本發(fā)明涉及鐵路車輛停車防溜領(lǐng)域，尤其是適用于實(shí)現(xiàn)對(duì)鐵路現(xiàn)場(chǎng)停車智能防溜裝置的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)及數(shù)據(jù)發(fā)送，具體地說(shuō)是一種基于lora通信的智能鐵鞋及其數(shù)據(jù)發(fā)送方法。

背景技術(shù)：

目前，傳統(tǒng)防溜鐵鞋存在以下問(wèn)題：防溜鐵鞋是否放置到位難以監(jiān)控；發(fā)車時(shí)防溜鐵鞋是否已經(jīng)取出同樣難以監(jiān)控；防溜裝置發(fā)生被盜無(wú)法及時(shí)報(bào)警；傳統(tǒng)鐵鞋的檢測(cè)、操作均靠人工操作完成，值班員無(wú)法及時(shí)判明防溜鐵鞋是否處于規(guī)范的安全狀態(tài)。已有的智能鐵鞋可以自動(dòng)監(jiān)測(cè)自身放置狀態(tài)、鐵路車輛逸溜距離及狀態(tài)，采用zigbee協(xié)議通信距離不遠(yuǎn)適用范圍受限，而智能鐵鞋數(shù)據(jù)的發(fā)送采用周期發(fā)送策略，發(fā)送周期太短消耗功耗大，發(fā)送周期太長(zhǎng)要滯后較長(zhǎng)時(shí)間才能監(jiān)測(cè)鐵鞋數(shù)據(jù)，不能真實(shí)檢測(cè)智能鐵鞋數(shù)據(jù)及狀態(tài)，影響防溜系統(tǒng)的操作效率甚至造成安全事故。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是針對(duì)上述問(wèn)題，提出一種基于lora通信的智能鐵鞋及其數(shù)據(jù)發(fā)送方法。本發(fā)明是一種基于lora通信的遠(yuǎn)距離、實(shí)時(shí)高效、可靠性高的智能鐵鞋，加之采用一種綜合周期驅(qū)動(dòng)和事件驅(qū)動(dòng)的數(shù)據(jù)發(fā)送方法，實(shí)現(xiàn)了對(duì)防溜鐵鞋不同狀態(tài)的實(shí)時(shí)高效及低功耗監(jiān)控，對(duì)保障鐵路安全運(yùn)行具有非常重要的意義和實(shí)用價(jià)值。

本發(fā)明的技術(shù)方案是：

本發(fā)明公開(kāi)了一種基于lora通信的智能鐵鞋，包括智能鐵鞋裝置本體及其內(nèi)部的電路單元構(gòu)成，所述電路單元包括中央處理器、lora通信模塊、加速度傳感器、超聲距離傳感器、磁場(chǎng)傳感器、rfid傳感器，所述中央處理器的串口引腳tx、rx分別與所述lora通信模塊串口引腳rx、tx相連接，所述中央處理器的引腳pa12、pa15分別與所述lora通信模塊喚醒控制引腳wkup及硬件復(fù)位引腳rst相連接；所述的加速度傳感器、超聲距離傳感器、磁場(chǎng)傳感器和rfid傳感器用于采集智能鐵鞋裝置本體和車輛的狀態(tài)及相關(guān)數(shù)據(jù)信息，加速度傳感器、超聲距離傳感器、溫度傳感器、磁場(chǎng)傳感器和rfid傳感器的信號(hào)輸出端均與中央處理器的對(duì)應(yīng)信號(hào)輸入端相連，中央處理器通過(guò)lora通信模塊以lora通信協(xié)議進(jìn)行智能鐵鞋數(shù)據(jù)的發(fā)送或接收。

優(yōu)選的，完成一次智能鐵鞋數(shù)據(jù)發(fā)送操作過(guò)程包括：數(shù)據(jù)發(fā)送前“喚醒”、數(shù)據(jù)發(fā)送及數(shù)據(jù)發(fā)送后“休眠”三階段；

數(shù)據(jù)發(fā)送前“喚醒”階段：所述中央處理器通過(guò)引腳pa12使lora通信模塊喚醒控制引腳wkup置“高電平”，使得lora通信模塊處于正常工作狀態(tài)；

數(shù)據(jù)發(fā)送階段：所述中央處理器通過(guò)lora通信模塊以lora通信協(xié)議將智能鐵鞋數(shù)據(jù)發(fā)送出去；

