СЧИТЫВАТЕЛЬ ДЛЯ СИСТЕМ РАДИОЧАСТОТНОЙ ИДЕНТИФИКАЦИИ АВТОТРАНСПОРТНЫХ СРЕДСТВ И ИХ СОСТАВНЫХ ЧАСТЕЙ

Полезная модель относится к области радиочастотной идентификации объектов, в частности, к считывающим устройствам, и предназначена для формирования опросных сигналов, приема и обработки ответных сигналов-откликов радиометок, вычисления уникального идентификационного кода радиометки и его передачи на внешние устройства.
В общем случае система радиочастотной идентификации (РЧИД) состоит из транспондеров (радиометок), содержащих записанную кодированную информацию, и считывающего устройства, позволяющего с помощью излучения радиосигналов считать информацию с транспондера. При этом параметры считывателя напрямую зависят от типа выбираемых радиометок. Из уровня техники известны технические решения, относящиеся к системам РЧИД. Примеры таких систем отражены, например, в источниках [1-5]. В наиболее общем виде считыватели, применяемые в вышеназванных системах, имеют следующую структуру: корпус, в котором установлены приемопередающий модуль, циркулятор, модуль цифровой обработки сигналов с аналогово-цифровым преобразователем, интерфейсные преобразователи, антенные и интерфейсные разъемы, а также имеются антенна (внешняя) и источник питания (внешний или внутренний).
Главным недостатком считывателей из приведенного уровня техники является малая дальность считывания радиометок (до 30 метров), обусловленная использованием циркулятора, вносящего существенные затухания сигналов при коммутации за счет наличия коаксиальной развязки (увеличенная длина проводников, большее количество точек контакта).
Задача, на решение которой направлена настоящая полезная модель, заключается в повышении функциональных возможностей считывающего устройства для систем РЧИД. Достигаемым при этом техническим результатом является увеличение дальности считывания.
Сущность технического решения заключается в том, что предлагаемый считыватель для систем радиочастотной идентификации автотранспортных средств и их составных частей, включающий в себя корпус с установленными в нем антенными и интерфейсными разъемами, разъемом питания и источником питания, высокочастотным модулем устройства приема-передачи (УПП), включающим блоки генерации, модуляции и усиления сигнала, и модулем цифровой обработки сигналов (ЦОС) с аналого-цифровым преобразователем (АЦП) и интерфейсными преобразователями, отличается тем, что модуль УПП-считывателя выполнен с интегрированным в него каскадом СВЧ-переключателей, при этом в качестве блока генерации используется генератор коротких импульсов.
Заявленный технический результат достигается за счет исключения из схемы считывающего устройства циркулятора и введения вместо него каскада СВЧ-переключателей, интегрированного в состав модуля УПП, с одновременным использованием в качестве генератора модуля генератора коротких радиоимпульсов. Интегрирование каскада СВЧ-переключателей на плату модуля УПП обеспечивает микрополосковую развязку - по сравнению с коаксиальной развязкой полосковые проводники имеют минимальную длину, при этом количество точек контакта меньше. Такое исполнение позволяет существенно уменьшить потери сигнала при коммутации, а также снизить влияние внешних помех. Использование при этом генератора коротких импульсов позволяет увеличить мощность опросных сигналов с минимальными потерями. Все это в совокупности обеспечивает большую дальность считывания (до 70 метров).
На фиг. 1 приведена функциональная схема считывателя, где введены следующие обозначения: 1 - модуль УПП, 2 - модуль ЦОС, 3 - генератор коротких импульсов, 4 - блок усиления, 5 - каскад СВЧ-переключателей, 6 - антенные выходы и соответствующие им разъемы, 7 - демодулятор, 8 - высокоразрядный АЦП, 9 - контроллер, 10 - сигнальный процессор, 11 - интерфейсные преобразователи, 12 - интерфейсные разъемы. Исполнение корпуса считывателя с размещенными в нем основными функциональными модулями представлено на фиг. 2 (фиг. 2А - вид считывателя в корпусе сверху; 2Б - вид считывателя в корпусе снизу), где 1 - модуль УПП, 2 - модуль ЦОС, 6 - антенные разъемы, 12 - интерфейсные разъемы, 14 - корпус считывателя, 15 - блоки питания.
Считыватель схемотехнически реализован на двух платах: плата модуля УПП 1 и плата модуля ЦОС 2 (фиг. 1).
Передача и прием радиосигналов на антенны производится средствами модуля УПП 1. Модуль УПП 1 представляет собой приемопередатчик с переносом входной частоты 915 МГц на нулевую частоту, содержащий тракт для работы с одной частотой, где перенос и оцифровка сигнала осуществляется для одной последовательности на одной частоте. Генератор коротких импульсов 3 раздает генерируемый сигнал на антенные выходы 6 через блок усиления 4 сигнала, выполненный с возможностью регулирования коэффициента усиления, а также подает опорный сигнал на демодулятор 7, обеспечивающий в дальнейшем получение полной информации (амплитуды и фазы) о принимаемом сигнале-отклике радиометки. От усилителя 4 через каскад СВЧ-переключателей 5 сигнал через антенные разъемы 6 поступает на внешние антенны и излучается в пространство. Ответный сигнал-отклик радиометки, принятый одной из внешних антенн считывателя через каскад СВЧ-переключателей 5 поступает обратно в блок усиления сигнала 4 и затем на демодулятор 7, который раскладывает исходный сигнал на две квадратурные составляющие и подает их на АЦП 8 модуля ЦОС 2.
