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基于多傳感器的智能晾衣架設(shè)計(jì)
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(cè)的信息(景物、聲音、氣味和觸覺(jué)等)與先驗(yàn)知識(shí)進(jìn)行綜合的能力，以便對(duì)其周?chē)沫h(huán)境和正在發(fā)生的事件做出評(píng)估。多傳感器信息融合實(shí)際上是對(duì)人腦綜合處理復(fù)雜問(wèn)題的一種功能模擬。與單傳感器相比，運(yùn)用多傳感器信息融合技術(shù)在解決探測(cè)、跟蹤和目標(biāo)識(shí)別等問(wèn)題方面，能夠增強(qiáng)系統(tǒng)生存能力，提高整個(gè)系統(tǒng)的可靠性和健壯性，增強(qiáng)數(shù)據(jù)的可信度，提高精度，擴(kuò) 展系統(tǒng)的時(shí)間、空間覆蓋率，增加系統(tǒng)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(guó)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(shù)據(jù)融合的常用方法大致可分為兩大類：隨機(jī)和人工智能方法。信息融合的不同層次對(duì)應(yīng)不同的算法，包括加權(quán)平均 融合、卡爾曼濾波法、Bayes 估計(jì)、統(tǒng)計(jì)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(jù)理論等。
摘要：為了實(shí)現(xiàn)衣物的自動(dòng)晾曬，本文利用單片機(jī)AT89C52以及溫濕度傳感器DHT11和光照傳感器TSL2561設(shè)計(jì)了一款基于多傳感器的智能晾衣架。該晾衣架能夠根據(jù)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(jī);晾衣機(jī)
一、引言
隨著科技的進(jìn)步，智能家居受到了越來(lái)越廣泛地應(yīng)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(xiàn)了自動(dòng)晾曬衣物的功能。本文利用單片機(jī)AT89C52[1]以及溫濕度傳感器DHT11和光照傳感器TSL2561[2]設(shè)計(jì)了一款基于多傳感器的智能晾衣架。該晾衣架能夠根據(jù)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(shè)計(jì)
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(jù)實(shí)時(shí)采集的外部環(huán)境信息來(lái)對(duì)晾衣架的伸縮進(jìn)行智能控制。如果當(dāng)前是光照條件比較好的晴天時(shí)，智能晾衣架的驅(qū)動(dòng)電機(jī)會(huì)帶動(dòng)晾衣架進(jìn)行伸展，而當(dāng)晾衣架完全伸展時(shí)，單片機(jī)會(huì)向驅(qū)動(dòng)電機(jī)發(fā)出停止指令以停止晾衣架的伸展。如果當(dāng)前是下雨天或者天黑時(shí)，智能晾衣架會(huì)驅(qū)動(dòng)電機(jī)帶動(dòng)晾衣架進(jìn)行收縮，而當(dāng)晾衣架完全收回時(shí)，單片機(jī)會(huì)向驅(qū)動(dòng)電機(jī)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(nèi)沒(méi)有被觸發(fā)，其會(huì)自動(dòng)地把當(dāng)前的工作模式設(shè)為自動(dòng)控制模式。
為了能夠?qū)崿F(xiàn)上述功能，本文采用了如圖1所示的晾衣架結(jié)構(gòu)。從圖1中可見(jiàn)，該晾衣架是由菱形連桿、導(dǎo)軌、活動(dòng)基座、接近開(kāi)關(guān)、圓齒輪、電機(jī)、錐齒輪、單片機(jī)等構(gòu)成。其使用電機(jī)來(lái)帶動(dòng)錐齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)以驅(qū)動(dòng)圓齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)晾衣架的伸縮。
三、硬件設(shè)計(jì)
在基于多傳感器的智能晾衣架的設(shè)計(jì)中，電機(jī)采用的額定功率和電壓分別為60W和DC 24V的直流電機(jī)，單片機(jī)采用ATMEL公司的AT89C52。由于直流電機(jī)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(xiàn)24V和5V直流電源，使用一個(gè)變壓器和整流橋把AC 220V轉(zhuǎn)換為DC 24V，同時(shí)使用一個(gè)電壓變換電路把DC 24V轉(zhuǎn)換為DC 5V。
溫濕度傳感器DHT11不僅具有標(biāo)準(zhǔn)接口還支持單總線技術(shù)，便于系統(tǒng)的集成，同時(shí)其能夠直接地把溫濕度變成數(shù)字信號(hào)，避免了A/D芯片的使用，減低了系統(tǒng)的設(shè)計(jì)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(qiáng)直接地變成數(shù)字信號(hào)，避免了A/D芯片的使用，減低了系統(tǒng)的設(shè)計(jì)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(jù)總體設(shè)計(jì)，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(duì)應(yīng)著一根輸入線，單片機(jī)AT89C52通過(guò)檢測(cè)輸入線的電平變化來(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(cè)。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(jī)AT89C52發(fā)出相應(yīng)的信號(hào)，而單片機(jī)AT89C52則會(huì)向電機(jī)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(jī)AT89C52發(fā)出相應(yīng)的信號(hào)，而單片機(jī)AT89C52則會(huì)向電機(jī)發(fā)送停止工作的指令。
四、軟件設(shè)計(jì)
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(tǒng)的復(fù)位、電機(jī)的轉(zhuǎn)向等。主控程序首先判斷當(dāng)前的工作模式，如果是人工操作模式，單片機(jī)AT89C52等待接收“收縮”鍵或“伸展”鍵發(fā)出的指令，一旦收到相應(yīng)按鍵發(fā)出的指令，其就會(huì)向電機(jī)發(fā)出反轉(zhuǎn)或正傳的指令，并在衣架伸縮到位后，根據(jù)接近開(kāi)關(guān)信號(hào)，來(lái)向電機(jī)發(fā)出停止工作的指令。如果是自動(dòng)控制模式，單片機(jī)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(shù)值，并依據(jù)采集到的數(shù)據(jù)來(lái)進(jìn)行后續(xù)的控制。當(dāng)光照強(qiáng)度大于預(yù)設(shè)值并且濕度小于預(yù)定值時(shí)，單片機(jī)AT89C52首先判斷當(dāng)前晾衣架的狀態(tài)，如果是伸展?fàn)顟B(tài)，則休眠一段時(shí)間，否則的話，則控制晾衣架伸展，進(jìn)行衣服的晾曬。當(dāng)光照強(qiáng)度小于預(yù)設(shè)值或者濕度大于預(yù)定值時(shí)，單片機(jī)AT89C52首先判斷當(dāng)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，則控制晾衣架收回，從而實(shí)現(xiàn)雨天和夜晚時(shí)的自動(dòng)收衣。
參考文獻(xiàn)：
[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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