專利名稱：基于無線自組網(wǎng)的鐵路貨客車軸溫、風(fēng)壓監(jiān)測(cè)裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種基于無線自組網(wǎng)絡(luò)的貨車軸溫度、風(fēng)壓實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)裝置及方法。主 要適用于對(duì)具有巨大數(shù)量的鐵路貨車集群進(jìn)行車輪軸溫度、制動(dòng)風(fēng)壓力等物理參量的實(shí)時(shí) 監(jiān)控，同樣也適用于對(duì)其它集群化的貨車隊(duì)伍進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。
背景技術(shù)：
對(duì)運(yùn)行之中的列車貨車車廂車輪的軸溫進(jìn)行實(shí)時(shí)全天候監(jiān)測(cè)，對(duì)鐵路安全運(yùn)行具 有十分重意義，尤其是鐵路提速后，對(duì)列車參數(shù)的監(jiān)測(cè)要求變得更高，必須快速、實(shí)時(shí)、可靠 地傳送到機(jī)車司機(jī)及調(diào)度監(jiān)控中心。目前運(yùn)行的鐵路貨車車廂，在車輪的軸承軸瓦上因?yàn)榉N種原因未能安裝軸溫檢測(cè) 的實(shí)時(shí)報(bào)警裝置，主要靠鐵路上定位定點(diǎn)安裝的THDS紅外線非接觸式裝置的測(cè)量，該系統(tǒng) 的報(bào)警檢測(cè)每隔30公里安裝一套紅外監(jiān)測(cè)裝置，報(bào)警間隔大約為半個(gè)小時(shí)，這種方式存在 著非實(shí)時(shí)性和一定量可能的漏檢，如果火車提速后，發(fā)生漏檢可能性更大，將會(huì)造成熱切軸 等較大事故，后果不堪設(shè)想。此外，對(duì)運(yùn)行中的列車貨車每一節(jié)車廂的制動(dòng)風(fēng)壓力目前也尚未能實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān) 測(cè)，同樣也是存在于目前鐵路系統(tǒng)中的安全隱患。經(jīng)檢索，專利號(hào)為200920259074. 1的中國實(shí)用新型專利，公開了一種列車車載紅 外軸溫監(jiān)測(cè)裝置，在列車車軸處安裝有車載紅外軸溫監(jiān)測(cè)裝置，解決了不能實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的問 題，但仍存在以下不足1)針對(duì)貨車車廂隨機(jī)性掛靠的特點(diǎn)，該技術(shù)很難對(duì)應(yīng)用于貨車的 監(jiān)測(cè)上；幻采用有線的方式進(jìn)行信號(hào)傳輸，出現(xiàn)機(jī)械故障的概率較大，且在貨車上無法提 供電源；3)機(jī)械式的連接方式，當(dāng)需要監(jiān)測(cè)的位置較多時(shí)，電纜將占用大量空間；4)發(fā)生故 障時(shí)，要從大量電纜中找出存在故障的具體電纜，并不方便，而且當(dāng)需要更換時(shí)，工序復(fù)雜， 操作困難。

發(fā)明內(nèi)容
為解決貨車車廂數(shù)量巨大，配車時(shí)具有流散性；每列貨(客)車在行駛途中因裝卸 的需要其節(jié)數(shù)會(huì)發(fā)生變化，途中某些車廂會(huì)被其它車廂所替換 ’貨(客)車車廂中無交流電 源這些特殊的難題，本發(fā)明提供了一種基于無線自組網(wǎng)的鐵路貨客車軸溫、風(fēng)壓監(jiān)測(cè)裝置 及方法，本發(fā)明目的之一是實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的隨機(jī)組網(wǎng)方式，為每節(jié)車廂建立起一個(gè)智慧型的終 端裝置，每個(gè)智慧型終端裝置以無線網(wǎng)絡(luò)的方式聽從車頭的招喚并服從于車頭的管理；目 的之二是監(jiān)測(cè)工作實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確，可對(duì)運(yùn)行中每節(jié)車廂的物理參數(shù)M小時(shí)實(shí)時(shí)監(jiān)控；目的之 三是實(shí)現(xiàn)低功耗工作模式，該模式是具有定時(shí)蘇醒校時(shí)功能，同時(shí)保證時(shí)鐘精度，最大限度 地延長電池的工作壽命；最后，本發(fā)明力圖操作簡(jiǎn)單、維護(hù)成本低，維護(hù)簡(jiǎn)便。本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是基于無線自組網(wǎng)的鐵路貨客車軸溫、風(fēng)壓監(jiān)測(cè)裝置， 其特征在于該裝置包括了一個(gè)車頭單元和一組車廂根單元，車頭單元與各車廂根單元之間 通過無線電自組網(wǎng)絡(luò)如=ZigBee網(wǎng)絡(luò)、WiFi網(wǎng)絡(luò)或藍(lán)牙網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建成一個(gè)具有路由功能的網(wǎng)4絡(luò)系統(tǒng)，其中，車頭單元由協(xié)調(diào)器模塊、GSM通訊模塊、工控機(jī)和讀卡器組成，車廂根單元由 根單元模塊、參量采集傳感器及電池組成。