一种基于ZigBee的列车轴温监控系统

一种基于zigbee的列车轴温监控系统
技术领域
1.本实用新型涉及列车轴温监控系统技术领域，特别是一种基于zigbee的列车轴温监控系统。


背景技术：

2.随着中国轨道交通进程的加快，列车的安全稳定运行越来越受到重视， 轴温是安全运行的一大重要影响因素。当列车高速运行轴温过高时，就可能造成燃轴故障甚至有列车颠覆的危险， 对铁路运输造成严重威胁。早期监测采用的是人工手摸轴箱的方法，劳动量大，差异大，无标准。为了列车安全高效的运行，将zigbee无线通信技术应用于列车轴温监控系统是非常有必要的。


技术实现要素：

3.本实用新型所要解决的技术问题是克服现有技术的不足而提供一种基于zigbee的列车轴温监控系统，为列车轴温监控系统提供了一种安全有效、智能化的解决方案，能够有效解决列车轴温监控过程中可能存在的劳动量大、无标准问题。
4.本实用新型为解决上述技术问题采用以下技术方案：
5.根据本实用新型提出的一种基于zigbee的列车轴温监控系统，包括监控协调器和多个终端节点，终端节点包括终端处理器模块、基于zigbee的第一射频收发模块和温度采集模块，监控协调器包括主处理器模块、电源模块、串口模块、基于zigbee的第二射频收发模块、报警模块和显示模块；1个终端节点设置在1个车轴上，其中，
6.温度采集模块，用于采集车轴的温度数据并将其输出至终端处理器模块；
7.终端处理器模块，用于处理车轴的温度数据得到车轴的实时温度，车轴的实时温度通过第一射频收发模块转换为模拟信号输出至第二射频收发模块；
8.第二射频收发模块，用于将模拟信号转换为数字信号并输出至主处理器模块；
9.主处理器模块，用于对数字信号处理得到终端节点的温度数据，终端节点的温度数据输出至显示模块和串口模块；当终端节点的温度数据高于预设的温度阈值时，输出报警信号至报警模块进行报警；
10.显示模块，用于显示温度数据；
11.串口模块，用于将温度数据发送到外部上位机；
12.电源模块，用于为主处理器模块供电。
13.作为本实用新型所述的一种基于zigbee的列车轴温监控系统进一步优化方案，终端节点的电路包括cc2530处理器、gy-906-dci传感器、第一电感、第一射频收发模块、第一至第十四电容、第一电阻、第二电阻、第一晶振和第二晶振；其中，
14.第一电感的一端与电源连接，第一电感的另一端与第一电容至第八电容的一端、cc2530处理器的第31引脚、27引脚、28引脚、29引脚、24引脚、21引脚、10引脚、39引脚分别连接，第一电容至第八电容的另一端分别与地连接，gy-906-dci传感器的第3引脚与cc2530处
理器的第11引脚连接，gy-906-dci传感器的第4引脚与cc2530处理器的第9引脚连接，cc2530处理器的第20引脚与第一电阻的一端、第九电容的一端分别连接，第九电容的另一端接地，第一电阻的另一端接电源，cc2530处理器的第30引脚与第二电阻的一端连接，第二电阻的另一端与接地，cc2530处理器的第40引脚与第十电容的一端连接，cc2530处理器的第23引脚与第十一电容的一端、第一晶振的一端分别连接，cc2530处理器的第22引脚与第一晶振的另一端、第十二电容的一端分别连接，cc2530处理器的第33引脚与第十三电容的一端、第二晶振的一端分别连接，cc2530处理器的32引脚与第二晶振的另一端、第十四电容的一端分别连接，第十电容至第十四电容的另一端接地，第一射频收发模块的一端与cc2530处理器的第25引脚连接，第一射频收发模块的另一端与cc2530处理器的第26引脚连接。
15.作为本实用新型所述的一种基于zigbee的列车轴温监控系统进一步优化方案，还包括ds18b20温度传感器和第三电阻，ds18b20温度传感器的第3引脚与电源、第三电阻的一端分别连接，第三电阻的另一端与ds18b20温度传感器的第2引脚、cc2530处理器的第13引脚分别连接，ds18b20温度传感器的第1引脚接地。
