CN102208042B - 用于地对车安全监控预警体系中的列车车号识别装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于地对车安全监控预警体系中的列车车号识别装置，包括：微波单元、主控单元、接口单元和解码单元；所述微波单元通过串行数据线与所述接口单元连接，所述微波单元通过标签数据线与所述解码单元连接，所述接口单元与所述解码单元分别通过地址总线和数据总线与所述主控单元连接。实施本发明的用于地对车安全监控预警体系中的列车车号识别装置，具有以下有益效果：在需要对读写器调整设置时非常方便。

Description

用于地对车安全监控预警体系中的列车车号识别装置

技术领域

本发明涉及射频识别领域，更具体地说，涉及一种用于地对车安全监控预警体系中的列车车号识别装置。

背景技术

    在地对车安全监控预警体系（通常又称为5T系统）中，最基本的功能是在不同的地方（通常是车站）设置多个取得经过列车车号的装置，这些装置将取得的列车车号通过网络或其他技术手段发送到服务器，服务器对这些数据进行汇总后进行存储、显示并向上级服务器发送。一般来讲，上述描述的功能是最基本的，通常还会有其他的一些列车车辆数据需要与该车辆的车号一起发送到上述服务器中，这些数据通常是表示车辆状态的参数，例如，列车车辆的轴温、列车车辆的制动压力等等。但是，在现有技术中，上述车辆车号的取得是通过安装在车辆上的射频识别（RFID）标签和安装在检测点上的读写器来实现的，而上述安装在各车站检测点的列车车辆车号取得装置通常是一个单独的RFID读写器，既不方便操作人员改变读写器的设置，从而使得需要改变上述车号及参数取得时，一旦需要调整读写器的设置，就非常不方便。

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在需要调整上述读写器的设置时非常不方便的缺陷，提供一种便于调整所述读写器设置的用于地对车安全监控预警体系中的列车车号识别装置。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种用于地对车安全监控预警体系中的列车车号识别装置，至少包括：

微波单元：用于接收安装在列车车辆上的电子标签发送的、带有列车车号信息的微波信号并将所述微波信号解码后输出；

      主控单元：用于接收、处理列车车号信息并输出控制所述列车车号识别装置各部分的控制信号；

      接口单元：连接在所述微波单元和所述主控单元之间，用于传送所述主控单元发送到微波单元的控制信号或指令到所述微波单元或传输所述微波单元的状态参数到所述主控单元；

      解码单元：连接在所述微波单元和所述主控单元之间，用于在所述微波单元将所述电子标签发送的信号解码后，将得到的数字信号处理并传送到所述主控单元；

      所述微波单元通过串行数据线与所述接口单元连接，所述微波单元通过标签数据线与所述解码单元连接，所述接口单元与所述解码单元分别通过地址总线和数据总线与所述主控单元连接。 

在本发明所述的列车车号识别装置中，还包括背板，所述背板上设置有地址总线和数据总线，所述接口单元和所述解码单元分别通过所述地址总线和数据总线与所述背板连接，所述主控单元通过所述地址总线和数据总线与所述背板连接。

在本发明所述的列车车号识别装置中，还包括用于检测电源电压稳定度及其跳变幅度的电源检测单元，所述电源检测单元包括将采集的电源电压信号转换为数字信号的模数转换模块以及将所述数字信号转换为所述主控单元接受的格式的电源数字信号处理模块，所述电源数字信号处理模块通过设置在所述背板上的地址总线和数据总线与所述主控单元连接。 

在本发明所述的列车车号识别装置中，还包括用于与外界通讯的通讯单元，所述通讯单元包括网络模块和串口模块；所述背板上还设置有网络数据线和串行数据线，所述通讯模块分别通过设置在所述背板上的网络数据线和串行数据线与所述主控单元连接。

在本发明所述的列车车号识别装置中，还包括用于显示当前所述列车车号识别装置上各组成部分工作状态的指示灯单元，所述指示灯单元通过设置在所述背板上的数据线与所述主控单元连接。 

在本发明所述的列车车号识别装置中，所述主控单元包括微处理器、存储器和总线驱动模块，所述微处理器的地址总线和数据总线分别通过所述总线驱动模块与所述背板上的地址总线和数据总线连接。

