CN103189810A - 利用习惯导向控制的电气系统的能源节省方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种利用习惯导向控制的电气系统的能源节省的方法，其中，该方法包括以下步骤：基于由传感器捕获的过去的环境参数、从用户接口输入的过去的用户反馈、或从用户接口输入的过去的用户命令生成暂时习惯模式；存储所述暂时习惯模式；比较所述暂时习惯模式和由传感器捕获的当前环境参数或从用户接口输入的当前用户反馈；以及基于当前用户状态和当前环境参数与所述暂时习惯模式的偏离确定最优化能源节省的电气系统的驱动。有利地，生成暂时习惯模式的步骤可以进一步包括以下步骤：通过将所述暂时习惯模式调整为电气系统消耗较少能源的值来挑战用户习惯。

Description

利用习惯导向控制的电气系统的能源节省方法

技术领域

本发明一般涉及电气系统的能源节省的方法和设备，特别地，涉及关于环境参数产生用户习惯模式和适应电气系统的驱动，从而最优化能源节省。

背景技术

在一百余年的电空气调节单元的历史中，家用电器对人类生活质量产生巨大影响（在我们周围有舒适的温度），但是也对电产生巨大的需求，最终耗尽我们的自然资源。然而，燃烧的能量越多，环境越热，越需要频繁开启我们的空气调节器，最终更频繁地开启我们的空气调节器，以及该恶性循环将燃烧我们的地球。

本发明是在新的革命和技术可用于温度调节之前在生活质量和关于现有空气调节系统的能源节省之间进行平衡。当前的空气调节系统具有许可以通过改进的方面：

a.控制空气冷却的开/关时间和阈值的方法：大多数AC系统，当立即需要时通过开关手动地控制其功率控制，或通过用户对于固定进度表所构造的定时器来控制功率控制；和相似的实践应用在空气冷却阈值、以度数表示的舒适温度阈值水平和以相对百分比表示的湿度阈值。然而，由于用户方便性，大多数用户宁愿保持AC开启和/或处于超冷状态的冷却，因为用户懒得前往AC或拿起AC遥控来时常进行状态改变。模式总是“过状态”，使得AC大量消耗能源使用；此时我们称为懒惰习惯模式。

b.空气进入和空气流出的设计：住宅中使用的大多数空气调节电器，其空气进入（暖空气）和空气流出（冷空气）的端口或窗口彼此接近，使得冷却循环局部化，导致在压缩机的热交换效率低下，于是使得目标区域的冷却速度下降。

c.人类对“热”的感觉：在大多数情况中，空气调节对人类而言是使他或她对热的感觉消失，尤其是在自上而下的方向，而不是由下向上的方向。利用传统的住宅空气调节电器，用户通常需要等待冷却区延伸至用户，从而使得用户感觉到凉爽。该方法要求电器冷却额外的空间进而消耗更多的冷却能量。

d.通风冷空气的有效方法是：尽管电扇不会使空气冷却，但是其提供非常好的空气循环，在大多数环保用户中，混合使用空气冷却和风扇循环，从而提供更好的冷却空气通风，风扇吹走周围的热空气，这使得显著地减少对“热”的感觉。然而，大多数现有的空气调节单元，空气流动速度通过该单元的空气压缩机风扇提供。在大多数情况中，空气流动和方向的控制远不及大多数电扇所提供的强大和灵活。因此，仅仅使用空气调节器的风扇进行空气循环将减慢冷却速度。另一个感兴趣的问题是只使用空气调节器使每个用户满足他/她的温度降低需求，结果通常使得整个生活/工作空间很容易变凉爽，不仅消耗用于冷却的能量，而且与用户健康的原则和舒适环境的条件相矛盾。

发明内容

本发明的目的是克服或充分改进至少一个以上劣势，并且提供用于控制基于习惯导向控制最优化能源节省的电气系统（诸如空气调节系统）的改进方法和设备。

本发明提供了用于通过适应用户的习惯来最大化现有的空气调节单元的性能的设备和方法，时间使用和舒适程度两者被公式化为（formulateinto）习惯模式。系统利用习惯模式调节空气冷却和风扇循环，从而在满足能源节省的目的同时维持生活质量和室内空气冷却目的的需求。系统包括至少一个中央处理单元（CPU），其连接实时时钟（RTC）并通过有线连接或无线连接经由不同的输入/输出（IO）进行耦接，例如，环境传感器（SENSOR）、电源开关（SW）、红外模块（IR）、RF模块（RF）、和显示面板（DISPLAY）。电源开关和红外模块布置为控制空气调节器（AC）和电扇（FAN）。

根据本发明的实施方式的系统通过使用诸如被动式红外（PIR）传感器或其他光学传感器的传感器连续地监控目标起居室或工作区域的当前用户状态，还感测用户反馈的关于当前温度和湿度的舒适程度的需求。舒适程度的反馈是诸如按钮的传感器或用户使用的探测器提供，持续地停在AC或FAN前方的行为表示，其表明他/她需要额外的冷却请求。传感器位于用户可利用RF有线或无线地达到或最适合检测的位置，以及多个设备可以用于相互校准和分布式监控。

在本发明的实施方式中，系统CPU使用实时时钟捕获感测输入、用户在场状态、关于时间的舒适程度，然后公式化为习惯模式，串行二进制表示。通过日常操作，CPU使得关于环境暂时改变（温度和湿度）的用户行为偏好适应为习惯模式。该模式将作为起始点用于系统中，估计外部装置的合适操作控制、AC和FAN的功率PWM开关。此外，如果CPU中的程序预计不太可能要求连续的低温请求，那么该程序引起用户通过缓慢地将适宜温度调至25.5摄氏度进入能源节省状态。这使得整个系统自平衡进入具有舒适空气调节和能源节省目的的状态。

在根据本发明的实施方式的I/O控制系统中，该系统结合当前的环境数据和习惯模式，从而操控合适的图表（figure），其调节AC开/关的PWM开关用于调节冷却空气生成和FAN开/关的PWM开关以便于冷却空气循环。

根据本发明的方面，提供了电气系统中的习惯导向控制的方法。该方法包括以下步骤：基于由传感器捕获的过去的环境参数、从用户接口输入的过去的用户反馈、或从用户接口输入的过去的用户命令生成暂时习惯模式；存储所述暂时习惯模式；比较所述暂时习惯模式和由传感器捕获的当前环境参数或从用户接口输入的当前用户反馈；以及基于当前用户状态和当前环境参数与所述暂时习惯模式的偏离确定最优化能源节省的电气系统的驱动。

