CN112801320B - 轨道列车轴承的数据采集系统、监测系统及数据采集方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了轨道列车轴承的无线数据采集系统、无线监测系统，其可以有效的采集轨道列车轴承数据，基于完备的数据进行专业分析，精准定位故障、分析故障根因，监测故障劣化趋势，实现轴承寿命滚动预测，减少非计划停机，无线监测系统包括采集各个轴承上的振动、温度数据的温振传感器、获取轴承的转速数据的列车TCMS系统、用于控制采集并获取各个轴承上的振动、温度数据的列车轴承检测系统、存储数据的云平台服务器，还包括用于分析数据、定位故障、分析故障根因，监测故障劣化趋势，提前预知设备故障，实现轴承寿命滚动预测的专家诊断平台，同时本发明还提供了一种可以用轨道列车轴承的无线数据采集系统、无线监测系统的数据采集方法。
Description
技术领域
本发明涉及城市轨道监测技术领域，具体涉及轨道列车轴承的数据采集系统、监测系统及数据采集方法。
背景技术
城市轨道交通(简称“城轨”)是一种运量大、速度快、能耗低、污染少、可靠性高、舒适性佳的交通工具，是世界各国优先发展的城市内公共交通工具。截至2013年底，我国累计批复36个城市的轨道交通建设计划，批复里程约6000公里，城轨列车需求量将达到19870多辆，城市轨道交通进入一个蓬勃发展的新阶段。
随着更多的城轨线路开通，城轨交通的服务质量与服务效率受到越来越多的关注。列车是否准点，直接关系到人们的正常生活与工作，甚至会对地面交通造成极大影响，近年来，由于地铁车辆维护不当，导致列车晚点，影响城市生产、生活的事故时有发生。据统计，上海地铁1-3号线2005年造成列车晚点5分钟以上的原因中，车辆故障占37.8％；信号及故障通信占24.3％；供电故障占8.9％；线路故障占0％。由此可以看出，装备故障所占比例较大，车辆故障最多，信号故障次之。
我国城轨运维目前主要实行的是设备巡检和计划性维修制度，这种维修方式具有一定的盲目性和主观性。对于列车上的大部分部件，维修人员需要频繁检查与测量，有时甚至需要通过拆卸来确认部件工作状态，由此产生大量额外的工作，浪费人力、物力和财力。
为了保证城轨列车的安全、稳定及长周期运行，更加科学地进行设备检修及维护，以达到提高设备可利用率、降低检修成本、提高运营效率的目标，对城轨列车的关键设备-机车行走部加装监测系统，具有现实必要性。
发明内容
针对上述问题，本发明提供了轨道列车轴承的数据采集系统、监测系统及数据采集方法，其可以有效的采集轨道列车轴承数据，基于完备的数据进行专业分析，精准定位故障、分析故障根因，监测故障劣化趋势，实现轴承寿命滚动预测，减少非计划停机。
其技术方案是这样的：轨道列车轴承的无线数据采集系统，其特征在于，包括通讯连接的：
温振传感器，设置有列车轴承上，用于采集各个轴承上的振动、温度数据；
列车TCMS系统，用于获取轴承的转速数据；
列车轴承检测系统，所述列车轴承检测系统与所述温振传感器通讯，控制采集并获取各个轴承上的振动、温度数据，所述列车轴承检测系统与列车TCMS系统通讯，获取轴承的转速数据；
所述温振传感器与所述列车轴承检测系统之间通过LPWAN无线技术实现通讯。
进一步的，所述温振传感器包括振动检测模块和温度检测模块，分别用于获取各个轴承上的振动、温度数据，所述温振传感还包括LPWAN模块，所述LPWAN模块为LoRa、SIGFOX、NB-IoT模块中的任意一种。
轨道列车轴承的无线监测系统，其特征在于，包括通讯连接的：
温振传感器，设置有列车轴承上，用于采集各个轴承上的振动、温度数据；
列车TCMS系统，用于获取轴承的转速数据；
列车轴承检测系统，所述列车轴承检测系统通过LPWAN无线技术与所述温振传感器通讯，控制采集并获取各个轴承上的振动、温度数据，所述列车轴承检测系统与列车TCMS系统通讯，获取轴承的转速数据；
云平台服务器，所述云平台服务器与所述列车轴承检测系统进行无线通讯，存储采集的振动、温度和转速数据；
专家诊断平台，所述专家诊断平台与所述云平台服务器通讯，用于通过分析所述云平台服务器中的数据，定位故障、分析故障根因，监测故障劣化趋势，提前预知设备故障，实现轴承寿命滚动预测。
进一步的，所述云平台服务器与所述列车轴承检测系统之间通过4G/5G网络进行通讯。
一种上述的轨道列车轴承的无线数据采集系统或上述轨道列车轴承的无线监测系统的数据采集方法，其特征在于，采集的数据包括振动烈度和/或温度和振动波形数据，包括以下步骤：
对于振动烈度、温度数据的采集，温振传感器设定休眠时长，定期采集振动烈度、温度并向列车轴承检测系统上报；
对于振动波形数据的采集，设定所有温振传感器同一时间采集振动波形数据，并设置温振传感器将振动波形数据分包，多台温振传感器并发向列车轴承检测系统上报。
进一步的，对于振动波形数据的采集，包括以下步骤：
重新规划各个温振传感器的休眠时间并提前唤醒，让所有传感器一起处于唤醒状态；
