基于无线网络的MR阻尼器监控系统研究与实现
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摘要
MR阻尼器(磁流变阻尼器)是一种常被用来进行结构振动控制的装置。现有的对MR阻尼器的控制一般为电压型且处于对单台MR阻尼器的控制的状态,不仅缺乏主机系统对阻尼器工作状态的图形化监测,而且阻尼器的工作参数不能被保存下来,不便于对阻尼器的工作状态分析。基于无线网络的MR阻尼器监控系统对多台MR阻尼器控制器进行监测控制,并且将各阻尼器的工作参数保存下来,为工程人员分析阻尼器的状态提供便利,对MR阻尼器的自动化控制有着重要意义。
在研究MR阻尼器的控制原理和控制方法的基础上,根据课题要求提出了基于无线网络的MR阻尼器监控系统的整体控制方案。基于无线网络的MR阻尼器监控系统包括MR阻尼器控制系统和主机监测系统。使用无线通信模块实现MR阻尼器控制系统与监测主机通信。在确定系统结构方案后,选择合适的开发环境和编程方案。
在本文中基于无线网络的MR阻尼器监控系统中MR阻尼器控制系统部分主要介绍单片机信号输入电路、信号输出处理电路、无线通信模块电路以及PWM电流产生电路,并且给出了控制器C8051F040的软件流程图;主机监测系统部分主要介绍无线接收控制器的硬件电路、接收控制器S3C44BOX与主机的硬件电路设计,并且详细介绍了基于S3C44BOX的μC/OS-Ⅱ的移植过程,以及S3C44BOX利用μC/OS-Ⅱ中多任务功能对各个MR阻尼器控制器数据的采集方式、主机监测软件中Windows API的应用方法,并且给出了S3C44B0X和主机软件的流程图。
控制系统应用闭环控制方式,通过计算机实现各功能的显示、调整和控制,经过实验表明,该控制系统对MR阻尼器的控制达到了设计要求,并且能够在监测主机上显示各MR阻尼器控制器的工作参数,实现了系统运行平稳、控制快速、准确,使用调节方便。
MR damper is a devices commonly used for control structural vibration. The existing control of MR damper is generally voltage model, just in the control of single MR damper. It not only lacks graphical monitoring of mainframe systems on the working conditions of damper, furthermore the working parameters of Damper can not be saved, and do not facilitate the work state analysis of the damper. MR dampers Monitoring System based on Wireless Communication monitors and controls the multi-MR damper controllers, and saves the work parameters of each damper, which is convenient for the engineering personnel to analyze the state of damper, also has an important significance in automation control.
Based on the study of MR dampers' control theory and control methods, the overall control program of the MR dampers Monitoring System based on Wireless Communication is brought forward according to the request of the topic. The MR dampers Monitoring System based on Wireless Communication includes MR damper controller and host monitoring system. The wireless communications modules are used between MR damper controller and monitor host. After ascertaining the system structure of the program, it needs to choose a suitable program of development environment and programming.
In MR dampers Monitoring System based on Wireless Communication of this paper, on the part of MR damper mainly introduces MCU signal input circuit, the signal output processing circuitry, wireless communications module circuit, as well as PWM current producing circuit, and gives the software flowchart of the controller C8051F040 ; On the portion of the host monitoring system mostly presents the hardware circuit of wireless receiver controller, receiving controller S3C44B0X and the hardware circuit design of the mainframe, and particularly introduceμC/OS-II transplantation process based on the S3C44B0X transplantation process, as well as S3C44B0X using the multi-tasking functions ofμC/OS-II to collect data of various MR damper controller, the Windows API application methods in the monitoring software of the mainframe, and gives the flowchart of S3C44B0X and mainframe software.
The controlling system should use the Closed-loop control mode, by computer realizing the display, adjustment and control of each function. By the experiments showing that the control system of controlling MR dampers achieves the design requirements, and can reveal the working parameters of each MR damper control in the monitoring mainframe, achieving the smooth running, rapid and accurate controlling and easy regulation of the system.
