多传感器融合的模糊智能晾衣系统设计研究

宣露+史浩+丁佩+周董+宋科

【摘 要】 提出了一种多传感器融合的智能晾衣系统，能够对温度、湿度、风力强度及光强度进行实时监测，实现对衣服的智能收晾。通过对多传感器检测输入信号进行加权融合，采用模糊逻辑控制方法实现推理运算，获得多晾晒模式的控制输出，提高了晾衣效率和质量。

【关键词】 智能晾衣系统 多传感器融合 模糊控制

1 引言

晾衣装置是居家生活中的必备品，关系到人们的生活品质。目前市场上的晾衣装置种类繁多，其中以安装在未封阳台上的可伸缩式晾衣架配合遮雨帷幕的晾衣系统市场占有量最大，且基本是手动控制实现衣服的晾收。随着人们生活节奏的加快，能实现晾晒环境的实时监测自动完成衣服晾收工作的智能晾衣装置越来越受到人们的关注。

衣服晾晒环境是一个多物理场耦合的复杂系统，涉及温度、湿度、风强度和光线强度等。且各个物理量在衣服晾晒过程中所起的作用是一个模糊的界限，无法用精确的数值来度量。传统的手动晾衣装置和文献[1][2]中所提到的自动晾衣系统都是基于二值化的控制模式，只有晾和收两个状态。而在实际环境中，衣服的晾晒应该是一个连续的过程，在不同的晾晒环境对应不同的晾晒模式，如细雨小风的天气，衣架和帷幕都应该处于半收回状态，利用通风带走衣服的水分，防止衣服变味，从而高效、快速的实现衣服的晾晒。本文提出一种多传感器融合的智能晾衣系统，给出了系统组成框架，采用模糊控制的方法实现对晾衣环境的智能监测判断，从而控制完成不同的晾晒模式，具有很强的实际应用前景。

2 系统组成及工作原理

2.1 系统组成框架

如图1所示为基于多传感器融合监控的智能晾衣系统组成框架，由控制器、输入系统和输出系统三部分组成。系统的控制核心为AT89S52单片机最小系统，包含CPU、晶振电路、电源电路、复位电路等。输入系统主要是各种环境检测传感器，检测信号类型有数字量和开关量两种，对于数字量信号需要遵循一定的通信协议实现信息的交互。输出系统主要包含两个步进电机，实现晾衣杠的伸缩和遮雨帷幕的升降。

2.2 系统工作原理

多传感器构成的输入系统对晾衣环境的多物理量进行检测并通过各种数据交换机制传送给单片机；单片机接收到检测信号后采用模糊控制算法对信号进行逻辑推理和计算，获得控制输出量并输出到控制对象；输出系统将接收的单片机控制信号转换为衣架的伸缩运动和帷幕的升降运动。衣架伸缩量和帷幕升降量的不同组合构成了不同的晾晒模式。

3 模糊控制设计

如图2所示为智能晾衣系统模糊控制原理图，系统由信号输入采集、模糊控制运算器和信号输出控制三部分构成。其中模糊运算控制器主要由单片机来实现。

3.1 论域设计

根据实际情况确定晾衣环境变量偏差及偏差变化率信号（/温度，/湿度，/光强度，/风强度）和步进电机控制输出的基本论域。选择适当的量化因子，模糊化处理后多输入变量偏差及偏差变化率信号和控制输出信号的论域均为[-3，-2，-1，0，+1，+2，+3]。经过对多输入变量偏差及偏差变化率信号进行加权融合处理后可得总输入偏差及偏差变化率信号：

其中分别为温度、湿度、光强度和风强度的偏差及偏差变化率加权融合因子，取值由该变量对控制结果的影响作用决定，且，。

3.2 隶属度函数设计

输入变量偏差及偏差变化率信号和输出控制信号在论域上的模糊语言描述均为{NL（负大）；NM（负中）；NS（负小）；ZO（零）；PS（正小）；PM（正中）；PL（正大）}。隶属函数采用三角形隶属度函数，三角函数的解析表达式为：

3.3 模糊推理

为了加快控制速度，减少时间消耗，本设计采用离线计算在线查表的方法。加权平均法考虑糊量的有关信息，能够全面反映输出的模糊推理结果，同时执行运算较为容易。因此本设计采用加权平均法进行，对应的控制策略如表1所示。运行中每一输入都对应唯一的控制变化量，只要找到的值，直接就能输出控制结果。

4 结语

本文设计了一种基于多传感器融合监测晾衣环境的智能晾衣系统，采用模糊控制方法对环境监测信号进行推理运算，获得多模式输出控制量，能有效的提高衣服的晾晒效率，具有广阔的应用前景。

参考文献：

[1]毛明轩，朱皋，杨守良.基于单片机的温湿度感应智能晾衣杆系统设计[J].重庆文理学院学报（自然学科版） ，2011（4）：46-49.

