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关键词 加热炉;PLC;MCGS;演示系统
中图分类号:TP315 文献标识码:B
文章编号:1671-489X(2013)27-0033-03
1 引言
目前我校电气工程学院自动化实验室普遍存在控制对象单一,而开出的综合性实验由于缺少实际具体被控对象而大都处于模拟调试阶段,无法实现控制器与实际被控单元的在线调试,同学们很难将实验室设备与现场联系在一起,无法真正做到实际技能培养和训练的目的。
为了更好地帮助自动化专业学生对现场控制系统结构有更清晰的认识,利用学习过的工业现场的有关知识来解决实际问题[1],本次设计以八钢棒材厂加热炉为背景,开发完成了与生产实际紧密结合的步进式加热炉实验演示系统。学生不仅可以更好地了解封闭加热炉内部结构,还可以演示加热炉内部工作情况。这对于学生建立对加热炉及复杂工业生产过程的认识,自主实现模拟工业过程中检测和控制技术,综合掌握所学知识,提高学生工程实践和创新能力具有很好的帮助。
2 模型总体设计
加热控制是棒材加工过程中的关键步骤。根据控制工艺,只有对加热炉的燃烧温度以及进出钢顺序进行控制,才能保证棒材产品的质量。
2.1 工艺流程
加热炉由进钢、出钢和炉体三部分组成。加热炉的进、出钢部分分别在炉体两侧进出。首先将准备加工的钢坯送到上料台架上,按照炉体大小,通过钢坯切割,由拉钢机逐根拉至分钢机,并传递到炉前的装料辊道上。按照控制炉内悬臂辊道速度的方法使钢坯在炉内辊道上准确定位,然后由对齐推钢机将定位好的钢坯推到加热炉固定梁中开始加热。
加热炉内部由预热段、加热段、均热段三段式连续顺序加热组成。在预热段先利用烟气对刚送入炉体的钢坯进行缓慢加热,减小钢坯的热应力,一般温度控制在350 ℃;而加热段控制在800 ℃左右,通过快速加热来降低钢坯在高温区的停留时间以降低氧化和脱碳程度,提高钢坯品质;最后均热段为了消除由于快速加热而产生的“黑印”问题,一般温度控制在1050 ℃,此时钢坯表面温度不再升高。一般加热段和均热段烧嘴顶部采用平焰形式。钢坯在炉体内由预热段到达均热段的过程都是由步进梁通过上升,前进和下降及后退不断往复一步步地把加工好的钢坯送到炉子的出钢段,最后由出钢部分的炉内悬臂辊道将钢坯送出炉外,完成钢坯加热过程。如果当炉子在检修或者发生事故时,可通过控制步进梁反向逆循环运动,将钢坯由出钢部分送回到进钢部分[2-3]。
2.2 模型装置制作
按照工艺流程,所设计和制作的模型比实际加热炉系统简化和美观。模型是开放式的,学生可以很清楚地看到炉体内部结构。模型由进钢机、步进梁、出钢机、推钢机、温度传感器、霍尔开关等部分组成。为保证系统安全可靠运行,在装置中还安装了到位开关、报警灯装置[4]。其模型如图1所示。
3 模型控制系统设计
炉温和步进梁控制是加热炉的控制核心问题。为了保证钢坯在加热炉内的顺利传递,满足对轧钢机的供应量,本次采用西门子PLC完成对下位加热炉模拟装置的控制,并通过MCGS实现对模型的上位监测[5]。
3.1 下位控制系统
根据模拟装置控制点的要求,本次控制系统选用西门子PLC中CPU224控制器和EM235模拟量模块。由于CPU224控制器本身具有14输入/10输出共24个数字量I/O点[7],满足输入/输出控制点个数要求,可根据检测到的行程开关及霍尔开关等信号来判断控制各部件的运行状态。由于加热炉各部件动作是根据温度操作,系统还扩展了EM 235模块,完成对炉内不同区域段温度的模拟采集。最后利用PPI协议实现与上位监测系统通讯,实现对加热炉工作状态的在线观测。其控制总体流程如图2所示。
3.2 上位监测系统
由于加热炉周边温度很高,往往无法直接观测其内部状态,因此为了更贴合实际,还利用MCGS软件制作完成了上位监测系统。该系统由进入界面、监测系统主界面、步进梁运功轨迹、实时和历史曲线、实时和历史数据等界面组成。监测主界面由氧气和煤气管道、进钢机、步进梁和出钢机、推钢机、报警等控件组成。当系统进入运行环境后,可以在线监测到各部件的情况及温度数据和曲线[8]。主界面如图3所示。
4 演示系统运行调试
在完成上位系统设计后,就可将下位PLC控制系统与上位系统进行通讯联调。最重要的就是利用西门子PPI通讯协议,将上位系统实时数据库的各个变量与下位PLC所对应的程序变量相互连接定义,并设置串口通讯参数。最后通过不断运行调试,达到画面能够监测和跟踪上加热炉各部件的运行情况,其系统在线监测画面如图4所示。
5 结论
本次制作的步进式加热炉演示装置以棒材厂加热炉为实际对象,采用在实际现场中常用到的PLC、传感器及继电器等工业级元件,设计制作了演示模型。并根据工艺流程,编写演示控制程序,实现上位在线监测和下位控制。该系统不仅可以实现PLC自动控制,还可根据要求完成手动操作控制。而且该装置来自于现场,控制过程直观,为学生进一步了解实际现场的控制要求和思路提供了便利。同时,该装置还可作为过程控制、单片机控制及计算机控制的被控对象,为相关课程的学习提供更实际的实验平台。
参考文献
[1]李雪龙,满新梅,曹晓岭.八钢棒材轧钢加热炉工艺特点[J].新疆钢铁,2005(3):12-15.
