接触网弹簧补偿装置无线监测系统及健康状态评估方法研究

这是一篇关于接触网弹簧补偿装置,在线监测,健康状态评估,物联网云平台,支持向量机的论文, 主要内容为城市轨道交通与电气化铁路借助接触网系统来实现电力机车的供电。接触网弹簧补偿装置是辅助接触网系统运行的配套设备,通过对接触网进行弹性补偿,提高接触网供电质量,确保电力机车正常运行。接触网恒张力弹簧补偿装置作为新型补偿装置,在实际的运行中存在内部涡卷弹簧断裂的情况,导致弹簧张力衰减,失去对接触网的补偿能力,严重威胁地铁列车运行安全。现阶段大多采用人工定期巡检的方式对接触网弹簧补偿装置状态检测,不仅效率低下,而且实时性差,难以对存在的安全隐患做到及时发现并提前预防。针对上述问题,本文以接触网恒张力弹簧补偿装置为研究对象,研究其无线监测方法,设计了接触网弹簧补偿装置无线监测系统,在此基础上研究弹簧补偿装置的健康状态评估方法。主要研究工作及结果如下:首先,针对恒张力弹簧补偿装置运行维护特点,分析其无线监测具体技术要求,对比当前主流的远距离无线通信技术,结合接触网补偿装置状态远程监控系统实际应用场景,选取具有低功耗、广覆盖优势的NB-Io T技术作为本系统的无线传输方式,随后对物联网云平台进行介绍分析,基于物联网云平台及其功能框架,从实际的系统功能需求出发,建立接触网恒张力弹簧补偿装置无线监测系统架构,明确了系统相关技术指标要求。其次,结合恒张力弹簧补偿装置自身运行工作特点和无线监测要求,选择了合适的温度、张力以及位移传感器,选取STM32F103C8T6作为现场数据采集的主控芯片,BC26作为无线数据传输模块,采用模块化设计思想,设计了接触网恒张力弹簧补偿装置无线监测硬件系统,包括现场数据采集终端主控模块外围电路、无线通信模块电路、传感器采集电路以及电源模块电路等。然后,搭建了接触网恒张力弹簧补偿装置无线监测系统,设计了无线监测系统数据采集终端程序,完成数据传输,在对云服务技术分析的基础上,开发了接触网恒张力弹簧补偿装置无线监测系统用户监控终端程序,对无线监测系统各部分进行测试与试运行,实现了高稳定性和可靠性的运行数据监控。测试得到:系统能够实现对接触网恒张力补偿装置的实时监测,数据最快每分钟更新一次,张力和位移(补偿绳拉出值)监测数据误差均小于2%,满足设计需求,可以通过上位机实现数据的可视化显示和历史数据查询,并完成预设的张力异常报警,结果表明各项功能及结果符合预期目标。最后,参照铁道部技术标准及巡检项目,选择了接触网恒张力弹簧补偿装置健康状态评估指标,建立状态量的记分细则,明确状态分类标准,基于支持向量机原理及其算法,建立健康状态评估模型,并利用粒子群算法优选支持向量机的惩罚参数C和gamma两个重要参数,通过实验对比,优化后的健康状态评估模型评估准确率达到97.5%,准确率显著提高。研究为恒张力弹簧补偿装置无线监控应用实施与健康状态评估开展,确保补偿装置安全稳定运行,提供了理论依据和实践指导,具有实际应用推广价值。

