CN215338415U - 一种基于云通信的高铁线路监测系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种基于云通信的高铁线路监测系统，包括：控制单元、风速传感器、异物传感器、雨量传感器、轨温传感器、轴温传感器、通信模块和云平台，所述控制单元用于处理监测信息，并将处理后的信息通过通信模块发送至云平台，所述风速传感器用于采集风速信息并将风速信息发送至控制单元，所述异物传感器用于采集异物信息并将异物信息发送至控制单元，所述雨量传感器用于采集雨量信息并将雨量信息发送至控制单元。本实用新型通过设置雨量传感器、风速传感器、异物传感器能够对外部环境进行监控，减小外部因素对高铁行驶的影响。
Description
技术领域
本实用新型属于高铁监测领域，具体涉及一种基于云通信的高铁线路监测系统。
背景技术
云通信平台是一种基于云平台计算的应用商业模式即可进行平台应用的数据通信并为用户提供服务，国内外各个大型云平台均使用这种服务模式，云通信平台的软件均集中在云端，并具有良好的接入性和兼容性，用户登陆云通信平台后，无需单独的软件程序，仅从网页便可以获得更为直接的消息，这种方式有助于多用户之间完成通信，效果显著。
由于云通信主要来自于云计算技术，所以云通信在技术上继承了传统云计算技术的众多特点和优势，再加上新一代的通信技术，使得云通信技术在被提出后迅速刮起了通信技术领域的一场改革热潮。
云通信由于其整合大量数据的特点，可以推动多种不同的通信技术进行融合和使用，切实地满足不同用户在通信应用领域中的现代化需要。使互联网通信技术领域朝着更高效、更便捷、更快速的技术方向发展，实现了多种不同信息传递媒体之间的有效连接，强化了信息传递的高效性与便捷性。
实用新型内容
本实用新型目的在于提供一种基于云通信的高铁线路监测系统，基于互联网和云通信的优点，恰好可以对高铁线路在环境问题上存在的不足进行弥补。
一种基于云通信的高铁线路监测系统，包括：控制单元、风速传感器、异物传感器、雨量传感器、轨温传感器、轴温传感器、通信模块和云平台。
所述控制单元通过通信模块与云平台通信连接，用于将处理后的信息通过通信模块发送至云平台。
所述风速传感器与控制单元电连接，用于采集风速信息并将风速信息发送至控制单元。
所述异物传感器与控制单元电连接，用于采集异物信息并将异物信息发送至控制单元。
所述雨量传感器与控制单元电连接，用于采集雨量信息并将雨量信息发送至控制单元。
所述轨温传感器与控制单元电连接，用于采集轨道温度信息并将轨道温度信息发送至控制单元。
所述轴温传感器与控制单元电连接，用于采集轴温度信息并将轴温信息发送至控制单元。
通过设置雨量传感器、风速传感器、异物传感器能够对外部环境进行监控，减小外部因素对高铁行驶的影响。
进一步的，所述控制单元包括主控制器和次级控制器，所述轨温传感器和轴温传感器分别通过一个次级控制器与主控制器连接，所述主控制器控制风速传感器、雨量传感器、通信模块、异物传感器和多个次级控制器，所述主控制器为搭载Cortex-M3内核的STM32F103ZET6芯片，所述次级控制器为STM32F103R8T6芯片。相比于传统的STC89C52MCU系列产品，其性价比高，可开发API接口多，底层引脚处理单元多，底层算法处理单元集成，专为嵌入式系统应用服务。
进一步的，所述异物传感器与MCU连接方式为负极共地，正极与MCU的A/D转换器中键值输入相连接，共地可以用来比较电平，才会有数据上传，如果没有共地，则无法比较电平，数据传输就会失败，所述异物传感器为对射型光电传感器。选择对射型光电传感器一方面是因为光电传感速度快；另一方面是因为它成本低。该对射型光电传感器主要有三部分构成，它们分别是：光信号发送器、光信号接收器和检测电路，光发射信号来自光信号发送器通过对准目标位置发出的激光束，光信号发送器输出来的光发射信号来自内置的激光半导体发射光源、发光控制二极管和外置激光控制二极管。光电子信号发射接收器由光电三极管作为主要的工作元件。接收端通常安装在光电子信号发射接收器前，配备通用光学元件单元，例如激光透镜和数学光圈，在光发射信号源的接收机后面是检测噪声电路，检测噪声电路通过两个滤波噪声区域分别输出有效噪声信号和无用噪声信号。此外，对射型激光电子传感器的主要电子结构组成部分除上述电子元件外，还包括激光发射板和其他光导纤维。三角结构反射板设备是指一种采用固定三角结构的反射光电子信号接收设备。它由很小的几个三角圆或几个锥体状光反射物所组合构成，能够有效促进光反射信号准确地从被反射到的板中进入输出或使其返回，使得一个光反射信号可以看作是一条通向发射板的线路，经过多次反射后，仍然从这根通向反射板的线路中输出，将监控程序下载到主控板中，调用芯片用键值监测输出数字信号，主控制器在显示屏上显示实时数据。
