一種隧道壓力波的采集系統(tǒng)及其數(shù)據(jù)采集方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及交通技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種隧道壓力波的采集系統(tǒng)及其數(shù)據(jù)采集方 法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隧道空氣動(dòng)力學(xué)試車試驗(yàn)中隧道壓力波采集(即在高速列車通過(guò)隧道期間采集隧 道內(nèi)的氣壓數(shù)據(jù))非常重要，隧道壓力波測(cè)量試驗(yàn)中只需要在列車經(jīng)過(guò)期間的特定時(shí)間內(nèi) 進(jìn)行高速采集。目前，隧道壓力波采集主要有以下幾種方法：
[0003] 1、利用有線數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)進(jìn)行采集:此種方法具有以下缺陷：布線繁雜，取電困 難，需人工值守，一次試驗(yàn)耗費(fèi)大量人力物力，難以多次重復(fù)試驗(yàn)來(lái)獲得翔實(shí)數(shù)據(jù)。
[0004] 2、利用無(wú)線采集系統(tǒng)進(jìn)行采集，目前有以下幾種：
[0005] 基于ZigBee網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)：ZigBee技術(shù)雖然具有很強(qiáng)的組網(wǎng)能力，可以組 成大型的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)，但數(shù)據(jù)傳輸速率低，主要用于采樣率要求很低的緩慢變化指標(biāo) 的長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)，無(wú)法應(yīng)用于采樣率較高的特定場(chǎng)合?，F(xiàn)有ZigBee網(wǎng)絡(luò)無(wú)法實(shí)現(xiàn)隧道壓力波采 集所要求的300sps~500sps采樣率，不能滿足隧道壓力波的測(cè)量需求。
[0006] 紅外、藍(lán)牙和WiFi采集:此種系統(tǒng)主要面向點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的傳輸，藍(lán)牙連接設(shè)備小于8， WiFi連接設(shè)備小于50且組網(wǎng)結(jié)構(gòu)為星型拓?fù)?，最大拓?fù)浞秶∮?00m，以上三種無(wú)線方案 節(jié)點(diǎn)容量較少，組網(wǎng)能力不足以構(gòu)成分布距離遠(yuǎn)且節(jié)點(diǎn)數(shù)量眾多的無(wú)線傳輸網(wǎng)絡(luò)。
[0007] 基于嵌入式技術(shù)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng):通常通過(guò)串口、以太網(wǎng)、PCI等有線接口將數(shù)據(jù)上 傳至上位機(jī)，各測(cè)點(diǎn)處傳感器的信號(hào)也需要通過(guò)電纜線連接至數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，當(dāng)測(cè)點(diǎn)較多 相隔距離較遠(yuǎn)時(shí)，布線在隧道等惡劣環(huán)境中會(huì)更加復(fù)雜繁瑣，出現(xiàn)斷路、短路等故障時(shí)排障 困難，供電方式通常為通過(guò)適配器將220V市電降壓為板載電壓源使用，在野外環(huán)境難以實(shí) 現(xiàn)。
[0008] 存儲(chǔ)測(cè)試技術(shù):此種系統(tǒng)內(nèi)部各測(cè)點(diǎn)之間不進(jìn)行組網(wǎng)，各自獨(dú)立完成數(shù)據(jù)采集和 存儲(chǔ)，試驗(yàn)結(jié)束后需逐個(gè)從各采集節(jié)點(diǎn)中取得數(shù)據(jù)，采集節(jié)點(diǎn)數(shù)眾多時(shí)操作麻煩，不便于多 次重復(fù)試驗(yàn)。
