列車行車狀態監測無線傳感系統設計研究

師玲萍

[摘 要]列車行車狀態監測系統的設計需要基于無線傳感模式而進行。本文從闡述列車行車狀態監測的目標和框架入手，對于列車行車狀態監測無線傳感系統以及其設計內容進行了分析。

[關鍵詞]列車行車狀態；監測無線傳感；系統設計

[中圖分類號] TP212.9 [文獻檔識碼]A

列車行車狀態監測無線傳感系統設計需要在了解到監測的目標和系統的框架才能夠進行。因此技術人員應當對于硬件設計的原則有著足夠的了解，才能夠在此基礎上有效的提升設計的整體效率。

1 列車行車狀態監測簡析

列車行車狀態監測包括了諸多內容，以下從監測目標、整體框架、硬件設計等方面出發，對于列車行車狀態監測進行了分析。

1.1 監測目標

列車行車狀態監測有著明確的監測目標。眾所周知隨著我國鐵路建設的高速發展，在這一過程中鐵路客運和貨運列車的大提速，實際上對于機車的使用安全性提出了更加高的要求。其次，為了能夠有效的保證列車的安全和平穩運行，在這一過程中針對鐵道車輛行車狀態監測和控制技術方面的研究得到越來越多的重視。在這一過程中需要注意的是，我國現有鐵路車輛運行安全監控系統仍舊存在著監控范圍有限、單點單向測量和車載設備老舊等方面的問題，因此導致了系統內各數據融合共享效率低下和難以互為參考。與此同時，列車行車狀態監測的進行可以執行全路綜合聯網，并且在這一過程中整個系統操作簡便、容錯能力強且容易擴展，因此具有良好的市場前景。

1.2 整體框架

列車行車狀態監測具有完整的框架體系。通常來說無線監測系統整體框架本系統總體結構多為主從結構。在這一過程中工作人員可以通過安裝于鐵軌邊上的鋼軌測力傳感器采集壓力數據、紅外探頭和車輪傳感器采集軸承溫度、聲音傳感器采集軸承和車輪響聲。其次，列車行車狀態監測的整體結構的所有無線數據采集節點則沿鐵軌上下行方收稿并且多向一字排開安裝。與此同時，列車行車狀態監測的進行可以通過自組織方式組建無線網絡，在這一過程中可以通過CAN線與數據監控中心連接來將各采集節點所傳送的壓力、溫度、聲音及時間等數據匯聚，最終可以高效的計算出鐵軌及列車運行狀態并且能夠為行車安全提供多方面的監測保障。

1.3 硬件設計

列車行車狀態監測的關鍵是硬件的設計。由于各控中心系統結構存在著一定的區別性。因此其有部分情況下包含有模擬數字轉換器、定時器和看門狗定時器。其次，在硬件設計方面32kHz晶振的休眠模式定時器和上電復位電路以及掉電檢測電路的設計都是其不可或缺的重要組成部分。與此同時，列車行車狀態監測系統的硬件設計需要努力的解決電磁干擾較為嚴重的問題，因此許多設計人員傾向于使用功率放大芯片CC259，通過利用高性能的低成本射頻前端來有效的解決電磁干擾嚴重的情況。

2 列車行車狀態監測無線傳感系統分析

列車行車狀態監測無線傳感系統有許多組成部分，以下從系統功率消耗、系統電源模塊、系統時鐘模塊等方面出發，對于列車行車狀態監測無線傳感系統進行了分析。

2.1 系統功率消耗

列車行車狀態監測無線傳感系統的功率消耗降低是設計的關鍵。設計人員在分析系統功率消耗的過程中首先應當通過不同的控制命令來有效的控制該芯片工作在發送模式、低增益接收模式和高增益接收模式。其次，設計人員在系統功率消耗分析的過程中還應當根據不同的場合調整發送功率來進一步的減小系統的功耗。與此同時，設計人員在分析系統功率消耗的過程中還應當著重的對于數據采集模塊進行分析，最終能夠采集軸溫和車輪數據后輸入CC2430的AD端口進行合理的轉換。

