控制技术在电视中的应用解读Word格式文档下载.docx

1、第二章 电视机的工作原理 82.1 电视机的结构 82.2 电视机的控制 102.3 混合式电视机 112.4 关键技术问题 13第三章 基于电视机控制系统 143.1 电视机数字化的控制 143.2 控制技术电视机的结构 163.3 控制技术电视机应用测试 17第四章 电视机的控制方法 194.1电视机的调频方法 194.2升降频方法及其实现 214.2.1 升降频方法 214.2.2 软件实现 23结论 27致谢 28参考文献 29引言1965年美国计算机专家查德创立了模糊集合论1，将模糊集合理论应用于工程实际，产生了模糊控制技术。模糊控制技术是以模糊数学为理论基础的一门新兴技术。模糊数学

2、是描述模糊现象和处理模糊信息的数学方法2，它把模糊信息原来“是”或“非”的不确定性，转换为“一定程度”的“是”或“非”的确定性，例如：“高与矮”、“厚与薄”、“冷与热”、“年轻与不年轻”，这些非量化的模糊信息，在模糊数学中用一个叫隶属度的基本要领来表述。对不同高矮、厚薄、冷热及年轻的“程度”，给出不同的隶属值，这样便可用定量的数学方法来表述和处理模糊信息。模糊控制是应用模糊集合论的一种控制理论。模糊控制技术现在已经被普遍应用于各个领域。在我国,步进电动机的研究始于1958年，当时只有清华大学,华中理工大学等少数高等院校在从事这项工作。60年代受苏联的影响，主要以数字磁阻式电视机为主。70年代我

3、国研制快走丝数控线切割机、数控机床等数控设备的需求对电视机的发展起了很大的促进作用。当时受到苏联、日本等工业较发达国家的影响，国内开始自行研制磁阻式电视机的系列产品。第一章 电视机的研究1.1 电视机的发展模糊控制技术，是一种能够在容许定义的二值之间的模糊地带，有选择地正确执行某一指令的技术，又称模糊逻辑，它是智能控制的一个分支，它把人脑处理模糊概念的思维特点用数学方式表达出来，通过计算机去处理这些模糊数据，即给予量化。模糊控制技术是目前世界高新技术之一，它的突出优点就是能较好地仿效和描述人的思维方式，总结和反映人的经验，对复杂事物和系统可进行模糊度量、模糊识别、模糊推理、模糊控制和模糊决策。

4、目前有进一步与人工智能和神经网络相互结合的发展趋势。随着人类社会的发展，人类面临的问题日益复杂，常规的自动控制要求数据高度精确，一旦出错有可能导致整个系统失灵。而采用模糊逻辑控制，一处出错即加以纠正，不会拖累全局，故系统稳定、容错性好。微处理器在采用模糊逻辑之后，其控制能力更接近人类的思维方式。在一些复杂系统，特别是系统存在定性的、不精确和不确定信息的情况下，模糊逻辑控制的效果优于常规的控制。图1模糊逻辑控制器的基本结构模糊控制是通过模仿人的思维方式来表示和分析不确定，不精确信息的方法，是一种精确解决不确定不精确信息的方法。模糊逻辑控制工作过程分为四个阶段1,如图1所示。（1）模糊化输入/输出

5、变量按各种分类被安排成不同的隶属值。（2）知识库模糊控制是基于规则的控制，规则起关键作用。它是模糊控制器的核心。控制的优劣直接决定了整个系统的控制精度。控制规则的完整与合乎现实是构成模糊控制器知识库的最终目标。模糊控制器的知识库主要由控制规则构成。模糊规则的形成，是把有经验的操作人员或专家的控制知识和经验，制定成若干个模糊控制规则，并加以形式化数字处理以后存入电脑。根据模糊集合和模糊关系理论，对不同类型的模糊规则，可以采用不同的模糊推理方法。模糊规则的形成依靠人的直觉和经验，没有成熟固定的设计过程和方法。（3）模糊推理输入变量被加到一个“ifthen”的控制规则的集合中，按各种控制规则进行推理

6、，将结果合成在一起，产生一个“模糊推理输出”集合。（4）去模糊化对模糊推理输出进行解模糊判决，即在一个输出范围内找到一个被认为最具有代表性的，可直接视频采集控制装置的，确切输出控制值。模糊控制技术已渗透到经济社会和科学技术的各个领域，引起国际科技界、工程界和企业界广泛的重视,也是目前高新技术领域研究和应用的热点。模糊技术在电子工业，特别是模糊洗衣机、模糊空调器、模糊微波炉、模糊冰箱等家电产品中得到了广泛的应用，并已成熟起来3，从而打破了精确逻辑一统天下的历史。但它在数字化电视机中的应用还处于发展阶段。1.2 电视机的趋势公共通道：包括高频调谐器、图像中放电路、同步检波器等电路，作用是对射频电视

