在线智能控制大闯关说明及自学手册基础篇.docx

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在线智能控制大闯关说明及自学手册基础篇

在线智能控制大闯关

注册说明及学习手册

设计单位：

北京市宣武青少年科技馆

2011年9月

一、注册及闯关说明

（一）注册方法

1．进入“在线智能控制大闯关”网站

打开IE浏览器，在地址栏输入按回车进入

2.点击右下角的“免费注册”按钮进入注册界面

3.按照要求输入各项信息后点击“立即注册”

注意事项：

1、“登陆名”、“密码”、“确认密码”自行设定，须牢记，无法重新获取。

登录名已用，应更换登录名注册。

密码和确认密码要一致。

2、“家长手机”须为有效号码，能够随时联系。

3、“真实姓名”须填写本人在校学籍用名。

4、“所在学校”要填写学校全称，与校牌一致。

5、全部注册信息须真实有效，同时不得空缺，注册错误影响参赛资格。

注册结束后无法立即登陆，请大家于2011年10月18日17：

00后进入本网站查看在线智能控制大闯关场次表。

2011年10月20后根据场次安排登陆闯关。

（二）闯关办法

1.进入“在线智能控制大闯关”网站，输入注册时的用户名和密码并点击立即登陆进入闯关系统。

2.用鼠标单击“我可参加的闯关”分栏，进入“闯关选择界面”。

3.用鼠标单击“在线智能控制大闯关”分栏，进入确认闯关界面。

4.用鼠标单击“开始闯关”按钮，正式开始闯关。

5.按题目顺序一一作答，确认闯关结束后单击“全部答完，提交”

二、自学手册（基础篇）

（一）智能控制常识

1、智能控制简介

智能控制（intelligentcontrols）在无人干预的情况下能自主地驱动智能机器实现控制目标的自动控制技术。

智能控制技术是多学科交叉的学科，其中涉及计算机程序设计、传感器技术、电子技术、机械技术等多个领域。

目前很多智能家用电器都使用单片机系统作为核心控制装置，而一些对于可靠性要求较高的工业智能化设备使用PLC作为控制核心。

智能控制给人们生活带来诸多便利的服务，如智能家居应用、医疗应用、智能交通应用、教育应用、智能信息应用、智能家电应用等。

智能家电就是微处理器技术引入家电设备后形成的家电产品，具有自动监测自身故障、自动测量、自动控制的家电设备，例如电冰箱、洗衣机、微波炉就是典型的智能家电，其中洗衣机具备定时洗衣功能，定时可以采取机械定时器、电容充放电延时、单片机程控延时等方式实现。

2、单片机简介

单片机全称为单片微型计算机。

单片机是典型的嵌入式微控制器（MicrocontrollerUnit），常用缩写MCU表示单片机。

单片机由芯片内仅有CPU的专用处理器发展而来。

最早的设计理念是通过将大量外围设备和CPU集成在一个芯片中，使计算机系统更小，更容易集成进复杂的而对体积要求严格的控制设备当中。

早期的单片机是8位或4位的，其中的“8位”是指处理器一次可以运行8位数据，即数据总线的宽度。

最成功的8位单片机是INTEL的8031，此后在8031上发展出了MCS51系列单片机系统（俗称51单片机）。

单片机是一种集成在电路芯片，是采用超大规模集成电路技术把具有数据处理能力的中央处理器CPU、随机存储器RAM、只读存储器ROM、多种I/O口和中断系统、定时器/计时器等功能（可能还包括显示驱动电路、脉宽调制电路、模拟多路转换器、A/D转换器等电路）集成到一块硅片上，构成的一个小而完善的计算机系统。

单片机的CPU由运算器、控制器组成。

运算器的主要功能是完成算数运算、位运算和逻辑运算。

控制器主要负责发出各个操作的控制信号。

我们在实验过程中，会接触到不同种类的单片机，经常会听到“封装”一词，封装是指芯片用的外壳，它不仅起着安装、固定、密封、保护芯片及增强电热性能等方面的作用，而且还通过芯片上的接点用导线连接到封装外壳的引脚上，这些引脚又通过印刷电路板上的导线与其他器件相连接，从而实现内部芯片与外部电路的连接。

芯片的封装形式很多，常见的封装型号有：

DIP（双列直插）

SOP（小外型封装）

QFN（四侧无引脚扁平封装）

3、可编程逻辑控制器

可编程逻辑控制器的缩写为PLC，是一种数字运算操作的核心控制系统，专为在工业环境应用而设计的。

它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算，顺序控制，定时，计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。

