摘要: 0 引言 起重机是一种在一定范围内垂直升降重物的特殊工业设备，但是机械的过度使用及磨损容易造成安全事故，所以有必要对起重机的运行参数进行实时监控。技术人员可通过BrSWP%、SWP%、起重机运行时间等特定参数来获知起重机主要部件的老化及磨损程度。 传统的起重机监控器仅能监测负载重量，为满足现今工业发展的要求，需要监控系统能实时监测起重机的启动次数、高速运行时间...
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摘要: 0 引 言 在各类社会公共场合或企业生产区间,如果发生易燃易爆、有毒有害等危险气体泄漏,却不能及时发现险情并采取补救措施,将会带来极其严重的后果。因此实现对危险气体的有效监测是非常重要的。危险气体监测系统一般具有以下特点:由于其监测目标和应用场合的特殊性,因此危险气体的浓度监测对准确性与实效性有着严格的要求。此外系统应当具备低成本、低功耗、安装简便等特点。传统的气体监测系统无法实施远程监控,过分依...
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1 ZigBee 网络通讯技术的内容及特点
1）ZigBee 的定义。ZigBee 是无线通讯技术的一种，它主要是对功耗低、传输速率低的各种类型的电子产品进行数据传输，在无线通讯领域它被普遍认为是最适合工控场合运用的无线设备。其网络结构如图1 所示。
图1 ZigBee 结构图
2）ZigBee数传技术的特点。ZigBee 无线通讯技术与蓝牙、红外线通讯技术等无线通讯技术相比在系统开销、电池寿命、网络节点以及传输率等方面具有明显的优势。①低功耗：ZigBee数传模块输率为20/255Kbps，较低的传输率消耗的发射功率仅为1mW。低功耗的特点使ZigBee 无线模块在运行中指需要依靠很低的电量，不仅有超长的使用寿命，还可以节省大量的电能。②低成本：由于功耗低，ZigBee模块的投资成本也很低。目前，ZigBee 在40 元左右，受市场经济影响很快就会降低到20 元左右。③容量大：很多无线通讯技术由于容量小不适合现代企业快速发展的要求，而两个星型结构的ZigBee数传模块网络可以容纳500 个左右的从属设备以及两个主设备，具有超大容量。④安全性能高：ZigBee 数传模块传输的数据包需要经过对方的接受确认，系统才算正式完成工作，如果传输过程中出现问题导致发送失败，还可以重新发送。另外，ZigBee 无线模块通讯技术自身带有安全检查功能，各个应用技术都可以通过检查功能确认数据传输是否安全。
2 ZigBee 在油田数字化建设中的应用
ZigBee 无线模块通讯技术在油田数字化建设中的应用主要体现在对油水井生产信息的ZigBee数据采集及运输上，油水井通过ZigBee 无线模块通讯技术不仅可以获得稳定的传输数据，受无线通讯技术本身的影响，还有效地控制了数据传输中产生的费用，降低了油田企业建设的成本。
1）ZigBee 数传网络通讯结构。ZigBee数传在油田数字化建设中的实际应用主要分为三个层次：第一层是在油水井井口进行ZigBee数据采集，主要是对传感器与远程控制器之间产生的数据进行ZigBee数据采集。第二层是收集远程控制器终端与ZigBee 基础站点之间的通讯数据，主要使用2.4G 无线通讯技术。第三层主要是收集油田局域网内的通讯数据，油田局域网内的主要功能是将ZigBee 基站网关接收的数据进行传输，便于传输数据的收集与管理。ZigBee 数传模块网络通讯结构图如图2 所示。
图2 ZigBee 网络通讯结构
2）油井中的数据传输距离。在ZigBee 网络通讯结构中，远程控制器终端与基站网关之间的距离对数据的接收有直接的影响，ZigBee 无线通讯技术具有近距离传输的特点，因此，基站网关如果距远程控制器终端较近，不通过其他辅助工具就可以直接接收数据信息。ZigBee 网络通讯结构图显示，远程控制器终端与基站网关之间的距离是无线通讯有效接收数据的关键，一般情况下，ZigBee 接收的通讯距离为2000 米，受实际接收环境的影响，ZigBee 接收距离一般都达到2000 米以上。影响数据传输距离的不仅是ZigBee模块的发射功率，发射、接收数据的天线质量和高度也会影响数据传输距离。一般认为，天线的假设高度与数据通讯距离成正比，另外传输距离和基站网关使用的天馈线长度也有紧密联系，天馈线越长传输距离越远，信号质量也就越差。
