邯郸市做网站的公司,外贸建站平台哪家好,前端线下培训,asp网站开发的实训报告世界贸易快速发展起始于航海时代#xff0c;而船舶作为重要的水上交通工具#xff0c;有 其装载量大#xff0c;运费低廉等优势。但船舶在运营过程中出现的某些结构处应力值 过大问题往往会给运营部门造成重大的损失#xff0c;甚至造成大量的人员伤亡和严重 的环境污染… 世界贸易快速发展起始于航海时代而船舶作为重要的水上交通工具有 其装载量大运费低廉等优势。但船舶在运营过程中出现的某些结构处应力值 过大问题往往会给运营部门造成重大的损失甚至造成大量的人员伤亡和严重 的环境污染因此实时掌握船舶的监测点应力状况跟踪船舶各个重要监测点 的应力信息将会提高船舶的运营安全避免因船体结构的损坏而产生重大的经 济损失。 数据采集与处理系统中上位机采用 C/S 架构下位机采用 B/S 架构共分 为四个部分分别是传感器、解调仪、下位机、上位机下位机能够做到系统 的所有功能上位机只实现系统的部分功能包括应力、应变查询等功能的显 示。上位机和下位机之间的数据通讯通过 TCP/IP 协议实现而解调仪与下位机 之间的通讯则通过 socket 实现。 2.1 需求分析 本系统中需求分析主要包括功能需求和非功能需求其中系统需要实现什 么功能是功能需求的要讲述的内容而保证软件的可靠、稳定则是非功能需求 要考虑的问题。目的是为系统的功能需求提供保证。 2.1.1 功能需求 根据船厂的具体要求系统的数据采集依靠光纤光栅传感器通过一定的 采样频率将采集到的数据传送到光纤解调器进行处理解调仪则将光纤光栅传 感器采集的数据实时调制原理是将光纤光栅传感器采集的光信号转变成传感 器安装位置应变的大小再通过复合材料实验室提供的力学知识将应变信息转 变成应力信息。每个监测点包括四个传感器其中 1 、 2 、 3 、号是应变传感器 4 号是温度补偿传感器传感器部署方式如图 2-1 所示。因为应力和温度的改变 都能够引起光纤光栅传感器的应变变化而在本系统中只需要考虑应力引起的 光波改变即可因此在计算监测点应力时要将监测点温度引起的应变剔除掉。 应变、应力的大小是我们需要进行处理和存储的数据。系统共有 24 个位置需要 进行应力监测每个位置有 4 个传感器因此总共有 96 个传感器当然为了 系统的可扩展性系统有增加监测点的功能。为了节省系统的存储空间除了 需要将系统数据库中的数据定期导出到系统之外还应使系统具备采集数据频 率可变的功能因为当船舶在行驶过程中如果海面风平浪静各个监测点的应 力变化情况会很小此时需要的采样频率就会低一些船厂要求的采样频率在 10Hz~100Hz 之间。 各个传感器应变的大小通过光纤光栅解调器输出之后先将数据进行诊断 判断传感器是否在正常工作当传感器发生故障时系统就采集不到原始数据 在本系统中传感器采集的数据是基础性工作为后续所有工作做支撑为了 确保传感器安全可用可以在重要监测点位置部署双路光纤。当传感器没有发 生故障时将某一位置的传感器数据进行计算得出该点的应力大小并将数 据与标准判据进行对比查看相应船舶结构处的应力大小是否出现过大等情况 如果应力超过标准判据进行过载报警并将实时监测到的应力数据以及该监 测点的正常应力范围显示在界面上。系统还应该具有历史数据显示的功能当 船舶的运行人员要了解过去一段时间的应力情况或者是有相应船舶需要设计 建造时对以往船舶进行参考时系统应该能够将历史数据清晰的显示出来。 在系统运行以前或者是有监测点需要添加时就要对监测点及传感器的信 息进行配置。监测点配置主要包括监测点编号、各个监测点能够承受的应力范 围、应力的初始值、监测点坐标位置、监测点所在通道编号以及监测点位置信 息描述等传感器配置包括传感器的 ID 、初始波长、计算监测点应力时所需要 的参数以及传感器的位置信息等。 