CN107117186A - 一种基于Lora通信的智能铁鞋及其数据发送方法 - Google Patents
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Abstract
一种基于Lora通信的智能铁鞋，包括铁鞋装置本体及其内部的电路单元构成，电路单元包括中央处理器、Lora通信模块、加速度传感器、超声距离传感器、磁场传感器、RFID传感器，中央处理器与Lora通信模块连接，中央处理器与Lora通信模块连接；加速度传感器、超声距离传感器、温度传感器、磁场传感器和RFID传感器的信号输出端均与中央处理器的对应信号输入端相连，中央处理器通过Lora通信模块以Lora通信协议进行智能铁鞋数据的发送或接收。本发明是一种基于Lora通信的远距离、实时高效、可靠性高的智能铁鞋，实现了对防溜铁鞋不同状态的实时高效及低功耗监控，对保障铁路安全运行具有非常重要的意义和实用价值。
Description
技术领域
本发明涉及铁路车辆停车防溜领域，尤其是适用于实现对铁路现场停车智能防溜装置的实时监测及数据发送，具体地说是一种基于Lora通信的智能铁鞋及其数据发送方法。
背景技术
目前，传统防溜铁鞋存在以下问题：防溜铁鞋是否放置到位难以监控；发车时防溜铁鞋是否已经取出同样难以监控；防溜装置发生被盗无法及时报警；传统铁鞋的检测、操作均靠人工操作完成，值班员无法及时判明防溜铁鞋是否处于规范的安全状态。已有的智能铁鞋可以自动监测自身放置状态、铁路车辆逸溜距离及状态，采用Zigbee协议通信距离不远适用范围受限，而智能铁鞋数据的发送采用周期发送策略，发送周期太短消耗功耗大，发送周期太长要滞后较长时间才能监测铁鞋数据，不能真实检测智能铁鞋数据及状态，影响防溜系统的操作效率甚至造成安全事故。
发明内容
本发明的目的是针对上述问题，提出一种基于Lora通信的智能铁鞋及其数据发送方法。本发明是一种基于Lora通信的远距离、实时高效、可靠性高的智能铁鞋，加之采用一种综合周期驱动和事件驱动的数据发送方法，实现了对防溜铁鞋不同状态的实时高效及低功耗监控，对保障铁路安全运行具有非常重要的意义和实用价值。
本发明的技术方案是：
本发明公开了一种基于Lora通信的智能铁鞋，包括智能铁鞋装置本体及其内部的电路单元构成，所述电路单元包括中央处理器、Lora通信模块、加速度传感器、超声距离传感器、磁场传感器、RFID传感器，所述中央处理器的串口引脚TX、RX分别与所述Lora通信模块串口引脚RX、TX相连接，所述中央处理器的引脚PA12、PA15分别与所述Lora通信模块唤醒控制引脚WKUP及硬件复位引脚RST相连接；所述的加速度传感器、超声距离传感器、磁场传感器和RFID传感器用于采集智能铁鞋装置本体和车辆的状态及相关数据信息，加速度传感器、超声距离传感器、温度传感器、磁场传感器和RFID传感器的信号输出端均与中央处理器的对应信号输入端相连，中央处理器通过Lora通信模块以Lora通信协议进行智能铁鞋数据的发送或接收。
优选的，完成一次智能铁鞋数据发送操作过程包括：数据发送前“唤醒”、数据发送及数据发送后“休眠”三阶段；
数据发送前“唤醒”阶段：所述中央处理器通过引脚PA12使Lora通信模块唤醒控制引脚WKUP置“高电平”，使得Lora通信模块处于正常工作状态；
数据发送阶段：所述中央处理器通过Lora通信模块以Lora通信协议将智能铁鞋数据发送出去；
数据发送后“休眠”阶段：该次数据发送完成后，所述中央处理器立即通过引脚PA12使Lora通信模块唤醒控制引脚WKUP变“低电平”，使得Lora通信模块处于低功耗的休眠状态。
优选的，所述数据发送阶段受周期驱动和事件驱动综合触发：一方面，若数据发送周期未到，中央处理器检测到有定义的事件发生，立即启动完成一次智能铁鞋数据发送操作过程；另一方面，即使中央处理器一直未检测到有定义的事件发生，发送周期一到也立即启动完成一次智能铁鞋数据发送操作过程。
