本发明涉及物联网发电机，具体为一种具有远程可视化控制机构的物联网发电机及其状态能耗预测方法。
背景技术：
1、物联网发电机内置有传感器和监控系统，可以实时监测到当前电力需求量，这些传感器可以测量电力消耗设备的功率需求和电压需求等参数，根据监测到的电力需求，物联网发电机会自动调节发电量，当电力需求增加时，物联网发电机会自动增加发电量；当电力需求减少时，则会减少发电量，通过动态调节发电量，物联网发电机能够满足实时的电力需求，物联网发电机还具有最优发电的能力，它能够根据当前的电力需求和发电机的性能特征，计算出最佳的发电量和发电方式，这样可以避免过剩或不足的发电，从而提高电力的利用效率，物联网发电机可以根据实际情况选择合适的发电方式，它可以根据可利用的能源资源，如化石燃料、太阳能、风能等，选择最佳的发电方式，并在电力需求变化时实时调整。
2、但是，传统的物联网发电机存在以下缺点：
3、传统的物联网发电机进行发电的过程中，使用者无法了解物联网发电机的运作状态，当物联网发电机出现故障后使用者无法及时对其进行维护，降低了物联网发电机的发电效率。
技术实现思路
1、本发明的目的在于提供一种具有远程可视化控制机构的物联网发电机及其状态能耗预测方法，以解决上述背景技术中提出的传统的物联网发电机进行发电的过程中，使用者无法了解物联网发电机的运作状态，当物联网发电机出现故障后使用者无法及时对其进行维护，降低了物联网发电机的发电效率的问题。
2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种具有远程可视化控制机构的物联网发电机，包括发电机本体，所述发电机本体的底端固定安装有第一发电机机壳，所述第一发电机机壳的顶端设有第二发电机机壳，所述第二发电机机壳的一侧固定安装有安装机构，所述安装机构包括安装底座和两个高度台，所述安装底座顶端的两侧分别与两个高度台的底端固定连接，两个所述高度台之间的顶端设有同步杆，所述同步杆的中部固定安装有可视化屏，所述可视化屏的顶端固定安装有远程控制机构，所述远程控制机构包括发送器、发送件、控制器、接收器和接收件，所述发送器、发送件、接收器和接收件均与控制器连接。
3、作为本发明的一种优选技术方案，两个所述高度台的一侧均转动连接有方向杆，两个所述方向杆远离高度台的一端分别与同步杆的两端转动连接，两个所述高度台与两个方向杆的连接处均安装有转盘，两个所述转盘的一侧均固定安装有制冷片，两个所述制冷片的一侧均与同步杆正对的一侧接触连接，两个所述转盘之间安装有连接杆，方向杆沿着高度台转动后，方向杆通过同步杆带动相邻方向杆进行同步运动，对可视化屏的位置进行调整，方向杆转动的过程中带动转盘进行同步运动，转盘带动制冷片进行同步运动，制冷片与同步杆接触，从可视化屏后方对其进行热传递散热。
4、作为本发明的一种优选技术方案，所述安装底座的一侧与第二发电机机壳正对的一侧固定连接，安装机构通过安装底座固定在第二发电机机壳上。
5、作为本发明的一种优选技术方案，所述发送件包括输入模块、第一控制模块、第一存储模块、录音模块、麦克风、a/d转换器和无线信号发生模块，所述录音模块与麦克风连接，所述麦克风与a/d转换器连接，所述a/d转换器、无线信号发生模块、输入模块和第一存储模块均与第一控制模块连接，麦克风接收使用者通过录音模块录取的指令，接收的指令经过a/d转换器对录音信号进行加密、滤波和信号转换，信号转换后传输至第一控制模块，第一控制模块将信号传递至控制器内，无线信号发生模块产生对应的发送信号传递至第一控制模块内，第一存储模块对发送信号进行存储。
6、作为本发明的一种优选技术方案，所述接收件包括播放模块、扬声器、d/a转换器、无线信号接收模块、第二存储模块、第二控制模块和驱动模块，所述播放模块与扬声器连接，所述扬声器与d/a转换器连接，所述d/a转换器、无线信号接收模块、第二存储模块和驱动模块均与第二控制模块连接，扬声器接收播放模块传输的接收信号，接收信号经过d/a转换器进行解密、滤波和信号转换，信号转换后传输至第二控制模块，第二控制模块将信号传递至控制器内，且无线信号接收模块产生对应的接收信号传递至第二控制模块内，第二存储模块对接收信号进行存储。
