基于云平臺的智能家居環境參數協同監控系統設計

謝碧玲，吳俊杰

(泉州信息工程學院，福建 泉州 362000)

隨著人工智能的快速發展與應用，將人工智能控制技術應用在智能家居中，能夠提高智能家居控制的智能化程度。在進行智能家居系統設計過程中，需要對智能家居環境參數進行協同監控，因此相關的智能家居環境參數協同監控系統設計方法的研究受到人們的極大關注[1]。對智能家居環境參數協同監控系統進行設計主要建立在智能家居環境參數采集和優化控制的基礎上，為提高智能家居環境適應性與環境參數協同監控能力，本文提出基于云平臺的智能家居環境參數協同監控系統設計方法。設計仿真實驗，對該系統的實際應用性能進行驗證，并得出實驗結論。

1 系統整體結構設計

設計智能家居環境參數協同監控系統總體結構如圖1所示。

分析上述智能家居環境參數協同監控系統的總體結構可知，該系統由信息采集層、信息管理控制層、信息輸出層組成。信息采集層融合微處理器、傳感器技術、網絡通信技術，可自動感知室內空間狀態、家電自身狀態、家電服務狀態，將采集到的信息傳輸至信息管理控制層。信息管理控制層具有數據儲存、分析處理、智能決策等功能。通過互聯網實時接收采集層傳輸的信息，對多個智能家居參數進行融合處理，將信息存儲在數據庫中，并根據用戶指令進行智能決策。信息輸出層為用戶訪問數據庫提供服務，為各個模塊的信息交互提供網絡支持。

1.1 信息采集層

對智能家居環境參數進行協同監控，首先需要進行環境參數的采集[2]，采用微處理器、傳感器技術、網絡通信技術進行智能家居環境參數采樣，在云平臺下進行環境參數同步處理，得到智能家居環境參數協同監控信息分布模型為：

(1)

構建環境參數協同監控信息分布集[4]，采用量化空間調度方法進行環境參數感知，智能家居環境參數協同感知的線性組合模型為：

(2)

(3)

結合線性組合控制方法，進行智能家居環境參數協同監控和分塊區域調度[5]，設監控信息的特征映射為zi(t)，在大數據分布區域，進行監控大數據信息采樣，得到環境參數信息采樣模型為：

(4)

在信息采樣的基礎上，采用多維線性組合方法提取智能家居環境參數協同監控信息分布特征，描述為：

(5)

其中：pi,j(t)為監控信息特征分布集，Δp(t)為智能家居環境參數協同監控的梯度增益[6]。

利用傳輸協議將提取到的智能家居環境參數協同監控信息采集結果傳輸至信息采集層，傳輸協議設計如圖1所示。

圖1 傳輸協議設計

1.2 信息管理控制層

對采集到的參數進行信息融合處理，提取環境參數的大數據統計特征量[7]。構建環境參數協同監控的模糊度函數，表示為：

(6)

計算智能家居環境參數的殘差特征值，得到環境參數的統計特征量J(W)，可以利用下式進行簡化：

(7)

上式中，

(8)

結合云平臺控制技術，進行智能家居環境參數融合處理，得到環境參數協同監控的模糊信息融合模型[8]為：

R1(k)=R2(k)exp(-jω0Tp/2)，k=0,1,…,(N-3)/2

(9)

R2(k)=Akexp(jφk)，k=0,1,…,(N-3)/2

(10)

將信息融合結果存儲至智能家居環境參數協同監控數據庫中[9-10]。通過分塊區域匹配方法，構建用戶指令的梯度分布模型為▽2F(x)，監控信息決策分析的線性組合描述為：

(11)

1.3 信息輸出層

信息輸出層為用戶訪問數據庫提供服務，為各個模塊的信息交互提供網絡支持。在云平臺中進行智能家居環境參數融合和協同控制，建立智能家居環境參數協同監控信息數據庫訪問函數，描述為：

JI(nTB)=Acos(n×1πΔfTB)-Bsin(n×2πΔfTB)=Ccos(n×2πΔfTB-θ)

(12)

結合分區域特征匹配和關聯規則調度方法進行智能家居環境參數監控的同步轉換控制，提取協同監控信息的關聯規則特征量[7-8]，得到監控信息輸出為：

(13)

基于DP83848I以太網收發芯片設計網絡通信電路，具體的電路原理圖如圖2所示。

圖2 網絡通信電路

在上位機通信模塊中進行智能家居環境參數協同監控系統的接口設計，在MCU控制單元進行智能家居環境參數協同監控系統APP控制，系統的接口模塊如圖3所示。

圖3 系統接口設計

根據圖3的系統接口設計，采用PLC邏輯可編程芯片進行智能家居環境參數協同監控系統的輸出總線設計和優化控制。

2 仿真測試分析

為了驗證本文方法在實現智能家居環境參數協同監控的性能，進行仿真實驗分析。設對智能家居環境參數信息采樣的帶寬為12dB，Micro Channel擴充總線的傳輸帶寬為24dB，智能家居環境參數協同監控信息采樣的長度為800，可控變量的占空比為0.23，根據上述仿真參數設定，進行智能家居環境參數協同監控。比較使用本文系統前后的數據傳輸延時，比較結果如圖4所示。

圖4 傳輸延時比較

分析圖4可知，使用本文所設計系統前，智能家居環境參數協同監控數據傳輸延時在32ms～50ms之間；使用本文方法后，數據傳輸延時在19ms～32ms之間，智能家居環境參數協同監控數據傳輸延時明顯下降。

在上述實驗的基礎上進行監控準確率對比測試，結果如圖5所示。

圖5 監控準確率測試結果

分析圖5得知，使用本文所設計系統前，智能家居環境參數協同監控準確率在91.0%～98.0%之間變化，使用本文所設計系統后，監控準確率始終保持在92.5%以上，通過比較可知，本文系統大幅度提升了智能家居環境參數協同監控的精度。

結語

為提高智能家居環境參數協同監控的輸出穩定性，本文提出基于云平臺的智能家居環境參數協同監控系統設計方法。構建智能家居環境參數協同監控的云融合模型，采用分區域特征匹配和關聯規則調度方法進行環境參數監控的同步轉換控制，結合提取到的監控信息的關聯規則特征量，獲取監控信息輸出。設計系統網絡通信電路與系統接口，為系統各層之間的通信提供支持。實驗結果顯示，本文所設計的系統數據傳輸延時低，監控準確率高，促進了智能家居環境參數協同監控技術的進一步發展。