时间：2023-09-24 15:54:52
导语：在航天航空技术论文的撰写旅程中，学习并吸收他人佳作的精髓是一条宝贵的路径，好期刊汇集了九篇优秀范文，愿这些内容能够启发您的创作灵感，引领您探索更多的创作可能。
专业学位教育是我国硕士生教育的一种形式，是为完善我国学位制度，加速培养经济建设和社会发展所需要的高层次应用型专业人才而设置的。从1991年开始，我国开始实行专业学位教育。1997年，我国正式开展了工程硕士专业学位硕士生的培养工作。2009年起，我国开始招收全日制专业学位硕士，这是对以往硕士生培养过于偏重学术、脱离市场、知行脱节等弊端的一种完善，也是培养高端应用型人才的必然选择。截至2010年，我国全日制专业学位硕士招生人数约为10万人。预计到2015年，我国学术型和专业型硕士生在校生人数要实现1：1。然而，随着专业学位硕士生特别是全日制专业学位硕士招生人数的迅速扩大，其教育培养方面的问题也日益突出。
1.1 社会认可度不高，对全日制专业学位硕士教育存在一定误解
全日制专业学位硕士从开始招生至今只有短短4年时间，属于“新生事物”，所以无论是生源还是用人单位方面，对其认识还不够全面，存在一些偏差。很多人将全日制专业学位硕士与过去传统的在职专业学位硕士生混为一谈，甚至认为相对于学术型硕士生而言，全日制专业学位硕士招生条件低、培养目标要求不高、培养模式及课程体系设置与学术型差别不大、学位证书不被社会广泛认可，就业前景不乐观。加之，很多全日制专业学位硕士由其它专业调剂而来，认为专业型不如学术型。因此，导致很多全日制专业学位硕士生对自己的身份都不认可。同时，很多用人单位在招聘时，往往优先考虑学术型，对专业学位存在一定歧视。在快速发展的同时，全日制专业学位硕士还尴尬遭受着“不如学术硕士硬”、“山寨硕士生”、“培养无特色”、“就业前景担忧”等质疑。
1.2 教育管理特色不突出，缺乏有效培养过程监控和质量保障体系
目前，很多高校尚未对全日制专业学位硕士建立专门的教育管理体制。不同学科的全日制专业学位硕士在培养目标、培养方案以及学位要求等方面均有较大的差异，但是高校在对硕士生及导师的管理、质量评价及考核评估上大都采取一样的教育管理制度，缺乏特色性和科学性，也严重影响了全日制专业学位生的培养质量。例如，在培养方面，学术型硕士生偏重理论与研究能力的培养，而全日制专业学位硕士更注重专业实践能力的培养。然而，具体到培养方案、选题报告、中期考核等培养过程各个环节，很多培养单位还没有制定完善的、特点突出的、有别于学术型的具体方案和有效的监控措施。例如，课程设置上除了少数几门学位课不同之外，并无其它差异，缺乏新意，导师也不清楚针对全日制专业学位硕士是否需要增加额外的要求，应该如何区别对待。专业实践也由于实践基地建设滞后、实践管理制度不健全等原因，少有获得真正落实。此外，全日制专业学位在论文类型、评价标准与机制等学位论文规范方面，均未能突出专业学位特色。
2 全日制专业学位硕士培养过程监控与质量保障的探索与实践
西安交通大学航天航空学院现有“航天工程”和“航空工程”两个专业工程硕士学位授予点。2006年起，招收“航天工程”在职专业学位硕士生。2010年开始，招收“航天工程”全日制专业学位硕士。2014年，“航空工程”领域也开始招收专业学位硕士生。目前，已累计招收全日制专业学位硕士近130人，累计毕业近70人。毕业生中近40%的学生就业于相关领域的研究机构，另有近40%就业于国内大中型企业，其余20%攻读博士学位或从事教育工作。经过近几年迅速发展，全日制专业学位硕士不论从招生规模还是在校生人数等都趋于稳定，这就对如何提高教育水平、提升培养质量提出了更高的要求。
2.1 多渠道提高生源质量，严格导师资格认证量
鉴于全日制专业学位发展时间短，认可度还不够广泛，为了提高生源质量，西安交通大学航天航空学院采取多渠道招生的办法。首先，从我院“力学”本硕连读生、“工程结构分析”及“飞行器设计”专业中，选拔一定数量成绩较优异的本科生经推荐、免试为全日制专业学位硕士。其次，在统考生中，报考专业学位的考生在笔试、面试方面区别于学术型考生，内容都更侧重工程应用方面，面试考官也选具有丰富工程背景的教师担任；另外，报考学术型的考生如果愿意转报专业学位，将给予优先录取。最后，对于招生剩余名额，会从报考机械、能动、电气、电信、材料等相关专业的考生中预录，将同时愿意转为专业学位的学术型考生与报考专业学位考生一同笔试、面试，按顺选拔综合成绩高的考生进行录取。这样，一方面保证了较高的生源质量，也能达到不同学科交叉优势互补的效果，另一方面通过采取自愿报考的形式，从一开始就稳固了考生的心理认可度。
同时，对全日制专业学位硕士的指导教师的招生资格进行严格把关。由于专业学位对应的学科只有一级没有二级，全日制专业学位硕士招生目录上并没有标明特定的导师，而是在每年招生前期，会对导师就招收全日制专业学位硕士的意愿进行摸底，并对那些愿意招收的导师在总招生数量方面给予一定支持，同时对导师的招生资格进行严格把关，除了常规的要求之外，对其工程背景、主持横向课题以及到款情况提出具体要求，为之后的专业实践做好铺垫。
2.2 准确定位，明确培养目标
专业学位硕士生教育在教学理念、培养目标、培养模式、课程设置、质量标准和师资队伍建设等方面，与学术型硕士生教育有所不同，要突出专业学位硕士生教育的实践应用特色。进一步而言，全日制专业学位硕士的生源特点和培养模式既不同于学术型硕士生，也不同于在职工程硕士研究生，其培养定位应有别于上述两者，有其自身特色。总体来说，全日制专业学位硕士的培养，应在课程教学的同时兼顾学科与行业的特点，注重专业实践能力和职业素质的培养。
具体到航空、航天工程领域，全日制专业学位硕士的培养目标是，培养德、智、体全面发展，具有航空航天工程领域坚实宽广的基础理论和深入的专业知识，具有较强的解决航空航天工程实际问题能力和良好职业素养的高层次应用型、工程技术和管理人才，能够在航空航天工程及其相关领域研究机构或大型企业承担专业技术及管理工 作。
2.3 培养过程监控措施及其实施
全日制专业学位硕士学制为2～3年。在第四学期可申请转博，通过学院考核并获得专业学位后第五学期转入博士阶段学习攻读博士学位，这样，为那些愿意并适合继续深造的硕士生提供了机会，一定程度上提升了专业学位在硕士生中的认可度。
全日制专业学位硕士的培养环节包括：课程学习、专业实践、中期考核、学位论文等环节，均实行学分制。以校内导师指导为主，并辅助以校外研究单位或企业具有高级职称的企业导师合作指导。校内导师与校外导师分工明确：校内导师负责硕士生在校学习与科研等，并负责在校外研究单位或企业聘请高级职称及以上的全职人员作合作导师，与合作导师一起落实并管理硕士生专业实践并指导学位论文。
全日制专业学位硕士在校期间，须修满内容包括课程学习、学术活动、中期考核、专业实践和学位论文的学分。除全校公共课之外，学院专门设置了以实际应用为导向、以提高分析和解决实际问题能力为核心的专业课程，作为学位课或选修课供硕士生选择。此外，为拓宽硕士生知识面，要求在答辩前听够规定的学科前沿性讲座。
