CN112198848B - 一种多功能智能家用路由器及应用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了为了实现用户侧与电网侧双向的友好互动，为用户提供舒适的智能家居环境、方便的人机交互与管理以及保障用户的用电需要等多样化服务，本发明提出了一种多功能智能家用路由器及应用方法，路由器包括路由器本体、电力载波模块，路由器本体通过电力载波模块、电力线路与供电公司的服务器相连，路由器本体通过有线或无线网络与智能家居设备相连。本发明可以实现通过电网与供电公司双向友好互动、智能家居控制、网络路由的多功能家用路由器及其与智能家居、用户、供电公司之间的通讯方法，以方便用户，提高家居环境的舒适度的同时提高能源的利用效率减少用户费用支出。

Description

一种多功能智能家用路由器及应用方法

技术领域

本发明涉及物联网技术，具体涉及一种多功能智能家用路由器及应用方法。

背景技术

随着物联网技术的不断发展，为了满足人们对居住环境更舒适、更安全、更智能、更经济的要求，智能家居逐渐进入人们的生活。智能家居通过构建一个连接各个家用电器、安防设备的智能化网络，实现家用电器的智能化、自动化的管理，构建智能的、自动化的工作生活环境，以帮助人们更好地完成对家用电器、生活设施的控制和管理，提升人们生活质量水平。智能家居系统综合利用计算机网络技术、通信技术、检测技术、自动控制技术等实现为用户提供令其满意的舒适的家居环境。其中，智能家用路由器不仅作为连接家庭局域网和互联网的枢纽，同时能够实现对智能家居的协调与控制，是整个智能家居系统的核心器件，不仅仅具备传统网络路由器作为通信枢纽的作用，同时也是智能家居系统的控制中心。同时，随着电动汽车、智能家居等新型用能设备的普及，用户对能源服务品质的要求越来越高。智能化的家用电器作为智能家居的主要组成部分，仅通过用户设定的指令可以实现用户对居家环境的要求但是达不到智能用电的效果，因此如何提高智能家用路由器与电网系统之间的交互性来扩展器功能，已经成为一种亟待解决的关键技术问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题：针对现有技术的上述问题，为了实现用户侧与电网侧双向的友好互动，为用户提供舒适的智能家居环境、方便的人机交互与管理以及保障用户的用电需要等多样化服务，本发明提出了一种多功能智能家用路由器及应用方法，本发明可以实现通过电网与供电公司双向友好互动、智能家居控制、网络路由的多功能家用路由器及其与智能家居、用户、供电公司之间的通讯方法，以方便用户，提高家居环境的舒适度的同时提高能源的利用效率减少用户费用支出。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种多功能智能家用路由器，包括路由器本体、电力载波模块，所述路由器本体通过电力载波模块、电力线路与供电公司的服务器相连，所述路由器本体通过有线或无线网络与智能家居设备相连。

可选地，所述电力载波模块包括耦合变压器、信号接收装置、信号发射装置、信号处理装置，所述信号处理装置与路由器本体相连，所述信号处理装置的数据输出端通过信号发射装置、耦合变压器连接到电力线路上，所述信号处理装置的数据输入端通过信号发射装置、耦合变压器连接到电力线路上。

可选地，所述路由器本体包括电源模块、控制单元、网络接口模块、WiFi模块以及ZigBee模块，所述电源模块分别与控制单元、网络接口模块、WiFi模块、ZigBee模块、电力载波模块相连，所述网络接口模块、WiFi模块、ZigBee模块、电力载波模块分别与控制单元相连，所述网络接口模块、WiFi模块、ZigBee模块中至少其一与智能家居设备相连。

此外，本发明还提供一种前述多功能智能家用路由器的应用方法，包括根据供电公司的服务器下发的售电侧信息生成智能家居设备调控命令，并通过有线或无线网络向智能家居设备调控命令控制智能家居设备运行状态的步骤。

可选地，所述根据供电公司的服务器下发的售电侧信息生成智能家居设备调控命令的步骤包括：

1)解析售电侧信息得到电价信息和电网侧的调度信息，所述电价信息包括实时电价、分时电价、尖峰电价信息，所述调度信息为投切负荷命令；确定用户需求信息、环境信息、智能家居状态信息，所述用户需求信息为用户在不同时刻对各智能家居设备运行状态的设定和对当前家居环境的要求，智能家居设备的运行状态包括设备的启停状态、设备的设定值的更改要求，对当前家居环境的要求对应用户对环境信息的要求；所述环境信息包括室温、湿度、光照强度；所述智能家居状态信息为当前智能家居设备的运行状态；