有利地，生成暂时习惯模式的步骤可以进一步包括以下步骤：基于默认值初始化所述暂时习惯模式；更新所述暂时习惯模式的值，从而匹配（align）定期的用户反馈或用户命令。

生成暂时习惯模式的步骤可以进一步包括以下步骤：通过将所述暂时习惯模式调整为电气系统消耗较少能源的值挑战用户习惯。

生成暂时习惯模式的步骤可以进一步包括以下步骤：通过平均所述暂时习惯模式的时域中的相邻值均衡所述暂时习惯模式的值。

暂时习惯模式可以表示在所述电气系统之前用户的存在。默认值优选地在0至16之间；所述更新所述暂时习惯模式的值可以通过以下方程式执行：

Present(t)＝Present′(t)*Pscale+Poffset

其中，Present(t)表示在时隙t用户在场，并且在0至16之间；Present’(t)表示在时隙t的历史用户在场，并且在0至16之间；Pscale表示比例因数，如果用户在时隙t在场，那么比例因数在1至2之间，以及如果用户在时隙t不在场，那么比例因数在0至1之间；Poffset表示偏移值，如果用户在时隙t在场，那么偏移值在0至16之间，以及如果用户在时隙t不在场，那么偏移值在0至1之间。

暂时习惯模式可以表示在所述电气系统之前的用户在场，以及所述均衡所述暂时习惯模式可以通过以下方程式执行：

Present(t)＝Present′(t-1)*scale1+Present′(t)*scale2+Present′(t+1)*scale3+

ofset

其中，Present(t)表示在时隙t用户在场，并且在0至16之间；Present’(t)表示在时隙t历史用户在场，并且在0至16之间；Scale1、Scale2、和Scale3在0.01至0.99之间；Offset在0.01至10之间。

根据本发明的另一个方面，电气系统可以是空气调节系统，以及所述暂时习惯模式可以表示温度的舒适程度。默认值优选地在20至35之间；以及所述更新所述暂时习惯模式的值可以通过以下方程式执行：

LOC_t(t)＝LOC_t′(t)*Tscale+Tofset

其中，LOC_t(t)表示在时隙t的温度舒适程度，并且在20至35之间；LOC_t’(t)表示在时隙t的历史温度舒适程度，并且在20至35之间；Tscale表示比例因数，该比例因数在0.5至1.9之间；Toffset表示偏移值，如果在时隙t用户反馈太冷，那么该偏移值在+0.1至+0.9之间，以及如果在时隙t用户反馈太热，那么该偏移值在-0.1至-0.9之间。

有利地，所述挑战用户习惯可以进一步包括以下步骤：确定温度舒适程度曲线LOC_t’(t)的最小值Lm；标记温度舒适程度曲线中小于（Lm*Mscalel）至少4个连续值的值；以及通过应用以下方程式来替换所述温度舒适程度曲线中所标记的值：

LOC_t(t)＝LOC_t′(t)*Mscale

其中，Mscale和Mscale1在0.1至1.9之间。

其中，暂时习惯模式表示温度舒适程度，所述均衡所述暂时习惯模式的值可以通过以下方程式执行：

LOC_t(t)＝LOC_t’(t-1)*scale1+LOC_t′(t)*scale2+LOC_t’(t+1)*scale3+

offset

其中，LOC_t(t)表示在时隙t的温度舒适程度，并且在20至35之间；LOC_t’(t)表示在时隙t的历史温度舒适程度，并且在20至35之间；scale1、scale2、scale3在0.01至0.99之间；offset在0.01至10之间。

暂时习惯模式还可以表示湿度舒适程度，所述默认值优选地在46至98之间；以及所述更新所述暂时习惯模式的值可以通过以下方程式执行：

LOC_h(t)＝LOC_h′(t)*Hscale+Hofset

其中，LOC_h(t)表示在时隙t的湿度舒适程度，并且在46至98之间；LOC_h’(t)表示在时隙t的历史湿度舒适程度，并且在46至98之间；Hscale表示比例因数，该比例因数在0.5至1.9之间；Hoffset表示偏移值，如果LOC’t(t)<20并且在时隙t用户反馈太冷，那么该偏移值在+1至+9之间，以及如果在时隙t用户反馈太热，那么该偏移值在-1至-9之间。

其中，暂时习惯模式表示湿度舒适程度，所述均衡所述暂时习惯模式的值还可以通过以下方程式执行：

LOC_h(t)＝LOC_h’(t-1)*scale1+LOC_h’(t)*scale2+LOC_h(t+1)*scale3+

offset

其中，LOC_h(t)表示在时隙t的湿度舒适程度，并且在46至98之间；LOC_h’(t)表示在时隙t的历史湿度舒适程度，并且在46至98之间；scale1、scale2、scale3在0.01至0.99之间；offset在0.01至10之间。

所述电气系统的驱动可以通过开关调制的多种方式执行。

有利地，电气系统中的习惯导向控制的方法可以进一步包括以下步骤：显示关于所述电气系统的使用的能源节省的信息。传感器可以布置在一个或多个位置，并且通过有线连接或无线连接与所述电气系统进行通信。用户反馈输入可以包括响应在所述传感器之前用户在场达预定时段的传感器输入，表明用户对所述电气系统的明确的服务请求。

根据本发明的进一步方面，该电气系统可以是照明系统。环境参数可以包括关于时间和位置的光照条件。暂时习惯模式可以表示关于一周的不同时间和不同天的用户活动，以及其中，所述照明系统的驱动可以提供期望的光照水平，并且可以最优化能源节省。

附图说明

下文中参考附图仅通过示例方式来描述一个或多个实施方式，附图中：

图1是示出了根据本发明的实施方式的CPU、内存、实时时钟（RTC）、传感器、和受控电器（AC和FAN）之间的连接性的功能框图。

图2、图3、图4示出了本发明的三个不同用法。

图2是将CPU划分为中央处理单元和辅助处理单元的一个可能用法，其中主处理单元位于接近受控装置的位置。

图3和图4是根据本发明的实施方式的主处理单元位于接近远程传感器的位置的另一个可能用法，其中远程传感器可以控制在不同区域的多个电器。

图5是树图，其示出了本发明如何解释用户行为-习惯（Habit），处理当前的用户状态、环境的暂时改变，计算和适应习惯模式-认识（Knowledge），然后控制外部I/O装置-反应（Reaction）。

