[發明專利]一種基于模糊智能行為模擬的家居環境健康控制方法

有效

• 申請號: 201310220199.4
• 申請日: 2013-06-05
• 公開（公告）號: CN103345152A
• 公開（公告）日: 2013-10-09
• 發明（設計）人: 廖志強;肖磊;許奎;馬杰;齊巍巍;郝美玭;陳實;李太福
• 申請（專利權）人: 重慶科技學院
• 主分類號: G05B13/04
• 分類號: G05B13/04
• 代理公司: 重慶為信知識產權代理事務所(普通合伙) 50216
• 代理人: 余錦曦

技術領域

本發明屬于一種家居環境控制的健康控制技術，具體涉及借助模糊控制技術的一種基于模糊智能行為模擬的家居環境健康控制方法。

背景技術

隨著經濟和社會的發展，人們越來越注重家具生活環境的健康程度，而家居生活環境的健康往往與室內環境的相對濕度和光照強度有著密切的聯系。人體衛生學表明，生活環境過度濕潤，不僅會導致一系列疾病，如風濕病、關節炎等，還會造成細菌等大量滋生，如果過干燥，則會導致皮膚出現一系列不適反應甚至出現病變；如果人體的生活環境長期光照不足，則會影響骨骼的生長發育，同時，如光照強度過強或者過弱，都會對人體的視力造成損害。而現實生活中，熟練的家庭主婦可根據其生活經驗，通過控制窗簾或天棚簾采光、加濕/干燥器的工作狀態來調節室內環境的健康，但這種人太少，且常不在家。而模糊智能系統能有效地模擬專家經驗，把熟練操作者的經驗轉換成數學模型，若把這些模型寫入芯片，開發成相應的裝置，則可推廣熟練家庭主婦的生活經驗，全天候實現家居環境健康的控制。

目前該領域的產品，大多采用傳統的控制方式，在某些特定的情況下會存在如下缺點或者不足之處：

（1）對于非線性的、復雜的系統建模存在著局限性；

（2）控制方式魯棒性較差，參數的變化對控制系統的影響很大；

（3）控制機制非常復雜，電路體積龐大，響應速度慢、效率低。

因此，對于許多復雜的、難以直接建立精確數學模型的控制對象，模糊控制將是一種很好的選擇。

發明內容

為了很好的解決上述問題，本發明提出了提供一種控制機制簡單，控制方法科學、有效以及硬件電路簡單、成本低廉的一種基于模糊智能行為模擬的家居環境健康控制方法。

本發明的技術方案如下：一種基于模糊智能行為模擬的家居環境健康控制方法，其關鍵在于：包括如下步驟:

第一步：選擇合適的相對濕度和光照強度傳感器、A/D數據轉換器、主控芯片、驅動機構，搭建基于模糊智能行為模擬的家居環境健康控制裝置；

第二步：建立針對相對濕度與光照強度的室內家居環境健康模糊控制數學模型；

第三步：將獲得的健康模糊控制數學模型轉化為模糊控制響應表，并將其植入單片機模糊控制器中；

第四步：傳感器采集室內環境相對濕度信號和光照強度信號，并將其傳送給A/D轉換器；

第五步：A/D轉換器將得到的傳感器模擬信號轉化為數字信號,并將其傳送給單片機模糊控制器；

第六步：單片機模糊控制器根據輸入的相對濕度信號和光照強度信號，采用查表運算的方式，計算出模糊控制輸出響應值；

第七步：單片機模糊控制器控制執行驅動，實現對加濕/干燥器的工作狀態和窗簾開閉度的控制；

其中，前三步為開發步驟，后四步為使用步驟。

步驟二中所述模糊控制系統建模方法如下：

模糊輸入為室內相對濕度和光照強度，其模糊輸入的論域為：相對濕度={干燥，較干燥，合適，較濕潤，濕潤}，光照強度={弱，較弱，適中，較強，強}；

模糊輸出為加濕/干燥器的工作狀態和窗簾開閉度，其模糊論域為：加濕/干燥器的工作狀態={加濕，關閉，干燥}；窗簾開閉度={關閉，打開}。

健康控制數學模型的隸屬度函數，選擇三角形隸屬度函數(trimf)和梯形隸屬度函數(trapmf)，對模糊論域的實際范圍選擇，輸入相對濕度的隸屬度函數設計如下：

(1)

(2)

(3)

(4)

(5)

相對濕度的隸屬度函數中x為相對濕度值，參照以上相對濕度的隸屬度函數的設計方法，還可以得到輸入光照強度的模糊化隸屬度函數以及輸出加濕/干燥器工作狀態和窗簾開閉度的解模糊化隸屬度函數；

其中，輸入光照強度的模糊化隸屬度函數設計如下：

(1)

(2)

(3)

(4)

(5)

輸入光照強度的模糊化隸屬度函數中y為當前光照強度的監測值。

對健康模糊控制系統的輸入隸屬度函數進行設計之后，即可進行模糊控制規則的設計。如前所述，模糊控制系統基于熟練操作者的生活經驗，因此需設計模糊控制規則表，該表以熟練操作者的生活經驗為依據。經過對實際模型建立的結果分析，最終得到模糊健康控制數學模型的模糊規則表1如下：