[0009]因此，設(shè)計(jì)一種裝置結(jié)構(gòu)精簡(jiǎn)、采樣率高以及具有高節(jié)點(diǎn)容量和長(zhǎng)拓展距離的系 統(tǒng)和數(shù)據(jù)采集方法具有重要作用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010] 本發(fā)明的第一目的在于提供一種隧道壓力波的采集系統(tǒng)，具體技術(shù)方案如下：
[0011] -種隧道壓力波的采集系統(tǒng)，包括用于車輛駛?cè)胨淼篮婉偝鏊淼罆r(shí)發(fā)送觸發(fā)消息 的觸發(fā)裝置、由隧道入口至出口方向依次布置在隧道內(nèi)壁上的多個(gè)數(shù)據(jù)采集節(jié)點(diǎn)、設(shè)置在 隧道入口或出口外側(cè)的至少一個(gè)網(wǎng)關(guān)控制節(jié)點(diǎn)、與網(wǎng)關(guān)控制節(jié)點(diǎn)進(jìn)行無(wú)線通訊的云服務(wù)器 以及與所述云服務(wù)器進(jìn)行無(wú)線或有線連接的PC機(jī)；
[0012] 所述數(shù)據(jù)采集節(jié)點(diǎn)包括與所述觸發(fā)裝置連接的第二ZigBee模塊以及與所述第二 ZigBee模塊連接的ARM數(shù)據(jù)采集及存儲(chǔ)模塊；
[0013]所述網(wǎng)關(guān)控制節(jié)點(diǎn)包括分別與所述第二ZigBee模塊和所述觸發(fā)裝置連接的第三 ZigBee模塊以及分別與所述第三ZigBee模塊和所述云服務(wù)器連接的GPRS模塊；
[0014]或者是，所述數(shù)據(jù)采集節(jié)點(diǎn)包括第二ZigBee模塊以及與所述第二ZigBee模塊連接 的ARM數(shù)據(jù)采集及存儲(chǔ)模塊;所述網(wǎng)關(guān)控制節(jié)點(diǎn)包括與第二ZigBee模塊連接的第三ZigBee 模塊以及分別與所述第三ZigBee模塊、所述云服務(wù)器和所述觸發(fā)裝置連接的GPRS模塊。 [0015]以上技術(shù)方案中優(yōu)選的，所述第二ZigBee模塊以及所述第三ZigBee模塊的處理器 芯片均為CC2530芯片；
[0016]所述ARM數(shù)據(jù)采集及存儲(chǔ)模塊的處理器芯片為S3C2410芯片，其包括與所述第二 Zi gBee模塊雙向通訊的ARM數(shù)據(jù)采集模塊以及與所述ARM數(shù)據(jù)采集模塊雙向通訊的SD卡，所 述SD卡的電路接線為SD模式;所述云服務(wù)器與所述PC機(jī)之間通過(guò)以太網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通訊;所述 第二ZigBee模塊與所述第三ZigBee模塊之間為雙向無(wú)線通訊連接。
[0017]以上技術(shù)方案中優(yōu)選的，所述觸發(fā)裝置為與所述GPRS模塊無(wú)線連接的手機(jī)。
[0018] 以上技術(shù)方案中優(yōu)選的，所述觸發(fā)裝置包括分別設(shè)置在隧道入口外和隧道出口外 的至少兩個(gè)觸發(fā)節(jié)點(diǎn)；
[0019] 所述觸發(fā)節(jié)點(diǎn)包括分別與所述第二ZigBee模塊和所述第三ZigBee模塊連接的第 一 ZigBee模塊以及與所述第一 ZigBee模塊連接且用于檢測(cè)車輛駛?cè)胨淼篮蛙囕v駛出隧道 的檢測(cè)部件；
[0020] 兩個(gè)所述觸發(fā)節(jié)點(diǎn)之間的第一 ZigBee模塊相互連接。
[0021] 以上技術(shù)方案中優(yōu)選的，一個(gè)所述觸發(fā)節(jié)點(diǎn)與隧道入口之間的距離以及另一個(gè)所 述觸發(fā)節(jié)點(diǎn)與隧道出口之間的距離均為100-200米;多個(gè)所述數(shù)據(jù)采集節(jié)點(diǎn)等間距分布，且 相鄰兩個(gè)所述數(shù)據(jù)采集節(jié)點(diǎn)之間的距離均為20-100米；
