基于Lora和zigbee的电空制动控制架构及方法与流程

基于lora和zigbee的电空制动控制架构及方法
技术领域
1.本发明涉及轨道列车制动技术领域，具体涉及基于lora和zigbee的电空制动控制架构及方法。


背景技术：

2.制动方式是影响货运重载列车载重吨数的主要因素。列车载重吨数提高会导致制动距离变长以及制动过程不平稳，由此对货运列车的行车安全产生威胁。
3.目前，国内外货运列车制动方式主要为空气制动以及有线电控空气制动。空气制动通过空气波传递制动信号，其速度约为声速的2/3，制动时间随列车长度的增加而显著上升，在制动的过程中，由于空气波传递导致各列车编组制动时间的不一致，造成列车纵向冲动严重，制约着货运列车的行车速度以及载运量，该方式更适用于低速轻载的货运列车。有线电空制动在整列车上安装一根电缆，通过该电缆将电源传递到各车辆上，并通过挂载在总线电缆上的网络收发器进行制动信号的传递。该方式相对空气制动能显著减少制动时间，提高制动平稳性。但采用有线方式，依然会产生列车维护难度高以及运行过程中电缆安全性的问题。
4.可见现有的列车制动方法还存在亟待改进的空间，需要通过将各车辆的制动同步性加以提高以保障列车的制动的精确性，进而可提高列车的行车速度、载重量和制动安全。故需要提出更为合理的技术方案，解决现有技术中存在的技术问题。


