一种单火线开关测温误差的修正方法及系统与流程

本发明涉及智能家居家电技术领域，特别涉及一种单火线开关测温误差的修正方法及系统。

背景技术：

单火线开关的集成电路板在通电情况下会产生热量，由于开关针对的是不同的用户家庭，电流大小不同，产生的热量也就不同。针对不同用户，在通电流情况下，设备对实际测量的温度误差不同。

目前，单火线测温面板将温度传感器和集成电路板分离隔开，来减少集成电路板发热对温度传感器造成的影响，其存在的缺陷在于：这种单火线测温面板只是在结构上的改进，没有考虑本身集成电路板通电电流元器件发热对测温的影响，并没有实质性解决升温的影响。

技术实现要素：

本发明的目的在于解决上述背景技术存在的问题，以对温度误差进行自动修正。

为实现以上目的，本发明采用一种单火线开关测温误差的修正方法，包括如下步骤：

在室温保持恒定的情况下，获取历史数据集，该历史数据集包括一定数量用户开/关灯过程中的任意时间点及其对应的温差；

利用历史数据集对通电状态下的数据进行分段直线拟合和断电状态下的数据进行分段直线拟合，确定升温分段时间点和降温分段时间点；

在当前用户第一次通/断电过程中，根据升温分段时间点和降温分段时间点，分段计算通电状态下各直线的近似回归系数和分段计算断电状态下各直线的近似回归系数；

根据所述升温分段时间点、降温分段时间点、通电状态下各直线的近似回归系数和断电状态下各直线的近似回归系数，修正单火线开关测温误差。

进一步地，所述利用历史数据集对通电状态下的数据进行至少两段直线拟合和对断电状态下的数据进行至少两段直线拟合。

进一步地，所述利用历史数据集对通电状态下的数据进行分段直线拟合和断电状态下的数据进行分段直线拟合，确定升温分段时间点和降温分段时间点，包括：

将所述历史数据集中通电状态下的数据至少分为两个连续时间段，利用每个时间段内的数据对通电状态下分段直线拟合，得到每段拟合直线下的回归系数，然后计算分段内除每段起始点外的所有数据至每段起始点的斜率；在每段拟合直线中，将每段拟合直线下的回归系数与该段直线斜率最接近的坐标点所对应的时刻作为该段直线分段计算的时间点，每段拟合直线函数的分段时间点构成所述升温分段时间点；

将所述历史数据集中断电状态下的数据至少分为两个连续时间段，利用每个时间段内的数据对断电状态下分段直线拟合，得到每段拟合直线下的回归系数，然后计算分段内除每段起始点之外的的所有数据至每段起始点的斜率；在每段拟合直线中，将每段拟合直线下的回归系数与直线斜率最接近的坐标点所对应的时刻作为该段直线分段计算的时间点，每段拟合直线函数的分段时间点构成所述升温分段时间点。

进一步地，所述在当前用户第一次通/断电过程中，根据升温分段时间点和降温分段时间点，分段计算通电状态下各直线的近似回归系数和分段计算断电状态下各直线的近似回归系数，包括：

在所述当前用户第一次通/断电过程中，获取与所述升温分段时间点相同的时刻作为升温标定时刻，并记录升温标定时刻对应的温差；利用所述升温标定时刻及其对应的温差对所述通电状态下分段计算各直线系数，近似作为通电状态下的各段拟合直线的回归系数；

在所述当前用户第一次通/断电过程中，获取与所述降温分段时间点相同的时刻作为降温标定时刻，并记录降温标定时刻对应的温差；利用所述降温标定时刻及其对应的温差对所述断电状态下分段计算各直线系数，近似作为断电状态下的各段拟合直线的回归系数。

进一步地，所述根据所述升温分段时间点、降温分段时间点、通电状态下各直线的近似回归系数和断电状态下各直线的近似回归系数，修正单火线开关测温误差，包括：

单火线开关修正后的温度△y＝y-b1*t1–b2*t2-b3*t3+b4*t1′+b5*t2′+b6*t3′，其中y表示通电时刻温度传感器值，t1、t2、t3分别为通电状态下每个时间段的时长，t1′、t2′、t3′分别为断电状态下每个时间段的时长，b1、b2、b3分别为通电状态下的分段直线的近似回归系数，b4、b5、b6分别为断电状态下的分段直线的近似回归系数，*表示乘积。

