神经网络智能控制系统设计研究

龙源期刊网 http://www.qikan.com.cn 神经网络智能控制系统设计研究 作者:张建春 王燕 来源:《硅谷》2015 年第 01 期 摘 要 神经网络系统的智能化设计,以微控制器核心板作为核心,将神经网络算法与操作 系统相结合,广泛用于数据采集和监控领域。文章将在了解神经网络智能控制系统总体设计思 路的基础上,分别从数据采集控制器设计和驱动程序设计两个方面,深入研讨神经网络智能控 制系统设计的具体方法。 关键词 神经网络;智能化;控制系统 中图分类号:TP183 文献标识码:A 文章编号:1671-7597(2015)01-0041-01 1 神经网络智能控制系统总体设计思路 神经网络智能控制系统功能的实现,需要在搭建系统平台的基础上,融入数据采集、多路 数字量输出控制、多路模拟量输出控制、WEB 服务器等模块,以此用户就可以在互联网环境 中,远程登录服务平台和观察采集的数据。其中系统电路形式表现为:PC 机—微控制器核心 板-多个 I/O 口—数据采集及控制器—多路传感器、多路数字量外设、多路模拟量外设。系统当 中,微控制器核心板所集成的处理器,包括神经网络模块和 WEB 服务器,而硬件功能的体 现,则体现为数据采集、数据量输出控制、模拟量输出控制,视为神经网络智能控制系统的三 大功能模块,数据采集模块通过片选控制传感器,将所采集的数据传输到处理器当中;数字量 输出控制模块通过控制数字量的输出,以维持锁存输出状态的平衡;模拟量输出控制模块通过 控制模拟量输出,同样具有维持锁存输出状态平衡的功能。按照以上的总体思路设计神经网络 智能控制系统,可一目了然系统设计的各种预期功能,并清楚看到各种功能实现的途径。 2 神经网络智能控制系统设计具体方法 1)数据采集控制器设计。 数据采集控制器包括数据采集模块、数字量输出控制模块和模拟量输出控制模块,这些模 块的设计方法如下。 ①数据采集模块。神经网络智能控制系统对数据采集功能要求比较高,尤其是在分辨率方 面,至少需要满足 14 位分辨率数据的采集。数据采集模块的开发,主要通过未加工技术,将 电容式聚合体元件与转换器、串行接口电路连接在同一个芯片之上,这样数据采集模块的响应 能力、抗干扰能力、稳定性等,均可得到提升。另外,数据采集模块中的校准系数,还需要以 程序的形式,贮存与内存当中,以便在检测和处理数据信号的时候,更为精准地调动校准系 统。目前常见的数据采集模块,需要多个线接口的接入,才能够维持模块正常运作,在此笔者 龙源期刊网 http://www.qikan.com.cn 认为应该在设计的过程中,同口线通信能力的兼容性要进一步提高,简化分布式传感器的应 用。 ②数字量输出控制模块。由于数据采集控制器使用串行总线,在设计数字量输出控制模块 的时候,应用移位寄存器,将 8 位的串行并出寄存其中,并且减少输出锁存的繁冗环节,即在 传送数据的时候,在输出线扣位置,加入具有锁存功能的输出,并且在编写驱动的时候,分别 使用数据选通引脚和锁存数据于输出引脚。 ③模拟量控制模块。该模块需要使用 D/A 转换芯片,这种芯片进行 8 路 D/A 的转换,转 换时间可缩短为 6 微妙,对于功能损耗的控制,可调整到最低状态。这种型式的模拟控制模块 适用于大规模集成神经网络智能控制系统的设计,主要是因为芯片产生热量非常小,有利于减 少系统运作时受到环境温度的干扰。设计时为减少芯片 I/O 口线的数量,S3C2410 的 I/O 可如 下分配:GPIP_B1 第一功能为串行总线的数据线;GPIP_B9 第一功能为串行总线的时钟线; GPIP_B0 第一功能为 CD4051 地址输入端 A3,第二功能经 74LS573 锁存后接 74LS164 的 CLEAR;GPIP_C6 第一功能为 CD4051 地址输入端 A2,第二功能经 74LS573 锁存后接数字量 控制模块的 74LS573 的 OE(G);GPIP_E14 第一功能为 CD4051 地址输入端 A1,第二功能 经 74LS573 锁存后接 AD5308 的 SYNC;GPIP_E15 第一功能为 CD4051 片选控制输入 INH, 第二功能为 I/O 复用控制芯片 74LS573 的 OE(G)。 2)驱动程序设计。 神经网络智能控制系统属于多层次操作系统,其驱动程序的设计,分为 2 个管理层次,即 “内核态”和“用户态”,前者对权限等级要求比较高,主要用于控制处理器中内存的映射和分 配,以及外设空间的访问和中断控制等,后者则强调系统运作时应用程序的正常运行,并通过 软件中断实现用户态与内核态之间的切换。 ①用户态与内核态的“分水岭”。驱动程序属于神经网络智能控制系统内核的组成部分,但 其应用程序在用户态,换句话说,驱动程序设计时,应该同步考虑用户态与内核态之间的独立 性、兼容性和关联性等,在将用户数据空间数据传递到内核态当中后,为用户态提供访问数据 地址的权利,期间就必须利用便利性的函数,保证内核态与用户态之间的顺利转换,便于访问 权限的检查。 ②驱动程序结构的分解。神经网络智能控制系统驱动程序结构,包括字符设备、块设备和 网络设备三个部分,其中字符设备和块设备,具有公开性访问的功能,为驱动程序同步实现 open、close、read、write 等操作功能。网络设备则相对比较特殊,既不能通过对应设备文件节 点访问,也不能通过操作功能访问,只能在 BSD UNIX 套接字机制的及基础上,进行数据的 传输。 ③设备文件与文件系统开发。以上驱动程序结构分解的基础上,字符设备与块设备通过文 件节点访问之后,系统将通过对应设备驱动程序的调用,将文件储存于系统目录内。其中设备 龙源期刊网 http://www.qikan.com.cn 文件的访问权限,局限于所有者和组建者,除了创建日期和文件属性之外,包括主设备号和次 设备号,均有详细标识具体类型。 3 结束语 文章通过研究,基本明确了神经网络智能控制系

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