关键词：MCF5249uClinuxWeb数据采集
引言
现在嵌入式系统的应用越来越广泛。随着网络技术发展和市场需求的变化，工业设备实现网络化管理控制已经成为一种必然趋势。M2M（MachinetoMachine）的网络通信已成为国内外研究热点，而Web技术为工业设备实现网络化管理提供了一种解决方案。本文从硬件和软件设计两个方面讨论了摩托罗拉MCF5249处理器在数据采集方面的应用，并实现了采集数据的远程Web表征。
由于这一系统面向广义的过程，所以只要可获得过程参数，就能实现过程行业的远程在线表征。特别是基于Web完成实时数据库生成，真正实现远程集群系统的数据资源无人工干预自动获取。其应用将会不断地延伸。
本文描述的摩托罗拉MCF5249是以ColdFire32位微处理器为基础的高性能处理器，该处理器内部集成了一个片内12位ADC，可用于工业数据采集。且数据采集系统基于嵌入式操作系统uClinux。由于uClinux是为没有MMU的微处理器设计的。且源泉代码公开，为降低成本和获取软件的自有产权提供了方便。当然，uClinux不是一个强实时系统，为支持一般过程系统，可以通过一些补丁程序来提高其实时性，所以本文讨论的数据采集系统主要应用于一些实时性要求不高的场合。
1数据采集系统的硬件设计
摩托罗拉MCF5249处理器内部集成了一个片内12位∑—ΔADC，它有四路输入（ADIN0～ADIN3），任一时刻只允许一路输入，由多路选择器决定。ADC的数字部分在MCF5249的内部，而模拟电压比较器由电路提供。A/D转换的输出引脚以脉宽调制的格式提供参考电压，因此，该输出需要一个的阻容电路，将其转换成直流电压，以备外部的电压比较器电路使用。数据采集系统的硬件原理图如图1所示。
由于微处理器不可承受负电压，所以必须将输入电压限制在0～+3V之间。Motorola公司不建议使用外部箝位二极管直接在模拟输入端进行过压保护，而在输入端引入1～10kΩ的限流电阻和低通滤波器，在低通滤波器的输入端连接二极管对输入电压进行箝位。
2数据采集系统的软件设计
数据采集系统的软件设计主要分为两大模块，即数据采集模块与数据显示模块。
2.1数据采集模块的设计
数据采集模块是系统的核心模块，为了提高数据采集的实时性，应采用中断方式完成数据采集。其流程图如图2所示。
MCF5249微处理器为其内部ADC提供了一个控制寄存器ADCONFIG，其地址是MBAR2_ADDR+0x402,在初始化程序中需要指定MBAR2_ADDR地址。
通过ADCONFIG寄存器可以设置A/D转换器工作方式、采样频率、是否采用中断方式等。下面给出设置ADCONFIG寄存器实例。
#defineMBAR2_ADDR0x8000000
#defineAD_CONFIG0x402
#defineAD_VALUE0x406
…………
//设置ADC
*(volatileunsignedshortint*)(MBAR2_ADDR+AD_CONFIG)=0x442;
该设置确定ADIN0作为模拟信号输入通道，采样频率设置为1/4系统总线时钟频率。当时钟产生4095次翻转时，系统产生一个软件中断（中断号为63）。一次采样结束，并将采样结果存于ADVALUE寄存器（其地址为MBAR2_ADDR+0x406）。A/D转换值可以用如下公式计算：
Vi=(X/(2n-1))×Vfullscate
其中，Vi为ADC的输入电压；Vfullscate为满量程输入电压；
X为ADC输出的数字量；
n为ADC的位数。
A/D转换的结果在中断处理程序中读取。读取一次转换的程序代码如下：
Volatileunsignedshortintm;
m=*(volatileunsignedshortint*)(MBAR2_ADDR+AD_VALUE);
通常，A/D转换需要连续采样。采样结果应存放在一个多访问循环队列MACQ（MultipleAccessCircularQueue）中。
MACQ是一个定长有序的数据结构。源进程（生产者，ADC采样程序）将数据存入MACQ，一旦初始化，MACQ总是满的。当有新的数据被存入（PUT）MACQ，旧数据即被丢弃（如图3）。应用进程（消费者）可以从MACQ中读取任何数据。读功能是非破坏性的，即读操作不会改变MACQ。
在uClinux中，A/D转换中断程序的编写方法是将A/D转换器作为一个字符设备来处理。中断程序是在linux/drivers/char目录下编写，其结构如下：*file:m5249_adirq.c
#include<linux/interrupt.h>
#include<asm/irq.h>
#defineADC_IRQ(128+63)//定义中断号
#defineMBAR2_ADDR0x8000000
#defineAD_CONFIG0x402
#defineAD_VALUE0x406
/*定义中断处理函数*/
voidadirq_interrupt(intirq,void*d,structpt_regs*regs){
在此读取A/D转换的值并存入队列中。
}
/*设备初始化函数*/
intadirq_init(){
intresult;
unsignedshortadc_irq;
adc_irq=ADC_IRQ;
result=request_irq(adc_irq,&adirq_interrupt,SA_INTERRUPT,5249_adirqNULL);//注册中断
if(result==-1)
{printk(“Can''''tgetassigned%d”adc_irq);
returnresult;}
return0;
}
中断服务程序的添加方法如下：
①编辑uClinux/drivers/char目录下的mem.c，添加“adirq_init();”;
②编辑此目录下的Makefile加入“obj-y+=m5249_adirq.o”;
③编译（make）。
2.2数据显示模块的设计
为了实现采集到的数据以Web方式显示，需要选择一个Web服务器。本文采用的Web服务器是BOA。在CGI程序中编写一个函数读取MACQ队列中的数据并显示。
主要有以下显示模块。
（1）编写一个CGI程序
*编写一个读取MACQ队列中数值的函
readFromMacq()。
*编写一个生成动态HTML页面的函数show()。
Voidshow_t(){
……
printf("Content-type:text/html");
prinft{"
<html>
<head>
<metahttp-equiv=pragmacontent=no-cache><metahttpequiv=expirecontent=now>
<title></title>
</head>
<body>");
在此将MACQ中的数据读出，假设值赋给变量n
prinft("<center")Thevalueis%x!</center>
</body>
</html>",n);
}
*编写一个CGI的主程序main_cgi。
在主程序中需要读取HTML页面中的字符，并判断应执行那一个CGI程序。
（2）用HTML语言编写一个主页
在主面中应包含：
<ahref=/cgi-bin/main_cgi.cgi?flag=10target=main>键接字符</a>.