3）ZigBee 网络控制油井数量。区域组网时，按照一般情况，一个基站网关所能带的油井为250 个左右，但在油田企业的实际运用中最多只能带动50 个油井。主要原因是油井数量上传时间太短，基站网关的油井数与上传数据周期的时间成正比，这个过程在操作中很难控制，是问题的多发地带，基站网关一旦出现问题，就直接减少油井的数量。因此，在设计时应该尽量减少每个基站网关所带的油井数量，从而保证传输数据的可靠性。
4）基站网关的数据传输时间。功图数据是每个油井传输的主要数据，每幅功图数据由120 个点组成，一共占240 个寄存器地址，每个油井一次上传数据大约为250 个寄存器地址500个左右的字节，加上通信握手、呼叫等待、重新发送等时间，一口油井完成数据传输的实践为15 s 左右。以此计算，100 口油井全部数据的上传时间大约为1500 s，也就是26 分钟左右，综合以上计算，每个基站网关的全部数据成功传输时间大约为15 分钟。
3 结论和建议
1）结论。ZigBee 技术在油田企业建设中主要应用在油水井生产信息的ZigBee数据采集和监控系统中，综合分析ZigBee数传在油田数字化建设中的应用可以看出ZigBee数传网络通讯技术从基础组网建设到协议转换再到数据上传时间，都符合低功耗、低费用以及安全可靠的特点，它不仅实现能力生产数据的稳定传输，还有效地节约了企业生产投入资金，促进了企业的发展。ZigBee 网络通讯技术满足了油田企业自动化建设的需要，是一项符合现代科技发展需求、能够短距离无线传输数据的技术。
2）建议。油田企业对ZigBee 数传网络通讯技术在油田数字化建设中应用的认识逐渐清晰并加深，结合ZigBee 网络通讯技术在油田数字化建设中的应用分析可以看出，借助ZigBee 无线模块进行网络组网设计时，首先要考虑网络通讯的数据量，根据网络组网的实际情况设置最合适的网关数量，保障通讯过程中所有数据正常通讯。
ZigBee 数传模块网络通讯技术在油田数字化建设中已经取得了良好的效果，油田企业自动化系统建设也可以采用ZigBee 网络通讯技术，不仅可以提高施工效率，节省建设成本，还可以降低信号线的管理、保证工作量。
4 结束语
通过对ZigBee模块在油田数字化建设中的应用的分析，ZigBee数传网络通讯技术从数据传输实践、稳定性和安全性上都符合我国油田数字化建设，在油水井的信息收集工作中已经取得了良好的效益。ZigBee数传网络技术不仅可以推动油田企业的数字化建设，还可以减少企业建设成本，保障企业快速发展。
摘要: 1 语音识别 具有语音识别技术的无线网络化测控技术是目前研究的一个方向,将语音识别、无线网络和测控技术融合,实现无线网络化语音控制系统,具有良好的实用价值和广阔的应用前景。语音识别的过程可归结为模式识别和匹配,通过对语音信号进行预处理和分析计算,抽取出所需的语音特征,并以此建立语音识别所需的模板。当对语音进行识别时,需要将系统中存放的语音模板与输入的语音信号的特征进行比较,并根据一定的算法和策略找...
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摘要: ０ 引言 近年来，在石油化工领域中，由于各种原因导致的毒气泄漏，气体爆炸等造成人员伤亡的事件时有发生，给人民的安全，给国家的经济造成了很大的损失。 因此，为了避免发生重大事故和保障人民的生命财产安全，就必须具有现代化的管理体系和监控设施。本文提出了一种基于ＺｉｇＢｅｅ 无线技术的工业现场空气质量监测方案。 利用终端传感器采集到的空气质量参数，通过ＺｉｇＢｅｅ模块传感网络实时地将数据发送到监控室，集...