7、作为本发明的一种优选技术方案，所述可视化屏包括传感器数据显示模块、输入状态显示模块、继电器状态显示模块、发动机数据显示模块、发电数据显示模块、负载数据显示模块和故障数据显示模块，所述传感器数据显示模块对物联网发电机内传感器数据显示，所述输入状态显示模块对物联网发电机上接头的输入状态进行显示，所述继电器状态显示模块对物联网发电机上继电器状态进行显示，所述发动机数据显示模块对物联网发电机上发动机数据进行显示，所述发电数据显示模块对物联网发电机发电数据进行显示，所述负载数据显示模块对物联网发电机负载数据进行显示，所述故障数据显示模块对物联网发电机的故障数据进行显示，传感器数据显示模块对物联网发电机内传感器数据显示，输入状态显示模块对物联网发电机上接头的输入状态进行显示，继电器状态显示模块对物联网发电机上继电器状态进行显示，发动机数据显示模块对物联网发电机上发动机数据进行显示，发电数据显示模块对物联网发电机发电数据进行显示，负载数据显示模块对物联网发电机负载数据进行显示，故障数据显示模块对物联网发电机的故障数据进行显示。
8、作为本发明的一种优选技术方案，所述第一发电机机壳的表面和第二发电机机壳的表面均开设有若干个第一散热孔，所述第二发电机机壳的顶端卡合安装有散热盖，所述散热盖的表面开设有若干个第二散热孔，第一散热孔和第二散热孔的开设便于运行中发电机本体产生的高温气体与外环境中气体接触进行热传递散热降温。
9、作为本发明的一种优选技术方案，所述第一发电机机壳的一端固定安装有固定板，发电机本体通过固定板固定在安装处。
10、作为本发明的一种优选技术方案，所述第一发电机机壳的一侧和第二发电机机壳的一侧均固定安装有组装板，两个所述组装板之间螺纹连接有螺栓，使用者拧动螺栓将两个组装板组装在一起，第一发电机机壳和第二发电机机壳之间通过组装板组装在一起。
11、作为本发明的一种优选技术方案，所述散热盖的一侧开设有接口。
12、一种具有远程可视化控制机构的物联网发电机状态能耗预测方法，具体过程为：
13、步骤1，安装传感器收集发电机实时状态数据和远程可视化控制机构传输的相关信息，所用传感器及安装位置如下：
14、温度传感器：安装在发电机本体内部，以监测发电机的工作温度；可以在第一发电机机壳（2）和第二发电机机壳（3）的内部表面上安装温度传感器；
15、电压传感器和电流传感器：安装在发电机输出电路中，用于监测发电机的电压和电流情况；这些传感器可以安装在电路连接处，或者直接与电源线路相连；
16、振动传感器：安装在发电机的机壳表面或轴承处，以监测发电机的振动情况；振动传感器可以帮助检测到发电机是否存在异常运行情况；
17、麦克风：用于录音模块（1224）的声音采集，以便监听发电机工作过程中的声音信号，用于诊断发电机的运行状态；
18、所需数据包含发电机的实时状态数据，包括发电机运行状态、温度、电压、电流等相关参数以及历史负载需求数据和能源供给数据；
19、参数变量
20、正常运行（normal operation）
21、待机（standby）
22、停机（shutdown）
23、故障（fault）
24、发电机内部温度（internal temperature）
25、发电机外部温度（external temperature）
26、a相电压（phase a voltage）
27、b相电压（phase b voltage）
28、c相电压（phase c voltage）
29、总电压（total voltage）
30、a相电流（phase a current）
31、b相电流（phase b current）
32、c相电流（phase c current）
33、总电流（total current）
34、平均负载需求（average load demand）
35、最大负载需求（peak load demand）
36、负载需求分布（load demand distribution）