所述協(xié)調(diào)器模塊優(yōu)選協(xié)調(diào)器ZigBee模塊，它始終處于激活狀態(tài)，并建立一個(gè)臨時(shí) 的ZigBee網(wǎng)絡(luò)，用于向各根單元模塊發(fā)出召喚信號(hào)進(jìn)行點(diǎn)名排隊(duì)、接收各根單元模塊發(fā)來 的報(bào)警信號(hào)或向各根單元模塊采集數(shù)據(jù)；所述根單元模塊優(yōu)選根單元ZigBee模塊，其內(nèi)部 包含了主控CPU、通訊電路及存儲(chǔ)器，根單元ZigBee模塊與本車廂的各參量采集傳感器相 連接。所述讀卡器經(jīng)工控機(jī)與協(xié)調(diào)器ZigBee模塊相連接，讀卡器用于讀出調(diào)度員提供 的發(fā)車信息磁卡內(nèi)的信息，該磁卡中寫有本列貨車各車廂根單元的ID序列號(hào)及密碼。所述參量采集傳感器為軸溫傳感器，每節(jié)車廂的每個(gè)輪軸上安裝一至兩個(gè)軸溫傳 感器，另外還安裝一個(gè)環(huán)境溫度傳感器。所述車頭單元中裝有裝有機(jī)頭操作狀態(tài)采集單元，所述機(jī)頭操作狀態(tài)包括制動(dòng)、 緩解及保壓狀態(tài)，該采集單元采集到的數(shù)據(jù)通過ZigBee網(wǎng)絡(luò)傳遞給工控機(jī)。所述參量采集傳感器為風(fēng)壓傳感器或風(fēng)壓開關(guān)，安裝于每節(jié)車廂的制動(dòng)用風(fēng)管裝 置上，用于檢測(cè)制動(dòng)用供風(fēng)壓力。所述根單元ZigBee模塊和軸溫傳感器均安裝于金屬質(zhì)屏蔽盒內(nèi)，根單元ZigBee 模塊與盒體之間墊有絕緣襯墊，軸溫傳感器采用金屬片型溫度傳感器并固定于屏蔽盒的底 部，屏蔽盒上部設(shè)有傘形天線，傘形天線與盒體之間墊有絕緣墊圈。所述電池外面加裝太陽能電板。所述協(xié)調(diào)器ZigBee模塊接有顯示器和微型打印 機(jī)。本發(fā)明基于無線自組網(wǎng)的貨客車軸溫、風(fēng)壓監(jiān)測(cè)方法，其特征在于包括1、本方法對(duì)應(yīng)的基于無線自組網(wǎng)的貨客車軸溫、風(fēng)壓監(jiān)測(cè)裝置系在包括了 ZigBee 網(wǎng)絡(luò)、WiFi網(wǎng)絡(luò)或藍(lán)牙網(wǎng)絡(luò)在內(nèi)的無線電自組網(wǎng)絡(luò)下工作，并對(duì)網(wǎng)絡(luò)通信進(jìn)行加密，加密方 式為AES的加密算法；2、將列車車頭單元設(shè)置為協(xié)調(diào)器模式，車頭中設(shè)置了由協(xié)調(diào)器模塊、GSM通訊模 塊、工控機(jī)和讀卡器組成的車頭單元，另外還配置了顯示器和微型打印機(jī)，該協(xié)調(diào)器模塊始 終處于激活狀態(tài)，并建立一個(gè)臨時(shí)存在的無線電自組網(wǎng)絡(luò)；3、將列車的每一節(jié)車廂設(shè)置為根單元終端模式，每個(gè)車廂根單元由根單元模塊、 參量采集傳感器及電池組成，所述根單元模塊平時(shí)以休眠方式運(yùn)行，參量采集傳感器則全 天候工作，喚醒根單元模塊的方式有參量采集傳感器報(bào)警喚醒及定時(shí)時(shí)鐘喚醒兩種；每個(gè) 車廂根單元都有一個(gè)唯一的ID序列號(hào)及密碼；4、組建一列新的鐵路貨客車時(shí)，讀卡器先要讀出由調(diào)度員提供的發(fā)車信息磁卡， 根據(jù)每個(gè)車廂根單元唯一的ID序列號(hào)及密碼在海量的貨客車集群中找到屬于本次列車的 各個(gè)車廂，對(duì)各個(gè)車廂根單元發(fā)出召喚信號(hào)進(jìn)行排隊(duì)點(diǎn)名，組成一個(gè)新的無線網(wǎng)絡(luò)通信系 統(tǒng)；5、正常情況下，每個(gè)車廂根單元的根單元模塊內(nèi)的定時(shí)器每隔1-5分鐘蘇醒一 次，每次蘇醒時(shí)間為1-3秒鐘，與協(xié)調(diào)器模塊進(jìn)行時(shí)鐘校對(duì)并自動(dòng)上報(bào)ID序列號(hào)，如果蘇醒 時(shí)沒有收到報(bào)警信號(hào)，則各根單元模塊再進(jìn)入休眠狀態(tài)；6、當(dāng)有一個(gè)參量采集傳感器輸出異常時(shí)，該傳感器輸出的報(bào)警信號(hào)將喚醒其對(duì)應(yīng)的根單元模塊，該根單元模塊利用無線網(wǎng)絡(luò)搜索鄰近蘇醒狀態(tài)的另一個(gè)根單元模塊，并將 報(bào)警信號(hào)傳遞給它，如此手拉手的傳遞直至將報(bào)警信號(hào)數(shù)據(jù)上報(bào)給協(xié)調(diào)器模塊，如果該根 單元模塊在協(xié)調(diào)器模塊的無線收發(fā)距離范圍內(nèi)，則直接將報(bào)警信號(hào)報(bào)送協(xié)調(diào)器模塊；7、協(xié)調(diào)器模塊收到報(bào)警信號(hào)的數(shù)據(jù)后，通過微型打印機(jī)打印出故障的車廂號(hào)，并 在顯示器上發(fā)出報(bào)警聲光，同時(shí)與協(xié)調(diào)器模塊連接的GSM通訊模塊將報(bào)警數(shù)據(jù)上報(bào)地面的 監(jiān)控中心。