现了一个外部8／16位立体声音频CODECIC的接口，支持FS总线数据格式和MSB．justified数据格式，并且支持DMA传输模式。

音频芯片采用UDAl341TS。UDAl341TS提供标准的12S接口，可以直接和S3C2410的12S引脚连接。另外，此芯片还提供标准的L3、麦克风和扬声器接口。L3接口的引脚分别连到S3C2410的3个GPIO输出引脚上，通过GPIO控制L3接口。UDAl341TS音频芯片集成数字化音频和混频器功能。数字化音频功能可以播放数字化声音或录制声音，因为包括这个功能，所以常把此类芯片称为CODEC设备。混频器用来控制各种输入／输出的音量大小等，在本芯片中通过L3接口进行控制。

软件设计

软件设计包括两部分：USB声卡固件程序设计和主机端Windows驱动设计。因为USB音频类设备是一种标准设备，在Windows操作系统上有标准的USB音频驱动，所以只需要开发者根据USB音频类的协议开发固件程序。

USB声卡的固件程序主要包括两部分，第一部分主要是USB通讯，第二部分实现12S接口数据传输以及数据流的缓冲区控制等。

USB通讯

USB声卡描述符

为了有效地定义出USB声卡的描述符，可先根据USB音频类协议，并结合需要实现的USB声卡功能，确定出USB声卡的拓扑图(见图2)，然后再根据拓扑图和USB音频类描述符的协议，写出USB声卡的描述符。

USB声卡的描述符包括5部分，分别为设备描述符、配置描述符、接口描述符、端点描述符和字符串描述符。接口描述符是其中的难点。USB声卡的接口描述符包括两部分：音频控制(AudioContr01)接口描述符和音频数据流(AudioStreaming)接口描述符。

1．USB音频控制接口描述符。根据USB声卡的拓扑图所示，当声卡用于回放功能时，其声卡功能的控制流程，通过IT1(Input Teminal)，OT3(Out Teminal)和Feature单元表示，IT1表示的是PC向USB声卡发送的音频数据流，OT3表示的是发向DAC的数据流，在IT1和OT3之间的Feature单元用于调节音量和音效功能等。当声卡执行录音功能时，USB的功能拓扑通过IT2，OT4表示，IT2表示A／D采样的音频数据流，OT4表示的是通过USB接口发向PC的数据流。USB音频控制接口的数据传输一般使用默认端点0。

在USB声卡的拓扑图中，F表示的是USB音频类的Feature单元，Feature单元的主要作用是控制音量、静音、低音等。如果在描述符中声明了Feature单元，在Windows操作系统下，控制面板中的声音和音频设备的一些功能才能使用。那么在Windows中进行调节音量等控制时，就会触发固件程序对UDAl341TS芯片L3接口的控制。

2．USB音频数据流接口描述符。因为USB音频有回放和录音两种功能，所以需要两个同步数据流接口，两个接口使用双向端点l进行数据传输。

通过USB声卡的拓扑图，可以分析出音频接口的流程和功能，从而得出USB声卡的描述符。

USB通讯的程序实现

S3C2410有5个双向FIFO端点，其中0端点是控制传输端点，其他4个端点支持批量、中断、同步传输等方式。在本系统中使用0、1两个双向传输端点。端点0执行控制传输(cONTROL)，一方面传输USB协议的控制信息，例如Setup事件、握手信号、枚举信息等，另一方面传输音频控制信息，例如采样率控制、音量控制等。端点1采用同步传输方式(ISOCHRONOUS)，传输时间间隔为lms，用于实时传递主机和12S之间的录音或放音数据。

根据USB协议，USB设备的任何数据传输，都由USB主机分配，然后USB设备响应相应的USB主机总线请求。S3C2410的USB控制器采用的是中断方式响应，那么在$3C2410的USB中断服务程序中要作以下工作：

USB声卡的控制传输

在主机端应用程序中，执行音量调节、静音等事件时，USB音频驱动通过默认端点0执行一个控制传输。一次控制传输主要包括两个步骤，第一步，由主机向设备发送一个建立(Setup)信息，描述控制访问的类型，设备将执行此控制访问。第二步，零个或多个控制数据信息的传送，这是访问的具体信息。根据USB音频类协议分解控制信息包，然后再根据控制信息，执行相应的操作。例如，在主机端应用程序中播放音乐前，USB声卡就会从主机端收到如下的两个包：

控制数据包 40 1F 00

根据USB音频类协议分解Setup包，可以得知，本次控制传输的作用是设置USB声卡的采样频率，并且收到的3字节控制数据信息是采样频率，即8KHz。那么在播放音乐前，必须把I2s和UDAl341TS芯片的采样频率设置为8kHz，才能和主机端保持同步。

12S总线实现方法

在S3C2410芯片中，FS接口提 供三种数据传输模式：正常传输模式、DMA传输模式、传输／接收模式。本系统采用的是传输／接收模式，它具有双通道DMA功能，一方面窃取总线控制权，提高系统的吞吐能力，另一方面，可以实现同时接收和发送音频数据，即全双工模式。

在S3C2410芯片中，有4个DMA通道控制器用于控制各种外部设备，其中12S与其他串行外设共用两个桥接DMA(BDMA)类型的DMA通道。通过设置12SFCON寄存器可以使12S接口工作在DMA模式下。此模式下FIFO寄存器组的控制权掌握在DMA控制器上。当FIFO满时，由DMA控制器对FIFO中的数据进行处理。DMA模式的选择由12SCON寄存器的第四和第五位控制。

为了使USB声卡的回放和录音可以同时进行，即实现全双工，数据传输使用两个BDMA通道，通道0用于回放，通道1用于录音，因为S3C2410的BDMA中没有内置DMA存储区域，所以需要在SDRAM中分配DMA缓冲区。音频数据回放时，先由USB总线取得音频数据，写入DMA缓冲区，由BDMA控制器通道0窃取总线控制权，通过FS控制器写入12S总线并传输给音频芯片。录音采用BDMA控制器的通道1，其数据流过程和回放相反。

由于处理的音频数据量比较大，并且PC端接收／发送数据的速度和I2s处理数据的速度不能完全匹配，这就导致了放音失真或者录音丢帧的现象。为了解决这个问题，最简单易行的方法是使用比较大的环形缓存。但实际上大的缓存区需要更长的填充时间，在使用时会出现延时。为了解决延时的问题，使用环形、多段缓存机制。在这种机制下，将缓存区分割成若干个相同大小的块，并使用算法实现环形缓冲。下面以8kHz／16位／单通道音频流的播放为例说明缓冲区的操作。

USB音频类规定的USB同步传输周期为1ms，即对于8kHz／16位／单通道PCM编码的音频流，每隔1ms，USB设备就会收到一次主机传来的数据，数据包大小为16字节，为了尽量保持12S和USB传输同步，可以取16字节作为一个缓存区段的大小。当USB声卡接收到数据后，MCU先判断缓冲区中是否有空闲区域，如果没有足够缓冲区就跳过一个样本，然后再逐一把HFO中的数据复制到SDRAM的缓冲区。

因为125的DMA控制器处理数据是按段进行，每段长度为16字节，在DMA取数据前，先判断缓冲区中的数据量，如果没有足够数据(16字节)，则加入静音数据，然后再执行DMA传输。

结语

系统设计 篇4

【关键词】城市公共设施设计 公共环境设施 系统设计

一、概述

“公共设施”一词来源于英国，英语为Street Furnitue，直译为“街道的家具”，在欧洲被称为Urban Element，城市的配件。在中国，我们一般称为“城市公共设施”或“城市家具”。公共设施是由政府提供给社会公众享用或使用的公共产品，是满足人们公共需求的设施。从功能出发，我们一般把城市公共设施分为信息设施、卫生设施、服务设施、休息设施、照明设施、交通设施、艺术景观设施、无障碍环境设施、公共安全保障设施及管理设施等。

二、城市公共设施系统设计

城市公共设施系统设计是指在进行城市公共设施设计时，采用系统设计的思想，把其系列产品纳入到一个系统里来进行设计，由一个基本构件演变出丰富多彩的扩展系列。这样可以使系列产品在面貌上进行统一，可以增强城市公共设施的可识别性，有利于提升城市形象。同时在生产、装配上也便于组织和管理。

系统设计是以系统思维为基础的，目的在于将客观事物置于相互影响和相互制约的关系中来设计，从而满足消费者需求的整体设计方法。系统一般分为外系统和内系统。对于城市公共设施来说，其外系统是指城市公共设施与城市环境的关系。城市公共设施设计的内系统是指城市公共设施系统中各项产品之间的关系。我们应该将系统设计的设计方法运用到城市公共设施设计中来，将各项功能设施完善地组织起来，使其相互间建立起有序的联系，在整个城市公共环境中形成体系，共同服务于人们的日常生活。