大部分课程学习集中在第一学期完成，第二学期开始，硕士生陆续进入专业实践阶段，专业实践应与学位论文工作相结合，专业实践时间不少于6个月。考虑到每位硕士生专业实践的情况有所差别，所以，专业实践一般应在校外实践单位完成，可以连续完成，也可以利用寒暑假分段完成。对于以导师主持的横向课题为专业实践内容的硕士生，部分专业实践内容可在校内进行，但须保证有多次赴实践单位进行调研与研开的经历。校内导师与合作导师要定期检查专业实践情况，处理专业实践中出现的有关问题。第三学期结束前，学院对全日制专业学位硕士进行中期考核，除课程学习、成果发表之外，重点考察专业实践情况，对于考核未通过者，将作为重点跟踪对象转入下一次考核。专业实践结束后，硕士生提交由校内导师、合作导师、实践单位共同签署意见的书面实践报告，并以PPT的形式向学院汇报并接受考核，未通过者将重新进行专业实践，并取消其校内指导教师下一年度招生资格。
奖助金评定方面，全日制专业学位硕士与学术型硕士生享受同等待遇，单列指标，分开评定。依据课程学习成绩、科研成果等进行排名，末位学生将转为自筹生。对于经济困难的学生，建议导师提供相应的助研岗位津贴，并协助其申请助学贷款，或者提供勤工助学岗位等。此外，为鼓励硕士生重视专业实践，对于专业实践审查中成果突出或解决了重大工程问题的学生及其导师会给予一定额度的奖励。
2.4 学位规范多样化，评价机制特色化
学位论文工作是研究生培养的主要组成部分，是对研究生进行科学研究或承担专业技术工作的技能训练，是培养研究生创新能力，综合运用所学知识发现、分析和解决问题能力的主要环节，是可否被授予学位的关键。由于全日制专业学位硕士培养的特殊性，对其学位论文的要求及评价机制都不能完全照搬学术型硕士生的办法。
我们的做法是：学位论文可由校内导师与经推荐的业务水平高、责任心强的具有高级技术职称的企业技术人员联合指导。学位论文选题应直接来源于生产实践或具有明确的工程应用背景，研究成果要有实际应用价值，论文拟解决的问题要有一定的技术难度和工作量，论文要具有一定的先进性和实用性。要把完成学位论文和专业实践有机结合起来。学位论文可以是调研报告、软件研制、规划设计、产品开发等形式，论文字数要求3万左右。全日制专业学位硕士在通过中期考核后，才可申请学位。在完成学位论文并通过预答辩后，方可进入论文评阅及正式答辩。送审时，论文评阅人共2名，其中1名必须是校外研究机构或企业具有高级职称人员。答辩委员会由3至5名具有副高以上专业技术职称的专家组成，其中一位应是相关专业领域的校外研究机构或企业的专家，也可以是硕士生的校外教师。全日制专业学位硕士研究生按要求在规定的学习期限内完成培养计划各环节要求且成绩合格，通过正式学位论文答辩后，由学院学位分委员会审核通过后，报校学位评定委员会批准授予专业学位。
通过以上措施的实施和不断完善，几年以来，我院全日制专业学位硕士教育管理逐步进入正轨，规范化和特色化愈来愈明显。全日制专业学位硕士生对专业学位的认可度有了较大提升，不再认为自己是“二等公民”。毕业生就业形势良好，就业率达100%，去向包括研究院所、政府部门、事业单位和大中型企业等。然而，在实际管理中也发现了一些问题，如全日制专业学位硕士生中期考核、奖助金评定等指标体系中除专业实践外与学术型硕士生的差异不大，部分学生专业实践内容与学位论文结合不够紧密等，这些都需要在今后的研究与工作中不断改进。
3 提升全日制专业学位硕士教育质量的思考与对策
3.1 转变管理理念，调整管理模式
在“世界竞争力报告”的排名中，中国“合格工程师”的数量和质量排名靠后，中国高等工程教育亟需进一步改革。改革表现之一，就是教育模式的多样化，全日制专业学位硕士由此应运而生。如何转变管理理念、调整管理模式，是值得深入思考的问题，也是将全日制专业学位硕士培养树立为真正教育品牌的关键所在。
首先，全日制专业学位硕士的培养特点决定了学生不能只坐在书斋中，要真正走到社会实践中去。基于这个特点，学校应积极调整过去“关门搞学术”的管理思路和管理模式，在教学设备、实验仪器、社会实践资源等方面下功夫，实现教学、科研、实践的良性互动。其次，完善综合质量评价体系。全面的人才培养质量评价体系应该是内部评价和使用者外部评价相结合的综合评价体系。对于全日制专业学位硕士教育质量的评价，除了在招生、培养、专业实践、学位答辩等环节中建立综合评价机制外，还要引入外部评价机制，根据综合评价结果逐步调整管理理念与模式，这也是全日制专业学位硕士教育能否真正得到社会各界认可的关键所在。最后，加强对全日制专业学位管理人员的培养，建立一支爱岗敬业、责任心强、素质高的管理队伍。
3.2 充分调动各方面积极性，促进实践与就业
“专业实践是重要的教学环节，充分的、高质量的专业实践是专业学位教育质量的重要 保证”。全日制专业学位硕士的教育目标，是培养面向社会特定职业需求的高端专业人才，因此，要特别注重专业实践对其职业素养与技能的提高。具体说来，一方面应充分发挥学院和导师的作用，加大实践基地建设的力度。专业型硕士研究生的授课教师和导师，应本着“实践第一”的原则合理匹配，更多吸纳一些具有企业一线科研、管理、经营经验的副高职称以上人员加入授课、指导教师队伍。应以横向课题为主，要求指导教师将所指导的专业型研究生纳入课题组，参与完成一些任务。另一方面，加大全日制专业学位硕士教育投入，用于包括开展教学改革与研究、导师培训、课程建设、硬件设施配置、与实践单位交流合作、校外导师聘任、就业指导等方面。充分调动社会、行业和有关用人单位的积极性，积极争取各方面资源，拓宽专业学位硕士就业渠道。
3.3 借鉴国外专业学位硕士教育的有益经验
西方很多国家在专业学位教育上起步较早，发展迅速。以美国为例，它是当今世界上专业学位研究生教育最发达的国家。美国专业学位早期主要向德国学习，到1970年后，“本土化”趋势开始加强。经过近90年的发展，美国专业学位研究生教育为社会培养了大批高素质实用型人才，有力推动了美国经济快速增长，逐步形成结构日益合理的专业学位研究生教育体系。美国专业学位教育发展的有益经验，为我国发展全日制专业学位硕士教育提供了一定的借鉴意义。
首先，明确区分专业硕士与学术型硕士的培养定位。专业学位的培养应面向社会，培养目标坚持职业性方向，课程设置体现应用性，教学过程体现实践性，不同学科或领域专业学位硕士培养模式也应各具特色。其次，扩大招生规模的同时，扩展专业学位学科或领域，满足社会需求。随着我国经济和社会多元化发展对高层次复合型专门人才需求的增长，未来我国研究生教育重心应逐步从以培养学术型人才为主的模式转移到以培养专业型人才为主的模式。在扩大全日制专业学位硕士招生规模的同时，适时设立新的专业学位类型，进而不断扩展专业学位学科或领域范围。最后，加强校企合作，贯彻实施“双导师”制，重视学生实践能力的培养。美国斯坦福大学早在20世纪50年代率先开创了大学与企业联合培养研究生的新形式。这样，既能充分发挥大学基础学科的教学、科研优势，又能发挥企业设备先进、经费充足和实践经验丰富的优势，也更有利于培养学生将理论付诸实践的能力。
参考文献
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许多人称互联网是20世纪以来最伟大的发明之一，因为它创造了一个信息无限的虚拟世界，但是如今有一项新技术，它能打破现实和互联网的界限，也就是说，由计算机中生成的信息将会交错重叠到整个现实生活。它就是AR（Augmented Reality）技术，又叫增强现实技术。
