CN113027277B - 一种基于门扇内外压差的关门力自适应控制系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于门扇内外压差的关门力自适应控制系统，包括若干终端单元、协调器节点和上位机；若干终端单元与地铁门一一对应；每个终端单元包括两个终端节点和两个微型气压传感器；终端节点包括集成在电路板上的终端单片机、终端电源模块和终端无线传输模块；微型气压传感器与其对应的终端节点的终端单片机电连接；协调器节点包括集成在电路板上的协调器单片机、串口模块、协调器无线传输模块和协调器电源模块；终端节点的终端无线传输模块与协调器节点的协调器无线传输模块无线连接传输数据；上位机与协调器节点串口模块的USB接口连接，接收采集的数据进行处理并进行显示和存储。本发明具有检测迅速准确、稳定性强、体积小能耗低等优点。

Description

一种基于门扇内外压差的关门力自适应控制系统
技术领域
本发明属于关门力自适应控制领域，涉及气压检测领域，尤其涉及一种基于门扇内外压差的关门力自适应控制系统。
背景技术
门系统作为地铁上的关键部分，其安全有效的工作是保证列车正常运行的重要保障。目前轨道列车上搭载的关门力控制系统大多是根据电机电流的变化来进行控制，但电机电流受到影响的因素太多并且无法对车门关闭时的气压变化的影响进行有效的应对，无法对关门时的关门力能够进行及时的控制，有时会出现关门故障的现象，因此需要发明出一个基于门扇内外压差的关门力自适应控制系统。
发明内容
本发明提供一种基于门扇内外压差的关门力自适应控制系统，以克服现有技术的缺陷。
为实现上述目的，本发明提供一种基于门扇内外压差的关门力自适应控制系统，具有这样的特征：包括若干终端单元、协调器节点和上位机；若干终端单元与地铁门一一对应；每个终端单元包括两个终端节点和两个微型气压传感器，终端节点与微型气压传感器一一对应，两组终端节点和微型气压传感器分别安装在地铁门内外；微型气压传感器采集气压数据数字信号；终端节点包括集成在电路板上的终端单片机、终端电源模块和终端无线传输模块；微型气压传感器与其对应的终端节点的终端单片机电连接；所述协调器节点包括集成在电路板上的协调器单片机、串口模块、协调器无线传输模块和协调器电源模块；终端节点的终端无线传输模块与协调器节点的协调器无线传输模块无线连接传输数据，协调器节点和若干终端节点组成ZIGBEE网络；所述上位机与协调器节点串口模块的USB接口连接，接收采集的数据进行处理并进行显示和存储；上位机还与门控器连接，将数据传输给门控系统。
进一步，本发明提供一种基于门扇内外压差的关门力自适应控制系统，还可以具有这样的特征：所述终端节点和协调器节点均还包括通讯灯，通讯灯集成在对应的电路板上。
进一步，本发明提供一种基于门扇内外压差的关门力自适应控制系统，还可以具有这样的特征：所述协调器节点位于ZIGBEE网络的中心位置。
进一步，本发明提供一种基于门扇内外压差的关门力自适应控制系统，还可以具有这样的特征：所述上位机采集存储数据后将气压数据绘制波形图进行显示。
进一步，本发明提供一种基于门扇内外压差的关门力自适应控制系统，还可以具有这样的特征：所述上位机使用LABVIEW进行编写。
进一步，本发明提供一种基于门扇内外压差的关门力自适应控制系统，还可以具有这样的特征：所述终端单片机和协调器单片机均为CC2530芯片。
进一步，本发明提供一种基于门扇内外压差的关门力自适应控制系统，还可以具有这样的特征：所述终端电源模块和协调器电源模块为可以USB供电以及电池供电的3.3V直流电源。
进一步，本发明提供一种基于门扇内外压差的关门力自适应控制系统，还可以具有这样的特征：所述终端无线传输模块和协调器无线传输模块为2.4G天线。