7、信号进行选频、放大、变频、检波等处理得到视频全电视信号和伴音第二中频信号。伴音通道：主要由伴音中放电路、鉴频电路、输出电路、扬声器等组成，作用是将伴音第二中频信号进行放大、鉴频、功率放大后，形成音频信号推动扬声器重现声音信息。亮度通道：主要由4.43MHz陷波器、亮度信号处理电路等组成，作用是从图像视频信号中分离出亮度信号，然后进行放大、校正、延迟、直流恢复等处理，形成黑白图像的基本信号。色度解码系统：主要由4.43MHz滤波器、色度信号处理电路、彩色副载波恢复电路、矩阵电路等组成，作用是从图像视频信号中分离出色度信号和色同步信号，经处理后得到（RY）、（BY）、（GY）三个色差信号。亮度通道

8、、色度通道、副载波恢复电路、解码矩阵电路四大部分又称为解码器。显像系统：作用是将三个色差信号和亮度信号混合后形成R、G、B三基色信号，送入彩色显像管重现图像信息。扫描系统：包括同分离电路、场扫描电路、行扫描电路等，作用是通过行、场扫描电路向行、场偏转线圈提供幅度足够、线性良好的锯齿波输出电流，使CRT完成电子扫描形成光栅。电源系统：功能就是向整机提供符合要求的各种电源，它主要由开关稳压电源、行FBT两部分组成。控制系统：主要由微电脑控制器（CPU）、遥控电路等组成，作用是以微电脑为核心，实现对整机各部分正常工作的自动控制，并提供显示信号以方便观看者的调控。第二章 电视机的工作原理2.1 电视机

9、的结构彩色电视机的任务, 是把天线接收下来的高频彩色电视信号, 通过一系列的放大、 变换和解码过程还原为三个基色图像信号, 最后在彩色显像管的荧光屏上重现出原来彩色图像, 在扬声器中还原出伴音。 从信号处理的角度出发, 实际上, 彩色电视的接收是对上节我们总结的彩色电视信号按其特点逐一分离的过程。伴音信号的分离方法及处理与黑白电视机相同。 图像信号各种成分的分离, 首先是利用频率分离的方法, 将视频低端的亮度信号、 复合同步信号与高端的色度信号、 色同步信号分开 然后用幅度分离的方法, 将复合同步信号和亮度信号分开, 用时间分离的方法, 将色度信号和色同步信号分开 最后, 再用频率和相位双重分

10、离的方法, 将色度信号中的两个正交分量U、 V信号分开, 信号处理的过程要比黑白电视机复杂, 因此, 系统组成的方框图也有所不同。彩色电视机天线接收到的射频电视信号,首先通过VHF/UHF调谐器的射频放大 然后混频, 将它变换成中频电视信号, 其中图像中频为38MHz, 通过声表面波滤波器带通、中频放大器进一步筛选放大后, 进入限幅、 同步检波器, 从频谱结构来看,它相当于把输入信号载频往低搬迁了38MHz, 并将图像与伴音频谱复原。检波器输出的信号包括: 06 MHz的亮度信号, 载频为4.43MHz的色度信号以及载频为6.5MHz的第二伴音中频信号。伴音信号采用调频方式, 与图像信号在频域

11、上是分开的, 经6.5 MHz的带通滤波器取出伴音信号, 再通过伴音中放、 鉴频及功放至扬声器, 还原成声音。 同时, 为防止伴音干扰图像, 采用6.5 MHz的陷波器, 将伴音信号去除得到彩色全电视信号。亮度通道主要由4.43MHz陷波器、轮廓校正、黑色电平箝位、亮度延时和视频放大等电路组成。它的任务是将亮度信号Y从彩色全电视信号中分离出来, 经过放大和处理后, 与色度通道解调出的色差信号R-Y、 B-Y一起送给解码矩阵电路, 以求出基色信号R、G、B, 分别激励彩色显像管的相应阴极而实现彩色的重现。目前工厂生产的彩色电视机大都是彩用自会聚彩色显像管。 而不需专门设置会聚电路。 一般是从行输