2)将各智能家居的运行状态作为优化问题中的决策变量x，确定决策变量x的可行域U；

3)建立目标函数y＝K₁D+K₂E+K₃C，其中D表示用户要求偏移程度，用来描述获得的调控指令与用户指令要求的偏差程度，E表示调控指令下对应的家居环境状态与用户家居环境要求的偏差，C表示用电成本，K₁、K₂、K₃为影响因子，且K₁+K₂+K₃＝1；

4)以决策变量x的可行域U作为约束，建立目标函数最小的优化模型，利用人工智能算法求解该优化模型，从而得到决策变量x的最优解，并将决策变量x的最优解转化为各个智能家居设备的智能家居设备调控命令。

可选地，步骤2)的详细步骤包括：定义决策变量x＝(x₁,x₂,…,x_n)^T，其中n为可调度智能家居的总个数，元素x_i为描述第i个智能家居运行状态的向量，每个智能家居设备的运行状态可由0-1变量、离散变量、连续变量三类变量描述；第i个智能家居运行状态的向量x_i的数学描述为x_i＝(a_i,b_i,c_i)^T，其中：描述第i个智能家居运行状态的0-1变量向量a_i＝(a₁,a₂,,…,a_ki)^T，k_i为描述第i个智能家居运行状态的0-1变量的个数，0-1变量向量a_i中任意一个变量a的可行域为集合{0,1}，可用来描述智能家居某特性的两种状态；描述第i个智能家居运行状态的离散变量向量b_i＝(b₁,b₂,,…,b_li)^T，其中l_i为描述第i个智能家居运行状态的离散变量的个数，离散变量向量b_i中各个变量b的可行域由其表示的物理含义及其上下限与分辨率所决定，用来描述智能家居某特性的多种状态或表示该离散变量的具体数值；描述第i个智能家居运行状态的连续变量向量c_i＝(c₁,c₂,,…,c_mi)^T，其中m_i为描述第i个智能家居运行状态的连续变量的个数，连续变量向量c_i中各个变量c的可行域由其表示的物理含义及其上下限所决定，用来表示某连续变量的具体数值；确定决策变量x的可行域U为N维空间的子集，可行域U由决策变量x各元素的物理含义确定：

上式中，n为可调度智能家居的总个数，k_i为描述第i个智能家居运行状态的0-1变量的个数，l_i为描述第i个智能家居运行状态的离散变量的个数，m_i为描述第i个智能家居运行状态的连续变量的个数。

可选地，步骤3)中建立目标函数时，用户要求偏移程度D的计算函数表达式如下：

上式中，d_j表示第j个元素偏差对应的权重，为预先设定的常数；x_j表示决策变量x的优化结果的第j个元素，x'_j表示用户对决策变量x第j个元素的设定值，集合M为对应序号组成的集合；

调控指令下对应的家居环境状态与用户家居环境要求的偏差E的计算函数表达式如下：

上式中，o为家居环境变量的个数，e_j表示第j个环境信息偏差对应的权重，为预先设定的常数；z_j表示检测到的第j个元素环境信息，z'_j表示用户预先设定的第j个环境信息的最佳值；

用电成本C的计算函数表达式如下：

上式中，c_j(x_i)表示第_j个智能家居设备在当前调控时隙t₁内的能耗，是关于第j个智能家居设备运行状态x_i的函数，c_j(x_i)＝p_j(x_i)t_j(x_i)q(t₁)，其中p_j(x_i)表示第j个智能家居设备在当前调控时隙t₁内的运行时间，是关于第j个智能家居设备运行状态的x_i函数，由决策变量中对该智能家居的启停状态和/或档位等运行状态决定；t_j(x_i)表示第j个智能家居设备在当前调控时隙t₁内的运行时间，对于可设定工作时间的智能家居其值由决策变量中对该智能家居设定的工作时间决定，对于其他设备其值由决策变量中对该智能家居设定的启停状态决定，设定启动的设备t_j(x_i)＝t₁，设定停止的设备t_j(x_i)＝0；q(t₁)表示售电侧提供的电价信息，是关于时间的函数。