在本发明所述的列车车号识别装置中，所述微波单元包括用于接收所述安装在列车车辆上电子标签发送的微波信号并得到其中基带信号的射频模块和将所述基带信号转换为数字信号的射频基带模块，所述射频模块输出端与所述射频基带模块输入端连接，所述射频基带模块通过所述标签数据线与所述解码单元连接。 

在本发明所述的列车车号识别装置中，所述射频模块包括耦合器、收发隔离器、无源混频器、基带信号预处理模块、频率合成器以及功率放大器；所述收发隔离器、无源混频器和基带信号预处理模块组成接收通路。

在本发明所述的列车车号识别装置中，所述接收通路还包括带通滤波器、衰减器；所述收发隔离器、带通滤波器、衰减器和无源混频器依次连接。

在本发明所述的列车车号识别装置中，所述射频基带模块包括用于将射频模块中基带信号预处理模块输出的正交基带信号转化为数字信号的模数转换器、用于控制所述模数转换器工作并将所述数字信号进行串并转化的逻辑单元以及用于对所述数字信号进行解调解码处理的DSP处理器；所述基带信号预处理模块与所述逻辑单元通过SPI总线连接；所述射频模块中控制功率放大器的数模转换器与所述功率放大器通过功率控制数据线连接。

实施本发明的用于地对车安全监控预警体系中的列车车号识别装置，具有以下有益效果：由于主控单元通过接口单元与微波单元连接，因此，不管是当前微波单元的状态参数还是主控单元对微波单元参数的设置，都可以直接通过上述接口单元输送，而主控单元对微波单元的调节又可以通过别的上位机或上位设备经过网络单元，传送到上述主控单元中，再通过主控单元传送到微波单元。而微波单元是读卡器的主要组成部分。因此，在需要对读写器调整设置时非常方便。

附图说明

图1是本发明用于地对车安全监控预警体系中的列车车号识别装置实施例中该装置的结构示意图；

图2是所述实施例中电源检测单元的结构示意图；

图3是所述实施例中主控单元的结构示意图；

图4是所述实施例中总线驱动模块的结构示意图；

图5是所述实施例中射频模块的结构示意图；

图6是所述实施例中射频模块中的接收通道结构示意图； 

图7是所述实施例中射频基带模块的结构示意图。

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，在本发明用于地对车安全监控预警体系中的列车车号识别装置实施例中，该装置包括背板1、主控单元2、微波单元3、接口单元4、解码单元5、电源检测单元6、通讯单元7和指示灯单元8，其中，除微波单元3外，其余单元均直接通过总线或数据线连接在背板1上，而背板1上的总线和数据线使得这些直接与背板1连接的各单元之间相互连接（主要是使得主控单元2通过这些总线和数据线与各单元连接）；微波单元3分别与上述接口单元4和解码单元5连接，并依次通过上述接口单元4或解码单元5、总线、背板1与上述主控单元2连接。其中，上述微波单元3通过串行接口的数据线与上接口单元4连接，同时，微波单元3还通过传输电子标签数据的数据线与上述解码单元5连接；而接口单元4和解码单元5则通过总线（包括数据总线和地址总线）、背板1与主控单元2连接，接受上述主控单元2发出的指令或将数据传输到主控单元2。在本实施例中，上述通讯单元7也是通过设置在背板1上的数据线与上述主控单元2连接的。在本实施例中，总线是指位于背板1上的地址总线及数据总线，用于使得主控单元2可以控制或传输数据到各个单元；数据线是指位于背板1上的数据信号线，如标签数据线、网络数据线、串行数据线、微波单元功放开关控制线等等，这些数据线通常是一条或多条具有专门定义的信号线。

