CN1900856A - 一种家电设备的非接触式自适应控制方法及其控制系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种家电设备的非接触式自适应控制方法，采用RFID标签、RFID阅读器、设备控制器和知识库策略模块，其步骤包括：用户身份的录入、读取并传送用户信息、搜索策略信息、传送策略信息并以此对设备进行控制。本发明还公开了一种家电设备的非接触式自适应控制系统，包括用于标识用户身份的RFID标签、用于采集信息的RFID阅读器、用于存储设备策略信息并对数据进行处理的知识库策略模块、用于传送数据信息并对设备进行控制的设备控制器；RFID标签附在用户身上，RFID阅读器、设备控制器和知识库策略模块依次连接，设备控制器连接所控制的家电设备。本发明以自适应方式对家电设备实行远距离非接触式控制，提高了设备的智能化和个性化程度。
Description
技术领域
本发明涉及一种电器设备的控制技术，尤其涉及一种家电设备的智能控制方法及其控制系统。
背景技术
随着现代化家用电器的不断普及，以及技术的快速发展，日常使用的家电设备的种类越来越多，人们对家电设备的自动化、智能化要求也越来越高。对家电设备的智能控制，其优势在于可以方便用户的使用或按照用户的意愿执行操作，使人们的生活更加安逸和舒适。例如，远红外线遥感系统，可以对环境的变化做出一定的反应，进而对设备进行控制，从而达到远距离非接触式控制的目的。智能电饭煲，可以通过定时器的设定，控制设备在某一时间自动开启或关闭，从而能够根据用户的需要执行操作，方便了用户的使用。但是，目前使用的家用电器设备，还不能实施根据环境的改变做出自适应的控制方式，其智能控制还需要在人的干预的情况下进行，对于种类繁多的家电设备，难免存在着使用不合理的因素。此外，现代社会人们的个性、生活方式和喜好各有不同，需要的家庭环境也各有要求和不同，因此目前家电设备的智能化和个性化的程度还不能满足人们个性化生活的需求。随着社会的进步和经济的发展，家用电器智能化的目的，已不应当只是停留在用户的一般方便使用上，而应当是具有自适应性，以便设备能够自动根据用户的需要和环境的变化更加合理的使用，使家庭环境和设备能够为用户提供更加个性化乃至人性化的服务。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种在脱离人的干预的情况下，家用电器设备能够根据环境的变化做出最适合的调节和控制，以便进一步提高设备智能化和个性化程度的家电设备的非接触式自适应控制方法，使人们的家居生活更加安逸舒适和现代化。本发明的另一目的在于提供家电设备的非接触式自适应控制系统。
自适应是指生物能改变自己的习性以适应新的环境的一种特征。为此，自适应控制器应当是一种能够修正自己的特性以适应对象和扰动的动态特性变化的控制器。
自适应控制的研究对象是具有一定程度不确定性的系统，这里所谓的“不确定性”是指描述被控对象及其环境的数学模型不是完全确定的，其中包含着一些未知因素和随机因素。任何一个实际系统都具有不同程度的不确定性，这些不确定性有时表现在系统内部，有时表现在系统的外部。从系统内部来讲，描述被控对象的数学模型的结构和参数，设计者事先并不一定能准确知道。作为外部环境对系统的影响，可以等效地用许多扰动来表示，这些扰动通常是不可预测的。此外，还有一些测量时产生的不确定因素进入系统。为此，自适应控制所要研究解决的问题就是：面对这些客观存在的各式各样的不确定性，如何设计适当的控制作用，使得某一指定的性能指标达到并保持最优或者近似最优。
本发明的目的通过以下技术方案予以实现：
本发明提供的一种家电设备的非接触式自适应控制方法，采用RFID标签、RFID阅读器、设备控制器和知识库策略模块，所述知识库策略模块具有存储用户使用设备策略信息的数据库；所述自适应控制方法包括以下步骤：
a)将用户身份辨识信息记录在所述RFID标签上，并将RFID标签附在与其对应的用户身上；
b)当用户到达所述RFID阅读器的感应范围时，RFID阅读器自动采集该用户RFID标签里记载的身份辩识信息，并将该辩识信息通过设备控制器传送到知识库策略模块；