利用广播机制，让所有温振传感器同步采集振动波形数据，并暂时缓存；
温振传感器将振动波形数据分包传输，并通过多台传感器并发向列车轴承检测系统上传数据；
如发生丢包，由列车轴承检测系统控制，使丢失数据的温振传感器重新上传数据。
进一步的，包括以下步骤：
设定N台温振传感器周期性休眠sleepT秒，sleepT为温振传感器的设定休眠时长，温振传感器唤醒后，采集振动烈度和/或温度数据，上报状态值数据包S-A；
列车轴承检测系统接收并解析S-A数据包后，存储接收时间，并查询本地数据库中存储的该温振传感器的设定休眠时长sleepT，根据当前时间加上sleepT，计算并记录其下次唤醒时间Tn；
当需要温振传感器同步采集振动波形时，每个温振传感器分别计算温振传感器中最晚唤醒的时间与当前时间的差值Tmax，当前时间加上Tmax作为自身的下次唤醒时间Tn，并判断Tn是否和其它温振传感器的下次唤醒时间相距小于TX，TX为设定的温振传感器之间的间隔唤醒时间，如小于TX，则将Tmax增加TX，并再次判断，直到与其它温振传感器的下次唤醒时间都大于TX，之后下发ACK-B命令，ACK-B命令携带休眠时长Tmax；温振传感器在休眠Tmax时间后唤醒，并持续处于唤醒待命状态；
当需要温振传感器采集振动烈度和/或温度数据时，查询其下次唤醒时间Tn，是否会和其它温振传感器下次唤醒时间相差小于TX，TX为设定的温振传感器之间的间隔唤醒时间，如小于TX，则将其sleepT增加TX，作为临时休眠时间sT，修正其下次唤醒时间Tn，再次判断，直到与其它传感器下次唤醒时间相差都大于TX，之后下发ACK-A命令，ACK-A命令携带修正后的临时休眠时长sT；
温振传感器在接收到ACK-A命令后，会立即进入休眠，休眠时长为修正后的临时休眠时长sT，下次醒来后上报S-A数据包；
温振传感器在接收到ACK-B命令后，会立即进入休眠，休眠时长为休眠时长Tmax，下次醒来后保持唤醒状态，并上报S-B数据包；
列车轴承检测系统接收到S-B数据包后，将标记该温振传感器已处于唤醒待命状态，在温振传感器的最晚唤醒时间后，判断是否全部温振传感器都已处于唤醒待命状态；
若尚有温振传感器未处于唤醒待命状态，则每隔一定时间发送广播命令ACK-C，广播命令ACK-C携带未处于唤醒待命状态的温振传感器编号；若温振传感器已全部唤醒，则生成唯一波形序列号，下发同步读波形广播命令AR，命令AR携带唯一序列号；
温振传感器在接收到广播命令ACK-C后，判断是否包含自身的温振传感器编号，若包含则进入唤醒待命状态，并上报S-B数据包，用于表示温振传感器已处于唤醒待命状态；
温振传感器收到命令AR后，记录波形序列号，并立即采集并存储振动波形数据，随机延迟0-2s，响应数据包S-C，携带波形序列号，代表自己已经完成波形采集；
列车轴承检测系统记录收到的数据包S-C响应，并校验波形序列号是否一致；
若波形序列号一致，则标记该温振传感器已收到数据包S-C响应；
若波形序列号不一致，则重新生成波形唯一序列号，清除所有温振传感器的S-C响应标记，并重新下发同步读波形广播命令AR，令所有温振传感器重新采集振动波形数据；
列车轴承检测系统在距离下发AR命令一定时间后，每隔一定时间对未响应S-C的温振传感器发送广播命令AR-ACK，广播命令AR-ACK携带未响应数据包S-C的温振传感器的编号；
温振传感器在接收到广播命令AR-ACK后，判断是否包含自身的传感器编号，若包含则上报S-C数据包，携带波形序列号；
列车轴承检测系统收到所有温振传感器的S-C响应后，对温振传感器进行编组，N个传感器一组，同步下发读数据帧广播AR-F，携带N个传感器编号和帧号；
温振传感器将采集的波形数据分成M帧的分包数据，在接收到广播命令AR-F后，判断是否包含自己的传感器编号，若包含则发送相应帧号的响应数据包S-D；
列车轴承检测系统在下发广播命令AR-F一定时间后，若未收到相关温振传感器的响应数据包S-D，则重新发送广播命令AR-F；
列车轴承检测系统记录收到的数据包S-D响应，存储数据，并标记该传感器的该帧为已读状态；
列车轴承检测系统在接收到最后一帧的S-D响应后，或在下发AR-F命令的一定时间后，检查相应温振传感器的数据帧接收情况，若有未接收到的数据帧，则下发AR-F命令，AR-F命令携带相关传感器编号和帧号，指定相关温振传感器响应数据包S-D；
列车轴承检测系统在读取全部温振传感器的波形数据后，轮询下发命令AR-E，携带温振传感器编号和休眠时长sleepT，令温振传感器重新进入周期性休眠模式。
进一步的，在温振传感器在上报数据包S-A后，等待列车轴承检测系统命令，5s后未接收到命令则重新发送数据包S-A，最多重发4次，仍无命令则休眠。
进一步的，收到AR-F的帧号为0，则连续发送所有帧的响应数据包S-D，间隔1s。
进一步的，所述温振传感器通过采集加速度数据，计算速度有效值，获得振动烈度数据，所述温振传感器通过采集加速度的时域数据，获取振动波形数据。
