專利名稱：軌道交通軌旁無線傳輸裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種軌道交通傳輸系統(tǒng)中的車地?zé)o線通信系統(tǒng)，特別是涉及一種軌道交通軌旁無線傳輸裝置。
背景技術(shù)：
大量城市軌道交通如地鐵和輕軌基礎(chǔ)設(shè)施建成并投入使用，密集的人流在半封閉的狹小空間內(nèi)活動(dòng)，對軌道交通的安全運(yùn)營提出巨大的挑戰(zhàn)。城市軌道交通傳輸系統(tǒng)是指揮列車運(yùn)行、公務(wù)聯(lián)絡(luò)和提供信息服務(wù)的重要手段，車地?zé)o線寬帶通信網(wǎng)絡(luò)作為覆蓋全線車站、區(qū)間和車輛段的高速數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)，為地鐵列車和地面之間提供視頻、數(shù)據(jù)、語音等信息的傳輸通道，有效保證列車安全、快速、高效的運(yùn)行。目前可用于車地?zé)o線寬帶通信的傳輸技術(shù)的主要有無線局域網(wǎng)絡(luò)(WirelessLocal Area Networks, WLAN)、全球微波互聯(lián)接入(Worldwide Interoperability forMicrowave Access, WiMax)、泄露電纜等，考慮傳輸帶寬需求、雙向通信、技術(shù)成熟度等因素。目前WLAN技術(shù)已經(jīng)相當(dāng)成熟，設(shè)備終端豐富、接口簡單、設(shè)備成本低廉、在地鐵有成功應(yīng)用案例；而WIMAX在技術(shù)和產(chǎn)品中有許多缺陷沒有解決，比如其核心網(wǎng)絡(luò)的標(biāo)準(zhǔn)至今仍在制定和完善中，空中接口標(biāo)準(zhǔn)存在信令開銷大的問題，政府尚未也還沒有對其進(jìn)行頻率分配，技術(shù)開展比較緩慢；而泄露電路無法滿足雙向通信需求。目前用于車地?zé)o線寬帶通信的傳輸技術(shù)主要為WLAN技術(shù)。車地?zé)o線寬帶通信系統(tǒng)由車載系統(tǒng)、軌旁傳輸設(shè)備及地面系統(tǒng)三部分組成。軌旁傳輸設(shè)備將數(shù)據(jù)的基帶信號(hào)調(diào)制成射頻信號(hào)，實(shí)現(xiàn)對軌交沿線的信號(hào)覆蓋。一方面將車廂內(nèi)應(yīng)用業(yè)務(wù)上傳給地面應(yīng)用服務(wù)中心和管理中心，另一方面把地面提供的業(yè)務(wù)下傳給車廂，提供數(shù)據(jù)分發(fā)、數(shù)據(jù)整合，建立并維護(hù)通信路由。ZIGBEE是基于IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)的低功耗個(gè)域網(wǎng)協(xié)議，ZIGBEE網(wǎng)絡(luò)由部署在監(jiān)測區(qū)域內(nèi)的大量智能傳感器節(jié)點(diǎn)組成，可協(xié)同感知、采集和處理網(wǎng)絡(luò)覆蓋區(qū)域中被感知對象的信息。相對傳統(tǒng)監(jiān)測方式而言，ZIGBEE網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)間無線連接，自組通信網(wǎng)絡(luò)，部署安裝方便；可大規(guī)模部署，通過不同時(shí)間、空間維度獲得海量信息，具有很強(qiáng)的容錯(cuò)性能；可擴(kuò)展性強(qiáng)，節(jié)點(diǎn)可以隨機(jī)布置，可方便的擴(kuò)展新節(jié)點(diǎn)，具有良好的可擴(kuò)展性。與傳統(tǒng)有線監(jiān)測方式相比，ZIGBEE網(wǎng)絡(luò)可以克服傳統(tǒng)有線監(jiān)測方式的諸多弊端，在設(shè)備安裝、數(shù)據(jù)測量、狀態(tài)評估、成本控制等多方面都具有優(yōu)勢。軌道交通的運(yùn)輸生產(chǎn)、組織是高可靠性的復(fù)雜系統(tǒng)，同時(shí)是規(guī)模龐大、專業(yè)分工很細(xì)的系統(tǒng)，軌道交通沿線存在各個(gè)專業(yè)系統(tǒng)各自傳感監(jiān)控設(shè)備的建設(shè)需求，由于環(huán)境條件和內(nèi)部列車運(yùn)行的限制，系統(tǒng)建設(shè)復(fù)雜、成本較高?，F(xiàn)有車地?zé)o線寬帶通信系統(tǒng)的軌旁傳輸設(shè)備功能主要為建立無線寬帶通信鏈路，與軌交沿線的災(zāi)害監(jiān)控、設(shè)備狀態(tài)、環(huán)境監(jiān)控、列車運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控等系統(tǒng)聯(lián)系松散，無法形成資源共享、統(tǒng)一協(xié)調(diào)的系統(tǒng)，以及無法對寬帶業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)和傳感監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行充分的業(yè)務(wù)融合，造成了大量投資、通信帶寬和能量的浪費(fèi)。