在研究MR阻尼器的控制原理和控制方法的基础上,根据课题要求提出了基于无线网络的MR阻尼器监控系统的整体控制方案。基于无线网络的MR阻尼器监控系统包括MR阻尼器控制系统和主机监测系统。使用无线通信模块实现MR阻尼器控制系统与监测主机通信。在确定系统结构方案后,选择合适的开发环境和编程方案。
在本文中基于无线网络的MR阻尼器监控系统中MR阻尼器控制系统部分主要介绍单片机信号输入电路、信号输出处理电路、无线通信模块电路以及PWM电流产生电路,并且给出了控制器C8051F040的软件流程图;主机监测系统部分主要介绍无线接收控制器的硬件电路、接收控制器S3C44BOX与主机的硬件电路设计,并且详细介绍了基于S3C44BOX的μC/OS-Ⅱ的移植过程,以及S3C44BOX利用μC/OS-Ⅱ中多任务功能对各个MR阻尼器控制器数据的采集方式、主机监测软件中Windows API的应用方法,并且给出了S3C44B0X和主机软件的流程图。
控制系统应用闭环控制方式,通过计算机实现各功能的显示、调整和控制,经过实验表明,该控制系统对MR阻尼器的控制达到了设计要求,并且能够在监测主机上显示各MR阻尼器控制器的工作参数,实现了系统运行平稳、控制快速、准确,使用调节方便。
MR damper is a devices commonly used for control structural vibration. The existing control of MR damper is generally voltage model, just in the control of single MR damper. It not only lacks graphical monitoring of mainframe systems on the working conditions of damper, furthermore the working parameters of Damper can not be saved, and do not facilitate the work state analysis of the damper. MR dampers Monitoring System based on Wireless Communication monitors and controls the multi-MR damper controllers, and saves the work parameters of each damper, which is convenient for the engineering personnel to analyze the state of damper, also has an important significance in automation control.
Based on the study of MR dampers' control theory and control methods, the overall control program of the MR dampers Monitoring System based on Wireless Communication is brought forward according to the request of the topic. The MR dampers Monitoring System based on Wireless Communication includes MR damper controller and host monitoring system. The wireless communications modules are used between MR damper controller and monitor host. After ascertaining the system structure of the program, it needs to choose a suitable program of development environment and programming.
In MR dampers Monitoring System based on Wireless Communication of this paper, on the part of MR damper mainly introduces MCU signal input circuit, the signal output processing circuitry, wireless communications module circuit, as well as PWM current producing circuit, and gives the software flowchart of the controller C8051F040 ; On the portion of the host monitoring system mostly presents the hardware circuit of wireless receiver controller, receiving controller S3C44B0X and the hardware circuit design of the mainframe, and particularly introduceμC/OS-II transplantation process based on the S3C44B0X transplantation process, as well as S3C44B0X using the multi-tasking functions ofμC/OS-II to collect data of various MR damper controller, the Windows API application methods in the monitoring software of the mainframe, and gives the flowchart of S3C44B0X and mainframe software.
The controlling system should use the Closed-loop control mode, by computer realizing the display, adjustment and control of each function. By the experiments showing that the control system of controlling MR dampers achieves the design requirements, and can reveal the working parameters of each MR damper control in the monitoring mainframe, achieving the smooth running, rapid and accurate controlling and easy regulation of the system.
引文
[1]廖海黎,何向东.斜拉索的风雨振动-研究现状与对策.中国力学学会.2007
[2]邬喆华,楼文娟.陈勇斜拉索基础于最优控制力的振动控制.宁波大学学报.2007.
