師玲萍

[摘 要]列車行車狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)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(tài)監(jiān)測的目標和框架入手，對于列車行車狀態(tài)監(jiān)測無線傳感系統(tǒng)以及其設(shè)計內(nèi)容進行了分析。

[關(guān)鍵詞]列車行車狀態(tài)；監(jiān)測無線傳感；系統(tǒng)設(shè)計

[中圖分類號] TP212.9 [文獻檔識碼]A

列車行車狀態(tài)監(jiān)測無線傳感系統(tǒng)設(shè)計需要在了解到監(jiān)測的目標和系統(tǒng)的框架才能夠進行。因此技術(shù)人員應(yīng)當對于硬件設(shè)計的原則有著足夠的了解，才能夠在此基礎(chǔ)上有效的提升設(shè)計的整體效率。

1 列車行車狀態(tài)監(jiān)測簡析

列車行車狀態(tài)監(jiān)測包括了諸多內(nèi)容，以下從監(jiān)測目標、整體框架、硬件設(shè)計等方面出發(fā)，對于列車行車狀態(tài)監(jiān)測進行了分析。

1.1 監(jiān)測目標

列車行車狀態(tài)監(jiān)測有著明確的監(jiān)測目標。眾所周知隨著我國鐵路建設(shè)的高速發(fā)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(wěn)運行，在這一過程中針對鐵道車輛行車狀態(tài)監(jiān)測和控制技術(shù)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(xiàn)有鐵路車輛運行安全監(jiān)控系統(tǒng)仍舊存在著監(jiān)控范圍有限、單點單向測量和車載設(shè)備老舊等方面的問題，因此導致了系統(tǒng)內(nèi)各數(shù)據(jù)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(tài)監(jiān)測的進行可以執(zhí)行全路綜合聯(lián)網(wǎng)，并且在這一過程中整個系統(tǒng)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(tài)監(jiān)測具有完整的框架體系。通常來說無線監(jiān)測系統(tǒng)整體框架本系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)多為主從結(jié)構(gòu)。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(shù)據(jù)、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(tài)監(jiān)測的整體結(jié)構(gòu)的所有無線數(shù)據(jù)采集節(jié)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(tài)監(jiān)測的進行可以通過自組織方式組建無線網(wǎng)絡(luò)，在這一過程中可以通過CAN線與數(shù)據(jù)監(jiān)控中心連接來將各采集節(jié)點所傳送的壓力、溫度、聲音及時間等數(shù)據(jù)匯聚，最終可以高效的計算出鐵軌及列車運行狀態(tài)并且能夠為行車安全提供多方面的監(jiān)測保障。

1.3 硬件設(shè)計

列車行車狀態(tài)監(jiān)測的關(guān)鍵是硬件的設(shè)計。由于各控中心系統(tǒng)結(jié)構(gòu)存在著一定的區(qū)別性。因此其有部分情況下包含有模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器、定時器和看門狗定時器。其次，在硬件設(shè)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(shè)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(tài)監(jiān)測系統(tǒng)的硬件設(shè)計需要努力的解決電磁干擾較為嚴重的問題，因此許多設(shè)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(tài)監(jiān)測無線傳感系統(tǒng)分析

列車行車狀態(tài)監(jiān)測無線傳感系統(tǒng)有許多組成部分，以下從系統(tǒng)功率消耗、系統(tǒng)電源模塊、系統(tǒng)時鐘模塊等方面出發(fā)，對于列車行車狀態(tài)監(jiān)測無線傳感系統(tǒng)進行了分析。

2.1 系統(tǒng)功率消耗

列車行車狀態(tài)監(jiān)測無線傳感系統(tǒng)的功率消耗降低是設(shè)計的關(guān)鍵。設(shè)計人員在分析系統(tǒng)功率消耗的過程中首先應(yīng)當通過不同的控制命令來有效的控制該芯片工作在發(fā)送模式、低增益接收模式和高增益接收模式。其次，設(shè)計人員在系統(tǒng)功率消耗分析的過程中還應(yīng)當根據(jù)不同的場合調(diào)整發(fā)送功率來進一步的減小系統(tǒng)的功耗。與此同時，設(shè)計人員在分析系統(tǒng)功率消耗的過程中還應(yīng)當著重的對于數(shù)據(jù)采集模塊進行分析，最終能夠采集軸溫和車輪數(shù)據(jù)后輸入CC2430的AD端口進行合理的轉(zhuǎn)換。

2.2 系統(tǒng)電源模塊

列車行車狀態(tài)監(jiān)測無線傳感系統(tǒng)的電源模塊對于信號轉(zhuǎn)換有著直接的影響。設(shè)計人員在系統(tǒng)電源模塊設(shè)計的過程中首先應(yīng)當在將模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字量后將其合理的存儲于相應(yīng)的發(fā)送數(shù)據(jù)存儲區(qū)。其次，設(shè)計人員在系統(tǒng)電源模塊設(shè)計的過程中還應(yīng)當適當?shù)膶㈦姵仉妷恨D(zhuǎn)換成CC2430模塊工作所需的3.3V，在這一過程中由于節(jié)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(wǎng)關(guān)結(jié)構(gòu)框，來獲得更加良好的使用效果。

