關 立

(集美大學 輪機工程學院，福建 廈門 361021)

隨著人們生活水平的提升，對智能家居的需求量越來越大，智能家居是采用物聯網和局域網控制技術，實現家居智能互聯和控制的自動化設備。在智能家居設計中，多目標家居聯合控制設計是關鍵，需要構建優(yōu)化的多目標家居聯合控制系統(tǒng)，結合聯合控制方法，進行多目標家居聯合控制的嵌入式設計，提高多目標家居聯合控制的輸出穩(wěn)定性，相關的多目標家居聯合控制系統(tǒng)設計方法研究受到人們的極大重視[1]。

多目標家居聯合控制設計是建立在對多目標家居聯合控制參數分析和特征大數據采集基礎上，采用RFID智能標簽識別方法，構建多目標家居聯合控制的標簽識別模型[2]，采用物聯網組網控制技術，進行多目標家居聯合控制，提高多目標家居聯合控制的輸出穩(wěn)定性，本文提出基于RFID物聯網的多目標家居聯合控制方法。首先進行多目標家居聯合控制系統(tǒng)的總體結構設計，然后進行多目標家居聯合控制算法設計，并實現對多目標家居聯合控制系統(tǒng)的硬件設計。最后通過仿真測試進行性能測試，展示了本文方法在提高多目標家居聯合控制穩(wěn)定性方面的優(yōu)越性能。

1 多目標家居聯合控制系統(tǒng)總體構架

為了實現基于RFID物聯網的多目標家居聯合控制，首先構建多目標家居聯合控制系統(tǒng)的總體結構模型，采用RFID標簽識別技術實現對多目標家居聯合控制的參數采集，通過總線控制協(xié)議，建立多目標家居聯合控制的數據回讀系統(tǒng)，結合通訊接口控制，實現對多目標家居聯合控制的數據實體對象分析[3]，建立服務器/物聯網的聯合控制協(xié)議，進行系統(tǒng)的總體設計構架。設計的多目標家居聯合控制系統(tǒng)主要結構構架包括多目標家居聯合控制的設備監(jiān)控系統(tǒng)、時間同步系統(tǒng)、家居傳輸通信裝置、站域控制系統(tǒng)等組成[4]。系統(tǒng)的結構構架如圖1所示。

根據圖1所示的多目標家居聯合控制系統(tǒng)總體構架，采用物聯網組件控制，設計抽象通信服務接口ACSI(Abstract Communication Service Interface)，主要負責執(zhí)行元件、過程層接口裝置設計，構建報告控制塊和記錄控制塊[5]，得到多目標家居聯合控制系統(tǒng)的組網結構模型如圖2所示。

圖2 多目標家居聯合控制的物聯網組網結構模型

2 家居控制功能組件分析

在對多目標家居聯合控制的系統(tǒng)總體構架設計基礎上，采用射頻標簽識別技術，進行多目標家居聯合控制參數采集，構建多目標家居聯合參數分布式自啟動采集模塊，進行多目標家居聯合控制的功能組件結構設計[6]，構建圖3所示的多目標家居聯合控制的多層網絡結構模型，采用特定通信服務控制方法，設計應用層和網絡層，進行多目標家居聯合控制的通信接口設計，得到多目標家居聯合控制的三層體系結構。

圖3 多目標家居聯合控制的三層體系結構

采用S3C2440自帶的AD系統(tǒng)進行多目標家居聯合控制系統(tǒng)的6通道參數融合，采用AD時鐘采樣方法實現對多目標家居聯合控制系統(tǒng)的信息采集和AD轉換[7]，得到控制系統(tǒng)的功能結構組件如圖4所示。

圖4 控制系統(tǒng)的功能結構組件

3 多目標家居聯合控制算法描述

3.1 控制參數采集和預處理

為多目標家居聯合控制參數采集并對數據進行預處理，采用RFID射頻讀寫監(jiān)測方法，構建多目標家居聯合控制的參數采集模型，結合傳感信息測量方法[8]實現對多目標家居聯合控制的信息測量和閾值控制，建立信號調理模塊實現對多目標家居聯合信息參數識別，多目標家居聯合信息參數分布的活性因子。

P=A·C·V2·f

(1)

其中，A為多目標家居聯合信息參數的特征分布概率；C為充放電的節(jié)點電容；V為嵌入式系統(tǒng)的充電電壓；f為多目標家居聯合信息特征識別的差值。

采用模糊控制方法，構建基于RFID物聯網的多目標家居聯合控制約束對象，得到控制閾值電壓VT時，計算多目標家居聯合控制的輸出穩(wěn)定率為：

(2)

式(2)中，Vg為目標家居聯合控制的高電壓，Vd為目標家居聯合控制的低電壓，VT為目標家居聯合控制的阻抗電壓。

采用多目標進化方法，得到多目標家居聯合控制的物聯網節(jié)點，設定位部署節(jié)點的電流為I，得到所有多目標家居聯合控制傳感網絡的輸出功耗為：

(3)

式(3)中，G為多目標家居聯合控制傳感網絡的輸入功率，n為物聯網節(jié)點定位部署節(jié)點數量，k為物聯網節(jié)點電容率，hi為物聯網節(jié)點介電常數。

采用組合特征分析[9]，構建多目標家居聯合控制參數解析模型，提高控制輸出的穩(wěn)定性，得到多目標家居聯合控制的功率損耗函數有：

Pk=(b·P)-1·E(p)+∑i=1(λiP)-1

(4)

