模拟电子技术基础.docx

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模拟电子技术基础

电工行业的发展与职业教育

主讲人：

陈明义

中南大学电子科学与技术系

2010、6、10

主要内容

•、电工新技术的发展

1、20世纪下半叶的发展概况

2、21世纪上半叶的发展展望

二、职业教育中《电工技术》课程教学

1、传统职业教育课程教学模式

2、项目式课程改革的教学模式

电工新技术的发展

电工（电工学、电工技术）：

是研究

电磁领域的客观规律及其应用的科学技

术，以及电力生产和电工制造两大工业生产体系。

电工新技术:

在电力生产、电工制造

与其他工业发展，以及国防建设与科学实验的实际需要的有力推动下，在新原

理、新理论、新技术和新材料发展的基础上，发展起来的。

发展电工新技术，要把主力放在将已形成的重要分支向着产业化的方向努力推进，与此同时，要密切注

视新原理、新技术、新材料的出现，及时抓住苗头,不断开辟新的方向与领域。

-新材料

一新技术

新原理、新理论

子体物理学与电磁流:

与人类能源、电、交通及其他工业发展需要相结合，开创并推

进着受控核聚变。

•直线电机:

促进着磁浮列

车，磁流体推进船成为国家计划O

放电应用

核聚变

磁流体发电

磁流体推进船

磁浮列车

新材料

•超导:

脉冲超导磁体技术，超导加速器与超导核聚变装置，超导核磁共振谱仪与磁成像装置，工频超导线，高临界温度超导体

•新型永磁材料:

枚铁硼麻料，永磁电机、永磁磁体技术

•半导体:

电力电子器件鸟光曲豁件

超导电工

永磁电机与磁体

光电应用

电力电子

新技术

•电力电子:

促进大功率整流、逆变、变频设备的革AC

茹To

•数控电子专用设备:

促进整个电力系统到各种装备的自动控制的革新。

•电工装备与CUI：

使整个电工制造业的设计上了新台阶

•电磁场的数值计算:

解决了复杂分析与精密实验的难题。

新技术

电力电子

微电子专用设备

数控与机电控制

电工装备CAD

电磁场数值计算

世纪上半叶的发展展望

诂-从能源发展看，我国在上半叶还不大可能扭转i以煤为主的能源结构，从而在提高煤的利用效I為特别是燃煤发电效率方面还要做出很大的t-与此同时，还要大力促进核能和可再生能源的1应用发展，使之更快地在技术和经济上成熟起来，才能改变以化石能源为主的能源结构，走上能源、环境与生态持续、协调、稳定发展的

道路O

-在交通运输方面，各种交通运输的高速化都必须以电力推进系统的发展做为基础。

•电工新技术的发展将起着重要的作

用，随着新原理，新技术与新材料的发展，还将出现一些新兴的领域：

-受控核聚变-磁流体发电-太阳能与风力发电-磁浮列车

-磁流体船舶推进一超导电工

i受控核聚变

•受控核聚变的实现将为人类提供实际上用之不竭的洁净能源。

•与裂变反应（依靠核工技术与热工技术的结合）不同，聚变反应堆的发展主要依赖于核工技术与电工新技术的结合，要把大体积、强磁场技术，大能量，脉冲电源技术，辅助加热技术与等离子体控制技术提高到新的水平，还要探索利用聚变产生的带电粒子直接发电的可能性。

-加世纪下半叶：

证实了聚变反应堆的科学现实性

-下世纪初：

期望能能建成、运行试验堆

-下世纪四五十年：

预期建成第一座商用的聚变电站,

走向产业化，将导致一些新兴的电工产业的形成。

•磁流体发电是将高温导电燃气与磁场相互作用

而将热能直接转化成电能的新型发电方式。

-由于其初温可高达3000K,与已有的燃气及蒸汽发电组成联合循环，可望将燃煤电站的热电转换效率提高到50%以上，具有高效率、低污染、少用水的重大优越性。

•磁流体发电于60年代初原理性实验成功，目前,已达到最高发电功率几万千瓦，持续数百小时的水平。

面的新技术，在电工方面要解决电站系统、发

电通道、超导磁体、功率调节与逆变等一系列关键技术问题。

■

太阳能与风力发电

•太阳能与风能是最重要的可再生能源，它们是广泛存在，机会均等，自由索取,最终可依赖的初级能源。

肠•目前：

儿十万千瓦的太阳热发电站,百I■万千瓦的大型风力发电场已经接入电网:

簟理运行参年，千丰瓦的光茯发电站包有了

—1-H-刁尺氾

•21世纪：

预期使太阳能与风力发电在整个电力生产中占有一定的份额，并且继续努力提高效率，降低造价与成本，扶植相应产业的发展，以及解决并网运行0勺肴关技术冋题

新型无轮高速地面交通工具。

已达到500公里/

时的时速，处于实用化试验阶段，德国、日本已对建造运营线做了布署。

具有速度高、客运量大、对环境影响［豐昊〈振动等）小、能耗低、维护便宜、运行女會畫稳，无脱轨危险，有很强的爬坡能力等一系列优点。

检测与控制等一系列高、新技术的关键问题。

磁流体船舶推进是一种正在发展的新技术。

利用强磁场与海水中的电流相互作用产

生的罗伦兹力，使海水向后喷射，依靠其反作用力推进舰船向前行驶。

-60年代：

开始研究。

-90年代初：

日本的载人试验船“大和一号”

胜利地进行了海上试验，显示了其实现的现实性。

-21世纪:

期望其达到实用。

•聚变电站、磁流体发电，磁浮列车，磁流体推进船的商业化，均将促使超导电工继续长足地向前发展，成为一个重要的电工产业O

•工频超导技术的发展将使超导限流器、

超导变压器、超导发电机投入运行。

职业教育中

《电工技术》课程教学

•传统职业教育课程教学模式

•项目式课程改革的教学模式

传统职业教育课程教学模式

•结构庞大的教学体系

-从传统高等教育转型来的职业教育

-课程主要从普通高等教育课程中移植部分内容:

参照其编排方式编排

以学科为中心，将各类课程按序排列为分阶段的

递进式课程

-各科课程的目标是使学生明确该课程的基本逻辑结构掌握基本概念、原理和定律

•学习目标单一

-课程内的实践性仅仅体现在教学实验等环节

-课程外实践动手能力的训练如实习，实训等是独立安排的

•理论、实践脱节

-课程与理论课程没有必然关系，可以根据设施使用情况安排在学期的任一部分，有可能先于相关的理论内容完成

•教学理念：

-以社会需求为依据、以能力发展为本位、以职业岗位群工作任务为中心的项目式课程改革。

-以项目为载体、以任务为驱动，着重培养学生的实践能力、思维能力、创新意识、协作意识，构建的全新的教学模式。

-避免理论、实践的另一种失衡，要通过实践来构建一个理论系统。

•教学理念：

-设置项目内容时注意理论知识的相对完整性、系统性

•对于项目相应内容的知识体系，学生熟练掌握以后完全可以适应其它电子产品的相关要求。

•项目设置时应该保持课程本身的基础性和后续课程的基础性。

-设计教学过程强调理论的价值地位

・《电工技术》有着较强的实践性’电工本一门技术，但师傅带徒弟式的任务驱动已失去现实意义。

•在实践活动中应要求学生多问问为什么、多找找理论依据。

-安排考核注重对理论知识掌握程度的检验

教学过程设计

理论内容以“用什么、讲什么”为原则，删减后再降低难度，而对实践训练则加大资金投人、增加学时比例，教学场所主要安排在实习，实训室或工厂车间。

完成阶段任务

采用教学团队指导下的“学生自主学习，教师授课+仿

真教学+实训”的一体化教学模式

教师团队布置任务，提出要求，指导学生进行相关知识查阅、讨论、咨询，学生制定计划，提出任务方案并进行决策，教师讲授相关知识

学生利用EDA软件进行方案的仿真设计与测试，完成方案的理论设计并进行方案优化，打印电路原理图和自动布线图

学生在电子技术实训室完成电子钟制作的准备工作，在电子室创新实训室完成电路板制作、元件焊接、整机测试

主讲人：

陈明义

中南丸学勒子科学与技术糸

2010.6、10

・物联网的概念

・物联网的原理

・物联网的应用领域

・物联网的发展

物联网就是把所有物品通过射频

（RFID）＞红外感应器、全球定位

系统、激光扫描器等信息传感设备与互联网连接起来，进行信息交换和通讯，实现智能化识别、定位、跟踪、监控和

•减

•物联网（TiMHntBnMiirttMmis）的概念是

在1999年提出的

•物联网就是“物物相连的互联网”；

•物联网的核心和基础仍然是互联网，是

翳联网基础之上延伸和扩展的一种网

•其用户端延伸和扩展到了任何物品与物

品之间进行信息交换和通信。

“物|粥蠶器年的一份报告曾描绘

in

当司机出现操作失误时汽车会自动报警;

衣服会“告诉”洗衣机对颜色和水温的要求C

业之中，具体地说，就是把感应器嵌入和装备到电网、铁路、桥梁、隧道、公路、建筑、大坝、供水系统、油气管道等各种物体中，然后将“物联网”与现有的互联网整合起来，实现人类社会与物理系统的整合，在这个整合的网络当中，存在能力超级强大的中心计算机群，能够对整合网络内的人员、机器、设备和基础设施实施实时的管理和控制，在此基础上，人

