android智能家居节能提醒自动化系统的算法设计

刘忠群

(江苏省徐州经贸高等职业学校,江苏徐州,221004)

android智能家居节能提醒自动化系统的算法设计

刘忠群

(江苏省徐州经贸高等职业学校,江苏徐州,221004)

本文针对智能家居设备增加家庭能耗和如何提高智能家电节能问题，设计了关于智能家居家电节能提醒系统的算法，并通过Android平台终端及ZigBee协议进行实现，以使智能家居能够达到节能的效果，降低用户对能耗增加的顾虑，促进智能家居技术的推广。

智能家居；节能提醒系统；算法设计

0 引言

随着社会的不断进步和发展，人们的生活方式也在发生着变化。在家庭里的改变不仅仅是装修得越来越漂亮，家电家具越来越美观，人们开始追求更舒适更智能的生活方式，智能化的家居设备也慢慢的应用于各家各户中。但是，有很多用户在考虑是否使用智能家居设备的时候，担忧的是使用了那么多的电子设备，家庭的能源消耗是不是会增加很多？早期的智能家居系统较为重视用户体验和智能化，不注意节能设计，使得智能家居设备过于消耗能源，特别是这些设备通常要保持待机状态，确实会消耗更多的能源，在家庭无人或处于睡眠状态时造成了不必要的能源消耗。基于此，需要设计一种智能家居节能提醒自动化系统，让智能家居系统可以通过分析家庭用电习惯和频率，灵活地调整设备用电待机时间，减少不必要的能源消耗问题。

1 浅析ZigBee协议

ZigBee技术称为双向无线通讯技术，它具有近距离、成本小、速率低及低功耗的特点，被人们广泛应用到距离近并且低消耗、传输速率低的电子设备中，实现数据传输或者周期型数据、低反应时间数据传输和间接性数据传输。Zigbee是一种无线连接设备，工作频段有三个，包括868MHZ、915MHZ和2.4GHZ。Zigbee技术还具有地理定位功能，被嵌入到不同设备中，对设备进行自动控制或者远程控制。Zigbee的传输距离在10m-75m之间，经过多年的发展与完善，其传输距离可以还可以进一步增加。

2 待机能源消耗

家居电器在待机情况下也会产生能源消耗，在此过程中产生的能源消耗是用户在使用家居电器中不能忽视的。家居电器的待机指的是其在没有任何功率或者在进行某种功能时的能源消耗处于最小。目前部分智能家居中都有待机模式，有的还称之为睡眠模式，智能家居的设计者为了能够使用户具有较好的体现或者使产品和协调器两者可以实时通讯，在对智能家居进行编辑设置程序的时候，会设定电气设备的能源消耗检测模块，这就表示只依据粗放式的智能家居管理系统，其中的智能特点能够使部分家电始终处于待机状态，使无线wifi、卫星或者微波可以与智能家居进行连接，但是这就使大大损耗待机功率，造成不必要浪费。

3 ZigBee技术下的智能家居节能系统

3.1 ZigBee智能家居系统的总架构

从总架构方面可以将智能家居系统分为三层，包括执行命令层、信息通讯层及应用层。执行命令层包括对环境中信息的掌握，执行电功率中的信息和接受上层的指令并且执行，比如智能家电。信息通讯层主要是执行命令层及应用层之间传递信息的桥梁，比如智能家居家庭网关和协调器。应用层主要是对数据信息进行采集、分析，对智能家居中的环境和情境进行逻辑判断，实现用户与智能家居之间的交互等功能。

整个智能家居系统的运行可以分为两种方式，包括指令调度和智能数据的分析。指令调度可以使用户通过Android系统中的软件进行WiFi或者4G网络的指令发送，在家庭网关接收到信息之后，要求用户通过认证，确定用户满足认证条件之后将应用层的指令转换为硬件中的指令编码，将这些质量编码传送到协调器中，通过协调器来对智能家居中的电路的开关进行调节。智能数据的分析主要是使协调器通过智能家居中的各电路的传感器将指令编码发送到家庭网关中，家庭网关在接受到指令之后对这些数据进行收集，并且将数据分配的时间和信号帧都传输到智能家居使用的用户手机Android软件中，用户的Android软件具备智能待机算法，可以对这些信息进行实施运算，并且根据顺序对其进行分类归档，以时间节点为基础来进行数运算，以此获得智能家居中用电状况、范围，并且提醒使用智能家居的用户可以断电节能。

