CN106225415B - 基于互联网的冰箱高耗能分析与提醒系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于互联网的冰箱高耗能分析与提醒系统及方法，所述系统包括有：控制单元、存储单元、时钟定时单元、环境监测单元、故障检测单元及电能采集单元，所述控制单元分别与存储单元、时钟定时单元、环境监测单元、故障检测单元及电能采集单元进行通信。该系统及方法可以通过各种传感模块实现对冰箱自身状态和运行状态的监测，统计分析造成能耗过高的原因，并提醒用户，使冰箱在良好的状态下运行，从而降低自身能耗，减小能源浪费。

Description

基于互联网的冰箱高耗能分析与提醒系统及方法

技术领域

本发明属于互联网技术领域，特别涉及一种通过互联网进行冰箱智能管理的系统及方法。

背景技术

随着人们生活水平的提高，冰箱已成为每个家庭中不可缺少的家电产品，因其要24小时不间断运行，成为了家用电器中开机时间最长的家电，也是耗电量较大的一种家电。

冰箱的耗电不仅与冰箱自身的能效等级，冰箱的老化程度有关，还与冰箱的工作环境，冰箱的使用习惯等有关。冰箱耗能高的原因主要有以下几点。1.冰箱的放置环境。冰箱需要放置在通风阴凉的地方，避免阳光照射，不要靠近热源。因为冰箱周围的环境温度越高冰箱的耗电量就越大。周围环境温度30度的耗电量是25度耗电量的1.6倍左右，环境温度32度的耗电量是25度耗电量的2倍左右。冰箱是利用制冷剂将冰箱中的热气排出到外面，如果环境温度过高，散热片的散热效率就会低，耗能部件的工作时间就会长，整机的能耗就会提高。2.冰箱冷气的泄露。冰箱保鲜的原理其实是依靠冷气为冰箱内的食物提供一个低温环境，低温环境可以降低存储物品的分子运动，从而使腐败的过程变得缓慢。冷气的泄露会使箱内温度升高，会提高压缩机等部件的工作频繁，整机的能耗就会提高。3.冰箱温度的设置。压缩机的运行受用户设置温度和温控器采集当前温度的控制。如果用户设置的温度过低就会造成压缩机频繁工作，整机的能耗就会提高。4.冰箱故障的影响。冰箱发生故障时，有时会影响正常的使用，冰箱无法工作，有些故障不影响正常使用，但是会引起冰箱耗能的增加，比如制冷剂的泄露、毛细管的堵塞等。5.随着冰箱的使用，冰箱逐步老化，本身的功耗也会增加，老化的电器在相同条件下能耗是新电器的1.4倍。

如专利申请201510451356.1公开了一种用于环保冰箱的自动控制系统，包括冰箱本体、制冷系统和冰箱环境监测监控系统，系统还包括用于接收所述冰箱环境监测监控系统数据并处理为控制信号控制冰箱工作的服务系统；冰箱环境检测监控系统包括用于检测环境湿度的湿度感应装置、用于检测环境温度的温度感应装置、用于检测空气质量的空气检测装置、用于记录数据信息的云端数据库、接入互联网并建立局域网络的移动路由器。网页客户端设有用于确认用户身份的身份验证机制。云端数据库包括记录检测装置运行状态的云状态数据库以及保存检测数据内容的云资源数据库。该系统虽然能够对冰箱的环境进行监测，但是并不能控制冰箱自身状态和运行状态，无法做到减少冰箱本身的电能损耗。

发明内容

经研究发现，冰箱是24小时不间断工作的电器，其功耗主要集中于压缩机等耗能部件的工作，耗能部件的工作频率、每次的工作时间以及工作时的功率直接决定着整机的功耗。因此，本发明提供一种基于互联网的冰箱高耗能分析与提醒系统及方法，该系统及方法可以通过各种传感模块实现对冰箱自身状态和运行状态的监测，统计分析造成能耗过高的原因，并提醒用户，使冰箱在良好的状态下运行，从而降低自身能耗，减小能源浪费。