而基于軌旁傳輸設(shè)備傳感器網(wǎng)絡(luò)與傳統(tǒng)監(jiān)測方式相比，在儀器安裝、數(shù)據(jù)測量、狀態(tài)評估、成本控制等多方面都具有明顯的優(yōu)勢，隨技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用示范，傳感網(wǎng)技術(shù)已逐漸滲入到城市生活中，傳感網(wǎng)技術(shù)在軌道交通中的應(yīng)用越來越多；但是由于現(xiàn)有車地?zé)o線寬帶通信系統(tǒng)的軌旁傳輸設(shè)備功能單一，無法和傳感器網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行融合，所以現(xiàn)有技術(shù)中傳感器網(wǎng)絡(luò)需要另建系統(tǒng)，即需要另建系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)災(zāi)害監(jiān)控、設(shè)備狀態(tài)、環(huán)境監(jiān)控、列車運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控等傳感器網(wǎng)絡(luò)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種軌道交通軌旁無線傳輸裝置，能實(shí)現(xiàn)軌交沿線傳輸、監(jiān)測、應(yīng)用融合在起并實(shí)現(xiàn)一體化，能減少軌交生產(chǎn)組織的基礎(chǔ)建設(shè)成本，能提高運(yùn)營部門的運(yùn)營管理、政府管理的指揮管控水平，能滿足公眾群眾的乘車服務(wù)等應(yīng)用需求并具有廣闊的應(yīng)用前景。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供的軌道交通軌旁無線傳輸裝置的組成單元包括主控單元、無線寬帶傳輸單元、ZIGBEE網(wǎng)絡(luò)單元、巨磁阻(Giant Magneto Resistive, GMR)傳感單元、時(shí)鐘單元、電源單元。所述時(shí)鐘單元分別與所述主控單元、所述無線寬帶傳輸單元、所述ZIGBEE網(wǎng)絡(luò)單元、所述GMR傳感單元相連；所述電源單元分別與所述主控單元、所述無線寬帶傳輸單元、所述ZIGBEE網(wǎng)絡(luò)單元、所述GMR傳感單元相連；所述主控單元分別與所述無線寬帶傳輸單元、所述ZIGBEE網(wǎng)絡(luò)單元、所述GMR傳感單元相連。所述主控單元進(jìn)行數(shù)據(jù)處理及存儲(chǔ)、協(xié)議適配，控制系統(tǒng)功耗、進(jìn)行時(shí)鐘配置，進(jìn)行整個(gè)所述軌旁無線傳輸裝置的任務(wù)調(diào)度、所述軌旁無線傳輸裝置的各組成單元的控制和所述軌旁無線傳輸裝置的協(xié)調(diào)運(yùn)行，完成接口控制、維護(hù)管理。所述無線寬帶傳輸單元，對WIFI射頻信號(hào)進(jìn)行解調(diào)轉(zhuǎn)換，并對所述主控單元的基帶信號(hào)進(jìn)行調(diào)制，同車載無線寬帶傳輸設(shè)備建立帶寬為15Mbps的無線寬帶傳輸鏈路，實(shí)現(xiàn)接收信號(hào)功率估計(jì)和鏈路質(zhì)量指示、基于硬件的分組過濾。所述ZIGBEE網(wǎng)絡(luò)單元，對ZIGBEE射頻信號(hào)進(jìn)行解調(diào)轉(zhuǎn)換，并對所述主控單元的基帶信號(hào)進(jìn)行調(diào)制，同ZIGBEE接入設(shè)備建立無線傳輸鏈路，負(fù)責(zé)ZIGBEE網(wǎng)絡(luò)的建立及維護(hù)，協(xié)調(diào)ZIGBEE網(wǎng)絡(luò)和無線寬帶網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行調(diào)度。所述GMR傳感單元通過GMR傳感器對地球磁場變化進(jìn)行檢測，實(shí)現(xiàn)對列車經(jīng)過和列車車速的檢測功能。所述電源單元根據(jù)工作模式給和所述電源單元相連接的各所述組成單元提供電源，實(shí)現(xiàn)能管理的電源供電，減低整體的功耗，并提供設(shè)備的電源保護(hù)。所述時(shí)鐘單元為各個(gè)子系統(tǒng)提供時(shí)間和頻率參考信號(hào)，保證系統(tǒng)整體時(shí)頻同步，簡化不同子系統(tǒng)間的數(shù)據(jù)交互過程，提高交互效率，并便于進(jìn)行模塊和系統(tǒng)級(jí)的快速驗(yàn)證和測試。進(jìn)一步的改進(jìn)是，所述GMR傳感單元包括一對所述GMR傳感器，通過計(jì)算列車經(jīng)過一對所述GMR傳感器時(shí)所產(chǎn)生時(shí)間差，將該時(shí)間差與該對所述GMR傳感器的間距進(jìn)行處理獲得列車行駛速度。進(jìn)一步的改進(jìn)是，所述無線寬帶傳輸單元支持5.SG和2.4G雙頻段，調(diào)制模式為正交頻分復(fù)用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing, 0FDM)或直接序列展頻技術(shù)(Direct Sequence Spread Spectrum, DSSS),米用 802.1ln 協(xié)議，兼容 802.1la 和 802.1lg協(xié)議。