扫地机的智能控制系统设计
摘要
目前，各式各样的服务机器人越来越多应用于人们的生活中，从事着与人们生活息息相关的服务工作，极大地提高和改善了人们的生活质量。室内智能扫地机器人就是在这种背景下诞生的一种家庭服务机器人。室内智能扫地机器人的路径规划采用区域充满的规划方法，目标是在设定区域内寻找一条从始点到终点且经过所有可达点的连续路径。根据建立的扫地机器人平台，提出清扫机器人随机运动路径规划算法。机器人利用其上安装的红外传感器和摄像头来识别和感知房间环境，机器人开始以螺旋运动方式覆盖房间的空白区域，当遇到障碍物时，启动障碍物应对策略，通过计算机软件仿真和在房间环境中进行实验验证了该算法的有效性。
关键词：扫地机器人，单片机，环境识别，路径规划
SWEEPER INTELLIGENT CONTROLSYSTEM DESIGN
ABSTRACT
At present time,more and more various of service robots are designed and applied to people’s daily life.The application of these robots is promoting the quality of people’s life tremendously as they deal with the works related to people’s life closely.Indoor automatic cleaning robot is one of these service robots developed to help people to carry out the troublesome room cleaning work.The path planning algorithm of Indoor Automatic Cleaning Robot should spread over the room area using the area filling path planning algorithm to find a continuous path from start to end. A random moving path planning algorithm is put forward based on the platform. The cleaning robot identifies the room environment using the infrared transducer and the camera outfitted on its body.Moving in the spiral motion mode with the gradually enlarging radius,the robot begins to explore and clean the blank area.While it encounters obstacles like wall or furniture,it will start the strategy of dealing with obstacles.This algorithm is validated through computer simulation and robot experiment.
KEYWORDS:cleaning robot,single chip microcomputer,environment identification,path planning
1绪论
1.1 引言
自动扫地机器人是当今服务机器人领域的研究热点。从理论和技术上讲，自动扫地机器人比较具体的体现了移动机器人的多项关键技术，具有较强的代表性；从市场上前景讲，自动扫地机器人将大大降低劳动强度，提高劳动效率，适用于宾馆﹑酒店﹑图书馆﹑办公场所和大众家庭。因此开发自动扫地机器人既具有科研上的挑战性又具有广阔的市场前景。
1.2 研究现状：
自从1904年英国人发明了第一台扫地机，至今为止扫地机的发展历史已有近百年。而后日本、美国、德国、英国等国家就开始了扫地机的批量生产。目前，国外先进的扫地机都在不断地提高智能水平。
吸扫式小型扫地机是目前国内外应用最为广泛的小型扫地机品种，通常有盘型刷和风机、风管道、吸尘嘴等部分。盘刷的设置加强了对马路边沟的清扫，增加了清扫宽度。盘型刷将侧面的垃圾扫到吸尘嘴的工作区域，再由吸尘系统将垃圾吸入机内的垃圾箱。吸扫式小型扫地机适合于任何道路环境的清扫，对污物、尘土都有很好的清扫效果，工作效率高。智能化扫地机不仅给企业带来巨大的经济效益，同时也产生了显著的社会效益。
1.2.1 路径规划技术
路径规划就是根据机器人所感知到的工作环境信息, 按照某种优化指标, 在起始点和目标点规划出一条与环境障碍无碰撞的路径, 并且实现所需清扫区域的合理的路径覆盖,实质就是扫地机运动过程中的导航和避碰。
1.2.2 多传感器融合技术
为了让吸尘机器人正常工作, 必须对机器人位置、姿态、速度和系统内部状态进行监控, 并感知机器人所处工作环境的静态和动态信息, 使得吸尘机器人相应的工作顺序和操作内容能自然地适应工作环境的变化。吸尘机器人都采用了大量的传感器, 有效地把大量的传感器观测信息融合处理, 使机器人获得最大量的外部环境信息, 运用多传感器融合技术可以提高移动机器人定位、障碍物识别、环境建模、避障的精度。1.2.3 电源技术
移动电源需同时为移动机构提供动力,为控制电路提供稳定的电压,为吸尘操作模
块及传感观测模块提供能源等。电源在放电过程中具备: ①保持恒定的电压; ②内阻小以便快速放电; ③可充电; ④成本低等特点。
依托以上关键技术,可实现以下产品功能:
1.自动检测垃圾并对较脏的区域重点清扫
2.自动寻找智能充电座回去充电
3.定时清扫
4.当机器被卡住能自动摆脱
5.支持遥控
6.边角清扫程序
7.不重复清洁、不留死角和楼梯防跌落功能
1.3 研究内容：
1.3.1 自动返回充电功能
启动机器人自动充电模式，它在完成工作后会自动返回充电并进入待机状态。用户只要打开机器人，剩下的清洁工作就不用担心了。
1.3.2 具有预约定时自动清扫功能
可以预约一次和一周内任意预约清扫时间，可以放心上班和出差，也可以自动打扫。
1.3.3 脱困功能
可以顺利跳过2CM高的电线等杂物，具有聪明的摆脱困境功能，入遇困境，机器人会自动尝试用各种办法摆脱困境。
1.3.4 防跌落功能
在楼梯，会议桌等地方工作也不用担心机器会跌落而造成顺坏及危险，机器人自动感知到危险而避开。
1.3.5 液晶显示屏智能报警提醒
智能识别系统能够帮助您判断机器人使用过程中出现的问题，智能识别系统能够自动识别各种异常情况。
1.3.6 灵巧边刷
单独的边刷控制边刷高速旋转，将墙角/墙边的垃圾清扫出来并进入尘盒，真正的有效清扫边角灰尘。
1.3.7 解决智能扫地机反复清理一个地方的问题
1.4 论文主要完成的工作
课题主要完成的工作包括清洁机器人结构设计，驱动电机选择，传感器的选择，控制算法的研究，硬件电路设计和软件编程及试验。
1.4.1 机械结构部分
包括机器人构成方案选择、机器人本体机构设计和驱动电机的选择。
1.4.2 避障系统控制方案
包括机器人障碍检测系统、定位系统的确定和控制算法的选择。
1.4.3 控制系统硬件部分
包括单片机控制系统硬件电路设计、电机驱动电路设计和传感器检测硬件电路设计。
1.4.4 控制系统软件部分
包括单片机控制系统的软件设计。
2 单片机
2.1 单片机简介
常用英文字母的缩写MCU表示单片机，单片机又称单片微控制器，它不是完成某一个逻辑功能的芯片，而是把一个计算机系统集成到一个芯片上。单片机由运算器，控制器，存储器，输入输出设备构成，相当于一个微型的计算机（最小系统），和计算机相比，单片机缺少了外围设备等。概括的讲：一块芯片就成了一台计算机。它的体积小、质量轻、价格便宜，为学习、应用和开发提供了便利条件。
现代人类生活中所用的几乎每件有电子器件的产品中都会集成有单片机。手机、电话、计算器、家用电器、电子玩具、掌上电脑以及鼠标等电子产品中都含有单片机。汽车上一般配备40多片单片机，复杂的工业控制系统上甚至可能有数百片单片机在同时工作。
2.1.1 硬件特性
1、单片机包括CPU、4KB容量的ROM、128 B容量的RAM、 2个16位定时/计数器、4个8位并行口、全双工串口行口、ADC/DAC、SPI、I2C、ISP、IAP。
2、系统结构简单，使用方便，实现模块化；
3、单片机可靠性高；
4、处理功能强，速度快。
5、低电压，低功耗，便于生产便携式产品
6、控制功能强
7、环境适应能力强。
2.2 AT89C51单片机
本设计以AT89C51单片机作为检测和控制核心。AT89C51是美国ATMEL公司生产的低电压，高性能CMOS 8位单片机，片内含4KB的可反复擦写的只读程序存储器（PEROM）和128bytes的随机存取数据存储器（ROM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准MCS-51指令系统，片内置通用8位中央处理器（CPU）和Flash存储单元。功能强大AT89C51单片机可提供许多高性价比的应用场合，可灵活应用于各种控制领域。
2.2.1 AT89C51主要性能参数
1.与MCS-51产品指令系统完全兼容
