南京理工大學(xué)碩士學(xué)位論文 智能嵌入式系統(tǒng)在電梯中的應(yīng)用研究 I 摘 要 將智能化技術(shù)應(yīng)用到嵌入式系統(tǒng)中是當(dāng)前研究的熱點(diǎn)。本文首先介紹了嵌入式系統(tǒng)及其應(yīng)用，然后從系統(tǒng)的需求特別是智能化需求分析入手，提出了系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)。分析了系統(tǒng)的三個(gè)組成部分：電梯協(xié)議轉(zhuǎn)換卡、嵌入式語(yǔ)音播放器、上層語(yǔ)音管理軟件。最后，給出了系統(tǒng)軟硬件調(diào)試時(shí)遇到的問(wèn)題及其解決的方法。 電梯系統(tǒng)的信號(hào)多種多樣，使得對(duì)電梯系統(tǒng)信號(hào)的識(shí)別也變得復(fù)雜。本文提出了將電梯信號(hào)知識(shí)分類的方法，運(yùn)用了產(chǎn)生式規(guī)則，建立了產(chǎn)生式規(guī)則知識(shí)庫(kù)。具體實(shí)施時(shí)，針對(duì)特定的電梯系統(tǒng)，引入了系統(tǒng)自學(xué)習(xí)機(jī)制，方便了系統(tǒng)的安裝。 針對(duì)不同的 電梯系統(tǒng)，可通過(guò)串口、并口采集信號(hào)且實(shí)現(xiàn)了高速串行通訊模塊。具有接口類型可選擇，通訊速率可滿足高速要求的功能。結(jié)合嵌入式系統(tǒng)與電梯系統(tǒng)的特點(diǎn)，融合先進(jìn)的 術(shù)和存儲(chǔ)器技術(shù)，使用 換器、功放放大器，具有語(yǔ)音可定制、語(yǔ)音容量小、語(yǔ)種可選擇、音質(zhì)清晰的特點(diǎn)。同時(shí)，為用戶提供了友好的管理界面，簡(jiǎn)單、易學(xué)。 本文設(shè)計(jì)的嵌入式電梯自動(dòng)語(yǔ)音報(bào)站系統(tǒng)具有可靠性、低成本、低功耗、通用性的特點(diǎn)，經(jīng)簡(jiǎn)單的改造，可以用于其他相關(guān)領(lǐng)域中。該系統(tǒng)已經(jīng)在北京北方東陽(yáng)電梯有限公司等投入使用，效果良好。 關(guān)鍵詞 ：嵌入式，智能化， 知識(shí)庫(kù)， 語(yǔ)音 t is a to of of of up it of to of of of to of of In to is of to of or be be of By of P3 A it of At it a to of It be to is 京理工大學(xué)碩士學(xué)位論文 智能嵌入式系統(tǒng)在電梯中的應(yīng)用研究 錄 摘 要 . I . 錄 . 題目的和意義 . 1 際國(guó)內(nèi)研究情況和進(jìn)展 . 1 2 系統(tǒng)的智能化分析 . 4 識(shí)及其表示 . 4 輯表示法 . 5 義網(wǎng)絡(luò)表示法 . 6 生式規(guī)則表示法 . 7 識(shí)的獲取 . 7 識(shí)獲取的基本過(guò)程 . 8 識(shí)獲取的主要手段 . 9 梯信號(hào)知識(shí)及其分類 . 10 生式規(guī)則 知識(shí)庫(kù) . 11 識(shí)庫(kù)的定義 . 11 生式系統(tǒng) 的結(jié)構(gòu) . 11 生式系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn) . 12 生式系統(tǒng)的知識(shí)表示 . 12 生式系統(tǒng)的存儲(chǔ) . 13 統(tǒng)推理算法及實(shí)施 . 13 統(tǒng)的推理過(guò)程 . 14 統(tǒng)的推理方向 . 15 統(tǒng)的推理算法 . 15 統(tǒng)的推理實(shí)施 . 16 例分析 . 16 3 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì) . 17 統(tǒng)總體結(jié)構(gòu) . 17 梯協(xié)議轉(zhuǎn)換卡器件選擇 . 