基于无线通信技术的防溜铁鞋监控系统

论文摘要

防溜铁鞋是防止铁路停留车辆发生移动和溜逸的重要工具，由于铁路线路分布范围广，停留车辆多，社会治安环境复杂，防溜铁鞋的管理成为困扰铁路作业人员的难题。如何利用现代通信信息技术解决铁路防溜铁鞋管理的问题是铁路系统工程技术人员近年来不断为之努力的目标。论文介绍了防止铁路车辆发生移动溜逸措施现状，提出了基于无线射频通信技术建立防溜铁鞋监控系统的解决方案。该方案的目的是通过可视化的防溜铁鞋动态监控视图，实现车站管理人员对防溜铁鞋工作状态的实时监督，改变了目前人工现场检查防溜铁鞋工作状态的传统方法。该方案的难点是如何实现防溜铁鞋与控制中心之间连续有效长期通信。围绕这一难点，本文列举了七种无线通信方式，比选了目前可行的三种通信方式。鉴于无线射频通信技术具有传输距离长，系统稳定性高的特点，在与成熟的微功率技术结合后，在保证无线通信系统可靠性的同时，减少了无线通信网络的建设费用，增加了系统组网的灵活性，因此，论文建议采用2.4GHz无线射频通信网络实现数据传输。论文围绕这一方案对无线射频通信的结构设计进行了深入的研究，通过分析设置CYRF7936射频芯片和ATMEGA168控制芯片的相关参数实现系统通信与控制。论文的主要研究工作和研究成果包括：（1）在介绍了无线射频通信系统原理的基础上，提出了系统硬件组成，通信网络结构方案，通过高度集成化的控制芯片和通信模块，不仅达到了安装便捷、成本低廉的目标，并且有效解决了以往类似系统存在的因通信距离长而系统运行不够稳定的问题。(2)基于系统需求分析，对系统进行了的软件结构设计。通过结构化的设计和可视化的编程语言，不仅实现了铁路工作现场所需要的功能，而且达到了人机间顺畅的信息交换。(3)重点对无线射频通信的物理层实现进行了深入的研究，主要包括射频芯片的配置与工作模式、无线通信模块的设计以及微处理器对射频芯片的控制等。通过合理地配置射频芯片和控制芯片，不仅实现了对整个系统的各个功能模块的有效、协调控制，而且保证了系统运行的稳定性。就实际价值而言,该课题针对铁路车辆防溜工具管理上的诸多问题设计实现了基于短距离无线通信技术的现场管理系统。经过实际运行评估该系统实现了现场高效且准确的运维管理目的。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 研究背景与现状
• 1.3 本文主要研究内容
• 2 相关无线通信技术
• 2.1 无线通信技术的简介
• 2.1.1 IrDA 技术
• 2.1.2 Bluetooth 技术
• 2.1.3 Wi-Fi （802.11b） 技术
• 2.1.4 NFC 技术
• 2.1.5 ZigBee 技术
• 2.1.6 UWB 技术
• 2.1.7 微功率短距离无线通信技术
• 2.2 防溜铁鞋监控系统的无线通信技术的选择
• 2.2.1 无线射频技术的原理
• 2.2.2 无线射频技术的选择
• 2.3 本章小结
• 3 微功率无线通信技术技术的主要技术突破
• 3.1 微功率无线通信技术简介
• 3.2 微功率无线通信技术在技术上的重大突破
• 3.2.1 超低功耗睡眠唤醒技术
• 3.2.2 超远距离通信功能
• 3.2.3 非对称多频道协同工作技术
• 3.2.4 动态时间同步技术
• 3.2.5 高效和快速海量标签信号碰撞处理技术
• 3.2.6 标签 CPU 计算机功能化
• 3.2.7 简单有效的室内外精确定位技术
• 3.3 本章小结
• 4 防溜铁鞋监控系统的设计方案
• 4.1 防溜铁鞋监控系统设计需求分析
• 4.2 防溜铁鞋监控系统的硬件方案
• 4.3 防溜铁鞋监控系统的工作原理
• 4.4 防溜铁鞋监控系统的体系结构
• 4.4.1 防溜铁鞋监控系统-系统管理部分
• 4.4.2 防溜铁鞋监控系统-应用监控部分
• 4.5 防溜铁鞋监控网络协议模型
• 4.6 本章小结
• 5 射频芯片配置及工作模式设置
• 5.1 射频芯片的选择
• 5.2 CYRF7936 芯片的结构与特性
• 5.3 CYRF7936 的时钟和工作频率配置
• 5.4 CYRF7936 的控制寄存器
• 5.4.1 控制寄存器
• 5.4.2 控制寄存器配置
• 5.5 CYRF7936 工作模式
• 5.5.1 FIFO 数据包格式
• 5.5.2 FIFO 模式下对数据包的处理
• 5.5.3 CYRF7936 系统状态机制
• 5.5.4 FIFO 模式下状态转换
• 5.6 本章小结
• 6 微处理器对射频芯片控制的实现
• 6.1 控制芯片 ATMEGA168 结构与性能
• 6.2 SPI 接口及 MCU 与 CYRF7936 数据通信实现
• 6.2.1 SPI 概述
• 6.2.2 CYRF7936 的 SPI 控制
• 6.2.3 MCU 的 SPI 接口
• 6.3 CYRF7936 的控制指令及程序实现
• 6.3.1 CYRF7936 的控制指令
• 6.3.2 ATmega168 对 RF 指令集的程序实现
• 6.4 本章小结
• 7 无线通信模块设计及系统测试
• 7.1 无线通信模块设计
• 7.1.1 无线通信模块的收发过程
• 7.1.2 无线通信模块收发转换状态机设计
• 7.2 防溜铁鞋微机监控系统测试
• 7.3 本章小结
• 8 总结
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间发表的学术论文目录