Пристрій для зчитування інформації з рухомих об’єктів
Номер патенту: 103252
Опубліковано: 25.09.2013
Автори: Зайцев Вадим Сергійович, Черевко Олена Олександрівна
Формула / Реферат
Пристрій для зчитування інформації з рухомих об'єктів, що містить встановлений на рухомому об'єкті датчик, що включає приймально-передавальну антену, блок обробки і передачі інформації, первинний перетворювач, аналого-цифровий перетворювач та блок живлення, а також приймач, встановлений в пунктах зчитування інформації, що включає приймально-передавальну антену та блок прийому інформації, який відрізняється тим, що в датчик додатково введені приймач електромагнітних хвиль в НВЧ діапазоні, операційний підсилювач та випрямляч, а блок обробки і передачі інформації виконаний у вигляді мікроконтролера, забезпеченого радіопередавачем, при цьому вихід приймально-передавальної антени підключений до приймача електромагнітних хвиль з блоком живлення, вихід якого сполучений з першими входами операційного підсилювача, аналого-цифрового перетворювача і блока обробки і передачі інформації та входом первинного перетворювача, виконаного у вигляді розімкненого феромагнітного сердечника з двома обмотками, одна з яких підключена до генератора синусоїдальної напруги, що входить до складу цього перетворювача, а інша - через конденсатор до первинної обмотки трансформатора, вторинна обмотка якого сполучена з входом випрямляча, який своїм виходом сполучений з другим входом операційного підсилювача, підключеного через аналого-цифровий перетворювач до другого входу блока обробки і передачі інформації, вихід якого підключений до приймально-передавальної антени, а в приймач додатково включені підсилювач потужності в НВЧ діапазоні, мікроконтролер з радіопередавачем та шляховий датчик або рейковий ланцюг, при цьому шляховий датчик або рейковий ланцюг підключені до першого входу мікроконтролера, до другого входу якого підключений блок прийому інформації, сполучений з приймально-передавальною антеною, яка через підсилювач потужності в НВЧ діапазоні сполучена з виходом радіопередавача мікроконтролера, інший вихід якого призначений для з'єднання з локально-обчислювальною системою.
Текст
Реферат: Винахід належить до вимірювальної техніки та може бути використаний в системах керування залізничним транспортом. Пристрій для зчитування інформації з рухомих об'єктів містить встановлений на рухомому об'єкті датчик, що включає приймально-передавальну антену, блок обробки і передачі інформації, первинний перетворювач, аналого-цифровий перетворювач та блок живлення, а також приймач, встановлений в пунктах зчитування інформації, що включає приймально-передавальну антену та блок прийому інформації. В датчик додатково введені приймач електромагнітних хвиль в НВЧ діапазоні, операційний підсилювач та випрямляч. Блок обробки і передачі інформації виконаний у вигляді мікроконтролера з радіопередавачем. Приймально-передавальна антена підключена до приймача електромагнітних хвиль з блоком живлення, який сполучений з операційним підсилювачем, аналого-цифровим перетворювачем, блоком обробки і передачі інформації та первинним перетворювачем. Первинний перетворювач виконаний у вигляді розімкненого феромагнітного сердечника з двома обмотками, які підключені відповідно до генератора синусоїдальної напруги і через конденсатор до первинної обмотки трансформатора, вторинна обмотка якого сполучена з випрямлячем. Випрямляч сполучений з операційним підсилювачем, який через аналого-цифровий перетворювач підключений до блока обробки і передачі інформації, який підключений до антени. В приймач додатково включені підсилювач потужності в НВЧ діапазоні, мікроконтролер з радіопередавачем та шляховий датчик або рейковий ланцюг. При цьому входи мікроконтролера підключені до шляхового датчика або рейкового ланцюга та блока прийому інформації, сполученого з антеною, а виходи – до сполученого з антеною підсилювача потужності та до локально-обчислювальної системи. Пристрій забезпечує підвищення точності і достовірності зчитування інформації та розширення її об′єму, що підвищує надійність роботи. UA 103252 C2 (12) UA 103252 C2 UA 103252 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Винахід належить до вимірювальної техніки та може використовуватися в системах керування залізничним транспортом. На практиці при вирішенні деяких експлуатаційних задач виникає необхідність отримувати з рухомих об'єктів залізничного транспорту, що не мають автономних джерел живлення, додаткову інформацію, яка може бути сформована на цьому об'єкті. Наприклад, на