СИСТЕМА ДИСТАНЦИОННОГО СЧИТЫВАНИЯ ИНФОРМАЦИИ С ПОДВИЖНЫХ ОБЪЕКТОВ И ИХ УЗЛОВ
SYSTEM OF REMOTE INFORMATION READING FROM MOVING OBJECTS AND THEIR COMPONENTS

Изобретение относится к системам дистанционной кодовой идентификации железнодорожных и автомобильных транспортных средств и автоматизированного учета грузовых перевозок этими средствами.
Известна система запроса и обнаружения, содержащая считывающее устройство, датчик стандарта ИСО 103374, идентифицирующий объект (патент США 4739328, кл. G01S 13/00, НКИ 342/44: 342/51, 1988). В состав считывающего устройства входят генератор немодулированных колебаний, приемопередающая антенна, линия передачи, два направленных ответвителя, два смесителя, линия задержки на 90° по высокой частоте, два усилителя низкой частоты и линия задержки НЧ и демодулятор. Направленные ответвители включены в линию передачи навстречу друг другу, а их выходы подключены к входам смесителей. К одному смесителю сигнал гетеродина подведен с задержкой 90°. Сигнал со смесителей поступает на два усилителя НЧ. Сигналы НЧ сдвигаются по фазе на 90° и после усилителей ограничителей поступают на вход демодулятора.
Считывающее устройство запрашивает объект, оснащенный датчиком, который выдает идентифицирующую последовательность "единиц" и "нулей" в двоичном коде, индивидуальную для конкретного объекта. Этим кодом модулируются отражения от антенны датчика.
Датчик включает приемопередающую антенну, выпрямитель, переменную нагрузку и генератор модулированных колебаний.
Известна система дистанционного контроля подвижных объектов и их узлов (патент РФ №2291468). Система содержит считыватель информации, состоящий из приемопередающей антенны, полосового фильтра, циркулятора, генератора несущей частоты, смесителя, усилителя, демодулятора, блока обработки сигналов, двух блоков памяти и программно управляемого устройства модуляции, а также датчики, каждый из которых содержит модулятор, изменяющий характеристическое сопротивление антенны, выпрямитель, генератор кода, демодулятор, декодер, формирователь импульсов, два ключа и антенну.
В данном изобретении предлагается решение задачи за счет применения структуры датчика, обеспечивающей взаимодействие со считывателем, отдаленно напоминающее характер обмена по стандарту ИСО 18000-6с, но, строго говоря, не соответствующее этому стандарту. Поэтому не ясна практическая перспектива реализации данного патента на настоящем уровне развития стандартизации процессов обмена считывателя с датчиками идентификации подвижных объектов и существующей номенклатуры датчиков данного стандарта.
При этом исчезает возможность считывания собственно датчиков стандарта ИСО 10374.
Известна принятая за прототип система дистанционного считывания датчиков стандарта ИСО 10374 (патент РФ №2222030), содержащая считыватель сигналов кодового датчика для дистанционной идентификации объектов, включающий в себя приемно-передающий тракт, генератор несущей частоты, смеситель, выход которого соединен с входом усилителя, выход которого подключен к входу демодулятора сигналов стандарта ИСО 10374, а выход демодулятора сигналов стандарта ИСО 10374 подключен к одному из входов блоком обработки сигнала, реализованная на российских железных дорогах.
В прототипе в считыватель, содержащий приемопередающую антенну, передающий тракт которой соединен с выходом генератора несущей частоты, а приемный тракт - с первым входом смесителя, на второй вход которого поступает сигнал с выхода генератора несущей частоты, а выход смесителя соединен со входом усилителя, выход которого подключен ко входу демодулятора, выполненного в виде микропроцессорного блока, а выход демодулятора с блоком обработки сигнала, предлагается в считыватель ввести управляющее устройство, реализующее функцию включения излучения считывателя сигналом включения считывателя в интервалы времени, в которые датчик находится в диаграмме направленности антенны. Кроме того, для повышения функциональных возможностей системы и сохранения массива идентифицированных номеров объектов, в считыватель вводится запоминающее устройство, с которого через устройство согласования с линией передачи данных по линии передачи данных осуществляется передача массива информации в центральное устройство обработки информации.