作為優(yōu)選，所述無線電自組網(wǎng)絡(luò)采用ZigBee網(wǎng)絡(luò)，所述協(xié)調(diào)器模塊為協(xié)調(diào)器 ZigBee模塊，所述根單元模塊為根單元ZigBee模塊，ZigBee網(wǎng)絡(luò)的收、發(fā)距離不小于 1. 5 2公里。步驟2中所述的協(xié)調(diào)器模式共有3種工作模式，一種是定時(shí)的在各車廂根單元蘇 醒時(shí)進(jìn)行校時(shí)，第二種是實(shí)時(shí)接收各車廂根單元發(fā)來的報(bào)警信號(hào)數(shù)據(jù)，第三種是在車廂根 單元蘇醒的狀態(tài)下采集參量數(shù)據(jù)。對(duì)輪軸溫度監(jiān)測(cè)時(shí)，所述參量采集傳感器采用超低功耗的軸溫傳感器和環(huán)境溫度 傳感器，對(duì)溫度的檢測(cè)范圍在_55°C 125°C之間，當(dāng)車輪軸的溫度超過85°C 90°C，或車 輪軸溫度與環(huán)境溫度相差35°C 40°C時(shí)，采集數(shù)據(jù)通過ZigBee網(wǎng)絡(luò)傳遞給工控機(jī)保存，工 控機(jī)對(duì)采集的溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行處理后，輸出預(yù)警或報(bào)警數(shù)據(jù)。在第三種工作模式中，當(dāng)采集的數(shù)據(jù)是風(fēng)壓值時(shí)，首先要在車頭單元中安裝機(jī)頭 操作狀態(tài)采集單元，所述機(jī)頭操作狀態(tài)包括制動(dòng)、緩解及保壓狀態(tài)；分別對(duì)不同狀態(tài)，安裝 在各車廂根單元的風(fēng)壓傳感器或風(fēng)壓開關(guān)將采集到的風(fēng)壓數(shù)據(jù)通過ZigBee網(wǎng)絡(luò)傳遞給工 控機(jī)保存，對(duì)風(fēng)壓值進(jìn)行處理后，對(duì)于風(fēng)壓值低于設(shè)定值時(shí)，工控機(jī)發(fā)出預(yù)警信號(hào)或風(fēng)壓傳 感器輸出報(bào)警數(shù)據(jù)信號(hào)。本發(fā)明的有益效果是(一)本發(fā)明采用隨機(jī)性的組網(wǎng)方式，可以隨時(shí)組成一個(gè)臨 時(shí)性的無線電網(wǎng)絡(luò)，在海量的鐵路貨車中召喚出屬于本次列車的各個(gè)車廂，且各車廂服從 于機(jī)頭協(xié)調(diào)器的管理，實(shí)時(shí)M小時(shí)上報(bào)可能發(fā)生的故障情況；(二)監(jiān)測(cè)工作快速、實(shí)時(shí)、 準(zhǔn)確，大大提高了火車提速后鐵路運(yùn)輸?shù)陌踩?，是一?xiàng)利國利民的創(chuàng)造；(三)由于貨車 的車廂內(nèi)沒有交流電，本發(fā)明實(shí)現(xiàn)低功耗工作模式，該模式是具有定時(shí)蘇醒校時(shí)功能，同時(shí) 保證時(shí)鐘精度，最大限度地延長電池的工作壽命；最后，本發(fā)明容易實(shí)施、操作簡(jiǎn)單，維護(hù)成 本低，維護(hù)簡(jiǎn)便。


圖1是本發(fā)明車頭終端的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本發(fā)明車廂根單元的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3是本發(fā)明系統(tǒng)工作流程圖。
具體實(shí)施例方式如圖1、圖2所示，本實(shí)施例的監(jiān)測(cè)裝置，包括了一個(gè)車頭單元1和一組車廂根單 元2，車頭單元與各車廂根單元之間通過無線電自組網(wǎng)絡(luò)保持通信，可選的無線電自組網(wǎng)包 括=ZigBee網(wǎng)絡(luò)、WiFi網(wǎng)絡(luò)或藍(lán)牙網(wǎng)絡(luò)。本實(shí)施例考慮到低能耗的要求，選擇ZigBee網(wǎng)絡(luò) 來構(gòu)建一個(gè)具有路由功能的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，下面就以ZigBee網(wǎng)為例具體介紹裝置的結(jié)構(gòu)組成。監(jiān)測(cè)裝置包括了車頭單元1和車廂根單元2，車頭單元1由協(xié)調(diào)器ZigBee模塊1_1 (采用 意法半導(dǎo)體ST公司的STM32W-EMZ-3118的芯片)、GSM通訊模塊1_2 (西安達(dá)泰電子公司 DTD-S05CI)、工控機(jī)1-3(研華-MIC-2000)和讀卡器3 (廣州榮士 10-0 組成，為顯示和打 印的需要，在車頭還配備了顯示器4和微型打印機(jī)5，這兩個(gè)終端設(shè)備均與協(xié)調(diào)器ZigBee模 塊1-1連接。