基于物联网的渔场水质监测系统研究

这是一篇关于物联网,NB-IoT,云边端,物联网云平台,数据预处理的论文, 主要内容为传统的渔业生产管理方式主要依赖于人工观测和管理,难以做到精细化管理,监测的数据精度存在着一定的盲区和误差,在现今渔业领域,利用智慧化手段从而实现渔场精准养殖已成为渔业发展的重要方向,本文主要基于NB-IoT通信技术,采用“云边端”的开发模式,开发一款基于物联网的渔场水质监测系统。首先研究系统“端”内开发,在物联网开发板上进行设备端开发,搭载DS18B20温度传感器、PH传感器、总溶解性固体TDS传感器,对水质数据进行采集,在Arduino板上的微控制器编写代码,对数据进行处理,再通过MQTT消息队列遥测传输协议将水质数据传输到云平台。其次研究系统“云”上软件节点的设计,搭建物联网云平台,用户可用终端访问云平台、控制底层设备和本地数据处理,云平台通过与传感器交互,收集各水质参数并进行分析,为设备提供安全可靠的连接通信能力。另外研究系统“边”侧设计,边侧主要针对数据的预处理与流数据处理展开研究,对所采集的数据使用卡尔曼滤波算法进行去噪,同时用群体智能算法中的粒子群优化算法,迭代优化目标函数的值,通过实验验证算法的有效性。最后进行系统的测试与实验分析,测试工作主要分为系统功耗测试和云端测试两部分,我们对水温、PH值和TDS值进行了测试实验,通过对比实验数据和误差值的分析,结果表明该系统能符合设计的要求,系统有助于提高渔场的数字化水平和养殖效率,可为渔业的可持续发展做出贡献。

接触网弹簧补偿装置无线监测系统及健康状态评估方法研究

这是一篇关于接触网弹簧补偿装置,在线监测,健康状态评估,物联网云平台,支持向量机的论文, 主要内容为城市轨道交通与电气化铁路借助接触网系统来实现电力机车的供电。接触网弹簧补偿装置是辅助接触网系统运行的配套设备,通过对接触网进行弹性补偿,提高接触网供电质量,确保电力机车正常运行。接触网恒张力弹簧补偿装置作为新型补偿装置,在实际的运行中存在内部涡卷弹簧断裂的情况,导致弹簧张力衰减,失去对接触网的补偿能力,严重威胁地铁列车运行安全。现阶段大多采用人工定期巡检的方式对接触网弹簧补偿装置状态检测,不仅效率低下,而且实时性差,难以对存在的安全隐患做到及时发现并提前预防。针对上述问题,本文以接触网恒张力弹簧补偿装置为研究对象,研究其无线监测方法,设计了接触网弹簧补偿装置无线监测系统,在此基础上研究弹簧补偿装置的健康状态评估方法。主要研究工作及结果如下:首先,针对恒张力弹簧补偿装置运行维护特点,分析其无线监测具体技术要求,对比当前主流的远距离无线通信技术,结合接触网补偿装置状态远程监控系统实际应用场景,选取具有低功耗、广覆盖优势的NB-Io T技术作为本系统的无线传输方式,随后对物联网云平台进行介绍分析,基于物联网云平台及其功能框架,从实际的系统功能需求出发,建立接触网恒张力弹簧补偿装置无线监测系统架构,明确了系统相关技术指标要求。其次,结合恒张力弹簧补偿装置自身运行工作特点和无线监测要求,选择了合适的温度、张力以及位移传感器,选取STM32F103C8T6作为现场数据采集的主控芯片,BC26作为无线数据传输模块,采用模块化设计思想,设计了接触网恒张力弹簧补偿装置无线监测硬件系统,包括现场数据采集终端主控模块外围电路、无线通信模块电路、传感器采集电路以及电源模块电路等。然后,搭建了接触网恒张力弹簧补偿装置无线监测系统,设计了无线监测系统数据采集终端程序,完成数据传输,在对云服务技术分析的基础上,开发了接触网恒张力弹簧补偿装置无线监测系统用户监控终端程序,对无线监测系统各部分进行测试与试运行,实现了高稳定性和可靠性的运行数据监控。测试得到:系统能够实现对接触网恒张力补偿装置的实时监测,数据最快每分钟更新一次,张力和位移(补偿绳拉出值)监测数据误差均小于2%,满足设计需求,可以通过上位机实现数据的可视化显示和历史数据查询,并完成预设的张力异常报警,结果表明各项功能及结果符合预期目标。最后,参照铁道部技术标准及巡检项目,选择了接触网恒张力弹簧补偿装置健康状态评估指标,建立状态量的记分细则,明确状态分类标准,基于支持向量机原理及其算法,建立健康状态评估模型,并利用粒子群算法优选支持向量机的惩罚参数C和gamma两个重要参数,通过实验对比,优化后的健康状态评估模型评估准确率达到97.5%,准确率显著提高。研究为恒张力弹簧补偿装置无线监控应用实施与健康状态评估开展,确保补偿装置安全稳定运行,提供了理论依据和实践指导,具有实际应用推广价值。