[2]岳虎，周徐萍，曾庆玉.浅谈多功能智能晾衣系统[J].科技创新，2014（15）：17.endprint

【摘 要】 提出了一种多传感器融合的智能晾衣系统，能够对温度、湿度、风力强度及光强度进行实时监测，实现对衣服的智能收晾。通过对多传感器检测输入信号进行加权融合，采用模糊逻辑控制方法实现推理运算，获得多晾晒模式的控制输出，提高了晾衣效率和质量。

【关键词】 智能晾衣系统 多传感器融合 模糊控制

1 引言

晾衣装置是居家生活中的必备品，关系到人们的生活品质。目前市场上的晾衣装置种类繁多，其中以安装在未封阳台上的可伸缩式晾衣架配合遮雨帷幕的晾衣系统市场占有量最大，且基本是手动控制实现衣服的晾收。随着人们生活节奏的加快，能实现晾晒环境的实时监测自动完成衣服晾收工作的智能晾衣装置越来越受到人们的关注。

衣服晾晒环境是一个多物理场耦合的复杂系统，涉及温度、湿度、风强度和光线强度等。且各个物理量在衣服晾晒过程中所起的作用是一个模糊的界限，无法用精确的数值来度量。传统的手动晾衣装置和文献[1][2]中所提到的自动晾衣系统都是基于二值化的控制模式，只有晾和收两个状态。而在实际环境中，衣服的晾晒应该是一个连续的过程，在不同的晾晒环境对应不同的晾晒模式，如细雨小风的天气，衣架和帷幕都应该处于半收回状态，利用通风带走衣服的水分，防止衣服变味，从而高效、快速的实现衣服的晾晒。本文提出一种多传感器融合的智能晾衣系统，给出了系统组成框架，采用模糊控制的方法实现对晾衣环境的智能监测判断，从而控制完成不同的晾晒模式，具有很强的实际应用前景。

2 系统组成及工作原理

2.1 系统组成框架

如图1所示为基于多传感器融合监控的智能晾衣系统组成框架，由控制器、输入系统和输出系统三部分组成。系统的控制核心为AT89S52单片机最小系统，包含CPU、晶振电路、电源电路、复位电路等。输入系统主要是各种环境检测传感器，检测信号类型有数字量和开关量两种，对于数字量信号需要遵循一定的通信协议实现信息的交互。输出系统主要包含两个步进电机，实现晾衣杠的伸缩和遮雨帷幕的升降。

2.2 系统工作原理

多传感器构成的输入系统对晾衣环境的多物理量进行检测并通过各种数据交换机制传送给单片机；单片机接收到检测信号后采用模糊控制算法对信号进行逻辑推理和计算，获得控制输出量并输出到控制对象；输出系统将接收的单片机控制信号转换为衣架的伸缩运动和帷幕的升降运动。衣架伸缩量和帷幕升降量的不同组合构成了不同的晾晒模式。

3 模糊控制设计

如图2所示为智能晾衣系统模糊控制原理图，系统由信号输入采集、模糊控制运算器和信号输出控制三部分构成。其中模糊运算控制器主要由单片机来实现。

3.1 论域设计

根据实际情况确定晾衣环境变量偏差及偏差变化率信号（/温度，/湿度，/光强度，/风强度）和步进电机控制输出的基本论域。选择适当的量化因子，模糊化处理后多输入变量偏差及偏差变化率信号和控制输出信号的论域均为[-3，-2，-1，0，+1，+2，+3]。经过对多输入变量偏差及偏差变化率信号进行加权融合处理后可得总输入偏差及偏差变化率信号：

其中分别为温度、湿度、光强度和风强度的偏差及偏差变化率加权融合因子，取值由该变量对控制结果的影响作用决定，且，。

3.2 隶属度函数设计

输入变量偏差及偏差变化率信号和输出控制信号在论域上的模糊语言描述均为{NL（负大）；NM（负中）；NS（负小）；ZO（零）；PS（正小）；PM（正中）；PL（正大）}。隶属函数采用三角形隶属度函数，三角函数的解析表达式为：

3.3 模糊推理

为了加快控制速度，减少时间消耗，本设计采用离线计算在线查表的方法。加权平均法考虑糊量的有关信息，能够全面反映输出的模糊推理结果，同时执行运算较为容易。因此本设计采用加权平均法进行，对应的控制策略如表1所示。运行中每一输入都对应唯一的控制变化量，只要找到的值，直接就能输出控制结果。

4 结语

本文设计了一种基于多传感器融合监测晾衣环境的智能晾衣系统，采用模糊控制方法对环境监测信号进行推理运算，获得多模式输出控制量，能有效的提高衣服的晾晒效率，具有广阔的应用前景。

参考文献：

[1]毛明轩，朱皋，杨守良.基于单片机的温湿度感应智能晾衣杆系统设计[J].重庆文理学院学报（自然学科版） ，2011（4）：46-49.

