基于无线传感器网络轴温探测系统的设计 (2)

　　系统框图如图3所示。

　　温度传感器采用的是DS18B20，该传感器是美国Dallas公司生产的一款集成数字温度传感器，他与传统的热敏电阻温度传感器不同，能够直接读出被测温度，并且可根据实际要求通过简单的编程实现9～12位的数字值读数方式，可以分别在93.75 ms和750 ms内将温度值转化为9位和12位的数字量。因而使用。DS18B20可使系统结构更简单、可靠性更高。同时芯片的耗电量很小，从总线上获取少量电能(空闲时几μW，工作时几mW)存储在片内的电容中就可正常工作，一般不用另加电源。最主要的是传感器输出的是数字信号，可直接与单片机I／O相连，使连接非常方便。由于在单总线上传送的是数字信号，这使得系统的抗干扰性好、可靠性高、传输距离远。

　　处理器采用的是MSP430系列单片机，最显著的特点就是他的超低功耗，在1.8～3.6 V电压、1 MHz的时钟条件下运行，耗电电流在0.1～400μA之间，RAM在节电模式耗电为0.1μA，等待模式下仅为0.7μA。能耗是无线传感器网络的瓶颈，节点必须依靠电池供电，所以采用MSP430F149作CPU是最佳选择。MSP430F149采用16位RISC结构，其丰富的寻址方式、简洁的内核指令、较高的处理速度(8 MHz晶体驱动，指令周期125 ns)、大量的寄存器以及片内数据存储器使之具有强大的处理能力。另外，MSP430F149的运行环境温度范围为-40～+85℃，可以适应各种恶劣的环境。

　　无线通信模块采用的是nRF905，其性能如上节所述。

　　通过这样的设计，可以实时地对货车各节车厢的轴温进行监测，极大地保证了铁路运输的安全。

　　4 系统的软件介绍

　　系统软件设计主要包括节点发送接收程序、温度采集程序、车头总控器发送接收程序等。

　　节点发送程序流程如图4所示。

　　当分站接收到数据后，将把字头后的数据认为是有效数据，单片机首先核对分站ID号，如ID号不是本机则将其发送到与其相连通的下一级节点，并重新进入接收状态。反之则继续对命令号进行判断，以确定分站的动作。如主站要数据则对传感器号进行判断，以确认主机所要的是该站的哪个传感器数据。对数据分析完毕后，分站将现场的数据进行采集、打包，并发给主站，或启动参数调节系统进行参数调节，然后重新进入接收状态。

　　其他程序在这里不再详细叙述。此外，我们在程序中留有接口，车头总控制器在不停地巡检轴温的同时，还可以通过短消息或其他无线通讯方式向地面接收站发送数据，这样地面站就可以对列车发送的数据进行存储，以备在出现事故后可以找到事故发生时的轴温数据。

　　5 结 语

　　该系统可应用于货运铁路列车，可以实时可靠地对车辆轴温进行检测报警。此外，该系统具有很好的可扩展性，在节点上安装其他传感器，可以对车厢的其他参数进行检测，如：在车厢内安装相应的传感器可以对货车车厢情况进行监控，可以起到防盗的作用；在车厢一定位置安装压力传感器可以对车厢的载重情况进行监控；安装湿度传感器可以对车厢内湿度进行检测等。随着技术的进步，无线传感器网络将广泛地应用于铁路运输，可以方便地对各种参数进行采集、分析、存储，从而满足人们日益提高的需求。