试想下，当你购物想试穿衣服的时候，运用AR技术，你会看见另一个你穿着想试穿的衣服，出现在你面前；当你出门在外，车上无聊的时候，通过一副眼睛能观看视频或是最新电影，甚至可以与你的邻座来盘虚拟象棋；当你在大街上走着，所有的东西都会出现链接，只要轻轻一点，就能获取它们的一切信息。又或者在异国，与别人对话的时候，不懂的语言会迅速翻译成你熟悉的语言。有了这些，你还会羡慕《盗梦空间》的虚拟梦境，或是哈利波特的魔法世界吗？
在90年代以前，AR的界限并不是很明确，概念也很模糊，90年代以后AR技术得到了迅速的发展，世界上很多国家已经有了专门的研究所，其中比较著名的有美国麻省理工大学的图像导航外科手术室，哥伦比亚大学的图像与用户交互实验室，日本的混合现实实验室等等，此外，用于快速开发的开源软件工具ARToolkit也由华盛顿大学的图像实验室成功开发并维护至今。现在，AR由原来的实验室研究拓展到许多新领域中，如城市规划、娱乐教育、工业仿真和文化遗产保护等。在2010年Android和iPhone智能手机纷纷利用AR技术把虚拟的图像文字和现实生活环境相结合，当然效果使大家感到无比的惊艳。同时，在文化遗产保护方面，希腊、土耳其的历史古迹进行数字重建。我们国家的“数字敦煌”工程也在进行中，由中国科学院计算机研究所、武汉大学和浙江大学联手研究，预计在未来10至20年能够完成，研究项目有虚拟现实、增强现实和交互现实3个部分。
我国在AR领域的研究起步比较晚，也主要是在高校的科研单位进行研究，如北京理工大学、北京航天航空大学、国防大学、浙江大学和上海大学等。时下，国内AR的研究成果主要有北京理工大学自主研制开发的视频、光学穿透式两类头盔显示器，上海大学快速制造工程中心和浙江大学合作开发了AR场景光源的实时检测和真实感回执框架，此外北京理工大学利用AR技术重建圆明园的实验还在进行中。我国在AR技术研究和运用方面还是处于初级阶段，从目前国内发表的论文和学术报告上来看，我国的研究主要集中在系统运用技术上，研究的课题和方向比较单一，涉及面也比较窄。再者，从2008年世界专利申请的情况上看，全球有108个AR技术运用的专利，在这当中我国只有北京理工大学一个。
AR技术是打破虚拟和现实界限的一项新兴技术，不过就我国在AR技术的发展和研究状况来看，我们仍需要许多改进。首先，国内并没有统一的权威的AR技术研究所，只有高校的科研单位，这样在人才、资金和技术上有了局限。所谓“集中力量办大事”，在AR技术上研究上需要花费很大的人力物力，而分散研究很难达到预想的效果。所以，建立一个统一的权威的研究中心很重要。其次，研究方向和涉及领域方面我们要有所侧重，但不能单一方向研究，在文化保护、教育娱乐、医疗制造等方面我们也要有相关的研究，这样才能提高研究的综合效果。最后，对于研究成果的保护，申请专利是必须的，这样不仅能保证领先地位，得到世界认可，而且在资金上面也有一定的保障。
随着现代计算机技术的不断发展，系统集成技术也得到了飞速提高，尤其在航天航空、武器装备等国防科技领域。同时嵌入式软件在系统集成中的位置也显得越来越重要。嵌入式软件规模也逐渐增大，复杂度越来越高，软件的质量成为系统集成成败的重要因素。
嵌入式软件的测试是提高软件质量的重要手段，只有经过充分的软件测试，才有可能开发出高质量、可靠安全的嵌入式软件。
对于航天领域嵌入式软件而言，实时性要求，可靠性和安全性要求更高。
2 嵌入式软件测试
2.1 软件测试的基本方法
嵌入式软件测试的方法一般可以分为黑盒测试和白盒测试两种。
黑盒测试是一种基于软件功能的测试。
白盒测试在于看清软件模块内部的结构，如各种覆盖率测试，数据流测试等。
按照软件生存周期模型，嵌入式软件测试一般又可分为单元测试、组装测试和确认测试，其中确认测试还可包括第三方独立测试。
单元测试以不可再分的功能模块为测试对象，可以进行黑盒和白盒测试。在验证功能模块实现的软件功能项的同时，可以进一步进行覆盖率测试。
一般测试过程见图1。
组装测试主要测试对象是经过单元测试以后的集成软件模块，其目的是验证各软件模块的控制接口和数据接口是否正确，与设计是否相符。
确认测试则是在系统环境中进行的功能和性能测试，借助辅助测试工具，验证软件是否完全实现各功能和性能需求项。
2.2 软件测试工具
2.2.1 VECTORCAST
VECTORCAST提供强大的单元和组装级别的测试功能，能自动产生、编译测试桩和驱动模块，通过友好界面交互自动产生测试用例，并支持完全自动的回归测试，提供SC，BC和MC/DC测试覆盖率显示，提供MaCabe圈复杂度分析和基本路径分析。
2.2.2 CODETEST
CODETEST是专门针对嵌入式软件开发出来的高性能软件测试和分析工具，除了通常软件测试工具的插桩技术外，CODETEST最突出的特点是有硬件套件和探头等辅助测试设备用于精确的性能分析和系统级覆盖率分析。
2.3 软件测试实践
嵌入式软件主要经过单元、组装测试和确认测试。
下面以1750平台和编程语言ADA为例，结合测试工具介绍各阶段测试内容。
2.3.1 单元和组装测试
我们采用了VECTORCAST这个软件工具进行单元和组装测试，这是基于主机平台的测试。我们采用的编译器是M1750-Ada。在使用该编译器结合VECTORCAST工具时，在编译参数打开扩展内存选项的时候，会出现编译链接不通过或程序执行出错的情况。经查，由于我们编写的代码加上 VECTORCAST工具自身为测试而生成的可执行代码超出了规定的64K代码长度，代码出现跨段，因此会出现编译链接不通过或程序执行出错的情况;最后通过更改编译链接的脚本控制文件，指定各代码段存放的位置，确保代码不出现跨段，解决了该问题。
该工具也被用来进行组装测试，在语句、分支和多条件判定/决策各级别测试覆盖率方面发挥了重要作用，并且通过编写shell脚本文件实现了自动的单元和组装级别的回归测试。
2.3.2 确认测试
在嵌入式软件确认测试过程中，我们使用CODETEST测试工具实现了M1750平台上在线的软件动态覆盖率测试和软件性能测试。
首先，构建了一个真实物理接口的测试环境，与目标计算机相连接，嵌入式软件在目标计算机中连续运行，通过使用专用适配器捕捉目标CPU的控制、地址和数据总线的信号，并采用CODETEST的应用分析软件实时在线分析[( dylw.NEt) 专业提供论文写作和发表的服务,欢迎光临]嵌入式软件中各个模块的运行情况，包括运行时间、频率等，对被测软件的运行情况有全面了解，也为我们解决其它软件问题提供了有效的参考数据。
确认测试阶段，被测软件的长期考核必不可少。该测试环境下可进行自主不间断连续测试，不需要进行人工干预。
3 结语
嵌入式软件要求测试充分，我们要充分借助软件测试工具进行主机环境下的单元、组装测试和系统集成环境下的确认测试。在实际测试过程中，我们既使用了 VECTORCAST进行了主机平台下的测试;也构建了软件确认测试的平台，借助CODETEST进行了集成环境下的性能测试和覆盖率分析。在特定的测试平台下，积累了相关测试经验，对类似的嵌入式软件测试起到一定的借鉴作用。
参考文献：
[1]郑人杰.计算机软件测试技术[M].清华大学出版社，1992.
