一种基于北斗通信的铁路货车状态实时监测终端及方法

1.一种基于北斗通信的铁路货车状态实时监测终端，其特征在于，包括数据处理系统及车身数据采集系统；所述数据处理系统包括显示模块、RFID模块、北斗GPS模块、GPRS远程通信模块、CAN和串口通信接口模块、视频转换模块、矩阵按键模块、ARM Cortex-A8芯片、存储模块、实时时钟模块、USB接口模块、100M/10M以太网接口、音频输入与输出模块及电源模块；
所述北斗GPS模块对铁路货车进行定位时采用北斗GPS模块中的GPS定位单元和北斗定位单元同时获取定位数据；
所述显示模块、RFID模块、北斗GPS模块、GPRS远程通信模块、CAN和串口通信接口模块、视频转换模块、矩阵按键模块、存储模块、实时时钟模块、USB接口模块、100M/10M以太网接口、音频输入输出模块及电源模块均与ARM Cortex-A8芯片相连；
所述车身数据采集系统包括传感器模块、无线通信模块和控制模块，所述传感器模块和无线通信模块均与控制模块相连；所述传感器模块包括设置于铁路货车车厢的转向架上的红外轴温传感器、位移传感器及振动传感器；
所述车身数据采集系统与ARM Cortex-A8芯片进行无线通信，ARM Cortex-A8芯片通过
100M/10M以太网接口与远程服务平台进行网络通信；
所述电源模块包括输入EMI保护电路、过压欠压反接保护电路、第一降压DC/DC变换电路、第二降压DC/DC变换电路、升压DC/DC变换电路、电源管理PMIC电路、超级电容充电电路以及自动切换电路；
输入EMI保护电路、过压欠压反接保护电路及第一降压DC/DC变换电路依次相连；
第一降压DC/DC变换电路与升压DC/DC变换电路相连，为LCD屏幕供电；
第一降压DC/DC变换电路与第一MOS管的源级相连，第一降压DC/DC变换电路经过超级电容充电电路与第二MOS管的源级相连，第一MOS管和第二MOS管的栅极均与自动切换电路的输出端相连，第一MOS管和第二MOS管的漏级均与电源管理PMIC电路和第二降压DC/DC变换电路相连；
所述超级电容充电电路，用于通过外部电源给超级电容充电，以及将超级电容上的电能转换成负载所需要的电压，为负载供电，同时检测外部电源电压，给自动切换电路提供控制信号；
所述自动切换电路，依据控制信号选择供电电路。
2.一种基于北斗通信的铁路货车状态实时监测方法，其特征在于，采用权利要求1所述的基于北斗通信的铁路货车状态实时监测终端，通过车身数据采集系统实时采集车身的温度、位移及振动数据，并将该数据采用无线通信传输至数据处理系统，若数据处理系统判断车身数据采集系统采集的数据超过设定的阈值范围，则触发报警信号；
对铁路货车进行定位时采用北斗GPS模块中的GPS定位单元和北斗定位单元同时获取定位数据，当GPS定位单元和北斗定位单元获取的定位数据相差90米超过5分钟，则采用北斗定位单元获得的定位数据作为铁路货车的当前位置，否则，则采用GPS定位单元获得的定位数据作为铁路货车的当前位置；
利用数据处理系统将铁路货车的当前位置、车身数据采集系统实时采集的车身的温度、位移及振动数据以及报警信号同时存储于存储模块中，并通过GPRS远程通信模块传输至远程监控中心；
所述电源模块的掉电保护过程如下：
步骤1：电源模块上电启动，第一MOS管导通；
步骤2：利用超级电容充电电路检测电源模块输出的5V5A的信号是否正常，如果正常，则输出控制信号，使得第二MOS管关闭，第一MOS管导通，使得5V5A的信号通过第一MOS管给负载供电；否则，则发出控制信号，使得第一MOS管关闭，第二MOS管闭合，使得超级电容通过第一MOS管给负载供电，同时进行数据保存。

一种基于北斗通信的铁路货车状态实时监测终端及方法\n技术领域\n[0001] 本发明涉及一种基于北斗通信的铁路货车状态实时监测终端及方法。\n背景技术\n[0002] 铁路运输作为国民经济的大动脉，是经济社会发展的核心推动力量。同时，铁路作为国家重要的运输与交通工具，其日常的稳定运行决定了国民生产、生活的正常运转。铁路信息化建设是铁路跨越式发展的重要组成部分，在铁路跨越式发展中起着关键性和基础性作用。以信息化的跨越式发展带动铁路现代化，以实现铁路建设的新型工业化和两化融合。\n[0003] 铁路车辆运行状态的实时监测铁路信息化水平的重要体现，也是铁路安全行车的基础与保障，构建合理有效的铁路车辆运行状态的实时监测系统是提升铁路信息化水平的重要手段。近年来，随着铁路信息化建设以及信息化技术的发展，铁路安全监控系统在保障铁路行车安全中应用越来越广泛。