建筑用电能耗监测系统设计与实现开题报告

上海工程技术大学毕业设计（开题报告）学院电子电气工程学院学院专业计算机科学与技术班级学号学生指导教师题目数字逻辑课程网络虚拟实验系统设计任务规定进行日期自2014年02月17日起，至2014年06月20日止1、题目来源、目的、意义随着计算机技术的发展计算机成为我们日常生活中必不可少的工具，越来越多的人热衷于计算机的学习。在学习计算机硬件的时候，数字逻辑实验对我们学习计算机硬件有关键的作用。但是传统的数字逻辑实验平台价格昂贵，且容易损坏，很难满足广大爱好者的需求。同时由于价格原因，学校的实验平台往往不足让每个学生都能亲手实验，而是通过小组分工完成的，这样大大的降低了数字逻辑实验的作用。因此数字逻辑课程网络虚拟实验系统的的实现将能够很好的解决这些问题。通过软件我们能够模拟实际情况中的一些简单的数字逻辑实验，同样能达到现实实验平台的效果。我们通过C语言的编程能够编写一个模拟数字逻辑实验平台的虚拟数字逻辑实验平台。然后我们可以通过网站进行发布，只要有电脑并且能联网就可以随时随地的登录远程服务器通过我们发布的系统进行数字逻辑实验。这样能够很好的解决上面的问题。在本设计中将开发一种工具软件通过网络进行发布，该软件能够模拟现实中数字逻辑实验平台。该软件的开发对学习数字逻辑的人来说是福音，同时也使得教师能随时进行课堂演示成为可能，对数字逻辑这门学科具有重要意义。同时对于爱好数字逻辑的人来说这是一大福利，只需登录远程服务器就可以通过自己的电脑在任何地方通过我们的系统进行数字逻辑的相关简单实验。同该系统开发和维护价格低昂，和实际的实验平台相比较有很大的优势。该系统给广大学习“数字逻辑”课的学生提供了一种互动的虚拟“数字逻辑”的实验环境。同学们可以在系统中找到各种仿真实验仪器和设备。同学们只需轻点电脑鼠标操作软件的各种功能（如布局、布线等），就可以自主设计实验程序和装配虚拟实验仪器，完成和现实实验室中一样的各种实验过程。虚拟实验技术在远程教育中的运用。近几年远程教育在摸索和探讨中取得了很大的进步，但由于远程教育的特点和实验条件的限制，远程教育中的实验教学成为制约远程教育发展的瓶颈，开展网上虚拟实验成为远程教育的必然，如何在网络环境下建立为远程学习者提供交互的虚拟实验教学环境成为远程教育关注的热点。基于虚拟现实技术的远程教育是现代教育发展的主要方向之一，随着虚拟现实技术的不断发展和完善、网络技术的不断进步以及硬件设备价格的不断降低，我们相信，虚拟实验作为一个新型的远程教育媒体，以其自身强大的教学优势和潜力，将会逐渐受到远程教育工作者的重视和青睐，最终在远程教育领域广泛应用并发挥其重要作用。1经济可行性数字逻辑课程网络虚拟实验系统开发成本较小，仅需要一台计算机来进行开发，软件方面需要正版软件VISUALC60和SQLSERVER2000作为开发工具，总计花费在一万元以内。同时该软件适用于多数与计算机相关的专业的数字逻辑方面的实验。使用人数多，有很大的商业价值，同时由于会C语言的人比较多后期的维护人员不难寻找，因此维护费用不会太昂贵。同时对该系统的管理也比较简单，不需要太多的人即可实现。2技术可行性本程序采用MICROSOFT公司的VISUALC60作为开发工具，操作简单，代码易懂，因此维护比较简单。通过大学期间我对VISUALC60的学习，在编程方面有一定的积累，对本次的软件使用的是C语言进行编写。同时C语言的学习人数比较多，在软件开发出来之后的维护人员的寻找比较简单。3社会可行性随着计算机的发展，对计算机感兴趣的人越来越多，数字逻辑实验的普及成为趋势。本软件对喜欢数字逻辑实验但是没有实际实验平台的人来说是一大福利。由于本平台仅仅需要一台能够上网的电脑就可运行，可以在社会上推广。在学校方面，完全可以替代学校的实际的数字逻辑实验平台作为学生的实验工具，同时基本不会有损坏的问题，种种优点为其可以在计算机相关的专业进行推广成为可能。2、主要工作内容根据实际情况与整个程序的工作流程抽象描述如下包括用户名，账户，密码，家庭住址和电话等用户信息的记录的用户信息的注册的功能。用户登录和信息的修改，可以与远程服务器端的用户信息进行匹配，当正确时允许用户进入用户信息界面。通过用户信息界面进入数字逻辑课程网络虚拟实验系统的实验平台。通过对实验平台的导线连接、芯片选择和信号的输入等操作获得实验结果。