Текст книги "Создаем робота-андроида своими руками"

Установка программного обеспечения

В процессе установки компонент CodeDesigner создает поддиректорию в директории Program Files и устанавливается туда. Ярлык CodeDesigner помещается в меню программ Windows.

Первая программа на PICBASIC PRO

Данная программа аналогична по функции программе wink.bas для PICBASIC, но текст ее имеет отличия. Запустите программу CodeDesigner (Lte) – см. рис. 6.18 – и введите следующий текст:

‘ Программа мигалка

‘ Попеременное мигание двух светодиодов, подключенных к порту В

Loop:

High PORTB.0 ‘Включить светодиод, подключенный к порту RB0

Low PORTB.1 ‘Выключить светодиод, подключенный к порту RB1

Pause 500 ‘Задержка Ѕ с

Low PORTB.0 ‘Выключить светодиод, подключенный к порту RB0

High PORTB.1 ‘Включить светодиод, подключенный к порту RB1

Pause 500 ‘Задержка Ѕ с

got Loop ‘Переход по метке Loop для непрекращающегося мигания светодиодов

Рис. 6.18. Программа PICBASIC Pro, написанная с помощью CodeDesigner

CodeDesigner по умолчанию создает выходной код под микроконтроллер PIC 16F84. Это тип микроконтроллера, с которого я рекомендовал бы начать. Для изменения типа устройства вызовите меню устройств и выберите в нем подходящий тип микроконтроллера.

Для компиляции программы необходимо выбрать команду компиляции в соответствующем меню или нажать клавишу F5. CodeDesigner автоматически загрузит компилятор PICPASIC Pro для осуществления компиляции. Перед началом компиляции необходимо выбрать соответствующие опции в меню компилятора. CodeDesigner «попросит» выбрать директорию, в которой находится программа PICBASIC Pro и директорию для сохранения исходного и компилированного файлов.

После завершения компиляции мы можем приступить к следующему этапу – загрузке программы в микроконтроллер с помощью программатора EPIC. Необходимо следовать порядку, изложенному ранее в инструкции для компилятора PICBASIC.

CodeDesigner и программатор EPIC

По желанию вы можете запрограммировать ИС также с помощью CodeDesigner. Выберите опцию «загрузить программатор» в меню программатора или нажмите F6. CodeDesigner автоматически запустит EPICWIN.exe под Windows.

Когда программа EPIC под Windows запущена, необходимо установить параметры конфигурации в меню опций:

• Device: Установите тип устройства. Поставьте опцию 16F84 (по умолчанию).

• Memory size (K): Устанавливает емкость ПЗУ. Поставьте 1.

• OSC: Установка типа осциллятора. Установите ХТ – кварцевый резонатор.

• Watchdog timer: Таймер режима ожидания. Установите On.

• Code protect: Защита кода. Установите Off.

• Power-up timer enable: таймер режима включения. Установите High.

После установки параметров конфигурации вставьте микроконтроллер PIC 16F84 в панельку платы программатора EPIC. В случае если CodeDesigner при запуске программы EPIC выдает ошибку «программатор EPIC не найден» (см. рис. 6.19), вы можете либо произвести диагностику программы, либо попробовать запустить EPIC в DOS моде. Инструкции по запуску матобеспечения EPIC под DOS приведены в разделе описания PICBASIC. Схема тестового устройства аналогична схеме для компилятора PICBASIC.

Рис. 6.19. Запуск программы EPIC из CodeDesigner

Мигание

Включите питание схемы. Светодиоды, подключенные к микроконтроллеру, будут попеременно включаться и выключаться.

Движемся дальше – приложения использования микроконтроллера

Сейчас настало время продемонстрировать вам, как используются микроконтроллеры в различных схемах. Вы уже обладаете начальным опытом программирования микроконтроллера 15F84. В этой главе приведены некоторые основные функции использования микроконтроллеров в различных устройствах. Эти функции повсеместно реализуются в микроконтроллерах, используемых в различных схемах и разработках.

