CN113347251A - 一种铁路货车车载监测系统的车辆网 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种铁路货车车载监测系统的车辆网。铁路货车包括多节车辆，车辆网对应于目标车辆，目标车辆为多节车辆之一；车辆网包括：网关和传感器，网关通过远距离无线电LoRa技术通信；网关与车载监测系统中的主机绑定。传感器用于在目标车辆运行时，采集目标车辆的监测数据并发送给网关；网关用于接收监测数据，并将监测数据转发给主机。本方案提出的车辆网能够与单个车辆匹配，实现对单个车辆的监测并能够将监测数据传递至主机以供上传。此外，由于网关能够通过LoRa技术通信，因此不但节省电力，还能够将数据远距离传输给主机，实现数据的可靠传输。
Description
技术领域
本申请涉及轨道交通车辆技术领域，特别是涉及一种铁路货车车载监测系统的车辆网。
背景技术
为了对铁路货车实现运维，通常需要对铁路货车进行状态监测。因此，需要对铁路货车加装车载监测系统。由于铁路货车常常面临列车网组网和解网的需求，这要求铁路货车的车载监测系统能够具备以单个车辆为单元的车辆网，从而方便以单个车辆为单元实现数据采集、上传及监控报警等。在已有技术中，尚不具备成熟的车辆网，如何实现车载监测系统的车辆网成为亟待解决的问题。
发明内容
基于上述问题，本申请提供了一种铁路货车车载监测系统的车辆网，以构建出车载监测系统为铁路货车单个车辆服务的车辆网。
本申请实施例公开了如下技术方案：
本申请提供了一种铁路货车车载监测系统的车辆网，所述铁路货车包括多节车辆，所述车辆网对应于目标车辆，所述目标车辆为所述多节车辆之一；所述车辆网包括：网关和传感器，所述网关通过远距离无线电LoRa技术通信；所述网关与所述车载监测系统中的主机绑定；
所述传感器用于在所述目标车辆运行时，采集所述目标车辆的监测数据并发送给所述网关；
所述网关用于接收所述监测数据，并将所述监测数据转发给所述主机。
可选地，所述网关还用于在所述铁路货车组网时初始化以及收发所述主机的指令；以及，所述网关还用于在所述目标车辆从所述铁路货车解网时关机和传达所述主机的指令。
可选地，所述网关包括：存储器、处理器、LoRa收发装置、WiFi收发装置、外壳和电池。
可选地，所述存储器、所述LoRa收发装置、所述WiFi收发装置和所述电池均与所述处理器连接。
可选地，所述存储器采用ATMEL公司研发AT24C512型存储器或WIDORA公司研发CSNP4GCR01-AMW型存储器；
所述处理器采用意法半导体公司研发的STM32L496型处理器；
所述LoRa收发装置采用SEMTECH公司研发的SAX1278型收发器；
所述WiFi收发装置采用乐鑫公司研发的ESP-01型收发器；
所述外壳采用材料为尼龙材质的非金属外壳；
所述电池采用锂亚硫酰氯型的ER34615H电池。
可选地，所述网关待机的额定功率小于3mW，所述LoRa收发装置发送数据的额定功率小于100mW，所述WiFi收发装置发送数据的额定功率小于100mW；
所述网关的额定电压为3.3V；
所述网关待机的额定电流小于1mA，所述LoRa收发装置发送数据的额定电流小于50mA，所述WiFi收发装置发送数据的额定电流小于100mA。
可选地，所述存储器的存储容量为4GB；所述存储容量为依据所述目标车辆的监测数据的数据量选定的；
所述电池的容量为38000mAh；所述电池的容量为根据所述网关在6年内免维护以及所述网关各功能的耗电量计算得到的。
可选地，所述LoRa收发装置中接收装置和发射装置的最大传输速率都为1.25KB/s；所述最大传输速率为依据理想的数据传输效率确定的。
可选地，所述外壳的长为210mm，宽为114m，高为105mm；所述外壳的长、宽和高为根据安装空间的大小确定的；
所述传感器对应的传感器接口之间的安装尺寸为184mm×88mm；
所述电池的直径为61.5mm，高为34.2mm，共计8节。
可选地，所述LoRa收发装置包括第一天线和第二天线；其中，第一天线用于所述网关与所述传感器通信，第二天线用于所述网关与所述主机通信。
可选地，所述传感器包括：制动缸行程传感器、制动缸压力传感器、制动管压力传感器、车钩纵向力传感器和振动传感器。
相较于现有技术，本申请具有以下有益效果：