其中，flag的值是main_cgi用于判断应执行哪一个CGI程序的标志。
我们通过对2003年的第四次中国物流市场的供需状况调查进行分析，调查出来的结果显示出我国的物流行业运转情况并不是很好。2.1企业的库存期过长、周转时间太慢通过该项调查我们可以看出，有百分之八十的企业原材料库存时间在一周到三个月期间，百分之八十四的生产企业产品库存都在三个月以下，百分之七十的商品企业销售库存在一个月以下，这就表明我国的企业产品库存时间太长，周转时间太慢，主要还是物流情况差劲导致的，在此我们也能看出我国的物流情况急需得到相应改善，从而改变现在这种状况。2.2人们对物流的满意度较低生产企业里面的3PL相比较自理物流来看，在满意度方面差别很大，对于自理物流的评价主要是不完全满意，对第三方的物流评价就不是这么固定了，分布相对分散，满意、不完全满意和不满意都有一部分。而在商业企业中，对物流不完全满意的比例是最大的，这就表明第三方的物流服务是好于自理物流的。再从不满意的原因分析，企业内部对于物流服务的关心侧重在于物流信息的操作质量以及运作能力，对运作成有不满意的评价也占一小部分，这就说明我国的物流系统还是不够完善，物流行业的成本需要进一步降低。通过上述现状我们可以看出，我国现如今的物流运作水平还是比较落后的，所以说我们应该加大对物流系统的优化工作，提高物流系统的服务水平已经在物品运输上的成本的降低，只有这样才能保证我国的物流行业继续发展下去，才能让企业的竞争优势得以凸显。
2基于计算机仿真技术的自动化物流系统设计
2.1企业内部的生产物流系统
当企业内部开始安排并且计划着在生产领域实行物流系统并且提出运行的总体方案时，应该根据企业内部的实际情况以及生产出的产品的需求多设计出几套不同的物流方案，然后对这些方案进行分析比较，不论是对哪一套方案进行分析，都需要在企业内部的产品生产系统中采集需要的样品进行分析。此外，我们可以在这一流程里面融入计算机仿真技术，这样就能够对多套方案进行实际情况下的运作模拟操作、物流运作的绩效评估以及企业产品的生产试验等等。一般而言，计算机仿真技术在企业的物流系统中加以应用，主要在原材料的购买、运输以及储存，还有整套产品的生产流水线以及产品的加工、出库这些方面有所体现，它能够对上述的过程进行动态化的仿真模拟操作，从而能够对生产环节的效率进行提升，还能够降低原材料等物质的运输成本，可以让企业内部的物流系统各项指标得到改善。此外，通过计算机仿真技术的物流系统我们可以有效地对生产设备的功能进行检查，还可以检验企业的订单要求和生产环节的匹配程度，还有交通工具的有效利用，物流的运输方式和运输路线是否最优，生产物资的原材料经过的环节是否达到了最简等等。现在看来，物流系统中融入自动化计算机仿真技术可以有效地对企业物流的各个方面进行检验，能够极大的对物流系统进行完善，在促进其优化方面起着重要的作用。
2.2适用于港口的物流系统
在港口的物流系统中加以应用计算机仿真技术，主要是在港口物流系统的环节以及相关领域的规划方面得以体现，即船舶泊位设计、货柜堆场设计、装运搬卸工艺设计等的合理分配和资源优化上，另外对于现实港口管理系统的策略制定和优化方面也是计算机仿真系统要解决的一个重点问题，最主要的目标就是想对港口物流作业的调度进行实时化的实现，包括港口生产调度、货柜堆场作业控制、车辆作业路线等，我们对这些线路环节进行仿真操作以及分析，能够对港口的物流作业系统有一个科学合理的评判，对其整体的流程进行有一定的积极影响，此外，还能实现对于物流系统整体的钱能诊断以及深入分析。我们在分析之后的基础上对港口物流系统进行改进优化，选择最优的改进方案，就能达到最好的改进效果。目前计算机仿真技术在港口物流货柜堆场的管理中已经实现了实时立体化全景象管理和控制，这在很大程度上对各种货柜的存放、搬运以及出入情况进行了改善，操作起来更加的方便，从而提高了企业的生产效率。
3结论
关键词：J2ME/J2EE；毕业论文选题系统；手机；数据库
中图分类号：TP311.52文献标识码：A文章编号：1009-3044(2012)13-3127-02
TopicsofMobileSystemDesignBasedonJ2EE
WANGTao
(HubeiInstituteforNationalities,Enshi445000,China)
Abstract:ThedesignofaJava2MicroEdition-basedthesistopicssystems.Makefulluseofthird-generationmobilephone-relatedfunctions,object-orienteddesign,theJ2EEserverarchitectureformobilecommunicationterminalequipmentgatheredtogethertoachieveatwo-waychoicebetweenteachersandstudentstohelpimprovethetopicsofqualityandefficiency.
