一种基于NB-IoT的地铁列车定位系统的制作方法

本实用新型是涉及地铁列车定位技术领域，具体的说是一种基于nb-iot的地铁列车定位系统。

背景技术：

当负责地铁行车的列车自动控制（cbtc）系统出现故障或者断电时，控制中心与地铁列车通信中断，行车调度员无法获取列车的位置，会增加列车追尾事故的发生概率，是地铁列车安全行车的一大隐患，严重时会造成人民生命财产安全危害。开发设计一套性能优良、安全可靠且独立于cbtc系统的冗余列车定位系统，对保证地铁运输行车安全具有重大的意义。

地铁列车绝大多数时候行使在地面以下的隧道中，无法接收到卫星信号，gps和北斗卫星定位方式均不可使用。近年来，研究者们通过rfid技术、基于传感器等方式来实现地铁列车的定位。基于蜂窝移动网络实现地铁列车定位是一个很好的解决方案，近年来国内外对基于蜂窝移动网络定位技术有一定的研究，但有关实现地铁列车定位的研究成果却很少。

技术实现要素：

本实用新型针对现有技术中的不足，提供了一种基于nb-iot的地铁列车定位系统，能够利用nb-iot技术实现对列车运行状况的实时监控，准确监测列车高速运行时所处的地理位置，实时地在液晶显示模块上显示出来。

为实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案：

一种基于nb-iot的地铁列车定位系统，所述的列车行驶轨迹的周围设置有若干移动网络基站，其特征在于：地铁列车定位系统包括定位终端、控制中心设备和nb-iot云服务器，所述的定位终端设置在列车内，所述的定位终端通过nb-iot云服务器与控制中心设备信号连接；

所述的定位终端包括第一控制模块、第一通讯模块和第一电源模块；

所述的控制中心设备包括第二控制模块、第二通讯模块、第二电源模块和液晶显示模块；

所述的第一通讯模块用于与不少于3个移动网络基站信号连接，所述的第一通讯模块用于接收第一通讯模块接收到的移动网络基站信号数据，并对信号数据进行处理得到定位终端位置坐标，所述的第一通讯模块还用于将位置坐标数据无线发送到nb-iot云服务器，所述的第一电源模块用于为第一控制模块和第一通讯模块提供工作电压；

所述的nb-iot云服务器用于将接收到坐标数据无线发送到第二通讯模块，所述的第二通讯模块用于将接收到的坐标数据发送到第二控制模块，所述的第二控制模块用于接收、处理坐标数据并发送至液晶显示模块，所述的液晶显示模块用于显示列车位置，所述的第二电源模块用于为第二控制模块、第二通讯模块和液晶显示模块提供工作电压。

所述的第二控制模块还与按键模组信号连接，所述的按键模组用于控制第二控制模块通过第二通讯模块和nb-iot云服务器向第一通讯模块发送预设控制信号，使第一控制模块修改第一通讯模块自动采集定位信号的频率和向nb-iot云服务器发送位置坐标的频率。

所述的移动网络基站为4g移动网络基站。

所述的第一电源模块和第二电源模块均采用lm2596降压芯片，用于将输入9v电压降至5v电压输出。

所述的第一控制模块和第二控制模块均采用msp430f169单片机。

所述的第一通讯模块采用sim7600ce通信芯片，所述的sim7600ce通信芯片与第一控制模块的msp430f169单片机通过串口通信信号连接，所述的sim7600ce通信芯片通过nb-iot无线通讯与nb-iot云服务器无线信号连接。

所述的第二通讯模块采用sim7020c通信芯片，所述的sim7020c通信芯片与第二通讯模块的msp430f169单片机通过串口通信信号连接，所述的sim7020c通信芯片通过nb-iot无线通讯与nb-iot云服务器无线信号连接。

所述的液晶显示模块采用lcd12864液晶显示模组，所述的lcd12864液晶显示模组与第二通讯模块的msp430f169单片机信号连接。

本实用新型一种基于nb-iot的地铁列车定位系统能够达到的有益效果是：

第一，该系统为独立于cbtc系统的冗余列车定位系统，利用nb-iot基站定位功能实时检测地铁列车的位置，通过无线通信网络术将数据传输到控制中心，控制中心平台可发出控制命令，对地铁列车运行动态进行远程实时监测。