程序工作流程图3、主要技术指标（或主要论点）1开发语言本设计采用的程序设计语言为C语言。C语言是一种面向过程的计算机程序设计语言，它是一种比较容易学习的编程语言。C语言的应用十分广泛，大量的软件都是用它进行开发的。同时该语言的代码简单易懂，而且功能强大，同时几乎是大学计算机相关科目必修的科目。因此在软件开发后，维护人员比较容易寻找。2开发环境开发环境选用的是MICROSOFTVISUALC60（微软公司的开发工具），具有集成开发环境的功能，可提供编辑C语言，C以及C/CLI等编程语言。VISUALC集成了MFC60。于1998发行。发行至今一直被广泛地用于大大小小的项目开发。它以拥有“语法高亮”，INTELLISENSE（自动编译功能）以及高级除错功能而著称。比如，它允许用户进行远程调试，单步执行等。还有允许用户在调试期间重新编译被修改的代码，而不必重新启动正在调试的程序。WINDOWS编程是复杂而又难以驾驭的，VISUALC这种强大开发工具的出现改变了这种情况。3开发技术B/S（BROWSER/SERVER，浏览器/服务器）模式又称B/S结构。它是随着INTERNET技术的兴起，对C/S模式应用的扩展。在这种结构下，用户工作界面是通过IE浏览器来实现的。B/S模式最大的好处是运行维护比较简便，能实现不同的人员，从不同的地点，以不同的接入方式（比如LAN,WAN,INTERNET/INTRANET等）访问和操作共同的数据。MFC（MICROSOFTFOUNDATIONCLASSES）实际上是微软提供的用于在C环境下编写应用程序的一个框架和引擎。MFC同VCL类似，是一种APPLICATIONFRAMEWORK，随微软开发工具发布。MFC是WINAPI与C的结合。MFC应用程序的总体结构通常由开发人员从MFC类派生的几个类和一个CWINAPP类（应用程序对象）组成。MFC提供了MFCAPPWIZARD自动生成框架。WINDOWS应用程序中，MFC的主包含文件为“AFXWINH”。MFC实际上是微软提供的，用于在C环境下编写应用程序的一个框架和引擎。VC是WINDOWS下开发人员使用的专业CSDKSDK,STANDARDSOFTWAREDEVELOPKIT,专业软件开发平台，MFC就是挂在它之上的一个辅助软件开发包。MFC作为与VC血肉相连的部分注意C和VC的区别C是一种程序设计语言，是一种大家都承认的软件编制的通用规范；而VC只是一个编译器，或者说是一种编译器源程序编辑器的IDE（IDE的英文全称为“INTEGRATEDDEVELOPMENTENVIRONMENT”，即“集成开发环境”），WSPLATFORM，这跟PASCAL和DELPHI的关系一个道理。PASCAL是DELPHI的语言基础，DELPHI使用PASCAL规范来进行WIN下应用程序的开发和编译，却不同于BASIC语言和VB的关系。BASIC语言在VB开发出来被应用的年代已经成了BASIC语言的新规范，VB新加的BASIC语言要素，如面向对象程序设计的要素，是一种性质上的飞跃，使VB既是一个IDE，又成长成一个新的程序设计语言。MFC同VC集成的VCL一样是一个非外挂式的软件包类库，只不过MFC类是微软为VC专配的。WINSOCK是一种标准API（APPLICATIONPROGRAMMINGINTERFACE，应用程序编程接口），主要用于网络中的数据通信，它允许两个或者多个应用程序（或进程）在同一台机器上或通过网络相互通信。WINSOCK是一种网络编程接口，而不是协议。使用WINSOCK编程接口，应用程序可通过普通网络协议如TCP/IP（TRANSMISSIONCONTROLPROTOCOL/INTERNETPROTOCOL，传输控制协议/网际协议）或IPX（INTERNETPACKETEXCHANGE，INTERNET数据包交换）协议建立通信。WINSOCK通信的基础是套接口SOCKET，一个套接口是通讯的一端。在这一端上你可以找到与其对应的一个名字。一个正在被使用的套接口都有它的类型和与其相关的进程。套接口存在于通讯域中。通讯域是为了处理一般的线程通过套接口通讯而引进的一种抽象概念。套接口通常和同一个域中的套接口交换数据（数据交换也可能穿越域的界限，但这时一定要执行某种解释程序）。