協(xié)調(diào)器ZigBee模塊始終處于激活狀態(tài)，并建立一個(gè)臨時(shí)的ZigBee網(wǎng)絡(luò)，用于 向各根單元模塊發(fā)出召喚信號(hào)進(jìn)行點(diǎn)名排隊(duì)、或?qū)崟r(shí)接收各根單元模塊發(fā)來的數(shù)據(jù)及報(bào)警 信號(hào)、或主動(dòng)向各根單元模塊采集溫度或風(fēng)壓數(shù)據(jù)。本例的車廂根單元2由根單元ZigBee 模塊2-1 (采用意法半導(dǎo)體ST公司的STM32W-EMZ-3018的芯片)、軸溫傳感器7 (采用美國 達(dá)拉斯公司的型號(hào)為DSI8B20的芯片)、環(huán)境溫度傳感器、風(fēng)壓傳感器8 (可選用臺(tái)灣銘動(dòng) MD-PS001壓力傳感器芯片、CFBPT通用壓力傳感器或CFBM擴(kuò)散硅壓力傳感器)或風(fēng)壓開關(guān) 及電池6組成，根單元ZigBee模塊其內(nèi)部已經(jīng)包含了主控CPU、通訊電路及存儲(chǔ)器，根單元 ZigBee模塊與本車廂的各個(gè)傳感器電連接。所述讀卡器3與協(xié)調(diào)器ZigBee模塊1-1相連接，讀卡器用于讀出鐵路貨車調(diào)度員 提供的發(fā)車信息磁卡內(nèi)的信息，該磁卡中寫有本列貨車各車廂根單元2的ID序列號(hào)及密 碼。所述軸溫傳感器7，每節(jié)車廂的每個(gè)輪軸上安裝一至兩個(gè)軸溫傳感器，另外每節(jié)車 廂還安裝一個(gè)環(huán)境溫度傳感器。溫度傳感器安裝于車輛的車軸均衡梁上，位于軸頭正上方 10厘米左右，打孔用螺絲及彈簧墊片固定。在結(jié)構(gòu)上，車廂的根單元ZigBee模塊2-1和軸溫 傳感器7均安裝于金屬質(zhì)屏蔽盒內(nèi)，根單元ZigBee模塊2_1與盒體之間墊有絕緣襯墊，軸 溫傳感器7采用金屬片型溫度傳感器并固定于屏蔽盒的底部，屏蔽盒上部設(shè)有傘形天線， 傘形天線與盒體之間墊有絕緣墊圈。為了進(jìn)一步延長電池的使用壽命，在電池6外面加裝 太陽能電板6，在有陽光的時(shí)候進(jìn)行浮充電可及時(shí)補(bǔ)充電量。對(duì)于車廂動(dòng)風(fēng)壓數(shù)據(jù)和采集，由于機(jī)車在不同的運(yùn)行狀態(tài)下，如制動(dòng)狀態(tài)、緩解狀 態(tài)、或保壓狀態(tài)下其制動(dòng)風(fēng)管的壓力是不同的，因此對(duì)于檢測(cè)風(fēng)壓來說，必須在車頭單元中 設(shè)置一機(jī)頭操作狀態(tài)采集單元9，該采集單元采集到的數(shù)據(jù)也通過ZigBee網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)于工控 機(jī)1-3中。而安裝在各車廂根單元的風(fēng)壓傳感器8或風(fēng)壓開關(guān)，使用三通接頭安裝于車輛 走行部列車管接頭處附近，尺寸按車型定，用于檢測(cè)制動(dòng)用供風(fēng)壓力。下面通過本發(fā)明的實(shí)現(xiàn)方法并結(jié)合本發(fā)明裝置作進(jìn)一步的描述1、本方法所對(duì)應(yīng)的監(jiān)測(cè)裝置可以在ZigBee網(wǎng)絡(luò)、WiFi網(wǎng)絡(luò)或藍(lán)牙網(wǎng)絡(luò)下工作，為 了節(jié)電降低能耗，本實(shí)施方法選擇了在ZigBee網(wǎng)絡(luò)下運(yùn)行，并對(duì)網(wǎng)絡(luò)信號(hào)進(jìn)行加密，加密 方式為AES的加密算法。ZigBee網(wǎng)絡(luò)的收、發(fā)距離不小于1. 5 2公里。2、將列車車頭設(shè)置為協(xié)調(diào)器模式，車頭中設(shè)置了由協(xié)調(diào)器ZigBee模塊1_1、GSM通 訊模塊1-2、工控機(jī)1-3和讀卡器3組成的車頭單元1，另外還配置了顯示器4和微型打印 機(jī)5，該協(xié)調(diào)器模塊始終處于激活狀態(tài)，并建立一個(gè)臨時(shí)存在的ZigBee網(wǎng)絡(luò)。該車頭的協(xié)調(diào) 器模式主要負(fù)有以下幾項(xiàng)任務(wù)2. 1出發(fā)時(shí)組建出一輛新的貨車列車，首先鐵路貨車調(diào)度員要交給司機(jī)一張發(fā)車 信息磁卡，上面寫有該次列車掛有車廂的總數(shù)，每節(jié)車廂唯一的ID序列號(hào)及通信密碼，司 機(jī)拿到該磁卡在先在讀卡器3讀卡操作，按ID號(hào)獲取本列車廂的名單，并在微型打印機(jī)5 上打出該名單供司機(jī)使用；與此同時(shí)，機(jī)頭的協(xié)調(diào)器ZigBee模塊1-1利用ZigBee網(wǎng)絡(luò)同樣按ID號(hào)及密碼召喚名單上的分散在各處的車廂，將這些車廂聚集成一列新的貨車，并且 所有車廂與機(jī)頭都在臨時(shí)組建的ZigBee網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下保持通信。臨時(shí)網(wǎng)絡(luò)的服役期為至下 一個(gè)站點(diǎn)，發(fā)生停車更換車廂后，再次讀取磁卡上的信息為止，在行車路線上可以不斷的重 復(fù)。當(dāng)與人工清點(diǎn)車廂數(shù)量一致后，則允許發(fā)車。2. 