智能电表管控系统设计与实现

这是一篇关于NB-IoT,物联网云平台,智能电表,管控系统,用电预测,平台稳定性设计的论文, 主要内容为电力行业的快速发展给人们的生活带来了极大地便利,然而绝大多数电表由于功能单一、抄表困难、管理成本高,难以满足各种各样的智能化服务,并且随着电力企业的业务需求不断复杂化,传统的电表管控平台存在着兼容性差、难以扩展、吞吐量不足等问题,已经无法更好的适用。基于上述现实问题,本文设计出了一种基于物联网云平台的智能电表管控系统,整个系统以智能电表和管控平台为主体,对传统的智能电表管控系统进行了升级优化,目的在于降低电力企业的管控成本、提高电力企业的管控能力以及用户的服务水平。首先,本文梳理了物联网技术的发展历程,并根据物联网技术的发展以及智能电表管控系统的需求,设计了基于物联网云平台的四层物联网系统架构,通过对四层架构的详细分析,确定好每一层架构的含义与作用。由于市面上主流的物联网云平台各有优缺,通过比较和分析,选取出最适用于本系统的物联网云平台。紧接着对物联网四层系统架构中的网络传输层进行了详细分析。终端设备通过网络与物联网云平台建立连接是整个系统的运行基础,网络通信优劣直接影响到系统的运行过程,通过比较并分析各种网络通信方式优缺,选用了最适合嵌入式终端设备的NB-Io T(Narrow Band Internet of Things)作为无线通信方式。随后,从智能电表和管控平台两个方面对管控系统进行了设计与实现。智能电表方面重点从显示通信板、供电底板和电量采集板三个方面展开设计,显示通信板和供电底板是采用两块不同的STM32主控芯片分别控制的单板,前者负责数据整合处理,后者负责供电的同时配合多个电量采集板进行采集和控制,供电底板通过片选的方式选通多路计量模块大大提升用户数量。管控平台方面包括前端服务、后端服务以及用电预测模块。前端服务基于简洁架构思维实现,同时结合了MVVM(Model-View-View Model)技术完成数据自动渲染工作。后端服务基于消息队列和池化技术完成各种业务逻辑的高效实现,并且为了保证管控平台的稳定运行和响应性能,提出并应用了平台流量限制、请求负载均衡以及缓存数据淘汰三种优化算法。用电预测模块基于LSTM(Long short-term memory)神经网络模型实现,通过对管控平台上存储的用户用电数据进行计算和预测,得到未来一段时间内的用电情况,电力企业可以根据预测结果及时的调整电能供需,实现资源的优化配置。最后,按照业务需求逐条的对智能电表管控系统中所涉及的各个单元和模块进行整体的功能和性能测试,测试结果表明本系统相较于传统的智能电表管控系统而言有着较大改良,能够更好地满足电力企业的业务需求。整个系统支持近20种异地化远程控制动作,并且系统运行时的响应时间和吞吐量也有着成倍的提升,充分说明了本系统具有较高的应用前景。