Для начала посмотрим, как микроконтроллер может определить замыкание цепи. Для этой цели могут быть использованы любые из 13 шин ввод/вывод, которые работают в логике TTL. Для определения замыкания мы будем использовать эти логические уровни в соединении с выключателями (см. рис. 6.20).

Выключатели низкого уровня

На рис. 6.20 выключатель с меткой А выдает на шину ввода/вывода сигнал высокого логического уровня до момента замыкания. После замыкания шина «садится» на землю, т. е. получает сигнал низкого уровня. Когда микроконтроллер получает сигнал замыкания, он может произвести ряд операций или функций управления. В нашем случае замыкание контакта выключателя вызовет мигание светодиода. Понятно, что светодиод может быть заменен транзистором, преобразователем, электронной схемой или другим микроконтроллером или компьютером.

Рис. 6.20. Переключатели логических уровней

Программа на PICBASIC имеет следующий вид:

‘PICBASIC компилятор

‘REM проверка выключателя низкого уровня

‘ Инициализация переменных

input 4 ‘Назначить шину PB4 для определения состояния выключателя

start:

if pin4 = 0 then blink ‘Если выключатель выдает низкий уровень – све

тодиод мигает

goto start ‘Если нет – проверить состояние выключателя

blink: ‘Процедура мигание

high 0 ‘Высокий уровень на шине RB0 для зажигания светодиода

pause 250 ‘Задержка ј с

low 0 ‘Низкий уровень на шине RB0 для гашения светодиода

pause 250 ‘Задержка ј с

goto start ‘Проверка состояния выключателя

Программу на PICBASIC Pro можно составить следующим образом:

‘REM BASIC Pro компилятор

‘Rem проверка выключателя низкого уровня

input portb.4 ‘Назначить шину PB4 для определения состояния выключателя

start:

if port.b = 0 then blink ‘Если выключатель выдает низкий уровень – све

тодиод мигает

goto start ‘Если нет – проверить состояние выключателя

blink: ‘Процедура мигание

high 0 ‘Высокий уровень на шине RB0 для зажигания светодиода

pause 250 ‘Задержка ј с

low 0 ‘Низкий уровень на шине RB0 для гашения светодиода

pause 250 ‘Задержка ј с

goto start ‘Проверка состояния выключателя

Схема устройства для выключателя низкого уровня приведена на рис. 6.21. Выключатель соединен с шиной ввода/вывода, помеченной RB4. Светодиод соединен с шиной RB0 через ограничительный резистор 470 Ом.

Рис. 6.21. Схема ключа низкого уровня

Выключатели высокого уровня

Программы и схемные решения для данного случая комплементарны предыдущему примеру. Посмотрим снова на рис. 6.20 – вариант В. Если переключатель с меткой В находится в положении «выключено», то шина выхода имеет низкий логический уровень. При замыкании переключателя на шину поступает сигнал высокого логического уровня.

Программа на PICBASIC имеет следующий вид:

‘PICBASIC компилятор

‘REM проверка выключателя высокого уровня

‘ Инициализация переменных

input 4 ‘Назначить шину PB4 для определения состояния выключателя

start:

if pin4 = 1 then blink ‘Если выключатель выдает высокий уровень – све

тодиод мигает

goto start ‘Если нет – проверить состояние выключателя

blink: ‘Процедура мигание

high 0 ‘Высокий уровень на шине RB0 для зажигания светодиода

pause 250 ‘Задержка ј с

low 0 ‘Низкий уровень на шине RB0 для гашения светодиода

pause 250 ‘Задержка ј с

goto start ‘Проверка состояния выключателя

Программу на PICBASIC Pro можно составить следующим образом:

‘REM BASIC Pro компилятор

‘Rem проверка выключателя высокого уровня

input portb.4 ‘Назначить шину PB4 для определения состояния выключателя

start:

if port.b = 0 then blink ‘Если выключатель выдает высокий уровень —

светодиод мигает

goto start ‘Если нет – проверить состояние выключателя

blink: ‘Процедура мигание

high 0 ‘Высокий уровень на шине RB0 для зажигания светодиода

pause 250 ‘Задержка ј с

low 0 ‘Низкий уровень на шине RB0 для гашения светодиода

pause 250 ‘Задержка ј с

goto start ‘Проверка состояния выключателя

Схема устройства для выключателя высокого уровня показана на рис. 6.22. Выключатель соединен с шиной ввода/вывода, обозначенной RB4. Светодиод подключен к шине RB0 через ограничительный резистор 470 Ом.

