CN110850220A

CN110850220A - 一种用电器检测方法、装置及系统

Info

Publication number: CN110850220A
Application number: CN201911204594.7A
Authority: CN
Inventors: 孙兵; 陈小平; 姜敏
Original assignee: Suzhou University
Current assignee: Suzhou University
Priority date: 2019-11-29
Filing date: 2019-11-29
Publication date: 2020-02-28

Abstract

本申请公开了一种用电器检测方法，包括获取被检测对象的多个电学特征参数；根据多个所述电学特征参数构建待检测特征向量；将所述待检测特征向量与预设的恶性负载特征向量集合中的每个已知恶性负载种类的特征向量进行匹配，得到匹配数值，其中，所述特征向量中的特征参数的种类与所述电学特征参数的种类相同；确定与所述匹配数值中最小的数值对应的所述特征向量的恶性负载种类为所述被检测对象使用的用电器种类。无论被检测对象使用的恶性负载的功率是多少，均可以确定出被检测对象使用的恶性负载是哪一种，更加准确地对被检测对象进行检测，提高用电安全。此外，本申请还提供一种具有上述优点的检测装置及系统。

Description

一种用电器检测方法、装置及系统

技术领域

本申请涉及用电器检测技术领域，特别是涉及一种用电器检测方法、装置及系统。

背景技术

学生或员工的宿舍是集体生活和休息的地方，安全问题是重中之重。学生或者员工为了方便经常在宿舍使用电水壶、电热毯、卷发器等恶性负载用电器，给宿舍安全带来重大隐患。

为了避免高校和单位的宿舍出现失火等安全事故，宿舍管理部门利用用电器监控系统对管辖宿舍的用电器进行实时检测，以及时发现恶性负载电器并进行断电处理，确保宿舍用电安全。由于电水壶、电热毯、卷发器等恶性负载电器的功率较大，目前的用电气监控系统是根据宿舍电表输出线上的电流来确定宿舍内是否实用恶性负载电器的，即当电流超过设定电流值时表明宿舍使用恶性负载，但是，目前市面上出现了一些宿舍专用的小功率的电水壶、电热毯、卷发器等恶性负载电器，一旦宿舍使用小功率的恶性负载电器时，现有的用电器监控系统并不能检测出来，给宿舍安全带来隐患。

因此，如何有效检测宿舍内是否使用恶性负载用电器是本领域技术人员应重点关注的。

发明内容

本申请的目的是提供一种用电器检测方法、装置及系统，可以有效检测出被检测对象使用的用电器种类，保证用电安全。

为解决上述技术问题，本申请提供一种用电器检测方法，包括：

获取被检测对象的多个电学特征参数；

根据多个所述电学特征参数构建待检测特征向量；

将所述待检测特征向量与预设的恶性负载特征向量集合中的每个已知恶性负载种类的特征向量进行匹配，得到匹配数值，其中，所述特征向量中的特征参数的种类与所述电学特征参数的种类相同；

确定与所述匹配数值中最小的数值对应的所述特征向量的恶性负载种类为所述被检测对象使用的用电器种类。

可选的，所述将所述待检测特征向量与预设的恶性负载特征向量集合中的每一个已知恶性负载种类的特征向量进行匹配，得到匹配数值包括：

分别确定所述待检测特征向量中的每个所述电学特征参数与所述恶性负载特征向量集合中每个所述特征向量中对应的每个所述特征参数的方差；

确定所有方差的和作为所述匹配数值。

可选的，在分别确定所述待检测特征向量中的每个所述电学特征参数与所述恶性负载特征向量集合中每个所述特征向量中的每个所述特征参数的方差之前，还包括：

根据所述电学特征参数确定与每个所述电学特征参数对应的权重系数；

相应的，分别确定所述待检测特征向量中的每个所述电学特征参数与所述恶性负载特征向量集合中每个所述特征向量中对应的每个所述特征参数的方差包括：

分别确定每个所述电学特征参数与每个所述特征向量中对应的每个所述特征参数的差值，并分别确定每个差值与对应的所述权重系数乘积的方差。

可选的，在确定与所述匹配数值中最小的数值对应的所述特征向量的恶性负载种类为所述被检测对象使用的用电器种类之后，还包括：

发送所述用电器种类至显示器。

发送报警信息至预设终端。

可选的，多个所述电学特征参数包括电流有效值、电压有效值、有功功率、一次谐波、三次谐波、五次谐波、七次谐波。

本申请还提供一种用电器检测装置，包括：

获取模块，用于获得被检测对象的多个电学特征参数；

构建模块，用于根据多个所述电学特征参数构建待检测特征向量；

匹配模块，用于将所述待检测特征向量与预设的恶性负载特征向量集合中的每个已知恶性负载种类的特征向量进行匹配，得到匹配数值，其中，所述特征向量中的特征参数的种类与所述电学特征参数的种类相同；

