（測(cè)試計(jì)量技術(shù)及儀器專業(yè)論文）節(jié)能型路燈照明智能控制系統(tǒng).pdf

沈陽工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文 摘要 隨著城市市政建設(shè)的發(fā)展 傳統(tǒng)的路燈控制與維護(hù)手段已遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能適應(yīng)城市現(xiàn)代化發(fā) 展的速度 而今 已有的智能路燈控制系統(tǒng)大多采用半夜燈控制 造成道路照明不均勻 另一方面 我國(guó)己建成了功能完善 成熟穩(wěn)定的g s m 無線數(shù)字移動(dòng)通信網(wǎng) 其覆蓋范圍 愈來愈大 提供的信息服務(wù)也愈來愈多 其中 g s m 數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)及短消息業(yè)務(wù) s m s 由于其 眾多的優(yōu)勢(shì)而受到越來越多的青睞 因此 本文在融合現(xiàn)代檢測(cè)技術(shù) 單片機(jī)控制 g s m 無線通信等各種現(xiàn)代信息技術(shù)的 基礎(chǔ)上 研制開發(fā)出了一種節(jié)能型路燈控制系統(tǒng) 該路燈控制系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)建設(shè)依托已有的 g s m 移動(dòng)通信網(wǎng) 使該系統(tǒng)充分利用了公網(wǎng)資源 易于構(gòu)成覆蓋整個(gè)城市區(qū)域的無線監(jiān)控 網(wǎng)絡(luò) 具有適應(yīng)性好等特點(diǎn) 本系統(tǒng)由二級(jí)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)組成 路燈控制柜終端以單片機(jī)為核 心 輔以各個(gè)功能模塊 軟件用c 語言實(shí)現(xiàn) 硬件與軟件的結(jié)合實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的壓控 時(shí)控 和光控等功能 后臺(tái)監(jiān)控中心用 鯽a lb 捌c 語言編寫 可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)接收 存儲(chǔ) 遠(yuǎn)程控制 等強(qiáng)大功能 二者的通信由t c 3 5 t 通信模塊來完成 采用g s m 數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)和短消息業(yè)務(wù)相結(jié) 合的方式 實(shí)現(xiàn)了對(duì)終端的遠(yuǎn)程遙控和遙信 本文對(duì)節(jié)電等級(jí)的確定中 采用了模糊決策的方法 該方法對(duì)節(jié)電等級(jí)的降壓點(diǎn)進(jìn)行 了分析計(jì)算 使降壓點(diǎn)的確定更科學(xué)更節(jié)能 本設(shè)計(jì)中的硬件和軟件已基本調(diào)試成功 達(dá) 到了預(yù)期的目標(biāo) 此研究不僅滿足了對(duì)智能路燈控制系統(tǒng)的迫切需要 面且還在科研上提 出一種設(shè)計(jì)思想 采用第三方成熟的網(wǎng)絡(luò) 結(jié)合多種現(xiàn)代技術(shù) 實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程無線通訊的工業(yè) 監(jiān)測(cè)系統(tǒng) 具有較強(qiáng)的現(xiàn)實(shí)意義 并為無人值守的系統(tǒng)開發(fā)提供了許多可借鑒的寶貴經(jīng)驗(yàn) 具有廣闊的發(fā)展前景 關(guān)鍵詞 g s m 遠(yuǎn)程遙控 節(jié)能 模糊決策 t c 3 盯 節(jié)能型路燈照明智能控制系統(tǒng) i n t e l l i g e n t l yc o n 仃o ls y s t e mo f e n e 聊c o n s e a t i o nl i 曲t i n g a b s t 圪l c t w mn 陀d e v c l o p m e mo ft l 圮嘶c o n 咖c d n 撼位i d i 石o n a lm e m o d so fc o n 的l l i i l ga i l d m a i l 曲i i l i i l g c 鋤n o t a d a p t o t h e 均l e o f t l l e c i t r m o d e n l i z 砸 a t l h ep r e 瓣l t t 1 1 e t e 刪q u 鼯l l 剛 t 0t h i s 妯吣o fs s b 咖i n d u d el l 圮i i l i d i l i g h tc 0 曲同l i i l ga n dt l 玲v o j t a g er e d u c i i l g 1 1 1 ef i r s tw a y c a l l 砌u 嗽t l l e l l i l i f b 咖毋o f l i g l i t 0 i l 恤婦l l a l l d 懈i i l g 恤g s m s m s t o 怕1 1 枷t m e s 孵 a i l dc o n s t 主t i i ca i o n g 面s t a i l c cm o i l i 碰n gs y s t 1i saq u i t cn e w 蛐o i o g y 鋤dg s m s m s l a v e 刪腳心a n d m 儺p e o p l e 觚o f m e i r a d v a n t a g e s t i i c r e f o r et l l i sp a p e r 舊 e l o p sal i 1 1 do fn e wi i l t e l l i g e n te i l e 嚼7c o m e r v 撕o nc o 施d ls s t 鋤 o nt i l eb a s i so f m em o d c n li 1 1 a l i o nt c d l l l l o i o g 如s u c ha sm o d 鋤d 鼬e c t i t e c h n o l o g y s i i l g l e c h i p p e dc o l p 蝴咖l l i l l g g s mw i f e l e s s 鯽姍m l i c 撕0 i la i l d t h ec o n s 咖c t i o f 掣吼e i i ln e t w o r kt a k e sa d v m l t a g eo fg s mp u b l i ci l e tr e s o u i c ef m l y 鋤di se a s t oc o v e rt h e w h o i ec 時(shí)f i d d w 1 1 i c hh 越c h a r j l 曲e r i s t i c so f9 0 0 da d a 此螄l 崎c t c 1 1 l i ss y s c i i li sc o m p o s e do f t w om m v o 暾c o m p o n e i 惦 o n ei st h ec 0 i l 仃d l l m gt e m l i i l a lw b i c hi sc o n s i s 同o f 如曲e c l l i p p c d c o m l m t c rp r i m 鰣l y 鋤de a c h 缸 c l i o nm o d i l l c 鋤d 趣跗 強(qiáng)r ei s 膿d i z c db ycl 粕g l l 4 9 e t l l e m b i i l a t i o no f 陀l l i r d w a r e 趾ds o f t w a 糟r e a l i z 囂s o m e 丘u l c t i o 璐 s u c