Результат интеллектуальной деятельности: СИСТЕМА ДИСТАНЦИОННОГО СЧИТЫВАНИЯ ИНФОРМАЦИИ С ПОДВИЖНЫХ ОБЪЕКТОВ И ИХ УЗЛОВ

Изобретение относится к области телеметрических систем и может использоваться для идентификации и контроля технического состояния движущихся объектов и их узлов, в частности на железнодорожном и автомобильном транспорте.

Известна система дистанционного считывания информации для подвижных составов, которая включает в себя одну электронную метку, размещенную непосредственно на каждой единице подвижного состава, и электронную метку, размещенную на каждом запорно-пломбировочном устройстве каждой единицы подвижного состава, сеть стационарных устройств считывания информации с электронных меток, размещенных вдоль пути следования подвижного состава, при этом электронные метки, размещенные на каждой отдельной единице подвижного состава и на запорно-пломбировочном устройстве этой единицы подвижного состава, пространственно разнесены на расстояние, обеспечивающее их последовательное считывание каждым стационарным устройством считывания информации (см. РФ 2170684 C1, 7 B 61 L 25/00, 20.07.01).

Недостатком известной системы дистанционного считывания информации для подвижных составов является низкая достоверность считывания информации с нескольких близко расположенных электронных меток, попадающих одновременно в поле диаграммы направленности антенны считывателя, из-за наложения сигналов и искажения кодовых посылок на входе приемного устройства считывателя.

Известна автоматизированная система съема информации с подвижного состава, включающая один кодовый бортовой датчик, размещенный на каждой единице подвижного состава, две электронные метки, размещенные на двух запорно-пломбировочных устройствах каждой единицы подвижного состава, и устройство считывания информации по СВЧ-каналу, при этом устройство считывания содержит первую приемопередающую антенну для считывания информации с бортового датчика на частоте f₁, вторую приемопередающую антенну с горизонтальной плоскостью поляризации для считывания информации с первой электронной метки на частоте f₂ и третью приемопередающую антенну с вертикальной плоскостью поляризации для считывания информации со второй электронной метки на частоте f₂, причем кодовый бортовой датчик и электронные метки разнесены по высоте и по расстоянию не менее чем на определенную величину 0,6 м (см. RU 2185986 C1, B 61 L 25/02, 27.07.02).

Недостатком автоматизированной системы съема информации является невозможность правильного считывания информации с электронных меток при наличии одновременно двух и более меток с одинаковой поляризацией в поле диаграммы направленности антенны, а также ненадежность раздельного считывания информации с меток по принципу поляризации за счет неидеальности (эллиптичности) характеристики поляризации реальных антенн электронной метки и считывателя.

Известная система идентификации объектов, принятая в качестве прототипа, содержит считыватель информации и датчики, в которых записана информация об объекте идентификации, причем питание электронных узлов датчика осуществляется от облучающего СВЧ-сигнала считывателя, и генерация идентификационного кода в датчике начинается только после облучения датчика сигналом от считывателя достаточно больших мощности и времени, а демодулятор в считывателе позволяет выделять информацию с двух датчиков, одновременно находящихся в поле диаграммы направленности антенны считывателя (см. RU 2222030 С2, G 01 S 13/82, 20.01.04).

Недостатком системы идентификации объектов является низкая достоверность считывания информации с датчиков при попадании трех и более датчиков в зону диаграммы направленности антенны считывателя и нарушение работоспособности при уменьшении мощности облучающего сигнала и/или малом времени облучения датчика при большой скорости движения объекта.

Технический результат заключается в повышении надежности и достоверности считывания информации с датчиков, размещенных на бортах и на отдельных узлах подвижных объектов, при попадании одновременно нескольких датчиков в зону облучения СВЧ-сигналом от считывателя, а также в возможности изменения информации датчика при поступлении управляющих сигналов на датчик с других внешних устройств.