确定模块，用于确定与所述匹配数值中最小的数值对应的所述特征向量的恶性负载种类为所述被检测对象使用的用电器种类。

本申请还提供一种用电器检测系统，包括电流互感器、采样电阻、电压抬升装置、模数转换器、单片机、存储器，其中，所述单片机用于实现上述任一种所述的用电器检测方法的步骤。

可选的，还包括：

显示器，用于显示所述单片机得到的用电器种类。

可选的，还包括：

Wi-Fi模块，用于传输所述用电器种类至预设终端。

本申请所提供的用电器检测方法，包括获取被检测对象的多个电学特征参数；根据多个所述电学特征参数构建待检测特征向量；将所述待检测特征向量与预设的恶性负载特征向量集合中的每个已知恶性负载种类的特征向量进行匹配，得到匹配数值，其中，所述特征向量中的特征参数的种类与所述电学特征参数的种类相同；确定与所述匹配数值中最小的数值对应的所述特征向量的恶性负载种类为所述被检测对象使用的用电器种类。

可见，本申请中的电器检测方法通过获取被检测对象的多个电学特征参数，并将多个电学特征参数构建成与被检测对象对应的待检测特征向量，将待检测特征向量与已经建立好的恶性负载特征向量集合中的每个已知恶性负载种类的特征向量进行匹配，得到多个与特征向量对应的匹配数值，确定匹配数值中最小的数值，则与最小匹配数值对应的特征向量的恶性负载种类即为被检测对象正在使用的用电器种类，无论被检测对象使用的恶性负载的功率是多少，均可以确定出被检测对象使用的恶性负载是哪一种，更加准确地对被检测对象进行检测，提高用电安全。此外，本申请还提供一种具有上述优点的检测装置及系统。

附图说明

为了更清楚的说明本申请实施例或现有技术的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请所提供的一种用电器检测方法流程图；

图2为本申请所提供的另一种用电器检测方法流程图；

图3为本申请实施例提供的用电器检测装置的结构框图；

图4为本申请实施例提供的用电器检测系统的结构框图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面结合附图和具体实施方式对本申请作进一步的详细说明。显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

正如背景技术部分所述，由于恶性负载的功率较大，现有的用电器监控系统是根据宿舍的电流大小来判定宿舍是否使用违规的恶性负载，一旦宿舍使用小功率的恶性负载时，就不能有效检测出来恶性负载的使用情况，给宿舍安全埋下隐患。

有鉴于此，本申请提供了一种用电器检测方法，请参考图1，图1为本申请所提供的一种用电器检测方法流程图，该方法包括：

步骤S101：获取被检测对象的多个电学特征参数。

一般的，被检测对象为集体宿舍。

需要指出的是，多个所述电学特征参数包括但不限于电流有效值、电压有效值、有功功率、一次谐波、三次谐波、五次谐波、七次谐波。

电流有效值获取过程为根据采集到的多个电流计算得到，采样点数N可自行设置，例如N＝64或者128等，每次采集采样的时间间隔T固定，可自行设置，例如T＝312μs，具体公式为：

式中，I_rms为电流有效值，N为采样点数，i(n)表示第n次采集到的电流。

将采集到的多个电流分别乘以采样电阻的阻值，即可得到多个电压，进而根据下式计算电压有效值：

式中，U_rms为电压有效值，u(n)表示第n次计算得到的采样电压，由第n采集到的电流乘以采样电阻得到。

有功功率的计算公式为：

式中，S为有功功率。

频谱的计算公式为：

式中，u(n)为采样电压，j为傅里叶变换复数，k为存储空间地址，例如，当N＝64时，k为0至63。

一次谐波、三次谐波、五次谐波、七次谐波的计算过程为通过快速傅里叶变换求出电流的频谱，得到电流的频谱数组fr_Cur[m]，当m＝1,3,5,7时，fr_Cur[m]分别对应着相应电流的一次谐波、三次谐波、五次谐波和七次谐波，具体计算过程已为领域技术人员所熟知，此处不再详细赘述。