三、城市公共设施的外系统

从城市公共设施外系统的角度来说，在进行城市公共设施设计时需要考虑与城市公共环境相协调，与城市特色相一致。

从城市公共环境的整体角度而言，城市公共设施应该与城市公共环境相协调，突显城市特色。城市公共设施与周边的环境、小区、街道、公园乃至整个城市交织在一起，互相联系、互相影响，形成一种有机的整体。在进行具体的城市公共设施设计时，我们首先应该从构成城市公共环境的整体角度出发，分清各要素的主次地位，突出重点与主体，完善其功能间的组织搭配，使其与城市公共环境相协调。

城市公共设施作为城市的衍生物，是城市景观的有机组成部分，它对整个城市形象的塑造起着重要作用。不同的城市有着不一样的性格。一座城市的公共设施应准确反映它的人文特色、地域特点。比如“江南水乡”“现代上海”是完全不一样的城市特色。城市公共设施的创意与视觉意象，直接影响着城市整体空间的规划品质，这些设施虽然体量都不大，却与公众的生活息息相关，与城市的景观密不可分。因此在进行公共设施设计时，应该从所涉及的地域特点出发，考虑城市公共设施应该具有的风格形式，使得整个公共设施系统以统一的形象展现城市的特征。

四、城市公共设施的内系统

城市公共设施的内系统在这里指城市公共设施系统中各项产品之间的关系。各项功能设施应该形成完善的组织系统，相互间应建立起有序的联系，在整个城市公共环境中形成体系。在进行设计时，需要对系列产品的形态、色彩、材质等基础要素进行统一，强调结构与元素的联系性与秩序性。

（一）产品造型特征的系统化

就城市公共设施系统中各项产品之间的关系而言，各项功能设施应该形成完善的组织系统，相互间建立起有序的联系。这些产品将采用统一的产品造型设计语言，统一的材质和色彩。我们可以通过提取某一基本元素，转化成可以标准化生产的设计语言，在系列公共设施产品上反复出现，形成统一的产品形象。

我们在进行城市公共设施设计时，需要根据特定的城市特定的场所，挖掘特定主题内涵，提炼象征元素进行延展设计。比如我们需要对杭州城市公共设施进行设计，那么就需要提炼杭州的元素。我们可以提炼出一些相关的意象，把这些意象特征提炼出来，然后抽象化转换为可以批量化生产的设计语言，赋予系列公共设施产品之上，以期产品既是能够标准化批量生产的产品，同时又是具有特定个性的产品。

比如案例1。这组作品是中国美术学院艺术设计职业技术学院工业设计系《城市公共设施设计》课程里面的一组实验设计课题《杭州地铁西湖站公共设施设计》。在作业过程中，学生们提取杭州西湖十景中的“曲院风荷”中的“荷”为设计主题，采取荷叶中的错落、柔美的荷叶为造型意象。杭州给人的感觉是清秀、柔美、精致的。所以在杭州地铁西湖站公共设施设计中，采用典型的西湖元� 这组系列公共设施的产品采用统一的荷叶元素，抽象化了的曲线造型形式贯穿于系列产品之中。这组产品涉及产品有售票机、休息座椅、指示牌、闸口、垃圾桶等。他们给这组产品定了标准色彩，把它们的材质和色彩也统一起来，这样形成了公共设施系列产品统一的形象，在环境中可以增强产品本身的识别性，便于人们发现和使用。

（二）城市公共设施系列产品结构连接方式的系统化

城市公共设施系统设计还表现在结构连接方式的模块化、标准性和组合性上。

模块化设计可定义为在对一定范围内的不同功能或虽功能相同但性能、规格不同的产品进行功能分析的基础上，创建并设计出一系列功能模块，通过模块的选择和组合构成不同的产品，以满足市场不同需求的设计方法。公共设施模块化系列产品就是由一组特定的模块，在一定范围内组成多种不同功能或同一功能而不同性能的产品。

比如案例2。这组作品是该校另一个课题作业《杭州西湖名品街公共设施设计》，在设计中应用了可拆卸模块化结构。在设计中，主要运用了一个固体连接体，用来夹住玻璃并固定在支架上面，用螺丝和螺帽把固定件固定在支架上。通过这种系统的模块化构件和结构，固体连接体结合玻璃、方钢型材，组合成电话亭、候车厅等公共设施产品。他们运用统一的结构形式、统一的标准件，组合成了不同功能的系列产品。

运用模块化物件和结构，不仅能有效地实施功能，降低成本，发挥最佳的综合效益，同时还能增强美感，塑造城市美观形象。

城市公共设施系列产品结构连接方式的系统化，在技术上和经济上都具有明显的优势，主要体现在以下方面：

1.满足产品快速设计，节约生产成本。2.提高产品质量和可靠性。模块是精心设计的相对独立的单元，有利于组织专业化生产和批量加工，在提高模块质量的同时进而提高产品质量。3.良好的可维修性。由于模块化产品是由功能相对独立的模块组成，模块的互换性很强，便于拆卸、维修和搬运。

城市公共设施结构连接方式的模块化设计可以有效提高系列产品的标准化、通用化程度和互换性。

结语

我们在进行城市公共设施设计时，应采用系统设计的方法，对公共设施的外系统和内系统进行详细的分析研究，做到有主有次，既要考虑城市整体的公共环境，还要考虑整个城市公共设施的产品规划；既要考虑公共设施系列产品造型特征的系统化，也要考虑结构连接方式的系统性。这样，才能真正设计出经济、实用，受人们欢迎且具有城市个性的公共设施产品。

参考文献：

[1]吴翔。产品系统设计[M].北京：中国轻工业出版社，2000.

[2]张海林，董雅。城市空间元素公共环境设施设计[M].北京：中国建筑工业出版社，2007.

[3]杨正，杨克修，杨凯华。城市公共设施的模块化设计[J].包装工程，2006（10）.

[4]王营。谈城市公共设施的系统性设计[J].现代装饰（理论），2011（10）

系统设计 篇5

2面向生物工程的微操作机器人系统大多数机器人是按照给定的程序做简单重复的动作(如焊接、装配、搬运等)，不需要太强的智能。而对于微操作机器人来说，情况就有很大不同。因为作对象十分微小，操作人员不可能十分清楚它们的精确位置，况且外界环境的变化使得它们的相对位置不定，微观世界里的物理法则及力学特性与宏观世界也大相径庭，这就要求机器人有很强的自动识别能力和决策能力。同时，温度变化、机械振动、噪声波动、机械蠕变等不稳定因素扰动，以及非线性微动特性、传递累积误差的影响，也使得微操作机器人必须具有很强的自我调整能力(即自我实时标定及补偿能力)。因此微操作机器人必须与其它仪器设备组合成一套光机电高度集成的系统，方能进行显微操作。北京航空航天大学机器人研究所正在研制的用于细胞操作的微操作机器人系统包括倒置生物显微镜、粗动平台、左操作手、右操作手、摄像头、图像处理单元、控制系统、人机交互接口等。本系统采用全局闭环控制方法，即将显微视觉作为反馈控制源参与伺服控制形成视觉伺服反馈控制系统。系统的具体运作方式解释如下：活体细胞或染色体悬浮在培养液内，左右微操作机器人对称地安装在显微镜机架上，毛细玻璃管与毛细玻璃针等操作工具作为机器人的末端执行器(毛细玻璃管用于捕捉与固定细胞，毛细玻璃针用于细胞的切割、注射等)。首先，在显微视觉伺服的控制下，玻璃管、玻璃针及作对象将自动地调整到显微镜的焦平面内。左机器人完成活体细胞的捕捉与固定，右机器人完成切割、注射等精细操作。整个操作过程都在显微视觉的监视下完成，即图像处理单元实时地处理分析采集的图像信息(如细胞、玻璃管、玻璃针之间的相对位姿，细胞核在细胞内的位置等)，并变成控制信号输送给控制器，机器人在控制器的命令下实时地对细胞进行追踪、捕捉、注射、转移等，直至完成整个操作过程。在进行显微注射时，外源基因或染色体或蛋白质的注射量的多少也是在显微视觉及注射装置的共同监控下完成的。整个操作过程通过显微镜、摄像头、监视器实时再现出来，供科研人员进行分析研究。在出现意外的情况下，操作者可根据图像信息，通过人机交互接口对系统进行遥控操作。作对象的选取是由操作者通过人机交互接口完成的。

在研制本系统过程中，已取得以下阶段性成果：(1)利用螺旋，对微动并联机构的型综合进行了较深入的，并给出了几种并联机构型综合的新。(2)选用Delta三自由度并联机构作为微操作机器人机构，并结合微操作的特点，对其进行了运动学、工作空间优化、误差分析及动态特性分析。作为微操作系统的核心部分，微操作机器人机构应具有外形小、工作可达域相对较大、驱动精细、有很高的定位精度与精度稳定性、良好的动态特性等特点。Delta微动并联机构基本迎合了这些要求。它的外形尺寸为100mm×100mm×100m，工作空间约为500μm×500μm×400μm，运动分辨率约为80nm。(3)在多年探索研究及广泛调研的基础上，出了一些对构筑微操作机器人系统有指导意义的设计原则。它不单适用于面向生物工程的微操作机器人系统，对构筑其它领域的微操作机器人系统也有一定的价值。(4)将显微视觉作为反馈控制源参与伺服控制形成视觉伺服反馈控制系统，使显微操作自动化程度及操作精度大大提高。操作者只需用鼠标轻轻一点作对象(细胞、染色体等)，系统将自动完成显微操作，如基因注射、细胞切割等。(5)机械加工、装配精度低于系统综合精度的特点导致了系统标定的困难性，而各子系统向参考坐标系转换的误差，以及由温度、振动、蠕变等因素造成的误差的随机性更加剧了离线标定的复杂性。本课题针对视觉伺服控制的微操作机器人系统的特性，提出新颖的欠参数标定法。(6)本项目拟采用多套智能控制算法，如基于视觉校正的模糊自适应控制方法、基于视觉的模糊预测控制方法，实现基于显微视觉全局闭环的机伺服自动协调作业。这些方法在初始模型不精确的情况下，也能保证快速、准确地定位。

