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關(guān)鍵詞 加熱爐;PLC;MCGS;演示系統(tǒng)
中圖分類號(hào):TP315 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:B
文章編號(hào):1671-489X(2013)27-0033-03
1 引言
目前我校電氣工程學(xué)院自動(dòng)化實(shí)驗(yàn)室普遍存在控制對(duì)象單一,而開(kāi)出的綜合性實(shí)驗(yàn)由于缺少實(shí)際具體被控對(duì)象而大都處于模擬調(diào)試階段,無(wú)法實(shí)現(xiàn)控制器與實(shí)際被控單元的在線調(diào)試,同學(xué)們很難將實(shí)驗(yàn)室設(shè)備與現(xiàn)場(chǎng)聯(lián)系在一起,無(wú)法真正做到實(shí)際技能培養(yǎng)和訓(xùn)練的目的。
為了更好地幫助自動(dòng)化專業(yè)學(xué)生對(duì)現(xiàn)場(chǎng)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)有更清晰的認(rèn)識(shí),利用學(xué)習(xí)過(guò)的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的有關(guān)知識(shí)來(lái)解決實(shí)際問(wèn)題[1],本次設(shè)計(jì)以八鋼棒材廠加熱爐為背景,開(kāi)發(fā)完成了與生產(chǎn)實(shí)際緊密結(jié)合的步進(jìn)式加熱爐實(shí)驗(yàn)演示系統(tǒng)。學(xué)生不僅可以更好地了解封閉加熱爐內(nèi)部結(jié)構(gòu),還可以演示加熱爐內(nèi)部工作情況。這對(duì)于學(xué)生建立對(duì)加熱爐及復(fù)雜工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程的認(rèn)識(shí),自主實(shí)現(xiàn)模擬工業(yè)過(guò)程中檢測(cè)和控制技術(shù),綜合掌握所學(xué)知識(shí),提高學(xué)生工程實(shí)踐和創(chuàng)新能力具有很好的幫助。
2 模型總體設(shè)計(jì)
加熱控制是棒材加工過(guò)程中的關(guān)鍵步驟。根據(jù)控制工藝,只有對(duì)加熱爐的燃燒溫度以及進(jìn)出鋼順序進(jìn)行控制,才能保證棒材產(chǎn)品的質(zhì)量。
2.1 工藝流程
加熱爐由進(jìn)鋼、出鋼和爐體三部分組成。加熱爐的進(jìn)、出鋼部分分別在爐體兩側(cè)進(jìn)出。首先將準(zhǔn)備加工的鋼坯送到上料臺(tái)架上,按照爐體大小,通過(guò)鋼坯切割,由拉鋼機(jī)逐根拉至分鋼機(jī),并傳遞到爐前的裝料輥道上。按照控制爐內(nèi)懸臂輥道速度的方法使鋼坯在爐內(nèi)輥道上準(zhǔn)確定位,然后由對(duì)齊推鋼機(jī)將定位好的鋼坯推到加熱爐固定梁中開(kāi)始加熱。
加熱爐內(nèi)部由預(yù)熱段、加熱段、均熱段三段式連續(xù)順序加熱組成。在預(yù)熱段先利用煙氣對(duì)剛送入爐體的鋼坯進(jìn)行緩慢加熱,減小鋼坯的熱應(yīng)力,一般溫度控制在350 ℃;而加熱段控制在800 ℃左右,通過(guò)快速加熱來(lái)降低鋼坯在高溫區(qū)的停留時(shí)間以降低氧化和脫碳程度,提高鋼坯品質(zhì);最后均熱段為了消除由于快速加熱而產(chǎn)生的“黑印”問(wèn)題,一般溫度控制在1050 ℃,此時(shí)鋼坯表面溫度不再升高。一般加熱段和均熱段燒嘴頂部采用平焰形式。鋼坯在爐體內(nèi)由預(yù)熱段到達(dá)均熱段的過(guò)程都是由步進(jìn)梁通過(guò)上升,前進(jìn)和下降及后退不斷往復(fù)一步步地把加工好的鋼坯送到爐子的出鋼段,最后由出鋼部分的爐內(nèi)懸臂輥道將鋼坯送出爐外,完成鋼坯加熱過(guò)程。如果當(dāng)爐子在檢修或者發(fā)生事故時(shí),可通過(guò)控制步進(jìn)梁反向逆循環(huán)運(yùn)動(dòng),將鋼坯由出鋼部分送回到進(jìn)鋼部分[2-3]。
2.2 模型裝置制作
按照工藝流程,所設(shè)計(jì)和制作的模型比實(shí)際加熱爐系統(tǒng)簡(jiǎn)化和美觀。模型是開(kāi)放式的,學(xué)生可以很清楚地看到爐體內(nèi)部結(jié)構(gòu)。模型由進(jìn)鋼機(jī)、步進(jìn)梁、出鋼機(jī)、推鋼機(jī)、溫度傳感器、霍爾開(kāi)關(guān)等部分組成。為保證系統(tǒng)安全可靠運(yùn)行,在裝置中還安裝了到位開(kāi)關(guān)、報(bào)警燈裝置[4]。其模型如圖1所示。
3 模型控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)
爐溫和步進(jìn)梁控制是加熱爐的控制核心問(wèn)題。為了保證鋼坯在加熱爐內(nèi)的順利傳遞,滿足對(duì)軋鋼機(jī)的供應(yīng)量,本次采用西門(mén)子PLC完成對(duì)下位加熱爐模擬裝置的控制,并通過(guò)MCGS實(shí)現(xiàn)對(duì)模型的上位監(jiān)測(cè)[5]。
3.1 下位控制系統(tǒng)
根據(jù)模擬裝置控制點(diǎn)的要求,本次控制系統(tǒng)選用西門(mén)子PLC中CPU224控制器和EM235模擬量模塊。由于CPU224控制器本身具有14輸入/10輸出共24個(gè)數(shù)字量I/O點(diǎn)[7],滿足輸入/輸出控制點(diǎn)個(gè)數(shù)要求,可根據(jù)檢測(cè)到的行程開(kāi)關(guān)及霍爾開(kāi)關(guān)等信號(hào)來(lái)判斷控制各部件的運(yùn)行狀態(tài)。由于加熱爐各部件動(dòng)作是根據(jù)溫度操作,系統(tǒng)還擴(kuò)展了EM 235模塊,完成對(duì)爐內(nèi)不同區(qū)域段溫度的模擬采集。最后利用PPI協(xié)議實(shí)現(xiàn)與上位監(jiān)測(cè)系統(tǒng)通訊,實(shí)現(xiàn)對(duì)加熱爐工作狀態(tài)的在線觀測(cè)。其控制總體流程如圖2所示。
3.2 上位監(jiān)測(cè)系統(tǒng)
由于加熱爐周邊溫度很高,往往無(wú)法直接觀測(cè)其內(nèi)部狀態(tài),因此為了更貼合實(shí)際,還利用MCGS軟件制作完成了上位監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。該系統(tǒng)由進(jìn)入界面、監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主界面、步進(jìn)梁運(yùn)功軌跡、實(shí)時(shí)和歷史曲線、實(shí)時(shí)和歷史數(shù)據(jù)等界面組成。監(jiān)測(cè)主界面由氧氣和煤氣管道、進(jìn)鋼機(jī)、步進(jìn)梁和出鋼機(jī)、推鋼機(jī)、報(bào)警等控件組成。當(dāng)系統(tǒng)進(jìn)入運(yùn)行環(huán)境后,可以在線監(jiān)測(cè)到各部件的情況及溫度數(shù)據(jù)和曲線[8]。主界面如圖3所示。
4 演示系統(tǒng)運(yùn)行調(diào)試
在完成上位系統(tǒng)設(shè)計(jì)后,就可將下位PLC控制系統(tǒng)與上位系統(tǒng)進(jìn)行通訊聯(lián)調(diào)。最重要的就是利用西門(mén)子PPI通訊協(xié)議,將上位系統(tǒng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)的各個(gè)變量與下位PLC所對(duì)應(yīng)的程序變量相互連接定義,并設(shè)置串口通訊參數(shù)。最后通過(guò)不斷運(yùn)行調(diào)試,達(dá)到畫(huà)面能夠監(jiān)測(cè)和跟蹤上加熱爐各部件的運(yùn)行情況,其系統(tǒng)在線監(jiān)測(cè)畫(huà)面如圖4所示。
