一種基于微處理器人工智能控制智能加濕器的制造方法
【專利摘要】本發明公開了一種基于微處理器人工智能控制智能加濕器，包括中央處理器、現場可編程門陣列電路、光電檢測電路、光控鎖模塊、光鑰匙模塊、白光LED，中央處理器連接現場可編程門陣列電路，現場可編程門陣列電路連接光控鎖模塊，白光LED連接現場可編程門陣列電路，現場可編程門陣列電路連接光鑰匙模塊，光電檢測電路連接現場可編程門陣列電路；光電檢測電路內設置有光敏元件接收器、反射鏡、光源、調制波形發生器、調制波形處理器及調制放大器,采用微控制器與現場可編程門陣列相結合的中心控制技術，提高整個系統的處理性能及處理效率，使得整個系統運行更加穩定，并有效降低故障率。
【專利說明】
一種基于微處理器人工智能控制智能加濕器
技術領域
[0001 ]本發明涉及自動化控制技術領域，具體的說，是一種基于微處理器可見光通信技術的機器人自動控制系統。
【背景技術】
[0002]智能控制(intelligentcontrols)在無人干預的情況下能自主地驅動智能機器實現控制目標的自動控制技術。控制理論發展至今已有100多年的歷史，經歷了“經典控制理論”和“現代控制理論”的發展階段，已進入“大系統理論”和“智能控制理論”階段。智能控制理論的研究和應用是現代控制理論在深度和廣度上的拓展。20世紀80年代以來，信息技術、計算技術的快速發展及其他相關學科的發展和相互滲透，也推動了控制科學與工程研究的不斷深入，控制系統向智能控制系統的發展已成為一種趨勢。
[0003]自動化(Automat1n)是指機器設備、系統或過程(生產、管理過程)在沒有人或較少人的直接參與下，按照人的要求，經過自動檢測、信息處理、分析判斷、操縱控制，實現預期的目標的過程。自動化技術廣泛用于工業、農業、軍事、科學研究、交通運輸、商業、醫療、服務和家庭等方面。采用自動化技術不僅可以把人從繁重的體力勞動、部分腦力勞動以及惡劣、危險的工作環境中解放出來，而且能擴展人的器官功能，極大地提高勞動生產率，增強人類認識世界和改造世界的能力。WIFI容易被電磁干擾，傳輸的方向不可控，密碼容易被截獲。然而可見光通信是一種點對點的傳輸模式，具有保密性好的優點。因此，可以將可見光通信技術與門禁技術相結合，具有廣闊的運用前景。隨著社會的進步，智能智能移動終端得到了大量普及，智能移動終端成為了人們日常生活中隨生攜帶的物品。
【發明內容】
[0004]本發明的目的在于設計出一種基于微處理器人工智能控制智能加濕器，滿足機器人自動控制所需，通過自動化技術、智能化控制技術、以及微處理器控制技術相結合而進行系統控制，使得機器人在使用過程中能夠有效完成所設定工作流程，采用微控制器與現場可編程門陣列相結合的中心控制技術，提高整個系統的處理性能及處理效率，使得整個系統運行更加穩定，并有效降低故障率。
[0005]本發明通過下述技術方案實現:一種基于微處理器可見光通信技術的機器人自動控制系統，包括中央處理器、現場可編程門陣列電路、光電檢測電路、光控鎖模塊、光鑰匙模塊、智能加濕器、信號處理電路、電源電路、白光LED;
所述智能加濕器還包括水位傳感器、溫度傳感器、濕度采集傳感器、聲光報警器以及顯示電路，當所述智能加濕器根據控制指令開始工作時，微控制器向所述水位傳感器、溫度傳感器、濕度采集傳感器發出執行指令，獲得加濕器內的水量數據信號、室溫信號以及室內濕度信號，微處理器對所述水量數據信號、室溫信號以及室內濕度信號進行放大、測量、A/D轉換之后傳送到加濕判斷電路，控制加濕器按設定參數工作，同時把數據反饋給所述顯示電路進行數據的可視化處理，最終達到對環境進行智能加濕的目的。當環境的相對濕度值高于設定值時或者加濕器水量不足時，所述聲光報警器發出報警信號；
所述信號調制設備負責調制生成原始的電信號;所述LED燈是單色的LED;所述光探測器是可見光波段響應較好的CCD光電轉換器件;所述智能加濕器是可變倍數的光學鏡頭;所述信號處理電路與光探測器相適應，用于視頻電信號的處理，以及確定接收光斑的形狀、大小和平均接收光功率;所述探照燈和所述智能加濕器之間是大氣信道，光源發出的光通過大氣信道進行傳輸；
所述遠距離可見光通信系統設備主要包括發射端和接收端;發射端可使用OOK、PPM等調制方式，光源將調制好的光信號以高速、明暗變化的規律進行發射，采用大功率低束散角陣列LED作為光源，由于調制速率在一百比特量級，可以采用單片機配合C++軟件編程進行發射端的軟硬件設計，實現字符串的發送;接收端，采用CCD作為光探測器，硬件設備使用高幀頻10fps以上、高靈敏度、高響應度CCD相機;相機以與光源相同幀頻進行拍攝，并且設計軟件對CCD相機進行數據的采集和處理，將調制信號的規律呈現出來，得到相應的灰度值，從而完成信息的傳遞過程，實現字符串的接收;所述充電插口設置于閉合門的側端;
