李澤軒

摘 要 本文闡述了一種新型的控制方法，通過循環(huán)匹配及次數(shù)統(tǒng)計，配合專有邏輯處理方法，使得單通道信號觸發(fā)源在執(zhí)行單一觸發(fā)動作的時候可以對多終端、多協(xié)議設備進行協(xié)議的適配操作。在一定程度上極大的降低了在有障礙操作的環(huán)境下降低了操作難度，同時減輕了一部分協(xié)議適配的復雜程度。使得在工業(yè)環(huán)境、控件實驗、醫(yī)療及殘障人士控制等特殊領域中提供更簡便、更高效、兼容性更廣、更多元化的操作。

【關鍵詞】單通道 智能控制 協(xié)議適配 自適應解析

本算法旨在解決應用層處理操作過程中的控制問題。當操作受限于活動空間大小、設備體積、操作效率和速度都有一定要求；或在在設備繁多、協(xié)議復雜的情況下希望盡可能簡化、快速地操作的難題。通過一套簡單的規(guī)則循環(huán)匹配算法，使用一個小型數(shù)據(jù)文件進行數(shù)據(jù)的循環(huán)選擇讀取，使得無需配套高級上層軟件支持即可輕松進行各類動作，解決了現(xiàn)有智能及工作操作領域中如操作一個大型的機械傳動裝置，操控人員既要控制機械方位的走向，又要控制機械抓取設備準確地抓取所需物品，這時即會產(chǎn)生操作困難的情況。本算法即解決了以上難題，規(guī)則設定完成后，操作者僅需通過單個按鈕或其他觸發(fā)設備選擇規(guī)則，在減小了操作難度及空間限制的情況下，可進行多種協(xié)議設備的混合控制。運用本算法的系統(tǒng)，在提高控制效率的同時，也節(jié)省了硬件適配成本。

1 項目總體設計構(gòu)架

本程序模塊由以下三部分模塊構(gòu)成：

設置模塊：

設置感知層的通訊方式及通訊參數(shù)，設置應用層的數(shù)據(jù)處理方式（包含設備數(shù)據(jù)地址、設備編號、設備說明、IP或串行端口地址、數(shù)據(jù)寫入?yún)f(xié)議、寫入字符串）

觸發(fā)選擇模塊：

負責接收觸發(fā)信號，排除干擾信號及根據(jù)有效觸發(fā)次數(shù)進行列表內(nèi)設置操作規(guī)則的選擇，并將所選擇的規(guī)則編號送入后續(xù)模塊。

數(shù)據(jù)解析模塊：

負責讀取數(shù)據(jù)設備地址，數(shù)據(jù)寫入形式及寫入?yún)f(xié)議及讀取寫入數(shù)據(jù)，將每次需執(zhí)行規(guī)則的控制指令向?qū)脑O備發(fā)送。

1.1 完整過程

設定單通道觸發(fā)源，將觸發(fā)信號的結(jié)果通過有線或無線的形式傳輸給安裝有該套算法程序的設備上（包括移動電話、個人PC計算機、手持PDA設備、工控終端、微處理器控制板等可進行程序編寫的運行的設備），送入軟件處理。在進行操作之前，首先需要在數(shù)據(jù)庫中添加規(guī)則，添加規(guī)則的內(nèi)容包括待操作設備名稱、執(zhí)行命令字符串、規(guī)則說明信息等等。當觸發(fā)信號到來時，首先送入誤動作檢測模塊中，若為干擾信號則暫停定向數(shù)據(jù)傳送模塊操作設備，若非干擾信號，則進行操作規(guī)則的選擇。當選定規(guī)則完成后，邏輯處理程序?qū)⑦x定編號送入解析翻譯程序，該部分程序?qū)⑼暾?guī)則從數(shù)據(jù)庫中取出，包括設備的地址信息、操作數(shù)據(jù)等等。然后按照所設定的形式將取出后數(shù)據(jù)傳遞給定向數(shù)據(jù)發(fā)送程序，該部分程序用于對所選擇設備及操作命令的發(fā)送處理，最后將執(zhí)行命令按需送入下位機設備。

1.2 應用領域

（1）智能可穿戴設備、一鍵多能的設置。

（2）智能家居一鍵操作設置

（3）工業(yè)自動化過程控制或特殊操作領域的設備操作

（4）醫(yī)療或殘障人士輔助操作

1.3 解析注釋

本文中所述的單通道觸發(fā)源指的是可以使用“1”和“0”來區(qū)別的開關量信號，通過一套特定的規(guī)則算法，通過“開關通斷”的次數(shù)和信號變化間隔時間，來進行操作動作的觸發(fā)和選擇，并最后得出所選定的規(guī)則進行設備的控制。該觸發(fā)源的變化狀態(tài)可以是原生的開關量輸入數(shù)據(jù)，也可以是由模擬量數(shù)據(jù)的閘值判斷而來，最簡單的應用實踐即為圖2。

