第一篇：J基于點(diǎn)式LED的，智能點(diǎn)燈系統(tǒng)的設(shè)計(jì)論文大全
隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)、國(guó)民素質(zhì)的不斷提高，隨著我國(guó)鐵路的不斷提速、不斷發(fā)展，國(guó)家對(duì)鐵路“安全行車”方面越來(lái)越重視、對(duì)鐵路上道使用器材的技術(shù)先進(jìn)性、質(zhì)量可靠性把關(guān)審核越來(lái)越嚴(yán)格，尤其對(duì)關(guān)系到“行車安全”的鐵路信號(hào)系統(tǒng)器材更為重視。點(diǎn)燈系統(tǒng)就是保障“行車安全”的基礎(chǔ)鐵路信號(hào)系統(tǒng)，與“行車安全”密不可分，因此對(duì)點(diǎn)燈系統(tǒng)的研究具有廣闊的前景。系統(tǒng)組成點(diǎn)燈系統(tǒng)是鐵路行車信號(hào)的燈絲自動(dòng)轉(zhuǎn)換裝置，是保證鐵路行車安全的重要信號(hào)部件，是集交流點(diǎn)燈、燈絲轉(zhuǎn)換、故障定位報(bào)警為一體的多功能智能點(diǎn)燈系統(tǒng)。點(diǎn)式LED 智能點(diǎn)燈系統(tǒng)由LED 燈頭、點(diǎn)燈單元、信號(hào)機(jī)構(gòu)、燈絲繼電器、監(jiān)測(cè)主機(jī)五部分組成，系統(tǒng)整體示意圖如圖1 所示。此系統(tǒng)功能完整、質(zhì)量可靠，具有如下特點(diǎn)：
1)采用5 種顏色大功率單顆LED 做為光源滿足點(diǎn)燈系統(tǒng)對(duì)光學(xué)特性的要求。2)點(diǎn)燈單元采用橫流驅(qū)動(dòng)等技術(shù)保證正常驅(qū)動(dòng)LED負(fù)載;采用比較電路以及光敏檢測(cè)電路檢測(cè)點(diǎn)燈單元的主、副絲工作正常與否;采用副絲供電電源做為監(jiān)測(cè)報(bào)警電路供電電源，真正做到主電路和監(jiān)測(cè)報(bào)警電路物理分離。
3)監(jiān)測(cè)主機(jī)硬件采用Cortex-M3內(nèi)核的ARM 處理器STM32 為主控制器，軟件采用操作系統(tǒng)方式實(shí)現(xiàn)多任務(wù)的調(diào)度，人機(jī)交互采用觸摸液晶屏方式實(shí)現(xiàn)，可在觸摸屏上直接設(shè)置點(diǎn)燈單元地址
碼和燈位名稱的對(duì)應(yīng)關(guān)系，不需另配下載器。
4)通信采用電流環(huán)通信方式，根據(jù)主機(jī)與子機(jī)通信回路是否有電流通過(guò)來(lái)判斷是否有子機(jī)發(fā)生故障報(bào)警，這種方式可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)、傳輸距離長(zhǎng)[。系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
2.1 系統(tǒng)硬件總體設(shè)計(jì)
點(diǎn)燈單元是基于STM8 單片機(jī)，由主控點(diǎn)燈檢測(cè)模塊、通信報(bào)警模塊、連接模塊、電源管理模塊、接口模塊5 部分組成，監(jiān)測(cè)主機(jī)是基于STM32103F 單片機(jī)，由主控核心模塊、通信報(bào)警模塊、電源模塊、轉(zhuǎn)接模塊、液晶顯示模塊組成，2.2 系統(tǒng)通信報(bào)警硬件設(shè)計(jì)
系統(tǒng)通信報(bào)警電路是基于電流環(huán)通信方式設(shè)計(jì)的，包括監(jiān)測(cè)主機(jī)通信報(bào)警電路如圖4 所示、點(diǎn)燈單元通信報(bào)警電路如圖5 所示。電流環(huán)通信過(guò)程中，傳輸兩種電流信號(hào)，一種為電流報(bào)警信號(hào)，一種為回執(zhí)電流信號(hào)。監(jiān)測(cè)主機(jī)電流環(huán)電路和點(diǎn)燈單元電流環(huán)通信，在有電流信號(hào)傳輸時(shí)，可處于三種狀態(tài)，發(fā)送狀態(tài)、接收狀態(tài)、環(huán)路溝通狀態(tài)。發(fā)送狀態(tài)即監(jiān)測(cè)主機(jī)電流環(huán)電路或點(diǎn)燈單元電流環(huán)電路處于方波脈沖發(fā)送狀態(tài)，整個(gè)電流環(huán)回路中有方波脈沖信號(hào)在傳輸;接收狀態(tài)即監(jiān)測(cè)主機(jī)電流環(huán)電路或點(diǎn)燈單元電流環(huán)電路處于等待接收方波脈沖的階段;環(huán)路溝通狀態(tài)即監(jiān)測(cè)主機(jī)電流環(huán)電路或點(diǎn)燈單元電流環(huán)電路處于接收狀態(tài)時(shí)，依靠自身電流環(huán)回路的發(fā)送部分電路，溝通整個(gè)電流環(huán)回路狀態(tài)。
電流環(huán)通信的工作過(guò)程如下： 當(dāng)整個(gè)電流環(huán)回路無(wú)電流信號(hào)傳輸時(shí)，監(jiān)測(cè)主機(jī)電流環(huán)電路處于環(huán)路溝通狀態(tài)和接收狀態(tài)，點(diǎn)燈單元電流環(huán)電路處于接收狀態(tài);當(dāng)點(diǎn)燈單元產(chǎn)生電流報(bào)警信號(hào)時(shí)，點(diǎn)燈單元轉(zhuǎn)換至發(fā)送狀態(tài)，每發(fā)送完一次電流報(bào)警信號(hào)，點(diǎn)燈單元就進(jìn)入環(huán)路溝通狀態(tài)和接收狀態(tài)，監(jiān)測(cè)主機(jī)仍處于環(huán)路溝通狀態(tài)和接收狀態(tài);當(dāng)監(jiān)測(cè)主機(jī)識(shí)別出點(diǎn)燈單元發(fā)送的電流報(bào)警信號(hào)時(shí)，通過(guò)調(diào)整、變換、監(jiān)測(cè)主機(jī)波形校準(zhǔn)電路，把電流報(bào)警信號(hào)信息，轉(zhuǎn)換成監(jiān)測(cè)主機(jī)單片機(jī)可識(shí)別信號(hào)，同時(shí)監(jiān)測(cè)主機(jī)單片機(jī)發(fā)送出斷開環(huán)路溝通狀態(tài)和接收狀態(tài)命令，進(jìn)入發(fā)送狀態(tài)，發(fā)送回執(zhí)電流信號(hào)，監(jiān)測(cè)主機(jī)每發(fā)送完一次回執(zhí)電流信號(hào)，監(jiān)測(cè)主機(jī)就進(jìn)入環(huán)路溝通狀態(tài)和接收狀態(tài);當(dāng)點(diǎn)燈單元識(shí)別出回執(zhí)電流信號(hào)后，點(diǎn)燈單元斷開環(huán)路溝通狀態(tài)，進(jìn)入接收狀態(tài)。軟件設(shè)計(jì)
點(diǎn)式LED 智能點(diǎn)燈監(jiān)測(cè)系統(tǒng)采用電流環(huán)通信的方式實(shí)現(xiàn)室內(nèi)監(jiān)測(cè)主機(jī)對(duì)室外LED 點(diǎn)燈單元故障的定位和報(bào)警。室內(nèi)監(jiān)測(cè)主機(jī)有四路檢測(cè)通道，每路檢測(cè)通道最多設(shè)置50 個(gè)現(xiàn)場(chǎng)點(diǎn)燈單元的尋址地址，通訊方式是采用分機(jī)呼叫，總機(jī)應(yīng)答的方式。由于電流環(huán)通信回路是通過(guò)回路中電流的通斷傳遞信息，因此在一個(gè)通信周期內(nèi)僅允許一臺(tái)分機(jī)占用總線，若多臺(tái)分機(jī)同時(shí)占用總線會(huì)導(dǎo)致無(wú)法通信。因此分機(jī)在通信完成后一定要及時(shí)釋放總線。
當(dāng)LED 點(diǎn)燈單元發(fā)生主副光源切換后，LED 點(diǎn)燈監(jiān)測(cè)分機(jī)上電工作。分機(jī)的單片機(jī)在上電完成初始化后，首先讀取撥碼盤設(shè)定的地址碼，之后以地址碼為基準(zhǔn)生成一個(gè)隨機(jī)數(shù)，分機(jī)單片機(jī)的定時(shí)器從0 開始以這個(gè)隨機(jī)數(shù)為溢出值開始延時(shí)，這樣做的目的是給每個(gè)分機(jī)分配不同的發(fā)送起始時(shí)間，避免多臺(tái)總機(jī)同時(shí)發(fā)送信息造成電流環(huán)無(wú)法正常通信。當(dāng)延時(shí)結(jié)束后，分機(jī)的串口開始發(fā)送報(bào)警信息。電流環(huán)通信電路將串口發(fā)送出的TTL 電平轉(zhuǎn)換為對(duì)應(yīng)的高低電流，通過(guò)電流環(huán)總線將電流傳遞到主機(jī)的接收電路上?？倷C(jī)的電流環(huán)通信電路將總線上的電流轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)的TTL 電壓，從而使主機(jī)單片機(jī)的串口接收到分機(jī)的報(bào)警信息。
在接到分機(jī)的報(bào)警信息后，向該分機(jī)發(fā)送回執(zhí)碼，若分機(jī)接收到總機(jī)發(fā)過(guò)來(lái)的回執(zhí)碼則停止發(fā)送并永久退出總線，否則分機(jī)暫時(shí)退出總線并在一段時(shí)間之后重新向主機(jī)發(fā)送報(bào)警信息。各通道的點(diǎn)燈單元編碼后都需要與現(xiàn)場(chǎng)真實(shí)燈名稱一一對(duì)應(yīng)。結(jié)束語(yǔ)
點(diǎn)式LED 智能點(diǎn)燈系統(tǒng)主機(jī)監(jiān)測(cè)采用電流環(huán)通信方式，該通信方式采用環(huán)路電流的有無(wú)來(lái)判斷是否有故障發(fā)生，這種方式可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)、傳輸距離長(zhǎng)，可滿足站內(nèi)3 公里，區(qū)間15 公里傳輸距離的要求[6]。此種通信方式配合軟件差時(shí)設(shè)計(jì)，能減少甚至避免誤報(bào)警、錯(cuò)報(bào)警現(xiàn)象的發(fā)生，為現(xiàn)場(chǎng)施工、使用、維護(hù)帶來(lái)極大便利。
第二篇：智能制造系統(tǒng)論文
智能制造概述
摘要：介紹了智能制造提出的背景、主要研究?jī)?nèi)容和目標(biāo), 人工智能與 I M T、I M S的關(guān)系, I M S 和C I M S, 智能制造的物質(zhì)基礎(chǔ)及理論基礎(chǔ), 智能制造系統(tǒng)的特征及框架結(jié)構(gòu), 并簡(jiǎn)要介紹了智能加工中心 IMC, 智能制造技木的發(fā)展趨勢(shì)，以及智能制造系統(tǒng)研究成果及存在問(wèn)題。關(guān)鍵詞：智能制造，IMS, IMC, IMT。
Abstract：Intelligent Manufacturing introduced the background, main contents and objectives, Artificial Intelligence and IMT, IMS relations, IMS and CIMS, intelligent manufacturing and the material basis of the theoretical basis of the characteristics of intelligent manufacturing system and the framework structure, and gave a briefing on intelligence Machining Center IMC, intelligent manufacturing technology development trend of wood, as well as the Intelligent Manufacturing Systems research results and problematic.Key words: Intelligent Manufacturing, IMS, IMC, IMT。
一.智能制造提出的背景
制造業(yè)是國(guó)民經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)工業(yè)部門, 是決定國(guó)家發(fā)展水平的最基本因素之一。從機(jī)械制造業(yè)發(fā)展的歷程來(lái)看, 經(jīng)歷了由手工制作、泰勒化制造、高度自動(dòng)化、柔性自動(dòng)化和集成化制造、并行規(guī)劃設(shè)計(jì)制造等階段。就制造自動(dòng)化而言, 大體上每十年上一個(gè)臺(tái)階: 50～ 60年代是單機(jī)數(shù)控, 70 年代以后則是CNC 機(jī)床及由它們組成的自動(dòng)化島, 80 年代出現(xiàn)了世界性的柔性自動(dòng)化熱潮。與此同時(shí), 出現(xiàn)了計(jì)算機(jī)集成制造, 但與實(shí)用化相距甚遠(yuǎn)。隨著計(jì)算機(jī)的問(wèn)世與發(fā)展, 機(jī)械制造大體沿兩條路線發(fā)展: 一是傳統(tǒng)制造技術(shù)的發(fā)展, 二是借助計(jì)算機(jī)和自動(dòng)化科學(xué)的制造技術(shù)與系統(tǒng)的發(fā)展。80年代以來(lái), 傳統(tǒng)制造技術(shù)得到了不同程度的發(fā)展,但存在著很多問(wèn)題。先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)和制造技術(shù)向產(chǎn)品、工藝和系統(tǒng)的設(shè)計(jì)人員和管理人員提出了新的挑戰(zhàn), 傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)和管理方法不能有效地解決現(xiàn)代制造系統(tǒng)中所出現(xiàn)的問(wèn)題, 這就促使我們借助現(xiàn)代的工具和方法, 利用各學(xué)科最新研究成果, 通過(guò)集成傳統(tǒng)制造技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)與科學(xué)以及人工智能等技術(shù), 發(fā)展一種新型的制造技術(shù)與系統(tǒng), 這便是智能制造技術(shù)(In telligen t M anufactu r ingTechno logy, I M T)與智能制造系統(tǒng)(In telligen tM anufactu r ing System , I M S)[1 ]。
年代以后, 世界各國(guó)競(jìng)相大力發(fā)展 I M T 和I M S 的深層次原因有:(1)集成化離不開智能 制造系統(tǒng)是一個(gè)復(fù)雜的大系統(tǒng), 其中有多年積累的生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn), 生產(chǎn)過(guò)程中的人—機(jī)交互作用, 必須使用的智能機(jī)器(如智能機(jī)器人)等。脫離了智能化, 集成化也就不能完美地實(shí)現(xiàn)。
(2)機(jī)器智能化比較靈活 可以選擇系統(tǒng)智能化, 也可以選擇單機(jī)智能化;單機(jī)可發(fā)展一種智能,也可發(fā)展幾種智能;無(wú)論在系統(tǒng)中或單機(jī)上, 智能化均可工作, 不像集成制造系統(tǒng), 只有全系統(tǒng)集成才可工作。
(3)智能化的經(jīng)濟(jì)效益較高 現(xiàn)有的計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)(Compu ter In tegratedM anufactu r ingSystem , C I M S)少則投資數(shù)千萬(wàn)元, 多則投資數(shù)億元乃至數(shù)十億元, 很少有企業(yè)能承擔(dān)得起, 而且投入正常運(yùn)行的很少, 維護(hù)費(fèi)用也高, 還要廢棄原有的設(shè)備, 難以推廣。
(4)白領(lǐng)化使得有豐富經(jīng)驗(yàn)的機(jī)械工人和技術(shù)人員日益缺少，產(chǎn)品制造技術(shù)越來(lái)越復(fù)雜, 促使使用人工智能和知識(shí)工程技術(shù)來(lái)解決現(xiàn)代化的加工問(wèn)題。(5)工廠生產(chǎn)率的提高更多地取決于生產(chǎn)管理和生產(chǎn)自動(dòng)化 人工智能與計(jì)算機(jī)管理相結(jié)合, 使得不懂計(jì)算機(jī)的人也能通過(guò)視覺(jué)、對(duì)話等智能手段實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)管理的科學(xué)化。
總之，以計(jì)算機(jī)信息技術(shù)為基礎(chǔ)的高新技術(shù)得到迅猛發(fā)展 ,為傳統(tǒng)的制造業(yè)提供了新的發(fā)展機(jī)遇。計(jì)算機(jī)技術(shù)、信息技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)與傳統(tǒng)制造技術(shù)相結(jié)合 ,形成了先進(jìn)制造技術(shù)概念。冷戰(zhàn)結(jié)束以后 ,國(guó)際間競(jìng)爭(zhēng)的重點(diǎn)由單純的軍事實(shí)力較量轉(zhuǎn)向以發(fā)展經(jīng)濟(jì)和提高國(guó)民生活水平的綜合國(guó)力較量 ,隨之而來(lái)的這種國(guó)際間高新技術(shù)領(lǐng)域的競(jìng)爭(zhēng)愈演愈烈 ,且其發(fā)展形式由最初的僅依托本國(guó)的人力、物力和財(cái)力 ,發(fā)展到國(guó)際間的大規(guī)模合作。近年來(lái)由發(fā)達(dá)國(guó)家倡導(dǎo)的面向21世紀(jì)的 “智能制造系統(tǒng)”、“信息高速公路” 等國(guó)際研究計(jì)劃 ,無(wú)疑是該背景下的產(chǎn)物 ,也是國(guó)際間進(jìn)行高科技研究開發(fā)的具體表現(xiàn)和積極占領(lǐng) 21 世紀(jì)高科技制高點(diǎn)的象征。二.主要研究?jī)?nèi)容和目標(biāo)
