本發(fā)明屬于智能家居，具體涉及到一種智能家居系統(tǒng)的協(xié)同運行方法及系統(tǒng)。
背景技術：
1、隨著物聯(lián)網(wǎng)技術的發(fā)展，智能家居系統(tǒng)逐漸普及。然而，當前智能家居系統(tǒng)中各設備之間的協(xié)同運行效率較低，無法充分發(fā)揮系統(tǒng)的整體性能。例如，在能源管理方面，不同設備的能源消耗缺乏有效的統(tǒng)籌規(guī)劃，導致能源浪費；在設備控制方面，各設備響應時間不一致，影響用戶體驗。因此，需要一種能夠提高智能家居系統(tǒng)協(xié)同運行效率的方法及系統(tǒng)。
技術實現(xiàn)思路
1、本發(fā)明所要解決的技術問題在于克服上述現(xiàn)有技術的缺點，提供一種智能家居系統(tǒng)的協(xié)同運行方法及系統(tǒng)。
2、解決上述技術問題所采用的技術方案是：一種智能家居系統(tǒng)的協(xié)同運行方法，包括下述具體方案：
3、步驟一：智能設備狀態(tài)采集：
4、在燈光類智能設備上設置亮度傳感器與色彩傳感器，在空調(diào)上配備溫度傳感器和濕度傳感器，傳感器每30-60s進行一次數(shù)據(jù)采集；
5、步驟二：數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換：
6、將步驟一中傳感器采集到的原始數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號并傳輸給中央控制器；
7、步驟三：用戶需求獲?。?/p>
8、用戶通過手機app與智能家居系統(tǒng)進行交互，當用戶在app上完成需求設置并點擊確認后，app將這些用戶輸入的數(shù)據(jù)通過無線網(wǎng)絡發(fā)送給中央控制器；
9、步驟四：協(xié)同優(yōu)化計算：
10、中央控制器的優(yōu)化計算單元開始工作，首先生成初始種群，初始種群由一系列隨機生成的設備狀態(tài)向量組合而成，每個設備狀態(tài)向量的取值范圍，依據(jù)設備的物理特性和正常工作范圍確定，然后進行適應度值計算；
11、步驟五：遺傳操作：
12、完成適應度值計算后，進行遺傳算法的選擇、交叉和變異操作，經(jīng)過一輪遺傳操作后，再次計算新種群中個體的適應度值，然后判斷是否滿足預設的終止條件，終止條件是達到最大迭代次數(shù)，取值500-600，如果不滿足終止條件，則繼續(xù)進行遺傳操作；如果滿足終止條件，則停止計算，將當前種群中適應度值最優(yōu)的個體，作為協(xié)同優(yōu)化模型的最優(yōu)解，即得到最優(yōu)的設備狀態(tài)向量；
13、步驟六：設備控制：
14、中央控制器的設備控制單元，根據(jù)協(xié)同優(yōu)化計算得到的最優(yōu)設備狀態(tài)向量，生成相應的設備控制指令，編碼后的控制指令，通過中央控制器的通信模塊，以無線通信的方式發(fā)送給對應的智能設備，智能設備的通信模塊接收到指令后，進行解碼，并將指令傳輸給設備的執(zhí)行模塊，從而完成智能家居系統(tǒng)的協(xié)同運行過程。
15、通過上述技術方案，建立數(shù)學模型對智能家居系統(tǒng)中各設備的狀態(tài)進行建模，并結合用戶需求構建協(xié)同優(yōu)化模型，利用優(yōu)化算法求解得到最優(yōu)的設備控制策略。相比傳統(tǒng)智能家居系統(tǒng)，本發(fā)明能夠有效提高設備之間的協(xié)同運行效率，降低能源消耗，提升用戶體驗。
16、進一步的，所述適應度值計算采用下述具體公式：
17、對于初始種群中的每一個個體，優(yōu)化計算單元根據(jù)協(xié)同優(yōu)化模型中的優(yōu)化函數(shù)f(s1,s2,…,sn,d)，其中f為優(yōu)化函數(shù)，sn為狀態(tài)向量，包括燈光亮度、空調(diào)溫度、房間濕度，設備的開關和設備運行時間，d為目標向量，優(yōu)化函數(shù)f的具體表達式為：
18、