16.作为本实用新型所述的一种基于zigbee的列车轴温监控系统进一步优化方案，电源模块为tps63001drc升降压电源管理芯片。
17.作为本实用新型所述的一种基于zigbee的列车轴温监控系统进一步优化方案，串口模块包括max3232电平转换芯片和与其连接的rs232接口，用于实现上位机和监控协调器的串口通信功能。
18.作为本实用新型所述的一种基于zigbee的列车轴温监控系统进一步优化方案，第二射频收发模块包括天线和阻抗匹配电路。
19.作为本实用新型所述的一种基于zigbee的列车轴温监控系统进一步优化方案，天线采用的是陶瓷天线，阻抗匹配电路采用的是lc型巴伦匹配电路。
20.作为本实用新型所述的一种基于zigbee的列车轴温监控系统进一步优化方案，显示模块为st7735stft液晶显示屏。
21.作为本实用新型所述的一种基于zigbee的列车轴温监控系统进一步优化方案，显示模块通过spi总线与主处理器模块通信，主处理器模块为cc2530处理器。
22.作为本实用新型所述的一种基于zigbee的列车轴温监控系统进一步优化方案于，温度采集模块为gy-906-dci传感器。
23.本实用新型采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：
24.（1）基于zigbee的列车轴温监控系统具有低成本、低功耗、易于维护和智能性的特点；
25.（2）系统设计简单，设备安装便捷，电源稳定，功能强大；
26.（3）有效监控了列车轴温，充分保证了列车的安全稳定运行，从而起到了规避风险的作用。
附图说明
27.图1是系统框图。
28.图2是电源模块原理图。
29.图3是串口模块原理图。
30.图4是射频收发模块原理图。
31.图5是报警模块原理图。
32.图6是一种终端节点电路原理图。
具体实施方式
33.下面结合附图对本实用新型的技术方案做进一步的详细说明：
34.本实用新型设计了一种基于zigbee的列车轴温监控系统，系统硬件主要包括监控协调器、终端节点；系统整体框架如图1所示。
35.一、系统硬件设计
36.1、监控协调器硬件设计
37.监控协调器是轴温监控的核心单元，包括主处理器模块、电源模块、串口模块、射频收发模块、报警模块、显示模块。终端节点发出的温度数据被监控协调器的射频收发模块接收，射频收发模块将模拟信号转换成数字信号，数字信号传送给主处理器模块，经过cc2530处理之后得到终端节点的温度数据，然后在显示模块显示各节点的实时温度。如果存在任意终端节点的轴温数据高于温度阈值，则报警模块触发蜂鸣器报警。最后主处理器模块将各节点温度数据打包，通过串口模块将轴温数据发送到pc端的上位机。
38.主处理器模块包括处理器cc2530。处理器型号为基于增强型8051内核的cc2530f256，抗干扰能力强，功耗小，接收灵敏。
39.如图2所示，电源模块包括升降压电源管理芯片tps63001drc。将5v电压转换为3.3v电压给cc2530 主处理器供电。
40.如图3所示，串口模块包括电平转换芯片max3232和rs232接口。通过max3232将232电平转换为ttl电平，该模块用于实现pc机和监控协调器的串口通信功能。
41.如图4所示，射频收发模块包括天线和阻抗匹配电路。天线采用的是陶瓷天线，阻抗匹配电路采用的是lc型巴伦匹配电路。射频收发模块连接处理器cc2530的rf_p和rf_n管脚，实现无线传输数据功能。
42.如图5所示，报警模块包括3.3v供电的有源蜂鸣器。通过蜂鸣器来实现报警功能。如果任意终端节点的轴温数据高于温度阈值，则报警模块触发蜂鸣器报警。
43.显示模块包括tft液晶显示屏st7735s。显示屏尺寸1.44寸，分辨率为128*128，具有高对比度，色彩度饱满的特点，通过spi总线与主处理器模块的cc2530通信，显示各节点的实时温度数据和zigbee组网信息。