图6和图7是根据本发明的实施方式的在模板顶部的关于CPU如何学习用户状态和环境数据的图形表示。

图6是指示用户反馈如何影响习惯模式的高水平表示图。

图7是描述了模式如何适应舒适水平反馈的暂时变化的实例，（701）和（710）示出了响应用户输入的连续改变的曲线，而（701）和（704）是当未发现任何改变时的曲线，以及该曲线是随着时间进行自稳定。

图8是根据本发明的实施方式的关于CPU如何更新当前用户或装置使用的历史记录的图形表示。该图说明如何解释历史模式和当前监控的状态，以及计算历史模式和当前监控的状态作为更新的模式，以便于关于7天每天24小时的时间采取操作。该图还包括所需的“无显示”（817）、“新建项”（815）、“快速冷却”（818）、和“预先冷却”（820）的处理。

图9、图10、图11、和图12是根据本发明的实施方式的CPU如何捕获来自传感器的数据、消化成习惯模式、存储在内存中、计算预测值的方式、猜测用户行为的方式、自我模式调整、和外部装置的控制SW的方法的流程图。

图9是周期性地操作的逻辑决策从而维持系统的主流程。

图10示出了预测流程。

图11解释了如何处理暂时变化（例如用户姿势）作为某种服务请求。

图12解释了本发明如何预计用户行为。

图13是根据本发明的实施方式讨论的积极型/平衡型/保守型的工作模型和睡眠模型在不同时间如何划分AC和FAN的接通持续时间的图。

图14是根据本发明的实施方式的能源节省概况，AIR/FAN PWM开关模式相对不同的开关操作（OpMode）的表。

图15示出了根据本发明的实施方式的利用AC/FAN开关调制进行能源节省的工作原理。其解释了利用PWM开关和额外的风扇进行广泛的空气循环的能源效益。

图16是解释通过用于空气循环的额外风扇可以改善现有的住宅AC区域的图。上部（1601~1604）是具有强度不足的空气循环区域的传统AC单元，下部（1605~10）是通过分离进气口和排气口与用于更宽的空气流的额外风扇的分布广泛的空气循环区域。

图17是根据软件仿真记录的输入和输出的图形表示。其透彻示出如何通过合适地调制空气调节装置的控制适应暂时的环境变化。而且，其示出了明显的能源节省，同时保持舒适水平。

图18是模拟结果；其估计利用本发明和不利用本发明的能源使用的图。

具体实施方式

本发明提供了通过利用空气冷却和风扇循环的调制最大化现有空气调节单元的性能，实现能源节省同时保持生活质量、满足室内空气冷却需求的设备和方法。在图1中，示出了本发明的系统和方框图，其包括（i）感测单元，其用于检测用户活动和环境变化，像用户在场（106）、舒适程度反馈（107）、当前温度（104）和湿度（105），（ii）内存系统（102），其存储公式化的习惯模式、包括表示用户在场和适宜舒适程度的一串二进制的多个二进制集，（iii）外部空气调节器的控制器，其将表明当前用户和环境状态的传感输入通过有线接口或无线接口输入至电源开关SW（109）或红外控制开关IR（108），使用历史用户在场和适宜舒适程度计算，生成表示对外部控制装置（像空气调节装置（110）和空气循环装置（111））的开关调制（开/关）的方式的具体的图，以及（iv）处理单元CPU（101），其关于通过实时时钟RTC（103）的时间将用户习惯、适时的用户使用和适宜舒适程度处理和存储至习惯模式。

在本发明中将习惯模式（HB）的结构解释为使得像在场或使用的无规律信号和活动（S&A）和就温度与湿度范围而言的舒适程度协作使其成为规律的用户行为模式的处理。本发明方法不仅是用户和环境输入的模式公式化，而且是行为处理的认识和其隐藏意图（HI）的行为响应（AR）。术语协作无规律信号和活动包括能够为新行为创建新的条目、能够适应记录的行为、和能够减少较低频率的行为记录的过程。

在利用习惯导向控制的空气调节的应用中，该系统被建模为

[S&A,HI,RA,HB]

其中

-信号/活动（S&A）划分为（i）用户动作，像进入/离开的工作、关键传感器的按压，（ii）检测到的移动，像停止或步行接近于，以及（iii）环境信息，像局部温度图和局部湿度百分比；

-隐藏意图（HI），被定义为“太热，开启该系统从而迅速冷却”、“仍然不够凉爽，进一步期望降低室内温度”、“保持原状”、“太潮湿，要求更好的空气循环和压缩机从而降低湿度”、“太冷了，因为室内不再像先前那么拥挤，关闭冷却”、以及“尽管室内温度高于25.5摄氏度，但是为了健康而关闭冷却”。

-对于空气调节的响应工作（RA）将是冷却装置的开（ON）和关（OFF）的PWM控制，像空气调节器，和通风系统或空气循环系统，像电扇；

-习惯模式是描述了用户在不同情景和时间帧关于S&A、HI、和RA如何表现的曲线，该曲线将是一组关于时间的连续图，以便于系统计算和预测最可能的RA。

习惯模式的行程，其是多个类型的二进制集，其包括一串表示用户在场和适宜舒适程度的二进制。每个二进制集是关于时间根据用户的新活动创建的，或利用用户反馈进行更新。例如，用户在星期五的晚上7：45进入房间（根据相应的传感器给出从保持离开转换至进入的信号和活动），该系统检查在时隙星期五的晚上7：45的任何历史使用，如果对系统来说是陌生的，那么在该时隙创建新的“条目”，为当前情况和舒适程度分配初始值，其用于计算下一次“进入”和在下一次相同情况的室内温度调节的可能性。基于计算结果，该系统使用当前室内温度/湿度和分配的舒适程度初始值，将记录的隐藏意图指派为“迅速冷却”或“保持原状”。最后，行为响应将基于隐藏意图映射到外部装置的相对应的PWM开关控制器，以便于进行空气冷却和空气循环。对于下星期在相同的时隙，如果用户出现和感觉到当前室内环境不能满足用户的舒适程度，那么反馈用户行为。以及该系统通过请求响应行为控制外部装置以进行必要的空气调节来迅速地处理该需求；然后，稍微调整习惯模式中的舒适程度值，为下一次相似的情况做准备。而且，对于该情况，如果用户在合适的时间未出现，那么该系统将计算表示用户在场的图，无论是否要求任何预先的空气循环，预定的用户条目。此外，该系统内嵌内部程序，监控模式的趋势，从而避免过度空气调节（在空气调节应用中，过度冷却）。这是通过检测舒适程度的曲线处于连续的过度冷却条件实现的，像连续的“N”个时隙，该系统将稍微朝着法线方向调节最近的时隙图（#N）；连同另一个平均机制（计算两个相邻的记录），这两个操作平衡舒适程度和能源节省纠正人类的懒惰习惯。