基于物联网技术的农田信息监测系统设计与实现

这是一篇关于农田信息监测,ZigBee,GPRS,物联网云平台,SOA的论文, 主要内容为现代农业物联网是指通过各种传感器采集数据,经过数据传输至监控中心,以帮助农民及时发现问题,并且准确确定发生问题的地点,这样农民就可以大大减少外出监测,足不出户就可以实时掌握农田信息。本文通过对新一代信息技术的研究,构建了面向现代农业的物联网监测系统,并将服务器部署在统一的云服务器集群上,以减少服务器硬件、网络设备和运维成本,最终农民可以通过手机或者个人电脑上网方式实时查看农田信息。该系统采取模块化的设计思想,主要包括农田信息数据采集模块、数据传输模块和物联网云平台三部分。农田信息数据采集系统的功能就是使用各种传感器结合单片机采集数据,该系统以自制的土壤多层温度传感器为例。数据传输模块就是将田间的数据通过局域网、广域网和互联网传输至物联网云平台。物联网云平台的主要功能就是接受来自田间的数据,并且向农民用户提供数据实时展示和历史数据查询等功能。该文主要研究内容如下。(1)农田信息监测系统数据采集模块。根据对监测对象分析,确定了监测土壤温度、土壤水分、大气温湿度、土壤PH、光照强度等。并通过对土壤多层温度传感的硬件设计、电源模块设计和通讯设计,实现了对土壤温度的数据采集功能。(2)农田信息监测系统数据传输模块。通过对常见的近距离无线传输和远距离无线传输技术确定了系统采用ZigBee+GPRS技术。通过ZigBee近距离组网,可以将其网络范围内的传感器汇集至ZigBee协调器,接着通过GPRS网络传输中物联网云平台。(3)农田信息监测系统物联网云平台。根据对网站系统架构演变的分析,确定了物联网云平台采用SOA架构,并且通过对SSM、Dubbo、Redis等技术介绍,确定了物联网云平台的系统架构。物联网云平台设计了单点登录模块、数据中心模块、内容中心模块、搜索内容模块以及后台管理模块。因为作者精力有限,实现了物联网云平台的单点登录功能、数据中心的数据接受功能、数据实时展示、历史数据查询功能和内容中心功能。物联网云平台的web页面基于Bootstrap框架,采用CSS、JS、AJAX等技术,数据展示采用百度开源框架Echarts。介绍了常见的负载均衡方案,并采用Nignx作为物联网云平台负载均衡方案。设计了扩展性较好的数据库结构,并使用MySQL数据库来存储数据,后期可以采用MySQL集群实现海量数据存储。

智能电表管控系统设计与实现

这是一篇关于NB-IoT,物联网云平台,智能电表,管控系统,用电预测,平台稳定性设计的论文, 主要内容为电力行业的快速发展给人们的生活带来了极大地便利,然而绝大多数电表由于功能单一、抄表困难、管理成本高,难以满足各种各样的智能化服务,并且随着电力企业的业务需求不断复杂化,传统的电表管控平台存在着兼容性差、难以扩展、吞吐量不足等问题,已经无法更好的适用。基于上述现实问题,本文设计出了一种基于物联网云平台的智能电表管控系统,整个系统以智能电表和管控平台为主体,对传统的智能电表管控系统进行了升级优化,目的在于降低电力企业的管控成本、提高电力企业的管控能力以及用户的服务水平。首先,本文梳理了物联网技术的发展历程,并根据物联网技术的发展以及智能电表管控系统的需求,设计了基于物联网云平台的四层物联网系统架构,通过对四层架构的详细分析,确定好每一层架构的含义与作用。由于市面上主流的物联网云平台各有优缺,通过比较和分析,选取出最适用于本系统的物联网云平台。紧接着对物联网四层系统架构中的网络传输层进行了详细分析。终端设备通过网络与物联网云平台建立连接是整个系统的运行基础,网络通信优劣直接影响到系统的运行过程,通过比较并分析各种网络通信方式优缺,选用了最适合嵌入式终端设备的NB-Io T(Narrow Band Internet of Things)作为无线通信方式。随后,从智能电表和管控平台两个方面对管控系统进行了设计与实现。智能电表方面重点从显示通信板、供电底板和电量采集板三个方面展开设计,显示通信板和供电底板是采用两块不同的STM32主控芯片分别控制的单板,前者负责数据整合处理,后者负责供电的同时配合多个电量采集板进行采集和控制,供电底板通过片选的方式选通多路计量模块大大提升用户数量。管控平台方面包括前端服务、后端服务以及用电预测模块。前端服务基于简洁架构思维实现,同时结合了MVVM(Model-View-View Model)技术完成数据自动渲染工作。后端服务基于消息队列和池化技术完成各种业务逻辑的高效实现,并且为了保证管控平台的稳定运行和响应性能,提出并应用了平台流量限制、请求负载均衡以及缓存数据淘汰三种优化算法。用电预测模块基于LSTM(Long short-term memory)神经网络模型实现,通过对管控平台上存储的用户用电数据进行计算和预测,得到未来一段时间内的用电情况,电力企业可以根据预测结果及时的调整电能供需,实现资源的优化配置。最后,按照业务需求逐条的对智能电表管控系统中所涉及的各个单元和模块进行整体的功能和性能测试,测试结果表明本系统相较于传统的智能电表管控系统而言有着较大改良,能够更好地满足电力企业的业务需求。整个系统支持近20种异地化远程控制动作,并且系统运行时的响应时间和吞吐量也有着成倍的提升,充分说明了本系统具有较高的应用前景。