37、发电量（electricity generation）
38、能源消耗（energy consumption）
39、能源来源（energy sources）
40、步骤2，根据传感器数据建立卷积神经网络(cnn)与长短期记忆网络（lstm）结合的深度神经网络模型；
41、cnn结构用于处理发电机状态数据：
42、输入数据维度：发电机状态数据的维度为 (n, c, h, w)，其中：n 表示样本数量；c 表示通道数，代表不同类型传感器的数量；h 表示特征图的高度，可以是时间步长或者空间分辨率； w 表示特征图的宽度，代表特征数量或者时间序列长度：
43、卷积层：
44、第一层卷积：64个 3x3 的卷积核，步长为1，使用relu激活函数；
45、第二层卷积：128个 3x3 的卷积核，步长为1，使用relu激活函数；
46、第三层卷积：256个 3x3 的卷积核，步长为1，使用relu激活函数；
47、池化层：
48、每个卷积层后接一个 2x2 最大池化层，用于降低特征图的尺寸；
49、lstm结构用于处理远程控制机构的时间序列数据：
50、输入层：
51、输入数据维度：远程控制机构数据的维度为 (n, l, d)，其中：n 表示样本数量；l表示时间序列的长度；d 表示特征的维度，可以是传感器的数量或者控制参数的数量：
52、多层lstm层：
53、第一层lstm：单元数：64个，激活函数：tanh;
54、第二层lstm：单元数：64个，激活函数：tanh；
55、第三层lstm：单元数：32个，激活函数：tanh；
56、全连接层：
57、全连接层1：神经元数量：128个，激活函数：relu；
58、融合和全连接层：
59、融合层：
60、将cnn和lstm的输出进行融合，可以采用拼接(concatenation)操作进行融合；
61、全连接层：
62、第一层全连接：1024个神经元，使用relu激活函数；
63、第二层全连接：512个神经元，使用relu激活函数；
64、在多层lstm中，每一层lstm都会接收上一层的隐藏状态作为输入，具体过程有：
65、利用遗忘门控制着遗忘上一个时间步的记忆细胞中部分信息:
66、；
67、其中为遗忘门输出，为遗忘门的权重矩阵，为上一个时间步的隐藏状态，为当前时间步的输入，为遗忘门的偏置项，σ为sigmoid激活函数；
68、利用输入门控制着新信息进入记忆细胞的数量:
69、；
70、其中为输入门输出，为输入门的权重矩阵，为上一个时间步的隐藏状态，为当前时间步的输入，为输入门的偏置项，σ为sigmoid激活函数；
71、新信息用于更新记忆细胞的内容:
72、；
73、其中为新信息，为计算新信息的权重矩阵，为上一个时间步的隐藏状态，为当前时间步的输入，为新信息的偏置项，tanh双曲正切函数，为隐藏层的激活函数；
74、更新记忆细胞，计算新的记忆细胞状态:
75、；
76、其中为记忆细胞状态，为遗忘门输出，为上一个时间步的记忆细胞状态，为输入门输出，为新信息；
77、输出门控制着隐藏状态中信息将被传递到下一个时间步：
78、；
79、其中为输出门输出，为输出门的权重矩阵，为上一个时间步的隐藏状态，为当前时间步的输入，为输出门的偏置项；
80、隐藏状态更新：
81、；
82、为当前时间步的隐藏状态，为输出门输出，为当前时间步的记忆细胞状态，tanh双曲正切函数，为隐藏层的激活函数；
83、步骤3，使用反向传播算法对模型进行训练，并优化模型参数，反向传播算法的具体过程为；计算卷积神经网络cnn的输出和长短期记忆网络lstm的输出；将两者进行融合，得到融合后的特征表；使用全连接层进行最终的预测输出；使用均方误差mse损失函数衡量预测结果和真实结果之间的差异：
84、；
85、反向传播计算损失函数关于预测输出的梯度：
86、；
87、根据链式法则，将损失函数的梯度传递回融合层：
88、；
89、将融合层的梯度传递回各个网络：
90、；
91、根据各个网络的梯度，使用反向传播算法更新各个网络的参数；
