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        長大物流機(jī)車低功耗無線安全監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)

        2021-09-27 00:53:24譚剛林,肖遼亮
        電腦知識與技術(shù) 2021年19期
        關(guān)鍵詞:監(jiān)測系統(tǒng)低功耗

        譚剛林,肖遼亮

        摘要:在現(xiàn)代物流中,經(jīng)常需要運(yùn)送異形超常規(guī)的“超限超重貨物”,無法采用標(biāo)準(zhǔn)的集裝箱進(jìn)行運(yùn)輸。這類異形大貨物對貨物的安裝及車輛有特殊要求,尤其對安全性要求性極高,需要對載重長大貨車運(yùn)輸過程中進(jìn)行均載檢測及全程技術(shù)監(jiān)測,現(xiàn)有技術(shù)基本上需要每趟運(yùn)輸要一次性安裝、使用、拆卸。本文是基于一種低成本、低功耗的長大物流車無線安全監(jiān)測系統(tǒng),采用Zigbee組網(wǎng)采集單點數(shù)據(jù)信息,stm32f407單片機(jī)來進(jìn)行數(shù)據(jù)處理,后臺可以實時查看車輛狀態(tài)。

        關(guān)鍵詞:物流車;低功耗;Zigbee;監(jiān)測系統(tǒng);STM32

        中圖分類號:TP391? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A

        文章編號:1009-3044(2021)19-0020-03

        隨著國際分工與協(xié)同合作發(fā)展越來越緊密,物流運(yùn)輸成為促進(jìn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要環(huán)節(jié),重載長大貨物運(yùn)輸已被國際公認(rèn)為鐵路機(jī)車物流貨運(yùn)發(fā)展的方向,成為世界鐵路物流發(fā)展的重要方向之一。我國眾多重點工程項目實施過程中,越來越多的特別笨重龐大的關(guān)鍵設(shè)備貨物需要通過使用專門的長大物流機(jī)車來運(yùn)輸,例如變壓器、發(fā)電機(jī)等。鐵路長大物流機(jī)車作為物流大型設(shè)備運(yùn)輸?shù)闹饕d體,承擔(dān)著繁重的國家重點建設(shè)運(yùn)輸任務(wù),已在國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)中有著十分重要的地位和作用。

        目前國際上,對長大物流機(jī)車運(yùn)輸過程中的檢測,主要有貨車故障軌邊圖像檢測系統(tǒng)(簡稱TFDS)、IMC數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。TFDS運(yùn)用停留在人工看圖檢車識別故障方式,動態(tài)檢車人員工作量大,作業(yè)質(zhì)量難以保障,制約了TFDS作用的發(fā)揮;IMC數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)是德國IMC集成測控公司德國集成測控有限公司(Integrated Measurement & Contr01)生產(chǎn)制造的智能數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)IMC數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的特點是多方式、高速度的數(shù)據(jù)采集及傳輸;多臺儀器可同時在一個任務(wù)中使用,測試通道可不受限制;通過局域網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸,每臺儀器的位置可不受限制;多臺儀器可進(jìn)行時鐘同步,保證數(shù)據(jù)采集同步。該方案對大長物流機(jī)車安全監(jiān)測需要一次性安裝、使用、拆卸等特殊要求的適應(yīng)不強(qiáng)。

        本文提出一種基于Zigbee技術(shù)的低成本、低功耗的長大物流車無線安全監(jiān)測系統(tǒng)。

        1 系統(tǒng)設(shè)計

        當(dāng)前常用的無線傳輸技術(shù)主要有Wi-Fi、Zigbee和藍(lán)牙,從傳輸距離上來看,Wi-Fi>Zigbee>藍(lán)牙;從傳輸速度上來看,Wi-Fi>藍(lán)牙>Zigbee;從功耗上來看,Wi-Fi>藍(lán)牙>Zigbee。綜合考慮安全監(jiān)測信息采集Zigbee無線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸,每個車廂布置10個信息采集節(jié)點,其中圖像信息采集節(jié)點2個,壓力信息采集節(jié)點4個,傾角信息采集4個。再布置一個路由器節(jié)點收集整個車廂的數(shù)據(jù)。每個車廂的路由器將數(shù)據(jù)上傳至Zigbee協(xié)調(diào)器,協(xié)調(diào)器統(tǒng)一將每個節(jié)點的信息送到主控器進(jìn)行處理,主控器將處理結(jié)果信息通過移動通信網(wǎng)絡(luò)上傳至主監(jiān)控器,也可以通過移動通信設(shè)備實時進(jìn)行監(jiān)控。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