h 嬲 蝣v o l t a g ec o m i l i l l 島 t i l n ec o n 的l l i i 培鋤dl i g i i c 咖l l i n g t h eo 山e ri s 蝴m i i l j t 謝n gs t a t i 0 1 1 m p i l e d i t l l s i l a lb 矧cl 鋤g u a g c 1 v t l o 辯p 0 刪缸1 c t i 徹i n c l l d 昭 c e i v i l l gd a t a s t o c i s o n g 葉鋤g e c o n 呦l 勰ds o 1 kt w oc o m p o n e t s 卸r el i i l k e db yt c 3 5 tc 0 刪m i l i c 碰 m o d l l 托晰l l l g s m d a t as e n i c e 鋤d s m s t i l es y s t e i nr e a l i z c s 撒n o t e 枷i t o t c i 豇l i n a l h lt l l i sa n i c l e t h ee n e r g yc 0 咀s e r v a 虹0 nl e e li sm a l i z c db yf h z 巧d e c i s i o i l w l l i c hc a l c i l l 砒瞎 m ep o i i i to f 印e 曜yc o 璐e a t i l e v e l n em e i l l o do f 缸巧d e c i s i i n a k e sd e f m i 吐o nt 0m e 塒m o fe 嘲c o n 溯v a t i 伽l e v e li n o s c i e l i t i 卸de 丘硎v e h 也i sd e s i g i l m el l a r d w a r ep a n 觚d t 1 1 es o 小v a r ep a nh a v eb a s i c a l l yd e b u g g c ds u c c e s s 丘1 1 l y w 1 1 i c hh 觴a c h i e v e d 也e 鋤t i c i p a t c dg o a l 沈陽工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文 t t l i s 辯 hl i o t i ym e e t st h e 煳t es y s 曬nm 嘶t o fs y s 曬n sl 唧t 餓 c d s b i l ta l p i i t s 如珊能dak i n do fd c s i g nt h o u g h t w i mt h e 吐l j 帕陀a d y m 8 d em 帕 o r ka r l dc o m b i n 血gv a 矗0 u s m o d e m 妣 1 1 1 0 l o 西 鋤詆如嘶a lc o n n d ls y s t 鋤o fl o n 哥d i s 伽髓謝礎(chǔ)e s sc 0 枷c a t i o n c a l i b c 麒d i z e d no 缸b 培v a l u a b l ee x p 嘶鋤c cf o i 甜l e r 嗍a n n c dw a l c h e ds y s t e ma n di m 1 7 i d e d e v e l o p i i l gp i i p c c t k 哆腫 d s g s m m 啦o t e c 蚰衄嗚e n e r 科c o 哪疊t i o n 蛔d 簿缸i 蚰 t s 1 r i i i 獨(dú)創(chuàng)性說明 本人鄭重聲明 所呈交的論文是我個(gè)人在導(dǎo)師指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工 作及取得的研究成果 盡我所知 除了文中特別加以標(biāo)注和致謝的地方 外 論文中不包含其他人已經(jīng)發(fā)表或撰寫的研究成果 也不包含為獲得 沈陽工業(yè)大學(xué)或其他教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或證書所使用過的材料 與我一同 工作的同志對(duì)本研究所做的任何貢獻(xiàn)均已在論文中做了明確的說明并表 示了謝意 簽名 星疊灸日期 絲 主 1 關(guān)于論文使用授權(quán)的說明 本人完全了解沈陽工業(yè)大學(xué)有關(guān)保留 使用學(xué)位論文的規(guī)定 即 學(xué)校有權(quán)保留送交論文的復(fù)印件 允許論文被查閱和借閱 學(xué)?？梢怨?布論文的全部或部分內(nèi)容 可以采用影印 縮印或其他復(fù)制手段保存論 文 簽名 丞盔是 導(dǎo)師簽名 重二壘日期 竺z 墨 2 沈陽工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文 l 緒論 1 1 引言 隨著城市市政建設(shè)的發(fā)展 傳統(tǒng)的路燈控制與維護(hù)手段己遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能適應(yīng)城市現(xiàn)代化 發(fā)展的速度 城市市政建設(shè)日新月異 寬闊的街道 各種各樣的路燈給城市帶來了光明 的同時(shí)也增添了城市的夜間魅力 但是由于道路 路燈眾多 傳統(tǒng)的人工管理模式已經(jīng) 和快速的現(xiàn)代化城市建設(shè)不相適應(yīng) 現(xiàn)代計(jì)算機(jī)集控技術(shù)的發(fā)展給城市市政管理帶來了 福音 城市路燈智能控制系統(tǒng)是現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)運(yùn)用于城市市政建設(shè)中有效且必然的產(chǎn) 物 實(shí)現(xiàn)了城市路燈系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)集中控制 監(jiān)測(cè)與管理 操控人員只需通過計(jì)算機(jī)即 可了解整個(gè)系統(tǒng)路燈的工作狀態(tài) 并可通過計(jì)算機(jī)人工或自動(dòng)控制所有路燈的開關(guān) 即 便是在無人過問的情況下 系統(tǒng)也將嚴(yán)謹(jǐn)有序的工作 在各種管理自動(dòng)化的大潮下 加 上我國(guó)各個(gè)城市的大規(guī)模城建 路燈控制系統(tǒng)必然有著廣闊的市場(chǎng)空間 據(jù)測(cè)算 一個(gè) 城市的街道數(shù)量大于1 0 0 條就很有必要有一套信息管理系統(tǒng)與之相配套來實(shí)現(xiàn)管理與系 統(tǒng)維護(hù) 而中國(guó)一定規(guī)模的市級(jí)城市非常多 因此可以肯定的是國(guó)內(nèi)需求很旺盛 i l 在需求量很大的情況下 自然就增加了城市用電量的負(fù)擔(dān) 因此 節(jié)能型路燈智能 控制系統(tǒng)自然是很好的選擇 既實(shí)現(xiàn)了智能的計(jì)算機(jī)集中控制又實(shí)現(xiàn)了電能的節(jié)約 市電電壓是隨著城市用電量的不同而變化的 當(dāng)在每天晚上的用電高峰時(shí) 市電電 壓會(huì)隨之降低 而當(dāng)進(jìn)入深夜以后 用電高峰過后 市電電壓則會(huì)升高 對(duì)于同樣的路 燈而言 消耗的功率就會(huì)大大的升高 造成電力資源的浪費(fèi) 并且如果路燈長(zhǎng)期工作在 高于本身額定電壓的環(huán)境下 將縮短路燈的使用壽命 因此 研發(fā)出一種把路燈的智能 控制和節(jié)能有效的結(jié)合起來的系統(tǒng)是很有必要的 在倡導(dǎo)節(jié)約型社會(huì)的今天 節(jié)能型路 燈照明智能控制系統(tǒng)的研發(fā)更具有現(xiàn)實(shí)的意義 對(duì)于單燈而言 節(jié)電率的計(jì)算式如下 p 警 1 其中 p 為單燈功率 u 