УСТРОЙСТВО ДЛЯ УЧЕТА РЕЙСОВ АВТОСАМОСВАЛОВ Российский патент 2005 года по МПК G07C5/08 

Предлагаемое устройство относится к области технических средств контроля и регистрации рейсов, может быть использовано при перевозке твердых бытовых отходов и сыпучих грузов автосамосвалами.

Известны устройства для учета перевозимого груза автосамосвалами, мусоровозами, автотягами и т.п. (авт. свид. СССР №№215.536, 477.330, 498.636, 696.508, 769.581, 830.447, 1.123.041; патент РФ №2.184.992; Храмцов Ю.В. и др. Современные методы получения и обработки экспериментальных данных при испытаниях автомобилей. НИИ автопром - М., 1975 и др.).

Из известных устройств наиболее близким к предлагаемому является “Устройство для учета рейсов автосамосвалов” (патент №2.184.992, G 07 С 5/08, 2000), которое и выбрано в качестве прототипа.

Указанное устройство обеспечивает учет рейсов автосамосвалов, позволяет контролировать и регистрировать расход топлива и пройденный путь автосамосвалами.

Однако в панорамном приемнике, входящем в состав пункта контроля, одно и то же значение промежуточной частоты f_пp может быть получено в результате приема сигналов на двух частотах f₁ и f₃, т.е.

f_пр=f_r-f₁ и f_пр=f₃-f_r.

Следовательно, если частоту настройки f₁ принять за основной канал приема, то наряду с ним будет иметь место зеркальный канал приема, частота f₃ которого отличается от частоты f₁ на 2f_пр и расположены симметрично (зеркально) относительно частоты гетеродина f_r (фиг.4). Преобразование по зеркальному каналу приема происходит с тем же коэффициентом преобразования К_пр, что и по основному каналу. Поэтому он наиболее существенно влияет на избирательность и помехоустойчивость панорамного приемника.

Кроме зеркального существуют и другие дополнительные (комбинационные) каналы приема. В общем виде любой комбинационный канал приема имеет место при выполнении условия:

f_пр=|±mf_ki±_nfr|,

где f_ki - частота i-го комбинационного канала приема;

m, n, i - целые положительные числа.

Наиболее вредными комбинационными каналами приема являются каналы, образующиеся при взаимодействии несущей частоты принимаемого сигнала с гармониками частоты гетеродина малого порядка (второй, третий и т.д.), так как чувствительность панорамного приемника по этим каналам близка к чувствительности основного канала. Так, два комбинационных канала при m=1 и n=2 соответствуют частотам:

f_k1=2f_r-f_пр и f_k2=2f_r+f_пр.

Наличие ложных сигналов (помех), принимаемых по зеркальному и комбинационным каналам, приводит к снижению помехоустойчивости и избирательности панорамного приемника.

Технической задачей изобретения является повышение помехоустойчивости и избирательности панорамного приемника путем подавления ложных сигналов (помех), принимаемых по зеркальному и комбинационным каналам.

