師玲萍

[摘 要]列車(chē)行車(chē)狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)需要基于無(wú)線(xiàn)傳感模式而進(jìn)行。本文從闡述列車(chē)行車(chē)狀態(tài)監(jiān)測(cè)的目標(biāo)和框架入手，對(duì)于列車(chē)行車(chē)狀態(tài)監(jiān)測(cè)無(wú)線(xiàn)傳感系統(tǒng)以及其設(shè)計(jì)內(nèi)容進(jìn)行了分析。

[關(guān)鍵詞]列車(chē)行車(chē)狀態(tài)；監(jiān)測(cè)無(wú)線(xiàn)傳感；系統(tǒng)設(shè)計(jì)

[中圖分類(lèi)號(hào)] TP212.9 [文獻(xiàn)檔識(shí)碼]A

列車(chē)行車(chē)狀態(tài)監(jiān)測(cè)無(wú)線(xiàn)傳感系統(tǒng)設(shè)計(jì)需要在了解到監(jiān)測(cè)的目標(biāo)和系統(tǒng)的框架才能夠進(jìn)行。因此技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)對(duì)于硬件設(shè)計(jì)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(jì)的整體效率。

1 列車(chē)行車(chē)狀態(tài)監(jiān)測(cè)簡(jiǎn)析

列車(chē)行車(chē)狀態(tài)監(jiān)測(cè)包括了諸多內(nèi)容，以下從監(jiān)測(cè)目標(biāo)、整體框架、硬件設(shè)計(jì)等方面出發(fā)，對(duì)于列車(chē)行車(chē)狀態(tài)監(jiān)測(cè)進(jìn)行了分析。

1.1 監(jiān)測(cè)目標(biāo)

列車(chē)行車(chē)狀態(tài)監(jiān)測(cè)有著明確的監(jiān)測(cè)目標(biāo)。眾所周知隨著我國(guó)鐵路建設(shè)的高速發(fā)展，在這一過(guò)程中鐵路客運(yùn)和貨運(yùn)列車(chē)的大提速，實(shí)際上對(duì)于機(jī)車(chē)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(chē)的安全和平穩(wěn)運(yùn)行，在這一過(guò)程中針對(duì)鐵道車(chē)輛行車(chē)狀態(tài)監(jiān)測(cè)和控制技術(shù)方面的研究得到越來(lái)越多的重視。在這一過(guò)程中需要注意的是，我國(guó)現(xiàn)有鐵路車(chē)輛運(yùn)行安全監(jiān)控系統(tǒng)仍舊存在著監(jiān)控范圍有限、單點(diǎn)單向測(cè)量和車(chē)載設(shè)備老舊等方面的問(wèn)題，因此導(dǎo)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(shí)，列車(chē)行車(chē)狀態(tài)監(jiān)測(cè)的進(jìn)行可以執(zhí)行全路綜合聯(lián)網(wǎng)，并且在這一過(guò)程中整個(gè)系統(tǒng)操作簡(jiǎn)便、容錯(cuò)能力強(qiáng)且容易擴(kuò)展，因此具有良好的市場(chǎng)前景。

1.2 整體框架

列車(chē)行車(chē)狀態(tài)監(jiān)測(cè)具有完整的框架體系。通常來(lái)說(shuō)無(wú)線(xiàn)監(jiān)測(cè)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(guò)程中工作人員可以通過(guò)安裝于鐵軌邊上的鋼軌測(cè)力傳感器采集壓力數(shù)據(jù)、紅外探頭和車(chē)輪傳感器采集軸承溫度、聲音傳感器采集軸承和車(chē)輪響聲。其次，列車(chē)行車(chē)狀態(tài)監(jiān)測(cè)的整體結(jié)構(gòu)的所有無(wú)線(xiàn)數(shù)據(jù)采集節(jié)點(diǎn)則沿鐵軌上下行方收稿并且多向一字排開(kāi)安裝。與此同時(shí)，列車(chē)行車(chē)狀態(tài)監(jiān)測(cè)的進(jìn)行可以通過(guò)自組織方式組建無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)，在這一過(guò)程中可以通過(guò)CAN線(xiàn)與數(shù)據(jù)監(jiān)控中心連接來(lái)將各采集節(jié)點(diǎn)所傳送的壓力、溫度、聲音及時(shí)間等數(shù)據(jù)匯聚，最終可以高效的計(jì)算出鐵軌及列車(chē)運(yùn)行狀態(tài)并且能夠?yàn)樾熊?chē)安全提供多方面的監(jiān)測(cè)保障。

1.3 硬件設(shè)計(jì)

