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包装设计的知识范文1
关键词:视知觉原理;包装设计;应用
20世纪中期以来,世界包装设计全面发展,包装行业逐渐发展成为一个庞大的工业体系,在科技日益发展、经济全球化浪潮下,发挥出越来越重要的作用。现代包装设计形式多样、内容广泛,其所涵括的色彩设计、图形编排设计、造型设计和展示设计等,都和视知觉原理密不可分。
一、视知觉原理是现代视觉传达艺术设计的理论平台
1.视知觉原理的产生背景与核心理论
20世纪60年代末,美国学者鲁道夫•阿恩海姆在《艺术与视知觉》一书中说道“当那种使人的身体保持温暖的柔和火焰,变为一种均匀而细密的光流,从眼睛里流出来的时候,就在观看者和被观看物之间形成了一座可触知的桥梁,从外部物体发出的光线刺激,便是顺着这条桥梁到达人的眼睛,最后又从眼睛到达心灵。”[1]这是原始的光学经验,也是人们对视知觉的初步认识。
阿恩海姆认为视知觉就是视觉思维,视知觉具有感知的作用,知觉是人对客观事物整体状态形象的反映。“视知觉并不是对刺激物的被动复制,而是一种积极的理性活动。”[2]视知觉是一种积极的活动,主要是通过“观”或者“看”,“视觉传达是通过视觉来实现的一种信息传播……人的感官功能和知觉是为接受,传达和处理信息而进化得来的……视觉传达信息的原始形式便是通过眼睛的几何光学系统映射在视网膜上的图像。”[3]
2.视知觉原理广泛应用在视觉传达设计各领域
视觉传达设计是以通过视觉媒体来传播信息的设计。主要包括字体设计、标志设计、书籍装帧设计、广告设计、包装设计、展示设计、企业形象设计等。作为沟通企业与社会、商品与消费者之间的桥梁,视觉传达设计首先直接影响着人们的日常生活,同时还以其独特的艺术魅力在精神文化领域影响着人们的情感和价值观念。
根据格式塔心理学派的理论,视知觉具有整体性、完形性、简约性、选择性、恒常性、理解性等特征,糅合了图像学、符号学、传播学等前沿学科相关知识所汇构而成的视知觉理论体系,近年来,被广泛运用到视觉传达设计各领域。
二、视知觉原理在包装色彩设计的应用
1.充分拓展色彩的多重属性
色相、明度、纯度统称为色彩的三要素。由光波波长因素而形成的色相,决定着颜色区分的表象特征。由波长振幅影响而形成的明度,是区分颜色视觉明暗的标志。纯度亦称彩度、饱和度、艳度,即色的含灰程度或鲜艳程度,颜色主波长的单一程度决定着其纯度高低。
基于色彩的物理属性而言,有冷暖、明暗、刚柔,以及由此而衍生的大小、远近、阔窄、软硬、涩滑之分;基于色彩的精神属性而言,有悲喜、好恶、贵贱、雅俗、朴巧之别。以色调而言,高明度、高纯度、活泼的色调具华丽感,低明度、低纯度、沉静的色调则有质朴感。以产品属性而言,食品宜取热烈、欢快的暖色调,化妆品宜取淡雅、柔和的浅紫色,男性用品包装色彩则宜选择沉稳、厚重的黑灰色。
2.发挥色彩特有的视觉冲击力优势
具有高强视觉吸引力、张力与冲击力是色彩的先天优势。无论是在远距离的比对中,还是视野快速移动中,色彩总是先声夺人。因此,在产品竞争日趋激烈的现代市场经济中,要想使所包装的产品明显区分于竞争产品,强化人们对所推广品牌的识记,可以充分利用色彩的张力优势及巧妙的对比手法,以彰显包装设计。
3.知觉恒常性原理的运用
恒常性是“客观事物具有相对稳定的结构和特征”[4],知觉的恒常性表现为大小恒常性、形状恒常性、颜色恒常性和明度恒常性。据此原理,要求包装设计的色彩要具有相对的稳定性和持久性,不能经常更换产品包装的色彩和形状,如果经常改变就会影响到人们对产品品牌的识别。在许多产品包装领域,一直运用着一些特定的色彩,如柯达胶卷的黄色和绿色、饮料中雪碧的绿色和可口可乐的红色。这种熟知,其实就是色彩独具吸引消费者并让他们清晰认知、记忆的直接效果。不难想象,一旦恒常性被突然打破,将会造成多大的识别混乱。
4.色彩设计应与产品特质相吻合
从视知觉原理的拓展意义而言,包装的色彩设计还应与产品的功能、使用范围、目标受众相适应。日本色彩学专家大智浩对包装的色彩设计做过深入的研究,对包装设计的色彩提出八点要求,相关的几点有“①是否很好地象征着商品内容;②色彩是否与其他设计因素和谐统一,有效地表示商品的品质与份量。”[5]
以化妆品为例,飘柔,潘婷,海飞丝三种洗发水的包装就是根据其产品特质而采用了适当色彩。“飘柔”主要以草绿色为主,体现青春活力的主题思想;“潘婷”则以杏黄色为主要色调,在视觉上给人营养丰富的感受,展现健康亮泽的发质;“海飞丝”洗发水主要以去屑为主,在色彩上主要采用海蓝色,给人清新凉爽的感觉。这种符合产品特质的色彩包装,不仅突出了产品的个性,而且大大增进了产品的销售力。
5.包装色彩设计与消费心理
在包装设计中色彩是最直接、最具冲击力的视觉设计元素,直接影响着消费者的心理,对销售的成败起着举足轻重的作用。在包装色彩设计中,如何激起消费者的购买欲望,让顾客自愿接受产品,首先就需要了解人们的消费心理。
不同年龄、个性、文化、民族、性别的消费者对色彩的感受各不相同。由于消费者在生理和心理上的差异,对包装色彩的释读、识别、评价也存在一定区别。同样是紫色的化妆品包装,由于性别的差异,有可能产生较大的接受差异,紫色之于男女性化妆品,黄色之于不同国度,接受心理都是不同的。针对这种差异性,现在包装设计越来越注意对消费心理的关注,以使更适合不同消费者的需求。
三、视知觉原理在包装图文设计与编排中的应用
1.正负空间对图形与背景关系的影响
我们把二维空间分为“正”与“负”两种,“正空间”即图形,“负空间”则是背景,“正空间”与“负空间”是相互依存的对立统一体,各自成为对方存在的必要条件,二者缺一不可。人对图形的知觉是有选择性的,将哪一部分视为图形,哪一部分视为背景,是人的主观能动性决定的。在现代包装设计中既要有要传达的主体形象,又要有衬托作用的背景。其次,当明暗关系逆转时,图与底的关系就会相互变换。把握好对图形和背景的面积大小、明暗关系和冷暖关系对比,将有利于突出包装设计中的主体形象。
2.包装设计中的图形
“图形是视觉传达设计中的关键,图形的内在张力直接影响信息的有效传播。”[6]图形作为一种基本的视觉传达语言,在设计时,更是以视知觉原理为设计依托。包装设计中,图形是信息的主要承载者,也是包装设计的基本语言。清晰、明快、个性、趣味、美的图形,能给人留下完整、深刻、强烈、生动的印象,并能引发人们的联想,产生意犹未尽的效果。
具体应用中,包装设计图形包括具象图形和抽象图形。具象图形包括摄影图片、写实绘画等。具象图形以其写实性、描绘性、通俗性、真实性特征,可以再现产品的质感与色泽,给人以真实可感的形象。抽象图形指用点形变化、线形变化和面形变化形成的同产品具有间接联系的图形。在包装设计中,抽象图形具有广阔的表现空间,可以使人的产生更广阔的联想,给人以简明含蓄之美。