Технический результат достигается тем, что в системе дистанционного считывания информации с подвижных объектов и их узлов, состоящей из считывателя информации, содержащего приемопередающую антенну, соединенную через полосовой фильтр с первым входом циркулятора, ко второму входу которого подключен выход генератора несущей частоты, а выход подключен к первому входу смесителя, ко второму входу которого подключен выход генератора несущей частоты, выход смесителя через последовательно соединенные усилитель и демодулятор подключен ко входу блока обработки сигналов, соединенного с блоком памяти, выход которого через блок согласования соединен с линией передачи данных, являющейся выходом считывателя информации, управляющий вход блока обработки сигналов соединен с первым выходом блока управления, второй выход которого соединен с управляющим входом устройства согласования, а вход блока управления соединен с устройством включения считывателя информации, и датчиков, размещенных на подвижных объектах и/или их узлах, причем каждый датчик содержит антенну, соединенную с модулятором, изменяющим характеристическое сопротивление антенны, и с входом выпрямителя, и генератор кода, выход которого соединен с управляющим входом модулятора, считыватель информации снабжен программно-управляемым устройством модуляции и вторым блоком памяти, в котором хранится программа управления устройством модуляции, а генератор несущей частоты выполнен управляемым, управляющий вход которого соединен с выходом программно-управляемого устройства модуляции, вход которого соединен с третьим выходом блока управления, к второму входу которого подключен выход второго блока памяти, в котором хранится программа управления устройством модуляции, каждый датчик снабжен демодулятором, декодером, формирователем импульсов и двумя ключами, при этом вход демодулятора соединен с антенной, а его выход соединен с сигнальным входом декодера, выход которого через формирователь импульсов соединен с управляющими входами первого и второго ключей, входы которых и вход питания формирователя импульсов подключены к выходу выпрямителя, выход первого ключа соединен с входом питания декодера, а выход второго ключа соединен с входом питания генератора кода, выполненного управляемым с возможностью изменения выходного кода, причем входы управления генератора кода предназначены для подключения внешних устройств.

Для различных вариантов использования системы дистанционного считывания информации в считывателе информации второй блок памяти, в котором хранится программа управления устройством модуляции, выполнен с возможностью изменения программы формирования длительности посылок и значений запросных кодов в последовательности посылок.

Для случая очень малой мощности облучающего сигнала и/или очень малого времени облучения датчика СВЧ-сигналом от считывателя при большой скорости движения объекта мимо антенны считывателя технический результат заключается в повышении надежности и достоверности считывания информации с датчиков, размещенных на бортах и на отдельных узлах подвижных объектов, при попадании одновременно нескольких датчиков в зону облучения СВЧ-сигналом от считывателя, а также в возможности изменения информации датчика при поступлении управляющих сигналов на датчик с других внешних устройств.

Технический результат достигается тем, что в системе дистанционного считывания информации с подвижных объектов и их узлов, состоящей из считывателя информации, содержащего приемопередающую антенну, соединенную через полосовой фильтр с первым входом циркулятора, ко второму входу которого подключен выход генератора несущей частоты, а выход подключен к первому входу смесителя, ко второму входу которого подключен выход генератора несущей частоты, выход смесителя через последовательно соединенные усилитель и демодулятор подключен ко входу блока обработки сигналов, соединенного с блоком памяти, выход которого через блок согласования соединен с линией передачи данных, являющейся выходом считывателя информации, управляющий вход блока обработки сигналов соединен с первым выходом блока управления, второй выход которого соединен с управляющим входом устройства согласования, а вход блока управления соединен с устройством включения считывателя информации, и датчиков, размещенных на подвижных объектах и/или их узлах, причем каждый датчик содержит антенну, соединенную с модулятором, изменяющим характеристическое сопротивление антенны, и с входом выпрямителя, и генератор кода, выход которого соединен с управляющим входом модулятора, считыватель информации снабжен программно-управляемым устройством модуляции и вторым блоком памяти, в котором хранится программа управления устройством модуляции, а генератор несущей частоты выполнен управляемым, управляющий вход которого соединен с выходом программно-управляемого устройства модуляции, вход которого соединен с третьим выходом блока управления, к второму входу которого подключен выход второго блока памяти, в котором хранится программа управления устройством модуляции, каждый датчик снабжен демодулятором, декодером, формирователем импульсов, двумя ключами и автономным источником питания, при этом вход демодулятора соединен с антенной, а его выход соединен с сигнальным входом декодера, выход которого через формирователь импульсов соединен с управляющими входами первого и второго ключей, входы которых и вход питания формирователя импульсов подключены к выходу автономного источника питания, вход которого подключен к выходу выпрямителя, выход первого ключа соединен с входом питания декодера, а выход второго ключа соединен с входом питания генератора кода, выполненного управляемым с возможностью изменения выходного кода, причем входы управления генератора кода предназначены для подключения внешних устройств.