2.有4K字节可重擦写Flash闪速存储器
3.有1000次的擦写周期
4.全静态操作：0Hz~24MHz
5.有128×8字节的内部RAM
6.有32个可编程I/O口
7.有2个16位定时/计数器
8.有6个中断源
9.低功率空闲和掉电模式
2.2.2 AT89C51功能特性概述
AT89C51提供以下标准功能：4K字节Flash闪速存储器，128字节内部RAM，32个I/O 口线，两个16位定时/计数器，一个5向量两级中断结构，一个全双工串行通信口，片内振荡器及时钟电路。同时，AT89C51可将至0Hz的静态逻辑操作，并支持两种软件可选的节电工作模式。空闲方式停止CPU的工作，但允许RAM，定时/计数器，串行通信口及中断系统继续工作。掉电方式保存RAM中的内容，但振荡器停止工作并禁止其他所有部件工作直到下一个硬件复位。
2.2.3 AT89C51引脚
VCC：电源电压
GND：接地
P0口：P0口是一组8位漏极开路型双向I/O，也即地址/数据总线复用口。作输出口用时，每位能吸收电流的方式驱动8个TTL逻辑门电路，对端口写“1”可作为高阻抗输入端用在访问外部数据存储器或程序存储器时，这组口线分时转换地址（低8位）和数据总线复用，在访问期间激活内部上拉电阻。
P1口：P1口是一个携带内部上拉电阻的8位双向I/O口，P1的输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4个TTL逻辑门电路。对端口写“1”，通过内部的上拉电阻把端口拉倒高电平，此时可作输入口。作输入口使用时，因为内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流（IIL）。
P2口：P2口是一个带有内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2的输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4个TTL逻辑门电路。对端口写“1”，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，此时可作输入口，作输入口使用时，因为内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流（IIL）。
P3口：P3口是一组带有内部上拉电阻的8位双向I/O 口，P3口输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4个TTL 逻辑门电路。对P3口写入“1”时，它们被内部上拉电阻拉高并可作为输入端口。作输入端时，被外部拉低的P3口将用上拉电阻输出电流（IIL ）。P3口除了作为一般的I/O 口线外，更重要的用途是它的第二功能，如表3.1所示：
表2.1 端口引脚第二功能表
端 口 引 脚
第 二 功 能 P3.0
RXD （串行输入口） P3.1
TXD （串行输出口） P3.2 0INT （外中断0） 1
2
3
4
5
6
7
8
13
12
15
14
31
19
18
9
17
16P 10P 11P 12P 13P 14P 15P 16P 17INT 1INT 0T1T0/VP EA X1X2RESET RD
WR
39383736353433322122232425262728293011104140P26P25P 24P23P22P 27P21P 20P 07P 06P 05P 04P 03P 02P 00P01VSS VCC RXD TXD PSEN ALE/P
图2.1 AT89C51芯片
P3,3
INT（外中断1）
1
P3.4 T0（定时/计数器0）
P3.5 T1（定时/计数器1）
P3.6
WR（外部数据存储器写选通）
P3.7
RD（外部数据存储器读选通）
3 智能扫地机各系统分析
用红外传感器、光电传感器、接触传感器完成自动避障。用光电编码器检测电机的转速。利用PWM 技术来动态控制电动机的转动方向和转速。通过软件编程实现清扫机行进、执行清扫任务、绕障、停止的精确控制以及检测数据的存储、显示。通过对电路的优化组合最大限度地利用AT89C51单片机的全部资源。P0口用于数码管显示，P1口用于电动机的PWM 驱动控制，P2、P3口用于传感器的数据采集与中断控制。这样做的优点是：充分利用了单片机的内部资源, 降低了总体设计的成本。总系统框图如图3.1所示。
3.1 智能扫地机传感器系统
传感器系统是扫地机的感觉器官,负责采集环境障碍物和自身状态的信息，是扫地机的重要组成部分，由多传感器及相关信号处理电路组成。在非结构化环境下，传感器系统为扫地机的正常工作发挥着无可替代的作用。扫地机传感器系统的性能越好，自动避障和路径规划方案就越容易实现，控制系统的程序就更容易编写和执行，扫地机系统的整体性能也就越好。
移动机器人传感器系统常用的传感器大致可以分为内传感器和外传感器两大类。内传感器主要用于采集系统自身状态的信息,比如速度、加速度、轨迹、位置等。这类传感器主要有测速发电机、加速度计、编码器、陀螺仪、电子罗盘等。外传感器负责采集系统外部环境信息,比如图像、距离、受力等。这类传感器包括CCD 视觉传感器、超声波传感器、红外传感器、力传感器等。
扫地机传感器系统的主要任务是提供工作环境下的障碍物信息，以实现扫地机的自主避障。由此可见，传感器的选择直接关系到清扫机自动避障策略的选择和执行质量。对工作环境下的障碍物信息，可以通过外部传感器获得，移动机器人上常用的探测障碍图3.1硬件设计总框图 看门狗电路
PWM 调速电路红外接收电路液晶显示电路继电器控制电路各传感器电路
清扫部件电机垃圾箱
盖电机单片
机电
机
物的传感器主要有超声波传感器、红外光电传感器、接触传感器和视觉传感器等几种。
超声波传感器是利用超声波的特性研制而成的传感器。超声波是一种振动频率高于声波的机械波，由换能晶片在电压的激励下发生振动产生的，它具有频率高、波长短、绕射现象小，特别是方向性好、能够成为射线而定向传播等特点。超声波对液体、固体的穿透本领很大，尤其是在阳光不透明的固体中，它可穿透几十米的深度。超声波碰到杂质或分界面会产生显著反射形成反射成回波，碰到活动物体能产生多普勒效应。因此超声波检测广泛应用在工业、国防、生物医学等方面。超声波传感器通过计算超声波的发射接收时间间隔实现定量测距。超声波传感器波束较宽，方向性差，但是其环境适应能力强，探测距离远，采集信息速度快，且比一般视觉传感器和激光测距仪都要便宜，因此在许多方面得到广泛应用。
红外光电传感器具有探测视角小、方向性好、信号处理简单和反映速度快等优点，但是其受环境影响较大，当探测头被灰尘等污染后，其探测性能将大大下降。红外光电传感器是各种光电检测系统中实现光电转换的关键元件，它是把光信号（红外、可见及紫外光辐射）转变成为电信号的器件。红外光电传感器是采用光电元件作为检测元件的传感器。它首先把被测量的变化转换成光信号的变化，然后借助光电元件进一步将光信号转换成电信号。红外光电传感器一般由光源、光学通路和光电元件三部分组成。光电检测方法具有精度高、反应快、非接触等优点，而且可测参数多，传感器的结构简单，形式灵活多样，它的探测距离比较近，从几个毫米到几十厘米不等。因此,光电式传感器在检测和控制中应用非常广泛。
接触传感器通过与被测物体的接触来确定被测物体的相关信息，如物体的存在与否、物体的形状和位置、接触面的压力分布及大小等等。接触传感器主要有限位开关、接触开关等，这些传感器结构简单、信号易处理、适应能力强且价格低廉。由于超声波传感器、红外光电传感器和接触传感器都具有价格低廉、工作可靠、速度快等优点,因此广泛应用于移动机器人的局部导航。
经过对比分析，本设计方案采用超声波传感器、红外光电传感器和接触开关、三种传感器来构建清扫机器的传感器系统。将这些传感器合理布置在清扫机周边位置上，通过相应的信号处理电路与微处理器系统实现数据通讯，控制系统根据获得的传感器系统信息做出避障决策，实现自主避障。
3.1.1 测速装置模块
测速信号通过在电机的转子上加装带有黑白条纹的圆盘，再利用光电开关得到电机每转一圈产生若干个脉冲信号，据此可以算出电机的实际转速。这种简易的光电开关测速法成本低，性能可靠，可以在电机转速不高，精度没有严格要求的情况下使用，这种测速装置可以构成里程计。根据里程计的返回脉冲数可以计算出电机行走的距离，并间
接得到行走速度。
3.1.2 碰撞检测
碰撞检测采用霍尔元件 EW462，芯片的内部原理框图如图3-4所示，芯片的工作方式如图3-5所示。芯片的供电电压范围为 4.5V~18V ，灵敏度高，阻抗低，工作的最大输出电流为 15mA 。当芯片的正上方有S 极磁场时，霍尔元件输出高电平，当元件偏离磁场后，元件输出低电平。通过控制霍尔元件正上方的磁场极性，可以控制元件输出信号
的变化趋势。当极性相反时，元件在偏离磁场时为高电平，正对磁场时为低电平。
3.2 驱动系统
驱动器就是驱动扫地机的动力部件，最常用的就是电机。扫地机最主要的控制量就是控制扫地机的移动，扫地机驱动器中最根本的问题就是控制电机，控制电机转的圈数就可以控制扫地机移动的距离和方向、清扫机械的弯曲的程度或者移动的距离等。所以，第一个要解决的问题就是如何让电机能根据自己的意图转动。一般有专门的控制卡和控制芯片来进行控制。有了这些控制卡和芯片，然后把微控制器与其连接起来就可以用程序来控制电机。第二个问题是控制电机的速度，在扫地机上的实际表现就是它的实际运动速度，扫地机走的快慢全靠电机的转速，这样就要求控制卡对电机有速度控制。