進(jìn)一步的改進(jìn)是，所述ZIGBEE網(wǎng)絡(luò)單元的數(shù)據(jù)收發(fā)速率能配置為250kbps、500kpbs和IMbps之一，提供16射頻通道。進(jìn)一步的改進(jìn)是，所述電源單元支持外部電源和電池輸入兩種模式，所述外部電源為24V直流電源，所述電池為可充電鋰電池，所述電池容量7800mAh。進(jìn)一步的改進(jìn)是，所述主控單元的主控制器采用嵌入式操作系統(tǒng)架構(gòu)實(shí)現(xiàn)，由協(xié)議?？蚣?、應(yīng)用服務(wù)、應(yīng)用對象、硬件抽象層四部分組成。進(jìn)一步的改進(jìn)是，所述主控單元包括主控制器、存儲(chǔ)器、設(shè)備管理、協(xié)控制器、擴(kuò)展接口及調(diào)試模塊。所述主控制器分別與所述存儲(chǔ)器、所述設(shè)備管理、所述擴(kuò)展接口及調(diào)試模塊相連；所述設(shè)備管理分別與所述主控制器、所述協(xié)控制器、所述擴(kuò)展接口及調(diào)試模塊相連。所述擴(kuò)展接口及調(diào)試模塊分別與所述主控制器、所述設(shè)備管理相連。所述協(xié)控制器分別與所述無線寬帶傳輸單元的WIFI基帶模塊、所述ZIGBEE網(wǎng)絡(luò)單元的ZIGBEE基帶模塊、所述GMR傳感單元的GMR數(shù)字模塊相連。所述主控制器進(jìn)行數(shù)據(jù)處理、協(xié)議適配，控制系統(tǒng)功耗、進(jìn)行時(shí)鐘配置，進(jìn)行整個(gè)所述軌旁無線傳輸裝置的任務(wù)調(diào)度、所述軌旁無線傳輸裝置的各組成單元的控制和所述軌旁無線傳輸裝置的協(xié)調(diào)運(yùn)行，完成接口控制、維護(hù)管理。所述存儲(chǔ)器進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)交換及存儲(chǔ)，提供程序加載及運(yùn)行物理空間。所述設(shè)備管理對接入到所述主控單元的各接入模塊進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)視和故障管理，標(biāo)準(zhǔn)化各所述接入模塊的接口，控制所述主控單元的各所述接入模塊的接入和互通。所述協(xié)控制器完成所述無線寬帶傳輸單元、所述ZIGBEE網(wǎng)絡(luò)單元、所述GMR傳感單元的接入維護(hù)、網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)發(fā)、設(shè)備切換及安全隔離功能，控制所述軌旁無線傳輸裝置的和所述主控單元連接的各所述組成單元的接入和互通。所述擴(kuò)展接口及調(diào)試模塊包括系統(tǒng)調(diào)試接口，用戶交互接口、監(jiān)視器接口，設(shè)備接口以及預(yù)留的聯(lián)合調(diào)試的以太網(wǎng)和光纖接口。進(jìn)一步的改進(jìn)是，所述無線寬帶傳輸單元包括WIFI基帶模塊、WIFI射頻模塊和WIFI天線；WIFI基帶模塊與WIFI射頻模塊相連接，WIFI射頻模塊與WIFI天線相連接。所述WIFI基帶模塊傳送和接收基帶信號(hào)，對WIFI基帶信號(hào)進(jìn)行調(diào)制解調(diào)，完成通信協(xié)議和信息的預(yù)處理。所述WIFI射頻模塊完成基帶信號(hào)與模擬射頻傳輸信號(hào)的相互轉(zhuǎn)換。所述WIFI天線實(shí)現(xiàn)無線信號(hào)發(fā)射和接收功能。進(jìn)一步的改進(jìn)是，所述ZIGBEE網(wǎng)絡(luò)單元包括ZIGBEE基帶模塊、ZIGBEE射頻模塊和ZIGBEE天線；所述ZIGBEE基帶模塊與所述ZIGBEE射頻模塊相連接，所述ZIGBEE射頻模塊與所述ZIGBEE天線相連接。所述ZIGBEE基帶模塊傳送和接收基帶信號(hào)，對ZIGBEE基帶信號(hào)進(jìn)行調(diào)制解調(diào)，完成通信協(xié)議和信息的預(yù)處理。所示ZIGBEE射頻模塊完成基帶信號(hào)與模擬射頻傳輸信號(hào)的相互轉(zhuǎn)換。所示ZIGBEE天線實(shí)現(xiàn)無線信號(hào)發(fā)射和接收功能。
進(jìn)一步的改進(jìn)是，所述GMR傳感單元包括GMR數(shù)字模塊、GMR模擬模塊和GMR傳感器；所述GMR數(shù)字模塊與所述GMR模擬模塊相連接，所述GMR傳感器連接于所述GMR模擬模塊。所述GMR傳感器包括一對，所述GMR模擬模塊分別對一對所述GMR傳感器檢測到的輸出電壓變化進(jìn)行濾波降噪處理，處理后信號(hào)經(jīng)直流偏置和信號(hào)放大，經(jīng)遲滯比較產(chǎn)生脈沖檢測信號(hào)。 所述GMR數(shù)字模塊對經(jīng)所述GMR模擬模塊處理的一對所述GMR傳感器的脈沖檢測信號(hào)進(jìn)行處理運(yùn)算并得到列車存在及車速信息。