為電壓 衛(wèi)為單燈電阻 根據(jù)此公式計(jì)算當(dāng)市電電壓分別 節(jié)能型路燈照明智能控制系統(tǒng) 為2 2 0 v 2 3 0 v 2 4 0 v 2 5 0 v 時(shí) 單燈的節(jié)電率 以2 2 0 v 時(shí)為標(biāo)準(zhǔn) 計(jì)算結(jié)果如表1 1 所示 表1 1 節(jié)電率表 t 曲l e l 1e l e c 研c 時(shí)c o n s e r v a n o nr a t et a b l e 上表中的節(jié)電率是按照2 2 0 v 為標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算的 在實(shí)際情況下 一般將電壓調(diào)節(jié)在 2 0 5 v 則節(jié)電率將進(jìn)一步提高 可見節(jié)電的意義所在 1 2 國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)此類產(chǎn)品的解決方案 國(guó)內(nèi)此類產(chǎn)品在路燈照明的遠(yuǎn)程監(jiān)控方面 功能大多相近 主要通過無線通信技術(shù) 對(duì)城市中照明光源進(jìn)行開啟 關(guān)閉控制 實(shí)現(xiàn)路燈的管理 節(jié)能方面主要采用降電壓控 制隆 分時(shí)降功率技術(shù) 對(duì)路燈實(shí)現(xiàn)節(jié)能阻 上述方案主要存在如下問題 有的城市采用半夜燈控制方式實(shí)現(xiàn)節(jié)能 l 但勢(shì)必造成道路照明不均勻 這是道 路照明設(shè)計(jì)所忌諱的 統(tǒng)計(jì)資料表明它是造成許多交通事故的內(nèi)在因素之一 換言之 這種工作方式是以降低道路交通安全性為代價(jià)的 應(yīng)該盡量避免采用 本系統(tǒng)融合現(xiàn)代檢測(cè)技術(shù) 單片機(jī)控制 g s m 無線通信等各種高新技術(shù)而研發(fā)的節(jié) 能型路燈智能控制系統(tǒng) 系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)建設(shè)依托于已有的g s m 移動(dòng)通信網(wǎng) 使該系統(tǒng)充 分利用了公網(wǎng)資源 易于構(gòu)成覆蓋整個(gè)城市街道的路燈控制柜的無線網(wǎng)絡(luò) 具有控制和 數(shù)據(jù)上傳及時(shí) 適應(yīng)性好等特點(diǎn) 1 3 課題的主要工作 通過分析目前節(jié)能型路燈智能控制系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀 知道了存在的不足之處以及需 要解決的問題 并結(jié)合實(shí)際情況 本文開發(fā)出了一種高可靠性的智能路燈控制系統(tǒng) 系 沈陽工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文 統(tǒng)采用二級(jí)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) 實(shí)現(xiàn)了對(duì)各個(gè)路燈控制柜的控制和控制柜運(yùn)行狀態(tài)信息的遠(yuǎn)程傳 輸 整個(gè)系統(tǒng)構(gòu)成靈活 可靠性高 具有一定的通用性和推廣性 本文主要做了如下工 作 1 針對(duì)實(shí)際情況 采用工業(yè)級(jí)標(biāo)準(zhǔn) 設(shè)計(jì)出了系統(tǒng)的總體方案 并通過具體的電 路和程序?qū)崿F(xiàn)了系統(tǒng)的終端機(jī)部分 用c 語言編寫單片機(jī)的程序并編譯調(diào)試 2 研究了g s m g l d b a ls y s t 鋤矗 m o b i l ec o n m i n i c 砒i o n 全球移動(dòng)通信系統(tǒng) 短消 息業(yè)務(wù)的通信原理 掌握了a r 指令的具體功能和用法 將其應(yīng)用于實(shí)際 方便 快捷 地實(shí)現(xiàn)了控制柜運(yùn)行狀態(tài)信息的遠(yuǎn)程傳輸 3 采用可視億語言v b 編寫了后臺(tái)軟件及相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫 入機(jī)賽面友好 功能強(qiáng) 大 操作人員通過后臺(tái)軟件可對(duì)各控制柜終端系統(tǒng)的狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控 有效處理終端 發(fā)送的數(shù)據(jù) 從而實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制 一3 節(jié)能型路燈照明智能控制系統(tǒng) 2 基于g s m 網(wǎng)絡(luò)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 2 1g s m 網(wǎng)絡(luò)概述 2 1 1g s m 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)與特點(diǎn) g s m g o b a is y s t e mf o rm o b i l ec o m m 珈i c a l i o n 全球移動(dòng)通信系統(tǒng) 是歐洲國(guó)家為了 創(chuàng)造一個(gè)統(tǒng)一的 完整的泛歐數(shù)字蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng) 聯(lián)合歐洲2 0 多個(gè)國(guó)家的電信營(yíng)運(yùn) 部門 研究所和生產(chǎn)廠家 組成標(biāo)準(zhǔn)化委員會(huì)設(shè)計(jì)出來的 歷時(shí)約1 0 年 g s m 是迄今 為止技術(shù)最成熟 網(wǎng)絡(luò)最完善 商業(yè)化運(yùn)營(yíng)最成功 應(yīng)用最廣泛的移動(dòng)通信系統(tǒng) 己在 世界上1 0 0 多個(gè)國(guó)家和地區(qū)投入商業(yè)運(yùn)行 為用戶提供覆蓋全球的漫游通信服務(wù) 成為 名副其實(shí)的 全球移動(dòng)通信系統(tǒng) i 川 我國(guó)的g s m 網(wǎng)絡(luò)始建于 9 9 3 年 經(jīng)過1 0 年的發(fā)展 己經(jīng)基本上建立了覆蓋全國(guó) 大多數(shù)城市和鄉(xiāng)鎮(zhèn)的g s m 網(wǎng)絡(luò) 通過g s m 網(wǎng)絡(luò) 用戶可以在全國(guó)范圍內(nèi)方便地使用移 動(dòng)運(yùn)營(yíng)商提供的語音 短信和數(shù)據(jù)通信等眾多移動(dòng)業(yè)務(wù) 具有自動(dòng)漫游和越區(qū)切換等功 能 g s m 系統(tǒng)作為一種開放式結(jié)構(gòu)和面向未來設(shè)計(jì)的系統(tǒng)1 1 2 j 3 l 具有如下主要特點(diǎn) 1 頻譜效率高 由于采用了高效調(diào)制器 信道編碼 交織 均衡和話音編碼技術(shù) 等 系統(tǒng)具有高頻譜效率 2 容量大 每個(gè)信道傳輸帶寬增加 該系統(tǒng)的容量大約是模擬系統(tǒng)的3 5 倍 3 話音質(zhì)量好 鑒于數(shù)字傳輸技術(shù)的特點(diǎn)以及g s m 規(guī)范中有關(guān)空中接口和話音編 碼的定義 在門限制以上時(shí) 話音質(zhì)量總是達(dá)到相同水平而與無線傳輸質(zhì)量無關(guān) 4 具有開放的接口 g s m 標(biāo)準(zhǔn)所提供的開放性接口 不僅限于空中接口 而且包 