机器人的工作电机分为行走、吸尘和毛刷电机。机器人行走结构中前面有一个从动转向轮，两侧各有一个驱动轮，由无刷直流电机进行控制。清扫结构主要使用真空吸尘器和由电机带动的旋转毛刷。
永磁无刷电动机具有效率高，功率大，体积小，控制精度高等明显特点在机器人领域有着广泛的应用。无刷直流电机具有良好的调速性能，由于它采用电子换向，脉宽调制脉冲调速，在进一步提高直流电机性能的同时，又克服了直流电机传统机械换向带来的一系列问题，从而大大延长了电机的使用寿命。
直流无刷电机控制电路主要有控制电路微处理器、数字信号处理器和专用集成电路等3种方式。使用单片机辅以外围处理电路的方法，其测频、换相、控制调节等均由软件实现。选用单片机软件编程的方法控制无刷直流电机。吸尘器内的风机和带动毛刷的电源
稳压
输出信号施密特触发器信号处理霍尔
元件
图3.2 EW462内部原理示意图
电机都使用直流电机，由于不需要调速、换向，因此控制方法比较简单。
电机的运动系统结构如图3-2，它决定了机器人的运动空间，采用轮式结构。其中左右轮为主动轮，需要用可调速的电机控制，前面的转向轮为从动轮，便于机器人的转
向。
直流电动机具有良好的线性调速特性、简单的控制性能、较高的效率、优良的动态特性，所以一直占据着调速控制的统治地位。虽然近年不断受到其他电动机如交流变频电动机、步进电动机的挑战，但直流电动机仍然是许多调速控制电动机的最优选择，在生产、生活中仍有着广泛的应用。
采用广泛应用的脉宽调制技术控制电动机电枢的电压。所谓 PWM 控制技术，就是通过控制半导体开关器件的导通与关断，把直流电压变成电压脉冲序列并通过控制电压脉冲宽度或周期以达到变压的目的。
产生PWM 信号常用的 4 种方法如下：
(1)分立电子元件组成的PWM 信号发生器。这种方式是用分立的逻辑电子元件组成信号电路，是较早采用的方法，可靠性、可调性较差；
(2)软件模拟式。利用单片机的一个I/O 引脚，通过软件对该引脚输出高低电平来模拟PWM 波，该方法占用CPU 的时间较多，控制软件较复杂；
(3)专用PWM 集成电路。采用专用的 PWM 集成电路芯片，该方法功能强，但增加了调速系统的成本开销；
(4)单片机的PWM 口。新一代的许多单片机具有PWM 调速功能。通过单片机的初始化设置，使其自动发生脉冲波，只有在改变脉冲宽度时才进行干预，
该方法控制直流电动机转速简单、可靠。所以使用单片机的PWM 口作为电机的PWM 调速控制。
无刷直流电动机简称BLDC ，学名是无换向器电机或无整流子电机，是一种新型的转向轮
左
轮右轮
机器人底座
图3.3 主从动轮分布图
无级变速电机。它具有直流电机良好的调速特性，但由于没有换向器，因而可做成无接触式，具有结构简单，制造方便，不需要经常性维护等优点，是一种理想的变速电机。
选用的轮子驱动电机即为无刷直流电机，其工作电压是10~15V，最大工作电流0.84A，正常工作电流0.4A，有专门的换向控制引脚，高低电平控制正反转。该电机可以由PWM信号直接驱动，允许的脉宽调制脉冲信号输入参数为：允许输入PWM的频率最大为50kHz；高电平的输入电压范围为2.0V~5.0V；低电平的输入电压为0V~1.0V；输入开路电压为4.5V~5V。
3.3 红外遥控系统
红外遥控是目前使用最广泛的一种通信和遥控手段。红外遥控装置具有体积小、功耗低、功能强、成本低等特点，继彩电、录像机之后，红外线遥控在录音机、音响设备、空调机以及玩具等其它小型电器装置上也实现广泛的应用。工业设备中，在高压、辐射、有毒气体、粉尘等环境下，采用红外线遥控能可靠且有效地隔离电气干扰。基于以上优点，故采用红外遥控装置来控制智能扫地机的清扫方式及开机与关机。
通常红外遥控系统由发射和接收两大部分组成，应用编码/解码专用集成电路芯片来进行控制操作，如图3.2所示。发射部分包括键盘矩阵、编码调制、LED红外发送器；
键盘编码调制LED
遥控发射器
光/电放大解调解码
遥控接收器
图3.4 红外遥控系统
接收部分包括光、电转换放大器、解调、解码电路。红外接收芯片选用TFMS5380。在遥控器上使用单片机进行红外功能编码，在扫地机上，由于单片机处理任务很多，因此选用专用的解码芯片。解码芯片是REALTEK公司生产的一种用于遥控小卡车的CMOS 大规模集成电路RX6B，它有七个控制键来控制小卡车的移动。由于编码和解码的振荡频率必须一致，频率的大小由OSCI和OSCO之间的电阻决定。四个红外接收管的信号通过与门与芯片的输入端SI相连，使得解码芯片在接收到任意方向的红外线信号时都能正常工作。
3.4 浮动开关电路
浮动开关是一个安装在轮子内侧的机械开关，轮子上有弹簧装置，当轮子浮起时，开关断开扫地机停止前进，实现了防跌落功能。防跌落功能有效的保护了扫地机各部位免遭摔坏，所以是必不可少的。
3.5 看门狗
几乎所有的单片机都需要复位电路，对复位电路的基本要求是：在单片机上电时能可靠复位，在下电时能防止程序乱飞导致EPROM 中的数据被修改；另外，单片机系统在工作时，由于干扰等各种因素的影响，有可能出现死机现象导致单片机系统无法正常工
作，为了克服这一现象，除了充分利用单片机本身的看门狗定时器(有些单片机无看门狗定时器)外，还需外加看门狗电路；除此以外，有些单片机系统还要求在掉电瞬间单片机能将重要数据保存下来，因掉电的发生往往是根随机的，因而此类单片机系统需要电源监控电路，在掉电刚发生时能告知单片机。IMP813L 刚好能满足这些要求，下面具体介绍该芯片的性能特点及使用方法。
IMP813L 有双列直插和贴片封装形式，其双列直插如图所示，引脚功能如下： 第1脚为手动复位输入，低电平有效；第2、3脚分别为电源和地；第4脚为电源故障输入；第5脚为电源故障输出；第6脚为看门狗输入，第7脚为复位输出，第8脚为看门狗输出。
IMP813L 的性能特点：
IMP813L 的内部结构框图如图3.5，具有以下主要性能特点：由图可知该芯片具有以下主要性能特点：
(1)复位输出。系统上电、掉电以及供电电压降低时，第7脚产生复位输出，复位脉冲宽度的典型值为200ms ，高电平有效，复位门限的典型值为4.65V 。 MR VCC
GND PFI WDO
RESET IMP813L
WDI
PFO
图3.5 IMP813L 芯片
(2)看门狗电路输出。如果在1.6s 内没有触发该电路(即第6脚无脉冲输入)，则第8脚输出一个低电平信号。
(3)手动复位输入，低电平有效，即第1脚输入一个低电平，则第7脚产生复位输出。
(4)1.25V 门限值检测器，第4脚为输入，第5脚为输出。当第4脚电压低于1.25V 时，第5脚输出一个低电平信号。
IMP813L 的典型应用电路：
IMP813L 的典型应用电路如图3.6所示。图中单片机以AT89C51为例，IMP813L 的第1脚与第8脚相连。第7脚接单片机的复位脚(AT89C51的第9脚)；第6脚与单片
机的P1.4相连。在软件设计中，P1.4不断输出脉冲信号，如果因某种原因单片机进入死循环，则P1.4无脉冲输出。于是1.6s 后在IMP813L 的第8引脚输出低电平，该低电平加到第1脚，使IMP813L 产生复位输出，使单片机有效复位，摆脱死循环的困境。另外，当电源电压低于门限值4.65V 时，IMP813L 也产生复位输出，使单片机处于复位状态，不执行任何指令，直至电源电压恢复正常，可有效防止因电源电压较低时单片机产生错误的动作。
电源故障输入PFI 通过一个电阻分压器监测未稳压的直流电源。当PFI 低于1．25V 时，电源故障输出脚第5脚PF0变低，可引起AT89C51中断，进行电源故障处理，或将重要数据保存下来。把分压器接到未稳压的直流电源是为了更早地对电源故障告警。 R1
R2+V5
手动PF1
VCC MR
PFO
WD1RESET GND
WDO P1.4
INT1AT89C51P1.9
被检测的电源
IMP813L
图3.6 IMP813L 的典型应用电路
IMP813L 是一体积小、功耗低、性价比高的带看门狗和电源监控功能的复位芯片；它使用简单、方便，它所提供的复位信号为高电平，因而是应用于复位信号为高电平场合的单片机系统的理想芯片。
3.6 液晶显示电路
液晶显示器以其微功耗、体积小、显示内容丰富、超薄轻巧的诸多优点，在袖珍式仪表和低功耗应用系统中得到越来越广泛的应用。这里采用2行16个字的DM-162液晶模块，通过与单片机连接，编程，完成显示时间及清扫机行进速度的功能。
DM-162液晶显示模块的字符显示，可分为好几种显示模式，这主要取决于对具体的应用。如静态的显示，还是动态的左移或者右移显示。那么这个主要是在程序设计的过程中，进行初始化所决定的。因此，在使用之前先确定使用的目的，选择好显示的方式，当然得找出相应的显示字符的字符代码及在DM-162液晶显示模块的相应显示位置
的RAM 地址。然后进行每个字符的写入显示。在使用的过程中，还得注意的一点是，可能是显示驱动电压的不稳定性，或者是由于驱动电压的过高，会形成一种“鬼影”的现象，因此需要手动对10K 的电位器进行对比度调整以达到显示的良好效果。
液晶显示模块电路如图3.7。它由以下几个部件组成：单片机AT89C51、液晶字符显示部件DM-162、电源供电部分。
单片机部分：采用AT89C51芯片实现对DM-162的控制显示
字符显示模块: 选择2行16个字的显示容量.