下位机是整个系统的核心部位本系统将全部功能安装在下位机上下位 机对数据做处理及存储工作处理主要分为以下几个方面。首先下位机通过网 络与解调仪实现连接得到的是传感器的应变信息将得到的应变数据与实际 传感器位置相对应每个传感器都有一个固定的 ID 和中心波长传感器的 ID 命名方法是“通道编号 监测点编号 监测点内部编号 中心波长 ” 传感器采集 的数据固定在以中心波长为中心的范围之内每个传感器采集的数据都不会超 过自己的中心范围在同一个通道的传感器因为中心波长不同进而不会造成 不同传感器额定应变范围的交集通过编程使得监测点内部的四个传感器应变 数据转变成应力数据对实时的应力数据进行判断通过得到的应力值与每个 监测点标准应力范围想对比判断监测点实时应力是否超过该监测点的标准应 力值报警分为几个级别实时应力的不同范围表示报警的不同等级通过不 同的级别提示系统运行人员当前船体结构的危险程度而且报警要有默认处理 方式方便运行人员操作。于此同时将得到的应变及应力数据传送给示波器 通过示波器的显示使得系统运行人员能够直观的了解到各个传感器和监测点的 应变及应力大小当要进行实时数据显示时系统将传感器采集到的数据经过 处理之后直接发送给示波器显示如果要显示的是历史数据先要判断要显示 时间范围内的数据是否在系统的数据库中如果不在则先要将数据从系统外部 导入到系统数据库中再进行显示而且显示的方式也会因为要显示的时间段长 度的不同而不同因为系统的数据量非常大当选择的时间段非常长时示波 器会显示不出所有数据所以要采用包络图的形式进行显示即当要显示的时 间段大于十分钟时只显示每分钟之内的最大值和最小值当要显示的时间段小 于十分钟时则将数据都显示出来。最后数据的存储是重量级工作系统要记 录各个传感器的应变以及监测点的应力信息所以数据量非常大因此要定 期的将系统中的数据导出到系统外部磁盘使得系统有足够的空间接受传感器 采集的数据系统设定当数据库中的数据达到系统磁盘存储量的 80% 时则给出 备份提示用户可以通过界面选择备份路径等信息将系统数据库中的表导出 到系统外部之后要将系统数据库中较久远的表删除掉。上位机的功能是方便 于用户查看不承担全部的功能只起到显示部分功能的作用例如历史及实 时数据的查询、报警信息显示和处理等功能。简言之上位机做到查询和简单 处理的作用下位机则供系统运行人员操作使用。 界面设计要求简洁、方便在进入系统时默认的主界面是一号监测点所 受应力的大小的实时波形图在左侧有一个选择框该选择框中包含所有监测 点在每个监测点中又有一个树形结构显示出四个传感器当要对监测点或 者是传感器进行配置时可以将鼠标放在监测点上选择右键转到监测点配置 和传感器配置等界面。 2.1.2 非功能需求 非功能需求要考虑到软件的可用性和易用性。其中可靠性、可维护性以及 适应性是系统密不可分几个部分。 1 可靠性是系统在用户错误操作的情况下或者系统出现故障的情况下可 以支持系统恢复在网络不稳定或者使用过程中异常中断的情况下系统应该有 相应的容错功能这些都是在非功能需求中要考虑。 2 易用性直接影响到软件的使用体验因此在软件开发过程中要充分考 虑包括系统界面的美工、交互式设计等内容界面要易于操作不能繁琐复 杂以用户的角度去考虑软件在使用过程中的人机交互友好性同时系统中功 能设计不要隐藏的太深系统的所有功能应在主菜单处显示出来也就是软件 的易见性要好而无论是易用性还是易见性都要做到以用户为中心进行设计 而软件的可靠性和易用性将会在系统的详细设计及实现的过程中充分考虑。 3 稳定性和可靠性对于监测系统至关重要为了达到稳定性和可靠性 系统在完成实现之后要进行压力测试。在硬件部署上传感器布线可以在相应位 置采用双线结构当一条光纤的传感器发生故障之后可以快速的切换到另一条 光纤上选用双通路的原则是选择传感器安装困难的监测点或者比较重要的 监测点。