TWI407276B

TWI407276B - 家電待機狀態監控方法與裝置

Info

Publication number: TWI407276B
Application number: TW99146306A
Authority: TW
Inventors: Yi Lin Chiang; Shun Chieh Lin; Ya Huei Lee; Huan Wen Tsai
Original assignee: Ind Tech Res Inst
Priority date: 2010-12-28
Filing date: 2010-12-28
Publication date: 2013-09-01
Also published as: US20120161922A1; US8570141B2; TW201227191A

Description

家電待機狀態監控方法與裝置

本發明係關於家電節能技術，更係關於監控家電待機狀態的裝置及方法。

一般的家用電器在待機模式下仍會消耗電源，無形之中浪費大量能源。因應現今環保節能的需求，如何節省不必要的待機電力已成為一重要課題。

在習知技術中，常以加裝手動開關或定時開關的方式解決待機模式下的能源浪費。習知技術雖有自動偵測家電待機狀態的機制，包括以固定電流或功率為判斷基準，或者以特定比例之電流變化或功率變化為判斷基準。

因此，一種能夠廣泛應用於各種家電的待機狀態監控裝置及方法，提供各種形形色色的家電之待機狀態做出判斷。

本發明提供一種家電待機狀態監控方法，用以監控一家電之待機狀態，包括：連續監測該家電之功率以訓練出一第一待機功率範圍；連續監測該家電之功率以取樣一第一即時功率資料；由該第一即時功率資料落在該第一待機功率範圍之次數，計算出一第一待機信賴水準；以及當該第一待機信賴水準大於一待機信賴水準門檻值時，判斷該家電處於待機狀態。

本發明另提供一種家電待機狀態監控裝置，用以監控一家電之待機狀態，包括：一插座，用以將該家電電性耦接一市電，一微控制器，電性耦接至該插座，用以連續監測該家電之功率以訓練出一第一待機功率範圍；連續監測該家電之功率以取樣一第一即時功率資料；由該第一即時功率資料落在該第一待機功率範圍之次數，計算出一第一待機信賴水準；並在該第一待機信賴水準大於一待機信賴水準門檻值時，將該家電予以斷電。

下文為介紹本發明之實施例。各實施例用以說明本發明之原理，但非用以限制本發明。

《家電待機狀態監控方法》

第1圖為依據本發明一實施例之家電待機狀態監控方法流程圖。本發明之家電待機狀態監控方法係用以監控一家電之待機狀態，流程中之各個步驟可由本發明後述之家電待機狀態監控裝置實施。本發明之家電待機狀態監控方法主要的流程包括：在步驟S102中，連續監測該家電之功率以訓練出一待機功率範圍以及一變異門檻值；在步驟S104中，連續監測該家電之功率以取樣一即時功率資料；在步驟S106中，由該即時功率資料落在該待機功率範圍之次數，計算出一待機信賴水準；以及在步驟S108~S109中，當該第一待機信賴水準大於一待機信賴水準門檻值時，判定該家電處於待機狀態。

本發明家電待機狀態監控方法包含下列三種模式：一、訓練模式；二、偵測模式；以及三、調適模式。下文將進一步說明此三種模式。

《訓練模式》

在一實施例中，當家電連接家電待機狀態監控裝置之後，首次訓練模式啟動。步驟S102即為待機狀態監控方法中之訓練模式，目的在取得偵測模式所需要的待機功率範圍以及調適模式所需要的變異門檻值。

第2圖為步驟S102訓練模式取得待機功率範圍之詳細流程圖。步驟S102之訓練模式更包括下列步驟：在步驟S202中，連續監測該家電之功率以取樣一第一功率資料；在步驟S204中，由該第一功率資料建立該家電之一第一功率範圍；在步驟S206中，連續監測該家電之功率以取樣一第二功率資料；在步驟S208中，由該第二功率資料落在該第一功率範圍之次數，計算出一訓練信賴水準；在步驟S210中，當該訓練信賴水準大於一訓練信賴水準門檻值時，以該第一功率範圍做為該待機功率範圍。

第3圖為一實施例中一家電之用電功率示意圖。如第3圖所示，家電在使用初期多為待機狀態，因此，在一實施例中，當本發明之家電待機狀態監控裝置偵測到家電與其相連時，將會觸發此訓練模式。之後，舉例而言，步驟S202在連續監測該家電之功率一段時間T1後，可取樣出N個第一功率資料P₁₁ ~P_1N ，而步驟S204即可由上述第一功率資料P₁₁ ~P_1N 建立該家電之一第一功率範圍S_min ~S_max 。更明確地說，該第一功率範圍之上限S_max 為該第一功率資料P₁₁ ~P_1N 之平均數μ加上該第一功率資料之標準差σ與一系統預設常數Z之乘積；而該第一功率範圍之下限S_min 則為該第一功率資料P₁₁ ~P_1N 之平均數μ減去該第一功率資料之標準差σ與該系統預設常數Z之乘積，分別如下列公式所示：