WINDOWSSOCKETS规范支持单一的通讯域，即INTERNET域。各种进程使用这个域互相之间用INTERNET协议族来进行通讯（WINDOWSSOCKETS11以上的版本支持其他的域，例如WINDOWSSOCKETS2。套接口可以根据通讯性质分类；这种性质对于用户是可见的。应用程序一般仅在同一类的套接口间通讯。不过只要底层的通讯协议允许，不同类型的套接口间也照样可以通讯。用户目前可以使用两种套接口，即流套接口和数据报套接口。流套接口提供了双向的，有序的，无重复并且无记录边界的数据流服务。数据报套接口支持双向的数据流，但并不保证是可靠，有序，无重复的。也就是说，一个从数据报套接口接收信息的进程有可能发现信息重复了，或者和发出时的顺序不同。数据报套接口的一个重要特点是它保留了记录边界。对于这一特点，数据报套接口采用了与现在许多包交换网络（例如以太网）非常类似的模型。4需求分析在程序开发之前，设计人员要对系统进行需求分析，要认真了解数字逻辑课程网络虚拟实验系统需要实现那些功能。然后设计的程序确定由那些模块组成，这样能方便开发人员更高效的对程序进行编写。在虚拟数字逻辑实验平台中，模拟现实中数字逻辑实验平台是主体，远程网络服务器是其外部框架。远程网络服务器的主要模块用户注册、用户登录、用户信息的修改和进入虚拟逻辑实验平台。该服务器为用户提供虚拟实验平台，使得用户只需通过网络就可以在线进行数字逻辑实验。虚拟实验平台主要有以下几大部分组成电平信号和脉冲信号的控制实现、七段显示器的实现、发光二极管的实现、芯片的选择功能实现、芯片的逻辑功能实现和布线的实现。5数字逻辑实验平台分析在编写数字逻辑课程网络虚拟实验系统之前，我们首先需要了解传统的数字逻辑实验平台的组成部分和芯片的工作原理。其次我们要了解远程网络服务器如何实现注册、登录、修改用户信息和发布平台的功能。为了用户信息的保存我们还应该对数据库方面进行相关的了解。数字逻辑课程网络虚拟实验系统远程传输我们可以通过远程服务器控制用户是否有软件的使用权限，通过客户端可以进行用户账户和密码的输入并通过WINDOWSSOCKET通讯发送给服务器端，与服务器端的用户信息进行比较，当正确时服务器端将回馈给用户相应信息，使得用户能够从登陆界面进入虚拟实验平台界面。我们需要用到套接字与WINSOCK编程。套接字是网络编程的接口，在进行网络编程时，为了进行数据的传输，一般使用套接字进行与网络协议的交互。WINDOWSSOCKET是一套开放的WINDOWS下网络应用程序编程接口，是基于SOCKET模型的API。使得人们可以方便地使用WINDOWS的消息映射机制进行编程。套接字有三中情形，分别是流式套接字，数据报套接字和原始套接字。在调用SOCKETINTAF,INTTYPE,INTPROTOCOL创建套接字的时候可以根据第二个参数来指定其类型。具体如下SOCK_STREAM流式套接字SOCK_DGRAM数据报套接字SOCK_RAW原始套接字原始套接字用来处理低层的协议机制，因此这里使用原始套接字。使用的套接字的地址结构如下STRUCTSOCKADDR_INSHORTSIN_FAMILY网络地址类型UNSIGNEDSHORTSIN_PORT服务端口STRUCTIN_ADDRSIN_ADDR无符号长整型的IP地址CHARSIN_ZERO8填充字段数字逻辑课程网络虚拟实验系统组成远程服务器，主要功能为用户信息的注册、修改和发布虚拟实验平台。虚拟实验平台，主要包括电平信号和脉冲信号的控制实现、七段显示器的实现、发光二极管的实现、芯片的选择功能实现、芯片的逻辑功能实现和布线的实现。电平和脉冲信号控制实现通过界面上对应的电平开关和脉冲信号按钮进行信号控制。当点击屏幕上的电平开光图片处可以控制对应输出控所对应的电平状态。当开关显示的图片为向下方向的图片时说明当前对应孔输出低电平，当点击该开关后变为向上方向的图片时的开关图片后，对应的孔输出的为高电平。通过点击脉冲开关可以为相应的插孔提供脉冲信号。当点击脉冲信号图片处会使得对应的孔产生一个脉冲信号。布线的实现当点击软件界面的孔时可以进行接线操作，当点击点1后在点击点2可以时1和2间显示一条联系，表示1与2间的接口有电源线连接，同时连接后的两点间的孔对应的参数使其相同，用于模拟电路的连通。同时当在软件界面上选择对应接线时可以进行该线的删除操作。