一种物联网环境下的智能家居能源管理优化方法与流程

物联网与能源管理相结合，实现智能电网和智能家居能源消耗的优化管理。 #生活知识# #科技生活# #科技改变生活# #物联网#

本发明属于智能家居能源管理领域，具体是一种基于物联网的智能家居能源管理优化方法，旨在通过整合设备识别与管理、能源监测、智能调度、数据分析与预测、用户交互等多个环节，实现家居能源的高效利用和管理，以提升能源利用效率、降低能源消耗、增强用户体验并提供智能化的能源管理解决方案。

背景技术：

1、随着物联网技术的迅猛发展，智能家居设备在现代家庭中得到了广泛应用，涵盖照明、家电、安防、娱乐等众多领域，极大地改善了人们的生活品质。然而，智能家居的普及也带来了家庭能源消耗的快速增长，暴露出诸多能源管理方面的问题。许多智能家居设备在能耗管理上存在缺陷，待机能耗过高，运行模式缺乏灵活性，无法依据环境变化和用户习惯智能调整，导致大量能源浪费。例如，一些智能家电在待机时仍持续耗电，照明设备不能根据人员活动和自然光照自动调节亮度。同时，用户难以精确掌握家庭能源消耗情况，与设备的交互不够便捷智能，无法有效参与能源管理。

2、设备间协同工作能力不足，未充分考虑能源供应的动态变化(如峰谷电价、可再生能源发电波动)和用户多样化需求(如不同设备使用优先级、舒适度要求)，无法实现能源的优化分配。此外，现有智能家居能源管理系统灵活性差，难以适应不同家庭的能源使用场景和用户需求变化，无法提供个性化的能源管理方案。

3、物联网、大数据等相关技术的兴起为解决智能家居能源管理问题带来了新的契机。通过物联网，设备之间能够实现互联互通，数据能够实时传输和共享，为实现智能化的能源管理提供了技术基础。然而，目前在物联网环境下如何充分挖掘其潜力，构建高效、智能的智能家居能源管理系统仍面临诸多挑战。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种物联网环境下的智能家居能源管理优化方法，克服现有智能家居能源管理技术的不足，实现家庭能源的高效利用、降低能源消耗、提升用户体验，并确保系统能够适应多样化的家庭能源使用场景和用户需求变化。

2、为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

3、一种物联网环境下的智能家居能源管理优化方法，包括以下步骤：

4、(s1)设备智能识别与分类管理。运用物联网技术等相关技术，综合分析设备的物理特征(如设备外观、尺寸、接口等)、通信协议特征(如协议类型、端口号、数据格式等)以及运行数据特征(如能耗模式、运行频率、工作时长等)，对智能家居设备进行全面自动化识别和精确分类，涵盖照明设备、家电设备、储能设备、安防设备、娱乐设备等多种类型，且各类别界限清晰，区分依据明确。针对不同类型设备，预先设定丰富的能源管理策略集。照明设备可依据环境光强、人员活动及时间信息自动连续调节亮度、色温及开关状态；家电设备能根据实时用电成本、设备寿命预测、用户使用习惯模型等因素智能优化运行功率、时长及启停时间。用户可自主调整各类设备能源管理策略集中的部分或全部参数，调整方式包括手动输入参数值、选择预设模板或基于用户行为习惯自动生成建议并确认等。

5、(s2)实时能源监测与数据分析。合理布局安装智能电表、温度传感器、湿度传感器、光照传感器、人体红外传感器、烟雾传感器、空气质量传感器、水流量传感器等多种监测设备，实时采集家庭能源消耗相关的全方位数据，包括各设备用电量、用电功率、用电时间、用电波形、环境温度、湿度、光照强度、人员活动位置与轨迹、烟雾浓度、空气质量指标、水流量及用水设备信息等。运用聚类分析、关联规则挖掘、决策树分析、神经网络算法等大数据分析技术，对海量实时及历史数据进行深度挖掘剖析。探寻不同季节、月份、日期类型、时段、家庭区域、人员组合、设备组合下的能源消耗模式、异常情况及影响因素间的复杂关系，构建多变量预测模型，预测未来不同时间尺度(短期1-7天、中期1-3个月、长期1-12个月)的能源需求趋势、消耗峰值及谷值时间点和对应能源消耗类型分布。

6、(s3)智能能源调度与优化算法。构建具备高度智能化、自适应性和分布式协作能力的智能能源调度中心，实时获取并综合考量能源供应状况，包括电网峰谷电价时段动态划分、可再生能源发电设备(太阳能板、风力发电机、水能发电机等)的发电功率、电量、效率及剩余电量、储能设备(电池储能、电容储能等)的电量、充放电状态、功率、效率及健康状态，以及用户多样化需求，如设备使用优先级(关键、常用、偶尔使用设备等多级设定)、舒适度要求量化指标(温度、湿度、光照强度范围等)、节能和成本控制目标设定(预设时间段内节能百分比、电费预算等)。运用混合整数线性规划算法、动态规划算法、强化学习算法等优化算法，制定满足多约束条件(能源供应、设备运行、用户需求约束)的能源分配方案。峰电时段优先调用储能和可再生能源设备供电，依据用户实时位置、活动状态及历史习惯数据精准调整空调、热水器、照明等设备运行功率、模式及启停状态；谷电时段合理安排储能充电、设备维护及低优先级任务执行。能源分配方案可根据能源供应和用户需求实时变化进行秒级响应动态调整，调整方式包括实时重新计算、基于预设规则自动调整或根据用户实时干预指令即时修改。

