CN108153178B - 一种智能饮用水设备为分布节点的大数据方案 - Google Patents

Abstract

一种智能饮用水设备为分布节点的大数据方案，其特征在于，提供一种大数据综合解决方案，包括信息数据采集模块，自动智能控制模块，大数据挖掘处理模块等三大部分。其中信息数据采集模块用于采集饮用水设备，并与自动智能控制模块交互。自动智能控制模块是本发明的核心，该模块处理收集到的数据信息，进行深度分析，并做出高效智能决策。同时将数据进行深度处理和汇总，上传至大数据挖掘处理模块。大数据挖掘处理模块主要处理由分布于各点面基础信息采集点收集到的信息。根据收集到数据，可以合理配置资源的分布，以及维护管理人员的布置，从而在更短时间内提供更及时的服务。从而更科学地配置设备种类和数量，实现更高效地配置资源。

Description

一种智能饮用水设备为分布节点的大数据方案

技术领域

本发明涉及一种智能饮用水设备为分布节点的大数据方案。包括数据信息采集模块，自动智能控制模块和大数据挖掘处理模块三部分。能够根据使用情况，智能地控制饮用水设备加热制冷，关停维护，并以分布式信息化为中心，为在大地理大范围内控制域内所有饮用水设备，从而实现资源更好配置，能源更高效利用。

背景技术

改革开放以来，我国各项事业均取得了长足进步，极大发展，各类饮用水设备早已普及，走入千家万户和各类公共场合中，为广大人民群众健康饮水，提高生活水平作出了切实的贡献。客观而言，当前的饮用水设备除满足基本的需求外，有以下两方面可以大幅改进，更进一步提高能效，合理配置，更好地为人民群众，社会国家服务。

传统饮用水设备仅具有简单的加热制冷和关停的功能，即使在没有人使用时，也会不停地加热制冷，造成电能浪费非常可观，对家庭对社会对国家都是如此。同时会极大地影响相应部件的寿命，设备在通电状态下，反复加热，水中的微量元素，矿物质积累形成不可溶微粒，铁、铝和铵的亚硝酸盐含量会明显增加，饮用水毒性增加6倍，活水变成死水，导致“千滚水”的形成，不利于健康。据统计一台家用饮水机每年单待机就需要耗电300度左右，这是一个惊人的数据，若把这个数字推广到全国，所浪费掉的电能更是天文数字。如果能够使饮用水设备更“聪明“，能够根据用户使用情况智能地工作，无人用时关机休息，有人或人多的时候，更“努力”地工作，就可以取得巨大的经济和社会效益。

传统饮用水设备仅是一台台独立的设备，虽然分布于千家万户和各色公共场合，但仅提供简单的饮用水功能，却忽视了它们是理想的分布式的数据信息采集节点的另一面。这些分布于第一线，和用户直接交互的设备，所采集的第一手数据经过深度挖掘分析所获取的信息，既可以作为设备本身自动智能控制的基础，又可以为科学统筹管理提供坚实的依据。总而言之，饮用水设备作为贴近用户，分布广泛的必备设备，可以作为智能家电解决方案的一种，或一部分。其本身可以作为理想的用户交互媒介，参与收集更多第一手的用户和使用环境数据，从而更智能科学地提供服务，更综合全面地提高资源配置效率，更有的放矢行之有效地能源使用效率，更强力坚实地支持整个社会绿色可持续发展。

发明内容

本发明的目的在于提供一种智能饮用水设备为分布节点的大数据方案，其特征在于，提供一种以智能饮用水设备为分布节点的大数据综合解决方案，其中包括分布式数据采集，自动智能控制，大数据处理等特性的综合性解决方案。包括信息数据采集模块，自动智能控制模块，大数据挖掘处理模块等三大部分。其中信息数据采集模块包括分置于冷热水出水口的计时器部件，当热水或冷水出水口打开，即开始计时和置位。同时在饮水机上端承接水桶处置放定长的水位计。该水位计略微伸出，并可测量记录饮水机上进水桶的水位，一旦该水位低于预设的阈值，即可发送报警信号至自动智能控制模块。自动智能控制模块是本发明的核心，一方面该模块处理收集到的数据信息，进行深度分析，并做出高效智能决策，智能控制饮水机或饮用水设备的加热制冷的起停，

同时将数据进行深度处理和汇总，上传至大数据挖掘处理模块。该模块对饮水机或饮用水设备本身是核心中枢，对整个解决方案而言，却是分布于千家万户，车站机场码头等各色公共场所的信息采集员，负责基础的信息处理汇总并上传，服务于物联网和云计算的大时代。大数据挖掘处理模块主要处理由分布于各点面基础信息采集点收集到的信息，比如处理缺水报警信息，安排送水员快速补水，或判断是否因饮用水设备故障而召唤检修人员并提前关闭该设备加热制冷部件，以免因缺水而损坏设备。根据收集到数据，可以合理配置水桶或其他水源的分布，以及维护管理人员的布置，从而在更短时间内提供更及时的服务。同时根据算法判断某处饮用水设备用户的年龄段和性别，从而更科学地配置设备种类和数量，从而实现更高效地配置资源，提高能源能效，从而实现资源能源的巨大节约，有益于可持续的绿色发展。