本发明的轨道列车轴承的无线数据采集系统，对城轨列车的关键设备-列车轴承上加装温振传感器，温振传感器具有LPWAN无线模块，能够与作为工控机的列车轴承检测系统之间通过LPWAN无线技术实现通讯，实现了远程无线通讯，从而实现关键部件的远程在线监测。
本发明的轨道列车轴承的无线监测系统，对城轨列车的关键设备-机车行走部加装远程无线智能监测系统，实现智能监测设备运行状态、智能报警筛选异常设备、远程专家即时分析诊断，实现关键部件的远程在线看护的智能服务，最终实现城轨列车的预测性维护；
基于轴承运行状态大数据，诊断专家可提前预知设备故障，可基于完备的数据进行专业分析，精准定位故障、分析故障根因，监测故障劣化趋势，实现轴承寿命滚动预测，维修决策将临时、非计划检修转变成计划性维修，减少非计划停机；减少现场人员的工作量，减轻专业人员工作压力，设备看护工作压力由设备管理人员向后台诊断专家转移，专业人员将有更丰富的时间对列车关键设备状态进行深入研究；设备检修之后，通过远程无线智能监测系统，诊断专家系统可对现场的检修质量进行独立和长期的评估，确保设备检修质量可靠。
本发明提供的数据采集方法，可以有效采集轴承的振动烈度、温度和振动波形数据，对于振动烈度、温度数据的采集，温振传感器设定休眠时长，定期采集振动烈度、温度并向列车轴承检测系统上报；对于振动波形数据的采集，设定所有温振传感器同一时间采集振动波形数据，并设置温振传感器将振动波形数据分包，分时、分组向列车轴承检测系统上报，数据可靠性高，为无线监测系统提供了可靠、有效的数据支持。
附图说明
图1为本发明的一种轨道列车轴承的无线数据采集系统的系统框图；
图2为本发明的一种轨道列车轴承的无线监测系统的系统框图；
图3为实施例中数据采集方法的第一部分的示意图；
图4为实施例中数据采集方法的第二部分的示意图；
图5为实施例中数据采集方法的第三部分的示意图。
具体实施方式
见图1，本发明的一种轨道列车轴承的无线数据采集系统，包括通讯连接的：
温振传感器1，设置有列车轴承上，用于采集各个轴承上的振动、温度数据；
列车TCMS系统2，用于获取轴承的转速数据，TCMS系统是列车控制和管理系统，TCMS系统类似于车辆的神经系统，对各个子系统的设备状态与故障数据通过主控制单元传输到司机室的显示屏并记录下来，让司机了解及掌握车辆的运行状况，以及供维护人员分析维修；
列车轴承检测系统3，列车轴承检测系统3与温振传感器1通讯，控制采集并获取各个轴承上的振动、温度数据，列车轴承检测系统3与列车TCMS系统通讯2，获取轴承的转速数据；
温振传感器1与列车轴承检测系统3之间通过LPWAN无线技术实现通讯，LPWAN是低功率广域网络，在本发明中，其可以采用LoRa、SIGFOX、NB-IoT中的任意一种；
在本实施例中，以LoRa无线技术进行说明，具体的，温振传感器1包括LoRa模块101，显然，对应的列车轴承检测系统3都设置了LoRa模块。
具体在本实施例中，温振传感器还包括温度检测模块102和振动检测模块103，温度检测模块102和振动检测模块103分别用于获取各个轴承上的振动、温度数据，其中，振动检测模块103可以通过采集加速度数据，计算速度有效值，获得振动烈度数据，也通过采集加速度的时域数据，获取振动波形数据。
本发明的轨道列车轴承的无线数据采集系统，对城轨列车的关键设备-列车轴承上加装温振传感器，温振传感器具有LoRa模块，能够与作为工控机的列车轴承检测系统之间通过LPWAN无线技术实现通讯，实现了远程无线通讯，从而实现关键部件的远程在线监测。
见图2，在本发明的实施例中，还提供了轨道列车轴承的无线监测系统，包括通讯连接的：
温振传感器1，设置有列车轴承上，用于采集各个轴承上的振动、温度数据；
列车TCMS系统2，用于获取轴承的转速数据；
列车轴承检测系统3，设置在列车司机室，列车轴承检测系统3通过LPWAN无线技术与温振传感器1通讯，控制采集并获取各个轴承上的振动、温度数据，列车轴承检测系统3与列车TCMS系统2通讯，获取轴承的转速数据；
云平台服务器4，云平台服务器4与列车轴承检测系统3进行无线通讯，存储采集的振动、温度和转速数据；
专家诊断平台5，专家诊断平台5与云平台服务器4通讯，用于通过分析云平台服务器中的数据，定位故障、分析故障根因，监测故障劣化趋势，提前预知设备故障，实现轴承寿命滚动预测。
在本实施例中，云平台服务器4与列车轴承检测系统3之间通过4G/5G网络进行通讯，当然也可以通过有线网络或者wifi等方式进行通讯，同时显然温振传感器1和列车轴承检测系统3都设置了LoRa模块。
所有轴承上的温振传感器与列车轴承检测系统共同组成一个LoRa局域同步采集网，同步采集各个轴承上的振动、温度和转速数据，通过4G/5G上传到云平台服务器，存储轴承运行状态大数据，专家诊断平台通过WAN有线网络基于完备的数据进行专业分析，精准定位故障、分析故障根因，监测故障劣化趋势，提前预知设备故障，实现轴承寿命滚动预测，维修决策将临时、非计划检修转变成计划性维修，减少非计划停机。
