一种自动识别电器运行状态的智能插座的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种插座，特别是一种可以自动识别电气运行状态的智能插座。
【背景技术】
[0002] 随着智能家居、物联网等先进技术的出现，传统的插座已经向智能化的方向发展。 现有的智能化插座虽然具有一定的智能化能力，但还主要局限在基础的电量统计或者被动 的控制通断等功能，并不具有进一步的智能化功能。同时为了降低电器的用电损耗，最好 向用电用户实时显示电器的运行状态，并使得用户可以通过电子化手段实时控制电器的通 断，并在频繁通断电路时提供防止瞬间电流过大的电路保护功能。
【发明内容】
[0003] 为解决现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种自动识别电气运行状态的智 能插座。
[0004] 为了实现上述目标，本发明采用如下的技术方案： 一种智能插座控制方法，包括：采样固定时间窗内的电压/电流数据；采样数据去噪； 计算去噪后的数据的特征量；获得的特征量与预制电器模式库中的特征量进行模糊匹配， 获得电器运行状态，包括：判断固定时间窗内特征量是否存在变化；如果存在变化，则执行 模糊模式匹配；将从预制电器运行模式库中匹配的最接近的模式通过显示单元进行显示。
[0005] 该方法进一步包括：采样固定时间窗内的电压/电流数据包括：对插座进线上的 固定时间窗内的数据进行采样，可包括采样电压和采样电流，其中固定时间窗可由系统预 先指定或由用户指定。
[0006] 该方法进一步包括：采样数据去噪包括：利用小波变换法对获得的数据进行去噪 声处理，小波变换法包括以下步骤： (1) 、含噪信号预处理和小波变换多尺度分解，得到相应的小波分解系数；预处理判断 波形数据的完整度；选取db小波作为小波基函数，并采用Mallat算法对db小波进行多尺 度分解，分解层次可依据实际电器情况选取； (2) 、小波分解高频系数阈值处理，低频信号保持不变，高频信号选择适当阈值进行量 化处理，阈值选择固定的阈值形式，阈值函数选择软阈值函数（sgn(w) (|?|-λ)，|w| > λ)，该函数中，λ为最小极大方差的阈值，w是高频信号数值； (3) 小波逆变换，将进行阈值处理过的小波系数重构，得到恢复后的原始信号估计值。
[0007] 该方法进一步包括：判断固定时间窗内特征量是否存在变化的具体步骤包括：选 择固定时间窗内的特征量，以检测特征量的变化，即考虑式（1)是否成立， X(k+1)-X(k) > ε 式（1)， 在式（1)中，X(k)和X(k+1)为相邻的两个固定时间窗的特征量，ε为设定阀值；相邻 的两个时间窗的特征量是指电压或电流的相邻周期特征量；ε的取值范围以及固定时间 窗可由系统预先设定或由用户指定；如果式（1)成立，则表示存在异常数据波段，从而需要 匹配预制电器运行模式库，变更显示模块的显示，则继续模糊模式匹配步骤；如果式（1)不 成立，则不存在异常数据波段，可不匹配预制电器运行模式库，不变更显示模块的显示，继 续采样下一时间窗内的电压/电流数据。
[0008] 该方法进一步包括：如果存在变化，则执行模糊模式匹配的步骤包括： 利用式（2)，将表示异常数据波段的特征量与预制电器运行模式库中的特征量进行模 糊模式距离计算，
【主权项】
1. 一种智能插座控制方法，其特征在于，该方法包括： 采样固定时间窗内的电压/电流数据. 采样数据去噪； 计算去噪后的数据的特征量； 获得的特征量与预制电器模式库中的特征量进行模糊匹配，获得电器运行状态，包括： 判断固定时间窗内特征量是否存在变化；如果存在变化，则执行模糊模式匹配；将从预制 电器运行模式库中匹配的最接近的模式通过显示单元进行显示。
2. 根据权利要求1所述的智能插座控制方法，其特征在于， 采样固定时间窗内的电压/电流数据包括；对插座进线上的固定时间窗内的数据进行 采样，可包括采样电压和采样电流，其中固定时间窗可由系统预先指定或由用户指定。
3. 根据权利要求1所述的智能插座控制方法，其特征在于；采样数据去噪包括；利用小 波变换法对获得的数据进行去噪声处理，小波变换法包括W下步骤： (1) 、含噪信号预处理和小波变换多尺度分解，得到相应的小波分解系数；预处理判断 波形数据的完整度；选取化小波作为小波基函数，并采用Mallat算法对化小波进行多尺 度分解，分解层次可依据实际电器情况选取； (2) 、小波分解高频系数阔值处理，低频信号保持不变，高频信号选择适当阔值进行量 化处理，阔值选择固定的阔值形式，阔值函数选择软阔值函数（sgn(w)(|w|-A)，H > 入），该函数中，A为最小极大方差的阔值，W是高频信号数值； (3) 小波逆变换，将进行阔值处理过的小波系数重构，得到恢复后的原始信号估计值。
