[發(fā)明專利]高速列車脈動壓力高速無線數(shù)據(jù)采集方法與裝置

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310057632.7
• 申請日: 2013-02-25
• 公開（公告）號: CN103198636A
• 公開（公告）日: 2013-07-10
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 肖友剛;張平;楊群;李建
• 申請（專利權(quán)）人: 中南大學(xué)
• 主分類號: G08C17/02
• 分類號: G08C17/02;H04W84/18
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種高速列車脈動壓力高速無線數(shù)據(jù)采集方法，其特征在于該方法包括：

(1)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的組網(wǎng)方法。其特征在于，通過無線路由協(xié)議、數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議將無線傳感器組成多個分布式帶簇節(jié)點的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，并對通信信道進(jìn)行控制。其中所述的無線路由協(xié)議，其特征在于，采用隨機(jī)競爭的方法獲得臨時主節(jié)點，由臨時主節(jié)點組建星形分布式網(wǎng)絡(luò)，并維護(hù)一個可配置的路由表，通過限制單個網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點數(shù)量，避免隱藏終端和暴露終端的問題，實現(xiàn)高速輪詢；所述的數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議，其特征在于，通過由主節(jié)點同步信道內(nèi)所有節(jié)點，以定制數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu)按順序發(fā)送數(shù)據(jù)；所述的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)由臨時主節(jié)點控制，采取分布式分簇形式，普通節(jié)點通過退避競爭加入以主節(jié)點為中心的網(wǎng)絡(luò)；所述的信道控制，其特征在于，對16個可配置通信進(jìn)行平衡協(xié)調(diào)及分配優(yōu)化。

(2)嵌入式匯聚網(wǎng)絡(luò)的組網(wǎng)方法。其特征在于，匯聚節(jié)點通過路由協(xié)議、數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議實現(xiàn)與傳感器層、計算機(jī)層的網(wǎng)絡(luò)信道連接及高速數(shù)據(jù)傳輸。所述的路由協(xié)議，其特征在于，收集臨時主節(jié)點路由表信息，融合所有信道內(nèi)路由表信息，維護(hù)已組建的路由表，并為高性能計算機(jī)提供路由表信息；所述的數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議，其特征在于，匯聚節(jié)點收集到無線傳感器節(jié)點發(fā)送的數(shù)據(jù)后，將數(shù)據(jù)存放在本地，在收集完一個周期后，將數(shù)據(jù)整理壓縮，然后通過有線網(wǎng)發(fā)送至計算機(jī)終端的數(shù)據(jù)庫。所述的與無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的連接，其特征在于，匯聚節(jié)點按信道掃描規(guī)則掃描網(wǎng)絡(luò)信道，得到所有信道內(nèi)在線節(jié)點的地址及信息；所述的與上層計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的連接，其特征在于，匯聚節(jié)點通過TCP/IP協(xié)議實現(xiàn)與上層計算機(jī)的連接，并將在線節(jié)點信息發(fā)送至計算機(jī)。

(3)構(gòu)建高性能數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)。其特征在于，基于LabViEW應(yīng)用程序，將匯聚網(wǎng)絡(luò)匯聚的節(jié)點信息存儲到數(shù)據(jù)庫中，并對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的可視化。

2.一種高速列車脈動壓力高速無線數(shù)據(jù)采集裝置，其特征在于該裝置包括：

(1)無線傳感器節(jié)點，其特征在于，通過電路設(shè)計將薄膜式動態(tài)壓力傳感器、信號放大器、抗混疊低通濾波器、模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊、2.4G無線RF單片機(jī)、鋰電池、電源管理電路進(jìn)行有機(jī)集成，構(gòu)成傳感器節(jié)點，并將傳感器節(jié)點程序下載無線RF單片機(jī)中。

