CN106080656A - 铁路货车轴温监测电路及其监测方法 - Google Patents

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王邠
李永芳
张矢
李静
许鹤
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    • B61—RAILWAYS
    • B61K—AUXILIARY EQUIPMENT SPECIALLY ADAPTED FOR RAILWAYS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B61K9/00—Railway vehicle profile gauges; Detecting or indicating overheating of components; Apparatus on locomotives or cars to indicate bad track sections; General design of track recording vehicles
    • B61K9/04—Detectors for indicating the overheating of axle bearings and the like, e.g. associated with the brake system for applying the brakes in case of a fault
    • B61K9/06—Detectors for indicating the overheating of axle bearings and the like, e.g. associated with the brake system for applying the brakes in case of a fault by detecting or indicating heat radiation from overheated axles
    • G—PHYSICS
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    • G08C17/00—Arrangements for transmitting signals characterised by the use of a wireless electrical link
    • G08C17/02—Arrangements for transmitting signals characterised by the use of a wireless electrical link using a radio link

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Abstract

本发明公开了一种铁路货车轴温监测电路及其监测方法，所述监测电路包括固定在每个车厢上的温度采集单元；所述监测方法包括监测开始，系统进行初始化等步骤；本发明利用无线传感器网络的感知能力、计算能力和通信能力,组成对行驶中的列车轴温变化情况进行实时监控的网络,对保证列车运行安全具有重要意义。

Description

铁路货车轴温监测电路及其监测方法
技术领域
本发明属于铁路货运列车上轴温探测技术领域，具体涉及一种铁路货车轴温监测电路及其监测方法。
背景技术
现阶段我国铁路货运列车上轴温探测装置主要使用一种是非接触式的红外轴温探测系统,是通过每隔30km安装红外探头对轴温进行检测。但是，这种方式由于易受外界环境影响、定位困难等原因,使得轴温过高告警兑现率低、误报率高,而且成本很高。
发明内容
本发明的目的是为了克服上述不足提供一种铁路货车轴温监测电路及其监测方法。
本发明铁路货车轴温监测电路，包括固定在每个车厢上的温度采集单元，所述温度采集单元包括传感器模块、处理器模块、无线传输模块和工作电源，所述传感器模块的信号输出端与处理器模块的信号输入端相连，所述处理器模块的信号输出端通过无线传输模块与火车头控制器实现无线连接，所述工作电源与处理器模块连接。
进一步，所述无线传输模块为nRF905单片无线收发器。
进一步，所述工作电源为两节5号碱性电池。
进一步，所述传感器模块为美国Dallas公司生产的DS18B20单线数字温度传感器。
进一步，所述处理器模块为MSP430F149单片机。
所述的铁路货车轴温监测电路的监测方法包括以下步骤：监测开始，系统进行初始化，当分站接收到数据后,则将数据认为是有效数据,处理器模块首先核对分站ID号,如ID号不是本机则将其发送到与其相连通的下一级节点,并重新进入接收状态，反之则继续对命令号进行判断,以确定分站的动作，如主站要数据则对传感器模块编号进行判断,以确认主机所要的是该站的那个传感器模块数据，对数据分析完毕后,分站将现场的数据进行采集、打包,并发给主站,或启动参数调节系统进行参数调节,然后重新进入接收状态。
本发明利用无线传感器网络的感知能力、计算能力和通信能力,组成对行驶中的列车轴温变化情况进行实时监控的网络,对保证列车运行安全具有重要意义；此外，本发明将无线传感器网络节点装在列车各车厢的特定位置,节点间以自组织的方式形成网络,可以有效实时地对车轴参数进行采集和传输。
附图说明
图1为本发明结构图；
图2为本发明温度采集单元结构图；
图3为本发明方法流程图；
具体实施方式
以下结合具体实施例对本发明作进一步的说明：
本发明铁路货车轴温监测电路，包括固定在每个车厢上的温度采集单元，所述温度采集单元包括传感器模块、处理器模块、无线传输模块和工作电源，所述传感器模块的信号输出端与处理器模块的信号输入端相连，所述处理器模块的信号输出端通过无线传输模块与火车头控制器实现无线连接，所述工作电源与处理器模块连接。
所述无线传输模块为nRF905单片无线收发器。nRF905是一款工作在433/868/915MHz的单片无线射频收发芯片,由频率合成器、接收解调器、功率放大器、晶体振荡器和调制器组成。他采用高抗干扰GFSK调制,数据速率90kb/s,发射功率可调,最大为+10dBm,独特的载波检测输出(CD)、数据就绪输出(DR)、地址匹配输出(AM),自动产生前导码和CRC,使用SPI接口与微处理器通信,配置非常方便。此外,nRF905的工作电压范围为1.9～3.6V,其电流消耗很低,发射电流约为11mA(-10dBm输出),接收电流约为12.5mA,待机电流约为2μA,能够满足系统高性能低功耗的需要。
所述工作电源为两节5号碱性电池。工作电源是系统工作的前提,由于货车不像客车一样具备稳定的供电电源,所以本设计采用电池供电,在低功耗设计的基础上,使用两节5号碱性电池可持续工作一年左右。
所述传感器模块为美国Dallas公司生产的DS18B20单线数字温度传感器。能够直接读出被测温度,并且可根据实际要求通过简单的编程实现9～12位的数字值读数方式,可以分别在93.75ms和750ms内将温度值转化为9位和12位的数字量。因而使用DS18B20可使系统结构更简单、可靠性更高。同时芯片的耗电量很小,从总线上获取少量电能(空闲时几μW,工作时几mW)存储在片内的电容中就可正常工作,一般不用另加电源。最主要的是传感器输出的是数字信号,可直接与单片机I/O相连,使连接非常方便。由于在单总线上传送的是数字信号,这使得系统的抗干扰性好、可靠性高、传输距离远。
所述处理器模块为MSP430F149单片机。最显著的特点就是他的超低功耗,在1.8～3.6V电压、1MHz的时钟条件下运行,耗电电流在0.1～400μA之间,RAM在节电模式耗电为0.1μA,等待模式下仅为0.7μA。能耗是无线传感器网络的瓶颈,节点必须依靠电池供电,所以采用MSP430F149作CPU是最佳选择。MSP430F149采用16位RISC结构,其丰富的寻址方式、简洁的内核指令、较高的处理速度(8MHz晶体驱动,指令周期125ns)、大量的寄存器以及片内数据存储器使之具有强大的处理能力。另外,MSP430F149的运行环境温度范围为-40～+85℃,可以适应各种恶劣的环境。无线通信模块采用的是nRF905,其性能如上节所述。
所述的铁路货车轴温监测电路的监测方法包括以下步骤：监测开始，系统进行初始化，当分站接收到数据后,则将数据认为是有效数据,处理器模块首先核对分站ID号,如ID号不是本机则将其发送到与其相连通的下一级节点,并重新进入接收状态，反之则继续对命令号进行判断,以确定分站的动作，如主站要数据则对传感器模块编号进行判断,以确认主机所要的是该站的那个传感器模块数据，对数据分析完毕后,分站将现场的数据进行采集、打包,并发给主站,或启动参数调节系统进行参数调节,然后重新进入接收状态。
货运列车特点如下:客运列车车厢有固定的电力来源,因此不必考虑系统的功耗问题；货运列车车厢没有电源,所以应用在货车上的系统要求自带电源,并尽量降低系统功耗。客车每节车厢都有列车员,可以对检测到的轴温进行监视,当发现有异常时可以通知专人负责处理；货车车厢一般都是无人值守的,因此需要将采集到的数据传输到车头,由技术人员进行处理。客车车厢基本上是固定的,不会频繁地重新编组,因此客车可以在各车厢之间连接电力线或通信线；货车所挂各节车厢目的地可能不同,因此需要频繁变动,有时需要甩掉某节车厢,有时需要挂上新的车厢,因此在货车车厢间用有线方式通信是不可能的。
温度采集单元称为无线传感器网络节点，系统在上电后采用自组织的方式工作,并可以随时加入或去掉某节车厢而不会影响整个系统工作，节点数据到车头采用的是多跳方式传输,每个节点无线发射的功率不需要太大,因此可以有效节约单个节点的能耗,平衡整个网络的能耗。节点的作用是对轴温数据进行采集,并通过无线传感器网络发送到火车头控制器,同时充当其他各节点到火车头控制器的路由器。传感器模块负责数据的采集,在本系统中,将8路温度传感器分别安装在车厢的8个轴箱上,对轴温进行检测,并通过1-Wire总线将温度数据传送到处理器单元。处理器单元是节点的核心,主要负责控制数据的采集,对数据进行分析计算,并控制无线通信模块将处理好的数据通过与其连接的其他网络节点传送给火车头控制器节点。此外,处理器模块负责处理其他节点发来的数据,并按照规则进行转发。
我们在为每节车厢设计节点时,将节点的硬件编号设定为车厢的编号,这样就使节点与车厢形成一一对应的关系,无论在何时何地系统在上电自组的时候都可以自动地识别该车厢,极大地方便了车厢的管理。通过这样的设计,可以实时地对货车各节车厢的轴温进行监测,极大地保证了铁路运输的安全。火车头控制器在不停地巡检轴温的同时,还可以通过短消息或其他无线通讯方式向地面接收站发送数据,这样地面站就可以对列车发送的数据进行存储,以备在出现事故后可以找到事故发生时的轴温数据。

