列车行车状态监测无线传感系统设计研究

师玲萍

[摘 要]列车行车状态监测系统的设计需要基于无线传感模式而进行。本文从阐述列车行车状态监测的目标和框架入手，对于列车行车状态监测无线传感系统以及其设计内容进行了分析。

[关键词]列车行车状态；监测无线传感；系统设计

[中图分类号] TP212.9 [文献档识码]A

列车行车状态监测无线传感系统设计需要在了解到监测的目标和系统的框架才能够进行。因此技术人员应当对于硬件设计的原则有着足够的了解，才能够在此基础上有效的提升设计的整体效率。

1 列车行车状态监测简析

列车行车状态监测包括了诸多内容，以下从监测目标、整体框架、硬件设计等方面出发，对于列车行车状态监测进行了分析。

1.1 监测目标

列车行车状态监测有着明确的监测目标。众所周知随着我国铁路建设的高速发展，在这一过程中铁路客运和货运列车的大提速，实际上对于机车的使用安全性提出了更加高的要求。其次，为了能够有效的保证列车的安全和平稳运行，在这一过程中针对铁道车辆行车状态监测和控制技术方面的研究得到越来越多的重视。在这一过程中需要注意的是，我国现有铁路车辆运行安全监控系统仍旧存在着监控范围有限、单点单向测量和车载设备老旧等方面的问题，因此导致了系统内各数据融合共享效率低下和难以互为参考。与此同时，列车行车状态监测的进行可以执行全路综合联网，并且在这一过程中整个系统操作简便、容错能力强且容易扩展，因此具有良好的市场前景。

1.2 整体框架

列车行车状态监测具有完整的框架体系。通常来说无线监测系统整体框架本系统总体结构多为主从结构。在这一过程中工作人员可以通过安装于铁轨边上的钢轨测力传感器采集压力数据、红外探头和车轮传感器采集轴承温度、声音传感器采集轴承和车轮响声。其次，列车行车状态监测的整体结构的所有无线数据采集节点则沿铁轨上下行方收稿并且多向一字排开安装。与此同时，列车行车状态监测的进行可以通过自组织方式组建无线网络，在这一过程中可以通过CAN线与数据监控中心连接来将各采集节点所传送的压力、温度、声音及时间等数据汇聚，最终可以高效的计算出铁轨及列车运行状态并且能够为行车安全提供多方面的监测保障。

1.3 硬件设计

列车行车状态监测的关键是硬件的设计。由于各控中心系统结构存在着一定的区别性。因此其有部分情况下包含有模拟数字转换器、定时器和看门狗定时器。其次，在硬件设计方面32kHz晶振的休眠模式定时器和上电复位电路以及掉电检测电路的设计都是其不可或缺的重要组成部分。与此同时，列车行车状态监测系统的硬件设计需要努力的解决电磁干扰较为严重的问题，因此许多设计人员倾向于使用功率放大芯片CC259，通过利用高性能的低成本射频前端来有效的解决电磁干扰严重的情况。

2 列车行车状态监测无线传感系统分析

列车行车状态监测无线传感系统有许多组成部分，以下从系统功率消耗、系统电源模块、系统时钟模块等方面出发，对于列车行车状态监测无线传感系统进行了分析。

2.1 系统功率消耗

列车行车状态监测无线传感系统的功率消耗降低是设计的关键。设计人员在分析系统功率消耗的过程中首先应当通过不同的控制命令来有效的控制该芯片工作在发送模式、低增益接收模式和高增益接收模式。其次，设计人员在系统功率消耗分析的过程中还应当根据不同的场合调整发送功率来进一步的减小系统的功耗。与此同时，设计人员在分析系统功率消耗的过程中还应当着重的对于数据采集模块进行分析，最终能够采集轴温和车轮数据后输入CC2430的AD端口进行合理的转换。

2.2 系统电源模块

列车行车状态监测无线传感系统的电源模块对于信号转换有着直接的影响。设计人员在系统电源模块设计的过程中首先应当在将模拟信号转换成数字量后将其合理的存储于相应的发送数据存储区。其次，设计人员在系统电源模块设计的过程中还应当适当的将电池电压转换成CC2430模块工作所需的3.3V，在这一过程中由于节点的射频耗电量故须选用瞬间最大输出电流较大的芯片，因此可以在部分情况下采用无线网关结构框，来获得更加良好的使用效果。

2.3 系统时钟模块

列车行车状态监测无线传感系统的时钟模块是节能的关键所在。设计人员在系统时钟模块的设计过程中应当考虑到如果系统节点上的所有功能部分每时刻都处于工作状态则会导致节点的功耗将会很大。其次，设计人员在系统时钟模块的设计过程中应当确保节点可以启用工作和休眠轮换机制，从而能够在此基础上对于系统进行休眠管理。与此同时，设计人员在系统时钟模块的设计过程中还应当执行硬件自检任务，然后接下来完成RTC时钟、Flash数据存储区和AD转换器的初始化及测试，最终可以对于设计的实际情况进行合理的判定。

3 列车行车状态监测无线传感系统设计

列车行车状态监测无线传感系统设计是一项系统性的工作，以下从网关硬件设计、节点软件设计、网关软件设计等方面出发，对于列车行车状态监测无线传感系统设计进行了分析。

3.1 网关硬件设计

列车行车状态监测无线传感系统设计的第一步是网关的硬件设计。设计人员在网关硬件设计的过程中首先应当合理的使用稳压电源，在这一过程中需要注意的是，由于监控中心的铁路列车安全状态监测系统多使用CAN通讯，因此设计人员应当确保无线网关采集各个不同节点数据后实时传送至上级监控中心，最终能够有效的达到综合监控列车运行状态的目的。其次，设计人员在网关硬件设计的过程中应当合理的将采集铁轨压力、轴温和声音等数据进行采集，然后在采集之后将这些数据联合当前时间打包传给网关。在这一过程中需要注意的是，当没有数据的发送、接收时则需要让监测系统转入休眠模式，从而能够使得节点功耗降到最低限度。

3.2 节点软件设计

列车行车状态监测无线传感系统设计的关键是节点的软件设计。设计人员在节点软件设计的过程中首先应当清醒的认识到无线传感器网络节点处理能力、电源及存储能力实际上是非常的有限，因此在这一前提下设计人员可以合理的采用TinyOS嵌入式系统。其次，设计人员在节点软件设计的过程中还应当根据具体应用可以轻易增减控制执行的功能来有效的节省硬件资源，在这一过程中还能够能执行多个快速响应的控制操作。与此同时，设计人员在节点软件设计的过程中还应当坚持以数据为中心的设计原则，因此通过采用定向扩散路由协议就可以期待良好的应用效果。

3.3 网关软件设计

列车行车状态监测无线传感系统设计离不开网关软件的设计。设计人员在进行网关软件设计的过程中首先应当将接收数据存储后通过在线发送至上位监控中心。在这一过程中通过对于工作流程进行测试，测试结果表现压力传感器可监测列车在铁轨上的作用力并实时发送至无线处理节点，其次，设计人员在进行网关软件设计的过程中还应当将节点电池剩余电量监测加入采集数据中或者是考虑使用太阳能电池等能源作为电源供给进行研究，因此可以有效的提升研究与设计的精确性。

4 结语

列车行车状态监测无线传感系统设计需要根据设计的实际需求来进行。因此只有根据具体的节能设计原则来进行设计，才能够在此基础上获得更加良好的设计效果。

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