本申请提供了一种铁路货车车载监测系统的车辆网，铁路货车包括多节车辆，车辆网对应于目标车辆，目标车辆为多节车辆之一；车辆网包括：网关和传感器，网关通过远距离无线电LoRa技术通信；网关与车载监测系统中的主机绑定。传感器用于在目标车辆运行时，采集目标车辆的监测数据并发送给网关；网关用于接收监测数据，并将监测数据转发给主机。本方案提出的车辆网能够与单个车辆匹配，实现对单个车辆的监测并能够将监测数据传递至主机以供上传。此外，由于网关能够通过LoRa技术通信，因此不但节省电力，还能够将数据远距离传输给主机，实现数据的可靠传输。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本申请实施例提供的一种铁路货车车载监测系统的车辆网的结构示意图；
图2为本申请实施例提供的一种网关的结构示意图；
图3为本申请实施例提供的一种网关的外壳扣合后的立体示意图；
图4为本申请实施例提供的一种网关内部剖面示意图。
具体实施方式
正如前文描述，目前铁路货车车载监测系统的车辆网是尚未实现的一大难点、一大课题。而本申请中，发明人经过研究提供了在车载监测系统中可以服务于单个车辆的车辆网的实现方案。
为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
在本申请实施例中，车载监测系统具体装设在铁路货车上。铁路货车包括多节车辆。其中，车载监测系统的车辆网与车辆具有一对一的关系。例如，整列铁路货车共计300节车辆，则车载监测系统包括300个车辆网，每个车辆网分别对应一节车辆。
参见图1，该图为本申请实施例提供的一种车载监测系统的车辆网的结构示意图。如图1所示，车辆网100包括：网关101和传感器102；网关101与车载监测系统中的主机(图中未示出)绑定。
举例而言，传感器102可以为：制动缸行程传感器、制动缸压力传感器、制动管压力传感器、车钩纵向力传感器和振动传感器等。不同的传感器能够监测到车辆不同类型的数据。图1中仅以3个传感器102为示例。本申请实施例对于传感器102的类型和数量不进行限定。为了便于理解，考虑到铁路货车包括多节车辆，此处以目标车辆为示例对本申请实施例中提供到的车辆网100进行介绍。目标车辆可以是全列铁路货车中的任意一节车辆。
传感器102用于在目标车辆运行时，采集目标车辆的监测数据并发送给网关101。基于不同的应用需求，传感器102采集车辆的触发条件可能的是不同的。例如，传感器可以是在目标车辆到达特定的地域才进行采集，也可以是在铁路货车运行途中持续采集。
车辆网100中的网关101通过远距离无线电(Long Range Radio,LoRa)技术通信。结合图1所示，网关101具体可以通过LoRa技术与所在目标车辆上的多个传感器102通信。由于目标车辆需要在全列铁路货车中组网运行，因此目标车辆的网关101需要绑定到整个车载监测系统的主机。网关101用于接收传感器102采集到的各个方面的监测数据，并将监测数据转发给主机。网关101向主机发送监测数据的动作可以是根据不同的应用需求下的触发条件触发。例如，可以是定时、定期地向主机发送监测数据，或者是目标车辆到达特定的地域才开始向主机发送监测数据。网关101与主机的通信也可以通过LoRa技术实现。
可见，本方案提出的车辆网100能够与单个车辆匹配，实现对单个车辆的监测并能够将监测数据传递至主机以供上传。此外，由于网关101能够通过LoRa技术通信，因此不但节省电力，还能够将数据远距离传输给主机，实现数据的可靠传输。
网关101的功能不局限于上述功能。例如，网关101还用于在铁路货车组网时初始化以及收发主机的指令；以及，网关101还用于在目标车辆从铁路货车解网时关机和传达主机的指令。通过初始化和及时收发主机的指令，保障了组网的可靠性。而网关101在目标车辆解网时关机并不会影响其接收指令的性能，其可以依旧传达主机的指令，使解网后具备省电的性能，同时保障指令收发的正常实现。
下面结合图2介绍本申请实施例中网关101的结构。如图2网关101包括：存储器201、处理器202、LoRa收发装置203、WiFi收发装置204、外壳205和电池206。
如图2所示，存储器201、LoRa收发装置203、WiFi收发装置204和电池206均与处理器202连接。其中，处理器202、LoRa收发装置203、WiFi收发装置204可以焊接在同一线路板上。
