CN110032097A - 一种铁轨多参数实时监测装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种铁轨多参数实时监测装置及方法，所述装置包括：电源管理模块(1)、控制模块(2)、数据采集模块(3)、数据存储模块(4)和GPS模块(5)，所述的GPS模块(5)包括GPS使能模块(6)和GPS定位模块(7)，所述的电源管理模块(1)分别与控制模块(2)、数据采集模块(3)、数据存储模块(4)、GPS使能模块(6)和GPS定位模块(7)连接，控制模块(2)分别与数据采集模块(3)、数据存储模块(4)、GPS使能模块(6)和GPS定位模块(7)连接，GPS使能模块(6)与GPS定位模块(7)连接。本发明可以实现统一管控各个铁路监测装置；而且根据所采集的铁轨状态信息对铁轨进行针对性的维护。

Description

一种铁轨多参数实时监测装置及方法

技术领域

本发明涉及一种铁轨多参数实时监测装置及方法，属于铁轨监测技术领域。

背景技术

铁路承载了大量客运、货运甚至是重载列车的运输任务，为了确保铁路能够安全、可靠、高效运行，对铁轨的及时维护保养提出了更高要求。特别是随着我国重载运输的快速发展，列车对铁轨施加的压力越来越大，钢轨寿命越来越短，及时勘测铁路钢轨状态，不仅能够保证列车行车安全，而且能够减少损失，降低铁路维护费用。因此，铁路钢轨状态的实时监测日趋重要。

申请号为201810481139.0的专利申请公开了一种铁轨震动监测装置，其用于监测铁轨运行状态和安全状况，但是该技术仍然存在以下缺点：1、由于铁轨监测装置安装在铁轨上，没有人进行看护，也无法实现对所述监测装置进行统一管控；2、该铁轨监测装置可靠性差、可测参数少、检测过程耗时费力、年均检测频次低、成本难以控制；3、该铁轨监测装置只检测了铁轨的振动信息，存储到SD卡并没有进行实时的数据分析，无法实现对铁轨的实时监测。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种铁轨多参数实时监测装置及方法，它可以实现对所述监测装置进行统一管控，而且能耗较低。

为解决上述技术问题，本发明采用如下的技术方案：一种铁轨多参数实时监测装置，包括：电源管理模块、控制模块、数据采集模块、数据存储模块和GPS模块，所述的GPS模块包括GPS使能模块和GPS定位模块，所述的电源管理模块分别与控制模块、数据采集模块、数据存储模块、GPS使能模块和GPS定位模块连接，控制模块分别与数据采集模块、数据存储模块、GPS使能模块和GPS定位模块连接，GPS使能模块与GPS定位模块连接。

优选的，所述的GPS使能模块包括：场效应管P1、第二十一滤波电容C21、第十三分压电阻R13、第十四分压电阻R14、第十五限流电阻R15和第一发光二极管D1；所述的场效应管P1分别与第二十一滤波电容C21、第十三分压电阻R13、第十四分压电阻R14、第十五限流电阻R15和电源管理模块连接，第十五限流电阻R15与第一发光二极管D1的正极相连，第一发光二极管D1的负极与第十四分压电阻R14连接并接地。通过该GPS使能模块，从而可以准确的控制GPS定位模块的开关，降低整个系统的功耗。

优选的，所述的场效应管P1为MOS场效应管，型号为AO3415；场效应管P1的3引脚与第二十一滤波电容C21的一端连接并接+3.3V电源，场效应管P1的2引脚与第二十一滤波电容C21的另一端和第十五限流电阻R15的一端连接作为GPS定位模块(7)的电源端口GPS_VCC，场效应管P1的1引脚与第十三分压电阻R13的另一端和第十四分压电阻R14的一端连接，第十五限流电阻R15的另一端与第一发光二极管D1的正极相连，第一发光二极管D1的负极与第十四分压电阻R14的另一端连接并接地。从而可以降低整个系统的功耗，而且使得检测装置的尺寸较小；在连接方式上将控制引脚引出，可通过单片机引脚的拉高或置低，控制模块的开关。

优选的，所述的GPS定位模块包括：GPS定位芯片U5、纽扣电池B1、第二十二滤波电容C22、第二十三滤波电容C23、第二十四滤波电容C24、第二十五滤波电容C25、二极管D2、第十六限流电阻R16、第一电感L1和GPS天线底座J2；所述的GPS定位芯片U5型号为ATGM336H；GPS定位芯片U5的6引脚与第二十三滤波电容C23的一端、第二十二滤波电容C22的一端、纽扣电池B1的正极和第十六限流电阻R16的一端连接，纽扣电池B1的负极与第二十二滤波电容C22的另一端和第二十三滤波电容C23的另一端连接并接地，第十六限流电阻R16的另一端与二极管D2的负极连接，二极管D2的正极与+3.3V电源连接，GPS定位芯片U5的14引脚与第一电感L1的一端连接，第一电感L1的另一端与GPS定位芯片U5的11引脚和GPS天线底座J2的1引脚连接，GPS定位芯片U5的8引脚与GPS使能模块输出的GPS电源GPS_VCC连接，GPS定位芯片U5的1引脚、10引脚、12引脚、GPS天线底座J2的2A引脚、2B引脚均接地，GPS定位芯片U5的其余引脚架空。从而可以支持多种卫星导航系统，包括中国的BDS(北斗卫星导航系统)和美国的GPS，且尺寸小，功耗低，灵敏度高；与GPS使能模块搭载使用降低整个监测装置的功耗。

优选的，所述的数据采集模块包括加速度数据采集模块和磁场数据采集模块；其中，所述的磁场数据采集模块包括磁场传感器芯片U4、第十八滤波电容C18、第十九滤波电容C19、第六上拉电阻R6和第七上拉电阻R7，所述的磁场传感器芯片U4分别与第六上拉电阻R6、第七上拉电阻R7、第十八滤波电容C18、第十九滤波电容C19连接，第十八滤波电容C18与第十九滤波电容C19连接。从而可以准确的采集到列车运行时轨道产生的磁场变化，应用磁场信息可分析得到列车的运行速度、载重等重要信息。

更优选的，所述的磁场传感器芯片U4的型号为MLX90393，磁场传感器芯片U4的11引脚和12引脚接地，磁场传感器芯片U4的5引脚与第六上拉电阻R6的一端连接，磁场传感器芯片U4的3引脚与第七上拉电阻R7的一端连接，磁场传感器芯片U4的8引脚、2引脚、第六上拉电阻R6的另一端、第七上拉电阻R7的另一端和第十八滤波电容C18的一端连接并接+3.3V电源，第十八滤波电容C18的另一端与第十九滤波电容C19的一端连接并接地，第十九滤波电容C19的另一端与磁场传感器芯片U4的15引脚相连并接+3.3V电源，磁场传感器芯片U4的其他引脚架空。本发明所选用的磁传感器尺寸小，功耗更低，灵敏度更高。

