时间：2023-04-24 17:36:46
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TOPSwithⅡ
TheWayofQuickDesignforSinglechipSwitchingPowerSupplyAbctract:Threeendssinglechipswitchingpowersupplyisnewtypeswitchingpowersupplycorewhichhasbeenpopularsince1990.Thispaperintroducesquickdesignforsinglechipswitchingpowersupply.
Keywords:Singlechipswitchingpowersupply,Quickdesign,TopswithⅡ
在设计开关电源时，首先面临的问题是如何选择合适的单片开关电源芯片，既能满足要求，又不因选型不当而造成资源的浪费。然而，这并非易事。原因之一是单片开关电源现已形成四大系列、近70种型号，即使采用同一种封装的不同型号，其输出功率也各不相同；原因之二是选择芯片时，不仅要知道设计的输出功率PO，还必须预先确定开关电源的效率η和芯片的功率损耗PD，而后两个特征参数只有在设计安装好开关电源时才能测出来，在设计之前它们是未知的。
下面重点介绍利用TOPSwitch－II系列单片开关电源的功率损耗（PD）与电源效率（η）、输出功率（PO）关系曲线，快速选择芯片的方法，可圆满解决上述难题。在设计前，只要根据预期的输出功率和电源效率值，即可从曲线上查出最合适的单片开关电源型号及功率损耗值，这不仅简化了设计，还为选择散热器提
η/％(Uimin=85V)
中图法分类号：TN86文献标识码：A文章编码：02192713(2000)0948805
PO/W
图1宽范围输入且输出为5V时PD与η，PO的关系曲线
图2宽范围输入且输出为12V时PD与η，PO的关系曲线
图3固定输入且输出为5V时PD与η，PO的关系曲线
供了依据。
1TOPSwitch－II的PD与η、PO关系曲线
TOPSwitch－II系列的交流输入电压分宽范围输入（亦称通用输入），固定输入（也叫单一电压输入）两种情况。二者的交流输入电压分别为Ui=85V～265V，230V±15％。
1．1宽范围输入时PD与η，PO的关系曲线
TOP221～TOP227系列单片开关电源在宽范围输入（85V～265V）的条件下，当UO=＋5V或者＋12V时，PD与η、PO的关系曲线分别如图1、图2所示。这里假定交流输入电压最小值Uimin=85V，最高
η/％(Uimin=85V)
η/％(Uimin=195V)
交流输入电压Uimax=265V。图中的横坐标代表输出功率PO，纵坐标表示电源效率η。所画出的7条实线分别对应于TOP221～TOP227的电源效率，而15条虚线均为芯片功耗的等值线（下同）。
1．2固定输入时PD与η、PO的关系曲线
TOP221～TOP227系列在固定交流输入（230V±15％）条件下，当UO=＋5V或＋12V时，PD与η、PO的关系曲线分别如图3、图4所示。这两个曲线族对于208V、220V、240V也同样适用。现假定Uimin=195V,Uimax=265V。
2正确选择TOPSwitch－II芯片的方法
利用上述关系曲线迅速确定TOPSwitch－II芯片型号的设计程序如下：
（1）首先确定哪一幅曲线图适用。例如，当Ui=85V～265V，UO=＋5V时，应选择图1。而当Ui=220V(即230V－230V×4.3％)，UO=＋12V时，就只能选图4；
（2）然后在横坐标上找出欲设计的输出功率点位置（PO）；
（3）从输出功率点垂直向上移动，直到选中合适芯片所指的那条实曲线。如不适用，可继续向上查找另一条实线；
（4）再从等值线（虚线）上读出芯片的功耗PD。进而还可求出芯片的结温（Tj）以确定散热片的大小；
（5）最后转入电路设计阶段，包括高频变压器设计，元器件参数的选择等。
下面将通过3个典型设计实例加以说明。
例1：设计输出为5V、300W的通用开关电源
通用开关电源就意味着交流输入电压范围是85V～265V。又因UO=＋5V，故必须查图1所示的曲线。首先从横坐标上找到PO=30W的输出功率点，然后垂直上移与TOP224的实线相交于一点，由纵坐标上查出该点的η=71.2％，最后从经过这点的那条等值线上查得PD=2.5W。这表明，选择TOP224就能输出30W功率，并且预期的电源效率为71.2％,芯片功耗为2.5W。
若觉得η=71.2％的效率指标偏低，还可继续往上查找TOP225的实线。同理，选择TOP225也能输出30W功率，而预期的电源效率将提高到75％，芯片功耗降至1.7W。
根据所得到的PD值，进而可完成散热片设计。这是因为在设计前对所用芯片功耗做出的估计是完全可信的。
例2：设计交流固定输入230V±15％，输出为直流12V、30W开关电源。
图4固定输入且输出为12V时PD与η，PO的关系曲线
η/％(Uimin=195V)
图5宽范围输入时K与Uimin′的关系
图6固定输入时K与Uimin′的关系
根据已知条件，从图4中可以查出，TOP223是最佳选择，此时PO=30W，η=85.2％，PD=0.8W。
例3：计算TOPswitch－II的结温
这里讲的结温是指管芯温度Tj。假定已知从结到器件表面的热阻为RθA(它包括TOPSwitch－II管芯到外壳的热阻Rθ1和外壳到散热片的热阻Rθ2)、环境温度为TA。再从相关曲线图中查出PD值，即可用下式求出芯片的结温：
Tj=PD·RθA＋TA(1)
举例说明，TOP225的设计功耗为1.7W，RθA=20℃/W，TA=40℃，代入式（1）中得到Tj=74℃。设计时必须保证，在最高环境温度TAM下，芯片结温Tj低于100℃，才能使开关电源长期正常工作。
3根据输出功率比来修正等效输出功率等参数
3．1修正方法
如上所述，PD与η，PO的关系曲线均对交流输入电压最小值作了限制。图1和图2规定的Uimin=85V，而图3与图4规定Uimin=195V（即230V－230V×15％）。若交流输入电压最小值不符合上述规定，就会直接影响芯片的正确选择。此时须将实际的交流输入电压最小值Uimin′所对应的输入功率PO′，折算成Uimin为规定值时的等效功率PO，才能使用上述4图。折算系数亦称输出功率比（PO′/PO）用K表示。TOPSwitch－II在宽范围输入、固定输入两种情况下，K与U′min的特性曲线分别如图5、图6中的实线所示。需要说明几点：
（1）图5和图6的额定交流输入电压最小值Uimin依次为85V，195V，图中的横坐标仅标出Ui在低端的电压范围。
（2）当Uimin′>Uimin时K>1，即PO′>PO，这表明原来选中的芯片此时已具有更大的可用功率，必要时可选输出功率略低的芯片。当Uimin′（3）设初级电压为UOR，其典型值为135V。但在Uimin′<85V时，受TOPSwitch－II调节占空比能力的限制，UOR会按线性规律降低UOR′。此时折算系数K="UOR′"/UOR<1。图5和图6中的虚线表示UOR′/UOR与Uimin′的特性曲线，利用它可以修正初级感应电压值。
现将对输出功率进行修正的工作程序归纳如下：
（1）首先从图5、图6中选择适用的特性曲线，然后根据已知的Uimin′值查出折算系数K。
（2）将PO′折算成Uimin为规定值时的等效功率PO，有公式
PO=PO′/K（2）
（3）最后从图1～图4中选取适用的关系曲线，并根据PO值查出合适的芯片型号以及η、PD参数值。
下面通过一个典型的实例来说明修正方法。
例4：设计12V，35W的通用开关电源
已知Uimin=85V，假定Uimin′=90％×115V=103.5V。从图5中查出K=1.15。将PO′=35W、K=1.15一并代入式（2）中，计算出PO=30.4W。再根据PO值，从图2上查出最佳选择应是TOP224型芯片，此时η=81.6％，PD=2W。
若选TOP223，则η降至73.5％,PD增加到5W，显然不合适。倘若选TOP225型，就会造成资源浪费，因为它比TOP224的价格要高一些，且适合输出40W～60W的更大功率。
3．2相关参数的修正及选择
（1）修正初级电感量
在使用TOPSwitch－II系列设计开关电源时，高频变压器以及相关元件参数的典型情况见表1，这些数值可做为初选值。当Uimin′LP′=KLP（3）
查表1可知，使用TOP224时，LP=1475μH。当K=1.15时，LP′=1.15×1475=1696μH。
表2光耦合器参数随Uimin′的变化
最低交流输入电压Uimin(V)85195
LED的工作电流IF（mA）3.55.0
光敏三极管的发射极电流IE（mA）3.55.0
【关键词】DC/DC变换器、PWM控制、整流、滤波。
Abstract
Inthispaper,Idesignedaswitchpowersupplysystemwiththreeoutputs:Comparetheswitchpowerwithlinearpoweratfirst,hassummarizedtheadvantageoftheswitchpower,havedescribeditspresentdevelopmentandtherearenaturalquestionsindevelopment.Onthebasisofthethingthatthewholestructuretotheswitchpowerhasmadeanintroduction,tothemainreturncircuitandcontrollingthereturncircuittodesignoftheswitchpower:Therectificationcircuitadoptsthesingle-phasebridgetypeinthemainreturncircuit,thepowerchangesthecircuitandadoptsanddefiesthepowertochangethecircuit,realizebyincreasingthewindingofonepairofsidessingleandwellthatmanywaysareexported,itisakeypartoftheswitchpowersupplythatthepowerchangescircuit(DC/DCtransformer),havedesignedthispartespecially;ThecontrolcircuitadoptsPWMtocontrol,thecontrolleradoptstheswitchpowerintegratedcontrollerGW1524,designthecircuittomeasurevoltageandthecircuittoelmeasureectriccurrent,selectingtypeofcalculatingandcarryingonthecomponentsandpartstheparameterofeachpart.
Keyword：DC/DCtransformer,PWMcontrol,rectification,strainingwaves.