为了提高系统的可靠性可采用双下位机系统如果正在运行的下位 机发生故障时可以手动或者自动的切换到另一个下位机上去。系统采用的是 Mysql 数据库引起具有容量小的特性因此要定期的将系统数据库中的数据 导出到系统外部磁盘在将系统数据库中的数据导出到外部磁盘的过程中要保 证读取在 4Mb/s 以上系统在正常运行时不能经常性的死机对数据的处理 要及时高效为了保证系统的稳定性及可靠性采取双下位机正常情况下一 台机器正常工作另一台机器处于热备份状态当工作的下位机故障时手动 将另一台机器接入到系统当中。在系统实现之后将重点测试压力测试使系统 达到要求的稳定性和可靠性。 2.2 系统总体设计 2.2.1 系统拓扑设计 船舶结构健康监测系统主要由四 部分组成分别为传感器、解调仪、下位 机、上位机各个部分各司其职又相互联系。光纤光栅传感器采集各个监测点 的原始数据在船舶结构处每个监测点有四个传感器其中前三号是应变传感 器第四号是温度传感器这些传感器通过光纤实现连接。解调仪的工作是读 取光纤光栅传感器采集的数据数据的单位是应变的大小本系统采用 sm130 型号解调仪它共有四个通道但是每个通道可以通过光开关再扩展四个通道 因此该光纤解调仪可以扩展成 16 个通道每个通道通过一个光纤连接起来可 以有若干个传感器但传感器的个数必须是 4 的整数倍也就是每个通道应构 成整数个监测点。下位机实现系统的所有功能本次开发的软件就是安装在下 位机上下位机与解调仪之间的通讯通过 Socket 通讯实现通过 TCP/IP 协议 实现了下位机与上位机之间数据的传输且上位机与下位机之间采用 C/S 架构。 系统的拓扑结构图如图 2-2 所示 : 2.2.2 软件体系结构设计 本系统共分为三层分别为上位机、下位机以及数据采集系统其中 数据采集系统是系统基础部分该部分将传感器部署到船体的各个结构 处采集各个监测点处传感器的实时应变数据光纤光栅解调仪能够将传感器 部署位置处由应力引起的传感器光波波长的变化采集出来下位机与解调仪之 间的通讯通过 Socket 通讯实现。 下位机系统下位机是系统的核心部分数据的处理、存储、显示等都在 该层实现首先下位机中的解调仪客户端将光纤光栅解调仪将采集到各个监测 点位置的 4 个传感器应变数据转化成各个监测点的应力数据之后将传感器的 应变数据和监测点的应力数据分为两路一部分用于数据的实时显示并在实 时显示过程中判断此时的数据是否超过标准判据如果超过标准判据则启动报 警模块进行报警另一部分则是将数据存储在数据库中用于后续数据的处理 当有历史数据需要显示时通过访问本地数据库获取数据。 上位机系统上位机实现系统的部分功能主要是系统的显示功能例如 历史及实时数据的显示报警的处理等其中当有实时数据进行显示时上 位机通过 Socket 通讯与下位机进行通讯将下位机实时显示部分传送到上位机 进行显示当有历史数据进行显示时上位机通过远程数据库连接得到下位机 数据库中的历史数据系统软件体系结构图如图 2-3 所示 2.2.3 系统功能结构 船舶结构健康检测系统的系统由四部分组成分别为数据的采集、系统配 置、数据的显示、数据处理、数据挖掘等部分其中数据的采集则是下位机调 用光纤光栅解调仪提供的 DLL 文件与解调仪建立连接是本系统的基础在 数据采集之前应该保证每个传感器采集的数据都是在正常的即传感器是可用 的。数据存储时要求传感器采集的数据的频率是可变的船厂要求的数据采集 频率在 10~100HZ 之间。数据的显示包括历史数据显示、实时数据显示包括 每个监测点的应力显示也包括每个传感器的应变数据显示。数据挖掘是本系 统的理论研究部分通过数据挖掘技术对数据进行分析对每个监测点的应力 大小以及频率分别分析通过分析得来的数据与该监测点的状态对比当有类 似船舶建造时可以起到指导的作用。系统功能结构图如图 2-4 所示
