谭刚林，肖辽亮

摘要：在现代物流中，经常需要运送异形超常规的“超限超重货物”，无法采用标准的集装箱进行运输。这类异形大货物对货物的安装及车辆有特殊要求，尤其对安全性要求性极高，需要对载重长大货车运输过程中进行均载检测及全程技术监测，现有技术基本上需要每趟运输要一次性安装、使用、拆卸。本文是基于一种低成本、低功耗的长大物流车无线安全监测系统，采用Zigbee组网采集单点数据信息，stm32f407单片机来进行数据处理，后台可以实时查看车辆状态。

关键词：物流车;低功耗;Zigbee;监测系统;STM32

中图分类号：TP391       文献标识码：A

文章编号：1009-3044（2021）19-0020-03

随着国际分工与协同合作发展越来越紧密，物流运输成为促进经济发展的重要环节，重载长大货物运输已被国际公认为铁路机车物流货运发展的方向，成为世界铁路物流发展的重要方向之一。我国众多重点工程项目实施过程中，越来越多的特别笨重庞大的关键设备货物需要通过使用专门的长大物流机车来运输，例如变压器、发电机等。铁路长大物流机车作为物流大型设备运输的主要载体，承担着繁重的国家重点建设运输任务，已在国民经济建设中有着十分重要的地位和作用。

目前国际上，对长大物流机车运输过程中的检测，主要有货车故障轨边图像检测系统（简称TFDS）、IMC数据采集系统。TFDS运用停留在人工看图检车识别故障方式，动态检车人员工作量大，作业质量难以保障，制约了TFDS作用的发挥;IMC数据采集系统是德国IMC集成测控公司德国集成测控有限公司（Integrated Measurement & Contr01）生产制造的智能数据采集系统IMC数据采集系统的特点是多方式、高速度的数据采集及传输;多台仪器可同时在一个任务中使用，测试通道可不受限制;通过局域网络进行数据传输，每台仪器的位置可不受限制;多台仪器可进行时钟同步，保证数据采集同步。该方案对大长物流机车安全监测需要一次性安装、使用、拆卸等特殊要求的适应不强。

本文提出一种基于Zigbee技术的低成本、低功耗的长大物流车无线安全监测系统。

1 系统设计

当前常用的无线传输技术主要有Wi-Fi、Zigbee和蓝牙，从传输距离上来看，Wi-Fi>Zigbee>蓝牙;从传输速度上来看，Wi-Fi>蓝牙>Zigbee;从功耗上来看，Wi-Fi>蓝牙>Zigbee。综合考虑安全监测信息采集Zigbee无线网络进行数据传输，每个车厢布置10个信息采集节点，其中图像信息采集节点2个，压力信息采集节点4个，倾角信息采集4个。再布置一个路由器节点收集整个车厢的数据。每个车厢的路由器将数据上传至Zigbee协调器，协调器统一将每个节点的信息送到主控器进行处理，主控器将处理结果信息通过移动通信网络上传至主监控器，也可以通过移动通信设备实时进行监控。系统结构如图1所示。

2 节点电路设计

2.1 图像采集节点

在每个车厢的左前方和右后方分别安装一个图像采集节点。图像采集节点采用TI公司的CC2530驱动OV7670图像传感器来采集图像，由于CC2530的内存较小，速度较慢，为了提高效率，将OV7670的图像数据先存储在帧缓存芯片AL422B中，然后CC2530通过SCCB总线再来读取AL422B中的缓存数据，总体的设计原理图如图2所求。

CC2530芯片是德州仪器公司（Texas Instruments）研发生产的内带8051CPU和ZigBee通信模块的芯片。基于2.4GHz频段，符合IEEE 802.15.4 标准和 RF4CE协议。该芯片最大的特点是用很少的硬件构建出高可靠的Zigbee网络节点，简单方便地构建出Zigbee网络。CC2530 芯片内部集成射频收发器、增强型8051CPU 、可编程闪存、8KB 随机存取存储器和其他功能强大的模块。CC2530芯片主要有 4 个闪存版本：CC2530F32/ CC2530F64/ CC2530F128/CC2530F256，内部闪存分别为32/64/128/256KB。CC2530 有多種工作模式，可以在很短的时间内进行模式切换，可以做到超低功耗。

OV7670是美国OmniVision公司研发生产的一款1/6英寸CMOS VGA图像传感器，体积小，携带方便，市场上得到广泛应用。支持串行摄像机控制总线，可以自主进行图像处理，内置 FIFO 和视频图形列阵可以由单片机（MCU）直接操作控制，输出多种分辨率的8位图像数据，形式有全帧、子采样和窗口采样[4]。OV7670模块提供有控制引脚和数据引脚，方便操作和使用。

AL422B是AverLogic公司研发生产的一种8位的FIFO存储芯片（存储容量为393216字节），芯片所有控制操作（寻址、刷新等）由芯片内部集成控制系统完成，操作简单方便。

2.2 压力采集节点

在每个车厢的四个角上分别安装一个压力采集节点，通过PSD-X5采集压力信息，经HX711进行AD转换，CC2530读取AD值后传入Zigbee网络，如图4所求。

PSD-X5是郑州普司顿电子设备有限公司生产的悬臂梁式稳重传感器，采用铝合金材质，具有IP65级别防水防尘能力，最大量程可达750KG。

HX711是一款海芯科技专为高精度电子秤而设计的24位A/D转换芯片，芯片内部集成有稳压电源、片内时钟振荡器等，具有响应速度快、抗干扰能力强、集成度高等特点。具有两路可选择差分输入，片内低噪声可编程放大器的增益为64或128可选。

2.3 角度采集节点

在每个车厢的前、后、左、右分别安装一个角度采集节点，通过ACT926T采集倾角信息，经RS232串口送到CC2530单片机处理后传入Zigbee网络，如图5所求。