基于数据挖掘的节能家电能耗监督评测系统及控制方法
【专利摘要】本发明涉及一种基于数据挖掘的节能家电能耗监督评测系统，它包括远程计量插座、后台数据存储处理服务器、终端web浏览端；1）远程计量插座：家电插在远程计量插座上，计量出其每段时间的用电量，用以与其标榜的节能等级比较看是否符合标准，远程计量插座同时将采集的数据通过无线传输传到后台服务器用来进行数据挖掘处理；2）后台数据存储处理服务器：用于存储远程计量插座采集的数据，同时在数据库平台中对远程计量插座采集到的数据进行挖掘；3）终端web浏览端：将后台数据存储处理服务器经过数据挖掘的数据通过互联网传达给用户。本发明研制的家电产品能耗跟踪监测系统能够准确的计量出家电产品的能耗，这样能对买来的家电产品进行实际测量，然后跟其标注的节能等级进行等级，能够一目了然的看出是否符合标注的节能等级。
【专利说明】基于数据挖掘的节能家电能耗监督评测系统及控制方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种基于数据挖掘的节能家电能耗监督评测系统及控制方法。具体地说，涉及一种基于数据挖掘和无线接入技术的家电产品能耗跟踪监测与长效节能评测系统及控制方法。
【背景技术】
[0002]随着我国经济持续高速发展和国民收入不断提高，家用电器产品的使用、数量和种类都呈快速增加和迅速普及之势，其产生的电力消耗总量也以平均每年10%的速率增长。然而我国能源形势不容乐观，强化节能优先成为国家能源战略重要选项。为此，国务院于2012年6月16日印发了《“十二五”节能环保产业发展规划》，强调节能环保产业是国家加快培育和发展的7个战略性新兴产业之一，并重点提出要求加快家电产品如空调、洗衣机、电冰箱、电视机、热水器等智能控制节能技术和待机能耗技术研发进度。事实上，家用电器的使用已经成为居民家庭能源消耗的主要因素。据统计，如果把中国1.3亿台家庭现有的普通冰箱都换成节能冰箱，在今后15年内平均每年可节能20%，全国将少消耗电1200亿度。如果每个家庭用4支节能灯算，每年能节约费用200亿元。由此可见，培育和增强居民消费者的节能家用电器(简称节能家电)方面的意识和知识，推广应用节能家电，对实现中国节能减排的目标意义重大。
[0003]因此，国家近几年先后推出“家电下乡”、“以旧换新”、“节能惠民”三大政策，仅2012年国家财政补贴节能家电265亿元，引导家电企业加快研发节能技术，鼓励广大老百姓普及使用节能家电产品。
[0004]然而，由于能效等级根据企业委托第三方或自行检测结果标定，是一种自律行为，因此，造成一些家电企业为骗取节能补贴虚标能效等级的事件频频见诸报端。仅以最近上海市质监局发布2012年家用洗衣机、电冰箱及电视机等家电产品抽查结果来看，就有众多曾经颇为知名的品牌上榜。其报告中显示，在17批次洗衣机中，5批次不合格。而在这些不合格的产品中，曾经赫赫有名的威力、康佳、小鸭等国内品牌，还有松下等国际知名品牌，都因不合格项目涉及洗净性能、耗电量和能效等级上榜。例如在电冰箱的检验中，一台标称为I级能效等级的威力牌BCD-165MX1型号冰箱冷冻室，测试竟然达不到国家标准规定的零下18°C的最低限值。实际上，众多家用洗衣机、电冰箱能效等级早已虚标严重，3级、4级能效虚标为2级，2级能效虚标为I级，甚至还出现能效门槛还没有达到却虚标为I级能效产品。国家质检总局下设的中国质量认证中心也认识到问题的确存在，在2012年7月宣布将建立空调等家电产品长效节能评定机制，意味着未来空调节能性的检测将有别于以往仅以实验室数据为依据的检测，而是基于产品实际使用过程中的节能指标所做出的综合性能检测。这样的测试意在强调空调等产品不仅要能效高，还要在使用周期内保持较为稳定的节能效果。
