分析ZigBee 技術的智能列車環境監控系統論文
1 ZigBee無線傳感器網絡
1.1 ZigBee簡介
ZigBee技術是目前發展最快的一種短距離無線通信技術,該技術的協議棧復雜度較低,功耗很低,硬件簡單,傳輸速率適中,設備價格極其低廉,支持休眠狀態。通信距離可達百米以上,斷網自組能力較強。
1.2 系統總體設計目標
監測系統從車廂監測區域內實時收集溫度、氣壓、濕度、一氧化碳等環境參數,實現對列車車廂內與舒適性密切相關的環境狀態變化的實時觀察,確保列車安全舒適運行。因此,本論文設計了一種基于ZigBee技術的無線數據傳輸網絡系統,實現了對列車環境的實時無線監控。
2 硬件設計
2.1 硬件架構
整個監測系統主要由ZigBee無線通信網絡模塊和基于ARM的數據通信控制器模塊組成。ZigBee無線通信網絡模塊是網絡系統信息采集和傳輸的核心模塊,由協調節點、路由節點和終端傳感器節點組成。
2.2 ZigBee終端模塊設計
無線通信網絡模塊是系統數據通信的核心,由協調節點、路由節點和終端傳感器節點組成,系統三類工作節點協調工作。
(1)在本系統的采集終端中選擇了ZigBee芯片CC2430,C2430芯片內部集成了一個2.4G赫茲的DSSH射頻收發器,并且內置了一個加強型的8051單片機。
(2)為了可靠的采集列車中的溫濕度信息,本系統選擇了高集成度的SHT11傳感器芯片。SHT11芯片在測量時可以保證溫度測量精度為± 0.5oC,濕度在0%～100%RH。
(3)系統選用了MPXA6115A氣壓傳感器來采集列車車廂內的絕對氣壓 , 可以測量的范圍是 15kPa 到 115kPa。
(4)為了更好地實現列車車廂的信息展示,用了一個2.8英寸的液晶觸摸屏作為列車車廂的空調控制單元,并選取了ADS7843作為控制器。
(5)為了控制車廂內的環境溫度,本系統設計了調速電機控制模塊,終端CC2430處理器接收到控制命令后,通過內部調速程序在P0_0端口輸出信號,經過光電耦合器后,控制調速電機的輸入電流,最終實現對調速電機的控制。
3 控制系統軟件設計
3.1 主程序流程
軟件系統采取了模塊化的設計,通過ARM處理器控制ZigBee網絡中的協調器節點啟動網絡并初始化系統,掃描網絡中的終端節點并等待其加入網絡,在網絡建立后維護網絡的正常運行。
3.2 終端節點程序流程
在網絡節點設備的軟件設計中需要完成的功能有以下幾個部分:網絡搜索和加入、發起綁定請求、數據的發送和接收、空調開關、氣壓調節器和LCD顯示器的控制等。
4 結語
本文在ZigBee通信技術的基礎上,選用多種環境信息傳感器來采集列車中的環境參數,并在網狀拓撲網絡中進行數據的傳輸,實現了對列車環境的智能監控。通過合理的軟硬件系統設計,本系統可以實現系統的可靠運行,可以長時間穩定的工作,在實際的應用中非常廣泛的前景。
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