Отметим, что при движении объекта мимо считывателя автономные источники питания каждого датчика подзаряжаются от выпрямителя при облучении датчика каждой посылкой СВЧ-сигнала от считывателя независимо от запросного кода, что увеличивает работоспособность и срок службы датчиков без замены автономных источников питания.

Для различных вариантов использования системы дистанционного считывания информации в считывателе информации второй блок памяти, в котором хранится программа управления устройством модуляции, выполнен с возможностью изменения программы формирования длительности посылок и значений запросных кодов в последовательности посылок.

Совокупность указанных признаков обеспечивает заявленный технический результат.

На фиг.1 показана структурная схема системы дистанционного считывания информации с подвижных объектов и их узлов.

На фиг.2 показана структурная схема датчика системы.

На фиг.3 показана структурная схема датчика системы с автономным источником питания (аккумулятором или батареей).

Система включает в себя считыватель 1 информации с датчиков по радиоканалу через антенну 2 считывателя и множество датчиков 3, установленных на подвижных объектах и их отдельных узлах (агрегатах) и разбитых на несколько групп, соответствующих определенным узлам подвижных объектов. Группы датчиков отличаются разными запросными кодами, записанными в декодер 8 датчика. Датчики одного подвижного объекта имеют разные запросные коды. Датчики с одинаковыми запросными кодами из одной группы могут устанавливаться и на один подвижной объект, если заранее рассчитано, что эти датчики не могут попасть одновременно в диаграмму направленности антенны 2 считывателя. Датчики одной группы устанавливаются на разные подвижные объекты, которых может быть большое множество, например вагоны в железнодорожном составе. Поэтому каждый датчик 3 имеет индивидуальный идентификационный код датчика, который записан в запоминающем устройстве генератора 12 кода датчика 3. Там же записана дополнительная информация об объекте или узле с различными вариантами, например код собственника объекта, время последней проверки работоспособности узла и т. д. Генератор 12 кода формирует выходное слово кодированной информации датчика, используя информацию из запоминающего устройства и сигналы с внешних устройств, поступающие на управляющие входы генератора 12 кода. В зависимости от сигналов с внешних устройств с генератора 12 кода выдаются разные модификации выходного кода. Например, внешними устройствами могут быть измерители отдельных параметров конкретного узла или агрегата, которые подают сигнал в случае аварийного состояния узла. Тогда вместо идентификационного кода узла с признаком о его нормальном состоянии с генератора кода выдается идентификационный код узла с признаком аварии.

В считыватель 1 информации введено программно-управляемое устройство модуляции непрерывного СВЧ-сигнала и дополнительно второй блок памяти, в котором хранится программа управления устройством модуляции.

Система работает следующим образом.

В считывателе программа управления из второго блока памяти через управляющее устройство и программно-управляемое устройство модуляции формируют в генераторе несущей частоты сигнал в виде последовательности посылок, который излучается антенной 2 считывателя 1 информации. Посылка состоит из непрерывного немодулированного СВЧ-сигнала, излучаемого заданное время Тн, и следующего за ним СВЧ-сигнала запросного кода, соответствующего определенной группе датчиков. По окончании первой посылки сразу излучается вторая посылка, состоящая из немодулированного СВЧ-сигнала длительностью Тн и запросного кода, соответствующего другой группе датчиков. Затем излучается третья посылка для третьей группы датчиков и т.д. После окончания перебора кодов всех групп датчиков цикл повторяется. Циклическая повторяемость посылок с разными запросными кодами позволяет увеличить надежность правильного считывания информации с датчиков путем многократного опроса одних и тех же датчиков, а также проводить считывание информации с подвижных объектов, соединенных в цепь, например в железнодорожный состав. В программе управления устройством модуляции можно изменять как длительность Тн, так и коды запрашиваемых датчиков.