[0005]为此，本专利研制一种基于数据挖掘的家电产品能耗跟踪监测与长效节能评定系统及控制方法，检验该产品是否能效高，正常使用周期内节能效果是否稳定以及是否该淘汰等。
【发明内容】
[0006]本发明所要解决的技术问题是:设计开发一种基于数据挖掘的节能家电能耗监督评测系统及控制方法，有利于节能减排。
[0007]为了解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案:
基于数据挖掘的节能家电能耗监督评测系统，其特征在于它包括远程计量插座、后台数据存储处理服务器、终端web浏览端；
1)远程计量插座:家电插在远程计量插座上，计量出其每段时间的用电量，用以与其标榜的节能等级比较看是否符合标准，远程计量插座同时将采集的数据通过无线传输传到后台服务器用来进行数据挖掘处理；
2)后台数据存储处理服务器:用于存储远程计量插座采集的数据，同时在数据库平台中对远程计量插座采集到的数据进行挖掘；
3)终端web浏览端:将后台数据存储处理服务器经过数据挖掘的数据通过互联网传达给用户。
[0008]所述远程计量插座包括电能采样转换模块、电能计量模块、无线传输模块和电源模块，电能采样转换模块输入端接家用电器的输入电压和电流，电能采样转换模块的输出端与电能计量模块相连，电能计量模块通过串口与无线传输模块相连，电能采样转换模块采样得到的电流电压经调理转换信号后通过串口传送给电能计量模块，电能计量模块将采样得到的电压电流信号转换成数字信号，无线传输模块通过无线网络将数字信号传送到后台数据存储处理服务器进行后续的挖掘处理。
[0009]所述电能采样转换模块包括电压传感器、电流传感器、电压变换/调理电路，电压传感器和电流传感器的输入端分别与家用电器的输入电压和电流相连，电压传感器和电流传感器的输出端分别与电压变换/调理电路相连。
[0010]所述电能计量模块核心部件是电能计量芯片，电能计量芯片采用ATT7037AU芯片，所述电能计量芯片通过spi串口和无线传输模块的TXD端连接。
[0011]所述电能计量模块还包括IXD灯、继电器和按钮，所述电能计量芯片分别与IXD灯、继电器和按钮相连。
[0012]所述无线传输模块是一个嵌入式的GPRS模块。
[0013]一种基于数据挖掘的节能家电能耗监督评测系统的控制方法，其特征在于通过远程计量插座测量出节能家电使用的能耗，经过无线传输到后台数据存储处理服务器，经过数据挖掘算法的处理出有用的数据传输到终端web浏览端供用户参考，具体包括以下步骤:
(A)首先，远程计量插座取得以它为供电电源的节能家电的用电情况，然后通过无线传输模块将用电信息传送给后台数据存储处理服务器；
(B)后台数据存储处理服务器，首先是接收远程计量插座传送过来的用电信息，同时将所采集的数据经过数据挖掘对监测数据进行深入的分析和挖掘；
(C)终端web浏览，将后台数据存储处理服务器里面的数据以直观的方式让所有用户在不同的场所都可以观看到； 进一步包括以下步骤:
1)首先，将待检测的节能家电经过远程计量插座接入电源，额定电压220VAC/50HZ，额定电流10A，每次使用前用复位按钮对远程计量插座上面的数据进行清零，在持续时间内保证电源正常供电；
2)远程计量插座上面的显示器显示当前的电压、电流和使用的总电量；
3)将节能电家的节能等级和节能参考数据输入到后台数据存储处理服务器；
4)远程计量插座每隔60min将节能家电的使用模式、当前日期和60min内的电量使用情况通过GPRS传输给后台数据存储处理服务器，如果中间出现了运行模式的变换和断电情况，则自动将当前时间段内的用电情况传输到后台并进行当前段时间电量清零，然后对下个模式或重新接上电源后的电量使用情况重新进行监测；