列車(chē)行車(chē)狀態(tài)監(jiān)測(cè)的關(guān)鍵是硬件的設(shè)計(jì)。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(shí)器和看門(mén)狗定時(shí)器。其次，在硬件設(shè)計(jì)方面32kHz晶振的休眠模式定時(shí)器和上電復(fù)位電路以及掉電檢測(cè)電路的設(shè)計(jì)都是其不可或缺的重要組成部分。與此同時(shí)，列車(chē)行車(chē)狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)需要努力的解決電磁干擾較為嚴(yán)重的問(wèn)題，因此許多設(shè)計(jì)人員傾向于使用功率放大芯片CC259，通過(guò)利用高性能的低成本射頻前端來(lái)有效的解決電磁干擾嚴(yán)重的情況。

2 列車(chē)行車(chē)狀態(tài)監(jiān)測(cè)無(wú)線(xiàn)傳感系統(tǒng)分析

列車(chē)行車(chē)狀態(tài)監(jiān)測(cè)無(wú)線(xiàn)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(shí)鐘模塊等方面出發(fā)，對(duì)于列車(chē)行車(chē)狀態(tài)監(jiān)測(cè)無(wú)線(xiàn)傳感系統(tǒng)進(jìn)行了分析。

2.1 系統(tǒng)功率消耗

列車(chē)行車(chē)狀態(tài)監(jiān)測(cè)無(wú)線(xiàn)傳感系統(tǒng)的功率消耗降低是設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。設(shè)計(jì)人員在分析系統(tǒng)功率消耗的過(guò)程中首先應(yīng)當(dāng)通過(guò)不同的控制命令來(lái)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(jì)人員在系統(tǒng)功率消耗分析的過(guò)程中還應(yīng)當(dāng)根據(jù)不同的場(chǎng)合調(diào)整發(fā)送功率來(lái)進(jìn)一步的減小系統(tǒng)的功耗。與此同時(shí)，設(shè)計(jì)人員在分析系統(tǒng)功率消耗的過(guò)程中還應(yīng)當(dāng)著重的對(duì)于數(shù)據(jù)采集模塊進(jìn)行分析，最終能夠采集軸溫和車(chē)輪數(shù)據(jù)后輸入CC2430的AD端口進(jìn)行合理的轉(zhuǎn)換。

2.2 系統(tǒng)電源模塊

列車(chē)行車(chē)狀態(tài)監(jiān)測(cè)無(wú)線(xiàn)傳感系統(tǒng)的電源模塊對(duì)于信號(hào)轉(zhuǎn)換有著直接的影響。設(shè)計(jì)人員在系統(tǒng)電源模塊設(shè)計(jì)的過(guò)程中首先應(yīng)當(dāng)在將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字量后將其合理的存儲(chǔ)于相應(yīng)的發(fā)送數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)。其次，設(shè)計(jì)人員在系統(tǒng)電源模塊設(shè)計(jì)的過(guò)程中還應(yīng)當(dāng)適當(dāng)?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(guò)程中由于節(jié)點(diǎn)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(wú)線(xiàn)網(wǎng)關(guān)結(jié)構(gòu)框，來(lái)獲得更加良好的使用效果。

2.3 系統(tǒng)時(shí)鐘模塊

列車(chē)行車(chē)狀態(tài)監(jiān)測(cè)無(wú)線(xiàn)傳感系統(tǒng)的時(shí)鐘模塊是節(jié)能的關(guān)鍵所在。設(shè)計(jì)人員在系統(tǒng)時(shí)鐘模塊的設(shè)計(jì)過(guò)程中應(yīng)當(dāng)考慮到如果系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)上的所有功能部分每時(shí)刻都處于工作狀態(tài)則會(huì)導(dǎo)致節(jié)點(diǎn)的功耗將會(huì)很大。其次，設(shè)計(jì)人員在系統(tǒng)時(shí)鐘模塊的設(shè)計(jì)過(guò)程中應(yīng)當(dāng)確保節(jié)點(diǎn)可以啟用工作和休眠輪換機(jī)制，從而能夠在此基礎(chǔ)上對(duì)于系統(tǒng)進(jìn)行休眠管理。與此同時(shí)，設(shè)計(jì)人員在系統(tǒng)時(shí)鐘模塊的設(shè)計(jì)過(guò)程中還應(yīng)當(dāng)執(zhí)行硬件自檢任務(wù)，然后接下來(lái)完成RTC時(shí)鐘、Flash數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)和AD轉(zhuǎn)換器的初始化及測(cè)試，最終可以對(duì)于設(shè)計(jì)的實(shí)際情況進(jìn)行合理的判定。

3 列車(chē)行車(chē)狀態(tài)監(jiān)測(cè)無(wú)線(xiàn)傳感系統(tǒng)設(shè)計(jì)

列車(chē)行車(chē)狀態(tài)監(jiān)測(cè)無(wú)線(xiàn)傳感系統(tǒng)設(shè)計(jì)是一項(xiàng)系統(tǒng)性的工作，以下從網(wǎng)關(guān)硬件設(shè)計(jì)、節(jié)點(diǎn)軟件設(shè)計(jì)、網(wǎng)關(guān)軟件設(shè)計(jì)等方面出發(fā)，對(duì)于列車(chē)行車(chē)狀態(tài)監(jiān)測(cè)無(wú)線(xiàn)傳感系統(tǒng)設(shè)計(jì)進(jìn)行了分析。

