【正文】 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 。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。我在論文撰寫過(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)。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。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。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)。另外還可以將無(wú)線網(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。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。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)周圍環(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。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)類似的若干次計(jì)算，就最終得到了整個(gè)完善的控制表。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。在本系統(tǒng)中采用 Mamdami 查表法。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。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。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)。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)。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＇。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。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。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，非常適合于非線性、時(shí)變及滯后系統(tǒng)的控制。下面進(jìn)一步說(shuō)明。 //濾去頭尾 tempAV = 3。 } tempAV += Temp[ip][i]。 temp_minL = Temp[ip][i]。 } else if( Temp[ip][i] temp_maxL ) { temp_maxL = Temp[ip][i]。i++) { if( Temp[ip][i]temp_maxH ) { temp_maxL = temp_maxH。 for(i=0。 temp_minH = 0xffff。 temp_maxH = 0。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。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)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)。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。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。開(kāi)始發(fā)送8個(gè)40kHZ方波打開(kāi)定時(shí)器打開(kāi)中斷結(jié)束進(jìn)入外部中斷關(guān)閉定時(shí)器關(guān)閉全局中斷讀定時(shí)器值跳出外部中斷定時(shí)器超時(shí)？關(guān)閉定時(shí)器進(jìn)入定時(shí)器中斷全局進(jìn)位+1跳出外部中斷NY（a） （b） （c）圖42 超聲波測(cè)距流程圖啟動(dòng)超聲波發(fā)射程序如圖42（a），在初始化各個(gè)全局?jǐn)?shù)據(jù)后，清零計(jì)數(shù)器初值等，單片機(jī)產(chǎn)生8個(gè)40kHz方波信號(hào)，該信號(hào)經(jīng)過(guò)反向器組成的功率放大電路后，驅(qū)動(dòng)超聲波發(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。進(jìn)入中斷加載計(jì)數(shù)初值狀態(tài)1？設(shè)置為狀態(tài)0設(shè)置為狀態(tài)1PWM輸出高PWM輸出低退出中斷NY圖41 電機(jī)驅(qū)動(dòng)程序流程圖 超聲波測(cè)距取程序設(shè)計(jì)超聲波測(cè)距需要測(cè)量超聲波從發(fā)射到接收的時(shí)間差，本設(shè)計(jì)用了單片機(jī)的定時(shí)器來(lái)計(jì)時(shí)，發(fā)送超聲波觸發(fā)信號(hào)后，即打開(kāi)計(jì)數(shù)器開(kāi)始計(jì)時(shí)，當(dāng)接收到超聲波檢波電路送到單片機(jī)的中斷后即停止計(jì)時(shí)，讀取的計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值來(lái)計(jì)算超聲波傳感器測(cè)量的距離。本設(shè)計(jì)中，不需要對(duì)驅(qū)動(dòng)電機(jī)進(jìn)行很精確的調(diào)速控制，所以電機(jī)的驅(qū)動(dòng)程序相對(duì)較簡(jiǎn)單，在本設(shè)計(jì)中采用了定時(shí)器中斷方式來(lái)產(chǎn)生PWM信號(hào)，用于驅(qū)動(dòng)電機(jī)，程序中預(yù)先設(shè)定了3個(gè)速度對(duì)應(yīng)的定時(shí)器計(jì)數(shù)初值，在需要調(diào)速的時(shí)候加載對(duì)應(yīng)的定時(shí)器值即可實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單調(diào)速。發(fā)送器負(fù)載60Ω最大發(fā)送器數(shù)量32最大接收器數(shù)量32信號(hào)在通信電纜中是以差分方式傳輸?shù)?