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 перевезенного груза автосамосвалами, мусоровозами, автотягами и т.п. (авт. свид. СССР №215536, G 01 D 5/248, 1967; №477330, G 01 М 13/60, 1972; №498636, G 07 С 5/08, 1974; №529936, G 07 С 5/10, 1975; №696508, G 07 С 5/10, 1977; №769581, G 07 С 5/10, 1978; №830447, G 07 С 5/08, 1979; №1123041, G 07 С 5/08, 1983; патент РФ №2184992, G 07 С 5/08, 2000; Храмцов Ю.В., Фигуров Н.В., Шур О.З. 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 РФ №2184992, G 07 С 5/08, 2000), которое и выбрано в качестве прототипа.

Указанное устройство обеспечивает учет рейсов, расхода топлива и пройденного пути автосамосвалами.

В состав данного устройства входит панорамный приемник, в котором одно и то же значение промежуточной частоты f_пр может быть получено в результате приема сигналов на двух частотах f₁ и f_з, т.е.

f_пр=f_г-f₁ и f_пр=f_з-f_г.

Следовательно, если частоту настройки f₁ принять за основной канал приема, то наряду с ним будет иметь место зеркальный канал приема, частота f_з которого отличается от частоты f₁ на 2f_пр и расположена симметрично (зеркально) относительно частоты гетеродина f_г (фиг.3). 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_Кi±_nfг|,

где f_Кi - частота i-го комбинационного канала приема;

m, n, i - целые положительные числа.

Наиболее вредными комбинационными каналами приема являются каналы, образующиеся при взаимодействии первой гармоники частоты сигнала с гармоникой частоты гетеродина малого порядка (второй, третьей и т.д.), так как чувствительность панорамного приемника по этим каналам близка к чувствительности основного канала. Так, двум комбинационным каналам при m=1 и n=2 соответсвуют частоты:

f_Кi=2f_г-f_пр и f_К2=2f_г+f_пр.

Наличие ложных сигналов (помех), принимаемых по зеркальному и комбинационным каналам, приводит к снижению помехоустойчивости панорамного приемника и неоднозначности измерения несущей частоты и других параметров принимаемых сигналов.

Технической задачей изобретения является повышение помехоустойчивости панорамного приемника и устранение неоднозначности измерения несущей частоты и других параметров принимаемых сигналов путем подавления ложных сигналов (помех), принимаемых по дополнительным каналам.

Поставленная задача решается тем, что устройство для учета рейсов автосамосвалов, содержащее на каждом контролируемом автосамосвале последовательно включенные датчик давления, первый элемент И, второй вход которого соединен с выходом датчика положения кузова, блок кодирования, второй и третий входы которого соединены с выходами датчиков расхода топлива и 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, усилитель промежуточной частоты, первый амплитудный детектор, первый ключ, второй вход которого соединен с вторым выходом гетеродина, частотомер и дополнительный блок регистрации, последовательно включенные первый перемножитель, второй вход которого соединен с выходом фильтра нижних частот, узкополосный фильтр, второй перемножитель, фильтр нижних частот и дешифратор, 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, при этом второй, третий и четвертый входы дополнительного блока регистрации соединены непосредственно и через счетчик расхода топлива и счетчик пройденного пути с соответствующими выходами дешифратора, панорамный приемник устройства снабжен вторым амплитудным детекторм, видеоусилителем, блоком сравнения, двумя однополярными вентиляциями, частотным детектором, дифференцирующим блоком, вторым элементом И, вторым и третьим ключами, причем к выходу усилителя высокой частоты последовательно подключены второй амплитудный детектор, видеоусилитель, блок сравнения, второй вход которого соединен с выходом первого амплитудного детектора, первый однополярный вентиль и второй ключ, выход которого соединен с первым входом первого перемножителя и с вторым входом второго перемножителя, к выходу усилителя промежуточной частоты последовательно подключены частотный детектор, дифференцирующий блок, второй однополярный вентель, второй элемент И, второй вход которого соединен с выходом первого амплитудного детектора, и третий ключ, второй вход которого соединен с выходом усилителя промежуточной частоты, а выход подключен к второму входу второго ключа.

Структурная схема предлагаемого устройства представлена на фиг.1. Временные диаграммы, поясняющие работу устройства, изображены на фиг.2. Временные диаграммы, поясняющие работу панорамного приемника при приеме сигналов по основному каналу, представлены на фиг.3. Временные диаграммы, поясняющие работу панорамного приемника при приеме сигналов по зеркальному каналу, представлены на фиг.4.

Устройство содержит на каждом контролируемом объекте последовательно включенные датчик 1 давления, первый 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. Генератор 13 высокой частоты, фазовый манипулятор 14 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, первый амплитудный детектор 23, первый ключ 28, второй вход которого соединен с вторым выходом гетеродина 20, частотомер 29 и блок 32 регистрации. К выходу усилителя 18 высокой частоты последовательно подключены второй амплитудный детектор 33, видеоусилитель 34, блок 35 сравнения, второй вход которого соединен с выходом амплитудного детектора 23, первый однополярный вентиль 36, второй ключ 37, 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 37, фильтр 25 нижних частот и дешифратор 7, к выходам которого подключены по числу контролируемых объектов исполнительные блоки, каждый из которых состоит из последовательно подключенных к дешифратору 7 элемента 9 запрета, блока 8 регистрации и формирователя 10 длительности импульсов, выход которого соединен с запирающим входом элемента 9 запрета. Второй, третий и четвертый входы блока 32 регистрации соединены непосредственно и через счетчик 30 расхода топлива и счетчик 31 пройденного пути - с соответствующими выходами дешифратора 7. К выходу усилителя 22 промежуточной частоты последовательно подключены частотный детектор 38, дифференцирующий блок 39, второй однополярный вентиль 40, второй элемент И 41, второй вход которого соединен с выходом амплитудного детектора 23, и третий ключ 42, второй вход которого соединен с выходом усилителя 22 промежуточной частоты, а выход подключен к второму входу ключа 37.

Устройство работает следующим образом.

При подъеме кузова с грузом давление в масляной магистрали подъема кузова увеличивается, датчик 1 давления выдает сигнал на элемент И 3. Последний выдает сигнал только тогда, когда на 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 выдает сигнал 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) (фиг.2, б), в котором “зашита” информация о номерном знаке автосамосвала, количестве подъема 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 подъема 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) (фиг.2, б) с выхода блока 4 кодирования поступает на первый вход фазового манипулятора 14, на второй вход которого подается гармоническое колебание с выхода генератора 13 (фиг.2, а)

u₁(t)=U₁Cos(2π f₁t+ϕ ₁), 0≤ t≤ T₁,

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

На выходе фазового манипулятора 14 образуется фазоманипулированный (ФМн) сигнал (фиг.2, в)

u₂(t)=U₁Cos[2π f₁t+ϕ _K1(t)+ϕ ₁], 0≤ t≤ T₁,

где ϕ _K1(t)={0,π } - манипулируемая составляющая фазы, отображающая закон фазовой манипуляции в соответствии с модулирующим кодом M₁(t), причем ϕ _К1(t)=const при кτ _э<t<(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=Nτ _э);

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

Следует отметить, что каждому автосамосвалу присущи свой модулирующий код Mi(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 19 поиска периодически с периодом Т_п по пилообразному закону изменяет частоту f_г 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_г(t)=U_гCos(2π f_гt+π γ t²+ϕ _г), 0≤ t≤ T_п,

где U_г, f_г, ϕ _г Т_п - амплитуда, начальная частота, начальная фаза и период повторения напряжения гетеродина;

γ =Df/Тп - скорость изменения частоты гетеродина (скорость просмотра заданного диапазона частот Df).

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

u_пр(t)=U_прCos[2π f_прt-ϕ _к1(t)+π γ t²+ϕ _пр], 0≤ t≤ T₁,

U_пр=¹/₂K₁U₁U_г

f_пр=f_г-f₁ - промежуточная частота;

ϕ _пр=ϕ ₁-ϕ _г;

К₁ - коэффициент передачи смесителя;

которое представляет собой сложный сигнал с комбинированной фазовой манипуляцией и линейной частотной модуляцией (ФМН-ЛУМ). Причем линейная частотная модуляция образуется принудительно за счет изменения частоты гетеродина. Это напряжение (фиг.4, а), частота которого изменяется по закону линейно-возрастающей пилы (фиг.4, б), поступает с выхода усилителя 22 промежуточной частоты на входы амплитудного детектора 23 и частотного детектора 38. Амплитудный детектор выделяет огибающую сигнала (фиг.2, ж; фиг.4, в), которая поступает на первые входы элемента И 41, блока 35 сравнения и на управляющий вход ключа 28, открывая его. В исходном состоянии ключи 28, 37 и 42 всегда закрыты. С выхода частотного детектора 38 видеосигнал U_4D (фиг.4, г), форма которого соответствует закону изменения частоты преобразованного сигнала (фиг.4, б), поступает на вход дифференцирующего блока 39, выходной импульс которого через однополярный вентиль 40 подается на второй вход элемента И 41. Однополярный вентиль 40 пропускает только положительные импульсы. Так как напряжения с выходов амплитудного детектора 23 (фиг.4, в) и однополярного вентиля 40 (фиг.4, д) занимают на временной оси один и тот же интервал, то элемент И 41 срабатывает и своим выходным напряжением (фиг.4, е) открывает ключ 42.

Одновременно принимаемый ФМн-сигнал u₂(t) с выхода усилителя 18 промежуточной частоты поступает на вход детекторного тракта, состоящего из последовательно включенных амплитудного детектора 33 и видеоусилителя 34. Общее усиление детекторного тракта меньше усиления супергетерадинного тракта, состоящего из последовательно соединенных смесителя 21, усилителя 22 промежуточной частоты и амплитудного детектора 23, то на выходе блока 35 сравнения формируется положительное напряжение, которое через однополярный вентиль 36 поступает на управляющий вход ключа 37 и открывает его. При этом напряжение u_пр(t) (фиг.2, г) с выхода усилителя 22 промежуточной частоты через открытые ключи 42 и 37 поступает на первые входы перемножителей 24 и 25. На второй вход перемножителя 25 подается напряжение с выхода узкополосного фильтра 26 (фиг.2, д)

u₃(t)=U₃Cos(2π f_прt+π γ t²+ϕ _пр), 0≤ t≤ Т₁.

На выходе перемножителя 25 образуется низкочастотное напряжение (фиг.2, е)

u_н(t)=U_нCosϕ _К1(t), 0≤ t≤ Т₁,

где U_н=¹/₂K₂U_прU₃;

К₂ - коэффициент передачи перемножителя;

пропорциональное модулирующему коду M₁(t) (фиг.2, б).

Это напряжение поступает на второй вход перемножителя 24, на выходе которого образуется напряжение u₃(t) (фиг.2, д). 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 запомнив сигнал, что рейс произведен, выдает сигнал на формирователь 10, который закрывает вход блока 8 регистрации 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) (фиг.2, г) одновременно поступает на вход амплитудного детектора 23, который выделяет его огибающую U_AD (фиг.2, ж). Последняя поступает на управляющий вход ключа 28, открывая его. В исходном состоянии ключ 28 всегда закрыт. При этом напряжение гетеродина 20 через открытый ключ 28 поступает на вход частотомера 29, где измеряется несущая частота f₁ принимаемого ФМн-сигнала

f₁=f_г1+f_пр,

где f_г1 - частота гетеродина в данный момент времени.

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

Описанная выше работа устройства соответствует случаю приема полезных ФМн-сигналов по основному каналу на частоте f₁ (фиг.3).

В случае приема ложного сигнала (помехи) по зеркальному каналу на частоте f₃ элемент И 41 не срабатывает и ключ 42 остается в закрытом состоянии. Это объясняется тем, что усилителем 22 промежуточной частоты выделяется напряжение (фиг.5, а), частота которого изменяется по линейно-падающему закону (фиг.5, б). Это напряжение поступает на входы амплитудного 23 и частотного 38 детекторов. Амплитудный детектор 23 выделяет огибающую сигнала (фиг.5, в), которая поступает на первый вход элемента И 41. С выхода частотного детектора 38 видеосигнал (фиг.5, г), производная которого имеет отрицательный знак (фиг.5, д), не проходит через однополярный вентиль 40, элемент И 41 не срабатывает, ключ 42 не открывается и ложный сигнал (помеха), принимаемый по зеркальному каналу, подавляется.

Для подавления ложных сигналов (помех), принимаемых по комбинационным каналам, используется детекторный трак, состоящий из последовательно включенных амплитудного детектора 33 и видеоусилителя 34. Подавление ложных сигналов (помех), принимаемых по комбинационным каналам, основано на том, что общий коэффициент усиления супергетеродинного тракта при приеме ложных сигналов (помех) по комбинационным каналам всегда меньше коэффициента усиления при приеме по основному и зеркальному каналам за счет дополнительных потерь в смесителе при комбинационном преобразовании. Если общее усиление детекторного тракта выбрать таким образом, чтобы оно было меньше усиления супергетеродинного тракта при приеме сигналов по основному и зеркальному каналам и больше при приеме по комбинационным каналам, то на выходе блока 35 сравнения в первом случае формируется положительное напряжение, а во втором - отрицательное, которое не пропускается однополярным вентилем 36. Ключ 37 не открывается и ложные сигналы (помехи), принимаемые по зеркальному и комбинационным каналам, подавляются.

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

Энергетическая скрытность данных сигналов обусловлена их высокой сжимаемостью во времени или спектру при оптимальной обработке, что позволяет снизить мгновенную излучаемую мощность. Вследствие этого сложный ФМн-сигнал в точке приема может оказаться замаскированным шумами. Причем энергия сложного ФМн-сигнала отнюдь не мала, она просто распределена по частотно-временной области так, что в каждой точке этой области мощность сигнала меньше мощности шумов.

Структурная скрытность сложных ФМн-сигналов обусловлена большим разнообразием их форм и значительными диапазонами изменения значений параметров, что затрудняет оптимальную или хотя бы квазиоптимальную обработку сложных ФМн-сигналов априорно неизвестной стуктуры.

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

Таким образом, предлагаемое устройство по сравнению с прототипом обеспечивает повышение помехоустойчивости панорамного приемника и устранение неоднозначности измерения несущей частоты и других параметров принимаемых сигналов. Это достигается путем подавления ложных сигналов (помех), принимаемых по дополнительным каналам.

Предлагаемое устройство относится к области контроля и регистрации рейсов и может быть использовано при перевозке твердых бытовых отходов и сыпучих грузов автосамосвалами. Технический результат изобретения заключается в повышении надежности за счет устранения неоднозначности измерения несущей частоты и других параметров принимаемых сигналов путем подавления ложных сигналов (помех), принимаемых по дополнительным каналам. Устройство содержит на каждом контролируемом объекте датчик давления, датчик положения кузова, первый элемент И, блок кодирования, передатчик, датчик расхода топлива, датчик пройденного пути, генератор высокой частоты, фазовый манипулятор, усилитель мощности и передающую антенну, а на пункте контроля панорамный приемник, дешифратор, блоки 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, счетчик расхода топлива, счетчик пройденного пути, видеоусилитель, блок сравнения, однополярные вентили, частотный детектор, дифференцирующий блок, второй элемент И. 5 ил.

Устройство для учета рейсов автосамосвалов, содержащее на каждом контролируемом автосамосвале последовательно включенные датчик давления, первый элемент И, второй вход которого соединен с выходом датчика положения кузова, блок кодирования, второй и третий входы которого соединены с выходами датчиков расхода топлива и 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, усилитель промежуточной частоты, первый амплитудный детектор, первый ключ, второй вход которого соединен с вторым выходом гетеродина, частотомер и дополнительный блок регистрации, последовательно включенные первый перемножитель, второй вход которого соединен с выходом фильтра нижних частот, узкополосный фильтр, второй перемножитель, фильтр нижних частот и дешифратор, 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, при этом второй, третий и четвертый входы дополнительного блока регистрации соединены непосредственно и через счетчик расхода топлива и счетчик пройденного пути с соответствующими выходами дешифратора, отличающееся тем, что пункт контроля снабжен вторым амплитудным детектором, видеоусилителем, блоком сравнения, двумя однополярными вентилями, частотным детектором, дифференцирующим блоком, вторым элементом И, вторым и третьим ключами, причем к выходу усилителя высокой частоты последовательно подключены второй амплитудный детектор, видеоусилитель, блок сравнения, второй вход которого соединен с выходом первого амплитудного детектора, первый однополярный вентиль и второй ключ, выход которого соединен с первым входом первого перемножителя и с вторым входом второго перемножителя, к выходу усилителя промежуточной частоты последовательно подключены частотный детектор, дифференцирующий блок, второй однополярный вентиль, второй элемент И, второй вход которого соединен с выходом первого амплитудного детектора, и третий ключ, второй вход которого соединен с выходом усилителя промежуточной частоты, а выход подключен к второму входу второго ключа.