总而言之，习惯模式行程和保持包括四个步骤：

创建：

1.1 Present(t)＝0.1

1.2 温度和湿度的舒适程度，LOC_t(t)＝25.5；LOC_h(t)＝62；

根据用户反馈的调节：

1.3 Present(t)＝Present’(t)*1.3+0.1，，针对在相同时隙用户再次出现

1.4    ＝Present’(t)*0.7+0.0,，针对在预定的当前时隙用户未出现

1.5    注释：Present(t)在值16达到饱和

1.6 LOC_t(t)＝LOC_t’(t)*1.0+0.5,，针对检测到用户反应太冷

1.7    ＝LOC_t’(t)*1.0-0.5，针对检测到用户反应太热

1.8    注释：LOC_t(t)在上限值35和下限值20达到饱和

1.9 LOC_h(t)＝LOC_h’(t)*1.0+4.0，，针对LOC_t’(t)＜20&检测到用户反应太冷

1.10    ＝LOC_h’(t)*1.0-4.0，针对LOC_t’(t)＞35&检测到用户反应太热

1.11    注释：LOC_h(t)在上限值98和下限值46达到饱和

刺激或挑战：

Present(t)：不适用的

LOC_t(t)：检测和挑战步骤如下

a.从头至尾扫描LOC_t，搜索曲线的最低点，并且将其作为最小值（Lm）；

b.使用Lt=Lm*1.1，重新扫描从而标记值低于Lt的全部4个或更多连续的记录

c.在每个标记，获得低于Lt的最近记录(t)值，调节LOC_t(t)＝LOC_t’(t)*1.1

LOC_h(t)：不适用的

求平均：

1.1 Present(t)＝Present’(t-1)*0.16+Present’(t)*0.68+Present’(t+1)

*0.16

1.2    注释：Present(t)在值16达到饱和

1.3 LOC_t(t)＝LOC_t’(t-1)*0.33+LOC_t’(t)*0.33+LOC_t’(t+1)

*0.33

1.4    注释：LOC_t(t)在上限值35和下限值20达到饱和

1.5 LOC_h(t)＝LOC_h’(t-1)*0.33+LOC_h’(t)*0.33+LOC_h’(t+1)

*0.33

1.6    注释：LOC_h(t)在上限值98和下限值46达到饱和

对于不同的应用用途，习惯导向的控制系统可以具有不同配置。例如，图1是一体化配置，其可以完全构建在产品内。图2是中央处理单元分成具有内存（202）的中央处理器单元（201）和辅助处理器单元（210），其通过有线RF或无线RF（205，214）互相通信；该布置允许空气调节单元（208）和风扇循环单元（209）经由对于开关（207）和/或IR（206）的连接接近于中央处理器。通过局部地和远程地获取单个或多个感觉输入（211，212，213，和214），根据用户需求的暂时变化校准较好的空气调节。存在另一个情形，如图3中所示，中央处理器位于远离受控的家电位置；利用该配置，单个远程中央处理单元（302）覆盖RTC（309）、传感器（310，311，312）、习惯存储器（303）、和经过处理的习惯模式通过RF（305，313）可以控制在不同区域的多个目标家用电器，像空气调节器AC（308）和空气循环单元FAN（307）；在该情况中，辅助处理器单元（301）通常可以实施在电气开关（304，306）内，以便于AC和FAN使用。图4是嵌入式解决方案，其将中央处理器（406）集成到具有可能的辅助处理器单元（401）的电扇或空气循环单元（414）中，集成的单元将具有RF（408-402）端口或IR（408至403，404）端口，从而控制附近的空气调节器（405），以便于进行必要的空气冷却控制。与图2和图3相似，需要温度传感器（410）、湿度传感器（411）、人类检测传感器（412）、实时时钟（409）、和习惯存储器（407），中央处理器和风扇循环单元之间的控制器是开关，像三电极交流转换开关-三端双向可控硅开关元件（413）。

为了理解习惯模式如何适应于用户行为和环境变化，图5示出了用于说明本发明的本质和特征的树状图。本发明将“用户习惯”（501）或行为划分为规律的习惯（504）和情感的习惯（505）。供空气调节使用，规律的行为包括根据环境的暂时变化的用户反应和输入/输出记录。在该行为中，温度和湿度是影响他或她使用空气调节的主要因素，他或她是理性的，很可能通过某种隐藏意图识别，例如，（a）站在冷空气出口的前方，表明用户感觉到“热”，并且期望进一步的冷却和更好的循环，（b）检测用户在卧室的移动，可以表明用户感觉“太冷或仍然很热”，并且期望空气温度和空气循环的调节。另一种类型的行为是情感上的或非预期的，其隐藏意图，例如（a）个人原因-用户生病了，请求空气调节的异常变化，（b）罕见的事件-成群的新用户进入房间，关于室内温度和空气循环要求额外的调节，以及（c）环境的不合理变化-室内蒸煮导致需要额外的调节。

一旦通过传感器捕获那些输入，数据就继续进行至“认识”（502）阶段。在该阶段，系统处理三个不同的主题，但是汇聚成习惯模式（509），该习惯模式用于系统的响应行为（503）、外部电气装置的控制。这些主题是（a）“历史记录跟踪”（506），用于查找过去进行的任何相似处理，和尝试应用到当前情况中；（b）“特殊”（507）目标，用于解决冲突、适应变化、和创建新条目；以及（c）“刺激”（508），用于挑战习惯模式（509）的现有曲线，无论其是否能够在舒适程度和能源节省之间进行很好地平衡。