爲肄，“霆薦溉礬利用率和生

1、物联网的原理

物联网可分为三层

•感知层

•网络层

•应用层

感知层

感知层是物联网的皮肤和五官，识

别物体，采集信息。

感知层包括二维码

标签和识读器、RFID标签和读写器、摄

像头、GPS＞传感器、终端、传感器网络

ShwSSillt与人

网络层

网络层是物联网的神经中枢和大脑

信息传递和处理。

网络层包括通信与互

联网的融合网络、网络管理中心、信息

中心和智能处理中心等。

网络层将感知

层获取的信息进行传递和处理，类似于人体结构中的神经中枢和大脑。

应用层是物联网的“社会分工”与行业需求结合，实现广泛智能化。

应用层是物联网与行业专业技术的深度融合,与行业需求结合，实现行业智能化，这类似于人的社会分工，会。

对物体属性进行标识，属性包括静态和动态的属性，静态属性可以直接存储在标签中，动态属性需要先由传感器实时探测；

需要识别设备完成对物体属性的读取，并将信息转换为适合网络传输的数据格式；

将物体的信息通过网络传输到信息处理中心（处理中心可能是分布式的，如家里的电脑或者手机，也可能是集中式的，如中国移动的IIMJ）,由处理中心完成物体通信的相关计算。

三、物联网的应用领域

（1）智能家居

31!

智能家居产品融合自动化控制系统、计算机网络系统和网络通讯技术于一体，将各种家庭设备（如音视频设备、照明系统、窗帘控制、空调控制、安防系统、数字影院系统、网络家电等）通过智能家庭网络联网实现自动化，通过中国电信的宽带、固话和3G无线网络，可以实现对家庭设备的远程操控。

智能家居不仅提供舒适宜人且高品位的家庭生活空间，实现更智能的家庭安防系统;还将家居环境由原来的被动静止结构转变为具有能动智慧的工具，提供全方位的信息交互功能。

智能医疗系统借助简易实用的家庭医疗传感设备，对家中病人或老人的生理指标进行自测，并将生成的生理指标数据通过中国电信的固定网络或3G无线网络传送到护理人或有关医疗单位。

根据客户需求，中国电信还提供相关增值业务，如紧急呼叫救助服务、专家咨询服务、终生健康档案管理服务等。

智能医疗系统真正解决了现代社会子女们因

工作忙碌无暇照顾家中老人的无奈，可以随时表达孝子情怀。

智能城市产品包括对城市的数字化管理和城市安全的统一监控。

前者利用“数字城市”理论，基于3S（地理信息系统GIS、全球定位系统GPS、遥感系统RS）等关键技术，深入开发和应用空间信息资源，建设服务于城市规划、城市建设和管理，服务于政府、企业、公众，服务于人口、资源环境、经济社会的可持续发展的信息基础设施和信息系统。

后者基于宽带互联网的实时远程监控、传输、

存储、管理的业务，利用中国电信无处不达的宽带和3G网络，将分散、独立的图像采集点进行联网，实现对城市安全的统一监控、统一存储和统一管理、为城市管理和建设者提供一种全新、直观、视听觉范围延伸的管理工具。

III

智能环保产品通过对实施地表水水质的自动监测，可以实现水质的实时连续监测和远程监控,及时掌握主要流域重点断面水体的水质状况，预警预报重大或流域性水质污染事故，解决跨行政区域的水污染事故纠纷，监督总量控制制度落实情况。

丄湖环境监控项目，通过安装在环太湖地区的各个监控的环保和监控传感器，将太湖的水文、水质等环境状态提供给环保部门，实时监控太湖流域水质等情况，并通过互联网将监测点的数据报送至相关管理部门。

智能公交站台通过媒体发布中心与电子站牌

智能交通系统包括公交行业无线视频监控平台、智能公交站台、电子票务、车管专家和公交手机一卡通五种业务。

公交行业无线视频监控平台利用车载设备的无线视频监控和GPS定位功能，对公交运行状态进行实时监控。

的数据交互，实现公交调度信息数据的发布和多媒体数据的发布功能，还可以利用电子站牌实现广告发布等功能。

电子门票是二维码应用于手机凭证业务的典

型应用，从技术实现的角度，手机凭证业务就是手机凭证，是以手机为平台、以手机身后的移动

网络为媒介，通过特定的技术实现完成凭证功能。

车管专家利用全球卫星定位技术（GPS）、无

线通信技术（CDMA）、地理信息系统技术（GIS）.