本發(fā)明能在高速移動(dòng)、復(fù)雜干擾場景下的實(shí)現(xiàn)對軌交沿線的WLAN無線信號(hào)覆蓋，并能接入使用、布設(shè)靈活的低成本低功耗Zigbee網(wǎng)絡(luò)的傳感設(shè)備，同時(shí)還能利用巨磁傳感器實(shí)現(xiàn)對列車區(qū)域位置和車速的檢測；能夠針對城市軌道交通特定環(huán)境，形成地下復(fù)雜區(qū)域無線寬帶通信、近距低速無線傳輸、低成本綜合監(jiān)控監(jiān)測，有助于形成部署靈活、相互聯(lián)系、資源共享、統(tǒng)一協(xié)調(diào)的城市軌道系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測和控制系統(tǒng)，能實(shí)現(xiàn)軌交沿線無線寬帶通信的傳輸、傳感器網(wǎng)絡(luò)的融合，能提供軌交沿線傳輸、監(jiān)測、應(yīng)用一體化的裝置方案，能減少軌交生產(chǎn)組織的基礎(chǔ)建設(shè)成本；有助于各現(xiàn)有軌道交通各專業(yè)系統(tǒng)互相聯(lián)系、降低監(jiān)管成本，為城市軌道交通建設(shè)和管理提供綜合、共享、低成本的裝置實(shí)現(xiàn)方案；能提高運(yùn)營部門的運(yùn)營管理、政府管理的指揮管控水平，能滿足公眾群眾的乘車服務(wù)等應(yīng)用需求并具有廣闊的應(yīng)用前景。


下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明:圖1是本發(fā)明實(shí)施例軌道交通軌旁無線傳輸裝置的結(jié)構(gòu)圖；圖2是本發(fā)明實(shí)施例的主控單元的主控制器的嵌入式操作系統(tǒng)架構(gòu)圖。
具體實(shí)施例方式如圖1所示，是本發(fā)明實(shí)施例軌道交通軌旁無線傳輸裝置的結(jié)構(gòu)圖，本發(fā)明實(shí)施例軌道交通軌旁無線傳輸裝置的組成單元包括主控單元101、無線寬帶傳輸單元102、ZIGBEE網(wǎng)絡(luò)單兀103、巨磁阻(Giant Magneto Resistive, GMR)傳感單兀104、時(shí)鐘單兀105、電源單元106。所述時(shí)鐘單元105分別與所述主控單元101、所述無線寬帶傳輸單元102、所述ZIGBEE網(wǎng)絡(luò)單元103、所述GMR傳感單元104相連。所述電源單元106分別與所述主控單元101、所述無線寬帶傳輸單元102、所述ZIGBEE網(wǎng)絡(luò)單元103、所述GMR傳感單元104相連。所述主控單元101分別與所述無線寬帶傳輸單元102、所述ZIGBEE網(wǎng)絡(luò)單元103、所述GMR傳感單元104相連。本發(fā)明實(shí)施例中，所述主控單元101采用x86構(gòu)架的嵌入式處理器，所述主控單元101通過miniPCI與所述無線寬帶傳輸單元102連接，所述主控單元101通過SPI與所述ZIGBEE網(wǎng)絡(luò)單元103、所述GMR傳感單元104相連。所述主控單元101支持對所述無線寬帶傳輸單元102、所述ZIGBEE網(wǎng)絡(luò)單元103、所述GMR傳感單元104的休目民、采集、傳輸多種模式工作切換。
一、主控單元所述主控單元101包括主控制器111、存儲(chǔ)器112、設(shè)備管理113、協(xié)控制器114、擴(kuò)展接口及調(diào)試模塊115。所述主控制器111分別與所述存儲(chǔ)器112、所述設(shè)備管理113、所述擴(kuò)展接口及調(diào)試模塊115相連；所述設(shè)備管理113分別與所述主控制器111、所述協(xié)控制器114、所述擴(kuò)展接口及調(diào)試模塊115相連。所述擴(kuò)展接口及調(diào)試模塊115分別與所述主控制器111、所述設(shè)備管理113相連。所述協(xié)控制器114分別與所述無線寬帶傳輸單元102的WIFI基帶模塊121、所述ZIGBEE網(wǎng)絡(luò)單元103的ZIGBEE基帶模塊131、所述GMR傳感單元104的GMR數(shù)字模塊141相連。所述主控單元101進(jìn)行數(shù)據(jù)處理及存儲(chǔ)、協(xié)議適配，控制系統(tǒng)功耗、進(jìn)行時(shí)鐘配置，進(jìn)行整個(gè)所述軌旁無線傳輸裝置的任務(wù)調(diào)度、所述軌旁無線傳輸裝置的各組成單元的控制和所述軌旁無線傳輸裝置的協(xié)調(diào)運(yùn)行，完成接口控制、維護(hù)管理。所述主控制器111進(jìn)行數(shù)據(jù)處理、協(xié)議適配，控制系統(tǒng)功耗、進(jìn)行時(shí)鐘配置，進(jìn)行整個(gè)所述軌旁無線傳輸裝置的任務(wù)調(diào)度、所述軌旁無線傳輸裝置的各組成單元的控制和所述軌旁無線傳輸裝置的協(xié)調(diào)運(yùn)行，完成接口控制、維護(hù)管理。所述存儲(chǔ)器112進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)交換及存儲(chǔ)，提供程序加載及運(yùn)行物理空間。所述存儲(chǔ)器112包括SDRAM和FLASH。所述設(shè)備管理113對接入到所述主控單元101的各接入模塊進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)視和故障管理，標(biāo)準(zhǔn)化各所述接入模塊的接口，控制所述主控單元101的各所述接入模塊的接入和互通。