12、出级和场输出级引出行场电流加在会聚线圈上达到会聚校正的目的。在实际电路中一般是直流稳压电源仅供给扫描电路, 而其它直流电源均由行输出变压器提供不同幅度的逆程脉冲电压, 经过二极管整流得到。 由于开关式稳压电源具有体积小, 重量轻、 效率高、 调整范围宽等优点, 所以, 在彩色电视机中得到了广泛的应用。图2数字化彩色电视接收机信号经模拟电路变换到图像中频，放大检波后，一路全电视信号送给亮度、色度信号和同步分离电路的数字处理电路；另一路中的伴音中频送入模拟伴音中频放大，模拟鉴频为音频基带信号，再送入数字化的伴音信号处理电路。数字化电视与模拟电视二者共同之处在于电视的图像、伴音传输信号仍为模拟信号，

13、它们的最大区别是信号处理方法不同,如图3所示。图3电视接收机信号处理流程磁阻式电视机通常也可称为反应式电视机，其定转子均采用齿状结构，定子每个极上都绕有线圈，转子则是由软铁材料制成的。其基本原理是绕组通电励磁之后会产生一个转矩迫使转子输入到磁通路径磁阻最小的位置。为了更好的说明磁阻式电视机的工作原理，图2展示了简化的数字反应式电视机，其定子上有八个极，转子只有四个小齿，步距角为30。当绕组1通电时，为了保持其磁通路径磁阻最小，将产生一个转矩迫使X与之对齐；接着若绕组1断电、绕组2通电，则转子将顺时针输入使得Y与绕组2对齐保持磁通路径磁阻最小。实际上的电视机可通过增加定子极数或者转子的齿数来减少

14、步距角，例如图1所示的是四相反应式电视机的横截面示意图，其定子上有八个极，每个极上分布有5个小齿，转子有50个小齿，步距角为1.82.2 电视机的控制如图3所示，数字式电视机转子为N极、S极相间的数字体，由于定子极冲制成爪型因而又名爪极式电视机。其基本工作原理是转子上的数字体建立的磁场和定子绕组电流激励的磁场相互作用，形成的同性相斥、异性相吸的电磁转矩，当绕组励磁产生的合磁场发生旋转时，转子也会跟着同步输入起来。如图4所示数字式电视机的定子是由绕满漆包线的注塑骨架套在爪极板上构成的，当绕组通电励磁后定子上爪极就会被磁化为N极或者S极，从而与转子的N极和S极相互作用形成电磁转矩。数字式电视机相对

15、于反应式电视机来说，具有控制功率小、振动和噪音小的优点，但是由于其定子极数和转子极数相同，且转子数字体要制成NS密集相间的多对磁极比较困难，因而其步距角一般比较大。2.3 混合式电视机混合式电视机定子、转子铁芯均为齿状结构同反应式步进电动机结构非常相似，但是其转子带有永久磁钢具备数字体的特性，所以混合式步进电动机可看作VR和PM两种步进电动机的组合。图6所示的混合式电视机的详细的结构示意题图，图5则是两相混合式电视机的实物解剖图。从这两个图中可以看出混合式电视机的定子是多个带有小齿且绕有线圈的极子构成的，这个可以说和反应式电视机是相同的，而转子则是由左右两边带有小齿的铁芯以及中间的永久磁钢构成

16、，左右两个铁芯一边呈现S极另一呈现N极且相互错开1/2个小齿齿距以便形成跟数字式电视机类似的N、S相间磁极。混合式电视机的基本工作原理和数字式电视机一样，是靠绕组通电之后激励的磁场与转子固有的磁场进行同性相斥、异性相吸的相互作用，形成电磁转矩促使转子输入，当定子绕组激励的合磁场发生旋转时定子也同步旋转。目前电视机主要以定子8极、转子50齿的两相混合式电视机和定子10极转子50齿的五相混合电视机为主，图7和图8为各自的横截面示意图。2.4 关键技术问题电视机由于的视频采集控制简单、无累积误差等优点，被广泛应用于经济型的高分辨率数控定位系统当中。但是它存在着两个明显的固有缺点，一个是低速输入时振动