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二轮自平衡车，顾名思义就是仅有两个车轮，需要时刻主动去保持平衡的车，不同于自行车摩托车等车轮前后排列的二轮平衡车，本文讨论的是两轮共轴的平衡车，如图l所示。
图1二轮平衡车示意图
这样的两轮车可想而知如果不加控制，必然会向前或后倾斜并加速倒下，但是车轮的合理旋转对车轴——即车身底部产生的扭矩与推力又可以阻止车身倒下的趋势并纠正车身相对于平衡位置的角度偏差。这也就是自平衡的过程，而且由于平衡位置的脆弱性与扰动的必然性，控制器必须时时担负起检测与纠偏作用。
目前二轮平衡车研究领域国内外不仅已经有了许多成功的理论研究及实践成果，而且还出现了成功的商业化产品--Segway。而本文中讨论的应用于二轮平衡车开发平台的ZigBee模块无线通信网络，可以很好地为控制算法的开发与调试提供方便。
为开发平台增加人机界面十分重要，而显示屏显然不可能安装在运行中的小车上，这就必须有一台固定的上位计算机，上位机与小车MCU之间的数据交流由无线通信完成。本文选择ZigBee无线模块为通信基础，硬件核心为支持ZigBee协议的CC2530芯片，而具体选择原因见下节。
一 ZigBee模块及CC2530微控制器
无线通信技术在工业控制上发展极其迅速，已形成多个技术标准。ZigBee，GPRS数据网络，WLAN以及一些专用无线网络技术。相较于传统的有线通信技术，无线通信技术无需布线，系统的架设更为简单，当然在电磁环境复杂的一些工作环境下可靠性还是不如有线通信。
本文采用的ZigBee数传模块通信基于IEEE 802．1 5．4协议，占用免费的2．4GHz频道，具有低功耗、短距离、数据可靠性高、容量大、时延小、安全和成本低等技术特点。同时其通信节点的硬件高度集成化，非常适合本文中的小规模嵌入式系统。
本文ZigBee无线模块通信具体实现对象的硬件基础是德州仪器TI(Texas Instrument)生产的CC2530芯片及其配套天线模块。CC2530芯片实质上就是一块集成了无线控制功能的8位单片机，它不仅有通信控制功能，也可以控制外围设备完成一些控制任务，这样一些嵌人式系统可以直接采用CC2530这样的SoC(片上系统)作为控制核心而无需添加专门的通信控制器，也就大大减化了系统设计。
CC2530仅仅是一个通信控制硬件，它的正常工作离不开同样由德州仪器提供的Z-Stack，ZigBee协议栈，ZigBee协议栈相当于一套操作系统接管了底层硬件的控制，其内含的一套源代码可以实现ZigBee数传模块通信的各种功能，它们被封装于一些函数中，开发者只需调用这些函数即可实现相应功能。
二、通信系统系统具体实现
2．1通信数据包格式。
构建通信系统，确定通信的具体内容是必不可少的，二轮平衡车控制器想要直立，必须实时获知车体倾角，同时输出相应的PWM信号控制电机旋转以纠正倾角偏差。而这些信息也是开发者想要实时获取的，所以本文中的通信网络需要实时将这些信息上传至上位机。
需要注意的是由于本系统中车体倾角是由加速度传感器检测的重力加速度在车体竖直方向的投影大小推算出来的，角加速度信号也是需要传感器进行检测的，而本文所用三轴加速度传感器不论哪个方向都会受到的干扰——与被检测信号叠加的机械振动，小车行驶的加速度等等，所以单纯的加速度传感器检测值是无法使用的，而同类问题的一般解决方案是外加一个不会被加速度干扰信号影响的较为准确的陀螺仪传感器来检测角速度口]：陀螺仪的角速度是比较可信的，将其与被严重干扰的加速度传感器信号进行融合，并将融合后的信号作为滤波的参考，可以得出较为准确的小车运动加速度信号。
所以最终确定的上传系统状态数据包内容如表l所示。
表1上位机与小车通信数据格式
同时上位机下行数据包格式暂定为PID控制器的三个参数。
2．2通信系统工作流程
本文中上位机与小车之间的通信系统总体工作流程如图2所示：
图2通信系统总体工作框图