所述設(shè)備管理113通過FPGA實(shí)現(xiàn)。所述協(xié)控制器114完成所述無線寬帶傳輸單元102、所述ZIGBEE網(wǎng)絡(luò)單元103、所述GMR傳感單元104的接入維護(hù)、網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)發(fā)、設(shè)備切換及安全隔離功能，控制所述軌旁無線傳輸裝置的和所述主控單元101連接的各所述組成單元的接入和互通。所述協(xié)控制器114采用ARM架構(gòu)嵌入式處理 器。所述擴(kuò)展接口及調(diào)試模塊115包括系統(tǒng)調(diào)試接口，用戶交互接口、監(jiān)視器接口，設(shè)備接口以及預(yù)留的聯(lián)合調(diào)試的以太網(wǎng)和光纖接口。二、無線寬帶傳輸單元所述無線寬帶傳輸單元102包括WIFI基帶模塊121、WIFI射頻模塊122和WIFI天線123 ；WIFI基帶模塊121與WIFI射頻模塊122相連接，WIFI射頻模塊122與WIFI天線123相連接。所述無線寬帶傳輸單元102，對WIFI射頻信號(hào)進(jìn)行解調(diào)轉(zhuǎn)換，并對所述主控單元101的基帶信號(hào)進(jìn)行調(diào)制，同車載無線寬帶傳輸設(shè)備建立帶寬為15Mbps的無線寬帶傳輸鏈路，實(shí)現(xiàn)接收信號(hào)功率估計(jì)和鏈路質(zhì)量指示、基于硬件的分組過濾等。所述無線寬帶傳輸單元102采用802.1 In協(xié)議，調(diào)制模式為0FDM/DSSS。所述無線寬帶傳輸單元102還兼容802.1114辦議，調(diào)制模式為00(，00 31(，08 31(;同時(shí)兼容802.1la/g，調(diào)制模式為0FDM/DSSS。所述無線寬帶傳輸單元102支持5.8G和2.4G雙頻段，具有300Mbps吞吐量，miniPCI接口，最大發(fā)射功率17dBm。采用駐波比小于1.5的平板天線，垂直極化方式。所述無線寬帶傳輸單元102為平衡式100歐天線接口，提供WPA2驗(yàn)證，AES加密，充分保證用戶數(shù)據(jù)的安全傳輸。
所述WIFI基帶模塊121傳送和接收基帶信號(hào)，對WIFI基帶信號(hào)進(jìn)行調(diào)制解調(diào)，完成通信協(xié)議和信息的預(yù)處理。所述WIFI射頻模塊122完成基帶信號(hào)與模擬射頻傳輸信號(hào)的相互轉(zhuǎn)換。把收到的WIFI射頻信號(hào)轉(zhuǎn)換為基帶處理子系統(tǒng)所需的數(shù)字基帶和中頻信號(hào)或?qū)⒒鶐幚碜酉到y(tǒng)傳送的數(shù)字基帶和中頻信號(hào)搬移至射頻。所述WIFI天線123實(shí)現(xiàn)無線信號(hào)發(fā)射和接收功能。三、ZIGBEE網(wǎng)絡(luò)單元所述ZIGBEE網(wǎng)絡(luò)單元103包括ZIGBEE基帶模塊131、ZIGBEE射頻模塊132和ZIGBEE天線133 ;所述ZIGBEE基帶模塊131與所述ZIGBEE射頻模塊132相連接，所述ZIGBEE射頻模塊132與所述ZIGBEE天線133相連接。所述ZIGBEE網(wǎng)絡(luò)單元103，對ZIGBEE射頻信號(hào)進(jìn)行解調(diào)轉(zhuǎn)換，并對所述主控單元101的基帶信號(hào)進(jìn)行調(diào)制，同ZIGBEE接入設(shè)備建立無線傳輸鏈路，負(fù)責(zé)ZIGBEE網(wǎng)絡(luò)的建立及維護(hù)，協(xié)調(diào)ZIGBEE網(wǎng)絡(luò)和無線寬帶網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行調(diào)度。所述ZIGBEE網(wǎng)絡(luò)單元103通過SPI與主控單元連接，具有+6dBm輸出功率，接收器靈敏度為_97dBm，數(shù)據(jù)收發(fā)速率能配置為250kbps、500kpbs和IMbps之一，提供16射頻通道。所述ZIGBEE基帶模塊131傳送和接收基帶信號(hào)，對ZIGBEE基帶信號(hào)進(jìn)行調(diào)制解調(diào)，完成通信協(xié)議和信息的預(yù)處理。所示ZIGBEE射頻模塊132完成基帶信號(hào)與模擬射頻傳輸信號(hào)的相互轉(zhuǎn)換。把收到的ZIGBEE射頻信號(hào)轉(zhuǎn)換為基帶處理子系統(tǒng)所需的數(shù)字基帶和中頻信號(hào)或?qū)⒒鶐幚碜酉到y(tǒng)傳送的數(shù)字基帶和中頻信號(hào)搬移至射頻。所示ZIGBEE天線133實(shí)現(xiàn)無線信號(hào)發(fā)射和接收功能。四、GMR傳感單元所述GMR傳感單元104包括GMR數(shù)字模塊141、GMR模擬模塊142和GMR傳感器143 ;所述GMR數(shù)字模塊141與所述GMR模擬模塊142相連接，所述GMR傳感器143連接于所述GMR模擬模塊142。所述GMR傳感單元104通過GMR傳感器143對地球磁場變化進(jìn)行檢測，實(shí)現(xiàn)對列車經(jīng)過和列車車速的檢測功能。