（检测技术与自动化装置专业论文）分散式轮对轮轴检修线的自动化管理系统.pdf

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ts q ls e r v e r 建立数据库，并通过v i s u a lb a s i c6 0 编写数据 库访问程序；下位机部分根据系统的需要，开发了基于c c 2 4 3 0 芯片和c c 2 5 9 1 无 线前端的工业长距离z i g b e e 无线模块、手持式数据收发器和目标寻踪感应器等硬 件设备，并开发了与其配套的相关软件程序。 然后，根据各z i g b e e 节点( 协调器、终端设备) 在无线网络中承担的任务， 设计开发了基于z i g b e e 2 0 0 6 协议栈( z s t a c k c c 2 4 3 0 ) 的软件系统，实现了 z i g b e e 无线组网、无线数据收发等功能，并通过无线定位算法中的三边测量法来 检查z i g b e e 无线网络的可靠性。 最后，对本课题设计的几个主要的功能模块进行测试和实验，通过一系列的 测试和实验测试出本系统的可行性和可靠性。 关键词：数据库；轮对轮轴；检修线；自动化管理；无线个域网 分类号：t p 2 7 a b s t r a c t a bs t r a c t a b s t r a c t ：a u t o m a t i cm a n a g e m e n ts y s t e mi sw i d e l yu s e di na l la s p e c t so ft h e n a t i o n a le c o n o m y , i tc a ne f f e c t i v e l yi m p r o v ew o r ke f f i c i e n c y , a n dc o o r d i n a t i o no f p r o d u c t i o nr e s o u r c e sa n dm a n p o w e ra l l o c a t i o n t h ee x i s t i n gr e p a i rl i n eo nw h e e l s e to f t h ea x l ei si nd i s o r d e rc o n d i t i o n t h r o u g hs i m p l ec h a n g eo fm a n a g e m e n tc o n d i t i o no n e x i s t i n gl i n e ，t h ea u t o m a t i cm a n a g e m e n tl e v e lo ft h er e p a i rl i n e i si m p r o v e d i nt h i s p a p e r , t h ew h e e l s e to ft h ea x l er e p a i rl i n eo na u t o m a t i cm a n a g e m e n ts y s t e mb a s e do n t h ez i g b e ew i r e l e s sn e t w o r ki sp u tf o r w a r d t h ec u r r e n ts i t u a t i o no fr e p a i rl i n eo nw h e e l s e to ft h ea x l ea th o m ea n da b o a r dw a s i n t r o d u c e di nt h i sp a p e r a n dt h ep r o b l e m so fr e p a i rl i n eo nw h e e l s e to ft h ea x l ew e r e a n a l y z e d b a s e do nt h ec o n c e p to fl o wc o s ta n dh i g he f f i c i e n c y , a na u t o m a t i o n m a n a g e m e n ts y s t e mb a s e do nz i g b e ew i r e l e