一种基于Lora通信的智能防溜系统及其通信方法与流程

本发明涉及铁路车辆停车防溜领域，尤其是适用于实现对铁路现场停车智能防溜装置的实时监测及管理，具体地说是一种基于lora通信的智能防溜系统及其通信方法。
背景技术：
：目前，传统防溜装置存在以下问题：防溜装置是否放置到位难以监控；发车时防溜装置是否已经取出同样难以监控；防溜装置发生被盗无法及时报警；防溜装置的领取、放置、取出和还回，均由人工操作完成，值班员无法及时判明防溜装置是否处于规范的安全状态。技术实现要素：本发明的目的是针对上述问题，提出一种基于lora通信的智能防溜系统及其通信方法。本发明是一套基于高效、易操作、可靠性高的一种基于lora通信的智能防溜系统，可实现对防溜装置状态的实时监控，对保障铁路安全运行具有非常重要的意义和实用价值。本发明的技术方案是：本发明的一种基于lora通信的智能防溜系统，它包括若干组智能铁鞋、一个无线数据终端和一个智能防溜监控主机，所述的智能铁鞋均包括加速度传感器、超声距离传感器、温度传感器、磁场传感器、第一cpu和第一lora通信模块，所述的加速度传感器、超声距离传感器、温度传感器和磁场传感器分别用于采集车辆停车的对应参数信息，加速度传感器、超声距离传感器、温度传感器、磁场传感器的信号输出端均与第一cpu的对应信号输入端相连，第一cpu的串口引脚txd、rxd分别与智能铁鞋中第一lora通信模块串口引脚rxd、txd相连接；所述无线数据终端包括第二cpu和第二lora通信模块，第二cpu的串口引脚txd、rxd分别与第二lora通信模块串口引脚rxd、txd相连接；各智能铁鞋中第一lora通信模块与无线数据终端中第二lora通信模块进行基于lora协议的通信；所述智能防溜监控主机通过以太网接口与无线数据终端相连接，采集车辆停车、智能铁鞋数据及状态并进行监控。本发明还公开了一种基于lora通信的智能防溜系统通信方法，基于本发明的智能防溜系统，该方法实现了智能铁鞋中第一cpu通过第一lora通信模块与无线数据终端中第二cpu通过第二lora通信模块之间长距离、低功耗通信，具体步骤包括：(1)、第一cpu通信前的数据检查，包括模拟数据有效性检查、状态量逻辑检查及关键状态确认；(2)、第一cpu将无法通过步骤(1)检查的数据认定为有问题数据，不进行组帧发送，等待下批数据生成，再次对下批数据进行通信前检查；循环检查判断，直到某批量数据通过检查则转向步骤(3)；(3)、第一cpu生成智能防溜数据通信数据帧，并且通过第一lora通信模块发送出去；(4)、第二cpu通过第二lora通信模块接收智能防溜数据通信数据帧，并进行解析、校验，接受智能防溜数据帧；(5)、第二cpu将接受的智能防溜数据帧中各模拟量或状态量发布，供智能防溜监控主机读取应用。具体的，步骤(1)中具体包括以下内容：(1-1)、数据有效性检查：检查模拟量数据是否在传感器检测量程范围内，具体判断公式如下：其中d1：车轮距离，单位是mm，占四个字节；dk(k∈{5,6,7})：分别表示x,y,z轴加速度，单位是重力加速度g，各占四个字节；d8：温度，单位是℃，占四个字节；(1-2)、状态量逻辑检查：检查各状态量数值是否符合逻辑，具体判断公式如下：且i≠j其中d0.7：放置到位状态，放置到位用1表示，放置不到位用0表示；d0.6：压鞋报警状态，压鞋报警用1表示，无压鞋报警用0表示；d0.5：被盗报警状态，被盗报警用1表示，无被盗报警用0表示；d0.4：溜逸报警状态，溜逸报警用1表示，无溜逸报警用0表示；(1-3)、关键状态确认：根据模拟量数据大小，确认状态量是否正确，具体判断公式如下：其中d2为铁鞋位移，单位是mm，占四个字节；f(x)为逻辑函数，表示若“x”为真，则函数值为1，若“x”为假，则函数值为0。