[2]王珍,赵延峰.鞍钢厚板厂步进梁式加热炉工艺设计[J].鞍钢技术,1997(7):14-16.
[3]汤秀琴,王云川,张东平.加热炉加热过程优化控制系统的研究与应用[J].控制工程,2006(3):18-22.
[4]乔坤.基于PLC和WinCC的步进式钢坯加热炉过程控制[J].自动化应用,2012(7):52-53.
[5]SIEMENS AG.SIMATIC S7-200 Programm-able Controller System Manual,2004.
关键词:数字城市 地理空间基础框架 地理信息公共服务平台 软件体系
中图分类号:P208 文献标识码:A 文章编号:1672-3791(2016)02(a)-0006-02
数字城市地理空间框架建设的主要内容包括基础地理信息数据库、地理信息公共平台、支撑体系及应用示范系统等4个方面的建设内容。基础地理信息数据库是地理空间框架的核心;地理信息服务平台是地理空间框架应用服务的表现;支撑体系是地理空间框架建设与服务的支撑和保障;应用示范系统是地理空间框架的应用和推广。
1 基础地理信息数据库建设
基础地理空间数据提供了有关自然、人文、经济、环境等要素的几何位置、形态特征和相关关系,使用户可以以地理坐标或空间位置集成、检索、展示各种城市信息,进行空间分布特征、运行状态、变化趋势等的查询分析和模拟。
1.1 测绘基准
测绘基准包括大地基准和高程基准。数字城市地理空间框架建设必须规范基础地理信息数据所采用的测绘基准,以保证各类地理信息数据和专题数据的大地基准和高程基准的统一,便于地理信息数据及其服务的广泛推广和深入应用。
1.2 基础地理信息数据库
基础地理信息数据库是按照统一的测绘基准整合和集成国家级1∶1 000 000、1∶250 000、1∶50 000基础地理信息数据,省级1∶10 000、1∶5 000基础地理信息数据及市级1∶2 000、1∶1 000和1∶500的基础地理信息数据,形成多源、多尺度的基础地理信息数据库;开发数据库管理系统,实现基础地理信息数据的统一管理。基础地理信息数据库构成如图1所示。
1.3 数据库管理系统
数据库管理系统是为基础地理信息数据及其元数据的建库、管理、更新、制图、输出等操作提供软件工具支撑。其功能需满足《基础地理信息数据库基本规定》(CH/T9005―2009)的要求,具备数据的处理、输入、输出、查询、统计、分析,以及历史数据管理、元数据管理、安全管理等多方面的功能。
2 地理信息公共服务平台建设
在基础地理信息数据库建设的基础上,按照一定的标准和规则,对基础地理信息数据进行提取、整合和重组,生成满足政府部门和社会公共需求的地理空间框架要素数据;通过建立要素和瓦片数据的一体化索引,实现多种数据的无缝集成;研制开发网络化的应用服务与运行维护系统,形成唯一的、权威的数字城市地理信息公共平台。地理信息公共平台建设内容包括1套数据库和4个软件系统。
2.1 面向服务的产品数据
面向服务的产品数据主要包括在基础地理信息数据上通过数据提取、扩充和重组等加工处理形成的框架要素数据、遥感影像数据、数字高程模型数据、电子地图数据、三维景观数据、地名地址数据等面向服务的产品数据,以及其他部门或单位的专题数据,还有目录和元数据等。针对不同的应用和保密要求,面向服务的产品数据可分为基础版、政务版和公众版3种形式。基础版数据主要面向专业用户;政务版数据主要面向政务用户;公众版数据主要面向社会公众。根据数据自身的特点,多个版本可共用1套数据。
2.2 地理信息公共平台软件体系
地理信息公共平台软件体系主要包括门户网站、数据交换系统、地理信息服务系统、数据运维管理系统和平台运维管理系统5个方面。
