基于GPS/GPRS的机车能耗远程监测系统设计

摘要

随着我国铁路机车的快速发展，机车数量与日俱增，电能消耗逐渐增多，对电能计量精度的要求不断提高，同时对机车按司机、机车和区间段等的电量统计、历史记录数据的存储与管理以及机车运行状态和能耗信息的监测也变得愈来愈重要。因此，设计出能反映机车运行状态和动态能耗关系的机车能耗远程监测系统对铁路交通运输业具有重大意义。　　本文以双流制电力机车为例，通过对GPS、GPRS和电能计量等关键技术的研究，结合高精度、低功耗需求，采用当前主流的嵌入式技术，设计并实现了基于GPS/GPRS的机车能耗远程监测系统。根据系统技术参数和总体结构将系统分为机车能耗远程监测装置和地面服务器两部分，在设计时又将系统分为硬件和软件两部分进行实现，硬件系统主要对电能计量模块、GPS/GPRS通信模块、电源模块、EMC电磁兼容以及原理图和PCB的绘制进行了处理，能够完成机车运行状态的各个指标及能耗情况的显示、转储以及远程无线传输。　　在软件系统设计时，首先对μC/OS-II实时操作系统进行移植，设计电能参数采集、TAX2装置的数据采集、GPS数据接收和解析以及GPRS无线数据传输等任务流程；其次通过机车能耗远程监测装置与地面服务器的GPRS网络连接，监测装置将采集的GPS坐标信息、机车电能参数和TAX2装置的数据信息打包以TCP/IP协议发送到地面服务器；为了实现GPRS在信号强度弱时数据的稳定传输，再次设计了 GSM短消息发送方式；然后应用 Visual Studio2008、C＃等技术完成地面服务器软件设计。　　通过调试和试验手段对研制的产品进行了验证，结果表明，新研制的机车能耗远程监测系统结构合理、性能可靠、精度高、电磁兼容性好，能满足电力机车的交直流电能量计量、数据显示、转储及其无线传输等要求，达到了预期设计目标。

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第一章 绪论

1.1 课题研究的背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.3 本文的主要研究内容

第二章 机车能耗远程监测系统关键技术概述

2.1 GPS定位技术

2.2 GPRS无线传输技术

2.3 电能计量技术

2.4 嵌入式系统技术

2.5 本章小结

第三章 机车能耗远程监测系统总体方案设计

3.1 系统主要技术参数

3.2 系统主要功能

3.3 系统总体结构

3.4 本章小结

第四章 机车能耗远程监测系统的硬件设计

4.1 系统硬件结构设计

4.2 电能计量模块设计

4.3 GPS/GPRS通信模块设计

4.4 电源电路设计

4.5 电磁兼容设计

4.6 系统硬件实现

4.7 本章小结

第五章 机车能耗远程监测系统的软件设计

5.1μC/OS-II 操作系统

5.2 电能计量模块程序设计

5.3 GPS数据接收及解析程序设计

5.4 GPRS无线数据传输程序设计

5.5 GSM短消息发送

5.6 地面服务器软件设计

5.7 本章小结

第六章 机车能耗远程监测系统调试与试验

6.1 系统程序调试

6.2 系统程序装载

6.3 系统精度试验

6. 4 系统老化试验

6.5 本章小结

第七章 总结与展望

参考文献

攻读学位期间主要成果

致谢