【正文】 發(fā)射頭發(fā)射信號，然后打開定時器開始計時，并打開外部中斷和定時器中斷，即完成超聲波的發(fā)射。當計數(shù)器溢出后會觸發(fā)單片機的定時器溢出中斷，超聲波接收電路接收到返回的超聲波后，經過40kHZ的超聲波解調電路會產生一個下降沿來觸發(fā)單片機的外部中斷。當進入單片機的定時器溢出中斷后，全局計數(shù)進位累加一次，因為當超時波測量距離較遠時，定時器一圈計數(shù)完成后超時波的返回信號還沒有到達，這就需要一個全局的進位位，來記錄定時器中斷的次數(shù)，在計算超聲波時間時，每次中斷算256個計數(shù)時鐘周期。當設定的測量極限時間內任然沒有超聲波信號返回，則關閉定時器，本次測量失敗，這是程序穩(wěn)定運行必須的條件，因為沒有障礙物在超聲波的測量距離內時，是沒有返回信號到超聲波接收端，無法進入外部中斷服務程序，所以需要判斷超聲波測量是否超時。超聲波接收電路接收到返回的超聲波后，經過40kHZ的超聲波解調電路會產生一個下降沿來觸發(fā)單片機的外部中斷，單片機進入外部中斷服務程序。進入該程序代表在超聲波的測距范圍內有障礙物，該程序中，先關閉全局中斷和定時器，然后讀取定時器的值，測量距離的計算由專門的程序來完成。 數(shù)值濾波程序設計考慮到傳感器的錯誤檢測和環(huán)境的干擾，需要對傳感器采集的距離數(shù)據進行數(shù)值濾波，然后作為控制電機的依據。在程序設計時，定義了一個4行12列的二維數(shù)組，用于存放4個通道的最新傳感器檢測數(shù)據。在需要程序的主循環(huán)中，對相應通道數(shù)組的12個數(shù)據進行數(shù)字濾波，將得到的結果作為控制電機的依據。數(shù)字濾波算法程序如下所示，將12個數(shù)據中的最大值、此最大值、最小值和此最小值去掉，然后對剩下8個數(shù)據求平均值即可。平均值濾波算法對系統(tǒng)受到的噪聲干擾具有很好的濾除作用。該算法的優(yōu)點在于不需要對12個數(shù)據進行排序，并且程序只循環(huán)12次，即每個數(shù)據讀取一次，就完成了兩個最大值和兩個最小值的篩選，對8個剩余數(shù)據求平均值也是精心設計過的，因為AT89S51單片機內部沒有除法單元，執(zhí)行除法運算實質是進行復雜的移位運算，在這里對8個數(shù)據求平均，直接將數(shù)據向右移動3位即可。 temp_maxH = 0。temp_maxL = 0。 temp_minH = 0xffff。temp_minL = 0xffff。 for(i=0。i12。i++) { if( Temp[ip][i]temp_maxH ) { temp_maxL = temp_maxH。 temp_maxH = Temp[ip][i]。 } else if( Temp[ip][i] temp_maxL ) { temp_maxL = Temp[ip][i]。 } else if( Temp[ip][i] temp_minL ) { temp_minH = temp_minL。 temp_minL = Temp[ip][i]。 } else if( Temp[ip][i] temp_minH ) { temp_minH = Temp[ip][i]。 } tempAV += Temp[ip][i]。 } tempAV = tempAVtemp_minLtemp_minHtemp_maxLtemp_maxH。 //濾去頭尾 tempAV = 3。 //除以8，求平均值 控制算法實現(xiàn)系統(tǒng)壁障主要采用模糊控制算法來實現(xiàn)，其工作過程遵循著反饋控制和人工智能控制相結合的原理。下面進一步說明。給定距離控制算法電機與障礙物的距離超聲波傳感器圖43 控制算法框圖模糊控制系統(tǒng)是一種具有反饋的閉環(huán)自動控制系統(tǒng)，適用于被控過程沒有數(shù)學模型或很難建立精確數(shù)學模型的工業(yè)過程，它是解決不確定系統(tǒng)控制的一種有效途徑。模糊控制系統(tǒng)有較強的魯棒性及抗干擾能力，在控制過程中能大大減弱參數(shù)變化對控制效果的影響，非常適合于非線性、時變及滯后系統(tǒng)的控制。模糊控制的基本原理可由圖43表示。隨著單片機技術的發(fā)展，單片機性能在不斷提高，可以完成復雜的控制。在模糊控制中專家的經驗知識是一系列含有語言變量的條件語句和規(guī)則，而模糊集合理論又能十分恰當?shù)乇磉_具有模糊性的語言變量和條件語句。將單片機與模糊集合理論相結合，用模糊集合理論對語言變量模糊化，再用模糊推理對系統(tǒng)的輸入狀態(tài)進行處理，產生相應的控制策略，以實現(xiàn)對那些難以建立數(shù)學模型的系統(tǒng)進行有效控制。本系統(tǒng)中，來自傳感器的信號是超聲波傳感器的距離信號本系統(tǒng)設計了一個單輸入單輸出的模糊控制器，如圖44所示。本系統(tǒng)輸入變量選為障礙物(船舶等)到浮標的距離S及其一階導數(shù)S＇。輸出變量選為電機的開關信號U。距離S的模糊子狀態(tài)為S(0)（沒有障礙物）、S(1)（有障礙物進入報警距離)。距離變化率反映了現(xiàn)場狀態(tài)的距離偏差的變化方向。輸入變量S，S＇的隸屬函數(shù)采用最常用的三角形，輸出的隸屬函數(shù)可用單點的隸屬度函數(shù)。將距離控制器的輸出狀態(tài)分為2個狀態(tài)子集，具體對應如下：U(1)（全電壓輸出驅動），U(0)（零電壓輸出驅動）。d/dtd/dt模糊控制器S圖44 模糊控制器結構圖當距離偏差為S(1)時，距離和設定的安全距離相差最大，為使距離減到最小，盡快消除偏差，無論距離怎樣變化，應使控制量增輸出，所以模糊控制系統(tǒng)打開電機，以最快的速度避讓。當距離偏差為S(0)時，沒有障礙物，關閉電機。在較復雜的控制系統(tǒng)中，可根據模糊控制規(guī)則計算出各種輸入狀態(tài)的控制輸出U，本控制系統(tǒng)是直接給出的。要執(zhí)行模糊控制，在計算機中就必須通過一定的算法實現(xiàn)，就是從輸入的連續(xù)精確量中通過模糊控制的算法過程，求出相應的精確控制值，基于Mamdami 推理的控制算法有關系矩陣法、查表法和解析法。在本系統(tǒng)中采用 Mamdami 查表法。查表法需要事先設計模糊控制響應表，在軟件設計時將表格事先置入內存中供實時查表使用。在實際控制時，模糊控制器首先把輸入量量化到輸入量的語言變量論域中，再根據量化的結果去查出控制表，這樣大大提高模糊控制的實時性，節(jié)省內存空間。設計控制表首先求出模糊關系 R，再根據輸入的偏差和偏差變化率和用合成推理方法求出模糊輸入量，最后經過反模糊化可把模糊量轉換為精確量，即可得到控制輸出量。通過上述過程即可得到一個反映輸入變量與輸出變量對應關系的一個元素，可將此元素填入控制表的適當位置，通過類似的若干次計算，就最終得到了整個完善的控制表。結束語本設計主要介紹了一種基于單片機的海洋資料浮標自動防碰撞系統(tǒng)的設計方案和具體實現(xiàn)過程。