5 結(jié)論
本次制作的步進(jìn)式加熱爐演示裝置以棒材廠加熱爐為實(shí)際對(duì)象,采用在實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)中常用到的PLC、傳感器及繼電器等工業(yè)級(jí)元件,設(shè)計(jì)制作了演示模型。并根據(jù)工藝流程,編寫(xiě)演示控制程序,實(shí)現(xiàn)上位在線監(jiān)測(cè)和下位控制。該系統(tǒng)不僅可以實(shí)現(xiàn)PLC自動(dòng)控制,還可根據(jù)要求完成手動(dòng)操作控制。而且該裝置來(lái)自于現(xiàn)場(chǎng),控制過(guò)程直觀,為學(xué)生進(jìn)一步了解實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)的控制要求和思路提供了便利。同時(shí),該裝置還可作為過(guò)程控制、單片機(jī)控制及計(jì)算機(jī)控制的被控對(duì)象,為相關(guān)課程的學(xué)習(xí)提供更實(shí)際的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。
參考文獻(xiàn)
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關(guān)鍵詞:數(shù)字城市 地理空間基礎(chǔ)框架 地理信息公共服務(wù)平臺(tái) 軟件體系
中圖分類號(hào):P208 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):1672-3791(2016)02(a)-0006-02
數(shù)字城市地理空間框架建設(shè)的主要內(nèi)容包括基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)庫(kù)、地理信息公共平臺(tái)、支撐體系及應(yīng)用示范系統(tǒng)等4個(gè)方面的建設(shè)內(nèi)容?;A(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)庫(kù)是地理空間框架的核心;地理信息服務(wù)平臺(tái)是地理空間框架應(yīng)用服務(wù)的表現(xiàn);支撐體系是地理空間框架建設(shè)與服務(wù)的支撐和保障;應(yīng)用示范系統(tǒng)是地理空間框架的應(yīng)用和推廣。
1 基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)庫(kù)建設(shè)
基礎(chǔ)地理空間數(shù)據(jù)提供了有關(guān)自然、人文、經(jīng)濟(jì)、環(huán)境等要素的幾何位置、形態(tài)特征和相關(guān)關(guān)系,使用戶可以以地理坐標(biāo)或空間位置集成、檢索、展示各種城市信息,進(jìn)行空間分布特征、運(yùn)行狀態(tài)、變化趨勢(shì)等的查詢分析和模擬。
1.1 測(cè)繪基準(zhǔn)
測(cè)繪基準(zhǔn)包括大地基準(zhǔn)和高程基準(zhǔn)。數(shù)字城市地理空間框架建設(shè)必須規(guī)范基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)所采用的測(cè)繪基準(zhǔn),以保證各類地理信息數(shù)據(jù)和專題數(shù)據(jù)的大地基準(zhǔn)和高程基準(zhǔn)的統(tǒng)一,便于地理信息數(shù)據(jù)及其服務(wù)的廣泛推廣和深入應(yīng)用。
1.2 基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)庫(kù)
基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)庫(kù)是按照統(tǒng)一的測(cè)繪基準(zhǔn)整合和集成國(guó)家級(jí)1∶1 000 000、1∶250 000、1∶50 000基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù),省級(jí)1∶10 000、1∶5 000基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)及市級(jí)1∶2 000、1∶1 000和1∶500的基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù),形成多源、多尺度的基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)庫(kù);開(kāi)發(fā)數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)的統(tǒng)一管理。基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)庫(kù)構(gòu)成如圖1所示。
1.3 數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)
數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)是為基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)及其元數(shù)據(jù)的建庫(kù)、管理、更新、制圖、輸出等操作提供軟件工具支撐。其功能需滿足《基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)庫(kù)基本規(guī)定》(CH/T9005―2009)的要求,具備數(shù)據(jù)的處理、輸入、輸出、查詢、統(tǒng)計(jì)、分析,以及歷史數(shù)據(jù)管理、元數(shù)據(jù)管理、安全管理等多方面的功能。
2 地理信息公共服務(wù)平臺(tái)建設(shè)
在基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)庫(kù)建設(shè)的基礎(chǔ)上,按照一定的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)則,對(duì)基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)進(jìn)行提取、整合和重組,生成滿足政府部門(mén)和社會(huì)公共需求的地理空間框架要素?cái)?shù)據(jù);通過(guò)建立要素和瓦片數(shù)據(jù)的一體化索引,實(shí)現(xiàn)多種數(shù)據(jù)的無(wú)縫集成;研制開(kāi)發(fā)網(wǎng)絡(luò)化的應(yīng)用服務(wù)與運(yùn)行維護(hù)系統(tǒng),形成唯一的、權(quán)威的數(shù)字城市地理信息公共平臺(tái)。地理信息公共平臺(tái)建設(shè)內(nèi)容包括1套數(shù)據(jù)庫(kù)和4個(gè)軟件系統(tǒng)。
2.1 面向服務(wù)的產(chǎn)品數(shù)據(jù)
面向服務(wù)的產(chǎn)品數(shù)據(jù)主要包括在基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)上通過(guò)數(shù)據(jù)提取、擴(kuò)充和重組等加工處理形成的框架要素?cái)?shù)據(jù)、遙感影像數(shù)據(jù)、數(shù)字高程模型數(shù)據(jù)、電子地圖數(shù)據(jù)、三維景觀數(shù)據(jù)、地名地址數(shù)據(jù)等面向服務(wù)的產(chǎn)品數(shù)據(jù),以及其他部門(mén)或單位的專題數(shù)據(jù),還有目錄和元數(shù)據(jù)等。針對(duì)不同的應(yīng)用和保密要求,面向服務(wù)的產(chǎn)品數(shù)據(jù)可分為基礎(chǔ)版、政務(wù)版和公眾版3種形式。基礎(chǔ)版數(shù)據(jù)主要面向?qū)I(yè)用戶;政務(wù)版數(shù)據(jù)主要面向政務(wù)用戶;公眾版數(shù)據(jù)主要面向社會(huì)公眾。根據(jù)數(shù)據(jù)自身的特點(diǎn),多個(gè)版本可共用1套數(shù)據(jù)。