Рис. 6.22. Схема ключа высокого уровня

Считывание данных компаратора

Микроконтроллер может также считывать данные логических уровней с других микроконтроллеров, схем и ИС. В качестве примера рассмотрим схему на рис. 6.23. В этой схеме микроконтроллер считывает данные выхода компаратора. Выход компаратора LM339 построен по схеме NPN транзистора, поэтому для создания сигнала высокого уровня необходимо использовать резистор смещения. Микроконтроллер считывает данные выхода компаратора аналогично алгоритму выключателя низкого уровня.

Рис. 6.23. Схема чтения компаратора

Считывание данных резистивных датчиков

Микроконтроллер может непосредственно считывать данные резистивных датчиков в диапазоне от 5 до 50 кОм. К микроконтроллеру может быть подсоединен резистивный датчик любого типа: фоторезистор (элемент на основе сульфида кадмия CdS), термистор с положительным или отрицательным ТК, датчик наличия ядовитого газа, датчик изгиба или влажности. Микроконтроллер измеряет сопротивления по времени разряда конденсатора в RC цепочке (см. рис. 6.24).

Рис. 6.24. Схема команды РОТ

Командой для чтения данных резистивного датчика является:

Pot pin, scale, var

Pot представляет собой имя команды, а pin – номер шины, к которой подключен датчик. Переменная scale используется для задания времени RC цепочки. При большом времени RC цепочки значение scale должно быть низким, а для малого времени RC цепочки scale должно быть установлено на максимальное значение, составляющее 225. Если значение scale установлено правильно, то значение переменной var будет близким к нулю при минимальном сопротивлении и достигать 225 – при максимальном.

Значение переменной scale может быть определено экспериментально. Для того чтобы найти подходящее значение scale, необходимо определить максимальное рабочее сопротивление датчика и считать показания var при установке параметра scale равным 225. При этом условии значение переменной var будет представлять собой хорошее приближение значения scale.

Основная схема изображена на рис. 6.25. Для имитации резистивного датчика в схему включен переменный резистор 50 кОм. При изменении сопротивления переменного резистора в зависимости от значения переменной В0 будет загораться один из двух светодиодов. Если значение сопротивления превысит 125 – загорится светодиод 1, в противном случае будет гореть светодиод 2.

Рис. 6.25. Схема команды РОТ

Программа на PICBASIC имеет следующий вид:

‘Компилятор PICBASIC ** считывание данных резистивных датчиков **

‘Тест　программа для фотосопротивлений

‘Установка

start:

pot 2,255,b0 ‘Считать показания датчика на шине RB2

if b0 > 125 then l1 ‘Если значение больше 100, включить светодиод 1

if b0 <= 125 then l2 ‘Если значение меньше 100, включить светодиод 2

l1: ‘Процедура включения светодиода 1

high 0 ‘Включить светодиод 1

low 1 ‘Выключить светодиод 2

goto start ‘Повторение

l2: Процедура включения светодиода 2

high 1 ‘Включить светодиод 2

low 0 ‘Выключить светодиод 1

goto start ‘Повторение

Программу для компилятора PICBASIC Pro можно составить следующим образом:

‘Компилятор PICBASIC Pro ** считывание данных резистивных датчиков **

‘Тест　программа для фотосопротивлений

‘Установка

output portb.0 ‘Установка шины RB0 как выходной

output portb.1 ‘Установка шины RB1 как выходной

b0 var byte

start:

portb.2,255,b0 ‘Считать показания датчика на шине RB2

if b0 > 125 then l1 ‘Если значение больше 100, включить светодиод 1

if b0 <= 125 then l2 ‘Если значение меньше 100, включить светодиод 2

l1: ‘Процедура включения светодиода 1

high 0 ‘Включить светодиод 1

low 1 ‘Выключить светодиод 2

goto start ‘Повторение

l2: Процедура включения светодиода 2

high 1 ‘Включить светодиод 2

low 0 ‘Выключить светодиод 1

goto start ‘Повторение

Можно сделать демонстрацию более интересной, заменив переменное сопротивление фоторезистором на основе CdS. При правильном подборе резистора, темновое сопротивление которого составляет от 50 до 100 кОм и сопротивление светового насыщения порядка 10 кОм или ниже, при закрывании резистора или в темноте будет зажигаться светодиод 1. На ярком свете будет гореть светодиод 2.

Возможен последовательный вывод численного значения переменной pot на ЖК дисплей, соединенный с микроконтроллером через последовательный порт, или в ПК через последовательный порт RS232. Для организации последовательного порта необходима команда:

Serout Pin, Mode, Var

Сейчас мы не будем рассматривать соединение через последовательный порт; важно то, что вы получили об этом представление.

Сервомоторы

Сервомоторы представляют собой двигатели постоянного тока с редуктором, снабженные системой обратной связи, которая позволяет позиционировать положение ротора сервомотора с высокой точностью. Вал большинства сервомоторов для любительского конструирования может быть позиционирован в интервале поворота не менее 90° (±45°). Сервомотор имеет три вывода. Два вывода подключаются к источнику питания, как правило, от 4,5 до 6 В и к земляному проводу. По третьему проводу подается сигнал обратной связи, позиционирующий ротор мотора. Сигнал позиционирования представляет собой цепочку импульсов переменной длительности. Обычно длительность импульсов варьирует в интервале от 1 до 2 мс. Своей длительностью импульсы управляют положением вала сервомотора.

Команда pulsout генерирует на заданной шине импульс заданной длительности с шагом 10 мкс. Таким образом, команда pulseout 1, 150 будет выдавать импульсы длиной 1,5 мс на шине 1. Импульс длиной 1,5 мс повернет вал сервомотора в среднее положение.

Программа качания сервомотора

Демонстрационная программа будет качать вал сервомотора из левого положения в правое и обратно аналогично качанию параболической антенны радара. Схема устройства приведена на рис. 6.26.

Рис. 6.26. Схема включения сервомотора

Ниже приведена программа для компилятора PICBASIC:

‘Программа качания сервомотора

‘Компилятор PICBASIC

‘Программа осуществляет качание из левого положения в правое и обратно

b0 = 100 ‘Инициализация левого положения

sweep: ‘Процедура прямого прохода

pulsout 0,b0 ‘Посылка импульса в сервомотор

pause 18 ‘Ожидание 18 мс (от 50 до 60 Гц)

b0 = b0 + 1 ‘Увеличение длины импульса

if b0 > 200 then sweepback ‘Конец прямого хода?

goto sweep ‘Нет, продолжение прямого прохода

sweepback: ‘Процедура обратного прохода

b0 = b0 – 1 ‘Уменьшение длины импульса

pulsout 0,b0 ‘Посылка импульса в сервомотор

pause 18 ‘Ожидание 18 мс (от 50 до 60 Гц)

if b0 < 100 then sweep ‘Конец обратного хода?

goto sweepback ‘Нет

Программа для компилятора PICBASIC Pro:

‘Программа качания сервомотора

‘Компилятор PICBASIC Pro

‘Программа осуществляет качание из левого положения в правое и обратно

b0 var byte

b0 = 100 ‘Инициализация левого положения

sweep: ‘Процедура прямого прохода

pulsout portb.0,b0 ‘Посылка импульса в сервомотор

pause 18 ‘Ожидание 18 мс (от 50 до 60 Гц)

b0 = b0 + 1 ‘Увеличение длины импульса

if b0 > 200 then sweepback ‘Конец прямого хода?

