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摘要：随着社会的发展，我国的铁路交通事业發展迅速，促使车辆轮对检修的容量越来越大。为解决当前车辆厂、车辆段在车辆轮对检修过程中信息采集程度不高的问题，提出了一种基于无线传感网络实时信息采集系统，详细论述了系统组成、原理、信息处理流程，设计了一种集成RFID、图像处理、ZigBee技术采集、传输信息工具，实现了无纸化信息采集，避免了二次数据录入错误，具有扩展性好、智能化程度高等特点。
关键词：轮对；实时信息；无线传感网络；嵌入式系统；射频识别
引言
铁路在发展我国国民经济中起到了重要作用。当前铁路货运正朝着高速度，重载量的方向发展，这就对车辆的轮对提出了更高的要求。近年来铁路货车车辆轮对的制造技术和工艺都得到了提高，轮对故障的发生率也得到了大大的改善，但是对于擦伤、磨耗与剥离等故障仍时有发生，影响着货运车辆的正常运行。轮对故障不仅会造成了车辆安全事故，更是会给后期的车辆检修造成重要负担。提高轮对检修实时信息采集效率，对保障机车车辆轮对检修高效运行至关重要。
1车辆轮对检测方式
车辆轮对的检修方式主要包括静态检测与动态检测。静态检测是指在列车停止运行时进行的检测。静态检测经历了机械量具测量、电子量具测量和CCD非接触式量具测量等阶段。随着电子技术、传感器技术和光学技术的发展，机械量具有被电子量具和CCD非接触式量具所取代的趋势。动态检测技术实现了轮对的在线检测，具有检测速度快、效率高、检测自动化程度高和不占用车辆周转时间等优点。本文旨在研究车辆厂、车辆段环境下车辆轮对静态检测时，应用嵌入式技术、无线传感网络技术等，对车辆轮对检测各工艺阶段实时采集，为车辆轮对检修智能化管理提供信息化技术支持。
2车辆轮对检修工艺
首先经过清洗除污，再经过超声波、磁粉探伤等检测，检查车轴是否完好、车轴轴身有无击伤和擦伤、车轮各项尺寸是否符合标准、车轮是否涂打轮辋轮辐探伤合格标记、车轮踏面是否正常等，当车轮或车轴之一有损坏时，需要退卸车轮，对车轴或车轮进行加工，加工完成之后进行车轴与车轮配对、压装，再经反压试验、检查、标记、油漆等，最后入库。铁道交通部门对机车车辆轮对检修信息有严格的规范程序，要求检修信息存档保存6年以上，且任一道工序检测都要有负责人。当前，铁道车辆厂、车辆段的车辆轮对每道工序维修检测主要采用人工手动和机器自动检测相结合的方式，工序的测量结果由岗位工人填入纸质记录单中，存档备案，再由信息员根据纸质记录单信息输入电脑数据库，已不能适应轨道交通产业发展网络化、智能化、信息化需求。
3采集系统体系结构
3.1便携式车辆轮对信息采集工具
便携式车辆轮对信息采集工具主要是由ZigBee无线传感节点（CC2340）、TIAM335最小系统、RFID读写器、按键、LCD、CCD图像传感器等组成。其中TIAM335是美国德州仪器公司基于ARMCortex-A8内核高性能、低功耗的工业控制微处理器，具有较强的抗干扰、图形处理、通信计算等能力，主频高达720MHz，使用1个8位MCU（8051），具有128kB可编程闪存和8kB的RAM，主要用于标签读写的物理层数据处理，包括频率合成PLL、调制解调器、低噪声放大器、A/D模块、D/A模块等，支持无线接口协议Is018000-6C/6B两种标准，具备DSB、SSB、PRASK等3种调制解调模式，可通过MCU控制内置的PLL频率合成器，工作频率在840-960MHz之间，标签识别率大于250tag/s。便携式车辆轮对信息采集工具的采集原理是：将被检修车辆轮对贴上无源标签，利用便携式车辆轮对信息采集工具中RFID读写器实现对无源标签信息的读写，每道工序，轮对检修人员实时将检修信息写入到无源标签，完成所有工序检测后，将无源标签的信息，通过无线传感网络ZigBee传送到信息管理系统。其次，利用CCD图像传感器进行图像处理。如车轮轮缘基于图像处理轮廓跟踪，包括边缘检测、图像二值化、数学形态学处理等，然后对处理好的图像进行轮廓计算，计算车轮轮缘厚度。同理，可计算出轮座直径、车轴直径、车轮直径、轮辋内侧内径等信息。
3.2无线传感网络ZigBee
无线传感网络ZigBee采用成都无线龙C51RF-2430组件，硬件芯片使用CC2430，具有高性能，并满足以ZigBee为基础的2.4GHzISM波段应用对低成本、低功耗的要求，在单个芯片上整合了ZigBee射频（RF）前端、内存和微控制器，提供了ZigBee2006协议栈及嵌入式操作系统API接口。通过修改协调器的应用程序层代码，可将其终端节点所发信息传送给信息管理系统，使信息管理系统与便携式车辆轮对信息采集工具进行数据通讯，路由器在此做中继作用。