可选地，售电侧提供的电价信息q(t₁)取值为当前调控时隙t₁内电价的平均值。

此外，本发明还提供一种智能家居设备的控制方法，包括根据供电公司的服务器下发的售电侧信息生成智能家居设备调控命令，并通过有线或无线网络向智能家居设备调控命令控制智能家居设备运行状态的步骤。

此外，本发明还提供一种智能家居设备的控制装置，至少包括微处理器和存储器，该微处理器被编程或配置以执行前述智能家居设备的控制方法的步骤，或者该存储器中存储有被编程或配置以执行前述智能家居设备的控制方法的计算机程序。

和现有技术相比，本发明多功能智能家用路由器具有下述优点：本发明能够实现与电网系统之间进行双向的友好互动，智能家居系统可以根据用户指令以及电网提供的电价、激励信息调控各个智能家居，在满足用户对家居环境舒适度要求的前提下，提高电能的利用效率，实现智能用电。从电网角度，可通过价格或激励引导用户调整用电方式，使得用户积极响应电网的调控，有利于整个电力系统的安全稳定运行，从而有利于为用户提供更加优质、可靠的电能，本发明能够实现通过电网与供电公司双向友好互动、智能家居控制、网络路由的多功能家用路由器及其与智能家居、用户、供电公司之间的通讯方法，从而在方便用户、提高家居环境的舒适度的同时，还可以有效提高能源的利用效率减少用户费用支出。

本发明多功能智能家用路由器的应用方法具有下述优点：本发明多功能智能家用路由器的应用方法可综合用户侧、售电侧、环境、智能家居状态等信息，可为用户提供智能、高效、节能、舒适的家庭用能方式。本发明可以实现用户侧与电网侧信息的双向互动，不仅有利于用户节能减排，而且有利于电力系统的安全稳定。本发明与电网、智能家居、用户之间的采用的通信方法方便高效，可以实现与采用不同通信协议、通信方式的智能家居互联。

附图说明

图1为本发明实施例多功能智能家用路由器的结构示意图。

具体实施方式

如图1所示，本实施例多功能智能家用路由器，与普通路由器一样包括路由器本体1，此外还在普通路由器的基础上增加了电力载波模块2，路由器本体1通过电力载波模块2、电力线路与供电公司的服务器相连，路由器本体1通过有线或无线网络与智能家居设备相连。智能家居设备可分为多种：传感器类，用于采集环境信息；受控设备类，可接受路由器本体1的调控指令来控制其运行状态。

电力载波模块2可利用电力载波通信方式通过电力线路实现用户侧与供电公司的服务器之间进行双向通信。如图1所示，电力载波模块2包括耦合变压器21、信号接收装置22、信号发射装置23、信号处理装置24，信号处理装置24与路由器本体1相连，信号处理装置24的数据输出端通过信号发射装置23、耦合变压器21连接到电力线路上，信号处理装置24的数据输入端通过信号发射装置23、耦合变压器21连接到电力线路上。耦合变压器21用以接收电力线路中耦合的电力载波信号或者将载波信号发射装置发出的信号耦合到电力线路内。信号接收装置22和信号发射装置23为载波信号与数字信号之间调制、解调电路。信号处理装置24与控制单元12通过串口相连，可根据控制单元12的指令将供电公司所需的用户总的用电量、各智能电器的用电量等数据，通过信号发射装置23调制后，经耦合变压器21耦合至电力线路；同时可以处理经耦合变压器21接收的来自供电公司发送的带有实时电价和调度指令等信息的载波信号，并经信号接收装置22解调后得到的数字信号，将其提供给控制单元12作为控制各智能家居设备的决策参考。上述通信方法可以实现用户与供电公司之间双向友好互动，供电公司不单可以获取用户各时段总的用电量达到计费的目的，并且可以在用户允许的前提下精确获得各个时段不同设备的用电需求，有利于供电公司的决策，为用户提供更加安全、优质的电能和服务；同时，用户可以根据供电公司提供的电价数据和调度指令，通过所述控制单元调度决策，在满足用户居家舒适度要求的前提下，积极响应电网不仅有利于用户节能而且有利于整个电力系统的安全稳定。