        2 節(jié)點電路設(shè)計

        2.1 圖像采集節(jié)點

        在每個車廂的左前方和右后方分別安裝一個圖像采集節(jié)點。圖像采集節(jié)點采用TI公司的CC2530驅(qū)動OV7670圖像傳感器來采集圖像,由于CC2530的內(nèi)存較小,速度較慢,為了提高效率,將OV7670的圖像數(shù)據(jù)先存儲在幀緩存芯片AL422B中,然后CC2530通過SCCB總線再來讀取AL422B中的緩存數(shù)據(jù),總體的設(shè)計原理圖如圖2所求。

        CC2530芯片是德州儀器公司(Texas Instruments)研發(fā)生產(chǎn)的內(nèi)帶8051CPU和ZigBee通信模塊的芯片?;?.4GHz頻段,符合IEEE 802.15.4 標(biāo)準(zhǔn)和 RF4CE協(xié)議。該芯片最大的特點是用很少的硬件構(gòu)建出高可靠的Zigbee網(wǎng)絡(luò)節(jié)點,簡單方便地構(gòu)建出Zigbee網(wǎng)絡(luò)。CC2530 芯片內(nèi)部集成射頻收發(fā)器、增強(qiáng)型8051CPU 、可編程閃存、8KB 隨機(jī)存取存儲器和其他功能強(qiáng)大的模塊。CC2530芯片主要有 4 個閃存版本:CC2530F32/ CC2530F64/ CC2530F128/CC2530F256,內(nèi)部閃存分別為32/64/128/256KB。CC2530 有多種工作模式,可以在很短的時間內(nèi)進(jìn)行模式切換,可以做到超低功耗。

        OV7670是美國OmniVision公司研發(fā)生產(chǎn)的一款1/6英寸CMOS VGA圖像傳感器,體積小,攜帶方便,市場上得到廣泛應(yīng)用。支持串行攝像機(jī)控制總線,可以自主進(jìn)行圖像處理,內(nèi)置 FIFO 和視頻圖形列陣可以由單片機(jī)(MCU)直接操作控制,輸出多種分辨率的8位圖像數(shù)據(jù),形式有全幀、子采樣和窗口采樣[4]。OV7670模塊提供有控制引腳和數(shù)據(jù)引腳,方便操作和使用。

        AL422B是AverLogic公司研發(fā)生產(chǎn)的一種8位的FIFO存儲芯片(存儲容量為393216字節(jié)),芯片所有控制操作(尋址、刷新等)由芯片內(nèi)部集成控制系統(tǒng)完成,操作簡單方便。

        2.2 壓力采集節(jié)點

        在每個車廂的四個角上分別安裝一個壓力采集節(jié)點,通過PSD-X5采集壓力信息,經(jīng)HX711進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換,CC2530讀取AD值后傳入Zigbee網(wǎng)絡(luò),如圖4所求。

        PSD-X5是鄭州普司頓電子設(shè)備有限公司生產(chǎn)的懸臂梁式穩(wěn)重傳感器,采用鋁合金材質(zhì),具有IP65級別防水防塵能力,最大量程可達(dá)750KG。

        HX711是一款海芯科技專為高精度電子秤而設(shè)計的24位A/D轉(zhuǎn)換芯片,芯片內(nèi)部集成有穩(wěn)壓電源、片內(nèi)時鐘振蕩器等,具有響應(yīng)速度快、抗干擾能力強(qiáng)、集成度高等特點。具有兩路可選擇差分輸入,片內(nèi)低噪聲可編程放大器的增益為64或128可選。

        2.3 角度采集節(jié)點

        在每個車廂的前、后、左、右分別安裝一個角度采集節(jié)點,通過ACT926T采集傾角信息,經(jīng)RS232串口送到CC2530單片機(jī)處理后傳入Zigbee網(wǎng)絡(luò),如圖5所求。

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