在本实施例中，微波单元3用于接收安装在列车车辆上的电子标签发送的微波信号，并将这些微波信号解码后输出；在这些微波信号中，不仅带有列车车号信息，而且还可以携带别的信息，例如，车辆的轴温当前温度值、车辆制动系统的压力值等等，当然，别的信息的携带要视具体情况事先取得并存储在车辆上，当车辆经过检测点时按照上述车辆车号取得装置的指令发出或不发出；主控单元2用于接收、处理上述列车车号信息（也可能包括其他信息）并输出控制该列车车号识别装置各部分的控制信号；当然，上述主控单元2也要通过通讯单元7将其取得并存储的数据向上一级的服务器发送；接口单元4连接在微波单元3和主控单元1之间，用于传送主控单元2发送到微波单元3的控制信号或指令到微波单元3，同时，接口单元4也需要传输微波单元3的状态参数到主控单元2，便于主控单元2对与微波单元3的状态进行判断，选择合适的指令输出；解码单元5连接在微波单元3和主控单元2之间，用于在微波单元3将电子标签（安装在上述列车车辆上的）发送的信号解码后，将得到的数字信号处理并传送到主控单元2；在本实施例中，背板1上设置有地址总线和数据总线，接口单元4和解码单元5分别通过上述背板1上的地址总线和数据总线与背板1连接，而主控单元2通过上述背板1上的地址总线和数据总线与背板1连接。这样，就使得上述接口单元4和解码单元5通过背板1与主控单元2连接。

在本实施例中，电源检测单元6用于检测为该装置供电的各电源电压稳定度及其跳变幅度，电源检测单元6包括将采集的电源电压信号转换为数字信号的模数转换模块61以及将所述数字信号转换为主控单元2接受的格式的电源数字信号处理模块62，参见图2；电源数字信号处理模块62通过设置在背板1上的地址总线和数据总线与主控单元2连接。电源检测单元6主要包括CPLD、AT89S53以及模数转换器等，其中CPLD与主控板通过总线方式连接，主要传输各路电压的检测信息。更具体地说，电源检测单元6由一片CPLD（XC95144）、一片AT89S53单片机以及一片模数转换器TLC2543 为核心组成。通过上述模块组成的系统在本实施例所述的装置中检测各板卡所用电源的电压值（＋5V、－5V、＋12V），描述电源电压稳定程度及其跳变幅度。为用户提供监控系统电源工作情况的基本依据。电源检测单元6与主控单元2通过总线方式连接（包括数据总线和地址总线）。用于以总线方式发送整机各路电压检测值数据信息。电源检测单元6工作流程如下：电源检测单元6对各路电压进行采样并生成电压数据；将电压数据以总线方式传送给主控单元。

在本实施例中，上述装置还包括用于与外界通讯的通讯单元7，通讯单元7包括网络模块71和串口模块72；主控单元2与网络模块71、串口模块72连接。背板1上还设置有网络数据线和串行数据线（即前面所描述的数据线的一部分），通讯模块7分别通过设置在背板1上的网络数据线和串行数据线与主控单元2连接。其中，网络接口为10BASE-T接口，用于通过Internet网进行远程数据传输，如远程升级、远程监控、远程数据下载等。串口单元有2个串口，一个用于与5T设备通讯，另一个用于系统配置。

主控单元2包括微处理器、存储器和总线驱动模块，参见图3，微处理器的地址总线和数据总线分别通过所述总线驱动模块与背板1上的地址总线和数据总线连接。主控单元2的微处理器采用Motorola的32位PowerPC处理器与RTC时钟芯片构成处理器电路、由BootROM 、Flash、SDRAM、RTC和DOC（Disk On Chip）组成存储器，另外还包括逻辑控制芯片、总线驱动芯片、USB芯片，热插拔芯片、温度检测芯片组成主控单元系统。针对实际使用情况，选择MPC860T作为主控IC，控制信号通过总线方式与其他各个板卡进行通讯。在本实施例中，主控单元2可以查询储存在特定总线地址下，各个板卡（即各单元或模块）发来的唯一的板卡id标示信息，并与自身数据库相比较，从而判定各个板卡的身份状态与工作状态。如果板卡身份id与自身数据库信息不符，则可以判定该板卡不合法；如果板卡状态id与数据库不符，则可以判定该板卡工作异常。这种方式实现了对各板卡（即各单元或模块）的唯一性识别，板卡加密及认证的功能。通过上述存储器与微处理器的电气连接，主控单元2可以存储一段时期内的车号信息、操作信息，为用户保存数据及工作日志。

