CN102043977B

CN102043977B - 一种用于高速列车自动识别的电子标签

Info

Publication number: CN102043977B
Application number: CN 201010609411
Authority: CN
Inventors: 冯汉炯; 成世毅; 王太忠; 杨正明; 王国海
Original assignee: Invengo Information Technology Co Ltd
Current assignee: Invengo Information Technology Co Ltd
Priority date: 2010-12-28
Filing date: 2010-12-28
Publication date: 2013-01-23
Anticipated expiration: 2030-12-28
Also published as: CN102043977A

Abstract

本发明涉及一种用于高速列车自动识别的电子标签，包括用于取得能量并为所述电子标签供电的能量取得单元，所述能量取得单元包括用于将电压由交流转换为直流的整流模块和将所述直流电压转换为适于所述电子标签使用的电压变换模块，所述电压变换模块包括用于减少所述电压变换模块的动态响应时间的加速电路，所述加速电路与所述电压变换模块的输入端和输出端连接。实施本发明的用于高速列车自动识别的电子标签，具有以下有益效果：由于该电子标签具有加速电路，其电源的动态响应时间较短；同时，由于该电子标签具有微秒级别稳定的多谐振荡器的输出作为其时钟。所以其响应较快，适于运行速度最高达500公里/小时的列车。

Description

一种用于高速列车自动识别的电子标签

技术领域

本发明涉及列车识别领域，更具体地说，涉及一种用于高速列车自动识别的电子标签。

背景技术

铁路车号自动识别系统（ATIS），通过在所有机车、车辆上安装电子标签，在所有区段站、编组站、大型货运站和分界站安置地面读出设备（AEI）；对运行的列车及车辆信息进行准确地识别；经计算机处理后为TMIS（铁路管理信息系统）等系统提供列车、车辆、集装箱实时追踪管理所需的准确的、实时的基础信息；为分界站货车的精确统计提供保证；为红外轴温探测系统提供车次、车号的准确信息；还可实现部、局、车站各级现在车的实时管理、车流的精确统计和实时调整等。从而建立一个铁路列车车次，机车和货车号码、标识、属性和位置等信息的计算机自动报告采集系统。随着国内铁路客运专线的建成和运营，列车的运行速度越来越快，一方面铁路原有的机车、车辆电子标签（RFID），地面车号自动读出装置，已经无法满足高速列车的运行和管理的需要；现有的机车、车辆电子标签适用的列车最高运行速度仅为160公里/小时，报文存储容量为210位；另一方面高速列车运行调度、行车安全管理等迫切需要一种技术方法来实现车号的自动识别，将列车车号、列车运行状态信息等实时传给地面车站等管理中心。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述无法满足越来越高的列车速度的缺陷，提供一种能够在列车高速运行（其使用的列车最高运行速度为500公里/小时）的情况下使用的用于高速列车自动识别的电子标签。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种用于高速列车自动识别的电子标签（RFID），包括用于取得能量并为所述电子标签供电的能量取得单元，所述能量取得单元包括用于将电压由交流转换为直流的整流模块和将所述直流电压转换为适于所述电子标签使用的电压变换模块，所述电压变换模块包括用于减少所述电压变换模块的动态响应时间的加速电路，所述加速电路与所述电压变换模块的输入端和输出端连接。

在本发明所述的用于高速列车自动识别的电子标签，所述电子标签还包括用于为所述电子标签提供时钟的FSK单元，所述FSK单元包括FSK振荡电路，所述FSK振荡电路为响应时间为微秒量级的多谐振荡器。

在本发明所述的用于高速列车自动识别的电子标签，所述电子标签包括用于控制所述电子标签的逻辑控制并存储所述电子标签发送的默认报文的主控单元，所述主控单元包括用于控制所述电子标签的逻辑控制模块、用于搜集列车运行状态信息并形成状态信息报文的编程逻辑模块和用于存储所述默认报文的存储模块。

在本发明所述的用于高速列车自动识别的电子标签，所述能量取得单元还包括在所述能量取得单元取得的电压大于最大设定值时，改变其负载并使得所述能量取得单元输出的电压稳定、在所述能量取得单元取得电压小于最小设定值时关断所述能量取得单元的输出电压的能量过载保护模块。

在本发明所述的用于高速列车自动识别的电子标签，所述默认报文内容包括：列车编号、列车车次和检修信息；所述报文采用BCH编码，所述报文的存储容量为1023位。

在本发明所述的用于高速列车自动识别的电子标签，所述解调单元包括用于解调其接收到的调幅信号的调幅解调模块和用于将所述解调后的信号进行码形变换并发送到所述主控单元的码形变换模块。