括網(wǎng)絡(luò)之間以及網(wǎng)絡(luò)中各種設(shè)備實(shí)體之間 與其他網(wǎng)絡(luò)的互連通常利用現(xiàn)有的標(biāo)準(zhǔn)接口 如1 s u p 或t u p 等 5 安全性好 通過s i m 卡提供用戶鑒權(quán)和對(duì)傳輸信息進(jìn)行加密 6 在s i m 卡基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)了漫游 漫游是移動(dòng)通信的重要特征 它標(biāo)志著用戶可以 從一個(gè)網(wǎng)絡(luò)自動(dòng)進(jìn)入另一個(gè)網(wǎng)絡(luò) 對(duì)于g s m 標(biāo)準(zhǔn) 它可以提供全球漫游 沈陽工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文 2 1 2g s m 網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)傳輸與短消息 移動(dòng)數(shù)據(jù)通信是在數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種通信方式 1 4 矧 g s m 的數(shù)據(jù)傳輸 業(yè)務(wù)的傳送速率為9 6 k w s 在這種方式下 通信的連接通過撥號(hào)建立 占用專門的信道 因此語音通話和其他的數(shù)據(jù)傳送 不能同時(shí)進(jìn)行 其特點(diǎn)為 1 無線的電路交換方式 2 采取按時(shí)長(zhǎng)計(jì)費(fèi)的方式 3 成本低 短消息是g s m 中唯一不要求建立端對(duì)端路徑的業(yè)務(wù) 即使移動(dòng)臺(tái)己處于電路通信 的情況下仍可進(jìn)行短消息傳輸n 6 它通過信令信道傳輸信息 把要發(fā)的信息加上目標(biāo) 地址先發(fā)到短消息服務(wù)中心s m s c 再由s m s c 在適當(dāng)?shù)臅r(shí)刻轉(zhuǎn)發(fā)給目標(biāo) 即由s m s c 完成短消息的存儲(chǔ)和中繼功能 系統(tǒng)認(rèn)為不同的消息彼此獨(dú)立 每個(gè)短消息的信息量限 制為1 4 0 個(gè)八位組 7 比特編碼 1 6 0 個(gè)字符 刎 利用g s m 數(shù)據(jù)傳輸業(yè)務(wù)和短消息業(yè)務(wù)的雙向傳輸性能 可方便地實(shí)現(xiàn)對(duì)各類設(shè)備 及警情的遠(yuǎn)程控制和信息采集 2 即實(shí)現(xiàn)遙控和遙測(cè) 具有通信成本低 不受通信線 路及地區(qū)限制等特點(diǎn) 使用方便 2 2 系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方案 2 2 1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與功能 本系統(tǒng)的組成為二級(jí)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) 后臺(tái)監(jiān)控中心和控制柜終端 其實(shí)現(xiàn)方案如圖2 1 所示 其中 后臺(tái)監(jiān)控中心是系統(tǒng)的上位機(jī)部分 主要由工控計(jì)算機(jī)和通信模塊構(gòu)成 內(nèi)置控制柜狀態(tài)監(jiān)控軟件 通過天線對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行指揮 它能對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)及參數(shù) 等數(shù)據(jù)迸行實(shí)時(shí)采集 分析和處理 相當(dāng)于整個(gè)控制系統(tǒng)的 大腦 部分 控制柜終端 是系統(tǒng)的下位機(jī)部分 主要由單片機(jī)系統(tǒng)組成l 它充分利用了單片機(jī)及其接口芯片 的各種資源和特長(zhǎng) 以實(shí)現(xiàn)節(jié)能型智能路燈控制系統(tǒng)的各種功能 該電路連接著市電電 壓采集模塊 g s m 通信模塊 無線收發(fā)模塊 鍵盤顯示模塊 光控模塊 溫控模塊等部 分 通過對(duì)各種元件進(jìn)行管理 實(shí)現(xiàn)了控制柜的現(xiàn)場(chǎng)控制以及與后臺(tái)的數(shù)據(jù)通信 后臺(tái) 監(jiān)控中心與控制柜終端的數(shù)據(jù)通訊依托于g s m 通信模塊 節(jié)能型路燈照明智能控制系統(tǒng) 微處理 刊囂i 單元 圖2 1 基于g s m 的系統(tǒng)方案 f g 2 1s y s t e ms c h 啪eb a s 酣o ng s m 系統(tǒng)的具體功能如下 路燈控制柜為前端系統(tǒng) 安放在各個(gè)主要街道 市電電壓采集模塊采集市電電壓送 入a v r 單片機(jī)的a d 然后進(jìn)行節(jié)電等級(jí)判斷 若滿足某節(jié)電等級(jí)的轉(zhuǎn)換 則由單片機(jī) 控制相應(yīng)的繼電器 以實(shí)現(xiàn)節(jié)電等級(jí)的轉(zhuǎn)換 并實(shí)時(shí)的根據(jù)后臺(tái)控制中心的指令 將控 制柜的狀態(tài)上傳到后臺(tái)監(jiān)控中心 后臺(tái)監(jiān)控中心由工業(yè)控制計(jì)算機(jī) g s m 通信模塊 相 應(yīng)的后臺(tái)管理軟件和數(shù)據(jù)庫組成 控制柜終端的信息通過g s m 模塊與后臺(tái)監(jiān)控中心雙 向通信 監(jiān)控中心可遠(yuǎn)程接收各控制柜的狀態(tài)信息 也可以將有關(guān)控制命令通過g s m 無線網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)傳至控制柜終端 實(shí)現(xiàn)對(duì)控銥4 柜的遙控和遙信 后臺(tái)監(jiān)控軟件在w 缸i o w s 操作系統(tǒng)下采用v b 語言開發(fā)而成 具有菜單操作 屏幕顯示等功能 電予地圖將顯示 各控制柜的位置 控制柜的運(yùn)行狀態(tài)信息數(shù)據(jù)也將自動(dòng)存入數(shù)據(jù)庫以供管理人員查詢 2 2 2 本系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì) 與國(guó)內(nèi)同類系統(tǒng)相比 本系統(tǒng)具有如下的優(yōu)勢(shì) 1 充分利用g s m 公網(wǎng)資源作為數(shù)據(jù)傳輸?shù)母咚偻ǖ?