1概述
电子设备都离不开可靠的电源，进入80年代计算机电源全面实现了开关电源化，率先完成计算机的电源换代，进入90年代开关电源相继进入各种电子、电器设备领域，程控交换机、通讯、电子检测设备电源、控制设备电源等都已广泛地使用了开关电源，更促进了开关电源技术的迅速发展。
1.1开关电源的基本原理
开关电源就是采用功率半导体器件作为开关元件，通过周期性通断开关，控制开关元件的占空比调整输出电压，开关电源的基本构成如图1-1所示，DC-DC变换器是进行功率变换的器件，是开关电源的核心部件，此外还有启动电路、过流与过压保护电路、噪声滤波器等组成部分。反馈回路检测其输出电压，并与基准电压比较，其误差通过误差放大器进行放大，控制脉宽调制电路，再经过驱动电路控制半导体开关的通断时间，从而调整输出电压。
1.2开关电源与线性电源的比较
是先将交流电经过变压器变压，再经过整流电路整流滤波得到未稳定的直流电压，要达到高精度的直流电压，必须经过电压反馈调整输出电压。它的缺点是需要庞大而笨重的变压器，所需的滤波电容的体积和重量也相当大，而且电压反馈电路是工作在线性状态，调整管上有一定的电压降，在输出较大工作电流时，致使调整管的功耗太大，转换效率低，还要安装很大的散热片。这种电源不适合计算机等设备的需要，将逐步被开关电源所取代。
1.3开关电源的发展与应用
当前,开关电源新技术产品正在向以下"四化"的方向发展:应用技术的高频化;硬件结构的模块化;软件控制的数字化;产品性能的绿色化。由此,新一代开关电源产品的技术含量大大提高,使之更加可靠、成熟、经济、实用。
开关电源高频化是其发展的方向，高频化使开关电源小型化，并使开关电源进入更广泛的应用领域，特别是在高新技术领域的应用，推动了高新技术产品的小型化、轻便化。
近年,有些公司把开关器件的驱动保护电路也装到功率模块中去,构成了"智能化"功率模块(IPM),这样缩小了整机的体积,方便了整机设计和制造。为了提高系统的可靠性,有些制造商开发了"用户专用"功率模块(ASPM),它把一台整机的几乎所有硬件都以芯片的形式安装到一个模块中,使元器件间不再有传统的引线相连,这样的模块经过严格、合理的、热、电、机械方面的设计,达到优化完善的境地。
开关电源是一种采用开关方式控制的直流稳定电源,它以小型、轻量和高效率的特点被广泛应用于以电子计算机为主导的各种终端设备、通信设备等几乎所有的电子设备,是当今电子信息产业飞速发展不可缺少的一种电源方式。而当我们把开关电源的研究扩大到可调高电压、大电流时,以及将研究新技术应用于DC/AC变换器,即开拓了大功率应用领域,又使开关电源的应用范围扩大到了从发电厂设备至家用电器的所有应用电力、电子技术的电气工程领域。作为节能、节材、自动化、智能化、机电一体化的基础的开关电源,它的产品展现了广阔的市场前景。例如,发电厂的贮能发电设备、直流输电系统、动态无功补偿、机车牵引、交直流电机传动、不停电电源、汽车电子化、开关电源、中高频感应加热设备以及电视、通讯、办公自动化设备等。
1.4开关电源当前存在的问题
当我们对该技术进行深入研究后却发现它仍然存在着一些问题需要解决，而且有的问题还带有全局性：采用定频调宽的控制方式来设计电源，都以输出功率最大时所需的续流时间为依据来预留开关截止时间的，则负载所需的功率小于电源的最大输出功率时就必然造成了工作电流的不连续；"反峰电压"是开关导通期间存入高频变压器的励磁能量在开关关断时的一种表现，而励磁能量只能在、也必须在开关关断后的截止期间处理掉，既能高效处理励磁能量又能有效限制反峰电压的办法是存在的，那就是要及时地为励磁能量提供一个"低阻抗通道"，并且为励磁能量的通过提供一段时间，但"单调"控制方法不具备这一条件；高频变压器的磁通复位问题；传统的电流取样方法是在功率回路中串联电阻，效率不高，这个问题向来是电源技术，尤其是以小体积、高功率密度见长的开关电源技术发展的"瓶颈"；高频开关电源的并联同步输出问题。
以上的问题看似彼此独立，其实它们之间存在着一定的关联性解决这些问题，也许还是一条艰难而漫长的路。
2整流电路的设计
整流是将交流电变成脉动直流电的过程。电源变压器输出的交流电经整流电路得到一个大小变化但方向不变的脉动直流电。整流电路是由具有单向导电性的元件例如二极管、晶间管等整流元件组成的。
2.1整流电路的选择
单相整流电路有两种：电容输入型电路和扼流圈输入型电路
电容输入型的基本电路如图2-1：（a）为半波整流电路（b）为中间抽头的全波整流电路（c）桥式整流电路（d）倍压整流电路。
TOPSwithⅡ
TheWayofQuickDesignforSinglechipSwitchingPowerSupplyAbctract:Threeendssinglechipswitchingpowersupplyisnewtypeswitchingpowersupplycorewhichhasbeenpopularsince1990.Thispaperintroducesquickdesignforsinglechipswitchingpowersupply.
Keywords:Singlechipswitchingpowersupply,Quickdesign,TopswithⅡ
在设计开关电源时，首先面临的问题是如何选择合适的单片开关电源芯片，既能满足要求，又不因选型不当而造成资源的浪费。然而，这并非易事。原因之一是单片开关电源现已形成四大系列、近70种型号，即使采用同一种封装的不同型号，其输出功率也各不相同；原因之二是选择芯片时，不仅要知道设计的输出功率PO，还必须预先确定开关电源的效率η和芯片的功率损耗PD，而后两个特征参数只有在设计安装好开关电源时才能测出来，在设计之前它们是未知的。
下面重点介绍利用TOPSwitch－II系列单片开关电源的功率损耗（PD）与电源效率（η）、输出功率（PO）关系曲线，快速选择芯片的方法，可圆满解决上述难题。在设计前，只要根据预期的输出功率和电源效率值，即可从曲线上查出最合适的单片开关电源型号及功率损耗值，这不仅简化了设计，还为选择散热器提
η/％(Uimin=85V)
中图法分类号：TN86文献标识码：A文章编码：02192713(2000)0948805
PO/W
供了依据。
1TOPSwitch－II的PD与η、PO关系曲线
TOPSwitch－II系列的交流输入电压分宽范围输入（亦称通用输入），固定输入（也叫单一电压输入）两种情况。二者的交流输入电压分别为Ui=85V～265V，230V±15％。
1．1宽范围输入时PD与η，PO的关系曲线
TOP221～TOP227系列单片开关电源在宽范围输入（85V～265V）的条件下，当UO=＋5V或者＋12V时，PD与η、PO的关系曲线分别如图1、图2所示。这里假定交流输入电压最小值Uimin=85V，最高
η/％(Uimin=85V)
η/％(Uimin=195V)
交流输入电压Uimax=265V。图中的横坐标代表输出功率PO，纵坐标表示电源效率η。所画出的7条实线分别对应于TOP221～TOP227的电源效率，而15条虚线均为芯片功耗的等值线（下同）。
1．2固定输入时PD与η、PO的关系曲线
TOP221～TOP227系列在固定交流输入（230V±15％）条件下，当UO=＋5V或＋12V时，PD与η、PO的关系曲线分别如图3、图4所示。这两个曲线族对于208V、220V、240V也同样适用。现假定Uimin=195V,Uimax=265V。
2正确选择TOPSwitch－II芯片的方法
利用上述关系曲线迅速确定TOPSwitch－II芯片型号的设计程序如下：
（1）首先确定哪一幅曲线图适用。例如，当Ui=85V～265V，UO=＋5V时，应选择图1。而当Ui=220V(即230V－230V×4.3％)，UO=＋12V时，就只能选图4；
（2）然后在横坐标上找出欲设计的输出功率点位置（PO）；
（3）从输出功率点垂直向上移动，直到选中合适芯片所指的那条实曲线。如不适用，可继续向上查找另一条实线；
（4）再从等值线（虚线）上读出芯片的功耗PD。进而还可求出芯片的结温（Tj）以确定散热片的大小；
（5）最后转入电路设计阶段，包括高频变压器设计，元器件参数的选择等。
下面将通过3个典型设计实例加以说明。
例1：设计输出为5V、300W的通用开关电源
通用开关电源就意味着交流输入电压范围是85V～265V。又因UO=＋5V，故必须查图1所示的曲线。首先从横坐标上找到PO=30W的输出功率点，然后垂直上移与TOP224的实线相交于一点，由纵坐标上查出该点的η=71.2％，最后从经过这点的那条等值线上查得PD=2.5W。这表明，选择TOP224就能输出30W功率，并且预期的电源效率为71.2％,芯片功耗为2.5W。
若觉得η=71.2％的效率指标偏低，还可继续往上查找TOP225的实线。同理，选择TOP225也能输出30W功率，而预期的电源效率将提高到75％，芯片功耗降至1.7W。
根据所得到的PD值，进而可完成散热片设计。这是因为在设计前对所用芯片功耗做出的估计是完全可信的。
根据已知条件，从图4中可以查出，TOP223是最佳选择，此时PO=30W，η=85.2％，PD=0.8W。
例3：计算TOPswitch－II的结温
这里讲的结温是指管芯温度Tj。假定已知从结到器件表面的热阻为RθA(它包括TOPSwitch－II管芯到外壳的热阻Rθ1和外壳到散热片的热阻Rθ2)、环境温度为TA。再从相关曲线图中查出PD值，即可用下式求出芯片的结温：
Tj=PD·RθA＋TA(1)
举例说明，TOP225的设计功耗为1.7W，RθA=20℃/W，TA=40℃，代入式（1）中得到Tj=74℃。设计时必须保证，在最高环境温度TAM下，芯片结温Tj低于100℃，才能使开关电源长期正常工作。