Keywords:J2ME/J2EE;thesistopicssystems;mobilephone;database
毕业论文选题是高校教学管理工作的一个重要组成部分，绝大多数高校目前在此方面还处于手工管理阶段，选题资料尚未数字化[1]，一个教师要同时指导多个学生的论文写作，不可能顾及每个学生的具体情况，难免出现漏报、错选，第三代移动通信技术为解决这一问题提供了良好的契机，主流手机都支持J2ME应用程序[2]。基于J2ME的手机，设计一个毕业论文选题系统，为学生提供了一个完全公正、开放的选题平台，不仅减轻了高校教师的工作量，提高工作效率，而且方便学生与指导教师间的相互交流，轻松地体验移动网络的方便性，尤其适用于对非全日制高校学生毕业论文的管理与指导。
1系统概述
整个系统采用通常面向对象的设计方法，运用数据库、J2EE、J2ME等现有技术，开发一个基于J2ME手机的毕业论文选题系统，实现基于Web的系统的传统基本功能，包括教师出题、学生选题、指导联系、信息传递等功能，教师借助于服务器或手机操作对敲定的毕业论文题目库进行的添加、删除，对学生自定论文题目进行修改；学生通过手机操作进行选题和信息反馈，并与指导教师、交流联系，还可对氖电子文稿进行备份保存，从而避免了手工抄写及“一对一”的面议，节约了时间，提高了效益，很多不必要的麻烦。
2系统分析
2.1需求分析
2.1.1功能需求
该系统的用户类型只限于教师和学生两类；所有经登录认证的用户都可以对相关信息按自己的需求进行添加、修改和删除作，系统对开放和结束的时间等参数进行必要设置。教师除对论文题目可进行增加、删除及修改外，还具有系统所有属性的管理功能。学生的基本操作包括：1）维护个人信息，包括注册、登录、修改密码和注销，可以参看系统帮助文档；2）查看选题、公告、留言等信息；3）选择题目，发送和修改自己的选题。
2.1.2性能需求
客户端支持J2MEMIDP2.0并可以连接互联网的手机；服务器端：PC机或服务器；应用程序服务器：ApacheTomcat5.5.17；数据库系统：MySQL5.0。
2.2系统流程图
如图1所示。
3系统设计
3.1总体结构设计
在移动信息设备简表MIDP（MobileInformationDeviceProfile）中由包javax.microedition.io定义其网络功能。J2ME以接口的形式定义一些能够覆盖网络和文件IO的抽象方法，包括基本串行输入、基本串行输出、数据报通信、与Web服务器进行的基本HTTP通信等，J2EE的客户端以HTTP作为网络传输的协议，联网代码按CMNET和CMWAP两种接入方式作必要的修改，WAP网关作为向服务器转发请求[3]。
服务器端以ApacheTomcat软件采用Web服务器和MySQL数据库服务器。在逻辑上，将服务器分为3个层次，即业务逻辑层、持久化层和数据库层。其中，业务逻辑层由Tomcat容器的Servlet实现，可以通过HTTP协议直接和客户端进行通信。持久化层采用开源的中间件Hibernate，通过对象-关系映射（Object-RelationMapping，ORM）模式[4]将实体对象持久化，并封装数据库的访问细节。总体框架如图2所示：
图1系统数据流程图
图2系统结构图
3.2系统出错处理设计
用户通过主界面的菜单选择，进行各种相应的操作，其对象-行为的基本模型如图3所示：连接过程中由HTTP连接类将请求发送到服务器，然后Servlet调用相应的业务逻辑方法，将结果或错误的响应代码返回[5]。因此，如出现当客户端与服务器连接不畅，或传输中数据库连接出错时；当终端客户传输信息出现差错时，系统的相应设备会及时作出报警性处理，包括一是通过服务器端给客户端返回相应响应代码，如提示“网络无法连接”、“数据传输失败”等信息；二是返回有关安全性提示信息，如“密码不对”、“请再次确认”等。
图3对象-行为模型
3.3用户界面的设计
本设计用户界面的导航主要以以经典的模型-视图-控制器模式（Model-View-Controller，MVC）为样本，因在在MIDP图形用户界面组件中，List非常适合做菜单，其界面风格、样式可多样化，如可采用九宫格式的主菜单设计方案，但因不是具体生产实际设计，如何追求美观、方便和强烈的视觉冲击可在实际应用中不断改进用户界面导航的设计。
4结束语
