多傳感器融合的模糊智能晾衣系統(tǒng)設(shè)計研究

宣露+史浩+丁佩+周董+宋科

【摘 要】 提出了一種多傳感器融合的智能晾衣系統(tǒng)，能夠?qū)囟取穸取L(fēng)力強度及光強度進行實時監(jiān)測，實現(xiàn)對衣服的智能收晾。通過對多傳感器檢測輸入信號進行加權(quán)融合，采用模糊邏輯控制方法實現(xiàn)推理運算，獲得多晾曬模式的控制輸出，提高了晾衣效率和質(zhì)量。

【關(guān)鍵詞】 智能晾衣系統(tǒng) 多傳感器融合 模糊控制

1 引言

晾衣裝置是居家生活中的必備品，關(guān)系到人們的生活品質(zhì)。目前市場上的晾衣裝置種類繁多，其中以安裝在未封陽臺上的可伸縮式晾衣架配合遮雨帷幕的晾衣系統(tǒng)市場占有量最大，且基本是手動控制實現(xiàn)衣服的晾收。隨著人們生活節(jié)奏的加快，能實現(xiàn)晾曬環(huán)境的實時監(jiān)測自動完成衣服晾收工作的智能晾衣裝置越來越受到人們的關(guān)注。

衣服晾曬環(huán)境是一個多物理場耦合的復(fù)雜系統(tǒng)，涉及溫度、濕度、風(fēng)強度和光線強度等。且各個物理量在衣服晾曬過程中所起的作用是一個模糊的界限，無法用精確的數(shù)值來度量。傳統(tǒng)的手動晾衣裝置和文獻[1][2]中所提到的自動晾衣系統(tǒng)都是基于二值化的控制模式，只有晾和收兩個狀態(tài)。而在實際環(huán)境中，衣服的晾曬應(yīng)該是一個連續(xù)的過程，在不同的晾曬環(huán)境對應(yīng)不同的晾曬模式，如細(xì)雨小風(fēng)的天氣，衣架和帷幕都應(yīng)該處于半收回狀態(tài)，利用通風(fēng)帶走衣服的水分，防止衣服變味，從而高效、快速的實現(xiàn)衣服的晾曬。本文提出一種多傳感器融合的智能晾衣系統(tǒng)，給出了系統(tǒng)組成框架，采用模糊控制的方法實現(xiàn)對晾衣環(huán)境的智能監(jiān)測判斷，從而控制完成不同的晾曬模式，具有很強的實際應(yīng)用前景。

2 系統(tǒng)組成及工作原理

2.1 系統(tǒng)組成框架

如圖1所示為基于多傳感器融合監(jiān)控的智能晾衣系統(tǒng)組成框架，由控制器、輸入系統(tǒng)和輸出系統(tǒng)三部分組成。系統(tǒng)的控制核心為AT89S52單片機最小系統(tǒng)，包含CPU、晶振電路、電源電路、復(fù)位電路等。輸入系統(tǒng)主要是各種環(huán)境檢測傳感器，檢測信號類型有數(shù)字量和開關(guān)量兩種，對于數(shù)字量信號需要遵循一定的通信協(xié)議實現(xiàn)信息的交互。輸出系統(tǒng)主要包含兩個步進電機，實現(xiàn)晾衣杠的伸縮和遮雨帷幕的升降。

2.2 系統(tǒng)工作原理

多傳感器構(gòu)成的輸入系統(tǒng)對晾衣環(huán)境的多物理量進行檢測并通過各種數(shù)據(jù)交換機制傳送給單片機；單片機接收到檢測信號后采用模糊控制算法對信號進行邏輯推理和計算，獲得控制輸出量并輸出到控制對象；輸出系統(tǒng)將接收的單片機控制信號轉(zhuǎn)換為衣架的伸縮運動和帷幕的升降運動。衣架伸縮量和帷幕升降量的不同組合構(gòu)成了不同的晾曬模式。

