CN101722949A - 列车制动机监测系统 - Google Patents

Abstract

一种列车制动机监测系统，包括设置在机车模块的机车监测终端、GPRS模块、USB转CAN模块及无线发射接收模块；设置在每个车辆模块的中央控制模块、无线发射接收模块及压力传感器。机车监测终端分别与GPRS模块及USB转CAN模块通讯，USB转CAN模块及无线发射接收模块间实现数据传输；车辆模块上，压力传感器及无线发射接收模块均通过CAN总线与中央控制模块进行数据传输；车辆模块之间及车辆与机车监测模块之间通过无线发射接收模块实现数据的传输；每个车辆模块上的无线发射接收模块有2个，安装在车辆两端端部。本发明的优点在于：增强铁路运输安全防范能力，在列检所实现列车制动机性能自动实验，减轻工人劳动强度，提高工作效率，最终取消人工试风作业方式。

Description

列车制动机监测系统

【技术领域】

本发明是关于一种铁路自动化控制系统，特别是指一种对每辆车的制动机技术状态进行自动检测和分析的列车制动机监测系统。

【背景技术】

列车制动机是车辆的核心部件，关系列车运行安全，列车制动机性能试验是列检所检修作业的一个重要内容，但现有列检所在对列车制动机的性能进行试验时无专用设备，停留在人工“跑风”看闸状态。同时列车在运行途中，车辆制动机得不到全程监测。

目前对全列车制动机性能试验只是列车风管压力记录一个简单数据，难以精细到每一辆车的制动机技术状态检测，这种人工作业方式难以发现制动机的早期或轻微故障，现有技术主要依靠人工来进行试风作业，效率低下，劳动强度较大，并且在列车运行过程中缺乏制动机压力的变化数据，对列车的安全运行存在一定的隐患。如何有效的监测制动机的性能指标，成为列车运行安全的基本保障，资料显示货车提速以来列车制动机故障呈上升趋势，所引发的行车事故也时有发生。

【发明内容】

本发明所要解决的技术问题在于提供一种列车制动机监测系统，运用无线传感器技术对每辆车的制动机技术状态进行自动检测和分析，确保每辆车的制动机性能良好，保证行车安全。

本发明是通过以下技术方案解决上述技术问题的：一种列车制动机监测系统，包括：

设置在机车模块上的机车监测终端、GPRS模块、USB转CAN模块以及无线发射接收模块；以及

设置在每个车辆模块上的中央控制模块、无线发射接收模块以及压力传感器；所述机车模块中，机车监测终端与GPRS模块通过RS232总线通讯，所述机车监测终端与USB转CAN模块通过USB总线通讯，所述USB转CAN模块以及无线发射接收模块通过CAN总线实现数据传输；

所述车辆模块上，压力传感器及无线发射接收模块均通过CAN总线实现与中央控制模块的数据传输；

所述车辆模块之间以及车辆模块与机车模块之间通过无线发射接收模块实现数据的传输；

所述每个车辆模块上的无线发射接收模块有2个，同一车辆模块中，靠近机车模块一端的无线发射接收模块定义为前无线发射接收模块，远离机车模块一端的无线发射接收模块定义为后无线发射接收模块，所述前无线发射接收模块及后无线发射接收模块之间通过CAN总线实现数据传输，机车模块上的无线发射接收模块定义为后无线发射接收模块；

各车辆模块的压力传感器数据通过CAN总线传送到中央控制器，然后中央控制器的数据通过前无线发射接收模块发送到机车模块上的后无线发射接收模块，机车模块上的后无线发射接收模块将数据通过CAN总线传送到USB转CAN模块，然后传送给机车监测终端，机车模块的机车监测终端负责数据的存储、查询，显示，根据数据特征判断各车辆的制动机的工作状态。

该发明进一步具体为：

所述机车监测终端采用ARM系统。

所述ARM系统包括ARM处理器，触摸屏、USB接口、RS232接口、网线接口、256M内存，2G存储器，并安装了WINCE操作系统，所述触摸屏、USB接口、RS232接口、网线接口、256M内存，2G存储器均连接到ARM处理器，所述USB接口连接到所述USB转CAN模块，所述RS232接口连接到所述GPRS模块。

所述机车模块与各车辆模块通讯分为两类，一类是机车模块向各车辆模块下达操作命令，称之为命令数据，另一类为各车辆模块向机车模块上报本车辆模块的相关状态数据，称之为上报数据；

