分析 ZigBee 技术的智能列车环境监控系统

1 ZigBee无线传感器网络

1.1 ZigBee简介

ZigBee技术是目前发展最快的一种短距离无线通信技术,该技术的协议栈复杂度较低,功耗很低,硬件简单,传输速率适中,设备价格极其低廉,支持休眠状态。通信距离可达百米以上,断网自组能力较强。

1.2 系统总体设计目标

监测系统从车厢监测区域内实时收集温度、气压、湿度、一氧化碳等环境参数,实现对列车车厢内与舒适性密切相关的环境状态变化的实时观察,确保列车安全舒适运行。因此,本论文设计了一种基于ZigBee技术的无线数据传输网络系统,实现了对列车环境的实时无线监控。

2 硬件设计

2.1 硬件架构

整个监测系统主要由ZigBee无线通信网络模块和基于ARM的数据通信控制器模块组成。ZigBee无线通信网络模块是网络系统信息采集和传输的核心模块,由协调节点、路由节点和终端传感器节点组成。

2.2 ZigBee终端模块设计

无线通信网络模块是系统数据通信的核心,由协调节点、路由节点和终端传感器节点组成,系统三类工作节点协调工作。

(1)在本系统的采集终端中选择了ZigBee芯片CC2430,C2430芯片内部集成了一个2.4G赫兹的DSSH射频收发器,并且内置了一个加强型的8051单片机。

(2)为了可靠的采集列车中的温湿度信息,本系统选择了高集成度的SHT11传感器芯片。SHT11芯片在测量时可以保证温度测量精度为 0.5oC,湿度在0%～100%RH。

(3)系统选用了MPXA6115A气压传感器来采集列车车厢内的绝对气压 , 可以测量的范围是 15kPa 到 115kPa。

(4)为了更好地实现列车车厢的信息展示,用了一个2.8英寸的液晶触摸屏作为列车车厢的空调控制单元,并选取了ADS7843作为控制器。

(5)为了控制车厢内的环境温度,本系统设计了调速电机控制模块,终端CC2430处理器接收到控制命令后,通过内部调速程序在P0_0端口输出信号,经过光电耦合器后,控制调速电机的输入电流,最终实现对调速电机的控制。

3 控制系统软件设计

3.1 主程序流程

软件系统采取了模块化的设计,通过ARM处理器控制ZigBee网络中的协调器节点启动网络并初始化系统,扫描网络中的终端节点并等待其加入网络,在网络建立后维护网络的正常运行。

3.2 终端节点程序流程

在网络节点设备的软件设计中需要完成的功能有以下几个部分:网络搜索和加入、发起绑定请求、数据的发送和接收、空调开关、气压调节器和LCD显示器的控制等。

4 结语

本文在ZigBee通信技术的基础上,选用多种环境信息传感器来采集列车中的环境参数,并在网状拓扑网络中进行数据的传输,实现了对列车环境的智能监控。通过合理的软硬件系统设计,本系统可以实现系统的可靠运行,可以长时间稳定的工作,在实际的应用中非常广泛的前景。