[發明專利]一種貨運列車無線傳感監控系統及其使用方法

在審

• 申請號: 202310384708.0
• 申請日: 2023-04-11
• 公開（公告）號: CN116390049A
• 公開（公告）日: 2023-07-04
• 發明（設計）人: 周韶澤;談智強;馮顯錕
• 申請（專利權）人: 大連交通大學
• 主分類號: H04W4/38
• 分類號: H04W4/38;H04W4/42;H04W4/029;H04W4/02;H04W84/18
• 代理公司: 上海思真遠達專利代理事務所(特殊普通合伙) 31481
• 代理人: 解麗麗

本發明公開了一種貨運列車無線傳感監控系統及其使用方法，包括軸箱發電系統、網關和無線傳感節點，所述軸箱發電系統為網關電池供電，且設置有里程表計數，所述網關設置有計算機、4G調制解調器、BLE主板、GPS接收器和用于管理系統能耗的電子板組成，所述無線傳感節點設置有PCB板焊接單片機、振動傳感器、BLE主板、蓄電池，且外殼設置上表面設置有太陽能板為蓄電池補充點能，底部設置有磁塊用于磁吸在節點位置。該貨運列車無線傳感監控系統的使用方法包括適用于系統的地理位置算法和振動數據處理方法。無線傳感器節點與位于貨車框架上的網關進行無線通信。網關由合適的電池供電，當列車運行時，該電池由軸箱發電機充電。網關的主要功能是從無線傳感器節點收集數據，對數據進行后處理，并將綜合信息發送到云端。該系統能夠基于GPS信息進行診斷和預測性維護活動，對車輛和基礎設施進行狀態監控從而最大限度地減少對車輛的影響。

技術領域

本發明具體涉及傳感監控技術領域，具體為一種貨運列車無線傳感監控系統及其使用方法。

背景技術

雖然鐵路貨運正逐漸成為運輸部門去碳化的重要資產，但這一領域的新標準和新要求旨在提高貨運車輛和基礎設施的安全性和可靠性。從這個角度來看，通過使用在役儀表化車輛，狀態監測和基于狀態的維護正成為提高系統可靠性的重要工具。與高速應用相反，貨運列車實際上沒有配備任何能夠進行這種分析的監控系統。通過儀表化車輛，實際上可以收集性能指標，如加速度RMS，可用于進行趨勢分析，從而了解數據中檢測到的異常是否與列車機械部件問題或基礎設施缺陷有關。

另一方面，由于交通量的增加以及對車輛和基礎設施安全性和可靠性的更嚴格要求，基于狀態的維護和狀態監測在鐵路部門變得越來越重要。關于這一主題的研究工作在文獻中廣泛存在，并且已經證明，相對于基于基礎設施的系統，在列車上安裝傳感器對于監控車輛和基礎設施而言如何更有效和更便宜。

因此，為貨運列車提供智能且具有成本效益的監控系統的需求變得越來越重要，因為貨運將代表了在不久的將來道路運輸的更可持續的選擇。

發明內容

本發明的目的在于提供一種貨運列車無線傳感監控系統及其使用方法，以解決上述背景技術中提出的貨運列車實際上沒有配備任何能夠進行基于狀態的維護和狀態監測的監控系統的問題。

為實現上述目的，本發明提供如下技術方案：一種貨運列車無線傳感監控系統及其使用方法，包括軸箱發電系統、網關和無線傳感節點，所述軸箱發電系統為網關電池供電，且設置有里程表計數，所述網關設置有計算機、4G調制解調器、BLE主板、GPS接收器和用于管理系統能耗的電子板組成。無線傳感器節點與位于貨車框架上的網關進行無線通信。網關由合適的電池供電，當列車運行時，該電池由軸箱發電機充電。網關的主要功能是從無線傳感器節點收集數據，對數據進行后處理，并將綜合信息發送到云端。該貨運列車無線傳感監控系統的使用方法包括適用于系統的地理位置算法和振動數據處理方法。

優選的，所述無線傳感節點設置有PCB板焊接單片機、振動傳感器、BLE主板、蓄電池，且外殼設置上表面設置有太陽能板為蓄電池補充電能，底部設置有磁塊用于磁吸在節點位置。

優選的，所述單片機優先選用搭載ESP32處理芯片的開發板，振動傳感器優先選用搭載MEMS系統的ADXL345加速度傳感器，蓄電池優先選用12580mWh容量的18650蓄電池組，外殼尺寸為91×70×38mm。

優選的，所述使用方法為每當列車開始移動時，采集過程自動開始，并且從傳感器節點采集的每個數據包與里程計和GPS信息在本地相關聯。此外，網關還從安裝在車架上的接收器獲取GPS信息，并從軸箱中的脈沖計數器獲取里程計信息。該系統存在三種主要狀態:“喚醒”、“運行”和“睡眠”。在“喚醒”狀態下，傳感器節點每30秒向網關發送一條喚醒消息。如果網關處于活動狀態，它會向傳感器節點發送一條包含時間跨度信息的消息，以便同步每個傳感器節點采集。當節點接收到該同步消息時，它進入“運行”狀態，并以200Hz的采樣頻率連續采集加速度數據。