目前，铁路货车所应用各类安全监控预警系统多是通过地对车的方式（人检和基站式监测），通过在列车轨道沿线安装、车号自动识别天线、轨边红外线探头、双向压力传感器、不打孔剪力传感器、噪声采集阵列、高速摄像头等传感器件，完成对车辆轴承温度的检测、车辆超偏载检测、踏面损伤检测等内容，并通过将检测信息实时上传到车辆运行安全监测站，进行报警。各类传感器件沿铁路轨道全线进行布局的，这种方法并没有实现车辆运行状态的实时监控，监控的实时性与轨道全线布局传感器件与探测站点的数量有直接关系。\n[0004] 为提升铁路信息化水平，改变现有铁路安全监控系统的实时性不能满足要求、误报率高的局面，有必要提出一种高实时性、高可靠性的铁路车辆运行状态实时监测系统势。\n发明内容\n[0005] 本发明提出了一种基于北斗通信的铁路货车状态实时监测终端及方法，其目的在于，为了克服现有技术中对铁路货车的监测误报率高、实时监控受控于传感器件和探测点的问题。\n[0006] 一种基于北斗通信的铁路货车状态实时监测终端，包括数据处理系统及车身数据采集系统；所述数据处理系统包括显示模块、北斗GPS模块、GPRS远程通信模块、CAN和串口通信接口模块、视频转换模块、矩阵按键模块、ARM Cortex-A8芯片、存储模块、实时时钟模块、USB接口模块、100M/10M以太网接口、音频输入与输出模块及电源模块；\n[0007] 所述显示模块、RFID模块、北斗GPS模块、GPRS远程通信模块、CAN和串口通信接口模块、视频转换模块、矩阵按键模块、存储模块、实时时钟模块、USB接口模块、100M/10M以太网接口、音频输入输出模块及电源模块均与ARM Cortex-A8芯片相连；\n[0008] 所述车身数据采集系统包括传感器模块、无线通信模块和控制模块，所述传感器模块和无线通信模块均与控制模块相连；所述传感器模块包括设置于铁路货车车厢的转向架上的红外轴温传感器、位移传感器及振动传感器；\n[0009] 所述车身数据采集系统与ARM Cortex-A8芯片进行无线通信，ARM Cortex-A8芯片通过100M/10M以太网接口与远程服务平台进行网络通信。\n[0010] 所述电源模块包括输入EMI保护电路、过压欠压反接保护电路、第一降压DC/DC变换电路、第二降压DC/DC变换电路、升压DC/DC变换电路、电源管理PMIC电路、超级电容充电电路以及自动切换电路；\n[0011] 输入EMI保护电路、过压欠压反接保护电路及第一降压DC/DC变换电路依次相连；\n[0012] 第一降压DC/DC变换电路与升压DC/DC变换电路相连，为LCD屏幕供电；\n[0013] 第一降压DC/DC变换电路与第一MOS管的源级相连，第一降压DC/DC变换电路经过超级电容充电电路与第二MOS管的源级相连，第一MOS管和第二MOS管的栅极均与自动切换电路的输出端相连，第一MOS管和第二MOS管的漏级均与电源管理PMIC电路和第二降压DC/DC变换电路相连；\n[0014] 所述超级电容充电电路，用于通过外部电源给超级电容充电，以及将超级电容上的电能转换成负载所需要的电压，为负载供电，同时检测外部电源电压，给自动切换电路提供控制信号；\n[0015] 所述自动切换电路，依据控制信号选择供电电路。\n[0016] 一种基于北斗通信的铁路货车状态实时监测方法，采用所述的基于北斗通信的铁路货车状态实时监测终端，通过车身数据采集系统实时采集车身的温度、位移及振动数据，并将该数据采用无线通信传输至数据处理系统，若数据处理系统判断车身数据采集系统采集的数据超过设定的阈值范围，则触发报警信号；\n[0017] 对铁路货车进行定位时采用北斗GPS模块中的GPS定位单元和北斗定位单元同时获取定位数据，当GPS定位单元和北斗定位单元获取的定位数据相差90米超过5分钟，则采用北斗定位单元获得的定位数据作为铁路货车的当前位置，否则，则采用GPS定位单元获得的定位数据作为铁路货车的当前位置；\n[0018] 利用数据处理系统将铁路货车的当前位置、车身数据采集系统实时采集的车身的温度、位移及振动数据以及报警信号同时存储于存储模块中，并通过GPRS远程通信模块传输至远程监控中心。\n[0019] 所述电源模块的掉电保护过程如下：\n[0020] 步骤1：电源模块上电启动，第一MOS管导通；\n[0021] 步骤2：利用超级电容充电电路检测电源模块输出的5V5A的信号是否正常，如果正常，则输出控制信号，使得第二MOS管关闭，第一MOS管导通，使得5V5A的信号通过第一MOS管给负载供电；否则，则发出控制信号，使得第一MOS管关闭，第二MOS管闭合，使得超级电容通过第一MOS管给负载供电，同时进行数据保存。