2.2 地理信息公共平臺(tái)軟件體系
地理信息公共平臺(tái)軟件體系主要包括門(mén)戶網(wǎng)站、數(shù)據(jù)交換系統(tǒng)、地理信息服務(wù)系統(tǒng)、數(shù)據(jù)運(yùn)維管理系統(tǒng)和平臺(tái)運(yùn)維管理系統(tǒng)5個(gè)方面。
(1)門(mén)戶網(wǎng)站是地理信息公共平臺(tái)的統(tǒng)一訪問(wèn)界面,提供地理信息瀏覽、地理信息數(shù)據(jù)存取與分析處理等多種服務(wù),是在線服務(wù)系統(tǒng)的集中表現(xiàn),為用戶提供一站式地理信息服務(wù)。(2)數(shù)據(jù)交換系統(tǒng)用以實(shí)現(xiàn)面向服務(wù)的產(chǎn)品數(shù)據(jù)和專題數(shù)據(jù)的集中管理以及相互之間的交換。(3)地理信息在線服務(wù)系統(tǒng)采用面向服務(wù)的體系架構(gòu)(SOA)設(shè)計(jì)理念,通過(guò)服務(wù)的方式對(duì)外提供地理信息公共服務(wù),以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)和應(yīng)用的分離。(4)數(shù)據(jù)運(yùn)維管理系統(tǒng)是用來(lái)實(shí)現(xiàn)多種類、多尺度、多坐標(biāo)系統(tǒng)的具有穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的數(shù)據(jù)的入庫(kù)、更新和維護(hù),應(yīng)具有數(shù)據(jù)的采集、生產(chǎn)、更新、整合、、維護(hù)等功能。(5)平臺(tái)運(yùn)維管理系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)對(duì)用戶和服務(wù)的全過(guò)程監(jiān)控,以保障平臺(tái)的正常、安全和穩(wěn)定的運(yùn)行,應(yīng)具有用戶注冊(cè)、權(quán)限配置、交換配置監(jiān)控、數(shù)據(jù)運(yùn)維監(jiān)控等功能。
3 支撐體系建設(shè)
支撐體系建設(shè)包括政策法規(guī)與標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范建設(shè)、組織機(jī)構(gòu)建設(shè)、機(jī)房環(huán)境、軟硬件環(huán)境、網(wǎng)絡(luò)環(huán)境等基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)和人才隊(duì)伍建設(shè)等多個(gè)方面的內(nèi)容,是數(shù)字城市地理空間框架項(xiàng)目建設(shè)、運(yùn)行和服務(wù)的支撐和保障。在進(jìn)行軟硬件環(huán)境建設(shè)時(shí)應(yīng)考慮和數(shù)字省區(qū)地理空間框架的一致性和兼容性,充分利用現(xiàn)有的基礎(chǔ)設(shè)施條件,但同時(shí)也要關(guān)注各種環(huán)境條件的先進(jìn)性、可擴(kuò)展性及可伸縮性。
4 應(yīng)用推廣思路
數(shù)字城市地理空間框架建設(shè)的主要目的是要建立一個(gè)多尺度、信息豐富、現(xiàn)實(shí)性強(qiáng)的基礎(chǔ)地理信息框架,實(shí)現(xiàn)地理信息數(shù)據(jù)的交換和共享,為城市信息化建設(shè)奠定基礎(chǔ)。因此,在項(xiàng)目建設(shè)中應(yīng)高度重視應(yīng)用示范系統(tǒng)的建設(shè),選擇至少4個(gè)典型示范應(yīng)用,以檢驗(yàn)數(shù)字城市地理空間框架的建設(shè)成效。
5 結(jié)語(yǔ)
數(shù)字城市地理空間框架建設(shè)是數(shù)字城市建設(shè)的核心任務(wù)之一,其目的是為了實(shí)現(xiàn)地理信息的交換和共享,為政府宏觀決策和社會(huì)公眾提供地理信息服務(wù)。因此,項(xiàng)目建設(shè)必須以政府為主導(dǎo),立足于當(dāng)?shù)貙?shí)際情況和應(yīng)用需求。
數(shù)字城市地理空間框架建設(shè)是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)性工程,涉及眾多領(lǐng)域及多個(gè)專業(yè)職能部門(mén)。在項(xiàng)目建設(shè)中應(yīng)加強(qiáng)不同行業(yè)部門(mén)之間的協(xié)調(diào)和溝通,同時(shí)制定相應(yīng)的政策法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范,尤其是政策層面上的政策法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的建設(shè),以支撐項(xiàng)目的實(shí)施與推廣應(yīng)用及今后的運(yùn)行維護(hù),從而真正實(shí)現(xiàn)地理信息數(shù)據(jù)的交換和共享,促進(jìn)城市信息化的建設(shè)。
參考文獻(xiàn)
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雖然他們名字看起來(lái)很像兄妹,曉南打籃球時(shí)朋友們看到曉北也會(huì)半開(kāi)玩笑地說(shuō),南你妹妹來(lái)啦。但是, 他們非親非故而且他們兩個(gè)之間還有著不為人知的秘密,正是因?yàn)檫@些秘密,他們之間也產(chǎn)生了一層透明的隔閡。
曉北是內(nèi)向的女生,永遠(yuǎn)都不會(huì)表達(dá)出自己的想法,自己的心是只有為數(shù)不多的幾個(gè)僑資知道,自己也因?yàn)槟懽有〕31慌圬?fù)。這天,一個(gè)女生以曉北的名義,給曉南寫(xiě)了一封情書(shū),曉南看到了,他簡(jiǎn)直無(wú)法相信,里面這些露骨的文字是曉北寫(xiě)出來(lái)的。后來(lái)不知道是誰(shuí)報(bào)告了班主任,班主任把曉北叫到辦公室里談話:"莫曉北,老師覺(jué)得你一向都是乖乖的女生,早戀這種事你是絕對(duì)做不出來(lái)的…"曉北一頭霧水,但是又不敢問(wèn),只好眼淚在肚子里流。
后來(lái),曉南開(kāi)始逃避曉北,曉北到那里都躲得遠(yuǎn)遠(yuǎn)地,曉北是敏感的女生,她馬上覺(jué)得曉南不喜歡她,心里卻莫名的開(kāi)始覺(jué)得自己很寂寞。
有一天,曉北忍不住了,"曉南"曉北鼓起勇氣叫了一聲,"阿,曉北我我我還有點(diǎn)事先走了。"故作的鎮(zhèn)定里卻還有掩飾不住的慌亂。曉北失落的望著曉南的背影。到底,什么時(shí)候才能跟他好好的聊聊天呢。?同學(xué)相處快一年了,只知道對(duì)方叫莫曉南阿…。
班會(huì)課上
"我們學(xué)校交給我們班了一個(gè)十分重要的事情。!"班主任嚴(yán)肅的說(shuō),"恩,這個(gè)事情,就拜托莫曉南和莫曉北拉" 額。! 曉南的心緊張起來(lái),曉北卻興奮了好久…。
"曉南,我們一起商量一下老師給我們布置的任務(wù)吧。"這回,曉南沒(méi)理由逃避。
"為什么躲著我"曉北直接了當(dāng)?shù)恼f(shuō)。"曉北?m看看這個(gè)地方…"曉南趕緊扯開(kāi)話題,"為什么躲著我" 曉北追問(wèn),
我總不能說(shuō)怕你喜歡上我吧。?
