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(fā)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(tǒng)設計過程中，需要對智能家居環(huán)境參數(shù)進行協(xié)同監(jiān)控，因此相關的智能家居環(huán)境參數(shù)協(xié)同監(jiān)控系統(tǒng)設計方法的研究受到人們的極大關注[1]。對智能家居環(huán)境參數(shù)協(xié)同監(jiān)控系統(tǒng)進行設計主要建立在智能家居環(huán)境參數(shù)采集和優(yōu)化控制的基礎上，為提高智能家居環(huán)境適應性與環(huán)境參數(shù)協(xié)同監(jiān)控能力，本文提出基于云平臺的智能家居環(huán)境參數(shù)協(xié)同監(jiān)控系統(tǒng)設計方法。設計仿真實驗，對該系統(tǒng)的實際應用性能進行驗證，并得出實驗結論。

1 系統(tǒng)整體結構設計

設計智能家居環(huán)境參數(shù)協(xié)同監(jiān)控系統(tǒng)總體結構如圖1所示。

分析上述智能家居環(huán)境參數(shù)協(xié)同監(jiān)控系統(tǒng)的總體結構可知，該系統(tǒng)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(wǎng)絡通信技術，可自動感知室內(nèi)空間狀態(tài)、家電自身狀態(tài)、家電服務狀態(tài)，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(shù)據(jù)儲存、分析處理、智能決策等功能。通過互聯(lián)網(wǎng)實時接收采集層傳輸?shù)男畔ⅲ瑢Χ鄠€智能家居參數(shù)進行融合處理，將信息存儲在數(shù)據(jù)庫中，并根據(jù)用戶指令進行智能決策。信息輸出層為用戶訪問數(shù)據(jù)庫提供服務，為各個模塊的信息交互提供網(wǎng)絡支持。

1.1 信息采集層

對智能家居環(huán)境參數(shù)進行協(xié)同監(jiān)控，首先需要進行環(huán)境參數(shù)的采集[2]，采用微處理器、傳感器技術、網(wǎng)絡通信技術進行智能家居環(huán)境參數(shù)采樣，在云平臺下進行環(huán)境參數(shù)同步處理，得到智能家居環(huán)境參數(shù)協(xié)同監(jiān)控信息分布模型為：

(1)

構建環(huán)境參數(shù)協(xié)同監(jiān)控信息分布集[4]，采用量化空間調(diào)度方法進行環(huán)境參數(shù)感知，智能家居環(huán)境參數(shù)協(xié)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(huán)境參數(shù)協(xié)同監(jiān)控和分塊區(qū)域調(diào)度[5]，設監(jiān)控信息的特征映射為zi(t)，在大數(shù)據(jù)分布區(qū)域，進行監(jiān)控大數(shù)據(jù)信息采樣，得到環(huán)境參數(shù)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(huán)境參數(shù)協(xié)同監(jiān)控信息分布特征，描述為：

(5)

其中：pi,j(t)為監(jiān)控信息特征分布集，Δp(t)為智能家居環(huán)境參數(shù)協(xié)同監(jiān)控的梯度增益[6]。

利用傳輸協(xié)議將提取到的智能家居環(huán)境參數(shù)協(xié)同監(jiān)控信息采集結果傳輸至信息采集層，傳輸協(xié)議設計如圖1所示。

圖1 傳輸協(xié)議設計

1.2 信息管理控制層

對采集到的參數(shù)進行信息融合處理，提取環(huán)境參數(shù)的大數(shù)據(jù)統(tǒng)計特征量[7]。構建環(huán)境參數(shù)協(xié)同監(jiān)控的模糊度函數(shù)，表示為：

(6)