goto sweep ‘Нет, продолжение прямого прохода

sweepback: ‘Процедура обратного прохода

b0 = b0 – 1 ‘Уменьшение длины импульса

pulsout portb.0,b0 ‘Посылка импульса в сервомотор

pause 18 ‘Ожидание 18 мс (от 50 до 60 Гц)

if b0 < 100 then sweep ‘Конец обратного хода?

goto sweepback ‘Нет

Нечеткая логика и нейронные датчики

При интерпретации данных сенсорных датчиков можно воспользоваться некоторыми интересными возможностями. С помощью микроконтроллера мы можем имитировать работу нейронных сетей и/или устройств с нечеткой логикой.

Нечеткая логика

Первые работы по нечеткой логике были опубликованы в 1965 году профессором Калифорнийского университета в Беркли Лотфи Заде. С самого начала принципы нечеткой логики как усиленно рекламировались, так и подвергались критике.

В сущности нечеткая логика пытается имитировать подход человека к определению групп и классов явлений. Определение «нечеткости» можно пояснить некоторыми примерами. Например, на основе какого критерия теплый солнечный день может быть определен, не как «теплый», но как жаркий и кем? Основанием, на котором кто-то определяет теплый день как жаркий, может служить персональное ощущение тепла, которое в свою очередь зависит от его или ее окружения (см. рис. 6.27).

Рис. 6.27. Изменение температуры от теплой до жаркой: плавно или скачком

Не существует универсального термометра, который «утверждает», что 26,9 С° это тепло, а 27 С° уже жарко. Если рассмотреть этот пример шире, то люди, населяющие Аляску, будут иметь иной интервал температур для «теплых дней» в сравнении с жителями Нью-Йорка, и оба эти значения будут отличаться от соответствующих значений для жителей Флориды. При этом еще не нужно забывать о временах года. Теплый зимний день отличается по температуре от летнего. Все сводится к тому, что основой классификации (например, понятия «теплый день») может служить интервал температур, определенных мнением группы людей. Дальнейшая классификация может быть проведена сравнением мнений различных групп людей.

Для любой температуры мы можем найти группу, в температурный интервал которой она попадает. В некоторых случаях температура может попасть в две пересекающиеся группы. Четкая принадлежность к группе может быть определена по отклонению значения от среднего по группе.

Идея групповой или интервальной классификации может быть расширена на многие другие вещи, такие как ориентирование, скорость или рост. Давайте используем понятие роста для еще одного примера. Если мы построим график роста 1000 людей, его форма будет напоминать первую кривую на рис. 6.28. Мы можем использовать этот график для формирования групп людей маленького, среднего и высокого роста. Если мы применим жесткое решающее правило считать всех ниже 170 см людьми низкого роста и всех выше 180 людьми высокого роста, то график примет форму 2 на рис. 6.28. Такое правило считает рост 178 см «средним», хотя в действительности человек такого роста находится ближе к группе «высоких» (от 180 см и выше).

Рис. 6.28. Группировка людей по росту на основании различных правил

Вместо правил жесткой «быстрой» логики, обычно используемой в компьютерах, человек, как правило, использует более «мягкую», неточную логику или нечеткую логику. Для введения нечеткой логики в компьютер мы определим сами группы и степень принадлежности к группе. Таким образом, человек ростом 178 см почти не будет принадлежать группе людей среднего роста (слабое присутствие) и уверенно принадлежать группе высокого роста (сильное присутствие).

Нечеткая логика представляет собой альтернативу оцифрованному графику, представленному под номером 3 на рис. 6.28. График, оцифрованный с высоким разрешением, позволяет измерять рост с такой же точностью. Какова причина применения нечеткой логики вместо использования оцифрованной модели? Дело в том, что методы нечеткой логики требуют более простых форм математического обеспечения и функций научения.