17、和噪音相对较大，另一个是当频率突变过大时容易堵转、丢步或者过冲，这两个缺点对定位系统的精度会产生较大的影响。电视机作为一种机电一体化设备，电机本身固有的问题可通过视频采集器或者控制器来弥补。采用细分视频采集技术可以大大减少低速输入时的振动和噪音，还可以起到减小步距角、提高分辨率、增大输出视频的效果；采用升降频控制技术,则可以克服电视机高速起停时存在的堵转、丢步或者过冲等问题，使电视机输入得更加平稳、定位更加精确。第三章 基于电视机控制系统3.1 电视机数字化的控制在收看电视节目时，如果观看距离远，且房间明亮，应强调图像轮廓的亮度；如果观看距离近，且房间较暗，应强调图像细节的表现力。于是人们希望

18、在房间亮度和观看距离等客观条件变化时，能够通过对亮度和对比度的控制来实现图像层次感的控制，并通过改变清晰度来控制图像的立体感。在大量实践中，人们确认这样一种电视图像能够使观众较长时间观看而不产生视觉疲劳，同时又有合适的对比度感。然而这其中的“亮暗”、“远近”，以及“层次对比”等却是一个十分模糊的概念，什么样算亮、暗，什么样算远、近的模糊性质，是以往的精确控制无能为力的，对此，模糊控制技术却可令人满意。模糊控制技术运用在彩色电视机中的中央处理器时，便会建立I2C总线控制，使电视机智能化。目前彩色电视机的电脑模糊控制器已经产生。采用模糊控制的彩色电视机，国外品牌有日本三洋C29ZS101型以及日本

19、松下大屏幕新画王系列，它们都设计了一种人工智能电路。它所采用的模糊AI技术主要包括动态清晰度、动态降噪、动态彩色噪声控制、动态彩色、动态图像的模糊图像控制等6部分内容。1995年8月，由我国航天总公司二院和北京牡丹电子集团公司协作研制的大屏幕模糊控制彩电样机通过技术鉴定。广东茂名地区的高州模糊控制技术集团公司开发并生产了FC-1D型彩色电视电脑模糊控制器5。在我国模糊控制技术应用于数字化电视的技术正处于发展阶段。在对模糊控制技术和数字化电视研究的基础上，现提出一种基于模糊控制技术的数字化电视方案。图4模糊电视机模糊控制过程模糊电视机由电视机、传感器、电脑三个基本部分组成。传感器的作用相当于人的

20、感觉器官，用来采集各种信息，并将这些信息转换成电信号输入电脑。这里的电脑实际上是设计人员特制的一快芯片，里面存有根据传感器输出的电信号将影响平板画质的亮度、色度、对比度、清晰度、色温等进行的数字分析的情况编辑地一套控制规则。当电脑接收到传感器传来的有关模糊信息后，形成模糊量指令，在运用模糊控制规则做出模糊决策，并向电视发出执行控制的信息，最后完成整个智能化调节过程。图5 基于模糊控制技术的数字化电视方案基于模糊控制器的数字化电视方案如图5所示，光电传感器的作用是测量环境亮度并将其转化成电信号。超声波传感器的作用是测距，判断手持遥控器的人与电视机的距离，并将采来信息转化成电信号。传感器采样信息输

21、入CPU，CPU的核心是模糊控制器，它是一种以模糊逻辑算法、模糊识别和模糊判决为核心的智能化系统。它通过硬件电路把环境参量采集下来，经软件和硬件系统快速处理后，对彩电图像的亮度、对比度和音量进行自动调整，使观众获得最佳视听效果和节能效果。3.2 控制技术电视机的结构变量约定如下 ：输入：启动按钮SB1：I0.0 方向选择开关SA1：I0.1停止按钮SB2：I0.2 数字单三拍方式选择SA2：I0.3数字双三拍方式选择SA3：I0.4 数字单六拍方式选择SA4：I0.5 输出： A相加电压：Q0.0 B相加电压：Q0.1 C相加电压：Q0.2 启动指示灯：Q0.3数字单三拍接收方式：Q0.4 数

22、字双三拍接收方式：Q0.5数字单六拍接收方式：Q0.6 输出数字显示灯： Q0.7数字单三拍正向的时序图如下图所示 ：3.3 控制技术电视机应用测试1使用定时器指令实现各种时序数字的要求：使用定器产生不同工作方式下的工作数字，然后按照控制开关状态输出到各相对应的输出点控制电视机。例如：使用图所示的程序可以产生所需要的数字：M0.0作为总控制状态位，控制数字发生指令是否启动。一旦启动，采用T0、T1、T2以及它们的组合可以得到数字单三拍和数字双三拍的两种工作方式下，各相的数字信号。如T0的状态为数字单三拍工作状态下A相的数字。同理可使用类似程序得到数字单六拍时各相所需的数字信号。2使用移位指令实