s sn e t w o r kf o rr e p a i rl i n eo nw h e e l s e to f t h ea x l ew a sp r o p o s e d i ns y s t e md e s i g ns c h e m e ，t h ed a t a b a s eo nh o s tc o m p u t e rw a s b u i l tu s i n gm i c r o s o f ts q ls e r v e r t h e na c c e s sp r o g r a mo fd a t a b a s ew a sc o m p i l e di n v i s u a lb a s i c6 0 a c c o r d i n gt ot h er e q u i r e m e n to fs y s t e m ，t h eh a r d w a r ed e v i c e sb a s e d o nc c 2 4 3 0c h i pa n dc c 2 5 9 1w i r e l e s sf r o n te n dw e r ed e v e l o p e d ，s u c ha sl o n gd i s t a n c e i n d u s t r yz i g b e ew i r e l e s sm o d u l e ，d a t aw a n s c e i v e ro nh a n d ，i n d u c t o rf o rs e a r c h i n gt a r g e t a n ds oo n a n dt h es o f t w a r ea s s o c i a t e dt h eh a r d w a r ew e r ed e v e l o p e d t h e na c c o r d i n gt ot a s k so fe v e r yn o d e ( c o o r d i n a t o ra n dt e r m i n a lu n i t s ) o fz i g b e ei n w i r e l e s sn e t w o r k , t h es o f t w a r es y s t e mb a s e do nz i g b e e 2 0 0 6p r o t o c o ls t a c kw a s d e s i g n e da n dd e v e l o p e d ，r e a l i z e dt h ef u n c t i o n so f w i r e l e s sa s s e m b l i n ga n dw i r e l e s sd a t a t r a n s c e i v e ra n ds oo n t h e nt h er e l i a b i l i t yo fz i g b e ew i r e l e s sn e t w o r kw a se x a m i n e d t h r o u g ht r i l a t e r a t i o nm e t h o d s ，w h i c hi s o n eo fm e t h o d sf o rw i r e l e s sp o s i t i o n i n g a l g o r i t h m a tl a s t , t h ek e yf u n c t i o nm o d u l e si nt h i sp a p e rw e r et e s t e d t h ef e a s i b i l i t ya n d r e l i a b i l i t yo f t h es y s t e mw a sv e r i f i e dt h r o u g has e r i a lt e s t sa n de x p e r i m e n t s k e yw o r d s ：d a t a b a s e ；w h e e l s e t ；r e p a i rl i n e ；a u t o m a t i cm a n a g e m e n t ；w p a n c l a s s n o ：t p 2 7 2 系统总体方案设计7 2 1 系统整体设计方案”7 2 2 系统组成8 2 3 本章小结- 1 0 3 上位机管理系统的设计1 2 3 1 上位机数据库的设计1 2 3 1 1 数据库管理系统概述1 2 3 1 2 数据库的创建1 4 3 2 上位机数据库的访问- 1 6 3 2 1 数据库访问程序的编写1 6 3 2 1 数据库主界面的设计1 7 3 3 上位机数据库的通讯”1 9 3 3 本章小结2 2 4 系统硬件设备的设计2 3 4 1 硬件总体功能模块的组成2 3 4 2 网络协调器硬件电路的设计”2 3 4 3 手持式数据收发器的设计”2 5 4 4 目标寻踪感应器的设计”2 8 4 5 长距离z i g b e e 无线通信模块的设计3 0 4 6 本章小结”3 2 5z i g b e e 无线网络技术及协议栈开发一3 4 5 1z i g b e e 技术的主要特点3 4 5 2z i g b e e 协议体系3 6 5 3z i g b e e 网络结构”3 7 夕 北京交通大学硕士学位论文 5 4z s t a c k 软件设备开发4 1 5 4 1z - s t a c k 软件系统结构一4 1 5 4 2o s a l 操作系统4 3 5 4 3 检修线软件系统的开发4 4 5 5 本章小结”4 8 6z i g b e e 无线网络可靠性检测4 9 6 1 无线网络定位算法简介”4 9 6 2z i b e e 无线网络中的测距技术4 9 6 3z i b e e 无线网络节点定位方法的研究5 0 6 3 1 无线定位算法的基本数学模型一5 0 6 3 2 基于r s s i 的定位算法- 5 2 6 4 实验室环境下无线网络的检测一5 5 6 5 本章小结”5 6 7 系统实验与测试5 7 7 1 数据库查询系统测试“5 7 7 2z i g b e e 星形网络数据传输实验5 9 7 3 目标寻踪感应器的测试6 1 7 3 本章小结6 1 8 结束语6 2 8 1 论文工作总结6 2 8 2 需要进一步研究和解决的问题一6 3 参考文献6 4 附录6 6 数据库主界面各控件属性表”6 6 作者简历“6 9 独创性声明7 1 学位论文数据集7 3 图标清单 图表清单 图2 1 系统总体设计方案框图。7 图2 2 系统工作流程图8 图2 3 系统组成结构图9 图3 1 数据库的创建图。1 4 图3 2 属性对话窗口1 5 图3 3 数据表的创建图15 图3 4c s ( c l i e n t s e r v e r ) 访问模式1 6 图3 5a d o 对象的数据访问1 7 图3 6 数据库主界面1 8 图3 7 数据链接属性1 9 图3 8 串口通讯界面图2 1 图4 1 系统硬件组成示意图2 3 图4 2 无线模块接口电路图2 4 图4 3 串口通信电路图。2 5 图4 4 手持式数据收发器。2 6 图4 5a v ra t m e g a l6 的4 0 个引脚2 6 图4 6a v ra t m e g a l6 原理图2 7 图4 7 电源电路原理图2 7 图4 8 射频信号发射电路。2 8 图4 9 射频信号接收电路一2 8 图4 1 0z i g b e e 长距离无线模块的电路原理图3 1 图4 1 1z i g b e e 长距离无线模块的p c b 板3 1 图4 12z i g b e e 长距离无线模块的实物图3 2 图5 1z i g b e e 协议栈框图3 6 图5 2z i g b e e 星形网络拓扑3 9 图5 3z i g b e e 树形网络拓扑。3 9 图5 4z i g b e e 网状网络拓扑4 0 图5 5 系统网络拓扑示意图4 1 图5 7o s a l 任务调度流程4 3 图5 8z m a i n 主函数流程图4 6 图6 1 三边测量定位示意图5 3 图6 2 多边测量定位示意图5 4 北京交通大学硕士学位论文 图6 3 定位点的位置坐标5 5 图7 1 数据库查询主界面显示5 7 图7 2 直径7 7 9 0 8 m m 轮对的信息条5 8 图7 3 液晶显示反馈信息5 8 图7 4z i g b e e 协调器实物图5 9 图7 5 手持式数据收发器实物图5 9 图7 6 星形无线网络监控图6 0 图7 7 目标感应器的触发效果图6 l 表3 1 通信串口界面属性表2 2 表4 12 0 针引脚功能表。