3.包装设计中的文字
文字是现代包装设计中不可缺少的重要组成部分。包装的每个展面都印有产品具体的文字信息,包括有指导性、使用性、常识性的文字表述。文字所表述的内容或文字编排、形象都是影响包装的关键,因此,文字在包装设计上的应用是否得体,成为包装具有行销功能的一个关键环节。
文字不仅是宣传、美化产品具有形式美的装饰要素,它还能明确传递商品的特征。在包装设计中,文字通过包装外表表面的广告语、说明性文字向消费者传达生产厂家、商品以及与商品有关的内容。文字传递的要点一是准确,二是识别性明显。善于运用文字,充分利用文字的魅力,创造新的文字形象来加强信息力度,是每一个包装设计者应具备的基本功。文字的设计如同其他设计一样,讲求“空间、平衡、韵律”等因素,文字在包装设计中的应用,不仅仅是字体本身美的设计,文字与图形的编排也同样重要。
4.包装设计中的构图编排
视知觉整体性特征可以指导包装设计的图形、文字编排。“视觉的对象是由不同的部分、不同的属性组成,当它们对人发生作用时侯,是分别作用或者先后作用于人的感觉器官的。人并不是孤立地反映这些部分、属性,而是把它们结合成有机的整体,这就是视知觉的整体性。”[7]
编排设计主要是对包装设计中的图形、文字等元素进行多种组合排列的实践过程。其目的在于诱导人们的视线,使人们依照设计师的设计意图感受最佳的视觉效果。想要让消费者在短时间内了解产品资料信息,图形与文字必须紧密配合,相互交融为统一整体。在图形、文字的编排设计中,要根据包装的不同类型、不同性质进行合理有序的布局分析,使其视觉效果达成一定的有机整体,让消费者一目了然,清晰的感受到图形与文字带来的视觉惊喜。
四、视知觉原理在包装造型中的应用
1.人体工程学与容器造型设计
作为一门边缘性学科,人体工程学主要研究人与机械、家具及环境之间的相互作用。造型知觉是靠视觉和触摸觉来实现的,因此容器造型的设计要以人为本,以方便人们使用。设计包装容器,要把人体功程学与艺术造型设计有机的结合起来,使容器造型设计符合人体功能。设计中,必须考虑到人在使用过程中与物的关系,通过对消费者肌体生理特征、认知特征、行为特征的研究,把人与物关系体现在容器造型的效果和设计尺度上。
2.包装设计中的内外容器造型
包装容器的造型主要分内包装容器造型和外包装容器造型两大类。一方面,在造型特色与风格上有许多共通之处,另一方面,在造型手法上则各有特色。根据使用材料的不同,又可分软质包装容器 和硬质包装容器 两类。
(1)包装内容器设计
直接与产品接触的容器称之为包装内容器。液态产品的内容器造型多以硬质材料为主,如化妆品包装以玻璃、硬塑为主,酒包装多以陶瓷、玻璃、金属等材料为主,因为,硬质包装容器具有较强的防腐、防氧化等良好的保护功能。茶叶、食品包装则多采用纸盒,塑料、木板等材料。
人总是习惯根据记忆中的印象、知识经验去感知事物。在进行容器造型时,要了解视知觉的恒常性,设计出符合视觉规律的容器造型。曲线形态优美的可口可乐饮料玻璃瓶的造型设计,不论是从实用性还是审美性来说,都无可挑剔。其设计灵感来源于强调了人体线条美的女式紧腿裙,这种仿生设计的瓶体,不但造型优美,还解决了被仿冒的困扰,同时也成为可口可乐的标志。
(2)包装的外容器造型
外容器造型设计不仅要具有内容器的功能,同时也要具有传达商品信息、进行广告宣传、促销等其他功能。包装外容器主要以纸盒造型为主。据目前不完全的统计表明,在选用包装材料的百分比中,纸制品所占比例最高。主要因为纸张材料颜色品类比较多,规格齐全,价格合理,加工制作方便,可回收等是比较环保的一种材料。
整体性特征要求局部要服从整体,造型局部变化是为了丰富整体的内容,不能繁琐,不能破坏整体的和谐。局部造型是在整体风格基调前提下,采用点、线、面等元素进行装饰,使整体造型的特点更加突出。有规律的视觉刺激才能引起顾客的注意,因此同一品牌的系列化产品,在包装造型上应强调风格的统一性,对于系列化包装来说,无论是包装的造型,还是图文表述的形式和色彩都必须要高度统一。
五、视知觉原理与包装展示设计
1.包装产品的静态展示
产品展示的目的是为了促进销售。它通过直接或暗示的心理手段,诱导消费者产生购买商品的欲望。“包装是一种‘无声的叫卖’促销方式,现代购物点的商品陈列,包装外观成为消费者选购商品的一个重要因素。”零售商在重要的售货点和主要的展架上展示某产品时,该产品就会有先入为主的视觉效果,引起消费者的注意、兴趣和好感。
视知觉局限性的运用,可以帮助产品的静态展示。视觉是人感受外界环境的主要途径,利用视野的局限性,重点强化产品展示中人视野范围内最容易看到的部分,使产品通过展示吸引消费者的注意。
2.包装产品的动态展示
我们经常见到的停留在电线上的燕子虽然每个燕子的姿态都不一样,但是整体又是非常协调、每个个体看上去是孤立的,但在整体上却是有序的。这体现了视觉的组织性特性,这种视觉具有“不变中求万变”的效果,因此可以运用视觉的组织性,在产品展示的整体中进行部分的变换以达到表现的目的。
相对静止的背景上,运动的物体最容易成为知觉的对象。“展示的动态主要是依靠科技的手段来达到预期效果,人们在视觉上都是特别注意一些能‘动’的东西。”[8]在产品展示设计中,利用“动”来创造的展示效果往往能达到事半功倍的效果。产品的动态展示实际上就是通过各种手段,调动一切因素,将展览的区域布置得更加醒目和吸引人。在参观的方式上提倡观众的参与和交流,增强互动性,在展示的方法上利用声、光、电等科技的手段营造动态的视觉效果,使展示的场所更加生活化,成为一个亲切的“人性化”空间。
综上所述,视知觉原理在现代包装设计中的应用十分广泛,掌握视知觉原理的知识十分必要。首先,对视知觉原理的研究,能帮助设计师通过科学、系统的研究方法正确分析现代包装设计的目的。其次,对视知觉原理的研究,可以指导色彩、图形编排、造型设计更好的应用在现代包装设计中,使其发挥最大的优势。第三,对视知觉原理的研究,有利于了解消费者心理。从而设计出符合消费者心理要求的包装设计。希望通过对视知觉原理、特征及应用的研究,可以为自己在以后的包装设计实践应用上起到现实的指导作用。
注释:
①软质包装容器以纸、塑膜、织物等软质材料为主。
②硬质包装容器以玻璃、陶瓷、硬塑、金属、木板等材料为主。
参考文献:
[1]鲁道夫•阿恩海姆,艺术与视知觉 [M].滕守尧译.四川:四川人民出版社,1998:49.
[2]鲁道夫•阿恩海姆,视觉思维 [M]. 滕守尧译.北京:光明日报出版社,1986:85.