另一方面，采用一种单火线开关测温误差的修正系统，包括历史数据集获取模块、分段时间点确定模块、回归系数计算模块以及测温误差修正模块；

历史数据集获取模块用于在室温保持恒定的情况下，获取历史数据集，该历史数据集包括一定数量用户开/关灯过程中的任意时间点及其对应的温差；

分段时间点确定模块用于利用历史数据集对通电状态下的数据进行分段直线拟合和断电状态下的数据进行分段直线拟合，确定升温分段时间点和降温分段时间点；

回归系数计算模块用于在当前用户第一次通/断电过程中，根据升温分段时间点和降温分段时间点，分段计算通电状态下各直线的近似回归系数和分段计算断电状态下各直线的近似回归系数；

测温误差修正模块用于根据所述升温分段时间点、降温分段时间点、通电状态下各直线的近似回归系数和断电状态下各直线的近似回归系数，修正单火线开关测温误差。

进一步地，所述利用历史数据集对通电状态下的数据进行至少两段直线拟合和对断电状态下的数据进行至少两段直线拟合。

进一步地，所述分段时间点确定模块包括升温分段时间点确定单元和降温分段时间点确定单元；

升温分段时间点确定单元用于将所述历史数据集中通电状态下的数据至少分为两个连续时间段，利用每个时间段内除每段起始点外的所有数据对通电状态下分段直线拟合，得到每段拟合直线下的回归系数，然后计算分段的所有数据至每段起始点的斜率；在每段拟合直线中，将每段拟合直线下的回归系数与该段直线斜率最接近的坐标点所对应的时刻作为该段直线分段计算的时间点，每段拟合直线函数的分段时间点构成所述升温分段时间点；

降温分段时间点确定单元用于将所述历史数据集中断电状态下的数据至少分为两个连续时间段，利用每个时间段内的数据对断电状态下分段直线拟合，得到每段拟合直线下的回归系数，然后计算分段内除每段起始点之外的的所有数据至每段起始点的斜率；在每段拟合直线中，将每段拟合直线下的回归系数与直线斜率最接近的坐标点所对应的时刻作为该段直线分段计算的时间点，每段拟合直线函数的分段时间点构成所述升温分段时间点。

进一步地，所述回归系数计算模块包括第一回归系数计算单元和第二回归系数计算单元；

第一回归系数计算单元用于在当前用户第一次通/断电过程中，获取与所述升温分段时间点相同的时刻作为升温标定时刻，并记录升温标定时刻对应的温差；利用所述升温标定时刻及其对应的温差对所述通电状态下分段计算各直线系数，近似作为通电状态下的各段拟合直线的回归系数；

第二回归系数计算单元用于在当前用户第一次通/断电过程中，获取与所述降温分段时间点相同的时刻作为降温标定时刻，并记录降温标定时刻对应的温差；利用所述降温标定时刻及其对应的温差对所述断电状态下分段计算各直线系数，近似作为断电状态下的各段拟合直线的回归系数。

进一步地，所述测温误差修正模块具体用于：

单火线开关修正后的温度△y＝y-b1*t1–b2*t2-b3*t3+b4*t1′+b5*t2′+b6*t3′，其中y表示通电时刻温度传感器值，t1、t2、t3分别为通电状态下每个时间段的时长，t1′、t2′、t3′分别为断电状态下每个时间段的时长，b1、b2、b3分别为通电状态下的分段计算直线的近似回归系数，b4、b5、b6分别为断电状态下的分段计算直线的近似回归系数，*表示乘积。

与现有技术相比，本发明存在以下技术效果：单火线测温面板安装使用时，其安装环境及用电器功率基本是不变的，即用户每次使用单火线开关，实际造成的温升是固定的，用户第一次使用单火线面板时，利用统计学原理，统计用户的单火线开关升温、降温数据，利用这些数据近似计算回归系数，并将近似回归系数应用到单火线测温面板。在用户二次使用单火线测温面板时，根据传感器实际获取的温度减去升温的温度，即用户的实际环境温度，用户关灯时，根据降温规律，把实际降温的值补偿到传感器，修正单火线开关关闭补偿温度，以将集成电路板发热造成的温升消除掉，达到实质性解决单火线开关集成电路板发热造成的测量温度误差问题。

