基于磁感应信号的家用电器设备智能管理系统技术方案

本发明专利技术提供了一种基于磁感应信号的家电设备智能管理系统，包括数据收集模块、数据处理模块、特征提取模块及模型训练模块；数据收集模块用于收集家用电器设备产生的磁感应数据并传输至数据处理模块；数据处理模块用于对磁感应数据进行预处理；特征提取模块用于对预处理后的磁感应数据的特征进行提取；模型训练模块用于基于特征提取模块提取的磁感应数据的特征进行模型训练。本发明专利技术在不改变现有家用电器的情况下，通过磁传感器采集电器设备工作时自身产生的磁感应信号来完成电器设备类型、工作状态的识别，并基于历史数据实现电器设备异常工作状态的发现与预警，低成本地实现家用电器设备的智能化；本发明专利技术能够应用于各种尺寸的电器设备的智能管理。

【技术实现步骤摘要】
基于磁感应信号的家用电器设备智能管理系统
本专利技术涉及家居物联网领域，具体地，涉及一种基于磁感应信号的家用电器设备智能管理系统。
技术介绍
智能家居系统物联网的一个非常典型的应用，智能家居通过物联网技术将家中的各种设备(如音视频设备、照明系统、窗帘控制、空调控制、安防系统、数字影院系统、影音服务器、影柜系统、网络家电等)连接到一起，提供家电控制、照明控制、电话远程控制、室内外遥控、防盗报警、环境监测、暖通控制、红外转发以及可编程定时控制等多种功能和手段。与普通家居相比，智能家居不仅具有传统的居住功能，兼备建筑、网络通信、信息家电、设备自动化，提供全方位的信息交互功能，甚至为各种能源费用节约资金。用户可以非常方便地使用智能手机作为与智能家用电器之间的沟通窗口，享受智能家用电器带来的便利。但是，与智能手机等设备的快速更新迭代不同，家用电器设备的使用寿命是非常长，尤其是洗衣机、电冰箱等大型家用电器，它们的更新周期有时长达十年之久，这就意味着现在很大一部分家用电器无法完成智能化的更替。此外，家用电器生产厂商在生产新一代家用电器时嵌入了封闭的无线通信组网模块，控制模块等等，这些智能化组建的更新换代也受到家用电器的漫长寿命的制约，使得智能家居的组建和维护的成本都十分高昂，家用电器的智能化普及十分缓慢。本专利技术打破了传统电器设备厂商的一贯做法，采用非侵入式的方式，通过磁场强度传感器，采集电器设备工作时自身产生的磁感应信号来完成识别电器设备类型、工作状态的识别，并基于历史数据实现电器设备异常工作状态的发现与预警。
技术实现思路
针对现有技术中的缺陷，本专利技术的目的是提供一种基于磁感应信号的家用电器设备智能管理系统。根据本专利技术提供的一种基于磁感应信号的家用电器设备智能管理系统，包括数据收集模块、数据处理模块、特征提取模块以及模型训练模块；其中：所述数据收集模块用于收集电器设备产生的磁感应数据并传输至数据处理模块；所述数据预处理模块用于对所述磁感应数据进行预处理；所述特征提取模块用于对预处理后的磁感应数据的特征进行提取；所述模型训练模块用于基于特征提取模块提取的磁感应数据的特征进行模型训练。优选地，所述数据收集模块包括磁传感器和无线通信模块，其中：磁传感器用于收集电器设备产生的磁感应数据，无线通信模块将所述磁感应数据传输至数据处理模块。优选地，所述无线通信模块包括Wi-Fi模块。优选地，所述预处理包括窗口时间序列中的归一化和高斯滤波。优选地，所述磁感应数据的特征包括：时域上的平均值、均方根、零交点、方差和标准差；频域上的直流分量和峰度。优选地，所述模型分类器训练模块为支持向量机模型训练模块。与现有技术相比，本专利技术具有如下的有益效果：1、本专利技术在不改变现有电器设备硬件结构的情况下，通过磁场强度传感器，采集电器设备工作时自身产生的磁感应信号来完成电器设备类型的识别、工作状态的识别，并基于历史数据实现电器设备异常工作状态的发现与预警，低成本地实现了家用电器设备的智能化；2、本专利技术适用性强，能够应用于各种尺寸的电器设备的智能管理。附图说明通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本专利技术的其它特征、目的和优点将会变得更明显：图1为基于磁感应信号的家用电器设备智能管理系统的整体架构图；图2为基于磁感应信号的家用电器设备智能管理系统的数据处理示意图。具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本专利技术，但不以任何形式限制本专利技术。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本专利技术构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本专利技术的保护范围。如图1和图2所示，根据本专利技术提供的一种基于磁感应信号的家用电器设备智能管理系统，通过采用智能感知技术，实现电器设备的智能化管理。本专利技术使用贴片式磁力传感器去实时收集电器设备工作过程中产生的磁感应数据，并采用无线通信模块将数据传输至处理终端，由处理终端去处理电器设备的磁感应传感器数据流，并分析电器设备的工作状态，以便响应用户的请求。更为具体的，本专利技术使用的贴片式磁力传感器包括贴片传感器电路板，所述电路板配置6LowPAN模块进行电器设备局域组网和电器设备标识。贴片传感器电路板贴合在电器设备的电机附近，实时收集电器设备产生的磁感应数据并通过无线通信模块实时上传数据至处理终端，所述处理终端包括PC或者服务器，所述无线通信模块为Wi-Fi通信模块。贴片式磁力传感器收集的磁感应数据存在很多噪声，噪声主要分为人工操作、线性噪声能量、电极噪声、外界噪声和内部噪声。这些噪声可以通过调整贴片电路板的位置、周边探测环境，还有一些滤波噪声的算法来减小噪声信号对有用传感器信号的干扰。所以在进行特征提取之前需要进行数据预处理，先对窗口中的数据进行归一化，在采用高斯滤波算法进行平滑滤波。由于磁传感器信号本身的复杂性，选择特征值进行分类是必不可少的。一般处理传感器数据流信号，会考虑采用时域、频域、时频域技术，即采用多方面的特征。在特征提取中，我们针对每200ms窗口中的磁场强度传感器信号进行时域上的平均值(AV)、均方根(RMS)、零交点(ZC)、方差(VAR)和标准差(SD)和频域上直流分量(DC)、峰度(KU)等统计参数的计算，得到其特征矩阵。本专利技术采用的分类器算法为支持向量机(SupportVectorMachine，SVM)。SVM是一个有监督的学习模型，通常用来进行模式识别、分类以及回归分析，它针对线性可分情况进行分析，对于线性不可分的情况，通过使用非线性映射算法将低维输入空间线性不可分的样本转化为高维特征空间使其线性可分，从而使得高维特征空间采用线性算法对样本的非线性特征进行线性分析成为可能。本专利技术将训练好的实时传感器数据流分类器模型运用到实际应用中，并验证分类器的分类效果。在实验室环境下，选取了13种家用电器进行测试，分别为：电视，冰箱，微波炉，洗衣机，咖啡机，打印机，投影仪，台式电脑，笔记本电脑，音响，吹风机，空调室外机，风扇。13种家电类型识别正确率以及每个家电工作状态识别正确率均为100％。以上对本专利技术的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本专利技术并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本专利技术的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于磁感应信号的家用电器设备智能管理系统，其特征在于，包括数据收集模块、数据处理模块、特征提取模块以及模型训练模块；其中：所述数据收集模块用于收集电器设备产生的磁感应数据并传输至数据处理模块；所述数据预处理模块用于对所述磁感应数据进行预处理；所述特征提取模块用于对预处理后的磁感应数据的特征进行提取；所述模型训练模块用于基于特征提取模块提取的磁感应数据的特征进行模型训练。

【技术特征摘要】
1.一种基于磁感应信号的家用电器设备智能管理系统，其特征在于，包括数据收集模块、数据处理模块、特征提取模块以及模型训练模块；其中：所述数据收集模块用于收集电器设备产生的磁感应数据并传输至数据处理模块；所述数据预处理模块用于对所述磁感应数据进行预处理；所述特征提取模块用于对预处理后的磁感应数据的特征进行提取；所述模型训练模块用于基于特征提取模块提取的磁感应数据的特征进行模型训练。2.根据权利要求1所述的基于磁感应信号的家用电器设备智能管理系统，其特征在于，所述数据收集模块包括磁传感器和无线通信模块，其中：磁传感器用于收集电器设备产生的磁感应数据，无线通信模块将所...

【专利技术属性】
技术研发人员：薛广涛，潘昊，孙雨辉，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：上海,31