[3]古大治,傅师申,色彩与图形视觉原理 [M].北京:科学出版社,2000:13.
[4][7]曹田泉,艺术设计概论 [M].上海:上海人民美术出版社,2006:118.
[5](日)大智浩,色彩设计基础 [M].尹武松译.北京:科学普及出版社,1986:96.
包装设计的知识范文2
【关键词】营销时代 版式设计 内容为王 整体形象设计
一、营销时代报纸版面设计的现状分析
从中国近代报纸的产生到21世纪现代报纸的逐渐成熟，报纸的版面设计大致经历了四个发展阶段，分别是书版阶段、表意阶段、美化阶段、营销阶段。
现在正是报纸版式设计的营销阶段，也就是我们所说的营销时代。
营销时代的报纸是在我国报业竞争日趋激烈，买方市场逐渐成型以及读者对报纸有了更多选择的背景下诞生的。据笔者观察，营销时代报纸有几个非常明显的表现：
1、版面整体简洁流畅
营销时代很多报纸的版面设计，整体风格舒朗大方、简洁流畅，分栏数明显减少、留白增多、线条单纯、横题横文排版成为主要方式，方便了读者阅读。
2、头版导读功能明显增强
在当今厚报的营销时代里，头版导读的功能明显增强，已经成为各报版面设计一般意义上的常规“武器”。
3、头版的封面化倾向明显
要想从报摊上密密麻麻摆放的众多报纸中“跳”出来，一下子吸引住读者，报纸头版一定要富于视觉冲击力，这已成为行业内的共识。封面化设计是借用了杂志的包装理念，报纸的头版不以信息量取胜，主要承担吸引、诱导读者阅读的任务。在这方面，都市报有着非常成功的探索，像《现代快报》、《南方都市报》等，遇到特大新闻，往往善于运用封面化设计表达报纸的思想。比如5.12汶川地震，这些报纸几乎都采取了封面化的设计，令人震撼。而在头版封面化封面做得最好的是生活服务类报纸，如《精品购物指南》、《上海壹周》、《申江服务导报》等，封面设计的精美程度直逼杂志。
4、厚题薄文模块编排
标题的字体字号被前所未有地放大和加粗，肩、主、副及提要题大多齐全，顺应了快餐消费时代的生活特点，即读报为读题和看图，通过浏览文章标题来决定是否继续往下阅读全文。其中最为典型的当数以《北京青年报》为代表的京派报纸，《北京青年报》这份报纸的版面设计创造了“三步五秒”理论，是我国当代报纸版面设计的一大转变和成功探索。其它京派报纸也都是粗眉大眼的风格，显示出北方人的豪迈大气。当然，更多的是适应营销时代之举，显示了京派报纸适应市场经济的反应速度和能力。
除“厚题薄文”外，模块化编排也成为当代报纸版面设计的主流。而且也使得整个版面看起来简洁、明快。
5、图片成为宠儿
当代报纸是读图时代，图文并茂已是新闻报道最为典型的方式。在快节奏生活的背景下，图片在新闻报道中的作用被越来越重视和认可。图片不光是新闻报道的一种方式，同时也是装饰版面的有效元素。因此，我们常常能够在报纸版面中看到被修饰和放大了的新闻图片。
二、对营销时代报纸版面设计的思考
如果对于版式设计的营销功能没有正确的理解，很容易陷入误区。为了避免进入误区，需要我们对版式设计中的一些似是而非的问题进行深入地探讨、分析。
1、内容为王还是版式第一
在目前注重形象包装的营销时代，是内容为王还是版式第一却非常容易出现偏差。报业竞争归根结底还是“内容为王”。读者选择一份报纸，首先是看内容的优劣，其次才是形式高下。《参考消息》版式几十年不变，甚至不用彩色印刷，头版不放大照片，但这并没有影响它的权威地位。因此，即使在营销时代注重版式设计的情况下，也绝不能只顾“包装”，而忽视新闻内容的创新。
如果用哲学的观点来分析，这就是形式与内容的关系问题。是内容决定形式，还是形式决定内容？这是哲学的基本问题，当然也是不言而喻的问题。
2、视觉总监需要综合素质
现在很多报社高薪聘请了专门的版式设计人员，这些人员很多不懂报纸，只懂设计，于是，很多报纸的确变得漂亮了，但是，就像很多女孩看流行穿衣服一样，不管适合不适合都往自己身上套，于是乎，虽然衣服的确很“潮”，但效果往往并不如意。显而易见，不论是穿着，还是版式设计，都是一个内容与形式统一的问题。如果不管“内容”如何，只管“美化”，结果往往只能是“画虎不成反类犬”。
更进一步地说，有些报社为了适应现代报业的发展，设立了视觉总监职位。就一般而言，视觉总监是分管“视觉”方面的事，与其“相对应”的新闻总监是分管“内容”方面的事。表面看来，这二者是井水不犯河水，但实际情况是，这二者是你中有我我中有你的关系，绝不能简单分离开。
现在的许多报社，传统的新闻人才往往对“视觉”方面的活儿不太重视，也不太懂，而视觉总监往往并不是新闻专业人士，或者对新闻一知半解。这样的两个人似乎是两条平行线，不利于办报。因为，报纸的内容需要版式去体现，而版式设计是报纸编采过程中的最后一个环节。这个时候，视觉总监更相当于编采部门最后的把关者。内容生产者的所有想法都需要这个环节去体现。好的视觉总监不但善于将编辑部已达成共识的新闻“卖点”突出出来，而且还可能有“创造性”的发挥，将编辑记者没有想到的，但却符合新闻规律的“卖点”也用恰当的版式体现出来。这样的视觉总监才合格。
所以，对视觉总监的素质需要更高，更全面。只有这样，才能避免内容与形式的分离，才能确保内容与形式的统一。现实情况往往并没有这样的人才，所以，最好的办法是从新闻人才里选拔、培养有艺术才干、懂得版式设计的人来管理视觉方面的工作。
3、警惕过度商业化对版面的破坏
营销时代，商业力量对版面设计的影响在逐步增加，必须警惕过度商业化对版面设计规范的破坏。不能过分迁就商家的要求。不能因为一个广告就破坏整个报纸的版式要求及规范。不能因小失大。
4、实用性很重要
根据美国心理学家研究：过多的信号，导致人们做出一种抛弃性的反应，转而寻找自我封闭。因此，近年来，报纸版面设计出现了越来越单纯的趋势。全球最佳报刊设计评委会曾提出如此忠告：削减超载的信息。报纸版面专家马里奥・加西亚称这种追求简洁的版面为“纯净版面”。
越实用，读者越欢迎。过多的信息量、过于花哨的版式，并非是读者的最爱。《华尔街日报》、《参考消息》的成功已经说明了问题。
5、个性化是大势所趋
个性化的版面设计就是构建独树一帜的报纸头版的封面识别系统。何谓报纸头版的封面识别系统?就是通过个性化的元素来树立报纸外在的形象品牌，这些元素包括版式、报色、报型和报纸的职业理念等等。营销时代的报业经营，需要的是经营者的品牌意识，而品牌形象的建立，则离不开个性化形象的设计。
其实，不仅是封面，在报纸版面越来越多的今天，急需引入整体形象设计。随着市场经济的发展，CIS（Corporate Identity System，企业形象识别系统）已经成为报业非常重视的营销手段。在报纸生产经营作为一种文化产业运作的今天，版面设计已经成为报纸产业形象工程的有机组成部分。CIS的本质是以塑造形象为目标的组织传播行为，它以媒介的名称、标识、口号、对外交流等构成媒介的总体发展战略，而媒介产品自身也是CIS最重要的一个部分。可以预言，随着媒介市场的进一步发育和媒介竞争的进一步加剧，CIS将在新闻传播界得到更全面、更具深度的发展，而报纸版面设计作为这项工程的重要一个方面，还有待于进行更大胆的探索。
