分析ZigBee 技術(shù)的智能列車環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)論文
1 ZigBee無線傳感器網(wǎng)絡(luò)
1.1 ZigBee簡介
ZigBee技術(shù)是目前發(fā)展最快的一種短距離無線通信技術(shù),該技術(shù)的協(xié)議棧復(fù)雜度較低,功耗很低,硬件簡單,傳輸速率適中,設(shè)備價(jià)格極其低廉,支持休眠狀態(tài)。通信距離可達(dá)百米以上,斷網(wǎng)自組能力較強(qiáng)。
1.2 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)目標(biāo)
監(jiān)測系統(tǒng)從車廂監(jiān)測區(qū)域內(nèi)實(shí)時(shí)收集溫度、氣壓、濕度、一氧化碳等環(huán)境參數(shù),實(shí)現(xiàn)對列車車廂內(nèi)與舒適性密切相關(guān)的環(huán)境狀態(tài)變化的實(shí)時(shí)觀察,確保列車安全舒適運(yùn)行。因此,本論文設(shè)計(jì)了一種基于ZigBee技術(shù)的無線數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)了對列車環(huán)境的實(shí)時(shí)無線監(jiān)控。
2 硬件設(shè)計(jì)
2.1 硬件架構(gòu)
整個(gè)監(jiān)測系統(tǒng)主要由ZigBee無線通信網(wǎng)絡(luò)模塊和基于ARM的數(shù)據(jù)通信控制器模塊組成。ZigBee無線通信網(wǎng)絡(luò)模塊是網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)信息采集和傳輸?shù)暮诵哪K,由協(xié)調(diào)節(jié)點(diǎn)、路由節(jié)點(diǎn)和終端傳感器節(jié)點(diǎn)組成。
2.2 ZigBee終端模塊設(shè)計(jì)
無線通信網(wǎng)絡(luò)模塊是系統(tǒng)數(shù)據(jù)通信的核心,由協(xié)調(diào)節(jié)點(diǎn)、路由節(jié)點(diǎn)和終端傳感器節(jié)點(diǎn)組成,系統(tǒng)三類工作節(jié)點(diǎn)協(xié)調(diào)工作。
(1)在本系統(tǒng)的采集終端中選擇了ZigBee芯片CC2430,C2430芯片內(nèi)部集成了一個(gè)2.4G赫茲的DSSH射頻收發(fā)器,并且內(nèi)置了一個(gè)加強(qiáng)型的8051單片機(jī)。
(2)為了可靠的采集列車中的溫濕度信息,本系統(tǒng)選擇了高集成度的SHT11傳感器芯片。SHT11芯片在測量時(shí)可以保證溫度測量精度為± 0.5oC,濕度在0%～100%RH。
(3)系統(tǒng)選用了MPXA6115A氣壓傳感器來采集列車車廂內(nèi)的絕對氣壓 , 可以測量的范圍是 15kPa 到 115kPa。
(4)為了更好地實(shí)現(xiàn)列車車廂的信息展示,用了一個(gè)2.8英寸的液晶觸摸屏作為列車車廂的空調(diào)控制單元,并選取了ADS7843作為控制器。
(5)為了控制車廂內(nèi)的環(huán)境溫度,本系統(tǒng)設(shè)計(jì)了調(diào)速電機(jī)控制模塊,終端CC2430處理器接收到控制命令后,通過內(nèi)部調(diào)速程序在P0_0端口輸出信號,經(jīng)過光電耦合器后,控制調(diào)速電機(jī)的輸入電流,最終實(shí)現(xiàn)對調(diào)速電機(jī)的控制。
3 控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
3.1 主程序流程
軟件系統(tǒng)采取了模塊化的設(shè)計(jì),通過ARM處理器控制ZigBee網(wǎng)絡(luò)中的協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)啟動網(wǎng)絡(luò)并初始化系統(tǒng),掃描網(wǎng)絡(luò)中的終端節(jié)點(diǎn)并等待其加入網(wǎng)絡(luò),在網(wǎng)絡(luò)建立后維護(hù)網(wǎng)絡(luò)的正常運(yùn)行。
3.2 終端節(jié)點(diǎn)程序流程
在網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)設(shè)備的軟件設(shè)計(jì)中需要完成的功能有以下幾個(gè)部分:網(wǎng)絡(luò)搜索和加入、發(fā)起綁定請求、數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收、空調(diào)開關(guān)、氣壓調(diào)節(jié)器和LCD顯示器的控制等。
4 結(jié)語
本文在ZigBee通信技術(shù)的基礎(chǔ)上,選用多種環(huán)境信息傳感器來采集列車中的環(huán)境參數(shù),并在網(wǎng)狀拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)中進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸,實(shí)現(xiàn)了對列車環(huán)境的智能監(jiān)控。通過合理的軟硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì),本系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的可靠運(yùn)行,可以長時(shí)間穩(wěn)定的工作,在實(shí)際的應(yīng)用中非常廣泛的前景。
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