进一步，本发明提供一种基于门扇内外压差的关门力自适应控制系统，还可以具有这样的特征：所述微型气压传感器为BMP180数字气压传感器，通过I2C总线的方式与终端单片机相连。
进一步，本发明提供一种基于门扇内外压差的关门力自适应控制系统，还可以具有这样的特征：所述串口模块为CH340C USB转串口芯片。
本发明的有益效果在于：本发明提供一种基于门扇内外压差的关门力自适应控制系统，是一种数据检测迅速准确，检测稳定性强，检测安全性高，体积小能耗低，能长时间工作并且将检测的数据反馈到门控器从而对门扇关门力进行调节的基于门扇内外压差的关门力自适应控制系统。
终端节点体积小、能耗低、检测稳定性强，且采用无线通讯避免在门上额外布线。协调器节点与终端节点之间通过无线传输模块进行通讯，协调器节点与多个终端节点组成ZIGBEE无线传感网络，信号传输迅速准确，安全性高，稳定性强。
终端节点与协调器节点都包含了通讯灯，当节点加入了无线传感网络，通讯灯点亮，当终端节点与协调器节点之间进行数据传输时，通讯灯闪烁，可以明确显示终端节点与协调器节点之间的通讯状态，当出现故障的时候，便于工作人员发现并及时维修保证系统能连续实时检测门的内外气压状态。
上位机与协调器节点通过USB接口相连，通过串口通信进行数据传输，上位机接收到数据后进行处理，将压力数据绘制波形图进行实时显示，并且把数据存储到表格中。以便于工作人员更加直观的看到各个门扇受到的气压的变化曲线，便于以后的调用和分析处理。
本发明一种基于门扇内外压差的关门力自适应控制系统可以根据检测到的门扇内外气压差的大小，对门扇关门力的大小进行适当的控制，减少在门扇关门时发生故障的几率，避免在列车在运行中由于门扇关门故障引起的事故。本发明的一种基于门扇内外压差的关门力自适应控制系统硬件结构简单，软件设计灵活、体积小、传输稳定快捷、能耗低，具有良好的应用价值与推广意义。
附图说明
图1是基于门扇内外压差的关门力自适应控制系统的结构框图；
图2是基于门扇内外压差的关门力自适应控制系统的硬件电路图；
图3是终端节点的程序流程图；
图4是协调器节点的程序流程图；
图5是上位机采集系统流程图。
具体实施方式
以下结合附图来说明本发明的具体实施方式。
如图1所示，本发明提供一种基于门扇内外压差的关门力自适应控制系统，包括若干终端单元、协调器节点和上位机。
若干终端单元与地铁门一一对应。
每个终端单元包括两个终端节点和两个微型气压传感器，终端节点与微型气压传感器一一对应，两组终端节点和微型气压传感器分别安装在地铁门内外。
微型气压传感器采集气压数据数字信号。
终端节点包括集成在电路板上的终端单片机、终端电源模块和终端无线传输模块。
微型气压传感器与其对应的终端节点的终端单片机电连接。
协调器节点安装在地铁内，包括集成在电路板上的协调器单片机、串口模块、协调器无线传输模块和协调器电源模块。
终端节点的终端无线传输模块与协调器节点的协调器无线传输模块无线连接传输数据，协调器节点和若干终端节点组成ZIGBEE网络。
优选的，协调器节点位于ZIGBEE网络的中心位置，以保证协调器节点能与每个终端节点通讯顺畅。
上位机与协调器节点串口模块的USB接口连接，接收采集的数据进行处理并进行显示和存储。上位机采集存储数据后将气压数据绘制波形图进行显示。且上位机还与门控器连接，将数据传输到门控系统当中，从而实现对关门力的实时控制。门控器和门控系统为列车现有装置和系统。
其中，终端节点和协调器节点均还包括通讯灯，通讯灯集成在对应的电路板上，通电后通讯灯点亮。
具体的，如图2所示，终端单片机和协调器单片机均为CC2530芯片，作为硬件系统的控制器。