本发明的轨道列车轴承的无线监测系统，对城轨列车的关键设备-机车行走部加装本发明的无线监测系统，实现智能监测设备运行状态、智能报警筛选异常设备、远程专家即时分析诊断，实现关键部件的远程在线看护的智能服务，最终实现城轨列车的预测性维护；基于轴承运行状态大数据，诊断专家可提前预知设备故障，可基于完备的数据进行专业分析，精准定位故障、分析故障根因，监测故障劣化趋势，实现轴承寿命滚动预测，维修决策将临时、非计划检修转变成计划性维修，减少非计划停机；减少现场人员的工作量，减轻专业人员工作压力，设备看护工作压力由设备管理人员向后台诊断专家转移，专业人员将有更丰富的时间对列车关键设备状态进行深入研究；设备检修之后，通过远程无线智能监测系统，诊断专家系统可对现场的检修质量进行独立和长期的评估，确保设备检修质量可靠。
具体的，温振传感的振动检测模块，可以通过在各个轴承上同步采集加速度时域波形，获得在一定时间内的连续加速度原始值，在此波形上，可利用各种分析算法，计算其加速度峰值、速度有效值、位移峰峰值、振动频率、歪度、裕度、频谱分析等等。
在本实施例中具体采用三轴振动传感器，三轴振动传感器采集连续波形的功能，数据比较大，每轴1600个采样点，每个采样点占2个字节，三轴共有9600个字节的数据，而受Lora传输速度影响，一般传感器一次上传的数据包大小在100个字节左右，单个传感器传输一次，大概需要5到6分钟。且在单信道模式下，无法并发上传。多信道模式下，也很容易撞包，同时，同步采集波形功能，需要传感器一直处于唤醒状态，现有技术中一般为有源供电，安装现场需要布线，成本较高。
针对现有的问题，本发明的实施例中，还提供一种上述实施例中的轨道列车轴承的无线数据采集系统或轨道列车轴承的无线监测系统的数据采集方法，采集的数据包括振动烈度和/或温度和振动波形数据，包括以下步骤：
对于振动烈度、温度数据的采集，温振传感器设定休眠时长，定期采集振动烈度、温度并向列车轴承检测系统上报；
对于振动波形数据的采集，设定所有温振传感器同一时间采集振动波形数据，并设置温振传感器将振动波形数据分包，多台温振传感器并发向列车轴承检测系统上报。
在本发明中提供的采集方法中，温振传感器在不需要采集波形操作的时候，大部分时间处于休眠状态，间隔唤醒上传一次振动烈度、温度数据，非常省电；
需要同步采集波形时，通过提前唤醒，并重新规划各个传感器的休眠时间，让所有传感器能一起处于唤醒状态，再利用广播机制，让所有传感器同步采集波形，并暂时缓存；
再减小数据传输时间，通过温振传感器分包传输，降低丢包率，提高数据传输稳定性，多台传感器并发上传数据，充分利用多信道同步传输的功能，进一步减少获取全部传感器波形数据所需时间。
丢包重读，在环境恶劣，网络拥堵的情况下，如发生丢包，可由列车轴承检测系统控制，重新读取丢失部分数据。
见图3，4，5，给出了具体一个实施例的的采集方法的流程图，其中图3的A-A连接到图4中A-A，图4的B-B连接到图5中B-B；以下给出一个具体实施案例说明本发明的数据采集方法，其包括以下步骤：
设定N台温振传感器周期性休眠sleepT秒，sleepT为温振传感器的设定休眠时长，温振传感器唤醒后，温振传感器立即采集加速度数据，并计算速度有效值，实现采集振动烈度数据，上报状态值数据包S-A；在温振传感器在上报数据包S-A后，等待列车轴承检测系统命令，5s后未接收到命令则重新发送数据包S-A，最多重发4次，仍无命令则休眠；
其中，数据包S-A包含2个字节的包头、2个字节的传感器唯一编号、1个字节的命令类型、6个字节的三轴速度有效值、2个字节的温度、2个字节的电池电压、2个字节的ModbusCRC校验、1个字节的包尾。
列车轴承检测系统接收并解析S-A数据包后，存储接收时间，并查询本地数据库中存储的该温振传感器的设定休眠时长sleepT，根据当前时间加上sleepT，计算并记录其下次唤醒时间Tn；
当需要温振传感器同步采集振动波形时，取所有传感器的下次唤醒时间，查找最大的下次唤醒时间，即最晚唤醒时间，用最大的下次唤醒时间计算出一个TMax，具体是：每个温振传感器分别计算温振传感器中最晚唤醒的时间与当前时间的差值Tmax，当前时间加上Tmax作为自身的下次唤醒时间Tn，并判断Tn是否和其它温振传感器的下次唤醒时间相距小于2s，如小于2s，则将Tmax增加2s，并再次判断，直到与其它温振传感器的下次唤醒时间都大于2s，之后下发ACK-B命令，ACK-B命令携带休眠时长Tmax；温振传感器在休眠Tmax时间后唤醒，并持续处于唤醒待命状态；
当需要温振传感器采集振动烈度时，振动烈度只需要上传一些简单的状态值，不需要进行温振传感器的同步，查询其下次唤醒时间Tn，是否会和其它温振传感器下次唤醒时间相差小于2s，如小于2s，则将其sleepT增加2s，作为临时休眠时间sT，修正其下次唤醒时间Tn，再次判断，直到与其它传感器下次唤醒时间相差都大于2s，之后下发ACK-A命令，ACK-A命令携带修正后的临时休眠时长sT；
