Устройство для опознавания железнодорожных вагонов Советский патент 1990 года по МПК B61L25/02 

Изобретение относится к технике контрол я работы транспортных средств, касается автоматического считывания номера железнодорожных вагонов промышленного транспорта, в частности думпкаров ,при движении состава через контрольный пункт и может быть использовано в составе автоматизированных систем учета и оперативного управле- ния промышленным железнодорожным транспортом.

Цель изобретения - повышение достоверности. I

На фиг. 1 представлена функциональна я схема части устройства, расположенной на контрольном пункте; на Фиг. 2 - функциональная схема части, расположенной на вагоне, подлежащем опознаванию; на фиг. 3 - функциональная схема блока кодирования передаваемых информационных сигналов ; на фиг, 4 - функциональная схема блока декодирования принимаемых информационных сигналов; на фиг.5 временная диаграмма сигналов блока кодирования; на фиг, 6 - временные диаграммы, поясняющие работу модулятора передатчика номера; на Фиг.7-10 временные диаграммы работы демодулятора .

Контрольный пункт оснащается генератором 1 сигналов возбуждения, который через усилитель 2 мощности подключается к стационарной передающей антенне 3,

Кроме того, на контрольном пункте располагается приемник номера вагонов. В состав приемника входит приемная антенна 4, также располагаемая в межрелъсовом пространстве. Приемна антенна 4 через усилитель 5 подключена к входу демодулятора 6. Демодулятор 6 состоит из двух идентичных каналов, состоящих из последовательно соединенных синхронных детекторов 7 и 8, Фильтров 9 и 10 нижних частот выпрямителей 11 и 12, выходы которых подключены к входу блока 13 суммиро- вания сигналов, работающего по логи- ке ИЛИ. Синхронизирующие входы синхронных детекторов 7 и 8 подключены

соответственно к квадратурным ( Ч1

0 и Ч -) выходам генератора 14

синхросигналов. Частота этого генератора принимается равной частоте генератора несущей частоты передатчика

5

0

5

Q

0

5

0

5

0

5

номера вагона с точностью до стабильности кварцевого резонатора.

Выход демодулятора 6 через формирователь 15 разрядных посылок подключен на вход блока 16 декодирования. Код на выходе этого блока 16 представляет собой номер вагона, находящегося в зоне контрольного пункта.

Выход демодулятора 6 через фильтр 17 нижних частот соединен с входом автоматической регулировки усилителя 5. Назначение фильтра 17 нижних частот - интегрирование входного сигнала для формирования уровня автоматического регулирования усиления.

На каждом вагоне, подлежащем опознаванию, устанавливается приемная .антенна 18 рамочного типа, соединенная с блоком 19 питания.

Передатчик номера содержит последовательно включенные генератор 20 несущей частоты, модулятор 21, усилитель 22 несущей частоты, Фильтр 23 несущей частоты и передающую антенну 24. На управляющий вход модулятора | 21 подключен выход блока 25 кодирования передаваемого номера. Тактирующий вход блока 25 кодирования соединен с выходом генератора 20 несущей частоты.

Блок 25 кодирования номера вагона содержит последовательно соединенные (Фиг.З) делитель 26 несущей частоты, счетчик 27 элементарных посылок, дешифратор 28. Нулевой выход дешифратора 28 соединен со счетчиком 29 разрядов, а первый и второй выходы этого дешифратора - с двумя дизъюнктивными входами логического элемента 2И-2ИЛИ 30. Другие два входа этой схемы связаны с парафазными (прямым и инверсным) выходами мультиплексора 31 . Выход логического элемента 2И-2ИЛИ 30 соединен со сбросовым входом счетчика 27 элементарных посылок.

Счетчик 29 разрядов совместно с мультиплексором 31 образуют коммута- тор 32 передаваемого сообщения (пре- образователь параллельного кода в последовательный).

Блок 16 декодирования номера вагона содержит последовательно соединенные элемент 33 определения значе- ,ния разряда, сдвиговый регистр 34, I элемент 35 повторного считывания и выходной регистр 36. Служебные разряды выхода регистра 36 соединены с

входом дешифратора 37 служебных разрядов, а информационные разряды - с входами многоразрядного вентиля 38. Управляющий вход этого вентиля подключен к выходу дешифратора 37 служебных разрядов.Выход вентиля 38 является выходом блока 16 декодирования .

Устройство работает следующим образом.

