【正文】 發(fā)射頭發(fā)射信號(hào)，然后打開(kāi)定時(shí)器開(kāi)始計(jì)時(shí)，并打開(kāi)外部中斷和定時(shí)器中斷，即完成超聲波的發(fā)射。當(dāng)計(jì)數(shù)器溢出后會(huì)觸發(fā)單片機(jī)的定時(shí)器溢出中斷，超聲波接收電路接收到返回的超聲波后，經(jīng)過(guò)40kHZ的超聲波解調(diào)電路會(huì)產(chǎn)生一個(gè)下降沿來(lái)觸發(fā)單片機(jī)的外部中斷。當(dāng)進(jìn)入單片機(jī)的定時(shí)器溢出中斷后，全局計(jì)數(shù)進(jìn)位累加一次，因?yàn)楫?dāng)超時(shí)波測(cè)量距離較遠(yuǎn)時(shí)，定時(shí)器一圈計(jì)數(shù)完成后超時(shí)波的返回信號(hào)還沒(méi)有到達(dá)，這就需要一個(gè)全局的進(jìn)位位，來(lái)記錄定時(shí)器中斷的次數(shù)，在計(jì)算超聲波時(shí)間時(shí)，每次中斷算256個(gè)計(jì)數(shù)時(shí)鐘周期。當(dāng)設(shè)定的測(cè)量極限時(shí)間內(nèi)任然沒(méi)有超聲波信號(hào)返回，則關(guān)閉定時(shí)器，本次測(cè)量失敗，這是程序穩(wěn)定運(yùn)行必須的條件，因?yàn)闆](méi)有障礙物在超聲波的測(cè)量距離內(nèi)時(shí)，是沒(méi)有返回信號(hào)到超聲波接收端，無(wú)法進(jìn)入外部中斷服務(wù)程序，所以需要判斷超聲波測(cè)量是否超時(shí)。超聲波接收電路接收到返回的超聲波后，經(jīng)過(guò)40kHZ的超聲波解調(diào)電路會(huì)產(chǎn)生一個(gè)下降沿來(lái)觸發(fā)單片機(jī)的外部中斷，單片機(jī)進(jìn)入外部中斷服務(wù)程序。進(jìn)入該程序代表在超聲波的測(cè)距范圍內(nèi)有障礙物，該程序中，先關(guān)閉全局中斷和定時(shí)器，然后讀取定時(shí)器的值，測(cè)量距離的計(jì)算由專(zhuān)門(mén)的程序來(lái)完成。 數(shù)值濾波程序設(shè)計(jì)考慮到傳感器的錯(cuò)誤檢測(cè)和環(huán)境的干擾，需要對(duì)傳感器采集的距離數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)值濾波，然后作為控制電機(jī)的依據(jù)。在程序設(shè)計(jì)時(shí)，定義了一個(gè)4行12列的二維數(shù)組，用于存放4個(gè)通道的最新傳感器檢測(cè)數(shù)據(jù)。在需要程序的主循環(huán)中，對(duì)相應(yīng)通道數(shù)組的12個(gè)數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)字濾波，將得到的結(jié)果作為控制電機(jī)的依據(jù)。數(shù)字濾波算法程序如下所示，將12個(gè)數(shù)據(jù)中的最大值、此最大值、最小值和此最小值去掉，然后對(duì)剩下8個(gè)數(shù)據(jù)求平均值即可。平均值濾波算法對(duì)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(diǎn)在于不需要對(duì)12個(gè)數(shù)據(jù)進(jìn)行排序，并且程序只循環(huán)12次，即每個(gè)數(shù)據(jù)讀取一次，就完成了兩個(gè)最大值和兩個(gè)最小值的篩選，對(duì)8個(gè)剩余數(shù)據(jù)求平均值也是精心設(shè)計(jì)過(guò)的，因?yàn)锳T89S51單片機(jī)內(nèi)部沒(méi)有除法單元，執(zhí)行除法運(yùn)算實(shí)質(zhì)是進(jìn)行復(fù)雜的移位運(yùn)算，在這里對(duì)8個(gè)數(shù)據(jù)求平均，直接將數(shù)據(jù)向右移動(dòng)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(shí)現(xiàn)系統(tǒng)壁障主要采用模糊控制算法來(lái)實(shí)現(xiàn)，其工作過(guò)程遵循著反饋控制和人工智能控制相結(jié)合的原理。下面進(jìn)一步說(shuō)明。