18 片機(jī)的選擇 . 18 電梯系統(tǒng)的通訊接口選擇 . 19 入式語(yǔ)音播放器器件選擇 . 19 片機(jī)的選擇 . 19 儲(chǔ)器的選擇 . 19 碼器的選擇 . 20 模 轉(zhuǎn)換器的選擇 . 23 音頻放大器的選擇 . 24 層語(yǔ)音管理軟件的平臺(tái)選擇 . 24 4 電梯協(xié)議轉(zhuǎn)換卡設(shè)計(jì) . 24 梯協(xié)議轉(zhuǎn)換卡硬件設(shè)計(jì) . 25 速串行通訊硬件設(shè)計(jì) . 25 V 5V 的電平轉(zhuǎn)換 . 25 體振蕩頻率的選擇 . 26 口電路設(shè)計(jì) . 27 口電路設(shè)計(jì) . 27 梯協(xié)議轉(zhuǎn)換卡軟件設(shè)計(jì) . 28 程序流程圖 . 28 速串行通訊軟件設(shè)計(jì) . 29 口軟件設(shè)計(jì) . 31 梯協(xié)議的分析 . 31 5 嵌入式語(yǔ)音播放器設(shè)計(jì) . 32 入式語(yǔ)音播放器硬件設(shè)計(jì) . 32 片機(jī) 部分 . 33 碼器部分 . 34 儲(chǔ)器部分 . 38 模轉(zhuǎn)換器部分 . 39 頻放大器部分 . 41 入式語(yǔ)音播放器軟件設(shè)計(jì) . 41 程序流程框圖 . 41 件資源劃分 . 43 碼器的操作 . 43 件的存儲(chǔ)操作 . 45 訊協(xié)議 . 46 6 上層語(yǔ)音管理軟件設(shè)計(jì) . 47 層語(yǔ)音管理軟件模塊劃分 . 47 口模塊的設(shè)計(jì) . 48 訊協(xié)議模塊的設(shè)計(jì) . 48 示模塊的設(shè)計(jì) . 48 數(shù)設(shè)置模塊的設(shè)計(jì) . 50 7 系統(tǒng)軟硬件調(diào)試 . 50 口調(diào)試部分 . 50 試部分 . 51 儲(chǔ)器部分的調(diào)試 . 51 調(diào)試 . 52 播放聲音期間不能寫入程序 . 52 南京理工大學(xué)碩士學(xué)位論文 智能嵌入式系統(tǒng)在電梯中的應(yīng)用研究 V 放的聲音不連續(xù) . 52 據(jù)放在 播放調(diào)試 . 54 總 結(jié) . 56 致 謝 . 57 參考文獻(xiàn) . 58 附錄 . 60 附錄 A 在校期間發(fā)表的論文 . 60 附錄 B 嵌入式語(yǔ)音播放器外觀圖 . 60 附錄 C 電梯協(xié)議轉(zhuǎn)換卡外觀圖 . 60 南京理工大學(xué)碩士學(xué)位論文 智能嵌入式系統(tǒng)在電梯中的應(yīng)用研究 1 1 緒論 題目的和意義 隨著電子技術(shù)的快速發(fā)展，特別是大規(guī)模集成電路的產(chǎn)生而出現(xiàn)的微型機(jī)，使現(xiàn)代科學(xué)研究得到了質(zhì)的飛躍，而嵌入式微控制器技術(shù)的出現(xiàn)則是給現(xiàn)代工業(yè)控制領(lǐng)域帶來(lái)了一次新的技術(shù)革命。由嵌入式微控制器組成的系統(tǒng)，最明顯的優(yōu)勢(shì)就是可以嵌入到任何微型或小型儀器、設(shè)備中。 嵌入式系統(tǒng)被定義為：以應(yīng)用為中心、以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)、軟件硬件可裁剪、適應(yīng)應(yīng)用系統(tǒng)，對(duì)功 能、可靠性、成本、功耗嚴(yán)格要求的專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。嵌入式系統(tǒng)是將先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)、半導(dǎo)體技術(shù)、電子技術(shù)和各個(gè)行業(yè)的具體應(yīng)用相結(jié)合后的產(chǎn)物，這一點(diǎn)就決定了它必然是一個(gè)技術(shù)密集、資金密集、高度分散、不斷創(chuàng)新的知識(shí)集成系統(tǒng) 2。 嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用之一是嵌入式電梯自動(dòng)語(yǔ)音報(bào)站系統(tǒng)。 電梯是高層建筑的重要機(jī)電設(shè)備?，F(xiàn)代化智能大廈不僅要求電梯能夠安全平穩(wěn)地將乘客送達(dá)目的地，而且應(yīng)該能夠預(yù)報(bào)層站、插播宣傳語(yǔ)及特定層站說(shuō)明語(yǔ) 。 而 電梯系統(tǒng)的多樣性和復(fù)雜性，使得電梯信號(hào)的輸出接口也多種多樣 ，包括串口（又分為 口、 口）、并口和專用接口等 。 本文 的目的就是研究如何將智能化技術(shù)應(yīng)用到嵌入式系統(tǒng)中， 解決不同電梯型號(hào)和電梯信號(hào)多樣型所帶來(lái)的問(wèn)題，在滿足嵌入式系統(tǒng)的約束性條件下，設(shè)計(jì)出 通用的嵌入式電梯自動(dòng)語(yǔ)音報(bào)站系統(tǒng)。 際國(guó)內(nèi)研究情況和進(jìn)展 隨著微電子技術(shù)的不斷創(chuàng)新和發(fā)展，嵌入式系統(tǒng)，作為計(jì)算機(jī)應(yīng)用的一個(gè)重要領(lǐng)域，已深入到社會(huì)的各個(gè)方面，越來(lái)越為人們所關(guān)注。嵌入式系統(tǒng)是計(jì)算機(jī)的一種應(yīng)用形式，通常指埋藏在宿主設(shè)備中的微處理機(jī)系統(tǒng)。對(duì)用戶而言，此類計(jì)算機(jī)一般不被設(shè)備使用者在意，典型的有微控制器、微處理器和 嵌入式處理器使宿主設(shè)備功能智能化、設(shè)計(jì)靈活和操作簡(jiǎn)單， 它 們小到移動(dòng)電話、 ，大致飛機(jī)導(dǎo)航系統(tǒng)，這些設(shè)備功能各異，千差萬(wàn)別，但都具有功能強(qiáng)、實(shí)時(shí)性強(qiáng)、結(jié)構(gòu)緊湊、可靠性高和面向?qū)ο蟮裙餐攸c(diǎn)。廣義而言，嵌入式系統(tǒng)是指作為某種技術(shù)過(guò)程的核心處理環(huán)節(jié)，能直接與現(xiàn)實(shí)環(huán)境接口或交互的信息處理系統(tǒng)。確切地說(shuō)，在這種應(yīng)用環(huán)境中，信息處理系統(tǒng)處于嵌入式工作狀態(tài)，即實(shí)時(shí)就緒與環(huán)境互動(dòng)，即實(shí)時(shí)工作方式，其典型例子如 入式系統(tǒng)通常由硬件和軟件兩部分組成。簡(jiǎn)單的嵌入式系統(tǒng)由微控制器或單片機(jī) 及嵌入式軟件組成。 嵌入式系統(tǒng)的核心部件是嵌入式處理器。目前據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，全世界嵌入式處理 2 器的品種總量已經(jīng)超過(guò) 1000 多種，流行體系結(jié)構(gòu)有 30 幾個(gè)系列，其中 8051 體系的占有多半。生產(chǎn) 8051單片機(jī)的半導(dǎo)體廠家有 20多個(gè)，共 350多種衍生產(chǎn)品，僅 00種?，F(xiàn)在幾乎每個(gè)半導(dǎo)體制造商都生產(chǎn)嵌入式處理器，越來(lái)越多的公司有自己的處理器設(shè)計(jì)部門。嵌入式處理器的尋址空間一般從 646000用封裝從 8個(gè)引腳到 144個(gè)引腳。和工業(yè)控制計(jì)算機(jī)相比，嵌入式 微處理器具有體積小、重量輕、成本低、可靠性高的優(yōu)點(diǎn)，但是在電路板上必須包括 線接口、各種外設(shè)等器件，從而降低了系統(tǒng)的可靠性，技術(shù)保密性也較差 2。 嵌入式處理器目前主要有 C、 68000、 系列。嵌入式操作系統(tǒng)一般裝在處理器的內(nèi)存中，是嵌入式系統(tǒng)中極為重要的組成部分是嵌入式應(yīng)用軟件的基礎(chǔ)和開發(fā)平臺(tái)，為信息服務(wù)商提供新的信息平臺(tái)，為信息運(yùn)營(yíng)商擴(kuò)充用戶群。 