組網(wǎng)簡(jiǎn)單 監(jiān)控范圍廣 成 本低 維護(hù)簡(jiǎn)單 免去了架設(shè)基站的高額費(fèi)用 節(jié)省了大量人力 物力的投資 易于構(gòu) 成覆蓋整個(gè)城市街道的無線監(jiān)控網(wǎng)絡(luò) 2 利用短消息方式 能遠(yuǎn)程控制控制柜的運(yùn)行狀態(tài) 并且根據(jù)后臺(tái)監(jiān)控中心的控 鏹 命令將節(jié)能路燈控制柜終端的運(yùn)行信息上傳給后臺(tái)監(jiān)控中心 使總站值守人員及相關(guān) 沈陽工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文 管理人員快捷實(shí)時(shí)地獲得各種狀態(tài)信息 3 整個(gè)系統(tǒng)采用工業(yè)級(jí)設(shè)計(jì) 性能穩(wěn)定 擴(kuò)展方便 兼容性好 系統(tǒng)具有數(shù)據(jù)記 憶儲(chǔ)存功能 不會(huì)因斷電而丟失信息 并能從后臺(tái)和現(xiàn)場(chǎng)兩種途徑設(shè)置系統(tǒng) 配置靈活 具有可推廣性和實(shí)用價(jià)值 4 數(shù)據(jù)信息保密可靠性高 抗干擾強(qiáng) 利用s i m 卡的加密功能驗(yàn)證各控制框身份 設(shè)置靈活 安全性高 整個(gè)系統(tǒng)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確可靠 5 軟件集成度高 功能性好 系統(tǒng)的后臺(tái)中心軟件功能強(qiáng)大 可提供歷史數(shù)據(jù)庫 查詢等 人機(jī)界面友好 管理操作簡(jiǎn)單方便 節(jié)能型路燈照明智能控制系統(tǒng) 3 監(jiān)控終端的硬件模塊設(shè)計(jì) 3 1 控制柜硬件方案的確定 智能控制柜終端的功能具體為 1 控制柜對(duì)各種控制信號(hào)的采集 2 通過g s m 無 線通信系統(tǒng)將相關(guān)的數(shù)據(jù)上傳至監(jiān)控中心 3 接收由監(jiān)控中心傳來的各種指令和數(shù)據(jù)并 進(jìn)行相關(guān)操作 根據(jù)智能控制柜終端系統(tǒng)的功能 現(xiàn)設(shè)計(jì)該系統(tǒng)的硬件框圖如圖3 1 所示 市電電壓檢測(cè)b 刮繼電器i c 叫鍵盤 顯示l 溫度傳感器b p 叫i u d d s 汜 光一b g s m 通信模塊 dt 一 1 圖3 1 系統(tǒng)的硬件框圖 f i 舀3 1h a r d w 勰梳l eo f m e 掣s t e m 智能控制柜終端核心部分是單片機(jī)系統(tǒng) 市電電壓經(jīng)過整流 濾波和降壓處理后 得到小于5 v 的模擬電壓送入單片機(jī)的a d 轉(zhuǎn)換引腳 經(jīng)過a d 轉(zhuǎn)換后得到的數(shù)字量與 已經(jīng)設(shè)定的節(jié)電等級(jí)電壓標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行比較 滿足哪個(gè)節(jié)電等級(jí) 則單片機(jī)通過軟件控制相 應(yīng)的i o 引腳輸出高低電平 控制繼電器的動(dòng)作 由此來實(shí)現(xiàn)對(duì)節(jié)電等級(jí)的控制 當(dāng)檢 測(cè)出市電電壓在2 0 5 2 2 0 v 之間時(shí) 進(jìn)入輕度節(jié)電狀態(tài) 當(dāng)市電電壓在2 2 0 2 4 0 v 之間 時(shí) 進(jìn)入中度節(jié)電狀態(tài) 當(dāng)市電電壓在2 4 0 2 6 0 v 之間時(shí)進(jìn)入深度節(jié)電狀態(tài) 當(dāng)市電電 壓超過2 6 0 v 或者小于2 0 5 v 時(shí) 則自動(dòng)旁路 即不實(shí)行降壓處理 時(shí)鐘芯片d s l 3 0 2 用 來實(shí)現(xiàn)日歷等功能 r s 一2 3 2 與g s m 通信模塊相連 用來實(shí)現(xiàn)與后臺(tái)監(jiān)控中心的短消 息通信 溫度傳感器用來監(jiān)測(cè)變壓器的工作溫度 當(dāng)溫度達(dá)到6 5 時(shí) 控制相應(yīng)的繼電 沈陽工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文 器動(dòng)作 使風(fēng)扇工作 以降低變壓器的工作溫度 對(duì)變壓器進(jìn)行保護(hù) 當(dāng)溫度小于6 5 時(shí) 風(fēng)扇在繼電器的控制下不工作 鍵盤為4 4 鍵盤 由數(shù)字鍵o 9 和一些功能鍵組 成 用來預(yù)置節(jié)電參數(shù)和對(duì)d s l 3 0 2 進(jìn)行時(shí)間設(shè)置等 顯示部分由8 個(gè)l e d 數(shù)碼管和8 個(gè)發(fā)光二極管組成 8 個(gè)u d 數(shù)碼管用來顯示預(yù)置參數(shù) 當(dāng)前時(shí)間等 8 個(gè)發(fā)光二極管 用來指示智能控制系統(tǒng)目前的工作狀態(tài) 光敏元件用來監(jiān)測(cè)戶外光線亮度等級(jí) 當(dāng)環(huán)境 亮度小于1 0 l 畎時(shí) 自動(dòng)開燈 當(dāng)環(huán)境亮度大于2 0 l 1 1 時(shí) 自動(dòng)關(guān)燈 在光控開燈的情 況下 為了防止閃電的干擾 當(dāng)環(huán)境亮度大于2 0 i 胍 而且持續(xù)時(shí)間大于一分鐘后才能 開燈 這樣就大大提高了系統(tǒng)光控開燈的可靠性 3 2 主要器件的選擇 3 2 1 單片機(jī)的選擇 隨著技術(shù)的發(fā)展和進(jìn)步 以及市場(chǎng)對(duì)產(chǎn)品功能和性能的要求不斷提高 使得作為單 片嵌入式系統(tǒng)的核心 單片機(jī) 朝著多功能 多選擇 高速度 低功耗 低價(jià)格 大存 儲(chǔ)容量和強(qiáng)i o 功能等方向發(fā)展 塒 a n 伍i 公司于1 9 9 7 年推出了采用先進(jìn)的精簡(jiǎn)指 令集l 塔i c 結(jié)構(gòu) 性能更加優(yōu)越的a m t 單片機(jī)系列 特別是近幾年里推出的a v r 高檔 m e g a 系列的單片機(jī) 其在結(jié)構(gòu) 性能 可靠性等方面都獨(dú)具特色 在8 位高檔單片機(jī)中 堪稱佼佼者 該單片機(jī)正受到越來越多的工程師的喜歡 并強(qiáng)有力地沖擊著8 0 5 1 單片機(jī) 的市場(chǎng) 其推廣和應(yīng)用有很大的發(fā)展前景 a n 伍l 公司的a 限是8 位單片機(jī)中第一個(gè)真正的砌s c 結(jié)構(gòu)的單片機(jī) 它采用了 大型快速存取寄存器組 快速的單周期指令系統(tǒng)以及單級(jí)流水線等先進(jìn)技術(shù) 使得a v r 單片機(jī)具有高達(dá)1 m i p s 舢時(shí)z 的高速運(yùn)行處理能力 在本次設(shè)計(jì)中 單片機(jī)的任務(wù)主要是完成對(duì)經(jīng)過降壓處理而采集到的市電電壓進(jìn)行 模數(shù)變換 通過軟件完成對(duì)節(jié)電等級(jí)的判斷 并控制相應(yīng)的繼電器進(jìn)行相應(yīng)的通斷動(dòng)作 系統(tǒng)還要對(duì)一段時(shí)間內(nèi)的開關(guān)燈時(shí)間及狀態(tài)進(jìn)行記錄 這就涉及到e e p 烈 m 的應(yīng)用 另外還要完成和外部設(shè)備的通信等功能 在m e g a 系列a 儂單片機(jī)中 a t m e g a l 2 8 是配 置全 功能強(qiáng)的一款 在全面了解它的硬件結(jié)構(gòu) 掌握它的特性及應(yīng)用 并結(jié)合此設(shè)計(jì) 9 節(jié)能型路燈照明智能控制系統(tǒng) 功能的要求 考慮到芯片性價(jià)比等各方面的因素 確定在本次設(shè)計(jì)中選用a t m e g a l 2 8 作為系統(tǒng)的核心芯片就可以滿足設(shè)計(jì)的需要 下面對(duì)a 1 1 m e g a l 2 8 做一下簡(jiǎn)單的介紹 1 a n n e g a l 2 8 在片內(nèi)集成了各種功能強(qiáng)大的外圍接口和通信接口 如u s m 盯 s p i 越 c w 撕h d o g r 了c i s p l a p c 和片內(nèi)高精度r c 振蕩器等 熔絲位是a v r 單 片機(jī)比較獨(dú)到的特性 用戶通過配置這些熔絲位 可以固定地設(shè)置a v r 的一些性能 參 數(shù)以及i o 配置等 a r m e g a l 2 8 采用了a 1 m e i 的高密度非易失性內(nèi)存技術(shù) 片內(nèi)f l 勰h 可以通過s p i 接口進(jìn)行在系統(tǒng)編程 為嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用提供了靈活而低成本的解決方案 2 a 1 h e g a l 2 8 的內(nèi)部資源非常豐富 如下所述 1 存儲(chǔ)器 1 2 8 k 的可在系統(tǒng) 在應(yīng)用 i s p m f l a s h 程序存儲(chǔ)器 4 k 的s r a m 4 k 的e e p r o m 并留有外部存儲(chǔ)器擴(kuò)展接口 2 a d 轉(zhuǎn)換模塊 內(nèi)部帶有8 通道的1 0 位a 仍轉(zhuǎn)換模塊 非常方便的實(shí)現(xiàn)模擬信 號(hào)的a d 變換 3 事件管理模塊 有兩個(gè)帶有輸入捕獲單元的1 6 位的定時(shí)器 可以實(shí)現(xiàn)頻率的精 確測(cè)量 4 豐富的i o 口 5 3 個(gè)可編程i o 口 可任意定義i o 口的輸入偷出方向 可直接 驅(qū)動(dòng)l e d 等大電流負(fù)載 5 電源 此芯片是5 v 直流電源供電 和整個(gè)系統(tǒng)的供電系統(tǒng)一致 便于整個(gè)系統(tǒng) 電源的統(tǒng)一 6 通信接口 2 個(gè)可編程的增強(qiáng)型u s a r t 以實(shí)現(xiàn)與外部設(shè)備的通信 7 其他 還有看門狗定時(shí)器 外部中斷 實(shí)時(shí)時(shí)鐘等資源 3 2 2g s m 通信模塊的選擇 目前 在國(guó)內(nèi)已經(jīng)開始使用的g s m 模塊有f a j c o m 的a 2 d 系列 w 打o c 鋤的w m 0 2 系列和s i 鋤e 璐的1 3 5 系列 這些模塊的功能和用法區(qū)別不大 本設(shè)計(jì)中選用了s i e m e i l s 的1 3 5 t 下面對(duì)其進(jìn)行介紹 新一代無線通信模塊t c 3 5 t 具有強(qiáng)大功能 可以快速可靠地實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)短消息的傳 輸 是理想的g s m 通信模塊 3 其總體結(jié)構(gòu)如圖3 2 所示 一1 0 沈陽工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文 圖3 21 3 5 t 通信模塊的總體結(jié)構(gòu) f i 昏3 2g a 瑚司s 廿1 l c t i i 障o f f c 3 5 t t c 3 5 t 模塊主要由g s m 基帶處理器 g s m 射頻模塊 供電模塊 a s i c 閃存 z 連接器 天線接口六部分組成 其中g(shù) s m 基帶處理器是核心部件 它的作用相當(dāng)于一 個(gè)協(xié)議處理器 用來處理外部系統(tǒng)通過串口發(fā)送過來的a t 指令 涵蓋了蜂窩射頻設(shè)備 中所有的模擬和數(shù)字功能 射頻模塊部分主要實(shí)現(xiàn)信號(hào)的調(diào)制與解調(diào) 實(shí)現(xiàn)外部射頻信 號(hào)與內(nèi)部基帶處理器之間的信號(hào)轉(zhuǎn)換 匹配電源為處理器以及射頻部分提供所需的電源 插座是提供給用戶的應(yīng)用接口 該通信模塊的工作電壓為3 3 5 5 v 可以工作在9 0 0 m h z 和1 8 舢z 兩個(gè)頻段 所在頻段功耗分別為2 w 9 0 0 d 和1 w 1 8 0 0 m 模塊有a t 命令集接口 支持文本和p d u 模式的短消息 第三組的二類傳真 以及2 4 k 4 8 k 9 6 k 的非透明模式 此外 該模 塊還具有電話簿 多方通話 漫游檢測(cè)功能 常用工作模式有省電模式 i d l e 1 i a ik 等模式 通過獨(dú)特的4 0 引腳的z 連接器 實(shí)現(xiàn)電源連接 指令 數(shù)據(jù) 語音信號(hào) 及 控制信號(hào)的雙向傳輸 主要應(yīng)用接口為 1 r s 一2 3 2 數(shù)據(jù)接口 標(biāo)準(zhǔn)d b 9 接口 通信模塊通過r s 一2 3 2 接口與單片機(jī)相連 2 控考9 線接口 主要有指示燈 同步信號(hào)線 電源控制線等 節(jié)能型路燈照明智能控制系統(tǒng) 3 聲音接口 包括耳機(jī)和麥克風(fēng)的接口 各有兩組接口 第一組接口包括一個(gè)模 擬信號(hào)的麥克風(fēng)輸入和一個(gè)模擬信號(hào)的耳機(jī)輸出 另一組為模擬信號(hào)的麥克風(fēng)輸入和用 于手持設(shè)備的模擬信號(hào)輸出 4 s 訂卡接口 s i m s u b s c r i b e r i d e 塒t ym o d e l 用戶識(shí)別模塊 是帶有微處理器的 一種智能集成電路芯片 主要由c p u r a m r o m e e p r o m 和串行通信接口電路組 成 s 卡是數(shù)字移動(dòng)通信系統(tǒng)中不可缺少的一個(gè)重要組成部分 只有通過對(duì)s i m 卡定 義后 即在s i m 卡中存入用戶相關(guān)的數(shù)據(jù) 通過對(duì)s i m 卡鑒權(quán) 移動(dòng)電話才能有效完 成與網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的連接與信息交換 在接口設(shè)計(jì)或通訊過程中 我們不必考慮g s m 網(wǎng)絡(luò)本身的通訊方式及相關(guān)的傳輸 手段 因此系統(tǒng)開發(fā)對(duì)我們來說可以看作是透明的 因?yàn)槎滔⒈旧碛幸粋€(gè)完整的技術(shù) 基礎(chǔ) 包括提供可靠的信息收發(fā)支持 模塊具有很強(qiáng)大的通信功能 加上電信系統(tǒng)的手 機(jī)短信服務(wù)方便快捷 使得用其傳輸數(shù)據(jù)具有可能性 3 3 節(jié)電方法的實(shí)現(xiàn) 本設(shè)計(jì)采用的節(jié)電方式是降壓 降壓采用的是自耦降壓式調(diào)控裝置 自耦變壓器與普通變壓器的區(qū)別在于 自耦變壓器的一 二次側(cè)線圈不僅有磁的聯(lián) 系 還有電的聯(lián)系 在輸出電壓調(diào)節(jié)范圍不大時(shí)它的容量比較小 所以消耗的材料少 造價(jià)低 效率高 這類產(chǎn)品最大的優(yōu)點(diǎn)是克月鼴可控硅斬波型產(chǎn)品產(chǎn)生諧波的缺陷 實(shí)現(xiàn) 電壓的正弦波輸出 結(jié)構(gòu)和功能都很簡(jiǎn)單 當(dāng)然可靠性也比較高 目前應(yīng)用的有兩種方 式 即固定抽頭方式和連續(xù)調(diào)節(jié)方式 但是 這兩種方式也分別存在技術(shù)缺陷o 1 固定多檔自耦降壓器 其核心部件是一個(gè)多抽頭的變壓器 變壓比是固定的 一般副邊有三到五個(gè)降壓抽 頭 分別降5 v l o v 1 5 v 2 0 v 等固定值 一旦接線端固定 降低電壓就是固定值 目前我們采用的就是此種降壓方式 此種降壓方式適用于不經(jīng)常動(dòng)作的開關(guān)場(chǎng)合 不適 用于頻繁切換的場(chǎng)合 2 1 連續(xù)調(diào)節(jié)自耦型降壓器 其工作原理是通過電刷在線圈的表面平滑移動(dòng)或滾動(dòng) 改變線圈的變比而調(diào)節(jié)輸出 沈陽工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文 電壓 優(yōu)點(diǎn)是可實(shí)現(xiàn)無級(jí)平滑調(diào)節(jié) 調(diào)節(jié)精度高 但由于電刷調(diào)節(jié)回路是串在主回路中 因此承受的電流大 電刷接觸不良 會(huì)產(chǎn)生火花 引起觸點(diǎn)磨損 3 4 模糊決策應(yīng)用于節(jié)電等級(jí)的判定 3 4 1 模糊決策評(píng)判法的建模原理 1 