(1)门户网站是地理信息公共平台的统一访问界面,提供地理信息浏览、地理信息数据存取与分析处理等多种服务,是在线服务系统的集中表现,为用户提供一站式地理信息服务。(2)数据交换系统用以实现面向服务的产品数据和专题数据的集中管理以及相互之间的交换。(3)地理信息在线服务系统采用面向服务的体系架构(SOA)设计理念,通过服务的方式对外提供地理信息公共服务,以实现数据和应用的分离。(4)数据运维管理系统是用来实现多种类、多尺度、多坐标系统的具有稳定标准规范的数据的入库、更新和维护,应具有数据的采集、生产、更新、整合、、维护等功能。(5)平台运维管理系统是实现对用户和服务的全过程监控,以保障平台的正常、安全和稳定的运行,应具有用户注册、权限配置、交换配置监控、数据运维监控等功能。
3 支撑体系建设
支撑体系建设包括政策法规与标准规范建设、组织机构建设、机房环境、软硬件环境、网络环境等基础设施建设和人才队伍建设等多个方面的内容,是数字城市地理空间框架项目建设、运行和服务的支撑和保障。在进行软硬件环境建设时应考虑和数字省区地理空间框架的一致性和兼容性,充分利用现有的基础设施条件,但同时也要关注各种环境条件的先进性、可扩展性及可伸缩性。
4 应用推广思路
数字城市地理空间框架建设的主要目的是要建立一个多尺度、信息丰富、现实性强的基础地理信息框架,实现地理信息数据的交换和共享,为城市信息化建设奠定基础。因此,在项目建设中应高度重视应用示范系统的建设,选择至少4个典型示范应用,以检验数字城市地理空间框架的建设成效。
5 结语
数字城市地理空间框架建设是数字城市建设的核心任务之一,其目的是为了实现地理信息的交换和共享,为政府宏观决策和社会公众提供地理信息服务。因此,项目建设必须以政府为主导,立足于当地实际情况和应用需求。
数字城市地理空间框架建设是一个复杂的系统性工程,涉及众多领域及多个专业职能部门。在项目建设中应加强不同行业部门之间的协调和沟通,同时制定相应的政策法规和标准规范,尤其是政策层面上的政策法规和标准规范的建设,以支撑项目的实施与推广应用及今后的运行维护,从而真正实现地理信息数据的交换和共享,促进城市信息化的建设。
参考文献
[1] 国家测绘局.CH/T9003―2009,地理空间框架基本规定[S].北京:测绘出版社,2009.
虽然他们名字看起来很像兄妹,晓南打篮球时朋友们看到晓北也会半开玩笑地说,南你妹妹来啦。但是, 他们非亲非故而且他们两个之间还有着不为人知的秘密,正是因为这些秘密,他们之间也产生了一层透明的隔阂。
晓北是内向的女生,永远都不会表达出自己的想法,自己的心是只有为数不多的几个侨资知道,自己也因为胆子小常常被女生欺负。这天,一个女生以晓北的名义,给晓南写了一封情书,晓南看到了,他简直无法相信,里面这些露骨的文字是晓北写出来的。后来不知道是谁报告了班主任,班主任把晓北叫到办公室里谈话:"莫晓北,老师觉得你一向都是乖乖的女生,早恋这种事你是绝对做不出来的…"晓北一头雾水,但是又不敢问,只好眼泪在肚子里流。
后来,晓南开始逃避晓北,晓北到那里都躲得远远地,晓北是敏感的女生,她马上觉得晓南不喜欢她,心里却莫名的开始觉得自己很寂寞。
有一天,晓北忍不住了,"晓南"晓北鼓起勇气叫了一声,"阿,晓北我我我还有点事先走了。"故作的镇定里却还有掩饰不住的慌乱。晓北失落的望着晓南的背影。到底,什么时候才能跟他好好的聊聊天呢。?同学相处快一年了,只知道对方叫莫晓南阿…。
班会课上
"我们学校交给我们班了一个十分重要的事情。!"班主任严肃的说,"恩,这个事情,就拜托莫晓南和莫晓北拉" 额。! 晓南的心紧张起来,晓北却兴奋了好久…。
"晓南,我们一起商量一下老师给我们布置的任务吧。"这回,晓南没理由逃避。
"为什么躲着我"晓北直接了当的说。"晓北?m看看这个地方…"晓南赶紧扯开话题,"为什么躲着我" 晓北追问,
我总不能说怕你喜欢上我吧。?