2.2 系統電源模塊

列車行車狀態監測無線傳感系統的電源模塊對于信號轉換有著直接的影響。設計人員在系統電源模塊設計的過程中首先應當在將模擬信號轉換成數字量后將其合理的存儲于相應的發送數據存儲區。其次，設計人員在系統電源模塊設計的過程中還應當適當的將電池電壓轉換成CC2430模塊工作所需的3.3V，在這一過程中由于節點的射頻耗電量故須選用瞬間最大輸出電流較大的芯片，因此可以在部分情況下采用無線網關結構框，來獲得更加良好的使用效果。

2.3 系統時鐘模塊

列車行車狀態監測無線傳感系統的時鐘模塊是節能的關鍵所在。設計人員在系統時鐘模塊的設計過程中應當考慮到如果系統節點上的所有功能部分每時刻都處于工作狀態則會導致節點的功耗將會很大。其次，設計人員在系統時鐘模塊的設計過程中應當確保節點可以啟用工作和休眠輪換機制，從而能夠在此基礎上對于系統進行休眠管理。與此同時，設計人員在系統時鐘模塊的設計過程中還應當執行硬件自檢任務，然后接下來完成RTC時鐘、Flash數據存儲區和AD轉換器的初始化及測試，最終可以對于設計的實際情況進行合理的判定。

3 列車行車狀態監測無線傳感系統設計

列車行車狀態監測無線傳感系統設計是一項系統性的工作，以下從網關硬件設計、節點軟件設計、網關軟件設計等方面出發，對于列車行車狀態監測無線傳感系統設計進行了分析。

3.1 網關硬件設計

列車行車狀態監測無線傳感系統設計的第一步是網關的硬件設計。設計人員在網關硬件設計的過程中首先應當合理的使用穩壓電源，在這一過程中需要注意的是，由于監控中心的鐵路列車安全狀態監測系統多使用CAN通訊，因此設計人員應當確保無線網關采集各個不同節點數據后實時傳送至上級監控中心，最終能夠有效的達到綜合監控列車運行狀態的目的。其次，設計人員在網關硬件設計的過程中應當合理的將采集鐵軌壓力、軸溫和聲音等數據進行采集，然后在采集之后將這些數據聯合當前時間打包傳給網關。在這一過程中需要注意的是，當沒有數據的發送、接收時則需要讓監測系統轉入休眠模式，從而能夠使得節點功耗降到最低限度。

3.2 節點軟件設計

列車行車狀態監測無線傳感系統設計的關鍵是節點的軟件設計。設計人員在節點軟件設計的過程中首先應當清醒的認識到無線傳感器網絡節點處理能力、電源及存儲能力實際上是非常的有限，因此在這一前提下設計人員可以合理的采用TinyOS嵌入式系統。其次，設計人員在節點軟件設計的過程中還應當根據具體應用可以輕易增減控制執行的功能來有效的節省硬件資源，在這一過程中還能夠能執行多個快速響應的控制操作。與此同時，設計人員在節點軟件設計的過程中還應當堅持以數據為中心的設計原則，因此通過采用定向擴散路由協議就可以期待良好的應用效果。

3.3 網關軟件設計

列車行車狀態監測無線傳感系統設計離不開網關軟件的設計。設計人員在進行網關軟件設計的過程中首先應當將接收數據存儲后通過在線發送至上位監控中心。在這一過程中通過對于工作流程進行測試，測試結果表現壓力傳感器可監測列車在鐵軌上的作用力并實時發送至無線處理節點，其次，設計人員在進行網關軟件設計的過程中還應當將節點電池剩余電量監測加入采集數據中或者是考慮使用太陽能電池等能源作為電源供給進行研究，因此可以有效的提升研究與設計的精確性。

4 結語

列車行車狀態監測無線傳感系統設計需要根據設計的實際需求來進行。因此只有根據具體的節能設計原則來進行設計，才能夠在此基礎上獲得更加良好的設計效果。

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