專利名稱：一種列車無線監(jiān)測系統(tǒng)中繼收發(fā)終端的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及無線通信技術(shù)和無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)兩方面技術(shù)，特別是一種列車無線監(jiān)測系統(tǒng)中繼收發(fā)終端。
背景技術(shù)：
目前所公知的列車監(jiān)測系統(tǒng)采用無線通信技術(shù)包括通用分組無線服務(wù)GPRS技術(shù)和短距離WiFi無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)來進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集傳輸。所采用的GPRS技術(shù)利用公眾通信網(wǎng)絡(luò)信道，能夠?qū)崿F(xiàn)較長距離的數(shù)據(jù)通信，但當(dāng)列車運(yùn)行在山區(qū)、隧道等特殊地形時(shí)，存在信號(hào)覆蓋盲區(qū)的情況；所采用的WiFi無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)組網(wǎng)靈活，使用免費(fèi)頻段，但通信距離一般在數(shù)十米級別，列車監(jiān)測系統(tǒng)中一般區(qū)間段在2千米左右，為整個(gè)區(qū)域覆蓋加大節(jié)點(diǎn)數(shù)量也帶來高成本。
發(fā)明內(nèi)容為解決現(xiàn)有技術(shù)存在的上述問題，本實(shí)用新型要設(shè)計(jì)一種延長列車監(jiān)測系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)傳輸距離的列車無線監(jiān)測系統(tǒng)中繼收發(fā)終端。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型的技術(shù)方案如下:一種列車無線監(jiān)測系統(tǒng)中繼收發(fā)終端，包括電源模塊、接口模塊、射頻收發(fā)模塊、主控芯片模塊和LED顯示模塊，所述的主控芯片模塊分別與電源模塊、接口模塊、射頻收發(fā)模塊和LED顯示模塊連接，所述的電源模塊還分別與射頻收發(fā)模塊和LED顯示模塊連接，所述的電源模塊包括開關(guān)電源穩(wěn)壓芯片LM2576，用于給其他模塊提供電源；所述的接口模塊包括Rs-485接口 ；所述的射頻收發(fā)模塊包括以無線收發(fā)芯片nR F905為中心的射頻收發(fā)電路；所述的主控芯片模塊包括微控制器MCU (Micro Control Unit)及其外部接口電路；所述的LED顯示模塊包括LED顯示電路。本實(shí)用新型的工作原理如下:電源模塊分別給射頻收發(fā)模塊、主控芯片模塊和LED顯示模塊供電。當(dāng)天線接收無線信號(hào)后，經(jīng)射頻收發(fā)模塊將接收到的信息傳給主控芯片模塊，主控芯片模塊將信息進(jìn)行判斷處理后，再經(jīng)過射頻收發(fā)模塊根據(jù)需轉(zhuǎn)發(fā)的地址進(jìn)行中繼轉(zhuǎn)發(fā)給下一個(gè)節(jié)點(diǎn)單元；同時(shí)主控芯片單元將處理過程關(guān)鍵信息在LED顯示模塊顯示。接口單元實(shí)現(xiàn)主控芯片模塊與外部控制平臺(tái)的連接，完成主控芯片模塊的軟件更新和測試設(shè)置功能。更新和設(shè)置過程在LED顯示模塊同步顯示。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型具有以下有益效果:1、本實(shí)用新型以無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)為研究背景，以高速列車特殊的運(yùn)營環(huán)境為設(shè)計(jì)基礎(chǔ)，在無線通信和短距離無線通信協(xié)議的前提上，提出了用中繼收發(fā)器系統(tǒng)來擴(kuò)大列車通信節(jié)點(diǎn)覆蓋距離短的研究設(shè)計(jì)方案，設(shè)計(jì)了中繼收發(fā)器系統(tǒng)的硬件設(shè)備。本實(shí)用新型采用無線收發(fā)芯片為核心元件設(shè)計(jì)的中繼終端，延長了監(jiān)測系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)的通信距離，避免了目前短距離無線網(wǎng)絡(luò)因距離不夠產(chǎn)生的監(jiān)測盲區(qū)問題；同時(shí)，所設(shè)計(jì)的無線監(jiān)測系統(tǒng)中繼方案采用自組網(wǎng)技術(shù)，避免了公眾通信網(wǎng)絡(luò)特殊地形信號(hào)覆蓋盲區(qū)的問題。