在本实施例中，通讯单元7中的网络模块71与主控单元2通过网络数据线连接，通过上述连接向本设备传送上位机或5T设备发送的命令，通过上述连接线向上位机或5T设备传送本设备数据。具体来说：网络单元的网络数据线直接引入背板，背板与主控板的连接直接通过上述网络数据线。用于整机与上位机或5T设备之间的网络通信。而通讯单元7中的串口单元72与主控单元2通过串行数据线连接，通过上述连接线向本装置传送上位机或5T设备发送的命令，通过上述连接线向上位机或5T设备传送本设备数据。具体来说：串口单元72的串行数据线直接引入背板1，背板1与主控单元2的连接直接通过上述串行数据线。用于整机与上位机或5T设备之间的串行通信。具体工作过程如下：当本实施中的车号识别装置接收命令时：上位机或5T设备发送控制命令到网络/串口单元（71/72）；网络/串口单元（71/72）将上述命令通过网络数据线/串行数据线发送给主控单元2；主控单元2响应命令。当本实施中的车号识别装置发送命令时：主控单元2收到需要发送的数据，主控单元2将数据通过网络数据线/串行数据线发送到网络/串口单元（71/72）；网络/串口单元（71/72）将数据发送给上位机或5T设备。

参见图3上述存储器（Memory模块）中BootROM负责系统启动基本设置(嵌入式引导程序)、FLASH为程序存储器、SDRAM是系统RAM、NVRAM+RTC用于系统配置参数和实时时钟、DOC Flash Disk为基于TrueFFS的电子硬盘，用于报文数据存储。图3中的接口模块包括网络接口模块、串行接口模块、外部板卡接口控制模块、及总线驱动模块，总线驱动模块由逻辑器件（XC95144XL）及双向驱动缓冲器芯片SN74LVCH16245构成，如图4所示。

指示灯单元8主要由处理器、LED显示器、温度传感器组成，其中处理器通过接收主控板发送来的报警命令控制LED显示器显示目前机器的工作状态，每个数字代表特定含义，目的是给用户显示实时的设备状态。

接口单元4主要由RF接口模块和温度传感器模块两部分组成，RF接口模块与接口单元的通信是通过串行数据方式进行，整个接口单元4与主控板之间的通信是通过数据总线与地址总线的方式连接。

微波单元3内有两个模块，分别是射频模块和射频基带模块，参见图5、图6和图7。

图5示出了射频模块的结构示意图，其主要由电源模块、频率合成模块、功率放大器模块、零中频混频模块、基带信号预处理模块、驻波比及频率检测模块、基带控制模块等组成。在本实施例中，射频模块包括耦合器、收发隔离器、无源混频器、基带信号预处理模块、频率合成器以及功率放大器；所述收发隔离器、无源混频器和基带信号预处理模块组成接收通路。在接收通路中，收发隔离器、带通滤波器、衰减器和无源混频器依次连接，参见图6。

图7示出了射频基带模块的结构示意图，其主要由以下四个模块组成：模数转换器、FPGA逻辑单元、DSP处理器和电源模块。其中，所述射频基带模块包括用于将射频模块中基带信号预处理模块输出的正交基带信号转化为数字信号的模数转换器、用于控制所述模数转换器工作并将所述数字信号进行串并转化的逻辑单元以及用于对所述数字信号进行解调解码处理的DSP处理器；所述基带信号预处理模块与所述逻辑单元通过SPI总线连接；所述射频模块中控制功率放大器的数模转换器与所述功率放大器通过功率控制数据线连接。

在微波单元3中使用的解调技术，为基于双平衡解调的正交零中频技术，经过后续的有源低通滤波电路完成对接收带宽的限制以及邻信道干扰的去除，同时采用差分信号处理技术。该技术的使用，大大减少了使用的器件，节省了成本，并且使接收射频信号抗干扰能力更强，接收性能更佳；同时在微波单元3中，还是用了双信号控制的功率放大电路。其中一个信号用于功放开关控制，另一个信号用于功放偏置调整。这种电路的组合，实现了功放增益连续可调。