附图说明

下面结合附图，对本发明的具体实施方式进行详细描述：

图1是一种单火线开关测温误差的修正方法的流程示意图；

图2是不分段测温修正模型的数据拟合示意图；

图3是分段测温修正模型的数据拟合示意图；

图4是一种单火线开关测温误差的修正系统的结构示意图。

具体实施方式

为了更进一步说明本发明的特征，请参阅以下有关本发明的详细说明与附图。所附图仅供参考与说明之用，并非用来对本发明的保护范围加以限制。

如图1所示，本实施例公开了一种单火线开关测温误差的修正方法，包括如下步骤s1-s4：

s1、在室温保持恒定的情况下，获取历史数据集，该历史数据集包括一定数量用户开/关灯过程中的任意时间点及其对应的温差；

s2、利用历史数据集对通电状态下的数据进行分段直线拟合和断电状态下的数据进行分段直线拟合，确定升温分段时间点和降温分段时间点；

s3、在当前用户第一次通/断电过程中，根据升温分段时间点和降温分段时间点，分段计算通电状态下各直线的近似回归系数和分段计算断电状态下各直线的近似回归系数；

s4、根据所述升温分段时间点、降温分段时间点、通电状态下各直线的近似回归系数和断电状态下各直线的近似回归系数，修正单火线开关测温误差。

需要说明的是，由于单火线开关主要用于普通家庭用户，在实验条件下，用电器对设备产生的温升，在n分钟达到散热均衡状态，假设室温保持恒定的情况下，在用户通电情况下，通过后台统计用户的时间数据即任意时间点xi和温度变化值yi，构成历史数据集。利用历史数据集中的数据对分段直线拟合函数进行拟合得到分段时间点，采集某一用户与分段时间点对应的时刻及其温差，来学习近似回归系数，利用分段时间点和近似回归系数应用到单火线测温面板中，即可在将通电情况下的升温温度作为断电情况下降温的补偿温度，彻底解决集成电路板发热对温度传感器造成的影响。

进一步地，上述步骤s2：利用历史数据集对通电状态下的数据进行分段直线拟合和断电状态下的数据进行分段直线拟合，确定升温分段时间点和降温分段时间点，包括如下细分步骤s21-s22：

s21、将所述历史数据集中通电状态下的数据至少分为两个连续时间段，利用每个时间段内的数据对通电状态下分段直线拟合，得到每段拟合直线下的回归系数，然后计算分段内除每段起始点外的所有数据至每段起始点的斜率；在每段拟合直线中，将每段拟合直线下的回归系数与该段直线斜率最接近的坐标点所对应的时刻作为该段直线分段计算的时间点，每段拟合直线函数的分段时间点构成所述升温分段时间点；

s22、将所述历史数据集中断电状态下的数据至少分为两个连续时间段，利用每个时间段内的数据对断电状态下分段直线拟合，得到每段拟合直线下的回归系数，然后计算分段内除每段起始点之外的所有数据至每段起始点的斜率；在每段拟合直线中，将每段拟合直线下的回归系数与直线斜率最接近的坐标点所对应的时刻作为该段直线分段计算的时间点，每段拟合直线函数的分段时间点构成所述升温分段时间点。

需要说明的是，采用线性最小二乘法求解拟合直线的回归系数的过程如下：

(1)拟合直线y＝a+b*x

(2)任意坐标点(xi，yi)//xi代表时间点，yi代表温差

(3)误差di＝yi-(a+b*xi)

(4)当取最最小值时，直线拟合程度最高

(5)分别对a，b求一阶偏导数：

令：求解a，b，令

则：

以上就是线性最小二乘法求解回归系数的过程，xi表示时间点，yi表示温度变化值，代表x，y的均值，*表示乘积，(q)**2表示q的平方。

需要说明的是，在计算机程序执行过程中，转化为矩形形式进行计算：y＝[y1,y2,yj,…,ym]，yj为温度变化值，x＝[[1,x1],[1,x2],[1,xi]…[1,xn]]，xi任意时间点，β＝[[a],[b]]，a、b为拟合一元线性回归系数，(x^tx)^-1表示x^tx的拟矩阵，x^t表示x的转置。

进一步地，所述通电状态下的分段直线拟合和所述断电状态下的分段直线拟合均为至少两段拟合直线。需要说明的是，通过采用分段直线拟合数据的拟合效果比采用一段拟合直线的拟合效果要好，以三段拟合直线函数为例：

如图2所示，若原数据集拟合直线函数不分段为y＝a+b*x，则加载历史数据集，利用上述最小二乘法推导计算回归系数a、b，则计算的损失函数

如图3所示，原数据集分3段进行数据拟合，采用上述方法进行计算回归系数(a1,b1),(a2,b2)(a3,b3)，则计算的损失函数：

比较可知，相同数据集loss1>>loss2，故采用分段数据拟合效果更佳。

具体地，本实施例以分三段拟合直线进行拟合，每段的分段时间点的确定过程为：

(1)分段的第一段，分别计算每个坐标点和坐标原点的斜率(k1,k2,k3…)，找出和b1最接近的k，将k值对应的时刻记录当前的分段的时刻点n1。

(2)分段的第二段，分别计算第二段的坐标点和分段的第一段的最后一个坐标点的斜率(w1,w2,w3…)，找出和b2最接近的w，记录w值对应的时刻作为第二分段的时间点n2。