基于物联网的智能电动执行器设计研究

这是一篇关于物联网云平台,智能电动执行器,模糊PID控制算法,MQTT协议的论文, 主要内容为随着物联网技术的发展,越来越多的设备被接入到云平台,实现了智能化管理和控制。本文研究了基于阿里云物联网平台的电动执行器设计,通过使用NB-IoT通信模块BC32-G和GPRS通信模块SIM900A、MQTT协议和Mod Bus接口,以及以STM32F103为主控芯片的智能电动执行器硬件设计。在控制算法方面,采用了模糊PID控制算法,使电动执行器具有更加精准和稳定的控制能力。本文首先介绍了物联网和阿里云物联网平台的基本概念,然后详细阐述了电动执行器的工作原理和应用场景。接着,介绍了NB-IoT通信模块BC32-G和GPRS通信模块SIM900A的基本原理以及在电动执行器中的应用,以及MQTT协议和Mod Bus接口的应用。然后介绍了以STM32F103为主控芯片的智能电动执行器硬件设计,包括硬件接口、控制电路和电源电路等。最后,详细介绍了模糊PID控制算法的原理和实现方法,以及在电动执行器中的应用。本课题的创新点主要有两点:一是利用了阿里云的物联网云平台实现对智能电动执行器的控制和监控;二是设计了NB-IOT和GPRS双通信模块以适应不同工作环境下的通信方式。同时,采用NB-IoT通信和MQTT协议,电动执行器可以与云端进行远程通信和控制,实现智能化的管理和控制。在硬件设计方面,使用STM32F103作为主控芯片,实现了电动执行器的控制和数据处理功能。采用模糊PID控制算法可以使电动执行器具有更加精准和稳定的控制能力。在本文最后也展现出所设计的电动执行器实物图,电动执行器运行状态时的屏幕显示以及其后台数据显示和控制。本文的研究成果可以为电动执行器的智能化设计和开发提供参考和借鉴。然而,本文的研究仍存在一些局限性,例如在实际应用中可能会遇到不同的环境和条件,需要进一步优化算法和改进硬件设计,以适应不同的应用场景。

