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申请/专利权人：上海工程技术大学

摘要：本发明涉及一种无源无线轴温监测系统，该系统包括：轴温监测装置：设有多个，用以实时采集列车轴温，包括压电发电模块、变换电路、触发电路、储能模块、控制模块、传感器和远程发送模块，所述的压电发电模块通过变换电路与储能模块连接，并且通过触发电路与控制模块连接，所述的储能模块分别与传感器和远程发送模块连接，所述的控制模块分别与储能模块、传感器和远程发送模块连接；中继器网络：用于数据传输，由多台中继器组成，接收对应轴温监测装置中的远程发送模块发送的温度数据后汇聚至显示终端；显示终端：用于接收中继器网络传送来的温度数据，并显示在屏幕上。与现有技术相比，本发明具有无需外部供电、功耗低及传输距离远等优点。

主权项：1.一种无源无线轴温监测系统，用以获取实时列车轴温，保障列车的安全运行，其特征在于，该系统包括：轴温监测装置：设有多个，用以实时采集列车轴温，并将轴温数据发送至对应的中继器，包括压电发电模块、变换电路、触发电路、储能模块、控制模块、传感器和远程发送模块，所述的压电发电模块通过变换电路与储能模块连接，并且通过触发电路与控制模块连接，所述的储能模块分别与传感器和远程发送模块连接，所述的控制模块分别与储能模块、传感器和远程发送模块连接；中继器网络：用于数据传输，由多台中继器组成，每个中继器接收对应轴温监测装置中的远程发送模块发送的温度数据后汇聚至显示终端；显示终端：用于接收中继器网络传送来的温度数据，并显示在屏幕上；所述的触发电路根据压电发电模块是否发电判断列车是否处于运行状态，若列车运行，压电发电模块产生电能，则触发电路发送触发信号至控制模块；所述的控制模块对应包括两种工作模式，具体为：休眠模式：当列车处于静止状态时，控制模块处于低功耗的休眠模式；定时唤醒模式：当列车在行驶状态时，控制模块处于采集模式，以为时间间隔唤醒，向传感器传输采集控制命令，同时以为时间间隔唤醒向远程发送模块传输唤醒控制命令及需要发送的温度数据，其中，，n为正整数；所述的远程发送模块对应包括两种工作模式，具体为：休眠模式：远程发送模块处于低功耗的休眠状态，此时控制模块处于休眠状态；发送模式：由控制模块唤醒，将控制模块传输而来的温度数据发送出去；当列车处于静止状态时，压电发电模块不产生电能，控制模块及远程发送模块处于休眠模式，当列车进入行驶状态时，轴温监测系统的内部控制流程包括以下步骤：1）列车由静止开始启动，车体产生振动；2）压电发电模块转换列车车体的振动能量为电能；3）压电发电模块转换的电能一部分通过变换电路储存在储能模块中，为远程发送模块、传感器及控制模块供电，另一部分电能经由触发电路向控制模块发送触发信号；4）控制模块接收到触发电路发送的触发信号后进入定时唤醒模式；5）定时唤醒模式下控制模块仍处于休眠模式，但以为时间间隔唤醒，向传感器传输采集控制命令；6）传感器接收到采集控制命令后，对轴端温度进行采集，采集完毕后将温度数据返回给控制模块；7）控制模块定时唤醒模式下，同时以为时间间隔唤醒向远程发送模块传输唤醒控制命令及需要发送的温度数据；8）远程发送模块接收到唤醒控制命令后，从休眠模式进入发送模式；9）远程发送模块接收到温度数据后，将温度数据发送出去，随后再次进入休眠模式等待下次唤醒控制命令；10）只要列车处于行驶状态中时，控制模块则一直处于定时唤醒模式，直到列车停止运行，触发电路的触发信号消失，控制模块和远程发送模块进入休眠模式；所述的中继器网络与显示终端间设有应答关系，在中继器N将温度数据发送到显示终端后，显示终端将会发送应答指令返回到中继器N中以确认温度数据确实已被接收并显示，若中继器N没有收到应答指令，中继器N则会再次发送一次温度数据；所述的中继器网络由多少个中继器相互联结组成，且每个中继器之间相互联通，当中继器N接收到轴温监测装置N发送来的温度数据后，则中继器N将温度数据发送给中继器N-1，中继器N-1再将此温度数据发送至中继器N-2，直至第1个中继器接收到了此温度数据；所述的中继器网络中的相邻中继器间设有应答关系，中继器N将温度数据发送给中继器N-1后，中继器N-1将发送应答指令回到中继器N以确认温度数据确实已被接收，若中继器N没有收到应答指令，则会再次向中继器N-1发送一次温度数据。

