一種基于模式識(shí)別的家用電器智能集總檢測(cè)系統(tǒng)及其工作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
:
[0001]本發(fā)明涉及一種基于模式識(shí)別的家用電器智能集總檢測(cè)系統(tǒng)及其工作方法，屬于模式識(shí)別技術(shù)應(yīng)用的技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
:
[0002]隨著科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，家用電器的種類(lèi)和功能越來(lái)越多，家用電器正極大地改變著現(xiàn)代人的生活。毫無(wú)疑問(wèn)，家電對(duì)家庭生活的重要性越來(lái)越高，而技術(shù)復(fù)雜度也變得越來(lái)越高，造成普通消費(fèi)者對(duì)家電的技術(shù)原理了解越來(lái)越少，由此對(duì)不同種類(lèi)的家用電器運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)控、分析以及故障診斷預(yù)測(cè)變得越來(lái)越重要。
[0003]現(xiàn)有技術(shù)中，市電經(jīng)過(guò)用戶進(jìn)線開(kāi)關(guān)進(jìn)入，并連接η個(gè)家用電器(DQi?DQn)，主流的家用電器監(jiān)控系統(tǒng)(如圖1所示)通過(guò)在每個(gè)家用電器都內(nèi)嵌或外置一個(gè)監(jiān)控模塊(PMi? PM n)，監(jiān)控模塊負(fù)責(zé)對(duì)應(yīng)家用電器的監(jiān)控，并通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)將對(duì)應(yīng)家用電器的運(yùn)行狀態(tài)上傳到高級(jí)處理單元CM，由CM進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與進(jìn)一步數(shù)據(jù)分析。
[0004]這種通過(guò)給每一個(gè)家用電器配置一個(gè)監(jiān)控模塊，并通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)組成的分布式家電智能監(jiān)控系統(tǒng)可靠性差、結(jié)構(gòu)復(fù)雜；目前這種系統(tǒng)中各家電大多無(wú)內(nèi)置監(jiān)控模塊(即使有，通訊協(xié)議也往往互不兼容)，且生產(chǎn)廠家提供的內(nèi)置監(jiān)控模塊提供的數(shù)據(jù)往往標(biāo)準(zhǔn)、格式不統(tǒng)一，準(zhǔn)確性也無(wú)法保證，難以讓人信服；如果統(tǒng)一外置監(jiān)控模塊會(huì)顯著增加系統(tǒng)成本，尤其在每個(gè)低成本、低功耗的小家用電器上配置一個(gè)監(jiān)控模塊，顯然也是不現(xiàn)實(shí)和不科學(xué)的。
[0005]對(duì)分布式家電智能監(jiān)控系統(tǒng)更詳細(xì)論述見(jiàn)碩士論文《智能家居控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)》(唐榮霞山東大學(xué)2009)。
[0006]模式識(shí)別(英語(yǔ):Pattern Recognit1n)，是通過(guò)計(jì)算機(jī)用數(shù)學(xué)技術(shù)方法來(lái)研究模式的自動(dòng)處理和判讀。我們把環(huán)境與客體統(tǒng)稱為“模式”。模式識(shí)別是人類(lèi)的一項(xiàng)基本智能，在日常生活中，人們經(jīng)常在進(jìn)行“模式識(shí)別”。隨著計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)以及人工智能的興起，人們當(dāng)然也希望能用計(jì)算機(jī)來(lái)代替或擴(kuò)展人類(lèi)的部分腦力勞動(dòng)。(計(jì)算機(jī))模式識(shí)別在20世紀(jì)60年代初迅速發(fā)展并成為一門(mén)新學(xué)科。模式識(shí)別是指對(duì)表征事物或現(xiàn)象的各種形式的(數(shù)值的、文字的和邏輯關(guān)系的)信息進(jìn)行處理和分析，以對(duì)事物或現(xiàn)象進(jìn)行描述、辨認(rèn)、分類(lèi)和解釋的過(guò)程，是信息科學(xué)和人工智能的重要組成部分。