本系統(tǒng)采用AT89S51單片機作為控制器件，通過檢測傳感器超聲波模塊，檢測浮標周圍環(huán)境，在有障礙物靠近浮標的時候，控制浮標上安裝的電機和螺旋槳，使浮標快速、準確地逃離障礙物。經過浮標模型實物的制作研究，按期完成了畢業(yè)論文的撰寫和實物的制作，經過對實物模型的驗證性實驗，本設計的方案能夠完成預期目標的要求，達到了良好的效果。經過多方面的測試和驗證，系統(tǒng)具有良好的工作性能和較好的環(huán)境適應性，造價較低，而且具有較高擴展性，系統(tǒng)可以通過稍加改動，實現(xiàn)更強大的功能，得到更廣闊的應用前景和較大的經濟價值。例如將智能控制算法、圖像處理技術和模式識別技術應用到海洋資料浮標上面，不僅可以提高浮標的環(huán)境適應性，還可以采集到許多圖像資料數(shù)據，作為研究之用，意義重大。另外還可以將無線網絡技術，例如Zigbee技術應用到浮標上面，將附近的海洋資料浮標連接到同一個網絡上，利用Zigbee技術的自由組網技術，可以提高浮標的通信靈活性。參考文獻[1] 李東生,張勇,許四毛. ：電子工業(yè)出版社,2002[2] ：北京航空航天大學出版社,1998[3] 馬忠梅,籍順心,：北京航空航天大學出版社,2003[4] ：北京航空航天大學出版社,2007[5] 李廣弟,朱月秀,：北京航空航天大學出版社,2007[6] (C語言版).合肥：中國科技大學出版社,2007[7] ：北京航空航天大學出版社,1998[8] ：北京航空航天大學出版社,2000[9] 孫寶元,：機械工業(yè)出版社,2004[10] 王海洲,張麗麗,韓玉仲, ,2010,33(9)：1821[11] 袁新,2002,20(2):118124[12] 王曉燕,裴亮,2008,24(52):2021[13] 流素花,李思忍,2010,34(10):5761[14] 丁士圻,郭麗華,秦世軍,2005,23(3):9093[15] 白強,袁新,楊永春,2007,26(4):2729[16] 蘇煒,龔壁建,2004,23(6):811[17] 卜英勇,王紀嬋,趙海鳴,2007(3):6668致謝在我的畢業(yè)設計論文即將完成之際，在此對大學四年里給予我?guī)椭睦蠋熀屯瑢W表示最誠摯的感謝。首先我要感謝我的畢業(yè)設計指導老師，是她的悉心指導，讓我順利完成本次畢業(yè)設計。在畢業(yè)設計過程中，該老師不僅在學習上給予我很多引導，也在生活上為我提出了很多寶貴的意見。該老師不僅學識淵博，而且平易近人，是我們的良師益友，是我學習的榜樣。在資料查閱的過程中，該老師給了我很多建議和搜索資料的方法，讓我很快找到本課題的研究現(xiàn)狀，確定了我的設計方向，為后階段的工作節(jié)約了不少時間。在我的實物制作過程中，該老師又給予我很多硬件電路設計方面的指導，手把手教我做好了PCB板的布局布線。在進行系統(tǒng)的軟件程序編寫調試過程中，該老師為我的設計提出了很多寶貴的調試方法和建議，根據老師的指導，我很順利地將系統(tǒng)搭建起來并測試成功。我在論文撰寫過程中，該老師又多次細心審閱我的論文初稿，為我提出了很好的修改意見。非常感謝該老師，是她的指導和幫助才使得我的畢業(yè)設計工作能夠保質保量的順利完成。通過畢業(yè)設計這段時間的接觸，我看到了老師身一絲不茍的治學態(tài)度和分析解決問題的方法，這必將使自己受益終身。同時，也要感謝和我一起學習生活的同學們，我們都從遙遠的家來到這個陌生的城市里，一起成長，互相關懷，讓我度過了難忘大學生活。最后要感謝我的父母，感謝你們的養(yǎng)育和教導！署名2012年x月x日