全文数据：一种无源无线轴温监测系统技术领域本发明涉及轨道列车检测领域，尤其是涉及一种无源无线轴温监测系统。背景技术列车运行过程当中，轴承温度过高会导致行车出现危险，因此轴温监测是保障列车运行安全的关键问题之一。由于地铁车辆设计工艺及行车环境的需要，采用无源无线式轴温监测装置符合旧车型改造的实际需求。然而，如何利用振动能量实现采集装置自供电、数据采集及如何设计中继网络增加设备的信息传输距离，延长检测设备及监测设备工作时间，保证列车关键部位检测设备的长期工作，已经成为列车轴温监测的优先考虑的问题。发明内容本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种无源无线轴温监测系统。本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：一种无源无线轴温监测系统，用以获取实时列车轴温，保障列车的安全运行，该系统包括：轴温监测装置：设有多个，用以实时采集列车轴温，并将轴温数据发送至对应的中继器，包括压电发电模块、变换电路、触发电路、储能模块、控制模块、传感器和远程发送模块，所述的压电发电模块通过变换电路与储能模块连接，并且通过触发电路与控制模块连接，所述的储能模块分别与传感器和远程发送模块连接，所述的控制模块分别与储能模块、传感器和远程发送模块连接；中继器网络：用于数据传输，由多台中继器组成，每个中继器接收对应轴温监测装置中的远程发送模块发送的温度数据后汇聚至显示终端；显示终端：用于接收中继器网络传送来的温度数据，并显示在屏幕上。所述的中继器仅与对应的轴温监测装置进行通信。所述的压电发电模块包括固定杆以及从下至上依次套设在固定杆外的质量块和压电陶瓷片，所述的压电陶瓷片上下表面设有基底并且通过防松垫圈固定，所述的变换电路和触发电路分别与压电陶瓷片连接。所述的变换电路采用LTC3588-1芯片，所述的LTC3588-1芯片的输入引脚与压电陶瓷片连接，输出引脚与储能模块连接。所述的触发电路电路包括依次连接的整流桥、稳压管、前端电容和开关电路，所述的开关电路与控制模块连接。所述的控制模块为STM8L051单片机，所述的传感器为DS18B20温度传感器，所述的远程发送模块为APC340射频模块，所述的中继器采用STM32F103C8T6作为主控。所述的触发电路根据压电发电模块是否发电判断列车是否处于运行状态，若列车运行，压电发电模块产生电能，则触发电路发送触发信号至控制模块；所述的控制单元对应包括两种工作模式，具体为：休眠模式：当列车处于静止状态时，控制单元处于低功耗的休眠模式；定时唤醒模式：当列车在行驶状态时，控制单元处于采集模式，以Tc为时间间隔唤醒，向传感器传输采集控制命令，同时以TS为时间间隔唤醒向远程发送模块传输唤醒控制命令及需要发送的温度数据，其中，Ts＝nTc，n为正整数；所述的远程发送模块对应包括两种工作模式，具体为：休眠模式：远程发送模块处于低功耗的休眠状态，此时控制单元处于休眠状态；发送模式：由控制单元唤醒，将控制模块传输而来的温度数据发送出去。当列车处于静止状态时，压电发电模块不产生电能，控制模块及远程发送模块处于休眠模式，当列车进入行驶状态时，轴温监测系统的内部控制流程包括以下步骤：1列车由静止开始启动，车体产生振动；2压电发电模块转换列车车体的振动能量为电能；3压电发电模块转换的电能一部分通过变换电路储存在储能模块中，为远程发送模块、传感器及控制模块供电，另一部分电能经由触发电路向控制模块发送触发信号；4控制模块接收到触发电路发送的触发信号后进入定时唤醒模式；5定时唤醒模式下控制模块仍处于休眠模式，但以Tc为时间间隔唤醒，向传感器传输采集控制命令；6传感器接收到采集控制命令后，对轴端温度进行采集，采集完毕后将温度数据返回给控制模块；7控制模块定时唤醒模式下，同时以TS为时间间隔唤醒向远程发送模块传输唤醒控制命令及需要发送的温度数据；8远程发送模块接收到唤醒控制命令后，从休眠模式进入发送模式；9远程发送模块接收到温度数据后，将温度数据发送出去，随后再次进入休眠模式等待下次唤醒控制命令；10只要列车处于行驶状态中时，控制模块则一直处于定时唤醒模式，直到列车停止运行，触发电路的触发信号消失，控制模块和远程发送模块进入休眠模式。