本论文选题移动管理系统基于J2EE架构设计模式，可以在J2ME手机上实现了论文选题信息传输、修改、补充和完善及交流提示等的基本功能。其特点在于一是简单易行，只要专注选题模块的开发，定义好相应的接口即可，系统的服务器端采用的都是开放源代码软件产品，这样不但节省开发成本，还有利于提高开发效率；二是采用了分层的设计方法，分离了表现层、业务逻辑层、持久化层和数据库层，这样，可最大程度地提高了代码的重复利用率，也保证了软件的可扩展性，在其它的代码却无需太大的改变的情况下，既可对公共的组件进行优化，对系统的整体性提高，也可以根据需要更新页面内容，增加系统需求的新功能，同时，考虑到网络瓶颈的问题，设计开发了myhttp联网开发框架，分离了客户端界面的设计和网络连接的代码，使得客户端的代码更容易维护和扩展，优化了J2ME客户端和J2EE服务器端的通信。这样的设计提升了整个系统的可移植性、伸缩性、可维护性、可扩展性、可重用性和可管理性。当然，限于篇幅，我们对客户端的采集数据表单、数据库的逻辑结构和用例未进行具体的描述，也未一一将代码列出。此外，系统仍然存在许多需要不断改进的地方，如缺少直观的后台管理功能，管理的功能还不够强大，没有实现多媒体功能等。这些问题有待于进一步探索或在升级、扩展中改进。
参考文献：
[1]杨凌云.省略的毕业论文选题系统的设计与实现[J].计算机时代,2010(3):36-37.
[2]宁宇.中国移动BOSS30业务技术规范[S].中国移动,2009:7-19.
[3]赵强.J2EE应用开发WebLogic+Jbuilde[M].2版.北京:电子工业出版社，2006:57-92.
关键词：电力系统；电力工程；应用
目前，我国的经济发展有了长足的进步，人们的生活质量有了大幅度提升，故此在用电需求上也得到了增加。为能够有效保障电力系统的稳定可靠安全的运行，对电力资源最大化的得到节约，电力系统规划设计就是最为关键的环节，这对整个电力工程的运行效率都会产生影响。故此加强这一领域的理论研究对实际有着重要的意义。
1.电力系统的规划设计及方法分析
1.1电力系统规划的内涵分析
现阶段我国对电力的需求及质量都有着要求上的提高，电力系统的安全稳定运行是保障人们正常用电的基础，所以对电力系统的科学规划就显得比较重要。而电力系统主要就是通过配电以及输、发电等环节所组成的电能生产及消费的系统，其主要功能就是将一次性能源发电动力装置转换成电能形式，在输电的支持下将电能供应给用户，所以它是我国国民经济系统中的重要子系统。对其进行有效的规划就是结合某地区内人口、经济和工业发展规模等实际情况，进行对电力的负荷加以预测，同时对各分区进行电力电量的平衡分析，对可能出现的盈缺情况加以预测。然后论证规划方案的经济可行性，对相关的设备等一系列内容进行科学合理实施。
1.2电力系统规划的方法分析
电力系统在实际的规划过程中必须要结合实际情况进行，电力系统规划设计的主要方法是通过对原始资料进行的，任何设计规划不能一次性就设计出最佳的方案，是在不断的完善改进过程中进行的。故此对电力系统的规划设计也如此，要能够将前期的工作基础做好，将电力负荷的相关资料进行详细的搜集，要结合当地的经济发展状况进行规划设计，只有这样才能够将电力系统规划设计的效果以最佳形式呈现出来。
2.电力工程系统设计规划注意事项及应用分析
2.1电力工程系统设计规划注意事项分析
我国的电力工程建设规划正不断的扩大规模和完善，其中的系统电压在不断提高，以及电源的容量也得到了全面上升，这些方面的变化使得电力系统的规划设计就发挥着关键作用。所以在规划设计的初级阶段要能够将准备工作完善做好，对数据的收集以及数据库的建立等，都要能够加强力度，这些也会之后的相关工作打下了坚实基础。对相关的基础性数据的建立是一项长期工作，同时也是整个系统规划设计的导向，这就需要在这一方面的网络基础数据进行及时有效的更新，并要形成规划的相关报告，如此才能够设计的更加科学化与合理化。
2.2电力工程设计中电力系统规划设计应用分析
针对电力工程设计中的系统规划设计可将其分为长期与中期电力系统发展规划类型，具体的规划设计当中，主要有近区电网电源规划情况和出力分析，以及工程所在区域电力负荷预测及特性分析等。在电力负荷预测及分析层面，对拟建电力工程附近片区进行电力负荷预测以及分析这是一项基础性的工作，对电力工程的设计主要进行十年以内的中短期负荷预测，也就是围绕着国民经济运行及发展所进行的。非负荷进行预测的方法是多样化的，其中的专家系统和模糊理论等新的方法所起到的作用比较关键。另外从电源的规划层面来看，这是电力系统规划设计的一个核心内容，对拟建工程周边电网电源规划进行统计以及对电源的出力情况进行分析是论证单项电力工程建设必要性的重要依据。从实际情况来看，电力电源的类型主要有地方电源及统调电源两种，所谓的统调电源主要是大型的发电厂对电网调度的统一所使用的电源，而地方电源则是一些比较小型的水电站。具体的规划过程中，新建电源机组会出现逐年投产的情况发生，这就需要对电源的出力情况进行详细的分析统计。再者就是电力的平衡在电力系统规划设计当中的约束条件，这就需要结合前面的负荷预测及电源出力的情况进一步的对电力工程的布局和规模等进行详细的分析。