嵌入式操作系統(tǒng)可分為如下幾個(gè)層次 2：與硬件相關(guān)的底層軟件、操作系統(tǒng)核心、圖形界面、通信協(xié)議、標(biāo)準(zhǔn)化瀏覽器以 及應(yīng)用軟件。嵌入式 時(shí)操作系統(tǒng) )是一段嵌入在目標(biāo)代碼中的軟件，用戶的其他應(yīng)用程序都建立在嵌入式 入式 斷、 I/0、定時(shí)器等資源都包裝起來(lái)留給用戶一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的 用程序接口 )，并根據(jù)各個(gè)任務(wù)的優(yōu)先級(jí)，合理地在不同的任務(wù)之間分配 間。在嵌入式 基礎(chǔ)上可以編寫出各種硬件驅(qū)動(dòng)程序、專家?guī)旌瘮?shù)、行業(yè)庫(kù)函數(shù)、產(chǎn)品庫(kù)函數(shù)，和通用性的應(yīng)用程序在一起，可以作為產(chǎn)品銷售，處境行業(yè)內(nèi)的知識(shí)產(chǎn)權(quán)交流。因此嵌入式 是一個(gè)軟件開發(fā)平 臺(tái)。目前比較流行的實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)有 3S、微軟 E、S/ 2。 以上是有關(guān)嵌入式系統(tǒng)的概述。嵌入式系統(tǒng)的核心在嵌入式處理器。本課題所選用的處理器是美國(guó)德州儀器公司 (幾年開發(fā)的新一代單片機(jī)， 列單片機(jī)是該單片機(jī)在設(shè)計(jì)上打破常規(guī)采用了全新的概念，其突出的優(yōu)點(diǎn)是低電源電壓、超低功耗、多種功能。由于其功能遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)其他系列單片機(jī)的功能因而又稱之為混合型單片機(jī)。 片機(jī)帶有豐富的片 上外圍模塊 (包括 12 位 A/D 轉(zhuǎn)換器、串行通訊接口、 塊及多種時(shí)鐘模塊 )，特別適合應(yīng)用在智能儀表、防盜系統(tǒng)、智能化家電、電池供電的便攜式設(shè)備等產(chǎn)品中。 這種高集成度使應(yīng)用人員不必在接口、外接 I/可以方便的設(shè)計(jì)真正意義上的單片系統(tǒng)。 片內(nèi)存儲(chǔ)器有 C 型 )、 型 )、 型 )、 型 )4種型號(hào)，采用馮諾伊曼結(jié)構(gòu)，因此， 17。基于 十分方便的開發(fā)調(diào)試環(huán)境，片內(nèi)有 試接口，只需要一臺(tái) 和一個(gè) 試器即可進(jìn)行開發(fā)。開發(fā)語(yǔ)言有 C 語(yǔ)言和匯編語(yǔ)言。這也是本課題選南京理工大學(xué)碩士學(xué)位論文 智能嵌入式系統(tǒng)在電梯中的應(yīng)用研究 3 擇 嵌入式電梯自動(dòng)語(yǔ)音報(bào)站系統(tǒng)的信號(hào)采集部分，是許多設(shè)計(jì)者必須考慮和 解決的一個(gè)問(wèn)題。首先，應(yīng)該對(duì)電梯系統(tǒng)的 控制結(jié)構(gòu)有所了解。電梯系統(tǒng)一般采用的是主從式的總線結(jié)構(gòu)，控制機(jī)是主，各個(gè)樓層的分站機(jī)是從，主從機(jī)都有地址，大多以 了滿足系統(tǒng)的響應(yīng)及時(shí)性，系統(tǒng)的通訊速率比較的高，有的達(dá)到 1有的電梯公司，如 司的 速的通訊速率必然對(duì)系統(tǒng)處理速度、響應(yīng)時(shí)間、可靠性、抗干擾性提出更高的要求。同時(shí)，電梯主控制機(jī)的提供者，處于商業(yè)機(jī)密的考慮不會(huì)提供電梯系統(tǒng)的通訊協(xié)議。在能夠正確接收電梯數(shù)據(jù)的前提下，如何識(shí)別數(shù)據(jù)的含義，提取電梯語(yǔ)音報(bào)站系統(tǒng)所需的有用信息，是擺在系統(tǒng)設(shè)計(jì)者面前的首要問(wèn)題。