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ITD高速公路基础设施数据收集与可视化解决方案说明书

ITD高速公路基础设施数据收集与可视化解决方案说明书

The timely, accurate, and complete acquisi-tion of highway transportation asset data, such as signs and guardrails, was a long-time goal of ITD. Visualizing and analyzing geospatial data improves and expedites highway infrastructure planning, opera-tions, and design projects.Over the years, ITD also acquired a va-riety of spatial data-based applications to improve its capabilities but often had insufficient data to effectively utilize these tools. Further, the lack of a reliable highway inventory was sometimes noted in legal issues when ITD was unable to demonstrate knowledge of the assets under scrutiny.E ven with GPS technology, gathering asset data along ITD highways remained a time-consuming, manual “boots-on-the-ground” process. E ach of ITD’s six semiautonomous administrative districts collected data using different methods and timetables. Data collection typically had to be distributed across numerous ITD staff, thereby introducing consistency issues. Due to the staggering time invest-ment needed to perform inventories, they were often done in piecemeal fashion or were not finished. E ven when inventories were completed for a district, there were no standard methods for updating them, so inventories frequently went stale.This scenario likely sounds all too familiar to anyone who deals with GIS transporta-tion data and its management. LimitedHighway Data Collection Improves Operations and Saves MoneyBy Nik SterbentzT he Idaho Transportation Department (ITD) employed mobile vehicle-based data collection and automated data extraction methods to speed and standardize the statewide inventory of its highway system.resources and the intense focus on deliver-ing roadway infrastructure projects often means data collection efforts fall to the wayside or slip into the margins of projects. To rectify this shortfall of roadway asset data, transportation departments across the United States are increasingly relying on mobile vehicle-based data collection and automated data extraction methods. These are typically provided by specialized vendors utilizing technologies such as lidar, high-resolution roadway photography, and automated intelligence software for effi-cient data-gathering methods that provideaccurate data. Mobile technologies can be used by any organization that is responsible for roads or road maintenance, including those at the city or county level. Utility and communications companies, or other indus-tries with assets located along linear routes, can benefit from these processes.In summer 2018, ITD initiated a pilot pro-ject called the Statewide Asset Attribute Inventory (SWAAI, pronounced “sway”) to remedy its data-gathering issues and move ITD forward in its data practices. The project collected vehicle-based lidar and roadway photography data for Idaho’sCyclomedia Technology, selected for the inventory project, collected vehicle-based lidarand roadway photography data for Idaho’s entire state highway.Focusentire state highway system. Following its collection, the data was used to extract a list of deliverable Esri geodatabase feature class roadway asset inventories according to ITD’s specifications.Preliminary PlanningDuring the SWAAI project’s first year, simi-lar projects and capabilities previously un-dertaken by other state Departments of Transportation (DOTs) were investigated. arly discussions with Utah DOT staff provided insight into the extent of data collection options as well as sample docu-mentation. Utah had conducted similar projects for years and had a running record of many of its assets. Armed with a stronger understanding of new-technology data collection methods, a data dictionary of asset types, and associated attributes, the SWAAI project team had a better under-standing of what could be accomplished by its mobile data collection project. Initially envisioned as a project limited to mobile data gathering for a single district, the project was expanded statewide follow-ing a recommendation from ITD headquar-ters. In summer 2019, as project planning progressed, ITD’s District 5 formally part-nered with the ITD headquarters RoadwayData section and its IT group with the goalof building a standard ITD data frameworkand ultimately selecting a vendor to providethe collection services and data.A statewide ITD data stakeholder teamwas organized with a central core commit-tee to guide the project and an extended,continually growing group of interestedITD staff from fields across the organiza-tion. These stakeholders were kept in theloop with a series of monthly emails as wellas invitations to training activities and pres-entations. This mailing list grew from 100 tomore than 300 recipients over the course ofthe project.Throughout the next year, the SWAAIproject team compiled and prioritized dataneeds, prepared and issued a request forproposal (RFP), and conducted two roundsof meetings in each ITD district and head-quarters. A business analyst consultant wasbrought in to help facilitate these discus-sions, build on the data standards, and pri-oritize the asset data types most importantto ITD staff.ITD issued its RFP in March 2020 andspent the next few months answering ques-tions from potential vendors and evaluatingthe proposals that were submitted. FiveSWAAI team members selected the vendorbased on the following criteria: knowledge/experience, data quality/consistency, avail-able resources, and innovation/value adds.Project LaunchCyclomedia Technology, an E sri partnerwith a strong understanding of GIS technol-ogy, was selected from the 11 vendors whosubmitted proposals. The next step wasnegotiation. ITD had considered its datadictionary of about 30 asset types as a wishlist and anticipated only 12 to 15 key dataitems could be included given the project’s$2.5 million budget. However, Cyclomediasurpassed all ITD’s expectations and deliv-ered 28 feature classes.In addition to the wide breadth of datatypes, the asset list included significantdepth in attribution. The ability to per-form drive-by inspections of curb rampsand sidewalks to ensure conformance withthe requirements of the Americans withDisabilities Act (ADA) was an intriguingpossibility going into the project.As it turned out, this was fully feasible.Lidar data gathered during the projectproduced a 3D model of ITD’s entirestate highway system at a high degree ofpoint-to-point accuracy (±0.79 inches, or2 centimeters), allowing for reliable meas-urements of everything on the road, fromguardrail heights to lane widths.Lidar- and photo-collected data from all7,200 miles of Idaho’s state highway systemwas acquired in less than three weeks in July2020. Cyclomedia began extracting the 28asset feature classes immediately after datacollection and delivered the results to ITDeach month