металургійних заводах при перевезеннях розплавленого чавуну з доменного цеху в мартенівський або конверторний цехи в чавуновозних ковшах, що розміщуються на спеціальних залізничних лафетах, велике значення має кількість чавуну, що наливається в ківш, при його випуску з доменної печі. Справа в тому, що швидкість охолодження чавуну при його перевезенні залежить від кількості чавуну, що наливається в ківш (при більшій масі охолодження йде повільніше), від температури налитого чавуну і від часу перебування ковшів з рідким чавуном у дорозі від доменного цеху до міксера сталеплавильного цеху. Від температури чавуну, що заливається в міксер, в мартенівську піч або конвертор, залежать такі показники, як витрата енергоносіїв, металобрухту, кисню і т.п. Чим вища температура чавуну, що заливається, тим кращі технікоекономічні показники мартенівського або конверторного виробництва. Нині не існує надійного способу контролю кількості чавуну, що наливається в ківш, при випуску його з доменної печі. У зонах випуску чавуну і наливання його в ківш неможливо через існуючі важкі умови встановити платформні залізничні ваги будь-якої конструкції, оскільки залізничні колії засипаються безперервно окалиною, іноді заливаються рідким чавуном або шлаком. Крім того, ваги потрібно встановлювати біля кожної доменної печі, щоб контролювати кількість чавуну саме в процесі його наливання в ківш, оскільки за технологічними умовами неможливо зважувати ківш на окремо встановлених залізничних вагах і знову, при необхідності, подавати цей ківш для доливки під піч. Виходом з положення є оснащення кожного лафета пристроєм, що дозволяє здійснювати локальне зважування і передачу даних по радіоканалу. Є відомою система ідентифікації "Пальма" [2], розроблена ЗАТ "Галузевий центр впровадження" МПС РФ. Увесь рухомий склад обладнується бортовими датчиками КБД-2, що несуть інформацію про кожен рухомий об'єкт, а в опорних точках на трасі встановлюються пункти зчитування, при проходженні яких автоматично знімається інформація про стан цього об'єкта. Отримана інформація через фіксовані тимчасові інтервали передається на концентратор лінійного рівня, що здійснює її збір з усіх пунктів зчитування цього залізничного вузла. Потім вона обробляється і по мережі Російських залізниць надходить в концентратор дорожнього рівня. Саме на цьому рівні забезпечується оперативне управління транспортними потоками. Кінцеве повідомлення містить ідентифікаційні дані рухомих одиниць (8-значний код рухомого засобу), код станції і код пункту зчитування, напрям і час проходження, а також перелік рухомих одиниць у складі потягу. Недоліками системи є неможливість автоматично вводити в динамічну пам'ять датчика КБД2 інформацію, що формується на контрольованому об'єкті, призначену для передачі по радіоканалу на пункт зчитування, і висока вартість системи. За прототип прийнято "Пристрій для зчитування інформації, що формується на рухомих об'єктах залізничного транспорту" [1], що містить встановлені на рухомому об'єкті приймальну антену, блок формування інформації про контрольований параметр, перетворювач напруги, блок формування тактових імпульсів, блоки оперативної і постійної пам'яті і передавач, пов'язаний з передавальною антеною, а на колії - індуктор, блок управління і приймач з приймальною антеною, причому блок формування інформації про контрольований параметр і перетворювач напруги встановлені на рухомому об'єкті, забезпеченому елементами І-АБО, НІ, аналого-цифровим перетворювачем, блоками оперативної та постійної пам'яті, тактовий вхід останнього з яких сполучений з виходом елемента НІ, вхід якого подключений до одного з виходів блока формування тактових імпульсів, сполученому з тактовим входом блока оперативної пам'яті, адресний вхід якого і адресний вхід блока постійної пам'яті сполучені з іншим виходом блока формування тактових імпульсів, третій вихід якого підключений до одного з входів елемента І-АБО, два інші входи якого сполучено з виходами відповідно блока постійної пам'яті і блока оперативної пам'яті, другий адресний вхід останнього з яких підключений до виходу аналого-цифрового перетворювача, вхід якого підключений до виходу блока формування інформації про контрольований параметр, а входи живлення блока формування тактових імпульсів, блоків оперативної і постійної пам'яті, аналого-цифрового перетворювача і передавача, сполученого інформаційним входом з виходом елементу І-АБО, підключені до виходів перетворювача напруги, а на колії встановлений генератор напруги, підключений 1 UA 103252 