所述現場可編程門陣列電路連接調制波形發生器，所述調制波形發生器連接光源，所述光源連接反射鏡，所述反射鏡連接光敏元件接收器，所述光敏元件接收器連接調制放大器，所述調制放大器連接調制波形處理器，所述調制波形處理器連接現場可編程門陣列電路。
[0006]進一步的，為更好的實現本發明，所述光控鎖模塊內設置有編碼器、運動控制器、PWM功放、直流伺服電機，所述現場可編程門陣列電路連接編碼器，所述編碼器連接運動控制器，所述運動控制器連接PWM功放，所述PffM功放連接直流伺服電機，所述直流伺服電機連接編碼器。
[0007]進一步的，為更好的實現本發明，還包括參數存儲器，所述參數存儲器連接中央處理器;所述光鑰匙模塊內設置有智能移動終端，基于智能移動終端操作系統，設計基于虛擬串口的秘鑰發送智能移動終端的軟件模塊，通過智能移動終端的軟件模塊發送出秘鑰信息，秘鑰信息由智能移動終端的min-USB 口輸出；所輸出的秘鑰信息，基于智能移動終端OTG功能，經過外部驅動模塊加載到LED燈上，通過LED來完成秘鑰信息的傳送。
[0008]進一步的，為更好的實現本發明，還包括電源電路，所述電源電路分別連接中央處理器及現場可編程門陣列電路。
[0009]進一步的，為更好的實現本發明，所述電源電路包括太陽能電池板、控制器、供電電路，所述太陽能電池板連接控制器，所述控制器連接供電電路，所述供電電路分別連接中央處理器及現場可編程門陣列電路。
[0010]進一步的，為更好的實現本發明，所述電源電路還包括蓄電池，所述蓄電池連接控制器。
[0011]進一步的，為更好的實現本發明，還包括隨機存儲器，所述隨機存儲器連接現場可編程門陣列電路。
[0012]進一步的，為更好的實現本發明，所述隨機存儲器采用靜態隨機存儲器和/或動態隨機存儲器。
[0013]進一步的，為更好的實現本發明，所述中央處理器采用TMS570LS1114微控制器。
[0014]進一步的，為更好的實現本發明，所述現場可編程門陣列電路主芯片采用CycloneIII。
[0015]本發明與現有技術相比，具有以下優點及有益效果:
(I)本發明滿足機器人自動控制所需，通過自動化技術、智能化控制技術、以及微處理器控制技術相結合而進行系統控制，使得機器人在使用過程中能夠有效完成所設定工作流程，采用微控制器與現場可編程門陣列相結合的中心控制技術，提高整個系統的處理性能及處理效率，使得整個系統運行更加穩定，并有效降低故障率。智能加濕器可以根據室內的溫度來自動調節濕度，當空氣中的水氣量一定時，提高溫度，濕度則會降低;可以自行設定相對濕度值，當環境的相對濕度值低于設定值時，系統將自動加濕；當環境的相對濕度值高于設定值時，聲光報警器發出報警信號。用戶可以根據所在環境自行設置濕度限值，采集的相對濕度值、溫度值和濕度限值，都可以在液晶顯示屏上顯示。有高中低水位開關，在沒有水的情況下，則LED亮，提示用戶加水，以防止干燒。
[0016]另外，智能加濕器能夠通過GSM通信模塊實現了遠程控制，用戶可以在回家之前啟動智能加濕器，改善室內空氣濕度，在離開家以后關閉，即使忘記出門之前關閉智能加濕器，也可以通過手機發出控制指令，關閉智能加濕器，這樣能夠合理規劃智能加濕器的使用時間，延遲使用壽命以及節約能源。所述濕度采集傳感器是SHT21傳感器，此時不在需要溫度傳感器；該傳感器能夠對環境的溫度和濕度進行監測，濕度精度±2%(相對濕度20%?80%)，溫度精度± 0.3 °C (環境溫度25?42 V)。傳感器經過標定，既能提供I2C數字接口，也能提供PWM模擬輸出模式。因為數字通信可大大降低功耗，在正常工作狀態下，功耗可在3yW以內，在延長測量間隔的情況下，功耗還可進一步降低。使用SHT21過程中，A/D電路進行數字化信號轉換。除此之外，SHT21的分辨率還可以通過指令進行8/12bit到12/14bit的改變，便于檢測電量狀態，同時輸出校驗和，有助于提高通信的可靠性。
[0017]所述微控制器是采用單片機，其CPU由控制器和運算器組成，主要進行運算及指令識別。存儲器為8K可擦寫閃存，工作電源為+5V。其內部有振蕩器的反相放大器，石英晶體和陶瓷諧振器共同構成自激振蕩器。引腳簡單可靠，功能強大，使用方便，并具有低功耗空閑和掉電模式。
[0018]所述溫度傳感器是DS18B20傳感器，DS18B20傳感器具有一線接口，使用簡單方便，在實際使用中無需外部元件，直接利用數據總線供電，測量溫度范圍較大。因此，使用范圍較廣，用途較大。
[0019]WIFI容易被電磁干擾，傳輸的方向不可控，密碼容易被截獲。然而可見光通信是一種點對點的傳輸模式，具有保密性好的優點。因此，可以將可見光通信技術結合，具有廣闊的運用前景。隨著社會的進步，智能智能移動終端得到了大量普及，智能移動終端成為了人們日常生活中隨生攜帶的物品。