2運(yùn)行途中定時(shí)喚醒校時(shí)，由于車頭單元有市電，協(xié)調(diào)器ZigBee模塊1-1可以全 天候以收、發(fā)方式運(yùn)行，各車廂單元2-3分鐘蘇醒一次與車頭單元核對(duì)校時(shí)命令，下發(fā)校時(shí) 命令，統(tǒng)一各車廂根單元的時(shí)鐘。通常校時(shí)一次不超過2分鐘，時(shí)鐘要求在2分鐘內(nèi)的誤差 不超過0. 0001秒。車頭單元還負(fù)責(zé)測(cè)試各車廂根單元是否在線運(yùn)行，防止死機(jī)、掉機(jī)。2. 3車頭單元隨時(shí)接收車廂根單元發(fā)來的報(bào)警信號(hào)，顯示報(bào)警、打印報(bào)警信號(hào)，并 通過GSM通訊模塊1-2將報(bào)警數(shù)據(jù)發(fā)送給地面固定控制中心。外網(wǎng)還可以CDMA移動(dòng)通信 系統(tǒng)、W⑶MA移動(dòng)通信系統(tǒng)、TDS-CDMA移動(dòng)通信系統(tǒng)、CDMA2000移動(dòng)通信系統(tǒng)、GPRS或3G 網(wǎng)絡(luò)。2. 4在車廂根單元蘇醒狀態(tài)下，車頭單元主動(dòng)向車廂根單元收集溫度或壓力數(shù)據(jù)。2. 5行進(jìn)途中變更車廂，如果在行進(jìn)途中一些車廂到站離開，另一些新增車廂加入 本次貨車，則需要在讀卡器3上重新讀卡排隊(duì)點(diǎn)名，形成新的組合關(guān)系。3、將列車的每一節(jié)車廂設(shè)置為根單元終端模式，每個(gè)車廂根單元2由根單元 ZigBee模塊2-1、參量采集傳感器(本例包括軸溫傳感器7、環(huán)境溫度傳感器、風(fēng)壓傳感器8 或風(fēng)壓開關(guān))及電池6組成。所述根單元ZigBee模塊平時(shí)以休眠方式運(yùn)行，參量采集傳感 器則全天候工作。喚醒根單元模塊的方式有參量采集傳感器報(bào)警喚醒及由定時(shí)器的時(shí)鐘喚 醒兩種。每個(gè)車廂根單元2都有一個(gè)唯一的ID序列號(hào)及密碼。4、通過步驟2和步驟3組建成一列新的鐵路貨車后，接下去就是讀卡器3讀出調(diào) 度員提供的發(fā)車信息磁卡，根據(jù)每個(gè)車廂根單元2唯一的ID序列號(hào)及密碼在海量的貨車集 群中找到屬于本次列車的各個(gè)車廂，對(duì)各個(gè)車廂根單元2發(fā)出召喚信號(hào)進(jìn)行排隊(duì)點(diǎn)名，形 成一個(gè)臨時(shí)性的無線網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)。5、在正常情況下，每個(gè)車廂根單元2的根單元ZigBee模塊2_1每隔1_5分鐘蘇醒 一次，最好是2分鐘蘇醒一次(即心跳蘇醒功能)，每次蘇醒時(shí)間為1-3秒鐘(作為運(yùn)行的 脈博參數(shù))，蘇醒后與協(xié)調(diào)器ZigBee模塊1-1進(jìn)行時(shí)鐘校對(duì)并自動(dòng)上報(bào)ID序列號(hào)及數(shù)據(jù)采 集工作，如果蘇醒時(shí)沒有收到傳感器發(fā)來的報(bào)警信號(hào)，則各根單元ZigBee模塊再次進(jìn)入休 眠狀態(tài)。車廂根單元以“工作——待機(jī)——工作——待機(jī)”的循環(huán)方式運(yùn)行。6、當(dāng)有一個(gè)參量采集傳感器輸出異常時(shí)，該傳感器輸出的報(bào)警信號(hào)將喚醒其對(duì)應(yīng) 的根單元ZigBee模塊2-1，該根單元ZigBee模塊利用ZigBee網(wǎng)絡(luò)搜索鄰近蘇醒狀態(tài)的另 一個(gè)根單元ZigBee模塊，并將報(bào)警信號(hào)傳遞給它，如此手拉手的傳遞直至將報(bào)警信號(hào)數(shù)據(jù) 上報(bào)給協(xié)調(diào)器ZigBee模塊1-1，如果根單元ZigBee模塊距離協(xié)調(diào)器ZigBee模塊的位置較 近，即在協(xié)調(diào)器的無線收發(fā)距離范圍內(nèi)，則不通過相鄰單元傳輸，而直接報(bào)送協(xié)調(diào)器；7、協(xié)調(diào)器ZigBee模塊收到報(bào)警信號(hào)的數(shù)據(jù)后，通過微型打印機(jī)5打印出故障的車 廂號(hào)，并在顯示器4上發(fā)出報(bào)警聲光，同時(shí)與協(xié)調(diào)器ZigBee模塊連接的GSM通訊模塊1_2 將報(bào)警數(shù)據(jù)上報(bào)地面的監(jiān)控中心。在實(shí)施例的2. 4中，當(dāng)協(xié)調(diào)器ZigBee模塊1-1定期(溫度和壓力的時(shí)間間隔不同) 對(duì)各車廂根單元進(jìn)行采集數(shù)據(jù)時(shí)，采集的數(shù)據(jù)通過串口 UARP或WIFI送到工控機(jī)中。工控機(jī)先采集車廂根單元中存儲(chǔ)的上一次車輛運(yùn)行的相關(guān)數(shù)據(jù)，新的數(shù)據(jù)采集到后由工控機(jī)的 系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫專用軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、比較，如發(fā)現(xiàn)差值較大者，即進(jìn)行提示。