进一步的，所述雨量传感器电路板模块由两个铜线组成，其设计方式使得它们在干燥条件下可为电源电压提供高电阻，并且该模块的输出电压为5V。随着电路板上湿度的增加，该模块的电阻逐渐减小。随着电阻的降低，其输出电压也会相对于模块上的湿度降低，将监控程序下载到主控板中，调用芯片用A/D转换器输出数字信号，主控制器通过算法实现数字信号到雨量数据的转换，并在显示屏上显示。
进一步的，所述风速传感器正极接主控制器的ADC接口，风速传感器负极接主控制器的GND，在硬件电路中，电压靠电位比较而得，所以必须将其共地后监测，当环境有水平流动风时，旋转风杯能够旋转，带动小型电机产生电压，其电压与旋转速度基本成正比，风速传感器采用小型直流有刷电机与三杯式旋转风杯组装而成。利用此信号电压，可以对环境风速进行测量，所述风速传感器为高精度测量风速传感器，将监控程序下载到主控板中，调用芯片用A/D转换器输出数字信号，主控制器通过算法实现数字信号到风速数据的转换。
进一步的，轨温传感器和轴温传感器的芯片均为STM32F103R8T6，自带温度传感器。
进一步的，所述主控制器通过串口电路与通信模块连接，所述通信模块的型号为NB-IoTM5311，NB-IoT模块常用于物联网通信，具有超大覆盖、超强连接、超低成本、超低功耗的特点，硬件连接将配套的USB转串口模块CH340的RX、TX、VCC、GND分别与模块TX、RX、VCC、GND连接，核心板上其他的引脚不调用时，可以不连接。在上电之前，必须先把M5311模块特定的SIM卡正确插入卡座内，M5311与MCU串口连接时，STM32的写端引脚与M5311的读端引脚相连方式必须是特定的反接模式，即一端的读引脚RX需与另一端的写引脚端口TX相连接，一端的写引脚TX需与另一端的读引脚端口相连接，所述NB-IoT模块在与MCU连接后，需要通过MCU程序控制对接云平台，对接方式是通过特定指令操作，这些指令包括上报设备信息，设备在通信服务商处注册，连接华为云平台的固定IP和端口，发送设备注册信息等。
本实用新型的技术效果为：通过与云平台的结合，使互联网通信技术领域朝着更高效、更便捷、更快速的技术方向发展，实现了多种不同信息传递媒体之间的有效连接，强化了信息传递的高效性与便捷性。基于互联网和云通信的优点，恰好可以对高铁线路在环境问题上存在的不足之处作一个弥补。
附图说明
图1是本实用新型的结构框图；
图2是本实用新型中异物模块的电路图；
图3是本实用新型中雨量传感器的电路图；
图4是本实用新型中风速传感器的电路图；
图5是本实用新型中串口电路图；
图6是本实用新型硬件系统工作流程图；
图7是本实用新型软件系统流程图。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例来对本实用新型作进一步阐述。在此需要说明的是，对于这些实施例方式的说明虽然是用于帮助理解本实用新型，但并不构成对本实用新型的限定。本实用新型公开的功能细节仅用于描述本实用新型的实施例。然而，可用很多备选的形式来体现本实用新型，并且不应当理解为本实用新型限制在本实用新型阐述的实施例中。
应当理解，本实用新型使用的术语仅用于描述特定实施例，并不意在限制本实用新型的实施例。若术语“包括”、“包括了”、“包含”和/或“包含了”在本实用新型中被使用时，指定所声明的特征、整数、步骤、操作、单元和/或组件的存在性，并且不排除一个或多个其他特征、数量、步骤、操作、单元、组件和/或他们的组合存在性或增加。
应当理解，还应当注意到在一些备选实施例中，所出现的功能/动作可能与附图出现的顺序不同。例如，取决于所涉及的功能/动作，实际上可以实质上并发地执行，或者有时可以以相反的顺序来执行连续展示出的两个图。
应当理解，在下面的描述中提供了特定的细节，以便于对实施例的完全理解。然而，本领域普通技术人员应当理解可以在没有这些特定细节的情况下实现实施例。例如可以在框图中展示出系统，以避免使用不必要的细节使得示例不清楚。在其他实例中，可以不以不必要的细节来展示出众所周知的过程、结构和技术，以避免实施例不清楚的问题。
