列尾无线风压监测系统的研究设计

摘要

传统的列车制动试风测试由工作人员携带对讲机和机械压力表到列车尾部的指定位置量取压力，然后通过对讲机向中心口述报告测量情况，观察结果不能存储备查。为提高列检试风设备技术水平，适应长大列车列检试风作业要求，需要研制开发列车试风尾部智能风压实时监测系统。这对于加强列检安全监控，确保行车安全，适应列车提速重载有着重要的意义。 本文基于MSP430系列单片机主要研究了以低功耗实现风压数据无线监测的关键技术，研制了一种便携式风压数据自动采集记录装置。分析了系统低功耗设计的一般原则和实现方法，并结合实际应用需求，从系统的硬、软件方面进行了针对性的低功耗设计。系统外围扩展了FLASH存储器以增强系统存储实测数据的能力、提供了实时时钟芯片以便于对实时数据记录和查询。为了进一步降低功耗并提高数据存储能力，本文根据系统硬件资源确定了一种适用于本系统的改进LZSS数据压缩算法。为增加系统的稳定性且达到实时检测的能力，在硬件架构上移植μC/OS-Ⅱ操作系统，可实现实时多任务操作。风压终端与监控中心的数据传输是通过串行外围设备接口(SPI)连接MSP430与无线通信模块PTR8000，可以保证数据传输的可靠性。 本文提供了一种符合铁路标准要求的智能列尾风压无线监测实用技术方案，该方案能保证列车试风实验稳定、可靠、准确。所提出的实时解决方案、选定的数据压缩算法和降低系统功耗的措施以及无线传输技术等关键技术能使监控中心遥控终端，同时使便携式的终端能够适应现场恶劣环境，在满足铁路需要的同时也能工作在其他工业场合。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1本课题的研究背景

1.2风压监测系统研究目的及意义

1.3关键技术的研究现状

1.3.1列车试风工具的发展历程及现状

1.3.2嵌入式系统发展历程及现状

1.3.3数据压缩方法的发展历程及现状

1.3.4无线通信技术的发展现状

1.4本文研究内容及论文结构安排

第二章系统的硬件设计

2.1风压监测系统的结构

2.2压力传感器及信号调理电路

2.2.1压力传感器的原理及功能

2.2.2信号调理电路及供电电路

2.3主控电路的设计及应用

2.3.1MSP430F1611单片机

2.3.2MSP430接口电路设计

2.3.3数据存储和实时时钟

2.4无线通信模块PTR8000及应用

2.4.1无线通信模块PTR8000简介

2.4.2无线通信模块的应用

2.5 小结

第三章系统的软件设计

3.1实时操作系统及μC/OS-Ⅱ的特点

3.2实时操作系统μC/OS-Ⅱ在MSP430F1611上的移植

3.2.1 μC/OS-Ⅱ的移植要求

3.2.2μC/OS-Ⅱ的移植步骤

3.3风压监测系统的软件设计

3.3.1软件系统的主模块设计

3.3.2风压采集终端任务设计

3.3.3监控中心任务设计

3.4小结

第四章数据压缩算法

4.1数据压缩的性能评价

4.2无损数据压缩方法简介

4.2.1霍夫曼编码

4.2.2算术编码

4.2.3 LZW算法

4.2.4游程编码

4.3 LZSS编码及改进的LZSS数据压缩算法的应用

4.3.1 LZSS算法的原理介绍

4.3.2 LZSS算法的改进

4.3.3适合风压监测系统的数据压缩算法

4.3.4本压缩算法的性能测试

4.4 小结

第五章系统的低功耗设计与分析

5.1系统实现低功耗的意义

5.2系统的低功耗实现方法及总功耗的分析计算

5.2.1风压系统的低功耗实现方法

5.2.2功耗分析及计算

5.3小结

总结与展望

参考文献

致 谢

攻读学位期间主要研究成果