計算智能家居環(huán)境參數(shù)的殘差特征值，得到環(huán)境參數(shù)的統(tǒng)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(huán)境參數(shù)融合處理，得到環(huán)境參數(shù)協(xié)同監(jiān)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(huán)境參數(shù)協(xié)同監(jiān)控數(shù)據(jù)庫中[9-10]。通過分塊區(qū)域匹配方法，構建用戶指令的梯度分布模型為▽2F(x)，監(jiān)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(shù)據(jù)庫提供服務，為各個模塊的信息交互提供網(wǎng)絡支持。在云平臺中進行智能家居環(huán)境參數(shù)融合和協(xié)同控制，建立智能家居環(huán)境參數(shù)協(xié)同監(jiān)控信息數(shù)據(jù)庫訪問函數(shù)，描述為：

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

(12)

結合分區(qū)域特征匹配和關聯(lián)規(guī)則調(diào)度方法進行智能家居環(huán)境參數(shù)監(jiān)控的同步轉(zhuǎn)換控制，提取協(xié)同監(jiān)控信息的關聯(lián)規(guī)則特征量[7-8]，得到監(jiān)控信息輸出為：

(13)

基于DP83848I以太網(wǎng)收發(fā)芯片設計網(wǎng)絡通信電路，具體的電路原理圖如圖2所示。

圖2 網(wǎng)絡通信電路

在上位機通信模塊中進行智能家居環(huán)境參數(shù)協(xié)同監(jiān)控系統(tǒng)的接口設計，在MCU控制單元進行智能家居環(huán)境參數(shù)協(xié)同監(jiān)控系統(tǒng)APP控制，系統(tǒng)的接口模塊如圖3所示。

圖3 系統(tǒng)接口設計

根據(jù)圖3的系統(tǒng)接口設計，采用PLC邏輯可編程芯片進行智能家居環(huán)境參數(shù)協(xié)同監(jiān)控系統(tǒng)的輸出總線設計和優(yōu)化控制。

2 仿真測試分析

為了驗證本文方法在實現(xiàn)智能家居環(huán)境參數(shù)協(xié)同監(jiān)控的性能，進行仿真實驗分析。設對智能家居環(huán)境參數(shù)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(huán)境參數(shù)協(xié)同監(jiān)控信息采樣的長度為800，可控變量的占空比為0.23，根據(jù)上述仿真參數(shù)設定，進行智能家居環(huán)境參數(shù)協(xié)同監(jiān)控。比較使用本文系統(tǒng)前后的數(shù)據(jù)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(tǒng)前，智能家居環(huán)境參數(shù)協(xié)同監(jiān)控數(shù)據(jù)傳輸延時在32ms～50ms之間；使用本文方法后，數(shù)據(jù)傳輸延時在19ms～32ms之間，智能家居環(huán)境參數(shù)協(xié)同監(jiān)控數(shù)據(jù)傳輸延時明顯下降。

在上述實驗的基礎上進行監(jiān)控準確率對比測試，結果如圖5所示。

圖5 監(jiān)控準確率測試結果

分析圖5得知，使用本文所設計系統(tǒng)前，智能家居環(huán)境參數(shù)協(xié)同監(jiān)控準確率在91.0%～98.0%之間變化，使用本文所設計系統(tǒng)后，監(jiān)控準確率始終保持在92.5%以上，通過比較可知，本文系統(tǒng)大幅度提升了智能家居環(huán)境參數(shù)協(xié)同監(jiān)控的精度。

結語

為提高智能家居環(huán)境參數(shù)協(xié)同監(jiān)控的輸出穩(wěn)定性，本文提出基于云平臺的智能家居環(huán)境參數(shù)協(xié)同監(jiān)控系統(tǒng)設計方法。構建智能家居環(huán)境參數(shù)協(xié)同監(jiān)控的云融合模型，采用分區(qū)域特征匹配和關聯(lián)規(guī)則調(diào)度方法進行環(huán)境參數(shù)監(jiān)控的同步轉(zhuǎn)換控制，結合提取到的監(jiān)控信息的關聯(lián)規(guī)則特征量，獲取監(jiān)控信息輸出。設計系統(tǒng)網(wǎng)絡通信電路與系統(tǒng)接口，為系統(tǒng)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(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸延時低，監(jiān)控準確率高，促進了智能家居環(huán)境參數(shù)協(xié)同監(jiān)控技術的進一步發(fā)展。