Для моделирования нечеткой логики в PIC микроконтроллере для групп необходимо создать численные интервалы значений. Этим мы займемся в следующем проекте.

Устройство нечеткой логики – система слежения за направлением источника света

Сейчас мы приступим к изготовлению устройства – системы слежения за направлением источника света, использующего принцип нечеткой логики. Система отслеживает направление на источник света, применяя нечеткую логику.

Для конструкции системы слежения нам потребуются два CdS фотоэлемента, которые представляют собой светочувствительные резистивные датчики (см. рис. 6.29). Сопротивление такого элемента изменяется пропорционально интенсивности светового потока, падающего на чувствительную поверхность фотоэлемента. В условиях темноты элемент имеет наибольшее сопротивление.

Рис. 6.29. Электрические характеристики CdS фотоэлемента

В продаже имеется много различных типов CdS фотоэлементов. Выбор подходящего элемента основывается на темновом сопротивлении элемента и сопротивлении светового насыщения. Термин «сопротивление светового насыщения» означает минимальное сопротивление элемента, которое перестает уменьшаться при повышении уровня освещенности, т. е. становится насыщенным. Я использую CdS фотоэлементы, имеющие темновое сопротивление порядка 100 кОм и сопротивление светового насыщения порядка 500 Ом. При средних условиях освещенности сопротивление варьирует в пределах 2,5-10 кОм.

Для проекта потребуется два CdS фотоэлемента. Необходимо проверить каждый элемент по отдельности, поскольку внутри элементов одного типа наблюдается разброс параметров, что потребует изменения коэффициента шкалирования. Для команды pot я использовал емкость 0,022 мкФ и параметр множителя шкалы 225.

Принципиальная схема устройства изображена на рис. 6.30. CdS фотоэлементы подключены к шине порта В (физические номера выводов 8 и 9).

Рис. 6.30. Схема системы слежения за источником света

Фотоэлементы закреплены на небольшой пластине из пластика или дерева (см. рис. 6.31). Для выводов фотоэлементов в пластине просверлены небольшие отверстия. С обратной стороны к выводам подпаяны проводники, соединенные с выводами PIC микроконтроллера.

Рис. 6.31. Конструкция блока датчиков

Для закрепления вала редуктора двигателя просверлено отверстие от 2,4 мм до 3 мм. Вал редуктора пропущен через отверстие в блоке датчиков и закреплен клеем (см. рис. 6.32).

Рис. 6.32. Фотография блока датчиков, закрепленных на редукторе двигателя

Работа системы слежения показана на рис. 6.33. При одинаковом освещении обоих датчиков, их соответствующие сопротивления примерно одинаковы. В пределах ±10 единиц PIC программа считает их одинаковыми и не включает устройство поворота. Иными словами, образуется группа «одинаковости» с размахом 20 единиц. Подобная группа и есть группа нечеткой логики.

Рис. 6.33. Работа блока датчиков в зависимости от направления на источник света

Когда один из датчиков попадает в зону тени, т. е. разность показаний датчиков превышает диапазон 20 единиц, PIC микроконтроллер запускает двигатель, поворачивающий блок сенсоров в сторону источника света (т. е. равной освещенности датчиков).

Управление двигателем постоянного тока

Для поворота блока датчиков в сторону источника света устройство использует двигатель постоянного тока с редуктором (см. рис. 6.34). Коэффициент замедления редуктора 4000:1. Вал редуктора имеет скорость примерно 1 оборот в минуту. При повторении конструкции для поворота блока датчиков рекомендуется использовать двигатель с редуктором, имеющим подобные характеристики.

Рис. 6.34. Фотография конструкции устройства слежения в сборе

Блок датчиков прикреплен (приклеен) к валу редуктора двигателя. Двигатель через редуктор может поворачивать блок по часовой стрелке или против часовой стрелки в зависимости от направления тока, протекающего через двигатель.