“反应”（503）或响应行为（RA）是系统如何基于用户意图和环境变化控制外部装置。对于空气调节的情况（510），控制AC和FAN的功率开关，提供必须的空气调节。对于不同的应用，习惯导向的控制在该映射中将是不同的，像照明应用，控制将通过其打开/关闭调制而集中于亮度，以便于实现自动照明、照明浪漫性、和能源节省。

图6示出了用户如何关于时间-24小时（603）调节根据习惯模式设计的适宜温度（601），因此程序将基于适宜温度的变量增量和当前室内温度为用户提供最佳调节。为了避免适宜温度的动态变化，每个时隙可以只具有每天0.5摄氏度的增量（604，605，606）或减量（607，608），其中0.5摄氏度不足以提供最佳舒适度，因此，该系统将暂时提供迅速冷却操作或停止冷却操作，以便于解决用户的即时需求。通过日常操作，该曲线使得用户行为适应更好的舒适环境，同时消耗较少的能源。关于适宜湿度（602），根据习惯模式设计的另一个分量将通过监控适宜温度变化来调节。系统监控器关于适宜温度充分改变。如果在20摄氏度连续接收额外的空气冷却请求，那么适宜湿度将下降4%（609，610）。相似地，对于另一个极端拐点，在35摄氏度连续接收停止空气冷却的请求，适宜湿度将上升4%，直到适宜湿度在顶部98%和在底部46%达到饱和。

为了理解日常生活中如何调节舒适程度曲线的操作，图7曲线（701和703）示出了基于时间线（705）在24小时内的6个连续天调节的实例图，用户提供关于他/她的舒适程度的响应，一经请求需要的空气冷却和空气循环，曲线就动态地反应，以及曲线（702和704）是用户停止进一步的要求的另外6天，曲线开始均衡至平衡舒适程度和能源节省的需求的曲线。曲线（701）说明了舒适程度曲线关于连续的变暖请求（706）和变冷请求（707）如何改变，稍后，当没有来自用户（708，709）的进一步请求或反馈时，曲线（702）开始均衡。曲线（703）表示用户在场，连续检测到用户在场，曲线上升（710，711，712）表明在相同时隙用户出现的高概率。相似地，在曲线（704），在相同时隙用户未连续出现，表明习惯改变，以及图下降（713，714，715）表明在相同时隙用户很可能缺席。

在图8中，进一步说明在场（Present）曲线如何用于本发明。模式（801）、（802）、和（803）表示在7天记录中用户应当分别基于积累发生、在场检测状态、和基于结果要进行的操作而在场。积累发生（801）使用所述的Present（t）曲线，利用最大值（值16）的68%的阈值量化，从而形成标记（Mark）或空白（Space）。相似地，如果用户在场，那么用户检测状态是Mark，以及如果用户缺席，那么用户检测状态是Space。情况（806，813）是在早于（801）输入（802），系统确定当前测量和曲线舒适程度之间的温度和湿度的变量增量，并且形成对于外部空气调节装置、空气调节器AC（821）、和空气循环-FAN（822）的合适的PWM开关。操作希望具有最初15分钟快速冷却（818），紧接着是智能冷却（819，计算的PWM开关操作-OpMode）。利用先前讨论的方程式，将如图所示更新（807）在场（804）的模式。情况（809）是在（801）之后输入（802），系统再次确定以上讨论的温度和湿度的变量增量，提供必须的预先冷却（820）操作给房间，并且最终更新模式（811）。与（816）相似，其中系统处理“没出现人”（824，817），因此系统只提供最大15分钟的预先冷却（820）以便于房间通风，以及直到用户在场或相似的在场情况停止操作。情况（814）是用户在场对系统而言是完全陌生的，系统将此事件视为新元素，并且在时隙（815）创建新的记录。系统反应这个非预期的用户进入房间，其确定计算的变量增量，提供对AC和FAN的相对应的PWM开关控制器（823）。系统不会意识到用户离开该房间，只要用户不再处于目标房间（808，812），空气调节器将自动关闭（45，47）。

根据本发明的实施方式，图9、图10、图11、和图12是示出了在封闭循环中如何运转主状态机的逻辑流程图。为了理解该流程图，其包括：周期性地习惯计算和对用户姿势的即时响应。

正如其名字所暗示的，定期地执行周期性习惯计算（901），以及基于采样的环境信息使用预定义的规则支持计算的预测。那些信息包括诸如当前温度和湿度的气候变化、在场或缺席的当前用户状态、以及所有温度、湿度、舒适程度、和用户进入/离开计时信息的记录的历史记录。某些信息是基于24小时的，而某些信息是基于7天的。在图9中，示出了流程的至关重要的功能块。随着上电，系统清除工厂状态（902）的所有状态，然后在每60秒钟（912）自动运转进入循环（903），其获取当前的用户和环境状态和信息（904）连同先前的用户历史记录（905），然后计算和提供最佳推测（906）、针对目标意图行为的IO执行（908），此处基于系统设计（907）的预测和规则调节（911）习惯模式（910），与此同时可以根据用户姿势更新（909）习惯模式。图10提供了进行预测的决策的深层理解（1001），对于空气调节的应用，用户在场（1002）将是确定空气调节服务的主要因素，因此逻辑上首先确定用户缺席和在场状态；在用户缺席的情况下，系统一般不需要命令针对任何操作的外部IO，除非示出计算，附近的当前时隙很可能是用户将到达或在场（1003，1004），用户将期望必要的预先空气循环或冷却（1005），然后在该情况中，系统命令针对空气调节服务的外部IO（1008）。在这个系统中，我们假设在房间进行合适的预先空气循环或冷却能够减少在用户到达时刻所需的较多的凉爽空气生成率。在控制外部IO之后，立刻将在时隙（t）的缺席指示提供给自我调节机制（1010），因此，更新的习惯模式（1013）可以用于下一次预测。

对于用户在场的情况，可以理解为用户进入房间，或呆在房间。如果用户进入房间，该系统基于当前环境和用户舒适程度曲线的变量增量（1006）确定命令外部IO所需（1008）的必要的快速冷却（1007）。如果是用户呆在房间的情况，那么当前环境暂时改变和触发阈值，系统计算和命令针对环境舒适调节必须的外部IO。此后，过程进行至针对习惯模式的自我调节阶段，其包括我们先前讨论的用于解决人类懒惰的习惯的刺激（1011）机制和用于平滑控制避免低效切换的平均机制（1012）。

