基于无线传感器网络的货运列车轴温检测系统设计

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基于无线传感器网络的货运列车轴温检测系统设计

作者：邱晓欢 陈群 卢圳鑫

来源：《现代信息科技》2018年第10期

摘 要：轴温作为影响货运列车安全运行的重要参数，本文主要针对货运列车运行过程中尚未完全实现轴温的动态、实时检测及传输的问题，提出了基于无线传感器网络列车轴温检测系统。针对不同车厢节点实现自动组网，车厢节点采用CC2630硬件平台，可以将实时采集的轴温信息发送到车载监控平台，并将轴温等信息发布至远程监控实现对轴温本地及远程的在线、动态、实时监控。

关键词：货运列车；轴温；WSN

中图分类号：TP277 文献标识码：A 文章编号：2096-4706（2018）10-0190-03 Abstract：Axle temperature is an important parameter affecting the safe operation of freight trains. In this paper，a train axle temperature detection system based on wireless sensor network is proposed，which has not fully realized the dynamic，real-time detection and transmission of the axle temperature in the course of the freight train running. In view of the automatic networking of different compartment nodes，the bus node uses CC2630 hardware platform to send the real-time collection of axle temperature information to the vehicle monitoring platform，and the axle temperature information is published to remote monitoring to realize the on-line，dynamic and real-time monitoring of the local and remote axis temperature. Keywords：freight train；axle temperature；WSN 0 引 言

货运列车由于需要频繁的重新编组，车厢与牵引机车、车厢与车厢之间无电气连接，无法采用现有的客运列车、高速铁路上应用比较普遍的TCDS（客车车载安全监测）。目前针对货运列车状态检测主要采用地面安全监测系统，通过架设在轨道旁边的设备（红外、高速相机、噪声采集、动力学采集装置）等实现对货运列车的状态识别、监控及报警功能。以上均为间歇性数据采集，无法实时判断列车运行状态，其主要是采用人工测量数据，最先进的也只是实现了人工的静态数据管理，或者在路边采用无线温度探测仪收集数据。这些方法均无法保证在列车运行过程中对轴温数据的实时采集，而且效率和精度不高，并且存在较大的隐患。 随着电子、信息技术的快速发展，无线传感器网络技术成为解决货运列车状态监测的良好手段，利用CC2630硬件平台设计车厢级的网络节点，可以实现对任意编组列车组网监测，并


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且可以将采集的信息发送至司机室的车载监控平台，作为司机驾驶的重要参考信息，同时车载监控平台通过将数据发布至internet，可以实现远程实时在线监控，实现端到端的IP互联。 本文针对实时采集、监控、传输货运列车车厢的运行状态数据，设计了一套基于无线传感器网络并能方便接入广域网的货运列车轴温检测系统，对提高运行效率、保障列车的运行安全具有重要意义。 1 系统设计

系统由若干个车厢节点形成的无线传感器网络组成，单个车厢节点采集本节车厢的轴温信息，其主要由无线传感器模块CC2630、DS18b20温度传感器、电源模块组成。列车级模块（车载监控平台）负责在列车重连时组建无线传感器网络，同时收集每个车厢结点所发送的无线信息，主要包含电源系统、CC2630模块、ARM处理器、MMI显示装置、无线网关等系统。

单节货运列车一般由两个转向架，四个车轴组成，每个车轴的温度信息均需要单独采集。因此单个车厢节点作为从机需要检测四个温度数据，温度传感器采集的温度数据通过单总线传输至无线传感器模块CC2630，并通过自带的无线射频RF将温度信息发送至WSN网络。在列车级通过ARM9KMTt处理器作为主机接收各个车相节点采集的信息时，除了需要将采集的信息通过MMI在本地显示存储之外，还需将采集的信息发送至网关，以便实现远程实时查询及监控。系统的总体设计如图1所示。 2 硬件设计 2.1 CC2630模块

车厢结点采用CC2630模块为控制核心，建立无线传感器网络，负责采集温度传感器并发送至车载监控平台。CC2630基于ARM Cortex-M3是一款无线微控制器（MCU），主要适用于ZigBee和6LoWPAN应用，是一款经济高效型超低功耗2.4GHz RF器件。它具有极低的有源RF和MCU电流以及低功耗模式流耗，可确保卓越的电池使用寿命，其由小型纽扣电池供电，此传感器控制器不仅非常适合于连接外部传感器，还适合用于在系统其余部分处于睡眠模式情况下自主收集模拟和数字数据。因此，CC2630器件成为ZigBee和6LoWPAN网络中电池供电和信息采集终端节点，完全满足本系统的设计需求。 2.2 温度传感器模块

温度信息采集选用DS18b20，单个车厢针对每个车轴需用四个温度传感器，采用一个控制器收集四个轴温信息，温度传感器采用单数据总线连接。其框图如图2所示。 3 软件设计


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软件设计主要包含车厢端节点程序设计，采用实时操作系统中的Z-STACK协议栈，完成各个车厢的组网及地址分配。上位机采用Axure RP8完成监控界面设计。车厢级节点将采集到的各个车轴的温度数据发送给列车级。

列车监控器初始化之后负责组网工作，为各个车厢节点分配网络地址，组网成功后收集并判断温度数据是否正常，异常时给出报警，同时将温度数据上传至Web端，如图3所示。 车厢节点设计如图4所示。初始化之后记录及匹配列车监控器分配的地址并对应相应的车厢，将采集的温度信息通过无线方式发送至列车监控端。 4 测试及结论

利用Axure专业的快速原型设计工具，极大提高设计效率。原型设计如图5、图6所示。 采集的温度分车厢分别在MMI中显示，其中主界面包含系统设置、通信设置、历史数据查询等。在温度显示界面中将各个车厢的温度数据集中显示，对于温度异常的车轴将用不同字体显示出来。通过测试表面本设计能够满足货运列车轴温检测需求。 参考文献：

[1] 燕玲.车辆安全防范、预警系统中关键技术的研究 [D].成都：西南交通大学，2012. [2] 陆正刚，王洁，孙效杰，等.快捷货车转向架运行安全智能监测系统研究 [J].铁道车辆，2015，53（12）：25-28+5.

[3] 王德明，肖井波.货车滚动轴承早期故障轨边声学诊断系统的应用与管理 [J].铁道机车车辆，2012，32（4）：112-114+ 126.

[4] 宋珍伟，李莉，黄友锐.基于CC2630的低成本井下监测系统研究 [J].电气自动化，2016，38（4）：54-55.

作者简介：邱晓欢（1984.08-），男，汉族，江西人，讲师，硕士。研究方向：城轨交通车辆；陈群（1970.03-），男，汉族，广东人，助理工程师，本科。研究方向：鐵路机车车辆。

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