CN107021116A - 一种基于物联网技术的轨道交通工具的监测*** - Google Patents

一种基于物联网技术的轨道交通工具的监测*** Download PDF

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林启敬
吴昊
蒋维乐
张福政
赵立波
仙丹
李磊
蒋庄德
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    • B61—RAILWAYS
    • B61L—GUIDING RAILWAY TRAFFIC; ENSURING THE SAFETY OF RAILWAY TRAFFIC
    • B61L27/00—Central railway traffic control systems; Trackside control; Communication systems specially adapted therefor
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L67/00—Network arrangements or protocols for supporting network services or applications
    • H04L67/01—Protocols
    • H04L67/12—Protocols specially adapted for proprietary or special-purpose networking environments, e.g. medical networks, sensor networks, networks in vehicles or remote metering networks
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
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Abstract

本发明公开了一种基于物联网技术的轨道交通工具的监测***，主要监控轨道交通工具的轴箱温度、轴箱的振动以及运行时的离心力情况，为轨道交通工具的安全运行提供保障。该***特征在于：包括传感器节点、无线传输节点、数据终端处理器。所述传感器节点包括温度传感器模块、振动传感器模块、应力传感器模块和能量供应模块。所述无线传输节点包括基于Zigbee的无线终端及无线协调器等。通过以上各类传感器将数据采集后通过无线传输节点将数据传输到列车控制室内的数据终端处理器内。

Description

一种基于物联网技术的轨道交通工具的监测***
技术领域
本发明涉及轨道交通工具的监测领域，具体涉及一种基于Zigbee的多传感器物联网轨道交通工具的无线监测设备及方法，主要监控轨道交通工具的轴箱温度、轴箱的振动以及运行时的离心力情况，为轨道交通工具的安全运行提供保障。
背景技术
随着城市现代化建设的快速发展，轨道交通正逐步全面进入网络化时代。在轨道交通***中，运行状态的监测***是其安全而高效运营的基石。目前，用于监测轨道交通工具运行状态的实时监测***多采用有线的信号传输方式，同时所采用传感器体积较大并且多采用间接测量的方法，在轨道交通工具的有限空间内安装与调试都存在很***烦与问题，难以满足当今铁路运行对轨道交通工具的远程实时监控。为适应轨道交通工具对运行状态监测信息化和集成化的要求，有必要提供一种基于物联网技术的轨道交通工具的监测***。
物联网被称为继计算机、互联网之后，世界信息产业的第三次浪潮。无线传感器网络是物联网核心技术之一。无线网络传感器是一种集传感器，控制器、计算能力、通信能力于一身的嵌入式设备。信息传输是无线传感器网络主要功能之一。
在众多的信息通信传输技术中，基于IEEE 802.15.4无线标准的Zigbee技术具有廉价、低功耗、数据传输可靠性高、网络容量大、时延小、兼容性强、安全性高、实现成本低、协议套件紧凑简单，对传感器节点的管理也比较方便等优点，被广泛应用于工业领域。目前，基于Zigbee无线组网技术成为各种安全监控解决的首选方案。
发明内容
为了克服上述现有技术不足，本发明提供一种基于物联网技术的轨道交通工具的监测***，解决在监测轨道交通工具运行状态时所遇到的传感器布线安装难度大，传输损耗大，处理能力弱等问题，本发明采用Zigbee无线组网为核心的物联网技术实时的监测轨道交通工具运行状态。
本发明的技术方案是这样实现的：
一种基于物联网技术的轨道交通工具的监测***，监控轨道交通工具的轴箱温度、轴箱的振动以及运行时的离心力情况，为轨道交通工具的安全运行提供保障，其特征在于：包括传感器节点、无线传输节点、数据终端处理器，所述传感器节点包括温度传感器模块、振动传感器模块、应力传感器模块和能量供应模块，所述无线传输节点包括基于Zigbee的无线终端及无线协调器，轨道交通工具轴箱的温度以及振动信号由温度传感器模块及振动传感器模块采集，车轴的应力变化信号由应力传感器采集，传感器节点采集到的信号经过信号调理后送入无线传输节点，无线传输节点将传感信息通过无线传输的方式分级传输，最终到达数据终端处理器，数据终端处理器将各个被测量实时显示出来，并通过GPRS/CDMA模块将数据发送至地面控制中心。
所述温度传感器模块包括轴箱温度传感器模块，环境温度传感器模块，所述振动传感器模块为加速度传感器模块。
所述能量供应模块为蓄电池供电模块。
所述的无线传感器网络的拓扑结构为树型结构。
所述的数据终端处理器安装有GPRS/CDMA模块，数据发送至地面控制中心。
有益效果：本发明实现了对轨道交通工具运行状态的无线实时的监测，主要是对轴箱的温度、振动以及车轴应力状态的实时监测；监测***结构简单，安装方便；与有线技术相比，无线传感器网络增加或更换无线节点相对表较容易，整个网络的拓展性强，也易于维护；而且无线节点可自组织形成网络，安装成本低、周期短；无线节点只有在采集数据和传送数据时才会被唤醒，其余时间都处于休眠状态，能耗小，运行成本低。
附图说明
图1是本发明的整体结构图；
图2是本发明的监控报警流程图；
图3是本发明的网络拓扑结构图；
图4是本发明的无线节点结构图。
具体实施方式
一种基于Zigbee的多传感器物联网轨道交通工具运行状态监测设备，该设备特征在于：包括传感器节点、无线传输节点、数据终端处理器。
所述传感器节点包括温度传感器模块、振动传感器模块、应力传感器模块和能量供应模块。其中温度传感器模块分为轴箱温度传感器以及环境温度传感器，这样将采集到的轴箱温度与环境温度进行对比，从而更加准确的判断轴箱温度异常情况，避免温度警报的误报与漏报；振动传感器模块将用来检测列车运行的振动量；应力传感器模块将用来检测列车车轴的应力情况，从而用来辅助分析列车在转向以及受到风载作用时的离心力大小。
所述无线传输节点包括基于Zigbee的无线终端及无线协调器等。无线传输节点采用支持最新ZigBee协议—ZigBee2007的由TI公司生产的CC2530芯片，它集成单片机、ADC和无线通讯模块于一体。其中，所述单片机是一种增强型工业标准的8位8051微控制器内核，所述无线通信模块的内核符合IEEE802.115.4/ZigBee协议，支持CRC硬件校验。
通过以上各类传感器将数据采集后通过无线收发功能模块将数据传输到列车控制室内的数据终端处理器内。工作人员可以对各节车厢的轴箱温度、振动情况以及转向离心力大小进行单独查看，有利于工作人员及时调整列车的运行情况。
数据终端通过GPRS/CDMA网络将采集到的数据实时上传至地面的控制中心，又控制中心对数据进行统一管理和保存，一旦发生事故也有利于控制中心作统一的处理，防止事故的二次发生。同时，利用正常运行以及事故发生的数据，可以建立一个运行区间的数据库，方便以后根据区段、季节等因素调整列车运行速度与班次，也为防止事故的发生提供科学的依据。
如图1所示，一种基于Zigbee的多传感器物联网轨道交通工具运行状态监测设备，包括传感器节点、无线传输节点、数据终端处理器。本方案设计采用传感器从被测对象处测得的温度、振动、应力等数字信号(电压信号)，通过信号调理电路放大，滤波等处理后送入A/D转换器中进行数模转换为模拟信号，采用无线射频收发器组成ZigBee网络，将各个监测点所采集的数据传送到中心汇聚节点(协调器)，中心节点将数据传送给上位机或者是数据终端，从而完成多点检测与处理功能。通过ZigBee无线技术扩大了采集范围，代替传统的有线采集，解决了***布线难和功耗高等方面不足，而且具有组网方式灵活、可扩展性强、采集范围广和成本相对较低的特点。
如图3所示，无线传感器网络的拓扑结构为星型、树型或者网型结构。星型结构的无线传感器网络由专用中心服务节点来负责处理整个网络的数据传输和运行；树型结构的无线传感器网络具有一定的容错能力，一般一个分支和节点的故障不影响另一分支和节点的工作，是广播式网络；网状结构的无线传感器网络可以实现网络各传感器节点之间点对点的传输。具体采用哪种方式的拓扑结构，视具体情况而定，也可以采用多种并用的混合型结构。由于列车的结构限制，考虑树形结构或者网型结构，此时的部分传感器节点会同时承担路由节点的功能。路由节点在进行通信时，会首先判断下一跳是否是网关节点，如果是就直接完成传送数据；如果不是，就会继续与下一跳的路由节点通信，直到传送到网关节点为止。
如图4所示，无线传感器节点可以自组织形成一个树形网络，每一个传感器节点都有一个特定的ID。采集晚列车轴箱温度、振动以及车轴应力等信息后向无线节点发送数据。在该***内部的每一个检测区域，都会有一个协调器节点来负责搜集由该区域所有传感器节点发送来的数据。
利用物联网网络层技术，采用远程数据传输方式的GPRS/CDMA网络技术发送数据，通过电信运营商基站将数据上传至Internet，再通过网络发布到地面控制室，同时工作人员也可以通过移动设备的GPRS/CDMA信号登录到***，进行数据查看。最后将采集到的数据经过网络层最终发布到应用层，在这里主要是处理采集到的数据进行整理、汇总、处理以多种形式显示出来，供相关工作人员查看以便对紧急情况作出处理。