c)所述知识库策略模块根据接收到的用户身份辨识信息，结合数据库中的数据信息进行校验查询，然后从数据库中调出该用户的使用设备策略信息，并对使用设备策略信息进行如下的更新过程：
①在用户使用设备的过程中，所述知识库策略模块结合用户身份，记录该用户对设备的使用习惯情况并进行统计，然后判断统计数据是否在原使用设备策略信息的范围内；
②如果统计数据不在策略信息的范围内，则以统计数据作为依据更新数据库中该用户的使用设备策略信息；如果统计数据在策略信息的范围内，则不做更新并结束。
d)所述知识库策略模块将使用设备策略信息返回给设备控制器；设备控制器则根据接收到的使用设备策略信息，对设备进行控制，使设备按照用户的使用策略执行操作。
本发明结合RFID技术，以及数字信息的处理和传输技术，实现对家电设备的非接触式控制。同时，通过使用设备策略信息的自动更新，实现家电设备的自适应控制。
RFID全称无线射频识别(Radio Frequency Identification)，是采用无线射频方式进行非接触通信，以达到识别并交互数据的目的。由于RFID能够实现多目标、运动目标的非接触式识别，并且可以加密和解密，因此最早应用于通道控制、高速公路和桥梁的自动收费以及安全领域等。目前，随着技术的发展以及成本(如信号收发器及其它仪器价格)的下降，RFID技术已经被广泛应用于工农业生产及物流管理等各个领域。射频识别技术一般由以下三部分组成：收发器(Transponder)、阅读器(Reader)、计算机处理和控制部分(Processor)。收发器中一般存有约定格式的电子数据，并附着在待识别的物体上。阅读器部分包括射频模块和控制模块。射频模块主要用于通过无线射频来自动获取收发器中的数据；控制模块则是将射频模块采集到的数据发送到计算机处理和控制部分，从而实现对数据的采集和处理。因此，阅读器可无接触地读取并识别收发器中所保存的电子数据，从而达到自动识别物体的目的。
RFID标签也即上述的收发器部分，又称为电子标签、远距离射频卡、远距离IC卡、射频标签、应答器、数据载体等，其内一般存储的是待识别物品的辨识信息。本发明RFID标签上存储的是用户(家庭主人)的身份标识信息。
RFID阅读器又称为远距离读卡器、读出装置、扫描器。发生在RFID阅读器和RFID标签之间的射频信号的耦合类型有两种：
(1)电感耦合：变压器模型，通过空间高频交变磁场实现耦合，依据的是电磁感应定律。电感耦合类型一般适合于中、低频工作的近距离射频识别系统。典型的工作频率有：125kHz、225kHz和13.56MHz。识别作用距离小于1m，典型作用距离为10～20cm。
(2)电磁反向散射耦合：雷达原理模型，发射出去的电磁波，碰到目标后反射，同时携带回目标信息，依据的是电磁波的空间传播规律。电磁反向散射耦合类型一般适合于高频、微波工作的远距离射频识别系统。典型的工作频率有：433MHz，915MHz，2.45GHz，5.8GHz。识别作用距离大于1m，典型作用距离为3～10m。
本发明的家电设备一般位于厅或房中，要求的感应距离较远，因此本发明所述RFID阅读器和RFID标签之间的射频信号采用电磁反向散射耦合类型。
本发明知识库策略模块的数据库存储的是用户使用该设备的策略信息，表征的是用户对设备的使用习惯和方式。由于不同的用户对同一件家电设备的使用习惯和方式不一样，因此数据库中不同的身份标识对应不同的使用策略信息。通过对用户身份的识别，检索并调用相应的使用策略信息，使设备以非接触方式自动按照该用户的使用习惯和方式执行操作。