[0020]光鑰匙和智能移動終端相結合，利用智能移動終端應用來實現的開啟。可以很好的運用Android系統開發手機AAP光密鑰軟件，Android系統是基于Linux的一個開源的操作系統，主要是使用在移動終端(手機和平板)中。Android系統和其他的系統平臺相比，有很大的優勢。它的優勢最主要的體現在它的開放性C=Andro i d系統是完全開源的系統，所有的愛好者和廠商都可以參與到Android系統的開發中來，這就為Android系統的發展打下了很好基礎。Android系統已經成為了全球裝機量第一大的系統。Android系統的另一大優勢就是基于谷歌公司的平臺，谷歌公司的地圖、搜索、郵箱等服務產品，能夠無縫的應用至Ij Andr1d系統中去。
[0021](2)本發明所述隨機存儲器可進一步通過現場可編程門陣列電路的處理性能，在運行時，靜態存儲器作高速緩沖存儲器(Cache)使用，動態存儲器做主存儲器使用；遠距離可見光通信系統，在發射端采用了OOK調制方式，OOK帶寬需求低，而且硬件實現最為簡單，解碼時候只需要通過直接檢測的方法，通過判斷光的有無來確定接收到的信息時O或者I;使得發射端成本合理;在接收端，采用CCD作為光探測器，硬件設備使用高幀頻(10fps以上)、高靈敏度、高響應度CCD相機;相機以與光源相同幀頻進行拍攝，并且設計軟件對CCD相機進行數據的采集和處理，將調制信號的規律呈現出來，得到相應的灰度值，從而完成信息的傳遞過程，實現字符串的接收。選擇CCD作為光探測器，其靈敏度和響應度比傳統的PIN光電二極管高很多。對比于傳統光電二極管，采用CCD相機可以使光源的位置可以在圖像中清晰的顯示出來，這樣，只要能夠判斷出信號的位置，將來可以使用多個光源，在接收端的接受能力之內，成倍的提高傳輸速率。并且CCD作為光探測器還可以同時用于APT通信系統當中。
[0022](3 )本發明所述光電檢測電路內有效保證機器在運行區域內進行運動，而不會出現因超出運行區域進行運動產生事故的發生。
[0023](4)本發明采用太陽能供電，便于降低不可再生資源的損耗，并且能夠滿足惡劣天氣下依然正常工作。
[0024](5)本發明所述的蓄電池能夠滿足在光照度不夠使太陽能進行發電或夜間時候依然滿足對整個系統進行供電。
[0025](6)本發明采用HVM調制信號來完成電機及舵機的速度調制、方向調制，使其運行更加穩定安全。
【附圖說明】
[0026]為了更清楚地說明本發明實施例的技術方案，下面將對實施例中所需要使用的附圖作簡單地介紹，應當理解，以下附圖僅示出了本發明的某些實施例，因此不應被看作是對范圍的限定，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他相關的附圖。
[0027]圖1為本發明的電路原理圖；
圖2為本發明所述的電源電路原理圖。
【具體實施方式】
[0028]下面結合具體實施例對本發明進行進一步詳細介紹，但本發明的實施方式不限于此。
[0029]實施例1:
一種基于微處理器人工智能控制智能加濕器，如圖1所示，包括中央處理器、現場可編程門陣列電路、光電檢測電路、光控鎖模塊、光鑰匙模塊、智能加濕器、信號處理電路、電源電路、白光LED;
所述智能加濕器還包括水位傳感器、溫度傳感器、濕度采集傳感器、聲光報警器以及顯示電路，當所述智能加濕器根據控制指令開始工作時，微控制器向所述水位傳感器、溫度傳感器、濕度采集傳感器發出執行指令，獲得加濕器內的水量數據信號、室溫信號以及室內濕度信號，微處理器對所述水量數據信號、室溫信號以及室內濕度信號進行放大、測量、A/D轉換之后傳送到加濕判斷電路，控制加濕器按設定參數工作，同時把數據反饋給所述顯示電路進行數據的可視化處理，最終達到對環境進行智能加濕的目的。當環境的相對濕度值高于設定值時或者加濕器水量不足時，所述聲光報警器發出報警信號；
所述信號調制設備負責調制生成原始的電信號;所述LED燈是單色的LED;所述光探測器是可見光波段響應較好的CCD光電轉換器件;所述智能加濕器是可變倍數的光學鏡頭;所述信號處理電路與光探測器相適應，用于視頻電信號的處理，以及確定接收光斑的形狀、大小和平均接收光功率;所述探照燈和所述智能加濕器之間是大氣信道，光源發出的光通過大氣信道進行傳輸；
