專利名稱：建筑物設計的抗震實時檢測系統的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種建筑物設計的抗震實時檢測系統。
背景技術：
在建筑設計中，抗震設計是建筑整體設計重要的組成部份，通常情況下抗震設計是嚴格按照國家的抗震標準要求進行，以確保建筑設計的安全。根據《建筑抗震設計規范》GB 50011 一 2001，規范1.0.2，抗震設防烈度為6度及以上地區的建筑，必須進行抗震設計。1.0.4抗震設防烈度必須按國家規定的權限審批、頒發的文件(圖件)確定。3.1.1建筑應根據其使用功能的重要性分為甲類、乙類、丙類、丁類四個抗震設防類別。建筑的抗震設防類別劃分見國家標準《建筑抗震設防分類標準》GB50223的規定，也可見《建筑抗震設計手冊》(1994年版)高層建筑沒有丁類抗震設防。其中甲類建筑應屬于重大建筑工程和地震時可能發生嚴重次生災害的建筑，乙類建筑應屬于地震時使用功能不能中斷或需盡快恢復的建筑，丙類建筑應屬于除甲、乙、丁類以外的一般建筑，丁類建筑應屬于抗震次要建筑。現有的建筑設計要求基本上都要達到8級以上的要求。其鋼筋型號、密度、混凝土中水泥的型號和配比，整體建筑結構都是確保抗震強度的基本條件。然而，隨著新材料、新建筑風格的大量合用，雖然都會認真考濾和計算抗震性，但都是基于理論上的。此外，現在建筑施工，一般都會有多級承包商，承包商的不作和偷工減料將嚴重影響著建筑安全。如有的開發商將IOmm或20mm直徑的鋼筋換為9mm或18mm,承重梁數量和大小或位置結進行調整，在沒有地震出現的情況下，或沒有大地震出現的情況下是很以難檢測和發現的。一量有大地震將會對人民生命和國家材產造成嚴重影響。因而，一款實時、有效的建筑物抗震實時檢測系統的需要就顯得較為急切。
實用新型內容本實用新型的目的是提供一種實時、有效的建筑物設計的抗震實時檢測系統，以檢測建筑設計是否達到《建筑抗震設計規范》中的標準。本實用新型的內容是這樣實現的:建筑物設計的抗震實時檢測系統，其特征是:至少包括:存貯器、處理器、橫向地震波傳感器、縱向地震波傳感器、電源、電源管理電路、無線通信單元，橫向地震波傳感器和縱向地震波傳感器分別通過接口與處理器電連接，電源通過電源管理電路產生需要的工作電壓，分別與存貯器、處理器、橫向地震波傳感器、縱向地震波傳感器電連接；處理器同時通過I/o 口連接存貯器和無線通信單元。所述的橫向地震波傳感器和縱向地震波傳感器具有相同的結構，分別以垂直和水向方式固定在建筑體和某一點上。所述的建筑體有不同位置的多個點，每一個點需要橫向地震波傳感器和縱向地震波傳感器檢測建筑物水平振動信號和建筑物垂直振動信號，每一個點有一處理器，有電池和電池管理電路。[0011]本實用新型的硬件系統包括對建筑物水平振動信號的檢測，對建筑物垂直信號振動的檢測，對檢測信號的傳送以及電池和對電池工作時間的管理。本實用新型的優點是:可實時、有效、準確的檢測地震強度一定時建筑物的震動系數，所獲取數據對研究建筑物的抗震等級和能力，及提高建筑物的抗震系數有很大作用。
圖1本實用新型的硬件系統組成圖；圖2本實用新型的硬件工作流程示意圖；圖3檢測過程子流程圖；圖4 Huffman編碼的流程圖1 ;圖5 Huffman編碼的流程圖2 ；圖6發送過程子流程圖。圖中:1、存貯器，2、處理器，3、橫向地震波傳感器，4、縱向地震波傳感器，5、電源，
6、電源管理電路，7、無線通信單元。
具體實施方式
如圖1所示，一種建筑物抗震實時檢測系統，至少包括:存貯器1、處理器2、橫向地震波傳感器3、縱向地震波傳感器4、電源5、電源管理電路6、無線通信單元7，橫向地震波傳感器3和縱向地震波傳感器4分別通過接口與處理器2電連接，電源5通過電源管理電路6產生需要的工作電壓，分別與存貯器1、處理器2、橫向地震波傳感器3、縱向地震波傳感器4電連接，使橫向地震波傳感器3、縱向地震波傳感器4平時處于不工作無電流損耗的狀態。