史斌斌，王宜懷

(1.蘇州市職業(yè)大學(xué) 電子信息工程學(xué)院，江蘇 蘇州215104；2.蘇州大學(xué) 計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，江蘇 蘇州215006)

一種基于真假值的智能家居控制算法研究*

史斌斌1，王宜懷2

(1.蘇州市職業(yè)大學(xué) 電子信息工程學(xué)院，江蘇 蘇州215104；2.蘇州大學(xué) 計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，江蘇 蘇州215006)

為了滿足智能家居對智能控制的要求，提出了一種針對智能家居的控制算法，該算法基于真假值位圖實(shí)現(xiàn)，故稱為“真假值控制算法(簡稱TF算法)”。首先建立針對家用電器的表達(dá)模型，然后提出簡單算法，最后在簡單算法的基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)確定了最終TF算法。該算法具有不需要訓(xùn)練樣本、應(yīng)對變化反應(yīng)速度快、計(jì)算量小和容易被編碼實(shí)現(xiàn)等特點(diǎn)。實(shí)驗(yàn)表明，該算法具有很強(qiáng)的適應(yīng)性和健壯性，可以很好地應(yīng)用于實(shí)踐項(xiàng)目。

物聯(lián)網(wǎng)；智能家居；智能控制；TF控制算法；節(jié)能省電

0　引言

在人工智能領(lǐng)域，機(jī)器學(xué)習(xí)和自適應(yīng)等算法是主要研究方向，而面對智能家居領(lǐng)域的控制，機(jī)器學(xué)習(xí)等方法并不合適。原因如下：首先，樣本空間不足，沒有足夠的訓(xùn)練數(shù)據(jù)[1]。例如，一般城市家庭的生活作息是以星期為單位，即使只收集一個家庭50組數(shù)據(jù)就需要花費(fèi)一年的時間，這在實(shí)際運(yùn)用中行不通；其次，學(xué)習(xí)難度大。準(zhǔn)確性地學(xué)習(xí)一個人或一個家庭的生活作息難度非常大，因?yàn)槿瞬淮嬖诮^對的內(nèi)在作息規(guī)律，隨機(jī)性非常大[2]；最后，計(jì)算能力不足。人工智能一般需要很大的計(jì)算量，而智能家居的控制算法基本運(yùn)行在單片機(jī)或微控制器上，這些處理器相對PC或服務(wù)器級別的處理器而言，主頻低，單核，位長短和浮點(diǎn)計(jì)算能力欠缺或不足[3-4]。

基于以上事實(shí)，智能家居控制算法不能采用既有模型和思路來實(shí)現(xiàn)。算法必須具備不需要學(xué)習(xí)樣本、應(yīng)對變化反應(yīng)速度快、計(jì)算量小和容易被編碼等特點(diǎn)[5-6]。智能家居的控制算法是一個具體場景的應(yīng)用，故在學(xué)術(shù)上對此的研究并不多。本文通過不斷的嘗試和實(shí)驗(yàn)，提出了以真假值為主要計(jì)算手段的TF算法。

1　算法概述

為簡化算法的表達(dá)并增強(qiáng)實(shí)用性，引用電熱水器作為家庭設(shè)備終端進(jìn)行說明，該設(shè)備是中國普通家庭普及率最高的家用電器。一般家庭使用熱水的習(xí)慣集中在早晨和晚上，而電熱水器卻是全天24小時保存熱水，造成了電能浪費(fèi)[7]。以中國南方為例，夏季即使白天和夜里不使用熱水，熱水器一般會空燒一次，而在冬天則空燒的頻率更大，嚴(yán)重造成了電能浪費(fèi)。由于家庭組成千變?nèi)f化，不可能通過提前在熱水器中預(yù)置一個全能的控制算法來做實(shí)際控制，但可以在熱水器中預(yù)置一個具備最低級控制能力并同時具有收集分析歷史數(shù)據(jù)和根據(jù)數(shù)據(jù)的變化動態(tài)做出決策的TF算法。在實(shí)際使用中，通過它在不同的家庭環(huán)境中控制熱水器的同時提取用戶數(shù)據(jù)，制定出與特定使用者相匹配的控制策略。

2　建立表達(dá)模型

熱水器的使用是現(xiàn)實(shí)世界中的具體問題，如果要想通過算法或程序來進(jìn)行智能控制和管理，則首先需要建立相關(guān)的數(shù)據(jù)表達(dá)模型，這個表達(dá)模型應(yīng)該容易被計(jì)算機(jī)表示和處理，只有在這個表達(dá)模型基礎(chǔ)上，才能進(jìn)行進(jìn)一步計(jì)算等處理。

2.1原始數(shù)據(jù)采集

算法控制的直接對象是熱水器，因此要了解對應(yīng)家庭使用熱水的時間段數(shù)據(jù)，而數(shù)據(jù)只有通過熱水器獲知。熱水在實(shí)際使用中總是時斷時續(xù)，通過統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，一個人的簡單洗漱過程一般會持續(xù)10～15分鐘，平均開關(guān)水龍頭 3次[8]，而如果把這些瑣碎的時間片全部收集起來進(jìn)行處理則沒有任何意義。數(shù)據(jù)收集采取的辦法是兩次使用熱水的時間差在半個小時以內(nèi)，則算為一次。通過使用該收集數(shù)據(jù)的方法抽查并記錄某一家庭某一周使用熱水的數(shù)據(jù)如下所示：

周一：06:28-07:0311:40-13:5918:32-00:05

周二：06:53-07:2819:20-22:22

周三：06:10-07:4019:43-00:2022:21-00:12

周四：06:31-06:5817:46-20:19

周五：06:11-07:4217:17-00:28

周六：09:01-11:1112:40-14:22