3根据输出功率比来修正等效输出功率等参数
3．1修正方法
如上所述，PD与η，PO的关系曲线均对交流输入电压最小值作了限制。图1和图2规定的Uimin=85V，而图3与图4规定Uimin=195V（即230V－230V×15％）。若交流输入电压最小值不符合上述规定，就会直接影响芯片的正确选择。此时须将实际的交流输入电压最小值Uimin′所对应的输入功率PO′，折算成Uimin为规定值时的等效功率PO，才能使用上述4图。折算系数亦称输出功率比（PO′/PO）用K表示。TOPSwitch－II在宽范围输入、固定输入两种情况下，K与U′min的特性曲线分别如图5、图6中的实线所示。需要说明几点：
（1）图5和图6的额定交流输入电压最小值Uimin依次为85V，195V，图中的横坐标仅标出Ui在低端的电压范围。
（2）当Uimin′>Uimin时K>1，即PO′>PO，这表明原来选中的芯片此时已具有更大的可用功率，必要时可选输出功率略低的芯片。当Uimin′（3）设初级电压为UOR，其典型值为135V。但在Uimin′<85V时，受TOPSwitch－II调节占空比能力的限制，UOR会按线性规律降低UOR′。此时折算系数K="UOR′"/UOR<1。图5和图6中的虚线表示UOR′/UOR与Uimin′的特性曲线，利用它可以修正初级感应电压值。
现将对输出功率进行修正的工作程序归纳如下：
（1）首先从图5、图6中选择适用的特性曲线，然后根据已知的Uimin′值查出折算系数K。
（2）将PO′折算成Uimin为规定值时的等效功率PO，有公式
PO=PO′/K（2）
（3）最后从图1～图4中选取适用的关系曲线，并根据PO值查出合适的芯片型号以及η、PD参数值。
下面通过一个典型的实例来说明修正方法。
例4：设计12V，35W的通用开关电源
已知Uimin=85V，假定Uimin′=90％×115V=103.5V。从图5中查出K=1.15。将PO′=35W、K=1.15一并代入式（2）中，计算出PO=30.4W。再根据PO值，从图2上查出最佳选择应是TOP224型芯片，此时η=81.6％，PD=2W。
若选TOP223，则η降至73.5％,PD增加到5W，显然不合适。倘若选TOP225型，就会造成资源浪费，因为它比TOP224的价格要高一些，且适合输出40W～60W的更大功率。
3．2相关参数的修正及选择
（1）修正初级电感量
在使用TOPSwitch－II系列设计开关电源时，高频变压器以及相关元件参数的典型情况见表1，这些数值可做为初选值。当Uimin′LP′=KLP（3）
查表1可知，使用TOP224时，LP=1475μH。当K=1.15时，LP′=1.15×1475=1696μH。
表2光耦合器参数随Uimin′的变化
最低交流输入电压Uimin(V)85195
LED的工作电流IF（mA）3.55.0
光敏三极管的发射极电流IE（mA）3.55.0
（2）对其他参数的影响
当Uimin的规定值发生变化时，TOPSwitch－II的占空比亦随之改变，进而影响光耦合器中的LED工作电流IF、光敏三极管发射极电流IE也产生变化。此时应根据表2对IF、IE进行重新调整。
TOPSwitch－II独立于Ui、PO的电源参数值，见表3。这些参数一般不受Uimin变化的影响。
表3独立于Ui、PO的电源参数值
独立参数典型值
开关频率f(kHz)100
输入保护电路的箝位电压UB(V)200
输出级肖特基整流二极管的正向压降UF(V)0.4
初始偏置电压UFB(V)16
（3）输入滤波电容的选择
参数TOP221TOP222TOP223TOP224TOP225TOP226TOP227
高频变压器初级电感LP(μH)86504400220014751100880740
高频变压器初级泄漏电感LPO(μH)175904530221815
次级开路时高频变压器的谐振频率fO(kHz)400450500550600650700
初级线圈电阻RP（mΩ）50001800650350250175140
2测试系统软件设计
2.1NI-VISA调用程控电源功能的实现
在本测试系统中，工控机采用NI公司的PX-I-8110，可编程直流电源采用TOELLNER公司生产的TOE8815-64。工控机与可编程直流电源之间的通信利用Agilent公司的USB/GPIB转换模块实现[1]。在利用LabVIEW软件设计控制程序时，需要使用LabVIEW软件中的[VISAOpen]子VI，并指定程控交流电源的GPIB地址，例如在本测试系统中程控直流电源的GPIB地址为GPIB0：1：IN-STR，通过这样的设置就可以建立起工控机与直流电源之间的联系[1]。
2.2可编程直流电源的控制指令的实现
在测试系统进行模拟输出时，最重要的是将采集到的波形进行提炼，并通过控制程控直流电源进行输出。在这里，需要设置的参数为电压、电流、时间以及起始和结束地址等。在GPIB模式下，TOE8155的控制可被设置为“听”模式和“说”模式。TOE8155的指令架构符合IEEE-488.2标准，除了上述标准中通用的指令外，TOE8155还具有专门的控制指令集，可通过工控机对直流电源进行参数设置和输出控制，且需要向直流电源传送符合TOE8155语法格式的控制指令[2]。其中，在本测试系统中需要用到的TOE8155特定的部分主要指令有[3]：（1）FBbbb将程序设置为触发模式，循环次数设置为bbb（=0...255）；（2）FCVaaa,eee初始地址为aaa，终止地址为eee间的电压值线性计算；aaa=0...999，eee=0...999；（3）FCCaaa,eee初始地址为aaa，终止地址为eee间的电流值线性计算；aaa=0...999，eee=0...999；（4）FCTaaa,eee初始地址为aaa，终止地址为eee间的时间值线性计算；aaa=0...999，eee=0...999；由于这些特定指令，在LabVIEW中并无现成的控件可供使用，因此，在程序设计时，相当一部分的工作量为针对特定指令控件子VI的编程。以FCV指令为例，其子VI的LabVIEW编程见图2和图3。汽车启动瞬间的电源电压波形不是一个周期性、规律的电压波形，见图4（某汽车启动瞬间的因此，在进行模拟电压的设定时，这种电压信号是由几段不同状态的电压信号组成的，程序定义时不仅要设置每段电压信号的电压幅值、持续时间，和起始终止地址位等信息，还有设置两端相邻电压信号之间的过渡时间[4]。在本设计中，是利用LabVIEW软件中的簇和条件结构实现这一过程的[3]。写入波形程序编辑见图5。
2.3自动测试的实现
前面提到，测试系统中很重要的一部分是波形采集，这个需要针对不同的车型，以及各不同车型的不同阶段。这意味着需要进行大量的模拟波形的调用并输出。因此，采用自动测试的方式可以有效地降低测试人员的劳动强度，更能提高测试系统的效率。在本测试系统中，利用Test-stand与sequenc系列调用测试程序的子VI，其架构见图6[5]。由于成本的考虑，车载电器件往往多为平台产品，但是也存在个别车载电器件是专用件的情况。因此在技术人员选择测试波形的分类时，参考图7的测试流程进行操作。测试系统的操作时，首先选择被测DUT所应用的车型，其次，导入该车型的电源曲线，并进行模拟测试。在测试完成后，判断该DUT是否为平台化产品，如果判定结果为“是”，则导入该DUT所应用的各车型电源曲线，并进行模拟测试；如果判定结果为“否”，则再次进行是否随即抽取模拟波形并测试的判定。若判定结果为“是”，则随机导入电源曲线，并进行模拟测试，若判定结果为“否”，则完成测试，退出程序。
IEEE802．3af标准对以太网供电（POE）做出了详尽的规定，它允许通过以太网传输数据的同时提供48V电源，IEEE802．3af标准中定义的电源供电设备（PSE）是能够通过10BASE－T、100BASE－T或者1000BASE－T网络提供电源的DTE或者Midspan设备，而IEEE802．3af标准中定义的受电设备（PD）则是通过网络从电源供电设备（PSE）取得电源的设备。IEEE802．3af标准中规定的PSE可以提供约13W功率。从而使小型数据设备可以通过它们的以太网连接获得电源，而不需要从墙上的交流电源插座获取电源。这些设备包括数字VoIP电话、网络无线接入点、因特网设备、计算机电话、安全摄像机或任何以太网连接的数据设备。IEEE802．3af标准的推出，大大扩展了以太网的应用，同时也给以太网带来了巨大的发展空间。
1MAX5941的功能
MAX5941A／MAX5941B是一款高度集成的电源IC，适用于以太网供电（POE）系统中的受电设备（PD）。MAX5941A／MAX5941B有两个功能，一是提供PSE与PD之间的接口，二是通过DC－DCPWM控制器实现48V电源转换以输出5V或者PD所需要的电压，输出电压可实现隔离或者非隔离。MAX5941A的最大占空比为85％，可用于反激式转换器。MAX5941B的占空比限制在50％以内，主要用于单端正激式转换器中。
2IEEE802．3af标准的PD接口特性
MAX5941的PD接口特性符合IEEE802．3af标准，可为PD提供侦测特征信号和分级信号，此外，MAX5941还集成了一个具有可编程浪涌电流控制功能的集成隔离开关，同时还具有宽滞回供电模式欠压锁定（UVLO）以及“电源好”状态输出等功能。