同樣，在根單 元ZigBee模塊2-1的存儲(chǔ)器上，也留存有上一個(gè)運(yùn)行批次的數(shù)據(jù)，新的數(shù)據(jù)會(huì)自動(dòng)覆蓋老 的數(shù)據(jù)。對(duì)車軸軸溫的采集，每節(jié)車廂有8個(gè)超低功耗的軸溫傳感器7和一個(gè)環(huán)境溫度傳 感器，對(duì)溫度的檢測(cè)范圍在_55°C 125°C之間。一種情況是當(dāng)車輪軸的溫度超過85°C 90°C，傳感器輸出報(bào)警數(shù)據(jù)，當(dāng)車輪軸溫度與環(huán)境溫度相差35°C 40°C時(shí)，傳感器也輸出 報(bào)警數(shù)據(jù)。另一種情況是，由協(xié)調(diào)器ZigBee模塊1-1每隔10-20分鐘采集一次，采集完成后 送入工控機(jī)上進(jìn)行存儲(chǔ)分類，工控機(jī)使用相關(guān)的數(shù)據(jù)庫軟件對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析比較， 一是各車廂之間軸溫的比較，相鄰車廂軸溫差絕對(duì)值超過25% (具體量化值由鐵路技術(shù)管 理部門制定)，則工控機(jī)提示預(yù)警，二是與前一次留存的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，如果平均值相差不 多，則認(rèn)為是正常，如個(gè)別車廂有超限，則提示預(yù)警并由軟件設(shè)定做跟蹤比較，設(shè)定為追蹤 該車廂輪軸的運(yùn)行情況。對(duì)于車廂制動(dòng)風(fēng)壓數(shù)據(jù)的采集，同樣也有兩種情況，一種情況是安裝在車廂根單 元的風(fēng)壓傳感器8或風(fēng)壓開關(guān)發(fā)現(xiàn)參數(shù)超標(biāo)，將通過ZigBee網(wǎng)絡(luò)自動(dòng)向車頭單元報(bào)警。另 一種情況是由協(xié)調(diào)器ZigBee模塊1-1每隔10-30分鐘采集一次，如上所述，由于機(jī)車在不 同的運(yùn)行狀態(tài)，如制動(dòng)狀態(tài)、緩解狀態(tài)、或保壓狀態(tài)下其制動(dòng)風(fēng)管的壓力是不同的，因此對(duì) 壓力參數(shù)的采集應(yīng)在同一狀態(tài)下進(jìn)行(對(duì)運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)的采集由裝在車頭的機(jī)頭操作狀 態(tài)采集單元9完成)，采集到的數(shù)據(jù)由工控機(jī)實(shí)現(xiàn)對(duì)各個(gè)車廂的風(fēng)壓值與相鄰車廂的進(jìn)行 絕對(duì)值比較，如果有特別突出的不一致性，例如第五節(jié)車廂的風(fēng)壓值與相鄰車廂的差值超 過25% (具體量化值由鐵路技術(shù)管理部門制定)，則認(rèn)為該車廂的制動(dòng)風(fēng)管風(fēng)壓異常，工控 機(jī)提示預(yù)警，等待處理。
權(quán)利要求
1.一種基于無線自組網(wǎng)的鐵路貨客車軸溫、風(fēng)壓監(jiān)測(cè)裝置，其特征在于該裝置包括了 一個(gè)車頭單元(1)和一組車廂根單元0)，車頭單元與各車廂根單元之間通過無線電自組 網(wǎng)絡(luò)如=ZigBee網(wǎng)絡(luò)、WiFi網(wǎng)絡(luò)或藍(lán)牙網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建成一個(gè)具有路由功能的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，其中，車 頭單元(1)由協(xié)調(diào)器模塊、GSM通訊模塊(1-2)、工控機(jī)(1- 和讀卡器C3)組成，車廂根單 元O)由根單元模塊、參量采集傳感器及電池(6)組成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的監(jiān)測(cè)裝置，其特征在于所述協(xié)調(diào)器模塊優(yōu)選協(xié)調(diào)器ZigBee 模塊(1-1)，它始終處于激活狀態(tài)，并建立一個(gè)臨時(shí)的ZigBee網(wǎng)絡(luò)，用于向各根單元模塊 發(fā)出召喚信號(hào)進(jìn)行點(diǎn)名排隊(duì)、接收各根單元模塊發(fā)來的報(bào)警信號(hào)或向各根單元模塊采集數(shù) 據(jù)；所述根單元模塊優(yōu)選根單元ZigBee模塊0-1)，其內(nèi)部包含了主控CPU、通訊電路及存 儲(chǔ)器，根單元ZigBee模塊與本車廂的各參量采集傳感器相連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的監(jiān)測(cè)裝置，其特征在于所述讀卡器(3)經(jīng)工控機(jī)(1-3)與 協(xié)調(diào)器ZigBee模塊(1-1)相連接，讀卡器用于讀出調(diào)度員提供的發(fā)車信息磁卡內(nèi)的信息， 該磁卡中寫有本列貨車各車廂根單元O)的ID序列號(hào)及密碼。