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 виходом до індуктора, а входом - до одного виходу блока управління, до іншого виходу якого підключений входом управління приймач. Недоліком цього пристрою є наявність індуктора, що розташовується посередині залізничної колії. З'ясувалося, що в зонах випуску чавуну і наливання його в ковші неможливо через існуючі важкі умови забезпечити його надійну роботу протягом тривалого часу, оскільки залізничні колії засипаються безперервно окалиною, іноді заливаються рідким чавуном або шлаком, що робить важким проведення оглядів і, при необхідності, ремонтних робіт. Крім того, елементна база пристрою застаріла, що істотно обмежує його технічні характеристики з точки зору надійності і точності. В основу винаходу поставлена задача удосконалити пристрій для зчитування інформації з рухомих об'єктів, в якому за рахунок зміни елементної бази підвищується надійність роботи і точність зчитування інформації, розширюється її об'єм і достовірність. Для вирішення поставленої задачі в пристрої для зчитування інформації з рухомих об'єктів, що містить встановлений на рухомому об'єкті датчик, що включає приймально-передавальну антену, блок обробки і передачі інформації, первинний перетворювач, аналого-цифровий перетворювач та блок живлення, а також приймач, встановлений в пунктах зчитування інформації, що включає приймально-передавальну антену та блок прийому інформації, відповідно до винаходу, в датчик додатково введені приймач електромагнітних хвиль в НВЧ діапазоні, операційний підсилювач та випрямляч, а блок обробки і передачі інформації виконаний у вигляді мікроконтролера, забезпеченого радіопередавачем, при цьому вихід приймально-передавальної антени підключений до приймача електромагнітних хвиль з блоком живлення, вихід якого сполучений з першими входами операційного підсилювача, аналогоцифрового перетворювача і блока обробки і передачі інформації та входом первинного перетворювача, виконаного у вигляді розімкненого феромагнітного сердечника з двома обмотками, одна з яких підключена до генератора синусоїдальної напруги, що входить до складу цього перетворювача, а інша - через конденсатор до первинної обмотки трансформатора, вторинна обмотка якого сполучена з входом випрямляча, який своїм виходом сполучений з другим входом операційного підсилювача, підключеною через аналого-цифровий перетворювач до другого входу блока обробки і передачі інформації, вихід якого підключений до приймально-передавальної антени, а в приймач додатково включені підсилювач потужності в НВЧ діапазоні, мікроконтролер з радіопередавачем та шляховий датчик або рейковий ланцюг, при цьому шляховий датчик або рейковий ланцюг підключені до першого входу мікроконтролера, до другого входу якого підключений блок прийому інформації, сполучений з приймально-передавальною антеною, яка через підсилювач потужності в НВЧ діапазоні сполучена з виходом радіопередавача мікроконтролера, інший вихід якого призначений для з'єднання з локально-обчислювальною системою. Суть винаходу пояснюється кресленнями, де на фіг. 1 - блок-схема пристрою для зчитування інформації з рухомих об'єктів; фіг. 2 - принципіальна електрична схема приймача електромагнітних хвиль в НВЧ діапазоні; фіг. 3 - електрична схема первинного перетворювача; фіг. 4 - схема розміщення датчика і приймача. Пристрій містить приймач 1, розташований в пунктах зчитування інформації, при використанні пропонованого пристрою в залізничному транспорті - в зонах біля залізничних колій, і датчик 2, у цьому винаході - кодовий. Приймач 1 має шляховий датчик або рейковий ланцюг 3 (фіг. 1, 2), який сполучений з першим входом мікроконтролера 4, що містить радіопередавач, виконаний як незалежний блок, що не має сигнальних зв'язків з мікроконтролером. До другого входу мікроконтролера 4 підключений блок прийому інформації 5, виконаний у вигляді плати в корпусі. Вихід радіопередавача (може використовуватися тип IMS7090) мікроконтролера 4 через підсилювач 6 потужності, працюючий в НВЧ діапазоні 300800 МГц, сполучений з приймально-передавальною антеною 7, до якої також приєднаний блок (ADF) прийому інформації. Інший вихід мікроконтролера призначений для з'єднання з локальнообчислювальною системою. Кодовий датчик 2 (фіг. 1, 2) містить приймально-передавальну антену 8, сполучену з входом приймача 9 електромагнітних хвиль в НВЧ діапазоні, який є випрямлячем НВЧ коливань, зібраний за схемою з подвоєнням напруги на діодах VD1, VD2 (може бути використана діодна збірка HSMS2822) і конденсаторів С1, С2, С3 - 