中国电信3G等高新技术，将车辆的位置与速度,

车内外的图像、视频等各类媒体信息及其他车辆参数等进行实时管理，有效满足用户对车辆管理的各类需求。

公交手机一卡通将手机终端作为城市公交一卡通的介质，除完成公交刷卡功能外，还可以实现小额支付.空中充值等功能。

III

智能司法是一个集监控、管理、定位、矫正于一身的管理系统。

能够帮助各地各级司法机构降低刑罚成本、提高刑罚效率。

目前，中国电信已实现通过CDMA独具优势的GPSONE手机定位技术对矫正对象进行位置监管，同时具备完善的矫正对象电子档案、查询统计功能，并包含对矫正对象的管理考核，给矫正工作人员的日常工作带来信息化、智能化的高效管理平台。

智能农业产品通过实时采集温室内温度、湿度信号以及光照、土壤温度、CO2浓度、叶面湿度、露点温度等环境参数，自动开启或者关闭指定设备。

可以根据用户需求，随时进行处理，为设施农业综合生态信息自动监测、对环境进行自动控制和智能化管理提供科学依据。

通过模块采集温度传感器等信号，经由无线信号收发模块传输数据，实现对大棚温湿度的远程控制。

li

III

Ill

智能农业产品还包括智能粮库系统，该系统通过将粮库内温湿度变化的感知与计算机或手机的连接进行实时观察，记录现场情况以保证量粮库内的温湿度平衡。

信息服务平台以功能集成、效能综合为主要开发理念，以电子商务、网上交易为主要交易形式，建设了高标准、高品位的综合信息服务平台。

信息服务平台为金融质押、园区安保、海关保税等功能预留了接口，可以为园区客户及管理人员提供一站式综合信息服务。

年人日常行为的精细管理，最终达到学生开心,家长放心，学校省心的效果。

（10）智能文博

智能文博系统是基于RFID和中国电信的无线网络，运行在移动终端的导览系统。

该系统在服务器端建立相关导览场景的文字、图片、语音以及视频介绍数据库，以网站形式提供专门面向移动设备的访问服务。

访问服务器网站并得到该展品的文字、图片语音

移动设备终端通过其附带的RFID读写器，得到相关展品的EPC编码后，可以根据用户需要,或者视频介绍等相关数据。

III

1、2005年n月170,在突尼斯举行的信息社会世界峰会（WSIS）上，国际电信联盟（ITU）发布了《ITU互联网报告2005：

物联网》，报告指出，无所不在的“物联网”通信时代即将来临，世界上所有的物体从轮胎到牙刷、从房屋到纸巾都可以通过因特网主动进行交换。

射频识别技术（R^D）、传感器技术、纳米技术、智能嵌入技术将到更加广泛的应用。

2、2009年2月24日，IBM大中华区首席执行官钱大群在2009IBM论坛上公布了名为“智慧的地球”的最新策略。

针对中国经济的状况，钱大群表示，中国的基础设施建设空间广阔，而且中国政府正在以巨大的控制能力、实施决心、和配套资金对必要的基础设施进行大规模建设,

“智慧的地球”这一战略将会产生更大的价值。

如果在基础建设的执行中，植入“智慧”的理念，不仅仅能够在短期内有力的刺激经济、促进就业，而且能够在短时间内为中国打造一个成熟的智慧基础设施平台。

K1FJ

3、IBM前首席执行官郭士纳曾提出一个重要的观点，认为计算模式每隔15年发生一次变革。

这一判断像摩尔定律一样准确，人们把它称为“十五年周期定律”。

・1965年前后发生的变革以大型机为标志

・1980年前后以个人计算机的普及为标志

・1995年前后则发生了互联网革命

・2010年前后以物联网为标志

4、每一次这样的技术变革都引起企业间、产业间甚至国家间竞争格局的重大动荡和变化。

而互联网革命一定程度上是由美国"信息高速公路”战略所催熟。

20世纪90年代，美国克林顿政府计划用20年时间，耗资2000亿・4000亿美元，建设美国国家信息基础结构，创造了巨大的经济和社会效益。

而今天，“智慧的地球”战略被不少美国人认为与当年的“信息高速公路”有许多相似之处，同样被他们认为是振兴经济、确立竞争优势的关键战略。

该战略能否掀起如当年互联网革命一样的科技和经济浪潮,不仅为美国关注，更为世界所关注。

5、物联网产业链可以细分为标识、感知、处理和信息传送四个环节，每个环节的关键技术分别为RFID、传感器、智能芯片和电信运营商的无线传输网络。

EPOSS在

《InternetofThingsin2020》报告中分析预测，未来物联网的发展将经历四个阶段，2010年之前RFID被广泛应用于物流、零售和制药领域，2010-2015年物体互联，2015〜2020年物体进入半智能化，2020年之后物体进入全智能化。