此外，知识库策略模块具有自学习机制，即根据用户的使用习惯，通过对数据信息的记录和统计等处理，更新该用户的使用设备策略信息，使得设备具有自适应的特性，可以根据用户使用习惯的改变而改变，整个设备的自动控制过程变得更加合理化、智能化和人性化。例如，对于电灯的操作控制，可以先定义一个初始的控制规则：人来开灯，人走关灯。然后在使用过程中根据不同身份标识的用户在各个时间段的使用习惯来做自适应学习。如用户在晚上8点到10点会持续使用客厅的灯，但中间有时会离开，然后在较短的时间内回来。知识库策略模块就会记录这种频率和时间间隔，计算出统计值，并以此为依据来更新该用户对电灯的使用策略信息，该用户新的使用设备策略信息则变为：当在该用户离开较短的一段时间(离开15分钟)内，并不会马上关灯；当离开超过这段时间(离开15～30分钟)，会把灯调到低亮度；只有离开时间超过了一定值(离开30分钟)的时候，才认为该用户是真正离开，这时候才关灯。应用这样的使用策略，可以及时贴近用户的使用习惯，同时也可以避免电灯的频繁开关，延长了灯的使用寿命，又不会使灯一直开着而浪费电，而且会避免用户短暂离开返回时而灯是关着的这种不够人性化的情况的发生。
设备控制器可以是一块小型的芯片，负责向知识库策略模块发送阅读器采集来的用户信息，接收知识库策略模块返回的策略信息，并将策略信息转换为设备的控制信息，从而达到按照使用策略对设备进行控制的目的。
本发明每件家电设备均由所述的RFID阅读器、设备控制器和知识库策略模块控制，即分别为每件家电设备配置RFID阅读器、设备控制器和知识库策略模块，以便本发明控制方法的实施。
在设备的使用过程中，当有多个用户先后出现在感应范围内时，便需要决定究竟哪个用户有较高的控制优先权。本发明实行“先到先得”的原则，此时，所述控制设备的步骤c)中知识库策略模块根据先后顺序对先到达的用户身份辨识信息进行优先处理。即先到的用户可以取得控制权，而后到的用户的控制策略将会被屏蔽，从而解决了控制上的冲突问题。
本发明的另一目的通过以下技术方案予以实现：
本发明提供的一种家电设备的非接触式自适应控制系统，包括以下组成部分：
用于记载用户的身份辨识信息以唯一标识用户身份的RFID标签；
用于采集RFID标签所记载的用户身份辨识信息的RFID阅读器；
具有存储用户使用设备策略信息的数据库，用于对数据信息进行处理的知识库策略模块；
用于接收和发送数据信息，并对设备进行控制的设备控制器；
所述RFID标签附在与其对应的用户身上；所述RFID阅读器、设备控制器和知识库策略模块依次连接，所述设备控制器的控制输出端与所控制的家电设备的开关、调节器件连接。
当用户到达RFID阅读器感应范围时，RFID阅读器通过无线射频自动获取用户RFID标签里的身份辨识信息数据，并通过设备控制器发送到知识库策略模块。知识库策略模块接收该用户身份辨识信息后进行校验查询，然后从数据库中调出该用户对设备的使用策略信息，并返回给设备控制器。设备控制器接收后将使用策略信息转换为控制信息，并通过控制输出端对设备进行控制。
由于在家庭环境中用户与家电设备之间的感应距离较远，因此本发明控制系统所述RFID阅读器和RFID标签构成的系统采用电磁反向散射耦合类型。
为方便系统的布置和安装，本发明控制系统每件家电设备均配置有所述的RFID阅读器、设备控制器和知识库策略模块，即分别为每件家电设备配置RFID阅读器、设备控制器和知识库策略模块。
本发明具有以下有益效果：
(1)对家电设备能够实现远距离、非接触式控制，可满足家庭生活便捷性的需要。而且遥感距离远，设备的放置几乎可以不受空间的限制，使得对设备的控制更加方便。
(2)设备的控制具有自适应特性。能够根据唯一的RFID身份标识调用相应的使用策略，并定制控制的优先权，避免了控制策略的冲突。同时使用策略可以根据用户使用习惯的改变而改变，整个设备的自动控制过程变得更加合理化、智能化和人性化。
(3)不仅方便了用户的使用，更重要的在于能够使设备的使用更加合理，延长了设备的使用寿命且有利于节约能源。
(4)随着RFID技术的不断发展和普及，以及RFID设备价格的不断下降，设备廉价易得，整个系统和方法易于实现。
附图说明
下面将结合实施例和附图对本发明作进一步的详细描述：
图1是本发明实施例家电设备控制系统的组成框图；
图2是本发明实施例的工作流程框图。
具体实施方式
图1所示为本发明实施例一种家电设备的非接触式自适应控制系统，包括以下组成部分：
用于记载用户的身份辨识信息(可以是一组数字编号)，以唯一标识用户身份的RFID标签；
用于采集RFID标签所记载的用户身份辨识信息的RFID阅读器；
