[发明专利]一种基于模糊智能行为模拟的家居环境健康控制方法

说明书

技术领域

本发明属于一种家居环境控制的健康控制技术，具体涉及借助模糊控制技术的一种基于模糊智能行为模拟的家居环境健康控制方法。

背景技术

随着经济和社会的发展，人们越来越注重家具生活环境的健康程度，而家居生活环境的健康往往与室内环境的相对湿度和光照强度有着密切的联系。人体卫生学表明，生活环境过度湿润，不仅会导致一系列疾病，如风湿病、关节炎等，还会造成细菌等大量滋生，如果过干燥，则会导致皮肤出现一系列不适反应甚至出现病变；如果人体的生活环境长期光照不足，则会影响骨骼的生长发育，同时，如光照强度过强或者过弱，都会对人体的视力造成损害。而现实生活中，熟练的家庭主妇可根据其生活经验，通过控制窗帘或天棚帘采光、加湿/干燥器的工作状态来调节室内环境的健康，但这种人太少，且常不在家。而模糊智能系统能有效地模拟专家经验，把熟练操作者的经验转换成数学模型，若把这些模型写入芯片，开发成相应的装置，则可推广熟练家庭主妇的生活经验，全天候实现家居环境健康的控制。

目前该领域的产品，大多采用传统的控制方式，在某些特定的情况下会存在如下缺点或者不足之处：

（1）对于非线性的、复杂的系统建模存在着局限性；

（2）控制方式鲁棒性较差，参数的变化对控制系统的影响很大；

（3）控制机制非常复杂，电路体积庞大，响应速度慢、效率低。

因此，对于许多复杂的、难以直接建立精确数学模型的控制对象，模糊控制将是一种很好的选择。

发明内容

为了很好的解决上述问题，本发明提出了提供一种控制机制简单，控制方法科学、有效以及硬件电路简单、成本低廉的一种基于模糊智能行为模拟的家居环境健康控制方法。

本发明的技术方案如下：一种基于模糊智能行为模拟的家居环境健康控制方法，其关键在于：包括如下步骤:

第一步：选择合适的相对湿度和光照强度传感器、A/D数据转换器、主控芯片、驱动机构，搭建基于模糊智能行为模拟的家居环境健康控制装置；

第二步：建立针对相对湿度与光照强度的室内家居环境健康模糊控制数学模型；

第三步：将获得的健康模糊控制数学模型转化为模糊控制响应表，并将其植入单片机模糊控制器中；

第四步：传感器采集室内环境相对湿度信号和光照强度信号，并将其传送给A/D转换器；

第五步：A/D转换器将得到的传感器模拟信号转化为数字信号,并将其传送给单片机模糊控制器；

第六步：单片机模糊控制器根据输入的相对湿度信号和光照强度信号，采用查表运算的方式，计算出模糊控制输出响应值；

第七步：单片机模糊控制器控制执行驱动，实现对加湿/干燥器的工作状态和窗帘开闭度的控制；

其中，前三步为开发步骤，后四步为使用步骤。

步骤二中所述模糊控制系统建模方法如下：

模糊输入为室内相对湿度和光照强度，其模糊输入的论域为：相对湿度={干燥，较干燥，合适，较湿润，湿润}，光照强度={弱，较弱，适中，较强，强}；

模糊输出为加湿/干燥器的工作状态和窗帘开闭度，其模糊论域为：加湿/干燥器的工作状态={加湿，关闭，干燥}；窗帘开闭度={关闭，打开}。

健康控制数学模型的隶属度函数，选择三角形隶属度函数(trimf)和梯形隶属度函数(trapmf)，对模糊论域的实际范围选择，输入相对湿度的隶属度函数设计如下：

(1)

(2)

(3)

(4)

(5)

相对湿度的隶属度函数中x为相对湿度值，参照以上相对湿度的隶属度函数的设计方法，还可以得到输入光照强度的模糊化隶属度函数以及输出加湿/干燥器工作状态和窗帘开闭度的解模糊化隶属度函数；

其中，输入光照强度的模糊化隶属度函数设计如下：

(1)

(2)

(3)

(4)

(5)

输入光照强度的模糊化隶属度函数中y为当前光照强度的监测值。

对健康模糊控制系统的输入隶属度函数进行设计之后，即可进行模糊控制规则的设计。如前所述，模糊控制系统基于熟练操作者的生活经验，因此需设计模糊控制规则表，该表以熟练操作者的生活经验为依据。经过对实际模型建立的结果分析，最终得到模糊健康控制数学模型的模糊规则表1如下：