智能制造在國(guó)際上尚無(wú)公認(rèn)的定義。目前比較通行的一種定義是, 智能制造技術(shù)是指在制造工業(yè)的各個(gè)環(huán)節(jié), 以一種高度柔性與高度集成的方式,通過(guò)計(jì)算機(jī)來(lái)模擬人類專家的制造智能活動(dòng)。因此, 智能制造的研究開發(fā)對(duì)象是整個(gè)機(jī)械制造企業(yè), 其主要研究開發(fā)目標(biāo)有二: ①整個(gè)制造工作的全面智能化, 它在實(shí)際制造系統(tǒng)中首次提出了以機(jī)器智能取代人的部腦力勞動(dòng)作為主要目標(biāo), 強(qiáng)調(diào)整個(gè)企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)過(guò)程大范圍的自組織能力;②信息和制造智能的集成與共享, 強(qiáng)調(diào)智能型的集成自動(dòng)化。目前, I M T 和 I M S 的研究方向已從最初的人工智能在制造領(lǐng)域中的應(yīng)用(A i M)發(fā)展到今天的I M S, 研究課題涉及的范圍由最初僅一個(gè)企業(yè)內(nèi)的市場(chǎng)分析、產(chǎn)品設(shè)計(jì)、生產(chǎn)計(jì)劃、制造加工、過(guò)程控制、信息管理、設(shè)備維護(hù)等技術(shù)型環(huán)節(jié)的自動(dòng)化, 發(fā)展到今天的面向世界范圍內(nèi)的整個(gè)制造環(huán)境的集成化與自組織能力, 包括制造智能處理技術(shù)、自組織加工單元、自組織機(jī)器人、智能生產(chǎn)管理信息系統(tǒng)、多級(jí)競(jìng)爭(zhēng)式控制網(wǎng)絡(luò)、全球通訊與操作網(wǎng)等。
由日本提出的 I M S 國(guó)際合作研究計(jì)劃對(duì) I M S的解釋可以看出, I M S 的研究包括智能活動(dòng)、智能機(jī)器以及兩者的有機(jī)融合技術(shù), 其中智能活動(dòng)是問(wèn)題的核心。在 I M S 研究的眾多基礎(chǔ)技術(shù)中, 制造智能處理技術(shù)是最為關(guān)鍵和迫切需要研究的問(wèn)題之一, 因?yàn)樗?fù)責(zé)各環(huán)節(jié)的制造智能的集成和生成智能機(jī)器的智能活動(dòng)。在一個(gè)國(guó)家甚至世界范圍內(nèi), 企業(yè)之間有著密切的聯(lián)系, 譬如, 采用相同的生產(chǎn)設(shè)備和系統(tǒng), 有著類似的生產(chǎn)控制與管理方式,上下游產(chǎn)品之間的聯(lián)系, 等等。其間存在的突出問(wèn)題是產(chǎn)品和技術(shù)的規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化和通用化、信息自動(dòng)交換形式與接口以及制造智能共享等。
國(guó)際 I M S 計(jì)劃的基本觀點(diǎn)如下: ①I M S 是21世紀(jì)的制造系統(tǒng), 必須開發(fā)與之相適應(yīng)的制造技術(shù);②應(yīng)對(duì)這些技術(shù)進(jìn)行組織化和系統(tǒng)化;③加強(qiáng)技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化;④考慮人的因素;⑤保護(hù)環(huán)境。該計(jì)劃由已有生產(chǎn)技術(shù)的體系化和標(biāo)準(zhǔn)化、21 世紀(jì)生產(chǎn)技術(shù)的研究與開發(fā)兩大部分構(gòu)成。
1992 年4 月在日本召開的第一次國(guó)際技術(shù)委員會(huì), 確定了4 個(gè)主題: ①技術(shù)課題;②選擇原則;③評(píng)價(jià)程序;④執(zhí)行準(zhǔn)則。由國(guó)際 I M S 中心成員提出的首批10 項(xiàng)研究課題是①企業(yè)集成;②全球制造;③系統(tǒng)單元技術(shù);④清潔制造技術(shù);⑤人與組織研究;⑥先進(jìn)的材料加工技術(shù);⑦全球并行工程(評(píng)估和實(shí)施);⑧自主模塊的系統(tǒng)設(shè)備與分布控制;⑨快速產(chǎn)品開發(fā);b k知識(shí)系統(tǒng)化(設(shè)計(jì)與制造)。美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金會(huì)(N SF)已連續(xù)數(shù)年重點(diǎn)資助了與智能制造有關(guān)的研究項(xiàng)目, 這些項(xiàng)目覆蓋了智能制造的絕大部分技術(shù)領(lǐng)域, 包括制造過(guò)程中的智能決策、基于多施主(mu lt i-agent)的智能協(xié)作求解、智能并行設(shè)計(jì)、物流傳輸?shù)闹悄茏詣?dòng)化、智能加工系統(tǒng)和智能機(jī)器等。
日本提出的智能制造系統(tǒng)國(guó)際合作計(jì)劃, 以高新計(jì)算機(jī)為后盾、深受其 “真空世界” 計(jì)算機(jī)研究計(jì)劃的影響。其主要研究?jī)?nèi)容如下: ①?gòu)?qiáng)調(diào)部分代替人的智能活動(dòng), 實(shí)現(xiàn)部分人的技能;②使用智能計(jì)算機(jī)技術(shù)來(lái)集成設(shè)計(jì)制造過(guò)程, 使之一體化, 以虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)實(shí)現(xiàn)虛擬制造, 以多媒體的人機(jī)接口技術(shù)、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù), 實(shí)現(xiàn)職業(yè)教育;③強(qiáng)調(diào)全球制造網(wǎng)絡(luò)的生產(chǎn)制造技術(shù), 通過(guò)衛(wèi)星、In ternet 和數(shù)字電話網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)全球制造;④強(qiáng)調(diào)智能化與自律化的智能加工系統(tǒng)以及智能化CNC、智能機(jī)器人的研究。⑤重視分布式人工智能技術(shù)的應(yīng)用, 強(qiáng)調(diào)自律協(xié)作代替集中遞階控制。
I M T 與 I M S 的研究與開發(fā)對(duì)于提高產(chǎn)品質(zhì)量、生產(chǎn)效率和降低成本, 提高國(guó)家制造業(yè)響應(yīng)市場(chǎng)變化的能力和速度, 以及提高國(guó)家的經(jīng)濟(jì)實(shí)力和國(guó)民的生活水準(zhǔn), 均具有重大的意義。其研究目標(biāo)是要實(shí)現(xiàn)將市場(chǎng)適應(yīng)性、經(jīng)濟(jì)性、人的重要性、適應(yīng)自然和社會(huì)環(huán)境的能力、開放性和兼容能力等融合在一起的生產(chǎn)系統(tǒng): ①使整個(gè)制造過(guò)程實(shí)現(xiàn)智能化, 并具有自組織能力;②I M S 是一個(gè)集成許多工廠和多種機(jī)器設(shè)備的混合系統(tǒng);③具備滿足各種社會(huì)需求的柔性;④能充分發(fā)揮人的作用;⑤易于操作;⑥總效率高;⑦能避免重復(fù)投資等。人工智能的目的是為了用技術(shù)系統(tǒng)來(lái)突破人的自然智力的局限性 ,達(dá)到對(duì)人腦的部分代替、延伸和加強(qiáng)的目的 ,使那些單靠人的天然智能無(wú)法進(jìn)行或帶有危險(xiǎn)性的工作得以完成 ,從而使人類的智慧能集中到那些更富于創(chuàng)造性的工作中去。人是制造智能的重要來(lái)源 ,在制造業(yè)走向智能化過(guò)程中起著決定性作用。目前在整體智能水平上 ,與人工系統(tǒng)相比 ,人的智力仍然是遙遙領(lǐng)先的。人工智能模擬的藍(lán)本主要是人類的智能 ,但人類的智能是隨時(shí)間不斷變化的 ,而這種變化又是無(wú)止境的 ,只有人與機(jī)器有機(jī)高度結(jié)合 ,才能實(shí)現(xiàn)制造過(guò)程的真正智能化。智能制造被稱為新世紀(jì)的制造技術(shù) ,目前之所以還不能實(shí)現(xiàn) ,是由于要受到目前科學(xué)技術(shù)、人以及經(jīng)濟(jì)等諸多方面的制約。智能與思維智能 ,就是在各種環(huán)境和目的的條件下正確制定決策和實(shí)現(xiàn)目的的能力。在這里 ,給定的環(huán)境和目的是問(wèn)題的約束條件 ,制定正確的決策是智能的中心環(huán)節(jié) ,而有效地實(shí)現(xiàn)目的 ,則是智能的評(píng)判準(zhǔn)則。從信息處理的角度講 ,智能可以看成是獲取、傳遞、處理、再生和利用信息的能力。而思維能力是整個(gè)智能活動(dòng)中最復(fù)雜、最核心的部分 ,主要指處理和再生信息的能力。這種信息處理的過(guò)程是十分復(fù)雜和多樣化的 ,歸納起來(lái) ,大體可分為 3 種基本的類型 ,即:經(jīng)驗(yàn)思維、邏輯思維和創(chuàng)造性思維。在工藝設(shè)計(jì)過(guò)程中 ,這三種類型的思維都存在 ,在不同層次的決策中起著重要作用。
總之，智能制造技術(shù)是制造技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)、系統(tǒng)工程與人工智能等學(xué)科互相滲透、互相交織而形成的一門綜合技術(shù)。其具體表現(xiàn)為:智能設(shè)計(jì)、智能加工、機(jī)器人操作、智能控制、智能工藝規(guī)劃、智能調(diào)度與管理、智能裝配、智能測(cè)量與診斷等。它強(qiáng)調(diào)通過(guò)“ 智能設(shè)備 ” 和“ 自治控制 ” 來(lái)構(gòu)造新一代的智能制造系統(tǒng)模式。智能制造系統(tǒng)具有自律能力、自組織能力、自學(xué)習(xí)與自我優(yōu)化能力、自修復(fù)能力 ,因而適應(yīng)性極強(qiáng) ,而且由于采用 VR技術(shù) ,人機(jī)界面更加友好。因此 , I M技術(shù)的研究開發(fā)對(duì)于提高生產(chǎn)效率與產(chǎn)品品質(zhì)、降低成本 ,提高制造業(yè)市場(chǎng)應(yīng)變能力、國(guó)家經(jīng)濟(jì)實(shí)力和國(guó)民生活水準(zhǔn) ,具有重要意義。智能制造是制造系統(tǒng)柔性自動(dòng)化和集成自動(dòng)化的新發(fā)展和重要組成部分 ,因此未來(lái)智能制造將向智能集成的方向發(fā)展 ,未來(lái)智能制造的研究將著重于智能傳感與檢測(cè)(如智能傳感器、智能傳感與檢測(cè)技術(shù)、光纖傳感技術(shù)等)。
三.人工智能與 I M T、I M S 人工智能的研究, 一開始就未能擺脫制造機(jī)器生物的思想, 即 “機(jī)器智能化”。這種以 “自主” 系統(tǒng)為目標(biāo)的研究路線, 嚴(yán)重地阻礙了人工智能研究的進(jìn)展。許多學(xué)者已意識(shí)到這一點(diǎn), Feigenbaum、N ew ell、錢學(xué)森從計(jì)算機(jī)角度出發(fā), 提出了人與計(jì)算機(jī)相結(jié)合的智能系統(tǒng)概念。目前國(guó)外對(duì)多媒體及虛擬技術(shù)研究進(jìn)行大量投資, 以及日本第五代智能
計(jì)算機(jī)研制計(jì)劃的擱淺等事例, 就是智能系統(tǒng)研究目標(biāo)有所改變的明證。
人工智能技術(shù)在機(jī)械制造領(lǐng)域中的應(yīng)用涉及市場(chǎng)分析、產(chǎn)品設(shè)計(jì)、生產(chǎn)規(guī)劃、過(guò)程控制、質(zhì)量管理、材料處理、設(shè)備維護(hù)等諸方面。結(jié)果是開發(fā)出了種類繁多的面向特定領(lǐng)域的獨(dú)立的專家系統(tǒng)、基于知識(shí)的系統(tǒng)或智能輔助系統(tǒng), 形成一系列的 “智能化孤島”。隨著研究與應(yīng)用的深入, 人們逐漸認(rèn)識(shí)到, 未來(lái)的制造自動(dòng)化應(yīng)是高度集成化與智能化的
人—機(jī)系統(tǒng)的有機(jī)融合, 制造自動(dòng)化程度的進(jìn)一步提高要依賴于整個(gè)制造系統(tǒng)的自組織能力。如何提高這些 “孤島” 的應(yīng)用范圍和在實(shí)際制造環(huán)境中處理問(wèn)題的能力, 成為人們的研究焦點(diǎn)。在80 年代末和90 年代初, 一種通過(guò)集成制造自動(dòng)化、新一代人工智能、計(jì)算機(jī)等科學(xué)技術(shù)而發(fā)展起來(lái)的新型制造工程—— I M T 和新——代制造系統(tǒng)—— I M S 便脫穎而出。
人工智能在制造領(lǐng)域中的應(yīng)用與 I M T 和I M S 的一個(gè)重要區(qū)別在于, I M S 和 I M T 首次以部分取代制造中人的腦力勞動(dòng)為研究目標(biāo), 而不再僅起 “輔助和支持” 作用, 在一定范圍還需要能獨(dú)立地適應(yīng)周圍環(huán)境, 開展工作。
四.I M S 和C I M S C I M S 發(fā)展的道路不是一帆風(fēng)順的。今天,C I M S 的發(fā)展遇到了不可逾越的障礙, 可能是剛開始時(shí)就對(duì)C I M S 提出了過(guò)高的要求, 也可能是C I M S 本身就存在某種與生俱來(lái)的缺陷, 今天的C I M S 在國(guó)際上已不像幾年前那樣受到極大的關(guān)注與廣泛地研究。從C I M S 的發(fā)展來(lái)看, 眾多研究者把重點(diǎn)放在計(jì)算機(jī)集成上, 從科學(xué)技術(shù)的現(xiàn)狀看, 要完成這樣一個(gè)集成系統(tǒng)是很困難的。
C I M S 作為一種連接生產(chǎn)線中的單個(gè)自動(dòng)化子系統(tǒng)的策略, 是一種提高制造效率的技術(shù)。它的技術(shù)基礎(chǔ)具有集中式結(jié)構(gòu)的遞階信息網(wǎng)絡(luò)。盡管在這個(gè)遞階體系中有多個(gè)執(zhí)行層次, 但主要控制設(shè)施仍然是中心計(jì)算機(jī)。C I M S 存在的一個(gè)主要問(wèn)題是用于異種環(huán)境必須互連時(shí)的復(fù)雜性。在C I M S 概念下, 手工操作要與高度自動(dòng)化或半自動(dòng)化操作集成起來(lái)是非常困難和昂貴的。在C I M S 深入發(fā)展和推廣應(yīng)用的今天, 人們已經(jīng)逐漸認(rèn)識(shí)到, 要想讓C I M S 真正發(fā)揮效益和大面積推廣應(yīng)用, 有兩大問(wèn)題需要解決: ①人在系統(tǒng)中的作用和地位;②在不作很大投資對(duì)現(xiàn)有設(shè)施進(jìn)行技術(shù)改造的情況下亦能應(yīng)用C I M S?，F(xiàn)有的C I M S概念是解決不了這兩個(gè)難題的。今天, 人力和自動(dòng)化是一對(duì)技術(shù)矛盾, 不能集成在一起, 所能做的選擇, 或是昂貴的全自動(dòng)化生產(chǎn)線, 或是手工操作, 而缺乏的是人力和制造設(shè)備之間的相容性,人機(jī)工程只是一個(gè)方面的考慮, 更重要的相容性考慮要體現(xiàn)在競(jìng)爭(zhēng)、技能和決策能力上。人在制造中的作用需要被重新定義和加以重視。
事實(shí)上, 在70 年代末和80 年代初, 人們已開始認(rèn)識(shí)到人的因素在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中的作用。英國(guó)出版公司(IFS)于 1984 年就首次發(fā)起了第一屆“制造中人的因素” 研討會(huì), 目的在于提高人們對(duì)制造環(huán)境中人的因素及其所起作用的認(rèn)識(shí)。事實(shí)證明, 人是 I M S 中制造智能的重要來(lái)源。值得指出的是, C I M S 和 I M S 都是面向制造過(guò)程自動(dòng)化的系統(tǒng), 兩者密切相關(guān)但又有區(qū)別。
