[发明专利]无线传感器网络的列车弯道预警系统及其预警方法

权利要求书

1.一种无线传感器网络的列车弯道预警系统，其特征在于该无线传感器网络的列车弯道预警系统主要由无线传感器汇聚节点和无线传感器节点组成，无线传感器汇聚节点由第一微处理器模块、MEMS加速度传感器、RF射频收发模块、第一GPS模块、报警电路、LED显示单元、LCD显示单元和第一电源单元组成，MEMS加速度传感器、RF射频收发模块、GPS模块、报警电路、LED显示单元、LCD显示单元和第一电源单元均连接第一微处理器模块；无线传感器节点由第二微处理器模块、无线收发模块、测倾角模块、加速度计、第二GPS模块和第二电源单元组成，无线收发模块、测倾角模块、加速度计、第二GPS模块和第二电源单元均连接第二微处理器模块，加速度计和MEMS加速度传感器装于列车车厢中。

2.根据权利要求1所述的无线传感器网络的列车弯道预警系统，其特征在于所述的无线传感器节点的加速度计模块的输出端与第二微处理器模块的输入端相连，第二GPS模块采用串行通信的方式与第二微处理器模块相连，无线收发模块与第二微处理器模块采用SPI方式或者串行方式进行通信。

3.根据权利要求1所述的无线传感器网络的列车弯道预警系统，其特征在于所述的无线传感器汇聚节点的第一微处理器模块和第一GPS模块采用串口进行通信；RF射频收发模块和第一微处理器模块采用SPI或者串口进行通信；LCD显示单元的输入端和第一微处理器模块进行相连；报警模块采用高亮度的发光二极管和蜂鸣器进行声光报警。

4.根据权利要求1的无线传感器网络的列车弯道预警系统，其特征在于所述的测倾角模块是MEMS高精度的微机械三轴加速度计或者是多个低精度的加速度计联合使用进行测量角度信息，也可以是陀螺仪和专用侧角电路，其输出端口与第二微处理器模块的I/O输入端口相连。

5.根据权利要求1所述的无线传感器网络的列车弯道预警系统，其特征在于所述的第一和第二GPS模块用来定位列车行驶的地理坐标，并且结合数据库中存储的该路段所允许的最大向心加速度，设置阈值可由安装在无线传感器节点的测倾角模块测量出轨道的倾斜角根据火车的受力分析计算出的侧翻阈值，也可由二者的共同信息来确定。

6.根据权利要求1所述的无线传感器网络的列车弯道预警系统，其特征在于所述的MEMS加速度传感器为单轴、双轴、三轴的一个或多个加速度计，加速度的输出为模拟信号或数字信号，输出如果是模拟信号，通过A/D转换后和微处理器的输入端口相连，数字接口的加速度计直接与微处理器模块的输入接口相连。

7.根据权利要求1所述的无线传感器网络的列车弯道预警系统，其特征在于所述的报警电路由高亮度的发光二极管和蜂鸣器或语音电路组成，其驱动电路采用恒流的集成电路或分立电路，其输出分别与微处理器的输入相连接，该系统为三级报警系统，当检测到的加速度值接近设定的加速度阈值时，三级报警系统依次做出响应，前两级由发光二极管进行指示，当检测到的加速度值超过安全阈值时，蜂鸣器做出响应，以此来完成整个系统的报警。

8.根据权利要求1所述的无线传感器网络的列车弯道预警系统，其特征在于射频收发模块采用了功率放大电路，传感器采集的加速度信息和报警信息由射频收发模块经过功率放大发送给无线传感器汇聚节点。

9.根据权利要求1所述的无线传感器网络的列车弯道预警系统，其特征在于键盘输入模块和LCD显示单元分别与微处理器模块的输入端口相连接。

10.一种无线传感器网络的列车弯道预警系统的预警方法，其特征在于系统由无线传感器汇聚节点和无线传感器节点组成，采用ARM作为核心的微处理器，采用MEMS微机械加速度传感器和GPS定位系统作为核心信息采集模块，其中倾角测量电路通过使用三轴加速度计进行测量，将加速度计装于列车车厢中，采用加速度传感器实时的采集列车的侧向加速度，将测得的向心加速度和报警信息通过无线传感器网络发送到机车的无线传感器主控汇聚节点中，同时GPS定位系统通过卫星定位将行驶路段信息传至ARM微处理器，通过已测得的倾角并结合车体的数据得出列车在该路段向心加速度a1，同时由GPS确定的路段信息也会给出一个最大向心加速度a2，若实测的向心加速度大于a1或a2中的任一个，列车就存在发生侧翻的危险性，当有危险时，将加速度信息和报警信息通过射频收发电路发送给无线传感器汇聚节点，汇聚节点采用声光的形式进行报警。