ARM系统向USB转CAN模块发送命令数据包后，USB转CAN模块再通过机车CAN总线将该命令数据包发送给机车模块的后无线发射接收模块，后无线发射接收模块将该命令数据包发射传输给与机车相邻的车辆模块的前无线发射接收模块，车辆模块的前无线发射接收模块收到命令数据包，进行解码验证，如果命令种类属于有效命令，则通过车辆模块内部CAN总线发送给车辆模块的后无线发射接收模块，同时发送给车辆模块的中央控制模块，并向前一个车辆模块或机车模块通过前无线发射接收模块发送接收成功的指令，如果前面的机车模块或车辆模块在发送命令数据包后，预定时间之内没有收到接收成功的指令，则需要重新发送，车辆模块收到命令数据包后，一方面继续往下传，另一方面车辆中央控制器自己解析执行。

所述命令数据包由4个两位16进制数0XCF开始，中间一个字节的命令字节+一个字节的指令参数，再接3个0x55，向前一个车辆模块或机车模块通过前无线发射接收模块发送“0xCE”表示接收成功，如果前面的机车模块或车辆模块在发送命令数据包后100mS之内没有收到“0xCE”，则需要重新发送。

所述上报数据包的格式为：1位的上报标志位、2位的数据组位置标志、1位未用、4位的数据传感器来源类型、8位的车辆位置号、6×8位的上报数据。

所述上报标志位：

该位为0：上报数据，这时各车辆模块的数据向机车模块上报；

车辆模块向机车模块进行数据传输：车辆模块的后无线发射接收模块接收到这个数据后，不传给中央控制器，直接继续往机车模块方向传输；

所述数据组位置标志：

B00：本次监测的数组非首尾数组；

B01：该数据是本次监测的第一个或第一组数据；

B11：该数据是本次监测的最后一个或最后一组数据；

所述传感器来源类型：是指数据的传感器来源；

所述车辆位置号：紧邻机车模块的车辆模块为0X01号，从机车模块向列车尾部依次累加形成车辆模块号码序列。

各个车辆模块在接力上报数据包时，当每个车辆模块的前无线发射接收模块的待发射堆栈中的数据小于400个字节时，即给同一车辆模块的后无线发射接收模块和中央控制模块通过CAN总线发送一个数据信号，这时中央控制模块和后无线发射接收模块可以通过CAN总线向前无线发射接收模块以数据包为单位发送数据，每个车辆模块的前无线发射接收模块的待发射堆栈中的数据大于400个字节时，即给同一车辆模块的后无线发射接收模块和中央控制模块通过CAN总线发送一个数据信号，这时中央控制模块和后无线发射接收模块暂停通过CAN总线向前无线发射接收模块发送数据。

所述每个前、后无线发射接收模块分别安装在车辆模块的前、后端部，每个前、后无线发射接收模块均包含两套无线收发电路，其中一套工作，另一套处于待命状态，相邻车辆模块的无线发射接收模块形成通讯链路，实现监测数据的传输。

所述处于工作状态的无线收发电路每隔设定时间向处于待命状态的无线收发电路通过CAN总线发送一个握手信号帧，当处于待命状态的无线收发电路在预定时间内接收到该握手信号帧，则将处于待命状态的无线收发电路继续保持处于断电的状态，若处于待命状态的无线收发电路在预定时间内未接收到该握手信号帧，则将处于待命状态的无线收发电路设置为处于工作状态，使处于待命状态的无线收发电路转变角色为工作状态的无线收发电路，而使原处于工作状态的无线收发电路转变为处于待命状态的无线收发电路，并每隔设定时间向原处于工作状态的无线收发电路发送握手信号帧。

本发明列车制动机监测系统的优点在于：利用传感器技术，在列车制动机试验过程中对每辆车的制动机压力变化情况进行自动记录、传输、分析和判断，以实现对每辆车的制动机技术状态(是否关门、出闸和缓解是否正常，漏泄是否合格)进行自动检测，智能分析，快速维修。适时地将每辆货车主管、制动缸压力情况通过无线网络显示给司机观看，同时机车监测终端将预警数据信息通过GPRS车载数据向前方列检所落地，使前方列检所检修人员提前做好维修准备，从而增强了防范货车空气制动机故障手段，增强了铁路运输安全防范能力，达到实现实时监测运行货物列车中任一位置的货车主管压力及其制动缸性能状况的目的，并且减轻工人劳动强度，提高工作效率，最终取消人工试风作业方式。并且该装置提供可靠的电源，为今后货物列车实现电控制动奠定坚实基础，也为货物列车实现运行状态自动检测、控制自动化创造了条件。