Поставленная задача решается тем, что устройство для учета рейсов автосамосвалов, содержащее на каждом контролируемом автосамосвале последовательно включенные датчик давления, элемент И, второй вход которого соединен с выходом датчика положения кузова, блок кодирования, второй и третий входы которого соединены с выходами датчика расхода топлива и датчика пройденного пути соответственно, фазовый манипулятор, второй вход которого соединен с выходом генератора высокой частоты, усилитель мощности и передающую антенну, а на пункте контроля последовательно включенные приемную антенну, усилитель высокой частоты, смеситель, второй вход которого через гетеродин соединен с выходом блока поиска, и усилитель промежуточной частоты, последовательно включенные первый перемножитель, второй вход которого соединен с выходом фильтра нижних частот, узкополосный фильтр, второй перемножитель и фильтр нижних частот, выход которого подключен к дешифратору, к выходам которого подключены по числу контролируемых автосамосвалов исполнительные блоки, каждый из которых состоит из последовательно подключенных к дешифратору элемента запрета, блока регистрации и формирователя длительности импульсов, выход которого соединен с запрещающим входом элемента запрета, последовательно подключенные ко второму выходу гетеродина первый ключ, второй вход которого соединен с выходом первого амплитудного детектора, частотомер и дополнительный блок регистрации, второй, третий и четвертый входы которого соединены непосредственно и через счетчик расхода топлива и счетчик пройденного пути с соответствующими выходами дешифратора, при этом передающие антенны контролируемых автосамосвалов через каналы радиосвязи соединены с приемной антенной пункта контроля, снабжено на пункте контроля вторым и третьим амплитудными детекторами, частотным детектором, дифференцирующим блоком, однополярным вентилем, элементом И, вторым и третьим ключами, накопителем, пороговым блоком, третьим перемножителем и полосовым фильтром, причем к выходу усилителя промежуточной частоты последовательно подключены частотный детектор, дифференцирующий блок, однополярный вентиль, элемент И, второй вход которого через второй амплитудный детектор соединен с выходом усилителя промежуточной частоты, второй ключ, второй вход которого соединен с выходом усилителя промежуточной частоты, и третий ключ, выход которого соединен со входами первого амплитудного детектора, первого и второго перемножителей, к выходу усилителя высокой частоты, последовательно подключены третий перемножитель, второй вход которого соединен с выходом усилителя промежуточной частоты, полосовой фильтр, третий амплитудный детектор, накопитель и пороговый блок, выход которого соединен со вторым входом третьего ключа.

Структурная схема предлагаемого устройства представлена на фиг.1. Временные диаграммы, поясняющие работу устройства, изображены на фиг.2 и 3. Частотная диаграмма, поясняющая процесс образования дополнительных каналов приема, показана на фиг.4.

Устройство содержит на каждом контролируемом объекте последовательно включенные датчик 1 давления, элемент И 3, второй вход которого соединен с выходом датчика 2 положения кузова, блок 4 кодирования, второй и третий входы которого соединены с выходами датчика 11 расхода топлива и датчика 12 пройденного пути соответственно, фазовый манипулятор 14, второй вход которого соединен с выходом генератора 13 высокой частоты, усилитель 15 мощности и передающую антенну 16. Фазовый манипулятор 14, генератор 13 высокой частоты и усилитель 15 мощности образуют передатчик 5.

Устройство содержит на пункте контроля последовательно включенные приемную антенну 17, усилитель 18 высокой частоты, смеситель 21, второй вход которого через гетеродин 20 соединен с выходом блока 19 поиска, усилитель 22 промежуточной частоты, частотный детектор 34, дифференцирующий блок 35, однополярный вентиль 36, элемент И 37, второй вход которого через второй амплитудный детектор 33 соединен с выходом усилителя 22 промежуточной частоты, второй ключ 38, второй вход которого соединен с выходом усилителя 22 промежуточной частоты, третий ключ 44, первый перемножитель 24, второй вход которого соединен с выходом фильтра 27 нижних частот, узкополосный фильтр 26, второй перемножитель 25, второй вход которого соединен с выходом ключа 44, и фильтр 27 нижних частот, выход которого подключен к дешифратору 7, к выходам которого подключены по числу контролируемых автосамосвалов исполнительные блоки, каждый из которых состоит из последовательно подключенных к дешифратору 7 элемента запрета 9, блока 8 регистрации и формирователя 10 длительности импульсов, выход которого соединен с запрещающим входом элемента запрета 9. Ко второму выходу гетеродина 20 последовательно подключены первый ключ 28, второй вход которого через первый амплитудный детектор 23 соединен с выходом третьего ключа 44, частотомер 29 и дополнительный блок 32 регистрации, второй, третий и четвертый входы которого соединены непосредственно и через счетчик 30 расхода топлива и счетчик 31 пройденного пути с соответствующими выходами дешифратора 7. К выходу усилителя 18 высокой частоты последовательно подключены третий перемножитель 39, второй вход которого соединен с выходом усилителя 22 промежуточной частоты, полосовой фильтр 40, третий амплитудный детектор 41, накопитель 42 и пороговый блок 43, выход которого соединен со вторым входом третьего ключа 44.