"晓北,我想你知道的。上回你给我的那封情书…"
"什么什么,什么情书啊"
"你写给我的"
"我给你写过情书。? 你开玩笑。?"
今天,家电生产商在产品中集成了比以往任何时候更为丰富的用户可选功能、更好的用户界面以及更高的安全性。同时,家电生产商也在寻求通过在线校准等方法来提高产品的可制造性。而目前在线校准仍然采用非常耗费时间的机械调整方法。当今的嵌入式控制器能够为设计人员提供更为灵活的解决方案,帮助他们满足这些不断增加的要求。
因此,对于嵌入式半导体企业来说,家电市场正在飞速增长。此外,最近嵌入式微控制器(单片机)在系统级集成方面取得很大进展,从而使嵌入式微控制器解决方案的总体系统成本降到了能够与机械或简单模拟电路设计可比,甚至更为经济的程度。
传统家电设计
传统上家电行业是机械控制方式的天下。例如,洗衣机中的循环定时器或者基本家电控制系统中的基本简单模拟电路是整个系统的核心。
此类传统机械和简单模拟设计存在的问题是每个设计只针对一种应用,限制了硬件设计的可重用性。此外,此类传统系统的功能通常很有限,用户界面比较原始,经常是使用不方便。再加上生产线上烦琐费时的机械校准要求,保证家电可靠性以及精度的总体成本变得很高。当今的家电设计工程师不仅要平衡易用性、总体系统成本、安全性和耐用性,同时还必须保证设计出的产品能够在激烈的竞争中脱颖而出。特别是,现在的消费者对于家电的要求是功能丰富,并且节能。结合多年的机械和模拟电路设计经验以及目前成本和功能上可行的低成本易用嵌入式微控制器,设计工程师可以满足所有这些要求。
本文主要探讨了一些基于最新嵌入式微控制器的数字解决方案,为家电设计工程师的产品设计提供更多选择。首先,我们简要讨论一下什么是嵌入式控制以及嵌入式控制行业的发展趋势。接着,我们讨论嵌入式微控制器技术能够为家电带来的新功能。这些新功能包括改进基本的家电控制功能,更高的灵活性以及更友好的用户界面。最后,本文还将讨论如何在家电设计中将电子控制和机械部分完美结合起来,同时还将讨论与新的环境因素相关的挑战,以及家电设计的最新热点一网络和连接。
嵌入式控制技术
嵌入式控制是指利用嵌入在设备中的计算机(控制器)实现对洗衣机、热水器、烤箱或其它家电设备的控制。嵌入式微控制器与桌面计算机系统中的微处理器类似,是嵌入式系统中的主要计算部件。不同之处是其拥有更多的输入和输出,可以用来“感知”外部世界的信息并做出“响应”。
目前存在多种类型的嵌入式微控制器,从最基本的4位器件直到增强型64位器件。而其中一些8位混合信号微控制器的内建外设和成本优势使其非常适用于众多嵌入式控制系统和新的家电设计。
嵌入式控制发展趋势
嵌入式控制器市场中的一个持续趋势是为工程师提供综合嵌入式设计解决方案,帮助他们降低总体系统成本并改善可制造性。对于目前的众多家电设计来说,功能丰富的8位嵌入式微控制器具有很高的成本效率。混合信号微控制器设计总体系统成本的降低以及功能的进步使得许多传统的外部简单模拟器件已经被整合到嵌入式微控制器中。这种集成使系统设计师可更好地组合利用数字控制器功能,以及模拟或机械器件。
这些新的综合混合信号嵌入式控制器是传统纯数字处理器的进步发展。此类新器件中集成的板上模拟外设包括比较器、运算放大器、模拟数字转换器、参考电压源、脉宽调制器以及众多通信外设。而所有这些都置于软件的控制之下。
基本控制
通常,当提起微控制器中,首先想到的都是系统级控制、定时、数学计算器、数据存储以及通信接口。微控制器的所有这些功能为家电设计人员提供了几乎无限的新工具资源,从而可以改善家电产品的易用性和灵活性,同时还可以增强基本功能并满足日益苛刻的安全要求。