[2]岳虎，周徐萍，曾庆玉.浅谈多功能智能晾衣系统[J].科技创新，2014（15）：17.endprint

【摘 要】 提出了一种多传感器融合的智能晾衣系统，能够对温度、湿度、风力强度及光强度进行实时监测，实现对衣服的智能收晾。通过对多传感器检测输入信号进行加权融合，采用模糊逻辑控制方法实现推理运算，获得多晾晒模式的控制输出，提高了晾衣效率和质量。

【关键词】 智能晾衣系统 多传感器融合 模糊控制

1 引言

晾衣装置是居家生活中的必备品，关系到人们的生活品质。目前市场上的晾衣装置种类繁多，其中以安装在未封阳台上的可伸缩式晾衣架配合遮雨帷幕的晾衣系统市场占有量最大，且基本是手动控制实现衣服的晾收。随着人们生活节奏的加快，能实现晾晒环境的实时监测自动完成衣服晾收工作的智能晾衣装置越来越受到人们的关注。

衣服晾晒环境是一个多物理场耦合的复杂系统，涉及温度、湿度、风强度和光线强度等。且各个物理量在衣服晾晒过程中所起的作用是一个模糊的界限，无法用精确的数值来度量。传统的手动晾衣装置和文献[1][2]中所提到的自动晾衣系统都是基于二值化的控制模式，只有晾和收两个状态。而在实际环境中，衣服的晾晒应该是一个连续的过程，在不同的晾晒环境对应不同的晾晒模式，如细雨小风的天气，衣架和帷幕都应该处于半收回状态，利用通风带走衣服的水分，防止衣服变味，从而高效、快速的实现衣服的晾晒。本文提出一种多传感器融合的智能晾衣系统，给出了系统组成框架，采用模糊控制的方法实现对晾衣环境的智能监测判断，从而控制完成不同的晾晒模式，具有很强的实际应用前景。

2 系统组成及工作原理

2.1 系统组成框架

如图1所示为基于多传感器融合监控的智能晾衣系统组成框架，由控制器、输入系统和输出系统三部分组成。系统的控制核心为AT89S52单片机最小系统，包含CPU、晶振电路、电源电路、复位电路等。输入系统主要是各种环境检测传感器，检测信号类型有数字量和开关量两种，对于数字量信号需要遵循一定的通信协议实现信息的交互。输出系统主要包含两个步进电机，实现晾衣杠的伸缩和遮雨帷幕的升降。

2.2 系统工作原理

多传感器构成的输入系统对晾衣环境的多物理量进行检测并通过各种数据交换机制传送给单片机；单片机接收到检测信号后采用模糊控制算法对信号进行逻辑推理和计算，获得控制输出量并输出到控制对象；输出系统将接收的单片机控制信号转换为衣架的伸缩运动和帷幕的升降运动。衣架伸缩量和帷幕升降量的不同组合构成了不同的晾晒模式。

3 模糊控制设计

如图2所示为智能晾衣系统模糊控制原理图，系统由信号输入采集、模糊控制运算器和信号输出控制三部分构成。其中模糊运算控制器主要由单片机来实现。

3.1 论域设计

根据实际情况确定晾衣环境变量偏差及偏差变化率信号（/温度，/湿度，/光强度，/风强度）和步进电机控制输出的基本论域。选择适当的量化因子，模糊化处理后多输入变量偏差及偏差变化率信号和控制输出信号的论域均为[-3，-2，-1，0，+1，+2，+3]。经过对多输入变量偏差及偏差变化率信号进行加权融合处理后可得总输入偏差及偏差变化率信号：

其中分别为温度、湿度、光强度和风强度的偏差及偏差变化率加权融合因子，取值由该变量对控制结果的影响作用决定，且，。

3.2 隶属度函数设计

输入变量偏差及偏差变化率信号和输出控制信号在论域上的模糊语言描述均为{NL（负大）；NM（负中）；NS（负小）；ZO（零）；PS（正小）；PM（正中）；PL（正大）}。隶属函数采用三角形隶属度函数，三角函数的解析表达式为：

3.3 模糊推理

为了加快控制速度，减少时间消耗，本设计采用离线计算在线查表的方法。加权平均法考虑糊量的有关信息，能够全面反映输出的模糊推理结果，同时执行运算较为容易。因此本设计采用加权平均法进行，对应的控制策略如表1所示。运行中每一输入都对应唯一的控制变化量，只要找到的值，直接就能输出控制结果。

4 结语

本文设计了一种基于多传感器融合监测晾衣环境的智能晾衣系统，采用模糊控制方法对环境监测信号进行推理运算，获得多模式输出控制量，能有效的提高衣服的晾晒效率，具有广阔的应用前景。

参考文献：

[1]毛明轩，朱皋，杨守良.基于单片机的温湿度感应智能晾衣杆系统设计[J].重庆文理学院学报（自然学科版） ，2011（4）：46-49.

[2]岳虎，周徐萍，曾庆玉.浅谈多功能智能晾衣系统[J].科技创新，2014（15）：17.endprint