Для обеспечения реверсирования направления вращения двигателя необходимо устройство, обеспечивающее протекание тока в обоих направлениях. Для этой цели мы используем мостовую схему. В мостовой схеме используются четыре транзистора (см. рис. 6.35). Рассмотрим каждый транзистор как простой ключ, как показано в верхней части рисунка. Схема названа мостовой, поскольку транзисторы (ключи) включены нее в виде моста.

Рис. 6.35. Работа мостовой схемы и ее устройство

При замыкании ключей SW1 и SW4 двигатель вращается в одном направлении. При замыкании ключей SW2 и SW3 двигатель вращается в противоположном направлении. Если ключи разомкнуты, то происходит остановка двигателя.

Управление мостом осуществляется с помощью PIC микропроцессора. Мостовая схемы включает в себя четыре NPN транзистора типа 120 Darlington, четыре диода типа 1N514 и два резистора 10 кОм 0,25 Вт. Вывод 0 подключен к транзисторам Q1 и Q4. Вывод 1 подключен к транзисторам Q2 и Q3. Сигналами на выводах 0 и 1 открываются соответствующие транзисторы и двигатель вращается по или против часовой стрелки соответственно данным блока датчиков. Обратите внимание на правильность подключения резисторов 10 кОм, в противном случае схема не будет работать.

Транзисторы TIP 120 Darlington изображены на схеме как обычные NPN транзисторы. Во многих схемах моста в «верхней» части используются транзисторы PNP проводимости. Сопротивление PNP транзисторов немного выше. Таким образом, если мы используем только NPN транзисторы, то КПД устройства несколько увеличится.

Диоды

Для предотвращения выбросов напряжения, которые могут привести к сбросу или зависанию PIC микропроцессора, используются защитные диоды, включенные между эмиттером и коллектором каждого транзистора (от Q1 до Q4). Эти диоды гасят всплески напряжения, возникающие при включении и выключении обмоток двигателя.

Программа на PICBASIC имеет следующий вид:

‘Программа нечеткой логики для системы слежения

start:

low 0 ‘Низкий уровень шины 0

low 1 ‘Низкий уровень шины 1

pot 2,255,b0 ‘Чтения показаний фотоэлемента 1

pot 3,255,b1 ‘Чтение показаний фотоэлемента 2

if b0 = b1 then start ‘Если показания равны, то ничего не делать

if b0 > b1 then greater ‘Если больше, то насколько

if b0 < b1 then lesser ‘Если меньше, то насколько

greater: ‘Процедура больше

b2 = b0 – b1 ‘Определение разницы показаний

if b2 > 10 then cw ‘Внутри границ? Если нет, перейти на cw

goto start: ‘Если внутри границ, измерять снова

lesser: ‘Процедура меньше

b2 = b1 – b0 ‘Определение разницы показаний

if b2 > 10 then ccw ‘Внутри границ? Если нет, перейти на ccw

goto start: ‘Если внутри границ, измерять снова

cw: ‘Поворот блока по часовой стрелке

high 0 ‘Включить мост

pause 100 ‘Вращение 0,1 с

goto start ‘Новая проверка

сcw: ‘Поворот блока против часовой стрелки

high 1 ‘Включить мост

pause 100 ‘Вращение 0,1 с

goto start: ‘Новая проверка

Работа устройства

При работе система слежения поворачивается вслед за перемещением источника света. Если оба CdS фотоэлемента освещены примерно одинаково, то поворота не происходит. Для проверки работы устройства закройте пальцем один из CdS датчиков. Это должно вызвать включение двигателя и поворот вала редуктора.

Если вал вращается в направлении, противоположном заданному, то поменяйте либо входные проводники датчиков, либо выходные проводники управления мостовой схемой, но не обе операции одновременно.

Выход, не использующий нечеткую логику

Устройство системы слежения с нечеткой логикой имеет двоичный выход. Двигатель может находиться в трех состояниях: выключено и вращение по и против часовой стрелки. Во многих случаях требуется плавное (градуальное) изменение выходного сигнала. Допустим, вы проектируете устройство управления двигателем лифта. Необходимым условием в данном случае будет постепенное, а не резкое ускорение или остановка лифта (двигатель не должен просто включаться и выключаться).