3.3轮对检修记录电子标签
RFID技术是一种无线通信技术，可通过无线电讯号识别特定目标并读写相关数据，识别系统与特定目标之间无需机械或者光学接触。RFID技术的基本工作原理是：标签进入磁场后，接收解读器发出的射频信号，凭借感应电流所获得的能量发送存储在芯片中的产品信息（无源标签或被动标签），或者由标签主动发送某一频率的信号，解读器读取信息并解码后，送至中央信息系统进行有关数据处理。系统中使用无源标签完成车辆轮对检测信息存储与识别。在车辆轮对检修环境中采集的信息，通过ZigBee无线传感网络中无线接口OTA实现信息传递，受ZigBee协议PDU字节数限制，信息管理系统与便携式车辆轮对信息采集工具在应用层的私有通信协议的定义。包头与包尾标志采用特殊符号如“书”、“#”表示，可区分256种信息类型，每个信息内容有224种状态信息，可根据实际需求对信息内容进行再编码，信息管理系统根据这些信息状态，定义对应的管理信息内容，车辆轮对检测信息由车辆轮对每道检修工序人员用便携式车辆轮对信息采集工具生成或用其它专用检测工具完成，然后通过便携式车辆轮对信息采集工具输入系统。
4轮对动态测量系统
众所周知，轮对是车辆行进过程中最重要的一个组成部分，在使用的过程中不可避免的会受到磨损、擦伤的影响，传统的方法就是使车辆停止运行对其损伤进行测量，这种方式不但影响了车辆的工作效率，而且测量时间的间断性也可能会导致安全隐患的存在。而轮对动态检测系统就能很好的解决这些问题。轮对动态及检测系统主要是由轮对尺寸测量系统以及轮对踏面探伤检测系统所组成的。尺寸测量系统中的CCD图像传统器模块可以对轮对的外形尺寸进行测量，而激光位移传统器能对轮对偏离正常位置的位移进行测量。同时踏面探伤检测系统通过先进的技术能够对轮对的损伤实行动态检测，一旦发现损伤可能会影响轮对正常使用的时候，就会立刻发出警报，避免危险事件的发生。
结语
鉴于当前我国车辆厂、车辆段轮对检修过程存在信息化处理不实时的问题，提出了基于ZigBee无线传感网络的车辆轮对检修实时采集处理系统设计方案，提高了信息采集的安全性、实时性，突破了信息传输的地域限制，信息传输量大，智能化及网络化程度高，使车辆厂、车辆段管理者及时了解当天车辆轮对检修进度，为实现车辆厂、车辆段智能化管理提供信息技术支持。
（作者单位：青藏铁路公司西宁东车辆段）
关键词：轮对；实时信息；无线传感网络；嵌入式系统；射频识别
引言
铁路在发展我国国民经济中起到了重要作用。当前铁路货运正朝着高速度，重载量的方向发展，这就对车辆的轮对提出了更高的要求。近年来铁路货车车辆轮对的制造技术和工艺都得到了提高，轮对故障的发生率也得到了大大的改善，但是对于擦伤、磨耗与剥离等故障仍时有发生，影响着货运车辆的正常运行。轮对故障不仅会造成了车辆安全事故，更是会给后期的车辆检修造成重要负担。提高轮对检修实时信息采集效率，对保障机车车辆轮对检修高效运行至关重要。
1车辆轮对检测方式
车辆轮对的检修方式主要包括静态检测与动态检测。静态检测是指在列车停止运行时进行的检测。静态检测经历了机械量具测量、电子量具测量和CCD非接触式量具测量等阶段。随着电子技术、传感器技术和光学技术的发展，机械量具有被电子量具和CCD非接触式量具所取代的趋势。动态检测技术实现了轮对的在线检测，具有检测速度快、效率高、检测自动化程度高和不占用车辆周转时间等优点。本文旨在研究车辆厂、车辆段环境下车辆轮对静态检测时，应用嵌入式技术、无线传感网络技术等，对车辆轮对检测各工艺阶段实时采集，为车辆轮对检修智能化管理提供信息化技术支持。
2车辆轮对检修工艺
首先经过清洗除污，再经过超声波、磁粉探伤等检测，检查车轴是否完好、车轴轴身有无击伤和擦伤、车轮各项尺寸是否符合标准、车轮是否涂打轮辋轮辐探伤合格标记、车轮踏面是否正常等，当车轮或车轴之一有损坏时，需要退卸车轮，对车轴或车轮进行加工，加工完成之后进行车轴与车轮配对、压装，再经反压试验、检查、标记、油漆等，最后入库。铁道交通部门对机车车辆轮对检修信息有严格的规范程序，要求检修信息存档保存6年以上，且任一道工序检测都要有负责人。当前，铁道车辆厂、车辆段的车辆轮对每道工序维修检测主要采用人工手动和机器自动检测相结合的方式，工序的测量结果由岗位工人填入纸质记录单中，存档备案，再由信息员根据纸质记录单信息输入电脑数据库，已不能适应轨道交通产业发展网络化、智能化、信息化需求。
