智能光電技術(shù)
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智能光電技術(shù)范文第1篇
2009年5月，在北京召開的“2009特高壓輸電技術(shù)國際會議”上，國家電網(wǎng)公司正式了“堅強智能電網(wǎng)”發(fā)展戰(zhàn)略。2009年8月，國家電網(wǎng)公司啟動了智能化規(guī)劃編制、標(biāo)準(zhǔn)體系研究與制定、研究檢測中心建設(shè)、重大專項研究和試點工程等一系列工作。
在2010年3月召開的全國“兩會”上，總理在《政府工作報告》中強調(diào)：“大力發(fā)展低碳經(jīng)濟(jì)，推廣高效節(jié)能技術(shù)，積極發(fā)展新能源和可再生能源，加強智能電網(wǎng)建設(shè)”。這標(biāo)志著智能電網(wǎng)建設(shè)已成為國家的基本發(fā)展戰(zhàn)略。
3M公司憑借著在通信行業(yè)和電力行業(yè)多年的豐富經(jīng)驗，積極參與智能電網(wǎng)各個環(huán)節(jié)的試點及研討，將通信和電力線路上的成熟產(chǎn)品不斷融合，并著力于研發(fā)新的適應(yīng)智能電網(wǎng)發(fā)展趨勢的新產(chǎn)品和新方案。
1 數(shù)字化變電站
隨著變電站的整體數(shù)字化進(jìn)程，越來越多的變電站實現(xiàn)了無人值守，這對變電站內(nèi)電力設(shè)備的狀態(tài)監(jiān)控要求也越來越高，而視頻監(jiān)控已成為變電站建設(shè)的標(biāo)準(zhǔn)配置。由于傳統(tǒng)光纖熔接方式在變電站內(nèi)的使用存在多種限制，而光纖機(jī)械接續(xù)可以很好地解決這些問題。首先，位于高處的接續(xù)點，不適合攜帶光纖熔接機(jī)設(shè)備進(jìn)行熱熔接續(xù)。其次，光纖熔接機(jī)操作時需要平整且足夠的放置空間，而高空作業(yè)時不具備這種環(huán)境。最后，接續(xù)點靠近電力設(shè)備，周圍存在強磁場，熔接機(jī)設(shè)備容易受影響。正是由于這些因素，光纖機(jī)械接續(xù)的操作方便和工具簡單且輕便等優(yōu)點完全適合在數(shù)字化變電站的場景下使用。
圖1 光纖機(jī)械接續(xù)現(xiàn)場施工
2 配電自動化
與輸電線路的點對點的方式不同，配電線路分支復(fù)雜，經(jīng)常遷改，節(jié)點繁雜，且同桿多回，因此輸電線路上點對點的接續(xù)引下方式無法適應(yīng)配電線路上的應(yīng)用。以廣東電網(wǎng)為例，從1998年開始大規(guī)模使用光通信技術(shù)，至2010年輸電網(wǎng)站點的光纖覆蓋率已經(jīng)超過95%，然而配電網(wǎng)站點的光纖覆蓋率還不到5%。廣東電網(wǎng)從而嘗試著選擇適合配電網(wǎng)絡(luò)線路特點的成熟光傳輸技術(shù)，研究低成本和方便的架空配網(wǎng)線路上架設(shè)光纜的方式，以及光單元的絕緣和引下的解決方案。最后采用了EPON組網(wǎng)技術(shù)，使用OPPC光纜作為架空光纜，利用合適光纜接頭盒作為絕緣和引下的方案，并采用光線機(jī)械接續(xù)的產(chǎn)品從而形成通信網(wǎng)絡(luò)層到終端接入的全程解決方案。
圖2 光纖機(jī)械連接插座及保護(hù)盒現(xiàn)場施工
3 光纖復(fù)合中壓電纜應(yīng)用
圖3 復(fù)合電纜戶內(nèi)終端
圖4 復(fù)合電纜中間接頭
作為一種新型的集成了傳統(tǒng)電纜和傳統(tǒng)光纜技術(shù)的復(fù)合電纜，光纖復(fù)合中壓電纜的應(yīng)用也將成為一種趨勢。但是傳統(tǒng)且成熟的電纜和光纜的操作方式在智能電網(wǎng)的建設(shè)中如何融合在一起，也決定了光纖復(fù)合中壓電纜大規(guī)模應(yīng)用的實現(xiàn)速度。3M公司開發(fā)的復(fù)合電纜中間接頭和復(fù)合電纜戶內(nèi)終端解決方案，在全國多個省市的試點中得到應(yīng)用，使光纖復(fù)合中壓電纜的接續(xù)和成端的技術(shù)趨于成熟。在這里光纖的接續(xù)也是采用了光纖機(jī)械接續(xù)技術(shù)取代傳統(tǒng)的熔接方式。
4 光纖復(fù)合低壓電纜應(yīng)用
根據(jù)國家電網(wǎng)公司對于電力光纖到戶智能小區(qū)的建設(shè)的要求，光纖復(fù)合低壓電纜將會大量應(yīng)用于智能小區(qū)的光纖接入，為用戶提供智能抄表和寬帶接入的服務(wù)。根據(jù)3M公司在國內(nèi)外積累的大量光纖到戶的實際經(jīng)驗，為多地的電力光纖到戶試點建設(shè)提供了方案和產(chǎn)品，努力縮短線路施工周期，提高施工效率。例如在上海的某個電力光纖到戶的項目中，使用了大量的3M光纖現(xiàn)場連接器，一位沒有光纖經(jīng)驗的施工隊員，不需要任何特殊工具，一周時間完成500個光纖連接器的施工并通過了驗收。
