CN213904117U - 基于Lora自组网架构铁路道岔融雪控制信息监测系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种基于Lora自组网架构铁路道岔融雪控制信息监测系统，包括主机模块、多个从机模块，主机模块与从机模块上均设置有Lora模块，所述主机模块用于无线通信网络管理和数据汇集、转发，所述从机模块用于数据采集，所述Lora模块用于主机模块与从机模块或从机模块与从机模块之间通信；各从机模块上的Lora模块具有信号传输和信号中继功能，具有信号中继功能的Lora模块用于中继不能与主机模块直接建立连接的从机模块的信号。基于Lora架构的融雪控制系统可自由增加或减少电气控制柜节点和传感器节点的数量，自由调整电气控制柜和传感器的物理位置，极大的方便了工程设计、安装施工、运用维护、站场改造等工作，节省工程投资，简化实施难度。

Description

基于Lora自组网架构铁路道岔融雪控制信息监测系统

技术领域

本实用新型涉及铁路设施领域，具体是一种基于Lora自组网架构铁路道岔融雪控制信息监测系统。

背景技术

伴随着高速铁路的大量建设及开通运行，对铁路运输的安全平稳及准点运行均提出了更高的要求。道岔作为铁路信号的关键设备，其转换、密贴、锁闭等状态是否到位直接影响到铁路运输安全，但在冬季雨雪气候条件下，积雪和结冰会直接影响道岔的转换及密贴，造成列车进路无法及时到位及锁闭，影响列车的正常运行。为有效解决该类问题的发生，近年来高速铁路及部分普速铁路逐步配备了电加热道岔融雪系统，该系统主要由加热元件、隔离变压器、控制系统、操作终端等主要部分组成，用于在雨雪天气时对道岔进行加热，融化道岔及转换部件的积雪和冻冰，使道岔可以灵活转换、密贴到位、正常锁闭。控制子系统作为电加热道岔融雪系统的控制核心，是实现整个系统安全、稳定、智能、高效运行的关键。控制子系统的组成单元包括钢轨温度采集传感器、雨雪气象站、室外控制柜、室内操作终端等，主要功能包括钢轨温度、环境温度、雨雪状态的参数采集；加热电路控制及控制状态、电压、电流参数采集；室外控制柜间通信；室外控制柜与室内操作终端间通信等。

现有道岔融雪系统通信网络为星型网络结构，室内操作终端安装在车站值班室内，室外控制柜安装在室外轨旁。室内操作终端与室外控制柜间铺设电缆，使用RS232、CAN等有线通信方式进行通信，室外控制柜按安装区域分为上行咽喉控制区和下行咽喉控制区，上下行咽喉控制区需分别铺设一路电缆至车站值班室。上行和下行咽喉控制区的几个室外控制柜间需铺设电缆，使用RS232、CAN等有线通信方式进行通信。控制柜与钢轨温度传感器、环境温度传感器、雨雪状态传感器间需铺设电缆，实现控制参数的实时采集。现有道岔融雪系统存在以下问题：

1、工程施工量大。在铁路车站值班室距离上咽喉或下咽喉最近的室外控制柜少则500-600米，多则上千米，上下咽喉的室外控制柜间也常相隔数百米，室外控制柜与各传感器之间相隔也常相隔几十米至上百米。因此造成道岔融雪系统在安装中常涉及较大的工程施工和电缆铺设工作量，电缆采购费用及电缆铺设所产生工程费用常占据了系统的较大比重。尤其是系统在既有站安装时，电缆铺设将对车站正常生产运输造成较大的影响，使安装周期和投资费用均大大增加。

2、受电磁干扰影响大。道岔融雪系统的室外控制柜常安装在轨道旁，距离接触网较近，当接触网输入27.5kV的工作电压以后，在接触网导线的周围形成垂直于导线表面的交变电场，由于电磁感应现象，在信号电缆中产生感应电动势，影响信号电缆中相关信号的传输。当感应电动势过大时会击穿通信接口芯片，造成通信中断故障发生。

3、系统部署灵活性较差。融雪系统各传感器的采集传输电缆在设备安装初期就已铺设完成，造成在系统使用过程中较难进行移动和增加，为了节省电缆的铺设工程量，在实践中常使用室外控制柜旁就近安装一组轨温传感器来表征室外控制柜所驱动加热的全部道岔的加热效果的采集控制方式，但由于不同道岔间的结构差异和物理差异，造成各道岔间的升温曲线差异较大，使用单一轨温传感器的方式将较大影响系统的控制精度和节能指标。