终端电源模块和协调器电源模块为可以USB供电以及电池供电的3.3V直流电源，给系统中的芯片以及其他模块进行供电，通过切换开关可以选择切换USB供电和电池供电，采用AM1117-3.3稳压芯片从5V电压中取得3.3V电压，能够完全满足终端节点和协调器节点的电源电压需求。为了稳定电源，在数字电源与模拟电源引脚分别接上滤波电容。
串口模块采用的是CH340C USB转串口芯片，协调器节点上采用的USB接口是MINIUSB，能够满足协调器节点与上位机之间的USB连接，实现上位机与协调器节点之间的串口通讯，协调器节点将接收到的终端节点发来的数据通过串口发送到上位机。
并且在CC2530芯片的RX与TX引脚分别接了一个发光二极管作为通讯灯，当灯闪烁的时候从而能够判别终端节点与协调器节点已经完成无线传感组网，正在进行数据传输。
终端无线传输模块和协调器无线传输模块采用的是2.4G蛇形天线，用于节点之间的数据传输以及终端节点与协调器节点之间的组网，终端节点将数据包通过ZIGBEE无线传感网络无线传输给协调器节点，即满足终端节点与协调器节点的无线数据传输，以及节点之间组成的ZIGBEE无线传感网络的需要。当终端节点接收到微型气压传感器采集的气压数据，通过终端无线传输模块将数据发送给无线传感网络中的协调器节点，协调器节点通过协调器无线传输模块接收来自终端节点的数据，并且由于体积小，能够节省安装空间，便于终端节点与协调器节点在门扇上的安装。
微型气压传感器采用的是BMP180数字气压传感器，BMP180数字气压传感器通过I2C总线的方式与终端节点相连，SCL与SDA引脚分别与CC2530的P0_6与P0_7连接，将采集到的数字信号传输到CC2530。程序设定BMP180每秒采集一次气压数据并发送给终端节点的CC2530。
上位机采用的是LABVIEW进行编写，通过配置VISA串口仪器，接收来自协调器节点的数据包，再通过字符串工具将数据包中的数据拼接起来，并根据标识符将其区分，与各个门扇进行对应，绘制波形图进行显示并存储到表格当中存储，将各个门扇的内外气压差发送给对应的门控器，根据门扇内外压差的大小，通过从而实现对关门力的自适应控制。
基于门扇内外压差的关门力自适应控制系统的工作步骤为：
S1、程序导入：将程序设定好工作参数输入到终端单片机和协调器单片机中完成封装。
S2、安装：将微型气压传感器和终端节点安装到门内外，协调器节点安装到将要组网的无线传感器网络的中心位置以保证协调器节点能与每个终端节点通讯顺畅。
S3、连续采集信号并显示储存：如图3-5所示，根据设定的程序，终端节点通电后自动加入对应协调器节点的ZIGBEE网络中，通讯信号灯点亮，终端节点与协调器节点之间可以正常通讯。微型气压传感器每秒采集一次气压数据，采集到气压数据为数字信号，通过I2C总线的传输方式将数字信号传输到终端节点中的终端单片机当中，终端节点的终端单片机按照设定的程序公式对数字信号进行处理，得到测得的气压数据。然后终端节点的终端单片机将气压数据通过终端节点的无线传输模块传输给协调器节点的无线传输模块。协调器节点的无线传输模块接收到气压数据后传输给协调器节点的协调器单片机，再通过串口模块传输将数据由USB接口传输给上位机。上位机接收到气压数据后，对气压数据进行处理，通过气压数据中的标识符将其区分，区分数据来自哪个微型气压传感器，并将处理后的气压数据实时显示出来，并存储到对应的表格当中，且在实时显示气压数据的波动曲线，实时观测到地铁门内外的气压变化状态。

Claims (10)

1.一种基于门扇内外压差的关门力自适应控制系统，其特征在于：
包括若干终端单元、协调器节点和上位机；
若干终端单元与地铁门一一对应；
每个终端单元包括两个终端节点和两个微型气压传感器，终端节点与微型气压传感器一一对应，两组终端节点和微型气压传感器分别安装在地铁门内外；
