基于ZigBee的列车运行能耗计量系统技术方案

本发明专利技术是一种基于ZigBee的列车运行能耗计量系统，该装置主要包括：主控制模块、电信号测量模块、ZigBee网络模块、无线数据传输模块、辅助功能模块。主控制模块控制其他模块相关功能的执行；电信号测量模块完成数据的采集和计算功能；ZigBee网络模块建立和维护ZigBee网络，接收并汇总电信号测量模块发送的能耗数据，通过ZigBee网络传输能耗数据，将能耗数据串口传输到所述主控制单元。无线数据传输模块实现装置存储数据非接触式传输；应用本发明专利技术可以离线采集城轨列车运行过程中的电能能耗数据信息，并通过ZigBee网络汇总和传输能耗数据，改善了现有技术电量粗放式统计的弊端，提高了数据的精度，为城轨列车运行能耗评估提供一种数据采集工具。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及列车能耗
，尤其涉及一种基于ZigBee的列车运行能耗计量系统。
技术介绍
随着城市轨道交通的快速发展，能源消耗总量也随之增长。城轨列车运行能耗占系统总能耗的50%左右，降低列车运行能耗成为降低运营成本的一个有效手段。降低城轨列车运行能耗的方法很多，但是每种节能方法的节能效果缺乏一个有效的测量手段。目前，我国城市轨道交通列车一般不安装专门的运行能耗数据采集工具，而是通过已有的故障检测装置进行电量的粗放式统计。上述粗放式统计方式的数据不便用于节能效果的评估，而且通常统计的结果不能满足列车运行能耗计量的标准，因此，开发一种专门的高效率的列车运行能耗计量系统是十分必要的。
技术实现思路
本专利技术的实施例提供了一种基于ZigBee的列车运行能耗计量系统，以实现有效地采集城轨列车运行能耗数据。为了实现上述目的，本专利技术采取了如下技术方案。—种基于ZigBee的列车运行能耗计量系统，包括:主控制单元、电信号测量模块、ZigBee网络模块和无线数据传输模块；所述的主控制单元，用于分别与所述电信号测量模块、ZigBee网络模块和无线数据传输模块电连接，控制所述电信号测量模块、ZigBee网络模块和无线数据传输模块的运行和停止；所述的电信号测量模块，用于包括电能计量芯片，所述电能计量芯片与城轨列车的互感器的数据输出端连接，采集所述互感器的数据输出端输出的能耗数据，对所述能耗数据进行模数转换处理，将模数转换处理后的能耗数据传输给所述ZigBee网络模块；所述的ZigBee网络模块，用于建立和维护ZigBee网络，包括ZigBee终端设备、ZigBee路由设备和ZigBee协调器设备，所述ZigBee终端设备与所述的电信号测量模块电连接，接收所述电信号测量模块发送的能耗数据，将所述能耗数据通过ZigBee网络发送给所述ZigBee协调器设备，所述ZigBee协调器设备与所述的主控单元串口连接，将所述能耗数据串口传输到所述主控制单元；所述的无线数据传输模块，用于和所述主控单元电连接，通过GPRS通信网络将所述主控制单元传输过来的能耗数据传输给远程主机。进一步地，所述的ZigBee协调器设备，用于对所有信道进行能量扫描，将能量损耗低于设定阈值的信道报告给网络层，所述网络层选定新建的ZigBee网络的使用信道，随机选择一个PAN ID分配给新建的ZigBee网络，所述网络层向所述ZigBee协调器设备发给携带所述使用信道信息的MAC层的PAN ID请求，收到所述ZigBee协调器设备返回的MAC层确认后，所述网络层向应用层报告，所述新建的ZigBee网络创建成功，所述ZigBee终端设备和所述ZigBee路由设备将自己的信道设置成所述使用信道，加入所述新建的ZigBee网络。进一步地，所述的ZigBee终端设备，用于在加入所述新建的ZigBee网络后，按照设定的时间间隔读取所述电信号测量模块发送的能耗数据，将读取的能耗数据进行汇总后，通过所述新建的ZigBee网络发送给所述ZigBee协调器设备。进一步地，所述的ZigBee路由设备，用于在加入所述新建的ZigBee网络后，通过所述新建的ZigBee网络和所述ZigBee协调器设备、所述ZigBee终端设备进行数据交互，设置扩展的路由接口，将需要使用的传感器连接到扩展的路由接口上，将不需要使用的传感器从扩展的路由接口上去除。进一步地，所述ZigBee终端和所述ZigBee路由器采用电池供电，所述ZigBee协调器设备采用电源供电。