[發明專利]一種服務于智能機艙的邊緣計算系統

有效

• 申請號: 202011063904.0
• 申請日: 2020-09-30
• 公開（公告）號: CN112187942B
• 公開（公告）日: 2022-01-11
• 發明（設計）人: 陳智君
• 申請（專利權）人: 武漢理工大學
• 主分類號: H04L67/125
• 分類號: H04L67/125;H04L67/025;H04L67/06;H04L67/10;G06N3/00;G06N3/04;G06N3/08;G16Y40/30
• 代理公司: 湖北武漢永嘉專利代理有限公司 42102
• 代理人: 崔友明

1.一種服務于智能機艙的邊緣計算系統，其特征在于，該系統包括：

智能機艙設備，包括多種機艙內的設備，將這些設備作為監測對象；

硬件監測單元，包括三種功能模塊：基礎模塊、振動分析模塊、缸壓分析模塊；硬件監測單元用于對智能機艙設備進行監測，每個智能機艙設備配備至少一種，至多三種的功能模塊；每個智能機艙設備通過這三種功能模塊的組合來完成數據的分析處理后，將數據發送給智能網關單元；

智能網關單元，用于對接收到的智能機艙設備相關數據進行數據清洗、數據選樣、數據變換、數據歸約后將有效信息上傳至云平臺；

云平臺，用于進行有效信息的交互，并通過云平臺對智能機艙設備進行遠程控制，以及控制或診斷算法的在線升級；

所述硬件監測單元中的三種功能模塊具體為：

基礎模塊，包括ARM核心、電源供電、無線通訊收發端、有線網口收發端以及對應各種通訊協議的數據端口；基于ARM的基礎模塊基于通信總線得到某智能機艙設備的一系列熱力參數，同時采集發動機的上止點位置、瞬時轉速以及排溫信號，實現基于瞬時轉速的故障診斷以及對熱力參數的處理和分析；同時能夠接收由振動分析模塊、缸壓分析模塊傳來的分析數據，再通過無線及有線的通訊方式將數據信息發送給振動分析模塊、缸壓分析模塊；

振動分析模塊，包括DSP核心、振動信號接收端、與基礎模塊之間的通訊協議數據端口、與缸壓分析模塊之間的通訊協議數據端口；振動分析模塊采集智能機艙設備的振動信號，再利用相應算法將數據進行實時分析，同時保證該模塊與基礎模塊、缸壓分析模塊能夠完成正常的數據交互；

缸壓分析模塊，包括DSP核心、缸壓信號接收端、與基礎模塊之間的通訊協議數據端口、與振動分析模塊之間的通訊協議數據端口；缸壓分析模塊同樣采集智能機艙設備的缸壓信號，根據對應的算法將數據進行實時處理，并完成數據信息與基礎模塊、振動分析模塊的交互；

所述硬件監測單元中的數據處理算法為：利用采集到的發動機的上止點信號、各缸壓信號以及各路振動信號來對發動機的健康狀況進行分析，通過采集到的各路信號，計算時域及頻域的某些特征因子，再由特征因子來分析柴油機健康狀態；其具體過程為：

(1)根據缸壓信號和上止點信號的來確定截取一個完整周期的振動信號；

(2)設計一個Butterworth低通濾波器，將完整周期的振動信號經過濾波器完成濾波；

(3)時域處理得到時域特征因子：峰值因子，波形因子，脈沖因子，裕度因子，峭度因子，偏度因子，燃燒段時域能量，IVC段時域能量，EVC段時域能量；

(4)頻域處理得到頻域特征因子：重心頻率，頻率偏差，均方頻率；

所述的時域特征因子和頻域特征因子的計算方法具體為：

基于Matlab語言，時域特征因子計算表達式如下所示：

ma＝max(y)

mi＝min(y)

pk＝ma-mi

av＝mean(abs(y))

rm＝rms(y)

C＝pk/rm

S＝rm/av

I＝pk/av

L＝pk/mean(sqrt(abs(y)))^2

Kr＝kurtosis(y)

Sk＝skewness(y)

P1＝sum(data1^2)

P2＝sum(data2^2)

P3＝sum(data3^2)

其中，y為經過濾波后得到的振動信號數據，pk為峰峰值，ma表示信號數據的最大值，mi表示信號數據的最小值；av為信號數據的平均值；rm為信號數據的均方根值；C為峰值因子；S為波形因子；I為脈沖因子；L為裕度因子；Kr為峭度因子；Sk為峭度因子；P1為燃燒段時域能量，P2為IVC段時域能量，P3為EVC段時域能量；

基于Matlab語言，頻域特征因子計算表達式如下：

py＝fft(y)

f＝fs/2*linspace(0,1,round(n/2+1))

Y＝2*abs(py(1；round(n/2+1)))/n

FC＝sum(f*Y)/sum(Y)

VF＝sum((f-FC)^2*Y)/sum(Y)

MSF＝sum((f)^2*Y)/sum(Y)

其中，py為信號數據經過FFT快速傅里葉變換得到的結果；fs為采樣頻率，f為每個FFT點的頻率；Y為頻域幅值；FC為重心頻率；VF為頻率偏差；MSF為均方頻率。