一种铁路货物车辆车载安全监测装置的制作方法

本实用新型涉及监测装置，尤其涉及一种铁路货物车辆车载安全监测装置。

背景技术：

目前我国铁路运输管理部门主要运用地对车安全监控预警体系（5T系统）对货物列车进行运行中物理参数的检测。例如：车辆轴温智能探测系统(THDS)、车辆运行品质轨边动态监测系统(TPDS)、车辆滚动轴承故障轨边声学诊断系统(TADS)、货车故障轨边图像检测系统(TFDS)等。5T系统都是在地面轨边部署探测站，探测站设备上安装各种传感器和高速摄像设备。在列车通过探测站时，探测设备开始工作，用非接触的方式完成车辆各种运行物理参数的获取。此种监测存在以下缺点：

1)传感器都是安装在地面设备上，无法与车体上需要检测的部位直接接触，部分物理参数的检测存在不准确，易受干扰的情况。例如，对于车轴温度的检测，是通过辐射测温原理进行，测量结果受环境影响比较大。

2)只有列车通过地面探测站时，才能对车辆状态进行短暂的一次性检测，其他绝大部分运行时间内都无法实时检测车辆状态。

3)只能检测车体本身部分参数，对于所运输货物相关的物理参数无法获取。

要解决以上问题，一种较好的办法是在车辆上安装检测装置，直接对车辆进行各种物理参数的检测。由于技术实现和工程施工难度等原因，货车车辆上还没有安装任何车载安全监测装置。目前有其他资料公开了一种车载制动缸内空气压力监测装置的方案，这个方案在每个车辆的制动缸测试孔上安装一个压力监测装置，实时采集和存储制动缸内的空气压力。这种装置可以达到持续地准确检测车辆空气制动机性能的目的，但也有不足，表现在：

1)只检测空气制动机压力，功能单一，没有扩展性，不能全面检测其他的物理参数。

2)列车通过地面探测站时，检测的数据才能传输给地面读出设备，进一步传输给计算机系统。在列车没有达到下一个探测站前，检测的数据无法传输。车辆或货物发生安全隐患时无法及时通知到工作人员。

而随着铁路货运的发展，对车辆运行物理参数的实时检测需求越来越多，除了跟车辆运行安全相关的轴温、超偏载、轮对擦伤、制动力等参数外，运输特种货物的车辆，例如罐车内的流体的压力、温度等也需要实时检测和持续性检测。 而一旦发生危险状况时，也需要及时通知到工作人员进行处理。

技术实现要素：

为了解决现有技术中的问题，本实用新型提供了一种铁路货物车辆车载安全监测装置。

本实用新型提供了一种铁路货物车辆车载安全监测装置，包括通用串行通信总线、电源线、主机和负责采集车辆不同位置、不同种类的物理参数的参数采集器，所述主机、参数采集器分别与所述通用串行通信总线连接，所述参数采集器采集到的物理参数通过所述通用串行通信总线发送到所述主机，所述主机、参数采集器分别与所述电源线连接，所述主机、参数采集器分别从所述电源线上取得电源。

作为本实用新型的进一步改进，所述参数采集器至少有二个。

作为本实用新型的进一步改进，所述主机包括电池组、集线器、主控和通信模块，所述电池组与所述集线器连接，所述电池组分别与所述主控和通信模块、通用串行通信总线、电源线连接。

作为本实用新型的进一步改进，所述主控和通信模块包括微控制器、存储器电路、串行通信接口电路、电源处理电路、射频数据收发电路、射频载波检测电路、天线，所述存储器电路、串行通信接口电路、电源处理电路、射频数据收发电路、射频载波检测电路分别与所述微控制器连接，所述天线分别与所述射频数据收发电路、射频载波检测电路连接。

作为本实用新型的进一步改进，所述微控制器、存储器电路通过板内通信总线连接，控制器通过板内通信总线对所述存储器电路实现读取和写入操作。

作为本实用新型的进一步改进，所述微控制器、串行通信接口电路通过所述微控制器的串行数据收发引脚相连接，当发送数据时，所述微控制器串行发送引脚发送的单端电平信号通过所述串行通信接口电路转换为符合串行通信总线电气规范的电信号，当接收外部电路发来的数据信号时，外部电路发来的符合串行通信总线电气规范的电信号通过所述串行通信接口电路转换，为CMOS单端电平信号输入所述微控制器的串行接收引脚。

作为本实用新型的进一步改进，所述微控制器、射频数据收发电路通过板内通信总线连接。

作为本实用新型的进一步改进，所述射频载波检测电路包括运算放大器、检波电路和与所述射频数据收发电路共用的射频信号耦合器，所述运算放大器的输出端连接到所述微控制器的I/O引脚。