Прототип не обеспечивает распознавание сигналов с датчиков стандарта ИСО 18000-6c(UHFGen2). Технический результат, на достижение которого направлено заявленное изобретение, заключается в расширении функциональных возможностей считывателя, а именно обеспечение идентификации подвижных объектов со смешенной комплектацией, когда, например, транспортное средство идентифицируется датчиком в стандарте ИСО 10374, а перевозимые грузы (например, контейнеры) идентифицируются датчиком в стандарте ИСО 18000-6с.
Технический результат предлагаемого изобретения достигается тем, что считыватель сигналов кодового датчика для дистанционной идентификации объектов, включающий в себя приемно-передающий тракт, генератор несущей частоты, смеситель, выход которого соединен с входом усилителя, выход которого подключен к входу демодулятора кода стандарта ИСО 10374, а выход демодулятора кода стандарта ИСО 10374 подключен к одному из входов блока обработки сигнала, снабжен двумя устройствами для разделения сигналов, контроллером, управляющим работой генератора несущей частоты, вторым смесителем, усилителем и демодулятором кода стандарта ИСО 18000-6с, при этом приемно-передающий тракт разделен на приемный канал с приемной антенной и передающий канал с передающей антенной, генератор несущей частоты, общий для обоих каналов, является программируемым, в качестве смесителей использованы квадратурные демодуляторы, передающая антенна непосредственно подключена к первому выходу программируемого генератора, второй выход которого подключен к входу первого устройства для разделения сигнала, а первый выход указанного устройства подключен к входу сигнала гетеродина первого смесителя, а второй выход устройства подключен к входу сигнала гетеродина второго смесителя, при этом сигнальный вход первого смесителя подключен к первому выходу второго устройства для разделения сигнала, вход которого подключен напрямую к приемной антенне, а второй выход второго устройства подключен к сигнальному входу второго смесителя, выходы первого смесителя подключены к входам первого усилителя промежуточной частоты, выход которого подключен к демодулятору кода стандарта ИСО 10374, а выходы второго смесителя подключены к входам второго усилителя промежуточной частоты, выход которого подключен к демодулятору кода стандарта ИСО 18000-6с, выход которого подключен к другому входу блока обработки сигналов, один из выходов которого подключен к входу контроллера, а управляющий выход контроллера подключен к программирующим входам генератора несущей частоты.
Другой выход блока обработки сигналов подключен к входу запоминающего устройства, выход которого предназначен для подключения - через соответствующее согласующее устройство - к линии связи, а третий вход блока обработки сигналов предназначен для подключения к устройству фиксации входа объекта в зону видимости считывателя - колесному датчику.
Также блок обработки сигналов выполнен с возможностью достраивания формата кода стандарта ИСО 18000-6с до размера формата кода стандарта ИСО1374, обеспечивая обработку выходной информации со считывателя единым программным обеспечением.
На рис.1 представлена структурная схема считывателя по заявленному изобретению с возможными компонентами реализации, на рис.2 приведен фрагмент считывания считывателем заявленной структуры кодов датчиков идентификации подвижного состава смешанной комплектации стандартов ИСО 10374 и ИСО 18000-6с (ЕРС UHF Gen2). В состав считывателя входят следующие элементы:
1 - передающая антенна, 2 - приемная антенна, 3 - программируемый генератор несущей частоты, 4 - управляющий контроллер, 5, 6 - устройства разделения сигналов, 7, 8 - смесители (квадратурные демодуляторы), 9, 10 - усилители промежуточной частоты, 11, 12 - демодуляторы (сигнальные процессоры) кодов датчиков, 13 - блок обработки сигналов (центральный процессор), 14 - запоминающее устройство, 15 устройства согласования с периферией, 16 - линия передачи (модем), 17 - устройство фиксации входа объекта в зону видимости считывателя (колесный датчик).
На рисунке показаны элементы возможной реализации считывателя. При этом позиции 3, 8, 10, 12 и частично 6 могут быть реализованы одной интегральной схемой AS3992.