在本实施例中，微波单元3合理利用漏功率完成微弱信号的正交零中频解调，详述如下：当收发电路同时、同频工作时，收发隔离度很差，发射通路泄漏到接收通路的功率很大，足以使前端的LNA饱和或者损坏LNA，故在此情况下省掉LNA，节约成本；虽然泄漏功率和有用回波信号之间的功率相差过大，但由于有用信号的接收包络可以在泄漏信号上进行二次调制，这样就可以利用泄漏信号打通混频器，从而对有用信号进行解调；在该本实施例中使用无源混频器而非有源混频器，是为了防止泄漏功率使有源混频器饱和或者损坏有源混频器；无源混频器也有其功率适用范围，混频信号功率不宜过大，所以需要在其前端加入衰减器，在不同应用场合下可以调节衰减值；零中频混频模式可以省略接收通路中的镜像滤波器，降低设计难度，节约成本。

此外，基于上述零中频接收方案，微波单元3还采用了DSP解码电路，输出的基带信号采用数字信号处理。硬件电路上采用AD装换器芯片 和 DSP处理器芯片实现 ，DSP处理器内运行处理程序。其电路架构最为关键。软件程序采用数字滤波、正交解调、标签数据识别等算法来实现。其中正交解调处理过程为关键技术。这种硬件电路与软件算法组合，实现读取标签功能的模块组合，其使用成本较低，运用较为灵活。

在微波单元3中利用处理器控制数模转换器调整功放的偏置电压控制发射功率、利用功率检测电路将输出的功率信号通过模数转换器发送给处理器检测，从而形成信号环路。具体实现由处理器，功率接收电路，数模转换器，驱动电路组成。同时利用软件算法实现功率发射的自动增益控制。这使得精确控制发射功率得以实现。同时，通过射频端的保护电路组合实现RF通道自保护，提高了微波单元3的可靠性。而在本实施例中使用微波盒射频单元和基带单元的板间接插技术，增强了电路信号传输的可靠性。

此外，微波单元3还使用了一种新型的结构设计，合理利用微波盒结构完成驻波检测电路的入射波和反射波通道隔离，提高了入射波和反射波隔离度，从而使功率驻波的监测数据更准确，增强了微波单元性能。

从电路上而言，微波单元3与接口单元4通过串行数据线连接，接口单元4与主控单元2通过总线方式连接（包括数据总线和地址总线）。接口单元4用于接收主控单元发送的功率、频率设置命令，开关功放命令；发送到主控单元2微波单元自检的功率、频率、驻波检测值数据。其工作流程如下：当微波单元3接收主控单元2传输的指令时：主控单元2受上位机功率频率控制命令以总线方式发送该命令给接口单元4；接口单元4将该命令以串行方式发送给微波单元3，微波单元3响应命令。反之，微波单元3发送参数时：微波单元3实时以串行方式发送自检状态数据给接口单元4；接口单元4将该数据以总线方式传送给主控单元2。

微波单元2与解码单元5通过标签数据线连接，解码单元5与主控单元2通过总线方式连接（包括数据总线和地址总线）。解码单元5仅用于发送微波单元3解码后的标签数据。其工作流程如下：微波单元2收到标签信息并解码；解码后将该数据通过标签数据线发送给解码单元5；解码单元5将从上述数据线收到的标签数据以总线形式发送给主控单元2。

总之，微波单元3分为射频模块和射频基带模块，射频模块用于接收安装在列车上的标签的射频信号，将所述标签射频信号通过微带线接收差分处理电路，差分处理电路将接收到的标签射频信号进行解码处理，生成经过处理的差分数字信号并将上述信号传送至射频基带模块；射频基带模块将上述经过处理的数字信号发送至DSP解码模块，DSP解码模块将所述信号解码后发送给主控单元2；主控单元2用于控制智能跟踪装置与5T主机设备之间的信号处理，控制车号识别装置中各个模块或单元的工作以及配置车号识别装置系统参数。接口单元4用于主控单元2与微波单元3之间的控制信号或参数值信号传输；电源检测单元6用于检测各路电压（+5V、-5V、+12V）的状态是否正常，并将检测结果通过数据线上报给主控单元2；解码单元5用于接收微波单元的标签信息，将微波单元3解码的信息以总线方式传送给主控单元2；网络模块71用于pc与设备的通讯连接；串口模块72用于设备调试以及设备与5T主机的连接；指示灯单元8用于显示设备实时状态。