为实现上述目的，本发明的技术方案为：

一种基于互联网的冰箱高耗能分析与提醒系统，其特征在于所述系统包括有：控制单元、存储单元、时钟定时单元、环境监测单元、故障检测单元及电能采集单元，其中，

控制单元用于实现传统的冰箱功能，控制整个冰箱的正常工作；

存储单元用于存储与用户操作习惯有关的历史数据；

时钟定时单元可以产生实时时间与定时信号，为冰箱的定时操作提供基准；

环境监测单元用于测试冰箱周围的环境参数，主要是环境温度的检测；

故障检测单元检测冰箱故障的发生，及时提醒用户；

电能采集单元采集冰箱的用电信息，主要是电压、电流的采集；

所述控制单元分别与存储单元、时钟定时单元、环境监测单元、故障检测单元及电能采集单元进行通信。

所述系统，进一步包括称重单元、温度设置单元、箱门开关监测单元的任意一个或任意的组合，其中，

所述称重单元用于测量冰箱中存储食物的重量；

所述温度设置采集单元可以设置冰箱的温度等级，同时通过温度采集装置读取箱体内的实时温度；

所述箱门开关监测单元可以检测箱门的开关状态及密封状态，统计箱门的开关次数和频率；

所述称重单元、温度设置采集单元、箱门开关监测单元都直接与控制单元进行通信。

进一步，所述系统还包括有无线通信单元，无线通信单元连接于控制单元，用于冰箱与服务器通信，实现数据的上传下发。

一种基于互联网的冰箱高耗能分析与提醒方法，其特征在于该方法包括如下步骤：

101、系统初始化；

102、检测环境温度，并存储；

103、检测当前功耗；

104、将当前保存的冰箱数据与事先预存的数据进行对比；

105、根据对比结果进行提示，如果对比结果显示功耗过高，则提示用户注意开关门状态、控制温度及使用习惯等，以保持冰箱在低功耗下运行。

当然，冰箱也可以根据提示结果，在处理单元的控制下，自动调整冰箱的开关门状态、控制温度，以有效地降低功耗。

所述步骤102中，进一步包括有：称重，通过称重单元对冰箱负载进行称重并将结果进行存储；冰箱温度检测，检测冰箱内部的各个储藏室的温度并将结果进行存储；监测冰箱的开关门状态、故障，并进行存储。

进一步，所述步骤102中，定时器单元初始化之后，发送周期性的定时信号给控制单元，控制单元控制环境检测单元采集冰箱的周围环境温度，当温度大于设定值时处理器保存数据到flash。

进一步，所述步骤104中，所述的对比，进一步包括有：将当前功耗、时间与最佳功耗曲线进行对比，并设定一功耗阀值，如果当前功耗超过最佳功耗曲线和阀值的和，则认为当前功耗不合理，然后进入根据冰箱当前的负载，计算功耗最小的状态，功耗最小的状态是指最佳的控制温度设置、开关门状态，由此使冰箱的当前功耗小于最佳功耗曲线和阀值的和；如果未超过最佳功耗曲线和阀值的和，则说明冰箱处在良好的工作状态下，进入下一步。

最佳功耗曲线是冰箱在适当负载情况下，功耗最小时的时间和功耗的状态曲线，通常情况下，最佳功耗曲线由生产厂家录入，也可以由用户根据自己的实际需要进行录入。

进一步，所述步骤105中，箱门开关检测单元检测到用户打开箱门后开始计时，当检测到用户关闭箱门时停止并记录用户的开门时间，关闭后，箱门密封检测单元检测箱门是否密封好，通过称重单元测量食物的总量。

进一步，所述步骤102中，用户通过温度设置单元设置冰箱的温度，如果检测到温度设置的档位过高(设置温度很低)，则开始统计压缩机的工作频率，如果压缩机工作频率过高，或者在极端情况下，压缩机不停的工作，说明设置的档位过高。

进一步，所述步骤105中，故障检测单元会实时监测故障的发生，并发送故障中断到处理器，如果检测到故障发生，则发送故障通知到服务器，并推送到用户。

进一步，所述步骤103中，耗能部件工作时，电能采集单元采集冰箱的实时功率。

上述的步骤中，环境温度检测、称重、冰箱温度检测及开关门状态检测、故障检测，均可以发送实时的提示数据，以使用户调整冰箱的状态，或修理冰箱，有效地减少能耗。

本发明通过环境检测单元检测环境温度变化，判断环境温度是否过高，周围是否通风不畅，从而造成冰箱制冷效率低，能耗过大；通过对箱门的开关和密闭性监测，判断是否因用户的使用习惯等原因造成冷气大量泄漏，从而造成冰箱工作频率高，能耗过大；通过温度设置单元检测用户设置的温度并且通过耗能部件的工作频率，判断是否因用户的温度设置不当，从而造成冰箱工作频率高，能耗过大；通过故障检测单元检测冰箱的故障，并提醒用户，处理器通过对故障信息的处理，判断是否因故障发生而造成制冷效率低，能耗过大；通过对冰箱功率的检测，判断是否因为冰箱的老化等原因造成功耗过大。由此，有效地控制冰箱运行在合理的条件下，从而降低冰箱的能耗，节约资源。