as a series of geodatabases forquality assurance purposes. ITD GIS staffaround the state reviewed the data andprovided feedback to Cyclomedia.Early in the project, it was vital to identifythe refinements needed to Cyclomedia’ssemiautomated data extraction process tomeet ITD specifications. Issues such as ap-proach (driveway) pavement status, guard-rail post materials, and lane configurationdefinitions were clarified and rectifiedthrough this process.GIS asset features from an intersection in Lewiston, Idaho.Browser-Based Access to DataApart from asset data, another key—butunexpected—aspect of the SWAAI projectwas Cyclomedia’s Street Smart, a browser-based viewer, which made the 360-degreeroadway photography and lidar accessible.Equipped with measuring tools that allowfor ad hoc measurements directly from thehigh-resolution imagery, ITD users quicklydiscovered many use cases for Street Smart. Although this project value add was pro-vided by Cyclomedia on a complimentary basis, it became a key tool for promoting the project to ITD staff.Street Smart provided a solid visual representation soon after vehicle-based collection was completed, immediately showing stakeholders the rapid progress being made. Street Smart use spread like wildfire. More than 300 interested ITD staff attended Cyclomedia-led trainings to learn how best to leverage its viewing, measur-ing, and sharing capabilities.For ITD GIS staff, one of the most exciting The Statewide Asset Attribute Inventory (SWAAI) is accessible through the Idaho Transportation Department (ITD)SWAAI ArcGIS Online hub site and is clearly presented using dashboards.aspects of Street Smart was its integration with the extracted GIS feature data. Every GIS feature linked to Street Smart provided a view of its location in street-level imagery and focused the camera viewpoint on that feature. The online GIS web application allows users to zoom in to a view of each sign, guardrail, or bridge clearance.Making Data AvailableMaking data available in a timely fashion to the people who need it was a project priority. Data usefulness depends on its accessibility. Having all data as geoda-tabase feature classes makes the data usable across a wide variety of geospatial and CADD applications and allows it to be easily exported to tabular formats.In March 2021, copies of the final geodata-base delivered by Cyclomedia were provid-ed to each of ITD's six district. ArcGIS Online tools were available to ITD and provided the SWAAI data to its stakeholders. The full ge-odatabase was published to ArcGIS Online as a feature service. Online GIS mapping ap-plications showcasing the data are featured on the ITD SWAAI ArcGIS Online hub site (/). ArcGIS Hub was ideal for presenting the data on multiple levels. It served as an infor-mation tool for describing project methods, progress, and other information. SWAAI’s business analysis—including the complete data dictionary and potential use cases for each data type—are also displayed, along with specifications on Cyclomedia’s data collection, extraction, and Street Smart.Ultimately, the hub site became a data showcase, providing an amazing level of detail and revealing fascinating statistics and patterns. For example, more than90 percent of the objects crossing ITD high-ways are utility lines. Data on these assets was not previously collected. The number of specific signs or pavement markings can quickly and accurately be determined.Previously this would have been all but im-possible. Highly detailed ADA curb rampFocus↑ Street Smart provides access to 3D street-level imagery.↓ Idaho interstate highway bridge, seen as a lidar depth surface in Street Smart.and sidewalk information is available from a series of pie charts, and intersections are placed in relation to their subintersection legs, traffic signals, junction boxes, and power pedestals. This is a wealth of data available for ITD staff, partners, and the public to explore.The Value of SWAAIThe SWAAI data and hub site were present-ed at the ITD Program Delivery Conference in April 2021. The level of enthusiasm sur-rounding the SWAAI project was palpable. Reliable data was needed for a long time, and it was finally delivered. By one estimate, SWAAI saved nearly 300,000 hours of per-sonnel data collection and an estimated $3.8 million in maintenance staff wages. However, the surprise was just how im-mediate and far-reaching SWAAI benefits are. One of the earliest and most intensive uses of the data came from the ITD HQ Planning Services division. Over the years, ITD has struggled to maintain its ADA com-pliance data on accessible curb ramps and sidewalks. The consistent, efficient, repeat-able, and cost-effective method of data collection pioneered by SWAAI avoids ex-pensive and time-consuming inspections. Now, curbs and ramps can be categorized as those in compliance, those that can be cost-effectively retrofitted, and those that need replacement. This return on in-vestment is an impressive example of the power of GIS data.ITD staff, led by district GIS analysts, are finding innovative ways to leverage the newdata that ranges from speed zone analysis to identifying the locations of all incorrectly sized stop signs that need replacement. SWAAI data is also being used to provide estimates of the number of guardrails, signs, or other materials required for infra-structure projects. Processed lidar point cloud data is also available for ITD planning and design staff, who can use it to generate topographic surfaces for CADD drawings.The Future of SWAAIFollowing the statewide success of this enterprise data-gathering venture, ITD is planning to refresh the data every threeyears going forward. Today, conversa-tions surrounding maintenance, standards, ownership, and other data governance considerations are being had across the organization. Prior to the SWAAI pro-ject, these discussions were hypothetical because they were based on data gath-ered sometime in the future. Having this volume of data in hand has elevated these discussions from vague desires to a tan-gible reality made possible today by geo-spatial technology.For more information, contact Nik Sterbentz at Nikolaus.Sterbentz @.About the AuthorNik Sterbentz is the GIS analyst for District 5 of ITD, located in Pocatello, Idaho. He was the project manager for the SWAAI project. In his eight years with ITD, Sterbentz has worked with an excellent team of profes-sionals in his district and across the state, developing a variety of time-saving, inno-vative approaches to challenges and issues in IDT’s workflows. He also participates in research on emerging technology and concepts. Sterbentz graduated from Idaho State University with a GIS-based master’s degree and holds a postbaccalaureate certificate in geotechnology. He received ITD’s 2020 E xcellence in Transportation—Professional of the Year Award.。