在本发明所述的用于高速列车自动识别的电子标签，还包括用于取得列车状态参数、并将其取得参数发送到主控单元的对外接口单元。

在本发明所述的用于高速列车自动识别的电子标签，所述加速电路包括电容C1、电阻R1和电阻R2；其中，电容C1一端连接在所述电压转换模块的电压输入端，其另一端与并接的电阻R1和电阻R2的一端连接，并接的电阻R1和电阻R2的另一端连接在所述电压转换模块的电压输出端。

在本发明所述的用于高速列车自动识别的电子标签，所述多谐振荡器包括三极管V76、三极管V77、电阻R82、电阻R83、电容C133、电容C135、电容C122、电容C134、电容C120和电容C124；其中，三极管V76和三极管V77的基极通过串接的电阻R82和R83连接，所述三极管V76和三极管V77的发射极接地，三极管V76和三极管V77的集电极通过并接的电容C122和C134连接；电容C133并接在三极管V76的基极和发射极之间，电容C135并接在所述三极管V77的基极和发射极之间；电容C120并接在三极管V76的集电极和三极管V77的基极上；电容C124并接在三极管V77的集电极和三极管V76的基极上。

实施本发明的用于高速列车自动识别的电子标签，具有以下有益效果：由于该电子标签具有加速电路，其电源的动态响应时间较短；同时，由于该电子标签具有微秒级别稳定的多谐振荡器的输出作为其时钟。所以其响应较快，适于高速运行的列车。

附图说明

图1是本发明用于高速列车识别的电子标签实施例的结构示意图；

图2是所述实施例中加速电路的电原理图；

图3是所述实施例中多谐振荡器的电原理图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明实施例作进一步说明。

如图1所示，在本发明用于高速列车自动识别的电子标签实施例中，设置有顺序连接的双频天线1、能量取得单元2、FSK单元3、解调单元4、主控单元5和对外接口单元6。其中，上述双频天线1用于在不同的频率上分别接收外部装置发送来的信号或将上述主控单元5产生的信号发送到外部；该外部指的是上述用于高速列车识别的电子标签的外部空间；能量取得单元2用于接收来自双频天线1通过空间耦合的能量信号，将其转换后，作为工作电源提供给上述主控单元5、FSK单元3和解调单元4；而FSK单元3一方面用于为主控单元5提供工作所需时钟，另一方面用于接收主控电路的上行数据信号，将其调制后通过双频天线1向上述外部空间发射；解调单元4用于接收外部空间传来的指令，解码所述指令并传送给上述主控单元5，主控单元5依据接收到的指令内容改变该标在通常情况下发送的默认报文的内容；主控单元5用于负责整个装置（电子标签，即RFID）全部的数字逻辑控制，并存储该标签在通常情况下发送的、采用BCH方式编码的默认报文（在通常情况下，也就是该默认报文内容没有因为收到指令而改变的时候，其内容是列车的车箱编号）；对外接口单元6用于依据主控单元5的指示，取得实时的、采用BCH方式编码的列车运行的状态信息等，并将所述信息通过主控单元5替代默认报文信息，此时默认报文信息不再发送；值得一提的是，主控单元5通过对外接口单元6而取得的、采用BCH形式编码的列车运行状态信息，其内容可以是该节车厢的轴温数据等。

在本实施例中，上述主控单元5是一个自主设计的功耗为10微瓦量级的超低功耗芯片，其内部可以大致分为主控逻辑模块14、编程逻辑模块15和容量为1023位的存储模块16。其中，上述主控逻辑模块14用于控制整个RFID的逻辑操作，编程逻辑模块15用于配合上述解调单元4接收由外部编程装置传来的指令，对存储模块16内存储的默认报文进行改写。而存储模块16是超低功耗的存储器，其用于存储发送的默认报文。

在本实施例中，解调单元4包括调幅解调模块12和码形变换模块13，当外部的编程装置的指令通过上述双频天线1被该电子标签接收后，解调单元4的调幅解调模块12将会解调该信号，再将上述解调后的信号通过码形变换模块13转换为适于主控单元5的码形，传送到主控单元5中的编程逻辑模块15。这样，上述解调单元4和编程逻辑模块15共同组成了实现电子标签无线编程的结构；通过为该电子标签编程而配套的专用的编程器，通过该电子标签的空中接口即可以实现对电子标签默认报文内容的改写。

