基于ZigBee技术的智能列车环境监控系统

罗媛媛++于林韬

摘要：随着列车向高速化、自动化和舒适化方向发展，旅客列车车厢内部环境的舒适性日益受到人们的关注；另外，行车速度的大幅提升使列车的安全检测成为铁路运输研究中的重要课题。针对上述问题，本文设计了一个列车环境的智能监控系统，该系统采用CC2430作为ZigBee的通信模块，并选用了一系列环境监控传感器进行数据的采集，实现了对列车环境的实时监控。

关键词：智能监控；ZigBee；传感器网络

中图分类号：TP274 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2017）03-0058-01

1 ZigBee无线传感器网络

1.1 ZigBee简介

ZigBee技术是目前发展最快的一种短距离无线通信技术，该技术的协议栈复杂度较低，功耗很低，硬件简单，传输速率适中，设备价格极其低廉，支持休眠状态。通信距离可达百米以上，断网自组能力较强[1]。表1是ZigBee同其他无线通信技术对比。

1.2 系統总体设计目标

监测系统从车厢监测区域内实时收集温度、气压、湿度、一氧化碳等环境参数，实现对列车车厢内与舒适性密切相关的环境状态变化的实时观察，确保列车安全舒适运行[2]。因此，本论文设计了一种基于ZigBee技术的无线数据传输网络系统，实现了对列车环境的实时无线监控。

2 硬件设计

2.1 硬件架构

整个监测系统主要由ZigBee无线通信网络模块和基于ARM的数据通信控制器模块组成。ZigBee无线通信网络模块是网络系统信息采集和传输的核心模块，由协调节点、路由节点和终端传感器节点组成。

2.2 ZigBee终端模块设计

无线通信网络模块是系统数据通信的核心，由协调节点、路由节点和终端传感器节点组成，系统三类工作节点协调工作[3]。

（1）在本系统的采集终端中选择了ZigBee芯片CC2430，C2430芯片内部集成了一个2.4G赫兹的DSSH射频收发器，并且内置了一个加强型的8051单片机[4]。

（2）为了可靠的采集列车中的温湿度信息，本系统选择了高集成度的SHT11传感器芯片。SHT11芯片在测量时可以保证温度测量精度为± 0.5oC，湿度在0%～100%RH[5]。

（3）系统选用了MPXA6115A气压传感器来采集列车车厢内的绝对气压，可以测量的范围是15kPa到115kPa[6]。

（4）为了更好地实现列车车厢的信息展示，用了一个2.8英寸的液晶触摸屏作为列车车厢的空调控制单元，并选取了ADS7843作为控制器。

（5）为了控制车厢内的环境温度，本系统设计了调速电机控制模块，终端CC2430处理器接收到控制命令后，通过内部调速程序在P0_0端口输出信号，经过光电耦合器后，控制调速电机的输入电流，最终实现对调速电机的控制。

3 控制系统软件设计

3.1 主程序流程

软件系统采取了模块化的设计，通过ARM处理器控制ZigBee网络中的协调器节点启动网络并初始化系统，扫描网络中的终端节点并等待其加入网络，在网络建立后维护网络的正常运行。

3.2 终端节点程序流程

在网络节点设备的软件设计中需要完成的功能有以下几个部分：网络搜索和加入、发起绑定请求、数据的发送和接收、空调开关、气压调节器和LCD显示器的控制等。

4 结语

本文在ZigBee通信技术的基础上，选用多种环境信息传感器来采集列车中的环境参数，并在网状拓扑网络中进行数据的传输，实现了对列车环境的智能监控。通过合理的软硬件系统设计，本系统可以实现系统的可靠运行，可以长时间稳定的工作，在实际的应用中非常广泛的前景。

参考文献

[1]李佳.基于ZigBee和GPRS无线传感器网络网关的设计与实现[D].南京邮电大学，2013.

[2]董方武.基于ZigBee的汽车空调控制系统[J].电子技术应用，2009（11）：118-121.

[3]杨春华.基于ZigBee技术的无线网络协调器的研究[D].西南石油大学，2011.

[4]杨世超.基于CC2430的ZigBee节点设计及MAC层协议改进[D].上海交通大学，2012.

[5]樊建明，陈渊睿.基于SHT11的温室多点测量系统设计[J].国外电子测量技术，2006（11）：4-8.

[6]常霞.基于Linux和ZigBee技术的旅客列车车内环境无线监测系统设计[D].西南交通大学，2011.