进一步地，所述的系统还包括:时钟模块，用于完成装置与标准时间源之间的时间同步；串口调试模块，用于提供测试和数据传输的备用接口 ；所述电源模块，用于为装置提供所需的电能。进一步地，所述的系统还包括:所述辅助功能模块，用于提供电池低电量指示和无线数据传输的开关按钮操作。进一步地，所述的电信号测量模块包括:电流输入通道:用于接收电流互感器输出的电流信号，将所述电流信号传输给电流 ADC ；电压输入通道:用于接收电阻分压后输出的电压信号，将所述电压信号传输给电压 ADC ；电流ADC:用于对所述电流输入通道传输过来的电流信号进行A/D转换，得到瞬态电流采样值，将所述瞬态电流采样值传输给功率计算模块；电压ADC:用于对所述电压输入通道传输过来的电压信号进行A/D转换，得到瞬态电压采样值，将所述瞬态电压采样值传输给功率计算模块；功率计算模块，用于利用多个瞬态电压采样值、电流采样值分别计算出电压信号的有效值和电流信号的有效值，将所述电压信号的有效值与电流信号的有效值相乘得到瞬时功率，将多个瞬时功率进行平均得到功率有效值，将多个瞬时功率进行累加得到累计能耗值，将所述电压/电流信号的采样值、电压/电流信号的有效值、功率的有效值、累计能耗值作为能耗数据传输给寄存器；寄存器，用于存储所述功率计算模块传输过来的能耗数据；串行接口，用于使得MCU通过串行接口读取所述寄存器的数据并写入到所述存储器中。进一步地，所述的电信号测量模块还包括:电能到频率转换器，用于输出电信号测量模块的采样频率。由上述本专利技术的实施例提供的技术方案可以看出，应用本专利技术可以离线采集城轨列车运行过程中的电能能耗数据信息，并通过ZigBee网络汇总和传输能耗数据，改善了现有技术电量粗放式统计的弊端，提高了数据的精度，为城轨列车运行能耗评估提供一种数据采集工具，为城市轨道交通节能优化研究创造了便利条件。本专利技术附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，这些将从下面的描述中变得明显，或通过本专利技术的实践了解到。【附图说明】为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术实施例提供的一种基于ZigBee的列车运行能耗计量系统的结构示意图，图中，MCU(Microcontroller Unit，主控制单元)(10)、电信号测量模块(20)、ZigBee网络模块30、无线数据传输模块40、时钟模块50、串口调试模块60、电源模块70和辅助功能丰旲块80 ；图2为本专利技术实施例提供的一种电信号测量模块的结构示意图。【具体实施方式】下面详细描述本专利技术的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本专利技术，而不能解释为对本专利技术的限制。本
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【技术保护点】
一种基于ZigBee的列车运行能耗计量系统，其特征在于，包括：主控制单元、电信号测量模块、ZigBee网络模块和无线数据传输模块；所述的主控制单元，用于分别与所述电信号测量模块、ZigBee网络模块和无线数据传输模块电连接，控制所述电信号测量模块、ZigBee网络模块和无线数据传输模块的运行和停止；所述的电信号测量模块，用于包括电能计量芯片，所述电能计量芯片与城轨列车的互感器的数据输出端连接，采集所述互感器的数据输出端输出的能耗数据，对所述能耗数据进行模数转换处理，将模数转换处理后的能耗数据传输给所述ZigBee网络模块；所述的ZigBee网络模块，用于建立和维护ZigBee网络，包括ZigBee终端设备、ZigBee路由设备和ZigBee协调器设备，所述ZigBee终端设备与所述的电信号测量模块电连接，接收所述电信号测量模块发送的能耗数据，将所述能耗数据通过ZigBee网络发送给所述ZigBee协调器设备，所述ZigBee协调器设备与所述的主控单元串口连接，将所述能耗数据串口传输到所述主控制单元；所述的无线数据传输模块，用于和所述主控单元电连接，通过GPRS通信网络将所述主控制单元传输过来的能耗数据传输给远程主机。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：荀径，唐涛，宁滨，王亚超，
申请(专利权)人：北京交通大学，
类型：发明
国别省市：北京;11