需要注意的是在小车上嵌入式ZigBee模块中上传小车工作状态进行ZigBee数据采集的任务优先级高于接收上位机下行的PID参数的任务优先级。
通信系统有许多形式，协议也不尽相同，但都至少必须有协调器(Coordinator)和终端(Endpoint)，协调器就是通信的发起者，也就是通信网络的建立者，当网络建立好之后，协调器就由网络的建立者变为网络的管理者，也就是类似于路由器(router)的功能：网络终端(Endpoint)在网络中不需要承担太多任务，只需要加入网络即在网络上注册并被分配地址。
虽然本系统的通信节点只有两个，但也必须包含协调器(Coordinator)与终端(Endpoint)：那么剩下的问题就是哪个ZigBee无线模块作为协调器发起通信：由上文可以看出，网络中协调器需要发起通信，构建网络，之后要转为网络的管理者，它的系统开销必然大于只是作为参与者加入网络的终端。本文中的两块CC2530芯片中显然嵌入于小车上的那块承担了ZigBee数据采集滤波与系统控制的任务，可见其本来承担任务就相对比较繁重。而仅仅是作为上位计算机通信终端的ZigBee无线模块，由于除了实现无线通信功能外只需与计算机定期进行USB通信，所以可以说是相对清闲的，所以本文中就由与计算机相连的ZigBee无线模块担任协调器承担构建网络的任务，参见图3。
图3上位机通信模块流
本文中ZigBee数传模块具体实现对象的硬件基础是德州仪器TI(Texas Instrument)生产的CC2530芯片及其配套天线模块：CC2530芯片实质上就是一块集成了无线控制功能的8位单片机，它不仅有通信控制功能，也可以控制外围设备完成一些控制任务，这样一些嵌入式系统可以直接采用CC2530这样的SoC(片上系统)作为控制核心而无需添加专门的通信控制器，也就大大减化了系统设计。
而作为控制器的ZigBee无线模块只需要作为终端加入网络并定时发送系统状态数据并接收上位机修改的控制器参数。参见图4：
图4 网络终端通信模块流程
三、结语
本文中的ZigBee数传模块通信系统成功实现了上位机与二轮平衡车之间的ZigBee数据采集交流，与上位机一起为二轮平衡车的开发提供了合适的人机界面，大大方便了小车控制器结构与参数的调试：上传的数据也可以让开发者更直观地了解小车的工作状态。
1. 引言
温度监测系统广泛应用于对温度敏感的工业、农业、医学等现场，如通信基站机房、矿井、粮仓、智能家居等环境中。传统的温度监测系统需在所监测区域布置大量的信号传输线，体积宠大，成本相对较高，且不能实现远程监测。如何解决传统温度监测系统采用的有线网络所带来铺设、维护等诸多不便已成为目前研究的热点。本文提出一种基于ZigBee模块技术的远程温度监测系统，能有效解决上述的问题。ZigBee无线模块是一种低功耗、低成本、低速率、低复杂度的双向的无线通信技术，它是无线传感网络的主流技术。以ZigBee技术组成无线温度传感器网络，由部署在监测范围内的微型温度传感器节点通过无线电通信构成的一个多跳的自组织网络，能够实时地感知、收集和处理网络覆盖范围内的温度信息，并通过汇聚节点处理并发布在服务器Web网页上，用户可以登陆网页进行实时监控。
2.系统总体结构
2.1 系统的结构
本系统采用ZigBee模块自组网的特性，测温节点与协调节点节点自动组成一个星型网进行通信，移动终端（手机、平板电脑以及个人电脑）通过连接指定网络后通过Web浏览器访问温度数据的网页面显示界面。如图1所示。
图1 系统框图
2.2 系统的功能
本系统分为三大模块：1）温度感知模块；2）控制处理以及射频收发模块；3）数据接收显示模块。主要有两大功能：1）环境温度数据无线ZigBee数据采集功能：测温节点自动对所探测环境的温度进行ZigBee数据采集，通过无线传输的方式把采集到的温度数据都发送给协调器节点。2）环境温度数据远程实时监测功能：系统采用的是B/S（Browser/Server）结构，只需一个可以访问网页的终端即可远程监测环境温度数据。另外可以在网页显示界面上按需设置监测环境温度的上限值和下限值，环境温度一旦超过所设置的上限值或者低于设置的下限值就会有相对应警报提醒。