微型气压传感器采集气压数据数字信号；
终端节点包括集成在电路板上的终端单片机、终端电源模块和终端无线传输模块，终端电源模块和终端无线传输模块均与终端单片机连接；
微型气压传感器与其对应的终端节点的终端单片机电连接；
所述协调器节点包括集成在电路板上的协调器单片机、串口模块、协调器无线传输模块和协调器电源模块，串口模块、协调器无线传输模块和协调器电源模块均与协调器单片机连接；
终端节点的终端无线传输模块与协调器节点的协调器无线传输模块无线连接传输数据，协调器节点和若干终端节点组成ZIGBEE网络；
所述上位机与协调器节点串口模块的USB接口连接，接收采集的数据进行处理并进行显示和存储；上位机还与门控器连接，将数据传输给门控系统；
所述基于门扇内外压差的关门力自适应控制系统的工作步骤为：
S1、程序导入：将程序设定好工作参数输入到终端单片机和协调器单片机中完成封装；
S2、安装：将微型气压传感器和终端节点安装到地铁门内外，协调器节点安装到将要组网的无线传感器网络的中心位置以保证协调器节点能与每个终端节点通讯顺畅；
S3、连续采集信号并显示储存：根据设定的程序，终端节点通电后自动加入对应协调器节点的ZIGBEE网络中；微型气压传感器每秒采集一次气压数据，采集到气压数据为数字信号，并将数字信号传输到终端节点中的终端单片机当中，终端节点的终端单片机对数字信号进行处理，得到测得的气压数据；然后终端节点的终端单片机将气压数据通过终端节点的无线传输模块传输给协调器节点的无线传输模块；协调器节点的无线传输模块接收到气压数据后传输给协调器节点的协调器单片机，再通过串口模块传输将气压数据由USB接口传输给上位机；上位机接收到气压数据后，对气压数据进行处理，通过字符串工具将数据包中的数据拼接起来，并通过气压数据中的标识符将其区分，与各个地铁门进行对应，然后将处理后的气压数据实时显示出来，并存储到对应的表格当中，且在实时显示气压数据的波动曲线，实时观测地铁门内外的气压变化状态；同时将各个门扇的内外气压差发送给对应的门控器，根据地铁门内外压差的大小，对关门力进行自适应控制。
2.根据权利要求1所述的基于门扇内外压差的关门力自适应控制系统，其特征在于：
所述终端节点和协调器节点均还包括通讯灯，通讯灯集成在对应的电路板上。
3.根据权利要求1所述的基于门扇内外压差的关门力自适应控制系统，其特征在于：
所述协调器节点位于ZIGBEE网络的中心位置。
4.根据权利要求1所述的基于门扇内外压差的关门力自适应控制系统，其特征在于：
所述上位机采集存储数据后将气压数据绘制波形图进行显示。
5.根据权利要求1所述的基于门扇内外压差的关门力自适应控制系统，其特征在于：
所述上位机使用LABVIEW进行编写。
6.根据权利要求1所述的基于门扇内外压差的关门力自适应控制系统，其特征在于：
所述终端单片机和协调器单片机均为CC2530芯片。
7.根据权利要求1所述的基于门扇内外压差的关门力自适应控制系统，其特征在于：
所述终端电源模块和协调器电源模块为可以USB供电以及电池供电的3.3V直流电源。
8.根据权利要求1所述的基于门扇内外压差的关门力自适应控制系统，其特征在于：
所述终端无线传输模块和协调器无线传输模块为2.4G天线。
9.根据权利要求1所述的基于门扇内外压差的关门力自适应控制系统，其特征在于：
所述微型气压传感器为BMP180数字气压传感器，通过I2C总线的方式与终端单片机相连。
10.根据权利要求1所述的基于门扇内外压差的关门力自适应控制系统，其特征在于：
所述串口模块为CH340C USB转串口芯片。
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