在IO的执行过程中（1008），存在解决冲突规则和一些使得系统更加人性化的例外。（1014）示出了该回路，在每个IO执行上执行：

（i）伴随低湿度的高温度，但是用户反馈太冷，可以是用户健康原因，因此，系统控制将仅仅将该情况视为例外，允许暂时地关闭空气冷却；以及如果需要，就关闭空气循环，该操作将不会适应作为习惯模式的反馈；

（ii）伴随高湿度的高温度，但是用户反馈感觉太冷，再次可能是健康原因，因此，系统控制将只将该情况视为例外，允许暂时地关闭空气冷却；以及如果需要的话，还关闭空气循环，该操作将不会适应作为习惯模式的反馈；

（iii）伴随低湿度的低温度，但是用户仍感觉不是很凉，其可能是许多用户拥挤在房间，因此，系统控制将只将该情况视为例外，允许暂时完全地开启空气调节和空气循环，该操作将不会适应作为习惯模式的反馈；

（iv）伴随高湿度的低温度，但是用户仍感觉不太冷，其可能是许多用户拥挤在房间，因此，系统控制将只将该情况视为例外，允许暂时地完全开启空气调节和空气循环，该操作将不会适应作为习惯模式的反馈；

图11示出了用户反馈-姿势（1101）的实时响应机制，这与先前周期性地习惯计算相似，获取用户和环境数据（1102，1103）、计算最可能的意图（1104）、命令I/O（1106）和调节（1105，1109）习惯模式（1108）。其允许快速响应用户，避免重复的服务请求。

在本发明中，图12中的用户姿势（1201），我们解释为“不需要服务”（1202）、“需要服务”（1204）、“太热/潮湿”（1206）、和“太冷/干燥”（1208），具有下面的行为：

4.在该房间不需要进行空气调节服务（1202）；

5.“长时间未感测到活动、身体移动，或I/O的行为，例如，关闭服务”

6.在该房间需要进行空气调节服务（1204）；

7.“感测到用户活动，罕见的移动和频繁的移动之间的影响，或I/O的行为，例如，开启服务”

8.在该房间太热或太潮湿（1206）：

9.“感测到用户在场，在AC/FAN前方停止，或在卧室模型进行高频移动”

10.在该房间太冷或太干燥（1208）：

11.“感测用户在场，但是低频移动，连同刺激机制”

在解释用户姿势之后，通过利用环境数据、先前的舒适程度数据、和某些推测规则，系统期望最可能的用户意图。然后，将意图映射为命令外部IO（1211）处理空气调节需求的操作方式（1203，1210）。与周期性地计算相似，该系统还自我调节（1212）使得最新的用户和执行的命令适应习惯模式（1217），以便于有利于下一次估计。

在（1202）的情况中，我们认为用户刚刚离开房间，不需要空气调节服务，系统停止所有当前的PMW操作（1203）；在（1204）的情况中，我们认为用户刚刚进入房间，要求服务，基于当前的环境和舒适程度（1205）的变量增量进行映射。如果变量增量远高于特定阈值，那么映射最高的PWM额定值（OpMode=9），否则系统线性地映射至从0至9的PWM开关操作OpMode。

在（1206）的情况中，用户表达额外的空气冷却，那么基于当前的环境和舒适程度和当前的OpMode“x”（1207）的变量增量进行映射。如果变量增量远高于特定阈值，那么映射最高PWM额定值（OpMode=9），否则系统线性地映射至从“x”至9的PWM开关操作OpMode；在（1208）的情况中，用户表达太冷，那么基于当前环境和舒适程度和当前OpMode“y”（1209）的变量增量进行映射。如果数据远高于特定阈值，那么映射空气调节关闭（OpMode=0），否则系统线性地映射至从“y”至0的PWM开关操作OpMode；在情况（1213）、（1214）、（1215）、和（1216）中的调节遵循以上讨论的四步骤方程式，从而将命令执行按比例调整和积累至习惯模式。

如图13中所示，系统还允许一些模型，积极型（1301）、平衡型（1302）、保守型（1303）、和卧室（1304）用途。保守型是使最舒适作为第一优先级，稍微过度冷却（1307）的模型类型，而积极型是将能源节省作为第一优先级的模型，其可以导致房间平均温度略微高于用户最舒适程度（1305）。平衡型在积极型用途和保守型之间，同等重要地考虑能源节省和用户舒适（1306）。用户可以基于其选择使得系统运行至不同的工作模式。能源节省基于空气冷去（1313，1314，1315）和空气循环（1310，1311，1312）之间的总运行率。卧室模型是在卧室利用本发明的特定情况，该模型是基于24小时的（1309）。当用户在卧室中处于睡眠状态时，PIR传感器不能够检测用户的任何移动进而可能误解用户离开房间，并且关闭空气调节装置；通过选择该模型，AC/FAN将具有针对用户的特定开关模式和时间表（1316，1317），以及当正在睡眠时一旦检测到非常频繁的移动，就意味着室内温度不够冷，需要对空气调节进行合适的调节，导致有效的成本和舒适的卧室。

图14中定义开关操作（OpMode）（1401）、许多不同的预先设定的PWM模式（1402）的精细表格，百分比（%）表明能源使用，100%（1416）意味着AC和FAN（1417）总是开启，而14%（1407）意味着1/10的时间（1408）AC（1409）开启，以及将周期性地打开FAN（1410），以便于更好地循环和为房间最佳地生成冷却空气。为了避免太频繁和快速地切换空气调节单元，设计模式在第一部分（1412）连续地开启该单元，和在最后一部分（1414）关闭该单元。设计模式确保三分钟的模式（1411）时间，在下一次切换开启之前等待。OpMode等于0（1403）意味着关闭空气调节（1405）和空气循环（1406）服务；以及OpMode等于10（1418）意味着选择预先冷却或预先空气循环，在整个15分钟的时隙AC将关闭而FAN（1419）将开启。

利用本发明，通过使用现有的AC实现室内空气调节，像在大多数居住环境的基于窗户的，和额外安装的风扇用于广泛地空气循环区域，提供有效的方式吹走包围用户的热空气。利用习惯模式，AC和风扇的控制处于切换模式，因此通过回送监控暂时的环境变化和用户使用可以实现能源节省。利用RTC，习惯模式适应暂时的环境信息变化和用户状态，CPU获得传感器的输入，例如，来自针对身体移动的基于无源红外（PIR）的运动检测器、温度和湿度变化的环境传感器、以及舒适程度反馈。基于所有这些输入，CPU期望利用其认识来提供对于SW的最佳开关控制，因此对于AC和FAN的最佳开关控制，从而调节目标空气温度。