这些嵌入式控制器支持增加定时事件,如当电费最低的时候打开洗碗机,或者利用先进的马达驱动控制算法对家电的电动马达进行动态电源管理。因此,许多家电的基本控制也已经达到一个新的水平。
用户界面
嵌入式控制器可帮助设计工程师为家电消费者设计出更先进更易用的界面。现在的家电设计工程师需要面对大量的用户输入和反馈器件,它们提供实时的状态更新,传递复杂的用户选项或者为用户提供危险警告。发光二极管(LED)已经被用于众多家电设计中,但现在设计工程师走得更远了一步,可以利用液晶显示屏或七段LED显示来显示用户友好的数码和字母文本。
这些显示技术,配合数字键盘甚至触摸屏等输入设备使用户界面更直观,更易于使用,同时还可以支持更复杂的任务。嵌入式微控制器甚至还可以利用警报音来获得用户有安全问题或输入不正确,或者利用语音命令来完成输入。
机械电子技术
机械电子技术是传统机械和新出现的嵌入式微控制器数字控制技术的融合。通过将传统的机械子系统转换为基于数字和模拟的系统,机械电子技术为设计带来了电子智能。与传统机械或简单模拟设计相比,机械电子系统可以更精确的进行控制和监测。
同时,管理部门的要求和消费者的期望推动了在电子技术在白色家电和厨房设备中的应用。电子学技术能够以比机械方式高得多的精度和准确度测量和控制水温、时间、浑浊度以及压力。嵌入式微控制器输出激励控制继电器、读取开关值、激励电路并监控系统故障,完成这些功能所需要的组件重量远远低于机械方式。
结合传统机械系统的优点以及嵌入式微控制器的控制能力,设计人员可以满足要求苛刻的家电行业的需求,同时还可以增强产品功能和性能,使设计出的产品能够从竞争产品中脱颖而出。
环境因素
除了消费者需要功能更丰富的家电以外,政府管理要求、环境以及节约成本等因素也推动家电向更为节能的方向发展。这些要求有望使未来的家电更安全、更安静、更节能和节水。
嵌入式微控制器可以监控家电设备的能源使用情况、噪声水平、耗水情况以及其它影响环境的因素。现在,通过低成本嵌入式微控制器,家电设计工程师也可以分享到数字信号调理以及基于数学算法的控制系统(如功率因数校正和变频算法)的进步。低成本嵌入式微控制器可以提供更可靠的设计和更智能的故障恢复性能,因此工程师可以设计出更安全的家电设备(如烤箱或烤炉)。
连接功能
连接功能是指家电设备的远程通信能力,可以是接收故障排除诊断信息、改变家电设备设置,或者是集中控制能源使用情况。
计算机的存在提供了两大主要优点:通信和数据存储。通过提供多种通信能力,嵌入式控制技术为家电设计人员提供了这两大特性。例如电力线 控制(PLC)、红外(IR)通信、因特网协议访问(如TCP/IP),甚至利用射频(RF)技术的无线控制。结合这些功能以及嵌入式微控制器在非易失性存储器中存储信息的能力,设计工程师可以方便地实现系统诊断和校准、用户使用跟踪、系统级监控以及集中能源控制等系统的设计。
如果洗衣机能够从生产商的服务中心下载诊断信息,甚至能够远程修正他们,不需要消费者在家里等上好多个小时等服务人员上门来检查,那么该有多么棒啊。
嵌入式控制器提供的另一种形式的设备内连接是家电设备内不同模块间的通信,不需要布成本高并且经常不可靠的线缆。例如,在用户显示板和洗衣机的马达控制单元之间的连接。利用这种连接能力,设计人员还可以创建可在多个平台上重利用的更为模块化的设计。在现场维修时,维修人员也可以更容易地更换这些模块。
这些潜在的功能增强有望将今天的家电设计提升到一个新的水平。家电以及家电产品子模块之间互相通信实现节能,通过在线服务保证家电存放,以及通过与远程维修服务中心的连接来保证可靠运转。未来,消费者将会把这些功能做为基本的要求,就象今天消费者对于家庭或工作场所必须拥有宽带或高速连接的要求一样。
嵌入式控制器应用举例