3.硬件设计
本系统采用TI公司开发的2.4GHz ZigBee片上系统解决方案CC2530的无线单片机方案。
图2 CC2530电路
TI公司免费提供了ZigBee联盟认证的全面兼容IEEE802.15.4与ZigBee2007协议规范的协议栈代码和开发文档，并为提供了丰富的开发调试工具。CC2530 结合了领先的RF 收发器的优良性能，业界标准的增强型8051 CPU，系统内可编程闪存，8-KB RAM 和许多其他强大的功能。
CC2530 具有不同的运行模式，使得它尤其适应超低功耗要求的系统。CC2530具有21个可用I/O、4个定时器、ADC 、随机数发生器、AES加密/解密内核、DAC、DMA、Flash控制器、RF射频收发器等众多外设。
节点硬件设计：测温的节点由CC2530与DS18B20数字温度传感器组成，采用电池进行供电。CC2530通过单总线通信协议控制DS18B20数字温度传感器并获取实时的环境温度值，再发送到协议器节点。DS18B20数字温度传感器与CC2530接口示意图如图3所示。
图3 硬件框架图
协调器节点直接由上位机通过USB数据线供电。协调器节点接收所有测温节点发送过来的数据，经过片内程序进行数据处理后，通过CC2530 ZigBee开发底板USB口把数据上传到上位机。
4.软件设计
系统组成ZigBee数传模块星形拓扑结构的网络通信，涉及到协调器与终端节点的编程。协议器负责建立网络并进行维护，接收各不同的终端节点发送过来的温度信息融合后再进行控制。终端节点必须加入协调器组建的网络中，并开始定期采集温度并发送到协调器上。协调器把融合后的温度经过串口发布在Web服务器上，供指定用户登陆站点进行访问。
协调器上电后，根据编译时指定的参数，选择适合当前通信环境的网络号以及信道来建立星形网。协调器的程序图如图4所示。
图4 协调器与终端节点软件流程图
终端节点上电并初始化硬件以及协议栈后，会搜索是否存在着对应编号的ZigBee数传模块网络，如果存在则加入对应的无线网络，然后启动定期采集温度数据，并发送至协调器。W e b服务器显示界面是基于M y E c l i p s eEnterprise Workbench 9.0平台的，用Jsp技术实现的基于Web的串口通信方法。页面利用Jsp技术实现了数据的显示功能，然后利用JavaBean和Servlet在后台获取串口的数据，并通过Json对象将数据传送到前端页面。最后利用Ajax技术实现了页面的定时自动刷新更新数据，以及利用JavaScript技术实现了页面按钮和功能事件的触发。
5.显示界面
网页显示界面分为数据显示区域和参数设置区域两大部分。显示区域内分别显示传感器编号、获取时间以及温度值共三项数据内容。
参数设置区域里需要设置的主要参数有四个，分别是串口号、波特率、高温警告和低温警告，其他均保持默认即可。显示界面可以获取各个节点发送回来的温度数据，且用户通过高温警告与低温警告来进行温度保护。
图5 工作界面
6.结论
本文通过利用ZigBee模块实现了远程温度监测系统，实现对温度敏感的环境实施远程ZigBee数据采集。
可以通过布置多个ZigBee数传模块终端节点来监控多个区域的温度，可以应用的范围的很广，该系统具有低功耗，低成本，结构简单，无人值守，检测准确度高，抗干扰能力等优点，能够长时间稳定地工作，具有很高的应用价值。
摘要: 电子技术、传感器技术及网络技术的发展促进了农业信息化水平的提高，以信息网络为中心的智慧农业、精准农业等一系列新的农业生产模式已成为当前研究的热点。通过大量遍布于农田、温室大棚等目标区域的传感器，实时采集诸如温度、湿度、光照、有害气体浓度、土壤水分及ｐＨ 值等信息并汇总到控制中心，由专家决策系统及时、准确地发现问题，根据需要控制相关设备进行调温、调光、浇灌、换气，实现农作物生长环境的智能化控制，从而...