"曉北,我想你知道的。上回你給我的那封情書(shū)…"
"什么什么,什么情書(shū)啊"
"你寫(xiě)給我的"
"我給你寫(xiě)過(guò)情書(shū)。? 你開(kāi)玩笑。?"
今天,家電生產(chǎn)商在產(chǎn)品中集成了比以往任何時(shí)候更為豐富的用戶可選功能、更好的用戶界面以及更高的安全性。同時(shí),家電生產(chǎn)商也在尋求通過(guò)在線校準(zhǔn)等方法來(lái)提高產(chǎn)品的可制造性。而目前在線校準(zhǔn)仍然采用非常耗費(fèi)時(shí)間的機(jī)械調(diào)整方法。當(dāng)今的嵌入式控制器能夠?yàn)樵O(shè)計(jì)人員提供更為靈活的解決方案,幫助他們滿足這些不斷增加的要求。
因此,對(duì)于嵌入式半導(dǎo)體企業(yè)來(lái)說(shuō),家電市場(chǎng)正在飛速增長(zhǎng)。此外,最近嵌入式微控制器(單片機(jī))在系統(tǒng)級(jí)集成方面取得很大進(jìn)展,從而使嵌入式微控制器解決方案的總體系統(tǒng)成本降到了能夠與機(jī)械或簡(jiǎn)單模擬電路設(shè)計(jì)可比,甚至更為經(jīng)濟(jì)的程度。
傳統(tǒng)家電設(shè)計(jì)
傳統(tǒng)上家電行業(yè)是機(jī)械控制方式的天下。例如,洗衣機(jī)中的循環(huán)定時(shí)器或者基本家電控制系統(tǒng)中的基本簡(jiǎn)單模擬電路是整個(gè)系統(tǒng)的核心。
此類傳統(tǒng)機(jī)械和簡(jiǎn)單模擬設(shè)計(jì)存在的問(wèn)題是每個(gè)設(shè)計(jì)只針對(duì)一種應(yīng)用,限制了硬件設(shè)計(jì)的可重用性。此外,此類傳統(tǒng)系統(tǒng)的功能通常很有限,用戶界面比較原始,經(jīng)常是使用不方便。再加上生產(chǎn)線上煩瑣費(fèi)時(shí)的機(jī)械校準(zhǔn)要求,保證家電可靠性以及精度的總體成本變得很高。當(dāng)今的家電設(shè)計(jì)工程師不僅要平衡易用性、總體系統(tǒng)成本、安全性和耐用性,同時(shí)還必須保證設(shè)計(jì)出的產(chǎn)品能夠在激烈的競(jìng)爭(zhēng)中脫穎而出。特別是,現(xiàn)在的消費(fèi)者對(duì)于家電的要求是功能豐富,并且節(jié)能。結(jié)合多年的機(jī)械和模擬電路設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)以及目前成本和功能上可行的低成本易用嵌入式微控制器,設(shè)計(jì)工程師可以滿足所有這些要求。
本文主要探討了一些基于最新嵌入式微控制器的數(shù)字解決方案,為家電設(shè)計(jì)工程師的產(chǎn)品設(shè)計(jì)提供更多選擇。首先,我們簡(jiǎn)要討論一下什么是嵌入式控制以及嵌入式控制行業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)。接著,我們討論嵌入式微控制器技術(shù)能夠?yàn)榧译妿?lái)的新功能。這些新功能包括改進(jìn)基本的家電控制功能,更高的靈活性以及更友好的用戶界面。最后,本文還將討論如何在家電設(shè)計(jì)中將電子控制和機(jī)械部分完美結(jié)合起來(lái),同時(shí)還將討論與新的環(huán)境因素相關(guān)的挑戰(zhàn),以及家電設(shè)計(jì)的最新熱點(diǎn)一網(wǎng)絡(luò)和連接。
嵌入式控制技術(shù)
嵌入式控制是指利用嵌入在設(shè)備中的計(jì)算機(jī)(控制器)實(shí)現(xiàn)對(duì)洗衣機(jī)、熱水器、烤箱或其它家電設(shè)備的控制。嵌入式微控制器與桌面計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的微處理器類似,是嵌入式系統(tǒng)中的主要計(jì)算部件。不同之處是其擁有更多的輸入和輸出,可以用來(lái)“感知”外部世界的信息并做出“響應(yīng)”。
目前存在多種類型的嵌入式微控制器,從最基本的4位器件直到增強(qiáng)型64位器件。而其中一些8位混合信號(hào)微控制器的內(nèi)建外設(shè)和成本優(yōu)勢(shì)使其非常適用于眾多嵌入式控制系統(tǒng)和新的家電設(shè)計(jì)。
嵌入式控制發(fā)展趨勢(shì)
嵌入式控制器市場(chǎng)中的一個(gè)持續(xù)趨勢(shì)是為工程師提供綜合嵌入式設(shè)計(jì)解決方案,幫助他們降低總體系統(tǒng)成本并改善可制造性。對(duì)于目前的眾多家電設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō),功能豐富的8位嵌入式微控制器具有很高的成本效率?;旌闲盘?hào)微控制器設(shè)計(jì)總體系統(tǒng)成本的降低以及功能的進(jìn)步使得許多傳統(tǒng)的外部簡(jiǎn)單模擬器件已經(jīng)被整合到嵌入式微控制器中。這種集成使系統(tǒng)設(shè)計(jì)師可更好地組合利用數(shù)字控制器功能,以及模擬或機(jī)械器件。
這些新的綜合混合信號(hào)嵌入式控制器是傳統(tǒng)純數(shù)字處理器的進(jìn)步發(fā)展。此類新器件中集成的板上模擬外設(shè)包括比較器、運(yùn)算放大器、模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器、參考電壓源、脈寬調(diào)制器以及眾多通信外設(shè)。而所有這些都置于軟件的控制之下。
基本控制