【附图说明】

下面参照附图结合实施例对本发明作进一步的描述。

图1是本发明列车制动机监测系统的构成示意图。

图2是本发明列车制动机监测系统的ARM系统的构成示意图。

图3是本发明列车制动机监测系统的上报数据包的格式及不同数据包的界定示意图。

图4是本发明列车制动机监测系统的列检的过程及判断原理示意图。

图5是本发明列车制动机监测系统的无线数据传输方案改进前的结构示意图。

图6是本发明列车制动机监测系统的无线数据传输方案改进后的结构示意图。

【具体实施方式】

1、本发明列车制动机监测系统的构成。

请参阅图1，本发明列车制动机监测系统包括：设置在机车模块上的机车监测终端、GPRS模块、USB转CAN模块以及无线发射接收模块；以及设置在每个车辆模块上的中央控制模块、无线发射接收模块以及压力传感器。所述机车模块中，机车监测终端与GPRS模块通过RS232总线通讯，所述机车监测终端与USB转CAN模块通过USB总线通讯，所述USB转CAN模块以及无线发射接收模块通过CAN总线实现数据传输。

所述车辆模块上，压力传感器及无线发射接收模块均通过CAN总线实现与中央控制模块的数据传输。

所述车辆模块之间以及车辆模块与机车模块之间通过2.4GHz无线发射接收模块实现数据的传输。

所述每个车辆模块上的无线发射接收模块有2个，同一车辆模块中，靠近机车模块一端的无线发射接收模块定义为前无线发射接收模块，远离机车模块一端的无线发射接收模块定义为后无线发射接收模块，所述前无线发射接收模块及后无线发射接收模块之间通过CAN总线实现数据传输。机车模块上的无线发射接收模块则定义为后无线发射接收模块。

所述机车监测终端采用ARM系统，如图2所示，所述ARM系统包括ARM处理器，触摸屏、USB接口、RS232接口、网线接口、256M内存，2G存储器，并安装了WINCE操作系统。所述触摸屏、USB接口、RS232接口、网线接口、256M内存，2G存储器均连接到ARM处理器。所述USB接口连接到所述USB转CAN模块，所述RS232接口连接到所述GPRS模块。

2、该列车制动机监测系统的功能说明。

该列车制动机监测系统功能主要为以下三个方面：

2.1数据采集

车辆模块通过传感器实现数据采集。初期主要对制动机的风压进行数据采集，用于对制动机的工作状态进行判断，所以图1中只显示压力传感器。机车监测终端的电路板具有加速度、电路板温度、轴温的数据采集拓展接口。

2.2数据通讯

车辆模块内部各传感器模块、中央控制模块和前、后无线发射接收模块以CAN总线实现数据传输；车辆模块之间以及车辆模块与机车模块之间通过2.4GHz无线发射接收模块实现数据的传输。机车模块与地面控制中心通过GPRS模块实现数据传输。

2.3数据的处理

1)、机车模块的数据处理

通过触摸屏，操作者可以启动机车监控终端的特定操作。各车辆模块的传感器数据通过CAN总线传送到中央控制器，然后中央控制器的数据通过前无线发射接收模块发送到机车模块上的后无线发射接收模块，机车模块上的后无线发射接收模块将数据通过CAN总线传送到USB转CAN模块，然后传送给ARM系统，机车模块的ARM系统负责数据的存储、查询，显示，根据数据特征判断各车辆的制动机的工作状态。这里，ARM系统可以使用现有的基于ARM的嵌入式系统。

2)、车辆模块的数据处理

由中央控制模块、前、后无线发射接收模块共同处理由相邻车辆通过无线通讯传过来的数据。

该列车制动机监测系统的功能主要是实现对运行途中车辆制动机性能进行时实监测，同时在列检所进行车辆制动机试验性能试验时实现自动化，取代人工“跑风看闸”的作业方式。

3、机车模块与车辆模块通讯的数据格式

从数据流向来看，机车模块与各车辆模块通讯分为两类，一类是机车模块向各车辆模块下达操作命令，下文称之为命令数据；另一类为各车辆模块向机车模块上报本车辆模块的相关状态数据，下文简称之为上报数据。

3.1命令数据包种类和构成

表1  命令数据包的构成

如上表1，命令数据包由4个两位16进制数0XCF开始，中间一个字节的命令字节+一个字节的指令参数，再接3个0x55。ARM系统通过USB接口向USB转CAN模块发送这个命令数据包，USB转CAN模块再通过机车CAN总线将该命令数据包发送给机车模块的后无线发射接收模块，后无线发射接收模块将该命令数据包发射传输给与机车相邻的车辆模块的前无线发射接收模块，车辆模块的前无线发射接收模块收到命令数据包，进行解码验证，如果命令种类属于有效命令，则通过车辆模块内部CAN总线发送给车辆模块的后无线发射接收模块，同时发送给车辆模块的中央控制模块。并向前一个车辆模块或机车模块通过前无线发射接收模块发送“0xCE”表示接收成功，如果前面的机车模块或车辆模块在发送数据后，100mS之内没有收到“0xCE”，则需要重新发送。车辆模块收到命令数据包后，一方面继续往下传，另一方面车辆中央控制器自己解析执行。