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引言
随着物联网技术的不断发展，家居智能化已经不再是天方夜谭，越来越多的智能家居产品正在占据市场份额。智能家居就是应用电子技术、无线通信技术等，让生活环境中的家用电器、安防设备等可以通过无线网络实现远程控制。从而提高人们的生活舒适度和安全性，进而提高人们的生活质量。
1 系统总体设计思路
本文构建了一种以Zigbee技术和Android系统为核心的星型Zigbee数传模块网络，系统以Android智能手机为操作终端，以WIFI为数据传输手段，利用Zigbee模块实现终端控制。用户利用Android手机上安装的控制界面软件，通过WIFI访问家里的嵌入式服务器(电脑)，服务器再通过USB口向其连接的主机节点发送命令，最后主机节点通过Zigbee模块控制各个终端节点，实现对环境检测装置、家用电器、报警装置等的控制。以便用户可以快速方便的切断(开启)电源，监测有无小偷等，从而达到真正的智能化控制。
系统总体设计框图如图1所示。
图1 系统总体设计框图
2 系统硬件实现
系统主要由Zigbee无线模块(网关)、Zigbee无线模块(节点)、电脑、Android手机终端等四部分组成。能够利用装有应用程序的普通Android手机，通过家庭局域网，远程控制家用电器的通断，实时对室内的温度、湿度、光照、烟雾浓度、人员流动等信息进行Zigbee数据采集，并传送到手机上显示出来。本系统的主要硬件设计为Zigbee数传模块电路，Zigbee芯片选择TI公司生产的CC2530F256，它是一款基于2.4GHZ无线发射与接收器，内部集成了8051内核的专用Zigbee芯片。芯片采用3.3V电源供电，Zigbee数传模块外围配置了烟雾传感器接口(烟雾过大，可能煤气泄露或有火情)、继电器接口(控制家用电器电源)、温度传感器接口(采集温度值)、人体红外接口(监测有无人员进出)、光敏传感器接口(检测光强)，用于对以上信息进行Zigbee数据采集，并把采集到的信息通过Zstack协议栈以及2.4GHZ无线，发送给Zigbee无线模块网关。Zigbee无线模块网关获取到节点设备值后，通过串口转USB接口将数据传输到电脑上并显示。Zigbee模块框图如图2所示。
图2 Zigbee模块框图
3 系统软件实现
系统软件主要包括Zigbee网关模块、Zigbee模块、Android终端APP软件设计三个部分。网关模块流程图如图3所示，节点模块流程图如图4所示。
图3 节点模块流程图 图4 网关模块流程图
Android终端APP软件的功能应包括：设定并可更改服务器IP地址，一键发送控制指令，允许多个节点的接入，显示每个节点采集到的信息。界面设计分为主界面和各功能界面，首先点击进入主界面，输入接入服务器的IP地址，通过WIFI网络与电脑建立连接，然后通过控制按钮发送控制命令，同时显示接收到的温度、光照等信息，手机操作界面如图5所示。
图5 手机操作界面
4 调试仿真与结论
按照循序渐进的方法对系统每个模块和功能节点进行了测试，经过测试，系统实现的功能包括：(1)实现Zigbee网关模块和Zigbee模块无线通信。(2)Zigbee无线模块节点可完成烟雾检测、温度检测、人体红外检测、光强的Zigbee数据采集、继电器控制等功能。(3)既可以通过电脑端安装的应用软件控制节点，也可以通过Android手机APP应用软件控制各个节点。经过测试，系统可以方便的监测各个功能模块连接的传感器信号，系统工作稳定可靠，数据显示准确无误。真正做到了家居智能化。
我国铁路采用的区间信号闭塞传统模式主要有半自动闭塞和自动闭塞。采用半自动闭塞时，列车占用区间的凭证是出站信号机或是通过信号机的显示。它受半自动闭塞机的控制，只有当区间空闲，经过办理手续后，出站信号机才能开放，保证一个区间在同一条线路上，只能运行一趟列车以确保列车运行安全。自动闭塞是把一个站间长度划分成若干个闭塞分区，前后列车的运行间隔可以通过一定数量的闭塞分区实现，使得在一个区间的一条线路上，可以同时同方向运行数趟列车，实现列车在同一区间追踪运行。可见半自动闭塞和自动闭塞属于固定闭塞。列车与列车之间都必须有一定数量的空闲闭塞分区作为列车安全间隔，因控制系统无法知道列车在分区内的具体位置，所以列车制动的起点和终点总在某一分区的边界，极大地影响了线路的使用效率。移动闭塞方式能够实时地提供列车位置，并据此动态划分闭塞分区，能够在保证行车安全的基础上，大幅度地提高线路的使用率和铁路的运输能力。