对电力电量平衡进行分析的过程中，分区间的电力电量交换也要进行充分考虑。为能够说明电力系统当中项目工程的地位及作用，要按照工程所在地网络特点及负荷分布等情况，在经了政府部门的审批之后接入系统就能够被提出，同时运行方式和供电电压的内容也要得到充分考虑。还有就是对电力系统规划设计中的电气计算环节，在这一过程中主要包含着几个重要层面的内容，也就是稳定计算机潮流计算和务工补偿计算、短路电流计算。然后通过各种电气计算的结果进行分析项目接入方案安全性及可靠性等，对设计的方案进行比较择取最佳方案。对电力系统规划设计方案过程中的准备阶段主要是了解在大网地区基本情况和特点加以了解，对现有的统调电源及线路等方面的资料进行收集，将其作为电力电网现状设计的基础数据，接着就行调度。通过对电力系统中发电动力装置的转化，再进行输电及变电和配电等程序。对电力系统的细节进行设置，保证输电稳定性，在规划的重点上要得到重视，主要就是规划周期，规划设计成本，安全这几个重要方面。例如在规划设计的成本方面对电力系统规划时，对元件以及电缆和设备等都有着重要的影响，这一过程的规划设计就需要对电力系统功能方面都要达到相关要求，在保证质量的同时将投入实现最小化。电力网络的基础数据对电力系统规划设计有着比较重要而对意义，所以要不断的更新及完善基础数据，这样才能够更加有利于电力工程设计的科学性。
3结束语
综上所述，电力系统的规划设计作用及影响的进一步扩大，也将对电力工程的设计起到促进作用，随着我国的电网电压及电网的规模不断扩大，也需要更加科学的电力系统布局。在这一过程中要能够结合实际的情况进行设计规划，注重人才的培养，多角度的分析问题，如此才能够最大化的提高电力工程的设计质量和水平。
作者:谷卓木单位:国家电网哈尔滨分公司黑龙江瑞腾电力工程设计有限公司
参考文献：
[1]黄齐明.电力工程设计档案的开发与利用[J].机电兵船档案.2009(01)
面向PAAS模式的CSCL系统设计
1CSCL实施流程
CSCL是指利用计算机技术尤其是多媒体和网络技术的辅助和支持，以增强学习者之间的交互和小组学习，促进学习小组成员的知识共享与建构的一种协作学习方式。其具体的实施流程如下。(1)学习活动的设计：教师根据教学需要确定学习目标，并将学习目标融入相关学习活动的设计中，通过活动情境激发学生的学习热情和兴趣。(2)学习小组的划分：教师需要划分若干个学习小组，各小组由小组长和小组成员组成，其中小组长将协助教师完成各小组的学习活动。(3)学习活动的执行：根据学习目标，小组长组织小组成员讨论并明确各自的职责和任务。通过分工合作，共同完成小组学习任务。在学习活动中，组内的协作沟通十分重要，教师可以参与小组讨论并在学生有困难时进行有效地指导。学习任务完成后，各小组把学习成果上传到成果库中等待进一步的评审。在整个学习过程中，教学资源库提供辅助学习的内容材料、课件、其他资源库链接和相应功能的软件等。(4)学习成果的评价：学习成果的评价是检验学习是否达到目标的必要手段。我们可以采用教师评价、自我评价以及小组互评相结合的方法。评价需要从多个方面进行考虑，尽量保证评价的公平和公正。
可见，在CSCL系统中，学习者以群组为单位，在网络环境中协作、探讨和交流，共同完成学习目标，从而使得协作学习能够最大化个人和他人的习得成果。CSCL系统中的交互性、协作性、共享性等特点是系统实现的核心，它们是小组学习活动得以完成的有力支撑。
2面向PAAS模式的CSCL系统架构
基于以上对CSCL系统实施流程的分析，我们构建了一种面向PAAS模式的CSCL系统。PAAS（PlatformasaService,平台即服务）是一种基于云计算技术的服务，它在统一的应用程序模型的基础上，将云平台能力进行封装，并提供基于云基础设施的开发和托管环境。该模式可有效地缩短系统的开发时间、忽略底层硬件设计、节约成本等。本系统架构图如图1所示，整个系统自上而下分为应用层、平台层和基础设施层。应用层：本系统使用SQLAzure来进行数据库管理，构建在WindowsAzure云操作系统之上。用户（学习者和老师）终端使用各自权限通过WindowsAzure的访问接口对CSCL系统进行访问，实现CSCL系统资源浏览、查询、数据处理和系统设置等功能。学习者通过浏览所在小组的任务并与其他小组成员进行沟通协作，共同完成学习任务，最终提交小组学习成果（可以是作品或研究报告等）。老师可以跟踪和干预各小组的学习进度，参与各小组的学习活动，评价各小组的学习进展和学习成果。
平台层和基础设施层：本文利用WindowsAzure云服务平台的开放式架构进行系统运行底层的构建，WindowsAzure是一个互联网级的运行于微软数据中心系统上的云计算服务平台，它的数据中心能够提供十分高效的数据同步、副本创建与更新策略以及相应的容错机制，即使在某个数据中心失效时，也能够保证数据的完整性、准确性。该平台层通过虚拟化技术实现动态伸缩，使得应用的容量和能力根据访问需求动态的改变。在应用部署和开始运行之后，云平台提供相应的管理工具和环境对应用程序进行运行时的管理，比如应用性能的监控、配置的动态修改等。针对整个平台的管理工作，运维环境能够有效地处理应用的上线、升级、卸载和应用的在线配置等，保证平台的健康运行和资源的高效使用。
3PAAS开发环境的部署
基于平台层的解决方案开发可以有两种形式：离线形式和在线形式。离线形式是用户在本地的开发工具中进行解决方案的开发和测试，开发完成后远程部署到云平台上；在线形式是用户根据云平台的标准在线开发和部署自己的应用。本文采用第一种形式，在本地开发完成系统后再部署到WindowsAzure平台上并连接SQLAzure数据库，具体开发环境配置如下。
（1）操作系统的配置
Azure服务平台使开发者能够在原有的技能、工具和技术的基础上，进一步提高应用程序开发的灵活性和有效性。因此在本研究的开发过程中，笔者选用WindowsAzure云服务平台对本文的PAAS架构进行支撑。为了配置云本地开发模拟环境，需要先安装IIS7.0,然后再安装WindowsAzureTools。
（2）数据库管理系统的配置
系统本地开发时选用SQLServer2008。需要预安装.NETFramework2.0和WindowsInstaller4.5等组件。MicrosoftSQLAzure提供了基于云的关系数据库服务（基于SQLServer技术构建），这使将本地SQLServer2008数据库移动到SQLAzure变得相对容易，可以使用本地SQLServerManagementStudio(SSMS)方便的连接和管理SQLAzureDatabase。
（3）开发工具的配置
Microsoft在VisualStudio2010和VisualWebDeveloper2010Express中新增了直接生成WindowsAzure应用程序的支持。本研究选用了MicrosoftVisualStudio2010作为开发工具。配置如下：启动VisualStudio2010，单击“文件”菜单，选择“新建”|“项目”，打开“新建项目”对话框。在“VisualC#”下，选择“云”节点。这将显示“启用WindowsAzureTools”项目模板，单击该模板后，将显示一个页面，其中包含用于安装WindowsAzureToolsforVisualStudio的按钮。
（4）支持工具的配置
最后，安装WindowsAzureSDK工具包，这个可使开发者依托Azure平台应用.NET服务。此外MSDN代码库页包含许多代码示例，可帮助生成运行于WindowsAzure上的可缩放Web应用程序和服务。
系统的关键技术
1群组技术
群组技术是构建CSCL系统的基础，它将有相同爱好或是有共同兴趣的个体以小组的形式组织起来，在计算机支持的环境中交流思想、共享心得。CSCL系统中群组大多为异质群组，可以更好地发挥学生的优势。异质群组的分组原则为，组内差异度最大，组间差异度最小。秉承这一原则，本文设计了基于PAM的异质群组算法，该算法的具体步骤如下。
（1）建立用户信息模型
英国教育学家Baker发现，学习者个体特质将严重影响协作学习的效果。协作学习的基础是分析学生的个人特质，对此本文建立了学生信息模型，如表1所示。该模型将学生的个体特质描述为{性格特质、学习风格、学习能力、协作素质、基础成绩、学习兴趣}六个方面构成的向量，并以1-10分为评价标准。举个例子来说：向量a1={483594}表示个体a1性格内向、学习风格偏向于场独立型、学习能力较低、能够与其他同伴进行沟通、有扎实的基础、对课程没有太大的兴趣；向量a2={637745}表示个体a2性格外向、学习风格偏向于场依存型、学习能力较强、容易沟通、基础成绩一般、兴趣一般。
（2）PAM聚类描述
我们将上述采集的一组学生特性数据看成是一个向量，那么随机从集合空间内选择几个向量作为中心向量，计算其它向量到中心向量的距离，将距离最短的归成一类；反复用非中心向量替换中心向量，以提高聚类的质量。聚类质量用代价来衡量，该代价也是判断非中心替换中心是否恰当的标准。具体算法描述如下：给定n个数据对象，每个对象有p个属性，将其划分为k个簇。其具体步骤为：1)在n个数据对象中随机选择k个向量作为中心向量，即代表该簇的一个对象，其它n-k个向量为非中心向量。2)利用公式1的距离度量公式，计算剩下的n-k个非中心向量到k个中心向量的距离。其中，d(i,j)表示向量i到向量j的距离，且i用向量(,)i1i2ipaa…a描述，j用向量(,)j1j2jpaa…a描述。
（3）基于PAM的异质群组
假设分组人数为n，如果n<=6，则为一组。否则，在上述的描述中我们选择聚类数k=4，这样可以控制群组的基本规模在4-6个人。聚类完成后形成了4个簇，每个簇中含有的人数为num，其中最少的人数为min_num个。我们将从每个簇中选一个个体，可以分成num_class个小组（第一次聚类后的num_class=min_num）。最后我们在每个组中间选择一个成员为组长，该个体到该组其它成员的平均距离最短。
2协同工作流技术
协同技术是CSCL系统的核心技术，协同技术就是要利用现有的技术来高效地管理学习过程，合理地划分学习任务，有效地组织学习活动，从而协调不同学习者协同一致的完成某一目标。对学习过程的处理是协同的关键，而工作流技术正是处理学习过程的有效手段。协作学习工作流指的是教师、组长、组员拥有不同的业务处理权限，将学习任务划分、分配和审核的一整套的流程。（1）构建协作学习工作流本文利用工作流技术将学习任务划分为多个学习活动，使其在一定的约束条件下在学习者之间传递、执行，最终实现学习目标。要实现协作学习流程，需要定义协作学习过程。本文以WfMC定义的工作流过程元模型为指导，定义了协作学习过程模型，如图2所示。（2）协作学习流程分析本文以协作学习的过程定义为基础，分析了CSCL系统的协作流程。主要体现在业务流程、人机交互和信息处理三个方面，其主要思想如图3所示。主要的业务为：明确学习目标、分配学习活动、审核学习成果、活动结束以及审核任务状态等。人机交互则表现为：提交学习成果、评价活动成果、评价任务等。信息处理主要包括：状态信息处理、数据库信息处理以及下一步工作处理等。
3交互技术
交互技术是CSCL系统中的主要支撑技术，是开展协作学习的有效保证。CSCL系统中的交互指学习者充分发挥其主体作用，在原有的知识结构上，通过与网络资源、学生、教师等相互作用来积极主动地构建知识的过程。在本文设计的CSCL系统中，我们依据平等参与、观点互动的原则，采用虚拟圆桌交互活动的组织策略。具体实施过程如下：群组成员围绕在圆桌周围，对每个成员进行1-6编号；1号同学先发表自己的主要观点或展示作品，其他同学按照编号针对1号的观点或作品进行评论，形成结果；然后，2号同学发表自己的观点，按照编号进行评论，直到所有同学都陈述完观点或展示了作品；以上步骤完成后，每人根据大家的评论，修改完善自己的观点或作品，再按照以上方法重新组织发言和评论。
运用虚拟圆桌式交互组织策略能够让发言更加有规律，从而最大限度地调动各方面的积极意见以得到及时的反馈消息。每个组员均有平等发言的机会，促使组员积极参与讨论，有利于培养组员之间的合作精神。除了通过虚拟圆桌交互活动支持协作学习交流以外，本系统还设计了教师在线咨询和论坛等交流模块以帮助学生解决学习问题、分享学习经验。
面向PAAS模式的CSCL系统的实现
1系统的“云部署”流程
（1）程序开发及部署到WindowsAzure的流程
如下图4所示。本地Web网站构建完毕后，使用VS2010提供的“Web角色”云模板将本地应用程序迁移到云端。WindowsAzure角色是指在云中运行的可单独缩放的组建，云中的每个角色实例都分别对应于一个虚拟机（VM）实例。有两种类型的角色：Web角色是运行于IIS上的Web应用程序。该角色可通过HTTP或HTTPS终结点访问。工作线程角色是一个可运行任意.NET代码的后台处理应用程序。它能公开面向Internet的终结点和内部终结点。迁移完毕后，在VS2010中生成可在云端运行的角色包。最后通过WindowsAzure开发者门户上传部署该“角色”包后得到唯一域名的Web网站。
（2）将本地数据库迁移到SQLAzure
将本地数据库移动到SQLAzure，具体操作步骤如下：登录到WindowsAzure管理门户，设置目标SQLAzure数据库；生成DDL脚本，根据SQLAzure执行DDL脚本；创建迁移帮助存储过程；禁用外键约束，禁用非聚集索引；使用bcp命令行工具从源SQLServer2008数据库导出表数据，使用bcp命令行工具将表数据导入目标SQLAzure数据库；重新生成非聚集索引，启用外键约束。
2系统的主要模块实现与测试
（1）信息获取模块的实现与测试
学生信息是构建CSCL系统的基础。在CSCL系统中，无论是实现群组算法，还是交流都离不开学生信息。因此，本文设计了信息获取模块来采集学生信息，运行后界面如下图5所示。信息获取模块包括注册模块和登录模块，而注册模块包括基本信息调查和在线测试两部分。测试模块以群组技术中的学生个性化建模表为基础，测试内容包括：性格特质、学习风格、学习能力、协作素质、基础成绩和学习兴趣等。本系统采用卡特尔16项个性因素测试(16PF)测试性格特质；采用所罗门测试表测试学习风格；依据学生过往的学习行为，来判断他们的学习能力、协作素质和兴趣。登录模块用来判断用户的角色，同时记录学习者的登录次数，为后期分析学习行为提供有效的参考数据。