以上对营销时代报纸版面设计的思考只是抛砖引玉。笔者相信，即使是面临新媒体的挑战，营销时代的报纸也没有走到尽头。在发展中发现问题，然后解决，才能有助于更好地发展。
包装设计的知识范文3
关键词 易燃易爆场所；防雷设计；对策
中图分类号 X924 文献标识码 A 文章编号 1673-9671-（2012）122-0092-02
随着我国机动车辆规模的不断扩大，加油站也日益增多。加油站作为我们常见的一种易燃易爆场所，它也属于二类防雷建筑物。若它的相关防雷措施不到位、不达标，在遭遇雷电时极易引发重大的爆炸事故。因此，强化对加油站的防雷建设，其重要性是不言而喻的。其主要的防雷防静电措施有下列几部分：
1 关于加油站内建筑物的防雷措施
加油棚、站房以及有的附属建筑物是加油站里面的主要建筑物。为避免直击雷，垂直接地体应采用建筑本身的框架结构的桩，水平接地体应采用地梁和承台里的底部两主筋。将桩里的两根对角主筋当作引下线，将屋面板筋当作网格，其大小标准为
10 m×10 m或8 m×12 m，顺着屋面的四周设立出避雷带，周围附设避雷短针。
2 储油罐的防雷方法
汽油罐及柴油罐最好采取埋地设置，绝对禁止将其设置到室内或地下室内。对于油罐体厚度在4 mm以上的，应采取埋地设置。同时，因呼吸阀和油罐相连，还比地面要高出至少4m，因此可用作接闪器。油罐防雷的关键就是接地，不但可泄放足够大的雷电流，还可以防止静电。因此，所有罐体的垂直接地体都应保证至少要有两个。罐体的外表面防腐设计必须符合相关的标准规定，同时，防腐绝缘层的级别应不低于加强级。对油罐进行防腐处理前，首先要接出接地引线并预留接地卡，并使接地电阻不超过10 Ω。罐体接地的详细步骤见图1。
3 关于卸油区的防雷防静电措施
油罐车在进行地下卸油的过程中，是十分容易因静电发生火灾。因此，一般都要求密闭卸油。即利用快速接头来把油罐和卸油管连起来，卸油管伸入到罐内，离底部大约200 mm。管口还应开成45度斜口，能有效预防由于喷溅式卸油而出现的静电。其具体的卸油方法就是在油槽车与地下油罐之间增设一根油气管道。然后，油会从油槽车直接往地下油罐里面流去，而地下油罐内的油气也会顺着管道不断往油槽车内流去。这样，就完成了油气置换。油罐车卸油都应采用导静电耐油软管。连通软管的直径大小应在50 mm以上。针对加油站的卸车区域，应设计并配备相关的防静电接地装置（图2），最好还要安装静电接地仪，能够检测跨接线盒监视接地装备的实际情况。防静电接地设备具有的接地电阻保持在100 Ω内。当卸油时，要保证罐车罐体和静电磁头或夹子连在一起，达到消除静电的作用。
4 加油区的防雷与防静电措施
加油机和油罐间连接的出油管可使用直线布置。并尽可能地降低弯头，减少管线长度。为保证加油机的正常工作，出油管一般有15 m。因加油机内安装的离心泵，所以出油管伸入罐里面的末端一定要外加单向底阀，从而预防油品倒流。底阀离罐底部150 mm左右，管子坡向油罐油罐的坡度至少应在0.002以上。加油机应设在室外。其外壳必须做好相应的接地措施，从而避免发生漏电伤人事故。其接地极必须设到与加油机相距2.5 m外的区域。这样，才能降低跨步电压的影响，接地极长度大约为2.5 m，埋在地下深度为0.5 m左右，采用垂直敷设，通过螺栓把加油机外壳与接地引线相连。地上或管沟敷设的输油管道，其头尾端及分支处都必须安装必要的防感应雷与防静电的联合接地装置。其接地电阻在30 Ω以内。加油员在加油过程中，应确保油枪能碰到车的油箱口，这样，就可以形成通路，避免静电产生。
5 关于等电位连接
通过将室内的所有金属构件利用等电位连接，同时，和建筑物的相关防雷接地系统连在一起，构成一个电气连续的整体，就能消除击穿放电现象。针对室内的所有金属管道，其电缆金属护套都必须等电位连接。这是防雷工作中最关键的地方。尤其是对加油站来说，它更是防雷防静电的有效措施之一。其使用的固定工艺管道都需利用无缝钢管。使用焊接方法来连接号相应的埋地钢管。若土壤有腐蚀性，钢管最好采用复合材料，具有耐油、耐腐蚀、导静电的功能。埋地油罐与输油管道都需与露出地面的相关工艺管道共同进行电气连接处理以及接地。针对处于爆炸高危区内的输油管道，其上面的法兰、胶管两头等连接处的跨接都需利用金属线处理。若法兰的连接螺栓超过5根，并位于非腐蚀条件下，可不必进行跨接。不管是哪种线路（输电线路、输油管线、卸油管线）都必须保证等电位连接。设计中要重点注意下列问题：
1）对于加油站内的各种金属材质的金属物体以及冒出地面的排气孔等都必须保证可靠接地，接地点至少有2处。
2）对管道采取平行敷设方式，从而保证构架起于电缆金属外皮长度一样的金属物。对于净距比100 mm小的，可利用金属跨接线，跨接点间距宜处于30 m以内；对于交叉净距比100 mm小的，可在其交叉处采用跨接。
3）针对不同的连接处，如弯头、阀门、法兰盘等最好使用金属线跨接方式；法兰盘超过5根螺栓进行连接的，则不必加跨
接线。
4）对于部分金属配件需通过电气连接并同时接地，其过渡电阻保持不超过0.03 Ω。主要有量油孔、埋地油罐的罐体、阻火器等配件。
5）地上及管沟敷设的输油管线，在其头、尾两端都必须安装相应的防静电、防感应雷的接地装置，保证其接地电阻在30 Ω
以内。
6）加油机和加油枪都必须采用专门的具有防静电功能的输油胶管，用胶管来进行连接和接地处理，它的过渡电阻必须保证不超过0.03 Ω。
除上述防雷措施外，还需抓好加油站内供电系统及网络通信系统的相关防雷措施。这里，主要涉及电源线盒电话线两方面的防雷工作。此外，加油站内的防雷接地、防静电接地以及其它的接地，都适宜共同使用同一接地装置，其接地电阻最好在4 Ω
之内。
参考文献
包装设计的知识范文4
关键词：自动化；硬币包装机；设计创新；研制
1 概述
纵观国内外硬币包装处理技术及其设备研究的发展趋势，在朝着多样、自动和小型智能化方向发展，硬币包装机构实用性的研究与开发应以“简单实用、操作方便、安全可靠、成本低廉”为原则。随着辅币的硬币化的推行和硬币投放量的增加，有更多的银行储蓄所、超市商场、公交部门等面临硬币处理和规范化硬币回笼的实际问题。同时，随着近年来基础技术研究的进步，此方面的设备和技术也面临着更新换代。可以说，开发出适合我国国情的、性能先进、功能完善、符合我国使用标准和使用规范习惯的自动化台式硬币包装机来满足广大用户的需求，是有着重大的现实意义的，产品也肯定有着广阔的应用前景和良好的经济前景。