如图15中所示，传统的空气调节器（1510）交换室内热空气与其冷空气，通过利用局部传感器确定何时开启和关闭其压缩机，装置产生冷空气。然而，由于传感器的位置，和开关逻辑的灵敏度非常严格，使得目标空气调节房间或是太冷或是不够冷。与图15中所示相似，传统的AC单元（1501）、用户（1503，1514）作为热源，大多数AC控制其压缩机均开启（1504）和导致关于距离的温度分布，发现温度最终将非常稳定和一段时间之后保持在非常冷的阶段。然而，由于短循环回路（1502），相对距离的温差将非常大（1505），使得接近AC的区域太冷，从而维持区域远端足够冷；而且能源节省为零，因为压缩机需要一直启动（1504），直到用户在远端感觉到舒适。根据本发明，额外的风扇（1512）和装置开关（30，32，33）用于广泛扩散冷却的空气循环（1513）和调节现有AC“开关开启”（1506，1509）和风扇“开关开启”（1507，1510）的时间。其导致空气调节更快，从而达到用户舒适程度、分布的冷却空气，从而降低温差（1508，1507）并且显著节省能源。

图16是扩大空气循环区域（ACZ）的利益的影响的更近的保护范围。在利用本发明之前，AC在一侧进气热空气（1602）和在另一个侧吹走冷却空气（1601），进气口和出气口物理上彼此接近，由于设计框架，很容易发生局部空气反馈，使得冷却空气循环区域（ACZ）较小。用户，热对象（1604）感觉热是由于热空气包围其自己，直到用户附近的室内温度减少从而吸收包围热量、或用户进入ACZ（1603）从而吹走包围的热，该情况才会改变。

利用本发明，AC通过不同的设计框架（1607）多向地分离热空气进入口（1608）和冷却空气排出口（1605）路径，这不仅仅减少了局部反馈的可能性，而且强大的风扇使得冷却空气（1606）流向更远的距离；导致ACZ（1609）波及范围更广，能更迅速地到达用户和吹走包围的热（1610）。使得开关调制的AC/FAN仍满足用户的舒适程度同时具有明显的能源节省是重要的因素。而且，为了提供更现实的环境图，传感器、温度和湿度传感器将通过有线网络或无线（RF）网络放置在更接近用户活动区域的位置。CPU认识最初是模板内置的，到那时用户和环境变化将记录在CPU内存中，自然地适应为针对AC和FAN开关控制器的智能猜测的习惯模式。用户反馈可以通过那些输入实现，例如，传感器或键地址舒适程度调节。

图17示出了根据软件（1701）捕获的一周操作、AC和风扇的开关调制、最接近AC捕获的温度、从用户测量的最靠近的温度和湿度、以及平均温度读数生成的简化情况的刺激结果。曲线示出甚至利用AC开启时间的较低百分率可以实现稳定的空气调节。在积极型（1702）的结果中，尽管结果室内温度相对较高和波动（1708）提供最佳功率节省（1705），以及在保守型（1704）的结果中，曲线提供了比预期（1710）相对较低的温度，还提供至少能源节省（1707）。平衡模型提供相对更稳定的温度和满足预期的需求，并且其能源节省与其他两个模型相比较相对较低。在软件中，存在可用于仿真、力存在的控制（1711）、卧室的选择（1712）、太热的力反馈（1713）、和太冷的力反馈（1714）的再多几个按钮。

图18示出了在测试期间测量的记录时间和节省的相对应能源，并且示出了一年时间的节省的预测值。根据刺激、预测，在三个月可以实现HK$350~1300的范围，可以节省大约HK$1678，每年可以减少600Kg CO₂。

工业适用性

本文中描述的实施方式和装置适用于除此之外的电气领域、空气调节领域、和照明领域。

前述的说明书仅仅提供了示例性的实施方式，其不是为了限制本发明的保护范围、适用性、或结构。相反，示例性的实施方式的说明使得本领域的技术人员能够理解实施本发明的实施方式的描述。在不偏离权利中阐述的本发明的精神和保护范围的情况下，可以对元件的功能和布置做出不同改变。

本文中参考的具体特征、元件、和步骤已经知道本领域中本发明涉及的等价物，例如如果单独地阐述视为包括在本文中的已知等价物。而且，关于特定实施方式参考的特征、元件、和步骤可以可选地构成任何其他实施方式的一部分，除非明确说明另行说明。

本文中使用的术语“包括”是为了具有开放的非排他意义。例如，术语是为了表示：“主要地包括，但不一定单独地包括”，而不是为了表示：“基本上由其构成”或“只由其构成”。术语“包括”的变型，例如“包括（comprise）”、“包括（comprises）”、和“包括（is comprised of）”具有相似意义。

Claims (19)

1.一种电气系统中的习惯导向控制的方法，所述方法包括以下步骤：

基于由传感器捕获的过去的环境参数、从用户接口输入的过去的用户反馈、或从用户接口输入的过去的用户命令生成暂时习惯模式；

存储所述暂时习惯模式；

比较所述暂时习惯模式和由传感器捕获的当前环境参数或从用户接口输入的当前用户反馈；以及

基于当前用户状态和当前环境参数与所述暂时习惯模式的偏离确定电气系统的驱动从而最优化能源节省，

其中，生成暂时习惯模式进一步包括以下步骤：通过将所述暂时习惯模式调整为所述电气系统消耗较少能源的值来挑战用户习惯。

2.根据权利要求1所述的电气系统中的习惯导向控制的方法，其中，生成暂时习惯模式进一步包括以下步骤：

基于默认值初始化所述暂时习惯模式；

更新所述暂时习惯模式的值，从而匹配定期的用户反馈或用户命令。

3.根据权利要求2所述的电气系统中的习惯导向控制的方法，其中，生成暂时习惯模式进一步包括以下步骤：通过平均所述暂时习惯模式的时域中的相邻值来均衡所述暂时习惯模式的值。