3值得注意的若干问题微操作机器人系统的构筑比机器人的设计更为复杂，涉及的研究领域也更为广泛。在构筑“面向生物工程的微操作机器人系统”过程中，以下问题应引起特别注意。这些问题可 (1)莫奢望能构筑一套“万能机器”。由于细胞或染色体是活性的，它的形状颜色各有不同，研制出的微操作机器人系统不可能完成所有的显微操作。部分操作可能更适合于采用电学、化学、甚至手工方法完成。(2)微操作机器人系统的各单元应刚性连接。为了减少积累误差、增强系统抗振能力、减少标定测量次数，系统各单元应以显微镜视野为分布中心刚性地连接一起。(3)左右微操作手的工作空间应比显微镜的视野大，并且包围它。显微镜的视野是一定的，为了充分利用有限的空间，避免机器人在工作空间边界附近可操作性及灵活性差的情况出现，左右微操作手的工作空间应该比显微镜的视野范围大。系统安装调试时，机器人及相关周边设备应以视野中心分布，保证操作工具的端部与视野中心重合，并在视野内运动操作。这种安装组合方式我们称之为“运动集中型”微操作机器人系统。(4)微操作机器人的理论工作空间应比其实际工作空间大。数学模型的精确性、驱动器的性能、机构材料的弹性变形等因素的存在，使得微操作机器人的实际可达域要比理论可达域小。在构筑机器人系统时，要特别注意这一点。(5)微动机构的运动链应尽量短。为了增强抗振能力、减小装配误差、提高结构刚度，系统应尽量减少运动环节。这也是并联机构在微操作领域倍受青睐的原因之一。(6)自由度过多得不偿失。理论上讲，机器人自由度越多，其操作灵活性越好。但过多的自由度也意味着控制难度的增加及成本的提高。3个移动自由度足可以应付所有显微操作，况且在微观世界里也不易实现大范围转角。(7)对用于细胞操作的微操作机器人来说，其运动速度和加速度尤其重要。对于细胞的注射、切割等显微操作来说，当微注射针或微切割刀切入活体细胞时，需要一定的力方能使细胞膜破裂。如果施加力的速度比较慢，可能导致细胞膜沿工具方向凹陷，直至刺破细胞膜。速度愈慢，凹陷愈深，对活体细胞的损害程度愈大。另外，由于培养液体的粘性及流动性，操作工具的运动使细胞沿同样的方向漂移，要使操作工具尽快捕捉到细胞，它的运动加速度愈大愈好。(8)在选择微动机构时，应尽量避免球铰出现。主要原因是铰链的加工难度太大，成本太高。(9)设置限位装置是必要的。多数微操作机构是靠材料弹性变形来实现微动的。如果材料的变形超出了弹性极限，便会断裂，因此有必要设置限位机构加以保护。(10)应慎重选择显微视觉系统硬件部分。倒置生物显微镜是整个系统中最大最重的设备。它的视野、放大倍率、机械接口、光学性能、抗振能力等都关系着系统的成败。图像处理周期慢与实时运动控制采样周期快的矛盾一直很突出。尽管研究高速图像匹配算法及控制方案是一解决途径，但选择高品质的图像处理硬件(摄像头、图像处理板等)也是必要的。(11)系统应采用使用简单的人机交互接口。数据手套、遥控手柄、虚拟现实等高级复杂的人机交互接口装置越来越多地应用于机器人系统。但运动链过长引起的积累误差对微操作机器人系统来说是个致命的问题。因此微操作机器人系统人机交互接口的选择不可过分追求复杂、时髦，应以简单、、实用为主要目的。如键盘、鼠标、触摸屏等即可。(12)应从整个系统入手提高系统精度，莫将精力过分集中于机构及驱动器上。相对于工业机器人来说，微操作机器人系统的误差来源更为复杂，更不稳定。为了提高系统精度应考虑环境因素(振动、噪声、温度等)、参数因素(杆长、关节零位角、柔性铰链的形状尺寸等)、测量因素(传感器的分辨率、非线性及标定设备的精度等)、控制和计算因素(计算机的舍入误差、跟踪控制误差、数学模型的精确程度、控制方案的选取等)、应用因素(安装误差、坐标系的标定误差等)等。(13)必需简化操作流程。活体细胞或染色体是无地漂浮在培养液里，为了使系统自动完成细胞操作，使机器人有规律、按步骤地动作，就必须简化操作流程(与工厂里的自动生产线类似)。有效的解决方法是设计专用的培养器皿或细胞矫正器(Bio-aligner，类似于生产线上的喂料器)，使活体细胞整齐排列并逐个移送到指定位置。(14)微操作机器人系统对环境要求比较苛刻。有些颗粒或灰尘的体积可能比卵细胞还要大，另外活体细胞的培养对环境的温度湿度也有要求，因此周围环境的质量是不可忽视的。这一点已引起科研工作者的广泛注意。系统的抗振性能也是值得注意的问题之一。系统不但要求机构紧凑、固有频率高，还要将整个系统安装在防振平台上。

4微操作机器人系统的研究热点与难点在微操作系统研究领域，由于其本身精度的要求及微空间内独有的物理法则，微操作机器人系统的研究至今仍存在许多理论和技术难题，主要表现如下：(1)系统标定事实上单独静态地对微操作系统进行精确标定是行不通的，只有将几何标定与具有自功能的智能控制结合起来才能解决标定问题。(2)显微视觉伺服系统亟待完善就来说，多数微操作机器人只有一套显微监视系统，其操作控制方式是由操作者根据显微监视系统输出的图像，通过操纵手柄、指套、键盘等来遥控微操作机器人的运动。这套监视系统通过操作者的眼睛、大脑和手形成一个大的控制闭环，操作者的精神状态、熟练程度着整个系统的控制精度和效率，不利于提高整个系统的自动化程度。将显微视觉作为反馈控制源参与微操作机器人的伺服控制，是最佳解决途径之一。图像数据的采集和处理延时一直是实现视觉伺服控制的主要障碍。对于微操作机器人来说，这种现象更为突出。微执行器的细小尺寸及材质、微操作对象的形状逼近性、载体的透光品质、显微镜的光学性能、微操作的高精度要求、外界振动及灰尘的介入等因素，使得图像数据处理的延时更长。因此，为实现视觉实时闭环，提高控制品质与速度，研究视觉控制方案，开发具有系统自标定功能的显微视觉伺服系统是努力的目标。(3)微操作控制理论需做进一步的探讨微操作机器人系统是一个高度复杂的非线性系统，传递累积误差和超高精度微位姿实时检测的困难，造成建立精确模型设计控制方案和获得准确的手端误差信号进行反馈控制比较困难，所以系统的微运动控制精度也难以保持稳定(鲁棒性差)。尝试新的控制算法是一条可行之路。(4)微操作机器人可达域与运动分辨率之间的矛盾有待解决受高精度压电驱动单元的短行程和系统机械结构限制，微操作机器人的可达工作空间太小。虽然有些大行程的微动机器人已经出现(如液压式、蠕动式［3］、变异式、模块式、串并联式等典型机器人)，但积累误差、结构复杂、运动分辨率低、控制不便等问题也随之出现。结构紧凑、大可达域、高运动分辨率、整体化结构(Totallymonolithicstructure)式的微操作机器人是设计者们追求的最高“境界”［3］。(5)微观世界的物理法则十分复杂在作对象的微观世界里，其运动学及力学特性不大服从于现有的一些物理法则，因此有些控制策略也不能机械地挪用到微操作机器人系统中。操作培养液中的细胞，不但要考虑重力作用，还要考虑浮力、流动力、布朗运动、范德华力、静电力等。如果不仔细地研究这些微观世界里的物理现象，很难构造出完美的微操作机器人系统。(6)迫切需要研究开发新型的微位移及微力传感器为了使微操作机器人系统具有较强的智能，微位移传感器及微力传感器是必不可少的。由于微观世界里的种种条件约束，现有系统中各种微力、微位移、速度、加速度传感器均未能成功地得到应用。