3采集系统体系结构
3.1便携式车辆轮对信息采集工具
便携式车辆轮对信息采集工具主要是由ZigBee无线传感节点（CC2340）、TIAM335最小系统、RFID读写器、按键、LCD、CCD图像传感器等组成。其中TIAM335是美国德州仪器公司基于ARMCortex-A8内核高性能、低功耗的工业控制微处理器，具有较强的抗干扰、图形处理、通信计算等能力，主频高达720MHz，使用1个8位MCU（8051），具有128kB可编程闪存和8kB的RAM，主要用于标签读写的物理层数据处理，包括频率合成PLL、调制解调器、低噪声放大器、A/D模块、D/A模块等，支持无线接口协议Is018000-6C/6B两种标准，具备DSB、SSB、PRASK等3种调制解调模式，可通过MCU控制内置的PLL频率合成器，工作频率在840-960MHz之间，标签识别率大于250tag/s。便携式车辆轮对信息采集工具的采集原理是：将被检修车辆轮对贴上无源标签，利用便携式车辆轮对信息采集工具中RFID读写器实现对无源标签信息的读写，每道工序，轮对检修人员实时将检修信息写入到无源标签，完成所有工序检测后，将无源标签的信息，通过无线传感网络ZigBee传送到信息管理系统。其次，利用CCD图像传感器进行图像处理。如车轮轮缘基于图像处理轮廓跟踪，包括边缘检测、图像二值化、数学形态学处理等，然后对处理好的图像进行轮廓计算，计算车轮轮缘厚度。同理，可计算出轮座直径、车轴直径、车轮直径、轮辋内侧内径等信息。
3.2无线传感网络ZigBee
无线传感网络ZigBee采用成都无线龙C51RF-2430组件，硬件芯片使用CC2430，具有高性能，并满足以ZigBee为基础的2.4GHzISM波段应用对低成本、低功耗的要求，在单个芯片上整合了ZigBee射频（RF）前端、内存和微控制器，提供了ZigBee2006协议栈及嵌入式操作系统API接口。通过修改协调器的应用程序层代码，可将其终端节点所发信息传送给信息管理系统，使信息管理系统与便携式车辆轮对信息采集工具进行数据通讯，路由器在此做中继作用。
3.3轮对检修记录电子标签
RFID技术是一种无线通信技术，可通过无线电讯号识别特定目标并读写相关数据，识别系统与特定目标之间无需机械或者光学接触。RFID技术的基本工作原理是：标签进入磁场后，接收解读器发出的射频信号，凭借感应电流所获得的能量发送存储在芯片中的产品信息（无源标签或被动标签），或者由标签主动发送某一频率的信号，解读器读取信息并解码后，送至中央信息系统进行有关数据处理。系统中使用无源标签完成车辆轮对检测信息存储与识别。在车辆轮对检修环境中采集的信息，通过ZigBee无线传感网络中无线接口OTA实现信息传递，受ZigBee协议PDU字节数限制，信息管理系统与便携式车辆轮对信息采集工具在应用层的私有通信协议的定义。包头与包尾标志采用特殊符号如“书”、“#”表示，可区分256种信息类型，每个信息内容有224种状态信息，可根据实际需求对信息内容进行再编码，信息管理系统根据这些信息状态，定义对应的管理信息内容，车辆轮对检测信息由车辆轮对每道检修工序人员用便携式车辆轮对信息采集工具生成或用其它专用检测工具完成，然后通过便携式车辆轮对信息采集工具输入系统。
4轮对动态测量系统
众所周知，轮对是车辆行进过程中最重要的一个组成部分，在使用的过程中不可避免的会受到磨损、擦伤的影响，传统的方法就是使车辆停止运行对其损伤进行测量，这种方式不但影响了车辆的工作效率，而且测量时间的间断性也可能会导致安全隐患的存在。而轮对动态检测系统就能很好的解决这些问题。轮对动态及检测系统主要是由轮对尺寸测量系统以及轮对踏面探伤检测系统所组成的。尺寸测量系统中的CCD图像传统器模块可以对轮对的外形尺寸进行测量，而激光位移传统器能对轮对偏离正常位置的位移进行测量。同时踏面探伤检测系统通过先进的技术能够对轮对的损伤实行动态检测，一旦发现损伤可能会影响轮对正常使用的时候，就会立刻发出警报，避免危险事件的发生。
结语
鉴于当前我国车辆厂、车辆段轮对检修过程存在信息化处理不实时的问题，提出了基于ZigBee无线传感网络的车辆轮对检修实时采集处理系统设计方案，提高了信息采集的安全性、实时性，突破了信息传输的地域限制，信息传输量大，智能化及网络化程度高，使车辆厂、车辆段管理者及时了解当天车辆轮对检修进度，为实现车辆厂、车辆段智能化管理提供信息技术支持。
（作者单位：青藏铁路公司西宁东车辆段）