具体命令是由一个字节构成，具体有以下几种，解释如下：

B00000001：列检指令(参数值：0)

当车辆模块接收到这条指令后，在T0(0＜T0＜1S)时间内对制动机气压进行A/D采集，A/D技术指标为：采样频率：2Hz，数据位数：12位，每采集6个值，向机车模块上报一帧数据，A/D采集时间持续T1分钟(T1暂定为5分钟)。

B00000010：试车指令(参数值：0)

当车辆模块接收到这条指令后，在T0(0＜T0＜1S)时间内对制动机气压进行A/D采集，A/D技术指标为：采样频率：2Hz，数据位数：12位，每采集6个值，向机车模块上报一帧数据，A/D采集时间持续T1分钟(T1暂定为3分钟)。

B00000011：列车行进监测指令(参数值：0)

当车辆模块接收到这条指令后，在T0(0＜T0＜1S)时间内对制动机气压进行A/D转换，停止发送数据。A/D技术指标为：采样频率：0.5Hz，数据位数：12位，每采集1个值，向机车模块上报一帧数据，A/D采集时间持续，直到接收到停止监测指令。

B00000100：停止行进监测指令(参数值：0)

当车辆模块接收到这条指令后，在T0(0＜T0＜1S)时间内，停止对制动机气压进行A/D转换，并停止发送数据。

B00000101：排队与统计指令(参数值：前一节车辆模块的位置号码)

当车辆模块接收到这条指令后，将该车辆模块接收到的其前一节车辆模块的位置号加1，作为自己的位置号，并将自己的位置号作为排队与统计指令的参数往下一节车辆传。每节车辆通过以上方法确定自己的位置号以后，将自己的位置号和ID一起作为一帧数据上报给机车模块处理。

3.2上报数据包种类及其格式

上报标志位	数据组位置标志	未用	数据传感器来源类型	车辆位置号	数据
						1位(0)	2	1位	4位	8位	6×8位

表2  上报数据包的构成

3.2.1、上报标志位：

该位为0：上报数据，这时各车辆模块的数据向机车模块上报。

车辆模块向机车模块进行数据传输：

车辆模块的后无线发射接收模块接收到这个数据后，不传给中央控制器，直接继续往机车模块方向传输。

3.2.2、数据组位置标志：

B00：本次监测的数组非首尾数组；

B01：该数据是本次监测的第一个(组)数据；

B11：该数据是本次监测的最后一个(组)数据。

3.2.3、数据来源类型：是指数据的传感器来源

B0001：制动机压力值；

B0010：电路板温度传感器；

B0011：轴1温度传感器；

B0100：轴2温度传感器；

B0101：轴3温度传感器；

B0110：轴4温度传感器；

B0111：轴5温度传感器；

B1000：轴6温度传感器；

B1001：轴7温度传感器；

B1010：轴8温度传感器；

B1011：加速度传感器；

B1100：车辆ID号；

B1101-B1111：暂时没有用。

3.2.4、车辆位置号：紧邻机车模块的车辆模块为0X01号，从机车模块向列车尾部依次累加形成车辆模块号码序列。

3.3上报数据包的帧的界定以及各无线发射接收模块的协调策略

3.3.1、上报数据包的帧的界定

每个无线发射接收模块的nRF2401以ShockBurst方式通过2.4GHz无线电波向下一级传递一个独立的数据包，由于ShockBurst传输速率可达1MBPS，所以每个数据包中的相邻数据相隔时间不会超过1mS，我们规定：每个数据包被一个nRF2401发送后，1.5mS之内，该nRF2401不再发送下一个数据包。因此，编程可以以数据之间时间间隔作为数据包之间界限判定。

如图3，各级之间数据传输时间间隔小于0.5mS的属于同一个数据包，大于1mS的时间间隔说明这两个数据属于不同的数据包。

3.3.2、各个车辆在接力上报数据包时，任务协调策略

参考图1，当每个车辆模块的前无线发射接收模块的待发射堆栈中的数据小于400个字节时，即给同一车辆模块的后无线发射接收模块和中央控制模块通过CAN总线发送一个数据信号，该信号为

这时中央控制模块和后无线发射接收模块可以通过CAN总线向前无线发射接收模块以数据包为单位发送数据。每个车辆模块的前无线发射接收模块的待发射堆栈中的数据大于400个字节时，即给同一车辆模块的后无线发射接收模块和中央控制模块通过CAN总线发送一个数据信号，该信号为

