【正文】 法是采取恒流源技術或窄脈沖發(fā)射的措施,能使紅外輻射強度保持不變[3]。 555定時器原理圖 接收模塊接收模塊是由一個紅外接收管、帶通濾波器、分頻器及51單片機組成。它將接收到的紅外光脈沖信號變成電脈沖信號后送入帶通濾波器。峰值波長λ為880 nm，具有高線性度、高可靠性等特點。這種濾波器經(jīng)常用于抗干擾的設備中，以便接收某一頻帶范圍內(nèi)的有效信號，而消除高頻段及低頻段的干擾和噪聲。，低通濾波器的通帶截止頻率為f，即該低通濾波器只允許ff的信號通過；而高通濾波器的通帶截止頻率為f，即它只允許ff的信號通過。輸入端的電阻R和電容C組成低通電路，另一個電容C和電阻R組成高通電路，二者串聯(lián)起來接在集成運放的同相輸入端[4]。C的容量不易超過。根據(jù)式取C=，,根據(jù)式()可得：計算出R=：因為f=時則=380，所以。 雨滴傳感器的硬件設計雨滴傳感器部分，由555定時器構(gòu)成的多謝振蕩器對紅外發(fā)射管進行驅(qū)動，再由接收管接收，這樣就構(gòu)成一個光電傳感器。： 電機控制的硬件設計、。同理，74LS125中的三態(tài)門4輸出為高電平，因此光電隔離器LEI發(fā)光并導通，因而使v4導通。因此電流從左至右流過直流電機，使電機正轉(zhuǎn)。SA0為電機左到位開關，當SA0置一，則輸出正向代碼；SA1為電機右到位開關，當SA1置一，則輸出反向代碼[7]。 ：第五章 智能雨刮器的軟件設計 雨滴傳感器的流程圖設計因為脈沖的中心頻率為38KHZ，進行128分頻后約為300HZ，周期即為3ms，所以選定定時時間為60ms，在此時間段內(nèi)最多可接收20個脈沖，由此在按脈沖的多少進行大小雨的分配，： 60ms定時器流程圖 智能雨刮器雙電機控制的流程圖設計對于直流電動機的轉(zhuǎn)速來說，當勵磁恒定時，它是隨著電樞電壓的增減而增減的(當然也可以利用改變勵磁的大小來調(diào)節(jié)直流電機的轉(zhuǎn)速)。通過改變單片機輸出PWM脈寬信號的占空比，來控制直流電動機的電樞電壓，從而改變雨刮電動機的轉(zhuǎn)速[8]。這樣，我們就需要用人的經(jīng)驗知識來調(diào)整PWM信號的占空比，使兩個雨刮同步擺動。： 智能雨刮器主程序流程圖第六章 基于模糊控制的智能雨刮控制系統(tǒng) 模糊控制簡介 幾十年來，控制理論的發(fā)展經(jīng)歷了古典控制理論、現(xiàn)代控制理論和智能控制理論三個階段。在以后的二十多年中，模糊控制在控制領域中的應用越來越廣泛，也越來越受到人們的重視。1985年，模糊推理集成塊開始開發(fā)。之后，模糊控制在許多國家如美國、西歐、中國、東南亞引起了廣泛的重視，并受到國際控制理論學術界的關注。1985年，召開了第一屆國際模糊系統(tǒng)學會的學術交流會，各國相繼成立了模糊控制系統(tǒng)工程研究所，90年代起，世界上一些大公司開始了模糊產(chǎn)品的開發(fā)，模糊理論與應用研究及模糊產(chǎn)品的開發(fā)像一股強勁的風浪席卷世界各地[9]。但從廣義上可將它定義為：“模糊控制指的是以模糊集合理論、模糊語言變量及模糊推理為基礎的一類計算機數(shù)字控制方法”或者定義為“基于模糊集合理論、模糊邏輯，并同傳統(tǒng)的控制理論相結(jié)合，模擬人的思維方式，對難以建立數(shù)學模型的對象實施的一種控制方法”。 模糊控制的數(shù)學基礎 模糊集合模糊集合是一種特別定義的集合、它與普通集合既有聯(lián)系又有區(qū)別。它可用來描述模糊現(xiàn)象，而模糊集合的邊界是模糊的，允許論域中的某些元素部分屬于該集合，只要規(guī)定該元素屬于這個集合的程度即可。模糊集合定義為：給定論域U中的一個模糊集A，是指對任意u ∈U，都為其指定一個數(shù)μ(u)u∈[0,1]與之對應，這個數(shù)叫做u對A的隸屬度。模糊集A就是以這個隸屬函數(shù)為特征的集合。正如普通集合完全由其特征函數(shù)所刻畫一樣，模糊集A完全由隸屬函數(shù)所刻畫。 隸屬度函數(shù)及其確定普通集合用特征函數(shù)來表示，模糊集合用隸屬函數(shù)來表示。μ的值越接近1，表示元素x隸屬于模糊集合A的程度越大。(2)隸屬函數(shù)完全刻化了模糊集合，隸屬函數(shù)是模糊數(shù)學的基本概念。借助隸屬函數(shù)才能對模糊集合進行描述，那么，如何正確地建立隸屬函數(shù)，將是一項非常關鍵的工作。盡管我們所面對的對象不同，且在選擇隸屬函數(shù)時帶有很大的主觀性，但是，仍有一些基本的原則可遵循。 模糊控制器的設計它是模糊控制系統(tǒng)的核心，是采用基于模糊控制知識表示和規(guī)則推理的語言型“模糊控制器”，也是模糊控制系統(tǒng)區(qū)別于其他控制系統(tǒng)的主要標志。根據(jù)被控對象的不同，以及對系統(tǒng)靜態(tài)、動態(tài)特性要求的不同，模糊控制器的規(guī)則也有所不同，即模糊控制算法各異。在現(xiàn)代控制理論中，有有限狀態(tài)觀測器、自適應控制器、魯棒控制器等。模糊控制器的實現(xiàn)可由模糊控制通用芯片實現(xiàn)或由計算機(或微處理機)的程序來實現(xiàn)，用計算機實現(xiàn)的具體過程如下[10]：1．求系統(tǒng)給定值與反饋值的誤差e。2．計算誤差變化率。3．輸入量的模糊化。同時，把語言變量E、EC的語言值化為某適當論域上模糊子集(如“大”、“小”、“快”、“慢”等)。它是模糊控制器的核心，是專家的知識或現(xiàn)場操作人員的經(jīng)驗的一種體現(xiàn)，即控制中所需要的策略。5．模糊推理。為了對被控對象施加精確的控制，必須將模糊控制量轉(zhuǎn)化為精確量u，即逆模糊化。 模糊控制器的組成 模糊控制器的結(jié)構(gòu)設計設計模糊控制器時，首先要根據(jù)被控對象的具體情況確定模糊控制器的結(jié)構(gòu)。因為模糊控制器的控制規(guī)則多半是總結(jié)專家或操作人員的經(jīng)驗而得來的，所以在確定輸入量、輸出量時，要充分考慮到專家或現(xiàn)場有經(jīng)驗的操作人員他們在控制時主要觀察了哪些量，即以哪些量的變化作為控制依據(jù)，又通過哪些量輸出到被控對象。模糊控制系統(tǒng)的輸入就是系統(tǒng)的給定值，輸出就是系統(tǒng)的輸出值，通常稱這樣的模糊控制系統(tǒng)為單變量模糊控制系統(tǒng)。根據(jù)模糊控制器輸入量的個數(shù)可做如下分類：1．，它常用于一階被控對象。2．，它的適應性較好。目前，這種模糊控制器的結(jié)構(gòu)較常用。 二維模糊控制器3．，由于這種控制器的輸入量除了誤差外，還增加了誤差變化率及誤差變化的變化率，從理論上講，控制會更精細。這也是三維或多維模糊控制器的應用“瓶頸”。