92、根据反向传播算法计算得到的梯度，使用随机梯度下降更新神经网络模型的参数，以使损失函数最小化；
93、步骤4，划分数据集：将数据集划分为训练集、验证集和测试集；将发电机的状态数据和远程控制机构信息作为模型的输入，将预测的能耗情况作为模型的输出；使用反向传播算法进行模型训练，优化模型参数，使其能够准确地预测未来的能耗情况;
94、根据不同传感器的输入情况，可能存在以下预测情况：
95、1. 温度传感器数据：
96、温度正常情况下的预测：预测未来几个小时内发电机的内部和外部温度将保持在正常范围内，能耗较为稳定;
97、温度异常波动的预测：如果温度出现异常波动，可能预示着发电机存在故障或者外部环境发生变化，模型会预测未来温度波动的趋势，提供预警信息;
98、2. 电压传感器和电流传感器数据：
99、电压和电流稳定的预测：如果电压和电流数据保持稳定，模型会预测未来发电机的工作状态和能耗情况，以维持稳定的发电量;
100、电压或电流异常的预测：如果电压或电流出现异常，可能预示着发电机的输出电力不稳定或者存在故障，模型会预测未来的工作状态并提供相应的预警信息;
101、3. 振动传感器数据：
102、振动正常情况下的预测：预测未来发电机的振动水平将维持在正常范围内，工作状态稳定;
103、异常振动的预测：如果振动数据显示异常，可能预示着发电机的轴承或其他部件存在问题，模型会预测未来振动情况并提供故障诊断信息;
104、4. 麦克风数据：
105、正常工作状态下的预测：预测未来发电机工作过程中的声音信号将保持在正常范围内，无异常情况;
106、异常声音的预测：如果麦克风数据检测到异常声音，可能预示着发电机存在异常运行情况或者故障，模型会预测未来声音信号的变化趋势，并提供相应的预警信息；
107、步骤5，将训练好的模型部署到物联网发电机系统中的远程可视化控制机构上；实时监测发电机的状态数据和远程控制机构信息，并将其作为模型的输入；使用训练好的模型预测未来的能耗情况，并将预测结果显示在可视化屏上，为操作人员提供及时的监控和决策支持。
108、与现有技术相比，本发明的有益效果是：
109、1、通过设置可视化屏，随时随地监测并记录设备运行情况，监控及分析数据、提前发现故障问题，当故障出现时、及时发出报警通知，再现故障现场为维修提供依据，提供保养提醒、延长设备寿命，自动生成设备报表、管存历史数据，通信稳定快速、永不掉线，提供招投标管理、共享行业资源，保证物联网发电机的正常运作，提高物联网发电机的发电效率；
110、2、通过设置远程控制机构，麦克风接收使用者通过录音模块录取的指令，接收的指令经过a/d转换器对录音信号进行加密、滤波和信号转换，信号转换后传输至第一控制模块，扬声器接收播放模块传输的接收信号，接收信号经过d/a转换器进行解密、滤波和信号转换，便于后台人员及时了解物联网发电机的信息并进行检修维护。
111、3、本发明的一种具有远程可视化控制机构的物联网发电机状态能耗预测方法，基于深度神经网络，将卷积神经网络（cnn）和长短期记忆网络（lstm）结合用于分析发电机的实时状态和对未来能耗的预测，能够同时预测温度正常异常情况的预测、电压或电流正常异常的预测、异常振动的预测、异常声音的预测并将预测结果显示在可视化屏上，为操作人员提供及时的监控和决策支持。
1.一种具有远程可视化控制机构的物联网发电机，包括发电机本体（1），其特征在于：所述发电机本体（1）的底端固定安装有第一发电机机壳（2），所述第一发电机机壳（2）的顶端设有第二发电机机壳（3），所述第二发电机机壳（3）的一侧固定安装有安装机构（5），所述安装机构（5）包括安装底座（51）和两个高度台（52），所述安装底座（51）顶端的两侧分别与两个高度台（52）的底端固定连接，两个所述高度台（52）之间的顶端设有同步杆（56），所述同步杆（56）的中部固定安装有可视化屏（11），所述可视化屏（11）的顶端固定安装有远程控制机构（12），所述远程控制机构（12）包括发送器（121）、发送件（122）、控制器（123）、接收器（124）和接收件（125），所述发送器（121）、发送件（122）、接收器（124）和接收件（125）均与控制器（123）连接。