系统设计 篇6

关键词：跨平台；C#；SSH；Linux；程序集

中图分类号：TP309文献标识码：A

1引言

在气象通信工作中，发送报文是气象保障的重中之重，为了通信安全，主要服务器多采用Linux的不同版本，在此情况下，就会经常需要由windows系统远程登陆到Linux系统进行键入命令行来进行各种操作。需要熟记Linux命令而且比较繁琐，对于大多习惯于Windows平台下使用的用户来讲，Linux下的命令行操作 笔者在对Linux系统进行深入研究后，总结了一些经验，为了更好地提高工作效率，适应大多数人的工作需要，开发了本系统。

2系统总体设计

2.1系统设计背景及目标

随着科技的发展，气象传输资料种类的增多，对传输质量的要求逐步增� 由于每小时资料的传输时效非常短，报文由各个台站上传至省中心后打包仍需要一个过程，为保证传输及时率，也方便值班人员的维护，和能在故障出现时有更多时间处理故障，特编写了在Windows操作平台上通过客户端一键点击操作备份Linux服务器内脚本，达到手工补传报文的功能。

系统建设目标是综合应用Windows和Linux服务器技术、C#技术，依托网络，从Windows服务器上对Linux服务器上写好的Bash脚本进行一键式跨平台操作，实现替代值班人员手工补传报文的效果。

2.2系统体系结构设计

系统的体系结构设计决定了系统各项软件功能的分配，本系统采用结构化设计方法进行系统设计，所提出的解决方案是：选择两层C/S网络结构，分别是客户机和服务器两部分。客户机部分负责执行前台功能，如服务器登陆和操作脚本等；而服务器部分执行后台服务，如执行脚本和传输报文等。

2.3功能模块设计

本系统分为3个模块：登陆模块、发报模块、日志记录显示模块。

2.3.1登陆模块

首先，要对某个服务器进行操作就必须要先登陆服务器，登陆服务器时本系统采用了SSH技术，通过程序集的方式创建SSH对象实例，并配合使用动态连接库来完成两种操作系统间的远程交互及应用管理，从而解决windows对Linux系统的操作过程。

2.3.2发报模块

采用了SSH实例创建配置　Unit、命令执行Execcmd、状态监控脚本Monitor　Bash、文件分发脚本FTP　Bash进行封装，SSH　Unit中通过设置私钥与服务器端公钥进行匹配，使用C#代码调用服务器写好的各Bash脚本进行分类发报，以达到取代手工操作，节省故障处理时间的效果。

2.3.3日志记录模块

本模块分为2个部分：第1个部分在界面的右侧显示框里直接显示Linux操作系统界面的显示内容，方便值班员确认报文的发送情况，所发报文的文件名和文件发送过程一目了然，并在最后提示发送成功，方便程序使用情况的掌握。第2部分在程序所在文件夹的日志目录内将操作情况以文本形式记录精确到秒，方便对服务器操作情况的查阅，便于对程序使用情况的跟踪和掌握，方便程序的不断完善。

3系统关键技术

3.1SSH技术

SSH（Secure　Shell）可以把所有传输的数据进行加密，从而有效的防止了窃取，劫接和网络攻击，增进了系统安全性。［1］本系统采用了封装的方式将SSH的主要使用部分封装在程序内，尽可能的减少了程序对系统资源的占用。此模块还采用了登陆之后必须点击断开方能关闭程序的设计，减少了误操作对程序使用过程中的影响。

3.2C#技术

C#是Microsoft开发的一种由C和C++衍生出来的面向对象的编程语言，目的是综合Visual　Basic的高生产力和C++的行动力［2］。

3.3Bash脚本技术

Bash是“Bourne-Again　shell”首字母的缩写，bash脚本可以通过将系统调用，公共程序，工具和编译过的二进制程序粘合在一起来建立应用［3］。

4系统使用方法

主机名、用户名、密码是可以直接写在填写框里面的，方便操作过程中核对是否有输入错误，并自动记忆上次输入内容，填写完毕以后点击连接按钮，直接连接到服务器上，下面是对具体报文种类的发报按钮，直接点击则报文会直接发至国家局服务器，将Linux所作操作直接显示在右侧日志记录板块，并且产生文本日志于日志文件夹内，方便对所作操作的查询。点击断开按钮则断开与服务器的连接，之后才能关闭此软件。

5结语

本系统采用在Windows平台下，采用使用用户点击按钮的形式达到对Linux系统内的Bash脚本直接命令行操作的方式，减轻了值班人员值班的工作量，缩短了执行操作的时间，提高了传输的及时率。本系统界面一目了然，操作简单明了，日志记录准确详细，是提高传输率的好帮手。

参考文献

［1］张丽，梁斌，周淑萍．利用SSH的密钥对建立安全通道［J］．微计算机信息，2006，28（03）：81-83．

系统设计 篇7

关键词 静力学；悬链法；集中质量法；迭代法

中图分类号 U6 文献标识码 A 文章编号 2095-6363（2017）11-0013-02

1 问题概述

问题1：本题使用长为22.05m的锚链以及质量为1 200kg的重物球。存在某海域，水深为18m。假设海水静止，在风速为12m/s和24m/s的前提下，计算钢桶、钢管的倾斜角度，所给锚链的形状，浮标吃水的深度以及浮标游动的区域范围。（ρ海水=1.025×103kg/m3）。

问题2：仍在问题1的条件下，设风速为36m/s，计算此时钢桶、钢管的倾斜角度，所给锚链的形状，浮标吃水的深度以及游动的区域范围。问：在钢桶倾斜角度小于等于5°，锚链与海床夹角小于等于16°的前提下，重物球的质量应为多少？

问题3：若海域实测水深为16m～20m，设计系泊系统，分析钢桶、钢管的倾斜角度，所给锚链的形状，浮标吃水的深度以及游动的区域范围。考虑风力、水深和水流力。假设海水速度最为1.5m/s、风速最大为36m/s。

针对问题1，首先在仅有风荷载的条件下，确立系统静力学模型。对浮标、钢管、钢桶在精力平衡条件下进行受力分析，建立平衡方程。进而利用悬链线控制方程对锚链相关参数进行求解。其中海面风速为12m/s和24m/s时，浮标吃水深度分别为0.727 4m和0.751 4m。解得钢桶和各节钢管的倾斜角度后，通过获得的锚链相关参数对锚链形状进行描述。由于可假设风向为任一定向，因此，确定浮标的游动区域为以静力平衡状态下系统各部件在水平方向上的投影长度�

针对问题2，基于对锚链边界条件的考量，建立集中质量法静力学模型。首先将浮标、钢管、钢管化作质点模型，对锚链按节点进行分段，分别建立静力学方程。根据第一个节点的水中质量与0的大小关系进行判断锚链的拖地情况。解得海面风速为36m/s时，浮标吃水深度为0.830 2m，对应一系列其他待求变量。根据建立的静力学方程，在浮标吃水深度、钢桶的倾斜角度、锚链末端与锚的链接处的切线方向与海床的夹角的约束下，利用MATLAB编制单目标程序，找出符合条件的重物球质量取值范围为178 0kg～489 0kg。

针对问题3，相对于问题2，需要考虑当海水速度与风速在一定范围内，依据海水深度的约束条件，基于集中质量法的动力学模型，建立非线性微分方程组。根据查朗贝尔定理，写出惯性力表达式。在x与z方向上分别建立6个动力学方程，使用计算机软件进行求解。求解得到不同情况下钢桶、钢管的倾斜角度、锚链形状、浮标的吃水深度和游动区域。

2 模型假设与符号说明

2.1 模型的假设

假设1：静力学方法中，设水流方向与风荷载�

假设2：假设浮标轴线与水平面垂直，忽略力矩的转动效应。

假设3：假设海水中流体不旋动，无流体附加质量，无摩擦。

假设4：忽略锚链几何上的非线性特性与运动响应，假设缆索的自重沿链长方向均匀分布，由同种材料组成，在拉力作用下伸长可以忽略。

2.2 模型的符号说明

：浮标的吃水深度

：浮标受到的浮力

：风的速度

：锚链张力对锚竖直方向上的分量

：第i个钢管或钢桶的拉力

：第i个钢管或钢桶与竖直方向的倾斜角度

：锚链的竖直投影长度

：锚链的水平投影长度

：浮标的游动半径

：第i个钢管或钢桶受到的重力

3 问题1的解答

3.1 模型的构建

浮标的重力G1可用假定的g及已知条件浮标质量m求得：G1=mg=12 000N

设浮标吃水深度为h，再结合海水密度ρs，从而浮标所受的浮力B可表示为

B=ρs*g*V其中：V=π*r2*h

设连接的钢管对其作用力为T1，且T1与水平方向夹角为θ1。

再由二力平衡可得：B1-G1=T1sinθ1

F1=T1cosθ1

再对4节钢管进行受力分析。

令第i节钢管所受下一节钢管的拉力为，重力为，自身与水平方向倾角为，所受浮力为。再根据受力平衡，可列出以下方程：

Ti=[（Bi-G1+Ti-1Sinθi-1）2+（ Ti-1Cosθi-1）2]1/2

θi=arc tan[（Bi-G1+Ti-1Sinθi-1）/（Ti-1Cosθi-1）]