4.根据权利要求2所述的电气系统中的习惯导向控制的方法，其中，所述暂时习惯模式表示在所述电气系统之前用户在场。

5.根据权利要求4所述的电气系统中的习惯导向控制的方法，其中，所述默认值的范围从0至16；其中，所述更新所述暂时习惯模式的值通过以下方程式执行：

Present(t)＝Present′(t)*Pscale+Poffset

其中，Present(t)表示在时隙t用户在场，并且Present(t)的范围从0至16；

Present’(t)表示在时隙t历史用户在场，并且Present’(t)的范围从0至16；

Pscale表示比例因数，如果用户在时隙t在场，那么Pscale的范围从1至2，以及如果用户在时隙t不在场，那么Pscale的范围从0至1；

Poffset表示偏移值，如果用户在时隙t在场，那么Poffset的范围从0至16，以及如果用户在时隙t不在场，那么Poffset的范围从0至1。

6.根据权利要求3所述的电气系统中的习惯导向控制的方法，其中，所述暂时习惯模式表示在所述电气系统之前用户在场，以及其中，所述均衡所示暂时习惯模式的值通过以下方程式执行：

Present(t)＝Present′(t-1)*scale1+Present’(t)*scale2+Present′(t+1)*scale3+

offset

其中，Present(t)表示在时隙t用户在场，并且Present(t)的范围从0至16；

Present’(t)表示在时隙t历史用户在场，并且Present’(t)的范围从0至16；

Scale1、Scale2、和Scale3的范围从0.01至0.99；

Offset的范围从0.01至10。

7.根据权利要求1所述的电气系统中的习惯导向控制的方法，其中，所述电气系统是空气调节系统，以及其中，所述暂时习惯模式表示温度舒适程度。

8.根据权利要求7所述的电气系统中的习惯导向控制的方法，其中，所述默认值的范围从20至35；以及其中，所述更新所述暂时习惯模式的值通过以下方程式执行：

LOC_t(t)＝LOC_t’(t)*Tscale+Toffset

其中，LOC_t(t)表示在时隙t的温度舒适程度，并且LOC_t(t)的范围从20至35；

LOC_t’(t)表示在时隙t的历史温度舒适程度，并且LOC_t’(t)的范围从20至35；

Tscale表示比例因数，该比例因数的范围从0.5至1.9；

Toffset表示偏移值，如果在时隙t用户反馈太冷，那么该偏移值的范围从+0.1至+0.9，以及如果在时隙t用户反馈太热，那么该偏移值的范围从-0.1至-0.9。

9.根据权利要求7所述的电气系统中的习惯导向控制的方法，其中，所述挑战用户习惯进一步包括以下步骤：

确定温度舒适程度曲线LOC_t’(t)的最小值Lm；

标记温度舒适程度曲线中小于（Lm*Mscalel）的至少4个连续值的值；以及

通过应用以下方程式替换所述温度舒适程度曲线中所标记的所述值：

LOC_t(t)＝LOC_t′(t)*Mscale

其中，Mscale和Mscale1的范围从0.1至1.9。

10.根据权利要求3所述的电气系统中的习惯导向控制的方法，其中，所述电气系统是空气调节系统，其中，所述习惯模式表示温度舒适程度，以及其中，所述均衡所述暂时习惯模式的值是通过以下方程式执行：

LOC_t(t)＝LOC_t′(t-1)*scale1+LOC_t’(t)*scale2+LOC_t′(t+1)*scale3+

ofset

其中，LOC_t(t)表示在时隙t的温度舒适程度，并且LOC_t(t)的范围从20至35；

LOC_t’(t)表示在时隙t的历史温度舒适程度，并且LOC_t’(t)的范围从20至35；

scale1、scale2、scale3的范围从0.01至0.99；

偏移量的范围从0.01至10。

11.根据权利要求1所述的电气系统中的习惯导向控制的方法，其中，所述电气系统是空气调节系统，以及其中，所述暂时习惯模式表示湿度舒适程度。

12.根据权利要求11所述的电气系统中的习惯导向控制的方法，其中，所述默认值的范围从46至98；以及其中，所述更新暂时习惯模式的值通过以下方程式执行：

LOC_h(t)＝LOC_h′(t)*Hscale+Hoffset

其中，LOC_h(t)表示在时隙t的湿度舒适程度，并且LOC_h(t)的范围从46至98；

LOC_h’(t)表示在时隙t的历史湿度舒适程度，并且LOC_h’(t)的范围从46至98；

Hscale表示比例因数，该比例因数的范围从0.5至1.9；

Hoffset表示偏移值，如果LOC’(t)<20并且在时隙t用户反馈太冷，那么该偏移值的范围从+1至+9，以及如果在时隙t用户反馈太热，那么该偏移值的范围从-1至-9。

13.根据权利要求3所述的电气系统中的习惯导向控制的方法，其中，所述电气系统是空气调节系统，其中，所述暂时习惯模式表示湿度舒适程度，以及其中，所述均衡所述暂时习惯模式的值通过以下方程式执行

LOC_h(t)＝LOC_h′(t-1)*scale1+LOC_h′(t)*scale2+LOC_h′(t+1)*scale3+

ofset

其中，LOC_h(t)表示在时隙t的湿度舒适程度，并且LOC_h(t)的范围从46至98；

LOC_h’(t)表示在时隙t的历史湿度舒适程度，并且LOC_h’(t)的范围从46至98；

scale1、scale2、scale3的范围从0.01至0.99；

offset的范围从0.01至10。

14.根据权利要求1所述的电气系统中的习惯导向控制的方法，其中，所述电气系统的驱动是通过开关调制的不同方式执行的。

15.根据权利要求1所述的电气系统中的习惯导向控制的方法，进一步包括以下步骤：关于所述电气系统的使用显示能源节省的信息。

16.根据权利要求1所述的电气系统中的习惯导向控制的方法，其中，所述传感器布置在一个或多个位置，并且经由有线连接或无线连接与所述电气系统进行通信。

17.根据权利要求1所述的电气系统中的习惯导向控制的方法，其中，所述用户反馈输入包括：响应于用户在所述传感器之前在场达预定时间的传感器输入，其表明对所述电气系统的明确用户服务请求。

18.根据权利要求1所述的电气系统中的习惯导向控制的方法，其中，所述电气系统是照明系统，以及其中，所述环境参数是从包括关于时间和位置的照明条件的组中选择的。

19.根据权利要求18所述的电气系统中的习惯导向控制的方法，其中，所述暂时习惯模式表示关于一周的不同时间和不同天的用户活动，以及其中，所述照明系统的驱动提供所需的照明程度和最优化能源节省。

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