1 移动闭塞
移动闭塞田采用无线电定位的方式来实现列车定位和占用轨道的检查功能。列车追踪目标点是前行列车的尾部。由于前行列车的速度和位置是随时变化的所以闭塞分区是不固定的。移动闭塞分区是由集中控制中心根据前车的位置而动态设置的。在列车和轨旁都安装无线网络节点，列车A在占用区间时加入由地面网络节点组成的无线网络，地面无线网络根据接收到列车A发送的电磁波的强度由定位算法确定列车A的运行速度、位置等信息。当列车B进入当前区间时，同样加入无线网络，并由无线网络确定列车B的运行信息，确定B车和A车间的移动闭塞间隔，然后将移动闭塞间隔和列车A的运行信息等控制信息传递给列车B，列车B根据接收到的信息控制本车运行。移动闭塞系统采用目标距离模式曲线(也称一次制动模式曲线)如图1所示。
图1 移动闭塞目标距离模式曲线示意图
2 物联网技术
物联网的核心技术为基于ZigBee模块的无线网络，给铁路各区间站点安装一个唯一的代码的物联网设备，构造一个覆盖整个铁路沿线的实物互联网，在运行铁路沿线的动车也安装该设备。
2．1 ZigBee技术特点
ZigBee数传技术是一种具有高可靠性、低复杂度、能够自组网且抗干扰性强的无线网络技术。它以IEEE 802．15．4作为技术标准，实现无线组网通信。ZigBee数传模块网络以接力的方式高效地传递数据。
ZigBee现有的可工作频段为2．4 GHz(全球)、868 MHz(欧洲)和915 MHz(美国)。在3个频段上的传输速率分别为250Kbps、20Kbps、40Kbps。网络节点间的距离可以从标准的75米，扩展到5千米。ZigBee数传模块技术的优点主要有以下几点：
(1)可靠性高。采用了CSMA/CA(载波监听多路访问／碰撞避免)机制，同时预留专用的时隙用于需要固定带宽的通信业务，避免了发送时数据的竞争和冲突；各节点模块之间具有自组网功能，信息在整个ZigBee数传模块网络中通过自动路由的方式传输，从而保证了信息传输的可靠性。
(2)时延短。ZigBee无线模块节点的休眠激活时延为15ms，移动节点接人信道时延为15ms。
(3)安全，保密性高。ZigBee无线模块提供了数据完整性检查和鉴权功能，支持AES-128加密算法。
(4)网络容量大。可支持多达65000个ZigBee模块节点。
(5)网络的自组织、自愈能力强。无需人工干预，网络节点能感知其他节点的存在，并确定连接关系，组成结构化的网络。
2．2 ZigBee协议栈及网络拓扑结构
ZigBee协议栈从下至上由物理层、数据链路层、网络层、应用汇聚层和高层应用规范层组成。其中，网络层以上的协议由ZigBee联盟负责制定，IEEE则制定物理层和链路层标准。
ZigBee以一个个独立的工作节点为依托，通过无线连接的方式组成星状、树状或网状网络。系统的大部分节点为子节点，在组网通信上，它只是其功能的一个子集，称之为半功能设备(RFD)；而另外还有一些节点，负责与所控制的子节点通信、汇集数据和发布控制，或起到通信路由的作用，称之为全功能设备(FFD)。ZigBee模块网状网络拓扑结构图如图2所示。
图2 ZigBee网状网络拓扑结构图
每个独立的网络都有唯一的标识符和网络号(PAN标识符)。利用PAN标识符，采用16位的短地址码进行网络设备间的通信，并且可激活网络设备之间的通信。每个网络中都有一个唯一的协调器，具有对本网络的管理能力。网络中的全功能节点可作为路由器、协调器以及终端节点来使用，而半功能节点只能由终端节点使用。在网状网络中，全功能节点都具有路由功能，半功能节点只与就近的全功能节点进行通信。
3 移动闭塞网络的整体构架
3．1 系统的基本组成及工作原理
基于ZigBee的移动闭塞系统主要是指由ZigBee无线模块构成的无线网络，其中包括车载ZigBee数据采集节点和地面节点两部分。系统基本结构如图3所示。