具体的，周期驱动数据发送根据不同情况选择不同的发送周期：智能铁鞋上电后，按较小发送周期Ts(优选Ts＝15秒)完成m次(优选m＝3)智能铁鞋数据发送操作过程；智能铁鞋正常工作后，按较大发送周期Tr(优选Tr＝15分)进行智能铁鞋数据发送操作过程。
具体的，事件驱动数据发送是指若数据发送周期未到，中央处理器检测到有定义的事件发生，立即启动完成一次智能铁鞋数据发送操作过程；所述定义的事件包括模拟量变化事件和报警事件：
(1)模拟量变化事件包括距离变化事件和加速度变化事件：
中央处理器以采样周期Tc(优选Tc＝5毫秒)检测车辆与智能铁鞋距离数据D，单位是毫米，先后获得相邻两个采样值D(k)、D(k+1)；若距离偏差ΔD(k)＝D(k+1)-D(k)超过设定阈值Ds(Ds优选5毫米)，则认为发生距离变化事件，若距离偏差ΔD(k)＝D(k+1)-D(k)未超过设定阈值Ds，则认为未发生距离变化事件；
中央处理器以采样周期Tc(优选Tc＝5毫秒)检测智能铁鞋X轴、Y轴及Z轴三个方向的加速度数据GX、GY、GZ，单位是重力加速度g，分别获得三个方向的相邻两个采样值GX(k)与GX(k+1)、GY(k)与GY(k+1)、GZ(k)与GZ(k+1)；若任何一个方向加速度偏差ΔGi(k)＝Gi(k+1)-Gi(k)(i∈{X,Y,Z})超过设定阈值Gs(Gs优选0.1g)，则认为发生加速度变化事件，若没有任何加速度偏差ΔGi(k)＝Gi(k+1)-Gi(k)超过设定阈值Gs，则认为未发生加速度变化事件；
(2)报警事件包括放置不到位报警、压鞋报警、被盗报警及溢流报警，具体判断公式如下：
其中：A1表示放置不到位报警状态，放置不到位报警事件发生用1表示，放置不到位报警事件未发生用0表示；A2表示压鞋报警状态，压鞋报警事件发生用1表示，压鞋报警事件未发生用0表示；A3表示被盗报警状态，被盗报警事件发生用1表示，被盗报警事件未发生用0表示；A4表示溜逸报警状态，溜逸报警事件发生用1表示，溜逸报警事件未发生用0表示；f(X)为逻辑函数，表示若“X”为真，则函数值为1，若“X”为假，则函数值为0；表示对f(X)取“非”操作，即若“X”为真，则函数值为0，若“X”为假，则函数值为1。
本发明的有益效果：
本发明的一种基于Lora通信的智能铁鞋及其数据发送方法，是一种基于Lora通信的远距离、实时高效、可靠性高的智能铁鞋，加之采用一种综合周期驱动和事件驱动的数据发送方法，实现了对防溜铁鞋不同状态的实时高效及低功耗监控，对保障铁路安全运行具有非常重要的意义和实用价值。
附图说明
图1是本发明的智能铁鞋原理框图。
图2是本发明的智能铁鞋数据发送流程。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。
如图1所示，本发明的基于Lora通信的智能铁鞋，包括智能铁鞋装置本体及其内部的电路单元构成，所述电路单元包括中央处理器、Lora通信模块、加速度传感器、超声距离传感器、磁场传感器、RFID传感器，所述中央处理器的串口引脚TX、RX分别与所述Lora通信模块串口引脚RX、TX相连接，所述中央处理器的引脚PA12、PA15分别与所述Lora通信模块唤醒控制引脚WKUP及硬件复位引脚RST相连接；所述的加速度传感器、超声距离传感器、磁场传感器和RFID传感器用于采集智能铁鞋装置本体和车辆的状态及相关数据信息，加速度传感器、超声距离传感器、温度传感器、磁场传感器和RFID传感器的信号输出端均与中央处理器的对应信号输入端相连，中央处理器通过Lora通信模块以Lora通信协议进行智能铁鞋数据的发送或接收。
优选：中央处理器：STM32L15X，加速度传感器：ADXL345，超声距离传感器：NU40A16TR-1，磁场传感器：MAG3110，RFID传感器：YW-603-1。