所述的中继器网络与显示终端间设有应答关系，在中继器N将温度数据发送到显示终端后，显示终端将会发送应答指令返回到中继器N中以确认温度数据确实已被接收并显示，若中继器N没有收到应答指令，中继器N则会再次发送一次温度数据。所述的中继器网络由多少个中继器相互联结组成，且每个中继器之间相互联通，当中继器N接收到轴温监测装置N发送来的温度数据后，则中继器N将温度数据发送给中继器N-1，中继器N-1再将此温度数据发送至中继器N-2，直至中继器1接收到了此温度数据；所述的中继器网络中的相邻中继器间设有应答关系，中继器N将温度数据发送给中继器N-1后，中继器N-1将发送应答指令回到中继器N以确认温度数据确实已被接收，若中继器N没有收到应答指令，则会再次向中继器N-1发送一次温度数据。与现有技术相比，本发明具有以下优点：一、使用寿命长：本发明在休眠模式下的系统功耗仅为5-10微安，能有效保证轴温监测装置储能模块的电量始终保持在系统能够正常工作的电压范围之内，而在定时唤醒工作状态下，压电发电模块转换振动能量产生的电能能够源源不断地为储能模块充电，使得轴温监测装置能够长时间工作。二、可靠性高：数据传输的过程中，中继器设备之间及中继器与显示终端间都存在有应答关系，发送设备将温度数据发送至接收设备后，接收设备将会给发送设备返回应答信号，若是发送设备没有接收到应答信号，则发送设备会再次发送温度数据以保证接收设备确实接收到了温度数据。应答关系的存在，可以大大降低温度数据传输过程中出现数据丢包的概率，以提高数据回收的可靠性。三、实时性高：轴温监测装置中的控制模块通过触发电路发出的触发信号进入定时唤醒模式。当列车停止时，轴温监测装置处于休眠模式，不会在不需要采集发送温度数据的情况下消耗太多的电能；同时，只要列车一旦进入行驶状态，触发电路立即发出触发信号至控制模块，随即轴温监测装置定时发送轴端实时温度数据。四、降低系统整体功耗，提高了系统的工作效率。利用列车振动能量方式为轴温监测装置供电，控制模块平时处于休眠模式，电能消耗微乎其微，只有当触发电路为控制模块提供触发信号时，控制模块才将进入定时唤醒模式，如此，在列车停止，不需要监测轴温的情况下就可以节省不必要的电能消耗；在列车行驶中，控制模块以Tc为时间间隔唤醒，向传感器传输采集控制命令，同时以Ts为时间间隔唤醒向远程发送模块传输唤醒控制命令及需要发送的温度数据，如此，在时间间隔当中便可以节省电能的消耗。五、传输距离远：轴温监测装置可以通过与其节点号相同的中继器设备在显示终端上显示温度数据，也可以通过与其节点号相同的中继器设备将数据传入中继器网络，逐级传送后，通过离显示终端更近的中继器在显示终端上显示温度数据。如此便可以利用中继器网络的传输方式使得轴温监测装置可以检测距离显示终端更远的轴端温度。附图说明图1为中继网络的运作示意图。图2为实施例中一个轴温监测装置内部结构的系统框图。图3为压电发电模块的结构示意图。图4为变换电路的电路示意图。图5为触发电路的电路示意图。图中标记说明：301、防松垫圈，302、压电陶瓷片，303、基底，304、固定杆，305、质量块具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。实施例图1为一种无源无线轴温监测装置中继网络的运作示意图。一种无源无线轴温监测装置，用以获取列车轴温，保障列车的安全运行，该系统包括：轴温监测装置，用于实时采集列车轴温，并将轴温数据发送至每个轴温监测装置对应的中继器；中继器，用于数据传输，多台中继器组成中继网络，各中继器接收对应的轴温监测装置所发送的温度数据，经由中继网络最终汇聚至显示终端；显示终端，用于接收中继器传送来的温度数据，并显示在屏幕上。