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低功耗蓝牙在高铁工具管理体系价值

发布时间:2020-06-11 21:36 论文编辑:若诗 价格:150 所属栏目:计算机论文 TAG:

本文是项目管理论文,对低功耗蓝牙技术理论进行了系统的介绍,对比分析了几种常用的短距离无线通信技术的优势与不足之处,并对低功耗蓝牙技术在工具管理中的运用提出了技术支持与实现

本文计算机论文,是为适应我国高速铁路的快速发展,如何对高铁设备进行更加安全、高效的维修变得日趋重要。本文主要针对高铁维修工具的管理问题,设计了一种基于低功耗蓝牙技术的智能工具管理系统,并将其运用于高铁设备的维修工作中,有效解决了高铁工具清点耗时耗力、遗失寻找困难的问题。低功耗蓝牙技术是一种超低功耗无线通信技术,它保留了传统蓝牙的传输功能,同时将传统蓝牙和低功耗蓝牙技术转化为最新的蓝牙4.0技术,它的功耗大约是传统蓝牙的1/10,一粒纽扣电池便能够长时间为其供电,这为高铁工具管理系统的研究创造了良好的技术条件。本文充分利用这一技术特点,开发了基于BLE的高铁工具管理系统。本文的主要研究成果如下:(1)对低功耗蓝牙技术理论进行了系统的介绍,对比分析了几种常用的短距离无线通信技术的优势与不足之处,并对低功耗蓝牙技术在工具管理中的运用提出了技术支持与实现方法。(2)充分利用Android系统终端的便捷性和可操作性,根据需要开发出了Android系统客户端APP,通过与BLE模块的实时通信,来实现对已绑定好BLE模块的高铁维修工具进行出入库管理、遗失查找等多种功能,有效避免了因工具遗失而造成的高铁行车安全隐患。

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第一章绪论

 

目前,市场上已经出现运用其他无线通信技术进行工具识别与管理的系统。以运用RFID技术的工具管理系统为例,该系统主要由手持读写器、工具标签和主机管理系统三大部分组成,一般是采用手持终端的RFID射频识别技术,通过扫描工具、材料上的射频卡实现工具的识别与进出库管理,有效避免了人工清点造成的失误,保证工具进库与出库的数量、类型一致,实现了工具、材料、仪表的智能化管理[12]。然而,采用RFID技术的工具管理系统在实际应用中存在以下几个方面的问题:(1)管理范围局限性较大,此系统多用于工具的进出库管理,而在现场作业中应用不便,并且本身作为一种工具,容易出现一些遗漏的问题。(2)操作过程相对繁琐,耗时较长,往往需要专人进行管理和操作,实用性不足。现有的维修工具管理模式已经无法满足我国铁路快速发展的需要,因此迫切需要研发一种运用先进技术实现的智能工具管理系统。
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第二章低功耗蓝牙技术研究

 

2.1短距离无线通信技术比较
蓝牙的有效信息传输距离约为10米(提高发射功率后可达100米)。在这个范围内,支持蓝牙技术的设备可以实现无线连接并形成微型网络。理想情况下,它们可以以1Mb/s的速率相互传输信息。目前,多点连接是蓝牙技术的重要发展方向,这样可以促进不同的蓝牙设备之间进行信息共享。蓝牙在最新的协议规范中的通信速率能够达到3Mb/s,而蓝牙和超宽带技术(UWB)的结合将进一步提高蓝牙的数据传输速率[16]。蓝牙由于其省电、省空间、多种信息同时传输等优势,能够广泛运用于各种电子设备,尤其是电子计算机和外围设备、以及其他个人设备或工业设备等不需要高传输速率的设备。为提高蓝牙通信技术的抗干扰能力,蓝牙专门设计了一种迅速确认和跳频技术,每秒可以进行1600次的跳变。与同一频段的其他通信技术相比,蓝牙跳频时间以及数据分组较短,大大增强了通信链路的稳定性,有效避免了ISM频段上其它系统的干扰[17]。
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2.2 低功耗蓝牙的体系架构
控制器中不仅包括物理层、链路层,而且包括直接测试模式和主机控制接口层(HCI)的一部分内容.主机里包括 3 个协议:逻辑链路控制和适配协议(L2CAP)、协议属性和安全管理器协议(Security Manager Protocol),除此之外,主机中还有通用属性规范(GATT)、通用访问规范(GAP)和模式(Mode)。控制器是蓝牙芯片和其他无线电设备的主要区别之一。蓝牙控制器由数字和模拟射频设备以及负责发送和接收数据包的硬件设备组成。它通过天线连接到外部设备,并通过主机控制接口(HCI)连接到内部计算机.控制器和主机之上是应用层。应用层规约(Specification)定义了三中类型:特性(Characteristic)、服务(Service)和规范(Profile).这些规约均建立在通用属性规范上。通用属性规范定义了特性和服务的属性分组,而应用程序则定义了运用这些属性组的相关规定和约束。