具有存储用户使用设备策略信息的数据库，用于对数据信息进行处理的知识库策略模块；数据库存储的是用户使用该设备的策略信息，表征的是用户对设备的使用习惯和方式。数据库中不同的身份标识对应不同的使用策略信息。同时，知识库策略模块具有自学习机制，即根据用户的使用习惯，通过对数据信息的记录和统计等处理，更新该用户的使用设备策略信息；
用于接收和发送数据信息，并对设备进行控制的设备控制器，可以是一块小型的芯片。
RFID标签附在与其对应的用户身上。RFID阅读器、设备控制器和知识库策略模块可嵌入设置在每件家电设备内。RFID阅读器、设备控制器和知识库策略模块依次连接，其中设备控制器的控制输出端还与家电设备的开关、调节器件连接。
在家庭环境中用户与家电设备之间的感应距离较远，因此本实施例RFID阅读器和RFID标签构成的系统采用以高频、微波方式工作、适合于远距离使用的电磁反向散射耦合类型。本发明采用亚欧标准的甚高频868MHz的频率，读取距离较远，无源可达10m左右。
采用上述系统的自适应控制方法的步骤如下(参见图2)：
a)将用户身份辨识信息记录在RFID标签上，并将RFID标签附在与其对应的用户身上；
b)当用户到达RFID阅读器的感应范围时，RFID阅读器自动采集该用户RFID标签里记载的身份辩识信息，并将该辩识信息通过设备控制器传送到知识库策略模块；
c)知识库策略模块根据接收到的用户身份辨识信息，结合数据库中的数据信息进行校验查询，然后从数据库中调出该用户的使用设备策略信息。当有多个用户先后出现在感应范围内时，知识库策略模块根据先后顺序对先到达的用户身份辨识信息进行优先处理。即先到的用户可以取得控制权，而后到的用户的控制策略将会被屏蔽，以解决控制上的冲突问题。然后，对使用设备策略信息进行如下的更新过程：
①在用户使用设备的过程中，所述知识库策略模块结合用户身份，记录该用户对设备的使用习惯情况并进行统计，然后判断统计数据是否在原使用设备策略信息的范围内；
②如果统计数据不在策略信息的范围内，则以统计数据作为依据更新数据库中该用户的使用设备策略信息；如果统计数据在策略信息的范围内，则不做更新并结束。这样，使用设备策略信息便根据用户使用习惯的改变而改变。
d)知识库策略模块将使用设备策略信息返回给设备控制器；设备控制器定义了对知识库策略处理的接口，在接收数据库策略后将其转换为控制信息，并通过其控制输出端对设备进行控制，使设备按照用户的使用策略执行操作。
例如，客厅中的家电设备有：电灯、电视机和饮水机。现在是晚上8:00，家庭主人A来到客厅中。这时，电灯、电视机和饮水机上的RFID阅读器感应到主人A身上的RFID标签，并自动采集到标签内主人A的身份辨识信息。RFID阅读器将该身份辨识信息通过设备控制器发给知识库策略模块进行校验查询。假如主人A习惯于在8点到11点这个时间段看电视，并需要饮用热水，那么在各设备知识库策略模块数据库中，主人A的使用策略信息内容如下：
电灯：开灯，并调到适应主人A习惯的亮度
电视机：打开电视
饮水机：打开加热
各设备的知识库策略模块将上述使用策略信息传送给设备控制器，设备控制器将策略信息转换为控制信息，从而实现对设备的控制，各设备则根据使用策略执行操作。
假如其间主人A离开了25分钟。根据以往自学习的结果，数据库中主人A的使用设备策略信息根据主人A的使用习惯自动进行更新，因而还具有以下内容：
电灯：离开15分钟后，亮度减弱一般；离开30分钟后自动关闭
电视机：离开30分钟后自动关闭
饮水机：离开20分钟后自动关闭
那么，在主人A离开的25分钟里，电视机会仍然开着，电灯会变暗，而饮水机则会关掉。即使主人A在离开后忘了关闭某件设备，由于控制系统的的策略控制，该设备也会在一段时间内自动关闭，不会造成浪费电的情况。
假如在这个时段里来到客厅的不是主人A而是主人B，而主人B在这个时间内一般不看电视和使用饮水机，只是在客厅中休息一下，那么数据库中对于身份标识为主人B的使用设备策略信息内容如下：
电灯：开灯，并调到适应主人B习惯的亮度
电视机：保持状态不变
饮水机：保持状态不变