5)远程计量插座将节能家电连续使用8小时以上的累计电量传送到后台数据存储处理服务器，使人们对空调和冰箱等这类用电不均衡的电器的一段时间内的用电情况有更好的了解；
6)后台数据存储处理服务器在接收到远程计量插座传输过来的数据时，首先对数据进行横向比较，看此款节能家电的用电量是否符合标示的等级；然后对同一功能型的家电进行众向比较，得到的数据公示给用户同时做出系统的推荐类型；
7)将上述步骤所得之数据传送到web浏览端，用户只需要登录网站就可以看到节能家电的实际耗电情况，同时网站上面也设置反馈，对大家比较关心和提出质疑的产品进行测量进一步完善节能家电的类型和型号。
[0014]本发明具有以下优点和积极效果:
(I)有效加强了对市场上面节能家电实际节能情况的监督。随着国家对节能减排家电的大力扶持，市场上面众多厂家也在发展节能减排家电用品。然而由于节能家电的能效等级是根据企业委托第三方或自行检测结果标定，是一种自律行为，因此，造成一些家电企业为骗取节能补贴虚标能效等级的事件频频见诸报端。所以市场上面的许多家电产品的能效等级是虚标的，这样很大程度上面对用户的正当权益有损害，同时也对国家节能减排的整体政策相悖，不利于环境保护。本发明研制的家电产品能耗跟踪监测系统能够准确的计量出家电产品的能耗，这样能对买来的家电产品进行实际测量，然后跟其标注的节能等级进行等级，能够一目了然的看出是否符合标注的节能等级。
[0015](2)对监测的数据进行挖掘能够得到更深层次的信息。如果仅得到每个家电的能耗情况在很多情况下还是不能满足要求的。在此系统里面会对采集的检测数据运用数据挖掘的原理和方法对监测数据进行深入的分析和挖掘，抽取有用的信息和规则，通过对这些数据进行横向对比众向层层深入剖析，发现数据中存在的关系和规则并从中发现影响企业能耗、设备用电量数据的挖掘实现提高设备运行的可靠性、安全性和有效性。同时对用户使用节能家电和购买方面都可以参考。
[0016](3)方便直观，利于用户获得信息。系统的会将采集得到的检测数据和经过数据挖掘得到的生层次信息上传到终端web浏览端，这样可以方便各地用户直观地看到各个节能家电的使用情况。
【专利附图】
【附图说明】[0017]下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
[0018]图1是本发明的系统布设与应用示意图 图2是本发明系统组成结构框图
图3是远程计量插座布设与应用意图 图4是远程计量插座组成结构框图 图5是本发明工作调度流程图。
【具体实施方式】
[0019]图1是本发明的整体系统布设与应用示意图。本系统由远程计量插座、后台数据存储处理服务器和终端web浏览组成。
[0020]图2是本发明系统组成结构框图。本发明包括三大部分:远程计量插座、后台数据存储处理服务器和终端web浏览。
[0021]远程计量插座:远程计量插座由电能计量模块、无线传输模块、电源模块三模块组成。电能计量模块记录节能家电使用的电量，无线传输模块负责将采集的用电量信息传输给后台数据处理与服务器，而电源模块主要是负责给无线传输模块供电。
[0022]参见图3，远程计量插座:电能采样转换模块、电能计量模块、无线通信模块和电源模块四部分组成。电能采样转换模块输入端接家用电器的输入电压和电流，电能采样转换模块的输出端与电能计量模块相连，电能计量模块通过串口与无线传输模块相连，电能采样转换模块采样得到的电流电压经调理转换信号后通过串口传送给电能计量模块，电能计量模块将采样得到的电压电流信号转换成数字信号，无线传输模块通过无线网络将数字信号传送到后台数据存储处理服务器进行后续的挖掘处理。