一种USB高速数据采集系统的LabVIEW程序设计

一种USB高速数据采集系统的LabVIEW程序设计

一种USB高速数据采集系统的LabVIEW 程序设计作者:王宗省翟亚楠康树强苏金娣董淑冷来源:《科技资讯》2016年第13期摘要:在LabVIEW虚拟平台下设计了一种用USB接口实现的高速数据采集系统。

提出了自动分文件存储的方法解决了使用Excel文件存储数据产生的大文件问题。

提出了一次最多读取两个文件依次读取的方法,解决了用波形显示多个文件的大量数据时占用大量内存甚至导致无法显示的问题。

实验证明文中所用方法效果明显。

该系统支持8条通道32位数据的同时采集、存储、波形回放,系统界面简洁、操作简单、可添加模块以拓展功能。

关键词:数据采集高速波形回放表格文件占内存中图分类号:TP274+.2 文献标识码:A 文章编号:1672-3791(2016)05(a)-0001-02系统一次存入8个通道的数据,每通道200个32位的数,共存1 000次,即8 000行200列为一个Excel文件。

程序中先设定一个循环次数i,当i=0时,用Create File函数新建文件并写入电子表格文件,当i=1~998时,直接写入电子表格文件;当i=999时,写入电子表格文件并用Close File函数关闭文件;当i>999时,令i=0。

程序中用移位寄存器来保存上一次的循环次数、文件路径、文件句柄、文件状态。

文件句柄用来做Close File函数的输入。

文件状态为真(T)表明正在写入文件,文件状态为假(F)表明文件已关闭。

用文件状态主要是确定在文件不再写入时,关闭文件以节省内存。

1.2 波形回放模块回放模块程序一直在检测输入框的变化并更新,直到用户点击开始后就进入波形显示,若要改变输入的条件,需先停止显示波形。

以下是实现回放时根据滚动条的位置自动更换读取的数据文件的分文件读取方法。

一个Excel文件存储的数据有限,要查看的是多个文件的数据,如果先打开多个Excel文件读到一个数组中,数组太大导致内存占用大,运行速度慢甚至会提示内存占满而不能运行。

QH2-8N母机程序逐屏图片

QH2-8N母机程序逐屏图片
Байду номын сангаас
子程序SUBQ2−82逐屏图片
• • • • • • • 子程序输入是否正确的数字检查方法! SUBQ2−82子程序需要占用222字节内存。 输入子程序前,按 键, 记录下机器的剩余内存字节数,设为F 输入完SUBQ2−82子程序后,按 键返回, 记录下机器的剩余内存字节数,设为B 应有F−B=222字节,否则,子程序输入有误!
子程序SUBQ2−85逐屏图片
• • • • • • • 子程序输入是否正确的数字检查方法! SUBQ2−85子程序需要占用424字节内存。 输入子程序前,按 键, 记录下机器的剩余内存字节数,设为F 输入完SUBQ2−85子程序后,按 键返回, 记录下机器的剩余内存字节数,设为B 应有F−B=424字节,否则,子程序输入有误!
子程序SUBQ2−87逐屏图片
• • • • • • • 子程序输入是否正确的数字检查方法! SUBQ2−87子程序需要占用138字节内存。 输入子程序前,按 键, 记录下机器的剩余内存字节数,设为F 输入完SUBQ2−87子程序后,按 键返回, 记录下机器的剩余内存字节数,设为B 应有F−B=138字节,否则,子程序输入有误!
子程序SUBQ2−83逐屏图片
• • • • • • • 子程序输入是否正确的数字检查方法! SUBQ2−83子程序需要占用90字节内存。 输入子程序前,按 键, 记录下机器的剩余内存字节数,设为F 输入完SUBQ2−83子程序后,按 键返回, 记录下机器的剩余内存字节数,设为B 应有F−B=90字节,否则,子程序输入有误!
主程序QH2−8N逐屏图片
• • • • • • • 主程序输入是否正确的数字检查方法! QH2−8N主程序需要占用3308字节内存。 输入主程序前,按 键, 记录下机器的剩余内存字节数,设为F 输入完QH2−8N主程序后, 按 键返回, 记录下机器的剩余内存字节数,设为B 应有F−B=3308字节,否则,主程序输入有误!

基于BIM_技术的高速公路机电项目管理平台设计

基于BIM_技术的高速公路机电项目管理平台设计

0引言在国家“创新驱动”战略、“一带一路”倡议及“交通强国”目标的引导下,交通行业正积极推进技术改革及模式创新。

BIM技术在国内外工程建设项目管理中发挥了积极的作用,其应用范围的扩大和研究深度的延伸使工程项目智能化管理水平逐步提高[1]。

BIM技术在我国的发展还处于初级阶段,在技术标准、核心软件和人才储备等方面仍有许多不足之处,面对迫切的行业技术需求,如何将BIM技术应用于工程项目全生命周期,是交通领域当前的研究热点。