處理器2同時通過I/O 口連接存貯器I和無線通信單元7，存貯器I用于對傳感器檢測數據的存貯和處理器對數據的處理；處理器2用于對傳感器檢測信號進行整理和壓縮處理；橫向地震波傳感器3和縱向地震波傳感器4用于檢測建筑物水平振動信號和垂直振動信號；電源5用于給整個硬件系統提供電源；電源管理電路6用于管理電源的工作，硬件工作時對電流進行管理，盡可能的延長電源的使用壽命。本實用新型的硬件系統包括對建筑物水平振動信號的檢測，對建筑物垂直信號振動的檢測，對檢測信號的傳送以及電池和對電池工作時間的管理。橫向地震波傳感器和縱向地震波傳感器具有相同的結構，分別以垂直和水向方式固定在建筑體和某一點上，整個建筑體有不同位置的多個點，每一個點需要橫向地震波傳感器和縱向地震波傳感器檢測建筑物水平振動信號和建筑物垂直振動信號，每一個點有一處理器，有電池和電池管理電路，為了使電池工作的時間在10年以上，硬件工作時要對電流進行管理，只有在地震強度達到規范規定的強度，才起動處理器工作，檢測橫向地震波傳感器和縱向地震波傳感器的信號。處理器對其信號進行壓縮后無線發送。建筑物設計的抗震實時檢測軟件固化在8路8位的A/D轉換口的EM78P458，EM78P458可同時采集8路模擬量，采用低功率設計。為達到上述目的，需要控制本實用新型所采用的硬件處理器。本實用新型的硬件工作流程示意如圖2所示。支持的安裝在建筑物內的傳感器和測量電路，一量有3級以上的地震發生，振動檢測傳感器和檢測電路會立即工作，實時檢測和測量地震發生時的振動信號，這些物理量通過EM78P458帶有的8路8位的A/D接口輸入，轉換成數字量，由無線發射模塊發送到《建筑物抗震實時檢測系統數據集群采集和發送系統》，再由其通過公共通信網絡發送到控制中心，控制中心通過《建筑物抗震實時檢測信號分析系統軟件》進行頻譜分析，結合《建筑物抗震實時檢測信號分析系統軟件》專用軟件的其它功能，隨時了解建筑物抗震狀態，并結合專用算法了解建筑物設計、依據解建筑物設計進行施工的情況，動態了解建筑物設計質量和存在的問題，同時隨時發現其隱患。EM78P458所連接的其它硬件固定在建筑物門外與建筑物為一體，采用2A /3.6V電池供電，系統靜態電流5ua，當有3級以上的地震發生時，觸發工作，檢測振動波和位移量，檢測結果通過無線發送到基站《建筑物抗震實時檢測系統數據集群采集和發送系統》，再由基站的接收，由網絡傳送到控制中心進行分析。如圖2中所述的步驟203檢測過程的流程圖如圖3所示。檢測子流程包括對兩個A/D 口的檢測，一個A/D 口接橫向地震波傳感器，另一個A/D 口接縱向地震波傳感器，檢測子流程首先啟動一個定時器，檢測子流程中對數據的讀取為1000次/每秒，共檢測30秒，每次兩字節，因此，一次數據檢測量有30*2*1000=60000字節。約60K數據量，經壓縮后形成20K-10K數據量。檢測子流程開始后，首先打開1000次/每秒的定時器，定時器產生一次中斷信號檢測一次，每次檢測橫向地震波傳感器和縱向地震波傳感器的數據。定時器中斷后，檢測橫向地震波傳感器信號，將橫向地震波傳感器信號存貯在自已的內貯中；再檢測縱向地震波傳感器信號，將縱向地震波傳感器信號存貯在自已的內貯中。檢測次數加I，不到30秒，繼續檢測，到30秒，設定發送程序標志，然后設定數據壓縮標志，關定時器，調用數據壓縮程序。定時器次數為60000次，占用兩個字節，一個高字節，一個低字節，兩個字節最大65535 次。如圖2中所述的步驟204對數據的壓縮過程主要采用Huffman編碼，關于Huffman編碼的流程圖如圖4、圖5所示。Huffman編碼是1952年由Huffman提出的對統計獨立信源能達到最小平均碼長的編碼方法。這一年，他發表了著名論文“A Method for the Construction of MinimumRedundancy Codes”,即最短冗余碼的構造方法.之后，Huffman編碼及其一些改進方法一直是數據壓縮領域的研究熱點之一。Huffman碼是一種變長碼，其基本思想是:先統計圖像(已經數字化)中各灰度出現的概率，出現概率較大的賦以較短的碼字，而出現概率較小的則賦以較長的碼字。