钢轨是铁路运输的基础,无缝钢轨被广泛铺设在高速铁路上。无缝钢轨由于被锁紧限制了轴向伸缩,温度变化时钢轨内部会产生纵向温度力。当钢轨的内部应力大于扣件和道床阻力时就会发生爬行,会影响无缝线路的稳定性。因此,快捷的获得钢轨温度、应力等状态信息,对于监测线路运行的稳定性具有重要的意义。本文结合传感器技术、嵌入式技术、无线通信技术及优化算法等技术,设计了可以在线监测钢轨的应变、温度、湿度变化的监测节点。节点可以远程、实时完成对钢轨状态数据的采集和无线传输,这些数据可以用于分析钢轨的应变状态,从而及时对钢轨进行应力放散。本文主要针对节点软件和硬件设计进行研究。针对监测节点所需要实现功能进行分析,进行了节点的硬件设计。节点硬件采用模块化的设计思路,以低功耗、小尺寸、高精度、抗干扰为原则,设计的节点由供电、通信及传感三个子单元组成。供电单元进行了保护电路、开关稳压和线性稳压电路的设计,输出稳定、高质量的电源。传感单元能够按照设定的参数完成钢轨应变、温度、湿度数据的采集和发送。通信单元采用无线传输的方式实现与监测网关的数据交互。基于节点的硬件完成了节点的软件设计。节点的软件设计不仅包括对节点数据采集和收发基本功能程序的设计,而且完成了节点的数字滤波和数据压缩设计。针对设计的节点,进行了一系列的实验。通过温湿度实验测量了节点采集温度、湿度的精度。对节点采集应变进行高低温实验,掌握了节点的温漂和时漂特性。对节点和网关之间的数据通信进行抗干扰实验,测量了数据传输的可靠性。将节点安装在某铁路实验基地进行长期测试,实验结果证明了节点能够长期、稳定的采集钢轨的状态数据。