C I M S 強(qiáng)調(diào)的是企業(yè)內(nèi)部物料流的集成和信息流的集成;而 I M S 強(qiáng)調(diào)的則是更大范圍內(nèi)的整個(gè)制造過(guò)程的自組織能力。從某種意義上講, 后者難度更大, 但比C I M S 更實(shí)用、更實(shí)際。C I M S 中的眾多研究?jī)?nèi)容是 I M S 的發(fā)展基礎(chǔ), 而 I M S 也將對(duì)C I M S 提出更高的要求。集成是智能的基礎(chǔ), 而智能也將反過(guò)來(lái)推動(dòng)更高水平的集成。I M T 和 I M S 的研究成果將不只是面向21 世紀(jì)的制造業(yè), 不只是促進(jìn)C I M S 達(dá)到高度集成, 而且對(duì)于FM S、M S、CNC 以至一般的工業(yè)過(guò)程自動(dòng)化或精密生產(chǎn)環(huán)境而言, 均有潛在的應(yīng)用價(jià)值。有識(shí)之士對(duì)人工智能技術(shù)、計(jì)算機(jī)科學(xué)和C I M S 技術(shù)進(jìn)行了全面的反思。他們?cè)谡J(rèn)識(shí)機(jī)器智能化的局限性的基礎(chǔ)上, 特別強(qiáng)調(diào)人在系統(tǒng)中的重要性。如何發(fā)揮人在系統(tǒng)中的作用, 建立一種新型的人—機(jī)的協(xié)同關(guān)系, 從而產(chǎn)生高效、高性能的生產(chǎn)系統(tǒng), 這是當(dāng)前眾多學(xué)者都會(huì)提出的問(wèn)題, 也正是C I M S 所忽視的關(guān)鍵因素, 這一因素導(dǎo)致了C I M S 發(fā)展中不可逾越的障礙。值得一提的是有的學(xué)者特別強(qiáng)調(diào) “人件(Humanw are)” 在系統(tǒng)中的重要性, 提出C I M S 的開放結(jié)構(gòu)體系思想。最引人注目的是歐共體的ESPR IT 計(jì)劃中單獨(dú)列出的一個(gè)研究子項(xiàng), 即 “以人為中心的C I M S”。甚至有人索性稱以人為中心的 C I M S 為 H I M S(HumanIn tegrated M anufactu r ing System), 指出集成制造系統(tǒng)首先是 “人的集成”。耐人尋味的是, 目前研究的 “精良生產(chǎn)” 與 “敏捷制造” 等新型制造系統(tǒng)的主要出發(fā)點(diǎn)也是強(qiáng)調(diào) “人” 的作用, 即 “以人為中心”。
五．智能制造的物質(zhì)基礎(chǔ)及理論基礎(chǔ) 1.智能制造系統(tǒng)的物質(zhì)基礎(chǔ)主要有:
(1)數(shù)控機(jī)床和加工中心 美國(guó)于 1952 年研制成功第一臺(tái)數(shù)控銑床 ,使機(jī)械制造業(yè)發(fā)生一次技術(shù)革命。數(shù)控機(jī)床和加工中心是柔性制造的核心單元技術(shù)。(2)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造提高了產(chǎn)品的質(zhì)量和縮短產(chǎn)品生產(chǎn)周期 ,改變了傳統(tǒng)用手工繪圖、依靠圖紙組織整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程的技木管理模式。
(3)工業(yè)控制技術(shù)、微電子技術(shù)與機(jī)械工業(yè)的結(jié)合 — — — 機(jī)器人開創(chuàng)了工業(yè)生產(chǎn)的新局面 ,使生產(chǎn)結(jié)構(gòu)發(fā)生重大變化 ,使制造過(guò)程更富于柔性擴(kuò)展了人類工作范圍。
(4)制造系統(tǒng)為智能化開發(fā)了面向制造過(guò)程
中特定環(huán)節(jié)、特定問(wèn)題的 “智能化孤島”,如專家系統(tǒng)、基干知識(shí)的系統(tǒng)和智能輔助系統(tǒng)等。
(5)智能制造系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)用
計(jì)算機(jī)一體化控制生產(chǎn)系統(tǒng) ,使生產(chǎn)從概念、設(shè)計(jì)到制造聯(lián)成一體 ,做到直接面向市場(chǎng)進(jìn)行生產(chǎn) ,可以從事大小規(guī)模并舉的多樣化的生產(chǎn);近年來(lái) ,制造技術(shù)有了長(zhǎng)足的發(fā)展和進(jìn)步 ,也帶來(lái)了很多新問(wèn)題。數(shù)控機(jī)床、自動(dòng)物料系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)、機(jī)器人等在工業(yè)公司得到了廣泛的應(yīng)用 ,越來(lái)越多的公司使用了 “計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)(CIMS)”、“柔性制造系統(tǒng)(FMS)”、“工廠自動(dòng)化(FA)”、“多目標(biāo)智能計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(M1CAD)”、“模塊化制造與工廠(MXMF)、并行工程(CE)”、“智能控制系統(tǒng)(ICS)” 以及 “智能制造(IM)”、“智能制造技術(shù)(IMT)” 和 “智能制造系統(tǒng)(IMS)” 等等新術(shù)語(yǔ)。先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)、控制技術(shù)和制造技術(shù)向產(chǎn)品、工藝和系統(tǒng)的設(shè)計(jì)師和管理人員提出了新的挑戰(zhàn) ,傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)和管理方法不能再有效地解決現(xiàn)代制造系統(tǒng)提出的問(wèn)題了。要解決這些問(wèn)題、需要用現(xiàn)代的工具和方法 ,例如人工智能(AI)就為解決復(fù)雜的工業(yè)問(wèn)題提出了一套最適宜的工具。2.智能制造技術(shù)的理論基礎(chǔ)
智能制造技術(shù)是采用一種全新的制造概念和實(shí)現(xiàn)模式。其核心特征強(qiáng)調(diào)整個(gè)制造系統(tǒng)的整體“智能化” 或 “自組織能力” 與個(gè)體的 “自主性”?！爸悄苤圃靽?guó)際合作研究計(jì)劃J IRPIMS” 明確提出: “智能制造系統(tǒng)是一種在整個(gè)制造過(guò)程中貫穿智能活動(dòng) ,并將這種智能活動(dòng)與智能機(jī)器有機(jī)融合 ,將整個(gè)制造過(guò)程從訂貨、產(chǎn)品設(shè)計(jì)、生產(chǎn)到市場(chǎng)銷售等各個(gè)環(huán)節(jié)以柔性方式集成起來(lái)的能發(fā)揮最大生產(chǎn)力的先進(jìn)生產(chǎn)系統(tǒng)”?；谶@個(gè)觀點(diǎn),在智能制造的基礎(chǔ)理論研究中 ,提出了智能制造系統(tǒng)及其環(huán)境的一種實(shí)現(xiàn)模式 ,這種模式給制造過(guò)程及系統(tǒng)的描述、建模和仿真研究賦予了全新的思想和內(nèi)容 ,涉及制造過(guò)程和系統(tǒng)的計(jì)劃、管理、組織及運(yùn)行各個(gè)環(huán)節(jié) ,體現(xiàn)在制造系統(tǒng)中制造智能知識(shí)的獲取和運(yùn)用 ,系統(tǒng)的智能調(diào)度等 ,亦即對(duì)制造系統(tǒng)內(nèi)的物質(zhì)流、信息流、功能決策能力和控制能力提出明確要求。作為智能制造技術(shù)基礎(chǔ) ,各種人工智能工具 ,及人工智能技術(shù)研究成果在制造業(yè)中的廣泛應(yīng)用 ,促進(jìn)了智能制造技術(shù)的發(fā)展。而智能制造系統(tǒng)中 ,智能調(diào)度、智能信息處理與智能機(jī)器的有機(jī)融合而構(gòu)成的復(fù)雜智能系統(tǒng) ,主要體現(xiàn)在以智能加工中心為核心的智能加工系統(tǒng)的智能單元上。作為智能單元的神經(jīng)中樞——智能數(shù)控系統(tǒng) ,不僅需要對(duì)系統(tǒng)內(nèi)部中各種不確定的因素如噪聲測(cè)量、傳動(dòng)間隙、摩擦、外界干擾、系統(tǒng)內(nèi)各種模型的非線性及非預(yù)見(jiàn)性事件實(shí)施智能控制 ,而且要對(duì)制造系統(tǒng)的各種命令請(qǐng)求做出智能反應(yīng)。這種功能已遠(yuǎn)非傳統(tǒng)的數(shù)控系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)所能勝任 ,這是一個(gè)具有挑戰(zhàn)性的新課題。對(duì)此有待研究解決的問(wèn)題有很多 ,其中包括智能制造機(jī)理、智能制造信息、制造智能和制造中的計(jì)算幾何等。總之 ,制造技術(shù)發(fā)展到今天 ,已經(jīng)由一種技術(shù)發(fā)展成為包括系統(tǒng)論、信息論和控制論為核心的、貫穿在整個(gè)制造過(guò)程各個(gè)環(huán)節(jié)的一門新型的工程學(xué)科 ,即制造科學(xué)。制造系統(tǒng)集成與調(diào)度的關(guān)鍵是信息的傳遞與交換。從信息與控制的觀點(diǎn)來(lái)看 ,智能制造系統(tǒng)是一個(gè)信息處理系統(tǒng) ,由輸入、處理、輸出和反饋等部分組成。輸入有物質(zhì)(原料、設(shè)備、資金、人 員)、能量與信息;輸出有產(chǎn)品與服務(wù);處理包括物料的處理與信息處理;反饋有產(chǎn)品品質(zhì)回饋與顧客反饋。制造過(guò)程實(shí)質(zhì)上是信息資源的采集、輸入、加工處理和輸出的過(guò)程 ,而最終形成的產(chǎn)品可視為信息的物質(zhì)表現(xiàn)形式。
六．智能制造系統(tǒng)的特征及框架結(jié)構(gòu)
1.為了提出有我國(guó)特色的智能制造模式 ,首先要搞清智能系統(tǒng)應(yīng)具有什么特征。當(dāng)前對(duì)智能系統(tǒng)的理解有兩種不同的意見(jiàn):一種是從科學(xué)的角度來(lái)看這個(gè)問(wèn)題的意見(jiàn) ,即認(rèn)為只有具備下列特征的系統(tǒng)才能稱為智能系統(tǒng):一個(gè)系統(tǒng)既具有人類智能(或部分地),又具有與人類實(shí)現(xiàn)其智能相似的過(guò)程與途徑。另一種是從工程的角度來(lái)看這個(gè)問(wèn)題的意見(jiàn) ,即認(rèn)為一個(gè)系統(tǒng)只要具有(或部分具有)人類智能就稱為智能系統(tǒng) ,而不管實(shí)現(xiàn)其智能的過(guò)程與途徑。我們這里所討論的問(wèn)題是關(guān)于智能制造系統(tǒng)的問(wèn)題 ,也就是從工程角度來(lái)討論智能系統(tǒng)的問(wèn)題。我們認(rèn)為:在工程上 ,智能系統(tǒng)的特征有以下幾個(gè)方面 ,具有下列特征之一的系統(tǒng) ,從工程角度看 ,就可稱為智能系統(tǒng)：(1)多信息感知與融合;(2)知識(shí)表達(dá)、獲取、存儲(chǔ)和處理(主要是識(shí)別、設(shè)計(jì)、計(jì)算、優(yōu)化、推理與決策);(3)聯(lián)想記憶與智能控制;(4)自治性 自相似、自學(xué)習(xí)、自適應(yīng)、自組織、自維護(hù);(5)機(jī)器智能的演繹(分解)與歸納(集成);(6)容錯(cuò)。
2.智能制造系統(tǒng)模式的框架結(jié)構(gòu)
整個(gè)系統(tǒng)是一個(gè)多智能體分布式網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) ,分成四個(gè)部分:中心層、管理層、計(jì)劃層和生產(chǎn)層。每個(gè)層由具有自治性的多智能體組成 ,這種多智能體具有相似的結(jié)構(gòu) ,但根據(jù)任務(wù)的不同而有不同的自學(xué)習(xí)、自適應(yīng)、自組織、自維護(hù)功能。智能系統(tǒng)有一定的容錯(cuò)能力 ,可以在不完整的信息或偶然誤差出現(xiàn)時(shí)正常地工作。系統(tǒng)與因特網(wǎng)兼容 ,可以進(jìn)行企業(yè)動(dòng)態(tài)聯(lián)盟、招標(biāo)、投標(biāo)及電子商務(wù) ,還可形成虛擬制造的支持環(huán)境。
七． 智能加工中心 IMC 1.智能加工中心是智能制造系統(tǒng)中一種典型的智能加工機(jī)器。作為以 IMC 為主的智能加工單元 ,其任務(wù)為感知、決策、加工、控制與學(xué)習(xí)。智能加工中心既是智能制造過(guò)程和系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)和應(yīng)用對(duì)象 ,也是智能制造技術(shù)的縮影和實(shí)現(xiàn)通道。它與普通的加工中心(MC)有著本質(zhì)的區(qū)別 ,除了完成數(shù)控代碼規(guī)定的加工任務(wù)外 ,能夠根據(jù)信息的綜合進(jìn)行自主決策 ,實(shí)時(shí)調(diào)整自身行為 ,適應(yīng)環(huán)境和自身的不確定性變化 ,即應(yīng)具有 “自主性” 和 “自組織” 能力 ,實(shí)現(xiàn)對(duì) IMC的數(shù)控系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)干預(yù)與智能控制。數(shù)控加工中心的實(shí)時(shí)智能控制 ,表現(xiàn)為三個(gè)方面:第一是遠(yuǎn)程控制 ,通過(guò)通信線路對(duì)加工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行控制 ,對(duì)加工中心的加工操作和加工狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)視;第二是故障識(shí)別與處理 ,如刀具磨損識(shí)別與自動(dòng)更換備用刀具、自激振動(dòng)識(shí)別與自動(dòng)抑制或消除等;第三是自適應(yīng)控制 ,根據(jù)檢測(cè)到的過(guò)程控制信息自適應(yīng)地改變加工參數(shù)。而智能加工中心對(duì)信息的獲取與處理表現(xiàn)在對(duì)加工環(huán)境和加工狀態(tài)的自主響應(yīng)能力 ,其中對(duì)刀具狀態(tài)的監(jiān)測(cè)是評(píng)判加工狀態(tài)的重要依據(jù)。加工中心刀具狀態(tài)實(shí)時(shí)在線智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng) ,及基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與模糊識(shí)別模式的多傳感器融合技術(shù)的刀具磨、破損監(jiān)測(cè)
系統(tǒng)的成功開發(fā) ,為智能制造信息的自動(dòng)獲取 ,成功提供了有力的保證。2.智能加工中心的主要功能
在智能加工中心中 ,智能數(shù)控系統(tǒng)是 IMC 的神經(jīng)中樞 ,其智能化程度直接決定了整個(gè)智能制造系統(tǒng)的智能水平。智能數(shù)控系統(tǒng)具有高級(jí)的自主控制功能 ,能將任務(wù)請(qǐng)求、作業(yè)規(guī)劃、軌跡控制、過(guò)程監(jiān)視與控制、錯(cuò)誤自修復(fù)等功能有機(jī)結(jié)合起來(lái)。面向制造系統(tǒng) ,它是任務(wù)驅(qū)動(dòng)的柔性規(guī)劃學(xué)習(xí)系統(tǒng) ,而面對(duì)復(fù)雜的物流加工環(huán)境 ,它又是 “刺激一反應(yīng)” 型的再勵(lì)系統(tǒng) ,能對(duì)來(lái)自內(nèi)部和外界環(huán)境的多種刺激做出理智的決策 ,從而以最優(yōu)策略完成目標(biāo)任務(wù)。通過(guò)對(duì)智能制造環(huán)境下的加工過(guò)程進(jìn)行分析 ,確定加工中心應(yīng)具備的主要功能有:(1)感知功能 ,根據(jù)多種傳感器信號(hào)的收集、特征提取和信息融合 ,實(shí)現(xiàn)加工對(duì)象感知和系統(tǒng)狀態(tài)感知。
(2)決策功能 ,在感知的基礎(chǔ)上通過(guò)決策 ,明確其在整個(gè)制造系統(tǒng)中的作用、與其它智能機(jī)器的關(guān)系 ,并確定自身的行為方式。
(3)控制功能 ,智能加工中心根據(jù)決策結(jié)果進(jìn)行處理 ,采用最優(yōu)化的方式完成加工任務(wù) ,并保證加工過(guò)程得到可靠的監(jiān)視和維護(hù)。
(4)通信功能 ,包括與 CAD/ CAM 系統(tǒng)的智能通信 ,實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)與知識(shí)的交流 ,支持并行工程策略;與其它智能加工機(jī)器的智能通信 ,交流狀態(tài)信息 ,協(xié)調(diào)加工負(fù)荷;與人類專家和操作人員的智能通信 ,提供良好的人機(jī)交互環(huán)境 ,為智能機(jī)器提供知識(shí)單元 ,做出相應(yīng)決策。
(5)學(xué)習(xí)功能 ,依據(jù)決策、控制和加工指令 ,以及由此引起的狀態(tài)變化和最終加工任務(wù) ,學(xué)習(xí)和積累相關(guān)知識(shí) ,改進(jìn)決策和控制策略。此外 ,還包括從人類專家和其它智能機(jī)器直接獲取知識(shí)。