附图说明

图1是本发明所实施的结构框图。

图2是本发明所实施的系统执行流程图。

图3是本发明所实施的环境温度检测流程图。

图4是本发明所实施的开门检测流程图。

图5是本发明所实施的温度设置检测流程图。

图6是本发明所实施的故障检测流程图。

图7是本发明所实施的耗能检测流程图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

图1为本发明所实现的系统框图，图中所示，该基于互联网的冰箱高耗能分析与提醒系统，包括有：处理单元(也就是控制单元)、存储单元、时钟定时单元、环境监测单元、称重单元、温度设置单元、箱门开关监测单元、故障检测单元及电能采集单元。

其中，处理单元用于实现传统的冰箱功能，控制整个冰箱的正常工作；存储单元用于存储与用户操作习惯有关的历史数据；时钟定时单元可以产生实时时间与定时信号，为冰箱的定时操作提供基准；环境监测单元用于测试冰箱周围的环境参数，主要是环境温度的检测；故障检测单元检测冰箱故障的发生，及时提醒用户；电能采集单元采集冰箱的用电信息，主要是电压、电流的采集；称重单元用于测量冰箱中存储食物的重量；温度设置采集单元可以设置冰箱的温度等级，同时通过温度采集装置读取箱体内的实时温度；箱门开关监测单元可以检测箱门的开关状态及密封状态，统计箱门的开关次数和频率。

该系统还包括有无线通信单元，无线通信单元连接于控制单元，用于冰箱与服务器通信，实现数据的上传下发。服务器还可以将数据传输给用户，以对用户进行提示，用户可以在APP设置里边设置关注的耗能点，并发送设置到服务器，服务器保存该设置，当服务器接收到冰箱上传的耗能通知时，根据用户的设置判断是否需要发送推送信息到用户，用户可以根据推送的信息正确的使用冰箱，从而较小能耗。

处理单元可以使用Cotex-M系列处理器，例如STM32F103，该系列MCU有丰富的外设资源，自带RTC并且可以扩展flash空间；环境监测和温度采集可以使用负温度系数的热敏电阻，通过程序的非线性量化处理，计算温度，节省成本；箱门检测可通过简单的机械触控按键和霍尔传感器实现；电能采集和称重可以使用CSE7759和CS1237实现，成本比较低；无线通信可以使用Wifi实现，Wifi可以通过路由器直连接服务器，不需要网关转发，节省资源。

图2为系统的控制流程图，该方法包括如下步骤：

201、系统初始化，包括环境检测单元、称重单元、温度设置单元、箱门开关监测单元、故障检测单元及电能采集单元均进行初始化。

202、环境检测单元检测冰箱的外部环境温度，并存储。称重单元测量冰箱的负载并存储，温度设置单元检测冰箱的内部各个储藏室的温度并进行存储。

同时，箱门开关监测单元、故障检测单元监测冰箱的开关门状态、故障，并进行存储；导致冰箱功耗增大的主要原因是开关门状态不合理及冰箱故障，因此先对这两个方面进行检测，如果发生故障，则进行提示，否则进入下一步。

203、电能采集单元检测当前功耗并进行存储。

204、将当前保存的冰箱数据与事先预存的功耗小的优化数据进行对比。通常，冰箱预存的数据是基于优化后的功耗比较小状态下的数据，因此通过冰箱数据的对比，能够获得冰箱的运行状态及存在的问题。

所述的对比，进一步包括有：将当前功耗、时间与最佳功耗曲线进行对比，并设定一功耗阀值，如果当前功耗超过最佳功耗曲线和阀值的和，则认为当前功耗不合理，然后进入根据冰箱当前的负载，计算功耗最小的状态，功耗最小的状态是指最佳的控制温度设置、开关门状态，由此使冰箱的当前功耗小于最佳功耗曲线和阀值的和；如果未超过最佳功耗曲线和阀值的和，则说明冰箱处在良好的工作状态下，进入下一步。