是工业控制的核心部分。

4、嵌入式系统

嵌入式系统以应用为中心、以计算机技术为基础、软件硬件可裁剪、适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗严格要求的专用计算机系统。

（二）智能控制中的传感器

1．传感器简介

（1）传感器是什么

传感器是一种能感受规定的被测量，按照一定的规律转换成可用信号的器件或装置，通常由敏感元件和转换元件组成。

传感器是一种检测装置，能感受到被测量的信息，并能将检测感受到的信息，按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。

它是实现自动检测和自动控制的首要环节。

（2）传感器的功能

常将传感器的功能与人类5大感觉器官相比拟：

光敏传感器——视觉（眼镜）声敏传感器——听觉（耳朵）

气敏传感器——嗅觉（鼻子）化学传感器——味觉（舌头）

压敏、温敏、流体传感器——触觉（皮肤）

（3）传感器的分类

根据传感器工作原理，可分为物理传感器和化学传感器二大类。

物理传感器应用的是物理效应，诸如压电效应，磁场导致伸缩现象，离化、极化、热电、光电、磁电等效应。

被测信号量的微小变化都将转换成电信号。

化学传感器包括那些以化学吸附、电化学反应等现象为因果关系的传感器，被测信号量的微小变化也将转换成电信号。

有些传感器既不能划分到物理类，也不能划分为化学类。

2.常见传感器

（1）红外传感器是一种测量红外线的器件。

很多商场的自动开关门、自动人体感应灯通过红外传感器检测人体发出的红外线，从而自动控制相应装置的开或关。

（2）超声波传感器是利用超声波的特性研制而成的传感器。

人们能听到声音是由于物体振动产生的，它的频率在20HZ-20KHZ，超过20KHZ称为超声波。

常用的超声波频率为几十KHZ-几十MHZ。

超声波传感器的典型应用是测距，其原理为发射装置发出超声波，根据接收器接到反射回超声波的时间计算距离。

通常为计算准确，计算距离时要参考环境温度。

（3）温度传感器是利用物质各种物理性质随温度变化的规律把温度转换为电量的传感器。

按测量方式可分为接触式和非接触式两大类，按材料及电子元件特性分为热电阻和热电偶两类。

（4）霍尔传感器是根据霍尔效应制作的一种磁场传感器。

霍尔效应是磁电效应的一种，这一现象是霍尔在研究金属的导电机构时发现的。

霍尔传感器的主要用途是检测受检对象的磁场或磁特性。

霍尔传感器分线性和非线性两类。

（5）光敏电阻又称光导管，常用的制作材料为硫化镉，在特定波长的光照射下，其阻值迅速减小的特性。

广泛应用于照相机，太阳能庭院灯，草坪灯，验钞机，石英钟，音乐杯，礼品盒，迷你小夜灯，光声控开关，路灯自动开关以及各种光控玩具，光控灯饰，灯具等光自动开关控制领域。

（6）光敏二极管也叫光电二极管，工作时需加上反向电压，无光照时,有很小的电流，当受到光照时,反向电流大大增加。

因其光敏特性常用于灯具自动开关领域。

3.生活中的传感器应用实例

（1）楼道中的感应灯，感应灯是采用智能控制技术设计而成，它实际上是一个智能控制的开关，有多种类型，开灯的方式有“声控”、“触发”、“感应”、“光控”等，经常使用驻极体话筒作为声音探测元件。

（2）火灾探测器分成感温火灾探测器、感烟火灾探测器、感光火灾探测器、可燃气体探测器和复合火灾探测器五种类型。

烟雾传感器是将空气中的烟雾浓度变量转换成有一定对应关系的输出信号的装置。

（3）已上锁的汽车受重击后会报警是因为汽车中包括位移传感器、振动传感器。

（4）汽车倒车雷达的感应部分是靠超声波传感器实现的。

（5）触摸开关通过检测人体附加电容来判断是否按下。

（6）空调中含有温度传感器敏感元件，常采用很多负温度系数热敏电阻作为传感器,安装在空调器室内蒸发器进风口.用来检测室内环境温度是否达到设定值的热敏电阻叫做室内环温热敏电阻,简称环温热敏；