附图说明

图1是本发明的主体结构和数据交互示意图。

图2是本发明中数据采集模块的结构图

图3是本发明的自动智能控制模块的结构图

图4是本发明的自动智能控制模块部分操作流程图

具体实施方式

下面结合附图说明中结构图和数据交互图来进一步描述本发明，本发明的优点和特点将会随着描述而更为清楚。但这些实施例仅是范例性的，并不对本发明的范围构成任何限制。本领域技术人员应该理解的是，在不偏离本发明的精神和范围下可以对本发明技术方案的细节和形式进行修改或替换，但这些修改和替换均落入本发明的保护范围内。

参见图1，本发明涉及一种智能饮用水设备为分布节点的大数据方案，包括数据信息采集模块1，自动智能控制模块2和大数据挖掘处理模块3。

一. 其中数据信息采集模块包括与饮用水设备冷热水出水口相连接的计时单元1.1和1.2，置于饮用水设备内置接水桶进水口的水位计1.3，高配版本的模块可以配置水温传感器1.4和1.5，分别置于饮用水设备的冷热水箱（桶）。数据信息采集模块1通过数据总线与自动控制模块2相连。用户一打开冷热水出水口，相连接的计时单元1.1或1.2开始计时，并将该次操作（定义20秒为一个操作时间段，可解读为同一位用户一次接水的操作）的冷热水出水时间组成一个数值对，数值对的格式为［热水时间秒值，冷水时间秒值］，并发送给自动控制模块2。当进水口的水位低于进水口水位计1.3的阈值时，将产生警告信号，并发送给自动智能控制模块2。在20秒的操作周期里，水温传感器1.4.和1.5定时将冷热水腔内水温数据发送至自动智能控制模块2.

二．自动智能控制模块2是饮用水设备的中枢大脑，但同时担当更大云系统的分布式实时数据采集点的角色。该模块包括信息交互单元2.1、人机交互单元2.2、中央控制单元2.3、网络连接单元2.4；信息交互单元2.1负责接收来自数据信息采集模块1的数据、并将中央控制单元2.3生成的控制信号发送回饮用水设备的控制部件，以实现饮用水设备的自动智能控制。信息交互单元2.1通过类似于电子继电器等部件与饮用水设备加热制冷部件直接相连。人机交互单元2.2通过数据总线连接至中央控制单元2.3，实现接口将采集加工后的数据输出到饮用水设备的显示设备上，并将人工干预的设定数据回传给中央控制单元2.3。设置独立的人机交互单元2.2的目的在于，保证有足够的带宽可以保留给信息交互单元2.1和网络连接单元2.4，因为在实时运行过程中，会有很大的数据量在信息交互单元2.1和中央控制单元2.3，以及网络连接单元2.4和大数据挖掘处理模块3之间产生并交互，需要保证有足够的带宽，从而保持正常的数据流动。网络连接单元2.4集成了市场主流的无线网卡，需要接入饮用水设备使用所在地的无线网络，该单元的主要职责是担当中央控制单元2.3和大数据挖掘处理模块3之间交互的桥梁。中央控制单元2.3以三种模式接收外来数据，一是以定时轮询的方式获取数据，比如每20秒为一个周期获取数据信息采集单元2.1中置于冷热水腔中的水温传感器1.4和1.5采集的水温数据。二则是实时接收由数据信息采集模块1产生的冷热水口计时器1.1和1.2产生的数值对，以及饮用水设备进水口水位计1.3产生的报警信息。三则是从网络连接单元2.4获取后台大数据挖掘处理模块3返回的指令或控制信息。根据所获的数据，中央控制单元2.3将采取下列的处理动作：

1)对于家用和公共场合用饮用水设备，设置不同的静默期，比如家用款可以设置为30分钟，而公用款设置为60分钟。如果在当前静默期内有冷热水数值对数据进来，热水计时值大于零，则饮用水设备正常循环加热，或者启动加热部件开始加热，同时将当前静默期置零，重新开始计数。对冷水计时值类似处理。

2)如果在一个完整静默期内，从数据信息采集模块1没有产生任何的冷热计时数据对，则可以判定该饮用水设备无人使用。中央控制单元2.3向信息交互单元2.1发指令，控制饮用水设备关停掉加热或制冷部件。