2 系统的结构及工作原理
自动化台式硬币包装机的应用，相比较现有的硬币包装技术，采用了转盘机构，传送带机构，弹簧压紧机构，滚轴送纸机构等实现了硬币的自动整理包装，并且产品中压紧装置模仿车床中顶尖工作原理，使硬币在压紧状态下能够保持旋转，同时送纸机构把纸送到旋转的硬币表面上，然后完成一系列动作，最终实现硬币的计数，堆叠，包装等一系列动作。
2.1 用总体运动系统
如图1所示，硬币通过转盘的转动而落到皮带上，再由皮带传送到集币筒中，压好压紧装置，把纸送到集币筒中，硬币旋转而把其自身包好。
2.2 控制要求
控制转盘电机正反转，并且自动循环，并且在一定时间（设定值）后立即停止。
控制传送带电机在转盘电机启动前一秒启动，防止硬币卡在传送带上。并且在转盘停止后的一定时间（设定值）停止。
控制滚筒电机在转盘电机停止后的一定时间（设定值）开始启动，启动一定时间（设定值）后停止。
2.3 PLC控制程序
（1）控制传送带电机启动以及停止
按下开始按钮，传送带电机启动，由计时器T70控制转动时间（初设值25秒）。
（2）控制转盘电机正反转以及停止
由计时器T63（初设值1秒）触发中间继电器M1。通过中间继电器，控制电机的正反转，通过调节T66调节正转时间（初设值5秒），调节T65调节反转时间（初设值1秒）。由计时器T64（初设值20秒）或者计数器C0（初设值50）控制转盘电机总转动时间。
计数器C0对传感器输入信号计数，计数值即钱币数目50。当计数器计数到达50后，控制转盘电机停止转动，触发计时器T67（初设值6秒）计时，由T67控制滚筒电机开始转动，由计时器T68（初设值15秒）控制滚筒电机停止转动。
3 系统的优化设计与创新
3.1 系统的优化设计
3.1.1 总体设计
自动化台式硬币包装机能否实现既定的功能关键在于各电机同时转动时各机构能否协调稳定的工作，因此只有设计好各电机的结构尺寸才能合理、协调地实现其功能。
（1）转盘电机和传送带电机：P=14w，N=110r/min，电机轴直径R=7mm，可计算该电机的扭矩与扭力。
T=9549P/N=9549×0.014÷110=1.215N・M
F=T/R=1.215÷0.007=173.62N
（2）堆币筒电机：P=8w，N=150r/min，电机轴直径R=7mm，可计算该电机扭矩与扭力。
T=9549P/N=9549×0.008÷150=0.509N・M
F=T/R=0.509÷0.007=72.71N
（3）送纸电机：P=10w，N=30r/min，电机轴直径R=6mm，可计算该电机扭矩与扭力。
T=9549P/N=9549×0.01÷30=3.183N・M
F=T/R=3.183÷0.006=530.5N
（4）同步带：型号：HTD5M，齿型：T型齿，节距=5.00mm，带宽=30mm，齿高=2.06mm，带厚=3.8mm，周长=595mm，齿数=119齿，拉伸强度≥160N/mm，参考力：130N/mm（伸长率≤4%），硬度：75±5。
（5）同步轮：材质：铝合金，齿型：HTD5M，齿距：5mm，内孔径：12mm，齿面外径：39mm，档边外径：44mm。
（6）轴承及轴承座：我们选用标准件：KFL08、KFL000、KFL001。
螺钉：M4，L=15mm，20mm若干；M6，L=15mm，20mm若干，M3，L=15mm自攻螺钉若干。
（7）弹簧：线径d分别为0.8mm和1.5mm，展开长度L约为80mm和40mm各一根。
（8）亚克力板箱体：拉伸强度65MPa，弯曲强度110MPa，介电和电绝缘性能良好。
3.1.2 强度与刚度校核
自动化台式硬币包装机对滑箱板与箱体板的强度设计没有特别要求，必然满足使用条件。对于轴，由于其功率大概14W，径向剪切应力也在许用应力范围之内，对于导杆，其承载了整个滑箱以及大部分轴的重量。为此结合此作品的结构及设计要求对导杆件进行了校核。
3.1.3 压紧装置压紧力计算与校核
对压紧机构进行分析，显然，筒中硬币在压紧前提下能够转动的条件为压紧固定圆筒中的弹簧弹力小于堆币筒电机输出的力，首先计算堆币筒电机的输出扭矩与扭力。
T=9549P/N=9549×0.014÷110=1.215N・M
F=T/R=1.215÷0.007=173.62N
现计算弹簧下压的弹力：
由胡克定律可知：F=kΔx
其中：F为弹力，k是劲度系数，x是弹簧形变量压紧装置中所选用弹簧的部分参数如下：
上弹簧：线径d=1.5mm外径Do=14mm有效圈数Nc=6
下弹簧：线径d=1.0mm外径Do=13mm有效圈数Nc=13
两段弹簧所用材料均为碳素钢，由以上数据可计算弹簧的劲度系数：
K=G・d4/（8NC・Dm3）
其中：G=线材的刚性模数，单位N/mm^2（即切变模量）：碳素弹簧钢丝（如65Mn）以及常用弹簧钢丝79000；不锈钢丝71000，硅青铜线G=41000（其他详见机械设计手册（第五版）第三卷P11-10）。
d=线径
Do=外径
Dm=中径=Do-d
N=总圈数
Nc=有效圈数=N-2
代入数据可计算得：
K1=（7900×1.5×1.5×1.5×1.5）÷（8×6×12.5×12.5×12.5）=4.27N/mm
K2=7900÷（8×11×12.2×12.2×12.2）=0.501N/mm
上下弹簧压缩量分别为Δx1=10mm，Δx2=40mm，可计算上下两段弹簧总压紧力：
F压=F1+F2=k1Δx1+k2Δx2=4.2710+0.50140=62.74N
因此满足机构转动条件。
3.2系统的创新点
本系统采用了转盘、传送带机构、弹簧压紧机构、送纸机构及亚克力板箱体等组装而成，产品长430mm，宽230mm，高364mm，硬币通过转盘的转动而落到皮带上，再由皮带传送到集币筒中，压好压紧装置，把纸送到集币筒中，硬币旋转而把其自身包好。其结构简单，操作方便，安全可靠，成本低廉。
（1）使硬币整理包装自动化，节省了大量的人力、物力、财力。
（2）一箱多用，把硬币的计数、堆叠、包装三个部分巧妙的集结在一台机器中，提高硬币包装的效率。
（3）该产品中压紧装置模仿车床中顶尖工作原理，是硬币在压紧状态下能够保持旋转。压紧机构由圆筒、压紧轴、弹簧、轴承座、圆形底座等部分组成。由双弹簧结构组成的压紧装置，上部分弹簧控制压紧，下部分弹簧用于复位。用一个小轴承座两根轴连接，使压紧装置可同时实现压紧与旋转的功能。
（4）巧妙利用上下两段弹簧实现自动锁紧和松开功能。
（5）外箱透明，方便携带。用铰链连接分瓣式堆币圆筒，方便硬币的拾取，节省了产品内部空间。
4 研制方案
为了方便地实现设计思想，即让硬币的计数、整理、包装准确而有效，机构巧妙简单，彰显机械魅力，作者用到了旋转转盘、带轮皮带、弹簧推杆、轴承座、螺纹螺母等构件。根据实际需求及美观，提出了以下两个方案：