实用新型内容

实用新型目的：为解决上述技术问题，本实用新型提供一种基于Lora自组网架构铁路道岔融雪控制信息监测系统。

技术方案：本实用新型的一种基于Lora自组网架构铁路道岔融雪控制信息监测系统，包括主机模块、多个从机模块，主机模块与从机模块上均设置有Lora模块，所述主机模块用于无线通信网络管理和数据汇集、转发，所述从机模块用于数据采集，所述 Lora模块用于主机模块与从机模块或从机模块与从机模块之间通信；各从机模块上的 Lora模块具有信号传输和信号中继功能，具有信号中继功能的Lora模块用于中继不能与主机模块直接建立连接的从机模块的信号。主机模块汇集的数据转发给铁路道岔融雪控制系统，融雪控制系统判断是否开启用于道岔融雪的加热机构。

进一步地，所述Lora模块间的数据传输采用私有安全传输协议。

进一步地，所述Lora模块与主机模块、从机模块之间的数据传输采用透明传输协议。

进一步地，所述温度采集模块和气象站模块使用电池供电。

进一步地，所述控制柜模块采用直供电模式。

进一步地，所述从机模块包括温度采集模块、控制柜模块、气象站模块。

进一步地，所述Lora模块的型号为LM400TU。

有益效果：本实用新型基于物联网架构，采用Lora自组网技术，具有以下几方面的特性：

1、减少工程量、节约投资。Lora是一种基于扩频技术的超远距离无线传输技术，具有低功耗、远距离、抗干扰能力强、私有通信协议等特点。相对于其它的无线通信方式，适用于道岔融雪控制系统距离远、功耗低、组网灵活、信息安全等方面的需求。采用该方案后在设备安装时无需再进行电缆铺设，可大大节约施工量，有效降低工程投资，缩短实施周期，简化后期维护。

2、抗干扰能力强、具有良好自愈性。一方面，Lora通信方式具有很强的抗干扰能力，接收灵敏度最高可以达到-148dBm，性能明显优于其它的无线通信方式。另一方面，基于Lora架构的融雪控制系统网络中的每个节点都可以作为采集节点和中继节点使用，可充分使用网络中的路径冗余，每个节点除主路径之外，还有多条备用路径，因此网络具有良好的自愈性，当室外控制柜节点和传感器节点与室内控制中心之间的访问链路失效后，可自动启动该节点的路径修复。

3、系统配置灵活，维护工作量小。基于Lora架构的融雪控制系统可自由增加或减少电气控制柜节点和传感器节点的数量，自由调整电气控制柜和传感器的物理位置，极大的方便了工程设计、安装施工、运用维护、站场改造等工作，节省工程投资，简化实施难度。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为主机模块的工作流程图；

图3为从机模块的工作流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步说明。

如图1所示，一种基于Lora自组网架构铁路道岔融雪控制信息监测系统，包括主机模块1、多个从机模块，主机模块1与从机模块上均设置有Lora模块，主机模块1 用于无线通信网络管理和数据汇集、转发，从机模块用于数据采集，Lora模块用于主机模块1与从机模块或从机模块与从机模块之间通信；各从机模块上的Lora模块具有信号传输和信号中继功能，具有信号中继功能的Lora模块用于中继不能与主机模块1直接建立连接的从机模块的信号。Lora模块间的数据传输采用私有安全传输协议，保证信息传输安全。Lora模块与主机模块1、从机模块之间的数据传输采用透明传输协议。温度采集模块2和气象站模块4使用电池供电，控制柜模块3采用直供电模式。从机模块包括温度采集模块2、控制柜模块3、气象站模块4，Lora模块的型号可为LM400TU。主机模块1将从机模块发来的信息汇集，发送到服务器，服务器存连接融雪系统的控制主机并将信息发送至控制主机，控制主机根据信息判断是否启动融雪

具体地，本实用新型采用“一主多从”的星型网络拓扑结构，区别于传统Lora节点和Lora网关的组网方式，无线组网模块可基于Lora扩频芯片sx1278搭配低功耗CPU 实现，既使用了Lora通信距离远、功耗低、组网灵活的优点，又结合道岔融雪系统的需求简化了网络结构和通信协议。网络中的模块分为主机模块1、从机模块，主机模块1安装在车站值班室内的操作终端处，负责无线通信网络的管理和数据的汇集和转发。从机模块依据功能的不同分为温度采集模块2、控制柜模块3和气象站模块4，从机模块早Lora模块的辅助下可同时完成数据采集和数据中继两种功能，温度采集模块2和气象站模块4数据通信量较少且通信周期长，可采用电池供电方式，控制柜模块3通信数据量大且通信周期短，采用直供电模式。