3 模糊控制設(shè)計

如圖2所示為智能晾衣系統(tǒng)模糊控制原理圖，系統(tǒng)由信號輸入采集、模糊控制運算器和信號輸出控制三部分構(gòu)成。其中模糊運算控制器主要由單片機來實現(xiàn)。

3.1 論域設(shè)計

根據(jù)實際情況確定晾衣環(huán)境變量偏差及偏差變化率信號（/溫度，/濕度，/光強度，/風(fēng)強度）和步進電機控制輸出的基本論域。選擇適當(dāng)?shù)牧炕蜃樱：幚砗蠖噍斎胱兞科罴捌钭兓市盘柡涂刂戚敵鲂盘柕恼撚蚓鶠閇-3，-2，-1，0，+1，+2，+3]。經(jīng)過對多輸入變量偏差及偏差變化率信號進行加權(quán)融合處理后可得總輸入偏差及偏差變化率信號：

其中分別為溫度、濕度、光強度和風(fēng)強度的偏差及偏差變化率加權(quán)融合因子，取值由該變量對控制結(jié)果的影響作用決定，且，。

3.2 隸屬度函數(shù)設(shè)計

輸入變量偏差及偏差變化率信號和輸出控制信號在論域上的模糊語言描述均為{NL（負(fù)大）；NM（負(fù)中）；NS（負(fù)小）；ZO（零）；PS（正?。籔M（正中）；PL（正大）}。隸屬函數(shù)采用三角形隸屬度函數(shù)，三角函數(shù)的解析表達(dá)式為：

3.3 模糊推理

為了加快控制速度，減少時間消耗，本設(shè)計采用離線計算在線查表的方法。加權(quán)平均法考慮糊量的有關(guān)信息，能夠全面反映輸出的模糊推理結(jié)果，同時執(zhí)行運算較為容易。因此本設(shè)計采用加權(quán)平均法進行，對應(yīng)的控制策略如表1所示。運行中每一輸入都對應(yīng)唯一的控制變化量，只要找到的值，直接就能輸出控制結(jié)果。

4 結(jié)語

本文設(shè)計了一種基于多傳感器融合監(jiān)測晾衣環(huán)境的智能晾衣系統(tǒng)，采用模糊控制方法對環(huán)境監(jiān)測信號進行推理運算，獲得多模式輸出控制量，能有效的提高衣服的晾曬效率，具有廣闊的應(yīng)用前景。

參考文獻：

[1]毛明軒，朱皋，楊守良.基于單片機的溫濕度感應(yīng)智能晾衣桿系統(tǒng)設(shè)計[J].重慶文理學(xué)院學(xué)報（自然學(xué)科版） ，2011（4）：46-49.

[2]岳虎，周徐萍，曾慶玉.淺談多功能智能晾衣系統(tǒng)[J].科技創(chuàng)新，2014（15）：17.endprint

【摘 要】 提出了一種多傳感器融合的智能晾衣系統(tǒng)，能夠?qū)囟?、濕度、風(fēng)力強度及光強度進行實時監(jiān)測，實現(xiàn)對衣服的智能收晾。通過對多傳感器檢測輸入信號進行加權(quán)融合，采用模糊邏輯控制方法實現(xiàn)推理運算，獲得多晾曬模式的控制輸出，提高了晾衣效率和質(zhì)量。

【關(guān)鍵詞】 智能晾衣系統(tǒng) 多傳感器融合 模糊控制

1 引言

晾衣裝置是居家生活中的必備品，關(guān)系到人們的生活品質(zhì)。目前市場上的晾衣裝置種類繁多，其中以安裝在未封陽臺上的可伸縮式晾衣架配合遮雨帷幕的晾衣系統(tǒng)市場占有量最大，且基本是手動控制實現(xiàn)衣服的晾收。隨著人們生活節(jié)奏的加快，能實現(xiàn)晾曬環(huán)境的實時監(jiān)測自動完成衣服晾收工作的智能晾衣裝置越來越受到人們的關(guān)注。