如图1所示，路由器本体1包括电源模块11、控制单元12、网络接口模块13、WiFi模块14以及ZigBee模块15，电源模块11分别与控制单元12、网络接口模块13、WiFi模块14、ZigBee模块15、电力载波模块2相连，网络接口模块13、WiFi模块14、ZigBee模块15、电力载波模块2分别与控制单元2相连，网络接口模块13、WiFi模块14、ZigBee模块15中至少其一与智能家居设备相连。

电源模块11为电能变换器件，用于将电网提供的交流电转换为多功能智能家用路由器内其他模块所需的直流电。

控制单元12主要包括微处理器，微处理器可以根据需要采用单片机或者其他各种类型的处理芯片来实现。

网络接口模块13为有线网络接口模块，包括WAN接口模块和LAN接口模块，WAN接口模块用于实现互联网接入，LAN接口模块用于实现局域网内的设备互联。作为一种可选的实施方式，也可以采用WAN接口模块和LAN接口模块二合一的方式，使得同一个网络接口既可以实现互联网接入，又可以实现局域网内的设备互联。

WiFi模块14用于提供WiFi接入。

为了实现与更多智能家居设备的连接，如图1所示，路由器本体1还连接有ZigBee模块15，网络接口模块13、WiFi模块14、ZigBee模块15中至少其一与智能家居设备相连。ZigBee模块15基于物联网常用的ZigBee协议，能够更好地实现网络信号覆盖。

综上可知，网络接口模块13用以将家庭局域网接入互联网的同时，与ZigBee模块15、WiFi模块作41为控制单元与12采用不同通信方式的智能家居之间的信息传递枢纽，多功能智能家用路由器中具有WIFI模块14用以与智能开关等具有WIFI通信功能的智能家居实现无线通信。多功能智能家用路由器中具有网络接口模块13用以将家庭局域网接入互联网，同时利用双绞线等传输介质连接电视、电脑等多媒体设备，实现用户上网等娱乐需要。多功能智能家用路由器中具有ZigBee模块15用以与智能仪表等具有ZigBee通信功能的智能家居实现无线通信。上述三种通信模块分别通过串口与控制单元12相连，从而接收并处理智能家居上传来的用电数据、智能家居和智能开关的状态信息、智能检测仪表采集到环境信息、家庭分布式发电的实时出力信息、电动汽车等储能设备的状态信息等，并将综合用户的调控指令和电网传递的售电侧信息，从而得到的调控指令下发到各智能家居，同时利用以太网模块将多余的历史数据同步到云端。多功能智能家用路由器中具有WIFI模块14可与在WIFI覆盖范围内的手机、平板电脑等移动设备实现无线通信；不在WIFI覆盖范围内的移动设备可通过在远程接入互联网实现与所述路由器通信。所述路由器可接收用户从移动设备下发的家居调控指令，指导控制单元12做出决策；同时可将用户所需的数据上传至移动设备，方便用户做出决策。利用上述多功能智能家用路由器及通讯方法通过收集用户需求信息、售电侧信息、环境信息、智能家居状态信息等数据，利用智能算法得到调控指令，在保障用户家居环境舒适性的同时，可以实现能源的高效利用。综上所述，控制单元12可通过网络接口模块13、WiFi模块14、ZigBee模块15、电力载波模块2四种通信模块采集到的智能家居实际的用电需要与状态、供电公司通过电网传递的实时电价和调度指令等信息、用户的操作指令与需求信息、智能家居感知的环境信息等各种信息，利用智能优化算法处理得到各个智能家居的控制指令，在保证智能家居用电需求以保障用户居住舒适性的同时实现电能利用效率最大化。

此外，本实施例还提供一种前述多功能智能家用路由器的应用方法，包括根据供电公司的服务器下发的售电侧信息生成智能家居设备调控命令，并通过有线或无线网络向智能家居设备调控命令控制智能家居设备运行状态的步骤。

其中，根据供电公司的服务器下发的售电侧信息生成智能家居设备调控命令的步骤包括：

1)解析售电侧信息得到电价信息和电网侧的调度信息，所述电价信息包括实时电价、分时电价、尖峰电价信息，所述调度信息为投切负荷命令；确定用户需求信息、环境信息、智能家居状态信息，所述用户需求信息为用户在不同时刻对各智能家居设备运行状态的设定和对当前家居环境的要求，智能家居设备的运行状态包括设备的启停状态、设备的设定值的更改要求，对当前家居环境的要求对应用户对环境信息的要求；所述环境信息包括室温、湿度、光照强度；所述智能家居状态信息为当前智能家居设备的运行状态；