基于物联网技术的农田信息监测系统设计与实现

这是一篇关于农田信息监测,ZigBee,GPRS,物联网云平台,SOA的论文, 主要内容为现代农业物联网是指通过各种传感器采集数据,经过数据传输至监控中心,以帮助农民及时发现问题,并且准确确定发生问题的地点,这样农民就可以大大减少外出监测,足不出户就可以实时掌握农田信息。本文通过对新一代信息技术的研究,构建了面向现代农业的物联网监测系统,并将服务器部署在统一的云服务器集群上,以减少服务器硬件、网络设备和运维成本,最终农民可以通过手机或者个人电脑上网方式实时查看农田信息。该系统采取模块化的设计思想,主要包括农田信息数据采集模块、数据传输模块和物联网云平台三部分。农田信息数据采集系统的功能就是使用各种传感器结合单片机采集数据,该系统以自制的土壤多层温度传感器为例。数据传输模块就是将田间的数据通过局域网、广域网和互联网传输至物联网云平台。物联网云平台的主要功能就是接受来自田间的数据,并且向农民用户提供数据实时展示和历史数据查询等功能。该文主要研究内容如下。(1)农田信息监测系统数据采集模块。根据对监测对象分析,确定了监测土壤温度、土壤水分、大气温湿度、土壤PH、光照强度等。并通过对土壤多层温度传感的硬件设计、电源模块设计和通讯设计,实现了对土壤温度的数据采集功能。(2)农田信息监测系统数据传输模块。通过对常见的近距离无线传输和远距离无线传输技术确定了系统采用ZigBee+GPRS技术。通过ZigBee近距离组网,可以将其网络范围内的传感器汇集至ZigBee协调器,接着通过GPRS网络传输中物联网云平台。(3)农田信息监测系统物联网云平台。根据对网站系统架构演变的分析,确定了物联网云平台采用SOA架构,并且通过对SSM、Dubbo、Redis等技术介绍,确定了物联网云平台的系统架构。物联网云平台设计了单点登录模块、数据中心模块、内容中心模块、搜索内容模块以及后台管理模块。因为作者精力有限,实现了物联网云平台的单点登录功能、数据中心的数据接受功能、数据实时展示、历史数据查询功能和内容中心功能。物联网云平台的web页面基于Bootstrap框架,采用CSS、JS、AJAX等技术,数据展示采用百度开源框架Echarts。介绍了常见的负载均衡方案,并采用Nignx作为物联网云平台负载均衡方案。设计了扩展性较好的数据库结构,并使用MySQL数据库来存储数据,后期可以采用MySQL集群实现海量数据存储。

基于MSA和NB-IoT的高校寝室智能门锁系统的设计与实现

这是一篇关于智慧校园,寝室门锁系统,MSA,物联网云平台,NB-IoT的论文, 主要内容为随着“数字校园”向“智慧校园”转型推进,学生的学习和生活管理面临着诸多的挑战。寝室作为学生学习和生活的重要场所,与寝室安全、学生生活质量等问题息息相关,是后勤管理的主要阵地。其中门锁智能化是寝室管理发展中的重要着力点,响应了高校信息化建设的深层次发展要求。然而当前很多高校的寝室门锁依然停留在传统的开锁方式中,无法实现门锁信息数据化、开锁信息痕迹化和人员管理便捷化的目标,同时学生只能使用单一的开锁方式,阻碍了进出寝室的便利性,无形中也增加了寝室管理人员的管理难度和成本。在对互联网前后端应用开发、微服务架构、数据存储和管理、物联网云平台设置、窄带物联网通信和嵌入式开发等技术进行深入研究的基础上,为解决当前高校寝室门锁遇到的问题,本文基于微服务架构(Microservice Architecture,MSA)和窄带物联网(Narrow Band-Internet of Things,NB-IoT)技术设计和实现了适用于高校寝室的智能门锁系统。基于MSA和NB-IoT的高校寝室智能门锁系统由管理平台应用软件和锁体终端硬件组成,为实现该系统,本文的主要工作包含以下方面:(1)管理平台应用软件采用前后端分离的设计模式,前端交互应用使用Vue.js、iView框架独立开发部署。(2)后台服务端采用微服务架构,选用Spring Boot、Spring Cloud微服务实现框架,基于Java编程语言开发实现了通信服务、学生信息管理和门锁信息管理等微服务应用。(3)就锁体终端硬件而言,选择STM32F103ZET作为主控芯片,LPWAN-L620低功耗模组控制NB无线通信模块完成锁体硬件数据的传输,配合指纹、RF刷卡、矩阵按键等模块实现了多功能开锁。(4)对连接通信服务和锁体终端之间的物联网云平台进行开发和设置,使用LwM2M协议对上下行数据进行传输,实现了云平台在系统中的南北向对接。通过对整个系统的功能和性能进行测试与分析,表明该系统能满足学生和寝室管理人员的日常使用。在系统正常运行的状态下,可实现学生权限信息的下发处理和门锁终端信息的上传显示,达到了多功能开锁,痕迹化、数据化管理的目标,为“智慧校园”的转型提供了支持。