Smax=μ+Z×σ　(公式1)

Smin=μ-Z×σ　(公式2)

其中，第一功率資料P₁₁ ~P_1N 之平均數μ及標準差σ可分別由下列公式求得：

此外，該系統預設常數Z係一單位常態變量(unit normal variate)之(1-α/2)分位數，其中α為顯著性水準(significance level)，可藉由查詢下表取得：

(表1)

接著，在此實施例中，參照第3圖，步驟S206可在連續監測該家電之功率一段時間T2後取樣出M個第二功率資料P₂₁ ~P_2M ，而步驟S208即可由該第二功率資料P₂₁ ~P_2M 落在該第一功率範圍S_min ~S_max 之次數計算出一訓練信賴水準rs。該訓練信賴水準rs，舉例而言，可為該第二功率資料P₂₁ ~P_2M 落在該第一功率範圍S_min ~S_max 之次數佔該第二功率資料P₂₁ ~P_2M 取樣次數之比率，如下式所示：

rs=M'/M　(公式5)

在一實施例中，可將一訓練信賴水準門檻值預先設定為0.95。若步驟S210發現步驟S208所計算出來的訓練信賴水準大於或等於訓練信賴水準門檻值0.95時，上述第一功率範圍S_max ~S_min 即可被視為該家電之待機功率範圍，以供後述偵測模式使用。

值得注意的是，在執行上述步驟S102的同時亦可取得調適模式所需要的變異門檻值以供後述之調適模式使用。舉例而言，該變異門檻值δ可由上述第一功率範圍上限S_max 以及第一功率範圍下限S_min 依照下列公式取得：

δ=2SmaX-Smin　(公式7)

《偵測模式》

步驟S104~S108即為實施例家電待機狀態監控方法中之偵測模式，用以監控並判斷家電係是否處於待機狀態，其中非待機狀態為該等家電正在使用狀態或關機。

在前述訓練模式結束後，將以偵測模式進一步對家電的用電量進行監控。回到第1圖，在執行步驟S102之後進入步驟S104。步驟S104與步驟S106分別與訓練模式中的步驟S206及S208相似，步驟S104可連續監測該家電之功率一段時間T3(參照第3圖)以取樣一即時功率資料，而步驟S106可進一步由該即時功率資料落在該待機功率範圍之次數，計算出一待機信賴水準。在一實施例中，與訓練信賴水準之計算相同，該待機信賴水準可為該即時功率資料落在該待機功率範圍之次數佔該即時功率資料取樣次數之比率，請參照上述公式5及公式6。

在一實施例中，可將一待機信賴水準門檻值預先設定為0.95。步驟S108會判斷該待機信賴水準是否大於待機信賴水準門檻值0.95。值得注意的是此待機信賴水準門檻值不必等於前述之訓練信賴水準門檻值，熟悉本技藝人士可依據本發明之精神分別設定兩者之數值。若步驟S108判斷之結果為是(待機信賴水準大於或等於待機信賴水準門檻值0.95)，即進入步驟S109，判定所偵測的家電係處於待機狀態。為了達到省電節能的目的，當判定家電處於待機狀態時，可進一步將該家電予以斷電，使得該家電完全不消耗電量。

值得注意的是，家電的待機用電量可能因為外在環境及內在因素而改變，因此，提供一調適模式，藉由不斷地修正前述待機功率範圍，使得家電待機狀態的判斷具調適模式。

《調適模式》

步驟S110即為本發明實施例家電待機狀態監控方法中之調適模式，用以監控並修正家電的待機功率範圍。

若步驟S108判斷該待機信賴水準小於待機信賴水準門檻值0.95，則進入步驟S110，進一步判斷即時功率資料是否小於該變異門檻值。若步驟S110判斷之結果為否(即時功率資料大於該變異門檻值)，則表示所監測的家電之用電情形應未發生變異，判定該家電係處於非待機狀態(S112)，可繼續對該家電供應電力。若步驟S110判斷之結果為是(即時功率資料小於該變異門檻值)，則表示所監測的家電之待機用電量發生變異，原本訓練模式所取得的待機功率範圍已不精確而必須被調整，因此，進入步驟S102而重新訓練該家電的待機功率範圍。