前述的铁轨多参数实时监测装置中，所述的加速度数据采集模块包括加速度传感器芯片U3、第十四滤波电容C14、第十五滤波电容C15、第十六滤波电容C16和第十七滤波电容C17；其中所述的加速度传感器芯片U3的型号为MMA7361LC，加速度传感器芯片U3的2引脚、3引脚和4引脚分别与第十四滤波电容C14的一端、第十五滤波电容C15的一端和第十六滤波电容C16的一端连接，第十四滤波电容C14的另一端、第十五滤波电容C15的另一端、第十六滤波电容C16的另一端、加速度传感器U3的5引脚和第十七滤波电容C17的一端连接并接地，第十七滤波电容C17的另一端和加速度传感器U3的6引脚连接并与+3.3V电源相连，加速度传感器芯片U3的其他引脚架空。本发明所选用的加速度传感器芯片为模拟输出类型，相比于数字输出型，采样率更高，更能采集到铁轨振动的频率信息。

前述的铁轨多参数实时监测装置中，还包括：无线传输模块，所述的无线传输模块包括无线通信芯片U6、SIM卡槽J4、静电保护芯片U7、第二十六滤波电解电容C26、第二十七滤波电容C27、第二十八滤波电容C28、第二十九滤波电容C29、第三十滤波电容C30、第三十一滤波电容C31、第三十二滤波电容C32、第十七限流电阻R17、第十八匹配电阻R18、第十九匹配电阻R19、第二十匹配电阻R20、第二发光二极管D3和无线通信天线底座J3，其中所述的无线通信芯片U6型号为BC95-B8，所述的静电保护芯片U7型号为SMF05C；无线通信芯片U6的18引脚与第十七限流电阻R17的一端连接，第十七限流电阻R17的另一端与第二发光二极管D3的正极相连，第二发光二极管D3的负极与地相连接，无线通信芯片U6的53引脚与无线通信天线底座J3的1引脚相连，无线通信天线底座J3的2A引脚和2B引脚连接并接地，无线通信芯片U6的45引脚和46引脚与第二十六滤波电解电容C26的一端、第二十七滤波电容C27的一端和第二十八滤波电容C28的一端连接并接+3.3V电源，第二十六滤波电解电容C26的另一端、第二十七滤波电容C27的另一端和第二十八滤波电容C28的另一端连接并接地，无线通信芯片U6的38引脚与SIM卡槽J4的2引脚、第二十九滤波电容C29的一端和静电保护芯片U7的4引脚连接，无线通信芯片U6的39引脚与第二十匹配电阻R20的一端和静电保护芯片U7的5引脚连接，无线通信芯片U6的40引脚与第十九匹配电阻R19的一端和静电保护芯片U7的6引脚连接，无线通信芯片U6的41引脚与第十八匹配电阻R18的一端和静电保护芯片U7的1引脚连接，无线通信芯片U6的42引脚与SIM卡槽J4的1引脚和第二十九滤波电容C29的另一端连接，静电保护芯片U7的2引脚接地，SIM卡槽J4的4引脚与第三十滤波电容C30的一端和第二十匹配电阻R20的另一端连接，SIM卡槽J4的5引脚与第三十一滤波电容C31的一端和第十九匹配电阻R19的另一端连接，SIM卡槽J4的6引脚与第三十二滤波电容C32的一端和第十八匹配电阻R18的另一端连接，第三十滤波电容C30的另一端与第三十一滤波电容C31的另一端和第三十二滤波电容C32的另一端连接并接地，无线通信芯片U6的2引脚、43引脚、47引脚、48引脚、51引脚、52引脚、54引脚、59引脚、60引脚、61引脚、62引脚、63引脚、64引脚、65引脚、66引脚、71引脚、72引脚、73引脚、74引脚、81引脚、82引脚、83引脚、92引脚、93引脚和94引脚均接地，无线通信芯片U6的其余引脚架空，SIM卡槽J4的其余引脚架空，静电保护芯片U7的其余引脚架空。相对于市面上常规的无线传输模块2G模块或4G模块，本发明所搭建的无线传输模块为基于窄带物联网技术的NB模组，成本更低、功耗也更低。

上述的铁轨多参数实时监测装置中，所述的电源管理模块包括电压转换芯片U1、拨动开关S1、第一滤波电容C1和第二滤波电容C2；其中，所述的电压转换芯片U1的型号为RT9013-33GB；拨动开关S1的1引脚与输入电源正极连接用于将供电电源引入，拨动开关S1的3引脚与第一滤波电容C1的一端和电压转换芯片U1的1引脚、3引脚相连接，第一滤波电容C1的另一端和电压转换芯片U1的2引脚相连并接地，电压转换芯片U1的5引脚与第二滤波电容C2的一端连接并作为+3.3V电源的输出端口，第二滤波电容C2的另一端接地，电源管理模块(1)的其余引脚架空。从而可以进一步降低系统功耗，而且可以进一步缩小监控装置的尺寸，转换率更高。

本发明中，所述的控制模块包括主控芯片U2、第三滤波电容C3、第四滤波电容C4、第五滤波电容C5、第六滤波电容C6、第七滤波电容C7、第八滤波电容C8、第九滤波电容C9、第十滤波电容C10、第十一滤波电容C11、第十二滤波电容C12、第十三滤波电容C13、第一匹配电阻R1、第二上拉电阻R2、第三上拉电阻R3、第四下拉电阻R4、第五下拉电阻R5、第一时钟晶振Y1、第二时钟晶振Y2和复位按键S2，其中所述的主控芯片U2型号为STM32F103RET6；主控芯片U2的7引脚与复位按键S2的一端和第七滤波电容C7的一端相连接，复位按键S2的另一端和第七滤波电容C7的另一端与第二上拉电阻R2的一端连接并接地，第二上拉电阻R2的另一端与+3.3V电源连接，主控芯片U2的13引脚与第三上拉电阻R3的一端和第九滤波电容C9的一端连接，第三上拉电阻R3的另一端与+3.3V电源连接，第九滤波电容C9的另一端与主控芯片U2的12引脚连接并接地，主控芯片U2的5引脚与第一时钟晶振Y1的一端、第一匹配电阻R1的一端和第三滤波电容C3的一端相连接，主控芯片U2的6引脚与第一时钟晶振Y1的另一端、第一匹配电阻R1的另一端和第四滤波电容C4的一端连接，第三滤波电容C3的另一端和第四滤波电容C4的另一端连接并接地，主控芯片U2的3引脚与第二时钟晶振Y2的一端和第五滤波电容C5的一端连接，主控芯片U2的4引脚与第二时钟晶振Y2的另一端和第六滤波电容C6的一端连接，第五滤波电容C5的另一端与第六滤波电容C6的另一端相连并接地，主控芯片U2的60引脚和28引脚分别与第四下拉电阻R4一端和第五下拉电阻R5的一端相连接，第四下拉电阻R4的另一端和第五下拉电阻R5的另一端均接地，主控芯片U2的1引脚与第八滤波电容C8的一端连接，第八滤波电容C8的另一端与+3.3V电源连接；主控芯片U2的14引脚与触发式唤醒模块的电压比较芯片U8的1引脚连接，主控芯片U2的15引脚与GPS使能模块的第十三分压电阻R13的一端连接，主控芯片U2的16引脚、17引脚和11引脚分别与GPS定位模块中的GPS定位芯片U5的3引脚、2引脚和4引脚相连接，主控芯片U2的20引脚、21引脚、22引脚、23引脚、24引脚、25引脚和26引脚分别与数据采集模块中的加速度传感器芯片U3的2引脚、3引脚、4引脚、13引脚、10引脚、9引脚和7引脚相连接，主控芯片U2的58引脚和59引脚分别与数据采集模块中的磁场传感器芯片U4的5引脚和3引脚相连，主控芯片U2的29引脚、30引脚、34引脚和35引脚分别与无线传输模块中的无线通信芯片U6A的29引脚、30引脚、34引脚和15引脚相连接，主控芯片U2的39引脚、40引脚、41引脚、52引脚、53引脚和54引脚分别与数据存储模块中SD卡槽J1的7引脚、8引脚、9引脚、1引脚、5引脚和2引脚相连接，主控芯片U2的31引脚、47引脚、63引脚、18引脚均与地连接，主控芯片U2的32引脚、48引脚、64引脚、19引脚均与+3.3V电源连接，此外，第十滤波电容C10、第十一滤波电容C11、第十二滤波电容C12和第十三滤波电容C13的两端分别与+3.3V电源和地连接，主控芯片U2的其余引脚架空；数据存储模块(4)包括SD卡槽J1、第二十滤波电容C20、第八上拉电阻R8、第九上拉电阻R9、第十上拉电阻R10、第十一上拉电阻R11和第十二上拉电阻R12；SD卡槽J1的8引脚、7引脚、2引脚、1引脚和9引脚分别与第八上拉电阻R8的一端、第九上拉电阻R9的一端、第十上拉电阻R10的一端、第十一上拉电阻R11的一端和第十二上拉电阻R12的一端连接，第八上拉电阻R8的另一端和第九上拉电阻R9的另一端连接并接+3.3V电源，第十上拉电阻R10的另一端、第十一上拉电阻R11的另一端、第十二上拉电阻R12的另一端、第二十滤波电容C20和SD卡槽J1的4引脚连接并接+3.3V电源，第二十滤波电容C20的另一端和SD卡槽J1的6引脚连接并接地，SD卡槽J1的3引脚接地，SD卡槽J1的其余引脚架空。相对于现有技术，本发明有一些引脚位置发生了变化(加速度数据采集模块连接的引脚)，多加了一些和其他模块连接的引脚；在引脚分配上更加合理，方便印刷电路板的布局和走线；整个数据处理都在控制模块内部进行，可以得到实时结果。

