CN101973488A - 基于射频识别的行车位置跟踪装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于射频识别的行车位置跟踪装置，该发明包括主控制器、位置检测装置、位置校准装置，位置检测装置采用旋转编码器，安装于行车行驶电机主轴处，用于检测行车位移的精确信息。位置校准装置采用超高频RFID读写器与电子标签，RFID读写器固定在行车车身上，RFID电子标签经封装后固定在布设于行车轨道的支架上。位置检测装置与位置校准装置均通过串口通信接口与主控制器串口转换及扩展模块相连接，主控制器将处理后的位置信息经以太网接口模块传输至行车终端控制系统。本发明采用旋转编码器测量位移并用RFID校准的复合定位技术，可以有效减少行车位置跟踪中机械打滑等问题产生的误差，提高了行车定位精度，有益于行车吊运生产的管理。

Description

基于射频识别的行车位置跟踪装置

技术领域

本发明涉及一种应用于行车定位的自动跟踪装置，具体地讲该装置能实时采集行车大车及小车的位移信息，并对该信息进行运算处理得到行车大车及小车在库区中的精确位置，最终将该行车位置信息可靠传输至行车终端控制系统，属于行车位置跟踪技术领域。

背景技术

行车驾驶员在物料的起吊与放下阶段都需要获知物料的精确位置，并需将物料的吊起与放下位置反馈给地面管理人员，以提高库存更新的实时性。对行车的定位，通常采用人工手动的方式，该方式主要存在以下弊端：1、行车驾驶员目测确定吊运位置，增加了人为干预的因素，降低了行车吊运效率；2、行车驾驶员在吊运完成一次操作后，还需主动将完成的结果信息反馈下去，实际中会出现遗忘反馈、信息出错的现象，增加了行车驾驶员的负担；3、地面调度员协调驾驶员吊运钢卷，会在吊运操作区域进行观测与指挥，增加了安全隐患。

为提高行车吊运生产的自动化程度，实现行车位置的实时跟踪，需在行车中引入行车位置自动跟踪系统。传统的根据机械轮旋转测量位移的方法，测量精度较高，但受到机械轮打滑，机械惯性等因素的影响，造成该方法长时间运行存在较大的累积误差；目前射频识别定位技术在高速列车定位、生产工具定位等不同领域中均取得了较好的应用效果，该方式采用无接触识别方式，读取速度快、可靠性高，但为获得较高的定位精度需保证轨道上布设较密的射频识别(Radio frequencyidentification：RFID)电子标签，安装工作量较大，难以获得较高的定位精度。

发明内容

技术问题：为了提高行车位置跟踪的精度，本发明提供一种基于RFID的行车位置跟踪装置，将RFID定位与机械轮旋转测量位移方法组合使用，经二者信号输入主控制器进行判断处理后，得到准确可靠的行车位置信息，从而满足行车位置自动跟踪的要求。

技术方案：本发明的基于射频识别的行车位置跟踪装置包括主控制器、位置检测装置、位置校准装置；主控制器包括DSP控制电路、电源模块、两路串口转换及扩展模块和以太网接口模块，所述的DSP控制电路分别与所述的电源模块、串口转换与扩展模块、以太网接口模块相连接；位置检测装置包括行车小车旋转编码器、行车大车旋转编码器，所述的位置检测装置安装于行车大车与行车小车行驶电机主轴处；位置校准装置包括行车小车RFID读写器、行车大车RFID读写器，所述的位置校准装置采用超高频RFID读写器与RFID电子标签，RFID读写器固定在行车大车车身及行车小车车身上，RFID电子标签经封装后固定在行车大车及行车小车一侧轨道的固定支架上，且保证RFID电子标签与RFID读写器有一个波长的读写距离；两路串口转换及扩展模块通信接口对应与行车大车旋转编码器及行车大车RFID读写器(6)通信，两路串口转换及扩展模块通信接口还对应与行车小车旋转编码器及行车小车RFID读写器通信，以太网接口模块与行车终端控制系统通信。

所述的行车大车旋转编码器与行车大车RFID读写器分别获取行车大车行驶位移信息、行车大车RFID电子标签的标识信息ID号；所述的行车小车旋转编码器与行车小车RFID读写器分别获取行车小车行驶位移信息、行车小车RFID电子标签的ID号，所有信息均通过串口总线发送至主控制器，由DSP控制电路采集处理。