本实施例所述的一种压电能量自供电型地铁轴温在线监测系统，其中继网络的运作方式为：轴温监测装置N将采集的温度数据传输给与其节点号对应的中继器N，中继器N再将温度数据传输给显示终端；若是中继器N与显示终端的距离过远，显示终端接收不到数据，则中继器N将会把温度数据传输给中继器N-1，逐级传送至距离显示终端较近的中继器1，再由中继器1将数据传送给显示终端。图2为一种无源无线轴温监测装置中一个轴温监测装置内部结构的系统框图，本实施例所述的轴温监测装置包括：压电发电模块，用于转化振动能量为电能；变换电路，用于转换压电发电模块产生的交流电为直流电，为储能模块充电；触发电路，用于判断列车是否处于行驶状态、激活控制模块；储能模块，用于储存通过变换电路收集而来的电能供系统使用；控制模块，控制传感器及远程发送模块进行工作；传感器，用于采集列车轴端温度；远程发送模块，用于远程发送传感器模块采集到的温度数据。本实施例所述的轴温监测装置在列车处于静止状态时，压电发电模块不产生电能，控制模块及远程发送模块处于休眠模式，装置整体系统功耗极低，当列车开始进入行驶状态时，轴温监测装置内部控制流程如下：1列车由静止开始启动，车体产生振动；2压电发电模块转换列车车体的振动能量为电能；3压电发电模块转换的电能大部分通过变换电路储存于储能模块中，为远程发送模块、传感器及控制模块供电，小部分电能经由触发电路向控制模块发送触发信号；4控制模块接收到触发电路发送的触发信号后进入定时唤醒模式；5定时唤醒模式下控制模块仍处于休眠模式，但以Tc为时间间隔唤醒，向传感器传输采集控制命令；6传感器接收到采集控制命令后，对轴端温度进行采集，采集完毕后将温度数据返回给控制模块；7控制模块定时唤醒模式下，同时以Ts为时间间隔唤醒向远程发送模块传输唤醒控制命令及需要发送的温度数据；8远程发送模块接收到唤醒控制命令后，从休眠模式进入发送模式；9远程发送模块接收到温度数据后，将温度数据发送出去，随后再次进入休眠模式等待下次唤醒控制命令；10只要列车处于行驶状态中，控制模块便一直处于定时唤醒模式，直到列车停止运行，触发电路的触发信号消失，控制模块和远程发送模块进入休眠模式。图3为本实施例提供的一种无源无线轴温监测装置中压电发电模块的结构图。其中包括防松垫圈，用于防止发电模块在振动过程中的松动脱落；压电陶瓷片，用于振动发电；基底，压电陶瓷片黏贴于基底之上，用于保护压电陶瓷不轻易碎裂，同时增大压电陶瓷的形变范围；固定杆，用于固定发电模块，组成一个整体；质量块，用于施加应力至压电陶瓷，整体装置的振动带动质量块上下振动，从而使得基底带动压电陶瓷产生形变。图4为本实施例提供的一种无源无线轴温监测装置中变换电路的电路图。变换电路采用LTC3588-1芯片及其周边电路，当轴温监测装置开始振动后，压电陶瓷产生的交流电经由变换电路处理过后变换成为稳定的直流电。图5为本实施例提供的一种无源无线轴温监测装置中触发电路的电路图。其中包括整流桥，前端电容，稳压管以及开关电路该开关电路采用MOS管开通关断。当轴温监测装置开始振动后，压电陶瓷发电，并经过整流桥后为前端电容充电，同时稳压管限制前端电容的充电电压，前端电容充电完毕后，开关电路打开，控制模块检测到开关电路打开的状态下，便会进入工作模式；振动停止后，前端电容电压下降，开关电路关闭。以上所述仅为本发明的较佳实例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

权利要求：1.一种无源无线轴温监测系统，用以获取实时列车轴温，保障列车的安全运行，其特征在于，该系统包括：轴温监测装置：设有多个，用以实时采集列车轴温，并将轴温数据发送至对应的中继器，包括压电发电模块、变换电路、触发电路、储能模块、控制模块、传感器和远程发送模块，所述的压电发电模块通过变换电路与储能模块连接，并且通过触发电路与控制模块连接，所述的储能模块分别与传感器和远程发送模块连接，所述的控制模块分别与储能模块、传感器和远程发送模块连接；中继器网络：用于数据传输，由多台中继器组成，每个中继器接收对应轴温监测装置中的远程发送模块发送的温度数据后汇聚至显示终端；显示终端：用于接收中继器网络传送来的温度数据，并显示在屏幕上。2.根据权利要求1所述的一种无源无线轴温监测系统，其特征在于，所述的中继器仅与对应的轴温监测装置进行通信。3.