多傳感器融合的模糊智能晾衣系統設計研究

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，能夠對溫度、濕度、風力強度及光強度進行實時監測，實現對衣服的智能收晾。通過對多傳感器檢測輸入信號進行加權融合，采用模糊邏輯控制方法實現推理運算，獲得多晾曬模式的控制輸出，提高了晾衣效率和質量。

【關鍵詞】 智能晾衣系統 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，關系到人們的生活品質。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市場占有量最大，且基本是手動控制實現衣服的晾收。隨著人們生活節奏的加快，能實現晾曬環境的實時監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注。

衣服晾曬環境是一個多物理場耦合的復雜系統，涉及溫度、濕度、風強度和光線強度等。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，無法用精確的數值來度量。傳統的手動晾衣裝置和文獻[1][2]中所提到的自動晾衣系統都是基于二值化的控制模式，只有晾和收兩個狀態。而在實際環境中，衣服的晾曬應該是一個連續的過程，在不同的晾曬環境對應不同的晾曬模式，如細雨小風的天氣，衣架和帷幕都應該處于半收回狀態，利用通風帶走衣服的水分，防止衣服變味，從而高效、快速的實現衣服的晾曬。本文提出一種多傳感器融合的智能晾衣系統，給出了系統組成框架，采用模糊控制的方法實現對晾衣環境的智能監測判斷，從而控制完成不同的晾曬模式，具有很強的實際應用前景。

2 系統組成及工作原理

2.1 系統組成框架

如圖1所示為基于多傳感器融合監控的智能晾衣系統組成框架，由控制器、輸入系統和輸出系統三部分組成。系統的控制核心為AT89S52單片機最小系統，包含CPU、晶振電路、電源電路、復位電路等。輸入系統主要是各種環境檢測傳感器，檢測信號類型有數字量和開關量兩種，對于數字量信號需要遵循一定的通信協議實現信息的交互。輸出系統主要包含兩個步進電機，實現晾衣杠的伸縮和遮雨帷幕的升降。

2.2 系統工作原理

多傳感器構成的輸入系統對晾衣環境的多物理量進行檢測并通過各種數據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；輸出系統將接收的單片機控制信號轉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成了不同的晾曬模式。

3 模糊控制設計

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

3.1 論域設計

根據實際情況確定晾衣環境變量偏差及偏差變化率信號（/溫度，/濕度，/光強度，/風強度）和步進電機控制輸出的基本論域。選擇適當的量化因子，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]。經過對多輸入變量偏差及偏差變化率信號進行加權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、光強度和風強度的偏差及偏差變化率加權融合因子，取值由該變量對控制結果的影響作用決定，且，。

3.2 隸屬度函數設計

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（負大）；NM（負中）；NS（負小）；ZO（零）；PS（正小）；PM（正中）；PL（正大）}。隸屬函數采用三角形隸屬度函數，三角函數的解析表達式為：

3.3 模糊推理

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

4 結語

本文設計了一種基于多傳感器融合監測晾衣環境的智能晾衣系統，采用模糊控制方法對環境監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智能晾衣桿系統設計[J].重慶文理學院學報（自然學科版） ，2011（4）：46-49.

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

【摘 要】 提出了一種多傳感器融合的智能晾衣系統，能夠對溫度、濕度、風力強度及光強度進行實時監測，實現對衣服的智能收晾。通過對多傳感器檢測輸入信號進行加權融合，采用模糊邏輯控制方法實現推理運算，獲得多晾曬模式的控制輸出，提高了晾衣效率和質量。

【關鍵詞】 智能晾衣系統 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，關系到人們的生活品質。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市場占有量最大，且基本是手動控制實現衣服的晾收。隨著人們生活節奏的加快，能實現晾曬環境的實時監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注。

衣服晾曬環境是一個多物理場耦合的復雜系統，涉及溫度、濕度、風強度和光線強度等。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，無法用精確的數值來度量。傳統的手動晾衣裝置和文獻[1][2]中所提到的自動晾衣系統都是基于二值化的控制模式，只有晾和收兩個狀態。而在實際環境中，衣服的晾曬應該是一個連續的過程，在不同的晾曬環境對應不同的晾曬模式，如細雨小風的天氣，衣架和帷幕都應該處于半收回狀態，利用通風帶走衣服的水分，防止衣服變味，從而高效、快速的實現衣服的晾曬。本文提出一種多傳感器融合的智能晾衣系統，給出了系統組成框架，采用模糊控制的方法實現對晾衣環境的智能監測判斷，從而控制完成不同的晾曬模式，具有很強的實際應用前景。