給定距離控制算法電機(jī)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(dòng)控制系統(tǒng)，適用于被控過(guò)程沒(méi)有數(shù)學(xué)模型或很難建立精確數(shù)學(xué)模型的工業(yè)過(guò)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(qiáng)的魯棒性及抗干擾能力，在控制過(guò)程中能大大減弱參數(shù)變化對(duì)控制效果的影響，非常適合于非線(xiàn)性、時(shí)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(jī)技術(shù)的發(fā)展，單片機(jī)性能在不斷提高，可以完成復(fù)雜的控制。在模糊控制中專(zhuān)家的經(jīng)驗(yàn)知識(shí)是一系列含有語(yǔ)言變量的條件語(yǔ)句和規(guī)則，而模糊集合理論又能十分恰當(dāng)?shù)乇磉_(dá)具有模糊性的語(yǔ)言變量和條件語(yǔ)句。將單片機(jī)與模糊集合理論相結(jié)合，用模糊集合理論對(duì)語(yǔ)言變量模糊化，再用模糊推理對(duì)系統(tǒng)的輸入狀態(tài)進(jìn)行處理，產(chǎn)生相應(yīng)的控制策略，以實(shí)現(xiàn)對(duì)那些難以建立數(shù)學(xué)模型的系統(tǒng)進(jìn)行有效控制。本系統(tǒng)中，來(lái)自傳感器的信號(hào)是超聲波傳感器的距離信號(hào)本系統(tǒng)設(shè)計(jì)了一個(gè)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(biāo)的距離S及其一階導(dǎo)數(shù)S＇。輸出變量選為電機(jī)的開(kāi)關(guān)信號(hào)U。距離S的模糊子狀態(tài)為S(0)（沒(méi)有障礙物）、S(1)（有障礙物進(jìn)入報(bào)警距離)。距離變化率反映了現(xiàn)場(chǎng)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(diǎn)的隸屬度函數(shù)。將距離控制器的輸出狀態(tài)分為2個(gè)狀態(tài)子集，具體對(duì)應(yīng)如下：U(1)（全電壓輸出驅(qū)動(dòng)），U(0)（零電壓輸出驅(qū)動(dòng)）。d/dtd/dt模糊控制器S圖44 模糊控制器結(jié)構(gòu)圖當(dāng)距離偏差為S(1)時(shí)，距離和設(shè)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(wú)論距離怎樣變化，應(yīng)使控制量增輸出，所以模糊控制系統(tǒng)打開(kāi)電機(jī)，以最快的速度避讓。當(dāng)距離偏差為S(0)時(shí)，沒(méi)有障礙物，關(guān)閉電機(jī)。在較復(fù)雜的控制系統(tǒng)中，可根據(jù)模糊控制規(guī)則計(jì)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(jì)算機(jī)中就必須通過(guò)一定的算法實(shí)現(xiàn)，就是從輸入的連續(xù)精確量中通過(guò)模糊控制的算法過(guò)程，求出相應(yīng)的精確控制值，基于Mamdami 推理的控制算法有關(guān)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(shè)計(jì)模糊控制響應(yīng)表，在軟件設(shè)計(jì)時(shí)將表格事先置入內(nèi)存中供實(shí)時(shí)查表使用。在實(shí)際控制時(shí)，模糊控制器首先把輸入量量化到輸入量的語(yǔ)言變量論域中，再根據(jù)量化的結(jié)果去查出控制表，這樣大大提高模糊控制的實(shí)時(shí)性，節(jié)省內(nèi)存空間。設(shè)計(jì)控制表首先求出模糊關(guān)系 R，再根據(jù)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(jīng)過(guò)反模糊化可把模糊量轉(zhuǎn)換為精確量，即可得到控制輸出量。通過(guò)上述過(guò)程即可得到一個(gè)反映輸入變量與輸出變量對(duì)應(yīng)關(guān)系的一個(gè)元素，可將此元素填入控制表的適當(dāng)位置，通過(guò)類(lèi)似的若干次計(jì)算，就最終得到了整個(gè)完善的控制表。結(jié)束語(yǔ)本設(shè)計(jì)主要介紹了一種基于單片機(jī)的海洋資料浮標(biāo)自動(dòng)防碰撞系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案和具體實(shí)現(xiàn)過(guò)程。本系統(tǒng)采用AT89S51單片機(jī)作為控制器件，通過(guò)檢測(cè)傳感器超聲波模塊，檢測(cè)浮標(biāo)周?chē)h(huán)境，在有障礙物靠近浮標(biāo)的時(shí)候，控制浮標(biāo)上安裝的電機(jī)和螺旋槳，使浮標(biāo)快速、準(zhǔn)確地逃離障礙物。