实施例1：
如图1所示，一种基于云通信的高铁线路监测系统，包括：控制单元、风速传感器、异物传感器、雨量传感器、轨温传感器、轴温传感器、通信模块和云平台。
所述控制单元通过通信模块与云平台通信连接，用于将处理后的信息通过通信模块发送至云平台。
所述风速传感器与控制单元电连接，用于采集风速信息并将风速信息发送至控制单元。
所述异物传感器与控制单元电连接，用于采集异物信息并将异物信息发送至控制单元。
所述雨量传感器与控制单元电连接，用于采集雨量信息并将雨量信息发送至控制单元。
所述轨温传感器与控制单元电连接，用于采集轨道温度信息并将轨道温度信息发送至控制单元。
所述轴温传感器与控制单元电连接，用于采集轴温度信息并将轴温信息发送至控制单元。
通过设置雨量传感器、风速传感器、异物传感器能够对外部环境进行监控，减小外部因素对高铁行驶的影响。
实施例2：
在实施例1的基础上，如图2-5所示，所述控制单元包括主控制器和次级控制器，所述轨温传感器和轴温传感器分别通过一个次级控制器与主控制器连接。
所述主控制器连接雨量传感器、风速传感器、通信模块、异物传感器和多个次级控制器。
所述主控制器为搭载Cortex-M3内核的STM32F103ZET6芯片。
所述次级控制器为STM32F103R8T6芯片。相比于传统的STC89C52MCU系列产品，其性价比高，可开发API接口多，底层引脚处理单元多，底层算法处理单元集成，专为嵌入式系统应用服务。
所述异物传感器与MCU连接方式为负极共地，正极与MCU的A/D转换器中键值输入相连接，共地可以用来比较电平，才会有数据上传，如果没有共地，则无法比较电平，数据传输就会失败。
所述异物传感器为对射型光电传感器。选择对射型光电传感器一方面是因为光电传感速度快、灵敏度高，另一方面是因为它性价比高、成本低。该对射型光电传感器主要有三部分构成，它们分别是：光信号发送器，光信号接收器和检测电路。
光发射信号来自光信号发送器通过对准目标位置发出的激光束，光信号发送器输出的光发射信号来自内置的激光半导体发射光源、发光控制二极管和外置激光控制二极管光纤信号不间断地连续发射。光电子信号发射接收器由光电三极管作为主要的工作元件。接收端通常安装在光电子信号发射接收器前，配备通用光学元件单元，例如激光透镜和数学光圈。
在光发射信号源的接收机后面是检测噪声电路，检测噪声电路通过两个滤波噪声区域分别输出有效噪声信号和无用噪声信号。此外，对射型激光电子传感器的主要电子结构组成部分除上述电子元件外，还包括激光发射板和其他光导纤维。三角结构反射板设备是指一种采用固定三角结构的反射光电子信号接收设备。它由很小的几个三角圆或几个锥体状光反射物所组合构成，能够有效促进光反射信号准确地从被光反射到的板中进入输出或使其返回，经过多次反射后，仍然从这根通向反射板的线路中输出。
将监控程序下载到主控板中，调用芯片用键值监测输出数字信号，主控制器在显示屏上显示实时数据。
所述雨量传感器电路板模块由两个铜线组成，其设计方式使得它们在干燥条件下可为电源电压提供高电阻，并且该模块的输出电压为5V。随着电路板上湿度的增加，该模块的电阻逐渐减小。随着电阻的降低，其输出电压也会相对于模块上的湿度降低。
将监控程序下载到主控板中，调用芯片用A/D转换器输出数字信号，主控制器通过算法实现数字信号到风速数据的转换。
风速传感器正极接主控制器的ADC接口，风速传感器负极接主控制器的GND，在硬件电路中，电压靠电位比较而得，所以必须将其共地后监测。
风速传感器采用小型直流有刷电机与三杯式旋转风杯组装而成，其工作原理为，当环境有水平流动风时，旋转风杯能够旋转，带动小型电机产生电压，其电压与旋转速度基本成正比。利用此信号电压，可以对环境风速进行测量。
所述风速传感器为高精度测量风速传感器。
将监控程序下载到主控板中，调用芯片用A/D转换器输出数字信号，主控制器通过算法实现数字信号到风速数据的转换，并在显示屏上显示。
所述主控制器通过串口电路与通信模块连接。
所述通信模块的型号为NB-IoTM5311，NB-IoT模块常用于物联网通信，具有超大覆盖、超强连接、超低成本、超低功耗的特点。