2 4 表4 2 四位地址线编码方法示例3 0 表4 3 z i g b e e 长距离无线模块的技术指标3 2 表5 1协调器节点网络参数4 5 表5 2o s a l 调度进程列表4 6 表6 1 测量数据5 6 表7 1z i g b e e 星型网络测试数据表6 0 程序清单 程序清单3 1a d o 后台设置程序。1 9 程序清单5 1h a l 层串口设置4 2 程序清单5 2串口回调函数4 7 绪论 1 1 课题背景及意义 绪论 轨道车辆的工作环境比较恶劣，作为轨道车辆行走部件的轮对，更是易受到 撞击、循环应力、摩擦、高低温等作用力，因此磨损、裂纹、剥离等损坏现象十 分常见。轮对主要由车轮和轴承系统构成。一般轨道客、货车辆使用碾钢车轮， 车轮在列车运行过程中受力情况较为复杂，碾钢车轮在碾制过程中形成的制造缺 陷，易在使用过程中不断扩大和发展，最终发生车轮开裂和脱落，造成行车事故； 高速重载下运行的轴承，其故障往往会迅速扩大，在短时间内会造成热轴、燃轴、 切轴而最终导致列车颠覆等重大行车事故。而且长期以来，我国铁路处于低装备 率、高使用率、高强度运输状态。轮对是由轮箍、轮辋、轮芯、轮轴、齿轮几部 分组成偿1 ，它承载着机车全部重量，为机车和列车传递牵引力，是机车走行部的重要 部件，轮对的好坏直接关系到机车能否安全运行。这些有缺陷的车轮若不被及时检 查出来并进行处理，必将给人民的生命财产安全带来严重威胁口4 1 。 根据对阜阳车辆段的调研，在检修过程中许多零部件的检修信息目前还是采 用分散式的粗放性管理，对零部件的尺寸和质量状态不能进行追踪查询，不能及 时获得轮对、轮轴的质量信息和准确位置点；达不到对段级检修的零部件质量进 行跟踪管理以及自动选配的要求。特别是对轮对和轮轴来说，需要依据各检修工 位点对轮对、轮轴检修后的尺寸状况进行配对配组的零部件来说，存在的问题更 为突出。 由于零件分散在各个工序的作业过程中，轮对、轮轴的尺寸、质量状态及存 放地点没有可供追踪查询的记录和标识，只有合格与不合格之分。当在某工序需 要根据该处的轮对、轮轴尺寸进行配对配组( 四个为一组) 时，就必须重新检测 或者查询大量的其它轮对、轮轴的尺寸，直到满足配组要求为止。这样造成重复 劳动量大，工作效率低下。 因此，根据调研的结果目前国内轮对轮轴检修线存在以下明显不足： ( 1 ) 检修过程中轮对和轮轴的尺寸、质量状态及存放地点不能追踪查询； ( 2 ) 进行配对配组时，重复工作量大，劳动强度高、工作效率低： 北京交通大学硕士学位论文 ( 3 ) 出段的产品可供追朔性较差； ( 4 ) 自动化管理水平落后。 鉴于上述国内轮对轮轴检修线存在的不足，又因为现今自动化生产和智能化 管理是企业上水平上台阶的重要前提。目前我国已经研制出了水平较高的轮对自 动化检测线，能够实现对轮对尺寸的自动化检测、记录和查询，提高了轮对的配 对效率并优化了配对质量。但是如果建设一个针对轮对的仓储式自动化管理生产 线，需要几百万的巨大投资和占地面积较大的专用库房，不适合通过小资金投入 对现有生产条件的现代化改造项目。本课题项目就是达到以较小的资金投入，通 过对现有生产的管理条件做部分简单改造，从而显著提高轮对轮轴检修作业的自 动化管理水平。 研制该项目的意义体现在： ( 1 ) 显著提高轮对轮轴检修作业的自动化管理水平； ( 2 ) 能显著提高轮对轮轴的选配效率，并能大幅度提高轮对轮轴的选配质量； ( 3 ) 减少重复工作量，降低劳动强度：实现对轮对轮轴的及时配对配组； ( 4 ) 提高轮对轮轴检修、检查的准确度，降低因检修、检查错误而造成的损失。 1 2 国内外研究现状 自动化管理系统广泛应用于国民经济的各个方面，可以有效的提高工作效率， 协调各生产环节的资源和人力的分配。目前，国际上许多国家都在应用自动化管 理系统，管理本国的各种工业生产的设备，提高生产效率。 日本新干线车辆检修数据的管理系统，1 9 7 3 年开始使用s m i s ，管理从新干线 运输管理系统( c o m p u t e ra i d e dt r a f f i cc o n t r o l ，以下简称为c o m t r a c ) 来的车辆 运用信息和车辆段的检修数据。