3)每20秒的周期内，中央控制单元2.3生成数据串，并通过网络连接单元2.4将其上传至大数据挖掘处理模块3。数据串的格式为：

［饮用水设备ID］［20秒内接收到的所有冷热水计时器数值对］［收集到饮用水设备接水桶内置水位计数据］［热水腔内置的温度传感器数据,冷水腔内置的温度传感器数据］［该饮用水当前时间戳］

其中，饮用水设备ID类似于我们常用的身份证，前六位是地址信息（大区，省市区，地级市，县区），中间四位是住宅小区或公共场合编号，紧接着四位是该住宅小区或公共场合饮用水设备编号，总共十四位。

4)通过人机交互单元2.2，可以人工设置更为合理的静默期。

5)大数据挖掘处理模块3，会根据分布式数据采集点获得的数据，将更合理的静默期设置等数据通过网络连接单元2.4分发至中央控制器2.3。

6)对于饮用水设备进水口水位低于设定的阈值等实时数据，中央控制器2.3应首先将饮用水设备关停，以保护设备本身。同时将通过网络连接单元2.4的实时数据通道发送到大数据挖掘处理模块3。大数据处理挖掘模块3需要立即对此类信息进行处理。安排工作人员检修相关设备或者安排水站人员补水送水。

三．大数据挖掘处理模块3是纯软件实现，可以有不同的根据处理数据量设计的硬件支撑。以下列方向处理从星罗棋布的各处饮用水设备采集的数据：

1) 一般而言，各个年龄段的客户在接取饮用水时，冷热水的接取有一定的比例，排除季节因素的影响。分析所获的冷热水数据值对，会有非常有益的发现。比如，年龄段低的用户，更喜欢全冰／冷水，则在一个取水操作期间，热水计时值为0，而全是冷水或者常温水的计时值，则可判定用户是低年龄段的儿童或者青少年。针对中年人，不同年龄段的用户，会接用不同比例的热水加常温水。而对于老年人，则更多情况会全取热水。通过这种分析，可以获取饮用水设备用户年龄段的数据。

2)通过分析获取的分布式的饮用水设备取水口水位计报警数据，结合每次报警的间隔时间，就可以计算饮水设备每桶水或每箱水消耗的时间。

3)通过分析获取的每台饮用水设备的冷热水腔的温度数据，可以根据获取数据的时间间隔（20秒），可以绘制温度变化曲线。根据1）和2）所获取的数据，可以动态地调整加热和制冷部件工作的频率。当分析的结果是该饮用水设备用户多是中老年段用户，则用户对热水需求比较大，对热水温度也会更敏感，则应该适当地加快加热部件工作的频率，对于制冷部件则需要适当放慢频率，甚至可以停掉制冷部件以节约能源。对于用户群多是青少年的场合，则需要相反操作，也即加快制冷部件工作的频率，同时放慢加热部件的工作频率。

4)根据1）和2）所获的数据，可以更加合理安排饮用水设备，布置更合理的水站和维护站。对于用水需求大的地区，需要布置水站。对于经常性缺水报警的设备附近，更要适当配置维护站，尤其是针对公用场合的饮用水设备更是如此。根据用户年龄段分析的结果，配置不同的饮用水设备，有的设备有强化的加热部件，从而更好地为中老年用户占优势的场合服务。对于此类地区，应该多配置加热部件备件。反之，对于青少年多的场合，则要降低加热部件工作频率，更多地考虑制冷端的工作。

5)根据上述方向获得分析数据，大数据挖掘处理模块3可以动态地发布直接的操作指令给对应设备ID的饮用水设备，改饮用水设备通过网络连接模块2..4获取指令。比如，发布调整饮用水设备调整冷热水加热制冷频率，而不是依靠之前简单的温控器，以机械固定的频率工作。当大数据挖掘处理模块3获得饮用水设备内置接水桶水位计1.3告警信息，即可通知最近的水站送水或者排出维护人员前往改饮用水设备。

6)根据上述方向获得分析数据，我们可以设计更合理的资源配置和饮用水设备使用工作策略，从而最大化地提高能效，节约能源。

饮用水设备作为贴近用户，分布广泛的必备设备，可以作为智能家电解决方案的一种，或一部分。其本身可以作为理想的用户交互媒介，参与收集更多第一手的用户和使用环境数据，从而更智能科学地提供服务，更综合全面地提高资源配置效率，更有的放矢行之有效地能源使用效率，更强力坚实地支持整个社会绿色可持续发展。

Claims (2)

