基于ZigBee的列車運行能耗計量系統的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及列車能耗技術領域，尤其涉及一種基于ZigBee的列車運行能耗計量系統。
【背景技術】
[0002]隨著城市軌道交通的快速發展，能源消耗總量也隨之增長。城軌列車運行能耗占系統總能耗的50%左右，降低列車運行能耗成為降低運營成本的一個有效手段。降低城軌列車運行能耗的方法很多，但是每種節能方法的節能效果缺乏一個有效的測量手段。目前，我國城市軌道交通列車一般不安裝專門的運行能耗數據采集工具，而是通過已有的故障檢測裝置進行電量的粗放式統計。
[0003]上述粗放式統計方式的數據不便用于節能效果的評估，而且通常統計的結果不能滿足列車運行能耗計量的標準，因此，開發一種專門的高效率的列車運行能耗計量系統是十分必要的。

【發明內容】

[0004]本發明的實施例提供了一種基于ZigBee的列車運行能耗計量系統，以實現有效地采集城軌列車運行能耗數據。
[0005]為了實現上述目的，本發明采取了如下技術方案。
[0006]—種基于ZigBee的列車運行能耗計量系統，包括:主控制單元、電信號測量模塊、ZigBee網絡模塊和無線數據傳輸模塊；
[0007]所述的主控制單元，用于分別與所述電信號測量模塊、ZigBee網絡模塊和無線數據傳輸模塊電連接，控制所述電信號測量模塊、ZigBee網絡模塊和無線數據傳輸模塊的運行和停止；
[0008]所述的電信號測量模塊，用于包括電能計量芯片，所述電能計量芯片與城軌列車的互感器的數據輸出端連接，采集所述互感器的數據輸出端輸出的能耗數據，對所述能耗數據進行模數轉換處理，將模數轉換處理后的能耗數據傳輸給所述ZigBee網絡模塊；
[0009]所述的ZigBee網絡模塊，用于建立和維護ZigBee網絡，包括ZigBee終端設備、ZigBee路由設備和ZigBee協調器設備，所述ZigBee終端設備與所述的電信號測量模塊電連接，接收所述電信號測量模塊發送的能耗數據，將所述能耗數據通過ZigBee網絡發送給所述ZigBee協調器設備，所述ZigBee協調器設備與所述的主控單元串口連接，將所述能耗數據串口傳輸到所述主控制單元；
[0010]所述的無線數據傳輸模塊，用于和所述主控單元電連接，通過GPRS通信網絡將所述主控制單元傳輸過來的能耗數據傳輸給遠程主機。
[0011]進一步地，所述的ZigBee協調器設備，用于對所有信道進行能量掃描，將能量損耗低于設定閾值的信道報告給網絡層，所述網絡層選定新建的ZigBee網絡的使用信道，隨機選擇一個PAN ID分配給新建的ZigBee網絡，所述網絡層向所述ZigBee協調器設備發給攜帶所述使用信道信息的MAC層的PAN ID請求，收到所述ZigBee協調器設備返回的MAC層確認后，所述網絡層向應用層報告，所述新建的ZigBee網絡創建成功，所述ZigBee終端設備和所述ZigBee路由設備將自己的信道設置成所述使用信道，加入所述新建的ZigBee網絡。
[0012]進一步地，所述的ZigBee終端設備，用于在加入所述新建的ZigBee網絡后，按照設定的時間間隔讀取所述電信號測量模塊發送的能耗數據，將讀取的能耗數據進行匯總后，通過所述新建的ZigBee網絡發送給所述ZigBee協調器設備。
[0013]進一步地，所述的ZigBee路由設備，用于在加入所述新建的ZigBee網絡后，通過所述新建的ZigBee網絡和所述ZigBee協調器設備、所述ZigBee終端設備進行數據交互，設置擴展的路由接口，將需要使用的傳感器連接到擴展的路由接口上，將不需要使用的傳感器從擴展的路由接口上去除。
[0014]進一步地，所述ZigBee終端和所述ZigBee路由器采用電池供電，所述ZigBee協調器設備采用電源供電。
[0015]進一步地，所述的系統還包括:
[0016]時鐘模塊，用于完成裝置與標準時間源之間的時間同步；
[0017]串口調試模塊，用于提供測試和數據傳輸的備用接口 ；
[0018]所述電源模塊，用于為裝置提供所需的電能。
[0019]進一步地，所述的系統還包括:
[0020]所述輔助功能模塊，用于提供電池低電量指示和無線數據傳輸的開關按鈕操作。
[0021]進一步地，所述的電信號測量模塊包括:
[0022]電流輸入通道:用于接收電流互感器輸出的電流信號，將所述電流信號傳輸給電流 ADC ；
[0023]電壓輸入通道:用于接收電阻分壓后輸出的電壓信號，將所述電壓信號傳輸給電壓 ADC ；
[0024]電流ADC:用于對所述電流輸入通道傳輸過來的電流信號進行A/D轉換，得到瞬態電流采樣值，將所述瞬態電流采樣值傳輸給功率計算模塊；
[0025]電壓ADC:用于對所述電壓輸入通道傳輸過來的電壓信號進行A/D轉換，得到瞬態電壓采樣值，將所述瞬態電壓采樣值傳輸給功率計算模塊；
[0026]功率計算模塊，用于利用多個瞬態電壓采樣值、電流采樣值分別計算出電壓信號的有效值和電流信號的有效值，將所述電壓信號的有效值與電流信號的有效值相乘得到瞬時功率，將多個瞬時功率進行平均得到功率有效值，將多個瞬時功率進行累加得到累計能耗值，將所述電壓/電流信號的采樣值、電壓/電流信號的有效值、功率的有效值、累計能耗值作為能耗數據傳輸給寄存器；
[0027]寄存器，用于存儲所述功率計算模塊傳輸過來的能耗數據；
[0028]串行接口，用于使得MCU通過串行接口讀取所述寄存器的數據并寫入到所述存儲器中。
[0029]進一步地，所述的電信號測量模塊還包括:
[0030]電能到頻率轉換器，用于輸出電信號測量模塊的采樣頻率。
[0031]由上述本發明的實施例提供的技術方案可以看出，應用本發明可以離線采集城軌列車運行過程中的電能能耗數據信息，并通過ZigBee網絡匯總和傳輸能耗數據，改善了現有技術電量粗放式統計的弊端，提高了數據的精度，為城軌列車運行能耗評估提供一種數據采集工具，為城市軌道交通節能優化研究創造了便利條件。
[0032]本發明附加的方面和優點將在下面的描述中部分給出，這些將從下面的描述中變得明顯，或通過本發明的實踐了解到。
【附圖說明】
[0033]為了更清楚地說明本發明實施例的技術方案，下面將對實施例描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動性的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。
[0034]圖1為本發明實施例提供的一種基于ZigBee的列車運行能耗計量系統的結構示意圖，圖中，MCU(Microcontroller Unit，主控制單元)(10)、電信號測量模塊(20)、ZigBee網絡模塊30、無線數據傳輸模塊40、時鐘模塊50、串口調試模塊60、電源模塊70和輔助功能豐旲塊80 ；
[0035]圖2為本發明實施例提供的一種電信號測量模塊的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0036]下面詳細描述本發明的實施方式，所述實施方式的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附圖描述的實施方式是示例性的，僅用于解釋本發明，而不能解釋為對本發明的限制。
[0037]本技術領域技術