通常,當(dāng)提起微控制器中,首先想到的都是系統(tǒng)級(jí)控制、定時(shí)、數(shù)學(xué)計(jì)算器、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)以及通信接口。微控制器的所有這些功能為家電設(shè)計(jì)人員提供了幾乎無(wú)限的新工具資源,從而可以改善家電產(chǎn)品的易用性和靈活性,同時(shí)還可以增強(qiáng)基本功能并滿足日益苛刻的安全要求。
這些嵌入式控制器支持增加定時(shí)事件,如當(dāng)電費(fèi)最低的時(shí)候打開(kāi)洗碗機(jī),或者利用先進(jìn)的馬達(dá)驅(qū)動(dòng)控制算法對(duì)家電的電動(dòng)馬達(dá)進(jìn)行動(dòng)態(tài)電源管理。因此,許多家電的基本控制也已經(jīng)達(dá)到一個(gè)新的水平。
用戶界面
嵌入式控制器可幫助設(shè)計(jì)工程師為家電消費(fèi)者設(shè)計(jì)出更先進(jìn)更易用的界面。現(xiàn)在的家電設(shè)計(jì)工程師需要面對(duì)大量的用戶輸入和反饋器件,它們提供實(shí)時(shí)的狀態(tài)更新,傳遞復(fù)雜的用戶選項(xiàng)或者為用戶提供危險(xiǎn)警告。發(fā)光二極管(LED)已經(jīng)被用于眾多家電設(shè)計(jì)中,但現(xiàn)在設(shè)計(jì)工程師走得更遠(yuǎn)了一步,可以利用液晶顯示屏或七段LED顯示來(lái)顯示用戶友好的數(shù)碼和字母文本。
這些顯示技術(shù),配合數(shù)字鍵盤(pán)甚至觸摸屏等輸入設(shè)備使用戶界面更直觀,更易于使用,同時(shí)還可以支持更復(fù)雜的任務(wù)。嵌入式微控制器甚至還可以利用警報(bào)音來(lái)獲得用戶有安全問(wèn)題或輸入不正確,或者利用語(yǔ)音命令來(lái)完成輸入。
機(jī)械電子技術(shù)
機(jī)械電子技術(shù)是傳統(tǒng)機(jī)械和新出現(xiàn)的嵌入式微控制器數(shù)字控制技術(shù)的融合。通過(guò)將傳統(tǒng)的機(jī)械子系統(tǒng)轉(zhuǎn)換為基于數(shù)字和模擬的系統(tǒng),機(jī)械電子技術(shù)為設(shè)計(jì)帶來(lái)了電子智能。與傳統(tǒng)機(jī)械或簡(jiǎn)單模擬設(shè)計(jì)相比,機(jī)械電子系統(tǒng)可以更精確的進(jìn)行控制和監(jiān)測(cè)。
同時(shí),管理部門(mén)的要求和消費(fèi)者的期望推動(dòng)了在電子技術(shù)在白色家電和廚房設(shè)備中的應(yīng)用。電子學(xué)技術(shù)能夠以比機(jī)械方式高得多的精度和準(zhǔn)確度測(cè)量和控制水溫、時(shí)間、渾濁度以及壓力。嵌入式微控制器輸出激勵(lì)控制繼電器、讀取開(kāi)關(guān)值、激勵(lì)電路并監(jiān)控系統(tǒng)故障,完成這些功能所需要的組件重量遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于機(jī)械方式。
結(jié)合傳統(tǒng)機(jī)械系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)以及嵌入式微控制器的控制能力,設(shè)計(jì)人員可以滿足要求苛刻的家電行業(yè)的需求,同時(shí)還可以增強(qiáng)產(chǎn)品功能和性能,使設(shè)計(jì)出的產(chǎn)品能夠從競(jìng)爭(zhēng)產(chǎn)品中脫穎而出。
環(huán)境因素
除了消費(fèi)者需要功能更豐富的家電以外,政府管理要求、環(huán)境以及節(jié)約成本等因素也推動(dòng)家電向更為節(jié)能的方向發(fā)展。這些要求有望使未來(lái)的家電更安全、更安靜、更節(jié)能和節(jié)水。
嵌入式微控制器可以監(jiān)控家電設(shè)備的能源使用情況、噪聲水平、耗水情況以及其它影響環(huán)境的因素?,F(xiàn)在,通過(guò)低成本嵌入式微控制器,家電設(shè)計(jì)工程師也可以分享到數(shù)字信號(hào)調(diào)理以及基于數(shù)學(xué)算法的控制系統(tǒng)(如功率因數(shù)校正和變頻算法)的進(jìn)步。低成本嵌入式微控制器可以提供更可靠的設(shè)計(jì)和更智能的故障恢復(fù)性能,因此工程師可以設(shè)計(jì)出更安全的家電設(shè)備(如烤箱或烤爐)。
連接功能
連接功能是指家電設(shè)備的遠(yuǎn)程通信能力,可以是接收故障排除診斷信息、改變家電設(shè)備設(shè)置,或者是集中控制能源使用情況。
計(jì)算機(jī)的存在提供了兩大主要優(yōu)點(diǎn):通信和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。通過(guò)提供多種通信能力,嵌入式控制技術(shù)為家電設(shè)計(jì)人員提供了這兩大特性。例如電力線 控制(PLC)、紅外(IR)通信、因特網(wǎng)協(xié)議訪問(wèn)(如TCP/IP),甚至利用射頻(RF)技術(shù)的無(wú)線控制。結(jié)合這些功能以及嵌入式微控制器在非易失性存儲(chǔ)器中存儲(chǔ)信息的能力,設(shè)計(jì)工程師可以方便地實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)診斷和校準(zhǔn)、用戶使用跟蹤、系統(tǒng)級(jí)監(jiān)控以及集中能源控制等系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。