1 9 7 0 年开始启动k i c s ，管理工厂的检修数据和经 营方面的数据资料。由于2 个系统的反复改动、检修记录等重要数据没有全部作 成数据库等原因，若单独使用1 个系统，不能同时阅读分析相互信息，并且因为没有 全部形成数据库，只能纸面管理，造成操作分散等缺点，使信息不能得到有效地利 用。随着车辆监控设备、地面与车上传输方法的改进、新干线7 0 0 系车辆可以将 车辆机械动作状态的数据向地面传送等技术方面的发展，系统工作环境发生了变 化，与此对应的改进必须跟上。在这种条件下，开发了可以及时输入必要数据的数 2 绪论 据库管理系统，即车辆检修管理系统( a d v a n c e dr o l l i n gs t o c ki n f o r m a t i o n m a n a g e m e n ts y s t e m ，以下简称为a r i s ) ，以达到充实检修业务、进一步利用车辆检 修数据的目的，该系统于2 0 0 3 年1 1 月开始运用晴】【e 1 。 美国一直致力于车辆检修系统的研究，并已投入使用。美国的多采用仓储式 的自动化管理系统，具有以下一个特点：( 1 ) 集中化管理：( 2 ) 专业化分工：( 3 ) 实行 状态修、换件修和专业化集中维修。他们这种体系具有很高的效率，同时也取得 了很好的经济效益，很值得我国借鉴和消化吸收h 1 。 目前我国已经研制出了水平较高的轮对自动化仓储检测线，能够实现对轮对尺 寸的自动化检测、记录和查询，为提高轮对的配对效率，优化配对质量提供了基 础条件。自动化仓储系统碡1 是由高层立体货架、堆垛机、各种类型的叉车、出入库 系统、无人搬运车、控制系统及周边设备组成的自动化系统。利用自动化仓储系 统可持续地检查过期或找库存的产品，防止不良库存，提高管理水平。自动化仓 储系统能充分利用存储空间，通过计算机可实现设备的联机控制，以先入先出的 原则，迅速准确地处理物品，合理的进行库存管理及数据处理。 1 3 无线个域网简介 无线个域网( w i r e l e s sp e r s o n a la r e an e t w o r k ，w p a n ) 口1 是实现活动范围相对 小、面向特定群体、无线无缝的连接而提出的无线通信网络技术。w p a n 能够有效 地解决终端无线传感器网络的数据通讯问题。它与无线广域网( w w a n ) 、无线城域 网( 删) 、无线局域网( w l a n ) 并列但覆盖范围相对较小的无线网络。在网络构成 上，w p a n 位于整个网络链的末端，用于实现同一地点终端与终端间的连接。w p a n 设备具有价格便宜、体积小、易操作和功耗低等优点。 目前，i e e e 、i t u 和h o m e r f 等组织都致力于w p a n 标准的研究，其中i e e e 组 织对w p a n 的规范标准主要集中在8 0 2 1 5 系列。8 0 2 1 5 4 也称z i g b e e 技术，主要 任务是低功耗、低复杂度、低速率的无线个域网( l o wr a t e - w i r e l e s sp e r s o n a la r e a n e t w o r k ，l r w p a n ) 标准制定，该标准定位于低数据传输速率的应用。该标准包 括用于低速无线个人域网( l r w p a n ) 的物理层和媒体接入控制层两个规范。它能支 持消耗功率最少，一般在活动空间工作的简单器件。支持两种网络拓扑，即单跳 星型或当通信线路超过1 0m 时的多跳对等拓扑网络。l r - w p a n 中的器件既可以使 3 北京交通大学硕士学位论文 用6 4 位i e e e 地址，也可以使用在关联过程中指配的1 6 位短地址。一个8 0 2 1 5 4 网可以容纳最多2 1 6 个器件。8 0 2 1 5 4 工作在2 4g h z 频段和8 6 8 9 1 5m h z 频段 物理层。在8 0 2 1 5 4 中，总共分配了2 7 个具有三种速率的信道：在2 4g h z 频段 有1 6 个速率为2 5 0k b i t s ( 或6 2 5k s y m b o l s ) 的信道，在9 1 5m h z 频段有1 0 个 4 0k b i t s ( 或4 0k s y m b o l s ) 的信道。