可编程序控制器应用系统设计及通信网络技术 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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页数:402

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出版时间:2009-6

价格:39.00元

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isbn号码:9787115205643

丛书系列:

图书标签:

• PLC
• 工业控制
• 自动化
• 系统设计
• 通信网络
• 可编程控制器
• 嵌入式系统
• 工业互联网
• 智能制造
• 电气工程

现代电子系统设计与前沿技术探讨 图书简介 本书深入剖析了当代电子系统设计的核心理念、关键技术以及面向未来的发展趋势。全书共分五大部分，涵盖了从基础理论到高级应用的广泛领域，旨在为电子工程师、系统架构师以及相关专业研究人员提供一份全面且实用的参考指南。 第一部分：新型传感器技术与信号处理 本部分着重探讨了当前快速发展的各类新型传感器在工业、医疗和环境监测中的应用。我们详细介绍了基于MEMS（微机电系统）技术的加速度计、陀螺仪和压力传感器的基本原理、集成工艺及误差分析。特别关注了光纤传感技术在分布式测量中的优势，包括其抗电磁干扰能力和高灵敏度。 在信号处理方面，本书超越了传统的数字滤波技术。我们深入讲解了自适应滤波算法（如LMS和RLS），这些算法在处理非平稳信号和复杂噪声环境时展现出卓越性能。此外，还专门开辟章节探讨了低功耗模拟前端（AFE）的设计策略，这对于物联网（IoT）终端设备的能效优化至关重要。内容包括高精度模数转换器（ADC）的选择标准、噪声整形技术以及电源管理单元（PMU）对采集精度的影响。我们通过多个实际案例，演示了如何利用小波变换和经验模态分解（EMD）对混合噪声信号进行有效分离和特征提取。 第二部分：嵌入式系统的高效能开发 本部分聚焦于高性能、低延迟嵌入式系统的软硬件协同设计。我们首先对比了主流的微控制器（MCU）架构，如Cortex-M系列和RISC-V内核的优劣，并分析了在资源受限环境下进行指令集优化的方法。 软件开发方面，本书强调实时操作系统（RTOS）的深度应用。我们详细阐述了FreeRTOS和Zephyr等主流RTOS的任务调度机制、内存管理策略以及中断延迟的精确控制。针对嵌入式软件的可靠性问题，我们介绍了静态代码分析工具的使用规范和动态调试技巧，特别强调了内存泄漏检测和并发访问冲突的排查方法。 硬件加速方面，本书对FPGA（现场可编程门阵列）在异构计算中的作用进行了深入探讨。内容涵盖了硬件描述语言（VHDL/Verilog）的高效编码实践，以及如何利用片上资源（如DSP模块和Block RAM）加速信号处理和数据预处理任务。我们提供了一套基于AXI总线协议的IP核集成流程，确保软硬件接口的稳定性和带宽效率。 第三部分：先进无线通信协议栈与网络安全 本部分是关于现代通信技术栈的全面解析。我们详尽阐述了第五代移动通信技术（5G）的关键技术，如大规模MIMO（Massive MIMO）、波束赋形（Beamforming）的物理层实现，以及软件定义网络（SDN）在核心网（EPC/5GC）中的应用。 对于物联网应用，本书重点介绍了低功耗广域网（LPWAN）技术，包括LoRaWAN、NB-IoT和SigFox的空中接口协议、帧结构和功耗优化策略。我们通过对比不同协议的覆盖范围、数据速率和终端成本，帮助读者选择最适合特定场景的通信方案。 网络安全部分是本书的亮点之一。我们超越了传统的防火墙配置，深入到嵌入式设备的安全启动链（Secure Boot）和固件签名验证机制。内容包括公钥基础设施（PKI）在设备身份认证中的应用，以及传输层安全协议（TLS/DTLS）在资源受限设备上的优化实现，以应对日益严峻的供应链攻击和侧信道攻击威胁。 第四部分：工业控制与自动化的高级架构 本部分将视角转向工业环境，探讨现代工业控制系统的演进。我们详细分析了基于Ethernet/IP、PROFINET等工业以太网协议的确定性通信机制，及其在实现高精度同步控制中的挑战与解决方案。 分布式控制系统（DCS）的架构设计被作为一个重点案例进行剖析，涵盖了冗余设计、故障切换逻辑和集中监控平台的构建。此外，本书还引入了时间敏感网络（TSN）的概念，阐述了TSN如何通过时间同步和流量整形技术，为关键任务提供端到端的低抖动保障，这被视为下一代工业4.0基础设施的核心。 第五部分：数据驱动的系统优化与边缘计算 本部分面向系统的全生命周期管理和性能优化。我们探讨了如何将数据分析技术融入到硬件设计和系统运行维护中。内容包括从运行数据中提取关键性能指标（KPIs）的方法论，以及基于这些指标进行预测性维护（PdM）的初步框架。 边缘计算（Edge Computing）的架构模式被详细介绍，包括集中式云、区域边缘和设备侧计算的层次划分。本书提供了在资源有限的边缘节点上部署轻量级机器学习模型（如TensorFlow Lite）的实践指南，重点讨论了模型量化和剪枝技术，以在不牺牲过多精度的前提下，满足本地推理的低延迟要求。最后，本书总结了系统级建模与仿真（System-Level Modeling and Simulation）在设计早期验证复杂系统行为，规避集成风险中的关键作用。 本书的编写风格力求严谨、详实，结合大量的工程实例和规范引用，旨在提供一套系统化、前瞻性的电子系统设计知识体系。