电源部分： +5V 电压供电，维持系统的正常工作,同时加载10K 电位器以适应不用AT89C51
DM-162液晶模块P3.7
P3.5P3.6
P2.0P2.1P2.2
P2.3
P2.4
P2.5
P2.6
P2.7RS RW E
VDD D0V0VSS 10K 电位器
VDD +5V VSS D7D6D5D4D3D2D1
图3.7 液晶显示系统电路
亮度的显示字符即对比度的调整。
4 智能扫地机的设计
4.1 自动充电系统
自动充电是用对接充电来实现的，对接充电过程主要用了红外信号，在智能吸尘机器人的左侧和后面都有红外接收器，发射传感器则安装在充电座上，对接充电对扫地机是非常重要的，因为机器人自带的充电电池电量有限，不一定能保证完成清扫工作，这就需要机器人能自动对接充电。当内部电源检测到电压低于一定值是，扫地机器人将沿墙壁寻找充电座。一般扫地机器人按右手法则寻找充电座，所以在扫地机器人贴墙的一侧（选左侧）和后部各装有一个红外接收传感器，当侧面的一侧在贴边过程中收到红外信号时，扫地机器人顺时针旋转90度，并沿着红外光路靠近充电座，同时检测充电座充电电压即可确定是否已经对接上。
4.2 驱动系统电路
驱动系统电路包括驱动器、光电隔离模块以及驱动器保护电路等部分，如图3.6所示。在具体电路中，由于单片机使用5V弱电，而电机的驱动电压为12V或者更高，考虑到单片机会受到驱动部分的干扰，因此采用了光电耦合器TLP521，把控制部分和驱动部分隔离开来。单片机输出端口的电流一般只有20mA左右，不足以或者不能稳定地驱动光电耦合器TLP521工作，因此采用芯片74HC245来增强驱动能力，为光电耦合器TLP521提供合适的驱动电流。驱动器保护电路由8个高速大电流肖恩特二极管1N5822（图中D1~D8）组成，用来消除电机在起停、制动及换向时产生的反电势。保护二极管最好采用高速大电流的开关管，否则反向恢复时间太长，L298N内部H桥的上下两个三极管会因为开闭时序交叉，导致同时打开而短路，长期使用状态下会造成L298N发热或烧毁。
按照图4.1所示电路，系统工作时，单片机P1口输出的控制信号经过驱动器芯片74HC245和光电耦合器之后输入电机驱动芯片L298N，控制电机动作。当需要调速时只需改变PWM调速脉冲（本设计中由单片机P1.3和P1.6端口产生）的占空比即可，理论上可以实现256级调速。
4.3总体软件流程
总流程图如图4.1所示，是整个清扫机运行过程的流程图。其中包括初始化整个系统、启动各电路模块、等待接收命令、启动驱动系统、检测障碍、启动清扫避障系统、结束清扫等过程。
(1)首先，启动清扫机电源，使各模块持续供电。
开始
初始化并开中断
启动各电路模块
N
收到前进命令？
Y
启动驱动系统
前进
N
遇到障碍？
Y
启动清扫和避障系统
结束
图4.2 总流程图
(2) 启动各电路模块，启动液晶显示系统，以便显示清扫机行进速度及运行时间。此过程通过软件编程控制液晶显示系统及驱动系统向单片机控制系统反馈实现。
启动清扫机传感器系统，此项内容主要作用是使清扫机对周围环境有一个了解，通过对周围环境的感知来实现测距、清扫、避障。本过程主要是通过单片机控制各传感器
智能扫地机器人的工作原理是什么？ 现今社会发展迅速，家用电器已逐渐改变为智能电器，最常见的如手机、电视等。其余家用电器在近年来也加入智能控制系统，比如现今很多家庭选择的扫地机器人，已经基本智能化，不但加入了智能导航，最新技术已实现通过摄像以及远程红外操控获得更加人性化的清扫体验。 智能扫地机器人也可称为吸尘机器人，因其主要作用为清扫地面灰尘和垃圾，又可以是一个小型的自主移动吸尘器。这种机器人是一种无线机器，机身大多为圆形，一般来说通过遥控器或机身自主的控制面板来操控，大多数可定时打扫并自动归位完成充电，充电结束后自动转为充电休眠，清扫时可躲避障碍物和自动转弯，自动地完成清扫工作。能够自主通过类似于走路的方式来构建清洁地图，自动对房间进行清扫工作。 下面我们以ILIFE智能扫地机器人为例看下它的工作原理： 1、ILIFE智能扫地机器人带有2600毫安锂电池，130分钟超长续航能力，配置加长边刷和滚刷，吸米粒，吸头发，进出沙发底，边角地带； 2、采用智能识别规划路线，清扫率高；
3、无线遥控，工作时声音最低仅40db ； 4、自主研发复眼系统，全方位搭载多组侦侧仪，测侦范围达到270度，自动识别碰面； 5、自动识别跌落系统，配有红外线传感器； 6、具有预约清扫功能，四种模式随意换； 7、电量过低，能自动寻找充电座充电； 8、具备智能避障功能，可在首次碰撞后产生记忆，形成地图区域，这样机器人可在下次碰撞前提前缓冲，并通过红外扫射躲避悬崖地带，防止外翻等事故。 随着现今人类工作性质的发展和转变，加之工作节奏的加速化，使得这种操作相对简单、功能便利性大的智能清洁机器人受到推崇，已经在普通家庭中逐渐普及，成为现代家庭常用家用电器的一种。了解了这个智能扫地机器人的工作原理，我们也能更快的了解智能扫地机器人，对选购和使用都很有帮助。
智能饮水机控制系统 学生：XXX 指导教师：XXX 内容摘要：该系统设计综合电子技术理论，从生活实际出发，完善了饮水机的功能。设计方案中，主要采用AD590和光敏三极管作为检测单元，并运用了MC14433、74LS160等集成器件。整个设计系统实现两个功能，即测温数显和加热次数自动控制，包括检测、A/D转换（计数）、译码选通、继电器控制等电路模块单元。与传统的饮水机相比，由于采用了自动检测和控制的电子设计技术，可较好地实现对水温和水质的测量和控制，具有较广泛的应用前景。 关键词：检测单元温度传感器AD590 自动控制继电器
Intelligent water machine control system Abstract: The system of design integrated electronic technology theory, from the actual conditions of life, improving the function of the drinking fountains. The Design project with the main use ofAD590 and phototransistor as a test unit has still used theMC14433, 74LS160, such as integrated device. The whole design system tries to achieve two functions, namely, digital temperature measurement and automatic control of the number of heating, including detection, A / D converter (Count), decoding strobe, relay control such circuit modules. Compared with the traditional drinking fountains, the use of automatic detection and control of electronic design technology, can better achieve the right temperature and water quality measurement and control, with a wider range of applications. Keywords: Detection Unit Temperature Sensor AD590 Automatic Control Rela
XXXXXXXXXXXXXX 嵌入式系统原理及应用实践 —智能家居控制系统（无操作系统） 学生姓名XXX 学号XXXXXXXXXX 所在学院XXXXXXXXXXX 专业名称XXXXXXXXXXX 班级XXXXXXXXXXXXXXXXX 指导教师XXXXXXXXXXXX 成绩 XXXXXXXXXXXXX 二○XX年XX月
综合实训任务书
目录 前言 (1) 1 硬件设计 (1) 1.1 ADC转换 (3) 1.2 SSI控制数码管显示 (3) 1.3 按键和LED模块 (5) 1.4 PWM驱动蜂鸣器 (6) 2 软件设计 (7) 2.1 ADC模块 (7) 2.1.1 ADC模块原理描述 (7) 2.1.2 ADC模块程序设计流程图 (8) 2.2 SSI 模块 (8) 2.2.1 SSI模块原理描述 (9) 2.2.2 SSI模块程序设计流程图 (10) 2.3 定时器模块 (10) 2.3.1 定时器模块原理描述 (10) 2.3.2 定时器模块流程图 (11) 2.4 DS18B20模块 (11) 2.4.1 DS18B20模块原理描述 (11) 2.4.2 DS18B20模块程序设计流程图 (12) 2.5 按键模块 (13) 2.5.1 按键模块原理描述 (13) 2.5.2 按键模块程序设计流程图 (13) 2.6 PWM模块 (13) 2.6.1 PWM模块原理描述 (14) 2.6.2 PWM模块程序设计流程图 (14) 2.6 主函数模块 (14) 2.6.1 主函数模块原理描述 (14) 2.6.2主函数模块程序设计流程图 (15)
扫地机器人设计报告