3.2 ZigBee智能家居系统的硬件结构

硬件的设计主要包括家庭网关和终端节点的硬件设计，下面以网关为例。本文中网关硬件结构使用的是SAMSUNG S3C6410X核心板，通过串口连接2.4GHz IEEE 802.15.4 ZigBee收发器CC2530芯片系统，具有抗干扰性强，能与其他网络共存等特性。网关的软件设计使用了一款较为老式的编程工具—QT，其也能够为控制网关提供一系列的开发文档或者WebKit的引擎。在对ZigBee节点控制指令进行设计的时候，其格式主要是帧的开头—节点编号—模块名称—传感器名称—命令—帧的结尾。在进行编程的时候，使用的是QextSeariaIport类，可以使各串口之间互相通讯，以openCom（）函数将设备打开，通过readCom（）函数对串口中的指令进行读取。最后通过SetLightStates将每个传感器中的信号进行传递，使读取到的信息可以保存到数组中，通过connect函数对这些信息进行处理。

3.3 移动应用端和节能提醒系统算法设计

使用Android系统设计移动应用端，能够使移动应用端的处理数据的效率大大提高，这就完善了传统智能家居中的劣势，使用android asynce http开发框架，使数据压缩及排序的压力大大降低。在移动应用端和节能提醒系统算法的设计中，算法的关键技术就是智能家居待机规律节能算法

此算法的横向时间是决策树算法，在Android系统客户端根据点获取智能家电传感器传来的信息，可以将这些信息统计为待机时间，单位是小时/h。

以星期一的0点到3点举例，在0点到9点中智能家电都是出于待机状态，其功率消耗降低，可以在表中标记为8，这说明具有8个小时的待机时间，基于此类推，1点的时候就有7个小时的待机时间。根据数据对点的决策树推演，以此求方差和标准差，这个时间点的90%置信区间为Pr（c1≤μ≤c2）=1-α其详细算法公式为：

首先将决策树预测准确率（acc）标准化，可以得出公式1：

另外选出置信水平的参考范围，这主要在时间精准度的基础上进行；

最后算出a/2和1-a/2的标准统计量为Za/2和Z1-a/2，这些都是常量，以此解决一下P的不等式。

1点时候的待机功率置信区间是（5.93,16.34），这就表示这个星期中的时间在今后都会有90%以上的待机可能在（5.93,16.34）这两个小时内。

用户要想能够使客户端进入到最佳待机时间，可以使待机长度高于这个值，以此使智能家居处于待机状态，然后向用户发送断电提醒。

比如可以将这个值设置为8，以此创建待机状态是否关机的决策时，就要先定义其区间，然后标准化该数据，将它称之为钟形曲线模型。构建概率密度函数为以下，得出公式2：

通过此公式，p+表示正样例，说明智能家居处于待机状态，p-表示反样例，说明智能家居没有处于待机状态，那么就使置信区间分成两组（5.93,8）和（8,16.34）。

智能家居处于待机状态：p+=f（8,16.34）

智能家居处于非待机状态：p-=（5.93,8）

该系统可以收集每个星期的待机状况，并且对其进行具有针对性的分析。比如星期三，根据公式三推算出数据10天0.8333、30天0.8446、50天0.9024、70天0.9721。

以下是公式3：

通过系统的多次运算，智能家居在0点时的待机区间为（7.83，10.22），这个阶段中的决策树预算期望值是最高的。智能家居在7点时的待机区间为（3.24，5.11），这个阶段中的决策树预算期望值是最高的。智能家居在15点时的待机区间为（3.83,5.97），这个阶段中的决策树预算期望值是最高的。智能家居在21点时的待机区间为（10.83,12.22），这个阶段中的决策树预算期望值是最高的。该系统可以将最高理想区间的长度设置为8，以此为断电提醒。

4 结束语

以Android和ZigBee为基础的智能家居节能提醒自动化系统，能够满足使用智能家居用户对节能用电的需求，能够根据使用家居用户的习惯来为其提供最佳的节电时间，以此降低智能家居设备待机中的能源消耗。

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刘忠群.男，1981-1，单位:江苏省徐州经贸高等职业学校，职务:专业教研室主任，研究方向:软件技术，物联网应用技术

Algorithm Design of Intelligent System of Energy Saving Reminding

Liu Zhongqun
(Xuzhou economic and trade of higher occupation school,Xuzhou Jiangsu,221004)

In this paper,the smart home equipment increased household energy consumption and the problem of how to improve the intelligence of the intelligent energy-saving appliances,energy-saving appliances home furnishing reminder system algorithm design,and through the Android platform of the terminal and the ZigBee protocol are implemented,in order to make smart home can achieve energy-saving effect,reduce the user to increase energy consumption concerns,promote the popularization of smart home technology.

smart home;energy-saving reminder system;algorithm design