17, виконаних у вигляді широких пластин фольги (фіг. 3). Конденсатор С3 включений у блок для згладжування високочастотної пульсації на клемах живлення приймача. Діод VD3 служить для розв'язки від зовнішнього джерела живлення. Вихід приймача 9 сполучений із входами блока обробки і передачі інформації 10, що є інтегральною мікросхемою MC68HC908RF2, до складу якого входить мікроконтролер з 2 UA 103252 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 радіопередавачем {6,7}, 12-розрядного аналого-цифрового перетворювача 11 (AD 7274) {5} та операційного підсилювача 12 (AD8932),другий вхід якого сполучений з випрямлячем 13, вхід якого сполучений з первинним перетворювачем 14, який також сполучений з приймачем електромагнітних хвиль 9, що має блок живлення 15 (тип MFCF-05C). Блок обробки і передачі інформації 10 підключений до антени 8, виконаної з склолистової плати шириною 1,5 мм з рознесеними плечима, до одного з яких підключений трансформатор 16, що входить до складу приймача електромагнітних хвиль 9 (фіг. 3), який дозволяє здійснити перехід від низькоомного хвильового опору антени 8 до високоомного входу приймача 9, тобто блоків, що входять в кодовий датчик 2. До другого плеча антени 8 приєднується кодовий датчик. Первинний перетворювач 14 (фіг. 4) є розімкненим феритовим сердечником 18, що містить дві обмотки W1, W2. Обмотка збудження W1 отримує живлення від стабільного генератора синусоїдальної напруги 19, який працює на частоті до 1000 КГц, обмотка W2 є вимірювальною. Генератор синусоїдальної напруги може бути зібраний на операційному підсилювачі 12 (AD 8932) [8]. Послідовно з обмоткою W2 і первинною обмоткою L1 підвищуючого трансформатора включений конденсатор С, що створює резонансну гілку, налаштовану на частоту генератора синусоїдальних сигналів 19. Вторинна обмотка трансформатора L2 підключена до випрямляча 13, вихід якого підключений до входу операційного підсилювача 12, вихід якого підключений до входу 12-розрядного аналого-цифрового перетворювача 11, приєднаного до блока обробки і передачі інформації 10, сполученого з антеною 8. Кодовий датчик 2 розташований на лафеті 22 з чавуновозним ковшем 21 (фіг. 4), первинний перетворювач 14 - між амортизаційними пружинами 24 лафета 22. Лафет з чавуновозним ковшем переміщається по залізничній колії 23. Пристрій працює таким чином. При знаходженні лафета 22 з ковшем 21 в зоні спрацьовування кодового датчика 2 або замикання рейкового ланцюга 3, починає працювати радіопередавач мікроконтролера 4, випромінюючи електромагнітні коливання в діапазоні НВЧ. Ці коливання електромагнітного поля сприймаються смуговою антеною 8 кодового датчика і приймачем 9. Приймач електромагнітних хвиль 9 є випрямлячем НВЧ коливань, що формує напругу живлення схеми датчика. При появі напруги живлення починають працювати усі блоки, що входять до складу кодового датчика. Посилений дискретний сигнал надходить на вхід блока обробки і передачі інформації 10. Цей блок є інтегральною мікросхемою MC68HC908RF2, до складу якої входять універсальний мікроконтролер 4 з вбудованим радіопередавачем [6, 7]. Сигнал з аналого-цифрового перетворювача 11 надходить в мікроконтролер 4, в постійній пам'яті якого знаходиться номер лафета, що займає 12 біт пам'яті (три десяткових числа). На початку роботи кодового датчика 2 в оперативний запам'ятовуючий пристрій мікроконтролера 4 вноситься номер лафета з постійного запам'ятовуючого пристрою, потім до номера лафета додається інформація про його поточну вагу, що надходить з аналого-цифрового перетворювача 11 (12 біт, тобто 3 десяткових числа від 000 до 999). З виходу мікроконтролера 4 на вхід радіопередавача надходить інформаційний сигнал (бітовий рядок), що містить службову інформацію, а також інформацію про номер лафета і його вагу. Цей сигнал випромінюється радіопередавачем блока 10 у вигляді амплітудно-модульованого сигналу (глибина модуляції 100 %) на не ліцензованій частоті 434 МГц в місці зчитування і приймається радіоприймальним пристроєм 5. Після детектування інформація надходить в блок мікроконтролера 4 з радіопередавачем пристрою, що знаходиться біля залізничної колії, для обробки. У місці зміни ковшів на лафеті в мікроконтролер пристрою 1 вводиться номер ковша (вручну або автоматично за допомогою системи технічного зору), який потім додається до прийнятої інформації кодовим датчиком 2. Ця інформація зберігається протягом доби в запам'ятовуючому пристрої мікроконтролера 4 і за запитом (або періодично) надсилається в ЕОМ автоматизованої системи контролю (АСК) перевезеннями