2 系統組成及工作原理

2.1 系統組成框架

如圖1所示為基于多傳感器融合監控的智能晾衣系統組成框架，由控制器、輸入系統和輸出系統三部分組成。系統的控制核心為AT89S52單片機最小系統，包含CPU、晶振電路、電源電路、復位電路等。輸入系統主要是各種環境檢測傳感器，檢測信號類型有數字量和開關量兩種，對于數字量信號需要遵循一定的通信協議實現信息的交互。輸出系統主要包含兩個步進電機，實現晾衣杠的伸縮和遮雨帷幕的升降。

2.2 系統工作原理

多傳感器構成的輸入系統對晾衣環境的多物理量進行檢測并通過各種數據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；輸出系統將接收的單片機控制信號轉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成了不同的晾曬模式。

3 模糊控制設計

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

3.1 論域設計

根據實際情況確定晾衣環境變量偏差及偏差變化率信號（/溫度，/濕度，/光強度，/風強度）和步進電機控制輸出的基本論域。選擇適當的量化因子，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]。經過對多輸入變量偏差及偏差變化率信號進行加權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、光強度和風強度的偏差及偏差變化率加權融合因子，取值由該變量對控制結果的影響作用決定，且，。

3.2 隸屬度函數設計

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（負大）；NM（負中）；NS（負小）；ZO（零）；PS（正小）；PM（正中）；PL（正大）}。隸屬函數采用三角形隸屬度函數，三角函數的解析表達式為：

3.3 模糊推理

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

4 結語

本文設計了一種基于多傳感器融合監測晾衣環境的智能晾衣系統，采用模糊控制方法對環境監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智能晾衣桿系統設計[J].重慶文理學院學報（自然學科版） ，2011（4）：46-49.

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

【摘 要】 提出了一種多傳感器融合的智能晾衣系統，能夠對溫度、濕度、風力強度及光強度進行實時監測，實現對衣服的智能收晾。通過對多傳感器檢測輸入信號進行加權融合，采用模糊邏輯控制方法實現推理運算，獲得多晾曬模式的控制輸出，提高了晾衣效率和質量。

【關鍵詞】 智能晾衣系統 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，關系到人們的生活品質。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市場占有量最大，且基本是手動控制實現衣服的晾收。隨著人們生活節奏的加快，能實現晾曬環境的實時監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注。

衣服晾曬環境是一個多物理場耦合的復雜系統，涉及溫度、濕度、風強度和光線強度等。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，無法用精確的數值來度量。傳統的手動晾衣裝置和文獻[1][2]中所提到的自動晾衣系統都是基于二值化的控制模式，只有晾和收兩個狀態。而在實際環境中，衣服的晾曬應該是一個連續的過程，在不同的晾曬環境對應不同的晾曬模式，如細雨小風的天氣，衣架和帷幕都應該處于半收回狀態，利用通風帶走衣服的水分，防止衣服變味，從而高效、快速的實現衣服的晾曬。本文提出一種多傳感器融合的智能晾衣系統，給出了系統組成框架，采用模糊控制的方法實現對晾衣環境的智能監測判斷，從而控制完成不同的晾曬模式，具有很強的實際應用前景。

2 系統組成及工作原理

2.1 系統組成框架

如圖1所示為基于多傳感器融合監控的智能晾衣系統組成框架，由控制器、輸入系統和輸出系統三部分組成。系統的控制核心為AT89S52單片機最小系統，包含CPU、晶振電路、電源電路、復位電路等。輸入系統主要是各種環境檢測傳感器，檢測信號類型有數字量和開關量兩種，對于數字量信號需要遵循一定的通信協議實現信息的交互。輸出系統主要包含兩個步進電機，實現晾衣杠的伸縮和遮雨帷幕的升降。

2.2 系統工作原理

多傳感器構成的輸入系統對晾衣環境的多物理量進行檢測并通過各種數據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；輸出系統將接收的單片機控制信號轉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成了不同的晾曬模式。

3 模糊控制設計

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

3.1 論域設計

根據實際情況確定晾衣環境變量偏差及偏差變化率信號（/溫度，/濕度，/光強度，/風強度）和步進電機控制輸出的基本論域。選擇適當的量化因子，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]。經過對多輸入變量偏差及偏差變化率信號進行加權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、光強度和風強度的偏差及偏差變化率加權融合因子，取值由該變量對控制結果的影響作用決定，且，。

3.2 隸屬度函數設計

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（負大）；NM（負中）；NS（負小）；ZO（零）；PS（正小）；PM（正中）；PL（正大）}。隸屬函數采用三角形隸屬度函數，三角函數的解析表達式為：

3.3 模糊推理

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

4 結語

本文設計了一種基于多傳感器融合監測晾衣環境的智能晾衣系統，采用模糊控制方法對環境監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智能晾衣桿系統設計[J].重慶文理學院學報（自然學科版） ，2011（4）：46-49.

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