(2)嵌入式匯聚節(jié)點，其特征在于，以ARM11嵌入式微處理器、2.4G無線RF收發(fā)器為硬件核心，并將嵌入式linux系統(tǒng)、基于SQL數(shù)據(jù)庫的嵌入式數(shù)據(jù)應(yīng)用軟件、路由協(xié)議軟件、數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議軟件下載到嵌入式微處理器中。

(3)高性能數(shù)據(jù)分析處理系統(tǒng)，其特征在于，基于LabVIEW的應(yīng)用程序、友好的人機(jī)交互界面、數(shù)據(jù)庫服務(wù)器程序，通過高性能計算機(jī)對采集的高速列車脈動壓力數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，并動態(tài)顯示其時頻曲線。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高速列車脈動壓力高速無線數(shù)據(jù)采集方法，其特征在于，所述的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，通過無線數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議將無線傳感器組成多個無線傳感器網(wǎng)絡(luò)。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)采用基于自動優(yōu)先級調(diào)整和帶簇主節(jié)點的廣播網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)以簇主節(jié)點為中心、一跳區(qū)域內(nèi)的、節(jié)點數(shù)限制為8個的小型局域網(wǎng)，網(wǎng)內(nèi)節(jié)點通過廣播共享數(shù)據(jù)信息；無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是一系列的小型無線局域網(wǎng)，各個相鄰局域網(wǎng)生成時，利用信道檢測，使相鄰局域網(wǎng)使用不同信道，以避免隱藏終端和暴露終端的問題；所述的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)可以提供16個通信信道，可以至少在一跳范圍內(nèi)布置16×8個節(jié)點。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高速列車脈動壓力高速無線數(shù)據(jù)采集方法，其特征在于，所述的嵌入式匯聚網(wǎng)絡(luò)，由獨(dú)立匯聚節(jié)點構(gòu)成，并行獲取各個信道中各個無線傳感器節(jié)點的數(shù)據(jù)，可以移動或靜止于某個區(qū)域，與計算機(jī)或者路由器，通過有線網(wǎng)絡(luò)互連。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高速列車脈動壓力高速無線數(shù)據(jù)采集方法，所述的嵌入式匯聚網(wǎng)絡(luò)信道連接及數(shù)據(jù)傳輸，其特征在于，匯聚節(jié)點協(xié)同掃描到的繁忙信道收集網(wǎng)絡(luò)中的廣播信息，并維護(hù)一份全網(wǎng)的節(jié)點列表；這些節(jié)點可以設(shè)置為固定信道和多信道輪流檢測，若為多信道輪流檢測，每個信道收集一個無線網(wǎng)絡(luò)循環(huán)廣播周期的信息；進(jìn)行數(shù)據(jù)融合處理后通過穩(wěn)定連續(xù)的有線鏈路發(fā)送至高性能計算機(jī)，并可以在必要的時候，利用每個無線傳感器網(wǎng)絡(luò)發(fā)送周期間的時隙發(fā)送控制幀。根據(jù)需要，可以將不同的無線傳感器節(jié)點設(shè)置為不同優(yōu)先級，具有高優(yōu)先級的節(jié)點獲得高采樣頻率。匯聚節(jié)點將接收到的廣播信息發(fā)送給基站時，在數(shù)據(jù)幀中增加時間信息，為信息的實時性、有效性提供依據(jù)。這些數(shù)據(jù)將壓入堆棧，依次發(fā)送至高性能計算機(jī)終端。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高速列車脈動壓力高速無線數(shù)據(jù)采集方法，所述的高性能計算機(jī)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，其特征在于，高性能計算機(jī)終端將匯聚節(jié)點收集的數(shù)據(jù)進(jìn)行融合存儲，為后期的數(shù)據(jù)處理分析提供有效數(shù)據(jù)。終端為用戶提供友好的人機(jī)界面，集中控制各個信道的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的分布和采樣速率，并在網(wǎng)路初始化的最后階段，協(xié)調(diào)并平衡節(jié)點數(shù)相差懸殊的信道，最大限度地提升系統(tǒng)的效率和穩(wěn)定性。