所述GMR傳感器143包括一對，所述GMR傳感單元104采用一對所述GMR傳感器143檢測鐵磁物質(zhì)對地磁場的影響，一對所述GMR傳感器143之間間隔距離在20cm以上。所述GMR傳感器143的檢測半徑可通過所述GMR模擬模塊142調(diào)節(jié)，當(dāng)列車經(jīng)過本發(fā)明裝置時(shí)，所述GMR傳感單元104能探測出地磁信號(hào)的變化并以輸出電壓信號(hào)的形式得以反映。所述GMR模擬模塊142分別對一對所述GMR傳感器143檢測到的輸出電壓變化進(jìn)行濾波降噪處理，處理后信號(hào)經(jīng)直流偏置和信號(hào)放大，經(jīng)遲滯比較產(chǎn)生脈沖檢測信號(hào)。經(jīng)所述GMR數(shù)字模塊141中斷接收，通過對所述GMR模擬模塊142的模擬信號(hào)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換采集、判斷列車經(jīng)過和存在信息。通過計(jì)算列車經(jīng)過一對所述GMR傳感器143的所產(chǎn)生時(shí)間差，與所述GMR傳感器143的間距進(jìn)行綜合處理后，可得到列車行駛速度等信肩、O四、電源單元所述電源單元106根據(jù)工作模式給和所述電源單元106相連接的各所述組成單元提供電源，實(shí)現(xiàn)能管理的電源供電，減低整體的功耗，并提供設(shè)備的電源保護(hù)。所述電源單元106支持外部電源和電池輸入兩種模式，所述外部電源為24V直流電源，所述電池為可充電鋰電池，所述電池容量7800mAh。五、時(shí)鐘單元所述時(shí)鐘單元105為各個(gè)子系統(tǒng)提供時(shí)間和頻率參考信號(hào)，保證系統(tǒng)整體時(shí)頻同步，簡化不同子系統(tǒng)間的數(shù)據(jù)交互過程，提高交互效率，并便于進(jìn)行模塊和系統(tǒng)級(jí)的快速驗(yàn)證和測試。如圖2所示，是本發(fā)明實(shí)施例的主控單元的主控制器的嵌入式操作系統(tǒng)架構(gòu)圖，本發(fā)明實(shí)施例中所述主控單元101的主控制器111采用嵌入式操作系統(tǒng)，所運(yùn)行的嵌入式操作軟件由協(xié)議?？蚣?01、應(yīng)用層202和硬件抽象層203等部分組成。所述協(xié)議?？蚣?01包括物理層211、媒體接入控制層212和網(wǎng)絡(luò)層213。所述物理層211支持WIF1、ZIGBEE，擴(kuò)展接口等多種頻段與通信制式。所述媒體接入控制層212負(fù)責(zé)信道接入控制、時(shí)隙調(diào)度，協(xié)調(diào)多個(gè)裝置對共享無線信道的使用，可支持TDMA、CSMA等多種方式。所述網(wǎng)絡(luò)層213主要功能包括路由管理(路由發(fā)現(xiàn)與維護(hù))、網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涔芾?、鄰居管理、安全服?wù)等。所示應(yīng)用層202包括兩個(gè)部分:應(yīng)用服務(wù)池221和應(yīng)用程序池222。所述主控單元101所需要的基本功能由各種應(yīng)用程序服務(wù)模塊提供，重要的的服務(wù)包括:數(shù)據(jù)收發(fā)服務(wù)，與底層協(xié)議棧交互，實(shí)現(xiàn)裝置間單播、廣播、多播、聚播等基本數(shù)據(jù)通信功能。時(shí)間同步服務(wù)，提供裝置間局部網(wǎng)絡(luò)、ZIGBEE接入網(wǎng)絡(luò)的時(shí)間同步。標(biāo)準(zhǔn)信息獲取服務(wù)，從遵循標(biāo)準(zhǔn)接口的接入設(shè)備獲取數(shù)據(jù)。協(xié)同信息處理服務(wù)，多個(gè)ZIGBEE設(shè)備協(xié)同信息處理算法、協(xié)同決策與響應(yīng)算法。安全服務(wù)與隔離，提供無線寬帶業(yè)務(wù)和ZIGBEE接入的安全隔離、數(shù)據(jù)加解密。進(jìn)程間通信服務(wù)，提供單裝置內(nèi)部或不同裝置上多個(gè)應(yīng)用對象之間的相互數(shù)據(jù)通信及消息傳遞。管理服務(wù)，提供對動(dòng)態(tài)信息的查詢及運(yùn)行時(shí)狀態(tài)管理。所述應(yīng)用程序池222包括一個(gè)或多個(gè)應(yīng)用對象2221，所示應(yīng)用對象2221以進(jìn)程、線程或任務(wù)的形式存在，所有應(yīng)用對象2221都在應(yīng)用程序池222中運(yùn)行并由其統(tǒng)一管理。應(yīng)用程序池222中的調(diào)度器2222負(fù)責(zé)為各個(gè)應(yīng)用對象2221分配運(yùn)行時(shí)資源，并在事件發(fā)生時(shí)激活對應(yīng)應(yīng)用對象2221。應(yīng)用對象2221運(yùn)行在受保護(hù)的程序空間，只能通過應(yīng)用服務(wù)接口來訪問節(jié)點(diǎn)硬件及網(wǎng)絡(luò)資源、進(jìn)行數(shù)據(jù)收發(fā)。