Claims (6)

1.一种铁路货车轴温监测电路，包括固定在每个车厢上的温度采集单元，其特征在于：所述温度采集单元包括传感器模块、处理器模块、无线传输模块和工作电源，所述传感器模块的信号输出端与处理器模块的信号输入端相连，所述处理器模块的信号输出端通过无线传输模块与火车头控制器实现无线连接，所述工作电源与处理器模块连接。
2.根据权利要求1所述的铁路货车轴温监测电路，其特征在于：所述无线传输模块为nRF905单片无线收发器。
3.根据权利要求2所述的铁路货车轴温监测电路，其特征在于：所述工作电源为两节5号碱性电池。
4.根据权利要求3所述的铁路货车轴温监测电路，其特征在于：所述传感器模块为美国Dallas公司生产的DS18B20单线数字温度传感器。
5.根据权利要求4所述的铁路货车轴温监测电路，其特征在于：所述处理器模块为MSP430F149单片机。
6.根据权利要求1-5中任意一项所述的铁路货车轴温监测电路，其监测方法包括以下步骤：监测开始，系统进行初始化，当分站接收到数据后,则将数据认为是有效数据,处理器模块首先核对分站ID号,如ID号不是本机则将其发送到与其相连通的下一级节点,并重新进入接收状态，反之则继续对命令号进行判断,以确定分站的动作，如主站要数据则对传感器模块编号进行判断,以确认主机所要的是该站的那个传感器模块数据，对数据分析完毕后,分站将现场的数据进行采集、打包,并发给主站,或启动参数调节系统进行参数调节,然后重新进入接收状态。
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