其中，ACK-A包含2个字节的头、2个字节的传感器唯一编号、1个字节的命令类型、4个字节的休眠时长、2个字节的ModbusCRC校验、1个字节的包尾。
ACK-B命令包含2个字节的头、2个字节的传感器唯一编号、1个字节的命令类型、4个字节的休眠时长、2个字节的ModbusCRC校验、1个字节的包尾。
温振传感器在接收到ACK-A命令后，会立即进入休眠，休眠时长为修正后的临时休眠时长sT，下次醒来后上报S-A数据包；
温振传感器在接收到ACK-B命令后，会立即进入休眠，休眠时长为休眠时长Tmax，下次醒来后保持唤醒状态，并上报S-B数据包；
S-B数据包包含2个字节的包头、2个字节的传感器唯一编号、1个字节的命令类型、2个字节的ModbusCRC校验、1个字节的包尾；
列车轴承检测系统接收到S-B数据包后，将标记该温振传感器已处于唤醒待命状态，在温振传感器的最晚唤醒时间后，列车轴承检测系统判断是否全部温振传感器都已处于唤醒待命状态；
若尚有温振传感器未处于唤醒待命状态，则每隔一定时间发送广播命令ACK-C，广播命令ACK-C携带未处于唤醒待命状态的温振传感器编号；若温振传感器已全部唤醒，则生成唯一波形序列号，下发同步读波形广播命令AR，命令AR携带唯一序列号；
其中，ACK-C命令包包含2个字节的头、2个字节的广播标志、1个字节的命令类型、1个字节的传感器数量N、2*N个字节的传感器编号、2个字节的ModbusCRC校验、1个字节的包尾；
AR命令包包含2个字节的头、2个字节的广播标志、1个字节的命令类型、1个字节的波形序列号、2个字节的ModbusCRC校验、1个字节的包尾。
温振传感器在接收到广播命令ACK-C后，判断是否包含自身的温振传感器编号，若包含则进入唤醒待命状态，并上报S-B数据包，用于表示温振传感器已处于唤醒待命状态；
温振传感器收到命令AR后，记录波形序列号，并立即以6660Hz的采样频率采集1600个点的三轴加速度时域数据，作为振动波形数据，共计9600个字节，随机延迟0-2s，响应数据包S-C，携带波形序列号，代表自己已经完成波形采集，S-C数据包包含2个字节的包头、2个字节的传感器唯一编号、1个字节的命令类型、1个字节的波形序列号、2个字节的ModbusCRC校验、1个字节的包尾。；
列车轴承检测系统记录收到的数据包S-C响应，并校验波形序列号是否一致；
若波形序列号一致，则标记该温振传感器已收到数据包S-C响应；
若波形序列号不一致，则重新生成波形唯一序列号，清除所有温振传感器的S-C响应标记，并重新下发同步读波形广播命令AR，令所有温振传感器重新采集振动波形数据；
列车轴承检测系统在距离下发AR命令5s后，每隔5s对未响应S-C的温振传感器发送广播命令AR-ACK，广播命令AR-ACK携带未响应数据包S-C的温振传感器的编号，具体的，AR-ACK命令包包含2个字节的头、2个字节的广播标志、1个字节的命令类型、1个字节的传感器数量n、2*n个字节的传感器编号、2个字节的ModbusCRC校验、1个字节的包尾；
温振传感器在接收到广播命令AR-ACK后，判断是否包含自身的传感器编号，若包含则上报S-C数据包，携带波形序列号；
列车轴承检测系统收到所有温振传感器的S-C响应后，对温振传感器进行编组，3个传感器一组，同步下发读数据帧广播AR-F，携带3个传感器编号和帧号，受Lora模块缓存容量、数据传输速度、环境干扰影响，3个一传感器组是为了充分利用上传带宽，缩短数据上传时间，同时，由于9600字节的数据比较大，无法一次传输完成，故将数据进行了分帧，根据此处AR-F命令中携带的帧号，下面传感器会答复对应帧号的数据，其中，AR-F命令包包含2个字节的头、2个字节的广播标志、1个字节的命令类型、1个字节的帧号、1个字节的传感器数量n、2*n个字节的传感器编号、2个字节的ModbusCRC校验、1个字节的包尾。
温振传感器将采集的波形数据分成50帧，9600字节数据分成50个小数据，即50帧数据，每帧包含192个字节，分开上传；温振传感器在接收到广播命令AR-F后，判断是否包含自己的传感器编号，若包含则发送相应帧号的响应数据包S-D，具体的，这里的规则是：若收到广播命令AR-F的帧号为0，则连续发送第1帧到第50帧的响应数据包S-D，间隔1s；若收到广播命令AR-F的帧号为1-50，则发送相应帧号的响应数据S-D，这里，S-D数据包包含2个字节的头、2个字节的广播标志、1个字节的命令类型、1个字节的帧号、2个字节的数据长度、n个字节的数据、2个字节的ModbusCRC校验、1个字节的包尾。
列车轴承检测系统在下发广播命令AR-F5S后，若未收到相关温振传感器的响应数据包S-D，则重新发送广播命令AR-F；
列车轴承检测系统记录收到的数据包S-D响应，存储数据，并标记该传感器的该帧为已读状态；
列车轴承检测系统在接收到第50帧的数据包S-D响应后，或在下发AR-F命令的1分钟后，检查相应温振传感器的数据帧接收情况，若有未接收到的数据帧，则下发AR-F命令，AR-F命令携带相关传感器编号和帧号，指定相关温振传感器响应数据包S-D；