1.一种智能饮用水设备为分布节点的大数据方法，其特征在于，提供一种以智能饮用水设备为分布节点的大数据综合解决方法，其中包括分布式数据采集，自动智能控制，大数据处理特性的综合性解决方案，包括数据信息采集模块，自动智能控制模块，大数据挖掘处理模块三大部分；其中数据信息采集模块包括与饮用水设备冷热水出水口相连接的计时单元一（1.1）和计时单元二（1.2），置于饮用水设备内置接水桶进水口的水位计（1.3），水温传感器一（1.4）和水温传感器二（1.5），分别置于饮用水设备的冷热水箱内；其中所述水位计略微伸出，测量记录饮水机上进水桶的水位；数据信息采集模块（1）通过数据总线与自动智能控制模块（2）相连；定义20秒为一个操作时间段，在一个操作时间段内，同一个用户完成一次接水的操作；当用户进行所述操作时，计时单元一（1.1）或计时单元二（1.2）开始计时，并将所述操作的冷热水出水时间组成一个数值对，数值对的格式为［热水时间秒值，冷水时间秒值］，并发送给自动智能控制模块（2）；当进水口的水位低于进水口水位计（1.3）的阈值时，产生警告信号，并发送给自动智能控制模块（2）；在20秒的操作时间段里，水温传感器一（1.4）和水温传感器二（1.5）定时将冷热水腔内水温数据发送至自动智能控制模块（2）；对于家用和公共场合用饮用水设备，设置不同的静默期；如果在当前静默期内有冷热水数值对数据进来，热水计时值大于零，则饮用水设备正常循环加热，或者启动加热部件开始加热，同时将当前静默期置零，重新开始计数，对冷水计时值类似处理；如果在一个完整静默期内，从数据信息采集模块（1）没有产生任何的冷热计时数据对，则可以判定该饮用水设备无人使用；中央控制单元（2.3）向信息交互单元（2.1）发指令，控制饮用水设备关停加热或制冷部件；通过人机交互单元（2.2），人工设置更为合理的静默期；大数据挖掘处理模块（3），根据分布式数据采集点获得的数据，将更合理的静默期设置数据通过网络连接单元（2.4）分发至中央控制单元（2.3）；对于饮用水设备进水口水位低于设定的阈值的状态，中央控制单元（2.3）将饮用水设备关停，以保护设备本身，同时将所述状态通过网络连接单元（2.4）的实时数据通道发送到大数据挖掘处理模块（3）；大数据挖掘处理模块（3）立即对所述状态进行处理，安排工作人员检修相关设备或者安排水站人员补水送水；大数据挖掘处理模块（3）以下列方向处理从星罗棋布的各处饮用水设备采集的数据：1)、排除季节因素的影响，各个年龄段的客户在接取饮用水时，冷热水的接取有一定的比例；分析所获得的冷热水数值对，获取饮用水设备用户年龄段的数据；2)、通过分析获取的水位计报警数据，结合每次报警的间隔时间，计算饮水设备上进水桶每桶水消耗的时间；3)、通过分析获取的每台饮用水设备的冷热水腔的温度数据，根据获取数据的时间间隔，绘制温度变化曲线；根据1）和2）所获取的数据，动态地调整加热和制冷部件工作的频率；当分析的结果是该饮用水设备用户多是中老年段用户时，用户对热水需求比较大，对热水温度更敏感，则适当地加快加热部件工作的频率，对于制冷部件则需要适当放慢频率；对于用户群多是青少年的场合，则需要相反操作，即加快制冷部件工作的频率，同时放慢加热部件的工作频率；4)、根据1）和2）所获的数据，更加合理安排饮用水设备，布置更合理的水站和维护站；对于用水需求大的地区，需要布置更多水站；对于经常性缺水报警的设备附近，更要适当配置维护站；根据用户年龄段分析的结果，配置不同的饮用水设备；对于中老年用户占优势的场合强化加热部件，多配置加热部件备件；反之，对于青少年多的场合，则要降低加热部件工作频率，更多地考虑制冷端的工作；5)、根据上述方向获得分析数据，大数据挖掘处理模块（3）通过网络连接单元（2.4）动态地发布直接的操作指令给对应设备ID的饮用水设备。

2.根据权利要求1所述的一种智能饮用水设备为分布节点的大数据方法，其特征在于，自动智能控制模块包括信息交互单元（2.1）、人机交互单元（2.2）、中央控制单元（2.3）、网络连接单元（2.4）；其中信息交互单元（2.1）负责接收来自数据信息采集模块（1）的数据、并将中央控制单元（2.3）生成的控制信号发送回饮用水设备的控制部件，实现饮用水设备的自动智能控制；信息交互单元（2.1）与饮用水设备加热制冷部件直接相连；人机交互单元（2.2）通过数据总线连接至中央控制单元（2.3），通过接口将采集加工后的数据输出到饮用水设备的显示设备上，并将人工干预的设定数据回传给中央控制单元（2.3）；设置独立的人机交互单元（2.2），保证有足够的带宽保留给信息交互单元（2.1）和网络连接单元（2.4），从而保持正常的数据流动；网络连接单元（2.4）的主要职责是担当中央控制单元（2.3）和大数据挖掘处理模块（3）之间交互的桥梁。

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