宋战平等[2]以银西铁路环县隧道为依托,将BIM技术引入隧道工程的全生命周期管理中,为构建隧道工程全生命周期一体化管理提供了指导。

万世付等[3]从BIM平台的比选到工程建设的设计、施工、运维阶段,研究BIM技术在隧道工程全生命周期的应用路线,并且将其用于实际工程中。

冯瑾等[4]提出基于BIM技术的桥梁工程全生命周期一体化的技术框架和一般性应用流程,以某实际工程为例,分阶段阐述具体的实施步骤和关键点。

王庆贺等[5]集成应用云计算、物联网及BIM技术,构建适用于桥梁全生命周期的BIM 信息管理平台,解决了桥梁全生命周期内可视化程度低、数据信息整合困难等问题。

目前,交通领域的BIM技术研究和成果主要在桥梁、隧道工程领域,在高速路机电工程领域仍处于理论分析和探讨阶段。

本文对高速公路机电项目管理平台功能需求进行分析,提出一种以BIM模型为载体,以信息技术为手段的全面、高效的项目管理体系;设计了平台的总体框架、技术架构和数据流结构,并且介绍平台的应用场景和应用情况。

1需求分析1.1存在问题当前机电项目施工管理过程存在的问题主要有以下几点。

(1)施工标准化、规范化无法有效落实。

由于高速公路机电工程具有多样性、复杂性的特点,已有的高速公路土建施工信息化管理系统难以延伸至机电工程项目,信息化的缺失导致机电工程管理落后。

工程施工参与方多、协调量大,物资、设备等资源投入强度高,文档、照片等数据生成量大,这些问题造成施工管理强度高、任务重,使管理难度不断增大[6]。

PI控制系统鲁棒性和积分性能优化的仿真

PI控制系统鲁棒性和积分性能优化的仿真

最 大余 灵 敏 度 肘
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未得 到证 实。另外 , kd l O aa】 用 阻尼 比 ∈=0 77作 为约 使 .0
束, 但仍未解决 鲁棒 性与性 能 问题 。正如 内模法 近年来 得到了广泛关注 , 而 , 可调 滤波 时间 常数 的确定 也还没 然 其
法 。著 名 的 Z— 法 和 C h n—C o N oe on法 以 4 1 减 响 : 衰
l 引言
造 纸工 厂中 9 %的回路使用 P 控 制器… , 而 ,I D) 7 I 然 P( 控 制器 的应 用并 没有 达到所期 望的状态 。 半个世 纪 以来 , 涌现 了大 量 的 P ( 控制 器 参数 调 整 I D)
p o o e Ic n a h e e s t f d r b s e s a d p ro a c r d f r n ai f lg t o d ly t OP T r p s d P a c i v aii o u t s n e r n e f i ee t r t o a i t ea i F D se n fm o o me me p o e s s n h sr b s p ro a c r e i a e tsg i c n e t oh rc nr l r a d o r t e r c s e s r c s e ,a d ti o u t e r n ec i r h sg a i f e c o t e o t l s n / r h rp o e s sa fm t a r n i oe o f o
应对 系统进行 优化 , 不能保 证 系统 有合适 的稳 定性 。Sis hn—
ke J H ago y un _ 和

智能防超载安全信息识别系统设计

智能防超载安全信息识别系统设计
控制模块电路 控制模块利用在单片机内预先设 定载客人数,当上车人数超过此设定 值时,单片机便通过继电器控制客车 的电子打火器,锁定客车执行机构, 使客车无法启动,并以LED显示当前
人数,同时
通过扬声器
发出警报。 数码管显
示电路设计
在数码
管显示电路
设计中,将
待显示数据
转换为BCD
码 输 出 , 经 图2 检测电路模块 过共阴极译
另外,两个传感器的安装位置 之间要有一定的距离(30cm~50cm之 间),以下用E1和E2表示传感器,具 体的监测方法和脉冲产生的时序如图 3所示[4]。
当人下车的时候则是把这个遮 挡的顺序反过来,VO(2)脚产生的脉 冲时序是相反的,信号送至单片机的 STATUS寄存器进行减计数,单片机 即可通过程序模拟把车厢内的实际人 数计算出来并寄存在寄存器中。
责任编辑:李健
智能防超载安全信息识别系统设计*
Design for Intelligent Anti-overload Safety Information Identification System
王晓利 宝鸡文理学院 电子信息工程系(陕西 宝鸡 721016)
摘要:为了有效解决客车因超载不断引发的人身伤亡事故,介绍一种客 车超载智能化信息识别系统。本设计以STC89C52单片机为核心,通过人 体热释电红外传感器对客车载客人数进行监控,将监测到的数据传送给 STC89C52进行分析处理,再将分析结果通过显示模块表示出来。当客车 超载时,系统控制报警模块并自动切断机车打火装置,实现了对超载信息 的有效控制。经验证,该系统具有较高的性价比和较强的实用价值。 关键词:客车超载;信息识别;热释电红外传感器;STC89C52 DOI: 10.3969/j.issn.1005-5517.2011.09.008

Q2V9程序操作说明

Q2V9程序操作说明

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当内存只有Q2V9程序及11个子程序、 清空全部串列文件时,Q2V9程序最多可以计算 430个连续变坡点的高程正算 3) 连续路线或匝道平竖曲线三维坐标正反算 执行程序,显示xy(1)/H(2)/xyH(3)=?时,输3响应
• 计算前,先设置当前串列文件, • 在List 1~List 4串列输入平曲线已知数据 • 在List 12~List 14串列输入竖曲线已知数据 • • • • 坐标正算时,显示加桩中桩三维坐标; 坐标反算时,显示垂点与交点中桩三维坐标; 只能计算边桩点的平面坐标, 不能计算边桩点的设计高程。
• Eile6.CSV文件
• CSFile6.dat,SVFile6.dat坐标文件
• ⑤ 广州东(沙)新(联)高速公路禹山互通立交L匝道 • ——13个线元平曲线已知数据
• 设置File1为当前串列文件 • 输入13个线元平曲线已知数据到List 1~List 10串列
• 设置File1为当前串列文件,执行程序Q2V9
• ① 输入每个线元起点半径Rs,终点半径Re时, • Rs或Re为∞时输0; • 执行程序Q2V9后,程序自动将半径0修改为1E30 • • • • ② 只有当线元为缓和曲线或圆曲线时 需要输入偏转系数,直线线元不需要输入偏转系数 沿路线走向,线元左偏输-1,右偏输1。 ③ List 5的缓曲参数A由程序反求出,无需输入。
• • • • • • • •
4) 平曲线与竖曲线数据的关系 ① 平曲线已知数据预先输入List 1~List 4串列 程序将中间结果——缓曲参数存入List 5串列 平曲线主点数据存入List 6~List 10串列 List 11串列存储控制数据。 ② 竖曲线已知数据预先输入List 12~List 14串列 反求坡度结果存入List 15串列 竖曲线主点数据存入List 16~List 18串列。