綜上所述，若在訓練模式下，步驟S102可連續監測該家電之功率以訓練出一第一待機功率範圍；在偵測模式下，步驟S104可連續監測該家電之功率以取樣一第一即時功率資料；而步驟S106可由該第一即時功率資料落在該第一待機功率範圍之次數，計算出一第一待機信賴水準；當步驟S108判斷該第一待機信賴水準未大於該待機信賴水準門檻值，而調適模式的步驟S110在判斷該第一即時功率資料皆小於該變異門檻值時，可重覆上述訓練模式(步驟S102)及偵測模式(步驟S104~108)，即，步驟S102將連續監測該家電之功率以訓練出一第二待機功率範圍；步驟S104將連續監測該家電之功率以取樣一第二即時功率資料；步驟S106將由該第二即時功率資料落在該第二待機功率範圍之次數，計算出一第二待機信賴水準。若步驟S108~S109判定該第二待機信賴水準大於該待機信賴水準門檻值時，該家電係處於待機狀態；若步驟S108~S110判定該第二待機信賴水準小於該待機信賴水準門檻值時，則本發明之流程將進一步判斷該第二即時功率資料是否再次發生變異，以此類推。

《復電》

在經過前述偵測模式後，會將判定為待機狀態的家電予以斷電。在一實施例中，另外提供一復電流程，用以偵測一使用者之行為，並在該使用者欲使用該家電時，而將被斷電的家電予以復電。

《家電待機狀態監控裝置》

前文已詳述本發明實施例之家電待機狀態監控方法。除此之外，本發明更提供一家電待機狀態監控裝置以實施前述之家電待機狀態監控方法。第4圖為依據本發明一實施例之家電待機狀態監控裝置示意圖。本發明之家電待機狀態監控裝置400係用以監控家電10之待機狀態，至少包括一插座410以及一微控制器420。使用者可將本發明之插座410安裝在牆面上欲設置插座處，安裝方式如同一般傳統插座。該插座係用以將該家電電性耦接至市電，而該微控制器420電性耦接至該插座410，可用以實施前述之家電待機狀態監控方法。在觸發第一次訓練模式前，本發明之家電待機狀態監控裝置可先偵測其所連接之家電是否存有負載，如有負載，即可進入訓練模式。該微控制器420可用以在第一訓練模式下，透過電錶連續監測該家電之功率以訓練出一第一待機功率範圍；並在偵測模式下連續監測該家電之功率以取樣一第一即時功率資料；由該第一即時功率資料落在該第一待機功率範圍之次數，計算出一第一待機信賴水準；並在該第一待機信賴水準大於一待機信賴水準門檻值時，將該家電予以斷電。其中，該待機信賴水準為該第一即時功率資料落在該第一待機功率範圍之次數佔該第一即時功率資料取樣次數之比率。待機信賴水準之計算可參照前述公式5~6。

該微控制器在訓練模式下更可用以連續監測該家電之功率以取樣一第一功率資料；由該第一功率資料建立該家電之一第一功率範圍；連續監測該家電之功率以取樣一第二功率資料；由該第二功率資料落在該第一功率範圍之次數，計算出一訓練信賴水準；並在該訓練信賴水準大於一訓練信賴水準門檻值時，以該第一功率範圍做為該第一待機功率範圍。其中，該第一功率範圍之上限為該第一功率資料之平均數加上該第一功率資料之標準差與一系統預設常數之乘積；該第一功率範圍之下限為該第一功率資料之平均數減去該第一功率資料之標準差與該系統預設常數之乘積。待機功率範圍之求取可參照前述公式1~4。其中，其中該系統預設常數為一單位常態變量(unit normal variate)之(1-α/2)分位數，其中α為顯著性水準(significance level)，其值等於1減去系統預設之信賴水準，舉例而言，當系統預設之信賴水準為95%時，α等於0.05。該系統預設常數可由前述表1取得。

除此之外，該微控制器420在訓練模式下可同時訓練出一變異門檻值，其中該變異門檻值為該第一功率範圍之上限之兩倍減去該第一功率範圍之下限，如公式7所示。在調適模式下，該微控制器420更進一步在判斷該第一待機信賴水準未大於該待機信賴水準門檻值，而該第一即時功率資料皆小於該變異門檻值時，連續監測該家電之功率以訓練出一第二待機功率範圍；連續監測該家電之功率以取樣一第二即時功率資料；由該第二即時功率資料落在該第二待機功率範圍之次數，計算出一第二待機信賴水準；以及當該第二待機信賴水準大於該待機信賴水準門檻值時，判定該家電處於待機狀態。其中，該訓練信賴水準為該第二功率資料落在該第一功率範圍之次數佔該第二功率資料取樣次數之比率。訓練信賴水準之求取亦可參照前述公式5~6。