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 (8)

1.一种用于地对车安全监控预警体系中的列车车号识别装置，其特征在于，至少包括：

微波单元：用于接收安装在列车车辆上的电子标签发送的、带有列车车号信息的微波信号并将所述微波信号解码后输出；

      主控单元：用于接收、处理列车车号信息并输出控制所述列车车号识别装置各部分的控制信号；

      接口单元：连接在所述微波单元和所述主控单元之间，用于传送所述主控单元发送到微波单元的控制信号或指令到所述微波单元或传输所述微波单元的状态参数到所述主控单元；

      解码单元：连接在所述微波单元和所述主控单元之间，用于在所述微波单元将所述电子标签发送的信号解码后，将得到的数字信号处理并传送到所述主控单元；

      所述微波单元通过串行数据线与所述接口单元连接，所述微波单元通过标签数据线与所述解码单元连接，所述接口单元与所述解码单元分别通过地址总线和数据总线与所述主控单元连接； 

还包括背板，所述背板上设置有地址总线和数据总线，所述接口单元和所述解码单元分别通过所述地址总线和数据总线与所述背板连接，所述主控单元通过所述地址总线和数据总线与所述背板连接；

还包括用于与外界通讯的通讯单元，所述通讯单元包括网络模块和串口模块；所述背板上还设置有网络数据线和标签数据线，所述通讯模块分别通过设置在所述背板上的网络数据线和标签数据线与所述主控单元连接。

2.根据权利要求1所述的用于地对车安全监控预警体系中列车车号识别装置，其特征在于，还包括用于检测电源电压稳定度及其跳变幅度的电源检测单元，所述电源检测单元包括将采集的电源电压信号转换为数字信号的模数转换模块以及将所述数字信号转换为所述主控单元接受的格式的电源数字信号处理模块，所述电源数字信号处理模块通过设置在所述背板上的地址总线和数据总线与所述主控单元连接。

3.根据权利要求2所述的用于地对车安全监控预警体系中列车车号识别装置，其特征在于，还包括用于显示当前所述列车车号识别装置上各组成部分工作状态的指示灯单元，所述指示灯单元通过设置在所述背板上的数据线与所述主控单元连接。

4.根据权利要求3所述的用于地对车安全监控预警体系中的列车车号识别装置，其特征在于，所述主控单元包括微处理器、存储器和总线驱动模块，所述微处理器的地址总线和数据总线分别通过所述总线驱动模块与所述背板上的地址总线和数据总线连接。

5.根据权利要求1-4任意一项所述的用于地对车安全监控预警体系中的列车车号识别装置，其特征在于，所述微波单元包括用于接收所述安装在列车车辆上电子标签发送的微波信号并得到其中基带信号的射频模块和将所述基带信号转换为数字信号的射频基带模块，所述射频模块输出端与所述射频基带模块输入端连接，所述射频基带模块通过所述标签数据线与所述解码单元连接。

6.根据权利要求5所述的用于地对车安全监控预警体系中的列车车号识别装置，其特征在于，所述射频模块包括耦合器、收发隔离器、无源混频器、基带信号预处理模块、频率合成器以及功率放大器；所述收发隔离器、无源混频器和基带信号预处理模块组成接收通路。

7.根据权利要求6所述的用于地对车安全监控预警体系中的列车车号识别装置，其特征在于，所述接收通路还包括带通滤波器、衰减器；所述收发隔离器、带通滤波器、衰减器和无源混频器依次连接。

8.根据权利要求7所述的用于地对车安全监控预警体系中的列车车号识别装置，其特征在于，所述射频基带模块包括用于将射频模块中基带信号预处理模块输出的正交基带信号转化为数字信号的模数转换器、用于控制所述模数转换器工作并将所述数字信号进行串并转化的逻辑单元以及用于对所述数字信号进行解调解码处理的DSP处理器；所述基带信号预处理模块与所述逻辑单元通过SPI总线连接；所述射频模块中控制功率放大器的数模转换器与所述功率放大器通过功率控制数据线连接。

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