八．智能制造技木的發(fā)展趨勢(shì) 智能制造是從 80 年代末發(fā)展起來(lái)的 ,最旱的幾本有關(guān)智能制造及系統(tǒng)方面的專著是在 1988年由 Wrightfg MilaciC 等人編寫的 ,隨后、Kusiak和 Pain也相繼出版了這方面的研究著作。這些專著所描述的 IMS仍基于設(shè)計(jì)與制造技術(shù)所提出的問(wèn)題和解決的工具與方法。在許多工業(yè)化國(guó)家、人工智能已被當(dāng)作求解現(xiàn)代工業(yè)提出的問(wèn)題的工具和方法。因此 ,這些專著僅著力于人工智能在制造業(yè)中的應(yīng)用和智能系統(tǒng)研究與應(yīng)用中提出的問(wèn)題的求解、使用基于知識(shí)的系統(tǒng)(如級(jí)聯(lián)結(jié)構(gòu)系統(tǒng))和優(yōu)化方法來(lái)解決自動(dòng)化制造環(huán)境中零件、產(chǎn)品、系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與制造 ,以及自動(dòng)制造系統(tǒng)的規(guī)劃與調(diào)度(管理)問(wèn)題。先進(jìn)的工業(yè)化國(guó)家在研究 FMS、CIMS、FA 及AI籌的基礎(chǔ)上 ,為了進(jìn)行國(guó)際間制造業(yè)的共同協(xié)作研究、開發(fā)、設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、物流、信息流、經(jīng)營(yíng)管理乃至制造過(guò)程的集成化與智能化等而提出來(lái)的智能制造系統(tǒng) ,也是為了解決各發(fā)達(dá)國(guó)家面臨的企業(yè)活動(dòng)全球化、重復(fù)投資增大、現(xiàn)場(chǎng)熟練技術(shù)工人不足和社會(huì)對(duì)產(chǎn)品的需求變化等因素而倡導(dǎo)的國(guó)際制造業(yè)的合作。在迸行智能制造及其相關(guān)技術(shù)與系統(tǒng)的研究方面、首推日本在 1990 年提議和倡導(dǎo)的日、美、歐之間建立的國(guó)際運(yùn)營(yíng)委員會(huì)、國(guó)際技術(shù)委員會(huì)和附屬機(jī)構(gòu) IMS中。大有主宰未來(lái)制造技術(shù)的趨勢(shì)。1991～ 1993 年 Barschdor 汀和 Monostori 等應(yīng)用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(ANNS)到智能制造中進(jìn)行加工過(guò)程的建模、監(jiān)測(cè)、診斷、自適應(yīng)控制;通過(guò)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的知識(shí)表示和學(xué)習(xí)能力 ,縮短 CIMS的反應(yīng)時(shí)間 ,提高產(chǎn)品的質(zhì)量 ,使系統(tǒng)更可靠。而 Furukawa則對(duì)智能機(jī)器的設(shè)計(jì)程序及它在自動(dòng)導(dǎo)引車中的應(yīng)用作了介紹。被稱為是二十一世紀(jì)的制造技術(shù)的智能制造系統(tǒng) ,目前國(guó)內(nèi)外已相繼開展了國(guó)際聯(lián)合研究計(jì)劃。智能制造系統(tǒng)與當(dāng)前任何制造系統(tǒng)相比 ,在體系結(jié)構(gòu)上有著根本意義上的不同 ,具體體現(xiàn)在:一是采用開放式系統(tǒng)設(shè)計(jì)策略。通過(guò)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù) ,實(shí)現(xiàn)共享制造數(shù)據(jù)和制造知識(shí) ,以保證系統(tǒng)質(zhì)量。這是將計(jì)算機(jī)界先進(jìn)的設(shè)計(jì)和開發(fā)思想融入到制造系統(tǒng)的結(jié)果 ,因而使制造系統(tǒng)向擬人化的方向進(jìn)一步發(fā)展。二是采用分布式多自主體智能系統(tǒng)設(shè)計(jì)策略 ,其基本思想是:賦予制造系統(tǒng)中各組成部分或子系統(tǒng)一定的自主權(quán) ,使其形成一個(gè)封閉的具有完整功能的自主體 ,這些自主體以網(wǎng)絡(luò)智能結(jié)點(diǎn)的形式聯(lián)接在通訊網(wǎng)絡(luò)上 ,各個(gè)智能結(jié)點(diǎn)在物理上是分散的 ,在邏輯上是平等的。通過(guò)各結(jié)點(diǎn)的協(xié)同處理與合作 ,共同完成制造系統(tǒng)任務(wù) ,實(shí)現(xiàn)人與人的知識(shí)在制造中的核心地位。此外 ,生物制造與仿生機(jī)械的科學(xué)與技術(shù)、生物自生長(zhǎng)成形制造、綠色制造的科學(xué)與技術(shù)包括產(chǎn)品與人類和自然的協(xié)調(diào)理論 ,產(chǎn)品綠色工藝(如Near2Zero Waste)等也極大地豐富了智能制造的范疇 ,促進(jìn)了智能制造系統(tǒng)的發(fā)展。目前 ,我國(guó)一些高等院校也在進(jìn)行智能制造技術(shù)的研究 ,如南京航空航天大學(xué)機(jī)電學(xué)院朱劍英教授成立的智能制造科研組 ,一方面跟蹤國(guó)際智能制造的最新研究動(dòng)態(tài) ,另一方面從事智能制造關(guān)鍵基礎(chǔ)技術(shù)的預(yù)研工作 ,為地區(qū)及我國(guó)智能制造技術(shù)的發(fā)展做出了一定貢獻(xiàn)。遺憾的是 ,由于種種原因 ,我國(guó)政府主管部門和有關(guān)大公司、廠家并無(wú)跡象表明對(duì)智能制造已引起足夠的重視 ,至今也未得到我國(guó)機(jī)械學(xué)科的普遍關(guān)注。相信隨著人們對(duì)智能制造系統(tǒng)認(rèn)識(shí)的逐步深入 ,智能制造系統(tǒng)必將得以迅猛發(fā)展 ,迎頭趕上世界先進(jìn)發(fā)展水平。
九．智能制造系統(tǒng)研究成果及存在問(wèn)題
目前對(duì)分布式制造系統(tǒng)的研究雖然還處于初期階段 ,但已在不同層次、不同側(cè)面上取得了大量令人振奮的基礎(chǔ)理論研究成果和應(yīng)用成果 ,如制造 Agent的個(gè)體目標(biāo)機(jī)制(如獎(jiǎng)懲機(jī)制、市場(chǎng)機(jī)制、目標(biāo)函數(shù)等)等。這些研究成果奠定了MAS在制造控制中應(yīng)用的基礎(chǔ)。但是 ,由于制造 Agent 在信息、知識(shí)和控制上的完全分布 ,每個(gè) Agent 對(duì)環(huán)境、對(duì)整個(gè)問(wèn)題求解活動(dòng)及其他Agent 的意圖只有部分的、不完全的知識(shí) ,并且擁有的知識(shí)可能互相不一致 ,各個(gè) Agent只能根據(jù)不完備的知識(shí)與不完整、不同步的信息做出局部決策。又由于整個(gè)系統(tǒng)缺乏類似中央控制的機(jī)制 ,因而整個(gè)系統(tǒng)的控制和決策往往不能達(dá)到最優(yōu)效果 ,而且不可避免地存在大量難以解決的決策沖突(C onflict)和死鎖(Deadlock)。因此 ,對(duì)分布式自治制造系統(tǒng)中異構(gòu) Agent 間的相互合作以及全局協(xié)調(diào)機(jī)制的研究 ,是分布式自治制造系統(tǒng)最重要 ,也是最基本的問(wèn)題 ,更是其走向?qū)嵱盟酱鉀Q的核心問(wèn)題。協(xié)調(diào)是指一組 Agent 完成一些集體活動(dòng)時(shí)相互作用的性質(zhì)。在分布式制造系統(tǒng)中 ,全局協(xié)調(diào)和優(yōu)化是一個(gè)在多目標(biāo)動(dòng)態(tài)約束下 ,各類活動(dòng)和資源的最佳組合和排序的動(dòng)態(tài)求取過(guò)程 ,它可以描述為兩個(gè)子問(wèn)題 ,即局部調(diào)度決策和全局資源協(xié)調(diào)。由于 “組合爆炸” 現(xiàn)象的存在 ,當(dāng)前采用的普遍方法是談判和投標(biāo)(Neg otiation and Bidding)。談判被定義為:在開放的、動(dòng)態(tài)的制造控制環(huán)境下 ,擁有任務(wù)訂單的 Agent(協(xié)調(diào)者),及欲參與任務(wù)執(zhí)行的 Agent(投標(biāo)者)之間傳遞各自的資源、愿望和能力信息 ,反復(fù)進(jìn)行協(xié)商 ,直到其中一個(gè)Agent 或一組Agent 被選出組成執(zhí)行該任務(wù)的隊(duì)列的過(guò)程。在這個(gè)過(guò)程中出現(xiàn)的沖突和死鎖或者由協(xié)調(diào)者來(lái)解決 ,或者由沖突中的 Agent 自行解決。為了加快談判過(guò)程 ,許多研究工作致力于改進(jìn)談判策略和開發(fā)支持協(xié)商的協(xié)議和語(yǔ)言 ,目前已提出了諸如一步談判、多步談判、合同網(wǎng)等多種談判策略和協(xié)議。分析這種談判過(guò)程 ,可以看出:
(1)在當(dāng)前所采用的模型中 ,談判是基于對(duì)談判者的知識(shí)與能力、討價(jià)還價(jià)過(guò)程、收益計(jì)算 ,以及子系統(tǒng)的影響(或能力)的平衡的顯式表達(dá) ,以可計(jì)算的迭代模型模擬社會(huì)或生物界的組織形式和進(jìn)化過(guò)程的協(xié)調(diào)和協(xié)作方法;
(2)各個(gè)Agent 總是將其他Agent 的局部調(diào)度作為其預(yù)測(cè)信息 ,以計(jì)算其自己的局部調(diào)度決策。依次地 ,又將決策結(jié)果傳遞給其他 Agent。宏觀上看 ,這是一個(gè)串行過(guò)程。當(dāng)一個(gè)Agent 產(chǎn)生的結(jié)果不可接受時(shí) ,又需要進(jìn)行反復(fù)通信和迭代。因而 ,各個(gè) Agent 的內(nèi)部可以看作是一個(gè)局部閉環(huán)反饋控制系統(tǒng) ,而沖突則是其外部擾動(dòng);
(3)全局協(xié)調(diào)的目標(biāo)是要完全消解沖突 ,因而各 Agent 總是要利用最新的信息來(lái)處理沖突。因此 ,談判實(shí)際上是一種外部合作機(jī)制。這種方法在一定程度上解決了開放環(huán)境中的 Agent 協(xié)調(diào)和協(xié)作的組合優(yōu)化問(wèn)題 ,但是該方法的一個(gè)固有缺陷是它只是對(duì)社會(huì)市場(chǎng)或生物界的組織形式和進(jìn)化過(guò)程的直覺(jué)模仿[1 ],尚缺乏對(duì)其基本原理、機(jī)制和限制條件的深刻認(rèn)識(shí)和理論上的證明 ,例如 ,在什么條件下談判的過(guò)程是收斂的、穩(wěn)定的。如何得到期望的結(jié)構(gòu)或功能等。尤其當(dāng)系統(tǒng)規(guī)模較大 ,而且 Agent 處于信息連續(xù)變化的高度紊亂的環(huán)境中(如由于市場(chǎng)的快速變化 ,經(jīng)常會(huì)有一些短期的、緊急的訂單需要及時(shí)處理)時(shí) ,有可能引起沖突的傳播(即任何兩個(gè)實(shí)體間沖突的解決會(huì)觸發(fā)其他沖突的出現(xiàn))。這種特性類似于自催化過(guò)程 ,各個(gè)制造Agent 間正向先進(jìn)制造技術(shù)的源泉.科學(xué)通報(bào),1998 , 43-33727.[4 ] 史忠植.高級(jí)人工智能.北京: 科學(xué)出版社, 1998.[5]楊文通 ,王曹 劉志峰 ,等 數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)化制造技術(shù)北京 電子工業(yè)出版社 , [6]王英林 ,劉敏 ,張申生 ,基于Agent的敏捷供應(yīng)鏈及相關(guān)技術(shù) 中國(guó)機(jī)械工程 , [7]張軍 ,趙江洪 網(wǎng)絡(luò)協(xié)同數(shù)控機(jī)床工業(yè)設(shè)計(jì)系統(tǒng)中的知識(shí)獲取與應(yīng)用研究 〔機(jī)械工程學(xué)報(bào) 〕 ,
第三篇：智能led照明控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(精)
目錄
1.引言??????????????????????????????2 2.方案論證????????????????????????????3 2.1方案一???????????????????????????5 2.2方案二???????????????????????????6 2.3各方案的比較................................錯(cuò)誤！未定義書簽。
3.各電路設(shè)計(jì)和論證..................................................6 3.1 電源電路的方案設(shè)計(jì)與論證....................................6 3.2信號(hào)采集部分電路的設(shè)計(jì)和論證.................................7 3.3單片機(jī)部分電路的設(shè)計(jì)和論證..................................12 3.4輸出部分電路的設(shè)計(jì)和論證....................................14 4.軟件設(shè)計(jì)........................................................15 4.1程序流程....................................................15 4.1.1系統(tǒng)主程序流程圖......................................15 4.1.2傳感器子程序流程圖....................................16 4.2程序........................................................17 4.2.1主程序................................................17 4.2.2定時(shí)器中斷子程序......................................18 4.2.3數(shù)據(jù)處理程序..........................................18 4.2.4 ADC0809連續(xù)對(duì)2個(gè)通道采樣程序........................19 5．軟硬件系統(tǒng)的調(diào)試................................................19 5.1硬件調(diào)試....................................................19 5.2軟件調(diào)試....................................................19 6． 附錄...........................................................20
7．參考文獻(xiàn)........................................錯(cuò)誤！未定義書簽。高亮度LED 樓道照明燈電路的設(shè)計(jì)
摘要：本系統(tǒng)以單片機(jī)80C51為核心部件，利用光線度檢測(cè)技術(shù)、光電傳感器接收技術(shù)并
配合一套獨(dú)特的軟件算法實(shí)現(xiàn)了路燈自動(dòng)開關(guān)、聲光控制電路等功能。在系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程中，聯(lián)系實(shí)際路燈狀況，力求硬件線路簡(jiǎn)單，元件價(jià)格經(jīng)濟(jì)，充分發(fā)揮軟件編程方便靈活的特點(diǎn)，來(lái)滿足系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求。
關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī)、光明二極管、話筒、A/D轉(zhuǎn)換器、傳感器。1．引言
隨著電子技術(shù)的迅猛發(fā)展，單片機(jī)技術(shù)已滲透到航天、國(guó)防、工業(yè)。農(nóng)業(yè)、日常生活等各個(gè)領(lǐng)域，成為當(dāng)今世界科技現(xiàn)代化不可缺少的重要工具和強(qiáng)有力武器。用單片機(jī)研制的各個(gè)智能化測(cè)量控制儀表周期短、成本低，在一起、儀表與機(jī)電一體化產(chǎn)品的設(shè)計(jì)中具有明顯的優(yōu)勢(shì)。這次用單片機(jī)設(shè)計(jì)制作一個(gè)走廊路燈控制系統(tǒng)。
光控電路有著廣泛的應(yīng)用。比如城市中的路燈或樓道照明等一般都是由人工操作的, 如果采用光控電路, 根據(jù)光線的強(qiáng)弱來(lái)自動(dòng)開啟和關(guān)閉照明燈, 做到無(wú)人自動(dòng)控制, 可以減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度, 有效的節(jié)約能源。但光控電路有其缺陷, 就是夜晚無(wú)光線的時(shí)候, 照明燈將一直工作著, 這樣會(huì)造成資源的浪費(fèi), 也會(huì)縮短照明燈的壽命。
這時(shí)若在光控電路的基礎(chǔ)上添加一個(gè)聲控電路, 使得照明電路在無(wú)光線的時(shí)候, 只受聲音的控制, 當(dāng)有腳步聲或其它較強(qiáng)聲響的時(shí)候, 照明電路自動(dòng)工作。當(dāng)聲音消失的時(shí)候, 照明燈自動(dòng)熄滅, 這就需要在光控電路和聲控電路聯(lián)合工作的條件下添加一個(gè)延時(shí)電路, 使照明燈點(diǎn)亮后, 延時(shí)一定時(shí)間后自動(dòng)熄滅。
