一種基于單通道觸發(fā)源的多終端自適應(yīng)解析算法的實(shí)現(xiàn)

李澤軒

摘 要 本文闡述了一種新型的控制方法，通過(guò)循環(huán)匹配及次數(shù)統(tǒng)計(jì)，配合專有邏輯處理方法，使得單通道信號(hào)觸發(fā)源在執(zhí)行單一觸發(fā)動(dòng)作的時(shí)候可以對(duì)多終端、多協(xié)議設(shè)備進(jìn)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(shí)減輕了一部分協(xié)議適配的復(fù)雜程度。使得在工業(yè)環(huán)境、控件實(shí)驗(yàn)、醫(yī)療及殘障人士控制等特殊領(lǐng)域中提供更簡(jiǎn)便、更高效、兼容性更廣、更多元化的操作。

【關(guān)鍵詞】單通道 智能控制 協(xié)議適配 自適應(yīng)解析

本算法旨在解決應(yīng)用層處理操作過(guò)程中的控制問(wèn)題。當(dāng)操作受限于活動(dòng)空間大小、設(shè)備體積、操作效率和速度都有一定要求；或在在設(shè)備繁多、協(xié)議復(fù)雜的情況下希望盡可能簡(jiǎn)化、快速地操作的難題。通過(guò)一套簡(jiǎn)單的規(guī)則循環(huán)匹配算法，使用一個(gè)小型數(shù)據(jù)文件進(jìn)行數(shù)據(jù)的循環(huán)選擇讀取，使得無(wú)需配套高級(jí)上層軟件支持即可輕松進(jìn)行各類動(dòng)作，解決了現(xiàn)有智能及工作操作領(lǐng)域中如操作一個(gè)大型的機(jī)械傳動(dòng)裝置，操控人員既要控制機(jī)械方位的走向，又要控制機(jī)械抓取設(shè)備準(zhǔn)確地抓取所需物品，這時(shí)即會(huì)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(shè)定完成后，操作者僅需通過(guò)單個(gè)按鈕或其他觸發(fā)設(shè)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(jìn)行多種協(xié)議設(shè)備的混合控制。運(yùn)用本算法的系統(tǒng)，在提高控制效率的同時(shí)，也節(jié)省了硬件適配成本。

1 項(xiàng)目總體設(shè)計(jì)構(gòu)架

本程序模塊由以下三部分模塊構(gòu)成：

設(shè)置模塊：

設(shè)置感知層的通訊方式及通訊參數(shù)，設(shè)置應(yīng)用層的數(shù)據(jù)處理方式（包含設(shè)備數(shù)據(jù)地址、設(shè)備編號(hào)、設(shè)備說(shuō)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(fù)責(zé)接收觸發(fā)信號(hào)，排除干擾信號(hào)及根據(jù)有效觸發(fā)次數(shù)進(jìn)行列表內(nèi)設(shè)置操作規(guī)則的選擇，并將所選擇的規(guī)則編號(hào)送入后續(xù)模塊。

數(shù)據(jù)解析模塊：

負(fù)責(zé)讀取數(shù)據(jù)設(shè)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)?yīng)的設(shè)備發(fā)送。

1.1 完整過(guò)程

設(shè)定單通道觸發(fā)源，將觸發(fā)信號(hào)的結(jié)果通過(guò)有線或無(wú)線的形式傳輸給安裝有該套算法程序的設(shè)備上（包括移動(dòng)電話、個(gè)人PC計(jì)算機(jī)、手持PDA設(shè)備、工控終端、微處理器控制板等可進(jìn)行程序編寫的運(yùn)行的設(shè)備），送入軟件處理。在進(jìn)行操作之前，首先需要在數(shù)據(jù)庫(kù)中添加規(guī)則，添加規(guī)則的內(nèi)容包括待操作設(shè)備名稱、執(zhí)行命令字符串、規(guī)則說(shuō)明信息等等。當(dāng)觸發(fā)信號(hào)到來(lái)時(shí)，首先送入誤動(dòng)作檢測(cè)模塊中，若為干擾信號(hào)則暫停定向數(shù)據(jù)傳送模塊操作設(shè)備，若非干擾信號(hào)，則進(jìn)行操作規(guī)則的選擇。當(dāng)選定規(guī)則完成后，邏輯處理程序?qū)⑦x定編號(hào)送入解析翻譯程序，該部分程序?qū)⑼暾?guī)則從數(shù)據(jù)庫(kù)中取出，包括設(shè)備的地址信息、操作數(shù)據(jù)等等。然后按照所設(shè)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(duì)所選擇設(shè)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(jī)設(shè)備。

1.2 應(yīng)用領(lǐng)域

（1）智能可穿戴設(shè)備、一鍵多能的設(shè)置。

（2）智能家居一鍵操作設(shè)置

（3）工業(yè)自動(dòng)化過(guò)程控制或特殊操作領(lǐng)域的設(shè)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(lái)區(qū)別的開(kāi)關(guān)量信號(hào)，通過(guò)一套特定的規(guī)則算法，通過(guò)“開(kāi)關(guān)通斷”的次數(shù)和信號(hào)變化間隔時(shí)間，來(lái)進(jìn)行操作動(dòng)作的觸發(fā)和選擇，并最后得出所選定的規(guī)則進(jìn)行設(shè)備的控制。該觸發(fā)源的變化狀態(tài)可以是原生的開(kāi)關(guān)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(lái)，最簡(jiǎn)單的應(yīng)用實(shí)踐即為圖2。