技术实现要素：

5.至少为克服其中一种上述内容提到的缺陷，本发明提供基于lora和zigbee的电空制动控制架构及方法，以无线网络的方式进行控制信号的传递，并通过两路不同频率的无线网络同步输送控制信号，进行比对确认后再执行，确保了信号传递的正确性，从而提高制动的安全程度。
6.为了实现上述目的，本发明公开的控制架构可采用如下技术方案：
7.基于lora和zigbee的电空制动控制架构，包括总控模块以及若干分控模块，总控模块与分控模块之间通过lora通信组网和zigbee通信组网进行通信；所述的分控模块包括用于区分主设备和从设备的主从确认模块，用于校验主设备与从设备数据包一致性的校验模块，和用于将经检验的数据包携带的制动指令向外传输并的传输模块。
8.上述公开的控制架构，通过lora同行组网和zigbee通信组网同时进行控制指令的传输，采用无线网络传输的形式将信号传递至分控制模块处，对两组网传递的控制指令进行校验比对后得到确定的控制指令，并进行制动操作。如此降低了单网络传递控制指令容易受到外阶干扰从而影响执行的情况，也避免了有线网络通信存在的线缆安全隐患，不仅提高了指令传输的有效性，也提高了制动控制的同步性，提高了制动的效果。
9.在本发明中，为了节省架构的功耗，避免不必要的能源消耗，进行优化并举出其中一种可行的选择：还包括休眠模块，休眠模块用于生成休眠指令并使lora通信组网与
zigbee通信组网休眠以降低能耗。采用如此方案时，休眠模块可采用定时休眠模式，或采用即使休眠即使唤醒模式，便于减少lora通信组网与zigbee通信组网的功耗。
10.上述内容公开了控制结构的技术方案，本发明还公开了控制方法，现进行具体说明：
11.基于lora和zigbee的电空制动控制方法，采用上述公开的控制架构，包括：
12.通过双网络分别向分控模块传递控制指令；
13.主从确认模块对双网络通信组网的主设备和从设备进行确认，并将确认为从设备的通信组网发送的控制指令以数据包形式传输至主设备进行校验；
14.保留主设备和从设备经校验一致的数据信息，摒弃主设备和从设备经校验不一致的数据信息；
15.将保留的数据信息下传至制动执行设备以启动制动操作。
16.上述公开的控制方法，在双网络中进行数据同步传输，并经过校验后获得唯一确定的控制指令，作为下传执行的命令，不仅提高了控制指令传递的同步性，提高了制动的一致性和精确度，避免了制动的延后和安全隐患，也提高了控制指令传输的安全稳定性，避免了误操作或操控失灵。
17.进一步的，在本控制方法中，对检验的方式进行优化以举出其中一种可形的选择：所述的控制指令包含帧头识别码和尾部校验码，在进行控制指令校验时，通过枕头识别码和尾部校验码比对进行一次判定，通过对控制指令的数据信息一致性比对进行二次判定，经一次判定和二次判定均判定为一致的控制指令为相同指令。
18.进一步的，为了减少外界信号的干扰，将双网络至于不同的频段工作，此处进行优化并举出其中一种可行的选择：所述的lora通信组网在433mhz的频段中进行数据传播与通信，所述的zigbee通信组网在2.4ghz的频段中进行数据传播与通信。
19.再进一步，在本发明中，数据信息可通过多种形式传递至执行设备，方式并不被唯一限定，此处为了提高数据信息传递的可靠性，进行优化并举出其中一种可行的选择：保留的数据信息以串口的形式传输至制动执行设备。采用如此方案时，能够提高数据传递的安全性和有效性，确保制动执行部件能够及时收到指令并进行执行。
20.进一步的，为了节省整体的功耗，对两通信组网的工作模式进行调整，在适当的时间段进行休眠，具体的：当lora通信组网和zigbee通信组网无通信任务时，进入休眠以降低功耗。
21.与现有技术相比，本发明公开技术方案的部分有益效果包括：
22.本发明通过双网络同步进行控制指令传输，经过校验比对后获得确定的控制指令，提高了指令传输的安全性；且双网络同时多车辆传输指令，提高了指令传递的即时性，使多车辆制动的同步性更好，提高制动的安全有效性，本发明所公开的架构，不受列车长度的限制，可保持制动控制的高同步性。
附图说明
23.为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅表示出了本发明的部分实施例，因此不应看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这
些附图获得其它相关的附图。
24.图1为控制架构组成模块示意图。
25.图2为控制过程示意图。
具体实施方式
26.下面结合附图及具体实施例对本发明做进一步阐释。
27.针对现有的列车制动存在同步性差，制动精度不高的问题，下列实施例进行优化改进以克服现有技术中存在的缺陷。
28.实施例1
29.如图1所示，本实施例提供一种基于lora和zigbee的电空制动控制架构，总控模块以及若干分控模块，总控模块与分控模块之间通过lora通信组网和zigbee通信组网进行通信；所述的分控模块包括用于区分主设备和从设备的主从确认模块，用于校验主设备与从设备数据包一致性的校验模块，和用于将经检验的数据包携带的制动指令向外传输并的传输模块。
30.优选的，在本实施例中采用上述架构组成mesh无线网络结构，可提高通信控制的距离，因此通信和同步性不受列车长度的控制，解决单一对点通信距离不足的问题，其理论距离可达到无限远。
31.上述公开的控制架构，通过lora同行组网和zigbee通信组网同时进行控制指令的传输，采用无线网络传输的形式将信号传递至分控制模块处，对两组网传递的控制指令进行校验比对后得到确定的控制指令，并进行制动操作。如此降低了单网络传递控制指令容易受到外阶干扰从而影响执行的情况，也避免了有线网络通信存在的线缆安全隐患，不仅提高了指令传输的有效性，也提高了制动控制的同步性，提高了制动的效果。
32.在本实施例中，为了节省架构的功耗，避免不必要的能源消耗，进行优化并举出其中一种可行的选择：还包括休眠模块，休眠模块用于生成休眠指令并使lora通信组网与zigbee通信组网休眠以降低能耗。采用如此方案时，休眠模块可采用定时休眠模式，或采用即使休眠即使唤醒模式，便于减少lora通信组网与zigbee通信组网的功耗。
33.优选的，所述的总控模块、分控模块以及休眠模块可采用多种能进行数据处理的控制模块实现，此处就不一一进行限定。
34.实施例2
35.上述实施例的内容公开了控制结构的技术方案，本实施例公开了对应的控制方法，现进行具体说明：
36.如图2所示，基于lora和zigbee的电空制动控制方法，采用上述公开的控制架构，包括：
37.s1：通过双网络分别向分控模块传递控制指令。
38.优选的，为了减少外界信号的干扰，将双网络至于不同的频段工作，此处进行优化并采用其中一种可行的选择：所述的lora通信组网在433mhz的频段中进行数据传播与通信，所述的zigbee通信组网在2.4ghz的频段中进行数据传播与通信。
39.此种方式采用基于lora与zigbee的双网络无线ecp系统，以两种不同频段的通信方式进行信息的传递，解决单一无线通信方式易被外界环境干扰而导致通信可靠性不足的
问题。
40.s2：主从确认模块对双网络通信组网的主设备和从设备进行确认，并将确认为从设备的通信组网发送的控制指令以数据包形式传输至主设备进行校验。
41.优选的，在本控制方法中，对检验的方式进行优化并采用其中一种可形的选择：所述的控制指令包含帧头识别码和尾部校验码，在进行控制指令校验时，通过枕头识别码和尾部校验码比对进行一次判定，通过对控制指令的数据信息一致性比对进行二次判定，经一次判定和二次判定均判定为一致的控制指令为相同指令。
42.s3：保留主设备和从设备经校验一致的数据信息，摒弃主设备和从设备经校验不一致的数据信息。
43.s4：将保留的数据信息下传至制动执行设备以启动制动操作。
44.在本实施例中，数据信息可通过多种形式传递至执行设备，方式并不被唯一限定，本实施例为了提高数据信息传递的可靠性，进行优化并采用其中一种可行的选择：保留的数据信息以串口的形式传输至制动执行设备。采用如此方案时，能够提高数据传递的安全性和有效性，确保制动执行部件能够及时收到指令并进行执行。
45.优选的，为了节省整体的功耗，对两通信组网的工作模式进行调整，在适当的时间段进行休眠，具体的：当lora通信组网和zigbee通信组网无通信任务时，进入休眠以降低功耗。
46.上述公开的控制方法，在双网络中进行数据同步传输，并经过校验后获得唯一确定的控制指令，作为下传执行的命令，不仅提高了控制指令传递的同步性，提高了制动的一致性和精确度，避免了制动的延后和安全隐患，也提高了控制指令传输的安全稳定性，避免了误操作或操控失灵。
47.在具体应用过程中，本方法相对于空气制动，在制动命令传递时间上优势明显，同时各车辆能实现同步制动，减少列车纵向冲动。能够提高货运列车的载重量以及行车安全。相对于有线电控空气制动系统，本方法去除了通过电缆传递制动信号的方式，大大降低了设备成本，方便了设备维护，同时在行车安全上得到了加强。有利于重载货运列车载重吨数与行车速度的提升，对货运列车的发展具有重要意义。
48.以上即为本实施例列举的实施方式，但本实施例不局限于上述可选的实施方式，本领域技术人员可根据上述方式相互任意组合得到其他多种实施方式，任何人在本实施例的启示下都可得出其他各种形式的实施方式。上述具体实施方式不应理解成对本实施例的保护范围的限制，本实施例的保护范围应当以权利要求书中界定的为准。