作为本实用新型的进一步改进，所述电源处理电路包括低压差线性稳压器，用来将所述电池组输出的较高直流电压变换为适合于电路板上其他集成电路工作需要的较低直流电压。

作为本实用新型的进一步改进，所述参数采集器包括采集端微控制器、采集端串行通信接口电路和多个传感器，所述传感器、采集端微控制器通过板内通信总线连接，所述采集端微控制器通过双向数据线与所述采集端微控制器连接，所述采集端微控制器在发送数据时将所述采集端微控制器输出的单端CMOS信号转换为符合特定通用串行通信电气标准的信号，接收数据的时候，进行反向转换。

本实用新型的有益效果是：提供了一种铁路货物车辆车载安全监测装置，安装在车辆上，可以通过参数采集器直接获取需要检测的多种车辆物理参数，并存储在主机里，并通过主机进行无线通信，以及时的传输检测到的数据。

附图说明

图1是本实用新型一种铁路货物车辆车载安全监测装置的组成框图。

图2是本实用新型一种铁路货物车辆车载安全监测装置的主机的组成框图。

图3是本实用新型一种铁路货物车辆车载安全监测装置的主机的主控和通信模块的组成框图。

图4是本实用新型一种铁路货物车辆车载安全监测装置的参数采集器的组成框图。

具体实施方式

下面结合附图说明及具体实施方式对本实用新型作进一步说明。

如图1所示，一种铁路货物车辆车载安全监测装置，包括通用串行通信总线300、电源线400、主机100和多个负责采集车辆不同位置、不同种类的物理参数的参数采集器200，所述主机100、参数采集器200分别与所述通用串行通信总线300连接，所述参数采集器200采集到的物理参数通过所述通用串行通信总线300发送到所述主机100，所述主机100、参数采集器200分别与所述电源线400连接，所述主机100、参数采集器200分别从所述电源线400上取得电源，供自身使用。

如图2所示，主机100主要由电池组20、集线器30、主控和通信模块组成10。电池组20内放置多节一次性电池，输出3V至5V之间的低压直流电源到集线器30。集线器30内安装有多个接线端子排，用于固定来自电池组20、主控和通信模块10以及外部参数采集器200的通信线、电源线,并完成信号的互连。

如图3所示，主控和通信模块10的电路结构，可进一步划分为多个小单元电路。分别为：微控制器（MCU）1、存储器电路2、串行通信接口电路3、电源处理电路4、射频数据收发电路5、射频载波检测电路6、天线7，微控制器1包括微控制器及外围电路。各部分连接关系如下：

微控制器1和存储器电路2通过板内通信总线（SPI总线或IIC总线）连接，微控制器（MCU）1通过板内通信总线存储器电路2实现读取和写入操作。

微控制器1和串行通信接口电路3通过通用微控制器1的串行数据收发引脚相连接，当发送数据时，微控制器1串行发送引脚（TXD）发送的单端电平信号通过串行通信接口电路3转换为符合串行通信总线电气规范的电信号。当接收外部发来的数据信号时，外部电路发来的符合串行通信总线电气规范的电信号通过串行通信接口电路3转换，为CMOS单端电平信号输入微控制器1的串行接收引脚(RXD)。

微控制器1和射频数据收发电路5通过板内通信总线（SPI总线或IIC总线）连接。射频数据收发电路5包括一片射频收发器芯片及其外围电路。

射频载波检测电路6包括一个运算放大器、检波电路和与射频数据收发电路5共用的射频信号耦合器。其运算放大器的输出连接到微控制器1的I/O引脚。

电源处理电路4包括一片低压差线性稳压器（LDO），用来将电池输出的较高直流电压变换为适合于电路板上其他集成电路工作需要的较低直流电压。

如图1至图3所示，主机100的功能和工作原理如下：

微控制器1通过串行通信接口电路3与相连接的参数采集器200进行串行通信，从参数采集器200取得其采集的各种物理参数，然后存储在存储器电路2的存储器里面。

射频载波检测电路6负责检测空中符合要求的无线电信号。检测到符合要求的射频信号时输出一个电平跳变信号给微控制器1的一个输入输出引脚。微控制器1检测到这个跳变的电平信号后，启动射频信号接收功能，接收来自外部（通常是地面读出器）符合既定数据格式要求的无线通信命令，然后根据命令将全部或部分存储器中存储的物理参数数据输出到射频数据收发电路5，进一步由天线7发射到空中；或者充当中继的作用，接收外部（通常是其他车载监测装置）通过无线通信发来的数据，进行转发，由天线7发射到空中。