Считыватель сигналов кодового датчика для дистанционной идентификации объектов включает в себя приемно-передающий тракт, разделен на передающий канал с передающей антенной 1 и приемный канал с приемной антенной 2. Смеситель 7 выходом которого соединен с входом усилителя 9, выход которого подключен к входу демодулятора 11 кода стандарта ИСО 10374. Выход последнего подключен к одному из входов блока 13 обработки сигнала. Считыватель снабжен двумя устройствами для разделения сигналов 5 и 6, контроллером 4, управляющим работой генератора 3 несущей частоты, вторым смесителем 8, демодулятором 10 кода стандарта ИСО 18000-6с. Генератор 3 несущей частоты, общий для обоих каналов, является программируемым. В качестве смесителей 7 и 8 использованы квадратурные демодуляторы. Передающая антенна непосредственно подключена к первому выходу генератора 3. второй выход которого подключен к входу устройства для разделения сигналов 6, а первый выход указанного устройства 6 подключен к первому входу смесителя 7. Второй выход устройства для разделения сигналов 7 подключен к первому входу смесителя 9. Второй вход смесителя 8 подключен к первому выходу устройства для разделения сигналов 5, вход которого подключен напрямую к приемной антенне 2. Второй выход устройства для разделения сигналов 5 подключен к второму входу смесителя 8. Выходы смесителя 7 подключены к входам первого усилителя 9 промежуточной частоты, выход которого подключен к демодулятору 11 кода стандарта ИСО 10374. Выходы смесителя 8 подключены к входам второго усилителя 10 промежуточной частоты, выход которого подключен к демодулятору 12 кода стандарта ИСО 18000-6с, выход которого подключен к другому входу блока 13 обработки сигналов. Один из выходов последнего подключен к входу контроллера 4. Управляющий выход контроллера подключен к программирующим входам генератора 3 несущей частоты.
Другой выход блока 13 обработки сигналов подключен к входу запоминающего устройства 14, выход которого предназначен для подключения - через соответствующее согласующее устройство, содержащееся в устройстве 15 согласования с периферией - к линии связи 16 (к модему). Третий вход блока 13 обработки сигналов предназначен для подключения к устройству 17 фиксации входа объекта в зону видимости считывателя - колесному датчику (также через соответствующее согласующее устройство, содержащееся в устройстве 15 согласования с периферией).
Блок 13 обработки сигналов выполнен с возможностью достраивания формата стандарта ИСО 18000-6с до размера формата кода стандарта ИСО1374, обеспечивая обработку выходной информации со считывателя единым программным обеспечением.
Работа устройства осуществляется в условиях установки датчиков на подвижном объекте и контейнере (или узле объекта), исключающей возможность одновременного попадания в зону видимости считывателя и происходит следующим образом.
При входе подвижного объекта в зону видимости считывателя по сигналу от внешнего источника (колесного датчика для железнодорожного состава или сигнала защитного барьера въезда автомобильного транспорта в зону прибытия) блок 13 обработки сигналов выдает команду управляющему контроллеру 4, по которой управляющий контроллер 4 включает программируемый генератор 3 несущей частоты в режиме генерации несущей частоты стандарта ИСО 18000-6с по обнаружению одиночного в поле зрения считывателя датчика стандарта ИСО 18000-6с. В этом режиме циклограмма высокочастотного излучения считывателя содержит зону непрерывного облучения для накачки питания датчика, зону широтно импульсной модуляции излучения несущей частоты, содержащей механизм адресного опознания датчика и при опознании включения датчиком генерации идентификационного кода стандарта ИСО 18000-6с, последующую зону непрерывного излучения, от которого формируется излучаемый антенной датчика сигнал, модулированный его идентификационным кодом. В исходном режиме зона непрерывного излучения для распознавания кода датчика расширена в интересах стандарта ИСО 10374 за счет снижения технически возможного числа считываний в единицу времени кодов датчика стандарта ИСО 18000-6с.
Если в зону видимости считывателя попадает датчик стандарта ИСО 18000-6с, считыватель демодулятором 12 (цифровым сигнальным процессором) кодов стандарта ИСО 18000-6с распознает код датчика, а более низкочастотный демодулятор 11 (цифровой сигнальный процессор канала фиксации кода стандарта ИСО 10374) не пропускает по длительности более высокочастотную кодовую последовательность датчика стандарта ИСО 18000-6с. При распознавании кода стандарта ИСО 18000-6с по команде блока 13 обработки сигналов управляющий контроллер 4 переводит программируемый генератор 3 в режим увеличенного числа считываний датчика в единицу времени и сохраняет данный режим на все время видимости датчика. При выходе датчика из зоны видимости и отсутствии сигнала датчика в каналах считывателя в течении заданного времени блок 13 обработки сигналов выдает команду управляющему контроллеру 4 для возврата генератора 3 в режим расширенной зоны непрерывного излучения несущей частоты стандарта ИСО 18000-6с.