衣服晾曬環(huán)境是一個多物理場耦合的復(fù)雜系統(tǒng)，涉及溫度、濕度、風(fēng)強度和光線強度等。且各個物理量在衣服晾曬過程中所起的作用是一個模糊的界限，無法用精確的數(shù)值來度量。傳統(tǒng)的手動晾衣裝置和文獻[1][2]中所提到的自動晾衣系統(tǒng)都是基于二值化的控制模式，只有晾和收兩個狀態(tài)。而在實際環(huán)境中，衣服的晾曬應(yīng)該是一個連續(xù)的過程，在不同的晾曬環(huán)境對應(yīng)不同的晾曬模式，如細(xì)雨小風(fēng)的天氣，衣架和帷幕都應(yīng)該處于半收回狀態(tài)，利用通風(fēng)帶走衣服的水分，防止衣服變味，從而高效、快速的實現(xiàn)衣服的晾曬。本文提出一種多傳感器融合的智能晾衣系統(tǒng)，給出了系統(tǒng)組成框架，采用模糊控制的方法實現(xiàn)對晾衣環(huán)境的智能監(jiān)測判斷，從而控制完成不同的晾曬模式，具有很強的實際應(yīng)用前景。

2 系統(tǒng)組成及工作原理

2.1 系統(tǒng)組成框架

如圖1所示為基于多傳感器融合監(jiān)控的智能晾衣系統(tǒng)組成框架，由控制器、輸入系統(tǒng)和輸出系統(tǒng)三部分組成。系統(tǒng)的控制核心為AT89S52單片機最小系統(tǒng)，包含CPU、晶振電路、電源電路、復(fù)位電路等。輸入系統(tǒng)主要是各種環(huán)境檢測傳感器，檢測信號類型有數(shù)字量和開關(guān)量兩種，對于數(shù)字量信號需要遵循一定的通信協(xié)議實現(xiàn)信息的交互。輸出系統(tǒng)主要包含兩個步進電機，實現(xiàn)晾衣杠的伸縮和遮雨帷幕的升降。

2.2 系統(tǒng)工作原理

多傳感器構(gòu)成的輸入系統(tǒng)對晾衣環(huán)境的多物理量進行檢測并通過各種數(shù)據(jù)交換機制傳送給單片機；單片機接收到檢測信號后采用模糊控制算法對信號進行邏輯推理和計算，獲得控制輸出量并輸出到控制對象；輸出系統(tǒng)將接收的單片機控制信號轉(zhuǎn)換為衣架的伸縮運動和帷幕的升降運動。衣架伸縮量和帷幕升降量的不同組合構(gòu)成了不同的晾曬模式。

3 模糊控制設(shè)計

如圖2所示為智能晾衣系統(tǒng)模糊控制原理圖，系統(tǒng)由信號輸入采集、模糊控制運算器和信號輸出控制三部分構(gòu)成。其中模糊運算控制器主要由單片機來實現(xiàn)。

3.1 論域設(shè)計

根據(jù)實際情況確定晾衣環(huán)境變量偏差及偏差變化率信號（/溫度，/濕度，/光強度，/風(fēng)強度）和步進電機控制輸出的基本論域。選擇適當(dāng)?shù)牧炕蜃?，模糊化處理后多輸入變量偏差及偏差變化率信號和控制輸出信號的論域均為[-3，-2，-1，0，+1，+2，+3]。經(jīng)過對多輸入變量偏差及偏差變化率信號進行加權(quán)融合處理后可得總輸入偏差及偏差變化率信號：

其中分別為溫度、濕度、光強度和風(fēng)強度的偏差及偏差變化率加權(quán)融合因子，取值由該變量對控制結(jié)果的影響作用決定，且，。

3.2 隸屬度函數(shù)設(shè)計

輸入變量偏差及偏差變化率信號和輸出控制信號在論域上的模糊語言描述均為{NL（負(fù)大）；NM（負(fù)中）；NS（負(fù)小）；ZO（零）；PS（正?。?；PM（正中）；PL（正大）}。隸屬函數(shù)采用三角形隸屬度函數(shù)，三角函數(shù)的解析表達(dá)式為：

3.3 模糊推理

為了加快控制速度，減少時間消耗，本設(shè)計采用離線計算在線查表的方法。加權(quán)平均法考慮糊量的有關(guān)信息，能夠全面反映輸出的模糊推理結(jié)果，同時執(zhí)行運算較為容易。因此本設(shè)計采用加權(quán)平均法進行，對應(yīng)的控制策略如表1所示。運行中每一輸入都對應(yīng)唯一的控制變化量，只要找到的值，直接就能輸出控制結(jié)果。

4 結(jié)語

本文設(shè)計了一種基于多傳感器融合監(jiān)測晾衣環(huán)境的智能晾衣系統(tǒng)，采用模糊控制方法對環(huán)境監(jiān)測信號進行推理運算，獲得多模式輸出控制量，能有效的提高衣服的晾曬效率，具有廣闊的應(yīng)用前景。

參考文獻：

[1]毛明軒，朱皋，楊守良.基于單片機的溫濕度感應(yīng)智能晾衣桿系統(tǒng)設(shè)計[J].重慶文理學(xué)院學(xué)報（自然學(xué)科版） ，2011（4）：46-49.

[2]岳虎，周徐萍，曾慶玉.淺談多功能智能晾衣系統(tǒng)[J].科技創(chuàng)新，2014（15）：17.endprint

【摘 要】 提出了一種多傳感器融合的智能晾衣系統(tǒng)，能夠?qū)囟?、濕度、風(fēng)力強度及光強度進行實時監(jiān)測，實現(xiàn)對衣服的智能收晾。通過對多傳感器檢測輸入信號進行加權(quán)融合，采用模糊邏輯控制方法實現(xiàn)推理運算，獲得多晾曬模式的控制輸出，提高了晾衣效率和質(zhì)量。

【關(guān)鍵詞】 智能晾衣系統(tǒng) 多傳感器融合 模糊控制

1 引言

晾衣裝置是居家生活中的必備品，關(guān)系到人們的生活品質(zhì)。目前市場上的晾衣裝置種類繁多，其中以安裝在未封陽臺上的可伸縮式晾衣架配合遮雨帷幕的晾衣系統(tǒng)市場占有量最大，且基本是手動控制實現(xiàn)衣服的晾收。隨著人們生活節(jié)奏的加快，能實現(xiàn)晾曬環(huán)境的實時監(jiān)測自動完成衣服晾收工作的智能晾衣裝置越來越受到人們的關(guān)注。

衣服晾曬環(huán)境是一個多物理場耦合的復(fù)雜系統(tǒng)，涉及溫度、濕度、風(fēng)強度和光線強度等。且各個物理量在衣服晾曬過程中所起的作用是一個模糊的界限，無法用精確的數(shù)值來度量。傳統(tǒng)的手動晾衣裝置和文獻[1][2]中所提到的自動晾衣系統(tǒng)都是基于二值化的控制模式，只有晾和收兩個狀態(tài)。而在實際環(huán)境中，衣服的晾曬應(yīng)該是一個連續(xù)的過程，在不同的晾曬環(huán)境對應(yīng)不同的晾曬模式，如細(xì)雨小風(fēng)的天氣，衣架和帷幕都應(yīng)該處于半收回狀態(tài)，利用通風(fēng)帶走衣服的水分，防止衣服變味，從而高效、快速的實現(xiàn)衣服的晾曬。本文提出一種多傳感器融合的智能晾衣系統(tǒng)，給出了系統(tǒng)組成框架，采用模糊控制的方法實現(xiàn)對晾衣環(huán)境的智能監(jiān)測判斷，從而控制完成不同的晾曬模式，具有很強的實際應(yīng)用前景。

2 系統(tǒng)組成及工作原理

2.1 系統(tǒng)組成框架

如圖1所示為基于多傳感器融合監(jiān)控的智能晾衣系統(tǒng)組成框架，由控制器、輸入系統(tǒng)和輸出系統(tǒng)三部分組成。系統(tǒng)的控制核心為AT89S52單片機最小系統(tǒng)，包含CPU、晶振電路、電源電路、復(fù)位電路等。輸入系統(tǒng)主要是各種環(huán)境檢測傳感器，檢測信號類型有數(shù)字量和開關(guān)量兩種，對于數(shù)字量信號需要遵循一定的通信協(xié)議實現(xiàn)信息的交互。輸出系統(tǒng)主要包含兩個步進電機，實現(xiàn)晾衣杠的伸縮和遮雨帷幕的升降。

2.2 系統(tǒng)工作原理

多傳感器構(gòu)成的輸入系統(tǒng)對晾衣環(huán)境的多物理量進行檢測并通過各種數(shù)據(jù)交換機制傳送給單片機；單片機接收到檢測信號后采用模糊控制算法對信號進行邏輯推理和計算，獲得控制輸出量并輸出到控制對象；輸出系統(tǒng)將接收的單片機控制信號轉(zhuǎn)換為衣架的伸縮運動和帷幕的升降運動。衣架伸縮量和帷幕升降量的不同組合構(gòu)成了不同的晾曬模式。

3 模糊控制設(shè)計

如圖2所示為智能晾衣系統(tǒng)模糊控制原理圖，系統(tǒng)由信號輸入采集、模糊控制運算器和信號輸出控制三部分構(gòu)成。其中模糊運算控制器主要由單片機來實現(xiàn)。

3.1 論域設(shè)計

根據(jù)實際情況確定晾衣環(huán)境變量偏差及偏差變化率信號（/溫度，/濕度，/光強度，/風(fēng)強度）和步進電機控制輸出的基本論域。選擇適當(dāng)?shù)牧炕蜃?，模糊化處理后多輸入變量偏差及偏差變化率信號和控制輸出信號的論域均為[-3，-2，-1，0，+1，+2，+3]。經(jīng)過對多輸入變量偏差及偏差變化率信號進行加權(quán)融合處理后可得總輸入偏差及偏差變化率信號：

其中分別為溫度、濕度、光強度和風(fēng)強度的偏差及偏差變化率加權(quán)融合因子，取值由該變量對控制結(jié)果的影響作用決定，且，。

3.2 隸屬度函數(shù)設(shè)計

輸入變量偏差及偏差變化率信號和輸出控制信號在論域上的模糊語言描述均為{NL（負(fù)大）；NM（負(fù)中）；NS（負(fù)?。籞O（零）；PS（正小）；PM（正中）；PL（正大）}。隸屬函數(shù)采用三角形隸屬度函數(shù)，三角函數(shù)的解析表達(dá)式為：

3.3 模糊推理

為了加快控制速度，減少時間消耗，本設(shè)計采用離線計算在線查表的方法。加權(quán)平均法考慮糊量的有關(guān)信息，能夠全面反映輸出的模糊推理結(jié)果，同時執(zhí)行運算較為容易。因此本設(shè)計采用加權(quán)平均法進行，對應(yīng)的控制策略如表1所示。運行中每一輸入都對應(yīng)唯一的控制變化量，只要找到的值，直接就能輸出控制結(jié)果。

4 結(jié)語

本文設(shè)計了一種基于多傳感器融合監(jiān)測晾衣環(huán)境的智能晾衣系統(tǒng)，采用模糊控制方法對環(huán)境監(jiān)測信號進行推理運算，獲得多模式輸出控制量，能有效的提高衣服的晾曬效率，具有廣闊的應(yīng)用前景。

參考文獻：

[1]毛明軒，朱皋，楊守良.基于單片機的溫濕度感應(yīng)智能晾衣桿系統(tǒng)設(shè)計[J].重慶文理學(xué)院學(xué)報（自然學(xué)科版） ，2011（4）：46-49.

[2]岳虎，周徐萍，曾慶玉.淺談多功能智能晾衣系統(tǒng)[J].科技創(chuàng)新，2014（15）：17.endprint