列车轴温监测系统节能技术的研究

【摘要】： 对运行的铁路列车车辆的轴温进行及时、可靠地监测,是保证列车安全运行的重要措施。本论文对基于无线传感器网络技术的列车轴温监测系统的节能技术进行了研究和论述。通过实施节能技术,可以降低系统中轴温监测节点的功耗,这对于延长节点及整个系统的生存周期,保证列车轴温监测系统的正常运行具有重要意义。 论文首先分析了基于无线传感器网络的列车轴温监测系统的能耗特点,然后确定了相应的节能策略和设计方案,接着从硬件和软件两个方面对节能技术进行了研究。作者主要工作如下: 1.分析了列车轴温监测系统的能耗特点,确定能量消耗的主要部分是节点的控制模块和无线通信模块,并基于此制定了这两个模块的节能策略,然后确定了从硬件、软件两个方面进行节能设计的总体方案。 2.硬件节能设计的任务是按照低功耗的原则选取节点的各个模块,然后组建低功耗的轴温监测节点。本设计选取MSP430F2274单片机作为控制单元,nRF905无线收发芯片作为无线通信单元,DS18B20数字温度传感器作为传感器单元,铁电FM24CL64存储器芯片作为存储单元,MAX1678模块作为电源单元。 3.软件节能设计的任务是在硬件节能设计的基础上设计系统通信协议和节点工作流程。系统通信协议是参照IEEE802.15.4协议标准编写的点对多点的通信协议,制定了简洁的数据通信帧格式,减少了无线通信的数据量以降低节点功耗。节点工作流程设计是使节点大部分时间都处于睡眠状态,以节省电源的能量。 通过系统的硬件节能设计和软件节能设计,有效地降低了轴温监测节点的功耗,节约了电池能量,大大延长各个节点以及整个系统的生存周期。本研究实现了预期的设计目标,具有一定的实际应用价值。 【关键词】：列车轴温监测系统 节能设计 低功耗 无线传输
【学位授予单位】：河北工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2007
【分类号】：U270.7
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 第一章 绪论8-11
• §1-1 选题背景及研究意义8-9
• 1-1-1 选题背景8
• 1-1-2 研究意义8-9
• §1-2 无线传感器网络节能技术的研究现状9-10
• 1-2-1 针对数据处理的节能技术9
• 1-2-2 针对数据传输的节能技术9-10
• §1-3 本论文研究的主要内容10-11
• 第二章 系统能耗分析及设计方案11-16
• §2-1 系统结构11-12
• §2-2 系统能耗分析12-13
• §2-3 系统的节能策略13-14
• 2-3-1 处理模块节能策略13
• 2-3-2 无线收发模块节能策略13-14
• §2-4 系统设计方案14-15
• 2-4-1 硬件节能设计14
• 2-4-2 软件节能设计14-15
• §2-5 小结15-16
• 第三章 系统的硬件节能设计16-32
• §3-1 控制单元的设计16-19
• 3-1-1 几种控制单元的比较16-17
• 3-1-2 MSP430 单片机17-18
• 3-1-3 MSP430F2274 微处理器18-19
• §3-2 传感单元的设计19-22
• 3-2-1 几种温度传感器的比较20
• 3-2-2 温度传感器 D51882020-22
• §3-3 无线通信单元的设计22-29
• 3-3-1 无线芯片的选择原则22-23
• 3-3-2 无线芯片的比较23-24
• 3-3-3 nRF905 射频芯片24-28
• 3-3-4 无线通信单元的硬件电路设计28-29
• §3-4 存储单元的设计29-30
• §3-5 电源单元的设计30
• §3-6 轴温监测节点和控制台节点的搭建30-31
• §3-7 小结31-32
• 第四章 系统的软件节能设计32-41
• §4-1 系统通信协议的编写32-35
• 4-1-1 点对多点通信的实现32-33
• 4-1-2 数据检错33
• 4-1-3 系统通信的同步与节能33
• 4-1-4 系统通信的帧结构33-35
• §4-2 节点工作流程的设计35-38
• §4-3 软件调试38-40
• §4-4 小结40-41
• 第五章 结论41-43
• 参考文献43-46
• 致谢46-47
• 攻读硕士学位期间所取得的相关科研成果47

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