【关键词】单片机；温湿度；液晶显示；数据存储；数据监控
1.系统总体方案设计
本系统以STCLE5A32S2单片机为控制核心，以数字温湿度传感器SHT15作为测量元件，构成智能温湿度数据采集系统；同时可把采集到的数据通过RS-232传到上位机进行监测和进一步处理，并且通过外扩EEPROM对采集的数据进行存储，系统设计方案如图1所示。
2.系统硬件设计
系统硬件设计包括传感器检测和单片机模块设计。其中传感器检测模块的设计为SHT15的硬件电路设计，单片机模块的设计包括时钟电路、复位电路、显示电路、存储电路和串口电路设计等。
2.1 传感器检测电路
SHTI5型传感器是单片、多用途的智能传感器，其中不仅包含基于湿敏电容器的微型相对湿度传感器和基于带隙电路的微型温度传感器，而且还有14位的A/D转换器和2线串行接口，能输出经过校准的相对湿度和温度的串行数据，所以系统中不再使用传统设计需要的多路转换开关、A/D转换器及信号调理电路，系统结构比较紧凑和简单，SHTI5能在同一位置测量相对湿度和温度。内部结构和电路连接如图2所示。
2.2 单片机模块电路
单片机最小系统模块电路包括时钟电路、复位电路、显示电路，如图3所示。
2.3 串口电路设计
串口电路设计是为了程序烧写和与上位机串口通信而设计，如图4所示。
3.系统软件设计
系统采用层次化、模块化结构设计，主要包括主程序和具有特定功能模块的子程序，如温湿度采集及转换处理子程序、显示子程序、数据存储子程序、串口发送子程序等。系统软件结构框图如图5所示。
4.系统调试与实验结果
图6所示为整个温湿采集系统实物连接图，数据采集端采集数据经单片机处理后，一方面送往OLED进行显示，另一方面通过IIC总线送往EEPROM进行数据存储和经过RS232串口送往上位机进行数据监测，图7（a）所示为OLED显示值，图7（b）为上位机接收值。整个系统经过了严格的高低温试验低温做到-40℃，高温做到80℃，经过试验测试后整个系统在高低温环境下工作正常。
电路中每个模块如图中所示，整个系统工作在3.3V电压下，系统可以定时进入休眠状态以实现低功耗。
图7（a）中的液晶显示为当前环境下的温湿度，温度值为17.7℃，湿度为19.4%RH，串口接收区中的接受到的数据为16进制数，经过转换后B1（16）=177（10），经过数据处理后为17.7，C2（16）=194（10），经过处理后为19.4。经过实验调试该系统可以准确实时的检测当前环境的温湿度，并对采集数据准确无误的上传与保存。
5.结束语
本设计以STCLE5A32S2单片机为核心器件，结合SHT15温湿度传感器成功实现了温湿度的智能数据采集系统设计，整个系统采用3.3V电源供电，实时采集、显示、存储和监测集于一体，并设有定时休眠模式确保系统的低功耗。整机经过高低温试验，该系统可以应用在各种需要监测温湿度的环境下，在工业测试领域具有广阔的应用前景。
参考文献
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关键词：机械加工数控技术原理发展趋势应用
中图分类号：TG659文献标识码：A文章编号：1674-098X（2017）11（a）-0009-02
在机械加工行业当中，数控加工技术的应用越来越广泛。随着现代技术的发展进步以及市场日益竞争，传统的机械加工技术无法有效满足产品多元化以及更新换代的要求。小批量多品种产品的比例越来越高，同时产品交货成本以及质量方面的要求也日益严格，需要机械加工技术有着相匹配的柔性[1]。要想进一步提高机械加工行业产品适应外界变化的能力，需要我们最大限度挖掘数控技术的应用价值，从而将机械设备的效率、功能、产品质量以及可靠程度提高到新的层面，满足市场竞争的要求。
1数控技术概述
数控技术指的是将机械加工技术以及计算机技术相结合，来有效控制机械加工的过程，其中主要的控制内容包括位置、速度、角度等机械量以及同机械能量存在联系的开关量。数控技术可以说是一门新兴技术，有着高精度、高效率以及柔性自动化等方面的优点，是机械加工自动化的前提条件，属于现代集成系统必不可少的重要内容[2]。
现代数控系统当中综合应用电气传动技术、计算机技术、精密测算技术、机械制造技术以及自动控制技术，组成部分主要是数控系统（CNC系统）。数控系统借助于存储程序来控制不同的机床，包括CNC装置、软件、输出装置、输入装置以及速度控制单元，CNC装置可以说是数控系统的核心部分。CNC装置作为特殊化的计算机，应用过程是确保硬件在软件控制下进行工作。数控技术涉及测量技术、信息处理技术、计算机技术、机械制造技术以及自动化技术，能够满足机械加工行业对于安全性、精度以及速度的要求，可以说是实现机械加工数字化以及集成化的前提条件，有着广阔发展前景[3]。
2数控技术应用的发展趋势
数控技术经历半个多世纪的持续发展，从最初的封闭数控系统逐渐发展到计算机控制系统。计算机数控的性能优越，一方面可以应用于不同平台，从而实现方便快捷的管理与操作，另一方面性价比也越来越高。不过需要注意的是，在数控技术不断发展进步的过程当中，仍然存在着一些细节问题，例如多品种加工。与此同时，在航天工业以及航空工业当中，加工的大多数零部件属于薄筋零件以及薄壁零件，使用的材料为铝合金，因此刚度比较低。在加工的过程当中，需要确保切削速度快同时切削力度低[4]。当前情况下，这些要求在很多航天航空零件的加工当中都无法顺利实现。数控技术的优点是其他的机械加工技术难以匹敌的，因此在可以遇见的未来，数控技术仍然会持续发展改进，不断提高性价比，提高自动化水平以及智能化水平，并在此基础上改进加工效率以及加工质量，增强自身的市场竞争力，从而适应机械加工行业发展的需求。除此之外，数控加工技术还需要改进控制系统以及处理系统，完善机床结构，降低机床的质量以及体积，提高传动精度以及刚度，延长机床的使用寿命，这也是数控技术在机械加工行业当中应用需要进一步改进的领域[5]。
3数控技术在机械加工中的应用
第一，工业产品加工当中的应用。随着技术的不断发展进步，现代工业生产的竞争日益激烈，同时加工难度也越来越高。对现代工业生产的设备来说，通常情况下都需要在恶劣复杂的环境当中工作，完成工作人员无法胜任的工作。当前情况下，数控技术的自动化控制作用可以满足这方面的要求。在工业产品加工的过程当中，计算机组成控制单元，指挥机械手根据要求把程序写入到系统当中，然后向驱动单元发送指令，执行程序要求的操作步骤，并且实时进行检测。要是发现不合格的动作或者是操作，传感装置就会在第一时间反馈消息，控制单元采取相应的措施做好保护，保护措施执行方面是机械元件以及伺服系统共同负责的。在工业产品加工过程当中应用数控技术，能够有效提高生产的效率，并且减少人力资源消耗，在此基础上提高产品质量以及安全性能[6]。
第二，汽车加工当中的应用。随着我国交通运输业的发展，人们对汽车的要求也日益提高，一方面表现在对汽车数量的要求增加，另一方面体现在对汽车性能，例如环保以及速度方面要求的日益严格。所以汽车加工生产的过程当中，日益重视复杂关键部件的研制以及加工。通过应用数控技术，显著推动汽车工业的发展，并且能够在短时间内加工制造复杂零部件。除此之外，汽车工业迅速改进，但是受汽车产品特性的影响，对配件的要求也越来越严格。数控技术需要随之发展改进，满足高速生产线以及柔性生产线的要求，从而高效经济地生产汽车产品以及零部件。
第三，机械设备加工当中的应用。机械设备可以说是机械制造的重要前提条件，在机械制造当中有着无法取代的重要地位。数控技术能够为机床加工的控制提供理想的控制途径，数控机床加工的过程是将各类零件的几何信息以及工艺信息实现数字化的处理，通过程序的方式来达到一体化管理的目的，并且应用计算机来操作数控机床。这样一来就能够实现高精度、自动化以及高效率的加工操作。这一过程当中，最显著的优点是在加工零部件的时候，不需要像传统的操作那样从事多步骤的操作，仅仅需要输入设定好的程序。这样一来一方面改进机械设备加工制造的效率，另一方面也显著简化加工制造的过程，从而在确保机械设备可控的基础上，加工得到想要的设备。
第四，煤矿机械加工当中的应用。当前使用的采煤机有着品种多以及采煤速度快等方面的优点，批量比较少，所以需要使用焊件生产。传统上的机械加工技术无法有效满足煤矿机械加工过程当中的焊件下料，因此应当选择使用数控气割技术，替代传统上使用的仿型法，使用龙骨板程序来完成滚筒下料。通过应用数控气割技术，可以发挥切割质量高以及切割速度快等方面的优点。某些特殊零件焊接的坡口能够直接进行切割，从而显著改进生产的效率。数控气割另一个典型的优点是安装使用可以调节的补偿装置，原理同数控机床的铣刀补偿比较类似，这一装置可以借助于调节切缝来更加准确地加工毛坯件。
综上所述，在机械加工过程当中数控技术有着重要的应用价值，一方面推动机械加工业的发展，另一方面也为经济社会的进步做出贡献。数控技术应用已经成为机械加工的重要象征，随着数控技术持续发展，我国需要进一步提高自主创新能力，从而为数控技术的应用创造条件，实现机械加工行业的稳定进步。
参考文献
[1] 李峥.机械制造中数控技术的应用[J].山东工业技术， 2015，3（24）：18.