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这本书的叙述风格颇为严谨，甚至带着一丝学术论文的冷静与克制。我印象最深的是它对“应用系统设计”这一概念的深入剖析，它并没有急于展示具体的代码片段或电路图，而是首先建立了一套完整的设计哲学。这种哲学强调从需求分析阶段就开始考虑未来的维护成本、升级路径以及与企业资源计划（ERP）系统的对接可能性。书中有一章专门探讨了“面向生命周期的控制系统设计”，这在国内同类教材中相对少见。作者似乎力求构建一个理论框架，指导读者如何从“写完代码就完事”的传统观念中跳脱出来。但是，这种过于抽象的论述，有时会让读者在试图寻找具体操作指引时感到迷茫。比如，在讨论时间敏感网络（TSN）的应用时，虽然理论阐述得很透彻，但缺乏一个生动的、手把手的案例来展示如何在实际的生产线上部署和调试一个基于TSN的解决方案。对于动手能力强的技术人员来说，这本书可能需要搭配其他实践资料一同阅读，才能实现理论与实践的完美结合。

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这本书的标题里“可编程控制器应用系统设计”和“通信网络技术”这两个词汇组合在一起，让我对它的内容充满了期待。我原以为它会是一本侧重于PLC编程的实践手册，详尽地介绍如何使用某一款主流品牌（比如西门子或罗克韦尔）的软件进行逻辑编写、故障排除和硬件选型。然而，阅读完后我发现，它似乎将重点放在了更宏观的系统架构和集成层面。它花了很多篇幅来讨论如何将不同厂家的控制器集成到一个统一的管理平台，以及如何设计一个既稳定又具备良好扩展性的工业网络。这种深度让我略感意外，特别是对于那些刚入门的读者来说，书中涉及的工业以太网标准、OPC UA协议的应用场景，以及数据安全性的探讨，可能需要一些预先的基础知识才能完全领会其精髓。尽管如此，这种高屋建瓴的视角也为我们展示了现代工业控制系统不仅仅是简单的“编程实现”，更是一门复杂的系统工程学。我特别欣赏其中关于如何评估不同通信协议在实时性、带宽和可靠性方面的权衡分析，这对于系统架构师来说无疑是宝贵的参考资料。总的来说，它更像是一本面向高级工程师或系统集成商的参考书，而非基础入门教材。

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我本来是冲着“通信网络技术”这部分内容来的，希望能学到最新的工业现场总线技术。坦白说，这本书在网络层面的覆盖面确实广，从传统的Profibus/DeviceNet到现今流行的EtherCAT/Profinet都有涉及。但令我感到困惑的是，它在介绍这些技术时，似乎没有给出明确的“推荐等级”或“适用场景对比”。例如，在论述了某项技术在抗干扰性上的优势后，紧接着又用很大篇幅去分析它的成本劣势和配置复杂性。这种平衡的描述方式虽然客观，却让一个急于做出技术选型的工程师感到难以抉择。仿佛作者在告诉我：“所有技术都有好有坏，你自己看着办吧。”我更期待看到的是基于特定行业（如汽车制造或化工流程）的典型网络拓扑结构图和性能指标对比表格。书中对网络安全章节的篇幅也相对较小，只是泛泛而谈了基础的访问控制，对于面对日益严峻的工控系统网络攻击，这本书提供的应对策略显得力度不足，更像是点到为止的介绍，而非深度防御的指南。

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从一个更侧重于“应用”的角度来看，这本书的案例分析部分显得有些单薄和陈旧。虽然开篇提到了要设计“应用系统”，但实际的例证大多停留在概念验证（PoC）阶段，很少有关于大规模、长期稳定运行的实际项目剖析。例如，在讨论如何优化控制回路的通信延迟时，书中提供的解决方案似乎是基于十年前的硬件平台。我更希望看到的是如何利用最新的边缘计算能力（Edge Computing）来辅助PLC进行数据预处理，以减轻主站服务器的负担，或者如何结合AI算法对设备状态进行预测性维护。这些前沿的技术趋势在书中几乎没有涉及，这使得这本书的“前瞻性”略显不足。它像是一本扎实的理论基石，为我们奠定了理解当前工业控制体系的知识框架，但如果要将其应用于指导当前最前沿的智能制造项目，读者可能需要自行填补大量关于工业物联网（IIoT）和云计算集成方面的内容空白。

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这本书的排版和图表设计，坦率地说，是我近年来接触的工业技术书籍中最不“现代”的一批。大量的文字描述堆砌在一起，使得复杂概念的理解变得更加吃力。特别是涉及到通信协议栈的层次划分和数据帧结构解析时，如果能配上清晰、彩色的流程图和时序图，效果必然会提升数倍。现在的插图大多是黑白、低分辨率的方框和箭头，很多专业术语需要读者反复回读前面的段落才能将它们在脑海中构建起来。这极大地拖慢了我的阅读进度。虽然内容的深度毋庸置疑，它确实涵盖了从底层硬件接口到上层应用数据模型之间的广阔领域，但阅读体验的欠佳，使得知识的吸收效率大打折扣。对于需要快速掌握新知识的在职工程师而言，这种“高密度纯文本”的呈现方式，无疑是一种挑战，它要求读者具备极强的自我组织和信息提取能力。

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