рідкого чавуну, де з урахуванням дати і часу доби використовується оперативним персоналом з метою обліку і планування. Як приймальний пристрій можна також використовувати приймальну частину ІМС ADF7020 або ADF7025, що працюють в діапазоні не ліцензованих частот від 433 до 982 МГц [9]. Можна також використовувати в схемі інші подібні елементи, наприклад, контролери. Застосування пропонованого пристрою дозволить розширити об'єм передаваної інформації, що включає не лише номер рухомого об'єкта, але і змінну інформацію, яка формується на об'єкті. Пристрій можна використовувати і на інших типах вагонів, наприклад, для контролю температури букс у колісних пар вагонів, розмістивши в районі підшипників чутливі елементи (термопари або термоопори). Перелік посилань 3 UA 103252 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 1. Патент РФ № RU 2003544 С1 B61L25/02, 30.11.93. 2. http://www.ocv.ru // Система ідентифікації "Пальма", ЗАТ "Галузевий центр впровадження" МШС РФ. Інструкція з експлуатації "Пункт прочитування системи автоматичної ідентифікації "Пальма", Москва, 2002 р. 3. edu.dvgups.ru/METDOC/GDTRAN/../2_4.htm) // Генератори синусоїдальних коливань на операційних підсилювачах. 4. Електронні компоненти і системи, К.: VD MAIS, № 4, 2010 p. 5. Електронні компоненти і системи, К.: VD MAIS, № 12, 2004 p. 6. Ремизевич Т.В. Мікроконтролери для вбудовуваних застосувань. Від загальних підходів до сімейств НС05 b HC08 Motorola. - М.: "Додэка", 2000 p. 7. Електронні компоненти і системи, К.: VD MAIS, № 4, 2001 p. 8. Електронні компоненти і системи, К.: VD MAIS, № 12, 2002 р. 9. Електронні компоненти і системи, VD MAIS, № 8, 2005 p. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ Пристрій для зчитування інформації з рухомих об'єктів, що містить встановлений на рухомому об'єкті датчик, що включає приймально-передавальну антену, блок обробки і передачі інформації, первинний перетворювач, аналого-цифровий перетворювач та блок живлення, а також приймач, встановлений в пунктах зчитування інформації, що включає приймальнопередавальну антену та блок прийому інформації, який відрізняється тим, що в датчик додатково введені приймач електромагнітних хвиль в НВЧ діапазоні, операційний підсилювач та випрямляч, а блок обробки і передачі інформації виконаний у вигляді мікроконтролера, забезпеченого радіопередавачем, при цьому вихід приймально-передавальної антени підключений до приймача електромагнітних хвиль з блоком живлення, вихід якого сполучений з першими входами операційного підсилювача, аналого-цифрового перетворювача і блока обробки і передачі інформації та входом первинного перетворювача, виконаного у вигляді розімкненого феромагнітного сердечника з двома обмотками, одна з яких підключена до генератора синусоїдальної напруги, що входить до складу цього перетворювача, а інша - через конденсатор до первинної обмотки трансформатора, вторинна обмотка якого сполучена з входом випрямляча, який своїм виходом сполучений з другим входом операційного підсилювача, підключеного через аналого-цифровий перетворювач до другого входу блока обробки і передачі інформації, вихід якого підключений до приймально-передавальної антени, а в приймач додатково включені підсилювач потужності в НВЧ діапазоні, мікроконтролер з радіопередавачем та шляховий датчик або рейковий ланцюг, при цьому шляховий датчик або рейковий ланцюг підключені до першого входу мікроконтролера, до другого входу якого підключений блок прийому інформації, сполучений з приймально-передавальною антеною, яка через підсилювач потужності в НВЧ діапазоні сполучена з виходом радіопередавача мікроконтролера, інший вихід якого призначений для з'єднання з локально-обчислювальною системою. 4 UA 103252 C2 5 UA 103252 C2 Комп’ютерна верстка С. Чулій Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 6
ДивитисяДодаткова інформація
Автори англійськоюZaitsev Vadym Serhiiovych, Cherevko Olena Oleksandrivna
Автори російськоюЗайцев Вадим Сергеевич, Черевко Елена Александровна
МПК / Мітки
МПК: H02J 13/00, B61L 25/02
Мітки: об'єктів, інформації, пристрій, зчитування, рухомих
Код посилання
<a href="https://ua.patents.su/8-103252-pristrijj-dlya-zchituvannya-informaci-z-rukhomikh-obehktiv.html" target="_blank" rel="follow" title="База патентів України">Пристрій для зчитування інформації з рухомих об’єктів</a>
Попередній патент: Спосіб агломерації залізорудних матеріалів
Наступний патент: Установка для вирощування наногетероепітаксійних структур з квантовими точками з рідкої фази
Випадковий патент: Сигнальне джерело світла