[2] 贾书豪.机械制造中数控技术的应用研究[J].橡塑技术与装备，2015，2（24）：63-64.
[3] 田磊，曹永峰.试论机械制造中数控技术的应用[J].工程技术：文摘版，2016，3（9）：261.
[4] 曹彧.现代机械加工中数控技术的应用研究[J].橡塑技术与装备，2015，1（24）：59-60.
[5] 姚瑞.机械加工中数控技术的发展及其应用[J].电子测试，2015，5（21）：151.
论文关键词：单片机,涡流传感器
引言：智能涡流转速计的转速传感器采用电涡流传感器，它利用电磁感应原理将被测量转速转换成电信号的一种传感器。通过输入有关的参数（如脉冲参数，齿轮参数，速度上下限等参数）去完成对各种不同齿数的传感器的配接，实现瞬时频率转换成瞬时转速，从而便于转速的测量，显示及报警。本装置用于在线测量工业中的转速，通过输入有关的参数，实现转换的显示。完成频率信号的放大，整形，处理。转速传感器的测量范围：0-9999转速/每分，量程可调整，精度:1/1000。
1方案分析
由于该设计是一个智能涡流转速计显示仪器，势必要求最终的电路板面积不能太大，因此可以选择的元器件应当式高集成度的元器件，其成本不能太高，基于这几项要求，我预想单片机微处理器来实现该计划。
此项目的计数脉冲要求式0-3KHz之间，而传感器的输出脉冲因受外界的干扰已不符合要求，因此，首先要对此脉冲进行滤波和整形，然后输出的即为准确的脉冲数,想要得到瞬时速度，这就需要单片机来进行计算，此外还应有一个键盘，比如校正，参数设定等工作，而对于电源的问题，考虑到便捷性，仪表采用一般电池供电。
通过对设计方案的分析后，硬件设计具体由以下的几大部分组成：
1.滤波整形电路
2.单片机
3液晶显示器
4.键盘电路
5.报警电路
6.数模转换电路
具体流程如图1
图1转速计原理
2具体电路设计
2.1信号采集部分
本设计采用电涡流传感器
金属导体置于变化的磁场内，导体内就产生感应电流，这种电流像水中的旋涡那样在导体内转圈，所以称之为电涡流或涡流。这种现象就称为涡流效应。电涡流传感器就是在这种涡流效应的基础上建立起来的，工作原理及等效电路如图2所示。
图2传感器工作原理
2.2滤波整形电路的构成和计算
本设计采用模拟电子电路来解决这一问题。
由于智能仪表在现场工作，因此受外界干扰大，从传感器输出的信号会混杂很多无用的干扰脉冲，而要求的计数脉冲（0.5V-3.5V,0-3KHz）若直接采用传感器输出的脉冲信号输入给单片机，则会导致单片机计数出的瞬时转速出现误差，因此需要设置一整流电路，尽量减少和避免无用的干扰。
滤波电路的作用是滤除0-3KHz以外的脉冲，即3KHz的低通滤波。
由于一阶的低通滤波电路虽然电路结构简单，但它的频率特性最大衰减斜率只有-20db/十倍频，选择性差，因此，我采用二阶低通滤波电路，其衰减率可达到-40db/十倍频，而且与二阶压控电源的低通滤波电路的CL形成的反馈，致使截至频率附近的电压放大倍数得到提高，其频率特性得到了很好的改善。
我采用的3KHz的低通滤波的具体电路如图3。
图3低通滤波电路
参数计算如下：
f=3000Hz,f=1/(2*R1*Π*C),取C=1.01uf,1/(2*3.14.R*C)=3000,可得R=5307.8,根具实际需要R1=5.3k。取Q=0.6,1/(3-AUP)=0.6；可得AUP=1.3;又1+Rf/R2=1.3;(1+Rf/R2)/(R2+Rf)=2R;可得，Rf=14.1K,R2=42.7K
接着就要将滤波后的波形进行整形，使其成为矩形脉冲。本设计采用了施密特触发电路。
对信号处理完毕后，将其送入AT89C51的T1口，该端口可用计数功能，单片机便可以对采集的信号进行计数了。
2.3计数显示部分
其电路由单片机和LED数码管组成
AT89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器（FPEROM—FlashProgrammableandErasableReadOnlyMemory）的低电压，高性能CMOS8位微处理器。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。
计数显示电路的IC5,IC6为双BCD同步加法计数器CD4518,两片CD4518可得到四个独立的计数器单元,分别完成4位数的计数。除了个位数用脉冲的上升沿触发外,十位、百位、千位数都用脉冲的下降沿触发,这是因为第四输出端B4、A4的第一个脉冲下降沿正好是触发脉冲的第十个上升沿,从而满足十进制的计数要求。IC7-IC10为BCD锁存/译码/驱动器CD4511,四片L4511分别接到个位至千位数的LED数显管上,以显示转速数。
2.4复位电路
本设计采用的复位方式是按键电平复位。这种方式是通过电阻与Vcc电源接通而实现的，即当按键按下则单片机的复位端得到高电平，使单片机工作在复位状态。
2.5时钟电路
为了产生单片机工作时所需的时钟信号，因此需要给出一个自激震荡器来产生时钟信号。其接发是在单片机外部的XTAL1和XTAL2之间跨接晶体振荡器和微调电容，形成反馈电路，这样就构成了一个稳定的自激震荡器，这样就可以产生单片机所需的时钟信号了。
2.6键盘
在单片机应用中为了控制系统的工作状态，以及向系统中输入数据，应用系统应设有按键或键盘。由于本设计只需要4个按键，所以我选择了非编码独立式键盘，其成本低，使用灵活，每一个按键独占用一根检测线，与主机相连，结构简单，各测试线相互独立，按键容易识别。
3结束语
经过实际使用,设计的转速计达到了预先设想的目的,使用方便可靠。
参考文献
1 徐爱钧,智能化测量控制仪表原理及设计,北京航天航空大学出版社,2003
2 倪光正等,电磁场的计算机辅助分析,西安交通大学出版社,1985
3 严钟豪,非电量电测量技术(第二版) ,机械工业出版社,1999
实践教学是环境工程类专业人才培养方案中非常重要的环节，是实现学生综合能力和综合素质培养目标的关键教学过程，也是实施素质教育和创新教育最有效的方法和途径。因此对实验教学内容和实验教学模式进行了改革和创新。
（1）实验技能型课程：对现有实验课程内容调整与融合，将各实验室涉及实验技能方面的项目重新整合，形成基础实验和专业实验课程。从标准操作和技能训练的角度，对学生进行实验技能的训练。除实验技能课程建设外，还要打破环境工程与地质工程中课程与课程、专业与专业、学科与学科之间的界限，按照认知规律，对现有实验课程和项目进行论证、调整和整合，继续加大综合型、设计型实验比例（结合教师的科研），目的是为了增强学生运用所学知识分析问题、解决问题的能力，培养学生创新思维和求真求实的探索意识；同时开展技能培训（为学生的就业打下基础），使在校学生获得相关资格认证。
（2）野外教学和生产实习：对课程教学，针对不同的课程，适当减少了课堂授课时在总课时中的比例，增加了实习课时，个别重要的主干课程，增加了野外现场教学实习，使学生建立了充分的感性认识，增加了学习兴趣和实际观察分析能力；如：环境认识与教学重点单元的实习，教学实习改革的重点是明确教学目的和内容，在以下几方面进行了改革：①环境认识教学内容没有减少，但时间安排压缩，仍突出兴趣教育；②课程增加了环境地质学基本工作方法和环境地质思维讲课两部分内容，使该实习由认识实习性质向环境地质教学实习性质转变，教学内容向环境地质与煤田倾斜，以利于与后续的选修课程接轨；③评估指标多元化。原来仅依据实报告考核学生的水平，现增加能力和素质等评估指标，而且将实报告改为小专题报告；④环境地质思维课程教学有利于正确认识地球科学，正确把握地球环境科学的特定思维方法；⑤开展了现代信息技术（3S）网络课程选修，培养学生掌握先进技术方法和运用新技术解决环境问题的能力。对于技术方法和技能学习的课程则把重点放在让学生接触实际环境科学、环境地质工程问题、环境与地质工程、煤田的联系，使学生学会如何发现工程科学问题和技术问题，确定研究问题的思路，设计研究的技术方法、路线、实验流程方案和工作计划及采用的新技术方法，并实施研究计划或工程设计，对研究结果和工程结果进行检验评估等。这种综合性的实习活动或工程实践活动，是整个教学计划的重点内容之一。
（3）毕业实习与设计：为了真正把实践教学同生产实际或科学研究紧密结合，我们要求所有的毕业实习或工程设计实践在“产学研”相结合实习基地和校内的实训基地进行，结合教师地质与煤田的科研项目有针对性地完成毕业实习任务，提高毕业论文的水平。同时建立多元化考核模式，完善学生成绩评价制度，激发了实践学生兴趣，提高了学生动手与实践的能力，培养学生的科学素质。实践教学改革产生了非常好的效果，学生培养质量明显提高。
与院级工程技术研究中心、实验教学示范中心结合，在学术带头人的带领下开展科研，使科研转化为教学，进一步提升教学质量
借助院级煤矿清洁开发与资源化利用工程技术研究中心的科研平台、实验教学示范中心高质量的仪器与设备，教师积极进行行业的科研工作，并将科技成果转化，极大提高教师的科研能力。同时在学术带头人的带领下，形成了行业特色鲜明的教学团队，教师的科研成果极大地促进了教学水平的提高。
（1）开展科研是培养学生创新意识的重要手段作为应用技术研究，创新能力和实践能力只有在亲身从事科学研究的过程中才能逐渐形成。因此，选择部分学生参加老师的科研和工程项目，可以使他们较早地了解社会、参与竞争环节、适应社会、处理人际关系及把握机遇等一系列的实践过程。大学生在二年级末开始进入教师的研究项目，组成科研小组，边学习课程，边进行课题研究，一直延续到毕业论文答辩。让学生走工程应用型人才的道路，在教师指导下，选修一些与工程、技术和方法有关的专业选修课，毕业时做毕业设计。
（2）“产学研”相结合在特色培养中能起到独特的作用为了有效地培养地质、煤田与环境的工程应用型人才，我们积极探索地走“产学研”之路，使学生在科学研究中获取基本能力的训练，学会合作、学会选题和立项论证等一系列与社会、企业合作，参与竞争的过程。通过建设“产学研”相结合的基地，使学生在实践中学习、运用新知识、新技术和新方法，培养学生发现问题、分析解决问题的能力。这对于提高学生的科学素养、工程意识和社会适应能力十分有益。
学校和企业联合在资源与环境类学生培养中显示了巨大的优势。一方面发挥高校高水平师资队伍的优势；而另一方面对地质部门、工矿煤炭企业而言，发挥其专业人才经验丰富、资金相对充裕的优势，采取校企联合，集中培养的办学模式。学校和企业联合，不但共同制定培养方案，更结合企业特点，与企业共同探讨教学内容和学生的毕业论文的内容，并要求论文能反映当代环境学科的科学技术发展的水平。此外，与国内10余个地质、煤炭企事业单位合作建立了稳固“产学研”联系，不仅成为学生实践动手能力培养最为广阔的训练实习基地，而且成为了学生就业的一个重要市场，畅通了就业渠道，使企业和毕业生之间得到了相互了解，使双向选择的基础更牢固，为毕业生的就业奠定了基础。近年来，环境类专业一次就业率（签订合同）95%以上，有较大的一部分是行业就业。正是基于上述的研究与实践，使科研及时、恰当地转化教学，使学生理论基础牢固，具有较强的实践、动手能力与一定的创新能力，于是我们培养的学生特色鲜明，具有很强的竞争实力。学生的基础知识扎实，毕业学生的考研率在同类院校名列前茅，且研究生在其他院校学习时，反映较好。
应用学院的先进电子资源，充分利用网上教学资源，提高教学效率
结合资源环境信息处理实验室，将新技术与新知识融入课程和实践教学之中。环境领域近十余年发展最快的是高新技术的大量使用，如：地质、环境工程在对地球资源、环境、生态、灾害等进行调查、监测、评价，开展开发、治理、保护工程项目时，在技术和手段上有了重大变化，如航天航空探测技术（RS）、地理信息系统技术（GIS）、全球卫星定位技术（GPS），与现在新型的计算机应用技术（数据库、三维模拟技术和绘图技术等）结合，开发出了诸如地空多元信息数字测控系统，资源（土地、矿产、水等）预测、评价、管理系统，生态环境监测、评价和预警系统，区域资源环境经济可持续发展决策支持系统等一系列的大型信息工程系统，使整个环境科学发生了革命性的变化。通过环境信息实验室、网上和课堂讲授让学生掌握这些新的工程技术手段，能在进入社会后，尽快成为驾驭现代地质与环境工程领域先进技术的领导者和管理者。
【关键词】微电子器件；静电损伤；放电模型
随着科学技术的飞速发展，电子、通信、航天航空等高新产业的迅速崛起，电子仪器仪表和设备等电子产品日趋小型化、多功能及智能化，高性能微电子器件已成为满足上述要求中不可缺少的核心元件。这种器件具有线间距短、线细、栅氧薄、集成度高、运算速度快、低功率和输入阻抗高等特点，因而导致这类器件对静电越来越敏感，业内把这类器件称之为静电敏感器件（ESDS）。
1.静电放电特性
1.1静电放电类型
静电放电有多种形态，根据其特点，并从防止静电危害方面来考虑，可分为7种：电晕放电、火花放电、刷形放电、传播型刷形放电、大型料仓内粉堆放电、雷状放电以及电场辐射放电。
1.2静电放电模型
静电模型包括人体模型（HBM）、人体-金属模型（BMM）、带电器件模型、家具模型、机器模型及场感应模型。国内对电子器件ESD敏感度的测试标准采用的是人体模型，用于模拟带电人体指尖与接地物体之间产生的静电放电。IEC61340-3-1规定了短路电流波形，其中，上升时间tri小于10ns，衰减时间tdi为150±20ns，振荡电流Ir应小于峰值电流Ip的15%，且脉冲开始100ns后不应被观察到。
2.实验
2.1原理与方法
研究半导体器件的静电放电效应时，一般采用注入法，即把电磁能量通过一定的装置注入电子元器件的相应管脚，这样可以精确而方便地得到损伤阈值。实验装置包括ESS-200AX型ESD模拟器、TDS680B数字存储示波器、TekP6041（5mV/mA，25kHz～1GHz，匹配电阻50Ω）电流探头。
2.2 CG392实验结果
根据积累的经验，高频小功率器件尤其是微波小功率器件对静电非常敏感。
对于晶体三极管，从外观上很难判断是否遭受损伤，只能通过测量反映其质量的有关参数来确定。用于测试电子元气件电参数的设备包括XJ4810晶体管特性图示仪、8970B噪声系数测试仪、CTG-1型高频C-V特性电容测试仪和漏电流测试仪等。
损伤判据主要根据GJB33A-1997《半导体分立器件总规范》有关条款制定，一般情况下以器件敏感参数变化超过试验前测量值20%或试验后数值超出规定的产品极限值判为器件损伤。
三极管具有3个管脚，共6个管脚对组合，放电途径为：基极发射极（BE）、发射极基极（EB）、基极集电极（BC）、集电极基极（CB）、发射极集电极（EC）、集电极发射极（CB）。
实验中将每三个器件分为一组，在相等的放电电压下，对相同的管脚对进行ESD单次放电。放电电压分为800、1200、1600 V三个档次，如果三个器件同时通过相同的电压档次，则继续提高放电电压；如果其中一个器件失效或损伤，则中止针对该管脚对的实验。
实验结果如下：①所有器件都通过800V的注入电压；②对于1 200V的注入电压，只有一个从CB结反向注入的器件（4号）出现损伤情况，其余各组器件均顺利通过。重新测试一组，仍然有一个器件（26号）出现损伤，初步说明CB结比EB结对静电更加敏感，这与现存的看法相反；③对于同一个结来说，正向注入时的损伤阈值要高于反向注入时的损伤阈值；④当注入端对为CB结时，对应的敏感参数包括VBRCEO、VBRCBO和hFE。对于反向击穿电压来说，主要表现为数值下降及出现软击穿情况；而对于正向直流传输比hFE来说，表现为数值下降和曲线的畸变。
为了更精细地判断CB结和EB结对静电放电敏感程度的相对大小，采用步进法更加合理。记录管子的损伤情况，其中V1表示最大未损伤电压，V2表示最小损伤电压，CB结平均最小损伤电压为900 V， EB结平均最小损伤电压为1700V，可以认为CB结比EB结对ESD更加敏感。
2.3其他三极管实验结果
实验采用步进法，每种器件的样本量不小于20，注入的电压步长不超过前一次注入电压的5%，首次注入即损伤的实验数据无效。①不同的器件因结构不同、工艺不同，它们的抗ESD的能力不同；②同一端对对于不同ESD模型的静电敏感度不同，例如3358（F32）的CB结，在HBM模型下，损伤电压平均值为3025V，在BMM模型下，损伤电压的平均值为2330V，这是由于BMM模拟器的储能电容（150pF）较大，而与之串连的放电电阻（330Ω） 又较小，在相等的放电电压条件下，储能电容上的能量较大，产生的放电电流峰值较大，放电持续时间又较短，因此对器件的危害更大；③对于3358（F32）、2SC3356等高频低噪声晶体管来说，反向CB结的静电敏感度要高于反向EB结的静电敏感度。
3.结论
在不同的静电放电模型下，通过实验研究了几种典型的半导体器件的静电敏感端对的静电放电情况和灵敏参数，由于外部环境、材料、结构和加工工艺不同，器件的静电损伤模式不同，其最大未损伤阈值和最小损伤阈值也不尽相同。实验结果表明，对于高频低噪声npn型硅三极管来说，反向CB结的静电敏感度要高于反向EB结的静电敏感度； ESD电流注入硅器件不同端对时，灵敏参数一般包括反向击穿电压、直流电流放大系数和反向漏电流，而极间电容和噪声系数对静电不敏感。对于高频低噪声晶体管来说，由于其自身结构上的原因，即功率容量小、击穿电压低、结浅，因而对静电非常敏感。ESD注入损伤的最灵敏端对是反向CB结，最敏感参数是VBRCEO，器件失效到击穿有一击穿变软的过程，正向注入时的损伤阈值要高于反向注入时的损伤阈值。
【参考文献】
[1]IEC61340-3-1：2002，Electrostatics-Part3-1：methods for simulation of electrostatic effects-Human body model （HBM）-component testing[S].
本文首先通过对比主要的开源分布式存储系统的优缺点和适用场合，确定Ceph是目前适合企业需要的分布式存储系统。之后，提出一套基于Ceph的企业分布式存储解决方案，给出软硬件组件选型、构架设计，并对系统细化调优。在这套方案基础上，企业用户可以很容易构建出一套高效运行的分布式存储系统。
【关键词】分布式存储 Ceph Openstack 构架设计 性能优化
1 分布式存储Ceph
1.1 简介
Ceph是一个开源的、理论上可无限扩展的、具有高可靠性、高性能的分布式存储解决方案。目前很多商业分布式存储解决方案是在开源的Ceph基础上发展来的，如Bigtera的VirtualStor系列产品，Hope Bay的ArkFlex云端大规模数据存储平台产品，SanDisk的InfiniFlash的产品IF500等产品都使用了Ceph。
1.2 Ceph与其他分布式存储方案的对比
分布式存储除了Ceph还有Moosefs（MFS）、Glusterfs、HDFS、Lustre等很多种。本文综合分析熊文等的论文和其他一些讨论，发现Moosefs的优点是实施简单，缺点是存在单点故障和性能瓶颈；Ceph的优点是扩展性好，可以很好的与OpenStack集成，发展很快，缺点是部分功能还不够成熟，通过POSIX接口访问CephFS时候，底层不稳定性使得不适合应用于生产环境；Glusterfs的优点是扩展性好，缺点是没有MDS，因此增加了客户端的负载，占用相当的CPU和内存，同时遍历文件目录时，实现较为复杂和低效，需要搜索所有的存储节点；HDFS的优点是适合部署在大量通用、廉价硬件上，缺点是只适合特定应用场景，即一次写入，多次读出，做数据分析类应用；Lustre的优点是成熟，缺点是复杂，同时MDS无法扩展，存在性能瓶颈。从适用场合方面分析：Moosefs适合企业小型应用环境，存储小文件；Ceph适合一般企业使用，如私有云平台应用，存储小文件；Glusterfs适合一般企业中型应用，存储大文件，下文件读写效率很低；HDFS适合存储超大数据集，做数据分析类应用；Lustre是一个并行文件系统，做高性能计算（HPC）类应用，存储大文件，适合大型科研、企业应用，一般HPC具有计算密集型、海量数据处理等特点，在石油勘探、地震预测、气象预报、航天航空、科学研究、机械制造、动漫渲染等领域都有应用。
2 基于Ceph的企业分布式存储方案
本文给出一种基于Ceph的企业分布式存储解决方案以供参考。方案描述总体设计架构、软硬件设计、性能调优这三个方面。
2.1 软硬件设计
设计目标：创建一个包含4个存储节点的分布式存储集群。
2.1.1 软件配置
操作系统建议选择最新的，本文选择CentOS7.1操作系统，将内核升级为4.5版本。由于目前btrfs文件系统还不稳定，因此底层文件系统选择XFS。
Ceph发行版本根据目前Ceph发行版本情况，选择最新稳定版9.2.1。
存储的访问方式选择块设备方式访问，由于目前CephFS文件系统还不稳定，不建议用于生产环境。
2.1.2 硬件配置需要考虑的因素
（1） CPU。需要考虑数据存储节点，即OSD节点和监视器节点，即MON节点的CPU消耗量。Ceph的OSD进程利用CRUSH算法计算数据的存放地址，复制数据，维护自身的集群映射，如果使用纠删码的数据池比使用直接复制数据的数据池CPU消耗要多。因此，OSD要根据数据存储的策略预备足够量的CPU资源。监视器只是简单维护集群映射的主拷贝，所以他们一般消耗不了多少CPU资源。
（2）内存。对于OSD，常规操作每个进程需要500MB内存，恢复数据适合每个OSD进程需要至少1GB内存每1TB数据。对于MON进程，一般每进程需要至少1GB内存，以实现对集群映射的快速维护，当然多配置些内存会达到更好的效果。
（3） 磁盘和网络。对于一个小规模的集群，单台存储服务器不要配置过多的磁盘，这种情况的危险在于单台服务器出现故障需要停机时，将造成集群的存储重心转移，出现数据丢失或大量数据恢复的情况发生。存储节点的数据磁盘无需做任何RAID，直接配置成JBOD模式或直通模式，每块数据盘在系统中看起来是一个磁盘设备，在其上运行一个OSD进程。考虑磁盘空间和价格因素，选择单块4TB大小的磁盘作为数据盘比选择2TB大小的磁盘更经济。网络需要确定对外提供服务的公共网络和存储集群网络。选定公共网络网口带宽为10Gbps，由于Ceph是通过存储多份拷贝保证数据安全的，客户的一个写入请求可能触发多个同样的写操作，这些通信是在集群网络内完成的，集群网络带宽要数倍于公共网络，因此，集群网络网口选择40Gbps。为了防止系统设计出现瓶颈，公共网络带宽确定之后，根据公共网络带宽和存储节点磁盘吞吐量的平均值，容易计算出存储节点上OSD的数量为：存储节点上OSD的数量=公共网络带宽/存储节点磁盘吞吐量，根据当前系统的选择，存储节点上OSD的数量=1250MB/110MB=11.4，于是确定存储节点上普通企业级磁盘数量应该配置在这个数值附近。如果在系统中使用SSD盘用于存放OSD的日志（Journal）信息，我们选择Intel DC S3500系列480GB的SSD盘，其写速度可达到410MB/s，在其上分区存放几个OSD的Journal信息，410/110=3.7，于是可确定，一块SSD盘可供4个OSD同时在其上存放Journal，为每个OSD划分120GB空间存放Journal，最终确定系统在公共网络带宽为10Gbps前提下，一个存储节点OSD数量设置12个比较合适，需要12个4TB的数据盘和3个Intel DC S3500系列480GB的SSD盘。