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的監(jiān)測(cè)裝置，其特征在于所述參量采集傳感器為軸溫傳感器(7)，每節(jié)車廂的每個(gè)輪軸上安裝一至兩個(gè)軸溫傳感器，另外還安裝一個(gè)環(huán)境溫度傳感器。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的監(jiān)測(cè)裝置，其特征在于所述車頭單元(1)中裝有裝有機(jī)頭 操作狀態(tài)采集單元(9)，所述機(jī)頭操作狀態(tài)包括制動(dòng)、緩解及保壓狀態(tài)，該采集單元采集到 的數(shù)據(jù)通過ZigBee網(wǎng)絡(luò)傳遞給工控機(jī)(1-3)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的監(jiān)測(cè)裝置，其特征在于所述參量采集傳感器為風(fēng)壓傳感器(8)或風(fēng)壓開關(guān)，安裝于每節(jié)車廂的制動(dòng)用風(fēng)管裝置上，用于檢測(cè)制動(dòng)用供風(fēng)壓力。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的監(jiān)測(cè)裝置，其特征在于所述根單元ZigBee模塊(2_1)和軸 溫傳感器(7)均安裝于金屬質(zhì)屏蔽盒內(nèi)，根單元ZigBee模塊(2_1)與盒體之間墊有絕緣襯 墊，軸溫傳感器(7)采用金屬片型溫度傳感器并固定于屏蔽盒的底部，屏蔽盒上部設(shè)有傘 形天線，傘形天線與盒體之間墊有絕緣墊圈。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的監(jiān)測(cè)裝置，其特征在于所述電池(6)外面加裝太陽能電板 (10)。
9.根據(jù)權(quán)利要求2所述的監(jiān)測(cè)裝置，其特征在于所述協(xié)調(diào)器ZigBee模塊(1_1)接有 顯示器⑷和微型打印機(jī)(5)。
10.一種基于無線自組網(wǎng)的貨客車軸溫、風(fēng)壓監(jiān)測(cè)方法，其特征在于包括10. 1、本方法對(duì)應(yīng)的基于無線自組網(wǎng)的貨客車軸溫、風(fēng)壓監(jiān)測(cè)裝置系在包括了 ZigBee 網(wǎng)絡(luò)、WiFi網(wǎng)絡(luò)或藍(lán)牙網(wǎng)絡(luò)在內(nèi)的無線電自組網(wǎng)絡(luò)下工作，并對(duì)網(wǎng)絡(luò)通信進(jìn)行加密，加密方 式為AES的加密算法；10. 2、將列車車頭單元設(shè)置為協(xié)調(diào)器模式，車頭中設(shè)置了由協(xié)調(diào)器模塊、GSM通訊模塊 (1-2)、工控機(jī)(1- 和讀卡器C3)組成的車頭單元(1)，另外還配置了顯示器(4)和微型打 印機(jī)(5)，該協(xié)調(diào)器模塊始終處于激活狀態(tài)，并建立一個(gè)臨時(shí)存在的無線電自組網(wǎng)絡(luò)；10. 3、將列車的每一節(jié)車廂設(shè)置為根單元終端模式，每個(gè)車廂根單元O)由根單元模 塊、參量采集傳感器及電池(6)組成，所述根單元模塊平時(shí)以休眠方式運(yùn)行，參量采集傳感 器則全天候工作，喚醒根單元模塊的方式有參量采集傳感器報(bào)警喚醒及定時(shí)時(shí)鐘喚醒兩 種；每個(gè)車廂根單元( 都有一個(gè)唯一的ID序列號(hào)及密碼；-10.4、組建一列新的鐵路貨客車時(shí)，讀卡器(3)先要讀出由調(diào)度員提供的發(fā)車信息磁 卡，根據(jù)每個(gè)車廂根單元(2)唯一的ID序列號(hào)及密碼在海量的貨客車集群中找到屬于本次 列車的各個(gè)車廂，對(duì)各個(gè)車廂根單元( 發(fā)出召喚信號(hào)進(jìn)行排隊(duì)點(diǎn)名，組成一個(gè)新的無線 網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)；-10.5、正常情況下，每個(gè)車廂根單元( 的根單元模塊內(nèi)的定時(shí)器每隔1-5分鐘蘇醒一 次，每次蘇醒時(shí)間為1-3秒鐘，與協(xié)調(diào)器模塊進(jìn)行時(shí)鐘校對(duì)并自動(dòng)上報(bào)ID序列號(hào)，如果蘇醒 時(shí)沒有收到報(bào)警信號(hào)，則各根單元模塊再進(jìn)入休眠狀態(tài)；-10.6、當(dāng)有一個(gè)參量采集傳感器輸出異常時(shí)，該傳感器輸出的報(bào)警信號(hào)將喚醒其對(duì)應(yīng) 的根單元模塊，該根單元模塊利用無線網(wǎng)絡(luò)搜索鄰近蘇醒狀態(tài)的另一個(gè)根單元模塊，并將 報(bào)警信號(hào)傳遞給它，如此手拉手的傳遞直至將報(bào)警信號(hào)數(shù)據(jù)上報(bào)給協(xié)調(diào)器模塊，如果該根 單元模塊在協(xié)調(diào)器模塊的無線收發(fā)距離范圍內(nèi)，則直接將報(bào)警信號(hào)報(bào)送協(xié)調(diào)器模塊；-10.7、協(xié)調(diào)器模塊收到報(bào)警信號(hào)的數(shù)據(jù)后，通過微型打印機(jī)( 打印出故障的車廂號(hào)， 并在顯示器(4)上發(fā)出報(bào)警聲光，同時(shí)與協(xié)調(diào)器模塊連接的GSM通訊模塊(1- 將報(bào)警數(shù) 據(jù)上報(bào)地面的監(jiān)控中心。