如果洗衣機(jī)能夠從生產(chǎn)商的服務(wù)中心下載診斷信息,甚至能夠遠(yuǎn)程修正他們,不需要消費(fèi)者在家里等上好多個(gè)小時(shí)等服務(wù)人員上門(mén)來(lái)檢查,那么該有多么棒啊。
嵌入式控制器提供的另一種形式的設(shè)備內(nèi)連接是家電設(shè)備內(nèi)不同模塊間的通信,不需要布成本高并且經(jīng)常不可靠的線纜。例如,在用戶顯示板和洗衣機(jī)的馬達(dá)控制單元之間的連接。利用這種連接能力,設(shè)計(jì)人員還可以創(chuàng)建可在多個(gè)平臺(tái)上重利用的更為模塊化的設(shè)計(jì)。在現(xiàn)場(chǎng)維修時(shí),維修人員也可以更容易地更換這些模塊。
這些潛在的功能增強(qiáng)有望將今天的家電設(shè)計(jì)提升到一個(gè)新的水平。家電以及家電產(chǎn)品子模塊之間互相通信實(shí)現(xiàn)節(jié)能,通過(guò)在線服務(wù)保證家電存放,以及通過(guò)與遠(yuǎn)程維修服務(wù)中心的連接來(lái)保證可靠運(yùn)轉(zhuǎn)。未來(lái),消費(fèi)者將會(huì)把這些功能做為基本的要求,就象今天消費(fèi)者對(duì)于家庭或工作場(chǎng)所必須擁有寬帶或高速連接的要求一樣。
嵌入式控制器應(yīng)用舉例
下面,我們來(lái)看一下利用嵌入式微處理器實(shí)現(xiàn)增強(qiáng)功能的一些非?;镜募译娫O(shè)計(jì)實(shí)例。首先,我們看一下傳統(tǒng)家用機(jī)械式溫度控制裝置以及嵌入式微控制器如何為此類家用電器的設(shè)計(jì)帶來(lái)革命。然后,我們?cè)倏匆幌滦⌒偷统杀厩度胧轿⒖刂破魅绾螢闇乜仉姞t等設(shè)備增加基本的安全功能以及額外的控制精度。
機(jī)械式溫度控制
圖1是一個(gè)目前許多家庭中常見(jiàn)的典型機(jī)械式溫度控制裝置。完全機(jī)械式單元,沒(méi)有任何主動(dòng)式電子器件。
圖2顯示的是該機(jī)械式溫度控制裝置的基本框圖,以及所有內(nèi)部器件。通過(guò)左右滑動(dòng)機(jī)械控制桿,用戶可以設(shè)置所需要的溫度。室溫反饋機(jī)制就是一個(gè)簡(jiǎn)單的指釷指示器,連接到一個(gè)機(jī)械溫度傳感器來(lái)顯示溫度。一個(gè)類似的指示機(jī)構(gòu)用來(lái)顯示用戶設(shè)定的溫度。隨著溫度升降,溫度控制裝置斷開(kāi)或連接加熱單元的有線連接觸點(diǎn),從而實(shí)現(xiàn)溫度控制。具體是利用一個(gè)雙金屬?gòu)椈呻S著室溫的變化而產(chǎn)生形變來(lái)實(shí)現(xiàn)的。在這一單元中,連接到彈簧的機(jī)械式溫度指針臂是給用戶的反饋。刻度盤(pán)用來(lái)顯示所設(shè)定的溫度,而觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)則是到加熱單元的輸出。
要將機(jī)械式設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)換為基于嵌入式微控制器的解決方案,所有這些構(gòu)建單元都必須利用電子器件來(lái)代替。
圖3就是一個(gè)嵌入式控制系統(tǒng)。用戶反饋通過(guò)LCD顯示屏,用戶輸入則采用上/下按鈕以及滑動(dòng)開(kāi)關(guān),溫度測(cè)量利用低成本溫度傳感器實(shí)現(xiàn),加熱單元控制則利用金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)三極管(MOSFET)開(kāi)關(guān)實(shí)現(xiàn)。新的設(shè)計(jì)中,利用低成本嵌入式微控制器實(shí)現(xiàn)集中控制。
這一電子溫控器比機(jī)械式溫控器有以下方面的改進(jìn)。
首先,利用LCD顯示屏顯示信息,用戶可以看到有關(guān)加熱系統(tǒng)的更詳細(xì)信息。包括設(shè)定的溫度、當(dāng)前溫度、設(shè)備工作時(shí)的控制信息等等。
基于嵌入式微控制器的溫控器單元提供了更為準(zhǔn)確的溫度測(cè)量和控制功能。同時(shí)還設(shè)計(jì)工程師還可充分利用現(xiàn)在數(shù)學(xué)控制算法來(lái)提高溫度控制精度。該硬件單元可以很方便地改造用于不同的溫控應(yīng)用,因此消費(fèi)者可以根據(jù)其功能和成本偏好來(lái)選擇合適的單元。簡(jiǎn)單修改嵌入式微控制器軟件就可以實(shí)現(xiàn)更多增強(qiáng)功能,例如七天/多天定時(shí)器(相對(duì)于簡(jiǎn)單的每天定時(shí)),甚至可以實(shí)現(xiàn)“獨(dú)立區(qū)域控制”。
電爐等電炊具的溫度控制
電爐等電炊具的溫控開(kāi)關(guān)是另一個(gè)很好的例子,簡(jiǎn)單地增加一個(gè)極低成本的小型嵌入式微控制器就可以大幅提高設(shè)備的功能。
圖4顯示是一個(gè)目前廚房電炊具(如電爐、電煮鍋以及電炸鍋)中常用的典型可調(diào)節(jié)機(jī)械式溫控單元。該單元利用可調(diào)節(jié)的機(jī)械溫控器來(lái)調(diào)節(jié)電爐的熱量輸出。機(jī)械式溫控裝置的主要缺點(diǎn)包括必須在工廠進(jìn)行機(jī)械校準(zhǔn),性能差,精度低,并且容易磨損。
圖4中的機(jī)械式電爐溫度控制單元可以容易地轉(zhuǎn)換為簡(jiǎn)單的電子電路,如圖5所示,采用一個(gè)TRIAC(三端雙向可控硅)和一個(gè)電容性電源以及一個(gè)低成本微型控制器。與機(jī)械式溫控開(kāi)關(guān)相比,可控硅控制電路的優(yōu)點(diǎn)之一是可以實(shí)現(xiàn)更為精確的控制,因?yàn)榧訜釂卧且浴伴_(kāi)”和“關(guān)”的方式精確控制的,可以實(shí)現(xiàn)更好的溫度控制。這也意味著溫控單元不需要在工廠中校準(zhǔn),因?yàn)榧訜釂卧拈_(kāi)并是按照嚴(yán)格的時(shí)間周期進(jìn)行的。而且,即使長(zhǎng)時(shí)間使用,電路也不容易磨損。