[3]DYSKE S J.Modeling and control of magnetoheological dampers for seismic response reduction[J].Smart Mater..Struct.,1996,5
[4]蓝会立,张认成,毛思文.基于无线传感器网络的粮情检测系统的设计.中国科技论文在线
[5]何克抗.网络应用技术新发展.电化教育研究
[6]曾松伟,刘敬彪,周巧娣,夏霞.GPRS在远程医疗监护系统中的应用研究.计算机工程与设计.2007.4
[7]郭安波,陈惠民.平面单极天线的设计.天线技术
[8]余亚莉.无线局域网技术、标准及热点宽带无线通信技术.中国无线电.2006.6
[9]周悦,于海斌,王天然.控制网络的性能分析与评价.仪器仪表学报.2006.5
[10]宋克章,王月茹,冯胜章.基于ARM的有线无线混合网网管实现.计算机技术与发展.2007.8
[11]求是科技.单片机通信技术与工程实践.北京:人民邮电出版社.2005
[12]郭峰,曾兴雯,刘乃安,马广义.无线局域网.北京:电子工业出版社.1997
[13]陈永光,晏华.电流变技术在车辆减振装置中的应用研究.机床与液压.2006.10 P103
[14]谭平.高速公路跨线桥地震反应的智能磁流变控制.自然灾害学报.2007.6
[15]戴朝波,林海雪.电压型逆变器三角载波电流控制新方法.中国电机工程学报.2002.2
[16]李传江,张自强,许晶晶.CAN总线在CPM2A PLC联网中的应用.制造业自动化.2005
[17]梁泰文,阳宪惠.CAN/Internet嵌入式网关的一种设计方案及实现[J].冶金自动化,2004
[18]郭晓俐,陈祖爵,徐锦霞.S3C44BOX芯片的CAN总线接口设计.微计算机信息.2007.10
[19]瞿伟廉,刘嘉,涂建维.500kN足尺磁流变液阻尼器设计的关键技术.地震工程与工程振动.2007.4
[20]SPENCER B F J.Pheonomenological model for magnetorheological dampers[J],Ournal of Engineering Mechanics.1997,123(3).
[21]ANDERW N.Control of a dynamic vibration absorber with magnetorhological damping [J].SPIE,2000,4073
[22]瞿伟廉,吕明云.三峡大坝升船机地震鞭梢效应的智能控制.华中科技大学学报.2002.3
[23]王艳芳,邵明,常晓玲.MOSFET控制的PWM型直流可调电源的研制.郑州工业高等专科学校学报.2004.3
[24]薛鹏骞,王久和,薛伟宁.电压型PWM整流器直接功率控制系统设计.辽宁工程技术大学学报.2006.10
[25]张湘,连级三,张昆仑.磁浮列车机械制动系统的自适应控制研究.铁道学报.2002.6
[26]吴姗姗,李永东.一种新型恒压恒频逆变电源闭环控制策略.电力电子技术.2006.10
[27]胡寿松.自动控制原理.科学出版社.2003 P170-240
[28]求是科技.单片机通信技术与工程实践.北京:人民邮电出版社.2005
[29]廖国容.无线通信模块在电厂输煤系统中的应用.华东电力.2003,3:67-69
[30]顾雪琳,张秀刚.WLAN中MAC子层接入技术的研究.通信技术.2003.1
[31]Mark Ciampa无线局域网设计与实现.科学出版社.2003.7
[32]黄智伟,朱卫华.内嵌微控制器的无线数据发射器的特性及应用.新器件新技术
[33]胡波,张昆.C++ Builder 6编程实例教程.北京希望出版社.2002
[34]周志敏,周纪海.现代开关电源控制电路设计及应用.人民邮电出版社.2005
[35]陈永军,翁惠辉.TLP250功率驱动模块在IRF840 MOSFET中的应用.应用天地
[36]马忠梅,马广云,田泽.ARM嵌入式处理器结构与应用基础.北京航空航天大学出版社.2004.6
[37]谢楠,张海波.基于ARM的仪表总线转换技术的研究.仪表技术.2007.10
[38]陆强,戴文.基于LabVIEW的环境试验设备温湿度检定系统.电子测量技术.2007.7
[39]李琴,周朝晖,宋志勇.基于蓝牙的PC双机数据通信的实现.蓝牙技术应用.
[40]麻信洛.无线局域网构建及应用.国防工业出版社.2006.11
[41]郭有朋.无线应用协议WAP在气象防灾减灾信息传播中的应用.气象与减灾研究.2006.10
[42]宋寅卯,张青波.μC/OS-Ⅱ在S3C44BOX上的移植
[43]陶春鸣,肖海红,王学智.基于S3C44BOX的数字示波表设计.电测与仪表.2007.10
[44]孙育河,梁岚珍.在ARM上移植μC/OS-Ⅱ的若干问是的研究.ARM开发与应用.
