基于神经网络的自动寻边系统的研究与设计

论文摘要

随着现代化工业生产的发展,自动化控制技术的集成应用正起着越来越重要的作用。由于气动技术、液压技术、传感器技术、P L C技术、网络及通讯技术等学科的强烈相互渗透而形成的机电一体化技术,已成为当今工业科技的重要组成部分。寻边器是机电行业现场检测工件常用的光学计量仪器。本自动寻边系统接收光电感应式寻边器传来的信号,并输出捕捉信号给数显表。本系统包括下位机和上位机两部分。下位机上,本设计采用TI公司的16位超低功耗处理器MSP430F147搭建系统,并配置了4键盘输入、4数码管显示、串口通信、数控电位器、模拟电压比较等模块。上位PC机上,设计了专门的PC人机对话软件和与下位机通信的软件,用于训练、读出、写入神经网络的参数。本文详细描述了MSP430的芯片特点、片内模块,并详细介绍了搭建本系统的各外围电路模块。BP神经网络是目前应用较多的一种神经网络结构。它能以任意精度逼近任意非线性函数,而且具有良好的逼近性能,并且结构简单,是一种性能优良的神经网络。本文研究了BP神经网络的数学理论,详细介绍了神经网络的基本原理、学习方法、发展趋势,并给出了本系统的神经网络算法源码。为了适应不同的环境,本系统通过训练神经网络得出数控电位器的光区和暗区交界闸值,从而得到交界处的参考电压,与寻边传感器的电压信号相比较,判断是否已经到达交界处。本文给出了未引入神经网络的原系统在不同工作环境下的实验数据,并给出了与之相同工作环境下本系统的实验数据。经实验证明,本系统比原系统有更好的适应性和准确性,大大提高了适应工作环境变化的能力。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 国内外研究现状、发展
• 1.2 人工神经网络
• 1.2.1 人工神经网络概述及其发展史
• 1.2.2 人工神经网络在自动控制中的应用
• 1.2.3 人工神经网络的发展趋势
• 第2章 系统概述及总体设计方案
• 2.1 寻边器介绍
• 2.2 实施方案及可行性
• 2.3 主要研究内容
• 2.4 解决的关键技术
• 2.5 系统总体设计方案
• 第3章 下位机开发研究
• 3.1 单片机
• 3.1.1 MSP430特点
• 3.1.2 MSP430片内模块介绍
• 3.1.3 MSP430芯片的FET开发方法
• 3.1.4 本系统单片机接口
• 3.2 外围电路设计
• 3.2.1 电源、抗干扰及电平转换
• 3.2.2 复位电路
• 3.2.3 晶振模块
• 3.2.4 JTAG模块
• 3.2.5 USART串行通信
• 3.2.6 模拟电压比较模块
• 3.2.7 I/O扩展
• 3.2.8 键盘、LED数码管
• 3.2.9 蜂鸣器
• 3.2.10 下位机软件流程图
• 3.2.11 下位机实物图
• 第4章 上位机开发研究
• 4.1 人工神经网络的基本原理及模型
• 4.1.1 神经网络构成的基本原理
• 4.1.2 神经网络结构及工作方式
• 4.1.3 神经网络的学习方法
• 4.1.4 几种典型的神经网络
• 4.1.5 BP算法的数学描述
• 4.1.6 本系统神经网络应用
• 4.1.7 本系统神经网络软件算法
• 4.2 PC人机界面
• 第5章 结论与展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士期间研究的项目
• 附录A 下位机硬件电路图
• 附录B 神经网络算法程序