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第三章Android系统概述...........................................21
3.1Android系统简介.............................................21
3.2Android体系架构.............................................22
第四章高铁工具管理系统总体设计..........................28
4.1系统总体设计....................................................28
4.2APP前端设计.....................................................29
4.3APP后端数据库设计.........................................31
4.4系统硬件设计....................................................35
第五章系统测试与分析..............................................43
5.1功能测试............................................................43
5.2工具管理............................................................47
5.3测试结果与分析................................................49
5.4本章小结...........................................................50

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第五章系统测试与分析

 

5.1功能测试
本文设计的工具管理系统主要由低功耗蓝牙模块和手机APP组成,完成对工具的清点,跟踪以及定位功能。该款基于低功耗蓝牙的高铁工具跟踪管理系统成功的建立了硬件与软件之间的联系,硬件方面是通过低功耗蓝牙BLE模块来实现。基于传统蓝牙的基础上,它具有短距离、低成本、可互操作性的无线技术,它利用许多智能手段,最大限度地降低功耗。而软件部分,此APP采用功能化模块设计,在安卓4.0及以上系统均可正常运行。在APP内部有“工具出库”、“工具入库”、“进出栅栏”、“工具查看”、“预警寻找”、“高级设置”六个模块。六个模块能够应对各种不同的情况,首先通过蓝牙信号检测各工具的状态实现“工具入库”,然后使用“工具查看”对本地数据库设备进行查看。当工人工作途中工具遗失,“预警寻找”会将实时检测到的蓝牙信号与本地数据库进行对比,实现工具的预警寻找。“进出栅栏”对工具的防护做了双重保障,后台能够通过实时的信号检测随时观测到工具的实时情况。

 

5.2工具管理
在天窗作业前,需对工具进行出库扫描。我们准备好了10件等待入库的虚拟工具,在APP初始化完成后,我们选择“工具出库”模块,开始对已绑定好BLE模块的工具进行扫描,对扫描到的工具进行出库操作。测试过程中,在经过15秒的扫描后,已绑定好的10个模拟工具全部显示在屏幕上。这时我们根据工作需要,选择需要出库的工具,点击右下角“确认出库”按钮,完成工具出库操作,如图5-2-1所示。在高铁维修作业完毕返回工区后,我们需要及时对工具进行入库管理。此时在APP首页选择“工具入库”选项,系统开始对已绑定好ibeacon模块的工具进行扫描。在扫描结束后,屏幕显示检测出的各工具状态。随后我们选择需要入库的工具,对这些工具进行入库核对和操作,如图5-2-2所示。(一)工具查看选在“工具查看”模块,可以对本地数据库设备进行查看,掌握全部工具和已出库工具的数量、种类和状态。(二)进出栅栏由于高速铁路在列车运行时严禁进入栅栏(封闭网)内,只有接到上道命令后方可进入,因此在进出栅栏时,依然存在工具遗漏或丢失的可能。本系统专门设计“进出栅栏”模块,以在作业前后的路途中实时监测工具的状态.在工具出库后,系统定时对所携带的工具进行实时信号检测,掌握工具的实时情况。(三)预警寻找发生工具丢失情况时,选择“预警查找”模块,系统将实时检测到的蓝牙信号与本地数据库进行对比,实现工具的预警寻找。同时,根据检测到的信号强弱程度,初步判断丢失工具与基站的距离,运用三点定位的方法确定出工具丢失的具体范围。

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第六章总结与展望
在我国铁路快速发展的今天,把低功耗蓝牙技术运用在高铁工具的管理上有十分重要的意义。利用低功耗蓝牙技术对工具进行管理和监控,能够有效保障保证工作中维修工具安全、高效的管理,防止工具遗失在线路上,确保铁路行车安全。随着科学技术的不断发展和进步,高速铁路的维修工作一定会更加完善,真正实现高铁维修模式的标准化和规范化。本设计为高铁工具的管理问题提出了合理可行的方案,也为低功耗蓝牙技术在生产和生活中的研究与运用提供了新的方向。然而,由于研究者知识水平与时间的限制,Android系统终端APP的开发并不成熟,需要对其界面进行优化,并且根据实际需求来完善其功能在短距离无线通信领域,低功耗蓝牙技术的研究越来越多,然而在现实生产生活中,如何更好更广泛地运用这项技术,仍然是一个值得深入探讨的问题。BLE超低功耗无线通信技术应用前景十分可观,它在低功耗、低成本、抗干扰强等方面有着巨大的优势。
参考文献(略)