对于四节钢管，Gi均为100N，Bi均约为2.01N。对于钢桶，Gi为钢桶本身和重物球的重力和13 000N。

对于锚链采用悬链线理论列出其控制方程：

y=（Ht/W）[cosh{sinh-1（tan（θ1））}-cosh{sinh-1

（tan（θb））}]

x=（Ht/W）[sinh-1（tan（θt）） - sinh-1（tan（θb））]

tan（θb）=（Vt-ws）/Ht Vt=Ht.tan（θt）

其中，x橄挡蠢滤鞔サ椎阌肫涠ゲ慷说愕乃平距离，y为顶部端点距离海底的垂直距离。Ht、Vt为系缆张力沿水平方向和竖直方向上的分量，θb为缆索在触底点与海底水平的夹角，而θt则表示系缆顶端点与水平方向的夹角。

3.2 求解与分析

对系泊系统存在如下水深条件约束：

f=h+cos（α1）+cos（α2）+cos（α3）+cos（α4）+cos（α5）+y-18

其中，为锚链竖直方向投影的长度，对在区间内取值，得关于它的函数图像后，求得零点处自变量取值。

4 问题2的解答

对于浮标，钢管等静力学分析与问题1类似。进行受力分析，表示每个节点的拉力、与水平方向的夹角，并用牛顿迭代法计算。

将整段链理想化为质点弹簧系统，把锚链分成N段，则有N+1个节点，两个节点问以直线代替曲线，考虑其弹性伸长，即可认为N段线性弹簧，每段质量集中在节点上[1]。

忽略水流力的情况下，运用正交分解，对第i节点的静力平衡条件，x，z两向的静力平衡方程式如下

X方向：Tjcosγj=Tj-1 cosγj-1

Z方向：Tjsinγj=Tj-1 sinγj-1+wj

其中为节点j与j+l的张力，为第j段与x轴的夹角，为质点j在水中的质量，即重力与浮力的

合力。

对锚链上每一段节点进行类推分析，并考虑到节点j与j+l之间弹性伸长的长度，表达出第一个节点的水中质量为：

根据第一个节点的水中质量判断，为0是边界条件正好满足，小于0就是存在海底施加的向上的支持力，也就是与底面接触。

根据坐标投影的关系每个节点在x方向的坐标为：

在竖直方向的坐标为：

其中，A为锚链的等效截面积，E为钢材的弹性模量，是上端点在x方向的水平分力，l为每一段的初始长度。

5 问题3的解答

建立二维直角坐标系，考虑第j节点的运动，设j质点的加速度在x和z方向上的分量为（，），则j质点在法向的附加惯性力为，设其在x，z方向的分力分别为，[1]。

根据牛顿第二定律，法线方向的惯性力在x方

向上：

Fnxj=mnj αxjsinγj

其中，mnj=ρ（DC2π/4）L Chn为j点法向附加质量（附加质量为物体受到外力f在真空中运动时，加速度a=f/m；但物体在空气或水等介质中作同样的运动时，加速度a’

通过牛顿第二定律，求出质点j在x和z两个方向的加速度分别在法向和切向引起的惯性力的表达式及其在x，z方向的分量。

X方向的加速度引起的法向惯性力及其分量：Fnxj=mnjαxj sinγj

Xxj=FnXj sinγj= mnjαxj sin2γj

Z xj=FnXj cosγj= mnjαxj sinγj cosγj

同理，可以求解出X方向的加速度引起的切向惯性力及其分量：Fnzj=mnjαzj sinγj

Xzj=Fnzj sinγj=- mnjαzj sinγj cosγj

Zzj=Fnzj cosγj= mnjαzj cos2γj

同理，z方向也有相似的6个方程。

算出所有惯性力之后，对j质点进行受力分析，跟之前静态方程差不多，就是多了惯性力在x和z方向上用牛顿第二定律：

（Mj+mnjsin2γj+mtjcos2γj） αxj +（Atj-Anj） αzjsinγjcosγj=Fxj

（Mj+mnjcos2γj+mtjsin2γj） αzj+（Atj-Anj） αxjsinγjcosγj=Fxj

其中，为单位节点的质量，为附加质量，两个方程里含有x，z的二阶导数两个变量，可以求得x和z方向的导数：

αxj=（FxjI3-FzjI2）/（I1I3-I22）

αzj=（FzjI1-FxjI2）/（I1I3-I22）

其中，T为拉力，为角度

I1=（ Mj+mnjsin2γj+mtjcos2γj

I2=（ mtj-mnj）sinγjcosγj

I3=Mj+mnjcos2γj+mtjsin2γj

接着，对这个微分方程进行积分求解。

6 模型的评价、改进及推广

6.1 模型的评价

1）模型的优点。（1）问题1中，采用静力分析的方法，与繁杂的动力学方程相比，计算较为简洁。运用悬链线控制方程分析锚链的受力，通过离散模型和迭代的方法进行计算，算法较以实现，计算速度快。（2）问题2中，除了问题1中用到的悬链线方程，还运用集中质量法的静态分析，进行比较分析，增强了计算的准确性。（3）问题3中，本文应用集中质量法对锚链进行动力分析和计算。本文采用集中质量法对锚链的动力性能进行理论分析，并根据理论分析编程进行计算，将问题简化。

2）模型的缺点。（1）悬链线方法有过多的假设，得到是特定情形下的近似解。在实际情况中，需要考虑所有外力才能得到更为精确的解。（2）悬链式的描链用于主要用于浅海区域，在深海区这种方法不适用。（3）对系泊系统时域分析不够全面，当考虑水流力时，没有考虑到慢漂力引起的浮体纵荡和纵摇运动和动力学响应的时间历程。

6.2 模型的改进

1）综合考虑节点所受到所有外力，在水中的悬链线方程中，用适当的数值模拟方法进行求解。2）本文集中质量法计算积分时采取差分法，然而有限元方法的通用性，处理不规则边界更为灵活。3）本文并未考虑实际情况中的三维运动。为了建立更符合实际的系泊系统的计算机仿真模型，应建立三自由度运动微分方程。4）动力分析中常用的还有细长弹性杆有限单元法，，只分析了悬链线模型和集中质量法，没有考虑细长杆

理论。

参考文献

[1]刘超。海洋工程锚泊系统计算与分析[D].武汉：武汉理工大学，2007.

[2]王磊。单点系泊系统的动力学研究[D].青岛：中国海洋大学，2012.

系统设计 篇8

关键词：变风量优化设计

1、引言

变风量空调系统于60年代在美国诞生，其基本原理是通过改变送入房间的风量来满足室内变化的负荷。在当今特别提倡节能和舒适性的条件下，变风量空调系统正在逐渐被人们接收并得到应用。

变风量空调系统主要有以下几个优点：

*由于变风量空调系统是通过改变送入房间的风量来适应负荷的变化，而空调系统大部分时间的部分负荷下运行，所以风量的减少带来了风机能耗的降低。

*区别于常规的定风量或风机盘管系统，在每一个系统中的不同朝向房间，它的空调负荷的峰值出现在一天的不同时间，因此变风量空调器的容量不必按全部冷负荷峰值叠加来确定，而只要按某一时间各朝向冷负荷之各的最大值来确定。这样，变风量空调器的冷却能力及风量比定风量可风机盘管系统减少10-20%*变风量空调系统属于全空气系统，与风机盘管系统相比有明显的好处是冷冻水管与冷凝水管不进入建筑吊顶空间，因而免除了盘管凝水和霉变问题。

*系统的灵活性较好，易于改、扩建，尤其适用于格局多变的建筑。尽管变风量空调系统有其特有的优点，但在实际设计中还是应注意一些问题，以免其带来的一些负面影响，同时，应深入研究和探讨变风量空调系统，进一步优化其设计理念。

2、空调系统

2.1、变风量空调系统是通过改变进入房间的风量来满足室内变化的负荷，当房间低于设计额定负荷时，系统随之减少送风量，亦即降低了风机的能耗。故变风量系统比较适合多房间且负荷有一定变化的场合，如办公、会议、展厅等；对于象大堂公共空间、影剧院等负荷变化较小的场合，采用变风量系统的意义不大。所以，一般在以变风量空调为主的大厦中。其大堂等公共空间还是以定风量空调系统为好。由于其场合一般都是高大空间。如果采用变风量空调系统，当其变风量变小时，会改变气流组织，影响空调系统的舒适性效果。

2.2、当今国内设计的变风量空调系统，其末端装置以电动节流式压力无关型为主。该末端装置可分为有带风机和不带机两种。带风机的末端装置又可分为带并联风机的末端装置和带串联风机的末端装置，一般选用以后者为主。