（2）协作学习模块的实现与测试
协作模块是CSCL系统中的核心模块。该模块需要为学生分组，分配任务，提供交互工具等。运行后界面如下所示，图6为学习者分组界面。我们可以将协作模块细分为群组模块、自主学习模块、交流模块和评价模块。群组是协作的基本单位，群组模块利用基于PAM的异质群组算法实现。在分组后，学生可以看到该小组的风采，同组成员的基本信息、照片以及相关的联系方式等。交流是分享学习经验，解决学习问题，提升学习能力的有效手段，如图7所示。本文设计的交流模块包括邮件、教师在线咨询、讨论室、论坛和布告板等。其中，讨论室提供的交流策略有：教师的在线引导、虚拟圆桌讨论、随机讨论等。
（3）讨论室管理模块的实现与测试
在该管理模块中，教师可以同时监控多个讨论室的情况，根据讨论室的热度和小组成员的讨论情况进行指导、干预和帮助。该系统为教师提供了一个同时监控各个讨论室状态的平台，运行后界面如图8所示。利用hot或者cool判断当前讨论是否激烈，通过调查成员是否有问题来进行宏观调控，同时通过了解学生的问题进行个性化的干预。其它功能模块的实现与测试，鉴于篇幅原因，就不一一截图展示了。
结束语
依据设备内部热耗的情况，具体如表1所示，通过估算，自然散热不能满足该设备的散热需求，需考虑采用强迫风冷的方式冷却，设备自带风扇提供风源。从表1同时可以看出，该电子设备的主要散热集中在2个功放芯片上（中放芯片和末放芯片），根据该设备的散热特点，最终选择了局部强迫风冷和自然散热相结合的热设计方式。由于设备尺寸限制和模块热耗特点，该电子设备选择了一款体积小风力足的EBM风机。该设备的热设计主要集中在功放芯片散热上，通过去掉安装架及不必要的结构简化模型如图2所示。采用热仿真软件flotherm计算［2］，计算模型如图2所示，计算结果如图3~图6。由仿真分析可知，使用常规风冷散热，难以解决设备内部2个功放芯片散热问题，由于扩散热阻的存在，散热器基板温差最大可达100℃。如果使用均温板（即毛细散热腔VC板），则可降低基板温差，提高散热利用效率。按保守的均温板导热系数（1000W（/m•K））［3］，保守的最大热流密度（100W/cm2）进行仿真计算，其安装面温度可控制在110~120℃左右，该设备的器件结温/壳温要求及计算结果对比如表2所示，考虑到所设定均温板的数值偏保守，通过表2可以看出，采用强迫风冷加均温板的方案解决设备散热问题是可行的。
2设备振动强度及减重设计
由于设备装机位置处环境条件要求严格，根据以往工程经验看，设备振动条件相对其它设备非常恶劣，再加上设备本身要求有很高的可靠性和耐久性，该设备倾向于选择加装隔振系统。首先简化设备模型、约束处理、网格划分和设置材料参数，在不装隔振系统情况下，对设备进行模态分析。得出1阶模态：470.8Hz、2阶模态：702.Hz、3阶模态：875.6Hz、4阶模态：1043Hz。通过模态分析可以看出，设备的1阶和2阶模态频率和结构件容易产生共振，对设备结构件和内部器件的结构强度和刚度容易造成损坏［4］，这样就更加论证了需要加隔振系统的方案。根据设备的振动条件定制了所需的隔振器，隔振器主要参数是：固有频率为70Hz；最大共振放大率小于3；单只公称载荷为1.5kg；隔振器单只重量为130g。同时为满足设备的装机要求，还设计了设备安装架，安装架通过4个底部隔振器安装机平台，而整机则通过安装架后面的导销，前面的锁紧装置固定在安装架上，以实现快速拆卸，其整体结构形式如图7所示。
根据设计的隔振系统再次对安装了隔振器的设备进行了模态分析，结果如表3和图8所示。从表3和4图8可以看出，安装减振器后，设备的前3阶模态以减振器3个方向的平动振动为主，第4阶模态以减振器的水平扭振为主，其它低阶模态主要集中在安装架上。扭振的发生与设备重心位置及减振器的安装位置密切相关，如果减小减振器的安装平面位置与系统重心的相对尺寸，就可以避免扭振的发生。从仿真分析来看，该振动设计能够满足设备振动需求。当然除了满足振动设计以外，设备还需要满足装机重量要求。目前综合考虑刚度-密度比、加工性和成本等多方面因素，设备结构材料主要采用5A06铝。从整体看，该设备为LRU设备，设备采用安装架固定方式，结构设计必须受到接插件、冷板和减振器装配及安装诸多特殊要求的限制，结构优化设计余量很小，该设备在满足上述设计要求的前提下，尽量削减所有非重要承力部件（其中外部结构强度和电磁屏蔽要求，预留2.5mm左右薄板。设备内部有3处需要考虑电磁屏蔽要求，隔板厚度暂设定为3mm）。在此基础上完成结构设计后，对设备进行了随机振动响应分析，通过对设备内部标准差位移和标准差加速度的对比分析，经过几次耦合设计，最终设计出一个既满足振动设计又尽可能轻的电子设备。
3结语