[0007]邊沿檢測(cè)和時(shí)域分析技術(shù)是數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)的重要分支。
[0008]時(shí)域分析是指控制系統(tǒng)在一定的輸入下，根據(jù)輸出量的時(shí)域表達(dá)式，分析系統(tǒng)的穩(wěn)定性、瞬態(tài)和穩(wěn)態(tài)性能。由于時(shí)域分析是直接在時(shí)間域中對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行分析的方法，所以時(shí)域分析具有直觀和準(zhǔn)確的優(yōu)點(diǎn)。
[0009]測(cè)試信號(hào)的頻域分析是把信號(hào)的幅值、相位或能量變換以頻率坐標(biāo)軸表示，進(jìn)而分析其頻率特性的一種分析方法，又稱為頻譜分析。對(duì)信號(hào)進(jìn)行頻譜分析可以獲得更多有用信息，如求得動(dòng)態(tài)信號(hào)中的各個(gè)頻率成分和頻率分布范圍，求出各個(gè)頻率成分的幅值分布和能量分布，從而得到主要幅度和能量分布的頻率值。
[0010]中國(guó)專(zhuān)利CN100495918公開(kāi)了一種同步信號(hào)檢測(cè)裝置，該裝置根據(jù)從所述脈沖信號(hào)檢測(cè)單元所輸出的信號(hào)選擇性輸出所述邊沿檢測(cè)單元產(chǎn)生的脈沖信號(hào)或所述時(shí)鐘發(fā)生器產(chǎn)生的內(nèi)部時(shí)鐘信號(hào)。

【發(fā)明內(nèi)容】

:
[0011]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種基于模式識(shí)別的家用電器智能集總檢測(cè)系統(tǒng)。
[0012]本發(fā)明還提供一種上述家用電器智能集總檢測(cè)系統(tǒng)的工作方法。
[0013]發(fā)明概述:
[0014]本發(fā)明所述基于模式識(shí)別的家用電器智能集總檢測(cè)系統(tǒng)通過(guò)對(duì)家庭用戶進(jìn)線電壓/電流進(jìn)行采樣、計(jì)算和分析，實(shí)現(xiàn)對(duì)不同種類(lèi)家用電器集總智能識(shí)別、運(yùn)行狀態(tài)分析及故障診斷與預(yù)測(cè)。該系統(tǒng)通過(guò)對(duì)進(jìn)戶線電流和電壓進(jìn)行采樣，并通過(guò)計(jì)算采樣信號(hào)的有效值、有功/無(wú)功功率、功率因數(shù)、諧波等電量信息，以及電器啟動(dòng)、停止等事件信息，然后采用模式識(shí)別算法智能識(shí)別用戶在用電器的類(lèi)別/型號(hào)、數(shù)量、功率、及運(yùn)行狀態(tài)、運(yùn)行規(guī)律等參數(shù)，并預(yù)估設(shè)備存在的潛在風(fēng)險(xiǎn)與故障。
[0015]本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
[0016]一種基于模式識(shí)別的家用電器智能集總檢測(cè)系統(tǒng)，包括交流電壓互感器VT、交流電流互感器CT、初級(jí)處理單元PM和高級(jí)處理單元CM ;所述交流電壓互感器VT的初級(jí)線圈的兩端分別與進(jìn)戶零線N和進(jìn)戶火線L連接；所述交流電流互感器CT的初級(jí)線圈與進(jìn)戶零線N或進(jìn)戶火線L串聯(lián)；所述交流電壓互感器VT的次級(jí)線圈與交流電流互感器CT的次級(jí)線圈作為初級(jí)處理單元PM的輸入端；所述初級(jí)處理單元PM通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)與高級(jí)處理單元CM連接。