\n[0022] 有益效果\n[0023] 本发明提供了一种基于北斗通信的铁路货车状态实时监测终端及方法，该监测终端包括数据处理系统及车身数据采集系统；所述数据处理系统包括显示模块、北斗GPS模块、GPRS远程通信模块、CAN和串口通信接口模块、视频转换模块、矩阵按键模块、ARM Cortex-A8芯片、存储模块、实时时钟模块、USB接口模块、100M/10M以太网接口、音频输入与输出模块及电源模块；该终端结构简单，操作简便；该监控方法有效的利用北斗GPS模块，克服了现有技术中定位不准确的问题；采用传感器模块分别设置在车厢中，实时准确的将货车状态发送至数据处理系统，采用无线通信发送至远程服务中心，提高了监测精度和实时性，从而保证铁路货运的安全运行。\n附图说明\n[0024] 图1为本发明的结构框图；\n[0025] 图2为本发明中电源模块的结构示意图；\n[0026] 图3为本发明中掉电保护的流程图。\n具体实施方式\n[0027] 下面将结合附图和实施例对本发明做进一步的说明。\n[0028] 如图1所示，一种基于北斗通信的铁路货车状态实时监测终端，包括数据处理系统及车身数据采集系统；所述数据处理系统包括显示模块、北斗GPS模块、GPRS远程通信模块、CAN和串口通信接口模块、视频转换模块、矩阵按键模块、ARM Cortex-A8芯片、存储模块、实时时钟模块、USB接口模块、100M/10M以太网接口、音频输入与输出模块及电源模块；\n[0029] 所述显示模块、RFID模块、北斗GPS模块、GPRS远程通信模块、CAN和串口通信接口模块、视频转换模块、矩阵按键模块、存储模块、实时时钟模块、USB接口模块、100M/10M以太网接口、音频输入输出模块及电源模块均与ARM Cortex-A8芯片相连；\n[0030] 所述车身数据采集系统包括传感器模块、无线通信模块和控制模块，所述传感器模块和无线通信模块均与控制模块相连；所述传感器模块包括设置于铁路货车车厢的转向架上的红外轴温传感器、位移传感器及振动传感器；\n[0031] 所述车身数据采集系统与ARM Cortex-A8芯片进行无线通信，ARM Cortex-A8芯片通过100M/10M以太网接口与远程服务平台进行网络通信。\n[0032] 如图2所示，所述电源模块包括输入EMI保护电路、过压欠压反接保护电路、第一降压DC/DC变换电路、第二降压DC/DC变换电路、升压DC/DC变换电路、电源管理PMIC电路、超级电容充电电路以及自动切换电路；\n[0033] 输入EMI保护电路、过压欠压反接保护电路及第一降压DC/DC变换电路依次相连；\n[0034] 第一降压DC/DC变换电路与升压DC/DC变换电路相连，为LCD屏幕供电；\n[0035] 第一降压DC/DC变换电路与第一MOS管的源级相连，第一降压DC/DC变换电路经过超级电容充电电路与第二MOS管的源级相连，第一MOS管和第二MOS管的栅极均与自动切换电路的输出端相连，第一MOS管和第二MOS管的漏级均与电源管理PMIC电路和第二降压DC/DC变换电路相连；\n[0036] 所述超级电容充电电路，用于通过外部电源给超级电容充电，以及将超级电容上的电能转换成负载所需要的电压，为负载供电，同时检测外部电源电压，给自动切换电路提供控制信号；\n[0037] 所述自动切换电路，依据控制信号选择供电电路。\n[0038] 所述视频转换模块与安装在监控室内的摄像头相连，视频转换模块将摄像头拍摄到的画面经过格式转换后，通过网络通信传输到远程服务平台。\n[0039] 一种基于北斗通信的铁路货车状态实时监测方法，采用所述的基于北斗通信的铁路货车状态实时监测终端，通过车身数据采集系统实时采集车身的温度、位移及振动数据，并将该数据采用无线通信传输至数据处理系统，若数据处理系统判断车身数据采集系统采集的数据超过设定的阈值范围，则触发报警信号；\n[0040] 对铁路货车进行定位时采用北斗GPS模块中的GPS定位单元和北斗定位单元同时获取定位数据，当GPS定位单元和北斗定位单元获取的定位数据相差90米超过5分钟，则采用北斗定位单元获得的定位数据作为铁路货车的当前位置，否则，则采用GPS定位单元获得的定位数据作为铁路货车的当前位置；\n[0041] 利用数据处理系统将铁路货车的当前位置、车身数据采集系统实时采集的车身的温度、位移及振动数据以及报警信号同时存储于存储模块中，并通过GPRS远程通信模块传输至远程监控中心。\n[0042] 如图3所示，所述电源模块的掉电保护过程如下：\n[0043] 步骤1：电源模块上电启动，第一MOS管导通；\n[0044] 步骤2：利用超级电容充电电路检测电源模块输出的5V5A的信号是否正常，如果正常，则输出控制信号，使得第二MOS管关闭，第一MOS管导通，使得5V5A的信号通过第一MOS管给负载供电；否则，则发出控制信号，使得第一MOS管关闭，第二MOS管闭合，使得超级电容通过第一MOS管给负载供电，同时进行数据保存。