专利名称：建筑物设计的抗震实时检测系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种建筑物设计的抗震实时检测系统。
背景技术：
在建筑设计中，抗震设计是建筑整体设计重要的组成部份，通常情况下抗震设计是严格按照国家的抗震标准要求进行，以确保建筑设计的安全。根据《建筑抗震设计规范》GB 50011 一 2001，规范1.0.2，抗震设防烈度为6度及以上地区的建筑，必须进行抗震设计。1.0.4抗震设防烈度必须按国家规定的权限审批、颁发的文件(图件)确定。3.1.1建筑应根据其使用功能的重要性分为甲类、乙类、丙类、丁类四个抗震设防类别。建筑的抗震设防类别划分见国家标准《建筑抗震设防分类标准》GB50223的规定，也可见《建筑抗震设计手册》(1994年版)高层建筑没有丁类抗震设防。其中甲类建筑应属于重大建筑工程和地震时可能发生严重次生灾害的建筑，乙类建筑应属于地震时使用功能不能中断或需尽快恢复的建筑，丙类建筑应属于除甲、乙、丁类以外的一般建筑，丁类建筑应属于抗震次要建筑。现有的建筑设计要求基本上都要达到8级以上的要求。其钢筋型号、密度、混凝土中水泥的型号和配比，整体建筑结构都是确保抗震强度的基本条件。然而，随着新材料、新建筑风格的大量合用，虽然都会认真考滤和计算抗震性，但都是基于理论上的。此外，现在建筑施工，一般都会有多级承包商，承包商的不作和偷工减料将严重影响着建筑安全。如有的开发商将IOmm或20mm直径的钢筋换为9mm或18mm,承重梁数量和大小或位置结进行调整，在没有地震出现的情况下，或没有大地震出现的情况下是很以难检测和发现的。一量有大地震将会对人民生命和国家材产造成严重影响。因而，一款实时、有效的建筑物抗震实时检测系统的需要就显得较为急切。
实用新型内容本实用新型的目的是提供一种实时、有效的建筑物设计的抗震实时检测系统，以检测建筑设计是否达到《建筑抗震设计规范》中的标准。本实用新型的内容是这样实现的:建筑物设计的抗震实时检测系统，其特征是:至少包括:存贮器、处理器、横向地震波传感器、纵向地震波传感器、电源、电源管理电路、无线通信单元，横向地震波传感器和纵向地震波传感器分别通过接口与处理器电连接，电源通过电源管理电路产生需要的工作电压，分别与存贮器、处理器、横向地震波传感器、纵向地震波传感器电连接；处理器同时通过I/o 口连接存贮器和无线通信单元。所述的横向地震波传感器和纵向地震波传感器具有相同的结构，分别以垂直和水向方式固定在建筑体和某一点上。所述的建筑体有不同位置的多个点，每一个点需要横向地震波传感器和纵向地震波传感器检测建筑物水平振动信号和建筑物垂直振动信号，每一个点有一处理器，有电池和电池管理电路。[0011]本实用新型的硬件系统包括对建筑物水平振动信号的检测，对建筑物垂直信号振动的检测，对检测信号的传送以及电池和对电池工作时间的管理。本实用新型的优点是:可实时、有效、准确的检测地震强度一定时建筑物的震动系数，所获取数据对研究建筑物的抗震等级和能力，及提高建筑物的抗震系数有很大作用。
图1本实用新型的硬件系统组成图；图2本实用新型的硬件工作流程示意图；图3检测过程子流程图；图4 Huffman编码的流程图1 ;图5 Huffman编码的流程图2 ；图6发送过程子流程图。图中:1、存贮器，2、处理器，3、横向地震波传感器，4、纵向地震波传感器，5、电源，
6、电源管理电路，7、无线通信单元。
具体实施方式
如图1所示，一种建筑物抗震实时检测系统，至少包括:存贮器1、处理器2、横向地震波传感器3、纵向地震波传感器4、电源5、电源管理电路6、无线通信单元7，横向地震波传感器3和纵向地震波传感器4分别通过接口与处理器2电连接，电源5通过电源管理电路6产生需要的工作电压，分别与存贮器1、处理器2、横向地震波传感器3、纵向地震波传感器4电连接，使横向地震波传感器3、纵向地震波传感器4平时处于不工作无电流损耗的状态。