前述的铁轨多参数实时监测装置中，还包括触发式唤醒模块，所述的触发式唤醒模块包括电压比较芯片U8、第三十三滤波电容C33、第三十四滤波电容C34、第二十一上拉电阻R21、第二十二上拉电阻R22、振动开关P2和电位器R23，其中所述的电压比较芯片U8型号为LM393，所述的振动开关P2型号为SW-420；电压比较芯片U8的1引脚与第二十二上拉电阻R22的一端连接，电压比较芯片U8的2引脚与第二十一上拉电阻R21的一端、振动开关P2的A端和第三十四滤波电容C34的一端相连接，电压比较芯片U8的3引脚与电位器R23的2引脚连接，第二十二上拉电阻R22的另一端、第二十一上拉电阻R21的另一端、电位器R23的1引脚、第三十三滤波电容C33和电压比较芯片U8的8引脚均与+3.3V电源连接，第三十三滤波电容C33的另一端、电位器R23的3引脚、振动开关P2的B端、第三十四滤波电容C34的另一端和电压比较芯片U8的4引脚连接并接地，电压比较芯片U8的其余引脚架空。从而可以进一步降低系统整体的功耗。相对于现有技术，本发明中的电压比较芯片的3引脚接电位器的2引脚，现有技术是电压比较芯片的2引脚接电位器的2引脚；电压比较芯片的3引脚将基准打压引入，2引脚的电压变化，使整个模式输出0或1，相比于对比文件灵敏度更高。

一种铁轨多参数实时监测方法，包括以下步骤：

S1，数据采集模块采集铁轨的磁场数据；

S2，控制模块对所采集的磁场数据进行预处理，并对预处理后的磁场数据进行数据重构；所述的数据重构主要包含：降采样(将磁场原采样率从100降到10)和移动平均处理；

S3，数据重构后，取出存储在缓存区域的1024个数据点，进行快速傅里叶变换；

S4，选择最大峰值对应的频率作为列车频率；根据所述列车频率获得列车速度和车厢数量；优选为，车辆频率乘以车厢长度即得列车的速度；优选为，利用整个检测时间除以车厢周期(车辆频率的倒数)即得这段时间内通过的车厢数量。

优选的，步骤S4还包括：根据列车限速及车厢长度获得列车的理论最大频率；选择理论最大频率范围内的最大峰值对应的频率作为列车频率。

优选为，所述的理论最大频率为5Hz，从而可以提高数据处理效率，而且满足所有列车需求。

与现有技术相比，通过采用本发明的铁路监测装置，可以在列车运行过程中，对列车车轮激励下的铁轨振动及列车磁场情况进行检测和分析，获取列车载重、速度等信息，实现实时地监测铁轨安全状况和列车运行状态，及时识别结构潜在损伤，以便维护人员采取有效地维修措施，从而降低维护成本。尤其是本发明通过利用GPS定位模块，从而可以实现对各个铁路监测装置进行定位，进而实现统一管控各个铁路监测装置；而且通过利用所述的GPS定位模块，从而可以实现根据所采集的铁轨状态信息对铁轨进行针对性的维护；而且本发明中通过利用GPS使能模块，使得有定位需求时才启动GPS定位模块，从而大大节约了整个系统的能耗。另外本发明针对目前铁轨状态检测中存在的可靠性差、可测参数少、检测过程耗时费力、年均检测频次低、成本难以控制等缺点，利用多种传感器融合技术，通过构建基于STM32F103RET6单片机、MMA7361LC加速度传感器和MLX90393磁场传感器等的检测装置，实现铁轨多个状态参数的实时检测，可以通过STM32F103RET6单片机分析和测算铁轨寿命，利用无线传输技术将结果上报给上一级部门。本发明中所构成的监测装置，电路结构简单、功耗低、操作方便、成本低廉、精度更高且实时性强，适用于长距离铁轨状态的多参数、实时、长时间地有效监测。通过利用本发明的方法，从而可以快速的计算出铁轨上通过的各辆列车的实时速度和车厢节数，实现对列车的实时速度进行监控，可以用于判断列车位置和是否超速等；同时计算出通过的车厢节数，从而可以大致估算铁轨的寿命，便于定期进行维护。

附图说明

图1为本发明所涉及的一种铁轨多参数实时监测装置的结构示意框图；

图2为本发明所涉及的一种铁轨多参数实时监测装置的电源管理模块电路原理图；

图3为本发明所涉及的一种铁轨多参数实时监测装置的控制模块电路原理图；

图4为本发明所涉及的一种铁轨多参数实时监测装置的加速度数据采集模块电路原理图；

图5为本发明所涉及的一种铁轨多参数实时监测装置的磁场数据采集模块电路原理图；

图6为本发明所涉及的一种铁轨多参数实时监测装置的数据存储模块电路原理图；

图7为本发明所涉及的一种铁轨多参数实时监测装置的GPS使能模块电路原理图；

图8为本发明所涉及的一种铁轨多参数实时监测装置的GPS定位模块电路原理图；

图9为本发明所涉及的一种铁轨多参数实时监测装置的无线传输模块的电路原理图；

图10为本发明所涉及的一种铁轨多参数实时监测装置的触发式唤醒模块的电路原理图；

图11为本发明的方法流程图；

图12为工作原理中xyz三轴磁场数据示意图；

图13为重构后的数据图；

图14为频谱图。

附图标记：1-电源管理模块，2-控制模块，3-数据采集模块，4-数据存储模块，5-GPS模块，6-GPS使能模块，7-GPS定位模块，8-加速度数据采集模块，9-磁场数据采集模块，10-无线传输模块，11-触发式唤醒模块。

