Информационная система контроля и идентификации бытовых приборов в реальном времени по характеру потребляемой ими электроэнергии
Автор проекта
Кривобоков Кирилл
8 класс
Научный руководитель
Соловьев Виталий Андреевич, ст. преподаватель кафедры информационных систем АлтГТУ, преподаватель ЦДНИТТ «Наследники Ползунова», г. Барнаул (Алтайский край)
Цель проекта
Разработка системы контроля и идентификации энергопотребителей, подключаемых к сети дома в режиме реального времени.
Краткое описание проекта
Проект направлен на идентификацию бытовых электроприборов путем анализа их характера электропотребления. Сегодня существуют устройства, способные измерять электрические параметры бытового прибора, но не способные идентифицировать его, поскольку не анализируют информацию о его работе. «Умной розеткой» в наше время называют устройство, которое контролирует состояние подключенной к ней техники и которым можно управлять на расстоянии. Розетка работает либо по заранее заданному алгоритму, либо ожидает действия пользователя. Также имеется возможность мониторинга мощности потребляемой нагрузки. Однако возможности обработки измеренных сигналов для идентификации и мониторинга состояния устройства в известных изделиях нами не обнаружены. Решением проблемы, по нашему мнению, является построение «портрета» энергопотребления бытового электрического прибора и дальнейшая его идентификация по ряду отличительных признаков. При помощи модуля Sonoff нами были получены значения электрических параметров различных устройств. При этом мы исследовали как устройства различных производителей, так и различные режимы работы этих устройств. В результате математической обработки сигналов нам удалось построить «портреты» устройств, которые однозначно отличают их друг от друга. Далее мы разработали структуру нейросети и обучили ее на фрагментах реальных данных с бытовых устройств. В настоящий момент нейросеть способна идентифицировать 3 устройства по их отличительным признакам в режиме реального времени: стиральную машину, холодильник, утюг. Для демонстрации нами был разработан сайт, на котором пользователь может постоянно наблюдать за изменениями в графике работы устройства, а также узнать, что за устройство подключено в данный момент к бытовой сети.
Результаты проекта
1. Выполнены экспериментальные исследования при помощи модуля Sonoff Pow R2, направленные на сбор данных потребления электроэнергии бытовыми приборами на длительных интервалах времени, общее количество массивов данных составило более 50 штук, а общее число значений – более 2000.
2. Предложена и реализована методика построения «портрета» электропотребления прибора, что позволило накапливать данные и применять типовые нейронные сети распознавания изображений для идентификации.
3. Применена нейросеть для идентификации бытового потребителя электроэнергии, при этом вероятность распознавания составила не менее 92%.
4. Реализовано онлайн приложение, получающее данные от измерителя мгновенной потребляемой мощности, строящее «портрет» и применяющее разработанную нейросеть для идентификации электропотребителя. Для примера продемонстрирована работа стиральной машины и система анализа. Нейросеть распознавала стиральную машину с точностью не менее 78%.
Дальнейшее развитие проекта
Планируется:
1. увеличить объем экспериментальных данных о характере потребления электроэнергии различными устройствами в различных режимах с целью создания возможности не только их идентификации, но и определения их состояния, в том числе аварийного;
2. выполнить дополнительные исследования и расширить методику построения «портретов» устройств, в том числе добавляя новые переменные для повышения вероятности идентификации;
3. выполнить исследования, направленные на определение оптимальных параметров нейросетей для повышения вероятности идентификации;
4. реализовать алгоритмы автоматического сбора данных и обучения нейросети идентификации новых устройств и их режимов;
5. распространить предложенную методику для идентификации и диагностики более широкого круга устройств, в том числе и промышленных;
6. разработать собственное электронное устройство измерения мгновенной мощности электропотребления, встраиваемое в розетку и передающее данные через беспроводные сети.