技术特征：
1.基于lora和zigbee的电空制动控制架构，其特征在于：总控模块以及若干分控模块，总控模块与分控模块之间通过lora通信组网和zigbee通信组网进行通信；所述的分控模块包括用于区分主设备和从设备的主从确认模块，用于校验主设备与从设备数据包一致性的校验模块，和用于将经检验的数据包携带的制动指令向外传输并的传输模块。2.根据权利要求1所述的基于lora和zigbee的电空制动控制架构，其特征在于：还包括休眠模块，休眠模块用于生成休眠指令并使lora通信组网与zigbee通信组网休眠以降低能耗。3.基于lora和zigbee的电空制动控制方法，采用权利要求1或2中所述的控制架构，其特征在于，包括：通过双网络分别向分控模块传递控制指令；主从确认模块对双网络通信组网的主设备和从设备进行确认，并将确认为从设备的通信组网发送的控制指令以数据包形式传输至主设备进行校验；保留主设备和从设备经校验一致的数据信息，摒弃主设备和从设备经校验不一致的数据信息；将保留的数据信息下传至制动执行设备以启动制动操作。4.根据权利要求3所述的基于lora和zigbee的电空制动控制方法，其特征在于：所述的控制指令包含帧头识别码和尾部校验码，在进行控制指令校验时，通过枕头识别码和尾部校验码比对进行一次判定，通过对控制指令的数据信息一致性比对进行二次判定，经一次判定和二次判定均判定为一致的控制指令为相同指令。5.根据权利要求3所述的基于lora和zigbee的电空制动控制方法，其特征在于：所述的lora通信组网在433mhz的频段中进行数据传播与通信，所述的zigbee通信组网在2.4ghz的频段中进行数据传播与通信。6.根据权利要求3所述的基于lora和zigbee的电空制动控制方法，其特征在于：保留的数据信息以串口的形式传输至制动执行设备。7.根据权利要求3所述的基于lora和zigbee的电空制动控制方法，其特征在于：当lora通信组网和zigbee通信组网无通信任务时，进入休眠以降低功耗。

技术总结
本发明涉及轨道列车制动技术领域，具体涉及基于Lora和zigbee的电空制动控制架构及方法，控制架构包括总控模块以及若干分控模块，总控模块与分控模块之间通过Lora通信组网和zigbee通信组网进行通信；分控模块包括用于区分主设备和从设备的主从确认模块，用于校验主设备与从设备数据包一致性的校验模块，和用于将经检验的数据包携带的制动指令向外传输并的传输模块。本发明通过双网络同步进行控制指令传输，经过校验比对后获得确定的控制指令，提高了指令传输的安全性；双网络同时多车辆传输指令，提高了指令传递的即时性，使多车辆制动的同步性更好。动的同步性更好。动的同步性更好。


技术研发人员：吴吉恒 陈太 钟星宇 蒋勇 杨建平 石宏原 刘文军 罗逸韬
受保护的技术使用者：眉山中车制动科技股份有限公司
技术研发日：2022.10.21
技术公布日：2023/1/13