[發明專利]高速列車脈動壓力高速無線數據采集方法與裝置

無效

• 申請號: 201310057632.7
• 申請日: 2013-02-25
• 公開（公告）號: CN103198636A
• 公開（公告）日: 2013-07-10
• 發明（設計）人: 肖友剛;張平;楊群;李建
• 申請（專利權）人: 中南大學
• 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據采集方法，其特征在于該方法包括：

(1)無線傳感器網絡的組網方法。其特征在于，通過無線路由協議、數據傳輸協議將無線傳感器組成多個分布式帶簇節點的無線傳感器網絡拓撲結構，并對通信信道進行控制。其中所述的無線路由協議，其特征在于，采用隨機競爭的方法獲得臨時主節點，由臨時主節點組建星形分布式網絡，并維護一個可配置的路由表，通過限制單個網絡的節點數量，避免隱藏終端和暴露終端的問題，實現高速輪詢；所述的數據傳輸協議，其特征在于，通過由主節點同步信道內所有節點，以定制數據幀結構按順序發送數據；所述的網絡拓撲結構由臨時主節點控制，采取分布式分簇形式，普通節點通過退避競爭加入以主節點為中心的網絡；所述的信道控制，其特征在于，對16個可配置通信進行平衡協調及分配優化。

(2)嵌入式匯聚網絡的組網方法。其特征在于，匯聚節點通過路由協議、數據傳輸協議實現與傳感器層、計算機層的網絡信道連接及高速數據傳輸。所述的路由協議，其特征在于，收集臨時主節點路由表信息，融合所有信道內路由表信息，維護已組建的路由表，并為高性能計算機提供路由表信息；所述的數據傳輸協議，其特征在于，匯聚節點收集到無線傳感器節點發送的數據后，將數據存放在本地，在收集完一個周期后，將數據整理壓縮，然后通過有線網發送至計算機終端的數據庫。所述的與無線傳感器網絡的連接，其特征在于，匯聚節點按信道掃描規則掃描網絡信道，得到所有信道內在線節點的地址及信息；所述的與上層計算機網絡的連接，其特征在于，匯聚節點通過TCP/IP協議實現與上層計算機的連接，并將在線節點信息發送至計算機。

(3)構建高性能數據處理系統。其特征在于，基于LabViEW應用程序，將匯聚網絡匯聚的節點信息存儲到數據庫中，并對數據進行分析和處理，實現數據的可視化。

2.一種高速列車脈動壓力高速無線數據采集裝置，其特征在于該裝置包括：

(1)無線傳感器節點，其特征在于，通過電路設計將薄膜式動態壓力傳感器、信號放大器、抗混疊低通濾波器、模數轉換模塊、2.4G無線RF單片機、鋰電池、電源管理電路進行有機集成，構成傳感器節點，并將傳感器節點程序下載無線RF單片機中。

(2)嵌入式匯聚節點，其特征在于，以ARM11嵌入式微處理器、2.4G無線RF收發器為硬件核心，并將嵌入式linux系統、基于SQL數據庫的嵌入式數據應用軟件、路由協議軟件、數據傳輸協議軟件下載到嵌入式微處理器中。

(3)高性能數據分析處理系統，其特征在于，基于LabVIEW的應用程序、友好的人機交互界面、數據庫服務器程序，通過高性能計算機對采集的高速列車脈動壓力數據進行分析處理，并動態顯示其時頻曲線。

3.根據權利要求1所述的高速列車脈動壓力高速無線數據采集方法，其特征在于，所述的無線傳感器網絡，通過無線數據傳輸協議將無線傳感器組成多個無線傳感器網絡。無線傳感器網絡采用基于自動優先級調整和帶簇主節點的廣播網絡，實現以簇主節點為中心、一跳區域內的、節點數限制為8個的小型局域網，網內節點通過廣播共享數據信息；無線傳感器網絡是一系列的小型無線局域網，各個相鄰局域網生成時，利用信道檢測，使相鄰局域網使用不同信道，以避免隱藏終端和暴露終端的問題；所述的無線傳感器網絡可以提供16個通信信道，可以至少在一跳范圍內布置16×8個節點。

4.根據權利要求1所述的高速列車脈動壓力高速無線數據采集方法，其特征在于，所述的嵌入式匯聚網絡，由獨立匯聚節點構成，并行獲取各個信道中各個無線傳感器節點的數據，可以移動或靜止于某個區域，與計算機或者路由器，通過有線網絡互連。

5.根據權利要求1所述的高速列車脈動壓力高速無線數據采集方法，所述的嵌入式匯聚網絡信道連接及數據傳輸，其特征在于，匯聚節點協同掃描到的繁忙信道收集網絡中的廣播信息，并維護一份全網的節點列表；這些節點可以設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絡循環廣播周期的信息；進行數據融合處理后通過穩定連續的有線鏈路發送至高性能計算機，并可以在必要的時候，利用每個無線傳感器網絡發送周期間的時隙發送控制幀。根據需要，可以將不同的無線傳感器節點設置為不同優先級，具有高優先級的節點獲得高采樣頻率。匯聚節點將接收到的廣播信息發送給基站時，在數據幀中增加時間信息，為信息的實時性、有效性提供依據。這些數據將壓入堆棧，依次發送至高性能計算機終端。

6.根據權利要求1所述的高速列車脈動壓力高速無線數據采集方法，所述的高性能計算機數據處理系統，其特征在于，高性能計算機終端將匯聚節點收集的數據進行融合存儲，為后期的數據處理分析提供有效數據。終端為用戶提供友好的人機界面，集中控制各個信道的無線傳感器網絡，優化網絡節點的分布和采樣速率，并在網路初始化的最后階段，協調并平衡節點數相差懸殊的信道，最大限度地提升系統的效率和穩定性。