智能光電技術(shù)范文第2篇
關(guān)鍵詞：光伏電源 微電網(wǎng) 儲能控制
中圖分類號：TM76 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2015）08（c）-0031-02
就目前來看，含光伏電源的微電網(wǎng)已經(jīng)成為了進(jìn)行可再生能源利用的重要途徑。但在供電可靠性和電能質(zhì)量方面，微電網(wǎng)的運行仍存在著一定的問題。而采取微電網(wǎng)儲能控制技術(shù)進(jìn)行含光伏電源的微電網(wǎng)的運行控制，則可以有效提高微電網(wǎng)運行的可靠性，從而使該種可再生能源利用形式得到有效應(yīng)用。
1 含光伏電源的微電網(wǎng)儲能控制問題分析
在并網(wǎng)運行時，由于使用了具有隨機(jī)波動性的微電源，含光伏電源的微電網(wǎng)會給配電網(wǎng)帶來電壓波動、諧波和功率波動等電能質(zhì)量問題，并且容易出現(xiàn)與主電網(wǎng)功率交換不可控問題。而在孤網(wǎng)運行的過程中，含光伏電源的微電網(wǎng)也會出現(xiàn)功率波動等問題，以至于微電網(wǎng)運行的可靠性受到了影響。而采取儲能控制技術(shù)可以進(jìn)行微電網(wǎng)與主電網(wǎng)交換功率的控制，并且改善微電網(wǎng)的電能質(zhì)量，繼而使微電網(wǎng)的運行更加可靠[1]。因為，微電網(wǎng)儲能的實現(xiàn)，可以進(jìn)行功率波動的抑制。作為微電網(wǎng)的后備電源，儲能的容量可以根據(jù)功率與容量的關(guān)系完成配置，從而使微電網(wǎng)運行的功率波動得到抑制，繼而維持微電網(wǎng)內(nèi)功率的穩(wěn)定。
2 含光伏電源的微電網(wǎng)儲能控制技術(shù)
2.1 微電網(wǎng)儲能容量配置
在含光伏電源的微電網(wǎng)運行的過程中，儲能容量能否得到合理配置將直接影響電網(wǎng)運行的可靠性和穩(wěn)定性。所以，需要完成微電網(wǎng)儲能容量的合理配置，以便對電網(wǎng)內(nèi)功率的穩(wěn)定性進(jìn)行有效控制。而微電網(wǎng)儲能容量的配置與兩方面的因素有關(guān)，即光伏出力預(yù)測誤差和負(fù)荷短期預(yù)測誤差。因此，還要對這兩種誤差進(jìn)行分析，以便合理完成儲能容量的配置。
從理論上來講，由于含光伏電源會為微電網(wǎng)內(nèi)負(fù)荷優(yōu)先供電，所以如果光伏出力預(yù)測與負(fù)荷預(yù)測準(zhǔn)確，電網(wǎng)負(fù)荷實際需求和光伏實際出力將與預(yù)測保持一致。但是，在主電網(wǎng)允許的情況下，光伏電源會進(jìn)行功率倒送。在微電網(wǎng)內(nèi)負(fù)荷無法完全進(jìn)行光伏發(fā)電輸出功率的消納時，剩余功率將會經(jīng)交流母線進(jìn)入到主電網(wǎng)。而在光伏發(fā)電無法滿足微電網(wǎng)內(nèi)負(fù)荷需求時，主電網(wǎng)又會向微電網(wǎng)提供多余的功率。所以，光伏電源出力應(yīng)該以滿足微電網(wǎng)內(nèi)負(fù)荷需求為標(biāo)準(zhǔn)，將缺額功率與盈余功率與主電網(wǎng)交換。而微電網(wǎng)與主電網(wǎng)的交換功率則為微電網(wǎng)有功負(fù)荷與光伏發(fā)電輸出功率之差[2]。在實際運行中，光伏發(fā)電會受到溫度、濕度和太陽輻射等多種因素的影響，微電網(wǎng)負(fù)荷也會受到氣象、預(yù)測方法等因素的影響。所以無論是光伏電源出力預(yù)測還是微電網(wǎng)負(fù)荷變化都具有隨機(jī)波動性，存在一定的隨機(jī)預(yù)測誤差。因此，想要進(jìn)行微電網(wǎng)與主電網(wǎng)交換功率的控制，還要分析負(fù)荷短期預(yù)測誤差和光伏出力預(yù)測誤差。
2.2 光伏出力預(yù)測與負(fù)荷短期預(yù)測
光伏電源出力與風(fēng)速、溫度、太陽輻照度和氣壓等多種因素有關(guān)，所以進(jìn)行光伏出力的預(yù)測需要考慮到這些因素，以便對實際光伏出力與預(yù)測出力之間的誤差進(jìn)行預(yù)測。根據(jù)這一誤差，則可以進(jìn)行儲能的合理配置，從而通過采取補償預(yù)測誤差的方法消除誤差給微電網(wǎng)運行帶來的不良影響。在采取算法進(jìn)行出力預(yù)測誤差的計算時，由于各誤差隨機(jī)變量相對獨立，并且服從同概率分布，所以預(yù)測誤差也將符合正態(tài)分布。因此在計算時，可以在誤差總體數(shù)據(jù)中隨機(jī)抽樣獲取樣本數(shù)據(jù)，并將誤差概率進(jìn)行正態(tài)分布計算。