2)将各智能家居的运行状态作为优化问题中的决策变量x，确定决策变量x的可行域U；

3)建立目标函数y＝K₁D+K₂E+K₃C，其中D表示用户要求偏移程度，用来描述获得的调控指令与用户指令要求的偏差程度，E表示调控指令下对应的家居环境状态与用户家居环境要求的偏差，C表示用电成本，K₁、K₂、K₃为影响因子，且K₁+K₂+K₃＝1；

4)以决策变量x的可行域U作为约束，建立目标函数最小的优化模型，利用人工智能算法求解该优化模型，从而得到决策变量x的最优解，并将决策变量x的最优解转化为各个智能家居设备的智能家居设备调控命令。

本实施例应用方法输入参数包括用户需求信息、售电侧信息、环境信息、智能家居状态信息，用户具体的需求信息为用户在不同时刻对各智能家居设备运行状态的设定和对当前家居环境的要求，其中智能家居设备的运行状态包括设备的启停状态、设备的设定值的更改等要求，家居环境要求对应用户对环境信息的要求。售电侧信息包括电价信息和电网侧的调度信息，电价信息包括实时电价、分时电价和尖峰电价信息，调度信息包括调频指令、调峰指令等投切负荷命令；环境信息包括室温、湿度、光照强度等用户体感信息；智能家居状态信息为当前智能家居设备的运行状态。本实施例应用方法输出的调控指令包括各智能家居设备的运行状态调整的指令，从而控制智能家居设备的启停、改变家居设备的设定值等。如各种用电设备的开关、照明设备的亮度、空调和热水器的设定温度、微波炉的加热时间、洗衣机设定的启动时间等。调控指令的获取过程是利用智能算法在可调节智能家居的运行状态集合中寻求使得用户体感和收益最优解的过程。预先设置的调控周期为t1,即每次执行优化程序的时间间隙，可设置为几分钟至几十分钟，但必须保证大于优化程序的执行时间，可以根据用户对调控精度的需要人为调整。

本实施例中，步骤2)的详细步骤包括：定义决策变量x＝(x₁,x₂,…,x_n)^T，其中n为可调度智能家居的总个数，元素x_i为描述第i个智能家居运行状态的向量，每个智能家居设备的运行状态可由0-1变量、离散变量、连续变量三类变量描述；第i个智能家居运行状态的向量x_i的数学描述为x_i＝(a_i,b_i,c_i)^T，其中：描述第i个智能家居运行状态的0-1变量向量a_i＝(a₁,a₂,,…,a_ki)^T，k_i为描述第i个智能家居运行状态的0-1变量的个数，0-1变量向量a_i中任意一个变量a的可行域为集合{0,1}，可用来描述智能家居某特性的两种状态(如：智能家居设备的启停状态，空调设备的制冷与制热两种状态，空调设备除湿模式的开启或关闭)；描述第i个智能家居运行状态的离散变量向量b_i＝(b₁,b₂,,…,b_li)^T，其中l_i为描述第i个智能家居运行状态的离散变量的个数，离散变量向量b_i中各个变量b的可行域由其表示的物理含义及其上下限与分辨率所决定，用来描述智能家居某特性的多种状态或表示该离散变量(如：设定值、设定工作时间等)的具体数值，如：对于某智能家居的三种运行档位对应的可行域为集合{-1,0,1}，对于空调的设定制冷温度值为可设定的离散值，若其上下限为30摄氏度和17摄氏度，分辨率为1摄氏度则其对应的可行域为集合{17,18,19,…,28,29,30}；描述第i个智能家居运行状态的连续变量向量c_i＝(c₁,c₂,,…,c_mi)^T，其中m_i为描述第i个智能家居运行状态的连续变量的个数，连续变量向量c_i中各个变量c的可行域由其表示的物理含义及其上下限所决定，用来表示某连续变量(如：窗帘位置的调节距离、淋浴出水调节阀的开度、灯光的亮度等)的具体数值，如：对于窗帘位置的调节距离，若其可调节距离的上限为L米，则其对应的可行域为闭区间[0，L]；确定决策变量x的可行域U为N维空间的子集，可行域U由决策变量x各元素的物理含义确定：

