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基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)軸溫探測系統(tǒng)的設(shè)計 (2)———基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)軸溫探測系統(tǒng)的設(shè)計 (2)

3 系統(tǒng)的硬件介紹

  系統(tǒng)框圖如圖3所示。

  

  溫度傳感器采用的是DS18B20,該傳感器是美國Dallas公司生產(chǎn)的一款集成數(shù)字溫度傳感器,他與傳統(tǒng)的熱敏電阻溫度傳感器不同,能夠直接讀出被測溫度,并且可根據(jù)實際要求通過簡單的編程實現(xiàn)9~12位的數(shù)字值讀數(shù)方式,可以分別在93.75 ms和750 ms內(nèi)將溫度值轉(zhuǎn)化為9位和12位的數(shù)字量。因而使用。DS18B20可使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)更簡單、可靠性更高。同時芯片的耗電量很小,從總線上獲取少量電能(空閑時幾μW,工作時幾mW)存儲在片內(nèi)的電容中就可正常工作,一般不用另加電源。最主要的是傳感器輸出的是數(shù)字信號,可直接與單片機I/O相連,使連接非常方便。由于在單總線上傳送的是數(shù)字信號,這使得系統(tǒng)的抗干擾性好、可靠性高、傳輸距離遠(yuǎn)。

  處理器采用的是MSP430系列單片機,最顯著的特點就是他的超低功耗,在1.8~3.6 V電壓、1 MHz的時鐘條件下運行,耗電電流在0.1~400μA之間,RAM在節(jié)電模式耗電為0.1μA,等待模式下僅為0.7μA。能耗是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的瓶頸,節(jié)點必須依靠電池供電,所以采用MSP430F149作CPU是最佳選擇。MSP430F149采用16位RISC結(jié)構(gòu),其豐富的尋址方式、簡潔的內(nèi)核指令、較高的處理速度(8 MHz晶體驅(qū)動,指令周期125 ns)、大量的寄存器以及片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器使之具有強大的處理能力。另外,MSP430F149的運行環(huán)境溫度范圍為-40~+85℃,可以適應(yīng)各種惡劣的環(huán)境。

  無線通信模塊采用的是nRF905,其性能如上節(jié)所述。

  通過這樣的設(shè)計,可以實時地對貨車各節(jié)車廂的軸溫進行監(jiān)測,極大地保證了鐵路運輸?shù)陌踩?/p>

  4 系統(tǒng)的軟件介紹

  系統(tǒng)軟件設(shè)計主要包括節(jié)點發(fā)送接收程序、溫度采集程序、車頭總控器發(fā)送接收程序等。

  節(jié)點發(fā)送程序流程如圖4所示。

  

  當(dāng)分站接收到數(shù)據(jù)后,將把字頭后的數(shù)據(jù)認(rèn)為是有效數(shù)據(jù),單片機首先核對分站ID號,如ID號不是本機則將其發(fā)送到與其相連通的下一級節(jié)點,并重新進入接收狀態(tài)。反之則繼續(xù)對命令號進行判斷,以確定分站的動作。如主站要數(shù)據(jù)則對傳感器號進行判斷,以確認(rèn)主機所要的是該站的哪個傳感器數(shù)據(jù)。對數(shù)據(jù)分析完畢后,分站將現(xiàn)場的數(shù)據(jù)進行采集、打包,并發(fā)給主站,或啟動參數(shù)調(diào)節(jié)系統(tǒng)進行參數(shù)調(diào)節(jié),然后重新進入接收狀態(tài)。

  其他程序在這里不再詳細(xì)敘述。此外,我們在程序中留有接口,車頭總控制器在不停地巡檢軸溫的同時,還可以通過短消息或其他無線通訊方式向地面接收站發(fā)送數(shù)據(jù),這樣地面站就可以對列車發(fā)送的數(shù)據(jù)進行存儲,以備在出現(xiàn)事故后可以找到事故發(fā)生時的軸溫數(shù)據(jù)。

  5 結(jié) 語

  該系統(tǒng)可應(yīng)用于貨運鐵路列車,可以實時可靠地對車輛軸溫進行檢測報警。此外,該系統(tǒng)具有很好的可擴展性,在節(jié)點上安裝其他傳感器,可以對車廂的其他參數(shù)進行檢測,如:在車廂內(nèi)安裝相應(yīng)的傳感器可以對貨車車廂情況進行監(jiān)控,可以起到防盜的作用;在車廂一定位置安裝壓力傳感器可以對車廂的載重情況進行監(jiān)控;安裝濕度傳感器可以對車廂內(nèi)濕度進行檢測等。隨著技術(shù)的進步,無線傳感器網(wǎng)絡(luò)將廣泛地應(yīng)用于鐵路運輸,可以方便地對各種參數(shù)進行采集、分析、存儲,從而滿足人們?nèi)找嫣岣叩男枨蟆?/p>