所述的两路串口转换及扩展模块通信接口为RS485或RS422接口，所述的串口总线对应为RS485或RS422。

所述的串口转换与扩展模块将主控制器的一路RS232串口接口扩展出四路串口，并转换成RS485或RS422接口。

所述的行车小车旋转编码器、行车大车旋转编码器采用增量式或绝对式的旋转编码器，安装于行车大车及小车行驶电机主轴处。

所述的RFID电子标签，其封装为耐高温的聚氯乙烯(PVC)塑料。

所述的RFID电子标签，经封装后固定在钢板上，且封装内部的RFID电子标签卡片距底板有一间隙。

装有RFID电子标签的所述固定支架以地面垛位尺寸为距离单位分布，支架放置于两个垛位之间。

所述的RFID电子标签处在所述的行车小车RFID读写器、行车大车RFID读写器的无功近场区域，其具体距离约等于一个与超高频RFID读写器同频的电磁波长。

装有RFID电子标签的标签固定支架固定在行车轨道旁，其固定处采用支架调整幺孔，用于微调RFID读写器与RFID电子标签的距离。

本发明采用安装于行车轴轮处的旋转编码器采集行车位移信息，采集布设于行车轨道处的RFID电子标签对旋转编码器的采集信息进行校准，本发明在行车正常行驶中分析旋转编码器位移测量信息可确定行车位置，若行车行驶中RFID读写器读取到RFID电子标签就对旋转编码器的位移测量值进行校准。本发明将当前位置距垛位中心点的偏差信息上传至行车终端控制系统可供行车驾驶员吊运时参考，提高该系统对吊运生产的指导意义。

有益效果：该发明采用旋转编码器采集精确位置信息，RFID技术对旋转编码器校准的方式，可以有效消除行车机械打滑等因素带来的定位误差，降低方案实施中的安装工作量，提高了行车位置跟踪的精度。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明主控制器结构框图。

图2是本发明位置检测与校准装置安装位置示意图。

图3是本发明电源模块结构图。

图4是本发明RFID读写器与电子标签位置关系示意图。

图5是本发明安装支架固定方式示意图。

图中有：主控制器1，位置检测装置2，位置校准装置3，行车大车车身4，行车大车旋转编码器5，行车大车RFID读写器6，RFID电子标签7，固定钢板8，固定支架9，行车小车车身10，行车小车旋转编码器11，行车小车RFID读写器12，标签固定螺孔13，标签与钢板间隙14，RFID电子标签卡片15，RFID读写器16，读写器支架17，支架固定底座18，支架调整幺孔19，支架固定螺钉20。

具体实施方式

下面将以本发明一种行车位置跟踪装置在钢铁厂钢卷库区的应用作为实施例对本发明作进一步详细说明。

如图1、图2所示，该装置由三个部分构成：主控制器1、位置检测装置2、位置校准装置3。主控制器1包括DSP控制电路、电源模块、串口转换与扩展模块、一路以太网接口模块。位置检测装置2包括旋转编码器、旋转编码器通信电缆。位置校准装置3包括RFID大车读写器、RFID小车读写器、RFID电子标签、标签固定支架。

1、主控制器部分

主控制器部分放置于行车驾驶室内，其作用是采集行车大车旋转编码器5及行车小车旋转编码器11的行驶位移信息，采集行车大车及小车的RFID标签标识信息；由大车及小车旋转编码器的行驶位移信息得到行车在库区中的位置，通过RFID标签的ID号查找出当前标签的坐标值；将旋转编码器所测位置信息与当前标签的坐标值结合起来，对旋转编码器的位移信息进行校准；最终将校准后的行车位置信息传输至行车终端控制系统。

其具体构成如下：

(1)DSP控制电路

DSP控制电路采用标准的DSP最小系统电路，其中包括DSP处理器芯片TMS320F2812、时钟发生电路、复位电路、JTAG下载接口、外扩256K的EEPROM、外扩256K的SRAM。其中EEPROM为I2C接口，用于存放RFID电子标签7的坐标数据。

(2)电源模块

如图3所示为本发明的电源模块的结构框图。该模块输入为220V交流电，经明纬S-250-24工业级开关电源的滤波降压处理得到稳定的24V直流电压，其中一部分供给所选用的旋转编码器及RFID读写器，一部分再经直流降压得到3.3V的直流电压供给DSP控制电路。

(3)串口转换与扩展模块

串口转换与扩展模块采用双向RS485或RS422共享器，可实现四路RS485或RS422信号的输入，即接收行车大车旋转编码器5及行车大车RFID读写器6两路串行通信信号，接收行车小车旋转编码器11及行车小车RFID读写器12两路串行通信信号，最终输出一路RS232信号接至DSP控制电路的串口输入端，实现4进1出的信号读取。

(4)以太网接口模块

该模块将处理得到的位置数据以TCP/IP数据包的形式发送至行车终端控制系统，方便行车终端控制系统的处理，也提高了数据传输的速率及可靠性。

2、位置检测装置

此次现场实施的位置检测装置采取欧姆龙公司的旋转编码器：E6C2-CWZ6C。该旋转编码器为增量型，为保证该旋转编码器恰当的输出精度，可选择100脉冲/旋转分辨率的型号，通过该旋转编码器的输出相判断行车的行驶方向，该旋转编码器工作电压为24V，由电源模块供电，输出信号方式为RS485，通过串行总线传输至主控制器。

3、位置校准装置

本发明的位置校准装置采用瑞福智能科技公司的RFS1100系列超高频读写器，RFID电子标签采用ISO18000-6B协议的通用RFID电子标签卡片，结合现场应用进行封装后固定在安装支架上。