下面,我们来看一下利用嵌入式微处理器实现增强功能的一些非常基本的家电设计实例。首先,我们看一下传统家用机械式温度控制装置以及嵌入式微控制器如何为此类家用电器的设计带来革命。然后,我们再看一下小型低成本嵌入式微控制器如何为温控电炉等设备增加基本的安全功能以及额外的控制精度。
机械式温度控制
图1是一个目前许多家庭中常见的典型机械式温度控制装置。完全机械式单元,没有任何主动式电子器件。
图2显示的是该机械式温度控制装置的基本框图,以及所有内部器件。通过左右滑动机械控制杆,用户可以设置所需要的温度。室温反馈机制就是一个简单的指钍指示器,连接到一个机械温度传感器来显示温度。一个类似的指示机构用来显示用户设定的温度。随着温度升降,温度控制装置断开或连接加热单元的有线连接触点,从而实现温度控制。具体是利用一个双金属弹簧随着室温的变化而产生形变来实现的。在这一单元中,连接到弹簧的机械式温度指针臂是给用户的反馈。刻度盘用来显示所设定的温度,而触点开关则是到加热单元的输出。
要将机械式设计转换为基于嵌入式微控制器的解决方案,所有这些构建单元都必须利用电子器件来代替。
图3就是一个嵌入式控制系统。用户反馈通过LCD显示屏,用户输入则采用上/下按钮以及滑动开关,温度测量利用低成本温度传感器实现,加热单元控制则利用金属氧化物半导体场效应三极管(MOSFET)开关实现。新的设计中,利用低成本嵌入式微控制器实现集中控制。
这一电子温控器比机械式温控器有以下方面的改进。
首先,利用LCD显示屏显示信息,用户可以看到有关加热系统的更详细信息。包括设定的温度、当前温度、设备工作时的控制信息等等。
基于嵌入式微控制器的温控器单元提供了更为准确的温度测量和控制功能。同时还设计工程师还可充分利用现在数学控制算法来提高温度控制精度。该硬件单元可以很方便地改造用于不同的温控应用,因此消费者可以根据其功能和成本偏好来选择合适的单元。简单修改嵌入式微控制器软件就可以实现更多增强功能,例如七天/多天定时器(相对于简单的每天定时),甚至可以实现“独立区域控制”。
电炉等电炊具的温度控制
电炉等电炊具的温控开关是另一个很好的例子,简单地增加一个极低成本的小型嵌入式微控制器就可以大幅提高设备的功能。
图4显示是一个目前厨房电炊具(如电炉、电煮锅以及电炸锅)中常用的典型可调节机械式温控单元。该单元利用可调节的机械温控器来调节电炉的热量输出。机械式温控装置的主要缺点包括必须在工厂进行机械校准,性能差,精度低,并且容易磨损。
图4中的机械式电炉温度控制单元可以容易地转换为简单的电子电路,如图5所示,采用一个TRIAC(三端双向可控硅)和一个电容性电源以及一个低成本微型控制器。与机械式温控开关相比,可控硅控制电路的优点之一是可以实现更为精确的控制,因为加热单元是以“开”和“关”的方式精确控制的,可以实现更好的温度控制。这也意味着温控单元不需要在工厂中校准,因为加热单元的开并是按照严格的时间周期进行的。而且,即使长时间使用,电路也不容易磨损。
让我们看一下这一电路的内部工作情况。这个基于嵌入式微控制器的电路采用相位或半波计数使TRIAC导通,从而使加热单元工作。通过在每个半波的一部分时间内使TRIAC(TRCl)导通,可以实现相位控制,与脉宽调制(PWM)类似。该方法的优点是为负载提供功率的波型频率没有变化,仍然为交流电输入频率。控制加热单元时,这一点并非必需的,但当用于灯光控制时却是绝对必需的,因为人眼能够感受到这种频率变化。