（7）公交一卡通利用RFID技术进行无线检测。

射频识别即RFID（RadioFrequencyIDentification）技术，又称电子标签、无线射频识别。

是一种通信技术，可通过无线电讯号识别特定目标并读写相关数据，而无需识别系统与特定目标之间建立机械或光学接触。

（三）智能控制中的程序设计

1.编程语言是指程序设计语言，是一种计算机语言让程序员能够准确地定义计算机所需要使用的数据，并精确地定义在不同情况下所应采取的行动。

它是一种被标准化的交流工具，也是一种编写程写的规则。

2.单片机程序是为实现预期目的而书写的一系列指令。

单片机程序就是为使单片机执行一个或多个操作而按序设计的单片机指令的集合。

3.单片机指令是指是单片机运算器或控制器的某种操作，可以是任何可执行程序元素的表述，指令包括一个操作码和零个或更多的操作数，可能还包括寻址方式。

4.单片机程序通常可长期存储于内部程序存储器或外部程序存储器。

5.单片机程序开发常用到编程器、仿真器及单片机逻辑分析仪等设备。

6.C语言和汇编语言是较为常用的单片机编程语言。

7.对于单片机程序设计，汇编语言是一种面向机器的低级语言，能够可有效地访问、控制计算机的各种硬件设备，其目标代码简短，占用内存少，执行速度快。

8.与汇编语言相比较，c语言是一种既有高级语言功能又具有低级语言功能的中级语言，c语言具有较强的移植性。

（四）智能控制电路常识

1、单片机I/O口

I/O口是单片机从外部设备获取信息或向外部设备发出控制信号的接口。

从外部看I/O口就是单片机芯片上的特定管脚，从内部看I/O口包含大量的相关电路。

通常单片机具有一定数量的I/O口，I/O口的I（INPUT）是指输入，单片机I/O口的O（OUTPUT）是指输出。

2、单片机I/O口扩展

当单片机的IO口数量无法满足设计需要时，为节省成本，通过外部IO扩展芯片来达到设计要求。

可以通过译码器或串入并出器件扩展输出口数量，还可以通过并入串出器件、编码器扩展输入口数量。

3、单片机外设——常用的发光器件

（1）发光二极管简称为LED。

可以把电能转化成光能，与普通二极管一样是由一个PN结组成，也具有单向导电性。

（2）双色发光二极管。

从内部电路连接上可分为共阳、共阴两种。

双色发光二极管有三个管脚，共阴双色发光二极管的管脚排列为控制脚、负极、控制脚。

（3）LED数码管是由多个发光二极管封装在一起组成“8”字型的器件，引线已在内部连接完成，只需引出它们的各个笔划，公共电极。

led数码管常用段数一般为8段。

（3）LED点阵是由若干发光二极管封装在一起组成的器件，可显示简单字符或数字。

8×8LED点阵有16个管脚

（五）智能控制中的机械

1.机械系统

是指是由若干个机器与机构及其附属装置组成的系统，它是由质量、刚度和阻尼各元素所组成的系统。

2.常见的机械零件

齿轮齿条蜗杆万向联轴器

（1）齿轮：

是一种能互相啮合的有齿的机械零件。

（2）齿条：

有一系列等距离分布齿的平板或直杆。

（3）蜗杆：

有一个或几个螺旋齿，并且与蜗轮啮合而组成交错轴齿轮副的齿轮。

（3）万向联轴器：

简称万向轴，是一种一种特殊的球面铰链四杆机构，用来联接不同机构中的两根轴。

3.与单片机相关的动力部件

单片机能够控制的很多动力部件，其中包括电机、电磁阀、液压电机等。

电机

电磁阀

液压电机

（六）智能控制实验工具

1.面包板

面包板是专为电子电路的无焊接实验设计制造的。

由于各种电子元器件可根据需要随意插入或拔出，免去了焊接，节省了电路的组装时间，而且元件可以重复使用，所以非常适合电子电路的组装、调试和训练。

面包板板中央一般有一条凹槽，这是针对集成电路、芯片试验而设计的。

面包板的优点是体积小易携带、无需焊接、电子器件可重复使用、可以方便的通断电源，但缺点是面积小，不宜进行大规模电路实验。

2.逻辑笔

逻辑笔是采用不同颜色的指示灯表示单片机电平的高低的仪器。

使用逻辑笔可快速测量出数字电路中有故障的芯片。

逻辑笔上一般有二三只信号指示灯,红灯一般表示高电平,绿灯一般表示低电平.黄灯表示所测信号为脉冲信号。

3.万用表

万用表又叫三用表，分为指针式万用表和数字万用表。

是一种多功能、多量程的测量仪表。

通常我们使用直流电压挡测量单片机供电电压和I/O的电平状态，使用电阻挡单片机线路的连接情况。