如图4所示为行车标签与支架的安装结构，RFID读写器16固定在读写器支架17上，读写器支架17固定在行车大车车身4及行车小车车身10上；RFID电子标签卡片15经PVC塑料封装后经标签固定螺孔13固定在固定钢板8上，固定钢板8与标签固定支架9连为一体，该支架固定在支架固定底座18上，支架固定底座18焊接在轨道地面上。其中RFID电子标签卡片的封装方式为标签与钢板间隙14有一定的距离，即距电子标签距钢板有一定的距离，以保证电子标签获得较好的读写效果，经实际测试该距离为20mm时效果最好。行车大车及行车小车的安装原则相同，均按以上方式进行安装。

如图4中所示，RFID读写器13距离RFID电子标签7有一距离r1，RFID读写器13底部距RFID电子标签7底部有一距离r2，当r1为超高频读写器工作频率的一个波长时读写效果最好，即应保持r1距离在一个波长为最佳，即30cm，r2的距离为6±1cm。

如图5所示为行车支架固定的结构示意图，标签固定支架9安装在支架固定底座18上，底座与支架间采用支架调整幺孔19，通过调整支架固定螺钉20实现支架安装位置的调整，进而在调试中实现电子标签与读写器距离的微调，改善各安装位置处RFID电子标签的读写效果。

通过使用本发明的装置，可以减少单一使用旋转编码器遇到的行车打滑等机械因素的影响，降低了单一使用RFID定位方式的标签布设密度，将二者结合的定位装置可以提高行车在库区内的定位精度，实现行车位置的实时跟踪，是行车生产吊运的自动跟踪与指挥的数据基础。

Claims (10)

1.一种基于射频识别的行车位置跟踪装置，其特征是该装置包括主控制器(1)、位置检测装置(2)、位置校准装置(3)；主控制器(1)包括DSP控制电路、电源模块、两路串口转换及扩展模块和以太网接口模块，所述的DSP控制电路分别与所述的电源模块、串口转换与扩展模块、以太网接口模块相连接；位置检测装置(2)包括行车小车旋转编码器(11)、行车大车旋转编码器(6)，所述的位置检测装置(2)安装于行车大车与行车小车行驶电机主轴处；位置校准装置(3)包括行车小车RFID读写器(12)、行车大车RFID读写器(6)，所述的位置校准装置(3)采用超高频RFID读写器与RFID电子标签(7)，RFID读写器固定在行车大车车身(4)及行车小车车身(10)上，RFID电子标签(7)经封装后固定在行车大车及行车小车一侧轨道的固定支架(9)上，且保证RFID电子标签(7)与RFID读写器有一个波长的读写距离；两路串口转换及扩展模块通信接口对应与行车大车旋转编码器(5)及行车大车RFID读写器(6)通信，两路串口转换及扩展模块通信接口还对应与行车小车旋转编码器(11)及行车小车RFID读写器(12)通信，以太网接口模块与行车终端控制系统通信。

2.根据权利要求1所述的基于射频识别的行车位置跟踪装置，其特征是所述的行车大车旋转编码器(5)与行车大车RFID读写器(6)分别获取行车大车行驶位移信息、行车大车RFID电子标签(7)的标识信息ID号；所述的行车小车旋转编码器(11)与行车小车RFID读写器(12)分别获取行车小车行驶位移信息、行车小车RFID电子标签(7)的ID号，所有信息均通过串口总线发送至主控制器，由DSP控制电路采集处理。

3.根据权利要求1或2所述的基于射频识别的行车位置跟踪装置，其特征是所述的两路串口转换及扩展模块通信接口为RS485或RS422接口，所述的串口总线对应为RS485或RS422。

4.根据权利要求1所述的基于射频识别的行车位置跟踪装置，其特征是所述的串口转换与扩展模块将主控制器的一路RS232串口接口扩展出四路串口，并转换成RS485或RS422接口。

5.根据权利要求1所述的基于射频识别的行车位置跟踪装置，其特征是所述的行车小车旋转编码器(11)、行车大车旋转编码器(5)采用增量式或绝对式的旋转编码器，安装于行车大车及小车行驶电机主轴处。

6.根据权利要求1所述的基于射频识别的行车位置跟踪装置，其特征是所述的RFID电子标签(7)，其封装为耐高温的聚氯乙烯(PVC)塑料。

7.根据权利要求1所述的基于射频识别的行车位置跟踪装置，其特征是所述的RFID电子标签(7)，经封装后固定在钢板上，且封装内部的RFID电子标签卡片(15)距底板有一间隙。

8.根据权利要求1所述的基于射频识别的行车位置跟踪装置，其特征是装有RFID电子标签(7)的所述固定支架(9)以地面垛位尺寸为距离单位分布，支架放置于两个垛位之间。

9.根据权利要求1所述的基于射频识别的行车位置跟踪装置，其特征是所述的RFID电子标签(7)处在所述的行车小车RFID读写器(12)、行车大车RFID读写器(6)的无功近场区域，其具体距离约等于一个与超高频RFID读写器同频的电磁波长。

10.根据权利要求1所述的基于射频识别的行车位置跟踪装置，其特征是装有RFID电子标签(7)的标签固定支架(9)固定在行车轨道旁，其固定处采用支架调整幺孔(19)，用于微调RFID读写器与RFID电子标签(7)的距离。

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