近年来,我国高速铁路客运专线建设迅猛发展,为我国的经济建设作出了重大贡献。但与此同时,高速列车的安全运行备受关注。无缝钢轨起着列车导向和承载的作用,监测无缝钢轨的健康状况已成为当务之急。本文针对无缝钢轨安全监测的迫切需求和现实意义,开展了分布式钢轨应力无线监测系统的研究。文章主要从无线监测系统的硬件设计进行了阐述,分别从传感节点、网关以及供电方案设计三方面进行了详细说明。传感节点作为钢轨应变和温度数据的采集装置,其性能直接影响到采集数据的准确性和稳定性。设计时采用了单元模块化思路,由供电单元、采集单元和通信单元组成,并通过两侧插针连接实现彼此间通讯。供电单元为其他两个单元提供高效、稳定、低纹波电压输出的电源。采集单元负责将应变电阻的微弱变化经惠斯通电桥转变成电压信号,经过放大、滤波处理后进入16位A/D转换成数字信号,通过SPI模式传送至MSP430F149微控制器。同时,多路温度传感器DS18B20将采集到的轨温、盒温和节点温度以单总线方式传输到微控制器。处理后的数据经串口发送到通信单元,最后通过Zigbee无线传输方式发送至附近网关。网关包括嵌入式处理器选型、协调器设计、3G模块和GSM短信开关功能设计。处理器负责数据计算、协议转换与各通信模块的数据交互。协调器采用Zigbee模块的Coordinator模式作为数据接收核心部分,并对其外围电路进行了可靠性设计,为获取准确时间和地理位置信息,电路中采用了u-blox公司生产的GPS模块设计。为能远程操控网关的供电,设计中采用了GSM短信开关,并且3G模块的引入,使得网关与监控端服务器建立远程联系。供电采用太阳能电池板和蓄电池方案,根据节点和网关各自耗电量,同时考虑连续使用5-7天选择蓄电池容量,太阳能电池板功耗大小兼顾连续阴雨天气和电池容量。为保护蓄电池,设计中引入充放电控制器来防止电池过充和过放。此外,防雷器的设计保护了设备免遭雷击的损害。最后通过实验室测试和高速铁路现场长期考核,验证了分布式钢轨应力监测系统运行可靠,可以实现对无缝钢轨健康状况的长期实时监测。