在侦测和分级期间，由于集成的MOSFET可提供PD隔离，MAX5941可保证侦测阶段的泄漏电流失调小于10μA。其可编程限流功能可防止上电期间产生很高的浪涌电流。这些器件的UVLO供电模式具有宽滞回和长故障消隐时间等特性，因而可补偿电压在双绞电缆上的阻性衰减，并确保系统在侦测、分级和上／掉电诸状态间无扰动地转换。MAX5941的UVLO门限可调，并具有一个兼容于IEEE802．3af标准的缺省值。MAX5941可工作于PD前带有或不带二级管桥的设计中。
图1
MAX5941有三种不同的工作模式：PD侦测、PD分级和PD供电模式。
侦测模式（1．4V≤VIN≤10．1V）下，供电设备（PSE）将向VIN施加两种1．4V～10．1V范围内的电压（最小步长1V），然后记录两个点的电流值，并由PSE计算ΔV／ΔI，以确认25．5kΩ特征电阻是否存在。在此模式下，MAX5941内部的大部分电路处于关闭状态，失调电流小于10μA。如果施加在PD上的电压有可能被颠倒，则需要在输入端安装保护二极管，以免对MAX5941造成内部损伤。由于PSE使用斜率技术（ΔV／ΔI）来计算特征阻抗，这样，保护二极管引起的直流偏差已被扣除，因而不会影响侦测过程。
分级模式（12．6V≤VIN≤20V）下，PSE根据PD所要求的功率对PD进行分级。以便PSE高效地管理功率分配。IEEE802．3af标准定义了五个不同的级别。分级电流可由连接在RCL与VEE之间的外部电阻（RCL）来设定。PSE通过在PD输入端施加一个电压，以及测量流出PSE的电流来确定PD的分级。当PSE施加一个介于12．6V～20V之间的电压时。PSE利用分级电流信息区分PD所需要的功率。分级电流包括25．5kΩ侦测特征电阻吸收的电流和MAX5941的电源电流，PD吸收的总电流应在IEEE802．3af标准要求之内。进入供电模式后，分级电流将被关断。
供电模式下，当VIN上升至欠压锁定门限(VUV-LO,ON)以上时，MAX5941将逐步开启内部N沟道MOSFET管Q1。图1是MAX5941的内部接口电路框图。MAX5941用一个恒流（典型值为10μA）对Q1栅极充电。Q1的漏－栅电容限制了MOSFET漏极电压的上升速率，因而限制了浪涌电流。为了降低浪涌电流，也可在外部添加漏－栅电容。当Q1的漏－源电压降至1．2V以下，且栅－源电压高于5V时，MAX5941会发出“电源好”信号。由于MAX5941具有较宽的UVLO滞回和关断消隐时间，因而可补偿双绞电缆的高阻抗。
3用MAX5941实现48V电源转换
MAX5941是电流模式的PWM控制器，可将48V输入电源转换成5V电压输出，MAX5941用内部稳压器取代高功耗的启动电阻，这不但可为MAX5941提供启动所需的电能，还能稳定第三（偏置）绕组的输出电压，从而为IC提供稳定的工作电源。开始启动时，调节器将V＋调整到VCC并为器件提供偏置。启动之后，改由VDD稳压器从第三绕组输出稳定的VCC。此结构只需一只很小的电容即可对第三绕组的输出进行滤波，从而省下了一只滤波电感的成本。
在设计第三绕组时，所设计的线圈匝数应保证最小反射电压始终大于12．7V。而最大反射电压则必须小于36V。
为降低功耗，当VDD电压达到12．7V后，可以将高压调节器关掉。这样可以降低功耗并改善效率。如果VCC降低到欠压锁定门限（VCC＝6．6V）以下，低压调节器将被关闭，电路重新进入软启动。此时欠压锁定状态MOSFET驱动器的输出（NDRV）保持为低。
如果输入电压介于13～36V之间，只要不超出最大功耗，就可以将V＋和VDD连接到线电压。这样就可省掉第三绕组。
4MAX5941的设计实例
MAX5941的一般设计步骤如下：
确定具体需求
设定输出电压
计算变压器主、副绕组匝比
计算复位绕组与主绕组匝比
计算第三绕组与主绕组匝比
计算检流电阻值
计算输出电感值
选择输出电容。
图2
图2是用MAX5941B设计的正激式DC／DC转换器，具体计算如下：
(1)对于30V≤VIN≤67V，VOUT＝5V，IOUT＝10A，VRIPPLE≤50mV的要求。开启门限应设为38．6V。
(2)设定输出电压时，可根据下式计算电阻R1和R2：
VREF／VOUT＝R2／(R1＋R2)
式中VREF是并联调节器的基准电压。
（3）根据最小输入电压和MAX5941B的最大占空比下限（44％）计算变压器匝比时，为了能够使用漏－源击穿电压小于200V的MOSFET，本设计选用最大占空比为50％的MAX5941B。然后根据下式计算匝数比：
NS／NP≥（VOUT＋VD1×DMAX）／（DMAX×VIN＿MIN）
式中：NS／NP为匝数比（NS是副绕组匝数，NP是主绕组匝数），VOUT为输出电压（5V），VD1为D1上的压降（功率肖特基二极管典型压降为0．5V），DMAX为最大工作占空比的最小值（44％），VIN＿MIN为最小输入电压（30V），对于本例：NS／NP≥0．395，选择NP＝14时，NS＝6。
（4）较低的复位绕组匝比（NR／NP）可确保变压器中的所有能量在最大占空比下的关闭周期内能够全部返回V＋。可用下式来确定复位绕组匝比：
NR≤NP×（1－DMAX＇）／DMAX＇
式中：NR／NP为复位绕组匝比，DMAX＇为占空比的最大值（50％），计算NR＝14。
（5）选择第三绕组匝比（NT／NP），以使最小输入电压能够在VDD处提供最小工作电压（13V）。可采用下式计算第三绕组匝比：
NP（VDDMIN＋0．7）／VIN＿MIN≤NT≤NP（VDDMAX＋0．7）／VIN＿MAX
式中：VDDMIN是最小VDD电源电压（13V），VDDMAX是最大VDD电源电压（30V），VIN＿MIN是最小输入电压（30V），VIN＿MAX是最大输入电压（本设计为67V），NP是主绕组匝数，NT是第三绕组匝数：可选择NT＝7。
（6）根据下式选择RSENSE：
RSENSE≤VILIM／（NS×1．2×IOUTMAX／NP）
式中：VILIM是检流比较器的触发门限电压（0．465V），NS／NP是副端匝比（本例为5／14），IOUTMAX是最大直流输出电流（本例为10A），RSENSE选90．4mΩ。
（7）选择电感时，应使电感中的峰值纹波电流（LIR）介于最大输出电流的10％和20％之间：
引言
本监控系统是为铁路用4kVA/25Hz主从热备份逆变电源系统设计的。
4kVA/25Hz主从逆变电源是电气化铁路区段信号系统的关键设备，有两相输出：110V/1.6kVA局部电压（A相）；220V/2.4kVA轨道电压（B相）；两相均为25Hz，且要求A相恒超前B相90°。由于逆变器是给重要负载供电，且负载不允许断电，故采用双机热备份系统，一旦主机发生故障，要求在规定时间内实现切换，因此，备份逆变器一直处于开机状态。由于逆变器经过了整流，逆变两级能量变换，功率较大，且指标要求较高，必须要采用先进的控制技术；同时为了安全实现主从切换，也必须要有完善的监控系统来实现锁相，保证整机的安全。
1监控系统总体设计要求
根据实际情况，本系统主要完成以下功能：
1）主从切换功能主从控制之间实现准确无误的切换，具有自动和手动两种功能，保证切换时电压同频率，同相位，同幅值；
2）锁相功能主从机组局部电压同频同相，同一机组内A相恒超前B相90°；
3）完善的保护功能具有软起动功能，以避免启动瞬间电压过冲对逆变器及负载的冲击，以及输出过压、过流保护，频率、相位超差保护，桥臂直通保护，过热保护等；
4）显示功能实时显示运行参数及工作状态并具有声光报警功能，以提示值班人员及时排除故障；
5）通信功能具有主从机组之间通信，与监控中心（上位机）通信等功能；
6）抗干扰功能系统具有良好的抗干扰能力。
2系统硬件电路设计
2.1DS80C320单片机简介
DS80C320是DALLAS公司的高速低功耗8位单片机。它与80C31/80C32兼容，使用标准8051指令集。与普通单片机相比有以下新特点：
1）为P1口定义了第二功能，从而共有13个中断源（其中外部中断6个），3个16位定时/计数器，两个全双工硬串行口；
2）高速性能，4个时钟周期/机器周期，最高振荡频率可达33MHz，双数据指针DPTR；
3）内置可编程看门狗定时器，掉电复位电路；
4）提供DIP，PLCC和TQFP三种封装。
2.2基于DS80C320的监控系统硬件电路设计
按照上述系统设计要求，设计了如图1所示的监控系统。监控系统采用模块化的设计思想，分为微处理器及外设模块，模拟量采集模块，开关量采集模块，频率及相差测量模块，控制量输出模块，人机接口模块，同步信号模块以及通信模块。
1）微处理器及外设模块微处理器采用DS80C320，非常适合于监控。本系统充分利用前面已提及的特点，简化了硬件设计与编程，从而提高了整个系统的可靠性。根据系统需要扩展了一片8255，一片E2PROM和一片8254。
2）模拟量采集模块根据采集精度要求以及被采集量变化缓慢的特点，采用AD公司的高速12位逐次逼近式模数转换器AD574A，其内部集成有转换时钟，参考电压源和三态输出锁存器，转换时间25μs，并通过ADG508A扩展模拟量输入通道。
3）开关量采集模块首先经光耦进行隔离后，再通过与门送入单片机的外部中断口，同时通过8255送入单片机，采取先中断后查询的方式。
4）频率及相差测量模块信号先经过具有迟滞特性的过零比较器转换为方波，然后通过双四选一开关4052送入单片机，通过定时器T0来计算频率和相差。
5）控制量输出模块通过光耦控制输出，实现可靠隔离。
6）人机接口模块包括按键和显示部分。通过简单的按键选择，实现电流、电压、频率及相差的显示。显示部分采用8279驱动8位七段LED显示，同时通过发光二极管和蜂鸣器提示运行状态。