处理器2同时通过I/O 口连接存贮器I和无线通信单元7，存贮器I用于对传感器检测数据的存贮和处理器对数据的处理；处理器2用于对传感器检测信号进行整理和压缩处理；横向地震波传感器3和纵向地震波传感器4用于检测建筑物水平振动信号和垂直振动信号；电源5用于给整个硬件系统提供电源；电源管理电路6用于管理电源的工作，硬件工作时对电流进行管理，尽可能的延长电源的使用寿命。本实用新型的硬件系统包括对建筑物水平振动信号的检测，对建筑物垂直信号振动的检测，对检测信号的传送以及电池和对电池工作时间的管理。横向地震波传感器和纵向地震波传感器具有相同的结构，分别以垂直和水向方式固定在建筑体和某一点上，整个建筑体有不同位置的多个点，每一个点需要横向地震波传感器和纵向地震波传感器检测建筑物水平振动信号和建筑物垂直振动信号，每一个点有一处理器，有电池和电池管理电路，为了使电池工作的时间在10年以上，硬件工作时要对电流进行管理，只有在地震强度达到规范规定的强度，才起动处理器工作，检测横向地震波传感器和纵向地震波传感器的信号。处理器对其信号进行压缩后无线发送。建筑物设计的抗震实时检测软件固化在8路8位的A/D转换口的EM78P458，EM78P458可同时采集8路模拟量，采用低功率设计。为达到上述目的，需要控制本实用新型所采用的硬件处理器。本实用新型的硬件工作流程示意如图2所示。支持的安装在建筑物内的传感器和测量电路，一量有3级以上的地震发生，振动检测传感器和检测电路会立即工作，实时检测和测量地震发生时的振动信号，这些物理量通过EM78P458带有的8路8位的A/D接口输入，转换成数字量，由无线发射模块发送到《建筑物抗震实时检测系统数据集群采集和发送系统》，再由其通过公共通信网络发送到控制中心，控制中心通过《建筑物抗震实时检测信号分析系统软件》进行频谱分析，结合《建筑物抗震实时检测信号分析系统软件》专用软件的其它功能，随时了解建筑物抗震状态，并结合专用算法了解建筑物设计、依据解建筑物设计进行施工的情况，动态了解建筑物设计质量和存在的问题，同时随时发现其隐患。EM78P458所连接的其它硬件固定在建筑物门外与建筑物为一体，采用2A /3.6V电池供电，系统静态电流5ua，当有3级以上的地震发生时，触发工作，检测振动波和位移量，检测结果通过无线发送到基站《建筑物抗震实时检测系统数据集群采集和发送系统》，再由基站的接收，由网络传送到控制中心进行分析。如图2中所述的步骤203检测过程的流程图如图3所示。检测子流程包括对两个A/D 口的检测，一个A/D 口接横向地震波传感器，另一个A/D 口接纵向地震波传感器，检测子流程首先启动一个定时器，检测子流程中对数据的读取为1000次/每秒，共检测30秒，每次两字节，因此，一次数据检测量有30*2*1000=60000字节。约60K数据量，经压缩后形成20K-10K数据量。检测子流程开始后，首先打开1000次/每秒的定时器，定时器产生一次中断信号检测一次，每次检测横向地震波传感器和纵向地震波传感器的数据。定时器中断后，检测横向地震波传感器信号，将横向地震波传感器信号存贮在自已的内贮中；再检测纵向地震波传感器信号，将纵向地震波传感器信号存贮在自已的内贮中。检测次数加I，不到30秒，继续检测，到30秒，设定发送程序标志，然后设定数据压缩标志，关定时器，调用数据压缩程序。定时器次数为60000次，占用两个字节，一个高字节，一个低字节，两个字节最大65535 次。如图2中所述的步骤204对数据的压缩过程主要采用Huffman编码，关于Huffman编码的流程图如图4、图5所示。Huffman编码是1952年由Huffman提出的对统计独立信源能达到最小平均码长的编码方法。这一年，他发表了著名论文“A Method for the Construction of MinimumRedundancy Codes”,即最短冗余码的构造方法.之后，Huffman编码及其一些改进方法一直是数据压缩领域的研究热点之一。Huffman码是一种变长码，其基本思想是:先统计图像(已经数字化)中各灰度出现的概率，出现概率较大的赋以较短的码字，而出现概率较小的则赋以较长的码字。我们可以这样表示Huffman编码的过程:在整个编码过程中，统计图像各灰度级出现的概率和编码这两步都很简单，关键的是Huffman树的构造。