19、其中，是設備狀態(tài)與用戶需求之間的差異，是設備能耗，是設備響應時間，最后將這三部分相加得到適應度值；
20、wij為權重系數(shù)，λ1、λ2為懲罰因子，均在系統(tǒng)初始化時設定。
21、進一步的，所述遺傳算法的選擇、交叉和變異操作包括：
22、選擇操作：采用輪盤賭選擇法，根據(jù)個體的適應度值，為每個個體分配一個選擇概率，適應度值越高的個體，被選中的概率越大，通過隨機選擇，從初始種群中挑選出一定數(shù)量的個體，組成新的種群；
23、交叉操作：在新種群中，隨機選擇兩個個體作為父代，按照80％的交叉概率，對它們的設備狀態(tài)向量進行交叉操作；
24、變異操作：以5％的變異概率，對新種群中的個體進行變異操作，隨機選擇個體中的某個設備狀態(tài)向量元素，按照變異規(guī)則進行數(shù)值變化。
25、通過上述技術方案，可以對設備的調(diào)控進行優(yōu)化，避免用戶無法找到最佳調(diào)控方案。
26、進一步的，變異規(guī)則具體為：對于設備的目標設定值，隨機增加或減少4％。
27、通過上述技術方案，可以對目標值進行優(yōu)化調(diào)控，從而達到最佳的用戶體驗。
28、進一步的，包括傳感器模塊、通信模塊、執(zhí)行模塊、采集單元、用戶需求接收單元、優(yōu)化計算單元和設備控制單元，傳感器模塊負責采集設備自身狀態(tài)信息；通信模塊負責與中央控制器進行數(shù)據(jù)傳輸；執(zhí)行模塊負責中央控制器的指令執(zhí)行相應操作。
29、通過上述技術方案，可以將設備的狀態(tài)進行準確采集，從而方便中央控制器進行準確調(diào)控。
30、進一步的，數(shù)據(jù)采集單元負責收集各智能設備的狀態(tài)信息；用戶需求接收單元負責獲取用戶輸入的需求信息；優(yōu)化計算單元負責利用上述協(xié)同優(yōu)化模型和優(yōu)化算法計算最優(yōu)設備狀態(tài)；設備控制單元負責根據(jù)計算結果向各智能設備發(fā)送控制指令。
31、通過上述技術方案，可以對設備進行準確控制，以便達到用戶需求。
32、本發(fā)明的有益效果如下：本發(fā)明通過建立數(shù)學模型對智能家居系統(tǒng)中各設備的狀態(tài)進行建模，并結合用戶需求構建協(xié)同優(yōu)化模型，利用優(yōu)化算法求解得到最優(yōu)的設備控制策略。相比傳統(tǒng)智能家居系統(tǒng)，本發(fā)明能夠有效提高設備之間的協(xié)同運行效率，降低能源消耗，提升用戶體驗。
1.一種智能家居系統(tǒng)的協(xié)同運行方法，其特征在于，包括下述具體方案：
2.根據(jù)權利要求1所述的一種智能家居系統(tǒng)的協(xié)同運行方法，其特征在于，所述適應度值計算采用下述具體公式：
3.根據(jù)權利要求2所述的一種智能家居系統(tǒng)的協(xié)同運行方法，其特征在于，所述遺傳算法的選擇、交叉和變異操作包括：
4.根據(jù)權利要求3所述的一種智能家居系統(tǒng)的協(xié)同運行方法，其特征在于，變異規(guī)則具體為：對于設備的目標設定值，隨機增加或減少4％。
5.根據(jù)權利要求4所述的一種智能家居系統(tǒng)的協(xié)同運行系統(tǒng)，其特征在于，包括傳感器模塊、通信模塊、執(zhí)行模塊、采集單元、用戶需求接收單元、優(yōu)化計算單元和設備控制單元，傳感器模塊負責采集設備自身狀態(tài)信息；通信模塊負責與中央控制器進行數(shù)據(jù)傳輸；執(zhí)行模塊負責中央控制器的指令執(zhí)行相應操作。
6.根據(jù)權利要求5所述的一種智能家居系統(tǒng)的協(xié)同運行系統(tǒng)，其特征在于，數(shù)據(jù)采集單元負責收集各智能設備的狀態(tài)信息；用戶需求接收單元負責獲取用戶輸入的需求信息；優(yōu)化計算單元負責利用上述協(xié)同優(yōu)化模型和優(yōu)化算法計算最優(yōu)設備狀態(tài)；設備控制單元負責根據(jù)計算結果向各智能設備發(fā)送控制指令。