QH2-8D数据库子程序逐屏图片涪丰高速 共98页

QH2-8D数据库子程序逐屏图片涪丰高速 共98页

• 输入完SUBQ2−8QC子程序后, 按 键返回,
• 记录下机器的剩余内存字节数,设为B
• 应有F−B=308字节,否则,数据库子程序输入有误!
程序QH2−8D数据库子程序案例
重庆涪(陵)丰(都)高速公路A1标段 涪陵服务区A匝道
数据库子程序——SUBQ2−8FA逐屏图片
• 数据库子程序输入是否正确的数字检查方法!
• 输入完SUBQ2−8C子程序后, 按 键返回,
• 记录下机器的剩余内存字节数,设为B
• 应有F−B=398字节,否则,数据库子程)高速公路A1标段 南沱互通立交D匝道
数据库子程序——SUBQ2−8D逐屏图片
• 数据库子程序输入是否正确的数字检查方法!
程序QH2−8D数据库子程序案例
重庆涪(陵)丰(都)高速公路A1标段 分离式路基主线
数据库子程序——SUBQ2−8M逐屏图片
• 数据库子程序输入是否正确的数字检查方法!
• SUBQ2−8M数据库子程序需占用1600字节内存
• 输入数据库子程序前,按
键,
• 记录下机器的剩余内存字节数,设为F
• 输入完SUBQ2−8M子程序后, 按 键返回,
重庆涪(陵)丰(都)高速公路A1标段 南沱互通立交E匝道
数据库子程序——SUBQ2−8E逐屏图片
• 数据库子程序输入是否正确的数字检查方法!
• SUBQ2−8E数据库子程序需占用312字节内存
• 输入数据库子程序前,按
键,
• 记录下机器的剩余内存字节数,设为F
• 输入完SUBQ2−8E子程序后, 按 键返回,
• 记录下机器的剩余内存字节数,设为B
• 应有F−B=298字节,否则,数据库子程序输入有误!

QH2-8D数据库子程序逐屏图片涪丰高速

QH2-8D数据库子程序逐屏图片涪丰高速
重庆涪(陵)丰(都)高速公路A1标段 南沱互通立交E匝道
数据库子程序——SUBQ2−8E逐屏图片
• 数据库子程序输入是否正确的数字检查方法!
• SUBQ2−8E数据库子程序需占用312字节内存
• 输入数据库子程序前,按
键,
• 记录下机器的剩余内存字节数,设为F
• 输入完SUBQ2−8E子程序后, 按 键返回,
• SUBQ2−8Z1数据库子程序需占用244字节内存
• 输入数据库子程序前,按
键,
• 记录下机器的剩余内存字节数,设为F
• 输入完SUBQ2−8Z1子程序后, 按 键返回,
• 记录下机器的剩余内存字节数,设为B
• 应有F−B=244字节,否则,数据库子程序输入有误!
程序QH2−8D数据库子程序案例
程序QH2−8D数据库子程序案例
重庆涪(陵)丰(都)高速公路A1标段 分离式路基主线
数据库子程序——SUBQ2−8M逐屏图片
• 数据库子程序输入是否正确的数字检查方法!
• SUBQ2−8M数据库子程序需占用1600字节内存
• 输入数据库子程序前,按
键,
• 记录下机器的剩余内存字节数,设为F
• 输入完SUBQ2−8M子程序后, 按 键返回,
数据库子程序——SUBQ2−8QB逐屏图片
• 数据库子程序输入是否正确的数字检查方法!
• SUBQ2−8QB数据库子程序需占用312字节内存
• 输入数据库子程序前,按
键,
• 记录下机器的剩余内存字节数,设为F
• 输入完SUBQ2−8QB子程序后, 按 键返回,
• 记录下机器的剩余内存字节数,设为B
• 应有F−B=312字节,否则,数据库子程序输入有误!