所述遠距離可見光通信系統設備主要包括發射端和接收端;發射端可使用OOK、PPM等調制方式，光源將調制好的光信號以高速、明暗變化的規律進行發射，采用大功率低束散角陣列LED作為光源，由于調制速率在一百比特量級，可以采用單片機配合C++軟件編程進行發射端的軟硬件設計，實現字符串的發送;接收端，采用CCD作為光探測器，硬件設備使用高幀頻10fps以上、高靈敏度、高響應度CCD相機;相機以與光源相同幀頻進行拍攝，并且設計軟件對CCD相機進行數據的采集和處理，將調制信號的規律呈現出來，得到相應的灰度值，從而完成信息的傳遞過程，實現字符串的接收;所述充電插口設置于閉合門的側端;
所述現場可編程門陣列電路連接調制波形發生器，所述調制波形發生器連接光源，所述光源連接反射鏡，所述反射鏡連接光敏元件接收器，所述光敏元件接收器連接調制放大器，所述調制放大器連接調制波形處理器，所述調制波形處理器連接現場可編程門陣列電路。所述光鑰匙模塊內設置有智能移動終端，基于智能移動終端操作系統，設計基于虛擬串口的秘鑰發送智能移動終端的軟件模塊，通過智能移動終端的軟件模塊發送出秘鑰信息，秘鑰信息由智能移動終端的min-USB 口輸出；所輸出的秘鑰信息，基于智能移動終端OTG功能，經過外部驅動模塊加載到LED燈上，通過LED來完成秘鑰信息的傳送
在運行時，整個系統需要控制多個電動機和行程開關，并進行光電檢測，為提高處理性能，加快處理速度，在中央處理器控制處理的基礎上外擴現場可編程門陣列電路來進行諸如光電檢測、電機驅動檢測、舵機驅動檢測、開關量檢測，以提高整個系統的處理性能。其中，現場可編程門陣列(FPGA)電路，采用了邏輯單元陣列LCA(Logic Cell Array)這樣一個概念，內部包括可配置邏輯模塊CLB(Configurable Logic Block)、輸入輸出模塊1B(Input Output Block)和內部連線(Interconnect)三個部分;現場可編程門陣列(FPGA)是可編程器件，與傳統邏輯電路和門陣列(如PAL，GAL及CPLD器件)相比，FPGA具有不同的結構。FPGA利用小型查找表(16 X 1RAM)來實現組合邏輯，每個查找表連接到一個D觸發器的輸入端，觸發器再來驅動其他邏輯電路或驅動I/O，由此構成了既可實現組合邏輯功能又可實現時序邏輯功能的基本邏輯單元模塊，這些模塊間利用金屬連線互相連接或連接到I/O模塊。FPGA的邏輯是通過向內部靜態存儲單元加載編程數據來實現的，存儲在存儲器單元中的值決定了邏輯單元的邏輯功能以及各模塊之間或模塊與I/O間的聯接方式，并最終決定了 FPGA所能實現的功能，FPGA允許無限次的編程。
[0030]在信號處理過程中，為便于使機器人在規定的區域內運行，特別設置有光電檢測電路，在運行時，現場可編程門陣列電路將發出光電檢測指令至調制波形發生器內，調制波形發生器的波形調制采用頻率調制方法，由于檢測系統的調制頻率在幾十至幾百kHz的范圍內，為滿足要求，優選考慮采用發光二級管(響應速度快，其工作頻率可達幾MHz或十幾MHz)來完成調制波形的生成;光源內設置有光源驅動及光源，光源驅動主要負責把調制波形放大到足夠的功率去驅動光源發光，而光源采用適合波形為方波的調制光的發射、且工作頻率較高的紅外發光二極管，利用紅外發光二級管將調制光進行發射后，反射鏡將此調制光反射至光敏元件接收器上，光敏元件接收器采用光敏二極管接收調制光線，并將光信號轉變為電信號，由于此電信號較弱，因此需進一步進行濾波及放大處理，故將光敏二極管轉換后的電信號首先加載至調制放大器內進行信號放大，此調制信號的放大采用交流放大的形式，還能使調制光信號與背景光信號分離，為信號處理提供方便。經放大、分離處理后的調制光信號將利用調制波形處理器進一步進行濾波及信號識別處理，而后加載至現場可編程門陣列電路內，以此為參考而調整機器人的運行區域，光電檢測電路其本質是將“交流”的、有用的調制光信號從“直流”的、無用的背景光信號中分離出來，從而達到抗干擾的目的。
[0031]在運行時，現場可編程門陣列電路所形成的控制舵機運動的信號將加載至光鑰匙模塊內完成諸如轉向等方向控制類的舵機控制，在控制時，光鑰匙模塊內所生成的PWM的信號就能夠快速調節舵機的轉角，從而實現機器人的方向控制；白光LED用于完成電路系統運行時的開關量數據檢測。
[0032]所述濕度采集傳感器是SHT21傳感器，此時不在需要溫度傳感器;該傳感器能夠對環境的溫度和濕度進行監測，濕度精度±2%(相對濕度20%?80%)，溫度精度±0.3°C (環境溫度25?42°C)。傳感器經過標定，既能提供I2C數字接口，也能提供PffM模擬輸出模式。因為數字通信可大大降低功耗，在正常工作狀態下，功耗可在3yW以內，在延長測量間隔的情況下，功耗還可進一步降低。使用SHT21過程中，A/D電路進行數字化信號轉換。除此之外，SHT21的分辨率還可以通過指令進行8/12bit到12/14bit的改變，便于檢測電量狀態，同時輸出校驗和，有助于提高通信的可靠性。
