題t目：基于單片機的汽車智能雨刮器設計-文庫吧在線文庫

　　

【正文】 E、 EC 和總的控制規則 R，根據推理合成規則進行模糊推理得到模糊控制量 U為： U=(E*EC) 1T *R 6．逆模糊化。但是，模糊控制器輸入量往往可選擇為系統輸出量的誤差、誤差變化率及誤差變化的變化率，輸出量一般為 1 個，即系統的控制量。但是，由于模糊控制器輸入的維數增多，控制規則的選取越來越困難， 相應的控制算法越來越復雜。 建立模糊控制器的控制規則 模糊控制器的控制規則是以手動控制策略為基礎的。一般而言，非模糊化方法有三種： 1．最大隸屬度方法該方法是選擇模 糊子集中隸屬度最大的元素稱為控制量。 論域、量化因子及比例因子的選擇 論域及基本論域 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。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/xe 式 () Kec=m/xec 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。 量化因子 Ke 及 Kec 的大小對控制系統的動態穩定性影響很大。實驗結果表明，量化因子和比例因子也時非常重要的。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，待系統調整時再進一步確定。內蒙古科技大學畢業設計 說明書（畢業 論文 ） *u ，或取 [u1 * ， up * ]的中點（ u1 * +up * ） /2（其中 u1 * =u2 * =… =u *p ）作為控制量。這里將用模糊條件語句來表示二維模糊控制器 ： “若 e is A and ec is B，則 u is C”。 精確量的模糊化 將精確量 (實際上是數字量 )轉化為模糊量的過程稱為模糊化或稱模糊量化。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，因此系統的動態控制性能較一維模糊控制器好，這種結構反映模糊控制器具有 PD 控制規律，從而有利于保證系統的穩定性，并可減少系統的超調量，削弱系統的振蕩現象。即要確定哪些量作為模糊控制器的輸入量，哪些量作為輸出量。 4．控制規則。 模糊控制器的組成如 圖 所示 ，它主要包括輸入量的模糊化、模糊推 理和 逆模糊化 (或稱模糊判決 )三部分。在實際工作中，隸屬函數選擇好壞的標準只能看是否符合客觀實際。當模糊集隸屬函數的值域為 {0,1}時， A 就蛻化為普通集，μ (u)則變為普通集的特征函數。對 于普通 集合來說，任何一個元素要么屬于該集合，要么不屬于，非此即彼，界限分明，決不模棱兩可。 1986 年，在日本，基于模糊控制技術所開發的產 品 及系統開始出 現，并在實際應用中取得明顯的經濟效益。因此，把模糊控制技術運用到雨刮同步控制中 ，可以使系統有良好的控制效果。當 P0接口輸出 09H 時，則鎖存器 74LS125 中的 2， 3 號 三態門打開，使得 v2 和 v3 接通， v1和 v4 關斷，電流由右向左流過電機，使電機反轉。智能雨刮器的系統 結構框圖如圖 所示。在復位期間 CPU 檢測并鎖存其引腳電平狀態，當發現該引腳為高電平時，從片內程序存儲器取指令，只有當程序計數器 PC超出片內程序存儲器地址編碼范圍時，才能到外部 ROM 中取指令；當該引腳為低電平時，一律從外部程序存儲器中取指令。 RD ()：外部數據存儲器讀選通信號，低電平有效。 在讀寫外部存儲器時 ， P2 口輸出高八位地址 A15～ A8。把雨滴傳感器單片機的定時時間選為 60ms，則最多可以測出 20個脈沖，用 60ms中脈沖的數量來確定雨量的多少：小于 3個脈沖視為無雨，沒有啟動雨刮器的必要； 3~12個脈沖為小雨，雨刮器此時工作在慢速檔； 12~20個脈沖為大雨，雨刮器工作在高速檔；大于 20個脈沖無法檢測到，也視為無雨對待。C 的容量不易超過 。這種濾波器經常用于抗干擾的設備中，以便接收某一頻帶范圍內的有效信號，而消除高頻段及低頻段的干 擾和噪聲。所以電源電壓的變化 ,對發射頻率的影響可忽略 .但對紅外光發射強度的影響不容忽略 ,須采取提高穩定發射強度的措施 ,方法是采取恒流源技術或窄脈沖發射的措施 ,能使紅外輻射強度保持不變 [3]。采用 4個一組，兩組并聯的方 式，由 555定時器驅動，發出頻率為 38 kHz的紅外光。為使系統靈敏可靠，擋風玻璃區域和靈敏區域之間必須要有一個較好的比例 [1]。 前兩種雨滴傳感器需要放在汽車的外部，而本文所研制的雨滴傳感器需要放在汽車的內部，即駕駛室一側的風擋玻璃上。 壓電振子受到雨淋，按照雨滴的強弱和雨量作振動；將雨滴的沖擊能量變換成電壓波形，再輸入到雨刮控制器。由于生產工藝的問題，兩個雨刮電機的轉速不可能完全一樣，就會存在兩個雨刮片擺動不同步的問題。 論文的內容 論文結合智能雨刮系統的特點，進行了以下幾個問題的研究： 1．論文總結了汽車雨刮器的發展歷程以及汽車傳感器的現狀及發展趨勢，提出了研制汽車雨滴傳感器的重要意義。伴隨著其他一些技術革新，比如雨滴傳感器、可變位刮水臂、刮水器的出現，就更擴大了刮拭的范圍，刮水器成為了一個復雜的系統。為了滿足人們對汽車日益提高的要求，汽車研發及生產機構必然要將 越來越多的電子產品引入到汽車上，智能控制系統也成為汽車革新的主要內容。 本文分析了三種雨滴傳感器的組成原理，基于光強變化的原理 設計了 一種新型 的 汽車紅外線雨滴傳感器。 本文基于單片機完成了對雨滴傳感器及模糊控制的軟、硬件設計，并對控制系統進行了 MATLAB仿真， 仿真實驗 結果表明該系統能有效的抑制超調現象，提高系統的響應速度和穩態性能。汽車從只有平添駕駛發展到成為全天候的駕駛。采用雨滴感應式自動雨刷控制系統可以使駕駛員免除手動操作雨刷的麻煩，有效地提高了雨天行車的安全性 。汽車工業在其發展過程中所日益顯示的對于高新技術的可容性和電子化趨勢，使得模糊技術頗受各國汽車公司和廠商的重視，并由此掀起了一股模糊技術用于汽車的熱潮。 內蒙古科技大學畢業設計 說明書（畢業 論文 ） 第二章 智能雨刮器的原理及種類 現在開發的雨滴檢測雨刮器 ，將雨滴 傳感器檢出的雨量變成電信號，根據電信號的大小， 控制刮雨器動作。利用靜電容的變化，改變振蕩電路的振蕩頻率，從而控制雨刮器的動作。（玻璃 空氣）之間。 發射管 發射管采用西門子公司出產的 SFH421作為光源，實物圖如圖 210所示。 當 vc 降到 31 vc c 時 ， 觸發器又被置位 ， v0 翻轉為高電平。 SFH320是 NPN型硅光電三極管。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 R2 組成高通電路，二者串聯起來接在集成運放的同相輸入端 [4]。 輸出端連接 Q Q Q Q Q Q Q7就可以對輸入端 1腳的信號進行 1 3 6 128分頻。 T2（ ）：定時器 T2的計數輸入端或定時器 T2 的時鐘輸出端。 T0()：定時 /計數器 T0的 外部輸入端。訪問外部存儲器時，用 ALE信號下降沿鎖存從 P0 口輸出的第八位地址信息 A7～ A0，以便隨后將 P0 作為數據總線使用。三態門的功能表如表 所示 ： 表 三態門的功能表 輸 入 輸 出 EN A Y 0 0 0 0 1 1 1 0 高阻態 1 1 高阻態 從 表 中 可以看出，在三態使能端 EN的控制下，輸出端 Y 有三種可能出現的狀態，高阻態、關態（高電平）、開態（低電平）。同理， 74LS125 中內蒙古科技大學畢業設計 說明書（畢業 論文 ） 的 三態門 4輸出為 高電平， 因此光電隔離器 LEI4 發光并導通，因而使 v4導通。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速 [8]。自從 1974 年英國的 首先把模糊語言組成的模糊控制器用于控制蒸汽發動機，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。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，并同傳統的控制理論相結合，模擬人的思維方式，對難以建立數學模型的對象實施的一種控制方法”。