模糊數(shù)學(xué)簡(jiǎn)介 1 9 6 5 年美國(guó)加利福尼亞大學(xué)控制理論專家扎德教授在 h 1 f o i m a l i a n dc 伽n d 雜志上發(fā)表了一篇?jiǎng)?chuàng)造性論文 f u z 珂s e t s 標(biāo)志著模糊數(shù) 學(xué)的誕生 與其它學(xué)科一樣模糊數(shù)學(xué)也是由于實(shí)踐需要而產(chǎn)生的 模糊概念 或現(xiàn)象 處 處存在 當(dāng)代科技發(fā)展的趨勢(shì)要求各個(gè)學(xué)科領(lǐng)域定量化和數(shù)學(xué)化 當(dāng)然也迫切要求將模 糊概念或模糊現(xiàn)象定量化和數(shù)學(xué)化 模糊數(shù)學(xué)作為研究和處理模糊概念的數(shù)學(xué)方法便應(yīng) 運(yùn)而生 模糊數(shù)學(xué)是研究和處理模糊性現(xiàn)象的科學(xué) 模糊性是指客觀事物差異在中介過渡時(shí) 所呈現(xiàn)的 亦此亦彼 性 眾所周知 經(jīng)典數(shù)學(xué)是以精確性為特征的 模糊數(shù)學(xué)則是與 之相反的 以模糊性為特征的 事物的模糊性并不是完全消極的和沒有價(jià)值的 在某些 情況下 用模糊的概念來處理問題甚至比用精確的方法更顯得優(yōu)越 因?yàn)椴淮_定性是客 觀事物具有的一種普遍屬性 在人類社會(huì)和各個(gè)科學(xué)領(lǐng)域中 人們所遇到的各種量大體 上可以分為兩大類 確定性與不確定性 不確定性又分為隨機(jī)性和模糊性 人們正是用 三種數(shù)學(xué)來分別研究客觀世界中不同的量p 7 隨機(jī)性的不確定性 也就是概率的不確定性 例如 明天有雨 擲色予出現(xiàn)3 點(diǎn) 等 它們的發(fā)生往往是一種偶然現(xiàn)象具有不確定性 在這里事件本身是確定的 而 事件的發(fā)生不確定 只要時(shí)間過去到了明天 明天有雨 是否會(huì)發(fā)生就變成確定了 擲 色子出現(xiàn)3 點(diǎn) 只要做一次實(shí)驗(yàn)它就變成確定的了 而模糊性的不確定性 即使時(shí)間過 去了或者實(shí)際做了一次實(shí)驗(yàn) 它們?nèi)匀皇遣淮_定的 這主要是因?yàn)槭录旧?如 老年人 成績(jī)良好 等 是不確定的 具有模糊性 是由要領(lǐng)語言的模糊性產(chǎn)生的 概率論的產(chǎn) 生把數(shù)學(xué)應(yīng)用范圍從必然現(xiàn)象擴(kuò)大到偶然現(xiàn)象的領(lǐng)域 模糊數(shù)學(xué)的產(chǎn)生則把數(shù)學(xué)的應(yīng)用 范圍從精確現(xiàn)象擴(kuò)大到模糊現(xiàn)象的領(lǐng)域 概率論研究和處理隨機(jī)性 模糊數(shù)學(xué)則研究和 處理模糊性 節(jié)能型路燈照明智能控制系統(tǒng) 模糊數(shù)學(xué)不是讓數(shù)學(xué)變成模糊的東西 而是讓數(shù)學(xué)進(jìn)入模糊現(xiàn)象區(qū)域 在許多控制 和評(píng)估過程中 以及人腦對(duì)模糊事物進(jìn)行識(shí)別和判決時(shí) 模糊手段反而容易達(dá)到精確的 目的 模糊數(shù)學(xué)是一個(gè)新興的數(shù)學(xué)分支 由于它打破了傳統(tǒng)數(shù)學(xué)的束縛 即認(rèn)識(shí)到事物 非 此即彼 的清晰性形態(tài) 又認(rèn)識(shí)到事物 亦此亦彼 的過渡性形態(tài) 模糊數(shù)學(xué)從誕生至 今己經(jīng)有3 0 年多年的歷史 不僅積累了非常豐富的理論成果 而且其應(yīng)用幾乎涉及自然 科學(xué)與社會(huì)科學(xué)的各個(gè)領(lǐng)域 其實(shí)際應(yīng)用廣泛涉及到國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)領(lǐng)域和部門 特別 是近年來模糊理論又同神經(jīng)網(wǎng)絡(luò) 知識(shí)工程 遺傳算法以及可靠性理論等學(xué)科相互結(jié)合 形成了幾類具有廣闊前景的研究新領(lǐng)域 在處理復(fù)雜事物時(shí) 科學(xué)的方法應(yīng)當(dāng)是精確性和可行性綜合最優(yōu)的方法 任何一種 方法結(jié)果的精確性往往是以方法的復(fù)雜性為代價(jià)的 而且科學(xué)技術(shù)發(fā)展的實(shí)踐也證明 精確性和有意義性是有條件的和相對(duì)的統(tǒng)一 不一定越精確越好 因此模糊數(shù)學(xué)的適應(yīng) 而比傳統(tǒng)數(shù)學(xué)更廣泛 更具有生命力和滲透力 大大擴(kuò)展了數(shù)學(xué)的應(yīng)用范圍 從應(yīng)用方 面看 己經(jīng)在迅速分散 它己用于圖像識(shí)別 天氣預(yù)報(bào) 地質(zhì)地震 交通運(yùn)輸 輕工紡 織 醫(yī)療診斷 信息控制 系統(tǒng)工程 人工智能 自動(dòng)控制 企業(yè)考評(píng) 質(zhì)量評(píng)定 環(huán) 境評(píng)價(jià) 人才預(yù)測(cè)和規(guī)劃 教學(xué) 科研管理評(píng)估 圖書情報(bào)分類等多方面 它還滲透到 社會(huì)科學(xué)中的經(jīng)濟(jì)學(xué) 心理學(xué) 教育學(xué) 語言學(xué) 未來學(xué) 生態(tài)學(xué) 歷史學(xué) 法學(xué) 軍 文學(xué) 哲學(xué) 管理學(xué)等多種學(xué)科 并產(chǎn)生了一定的效果 2 模糊決策理論 決策是根據(jù)已有的信息做出各種可能的推測(cè) 判斷 并從中選 擇出最優(yōu)方案 多數(shù)決策都是在模糊目標(biāo) 模糊約束及模糊環(huán)境下進(jìn)行的 這樣的決策 稱為模糊決策 1 決策的定義 決策是人們?cè)诳茖W(xué) 技術(shù) 政治 軍事 經(jīng)濟(jì) 社會(huì)乃至日常生活中 無論是領(lǐng)導(dǎo) 者還是個(gè)人都普遍存在的一種行為 通俗地說 決策就是決定的意思 領(lǐng)導(dǎo)者在管理工 作中的主要職責(zé)是決策 決策的正確與否關(guān)系到國(guó)家的興亡 事業(yè)的成敗以至于個(gè)人的 命運(yùn) 由于企業(yè)管理者的失策 會(huì)使企業(yè)虧損甚至垮臺(tái) 由于教練的失策 會(huì)導(dǎo)致雖具 優(yōu) 1 4 沈陽工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文 勢(shì) 頌?zāi)?