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基于多傳感器的智能晾衣架設計
人類(lèi)本能地具有將身體上的各種器官(眼、耳、鼻和四肢等)所探測的信息(景物、聲音、氣味和觸覺(jué)等)與先驗知識進(jìn)行綜合的能力，以便對其周?chē)沫h(huán)境和正在發(fā)生的事件做出評估。多傳感器信息融合實(shí)際上是對人腦綜合處理復雜問(wèn)題的一種功能模擬。與單傳感器相比，運用多傳感器信息融合技術(shù)在解決探測、跟蹤和目標識別等問(wèn)題方面，能夠增強系統生存能力，提高整個(gè)系統的可靠性和健壯性，增強數據的可信度，提高精度，擴 展系統的時(shí)間、空間覆蓋率，增加系統的實(shí)時(shí)性和信息利用率等。 作為多傳感器融合的研究熱點(diǎn)之一，融合方法一直受到人們的重視，這方面國外已經(jīng)作了大量的研究，并且提出了許多融合方法。目前，多傳感器數據融合的常用方法大致可分為兩大類(lèi)：隨機和人工智能方法。信息融合的不同層次對應不同的算法，包括加權平均 融合、卡爾曼濾波法、Bayes 估計、統計決策理論、概率論方法、模糊邏輯推理、人工神 經(jīng)網(wǎng)絡(luò )、D-S 證據理論等。
摘要：為了實(shí)現衣物的自動(dòng)晾曬，本文利用單片機AT89C52以及溫濕度傳感器DHT11和光照傳感器TSL2561設計了一款基于多傳感器的智能晾衣架。該晾衣架能夠根據環(huán)境的變化自動(dòng)地進(jìn)行衣物的晾曬，從而提高了家居的舒適性與便利性。
關(guān)鍵詞：傳感器;單片機;晾衣機
一、引言
隨著(zhù)科技的進(jìn)步，智能家居受到了越來(lái)越廣泛地應用與關(guān)注。其中，智能晾衣架是智能家居的一部分，其能夠在家中無(wú)人的情況下，自動(dòng)地在夜晚或者雨天收回晾曬的衣物，并在晴天進(jìn)行衣物的晾曬，從而實(shí)現了自動(dòng)晾曬衣物的功能。本文利用單片機AT89C52[1]以及溫濕度傳感器DHT11和光照傳感器TSL2561[2]設計了一款基于多傳感器的智能晾衣架。該晾衣架能夠根據環(huán)境的變化自動(dòng)地進(jìn)行衣物的晾曬，從而提高了家居的舒適性與便利性。
二、總體設計
基于多傳感器的智能晾衣架具有自動(dòng)控制模式和人工操作模式這兩種工作方式。在自動(dòng)控制模式中，基于多傳感器的智能晾衣架根據實(shí)時(shí)采集的外部環(huán)境信息來(lái)對晾衣架的伸縮進(jìn)行智能控制。如果當前是光照條件比較好的晴天時(shí)，智能晾衣架的驅動(dòng)電機會(huì )帶動(dòng)晾衣架進(jìn)行伸展，而當晾衣架完全伸展時(shí)，單片機會(huì )向驅動(dòng)電機發(fā)出停止指令以停止晾衣架的伸展。如果當前是下雨天或者天黑時(shí)，智能晾衣架會(huì )驅動(dòng)電機帶動(dòng)晾衣架進(jìn)行收縮，而當晾衣架完全收回時(shí)，單片機會(huì )向驅動(dòng)電機發(fā)出停止指令以停止晾衣架的收縮。
在人工操作模式中，人們通過(guò)按下“伸展”或者“收縮”按鍵來(lái)控制衣架的狀態(tài)，此外，如果按鍵在一段時(shí)間內沒(méi)有被觸發(fā)，其會(huì )自動(dòng)地把當前的工作模式設為自動(dòng)控制模式。
為了能夠實(shí)現上述功能，本文采用了如圖1所示的晾衣架結構。從圖1中可見(jiàn)，該晾衣架是由菱形連桿、導軌、活動(dòng)基座、接近開(kāi)關(guān)、圓齒輪、電機、錐齒輪、單片機等構成。其使用電機來(lái)帶動(dòng)錐齒輪的轉動(dòng)以驅動(dòng)圓齒輪的轉動(dòng)，從而實(shí)現晾衣架的伸縮。
三、硬件設計