这时中央控制模块和后无线发射接收模块暂停通过CAN总线向前无线发射接收模块发送数据。

以上是一帧CAN数据的数据部分。

设定以机车模块所在一端为列车前方，那么，当位于前面的车辆模块的后无线发射接收模块接收数据堆栈中的数据小于40个数据时，其可以通过无线通讯告诉紧邻该车辆模块的后面的一节车辆模块的前无线发射接收模块可以向它发射数据包。发送的数据为

这时后面车辆模块可以向前面的车辆模块发送数据。

当位于前面的车辆模块的后无线发射接收模块接收数据堆栈中的数据大于400个数据时，其可以通过无线通讯告诉紧邻该车辆模块的后面的一节车辆模块的前无线发射接收模块停止向它发射数据包。发送的数据为

这时后面车辆模块暂停向前面的车辆模块发送数据。

3.3.3、工作无线收发电路与备用无线收发电路任务协调策略

每个车辆模块由两个无线发射接收模块和一个中央控制模块构成。

每个无线发射接收模块包含两套无线收发电路。

这两套无线收发电路之间任务分配与配合机制是这样的：

一套工作，下文称之为W模块(work model)，则另一套处于待命状态，下文称之为I模块(idle model)。

W模块每隔3分钟向I模块通过CAN总线发送一个握手信号帧，该帧的格式是这样的：

其中，ID的确定方法是这样的：

DLC＝B0001

数据帧：B11001111

当I模块在4分钟内接收到该握手信号帧，则将I模块继续保持处于断电的状态。若I模块在4分钟内未接收到该握手信号帧，则将I模块设置为处于工作状态，使I模块转变角色为W模块，并每隔3分钟向原W模块(即现I模块发送握手信号帧)。

4机车模块功能及其编程

通过触摸屏，操作者可以启动监控的平台的特定操作。各车辆模块的传感器数据通过数据通讯通道被集中到机车模块，机车模块的ARM系统负责数据的存储、查询，显示，根据数据特征判断各车辆的工作状态。

4.1列检

4.1.1列检操作过程及判断原理

列检操作是指列车在列检站进行的一种检测。这里列检操作的主要的目的是检测各车辆的制动机是否可以有效工作。进行列检操作过程及判断原理如图4所示。图4中，实线曲线为理想的列检过程制动机风压变化曲线，上、下两条虚线是表示正常工作时，制动机风压的变化上下极限，超过这个极限范围就是工作不正常。

4.1.2列检操作机车ARM系统的编程实现

1、列检的启动

操作者触按触摸屏上“列检”按钮，启动列检操作。

2、ARM系统向车辆模块下达列检指令的编程，参照上述3.1节所述。

3、ARM系统对于各车辆模块上报的列检数据的处理方法

1)、上报的数据格式参照上述3.2节的表2，这里具体为：

上报标志位	数据组位置标志	未用	数据传感器来源类型	车辆位置号	数据
						1位(0)	2	1位	B0001	8位	6×8位

其中，以2个字节的数据代表一个风压A/D值，低字节在前，高字节在后。

ARM系统在列检过程中，将接收到的上报列检数据按车辆位置号将不同的车辆数据分开，对于同一车辆模块的数据按照接收的先后顺序进行排序。最先收到的数据就是最先进行A/D转换的数据。根据既定的A/D采样频率(参照上述3.1节叙述)和开始列检的时刻以及在车辆模块数组中的排序号，确定每个A/D值进行的时间。再根据上述4.1.1节所述原理判断得出各节车辆模块的制动机状态。

列检进行统计分析的开始时间可以由ARM系统编程设定，初步可以设定为：触按“列检”按钮后，6分钟进行分析统计。

在触摸屏上显示合格车辆的数目，不合格车辆的数目及其位置号。

可以通过触摸屏查看各节车辆的制动机列检的坐标曲线，该曲线形式可参考图4。

列检数据库要求记录列检时间(日期，时分秒)：开始，结束。

列检记录保持一个月，超过一个月，原数据可以被新的列检数据覆盖。

4.2试车

4.2.1试车判断原理

试车操作是指列车在即将离站运行进行的一种检测，这里试车操作的主要的目的是检测各车辆的制动机是否可以有效工作。进行试车操作过程及判断原理也如图4所示。其中，实线曲线为理想的试车过程制动机风压变化曲线，上、下两条虚线是表示正常工作时，制动机风压的变化上下极限，超过这个极限范围就是工作不正常。

