基于ZigBee和GPRS的铁路货车轴温监测系统的设计

摘要

轴承是铁路货车运行过程中重要的旋转部件也是易损部件，它的工作状态直接影响到列车的行车安全。在轴承正常运转期间，缺油、少油、损伤、摩擦、碰撞、掺杂等因素，都会引起轴承温度明显上升，导致“燃轴”、“热轴”、“切轴”等危险故障，因此通过观察轴温的变化可以判断出轴承的运行状况。当前，在我国铁路货车提速的大背景下，对轴承的安全监测技术提出了更严格的要求，因此迫切需要一套轴温实时监测系统的解决方案，这对于铁路货车来说具有重大的安全意义。
　　本文结合铁路快捷货车的实际应用需求，针对铁路货车诸如车厢没有电源、车辆频繁解编或编组、车厢无人值守、工作环境恶劣等特点，在现有的轴温故障检测方法的基础上，提出一种基于ZigBee无线通信技术的车载轴温监测方法。论文主要从测温，传输，监控三方面进行研究和设计，测温部分:采用温度传感器DS18B20以单总线方式直接输出数字轴温，比以往的方式更加高效、准确。传输部分，分为车载无线轴温传输和车—地数据传输两部分。其中车载无线轴温传输依靠先进的短距离无线通信技术ZigBee，以TI的CC2530为主芯片，利用单总线协议控制DS18B20采集轴温，同时CC2530终端节点之间通过2.4GHz的无线自组网在列车车厢中汇集轴温到CC2530协调器，有效的解决了货车车厢频繁解编重组，车厢无法连线的难题。该部分主要以C为编程语言和IAR Embedded Workbench开发软件完成。车—地数据传输，依靠成熟的GPRS技术，将监控显示和轴温采集分离，真正的实现了远程实时监测，弥补了货车车厢无人值守的缺点。该部分以GPRS DTUSIM900A为核心，控制器CC2530协调器向GPRS发送AT命令，连接TCP服务器并发送数据到Internet中。最后监控部分是在VC++2010和Microsoft Access2010软件平台上开发完成的，在C/S工作模式下，CC2530+SIM900A作为本地客户端，地面监控中心作为服务器端，双方通过Socket通信完成数据的交换，同时监控端实时显示数据变化，并且不断更新数据库库表。
　　最后将测温和传输、监控部分联合测试，打开监听，下位机上电后，监控界面显示连接成功，数据实时显示而且数据库表也不断存储，搜索、查询功能正常，整体上符合系统的预期设计。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 论文的研究背景

1．2 国内外研究状况

1．3 论文研究的主要内容

第2章 系统的总体方案设计

2．1 系统实现功能和需求分析

2．2 系统架构

2．3 解决方案比较

2．3．1 近距离无线传输

2．3．2 温度传感器选型

2．3．3 车—地数据传输

2．4 本章小结

第3章 ZigBee车载无线传输

3．1 轴温采集

3．1．1 DS18B20工作原理

3．1．2 数据帧格式

3．1．3 测温硬件电路

3．1．4 单总线方式读取轴温软件设计

3．2 CC2530芯片介绍

3．3 ZigBee协议栈结构

3．4 ZigBee无线组网

3．4．1 ZigBee节点类型

3．4．2 网络拓扑

3．4．3 地址分配

3．4．4 协调器创建网络

3．4．5 终端设备加入网络

3．5 软件设计

3．5．1 ZStack的OSAL原理

3．5．2 协调器软件设计

3．5．3 终端设备软件设计

3．6 本章小结

第4章 车—地数据传输方案的设计

4．1 GPRS通信技术介绍

4．1．1 GPRS性能特点

4．1．2 GPRS网络结构

4．2 GPRS连接TCP服务器

4．2．1 TCP／IP协议

4．2．2 SIM900A介绍

4．2．3 AT命令

4．3 SIM900A和CC2530串口通信

4．3．1 硬件电路连接

4．3．2 软件设计

4．4 本章小结

第5章 地面监控中心的设计

5．1 Vsual C++2010

5．2 显示界面的设计

5．2．1 本机信息

5．2．2 接收信息

5．2．3 查询信息

5．3 SOCKET通信设计

5．3．1 Socket工作原理

5．3．2 Socket类型

5．3．3 WinSock建立网络通信

5．3．3 MFC下Socket编程

5．4 数据库设计

5．4．1 数据库表的设计

5．4．2 VC下对Access2010的操作

5．5 本章小结

第6章 系统测试和分析

6．1 车载轴温采集和无线组网传输

6．2 GPRS车—地传输

6．3 监控界面实时显示

6．4 数据存储

6．5 查询数据

6．6 本章小结

结论

致谢

参考文献

攻读学位期间发表的论文

附录