在一實施例中，家電待機狀態監控裝置400更包括一偵測器430，用以在偵測一使用者欲使用該家電時，將該家電予以復電。該偵測器430可為紅外線感測器、照度感測器、加速度感測器、重力感測器、陀螺儀、壓力感測器、位移感測器以及溫度感測器，以及前述感測器之組合。其中，該偵測器430與該微控制器420間可採用有線或無線通訊方式，例如：電力線通訊(power line communication，PLC)、Zigbee通訊或RF通訊。舉例而言，偵測器430可為一三軸陀螺儀，安裝於電視遙控器上。當使用者拿起遙控器時，偵測器430判斷使用者欲使用電視，即發出訊號通知該微控制器420取消斷電並恢復對電視之供電。

在一實施例中，為了方便與使用者互動，家電待機狀態監控裝置400更包括一指示燈號411。該指示燈號411可附於該插座上，用以指示使用者目前裝置的狀態為學習中、斷電中或是強制供電狀態。

在另一實施例中，為了因應某些不適合斷電之家電，例如冰箱、保全系統或使用者不想斷電之家電，家電待機狀態監控裝置400更包括一強制供電鈕412。該強制供電鈕412可附於該插座上，用以在被按壓時略過該待機偵測流程之運作，忽略對家電待機狀態之偵測，而使該市電能夠持續供電予該家電。

熟悉本技藝人士可參照前文說明及附圖了解本發明家電待機狀態監控裝置400之運作機制，因此，本文不再贅述此家電待機狀態監控裝置400之其他實施例。

本發明雖以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明的範圍，任何熟習此項技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可做些許的更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