上式中，n为可调度智能家居的总个数，k_i为描述第i个智能家居运行状态的0-1变量的个数，l_i为描述第i个智能家居运行状态的离散变量的个数，m_i为描述第i个智能家居运行状态的连续变量的个数。在可调节智能家居设备固定的前提下，决策变量x的可行域U是不变的，但用户可以根据需要调整某些智能家居设备的可调度状态，为此需要相应的调决策变量x及其可行域U。

步骤3)中建立目标函数时，D、E、C三个变量均由调控指令下各家居的运行状态决定。

用户要求偏移程度D表示优化得到的决策变量x结果与用户预先设定指令要求之间的偏差程度。用户可对决策变量中的部分元素{xˊ_j}预先设定，

其中j为x_j对应决策变量x内元素的序号，集合M为对应序号组成的集合。由于电网侧激励机制对用户用电行为的引导，实际优化得到的决策结果对应的部分元素与用户的预先设定存在偏差，故定义用户要求偏移程度D来描述此偏差，当偏差越大用户要求偏移程度D的值越大。本实施例步骤3)中建立目标函数时，用户要求偏移程度D的计算函数表达式如下：

上式中，d_j表示第j个元素偏差对应的权重，为预先设定的常数；x_j表示决策变量x的优化结果的第j个元素，x'_j表示用户对决策变量x第j个元素的设定值，集合M为对应序号组成的集合；

调控指令下对应的家居环境状态与用户家居环境要求的偏差E表示调控指令下对应的家居环境状态与用户家居环境要求的偏差。定义家居环境变量z＝(z₁,z₂,…,z_o)^T，其中o为家居环境变量的个数，家居环境变量可以是家居温度、家居湿度、环境亮度、噪声大小、淋浴出水温度等，根据用户的智能家居设备的种类和功能有关。智能家用路由器利用优化程序计算得到的决策变量x的最优解转化为调控指令下达至智能家居设备，使得智能家居设备改变从而改变用户家居环境的状态。通过温度、湿度、亮度传感器可以检测对应的家居信息上载至智能家用路由器。调控指令下对应的家居环境状态与用户家居环境要求的偏差E表示检测到的环境变量z与用户预先设定的最佳环境要求z’之间的偏差程度。由于电网侧激励机制对用户用电行为的引导，实际优化得到的决策结果对应的环境状态与用户的预先设定的最佳环境要求存在偏差，故定义调控指令下对应的家居环境状态与用户家居环境要求的偏差E来描述此偏差，当偏差越大调控指令下对应的家居环境状态与用户家居环境要求的偏差E的值越大。本实施例步骤3)中建立目标函数时，调控指令下对应的家居环境状态与用户家居环境要求的偏差E的计算函数表达式如下：

上式中，o为家居环境变量的个数，e_j表示第j个环境信息偏差对应的权重，为预先设定的常数；z_j表示检测到的第j个元素环境信息，z'_j表示用户预先设定的第j个环境信息的最佳值；

用电成本C表示当前调控时隙t₁内，运行的智能家居设备的用电成本，是关于决策变量x的函数。本实施例步骤3)中建立目标函数时，用电成本C的计算函数表达式如下：

上式中，c_j(x_i)表示第_j个智能家居设备在当前调控时隙t₁内的能耗，是关于第j个智能家居设备运行状态x_i的函数，c_j(x_i)＝p_j(x_i)t_j(x_i)q(t₁)，其中p_j(x_i)表示第j个智能家居设备在当前调控时隙t₁内的运行时间，是关于第j个智能家居设备运行状态的x_i函数，由决策变量中对该智能家居的启停状态和/或档位等运行状态决定；t_j(x_i)表示第j个智能家居设备在当前调控时隙t₁内的运行时间，对于可设定工作时间的智能家居其值由决策变量中对该智能家居设定的工作时间决定，对于其他设备其值由决策变量中对该智能家居设定的启停状态决定，设定启动的设备t_j(x_i)＝t₁，设定停止的设备t_j(x_i)＝0；q(t₁)表示售电侧提供的电价信息，是关于时间的函数。为计算方便，本实施例中在每次求解优化程序时售电侧提供的电价信息q(t₁)取值为当前调控时隙t₁内电价的平均值。