7）同步信号模块本模块用来实现锁相。单片机控制8254产生局部同步脉冲和轨道同步脉冲，同步脉冲用来复位正弦基准。通过软件控制同步信号的频率，可实现主从锁相和局部及轨道的相位跟踪。具体实现过程将在下文详述。
8）通信模块采用了RS232和RS485两种通信方式。利用串口0采用RS232实现与另一机组监控单元的双机通信，获取对方机组状态信息；利用串口1采用RS485标准接口实现与上位机的通信，完成传输数据和远程报警等功能。
3系统软件设计
3.1系统软件流程
主程序流程图如图2所示。系统上电复位后，首先对单片机，芯片及控制状态进行初始化；然后读取AC/DC模块的工作状态，若正常则启动DC/AC模块，否则转故障处理；开启DC/AC后，读入其工作状态并判断输出电压是否满足要求，有故障转故障处理，正常则开启故障中断；接下来进行主从机组判断和相位跟踪，实现主从相位同步和局部及轨道电压的锁相；只有在实现锁相后，才采用查询方式处理键盘及测量显示。在软件编制中，键盘中断是关闭的。实验证明，对人机交互通道采用这种查询处理方法，完全可以满足系统的实时要求。开关量的输入采取先产生中断，后查询的方法，保证了响应的实时性和逆变系统的安全性。
3.2系统采用的主要算法和技术
3.2.1交流采样算法
测量显示大信号的交流量时，通过互感器得到适合A/D转换的交流小信号，然后对小信号进行采样，最后对采样数据采用一定的算法，得到正确的显示值。均方根法是目前常用的算法，其基本思想是依据周期连续函数的有效值定义，将连续函数离散化，从而得出电压的表达式
式中：n为每个周期均匀采样的点数；
ui为第i点的电压采样值。
3.2.2数字滤波算法
A/D转换时，被采样的信号可能受到干扰，从采样数据列中提取逼近真值数据时采用的软件算法，称为数字滤波算法。目前常用的方法有程序判断滤波、中值滤波、算术平均滤波、加权平均滤波、滑动平均滤波等。根据本系统对采集精度有较高要求以及被采集的模拟量变化缓慢的特点，采用程序判断滤波法和算术平均滤波法相结合的滤波方法，即进行多周期采样，取其算术平均值作为有效采样值。每次采样后和上次有效采样值比较，如果变化幅度不超过一定幅值，采样有效；否则视为无效放弃。
3.2.3单片机锁相技术
本监控系统一个很重要的功能是实现相位同步，即保证主从机组的相位同步和机组内局部电压相位恒超前轨道电压相位90°。本系统锁相的基本原理是，对于频率相同而相位不同步的两路信号，比如A路和B路，若A路为基准，B路超前（滞后）一定的相位，可以通过适当降低（增大）B路信号的频率来实现相位调整进而锁相，最后再把B路频率置为原频率值。
本系统中，单片机控制8254产生25Hz同步脉冲，同步脉冲用来复位正弦基准，使基准正弦波重新从零值开始。基准正弦波与三角波比较产生SPWM波，经逆变得到与基准正弦同频的交流输出，因此，通过调整同步脉冲的频率可改变正弦基准的频率，进而可改变被调整输出电压的相位。要实现系统的锁相要求，需要从机组局部电压跟踪主机组的局部电压，各机组轨道电压跟踪本机组的局部电压。因此，要有主从局部锁相和局部轨道相位跟踪两个子程序。
锁相的流程图如图3及图4所示。首先由多路开关选择要锁相的两路信号，由单片机测量相位差，并对所得相位差数据进行必要的运算和处理后，判断有无超差。倘若相位超差，则根据超差范围确定同步脉冲的频率值。如果是主从局部锁相，则应同时改变从机组局部和轨道的同步脉冲；否则，若为局部、轨道相位跟踪，则只改变本机组轨道的同步脉冲。通过调整同步脉冲，可实现相位调整。实现锁相后，同步脉冲的频率置为25Hz返回。
4抗干扰措施
由于该监控系统工作于强电环境，很容易受到各种干扰的影响。干扰一旦串入系统，轻则会引起误报，严重时就会导致整个系统瘫痪，甚至造成重大事故。本系统从硬件和软件两方面采取了抗干扰措施，保证了监控系统的可靠运行。
4.1硬件抗干扰措施
1）光电隔离在输入和输出通道上采用光耦合器件进行信息传输，在电气上将单片机与各种传感器、开关、执行机构隔离开来，可以较好地防止串模干扰。
2）加去耦电路在电源进线端加去耦电容，削弱各类高频干扰。
3）合理布置地线系统中的数字地与模拟地分开，最后在一点相连，避免了数字信号对模拟信号的干扰。
4）数字信号采用负逻辑传输骚扰源作用于高阻线路时易形成较大干扰，而在数字信号系统中，输出低电平时内阻要小些，因此，定义低电平为有效（使能）信号，高电平为无效信号，可减少干扰引起的误动作，提高控制信号的可靠性。
4.2软件抗干扰措施
1）利用可编程硬逻辑看门狗将单片机从死循环和跑飞状态中拉出，使单片机复位。而DS80C320提供了内部可编程硬逻辑看门狗，不须外加电路，就能够实现可靠的超时复位。同时，DS80C320还为一些重要的看门狗控制位提供了访问保护，防止单片机失控后对这些重要的控制位进行非法操作，进一步保证了程序的安全性。
2）对于数字信号采集，利用干扰信号多呈毛刺状且作用时间短这一特点，多次重复采集，直到连续两次或两次以上采集结果完全一致才认为有效。数字信号输出时，重复输出同一个数据，其重复周期尽可能短，使外部设备对干扰信号来不及作出有效反应。
3）对模拟量的采样和处理，采用数字滤波技术。
中国古典园林历史悠久，造园艺术更是源远流长，早在周五王时期就有建宫苑的活动，她的形成主要受统治阶级的思想及佛道、绘画、诗词的艺术影响，如在魏、晋、南北朝时期，统治阶级争夺激烈，国家呈分裂状态，加之道、佛盛行的影响，产生了玄学，这时的士大夫，或人欲享乐，或洁身自好，或遨游山水，导致了自然审美观的形成，治园特点也多为自然情趣的田园山水。
中国古典园林的构造，主要是在自然山水基础上，铺以人工的宫，廊、楼、阁等建筑，以人工手段效仿自然，其中透视着不同历史时期的人文思想，特别是诗、词、绘画的思想境界。
1.1中国古典园林的本质特征体现在如下几个方面：
1.1.1模山范水的景观类型
地形地貌，水文地质，乡土植物等自然资源构成的乡土景观类型，是中国古典园林的空间主体的构成要素。乡土材料的精工细做，园林景观的意境表现，是中国我传统的园林的主要特色之一。中国古典园林强调“虽由人做，宛自天开”，强调“源于自然而高于自然”，强调人对自然的认识和感受。
1.1.2适宜人居的理想环境
追求理想的人居环境，营造健良舒适，清新宜人的小气候条件，由于中国古代生活环境相对恶劣，中国古典园林造景都非常注重小气候条件的改善，营造更加舒适宜人的环境，如山水的布局、植物的种植、亭廊的构建等，无不以光影、气流、温度等人体舒适性的影响因子为依据，形成舒适宜人居住生活的理想环境。
1.1.3巧于因借的视域边界
不拘泥于庭院范围，通过借景扩大空间视觉边界，使园林景观与外面的自然景观等相联系、相呼应，营造整体性园林景观。无论动观或者静观都能看到美丽的景致，追求无限外延的空间视觉效果。
1.1.4循序渐进的空间组织
动静结合、虚实对比、承上启下、循序渐进、引人入胜、渐入佳境的空间组织手法和空间的曲折变化，园中园式的空间布局原则常常将园林整体分隔成许多不同形状、不同尺度和不同个性的空间，并将形成空间的诸要素糅合在一起，参差交错、互相掩映，将自然、山水、人文景观等分割成若干片段，分别表现，使人看到空间局部交错，以形成丰富得似乎没有尽头的景观。
1.1.5小中见大的空间效果
古代造园艺术家们抓住大自然中的各种美景的典型特征提炼剪裁，把峰峦沟壑一一再现在小小的庭院中，在二维的园址上突出三维的空间效果。“以有限面积，造无限空间”。“大”和“小”是相对的，关键是“假自然之景，创山水真趣，得园林意境”。
1.1.6耐人寻味的园林文化
人们常常用山水诗、山水画寄情山水，表达追求超脱与自然协调共生的思想和意境。古典园林中常常通过楹联匾额、刻石、书法、艺术、文学、哲学、音乐等形式表达景观的意境，从而使园林的构成要素富于内涵和景观厚度。
2、中国古典园林走向世界
在我国古代不论是皇家苑囿或私人园林多以自己欣赏和生活，且极反映出主人的意识和价值取向，或炫耀气势惟我独尊，或夸耀显贵光宗耀祖，或避世取幽修身养性。这些园林的设计修建思想无一不是当时统治阶层的思想反映。这也进一步巩固了“闭关锁国”的政策，使中国的古典园林腾达于这一时期而无法飞跃。
直到20世纪70年代末，我国实行了改革开放政策，结束了“闭关锁国”的状况。在这种历史条件下，出现了中国的造园师在海外建造中国古典园林的想象，近30年来不断得到发展。
中国的古典园林犹如中国传统文化和历史文化，数千年来在中华大地上孕育、生长、并发展成熟，她正以自己独特的形式和内涵形成自己独特的艺术风格，是世界艺术百花丛中一簇芬芳之花，在世界园林中独树一帜。
2.1我们在国外进行造园活动大体有以下几种方式：
2.1.1国家或地方政府的名义参加国际园艺或博览会建园；
2.1.2中外友好省、州（县）、友好城市之间互赠建园；
2.1.3承接国外政府、社会团体或私人建园等；
中国的古典园林走向世界是我国的园林设计师和技术工人在新的历史时期为宣传、介绍中国传统园林艺术，增进中外园林界和人民之间友谊、促进我国园林事业发展作出宝贵贡献，不仅有很好的设计效益，同时也能取得良好的经济效益。
3、中国古典园林走向世界的思考
纵观中国古典园林海外的一些优秀作品，不是模仿国内哪一风景名胜，就是各景点的精美元素拼凑、组装在一起。希望外国人能通过一个园就能够吸收并理解中国的园林。这种一成不变、生搬硬套的造园模式已经满足不了当代人的需要。
中国古典园林已经发展到了一个后世无法超越的程度，但是我们可以把握古典园林的精髓，在现有的新的历史条件下，结合新的材料和技术，再造中国古典园林在现代的辉煌。
日本是在中国古典园林的基础上演变出具有他们特色的枯山水园林，他们的枯山水在世界上都占有一席之地，发展得很好。中国也应该有进军世界的新的改革方针去应对世界。日本“禅”的思想领导着他们的园林，我相信，中国“人与自然的和谐”、“源于自然而高于自然”、“虽由人作，宛自天开”的思想同样也能在新的历史条件下发展出新的具有中国特色而又不失中国古典园林的“魂”的景观。
