[发明专利]基于无线传感器网络的铁轨安全监测自动报警系统

说明书

技术领域

本发明属于铁路铁轨安全监测自动报警技术，具体涉及一种基于无线传感器网络的铁轨安全监测自动报警系统。

背景技术

目前，我国铁路工务系统主要采用人工和轨检车结合的方法对铁轨磨损程度进行检测。前者是机械接触式（道尺）手工检测，检测原理简单，但测量数据误差大，原始数据不利于计算机管理而且存在工作量大、工作环境恶劣、效率低等问题。后者是探伤车检测铁轨损耗，其主要原理是采用超声波法，选用轮式传感器采集数据，检测的信号利用计算机处理。其检测速度是40km/h。但是这种车造价太高，不仅需要工作人员有较强的能力，而且还要处理大量的数据。从时间上和经济上都是一种负担。

当前，利用无线传感器网络对列车或铁轨进行安全监测的研究已见报道，如专利文献201110000257.3，公开了一种基于无线传感器网络的列车实时检测和到站预知系统，此系统利用光电传感器检测列车的位置和列车速度，适用于近距离的监测，监测量和硬件实现功能比较单一；有人提出利用CAN总线技术和压力传感器测试铁轨压力的系统，但此系统监测量单一和现场布线困难；也有人利用短距离的无线通信技术对列车车体进行安全监测，但只是列车车体自测，且不能进行远程监测。

随着传感器技术、无线通信技术、嵌入式计算技术、分布式信息处理技术的飞速发展和日益成熟，具有感知能力、计算能力和通信能力的微型传感器和网络开始大范围出现。无线传感器网络能够协作地实时检测、跟踪和采集网络布设区域内的各种监测信息，并对这些信息进行协同、融合处理，获得较为准确的结论，然后传送给用户。搭配多功能传感器、能够实现远距离实时监测的无线传感器网络系统也逐渐成为一种新的技术方向，这种系统以其多功能性和灵活性必将广泛应用于生产、生活的方方面面。

发明内容

本发明提供了一种易于安装维护、可靠性高的铁轨安全监测自动报警系统，在该系统中，传感节点能够实时监测安装点处铁轨的温度、振动和应变参数，然后传感节点通过ZigBee无线方式将采集的参数发送给网关，最后网关通过GPRS无线方式或以太网有线方式与远程监测中心进行交互。

本发明的技术方案如下：

一种基于无线传感器网络的铁轨安全监测自动报警系统，该系统包括传感节点、网关和远程监测中心，传感节点通过夹具固定在铁轨上，同时在轨腰处安装温度传感器、加速度传感器以及贴应变片，传感节点通过这些传感器分别采集铁轨的温度、加速度和应变信息，然后通过ZigBee无线方式将数据发送给网关，最后网关通过GPRS无线方式或以太网有线方式与远程监测中心进行交互，同时管理人员也可以通过短信方式与网关进行交互，当监测中心发现相关参数值超过预先设定的安全阈值时，远程监测中心会发出预警命令，并及时通知相关管理人员处理；

所述的传感节点包括电源模块、电源转换模块、微处理器、ZigBee模块、Flash存储器、传感器、A/D芯片、信号放大及滤波电路，传感器包括温度传感器、加速度传感器和应变片传感器，其中电源模块与电源转换模块相连接，电源转换模块分别与电源模块、微处理器、ZigBee模块、Flash存储器、传感器和A/D芯片相连接；微处理器分别与ZigBee模块、Flash存储器、A/D芯片和电源模块相连接；

所述的网关包括电源模块、电源转换模块、微处理器、ZigBee模块、Flash存储器、GPRS模块和以太网有线模块，其中电源模块与电源转换模块相连接，电源转换模块分别与电源模块、ZigBee模块、Flash存储器、GPRS模块和以太网有线模块相连接，微处理器分别与ZigBee模块、Flash存储器、GPRS模块、以太网有线模块和电源转换模块相连接；

所述的传感节点以及网关的电源模块是由12V蓄电池提供系统电压，通过太阳能电池板给蓄电池充电；

所述的远程监测中心主要由工业控制计算机、RS232接口组成，工业控制计算机与网关通过RS232接口相连接； 

所述的管理人员可以通过短信方式与网关进行交互，包括：实时控制网关与远程监测中心的通信在GPRS无线方式和以太网有线方式之间的切换，查询网关供电电压，查询GPRS网络链路质量以及修改网关的相关参数。