基于ZigBee技術的智能列車環境監控系統

羅媛媛++于林韜

摘要：隨著列車向高速化、自動化和舒適化方向發展，旅客列車車廂內部環境的舒適性日益受到人們的關注；另外，行車速度的大幅提升使列車的安全檢測成為鐵路運輸研究中的重要課題。針對上述問題，本文設計了一個列車環境的智能監控系統，該系統采用CC2430作為ZigBee的通信模塊，并選用了一系列環境監控傳感器進行數據的采集，實現了對列車環境的實時監控。

關鍵詞：智能監控；ZigBee；傳感器網絡

中圖分類號：TP274 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2017）03-0058-01

1 ZigBee無線傳感器網絡

1.1 ZigBee簡介

ZigBee技術是目前發展最快的一種短距離無線通信技術，該技術的協議棧復雜度較低，功耗很低，硬件簡單，傳輸速率適中，設備價格極其低廉，支持休眠狀態。通信距離可達百米以上，斷網自組能力較強[1]。表1是ZigBee同其他無線通信技術對比。

1.2 系統總體設計目標

監測系統從車廂監測區域內實時收集溫度、氣壓、濕度、一氧化碳等環境參數，實現對列車車廂內與舒適性密切相關的環境狀態變化的實時觀察，確保列車安全舒適運行[2]。因此，本論文設計了一種基于ZigBee技術的無線數據傳輸網絡系統，實現了對列車環境的實時無線監控。

2 硬件設計

2.1 硬件架構

整個監測系統主要由ZigBee無線通信網絡模塊和基于ARM的數據通信控制器模塊組成。ZigBee無線通信網絡模塊是網絡系統信息采集和傳輸的核心模塊，由協調節點、路由節點和終端傳感器節點組成。

2.2 ZigBee終端模塊設計

無線通信網絡模塊是系統數據通信的核心，由協調節點、路由節點和終端傳感器節點組成，系統三類工作節點協調工作[3]。

（1）在本系統的采集終端中選擇了ZigBee芯片CC2430，C2430芯片內部集成了一個2.4G赫茲的DSSH射頻收發器，并且內置了一個加強型的8051單片機[4]。

（2）為了可靠的采集列車中的溫濕度信息，本系統選擇了高集成度的SHT11傳感器芯片。SHT11芯片在測量時可以保證溫度測量精度為± 0.5oC，濕度在0%～100%RH[5]。

（3）系統選用了MPXA6115A氣壓傳感器來采集列車車廂內的絕對氣壓，可以測量的范圍是15kPa到115kPa[6]。

（4）為了更好地實現列車車廂的信息展示，用了一個2.8英寸的液晶觸摸屏作為列車車廂的空調控制單元，并選取了ADS7843作為控制器。

（5）為了控制車廂內的環境溫度，本系統設計了調速電機控制模塊，終端CC2430處理器接收到控制命令后，通過內部調速程序在P0_0端口輸出信號，經過光電耦合器后，控制調速電機的輸入電流，最終實現對調速電機的控制。

3 控制系統軟件設計

3.1 主程序流程

軟件系統采取了模塊化的設計，通過ARM處理器控制ZigBee網絡中的協調器節點啟動網絡并初始化系統，掃描網絡中的終端節點并等待其加入網絡，在網絡建立后維護網絡的正常運行。

3.2 終端節點程序流程

在網絡節點設備的軟件設計中需要完成的功能有以下幾個部分：網絡搜索和加入、發起綁定請求、數據的發送和接收、空調開關、氣壓調節器和LCD顯示器的控制等。

4 結語

本文在ZigBee通信技術的基礎上，選用多種環境信息傳感器來采集列車中的環境參數，并在網狀拓撲網絡中進行數據的傳輸，實現了對列車環境的智能監控。通過合理的軟硬件系統設計，本系統可以實現系統的可靠運行，可以長時間穩定的工作，在實際的應用中非常廣泛的前景。

參考文獻

[1]李佳.基于ZigBee和GPRS無線傳感器網絡網關的設計與實現[D].南京郵電大學，2013.

[2]董方武.基于ZigBee的汽車空調控制系統[J].電子技術應用，2009（11）：118-121.

[3]楊春華.基于ZigBee技術的無線網絡協調器的研究[D].西南石油大學，2011.

[4]楊世超.基于CC2430的ZigBee節點設計及MAC層協議改進[D].上海交通大學，2012.

[5]樊建明，陳淵睿.基于SHT11的溫室多點測量系統設計[J].國外電子測量技術，2006（11）：4-8.

[6]常霞.基于Linux和ZigBee技術的旅客列車車內環境無線監測系統設計[D].西南交通大學，2011.