Claims (5)

1.一种基于物联网技术的轨道交通工具的监测***，监控轨道交通工具的轴箱温度、轴箱的振动以及运行时的离心力情况，为轨道交通工具的安全运行提供保障，其特征在于：包括传感器节点、无线传输节点、数据终端处理器，所述传感器节点包括温度传感器模块、振动传感器模块、应力传感器模块和能量供应模块，所述无线传输节点包括基于Zigbee的无线终端及无线协调器，轨道交通工具轴箱的温度以及振动信号由温度传感器模块及振动传感器模块采集，车轴的应力变化信号由应力传感器采集，传感器节点采集到的信号经过信号调理后送入无线传输节点，无线传输节点将传感信息通过无线传输的方式分级传输，最终到达数据终端处理器，数据终端处理器将各个被测量实时显示出来，并通过GPRS/CDMA模块将数据发送至地面控制中心。
2.根据权利要求1所述的一种基于物联网技术的轨道交通工具的监测***，其特征在于：所述温度传感器模块包括轴箱温度传感器模块，环境温度传感器模块，所述振动传感器模块为加速度传感器模块。
3.根据权利要求1所述的一种基于物联网技术的轨道交通工具的监测***，其特征在于：所述能量供应模块为蓄电池供电模块。
4.根据权利要求1所述的一种基于物联网技术的轨道交通工具的监测***，其特征在于：所述的无线传感器网络的拓扑结构为树型结构。
5.根据权利要求1所述的一种基于物联网技术的轨道交通工具的监测***，其特征在于：所述的数据终端处理器安装有GPRS/CDMA模块，数据发送至地面控制中心。
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