本實(shí)用新型主要是針對列車運(yùn)行過程中信息傳輸距離短及信號(hào)無法準(zhǔn)確穩(wěn)定及時(shí)傳輸這一問題制作出一款中繼收發(fā)器，以解決列車無線監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)因信號(hào)盲區(qū)或通信距離不夠?qū)е碌男畔G失所帶來的安全隱患。2、本實(shí)用新型所提出的無線監(jiān)測系統(tǒng)中繼收發(fā)終端通過協(xié)調(diào)控制，完成信息收發(fā)的透明傳輸，將無線監(jiān)測節(jié)點(diǎn)通信距離延長數(shù)倍，在不增加節(jié)點(diǎn)成本的同時(shí)，達(dá)到列車監(jiān)測數(shù)據(jù)傳輸?shù)男枨蟆?br>
本實(shí)用新型共有附圖8張，其中:圖1是中繼收發(fā)總體框圖。圖2是電源模塊整流電路示意圖。圖3是電源模塊整流電路示意圖。圖4是電源模塊整流電路示意圖。圖5是接口模塊Rs-485串行接口電路示意圖。圖6是射頻收發(fā)模塊nRF905射頻收發(fā)電路示意圖。圖7是LED顯示模塊控制LED顯示電路示意圖。圖8是主控芯片模塊I/O 口上拉電阻電路示意圖。圖中:1、電源模塊，2、 接口模塊，3、射頻收發(fā)模塊，4、主控芯片模塊，5、LED顯示模塊。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖對本實(shí)用新型進(jìn)行進(jìn)一步地描述。如圖1所示，一種列車無線監(jiān)測系統(tǒng)中繼收發(fā)終端，包括電源模塊1、接口模塊2、射頻收發(fā)模塊3、主控芯片模塊4和LED顯示模塊5，所述的主控芯片模塊4分別與電源模塊1、接口模塊2、射頻收發(fā)模塊3和LED顯示模塊5連接，所述的電源模塊I還分別與射頻收發(fā)模塊3和LED顯示模塊5連接，所述的電源模塊I包括開關(guān)電源穩(wěn)壓芯片LM2576，用于給其他模塊提供電源；所述的接口模塊2包括Rs-485接口 ；所述的射頻收發(fā)模塊3包括以無線收發(fā)芯片nRF905為中心的射頻收發(fā)電路；所述的主控芯片模塊4包括微控制器MCUMicro Control Unit及其外部接口電路；所述的LED顯示模塊5包括LED顯示電路。本實(shí)用新型的工作原理如下:電源模塊I分別給射頻收發(fā)模塊3、主控芯片模塊4和LED顯示模塊5供電。當(dāng)天線接收無線信號(hào)后，經(jīng)射頻收發(fā)模塊3將接收到的信息傳給主控芯片模塊4，主控芯片模塊4將信息進(jìn)行判斷處理后，再經(jīng)過射頻收發(fā)模塊3根據(jù)需轉(zhuǎn)發(fā)的地址進(jìn)行中繼轉(zhuǎn)發(fā)給下一個(gè)節(jié)點(diǎn)單元；同時(shí)主控芯片單元將處理過程關(guān)鍵信息在LED顯示模塊5顯示。接口單元實(shí)現(xiàn)主控芯片模塊4與外部控制平臺(tái)的連接，完成主控芯片模塊4的軟件更新和測試設(shè)置功能。更新和設(shè)置過程在LED顯示模塊5同步顯示。圖2所示電路屬于電源模塊I中將市電 220V轉(zhuǎn)換為直流+12V電路示意圖。該電路將220V交流電壓經(jīng)過熔絲和變壓器降壓后轉(zhuǎn)變?yōu)?2V直流。圖中的PlOl為220V電壓交流輸入端；C101，C102作為濾波電容；D102為續(xù)流二極管。圖3所電路是電源模塊I中將直流+12V轉(zhuǎn)換為直流+5V電路不意圖。該電路將12V的直流電壓，通過開關(guān)整流芯片UlOl轉(zhuǎn)換為5V的直流電壓輸出，圖中L102為儲(chǔ)能電感,C103、C104作為濾波電容；U101可調(diào)穩(wěn)壓電源的管腳I為電壓輸入端，管腳2為輸出端，管腳3接地，管腳4為穩(wěn)壓器控制端，當(dāng)直流輸出端直接接于控制端4腳時(shí)，可輸出固定電壓，管腳5為邏輯開關(guān)，當(dāng)管腳電壓為5V時(shí)為OFF狀態(tài)，OV時(shí)為ON狀態(tài)。擁有TTL關(guān)閉能力及低功率備用狀態(tài)，具有熱關(guān)閉和限流保護(hù)功能。圖4所示電路是電源模塊I中將直流+5V轉(zhuǎn)換為直流+3.3V電路示意圖。該電路將5V電壓通過VR102轉(zhuǎn)變成3.3V輸出，給其他芯片供電。圖中VR102可調(diào)穩(wěn)壓源的管腳I為接地，管腳2為輸出端，管腳3為電壓輸入端；C109,C110,C111為濾波電容。L104，L105，L106為電感線圈。圖5屬于接口模塊2，是Rs-485串行接口電路示意圖，主要用于完成信息的接收與上位機(jī)的交互。圖中的U202是SP485R芯片，它的R0、DI引腳，通過光電隔離電路連接微處理器的UART串口的RXD、TXD，DE和/RE引腳同樣經(jīng)光電隔離電路連接控制信號(hào)R/D。