算法既不復雜，又能保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性。在計算機中算出的控制量均為精確量，須經(jīng)過模糊量化處理，變?yōu)槟：?，以便實現(xiàn)模糊控制算法。如果將每一精確量都對應一個模糊集，就有無窮多個模糊子集，模糊化過程就比較復雜了。它利用模糊集合理論將手動控制策略上升為具體的數(shù)值運算，根據(jù)推理運算的結(jié)果做出相應的控制動作，使執(zhí)行機構(gòu)控制被控對象的運行。手動控制策略一般都可以用“IF－THEN”形式的條件語句來加以描述。其中A表示誤差e的對應誤差語言變量E的語言值，如PB、PM、PS、0、NS、NM、NB中的一個值。輸出信息的模糊判決模糊控制器的輸出是一個模糊量，這個模糊量不能用于控制執(zhí)行機構(gòu)，還需要把這個模糊量轉(zhuǎn)化為一個精確量，這種轉(zhuǎn)換過程稱為清晰化，或者稱為非模糊化，也稱為模糊判決。若對應的模糊決策的模糊集為c，則決策(所確定的精確量)u應滿足：∈U。例如：若C=，則按從屬度最大的原則進行判決，應取u。例如：若C=，則應取u=2．取中位數(shù)法。、量化因子及比例因子的選擇我們把模糊控制器的輸入變量誤差，誤差變化的實際范圍稱為這些變量的基本論域。在理論上講，增加論域中的元素個數(shù)。關于基本論域的選擇，由于事先對被控對象缺乏先驗知識，所以誤差及誤差變化的基本論域只能做初步選擇，待系統(tǒng)調(diào)整時再進一步確定。為了進行模糊化處理，必須將輸入變量從基本論域轉(zhuǎn)換到相應的模糊集論域中，這中間須將輸入變量乘以相應的量化因子。量化因子一般用K表示，誤差的量化因子Ke及誤差變化的量化因子Kec分別由下面兩個公式來確定，即:Ke=n/x 式() Kec=m/x 式() 在模糊控制器實際工作過程中，一般誤差和誤差變化的基本論域選擇范圍要比模糊論域選擇范圍小得多，所以量化因子一般都遠大于1。設控制量所取的模糊子集論域為：{h,h+1, …,0,…h(huán)1,h},輸出控制量的比例因子由下式確定，即: Ku=y/h 式()由于控制量的基本論域為一連續(xù)的實際域，所以，從控制量的模糊集論域到基本論域的變換，可以用下式計算，即：y=Ku*h 式()式中h為控制量模糊集論域中的任一元素或為控制量的模糊集所判決得到的確切控制量，y為控制量基本論域中的一個精確量，Ku為比例因子。實驗結(jié)果表明，量化因子和比例因子也時非常重要的。合理的確定量化因子和比例因子要考慮所采用的計算機的字長，還要考慮計算機的輸入輸出接口中D/A和A/D轉(zhuǎn)換的精度及變化的范圍。量化因子Ke及Kec的大小對控制系統(tǒng)的動態(tài)穩(wěn)定性影響很大。這一點也不難理解，因為從理論上講，Ke增大，相當于縮小了誤差的基本論域，增大了誤差量的控制作用，雖然能使上升時間變短，但由于超調(diào)過大，使得系統(tǒng)的過渡過程變長。Kec對超調(diào)的遏制作用十分明顯。輸出比例因子Ku作為模糊控制器的總的增量，它的大小影響著控制器的輸出，也影響著模糊控制系統(tǒng)的特性。通過調(diào)整Ku可以改變對被控對象輸入的大小。對于比較復雜的被控過程，有時采用一組固定的量化因子和比例因子難以收到預期的控制效果，可以在控制過程中采用改變量化因子和比例因子的方法，來調(diào)整整個控制過程中不同階段上的控制特性，使其對復雜過程控制收到良好的控制效果。 