当微控制器1检测到从参数采集器200发来的特定数据后，也可以主动进入射频发送状态，将一定格式的信息数据发给射频数据收发电路5，进一步由天线7发射到空中。当主控和通信模块10对参数采集器200的数据进行分析后，诊断出需要紧急报警的事件，可通过这种方式将消息发送给临近的车载监测装置，用链式通信、逐级转发的模式，将信息传输给机车里面的接收器。从而完成实时报警功能。

无线通信工作于920MHz～925MHz频段或840MHz～845MHz频段。数据传输采用FSK调制方式，数据传输速率在500kbps～1.2Mbps之间。

如图4所示，参数采集器200主要由采集端微控制器（MCU）202、电源处理电路201、采集端通用串行通信接口电路203以及多个传感器204组成，采集端微控制器（MCU）202包括微控制器（MCU）以及外围电路。

如图4所示，多个传感器204、采集端微控制器（MCU）202通过板内通信总线连接，板内通信总线可以为SPI总线或IIC总线，传感器204可以为压力传感器、温度传感器、湿度传感器、气体传感器等，可以是一个或多个。电源处理电路201包括一片低压差线性稳压器（LDO），用来将电池输出的较高直流电压变换为适合于本电路板上其他集成电路工作需要的较低直流电压。采集端通用串行通信接口电路203通过双向数据线与采集端微控制器202连接，在发送数据时将采集端微控制器202输出的单端CMOS信号转换为符合特定通用串行通信电气标准的信号，接收数据的时候，进行反向转换。

本实用新型提供的一种铁路货物车辆车载安全监测装置，安装在车辆上，可以直接获取需要检测的多种车辆物理参数，并存储在存储器里；在车辆通过地面读出装置时，本装置被地面设备发射的射频信号激活，将存储的参数传输给地面装置；在必要的时候，本装置通过无线通信信道主动发射数据信息，可以被接收装置（例如安装在机车驾驶室的接收器）接收，进行处理（例如报警）。

本实用新型提供的一种铁路货物车辆车载安全监测装置，具有以下特点：

1)该铁路货物车辆车载安全监测装置主要由一个主机100和多个参数采集器200组成。主机100和各个参数采集器200通过一根电缆互相连接。电缆由通用串行通信总线300和电源线400组成。

2)主机100主要由电池组20、集线器30、主控和通信模块10组成。

3)主控和通信模块10包括串行通信电路3和射频载波检测电路6、射频收发电路5以及天线7等。

4)主机100通过通用串行通信总线300和参数采集器200进行通信，取得参数采集器200的数据；

5)串行通信总线300可以为RS-485总线或CAN（Controller Area Network）总线。

6)主机100通过无线通信与外部其他设备进行通信，外部设备包括：地面读出设备、其他监测装置、机车内的接收器等。

7)无线通信工作于920MHz～925MHz频段或840MHz～845MHz频段。数据传输采用FSK调制方式，数据传输速率在500kbps～1.2Mbps之间。

8)参数采集器200分布于车辆不同位置，采集车辆和运输货物的物理参数。

9)参数采集器200主要由采集端微控制器（MCU）202、多个传感器204、电源处理电路201和采集端通用串行通信接口电路203组成。

本实用新型提供的一种铁路货物车辆车载安全监测装置，具有以下有益效果：

1)本实用新型提供的一种铁路货物车辆车载安全监测装置与利用现有地面5T设备进行车辆技术参数探测相比，具有更加准确、实时的特点，而且可持续监测和记录车辆相关物理参数。后者只能在列车通过地面探测站的时候进行一次性检测。

2)本实用新型提供的一种铁路货物车辆车载安全监测装置与现有技术公开的“制动缸压力监测装置”相比，是分体式结构，主机100和各个参数采集器200通过通信线缆和电源线缆互相连接，主机100和参数采集器200可以安装在车辆不同的部位。后者是一体式结构，所有部分封装在一个密闭的小型外壳里面，因而结构上不具备可扩展性。

3)本实用新型提供的一种铁路货物车辆车载安全监测装置与现有技术公开的“制动缸压力监测装置”相比，可以监测包括制动机多个部位的压力、车轴不同位置的温度、货物的温度、湿度等多种物理参数，后者仅监测制动缸内空气压力，功能较为单一。

4)本实用新型提供的一种铁路货物车辆车载安全监测装置与现有技术公开的“制动缸压力监测装置”相比，既可以被地面读出设备发射的微波信号激活而通过无线通信信道发送数据，也可以主动发送数据，即支持“被动式”和“主动式”两种模式；而后者只能被地面读出设备发射的微波信号激活而通过无线通信信道发送数据。主动发送数据的功能使本实用新型提供的一种铁路货物车辆车载安全监测装置在实时监测的基础上具备了实时报警的功能。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本实用新型所作的进一步详细说明，不能认定本实用新型的具体实施只局限于这些说明。对于本实用新型所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本实用新型的保护范围。