不但编码的时候需要用到这颗树，解码的时候也必须有这颗树才能完成解码工作，因此，Huffman树还得完整的传输到解码端。Huffman树的构造可以按照图4或图5的流程图来完成。首先对统计出来的概率从小到大进行排序，然后将最小的两个概率相加；到这儿的时候，先把已经加过的两个概率作为树的两个节点，并把他们从概率队列中删除；然后把相加所得的新概率加入到队列中，对这个新队列进行排序。[0034]如此反复，直到最后两个概率相加为I的时候停止。这样，Huffman树就建立起来了。如图2中所述的步骤205对数据的无线发送过程的流程图如图6所示。一次地震数据检测量有30*2*1000=60000字节。约60K数据量，经压缩后形成20K-10K数据量。这些数据经无线发送模块发送出去。压缩数据是N段长度的数据包，发送时，每次将一段数据调入发送数据缓存，由数据缓存进行发送，直到将N段长度的数据包发送完毕。进入发送子流程后，首先启动定时器，然后调入第I段长度的数据包到发送缓存；设定缓存字节数如20个字节，在设定发送数据总长度如N=100，随后设定字节位数，一个字节按8位长度，读发送缓存的第一字节到发送寄存器，如A寄存器，A寄存器带进位位左移一位，检测进位位是I还是0，是I置发送口为I，是O置发送口为0，然后检测一个字节是否发送完成，如一个字节没有发送完，延时到波特率的时间后，继续将A寄存器带进位位左移一位。如果一个字节发送完，检测一个包数据是否发送完，一个包数据没有发送完，包字节指针加1，调入下一个字节继续发送，如果一个包数据发送完，检测数据总长度N的指针是否结束，如果测数据总长度N不为0，装入下一个包到发送缓存，开始新的一个包的发送。直到发送数据总长度=0。无线发送模块最高发送数据速度是20K/每秒。发送20K字节的数据需10秒。为了保证数据完整，可多次发送，这就要求对发送数据的完整性进行验证。如一个甲类建筑，根据《建筑抗震设计规范》GB 50011 一 2001，地震作用应高于本地区抗震设防烈度的要求，其值应按批准的地震安全性评价结果确定；抗震措施，当抗震设防烈度为6 8度时，应符合本地区抗震设防烈度提高一度的要求，当为9度时，应符合比9度抗震设防更高的要求。为此在设计甲类建筑时，在建筑体内布置有不同高度、不同位置的建筑物设计的抗震实时检测硬件，地震时，处理器将检测对应点的横向地震波传感器和纵向地震波传感器信号，甲类建筑有固定编码，定义了位置、建筑物为甲类，输入震源到检测建筑体的距离，控制中心同得到甲类建筑的上述信息和地震信息，以据模型分析，得到该建筑物设计是否达到，当为9度时，应符合比9度抗震设防更高的要求。本实用新型的工作过程及步骤是:步骤201:本实用新型被安装后，初始化进入休眠；步骤202:判断是否有地震发生，若发生，振动信号是否超过了设定值，若是进行步骤203，否则进行步骤202继续判断；步骤203:检测横向地震波传感器信号，检测纵向地震波传感器信号；步骤204:压缩检测到的横向地震波传感器信号和纵向地震波传感器信号；步骤205:通过无线发送压缩信号；步骤206:判断发送的信号是否发送完全，即发送次数是否达到，若是进行步骤207，否则继续进行步骤205 ；步骤207:工作完成后,重新进入休眠状态；所述步骤203检测过程包括如下步骤:步骤301:打开定时器程序，使定时器开始工作；步骤302:判断定时器是否产生中断，若是进行步骤303，否则继续步骤302的判断；步骤303:读取横向地震波传感器信号；步骤304:存在读取到的横向地震波传感器信号的A/D值；步骤305:读取纵向地震波传感器信号；步骤306:存在读取到的纵向地震波传感器信号的A/D值；步骤307:读取地址的指针加I ;步骤308:判断读取的次数是否已经到设定值，若是进行步骤309，否则进行步骤303 ；步骤309:发送数据的标志位；步骤310:设定数据压缩标志；步骤311:关闭定时器；步骤312:检测程序结束，进入压缩数据的过程；所述步骤204压缩数据过程所采用的Huffman编码过程包括两种方式，其中方式I有包括如下步骤:步骤401:压缩子程序流程开始；步骤402:输入源文件的名字；步骤403:输入目标文件的名字；步骤404:判断是要进行压缩还是解压，若是压缩，进行步骤405，若是解压，进行步骤406 ；步骤405:采用压缩过程的主程序进行压缩；步骤406:采用解压过程的主程序进行解压；步骤407:压缩过程结束；Huffman编码过程的方式2有包括如下步骤:步骤501:输入字符，开始压缩过程；步骤502:判断输入的字符是不是第一次出现，若是进行步骤503，否则进行步骤506 ；步骤503:用包含新符号和新NYT的子树替代原NYT，并输出由溢出码引导的编码；步骤504:将原NYT与新叶节点赋以权值I ;步骤505:改变当前节点为原NYT节点；步骤506:对遇到的符号进行编码并输出；步骤507:判断节点标号是否是块内最大的，若是进行步骤508，否则进行步骤509 ；步骤508:对节点权重进行加I操作；步骤509:交换当前节点与块内具有最大节点编码的节点；步骤510:判断当前节点是否是根节点，若是进行步骤512，否则进行步骤511 ；步骤511:将当前节点改变为父节点；步骤512:本次压缩过程结束；所述步骤205发送过程子流程图包括如下步骤:[0085]步骤601:发送程序开始；步骤602:启动发送定时器；步骤603:将第一组数据调到缓冲区；步骤604:设定缓冲区的字节数；步骤605:设定发送数据的长度；步骤606:设定字节的位数；步骤607:将缓冲区第一字节读取到内存中；步骤608:将内存中的一个字节带进位左循环一位；步骤609:判断进位是I还是0，若是I进行步骤610，否则进行步骤611 ；步骤610:将发送口置为I ;步骤611:将发送口置为O ;步骤612:判断一个字节是否发送完全，若是进行步骤614，否则进行步骤613 ；步骤613:将时间延时到波特率的时间；步骤614:判断一个包数据是否发送完成，若是进行步骤616，否则进行步骤615 ；步骤615:包数据的指针加1，调入下一个字节；步骤616:判断发送数据的过程是否结束，若是进行步骤618，否则进行步骤617 ；步骤617:把下一组的数据调到缓冲区进行发送；步骤618:关闭定时器；步骤619:清理标志，结束本次发送过程；步骤620:重新初始化，等待下一次的发送。
权利要求1.建筑物设计的抗震实时检测系统，其特征是:至少包括:存贮器、处理器、横向地震波传感器、纵向地震波传感器、电源、电源管理电路、无线通信单元，横向地震波传感器和纵向地震波传感器分别通过接口与处理器电连接，电源通过电源管理电路产生需要的工作电压，分别与存贮器、处理器、横向地震波传感器、纵向地震波传感器电连接；处理器同时通过I/o 口连接存贮器和无线通信单元。
2.要据权利要求1所述的建筑物设计的抗震实时检测系统，其特征是:所述的横向地震波传感器和纵向地震波传感器具有相同的结构，分别以垂直和水向方式固定在建筑体和某一点上。
3.要据权利要求2所述的建筑物设计的抗震实时检测系统，其特征是:所述的建筑体有不同位置的多个点，每一个点需要横向地震波传感器和纵向地震波传感器检测建筑物水平振动信号和建筑物垂直振动信号，每一个点有一处理器，有电池和电池管理电路。
专利摘要本实用新型涉及一种建筑物设计的抗震实时检测系统，其特征是至少包括存贮器、处理器、横向地震波传感器、纵向地震波传感器、电源、电源管理电路、无线通信单元，横向地震波传感器和纵向地震波传感器分别通过接口与处理器电连接，电源通过电源管理电路产生需要的工作电压，分别与存贮器、处理器、横向地震波传感器、纵向地震波传感器电连接，使横向地震波传感器、纵向地震波传感器平时处于不工作无电流损耗的状态。它提供一种实时、有效的建筑物抗震实时检测系统，以检测建筑设计是否达到《建筑抗震设计规范》中的标准。
文档编号G01M7/02GK203011659SQ20122055918
公开日2013年6月19日 申请日期2012年10月29日 优先权日2012年10月29日
发明者刘珉恺, 王小娜 申请人:西安信唯信息科技有限公司