图1是典型的单风道变风量空调系统。在通常设计的大楼中，将空调平面分成内外两个区，以围护结构退深3-4米的周边区域定为外区。其内中心区域则为内区。对内区而言，其空间需常年冷负荷，而外区在夏、冬季需不同的冷、热空调。由于内区常年供冷，建议采用不带风机的末端装置，其气流组织亦比较容易保证空调舒适性要求。对于外区，则建议采用带风机的末端装置，其出风口设置再加热器。在北方地区，其再加热器以热水盘管为主；而在南方地区，由于其加热量较小，可以考虑利用富裕的夏季电动制冷机组的用电装机容量来设置电加热器。在冬季空调运行中，周边区域的末端装置将一次冷风风量调至最小值（其设定的最小值用来满足将房间的最小新风量），再由末端装置出口处的加热器加热其空调送风。如设计采用无风机的末端装置出口处的加热器热其空调送风。如设计采用无风机的末端装置，则冬季最小送风量将大大低于夏季运行时的额定设计风量，则势必大大降低送风口的出风风速，严重影响周边区域的气流组织。对于一定的外区冬季空调时的再加热量，当风量减少时，则会提高其空调送风温度，同样影响空调的舒适性效果。故外区一般采用带风机的末端装置，则可完全避免以上两大问题。通过风机的作用，尽管一次风量减少，由于二次回风的补入，保证了送风量，定于设计的额定风量；同时由于送风量的增加，降低了其它调送风温差。另外，由于末端装置内的风机克服了其出风处再加热盘管的压力，从而降低空调器出风所需提供的静馀压。

2.3、还有一种设计思路，即内外区全部无风机的末端装置，出口处也不用设置再加热器，而在周边围护结构内侧下方另设立式风机盘管。夏季空调运行时，完全由变风量末端装置提供的送风量来满足内外区的冷负荷要求；冬季空调运行时，内区冷负荷空调仍由该区的变风量末端装置来提供，而外区的热负荷空调则由周边风机盘管来提供，外区的变风量末端装置只提供其所需的新风量。这种设计方法，由于避免了吊顶内设置带风机制末端装置，从而降低了该风机带来的噪声问题，介同时由于周边需另设立式风机盘管，这势必减少了空间的利用率，对室内装修也带来了一定的影响。当然，这种设计方法已不是真正意义上变内量空调系统。

3、空气处理

图2是典型的变风量空调系统冬季运行时的空气状态变化图，系统设计中，各楼层的一次风空调器只设冷却盘管，而集中式新风空调器设置冬季预热盘管和加湿器。作为冬季运行，新风经新风空调的预热盘管加热至O1或O2点，经加湿处理后至E点，而后与楼层空调回风混合后达到R点，再经一次风空调器的冷却盘管处理至出风状态点S.新风加器可以采用等温加湿和绝热加湿两种方法。由于新风加湿量较大，故等温加湿一般采用乾饱和蒸汽加湿法，而绝热加湿法，对于高压叶喷雾加湿法，由于无法做到比例调节，实际运行时控制精度很差，故新风加湿一般以采用乾饱和蒸汽等温� 该空调系统夏季运行时，新风空调器不作任何处理过程由楼层空调器各自承担，其空气处理过程如图3所示。这种设计方法的优点是，所有楼层空调器只设冷却盘管，而由新风空调器集中处理冬季室外新风的加热和加湿过程。这样，简化了整个大楼的空调系统，也大大节约了系统的初投资费用。但其缺点是，为了室内新风的集中加湿，必需先对其等湿加热，而楼层空调器对其混风空气进行冷却处理才能达到空调所需的一次风出风状态点。如此空气处理过程，势必产生空气先加热扣冷却的抵消作用，造成大楼空调系统运行时能耗的大量浪费。

针对上述空调系统的缺点，笔者建议集中式新风空调器只设预热盘管，不设加湿器。大楼标准层的空调器只设冷却盘管和高压喷雾加湿器，而对于其它楼层有额定热负荷的情况下再加设加热盘管。该空调系统夏季运行时，其空气处理过程也如图3所示。而作为冬季运行，新风空调器只对室外新风进行预加热，新回风混合后进入楼层空调器，空调器则根据控制要求对其加热或冷却（对于不同楼层，回热或冷却可能同时存在）当然，新风加热处理后温度设定值的前提是大于+5°C，且保证标准层空调器的入风空气状态R2的焓值不低于S点，避免其加热过程。经盘管后的空气状态点，其空气处理过程如图4所示。该变风量空调系统，由于充分利用了冬季室外新风集中加湿而产生的大量冷热抵消作用，是一种比较节能的空调形式。

4、冷热源

对于变风量空调系统，冬季和过渡季节运行时需同时满足内外区的冷、热负荷要求，故空调水系统采用四管制。由于系统要求同时提供冷、热源，除采用常规的电动制冷机组加蒸汽或热水锅炉外，可以考虑采用直燃式溴化锂冷热不机组，其具有运转时无振动，无磨损，运行经济可靠等优点。不过，如采用直燃机组需注意以下几个问题：

*机组供水温度因为溴化锂机组的冷冻水供水温一般只能达到+7°C左右，当变风量空调系统设计低温系统时，系统需提供足够低温的冷冻水，而这对于溴化锂组而言就难以胜任了。

*直燃机组需采用分隔式供热机组如果采用主体供热式直燃机组，由于无法同时制冷和制热，不能满足变风量空调系统需同时提供冷、热源的要求。

*配置低负荷运行时只有内区少量冷负荷，其总冷负荷大大低于夏季空调时的总负荷，如在此低负荷情况下运行，直燃机组将大大降低其运行的经济性和可靠性。故此时，低负荷制冷由独立的电动冷水机组承担为好，直燃机组只作制热用。

在空调水系统设计中，冷却塔可以设计采用独立小塔不分彼此、统一组合的形式，所有冷却塔风机采用双速风机。实现运行时，不管入塔水量及水温如何变化，冷却塔通过调节风机风量以保证出塔却水的温度，这样可以有效降低冷却塔的运行能耗。由于变风量空调系统冬季亦需提供冷源，可考虑在室外空气条件允许的情况下，利用冷却塔的冷却能力，通过板式热交换器，提供一定低温的冷冻水，以达到不开冷水机能的节能空调运行。

5、风量平衡

图5是典型的变风量系统的经济运行。对于采用混风的空调系统，新风量在各个房间是按风量分配的。也就是说，即使总新风量达到要求，在的房音也会有新风不足的问题，对于变风量系统，由于送入房间的要求，总新风量将会增加，基至在有的时候可能超过空调需要的送风量。为此可这样考虑，在一定的新风量下，总回风中二氧化碳的含量不一定超标，可以利用回风以减少总新风量。图示空调系统运行时，送风机根据空调负荷确定送风量，新风机则根据回风的空气品质确定提供的新风量，而排风机则根据房间的所需正压值匹配新风机的运转。在过渡季节，调节新风机和排风机的运转风量来维持一定的新回风混风温度，这样做法是充利用室外新风的低湿冷却作用以减少冷机的开启时间。但在实际采用时，如大楼标准层独立设置一套变风量空调时间。但在实际采用时，如大楼标准层独立设置一套变风量空调系统，这种做法需在每个楼层设两台变频调速风机（新风机和排风机）。这势必增加了每个空调机房所占的空间，也大大增加了初投资费用。为保证室内空气品质，系统实际运行时，是通过探测回风空气中的CO2浓度来控制新风量的，但CO2浓度达到要求并不能代表室内建筑空气品质合格，室内还会存大其它挥发性污染物。

鉴于以上两点原因，在实际设计时，往往确定一个满足额定空调状态时室内空气品质所需的固定新、排风量。特别是在大楼存在大量分层空调的标准层系统时，通常各设置一套新风系统和一套空调排风系统，其总管统一设置的新、排风机采用变频调速风机，且系统在每个楼层的新、排风支管接口处各设一个定风量控制器，新风机的转速控制匹配于新风机的运转，保证整个大楼的风量平衡。当然，大楼内还需设置一套厕所不间断定风量排风系统，保证厕所内异味的排除。

在一些设计实例中，往往忽略了楼层内排风支管接口年设置定风量控制器，并把空调排风与厕所排风合为一个排风系统，对于这种设计，虽然排风机仍为变频调速控制，能达到整个大楼的新、排风总量平衡。但对于每个楼层而言，排风系统理论上各楼层排风量是平均分配的，而其馀空调运行的楼层所分配到的排风量减少，造成房间过高的正压。对于大楼的大堂等公共空间的空调设计，一般采用常规的定送风量、定新风量的空调系统。考虑到冬季空调运行时，对于楼体较高的大楼，会产生较大的热升效应，从而造成大堂冬季空调运行时产生较大的负压。为此，大堂等公共空间的空调可以考虑采用定送风量、变新风量的系统，空调新风由变频调速的新风风机提供，通过调整新风送入量来保证不同季节空调运行时室内，定正压（公共空间室内压力设定值应满足最小新风量所需的风量）。

6、自动控制

空调系统的正常运行主要依靠自动控制系统，这套自动控制系统与整个大楼的自动化管理系统的电脑相连接，实现中央监控和调节。在一般变风量空调系统的大厦中，包括以下几广面的要求。

*水阀的调节

在个别定风量系统中，由回风温度控制安装在冷热水回水管上的电动二通比例式调节阀。在新风系统在变风量系统中根据送风温度控制安装在冷热回水管上的电动二通比例式调节阀。如在高大公共空间设置空周边热水采暖设备，则由其周边采暖区域的温度控制设在热水采暖设备回水管上的电动二通比例式调节阀。