那么，当主人B来到客厅时，只是电灯自动开启。
以电灯的使用控制为例，主人A和主人B对电灯的使用设备策略信息内容如表1所示。
表1 电灯的使用策略信息
| RFID标识 | 运行状态 | 应用时段 | 环境改变量 | 控制策略 |
| 主人A | 关 | 8:00pm-11:00pm | 主人A到来 | 开灯，调节亮度A |
| 主人A | 开 | 8:00pm-11:00pm | 主人A离开15分钟 | 亮度调节到一般 |
| 主人A | 开 | 8:00pm-11:00pm | 主人A离开30分钟 | 关灯 |
| 主人B | 关 | 8:00pm-9:00pm | 主人B到来 | 开灯，调节亮度B |
各家电设备的使用控制策略及其更新都是可以通过自学习机制来获得的，因此使用策略信息会根据用户使用习惯的改变而改变，进一步提高了整个控制的智能化和个性化程度。
在用户的使用过程中，当多个用户先后出现在感应范围内时，本实施例实行“先到先得“的原则。如主人B现在客厅中休息，主人A之后又来到客厅，那么主人B先到则可以取得控制权，设备按照主人B的使用策略执行操作。而后到的主人A的控制策略将会被屏蔽，这样便解决了控制上的冲突问题。
Claims (7)
1、一种家电设备的非接触式自适应控制方法，其特征在于：采用RFID标签、RFID阅读器、设备控制器和知识库策略模块，所述知识库策略模块具有存储用户使用设备策略信息的数据库；所述自适应控制方法包括以下步骤：
a)将用户身份辨识信息记录在所述RFID标签上，并将RFID标签附在与其对应的用户身上；
b)当用户到达所述RFID阅读器的感应范围时，RFID阅读器自动采集该用户RFID标签里记载的身份辩识信息，并将该辩识信息通过设备控制器传送到知识库策略模块；
c)所述知识库策略模块根据接收到的用户身份辨识信息，结合数据库中的数据信息进行校验查询，然后从数据库中调出该用户的使用设备策略信息，并对使用设备策略信息进行如下的更新过程：
①在用户使用设备的过程中，所述知识库策略模块结合用户身份，记录该用户对设备的使用习惯情况并进行统计，然后判断统计数据是否在原使用设备策略信息的范围内；
②如果统计数据不在策略信息的范围内，则以统计数据作为依据更新数据库中该用户的使用设备策略信息；如果统计数据在策略信息的范围内，则不做更新并结束；
d)所述知识库策略模块将使用设备策略信息返回给设备控制器；设备控制器则根据接收到的使用设备策略信息，对设备进行控制，使设备按照用户的使用策略执行操作。
2、根据权利要求1所述的家电设备的非接触式自适应控制方法，其特征在于：所述RFID阅读器和RFID标签之间的射频信号采用电磁反向散射耦合类型。
3、根据权利要求1所述的家电设备的非接触式自适应控制方法，其特征在于：每件家电设备均由所述的RFID阅读器、设备控制器和知识库策略模块控制。
4、根据权利要求1所述的家电设备的非接触式自适应控制方法，其特征在于：所述控制设备的步骤c)中知识库策略模块根据先后顺序对先到达的用户身份辨识信息进行优先处理。
5、一种家电设备的非接触式自适应控制系统，其特征在于包括以下组成部分：
用于记载用户的身份辨识信息以唯一标识用户身份的RFID标签；
用于采集RFID标签所记载的用户身份辨识信息的RFID阅读器；
具有存储用户使用设备策略信息的数据库，用于对数据信息进行处理的知识库策略模块；
用于接收和发送数据信息，并对设备进行控制的设备控制器；
所述RFID标签附在与其对应的用户身上；所述RFID阅读器、设备控制器和知识库策略模块依次连接，所述设备控制器的控制输出端与所控制的家电设备的开关、调节器件连接。
6、根据权利要求5所述的家电设备的非接触式自适应控制系统，其特征在于：所述RFID阅读器和RFID标签构成的系统采用电磁反向散射耦合类型。
7、根据权利要求5所述的家电设备的非接触式自适应控制系统，其特征在于：每件家电设备均配置有所述的RFID阅读器、设备控制器和知识库策略模块。
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