7、(s4)用户交互与个性化设置。开发支持ios、android、鸿蒙等主流操作系统的手机应用程序或具备触摸、语音、手势操作等多种交互方式的智能控制面板，搭建用户与能源管理系统的双向交互通道。用户借此可实时查看详细直观的能源消耗数据报表(按设备类型、区域、时间分类统计用电量、电费等)、设备运行状态动画演示(图形化展示设备启停、运行模式、故障等状态)、能源管理策略执行效果评估报告(量化评估节能和成本控制效果)，并进行手动灵活操控(远程开关设备、调整参数等)和个性化设置。个性化设置涵盖多场景节能模式(睡眠、聚会、外出模式等，每种模式含不同设备预设节能参数集)、自定义设备运行时间表(精确到秒级，支持周期性和一次性设置)、设备优先级设定(依据用户规则排序)、能源使用提醒阈值设定(电量、电费阈值，达阈值自动提醒)、能源管理规则创建(特定条件下自动执行设备操作或调整策略)等，系统依用户设定自动智能调整能源管理策略，手机应用以多种可视化形式呈现数据，智能控制面板操作便捷。

8、(s5)设备固件升级与远程管理。建立安全可靠、高效稳定的设备固件升级机制，支持自动检测更新、手动触发更新及定时更新等方式，升级过程中对固件文件加密传输、完整性校验及版本兼容性检查，确保设备数据安全、稳定运行及功能兼容，使设备保持最佳性能和节能状态。实现远程管理功能，用户或管理人员可远程实时监控设备能源管理参数(实时能耗、运行状态、故障代码、健康度、能源转换效率等)，必要时远程精准调整(修改运行参数、启动自检程序等)。系统定期运用先进检测技术对设备全面深入监测，发现故障或异常(硬件故障、软件异常、通信中断、性能下降、安全漏洞等)立即以多种方式(短信、推送通知、声光报警、邮件通知等)向用户发送警报并提供详细诊断建议(故障原因分析、解决方案、维修指导等)，固件升级可依用户预设规则自动推送或手动选择执行，确保设备管理高效灵活。

9、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

10、(1)通过设备智能管理和优化运行模式，显著减少待机能耗。智能照明系统依据环境光强、人员活动及时间信息自动调节亮度和开关状态，避免了不必要的能源消耗。家电设备借助实时用电成本、设备寿命预测和用户使用习惯模型等，优化运行功率、时长及启停时间，如在电价低谷时段运行高能耗设备，设备闲置时自动进入低功耗状态。随着技术的不断发展和应用场景的逐步拓展，实际节能效果存在进一步提升的潜力。

11、(2)实时监测与数据分析为用户和系统提供了丰富且精准的数据以及深入的规律洞察。用户能够依据详实的能耗数据清晰知晓各设备及家庭整体的能源使用状况，进而有针对性地调整设备使用习惯，例如在能源消耗高峰时段减少高能耗设备的使用。系统凭借先进的大数据分析技术，准确预测能源需求趋势、消耗峰值及谷值的出现时间点等关键信息，从而提前合理规划能源分配。综合考虑当前能源市场价格波动规律、用户用电行为模式研究成果，以及本发明在能源管理策略优化方面的独特优势，预计可有效降低家庭电费支出，帮助用户实现节能目标的同时，合理控制家庭能源成本。

12、(3)智能能源调度中心基于多种因素实现动态能源分配，达成设备间的高效协同工作。在可再生能源发电充裕时，优先将电能分配给适宜灵活用电的设备，提高清洁能源利用率；能源供应紧张时，保障关键设备的稳定运行，确保家庭基本生活和网络功能不受影响。用户交互与个性化设置涵盖多种实用功能，多场景节能模式可根据不同生活场景一键切换节能配置，自定义设备运行时间表能精确到秒级满足用户特殊需求，设备优先级设定使用户可依据自身习惯和需求灵活安排设备运行顺序等，这些功能充分满足用户多样化的个性化需求，有效提升用户对智能家居能源管理的参与度和满意度，从而有效提升用户生活品质。

13、(4)设备固件升级与远程管理机制赋予系统更好的可维护性和良好的扩展性。定期的设备状态监测能够及时察觉潜在问题，远程管理功能允许技术人员远程诊断故障并精准调整设备参数，减少上门维护的人力、物力成本和时间消耗。自动检测更新、手动触发更新及定时更新等多种灵活的固件升级方式确保设备能够及时获取最新功能和性能优化，延长设备使用寿命，降低因设备故障或性能衰退引发的维护成本，使系统能够持续适应家庭能源管理需求的动态变化以及技术发展的演进趋势，始终保持高效、稳定的运行状态。

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