以上電路的設(shè)計(jì)非常簡(jiǎn)單，是通過(guò)RC 震蕩來(lái)完成電路的延時(shí)作用，它沒(méi)有經(jīng)過(guò)單片機(jī)的控制，所以電路完成的功能有限而且也不是非常穩(wěn)定，所以我們把單片機(jī)加入走廊路燈控制電路能使得電路更加的完美和穩(wěn)定。如果在此電路基礎(chǔ)上加入ADC0809轉(zhuǎn)換器就可以拓展單片機(jī)的作用，使得電路的功能得到進(jìn)一步的提升，達(dá)到本課題的設(shè)計(jì)要求。
使用這種照明電路, 人們就不必在黑暗中摸索開關(guān), 也不必再擔(dān)心點(diǎn)長(zhǎng)明燈費(fèi)電和損壞燈泡了。夜間只要有腳步聲或其它較強(qiáng)的聲響時(shí), 燈便自動(dòng)點(diǎn)亮, 延時(shí)一定時(shí)間后自動(dòng)熄滅。特別適用自動(dòng)控制路燈照明以及走廊和樓道等處的短時(shí)照明。
聲光控?zé)粼谑袌?chǎng)上是很常見(jiàn)的，我們生活中也有很多單位用著這種燈，在樓道上，在門廳口，以及在各種人員流動(dòng)不太頻繁也不太稀少的地方，其原理是：利用聲音與光來(lái)共同控制燈的明滅，當(dāng)白天時(shí)(光線比較強(qiáng)烈時(shí) 即便有再?gòu)?qiáng)的聲音，燈也不會(huì)亮，而當(dāng)夜晚時(shí)(光線達(dá)到臨界狀態(tài)時(shí) 聲控裝置才會(huì)真正的被啟動(dòng)年，而這時(shí)，就是這種“聲光控?zé)簟贝箫@身手的時(shí)候。即，當(dāng)有聲音響動(dòng)的時(shí)候，燈才會(huì)亮起來(lái)，如果是人們活動(dòng)，則有很強(qiáng)的適應(yīng)性與活動(dòng)性，當(dāng)沒(méi)人活動(dòng)的時(shí)候，也不會(huì)造成無(wú)端的能源浪費(fèi)。如果與普通的手動(dòng)燈比較，當(dāng)人在黑暗中的時(shí)候，很難找到開關(guān)的位置，亂找不一定能找到，甚至有時(shí)候會(huì)傷害到自己的人身安全(在黑暗中找不到方向，亂撞很可能會(huì)撞上對(duì)人體有害的東西，比如被硬物絆倒被摔傷，碰到尖銳的東西被割傷等，而對(duì)于聲光控?zé)魜?lái)說(shuō)，人們只需要造出某種聲音，比如拍手，大喊一聲等，就可以啟動(dòng)聲光控控制燈，從而辦完自己想辦的事情(要延長(zhǎng)燈的亮著的時(shí)間得要在適當(dāng)?shù)臅r(shí)刻發(fā)出聲音即延續(xù)。
圖1 聲光控延時(shí)開關(guān)的電路原理圖
為了使聲光控開關(guān)在白天開關(guān)斷開，即燈不亮，由光敏電阻rg 等元件組成光控電路，r5和rg 組成串聯(lián)分壓電路，夜晚環(huán)境無(wú)光時(shí)，光敏電阻的阻值很大，rg 兩端的電壓高，即為高電平間t=2πr8c3，改變r(jià)8或c3的值，可改變延時(shí)時(shí)間，滿足不同目的。vd3和vd4構(gòu)成兩級(jí)整形電路，將方波信號(hào)進(jìn)行整形。當(dāng)c3充電到一定電平時(shí)，信號(hào)經(jīng)與非門vd3、vd4后輸出為高電平，使單向可控硅導(dǎo)通，電子開關(guān)閉合；c3充滿電后只向r8放電，當(dāng)放電到一定電平時(shí)，經(jīng)與非門
畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書（論文）
vd3、vd4輸出為低電平，使單向可控硅截止，電子開關(guān)斷開，完成一次完整的電子開關(guān)由開到關(guān)的過(guò)程。
二極管vd1～vd4將交流220v 進(jìn)行橋式整流，變成脈動(dòng)直流電，又經(jīng)r1降壓，c2濾波后即為電路的直流電源，為bm、vt、ic 等供電。
用聲光控延時(shí)開關(guān)代替住宅小區(qū)的樓道上的開關(guān)，只有在天黑以后，當(dāng)有人走過(guò)樓梯通道，發(fā)出腳步聲或其它聲音時(shí)，樓道燈會(huì)自動(dòng)點(diǎn)亮，提供照明，當(dāng)人們進(jìn)入家門或走出公寓，樓道燈延時(shí)幾分鐘后會(huì)自動(dòng)熄滅。在白天，即使有聲音，樓道燈也不會(huì)亮，可以達(dá)到節(jié)能的目的。聲光控延時(shí)開關(guān)不僅適用于住宅區(qū)的樓道，而且也適用于工廠、辦公樓、教學(xué)樓等公共場(chǎng)所，它具有體積小、外形美觀、應(yīng)用廣泛、工作可靠等優(yōu)點(diǎn)。
2.1.1.單片機(jī)控制部分電路
單片機(jī)控制模塊：?jiǎn)纹瑱C(jī)選用我們常用的AT89C51。無(wú)論是信號(hào)采集還是信號(hào)輸出都要經(jīng)過(guò)單片機(jī)的出來(lái)。另外定時(shí)也是通過(guò)單片機(jī)的定時(shí)來(lái)做，這樣可以減少外部元器件的數(shù)量。
2.1.2.信號(hào)采集部分電路的設(shè)計(jì)
判斷外界光線采用光敏電阻，利用集成運(yùn)放LM324將電阻輸出的電壓轉(zhuǎn)換成TTL 電平以供單片機(jī)處理。檢測(cè)外界聲音的使用微型話筒，信號(hào)處理方法和光敏電阻出來(lái)的信號(hào)處理方法類似，并且下文有詳細(xì)的介紹，在這里就不多作介紹。
系統(tǒng)組成框圖如圖2所示：
圖2 信號(hào)采集部分電路系統(tǒng)組成框圖
光敏電阻接在P1.0上，話筒接在P1.1上，繼電器接在P1.2上，蜂鳴器接在P1.3上。房單片機(jī)運(yùn)行時(shí)，單片機(jī)會(huì)不停的掃描P1.0和P1.1口上的邏輯狀態(tài)。當(dāng)發(fā)現(xiàn)這兩個(gè)IO 口發(fā)生改變時(shí)，立即使判斷是光敏電阻發(fā)生的信號(hào)，還是
話筒的信號(hào)。發(fā)送在P1.2或者P1.3IO 口上輸出控制信號(hào)區(qū)控制繼電器動(dòng)作或者控制蜂鳴器蜂鳴。如果是要打開路燈，那么單片機(jī)的內(nèi)部定時(shí)器就開始工作每當(dāng)定時(shí)時(shí)間到了以后就會(huì)立即關(guān)閉路燈。這就是方案二的工作過(guò)程。
2.2 方案二
用A/D轉(zhuǎn)換器ADC0809，由單片機(jī)去判斷外界的環(huán)境。2.2.1方案二
方案二的組成框圖如圖3所示
方案二的主體電路和方案一類似，但是方案二中比方案一多了一個(gè)AD 轉(zhuǎn)換器ADC0809，光敏二極管或者話筒輸出的信號(hào)不是直接輸入到單片機(jī)，而是經(jīng)過(guò)ADC0809轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，然后再輸入到單片機(jī)。方案二中單片機(jī)收到的是經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單判斷的光線或者聲音信號(hào)了，這種工作狀態(tài)單片機(jī)永遠(yuǎn)只知道兩種狀態(tài)。而方案二單片機(jī)可以具體的知道外界光線的強(qiáng)弱或者外界的聲音大小。這樣方案二在處
理輸入信號(hào)上更具有優(yōu)勢(shì)。同時(shí)由于加入ADC0809轉(zhuǎn)換器，可以對(duì)輸入的光線信號(hào)和聲音信號(hào)從模擬量到數(shù)字量的轉(zhuǎn)換，這樣可以具體的判斷出外界的環(huán)境情況，可以知道外界光線的具體強(qiáng)度大小和外界具體聲音的強(qiáng)弱，這樣使得走廊路燈具有功能更加強(qiáng)大的只能控制，開燈外界光線的強(qiáng)度和關(guān)燈外界光線的強(qiáng)度有一個(gè)差值，同樣開燈外界聲音的大小和關(guān)燈外界聲音的大小也具有一個(gè)差值，具有降低誤差的功能。
2.3兩個(gè)方案比較
在這兩個(gè)方案中方案一運(yùn)用了單片機(jī)，定時(shí)通過(guò)單片機(jī)的內(nèi)部定時(shí)器來(lái)完成，電路有了邏輯分析的能力，由于該方案前面的輸入只有0和1兩種狀態(tài)所以該電路在處理光線或者聲音在臨界狀態(tài)不斷變化的情況會(huì)遇到比較大的麻煩，所以設(shè)計(jì)出方案二，方案二是用ADC0809可以由單片機(jī)去判斷外界的環(huán)境是什么樣子的，方案一處理不了的情況。所以放棄了方案一而選擇了方案二。
3各電路設(shè)計(jì)和論證
下面詳細(xì)對(duì)本次畢業(yè)設(shè)計(jì)所考慮的方案進(jìn)行初步的論證和簡(jiǎn)要的分析。3.1 電源電路的方案設(shè)計(jì)與論證
由于但路中需要12V 和5V 兩種電壓，所以分別采用三端穩(wěn)壓器7812和7805 圖3 方案二的組成框圖
新余學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書（論文）圖5 光信號(hào)采集部分電路 聲音信號(hào)部分電路： 由于話筒必須和一個(gè)10K 的電阻串聯(lián)接到5V 的電壓才能有信號(hào)的輸出，所以話筒的信號(hào)輸出電路的形式如圖6所示。由于輸入信號(hào)有很大的直流部分，所以必須使用一個(gè)隔離電容C6將直流成分隔離掉，然后送入到三極管Q3,Q4進(jìn)行信號(hào)的初步放大。下面的處理電路和光線信號(hào)的處理電路相同，最終也是輸出一個(gè)0-5V 的電壓，最后送入到單片機(jī)進(jìn)行處理。圖6 聲音信號(hào)部分電路
A/D轉(zhuǎn)換工作原理：
A/D轉(zhuǎn)換器是用來(lái)通過(guò)一定的電路將模擬量轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字量。
模擬量可以是電壓、電流等電信號(hào)，也可以是壓力、溫度、濕度、位移、聲音等非電信號(hào)。但在A/D轉(zhuǎn)換前，輸入到A/D轉(zhuǎn)換器的輸入信號(hào)必須經(jīng)各種傳感器把各種物理量轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)。
A/D轉(zhuǎn)換后，輸出的數(shù)字信號(hào)可以有8位、10位、12位和16位等。A/D轉(zhuǎn)換器的工作原理
主要介紹以下三種方法：逐次逼近法、雙積分法、電壓頻率轉(zhuǎn)換法。
在集成電路器件中普遍采用逐次逼近型，現(xiàn)簡(jiǎn)要介紹下逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換的基本工作原理。
逐次逼近法
逐次逼近式A/D是比較常見(jiàn)的一種A/D轉(zhuǎn)換電路，轉(zhuǎn)換的時(shí)間為微秒級(jí)。采用逐次逼近法的A/D轉(zhuǎn)換器是由一個(gè)比較器、D/A轉(zhuǎn)換器、緩沖寄存器及控制邏輯電路組成，如圖3.2.3.1所示。
基本原理是從高位到低位逐位試探比較，好像用天平稱物體，從重到輕逐級(jí)增減砝碼進(jìn)行試探。
逐次逼近法轉(zhuǎn)換過(guò)程是：初始化時(shí)將逐次逼近寄存器各位清零；轉(zhuǎn)換開始時(shí)，先將逐次逼近寄存器最高位置1，送入D/A轉(zhuǎn)換器，經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換后生成的模擬量送入比較器，稱為Ｖo，與送入比較器的待轉(zhuǎn)換的模擬量Ｖi 進(jìn)行比較，若Ｖo<Ｖi，該位1被保留，否則被清除。然后再置逐次逼近寄存器次高位為1，將寄存器中新的數(shù)字量送D/A轉(zhuǎn)換器，輸出的 Ｖo 再與Ｖi 比較，若Ｖo<Ｖi，該位1被保留，否則被清除。重復(fù)此過(guò)程，直至逼近寄存器最低位。轉(zhuǎn)換結(jié)束后，將逐次逼近寄存器中的數(shù)字量送入緩沖寄存器，得到數(shù)字量的輸出。逐次逼近的操作過(guò)程是在一個(gè)控制電路的控制下進(jìn)行的。
ADC0809簡(jiǎn)介: 1．主要特性：8路8位A ／D 轉(zhuǎn)換器，即分辨率8位；具有轉(zhuǎn)換起?？刂贫耍晦D(zhuǎn)換時(shí)間為100μs ；單個(gè)＋5V 電源供電；模擬輸入電壓范圍0～＋5V，不需零點(diǎn)和滿刻度校準(zhǔn)；工作溫度范圍為-40～＋85攝氏度 ；低功耗，約15mW。
圖7 ADC0809內(nèi)部結(jié)構(gòu)
2．模擬信號(hào)輸入IN0～I(xiàn)N7： IN0-IN7 為八路模擬電壓輸入線，加在模擬開關(guān)上，工作時(shí)采用時(shí)分割的方式，輪流進(jìn)行A/D 轉(zhuǎn)換。
3．地址輸入和控制線 ：地址輸入和控制線共4 條，其中ADDA、ADDB 和ADDC 為地址輸入線，用于選擇IN0-IN7 上哪一路模擬電壓送給比較器進(jìn)行A/D 轉(zhuǎn)換。ALE 為地址鎖存允許輸入線，高電平有效。當(dāng)ALE 線為高電平時(shí)，ADDA、ADDB 和ADDC 三條地址線上地址信號(hào)得以鎖存，經(jīng)譯碼器控制八路模擬開關(guān)通路工作。
4．?dāng)?shù)字量輸出及控制線（11 條）：START 為“啟動(dòng)脈沖”輸入線，上升沿清零，下降沿啟動(dòng)ADC0809 工作。EOC 為轉(zhuǎn)換結(jié)束輸出線，該線高電平表示AD 轉(zhuǎn)換已結(jié)束，數(shù)字量已鎖入“三態(tài)輸出鎖存器”。D0-D7 為數(shù)字量輸出線，D7 為最高位。ENABLE 為“輸出允許”線，高電平時(shí)能使D0-D7 引腳上輸出轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量。
5．電源線及其他（5 條）：CLOCK 為時(shí)鐘輸入線，用于為ADC0809 提供逐次比較所需，一般為640kHz 時(shí)鐘脈沖。Vcc 為+5V 電源輸入線，GND 為地線。+VREF 和-VREF 為參考電壓輸入線，用于給電阻網(wǎng)絡(luò)供給標(biāo)準(zhǔn)電壓。+VREF 常和
VDD 相連，-VREF 常接地。ADC0809 芯片性能特點(diǎn): 是一個(gè)逐次逼近型的A/D 轉(zhuǎn)換器, 外部供給基準(zhǔn)電壓;單通道轉(zhuǎn)換時(shí)間116us ；分辨率為8 位, 帶有三態(tài)輸出鎖存器, 轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí), 可由CPU 打開三態(tài)門, 讀出8 位的轉(zhuǎn)換結(jié)果;有8 個(gè)模擬量的輸入端, 可引入8 路待轉(zhuǎn)換的模擬量。ADC0809 的數(shù)據(jù)輸出結(jié)構(gòu)是內(nèi)部有可控的三態(tài)緩沖器, 所以它的數(shù)字量輸出信號(hào)線可以與系統(tǒng)的數(shù)據(jù)總線直接相連。內(nèi)部的三態(tài)緩沖器由OE 控制, 當(dāng)OE 為高電平時(shí), 三態(tài)緩沖器打開, 將轉(zhuǎn)換結(jié)果送出;當(dāng)OE 為低電平時(shí), 三態(tài)緩沖器處于阻斷狀態(tài), 內(nèi)部數(shù)據(jù)對(duì)外部的數(shù)據(jù)總線沒(méi)有影響。因此, 在實(shí)際應(yīng)用中, 如果轉(zhuǎn)換結(jié)束, 要讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果, 則只要在OE 引腳上加一個(gè)正脈沖,ADC0809 就會(huì)將轉(zhuǎn)換結(jié)果送到數(shù)據(jù)總線上。在本系統(tǒng)中ADC0809 在電路中的連接如下圖所示，在模擬量之前加入濾波電路是為了使采集數(shù)據(jù)更加準(zhǔn)確，對(duì)于模擬輸入通道，還需要采用一些消除干擾的措施，這點(diǎn)將在下一小節(jié)提到ADC0809是帶有8位A/D轉(zhuǎn)換器、8路多路開關(guān)以及微處理機(jī)兼容的控制邏輯的CMOS 組件。它是逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器，可以和單片機(jī)直接接口。
6．ADC0809的內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu)
由下圖可知，ADC0809由一個(gè)8路模擬開關(guān)、一個(gè)地址鎖存與譯碼器、一個(gè)A/D轉(zhuǎn)換器和一個(gè)三態(tài)輸出鎖存器組成。多路開關(guān)可選通8個(gè)模擬通道，允許8路模擬量分時(shí)輸入，共用A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換。三態(tài)輸出鎖器用于鎖存A/D轉(zhuǎn)換完的數(shù)字量，當(dāng)OE 端為高電平時(shí)，才可以從三態(tài)輸出鎖存器取走轉(zhuǎn)換完的數(shù)據(jù)。
圖8 ADC0809的內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu) 7．ADC0809引腳結(jié)構(gòu) ADC0809各腳功能如下： D7-D0：8位數(shù)字量輸出引腳。IN0-IN7：8位模擬量輸入引腳。VCC ：+5V工作電壓。GND ：地。
REF（+）：參考電壓正端。REF（-）：參考電壓負(fù)端。START ：A/D轉(zhuǎn)換啟動(dòng)信號(hào)輸入端。ALE ：地址鎖存允許信號(hào)輸入端。（以上兩種信號(hào)用于啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換）.EOC ：轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)輸出引腳，開始轉(zhuǎn)換時(shí)為低電平，當(dāng)轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)為高電平。