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的说明。

具体实施方式

本发明的实施例：一种铁轨多参数实时监测装置，如图1所示，包括：电源管理模块1、控制模块2、数据采集模块3、数据存储模块4和GPS模块5，所述的GPS模块5包括GPS使能模块6和GPS定位模块7，所述的电源管理模块1分别与控制模块2、数据采集模块3、数据存储模块4、GPS使能模块6和GPS定位模块7连接，控制模块2分别与数据采集模块3、数据存储模块4、GPS使能模块6和GPS定位模块7连接，GPS使能模块6与GPS定位模块7连接。

其中，如图6所示，数据存储模块4可采用如图5所示的模块实现。数据存储模块4包括SD卡槽J1、第二十滤波电容C20、第八上拉电阻R8、第九上拉电阻R9、第十上拉电阻R10、第十一上拉电阻R11和第十二上拉电阻R12。SD卡槽J1的8引脚、7引脚、2引脚、1引脚和9引脚分别与第八上拉电阻R8的一端、第九上拉电阻R9的一端、第十上拉电阻R10的一端、第十一上拉电阻R11的一端和第十二上拉电阻R12的一端连接，第八上拉电阻R8的另一端和第九上拉电阻R9的另一端连接并接+3.3V电源，第十上拉电阻R10的另一端、第十一上拉电阻R11的另一端、第十二上拉电阻R12的另一端、第二十滤波电容C20和SD卡槽J1的4引脚连接并接+3.3V电源，第二十滤波电容C20的另一端和SD卡槽J1的6引脚连接并接地，SD卡槽J1的3引脚接地，SD卡槽J1的其余引脚架空。

可选的，如图7所示，所述的GPS使能模块6包括：场效应管P1、第二十一滤波电容C21、第十三分压电阻R13、第十四分压电阻R14、第十五限流电阻R15和第一发光二极管D1；所述的场效应管P1分别与第二十一滤波电容C21、第十三分压电阻R13、第十四分压电阻R14、第十五限流电阻R15和电源管理模块1连接，第十五限流电阻R15与第一发光二极管D1的正极相连，第一发光二极管D1的负极与第十四分压电阻R14连接并接地。

可选的，所述的场效应管P1为MOS场效应管，型号为AO3415；场效应管P1的3引脚与第二十一滤波电容C21的一端连接并接+3.3V电源，场效应管P1的2引脚与第二十一滤波电容C21的另一端和第十五限流电阻R15的一端连接作为GPS定位模块7的电源端口GPS_VCC，场效应管P1的1引脚与第十三分压电阻R13的另一端和第十四分压电阻R14的一端连接，第十五限流电阻R15的另一端与第一发光二极管D1的正极相连，第一发光二极管D1的负极与第十四分压电阻R14的另一端连接并接地。

可选的，如图8所示，所述的GPS定位模块7包括：GPS定位芯片U5、纽扣电池B1、第二十二滤波电容C22、第二十三滤波电容C23、第二十四滤波电容C24、第二十五滤波电容C25、二极管D2、第十六限流电阻R16、第一电感L1和GPS天线底座J2；所述的GPS定位芯片U5型号为ATGM336H；GPS定位芯片U5的6引脚与第二十三滤波电容C23的一端、第二十二滤波电容C22的一端、纽扣电池B1的正极和第十六限流电阻R16的一端连接，纽扣电池B1的负极与第二十二滤波电容C22的另一端和第二十三滤波电容C23的另一端连接并接地，第十六限流电阻R16的另一端与二极管D2的负极连接，二极管D2的正极与+3.3V电源连接，GPS定位芯片U5的14引脚与第一电感L1的一端连接，第一电感L1的另一端与GPS定位芯片U5的11引脚和GPS天线底座J2的1引脚连接，GPS定位芯片U5的8引脚与GPS使能模块输出的GPS电源GPS_VCC连接，GPS定位芯片U5的1引脚、10引脚、12引脚、GPS天线底座J2的2A引脚、2B引脚均接地，GPS定位芯片U5的其余引脚架空。

可选的，如图4所示，所述的数据采集模块3包括加速度数据采集模块8和磁场数据采集模块9；其中，所述的磁场数据采集模块9包括磁场传感器芯片U4、第十八滤波电容C18、第十九滤波电容C19、第六上拉电阻R6和第七上拉电阻R7，所述的磁场传感器芯片U4分别与第六上拉电阻R6、第七上拉电阻R7、第十八滤波电容C18、第十九滤波电容C19连接，第十八滤波电容C18与第十九滤波电容C19连接。

可选的，如图5所示，所述的磁场传感器芯片U4的型号为MLX90393，磁场传感器芯片U4的11引脚和12引脚接地，磁场传感器芯片U4的5引脚与第六上拉电阻R6的一端连接，磁场传感器芯片U4的3引脚与第七上拉电阻R7的一端连接，磁场传感器芯片U4的8引脚、2引脚、第六上拉电阻R6的另一端、第七上拉电阻R7的另一端和第十八滤波电容C18的一端连接并接+3.3V电源，第十八滤波电容C18的另一端与第十九滤波电容C19的一端连接并接地，第十九滤波电容C19的另一端与磁场传感器芯片U4的15引脚相连并接+3.3V电源，磁场传感器芯片U4的其他引脚架空。

可选的，如图4所示，所述的加速度数据采集模块8包括加速度传感器芯片U3、第十四滤波电容C14、第十五滤波电容C15、第十六滤波电容C16和第十七滤波电容C17；其中所述的加速度传感器芯片U3的型号为MMA7361LC，加速度传感器芯片U3的2引脚、3引脚和4引脚分别与第十四滤波电容C14的一端、第十五滤波电容C15的一端和第十六滤波电容C16的一端连接，第十四滤波电容C14的另一端、第十五滤波电容C15的另一端、第十六滤波电容C16的另一端、加速度传感器U3的5引脚和第十七滤波电容C17的一端连接并接地，第十七滤波电容C17的另一端和加速度传感器U3的6引脚连接并与+3.3V电源相连，加速度传感器芯片U3的其他引脚架空。