На контрольном пункте генератор 1 (Фиг.1) работает непрерывно. Частота генерации выбирается в пределах 12-40 кГц. Форма сигнала - синусоидальная, без модуляции. Этот сигнал, усиленный усилителем 2,излучается стационарной передающей антенной.3, которая в виде петли кабеля располагается между рельсами. Протяженность петли, определяющая зону контрольного пункта, определяется исходя из максимальной скорости движения состава, длительности одного цикла сообщения и необходимой кратности считывания номера. Назначение указанной цепи создание электромагнитного поля в зоне контроля, которое служит источнико энергии для работы передатчика тран- - спортных средств при проезде последних через контрольный пункт.

При движении вагона, вне зоны контрольного пункта функциональные узлы передатчика номера обесточены и не работают. При въезде вагона в зону в приемной антенне 18 (фиг.2) наводится напряжение, которое выпрямляется и фильтруется блоком 19 тштания и служи в качестве источника питания для всех функциональных узлов передатчика.

В это время начинает генерировать генератор 20. Генератор 20 стабилизирован кварцевым резонатором. Значе-. ние частоты выбирается в пределах

.

15587536

строен по схеме управляемого высокочастотного ключа. Сигнал с выхода модулятора усиливается усилителем 22, основная -гармоника этого сигнала выделяется фильтром 23 и излучается передающей антенной 24.

Мобильный блок совместно с приемной и передающей антеннами 18 и 24

Q констрзгктивно выполняется в виде единой конструкции, располагаемой под днищем вагона. Плоскости антенн параллельны земной поверхности.

Приемная антенна 18 настроена в

5 резонанс на частоту возбуждения, передающая антенна 24 - на несущую частоту.

Формирование информационной последовательности модулирующих сигналов

0 осуществляется блоком 25 (фиг.З). На тактирующий вход блока поступают импульсы несущей частоты. Делитель 26 осуществляет деление несущей частоты на.коэффициент п..Величина п

5 определяет длительность элементарной посылки. В одной элементарной посыпке содержится п периодов несущей частоты. Характер сигнала на выходе делителя 26 показан на графике И26

0 Фит.5.

Блок 25 в передатчике номера вагона осушествляет преобразование входного параллельного кода номера в последовательный код, при котором

длительность активных или пассивных

посылок зависит от информационного значения разряда, и придание этому коду служебных признаков, например признака начала цикла. Длительность посылки при передаче логического О принята равной tfl, а при передаче логической -2t0 (график Р на Фиг.5). Признак начала цикла реализуется добавлением к передаваемому коду

Изобретение относится к технике контроля работы транспортных средств и касается автоматического считывания номера железнодорожных вагонов промышленного транспорта, в частности думпкаров, при движении состава через контрольный пункт. Оно может быть использовано в составе автоматизированных систем учета и оперативного управления промышленным железнодорожным транспортом. Цель изобретения - повышение достоверности. На контрольном пункте генератор 1 сигналов возбуждения излучает сигнал через усилитель 2 и стационарную передающую антенну. На контрольном пункте располагается приемник номеров вагонов, состоящий из приемной антенны 4, которая через усилитель 5 подключена к входу демодулятора 6, состоящего из двух идентичных каналов. Каждый канал содержит синхронные детекторы 7 и 8, через фильтры 9 и 10 нижних частот подключенные к выпрямителям 11 и 12, выходы которых подключены к входу блока 13 суммирования сигналов, работающего по логике ИЛИ. ВО ВРЕМЯ СЧИТЫВАНИЯ ИНФОРМАЦИИ ПРОИСХОДИТ МНОГОКРАТНОЕ СЧИТЫВАНИЕ КОДА ВАГОНА И СРАВНЕНИЕ ЕГО. ПРИ СОВПАДЕНИИ КОДОВ ПРОИСХОДИТ ЗАПИСЬ СЧИТАННОЙ ИНФОРМАЦИИ В РЕГИСТР. 10 ИЛ.

1,5-2 МГц, форма сигнала - прямоуголъ- 45 номера дополнительного числа разряная.

Сигнал несущей частоты поступает на сигнальный вход модулятора 21, осуществляющего модуляцию (манипуляцию) высокочастотного сигнала модулирующим сигналом, представляющим собой последовательный циклический код передаваемого сообщения, Формируемый блоком 25. На выходе модулятора 21 образуется прерывистая после- 55 десятичном разряде номера максималъдовательность прямоугольных импульсов . Прерывание (манипуляция) ведется в соответствии с текущим значением- сигнала. Модулятор 21 может быть подов. Код жестко задается заранее, например, распайкой входов мультиплексора 31 (фиг.З). Число и значение служебных разрядов берется та- ким, чтобы исключить возможность совпадения с комбинацией информационных разрядов при любых значениях кода. Если код номера вагона задан в двоично-десятичной системе, в каждом

ное число логических единиц, следующих непрерывно друг за другом, равно 3. Поэтому, если десятичные разряды разделить друг от друга служебными

разрядами со значением логического нуля, то для признака начала цикла достаточно передать четыре логических единицы подряд.