讓我們看一下這一電路的內(nèi)部工作情況。這個(gè)基于嵌入式微控制器的電路采用相位或半波計(jì)數(shù)使TRIAC導(dǎo)通,從而使加熱單元工作。通過(guò)在每個(gè)半波的一部分時(shí)間內(nèi)使TRIAC(TRCl)導(dǎo)通,可以實(shí)現(xiàn)相位控制,與脈寬調(diào)制(PWM)類似。該方法的優(yōu)點(diǎn)是為負(fù)載提供功率的波型頻率沒(méi)有變化,仍然為交流電輸入頻率??刂萍訜釂卧獣r(shí),這一點(diǎn)并非必需的,但當(dāng)用于燈光控制時(shí)卻是絕對(duì)必需的,因?yàn)槿搜勰軌蚋惺艿竭@種頻率變化。
對(duì)于加熱單元這樣的負(fù)載,嵌入式微控制器在交流電輸入波形的過(guò)零點(diǎn)開(kāi)始使TRIAC導(dǎo)通整個(gè)周期。通過(guò)跳過(guò)半波周期來(lái)完成溫度或熱量控制。這一方法的優(yōu)點(diǎn)是可幫助減輕電磁干擾(EMI)以及反饋到電源線的噪聲輻射?;谇度胧轿⒖刂破鞯碾姞t還可以增加多種其它功能,而這些在采用機(jī)械式溫控開(kāi)關(guān)時(shí)是不可能的。例如,對(duì)于用于煮或燉的電爐產(chǎn)品來(lái)說(shuō),沸騰點(diǎn)控制通常會(huì)滯后,但對(duì)于嵌入式設(shè)計(jì),可以更準(zhǔn)確地控制沸騰點(diǎn)。新設(shè)計(jì)還提供了安全功能,例如,當(dāng)烹調(diào)完畢后,如果用戶忘記關(guān)閉電源,那么系統(tǒng)可以自動(dòng)將其關(guān)閉,甚至還可以提醒用戶爐子仍在通電,整個(gè)電爐還是熱的。增加一個(gè)簡(jiǎn)單的溫度傳感器就可以提供準(zhǔn)確的溫度控制,同時(shí)利用數(shù)學(xué)算法還可以提高能源效率。
其它優(yōu)勢(shì)
嵌入式微控制器不僅可以提高家用電器的整體性能和可靠性,而且還可幫助產(chǎn)品從競(jìng)爭(zhēng)中脫穎而出。例如,不僅僅局限于提供功能有限、成本具有競(jìng)爭(zhēng)力的電爐產(chǎn)品,通過(guò)在家電產(chǎn)品中利用嵌入式微控制器,家電生產(chǎn)商還可以提供具有更高能源效率以及安全功能的產(chǎn)品。基于嵌入式微控制器的新設(shè)計(jì)還支持設(shè)計(jì)基于同樣同樣硬件設(shè)計(jì)的多種平臺(tái)產(chǎn)品,功能差異通過(guò)嵌入式微控制器軟件編碼實(shí)現(xiàn)。
基于嵌入式微控制器的智能電路還可改善家電產(chǎn)品的可制造性,減少了生產(chǎn)線上機(jī)械器件成本高昂且耗時(shí)的校正過(guò)程。同時(shí),今天的消費(fèi)者對(duì)于環(huán)境問(wèn)題更為關(guān)注。再加上新的政府管制要求,對(duì)于安全和環(huán)境友好的要求也越來(lái)越高。
結(jié)語(yǔ)
太史公在人物的外貌描寫(xiě)之中包含著鮮明的道德評(píng)價(jià)。這主要表現(xiàn)于下列方面。
人物外貌描寫(xiě)的丑惡化。殘暴的君主具有暴戾的品質(zhì),其外貌與品質(zhì)往往高度匹配?!肚厥蓟时炯o(jì)》通過(guò)尉繚之口描寫(xiě)秦始皇外貌及個(gè)性:“秦王為人,蜂準(zhǔn),長(zhǎng)目,鷙鳥(niǎo)膺,豺聲,少恩而虎狼心?!鼻赝踬蜗蟊艾?高鼻梁,細(xì)長(zhǎng)的眼睛,鳥(niǎo)一樣的胸膛,豺狼一樣的聲音,刻薄寡恩,心如虎狼。尉繚是秦王近側(cè)輔佐秦王奪取天下的軍事家,對(duì)秦王外貌的描述應(yīng)當(dāng)十分準(zhǔn)確。秦始皇如此兇神惡煞的形象與其殘忍刻薄的個(gè)性完全吻合。秦始皇種種倒行逆施使得天怒人怨:為禁止儒生議政,焚書(shū)坑儒,濫殺無(wú)辜;為追求個(gè)人享樂(lè),修筑宮殿,充實(shí)后宮;為保持死后榮華,建造陵墓,濫用民力……被天下人視為?!妒酚洝分?長(zhǎng)相同樣兇惡的,還有楚成王太子商臣、越王勾踐等?!冻兰摇分械某赏跆由坛肌胺淠慷蚵暋?《越王勾踐世家》中的勾踐“為人長(zhǎng)頸鳥(niǎo)喙”。司馬遷將這些人物的容貌丑惡化,意圖告訴人們,丑陋的容貌,殘忍的心靈,暴虐的行為,三者之間是完全相通的。
人物外貌描寫(xiě)的個(gè)性化。五官或肢體有著奇異特征,所謂天下皆無(wú),此人獨(dú)有。太史公極力描寫(xiě)歷史人物的獨(dú)特外貌,這種獨(dú)特外貌甚至在重大歷史場(chǎng)合發(fā)揮出特殊的威力。在強(qiáng)秦的戰(zhàn)爭(zhēng)中,在長(zhǎng)達(dá)四年的楚漢戰(zhàn)爭(zhēng)中,項(xiàng)羽破釜沉舟,聲威赫赫,拔山扛鼎,霸氣沖天。對(duì)這樣一個(gè)歷史人物,《項(xiàng)羽本紀(jì)》的外貌描寫(xiě)十分有趣:“吾聞之周生曰‘舜目蓋重瞳子’,又聞‘項(xiàng)羽亦重瞳子’。羽豈其苗裔邪?”“重瞳子”即兩只眼睛中都有兩個(gè)眸子。這與項(xiàng)羽剛烈勇猛、力敵萬(wàn)人的形象十分相稱。讀過(guò)《項(xiàng)羽本紀(jì)》的人不會(huì)忘記這樣的鏡頭。秦楚巨鹿之戰(zhàn),諸侯作壁上觀。項(xiàng)羽大破秦軍,“召見(jiàn)諸侯將,入轅門(mén),無(wú)不膝行而前,莫敢仰視”。“莫敢仰視”的,當(dāng)是項(xiàng)羽精光四射、神威內(nèi)蘊(yùn)的“重瞳子”。楚漢東城快戰(zhàn),“是時(shí),赤泉侯為騎將,追項(xiàng)王,項(xiàng)王目而叱之,赤泉侯人馬俱驚,辟易數(shù)里”。項(xiàng)王目,敵將竟“辟易數(shù)里”,“重瞳子”這種奇特外貌的震懾作用可以想見(jiàn)。《晉世家》中的晉公子重耳天生“駢脅”(肋骨連成一片),沐浴時(shí)不愿被曹共公窺視而逃出曹國(guó)。這是由奇特身體引發(fā)的一場(chǎng)外交風(fēng)波?!独顚④娏袀鳌分械睦顝V,“為人長(zhǎng),猿臂,其善射亦天性也”。李廣體型高大,手臂很長(zhǎng)。這種天生的身體優(yōu)勢(shì)導(dǎo)致李廣百發(fā)百中且力度驚人,被胡人稱為“飛將軍”。李廣的“猿臂”天下人無(wú)法企及,是其“善射”的必備條件。