主机模块1和从机模块上电后将首先进入组网模式，组网成功后系统进入正常工作模式。如图2所示，主机模块1的工作流程为：上电后主机模块1首先初始化设置为入网模式，主机模块1设置为默认物理信道和调制参数，等待接收从机模块入网请求，当接受到第一个从机模块入网申请后，主机模块1将监听一定时间内环境中的RSSI信号强度，如果RSSI强度较大，则切换至另一个物理信道继续监听，直到选择到RSSI较小的信道，主机模块1保存该物理信道和调制参数为网络配置参数，主机模块1向入网成功的从机模块发送入网成功确认信息，及网络配置参数和分配的入网编号。当入网模式时间到达预设值后，主机模块1将置位为正常工作模式，按程序逻辑完成相应功能。

如图3所示，从机模块的工作流程为：上电后从机模块首先初始化设置为入网模式，从机模块设置为默认物理信道和调制参数，从机定时发送包含模块唯一ID号信息的入网请求，当从机模块接收到主机模块1入网申请应答，从机模块切换至主机模块1发送的物理信道和调制参数，停止入网请求发送，模块置位为正常工作模式，按程序逻辑完成相应功能。当在Lora自组网络正常工作后，如果需要有新的从机模块加入，需要重启主机模块1和既有从机模块，重复上述组网过程。

主机模块1和控制柜模块3因具有直供电条件，对能耗的关注较少，且通信周期较短，通信数据量较大，设置模块工作在正常模式，模块随时可接收和发送信息。模块常态时工作在数据接收模式，当串口接收到数据后，模块切换到发送模式，并按数据协议格式发送数据，当发送结束后切换回接收模式。控制柜模块3与主机模块1间采用查询应答通信模式，主机模块1轮询各控制柜模块3，控制柜模块3在收到命令后进行应答。

温度采集模块2和气象站模块4工作因通信周期较长(常大于10分钟)、通信数据量较小，为减少模块功耗，增加电池的使用时间，模块工作模式设置为定时休眠模式。模块温度采集模块2和气象站模块4将按配置的休眠时间进入低功耗休眠状态，当休眠时间到后模块将自动唤醒并发送检测到的轨温信息和气象站状态，温度采集模块2和气象站模块4与主机模块1间通信为从机模块发起、主机模块1应答的方式，当温度采集模块2和气象站模块4收到主机模块1回送的接收成功信息后将再次进入休眠状态，如果时间间隔内未收到主机会送信息，温度采集模块2和气象站模块4将再次发送。

为减少同频干扰造成信息误码及丢包，模块在每次发送前都将检测环境中的RSSI信号强度，如果RSSI超过设置的阈值，模块将等待一个时间间隔后，再次检测RSSI值，当小于阈值时进行上传。

Claims (7)

1.一种基于Lora自组网架构铁路道岔融雪控制信息监测系统，其特征在于：包括主机模块、多个从机模块，主机模块与从机模块上均设置有Lora模块，所述主机模块用于无线通信网络管理和数据汇集、转发，所述从机模块用于数据采集，所述Lora模块用于主机模块与从机模块或从机模块与从机模块之间通信；各从机模块上的Lora模块具有信号传输和信号中继功能，具有信号中继功能的Lora模块用于中继不能与主机模块直接建立连接的从机模块的信号。

2.根据权利要求1所述的基于Lora自组网架构铁路道岔融雪控制信息监测系统，其特征在于：所述Lora模块间的数据传输采用私有安全传输协议。

3.根据权利要求1所述的基于Lora自组网架构铁路道岔融雪控制信息监测系统，其特征在于：所述Lora模块与主机模块、从机模块之间的数据传输采用透明传输协议。

4.根据权利要求1所述的基于Lora自组网架构铁路道岔融雪控制信息监测系统，其特征在于：所述从机模块包括温度采集模块、控制柜模块、气象站模块。

5.根据权利要求4所述的基于Lora自组网架构铁路道岔融雪控制信息监测系统，其特征在于：所述温度采集模块和气象站模块使用电池供电。

6.根据权利要求4所述的基于Lora自组网架构铁路道岔融雪控制信息监测系统，其特征在于：所述控制柜模块采用直供电模式。

7.根据权利要求1所述的基于Lora自组网架构铁路道岔融雪控制信息监测系统，其特征在于：所述Lora模块的型号为LM400TU。

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