所謂的負(fù)荷短期預(yù)測，其實就是對微電網(wǎng)在短期內(nèi)的電力需求功率進(jìn)行預(yù)測，以便采取適合的儲能配置方案進(jìn)行微電網(wǎng)內(nèi)功率的有效控制。而預(yù)測結(jié)果會受到時間、氣候和經(jīng)濟(jì)等多個因素的干擾，會產(chǎn)生相應(yīng)的預(yù)測誤差。相較于微電網(wǎng)負(fù)荷實際需求，負(fù)荷短期預(yù)測誤差期望值較小。所以，一旦樣本數(shù)據(jù)夠大，誤差期望值將趨近零，可以為誤差概率分布分許提供便利[3]。在此基礎(chǔ)上，利用概率統(tǒng)計理論分析誤差的概率分布可以發(fā)現(xiàn)，負(fù)荷短期預(yù)測誤差的概率分布接近正態(tài)分布，因此可以采取正態(tài)分布進(jìn)行誤差概率的計算。
2.3 微電網(wǎng)的儲能控制
通過分析微電網(wǎng)光伏出力預(yù)測與負(fù)荷短期預(yù)測的誤差，就可以利用區(qū)間估計方法進(jìn)行微電網(wǎng)儲能的控制。具體來講，就是可以采用儲能分散配置和集中配置方式進(jìn)行儲能系統(tǒng)的布置，并且進(jìn)行電網(wǎng)儲能容量的配置。其中，分散配置是根據(jù)微電網(wǎng)內(nèi)的光伏電源接入情況進(jìn)行儲能系統(tǒng)的布置，而集中配置是將微電網(wǎng)內(nèi)的光伏電源當(dāng)做是一個整體，然后進(jìn)行儲能系統(tǒng)的整體配置。采取分散配置方式進(jìn)行電網(wǎng)儲能的控制，需要分別完成各個光伏電源的出力預(yù)測誤差分析，并且對電網(wǎng)某一區(qū)域的負(fù)荷預(yù)測誤差進(jìn)行分析。而采取集中配置方式進(jìn)行電網(wǎng)儲能控制，需要分別計算微電網(wǎng)內(nèi)的光伏電源和負(fù)荷，以便計算儲能配置的方差。在計算的過程中，需要將微電網(wǎng)光伏電源整體看成是系統(tǒng)“負(fù)的負(fù)荷”，以便進(jìn)行預(yù)測誤差的方差的計算。同樣的，微電網(wǎng)內(nèi)整體負(fù)荷短期預(yù)測誤差的計算也采取同樣的方法。但需要注意的是，微電網(wǎng)的光伏電源預(yù)測誤差與負(fù)荷短期預(yù)測誤差之間并沒有聯(lián)系，可以分別進(jìn)行分析和計算。
為了利用儲能系統(tǒng)進(jìn)行微電網(wǎng)短期功率波動的抑制，需要以每日有光照時間段為區(qū)間進(jìn)行配置容量的計算。因為，預(yù)測誤差必然有一定的隨機(jī)性，容易導(dǎo)致樣本誤差失信，所以需要對一定置信區(qū)間的預(yù)測誤差進(jìn)行概率估計，以便獲取可信的預(yù)測誤差期望值。同時，這一期望值可以進(jìn)行預(yù)測誤差期望功率的反應(yīng)，因此可以用于進(jìn)行儲能輸出功率的配置。但需要注意的是，想要獲取較高的置信水平，就需要進(jìn)行置信區(qū)間寬度的擴(kuò)大。而這樣一來，又容易導(dǎo)致置信區(qū)間精確度降低。因此，需要合理進(jìn)行置信區(qū)間寬度的設(shè)置，以便得到精確的儲能配置容量。而采取這一方法進(jìn)行儲能總配置功率的計算，可以獲得精確的配置值，從而有利于實現(xiàn)含光伏電源的微電網(wǎng)運行的經(jīng)濟(jì)效益[4]。此外，采取這一方法完成微電網(wǎng)儲能容量的配置，也可以進(jìn)行微電網(wǎng)與主電網(wǎng)功率交換的精確控制，并使微電網(wǎng)運行時產(chǎn)生的功率波動得到較好的抑制。
3 結(jié)語
總而言之，在含光伏電源的微電網(wǎng)并網(wǎng)運行或孤網(wǎng)運行的過程中，需要合理進(jìn)行電網(wǎng)的儲能配置，以便對微電網(wǎng)與主電網(wǎng)交換功率和功率波動進(jìn)行有效控制。因此，該研究 對含光伏電源的微電網(wǎng)儲能控制技術(shù)展開的探討，可以為維持電網(wǎng)的穩(wěn)定運行提供技術(shù)指導(dǎo)。
參考文獻(xiàn)
[1] 譚興國.微電網(wǎng)復(fù)合儲能柔性控制技術(shù)與容量優(yōu)化配置[D].濟(jì)南：山東大學(xué)，2014.
[2] 韓民曉，王皓界.直流微電網(wǎng)未來供用電領(lǐng)域的重要模式[J].電氣工程學(xué)報，2015（5）：1-9.
智能光電技術(shù)范文第3篇
關(guān)鍵詞： 路燈 光源 節(jié)電 穩(wěn)壓 降壓 照度 節(jié)能 技術(shù)
據(jù)調(diào)查，我國小型城市在夜晚9點后，大中城市在午夜12點后，道路上幾乎空無一人，即便是北京、上海、廣州這樣的繁華都市，凌晨2點以后，道路上也已罕見行人、車輛。從這一時段直至清晨6點路燈熄滅，在低交通流量的道路上仍然保持較高照度顯然沒有必要。城市公共照明在我國照明耗電中占30％的比例，約439億kWh，以平均電價0．65元／kWh計算，一年開支285億元。在市政開支極度緊張的今天，國內(nèi)絕大部分的城市和地區(qū)幾乎不約而同地采用了日本等國家在七十年代就拋棄了的路燈隔盞關(guān)燈的省錢方法，其中的弊病不言而喻――不僅導(dǎo)致了路面照度分布不均，給治安及交通安全埋下了隱患，而且不能避免后半夜電網(wǎng)電壓的升高對路燈壽命的減損，因此不能稱做是真正意義上的節(jié)能。當(dāng)發(fā)達(dá)國家在討論什么是“恰到好處的照度水平”的今天，我們這種控制方法就太落后了。
如何讓路燈亮起來，讓城市亮起來，亮得更科學(xué)，亮得省電省錢?答案是：采用智能光源降壓一穩(wěn)壓一調(diào)光技術(shù)。
一、怎樣采用智能光源降壓一穩(wěn)壓一調(diào)光技術(shù)
1．什么是智能光源降壓一穩(wěn)壓一調(diào)光技術(shù)智能光源降壓一穩(wěn)壓一調(diào)光技術(shù)是國際上流行的全數(shù)字智能路燈節(jié)能控制技術(shù)。它充分考慮了城市道路照明的實際狀況，依據(jù)人體工程學(xué)中的視覺理論，采用現(xiàn)代控制論中的最優(yōu)控制方法，實現(xiàn)了對路燈電壓及照度的動態(tài)智能化管理，即TPo管理(TIME／PLACE／0CCASl0N)。此項技術(shù)的基本思路就是：在繁忙的時段，控制路燈保持較強的照度，接近午夜時分，開始自動調(diào)光，在后半夜車稀人少時，則控制路燈保持較低照度的照明(類似房燈的調(diào)光器，可以隨需要而任意調(diào)光)。它的主要優(yōu)點就是在調(diào)光的同時也大幅降低了電耗，節(jié)約有功電耗達(dá)30％以上。房燈調(diào)光已流行多年，主要是因為室內(nèi)燈功率小，容易實現(xiàn)。而道路照明則完全不同：首先，燈泡功率大，不易控制；其次，使用環(huán)境惡劣，九十年代，電力電子元件技術(shù)有了突飛猛進(jìn)的發(fā)展，調(diào)光技術(shù)有了可靠的質(zhì)量保障，通過一些地區(qū)的規(guī)模應(yīng)用，其完美的調(diào)光效果和節(jié)電功能得到了一致認(rèn)同，在德國，美國這些耗電大國，此類技術(shù)也得到了政府的大力扶持和推廣，智能光源降壓一穩(wěn)壓一調(diào)光技術(shù)的控制過程是：通過測取城市道路車輛及行人的“時間一車輛(人)”統(tǒng)計規(guī)律，獲取相應(yīng)的照度調(diào)整率，依此來設(shè)計計算機(jī)的控制程序，根據(jù)照度調(diào)整率，從某一時刻開始，平滑地對路燈輸入電壓進(jìn)行動態(tài)調(diào)整，使路燈輸入電功率與實際照度要求達(dá)到最佳匹配，不僅節(jié)約了電能，而且穩(wěn)定了電壓，延長了路燈的使用壽命，達(dá)到了雙重意義上的節(jié)能。
2．開燈比關(guān)燈更省錢前面提到的關(guān)燈節(jié)能方法是以犧牲城市照明和誘發(fā)犯罪率以及交通事故上升為代價的，而智能光源降壓一穩(wěn)壓一調(diào)光技術(shù)所達(dá)到的節(jié)電率高于30％，由此而言，采用智能光源降壓一穩(wěn)壓一調(diào)光技術(shù)，開燈比關(guān)燈更省錢。
3．算一筆看不見的帳，我國現(xiàn)有的路燈70％以上使用的都是高壓鈉燈，其設(shè)計壽命為24000小時(5年)。但是由于我國城市電網(wǎng)技術(shù)落后，造成線路的電壓波動大大超過國際標(biāo)準(zhǔn)，許多地區(qū)的波動甚至超過額定電壓的左右15％，特別是在后半夜，由于電負(fù)荷減少使得電網(wǎng)電壓有時接近245V，致使路燈燈泡的實際使用壽命平均不到一年?，F(xiàn)在，可以算這樣一筆帳：以沿海開放城市為例，路燈每年需要更換一次燈泡，更換一只燈泡所需費用(含鎮(zhèn)流器損耗、人工、車輛等)為120元，該市共有兩萬多只常開的路燈，則每年僅更換路燈燈泡的費用就高達(dá)兩百多萬元人民幣，如果采用了智能光源降壓一穩(wěn)壓一調(diào)光技術(shù)，路燈燈泡的使用壽命可延長一倍，僅此一項，一年就可節(jié)約開支兩百多萬元，加上節(jié)電30％，一年可節(jié)約七百多萬元電費，兩項相加就有近千萬元之巨。如果450萬元作為先期投入，半年內(nèi)所節(jié)約的費用即可回收，逐年節(jié)約的資金可以重新投入市政建設(shè)。對于全國的總耗電量而言，道路照明只占一個小小的百分?jǐn)?shù)，也正因如此，它才有可能成為推動節(jié)能運動的一個突破nqxhd S9| Prr3?fhw%F7an5= -:lR計 算 機(jī)論文tb^7z nd| xHcIk"`WTQ8?o%eX_
4．智能光源降壓一穩(wěn)壓一調(diào)光技術(shù)的推廣亟待政府的行政支持
路燈節(jié)能無疑會給各地的市政開支節(jié)省大量資金，然而對路燈管理部門而言，他們的日常開支和經(jīng)常性的維護(hù)費用是和路燈電耗及安裝數(shù)量成正比的，電耗越多，下年度的費用就同比增長，也可以這樣說，越是節(jié)約用電，對基層下年度的費用預(yù)算就越少，因此，路燈管理部門對節(jié)電工程大多持消極態(tài)度。這一現(xiàn)象反映出節(jié)能政策在具體操作中和現(xiàn)行體制及利益分配機(jī)制不相匹配，目前各地所執(zhí)行的政策實際上是在鼓勵浪費!國家整體的長遠(yuǎn)利益和部門短期利益之間存在著很大的矛盾。這一狀況對節(jié)能工作的深入開展產(chǎn)生了相當(dāng)大的阻力。
二、對節(jié)能工作方法一點建議
全國開發(fā)、生產(chǎn)節(jié)能產(chǎn)品的企業(yè)，大部分是小企業(yè)和一些大專院校的科研機(jī)構(gòu)。為什么有實力的機(jī)構(gòu)不愿介入呢?節(jié)能產(chǎn)品利潤小、推廣難，因此大型企業(yè)不愿涉足，投入不足致使我國節(jié)能產(chǎn)品在國際上處于相對落后狀況。為什么國家大力提倡節(jié)能十幾年了，而節(jié)能工作卻一直推而不廣呢?前面提到的政策不配套是一個重要原因，還有一個原因就是由于投入不夠，使得許多產(chǎn)品還僅僅是實驗室產(chǎn)品時就匆匆上市，結(jié)果遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能適應(yīng)各種復(fù)雜的實際運行工況。
第一，整個路燈行業(yè)總體份額較小，容易操作。據(jù)初步計算，用三年時間將全國現(xiàn)有路燈系統(tǒng)進(jìn)行改造，總體投入不過6―7億元。如果能采用政府、社會齊動手的戰(zhàn)略，不會給國家造成財政負(fù)擔(dān)。
第二，國家主管節(jié)能工作的國家經(jīng)貿(mào)委和主管道路建設(shè)的建設(shè)部應(yīng)盡快制定相關(guān)的配套政策。據(jù)查，道路照明的設(shè)計規(guī)范基本上沒有涉及節(jié)能，所謂‘‘間隔關(guān)燈’’方法不過是各地在遇到電費問題時所采取的“不約而同”的手段而已。而目前采用的設(shè)計規(guī)范基本上是八十年代制定的，許多內(nèi)容甚至照搬國外六、七十年代的標(biāo)準(zhǔn)，早已不能適應(yīng)當(dāng)前的實際狀況，應(yīng)盡快修訂并將節(jié)能內(nèi)容列入其中。
智能光電技術(shù)范文第4篇
關(guān)鍵詞：PPG 藍(lán)牙 脈搏波監(jiān)測 智能手表
中圖分類號：R443 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1007-9416（2016）05-0000-00
1引言
步入2013年，穿戴式設(shè)備，智能手表市場方興未艾，各種產(chǎn)品充斥著市場。但是，大多數(shù)產(chǎn)品都存在價格昂貴，實用性低的缺點。針對這種現(xiàn)象，我們提出一種基于藍(lán)牙技術(shù)的低成本智能手表。
由于社會的發(fā)展，生活水平的提高，人們對自身的健康越來越重視，為了迎合消費者的保健意識，提高消費者的健康水平，我們在智能手表上，利用PPG技術(shù)，實時監(jiān)控用戶的脈搏。人們可以在手表上實時觀看自己的脈搏，當(dāng)脈搏異常時候，手表會發(fā)出報警，提醒用戶，對用戶的健康提供有力保障。
同時，我們在PC上開發(fā)配套軟件，用戶可以通過手表將脈搏數(shù)據(jù)傳遞到PC上，軟件通過數(shù)據(jù)分析，評估用戶的健康情況。用戶可以通過軟件的數(shù)據(jù)分析，及時調(diào)整自己的保健計劃。
2 系統(tǒng)的主要硬件部分
2.1 系統(tǒng)框架圖1
2.2 藍(lán)牙模塊
藍(lán)牙模塊采用臺灣創(chuàng)杰科技（ISSC）的IS1681SM，該模塊是藍(lán)牙3.0。在功耗方面，比藍(lán)牙4.0差，但是在穩(wěn)定性方面，比現(xiàn)在市場上大部分藍(lán)牙4.0要好（藍(lán)牙4.0與手機(jī)相連經(jīng)常會出現(xiàn)斷線情況，此外，暫時大部分手機(jī)沒有藍(lán)牙4.0）。另外，此芯片待機(jī)電流可低至2mA，滿足便攜式產(chǎn)品低功耗的要求。與藍(lán)牙4.0相比，此芯片在價格上有絕對的優(yōu)勢。
2.3 PPG模塊
光電容積脈搏波描記法（ Photo--PlethysmoGraphy，PPG），是利用光束照射到活體組織表面，光束進(jìn)入體內(nèi)后通過反射或者透射的方式返回到光電傳感器，通過信號處理得到了人體脈搏參數(shù)，具有無創(chuàng)性、便捷性、抗干擾能力強等特點。
傳統(tǒng)的光電脈搏波描記方法分為透射式和反射式，測量時都是需要緊貼皮膚表面的，這給使用者帶來不便。特別在冬天衣服厚重的情況下，測量者需要除去衣服，露出皮膚，測量脈搏波就顯得更加困難
采用改進(jìn)型PPG技術(shù)，利用紅外反射光檢測方式，通過差分放大器、濾波器、程控放大器后實現(xiàn)PPG信號采集，得到用戶的實時脈搏信號。PPG模塊流程如圖2。
2.4 主控MCU
本次系統(tǒng)采用的主控芯片是Silicon公司的Sim3U164芯片，該芯片是32位的Cortex-M3內(nèi)核。芯片自帶時鐘管理，最高時鐘為80M，滿足高速運行；在休眠模式時可以將時鐘調(diào)整到2.5M，滿足便攜式產(chǎn)品低功耗的要求。
此外，該芯片自帶ADC、PWM、DAC、兩路串口、兩路SPI、RTC、中斷管理、低功耗模式，完全滿足藍(lán)牙手表的設(shè)計要求。
利用該公司提供的AppBuilder軟件，方便代碼生成，提高了開發(fā)效率。Appbuilder 是專為Openbiz Cubi平臺而設(shè)計的元數(shù)據(jù)集成開發(fā)環(huán)境。具有交互性圖形界面。它包含了兩個功能強大且簡單易用的生成向?qū)?以及 直觀的元數(shù)據(jù)編輯器。加入ucosII系統(tǒng)，使系統(tǒng)更加完善。
3系統(tǒng)工作流程圖
圖3為系統(tǒng)工作流程圖。
手表只設(shè)置了兩個按鍵，通過左鍵短按、右鍵短按、左鍵雙擊、右鍵雙擊、左鍵長按、右鍵長按、左右按鍵同時按下在各個模式間進(jìn)行切換。正常模式下，OLED顯示時間，電池電量，藍(lán)牙是否連接，音樂是否播放還有音量值。在無任何操作（按鍵操作或者藍(lán)牙返回指令）時間達(dá)到15s時，進(jìn)入休眠模式。休眠模式下，只有串口接收到藍(lán)牙數(shù)據(jù)和按鍵才可以喚醒MCU，喚醒后返回正常模式。此外，手表還有關(guān)機(jī)模式，設(shè)置模式，秒表模式，更新模式等。
4 系統(tǒng)測試
圖4是我們在測試板上測試整體系統(tǒng)架構(gòu)的照片。
為了便于觀察PPG模塊工作情況，測試時我們將程控放大器的輸出端接入數(shù)字示波器輔助觀察。對直接緊貼皮膚檢測后的濾波結(jié)果進(jìn)行分析。如右圖，是測試對象在緊貼皮膚，沒有間隔衣服的情況下，測試手腕位置的脈搏波?？梢钥闯雒}搏波被清晰的描記出來。
4.1功耗分析
所有穿戴式產(chǎn)品都要面對一個關(guān)鍵問題――功耗，如何降低產(chǎn)品的功耗，是穿戴式產(chǎn)品能否取得成功的關(guān)鍵。
為了節(jié)省功耗，做了以下設(shè)計：（1）設(shè)置了睡眠模式，在睡眠模式下關(guān)閉處理串口外的其他外設(shè)，將OLED設(shè)置為休眠模式；（2）電機(jī)震動采用震動2s停止2s的方式間隔震動；（3）在手機(jī)沒有播放音樂或者不需要語音報號時，關(guān)閉喇叭，在播放音樂或者語音報號時，才開啟喇叭。
4.2關(guān)機(jī)模式下斷開藍(lán)牙供電
經(jīng)過一年的努力，我們完成了最終的智能手表成品，手表基于藍(lán)牙3.0與智能手機(jī)通信，實現(xiàn)電話接聽、撥打、電話本同步、MP3等功能，并實現(xiàn)人體脈搏波信號的可穿戴設(shè)備監(jiān)測，通過改進(jìn)PPG探頭，實現(xiàn)信號非接觸檢測，提高用戶使用舒適度。
5結(jié)語
本課題自2014年5月正式開始，我們利用課余空閑時間，在課題計劃的指導(dǎo)下，學(xué)習(xí)新知識，并將知識付諸于實踐當(dāng)中。
在不斷的調(diào)試過程中，我們遇到許多不同種類的問題，屏幕無法顯示，程序沒有按照我們的預(yù)想進(jìn)行；硬件知識不足夠，無法制作出合適的濾波電路；器件意外燒毀，一次次的失敗雖然打擊我們，也給了我們戰(zhàn)勝它的決心。
在和指導(dǎo)老師的不斷溝通中，我們對我們遇到的問題進(jìn)行了總結(jié)，和組員重新思考了整體程序結(jié)構(gòu)，在這個過程中，既鍛煉了我們的溝通能力，又讓我們的專業(yè)技能得到了明顯的提升，我們每個人也學(xué)會了如何從整體出發(fā)設(shè)計一個定制的應(yīng)用系統(tǒng)。
從去年開始課題，除寒假中斷了一段時間外，我們一起合作，共同克服困難，不斷進(jìn)步不斷飛躍。進(jìn)行至今，我們已經(jīng)完成了生理監(jiān)護(hù)藍(lán)牙智能手表的整體設(shè)計，論文撰寫，實物制作，調(diào)試通過。
參考文獻(xiàn)
[1]Jean J.Labrosse著.《uC/OS-II-源碼公開的實時嵌入式操作系統(tǒng)》.劭貝貝譯.北京：中國電力出版社，2001.？
[2]任哲.嵌入式實時操作系統(tǒng)uC/OS-II原理及應(yīng)用.北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2005.