当对外接口单元6检测到列车运行状态信息数据有效时，主控单元5通过对外接口单元6，接收高速列车运行状态信息，这些数据通常都保存在安装在列车上的其他的检测设备中，也就是说，对外接口单元6通过与安装在列车上的其他检测设备的信息交互来取得上述列车运行的状态信息。列车再次经过地面车号读出装置（即上述读卡装置）时，主控单元5不再从存储模块16中获取默认报文并发送，而是对列车运行状态信息进行BCH编码，而后通过FSK单元3及双频天线1向空间发射。此时，存储器内的默认报文不再发送。这样，就实现了默认报文内容的改变。

在本实施例中，上述能量取得单元2包括能量过载保护模块9，该能量过载保护模块9用于当双频天线1耦合的能量信号超过最大限界时，通过改变负载的方式使得能量取得单元2的输出稳定，进而提供电路保护功能，为主控单元5提供始终稳定的工作电压；而当双频天线1耦合的能量低于最小工作限界时，能量过载保护模块9关断主控单元4的工作电源，避免FSK单元3在主控单元5工作不稳定的情况下，通过双频天线1向空间发射信号。此时这些信号由于不稳定，读卡装置不能接收，可以看成是干扰信号。上述的双频天线1耦合的能量信号超过最大限界时，能量取得单元2取得的电压值大于事先设定的最大值；而当双频天线1耦合的能量低于最小工作限界时，也就是能量取得单元2取得的电压值小于事先设定的最小值。这些设定的最大值和最小值可以是通过硬件设定的。

在本实施例中，由于电子标签用于高速运行的列车，最为重要的指标是整个电子标签的动态响应时间，该指标要求要短，要符合系统要求。为保证电子标签的整机动态响应时间满足系统要求的10微秒量级，对于会对电子标签响应时间产生影响的能量取得单元2、FSK单元3都要采取一定的措施。

在本实施例中，能量取得单元2还包括用于将电压由交流转换为直流的整流模块7和将整流后得到的直流电压转换为适于电子标签使用的电压变换模块8，电压变换模块8包括用于减少电压变换模块8的动态响应时间的加速电路，加速电路与电压变换模块8的输入端和输出端连接。也就是说，在电压变化模块8上，并接有一个加速电路，用来减少电压变换模块8的动态响应时间。在本实施例中，上述电压变换模块8是一个电压调节集成电路，即常用的电压变换芯片LDO，由于电压变换芯片LDO动态响应时间在数百微秒量级，不能满足电子标签对响应时间的设计要求，在其上设置一个加速电路，使电压变换模块8能够达到设计要求，如图2所示。电压变换芯片LDO两端的电容C1、电阻R1、电阻R2组成RC加速电路。输入电源有效时，由于电压的跳变，使得输入电压通过上述RC加速电路，直接进入输出电源端（即上述LDO的电压输出端）；当电压变换芯片LDO稳定后，电容C1把输入电源和输出电源隔离开（即使得上述LDO的电压输入端和电压输出端隔离），从而使得电压转换模块8的动态响应时间达到微秒级。具体来讲，如图2所示，加速电路包括电容C1、电阻R1和电阻R2；其中，电容C1一端连接在电压转换模块8（即图2中的LDO）的电压输入端，其另一端与并接的电阻R1和电阻R2的一端连接，并接的电阻R1和电阻R2的另一端连接在电压转换模块8的电压输出端。

此外，主控单元5的工作时钟稳定响应时间对电子标签的整体响应时间也至关重要。在本实施例中，主控单元5的时钟由FSK单元3产生，在FSK单元3中包括FSK振荡电路11和FSK发送电路10，其中，FSK发送电路10用于将主控单元5要发送的报文调制后发送到上述双频天线1，再经过双频天线1发送到外部空间，而该FSK振荡电路11为多谐振荡器，双频天线1以电感的形式参与多谐振荡，该多谐振荡器的响应时间要求为微秒量级的。在本实施例中，该多谐振荡器的结构如图3所示。在图3中对称布局的三极管V76、三极管V77，电阻R82、电阻R83，电容C133、电容C135，及并联布置的电容C122、电容C134，共同组成多谐振荡器，其动态响应时间被控制在微秒级别。振荡器控制电压有效后，经过微秒的时间延迟，振荡器稳定工作，振荡器输出稳定的频率，给主控电路提供工作时钟。并且该电路功耗在毫瓦以下。具体而言，在本实施例中，多谐振荡器包括三极管V76、三极管V77、电阻R82、电阻R83、电容C133、电容C135、电容C122、电容C134、电容C120和电容C124；其中，三极管V76和三极管V77的基极通过串接的电阻R82和R83连接，三极管V76和三极管V77的发射极接地，三极管V76和三极管V77的集电极通过并接的电容C122和C134连接；电容C133并接在三极管V76的基极和发射极之间，电容C135并接在所述三极管V77的基极和发射极之间；电容C120并接在三极管V76的集电极和三极管V77的基极上；电容C124并接在三极管V77的集电极和三极管V76的基极上。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims

1.一种用于高速列车自动识别的电子标签，其特征在于，包括双频天线、能量取得单元、FSK模块、解调模块、主控单元和对外接口单元；其中，所述双频天线用于在不同的频率上分别接收外部装置发送来的信号或将所述主控单元产生的信号发送到外部；所述能量取得单元用于接收来自双频天线通过空间耦合的能量信号，将其转换后，作为工作电源提供给所述主控单元、FSK模块和解调模块；所述FSK模块用于为所述主控单元提供工作所需时钟，并用于接收主控电路的上行数据信号，将其调制后通过双频天线向外发射；所述解调模块用于接收外部空间传来的指令，解码所述指令并传送给所述主控单元，所述主控单元依据接收到的指令内容改变该标签发送的默认报文的内容；所述主控单元还用于负责所述电子标签全部的数字逻辑控制，并存储该标签采用BCH方式编码的默认报文；所述对外接口单元用于依据主控单元的指示，取得实时的、采用BCH方式编码的列车运行的状态信息，并将所述信息通过主控单元替代默认报文信息；所述能量取得单元包括用于将电压由交流转换为直流的整流模块和将所述直流电压转换为适于所述电子标签使用的电压变换模块，所述电压变换模块包括用于减少所述电压变换模块的动态响应时间的加速电路，所述加速电路与所述电压变换模块的输入端和输出端连接。

2.根据权利要求1所述的用于高速列车自动识别的电子标签，其特征在于，所述FSK模块包括FSK振荡电路，所述FSK振荡电路为响应时间为微秒量级的多谐振荡器。

3.根据权利要求2所述的用于高速列车自动识别的电子标签，其特征在于，所述主控单元包括用于控制所述电子标签的逻辑控制模块、用于与所述解调模块共同实现无线编程功能的编程逻辑模块和用于存储所述默认报文的存储模块。

4.根据权利要求3所述的用于高速列车自动识别的电子标签，其特征在于，所述能量取得单元还包括在所述能量取得单元取得的电压大于最大设定值时，改变所述能量取得单元的负载并使得所述能量取得单元输出的电压稳定、在所述能量取得单元取得电压小于最小设定值时关断所述能量取得单元的输出电压的能量过载保护模块。

5.根据权利要求4所述的用于高速自动列车识别的电子标签，其特征在于，所述默认报文内容包括：列车编号、列车车次和检修信息；所述报文采用BCH编码，所述报文的存储容量为1023位。

6.根据权利要求5所述的用于高速列车自动识别的电子标签，其特征在于，所述解调单元包括用于解调其接收到的调幅信号的调幅解调模块和用于将所述解调后的信号进行码形变换并发送到所述主控单元的码形变换模块。

7.根据权利要求1-6任意一项所述的用于高速列车自动识别的电子标签，其特征在于，所述加速电路包括电容C1、电阻R1和电阻R2；其中，电容C1一端连接在所述电压转换模块的电压输入端，其另一端与并接的电阻R1和电阻R2的一端连接，并接的电阻R1和电阻R2的另一端连接在所述电压转换模块的电压输出端。

8.根据权利要求2-6任意一项所述的用于高速列车自动识别的电子标签，其特征在于，所述多谐振荡器包括三极管V76、三极管V77、电阻R82、电阻R83、电容C133、电容C135、电容C122、电容C134、电容C120、电容C124、电阻R78、电阻R77、电感L47、电感L48、电容C123、电容C127和电容C125；其中，三极管V76和三极管V77的基极通过串接的电阻R82和R83连接，所述三极管V76和三极管V77的发射极接地，三极管V76和三极管V77的集电极通过并接的电容C122和C134连接；电容C133并接在三极管V76的基极和发射极之间，电容C135并接在所述三极管V77的基极和发射极之间；电容C120并接在三极管V76的集电极和三极管V77的基极上；电容C124并接在三极管V77的集电极和三极管V76的基极上；所述电阻R77和电阻R78并联，其并联的一端与所述多谐振荡器的振荡器控制端连接并连接到所述电阻R82和电阻R83的连接端，其并联的另一端通过并联的电容C123和电容C127连接到地；所述电感L47一端连接在所述并联的电阻R77和电阻R78的另一端，所述电感L47的另一端连接在所述多谐振荡器的振荡器输出端，所述振荡器输出端还与所述三极管V76的集电极连接并通过一电容连接到地；所述电感L48的一端连接在所述并联的电阻R77和电阻R78的另一端，所述电感L48的另一端与所述三极管V77的集电极连接并通过电容C125连接到地。