基于无线传感器网络的城轨列车运行能耗数据采集系统设计

发布时间：2017-05-31 07:15

  本文关键词：基于无线传感器网络的城轨列车运行能耗数据采集系统设计，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着城市轨道交通的快速发展,能源消耗总量也随之增长。我国城市轨道交通的能耗主要是电力消耗,其中列车牵引能耗占总能耗的50%左右。降低列车牵引能耗的方式很多,一般为了验证节能效果,需要准确采集列车运行能耗数据。获得列车运行能耗数据,是评估节能方法优劣,选择最佳节能措施的重要手段。目前国际上已开发了基于车地无线通信的列车运行能耗数据采集装备,而国内则利用现有故障检测装置进行电量的粗放式统计,该方式统计的数据不便于节能效果的评估,计量的结果也不符合电能计量标准。本文基于无线传感器网络设计了城轨列车运行能耗数据采集系统,通过采集符合电能计量标准的现场数据,并进行标准化处理,提供了一种评估列车运行能耗的工具,为城市轨道交通系统的节能运行研究创造了便利条件。 本文设计的数据采集系统以无线传感器网络为基础,采用ZigBee技术对列车牵引电压、电流数据进行采集,通过ZigBee-GPRS网关将数据经Internet传送至上位机,基于C++Builder6.0设计的上位机界面提供数据的显示和查询功能。在此基础上根据实际列车环境设计了数据采集存储模块,实现能耗数据的采集与存储。主要工作包括以下几个方面： 首先,对课题的研究背景和研究意义进行了说明,对无线传感器网络、城轨能耗管理系统以及列车运行能耗计算的研究状况、发展趋势进行了阐述,分析了城轨列车牵引供电系统以及电能的计量,明确采集的数据对象,并提出数据采集系统设计的总体要求。 其次,对列车运行能耗数据采集系统总体结构设计以及系统的硬件、软件设计。根据系统的总体结构采用模块化思想对系统的硬件和软件分别进行设计,包括传感器模块、ZigBee网络模块、网关模块、上位机显示模块的设计。 再次,为了使系统符合实际应用的要求,对设计的列车运行能耗数据采集系统进行了改进,包括能量均衡的ZigBee路由算法的改进、ZigBee节点间时间同步的实现以及列车数据采集存储模块的设计。 最后,在实验室环境搭建平台对ZigBee网络的组建、网关数据的转发和上位机界面的显示进行了测试,测试表明方案可行,但存在传输速率低和传输延时大的问题。根据城轨列车实际环境确定互感器和存储模块的安装位置,构建列车模拟供电环境对数据采集存储模块进行数据采集、存储测试,结果表明模块能够很好的实现数据的采集和存储功能,但数据的精度需进一步提高,辅助功能需进一步完善。图58幅,表10个,参考文献56篇。
【关键词】：列车运行能耗 无线传感器网络 ZigBee CC2530
【学位授予单位】：北京交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：U29-39;TN929.5;TP212.9
【目录】：

• 致谢5-6
• 摘要6-8
• ABSTRACT8-10
• 目录10-12
• 1、引言12-20
• 1.1 研究背景12-15
• 1.2 国内外研究现状和发展趋势15-17
• 1.3 目的和意义17
• 1.4 主要研究内容17-20
• 2、列车运行能耗数据采集系统的设计要求20-26
• 2.1 列车运行能耗数据采集系统概述20
• 2.2 城市轨道交通列车牵引供电系统20-22
• 2.3 电能计量22-24
• 2.4 数据采集系统总体要求24-25
• 2.5 本章小结25-26
• 3、列车运行能耗数据采集系统的设计26-46
• 3.1 系统的总体设计26-27
• 3.2 系统的硬件设计27-34
• 3.2.1 传感器模块27-29
• 3.2.2 ZigBee模块29-32
• 3.2.3 网关模块32-34
• 3.3 系统的软件设计34-45
• 3.3.1 ZigBee程序设计35-40
• 3.3.2 网关程序设计40-42
• 3.3.3 上位机软件设计42-45
• 3.4 本章小结45-46
• 4、列车运行能耗数据采集系统的改进46-60
• 4.1 ZigBee网络设计的改进46-53
• 4.1.1 路由算法的优化46-50
• 4.1.2 时钟同步50-53
• 4.2 数据采集存储模块设计53-58
• 4.2.1 数据采集存储模块硬件要求54-56
• 4.2.2 能耗数据存储格式56-57
• 4.2.3 能耗计算的标准化57-58
• 4.3 本章小结58-60
• 5、系统测试及分析60-74
• 5.1 实验室条件下系统测试60-67
• 5.1.1 ZigBee组网测试60-61
• 5.1.2 ZigBee网络传输质量测试61-63
• 5.1.3 系统网关测试63-65
• 5.1.4 上位机界面测试65-66
• 5.1.5 系统整体测试66-67
• 5.2 数据采集存储模块测试67-71
• 5.2.1 互感器及模块安装位置选择67-68
• 5.2.2 模拟测试环境的搭建68-69
• 5.2.3 数据采集存储测试69-71
• 5.3 测试结果的分析71-73
• 5.3.1 实验室测试分析71-72
• 5.3.2 数据存储模块测试分析72-73
• 5.4 本章小结73-74
• 6、总结与展望74-76
• 参考文献76-80
• 索引80-84
• 作者简历84-88
• 学位论文数据集88

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 龙潭;;地铁能源管理系统[J];城市轨道交通研究;2010年02期

2 蓝春红;沈国金;叶都玮;;基于Zigbee技术的城市轨道交通客流检测系统的设计[J];城市轨道交通研究;2011年12期

3 戚剑超;魏臻;;ZigBee树型路由算法的改进[J];合肥工业大学学报(自然科学版);2010年04期

4 李立明,罗晓峥,沈祥林;地铁电动车组交流牵引计算与仿真分析[J];机车电传动;2003年03期

5 葛玉荣;时晓艳;刘金涛;;基于ZigBee和GPRS技术的列车远程监测系统设计[J];机车电传动;2012年02期

6 崔莉,鞠海玲,苗勇,李天璞,刘巍,赵泽;无线传感器网络研究进展[J];计算机研究与发展;2005年01期

7 李建中;高宏;;无线传感器网络的研究进展[J];计算机研究与发展;2008年01期

8 班艳丽;柴乔林;王芳;;改进的ZigBee网络路由算法[J];计算机工程与应用;2009年05期

9 张白桦;;基于TPSN的时间同步改进算法[J];计算机工程;2010年09期

10 谢川;;基于ZigBee的AODVjr算法研究[J];计算机工程;2011年10期

中国博士学位论文全文数据库 前1条

1 王玉明;城市轨道交通系统能耗影响因素的量化分析[D];北京交通大学;2011年

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本文编号：408880