8 0 2 1 5 4 网可以工作于信标使能方式或非 信标使能方式，在信标使能方式中，协调器定期广播信标，以达到相关器件同步 及数据安全方面等。在非信标使能方式中，协调器不再定期地广播信标，而是在 器件请求信标时向它单播信标。 z i g b e e 是一种介于无线标记技术和蓝牙之间的技术提案n 们。它此前被称作 “h o m e r fl i t e ”或“f i r e f l y 无线技术，主要用于近距离无线连接。它有自己 的无线电标准，在数千个微小的传感器之间相互协调实现通信。这些传感器只需 要很低的功耗，以接力的方式通过无线电波将数据从一个传感器传到另一个传感 器，因此它们的通信效率非常高n 。 z i g b e e 主要有以下特点： 1 ) 数据传输速率低：只有l o k 字节秒至u 2 5 0 k 字节秒，专注于低传输应用。 2 ) 功耗低：在低耗电待机模式下，两节普通5 号干电池可使用6 个月到2 年，免 去了充电或者频繁更换电池的麻烦。这也是z i g b e e 的支持者所一直引以为豪的 独特优势。 3 ) 成本低：因为z i g b e e 数据传输速率低，协议简单，所以大大降低了成本。且 z i g b e e 协议免收专利费。 4 ) 时延短：通常时延都在1 5 毫秒至3 0 毫秒之间。 5 ) 安全：z i g b e e 提供了数据完整性检查和鉴权功能，加密算法采用a e s 一1 2 8 ， 同时可以灵活确定其安全属性； 6 ) 网络容量大：每个z i g b e e 网络最多可支持2 5 5 个设备，也就是说，每个 z i g b e e 设备可以与另) 2 5 4 台设备相连接； 7 ) 网络拓扑能力强：z i g b e e 具有星、树和网状结构的能力。z i g b e e 设备实际上 具有无线网路自愈能力，能简单地覆盖广阔围； 8 ) 有效范围小：有效覆盖范围i 0 - - 一1 0 0 米之间，具体依据实际发射功率的大小 和各种不同的应用模式而定，基本上能够覆盖普通的家庭或办公室环境； 4 绪论 9 ) 工作频段灵活：使用的频段分别为2 4 g h z ( 全球) 、8 6 8 m l i z ( 欧洲) 及9 1 5 m h z ( 美 国) ，均为免执照频段n 2 加利。 在自动化管理系统中应用无线传输网络，可把系统中各种参数和设备，有效 的完成整合在一个网络中，一次投资多重应用，避免重复投资。其主要的系统效 益如下： 1 ) 高效、准确的采集数据，提高作业效率； 2 ) 远程无线数据维护，高效集中管理； 3 ) 分区盘点，实时进行，库存动态数据时时更新； 4 ) 入库，出库定位管理，防止人为失误； 5 ) 准确、高效提高生产作业能力n 4 1 。 1 4 本论文研究的内容及关键技术 本论文根据国内轮对轮轴检修线的现状，分析了现有检修线系统存在的不足。 在深入研究了z ig b e e 无线通信技术后，并结合国内轮对轮轴检修线现有的工作条 件，提出了基于z i g b e e 无线通信技术的轮对轮轴检修线的自动化管理系统的方案。 以有限的资金和设备，显著的提高轮对轮轴检修线的自动化管理水平。论文研究 的内容将对我国现有轮对轮轴检修线的整体水平的提高具有重要的意义。 本论文是与阜阳车辆段合作的横向科研，其主要的研究内容如下： 轮对轮轴检修线管理系统的总体方案的分析与设计； 系统样机中网络协调器、手持式数据收发器、目标寻踪感应器、以及工业 长距离z i g b e e 无线模块的开发； z s t a c k 协议栈的开发，以及z i g b e e 无线网络结构和接入方式的研究； z i g b e e 无线网络可靠性的检测； 论文各章节主要安排如下： 第一章介绍了轮对轮轴检修线的研究背景和意义，分析了国内外研究的现 状，并简要介绍了无线个域网，引出了本文要研究的内容。 第二章根据对国内轮对轮轴检修线现场的调研，并查阅相关技术资料，提出 了基于z i g b e e 无线通信技术的轮对轮轴检修线的自动化管理系统的方案。接着通 过系统框图详细介绍了系统的组成，并简要介绍了各组成部分的功能及要完成的 工作。 第三章根据系统设计方案的需要，本章主要介绍了系统上位机数据库系统， 北京交通大学硕士学位论文 该系统主要包括：上位机数据库的建立、数据库访问程序的编写和上位机通讯三 个部分的内容。 第四章针对第二章总体设计方案的要求，设计了与系统相关的硬件设备。主 要包括：网络协调器、手持式数据收发器、目标寻踪感应器、以及工业 长距离z i g b e e 无线模块。 第五章详细介绍了z i g b e e 技术的主要特点，选定了用于本系统的无线网络 结构和z s t a c k 协议栈，并在此基础上，开发了基于z i g b e e 2 0 0 6 c c 2 4 3 0 协议栈 的上层用户软件。 第六章本章主要为了验证z i g b e e 无线网络的可靠性，介绍了基于r s s i 的定 位算法，其中重点把三边测量法应用在实验室环境下进行定位测量，用来检查无 线网络的可靠性。 第七章测试了系统开发过程中几个主要的环节的测试和实验结果，并通过结 果分析出本系统的可行性。 第八章总结了本论文主要研究的内容，并对进一步的研究进行综述和展望。 6 系统总体方案设计 2 系统总体方案设计 2 1 系统整体设计方案 根据国内现有的检修设备和车间状况，并通过相关资料的查询和多方交流验 证，提出如下设计方案：首先在上位机建立一个计算机数据库系统，在这个系统 中包括轮对轮轴的尺寸、质量、存放的区域、入库时间等信息；接着在检修车间 内建立一个基于z i g b e e - 2 4 g h z 的无线网络，用于管理系统中数据的传输；在上 述网络环境搭建完成后，设计手持式数据收发器，用于对现场检测到的轮对轮轴 信息的收集和对目标轮对轮轴的快速定位查找。分散式轮对轮轴检修线的自动化 管理系统框图如图2 1 所示。 上位机 丫1 上串唰 l 一协调器 匣匿匣 yyy 图2 1 系统总体设计方案框图 f i g 2 1t h ed i a g r a mo fs y s t e md e s i g n 7 中1们据发m一 、嚣鳖茵 北京交通大学硕士学位论文 在自动化管理系统的工作流程中，主要包括两个方面的内容：一、现场数据 的采集过程，在这个过程中工作人员需要通过手持式数据收发器上的键盘输入检 验的信息，然后信息通过z i g b e e 无线网络传输到协调器，最后协调器通过串口传 输给上位机数据库，进行数据的匹配。二、目标查询过程，在这个过程中与数据 库匹配后的信息，通过串口首先发送给协调器，然后通过z i g b e e 无线网络把数据 传输给手持式数据收发器，最后工作人员通过手持式数据收发器得到的信息迅速 的查找到目标物。其工作流程如图2 2 所示。 现场数据采集过程目标查询的过程 f 检测人员检测1 l 到的现场数据j 弋7 通过手持收发器、 上的键盘输入现 场数据信息 t 7 通过z i g b e e 网络传 输数据到协调器 弋7 厂、 通过串口通讯把 数据传到上位机 2 2 系统组成 上位机数据库与 现场采集数据匹 配后的信息 i 通过串口通讯把 数据传到协调器 l 通过z i g b e e 网络传 输数据到手持收发 器 j l 手持收发器的屏 幕会显示出目标 的定位区域 l n 在定位区域，通 过手持设备上的 射频发射装置触 发目标标签 图2 2 系统工作流程图 f i g 2 2t h ef l o wc h a r to fs y s m m 分散式轮对轮轴检修线的自动化管理系统包括计算机管理系统、无线收发协 调器、手持式无线数据收发器、无线寻踪目标感应器。系统结构如图2 3 所示。 8 系统总体方案设计 图2 3 系统组成结构图 f i g 2 3e x i s t i n gt o l lm o d e s t r u c t u r e 本课题中主要设计的内容如下： 计算机管理系统：主要包括数据库的建立、数据库管理系统的开发、数据 库管理查询系统的开发、计算机管理系统主界面的建立等内容。通过计算机管理 系统可实现对轮对轮轴的尺寸、质量、入库信息、存放地点等数据的采集、管理 和高质量选配，达到随时追踪查询和及时选配的自动化管理的目的。 其中，网络协调器与上位机之间的数据传输采用r s 一2 3 2 串口通信，串行通讯 方式具有使用线路少、成本低，特别是在远程传输时，避免了多条线路特性的不 一致等特点。系统中，c c 2 4 3 0s o c 负责数据采集和传输，上位机负责数据的处理。 通信协议采用半双工异步串行通信方式，通过r s 2 3 2 的r t s 信号进行收发转换， 传输数据采用二进制数据，上位机和网络协调器之间采用主从式通讯。c c 2 4 3 0s o c 接收得到一组数据，并将这个数据传送给p c 机。对串行口的操作可分为以下几步 进行： 串行口初始化； 发送联络信号； 接收联络信号； 发送数据 上位机采用v i s u a lb a s i c 6 0 对数据进行接收和处理。当数据进入p c 机的输 入缓冲区后，程序会不断读取输入缓冲区的数据，并将这些读入的数据收在一起 赋给数组。 管理系统同样采用v i s u a lb a s i c 6 0 实现对s q ls e r v e r 的访问，在s q ls e r v e r 2 0 0 0 中建立轮对、轮轴数据库，包括轮对、轮轴的尺寸、质量、入库信息、存放 9 北京交通大学硕士学位论文 地点等数据。v i s u a lb a s i c 6 0 通过执行s e l e c t 命令从数据库中查找出与数组中储存 数据相匹配的轮对的具体信息，并通过串口通讯将此信息返回给协调器，最终数 据由协调器传输给手持式数据收发器。 无线收发协调器：包括无线收发主控制器、高速数据传输接口及外围功能 模块，及其相应的软件设计，通过协调器完成检修车间内无线网络的搭建并实现 与手持式无线数据收发器数据的通信，同时实现和计算机管理系统的即时通讯； 无线收发协调器采用基于z i g b e e 2 4 g h z 的无线网络技术，该协调器负责组建 检修车间内的无线网络。协调器硬件采用工业长距离z i g b e e 模块f l y r f 2 4 t l l 啪】， f l y r f 2 4 t l l 模块采用1 r i 公司c c 2 4 3 0s o c 和c c 2 5 9 1 无线前端，理想状态点对 点视距通讯距离大于1 公里。在z i g b e e 网状网络通讯状态下，节点间可靠通讯距 离大于7 0 0 米( 通过网络路由功能，可以容易实现数十公里范围长距离无线网络 通讯) 。通过f l y r f 2 4 t l l 模块搭建整个检修车间的无线网络，并通过r s 2 3 2 串 口电路与上位机管理系统实现即时通讯。 多个手持式数据收发器：包括数据收发模块、无线收发模块，射频接收装 置，及其相应的软件设计，通过手持式无线数据收发器实现对各个工位点数据的 现场采集，并实现与协调器数据通讯，同时通过无线数据收发器里射频接收装置， 实现对目标感应器的快速查找。 手持式数据收发器采用与协调器匹配的z i g b e e 无线芯片控制数据采集与数据 收发，在无线网络空间内作为终端设备；整个数据收发器的设计采用高集成化设 计，并且外形设计成手持式，方便工作人员在作业现场操作。考虑到收发器的高 集成化，现采用a t m e g a l 6 芯片作为采集器的主芯片，a v r 单片机以其高可靠性、 功能强、高速度、低功耗和低价位，可以很好的完成数据采集器的各项功能。 无线目标感应器：包括无线定位接收模块、无线定位提示功能等，实现对 目标轮对、轮轴的快速查找，方便工作人员通过提示信息快速查找到目标。 无线目标寻踪感应器主要功能是提供轮对、轮轴的尺寸、质量、入库信息、 存放地点等数据的位置标签，并且可以发出定位提示，方便工作人员直接找到目 标。定位寻找是根据从上位管理系统查询到的轮对、轮轴的匹配参数，通过手持 式无线数据收发器的无线寻踪功能，发射频寻踪信号，寻找匹配信息，触发定位 标签，从而实现对目标轮对、轮轴的快速查找。 2 3 本章小结 在本章中，主要介绍了分散式轮对轮轴检修线自动化管理系统的总体设计方 案，并通过系统的工作流程图介绍了整个系统的工作流程。简要介绍了系统中各 1 0 系统总体方案设计 个部分的功能，并提出了基于z i g b e e 2 4 g h z 无线网络的无线数据传输方案，很好 的解决了轮对轮轴检修线当下存在的不足，节约了成本，提高自动化管理水平。 北京交通大学硕士学位论文 3 上位机管理系统的设计 随着计算机科学与技术的发展，数据库技术应用领域已从数据处理、信息管 理即事物处理扩大到计算机辅助设计、人工智能、决策支持系统和网络应用等新 的领域。数据库系统的推广使用使得计算机应用迅速渗透到国民经济的各个部门 和社会的每一个角落，并改变着人们的工作方式和生活方式。因此，数据库系统 已成为计算机应用系统中的重要的支撑性软件。 3 1 上位机数据库的设计 3 1 1 数据库管理系统概述 数据库管理系统( d a t a b