本实施例中，步骤4)以决策变量x的可行域U作为约束，建立目标函数最小的优化模型可表述为：

miny(x)

s.t.x∈U

利用人工智能算法求解该优化模型，从而得到决策变量x的最优解，并将决策变量x的最优解转化为各个智能家居设备的智能家居设备调控命令。

作为一种可选的实施方式，步骤4)中的人工智能算法具体为遗传算法。此外也可以根据需要采用其他人工智能算法，由于本实施例不涉及算法改进，故在此不再赘述。

本实施例中，路由器本体1用于被编程或配置以执行前述多功能智能家用路由器的应用方法的步骤，或者路由器本体1的存储器中存储有用于被编程或配置以执行前述多功能智能家用路由器的应用方法的计算机程序。

需要说明的是，与本实施例前述多功能智能家用路由器的应用方法的技术手段相同，本实施例还提供一种智能家居设备的控制方法，包括根据供电公司的服务器下发的售电侧信息生成智能家居设备调控命令，并通过有线或无线网络向智能家居设备调控命令控制智能家居设备运行状态的步骤。

此外，本发明还提供一种智能家居设备的控制装置，至少包括微处理器和存储器，该微处理器被编程或配置以执行前述智能家居设备的控制方法的步骤，或者该存储器中存储有被编程或配置以执行前述智能家居设备的控制方法的计算机程序。

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可读存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种多功能智能家用路由器的应用方法，其特征在于，所述多功能智能家用路由器包括路由器本体(1)以及电力载波模块(2)，所述路由器本体(1)通过电力载波模块(2)、电力线路与供电公司的服务器相连，所述路由器本体(1)通过有线或无线网络与智能家居设备相连；所述应用方法包括根据供电公司的服务器下发的售电侧信息生成智能家居设备调控命令，并通过有线或无线网络向智能家居设备调控命令控制智能家居设备运行状态的步骤，所述根据供电公司的服务器下发的售电侧信息生成智能家居设备调控命令的步骤包括：

1)解析售电侧信息得到电价信息和电网侧的调度信息，所述电价信息包括实时电价、分时电价、尖峰电价信息，所述调度信息为投切负荷命令；确定用户需求信息、环境信息、智能家居状态信息，所述用户需求信息为用户在不同时刻对各智能家居设备运行状态的设定和对当前家居环境的要求，智能家居设备的运行状态包括设备的启停状态、设备的设定值的更改要求，对当前家居环境的要求对应用户对环境信息的要求；所述环境信息包括室温、湿度、光照强度；所述智能家居状态信息为当前智能家居设备的运行状态；

2)将各智能家居的运行状态作为优化问题中的决策变量x，确定决策变量x的可行域U；

3)建立目标函数y＝K₁D+K₂E+K₃C，其中D表示用户要求偏移程度，用来描述获得的调控指令与用户指令要求的偏差程度，E表示调控指令下对应的家居环境状态与用户家居环境要求的偏差，C表示用电成本，K₁、K₂、K₃为影响因子，且K₁+K₂+K₃＝1；

4)以决策变量x的可行域U作为约束，建立目标函数最小的优化模型，利用人工智能算法求解该优化模型，从而得到决策变量x的最优解，并将决策变量x的最优解转化为各个智能家居设备的智能家居设备调控命令。

2.根据权利要求1所述的多功能智能家用路由器的应用方法，其特征在于，步骤2)的详细步骤包括：定义决策变量x＝(x₁,x₂,…,x_n)^T，其中n为可调度智能家居的总个数，元素x_i为描述第i个智能家居运行状态的向量，每个智能家居设备的运行状态可由0-1变量、离散变量、连续变量三类变量描述；第i个智能家居运行状态的向量x_i的数学描述为x_i＝(a_i,b_i,c_i)^T，其中：描述第i个智能家居运行状态的0-1变量向量a_i＝(a₁,a₂,,…,a_ki)^T，k_i为描述第i个智能家居运行状态的0-1变量的个数，0-1变量向量a_i中任意一个变量a的可行域为集合{0,1}，可用来描述智能家居某特性的两种状态；描述第i个智能家居运行状态的离散变量向量b_i＝(b₁,b₂,,…,b_li)^T，其中l_i为描述第i个智能家居运行状态的离散变量的个数，离散变量向量b_i中各个变量b的可行域由其表示的物理含义及其上下限与分辨率所决定，用来描述智能家居某特性的多种状态或表示该离散变量的具体数值；描述第i个智能家居运行状态的连续变量向量c_i＝(c₁,c₂,,…,c_mi)^T，其中m_i为描述第i个智能家居运行状态的连续变量的个数，连续变量向量c_i中各个变量c的可行域由其表示的物理含义及其上下限所决定，用来表示某连续变量的具体数值；确定决策变量x的可行域U为N维空间的子集，可行域U由决策变量x各元素的物理含义确定：