基于MS9S12XET256MAL单片机的电动汽车电池管理系统设计

基于MS9S12XET256MAL单片机的电动汽车电池管理系统设计

基于MS9S12XET256MAL单片机的电动汽车电池管理系统设计邱浩;董铸荣;韩承伟;梁松峰【摘要】根据动力电池组在电动汽车上的使用特点和要求,采用带CAN总线、且具有强大功能模块的嵌入式微处理器MS9S 12XET256MAL,通过BCU、BHU和BMU 3个主要硬件模块完成电动汽车用电池管理系统的硬件设计,实现对电压、温度等的测量,及电池均衡和CAN通讯等功能.通过主板控制、从板控制、高压板控制及通讯错误检测与处理4个模块的软件设计,对充放电流程、继电器开关、参数检测、通讯错误应急处理等进行控制.【期刊名称】《深圳职业技术学院学报》【年(卷),期】2013(012)003【总页数】8页(P43-50)【关键词】电动汽车;电池管理系统;MS9S12XET256MAL单片机【作者】邱浩;董铸荣;韩承伟;梁松峰【作者单位】深圳职业技术学院汽车与交通学院,广东深圳518055;深圳职业技术学院汽车与交通学院,广东深圳518055;深圳职业技术学院汽车与交通学院,广东深圳518055;深圳职业技术学院汽车与交通学院,广东深圳518055【正文语种】中文【中图分类】TM912如何有效管理和监控电池一直是电动汽车的关键技术之一,因此电动汽车的电池管理系统(BMS)是电动汽车必不可少的重要组成部分[1].电池管理系统就是为了能够提高电池的利用率,防止电池出现过充电和过放电,延长电池的使用寿命,监控并根据电池的状态做出相应处理.纯电动汽车作为一种新型动力汽车,具有环保、节能等优点.纯电动车上配有高压电池箱,而为了在翻车、碰撞或电池发生故障等关键时候可切断电池充放电回路,每台纯电动车都配备BMS(电池管理系统),一般在出现事故或电池出现损坏的情况下,BMS控制继电器切断,使电池箱电流输出为零,确保司乘人员的人生安全.本文设计的基于MS9S12XET256MAL电动汽车电池管理系统用于深圳职业技术学院自行研制的四轮独立驱动独立转向电动汽车中[2],较好地解决了高可靠性的硬件数据采集及通讯,通过软件实现了电池SOC的准确估计,提升了整车的安全性能.1 动力电池管理系统方案设计本管理系统采用MS9S12XET256MAL作为主控芯片,是Freescale公司于2005年推出HCS12X系列单片机[3],是HCS12系列的增强型产品,基于S12CPU内核.MC9S12XET256MAL的总线频率最高可达40 MHz,内部具有256K的FLASH,4K的EEPROM,16K的RAM,具有112个引脚,其中91个可作为通用I/O引脚,用来控制开光量的输入与输出以及驱动继电器用以控制外围设备.5个MSCAN模块,其中CAN0作为内部通讯CAN,与采集板,高压板进行通讯.1个I2C总线模块,与时钟芯片相连接.3个串行外设端口SPI,其中,SPI0控制外设铁电存储器.采用外接一个4M晶振的皮尔兹振荡电路.本文的电池管理系统设计了CAN总线与其它车载系统进行通信,各个电池单体的基本信息,例如电池剩余电量和电池工作状态等信息,由BMS控制芯片(MS9S12XET256MAL)采集后处理计算得到.图1为本系统总体方案设计结构框图.图1 系统总体方案设计图2 硬件设计电动汽车使用单体电压为3.2V的磷酸铁锂电池,共24块.硬件电路主要由BCU,BHU,BMU模块组成.BMS系统分别对串联电池组的工作电流、单体电池的温度和电压进行采样.本系统共有24路电压采样通道,通过汽车级专用电压采集芯片LTC 6803-4来采集单体电压.电流采集使用高精度分流器或霍尔传感器,电池温度信号采样使用数字温度传感器.MS9S12XET256 MAL分析计算这些电池参数后,根据控制策略作相应的控制和显示.继电器是BMS一个重要的控制.当电池出现问题时(如过压、过流、超温等),继电器断开,从而负载与电池组断开,保证了电池与整车的安全.2.1 BCU硬件系统2.1.1 BCU硬件系统框图主控板BCU(Battery Control Unit)主要作用为:收集BHU与BMU采集到的各项数据,上传至车载仪表盘或外接笔记本,判断各项数据是否报警越线,从而控制继电器的切断(闭合)动作.其电路可主要分为以下部分:MCU控制,电源电路,外设存储器,硬件看门狗,系统时钟,开光量输入/输出,驱动继电器,CAN 通讯等,如图2所示.图2 BCU硬件方案设计图电源电路为MCU(Micro Control Unit)及其它电路提供正常工作电压,外设存储器实时保存MCU处理的数据参数,系统时钟提供准确的时间参照,MCU对CAN通讯中的数据进行处理,从而通过驱动继电器以及开光量来保护电池组及其控制相应的外围设备,硬件看门狗用来防止程序因意外“跑飞”,保证系统的正常工作.2.1.2 电源电路外部为 DC12V供电输入,前端采用防雷器件保护电源并做了电源防反接处理,经过DC-DC电源模块 XZR05/12S05为内部整个系统提供稳定的5V工作电压,如图3所示.图3 电源电路图2.1.3 复位电路看门狗MAX706PESA外接5V电源,由处理器的PH7口控制WDI口进行“喂狗”,一旦程序“跑飞”,则 MAX706PESA给予处理器RESET端口一个有效低电平,从而使处理器重新复位,电路连接如图4所示.2.1.4 时钟模块SD2405ALP时钟芯片工作电压为3.3~5.5V,其中的SCL,SDA引脚通过10K的上拉电阻与处理器的PJ7、PJ6引脚相连接.处理器通过提供单向时钟信号控制时钟芯片,并进行串行数据输入输出.