钢轨应变,无线节点,远程,实时监测,Zigbee,

论文导读：设计29-483.1软件设计总体思路29-303.2节点与网关间通信协议设计30-343.2.1总体协议30-313.2.2数据静态组包动态发送对策及自动补包机制31-333.2.3Flash分块管理对策33-343.3软件设计方面的低功耗考虑34-363.3.1选择性为模块供电343.3.2设置系统工作方式34-353.3.3动态设置系统时钟频率353.3.4动态设置外设状态35-
摘要：随着我国铁路提速战略的实施及高速铁路的蓬勃进展,轨道的安全成为人们关注的焦点。目前对无缝线路的观测、测量策略主要有应变法和应力法等[1],但传统策略利用的设备复杂,精度不高或需要人工干预,影响线路正常运转,故而难以适应现代铁路进展的需要,较难推广运用。而温度和应变是表征钢轨安全状态的重要参数,由此探讨开发一套实时在线监测钢轨应变和温度状态的监测系统,有着及其重大的作用。为了实现对钢轨应变、温度的远距离、实时监测,本论文将传感技术、电子技术、嵌入式计算、数据采集、计算策略、优化算法、无线通信技术等相结合,设计了实时监测节点,完成了钢轨应变、温度的采集及数据无线传输。使监控端能够对节点采集的钢轨数据进行保存、查看、浅析等操作,进而实时远程监测钢轨的安全状态,对故障进行预警和及时处理。节点是整个监测系统中必不可少的,是观测数据的来源,主要完成钢轨参数的实时感知、采集并通过Zigbee网络实现无线数据传输。本论文中的工作如下所述：首先,根据节点的功能需求,对其测量原理及硬件组成进行了简单介绍,并对设计中的抗电磁干扰方面做了简要的说明。其次,本论文详细叙述了节点的软件设计。作为无线传感网络节点的重要组成部分,软件设计以高可靠性、抗干扰、低功耗为原则,先后阐述了应变信号、温度信号采集的设计思路,并给出了软件的抗干扰和低功耗设计。再次,根据硬件有着的噪声及系统要求,对采集的数据进行滤波处理,设计合理的滤波算法,提升采集数据的可靠性。最后,对节点进行了一系列实验。对节点进行了标定,以校正其线性度误差；进行了节点的高低温特性实验,测试节点的温漂特性；将节点安装在某铁路路段进行实际测试。上面陈述的实验数据及结果说明节点温漂较小,并可通过标定进行温漂和节点线性度误差的补偿,且节点安装简单、运转稳定、速度快、功耗低,适用于户外无人值守的恶劣监测环境。关键词：钢轨应变论文无线节点论文远程论文实时监测论文Zigbee论文
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Abstract6-10
1 绪论10-16

1.1 课题背景及其探讨作用10-11

1.2 国内外探讨近况11-13

1.3 本论文主要探讨内容13-16

2 应变检测电路设计16-29

2.1 采集单元17-22

2.

1.1 应变采集原理17-18

2.

1.2 模拟信号处理电路18-19

2.

1.3 温度采集电路19

2.

1.4 微制约器电路19-21

2.

1.5 程序监控电路21-22

2.

1.6 外部存储器22

2.

1.7 时钟22

2.2 无线通信模块22-24

2.3 供电单元24-27

2.3.1 电源电路的协同保护措施24-26

2.3.2 节点的分别供电对策26-27

2.4 抗电磁干扰设计27-28

2.4.1 元器件选择27

2.4.2 PCB布线方面27-28

2.4.3 屏蔽28

2.5 本章小结28-29

3 系统软件设计29-48

3.1 软件设计总体思路29-30

3.2 节点与网关间通信协议设计30-34

3.

2.1 总体协议30-31

3.

2.2 数据静态组包动态发送对策及自动补包机制31-33

3.

2.3 Flash分块管理对策33-34

3.3 软件设计方面的低功耗考虑34-36

3.1 选择性为模块供电34

3.2 设置系统工作方式34-35

3.3 动态设置系统时钟频率35

3.4 动态设置外设状态35-36

3.5 用宏定义代替子程序36

3.4 节点各个功能的实现36-43

3.4.1 传感器数据采集功能36-39

3.4.2 Zigbee网络数据的接收功能39-40

3.4.3 Zigbee网络数据的发送功能40-41

3.4.4 Zigbee网络命令剖析及处理功能41-42

3.4.5 节点数据处理功能42-43

3.5 程序在线升级43-47

3.6 本章小结47-48

4 节点测试实验及结果48-61

4.1 节点的温度测试实验48-51

4.2 应变数据高低温实验51-53

4.3 节点标定53-55

4.4 应变数字滤波处理实验55-57

4.5 故障模拟实验57-58

4.5.1 采集时断电57

4.5.2 发送数据时断网57-58

4.5.3 节点运转参数错误58

4.6 节点在线测试58-60

4.7 本章小结60-61

结论61-63
参考文献63-66
攻读硕士学位期间发表学术论文情况66-67
致谢67-68