基于单点感知的家庭用电智能监测方法及其设备技术

本发明专利技术公开了一种基于单点感知的家庭用电智能监测方法及其设备，旨在克服现有技术不便维护安装与只能监测低频段信号的问题。其步骤如下：1.基于单点感知的家庭用电智能监测设备初始化；2.基于单点感知的家庭用电智能监测设备对家用电器开关动作进行侦测；3.基于单点感知的家庭用电智能监测设备从大量存储的数据中提取每种家用电器的电磁干扰特征判断是何种家用电器正在使用；4.基于单点感知的家庭用电智能监测设备将电力线上家用电器的电磁干扰数据写入电脑存储；5.基于单点感知的家庭用电智能监测设备退出监测。本发明专利技术还公开了一种执行基于单点感知的家庭用电智能监测方法的基于单点感知的家庭用电智能监测设备，其包括高通滤波器等。

【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种对家庭用电情况的监测方法，同时还涉及一种设备，更确切地说，本专利技术涉及一种基于单点感知的家庭用电智能监测方法及其设备。
技术介绍
现今对用电情况的监测主要用于完成两方面的功能第一方面用于对老年及残疾人的看护，主要诉求为不仅能够获取当前住户的活动信息(看电视，做饭等)，还应该知道当前的位置信息(在厕所，厨房，卧室)。如一个只有老年人居住的家庭一天中没有任何用电行为发生，说明发生了特殊情况，需要特殊处理，这样就能够及早的发现危险情况，紧急处理，减少损失。 另一方面是在环保节能方面，主要诉求为获取用电设备的工作时间和耗电量信息。通过向用户提供直观的、数据可视化的信息和用电建议，达到提醒，警示的作用。随着技术的不断创新与进步，智慧家居概念由当初的设想逐步走向现实，电设备监测这一应用领域也逐渐引起了人们的注意。在用电监测方面，目前有三种方法I.传统的电表检测；2.分布式感知；3.基于设备的仲裁传感技术的单点传感。但是，第一种方法提供用户的信息单一，精度有限，并且对于家庭用户来说，安装方法复杂且有一定的危险。第二种方法是在每一个需要监测的设备上安装一个传感器，这种方法的缺点是系统成本高、不便于维护和安装，并且可能会引起家庭隐私方面的担忧。第三种方法使用电流或电压或者两者相结合的方式安装到家庭电力线入口端，用来检测电力线中电流和电压的变化情况来判断家用电器的关断状态。但是受制于技术水平和数字处理芯片的技术，只能监测低频段信号，比较局限。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是克服了现有技术存在系统成本高、不便于维护和安装与只能监测低频段信号的问题，提供了一种基于单点感知的家庭用电智能监测方法，同时还提供了实现该方法的设备。为解决上述技术问题，本专利技术是采用如下技术方案实现的所述的基于单点感知的家庭用电智能监测方法包括如下步骤I.基于单点感知的家庭用电智能监测设备初始化所述的初始化就是基于单点感知的家庭用电智能监测设备获取在没有任何家用电器工作时电力线中的信号；2.基于单点感知的家庭用电智能监测设备对家用电器开关动作进行侦测所述的对家用电器开关动作进行侦测就是基于单点感知的家庭用电智能监测设备对电力线中的电磁干扰信号进行采集；3.基于单点感知的家庭用电智能监测设备从大量存储的数据中提取每种家用电器的电磁干扰特征判断是何种家用电器正在使用；4.基于单点感知的家庭用电智能监测设备将电力线上家用电器的电磁干扰数据和正在被使用的家用电器的类型及用电信息写入电脑存储；5.基于单点感知的家庭用电智能监测设备退出监测。技术方案中所述的基于单点感知的家庭用电智能监测设备对家用电器开关动作进行侦测的步骤如下I)基于单点感知的家庭用电智能监测设备高速采集电力线中通过滤波器滤波后的电压信号，再通过基于单点感知的家庭用电智能监测设备实现电压模拟量转化成上位机可处理的数字量，并存储在上位机的缓存里；·2)基于单点感知的家庭用电智能监测设备判断数字量写入周期时间是否到了，如果数字量写入时间满足一个周期时间，则将初始的步骤I)在缓存中的数字量数据写入电脑的硬盘中，用来记录用电数据，并且电脑可以对这些数据进行读写，如果数字量写入周期时间没到，执行下一步骤3);3)基于单点感知的家庭用电智能监测设备将从电力线读取的电磁干扰电压数据进行频域变换，将时间域的信号变成频率域的信号；4)等待基于单点感知的家庭用电智能监测设备是否完成向量平均计算，如果基于单点感知的家庭用电智能监测设备没完成该运算则回到初始的步骤I)的基于单点感知的家庭用电智能监测设备将电压模拟量转化为数字量；如果上述工作已完成则进行下一步骤5)；5)基于单点感知的家庭用电智能监测设备判断是否发生家用电器的开关行为，这里采用了一种叫做“功率谱向量时间追赶法”的方法，方法的描述如下列公式所示XhXf1S,..( I )Xli — |·^ 21，A22，A23,…，xI2In }( 2 )Ifi和兄分别代表30次和10次平均的功率谱平均向量，满足条件ti-tpO，并且&和七2之间是有规律的。我们假设^Af —Xt' ~ {^Δ 1, , ^At3 , . · }( 3 )若构造一个函数，Δ t表示时间差 1，|·^δλ'| ~ Xthreshold，. t _ _=' I I ' _/ = l,2,J.../ I ΧΔ | Xthreshold ^( 4 )当超过一定的阈值时，则可认为发生了一个家用电器的开关行为，至此，判断完毕；公式(4)中的^^-1(1是一个经验阈值，并且会根据实际家庭的噪声信号的干扰程度进行相应的更改，在这个算法中，基底频率向量是不断更新的，本方法的更新周期为O. 24s，在基于单点感知的家庭用电智能监测设备侦测过程中，当Xthreshtjld超过阈值时可认为发生了一个家用电器的开关行为；虽然如此，Xthreshtjld超过阈值也有电力线中的噪声引起的可能，因此在经过该步骤之后，还要经过下一步骤6);如果判断结果是没有发生家用电器的开关行为，则回到初始的步骤I)的基于单点感知的家庭用电智能监测设备将模拟量电压转化为数字量；6)基于单点感知的家庭用电智能监测设备再次采用步骤5)的方法，进行2-4次的验证，只有当每次的验证结果都相同时，才认定发生了一个家用电器的开关行为；如果验证结果是没有发生家用电器的开关行为，回到初始的步骤1)，如果判断结果是发生家用电器的开关行为，进行下一步骤7);8)基于单点感知的家庭用电智能监测设备根据采集的数据进行特征提取及分类，到此，对家用电器的开关行为进行侦测的步骤完成。技术方案中所述的基于单点感知的家庭用电智能监测设备从大量存储的数据中提取每种家用电器的电磁干扰特征判断是何种家用电器正在使用的步骤如下 I)家用电器的电磁干扰特征提取基于单点感知的家庭用电智能监测设备针对不同的家用电器的电磁干扰，从大量存储的数据中提取这些家用电器的电磁干扰特征，完成“差频向量”的高斯特征即中心频率的计算，提取出高斯函数/OO = JiT丨(Λ'_~η2的三个参数A，B, C ；2)新的家用电器电磁干扰特征提取对新的家用电器的电磁干扰特征提取就是将对未知的家用电器提取的中心频率、家用电器的名称与家用电器的功耗数据打包存储到基于单点感知的家庭用电智能监测设备基本信息文件中；3)匹配家用电器匹配家用电器就是将未知家用电器的中心频率信息与已存储的家用电器信息进行匹配，运用K最邻近结点算法、支持向量机的K最邻近结点算法SVM或双向主成分分析BDPCA的已有算法，看高斯的三个参数A、B、C与哪种家用电器的参数最大匹配；基于单点感知的家庭用电智能监测设备通过以上算法，根据已知的家用电器特征，得出是什么家用电器正在使用；如果停止信号Stop=false&发生用电事件，则表示用电智能监测设备已经完成了家用电器的匹配，用电智能监测设备知道了是什么家用电器在使用，并对该家用电器的用电量进行记录。技术方案中所述的基于单点感知的家庭用电智能监测设备将电力线上家用电器的电磁干扰数据和正在被使用的家用电器的类型及用电信息写入电脑存储是指记录电力线上家用电器的电磁干扰数据和正在被使用的家用电器的类别及该家用电器用电信息记录在电脑中，以供后续的处理，每次本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于单点感知的家庭用电智能监测方法，其特征在于，所述的基于单点感知的家庭用电智能监测方法包括如下步骤：1）基于单点感知的家庭用电智能监测设备初始化：所述的初始化就是基于单点感知的家庭用电智能监测设备获取在没有任何家用电器工作时电力线中的信号；2）基于单点感知的家庭用电智能监测设备对家用电器开关动作进行侦测：所述的对家用电器开关动作进行侦测就是基于单点感知的家庭用电智能监测设备对电力线中的电磁干扰信号进行采集；3）基于单点感知的家庭用电智能监测设备从大量存储的数据中提取每种家用电器的电磁干扰特征判断是何种家用电器正在使用；4）基于单点感知的家庭用电智能监测设备将电力线上家用电器的电磁干扰数据和正在被使用的家用电器的类型及用电信息写入电脑存储；5）基于单点感知的家庭用电智能监测设备退出监测。

【技术特征摘要】
1.一种基于单点感知的家庭用电智能监测方法，其特征在于，所述的基于单点感知的家庭用电智能监测方法包括如下步骤 1)基于单点感知的家庭用电智能监测设备初始化 所述的初始化就是基于单点感知的家庭用电智能监测设备获取在没有任何家用电器工作时电力线中的信号； 2)基于单点感知的家庭用电智能监测设备对家用电器开关动作进行侦测 所述的对家用电器开关动作进行侦测就是基于单点感知的家庭用电智能监测设备对电力线中的电磁干扰信号进行采集； 3)基于单点感知的家庭用电智能监测设备从大量存储的数据中提取每种家用电器的电磁干扰特征判断是何种家用电器正在使用； 4)基于单点感知的家庭用电智能监测设备将电力线上家用电器的电磁干扰数据和正在被使用的家用电器的类型及用电信息写入电脑存储； 5)基于单点感知的家庭用电智能监测设备退出监测。2.按照权利要求I所述的基于单点感知的家庭用电智能监测方法，其特征在于，所述的基于单点感知的家庭用电智能监测设备对家用电器开关动作进行侦测的步骤如下 1)基于单点感知的家庭用电智能监测设备高速采集电力线中通过滤波器滤波后的电压信号，再通过基于单点感知的家庭用电智能监测设备实现电压模拟量转化成上位机可处理的数字量，并存储在上位机的缓存里； 2)基于单点感知的家庭用电智能监测设备判断数字量写入周期时间是否到了，如果数字量写入时间满足一个周期时间，则将初始的步骤I)在缓存中的数字量数据写入电脑的硬盘中，用来记录用电数据，并且电脑可以对这些数据进行读写，如果数字量写入周期时间没至IJ，执行下一步骤3); 3)基于单点感知的家庭用电智能监测设备将从电力线读取的电磁干扰电压数据进行频域变换，将时间域的信号变成频率域的信号； 4)等待基于单点感知的家庭用电智能监测设备是否完成向量平均计算，如果基于单点感知的家庭用电智能监测设备没完成该运算则回到初始的步骤I)的基于单点感知的家庭用电智能监测设备将电压模拟量转化为数字量；如果上述工作已完成则进行下一步骤5)； 5)基于单点感知的家庭用电智能监测设备判断是否发生家用电器的开关行为，这里采用了一种叫做“功率谱向量时间追赶法”的方法，方法的描述如下列公式所示3.按照权利要求I所述的基于单点感知的家庭用电智能监测方法，其特征在于，所述的基于单点感知的家庭用电智能监测设备从大量存储的数据中提取每种家用电器的电磁干扰特征判断是何种家用电器正在使用的步骤如下 1...

【专利技术属性】
技术研发人员：周求湛，车遥，胡继康，欧淇源，李亚强，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：