Устройство работает следующим образом.

При подъеме кузова с грузом давление в масляной магистрали подъема кузова увеличивается, датчик 1 давления выдает сигнал в элемент И 3. Последний выдает сигнал только тогда, когда в него поступит также сигнал от датчика 2 положения кузова, который выдает сигнал лишь при поднятом в верхнее положение кузове. При наличии двух сигналов от датчика 1 давления и датчика 2 положения кузова элемент И 3 выделяет сигнал, который поступает на первый вход блока 4 кодирования.

При движении автосамосвала сигналы от датчика 11 расхода топлива и датчика 12 пройденного пути в виде серии импульсов также поступают на второй и третий входы блока 4 кодирования. Блок 4 кодирования формирует модулирующий код M₁(t), в котором “зашита” информация о номерном знаке автосамосвала, количестве подъемов кузова с грузом, расходе топлива и пройденном пути. Модулирующий код M₁(t) содержит N элементарных посылок длительностью τ _э. При этом первые n элементарных посылок несут в цифровом виде информацию о номерном знаке автосамосвала, m элементарных посылок отводятся количеству подъемов кузова с грузом, l элементарных посылок сообщают о расходе топлива и z элементарных посылок отражают пройденный путь автосамосвалом (N=n+m+l+z).

Модулирующий код M₁(t) с выхода блока 4 кодирования поступает на первый вход фазового манипулятора 14, на второй вход которого подается гармоническое колебание с выхода генератора 13

u₁(t)=U₁·_{Cos(2π f1t+ϕ 1), 0≤ t≤ T1,}

где U₁, f₁, ϕ ₁, T₁ - амплитуда, несущая частота, начальная фаза и длительность колебания.

На выходе фазового манипулятора 14 образуется фазоманипулированный (Фmn) сигнал

u₂(t)=U₁·_{Cos[2π f1t+ϕ 1(t)+ϕ 1], 0≤ t≤ T1,}

где ϕ ₁(t)={0, π } - манипулируемая составляющая фазы, отображающая закон фазовой манипуляции в соответствии с модулирующим кодом M₁(t), причем ϕ ₁(t)=Const при Кτ _э&λτ; t&λτ; (К+1)τ _э и может изменяться скачком при t=Кτ _э, т.е. на границах между элементарными посылками (К+1, 2,... , N-1);

τ _э, N - длительность и количество элементарных посылок, из которых составлен сигнал длительностью T₁ (T₁=N· τ _э);

который после усиления в усилителе 15 мощности с помощью передающей антенны 16 излучается в эфир.

Следует отметить, что каждому автосамосвалу присущи свои модулирующий код M₁(t) и несущая частота f_i(i=1, 2,... , S),

где S - количество контролируемых автосамосвалов.

На пункте контроля поиск ФМн-сигналов, принадлежащих различным автосамосвалам, осуществляется с помощью панорамного приемника 6. Для этого блок поиска 19 периодически с периодом Тп по пилообразному закону изменяет частоту f_r гетеродина 20.

Принимаемый ФМн-сигнал u₂(t) с выхода приемной антенны 17 через усилитель 18 высокой частоты поступает на первый вход смесителя 21, на второй вход которого подается напряжение гетеродина 20

u_r(t)=U_r·_{Cos(2π frt+π γ t²+ϕ r), 0≤ t≤ Tп,}

где U_r, f_r, ϕ _r, Т_п - амплитуда, начальная частота, начальная фаза и период повторения напряжения гетеродина;

- скорость изменения частоты гетеродина (скорость просмотра заданного диапазона частоты Df).