OE ：輸出允許控制端，用以打開三態(tài)數(shù)據(jù)輸出鎖存器。CLK ：時(shí)鐘信號(hào)輸入端（一般為500KHz）。A、B、C ：地址輸入線。8．外部特性（引腳功能）
ADC0809芯片有28條引腳，采用雙列直插式封裝，如圖13．23所示。下面說(shuō)明各引腳功能。
IN0～I(xiàn)N7：8路模擬量輸入端。2-1～2-8：8位數(shù)字量輸出端。
ADDA、ADDB、ADDC ：3位地址輸入線，用于選通8路模擬輸入中的一路 ALE ：地址鎖存允許信號(hào)，輸入，高電平有效。
START ： A／D 轉(zhuǎn)換啟動(dòng)信號(hào)，輸入，高電平有效。
EOC ： A／D 轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)，輸出，當(dāng)A ／D 轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)，此端輸出一個(gè)高電平（轉(zhuǎn)換期間一直為低電平）。
OE ：數(shù)據(jù)輸出允許信號(hào)，輸入，高電平有效。當(dāng)A ／D 轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)，此端輸入一個(gè)高電平，才能打開輸出三態(tài)門，輸出數(shù)字量。
CLK ：時(shí)鐘脈沖輸入端。要求時(shí)鐘頻率不高于640KHZ。REF（+）、REF（-）：基準(zhǔn)電壓。Vcc ：電源，單一＋5V。
GND ：地。
9．ADC0809的工作過(guò)程是：首先輸入3位地址，并使ALE=1，將地址存入地址鎖存器中。此地址經(jīng)譯碼選通8路模擬輸入之一到比較器。START 上升沿將逐次逼近寄存器復(fù)位。下降沿啟動(dòng) A／D 轉(zhuǎn)換，之后EOC 輸出信號(hào)變低，指示轉(zhuǎn)換正在進(jìn)行。直到A ／D 轉(zhuǎn)換完成，EOC 變?yōu)楦唠娖?，指示A ／D 轉(zhuǎn)換結(jié)束，結(jié)果數(shù)據(jù)已存入鎖存器，這個(gè)信號(hào)可用作中斷申請(qǐng)。當(dāng)OE 輸入高電平時(shí)，輸出三態(tài)門打開，轉(zhuǎn)換結(jié)果的數(shù)字量輸出到數(shù)據(jù)總線上。
ADC0809對(duì)輸入模擬量要求：信號(hào)單極性，電壓范圍是0－5V，若信號(hào)太小，必須進(jìn)行放大；輸入的模擬量在轉(zhuǎn)換過(guò)程中應(yīng)該保持不變，如若模擬量變化太快，則需在輸入前增加采樣保持電路。
在本課題設(shè)計(jì)中ADC0809的通道選擇是通過(guò)A7、A8、A9來(lái)選擇的，A7、A8、A9與通道選擇關(guān)系為：
光信號(hào)從IN0輸入，聲音信號(hào)從IN1輸入，所以光信號(hào)的A/D轉(zhuǎn)換地址70FFH，聲音信號(hào)A/D轉(zhuǎn)換地址71FFH。ADC0809的轉(zhuǎn)換結(jié)束引腳EOC 引腳接在單片機(jī)的IN0引腳上。所以這也就意味著既可以采用中斷方式也可以使用查詢方式對(duì)ADC0809轉(zhuǎn)換好的數(shù)據(jù)進(jìn)行讀取操作。采用中斷方式可以節(jié)約大量的時(shí)間，這樣大大減輕了單片機(jī)的工作負(fù)擔(dān)。
3.3單片機(jī)部分電路的設(shè)計(jì)和論證
單片機(jī)部分使用的是AT89C51，我們對(duì)此款單片機(jī)非常熟悉，所以使用起來(lái)也相對(duì)熟練一些。下面是AT89C51的簡(jiǎn)介：
AT89C51單片機(jī)內(nèi)部包含部件概括如下：一個(gè)8位CPU，一個(gè)片內(nèi)振蕩器及時(shí)鐘電路，ROM 程序儲(chǔ)存器，RAM 數(shù)據(jù)儲(chǔ)存器，兩個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，可尋址64K 外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間和64K 外部程序存儲(chǔ)的控制電路，32條可編程的I/O總線（四個(gè)8為并行I/O端口），一個(gè)可編程全雙工串行口，具有5個(gè)中斷、2個(gè)優(yōu)先級(jí)的中斷結(jié)構(gòu)。
AT89C51用CHMOS 工藝制造的單片機(jī)都采用雙列直插式（DIP）40腳封裝，端子信號(hào)完全相同。這40根端子大致可分為：電源（Vcc、Vss、Vpp、Vpd）、時(shí)鐘（XTAL1、XTAL2）、I/O口（P0-P3）、地址總線（P0口、P2口）和控制總線（ALE、RST、/PROG、/PSEN、/EA）等幾部分。它們的功能簡(jiǎn)述如下：
1．電源：Vcc（端子號(hào)40），芯片電源，接+5V；Vss（端子號(hào)20），電源接地端。
2．時(shí)鐘：XTAL1（端子號(hào)18）、XTAL2（端子）分別是內(nèi)部振蕩電路反相放大器的輸入端、輸出端，是外接晶振的端子。
3．控制總線：ALE（端子號(hào)30）用來(lái)把地址的低字節(jié)鎖存到外部鎖存器；/psen（端子號(hào)29）外部程序存儲(chǔ)器讀選通信號(hào)；RST（端子號(hào)9）復(fù)位信號(hào)輸入端；/EA為內(nèi)部程序存儲(chǔ)器和外部程序存儲(chǔ)器的選擇端；
4．I/O線：P0口（端子號(hào)32-39）單片機(jī)的雙向數(shù)據(jù)總線和低8位地址總線；P1口（端子號(hào)1-8）雙向輸入/輸出口，用來(lái)驅(qū)動(dòng)4個(gè)LSTTL 負(fù)載;P2口（端子號(hào)21-28）雙向輸入/輸出口，在訪問(wèn)存儲(chǔ)器時(shí)，用作高8位地址總線；P3口（端子號(hào)10-17）雙向輸入輸出口能驅(qū)動(dòng)4個(gè)LSTTL 負(fù)載。P3口的每一個(gè)端子還有其他的功能。
P3.0——RXD ：串行口輸入端； P3.1——TXD ：串行口輸出端；
P3.2——/INT0：外部中斷0中斷請(qǐng)求輸入端： P3.3——/INT1：外部中斷1中斷請(qǐng)求輸入端： P3.4——T0：定時(shí)器/計(jì)數(shù)器0外部輸入端;P3.5——T1：定時(shí)器/計(jì)數(shù)器1外部輸入端;P3.6——/WR：外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通信號(hào)； P3.7——/RD：外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通信號(hào)；
5．時(shí)鐘電力：AT89C51內(nèi)有一個(gè)高增益發(fā)相反放大器，其頻率范圍為1.2MHz —12MHz，XTAL1和XTAL2分別為放大器的輸入端和輸出端時(shí)鐘電路可以有內(nèi)部方式或外部外部方式。在本設(shè)計(jì)中系統(tǒng)的時(shí)鐘電路設(shè)計(jì)是采用的內(nèi)部方式，即利用芯片內(nèi)部的振蕩電路。AT89單片機(jī)內(nèi)部有一個(gè)用于構(gòu)成振蕩器的高增益反相放大器。引腳XTAL1和XTAL2分別是此放大器的輸入端和輸出端。這個(gè)放大器與作為反饋元件的片外晶體諧振器一起構(gòu)成一個(gè)自激振蕩器。外接晶體諧振器以及電容C1和C2構(gòu)成并聯(lián)諧振電路，接在放大器的反饋回路中。對(duì)外接電容的值雖然沒(méi)有嚴(yán)格的要求，但電容的大小會(huì)影響震蕩器頻率的高低、震蕩器的穩(wěn)定性、起振的快速性和溫度的穩(wěn)定性。因此，此系統(tǒng)電路的晶體振蕩器的值為12MHz，電容應(yīng)盡可能的選擇陶瓷電容，電容值約為22μF。在焊接刷電路板時(shí)，晶體振蕩器和電容應(yīng)盡可能安裝得與單片機(jī)芯片靠近，以減少寄生電容，更好地保證震蕩器穩(wěn)定和可靠地工作。為了及提高單片機(jī)的運(yùn)行速度，又能最大程度的保證單片機(jī)的 運(yùn)行速度，所以AT89C51的晶振使用12MHz。由此我們可以計(jì)算出AT89C51在該晶振下的時(shí)鐘周期、機(jī)器周期和指令周期的計(jì)算方法如下：
1．指令周期
CPU 執(zhí)行一條指令所用的時(shí)間稱為指令周期。一個(gè)指令周期由1~4個(gè)機(jī)器周期組成。
2．機(jī)器周期
CPU 執(zhí)行一個(gè)基本操作所用的時(shí)間稱為機(jī)器周期，一個(gè)機(jī)器周期由6狀態(tài)S1~S6組成，每個(gè)狀態(tài)由2時(shí)鐘脈沖組成，前一個(gè)脈沖叫相位P1，后一個(gè)脈沖叫相位P2，因此，一個(gè)機(jī)器周期由12個(gè)時(shí)鐘脈沖S1P1,S1P2??S6P1,S6P2組成。
3．時(shí)鐘周期
時(shí)鐘脈沖周期T 為計(jì)算機(jī)系統(tǒng)主頻f 的倒數(shù)，即：t=1/f。若系統(tǒng)主頻為12MHz，則T=1/12us。在80C51指令系統(tǒng)中，指令長(zhǎng)度為1~3個(gè)字節(jié)。在單字節(jié)和雙字節(jié)的指令中，除了乘法和除法指令為4周期外，都是單周期或雙周期的。三字節(jié)指令都是雙周期的。若系統(tǒng)主頻為12M，則單周期指令執(zhí)行的時(shí)間為12T=12*1/12=1us。雙周期指令執(zhí)行時(shí)間為24T=24*1/12=2us。
6．復(fù)位電路：復(fù)位是由外部的復(fù)位電路來(lái)實(shí)現(xiàn)的。片內(nèi)復(fù)位電路是復(fù)位引腳RST 通過(guò)一個(gè)斯密特觸發(fā)器與復(fù)位電路相連，斯密特觸發(fā)器用來(lái)抑制噪聲，它的輸出在每個(gè)機(jī)器周期的S5P2，由復(fù)位電路采樣一次。單片機(jī)的復(fù)位有上電復(fù)位和按鈕手動(dòng)復(fù)位兩種，本方案是采用兩種復(fù)位電路相結(jié)合。電容C3和電阻R2構(gòu)成了上電復(fù)位，當(dāng)開機(jī)上電時(shí)，電容C2的正端的電壓為5V，又因?yàn)殡娙輧啥说碾妷壕哂胁豢绍S變性，所以電容C3和電阻R2之間的電壓也為5V，所以單片機(jī)會(huì)復(fù)位。當(dāng)系統(tǒng)正常工作時(shí)，由于直流電壓無(wú)法通過(guò)電容，所以單片機(jī)的復(fù)位引腳相當(dāng)于通過(guò)電阻R2接地，又因?yàn)閱纹瑱C(jī)的復(fù)位高電平的有效，所以單片機(jī)不會(huì)復(fù)位。按鍵S1、電阻R1、R2構(gòu)成了按鍵復(fù)位電路。在系統(tǒng)正常工作時(shí)，只要將按鍵按下，即可使單片機(jī)的復(fù)位引腳成高電平，單片機(jī)可復(fù)位。
在電路中采用了6個(gè)電容并聯(lián)，給單片機(jī)的電源進(jìn)行濾波，使單片機(jī)的電源更加平滑和穩(wěn)定，增加系統(tǒng)的穩(wěn)定性。在進(jìn)行PCB 布板時(shí)，要注意將電容近貼著單片機(jī)放置。
單片機(jī)引腳的IO 口的使用：P1.2和P1.3外接繼電器和蜂鳴器，P0口作為ADC0809的數(shù)據(jù)輸入口,P0和P2作為地址輸出口。
圖9 單片機(jī)部分電路圖 3.4輸出部分電路的設(shè)計(jì)和論證
輸出部分的電路由繼電器和蜂鳴器構(gòu)成。繼電器電路的工作過(guò)程：
由于繼電器是控制220VAC 的電壓，通過(guò)的電壓和電流相對(duì)較大，所以要選用功率較大的繼電器。在本課題的設(shè)計(jì)中使用的是12V 的繼電器。繼電器室通過(guò)三極管Q1來(lái)控制，當(dāng)單片機(jī)輸出低電平時(shí)，三極管截止，繼電器線圈失電，常開觸點(diǎn)斷開常閉觸點(diǎn)閉合，路燈被關(guān)閉。當(dāng)單片機(jī)輸出高電平時(shí)，三極管導(dǎo)通繼電器線圈得電，常開觸點(diǎn)閉合常閉觸點(diǎn)斷開，路燈被打開。因?yàn)槔^電器在動(dòng)作時(shí)會(huì)產(chǎn)生高電壓脈沖干擾信號(hào)。為了消除這種影響，在繼電器線圈的的兩端并聯(lián)一個(gè)蓄流二極管1N4148，二極管的正極接在線圈的附極，二極管的負(fù)極接在線圈的正極，當(dāng)
繼電器失電時(shí)電流從線圈的負(fù)極流向二極管的正極，然后再?gòu)恼龢O流到二極管的負(fù)極，之后再次流到線圈的正極，這樣使線圈上存儲(chǔ)的能量最終消耗在線圈的內(nèi)部，達(dá)到保護(hù)其它部分電路的目的。
蜂鳴器電路的工作過(guò)程
當(dāng)單片機(jī)輸出低電平時(shí)，由于采用的是PNP 型三極管，所以三極管處于導(dǎo)通狀態(tài)，蜂鳴器蜂鳴。當(dāng)單片機(jī)輸出高電平時(shí)三極管出于截至狀態(tài)，蜂鳴器停止蜂鳴。在本部分電路中采用PNP 型三極管的原因是單片機(jī)輸出灌電流的能力要比輸出拉電流的能力強(qiáng)，所以采用PNP 型三極管是電流從外部流向單片機(jī)。
圖10 蜂鳴器部分電源電路圖 4.軟件設(shè)計(jì) 4.1程序流程
4.1.1系統(tǒng)主程序流程圖
圖11 系統(tǒng)主程序流程圖 4.1.2傳感器子程序流程圖
4.2程序 4.2.1主程序 ORG 0000H AJMP MAIN ORG 000BH LJMP INT_T0 ORG 0030H MOV SP,#60H MAIN: CLR P1.2 SETB
P1.3 MOV TMOD,#01H MOV TH0,#0B0H MOV TL0,#3CH SETB ET0 SETB EA CLR TR0 MOV 45H,#0 MOV 46H,#0 MOV 47H,#0 MOV A,#0 MOV DPTR,#ADC0809_IN0_address 圖12 傳感器子程序流程圖 MOVX @DPTR,A JB EOC,$ MOV A,@DPTR MOV 45H,A MOV A,#0 MOV DPTR,#ADC0809_IN1_address
MOVX @DPTR,A JB EOC,$ MOVX A,@DPTR MOV 46H,A LCALL DATA_PROCESS SETB TR0 MOV A,50H NEQ: CJNE A,#1,NEQ MOV 45H,#0 MOV 46H,#0 MOV 50H,#0 SJMP MAIN 4.2.2定時(shí)器中斷子程序
;子程序名稱：定時(shí)器中斷程序INT_T0;入口參數(shù)：50H 定時(shí)器時(shí)間到標(biāo)志;子程序功能：完成中斷計(jì)時(shí) INT_T0: MOV TH0,#0B0H MOV TL0,#3CH
INC 47H MOV A,47H CJNE A,#20,NEQ2 MOV 50H,#1 MOV 47H,#0 CLR TR0 NEQ2: RETI 4.2.3數(shù)據(jù)處理程序
;子程序名稱：DATA_PROCESS;入口參數(shù)：46H，47H;子程序功能：完成對(duì)數(shù)據(jù)的處理 DATA_PROCESS: MOV A,46H MOV B,#50 將亮度分為50個(gè)等級(jí) DIV AB LCALL L_PROCESS 判斷開燈還是關(guān)燈子程序 MOV A,47H MOV B,#50
DIV AB 將聲音分為50個(gè)等級(jí) LCALL V_PROCESS RET 4.2.4 ADC0809連續(xù)對(duì)2個(gè)通道采樣程序 MOV R0,#30H MOV R4,#02H MOV DPTR,#0C000H 選擇ADC0809的IN0輸入 LOOP: MOVX @DPTR,A 啟動(dòng)AD 轉(zhuǎn)化 LOO : JB P1.3, LOO 用查詢方式等待轉(zhuǎn)換結(jié)束
MOVX A,@DPTR 轉(zhuǎn)換結(jié)束后，將數(shù)字量送入累加器A MOV @R0,A 數(shù)字量存入30H 單元中
MOV @R0 R0的內(nèi)容加1，指向下一單元 INC DPTR 修改模擬輸入通道 DJNZ R4,LOOP 8路未完，循環(huán) 5．軟硬件系統(tǒng)的調(diào)試 5.1硬件調(diào)試
1．電源部分的調(diào)試
使用萬(wàn)用表測(cè)量橋式整流電路的輸出端電壓是否在15V 到20V 之間，若在則說(shuō)明橋式蒸餾部分是正常的，不在需要檢查各二極管的好壞及有無(wú)虛焊等，然后再去測(cè)量7812和7805的輸出電壓是否為12V 和5V。
2.單片機(jī)部分電路的調(diào)試
主要是測(cè)量單片機(jī)的電源紋波是否在控制范圍內(nèi)，單片機(jī)的晶振是否起振，復(fù)位電路是否正常工作等。
3.信號(hào)采集部分電路的調(diào)試
信號(hào)采集部分電路的調(diào)試比較繁瑣，需要有耐心調(diào)試，由于各種元器件的參數(shù)都有誤差，所以電路處理過(guò)的輸出信號(hào)可能不是嚴(yán)格的0—5V，而且電路中有兩個(gè)電位器，所以要將兩個(gè)電位器聯(lián)合調(diào)節(jié)。
5.2軟件調(diào)試
單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)是研制過(guò)程中任務(wù)最繁重的一項(xiàng)工作，難度也比較大，對(duì)于某些較復(fù)雜的應(yīng)用系統(tǒng)，不僅要使用匯編語(yǔ)言來(lái)編程，有時(shí)還要使用高級(jí)語(yǔ)言。
單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的軟件主要包括兩大部分：用于管理單片機(jī)系統(tǒng)工作的監(jiān)控 程序和用于執(zhí)行實(shí)際具體任務(wù)的功能程序。對(duì)于前者，應(yīng)盡可能利用現(xiàn)成單片機(jī)系統(tǒng)的監(jiān)控程序。為了適應(yīng)各種應(yīng)用的需要，現(xiàn)代的單片機(jī)開發(fā)系統(tǒng)的監(jiān)控軟件功能相當(dāng)強(qiáng)，并附有豐富的實(shí)用子程序，可供用戶直接調(diào)用，例如鍵盤管理程序、顯示程序等。因此，在設(shè)計(jì)系統(tǒng)硬件邏輯和確定應(yīng)用系統(tǒng)的操作方式時(shí)，就應(yīng)充分考慮這一點(diǎn)。這樣可大大減少軟件設(shè)計(jì)的工作量，提高編制程效率。后者要根據(jù)應(yīng)用系統(tǒng)的功能要求編寫程序，例如，外部數(shù)據(jù)采集、控制算法的實(shí)現(xiàn)、外設(shè)驅(qū)動(dòng)、故障處理及報(bào)警程序等。
單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)千差萬(wàn)別，不存在統(tǒng)一模式。開發(fā)一個(gè)軟件的明智方法是盡可能采用模塊化結(jié)構(gòu)。根據(jù)系統(tǒng)軟件的總體構(gòu)思，按照先粗后細(xì)的方法，把整個(gè)系統(tǒng)軟件劃分成多個(gè)功能獨(dú)立、大小適當(dāng)?shù)哪K。應(yīng)明確規(guī)定各模塊的功能，盡量使每個(gè)模塊功能單一，各模塊間的接口信息簡(jiǎn)單、完備，接口關(guān)系統(tǒng)一，盡可能使各模塊間的聯(lián)系減少到最低限度。這樣，各個(gè)模塊可以分別獨(dú)立設(shè)計(jì)、編制和調(diào)試，最后再將各個(gè)程序模塊連接成一個(gè)完整的程序進(jìn)行總調(diào)試。
系統(tǒng)調(diào)試包括硬件調(diào)試和軟件調(diào)試。硬件調(diào)試的任務(wù)是排除系統(tǒng)的硬件電路故障，包括設(shè)計(jì)性錯(cuò)誤和工藝性故障。軟件調(diào)試是利用開發(fā)工具進(jìn)行在線仿真調(diào)試，可以發(fā)現(xiàn)和解決程序錯(cuò)誤，也可以發(fā)現(xiàn)硬件故障。
程式序調(diào)試一般是一個(gè)模塊一個(gè)模塊地進(jìn)行，一個(gè)子程序一個(gè)子程序地調(diào)試，最后聯(lián)起來(lái)編統(tǒng)調(diào)，利用開發(fā)工具的單步和斷點(diǎn)運(yùn)行方式，通過(guò)檢查應(yīng)用系統(tǒng)的CPU 現(xiàn)場(chǎng)、RAM 和SFR 的內(nèi)容以及I/O口的狀態(tài)，來(lái)檢查程序的執(zhí)行結(jié)果和系統(tǒng)I/O設(shè)備的狀態(tài)變化是否正常，從中發(fā)現(xiàn)程序的邏輯錯(cuò)誤、轉(zhuǎn)移地址錯(cuò)誤以及隨機(jī)的錄入錯(cuò)誤等，也可以發(fā)現(xiàn)硬件設(shè)計(jì)與工藝錯(cuò)誤和軟件算法錯(cuò)誤。在調(diào)試過(guò)程中，要不斷調(diào)整、修改系統(tǒng)的硬件和軟件，直到正確為止。聯(lián)機(jī)調(diào)試運(yùn)行正常后，將軟件固化到EPROM 中，脫機(jī)運(yùn)行，并到生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)投入實(shí)際工作，檢驗(yàn)其可靠性和抗干擾能力，直到完全滿足要求，系統(tǒng)才算研制成功。
6． 附 錄 K1 VCC VCC R? 4 R3 RES2 GND 3 L1 11 LM324 Q2 PNP R6 RES2 R? RES4 R4 R? 2 LAMP VCC 1 ADC0809_IN0 UIA R? 光光光光 R5 RES2 Q1 NPN RELAY-SPST VCC VCC VCC LED CU1 CU2 CU3 CU4 CU5 CU6 R4 RES4 L2 L1 R2 RES2 R? U1 L2 新余學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書（論文）畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書（論文）1 2 3 4 5 6 7 8 u9 12MHZ R? R4 RES4 4 VCC SPEAKER C1 UIA P10 P11 P12 P13 P14 P15 P16 P17 P00 P01 P02 P03 P04 P05 P06 P07 39 38 37 36 35 34 33 32 XTAL1 XTAL2 13 12 INT1 INT0 C2 15 14 T1 T0 MIC C6 0.1UF DW Q4 NPN 31 Q3 NPN 3 R9 6.2K 1 VCC 2 11 LM324 R10 RES2 ADC0809_IN1 VCC EA/VP X1 X2 RESET 9 RESET C3 17 16 R9 6.2K R8 S1 RD WR RXD TXD ALE/P PSEN 10 11 30 29 + 8051 R7 16K R1 R2 R12 RES4 ALE 5 U4 1 2 3 4 5 U3F ADC0809_ALE_START 6 7 12 13 8
D3 74LS04 ADC0809_OE 9 10 VCC ADC0809_CLK 11 12 ADC0809VREF 13 14 INT0 R7 10k D1 IN3 IN4 IN5 IN6 IN7 START EOC D3 OE CLOCK VCC Vref+ GND D1 ADC0809 /RD IN2 IN1 IN0 ADDA ADDB ADDC ALE D7 D6 D5 D4 D0 VrefD2 28 27 26 25 24 23 22 21 20 19 18 17 16 15 ADC0809_IN2 ADC0809_IN1 A9 A10 A11 ADC0809_ALE_START D7 D6 D5 D4 D0 12VGND D2 9 74LS04 U1A 2 /WR 3 1 AD_CS 74LS32 U1B 4 6 5 74LS32 74LS04 U3D 8 U3C 6 U1C 9 10 74LS32 U1D 12 13 74LS32 10 8 SD 2 D Q U2A 5 11 CLK 11 3 CD SD 4 12 21 19 18 P20 P21 P22 P23 P24 P25 P26 P27 21 22 23 24 25 26 27 28 D Q U2B 9 ADC0809_CLK CLK Q 8 CD U3A 1 74LS04 U3B 3 74LS04 2 ADC0809_ALE_START 1 74LS74 U3E RESET 11 10 4 ADC0809_OE 74LS04 13 Q 6 74LS74 新余學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書（論文）畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書（論文）7.參 考 文 獻(xiàn) [1]楊恒,LED 照明驅(qū)動(dòng)器設(shè)計(jì)步驟詳解:中國(guó)電力出版社.2010 [2]楊清德,LED 照明工程與施工:金盾出版社.2009 [3]王港元，電工電子實(shí)踐指導(dǎo).江西：江西科學(xué)技術(shù)出版社，2009.[4]謝自美，電子線路設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)、測(cè)試.武漢：華中理工大學(xué)出版社，2003.[5]趙志杰，集成電路應(yīng)用識(shí)圖方法.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2003.[6] 王慶有，光電傳感器應(yīng)用技術(shù)，北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2007 22
第四篇：職代會(huì)智能計(jì)票系統(tǒng)設(shè)計(jì)
職代會(huì)智能計(jì)票系統(tǒng)設(shè)計(jì)
摘 要 職工代表大會(huì)作為職工參與企業(yè)管理、監(jiān)督、決策的主要方式，其選舉投票環(huán)節(jié)更是職工行使權(quán)利的最直接表現(xiàn)。在對(duì)職代會(huì)選舉需求充分分析的基礎(chǔ)上，對(duì)職代會(huì)智能計(jì)票系統(tǒng)進(jìn)行了探究，并對(duì)選票和選票處理系統(tǒng)進(jìn)行了初步設(shè)計(jì)。并分析了系統(tǒng)設(shè)計(jì)的不足，提出了改進(jìn)方向。
【關(guān)鍵詞】職代會(huì) 智能 計(jì)票系統(tǒng) 選票
職工代表大會(huì)是企業(yè)實(shí)現(xiàn)民主管理的主要形式，職工通過(guò)職代會(huì)參與本單位的民主決策、民主管理和民主監(jiān)督。當(dāng)涉及民主決策時(shí)，就不可避免的要進(jìn)行選舉和表決工作。傳統(tǒng)人工計(jì)票的方式費(fèi)時(shí)費(fèi)力，效率低下，錯(cuò)誤率也較高，不能有效的保證選舉和表決工作的公正性，進(jìn)而影響職代會(huì)的權(quán)威性。因此，本文探討利用計(jì)算機(jī)技術(shù)，設(shè)計(jì)職代會(huì)智能計(jì)票系統(tǒng)對(duì)選票信息進(jìn)行識(shí)別和統(tǒng)計(jì)，可以高效、準(zhǔn)確、公開的進(jìn)行選票的統(tǒng)計(jì)工作，真正體現(xiàn)職代會(huì)選舉和表決的公正性和正確性，確保職代會(huì)的權(quán)威性。職代會(huì)智能計(jì)票系統(tǒng)功能分析
作為一個(gè)智能計(jì)票系統(tǒng)，首先要設(shè)計(jì)合理的選票，以方便系統(tǒng)進(jìn)行高效準(zhǔn)確的讀取。其次，一個(gè)完善的職能計(jì)票系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)對(duì)選票內(nèi)容的準(zhǔn)確讀取，當(dāng)使用電子選票時(shí)，只要保證數(shù)據(jù)讀取模塊的穩(wěn)定和準(zhǔn)確，當(dāng)選票的信息導(dǎo)入固定不能更改的文件中時(shí)，要實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)讀卡器模塊與文件儲(chǔ)存載體相耦合，保證從讀卡器導(dǎo)入完整準(zhǔn)確的原始數(shù)據(jù)票；但是手工填寫選票時(shí)，由填寫選票的選舉人不同，其書寫筆跡規(guī)范不同，故而實(shí)現(xiàn)紙質(zhì)選票的準(zhǔn)確讀取是重中之重。最后，當(dāng)系統(tǒng)讀入數(shù)據(jù)以后要對(duì)讀入數(shù)據(jù)進(jìn)行準(zhǔn)確處理，并根據(jù)處理結(jié)果生成相關(guān)的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)報(bào)告。故而系統(tǒng)大致可以分為選票設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)（即計(jì)票系統(tǒng)）兩個(gè)模塊。職代會(huì)選票設(shè)計(jì)
選票作為投票者表達(dá)自己意愿的信息載體。其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)該合理、簡(jiǎn)單易懂，內(nèi)容要充分表達(dá)出選民的意愿。一般來(lái)說(shuō)選票包括紙質(zhì)選票和電子選票，選票的設(shè)計(jì)又包括外形設(shè)計(jì)和內(nèi)容設(shè)計(jì)兩個(gè)方面。職代會(huì)如果采用紙質(zhì)選票的話，其外形設(shè)計(jì)要簡(jiǎn)單大方，體現(xiàn)出職代會(huì)的莊嚴(yán)性和權(quán)威性。選票所選用的紙張最好采用紙質(zhì)較硬并不易破損的紙張，以方便選舉人和表決者進(jìn)行填寫。同時(shí)不易破損的紙張才能有效保證原始選舉的真實(shí)性，不會(huì)因?yàn)槟承┩饨鐧C(jī)械因素導(dǎo)致選舉決策內(nèi)容失真。當(dāng)職代會(huì)運(yùn)用電子選票時(shí)，要保證投票器的穩(wěn)定，能夠有效準(zhǔn)確的讀入選舉人和表決人所要表達(dá)的信息。較紙質(zhì)選票而言，使用電子選票時(shí)在系統(tǒng)穩(wěn)定的情況下，表決者和選舉人能夠簡(jiǎn)單方便的將相關(guān)選舉和表決的信息直接輸入選舉系統(tǒng)，或者是將輸入的信息導(dǎo)入固定格式的文件中以方便讀取，其錄入信息更為高效準(zhǔn)確，但是實(shí)行電子選票時(shí)要保證文件一旦生成就不容更改。故在經(jīng)費(fèi)充足時(shí)建議使用電子選票。選票內(nèi)容設(shè)計(jì)一般要寫明選舉名稱、選舉要求、選舉內(nèi)容。選票設(shè)計(jì)如果太復(fù)雜，說(shuō)明和選項(xiàng)帶有歧義性的話，會(huì)造成投票者和表決者理解混淆，從而不能正確的反映出其投票或表決意向。故而，選票內(nèi)容設(shè)計(jì)應(yīng)該簡(jiǎn)單明了，選項(xiàng)內(nèi)容應(yīng)該簡(jiǎn)單易懂。其次，應(yīng)該將選項(xiàng)全部列入選票中，以方便選舉人或表決者進(jìn)行選擇，同時(shí)為了解決不同投票人筆跡不同，不易識(shí)別的問(wèn)題，在設(shè)計(jì)選項(xiàng)時(shí)，可以通過(guò)是否填涂的方式來(lái)區(qū)別有標(biāo)記還是無(wú)標(biāo)記，更便于系統(tǒng)讀取。職代會(huì)職能計(jì)票系統(tǒng)設(shè)計(jì)
為了職代會(huì)選舉系統(tǒng)更加智能化，簡(jiǎn)化職代會(huì)選舉統(tǒng)計(jì)工作的復(fù)雜性，同時(shí)使系統(tǒng)流程更加透明化，更加體現(xiàn)出職代會(huì)的公平性、公正性和權(quán)威性。系統(tǒng)工作流程圖如圖1所示。
整個(gè)職代會(huì)智能選舉計(jì)票系統(tǒng)分為兩個(gè)模塊，一個(gè)模塊是選票的分析處理系統(tǒng)；另一塊是選舉信息的管理系統(tǒng)。選票的分析處理系統(tǒng)是對(duì)紙質(zhì)的選票進(jìn)行處理，然后提取紙質(zhì)選票的票面信息；或是對(duì)電子選票或其生成的固定文件的信息錄入。選舉信息管理系統(tǒng)是對(duì)從紙質(zhì)選票或者電子選票提取的選舉或表決信息進(jìn)行管理，并根據(jù)需求生成相關(guān)的選舉結(jié)果和統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)。職代會(huì)智能計(jì)票系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示。
3.1 選票分析處理系統(tǒng)
對(duì)于整個(gè)計(jì)票系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，最關(guān)鍵的問(wèn)題是如何讀取紙質(zhì)選票的票面圖像信息，當(dāng)票面信息讀取出現(xiàn)錯(cuò)誤時(shí)將嚴(yán)重影響職代會(huì)的公平公正性。當(dāng)使用電子選票時(shí)，可以從投票器中直接?x入數(shù)據(jù)或者從固定格式文檔中直接讀入數(shù)據(jù)然后再進(jìn)行處理，故而電子選票基本不會(huì)出現(xiàn)錯(cuò)誤。當(dāng)使用紙質(zhì)選票時(shí)，可以采用智能票箱的形式，其關(guān)鍵技術(shù)是利用光學(xué)字符識(shí)別OCR（Optical Character Recognition）或光學(xué)標(biāo)記識(shí)別OMR（Optical Mark Reader）技術(shù)來(lái)識(shí)別選票信息，這兩種技術(shù)是實(shí)現(xiàn)信息識(shí)別的主要方式，將選票信息識(shí)別入計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)選票信息的電子化管理，實(shí)現(xiàn)選票結(jié)果的快速統(tǒng)計(jì)分析。OCR技術(shù)主要是對(duì)圖形進(jìn)行處理，對(duì)圖像進(jìn)行降噪、分割、平滑等一系列處理，抽取字符特征識(shí)別出圖形中的文字信息，這種技術(shù)主要用于書籍或手寫體字符的識(shí)別。而OMR采用光電對(duì)管閱讀技術(shù)，利用光學(xué)原理，光線在已填涂位置和未填涂位置的反射特性存在區(qū)別，通過(guò)這種區(qū)別來(lái)識(shí)別信息，該技術(shù)已經(jīng)在自動(dòng)閱卷、問(wèn)卷調(diào)查等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，且識(shí)別率高、成本較低。
職代會(huì)選票收取后，可以按照任意方向投入智能票箱，系統(tǒng)先識(shí)別選票有效或無(wú)效，分別放置到有效票箱和無(wú)效票箱內(nèi)，并對(duì)各自票數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。對(duì)于有效票箱內(nèi)的選票利用OMR技術(shù)進(jìn)行識(shí)別，對(duì)識(shí)別出的信息進(jìn)行分類、統(tǒng)計(jì)和顯示。若選票數(shù)量規(guī)模較大或選票在異地收集，可以利用通信網(wǎng)絡(luò)將若干個(gè)智能票箱連接起來(lái)，各智能票箱可以并行完成選票信息的識(shí)別，識(shí)別出來(lái)的信息通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)椒?wù)器進(jìn)行匯總，構(gòu)成一個(gè)多任務(wù)實(shí)時(shí)并發(fā)的職代會(huì)智能計(jì)票系統(tǒng)。
3.2 選舉信息管理系統(tǒng)
選舉信息管理系統(tǒng)主要是對(duì)選舉所包括的信息進(jìn)行管理。選舉信息管理系統(tǒng)主要包括用戶管理、設(shè)備管理、選舉版式管理、選舉設(shè)置管理和數(shù)據(jù)管理。用戶管理可以設(shè)置用戶的類別和權(quán)限。設(shè)備管理系統(tǒng)用來(lái)管理選舉設(shè)備，用戶可以通過(guò)設(shè)備管理界面對(duì)智能票箱等設(shè)備進(jìn)行添加、修改和刪除等操作。數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)是對(duì)選舉和表決過(guò)程中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和管理，按照職代會(huì)選舉結(jié)果的要求進(jìn)行計(jì)票結(jié)果的自動(dòng)統(tǒng)計(jì)，并按照要求生成相應(yīng)的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)報(bào)告，同時(shí)應(yīng)具備數(shù)據(jù)恢復(fù)、備份和刪除功能。選票管理是對(duì)選票的格式和內(nèi)容進(jìn)行設(shè)計(jì)和管理，要支持用戶自定義選票模板和讀取外界選票模板。
3.3 系統(tǒng)的硬件配置
職代會(huì)智能計(jì)票系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)主要是指按照計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)理論為基礎(chǔ)，選擇合適的連接方式將選票分析系統(tǒng)與掃描儀連接起來(lái)，有效的連接方式不僅不會(huì)造成資源的浪費(fèi)，還可以有效節(jié)省時(shí)間。對(duì)于職代會(huì)智能計(jì)票系統(tǒng)來(lái)說(shuō)其硬件拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)采用星型結(jié)構(gòu)，這樣假票系統(tǒng)作為中央的一個(gè)點(diǎn)，與其他硬件連接，其他硬件都必須通過(guò)計(jì)票系統(tǒng)來(lái)通信。這樣使得職代會(huì)計(jì)票系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，方便管理和控制。系統(tǒng)設(shè)計(jì)難點(diǎn)和改進(jìn)方向
系統(tǒng)設(shè)計(jì)的難點(diǎn)在于兩個(gè)方面：選票的設(shè)計(jì)和選票的讀取。一般來(lái)說(shuō)，選票要包括選舉的主要內(nèi)容，同時(shí)選項(xiàng)要簡(jiǎn)單明了，方便投票人在充分理解選項(xiàng)的基礎(chǔ)上進(jìn)行投票。其次，要使得選票整個(gè)構(gòu)成簡(jiǎn)單大氣。目前使用的光標(biāo)閱讀機(jī)對(duì)?x票紙張的印刷質(zhì)量具有較高要求，剪切誤差必須小于0.2mm，套印誤差小于0.1mm。為提高識(shí)別正確率，對(duì)涂寫也有嚴(yán)格要求，比如：需要使用專用鉛筆涂寫，需要涂滿方框，不允許填涂到方框以外等等。而且選票要妥善保管，若選票出現(xiàn)折痕或被污染則有可能造成識(shí)別出錯(cuò)，這就使得系統(tǒng)很難保證統(tǒng)計(jì)的準(zhǔn)確率。系統(tǒng)還無(wú)法對(duì)另外選舉人選項(xiàng)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，只能對(duì)既有固定的選項(xiàng)進(jìn)行有和無(wú)的統(tǒng)計(jì)，無(wú)法進(jìn)行漢字的識(shí)別，這就使得系統(tǒng)對(duì)填寫人的要求較高。未來(lái)智能計(jì)票系統(tǒng)應(yīng)實(shí)現(xiàn)對(duì)選票信息進(jìn)行實(shí)時(shí)采集、處理和識(shí)別，并且可以進(jìn)行漢字字符的識(shí)別，從而提高識(shí)別精度，降低選票印制復(fù)雜性，更能方便選舉人填寫?？偨Y(jié)
職代會(huì)作為職工參與企業(yè)管理、監(jiān)督的主要方式，其投票表決更是其參與企業(yè)管理的直接表現(xiàn)，故而準(zhǔn)確有效的統(tǒng)計(jì)其選舉內(nèi)容和表決結(jié)果，是對(duì)職工行使權(quán)力的保障。本文根據(jù)職代會(huì)需求，設(shè)計(jì)了職代會(huì)智能計(jì)票系統(tǒng)。在一定程度上改善了人工計(jì)票的缺點(diǎn)，保證了職代會(huì)的公正性和權(quán)威性。
參考文獻(xiàn)
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南昌鐵路局 江西省南昌市 330002
第五篇：智能小車嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)分析
前言
智能小車是在動(dòng)態(tài)不確定環(huán)境下對(duì)人工智能的考驗(yàn)，是以各種工控目的為載體的高科技對(duì)抗，是培養(yǎng)信息、自動(dòng)化領(lǐng)域科技人才的重要手段，同時(shí)也是展示高科技水平的生動(dòng)窗口和促進(jìn)科技成果實(shí)用化和產(chǎn)業(yè)化的有效途徑。智能小車的研究融入了機(jī)器人學(xué)、機(jī)電一體化技術(shù)、通訊與計(jì)算機(jī)技術(shù)、視覺(jué)與傳感器技術(shù)、智能控制與決策等多學(xué)科的研究成果，反映出一個(gè)國(guó)家信息與自動(dòng)化技術(shù)的綜合實(shí)力。所以本論文對(duì)智能小車的研究意義重大。
-0
一、總體設(shè)計(jì)方案
1.總體方案
智能小車可在自主行駛和人工控制兩種模式之間切換，并實(shí)現(xiàn)自動(dòng)避障。通過(guò)PWM輸出驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)小車的行駛，改變PWM的周期、占空比、正反則可以實(shí)現(xiàn)前進(jìn)、后退、轉(zhuǎn)彎、加速、減速等行為。通過(guò)紅外探頭檢測(cè)前方障礙實(shí)現(xiàn)自動(dòng)避障。外接紅外線接收器，可以通過(guò)自制的紅外線遙控來(lái)控制小車的行為。
2.平臺(tái)選取
EasyARM1138開發(fā)板
開發(fā)板搭載Luminary LM3S1138芯片，為32位ARM Cortex – M3內(nèi)核（ARM v7架構(gòu)），50Mhz運(yùn)行頻率。擁有7組GPIO，可配置為輸入、輸出、開漏、弱上拉等模式。4個(gè)32位Timer，每個(gè)都個(gè)拆分為2個(gè)獨(dú)立子定時(shí)器。6路16位PWM，通過(guò)CCP管腳能產(chǎn)生高達(dá)25Mhz的方波。
自制車架
3456789 SYSCTL_SYSDIV_10);// 分頻結(jié)果為20MHz */
TheSysClock = SysCtlClockGet();// 獲取系統(tǒng)時(shí)鐘，單位：Hz
}
int main(void){ jtagWait();/* 防止JTAG失效，重要！*/
SystemInit();
IR_Int_Init();
while(1){ if(IR_flag == 1){ IR_flag = 0;for(a = 18;a < 26;a++){ IR_code_8 = IR_code_8 << 1 + IR_code_32[a];}
if(IR_code_8 == 101){ SysCtlPeripheralEnable(SYSCTL_PERIPH_GPIOD);// 使能GPIOD端口
GPIOPinTypeGPIOOutput(GPIO_PORTD_BASE , GPIO_PIN_0);// 設(shè)置PD0為輸入類型 //forword GPIOPinWrite(GPIO_PORTD_BASE , GPIO_PIN_0 , 0x00);// PD0輸出低電平 }
IR_code_8 = 0;
//switch(IR_code_8)//{ //case /*00000*/101:SysCtlPeripheralEnable(SYSCTL_PERIPH_GPIOD);// 使能GPIOD端口
// GPIOPinTypeGPIOOutput(GPIO_PORTD_BASE , GPIO_PIN_0);
// 設(shè)置PD0為輸入類型 //forword //
GPIOPinWrite(GPIO_PORTD_BASE , GPIO_PIN_0 , 0x00);// PD0輸出低電平 //case /*0000*/1101://back //case /*0000*/1000://left //case /*0000*/1010://right //case /*0000*/1001://stop //case /*000*/10100://level_1 //case /*000*/10101://level_2 //case /*000*/10110://level_3 //default : //} //IR_code_8 = 0;} } }
/**************************************************************** ** Function name: GPIO_PORT_F_ISR
消除中斷 不正 if(gap >=10 && gap <=20)//接收數(shù)據(jù)“1” { data = 1;code_flag = 1;} else if(gap >=2 && gap <=8)//接收數(shù)據(jù)“0” { data = 0;code_flag = 1;} else if(gap >=40 && gap <=50)//正常的其實(shí)高電平時(shí)間 { start_flag = 1;}
if(start_flag
&& //code_flag和start_flag均為1 { IR_code_32[i] = data;i++;
if(I >= 32){ IR_flag = 1;break;} } } } //} GPIOPinIntClear(IR_PORT,ulStatus);//-14 ** Descriptions: 延時(shí)100us ** input parameters: 無(wú) ** output parameters: 無(wú) ** Returned value: 無(wú) ** Created by:
張偉杰
** Created Date: 2014.05.18 ****************************************************************/ void Delay_100_us(void){ unsigned ulValue;
SysTickPeriodSet(600);SysTickEnable();do { ulValue = SysTickValueGet();} while(ulValue > 0);
SysTickDisable();}
3.紅外探頭模塊
#include
/* 定義按鍵 */ #define KEY_PORT SYSCTL_PERIPH_GPIOG #define KEY_PIN GPIO_PORTG_BASE , GPIO_PIN_5 #define keyGet()GPIOPinRead(KEY_PIN)
#define IR_PORT SYSCTL_PERIPH_GPIOF #define IR_PIN GPIO_PORTF_BASE , GPIO_PIN_1
// 定義全局的系統(tǒng)時(shí)鐘變量
unsigned long TheSysClock = 12000000UL;unsigned IR_flag = 0;unsigned long IR_code_32[32];unsigned long IR_code_8 = 0;unsigned a;
int Time_Get();void Delay_100_us();
/**************************************************************** ** Function name: jtagWait ** Descriptions: 防止JTAG失效,KEY=PG5 ** input parameters: 無(wú) ** output parameters: 無(wú) ** Returned value: 無(wú) ** Created by:
張偉杰
** Created Date: 2014.05.15 ****************************************************************/ void jtagWait(void){ SysCtlPeripheralEnable(KEY_PORT);/*
使能KEY所在的GPIO端口 */ GPIOPinTypeGPIOInput(KEY_PIN);/* 設(shè)置KEY所在管腳為輸入 */ if(keyGet()== 0x00){ /* 如果復(fù)位時(shí)按下KEY，則進(jìn)入 */ for(;;);/* 死循環(huán)，以等待JTAG連接 */ } SysCtlPeripheralDisable(KEY_PORT);/* 禁止KEY所在的GPIO端口 */ }
/**************************************************************** ** Function name: IR_Int_Init ** input parameters: 無(wú) ** output parameters: 無(wú) ** Returned value: 無(wú) ** Created by:
張偉杰
** Created Date: 2014.05.18 ****************************************************************/ void IR_Int_Init(void){ SysCtlPeripheralEnable(IR_PORT);GPIOPinTypeGPIOInput(IR_PIN);GPIOIntTypeSet(IR_PIN,GPIO_LOW_LEVEL);GPIOPinIntEnable(IR_PIN);
IntEnable(INT_GPIOF);IntMasterEnable();}
-***3 SysTickPeriodSet(600);SysTickEnable();do { ulValue = SysTickValueGet();} while(ulValue > 0);
SysTickDisable();}
三、程序調(diào)試
調(diào)試PWM信號(hào)時(shí)，由于板上晶振為6Mhz，裝載值和匹配值最大為65535，可以設(shè)置出需要的周期和占空比。如
TimerLoadSet(TIMER0_BASE , TIMER_BOTH , 60000);TimerMatchSet(TIMER0_BASE , TIMER_A , 6000);則對(duì)應(yīng)的周期為6Mhz / 60K = 100Hz,占空比為0.6K / 6K = 1/10。配置PWM前要先配置GPIO口，定義為PWM輸出，并選擇Timer的輸出模式為16位PWM，經(jīng)過(guò)三重配置才能正確輸出PWM信號(hào)。紅外接收器解碼過(guò)程重點(diǎn)是對(duì)紅外碼內(nèi)間隔時(shí)間的判斷。調(diào)試紅外碼時(shí)應(yīng)當(dāng)設(shè)當(dāng)?shù)卦O(shè)置flag幫助多個(gè)判斷。當(dāng)引導(dǎo)碼時(shí)間參數(shù)符合標(biāo)準(zhǔn)時(shí)flag1置1,接收到正確的紅外碼，進(jìn)入下一步。當(dāng)用戶碼每個(gè)間隔符合標(biāo)準(zhǔn)的時(shí)間間隔時(shí)flag2置1，表示該一位碼正確，進(jìn)入一下步。當(dāng)接收到32位數(shù)據(jù)后flag3置1，表示紅外碼結(jié)束，開始進(jìn)行解碼。解碼部分用case語(yǔ)句進(jìn)行判斷。紅外碼用數(shù)組儲(chǔ)存，使用的時(shí)候會(huì)方便一點(diǎn)。例如: for(a = 18;a < 26;a++){ IR_code_8 = IR_code_8 << 1 + IR_code_32[a];} 這樣就可以隨意獲取某幾位碼進(jìn)行下一步操作。
四、小結(jié)
本次課內(nèi)實(shí)驗(yàn)把我?guī)нM(jìn)了ARM的領(lǐng)域，通過(guò)動(dòng)手編程和小組討論，讓我對(duì)項(xiàng)-25
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