我們可以這樣表示Huffman編碼的過程:在整個編碼過程中，統計圖像各灰度級出現的概率和編碼這兩步都很簡單，關鍵的是Huffman樹的構造。不但編碼的時候需要用到這顆樹，解碼的時候也必須有這顆樹才能完成解碼工作，因此，Huffman樹還得完整的傳輸到解碼端。Huffman樹的構造可以按照圖4或圖5的流程圖來完成。首先對統計出來的概率從小到大進行排序，然后將最小的兩個概率相加；到這兒的時候，先把已經加過的兩個概率作為樹的兩個節點，并把他們從概率隊列中刪除；然后把相加所得的新概率加入到隊列中，對這個新隊列進行排序。[0034]如此反復，直到最后兩個概率相加為I的時候停止。這樣，Huffman樹就建立起來了。如圖2中所述的步驟205對數據的無線發送過程的流程圖如圖6所示。一次地震數據檢測量有30*2*1000=60000字節。約60K數據量，經壓縮后形成20K-10K數據量。這些數據經無線發送模塊發送出去。壓縮數據是N段長度的數據包，發送時，每次將一段數據調入發送數據緩存，由數據緩存進行發送，直到將N段長度的數據包發送完畢。進入發送子流程后，首先啟動定時器，然后調入第I段長度的數據包到發送緩存；設定緩存字節數如20個字節，在設定發送數據總長度如N=100，隨后設定字節位數，一個字節按8位長度，讀發送緩存的第一字節到發送寄存器，如A寄存器，A寄存器帶進位位左移一位，檢測進位位是I還是0，是I置發送口為I，是O置發送口為0，然后檢測一個字節是否發送完成，如一個字節沒有發送完，延時到波特率的時間后，繼續將A寄存器帶進位位左移一位。如果一個字節發送完，檢測一個包數據是否發送完，一個包數據沒有發送完，包字節指針加1，調入下一個字節繼續發送，如果一個包數據發送完，檢測數據總長度N的指針是否結束，如果測數據總長度N不為0，裝入下一個包到發送緩存，開始新的一個包的發送。直到發送數據總長度=0。無線發送模塊最高發送數據速度是20K/每秒。發送20K字節的數據需10秒。為了保證數據完整，可多次發送，這就要求對發送數據的完整性進行驗證。如一個甲類建筑，根據《建筑抗震設計規范》GB 50011 一 2001，地震作用應高于本地區抗震設防烈度的要求，其值應按批準的地震安全性評價結果確定；抗震措施，當抗震設防烈度為6 8度時，應符合本地區抗震設防烈度提高一度的要求，當為9度時，應符合比9度抗震設防更高的要求。為此在設計甲類建筑時，在建筑體內布置有不同高度、不同位置的建筑物設計的抗震實時檢測硬件，地震時，處理器將檢測對應點的橫向地震波傳感器和縱向地震波傳感器信號，甲類建筑有固定編碼，定義了位置、建筑物為甲類，輸入震源到檢測建筑體的距離，控制中心同得到甲類建筑的上述信息和地震信息，以據模型分析，得到該建筑物設計是否達到，當為9度時，應符合比9度抗震設防更高的要求。本實用新型的工作過程及步驟是:步驟201:本實用新型被安裝后，初始化進入休眠；步驟202:判斷是否有地震發生，若發生，振動信號是否超過了設定值，若是進行步驟203，否則進行步驟202繼續判斷；步驟203:檢測橫向地震波傳感器信號，檢測縱向地震波傳感器信號；步驟204:壓縮檢測到的橫向地震波傳感器信號和縱向地震波傳感器信號；步驟205:通過無線發送壓縮信號；步驟206:判斷發送的信號是否發送完全，即發送次數是否達到，若是進行步驟207，否則繼續進行步驟205 ；步驟207:工作完成后,重新進入休眠狀態；所述步驟203檢測過程包括如下步驟:步驟301:打開定時器程序，使定時器開始工作；步驟302:判斷定時器是否產生中斷，若是進行步驟303，否則繼續步驟302的判斷；步驟303:讀取橫向地震波傳感器信號；步驟304:存在讀取到的橫向地震波傳感器信號的A/D值；步驟305:讀取縱向地震波傳感器信號；步驟306:存在讀取到的縱向地震波傳感器信號的A/D值；步驟307:讀取地址的指針加I ;步驟308:判斷讀取的次數是否已經到設定值，若是進行步驟309，否則進行步驟303 ；步驟309:發送數據的標志位；步驟310:設定數據壓縮標志；步驟311:關閉定時器；步驟312:檢測程序結束，進入壓縮數據的過程；所述步驟204壓縮數據過程所采用的Huffman編碼過程包括兩種方式，其中方式I有包括如下步驟:步驟401:壓縮子程序流程開始；步驟402:輸入源文件的名字；步驟403:輸入目標文件的名字；步驟404:判斷是要進行壓縮還是解壓，若是壓縮，進行步驟405，若是解壓，進行步驟406 ；步驟405:采用壓縮過程的主程序進行壓縮；步驟406:采用解壓過程的主程序進行解壓；步驟407:壓縮過程結束；Huffman編碼過程的方式2有包括如下步驟:步驟501:輸入字符，開始壓縮過程；步驟502:判斷輸入的字符是不是第一次出現，若是進行步驟503，否則進行步驟506 ；步驟503:用包含新符號和新NYT的子樹替代原NYT，并輸出由溢出碼引導的編碼；步驟504:將原NYT與新葉節點賦以權值I ;步驟505:改變當前節點為原NYT節點；步驟506:對遇到的符號進行編碼并輸出；步驟507:判斷節點標號是否是塊內最大的，若是進行步驟508，否則進行步驟509 ；步驟508:對節點權重進行加I操作；步驟509:交換當前節點與塊內具有最大節點編碼的節點；步驟510:判斷當前節點是否是根節點，若是進行步驟512，否則進行步驟511 ；步驟511:將當前節點改變為父節點；步驟512:本次壓縮過程結束；所述步驟205發送過程子流程圖包括如下步驟:[0085]步驟601:發送程序開始；步驟602:啟動發送定時器；步驟603:將第一組數據調到緩沖區；步驟604:設定緩沖區的字節數；步驟605:設定發送數據的長度；步驟606:設定字節的位數；步驟607:將緩沖區第一字節讀取到內存中；步驟608:將內存中的一個字節帶進位左循環一位；步驟609:判斷進位是I還是0，若是I進行步驟610，否則進行步驟611 ；步驟610:將發送口置為I ;步驟611:將發送口置為O ;步驟612:判斷一個字節是否發送完全，若是進行步驟614，否則進行步驟613 ；步驟613:將時間延時到波特率的時間；步驟614:判斷一個包數據是否發送完成，若是進行步驟616，否則進行步驟615 ；步驟615:包數據的指針加1，調入下一個字節；步驟616:判斷發送數據的過程是否結束，若是進行步驟618，否則進行步驟617 ；步驟617:把下一組的數據調到緩沖區進行發送；步驟618:關閉定時器；步驟619:清理標志，結束本次發送過程；步驟620:重新初始化，等待下一次的發送。
權利要求1.建筑物設計的抗震實時檢測系統，其特征是:至少包括:存貯器、處理器、橫向地震波傳感器、縱向地震波傳感器、電源、電源管理電路、無線通信單元，橫向地震波傳感器和縱向地震波傳感器分別通過接口與處理器電連接，電源通過電源管理電路產生需要的工作電壓，分別與存貯器、處理器、橫向地震波傳感器、縱向地震波傳感器電連接；處理器同時通過I/o 口連接存貯器和無線通信單元。
2.要據權利要求1所述的建筑物設計的抗震實時檢測系統，其特征是:所述的橫向地震波傳感器和縱向地震波傳感器具有相同的結構，分別以垂直和水向方式固定在建筑體和某一點上。
3.要據權利要求2所述的建筑物設計的抗震實時檢測系統，其特征是:所述的建筑體有不同位置的多個點，每一個點需要橫向地震波傳感器和縱向地震波傳感器檢測建筑物水平振動信號和建筑物垂直振動信號，每一個點有一處理器，有電池和電池管理電路。
專利摘要本實用新型涉及一種建筑物設計的抗震實時檢測系統，其特征是至少包括存貯器、處理器、橫向地震波傳感器、縱向地震波傳感器、電源、電源管理電路、無線通信單元，橫向地震波傳感器和縱向地震波傳感器分別通過接口與處理器電連接，電源通過電源管理電路產生需要的工作電壓，分別與存貯器、處理器、橫向地震波傳感器、縱向地震波傳感器電連接，使橫向地震波傳感器、縱向地震波傳感器平時處于不工作無電流損耗的狀態。它提供一種實時、有效的建筑物抗震實時檢測系統，以檢測建筑設計是否達到《建筑抗震設計規范》中的標準。
文檔編號G01M7/02GK203011659SQ20122055918
公開日2013年6月19日 申請日期2012年10月29日 優先權日2012年10月29日
發明者劉珉愷, 王小娜 申請人:西安信唯信息科技有限公司