數(shù)據(jù)發(fā)送后“休眠”階段：該次數(shù)據(jù)發(fā)送完成后，所述中央處理器立即通過(guò)引腳pa12使lora通信模塊喚醒控制引腳wkup變“低電平”，使得lora通信模塊處于低功耗的休眠狀態(tài)。

優(yōu)選的，所述數(shù)據(jù)發(fā)送階段受周期驅(qū)動(dòng)和事件驅(qū)動(dòng)綜合觸發(fā)：一方面，若數(shù)據(jù)發(fā)送周期未到，中央處理器檢測(cè)到有定義的事件發(fā)生，立即啟動(dòng)完成一次智能鐵鞋數(shù)據(jù)發(fā)送操作過(guò)程；另一方面，即使中央處理器一直未檢測(cè)到有定義的事件發(fā)生，發(fā)送周期一到也立即啟動(dòng)完成一次智能鐵鞋數(shù)據(jù)發(fā)送操作過(guò)程。

具體的，周期驅(qū)動(dòng)數(shù)據(jù)發(fā)送根據(jù)不同情況選擇不同的發(fā)送周期：智能鐵鞋上電后，按較小發(fā)送周期ts(優(yōu)選ts＝15秒)完成m次(優(yōu)選m＝3)智能鐵鞋數(shù)據(jù)發(fā)送操作過(guò)程；智能鐵鞋正常工作后，按較大發(fā)送周期tr(優(yōu)選tr＝15分)進(jìn)行智能鐵鞋數(shù)據(jù)發(fā)送操作過(guò)程。

具體的，事件驅(qū)動(dòng)數(shù)據(jù)發(fā)送是指若數(shù)據(jù)發(fā)送周期未到，中央處理器檢測(cè)到有定義的事件發(fā)生，立即啟動(dòng)完成一次智能鐵鞋數(shù)據(jù)發(fā)送操作過(guò)程；所述定義的事件包括模擬量變化事件和報(bào)警事件：

(1)模擬量變化事件包括距離變化事件和加速度變化事件：

中央處理器以采樣周期tc(優(yōu)選tc＝5毫秒)檢測(cè)車輛與智能鐵鞋距離數(shù)據(jù)d，單位是毫米，先后獲得相鄰兩個(gè)采樣值d(k)、d(k+1)；若距離偏差δd(k)＝d(k+1)-d(k)超過(guò)設(shè)定閾值ds(ds優(yōu)選5毫米)，則認(rèn)為發(fā)生距離變化事件，若距離偏差δd(k)＝d(k+1)-d(k)未超過(guò)設(shè)定閾值ds，則認(rèn)為未發(fā)生距離變化事件；

中央處理器以采樣周期tc(優(yōu)選tc＝5毫秒)檢測(cè)智能鐵鞋x軸、y軸及z軸三個(gè)方向的加速度數(shù)據(jù)gx、gy、gz，單位是重力加速度g，分別獲得三個(gè)方向的相鄰兩個(gè)采樣值gx(k)與gx(k+1)、gy(k)與gy(k+1)、gz(k)與gz(k+1)；若任何一個(gè)方向加速度偏差δgi(k)＝gi(k+1)-gi(k)(i∈{x,y,z})超過(guò)設(shè)定閾值gs(gs優(yōu)選0.1g)，則認(rèn)為發(fā)生加速度變化事件，若沒(méi)有任何加速度偏差δgi(k)＝gi(k+1)-gi(k)超過(guò)設(shè)定閾值gs，則認(rèn)為未發(fā)生加速度變化事件；

(2)報(bào)警事件包括放置不到位報(bào)警、壓鞋報(bào)警、被盜報(bào)警及溢流報(bào)警，具體判斷公式如下：

其中：a1表示放置不到位報(bào)警狀態(tài)，放置不到位報(bào)警事件發(fā)生用1表示，放置不到位報(bào)警事件未發(fā)生用0表示；a2表示壓鞋報(bào)警狀態(tài)，壓鞋報(bào)警事件發(fā)生用1表示，壓鞋報(bào)警事件未發(fā)生用0表示；a3表示被盜報(bào)警狀態(tài)，被盜報(bào)警事件發(fā)生用1表示，被盜報(bào)警事件未發(fā)生用0表示；a4表示溜逸報(bào)警狀態(tài)，溜逸報(bào)警事件發(fā)生用1表示，溜逸報(bào)警事件未發(fā)生用0表示；f(x)為邏輯函數(shù)，表示若“x”為真，則函數(shù)值為1，若“x”為假，則函數(shù)值為0；表示對(duì)f(x)取“非”操作，即若“x”為真，則函數(shù)值為0，若“x”為假，則函數(shù)值為1。