对于加热单元这样的负载,嵌入式微控制器在交流电输入波形的过零点开始使TRIAC导通整个周期。通过跳过半波周期来完成温度或热量控制。这一方法的优点是可帮助减轻电磁干扰(EMI)以及反馈到电源线的噪声辐射。基于嵌入式微控制器的电炉还可以增加多种其它功能,而这些在采用机械式温控开关时是不可能的。例如,对于用于煮或炖的电炉产品来说,沸腾点控制通常会滞后,但对于嵌入式设计,可以更准确地控制沸腾点。新设计还提供了安全功能,例如,当烹调完毕后,如果用户忘记关闭电源,那么系统可以自动将其关闭,甚至还可以提醒用户炉子仍在通电,整个电炉还是热的。增加一个简单的温度传感器就可以提供准确的温度控制,同时利用数学算法还可以提高能源效率。
其它优势
嵌入式微控制器不仅可以提高家用电器的整体性能和可靠性,而且还可帮助产品从竞争中脱颖而出。例如,不仅仅局限于提供功能有限、成本具有竞争力的电炉产品,通过在家电产品中利用嵌入式微控制器,家电生产商还可以提供具有更高能源效率以及安全功能的产品。基于嵌入式微控制器的新设计还支持设计基于同样同样硬件设计的多种平台产品,功能差异通过嵌入式微控制器软件编码实现。
基于嵌入式微控制器的智能电路还可改善家电产品的可制造性,减少了生产线上机械器件成本高昂且耗时的校正过程。同时,今天的消费者对于环境问题更为关注。再加上新的政府管制要求,对于安全和环境友好的要求也越来越高。
结语
太史公在人物的外貌描写之中包含着鲜明的道德评价。这主要表现于下列方面。
人物外貌描写的丑恶化。残暴的君主具有暴戾的品质,其外貌与品质往往高度匹配。《秦始皇本纪》通过尉缭之口描写秦始皇外貌及个性:“秦王为人,蜂准,长目,鸷鸟膺,豺声,少恩而虎狼心。”秦王嬴政形象卑琐:高鼻梁,细长的眼睛,鸟一样的胸膛,豺狼一样的声音,刻薄寡恩,心如虎狼。尉缭是秦王近侧辅佐秦王夺取天下的军事家,对秦王外貌的描述应当十分准确。秦始皇如此凶神恶煞的形象与其残忍刻薄的个性完全吻合。秦始皇种种倒行逆施使得天怒人怨:为禁止儒生议政,焚书坑儒,滥杀无辜;为追求个人享乐,修筑宫殿,充实后宫;为保持死后荣华,建造陵墓,滥用民力……被天下人视为。《史记》中,长相同样凶恶的,还有楚成王太子商臣、越王勾践等。《楚世家》中的楚成王太子商臣“蜂目而豺声”,《越王勾践世家》中的勾践“为人长颈鸟喙”。司马迁将这些人物的容貌丑恶化,意图告诉人们,丑陋的容貌,残忍的心灵,暴虐的行为,三者之间是完全相通的。
人物外貌描写的个性化。五官或肢体有着奇异特征,所谓天下皆无,此人独有。太史公极力描写历史人物的独特外貌,这种独特外貌甚至在重大历史场合发挥出特殊的威力。在强秦的战争中,在长达四年的楚汉战争中,项羽破釜沉舟,声威赫赫,拔山扛鼎,霸气冲天。对这样一个历史人物,《项羽本纪》的外貌描写十分有趣:“吾闻之周生曰‘舜目盖重瞳子’,又闻‘项羽亦重瞳子’。羽岂其苗裔邪?”“重瞳子”即两只眼睛中都有两个眸子。这与项羽刚烈勇猛、力敌万人的形象十分相称。读过《项羽本纪》的人不会忘记这样的镜头。秦楚巨鹿之战,诸侯作壁上观。项羽大破秦军,“召见诸侯将,入辕门,无不膝行而前,莫敢仰视”。“莫敢仰视”的,当是项羽精光四射、神威内蕴的“重瞳子”。楚汉东城快战,“是时,赤泉侯为骑将,追项王,项王目而叱之,赤泉侯人马俱惊,辟易数里”。项王目,敌将竟“辟易数里”,“重瞳子”这种奇特外貌的震慑作用可以想见。《晋世家》中的晋公子重耳天生“骈胁”(肋骨连成一片),沐浴时不愿被曹共公窥视而逃出曹国。这是由奇特身体引发的一场外交风波。《李将军列传》中的李广,“为人长,猿臂,其善射亦天性也”。李广体型高大,手臂很长。这种天生的身体优势导致李广百发百中且力度惊人,被胡人称为“飞将军”。李广的“猿臂”天下人无法企及,是其“善射”的必备条件。