2.3 系統(tǒng)時鐘模塊

列車行車狀態(tài)監(jiān)測無線傳感系統(tǒng)的時鐘模塊是節(jié)能的關(guān)鍵所在。設(shè)計人員在系統(tǒng)時鐘模塊的設(shè)計過程中應(yīng)當考慮到如果系統(tǒng)節(jié)點上的所有功能部分每時刻都處于工作狀態(tài)則會導致節(jié)點的功耗將會很大。其次，設(shè)計人員在系統(tǒng)時鐘模塊的設(shè)計過程中應(yīng)當確保節(jié)點可以啟用工作和休眠輪換機制，從而能夠在此基礎(chǔ)上對于系統(tǒng)進行休眠管理。與此同時，設(shè)計人員在系統(tǒng)時鐘模塊的設(shè)計過程中還應(yīng)當執(zhí)行硬件自檢任務(wù)，然后接下來完成RTC時鐘、Flash數(shù)據(jù)存儲區(qū)和AD轉(zhuǎn)換器的初始化及測試，最終可以對于設(shè)計的實際情況進行合理的判定。

3 列車行車狀態(tài)監(jiān)測無線傳感系統(tǒng)設(shè)計

列車行車狀態(tài)監(jiān)測無線傳感系統(tǒng)設(shè)計是一項系統(tǒng)性的工作，以下從網(wǎng)關(guān)硬件設(shè)計、節(jié)點軟件設(shè)計、網(wǎng)關(guān)軟件設(shè)計等方面出發(fā)，對于列車行車狀態(tài)監(jiān)測無線傳感系統(tǒng)設(shè)計進行了分析。

3.1 網(wǎng)關(guān)硬件設(shè)計

列車行車狀態(tài)監(jiān)測無線傳感系統(tǒng)設(shè)計的第一步是網(wǎng)關(guān)的硬件設(shè)計。設(shè)計人員在網(wǎng)關(guān)硬件設(shè)計的過程中首先應(yīng)當合理的使用穩(wěn)壓電源，在這一過程中需要注意的是，由于監(jiān)控中心的鐵路列車安全狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)多使用CAN通訊，因此設(shè)計人員應(yīng)當確保無線網(wǎng)關(guān)采集各個不同節(jié)點數(shù)據(jù)后實時傳送至上級監(jiān)控中心，最終能夠有效的達到綜合監(jiān)控列車運行狀態(tài)的目的。其次，設(shè)計人員在網(wǎng)關(guān)硬件設(shè)計的過程中應(yīng)當合理的將采集鐵軌壓力、軸溫和聲音等數(shù)據(jù)進行采集，然后在采集之后將這些數(shù)據(jù)聯(lián)合當前時間打包傳給網(wǎng)關(guān)。在這一過程中需要注意的是，當沒有數(shù)據(jù)的發(fā)送、接收時則需要讓監(jiān)測系統(tǒng)轉(zhuǎn)入休眠模式，從而能夠使得節(jié)點功耗降到最低限度。

3.2 節(jié)點軟件設(shè)計

列車行車狀態(tài)監(jiān)測無線傳感系統(tǒng)設(shè)計的關(guān)鍵是節(jié)點的軟件設(shè)計。設(shè)計人員在節(jié)點軟件設(shè)計的過程中首先應(yīng)當清醒的認識到無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)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(shè)計人員可以合理的采用TinyOS嵌入式系統(tǒng)。其次，設(shè)計人員在節(jié)點軟件設(shè)計的過程中還應(yīng)當根據(jù)具體應(yīng)用可以輕易增減控制執(zhí)行的功能來有效的節(jié)省硬件資源，在這一過程中還能夠能執(zhí)行多個快速響應(yīng)的控制操作。與此同時，設(shè)計人員在節(jié)點軟件設(shè)計的過程中還應(yīng)當堅持以數(shù)據(jù)為中心的設(shè)計原則，因此通過采用定向擴散路由協(xié)議就可以期待良好的應(yīng)用效果。

3.3 網(wǎng)關(guān)軟件設(shè)計

列車行車狀態(tài)監(jiān)測無線傳感系統(tǒng)設(shè)計離不開網(wǎng)關(guān)軟件的設(shè)計。設(shè)計人員在進行網(wǎng)關(guān)軟件設(shè)計的過程中首先應(yīng)當將接收數(shù)據(jù)存儲后通過在線發(fā)送至上位監(jiān)控中心。在這一過程中通過對于工作流程進行測試，測試結(jié)果表現(xiàn)壓力傳感器可監(jiān)測列車在鐵軌上的作用力并實時發(fā)送至無線處理節(jié)點，其次，設(shè)計人員在進行網(wǎng)關(guān)軟件設(shè)計的過程中還應(yīng)當將節(jié)點電池剩余電量監(jiān)測加入采集數(shù)據(jù)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(shè)計的精確性。

4 結(jié)語

列車行車狀態(tài)監(jiān)測無線傳感系統(tǒng)設(shè)計需要根據(jù)設(shè)計的實際需求來進行。因此只有根據(jù)具體的節(jié)能設(shè)計原則來進行設(shè)計，才能夠在此基礎(chǔ)上獲得更加良好的設(shè)計效果。

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