模糊集 A 就是以這個隸屬函數為特征 的集合。 (2)隸屬函數完全刻化了模糊集合，隸屬函數是模糊數學的基本概念。根據被控對象的不同，以及對系統靜態、動態特性要求的不同，模糊控制器的規則也有所不同，即模糊控制算法各異。 3．輸入量的模糊化。為了對被控對象施加精確的控制，必須將模糊控制量轉化為精確量 u，即逆模糊化。根據模糊控制器輸入量的個數可做如下分類： 1．一維模糊控制器 如圖 所示 ，它常用于一階被控對象。這也是三維或多維模糊控制器的應用“瓶頸”。它利用模糊集合理論將手動控制策略上升為具體的數值運算，根據推理運算的結果做出相應的控制動作，使執行機構控制被控對象的運行。 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： uuu ee ),()( * ?? ?? ∈ U。顯然基本論域內的量為精確量。 內蒙古科技大學畢業設計 說明書（畢業 論文 ） 比例因子 每次采樣經過模糊控制算法給出的控制量（精確量）還不能直接去控制對象，必須將其轉換到為控制對象所能接受的基本論域中去。 Ke 選得較大時，系統的超調也較大，過度時間較長。 量化因子和比例因子的選擇 設計一個模糊控制器 除了要有一個好的模糊控制規則外，合理的選擇模糊控制器輸入變量的量化因子和輸出控制量的比例因子也是非常重要的。即把等級細分，可以提高控制精度，但這受到計算機字長的限制，另外也要增大計算量。 例如：若 C= ???? ，則按從屬度最大的原則進行判決，應 取 u 4*? 。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。算法既不復雜，又能保證系統的穩定性。 模 糊 控 制 器eu 圖 一維模糊控制器 內蒙古科技大學畢業設計 說明書（畢業 論文 ） 2．二維模糊控制 器如圖 所示， 它的適應性較好。 內蒙古科技大學畢業設計 說明書（畢業 論文 ） 模 糊 化處 理模 糊推 理逆 模糊 化控 制規 則計 算誤 差變 化 率EE CeU u 圖 模糊控制器的組成 模糊控制器的結構設計 設計模糊控制器時，首先要根據被控對象的具體情況確定模糊控制器的結構。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 )。在現代控制理論中，有有限狀態觀測器、自適應控制器、內蒙古科技大學畢業設計 說明書（畢業 論文 ） 魯棒控制器等。 內蒙古科技大學畢業設計 說明書（畢業 論文 ） 借助隸屬函數才能對模糊集合進行描述，那么，如何正確地建立隸屬函 數， 將是一項非常關鍵的工作。正如普通集合完全由其特征函數所刻畫一樣，模糊集 A 完全由隸屬函數所刻畫。 內蒙古科技大學畢業設計 說明書（畢業 論文 ） 模糊控制的數學基礎 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系又有區別。 1985 年，模糊 推理集成塊開始開發。這樣，我們就需要用人的經驗知識來調整 PWM 信號的 占空比，使兩個雨刮同步擺動。因此電流從左至右流過直流電機，使電機正轉。 內蒙古科技大學畢業設計 說明書（畢業 論文 ） 第四章 智能雨刮器硬件設計 智能雨刮器的結構框圖 智能雨刮器系統由單片機、直流電動機、雨滴傳感器及雨刷等組成。 EA /VPP：外部程序存儲器選擇信號，低電平有效。 WR（ ）：外部數據存儲器的 寫選通信號，低電平有效。 圖 80C51引腳圖 ～ ：內部帶有弱上拉的雙向 I/O口，作為輸入引腳使用前，先向 P2 口鎖存器寫入 1，使 P2 口引腳被上拉為高電平。 因為中心頻率為 38KHz，所以本設計中選用 128分頻，使f變為 300Hz，則周期為 3ms。 式 () RCf π2 10 ? 式 () uouououp QAAAA ??? 3 式 () 11 RRA fuo ?? 式 () uoAQ ?? 31 式 () 本設計中選取中心頻率為 38kHz，帶寬為 100Hz，所以 Q 為 380， 選取 C，再求 R 。 圖 SFH320外形圖 內蒙古科技大學畢業設計 說