智能光電技術(shù)范文第5篇
“平板顯示行業(yè)是信息化、智能化的先行者?！?談到當(dāng)前炙手可熱的“兩化”融合、智能制造、“中國制造2025”和工業(yè)4.0，昆山國顯光電有限公司（以下簡稱“國顯光電”）自動化中心總經(jīng)理孫海濤認(rèn)為，平板顯示行業(yè)資金投入大、工藝復(fù)雜、自動化程度高、產(chǎn)業(yè)鏈條長，信息化是相關(guān)行業(yè)企業(yè)全面提升運營效率和競爭力的關(guān)鍵因素。
關(guān)注運營效率提升
國顯光電成立于2012年11月，是以AMOLED（有源驅(qū)動有機(jī)發(fā)光顯示）為發(fā)展方向的新型顯示領(lǐng)域高科技企業(yè)。它整合了昆山維信諾科技有限公司、昆山工研院平板顯示技術(shù)中心的相關(guān)資產(chǎn)和技術(shù)資源，是基于清華大學(xué)OLED（有機(jī)發(fā)光顯示）技術(shù)成立的高科技企業(yè)，是OLED領(lǐng)域的領(lǐng)軍企業(yè)。
國顯光電從成立之日起就格外重視信息化建設(shè)。在公司成立之初，即在2012年到2013年，國顯光電就開始制定信息化規(guī)劃。當(dāng)時恰逢工業(yè)4.0、“中國制造2025”等概念剛剛提出，這些都給了國顯光電很多有益的啟示。
在孫海濤看來，由德國提出的工業(yè)4.0的核心理念是智能制造，即通過信息化、數(shù)字化和智能化提升德國工業(yè)化的水平和競爭力?！爸袊圃?025”與其一脈相承，特別是在智能制造方面可謂異曲同工。不過，與工業(yè)4.0相比，“中國制造2025”更側(cè)重于工業(yè)化、信息化的“兩化”融合，比工業(yè)4.0概念更完整，更加符合中國實際情況，內(nèi)涵也更有延展性和可持續(xù)性。
當(dāng)前綜合色彩絢麗、響應(yīng)速度、寬視角和可以實現(xiàn)柔性顯示等因素來看，AMOLED技術(shù)被認(rèn)為是最好的平板顯示技術(shù)選擇之一。而到目前為止全球能夠量產(chǎn)這種顯示屏產(chǎn)品的除了韓國三星和LG，只有國顯光電等少數(shù)企業(yè)。
AMOLED領(lǐng)域?qū)儆诮^對的賣方市場，看起來信息化建設(shè)似乎不那么重要。實則不然。平板顯示行業(yè)本身的特點，以及對質(zhì)量、效率的追求，使得國顯光電更加積極地走上“中國制造2025”之路。
IT不一定能直接解決技術(shù)問題，但是能很好地幫助解決管理問題和技術(shù)問題，從而提高企業(yè)的運營效率。在這個“快魚吃慢魚”的時代，通過信息化實現(xiàn)企業(yè)內(nèi)部協(xié)同和產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)同，快速發(fā)現(xiàn)問題并解決問題，從而提升企業(yè)的運營效率，進(jìn)而結(jié)合產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢，形成新的競爭力，是國顯光電信息化建設(shè)的關(guān)鍵目標(biāo)所在。
IT戰(zhàn)略就是企業(yè)戰(zhàn)略
如此看來，國顯光電一早就準(zhǔn)備下一盤信息化的大棋。為了下好信息化這盤棋，國顯光電成立了專門的自動化中心，并且在建廠一年前就開始做IT規(guī)劃。
自規(guī)劃開始，國顯光電就不得不面臨一個嚴(yán)峻的問題， AMOLED顯示屏生產(chǎn)的工藝非常新，他們沒有成熟模式和經(jīng)驗可以借鑒，只能自己摸索著前行。幸運的是，國顯光電的高層管理者非常重視信息化建設(shè)，整個信息化規(guī)劃和建設(shè)過程都算得上是全員參與。據(jù)悉，國顯光電的信息化規(guī)劃主要關(guān)注兩個主要方向和兩個次要方向：
兩個主要方向是：其一，關(guān)注企業(yè)的戰(zhàn)略，“IT戰(zhàn)略就是企業(yè)戰(zhàn)略”，在進(jìn)行IT規(guī)劃時要重點考慮IT如何支撐企業(yè)戰(zhàn)略的落地；其二，關(guān)注信息化建設(shè)走在前面的同行或者其他相關(guān)的企業(yè)，對這些先行者進(jìn)行調(diào)研，從而避免走諸如信息孤島這樣的老路，保證信息化設(shè)計理念的先進(jìn)性。