所述主控單元101的嵌入式程序可對硬件接口如I/O端口、UART串行端口、AD/DA接口、SPI接口等進(jìn)行抽象，提供標(biāo)準(zhǔn)化的硬件訪問接口供協(xié)議棧各層軟件使用。以上通過具體實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說明，但這些并非構(gòu)成對本發(fā)明的限制。在不脫離本發(fā)明原理的情況下，本領(lǐng)域的技術(shù)人員還可做出許多變形和改進(jìn)，這些也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種軌道交通軌旁無線傳輸裝置，其特征在于:軌旁無線傳輸裝置的組成單元包括主控單元、無線寬帶傳輸單元、ZIGBEE網(wǎng)絡(luò)單元、GMR傳感單元、時(shí)鐘單元、電源單元； 所述時(shí)鐘單元分別與所述主控單元、所述無線寬帶傳輸單元、所述ZIGBEE網(wǎng)絡(luò)單元、所述GMR傳感單元相連； 所述電源單元分別與所述主控單元、所述無線寬帶傳輸單元、所述ZIGBEE網(wǎng)絡(luò)單元、所述GMR傳感單元相連； 所述主控單元分別與所述無線寬帶傳輸單元、所述ZIGBEE網(wǎng)絡(luò)單元、所述GMR傳感單元相連； 所述主控單元進(jìn)行數(shù)據(jù)處理及存儲(chǔ)、協(xié)議適配，控制系統(tǒng)功耗、進(jìn)行時(shí)鐘配置，進(jìn)行整個(gè)所述軌旁無線傳輸裝置的任務(wù)調(diào)度、所述軌旁無線傳輸裝置的各組成單元的控制和所述軌旁無線傳輸裝置的協(xié)調(diào)運(yùn)行，完成接口控制、維護(hù)管理； 所述無線寬帶傳輸單元，對WIFI射頻信號(hào)進(jìn)行解調(diào)轉(zhuǎn)換，并對所述主控單元的基帶信號(hào)進(jìn)行調(diào)制，同車載無線寬帶傳輸設(shè)備建立帶寬為15Mbps的無線寬帶傳輸鏈路，實(shí)現(xiàn)接收信號(hào)功率估計(jì)和鏈路質(zhì)量指示、基于硬件的分組過濾； 所述ZIGBEE網(wǎng)絡(luò)單元，對ZIGBEE射頻信號(hào)進(jìn)行解調(diào)轉(zhuǎn)換，并對所述主控單元的基帶信號(hào)進(jìn)行調(diào)制，同ZIGBEE接入設(shè)備建立無線傳輸鏈路，負(fù)責(zé)ZIGBEE網(wǎng)絡(luò)的建立及維護(hù)，協(xié)調(diào)ZIGBEE網(wǎng)絡(luò)和無線寬帶網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行調(diào)度； 所述GMR傳感單元通過GMR傳感器對地球磁場變化進(jìn)行檢測，實(shí)現(xiàn)對列車經(jīng)過和列車車速的檢測功能； 所述電源單元根據(jù)工作模式給和所述電源單元相連接的各所述組成單元提供電源，實(shí)現(xiàn)能管理的電源供電，減低整體的功耗，并提供設(shè)備的電源保護(hù)； 所述時(shí)鐘單元為各個(gè)子系統(tǒng)提供時(shí)間和頻率參考信號(hào)，保證系統(tǒng)整體時(shí)頻同步，簡化不同子系統(tǒng)間的數(shù)據(jù)交互過程，提高交互效率，并便于進(jìn)行模塊和系統(tǒng)級(jí)的快速驗(yàn)證和測試。
2.如權(quán)利要求1所述軌道交通軌旁無線傳輸裝置，其特征在于:所述GMR傳感單元包括一對所述GMR傳感器，通過計(jì)算列車經(jīng)過一對所述GMR傳感器時(shí)所產(chǎn)生時(shí)間差，將該時(shí)間差與該對所述GMR傳感器的間距進(jìn)行處理獲得列車行駛速度。
3.如權(quán)利要求1所述軌道交通軌旁無線傳輸裝置，其特征在于:所述無線寬帶傳輸單元支持5.8G和2.4G雙頻段，調(diào)制模式為OFDM或DSSS，采用802.1 In協(xié)議，兼容802.1 Ia和802.1lg 協(xié)議。
4.如權(quán)利要求1所述軌道交通軌旁無線傳輸裝置，其特征在于:所述ZIGBEE網(wǎng)絡(luò)單元的數(shù)據(jù)收發(fā)速率能配置為250kbps、500kpbs和IMbps之一，提供16射頻通道。
5.如權(quán)利要求1所述軌道交通軌旁無線傳輸裝置，其特征在于:所述電源單元支持外部電源和電池輸入兩種模式，所述外部電源為24V直流電源，所述電池為可充電鋰電池，所述電池容量7800mAh。
6.如權(quán)利要求1所述軌道交通軌旁無線傳輸裝置，其特征在于:所述主控單元的主控制器采用嵌入式操作系統(tǒng)架構(gòu)實(shí)現(xiàn)，由協(xié)議?？蚣?、應(yīng)用服務(wù)、應(yīng)用對象、硬件抽象層四部分組成。
