CN112923008B - 一种磁流变减震一体化装置及物联系统 - Google Patents

一种磁流变减震一体化装置及物联系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种磁流变减震一体化装置及物联系统，在应用磁流变减震装置针对其所对接减震对象实现减震的同时，引入位移检测模块、加速度检测模块、电流检测模块、力检测模块进行实时信号检测，获得反馈交互式设计，及时侦测到装置故障，保障装置实际应用的稳定性；同时设计基于此装置的物联系统，能够实现多线程双向通信，实现对多个磁流变减震一体化装置的监控，在实现物联网的同时更加具有实际应用性，提高实际工作效率。

Description

一种磁流变减震一体化装置及物联系统
技术领域
本发明涉及一种磁流变减震一体化装置及物联系统，属于智能减震技术领域。
背景技术
磁流变减震装置广泛应用于建筑和机械结构中，例如，高层建筑经常会受到大风或地震的威胁，大型机械结构在运动时会产生震动，都会使用到磁流变减震装置来减震。
在一个建筑或者机械结构中往往会使用到至少一个磁流变减震装置，这些磁流变减震装置为半主动控制，内部都装有智能控制器，可以选择启停智能控制器、以及选择控制模式，对其逐一现场操作非常繁琐。同时，这些磁流变减震装置在使用环境中也可能会面临部分功能受损的情况，我们有时难以发现其受损，更加难以观察到其受损情况。研制一种物联网磁流变减震一体化装置系统，实现实时多线程双向无线通信，对这些磁流变减震一体化装置系统实时远程控制以及监视有重大意义。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种磁流变减震一体化装置，采用全新反馈交互式设计，能够在获得稳定减震效果的同时，及时侦测到装置故障，保障装置实际应用的稳定性。
本发明为了解决上述技术问题采用以下技术方案：本发明设计了一种磁流变减震一体化装置，包括电源、控制模块、外围电路、电流检测模块、以及内置力检测模块的磁流变减震装置；电源分别为控制模块、外围电路、电流检测模块、磁流变减震装置进行供电；控制模块的控制输出端对接外围电路的输入端，由控制模块向外围电路输出用于控制磁流变减震装置工作的控制信号，外围电路用于获得控制信号所对应的电流；外围电路的输出端对接磁流变减震装置，由外围电路将控制信号所对应的电流输送给磁流变减震装置，针对磁流变减震装置进行控制，磁流变减震装置用于针对其所对接的减震对象实现减震；磁流变减震装置中的力检测模块用于检测获得磁流变减震装置的出力状态结果，力检测模块的输出端对接控制模块，由力检测模块向控制模块输送所获磁流变减震装置的出力状态结果；电流检测模块用于检测外围电路向磁流变减震装置所输送电流的电流值，并由电流检测模块输送给控制模块。
作为本发明的一种优选技术方案：还包括位移检测模块、加速度检测模块，所述电源分别为位移检测模块、加速度检测模块进行供电，位移检测模块、加速度检测模块分别对接所述控制模块。
作为本发明的一种优选技术方案：所述外围电路包括依次串联的光耦隔离电路、低通滤波电路、电压跟随及放大电路、压控电流电路、保护电路，光耦隔离电路的输入端构成外围电路的输入端，保护电路的输出端构成外围电路的输出端。
作为本发明的一种优选技术方案：还包括通信模块，所述电源为通信模块进行供电，通信模块对接所述控制模块。
作为本发明的一种优选技术方案：所述电源为太阳能供电模块，太阳能供电模块包括太阳能电池板、蓄电池、第一降压电路、第二降压电路、升压电路；太阳能电池板对接蓄电池，由太阳能电池板将其所产生的电荷输送给蓄电池，蓄电池分别对接第一降压电路、第二降压电路、升压电路进行供电；第一降压电路分别对接控制模块、通信模块进行供电；第二降压电路分别对接位移检测模块、加速度检测模块、电流检测模块、力检测模块、光耦隔离电路进行供电；升压电路分别对接电压跟随及放大电路、压控电流电路进行供电。
作为本发明的一种优选技术方案：所述第一降压电路、第二降压电路分别均包括电压转换模块与电压装换模块，各降压电路中，电压转换模块的输入端构成降压电路的输入端，电压转换模块的输出端与电压装换模块的输入端相对接，电压装换模块的输出端构成降压电路的输出端；所述升压电路为boost升压电路。
作为本发明的一种优选技术方案：所述位移检测模块、加速度检测模块、电流检测模块、力检测模块分别包括依次串联的相应数据检测传感器、放大滤波电路、采样保持电路，相应数据检测传感器用于实现相应数据的检测，采样保持电路的输出端构成检测模块的输出端。