所述初級(jí)處理單元PM實(shí)時(shí)獲取在用電器的電量信息；并采用邊沿檢測(cè)技術(shù)和時(shí)域分析技術(shù)獲取在用電器的時(shí)序信息；同時(shí)采用頻譜分析技術(shù)獲取不同家用電器(例如，整流類(lèi)電器、電機(jī)類(lèi)電器和電加熱類(lèi)電器)因其工作原理、結(jié)構(gòu)和材料差異形成的獨(dú)有的特征頻譜。(頻譜分析技術(shù)frequency spectrum analysis, technology of是在頻率域內(nèi)揭不及分析信號(hào)和(或)系統(tǒng)特性的一種技術(shù)方法)
[0017]所述電量信息包括，進(jìn)戶電壓、電流的有效值、有功/無(wú)功功率、功率因數(shù)及諧波等；所述時(shí)序信息包括，啟/停時(shí)刻、啟/停時(shí)長(zhǎng)和啟/停電流等信息。
[0018]優(yōu)選的，所述初級(jí)處理單元PM包括數(shù)字信號(hào)處理芯片(DSP)。數(shù)字信號(hào)處理芯片對(duì)進(jìn)戶電壓/電流的采樣值進(jìn)行計(jì)算處理，獲取在用家用電器的電量信息、時(shí)序信息以及其特征頻譜，然后采用模式識(shí)別算法智能識(shí)別在用電器的類(lèi)別、型號(hào)、數(shù)量及運(yùn)行狀態(tài)、運(yùn)行規(guī)律等信息。在現(xiàn)有技術(shù)中，針對(duì)不同類(lèi)別、型號(hào)、數(shù)量及運(yùn)行狀態(tài)、運(yùn)行規(guī)律的電器對(duì)應(yīng)的電量信息、時(shí)序信息及特征頻譜建立數(shù)據(jù)庫(kù)，以使得本領(lǐng)域技術(shù)人員在獲得“電量信息、時(shí)序信息及特征頻譜”時(shí)即可通過(guò)模式識(shí)別算法獲得對(duì)應(yīng)的在用電器的類(lèi)別、型號(hào)、數(shù)量及運(yùn)行狀態(tài)、運(yùn)行規(guī)律等信息。
[0019]優(yōu)選的，所述高級(jí)處理單元CM包括存儲(chǔ)單元，所述存儲(chǔ)單元對(duì)初級(jí)處理單元PM上傳的數(shù)據(jù)進(jìn)行分類(lèi)存儲(chǔ)。高級(jí)處理單元CM根據(jù)存儲(chǔ)的長(zhǎng)期歷史數(shù)據(jù)，對(duì)不同家用電器的在更長(zhǎng)周期尺度下進(jìn)行數(shù)據(jù)分析處理，更進(jìn)一步挖掘出用戶不同家用電器長(zhǎng)期運(yùn)行規(guī)律、運(yùn)行狀態(tài)(如某家用電器的使用頻率/效率/負(fù)載率的長(zhǎng)周期變化規(guī)律)，進(jìn)而推斷出家電的“健康”狀況，以及潛在運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)與故障等深層信息；并進(jìn)一步統(tǒng)計(jì)出來(lái)自不同生產(chǎn)廠家，同種類(lèi)家用電器之間的性能差異。在現(xiàn)有技術(shù)中，針對(duì)來(lái)自初級(jí)處理單元PM上傳的數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)并建立另一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)，以使得本領(lǐng)域技術(shù)人員在獲得“一定時(shí)長(zhǎng)內(nèi)的電量信息、時(shí)序信息及特征頻譜”后即可通過(guò)模式識(shí)別算法估計(jì)出對(duì)應(yīng)的在用電器的“健康”狀況、潛在運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)與故障等深層信息；并進(jìn)一步統(tǒng)計(jì)出來(lái)自不同生產(chǎn)廠家，同種類(lèi)家用電器之間的性能差異。
[0020]進(jìn)一步優(yōu)選的，所述高級(jí)處理單元CM為電腦、工作站或服務(wù)器。
[0021]優(yōu)選的，所述交流電流互感器CT為寬頻線性互感器。寬頻線性互感器能在幾十赫茲到幾百千赫茲的頻率范圍內(nèi)低失真地變送電流信號(hào)。