可选地，LoRa收发装置203包括第一天线和第二天线；其中，第一天线用于网关101与传感器102通信，第二天线用于网关101与主机通信。
WiFi收发装置204在正常情况下不启用，作为预留的备用的收发装置，因为正常情况下网关101与传感器102或者主机通信均是采用LoRa收发装置进行的。如果车辆网100需要单独与外界数据平台交互，或者主机故障等情况下，则可以启动该WiFi收发装置204实现指令收发或数据传输的功能。
其中，处理器202可运行网关101所用实现功能的程序，当程序运行时，网关101即可实现相应的功能。
具体实现时，可以根据对网关101的使用需求对其内部组件进行选型。在一种可能的实现方式中，选型如下：
存储器201采用ATMEL公司研发AT24C512型存储器，其优点是稳定；或采用WIDORA公司研发CSNP4GCR01-AMW型存储器，实现低功耗长寿命的存储。处理器202采用意法半导体公司研发的STM32L496型处理器，可以降低功耗。LoRa收发装置203采用SEMTECH公司研发的SAX1278型收发器，具有高性能、低功耗。WiFi收发装置204采用乐鑫公司研发的ESP-01型收发器，具有高性能和低功耗。外壳205采用材料为尼龙材质的非金属外壳，结实耐热，并且非金属材质可降低通信干扰。电池206采用锂亚硫酰氯型的ER34615H电池，具有较高的容量和较长的使用寿命。
下面介绍网关101的各项参数。通过配置上述型号的组件，网关101待机的额定功率小于3mW，LoRa收发装置203发送数据的额定功率小于100mW，WiFi收发装置204发送数据的额定功率小于100mW；网关101的额定电压为3.3V；网关101待机的额定电流小于1mA，LoRa收发装置203发送数据的额定电流小于50mA，WiFi收发装置204发送数据的额定电流小于100mA。
需要说明的是，在本申请实施例提供的车辆网100中，网关101的部分参数还和实际应用需求相关。例如，存储器201的存储容量为4GB；存储容量为依据目标车辆的监测数据的数据量选定的；电池206的容量为38000mAh；电池206的容量为根据网关101在6年内免维护以及网关101各功能的耗电量计算得到的。当然，此处仅为示例，如果需要监测的数据量增大或者减小，还可以配置其他存储容量的存储器，例如2GB或者8GB等。在选定存储器201容量时，根据实际场景中的最大需求进行选取即可。上述示例中，选定电池206容量考虑了6年免维护的情况，但是在实际应用中，基于不同的理想维修周期，还可以选用其他容量的电池。此处均不进行限定。另外，本申请实施例中，还依据理想的数据传输效率确定了LoRa收发装置203中接收装置和发射装置的最大传输速率都为1.25KB/s，即10Kbps。
在本申请实施例中依据网关101安装空间的大小设计了外壳205。其中，外壳205的长为210mm，宽为114m，高为105mm；外壳205的长、宽和高为根据安装空间的大小确定的。传感器对应的传感器接口之间的安装尺寸为184mm×88mm。选用的电池206的直径为61.5mm，高为34.2mm，共计选用了8节。如果为了提供更多的电能，还可以选用更多节电池206。
图3为本申请实施例提供的一种网关的外壳扣合后的立体示意图。图4为本申请实施例提供的一种网关内部剖面示意图。如图3所示，网关101的外壳205可以通过螺钉锁紧固定，保持相对密闭的状态。如图4所示，网关101的外壳205中容纳有电池206，每节电池206排列整齐，被装卡在外壳205所构成的空腔内。通过图4还可观察到位于电池206上方的线路板400，图4中未示出的处理器、LoRa收发装置、WiFi收发装置和存储器均可以焊接或者插接在该线路板400上，进而节省空间，保证各器件连接的稳固性。结合上文介绍，本申请实施例中，网关101具备自供电和模块化的特点，使车载监测系统中车辆网100的实现更加可靠和稳定。
此外，本申请实施例提供的车辆网100还有如下特点：
车辆网100是铁路货车车载监测系统的主要组成部分，根据用户的实际痛点需求，将车辆网100部署到车辆上实现铁路货车装备的智能化、数字化。因数据收发便捷，车辆网100针对性地部署，数字化列车与已建成的雾平台(放置于车辆段)相结合，可以提高列车节点(车辆段)工作效率，减少列车在车辆段的停留时间，与移动闭塞技术联合，可有效提向线上车辆密度，最终达到提高运能的目标。