一、功能综述 1、清扫模式：随机清扫、螺旋式清扫、交叉清扫、沿边清扫、定点清扫、预约清扫等相结合，实现全方位立体清扫； 2、智能导航系统：实现对房间地形的重构，自动规划清扫路线； 3、智能安全监控：防撞，防跌落，防缠绕，电池电量监测； 4、创新功能：灰尘量识别，实现床底清扫，手机遥控模式，尖端气流滤尘技术，室内空气质量监测与提醒； 5、其他基础功能：自动返回并充电，灰尘盒安装检查，灰尘盒容量探测。 二、机械及系统设计 扫地机器人机械设计如图1所示。 前 图1 扫地机器人机械设计图 清扫机构，行走机构，吸尘机构是本次设计的重点，也是难点所在。由于机器人运动部件多，运动状态经常改变，必然产生冲击和振动。因此，增加机器人运动平稳性，提高机器人动力学特性尤为重要。为此，在设计时应注意在满足强度和刚度的前提下，尽量减小运动部件的质量，并注意运动部件对转轴的质心装
配。 (1)行走驱动轮及驱动电机 该部分主要保证机器人能够在平面内移动。为了保证小车良好的直线性，可采用双电机驱动左右两轮的方式，且在车体的后端装有一个不锈钢万向滚珠，这样可以使小车获取较好的机动性和灵活性及灵活性。前轮驱动的好处是：转向性能得到改善。前轮是转向轮，使得转向时的行驶方向容易控制，不容易出现过度转向的现象，转向安全性也得到提高。 (2)清扫机构 用电机带动两个清扫刷，使左面清扫刷顺时针转动，右面逆时针转动，这样就可以在清扫灰尘时将灰尘集中于吸风口处，为吸尘机构的工作做准备；清扫刷设计成可更换型的，可选择棉质纺织品或尼龙等化纤材料的，以适应不同的工作环境。 (3)吸尘机构 旨在强大的吸力、将灰尘吸入灰尘储存箱中；这里我们采用尖端气流滤尘技术，全方位，多层次将灰尘一网打尽。 (4)擦地机构 在清扫、吸尘之后，利用安装在壳体下面的清洁布擦出残留在地面上的细小灰尘，同时也能够擦除地面上的顽固污渍，从而保证清洁工作的质量。 扫地机器人功能框图如图2所示。
沈阳利源轨道交通设备有限公司暖通空调自控系统项目 HVAC暖通空调自控系统 技术方案设计书
一. 总体设计方案 根据用户对项目要求，并结合沈阳建筑智能化建筑现状，沈阳利源轨道交通装备有限公司暖通空调自控系统项目是屹今为止整个沈阳所有建筑物厂区当中智能化程度要求较高的。沈阳利源轨道交通装备有限公司暖通空调自控系统项目里面分布着大量的暖通空调机电设备。 ？如何将这些暖通空调机电设备有机的结合起来，达到集中监测和控制，提高设备的无故障时间，给投资者带来明显的经济效益； ？如何能够使这些暖通空调机电设备经济的运行，既能够节能，又能满足工作要求，并在运行中尽快的将效益体现出来； ？如何提高综合物业管理综合水平，将现代化的的计算机技术应用到管理上提高效率。 这是目前业主关心的也是我们设计所侧重的。 沈阳利源轨道交通装备有限公司暖通空调楼宇自动化控制系统的监测和控制主要包括下列子系统： 冷站系统 空调机组系统 本暖通空调楼宇自动化控制系统之设计是依据沈阳利源轨道交通设备有限公司暖通空调自控系统项目的设计要求配置的，主体的设计思想是结合招标文件及设计图纸为准。 1.1冷站系统 （1）控制设备内容 根据项目标书要求，暖通自控系统将会对以下冷站系统设备进行监控：监控设备监控内容 冷却水塔（2台）启停控制、运行状态、故障报警、手 自动状态。 冷却水泵（2台）启停控制、运行状态、故障报警、手
自动状态、水流开关状态； 冷却水供回水管路供水温度、回水温度， 冷水机组（2台）启停控制、运行状态、故障报警、手 自动状态； 冷冻水泵（2台）启停控制、运行状态、故障报警、手 自动状态、水流开关状态； 冷冻水供回水管路供水温度、回水温度、回水流量； 分集水器分水器压力、集水器压力、压差旁通 阀调节； 膨胀水箱高、低液位检测； 有关系统的详细点位情况可参照所附的系统监控点表。 （2）控制说明 本自控系统针对冷站主要监控功能如下： 监控内容控制方法 冷负荷需求计算根据冷冻水供、回水温度和回水流量测量值，自动计算建筑空 调实际所需冷负荷量。 机组台数控制根据建筑所需冷负荷自动调整冷水机组运行台数，达到最佳节 能目的。 独立空调区域负荷计算根据Q=C*M*(T1-T2) T1＝分回水管温度，T2＝分供水总管温度， M＝分回水管回水流量 当负荷大于一台机组的15%，则第二台机组运行。 机组联锁控制启动：冷却塔蝶阀开启，冷却水蝶阀开启，开冷却水泵，冷冻 水蝶阀开启，开冷冻水泵，开冷水机组。停止：停冷水机组， 关冷冻泵，关冷冻水蝶阀，关冷却水泵，关冷却水蝶阀，关冷 却塔风机、蝶阀。 冷却水温度控制根据冷却水温度，自动控制冷却塔风机的启停台数，并且自
毕业设计（论文） 令狐文艳 智能饮水机控制系统设计 Design of control system for intelligent drinking water machine 班级 学生姓名学号 1 指导教师职称 导师单位徐州工业技术职业学院 论文提交日期 论文真实性承诺及指导教师声明 学生论文真实性承诺 本人郑重声明：所提交的作品是本人在指导教师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果，内容真实可靠，不存在抄袭、造假等学术不端行为。除文中已经注明引用的内容外，本论文不含其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。如被发现论文中存在抄袭、造假等学术不端行为，本人愿承担本声明的法律责任和一切后果。 毕业生签名：日期： 指导教师关于学生论文真实性审核的声明 本人郑重声明：已经对学生论文所涉及的内容进行严格审核，确定其内容均由学生在本人指导下取得，对他人论文及成果的引用已经明确注明，不存在抄袭等学术不端行为。 指导教师签名：日期：
摘要 在现代生活当中中，饮水机已经成为了我们日常生活中必不可少的家用电器。但是，有的饮水机的功能只是普通的加热功能，有的功能比较强大，如可以掌控水温的具体控制，但往往这样的饮水机价格使很多人望而止步，根本不能适用于普通家庭。根据这个情况，我设计了这款智能饮水机，这款饮水机的价格相对低廉但是功能却非常强大。一部分利用单片机对水温的控制，在加上液晶屏幕显示温度，得到稳定的人与机器的操作，这款饮水机有很多的模式可以使用，如：冲咖啡和沏茶等。这个设计也添加了团情况的紧急措施，如果水箱在缺水的情况下使用，无法使之加热，它会通过智能报警的方式告知饮水机主人提醒主人以保证其该系统的安全性，让人用起来更加稳定。对于这个设计来说，在确保用户使用过程中的安全的情况下为用户的使用更加方便、舒心。这个设计的智能化水平相对来说比较高，自动化操作可以根据用户自己来实现。 关键词：智能饮水机，单片机，控制 Abstract In modern life, drinking water machine has become essential household appliances in our daily life. However, some drinking water heating machine function is normal, some more powerful features, such as the specific control can control water temperature, but often drinking machine price this makes a lot of people stop, not suitable for the ordinary family according to this situation, I designed the intelligent water dispenser, the water dispenser is relatively inexpensive but the function is very powerful. A part of the use of single-chip temperature control, temperature display and LCD screen, get the human and machine stable operation, the water dispenser has a lot of die Type can be used, such as coffee and tea. This design also added a group of emergency measures, if the tank used in the absence of water, heating can not make it, it will be through the intelligent alarm way to inform the drinking machine owner to remind the owner to ensure the safety of the system, let people use them more stable. For this design, comfortable to ensure more convenient use for users, users in the process of security. The design of the intelligent level is relatively high, automatic operation according to the user to achieve.
HUNAN UNIVERSITY 智能控制课程设计(报告) 课程设计题目：基于模糊控制光伏并网发电系 统的研究 学生姓名： 学生学号： 专业班级： 学院名称： 指导老师： 2017年5月30 日
目录 第1章绪论 (1) 第2章光伏并网发电系统MPPT的研究进展 (2) 2.1 光伏发电系统最大功率跟踪控制 (2) 2.2 几种最大功率点跟踪方法的比较 (3) 第3章光伏并网发电系统MPPT模糊控制器 (7) 3.1 模糊化 (7) 3.2 模糊控制规则库的建立 (7) 3.3 解模糊 (7) 第4章 MPPT模糊控制器设计 (8) 4.1选择观测量和控制量 (8) 4.2 输入量和输出量的模糊化 (8) 4.3 制定模糊规则 (9) 4.4 求解模糊关系 (9) 4.5进行模糊决策 (10) 4.6 控制量的反模糊化 (10) 第5章模糊控制光伏并网发电系统仿真 (11) 附录 (15)
第1章绪论 在应对全球能源危机和保护环境的双重要求下，开发利用清洁可再生的太阳能越来越受到人们的关注。伴随着太阳能光电转换技术的不断发展，大规模的利用太阳能成为可能。光伏并网发电系统将成为太阳能利用的主要形式。目前，转换效率低是光伏并网发电系统面临的主要问题，这成为阻碍光伏并网发电系统广泛应用的一个重点问题。智能控制是这门新兴的理论和技术，它是传统控制发展的高级阶段，主要用来解决那些用传统方法难以解决的复杂系统的控制。智能控制包括专家系统、神经网络和模糊控制，而模糊控制是目前在控制领域中所采用的三种智能控制方法中最具实际意义的一种方法。在光伏系统MPPT控制中，由于外界光照强度和温度变化的不确定性以及并网逆变器的非线性特性，则使用模糊逻辑的MPPT控制方法进行控制，有望获得理想的控制效果。 随着近年智能控制的不断发展和完善，模糊控制技术也日趋成熟，被人们广泛接受。模糊控制的优点很多，例如：模糊控制器设计简单，不需要依赖被控对象的精确数学模型；模糊规则用自然语言表述，易于被操作人员接受；模糊控制规则可以转换成数学函数，易与其他物理规律结合，便于用计算机软件实现；模糊控制抗干扰能力强，且响应快，对复杂的被控对象能有效控制，鲁棒性和适应性都易达到要求。模糊控制以其适应面广泛和易于普及等特点，成为智能控制领域最重要，最活跃和最实用的分支之一。目前，模糊控制已经在工业控制领域、经济系统、人文系统以及医学系统中解决了传统控制方法难以解决甚至无法解决的实际控制问题。本文正是基于光伏发电系统存在的处理复杂，外界不确定因素多等特点，将模糊控制理论应用于光伏发电最大功率跟踪系统中，跟踪系统最大功率工作点，提高光电转换效率，充分利用太阳能资源。 本文以光伏并网发电系统最大功率点跟踪为研究对象，将模糊控制理论应用于光伏并网系统最大功率跟踪控制中，从光伏阵列的原理和特性、光伏并网系统的结构设计、最大功率点跟踪的原理和模糊控制理论等方面进行详细的分析和探讨。本设计报告比较多种最大功率点跟踪控制技术，实现光伏并网发电系统的研究，根据其不同的优缺点，然后选用模糊控制方法来实现最大功率跟踪。通过对模糊论域、隶属度函数计算，制定处模糊规则，设计出模糊控制器。最后建立光伏并网发电系统仿真模型，并对仿真结果进行了分析。
灯光控制系统方案
一、系统概述 系统原理概述 系统所有的单元器件（除电源外）均内置微处理器和存储单元，由一对信号线（UTP5）连接成网络。每个单元均设置唯一的单元地址并用软件设定其功能，通过输出单元控制各回路负载。输入单元通过群组地址和输出组件建立对应联系。当有输入时，输入单元将其转变为数字信号在系统总线上广播，所有的输出单元接收并做出判断，控制相应回路输出。 系统通过两根总线连接成网络。总线上不仅为每个组件提供24伏直流电源，还加载了控制信号。通过系统编程使控制开关与输出回路建立逻辑对应关系。 系统元件采用 模块化结构、并已 经有系统化产品、 系统扩展方便。同 时，通过专用接口 元件及软件，可能 直截接入电脑进行实时监控，或接入以太网进行远程实时监控。因此在设计时更加简单、灵活。 系统为分布式控制，模块化结构，可靠性高。任何控制模块均内置CPU，每个输入模块（场景开关、多键开关、红外传感器等）都可直接与输出模块（调光器、输出继电器）通讯（发送指令→接受指令→执行指令），避免了集中式结构中央CPU一旦出现故障造成整个系统瘫痪的弱点。 与BA系统的集成
诺雅照明控制系统是一个开放的系统，通过专用接口软件，可方便地与其他系统连接，如楼宇自控系统、门禁系统、保安监控系统、消防系统等。
系统结构图
二、系统功能和优点 智能照明控制系统在学校应用的功能和优点： 1、实现照明控制智能化 可用手动控制面板，根据一天中的不同时间，不同用途精心地进行灯光的场景预设置，使用时只需调用预先设置好的最佳灯光场景，使人产生新颖的视觉效果。随意改变各区域的光照度。 2、美化环境以达到吸引学生的注意力 好的灯光设计，能营造出一种温馨、舒适的环境，增添其艺术的魅力。良好的环境可以培养学生对其产生更大的兴趣，从而得到更好的学习效果。 利用灯光的颜色、投射方式和不同明暗亮度可创造出立体感、层次感，不同色彩的环境气氛，不仅使学生有个很好的学习环境，而且还可以产生一种艺术欣赏感，对课程产生强烈的研究精神。 3、可观的节能效果 由于智能照明控制系统能够通过合理的管理，根据不同日期、不同时间按照各个功能区域的运行情况预先进行光照度的设置，不需要照明的时候，保证将灯关掉；在大多数情况下很多区域其实不需要把灯全部打开或开到最亮，智能照明控制系统能用最经济的能耗提供最舒适的照明；系统能保证只有当必需的时候才把灯点亮，或达到所要求的亮度，从而大大降低了学校的能耗。 4、延长灯具寿命 灯具损坏的致命原因是电压过高。灯具的工作电压越高，其寿命则成倍降低。反之，灯具工作电压降低则寿命成倍增长。因此，适当降低灯具工作电压是延长灯具寿命的有
扫地机器人结构及控制系统设计 自动清扫机器人是当今服务机器人领域一个热门的研究方向。从理论和技术上讲，自动清扫机器人比较具体地体现了移动机器人的多项关键技术，具有较强的代表性，从市场前景角度讲，自动清扫机器人将大大降低劳动强度、提高劳动效率，适用于宾馆、酒店、图书馆、办公场所和大众家庭。因此开发自动清扫机器人既具有科研上的挑战性又具有广阔的市场前景。 家用智能清扫机，包括计算机、传感器、电机与动力传动机构、电源、吸尘器、电源开关、操作电位计等，在清扫机的顶部共设有三个超声波距离传感器；清扫机底部前方边沿安装有5个接近开关，接近开关与超声波距离传感器一起，构成清扫机测距系统；清扫机装有两台直流电机；在清扫机的底部安装有吸尘器机构。自动清扫机器人的功能是自动完成房间空旷地面尤其是家居空旷地面的清扫除尘任务，打扫前，要把房间里的物体紧靠四周墙壁，腾出空旷地面。清扫机完成的主要功能：能自动走遍所以可进入的房间，可以自动清扫吸尘，可在遥控和手控状态下清扫吸尘。 本文所介绍的自动清扫机器人的总体布局方案如图1所示，前后两轮为万向轮，左右两轮为驱动轮。驱动轮设计采用两轮独立且各由两台步进电动机驱动的转向方式，通过控制左右两轮的速度差来实现转向。考虑到机器人实际应用的实用性，本驱动系统设计成一个独立的可方便替换的模块，当机器人驱动系统发生故障时，只需简单步骤就可以对驱动部分进行替换。同时为了机器人能够灵活的运动，从动轮选用万向轮。 下图为自动清扫机的三维立体图：
自动清扫机器人车箱体采用框架式结构。从下至上分隔成三个空间：第一层装配各运动部件的驱动电机、传动机构；第二层为垃圾存储空间；第三层装配机器人控制系统、接线板、
本科毕业设计说明书 扫地机的智能控制系统设计 SWEEPER INTELLIGENT CONTROLSYSTEM DESIGN 学院（部）： 专业班级： 学生姓名： 指导教师： 年月日
扫地机的智能控制系统设计 摘要 目前，各式各样的服务机器人越来越多应用于人们的生活中，从事着与人们生活息息相关的服务工作，极大地提高和改善了人们的生活质量。室内智能扫地机器人就是在这种背景下诞生的一种家庭服务机器人。室内智能扫地机器人的路径规划采用区域充满的规划方法，目标是在设定区域内寻找一条从始点到终点且经过所有可达点的连续路径。根据建立的扫地机器人平台，提出清扫机器人随机运动路径规划算法。机器人利用其上安装的红外传感器和摄像头来识别和感知房间环境，机器人开始以螺旋运动方式覆盖房间的空白区域，当遇到障碍物时，启动障碍物应对策略，通过计算机软件仿真和在房间环境中进行实验验证了该算法的有效性。 关键词：扫地机器人，单片机，环境识别，路径规划