邏輯處理程序用于對觸發(fā)信號次數(shù)的判定，決定是否進入控制模式及選擇哪一條控制規(guī)則。在實際應用中，主動控制一定概率將出現(xiàn)誤動作，若一有觸發(fā)信號產(chǎn)生就進行控制，難免會造成正常動作行為的干擾。例如用于殘障人士的輔助操作中，利用關節(jié)彎曲的信號進行控制，若一動作就進入控制模式，那便是連喝水這樣正常的動作也會形成干擾，所以必須要加入一個進入“控制模式”的信號觸發(fā)閘值。進入控制模式后，根據(jù)觸發(fā)信號的次數(shù)來進行規(guī)則的選擇，此時用戶軟件需要通過展示給用戶相應規(guī)則的說明或編號，并將實時選擇的規(guī)則通知用戶，當觸發(fā)信號間隔超出設置時間，則認為選擇規(guī)則已完成，將所選定規(guī)則送入解析處理程序后，邏輯處理部分的程序功能結(jié)束。

2 本算法尤其適用于運用生物應激信號進行的控制

與普遍意義上的生物電信號控制不同，本算法結(jié)構(gòu)中操作的選擇應用方式與信號的強弱無關，即與肌肉信號的強弱無直接關系，例如彎曲手臂時不以彎曲手臂幅度進行控制。對于模擬量控制的設備，僅需設置一個觸發(fā)閘值域即可，即根據(jù)信號的變化幅度進行識別。此方法大大減少了前端軟硬件開發(fā)成本。對于一些十分微弱的信號，在濾波放大時無需考慮微小信號噪聲的干擾問題，即將噪聲信號保持在一個較低的水平并當真實觸發(fā)信號到來時，與噪聲信號有一定幅度的區(qū)分即可，無需精確濾波。

當觸發(fā)信號到來時，首先判斷是否為噪聲信號，若是噪聲信號則等待恢復，如果非噪聲信號則與預設閘值進行比較。，信號數(shù)值小于預設閘值，返回不響應；信號數(shù)值大于預設閘值，則閘值計數(shù)加1；連續(xù)三次比較后閘值計數(shù)小于3，返回不執(zhí)行；連續(xù)三次比較后閘值計數(shù)大于等于3則判斷間隔時間是否大于三秒，閘值持續(xù)時間小于三秒，退出控制模式。進入控制模式后信號數(shù)值大于預設閾值，則啟動或者重置定時器，并將動作計數(shù)加1，延遲2秒，并判斷2秒內(nèi)是否有動作，有動作重新判斷定時器是否啟動，無動作則彈出操作提示；彈出操作提示后再判斷是否有動作，無動作退出控制模式；有動作則執(zhí)行下一步。然后程序通過觸發(fā)信號的次數(shù)確定執(zhí)行規(guī)則：如執(zhí)行第i條規(guī)則，且i小于規(guī)則列表中規(guī)則的條數(shù)，則通過IP選擇執(zhí)行器執(zhí)行控制指令，如執(zhí)行第i條規(guī)則，且i大于規(guī)則列表中規(guī)則的條數(shù)，則將i減去規(guī)則條數(shù)并返回至獲取列表中規(guī)則條數(shù)步驟，再次判斷i是否大于規(guī)則條數(shù)。最后確定執(zhí)行規(guī)則編號后程序根據(jù)指令內(nèi)容、數(shù)據(jù)形式（ASCII或HEX）和設備地址向指定設備定向發(fā)送指令，直到有效觸發(fā)信號3秒內(nèi)不再產(chǎn)生后退出控制模式。

本文指的數(shù)據(jù)庫不一定是標準意義上的數(shù)據(jù)庫，可以是任意帶有數(shù)據(jù)存儲功能的動態(tài)內(nèi)存存儲區(qū)域，josn數(shù)據(jù)文件，或是普通的文本文件，只要數(shù)據(jù)讀取速度要求符合，能儲存相應需求的數(shù)據(jù)，若要求較高，可用MySQL或SQL Server作為存儲。

作者在設計該算法的時候，使用工控電腦進行程序算法的搭建及使用TCP連接進行遠程控制。故儲存以下信息，該部分信息可以根據(jù)實際需要進行實時更改。

3 結(jié)束語

應用本算法于所需的程序軟件中，可以一定程度上的提高操作效率，同時也使得設備的適配成本及難度大大降低。本算法為單通道控制提供了一種多元化的解決方法，運用循環(huán)匹配及動態(tài)地址數(shù)據(jù)解析功能，使得應用程序可以在短時間內(nèi)適配多種不同的執(zhí)行設備，對操作軟件的便捷化、高效化和智能化具有一定的實踐意義，可廣泛運用于現(xiàn)有有相關需求的產(chǎn)品中。

參考文獻

[1]岳鵬，苗丹民，邱玉輝.一種眼動型腦際接口設計原理[J].計算機技術(shù)與應用進展——全國第17屆計算機科學與技術(shù)應用（CACIS）學術(shù)會議論文集（下冊）.

[2]樂艷紅，黃揚根.一種數(shù)控系統(tǒng)中單通道與多通道的切換控制方法[J].機電工程技術(shù)，2016（Z1）.

[3]馬超.基于單通道腦機接口的嵌入式智能輪椅控制系統(tǒng)研究[J].廣西大學計算機技術(shù)，2015.

[4]王旭，王中杰.基于TCP/IP協(xié)議棧的嵌入式網(wǎng)絡控制系統(tǒng)設計[J].系統(tǒng)仿真技術(shù)，2011（01）.

作者單位

珠海市第二中學 廣東省珠海市 519000endprint