作为本发明的一种优选技术方案：所述控制模块内置BP神经网络算法，基于分别来自位移检测模块、加速度检测模块、电流检测模块、力检测模块的位移检测信号、加速度检测信号、电流检测信号、力检测信号，结合历史系统故障类型，实现基于实时各类检测信号的系统故障类型预测，系统故障类型包括检测模块故障、控制模块与外围电路故障、磁流变减震装置故障。
与上述相对应，本发明设计了一种基于磁流变减震一体化装置的物联系统，在获得稳定减震效果与故障侦测功能，保证稳定工作的同时，能够实现多线程双向通信，实现对多个磁流变减震一体化装置的监控，提高实际工作效率。
本发明为了解决上述技术问题采用以下技术方案：本发明设计了一种基于磁流变减震一体化装置的物联系统，包括云服务器、上位机终端、以及至少一个磁流变减震一体化装置，各磁流变减震一体化装置中的控制模块分别通过其所连通信模块与云服务器双向通讯连接，上位机终端与云服务器之间双向通讯连接。
作为本发明的一种优选技术方案：所述上位机终端包括移动终端、计算机终端中的任意一种或两种。
本发明所述一种磁流变减震一体化装置及物联系统，采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：
（1）本发明所设计一种磁流变减震一体化装置，在应用磁流变减震装置针对其所对接减震对象实现减震的同时，引入位移检测模块、加速度检测模块、电流检测模块、力检测模块进行实时信号检测，获得反馈交互式设计，及时侦测到装置故障，保障装置实际应用的稳定性；同时设计基于此装置的物联系统，能够实现多线程双向通信，实现对多个磁流变减震一体化装置的监控，在实现物联网的同时更加具有实际应用性，提高实际工作效率；
（2）本发明所设计一种磁流变减震一体化装置及物联系统中，设计应用云服务器相比较传统服务器运用更加便利，存储量更大，稳定性显著提升，更安全可靠，响应速度更快并且有着更高的性价比；
（3）本发明所设计一种磁流变减震一体化装置及物联系统中，设计应用上位机终端可以同时与所设计磁流变减震一体化装置通信，可在上位机终端上进行实时远程控制和监视，实现随时远程控制和监视。
附图说明
图1是本发明所设计磁流变减震一体化装置的模块示意图；
图2是本发明所设计磁流变减震一体化装置中外围电路的示意图；
图3是本发明所设计磁流变减震一体化装置中太阳能供电模块的示意图；
图4a是本发明所设计磁流变减震一体化装置中第一降压电路的示意图；
图4b是本发明所设计磁流变减震一体化装置中第二降压电路的示意图；
图5是本发明所设计磁流变减震一体化装置中检测模块的示意图；
图6是本发明所设计磁流变减震一体化装置中BP神经网络算法的应用示意图；
图7是本发明所设计磁流变减震一体化装置中系统故障类型的示意图；
图8是本发明所设计基于磁流变减震一体化装置的物联系统的模块示意图；
图9是本发明所设计基于磁流变减震一体化装置中上位机终端的应用示意图。
具体实施方式
下面结合说明书附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。
本发明设计了一种磁流变减震一体化装置，实际应用当中，如图1所示，具体包括电源、控制模块、外围电路、电流检测模块、以及内置力检测模块的磁流变减震装置；电源分别为控制模块、外围电路、电流检测模块、磁流变减震装置进行供电；控制模块的控制输出端对接外围电路的输入端，由控制模块向外围电路输出用于控制磁流变减震装置工作的控制信号，诸如在实际应用中，选择PWM控制信号，外围电路用于获得控制信号所对应的电流，即获得PWM控制信号所对应的电流；外围电路的输出端对接磁流变减震装置，由外围电路将控制信号所对应的电流输送给磁流变减震装置，针对磁流变减震装置进行控制，磁流变减震装置用于针对其所对接的减震对象实现减震；磁流变减震装置中的力检测模块用于检测获得磁流变减震装置的出力状态结果，力检测模块的输出端对接控制模块，由力检测模块向控制模块输送所获磁流变减震装置的出力状态结果；电流检测模块用于检测外围电路向磁流变减震装置所输送电流的电流值，并由电流检测模块输送给控制模块。
实际应用当中，针对控制模块，具体设计应用单片机，并具体采用STM32F103VET6单片机，并且如图1所示，进一步设计还包括位移检测模块、加速度检测模块、通信模块，所述电源分别为位移检测模块、加速度检测模块、通信模块进行供电，位移检测模块、加速度检测模块、通信模块分别对接所述控制模块。