SWEEPER INTELLIGENT CONTROLSYSTEM DESIGN ABSTRACT At present time,more and more various of service robots are designed and applied to people’s daily life.The application of these robots is promoting the quality of people’s life tremendously as they deal with the works related to people’s life closely.Indoor automatic cleaning robot is one of these service robots developed to help people to carry out the troublesome room cleaning work.The path planning algorithm of Indoor Automatic Cleaning Robot should spread over the room area using the area filling path planning algorithm to find a continuous path from start to end. A random moving path planning algorithm is put forward based on the platform. The cleaning robot identifies the room environment using the infrared transducer and the camera outfitted on its body.Moving in the spiral motion mode with the gradually enlarging radius,the robot begins to explore and clean the blank area.While it encounters obstacles like wall or furniture,it will start the strategy of dealing with obstacles.This algorithm is validated through computer simulation and robot experiment. KEYWORDS:cleaning robot,single chip microcomputer,environment identification,path planning
《智能控制》课程设计报告题目：采用BP网络进行模式识别院系： 专业： 姓名： 学号： 指导老师： 日期：年月日
目录 1、课程设计的目的和要求 (3) 2、问题描述 (3) 3、源程序 (3) 4、运行结果 (6) 5、总结 (7)
课程设计的目的和要求 目的：1、通过本次课程设计进一步了解BP网络模式识别的基本原理，掌握BP网络的学习算法 2、熟悉matlab语言在智能控制中的运用，并提高学生有关智能控制系统的程序设计能力 要求：充分理解设计容，并独立完成实验和课程设计报告 问题描述 采用BP网络进行模式识别。训练样本为3对两输入单输出样本，见表7-3。是采用BP网络对训练样本进行训练，并针对一组实际样本进行测试。用于测试的3组样本输入分别为1,0.1；0.5,0.5和 0.1,0.1。 表7-3 训练样本 说明：该BP网络可看做2-6-1结构，设权值wij，wjl的初始值取【-1，+1】之间的随机值，学习参数η=0.5，α=0.05.取网络训练的最终指标E=10^（-20），在仿真程序中用w1,w2代表wij，wjl，用Iout代表 x＇ｊ。 源程序 %网络训练程序
clear all; close all; xite=0.50; alfa=0.05; w2=rands(6,1); w2_1=w2;w2_2=w2; w1=rands(2,6); w1_1=w1;w1_2=w1; dw1=0*w1; I=[0,0,0,0,0,0]'; Iout=[0,0,0,0,0,0]'; FI=[0,0,0,0,0,0]'; k=0; E=1.0; NS=3; while E>=1e-020 k=k+1; times(k)=k; for s=1:1:NS xs=[1,0; 0,0; 0,1]; ys=[1,0,-1]'; x=xs(s,:); for j=1:1:6 I(j)=x*w1(:,j); Iout(j)=1/(1+exp(-I(j))); end y1=w2'*Iout;
中央空调装置智能控制系统设计 发表时间：2018-10-17T15:43:19.933Z 来源：《电力设备》2018年第19期作者：谢若锋[导读] 摘要：随着全球气候的不断变化，冬夏的气温变得反常，现代生活越来越离不开空调。 （东莞供电局广东东莞 523000）摘要：随着全球气候的不断变化，冬夏的气温变得反常，现代生活越来越离不开空调。随着空调的不断普及，几乎各家各户、各个单位企业都安装了空调设施，空调的大量使用过程中，能耗是其中较为受关注的一个方面。高能耗的空调会导致运行成本高，给人们的使用带来经济上的压力，所以如何降低空调的运行能耗是首先应当考虑的问题。本研究从中央空调的智能控制方面对空调的节能技术作以分 析。 关键词：中央空调；智能控制；节能空调是我们现代生活中必不可少的电器。随着空调的不断普及，空调的电力消耗在家庭用电和企业用电中占有相当大的比重。要想做到节约能源，实现绿色节能的生活，根本上要从降低空调的能耗上进行研究。我国现有的某些企业在空调的研发和制造上已经在国际上占有相当高的地位，可以说是居于国际领先地位，所以应当肩负起提升世界空调节能技术水平的使命，提高人们的生活水平。本研究就从智能控制方面对中央空调的节能技术进行简要分析。 1.智能控制技术在中央空调监控系统中的应用 1.1智能控制技术在中央空调监控系统中的应用原理 当前随着信息化技术的发展，更多的家用电器趋向于智能化。智能化的设备能够自主进行调控，可以减少大量的人为操作，真正的成为人性化的家用电器。过去大多数的电器仅仅是能够满足简单的功能，无法对环境的变化做出适当的反应，只能依靠人们的手动操作来进行功能、功率等方面的调控。就空调的发展来说，当前基于控制论、人工智能技术发展起来的智能控制技术能够自行实现对空调的智能调控，能够极大地降低人们繁琐的调控工作，真正的做到智能化。模糊处理技术能够对一些非线性的、不确定的问题进行处理。模糊处理技术的应用原理是将环境的数据作为模糊变量，通过模糊控制器提供的模糊逻辑进行运算，最终得到结果，进行执行，并实现对环境做出反应的功能。人们可以对模糊控制器进行编程，所以模糊控制器具有一定的学习和控制能力。对于神经网络，这是一种仿生技术。神经网络处理问题的方式是模仿人脑的思考方式和过程发展而来的。人脑的有无数个神经元组成，神经网络控制技术的也有大量的控制单元进行数据的分析。自身的结构特点充分的发挥出自身优势，将结构作为处理控制器，极大地提升了系统在处理非线性、不确定的问题时能力。智能控制技术的核心就是这两种技术的应用，两种技术基本可以各种不确定的状况，实现对中央空调自主的监控功能，并能够满足人们的正常需求，提供一个好的温湿度状况。 1.2智能控制技术在中央空调监控系统中的控制特点 智能控制系统的出现为智能电器的发展起到了极大地促进作用。由于环境的多变性，智能控制系统的研究方向也需要面面俱到。所以，在这样的条件下智能控制技术在中央空调系统中的控制中具有以下几种特点。首先，中央空调运行的环境多变导致了智能控制系统具有多干扰性。对于一个房间来说，阳光辐射、气温、天气等都会对空调运行时的环境温度产生影响。并且房间的换气也不可避免。在诸多的因素烦扰下，空调需要的运行功率会进行上下浮动，导致功率的不确定性。多工况性是说空调运行具有季节性，在冬夏两季运行时的工作方式不同。多工况性就要求空调具有处理不同环境的能力，所以智能控制技术的自动控制机制就会变得相对复杂，要求进行维护和操作时要充分考虑可能发生的各种情况。温、湿度相关性主要是指室内的温度和湿度多变。在进行温度控制时还应当考虑湿度对温度影响。温度和湿度并不是直接相关，但是仍具有较大的联系。并且中央空调需要对环境的温湿度进行调节，所以在智能控制系统的设计中应当充分考虑这一因素。 1.3智能控制技术在中央空调监控系统中的应用途径 变风量智能调节技术和定风量智能调节技术时智能控制技术对中央空调智能调节的主要途径。由上文可知，智能调节技术的核心是神经网络技术和模糊处理技术，其原因是中央空调的变风量智能调节技术主要依靠神经网络算法实现的。神经网络能够对室内环境的温湿度变化迅速做出反应，能够保证调节的灵敏性，对于传入系统的数据进行快速运算，并且能够保证结果的精确度，所以，中央空调可以应用变风量智能调节技术快速的对温度、湿度做出调节。定风量智能调节技术主要依靠模糊处理技术实现。模糊处理技术的特点就是能够对环境各种不确定性的因素和各种不确定性的问题进行妥善处理，并能够得到最优结果和处理方法，可以极大的提升中央空调的智能性。依靠这种技术，定风量智能调节技术可以通过循环送风和混合自动送风的方式对室内的环境进行自主调控。智能控制技术通过变风量智能调节技术和定风量的智能调节技术能够最大的发挥中央空调对室内温湿度的调控能力，保证中央空调的正常运行，提升其智能性，让中央空调的管理和调控变得更加便捷。 2.中央空调系统智能控制应用要点 2.1蓄能技术 对于中央空调这种大型电器设备的使用，用电的时间不同在电能的资金投入也就不同。所以蓄能技术便应运而生。蓄能技术一般是应用于夏季或者空调制冷的时候。顾名思义，蓄冷技术就是避开用电高峰期，在一定时间内储存一定的冷量，然后再在用电高峰期的时候将冷量进行释放，从而降低电力供应的压力。蓄能技术的实施基础是蓄能机房的建设。应当对建筑物的面积进行合理评估后确定蓄能机房的大小和蓄能能力。蓄能机房作为一个冷量或热量的中转站，在合适的时间进行能量的释放和储存，从而达到节约能源节约资金的目的，能够缓解供电压力。 2.2变流量技术 空调最主要的就是冷水循环系统和冷却水循环系统，这两大系统保证了热量的运输，起到调节室温的作用。变流量技术就是基于这两个系统的平衡调节，进而达到对室温的调控。变流量系统就是通过对冷水循环和冷却水循环系统的流量进行调节，保证温度差的稳定，从而降低能耗，提升空调的运行效果的系统。冷却水系统具有能够随空调运行的负荷大小变化而对流量调节的特点，还能够保证冷却水和冷水在循环时的温度差保持相同。变流量技术通过传感器进行温度等数据的采集，传送给智能控制系统进行一系列的运算处理后，得到最终的执行数据，通过冷凝器的调节从而到达对冷水循环系统和冷却水循环系统的调节作用，达到减少能源损耗的目的。 2.3热回收技术