23、现各相所需的数字信号。例如在MW10中进行移位，每次移位的时间为1秒钟。如图为数字单六拍正向时序流程图，数字单三拍可利用相同的流程图，从M11.1开始移位，每次移两位，而数字双三拍从M11.2开始，每次移两位。在程序段1中，先产生周期为1秒钟的数字信号，如图所示：第四章 电视机的控制方法本章节提出了电视机的几种速度调节方法。数字频率的调节采用软件延时或硬件定时。升降频采用直线升降法、指数曲线升降法或抛物线升降法。给出了数字频率调节的实用程序，通过对电视机矩频特性曲线的分析，得出了电视机的升频表格，并提供了一个完整的软件升降频流程图。几种播放方法应用在多种数控机床上，提高了电视机的定位精度，改善

24、了电机输入的平稳性，加速了电机的升降过程。4.1电视机的调频方法（1）软件延时：通过调用标准的延时子程序来实现。假定控制器基AT89S52单片机 ，晶振频率为12 MHz，那么可以编制一个标准的延时。子程序如下：该子程序的入口为（0E）（0D）两个字节，若需要20000 us的延时，则给（0E）（0D）两个字节赋值4E20H，即执行下面程序：MOV 0EH，#4EH ；20 000的十六进制码为4E20。MOV 0DH#20HCALL DELAY ；调用标准延时子程序DELAY。若要控制电视机走100步，每两步之间延时20 000 s，则汇编程序为：MOV 0FH，#100D ；准备走100步

25、。CONTI： CALL I_STEP ；电机走一步（调用电机的数字分配子程序）MOV 0DH，#20H相邻步之间的延时（决定电机的转速）。DJNZ 0FH，CONTI ；循环次数减1后，若不为0则继续，循环100次。可以看出，采用软件延时方法实现速度调节的优点是程序简单，思路清晰，不占用硬件资源。缺点是浪费CPU的宝贵时间，在控制设备输入的过程中，CPU不能做其它事。硬件定时：假定控制器仍为AT89S52单片机，晶振频率为12 MHz，将AT89S52的TD作为定时器使用，设定T0工作在模式1（16位定时计数器）。今要求它能定时地发出步进数字，其定时中断产生的数字序列的周期（即电视机的数字间

26、隔）假定为20 000 s，则可算出TD所对应的定时常数为B1E0H，CPU相应的程序如下：主程序：MOV TMOD，#01H ；设T0取工作模式1。MOV TH0#0B1H ；装入定时常数高8位。MOV TLO，#0E0H ；装入定时常数低8位。SETB TR0 ；启动T0定时。SETB ET0 ；允许T0中断。SETB EA ；允许CPU中断。$ ；CPU等待T0的定时到。中断服务程序：CLR ET0 ;关T0中断。CALL I_STEP ；控制设备走一步（调用电机的数字分配子程序）。RETI ；T0中断返回。本例中，只要改变T0 的定时常数，就可实现电视机的播放。这种方法既需要硬件（T0

27、定时器）又需要软件来确定数字序列的频率，所以是一种软硬件相结合的方法。它的缺点是占用了一个定时器。在比较复杂的控制系统中常采用定时中断的方法，这样可以提高CPU的利用率。4.2升降频方法及其实现4.2.1 升降频方法当电视机的接收频率低于它本身的起动频率时，电视机可以用接收频率直接起动，并以该频率连续接收，需要停止的时候，可以从接收频率直接降到零速。此时，电机接收于恒速状态，无需升降频控制。当电视机的接收频率fbfa （fa为电视机有载起动时的起动频率）时，若直接用fb起动，由于频率太高，电视机会丢步，甚至产生堵转。同样，在fb频率下突然停止，电视机会超程。因此，当要求电视机在接收频率fb下正常工作时，就需要采用升降频控制，以使电视机从启动频率fa开始，逐渐加速升到接收频率fb，然后进入匀速接收，最后的降频可以看作是升频的逆过程。电视机常用的升降频控制方法有3种：（1）直线升降频。如图1所示。这种方法是以恒定的加速度进行升降，平稳性好，适用于速度变化较大的快速定位方式。加速时间虽然长，但软件实现比较简单。图1 直线升降频指数曲线升降频。如图2所示，这种方法是从电视机的矩频特性出发，根据转矩随频率的变化规律推导出来的。它符合电视机加减速过程的运动规律，能充分利用电视机的有效转矩，快速响应性能较好，升降时间短。指数升降控制具有较强的跟踪能力，但当速度