4、中国古典园林进军世界的改革应与全球化战略融为一体
我们应该把古典园林进军世界的改革与全球化战略融为一体。时代的变化推动园林建设全球化，这不仅是园林发展的客观趋势，更是时代的要求，而在实施园林建设的全球化时，我们首先要强调中西方文化的差异性。在国外建设园林不能简单的抄袭或者迁移，而是在新的条件下创作，既要适应时代的需要，又要具有典型的传统风貌。例如：
4.1公园建设
在公园建设方面，我们在强调民族特色、地域异性的同时，适度地融入异域民族风情，积极应用多学科成果，必能将公园建设成具有感染力、创造力、风格鲜明的''''现代的中国古典园林”。
4.2城市园林规划
在城市园林规划方面，应整体综合考虑，建立必要的框架，掌握延伸的角度与层次，形成人与自然和谐的共存空间，而摒弃中国古典园林的单一成体，就无法研讨中国古典园林历史与文化，其园林生命、园林生态、园林文化就不能永续发展。
因此，我们必须在园林建设中既考虑继承传统，又考虑有所创新。既考虑中国文化，又考虑世界发展，积极吸取中国古典园林的造园精髓，保留中国古典园林的人伦空间和“天人合一”精神，克服她老的功能缺陷和过分封闭的文化负面效应，使用现代先进的科学文化艺术，更好地将中国园林建设推向新的。
5、中国古典园林在国内的发展
在国内，古典园林同样也是一切造景设计的基础。近些年来，在它的基础上已经形成了多个学科交叉的新型学科，如：园林设计、环境设计、规划设计、风景园林设计等等，这些学科虽然名称不一样，但其所共同追求的“普遍和谐”的传统观念都是一样的。古典园林中“天道与人性和谐”的一贯思想指引着他们将自然山水比德、仁智、“道发自然”为探求规律，遵循“反璞归真”、“朴素自然”为审美标准，以自然而然的大自然才是真、善、美的。
5.1中国古典园林是现代园林设计的灵感之源
中国古典园林是现代园林设计的灵感之源，古典园林的造园思想精髓更是我们现代造园设计的理论基础，因为一个好的园林作品并不是凭空臆造出来的，而是从“乡土”中“生长”出来的，正如“一方水土养一方人”的道理，一方水土出一方园林景观。
5.1.1对中国古典园林的研究是了解本土地域文化的捷径
中国现代风景园林的发展，需要本土风景园林师的艰苦努力。中国的风景园林师必须关注风景园林的本土地研究，积极探索富有地域性景观的文化特征，这样才能设计出“土生土长”的风景园林作品。
5.2中国古典园林面对西方思潮的冲击需把握两点
5.2.1开拓思路，拓展中国园林的设计领域
面对西方思潮的冲击，现代设计师更要开拓思路，挖掘古典园林的现实意义，把中国的古典园林造园手法、空间布局形式、造园要素以及文化等等，应用到更广泛的领域。
中国古典园林的发展在一定程度上起源于文人墨客及士大夫阶层对于世事的感悟与态度，避世及享乐的意识促使这2个阶层热衷于构筑“不出世既赏世”的园林形式。阶层的态度导致其意识领域的开放，使其十分重视意境及韵味，对诗画意境的追求也体现在造园态度上，追求“多方胜境，咫尺山林”般的境界。中国文人画作的特点在于写意，与西方写实相比，更多地表达了一种超脱原貌的精神，这种“开高轩以临山，列绮窗而瞰江”的情怀在园林中的体现，成为了中国园林的特点——源于自然，高于自然，虽由人作，宛自天开。通过各种身心的感受营造整体环境，来更进一步感受这种自然之美，如拙政园中的留听阁（取意留得残荷听雨声）和听雨轩（取意雨打芭蕉），留园中的雪香云蔚亭（来源于味觉的感受）等。
1.2形式的表达
中国古典园林的一大魅力在于其独立性及不可复制性，留存至今的不论是皇家园林还是私家园林都有其各自的特点，根据造园的目的、造园人的心性及造园立意的不同，各自拥有独一无二的风格特色。如网师园精巧幽深、典雅隐逸的宋代园林；拙政园平淡疏朗、旷远明瑟的明代风格；留园布置精巧、奇石众多的清代风格。
1.3空间的利用
园林中的不同空间布局与利用呈现出园林之间迥然不同的风格。如同借由空间的丰富组成形式，在园林整体环境构成中产生引导的作用，廊的运用常具有明显的引导意味，将人们引致某个特定景物的所在地。又如利用地形的起伏，在整体垂直立面空间中增强韵律感，亭、廊和榭在立面空间中此起彼伏，再利用建筑本身的轮廓线造成水平面上视觉的叠加，极富变化容易留下深刻的印象。再者景物虚与实使得空间渗透效果十分显著。利用障景、漏景，隔景等手段进行分隔空间的处理，在分隔的同时又使其相互连接和渗透。在密集的景物中产生丰富的变化，曲折幽深却又不显闭塞。
2古典园林建筑类型
随着园林的逐渐发展兴起，人们对于建筑的要求已经不仅仅局限于住房，在这样的形式下产生了类型丰富的建筑，如堂、厅、楼、阁、馆、轩、斋、榭、舫、亭、廊、桥等。人们赋予了每一种建筑形式不同的内容加以区分各自的功能。例如，堂，一般是一家之长的居住地，也可作为家庭举行庆典的场所；楼，一般用作卧室、书房或用来观赏风景，本身也可作一景；榭，一般都是在水边筑平台，用以观赏为主，又可作休息的场所；亭，体积小巧，造型别致，供人休息、避雨。屋顶的形式多变、类型丰富是古典园林建筑的一大特色，各种屋顶运用不同，表现的效果也不同。例如，庑殿顶因其造型大气和装饰精巧多见于皇家及寺观园林；歇山顶因其屋脊灵巧富于变化在园林建筑中最为常见；硬山顶样式简单，是人字形屋顶的一种；悬山顶形式较为多变，也是人字形屋顶的一种；卷棚顶线条较为平缓，缓和建筑的耸立感；攒尖顶因其灵活轻巧多用于体量较小的建筑，平面形式多样。在这些屋顶形式的基础上，造园者又在屋顶上加盖一层，形成重檐，较于单檐屋顶更显庄重大气，二者的组合搭配提升了建筑的可观性。
3现代园林中对古典元素的运用
现今的园林建设涵盖的范围越来越广，但不论在哪种形式的园林形式中，古典园林的应用已经成为不可或缺的一部分。住宅区、公园及街道绿化中，几乎都可以看到其中包含的中国古典园林元素，如仿古建的亭台、牌坊等，但在这些古典元素的运用中很大一部分没有美感和协调感。
3.1“疏忽”的意境
中国古典园林对于国人的吸引力在于古人的风骨情操和对意境的追求，园林不仅仅是庭院和建筑，更是一种处世的态度和对情感的抒发。现代园林中的古典园林要素仅留于表面形式，疏于空间格局规划布置，遗漏园林建筑的的构造技艺。造园者的意图已经不再以景喻情、思境相偕，更多的是迎合实际住宿和游玩的美观需求。这种本因精神与自然欲求而产生的古典园林，现在已经仅仅成为人们对古人安逸生活的猜测和向往，在现代园林中的出现也只是一种祭奠和怀念。
2古典园林的营造手法
2.1崇尚自然
中式园林讲究崇尚自然，讲究的是把人工美与自然美整合到一起，达到水融之境界。让观者欣赏到“天人合一”佳作的同时，感受到建造师们对自然的崇尚。要做到此点，务必要协调好建筑与自然景观之间的主次关系，使园林在时间与空间上实现完美地衔接，既可以体现出中国古典园林的淡泊与含蓄，又可以让世人看到四季不同的风姿，自内心深处开始崇尚自然。
2.2移步异景
对中国古代园林与建筑的处理，关键是空间上的艺术处理。尤其是江南，基本都是私家园林，面积是有限的，要想让此园林呈现出秩序井然、视野开阔的艺术效果，要借助于多种多样的组景方法，比如苏州的“拙政园”，其设计的经典就在于借用了“北寺塔”之景。北寺塔高耸而美丽，辉映在“远香堂”到“倚玉轩”再到“凌波曲桥”之间，让观者感受到无限生机，难免心生敬意。此外，凭借着添景、漏景等绝妙的设计手法，让传统园林美不盛收，置身其中，移步异景时，感受到它的妙趣横生。
2.3筑山理池
俗话说得好，山有脉即贵，水有源则贵。实现了脉源融汇贯通，就会满园生动起来。古代园林师们，就是从自然的山石之中提炼出了形态，并将其神韵融于园林山石当中，使其自成一景。水体是除山石外的一个重要自然元素之一，园中无水便不成园。在传统园林建筑中，组景离不开山石、植物、建筑的相互组合，才能达到诗情画意的效果。2.4植物配置中国古典园林植物配置，讲究因地制宜，且取法自然，使花草依然可以展现出人性化的内涵。在配置时，务必要讲究三美：色彩美、姿态美、香味美。通过自然的色泽、优美的姿态、迷人的花香来展示园林的清幽、自然。让植物丰富园林的建筑，为其增添了诸多生机，比如苏州拙政园的“听雨轩”，就是借助于琵琶、残荷，实现了与建筑的遥相呼应，人们听到风雨拍打琵琶、残荷的声音，即刻会感受到园内充满了生机，享受到大自然般恬静。
3古典园林空间营造手法在当今景观设计中的应用
当代人的审美标准随着时代的发展而发生了变化，对于园林的建筑，既要美丽实用，还得功能齐全，所以传统的中式园林建筑再也无法直接指导当代园林建筑了。可是，古老园林的构成元素———山石和水体等还是必不可少的，还有些借景等设计方法依然会被当代园林的设计建造者们所借鉴。当代园林设计者追求的是简洁、合乎目的，注重的是功能和使用，这与传统园林注重观赏性，强调装饰性是完全不同的。当代的造园思想先进了不少，其设计方法也丰富了许多。不但要讲究视线上的合理，还要进行明确的空间划分，要的就是美观实用，这一切都体现出了传统园林的时代延续性。由此可以看出，“新中式”风格贯穿于现代园林的建造之中，在设计与建筑中体现出来的时代潮流、传统文化与现代时尚元素完美结合，融入其中的现代设计语言等均属于“新中式”的特征。以苏州博物馆新馆为例，来感受“新中式”的风采，此建筑为现代与传统、美学与功能完美整合的典范，它的“白墙黑瓦”与周围的环境协调相映，又把中庭的粉墙、假山背景同曲折蜿蜒的廊桥、周围建筑，巧妙地组合在一起，宛若一幅出尘脱俗的水墨画。多边形的漏窗设计被运用于建筑的内部之中，巧妙地把室外的美景拖到了室内，使建筑不再受空间的限制。不管是建筑的形态，还是色彩的搭配，新馆的设计师们都尊重传统和历史，采用新的材料，运用了新的思维，却诠释了古典园林的诗情画意，并且借助于古典园林的设计方法，结合现代的时尚元素，实现了拙政园与新馆的完美过渡。