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的監(jiān)測(cè)方法，其特征在于作為優(yōu)選，所述無線電自組網(wǎng)絡(luò) 采用ZigBee網(wǎng)絡(luò)，所述協(xié)調(diào)器模塊為協(xié)調(diào)器ZigBee模塊(1-1)，所述根單元模塊為根單元 ZigBee模塊(2-1)，ZigBee網(wǎng)絡(luò)的收、發(fā)距離不小于1. 5 2公里。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的監(jiān)測(cè)方法，其特征在于步驟10.2中所述的協(xié)調(diào)器模式共 有3種工作模式，一種是定時(shí)的在各車廂根單元蘇醒時(shí)進(jìn)行校時(shí)，第二種是實(shí)時(shí)接收各車 廂根單元發(fā)來的報(bào)警信號(hào)數(shù)據(jù)，第三種是在車廂根單元蘇醒的狀態(tài)下采集參量數(shù)據(jù)。
13.根據(jù)權(quán)利要求10所述的監(jiān)測(cè)方法，其特征在于對(duì)輪軸溫度監(jiān)測(cè)時(shí)，所述參量采集 傳感器采用超低功耗的軸溫傳感器(7)和環(huán)境溫度傳感器，對(duì)溫度的檢測(cè)范圍在_55°C 125°C之間，當(dāng)車輪軸的溫度超過85°C 90°C，或車輪軸溫度與環(huán)境溫度相差35°C 40°C 時(shí)，采集數(shù)據(jù)通過ZigBee網(wǎng)絡(luò)傳遞給工控機(jī)(1- 保存，工控機(jī)對(duì)采集的溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行處 理后，輸出預(yù)警或報(bào)警數(shù)據(jù)。
14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的監(jiān)測(cè)方法，其特征在于在第三種工作模式中，當(dāng)采集的數(shù) 據(jù)是風(fēng)壓值時(shí)，首先要在車頭單元中安裝機(jī)頭操作狀態(tài)采集單元(9)，所述機(jī)頭操作狀態(tài)包 括制動(dòng)、緩解及保壓狀態(tài)；分別對(duì)不同狀態(tài)，安裝在各車廂根單元的風(fēng)壓傳感器(8)或風(fēng)壓 開關(guān)將采集到的風(fēng)壓數(shù)據(jù)通過ZigBee網(wǎng)絡(luò)傳遞給工控機(jī)(1- 保存，對(duì)風(fēng)壓值進(jìn)行處理 后，對(duì)于風(fēng)壓值低于設(shè)定值時(shí)，工控機(jī)發(fā)出預(yù)警信號(hào)或風(fēng)壓傳感器輸出報(bào)警數(shù)據(jù)信號(hào)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種基于無線自組網(wǎng)的鐵路貨客車軸溫、風(fēng)壓監(jiān)測(cè)裝置及方法。本發(fā)明目的旨在可隨機(jī)組網(wǎng)，監(jiān)測(cè)工作實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確，實(shí)現(xiàn)低功耗工作模式，操作簡(jiǎn)單、維護(hù)成本低，維護(hù)簡(jiǎn)便。本發(fā)明的技術(shù)方案是基于無線自組網(wǎng)的鐵路貨客車軸溫、風(fēng)壓監(jiān)測(cè)裝置，其特征在于該裝置包括了一個(gè)車頭單元和一組車廂根單元，車頭單元與各車廂根單元之間通過無線電自組網(wǎng)絡(luò)如ZigBee網(wǎng)絡(luò)、WiFi網(wǎng)絡(luò)或藍(lán)牙網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建成一個(gè)具有路由功能的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，其中，車頭單元由協(xié)調(diào)器模塊、GSM通訊模塊、工控機(jī)和讀卡器組成，車廂根單元由根單元模塊、參量采集傳感器及電池組成。本發(fā)明適用于對(duì)具有巨大數(shù)量的鐵路貨車集群進(jìn)行車輪軸溫度、制動(dòng)風(fēng)壓力等物理參量的實(shí)時(shí)監(jiān)控。
文檔編號(hào)H04W84/18GK102050138SQ201010581849
公開日2011年5月11日 申請(qǐng)日期2010年11月30日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月30日
發(fā)明者張健, 許寶淮 申請(qǐng)人:張興蓮, 許寶淮