[0022]一種上述基于模式識(shí)別的家用電器智能集總檢測(cè)系統(tǒng)的工作方法，包括步驟如下，
[0023]1)電壓互感器VT、交流電流互感器CT對(duì)進(jìn)戶電壓和進(jìn)戶電流進(jìn)行隔離和比例變換；
[0024]2)初級(jí)處理單元PM對(duì)經(jīng)隔離和比例變換后的進(jìn)戶電壓和進(jìn)戶電流進(jìn)行采樣，并對(duì)采樣值進(jìn)行計(jì)算處理，獲取不同在用家用電器的數(shù)據(jù)，所述數(shù)據(jù)包括電量信息、時(shí)序信息及特征頻譜；并進(jìn)一步獲得在用家用電器的類(lèi)別、型號(hào)、數(shù)量、運(yùn)行狀態(tài)和運(yùn)行規(guī)律信息；
[0025]3)初級(jí)處理單元PM定期通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)將數(shù)據(jù)傳遞給高級(jí)處理單元CM ；
[0026]4)高級(jí)處理單元CM對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分類(lèi)存儲(chǔ)和進(jìn)一步處理；通過(guò)統(tǒng)計(jì)各個(gè)家用電器的使用頻率、工作效率和負(fù)載率，估計(jì)各個(gè)家用電器潛在的運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)和潛在的故障信息。
[0027]優(yōu)選的，所述步驟2)中獲取不同在用家用電器的時(shí)序信息及特征頻譜的具體方法為，采用邊沿檢測(cè)技術(shù)和時(shí)域分析技術(shù)獲取在用電器的時(shí)序信息；采用頻譜分析技術(shù)獲取不同家用電器的特征頻譜；估計(jì)在用家用電器的類(lèi)別、型號(hào)、數(shù)量、運(yùn)行狀態(tài)和運(yùn)行規(guī)律信息的具體方法為模式識(shí)別算法。
[0028]優(yōu)選的，所述步驟4)中高級(jí)處理單元CM對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行進(jìn)一步處理的過(guò)程還包括，對(duì)比不同生產(chǎn)廠家，同種類(lèi)家用電器之間的使用頻率、工作效率和負(fù)載率數(shù)據(jù)，得到不同生產(chǎn)廠家，同種類(lèi)家用電器之間的性能差異。
[0029]優(yōu)選的，所述步驟4)中高級(jí)處理單元CM對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分類(lèi)存儲(chǔ)的具體方法為，將家用電器的電量信息、時(shí)序信息以及特征頻譜分別進(jìn)行存儲(chǔ)。
[0030]本發(fā)明的優(yōu)勢(shì)在于:
[0031]1.本發(fā)明所述基于模式識(shí)別的家用電器智能檢測(cè)系統(tǒng)是一種智能集總檢測(cè)系統(tǒng)，即只通過(guò)對(duì)進(jìn)戶線處的電壓、電流進(jìn)行采樣，無(wú)需對(duì)每一個(gè)家用電器的電壓、電流進(jìn)行采樣；從而降低了系統(tǒng)硬件成本，簡(jiǎn)化了物聯(lián)網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，提高了采樣數(shù)據(jù)的客觀性；
[0032]2.本發(fā)明所述基于模式識(shí)別的家用電器智能集總檢測(cè)系統(tǒng)，所述初級(jí)處理單元PM利用模式識(shí)別算法對(duì)用戶進(jìn)線電壓/電流的電量信息、時(shí)域信息、特征頻譜信息進(jìn)行分析處理，進(jìn)一步獲取在用電器的類(lèi)別、型號(hào)、數(shù)量及運(yùn)行狀態(tài)、運(yùn)行規(guī)律等信息；
[0033]3.本發(fā)明所述基于模式識(shí)別的家用電器智能集總檢測(cè)系統(tǒng)，通過(guò)高級(jí)處理單元CM對(duì)家用電器的長(zhǎng)周期運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)