半导体制冷器（TEC）是以帕尔贴效应为基础研制而成，其最基础的元件是利用一只P型半导体和一只N型半导体连成的热电偶。当通电后在两个接头处就会产生温差，电流从N流向P，形成制冷面；电流从P流向N，形成制热面。若干组热电偶对串联就构成了一个简单的半导体制冷器。在制冷面或制热面增加一个热交换器就可以完成半导体制冷器与外界环境的能量交换。
1.2半导体激光器温控电路设计
1.2.1半导体激光温控电路原理
高稳半导体激光器一般都有内置半导体热电制冷器（TEC）和温度传感器等相关的温控元件来保证激光器管芯温度可控。半导体激光器内置温控系统基本工作原理如图1所示。将温度传感器（常用负温度系数的热敏电阻）与激光器管芯安置在同一热沉上，起到实时监测激光管芯温度的作用。在常温25℃时（在25℃时激光器的整体性能最为优良），通过调节由R1和R2组成的电阻网络可以设定比较器的参考电压值，在这里称之为基准电压。以25℃为参照，若LD管芯温度相对升高，则热敏电阻的阻值变小，比较器的负输入端电压相对变小，输出电压也随着变化。TEC驱动源将驱使电流从N型半导体流向P型半导体形成制冷面，实现对LD管芯进行制冷。若LD管芯温度相对降低，则热敏电阻的阻值变大，比较器的输入电压相对变大，输出电压也随着变化，TEC驱动源将驱使电流从P型半导体流向N型半导体，形成制热面，实现对LD管芯制热。
1.2.2TEC驱动源类型
半导体激光器的温度控制系统需要满足温度控制精度高、响应速度快且稳定性高的要求，同时要能实现制冷和制热双向控制，以适应外界温度变化和半导体激光器本身工作条件变化。一般情况下，TEC驱动源按驱动工作模式可以分为线性工作模式和脉宽调制工作模式（PWM）两种类型。TEC驱动源线性工作原理：通过控制三极管的开关状态可以控制驱动TEC的电流大小和方向，这种驱动方式的效率一般低于50%，需要为三极管提供良好的导热通道，且有控温“死区”。但这种模式有噪声低和可靠性高等优点。TEC驱动源脉宽调制（PWM）工作原理：在PWM方式下，三极管工作在饱和状态，而不是线性区域，只有当需要向负载供电时才导通。电路通过4个三极管来控制电流的方向和大小，电路结构呈H桥型。PWM方法可以有效地提高效率和降低功率部件的热量，工作效率一般大于80%，能实现无“死区”温控。但这种模式有着噪声高和可靠性低等缺点。两种驱动源在实际使用中各有利弊，具体采用何种驱动方式需要根据实际情况来最终确定。
2航天高稳激光源温控电路设计方案
2.1MAX1968功能及其特点
MAX1968是MAXIM公司研制生产的一款高度集成具有纹波噪声抑制功能的脉宽调制TEC驱动芯片，调制频率为500kHz/1MHz；单电源供电，供电电压范围为3~5.5V；能够实现最大3A双向TEC驱动电流，完成对LD管芯的制冷或制热。MAXIM公司研制生产的MAX1968芯片具有体积小、效率高、价格低和可实现双向无死区温控等优点，但也存在封装材料简单（塑料器件）和工作温度范围较窄等缺陷。
2.2MAX1968芯片设计电路及失效分析
2.2.1MAX1968芯片设计电路分析
MAX1968芯片资料有应用芯片电路推荐，从推荐电路应用方案来看，电路的设计在滤波、抑制纹波噪声、LC滤波谐振电路等都做了详细的考虑。在COMP引脚与GND之间焊接了0.01μF的电容，确保电流控制环的稳定工作。FREQ引脚接高电位，即内部振荡器的开关频率选择为1MHz，这样可以减小电容和电感值。按芯片资料推荐电路搭建芯片电路，将芯片使能引脚（SHDN）直接连接高电位，即当MAX1968芯片上电后芯片就需要工作，根据CTLI引脚的电压输入情况判断TEC需要制冷或制热，并立即实施。在实际使用过程中发现，在给该温控电路上电瞬间，时有MAX1968失效的现象，具体表现为电源输出电流急剧增大。
2.2.2MAX1968芯片失效分析
用立体显微镜、金相显微镜和晶体管特性图示仪等仪器对两只失效的MAX1968芯片进行了详细分析，失效的情况完全相同，都是芯片的第5、6端之间以及第23、24端之间存在异常电应力，导致这几端之间的铝条烧坏短路所致。使用晶体管特性曲线图示仪对这两块芯片进行引脚间特性测试，发现两电路第6、8、10端（LX2）与第5、7端（PGND2）之间短路，第19、21、23端（LX1）与第22、24端（PGND1）之间短路。第9端（PVDD2）与第5、7端（PGND2）之间未见短路现象。将这两块芯片进行开盖，在开盖过程中，由于内部芯片尺寸较大，电路个别引脚经腐蚀后脱落，但经测试，短路现象依然存在，未破坏原始失效现象。在金相显微镜下，对两块芯片表面进行仔细观察，发现两块芯片第5、6端以及第23、24端之间存在烧毁现象，如图2所示。芯片为多层金属化结构，从烧毁形貌分析，可能是下层铝条烧毁后，导致上层铝条烧毁短路。由于两块芯片失效现象一致，因此可以排除器件偶然缺陷导致失效的可能，应该是芯片失效与外部异常电应力导致内部场效应管击穿。
2.3航天高稳激光源温控电路设计方案
2.3.1完善MAX1968芯片电路设计
通过上述分析，结合芯片内部结构和TEC驱动源脉宽调制（PWM）工作原理，我们基本能判断是芯片内部烧毁的通道发生在场效应管上。在试验过程中发现，芯片失效是一个慢性渐变的过程，可以用14引脚（OS2）、15引脚（OS1）分别与GND的阻抗R和R'来表征，随着上电次数逐渐增多，R和R'的阻值从开始的兆欧数量级慢性渐变到欧数量级，并最终失效。失效的原因认为是MAX1968芯片上电后，芯片就根据CTLI引脚电压输入情况判断TEC需要制冷或制热，并立即进行工作，上述过程在上电的一瞬间就会完成。这种输入与输出同时实施势必会导致芯片内部有大的纹波电压或大电流产生，因发热而导致芯片失效。通过完善MAX1968芯片电路设计，在MAX1968的使能引脚中引入了毫秒级的延时，致使MAX1968芯片完成加电后再实施输出工作。具体新的设计电路方案如图3所示。通过大量的试验证明阻抗R和R'的阻值不衰退，这说明对MAX1968芯片电路的完善是有效的。
2.3.2MAX1968新设计方案电路试验验证
根据完善电路特性搭建了对电路性能验证比较的试验平台，试验的基本思路是让两种电路（完善前和完善后）在带同样负载的情况下，分别对完善电路和未完善电路进行上下电连续冲击，上、下电频率同为13Hz，如图4所示。在两组电路的验证中，完善之前的设计电路在经过约32min之后电源输出电流突然增大，经测试发现MAX1968芯片已经失效。完善之后的设计电路在经过28天之后，测试MAX1968芯片的电性能依旧正常。由此可见对MAX1968设计电路的完善是有效的。
2.3.3航天高稳激光源温控电路设计工程验证
航天高稳激光源温控电路，在某项航天测试（包括振动、冲击、热循环和热真空等试验）中各项指标都正常，最终顺利完成了航天相关试验。
1工业技术植入园艺作物生产，实现了设施园艺生产的自动化
工业技术植入园艺作物生产之中，使设施园艺赋予了工厂化农业的内涵，成为工业化大体系不可分割的部分。温室生产的高投入、高产出、高效率管理模式要求应用大量的高新技术，当前工业领域内的科技成果(如机器人技术等)不断运用于温室园艺配套装备之中，已取得初步成果。国外发达国家一直致力于把自动化技术应用于园艺作物的耕种、施肥、灌溉、病虫害防治、收获以及农产品加工、储藏、保鲜的全过程，可以根据作物生长发育的特点，创造最适宜的温室环境条件，基本摆脱了外界环境条件对作物生产的影响，实现了作物周年生产和均衡上市。目前，这种自动控制技术逐步向智能化、网络化方向发展［31］。20世纪70年代以来，发达国家的设施园艺已具备了设施设备完善、生产技术规范、产量稳定和产品质量安全性强等特点，并且已形成了温室制造、生产资料配套、产品生产、物流等为一体的设施园艺产业体系。目前，日本、美国、荷兰、以色列、韩国、英国开发出的耕耘、移栽、施肥、喷药、蔬菜嫁接、蔬菜水果采摘、育苗移栽、苗盘覆土消毒等机器人装备相对比较成熟，可用于设施园艺生产。温室园艺机器人的使用，不仅大幅提高劳动生产率，改善设施生产劳动环境，而且保证了作业的一致性和均一性［32］。日本、韩国等国研究开发了多种设施园艺耕作机具、播种育苗装备、灌水施肥装备以及自动嫁接装备等，提高了温室管理水平和劳动生产率;荷兰研制温室屋面清洗机械装置，用于清洗屋面灰尘，大幅度提高了温室的透光率［33－34］。另外，荷兰还开发出自动通风窗开闭、温湿度调节装置，被越来越多的温室采用。发达国家在设施园艺产品的采收和后加工过程中，广泛使用包装机具、高效运输装置、盆花转运机械、快速分级系统等设备，提高了园艺农产品的商品性，如荷兰采运、包装设备能同时实现10～20个不同花卉品种的自动分类，X射线可用于分辨盆花茎干的长度和叶色［35］。
2高新技术在设施园艺中的应用，推动了设施园艺向“植物工厂”方向发展
无土栽培、计算机技术、生物技术、产品采后处理、新能源利用等高新技术在设施园艺中的应用，使设施园艺逐步向“植物工厂”方向发展。在美国、日本、英国、奥地利、丹麦等国都建有高度自动化的“植物工厂”，可用来生产蔬菜、花卉和果树，并且一些高附加值的作物如香料、工业原料植物、药用植物、食用菌等也采用“植物工厂”进行生产。目前，“植物工厂”主要用于生菜、菠菜、莴苣、三叶芹、番茄等蔬菜作物的生产，由于充分利用空间，实现立体多层种植，单位面积的栽培效率可提高数倍。如日本在“植物工厂”内利用无土栽培技术和环境自动调控技术，一年内可多茬栽培生菜和菠菜，收获期比露地缩短一半时间，产量可达180kg•m－2左右，为露地栽培的30倍以上［26］。此外，随着人类对太空探索的日益增多，太空农业成为研究的热点，美国宇航局(NASA)在国际空间站上探索“植物工厂”技术，目前已在绿豆、菜豆和马铃薯等作物上获得了成功。
