基于internet的智能家电故障测控系统研究

重庆大学硕士学位论文基于Internet的智能家电故障测控系统研究姓名：刘国良申请学位级别：硕士专业：计算机应用技术指导教师：乐琦20050501重庆大学硕士学位论文中文摘要I摘要随着智能家电的出现，基于Internet的智能家电故障测控系统是一个值得研究的问题，它的应用具有诱人的前景。对于制造商来说可以节省检测和维修成本并使产品具有更大的竞争力，对于用户来说增加不多的费用却带来了高档次的服务和方便的使用。本文围绕该系统进行了深入的研究，首先介绍了智能家电的特点和国内外的研究现状。紧接着根据智能家电上网的特点，探讨了智能家电通过家庭网络接入Internet的方式。并提出了一种新的家庭网络体系结构。由于神经网络技术在故障测控系统中固有的优越性，本文将神经网络技术引入到该系统中来，特别是对BP算法进行了深入研究，并根据系统的需要对其进行了改进，通过仿真实验表明，改进的BP算法在该系统中是有效的。一方面可以提高测控的准确性，另一方面可以适应不同的应用环境；最后基于该方法实现了一个系统模型。论文的主要创新点如下：1、提出了一种新的家庭网络体系结构。2、将神经网络技术引入到智能家电测控中来，并对BP算法进行了改进。3、对改进的BP算法进行了仿真，仿真结果证明了其有效性。4、构造了一个基于Internet的智能家电故障测控系统模型。关键词：智能家电，家庭网络，远程测控，神经网络，BP算法重庆大学硕士学位论文英文摘要IIABSTRACTWiththeemergenceofintelligenthouseholdelectricalappliance,internet-basedfaultdetectionandcontrolsystemonintelligenthouseholdelectricalappliancebecomeasignificantissue.Theproductsusingitnotonlytakeonbettercompetitionpowerbutalsohelpmanufacturereconomizethecostofdetectionandmaintenance.Atthesametime,userconvenientlyemployitandenjoybetterservicethroughappendingalittlecost.Thispaperintroducesthecharacteristicsandresearchinstitutionofintelligenthouseholdelectricalappliance,thendiscussesthemeansofconnectinginternetfromhomenetwork,andthenpresentsanewhomenetworkarchitecture.Fortheadvantageofneuralnetworktechnology,neuralnetworktechnologyisintroducedintothesystemnaturally,andbettertheBPnetworkmodelaimingattheneedofsystem.TheexperimentshowstheimprovedBPnetworkmodelnotonlyimprovestheveracityofdetectionandcontrolbutappliesinthedifferentcondition.Lastly,thispaperrealizethesystemmodelbasedonimprovedBPnetworkmodel.Themaininnovationinthepaperisfollowing.First,anewhomenetworkarchitectureispresented.Second,neuralnetworktechnologyisintroducedintothesystem,andimproveonBPnetworkmodel.Third,theexperimentshowstheimprovedBPnetworkmodelisavailable.Finally,internet-basedfaultdetectionandcontrolsystemmodelonintelligenthouseholdelectricalapplianceisimplemented.Keywords:intelligenthouseholdelectricalappliance,homenetwork,remotedetectionandcontrol,neuralnetwork,BPnetworkmodel重庆大学硕士学位论文1智能家电概述及论文背景11智能家电概述及论文背景1.1智能家电概述1.1.1智能家电的出现和发展进入20世纪90年代后期以来，数字化技术取得了迅猛的发展并日益渗透到各个领域。随着Internet网向普通家庭生活的不断扩展，消费电子、计算机、通讯一体化趋势日趋明显，智能化家电产品已经开始步入社会和家庭。智能家电由于其安全、方便、高效、快捷、智能化等特点在21世纪将成为现代社会和家庭的新时尚。智能家电指的是将微电脑和通信技术融入到传统的家用电器中，使之智能化并具有网络终端功能，可以随时随地地获取与处理信息的消费电子产品。其重要特征是可以通过Internet传递数字信息。[1][2]1.1.2智能家电的研究现状1994年一家新加坡公司在国内销售的名为“万智能”的多媒体电脑大概算是国内第一个提及的智能家电的雏形，它通过电视卡，将电脑和电视结合起来，也算是一种不错的创意。其后很长的一段时间内，智能家电的产品都没有太多的概念突破和产品突破，直到1998年，微软公司推出了“维纳斯”计划，才掀起了新一轮的高潮。“维纳斯”是一种集成软硬件的机顶盒装置，它通过廉价的费用，使电视成为电脑的显示器，从而实现电脑的互联网应用功能。