第二，第一通讯模块既能够与现有的4g移动网络基站信号连接，通过接收多个4g移动网络基站信号，由第一控制模块计算得到定位终端的精准经、纬坐标；第一通讯模块还能够与nb-iot云服务器无线信号连接，用于向nb-iot云服务器发送定位终端的坐标数据或接收nb-iot云服务器发送的控制指令信号。

第三，在正常工况下，定位终端按照设定周期不断更新列车的实时坐标数据，在紧急情况发生时，通过按键模组控制第二通讯模块发出预设控制信号，缩小定位终端的坐标数据更新周期。

第四，第一电源模块和第二电源模块均采用lm2596降压芯片，可以将环保9v碱性电池的直流供电转换为msp430f169单片机、sim7020c通信芯片和sim7600ce通信芯片等器件所需的5v电压，使系统结构精简，能够极大的提高该种定位系统的适用范围。

附图说明

图1为本实用新型一种基于nb-iot的地铁列车定位系统的系统示意图。

图2为本实用新型一种基于nb-iot的地铁列车定位系统中第一控制模块、第二控制模块的示意图。

图3为本实用新型一种基于nb-iot的地铁列车定位系统中第一通讯模块的示意图。

图4为本实用新型一种基于nb-iot的地铁列车定位系统中第二通讯模块的示意图。

图5为本实用新型一种基于nb-iot的地铁列车定位系统中第一电源模块、第二电源模块的示意图。

图6为本实用新型一种基于nb-iot的地铁列车定位系统中液晶显示模块的示意图。

附图标记：1、定位终端；2、控制中心设备；3、nb-iot云服务器；4、第一控制模块；5、第一通讯模块；6、第一电源模块；7、第二控制模块；8、第二通讯模块；9、液晶显示模块；10、第二电源模块；11、按键模组。

具体实施方式

现在结合附图对本实用新型作进一步详细的说明。

如图1所示，一种基于nb-iot的地铁列车定位系统，所述的列车行驶轨迹的周围设置有若干移动网络基站，其特征在于：地铁列车定位系统包括定位终端1、控制中心设备2和nb-iot云服务器3，所述的定位终端1设置在列车内，所述的定位终端1通过nb-iot云服务器3与控制中心设备2信号连接；

所述的定位终端1包括第一控制模块4、第一通讯模块5和第一电源模块6；

所述的控制中心设备2包括第二控制模块7、第二通讯模块8、第二电源模块10和液晶显示模块9；

所述的第一通讯模块5用于与不少于3个移动网络基站信号连接，所述的第一通讯模块5用于接收第一通讯模块5接收到的移动网络基站信号数据，并对信号数据进行处理得到定位终端1位置坐标，所述的第一通讯模块5还用于将位置坐标数据无线发送到nb-iot云服务器3，所述的第一电源模块6用于为第一控制模块4和第一通讯模块5提供工作电压；

所述的nb-iot云服务器3用于将接收到坐标数据无线发送到第二通讯模块8，所述的第二通讯模块8用于将接收到的坐标数据发送到第二控制模块7，所述的第二控制模块7用于接收、处理坐标数据并发送至液晶显示模块9，所述的液晶显示模块9用于显示列车位置，所述的第二电源模块10用于为第二控制模块7、第二通讯模块8和液晶显示模块9提供工作电压。

所述的第二控制模块7还与按键模组11信号连接，所述的按键模组11用于控制第二控制模块7通过第二通讯模块8和nb-iot云服务器3向第一通讯模块5发送预设控制信号，使第一控制模块4修改第一通讯模块5自动采集定位信号的频率和向nb-iot云服务器3发送位置坐标的频率。

本实施例中，列车行驶轨迹的周围设置的移动网络基站为现有的4g移动网络基站，所述的4g移动网络基站的空间坐标位置已知。

本实施例中，第一控制模块4和第二控制模块7均采用msp430f169单片机。msp430f169单片机具有低功耗、独立电源供电、运算速度较快、超长待机、系统工作稳定等优势。