HUNAN UNIVERSITY 智能控制课程设计(报告) 课程设计题目：基于模糊控制光伏并网发电系 统的研究 学生姓名： 学生学号： 专业班级： 学院名称： 指导老师： 2017年5月30 日
目录 第1章绪论 (1) 第2章光伏并网发电系统MPPT的研究进展 (2) 2.1 光伏发电系统最大功率跟踪控制 (2) 2.2 几种最大功率点跟踪方法的比较 (3) 第3章光伏并网发电系统MPPT模糊控制器 (7) 3.1 模糊化 (7) 3.2 模糊控制规则库的建立 (7) 3.3 解模糊 (7) 第4章 MPPT模糊控制器设计 (8) 4.1选择观测量和控制量 (8) 4.2 输入量和输出量的模糊化 (8) 4.3 制定模糊规则 (9) 4.4 求解模糊关系 (9) 4.5进行模糊决策 (10) 4.6 控制量的反模糊化 (10) 第5章模糊控制光伏并网发电系统仿真 (11) 附录 (15)
第1章绪论 在应对全球能源危机和保护环境的双重要求下，开发利用清洁可再生的太阳能越来越受到人们的关注。伴随着太阳能光电转换技术的不断发展，大规模的利用太阳能成为可能。光伏并网发电系统将成为太阳能利用的主要形式。目前，转换效率低是光伏并网发电系统面临的主要问题，这成为阻碍光伏并网发电系统广泛应用的一个重点问题。智能控制是这门新兴的理论和技术，它是传统控制发展的高级阶段，主要用来解决那些用传统方法难以解决的复杂系统的控制。智能控制包括专家系统、神经网络和模糊控制，而模糊控制是目前在控制领域中所采用的三种智能控制方法中最具实际意义的一种方法。在光伏系统MPPT控制中，由于外界光照强度和温度变化的不确定性以及并网逆变器的非线性特性，则使用模糊逻辑的MPPT控制方法进行控制，有望获得理想的控制效果。 随着近年智能控制的不断发展和完善，模糊控制技术也日趋成熟，被人们广泛接受。模糊控制的优点很多，例如：模糊控制器设计简单，不需要依赖被控对象的精确数学模型；模糊规则用自然语言表述，易于被操作人员接受；模糊控制规则可以转换成数学函数，易与其他物理规律结合，便于用计算机软件实现；模糊控制抗干扰能力强，且响应快，对复杂的被控对象能有效控制，鲁棒性和适应性都易达到要求。模糊控制以其适应面广泛和易于普及等特点，成为智能控制领域最重要，最活跃和最实用的分支之一。目前，模糊控制已经在工业控制领域、经济系统、人文系统以及医学系统中解决了传统控制方法难以解决甚至无法解决的实际控制问题。本文正是基于光伏发电系统存在的处理复杂，外界不确定因素多等特点，将模糊控制理论应用于光伏发电最大功率跟踪系统中，跟踪系统最大功率工作点，提高光电转换效率，充分利用太阳能资源。 本文以光伏并网发电系统最大功率点跟踪为研究对象，将模糊控制理论应用于光伏并网系统最大功率跟踪控制中，从光伏阵列的原理和特性、光伏并网系统的结构设计、最大功率点跟踪的原理和模糊控制理论等方面进行详细的分析和探讨。本设计报告比较多种最大功率点跟踪控制技术，实现光伏并网发电系统的研究，根据其不同的优缺点，然后选用模糊控制方法来实现最大功率跟踪。通过对模糊论域、隶属度函数计算，制定处模糊规则，设计出模糊控制器。最后建立光伏并网发电系统仿真模型，并对仿真结果进行了分析。
1、课题背景及研究的目的和意义 1.1课题背景 扫地机器人是服务机器人的一种，可以代替人进行清扫房间、车间、墙壁等。提出一种应用于室内的移动清洁机器人的设计方案。其具有实用价值。室内清洁机器人的主要任务是能够代替人进行清扫工作，因此需要有一定的智能。清洁机器人应该具备以下能力：能够自我导航，检测出墙壁，房间内的障碍物并且能够避开；能够走遍房间的大部分空间，可以检测出电池的电量并且能够自主返回充电，同时要求外形比较紧凑，运行稳定，噪音小；要具有人性化的接口，便于操作和控制。结合扫地机器人主要功能探讨其控制系统的硬件设计。 1.2研究目的和意义 国家农业智能装备工程技术研究中心邱权博士介绍说，扫地机器人可以看作是一种智能吸尘器，通过其基于传感器检测的智能运动规划算法使原本由人操作的吸尘器成为一个可自主运行的智能化设备。它通过各种传感器，比如碰撞开关、红外接近开关、超声传感器、摄像头等，来感知自身的位置和状态，通过智能算法决定当前的任务状态。它可以根据某个传感器检验地面清洁程度，根据历史信息确定哪些区域已经打扫过，它的充电座会发出红外线信息，在电量低于一定值后，它开始寻找红外信息来自动充电。防跌落是基于机器人底部所安装的红外传感器检测地面的距离，当距离发生变化时机器人将停止并改变路线。由于扫
地机器人是一个智能化产品， 1.3工作原理 扫地机器人机身为可移动装置，机器人依托红外识别以及超声波测距从而避障，配合芯片控制内部电机转动以及内部真空环境吸尘，通过路线设计，在室内自由行走，由中央主刷旋转清扫，并且辅以边刷，沿直线或者之字形活动路径打扫。 2、设计要求与内容 1）以 AT89S52系列单片机为核心设计移动清扫机器人电机驱动与控制电路，采用红外传感器和超声波传感器完成障碍物检测电路设计，完成充电站检测电路设计，完成避障算法与路径规划算法设计。 2）按键选择清扫模式和充电模式。 3）显示方式LED 显示当前时间和机器人当前工作状态。 3、系统方案设计 3.1设计任务 1）利用AT89S52处理器编程实现电机驱动。 2）液晶显示扫地机器人的内部参数。 3）当扫地机器人显示电量不足时，无线模块发送命令到充电桩，开始进行充电模式，此时红外发射光线充电桩与扫地机器人充电接口对接，此
酒店客房智能化控制系统设计方案 北京威控科技发展有限公司 二零零八年一月
目录 一、系统的概况及需求分析 (2) 二、威控客房控制系统为酒店带来的经济效益 (2) 三、VC-RC1000系统简介 (3) 四、VC-RC1000系统特征............................................................................................ 错误！未定义书签。 4.1节能、节省配置、节约人力资源、延长设备使用寿命 .............................错误！未定义书签。 4.2更安全的保障.........................................................................................................错误！未定义书签。 4.3人性化的服务.........................................................................................................错误！未定义书签。 4.4全面提高酒店管理水平 .......................................................................................错误！未定义书签。 4.5高性能的成熟系统产品 .......................................................................................错误！未定义书签。 五、VC-RC1000系统优势............................................................................................ 错误！未定义书签。 5.1系统优势体现..........................................................................................................错误！未定义书签。 5.2威控客房控制器与其它厂家控制器的比较....................................................错误！未定义书签。 六、VC-RC1000系统的整体设计详述 ..................................................................... 错误！未定义书签。 6．1酒店客房控制系统的构建................................................................................错误！未定义书签。 6．2单客房系统设计构成及主要设备介绍..........................................................错误！未定义书签。 6．3通讯系统的结构及设备 (7) 6.3.1 系统通讯结构 (7) 6.3.2 系统通讯设备 (8) 6．4客房控制系统软件 (8) 6.4.1 最可靠的平台、最安全的技术保障 (9) 6.4.2 软件功能强大，满足不同客户需求 (9) 6.4.3 可靠性高 (11) 6.4.4 灵活通用，模块化结构 (11) 6.4.5 界面友好 (11) 七、系统运行模式及功能 (13) 7.1无人模式 (13) 7.2入住模式 (13) 7.3欢迎模式 (13) 7.4普通控制模式 (14) 7.5睡眠模式 (15) 7.6已租外出模式 (15) 7.7退房模式 (15) 7.8特别模式 (15) 八、VC-RC1000系统的实施步骤 (16) 附图一：RCU工作原理图 (17)