可选的，如图9所示，还包括：无线传输模块10，所述的无线传输模块10包括无线通信芯片U6、SIM卡槽J4、静电保护芯片U7、第二十六滤波电解电容C26、第二十七滤波电容C27、第二十八滤波电容C28、第二十九滤波电容C29、第三十滤波电容C30、第三十一滤波电容C31、第三十二滤波电容C32、第十七限流电阻R17、第十八匹配电阻R18、第十九匹配电阻R19、第二十匹配电阻R20、第二发光二极管D3和无线通信天线底座J3，其中所述的无线通信芯片U6型号为BC95-B8，所述的静电保护芯片U7型号为SMF05C；无线通信芯片U6的18引脚与第十七限流电阻R17的一端连接，第十七限流电阻R17的另一端与第二发光二极管D3的正极相连，第二发光二极管D3的负极与地相连接，无线通信芯片U6的53引脚与无线通信天线底座J3的1引脚相连，无线通信天线底座J3的2A引脚和2B引脚连接并接地，无线通信芯片U6的45引脚和46引脚与第二十六滤波电解电容C26的一端、第二十七滤波电容C27的一端和第二十八滤波电容C28的一端连接并接+3.3V电源，第二十六滤波电解电容C26的另一端、第二十七滤波电容C27的另一端和第二十八滤波电容C28的另一端连接并接地，无线通信芯片U6的38引脚与SIM卡槽J4的2引脚、第二十九滤波电容C29的一端和静电保护芯片U7的4引脚连接，无线通信芯片U6的39引脚与第二十匹配电阻R20的一端和静电保护芯片U7的5引脚连接，无线通信芯片U6的40引脚与第十九匹配电阻R19的一端和静电保护芯片U7的6引脚连接，无线通信芯片U6的41引脚与第十八匹配电阻R18的一端和静电保护芯片U7的1引脚连接，无线通信芯片U6的42引脚与SIM卡槽J4的1引脚和第二十九滤波电容C29的另一端连接，静电保护芯片U7的2引脚接地，SIM卡槽J4的4引脚与第三十滤波电容C30的一端和第二十匹配电阻R20的另一端连接，SIM卡槽J4的5引脚与第三十一滤波电容C31的一端和第十九匹配电阻R19的另一端连接，SIM卡槽J4的6引脚与第三十二滤波电容C32的一端和第十八匹配电阻R18的另一端连接，第三十滤波电容C30的另一端与第三十一滤波电容C31的另一端和第三十二滤波电容C32的另一端连接并接地，无线通信芯片U6的2引脚、43引脚、47引脚、48引脚、51引脚、52引脚、54引脚、59引脚、60引脚、61引脚、62引脚、63引脚、64引脚、65引脚、66引脚、71引脚、72引脚、73引脚、74引脚、81引脚、82引脚、83引脚、92引脚、93引脚和94引脚均接地，无线通信芯片U6的其余引脚架空，SIM卡槽J4的其余引脚架空，静电保护芯片U7的其余引脚架空。

可选的，如图2所示，所述的电源管理模块1包括电压转换芯片U1、拨动开关S1、第一滤波电容C1和第二滤波电容C2；其中，所述的电压转换芯片U1的型号为RT9013-33GB；拨动开关S1的1引脚与输入电源正极连接用于将供电电源引入，拨动开关S1的3引脚与第一滤波电容C1的一端和电压转换芯片U1的1引脚、3引脚相连接，第一滤波电容C1的另一端和电压转换芯片U1的2引脚相连并接地，电压转换芯片U1的5引脚与第二滤波电容C2的一端连接并作为+3.3V电源的输出端口，第二滤波电容C2的另一端接地，电源管理模块1的其余引脚架空。

可选的，如图3所示，所述的控制模块2包括主控芯片U2、第三滤波电容C3、第四滤波电容C4、第五滤波电容C5、第六滤波电容C6、第七滤波电容C7、第八滤波电容C8、第九滤波电容C9、第十滤波电容C10、第十一滤波电容C11、第十二滤波电容C12、第十三滤波电容C13、第一匹配电阻R1、第二上拉电阻R2、第三上拉电阻R3、第四下拉电阻R4、第五下拉电阻R5、第一时钟晶振Y1、第二时钟晶振Y2和复位按键S2，其中所述的主控芯片U2型号为STM32F103RET6；主控芯片U2的7引脚与复位按键S2的一端和第七滤波电容C7的一端相连接，复位按键S2的另一端和第七滤波电容C7的另一端与第二上拉电阻R2的一端连接并接地，第二上拉电阻R2的另一端与+3.3V电源连接，主控芯片U2的13引脚与第三上拉电阻R3的一端和第九滤波电容C9的一端连接，第三上拉电阻R3的另一端与+3.3V电源连接，第九滤波电容C9的另一端与主控芯片U2的12引脚连接并接地，主控芯片U2的5引脚与第一时钟晶振Y1的一端、第一匹配电阻R1的一端和第三滤波电容C3的一端相连接，主控芯片U2的6引脚与第一时钟晶振Y1的另一端、第一匹配电阻R1的另一端和第四滤波电容C4的一端连接，第三滤波电容C3的另一端和第四滤波电容C4的另一端连接并接地，主控芯片U2的3引脚与第二时钟晶振Y2的一端和第五滤波电容C5的一端连接，主控芯片U2的4引脚与第二时钟晶振Y2的另一端和第六滤波电容C6的一端连接，第五滤波电容C5的另一端与第六滤波电容C6的另一端相连并接地，主控芯片U2的60引脚和28引脚分别与第四下拉电阻R4一端和第五下拉电阻R5的一端相连接，第四下拉电阻R4的另一端和第五下拉电阻R5的另一端均接地，主控芯片U2的1引脚与第八滤波电容C8的一端连接，第八滤波电容C8的另一端与+3.3V电源连接；主控芯片U2的14引脚与触发式唤醒模块的电压比较芯片U8的1引脚连接，主控芯片U2的15引脚与GPS使能模块的第十三分压电阻R13的一端连接，主控芯片U2的16引脚、17引脚和11引脚分别与GPS定位模块中的GPS定位芯片U5的3引脚、2引脚和4引脚相连接，主控芯片U2的20引脚、21引脚、22引脚、23引脚、24引脚、25引脚和26引脚分别与数据采集模块中的加速度传感器芯片U3的2引脚、3引脚、4引脚、13引脚、10引脚、9引脚和7引脚相连接，主控芯片U2的58引脚和59引脚分别与数据采集模块中的磁场传感器芯片U4的5引脚和3引脚相连，主控芯片U2的29引脚、30引脚、34引脚和35引脚分别与无线传输模块中的无线通信芯片U6A的29引脚、30引脚、34引脚和15引脚相连接，主控芯片U2的39引脚、40引脚、41引脚、52引脚、53引脚和54引脚分别与数据存储模块中SD卡槽J1的7引脚、8引脚、9引脚、1引脚、5引脚和2引脚相连接，主控芯片U2的31引脚、47引脚、63引脚、18引脚均与地连接，主控芯片U2的32引脚、48引脚、64引脚、19引脚均与+3.3V电源连接，此外，第十滤波电容C10、第十一滤波电容C11、第十二滤波电容C12和第十三滤波电容C13的两端分别与+3.3V电源和地连接，主控芯片U2的其余引脚架空；数据存储模块(4)包括SD卡槽J1、第二十滤波电容C20、第八上拉电阻R8、第九上拉电阻R9、第十上拉电阻R10、第十一上拉电阻R11和第十二上拉电阻R12；SD卡槽J1的8引脚、7引脚、2引脚、1引脚和9引脚分别与第八上拉电阻R8的一端、第九上拉电阻R9的一端、第十上拉电阻R10的一端、第十一上拉电阻R11的一端和第十二上拉电阻R12的一端连接，第八上拉电阻R8的另一端和第九上拉电阻R9的另一端连接并接+3.3V电源，第十上拉电阻R10的另一端、第十一上拉电阻R11的另一端、第十二上拉电阻R12的另一端、第二十滤波电容C20和SD卡槽J1的4引脚连接并接+3.3V电源，第二十滤波电容C20的另一端和SD卡槽J1的6引脚连接并接地，SD卡槽J1的3引脚接地，SD卡槽J1的其余引脚架空。