方案一：（图3）此方案采用了转盘旋转甩币，再通过皮带把硬币带到漏斗中，使硬币在集币筒中堆好，随后凸轮压紧机构把堆好的硬币压紧，使硬币旋转起来，送纸机构把纸送到旋转的硬币上使纸卷在硬币上完成包装。
方案二：（图4）考虑到凸轮的加工成本与压紧效果的欠缺，所以我们把压紧装置由凸轮压紧装置改为了利用上下两段弹簧实现自动锁紧和松开功能；为了减小箱体的体积，我们把由原来的移开下硬币旋转支撑轴，使包好的硬币落下取出，改为把集币筒做成两瓣式的方法，不仅节省了空间，还为钱币的取出提供了便利。
本系统目的在于解决现有包装硬币技术中人工计数和包装的缺点。提供一种能实现硬币计数，堆叠，包装等一系列动作的机器。该机器具有结构简单，使用方便，成本低的特点。
本系统为了实现以上目的而提供的技术方案包括转盘、传送带机构、弹簧压紧机构、送纸机构及亚克力板箱体等组装而成，产品长430mm，宽230mm，高364mm，硬币通过转盘的转动而落到皮带上，再由皮带传送到集币筒中，压好压紧装置，把纸送到集币筒中，硬币旋转而把其自身包好。
所述的自动化台式硬币包装机能实现硬币的计数，堆叠，包装等一系列动作，具备以下几个功能和特点：
（1）能准确的实现硬币的计数功能；（2）能快速的完成硬币的包装功能；（3）具有结构简单，操作方便，安全可靠，成本低廉的特点。
5 技术路线（图5）
6 结束语
传统的硬币包装机开发了手工计数、包装一体的技术，在此基础上针对现有的硬币包装机存在的问题进行结构设计及功能优化，研制出能准确的实现硬币的计数功能，能快速的完成硬币的包装功能，具有结构简单，操作方便，安全可靠，成本低廉的特点的自动化台式硬币包装机，方案科学可行，技术路线可操作性强，具有较大的参考价值。
参考文献
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[5]王田苗，丑武胜.机电控制基础理论及应用[M].北京：清华大学出版社，2003.
包装设计的知识范文5
关键词：农村；社会保障制度；指标体系
中图分类号：F840 文献标志码：A 文章编号：1673-291X（2012）09-0076-03
随着社会经济发展水平的提高，人们对抵御风险、降低风险损失、提高生活质量的要求也不断上升，因此，建立与完善社会保障制度是防范风险和保障民生的必要途径。中国作为农业大国，农业人口众多，建立与完善农村社会保障制度对中国经济发展具有重要意义。本文以山西省农村社会保障为研究对象，在现状及实证分析的基础上，提出一些建议，希望能促进山西省农村社会保障制度的完善，能对山西省的社会发展、社会稳定、社会和谐有所帮助。
一、山西省农村社会保障制度的现状
山西省处于中国中部地区，是拥有近2/3农村居民的经济欠发达省区。近几年来，山西省致力于从农村社会保障制度角度上改善农村民生，虽取得了一定成效，但仍存在一些问题，如贫困人口保障问题、养老问题、医疗问题等。中国的社会保障制度基本内容包括社会救济、社会保险、社会福利三大领域。本文从社会救济内容中选取农村最低生活保障制度，从社会保险的内容中选取农村社会养老保险制度与新型农村合作医疗制度为研究对象，描述山西省农村社会保障制度现状。
（一）农村最低生活保障制度
在2005年底，山西省114个农业县（市、区），已有36个县（市、区）实行了农村最低生活保障制度，其余各县也建立了农村特困户救助制度。2010年8月11日，山西省林业厅出台了《山西省林业厅关于切实做好农村最低生活保障制度和扶贫开发政策有效衔接扩大试点工作的通知》，进一步发展完善农村最低生活保障制度。
从表1可以看出，近年来山西省的城乡最低生活保障人数呈增加的趋势，农村最低生活保障覆盖率有显著提高，但二者之间的差距仍然较大。以2010年数据为例，城镇居民最低生活保障覆盖率为8%，而农村居民最低生活保障覆盖率为5.67%。综合有关方面的资料来看，山西省农村最低生活保障还需加强。
（二）农村社会养老保险制度
2008年，山西省人民政府出台《关于开展新型农村社会养老保险试点工作的指导意见》，对山西省广大农村居民的养老问题做出制度性安排。在22个县（市、区）率先启动新农保试点工作，进行了积极有益的探索。2010年，新增国家级试点15个，试点范围扩大到42个县（市、区）。2010年11月底“新农保”试点县的平均参保率为85%，高于全国平均水平。参保人数达到492万，比去年增加了114万人。2011年出台了《山西2011年关于做好新农保试点工作的通知》，加大对新农保的关注度。
（三）新型农村合作医疗制度
山西省作为中国早期农村合作医疗制度的先行者，为中国的农村医疗事业作出了巨大的贡献。在新时代下，山西省贯彻中国的新型合作医疗制度。2011年，山西省的115个涉农县（市、区）参合数为2 185万人，参合率为98.45%。中央和山西省地方财政对新农合补助资金43.8亿元，人均筹资水平230.6元，地方财政补助人均达92.6元。此外，山西省将儿童大病医疗保障试点工作扩大到所有新农合统筹地区，并将9项残疾人康复项目纳入保障范围。
二、山西省农村社会保障水平的实证分析
运行农村的社会保障制度就必然存在对它保障水平的评价。社会保障水平是指一定时期内，一国或地区社会成员享受的社会保障的高低程度，包括待遇水平、制度成熟水平、基金运作水平、管理水平。社会保障水平对国家或地区的社会保障发展具有重要意义。首先“水平高低”代表了量的特征，体现生活保障水平。其次“水平高低”代表了质的特征与国民经济增长、整体经济投资、储蓄、企业竞争力、雇员积极性等有密切的联系。
社会保障适度水平的测定方法有实证分析与理论分析。本文选择用实证分析法对社会保障水平进行分析。
（一）指标体系介绍
农村社会保障制度衡量指标应包括数量、质量、效率等一系列指标。由于本文着眼于农村的社会保障水平分析，且对山西省的农村社会保障水平的实证分析是要与全国的整体水平进行比较，因此，在参考杨翠迎博士提出的社会保障水平衡量指标体系的基础上，选取了具有代表性的指标并形成了有关山西省农村社会保障制度水平衡量指标体系：
1．数量指标体系。社会保障的数量指标是反映社会保障事业在一定时空条件下的规模、速度、比重的统计指标。包括社会保障对象指标与社会保障资金指标。主要用来考察社会保障覆盖的程度与衡量社会保障基金规模及支出变动程度。包括的子内容有享受农村社会保障的人数占农村人数比重、农村社会保障支出占国民生产总值的比重、农村社会保障支出增长率等指标。一般来说，数量指标越大，社会保障水平越高；数量指标越小，社会保障水平越低。