数字化的智能列车通过监测，可向大数据中心提供车辆关键系统和大部件的运用数据，大数据中心合成数学模型后，可预测车辆故障的发生时间，到寿命时间再更换，可有效地减少不必要的预防性维修，降低维护成本，最终达到车辆维护状态修理的目标。从而节省运维成本。
通过在车辆装备上安装智能传感器102等监测和计算部件，使列车中的所有车辆关键性能和部件处于监测中，在出现故障前便可根据监测数据预测到风险，可有效提高运用安全性。
以上所述，仅为本申请的一种具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。
Claims (11)
1.一种铁路货车车载监测系统的车辆网，其特征在于，所述铁路货车包括多节车辆，所述车辆网对应于目标车辆，所述目标车辆为所述多节车辆之一；所述车辆网包括：网关和传感器，所述网关通过远距离无线电LoRa技术通信；所述网关与所述车载监测系统中的主机绑定；
所述传感器用于在所述目标车辆运行时，采集所述目标车辆的监测数据并发送给所述网关；
所述网关用于接收所述监测数据，并将所述监测数据转发给所述主机。
2.根据权利要求1所述的车辆网，其特征在于，所述网关还用于在所述铁路货车组网时初始化以及收发所述主机的指令；以及，所述网关还用于在所述目标车辆从所述铁路货车解网时关机和传达所述主机的指令。
3.根据权利要求1所述的车辆网，其特征在于，所述网关包括：存储器、处理器、LoRa收发装置、WiFi收发装置、外壳和电池。
4.根据权利要求3所述的车辆网，其特征在于，所述存储器、所述LoRa收发装置、所述WiFi收发装置和所述电池均与所述处理器连接。
5.根据权利要求3所述的车辆网，其特征在于，
所述存储器采用ATMEL公司研发AT24C512型存储器或WIDORA公司研发CSNP4GCR01-AMW型存储器；
所述处理器采用意法半导体公司研发的STM32L496型处理器；
所述LoRa收发装置采用SEMTECH公司研发的SAX1278型收发器；
所述WiFi收发装置采用乐鑫公司研发的ESP-01型收发器；
所述外壳采用材料为尼龙材质的非金属外壳；
所述电池采用锂亚硫酰氯型的ER34615H电池。
6.根据权利要求3所述的车辆网，其特征在于，
所述网关待机的额定功率小于3mW，所述LoRa收发装置发送数据的额定功率小于100mW，所述WiFi收发装置发送数据的额定功率小于100mW；
所述网关的额定电压为3.3V；
所述网关待机的额定电流小于1mA，所述LoRa收发装置发送数据的额定电流小于50mA，所述WiFi收发装置发送数据的额定电流小于100mA。
7.根据权利要求3所述的车辆网，其特征在于，
所述存储器的存储容量为4GB；所述存储容量为依据所述目标车辆的监测数据的数据量选定的；
所述电池的容量为38000mAh；所述电池的容量为根据所述网关在6年内免维护以及所述网关各功能的耗电量计算得到的。
8.根据权利要求3所述的车辆网，其特征在于，所述LoRa收发装置中接收装置和发射装置的最大传输速率都为1.25KB/s；所述最大传输速率为依据理想的数据传输效率确定的。
9.根据权利要求3所述的车辆网，其特征在于，所述外壳的长为210mm，宽为114m，高为105mm；所述外壳的长、宽和高为根据安装空间的大小确定的；
所述传感器对应的传感器接口之间的安装尺寸为184mm×88mm；
所述电池的直径为61.5mm，高为34.2mm，共计8节。
10.根据权利要求3所述的车辆网，其特征在于，所述LoRa收发装置包括第一天线和第二天线；其中，第一天线用于所述网关与所述传感器通信，第二天线用于所述网关与所述主机通信。
11.根据权利要求1-10任一项所述的车辆网，其特征在于，所述传感器包括：制动缸行程传感器、制动缸压力传感器、制动管压力传感器、车钩纵向力传感器和振动传感器。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20210903 |
|
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |