[发明专利]用于铁路冻土路基安全监测的传感器节点及工作方法

摘要

本发明公开了一种用于铁路冻土路基安全监测的传感器节点及工作方法，包括相互电连接的传感器模块、处理通讯模块和能量供应模块。第一传感器模块的印制电路板上置有多个数字温度传感器、一个温湿度传感器，用于冻土温度的分布式测量及冻土表面空气温湿度的测量，第二传感器模块的印制电路板上置有三轴加速度传感器，用于铁轨振动加速度的测量；当启动传感器节点进行监测时，传感器模块中的第一传感器模块、第二传感器模块所测冻土参量经能量供应模块，传给处理通讯模块，经处理通讯模块初步处理后，由处理通讯模块直接或经由其它传感器节点间接传到监控中心，供后续分析处理之用。本发明为铁路冻土路基安全监测提供了一个新的解决途径。

主权项

1、一种用于铁路冻土路基安全监测的传感器节点，包括相互连接的传感器模块、处理通讯模块和能量供应模块，其特征在于：所述传感器模块包括第一传感器模块和第二传感器模块，其中，所述第一传感器模块、第二传感器模块和所述处理通讯模块直接与所述能量供应模块电连接，且通过所述能量供应模块传递信息，所述第一传感器模块的印制电路板上置有相互电连接的多个数字温度传感器、一个温湿度传感器、第一接口电路和第二接口电路、三脚接口J1和第一20脚接口JP1，所述多个数字温度传感器并联在三芯线上，通过印制电路板上的三脚接口J1和第一接口电路与所述能量供应模块电连接，用于冻土温度的分布式测量，所述一个温湿度传感器直接焊在所述印制电路板上，用于冻土表面空气的温湿度测量，第一传感器模块通过所述第一20脚接口JP1与所述能量供应模块的第一接口H1电连接，经能量供应模块向所述处理通讯模块传递信息；所述第二传感器模块的印制电路板上包括相互电连接的三轴加速度传感器、调理电路及第二20脚接口JP2，所述三轴加速度传感器为模拟电压输出型三轴加速度传感器，它通过所述印制电路板上的调理电路和第二20脚接口JP2与所述能量供应模块的第二接口H2电连接，用于铁轨振动加速度的测量；所述三轴加速度传感器U1的VDD引脚和VSS引脚分别为电源引脚和接地引脚，它们之间跨接滤波电容C0后，直接与第二20脚接口JP2相连接；g-select1和g-select2为三轴加速度传感器U1量程选择引脚，它们直接与第二20脚接口JP2相连接；为三轴加速度传感器U1的工作模式选择引脚，它直接与第二20脚JP2接口相连接；XOUT、YOUT和ZOUT分别为三轴加速度传感器U1的X、Y、Z方向的电压输出引脚，它们分别经过由R1和C1、R2和C2、R3和C3组成的三路低通滤波器后与第二20脚接口JP2相连接；电阻R1、R2、R3的一端分别与三轴加速度传感器U1的XOUT、YOUT、ZOUT相连接，另一端分别与C1、C2、C3相连接；C1、C2、C3的另一端则均与三轴加速度传感器U1的VSS相连接，第二20脚接口JP2与能量供应模块的第二接口H2相连接，实现第二传感器模块与能量供应模块间的电连接；所述处理通讯模块包括印制电路板上相互电连接的嵌入式微处理器、天线、射频电路、外围电路和第三20脚接口JP3、第四20脚接口JP4，其中，第三20脚接口JP3和第四20脚JP4均为20脚双排接口，第三20脚接口JP3与嵌入式微处理器的I/O端口P0口和P1口相连接，第四20脚接口JP4与嵌入式微处理器的P2口、电源引脚、复位引脚及编程引脚相连接；嵌入式微处理器的内部集成有2.4GHz无线收发芯片，其射频引脚通过射频电路与天线相连接，用于无线收发数据，第三20脚接口JP3和第四20脚接口JP4分别连接能量供应模块的第三接口H3和第四接口H4，实现这两个模块的电连接，控制整个传感器节点的操作，存储和处理第一传感器模块和第二传感器模块采集的数据以及其它传感器节点发来的数据，并与其它传感器节点以无线通讯方式交换信息；所述能量供应模块包括印制电路板上置有的电池、电池盒及第一接口H1、第二接口H2、第三接口H3、第四接口H4，粘于印制电路板上的电池盒内装有电池，并通过导线与印制电路板电连接，所述第一接口H1和第二接口H2分别与所述第一传感器模块、第二传感器模块的第一20脚接口JP1和第二20脚接口JP2电连接，所述第三接口H3和第四接口H4分别与所述处理通讯模块的第三20脚接口JP3和第四20脚接口JP4电连接，将各模块连接成一个传感器节点整体，用于所述能量供应模块、第一传感器模块、第二传感器模块及处理通讯模块间相互传递信息。