На выходе смесителя 21 образуются напряжения комбинированных частот. Усилителем 22 выделяется напряжение промежуточной (разностной) частоты (фиг.2,а)

u_пр(t)=U_пp·_{Cos [2π fпрt-ϕ k1(t)+π γ t²+ϕ пр], 0≤ t≤ T1,}

где U_пp=¹/₂K₁U₁·_Ur;

K₁ -_{коэффициент передачи смесителя;}

f_пр=f_r-f₁ - промежуточная частота;

ϕ _пр=ϕ _r-ϕ ₁,

которое представляет собой сложный сигнал с комбинированной фазовой манипуляцией и линейной частотной модуляцией (ФМн-ЛУМ), частота которого изменяется по закону линейно-возрастающей пилы (фиг.2,б).

Это напряжение поступает на входы амплитудного 33 и частотного 34 детекторов. Амплитудный детектор 33 выделяет огибающую напряжения (фиг.2,в), которая поступает на первый вход элемента И 37. С выхода частотного детектора 34 видеосигнал (фиг.2,г), форма которого соответствует закону изменения частоты преобразованного сигнала (фиг.2,б), поступает на вход дифференцирующего блока 35, выходной импульс которого (фиг.2,д) подается через однополярный вентиль 36 на второй вход элемента И 37. Однополярный вентиль 36 пропускает только положительные импульсы. Так как напряжения с выходов амплитудного детектора 33 (фиг.2,в) и однополярного вентиля 36 (фиг.2,д) занимают на временной оси один и тот же интервал, то элемент И 37 срабатывает и своим выходным напряжением (фиг.2,с) открывает ключ 38. Ключи 28, 38 и 44 в исходном состоянии всегда закрыты.

Принимаемый ФМн-сигнал u₂(t) с выхода усилителя 18 высокой частоты одновременно поступает на первый вход перемножителя 39, на второй вход которого подается напряжение u_пр(t) с выхода усилителя 22 промежуточной частоты. На выходе перемножителя 39 образуется колебание

u₃(t)=U₃·_{Cos(2π frt+π γ t²+ϕ r), 0≤ t≤ T1,}

где U₃=¹/₂K₂·_Ur·Uпр;

К₂ - коэффициент передачи перемножителя.

Так как частота настройки f_н полосового фильтра 40 выбрана равной начальной частоте f_r гетеродина 20, то колебание u₃(t) выделяется полосовым фильтром 40, детектируется амплитудным детектором 41, накапливается накопителем 42 и сравнивается с пороговым уровнем U_пор в пороговом блоке 43. Последний в случае превышения порогового уровня формирует постоянное напряжение, которое поступает на управляющий вход ключа 44, открывая его. Пороговое напряжение U_пор выбирается таким, чтобы его не превышали случайные помехи. При этом напряжение u_пр(t) с выхода усилителя 22 промежуточной частоты через открытые ключи 38 и 44 поступает на входы перемножителей 24 и 25. На второй вход перемножителя 25 подается напряжение с выхода узкополосного фильтра 26

u₄(t)=U₄·_{Cos(2π fпрt+π γ t²+ϕ пр), 0≤ t≤ T1.}

На выходе перемножителя 25 образуется низкочастотное напряжение

u_н(t)=u_н·_{Cosϕ k1(t),}

где u_Н=¹/₂К₂·_U4·Uпр;

пропорциональное модулирующему коду M₁(t).

Это напряжение поступает на второй вход перемножителя 24, на выходе которого образуется напряжение u₄(t), выделяющееся узкополосным фильтром 26.

Одновременно напряжение u_н(t) с выхода фильтра 27 нижних частот поступает на вход дешифратора 7, который в зависимости от кода транспортного средства выдает сигнал через элемент 9 запрета на вход блока 8 регистрации. Блок 8 регистрации, получив и заполнив сигнал, что рейс произведен, выдает сигнал на формирователь 10, который закрывает вход блока 8 от дешифратора 7 на минимальное время рейса, исключая ложный зачет рейса в блоке 8 регистрации при повторном поднятии кузова в случае налипания материала на стенки кузова. Кроме того, при подъеме порожнего кузова датчик 1 давления не выдает сигнала.

