基于Linux和ZigBee技术的旅客列车车内环境无线监测系统设计

摘要

随着传感器技术、嵌入式技术、通信技术的不断发展,无线传感器网络WSN应运而生。无线传感器网络是由大量传感器节点以无线通信的方式构成的网络拓扑,可实现数据的处理、融合和传输应用,是现代信息技术中的一个新的发展领域,有着广阔的应用前景。
　　 当前随着我国铁路向高速化、自动化和舒适化方向发展,旅客列车车厢内部环境的舒适性日益受到人们的关注,车厢内部环境状态信息监测逐渐成为铁路管理的重要环节。因此,建立行之有效的监控系统来保证铁道客车乘坐的舒适性显得越来越迫切。基于此,论文设计了一个基于Linux技术和ZigBee无线传感器网络的旅客列车车内环境监测系统。监测系统能够实现对环境的温度、空气湿度、空气气压以及一氧化碳浓度等车厢内部环境参数的实时采集、存储、分析和显示,实现监测的灵活化、智能化。
　　 论文首先论述了国内外旅客列车车内环境监测的发展概况和无线传感器网络的应用概况,通过对嵌入式技术与基于IEEE802.15.4的ZigBee技术特点、协议栈体系、网络拓扑、网络建立流程,路由实现的分析,针对旅客列车车内环境监测系统的应用需求,提出了无线监测系统总体设计方案。然后,对嵌入式无线监测系统所涉及到的ZigBee无线通信网络功能模块和ARM通信控制器功能模块进行了简要的介绍,分析了各个模块的结构。针对各个功能模块特点,完成了具体软硬件设计。
　　 设计了ZigBee无线通信网络节点功能模块的硬件平台,结合所设计的硬件平台搭建了实验系统,并完成了无线通信网络的组网实验,实现了网络数据传输,验证了无线传感器网络节点预期功能。同时,设计了ARM通信控制器功能模块的硬件平台。说明了基于ARM微处理器和基于嵌入式Linux下MiniGUI的人机界面的软件、控制器硬件设计过程,介绍了该系统控制器的硬件的整体结构并给出了各部分硬件设计的原理图。开发了相关串口驱动程序和MiniGUI状态监测界面主程序。
　　 最后对监测系统进行了网络性能测试,对测试结果进行了分析。实验结果表明,无线传感器网络监测系统建网过程成功,系统实现了多点分布式车厢环境监测。分布式无线测量系统可以方便布设到指定的的列车车厢内,具有很强的可扩展性和移动性,易于使用。