Возможно ли подобное изменение схемы нашего устройства? Да, конечно. Вместо простого включения двигателя, мы можем запитывать его сигналом ШИМ, который управляет скоростью его вращения.

В идеале скорость вращения двигателя должна быть пропорциональна разнице показаний (сопротивлений) двух CdS датчиков. Большая разница будет приводить к большей скорости вращения. По мере вращения датчика и приближения его к положению равновесия скорость вращения двигателя будет динамически изменяться.

Такая программа управления выходом может быть иллюстрирована графиками, разбиениями на группы и принадлежностью к группе в терминах нечеткой логики. В данном случае использование подобной программы для системы слежения является избыточным.

В целях эксперимента вы можете использовать команды pulsout и pwm для управления скоростью вращения двигателя.

Нейронные датчики (логика)

При помощи простой программы мы можем превратить датчики нечеткой логики (CdS фотоэлементы) в нейронные датчики. Нейронные сети представляют собой обширную область, мы же ограничимся одним небольшим примером. Для тех, кто решил углубленно изучить строение нейронных сетей, я рекомендую собственную книгу Understanding Neural Networks (Prompt, Indianapolis, 1998, ISBN 0-7906-1115-5).

Для создания нейронного датчика мы возьмем численные значения каждого датчика, умножим их на соответствующие весовые коэффициенты и суммируем результирующие величины. Полученный результат затем будет сравниваться со значением трехуровневого порогового значения (см. рис. 6.36).

Рис. 6.36. Схема трехуровневого нейрона

Наша небольшая программа и датчики могут выполнять все функции, присущие нейронной сети. Более того, введение многоуровневых пороговых значений является нашей оригинальной разработкой. Существуют ли многопороговые системы в природе (биологические системы)? Да, несомненно. Зуд или чесотка представляет собой очень незначительную по уровню боль, а жжение может ощущаться как жары, так и от действия холода.

Многоуровневые пороговые значения

Как правило, отдельные нейроны нейронной сети имеют единственный порог (положительный или отрицательный). Если значение превышает пороговое, то нейрон активируется. В нашем случае выходной сигнал сравнивается с несколькими пороговыми значениями и попадает, таким образом, в соответствующую группу.

Вместо того чтобы рассматривать группы выхода как диапазоны численных значений, воспользуемся геометрической интерпретацией. Рассмотрим группы как группы круга, квадрата и треугольника соответственно. При накоплении значения «на нейроне» его выходом будет служить геометрическая форма, а не численное значение. Выходные нейроны (светодиоды) могут быть собраны в матрицы соответствующей формы. При попадании сигнала в определенную группу загорается соответствующая матрица.

В нашем случае каждый из уровней выхода нейрона мы будем относить к трем группам характерного «поведения»: спячке, охоте и кормлению, которые отражают основные типы поведения «выживания» для робота «охотника за светом». Выбор типа «поведения» основывается на текущем уровне освещенности. При низком уровне освещенности робот-охотник прекращает охоту и поиски пищи (света). Включается режим сна или спячки. При средних уровнях освещенности робот «охотится» и выискивает места с наибольшим уровнем света. При высоких уровнях освещенности «охотник» останавливается и «питается», подзаряжая солнечные батареи.

В этой главе мы не будем изготовлять полную модель робота-охотника, лишь ограничимся использованием светодиодов как индикаторов типа соответствующего поведения (см. рис. 6.37). Можно обозначить светодиоды как «спячка», «охота» и «питание». Каждый из светодиодов зажигается в зависимости от интенсивности светового потока, принимаемого CdS фотоэлементами.

Рис. 6.37. Схема основной нейронной цепочки

Программа на PICBASIC имеет следующий вид:

‘Демонстрация работы нейрона

‘Установка параметров

low 0 ‘Светодиод 1 «спячка» выключен

low 1 ‘Светодиод 2 «охота» выключен

low 2 ‘Светодиод 3 «питание» выключен