3借閱室監測分機設計

3. 1監測分機硬件設計

借閱室監測分機主要由微處理器、液晶顯示模塊、供電電路、按鍵電路、ZigBee 通信模塊、無線通信模塊組成，其結構框圖如圖7所示。

借閱室監測分機的微處理器采用 STM32F4 單片機，其電源供電可直接采用交流 220V。無線通信模塊主要實現借閱室監測分機和圖書管理中心之間的數據傳輸、遠程操控等功能，采用Wi⁃Fi 無線通信的方式來完成信息互換。液晶顯示模塊主要用來顯示該借閱室各類書架隔板的應力變化與應力大小，通過不同類別書架應力狀態的液晶顯示來實現對不同書籍的借閱情況一目了然。

3. 2 監測分機軟件設計

借閱室監測分機軟件要實現與書架應力采集器的命令發送、數據接收、系統參數設置、液晶顯示以及與圖書管理中心通信等功能，其流程圖如圖 8 所示。當啟動借閱室監測分機進行數據采集時，將采集地址輸入給借閱室監測分機，借閱室監測分機發送命令給輸入地址相同的書架應力采集器，采集器將數據打包上傳給該塔筒監測分機，監測分機可通過無線網絡將數據上傳給圖書管理中心。

4 圖書管理中心軟件

圖書管理中心主要針對各借閱室不同類別書架應力狀態進行監測，通過對不同類別圖書的書架狀態分析，來完成對圖書熱度的評估，從而為圖書管理和采 購 決 策 提 供 相 應 的 參 考。 本 文 采 用 VisualC ++ 來實現軟件客戶端設計，其中，數據管理算法同樣采用 VC ++ 進行封裝，保證調用的實效性。 最后通 過 ActiveX 數 據 對 象 ( ActiveX Data Object，ADO)技術訪問數據庫，根據數據庫中儲存的先驗知識，對書架應力信息進行匹配并生成相應的圖書熱度報告。

圖書管理中心主要由參數設置模塊、設備管理模塊、運行監測模塊組成。 參數設置模塊主要分為兩部分，第一部分是設置連接設備編號、串口和波特率，第二部分是設定書架初始狀態下的應力值。 設備管理模塊主要功能是添加、保存、刪除書架與借閱室的名稱和地址。 運行監測模塊主要功能是查詢設備列表、查詢歷史數據、查詢在線實時數據、完成數據分析，其設計框架如圖9所示。

5系統性能測試

5. 1書架應力精度測試

對于書架應力精度測試，搭建了專用測試平臺，如圖 10 所示，其是由一臺上位機電腦、一臺借閱室監測分機、一個書架應力采集器、一臺解調儀、一個拉力傳感器、一組 FBG 應力傳感器、被測角鋼和多個配重鉤碼組成。

具體實驗步驟如下：首先將被測角鋼固定在試驗支架上，保證測量過程中角鋼不發生移動，其次在角鋼上找一個應力待測點，粘貼 FBG 應力傳感器，并在無應力方向上粘貼第二個 FBG 應力傳感器，然后在角鋼另一端依次增加配重鉤碼，最后記錄單元數據采集器在不同鉤碼下采集的應變量，并與理論計算值進行對比。

其應變與配重拉力的關系為：ε = σ式中， E 為彈性模量;L 是受力點到FBG應力傳感器軸心距;b 為截面寬度; F為配重帶來的拉力。

通過測量可得 L 為 0. 25m，b為0.06m，h為0􀆰 005m，配置鉤碼按每 1kg 進行依次增加，經多次測試，其試驗測試結果如表所示。

E =6FLEbh2

(3)誤差小于 2% ，符合該系統應力測試要求。

5. 2 圖書熱度分析

選取 01 編號借閱室的 01 號書架進行圖書熱度分析測試，通過移走不同的書籍數量來模擬圖書館借書狀態。 其中，分別在書架 1 - 5 層中取走 10、5、1、7、4 本書，其監測數據表3所示。

從上述數據可以看出，借走圖書越多其監測應力與初始應力差值越大，熱度百分比也越高，因此可通過圖書管理中心的熱度狀態百分比從高到度排序來判斷哪一類書籍熱度較高，從而為圖書的采購和管理決策提供相應的參考。

6 結束語

本文針對現階段圖書館圖書管理困難的問題，設計了一套基于書架應力的圖書熱度自動分析系統，根據圖書館現有環境和措施，對系統硬件設備進行選型，完成了書架應力采集器、借閱室監測分機、圖書管理中心的軟硬件設計。書架應力采集器實現了對書架各層隔板應力的實時采集和相對初始狀態應力的差值計算，并將這些數據通過Zigbee 網絡傳輸給書架所在借閱室監測分機。

借閱室監測分機實現了對該借閱室各個書架應力狀態的顯示和匯總，并通過 Wi⁃Fi 把數據上傳給圖書管理中心。 圖書管理中心對監測數據進行統計分析，完成對圖書熱度的評估，從而為圖書采購和管理決策提供相應的參考。

在此種條件下，三個控制器的響應曲線如圖 4所示，響應的擺動量如表 2 所示。 從圖 4 和表 2 中明顯可以看出，Ziegler⁃Nichols 整定 PID 控制與二維迭代學習控制的響應由于噪聲影響過大，較為明顯的偏離目標濕度值，無法實現對目標的跟蹤，說明PID 控制與傳統迭代學習控制對隨機干擾的魯棒性能較差，無法保證較大隨機干擾條件下的跟蹤性能。

而二維迭代學習預測控制響應依舊保持著較好的響應速度，且在達到穩態后的擺動量僅為 0. 051，響應曲線也顯示了該控制響應依舊能夠較好的跟蹤目標濕度值。 說明加入了預測控制之后，該控制器對隨機擾動具有較好的魯棒性，能夠在隨機噪聲影響下保證較好的跟蹤能力。

5 結束語

本文針對變風量空調系統設計了一種迭代學習預測控制器。 首先建立了變風量空調系統的狀態空間模型，然后介紹了二維框架理論，進一步利用該理論得到了迭代學習控制收斂的條件，最后得到了二維迭代學習預測控制器的設計方法。 經過仿真對比得到如下結論：

①PID 控制相對于迭代學習控制更適合無干擾條件下精確模型的跟蹤控制;

②迭代學習控制對于周期性干擾具備較好的魯棒性，但對隨機干擾的魯棒性較差，無法在隨機干擾的條件下實現較好的跟蹤;

③二維迭代學習預測控制不僅能夠保證在無干擾或者周期性干擾條件下具備較好的跟蹤效果，而且對大隨機干擾具有較強的魯棒性，能夠保證在較強隨機干擾下的良好跟蹤能力。