具体的，步骤(3)中第一cpu生成智能防溜数据通信数据帧具体格式如下：2个始端握手字符+1个控制字符+智能防溜数据帧+crc校验字符+2个末端结束字符；其中，2个始端握手字符用于和第二cpu进行发送防溜数据帧前的同步；控制字符指明了数据发送方式是广播、组播或点对点发送，这里控制字选取“ffh”指定数据发送方式为广播方式；智能防溜数据帧为：智能铁鞋mac地址+1个状态字符+8模拟量字符；crc校验字符为选取生产多项式g(x)＝x8+x4+x3+1(即进行“模2除法”中除数选100011001)后对智能防溜数据帧进行循环冗余检查所产生的1个校验字节，2个末端结束字符表示一个数据帧传输完成。智能防溜数据通信数据帧：1个状态字符格式：d0.7d0.6d0.5d0.4d0.3d0.2d0.1d0.0放置到位压鞋报警被盗报警溜逸报警唤醒状态铁鞋开关预留位预留位8个模拟量字符格式：d1d2d3d4d5d6d7d8车轮距离铁鞋位移方向fx方向fyx轴加速度y轴加速度z轴加速度温度优选的，步骤(4)具体过程如下：第二cpu通过第二lora通信模块检测到2个始端握手字符后，开始接收智能防溜数据帧，并对智能防溜数据帧与crc校验字符形成的新帧再用“模2除法”的方法除以选定的除数100011001，验证余数是否为0：如果非0，则证明该智能防溜数据在传输过程中发生改变，第二cpu舍弃该智能防溜数据帧；如果余数为0，说明该智能防溜数据传输过程中没有发生异常，第二cpu结束对智能防溜数据通信数据帧的解析与校验，并接受智能防溜数据帧。优选的，步骤(5)中，第二cpu将接受的智能防溜数据帧中各模拟量或状态量以opcserver方式发布。本发明的有益效果：本发明的一种基于lora通信的智能防溜系统，是一套基于高效、易操作、可靠性高的监控系统，网络通信功耗低、距离远，可实现对防溜装置状态的实时监控，对保障铁路安全运行具有非常重要的意义和实用价值。附图说明图1是本发明的原理框图。图2是本发明的基于lora通信的智能防溜系统通信方法流程图。具体实施方式下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。如图1所示，本发明的一种基于lora通信的智能防溜系统，包括若干组智能铁鞋、一个无线数据终端和一个智能防溜监控主机(优先选用工控机)，所述的智能铁鞋均包括加速度传感器(型号为adxl345)、超声距离传感器(型号为nu40a16tr-1)、温度传感器(型号为18b20)、磁场传感器(型号为mag3110)、中央处理器(第一cpu，优先选用型号stm32l15x)和第一lora通信模块(型号为f8l10d)，所述的加速度传感器、超声距离传感器、温度传感器和磁场传感器分别用于采集车辆停车的对应参数信息，加速度传感器、超声距离传感器、温度传感器、磁场传感器的信号输出端均与中央处理器(第一cpu)的对应信号输入端相连，中央处理器(第一cpu)的串口引脚txd、rxd分别与智能铁鞋中第一lora通信模块串口引脚rxd、txd相连接。所述无线数据终端包括中央处理器(第二cpu，优先选用型号stm32l15x)和第二lora通信模块(型号为f8l10d)，中央处理器(第二cpu)的串口引脚txd、rxd分别与第二lora通信模块串口引脚rxd、txd相连接。第一lora通信模块与第二lora通信模块进行基于lora协议的通信。所述智能防溜监控主机通过以太网接口与无线数据终端相连接，采集车辆停车、智能铁鞋数据及状态并进行监控。