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分析ZigBee 技術的智能列車環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)論文
1 ZigBee無線傳感器網(wǎng)絡
1.1 ZigBee簡介
ZigBee技術是目前發(fā)展最快的一種短距離無線通信技術,該技術的協(xié)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(tài)。通信距離可達百米以上,斷網(wǎng)自組能力較強。
1.2 系統(tǒng)總體設計目標
監(jiān)測系統(tǒng)從車廂監(jiān)測區(qū)域內實時收集溫度、氣壓、濕度、一氧化碳等環(huán)境參數(shù),實現(xiàn)對列車車廂內與舒適性密切相關的環(huán)境狀態(tài)變化的實時觀察,確保列車安全舒適運行。因此,本論文設計了一種基于ZigBee技術的無線數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡系統(tǒng),實現(xiàn)了對列車環(huán)境的實時無線監(jiān)控。
2 硬件設計
2.1 硬件架構
整個監(jiān)測系統(tǒng)主要由ZigBee無線通信網(wǎng)絡模塊和基于ARM的數(shù)據(jù)通信控制器模塊組成。ZigBee無線通信網(wǎng)絡模塊是網(wǎng)絡系統(tǒng)信息采集和傳輸?shù)暮诵哪K,由協(xié)調節(jié)點、路由節(jié)點和終端傳感器節(jié)點組成。
2.2 ZigBee終端模塊設計
無線通信網(wǎng)絡模塊是系統(tǒng)數(shù)據(jù)通信的核心,由協(xié)調節(jié)點、路由節(jié)點和終端傳感器節(jié)點組成,系統(tǒng)三類工作節(jié)點協(xié)調工作。
(1)在本系統(tǒng)的采集終端中選擇了ZigBee芯片CC2430,C2430芯片內部集成了一個2.4G赫茲的DSSH射頻收發(fā)器,并且內置了一個加強型的8051單片機。
(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的絕對氣壓 , 可以測量的范圍是 15kPa 到 115kPa。
(4)為了更好地實現(xiàn)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(huán)境溫度,本系統(tǒng)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(jīng)過光電耦合器后,控制調速電機的輸入電流,最終實現(xiàn)對調速電機的控制。
3 控制系統(tǒng)軟件設計
3.1 主程序流程
軟件系統(tǒng)采取了模塊化的設計,通過ARM處理器控制ZigBee網(wǎng)絡中的協(xié)調器節(jié)點啟動網(wǎng)絡并初始化系統(tǒng),掃描網(wǎng)絡中的終端節(jié)點并等待其加入網(wǎng)絡,在網(wǎng)絡建立后維護網(wǎng)絡的正常運行。
3.2 終端節(jié)點程序流程
在網(wǎng)絡節(jié)點設備的軟件設計中需要完成的功能有以下幾個部分:網(wǎng)絡搜索和加入、發(fā)起綁定請求、數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收、空調開關、氣壓調節(jié)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(huán)境信息傳感器來采集列車中的環(huán)境參數(shù),并在網(wǎng)狀拓撲網(wǎng)絡中進行數(shù)據(jù)的傳輸,實現(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)設計,本系統(tǒng)可以實現(xiàn)系統(tǒng)的可靠運行,可以長時間穩(wěn)定的工作,在實際的應用中非常廣泛的前景。
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