44.2、终端节点硬件设计
45.终端节点包括终端处理器模块、电源模块、射频收发模块和温度采集模块。终端节点作为实时测量轴温的设备，具有高灵活性，高抗干扰性等特点。温度采集模块的gy-906-dci传感器实时检测轴温数据，通过i2c总线与终端处理器模块的cc2530芯片通信，将测得的轴温数据传输给cc2530芯片，cc2530处理器处理数据得到实时温度。最后将温度数据通过射频收发模块转换为模拟信号，经由天线发送出去。
46.终端处理器模块包括处理器cc2530。处理器型号为基于增强型8051内核的cc2530f256，抗干扰能力强，功耗小，接收灵敏。
47.电源模块包括升降压电源管理芯片tps63001drc。将5v电压转换为3.3v电压给cc2530 主处理器供电。
48.射频收发模块包括天线和阻抗匹配电路。天线采用的是陶瓷天线，阻抗匹配电路采用的是lc型巴伦匹配电路。射频收发模块连接处理器cc2530的rf_p和rf_n管脚，实现无线传输数据功能。
49.温度采集模块包括红外温度传感器gy-906-dci。gy-906-dci温度测量范围可达－40～+125℃，适应轴温的采集，具有体积小、精度高等特点。gy-906-dci实时检测轴温数据，通过i2c总线与终端处理器模块的cc2530芯片通信，将测得的轴温数据传输给cc2530芯片。
50.终端节点的电路包括cc2530处理器、gy-906-dci传感器、第一电感l1、第一射频收发模块、第一至第十四电容、第一电阻r3、第二电阻r5、第一晶振y1和第二晶振y2；第一至第十四电容为c1、c12、c6、c5 、c241、c211、c101、c391、c7、c14、c8、c9、c10、c11。其中，
51.如图6所示，第一电感的一端与电源连接，第一电感的另一端与第一电容至第八电容的一端、cc2530处理器的第31引脚、27引脚、28引脚、29引脚、24引脚、21引脚、10引脚、39引脚分别连接，第一电容至第八电容的另一端分别与地连接，gy-906-dci传感器的第3引脚与cc2530处理器的第11引脚连接，gy-906-dci传感器的第4引脚与cc2530处理器的第9引脚连接，cc2530处理器的第20引脚与第一电阻的一端、第九电容的一端分别连接，第九电容的另一端接地，第一电阻的另一端接电源，cc2530处理器的第30引脚与第二电阻的一端连接，第二电阻的另一端与接地，cc2530处理器的第40引脚与第十电容的一端连接，cc2530处理器的第23引脚与第十一电容的一端、第一晶振的一端分别连接，cc2530处理器的第22引脚与第一晶振的另一端、第十二电容的一端分别连接，cc2530处理器的第33引脚与第十三电容的一端、第二晶振的一端分别连接，cc2530处理器的32引脚与第二晶振的另一端、第十四电容的一端分别连接，第十电容至第十四电容的另一端接地，第一射频收发模块的一端与cc2530处理器的第25引脚连接，第一射频收发模块的另一端与cc2530处理器的第26引脚连接。第一电感为l1、第二电感l252、第三电感l251、第四电感l261，第一电容c1、第二电容c12、第三电容c6、第四电容c5、第五电容c241、第六电容c211、第七电容c101、第八电容c391、第九电容c7、第十电容c14、第十一电容c8、第十二电容c9、第十三电容c10、第十四电容c11。
52.还包括ds18b20温度传感器和第三电阻r4，ds18b20温度传感器的第3引脚与电源、第三电阻的一端分别连接，第三电阻的另一端与ds18b20温度传感器的第2引脚、cc2530处理器的第13引脚分别连接，ds18b20温度传感器的第1引脚接地。
53.上位机包括pc端上位机和移动终端，均作为tcp连接的客户端，多方位观察轴温数据。
54.以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围内。