經(jīng)過(guò)浮標(biāo)模型實(shí)物的制作研究，按期完成了畢業(yè)論文的撰寫(xiě)和實(shí)物的制作，經(jīng)過(guò)對(duì)實(shí)物模型的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，本設(shè)計(jì)的方案能夠完成預(yù)期目標(biāo)的要求，達(dá)到了良好的效果。經(jīng)過(guò)多方面的測(cè)試和驗(yàn)證，系統(tǒng)具有良好的工作性能和較好的環(huán)境適應(yīng)性，造價(jià)較低，而且具有較高擴(kuò)展性，系統(tǒng)可以通過(guò)稍加改動(dòng)，實(shí)現(xiàn)更強(qiáng)大的功能，得到更廣闊的應(yīng)用前景和較大的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。例如將智能控制算法、圖像處理技術(shù)和模式識(shí)別技術(shù)應(yīng)用到海洋資料浮標(biāo)上面，不僅可以提高浮標(biāo)的環(huán)境適應(yīng)性，還可以采集到許多圖像資料數(shù)據(jù)，作為研究之用，意義重大。另外還可以將無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，例如Zigbee技術(shù)應(yīng)用到浮標(biāo)上面，將附近的海洋資料浮標(biāo)連接到同一個(gè)網(wǎng)絡(luò)上，利用Zigbee技術(shù)的自由組網(wǎng)技術(shù)，可以提高浮標(biāo)的通信靈活性。參考文獻(xiàn)[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(xué)出版社,1998[3] 馬忠梅,籍順心,：北京航空航天大學(xué)出版社,2003[4] ：北京航空航天大學(xué)出版社,2007[5] 李廣弟,朱月秀,：北京航空航天大學(xué)出版社,2007[6] (C語(yǔ)言版).合肥：中國(guó)科技大學(xué)出版社,2007[7] ：北京航空航天大學(xué)出版社,1998[8] ：北京航空航天大學(xué)出版社,2000[9] 孫寶元,：機(jī)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(qiáng),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(jì)嬋,趙海鳴,2007(3):6668致謝在我的畢業(yè)設(shè)計(jì)論文即將完成之際，在此對(duì)大學(xué)四年里給予我?guī)椭睦蠋熀屯瑢W(xué)表示最誠(chéng)摯的感謝。首先我要感謝我的畢業(yè)設(shè)計(jì)指導(dǎo)老師，是她的悉心指導(dǎo)，讓我順利完成本次畢業(yè)設(shè)計(jì)。在畢業(yè)設(shè)計(jì)過(guò)程中，該老師不僅在學(xué)習(xí)上給予我很多引導(dǎo)，也在生活上為我提出了很多寶貴的意見(jiàn)。該老師不僅學(xué)識(shí)淵博，而且平易近人，是我們的良師益友，是我學(xué)習(xí)的榜樣。在資料查閱的過(guò)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(shè)計(jì)方向，為后階段的工作節(jié)約了不少時(shí)間。在我的實(shí)物制作過(guò)程中，該老師又給予我很多硬件電路設(shè)計(jì)方面的指導(dǎo)，手把手教我做好了PCB板的布局布線(xiàn)。在進(jìn)行系統(tǒng)的軟件程序編寫(xiě)調(diào)試過(guò)程中，該老師為我的設(shè)計(jì)提出了很多寶貴的調(diào)試方法和建議，根據(jù)老師的指導(dǎo)，我很順利地將系統(tǒng)搭建起來(lái)并測(cè)試成功。我在論文撰寫(xiě)過(guò)程中，該老師又多次細(xì)心審閱我的論文初稿，為我提出了很好的修改意見(jiàn)。非常感謝該老師，是她的指導(dǎo)和幫助才使得我的畢業(yè)設(shè)計(jì)工作能夠保質(zhì)保量的順利完成。通過(guò)畢業(yè)設(shè)計(jì)這段時(shí)間的接觸，我看到了老師身一絲不茍的治學(xué)態(tài)度和分析解決問(wèn)題的方法，這必將使自己受益終身。同時(shí)，也要感謝和我一起學(xué)習(xí)生活的同學(xué)們，我們都從遙遠(yuǎn)的家來(lái)到這個(gè)陌生的城市里，一起成長(zhǎng)，互相關(guān)懷，讓我度過(guò)了難忘大學(xué)生活。最后要感謝我的父母，感謝你們的養(yǎng)育和教導(dǎo)！署名2012年x月x日