步骤S102：根据多个所述电学特征参数构建待检测特征向量。

具体的，待检测特征向量即为多个电学特征参数组成。

优选地，待检测特征向量为由多次获取的电学特征参数得到的平均值，以提高确定被检测对象使用的用电器种类的准确性。

步骤S103：将所述待检测特征向量与预设的恶性负载特征向量集合中的每个已知恶性负载种类的特征向量进行匹配，得到匹配数值，其中，所述特征向量中的特征参数的种类与所述电学特征参数的种类相同。

其中，恶性负载特征向量集合中的每个已知恶性负载种类的特征向量的构建过程为：选取被检测对象常用的恶性负载电器，如电热水器、电卷发棒、电热毯、暖宝宝、小太阳电取暖器等，分别将选出的每一个恶性负载电器、任意两两组合恶性负载电器、三三组合恶性负载电器、…、全部的恶性负载电器接入用电器检测系统中，采集每一种情况下接入检测系统中的恶性负载电器的与步骤S101中电学特征参数类型相同的特征参数，具体计算过程参见上文，将每一种情况下的恶性负载的特征参数构建成特征向量，则得到由已知每一种恶性负载种类的特征向量组合成的恶性负载特征向量集合。

步骤S104：确定与所述匹配数值中最小的数值对应的所述特征向量的恶性负载种类为所述被检测对象使用的用电器种类。

需要说明的是，待检测特征向量与恶性负载特征向量集合中每个特征向量的匹配值越小，表示匹配率越高，即待检测特征向量与恶性负载特征向量集合中的该特征向量越接近，所以可以确定该特征向量对应的恶性负载即为待检测特征向量对应的恶性负载，即获得检测对象正在使用的恶性负载种类。

可选的，在本申请的一个实施例中，所述将所述待检测特征向量与预设的恶性负载特征向量集合中的每一个已知恶性负载种类的特征向量进行匹配，得到匹配数值包括：

确定所有方差的和作为所述匹配数值。

具体的，方差和公式为：

式中，Δi表示待检测特征向量与恶性负载特征向量集合中第i个特征向量的方差和，也即匹配数值，

至

分别表示待检测特征向量中的电流有效值、电压有效值、有功功率、一次谐波、三次谐波、五次谐波、七次谐波，至分别表示第i个特征向量中的电流有效值、电压有效值、有功功率、一次谐波、三次谐波、五次谐波、七次谐波。

本申请中的电器检测方法通过获取被检测对象的多个电学特征参数，并将多个电学特征参数构建成与被检测对象对应的待检测特征向量，将待检测特征向量与已经建立好的恶性负载特征向量集合中的每个已知恶性负载种类的特征向量进行匹配，得到多个与特征向量对应的匹配数值，确定匹配数值中最小的数值，则与最小匹配数值对应的特征向量的恶性负载种类即为被检测对象正在使用的用电器种类，无论被检测对象使用的恶性负载的功率是多少，均可以确定出被检测对象使用的恶性负载是哪一种，更加准确地对被检测对象进行检测，提高用电安全。

优选地，在本申请的一个实施例中，在分别确定所述待检测特征向量中的每个所述电学特征参数与所述恶性负载特征向量集合中每个所述特征向量中的每个所述特征参数的方差之前，还包括：

具体的，本实施例中方差和公式为：

式中，m₁至m₇分别为每个电学特征参数与每个特征参数的方差对应的权重系数。

其中，电流有效值、电压有效值、有功功率、一次谐波的权重系数为1，三次谐波、五次谐波、七次谐波的权重系数根据与其对应的电学特征参数的数量级来定，例如，当电学特征参数