可选的，如图10所示，还包括触发式唤醒模块11，所述的触发式唤醒模块11包括电压比较芯片U8、第三十三滤波电容C33、第三十四滤波电容C34、第二十一上拉电阻R21、第二十二上拉电阻R22、振动开关P2和电位器R23，其中所述的电压比较芯片U8型号为LM393，所述的振动开关P2型号为SW-420；电压比较芯片U8的1引脚与第二十二上拉电阻R22的一端连接，电压比较芯片U8的2引脚与第二十一上拉电阻R21的一端、振动开关P2的A端和第三十四滤波电容C34的一端相连接，电压比较芯片U8的3引脚与电位器R23的2引脚连接，第二十二上拉电阻R22的另一端、第二十一上拉电阻R21的另一端、电位器R23的1引脚、第三十三滤波电容C33和电压比较芯片U8的8引脚均与+3.3V电源连接，第三十三滤波电容C33的另一端、电位器R23的3引脚、振动开关P2的B端、第三十四滤波电容C34的另一端和电压比较芯片U8的4引脚连接并接地，电压比较芯片U8的其余引脚架空。

本发明中各个模块在具体实施时还可采用别的模块进行替换，以上实施例仅为本发明较优的实施例，并不作为对本发明的限定。任何在此基础上的等效的替换都属于本发明保护的范畴。

一种铁轨多参数实时监测方法，包括以下步骤：

S1，数据采集模块采集铁轨的磁场数据；

S2，控制模块对所采集的磁场数据进行预处理，并对预处理后的磁场数据进行数据重构；所述的数据重构主要包含：降采样(比如将采样率从100降到10)和移动平均处理；

S3，数据重构后，取出存储在缓存区域的1024个数据点，进行快速傅里叶变换；

S4，选择最大峰值对应的频率作为列车频率；根据所述列车频率获得列车速度和车厢数量。其中，车辆频率乘以车厢长度即得列车的速度；利用整个检测时间除以车厢周期(车辆频率的倒数)即得这段时间内通过的车厢数量。

优选的，步骤S4还包括：根据列车限速及车厢长度获得列车的理论最大频率；选择理论最大频率范围内的最大峰值对应的频率作为列车频率。

优选为，所述的理论最大频率为5Hz。

本发明的一种实施例的工作原理：

电源管理模块1为该发明装置所用的电源模块，为装置中各芯片输送3.3V工作电压；数据采集模块3中的加速度数据采集模块8和磁场数据采集模块9对列车经过时产生的铁轨振动和磁场数据进行采集，原始数据存储至数据存储模块4，并传送至控制模块2进行分析和处理，得到铁轨状态参数。GPS使能模块6通过AO3415芯片组成一个开关电路，控制模块2可以通过GPS_EN引脚的高低电平控制整个GPS定位模块7电源的使能；无线传输模块10利用BC95-B8模组将铁轨实时状态以及装置位置信息上报到云端，从而实现对铁轨状态的准确、实时监测。此外，在没有列车经过时，整个装置将进入休眠模式。而当列车再次经过时，触发式唤醒模块11即会通过电压比较检测到铁轨振动，将唤醒信号传递给控制模块2，进行整个装置的激活。

其中，如图11所示，通过以下方法获得铁轨状态参数：

首先，进行数据采集。本发明的装置中包含磁场传感器，用于检测火车经过时引起的磁场变化，比如磁场数据的采样率为100Hz，磁场数据如图12所示，从图中可以看出，z轴的磁场数据趋势最明显，所以本发明可以采用z轴数据分析。

其次，数据采集之后，对数据进行预处理。对磁场数据主要包含校正和异常值处理。预处理后的磁场数据将进行数据重构，其中数据重构主要包含：降采样和移动平均处理。比如数据重构的数据如图13所示。

再次，数据重构后，对1024个连续数据点进行快速傅里叶变换。快速傅里叶变换(FFT)是一种将信号变换到频域的离散傅里叶变换的快速算法。对于微处理器来说，显然不可能处理在时域内收集的所有数据。快速傅里叶变换算法的原理是通过许多小而简单的变换来实现大规模的变换，降低了运算要求，提高了运算速度。取出存储在缓存区域的1024个数据点，在微处理器中进行快速傅里叶变换。

最后，确定车厢频率及列车速度和车厢数量。其中，可以将最大峰值对应的频率作为车厢通过的频率，然后这个频率乘以车厢长度即为列车速度；车厢通过的频率还可以通过多个峰值做平均来确定。

特别的，为了提高列车速度的检测效率，可以确定一个车辆频率的检测阈值。比如根据相关规定，列车最高时速不超过100Km/h，车厢长度为12m，因此车厢引起的最大振动频率不超过2.32Hz，所以可以选择阈值2.5Hz(这个阈值是考虑到列车有超速现象，如果速度超过100Km/h也是检测到的，最大可检测速度为108Km/h)。如图14所示，在0-2.5Hz内找到峰值所对应的频率为0.67Hz，对应列车速度为28.9Km/h。

在此基础上，由于已经检测到车厢的周期(车厢频率f的倒数)，因此可以利用整个检测时间粗略计算这段时间内通过的车厢数量。此外，还利用滑动平均法的思想，间隔一个车厢的周期来检测下一段时间内列车的速度以及所经过的车厢节数。通过判断速度以及车厢节数的变化，可以确定列车一共有多少车厢。

最终得到列车的实时速度以及当前通过的车厢节数。实时速度可以用于判断列车位置和是否超速等；通过的车厢节数可大体估算铁轨的寿命。

Claims (10)

1.一种铁轨多参数实时监测装置，其特征在于，包括：电源管理模块(1)、控制模块(2)、数据采集模块(3)、数据存储模块(4)和GPS模块(5)，所述的GPS模块(5)包括GPS使能模块(6)和GPS定位模块(7)，所述的电源管理模块(1)分别与控制模块(2)、数据采集模块(3)、数据存储模块(4)、GPS使能模块(6)和GPS定位模块(7)连接，控制模块(2)分别与数据采集模块(3)、数据存储模块(4)、GPS使能模块(6)和GPS定位模块(7)连接，GPS使能模块(6)与GPS定位模块(7)连接。

2.根据权利要求1所述的铁轨多参数实时监测装置，其特征在于，所述的GPS使能模块(6)包括：场效应管P1、第二十一滤波电容C21、第十三分压电阻R13、第十四分压电阻R14、第十五限流电阻R15和第一发光二极管D1；所述的场效应管P1分别与第二十一滤波电容C21、第十三分压电阻R13、第十四分压电阻R14、第十五限流电阻R15和电源管理模块(1)连接，第十五限流电阻R15与第一发光二极管D1的正极相连，第一发光二极管D1的负极与第十四分压电阻R14连接并接地；优选为所述的场效应管P1为MOS场效应管，型号为AO3415；场效应管P1的3引脚与第二十一滤波电容C21的一端连接并接+3.3V电源，场效应管P1的2引脚与第二十一滤波电容C21的另一端和第十五限流电阻R15的一端连接作为GPS定位模块(7)的电源端口GPS_VCC，场效应管P1的1引脚与第十三分压电阻R13的另一端和第十四分压电阻R14的一端连接，第十五限流电阻R15的另一端与第一发光二极管D1的正极相连，第一发光二极管D1的负极与第十四分压电阻R14的另一端连接并接地。