[0023]参见图4，电能采样转换模块:计量电能首先要对电能进行采样转换。电能采样转换模块取得要测量电路的电压和电流然后进行转换方便计量。采样得到的电流电压会通过电压变换/调理电路转换信号通过串口传送给电能计量模块。电能采样转换模块包括电压传感器、电流传感器、电压变换/调理电路，电压传感器和电流传感器的输入端分别与家用电器的输入电压和电流相连，电压传感器和电流传感器的输出端分别与电压变换/调理电路相连。电能采样转换模块将高电压、大电流转换成计量芯片可以测量的低电压、小电流。电能采样转换模块输入端接入的是家用电器的输入电压u和电流i，经过内部电路转换后成计量芯片可以测量范围内的电流电压输出到电能计量芯片的电压输入端V3P，V3N引脚和电流输入端V1P，V1N。
[0024]电能计量模块:电能计量模块将采样得到的电压电流信号转换成我们实际可读的数字信号。电能计量模块的核心部件是电能计量芯片，这里采样以ATT7037AU芯片，该芯片提供单相电能计量所需要的全部功能，包括有功功率与有功电能、无功功率与无功电能、视在功率与视在电能、电压有效值、电流有效值及频率计算等，支持灵活的防窃电方案和校表方案。这款芯片完全满足对家用设备或的电量测量需求。电能计量模块还包括LCD灯、继电器、按钮，电能计量芯片分别与LCD灯、继电器和按钮相连。电能计量芯片的电压输入端V3P，V3N引脚和电流输入端V1P，VlN接收电能采样转换电路的测量电压和电流。经过内部电路处理后，将脉冲信号整理处理，用IXD controller可直接驱动IXD显示，这里与LCD 的引脚连接是 SEG0/PA0-SEG3/PA3, SEG4/C0M4/PA4-SEG7/C0M7/PA7，SEG8/PB0-SEG15/PB7, SEG16/P0_0-SEG23/P0_7。GPIO通过隔离光偶控制继电器。按钮与芯片的RST引脚相连，用来进行复位功能。同时电能计量芯片将数据通过spi串口和无线传输模块的TXD端连接，将数据传给无线传输模块。在测量电能的同时，也集成了丰富的存储及外设资源，使得系统对外设的控制和信号传输不再使用另外的MCU芯片。ATT7037AU中有可掉电保持的data flash 4K,可保存约8个小时的数据(以每次8字节、每分钟存储一次计算);RTC给出日历时间信息；串口用于直接和无线通信模块交换数据；I2C总线上可挂片外的Flash，以记录更多的测量数据。
[0025]无线传输模块:无线传输模块即一个嵌入式的GPRS模块，能够将电能计量模块通过SPi串口传输过来的数据通过无线网络传输给后台数据中心。电能计量模块通过串口将信号传送给无线传输模块，无线传输模块再通过GPRS传送到后台数据存储处理服务器进行后续的挖掘处理。具有可靠性高、性能稳定的特点。
[0026]电源模块:此处的电源模块主要是给插座的各个功能模块供电。直接取单相电，经整流电路后，接入电能计量芯片和无线传输模块的AVCC端使用。
[0027]后台数据存储处理服务器:主要由两部分功能组成，第一是对远程计量插座里面传来的用电信息进行存储以方便使用，第二就是对取得的海量数据进行挖掘处理得出有益的数据。
[0028]终端web浏览:系统设计的初衷就是使广大消费者在购买节能家电产品的时候能够不被欺骗，所以需要一个好的开放性平台让消费者能够直观地看出。这里的终端web浏览器能够将后台数据库经过数据挖掘的数据通过互联网传达给大家。这样大家只要在web端就可以知道哪种家电产品的节能性更好，方便其选择品牌。
[0029]图5是本发明工作调度流程图，其特征在于它包括以下步骤:
通过远程计量插座测量出节能家电使用的能耗，经过无线传输到后台数据存储处理服务器，经过数据挖掘算法的处理出有用的数据传输到终端web浏览端供用户参考，具体包括以下步骤:
(A)首先，远程计量插座取得以它为供电电源(单相或三相)的节能家电的用电情况，通过电量测量，这样就能知道家电产品的能耗，然后再利用自身的无传输模块将采集到的检测数据通过GPRS/CDMA无线网络传送给后台数据存储处理服务器进行挖掘处理。
[0030](B)后台数据存储处理服务器接收远程计量插座传送过来的用电信息。同时对接收到的海量数据运用数据挖掘的原理和方法对监测数据进行深入的分析和挖掘，抽取有用的信息和规则，通过对这些数据进行横向对比众向层层深入剖析，发现数据中存在的有益信息。
[0031](C)终端web浏览，将后台数据存储处理服务器里面的数据以直观的方式让所有用户在不同的场所都可以观看到，这里就是通过互联网网站将信息床送给广大用户，用户只需要登录网站就能够得到他们所需要的信息。方便他们对以后的节能家电选择做出参考。
[0032]进一步包括以下步骤:
O首先，将待检测的节能家电经过远程计量插座接入电源，额定电压220VAC/50HZ，额定电流10A，每次使用前用复位按钮对远程计量插座上面的数据进行清零，在持续时间内保证电源正常供电； 2)远程计量插座上面的显示器显示当前的电压、电流和使用的总电量；
3)将节能电家的节能等级和节能参考数据输入到后台数据存储处理服务器；
4)远程计量插座每隔60min将节能家电的使用模式(如空调的当前调节温度)、当前日期和60min内的电量使用情况通过GPRS传输给后台数据存储处理服务器，如果中间出现了运行模式的变换和断电情况，则自动将当前时间段内的用电情况传输到后台并进行当前段时间电量清零(不对总电量清零)，然后对下个模式或重新接上电源后的电量使用情况重新进行监测；
5)远程计量插座将节能家电连续使用8小时以上的累计电量传送到后台数据存储处理服务器，使人们对空调和冰箱等这类用电不均衡的电器的一段时间内的用电情况有更好的了解；
6)后台数据存储处理服务器在接收到远程计量插座传输过来的数据时，首先对数据进行横向比较，例如海尔KFR-35GW/08QDW22标示1136个小时耗电量是512度，平均为一个小时半度电，我们就可以利用数据挖掘的算法将接收到的数据和服务器里面的原始存储数据进行横向比较，看此款节能家电的用电量是否符合标示的等级，如果是的话表明1，不是的话表明O ;然后也可以对同一功能型的家电进行众向比较，例如海尔、格力等各个品牌同一节能等级空调在夏季一天内的平均用电情况，得到的数据可以公示给用户同时做出系统的推荐类型；
7)将上述步骤所得之数据传送到web浏览端，用户只需要登录网站就可以看到节能家电的实际耗电情况，同时网站上面也设置反馈，对大家比较关心和提出质疑的产品进行测量进一步完善节能家电的类型和型号。
【权利要求】
1.基于数据挖掘的节能家电能耗监督评测系统，其特征在于它包括远程计量插座、后台数据存储处理服务器、终端Web浏览端； 1)远程计量插座:家电插在远程计量插座上，计量出其每段时间的用电量，用以与其标榜的节能等级比较看是否符合标准，远程计量插座同时将采集的数据通过无线传输传到后台服务器用来进行数据挖掘处理； 2)后台数据存储处理服务器:用于存储远程计量插座采集的数据，同时在数据库平台中对远程计量插座采集到的数据进行挖掘； 3)终端web浏览端:将后台数据存储处理服务器经过数据挖掘的数据通过互联网传达给用户。
2.如权利要求1所述的基于数据挖掘的节能家电能耗监督评测系统，其特征在于:所述远程计量插座包括电能采样转换模块、电能计量模块、无线传输模块和电源模块，电能采样转换模块输入端接家用电器的输入电压和电流，电能采样转换模块的输出端与电能计量模块相连，电能计量模块通过串口与无线传输模块相连，电能采样转换模块采样得到的电流电压经调理转换信号后通过串口传送给电能计量模块，电能计量模块将采样得到的电压电流信号转换成数字信号，无线传输模块通过无线网络将数字信号传送到后台数据存储处理服务器进行后续的挖掘处理。