数量级是10^-1时，权重系数m₁为10，当电学特征参数

数量级是10^-3时，权重系数m₂为1000，以此类推，以均衡每个电学特征参数在匹配值中的权重，从而在被检测对象使用的用电器种类时提高准确性。

请参考图2，图2为本申请所提供的另一种用电器检测方法流程图。

步骤S201：获取被检测对象的多个电学特征参数。

步骤S202：根据多个所述电学特征参数构建待检测特征向量。

步骤S203：根据所述电学特征参数确定与每个所述电学特征参数对应的权重系数。

步骤S204：分别确定每个所述电学特征参数与每个所述特征向量中对应的每个所述特征参数的差值，并分别确定每个差值与对应的所述权重系数乘积的方差。

可以理解的是，权重系数与电学特征参数具有一一对应的关系，因为差值是每个电学特征参数与每个特征向量中对应的特征参数的差值，因此，差值与权重系数同样具有一一对应的关系。

步骤S205：确定所有方差的和作为所述匹配数值。

步骤S206：确定与所述匹配数值中最小的数值对应的所述特征向量的恶性负载种类为所述被检测对象使用的用电器种类。

步骤S207：发送所述用电器种类至显示器。

步骤S208：发送报警信息至预设终端。

需要说明的是，步骤S207与步骤S208的顺序可以相互调换。

需要指出的是，本实施例中对显示器不做具体限定，视情况而定。例如，可以为LCD显示器，或者TFT显示器等。同理，本实施例中对预设终端也不做具体限定，可自行设置。例如，可以为智能手机、iPad、智能手环等等。进一步地，报警信息可以为声音报警信息和/或文字报警信息。

本实施例所提供的电器检测方法，在确定用电器种类后，发送用电器的种类至显示器，将检测结果及时在显示器显示，便于宿舍管理人员了解到检测结果，并且，还可以发送报警信息至预设终端，实现远程报警监控。

下面对本申请实施例提供的用电器检测装置进行介绍，下文描述的用电器检测装置与上文描述的用电器检测方法可相互对应参照。

图3为本申请实施例提供的用电器检测装置的结构框图，该装置可以包括：

获取模块100，用于获得被检测对象的多个电学特征参数；

构建模块200，用于根据多个所述电学特征参数构建待检测特征向量；

匹配模块300，用于将所述待检测特征向量与预设的恶性负载特征向量集合中的每个已知恶性负载种类的特征向量进行匹配，得到匹配数值，其中，所述特征向量中的特征参数的种类与所述电学特征参数的种类相同；

确定模块400，用于确定与所述匹配数值中最小的数值对应的所述特征向量的恶性负载种类为所述被检测对象使用的用电器种类。

可选的，匹配模块300具体包括：

第一确定单元，用于分别确定所述待检测特征向量中的每个所述电学特征参数与所述恶性负载特征向量集合中每个所述特征向量中的每个所述特征参数的方差；

第二确定单元，用于确定所有方差的和作为所述匹配数值。

可选的，用电器检测装置还包括：

权重系数确定模块，用于根据所述方差，确定与每个所述方差对应的权重系数；

相应的，第二确定单元具体用于：

确定每个所述方差与所述方差对应的权重系数的乘积之和作为所述匹配数值。

可选的，用电器检测装置还包括：

第一发送模块，用于发送所述用电器种类至显示器。

可选的，用电器检测装置还包括：

第二发送模块，用于发送报警信息至预设终端。

本实施例的用电器检测装置用于实现前述的用电器检测方法，因此用电器检测装置中的具体实施方式可见前文中的用电器检测方法的实施例部分，例如，获取模块100，构建模块200，匹配模块300，确定模块400，分别用于实现上述用电器检测方法中步骤S101，S102，S103和S104，所以，其具体实施方式可以参照相应的各个部分实施例的描述，在此不再赘述。

本申请中的电器检测装置通过获取被检测对象的多个电学特征参数，并将多个电学特征参数构建成与被检测对象对应的待检测特征向量，将待检测特征向量与已经建立好的恶性负载特征向量集合中的每个已知恶性负载种类的特征向量进行匹配，得到多个与特征向量对应的匹配数值，确定匹配数值中最小的数值，则与最小匹配数值对应的特征向量的恶性负载种类即为被检测对象正在使用的用电器种类，无论被检测对象使用的恶性负载的功率是多少，均可以确定出被检测对象使用的恶性负载是哪一种，更加准确地对被检测对象进行检测，提高用电安全。

本申请还提供一种用电器检测系统，请参考图4，用电器检测系统包括电流互感器1、采样电阻(图中未示出)、电压抬升装置2、模数转换器3、单片机4、存储器5，其中，所述单片机4用于实现上述任一种用电器检测方法的步骤。