上式中，n为可调度智能家居的总个数，k_i为描述第i个智能家居运行状态的0-1变量的个数，l_i为描述第i个智能家居运行状态的离散变量的个数，m_i为描述第i个智能家居运行状态的连续变量的个数。

3.根据权利要求2所述的多功能智能家用路由器的应用方法，其特征在于，步骤3)中建立目标函数时，用户要求偏移程度D的计算函数表达式如下：

上式中，d_j表示第j个元素偏差对应的权重，为预先设定的常数；x_j表示决策变量x的优化结果的第j个元素，x'_j表示用户对决策变量x第j个元素的设定值，集合M为对应序号组成的集合；

调控指令下对应的家居环境状态与用户家居环境要求的偏差E的计算函数表达式如下：

上式中，o为家居环境变量的个数，e_j表示第j个环境信息偏差对应的权重，为预先设定的常数；z_j表示检测到的第j个元素环境信息，z'_j表示用户预先设定的第j个环境信息的最佳值；

用电成本C的计算函数表达式如下：

上式中，c_j(x_i)表示第_j个智能家居设备在当前调控时隙t₁内的能耗，是关于第j个智能家居设备运行状态x_i的函数，c_j(x_i)＝p_j(x_i)t_j(x_i)q(t₁)，其中p_j(x_i)表示第j个智能家居设备在当前调控时隙t₁内的运行时间，是关于第j个智能家居设备运行状态的x_i函数，由决策变量中对该智能家居的启停状态和/或档位等运行状态决定；t_j(x_i)表示第j个智能家居设备在当前调控时隙t₁内的运行时间，对于可设定工作时间的智能家居其值由决策变量中对该智能家居设定的工作时间决定，对于其他设备其值由决策变量中对该智能家居设定的启停状态决定，设定启动的设备t_j(x_i)＝t₁，设定停止的设备t_j(x_i)＝0；q(t₁)表示售电侧提供的电价信息，是关于时间的函数。

4.根据权利要求3所述的多功能智能家用路由器的应用方法，其特征在于，售电侧提供的电价信息q(t₁)取值为当前调控时隙t₁内电价的平均值。

5.一种智能家居设备的控制方法，其特征在于，包括根据供电公司的服务器下发的售电侧信息生成智能家居设备调控命令，并通过有线或无线网络向智能家居设备调控命令控制智能家居设备运行状态的步骤，所述根据供电公司的服务器下发的售电侧信息生成智能家居设备调控命令的步骤包括：

1)解析售电侧信息得到电价信息和电网侧的调度信息，所述电价信息包括实时电价、分时电价、尖峰电价信息，所述调度信息为投切负荷命令；确定用户需求信息、环境信息、智能家居状态信息，所述用户需求信息为用户在不同时刻对各智能家居设备运行状态的设定和对当前家居环境的要求，智能家居设备的运行状态包括设备的启停状态、设备的设定值的更改要求，对当前家居环境的要求对应用户对环境信息的要求；所述环境信息包括室温、湿度、光照强度；所述智能家居状态信息为当前智能家居设备的运行状态；

2)将各智能家居的运行状态作为优化问题中的决策变量x，确定决策变量x的可行域U；

3)建立目标函数y＝K₁D+K₂E+K₃C，其中D表示用户要求偏移程度，用来描述获得的调控指令与用户指令要求的偏差程度，E表示调控指令下对应的家居环境状态与用户家居环境要求的偏差，C表示用电成本，K₁、K₂、K₃为影响因子，且K₁+K₂+K₃＝1；

4)以决策变量x的可行域U作为约束，建立目标函数最小的优化模型，利用人工智能算法求解该优化模型，从而得到决策变量x的最优解，并将决策变量x的最优解转化为各个智能家居设备的智能家居设备调控命令。

6.一种智能家居设备的控制装置，至少包括微处理器和存储器，其特征在于，该微处理器被编程或配置以执行权利要求5所述智能家居设备的控制方法的步骤，或者该存储器中存储有被编程或配置以执行权利要求5所述智能家居设备的控制方法的计算机程序。

Images