本发明的一种基于Lora通信的智能铁鞋数据发送方法的特征是完成一次智能铁鞋数据发送操作过程包括：数据发送前“唤醒”、数据发送及数据发送后“休眠”三阶段；数据发送前“唤醒”阶段：所述中央处理器通过引脚PA12使Lora通信模块唤醒控制引脚WKUP置“高电平”，使得Lora通信模块处于正常工作状态；数据发送阶段：所述中央处理器通过Lora通信模块以Lora通信协议将智能铁鞋数据发送出去；数据发送后“休眠”阶段：该次数据发送完成后，所述中央处理器立即通过引脚PA12使Lora通信模块唤醒控制引脚WKUP变“低电平”，使得Lora通信模块处于低功耗的休眠状态。
如图2所示，本发明的一种基于Lora通信的智能铁鞋数据发送方法，所述数据发送阶段受周期驱动和事件驱动综合触发：一方面，若数据发送周期未到，中央处理器检测到有定义的事件发生，立即启动完成一次智能铁鞋数据发送操作过程；另一方面，即使中央处理器一直未检测到有定义的事件发生，发送周期一到也立即启动完成一次智能铁鞋数据发送操作过程。
本发明的一种基于Lora通信的智能铁鞋数据发送方法，周期驱动数据发送指智能铁鞋上电后，按较小发送周期Ts(优选Ts＝15秒)完成m次(优选m＝3)智能铁鞋数据发送操作过程；智能铁鞋正常工作后，按较大发送周期Tr(优选Tr＝15分)进行智能铁鞋数据发送操作过程。即智能铁鞋上电持续时间Ts*m(45秒)后，进入智能铁鞋正常工作状态。
本发明的一种基于Lora通信的智能铁鞋数据发送方法，其特征是事件驱动数据发送是指若数据发送周期未到，中央处理器检测到有定义的事件发生，立即启动完成一次智能铁鞋数据发送操作过程；所述定义的事件包括模拟量变化事件和报警事件。
(1)模拟量变化事件包括距离变化事件和加速度变化事件：
中央处理器以采样周期Tc(优选Tc＝5毫秒)检测车辆与智能铁鞋距离数据D，单位是毫米，先后获得相邻两个采样值D(k)、D(k+1)；若距离偏差ΔD(k)＝D(k+1)-D(k)超过设定阈值Ds(Ds优选5毫米)，则认为发生距离变化事件，若距离偏差ΔD(k)＝D(k+1)-D(k)未超过设定阈值Ds，则认为未发生距离变化事件；
中央处理器以采样周期Tc(优选Tc＝5毫秒)检测智能铁鞋X轴、Y轴及Z轴三个方向的加速度数据GX、GY、GZ，单位是重力加速度g，分别获得三个方向的相邻两个采样值GX(k)与GX(k+1)、GY(k)与GY(k+1)、GZ(k)与GZ(k+1)；若任何一个方向加速度偏差ΔGi(k)＝Gi(k+1)-Gi(k)(i∈{X,Y,Z})超过设定阈值Gs(Gs优选0.1g)，则认为发生加速度变化事件，若没有任何加速度偏差ΔGi(k)＝Gi(k+1)-Gi(k)超过设定阈值Gs，则认为未发生加速度变化事件；
(2)报警事件包括放置不到位报警、压鞋报警、被盗报警及溢流报警，具体判断公式如下：
其中：A1表示放置不到位报警状态，放置不到位报警事件发生用1表示，放置不到位报警事件未发生用0表示；A2表示压鞋报警状态，压鞋报警事件发生用1表示，压鞋报警事件未发生用0表示；A3表示被盗报警状态，被盗报警事件发生用1表示，被盗报警事件未发生用0表示；A4表示溜逸报警状态，溜逸报警事件发生用1表示，溜逸报警事件未发生用0表示；f(X)为逻辑函数，表示若“X”为真，则函数值为1，若“X”为假，则函数值为0；表示对f(X)取“非”操作，即若“X”为真，则函数值为0，若“X”为假，则函数值为1。
Claims (5)
1.一种基于Lora通信的智能铁鞋，其特征是包括智能铁鞋装置本体及其内部的电路单元构成，所述电路单元包括中央处理器、Lora通信模块、加速度传感器、超声距离传感器、磁场传感器、RFID传感器，所述中央处理器的串口引脚TX、RX分别与所述Lora通信模块串口引脚RX、TX相连接，所述中央处理器的引脚PA12、PA15分别与所述Lora通信模块唤醒控制引脚WKUP及硬件复位引脚RST相连接；加速度传感器、超声距离传感器、温度传感器、磁场传感器和RFID传感器的信号输出端均与中央处理器的对应信号输入端相连。
