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钢轨监测系统WSNs网关研制及电磁兼容性测试
| 论文题名： | 钢轨监测系统WSNs网关研制及电磁兼容性测试 |
| 关键词： | 钢轨监测系统;WSNs网关;电磁兼容性;远程访问 |
| 摘要： | 钢轨安全监测是确保列车行车安全的一个重要监测手段。面向钢轨监测的无线传感网系统能满足当前实时、快速、精确、广域监测的迫切需求。大量分布布设在钢轨上的节点形成无线传感器网络，能实时监测钢轨状态，从而为后续分析提供数据依据。网关作为无线传感网系统的重要设备，实现着异构网络互连通信的功能。本文针对钢轨安全监测的需求，研制了一种基于Zigbee-3G通信的WSNs网关。 首先概述了面向钢轨监测的无线传感网系统的体系结构，分析了WSNs网关的功能需求，并在此基础上对网关的接入方式进行了选择，分别以Zigbee和3G通信技术接入无线传感器网络和外部网络。最后根据功能需要给出了网关软硬件总体设计方案。 针对WSNs网关硬件需求，对网关通信层及供电层进行了设计，实现了硬件平台的搭建。并针对不同的工况环境，采用220V交流供电和太阳能直流供电两种供电方案。针对异构网络互连的需求，在WinCE平台上开发了网关应用软件，并出于数据完整性考虑，制定了一种数据补包机制，能有效的将数据丢失率降低至0.6％。另外，针对网关文件系统远程管理的需要，制定了一种远程访问机制。 考虑到钢轨监测现场复杂的电磁干扰环境，对网关硬件部分进行了电磁兼容性设计。分析了铁路信号系统及网关中可能造成的电磁干扰问题，采用屏蔽、接地、滤波等技术对网关箱体、信号天线、网关供电电路进行了电磁兼容设计，并按照相关国家标准GB/T24338.5-2009对轨旁通信设备的要求，对网关进行了多项电磁兼容性测试，测试结果均达到A级标准。 研制的WSNs网关在实验室进行了性能测试，测试结果显示:网关启动时间仅需47s;能在-25℃～75℃温度范围内正常工作;完成一次数据传输的时间约为2min。此外网关还在北京铁道科学试验中心进行了一定规模的试验，在试验路段安装20套网关及40套传感器节点，并在此平台上完成了多项测试。经监测现场及实验室测试表明，该网关具有启动快速、运行稳定、数据传输可靠、抗干扰能力强等特点，能满足钢轨监测的应用需求。 |
| 作者： | 陈义 |
| 专业： | 机械电子工程 |
| 导师： | 刘冲;徐征 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 大连理工大学 |
| 学位年度： | 2015 |
| 正文语种： | 中文 |
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