*风阀的调节

在变风量每个末端装置的控制区域，放置一个感温器。根据感温器所测的温度与室内温度设定值的差值，控制该区域的末端装置内一次风电电动机风阀的开启度，对于周边再加热变风箱，当室温下降，风阀关至最小风量值时，启动再加热器，提供外区空调所需的热负荷。

*变静压法的变风量系统控制

在一些小规模的变内量空调系统可采用变静压控制法采用变静压控制法的系统总风管中所需设置静压传感器，而是在变风量末端装置中设置阀门开度传感器，而是在变风量末端装置的开启度，由此判断和计算来调节一次风空调器内风机的变频器，使具有最小静压值的末端装置的阀门处于全开状器，使具有最小静压值的末端装置的阀门处于全开状态，这样可以尽量降低风机运行的静馀压，节约风机的能耗。

*定静压法的变风量系统控制

在通常的变风量空调系统中，一般设计采用定静压控制法。由于采用定静压，当所有末端风量都低于额定风量时，在系统的实际资用压力将低于设计资用压力，此时，再维持系统中的设定静压值则不利于风机的节能。但由于定静压控制的变风量系统，其空调器的风机调节与末端装置的控制无直接联系，故该系统控制方法比较简单，运行可靠，适合于较大的变风量空调系统的场合。

在公共空间和主楼标准新风竖井中各放置压力传感器。根据压力传感器所测的压力与设定值的差值，控制公共空间和办公新风竖井的压力定。主楼排风风量则根据新风机的运行情况而作自动相应调节。

*对于空调器内的加湿器，根据室内的相对温度，控制一次风的加湿量。

*在新风入口设置电动风阀，与新风送风机连锁开关，以防冬季非运行时盘管冻裂。

*空调自控系统还包括冷冻机组运行台数控制，优化启停控制，供回水压差恒定控制，启停联锁控制，各运行状态的遥感遥测和非正常状态的故障报警等。

7、设计中值得注意的问题

7.1、噪声

在变风量系统中，比较大的噪声源除了送、回（排）风机外，还在变风量末端装置，流过末端装置入口的风速都比较高。因为压力无关型的变风量末端装置都带有风速测量传感器，这些传感器一般要求风速高于一定数值才能保证测量准确。一般的节流型末端装置是靠调节阀片开度来改变风量的，所以当阀片的风速也增加了，所以，入口调节阀片关小时，流经阀片的风速也增加了，所以，入口调节阀片处是末端装置产生较高噪声的一个主要来源。另处，如果采用带风机的末端装置，该风机也是一个产生噪声的根源。

对于以上噪声问题，笔者提出以下几点建议供读者参考：

*校核选用的末端装置在最小风量、最大风量时产生的噪声。因为末端的型号越大噪声也越大，故在便于合理布置空调系统的前提下，尽量选用小型号的末端装置。

*在变风量系统中采用变静压法自动控制系统，尽量提高系统末端装置的节流调节阀的平均开度，从而降低末端入口调节阀的节流噪声。

*对于带风机的末端装置，视噪声控制要求而定，合理选择该末端置的风机运行风量，有可能的话，设计考虑全部采用无风机的末端装置。

*在末端装置的出风管上，合理设置所需的消声设备。

7.2、新风

图1是典型是单风道变风量空调系统。一定的新风量直接送入空调器与回风混合，再由末端装置分配送入各个房间。由于新回风比例在一定时期是固定的，当某一房间冬季的负荷降低而引起送风量的减少时，其送入房间的新风量也势必减少，特别是外区范围内的周边小房间，由于该房间冬季空调时，含新风的一次风量只为定最小值，在实际运行控制时，为了尽量减少外区的末端装置对空调送风再加热而与一次冷风造成的冷热抵消，往往将冬季一次风量最小值设定得过小，从而造成房间缺少新风，室内人员感到憋闷。故在这些特定房间内，应适应提高末端最小风量与最大风量之比（变风量比），以提高足够的新风所需。如在一些内外区连通的空间场合，由于内外区的空气可以自由流通，则可适当降低变风量比，减少一次风的冷热抵消量，以达到节能效果。

7.3、气流组织

在一些南方地区，冬季空调运行时外区的热负荷较小，故外区的末端装置设计采用电加热。由于采用了电加热器，它设有热水盘管所产生的额外空气流通阻力，因此采用无风机的末端装置也较多，此时，因设有风机的恒定送风量的作用，须仔细分析气流组织，合理布置周边空调送风口，一般应采用条缝型风口靠外窗布置为好。避免如同内区所采用的方形平面散流器的布置形式。同时，可适当提高末端装置设定的变风量比。

7.4、房间温度控制

空调系统设计中应尽量避免同一个末端装置的送风口跨分隔布置。因为末端装置的送风量是根据感温器所测温度与房间温度设定值之间的差值来控制的。当同一个末端装置的送风品跨度分隔布置时，感温器只能感知一个房间的温度，如不同房间的负荷变化不相同时，则势必会造成不同房间的实际控制温度的偏差。在冬季空调运行时，如在一些内外区连通的大空间场合，可考虑外区的设定温底低于内区2-3oC.这样，有利于内区产生的部分富裕热量传至外区，承担外区的部分热负荷，从而达到空调运行时的节能作用。

系统设计 篇9

[关键词]供暖通风系统；防火防烟系统；设计

中图分类号：TD724 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）30-0206-01

供暖通风系统在当今的建筑工程中有着非常广泛的应用，同时它也对建筑的性能有着非常重要的影响，供暖通风系统中存在着很多的子系统，这些子系统在供暖通风系统运行的过程中也占据着十分重要的位置，其中，防火防烟系统更是如此，本文就对防火和防烟系统的设计进行具体的分析，以供参考和借鉴。

一、供暖通风系统概述

供暖通风系统也被人们广泛的称之为暖通系统，是目前建筑工程项目中应用最为广泛的一种，其主要包含有制冷供暖系统、新风系统、排风系统等多个子系统，其也是有这些系统综合、系统、合理设计形成的一套室内环境优化和处理措施。这里我们所说的暖通从功能上说，是建筑物的一个分部工程，从建筑设计上分析，是建筑设计工作的一个分项环节。随着科学技术的发展，传统的暖通概念由于专指空调这一局限性而无法满足时展需求，取而代之的是一种节能、环保、舒适为主的新型建筑结构体系。

二、供暖通风系统和防火防烟系统

当代建筑的设计中，通常都会设置供暖通风系统，这一系统中的防烟系统会对整个系统的安全和平稳运行构成非常关键的影响，防烟系统的设置形式、楼梯间的正压和机械排烟系统的排烟量和防烟区域的划分有着非常密切的联系，对于高层建筑的防烟系统设置而言，应该有着比较细致的划分，一般可以将其主要分成两大类，一类是机械的排烟设施，一种是可开启外窗的自然式排烟措施，其中，自然排烟措施时使用建筑物的外窗和阳台结构作为排烟口将有毒的气体释放出去，同时也可以更加有效的降低气体的浓度。除了高度是50米的住宅建筑和高度超过100米的公共建筑之外，在设计的过程中应该在消防电气和合用前室应该使用自然排烟的方式，按照相关的标准和要求排烟窗的设置中应该设置在能够给天窗开启比较容易的地方，但是在安装的时候，如果高度过高就会给排烟窗的安装和开启都造成非常大的障碍。通风通常就是指将新鲜的空气送进室内，同时将污浊的空气排出，这样就起到了很好的净化室内空气的效果，这种技术在使用的过程中能够很好的保证室内的安全和卫生。通风方面也有着非常详细的分类，机械通风中通常可以分成两种形式，一种是局部通风，一种是全部通风，其中全面通风比较适合应用在建筑面积相对比较大的建筑当中，用新鲜的空气来冲淡已经被污染的空气。通风系统所造成的危害也是非常明显的，其

对于供暖通风系统防火防烟系统的设计主要就从以下几个方面来进行：

1）自然排烟系统的设计。防烟楼梯间前室、消防电梯前室可开启外窗面积不应小于2平方米，合用前室不应小于3平方米，靠外墙的防烟楼梯间每五层内可开启总面积之和不应小于2平方米，长度不超过60m的内走道可开启外窗面积不应小于走道面积的2%。在设计排烟的房间时，需要排烟的房间可开启外窗面积不应小于该房间面积的2%；净空高度小于12m的中庭可开启天窗或高侧窗的面积不应小于该中庭地面面积的5%。防烟楼梯间前室或合用前室；利用敞开的阳台、凹廊或前室内有不同朝向的可开启外窗自然排烟时，该楼梯间可不设防烟设施。排烟窗宜设置在上方，并应有方便开启的装置。

2）机械加压送风防烟系统的设计。在许多的建筑采用机械加压送风防烟系统，在设计的时候。高层建筑防烟楼梯间及其前室、合用前室和消防电梯前室的机械加压送风量应由计算确定，或查表确定。当计算值与查表结果不一致时，应按两者中较大值确定。层数超过32层的高层建筑，其送风系统及送风量应分段设计。剪刀楼梯间可合用一个风道，其风量应按二个楼梯间风量计算，送风口应分别设置。封闭避难层（间）的机械加压送风量应按避难层净 面积每平方米不小于30立方米/小时计算。机械加压送风的防烟楼梯间和合用前室，宜分别独立设置送风系统，当必须共用一个系统时，应在通向合用前室的支风管上设置压差自动调节装置。