本發(fā)明的有益效果：

本發(fā)明的一種基于lora通信的智能鐵鞋及其數(shù)據(jù)發(fā)送方法，是一種基于lora通信的遠(yuǎn)距離、實(shí)時(shí)高效、可靠性高的智能鐵鞋，加之采用一種綜合周期驅(qū)動(dòng)和事件驅(qū)動(dòng)的數(shù)據(jù)發(fā)送方法，實(shí)現(xiàn)了對(duì)防溜鐵鞋不同狀態(tài)的實(shí)時(shí)高效及低功耗監(jiān)控，對(duì)保障鐵路安全運(yùn)行具有非常重要的意義和實(shí)用價(jià)值。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明的智能鐵鞋原理框圖。

圖2是本發(fā)明的智能鐵鞋數(shù)據(jù)發(fā)送流程。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說(shuō)明。

如圖1所示，本發(fā)明的基于lora通信的智能鐵鞋，包括智能鐵鞋裝置本體及其內(nèi)部的電路單元構(gòu)成，所述電路單元包括中央處理器、lora通信模塊、加速度傳感器、超聲距離傳感器、磁場(chǎng)傳感器、rfid傳感器，所述中央處理器的串口引腳tx、rx分別與所述lora通信模塊串口引腳rx、tx相連接，所述中央處理器的引腳pa12、pa15分別與所述lora通信模塊喚醒控制引腳wkup及硬件復(fù)位引腳rst相連接；所述的加速度傳感器、超聲距離傳感器、磁場(chǎng)傳感器和rfid傳感器用于采集智能鐵鞋裝置本體和車輛的狀態(tài)及相關(guān)數(shù)據(jù)信息，加速度傳感器、超聲距離傳感器、溫度傳感器、磁場(chǎng)傳感器和rfid傳感器的信號(hào)輸出端均與中央處理器的對(duì)應(yīng)信號(hào)輸入端相連，中央處理器通過(guò)lora通信模塊以lora通信協(xié)議進(jìn)行智能鐵鞋數(shù)據(jù)的發(fā)送或接收。

優(yōu)選：中央處理器：stm32l15x，加速度傳感器：adxl345，超聲距離傳感器：nu40a16tr-1，磁場(chǎng)傳感器：mag3110，rfid傳感器：yw-603-1。

本發(fā)明的一種基于lora通信的智能鐵鞋數(shù)據(jù)發(fā)送方法的特征是完成一次智能鐵鞋數(shù)據(jù)發(fā)送操作過(guò)程包括：數(shù)據(jù)發(fā)送前“喚醒”、數(shù)據(jù)發(fā)送及數(shù)據(jù)發(fā)送后“休眠”三階段；數(shù)據(jù)發(fā)送前“喚醒”階段：所述中央處理器通過(guò)引腳pa12使lora通信模塊喚醒控制引腳wkup置“高電平”，使得lora通信模塊處于正常工作狀態(tài)；數(shù)據(jù)發(fā)送階段：所述中央處理器通過(guò)lora通信模塊以lora通信協(xié)議將智能鐵鞋數(shù)據(jù)發(fā)送出去；數(shù)據(jù)發(fā)送后“休眠”階段：該次數(shù)據(jù)發(fā)送完成后，所述中央處理器立即通過(guò)引腳pa12使lora通信模塊喚醒控制引腳wkup變“低電平”，使得lora通信模塊處于低功耗的休眠狀態(tài)。

如圖2所示，本發(fā)明的一種基于lora通信的智能鐵鞋數(shù)據(jù)發(fā)送方法，所述數(shù)據(jù)發(fā)送階段受周期驅(qū)動(dòng)和事件驅(qū)動(dòng)綜合觸發(fā)：一方面，若數(shù)據(jù)發(fā)送周期未到，中央處理器檢測(cè)到有定義的事件發(fā)生，立即啟動(dòng)完成一次智能鐵鞋數(shù)據(jù)發(fā)送操作過(guò)程；另一方面，即使中央處理器一直未檢測(cè)到有定義的事件發(fā)生，發(fā)送周期一到也立即啟動(dòng)完成一次智能鐵鞋數(shù)據(jù)發(fā)送操作過(guò)程。

