分布式钢轨应力无线监测系统硬件的研究

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1、f舢舢删删棚删枷删删舢Y2416627本文由国家“十二五’’科技支撑计划“分布式钢轨应力监测技术及其无线传感网系统研发(No．2011BAG05802—03)’’资助完成，特此感谢。大连理工大学学位论文独创性声明作者郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下进行研究工作所取得的成果。尽我所知，除文中已经注明引用内容和致谢的地方外，本论文不包含其他个人或集体已经发表的研究成果，也不包含其他已申请学位或其他用途使用过的成果。与我一同工作的同志对本研究所做的贡献均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。若有不实之处

2、，本人愿意承担相关法律责任。学位论文题目：金盔茧鱼扯焘查五缝监遗望鑫；杰堑绎缉窆一作者签名：一—兰毫』L塑罄一日期：—丝年—L月#日大连理工大学硕士学位论文摘要近年来，我国高速铁路客运专线建设迅猛发展，为我国的经济建设作出了重大贡献。但与此同时，高速列车的安全运行备受关注。无缝钢轨起着列车导向和承载的作用，监测无缝钢轨的健康状况已成为当务之急。本文针对无缝钢轨安全监测的迫切需求和现实意义，开展了分布式钢轨应力无线监测系统的研究。文章主要从无线监测系统的硬件设计进行了阐述，分别从传感节点、网关以及供电方案设计三方面

3、进行了详细说明。传感节点作为钢轨应变和温度数据的采集装置，其性能直接影响到采集数据的准确性和稳定性。设计时采用了单元模块化思路，由供电单元、采集单元和通信单元组成，并通过两侧插针连接实现彼此间通讯。供电单元为其他两个单元提供高效、稳定、低纹波电压输出的电源。采集单元负责将应变电阻的微弱变化经惠斯通电桥转变成电压信号，经过放大、滤波处理后进入16位A／D转换成数字信号，通过SPI模式传送至MSP430F149微控制器。同时，多路温度传感器DSl8820将采集到的轨温、盒温和节点温度以单总线方式传输到微控制器。处理后

4、的数据经串口发送到通信单元，最后通过Zigbee无线传输方式发送至附近网关。网关包括嵌入式处理器选型、协调器设计、3G模块和GSM短信开关功能设计。处理器负责数据计算、协议转换与各通信模块的数据交互。协调器采用Zigbee模块的Coordinator模式作为数据接收核心部分，并对其外围电路进行了可靠性设计，为获取准确时间和地理位置信息，电路中采用了u．blox公司生产的GPS模块设计。为能远程：澡控网关的供电，设计中采用了GSM短信开关，并且3G模块的引入，使得网关与监控端服务器建立远程联系。供电采用太阳能电池板

5、和蓄电池方案，根据节点和网关各自耗电量，同时考虑连续使用5～7天选择蓄电池容量，太阳能电池板功耗大小兼顾连续阴雨天气和电池容量。为保护蓄电池，设计中引入充放电控制器来防止电池过充和过放。此外，防雷器的设计保护了设备免遭雷击的损害。最后通过实验室测试和高速铁路现场长期考核，验证了分布式钢轨应力监测系统运行可靠，可以实现对无缝钢轨健康状况的长期实时监测。关键词：无线监测系统；传感节点；网关；太阳能供电；Zigbee网络分布式钢轨应力无线监测系统硬件研究————-————————————————————————————

6、——————————_———．'—————————————————————_———————————————————————————————————一～ResearchonWirelessMonitoringSystemHardwareforDistributedRailStressAbstractInrecentyears，therapiddevelopmentofChina’Shigh-speedrailwaypassengerlineconstruction，madeasignificantcontribut

7、iontoChina’Seconomicconstruction．Atthesametime，thesafetyofthehigh-speedtrainsattractsmuchattention．Seamlessrailplaystheroleofguidingandhostingthe舰iIl，ithasbecomeimperativetomonitorthehealthstatusoftheseamlessrail．Basedontheurgentneedsandpracticalsignificancef

8、ortheseamlessrailsafetymonitoring，thispapercarriedouttheresearchofthedistributedwirelessmonitoringsystemforrailstress．Inthispaper，thehardwaredesignofwirelessmonitoringsystemisdescribedpri