Непрерывный код циклически передается с вагона все время, пока он находится в зоне контрольного пункта. Кодирование происходит в соответствии с Функциональной схемой фиг.З. Счетчик 27 производит подсчет числа элементарных посылок в каждом разряде передаваемого кода. Состояние счетчика 27 декодируется дешифратором 28, Емкость счетчика 27 составляет два двоичных разряда. Сброс счетчика 27 в исходное состояние производится сигналом с выхода логического элемента 30 при возникновении сигнала на первом выходе дешифратора 28 (при передаче логического нуля) или на втором выходе (при передаче логической единицы). Сигнал на нулевом выходе дешифратора 28 возникает при окончании каждого разряда и используется в качестве входного сигнала для счетчика 29 коммутатора 32.

Коммутатор 32 преобразует параллельный входной код в последовательный и управляет работой логического элемента 30, формируя тем самым широтную манипуляцию сигнала. Емкость счетчика 29 принимается равной разрядности передаваемого формата вместе со служебными разрядами. Выходы счетчика 29 коммутируют мультиплексор 31 . Часть входов этого мультиплексора образует служебные разряды, а другая часть подключена к датчику номера вагона. Б качестве датчика может служить переключатель, кодовая фишка или другой элемент. В случае, когда номер вагона не может меняться в процессе эксплуатации., информационные входы мультиплексора могут быть жестко распаяны в соответствии с этим номером без применения специального датчика номера вагона.

При работе счетчика 29 на выходе мультиплексора последовательно появляется сигнал логического нуля или единицы в зависимости от заданного значения текущего разряда кода. При значении разряда, равном логическому нулю, сигнал возникает на инверсном выходе мультиплексора, а при значении разряда, равном логической единице,- на прямом. Соответственно формируется длительность модулирующего сигна

5

0

5

0

5

0

5

0

5

ла, равная одной или двум элементарным посылкам.

При выезде вагона из зоны контроль-ноге пункта, когда возбуждающий сигнал перестанет восприниматься приемной антенной 18, функциональные узлы мобильного устройства обесточатся и передача номера автоматически прекратится . Тем самым обеспечивается локализация зоны действия и исключается возможность приема ложной информации (с другого вагона).

При наезде на зону контроля следующего вагона процесс происходит аналогично. Вагоны отличаются только значением информационного кода.

Излучаемый мобильным устройством высокочастотный модулированный сигнал несущей частоты воспринимается приемной антенной 4. Она может быть рамочного или магнитного типа и ориентируется в направлении передающей антенны и настроена в резонанс на несущую частоты сигнала.

Наведенный в стационарной приемной антенне 4 сигнал усиливается усилителем 5. С целью исключения влияния амплитуды входного сигнала (зависящей от мощности излучения и расстояния между антеннами) на длительность посылок входной усилитель 5 оснащен цепью автоматического регулирования усиления, работающей от сигнала с выхода фильтра 17, интегрирующего выходной сигнал демодулятора 6.

Демодулятор 6 осуществляет синхронное детектирование входного сигнала. Для этого он содержит внутренний генератор 14 синхроимпульсов. Для исключения влияния возможного фазового сдвига входного сигнала и синхросигналов генетатора 14 демодуляция осуществляется двумя каналами, синхронизируемыми синхросигналами со сдвигом по фазе на ff j2. Для этого генератор синхросигналов содержит квадратурные выходы. Трафик сиг- . налов УН на этих выходах приведен на фиг.6.i

Работа демолулятора иллюстрируется временными диаграммами на фиг. 7 - 10, где обозначеньцЦу - входной сигнал на выходе усилителя 5; 17 - сигнал на выходе синхронного детектора , И9 - сигнал на выходе синхронного детектора 8;. Uj - на сигнал на выходе фильтра 9, и,0 - сигнал на выходе фильтра 10; и(з - сигнал на выходе

элемента 13; U,f - сигнал на выходе Формирователя 15.

На фиг. 7 показана диаграмма для случая, когда входной сигнал U совпадает по фазе с сигналом U/, внутреннего генератора 14 синхросигналов. На фиг.8-10 показаны диаграммы для случая, когда разность Фаз составляет /2, iT и 3/2Т соответственно. Аналогично будет происходит демодуляция при другой величине фазового сдвига. Диаграммы приведены для случая равенства частот. Число импульсов несущей частоты в одной посылке на диаграммах уменьшено. Фактически оно составляет не менее 100.