本發(fā)明的一種基于lora通信的智能鐵鞋數(shù)據(jù)發(fā)送方法，周期驅(qū)動(dòng)數(shù)據(jù)發(fā)送指智能鐵鞋上電后，按較小發(fā)送周期ts(優(yōu)選ts＝15秒)完成m次(優(yōu)選m＝3)智能鐵鞋數(shù)據(jù)發(fā)送操作過(guò)程；智能鐵鞋正常工作后，按較大發(fā)送周期tr(優(yōu)選tr＝15分)進(jìn)行智能鐵鞋數(shù)據(jù)發(fā)送操作過(guò)程。即智能鐵鞋上電持續(xù)時(shí)間ts*m(45秒)后，進(jìn)入智能鐵鞋正常工作狀態(tài)。

本發(fā)明的一種基于lora通信的智能鐵鞋數(shù)據(jù)發(fā)送方法，其特征是事件驅(qū)動(dòng)數(shù)據(jù)發(fā)送是指若數(shù)據(jù)發(fā)送周期未到，中央處理器檢測(cè)到有定義的事件發(fā)生，立即啟動(dòng)完成一次智能鐵鞋數(shù)據(jù)發(fā)送操作過(guò)程；所述定義的事件包括模擬量變化事件和報(bào)警事件。

(1)模擬量變化事件包括距離變化事件和加速度變化事件：

中央處理器以采樣周期tc(優(yōu)選tc＝5毫秒)檢測(cè)車輛與智能鐵鞋距離數(shù)據(jù)d，單位是毫米，先后獲得相鄰兩個(gè)采樣值d(k)、d(k+1)；若距離偏差δd(k)＝d(k+1)-d(k)超過(guò)設(shè)定閾值ds(ds優(yōu)選5毫米)，則認(rèn)為發(fā)生距離變化事件，若距離偏差δd(k)＝d(k+1)-d(k)未超過(guò)設(shè)定閾值ds，則認(rèn)為未發(fā)生距離變化事件；

中央處理器以采樣周期tc(優(yōu)選tc＝5毫秒)檢測(cè)智能鐵鞋x軸、y軸及z軸三個(gè)方向的加速度數(shù)據(jù)gx、gy、gz，單位是重力加速度g，分別獲得三個(gè)方向的相鄰兩個(gè)采樣值gx(k)與gx(k+1)、gy(k)與gy(k+1)、gz(k)與gz(k+1)；若任何一個(gè)方向加速度偏差δgi(k)＝gi(k+1)-gi(k)(i∈{x,y,z})超過(guò)設(shè)定閾值gs(gs優(yōu)選0.1g)，則認(rèn)為發(fā)生加速度變化事件，若沒(méi)有任何加速度偏差δgi(k)＝gi(k+1)-gi(k)超過(guò)設(shè)定閾值gs，則認(rèn)為未發(fā)生加速度變化事件；

(2)報(bào)警事件包括放置不到位報(bào)警、壓鞋報(bào)警、被盜報(bào)警及溢流報(bào)警，具體判斷公式如下：

其中：a1表示放置不到位報(bào)警狀態(tài)，放置不到位報(bào)警事件發(fā)生用1表示，放置不到位報(bào)警事件未發(fā)生用0表示；a2表示壓鞋報(bào)警狀態(tài)，壓鞋報(bào)警事件發(fā)生用1表示，壓鞋報(bào)警事件未發(fā)生用0表示；a3表示被盜報(bào)警狀態(tài)，被盜報(bào)警事件發(fā)生用1表示，被盜報(bào)警事件未發(fā)生用0表示；a4表示溜逸報(bào)警狀態(tài)，溜逸報(bào)警事件發(fā)生用1表示，溜逸報(bào)警事件未發(fā)生用0表示；f(x)為邏輯函數(shù)，表示若“x”為真，則函數(shù)值為1，若“x”為假，則函數(shù)值為0；表示對(duì)f(x)取“非”操作，即若“x”為真，則函數(shù)值為0，若“x”為假，則函數(shù)值為1。