[0033]所述微控制器是采用單片機，其CPU由控制器和運算器組成，主要進行運算及指令識別。存儲器為8K可擦寫閃存，工作電源為+5V。其內部有振蕩器的反相放大器，石英晶體和陶瓷諧振器共同構成自激振蕩器。引腳簡單可靠，功能強大，使用方便，并具有低功耗空閑和掉電模式。
[0034]所述溫度傳感器是DS18B20傳感器，DS18B20傳感器具有一線接口，使用簡單方便，在實際使用中無需外部元件，直接利用數據總線供電，測量溫度范圍較大。因此，使用范圍較廣，用途較大。
[0035]所述遠距離可見光通信系統具體包括:
調制器，用于可見光通信發射端需要將基帶信號調制到光載波上，調制器的作用就是要根據不同的調制方式，如OOK調制、PPM調制等，將信息先調制成電信號。調制器硬件上可以采用常用的51單片機系列，為了達到更高的速度和精度的要求，還可以選擇FPGA等。
[0036]LED驅動，用于將電信號轉化為光信號。LED驅動模塊用于完成對LED光源的驅動功能，同時將調至好的電信號轉化為光信號加載到LED光源上。如51單片機，其觸發方式是TTL觸發，完成對LED光源驅動。
[0037]LED，是可見光通信系統的發射裝置，為了滿足通信系統的需求，應盡可能選擇功率大、束散角小、白光LED光源。此外，選擇陣列形式LED光源可以增大光功率，而對束散角一般達到4度。
[0038]LED控制器，用來控制光源和相機的設備，完成輔助功能。
[0039]大氣信道，光源將調至好的信號光發射出去，通過大氣信道傳輸，傳輸過程中將受到大氣信道的影響。
[0040]相機鏡頭，相機鏡頭即是智能加濕器，主要完成光信號的捕捉接收功能，鏡頭能夠進行變焦，變化接收視場角，可以放大或者縮小目標。為了便于和CCD相機相互配合，配置了電動變焦鏡頭和編碼器，可以實現電腦控制自動變焦。
[0041](XD相機，CXD是感光元器件，主要是將光信號轉化為電信號再成像。
[0042](XD相機需能夠匹配光源的速率，CXD相機能夠完成高幀頻采集。CXD相機通過千兆以太網連接到電腦上，并通過程序完成圖像數據的采集和處理。
[0043]成像處理過程，用于將接收到的已調光信號進行接收成像，分析其灰度光強度，解調出原始信息，完成信息接收。
[0044]本發明滿足機器人自動控制所需，通過自動化技術、智能化控制技術、以及微處理器控制技術相結合而進行系統控制，使得機器人在使用過程中能夠有效完成所設定工作流程，采用微控制器與現場可編程門陣列相結合的中心控制技術，提高整個系統的處理性能及處理效率，使得整個系統運行更加穩定，并有效降低故障率。
[0045]實施例2:
本實施例是在上述實施例的基礎上進一步優化，進一步的，為更好的實現本發明，能利用PffM控制方式對電機進行調速與控制，如圖1所示，特別設置有下述結構:所述光控鎖模塊內設置有編碼器、運動控制器、PWM功放、直流伺服電機，所述現場可編程門陣列電路連接編碼器，所述編碼器連接運動控制器，所述運動控制器連接PWM功放，所述PWM功放連接直流伺服電機，所述直流伺服電機連接編碼器。
[0046]為控制機器人的運行軌跡及動作，現場可編程門陣列電路將機器人的運行軌跡及動作數據通過相應的轉換后加載至光控鎖模塊、光鑰匙模塊及白光LED內，機器人的驅動件主要是電機和舵機，皆采用HVM進行調速與控制，根據編碼器(優選脈沖編碼器)的反饋信號，對機器人的運動狀態進行實時控制，在控制時，編碼器對待控制動作信號進行編碼，而后傳送至運動控制器內形成相應的控制信號，并將PWM功放進行信號放大后再控制直流伺服電機進行相應的運動。
[0047]實施例3:
本實施例是在上述任一實施例的基礎上進一步優化，進一步的，為更好的實現本發明，為便于提高處理性能，并更多的存儲機器人運行軌跡及動作，如圖1所示，特別設置有下述結構:還包括參數存儲器，所述參數存儲器連接中央處理器，在參數存儲器內存儲有機器人運行軌跡數據及動作數據，中央處理器將通過讀取此類數據后加載至現場可編程門陣列電路內，用于控制機器人的運行軌跡及動作。
[0048]實施例4: 本實施例是在實施例1或2的基礎上進一步優化，進一步的，為更好的實現本發明，能為整個系統提供可靠電源，使其工作，如圖1所示，特別設置有下述結構:還包括電源電路，所述電源電路分別連接中央處理器及現場可編程門陣列電路，電源電路為現場可編程門陣列電路及中央處理器提供工作電壓。
[0049]實施例5:
本實施例是在上述實施例的基礎上進一步優化，進一步的，為更好的實現本發明，便于降低不可再生資源的損耗，并且能夠滿足惡劣天氣下依然正常工作，如圖1、圖2所示，特別設置有下述結構:所述電源電路包括太陽能電池板、控制器、供電電路，所述太陽能電池板連接控制器，所述控制器連接供電電路，所述供電電路分別連接中央處理器及現場可編程門陣列電路。