最佳功耗曲线是冰箱在适当负载情况下，功耗最小时的时间和功耗的状态曲线，通常情况下，最佳功耗曲线由生产厂家录入，也可以由用户根据自己的实际需要进行录入。

205、根据对比结果进行提示，如果对比结果显示功耗过高，则提示用户注意开关门状态、控制温度等，以保持冰箱在低功耗下运行。

当然，冰箱也可以根据提示结果，在处理单元的控制下，自动调整冰箱的开关门状态、控制温度，以有效地降低功耗。

图3所示，为环境温度监测的流程。定时器单元初始化之后，发送周期性的定时信号给处理器，处理单元控制环境检测单元采集冰箱的周围环境温度，当温度大于设定值时处理器保存数据到flash。还可以结合历史数据进行分析，判断是否需要发送通知到服务器。例如，冰箱上电后一直检测到环境温度大于30℃，并且温度平稳的持续30分钟以上，则说明冰箱放置的环境温度过高，需要发送提醒到服务器。如果冰箱上电后检测温度是正常的，工作一段时间之后，检测到环境温度一直大于30℃，并且温度平稳的持续30分钟以上，则说明冰箱放置的环境通风不畅，冰箱产生的热量不能及时排除，需要发送提醒到服务器。

图4所示为用户开门检测流程。箱门开关检测单元检测到用户打开箱门后开始计时，当检测到用户关闭箱门时停止并记录用户的开门时间，关闭后，箱门密封检测单元检测箱门是否密封好，通过称重单元测量食物的总量。如果有食物放入，则在食物放入后统计30分钟内的温度变化，判断放入的食物是否过热。处理器读取历史数据，通过对数据的统计处理，判断是否需要向用户发送提醒。例如，处理器统计到在19:00点左右，箱门在3分钟内的开关次数经常达到10次以上，并且有时会关闭不严，说明用户做饭取食材时可能会频繁的开关箱门，存在不好的使用习惯，需要发送提醒到服务器。例如，处理器统计到，箱门打开时间过长的次数占到了箱门打开总数的60％以上，说明用户在使用冰箱时存在不好的习惯，需要发送提醒到服务器。例如，处理器统计到，食物放入后，箱体内的温度变化曲线经常下降很慢，并且降温时间很长说明经常放入过热食物，需要发送提醒到服务器。

图5所示为温度设置检测流程。用户通过温度设置单元设置冰箱的温度，如果检测到温度设置的档位过高(设置温度很低)，则开始统计压缩机的工作频率，如果压缩机工作频率过高，或者在极端情况下，压缩机不停的工作，说明设置的档位过高。例如，环境温度为30℃，设置冰箱的档位为高档，压缩机以工作15分钟、停止10分钟的频率周期工作，说明设置的档位过高，需要发送提醒到服务器。

图6所示为故障检测流程。故障检测单元会实时监测故障的发生，并发送故障中断到处理器，如果检测到故障发生，则发送故障通知到服务器，并推送到用户。有些故障会影响冰箱的制冷效率，为了达到设置温度，压缩机的工作频率会提高，甚至会不停地运行。例如，制冷剂泄露、毛细管堵塞、蒸发器结冰等故障发生时会降低冰箱的制冷效率，故障检测单元检测到上述故障，并且压缩机以工作15分钟、停止10分钟的频率周期运行，说明故障影响了冰箱的制冷效率，需要发送提醒到服务器。

图7所示为电能检测流程。耗能部件工作时，电能采集单元采集冰箱的功率，如果冰箱工作时的功率大于最初工作时功率的1.4倍，说明冰箱已近老化。例如，冰箱全新时耗能部件工作时的平均功率为1000W，随着时间的推移，该冰箱耗能部件工作时的平均功率为1400W，并且持续3个月以上，说明冰箱已经老化，需要发送提示信息到服务器。

总之，本发明通过对冰箱外部环境及内部因素的及时监控，提醒消费者，以达到及时控制冰箱的运行状态的效果，同时，根据冰箱的实际功耗进行适当地调整，以有效地减少能耗，减少能源浪费。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种基于互联网的冰箱高耗能分析与提醒系统，其特征在于所述系统包括有：控制单元、存储单元、时钟定时单元、环境监测单元、故障检测单元、电能采集单元、称重单元、温度设置采集单元及箱门开关监测单元，其中，