兩個次要方向是：其一，要結(jié)合企業(yè)的實際情況對信息化建設(shè)成本進(jìn)行考量，在關(guān)注如何滿足看得見、摸得著的信息化需求的同時，要關(guān)注IT系統(tǒng)的集成性和延展性，從而保證系統(tǒng)能夠支撐企業(yè)的長期戰(zhàn)略。
在此基礎(chǔ)上，國顯光電以“智能制造”為核心理念，建起統(tǒng)一安全認(rèn)證、統(tǒng)一組織架構(gòu)和統(tǒng)一主數(shù)據(jù)編碼的多系統(tǒng)集成的信息化平臺，其中包括以O(shè)A為核心的企業(yè)辦公平臺和以ERP為核心的業(yè)務(wù)平臺的兩大企業(yè)級應(yīng)用平臺，以及包括以MES為核心的生產(chǎn)信息化管理系統(tǒng)和以FA為核心的生產(chǎn)自動化控制系統(tǒng)兩大支持車間智能化生產(chǎn)的系統(tǒng)，從而實現(xiàn)管理、業(yè)務(wù)和財務(wù)的一體化，獲得從ERP頂層計劃到車間、再到設(shè)備的自動化控制能力，以及工業(yè)大數(shù)據(jù)搜集、分析能力。為此，國顯光電5.5代AMOLED量產(chǎn)車間在今年被評為“江蘇省示范智能車間”。
建成這樣一個多系統(tǒng)集成的信息化平臺，“我們的速度和節(jié)奏把握得非常好，而且只用了別人1/3左右的資金”，孫海濤對自己所在公司取得的成績非常驕傲。他認(rèn)為，能夠做到這兩點，主要是因為國顯光電團(tuán)隊在以下四個方面做了努力：第一，要考慮所有單個系統(tǒng)與其他系統(tǒng)的集成度和融合度；其二，在供應(yīng)商的選擇上，除了關(guān)注供應(yīng)商的產(chǎn)品質(zhì)量和價格外，還非常重視供應(yīng)商的已有案例和相關(guān)經(jīng)驗；其三，要嚴(yán)格考察項目經(jīng)理，確認(rèn)項目經(jīng)理的能力和時間投入，能與公司內(nèi)部的項目團(tuán)隊密切配合；其四，要保證關(guān)鍵用戶確實熟悉業(yè)務(wù)，并對IT有較好的理解力。
卓越的信息化規(guī)劃和建設(shè)，使得國顯光電快速投入生產(chǎn)。從首批量產(chǎn)設(shè)備到位到工程樣品無缺陷點亮，國顯光電只用時4個月，創(chuàng)造了業(yè)界速度的新記錄。國顯光電第一次投片就一次性實現(xiàn)工程樣品無缺陷點亮，為后續(xù)進(jìn)行良率爬坡和實現(xiàn)量產(chǎn)目標(biāo)拉開了完美的序幕。現(xiàn)在國顯光電的產(chǎn)品已經(jīng)用于品牌智能手機(jī)和手表終端。不僅如此，隨著信息化水平的提升，國顯光電從產(chǎn)業(yè)鏈上的某一個環(huán)節(jié)得到深度反饋變得更加容易，不僅可以從相關(guān)合作伙伴那里及時得到對于自身產(chǎn)品的反饋信息，同時還可以從消費者那里獲取他們對顯示屏提出的意見和建議，從而幫助企業(yè)確定下一步的研發(fā)方向。
提升大數(shù)據(jù)處理能力
盡管如此，國顯光電管理層仍然認(rèn)為本公司在信息化建設(shè)方面還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，還應(yīng)該不斷吸收新的先進(jìn)的系統(tǒng)提升大數(shù)據(jù)處理能力，充分發(fā)揮大數(shù)據(jù)的價值，因此目前國顯光電正在對公司信息化系統(tǒng)進(jìn)行進(jìn)一步規(guī)劃。
首先是要強化數(shù)據(jù)采集能力。要在設(shè)備數(shù)據(jù)、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)、工藝參數(shù)數(shù)據(jù)和實際生產(chǎn)數(shù)據(jù)等眾多數(shù)據(jù)中，了解在哪個環(huán)節(jié)可以獲取什么數(shù)據(jù)，用什么數(shù)據(jù)可以解決什么問題；充分利用分析工具對問題進(jìn)行定位、分析，做到早發(fā)現(xiàn)、早處理。
其次要提升產(chǎn)業(yè)大數(shù)據(jù)的采集、挖掘能力。一方面將產(chǎn)品相關(guān)的信息延伸得更遠(yuǎn)，用于提升產(chǎn)品質(zhì)量；另一方面將盡可能地收集終端用戶的反饋信息，并根據(jù)經(jīng)驗將這些反饋信息進(jìn)行整理，確定未來研發(fā)的主攻方向。