3无土栽培技术的应用使设施园艺发生了巨大变革
20世纪20年代末，无土栽培技术开始应用于设施作物生产，使设施栽培技术产生了一次大的变革。无土栽培打破了作物生产的空间和地域限制，可以在不适合作物生长的荒漠戈壁、滩涂地、海岛、盐碱地、高寒地、阳台屋顶甚至太空进行作物生产;无土栽培改变了设施栽培的传统种植方式，采用营养液或有机基质进行作物生产，可以有效避免设施土壤连作障碍，生产出清洁安全的园艺产品，并且具有省水、省肥、省工等优势，从而成为栽培学领域飞速发展的一门新技术;无土栽培可加速作物生长，提高产量和品质，一般果菜类蔬菜水培的产量为土壤栽培的数倍甚至数十倍，如番茄营养液栽培年产量最高的可达到75kg•m－2，极大提高了园艺作物的生产效率。20世纪70年代初，美国已有400hm2温室采用无土栽培技术生产黄瓜、番茄等。目前，在发达国家的设施园艺生产中，无土栽培占温室总面积的比例荷兰超过70%，加拿大超过50%，比利时达50%，美、日、英、法等国的无土栽培面积达到250～400hm2［36－37］。欧共体明确规定，所有欧共体国家温室作物生产要全部实现无土栽培。
4节能、环保的理念贯穿于设施园艺生产之中
设施园艺是一种高能源消耗、高成本投入、高效率产出的生产方式，其中温室的能源消耗占运行成本的比例较高，减少能耗、提高能源利用效率是设施园艺发达国家开展节能工作的普遍做法。随着能源危机的不断加剧，节能设备已成为温室装备研究和开发的热点之一，而人工补光装置是温室耗能最多的设备之一。日本、荷兰、美国等积极探索温室新型补光光源LED的研究。LED冷光源在满足作物光合作用需求的条件下，与传统钠灯相比具有高光效、长寿等特点，节省能耗达50%以上［38－39］。近年来，由于中东局势不稳定导致能源紧张、CO2排放的限制以及《京都议定书》的执行等原因，欧美发达国家已将节能技术作为温室领域最重要的研究课题。目前在设施园艺节能新材料、新技术和新能源的研究中，主要倾向于对太阳能和储热材料的有效利用。其中，温室相变储热技术就是最具发展前景的节能技术之一［40］，美国和日本等国使用氯化钙、硫酸钠、聚乙二醇和石蜡等相变材料作为墙体储热、地下储热和室内外联合储热系统，试验证明是可行的储热方法，但其工艺和储放热效率等尚需进一步改进［41－42］。一些国家利用浅层地热，在夏季通过把低温冷水源抽到地上，用于温室降温，经过热交换的热量回流到地下，冬季把高温热水源抽上来，只需要稍微加温就可以用于温室增温［43］。另外，通过对温室覆盖材料内侧进行镀膜处理，能够有效阻止长波向室外辐射，减少了热损耗，可以实现节能25%以上。在多余能量回收和利用方面，荷兰瓦赫宁根大学通过覆盖多层光谱选择性吸收的金属材料(SOL-MOXHilite，荷兰)和绝缘塑料薄膜(Ebiral，美国)，研制成一种高效降温－高品位能量产生组合系统，并应用于生产［44］。该技术在高温季节，可以反射作物光合作用不需要的近红外光(NIR)，减轻温室的高热负荷，而收集反射的能量直接或间接地转化成电能，用于温室降温的能耗;荷兰温室通过在玻璃表面喷洒白色涂层，减少夏季进入温室的太阳辐射量，达到降温目的;通过改进温室通风窗口的数量、尺寸、传动方式以及开启的角度也能够使温室达到较理想的降温效果。发达国家在发展设施园艺过程中，把保护环境作为前提条件。进入21世纪，随着人们对生态环境保护和食品安全的日益关注，欧美发达国家在探索温室能源高效利用、生态环境保护等方面进行了大量的研究工作，研制开发出一系列适合于温室安全生产的环境友好型新技术。营养液无土栽培技术在现代温室生产中被广泛使用，然而，大量营养液的废弃给环境带来巨大的压力。欧盟普遍采用营养液闭路循环系统，通过对营养液的回收、过滤、消毒等措施，实现节水21%、节肥34%，提高营养液利用效率，同时大幅度地减少营养液外排污染水源和土壤。在温室病虫害防治方面，开展以生物防治、生态防治和物理防治相结合的综合防治技术的研究与应用［45］。目前，荷兰在温室生物和生态防治综合利用方面处于世界领先地位，如Koppert公司通过释放天敌昆虫，能够对设施蔬菜主要害虫达到良好的防治效果，如粉虱天敌浆角蚜、斑潜蝇天敌潜蝇姬小蜂、蚜虫天敌食蚜瘿蚊［46］，目前这些害虫的天敌已基本实现了商品化。为了提高温室番茄、甜椒等蔬菜作物的质量，禁止使用化学生长激素，荷兰研制驯化出取代传统振荡授粉的雄蜂授粉，这种授粉方式效率高，并且能使作物产量提高20%左右。以色列开发出太阳能杀灭温室土壤病虫害新技术，把灌溉系统安置在翻耕的土壤中，铺上一层薄薄的透明塑料膜，经过夏季高温处理，可杀死地表30cm土壤层中90%～100%的细菌、真菌以及线形蠕虫等。统计分析表明，太阳消毒法可提高设施番茄、洋葱、土豆等农作物产量25%～432%。在新型栽培基质开发利用方面，加拿大、以色列、英国等国研制出替代草炭、岩棉的无土栽培生态型基质，形成与其相配套的设施蔬菜低碳栽培技术体系［47］。目前，低成本、环保型无土栽培基质研发已取得重大进展，并逐步走向产业化、商品化。
5信息化技术和计算机技术应用于设施园艺作物周年生产之中
随着微型计算机、传感器及单片机技术的运用，温室环境控制智能化、网络化管理技术得到较快的发展。设施园艺发达国家研发作物自动化生产管理和环境智能化控制体系，从育苗、定植、栽培、施肥、灌溉等过程全部实现自动化运作，温室环境如温度、光照、湿度、水分、营养、CO2浓度等综合环境因子全部实现计算机智能监控。随着无线网络技术的应用，温室网络化管理技术也得到了较快的发展。美国、日本、荷兰研发出一种基于控制器局域网总线(CAN)和无线传感器网络(WSN)的控制系统，能够对温室内空气温湿度、土壤温湿度以及光照等参数进行自动采集，同时控制风机、暖气、水泵等温室环境调控设备，使温室环境达到农作物生长的最佳环境［48］。通过研究温室作物生长发育与环境、营养之间的定量关系，建立作物生长发育信息化模型，开发出适合不同作物生长发育的温室控制、咨询及管理专家系统。以色列和荷兰开发出番茄和黄瓜等蔬菜作物生育模型和专家系统，包括适用于整枝方式、栽培密度、针对天气和植株生育状况的环境指标、不同生育阶段的水肥指标、病虫害预防和控制技术等。荷兰瓦赫宁根大学通过将作物管理模型与环境控制模型相结合，实现温室环境的智能化管理，大幅度降低了温室系统能耗和运行成本。日本千叶大学利用遥感遥测、人工神经网络、遗传算法、模糊控制策略等智能控制技术，对农产品从产地生长、采收验收、加工、自检自控等所有过程的数据、信息、图像都实现了信息化管理［49］。
6注重温室作物专用品种的选育及其配套技术的研发
现代农业竞争的核心是品种，重视温室栽培作物专用品种的选育是设施园艺发达国家保持温室产业世界竞争力的重要手段。这些国家在搜集保存本国种质资源的同时，还十分重视国外种质资源的搜集、交换和引进，如以色列通过搜集和引进国外花卉、蔬菜、果树品种在设施内进行微咸水灌溉，通过遗传改良、驯化，培育出适合于本国温室生产的专有设施园艺品种。近年来，设施园艺发达国家越来越关注设施作物新品种的外观品质、营养品质、耐贮运等性状的选育，如以色列选育出一种根据客户对体积和色泽要求的无籽西瓜新品种;荷兰种苗公司开发出一些富含钙质、维生素且热量低的“减肥蔬菜”，高氨基酸含量的“营养蔬菜”，具有观赏价值的“花卉蔬菜”等新品种。一些生物技术被广泛用于温室作物新品种的选育，包括细胞组织培养、体细胞杂交、原生质体融合、遗传标记、转基因等技术，在茄子、番茄、甜椒、黄瓜及叶用莴苣等蔬菜作物上培育出一大批优良品种，如德国马普育种研究所将人工合成的吲哚基醋酸基因转入茄子，使冬种茄子与夏种的一样优质;荷兰育成的抗虫蔬菜品种可以大幅度减少蔬菜生产中农药的使用量，既降低了蔬菜产品农药的残留，也降低了蔬菜生产的成本。此外，在开发和选育设施作物新品种的基础上，欧美发达国家非常注重温室新品种配套栽培技术的研究和开发，选育的新品种普遍采用工厂化育苗体系、高效安全生产技术体系和无土栽培技术，利用高新技术使环境因子与栽培模式的规范完美结合，为作物生长提供最佳的环境，保证高产、稳产［50－51］。
国外设施园艺发展趋势分析
1设施环境调控自动化与设施园艺作业机械化程度不断提高
发达国家从事农业人员较少，加上劳动力成本较高，设施园艺生产中非常注重管理水平和劳动生产率的提高，从温室耕作、作物栽培、生长管理、产品采收、包装和运输等过程全部实现机械化控制，温室内温度、光照、湿度等环境调节全部由计算机监控和自动化调控。随着工业技术的不断发展，机器人技术将会广泛应用于设施园艺的生产，实现温室作业精确、高效及省力化。
2温室日趋大型化，环境调控趋于智能化
大型温室设施具有投资省、土地利用率高、便于实行机械化自动管理、实现产业化规模生产、室内环境相对稳定的优点，因此，设施园艺发达的国家如荷兰、加拿大等温室逐渐向大型化方向发展;温室园艺的核心是能够对设施内栽培环境进行有效地控制，创造出适于作物生育的最佳环境条件，因此，未来的人工智能控制系统不仅要做到栽培环境全自动控制，还要与市场、气象站、种苗公司、病虫害测报等相连接，进行产量、产值的预测，为生产者提供更为广泛的信息情报和确切的决策依据。
3设施作物品种更加丰富，市场服务体系更加完善
愈发重视设施作物专用品种的选育，为设施园艺生产提供专用的耐低温、高温、弱光、高湿，具有多种抗性、优质高产的种苗。种苗公司作为品种选育的主体，在种质资源、育苗设备方面具有强大的优势，能够依据市场需求开发设施栽培所需专用品种，并对设施园艺产前、产中、产后提供技术支持和市场信息化服务。
4无土栽培成为现代设施园艺的主要栽培形式
