基于ZigBee技術(shù)的智能列車環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)

羅媛媛++于林韜

摘要：隨著列車向高速化、自動(dòng)化和舒適化方向發(fā)展，旅客列車車廂內(nèi)部環(huán)境的舒適性日益受到人們的關(guān)注；另外，行車速度的大幅提升使列車的安全檢測成為鐵路運(yùn)輸研究中的重要課題。針對(duì)上述問題，本文設(shè)計(jì)了一個(gè)列車環(huán)境的智能監(jiān)控系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用CC2430作為ZigBee的通信模塊，并選用了一系列環(huán)境監(jiān)控傳感器進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集，實(shí)現(xiàn)了對(duì)列車環(huán)境的實(shí)時(shí)監(jiān)控。

關(guān)鍵詞：智能監(jiān)控；ZigBee；傳感器網(wǎng)絡(luò)

中圖分類號(hào)：TP274 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-9416（2017）03-0058-01

1 ZigBee無線傳感器網(wǎng)絡(luò)

1.1 ZigBee簡介

ZigBee技術(shù)是目前發(fā)展最快的一種短距離無線通信技術(shù)，該技術(shù)的協(xié)議棧復(fù)雜度較低，功耗很低，硬件簡單，傳輸速率適中，設(shè)備價(jià)格極其低廉，支持休眠狀態(tài)。通信距離可達(dá)百米以上，斷網(wǎng)自組能力較強(qiáng)[1]。表1是ZigBee同其他無線通信技術(shù)對(duì)比。

1.2 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)目標(biāo)

監(jiān)測系統(tǒng)從車廂監(jiān)測區(qū)域內(nèi)實(shí)時(shí)收集溫度、氣壓、濕度、一氧化碳等環(huán)境參數(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)列車車廂內(nèi)與舒適性密切相關(guān)的環(huán)境狀態(tài)變化的實(shí)時(shí)觀察，確保列車安全舒適運(yùn)行[2]。因此，本論文設(shè)計(jì)了一種基于ZigBee技術(shù)的無線數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)列車環(huán)境的實(shí)時(shí)無線監(jiān)控。

2 硬件設(shè)計(jì)

2.1 硬件架構(gòu)

整個(gè)監(jiān)測系統(tǒng)主要由ZigBee無線通信網(wǎng)絡(luò)模塊和基于ARM的數(shù)據(jù)通信控制器模塊組成。ZigBee無線通信網(wǎng)絡(luò)模塊是網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)信息采集和傳輸?shù)暮诵哪K，由協(xié)調(diào)節(jié)點(diǎn)、路由節(jié)點(diǎn)和終端傳感器節(jié)點(diǎn)組成。

2.2 ZigBee終端模塊設(shè)計(jì)

無線通信網(wǎng)絡(luò)模塊是系統(tǒng)數(shù)據(jù)通信的核心，由協(xié)調(diào)節(jié)點(diǎn)、路由節(jié)點(diǎn)和終端傳感器節(jié)點(diǎn)組成，系統(tǒng)三類工作節(jié)點(diǎn)協(xié)調(diào)工作[3]。

（1）在本系統(tǒng)的采集終端中選擇了ZigBee芯片CC2430，C2430芯片內(nèi)部集成了一個(gè)2.4G赫茲的DSSH射頻收發(fā)器，并且內(nèi)置了一個(gè)加強(qiáng)型的8051單片機(jī)[4]。

（2）為了可靠的采集列車中的溫濕度信息，本系統(tǒng)選擇了高集成度的SHT11傳感器芯片。SHT11芯片在測量時(shí)可以保證溫度測量精度為± 0.5oC，濕度在0%～100%RH[5]。

（3）系統(tǒng)選用了MPXA6115A氣壓傳感器來采集列車車廂內(nèi)的絕對(duì)氣壓，可以測量的范圍是15kPa到115kPa[6]。

（4）為了更好地實(shí)現(xiàn)列車車廂的信息展示，用了一個(gè)2.8英寸的液晶觸摸屏作為列車車廂的空調(diào)控制單元，并選取了ADS7843作為控制器。

（5）為了控制車廂內(nèi)的環(huán)境溫度，本系統(tǒng)設(shè)計(jì)了調(diào)速電機(jī)控制模塊，終端CC2430處理器接收到控制命令后，通過內(nèi)部調(diào)速程序在P0_0端口輸出信號(hào)，經(jīng)過光電耦合器后，控制調(diào)速電機(jī)的輸入電流，最終實(shí)現(xiàn)對(duì)調(diào)速電機(jī)的控制。

3 控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

3.1 主程序流程

軟件系統(tǒng)采取了模塊化的設(shè)計(jì)，通過ARM處理器控制ZigBee網(wǎng)絡(luò)中的協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)啟動(dòng)網(wǎng)絡(luò)并初始化系統(tǒng)，掃描網(wǎng)絡(luò)中的終端節(jié)點(diǎn)并等待其加入網(wǎng)絡(luò)，在網(wǎng)絡(luò)建立后維護(hù)網(wǎng)絡(luò)的正常運(yùn)行。

3.2 終端節(jié)點(diǎn)程序流程

在網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)設(shè)備的軟件設(shè)計(jì)中需要完成的功能有以下幾個(gè)部分：網(wǎng)絡(luò)搜索和加入、發(fā)起綁定請求、數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收、空調(diào)開關(guān)、氣壓調(diào)節(jié)器和LCD顯示器的控制等。

4 結(jié)語

本文在ZigBee通信技術(shù)的基礎(chǔ)上，選用多種環(huán)境信息傳感器來采集列車中的環(huán)境參數(shù)，并在網(wǎng)狀拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)中進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸，實(shí)現(xiàn)了對(duì)列車環(huán)境的智能監(jiān)控。通過合理的軟硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)，本系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的可靠運(yùn)行，可以長時(shí)間穩(wěn)定的工作，在實(shí)際的應(yīng)用中非常廣泛的前景。

參考文獻(xiàn)

[1]李佳.基于ZigBee和GPRS無線傳感器網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)關(guān)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D].南京郵電大學(xué)，2013.

[2]董方武.基于ZigBee的汽車空調(diào)控制系統(tǒng)[J].電子技術(shù)應(yīng)用，2009（11）：118-121.

[3]楊春華.基于ZigBee技術(shù)的無線網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器的研究[D].西南石油大學(xué)，2011.

[4]楊世超.基于CC2430的ZigBee節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)及MAC層協(xié)議改進(jìn)[D].上海交通大學(xué)，2012.

[5]樊建明，陳淵睿.基于SHT11的溫室多點(diǎn)測量系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].國外電子測量技術(shù)，2006（11）：4-8.

[6]常霞.基于Linux和ZigBee技術(shù)的旅客列車車內(nèi)環(huán)境無線監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計(jì)[D].西南交通大學(xué)，2011.