(3)分段的第三段，分别计算第三段的坐标点和分段的第二段的最后一个坐标点的斜率(u1,u2,u3…)，找出和b3最接近的u，记录u值对应的时刻作为第三分段的时间点n3。

应当理解的是，断电过程和通电过程一样，分别确定通电过程的分段时间点n1、n2和n3，以及断电过程的分段时间点n4、n5和n6。从而根据确定的分段时间点，计算通电状态下的分段直线的近似回归系数和断电状态下的分段直线的近似回归系数。

进一步地，上述步骤s3：在当前用户第一次通/断电过程中，根据升温分段时间点和降温分段时间点，分段计算通电状态下各直线的近似回归系数和分段计算断电状态下各直线的近似回归系数，包括如下细分步骤s31-s32：

s31、在所述当前用户第一次通/断电过程中，获取与所述升温分段时间点相同的时刻作为升温标定时刻，并记录升温标定时刻对应的温差；利用所述升温标定时刻及其对应的温差对所述通电状态下分段计算各直线系数，近似作为通电状态下的各段拟合直线的回归系数。具体为：

获取升温标定时刻对应的温差：

(1)统计开灯时刻x，温度y；

(2)统计分段时间点n1,对应的时刻xn1,yn1；

(3)统计分段时间点n2,对应的时刻xn2,yn2；

(4)统计分段时间点n3,对应的时刻xn3,yn3。

计算通电状态下的分段直线拟合的回归系数：

(1)开灯第一阶段回归系数b1＝(yn1-y)/(xn1-x)；

(2)开灯第二阶段回归系数b2＝(yn2-yn1)/(xn2-xn1)；

(3)开灯第三阶段回归系数b3＝(yn3–yn2)/(xn3-xn2)。

s32、在所述当前用户第一次通/断电过程中，获取与所述降温分段时间点相同的时刻作为降温标定时刻，并记录降温标定时刻对应的温差；利用所述降温标定时刻及其对应的温差对所述断电状态下分段计算各直线系数，近似作为断电状态下的各段拟合直线的回归系数。

获取降温标定时刻对应的温差：

(1)统计关闭时刻的时间x′,温度y′；

(2)统计分段时间点n4,对应的时刻x′n4，y′n4；

(3)统计分段时间点n5,对应的时刻x′n5，y′n5；

(4)统计分段时间点n6,对应的时刻x′n6，y′n6。

计算断电状态下的分段直线拟合的回归系数：

(1)统计开灯时间超过60分钟之后的时刻xo温度yo

(2)关灯第一阶段回归系数b4＝(y′n4-yo)/(x′n4-xo)

(3)关灯第二阶段回归系数b5＝(y′n5-y′n4)/(x′n5-x′n4)

(4)关灯第三阶段回归系数b6＝(y′n6-y′n5)/(x′n6-x′n5)。

进一步地，上述步骤s4：根据所述升温分段时间点、降温分段时间点、通电状态下各直线的近似回归系数和断电状态下各直线的近似回归系数，修正单火线开关测温误差，具体包括：

单火线开关修正后的温度△y＝y-b1*t1–b2*t2-b3*t3+b4*t1′+b5*t2′+b6*t3′，其中y表示通电时刻温度传感器值，t1、t2、t3分别为通电状态下每个时间段的时长，t1′、t2′、t3′分别为断电状态下每个时间段的时长，b1、b2、b3分别为通电状态下的分段计算直线的近似回归系数，b4、b5、b6分别为断电状态下的分段计算直线的近似回归系数，*表示乘积。

需要说明的是，单火线测温面板安装使用过程中，其安装环境以及用电器功率基本是不变的，即用户每次使用单火线开关，实际造成的温升是固定的，用户第一次使用单火线面板，学习用户的升温规律，来保存模型实际参数，用户第一次关灯，学习用户关灯后的降温规律。等用户二次使用，用户开启单火线面板，根据温度传感器实际获取的温度减去升温的温度，即是用户的实际环境温度；用户关灯时候，根据降温规律，把实际降温的值补偿到传感器，这样就可以做到单火线开修正关补偿温度的目的，这样就可以把集成电路板发热造成的温升给消除掉。