如前所述，有兩種途徑來(lái)解決。其一是，購(gòu)買電梯的信號(hào)采集卡，采集卡取得電梯數(shù)據(jù)，輸出一定規(guī)則的電梯信號(hào)，采集卡實(shí)際上是一個(gè)協(xié)議的轉(zhuǎn)換器。采集卡的 價(jià)格也不菲，使用采集卡，大大簡(jiǎn)化了電梯信號(hào)的采集難度，但也增加了系統(tǒng)的成本。其二是，通過(guò)一定的技術(shù)和方法，來(lái)分析電梯在各個(gè)狀態(tài)下的數(shù)據(jù)及其對(duì)應(yīng)的含義找到數(shù)據(jù)的變化規(guī)律，逐步確定電梯系統(tǒng)的通訊規(guī)則。這必須經(jīng)過(guò)多次的數(shù)據(jù)采集，分析比較，綜合歸納和反復(fù)的試驗(yàn)等。破解電梯的通訊協(xié)議難度比較的大，但受益也大，系統(tǒng)的成本大大下降。如果破譯協(xié)議成功，可以自己做一個(gè)功能類似的采集卡，其輸出數(shù)據(jù)的格式與所購(gòu)買的采集卡相一致，增加了系統(tǒng)的靈活性。 本系統(tǒng)的核心是嵌入式的語(yǔ)音報(bào)站器。語(yǔ)音報(bào)站器的芯片種類很多，有的芯片集成度高、功 能齊全。例如 有可多次重復(fù)錄放、存儲(chǔ)時(shí)間長(zhǎng)、使用時(shí)不需擴(kuò)充存儲(chǔ)器、所需外圍電路簡(jiǎn)單等特點(diǎn)。再如 音低、不怕斷電、可反復(fù)錄放的新型語(yǔ)音芯片，單片可錄制 60 秒，串行控制時(shí)可分 256 段，并行控制最大可分 8段。 由于本系統(tǒng)的核心是嵌入式語(yǔ)音報(bào)站器，不可避免的要接觸到一些有關(guān)音頻方面的概念。了解音頻知識(shí)對(duì)于設(shè)計(jì)系統(tǒng)有很大的幫助。下面說(shuō)明 有關(guān)音頻編碼的概念。自然界中的聲音非常復(fù)雜，波形極其復(fù)雜，通常采用的是脈沖代碼調(diào)制編碼，即 化、編碼三個(gè)步驟將連續(xù)變化的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字編碼。采 樣率和采樣大?。ㄎ?/ 有損和無(wú)損、頻率與采樣率的關(guān)系等是一些比較常見(jiàn)也是容易混淆的概念。流特征是 隨著網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，人們對(duì)在線收聽(tīng)音樂(lè)提出了要求，因此也要求音頻文件能夠一邊讀一邊播放，而不需要把這個(gè)文件全部讀出后然后回放，這樣就可以做到不用下載就可以實(shí)現(xiàn)收聽(tīng)了。也可以做到一邊編碼一邊播放，正是這種特征，可以實(shí)現(xiàn)在線的直播，架設(shè)自己的數(shù)字廣播電臺(tái)成為了現(xiàn)實(shí)。 嵌入式電梯自動(dòng)語(yǔ)音報(bào)站系統(tǒng)是嵌入式系統(tǒng)的一個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域，既有硬件電 路技術(shù)、軟件設(shè)計(jì)技術(shù)，又有通訊協(xié)議的設(shè)計(jì)；既涉及到音頻技術(shù)，又涉及到大容量的存 4 儲(chǔ)技術(shù)。系統(tǒng)的各個(gè)主要組成部分既要有功能的完整性又要不失靈活性，在選擇單片機(jī)、功能器件、通訊接口上也要全面的考慮。電梯系統(tǒng)的多樣性和復(fù)雜性，使得電梯信號(hào)的輸出接口也多種多樣，解決的方式是引入智能化的技術(shù)，包括本文運(yùn)用的產(chǎn)生式規(guī)則，建立了產(chǎn)生式規(guī)則知識(shí)庫(kù)。具體實(shí)施時(shí)，針對(duì)特定的電梯系統(tǒng)，引入系統(tǒng)自學(xué)習(xí)機(jī)制，方便系統(tǒng)的安裝。 