3.1 網(wǎng)關(guān)硬件設(shè)計(jì)

列車(chē)行車(chē)狀態(tài)監(jiān)測(cè)無(wú)線(xiàn)傳感系統(tǒng)設(shè)計(jì)的第一步是網(wǎng)關(guān)的硬件設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)人員在網(wǎng)關(guān)硬件設(shè)計(jì)的過(guò)程中首先應(yīng)當(dāng)合理的使用穩(wěn)壓電源，在這一過(guò)程中需要注意的是，由于監(jiān)控中心的鐵路列車(chē)安全狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)多使用CAN通訊，因此設(shè)計(jì)人員應(yīng)當(dāng)確保無(wú)線(xiàn)網(wǎng)關(guān)采集各個(gè)不同節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)后實(shí)時(shí)傳送至上級(jí)監(jiān)控中心，最終能夠有效的達(dá)到綜合監(jiān)控列車(chē)運(yùn)行狀態(tài)的目的。其次，設(shè)計(jì)人員在網(wǎng)關(guān)硬件設(shè)計(jì)的過(guò)程中應(yīng)當(dāng)合理的將采集鐵軌壓力、軸溫和聲音等數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，然后在采集之后將這些數(shù)據(jù)聯(lián)合當(dāng)前時(shí)間打包傳給網(wǎng)關(guān)。在這一過(guò)程中需要注意的是，當(dāng)沒(méi)有數(shù)據(jù)的發(fā)送、接收時(shí)則需要讓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)轉(zhuǎn)入休眠模式，從而能夠使得節(jié)點(diǎn)功耗降到最低限度。

3.2 節(jié)點(diǎn)軟件設(shè)計(jì)

列車(chē)行車(chē)狀態(tài)監(jiān)測(cè)無(wú)線(xiàn)傳感系統(tǒng)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵是節(jié)點(diǎn)的軟件設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)人員在節(jié)點(diǎn)軟件設(shè)計(jì)的過(guò)程中首先應(yīng)當(dāng)清醒的認(rèn)識(shí)到無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)處理能力、電源及存儲(chǔ)能力實(shí)際上是非常的有限，因此在這一前提下設(shè)計(jì)人員可以合理的采用TinyOS嵌入式系統(tǒng)。其次，設(shè)計(jì)人員在節(jié)點(diǎn)軟件設(shè)計(jì)的過(guò)程中還應(yīng)當(dāng)根據(jù)具體應(yīng)用可以輕易增減控制執(zhí)行的功能來(lái)有效的節(jié)省硬件資源，在這一過(guò)程中還能夠能執(zhí)行多個(gè)快速響應(yīng)的控制操作。與此同時(shí)，設(shè)計(jì)人員在節(jié)點(diǎn)軟件設(shè)計(jì)的過(guò)程中還應(yīng)當(dāng)堅(jiān)持以數(shù)據(jù)為中心的設(shè)計(jì)原則，因此通過(guò)采用定向擴(kuò)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(jì)

列車(chē)行車(chē)狀態(tài)監(jiān)測(cè)無(wú)線(xiàn)傳感系統(tǒng)設(shè)計(jì)離不開(kāi)網(wǎng)關(guān)軟件的設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)人員在進(jìn)行網(wǎng)關(guān)軟件設(shè)計(jì)的過(guò)程中首先應(yīng)當(dāng)將接收數(shù)據(jù)存儲(chǔ)后通過(guò)在線(xiàn)發(fā)送至上位監(jiān)控中心。在這一過(guò)程中通過(guò)對(duì)于工作流程進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試結(jié)果表現(xiàn)壓力傳感器可監(jiān)測(cè)列車(chē)在鐵軌上的作用力并實(shí)時(shí)發(fā)送至無(wú)線(xiàn)處理節(jié)點(diǎn)，其次，設(shè)計(jì)人員在進(jìn)行網(wǎng)關(guān)軟件設(shè)計(jì)的過(guò)程中還應(yīng)當(dāng)將節(jié)點(diǎn)電池剩余電量監(jiān)測(cè)加入采集數(shù)據(jù)中或者是考慮使用太陽(yáng)能電池等能源作為電源供給進(jìn)行研究，因此可以有效的提升研究與設(shè)計(jì)的精確性。

4 結(jié)語(yǔ)

列車(chē)行車(chē)狀態(tài)監(jiān)測(cè)無(wú)線(xiàn)傳感系統(tǒng)設(shè)計(jì)需要根據(jù)設(shè)計(jì)的實(shí)際需求來(lái)進(jìn)行。因此只有根據(jù)具體的節(jié)能設(shè)計(jì)原則來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)，才能夠在此基礎(chǔ)上獲得更加良好的設(shè)計(jì)效果。

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