2.根据权利要求1所述的一种具有远程可视化控制机构的物联网发电机，其特征在于：两个所述高度台（52）的一侧均转动连接有方向杆（55），两个所述方向杆（55）远离高度台（52）的一端分别与同步杆（56）的两端转动连接，两个所述高度台（52）与两个方向杆（55）的连接处均安装有转盘（53），两个所述转盘（53）的一侧均固定安装有制冷片（57），两个所述制冷片（57）的一侧均与同步杆（56）正对的一侧接触连接，两个所述转盘（53）之间安装有连接杆（54）。
3.根据权利要求1所述的一种具有远程可视化控制机构的物联网发电机，其特征在于：所述安装底座（51）的一侧与第二发电机机壳（3）正对的一侧固定连接。
4.根据权利要求1所述的一种具有远程可视化控制机构的物联网发电机，其特征在于：所述发送件（122）包括输入模块（1221）、第一控制模块（1222）、第一存储模块（1223）、录音模块（1224）、麦克风（1225）、a/d转换器（1226）和无线信号发生模块（1227），所述录音模块（1224）与麦克风（1225）连接，所述麦克风（1225）与a/d转换器（1226）连接，所述a/d转换器（1226）、无线信号发生模块（1227）、输入模块（1221）和第一存储模块（1223）均与第一控制模块（1222）连接。
5.根据权利要求1所述的一种具有远程可视化控制机构的物联网发电机，其特征在于：所述接收件（125）包括播放模块（1251）、扬声器（1252）、d/a转换器（1253）、无线信号接收模块（1254）、第二存储模块（1255）、第二控制模块（1256）和驱动模块（1257），所述播放模块（1251）与扬声器（1252）连接，所述扬声器（1252）与d/a转换器（1253）连接，所述d/a转换器（1253）、无线信号接收模块（1254）、第二存储模块（1255）和驱动模块（1257）均与第二控制模块（1256）连接。
6.根据权利要求1所述的一种具有远程可视化控制机构的物联网发电机，其特征在于：所述可视化屏（11）包括传感器数据显示模块（111）、输入状态显示模块（112）、继电器状态显示模块（113）、发动机数据显示模块（114）、发电数据显示模块（115）、负载数据显示模块（116）和故障数据显示模块（117），所述传感器数据显示模块（111）对物联网发电机内传感器数据显示，所述输入状态显示模块（112）对物联网发电机上接头的输入状态进行显示，所述继电器状态显示模块（113）对物联网发电机上继电器状态进行显示，所述发动机数据显示模块（114）对物联网发电机上发动机数据进行显示，所述发电数据显示模块（115）对物联网发电机发电数据进行显示，所述负载数据显示模块（116）对物联网发电机负载数据进行显示，所述故障数据显示模块（117）对物联网发电机的故障数据进行显示。
7.根据权利要求1所述的一种具有远程可视化控制机构的物联网发电机，其特征在于：所述第一发电机机壳（2）的表面和第二发电机机壳（3）的表面均开设有若干个第一散热孔（9），所述第二发电机机壳（3）的顶端卡合安装有散热盖（6），所述散热盖（6）的表面开设有若干个第二散热孔（10）。
8.根据权利要求1所述的一种具有远程可视化控制机构的物联网发电机，其特征在于：所述第一发电机机壳（2）的一端固定安装有固定板（4）。
9.根据权利要求1所述的一种具有远程可视化控制机构的物联网发电机，其特征在于：所述第一发电机机壳（2）的一侧和第二发电机机壳（3）的一侧均固定安装有组装板（7），两个所述组装板（7）之间螺纹连接有螺栓（8）。
10.根据权利要求7所述的一种具有远程可视化控制机构的物联网发电机，其特征在于：所述散热盖（6）的一侧开设有接口（13）。
11.根据权利要求1所述的一种具有远程可视化控制机构的物联网发电机的状态能耗预测方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