微處理器輸出的R/D信號(hào)通過光電隔離器件控制SP485R芯片的發(fā)送器/接收器使能:R/D信號(hào)為“ I ”，則SP485R芯片的DE和/RE引腳為“ I ”，發(fā)送器有效，接收器禁止，此時(shí)微處理器可以向Rs-485總線發(fā)送數(shù)據(jù)字節(jié)；R/D信號(hào)為“0”，則SP485R芯片的DE和/RE引腳為“0”，發(fā)送器禁止，接收器有效，此時(shí)微處理器可以接收來自Rs-485總線的數(shù)據(jù)字節(jié)。上拉電阻R207和下拉電阻R202，用于保證無連接的SP485R芯片處于空閑狀態(tài)，提供網(wǎng)絡(luò)失效保護(hù)，以提高Rs-485節(jié) 點(diǎn)與網(wǎng)絡(luò)的可靠性。并且使用DC-DC器件可以產(chǎn)生I組與微處理器電路完全隔離的電源輸出，用于向Rs-485收發(fā)器電路提供+5V電源。圖6屬于射頻收發(fā)模塊3，是射頻收發(fā)電路示意圖，主要用于信息的收發(fā)，nRF905由微處理器控制將需要傳輸?shù)男畔⒁噪姶挪ǖ男问桨l(fā)射出去。圖中U401是nRF905無線收發(fā)芯片，M0SI/MIS0是發(fā)射/接收數(shù)據(jù)的通道；TRX_CE，TX_EN是收/發(fā)通道的控制端；PWR_UP是工作模式控制端；CSN、SCK為串行接口控制端；CD是接收模式下載波監(jiān)測信號(hào)輸出端；AM是接收到正確的數(shù)據(jù)包地址后芯片指示信號(hào)的輸出端；DR是發(fā)射完一個(gè)數(shù)據(jù)包后芯片指示信號(hào)的輸出端；ANT1和ANT2用于天線部分；XC1和XC2外接電路構(gòu)成了晶體振蕩電路。圖7屬于LED顯示模塊5，是主控單片機(jī)外部接口電路示意圖主要是用于控制LED顯示。圖中P501是主控制單片機(jī)的I/O接口，以DataBus總線的形式與LED液晶顯示連接，控制LED顯示；R502滑動(dòng)變阻器是用于調(diào)節(jié)LED液晶的亮度。圖8屬于主控芯片模塊4，是主控單片機(jī)I/O 口上拉電阻電路示意圖，其中P503是上拉電阻排針，防止在LED_KEY、LED_TXE、LED_RXD、LED_MISO、LED_MOSI信號(hào)在傳輸過程中有干擾，提供網(wǎng)絡(luò)保護(hù)的功能。
權(quán)利要求1.一種列車無線監(jiān)測系統(tǒng)中繼收發(fā)終端，其特征在于:包括電源模塊(I)、接口模塊(2)、射頻收發(fā)模塊(3)、主控芯片模塊(4)和LED顯示模塊(5)，所述的主控芯片模塊(4)分別與電源模塊(I)、接口模塊(2)、射頻收發(fā)模塊(3)和LED顯示模塊(5)連接，所述的電源模塊(I)還分別與射頻收發(fā)模塊(3 )和LED顯示模塊(5 )連接，所述的電源模塊(I)包括開關(guān)電源穩(wěn)壓芯片LM2576，用于給其他模塊提供電源；所述的接口模塊(2)包括Rs-485接口 ；所述的射頻收發(fā)模塊(3)包括以無線收發(fā)芯片nRF905為中心的射頻收發(fā)電路；所述的主控芯片模塊(4)包括微控制器MCU (Micro Control Unit)及其外部接口電路；所述的LED顯示模塊(5)包括LED顯 示電路。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種列車無線監(jiān)測系統(tǒng)中繼收發(fā)終端，包括電源模塊、接口模塊、射頻收發(fā)模塊、主控芯片模塊和LED顯示模塊，所述的主控芯片模塊分別與電源模塊、接口模塊、射頻收發(fā)模塊和LED顯示模塊連接。本實(shí)用新型采用無線收發(fā)芯片為核心元件設(shè)計(jì)的中繼終端，延長了監(jiān)測系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)的通信距離，避免了目前短距離無線網(wǎng)絡(luò)因距離不夠產(chǎn)生的監(jiān)測盲區(qū)問題；同時(shí)，本實(shí)用新型的中繼方案采用自組網(wǎng)技術(shù)，避免了公眾通信網(wǎng)絡(luò)特殊地形信號(hào)覆蓋盲區(qū)的問題。本實(shí)用新型通過協(xié)調(diào)控制，完成信息收發(fā)的透明傳輸，將無線監(jiān)測節(jié)點(diǎn)通信距離延長數(shù)倍，在不增加節(jié)點(diǎn)成本的同時(shí)，達(dá)到列車監(jiān)測數(shù)據(jù)傳輸?shù)男枨蟆?br> 文檔編號(hào)H04W88/04GK203151755SQ20132016543
公開日2013年8月21日 申請日期2013年4月3日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月3日
發(fā)明者陳少華, 李健, 曾潔, 劉偉, 王楊 申請人:大連交通大學(xué)