[0050]太陽能電池板將太陽能轉化為直流電能，而后將通過控制器內的穩壓電路進行穩壓，經穩壓后的直流電源將通過控制器內的輸出電路輸送至供電電路內，而后通過供電電路對中央處理器及現場可編程門陣列電路進行供電，使其正常工作。
[0051 ] 實施例6:
本實施例是在上述實施例的基礎上進一步優化，進一步的，為更好的實現本發明，能夠在光照度不夠使太陽能進行發電或夜間時候依然滿足對整個系統進行供電，如圖1、圖2所示，特別設置有下述結構:所述電源電路還包括蓄電池，所述蓄電池連接控制器。
[0052]在使用時，多余的電能將被存儲在蓄電池內，而出現太陽能光照不夠或陰雨天氣或夜間時，蓄電池將進行釋電，并通過控制器的輸出電路輸送至供電電路內，對中央處理器及現場可編程門陣列電路進行供電，使整個系統達到24小時全天候的工作。
[0053]實施例7:
本實施例是在實施例1或2的基礎上進一步優化，進一步的，為更好的實現本發明，提高現場可編程門陣列電路的處理性能，如圖1所示，特別設置有下述結構:還包括隨機存儲器，所述隨機存儲器連接現場可編程門陣列電路。
[0054]實施例8:
本實施例是在上述實施例的基礎上進一步優化，進一步的，為更好的實現本發明，所述隨機存儲器采用靜態隨機存儲器和/或動態隨機存儲器，靜態存儲器(SRAM)的特點是工作速度快，只要電源不撤除，寫入SRAM的信息就不會消失，不需要刷新電路，同時在讀出時不破壞原來存放的信息，一經寫入可多次讀出，但集成度較低，功耗較大，在本發明中作高速緩沖存儲器(Cache)使用。DRAM是動態隨機存儲器(Dynamic Random Access Memory)，它是利用場效應管的柵極對其襯底間的分布電容來保存信息，以存儲電荷的多少，即電容端電壓的高低來表示“I”和“O”，在本發明中作為主存儲器使用。
[0055]實施例9:
本實施例是在實施例1或2或5或6或8的基礎上進一步優化，進一步的，為更好的實現本發明，所述中央處理器采用TMS570LS1114微控制器。
[0056]TMS570LS1114器件是一款高性能汽車級安全系統微控制器系列。此安全架構包括:以鎖步模式運行的雙核CPU，CPU和存儲器內置自檢(BIST)邏輯，閃存和數據SRAM上的ECC，外設存儲器的奇偶校驗，外設I/O上的回路功能。
[0057]TMS570LS1114器件集成了ARM Cortex_R4F浮點CPU JbCPU 提供一個高效1.66DMIPS/MHz，并且具有能夠以高達180MHz運行的配置，從而提供高達298DMIPS。此器件支持字不變大端序[BE32]格式。
[0058]TMS570LS1114器件具有IMB集成閃存和128KB數據RAM，此配置具有單個位糾錯和雙位糾錯功能。這個器件上的閃存存儲器是一個由64位寬數據總線接口實現的非易失性、電可擦除并且可編程的存儲器。為了實現所有讀取、編程和擦除操作，此閃存運行在一個3.3V電源輸入上(與I/O電源一樣的電平)。當處于管線模式中時，閃存可在高達180MHz的系統時鐘頻率下運行。SRAM在整個支持的頻率范圍內支持字節、半子、字和雙字模式的單周期讀取和寫入訪問。
[0059]TMS570LS1114器件特有針對基于實時控制的外設，其中包括2個下一代高端定時器(N2HET)時序協處理器，此協處理器具有多達44個I/O端子，7個支持多達14個輸出的增強型脈寬調制器(ePWM)模塊，6個增強型捕捉(eCAP)模塊，2個增強型正交編碼器脈沖(eQEP)模塊，以及2個支持多達24個輸入的12位模數轉換器(ADC)。
[0060]N2HET1是一款高級智能定時器，此定時器能夠為實時應用提供精密的計時功能。該定時器為軟件控制型，采用一個精簡指令集，并具有一個專用的定時器微級機和一個連接的I/o端口。N2HET可被用于脈寬調制輸出、捕捉或者比較輸入，或者通用I/O J2HET特別適合于那些需要多種傳感器信息的應用，以及那些要求具有復雜和準確時間脈沖的驅動致動器的應用。一個高端定時器傳輸單元(HTU)能夠執行DMA類型處理來與主存儲器之間傳輸N2HET數據。一個內存保護單元(MPU)被內置于HTU內。
[0061 ] ePWM模塊能夠用最少的CPU開銷或干預來生成復雜脈寬波形。ePWM易于使用，并且支持高側和低側PWM和死區生成。借助于集成觸發區保護以及與片載MibADC的同步，ePWM模塊非常適合于數字電機控制應用。
[0062]eCAP模塊在外部事件的精確定時捕捉十分重要的系統中是必不可少的。在不被用于捕捉應用時，eCAP還可被用于監視ePWM輸出或用于簡單的PffM生成。