Синхронные детекторы 7 и 8 производят синхронное детектирование входного сигнала несущей частоты в соответствии с синхронизирующим сигналом генератора 14. На выходы этих синхронных детекторов проходит та часть периода входного синусоидального сигнала, которая по времени совпадает с синхронизирующим сигналом данного детектора. Фильтры 9 и 10 осуществляют обычное интегрирование продетектиро- ванных сигналов для снятия несущей. Выпрямители 11 и 12 осуществляют выпрямление отдетектированного сигнала в каждом канале. Элемент 13 осуществляет логическое суммирование сигналов обоих каналов по логике ИЛИ, что эквивалентно физическому смешиванию этих сигналов.

В зависимости от разницы фаз несущего сигнала, излучаемого передатчиком данного вагона, и синхросигналом

10

15

20

и приемником, а также колебаниями начальных Фаз несущих сигналов передатчиков различных вагонов, не может превышать приведенных пределов 0,7-1,0 амплитудного значения.

Ввиду того, что стабильность квар цевых генераторов высока, а разброс параметров кварцевых резонаторов мал отклонение несущей частоты входного сигнала и частоты синхросигнала не превышает обычно 10 -10 в относительных единицах, что составляет 2-20 Гц в абсолютных значениях при несущей частоте 2 МГц. Эта величина значительно меньше скорости передачи одного цикла, поэтому влияние несовпадения частот входного и синхронизирующего сигналов на приеме номера одного вагона практически не сказывается .

Формирователь 15 осуществляет формирование дискретных сигналов.Он может быть построен по известной схе- 25 ме триггера Шмитта. После формирования разрядные посылки приобретают вид, полностью идентичный сигналу в передатчике номера вагона. Длительность разрядных посылок определяет значение текущего разряда последовательного кода номера.

Декодирование последовательного кода, т.е. выделение параллельного кода номера вагона, производится блоком 6.

Блок декодирования (фиг.4) содержит элемент 33, который фиксирует одну из двух возможных длительностей входного сигнала. При значении теку30

35

генератора 14 амплитуда демодулирован-до щего разряда, последовательного кода

него сигнала на выходе элемента 13 может меняться в пределах 1 -0, 7 от амплитудного значения. При этом наименьшее значение (0,7 2/2) соответствует разнице фаз, равной ,

Если частота внутреннего генератора 14 будет нескблько отличаться от частоты выходного сигнала, то дополнительно к процессам, показанным на диаграммах, будут происходить колебания амплитуды сигнала U6 на выходе демодулятора с низкой.частотой, равной разнице частот (биения).

Физически биения эквивалентны из- Менению разности Фаз входного и синхронизирующего сигналов. Суммарное изменение амплитуды демодулирован- ного сигнала в приемнике, вызванное разностью частот между излучателем

на входе, равном логической единице, на выходе элемента 33 Формируется сигнал Запись, используемый для записи логической единицы в младщий

д5 разряд сдвигового регистра 34. При значении разряда, равном логическому нулю, сигнал Запись не формируется и логическая единица в сдвиговый регистр 34 не записывается.

50 Сдвиг информации, записанной в сдвиговый регистр 34, осуществляется по окончании каждого разряда, т.е. передним фронтом разрядной посылки. В конце каждого разряда принимаемого

„с кода происходит сдвиг информации в сдвиговом регистре 34 на один разряд вправо. Запись и сдвиг информации происходят непрерывно, пока вагон находится в зоне действия приемной ан0

5

0

и приемником, а также колебаниями начальных Фаз несущих сигналов передатчиков различных вагонов, не может превышать приведенных пределов 0,7-1,0 амплитудного значения.

Ввиду того, что стабильность кварцевых генераторов высока, а разброс параметров кварцевых резонаторов мал, отклонение несущей частоты входного сигнала и частоты синхросигнала не превышает обычно 10 -10 в относительных единицах, что составляет 2-20 Гц в абсолютных значениях при несущей частоте 2 МГц. Эта величина значительно меньше скорости передачи одного цикла, поэтому влияние несовпадения частот входного и синхронизирующего сигналов на приеме номера одного вагона практически не сказывается .

Формирователь 15 осуществляет формирование дискретных сигналов.Он может быть построен по известной схе- 5 ме триггера Шмитта. После формирования разрядные посылки приобретают вид, полностью идентичный сигналу в передатчике номера вагона. Длительность разрядных посылок определяет значение текущего разряда последовательного кода номера.

Декодирование последовательного кода, т.е. выделение параллельного кода номера вагона, производится блоком 6.