列车轴承检测系统在读取全部温振传感器的波形数据后，轮询下发命令AR-E，携带温振传感器编号和休眠时长sleepT，令温振传感器重新进入周期性休眠模式，AR-E命令包包含2个字节的头、2个字节的传感器编号、1个字节的命令类型、4个字节的休眠时间、2个字节的ModbusCRC校验、1个字节的包尾。
在本发明的实施例中，还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有程序，程序被处理器执行时实现如上述的数据采集系的方法。
本领域内的技术人员应明白，本发明实施例的实施例可提供为方法、计算机装置、或计算机程序产品。因此，本发明实施例可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明实施例可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本发明实施例是参照根据本发明实施例的方法、计算机装置、或计算机程序产品的流程图和/或框图来描述的。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理终端设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理终端设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图和/或中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理终端设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图中指定的功能。
以上对本发明所提供的轨道列车轴承的无线数据采集系统、轨道列车轴承的无线监测系统、数据采集方法、计算机可读存储介质的应用进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (9)
1.一种轨道列车轴承的无线数据采集系统的数据采集方法，其特征在于，
无线数据采集系统包括通讯连接的：
温振传感器，设置有列车轴承上，用于采集各个轴承上的振动、温度数据；
列车TCMS系统，用于获取轴承的转速数据；
列车轴承检测系统，所述列车轴承检测系统与所述温振传感器通讯，控制采集并获取各个轴承上的振动、温度数据，所述列车轴承检测系统与列车TCMS系统通讯，获取轴承的转速数据；
所述温振传感器与所述列车轴承检测系统之间通过LPWAN无线技术实现通讯；
采集的数据包括振动烈度和/或温度和振动波形数据，包括以下步骤：
对于振动烈度、温度数据的采集，温振传感器设定休眠时长，定期采集振动烈度、温度并向列车轴承检测系统上报；
对于振动波形数据的采集，设定所有温振传感器同一时间采集振动波形数据，并设置温振传感器将振动波形数据分包，多台温振传感器并发向列车轴承检测系统上报；
对于振动波形数据的采集，包括以下步骤：
重新规划各个温振传感器的休眠时间并提前唤醒，让所有传感器一起处于唤醒状态；
利用广播机制，让所有温振传感器同步采集振动波形数据，并暂时缓存；
温振传感器将振动波形数据分包传输，并通过多台传感器并发向列车轴承检测系统上传数据；
如发生丢包，由列车轴承检测系统控制，使丢失数据的温振传感器重新上传数据；
设定N台温振传感器周期性休眠sleepT秒，sleepT为温振传感器的设定休眠时长，温振传感器唤醒后，采集振动烈度和/或温度数据，上报状态值数据包S-A；
列车轴承检测系统接收并解析S-A数据包后，存储接收时间，并查询本地数据库中存储的该温振传感器的设定休眠时长sleepT，根据当前时间加上sleepT，计算并记录其下次唤醒时间Tn；
当需要温振传感器同步采集振动波形时，每个温振传感器分别计算温振传感器中最晚唤醒的时间与当前时间的差值Tmax，当前时间加上Tmax作为自身的下次唤醒时间Tn，并判断Tn是否和其它温振传感器的下次唤醒时间相距小于TX，TX为设定的温振传感器之间的间隔唤醒时间，如小于TX，则将Tmax增加TX，并再次判断，直到与其它温振传感器的下次唤醒时间都大于TX，之后下发ACK-B命令，ACK-B命令携带休眠时长Tmax；温振传感器在休眠Tmax时间后唤醒，并持续处于唤醒待命状态；
当需要温振传感器采集振动烈度和/或温度数据时，查询其下次唤醒时间Tn，是否会和其它温振传感器下次唤醒时间相差小于TX，TX为设定的温振传感器之间的间隔唤醒时间，如小于TX，则将其sleepT增加TX，作为临时休眠时间sT，修正其下次唤醒时间Tn，再次判断，直到与其它传感器下次唤醒时间相差都大于TX，之后下发ACK-A命令，ACK-A命令携带修正后的临时休眠时长sT；
温振传感器在接收到ACK-A命令后，会立即进入休眠，休眠时长为修正后的临时休眠时长sT，下次醒来后上报S-A数据包；