2.质量指标体系。社会保障质量指标用社会保障发展系数来表示。用公式表示如下:社会保障发展系数=社会保障发展水平增长程度/国民经济发展水平增长程度。质量指标主要用来衡量社会保障发展水平与国民经济发展水平是否相适应。由于中国正处在积极开展社会保障时期，所以得到的质量指标具有强烈的时期特征，因此本文不对此指标进行分析。
3.效率指标体系。社会保障的效率指标体系是指通过识字率、人口出生率、婴儿死亡率、农村贫困人口占总人口比重等几项综合指标来反映社会保障水平是否与社会保障的基本功能相适应。
（二）山西省农村社会保障水平测度
1．山西本省的年度比较。本文运用以上介绍的指标体系，对2007—2010年的山西省农村社会保障水平进行了测度，省内年度比较结果（如图1所示）。
（1）数量指标体系测度山西省农村社会保障水平。第一，社会保障对象指标 ：本文用参加新农保占总人口的比重来衡量山西省农村社会保障的覆盖率。这是因为低保的参保率不能科学说明山西省的农村社会保障水平，新农合的参合率已达到90%以上，且三者之间存在并行的关系。因此，本文选择了新农保参保率为数据来源。数据显示：2007—2010年山西省农村参加养老保险人数占农村总人口的比重均呈现出上升趋势，这说明山西省农村养老保险已经有了一定的覆盖，但覆盖面还有巨大的上升空间。第二，社会保障资金指标：本文选择农村低保支出为山西省农村社会保障的资金指标，进行山西省农村社保支出占GNP的比重、农村社会保障支出增长率的计算。由图1可知，农村低保支出占GNP比在2007—2010年分别为0.05、0.08、0.13、0.12，呈总体上升趋势，农村低保支出增长率在2008-2009年有巨大的增长，之后又有显著的回落。这一方面说明在2008—2009年山西省低保人数大幅增加，另一方面说明在近两年中，随着经济的增长，低保线在不断地上移，增加了政府在这一方面的支出。
（2）效率指标体系测度山西省农村社会保障水平。图1中的文盲率、人口出生率和死亡率均是山西省的总体数据，包括农村与城镇。因此，此处只是近似的来衡量农村社会保障的积极意义。这样衡量有一定的根据，由于城镇的受教育水平、健康水平、医疗保健、医疗技术水平等均是高于农村的，也就是说这三项的统计数据中绝大份额是农村的，因此，基本上还是可以反映出山西省农村的实际情况。2007—2010年山西省人口出生率、死亡率和文盲率均呈下降趋势，这一定程度上说明山西省农村社会保障工作取得了一定的成效。但这里值得注意的是农村贫困人口占农村总人口的比重呈波动趋势，且居高不下，这说明山西省农村社会保障在对贫困人口的社会保障方面还存在着不足，也说明经济发展带来的民生压力。
2.山西省与国家农村社会保障水平比较。山西省近几年农村社会保障测度省内比较说明山西省在这方面取得了不小的成绩。下面我们再以2010年为例，将山西省农村社会保障水平与全国农村平均社会保障水平做一对比，从横向角度来了解山西省农村社会保障的发展水平，从而能对山西省农村社会保障水平做全面科学的评价。有关数据显示，2010年山西省的农村社会保障水平测度在新农保人数占农村人口、死亡率、人口出生率、文盲率均优于国家平均水平。但是，山西省农村低保支出占GNP比重、农村低保支出增长率、农村贫困人口占总农村人口比重劣于国家水平。这说明山西省的农村社会保障水平还需提高。
三、对山西省农村社会保障制度的建议
农村社会保障制度运行水平的高低直接影响着经济的发展，社会的稳定。对于山西省来说也是毋庸置疑的。因此，本文针对山西省农村社会保障制度的现状及实证分析提出些个人建议。
（一）对农村最低生活保障的建议
1.山西省根据本省经济发展水平制定科学合理的最低生活保障线，既保证农村低保对象保证日常生活又能促进其积极地生活，保证社会的公平公正。
2.山西省应明确低保对象标准，建立严格的审查机制，对低保对象进行资格审查，发挥低保制度的救济性，而不是成为某些人的盈利途径。
（二）对农村养老保障险的建议
1.采取积极有效的宣传方法，促进农村居民对新农保制度的正确认识，从而促进村民自愿参加新农保，提高参保率。
2.乡镇培训或引入社会保障方面的专业人员，规范基层从业者行为。
（三）对新型农村合作医疗的建议
1.加大对新农合的人员，设备及经济投入，切实保障参合居民享受医疗保障，增加民众对政府的信任，在医疗方面加快城乡统筹步伐。
2.建立健全新农合的报销机制，明确报销程序，切实保障参合居民的权益，增加居民对政府的信任，提高政府的公信力。
参考文献：
[1] 孙树菡.社会保险学[M].北京:中国人民大学出版社，2008.
[2] 李侠.安徽省农村社会保障制度的现状及实证分析[J].决策咨询通讯，2007，(4).
包装设计的知识范文6
关键词:DSP;继电保护;数据采集;USB
中图分类号:TP274文献标识码:A
文章编号:1004-373X(2010)01-093-04
Data Acquisition Hardware Design of Relay Protection Testing Instrument Based on DSP
WANG Lei1,CHEN Qiong1,WANG Bonan2,DING Xiaowei1
(1.Nanchang Hangkong University,Nanchang,330063,China;2.No.5 Factory,Daqing Oil Field,Daqing,163513,China)
Abstract:Relay protection test calibrating technology which is developed to check the performance index of specific relay protection testing equipment.Relay protection testing instrument of data acquisition system based on DSP is introduced.The system can acquire for precise performance index of the relay protection testing instrument,the acquisition data is highly accurate and reliable,it is an excellent foundation of relay protection test calibrating equipment.Hardware composition and circuit design about system and various parts of functions and working way of mainly chips are described and analysed.