Напряжение u_пр(t) одновременно поступает на вход амплитудного детектора 23, который выделяет его огибающую. Последняя поступает на управляющий вход ключа 28, открывая его. При этом напряжение гетеродина 20 через открытый ключ 28 поступает на вход частотомера 29, где измеряется несущая частота f₁ принимаемого ФМн-сигнала

f₁=f_r1-f_пр,

где f_r1 - частота гетеродина в данный момент времени.

Измеренное значение несущей частоты фиксируется блоком 32 регистрации, где одновременно фиксируются бортовой номер автосамосвала, пройденный им путь и расход топлива.

Рассмотренная выше работа устройства соответствует случаю приема полезных ФМн-сигналов по основному каналу на частоте f₁.

Если ложный сигнал (помеха) принимается по зеркальному каналу на частоте f₃

u₃(t)=U₃·_{cos(2π f3t+ϕ 3), 0≤ t≤ Т3,}

то усилителем 22 промежуточной частоты выделяется следующее напряжение (фиг.3,а)

u_пр1(t)=U_пр1·_{cos(2π fпрt-π γ t²+ϕ пр1), 0≤ t≤ T3,}

где U_пр1=1/2k₁V_з·_Vг;

f_пр=f_з-f_r, промежуточная частота,

ϕ _пр1=ϕ ₃-ϕ _r,

у которого частота изменяется по линейно-падающему закону (фиг.3,б). Напряжение u_пр1(t) (фиг.3,а) с выхода усилителя 22 промежуточной частоты одновременно поступает на входы амплитудного 23 и частотного 38 детекторов. Амплитудный детектор 23 выделяет огибающую сигнала (фиг.3,в), которая поступает на первый вход элемента И 41. Частотный детектор 38 формирует пилообразное напряжение (фиг.3и) пропорционально линейно-падающему закону изменения частоты (фиг.3,б). На выходе дифференцирующего блока 39 в этом случае образуется отрицательный импульс (фиг.3,д), который не пропускается однополярным вентилем 40. Ключ 43 не открывается и ложный сигнал (помеха), принимаемый по зеркальному каналу на частоте f₃, подавляется.

Подавление ложных сигналов (помех), принимаемых по комбинационным каналам, основано на том, что общий коэффициент усиления супергетеродинного тракта при приеме сигналов по комбинационным каналам всегда меньше коэффициента усиления при приеме сигналов по основному и зеркальному каналам за счет дополнительных потерь в смесителе при комбинационном преобразовании.

Если ложный сигнал (помеха) принимается по первому комбинационному каналу на частоте f_k1

u_k1(t)=u_k1·_{Cos(2π fk1t+ϕ к1), 0≤ t≤ Tк1,}

то усилителем 22 промежуточной частоты выделяется следующее напряжение

u_пp2(t)=U_пp2·_{Cos(2π fпрt+π γ t²+ϕ пр2), 0≤ t≤ Tк1,}

где U_пр2=¹/₂К₁·_Uk1·Ur;

f_пр=2f_r-f_k1 - промежуточная частота;

ϕ _пр2=ϕ _r-ϕ _к1,

которое в перемножителе 39 перемножается с принимаемым ложным сигналом (помехой) u_k1(t). На выходе перемножителя 39 образуется колебание

u₅(t)=U₅·_{Cos(4π frt+2π γ t²+ϕ r), 0≤ t≤ Tк1,}

где U₅=¹/₂K₂·_Uk1·Uпр2;

которое не попадает в полосу пропускания полосового фильтра 40. Ключ 44 не открывается и ложный сигнал (помеха), принимаемый по первому комбинационному каналу на частоте f_r1, подавляется.

По аналогичной причине подавляется и ложный сигнал (помеха), принимаемый по второму комбинационному каналу на частоте f_к2.

Для передачи эксплуатационных показателей транспортных средств на пункт контроля используются сложные ФМн-сигналы, обладающие высокой энергетической и структурной скрытностью.

Устройство позволяет высвободить людей, занятых учетом и регистрацией эксплуатационных показателей транспортных средств, и предусматривает возможность единой диспетчеризации на объектах.

