基于Zigbee技术的编组站调车机车跟踪定位系统的研究

摘要

随着编组站综合自动化水平的提高,编组站的作业效率也在大幅提升。当前编组站在确定调车机车位置时,半自动化编组站主要通过轨道电路判断调车机车的大致位置。在自动化编组站中,主要依靠调车机车通过的调车进路或机车行走进路计划的执行反馈来判断机车的位置,两者都做不到实时、精确跟踪定位调车机车的位置。实时跟踪定位调车机车的位置,可为调度决策者提供机车位置支持,可做出更高效的调车作业计划和提高计划外调车机车作业效率和临时监控能力;可提供调车机车距前方防护信号机的距离,有利于机车司机对速度的控制;辅助峰顶平台摘钩人员对摘钩位置的判断。
　　针对编组站调车机车定位精度差的问题,本文提出一种基于Zigbee通信的调车机车跟踪定位系统。该定位系统可精确、可靠和实时的提供编组站内调车机车的位置坐标、行走路线,并结合站场地理信息在编组站表示图上显示出来,实现定位目的。
　　系统采用模块化设计。下位机硬件设备包括协调器节点、固定节点(路由节点)和车载采集器节点。下位机硬件部分使用Altium Designer设计,软件采用在Zigbee2006协议栈Sensor Demo的基础上添加功能函数,实现无线网络的通信功能。软件开发环境采用IAR Embedded Workbench,通信设备主控芯片采用CC253X系列芯片。上位机软件将下位机采集的调车机车位置信息传输到SQL Server2005数据库中并存储,完成机车位置在编组站表示图上的显示,上位机软件开发环境采用Visual C++,运用C++语言编写。
　　在计算调车机车位置时,传统基于RSSI(Received Signal Strength Indication,接收信号强度指示)到信号传输距离转换时,周围通信环境对计算模型的参数设置影响较大。本文采用BP(Back Propagation,反向传播)神经网络拟合RSSI到传输距离的非线性函数关系。通过仿真实验测试表明,该智能算法计算位置坐标时,定位精度得到大幅提高,同时也有较高的普适性。
　　系统调试和实验室测试结果验证,位置定位误差可控制在2m之内。通过仿真测试,系统依据调车机车位置坐标的变化,结合站场地理信息在站场表示图上显示调车机车运行位置,可较为完善的解决现实问题,具有一定的现场实用价值。

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1 绪论

1.1 选题背景和意义

1.2 国内外调车机车定位概况

1.3 论文主要研究工作内容

1.4 小结

2 系统的总体方案设计

2.1 系统结构设计

2.2 Zigbee节点网络地址分配

2.3 系统中各设备节点功能

2.4 系统的工作特点

2.5 小结

3 定位系统下位机设计

3.1 下位机硬件设计方案

3.2 核心芯片的介绍

3.3 下位机硬件设计

3.4 下位机软件设计

3.5 小结

4 定位算法的优化

4.1 传统无线信号传播模型

4.2 参数设置对传统模型的影响

4.3 BP神经网络优化定位算法

4.4 定位过程的实现

4.5 小结

5 定位系统上位机设计及系统测试

5.1 定位系统的功能介绍

5.2 系统测试

5.3 仿真系统功能演示

5.4 小结

结论

致谢

参考文献

攻读学位期间的研究成果