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基于多傳感器的智能晾衣架設計
人類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、氣味和觸覺等)與先驗知識進行綜合的能力，以便對其周圍的環(huán)境和正在發(fā)生的事件做出評估。多傳感器信息融合實際上是對人腦綜合處理復雜問題的一種功能模擬。與單傳感器相比，運用多傳感器信息融合技術在解決探測、跟蹤和目標識別等問題方面，能夠增強系統(tǒng)生存能力，提高整個系統(tǒng)的可靠性和健壯性，增強數(shù)據的可信度，提高精度，擴 展系統(tǒng)的時間、空間覆蓋率，增加系統(tǒng)的實時性和信息利用率等。 作為多傳感器融合的研究熱點之一，融合方法一直受到人們的重視，這方面國外已經作了大量的研究，并且提出了許多融合方法。目前，多傳感器數(shù)據融合的常用方法大致可分為兩大類：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(tǒng)計決策理論、概率論方法、模糊邏輯推理、人工神 經網絡、D-S 證據理論等。
摘要：為了實現(xiàn)衣物的自動晾曬，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)境的變化自動地進行衣物的晾曬，從而提高了家居的舒適性與便利性。
關鍵詞：傳感器;單片機;晾衣機
一、引言
隨著科技的進步，智能家居受到了越來越廣泛地應用與關注。其中，智能晾衣架是智能家居的一部分，其能夠在家中無人的情況下，自動地在夜晚或者雨天收回晾曬的衣物，并在晴天進行衣物的晾曬，從而實現(xiàn)了自動晾曬衣物的功能。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)境的變化自動地進行衣物的晾曬，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控制模式和人工操作模式這兩種工作方式。在自動控制模式中，基于多傳感器的智能晾衣架根據實時采集的外部環(huán)境信息來對晾衣架的伸縮進行智能控制。如果當前是光照條件比較好的晴天時，智能晾衣架的驅動電機會帶動晾衣架進行伸展，而當晾衣架完全伸展時，單片機會向驅動電機發(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，智能晾衣架會驅動電機帶動晾衣架進行收縮，而當晾衣架完全收回時，單片機會向驅動電機發(fā)出停止指令以停止晾衣架的收縮。
在人工操作模式中，人們通過按下“伸展”或者“收縮”按鍵來控制衣架的狀態(tài)，此外，如果按鍵在一段時間內沒有被觸發(fā)，其會自動地把當前的工作模式設為自動控制模式。
為了能夠實現(xiàn)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，該晾衣架是由菱形連桿、導軌、活動基座、接近開關、圓齒輪、電機、錐齒輪、單片機等構成。其使用電機來帶動錐齒輪的轉動以驅動圓齒輪的轉動，從而實現(xiàn)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。為了實現(xiàn)24V和5V直流電源，使用一個變壓器和整流橋把AC 220V轉換為DC 24V，同時使用一個電壓變換電路把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技術，便于系統(tǒng)的集成，同時其能夠直接地把溫濕度變成數(shù)字信號，避免了A/D芯片的使用，減低了系統(tǒng)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)點外，還能夠把光強直接地變成數(shù)字信號，避免了A/D芯片的使用，減低了系統(tǒng)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控制按鍵：“伸展”鍵、“收縮”鍵、“開關”鍵。由于控制按鍵較少，因此，每個控制按鍵對應著一根輸入線，單片機AT89C52通過檢測輸入線的電平變化來判斷控制按鍵是否被按下。
在晾衣架伸縮的過程中，其完全伸展和收回的狀態(tài)都是由四個接近開關來進行檢測。在其完全伸展的狀態(tài)下，活動基座位于最下端，此時，接近開關3、4會向單片機AT89C52發(fā)出相應的信號，而單片機AT89C52則會向電機發(fā)送停止工作的指令;在其完全收縮的狀態(tài)下，活動基座位于最上端，此時，接近開關1、2會向單片機AT89C52發(fā)出相應的信號，而單片機AT89C52則會向電機發(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子程序和一個主控程序組成。子程序被用于處理按鍵的消抖、系統(tǒng)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，根據接近開關信號，來向電機發(fā)出停止工作的指令。如果是自動控制模式，單片機AT89C52每隔一段時間采集溫濕度傳感器DHT11和光照傳感器TSL2561中的數(shù)值，并依據采集到的數(shù)據來進行后續(xù)的控制。當光照強度大于預設值并且濕度小于預定值時，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)，則休眠一段時間，否則的話，則控制晾衣架伸展，進行衣服的晾曬。當光照強度小于預設值或者濕度大于預定值時，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)，則休眠一段時間，否則的話，則控制晾衣架收回，從而實現(xiàn)雨天和夜晚時的自動收衣。
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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