[0022] 所述第一 ZigBee模塊的處理器芯片為CC2530芯片；
[0023]所述檢測(cè)部件為超聲波傳感器或者紅外收發(fā)對(duì)管。
[0024]以上技術(shù)方案中優(yōu)選的，所述超聲波傳感器的型號(hào)為KS103H;
[0025]所述超聲波傳感器的SCL引腳或者所述紅外對(duì)管的開(kāi)關(guān)量輸出引腳與所述第一 ZigBee模塊的Ρ0· 1腳10相連；
[0026]所述ARM數(shù)據(jù)采集及存儲(chǔ)模塊的K15引腳TXD0與所述第二ZigBee模塊的P0.2引腳 RX相連，所述ARM數(shù)據(jù)采集及存儲(chǔ)模塊的K17引腳RXD0與所述第二ZigBee模塊的P0.3引腳TX 相連。
[0027]應(yīng)用本發(fā)明的技術(shù)方案，具有以下有益效果：
[0028] 1、本發(fā)明僅采用手機(jī)或兩個(gè)觸發(fā)節(jié)點(diǎn)、多個(gè)數(shù)據(jù)采集節(jié)點(diǎn)、至少一個(gè)網(wǎng)關(guān)控制節(jié) 點(diǎn)以及云服務(wù)器即可實(shí)現(xiàn)隧道壓力波的數(shù)據(jù)采集，且通過(guò)PC機(jī)自己登陸云服務(wù)器即可獲得 相關(guān)數(shù)據(jù)，整個(gè)系統(tǒng)裝置精簡(jiǎn)。
[0029] 2、采用多個(gè)數(shù)據(jù)采集節(jié)點(diǎn)以及多個(gè)ZigBee模塊，達(dá)到更高的節(jié)點(diǎn)容量和更遠(yuǎn)的拓 撲距離;通過(guò)觸發(fā)節(jié)點(diǎn)和網(wǎng)關(guān)控制節(jié)點(diǎn)的組合設(shè)計(jì)，可以實(shí)現(xiàn)自定義觸發(fā)條件下的數(shù)據(jù)采 集。
[0030] 3、本發(fā)明為了增大拓?fù)渚嚯x，在隧道內(nèi)構(gòu)建線型網(wǎng)絡(luò)，采用的組網(wǎng)拓?fù)錇榫W(wǎng)格型 拓?fù)洌鲾?shù)據(jù)采集節(jié)點(diǎn)的節(jié)點(diǎn)類型為路由器，網(wǎng)關(guān)控制節(jié)點(diǎn)的節(jié)點(diǎn)類型為協(xié)調(diào)器，觸發(fā)節(jié)點(diǎn) 的節(jié)點(diǎn)類型為終端。當(dāng)4以上個(gè)路由器節(jié)點(diǎn)同時(shí)向協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，協(xié)調(diào)器有時(shí)會(huì)出 現(xiàn)接收重復(fù)數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)丟失現(xiàn)象，主要原因如下：重復(fù)數(shù)據(jù)應(yīng)該是由于協(xié)調(diào)器收到兩個(gè)以 上不同路徑傳來(lái)的相同數(shù)據(jù);數(shù)據(jù)丟失應(yīng)該是由于同時(shí)發(fā)送的節(jié)點(diǎn)多，協(xié)調(diào)器緩沖區(qū)不足 導(dǎo)致，當(dāng)路由節(jié)點(diǎn)增多數(shù)據(jù)丟失情況更加嚴(yán)重。因此，本發(fā)明采用ARM數(shù)據(jù)采集及存儲(chǔ)模塊 對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行壓縮處理后再依次排隊(duì)上傳數(shù)據(jù)，降低了 ZigBee網(wǎng)絡(luò)的無(wú)線數(shù)據(jù)通信 量，獲得了更高的等效傳輸帶寬，提高了對(duì)惡劣網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的適應(yīng)性，同時(shí)減少了GPRS網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn) 程傳輸?shù)牧髁?，?jié)省了成本。