邏輯處理程序用于對(duì)觸發(fā)信號(hào)次數(shù)的判定，決定是否進(jìn)入控制模式及選擇哪一條控制規(guī)則。在實(shí)際應(yīng)用中，主動(dòng)控制一定概率將出現(xiàn)誤動(dòng)作，若一有觸發(fā)信號(hào)產(chǎn)生就進(jìn)行控制，難免會(huì)造成正常動(dòng)作行為的干擾。例如用于殘障人士的輔助操作中，利用關(guān)節(jié)彎曲的信號(hào)進(jìn)行控制，若一動(dòng)作就進(jìn)入控制模式，那便是連喝水這樣正常的動(dòng)作也會(huì)形成干擾，所以必須要加入一個(gè)進(jìn)入“控制模式”的信號(hào)觸發(fā)閘值。進(jìn)入控制模式后，根據(jù)觸發(fā)信號(hào)的次數(shù)來(lái)進(jìn)行規(guī)則的選擇，此時(shí)用戶軟件需要通過(guò)展示給用戶相應(yīng)規(guī)則的說(shuō)明或編號(hào)，并將實(shí)時(shí)選擇的規(guī)則通知用戶，當(dāng)觸發(fā)信號(hào)間隔超出設(shè)置時(shí)間，則認(rèn)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(yùn)用生物應(yīng)激信號(hào)進(jìn)行的控制

與普遍意義上的生物電信號(hào)控制不同，本算法結(jié)構(gòu)中操作的選擇應(yīng)用方式與信號(hào)的強(qiáng)弱無(wú)關(guān)，即與肌肉信號(hào)的強(qiáng)弱無(wú)直接關(guān)系，例如彎曲手臂時(shí)不以彎曲手臂幅度進(jìn)行控制。對(duì)于模擬量控制的設(shè)備，僅需設(shè)置一個(gè)觸發(fā)閘值域即可，即根據(jù)信號(hào)的變化幅度進(jìn)行識(shí)別。此方法大大減少了前端軟硬件開(kāi)發(fā)成本。對(duì)于一些十分微弱的信號(hào)，在濾波放大時(shí)無(wú)需考慮微小信號(hào)噪聲的干擾問(wèn)題，即將噪聲信號(hào)保持在一個(gè)較低的水平并當(dāng)真實(shí)觸發(fā)信號(hào)到來(lái)時(shí)，與噪聲信號(hào)有一定幅度的區(qū)分即可，無(wú)需精確濾波。

當(dāng)觸發(fā)信號(hào)到來(lái)時(shí)，首先判斷是否為噪聲信號(hào)，若是噪聲信號(hào)則等待恢復(fù)，如果非噪聲信號(hào)則與預(yù)設(shè)閘值進(jìn)行比較。，信號(hào)數(shù)值小于預(yù)設(shè)閘值，返回不響應(yīng)；信號(hào)數(shù)值大于預(yù)設(shè)閘值，則閘值計(jì)數(shù)加1；連續(xù)三次比較后閘值計(jì)數(shù)小于3，返回不執(zhí)行；連續(xù)三次比較后閘值計(jì)數(shù)大于等于3則判斷間隔時(shí)間是否大于三秒，閘值持續(xù)時(shí)間小于三秒，退出控制模式。進(jìn)入控制模式后信號(hào)數(shù)值大于預(yù)設(shè)閾值，則啟動(dòng)或者重置定時(shí)器，并將動(dòng)作計(jì)數(shù)加1，延遲2秒，并判斷2秒內(nèi)是否有動(dòng)作，有動(dòng)作重新判斷定時(shí)器是否啟動(dòng)，無(wú)動(dòng)作則彈出操作提示；彈出操作提示后再判斷是否有動(dòng)作，無(wú)動(dòng)作退出控制模式；有動(dòng)作則執(zhí)行下一步。然后程序通過(guò)觸發(fā)信號(hào)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(guò)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(hào)后程序根據(jù)指令內(nèi)容、數(shù)據(jù)形式（ASCII或HEX）和設(shè)備地址向指定設(shè)備定向發(fā)送指令，直到有效觸發(fā)信號(hào)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(kù)不一定是標(biāo)準(zhǔn)意義上的數(shù)據(jù)庫(kù)，可以是任意帶有數(shù)據(jù)存儲(chǔ)功能的動(dòng)態(tài)內(nèi)存存儲(chǔ)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(chǔ)存相應(yīng)需求的數(shù)據(jù)，若要求較高，可用MySQL或SQL Server作為存儲(chǔ)。

作者在設(shè)計(jì)該算法的時(shí)候，使用工控電腦進(jìn)行程序算法的搭建及使用TCP連接進(jìn)行遠(yuǎn)程控制。故儲(chǔ)存以下信息，該部分信息可以根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行實(shí)時(shí)更改。

3 結(jié)束語(yǔ)

應(yīng)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(shí)也使得設(shè)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(yùn)用循環(huán)匹配及動(dòng)態(tài)地址數(shù)據(jù)解析功能，使得應(yīng)用程序可以在短時(shí)間內(nèi)適配多種不同的執(zhí)行設(shè)備，對(duì)操作軟件的便捷化、高效化和智能化具有一定的實(shí)踐意義，可廣泛運(yùn)用于現(xiàn)有有相關(guān)需求的產(chǎn)品中。

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作者單位

珠海市第二中學(xué) 廣東省珠海市 519000endprint