相信智能嵌入式系統(tǒng)在電梯中的應(yīng)用將為電梯等系統(tǒng)的語(yǔ)音報(bào)站提供解決問(wèn)題的一個(gè)途徑，語(yǔ)音報(bào)站技術(shù)的應(yīng)用面將更為廣闊 。 2 系統(tǒng)的智能化分析 智能是指在求解問(wèn)題時(shí)從巨大的解空間中迅速找到合適解的能力 1。一個(gè)系統(tǒng) 之所以能在求解問(wèn)題的過(guò)程中體現(xiàn)出高水平的智能理解和智能行為，主要是由于它能夠利用專業(yè)領(lǐng)域的概念、事實(shí)、方法、模型以及領(lǐng)域的啟發(fā)性知識(shí)。知識(shí)原理強(qiáng)調(diào)只有小部分知識(shí)能被一般化，而且有通用性。因此，在求解問(wèn)題時(shí)，僅僅有通用性的方法是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。事實(shí)上，如果只獲取通用的方法。那么在求解問(wèn)題時(shí)，會(huì)因?yàn)槿狈ψ銐虻南拗?，而無(wú)法有效控制求解 的范圍。知識(shí)的數(shù)量占解空間的大小之間存在著反比例的關(guān)系，一般說(shuō)來(lái) 擁有的領(lǐng)域知識(shí)愈多，則搜 索的解空間愈小 1。 一般說(shuō)來(lái)系統(tǒng)擁有的知識(shí)愈多，則解決問(wèn)題的能力亦就愈強(qiáng)。知識(shí)量的 多少可以粗略地用以下三個(gè)知識(shí)閥值來(lái)衡量。 知識(shí)的形式化閥值：求解一個(gè)問(wèn)題所需要的最少知識(shí)量。知識(shí)的勝任閥值：系統(tǒng)具有的知識(shí)量足以解決某領(lǐng)域、某范圍的大部分問(wèn)題，那么知識(shí)的這一數(shù)量，稱作勝任閥值。 知識(shí)的專家閥值：系統(tǒng)所具有的知識(shí)能處理領(lǐng)域中所有異常情況，這時(shí)系統(tǒng) 的知識(shí)量達(dá)到了專家閥值 1。 電梯系統(tǒng)的多樣性和復(fù)雜性，使得電梯信號(hào)的輸出接口也多種多樣。在開發(fā)研制嵌入式電梯自動(dòng)語(yǔ)音報(bào)站系統(tǒng)時(shí)，碰到了不少問(wèn)題，其中電梯信號(hào)知識(shí)的表 示、獲取和維護(hù)是比較重要的問(wèn)題。要 開發(fā)一種可適用于大多數(shù)型號(hào)電梯的、自動(dòng)播放的嵌入式電梯自動(dòng)語(yǔ)音報(bào)站系統(tǒng)就必須總結(jié)電梯信號(hào)接口的相似性、互異性，找出其規(guī)律，采取適當(dāng)?shù)姆椒右越鉀Q。本章 提出了將電梯信號(hào)知識(shí)分類的方法，運(yùn)用了產(chǎn)生式規(guī)則，建立了產(chǎn)生式規(guī)則知識(shí)庫(kù)。具體實(shí)施時(shí)，針對(duì)特定的電梯系統(tǒng)，引入了系統(tǒng)自學(xué)習(xí)機(jī)制，方便了系統(tǒng)的安裝。 識(shí)及其表示 知識(shí)表示是現(xiàn)在 識(shí)表示的 技術(shù)和理論經(jīng)歷了快速的變化和發(fā)展。對(duì)于什么是知識(shí)以及知識(shí)表示等形成了眾多理論，產(chǎn)生了知識(shí)處理學(xué)。南京理工大學(xué)碩士學(xué)位論文 智能嵌入式系統(tǒng)在電梯中的應(yīng)用研究 5 知識(shí)庫(kù)系統(tǒng)主 要處理的就是知識(shí)，知識(shí)具有不 同的表現(xiàn)形式，分別適合于表現(xiàn)不同領(lǐng)域的知識(shí)。知識(shí)表示的選擇在很大程度上影響知識(shí)庫(kù)的效率。 什么是知識(shí)？從認(rèn)識(shí)論的角度來(lái)看，知識(shí)是人類知識(shí)自然界（包括社會(huì)和人）的精神產(chǎn)物，是人類進(jìn)行智能活動(dòng)的基礎(chǔ) 13。計(jì)算機(jī)所處理的知識(shí)，按其作用可大致分為三類 13： 描述性知識(shí)，表示對(duì)象及概念的特征及其相互關(guān)系的知識(shí)，以及問(wèn)題求解狀況的知識(shí)，也稱為事實(shí)性知識(shí)。 