一种基于自供电ZigBee无线传输的大件货物运输监控系统的制作方法

本发明涉及铁路大件运输在线监测领域，尤其涉及一种基于自供电zigbee无线传输的大件货物运输监控系统。

背景技术：

为保证国家重点工程中使用的换流变压器、发电机定子等大型超限货物的运输安全，必须对运输过程中使用超限货物专用落下孔车，钳夹式货车及凹底平车等车型的技术状态进行实时监测，将监测数据结合线路状态和车辆运行速度进行分析，确认是否超过安全限度，确保设备的运输安全。

在现有技术中，大件运输监测采取的测试手段是以各传感器为核心元件，附加测试连接线缆至数据采集处理设备，最终通过网线将数据传至监测主机，监测系统的安装测调存在不便之处：应力测点数量较多且安装步骤较为繁复，耗时长；测点与数据采集处理设备间连接信号线缆数量较多，线缆走线及固定耗时长；未有效利用互联网技术形成数据监测中心,不便于后期大数据分析。

技术实现要素：

本发明目的在提供一种基于自供电zigbee无线传输的大件货物运输监控系统，以解决现有技术中存在的信号线缆数量较多，线缆走线及固定耗时长；未有效利用互联网技术形成数据监测中心,不便于后期大数据分析的技术缺陷。

为实现上述目的，本发明提供了一种基于自供电zigbee无线传输的大件货物运输监控系统，其特征在于，包括现场监控设备、远端系统监测及发布设备以及使用终端，现场监控设备包括数据采集模块、数据处理模块以及数据传输模块，数据处理模块分别与数据采集模块和数据传输模块连接以接收数据采集模块采集的数据并进行处理以及将处理完毕的数据传输至数据传输模块，数据传输模块通过互联网与远端系统监测及发布设备连接，远端系统监测及发布设备通过互联网与使用终端连接。

优选地，现场监控设备还包括为数据采集模块、数据处理模块以及数据传输模块供电的自供电模块，自供电模块包括柔性太阳能电池板和振动能电池。

优选地，数据处理模块包括信号放大电路以及控制数据进行存储、对数据进行压缩、解析命令的控制器，控制器与数据传输模块连接，信号放大模块与控制器以及数据采集模块连接。

优选地，数据传输模块包括zigbee传输单元和网监计算机，zigbee传输单元分别与网监计算机以及控制器连接，网监计算机与远端系统监测及发布设备连接。

优选地，控制器选用stm32l151处理器。

优选地，基于自供电zigbee无线传输的大件货物运输监控系统还包括中继模块，中继模块分别与zigbee传输单元以及网监计算器连接。

本发明具有以下有益效果：

1、本发明的基于自供电zigbee无线传输的大件货物运输监控系统通过zigbee传输传感器采集的数据，解决了需预先走线、线缆数量多的弊端，且有效的利用了互联网技术形成数据监控中心，为后期大数据分析提供了依据。

2、本发明的现场监控设备采用自供电设计，通过太阳能和车辆振动的振动能为现场监控设备供电，保证了系统长时间的稳定运行。

3、本发明采用zigbee无线传输，并且在传输时对数据进行了压缩，传输时消耗的能量少，保证了系统长时间的稳定运行。

4、本发明引入了中继器，对于不同车型都能保证覆盖全部测点，确保了数据采集的准确性及完整性。

下面将参照附图，对本发明作进一步详细的说明。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是本发明优选实施例的一种基于自供电zigbee无线传输的大件货物运输监控系统结构图；

图2是本发明优选实施例的一种基于自供电zigbee无线传输的大件货物运输监控系统运行过程示意图；

图3是本发明优选实施例的数据采集传输流程图；

图4是本发明优选实施例的采集模块和中继模块布点图；

图5是本发明优选实施例的监控计算机交互界面结构图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。

本发明提供了一种基于自供电zigbee无线传输的大件货物运输监控系统，参见图1，包括现场监控设备1、远端系统监测及发布设备2以及使用终端3，现场监控设备1包括数据采集模块、数据处理模块以及数据传输模块，数据处理模块分别与数据采集模块和数据传输模块连接以接收数据采集模块采集的数据并进行处理以及将处理完毕的数据传输至数据传输模块，数据传输模块通过互联网与远端系统监测及发布设备2连接，远端系统监测及发布设备2通过互联网与使用终端3连接。