图4 复位电路图2.1.5 存储模块外接AS1117-3.3V三端稳压器给非易失性铁电存储器FM25V05提供3.3V电源,FM25V05具有512Kbit的存储容量,读写次数达到 100万亿次,掉电数据可保持10年,采用SPI接口与处理器相连接,并将写保护口WR与HOLD拉高以进行数据的读写操作.2.1.6 CAN通讯采用3路CAN通讯,其中CAN0作为内部通讯CAN,进行与采集板、高压板的通讯.通过5V供电芯片PCA82C250T进行数据的收发[4],为保护其他电路的正常工作,对CAN通讯进行光耦隔离,光耦隔离芯片6N137可达1Mbit/s的转换速率.2.1.7 开关量输入/输出及其驱动继电器采用达林顿管 ULN2003A驱动内部 6路OMRON继电器G5V-1A,从而具有DC24V、1A的带载能力.开关量输入/输出采用光耦 TLP521-4,其中4路12V高电平有效输入,4路低电平有效输入.其具体电路连接,如图5所示.图5 开关量输入/输出电路图2.2 BHU硬件系统2.2.1 BHU硬件系统框图高压板BHU(Battery High Voltage Unit)主要作用为:采集充放电电流以及绝缘电阻,将采集数据上传至主控模块BCU,主控模块BCU通过测得充放电电流数据判断电动车是否处于过流状态(绝缘报警状态),实现保护功能.其电路可主要分为以下部分:MCU控制,电源电路,外设存储器,硬件看门狗,电流,绝缘电阻,CAN通讯等,它们的关系如图6所示.BHU系统的电源电路、复位电路和CAN通讯模块都与前相同.图6 BHU硬件方案设计图2.2.2 A/D模块采用 ADI公司的 ADC芯片 AD976CN,AD976CN是一个+5V单电源供电的高速、低功耗 16位逐次逼近式 A/D转换器,转换速度为100kSPS,功耗为100mW,±10V 的量程.AD976CN的集成性好,内部包含2.5V参考电压源、高速并行接口和时钟.为了使输入信号更加平稳,在AD前端加入二阶有源滤波电路进行有源滤波处理.具体电路连接如图7所示.图7 AD前端滤波电路电流采集方式采用两种方式:霍尔传感器或分流器,设置一个2选1开关,如图7中的J301所示.1)霍尔电流采集:采用双极性±12V,电源,输出最大5V的开环霍尔电流传感器采集充放电电流,选通后,经过滤波处理进入AD976CN.2)采用分流器采集信号,分流器参数为300A,75mV,经过滤波后放大51倍,选通后,经过滤波处理进入AD976CN.2.3 BMU硬件设计2.3.1 BMU硬件系统框图BMU主要是对电池包的单体电压测量、温度检测、电池均衡以及与主控板之间的通讯.从机BMU把监测的数据通过CAN通讯把数据上传到主控板BCU,BCU分析数据后再对BMU进行控制,以保护电池包,避免电池过充、过放、温度过高、温度过低等.其电路主要包括几个部分:电源、MCU模块、通讯模块、采集模块、均衡模块,模块之间的连接关系如图8所示.2.3.2 电源电路图9电路主要用于系统前端供电部分的保护滤波,其功能主要是:防雷,防浪涌,防反接,还有滤波,过流保护的功能.压敏电阻、放电管、瞬态抑制二极管组成了防雷,防浪涌电路;二极管1N4007起反接保护的作用;扼流圈和电容组成滤波电路;可恢复保险JK60-160起过流保护作用.2.3.3 采集模块图10所示电路的功能是进行电压采集、均衡控制以及进行SPI通信电路的静电保护.CM1223-04SO主要是消除SPI通信电路的静电;LTC6803-4主要是进行电压采集和均衡控制,LTC6803-4的具体功能可查看LTC6803-4数据手册.图11电路的功能是对SPI与MCU进行隔离通讯.这样MCU就不受电池组以及6803的影响,提高系统的抗干扰能力.Si8441AB-C-IS的具体功能查看其数据手册.图8 BMU硬件方案设计图图9 系统前端供电部分图10 6803配置电路图11 6803与SPI隔离通讯电路图12电路的功能是对电池均衡.R3061是均衡负载,MOS管受6803来控制是否要进行均衡.当Sn为低电平时,打开均衡,Sn为高电平时,系统关闭均衡.图12 均衡电路2.3.4 通讯模块BMS中是通过CAN进行设备间的通讯,充电机通讯,以及车辆仪表盘通讯.图13所示电路就是系统中通讯的硬件连接图.CAN收发芯片82C250通过两个光耦隔离后与MCU连接,以保证MCU与CAN通讯互不干扰,保证系统稳定可靠.图13 CAN通讯隔离电路3 软件设计电池管理系统软件以CodeWarrior for HCS12 V4.7为开发环境,采用C语言编写,包括了主板控制、从板控制、高压板控制及通讯错误检测与处理四个模块的软件设计.3.1 主板控制模块主板控制模块的任务主要有:向EVC(整车控制系统)报告 BMS的状态信息;获取从板测量的单体电压和机箱温度;获取高压板的绝缘状态、总电压和充放电电流;闭合与断开充放电回路;计算SOC(剩余容量)与SOH(剩余使用寿命);保存历史记录;通过CAN控制充电机充电等.对SOC的估算方法,本设计结合Ah-Peukert方程法和开路电压法[5],提出了一种基于Ah累积计量法的SOC复合估算策略,同时考虑了充放电倍率、温度、自放电、循环寿命、停机前的状态信息、停机时间[6]等对SOC的影响.3.1.1 主控制流程主控制流程主要涉及中央控制器与其它几个模块的通讯,并且负责充放电任务的调度.3.1.2 放电控制流程放电控制流程主要根据电压、温度、电流、绝缘等参数情况,计算SOC与SOH,并控制放电过程.具体控制过程如下:获取温度、单体电压、总电压与绝缘状态、估算SOC与SOH,某项指标严重越界则报警,同时向 EVC报告和提示具体原因,继续获取各项参数值,直到符合正常指标.读取从板及高压板的单体电压、放电回路电压、温度、充电电流、放电电流、绝缘强度.如果某项参数指标严重越界,报警并向EVC报告,限制充电电流、关闭放电总正继电器,然后监测等待复位.如果某项参数指标轻微越界,报警并向EVC报告.