7.如權(quán)利要求1所述軌道交通軌旁無線傳輸裝置，其特征在于:所述主控單元包括主控制器、存儲(chǔ)器、設(shè)備管理、協(xié)控制器、擴(kuò)展接口及調(diào)試模塊； 所述主控制器分別與所述存儲(chǔ)器、所述設(shè)備管理、所述擴(kuò)展接口及調(diào)試模塊相連； 所述設(shè)備管理分別與所述主控制器、所述協(xié)控制器、所述擴(kuò)展接口及調(diào)試模塊相連； 所述擴(kuò)展接口及調(diào)試模塊分別與所述主控制器、所述設(shè)備管理相連； 所述協(xié)控制器分別與所述無線寬帶傳輸單元的WIFI基帶模塊、所述ZIGBEE網(wǎng)絡(luò)單元的ZIGBEE基帶模塊、所述GMR傳感單元的GMR數(shù)字模塊相連； 所述主控制器進(jìn)行數(shù)據(jù)處理、協(xié)議適配，控制系統(tǒng)功耗、進(jìn)行時(shí)鐘配置，進(jìn)行整個(gè)所述軌旁無線傳輸裝置的任務(wù)調(diào)度、所述軌旁無線傳輸裝置的各組成單元的控制和所述軌旁無線傳輸裝置的協(xié)調(diào)運(yùn)行，完成接口控制、維護(hù)管理； 所述存儲(chǔ)器進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)交換及存儲(chǔ)，提供程序加載及運(yùn)行物理空間； 所述設(shè)備管理對接入到所述主控單元的各接入模塊進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)視和故障管理，標(biāo)準(zhǔn)化各所述接入模塊的接口，控制所述主控單元的各所述接入模塊的接入和互通； 所述協(xié)控制器完成所述無線寬帶傳輸單元、所述ZIGBEE網(wǎng)絡(luò)單元、所述GMR傳感單元的接入維護(hù)、網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)發(fā)、設(shè)備切換及安全隔離功能，控制所述軌旁無線傳輸裝置的和所述主控單元連接的各所述組成單元的接入和互通； 所述擴(kuò)展接口及調(diào)試模塊包括系統(tǒng)調(diào)試接口，用戶交互接口、監(jiān)視器接口，設(shè)備接口以及預(yù)留的聯(lián)合調(diào)試的以太網(wǎng)和光纖接口。
8.如權(quán)利要求1所述軌道交通軌旁無線傳輸裝置，其特征在于:所述無線寬帶傳輸單元包括WIFI基帶模塊 、WIFI射頻模塊和WIFI天線；WIFI基帶模塊與WIFI射頻模塊相連接，WIFI射頻模塊與WIFI天線相連接； 所述WIFI基帶模塊傳送和接收基帶信號(hào)，對WIFI基帶信號(hào)進(jìn)行調(diào)制解調(diào)，完成通信協(xié)議和信息的預(yù)處理； 所述WIFI射頻模塊完成基帶信號(hào)與模擬射頻傳輸信號(hào)的相互轉(zhuǎn)換； 所述WIFI天線實(shí)現(xiàn)無線信號(hào)發(fā)射和接收功能。
9.如權(quán)利要求1所述軌道交通軌旁無線傳輸裝置，其特征在于:所述ZIGBEE網(wǎng)絡(luò)單元包括ZIGBEE基帶模塊、ZIGBEE射頻模塊和ZIGBEE天線；所述ZIGBEE基帶模塊與所述ZIGBEE射頻模塊相連接，所述ZIGBEE射頻模塊與所述ZIGBEE天線相連接； 所述ZIGBEE基帶模塊傳送和接收基帶信號(hào)，對ZIGBEE基帶信號(hào)進(jìn)行調(diào)制解調(diào)，完成通信協(xié)議和信息的預(yù)處理； 所示ZIGBEE射頻模塊完成基帶信號(hào)與模擬射頻傳輸信號(hào)的相互轉(zhuǎn)換； 所示ZIGBEE天線實(shí)現(xiàn)無線信號(hào)發(fā)射和接收功能。
10.如權(quán)利要求1所述軌道交通軌旁無線傳輸裝置，其特征在于:所述GMR傳感單元包括GMR數(shù)字模塊、GMR模擬模塊和GMR傳感器；所述GMR數(shù)字模塊與所述GMR模擬模塊相連接，所述GMR傳感器連接于所述GMR模擬模塊； 所述GMR傳感器包括一對,所述GMR模擬模塊分別對一對所述GMR傳感器檢測到的輸出電壓變化進(jìn)行濾波降噪處理，處理后信號(hào)經(jīng)直流偏置和信號(hào)放大，經(jīng)遲滯比較產(chǎn)生脈沖檢測信號(hào)； 所述GMR數(shù)字模塊對經(jīng)所述GMR模擬模塊處理的一對所述GMR傳感器的脈沖檢測信號(hào)進(jìn)行處理運(yùn)算并得到列車存在及車速信息。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種軌道交通軌旁無線傳輸裝置，組成單元包括主控單元、無線寬帶傳輸單元、ZIGBEE網(wǎng)絡(luò)單元、GMR傳感單元、時(shí)鐘單元、電源單元。本發(fā)明能對軌交沿線進(jìn)行WLAN無線信號(hào)覆蓋，并能接入ZIGBEE網(wǎng)絡(luò)的傳感設(shè)備，同時(shí)還能利用巨磁傳感器實(shí)現(xiàn)對列車區(qū)域位置和車速的檢測，從而能實(shí)現(xiàn)軌交沿線傳輸、監(jiān)測、應(yīng)用融合在起并實(shí)現(xiàn)一體化，能減少軌交生產(chǎn)組織的基礎(chǔ)建設(shè)成本，能提高運(yùn)營部門的運(yùn)營管理、政府管理的指揮管控水平，能滿足公眾群眾的乘車服務(wù)等應(yīng)用需求并具有廣闊的應(yīng)用前景。
文檔編號(hào)H04W88/02GK103209020SQ20131012402
公開日2013年7月17日 申請日期2013年4月10日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月10日
發(fā)明者吳波, 姜華, 徐志廣, 張宏俊, 陳健, 董斌, 何風(fēng)行, 苑廣欣, 馬娜 申請人:上海中科高等研究院