其中，电流互感器1的数量为2个，额定输入电流分别为5A和10A，电流互感器1通过互感环与被检测对象的电力线相连，感应被检测对象的电流。电压抬升装置2是由LM324设计的一组加法器构成，采样电阻阻值固定，与2个电流互感器1串联，由于电流是交流电，与采样电阻相乘得到的电压值有正有负，单片机4只能对正电压进行测量，所以电压抬升装置2对电压进行抬升，使电压负峰值高于0V，从而可被单片机4检测。模数转换器3用于对电流、电压进行模数转换，并将转换后数据传输至与器相连的单片机4。存储器5与单片机4相连，用于存储预设的恶性负载特征向量集合。

具体的，当单片机4采用STM32系列32位单片机STM32F103时，模数转换器3采用STM32系列32位单片机STM32F103内部的三个12位逼近式模拟数字转换器，多达18个通道的ADC可测量16个外部信号和2个内部信号，无需外设模数转换器3。存储器5采用SPI接口的大容量FLASH W25Q128。

需要指出的是，用电器检测系统所需的电源很小，可以利用电压互感器6来提供。

可选的，用电器检测系统还包括与单片机4相连的开关按键7，用于对用电器检测系统开启、停止的控制。

优选地，在本申请的一个实施例中，用电器检测系统还包括：

显示器8，用于显示所述单片机4得到的用电器种类。

需要指出的是，本实施例中对显示器8不做具体限定，视情况而定。例如，可以为LCD显示器，或者TFT显示器等。

Wi-Fi模块9，用于传输所述用电器种类至预设终端。

具体的，Wi-Fi模块9可以为ATK-ESP8266 Wi-Fi模块，通过UART与单片机4通讯，首先通过UART接收到的设置命令字(AT指令)，设置模块工作在STA模式下采用TCP协议进行通讯，然后连入指定的局域网，向已知IP地址的预设终端发送消息。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之处，各个实施例之间相同或相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本申请的范围。

结合本文中所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以直接用硬件、处理器执行的软件模块，或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机存储器(RAM)、内存、只读存储器(ROM)、电可编程ROM、电可擦除可编程ROM、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。

以上对本申请所提供的电器检测方法、装置及系统进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以对本申请进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本申请权利要求的保护范围内。

Claims

1.一种用电器检测方法，其特征在于，包括：

获取被检测对象的多个电学特征参数；

根据多个所述电学特征参数构建待检测特征向量；

2.如权利要求1所述的用电器检测方法，其特征在于，所述将所述待检测特征向量与预设的恶性负载特征向量集合中的每一个已知恶性负载种类的特征向量进行匹配，得到匹配数值包括：

确定所有方差的和作为所述匹配数值。

3.如权利要求2所述的用电器检测方法，其特征在于，在分别确定所述待检测特征向量中的每个所述电学特征参数与所述恶性负载特征向量集合中每个所述特征向量中的每个所述特征参数的方差之前，还包括：

4.如权利要求1所述的用电器检测方法，其特征在于，在确定与所述匹配数值中最小的数值对应的所述特征向量的恶性负载种类为所述被检测对象使用的用电器种类之后，还包括：

发送所述用电器种类至显示器。

5.如权利要求1至4任一项所述的用电器检测方法，其特征在于，在确定与所述匹配数值中最小的数值对应的所述特征向量的恶性负载种类为所述被检测对象使用的用电器种类之后，还包括：

发送报警信息至预设终端。

6.如权利要求5所述的用电器检测方法，其特征在于，多个所述电学特征参数包括电流有效值、电压有效值、有功功率、一次谐波、三次谐波、五次谐波、七次谐波。

7.一种用电器检测装置，其特征在于，包括：

获取模块，用于获得被检测对象的多个电学特征参数；

8.一种用电器检测系统，其特征在于，包括电流互感器、采样电阻、电压抬升装置、模数转换器、单片机、存储器，其中，所述单片机用于实现如权利要求1至6任一项所述的用电器检测方法的步骤。

9.如权利要求8所述的用电器检测系统，其特征在于，还包括：

显示器，用于显示所述单片机得到的用电器种类。

10.如权利要求9所述的用电器检测系统，其特征在于，还包括：

Wi-Fi模块，用于传输所述用电器种类至预设终端。