S102~S112．．．步驟

S202~S210．．．步驟

10．．．家電

400．．．家電待機狀態監控裝置

410．．．插座

420．．．微控制器

430．．．偵測器

411．．．指示燈號

412．．．強制供電鈕

第1圖為依據一實施例之家電待機狀態監控方法流程圖。

第2圖為步驟S102訓練模式取得待機功率範圍之詳細流程圖。

第3圖為一實施例中一家電之用電功率示意圖。

第4圖為依據一實施例之家電待機狀態監控裝置示意圖。

S102~S112．．．步驟

Claims

一種家電待機狀態監控方法，用以監控一家電之待機狀態，包括：連續監測該家電之功率以訓練出一第一待機功率範圍；連續監測該家電之功率以取樣一第一即時功率資料；由該第一即時功率資料落在該第一待機功率範圍之次數，計算出一第一待機信賴水準；以及當該第一待機信賴水準大於或等於一待機信賴水準門檻值時，判斷該家電處於待機狀態。
如申請專利範圍第1項所述之家電待機狀態監控方法，其中連續監測該家電之功率以訓練出該第一待機功率範圍之步驟更包括：連續監測該家電之功率以取樣一第一功率資料；由該第一功率資料建立該家電之一第一功率範圍；連續監測該家電之功率以取樣一第二功率資料；由該第二功率資料落在該第一功率範圍之次數，計算出一訓練信賴水準；當該訓練信賴水準大於一訓練信賴水準門檻值時，以該第一功率範圍做為該第一待機功率範圍。
如申請專利範圍第1項所述之家電待機狀態監控方法，連續監測該家電之功率以訓練出該第一待機功率範圍之步驟更包括同時訓練出一變異門檻值。
如申請專利範圍第3項所述之家電待機狀態監控方法，更包括：當判斷該第一待機信賴水準未大於該待機信賴水準門檻值，而該第一即時功率資料皆小於該變異門檻值時，更進一步：連續監測該家電之功率以訓練出一第二待機功率範圍；連續監測該家電之功率以取樣一第二即時功率資料；由該第二即時功率資料落在該第二待機功率範圍之次數，計算出一第二待機信賴水準；以及當該第二待機信賴水準大於該待機信賴水準門檻值時，判定該家電處於待機狀態。
如申請專利範圍第3項所述之家電待機狀態監控方法，其中：該第一功率範圍之上限為該第一功率資料之平均數加上該第一功率資料之標準差與一系統預設常數之乘積；該第一功率範圍之下限為該第一功率資料之平均數減去該第一功率資料之標準差與該系統預設常數之乘積；該變異門檻值為該第一功率範圍之上限之特定倍數減去該第一功率範圍之下限。
如申請專利範圍第5項所述之家電待機狀態監控方法，其中該特定倍數為2倍。
如申請專利範圍第5項所述之家電待機狀態監控方法，其中該系統預設常數為一單位常態變量(unit normal variate)之(1-α/2)分位數，其中α為顯著性水準(significance level)，其值等於1減去系統預設之信賴水準。
如申請專利範圍第1項所述之家電待機狀態監控方法，其中該待機信賴水準為該第一即時功率資料落在該第一待機功率範圍之次數佔該第一即時功率資料取樣次數之比率。
如申請專利範圍第2項所述之家電待機狀態監控方法，其中該訓練信賴水準為該第二功率資料落在該第一功率範圍之次數佔該第二功率資料取樣次數之比率。
如申請專利範圍第1項所述之家電待機狀態監控方法，當判定該家電處於待機狀態時，將該家電予以斷電。
如申請專利範圍第1項所述之家電待機狀態監控方法，更包括：當偵測一使用者欲使用該家電時，將該家電予以復電。
一種家電待機狀態監控裝置，用以監控一家電之待機狀態，包括：一插座，用以將該家電電性耦接一市電，一微控制器，電性耦接至該插座，用以連續監測該家電之功率以訓練出一第一待機功率範圍；連續監測該家電之功率以取樣一第一即時功率資料；由該第一即時功率資料落在該第一待機功率範圍之次數，計算出一第一待機信賴水準；並在該第一待機信賴水準大於一待機信賴水準門檻值時，將該家電予以斷電。
如申請專利範圍第12項所述之家電待機狀態監控裝置，其中該微控制器更用以連續監測該家電之功率以取樣一第一功率資料；由該第一功率資料建立該家電之一第一功率範圍；連續監測該家電之功率以取樣一第二功率資料；由該第二功率資料落在該第一功率範圍之次數，計算出一訓練信賴水準；並在該訓練信賴水準大於一訓練信賴水準門檻值時，以該第一功率範圍做為該第一待機功率範圍。
如申請專利範圍第12項所述之家電待機狀態監控裝置，其中該微控制器更用以訓練出一變異門檻值。
如申請專利範圍第14項所述之家電待機狀態監控裝置，其中該微控制器更用以在判斷該第一待機信賴水準未大於該待機信賴水準門檻值，而該第一即時功率資料皆小於該變異門檻值時，連續監測該家電之功率以訓練出一第二待機功率範圍；連續監測該家電之功率以取樣一第二即時功率資料；由該第二即時功率資料落在該第二待機功率範圍之次數，計算出一第二待機信賴水準；以及當該第二待機信賴水準大於該待機信賴水準門檻值時，判定該家電處於待機狀態。
如申請專利範圍第13項所述之家電待機狀態監控裝置，其中：該第一功率範圍之上限為該第一功率資料之平均數加上該第一功率資料之標準差與一系統預設常數之乘積；該第一功率範圍之下限為該第一功率資料之平均數減去該第一功率資料之標準差與該系統預設常數之乘積；該變異門檻值為該第一功率範圍之上限之特定倍數減去該第一功率範圍之下限。
如申請專利範圍第16項所述之家電待機狀態監控裝置，其中該特定倍數為2倍。
如申請專利範圍第16項所述之家電待機狀態監控裝置，其中該系統預設常數為一單位常態變量(unit normal variate)之(1-α/2)分位數，其中α為顯著性水準(significance level)，其值等於1減去系統預設之信賴水準。
如申請專利範圍第12項所述之家電待機狀態監控裝置，其中該待機信賴水準為該第一即時功率資料落在該第一待機功率範圍之次數佔該第一即時功率資料取樣次數之比率。
如申請專利範圍第13項所述之家電待機狀態監控裝置，其中該訓練信賴水準為該第二功率資料落在該第一功率範圍之次數佔該第二功率資料取樣次數之比率。
如申請專利範圍第12項所述之家電待機狀態監控裝置，更包括：一偵測器，用以在偵測一使用者欲使用該家電時，將該家電予以復電。
如申請專利範圍第12項所述之家電待機狀態監控裝置，更包括：一指示燈號，附於該插座上，用以通知使用者目前系統狀態。
如申請專利範圍第12項所述之家電待機狀態監控裝置，更包括：一強制供電鈕，附於該插座上，用以在被按壓時略過該待機偵測流程之運作，而使該市電持續供電予該家電。