但是由于机顶盒并不能适应国内市场的应用需要，虽然在微软的强大影响下，电脑厂商也拿出了积极配合的姿态，但在机顶盒装置热闹一阵之后，就趋于势微，并没有形成微软期望的市场规模。但是在这一连串的市场运作之后，直接地影响了家用电脑的大规模普及。而随着家用电脑的开始普及，家用电脑的应用迫切需要扩展。在这个时候，长期观察IT行业的家电企业开始介入电脑制造业，海信、TCL、厦华等企业开始大规模地进入IT行业，在家电领域重量级厂商的影响下，智能家电的概念逐步清晰起来，智能家电的研究和开发出现了新的高潮。家电企业在智能家电领域的发展方向和传统的IT企业有着明显的区别。家电企业更加关注怎样才能营造智能家居的环境，因此电脑控制论是研究的指导方向。以在这一领域成果明显的海信电脑为例，海信率先提出了“SmartE-home”家庭系统集成的概念。海信的“SmartE-home”背后是一台家用电脑，这台电脑作为整个家居环境的后台而工作，这将是未来家用电脑的应用核心。在这个核心外围，通过有线和无线的家庭网络系统，将家庭中的所有智能家电整合在一起，从而实现“SmartE-home”的梦想。目前，海信的工作重点是怎样将现在使用的普通家电连接到家用电脑的平台上，而且这一方案已经有了一些成果。这一成果就是海信“海重庆大学硕士学位论文1智能家电概述及论文背景2景二代”电脑，海景二代通过完备的家居控制系统实现了红外信号学习、红外发射的控制功能，这样就能够控制采用红外信号进行遥控的家电，比如彩电和空调；同时，通过与检测设备终端的并联，“海景二代”亦具备了温度检测与报警和自动报警能力，以此确保家庭生活各个细微环节的安全；在此基础上，海景二代采用基于Internet的远程控制与访问技术，构架出定时控制、组合控制、电话远程控制，以及网络远程监视/控制的“多元化”智能模式，因而达到了以Internet电脑作为家庭智能化、网络化控制核心的产品设计目的。当然，目前的海景二代产品还主要依赖于有线系统，需要在家居环境中布设电缆，因为布设有线电缆的成本相对较低，易形成标准化。在下一代的产品中，运用无线的网络系统来替换现在的布线系统将成为可能。作为一种趋势，在未来，人们可以通过由因特网电脑所构建成的信息交互和处理平台，实现智能家电与互联网的信息交互。这种交互方式绝不会是简单的浏览功能，而是基于家庭网络应用平台的智能化控制。也就是说，通过Internet与智能家电的双向连接，使得电脑在获悉智能家电所提供的数据的基础上，能够借助Internet的开放性来实现家庭生活各个环节的全面智能化。我们可以设想一下，通过信息技术改造的家用电器，可以通过多种连接方式与家用电脑之间通讯。这些通讯方式包括有线的连接，如USB、以太网、1394接口、HPNA等方式，无线的连接包括IRDA、HomeRF等方式。在这样的信息环境下，家用电器可以将自己的一些基本信息与PC之间通讯，实现更加有效的控制，并且提供更加个性化的服务。和海信一样，其他的家电企业，比如TCL、海尔都提出了这样的设想和计划。传统的电脑企业也非常关注这一领域，联想电脑在Intel的帮助下，苦心研究3年，推出了第一款“蓝色家电”，这一款产品的上市，不仅在产品上对智能家电起到了推进作用，更重要的意义是清晰地告诉人们，中国电脑业的巨人将会把战略的重点转移到智能家电的方向中来，联想的举措，使得本来已经够热闹的智能家电市场的研究和推进更具市场前景。与家电企业不同的是，这些企业更注重电脑在家庭环境下的应用延伸。比如联想推出的称之为“蓝色家电第一款”的“天乐”，这台智能家电实际上还是一台电脑，他针对老年人而设计，通过触摸屏和全屏手写技术，能够让老年人上网，其中最突出的性能特点是简单易学，在硬件操作上，和电视没有什么区别。从而使老年人上网更加简单。但是从这个产品来看，联想的蓝色家电和真正意义上的能够产生信息化接受信息的家电有着巨大的区别。以联想为代表的传统电脑企业和以海信为代表的家电企业之所以在智能家电领域的发展思路如此不同，其本质上在于双方的技术优势和特长不同。但是不管怎样，人们对智能家电的需求是真切的，企业发展智能家电的努力是真切的，联想发布“天乐”，将极大地促进智能家电产品的发展，而我们已经真重庆大学硕士学位论文1智能家电概述及论文背景3真切切地看到，智能家电的开发高潮已经到来。1.2论文研究背景、研究目标及研究内容1.2.1研究背景随着经济的发展和社会的进步，各种类型的家用电器已经走进千家万户，极大地丰富和改善了人们的生活质量，家用电器如果出现故障将给人们的日常生活带来很大的不便。而且家用电器的社会拥有量非常巨大，导致每年有大量的故障设备待维修。另一方面，由于大量新技术被广泛运用到各种新型家电设备中，家电本身变成了一种相当复杂的机电一体化设备，对维修人员的素质也提出了更高的要求，而复杂的故障检测与维修一直是个费时费力的工作。由于我国家电维修行业目前普遍存在着规模小，技术力量不足等诸多问题，还难以令人满意地完成这一艰巨的任务。进入20世纪90年代后期以来，数字化技术取得了迅猛的发展并日益渗透到各个领域。随着Internet网向普通家庭生活的不断扩展，消费电子、计算机、通讯一体化趋势日趋明显，智能化家用电器产品已经开始步入社会和家庭。智能家电由于其安全、方便、高效、快捷、智能化等特点在21世纪将成为现代社会和家庭的新时尚。在现有的经济技术条件下，怎样实现对于制造商来说可以节省检测和维修人力并使产品具有更大的竞争力，对于用户来说增加不多的费用却带来了高档次的服务和方便的使用是一个值得探索的问题。基于Internet的智能家电故障测控系统研究正是为了解决这一问题，将计算机技术和控制技术引入家电维修行业，它作为一种有效的工具，能帮助维修人员迅速提高维修水平和工作效率，可实现家用电器的远距离检测与自适应控制。这对生产厂家和用户都有利。一个家用电器制造商的服务中心以一定的周期自动地检测家电，对家电的使用环境及故障情况进行自学习和自判别。