根据权利要求1所述的一种无源无线轴温监测系统，其特征在于，所述的压电发电模块包括固定杆304以及从下至上依次套设在固定杆304外的质量块305和压电陶瓷片302，所述的压电陶瓷片302上下表面设有基底303并且通过防松垫圈301固定，所述的变换电路和触发电路分别与压电陶瓷片302连接。4.根据权利要求3所述的一种无源无线轴温监测系统，其特征在于，所述的变换电路采用LTC3588-1芯片，所述的LTC3588-1芯片的输入引脚与压电陶瓷片302连接，输出引脚与储能模块连接。5.根据权利要求3所述的一种无源无线轴温监测系统，其特征在于，所述的触发电路电路包括依次连接的整流桥、稳压管、前端电容和开关电路，所述的开关电路与控制模块连接。6.根据权利要求3所述的一种无源无线轴温监测系统，其特征在于，所述的控制模块为STM8L051单片机，所述的传感器为DS18B20温度传感器，所述的远程发送模块为APC340射频模块，所述的中继器采用STM32F103C8T6作为主控。7.根据权利要求1所述的一种无源无线轴温监测系统，其特征在于，所述的触发电路根据压电发电模块是否发电判断列车是否处于运行状态，若列车运行，压电发电模块产生电能，则触发电路发送触发信号至控制模块；所述的控制单元对应包括两种工作模式，具体为：休眠模式：当列车处于静止状态时，控制单元处于低功耗的休眠模式；定时唤醒模式：当列车在行驶状态时，控制单元处于采集模式，以Tc为时间间隔唤醒，向传感器传输采集控制命令，同时以TS为时间间隔唤醒向远程发送模块传输唤醒控制命令及需要发送的温度数据，其中，Ts＝nTc，n为正整数；所述的远程发送模块对应包括两种工作模式，具体为：休眠模式：远程发送模块处于低功耗的休眠状态，此时控制单元处于休眠状态；发送模式：由控制单元唤醒，将控制模块传输而来的温度数据发送出去。8.根据权利要求7所述的一种无源无线轴温监测系统，其特征在于，当列车处于静止状态时，压电发电模块不产生电能，控制模块及远程发送模块处于休眠模式，当列车进入行驶状态时，轴温监测系统的内部控制流程包括以下步骤：1列车由静止开始启动，车体产生振动；2压电发电模块转换列车车体的振动能量为电能；3压电发电模块转换的电能一部分通过变换电路储存在储能模块中，为远程发送模块、传感器及控制模块供电，另一部分电能经由触发电路向控制模块发送触发信号；4控制模块接收到触发电路发送的触发信号后进入定时唤醒模式；5定时唤醒模式下控制模块仍处于休眠模式，但以Tc为时间间隔唤醒，向传感器传输采集控制命令；6传感器接收到采集控制命令后，对轴端温度进行采集，采集完毕后将温度数据返回给控制模块；7控制模块定时唤醒模式下，同时以TS为时间间隔唤醒向远程发送模块传输唤醒控制命令及需要发送的温度数据；8远程发送模块接收到唤醒控制命令后，从休眠模式进入发送模式；9远程发送模块接收到温度数据后，将温度数据发送出去，随后再次进入休眠模式等待下次唤醒控制命令；10只要列车处于行驶状态中时，控制模块则一直处于定时唤醒模式，直到列车停止运行，触发电路的触发信号消失，控制模块和远程发送模块进入休眠模式。9.根据权利要求8所述的一种无源无线轴温监测系统，其特征在于，所述的中继器网络与显示终端间设有应答关系，在中继器N将温度数据发送到显示终端后，显示终端将会发送应答指令返回到中继器N中以确认温度数据确实已被接收并显示，若中继器N没有收到应答指令，中继器N则会再次发送一次温度数据。10.根据权利要求9所述的一种无源无线轴温监测系统，其特征在于，所述的中继器网络由多少个中继器相互联结组成，且每个中继器之间相互联通，当中继器N接收到轴温监测装置N发送来的温度数据后，则中继器N将温度数据发送给中继器N-1，中继器N-1再将此温度数据发送至中继器N-2，直至中继器1接收到了此温度数据；所述的中继器网络中的相邻中继器间设有应答关系，中继器N将温度数据发送给中继器N-1后，中继器N-1将发送应答指令回到中继器N以确认温度数据确实已被接收，若中继器N没有收到应答指令，则会再次向中继器N-1发送一次温度数据。

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