Keywords:DSP;relay protection;data acquisition;USB
随着电力行业的不断发展,目前国内使用的继电保护测试仪种类繁多,但是由于继电保护测试仪自身的性能直接影响着对继电保护装置的评价,因此测试仪的工作性能和稳定性尤为重要[1]。虽然DL/T624-1997《继电保护微机型试验装置技术条件》对继电保护试验装置提出了明确的要求,规定了定期检验周期和检验项目[2],但因为没有相关的检测规程或规范,也没有现成的检测装置,这为继电保护测试仪的验收和周检带来了一定的困难[3]。因此,需要这样一种数据采集装置来精确采集继电保护测试仪的各项数据,以便上位机对数据进行分析,从而对继电保护测试仪进行检定。
1 系统方案设计
本文设计的数据采集装置专门用于继电保护测试仪器各项数据的采集。设计选用DSP作为数据采集装置的核心控制器。系统硬件总体结构如图1所示。系统由电压、电流采样电路,信号放大,低通滤波,同步信号的获取与识别,直流取样,模/数转换电路以及通讯模块电路等组成。
本方案中,数据选择器选用AD公司生产的AD7502芯片。AD7502芯片为双四选一数据选择器,因此需要两片A/D转换器进行循环采样。模/数转换芯片选用的是TI公司推出的16位并行高速转换器ADS8515[4]。主控制芯片选用TI公司的数字信号处理器TMS320F2812[5]。TMS320F2812是32位定点高速数字处理器,最高工作频率150 MHz,该芯片采用改进的哈佛结构,片内有六条独立并行的数据和地址总线,极大地提高了系统的数据吞吐能力,32位的累加器、16位的硬件乘法器和输入、输出数据移位寄存器相结合,能快速地完成复杂的数值运算。因此TMS320F2812的计算速度非常高,可以满足系统的在线实时性要求。
图1 系统硬件总体结构框图
在与上位机通讯时,综合各种因素,本方案选用USB总线技术实现。USB接口芯片选用Philips公司的ISP1581[6]。ISP1581是Philips公司推出的一款高性价比的USB 2.0接口芯片,它完全遵循USB 2.0规范,支持7个IN端点,7个OUT端点和一个固定控制IN/OUT端点。ISP1581支持USB 2.0的自检工作模式和USB 1.1的返回工作模式,可以在高速或全速条件下正常运行。ISP1581内部集成有串行接口引擎(SIE)、PIE、8 KB的FIFO存储器、数据收发器、PLL的12 MHz晶体振荡器和3.3 V的电压调整器。ISP1581与外部微控制器的通信主要通过一个高速通用并行接口来实现。它与微控制器的连接有两种模式:断开总线模式和通用处理器工作模式。在断开总线模式下,AD[7:0]为多路复用的8位地址/数据总线,DATA[15:0]为单独的DMA数据总线;在通用处理器工作模式下,AD [7:0]为单独的8位地址线,DATA[15:0]为16位控制器数据总线。此时,DMA将多路复用到DATA [15:0]控制器的数据总线上。本装置在硬件设计中将电路设计成通用处理器模式。
2 系统硬件设计
2.1 电压、电流采样电路设计
本系统采集三相电压、三相电流以及中性线的两路电压和电流信号。电压和电流的采样电路类似,电压采用电压互感器,电流采用电流互感器,通过运放OPA2277组成电压和电流采样电路[7]。电压采集电路如图2 所示。图2中,T1为电压互感器。电压互感器出来的信号通过OPA2277处理后送入数据选择器AD7502的S1输入引脚。其他7路电压和电流信号分别送入AD7502的另外7个输入引脚。
图2 电压采集电路
2.2 程控滤波电路设计
系统中选用数据选择器AD7502作为四路电压和四路电流信号的模拟开关。滤波电路选用OPA2277来实现,电路原理图如图3所示。其中,AD7502的A0,A1接DSP通用I/O口的GPIOB4,GPIOB5口,EN引脚接高电平。GPIOB4,GPIOB5输出不同值来控制AD7502不同通道的接通,从而将8路信号依次送入两片A/D转换器。
图3 程控滤波电路
2.3 A/D转换电路与DSP接口电路的设计
A/D转换器是模/数转换电路中的核心器件,在整个测量系统中占有重要地位。如果模/数转换器的位数低时,将引起较大的测量误差,本装置选用德州仪器(TI)公司的A/D芯片ADS8515作模/数转换器。ADS8515是采样率为250 KSPS的16位并行A/D转换器,输入电压范围能达到±10 V。ADS8515属于逐次逼近寄存器型(简称SAR型)A/D转换器,这种结构的转换器通过输入的模拟信号与比较器逐次比较来输出数字信号,是目前应用最多的转换器类型。SAR型A/D转换器的功耗比较低,体积比较小,而且A/D内部通常具有采样保持器,它可以维持采样电压直到转换结束,且其转换速率很快。ADS8515和DSP的接口电路如图4所示。
图4 A/D转换器和DSP的接口电路
由于TMS320F2812的I/O电压是3.3 V电平,而ADC则是5 V电平,因此需要电平转换芯片74LVC245来实现隔离功能[8]。ADS8515的控制是通过对片选信号CS、启动信号R/C以及对状态信号BUSY的查询来实现的。BUSY,CS,R/C,分别接DSP的中断信号引脚XINT1和通用I/O接口GPIOB0,GPIOB1。为了保证双DSP的同步采样,防止数据输出时两DSP数据的串扰,采用将另一个DSP的片选信号CS和启动信号R/C分别接DSP的通用I/O接口GPIOB2和GPIOB3的方法。这样可以保证双DSP同步采样,并依次读取两个A/D中的数据。
2.4 同步信号获取与识别电路设计
为了实现A/D转换器的交流同步采样,本方案的设计电路如图5所示。方案选用多个OPA2277和比较器MAX998来组成信号的获取与识别电路,从而克服了非整周期采样带来的频率泄露误差,实现严格的同步采样和等间隔采样。图5中,K3C为继电器,用作开关使用,用来通断选择获取的一路交流电压信号和一路交流电流信号。OPA2277组成放大和滤波电路。二极管D2,D3的作用是保护比较器MAX998,防止电压过大而击穿MAX998。
图5 同步信号获取与识别电路
2.5 DSP系统的设计
DSP系统主要由DSP芯片、电源电路、时钟电路、仿真和测试电路组成。由于TMS320F2812的电源系统既有3.3 V的数字和模拟电源,又有1.8 V的数字电源,电源的安全和可靠是系统运行的根本保证,所以需要将常用的5 V电源转换成3.3 V和1.8 V电源。本设计选用TI公司的TPS767D318作为电源芯片,该芯片是专门为DSP的应用而设计的,可以提供3.3 V和1.8 V两路电压输出,其中每路输出均可提供最大为1 A的电流。TPS767D318同时具有电压监测功能。电源电路的设计如图6所示。此外,DSP的每个电源和地引脚不能悬空,数字模拟地要分离设计。
图6 DSP的电源电路
由于本系统对时序的要求比较敏感,所以本系统的时钟电路选用3.3 V工作电压的外部有源晶振。该有源晶振相对无源晶振信号质量更好,而且比较稳定,连接方式相对简单。通常的用法是:一脚悬空,二脚接地,三脚接输出,四脚接电压。
在对DSP系统进行硬件仿真时,可以通过JTAG边界扫描接口对DSP内部的数据存储器、程序存储器和控制寄存器进行在线监控,并能在TMS320F2812的开发环境CCS中把程序下载到DSP芯片进行硬件仿真。JTAG接口的原理图如图7所示。
图7 JTAG电路模块设计
2.6 通讯模块设计
目前,数据采集系统多以ISA,EISA或PCI插卡的形式完成数据的传输,这些方式存在着开发调试比较困难、安装麻烦以及通用性和可移植性差等缺点,而且PC机上的插槽数量、地址、终端资源有限,导致这种方式的可扩展性差。目前,广泛应用的USB总线接口具有安装方便、高带宽、易于扩展等优点,已成为计算机接口的主流。本文选用专用的USB接口芯片来完成DSP与PC机的数据传输[9]。USB 2.0芯片选用Philips公司的ISP1581。ISP1581与TMS320F2812的连接电路图如图8所示。ISP1581在上电时,通过BUSCONF,MODE0,MODE1对接口进行设置,本设计中BUSCONF通过电阻连接至高电平,ISP1581工作在通用处理器模式,AD[0~7]是8位地址总线,DATA[0~15]是独立的数据总线。MODE0设为1,因此读写选通信号为8051类型。TMS320F2812的XCS0AND1作为ISP1581的片选信号。RREF引脚通过12 kΩ的精密电阻接地,提供精确的镜像电流。RPU引脚通过1.5 kΩ电阻器上拉[10]。
图8 ISP1581与DSP的USB接口电路
3 结 语
研制了一种基于DSP技术的继电保护测试仪信号采集装置,以便检定继电保护测试仪的性能指标是否满足设计要求。文中重点介绍了数据采集装置的整体架构、基于DSP的数据采集装置的硬件组成和电路设计。该数据采集装置可以精确采集继电保护测试仪的各项数据,为继电保护测试仪的检定装置奠定了技术基础。
参考文献
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