4.2.2试车操作机车ARM系统的编程实现

1、试车的启动

操作者触按触摸屏上“试车”按钮，启动试车操作。

2、ARM系统向车辆模块下达试车指令的编程，参照上述3.1节所述。

3、ARM系统对于各车辆上报的列检数据的处理方法

1)、上报的数据格式参照上述3.2节的表2，这里具体为：

上报标志	数据组位置	未用	数据传感器来	车辆位置号	数据
						位	标志		源类型
1位(0)	2	1位	B0001	8位	6×8位

其中，以2个字节的数据代表一个风压A/D值，低字节在前，高字节在后。

ARM系统在试车过程中，将接收到的上报试车数据按车辆位置号将不同的车辆数据分开，对于同一车辆模块的数据按照接收的先后顺序进行排序。最先收到的数据就是最先进行A/D转换的数据。根据既定的A/D采样频率(参见上述3.1节叙述)和开始试车的时刻以及在车辆数组中的排序号，确定每个A/D值进行的时间。再根据上述4.2.1节所述原理判断得出各节车辆的制动机状态。

试车进行统计分析的开始时间可以由ARM系统编程设定，初步可以设定为：触按“试车”按钮后，3分钟进行分析统计。

在触摸屏上显示合格车辆的数目，不合格车辆的数目及其位置号。

可以通过触摸屏查看各节车辆的制动机试车的坐标曲线，该曲线形式可参考图4。

试车数据库要求记录列检时间(日期，时分秒)：包括开始时间和结束时间。

试车记录保持一个月，超过一个月，原数据可以被新的试车数据覆盖。

4.3列车行进中各车辆模块的制动机风压监测

4.3.1行进中各车辆模块的制动机风压监测原理

首先，根据机车的风压与各车辆模块的风压的比较情况，以及风压传播的时延来判断机车风压是否正确。

4.3.2行进中各车辆模块的制动机风压监测的操作机车ARM系统的编程实现

1、行进风压监测的启动

操作者触按触摸屏上“行驶风压监测”按钮，启动行进风压监测操作。

2、ARM系统向车辆模块下达行进风压监测指令的编程，参照上述3.1节所述。

3、ARM系统对于各车辆模块上报的风压监测数据的处理方法

1)、上报的数据格式参照上述3.2节的表2，这里具体为：

上报标志位	数据组位置标志	未用	数据传感器来源类型	车辆位置号	数据
						1位(0)	2	1位	B0001	8位	2×8位

其中，以2个字节的数据代表一个风压A/D值，低字节在前，高字节在后。

ARM在行进风压监测过程中，将接收到的上报列检数据按车辆位置号将不同的车辆数据分开，对于同一车辆的数据按照接收的先后顺序进行排序。最先收到的数据就是最先进行A/D转换的数据。根据既定的A/D采样频率(参见上述3.1节)和开始行驶风压监测功能的时刻以及在车辆数组中的排序号，确定每个A/D值进行的时间。再根据上述4.3.1节所述原理判断得出各节车辆模块的制动机状态。

在触摸屏上显示合格车辆的数目，不合格车辆的数目及其位置号。如果不正确，需要用语言提示，语音内容可以为：“××号车辆制动机风压不正常”。

可以通过触摸屏查看各节车辆的制动机试车的坐标曲线，该曲线形式可参考图4。

行进风压数据库要求记录列检时间(日期，时分秒)：包括开始时间和结束时间。

行进风压数据记录保持一个月，超过一个月，原数据可以被新的行进风压数据覆盖。

4.3.3列车行进中各车辆的制动机风压监测的停止

1、行进风压监测的停止

操作者触按触摸屏上“停止风压监测”按钮，停止操作。

2、ARM系统向车辆模块下达停止风压监测指令的编程，参照上述3.1节所述。

4.4列车车辆排队与列车车辆ID信息统计

4.4.1排队和车辆ID信息统计的功能

这里，车辆排队是指按照列车车辆模块之间的位置关系以及车辆模块与机车模块的位置关系将车辆模块进行编号，紧邻机车模块的车辆模块为0X01号，从机车模块向列车尾部依次累加形成每节车辆模块队列位置号码。车辆ID是指车辆模块的身份编号，它是该车辆模块的出厂编号。该编号是由N位数字或英文字母组成。这里用N一个对应的ASCII码来表示ID。通过排队和车辆ID统计，实现两个目的：

首先是将车辆模块队列的位置号码与车辆ID一一对应起来；其次可以通过该功能统计列车包含的车辆模块的数目。如果通过该功能统计的车辆模块的数目与实际的车辆模块数目相符，则表明系统平台的通讯功能是完好的。同时，通过该操作，其中车辆模块确定其工作无线收发电路和备用无线收发电路，以及前无线发射接收模块和后无线发射接收模块。