实际应用中，针对通信模块，具体设计采用LET-M无线通信模块，LTE-M无线通信模块采用蜂窝低功耗广域网技术，是5G物联网技术的组成部分，具有更高的数据传输速率和更低的数据传输延迟，更适合实时和关键任务应用程序。
针对外围电路，如图2所示，具体设计外围电路包括依次串联的光耦隔离电路、低通滤波电路、电压跟随及放大电路、压控电流电路、保护电路，光耦隔离电路的输入端构成外围电路的输入端，保护电路的输出端构成外围电路的输出端。
并且针对电源来说，实际应用中，具体设计电源为太阳能供电模块，如图3所示，太阳能供电模块包括太阳能电池板、蓄电池、第一降压电路、第二降压电路、升压电路；太阳能电池板对接蓄电池，由太阳能电池板将其所产生的电荷输送给蓄电池，蓄电池分别对接第一降压电路、第二降压电路、升压电路进行供电；第一降压电路分别对接控制模块、通信模块进行供电；第二降压电路分别对接位移检测模块、加速度检测模块、电流检测模块、力检测模块、光耦隔离电路进行供电；升压电路分别对接电压跟随及放大电路、压控电流电路进行供电。
对于其中的升压电路、第一降压电路、第二降压电路来说，升压电路具体设计采用boost升压电路，所述第一降压电路、第二降压电路分别均包括电压转换模块与电压装换模块，各降压电路中，电压转换模块的输入端构成降压电路的输入端，电压转换模块的输出端与电压装换模块的输入端相对接，电压装换模块的输出端构成降压电路的输出端；则具体应用中，如图4a所示，第一降压电路包括电压转换模块LT8626和电压装换模块LT1962，其中，电压转换模块LT8626连接电压装换模块LT1962，蓄电池电压先流入电压转换模块LT8626降压，再流入电压装换模块LT1962后输出所需电流；如图4b所示，第二降压电路包括电压转换模块LT8610和电压装换模块LM2941，其中，电压转换模块LT8610连接电压装换模块LM2941，蓄电池电压先流入电压转换模块LT8610降压，再流入电压装换模块LM2941后输出所需电流；实际应用中，进一步设计诸如针对太阳能电池板采用200W单晶硅太阳能电池板，蓄电池采用两个100Ah的电池串联，由蓄电池输出15V直流电。
对于上述方案所涉及到的位移检测模块、加速度检测模块、电流检测模块、力检测模块，在实际应用当中，如图5所示，具体设计分别包括依次串联的相应数据检测传感器、放大滤波电路、采样保持电路，相应数据检测传感器用于实现相应数据的检测，采样保持电路的输出端构成检测模块的输出端。
上述所设计磁流变减震一体化装置在实际应用当中，基于控制模块内置BP神经网络算法，如图6所示，BP神经网络算法基于分别来自位移检测模块、加速度检测模块、电流检测模块、力检测模块的位移检测信号、加速度检测信号、电流检测信号、力检测信号，结合历史系统故障类型，实现基于实时各类检测信号的系统故障类型预测，如图7所示，诸如设计系统故障类型包括检测模块故障、控制模块与外围电路故障、磁流变减震装置故障。
实际应用当中，根据系统历史工作的各种数据，构建各种系统故障类型分别与各类检测信号之间的对应关系，即建立其多个样本，各样本即为各类检测信号与其所对应系统故障类型，则在实际应用中，即可以各类检测信号为输入，各种系统故障类型为输出，针对BP神经网络进行训练，获得相应分类模型，则即可针对后续实时所获各类检测信号，应用分类模型实现系统故障类型的预测。
如图8所示，本发明进一步设计了一种基于磁流变减震一体化装置的物联系统，包括云服务器、上位机终端、以及至少一个磁流变减震一体化装置，各磁流变减震一体化装置中的控制模块分别通过其所连通信模块与云服务器双向通讯连接，上位机终端与云服务器之间双向通讯连接。
实际应用中，针对上位机终端，具体设计包括移动终端、计算机终端中的任意一种或两种，具体诸如应用手机app端和电脑web端，如图9所示，上位机终端整体功能包括远程控制和远程监视；所述远程控制功能包括启停控制系统和选择控制模式；所述远程监视功能包括显示检测模块实时数据、记录历史数据和提示系统故障类型。
上述技术方案所设计磁流变减震一体化装置，在应用磁流变减震装置针对其所对接减震对象实现减震的同时，引入位移检测模块、加速度检测模块、电流检测模块、力检测模块进行实时信号检测，获得反馈交互式设计，及时侦测到装置故障，保障装置实际应用的稳定性；同时设计基于此装置的物联系统，能够实现多线程双向通信，实现对多个磁流变减震一体化装置的监控，在实现物联网的同时更加具有实际应用性，提高实际工作效率；此外，其中设计应用云服务器相比较传统服务器运用更加便利，存储量更大，稳定性显著提升，更安全可靠，响应速度更快并且有着更高的性价比；还有设计应用上位机终端可以同时与所设计磁流变减震一体化装置通信，可在上位机终端上进行实时远程控制和监视，实现随时远程控制和监视。