采集模块以传感器为核心元件，包括应力贴片、位移传感器和加速度传感器等，应力贴片用于测量车体结构关键部位的应力；拉线式位移传感器测量转向架轴箱弹簧挠度，加速度传感器用于测量小底架心盘加速度。采集模块采集的数据经过数据处理模块进行处理，经过数据处理模块处理的数据经由数据传输模块发送至远端系统监测及发布设备2。远端系统监测及发布设备2针对大件货物的运输过程中全面实时进行安全方面的动态监测，利用广域网资源增设服务器架设网站等方式实现监测数据远程存储及查询展示等功能。远端系统监测及发布设备2包括数据接收服务器、业务运算服务器以及web发布服务器等，数据接收服务器将无线数据接收存储，由业务运算服务器进行必要的运算，由web发布服务器将实时监测数据及运算后数据推送至web平台，供使用终端3浏览查询，实现了远程界面化监控。

优选地，现场监控设备1还包括为数据采集模块、数据处理模块以及数据传输模块供电的自供电模块，自供电模块包括柔性太阳能电池板和振动能电池。

自供电模块为柔性太阳能电池板，并且增加了振动能电池辅助取能，通过可充电电池进行储能。充电电池的储能状态同时也会传递至数据处理模块。自供电模块能够保证系统可以长时间正常工作，车辆停休期间，系统处于休眠状态，当车辆运行时，唤醒系统，开始工作。自供电模块降低了系统整体耗能，其检测原理基于振动能电池工作状态识别电路。

优选地，数据处理模块包括信号放大电路以及控制数据进行存储、对数据进行压缩、解析命令的控制器，控制器与数据传输模块连接，信号放大模块与控制器以及数据采集模块连接。

参见图2和图3，系统初始处于休眠状态，当休眠状态被唤醒后，系统开始工作，传感器开始采集数据。以传感器采集的数据作为信号源，将信号源的微电压引入信号放大电路，利用stm32l151的adc模块进行模数转换。stm32l151作为控制器的数据处理器，对转换后的数字信号进行压缩编码得到压缩数据包，压缩数据包通过zigbee发送端进行发送。数据压缩包的压缩的特点为通过时间片，设置数据遍历窗口，将数据进行二次取样，减小了数据量；使用霍夫曼编码进行数据压缩，大大减小数据量。对数据进行压缩形成数据压缩包也能够延长电池使用的时间。在对数据进行模数装换后，可以通过智能滤波算法取出数据对数据去噪，然后再进行压缩。

优选地，数据传输模块包括zigbee传输单元和网监计算机，zigbee传输单元分别与网监计算机以及控制器连接，网监计算机与远端系统监测及发布设备2连接。

数据压缩包通过zigbee的有效传输范围为10-75m，采用选用zigbee无线传输设备完成无线发送任务,实测zigbee传输单元功耗30ma左右,总功率0.15w左右，无线数据通过zigbee传给监测计算机。参见图5，图5为网监计算机的交互界面结构图，其显示内容有传感器位置、传感器工作状态和电池工作状态等。监测计算机通过zigbee接收端接收数据，数据解码后，通过小波变换算法，还原采样数据，将数据通过决策算法判断车体运行的各个部位状态，通过界面实时显示系统，显示传感器工作状态和电池工作状态。

优选地，基于自供电zigbee无线传输的大件货物运输监控系统还包括中继模块，中继模块分别与zigbee传输单元以及网监计算器连接。

由于数据压缩包通过zigbee的有效传输范围为10-75m，因此对于不同车型，需要达到全面覆盖测点需要添加中继模块，中继模块接收到zigbee传输的数据后经rj45通过网线传输给监测计算机。

参见图4，图中圆圈代表监测和传输应变信号的数据采集模块；三角形代表自供电式电池补充供电路由器，正方形代表协调器，通过电源线供电，路由器和协调器均作为中继模块用于组网和接收无线数据。数据采集模块根据实际车辆测试进行布点，zigbee节点根据节点拓展参考理论值进行布置。路由器作为有线中继，功率更大，存储能力更强，用于获取数据采集模块采集的数据，协调器作为无线中继，用于传输总体数据包。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。