图3基于ZigBee的移动闭塞分区系统示意图
地面ZigBee数传模块铺设在轨旁并且各节点问组成无线网络。整个网络与轨道电路、道岔、应答器等构成地面列控系统。列控系统、列车自动监控系统和联锁设备等通过以太网连接到调度集中系统。
车载ZigBee无线模块节点作为ZigBee网络中的一个子节点加人地面ZigBee无线网络并保持连续的双向通信。
列车不问断对其标识、方向和速度信息进行ZigBee数据采集并向地面网络传输，地面网络根据接收到的列车发送的信息和信号强度计算、确定列车的移动闭塞分区，并将相关信息传递给该列车和其后面的列车，确保列车安全运行。
3．2列车定位原理及算法
本系统采用接收信号强度指示技术(Received Signal Strength Indication，RSSI)。RSSI是在接收端测量接收到的信号的强度，根据自由空间的电磁波传播模型，计算出发射端到接收端的距离，实现列车定位。
自由空间的电磁波传播模型：L=32．44+20lgf+20lgd (1)
式中：L为传播损耗，单位为dB；d为接收端与发送端的距离，单位为km；f为工作频率，单位为MHz。
L=PI／P， (2)
式中：Pt为发射功率，单位为mw；P，为接收功率，单位为mW。
当电磁波的工作频率f和发射功率Pl固定不变时，根据接收端接收到信号的功率P，计算出列车的距离d。当列车节点加人地面无线网络后，网络自动选取接收信号最强的地面节点，来定位列车，根据公式(1)计算列车距离信号最强的地面无线网络节点，从而实现列车定位。
3．3移动闭塞系统的规划及仿真
本系统采用，TI公司的ZigBee大功率、远距离传输模块CC2430。该模块主要技术参数如下：
●输出功率：50mw(17dBm)
●室外传输距离：1．6km
●数据传输速率：250 Kbps
●工作频率：2．4 GHz
●接收灵敏度：一102 dBm
●扩展频谱类型：DSSS(直接序列扩频)
●网络拓扑结构：Mesh网
●加密：128位AES
参照应用于哈大高铁上的CTCS-3级列控系统的技术指标，为满足运营速度在300kn以及以上、3分钟列车追踪运行的要求，本移动闭塞系统分区一般按不大于2000m进行设计。为此应保证在一个闭塞分区内有2—3个无线节点。
列车的设计最高时速为350km，最大多普勒频移△f由公式(4)求出，△f=0．778KHz。
（4）
式中：v为列车运行速度 350km／h；c为光速；f为无线节点工作频率 2．4GHz。
列车的最大多普勒频移△f=0．778KHz，它比无线节点的工作频率(2．4GHz)小7个数量级；列车的高速运行要求系统要有很高的数据传输速率，ZigBee的最高传输速率为250Kbps。，综上两点可以得出如下结论：采用2．4GHz的工作频率可以有效地减小因列车高速运行而产生的多普勒效应的影响，同时也为系统提供了高速数据传输通道。
地面与车载无线节点均采用120度定向天线，实现信号对轨道的全覆盖。
为保证在一个闭塞分区内有2-3个无线节点，地面无线模块节点间距离应在500-1500m之间。小于500m设备铺设成本过高，且设备利用率低；距离过大，模块无法工作。模块最大传输距离可以达到1600m，在实际铺设时还应留有一定的富余量。地面无线节点间距Matlab仿真图如图4所示。
图4 地面模块节点间距MatIab仿真图
从仿真图可以看出，曲线的切线在点C(1，-83．0542)处。CC2430的接收灵敏度为-102dBm，-83．0542dBm完全满足要求。所以可得出如下结论：地面模块间的合理距离为1km。
4 结束语
随着高铁时代的到来，基于ZigBee数传模块技术的移动闭塞技术将成为主流。采用移动闭塞后集中调度系统可以根据ZigBee数据采集列车的实时速度和位置计算列车的最大制动距离，动态地分配安全区间。由于保证了列车前后的安全距离，两个相邻的移动闭塞分区就能以很小的间隔同时前进，这使列车能以较高的速度和较小的间隔运行，从而提高运营效率。同时ZigBee模块技术以其独有的特性，在众多无线网络技术中脱颖而出。基于ZigBee的无线网络移动闭塞技术将有着非常广阔的前景。