2.一种基于Lora通信的智能铁鞋数据发送方法，其特征是完成一次智能铁鞋数据发送操作过程包括：数据发送前“唤醒”、数据发送及数据发送后“休眠”三阶段；
数据发送前“唤醒”阶段：所述中央处理器通过引脚PA12使Lora通信模块唤醒控制引脚WKUP置“高电平”，使得Lora通信模块处于正常工作状态；
数据发送阶段：所述中央处理器通过Lora通信模块以Lora通信协议将智能铁鞋数据发送出去；
数据发送后“休眠”阶段：该次数据发送完成后，所述中央处理器立即通过引脚PA12使Lora通信模块唤醒控制引脚WKUP变“低电平”，使得Lora通信模块处于低功耗的休眠状态。
3.根据权利要求2所述的一种基于Lora通信的智能铁鞋数据发送方法，其特征是所述数据发送阶段受周期驱动和事件驱动综合触发：一方面，若数据发送周期未到，中央处理器检测到有定义的事件发生，立即启动完成一次智能铁鞋数据发送操作过程；另一方面，即使中央处理器一直未检测到有定义的事件发生，发送周期一到也立即启动完成一次智能铁鞋数据发送操作过程。
4.根据权利要求3所述一种基于Lora通信的智能铁鞋数据发送方法，其特征是周期驱动数据发送根据不同情况选择不同的发送周期：智能铁鞋上电后，按较小发送周期Ts完成m次智能铁鞋数据发送操作过程；智能铁鞋正常工作后，按较大发送周期Tr进行智能铁鞋数据发送操作过程。
5.根据权利要求3所述一种基于Lora通信的智能铁鞋数据发送方法，其特征是事件驱动数据发送是指若数据发送周期未到，中央处理器检测到有定义的事件发生，立即启动完成一次智能铁鞋数据发送操作过程；所述定义的事件包括模拟量变化事件和报警事件：
(1)模拟量变化事件包括距离变化事件和加速度变化事件：
中央处理器以采样周期Tc检测车辆与智能铁鞋距离数据D，单位是毫米，先后获得相邻两个采样值D(k)、D(k+1)；若距离偏差ΔD(k)＝D(k+1)-D(k)超过设定阈值Ds，则认为发生距离变化事件，若距离偏差ΔD(k)＝D(k+1)-D(k)未超过设定阈值Ds，则认为未发生距离变化事件；
中央处理器以采样周期Tc检测智能铁鞋X轴、Y轴及Z轴三个方向的加速度数据GX、GY、GZ，单位是重力加速度g，分别获得三个方向的相邻两个采样值GX(k)与GX(k+1)、GY(k)与GY(k+1)、GZ(k)与GZ(k+1)；若任何一个方向加速度偏差ΔGi(k)＝Gi(k+1)-Gi(k)(i∈{X,Y,Z})超过设定阈值Gs，则认为发生加速度变化事件，若没有任何加速度偏差ΔGi(k)＝Gi(k+1)-Gi(k)超过设定阈值Gs，则认为未发生加速度变化事件；
(2)报警事件包括放置不到位报警、压鞋报警、被盗报警及溢流报警，具体判断公式如下：
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其中：A1表示放置不到位报警状态，放置不到位报警事件发生用1表示，放置不到位报警事件未发生用0表示；A2表示压鞋报警状态，压鞋报警事件发生用1表示，压鞋报警事件未发生用0表示；A3表示被盗报警状态，被盗报警事件发生用1表示，被盗报警事件未发生用0表示；A4表示溜逸报警状态，溜逸报警事件发生用1表示，溜逸报警事件未发生用0表示；f(X)为逻辑函数，表示若“X”为真，则函数值为1，若“X”为假，则函数值为0；表示对f(X)取“非”操作，即若“X”为真，则函数值为0，若“X”为假，则函数值为1。
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| PB01 | Publication | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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