卻在比賽中敗北 在我們個(gè)人的日常生活中 早上起來后 穿什么衣服 諸如此類的許多瑣碎事情都 包含著決策過程 決策是為了達(dá)到特定的目標(biāo) 根據(jù)客觀條件及可能性 在己獲得的信息和取得經(jīng)驗(yàn) 的基礎(chǔ)上 采用一定的科學(xué)理論 技術(shù)與方法 對(duì)影響目標(biāo)的多種因素進(jìn)行分析 計(jì)算 和判斷 在至少兩種方案或多種方案中通過優(yōu)選給出最后的決定 關(guān)于決策還沒有統(tǒng)一的定義 美國(guó)著名科學(xué)家h a 西蒙認(rèn)為 管理就是決策 h 艾 伯斯認(rèn)為 決策有廣義和狹義之分 狹義的說 進(jìn)行決策是在幾種行為方案中做出選擇 廣義的說 決策還包括做出最后抉擇之間必需進(jìn)行的一切活動(dòng) 2 決策因素及其模糊性 決策是由人做出的 因此作為決策系統(tǒng)中的人是決策的主體 決策必須至少有一個(gè) 期望達(dá)到的目標(biāo) 必須至少有兩個(gè)可供選擇的可行方案 一種方案是具有有限個(gè)明確方 案 另一種是受約束條件限制 有不明確的方案 現(xiàn)考慮一個(gè)陰天的早上決策是否要帶雨傘的問題 結(jié)果無非是有雨或無雨 因此 有帶傘或不帶傘兩種選擇 做決策時(shí) 可以像對(duì)待以往相似天氣那樣簡(jiǎn)單處理 亦可像 來自氣象臺(tái)的大規(guī)模氣象分析那樣復(fù)雜 不管根據(jù)哪種信息 它們都帶有一定程度的不 確定性 模糊性 對(duì)于表現(xiàn)為隨機(jī)性的確定性 就要通過概率論加以研究 對(duì)于模糊性 的信息 就要用模糊數(shù)學(xué)加以研究 實(shí)際上我們面臨的多數(shù)決策都是在目標(biāo) 約束以及一系列行動(dòng)等沒有準(zhǔn)確的規(guī)定環(huán) 境下進(jìn)行的 它們都具有模糊特征 一切決策首先必須確定目標(biāo) 然而要精確的描述某 一目標(biāo)往往極為困難 因此需要研究具有普遍意義的模糊目標(biāo)問題 例如 提高服務(wù)質(zhì) 量 作為目標(biāo) 究竟在多大程度上達(dá)到了目標(biāo) 其評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)由決策者主觀確定 利用模 糊集合的隸屬函數(shù)利于評(píng)價(jià) 便于選出最佳方案 約束條件 在選擇方案中也有兩種 一種是嚴(yán)格的 絕對(duì)不允許含糊的約束 如 溫 度絕對(duì)不允許超過7 5 另一種則是彈性的 軟 約束 如住房附帶要求 交通方便 這樣的條件 就是模糊決策 節(jié)能型路燈照明智能控制系統(tǒng) 決策時(shí)可供選擇的方案稱策略 它是一個(gè)集合 對(duì)策略集合而言 不模糊的清晰的 約束條件規(guī)定了一個(gè)經(jīng)典子集 而模糊的或軟的約束 則對(duì)應(yīng)一個(gè)模糊子集 3 1 模糊決策的基本思想 在決策過程中 可供選擇的方案構(gòu)成了一個(gè)策略集合 該策略集合中蘊(yùn)含著要選定 的目標(biāo) 在需要決策時(shí) 各種環(huán)境條件往往存在著由隨機(jī)性和模糊性導(dǎo)致的多種不確定 因素 當(dāng)目標(biāo)清晰時(shí) 這對(duì)決策的策略集合由能達(dá)成目標(biāo)和不能達(dá)成目標(biāo)的兩個(gè)經(jīng)典子集 構(gòu)成 界域分明 能達(dá)成目標(biāo)的子集和能滿足約束條件的子集的交集 便是最佳策略集 這種思想 可以推廣用于解決具有模糊目標(biāo)和模糊約束的決策問題 模糊決策的數(shù)學(xué)基本思想是 設(shè)策略集j 缸 能滿足模糊目標(biāo)的策略集為g 滿 足模糊約束的策略集為c 他們均為j 的模糊子集 理想策略d 為g 與c 的交集 即 臚g n c 將隸屬函數(shù) 為最大值的理想策略稱為最大化策略d 表示為 d 缸o(hù) xl 盧d oo m a x d 3 1 因?yàn)槟：繕?biāo)和模糊約束對(duì)于決策的本質(zhì)作用是相同的 所以模糊目標(biāo)和模糊約束 都作為策略集x 上的模糊子集來處理 3 s j 4 隸屬函數(shù)的確定方法 對(duì)于如何建立隸屬函數(shù) 一開始就引起了模糊數(shù)學(xué)界的充分重視 國(guó)內(nèi)外的研究工 作者做了大量的工作 取得了一定的成績(jī) 目前已經(jīng)提出了不少的方法 由于這些方法 從不同的側(cè)面 根據(jù)不同的需要提出的 各又側(cè)重 因此不一一介紹 下面主要介紹一 下本次設(shè)計(jì)所用的方法即指派方法 所謂指派方法就是根據(jù)問題的性質(zhì)套用現(xiàn)成的某些形式的模糊分布 然后根據(jù)測(cè)量 的數(shù)據(jù)確立分布中包含的參數(shù) 總之 隸屬函數(shù)或隸屬度多由人們的評(píng)判做出 因而帶有或多或少的主觀性 為了 客觀 真實(shí)的反映隸屬度 減少誤差 就應(yīng)廣泛收集各有關(guān)人員的評(píng)估意見 并加以科 學(xué)的綜合 從實(shí)踐效果中進(jìn)行反饋 不斷校正自己的認(rèn)識(shí)以達(dá)到預(yù)定目標(biāo) 隸屬函數(shù)的 1 6 沈陽工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文 確定過程 在本質(zhì)上是客觀的 但也容許有一定的人為技巧評(píng)判隸屬函數(shù)是否符合實(shí)際 主要看它是否正確地反映了元素隸屬集合到不屬于集合這一交化過程的整體特性 而不 在于單個(gè)元素的隸屬度數(shù)值如何 3 4 2 模糊決策模型的建立 在本設(shè)計(jì)中 模糊目標(biāo)的策略集g 為降壓后的電壓對(duì)2 2 0 v 的隸屬函數(shù)心 模糊約 束策略集c 為每一個(gè)降壓區(qū)間段對(duì)某個(gè)降壓起點(diǎn)的隸屬函數(shù)心 我們以2 3 0 v 2 3 5 v 為例 其他區(qū)間段的分析方法與此相同 確定 和 1 乇的確定 2 3 0 v 作為一個(gè)降壓點(diǎn) 其降壓等級(jí)為l o v 若規(guī)定從2 3 0 v 到2 3 5 v 均按照1 0 v 降 壓 則在每一個(gè)整數(shù)電壓值處依次降壓1 0 v 得到電壓依次為2 2 0 v 2 2 l v 2 2 2 v 2 2 3 v 2 2 4 v 2 2 5 v 若以2 3 5 v 作為降壓點(diǎn) 其降壓等級(jí)為1 5 v 則從2 3 0 v 到2 3 5 v 之間的 整數(shù)電壓值經(jīng)降壓后的電壓值依次為2 1 5 v 2 1 6 v 2 1 7 v 2 1 8 v 2 1 9 v 2 2 0 v 由此 可畫出分別以1 0 v 和1 5 v 降壓后得到的電壓對(duì)2 2 0 v 的隸屬函數(shù)如圖3 3 所示 隸屬函數(shù)如下 比2 1 2 2 0 v o材 2 1 5 v 2 2 5 v 2 0 聲 2 1 5 v l 電2 0 v 3 2 甜 2 2 0 5 2 2 0 v 心2 5 v 其中 k 為降壓后的電壓對(duì)2 2 0 v 的隸屬函數(shù) 甜為市電電壓 1 7 節(jié)能型路燈照明智能控制系統(tǒng) 2 1 52 2 02 2 5 圖3 32 3 0 v 2 3 5 v 降壓后電壓對(duì)2 2 0 v 的隸屬函數(shù) f i 昏3 3m e i l l b e r s h i pf i l l 刪 o f m 矗i 倒2 3 0 v 2 3 5 vs u b m i tt o2 2 0 v 2 心的確定 2 3 0 v 2 3 5 v 電壓區(qū)間段對(duì)2 3 0 v 的隸屬函數(shù)如圖3 4 所示 圖3 42 3 0 v 2 3 5 v 電壓對(duì)2 3 0 v 的隸屬函數(shù) f j g 3 4m c m b 噶h i p 劬髓兩o f 2 3 0 v 2 3 5 v s u b f n i t1 02 3 0 v 隸屬函數(shù)如下 r 1甜 2 3 0 v 心 o 甜 2 3 5 v 3 3 一甜 2 3 5 5 2 3 0 v 凸z o 鬻黜甏咖 oj zl ju load j j 一 l j o z o8 l 山 e 寸口皇一o o卜n岔au oj 8 5 q n u o x k 節(jié)能型路燈照明智能控制系統(tǒng) l e 是鎖存控制器端口 它把加在a b c d 端的數(shù)據(jù)譯成段驅(qū)動(dòng)信號(hào) 經(jīng)限流 電阻送到數(shù)碼管的段控制線上 l e 為高電平時(shí) 驅(qū)動(dòng)信號(hào)被鎖存在c d 4 5 1 1 的輸出端 l e 為低電平時(shí) 信號(hào)被鎖存 由此實(shí)現(xiàn)靜態(tài)顯示 圖3 1 0 是一片c d 4 5 1 l 與l e d 的接口電路圖 圖3 1 0 c d l 4 5 1 l 與l e d 的接口電路 f i 舀3 1 0i l i 咖自 b e t w