本发明的一种基于lora通信的智能防溜系统通信方法，实现了智能铁鞋中第一cpu通过第一lora通信模块与无线数据终端中第二cpu通过第二lora通信模块之间长距离、低功耗通信，如图2所示，具体步骤包括：(1)、第一cpu通信前的数据检查，包括模拟数据有效性检查、状态量逻辑检查及关键状态确认；(2)、第一cpu将无法通过步骤(1)检查的数据认定为有问题数据，不进行组帧发送，等待下批数据生成，再次对下批数据进行通信前检查；循环检查判断，直到某批量数据通过检查则转向步骤(3)；(3)、第一cpu生成智能防溜数据通信数据帧，并且通过第一lora通信模块发送出去；(4)、第二cpu通过第二lora通信模块接收智能防溜数据通信数据帧，并进行解析、校验，接受智能防溜数据帧。(5)、第二cpu将接受的智能防溜数据帧中各模拟量或状态量以opcserver方式发布，供智能防溜监控主机读取应用。本发明的一种基于lora通信的智能防溜系统通信方法中在步骤(1)中具体包括以下内容：(1-1)、数据有效性检查：检查模拟量数据是否在传感器检测量程范围内，具体判断公式如下：其中d1：车轮距离，单位是mm，占四个字节；dk(k∈{5,6,7})：分别表示x,y,z轴加速度，单位是重力加速度g(m/s2)，各占四个字节；d8：温度，单位是℃，占四个字节。(1-2)、状态量逻辑检查：检查各状态量数值是否符合逻辑，具体判断公式如下：且i≠j其中d0.7：放置到位状态(放置到位用1表示，放置不到位用0表示)；d0.6：压鞋报警状态(压鞋报警用1表示，无压鞋报警用0表示)；d0.5：被盗报警状态(被盗报警用1表示，无被盗报警用0表示)；d0.4：溜逸报警状态(溜逸报警用1表示，无溜逸报警用0表示)。(1-3)、关键状态确认：根据模拟量数据大小，确认状态量是否正确，具体判断公式如下：其中d2为铁鞋位移，单位是mm，占四个字节；f(x)为逻辑函数，表示若“x”为真，则函数值为1，若“x”为假，则函数值为0。本发明的一种基于lora通信的智能防溜系统通信方法，在步骤(3)中第一cpu生成智能防溜数据通信数据帧具体格式如下：2个始端握手字符+1个控制字符+智能防溜数据帧+crc校验字符+2个末端结束字符；其中，2个始端握手字符用于和第二cpu进行发送防溜数据帧前的同步；控制字符指明了数据发送方式是广播、组播或点对点发送，这里控制字选取“ffh”指定数据发送方式为广播方式；智能防溜数据帧为：智能铁鞋mac地址+1个状态字符+8模拟量字符；crc校验字符为选取生产多项式g(x)＝x8+x4+x3+1(即进行“模2除法”中除数选100011001)后对智能防溜数据帧进行循环冗余检查所产生的1个校验字节；2个末端结束字符表示一个数据帧传输完成。智能防溜数据通信数据帧：1个状态字符格式：d0.7d0.6d0.5d0.4d0.3d0.2d0.1d0.0放置到位压鞋报警被盗报警溜逸报警唤醒状态铁鞋开关预留位预留位8个模拟量字符格式：d1d2d3d4d5d6d7d8车轮距离铁鞋位移方向fx方向fyx轴加速度y轴加速度z轴加速度温度本发明的一种基于lora通信的智能防溜系统通信方法，步骤(4)具体过程如下：第二cpu通过第二lora通信模块检测到2个始端握手字符后，开始接收智能防溜数据帧，并对智能防溜数据帧与crc校验字符形成的新帧再用“模2除法”的方法除以上面选定的除数100011001，验证余数是否为0，如果非0，则证明该智能防溜数据在传输过程中发生改变，第二cpu舍弃该智能防溜数据帧，如果余数为0，说明该智能防溜数据传输过程中没有发生异常，第二cpu结束对智能防溜数据通信数据帧的解析与校验，并接受智能防溜数据帧。当前第1页12