[0063]eQEP模塊用于與一個線性或旋轉遞增編碼器進行直接連接以從一個高性能運動和位置控制系統中正在旋轉的機械中獲得位置、方向和速度信息。
[0064]此器件具有212位分辨率MibADC，每個MibADC總共具有24個通道和受64字奇偶校驗保護的緩沖器RAM JibADC通道可被獨立轉換或者可針對順序轉換序列由軟件成組。16個輸入可在2個MibADC間共用。有三個獨立的組。每個組可在被觸發時被轉換一次，或者通過配置以執行連續轉換模式。MibADCl還支持外部模擬復用器的使用。
[0065]此器件有多個通信接口:3fMibSPI，2fSPI，lfLINlfSCI，3fDCANjPlfl2C。SPI為相似移位寄存器類型器件之間的高速通信提供了一種便捷方法。LIN支持本地互聯標準2.0并可被用作一個使用標準不歸零碼(NRZ)格式的全雙工模式UART。DCAN支持CAN 2.0(A和B)協議標準并使用一個串行、多主控通信協議，此協議用高達IMbps的穩健耐用通信速率有效支持分布式實時控制。DCAN非常適合工作于嘈雜和惡劣環境中的系統(例如:汽車和工業領域)，此類應用需要可靠的串行通信或多路復用布線。
[0066]I2C模塊是一個多主控通信模塊，此模塊通過I2C串行總線在微控制器和一個I2C兼容器件之間提供一個接口。此I2C支持10Kbps和400Kbps的速度。
[0067]—個調頻鎖相環(FMPLL)時鐘模塊被用來將外部頻率基準與一個內部使用的更高頻率相乘。此全局時鐘模塊(GCM)管理可用時鐘源與器件時鐘域間的映射。
[0068]此器件還有一個外部時鐘前置分頻器(ECP)模塊，當被啟用時，此模塊在ECLK端子上輸出一個連續外部時鐘。ECLK頻率是一個外設接口時鐘(VCLK)頻率的用戶可編程比例。這個可被外部監視的低頻輸出作為此器件運行頻率的指示器。
[0069]直接內存訪問(DMA)控制器有16個通道，32個控制數據包和對其內存的奇偶校驗保護。MPU被內置在DMA中，以保護內存不受錯誤傳輸的影響。
[0070]錯誤信令模塊(ESM)監控所有器件錯誤并在檢測到一個故障時確定是觸發一個中斷還是觸發一個外部錯誤引腳/球狀引腳。可從外部監視的nERROR端子可作為一個微控制器中故障條件的指示器。
[0071 ]外部內存接口(EMIF)提供到異步和同步內存或者其它從器件的內存擴展。
[0072]—個參數覆蓋模塊(POM)被用來提高應用代碼的校準功能。POM能夠將閃存訪問重新路由至內部存儲器或EMIF，從而避免了閃存內參數更新所需的重編程步驟。
[0073]實施例10:
本實施例是在實施例1或2或5或6或8的基礎上進一步優化，進一步的，為更好的實現本發明，所述現場可編程門陣列電路主芯片采用Cyclone III。
[0074]Cyclone III，低成本的Cyclone III FPGA是Altera Cyclone系列的第三代產品。Cyclone III FPGA系列前所未有地同時實現了低功耗、低成本和高性能，進一步擴展了FPGA在成本敏感大批量領域中的應用。采用臺灣半導體生產公司(TSMC)的65-nm低功耗(LP)工藝技術。Cyclone III容量在5K至120K邏輯單元(LE)之間，最多534個用戶1/0引腳。Cyclone III器件具有4-Mbit嵌入式存儲器、288個嵌入式18*18乘法器、專用外部存儲器接口電路、鎖相環(PLL)以及高速差分1/0等。
[0075]本發明滿足機器人自動控制所需，通過自動化技術、智能化控制技術、以及微處理器控制技術相結合而進行系統控制，使得機器人在使用過程中能夠有效完成所設定工作流程，采用微控制器與現場可編程門陣列相結合的中心控制技術，提高整個系統的處理性能及處理效率，使得整個系統運行更加穩定，并有效降低故障率。
[0076]以上所述僅為本發明的優選實施例而已，并不用于限制本發明，對于本領域的技術人員來說，本發明可以有各種更改和變化。凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。
【主權項】