3.根据权利要求1所述的铁轨多参数实时监测装置，其特征在于，所述的GPS定位模块(7)包括：GPS定位芯片U5、纽扣电池B1、第二十二滤波电容C22、第二十三滤波电容C23、第二十四滤波电容C24、第二十五滤波电容C25、二极管D2、第十六限流电阻R16、第一电感L1和GPS天线底座J2；所述的GPS定位芯片U5型号为ATGM336H；GPS定位芯片U5的6引脚与第二十三滤波电容C23的一端、第二十二滤波电容C22的一端、纽扣电池B1的正极和第十六限流电阻R16的一端连接，纽扣电池B1的负极与第二十二滤波电容C22的另一端和第二十三滤波电容C23的另一端连接并接地，第十六限流电阻R16的另一端与二极管D2的负极连接，二极管D2的正极与+3.3V电源连接，GPS定位芯片U5的14引脚与第一电感L1的一端连接，第一电感L1的另一端与GPS定位芯片U5的11引脚和GPS天线底座J2的1引脚连接，GPS定位芯片U5的8引脚与GPS使能模块输出的GPS电源GPS_VCC连接，GPS定位芯片U5的1引脚、10引脚、12引脚、GPS天线底座J2的2A引脚、2B引脚均接地，GPS定位芯片U5的其余引脚架空。

4.根据权利要求1所述的铁轨多参数实时监测装置，其特征在于，所述的数据采集模块(3)包括加速度数据采集模块(8)和磁场数据采集模块(9)；其中，所述的磁场数据采集模块(9)包括磁场传感器芯片U4、第十八滤波电容C18、第十九滤波电容C19、第六上拉电阻R6和第七上拉电阻R7，所述的磁场传感器芯片U4分别与第六上拉电阻R6、第七上拉电阻R7、第十八滤波电容C18、第十九滤波电容C19连接，第十八滤波电容C18与第十九滤波电容C19连接；优选为所述的磁场传感器芯片U4的型号为MLX90393，磁场传感器芯片U4的11引脚和12引脚接地，磁场传感器芯片U4的5引脚与第六上拉电阻R6的一端连接，磁场传感器芯片U4的3引脚与第七上拉电阻R7的一端连接，磁场传感器芯片U4的8引脚、2引脚、第六上拉电阻R6的另一端、第七上拉电阻R7的另一端和第十八滤波电容C18的一端连接并接+3.3V电源，第十八滤波电容C18的另一端与第十九滤波电容C19的一端连接并接地，第十九滤波电容C19的另一端与磁场传感器芯片U4的15引脚相连并接+3.3V电源，磁场传感器芯片U4的其他引脚架空；优选为，所述的加速度数据采集模块(8)包括加速度传感器芯片U3、第十四滤波电容C14、第十五滤波电容C15、第十六滤波电容C16和第十七滤波电容C17；其中所述的加速度传感器芯片U3的型号为MMA7361LC，加速度传感器芯片U3的2引脚、3引脚和4引脚分别与第十四滤波电容C14的一端、第十五滤波电容C15的一端和第十六滤波电容C16的一端连接，第十四滤波电容C14的另一端、第十五滤波电容C15的另一端、第十六滤波电容C16的另一端、加速度传感器U3的5引脚和第十七滤波电容C17的一端连接并接地，第十七滤波电容C17的另一端和加速度传感器U3的6引脚连接并与+3.3V电源相连，加速度传感器芯片U3的其他引脚架空。

5.根据权利要求1-4任一项所述的铁轨多参数实时监测装置，其特征在于，还包括：无线传输模块(10)，所述的无线传输模块(10)包括无线通信芯片U6、SIM卡槽J4、静电保护芯片U7、第二十六滤波电解电容C26、第二十七滤波电容C27、第二十八滤波电容C28、第二十九滤波电容C29、第三十滤波电容C30、第三十一滤波电容C31、第三十二滤波电容C32、第十七限流电阻R17、第十八匹配电阻R18、第十九匹配电阻R19、第二十匹配电阻R20、第二发光二极管D3和无线通信天线底座J3，其中所述的无线通信芯片U6型号为BC95-B8，所述的静电保护芯片U7型号为SMF05C；无线通信芯片U6的18引脚与第十七限流电阻R17的一端连接，第十七限流电阻R17的另一端与第二发光二极管D3的正极相连，第二发光二极管D3的负极与地相连接，无线通信芯片U6的53引脚与无线通信天线底座J3的1引脚相连，无线通信天线底座J3的2A引脚和2B引脚连接并接地，无线通信芯片U6的45引脚和46引脚与第二十六滤波电解电容C26的一端、第二十七滤波电容C27的一端和第二十八滤波电容C28的一端连接并接+3.3V电源，第二十六滤波电解电容C26的另一端、第二十七滤波电容C27的另一端和第二十八滤波电容C28的另一端连接并接地，无线通信芯片U6的38引脚与SIM卡槽J4的2引脚、第二十九滤波电容C29的一端和静电保护芯片U7的4引脚连接，无线通信芯片U6的39引脚与第二十匹配电阻R20的一端和静电保护芯片U7的5引脚连接，无线通信芯片U6的40引脚与第十九匹配电阻R19的一端和静电保护芯片U7的6引脚连接，无线通信芯片U6的41引脚与第十八匹配电阻R18的一端和静电保护芯片U7的1引脚连接，无线通信芯片U6的42引脚与SIM卡槽J4的1引脚和第二十九滤波电容C29的另一端连接，静电保护芯片U7的2引脚接地，SIM卡槽J4的4引脚与第三十滤波电容C30的一端和第二十匹配电阻R20的另一端连接，SIM卡槽J4的5引脚与第三十一滤波电容C31的一端和第十九匹配电阻R19的另一端连接，SIM卡槽J4的6引脚与第三十二滤波电容C32的一端和第十八匹配电阻R18的另一端连接，第三十滤波电容C30的另一端与第三十一滤波电容C31的另一端和第三十二滤波电容C32的另一端连接并接地，无线通信芯片U6的2引脚、43引脚、47引脚、48引脚、51引脚、52引脚、54引脚、59引脚、60引脚、61引脚、62引脚、63引脚、64引脚、65引脚、66引脚、71引脚、72引脚、73引脚、74引脚、81引脚、82引脚、83引脚、92引脚、93引脚和94引脚均接地，无线通信芯片U6的其余引脚架空，SIM卡槽J4的其余引脚架空，静电保护芯片U7的其余引脚架空。