3）机械排烟部分的设计。排烟口应设在顶棚上或靠近顶棚的墙面上，且与附近安全出口走道方向相邻边缘之间的最小水平距离不应小于1.5米，设在顶棚上的排烟口，距可燃构件或可燃物的距离不应小于1米。排烟口平时应关闭，并应设有手动和自动开启装置。防烟分区内的排烟口距最远点的水平距离不应 超过30米。在排烟支管上应设有当烟气温度超过280度时能自动关闭的排烟防火阀。排烟风机应保证在280度时能连续工作30分钟。走道的机械排烟系统宜竖向设置；房间的机构排烟系统宜按防烟分区设置。排烟风机可采用离心风机或采用排烟轴流风机，并应在其机房入口处设有当烟气温度超过280度时能自动关闭的排烟防火阀。机械排烟系统中，当任一排烟口或排烟阀开启时，排烟风机应能自行启动。排烟管道必须采用不燃材料制作。安装在吊顶内的排烟管道，其隔热层应采用不燃烧材料制作，并应与可燃物保持不小于150mm的距离。

三、供暖通风系统防火防烟系统的设计监督

在进行供暖通风系统的防火系统设计的过程中应该加强监督工作。主要应该从以下几个方面来入手：

首先是应该在实际的工作中不断的加强对施工人员的培训，同时相关的部门也应该对消防报警和电气固定等灭火的措施加强管理，在培训的过程中也要重视防烟系统施工人员的培训。其次是应该在设计监督的过程中不断的加强对设计和施工单位的监督，同时还应该明确设计和施工单位的责任。防排烟设施是自动消防系统建设过程中非常重要的一个环节，严格按照标准来说，其主要责任应该由消防设计和施工单位来承担，但是在当前的很多供暖通风空调系统的安装和建设中通常都是由施工单位来完成的，这样对责任的划分界限就不会非常的明确。最后是对项目要进行详细的检查，消防部门要在这一过程中对施工的图纸进行严格的检查，要着重对自然排烟窗的位置和开窗的面积等进行有效的监督和控制，如果发现了问题要及时的对其予以控制，保证设计和施工的质量。

四、结束语

现代建筑普遍应用供暖通风系统，其防火排烟系统的安全稳定运作直接影响着建筑和其中人员的生命财产安全。只有进行其设计，才能促进对防火排烟系统的安全稳定的运作。

参考文献

[1] 中华人民共和国国家标准 GB19-87（2001年版）.供暖通风与空气调节设计规范。 北京：中国计划出版社，2001.

系统设计 篇10

关键词：LNG 冷藏系统 蓄冷系统

一、前言

在如今的情况下，需要大力研究冷藏系统的节能环保技术；过去那种采用常温燃料的冷藏车在应用过程中逐渐暴露出来了严重的环保和节能问题，而LNG汽车因为采用的是低温燃料，制冷利用的是低温燃料LNG复温过程中释放的冷量，这样能量就可以得到有效的节约，设备也不会过于复杂，同时噪声也可以得到降低。

目前通常将这种方法应用到LNG冷藏车中，也就是通过LNG的气化将冷量直接释放于空气中，并不复杂，但是因为没有蓄冷装置存在于冷能回收系统中，对于不同的行车工况，冷量需求无法得到满足。如果在冷藏车中应用液化天然气直接汽化回收冷量的方法，存在着诸多的问题，因为LNG只有较低的储存温度，那么在换热的时候如果利用LNG的潜热或者显热来直接进行，就会冻结到空气中的水蒸气或者二氧化碳等气体，堵塞到换热流道，影响到正常工作的开展。

二、LNG冷藏车冷量回收系统

一是LNG冷藏车冷量回收系统：LNG是LNG冷藏车的动力燃料，制冷是利用LNG气化升温过程中释放的冷量来实现的。相较于机械冷藏车，这种冷藏车更加的简单，很多的设备都被省去了，如冷凝器、膨胀阀、压缩机等，系统结构的简化，也促使投资和运行成本等得到了降低。相较于液氮冷藏车，虽然有着大致相同的制冷原理，但是因为冷藏车的燃料是LNG，那么就可以采用更加简单的制冷系统。本文设计的LNG冷藏车在冷量回收系统方面主要由空气冷却器和冷量回收器构成，LNG在0.2mpa压力下储存于低温储罐中，在压力作用下，从储液罐中送出LNG，然后送入到冷量回收期中。载冷剂加热冷量回收器，经过气化升温，向加热器送入，等到温度达到相关标准后，向汽车发动机中送入。载冷剂提供潜热和显热来促使冷量回收器中的LNG气化升温，然后载冷剂还冷却车厢内的空气，经过升温，向冷量回收器中返回。

二是冷量回收器的设计：本文对传统的冷量回收器进行了创新，以此来交换载冷剂和LNG的冷量，并且还需要传递和蓄存冷量。具体来讲，蓄冷罐和螺旋式盘管组成了冷量回收器，采用的是桶状蓄冷罐，将载冷剂充满罐中，并且将保温层覆盖于壁面。在载冷剂的选择方面，采用的是乙二醇溶液，并且将适量的添加剂加入到了乙二醇中，这样就可以对它的流动特性进行改变。在这种情况下，LNG和乙二醇溶液是不会出现直接换热的，这是因为有蓄冷材料存在于螺旋管外，那么就不会冻结到乙二醇溶液。通过大量的实践研究表明，这种冷量回收方案有着较高的蓄冷效率和较小的体积。

三、 构建仿真模型

本文主要仿真了LNG冷量回收系统，它包括了空气冷却器以及冷量回收器等组成部分。具体来讲，需要从这些方面考虑：

一是仿真中物性的计算：在仿真LNG冷藏车冷量回收系统的过程中，将会多次调用LNG、载冷剂乙二醇的物理性质计算模块，因此就需要充分重视本模块的计算精度和速度，否则就会对仿真计算的效果产生影响。流动状态的不同，LNG的物性参数也会出现较大的差异，因此，就需要严格依据相关方法来进行LNG物性的计算。

二是部件仿真：其中，换热器模型的构建是整个LNG冷藏车冷量回收系统仿真设计中的关键内容，本文在对空气冷却器进行建模时，采用的是稳态分布参数法，合理划分整个空气冷却器，将每一个单元定义为每一段管和附属的肋片。沿着空气流动方向，对其进行划分，本模型一共划分为800个单元。本文对每一个单元进行逐步计算，严格依据载冷剂流动方向来进行，第二个微元段的入口参数就是第一个微元段的出口参数，那么通过计算，就可以将参数变化情况给有效得出来。我们还做了这些假设，以便更好的进行计算，同时计算精度也可以得到满足：首先是管内载冷剂以一维均相流动，管外空气的流动也是如此；我们忽略掉管壁热阻，并且管壁的轴向导热也不纳入考虑范围，这是因为换热不会受到这两种因素较大的影响，忽略之后误差也不会因此而加大；最后是假设各个单元的参数不会发生较大的改变。可以得出这个方程式：

三是系统仿真：我们仿真过空气冷却器和冷量回收器之后，就需要链接乙二醇的进出口温度和流量之间的关系，这样一个完整的系统仿真模型就构建了起来。通过这些步骤我们可以了解到，要想促使给定条件下的系统整体达到稳定状态，就需要耦合进出口参数，并且改变假设参数。

四、仿真结果

通过模拟仿真LNG冷藏车冷量回收系统，可以得出送风温度以及制冷量在不同系统参数下的改变状况，分析这些模拟结果，就可以更好的设计LNG冷藏车。主要包括这些方面的内容：

不断升高乙二醇进口温度，就会升高空气出口温度。通过实践分析可以得知，空气出口温度大概每升高1摄氏度，都会增加0.5摄氏度左右的空气出口温度。因此，我们可以得知，只有降低了送入空气冷却器的乙二醇温度，才可以促使送风温度得到降低。

不断升高乙二醇进口温度，就会不断减小制冷量，通过实践研究表明，大概每升高1摄氏度，就会减小0.05kw左右的制冷量。因此，我们可以得知，乙二醇进口温度会对制冷量产生直接的影响。

五、结语

通过上文的叙述分析我们可以得知，传统的LNG冷藏系统在应用过程中逐渐出现了较多的弊端，不利于环保和节能。针对这种情况，本文设计了新型LNG冷藏车冷量回收系统，LNG气化升温过程完全用于冷藏车的冷量；通过实践研究表明，可以有效降低运行成本和噪声污染，节能环保的要求也可以实现，因此可以大力推广和应用。

参考文献

[1]盛青青，叶金，吕磊磊。利用LNG冷能的冷冻冷藏库设计[J].能源技术，2007，2（6）：123-125.

[2]张树龙，李秀娟，段常贵。利用LNG气化站冷能的冷库系统研究[J].煤气与热力，2007，2（12）：98-99.