Таким образом, предлагаемое устройство по сравнению с прототипом обеспечивает повышение помехоустойчивости и избирательности панорамного приемника. Это достигается путем подавления ложных сигналов (помех), принимаемых по зеркальному и комбинационным каналам.

Предлагаемое устройство относится к области технических средств контроля и регистрации рейсов и может быть использовано при перевозке твердых бытовых отходов и сыпучих грузов автосамосвалами. Техническим результатом изобретения является повышение помехоустойчивости и избирательности панорамного приемника путем подавления ложных сигналов (помех), принимаемых по зеркальному и комбинационным каналам. Устройство содержит на каждом контролируемом объекте датчики давления, положения кузова, расхода топлива, пройденного пути, элемент И, блок кодирования, передатчик, генератор высокой частоты, фазовый манипулятор, усилитель мощности и передающую антенну, а на пункте контроля панорамный приемник, дешифратор, блок регистрации, элемент запрета, формирователь длительности импульсов, приемную антенну, усилитель высокой частоты, блок поиска, гетеродин, смеситель, усилитель промежуточной частоты, амплитудные детекторы, перемножители, узкополосный фильтр, фильтр нижних частот, ключи, частотомер, счетчики расхода топлива, пройденного пути, дополнительный блок регистрации, частотный детектор, дифференцирующий блок, однополярный вентиль, элемент И, полосовой фильтр, накопитель и пороговый блок. 4 ил.

Устройство для учета рейсов автосамосвалов, содержащее на каждом контролируемом автосамосвале последовательно включенные датчик давления, элемент И, второй вход которого соединен с выходом датчика положения кузова, блок кодирования, второй и третий входы которого соединены с выходами датчика расхода топлива и датчика пройденного пути соответственно, фазовый манипулятор, второй вход которого соединен с выходом генератора высокой частоты, усилитель мощности и передающую антенну, а на пункте контроля последовательно включенные приемную антенну, усилитель высокой частоты, смеситель, второй вход которого через гетеродин соединен с выходом блока поиска, и усилитель промежуточной частоты, последовательно включенные первый перемножитель, второй вход которого соединен с выходом фильтра нижних частот, узкополосный фильтр, второй перемножитель и фильтр нижних частот, выход которого подключен к дешифратору, к выходам которого подключены по числу контролируемых автосамосвалов исполнительные блоки, каждый из которых состоит из последовательно подключенных к дешифратору элемента запрета, блока регистрации и формирователя длительности импульсов, выход которого соединен с запрещающим входом элемента запрета, последовательно подключенные к второму выходу гетеродина первый ключ, второй вход которого соединен с выходом первого амплитудного детектора, частотомер и дополнительный блок регистрации, второй, третий и четвертый входы которого соединены непосредственно и через счетчик расхода топлива и счетчик пройденного пути с соответствующими выходами дешифратора, при этом передающие антенны контролируемых автосамосвалов через каналы радиосвязи соединены с приемной антенной пункта контроля, отличающееся тем, что оно снабжено на пункте контроля вторым и третьим амплитудными детекторами, частотным детектором, дифференцирующим блоком, однополярным вентилем, элементом И, вторым и третьим ключами, накопителем, пороговым блоком, третьим перемножителем и полосовым фильтром, причем к выходу усилителя промежуточной частоты последовательно подключены частотный детектор, дифференцирующий блок, однополярный вентиль, элемент И, второй вход которого через второй амплитудный детектор соединен с выходом усилителя промежуточной частоты, второй ключ, второй вход которого соединен с выходом усилителя промежуточной частоты, и третий ключ, выход которого соединен с входами первого амплитудного детектора, первого и второго перемножителей, к выходу усилителя высокой частоты последовательно подключены третий перемножитель, второй вход которого соединен с выходом усилителя промежуточной частоты, полосовой фильтр, третий амплитудный детектор, накопитель и пороговый блок, выход которого соединен с вторым входом третьего ключа.