6.根据权利要求1所述的铁轨多参数实时监测装置，其特征在于，所述的电源管理模块(1)包括电压转换芯片U1、拨动开关S1、第一滤波电容C1和第二滤波电容C2；其中，所述的电压转换芯片U1的型号为RT9013-33GB；拨动开关S1的1引脚与输入电源正极连接用于将供电电源引入，拨动开关S1的3引脚与第一滤波电容C1的一端和电压转换芯片U1的1引脚、3引脚相连接，第一滤波电容C1的另一端和电压转换芯片U1的2引脚相连并接地，电压转换芯片U1的5引脚与第二滤波电容C2的一端连接并作为+3.3V电源的输出端口，第二滤波电容C2的另一端接地，电源管理模块(1)的其余引脚架空。

7.根据权利要求1所述的铁轨多参数实时监测装置，其特征在于，所述的控制模块(2)包括主控芯片U2、第三滤波电容C3、第四滤波电容C4、第五滤波电容C5、第六滤波电容C6、第七滤波电容C7、第八滤波电容C8、第九滤波电容C9、第十滤波电容C10、第十一滤波电容C11、第十二滤波电容C12、第十三滤波电容C13、第一匹配电阻R1、第二上拉电阻R2、第三上拉电阻R3、第四下拉电阻R4、第五下拉电阻R5、第一时钟晶振Y1、第二时钟晶振Y2和复位按键S2，其中所述的主控芯片U2型号为STM32F103RET6；主控芯片U2的7引脚与复位按键S2的一端和第七滤波电容C7的一端相连接，复位按键S2的另一端和第七滤波电容C7的另一端与第二上拉电阻R2的一端连接并接地，第二上拉电阻R2的另一端与+3.3V电源连接，主控芯片U2的13引脚与第三上拉电阻R3的一端和第九滤波电容C9的一端连接，第三上拉电阻R3的另一端与+3.3V电源连接，第九滤波电容C9的另一端与主控芯片U2的12引脚连接并接地，主控芯片U2的5引脚与第一时钟晶振Y1的一端、第一匹配电阻R1的一端和第三滤波电容C3的一端相连接，主控芯片U2的6引脚与第一时钟晶振Y1的另一端、第一匹配电阻R1的另一端和第四滤波电容C4的一端连接，第三滤波电容C3的另一端和第四滤波电容C4的另一端连接并接地，主控芯片U2的3引脚与第二时钟晶振Y2的一端和第五滤波电容C5的一端连接，主控芯片U2的4引脚与第二时钟晶振Y2的另一端和第六滤波电容C6的一端连接，第五滤波电容C5的另一端与第六滤波电容C6的另一端相连并接地，主控芯片U2的60引脚和28引脚分别与第四下拉电阻R4一端和第五下拉电阻R5的一端相连接，第四下拉电阻R4的另一端和第五下拉电阻R5的另一端均接地，主控芯片U2的1引脚与第八滤波电容C8的一端连接，第八滤波电容C8的另一端与+3.3V电源连接；主控芯片U2的14引脚与触发式唤醒模块的电压比较芯片U8的1引脚连接，主控芯片U2的15引脚与GPS使能模块的第十三分压电阻R13的一端连接，主控芯片U2的16引脚、17引脚和11引脚分别与GPS定位模块中的GPS定位芯片U5的3引脚、2引脚和4引脚相连接，主控芯片U2的20引脚、21引脚、22引脚、23引脚、24引脚、25引脚和26引脚分别与数据采集模块中的加速度传感器芯片U3的2引脚、3引脚、4引脚、13引脚、10引脚、9引脚和7引脚相连接，主控芯片U2的58引脚和59引脚分别与数据采集模块中的磁场传感器芯片U4的5引脚和3引脚相连，主控芯片U2的29引脚、30引脚、34引脚和35引脚分别与无线传输模块中的无线通信芯片U6A的29引脚、30引脚、34引脚和15引脚相连接，主控芯片U2的39引脚、40引脚、41引脚、52引脚、53引脚和54引脚分别与数据存储模块中SD卡槽J1的7引脚、8引脚、9引脚、1引脚、5引脚和2引脚相连接，主控芯片U2的31引脚、47引脚、63引脚、18引脚均与地连接，主控芯片U2的32引脚、48引脚、64引脚、19引脚均与+3.3V电源连接，此外，第十滤波电容C10、第十一滤波电容C11、第十二滤波电容C12和第十三滤波电容C13的两端分别与+3.3V电源和地连接，主控芯片U2的其余引脚架空；数据存储模块(4)包括SD卡槽J1、第二十滤波电容C20、第八上拉电阻R8、第九上拉电阻R9、第十上拉电阻R10、第十一上拉电阻R11和第十二上拉电阻R12；SD卡槽J1的8引脚、7引脚、2引脚、1引脚和9引脚分别与第八上拉电阻R8的一端、第九上拉电阻R9的一端、第十上拉电阻R10的一端、第十一上拉电阻R11的一端和第十二上拉电阻R12的一端连接，第八上拉电阻R8的另一端和第九上拉电阻R9的另一端连接并接+3.3V电源，第十上拉电阻R10的另一端、第十一上拉电阻R11的另一端、第十二上拉电阻R12的另一端、第二十滤波电容C20和SD卡槽J1的4引脚连接并接+3.3V电源，第二十滤波电容C20的另一端和SD卡槽J1的6引脚连接并接地，SD卡槽J1的3引脚接地，SD卡槽J1的其余引脚架空。

8.根据权利要求1所述的铁轨多参数实时监测装置，其特征在于，还包括触发式唤醒模块(11)，所述的触发式唤醒模块(11)包括电压比较芯片U8、第三十三滤波电容C33、第三十四滤波电容C34、第二十一上拉电阻R21、第二十二上拉电阻R22、振动开关P2和电位器R23，其中所述的电压比较芯片U8型号为LM393，所述的振动开关P2型号为SW-420；电压比较芯片U8的1引脚与第二十二上拉电阻R22的一端连接，电压比较芯片U8的2引脚与第二十一上拉电阻R21的一端、振动开关P2的A端和第三十四滤波电容C34的一端相连接，电压比较芯片U8的3引脚与电位器R23的2引脚连接，第二十二上拉电阻R22的另一端、第二十一上拉电阻R21的另一端、电位器R23的1引脚、第三十三滤波电容C33和电压比较芯片U8的8引脚均与+3.3V电源连接，第三十三滤波电容C33的另一端、电位器R23的3引脚、振动开关P2的B端、第三十四滤波电容C34的另一端和电压比较芯片U8的4引脚连接并接地，电压比较芯片U8的其余引脚架空。

9.一种铁轨多参数实时监测方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1，数据采集模块(3)采集铁轨的磁场数据；

S2，控制模块(2)对所采集的磁场数据进行预处理，并对预处理后的磁场数据进行数据重构；所述的数据重构主要包含：降采样和移动平均处理；

S3，数据重构后，取出存储在缓存区域的1024个数据点，进行快速傅里叶变换；

S4，选择最大峰值对应的频率作为列车频率；根据所述列车频率获得列车速度和车厢数量；优选为，车辆频率乘以车厢长度即得列车的速度；优选为，利用整个检测时间除以车厢周期即得这段时间内通过的车厢数量。

10.根据权利要求9所述的铁轨多参数实时监测方法，其特征在于，步骤S4还包括：根据列车限速及车厢长度获得列车的理论最大频率；选择理论最大频率范围内的最大峰值对应的频率作为列车频率；优选为，所述的理论最大频率为5Hz。