[45]邓中亮,何双亮.基于ARM的嵌入式操作系统μC/OS-Ⅱ的移植研究.计算机技术与发展.2007.10
[46]栗波,廖启征,郭磊.基于μC/OS-Ⅱ的多任务调度设计及实时性分析.仪表技术.2007.9
[47]黄伟华,候志恒.ARM处理器在便携式煤质分析仪中的应用.机电产品开发与创新.2007.7
[48]陆瑞毓,刘胜,陈晓洁,萧奋洛,尚鹏,张小田.基于ARM芯片的多信号短距无线检测.计算机与数字工程
[49]张立众,顾德英.嵌入工实时操作系统μC/OS-Ⅱ在ARM上的移植.科技咨询导报.2007.8
[50]宏伟,马小平,杜林.μC/OS-Ⅱ任务数扩充的理论与实现.计算机工程.2007.8
[51]孔维清,范肖南,陈代梅.基于S3C44BOX和μC/OS-Ⅱ的嵌入式系统平台设计分析与研究.开发研究与设计技术
[52]李章林,卢桂章,辛运帏.提高μC/OS-Ⅱ在ARM上执行效率的几种方法.电子器件.2007.4
[53]蒙智明,屈百达,徐保国.基于ARM处理器的LCD控制及触摸屏接口设计.ARM开发与应用
[54]李幼仪,甘志.C++ Builder高级应用开发指南.清华大学出版社.2002
[55]范逸之,江文贤,陈立元.C++ Builder与RS-232串行通信控制.清华大学出版社
[2]邬喆华,楼文娟.陈勇斜拉索基础于最优控制力的振动控制.宁波大学学报.2007.
[3]DYSKE S J.Modeling and control of magnetoheological dampers for seismic response reduction[J].Smart Mater..Struct.,1996,5
[4]蓝会立,张认成,毛思文.基于无线传感器网络的粮情检测系统的设计.中国科技论文在线
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[7]郭安波,陈惠民.平面单极天线的设计.天线技术
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[13]陈永光,晏华.电流变技术在车辆减振装置中的应用研究.机床与液压.2006.10 P103
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[33]胡波,张昆.C++ Builder 6编程实例教程.北京希望出版社.2002
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[36]马忠梅,马广云,田泽.ARM嵌入式处理器结构与应用基础.北京航空航天大学出版社.2004.6
[37]谢楠,张海波.基于ARM的仪表总线转换技术的研究.仪表技术.2007.10
[38]陆强,戴文.基于LabVIEW的环境试验设备温湿度检定系统.电子测量技术.2007.7
[39]李琴,周朝晖,宋志勇.基于蓝牙的PC双机数据通信的实现.蓝牙技术应用.
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[46]栗波,廖启征,郭磊.基于μC/OS-Ⅱ的多任务调度设计及实时性分析.仪表技术.2007.9
[47]黄伟华,候志恒.ARM处理器在便携式煤质分析仪中的应用.机电产品开发与创新.2007.7
[48]陆瑞毓,刘胜,陈晓洁,萧奋洛,尚鹏,张小田.基于ARM芯片的多信号短距无线检测.计算机与数字工程
[49]张立众,顾德英.嵌入工实时操作系统μC/OS-Ⅱ在ARM上的移植.科技咨询导报.2007.8
[50]宏伟,马小平,杜林.μC/OS-Ⅱ任务数扩充的理论与实现.计算机工程.2007.8
[51]孔维清,范肖南,陈代梅.基于S3C44BOX和μC/OS-Ⅱ的嵌入式系统平台设计分析与研究.开发研究与设计技术
[52]李章林,卢桂章,辛运帏.提高μC/OS-Ⅱ在ARM上执行效率的几种方法.电子器件.2007.4
[53]蒙智明,屈百达,徐保国.基于ARM处理器的LCD控制及触摸屏接口设计.ARM开发与应用
[54]李幼仪,甘志.C++ Builder高级应用开发指南.清华大学出版社.2002
[55]范逸之,江文贤,陈立元.C++ Builder与RS-232串行通信控制.清华大学出版社