判斷性知識(shí)，表示與相關(guān)領(lǐng)域有關(guān)的問(wèn)題求解知識(shí)如推理規(guī)則等，也稱為啟發(fā)性知識(shí)。 過(guò)程性知識(shí)，表示問(wèn)題求解的控制策略，即如何應(yīng)用判斷性 知識(shí)進(jìn)行推理的知識(shí)。 知識(shí)表示是對(duì)智能進(jìn)行模擬的一個(gè)數(shù)學(xué)模型，然而它可以不是一個(gè)對(duì)智能本 質(zhì)的描述，特別是傳統(tǒng)的符號(hào)主義知識(shí)表示離揭示人的智能行為發(fā)生的內(nèi)在過(guò)程還有很大的差距。在神經(jīng)科學(xué)和心理學(xué)的指導(dǎo)下，通過(guò)對(duì)智能行為的生理基礎(chǔ)和 心理過(guò)程的研究，遵循“解釋智能”的思想，可以得到對(duì)知識(shí)的心智表示的新認(rèn)識(shí)。這種表示觀的不同，預(yù)示著人工智能方法論上的進(jìn)步。人工智能與計(jì)算技術(shù)的結(jié)合產(chǎn)生了所謂“知識(shí)處理”的新課題。即要求計(jì)算機(jī)來(lái)模擬人腦的功能，以知識(shí)和智能來(lái)解決各種問(wèn)題，回答各種詢問(wèn)、或從已有 的知識(shí)來(lái)推演新知識(shí)等等。 知識(shí)的表示與知識(shí)的獲取及知識(shí)的運(yùn)用一起，稱為知識(shí)處理學(xué)的三大課題。 而且一般認(rèn)為知識(shí)表示處于其中心地位。因?yàn)橐环矫娅@取的知識(shí)必須表示成某種形式，否則就無(wú)從記錄下知識(shí)；另一方面顯然沒(méi)有表示也就根本談不上運(yùn)用知識(shí)。不但能否把知識(shí)表示出來(lái)對(duì)知識(shí)的處理是如此至關(guān)重要，而且知識(shí)表示的好壞對(duì)知識(shí)處理的效率和應(yīng)用范圍影響很大，對(duì)知識(shí)獲取和學(xué)習(xí)機(jī)制的研究也有直接的 影響。所以，知識(shí)表示問(wèn)題向來(lái)就是知識(shí)處理中最熱門的研究課題之一。而且往往把知識(shí)表示與知識(shí)的運(yùn)用結(jié)合起來(lái)研究，以求知識(shí)處理的最佳效果。 為了便于知識(shí)管理和推理分析，一 般要求所表達(dá)的知識(shí)簡(jiǎn)單、明了、易于理解，并能對(duì)知識(shí)進(jìn)行方便、靈活的擴(kuò)充。知識(shí)表示的方法有多種，各種表達(dá)方式的能力和特點(diǎn)有一定的差異。 迄今， 輯表示法 這里所說(shuō)的邏輯系指一階謂詞邏輯。邏輯表示法是最早使用的一種知識(shí)表示方法，它具有簡(jiǎn)單、自然、精確、靈活、模塊化的優(yōu)點(diǎn)。邏輯表示法的推理系統(tǒng)采用歸結(jié)原理，這種推理方法嚴(yán)格、完備、通用，在自動(dòng)定理證明等應(yīng)用取得了成功。 謂 詞邏輯是使用量詞和邏輯連接符做出有關(guān)對(duì)象、特征、場(chǎng)景和關(guān)系的陳述的。 6 例 如 : 它表示盒子在桌子上。其中 子）和 子）是常量，表示個(gè)體。 上 ） 是謂詞，表示 如所有的大象都是灰色的可表示為： X( x) x， )。 對(duì)于一階 謂詞邏輯表示方法，主要有以下優(yōu)點(diǎn)。 (1)一階謂詞邏輯建筑在扎實(shí)的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)上，所以其具有嚴(yán)密的科學(xué)性。 (2)用一階謂詞表示求解問(wèn)題的所需的知識(shí)符合人類對(duì)問(wèn)題的直覺(jué)理解，易于自然表達(dá)。 (3)一階謂詞具有完備的邏輯推理算法，所 以大部分的知識(shí)均可以用一階謂詞邏輯來(lái)表達(dá)。 (4)謂詞邏輯與關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)具有密切的聯(lián)系。在關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)中的邏輯代數(shù)表達(dá)式是邏輯表達(dá)式形式之一，所以很容易把關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)改造為演繹知識(shí)庫(kù)。 一階謂詞有一下幾個(gè)不足 1： (1)一階謂詞邏輯不允許量詞作用于謂詞和函數(shù)，這限制了它表達(dá)和處理知識(shí)的能力。 (2)一階謂詞邏輯只能表達(dá)描述性的知識(shí)，而不能表達(dá)過(guò)程性的知識(shí)。 (3)在求解較大型的問(wèn)題過(guò)程中，由于知識(shí)的組合爆炸使知識(shí)處理效率低下，所以一階謂詞不適合組織大型知識(shí)庫(kù)。 義網(wǎng)絡(luò)表示法 語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)是通過(guò)包含結(jié)點(diǎn)和邊 (連接結(jié)點(diǎn)之間的弧 )的有向圖來(lái)描述對(duì)象、事 件、概念以及動(dòng)作的方法，由于它很自然，所以在人工智能中獲得廣泛應(yīng)用。 例如，圖 的椅子” (一個(gè)語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò) 節(jié)點(diǎn)“ 以上的部分表示“我的椅子是一個(gè)椅子 ” , “椅子是一種家具 ” , “座部是椅子的一部分 ” 以左的部分表示“我的椅子的所有者是我 ” , “我是一個(gè)人 ” 結(jié)點(diǎn)“ 以右的部分 表示“我的椅子的覆蓋物是皮革”。圖中“ “ 是語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)中常用的關(guān)系?！?示某一個(gè)體是某一集合的元素?！?是 示一個(gè)集合是另一個(gè)集合的子集合，如“椅子是一個(gè)家具”。 E 表示“椅子”的語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò) 南京理工大學(xué)碩士學(xué)位論文 智能嵌入式系統(tǒng)在電梯中的應(yīng)用研究 7 一個(gè)有向圖將對(duì)象自然地聯(lián)系在關(guān)系當(dāng)中，因而語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)可用在很復(fù)雜的分 類學(xué)推理領(lǐng)域中以及那些需要表示對(duì)象、事件、場(chǎng)景及行為的特 性及它們之間關(guān) 系的領(lǐng)域中。在語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)中，程序可以從感興趣的任何結(jié)點(diǎn)出發(fā)，沿著弧到達(dá)相關(guān)聯(lián)的結(jié) 點(diǎn)，還可繼續(xù)沿弧到達(dá)更遠(yuǎn)的結(jié)點(diǎn)，這種方法非常自然，類似于人類的聯(lián)想記憶。但是，鑒于每個(gè)結(jié)點(diǎn)連接多條弧，當(dāng)我們從開始結(jié)點(diǎn)出發(fā)后，如果沒(méi)有很好的組 織和強(qiáng)有力的搜索規(guī)則指引，就會(huì)容易陷入無(wú)窮支路而無(wú)解。 生式規(guī)則表示法 產(chǎn)生式規(guī)則把知識(shí)表示成“模式動(dòng)作 ” 對(duì)，表示方式自然、簡(jiǎn)潔。它的推理機(jī)制以演繹推理為基礎(chǔ)，推理系統(tǒng)也稱為產(chǎn)生式系統(tǒng)。產(chǎn)生式系統(tǒng)是一個(gè)基于產(chǎn)生式規(guī)則表示知識(shí)的知識(shí)庫(kù)系統(tǒng)。產(chǎn)生式規(guī)則概念由波斯特 ( 1943年提出，后由尼維爾 (西蒙 ( 1972年