1.一種基于微處理器人工智能控制智能加濕器，其特征在于:包括中央處理器、現場可編程門陣列電路、光電檢測電路、光控鎖模塊、光鑰匙模塊、智能加濕器、信號處理電路、電源電路、白光LED;所述信號調制設備負責調制生成原始的電信號；所述LED燈是單色的LED;所述光探測器是可見光波段響應較好的CCD光電轉換器件;所述智能加濕器是可變倍數的光學鏡頭;所述信號處理電路與光探測器相適應，用于視頻電信號的處理，以及確定接收光斑的形狀、大小和平均接收光功率;所述探照燈和所述智能加濕器之間是大氣信道，光源發出的光通過大氣信道進行傳輸;所述智能加濕器包括微控制器、加濕器開關以及光接收模塊，所述光接收模塊從LED燈組中接收LED通信信號，對所述LED通信信號處理后獲得控制指令，并將所述控制指令輸送到微控制器，所述微控制器根據所述控制指令生成加濕器開關的執行指令，所述加濕器開關是電磁繼電器，所述電磁繼電器與加濕器的加濕裝置連接;所述智能加濕器還包括水位傳感器、溫度傳感器、濕度采集傳感器、聲光報警器以及顯示電路，當所述智能加濕器根據控制指令開始工作時，微控制器向所述水位傳感器、溫度傳感器、濕度采集傳感器發出執行指令，獲得加濕器內的水量數據信號、室溫信號以及室內濕度信號，微處理器對所述水量數據信號、室溫信號以及室內濕度信號進行放大、測量、A/D轉換之后傳送到加濕判斷電路，控制加濕器按設定參數工作，同時把數據反饋給所述顯示電路進行數據的可視化處理，最終達到對環境進行智能加濕的目的，當環境的相對濕度值高于設定值時或者加濕器水量不足時，所述聲光報警器發出報警信號；所述遠距離可見光通信系統設備主要包括發射端和接收端;發射端可使用OOK、PPM等調制方式，光源將調制好的光信號以高速、明暗變化的規律進行發射，采用大功率低束散角陣列LED作為光源，由于調制速率在一百比特量級，可以采用單片機配合C++軟件編程進行發射端的軟硬件設計，實現字符串的發送;接收端，采用CCD作為光探測器，硬件設備使用高幀頻10fps以上、高靈敏度、高響應度CCD相機;相機以與光源相同幀頻進行拍攝，并且設計軟件對CCD相機進行數據的采集和處理，將調制信號的規律呈現出來，得到相應的灰度值，從而完成信息的傳遞過程，實現字符串的接收;所述充電插口設置于閉合門的側端;所述中央處理器連接現場可編程門陣列電路，所述現場可編程門陣列電路連接光控鎖模塊，所述白光LED連接現場可編程門陣列電路，所述現場可編程門陣列電路連接光鑰匙模塊，所述光電檢測電路連接現場可編程門陣列電路;所述光電檢測電路內設置有光敏元件接收器、反射鏡、光源、調制波形發生器、調制波形處理器及調制放大器，所述現場可編程門陣列電路連接調制波形發生器，所述調制波形發生器連接光源，所述光源連接反射鏡，所述反射鏡連接光敏元件接收器，所述光敏元件接收器連接調制放大器，所述調制放大器連接調制波形處理器，所述調制波形處理器連接現場可編程門陣列電路。2.根據權利要求1所述的一種基于微處理器可見光通信技術的機器人自動控制系統，其特征在于:所述光控鎖模塊內設置有編碼器、運動控制器、PWM功放、直流伺服電機，所述現場可編程門陣列電路連接編碼器，所述編碼器連接運動控制器，所述運動控制器連接PWM功放，所述PWM功放連接直流伺服電機，所述直流伺服電機連接編碼器。3.根據權利要求1所述的一種基于微處理器可見光通信技術的機器人自動控制系統，其特征在于:還包括參數存儲器，所述參數存儲器連接中央處理器;所述光鑰匙模塊內設置有智能移動終端，基于智能移動終端操作系統，設計基于虛擬串口的秘鑰發送智能移動終端的軟件模塊，通過智能移動終端的軟件模塊發送出秘鑰信息，秘鑰信息由智能移動終端的min-USB 口輸出；所輸出的秘鑰信息，基于智能移動終端OTG功能，經過外部驅動模塊加載到LED燈上，通過LED來完成秘鑰信息的傳送。4.根據權利要求1所述的一種基于微處理器可見光通信技術的機器人自動控制系統，其特征在于:還包括電源電路，所述電源電路分別連接中央處理器及現場可編程門陣列電路。5.根據權利要求4所述的一種基于微處理器可見光通信技術的機器人自動控制系統，其特征在于:所述電源電路包括太陽能電池板、控制器、供電電路，所述太陽能電池板連接控制器，所述控制器連接供電電路，所述供電電路分別連接中央處理器及現場可編程門陣列電路。6.根據權利要求4所述的一種基于微處理器可見光通信技術的機器人自動控制系統，其特征在于:所述電源電路還包括蓄電池，所述蓄電池連接控制器。7.根據權利要求1所述的一種基于微處理器可見光通信技術的機器人自動控制系統，其特征在于:還包括隨機存儲器，所述隨機存儲器連接現場可編程門陣列電路。8.根據權利要求7所述的一種基于微處理器可見光通信技術的機器人自動控制系統，其特征在于:所述隨機存儲器采用靜態隨機存儲器和/或動態隨機存儲器。9.根據權利要求1所述的一種基于微處理器可見光通信技術的機器人自動控制系統，其特征在于:所述中央處理器采用TMS570LS1114微控制器。10.根據權利要求1所述的一種基于微處理器可見光通信技術的機器人自動控制系統，其特征在于:所述現場可編程門陣列電路主芯片采用Cyclone III。
【文檔編號】F24F6/00GK106016549SQ201610380976
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年6月1日
【發明人】王燁
【申請人】蘇州杰姆斯特機械有限公司