接线插孔和芯片插孔的实现接线插孔和芯片插孔都是通过对插孔图在界面上按一定排列实现的，即按一定排列顺序在界面上显示接线插孔和芯片接口。同时每个插孔的位置坐标保存在数组里面，方便连接时找到对应的接口为其赋值。七段显示器和发光二极管的实现同电平的开关类似，七段显示器的数字变化和发光二极管的明与暗都是通过对图片的显示实现的。发光二极管，当对应接口处的值表示低电平时对应位置显示暗的灯图片，当对应接口的值表示高电平时显示灯亮的图片。七段显示器则复杂点，7各接口的电平满足对应数字的电平时显示该数字的图片，当电平变化时显示的图片相应进行改变。芯片逻辑实现1或门，又称或电路。如果几个条件中，只要有一个条件得到满足，某事件就会发生，这种关系叫做“或”逻辑关系。具有“或”逻辑关系的电路叫做或门。或门有多个输入端，一个输出端，多输入或门可由多个2输入或门构成。只要输入中有一个为高电平时（逻辑1），输出就为高电平（逻辑1）；只有当所有的输入全为低电平时，输出才为低电平。与门2与门（英语ANDGATE）又称“与电路”。是执行“与”运算的基本逻辑门电路。有多个输入端，一个输出端。当所有的输入同时为高电平（逻辑1）时，输出才为高电平，否则输出为低电平（逻辑0）。非门3非门（英文NOTGATE）又称反相器，是逻辑电路的基本单元，非门有一个输入和一个输出端。逻辑符号中输出端的圆圈代表反相的意思。当其输入端为高电平（逻辑1）时输出端为低电平（逻辑0），当其输入端为低电平时输出端为高电平。也就是说，输入端和输出端的电平状态总是反相的。4与非门由与门与非门组合而成。5或非门由或门和非门组合而成。其中，非门和或非门在数字电路中较为常见。数字逻辑课程网络虚拟实验系统中的各种芯片基本是由以上几种门电路构成，在编码时我们需要了解各种实验需要芯片的结构图，方便我们进行芯片逻辑功能的实现。但是有的芯片功能我们可以通过简单的代码实现我们不必严格的模拟出内部的门电路，我们的目的只是模拟出其逻辑功能。数字逻辑课程网络虚拟实验系统的层次概述总体上分为用户管理部分和平台发布的虚拟数字逻辑实验平台两部分。远程网络服务器由以下几部分组成1、用户注册界面用于填写用户姓名、住址、账户、密码等信息并提交到据库存储。2、用户登录界面用于用户输入账户密码，并和数据库进行匹配。3、用户修改界面用于更改用户的注册资料。4、服务器实验平台发布当用户账户和密码与数据库相同时，用户用拥有用虚拟数字逻辑实验平台的权限，跳转到虚拟数字逻辑实验平台界面，同时用户将输入的消息通过网络发送给服务器，服务器将通过平台进行处理，再将信息发送给用户进行显示。数字逻辑实验平台由以下几部分组成1、电平信号和脉冲信号的控制主要功能为产生脉冲信号和高低电平。在实验软件中可用不同的值代替以上各种状态。2、布线功能用于实现各芯片、元件间的引脚赋值和在平台界面上显示各元件间如何连接的。3、芯片的选择功能用于按照用户的选择调用对应的芯片函数。按照实验平台的需求编写相应芯片对应的实现芯片逻辑功能的函数。4、实验结果的显示主要是通过七段显示器和发光二极管的状态来显示电平信号通过芯片函数的处理后的变化。6程序优点1降低学习成本，可替代实验仪器，完成数字逻辑试验设计的仿真；2包含完整的数字逻辑教程，能指导用户进行自主学习；3具有良好的用户界面，更贴近用户的使用习惯；4开放性的平台，用户可自行对系统扩展，5演示文档的自动生成，更符合用户的实际需要；四、进度计划第12周翻译一篇5000字的相关的技术英文，完成综述报告与开题报告第34周对课题做需求分析，完成需求分析报告第56周对系统进行总体设计第68周进行详细设计，完成各模块详细功能第810周编写程序第1114周测试程序，并完成毕业论文初稿第1517周修改毕业论文第18周论文答辩5、主要参考资料1汪诗林，吴源泉开展虚拟实验系统的研究和应用，计算机工程与科学，2000（2）33352谭浩强C程序设计第三版M,北京清华大学出版社，20063谢希仁计算机网络（第五版）M,北京电子工业出版社，200814翟墨，邓居祁殷科生,虚拟现实的特点与实现，现代远距离教育，2007（4）68695单美贤，李艺虚拟实验原理与教学应用,教育科学出版社,20056张金茹数字逻辑电路网络课程,2001,848497美ANTHONYJONES,JIMOHLUND编著，杨合庆译MICROSOFTWIND