智能雨刮器電機的模糊控制 智能雨刮器的控制原理圖 ： 直流電機的調(diào)速原理直流電動機轉(zhuǎn)速的控制方法可分為勵磁控制法與電樞電壓控制法兩類。如：由交流電源供電,使用晶閘管進行相控調(diào)壓；使用硅整流器將交流電整流成直流或由蓄電池等直流電源供電，再由PWM斬波器進行斬波調(diào)壓等?？梢詮V泛應用于現(xiàn)代直流電機伺服系統(tǒng)中。其方法是通過改變電機電樞電壓接通時間與通電周期的比值（即占空比）來控制電機速度。這種方法稱為脈沖寬度調(diào)制（Pulse Width Modulation），簡稱PWM。PWM又被成為“開關驅(qū)動裝置”。由于前兩種方法都改變了周期（或頻率），當控制頻率與系統(tǒng)的固有頻率接近時，將會引起振蕩，用的比較少，因此本系統(tǒng)采用的是定頻調(diào)寬法。電機斷電時，速度逐漸減小。[11]：設電機永遠接通電源時，其最大轉(zhuǎn)速為V，設占空比D=t/T，則電機的平均速度V，V=V*D。 脈沖寬度調(diào)速系統(tǒng)原理圖 電機同步設計中選擇模糊控制的原因在古典控制理論中，應用最成功的是比例積分微分(PID)控制。這種控制方式的最大優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，可以不用被控對象的模型參數(shù)，直接根據(jù)輸出的偏差進行調(diào)節(jié)。但是當被控對象比較復雜時，便難以取得滿意的控制效果。采用該理論進行控制時，需要提供準確的數(shù)學模型。 一個控制系統(tǒng)控制質(zhì)量的優(yōu)劣，關鍵在于它能否對被控對象提供精確的控制。由于被控對象和過程的非線性、時變性、多參數(shù)間的強烈耦合、隨機干擾、被控過程的機理錯綜復雜等，很難建立被控對象的精確數(shù)學模型，只能測得其參數(shù)間的模糊關系的估計。對于上述難以控制的工業(yè)生產(chǎn)過程，有時一個有實踐經(jīng)驗的操作人員，手動操作效果卻很好。模糊控制與傳統(tǒng)的控制方式相比，具有以下特點：1．在設計系統(tǒng)時不需要建立被控對象的數(shù)學模型。2．對被控對象特性參數(shù)的變化具有較強的魯棒性。4．為“語言型”控制，由工業(yè)過程的定性認識出發(fā)，較容易建立語言變量控制規(guī)則，易于形成知識庫。6．控制效果好，且所需設備簡單，經(jīng)濟效益顯著。本文設計的基于模糊控制的汽車智能雨刮系統(tǒng)是采用自行研制的紅外線雨滴傳感器感應落在風擋玻璃上雨滴的大小，使雨刮器自動工作在低速狀態(tài)或高速狀態(tài)。傳統(tǒng)的PID控制技術已經(jīng)比較成熟，結(jié)構(gòu)簡單，性能穩(wěn)定可靠，應用很廣泛，但也存在一些不足。隨著模糊控制技術的成熟,汽車的許多裝置也越來越多地使用了模糊控制技術,如剎車裝置、變速控制等。模糊控制對那些難以獲得數(shù)學模型或模型非常粗糙的工業(yè)系統(tǒng)有獨特優(yōu)勢。本文設計的基于模糊控制的汽車智能雨刷系統(tǒng)，用模糊控制器代替?zhèn)鹘y(tǒng)的PID調(diào)節(jié)器，能明顯改善系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)和動態(tài)性能，控制效果良好。