3.如权利要求2所述的基于数据挖掘的节能家电能耗监督评测系统，其特征在于:所述电能采样转换模块包括电压传感器、电流传感器、电压变换/调理电路，电压传感器和电流传感器的输入端分别与家用电器的输入电压和电流相连，电压传感器和电流传感器的输出端分别与电压变换/调理电路相连。
4.如权利要求2所述的基于数据挖掘的节能家电能耗监督评测系统，其特征在于:所述电能计量模块核心部件是电能计量芯片，电能计量芯片采用ATT7037AU芯片，所述电能计量芯片通过spi串口和无线传输 模块的TXD端连接。
5.如权利要求4所述的基于数据挖掘的节能家电能耗监督评测系统，其特征在于:所述电能计量模块还包括LCD灯、继电器和按钮，所述电能计量芯片分别与LCD灯、继电器和按钮相连。
6.如权利要求2所述的基于数据挖掘的节能家电能耗监督评测系统，其特征在于:所述无线传输模块是一个嵌入式的GPRS模块。
7.如权利要求1至6中任一项所述的一种基于数据挖掘的节能家电能耗监督评测系统的控制方法，其特征在于通过远程计量插座测量出节能家电使用的能耗，经过无线传输到后台数据存储处理服务器，经过数据挖掘算法的处理出有用的数据传输到终端web浏览端供用户参考，具体包括以下步骤: (A)首先，远程计量插座取得以它为供电电源的节能家电的用电情况，然后通过无线传输模块将用电信息传送给后台数据存储处理服务器； (B)后台数据存储处理服务器，首先是接收远程计量插座传送过来的用电信息，同时将所采集的数据经过数据挖掘对监测数据进行深入的分析和挖掘； (C)终端web浏览，将后台数据存储处理服务器里面的数据以直观的方式让所有用户在不同的场所都可以观看到。
8.如权利要求7所述的一种基于数据挖掘的节能家电能耗监督评测系统的控制方法，其特征在于进一步包括以下步骤: 1)首先，将待检测的节能家电经过远程计量插座接入电源，额定电压220VAC/50HZ，额定电流10A，每次使用前用复位按钮对远程计量插座上面的数据进行清零，在持续时间内保证电源正常供电； 2)远程计量插座上面的显示器显示当前的电压、电流和使用的总电量； 3)将节能电家的节能等级和节能参考数据输入到后台数据存储处理服务器； 4)远程计量插座每隔60min将节能家电的使用模式、当前日期和60min内的电量使用情况通过GPRS传输给后台数据存储处理服务器，如果中间出现了运行模式的变换和断电情况，则自动将当前时间段内的用电情况传输到后台并进行当前段时间电量清零，然后对下个模式或重新接上电源后的电量使用情况重新进行监测； 5)远程计量插座将节能家电连续使用8小时以上的累计电量传送到后台数据存储处理服务器，使人们对空调和冰箱等这类用电不均衡的电器的一段时间内的用电情况有更好的了解； 6)后台数据存储处理服务器在接收到远程计量插座传输过来的数据时，首先对数据进行横向比较，看此款节能家电的用电量是否符合标示的等级；然后对同一功能型的家电进行众向比较，得到的数据公示给用户同时做出系统的推荐类型； 7)将上述步骤所得之数据传送到web浏览端，用户只需要登录网站就可以看到节能家电的实际耗电情况，同时网站上面也设置反馈，对大家比较关心和提出质疑的产品进行测量进一步完善节能家电的.类型和型号。
【文档编号】G05B19/418GK103472781SQ201310389946
【公开日】2013年12月25日 申请日期:2013年8月30日 优先权日:2013年8月30日
【发明者】郑增威, 龙志勇, 陈丹 申请人:浙江大学城市学院