При проезде датчиков 3 в зоне диаграммы направленности приемопередающей антенны 2 считывателя 1 информации датчики 3 непрерывно облучаются СВЧ-сигналом. Сигнал с антенны 4 датчика 3 поступает одновременно на модулятор 5, на вход демодулятора 6 кодов и на вход выпрямителя 7, где энергия несущей частоты СВЧ-сигнала преобразуется в постоянное напряжение и накапливается. Постоянное напряжение с выхода выпрямителя 7 поступает на питающий вход формирователя импульсов длительностью Т≤Тн 10, находящегося в режиме молчания, а через открытый первый ключ 9 - на питающий вход декодера 8, обеспечивая их работоспособность, и на вход второго ключа 11, который закрыт. На питающий вход генератора 12 кода питание через второй ключ 11 не подается, генератор 12 кода не включен и не выдает кодированных сигналов с выхода на вход модулятора 5. Когда со считывателя на антенну 4 датчика 3 приходит СВЧ-сигнал запросного кода, он демодулируется в демодуляторе 6 и код с выхода демодулятора 6 поступает на сигнальный вход декодера 8. Одновременно с выпрямителя 7 на декодер 8 продолжает поступать питающее напряжение. Если код с выхода демодулятора 6 совпадает с кодом, записанным в декодере 8, то декодер вырабатывает сигнал для запуска формирователя импульсов 10. Формирователь импульсов 10 вырабатывает сигнал длительностью Т≤Тн, который поступает на управляющие входы первого ключа 9 и второго ключа 11. Первый ключ 9 закрывается, питающее напряжение на поддержание работоспособности декодера 8 не расходуется, а второй ключ 11 открывается, питающее напряжение поступает на питающий вход генератора 12 кода. В генераторе 12 записан идентификационный код и другая кодированная информация, которая с выхода генератора 12 кода поступает на вход модулятора 5. Под действием сигналов с выхода генератора 12 кода модулятор 5 изменяет характеристическое сопротивление антенны 4 по закону кодированной информации, т.е. изменяет отражательные свойства антенны 4 по закону кодированной информации. Отраженные от антенны 4 датчика 3 кодированные СВЧ-сигналы принимаются приемопередающей антенной 2 считывателя 1 информации и фиксируются в считывателе 1 информации. По окончании сигнала длительностью Т формирователь импульсов 10 возвращается в исходное состояние режима молчания, открывая первый ключ 9 и закрывая второй ключ 11. Питающее напряжение снимается с генератора 12 кодов и подается на декодер 8. Датчик 3 готов к новому циклу работы.

Таким образом, на антенну 2 считывателя 1 информации поступает кодовый СВЧ-сигнал в заданное время Тн только с датчика той группы, чей код совпал с запросным кодом считывателя. Кодовая информация с других датчиков будет считана в свою очередь, когда запросный код со считывателя 1 информации совпадет с кодом в декодере 8 соответствующего датчика 3.

Если на один из управляющих входов генератора 12 кода датчика 3 поступает управляющий сигнал с внешнего устройства, то с выхода генератора 12 кода на модулятор 5 поступает измененный (другой) выходной код, который и фиксируется считывателем 1.

Как правило, потребляемый ток схемой декодера 8 и формирователя 10 импульсов в режиме молчания много меньше величины потребляемого тока генератором 12 кода. Поэтому накопленной во время непрерывного немодулированного СВЧ-сигнала энергии в выпрямителе 7 достаточно, чтобы обеспечить работоспособность включенного формирователя 10 импульсов и генератора 12 кода в течение ограниченного времени Т.

Однако в связи с ограничениями на мощность СВЧ-сигнала и/или при малом времени облучения датчика 3 за счет большой скорости движения объекта мимо антенны 2 считывателя 1 информации накопленного напряжения питания на выпрямителе 7 может оказаться недостаточным для питания генератора 12 кода. Для обеспечения надежной работы датчика в этом случае предлагается исполнение датчика 3, в который включен автономный источник питания 13 в виде аккумулятора или батарейки.

Время работоспособности датчика в этом случае определяется временем расходования энергии автономного источника питания. Для продления времени работоспособности датчика заложены схемные решения по уменьшению потребляемого тока и восполнению затраченной энергии. Расход энергии автономного источника на питание декодера 8 и формирователя 10 импульсов в режиме молчания небольшой, большее потребление тока происходит при включении формирователя 10 импульсов и питания генератора 12 кода, но только за ограниченное время Т. Кроме того, при прохождении датчиков 3 в зоне облучения антенной 2 считывателя 1 информации автономные источники питания 13 всех датчиков 3 подзаряжаются через выпрямитель 7 каждой посылкой СВЧ-сигнала от считывателя. Надежность и время работоспособности датчиков 3 существенно возрастает.