上面结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化。

Claims (10)

1.一种磁流变减震一体化装置，其特征在于：包括电源、控制模块、外围电路、电流检测模块、以及内置力检测模块的磁流变减震装置；电源分别为控制模块、外围电路、电流检测模块、磁流变减震装置进行供电；控制模块的控制输出端对接外围电路的输入端，由控制模块向外围电路输出用于控制磁流变减震装置工作的控制信号，外围电路用于获得控制信号所对应的电流；外围电路的输出端对接磁流变减震装置，由外围电路将控制信号所对应的电流输送给磁流变减震装置，针对磁流变减震装置进行控制，磁流变减震装置用于针对其所对接的减震对象实现减震；磁流变减震装置中的力检测模块用于检测获得磁流变减震装置的出力状态结果，力检测模块的输出端对接控制模块，由力检测模块向控制模块输送所获磁流变减震装置的出力状态结果；电流检测模块用于检测外围电路向磁流变减震装置所输送电流的电流值，并由电流检测模块输送给控制模块；
基于磁流变减震装置所对应各种系统故障类型分别与各类检测信号之间的对应关系，训练获得以各类检测信号为输入，各种系统故障类型为输出的分类模型，则基于磁流变减震装置所对应的实际检测信号，应用分类模型，实现磁流变减震装置的故障类型检测。
2.根据权利要求1所述一种磁流变减震一体化装置，其特征在于：还包括位移检测模块、加速度检测模块，所述电源分别为位移检测模块、加速度检测模块进行供电，位移检测模块、加速度检测模块分别对接所述控制模块。
3.根据权利要求2所述一种磁流变减震一体化装置，其特征在于：所述外围电路包括依次串联的光耦隔离电路、低通滤波电路、电压跟随及放大电路、压控电流电路、保护电路，光耦隔离电路的输入端构成外围电路的输入端，保护电路的输出端构成外围电路的输出端。
4.根据权利要求3所述一种磁流变减震一体化装置，其特征在于：还包括通信模块，所述电源为通信模块进行供电，通信模块对接所述控制模块。
5.根据权利要求4所述一种磁流变减震一体化装置，其特征在于：所述电源为太阳能供电模块，太阳能供电模块包括太阳能电池板、蓄电池、第一降压电路、第二降压电路、升压电路；太阳能电池板对接蓄电池，由太阳能电池板将其所产生的电荷输送给蓄电池，蓄电池分别对接第一降压电路、第二降压电路、升压电路进行供电；第一降压电路分别对接控制模块、通信模块进行供电；第二降压电路分别对接位移检测模块、加速度检测模块、电流检测模块、力检测模块、光耦隔离电路进行供电；升压电路分别对接电压跟随及放大电路、压控电流电路进行供电。
6.根据权利要求5所述一种磁流变减震一体化装置，其特征在于：所述第一降压电路、第二降压电路分别均包括电压转换模块与电压装换模块，各降压电路中，电压转换模块的输入端构成降压电路的输入端，电压转换模块的输出端与电压装换模块的输入端相对接，电压装换模块的输出端构成降压电路的输出端；所述升压电路为boost升压电路。
7.根据权利要求5所述一种磁流变减震一体化装置，其特征在于：所述位移检测模块、加速度检测模块、电流检测模块、力检测模块分别包括依次串联的相应数据检测传感器、放大滤波电路、采样保持电路，相应数据检测传感器用于实现相应数据的检测，采样保持电路的输出端构成检测模块的输出端。
8.根据权利要求5所述一种磁流变减震一体化装置，其特征在于：所述控制模块内置BP神经网络算法，基于分别来自位移检测模块、加速度检测模块、电流检测模块、力检测模块的位移检测信号、加速度检测信号、电流检测信号、力检测信号，结合历史系统故障类型，实现基于实时各类检测信号的系统故障类型预测，系统故障类型包括检测模块故障、控制模块与外围电路故障、磁流变减震装置故障。
9.一种基于权利要求4至8中任意一项所述一种磁流变减震一体化装置的物联系统，其特征在于：包括云服务器、上位机终端、以及至少一个磁流变减震一体化装置，各磁流变减震一体化装置中的控制模块分别通过其所连通信模块与云服务器双向通讯连接，上位机终端与云服务器之间双向通讯连接。
10.根据权利要求9所述一种基于磁流变减震一体化装置的物联系统，其特征在于：所述上位机终端包括移动终端、计算机终端中的任意一种或两种。
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