根据电压、温度、放电电流计算SOC与SOH.3.1.3 充电控制流程充电控制流程主要根据电池温度,参考电压、电流、绝缘等参数情况,计算SOC与SOH,并控制充电过程.具体控制过程如下:首先获取电池温度,然后打开充电继电器,控制充电机充电.读取电压、温度、充放电电流与绝缘强度,如果某项参数指标严重越界,报警并向EVC报告,限制充电电流、关闭充电总正继电器,然后监测等待复位.如果某项参数指标轻微越界,报警并向 EVC报告.估算 SOC与SOH.检查是否满足停止充电的条件,控制充电机停止充电,关闭充电总正继电器.3.2 从板控制模块从板控制模块的任务主要有:测量单体电芯电压及电池箱温度,均衡控制,给主板上传单体电芯电压及电池箱温度信息.具体软件流程见图14.具体控制过程如下:初始化PLL、IO方向及输出设置(所有继电器初始化为关闭状态)、CAN相关寄存器初始化(允许CAN中断).测量单个电芯的电压及电池箱温度.根据电压值,控制是否需要均衡.根据主板的要求,打开或关闭相应的继电器.如果接收到主板的上传数据命令,上传电压与温度.如果接收到主板的下电准备命令,关闭所有的继电器,给主机发送准备好下电命令,准备下电.3.3 高压板控制模块高压板模块的功能是计算绝缘强度;根据主板发送的命令控制散热与加热系统;控制DC-DC回路的断开与闭合;给主板上传绝缘状态信息.具体软件流程见图15.具体控制过程如下:初始化PLL、I/O方向及输出设置(所有继电器初始化为关闭状态)、CAN相关寄存器初始化(允许CAN中断).打开DC-DC继电器.测量充电电流、放电电流与计算绝缘强度.如果接收到主板的上传数据命令,上传充电电流、放电电流与绝缘强度信息.根据主板的要求,打开或关闭相关的继电器.如果接收到主板的下电准备命令,关闭所有的继电器,给主机发送准备好下电命令,准备下电.3.4 通讯错误检测与处理BMS的 CAN通讯分为四大部分:主板与EVC(汽车控制中心)的通讯、主板与从板之间的通讯、主板与高压板之间的通讯及主板与充电机之间的通讯.图14 从板工作流程图图15 高压板工作流程图3.4.1 主板与EVC如果EVC有定时发送通讯检测消息的机制,主板只需返回应答消息即可,当规定的时间内没有收到EVC的通讯检测消息,直接向EVC发送优先级较高的请求消息,如果连续三次没有回应则认为与 EVC之间有通讯故障,马上采取报警或其它方式提示驾驶员.如果在十分钟之内,通讯依然处于故障状态,直接切断充放电回路.当EVC没有定时发送通讯检测消息机制的时候,主板可以主动发送消息给EVC,但如果时间间隔太短的话,可能会造成整个车身控制系统的通讯效率.3.4.2 主板与从板主板在设定的时间间隔内给从板发送通讯检测消息,从板返回应答消息,主板在30秒钟之内没有收到从板返回应答消息,向EVC发送警告消息,在十分钟之内,通讯依然处于故障状态,直接切断充放电回路.3.4.3 主板与高压板主板在设定的时间间隔内给高压板发送通讯检测消息,高压板返回应答消息,主板在30秒钟之内没有收到高压板返回应答消息,向EVC发送警告消息,在十分钟之内,通讯依然处于故障状态,直接切断充放电回路.3.4.4 主板与充电机主板在设定的时间间隔内给充电机发送通讯检测消息,充电机返回应答消息,主板在1分钟之内没有收到充电机返回应答消息,向EVC发送警告消息.主板在与充电机通讯故障5分钟之后,直接切断充放电回路.4 结论本文通过在电动汽车上的实际应用,整个动力电池组管理系统表现出较好的精确性和稳定性.系统能够准确检测电池温度、电流、电池以及SOC等信息,并且通过CAN总线通讯实现了与其它车载系统的数据交换功能.由此表明,本文设计的基于 MS9S12XET256MAL单片机的电池管理系统基本满足了整车使用要求,有着较好的实用性.参考文献:[1] 胡林,谷正气,黄晶,颜运昌.电动汽车关键技术分析[J].机械制造,2005,10:45-47.[2] Hao Qiu, Zhengbao LEI, Tom Ziming Qi. A Novel Design of an ElectricVehicle with Lateral Moving and In Situ Steering[C]//The 2nd International Conference on Mechanic Automation and Control Engineering(MACE2011), Volume 9(Paper number: M93338),7138-7141, July 15-17, 2011, Mongolia, China, IEEE Catalog Number: CFP1143K-PRT,ISBN: 978-1-4244-9437-8.[3] 王威编著.HCS12微控制器原理及应用[M].北京:北京航空航天大学出版社,2005.[4] 王云午,魏宗寿.基于CAN总线的通信节点设计[J].现代电子技术,2008,31(3):172-174.[5] PLETT G L. High-performance battery-pack power estima-tion using a dynamic cellmodel[J]. IEEE Trans on Vehicular Technology, 2004,53(5):1856-1593.[6] LEE D T, SHIAH S J, LEE CM, et al. State of charge estimation for electric scooters by using learning mechanisms[J]. IEEE Trans on Vehicular Technology,2007,56(2):544-556.。

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