Если в зону видимости попадает датчик стандарта ИСО  10374, то по циклограмме излучения стандарта ИСО 18000-6с в датчике в зоне накачки формируется питание его схемы, сохраняющееся в зоне адресной модуляции, а в зоне расширенного непрерывного излучения распознавания кода датчика генерируется неискаженный модулированный кодовой последовательностью датчика отраженный сигнал.
В процессе демодуляции сигнала в канале распознавания кода стандарта ИСО 10374 фиксируется по длительности характер последовательности единиц и нулей, в том числе маркер кодовой последовательности датчика стандарта ИСО 10374, существенно отличающейся от демодулированной последовательности кода стандарта ИСО 18000-6с. При этом демодулятор 13 в канале распознавания кодов датчиков стандарта ИСО 18000-6с не пропускает импульсные сигналы кода датчика стандарта ИСО 10374. При распознавании кода стандарта ИСО 10374 управляющий контроллер 4 по команде из блока 13 обработки сигналов устанавливает программируемый генератор 3 в режим непрерывного излучения несущей частоты и сохраняет этот режим до выхода датчика из зоны видимости считывателя, после чего, возвращает генератор 3 несущей частоты в режим работы стандарта ИСО 18000-6с с расширенной зоной непрерывного излучения.
В результате решается задача опознания подвижного объекта со смешанной комплектацией RFID-датчиками стандартов ИСО 10374 и ИСО 18000-6с.
Поскольку формат кодовой последовательности датчика стандарта ИСО 10374 128 бит, а формат кодовой последовательности датчика стандарта ИСО 18000-6с 96 бит, то при работе считывателя в составе автоматизированной системы дистанционного считывания информации с подвижных объектов в формате датчиков стандарта ИСО 10374 (например, автоматизированная система идентификации подвижных средств на Российских железных дорогах) в блоке 13 обработки сигналов предусмотрена при необходимости возможность достраивать нулями до нужного формата код датчика стандарта ИСО 18000-6с.
Это позволяет сохраненить неизменным программное обеспечение взаимодействия считывателя с приемником информации.
Данная структура считывателя позволяет также устанавливать считыватель в режим работы только в стандарте ИСО  10374 или только в режиме работы в стандарте ИСО 18000-6с, при этом обеспечивая для целей логистики распознавание группы датчиков стандарта ИСО 18000-6c(EPCGen2), одновременно находящихся в зоне считывания считывателя.
В качестве датчиков стандартов ИСО 10374 и ИСО 18000-6с могут применяться широко распространенные RFTD датчики UHF-диапазона, в том числе и описанный в прототипе датчик стандарта ИСО 10374, с соответствующей кодировкой идентифицируемого объекта и контейнера. В качестве канала выделения кода датчика стандарта ИСО 18000-6с посредством смесителя, усилителя и программируемого генератора несущей частоты в стандартах ИСО 18000-6с и ИСО 10374 может применяться интегральная микросхема AS3992-UHF Gen2 Reader chip.
В качестве управляющего генератором контроллера, демодуляторов (сигнальных процессоров) кодов датчиков, блока обработки сигналов (центрального процессорного устройства) могут применяться микроконтроллеры фирмы Microchip- PIC24EP512GP806, PIC18F26J11, PIC24EP512GU814.
Устройство для разделения сигнала от антенны в приемном тракте пополам на два канала, например, в виде симметричного делителя мощности сигнала на два может быть реализован на конденсаторах, а устройство для разделения сигнала с выхода программируемого генератора на вход гетеродина смесителя канала для сигнала стандарта ИСО 10374 - на направленном ответвителе ADC-20-4. В качестве смесителя с расщеплением управляющего сигнала несущей частоты на два сигнала, сдвинутых на 90 градусов - квадратурный демодулятор U2794MFS.