人物外貌描写的崇高化。《高祖本纪》记录汉高祖刘邦外貌:“隆准而龙颜,美髯须,左股有七十二黑子。”高鼻梁,像龙一样丰满的额角,漂亮的须髯,左腿上有七十二颗黑痣。对刘邦的这种描写完全是正面的。仁厚爱人,胸襟开阔,志向远大,擅长用人,最后登上帝位,建立汉朝,刘邦在中国历史上立下了丰功伟绩。《史记》对刘邦外貌的描写与太史公对汉高祖的评判是一致的。不仅如此,《史记》还用一系列手法从正面侧面让刘邦形象崇高化。刘邦“常从王媪、武负贳酒,醉卧,王媪、武负见其上常有龙,怪之”(《高祖本纪》)。《项羽本纪》录范增之言:“吾令人望其气,皆为龙虎,成五采,此天子气也。”《赵世家》中的赵武灵王胡服骑射,修治长城,北御匈奴,西抗强秦,使赵国盛极一时。赵武灵王身材伟岸,秦昭王即“怪其状甚伟,非人臣之度”。《田敬仲完世家》中的齐太子法章,在齐国被燕国攻破之后隐姓埋名逃匿于太史敫家,“太史敫女奇法章状貌,以为非恒人”,田单复齐后迎立法章为齐襄王,振兴了齐国。透过外貌描写,可以感觉到太史公对这些人物的推崇态度。
人物外貌描写的虚拟化。中古近古的人物,其形貌已难以捉摸,太史公往往虚笔写其貌,健笔绘其神。《五帝本纪》中的唐尧是古代的圣人:“就之如日,望之如云,富而不骄,贵而不舒,黄收纯衣,彤车乘白马。”人们追随尧如同追随太阳,期待尧如同期待祥云,尧富有而不骄纵,显贵而不傲慢,头戴红色冠冕,身穿黑色衣服,乘坐红色车子,驾驭强壮白马。这应当是拟想中的古代贤君形象。《孔子世家》中的孔子,“生而首上圩顶,故因名曰丘”,“长九尺有六寸,人皆谓之‘长人’而异之”。这是写实性的描写,尚看不出圣人之圣。而在郑国人眼中,“其颡似尧,其项类皋陶,其肩类子产,然自要以下不及禹三寸”。孔子的额头像唐尧,脖子像皋陶,两肩像子产,然而从腰以下比夏禹差三寸。孔子形体高大,容貌也许不是十分端庄,但太史公以虚笔写出其个性,对其品质作了充分肯定。这就是所谓圣人之相了。
人物外貌描写的故事化。这里所说的“故事化”指的是外貌描写在情节发展中起到必不可少的作用。这是《刺客列传》中的两个例子。晋人豫让曾事智伯,为智伯所重。赵襄子杀掉智伯,豫让谋刺赵襄子为主人报仇。先是“变姓名为刑人,入宫涂厕”,为赵襄子所察。获释之后,“漆身为厉,吞炭为哑”,即身上涂漆,皮肤生疮,吞木炭变成哑巴,目的是使自己的形貌变得世人无从辨认。复为赵襄子识破自杀。聂政受严仲子重托,刺杀权臣侠累之后,“皮面决眼,自屠出肠”,即削烂面皮,挖出眼珠,破肚出肠,目的是避免世人知悉自己身份,达到保护家人的目的。这些动魄惊心的描写显然成为故事情节的一个组成部分。
极少有历史著作如《史记》一样,进行如此画龙点睛式的成功外貌描写。太史公重视外貌描写,与战国秦汉时期相面之术的兴旺发达不无关系。司马迁“先黄老后六经”(班固《汉书・司马迁传》),崇奉道家思想,也就相信人的长相骨骼与性格命运密切相关,从一个人的长相可以预言其未来命运。战国秦汉之际,有许多著名的相术家,他们成功的相人事例更使得人们对看相之术深信不疑。《范雎蔡泽列传》中,唐举给蔡泽相面:“先生曷鼻,巨肩,魑颜,蹙躺,膝挛。吾闻圣人不相,殆先生乎?”鼻孔朝天,肩膀耸起,脸盘宽大,鼻梁凹陷,两膝蜷曲,此即“圣人不相”。蔡泽心知这是唐举在开玩笑,于是问寿命几何,得知自己还能活四十三年。后蔡泽果入秦为相,尽享富贵。刘邦的岳丈吕公,“好相人,见高祖状貌,因重敬之”(《高祖本纪》),不顾家人反对,以女吕雉妻刘邦,汉兴,吕雉成为权倾天下的吕太后。《陈丞相世家》中的陈平为“美丈夫,如冠玉”。陈平欲娶富人张负孙女为妻,负子不许,负曰:“人固有好美如陈平而长贫贱乎?”后来陈平果然功成名就。唐举、吕公、张负之类,相人准确,影响甚大。在这种社会风气的熏染之下,著作历史也不能不受影响。司马迁的高明之处在于,不但将历史人物的容貌长相与性格命运记录了下来,而且在外貌之奇的“奇”字上做足了文章。