人物外貌描寫(xiě)的崇高化?!陡咦姹炯o(jì)》記錄漢高祖劉邦外貌:“隆準(zhǔn)而龍顏,美髯須,左股有七十二黑子。”高鼻梁,像龍一樣豐滿的額角,漂亮的須髯,左腿上有七十二顆黑痣。對(duì)劉邦的這種描寫(xiě)完全是正面的。仁厚愛(ài)人,胸襟開(kāi)闊,志向遠(yuǎn)大,擅長(zhǎng)用人,最后登上帝位,建立漢朝,劉邦在中國(guó)歷史上立下了豐功偉績(jī)?!妒酚洝穼?duì)劉邦外貌的描寫(xiě)與太史公對(duì)漢高祖的評(píng)判是一致的。不僅如此,《史記》還用一系列手法從正面?zhèn)让孀寗钚蜗蟪绺呋睢俺耐鯆?、武?fù)貰酒,醉臥,王媼、武負(fù)見(jiàn)其上常有龍,怪之”(《高祖本紀(jì)》)?!俄?xiàng)羽本紀(jì)》錄范增之言:“吾令人望其氣,皆為龍虎,成五采,此天子氣也?!薄囤w世家》中的趙武靈王胡服騎射,修治長(zhǎng)城,北御匈奴,西抗強(qiáng)秦,使趙國(guó)盛極一時(shí)。趙武靈王身材偉岸,秦昭王即“怪其狀甚偉,非人臣之度”。《田敬仲完世家》中的齊太子法章,在齊國(guó)被燕國(guó)攻破之后隱姓埋名逃匿于太史敫家,“太史敫女奇法章?tīng)蠲?以為非恒人”,田單復(fù)齊后迎立法章為齊襄王,振興了齊國(guó)。透過(guò)外貌描寫(xiě),可以感覺(jué)到太史公對(duì)這些人物的推崇態(tài)度。
人物外貌描寫(xiě)的虛擬化。中古近古的人物,其形貌已難以捉摸,太史公往往虛筆寫(xiě)其貌,健筆繪其神。《五帝本紀(jì)》中的唐堯是古代的圣人:“就之如日,望之如云,富而不驕,貴而不舒,黃收純衣,彤車乘白馬?!比藗冏冯S堯如同追隨太陽(yáng),期待堯如同期待祥云,堯富有而不驕縱,顯貴而不傲慢,頭戴紅色冠冕,身穿黑色衣服,乘坐紅色車子,駕馭強(qiáng)壯白馬。這應(yīng)當(dāng)是擬想中的古代賢君形象?!犊鬃邮兰摇分械目鬃?“生而首上圩頂,故因名曰丘”,“長(zhǎng)九尺有六寸,人皆謂之‘長(zhǎng)人’而異之”。這是寫(xiě)實(shí)性的描寫(xiě),尚看不出圣人之圣。而在鄭國(guó)人眼中,“其顙似堯,其項(xiàng)類皋陶,其肩類子產(chǎn),然自要以下不及禹三寸”??鬃拥念~頭像唐堯,脖子像皋陶,兩肩像子產(chǎn),然而從腰以下比夏禹差三寸??鬃有误w高大,容貌也許不是十分端莊,但太史公以虛筆寫(xiě)出其個(gè)性,對(duì)其品質(zhì)作了充分肯定。這就是所謂圣人之相了。
人物外貌描寫(xiě)的故事化。這里所說(shuō)的“故事化”指的是外貌描寫(xiě)在情節(jié)發(fā)展中起到必不可少的作用。這是《刺客列傳》中的兩個(gè)例子。晉人豫讓曾事智伯,為智伯所重。趙襄子殺掉智伯,豫讓謀刺趙襄子為主人報(bào)仇。先是“變姓名為刑人,入宮涂廁”,為趙襄子所察。獲釋之后,“漆身為厲,吞炭為啞”,即身上涂漆,皮膚生瘡,吞木炭變成啞巴,目的是使自己的形貌變得世人無(wú)從辨認(rèn)。復(fù)為趙襄子識(shí)破自殺。聶政受嚴(yán)仲子重托,刺殺權(quán)臣俠累之后,“皮面決眼,自屠出腸”,即削爛面皮,挖出眼珠,破肚出腸,目的是避免世人知悉自己身份,達(dá)到保護(hù)家人的目的。這些動(dòng)魄驚心的描寫(xiě)顯然成為故事情節(jié)的一個(gè)組成部分。
極少有歷史著作如《史記》一樣,進(jìn)行如此畫(huà)龍點(diǎn)睛式的成功外貌描寫(xiě)。太史公重視外貌描寫(xiě),與戰(zhàn)國(guó)秦漢時(shí)期相面之術(shù)的興旺發(fā)達(dá)不無(wú)關(guān)系。司馬遷“先黃老后六經(jīng)”(班固《漢書(shū)?司馬遷傳》),崇奉道家思想,也就相信人的長(zhǎng)相骨骼與性格命運(yùn)密切相關(guān),從一個(gè)人的長(zhǎng)相可以預(yù)言其未來(lái)命運(yùn)。戰(zhàn)國(guó)秦漢之際,有許多著名的相術(shù)家,他們成功的相人事例更使得人們對(duì)看相之術(shù)深信不疑。《范雎蔡澤列傳》中,唐舉給蔡澤相面:“先生曷鼻,巨肩,魑顏,蹙躺,膝攣。吾聞圣人不相,殆先生乎?”鼻孔朝天,肩膀聳起,臉盤(pán)寬大,鼻梁凹陷,兩膝蜷曲,此即“圣人不相”。蔡澤心知這是唐舉在開(kāi)玩笑,于是問(wèn)壽命幾何,得知自己還能活四十三年。后蔡澤果入秦為相,盡享富貴。劉邦的岳丈呂公,“好相人,見(jiàn)高祖狀貌,因重敬之”(《高祖本紀(jì)》),不顧家人反對(duì),以女呂雉妻劉邦,漢興,呂雉成為權(quán)傾天下的呂太后。《陳丞相世家》中的陳平為“美丈夫,如冠玉”。陳平欲娶富人張負(fù)孫女為妻,負(fù)子不許,負(fù)曰:“人固有好美如陳平而長(zhǎng)貧賤乎?”后來(lái)陳平果然功成名就。唐舉、呂公、張負(fù)之類,相人準(zhǔn)確,影響甚大。在這種社會(huì)風(fēng)氣的熏染之下,著作歷史也不能不受影響。司馬遷的高明之處在于,不但將歷史人物的容貌長(zhǎng)相與性格命運(yùn)記錄了下來(lái),而且在外貌之奇的“奇”字上做足了文章。