Модуль ЦОС 2 выполняет дальнейшую обработку полученных откликов. В модуле ЦОС 2 используются следующие средства оцифровки: 14-ти разрядный двухканальный АЦП 8 и контроллер 9, построенный на ПЛИС. Количество разрядов АЦП 8 выбрано с учетом требуемой дальности считывания радиометки и рассчитанного для этого необходимого динамического диапазона тракта АЦП, который должен быть не менее 70 дБ. Контроллер 9 осуществляет процедуры форматирования, буферизации, фильтрации и частотного преобразования поступающих сигналов. Модуль ЦОС 2 включает в себя связанные с контроллером 9 интерфейсные преобразователи 11: Ethernet, CAN с гальванической развязкой, RS-485 с гальванической развязкой и Wiegand с соответствующими им интерфейсными разъемами 12. Гальваническая развязка некоторых интерфейсных преобразователей позволяет исключить помехи связи. Для использования интерфейса связи Ethernet в модуле ЦОС 2 предусмотрен узел дополнительной обработки - сигнальный процессор 10, конвертирующий предобработанный сигнал, поступающий с контроллера 9, для дальнейшей передачи данных по этому интерфейсу.
Считыватель (фиг. 2) представляет собой устройство, состоящее из корпуса 14 с установленными в нем платами модуля УПП 1, модуля ЦОС 2, антенными 6 и интерфейсными 12 разъемами и блоками питания 15. Корпус 14 выполнен в виде единой металлической конструкции и может быть изготовлен на фрезерном станке в виде единой детали.
В системе радиочастотной идентификации автотранспортных средств и их составных частей считыватель работает следующим образом.
Генератор импульсов считывателя формирует мощный радиочастотный запросный импульс на центральной частоте и подает его на антенные выходы 6. Подключенные антенны излучают запросный импульс, который принимают радиометки и переотражают его в виде уже кодированной последовательности импульсов, которая принимается антеннами считывателя. Ответный сигнал-отклик радиометки, принятый одной из антенн, поступает на блок усиления 4 через каскад СВЧ-переключателей 5. После усиления сигнал поступает на демодулятор 7, где осуществляется перенос частоты сигнала в более удобный для оцифровки диапазон 100 МГц. Демодулятор 7 раскладывает исходный сигнал на две квадратурные составляющие, которые поступают на АЦП 8, где происходит оцифровка сигнала. Сформированный код в виде двух квадратур подается на вход контроллера 9 модуля ЦОС 2, где осуществляется форматирование, буферизация, фильтрация и частотное преобразование сигналов. После оцифровки по амплитудно-фазовым квадратурам в контроллере 9 вычисляется 14-разрядный идентификационный код радиометки. Дополнительно, благодаря заложенному в АЦП алгоритму, по искажению последовательности Баркера может вычисляться температура радиометки, что позволяет учесть температурные искажения и исключить ошибки вычисления кода, а также по задержке сигнала может определяться дальность до радиометки.
Далее предобработанный сигнал в зависимости от выбранного интерфейса (или нескольких интерфейсов) связи подается прямо на соответствующие интерфейсные преобразователи 11 (при работе с интерфейсами CAN, RS-485 и/или Wiegand) или на узел дополнительной обработки - сигнальный процессор 10 (при работе с интерфейсом Ethernet), с последующим выводом полученных результатов с помощью соответствующих интерфейсных разъемов 12 на внешнее вычислительное устройство.
Таким образом, считыватель выполняет следующие функции: формирование опросных радиоимпульсов, их усиление и передачу на антенну; прием сигнала от радиометок, поступившего на антенный вывод считывателя, его усиление, фильтрацию и оцифровку; обработку оцифрованного сигнала, вычисление уникального идентификационного кода радиометки и его передачу на внешние устройства или ПК через различные интерфейсы связи.
Схемотехническое решение считывателя построено на общедоступной элементной базе. В частности, в качестве аппаратурного преобразователя использована ПЛИС 5CGTFD7D5F31I7N фирмы «Altera», сигнальный процессор реализован на TMS320C6674ACYPA фирмы «Texas Instruments)), а в качестве высокоразрядного АЦП выбран AD9640ABCPZ-125 фирмы «Analog Devices)).
Список источников информации:
1. Патент РФ №2509318 на изобретение "Система радиочастотной идентификации на поверхностных акустических волнах", опубл. 10.03.2014, МПК G01S 13/00;
2. Патент РФ №2291468 на изобретение "Система дистанционного считывания информации с подвижных объектов и их узлов", опубл. 10.01.2007, МПК G01S 13/75;
3. Патент РФ №2544753 на изобретение "Приемно-передающее устройство RFID считывателя", опубл. 20.03.2015, МПК G06K 7/00, G01S 13/00;
4. Патент РФ №2320510 на изобретение "Автоматизированная система считывания идентификационной информации с подвижных объектов", опубл. 20.01.2009, МПК B61L 25/02;
5. Патент РФ №142106 на полезную модель "Приемно-передающее устройство RFID считывателя", опубл. 20.06.2014, МПК G01S 13/00.