硬件连接将配套的USB转串口模块CH340的RX、TX、VCC、GND分别与模块TX、RX、VCC、GND连接，核心板上其他的引脚不调用时，可以不连接。在上电之前，必须先把M5311模块特定的SIM卡正确插入卡座内，M5311与MCU串口连接时，STM32的写端引脚与M5311的读端引脚相连方式必须是特定的反接模式，即一端的读引脚RX需与另一端的写引脚端口TX相连接，一端的写引脚TX需与另一端的读引脚端口相连接。
所述NB-IoT模块在与MCU连接后，需要通过MCU程序控制对接云平台，对接方式是通过特定指令操作，这些指令包括上报设备信息，设备在通信服务商处注册，连接华为云平台的固定IP和端口，发送设备注册信息等。
实施例3，在实施例2的基础上，如图6-7所示：
使用时，硬件部分先对系统进行初始化，通信模块与云服务器进行配对，同时多个传感器分别采集轨温、轴温、雨量数据、风速数据、异物数据，并将多个数据进行打包通过通信模块发送至云平台。
软件部分，先初始化云平台，接着启动TOMACH服务器，查看是否接收到数据，若没有接收到数据，则继续查看，若接收到数据，则通过终端对数据件显示。
以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。
本实用新型不局限于上述可选的实施方式，任何人在本实用新型的启示下都可得出其他各种形式的产品。上述具体实施方式不应理解成对本实用新型的保护范围的限制，本实用新型的保护范围应当以权利要求书中界定的为准，并且说明书可以用于解释权利要求书。
Claims (6)
1.一种基于云通信的高铁线路监测系统，其特征在于，包括：控制单元、风速传感器、异物传感器、雨量传感器、轨温传感器、轴温传感器、通信模块和云平台；
所述控制单元通过通信模块与云平台通信连接；
所述风速传感器与控制单元电连接，用于采集风速信息并将风速信息发送至控制单元；
所述异物传感器与控制单元电连接，用于采集异物信息并将异物信息发送至控制单元；
所述雨量传感器与控制单元电连接，用于采集雨量信息并将雨量信息发送至控制单元；
所述轨温传感器与控制单元电连接，用于采集轨道温度信息并将轨道温度信息发送至控制单元；
所述轴温传感器与控制单元电连接，用于采集轴温度信息并将轴温信息发送至控制单元。
2.根据权利要求1所述的基于云通信的高铁线路监测系统，其特征在于，所述控制单元包括主控制器和次级控制器，所述轨温传感器和轴温传感器分别通过一个次级控制器与主控制器连接。
3.根据权利要求2所述的基于云通信的高铁线路监测系统，其特征在于，所述主控制器为搭载Cortex-M3内核的STM32F103ZET6芯片。
4.根据权利要求2所述的基于云通信的高铁线路监测系统，其特征在于，所述次级控制器为STM32F103R8T6芯片。
5.根据权利要求3所述的基于云通信的高铁线路监测系统，其特征在于，所述主控制器通过串口电路与通信模块电连接，所述通信模块的型号为NB-IoT M5311。
6.根据权利要求1所述的基于云通信的高铁线路监测系统，其特征在于，所述异物传感器为对射型光电传感器。
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|---|---|---|---|
| CN202121661786.3U CN215338415U (zh) | 2021-07-21 | 2021-07-21 | 一种基于云通信的高铁线路监测系统 |
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Cited By (1)
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|---|---|---|---|---|
| CN113405611A (zh) * | 2021-07-21 | 2021-09-17 | 兰州交通大学 | 一种基于云通信的高铁线路监测系统 |
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| CN113405611A (zh) * | 2021-07-21 | 2021-09-17 | 兰州交通大学 | 一种基于云通信的高铁线路监测系统 |
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