4. 根据权利要求1所述的智能插座控制方法，其特征在于：判断固定时间窗内特征量 是否存在变化的具体步骤包括： 选择固定时间窗内的特征量，W检测特征量的变化，即考虑式（1)是否成立， X(k+l)-XW > e 式（1)， 在式（1)中，X(k)和X(k+1)为相邻的两个固定时间窗的特征量，e为设定阀值；相邻 的两个时间窗的特征量是指电压或电流的相邻周期特征量；e的取值范围W及固定时间 窗可由系统预先设定或由用户指定；如果式（1)成立，则表示存在异常数据波段，从而需要 匹配预制电器运行模式库，变更显示模块的显示，则继续模糊模式匹配步骤；如果式（1)不 成立，则不存在异常数据波段，可不匹配预制电器运行模式库，不变更显示模块的显示，继 续采样下一时间窗内的电压/电流数据。
5. 根据权利要求1所述的智能插座控制方法，其特征在于；如果存在变化，则执行模糊 模式匹配的步骤包括： 利用式（2)，将表示异常数据波段的特征量与预制电器运行模式库中的特征量进行模 糊模式距离计算，
式似， 在式（2)中，d表示模式距离，Xi表示预制电器运行模式库中的特征量，C i表示异常数 据波段的特征量，i的取值范围是1至n的整数，n表示特征量的个数； 将式（2)计算出的最小的模式距离d与设定的模式相似阀值0进行比较；设定的模式
相似阀值e是用户系统给出的模式距离相似阀值；如果d《0，则表示异常数据波段的运 行模式与预制电器运行模式库中用于比较的模式是最接近的工况模式，则显示该最接近的 工况模式；如果d > 0，则继续选取预制电器模式库中的其他模式进行匹配，直至预制电器 模式库的所有模式均不匹配，该时通过通信单元向用户告警。
6. -种智能插座，其特征在于，该插座包括： 采样电路，对插座进线上的数据进行采样，采样固定时间窗内的电压/电流数据； 通信单元，接收对插座的通断指令或定时通断的指令，并可通过与外部设备的通信获 取预制电器运行模式库； 存储巧片，存储预制电器运行模式库W及采样电路获得的采样数据和嵌入式智能处理 电路巧片的模式匹配结果； 显示模块，对确定的接入电器设备的运行状态进行显示； 嵌入式智能处理电路巧片，包括： 控制电路，控制插座内部件； 通断控制模块，根据通信单元接收的通断指令或定时通断指令，控制插座的通断； 模式匹配模块，根据采样电路采集的实时电压和电流信号，自动计算实时功率、频率， 并进行快速信号处理，分析计算电压、电流、功率的频谱，计算相应特征量，根据获得的特征 量自动匹配预制电器运行模式库，从而确定电器设备的运行状况。
7. 根据权利要求6所述的智能插座，其特征在于；可通过两种方式配置智能插座：第 一、通过通信单元设置电器类别，从而存储巧片中只存储相应电器类别的预制电器运行模 式库；在改变插座上的电器类别时，可通过通信单元重新设置电器类别，并重新经由通信单 元下载最新的相应电器类别的预制电器运行模式库；第二、允许智能插座通过通信模块联 网运行一段时间，智能插座将自动识别电器类别，并经由通信模块4自动下载相应电器类 别的预制电器运行模式库。
8. 根据权利要求6所述的智能插座，其特征在于；该智能插座还包括： 在用户频繁通断插座时使得插座不会产生瞬间电流的过电保护电路，其与执行电路连 接，由执行电路输出控制信号，控制过电保护电路的通断状态； 执行电路，接收嵌入式智能处理电路巧片所发送的指令，执行通断或定时通断插座的 指令，控制过路保护电路的通断。
9. 根据权利要求6所述的智能插座，其特征在于；模式匹配模块利用小波变换法对采 样电路获得的固定时间窗内的数据进行去噪声处理，计算去噪后的数据的特征量，获得的 特征量与预制电器模式库中的特征量进行模糊匹配，获得电器运行状态，包括：判断固定时 间窗内特征量是否存在变化；如果存在变化，则执行模糊模式匹配；将从预制电器运行模 式库中匹配的最接近的模式通过显示单元进行显示。
10. 根据权利要求9所述的智能插座，其特征在于；判断固定时间窗内特征量是否存在 变化包括： 选择固定时间窗内的特征量，W检测特征量的变化，即考虑式（1)是否成立， X(k+l)-XW > e 式（1)， 在式（1)中，X(k)和X(k+1)为相邻的两个固定时间窗的特征量，e为设定阀值；相邻 的两个时间窗的特征量是指电压或电流的相邻周期特征量；e的取值范围W及固定时间 窗可由系统预先设定或由用户指定；如果式（1)成立，则表示存在异常数据波段，从而需要 匹配预制电器运行模式库，变更显示模块的显示，则继续模糊模式匹配步骤；如果式（1)不 成立，则不存在异常数据波段，可不匹配预制电器运行模式库，不变更显示模块的显示，继 续采样下一时间窗内的电压/电流数据。
【专利摘要】本发明公开了一种智能插座控制方法，包括：采样固定时间窗内的电压/电流数据；采样数据去噪；计算去噪后的数据的特征量；获得的特征量与预制电器模式库中的特征量进行模糊匹配，获得电器运行状态，包括：判断固定时间窗内特征量是否存在变化；如果存在变化，则执行模糊模式匹配；将从预制电器运行模式库中匹配的最接近的模式通过显示单元进行显示。本发明通过预先建立的模式库精确识别电器运行状态，为用户提供电子化手段控制插座的通断，并为频繁的通断提供过电保护功能。
【IPC分类】H01R13-70, H01R13-66, G05B19-042
【公开号】CN104597813
【申请号】CN201410803274
【发明人】李凤兰
【申请人】李凤兰
【公开日】2015年5月6日
【申请日】2014年12月23日