温振传感器在接收到ACK-B命令后，会立即进入休眠，休眠时长为休眠时长Tmax，下次醒来后保持唤醒状态，并上报S-B数据包；
列车轴承检测系统接收到S-B数据包后，将标记该温振传感器已处于唤醒待命状态，在温振传感器的最晚唤醒时间后，判断是否全部温振传感器都已处于唤醒待命状态；
若尚有温振传感器未处于唤醒待命状态，则每隔一定时间发送广播命令ACK-C，广播命令ACK-C携带未处于唤醒待命状态的温振传感器编号；若温振传感器已全部唤醒，则生成唯一波形序列号，下发同步读波形广播命令AR，命令AR携带唯一序列号；
温振传感器在接收到广播命令ACK-C后，判断是否包含自身的温振传感器编号，若包含则进入唤醒待命状态，并上报S-B数据包，用于表示温振传感器已处于唤醒待命状态；
温振传感器收到命令AR后，记录波形序列号，并立即采集并存储振动波形数据，随机延迟0-2s，响应数据包S-C，携带波形序列号，代表自己已经完成波形采集；
列车轴承检测系统记录收到的数据包S-C响应，并校验波形序列号是否一致；
若波形序列号一致，则标记该温振传感器已收到数据包S-C响应；
若波形序列号不一致，则重新生成波形唯一序列号，清除所有温振传感器的S-C响应标记，并重新下发同步读波形广播命令AR，令所有温振传感器重新采集振动波形数据；
列车轴承检测系统在距离下发AR命令一定时间后，每隔一定时间对未响应S-C的温振传感器发送广播命令AR-ACK，广播命令AR-ACK携带未响应数据包S-C的温振传感器的编号；
温振传感器在接收到广播命令AR-ACK后，判断是否包含自身的传感器编号，若包含则上报S-C数据包，携带波形序列号；
列车轴承检测系统收到所有温振传感器的S-C响应后，对温振传感器进行编组，N个传感器一组，同步下发读数据帧广播AR-F，携带N个传感器编号和帧号；
温振传感器将采集的波形数据分成M帧的分包数据，在接收到广播命令AR-F后，判断是否包含自己的传感器编号，若包含则发送相应帧号的响应数据包S-D；
列车轴承检测系统在下发广播命令AR-F一定时间后，若未收到相关温振传感器的响应数据包S-D，则重新发送广播命令AR-F；
列车轴承检测系统记录收到的数据包S-D响应，存储数据，并标记该传感器的该帧为已读状态；
列车轴承检测系统在接收到最后一帧的S-D响应后，或在下发AR-F命令的一定时间后，检查相应温振传感器的数据帧接收情况，若有未接收到的数据帧，则下发AR-F命令，AR-F命令携带相关传感器编号和帧号，指定相关温振传感器响应数据包S-D；
列车轴承检测系统在读取全部温振传感器的波形数据后，轮询下发命令AR-E，携带温振传感器编号和休眠时长sleepT，令温振传感器重新进入周期性休眠模式。
2.根据权利要求1所述的数据采集方法，其特征在于，包括以下步骤：在温振传感器在上报数据包S-A后，等待列车轴承检测系统命令，5s后未接收到命令则重新发送数据包S-A，最多重发4次，仍无命令则休眠。
3.根据权利要求1所述的数据采集方法，其特征在于，包括以下步骤：收到AR-F的帧号为0，则连续发送所有帧的响应数据包S-D，间隔1s。
4.根据权利要求1所述的数据采集方法，其特征在于，所述温振传感器包括振动检测模块和温度检测模块，分别用于获取各个轴承上的振动、温度数据，所述温振传感还包括LPWAN模块，所述LPWAN模块为LoRa、SIGFOX、NB-IoT模块中的任意一种。
5.一种轨道列车轴承的无线监测系统的数据采集方法，其特征在于：
轨道列车轴承的无线监测系统包括通讯连接的：
温振传感器，设置有列车轴承上，用于采集各个轴承上的振动、温度数据；
列车TCMS系统，用于获取轴承的转速数据；
列车轴承检测系统，所述列车轴承检测系统通过LPWAN无线技术与所述温振传感器通讯，控制采集并获取各个轴承上的振动、温度数据，所述列车轴承检测系统与列车TCMS系统通讯，获取轴承的转速数据；
云平台服务器，所述云平台服务器与所述列车轴承检测系统进行无线通讯，存储采集的振动、温度和转速数据；
专家诊断平台，所述专家诊断平台与所述云平台服务器通讯，用于通过分析所述云平台服务器中的数据，定位故障、分析故障根因，监测故障劣化趋势，提前预知设备故障，实现轴承寿命滚动预测，
采集的数据包括振动烈度和/或温度和振动波形数据，包括以下步骤：
对于振动烈度、温度数据的采集，温振传感器设定休眠时长，定期采集振动烈度、温度并向列车轴承检测系统上报；
对于振动波形数据的采集，设定所有温振传感器同一时间采集振动波形数据，并设置温振传感器将振动波形数据分包，多台温振传感器并发向列车轴承检测系统上报；
对于振动波形数据的采集，包括以下步骤：
重新规划各个温振传感器的休眠时间并提前唤醒，让所有传感器一起处于唤醒状态；
利用广播机制，让所有温振传感器同步采集振动波形数据，并暂时缓存；
温振传感器将振动波形数据分包传输，并通过多台传感器并发向列车轴承检测系统上传数据；
如发生丢包，由列车轴承检测系统控制，使丢失数据的温振传感器重新上传数据；