特别地，如果用户的安装环境及用电器功率改变，单片机会判断用户电路是否正常，如断电，可能是安装环境改变或者用电器改变，这时原来模型计算得到的实际参数值，会被清空，重新学习升降温规律，真正做到人性化、智能化。

如图4所示，本实施例公开了一种单火线开关测温误差的修正系统，包括：历史数据集获取模块10、分段时间点确定模块20、回归系数计算模块30以及测温误差修正模块40；

历史数据集获取模块10用于在室温保持恒定的情况下，获取历史数据集，该历史数据集包括一定数量用户开/关灯过程中的任意时间点及其对应的温差；

分段时间点确定模块20用于利用历史数据集对通电状态下的数据进行分段直线拟合和断电状态下的数据进行分段直线拟合，确定升温分段时间点和降温分段时间点；

回归系数计算模块30用于在当前用户第一次通/断电过程中，根据升温分段时间点和降温分段时间点，分段计算通电状态下各直线的近似回归系数和分段计算断电状态下各直线的近似回归系数；

测温误差修正模块40用于根据所述升温分段时间点、降温分段时间点、通电状态下各直线的近似回归系数和断电状态下各直线的近似回归系数，修正单火线开关测温误差。

进一步地，所述通电状态下的分段直线拟合和所述断电状态下的分段直线拟合均为至少两段拟合直线。需要说明的是，理论上是分段数量越高，拟合效果越好，但是容易受到某点的异常数据的影响，而且单片机的计算量以及保存的参数非常多，不具有实用性，本实施例分三段进行数据拟合。

进一步地，所述分段时间点确定模块20包括升温分段时间点确定单元和降温分段时间点确定单元；

升温分段时间点确定单元用于将所述历史数据集中通电状态下的数据至少分为两个连续时间段，利用每个时间段内的数据对通电状态下分段直线拟合，得到每段拟合直线下的回归系数，然后计算分段内除每段起始点之外的的所有数据至每段起始点的斜率；在每段拟合直线中，将每段拟合直线下的回归系数与该段直线斜率最接近的坐标点所对应的时刻作为该段直线分段计算的时间点，每段拟合直线函数的分段时间点构成所述升温分段时间点；

降温分段时间点确定单元用于将所述历史数据集中断电状态下的数据至少分为两个连续时间段，利用每个时间段内的数据对断电状态下分段直线拟合，得到每段拟合直线下的回归系数，然后计算分段内除每段起始点之外的的所有数据至每段起始点的斜率；在每段拟合直线中，将每段拟合直线下的回归系数与直线斜率最接近的坐标点所对应的时刻作为该段直线分段计算的时间点，每段拟合直线函数的分段时间点构成所述升温分段时间点。

进一步地，所述回归系数计算模块30包括第一回归系数计算单元和第二回归系数计算单元；

第一回归系数计算单元用于在当前用户第一次通/断电过程中，获取与所述升温分段时间点相同的时刻作为升温标定时刻，并记录升温标定时刻对应的温差；利用所述升温标定时刻及其对应的温差对所述通电状态下分段计算各直线系数，近似作为通电状态下的各段拟合直线的回归系数；

第二回归系数计算单元用于在当前用户第一次通/断电过程中，获取与所述降温分段时间点相同的时刻作为降温标定时刻，并记录降温标定时刻对应的温差；利用所述降温标定时刻及其对应的温差对所述断电状态下分段计算各直线系数，近似作为断电状态下的各段拟合直线的回归系数。

进一步地，所述测温误差修正模块40具体用于：

单火线开关修正后的温度△y＝y-b1*t1–b2*t2-b3*t3+b4*t1′+b5*t2′+b6*t3′，其中y表示通电时刻温度传感器值，t1、t2、t3分别为通电状态下每个时间段的时长，t1′、t2′、t3′分别为断电状态下每个时间段的时长，b1、b2、b3分别为通电状态下的分段计算直线的近似回归系数，b4、b5、b6分别为断电状态下的分段计算直线的近似回归系数，*表示乘积。

需要说明的是，本方案不同与现有技术仅在结构上进行改进，来减少集成电路板发热对温度传感器造成的影响，而是利用统计学原理，统计大量用户的数据，通过用户历史数据来训练模型，最后把模型参数应用到单火线测温面板。欲保护点：通过大量用户历史数据训练得到模型参数置入单片机，针对不同用户安装环境以及用户使用的用电去功率大小不同，智能化学习具体的模型参数数值，然后自动化修正温差的目的。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。