Блок декодирования (фиг.4) содержит элемент 33, который фиксирует одну из двух возможных длительностей входного сигнала. При значении теку0

5

на входе, равном логической единице, на выходе элемента 33 Формируется сигнал Запись, используемый для записи логической единицы в младщий

разряд сдвигового регистра 34. При значении разряда, равном логическому нулю, сигнал Запись не формируется и логическая единица в сдвиговый регистр 34 не записывается.

Сдвиг информации, записанной в сдвиговый регистр 34, осуществляется по окончании каждого разряда, т.е. передним фронтом разрядной посылки. В конце каждого разряда принимаемого

кода происходит сдвиг информации в сдвиговом регистре 34 на один разряд вправо. Запись и сдвиг информации происходят непрерывно, пока вагон находится в зоне действия приемной антенны. Информация в регистре циклически обновляется. Признаком момента считывания информации с регистра служит возникновение заданных значений служебных разрядах кода.

Число циклов обновления информации в регистре определяется длительностью одного цикла и скоростью движения подвижного состава. Практически, при реальных скоростях движения и частоте модуляции несущего сигнала в передатчике, на контрольном пункте происходит многократное считывание информации с кратностью не менее 10. Элемент 35 транслирует код на выходной регистр 36 только в том случа если в двух соседних циклах принята одна и та же информация. Для этого элемент 35 в своем составе содержит регистр, запоминающий код прошлого цикла, и схему сравнения кодов этого регистра и сдвигового регистра 34. При необходимости увеличения достовености опознавания вагонов не сложно увеличивать кратность совпадения кода в нескольких циклах приема.

Таким образом, после проверки принимаемого кода на достоверность он параллельно записывается в выходной регистр 36. Служебные разряды этого регистра расшифрованы дешифратором служебных разрядов 37 .В том случае, .если записанный в регистр 36 код в служебных разрядах содержит те значения, которые заранее заданы в соответствующих разрядах на передатчиках номера (а на всех вагонах они одни и те же) возникает сигнал на выходе дешифратора 37, который открывает многоразрядный вентиль 38, и информационная часть разрядов через вентиль поступает на выход приемника. Эта часть кода представляет собой искомый номер вагона. Он может использоваться для визуальной индикации номера вагона и для передачи в ЭВМ автоматизированной системы

учета и управления операциями.

транспортными

5

0

5

0

5

0

5

Формула изобретения

Устройство для опознавания железнодорожных вагонов, содержащее расположенные на контрольном пункте генератор сигналов возбуждения, через один из усилителей подключенный к стационарной передающей антенне, приемную антенну, соединенную с одним входом другого усилителя, синхронные детекторы, фильтры нижних частот, соединенные с входами выпрямителей, выходами соединенных с входами блока суммирования сигналов, блок декодирования и генератор синхросигналов и расположенные на транспортном средстве приемную антенну, подключенную к блоку питания, генератор несущей частоты, подключенный к входу блока кодирования, и усилитель несущей частоты, через фильтр несущей частоты подключенный к передающей антенне, отличающееся тем, что, с целью повышения достоверности, оно снабжено установленным на контрольном пункте формирователем разрядных посылок, выходом соединенным с входом блока- декодирования,синхронными детекторами, одни входы которых подключены к выходу второго усилителя, другие - к выходам генератора синхросигналов, а выходы - к входам одних фильтров нижних частот, причем выход блока суммирования сигналов через другой фильтр нижних частот подключен к другому входу второго усилителя и соединен с входом формирователя разрядных посылок, и установленным на транспортном средстве модулятором, одним входом соединенным с выходом генератора несущей частоты, другим входом - с выходом блока кодирования, а выходом - с входом усилителя несущей частоты.

Ъ-й

гг ..

tt THZShDHi -4

-J IA V

Z

29

гг ..

ctez

27

za

4

-

52

5/

фиг.Ъ

зз

Запись Сд8ие

Я

35

% I.

Uj jrLnJT Jr TIJ TlJ I T rLrur

%

%

HJTlJTrLriJTnjrTnnnji пп JTT п п п п п п п

ДЛААЛЛЛЛАА

//.

5

%L %k

%

37

5

фмА

30

Mot О Фаг.5

OJlXLCUinJl.

%

.

ЛЛ

te.7:

Wi

ШААААААААА

ЛА

Фиг. 9

%

-. Составитель Ю. Барышев Редактор Л.ГратиллоТехред А.Кравчук Корректор А.Обручар

Заказ 809

Тираж 397

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат Патент, г. Ужгород, ул. Гагарина, 101

Подписное