控制单元控制整个冰箱的正常工作；

存储单元用于存储与用户操作习惯有关的历史数据；

时钟定时单元可以产生实时时间与定时信号，为冰箱的定时操作提供基准；

环境监测单元用于测试冰箱周围的环境温度；

故障检测单元检测冰箱故障的发生，及时提醒用户；

电能采集单元采集冰箱的用电信息，所述用电信息是电压、电流信息；

称重单元用于测量冰箱中存储食物的重量；

温度设置采集单元可以设置冰箱的温度等级，同时通过温度采集装置读取箱体内的实时温度；

箱门开关监测单元可以检测箱门的开关状态及密封状态，统计箱门的开关次数和频率；

所述控制单元分别与存储单元、时钟定时单元、环境监测单元、故障检测单元及电能采集单元进行通信，所述称重单元、温度设置采集单元、箱门开关监测单元都直接与控制单元进行通信；通过环境监测单元监测环境温度变化，判断环境温度是否过高，周围是否通风不畅，从而造成冰箱制冷效率低，能耗过大；通过箱门开关监测单元对箱门的开关和密闭性监测，判断是否因用户的使用习惯造成冷气大量泄漏，从而造成冰箱工作频率高，能耗过大；通过温度设置采集单元检测用户设置的温度并且通过耗能部件的工作频率，判断是否因用户的温度设置不当，从而造成冰箱工作频率高，能耗过大；通过故障检测单元检测冰箱的故障，并提醒用户，控制单元通过对故障信息的处理，判断是否因故障发生而造成制冷效率低，能耗过大；通过电能采集单元对冰箱功率的检测，判断是否因为冰箱的老化造成功耗过大。

2.如权利要求1所述的基于互联网的冰箱高耗能分析与提醒系统，其特征在于所述系统还包括有无线通信单元，无线通信单元连接于控制单元，用于冰箱与服务器通信，实现数据的上传下发。

3.一种基于互联网的冰箱高耗能分析与提醒方法，其特征在于该方法采用权利要求1所述的冰箱高耗能分析与提醒系统来实现，该方法包括如下步骤：

101、系统初始化；

102、环境监测单元测试冰箱周围的环境温度并存储，称重单元测量冰箱的负载并存储，温度设置采集单元检测冰箱的内部各个储藏室的温度并进行存储，箱门开关监测单元监测冰箱的开关门状态并存储，故障检测单元监测冰箱的故障并进行存储；

103、检测当前功耗；

104、将当前保存的冰箱数据与事先预存的数据进行对比；

105、根据对比结果进行提示，如果对比结果显示功耗过高，则提示用户注意开关门状态、控制温度及使用习惯；

所述步骤104中，所述的对比，进一步包括有：将当前功耗、时间与最佳功耗曲线进行对比，并设定一功耗阀值，如果当前功耗超过最佳功耗曲线和阀值的和，则认为当前功耗过高；如果未超过最佳功耗曲线和阀值的和，则说明冰箱处在良好的工作状态下。

4.如权利要求3所述的基于互联网的冰箱高耗能分析与提醒方法，其特征在于所述步骤102中，时钟定时单元初始化之后，发送周期性的定时信号给控制单元，控制单元控制环境监测单元采集冰箱的周围环境温度，当温度大于设定值时控制单元保存数据到flash。

5.如权利要求3所述的基于互联网的冰箱高耗能分析与提醒方法，其特征在于所述步骤102中，箱门开关监测单元检测到用户打开箱门后开始计时，当检测到用户关闭箱门时停止并记录用户的开门时间，关闭后，箱门开关监测单元检测箱门是否密封好，通过称重单元测量食物的总量；如果有食物放入，则在食物放入后统计30分钟内的温度变化，判断放入的食物是否过热；控制单元读取历史数据，通过对数据的统计处理，判断是否需要向用户发送提醒。

6.如权利要求3所述的基于互联网的冰箱高耗能分析与提醒方法，其特征在于所述步骤102中，用户通过温度设置采集单元设置冰箱的温度，如果检测到温度设置的档位过高，则开始统计压缩机的工作频率，如果压缩机工作频率过高，或者在极端情况下，压缩机不停的工作，说明设置的档位过高。

7.如权利要求3所述的基于互联网的冰箱高耗能分析与提醒方法，其特征在于所述步骤105中，故障检测单元会实时监测故障的发生，并发送故障中断到控制单元，如果检测到故障发生，则发送故障通知到服务器。

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