4.4.2排队和车辆信息统计功能的操作机车ARM系统的编程实现

1、排队和车辆信息统计功能的启动

操作者触按触摸屏上“排队与统计”按钮，启动列检操作。

2、ARM系统向车辆模块下达排队与统计指令的编程，参照3.1节所述。

3、ARM系统对于各车辆模块上报的排队与统计操作的数据的处理方法

1)、上报的数据格式参照3.2节的表2，这里具体为：

上报标志位	数据组位置标志	未用	数据传感器来源类型	车辆位置号	数据
						1位(0)	2	1位	B1100	8位	6×8位

其中，以6个字节的数据代表是车辆的ID号的最后6位字符的ASCII码，右边字符的ASCII码字节在前传输，左边字符的ASCII码字节在后传输。

触按触摸屏上的“排队与统计”按钮后，过1分钟，即可以认为上报数据结束了，此时在触摸屏上可以显示总车辆数目，以及按照车辆的位置号，从小到大排列，显示车辆位置号与该车辆ID号之间的位置关系。

排队和统计数据库要求记录排序和统计进行的时间(日期，时分秒)。

排队和统计数据记录保持一个月，超过一个月，原数据可以被新的排队与统计数据覆盖。

5.无线数据传输方案的改进过程

改进前：

请参阅图5，每节车辆模块上有一个无线发射接收模块，每个无线发射接收模块的收发半径至少覆盖相邻两节车辆模块，建立ZIGBEE无线传感器网络，实现组网、排队、数据传输等功能。

存在问题：

在编组站不同轨道上/不同编组列车上的无线发射接收模块存在相互通讯连接，如果没有外部辅助信息，本系统很难通过软件算法可靠地将同一列车上的车辆模块与其它列车上的车辆模块完全准确地分别开来，这样，编组站的很多检测功能难以很好实现；

无线收发距离较大，对于无线传输功率、可靠性要求较高。

改进后：

请参阅图6，每节车辆模块由三个模块构成：中央控制模块、位于两端的前无线发射接收模块及后无线发射接收模块。

中央控制模块实现传感器信号采集、无线通讯管理和相关命令理解执行。

其优点在于：

两端的无线发射接收模块实现与最邻的车辆模块的无线发射接收模块进行数据通信，通信距离仅有0.5米，如果以1.5米的有效通讯半径进行通讯，不仅可以保证最邻近车辆模块之间的通讯，也可以从通信信号的强度上有效控制相邻轨道的列车的通讯模块的通讯信号不耦合(这可以通过设置通讯模块的发射功率来实现)。这样，无论在编组站还是在列车行进过程中，同列列车上的所有车辆模块的识别和排队都容易实现，而且可靠性比较高；

无线收发距离的减小使得发射功率减小；

改进后可靠性考虑：

由于这种系统的通讯是依靠串联实现的，如果某一个车辆模块的通讯模块通讯失效，都必然导致该车辆模块后面的车辆通讯都无法进行。为了提高系统的通讯可靠性，可以在每个车辆上通讯相关的所有电路都实行双系统制，两个通讯系统完全独立，一个坏了，还有另一个可以通讯，并将此系统坏的消息通知相关检修单位。

Claims (10)

1.一种列车制动机监测系统，其特征在于：包括：

设置在机车模块上的机车监测终端、GPRS模块、USB转CAN模块以及无线发射接收模块；以及

设置在每个车辆模块上的中央控制模块、无线发射接收模块以及压力传感器；所述机车模块中，机车监测终端与GPRS模块通过RS232总线通讯，所述机车监测终端与USB转CAN模块通过USB总线通讯，所述USB转CAN模块以及无线发射接收模块通过CAN总线实现数据传输；

所述车辆模块上，压力传感器及无线发射接收模块均通过CAN总线实现与中央控制模块的数据传输；

所述车辆模块之间以及车辆模块与机车模块之间通过无线发射接收模块实现数据的传输；

所述每个车辆模块上的无线发射接收模块有2个，同一车辆模块中，靠近机车模块一端的无线发射接收模块定义为前无线发射接收模块，远离机车模块一端的无线发射接收模块定义为后无线发射接收模块，所述前无线发射接收模块及后无线发射接收模块之间通过CAN总线实现数据传输，机车模块上的无线发射接收模块定义为后无线发射接收模块；

各车辆模块的压力传感器数据通过CAN总线传送到中央控制器，然后中央控制器的数据通过前无线发射接收模块发送到机车模块上的后无线发射接收模块，机车模块上的后无线发射接收模块将数据通过CAN总线传送到USB转CAN模块，然后传送给机车监测终端，机车模块的机车监测终端负责数据的存储、查询，显示，根据数据特征判断各车辆的制动机的工作状态。