[0031] 4、選用云服務(wù)器作為遠(yuǎn)程采樣數(shù)據(jù)的接收終端，具有公網(wǎng)IP可以接收GPRS網(wǎng)絡(luò)以 TCP發(fā)送方式傳來(lái)的數(shù)據(jù)，任意時(shí)刻均可接收數(shù)據(jù)永不掉線，在任意連接Internet的計(jì)算機(jī) 上均可遠(yuǎn)程登錄云服務(wù)器提取數(shù)據(jù)，并具有強(qiáng)大的計(jì)算能力方便數(shù)據(jù)的后處理。
[0032] 本發(fā)明的第二目的在于提供一種上述隧道壓力波的采集系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集方法，具 體包括以下步驟：
[0033]步驟一:將網(wǎng)關(guān)控制節(jié)點(diǎn)中的GPRS模塊和與之相連的第三ZigBee模塊內(nèi)部進(jìn)行設(shè) 置，當(dāng)觸發(fā)裝置發(fā)送信息〇給GPRS模塊時(shí)，第三ZigBee模塊收到數(shù)據(jù)采集命令；當(dāng)觸發(fā)裝置 發(fā)送信息1給GPRS模塊時(shí)，第三ZigBee模塊收到停止數(shù)據(jù)采集命令；
[0034]步驟二：當(dāng)車輛駛?cè)胨淼罆r(shí)，觸發(fā)裝置發(fā)送信息0給網(wǎng)關(guān)控制節(jié)點(diǎn)中的GPRS模塊， 網(wǎng)關(guān)控制節(jié)點(diǎn)中的GPRS模塊接收到消息后通過(guò)串口將數(shù)據(jù)傳輸給與其連接的第三Z i gBee 模塊，所述第三ZigBee模塊向所有數(shù)據(jù)采集節(jié)點(diǎn)中的第二ZigBee模塊發(fā)送數(shù)據(jù)采集命令；
[0035] 步驟三：
[0036] 各數(shù)據(jù)采集節(jié)點(diǎn)中的ARM數(shù)據(jù)采集及存儲(chǔ)模塊通過(guò)串口接收數(shù)據(jù)采集命令后進(jìn)行 氣壓數(shù)據(jù)采集并將采集到的相應(yīng)數(shù)據(jù)進(jìn)行保存；
[0037]步驟四：當(dāng)車輛駛出隧道時(shí)，觸發(fā)裝置發(fā)送信息1給網(wǎng)關(guān)控制節(jié)點(diǎn)中的GPRS模塊； 網(wǎng)關(guān)控制節(jié)點(diǎn)中的GPRS模塊接收到消息后通過(guò)串口將數(shù)據(jù)傳輸給與其連接的第三Z i gBee 模塊，所述第三ZigBee模塊向所有數(shù)據(jù)采集節(jié)點(diǎn)中的第二ZigBee模塊發(fā)送停止數(shù)據(jù)采集命 令；
[0038]步驟五:各數(shù)據(jù)采集節(jié)點(diǎn)中的ARM數(shù)據(jù)采集及存儲(chǔ)模塊通過(guò)串口接收到停止數(shù)據(jù) 采集命令后停止數(shù)據(jù)采集；
[0039]步驟六:所述網(wǎng)關(guān)控制節(jié)點(diǎn)中的第三ZigBee模塊向第i個(gè)數(shù)據(jù)采集節(jié)點(diǎn)中的第二 ZigBee模塊發(fā)送上傳數(shù)據(jù)命令，其中，i取大于等于1且小于總數(shù)據(jù)采集節(jié)點(diǎn)的總數(shù)的自然 數(shù);第i個(gè)數(shù)據(jù)采集節(jié)點(diǎn)中的ARM數(shù)據(jù)采集及存儲(chǔ)模塊通過(guò)串口接收到上傳數(shù)據(jù)命令后通過(guò) 與其串口連接的第二ZigBee模塊將壓縮好的數(shù)據(jù)反饋給網(wǎng)關(guān)控制節(jié)點(diǎn)中的第三ZigBee模 塊;網(wǎng)關(guān)控制節(jié)點(diǎn)中的第三ZigBee模塊將相關(guān)壓縮數(shù)據(jù)通過(guò)GPRS模塊上傳至云服務(wù)器；
[0040] 步驟七:取i = i+l，重復(fù)步驟六；
[0041] 步驟八:使用者通過(guò)PC機(jī)從云服務(wù)器中獲取相關(guān)壓縮數(shù)據(jù)。
[0042]本發(fā)明的第三目的在于提供另一種上述隧