本实施例中，第一通讯模块5采用sim7600ce通信芯片，所述的sim7600ce通信芯片与第一控制模块4的msp430f169单片机通过串口通信信号连接，msp430f169单片机能够实现对sim7600ce通信芯片的控制和数据处理；sim7600ce通信芯片与不少于3组移动网络基站4g网络信号连接，一般可以与信号连接最稳定的五组移动网络基站进行信号连接，通过sim7600ce通信芯片与周围多个移动网络基站进行数据通讯，第一控制模块4能够根据第一通讯模块5和移动网络基站的通讯数据计算得到第一通讯模块5与每组移动网络基站之间的实际距离，通过三组距离数据结合每组移动网络基站的实际坐标数据可以计算得到第一通讯模块5的实际坐标位置，进一步的，与五组移动网络基站进行数据通讯能够提高定位的精准度。

本实施例中，第二通讯模块8采用sim7020c通信芯片，所述的sim7020c通信芯片与第二控制模块7的msp430f169单片机通过串口通信信号连接，msp430f169单片机能够实现对sim7600ce通信芯片的控制和数据处理；sim7020c通信芯片的外置nb-iot天线与云服务器进行无线连接。第二通讯模块8既能够将第二控制模块7的控制命令通过nb-iot云服务器3发送至定位终端1，还能够接收定位终端1发送的位置坐标数据，以串口通信的方式发送给第二控制模块7的msp430f169单片机进行处理。

本实施例中，利用lcd12864液晶显示模块显示列车所在的位置，所述的lcd12864液晶显示模块显示的数据为第二控制模块7的输出信息。lcd12864液晶显示模块相比于其他液晶显示模块，硬件电路结构或显示程序都要简洁得多，且该模块的价格也略低于相同点阵的图形液晶模块。

本实施例中，第二控制模块7还与按键模组11信号连接，所述的按键模组11包括电源按键、复位按键、开始按键和暂停按键，所述的电源按键用于接通控制中心设备2内第二控制模块7、第二通讯模块8和液晶显示模块9的电源电压是否连通；所述的复位按键用于复位第二控制模块7、第二通讯模块8、液晶显示模块9，并将第二控制模块7、第二通讯模块8、液晶显示模块9的ram数据清空；开始按键用于控制调整定位终端1通过nb-iot云服务器3向控制中心设备2发送更新坐标数据的频率，将获取到的位置信息在液晶显示模块9上第一时间显示出来，供调度员实时查看，在按下开始按键后，第二控制模块7进行识别和确认，通过第二通讯模块8将对应的预设控制信号经由nb-iot云服务器3发送给定位终端1，定位终端1接收到控制信号后，使第一控制模块4修改第一通讯模块5自动采集定位信号的频率和向nb-iot云服务器3发送位置坐标的频率，提高位置坐标的更新速度；所述的暂停按键用于暂停第二控制模块7、第二通讯模块8、液晶显示模块9，并将第二控制模块7、第二通讯模块8、液晶显示模块9的数据暂存于ram中。

本实施例中，第一电源模块6和第二电源模块10均采用lm2596降压芯片，终端设备可使用环保9v碱性电池直流供电，通过降压模块lm2596转换为msp430f169控制模块和sim7600ce通信模块所需的5v电压。由于采用独立的电池作为电源供电，在地铁的供电系统突发故障时，该定位系统仍可以正常使用。第一电源模块6和第二电源模块10均具有低功耗的特征，还能够提高运行效率，同时具有ttl断电功能和过热、限流保护功能符合降压模块的要求，很好地保证了输出电压的稳定。

本实施中，nb-iot云服务器3采用现有的云服务器作为存储空间，以nb-iot无线方式完成定位终端的sim7600ce通信模块和控制中心设备的sim7020c通信模块之间的信息传输，实现定位终端1和控制中心设备2的双向通信。

该种基于nb-iot的地铁列车定位系统利用nb-iot技术实现对列车运行状况的实时监控，准确监测列车高速运行时所处的地理位置，实时地在液晶显示模块上显示出来，行车调度员可以准确快速地了解到列车运行状况，为地铁列车的安全运行提供了一种冗余的安全监测手段。具有优良的低功耗性和可靠性，为地铁列车运行提供了可靠的保障，降低地铁列车事故的发生概率。

以上仅是本实用新型的优选实施方式，本实用新型的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本实用新型思路下的技术方案均属于本实用新型的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理前提下的若干改进和润饰，应视为本实用新型的保护范围。

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