2.如权利要求1所述的列车制动机监测系统，其特征在于：所述机车监测终端采用ARM系统。

3.如权利要求2所述的列车制动机监测系统，其特征在于：所述ARM系统包括ARM处理器，触摸屏、USB接口、RS232接口、网线接口、256M内存，2G存储器，并安装了WINCE操作系统，所述触摸屏、USB接口、RS232接口、网线接口、256M内存，2G存储器均连接到ARM处理器，所述USB接口连接到所述USB转CAN模块，所述RS232接口连接到所述GPRS模块。

4.如权利要求2所述的列车制动机监测系统，其特征在于：所述机车模块与各车辆模块通讯分为两类，一类是机车模块向各车辆模块下达操作命令，称之为命令数据，另一类为各车辆模块向机车模块上报本车辆模块的相关状态数据，称之为上报数据；

ARM系统向USB转CAN模块发送命令数据包后，USB转CAN模块再通过机车CAN总线将该命令数据包发送给机车模块的后无线发射接收模块，后无线发射接收模块将该命令数据包发射传输给与机车相邻的车辆模块的前无线发射接收模块，车辆模块的前无线发射接收模块收到命令数据包，进行解码验证，如果命令种类属于有效命令，则通过车辆模块内部CAN总线发送给车辆模块的后无线发射接收模块，同时发送给车辆模块的中央控制模块，并向前一个车辆模块或机车模块通过前无线发射接收模块发送接收成功的指令，如果前面的机车模块或车辆模块在发送命令数据包后，预定时间之内没有收到接收成功的指令，则需要重新发送，车辆模块收到命令数据包后，一方面继续往下传，另一方面车辆中央控制器自己解析执行。

5.如权利要求4所述的列车制动机监测系统，其特征在于：所述命令数据包由4个两位16进制数0XCF开始，中间一个字节的命令字节+一个字节的指令参数，再接3个0x55，向前一个车辆模块或机车模块通过前无线发射接收模块发送“0xCE”表示接收成功，如果前面的机车模块或车辆模块在发送命令数据包后100mS之内没有收到“0xCE”，则需要重新发送。

6.如权利要求4所述的列车制动机监测系统，其特征在于：所述上报数据包的格式为：1位的上报标志位、2位的数据组位置标志、1位未用、4位的数据压力传感器来源类型、8位的车辆位置号、6×8位的上报数据。

7.如权利要求6所述的列车制动机监测系统，其特征在于：

所述上报标志位：

该位为0：上报数据，这时各车辆模块的数据向机车模块上报；

车辆模块向机车模块进行数据传输：车辆模块的后无线发射接收模块接收到这个数据后，不传给中央控制器，直接继续往机车模块方向传输；

所述数据组位置标志：

B00：本次监测的数组非首尾数组；

B01：该数据是本次监测的第一个或第一组数据；

B11：该数据是本次监测的最后一个或最后一组数据；

所述传感器来源类型：是指数据的传感器来源；

所述车辆位置号：紧邻机车模块的车辆模块为0X01号，从机车模块向列车尾部依次累加形成车辆模块号码序列。

8.如权利要求4所述的列车制动机监测系统，其特征在于：各个车辆模块在接力上报数据包时，当每个车辆模块的前无线发射接收模块的待发射堆栈中的数据小于400个字节时，即给同一车辆模块的后无线发射接收模块和中央控制模块通过CAN总线发送一个数据信号，这时中央控制模块和后无线发射接收模块可以通过CAN总线向前无线发射接收模块以数据包为单位发送数据，每个车辆模块的前无线发射接收模块的待发射堆栈中的数据大于400个字节时，即给同一车辆模块的后无线发射接收模块和中央控制模块通过CAN总线发送一个数据信号，这时中央控制模块和后无线发射接收模块暂停通过CAN总线向前无线发射接收模块发送数据。

9.如权利要求1所述的列车制动机监测系统，其特征在于：所述每个前、后无线发射接收模块分别安装在车辆模块的前、后端部，每个前、后无线发射接收模块均包含两套无线收发电路，其中一套工作，另一套处于待命状态，相邻车辆模块的无线发射接收模块形成通讯链路，实现监测数据的传输。

10.如权利要求9所述的列车制动机监测系统，其特征在于：所述处于工作状态的无线收发电路每隔设定时间向处于待命状态的无线收发电路通过CAN总线发送一个握手信号帧，当处于待命状态的无线收发电路在预定时间内接收到该握手信号帧，则将处于待命状态的无线收发电路继续保持处于断电的状态，若处于待命状态的无线收发电路在预定时间内未接收到该握手信号帧，则将处于待命状态的无线收发电路设置为处于工作状态，使处于待命状态的无线收发电路转变角色为工作状态的无线收发电路，而使原处于工作状态的无线收发电路转变为处于待命状态的无线收发电路，并每隔设定时间向原处于工作状态的无线收发电路发送握手信号帧。

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