在基于多傳感器的智能晾衣架的設計中，電機采用的額定功率和電壓分別為60W和DC 24V的直流電機，單片機采用ATMEL公司的AT89C52。由于直流電機和AT89C52的工作電壓分別為24V和5V，因此，供電電源需要提供兩種直流電壓。為了實(shí)現24V和5V直流電源，使用一個(gè)變壓器和整流橋把AC 220V轉換為DC 24V，同時(shí)使用一個(gè)電壓變換電路把DC 24V轉換為DC 5V。
溫濕度傳感器DHT11不僅具有標準接口還支持單總線(xiàn)技術(shù)，便于系統的集成，同時(shí)其能夠直接地把溫濕度變成數字信號，避免了A/D芯片的使用，減低了系統的設計難度;光照傳感器TSL2561除了具有功耗低、靈敏度高等優(yōu)點(diǎn)外，還能夠把光強直接地變成數字信號，避免了A/D芯片的使用，減低了系統的設計難度。因此基于多傳感器的智能晾衣架使用了溫濕度傳感器DHT11和光照傳感器TSL2561。
根據總體設計，基于多傳感器的智能晾衣架只需要三個(gè)控制按鍵：“伸展”鍵、“收縮”鍵、“開(kāi)關(guān)”鍵。由于控制按鍵較少，因此，每個(gè)控制按鍵對應著(zhù)一根輸入線(xiàn)，單片機AT89C52通過(guò)檢測輸入線(xiàn)的電平變化來(lái)判斷控制按鍵是否被按下。
在晾衣架伸縮的過(guò)程中，其完全伸展和收回的狀態(tài)都是由四個(gè)接近開(kāi)關(guān)來(lái)進(jìn)行檢測。在其完全伸展的狀態(tài)下，活動(dòng)基座位于最下端，此時(shí)，接近開(kāi)關(guān)3、4會(huì )向單片機AT89C52發(fā)出相應的信號，而單片機AT89C52則會(huì )向電機發(fā)送停止工作的指令;在其完全收縮的狀態(tài)下，活動(dòng)基座位于最上端，此時(shí)，接近開(kāi)關(guān)1、2會(huì )向單片機AT89C52發(fā)出相應的信號，而單片機AT89C52則會(huì )向電機發(fā)送停止工作的指令。
四、軟件設計
智能晾衣架的控制軟件由若干個(gè)子程序和一個(gè)主控程序組成。子程序被用于處理按鍵的消抖、系統的復位、電機的轉向等。主控程序首先判斷當前的工作模式，如果是人工操作模式，單片機AT89C52等待接收“收縮”鍵或“伸展”鍵發(fā)出的指令，一旦收到相應按鍵發(fā)出的指令，其就會(huì )向電機發(fā)出反轉或正傳的指令，并在衣架伸縮到位后，根據接近開(kāi)關(guān)信號，來(lái)向電機發(fā)出停止工作的指令。如果是自動(dòng)控制模式，單片機AT89C52每隔一段時(shí)間采集溫濕度傳感器DHT11和光照傳感器TSL2561中的數值，并依據采集到的數據來(lái)進(jìn)行后續的控制。當光照強度大于預設值并且濕度小于預定值時(shí)，單片機AT89C52首先判斷當前晾衣架的狀態(tài)，如果是伸展狀態(tài)，則休眠一段時(shí)間，否則的話(huà)，則控制晾衣架伸展，進(jìn)行衣服的晾曬。當光照強度小于預設值或者濕度大于預定值時(shí)，單片機AT89C52首先判斷當前晾衣架的狀態(tài)，如果是收縮狀態(tài)，則休眠一段時(shí)間，否則的話(huà)，則控制晾衣架收回，從而實(shí)現雨天和夜晚時(shí)的自動(dòng)收衣。
參考文獻：
[1]FENG-Yang. Design of Temperature Control System Based on AT89C52[J]. Journal of Weinan Teachers University， 2011.
[2]Yang M， Yang P， Shi W. Light Intensity Sensor Node Based on TSL2561[J]. Microcontrollers & Embedded Systems， 2010.
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