设定N台温振传感器周期性休眠sleepT秒，sleepT为温振传感器的设定休眠时长，温振传感器唤醒后，采集振动烈度和/或温度数据，上报状态值数据包S-A；
列车轴承检测系统接收并解析S-A数据包后，存储接收时间，并查询本地数据库中存储的该温振传感器的设定休眠时长sleepT，根据当前时间加上sleepT，计算并记录其下次唤醒时间Tn；
当需要温振传感器同步采集振动波形时，每个温振传感器分别计算温振传感器中最晚唤醒的时间与当前时间的差值Tmax，当前时间加上Tmax作为自身的下次唤醒时间Tn，并判断Tn是否和其它温振传感器的下次唤醒时间相距小于TX，TX为设定的温振传感器之间的间隔唤醒时间，如小于TX，则将Tmax增加TX，并再次判断，直到与其它温振传感器的下次唤醒时间都大于TX，之后下发ACK-B命令，ACK-B命令携带休眠时长Tmax；温振传感器在休眠Tmax时间后唤醒，并持续处于唤醒待命状态；
当需要温振传感器采集振动烈度和/或温度数据时，查询其下次唤醒时间Tn，是否会和其它温振传感器下次唤醒时间相差小于TX，TX为设定的温振传感器之间的间隔唤醒时间，如小于TX，则将其sleepT增加TX，作为临时休眠时间sT，修正其下次唤醒时间Tn，再次判断，直到与其它传感器下次唤醒时间相差都大于TX，之后下发ACK-A命令，ACK-A命令携带修正后的临时休眠时长sT；
温振传感器在接收到ACK-A命令后，会立即进入休眠，休眠时长为修正后的临时休眠时长sT，下次醒来后上报S-A数据包；
温振传感器在接收到ACK-B命令后，会立即进入休眠，休眠时长为休眠时长Tmax，下次醒来后保持唤醒状态，并上报S-B数据包；
列车轴承检测系统接收到S-B数据包后，将标记该温振传感器已处于唤醒待命状态，在温振传感器的最晚唤醒时间后，判断是否全部温振传感器都已处于唤醒待命状态；
若尚有温振传感器未处于唤醒待命状态，则每隔一定时间发送广播命令ACK-C，广播命令ACK-C携带未处于唤醒待命状态的温振传感器编号；若温振传感器已全部唤醒，则生成唯一波形序列号，下发同步读波形广播命令AR，命令AR携带唯一序列号；
温振传感器在接收到广播命令ACK-C后，判断是否包含自身的温振传感器编号，若包含则进入唤醒待命状态，并上报S-B数据包，用于表示温振传感器已处于唤醒待命状态；
温振传感器收到命令AR后，记录波形序列号，并立即采集并存储振动波形数据，随机延迟0-2s，响应数据包S-C，携带波形序列号，代表自己已经完成波形采集；
列车轴承检测系统记录收到的数据包S-C响应，并校验波形序列号是否一致；
若波形序列号一致，则标记该温振传感器已收到数据包S-C响应；
若波形序列号不一致，则重新生成波形唯一序列号，清除所有温振传感器的S-C响应标记，并重新下发同步读波形广播命令AR，令所有温振传感器重新采集振动波形数据；
列车轴承检测系统在距离下发AR命令一定时间后，每隔一定时间对未响应S-C的温振传感器发送广播命令AR-ACK，广播命令AR-ACK携带未响应数据包S-C的温振传感器的编号；
温振传感器在接收到广播命令AR-ACK后，判断是否包含自身的传感器编号，若包含则上报S-C数据包，携带波形序列号；
列车轴承检测系统收到所有温振传感器的S-C响应后，对温振传感器进行编组，N个传感器一组，同步下发读数据帧广播AR-F，携带N个传感器编号和帧号；
温振传感器将采集的波形数据分成M帧的分包数据，在接收到广播命令AR-F后，判断是否包含自己的传感器编号，若包含则发送相应帧号的响应数据包S-D；
列车轴承检测系统在下发广播命令AR-F一定时间后，若未收到相关温振传感器的响应数据包S-D，则重新发送广播命令AR-F；
列车轴承检测系统记录收到的数据包S-D响应，存储数据，并标记该传感器的该帧为已读状态；
列车轴承检测系统在接收到最后一帧的S-D响应后，或在下发AR-F命令的一定时间后，检查相应温振传感器的数据帧接收情况，若有未接收到的数据帧，则下发AR-F命令，AR-F命令携带相关传感器编号和帧号，指定相关温振传感器响应数据包S-D；
列车轴承检测系统在读取全部温振传感器的波形数据后，轮询下发命令AR-E，携带温振传感器编号和休眠时长sleepT，令温振传感器重新进入周期性休眠模式。
6.根据权利要求5所述的数据采集方法，其特征在于，包括以下步骤：在温振传感器在上报数据包S-A后，等待列车轴承检测系统命令，5s后未接收到命令则重新发送数据包S-A，最多重发4次，仍无命令则休眠。
7.根据权利要求5所述的数据采集方法，其特征在于，包括以下步骤：收到AR-F的帧号为0，则连续发送所有帧的响应数据包S-D，间隔1s。
8.根据权利要求5所述的数据采集方法，其特征在于，包括以下步骤：所述云平台服务器与所述列车轴承检测系统之间通过4G/5G网络进行通讯。
9.一种计算机可读存储介质，其上存储有程序，其特征在于：程序被处理器执行时实现如权利要求1或5所述的数据采集方法。
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