2.1.3 具体配置
（1）存储节点配置
CPU ：2路Intel E5-2630V3，8核 2.4GHz
内存：8条16GB DDR4 2133
系统硬盘：2个300G SAS 10K 2.5寸
Journal盘：3个Intel DC S3500 480G SSD
数据盘：12个4TB SATA 3.0 6Gbps 7500 RPM
RAID卡：1个LSI MegaRAID SAS 9240-8i，配置成JBOD模式
网卡：1个双口10Gbps光纤网卡（含2个SFP+ 模块），1个双口40Gbps光纤网卡（含2个QSFP+ 模块）。
（2） 监视器（MON）节点：
在存储节点上，在安装操作系统的磁盘上启动MON监视器进程，监视器的网络就使用集群网络。由于整个集群需要监视器进行仲裁，所以，整个集群需要有大于等于3的奇数个监视器进程在运行。本方案中采取在3个存储节点上启动MON监视器服务进程。
（3）网络交换设备
交换机：2个华为CE7850-32Q-EI用于集群网络，2个华为CE6850-48S6Q-HI用于公共网络。
2.2 构架设计
最终确定如图1所示。
构架设计中公共网络、集群网络都采用2个交换机组成冗余网络的方式进行构建：网络中2个交换机使用华为iStack[8]技术进行堆叠，使得两个交换机在逻辑上看起来像是一个整体，在交换机一侧，2个连接同一个存储节点服务器的端口进行链路汇聚，在存储节点服务器一侧，2个连接公共网络或集群网络的网口在操作系统中分别做捆绑操作。客户机通过公共网络连接存储进行访问。上述构架设计，系统的裸存储容量为4TB×12×4=192TB。由于Ceph具有横向扩展性，我们只需要添加新的存储节点和网络交换机即可完成存储容量的增加。假设，网络交换机堆叠构建的是无阻塞网络，那么对于集群网络交换机，最多有一半的接口用于与存储节点连接，即16个接口，另一半接口用于交换机之间的iStack连接，也就是在不添加网络交换的情况下，本系统裸存储容量做大增长到4TB×12×16=768TB。
2.3 性能优化
2.3.1 软硬件参数调整
（1）硬件参数调整。在服务器的硬件配置中开启CPU的HT（Hyper-Threading）特性，关闭CPU的节能模式，关闭内存的NUMA（Non Uniform Memory Access Architecture）特性。在运行OSD进程的操作系统中设置可运行进程数为理论最大值pid_max=4194303；在Ceph存储节点的操作系统中设置vm.swappiness=0禁止使用交换分区，完全使用内存；设置SSD盘的调度算法为noop，设置OSD的磁盘调度算法为deadline，所有分区均采用GPT分区格式且保证分区是4K对齐的；在使用Ceph块设备的客户端上设置对应的块设备参数read_ahead_kb=8192；设置Ceph存储节点上所有公共网络和集群网络的接口使用巨型帧，MTU=9000，并在相应的交换机对应接口上也做相应设置；利用ulimit -n 131072设置系统打开文件数最大值为131072。
（2）软件参数调整。Ceph软件的参数都记录在ceph.conf配置文件中，每次Ceph的服务进程，比如MON、OSD启动，都会首先读取这个配置文件。这个文件分global、MON、OSD、MDS、client五部分，global为全局公共部分，参数定义全局有意义，MON、OSD、MDS这三部分对应三种服务进程的配置，可以覆盖在global部分定义的相同参数，client部分定义的参数对所有连接Ceph存储系统的客户端都生效。根据Ceph构架和参数的含义，通常设置从日志到数据盘最大同步间隔filestore max sync interval=15，根据系统设计原理设置：
osd journal size = {2×（expected throughput× filestore max sync interval）}
对于OSD，其吞吐量为企业级硬盘的吞吐量，按照上面计算每个存储服务器应该设置多少OSD时使用的值为110MB/s，于是有：osd journal size=2×110×15=3300MB，考虑到OSD Journal设置太小，会导致Journal文件频繁清空重写，也会造成性能损失，需要设置得大一些，一般设置osd journal size为20480，即Journal文件大小为20GB。
归置组PG数量要根据OSD的数量进行计算，最后算出的结果取一个最接近的2的指数的值：
PG_num = （Total_number_of_OSD×100） / max_replication_count
对于上述4个存储节点的方案，系统Total_number_of_OSD = 4×12 = 48个，假设系统每份数据存储1份副本，即max_replication_count = 2，那么PG_num = 48×100/2 = 2400 ～= 2048。
3 总结
目前，Ceph存在的主要问题仍处于发展阶段。Btrfs虽然具有写时复制等很好的特性，但是还不成熟，无法在生产系统中应用，一旦它成熟起来可以应用于生产环境，将极大提升Ceph的性能。
参考文献
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[2]蔡思萌.开源分布式存储当道Ceph系统抢占企业应用[EB/OL].http：///a6218346743769497858，2015.
[3]熊文等.几个常见分布式文件系统特征分析和性能对比[J].集成技术，2012， 1（4）：58-63.
[4]朱荣泽.4种分布式文件系统比较[EB/OL].http：///metaxen/article/details/7108958，2011.
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[6]刘明.Linux文件系统btrfs简介[EB/OL].http：///developerworks/cn/linux/l-cn-btrfs/， 2010.
[7]维基百科.JBOD的介绍[EB/OL]. https：///wiki/Non-RAID_drive_architectures，2015.
[8]华为技术有限公司.iStack技术白皮书[Z].深圳：华为技术有限公司，2013.
作者简介
刘军军（1982-），男，乌海人。硕士学位。现为神华准格尔能源有限责任公司网络工程师。研究方向为小型机技术、云计算技术。
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