，具有很好的抗共模干擾能力，以DATA+和DATA兩根傳輸線的電壓差來(lái)表示邏輯信號(hào)，兩線的電壓差為+（2—6）V表示邏輯“1” ，兩線電壓差2—6）V表示邏輯“0” 。6V最小差動(dòng)輸出177。圖315 RS485通信接口電路RS485標(biāo)準(zhǔn)是電子工業(yè)協(xié)會(huì)（EIA）于1983年制訂并發(fā)布，該標(biāo)準(zhǔn)彌補(bǔ)了RS232通信距離短、速率低等缺點(diǎn)，但它只規(guī)定了平衡發(fā)送器和接收器的電特性，沒(méi)有規(guī)定接插件、傳輸電纜和應(yīng)用層通信協(xié)議，應(yīng)用層協(xié)議可以根據(jù)應(yīng)用靈活制訂。二極管P6KE12A是浪涌電壓抑制器，可以有效抑制RS485電纜帶來(lái)的破壞性干擾電壓，保護(hù)MAX485芯片。速度較快，功耗較低，適合數(shù)字電路的光電隔離，是抗干擾設(shè)計(jì)的較好選擇。給電路采用了光耦隔離方式來(lái)驅(qū)動(dòng)MAX485芯片，在這里采用隔離是很有必要的。圖314 數(shù)字信號(hào)傳感器接口電路 RS485通信接口電路設(shè)計(jì)為方便以后對(duì)系統(tǒng)的擴(kuò)展，本系統(tǒng)預(yù)留了外部通信接口，采用的是RS485通信接口。當(dāng)傳感器輸出高電平的時(shí)候，控制三極管Q4導(dǎo)通，發(fā)光二級(jí)管發(fā)光，使光耦輸出極的三極管導(dǎo)通，單片機(jī)端口檢測(cè)到低電平；當(dāng)傳感器輸出低電平的時(shí)候，控制三極管Q4關(guān)斷，發(fā)光二級(jí)管不發(fā)光，使光耦輸出極的三極管關(guān)閉，單片機(jī)端口檢測(cè)到高電平。圖313 ADC0809接口電路 數(shù)字信號(hào)傳感器接口對(duì)于開(kāi)關(guān)量的傳感器信號(hào)，其讀取相對(duì)較簡(jiǎn)單，本設(shè)計(jì)中給出了一種用光耦隔離的開(kāi)關(guān)量檢測(cè)電路，電路圖如圖314所示。這樣的接口電路設(shè)計(jì)使得AD的啟動(dòng)只需要一條MOVX指令就可以了。ADC0809芯片與AT89S51單片機(jī)的接口電路如圖313所示，模擬通道選擇信號(hào)A、B、C分別經(jīng)過(guò)地址鎖存器74HC373后，接單片機(jī)的低三位地址線，、所以8路模擬通道的地址為0xFEF80xFEFF，通道地址選擇以單片機(jī)的寫信號(hào)WR作為選通信號(hào)。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)。START上升沿將逐次逼近寄存器復(fù)位。對(duì)ADC0809的操作過(guò)程主要是，首先輸入3位地址，并使ALE=1，將地址存入地址鎖存器中。其內(nèi)部有一個(gè)8通道多路開(kāi)關(guān)，它可以根據(jù)地址碼鎖存譯碼后的信號(hào)，只選通8路模擬輸入信號(hào)中的一個(gè)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。 模擬信號(hào)傳感器接口對(duì)于輸出模擬量的傳感器，因?yàn)楹Ｑ筚Y料浮標(biāo)對(duì)傳感器的采集周期較長(zhǎng)，最快也是1小時(shí)采集一次，所以普通的AD轉(zhuǎn)換芯片已經(jīng)足夠了，本設(shè)計(jì)采用的是經(jīng)典的模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片ADC0809。在改變電阻的方法中，有采用電位器調(diào)節(jié)電阻值得方法，也有采用波段開(kāi)關(guān)將不同電阻值的電阻分別接入的方法，在本電路中因?yàn)檩斎腩l率為40kHz固定，所以采用了固定電阻值。因此可以通過(guò)改變外部RC元件的值來(lái)改變中心頻率f0，相應(yīng)地就改變了捕捉帶寬Bw。其壓控振蕩器的中心頻率是由6腳外接的電阻R1和電容元C1件參數(shù)覺(jué)得，由以下公式計(jì)算：2腳外接電容影響著鎖相環(huán)的信號(hào)捕捉帶寬Bw，其關(guān)系為：該公式表明，f0與C2的值越大，捕捉帶寬就越窄，因此可通過(guò)改變C2的值來(lái)調(diào)節(jié)捕捉帶寬。主要用于振蕩、調(diào)制、解調(diào)、和遙控編、譯碼電路。LM567為通用鎖相環(huán)電路音調(diào)譯碼器，LM567的基本功能概述如下：當(dāng)LM567的3腳輸入幅度≥25mV、頻率在其帶寬內(nèi)的信號(hào)時(shí)，8腳由高電平變成低電平，2腳輸出經(jīng)頻率/電壓變換的調(diào)制信號(hào)；如果在器件的2腳輸入音頻信號(hào)，則在5腳輸出受2腳輸入調(diào)制信號(hào)調(diào)制的調(diào)頻方波信號(hào)。 超聲波接收電路設(shè)計(jì)相對(duì)于超聲波發(fā)射電路來(lái)講，超聲波的接收電路要復(fù)雜得多，根據(jù)超聲波從發(fā)射頭經(jīng)過(guò)障礙物反射再回到接收頭所經(jīng)過(guò)的路程不同，接收頭產(chǎn)生的信號(hào)強(qiáng)度也不一樣，接收電路涉及到對(duì)接收信號(hào)的放大、濾波和解調(diào)制，解調(diào)制即檢波。5個(gè)反向器的接法如圖所示，為提高輸出驅(qū)動(dòng)能力，將反向器A、B并接，反向器C、D并接，40kHz的驅(qū)動(dòng)信號(hào)來(lái)自單片機(jī)，一路直接接到反向器A和B的輸入端，另一路經(jīng)過(guò)一級(jí)反向后接到反向器C和D的輸入端，這樣就實(shí)現(xiàn)了超聲波發(fā)射頭兩端信號(hào)的差動(dòng)。正弦PWM已為人們所熟知，而旨在改善輸出電壓、電流波形，降低電源系統(tǒng)諧波的多重PWM技術(shù)在大功率變頻器中有其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)；而優(yōu)化PWM所追求的則是實(shí)現(xiàn)電流諧波畸變率（THD）最小，電壓利用率最高，效率最優(yōu)，及轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)最小以及其它特定優(yōu)化目標(biāo)。由此在交流傳動(dòng)及至其它