式(4)中，λi為多目標家居聯合控制的交流電功率，b為多目標家居聯合控制網絡中的空間電荷。

通過采用梯度線性融合的方法，構建多目標家居聯合控制的檢測脈沖寬度為：

Qk=(b·Pk)-1+∑i=1(λiL)-1

(5)

式(5)中，L為多目標家居聯合控制檢測的脈沖電壓。通過嵌入式調度，構建多目標家居聯合控制的進化目標函數為：

E=Qkb+sgn(ω)∑i=1(λiL)-1

(6)

式(6)中，ω(0<ω<2)為多目標家居聯合控制的脈沖時延。至此，完成了多目標家居聯合控制參數采集以及對數據進行的預處理，以此構建多目標家居聯合模糊控制模型。

3.2 多目標家居聯合模糊控制模型

為構建多目標家居聯合模糊控制模型，采用模糊控制方法[10]，進行多目標家居聯合模糊控制的特征分布式融合，得到多目標家居聯合模糊控制的自適迭擬合函數為：

(7)

式(7)中，η為多目標家居聯合模糊控制的學習步長，?為多目標家居聯合模糊控制的均方誤差。

其中，學習步長η必須滿足：

(8)

選擇合適的步長，構建多目標家居聯合模糊控制的輸出穩(wěn)態(tài)特征量，得到多目標家居聯合控制的多維帶寬分布函數為：

(9)

式(9)中，m為多目標家居聯合模糊控制的負載率，r(k)為多目標家居聯合模糊控制的跳數，y(k)為多目標家居聯合模糊控制的處理時延。采用組合控制的PID融合調度，得到多目標家居聯合控制神經網絡的進程調度性能模型為：

(10)

式(10)中，δj(k)為多目標家居聯合控制進程調度周轉時間。通過多維進程調度參數識別[11]，得到多目標家居聯合控制的進程調度優(yōu)化方程為：

(11)

式(11)中，J為多目標家居聯合控制的進程調度響應時間。通過自適應跟蹤識別方法，得到多目標家居聯合控制的多維優(yōu)化模型為：

(12)

式(12)中，x(k)為多目標家居聯合控制的子模式的邏輯值，采用二乘規(guī)劃模型[12]，構建到多目標家居聯合控制的線性規(guī)劃方程為：

(13)

式(13)中，ε為多目標家居聯合控制線性規(guī)劃的負偏差量。建立信號調理模塊實現對多目標家居聯合信息參數識別，采用RFID物聯網測量和組網控制方法，進行多目標家居聯合控制特征識別，得出多目標家居聯合模糊控制模型為：

(14)

通過上述處理，構建了多目標家居聯合模糊控制模型，根據多目標家居聯合控制結果，提高家居控制魯棒性。

4 控制系統(tǒng)硬件設計

在上述進行了多目標家居聯合控制系統(tǒng)的總體結構分析的基礎上，定義多目標家居聯合控制系統(tǒng)的數據模型，基于客戶機/服務器的結構模型，進行多目標家居聯合控制系統(tǒng)的人機和硬件模塊化設計，通過FPGA邏輯處理方法實現多目標家居聯合控制系統(tǒng)的總線傳輸控制，在USB接口單元進行多目標家居聯合控制系統(tǒng)的上位機通信[13]，配置4路組聯合Cache實現多目標家居聯合控制系統(tǒng)的輸出數據通道控制，采用CAN2.0B接口程序構建多目標家居聯合控制系統(tǒng)的時鐘采樣電路，采用8個32位定時器/計數器開關，實現多目標家居聯合控制系統(tǒng)的輸出開關功率轉換控制，得到系統(tǒng)的硬件配置結果如圖5所示。

圖5 多目標家居聯合控制系統(tǒng)的硬件配置結果

5 實驗測試

為了測試本文方法在實現多目標家居聯合控制中的應用性能，進行測試分析，設定多目標家居聯合控制系統(tǒng)的軟件平臺建立在ARM CortexTM-M0基礎上，設定SPORT0_TCLKDIV協(xié)議，構建多目標家居聯合控制系統(tǒng)的人機交互模塊，設定控制總線數為12，物聯網分布節(jié)點數為10，根據上述參數設定，進行多目標家居聯合控制，得到家居控制節(jié)點的相關系數見表1。

表1 家居控制節(jié)點的相關系數

根據上述參數反饋解析結果，實現對多目標家居聯合控制，測試多目標家居聯合控制的精度，得到對比結果如圖6所示。

圖6 控制精度測試

分析圖6得知，本文方法進行多目標家居聯合控制的誤差率較低，精度較高，控制誤差率穩(wěn)定在10%以下，而文獻[3]、文獻[4]以及文獻[5]方法在20%～10%之間，其控制精度較差。

測試時延的控制度，得到對比結果如圖7所示。

圖7 控制時延測試

分析圖7得知，本文方法進行多目標家居聯合控制的時延較低。

結語

結合聯合控制方法，進行多目標家居聯合控制的嵌入式設計，提高多目標家居聯合控制的輸出穩(wěn)定性，本文提出基于RFID物聯網的多目標家居聯合控制方法。采用RFID標簽識別技術實現對多目標家居聯合控制的參數采集，采用模糊控制方法，構建多目標家居聯合模糊控制律，采用梯度線性融合和自適應跟蹤識別的方法，構建多目標家居聯合控制的檢測統(tǒng)計量，通過多維控制參數識別，實現多目標家居聯合控制優(yōu)化。研究得知，本文方法進行多目標家居聯合控制的輸出穩(wěn)定性較高，控制精度和時延表現能力較好。