CN109460802A - 基于无线传输和rfid的铁鞋监控系统及其监控方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于无线传输和RFID的铁鞋监控系统及其监控方法，属于铁路车辆工程领域。该监控系统包括手持端、服务器端设备、入库端设备和表面设置有二维码的铁鞋端设备；入库端设备包括多个RFID标签；铁鞋端设备包括控制器模块和多个RFID标签，控制器模块分别与电源模块、RFID阅读器、无线通讯模块和用于固定铁鞋的自保持式电磁铁夹具J1连接，RFID标签均与RFID阅读器无线通信连接。该监控方法为服务器端设备接收并验证来自手持端的身份信息，若验证通过，继续接收手持端发出的落锁或开锁请求，并向铁鞋端设备发送落锁或开锁指令，使自保持式电磁铁夹具对应地失电或得电，使得对应的铁鞋对应地落锁于铁轨或处于可撤除状态；若验证失败，用户请求失败。

Description

基于无线传输和RFID的铁鞋监控系统及其监控方法

技术领域

本发明涉及铁路车辆工程领域，具体涉及一种基于无线传输和RFID的铁鞋监控系统及其监控方法。

背景技术

当铁路车辆、列车停在车站、车库、货场等场所进行检修、装卸货物、等待挂运等时，长时间不移动或在没有动力(没有火车头)的前提下，在做好铁路车辆和列车自身制动的情况下，还要使用“铁鞋”做好辅助制动，防止铁路车辆、列车发生溜车事故。

开车前撤除铁鞋、停车后安设铁鞋防溜。铁鞋设置好后，可能发生被盗的意外，同时难免会因为货场或司乘人员操作失误，造成未撤除铁鞋“压鞋开车”或不安设铁鞋致使铁路车辆溜逸，存在较大安全隐患。

发明内容

针对现有技术中的上述不足，本发明旨在提供能够防止铁鞋被盗、“压鞋开车”或不安设铁鞋致使铁路车辆溜逸现象的基于无线传输和RFID的铁鞋监控系统及其监控方法。

为了达到上述发明创造的目的，本发明采用的技术方案为：

提供一种基于无线传输和RFID的铁鞋监控系统，其包括手持端、服务器端设备、入库端设备和表面设置有二维码的铁鞋端设备。

入库端设备包括多个存储有自身安装位置处地理坐标的RFID标签。

铁鞋端设备包括控制器模块和多个存储有自身安装位置处地理坐标的RFID标签，控制器模块分别与电源模块、RFID阅读器、无线通讯模块和用于固定铁鞋的自保持式电磁铁夹具J1连接，入库端设备和铁鞋端设备的RFID标签均与RFID阅读器无线通信连接。

服务器端设备与手持端和无线通信模块通信连接。

进一步地，电源模块为蓄电池电源BT1。

进一步地，控制器模块的芯片采用MSP430FR5739型单片机，单片机的VBAT引脚通过充电控制电路与电磁铁夹具J1连接，充电控制电路包括PMOS管，PMOS管的源极与控制器模块的VBAT引脚，PMOS管的栅极与接地电阻R10连接，PMOS管的漏极与自保持式电磁铁夹具J1一端连接，PMOS管的栅极和漏极之间设置有肖特基二极管D5，电阻R10和肖特基二极管D5的连接节点与接地三端稳压管VR1的输出端连接，三端稳压管VR1的输入端与接地端、输出端与接地端之间分别设置有电容C4和电容C7，三端稳压管VR1的输入端与自恢复保险丝F1连接，自恢复保险丝F1的另一端与接地瞬变抑制二极管D1连接，瞬变抑制二极管D1的两端连接有电源接入接口。

进一步地，控制器模块连接有LED灯D6和/或报警器。

进一步地，服务器端设备为计算机。

进一步地，无线通讯模块为NB-IoT模块、GPRS无线通讯模块或4G无线通讯模块。

进一步地，还包括安装在车辆车头内的显示设备。

还提供一种基于上述监控系统的监控方法，其包括如下步骤：

(1)服务器端设备接收来自手持端的身份信息，并判断其内部存储的所有身份信息中是否存在与其接收的相对应的身份信息；

(2)若存在，则将用户验证成功的信息发送给手持端，再接收来自于手持端发送扫描的铁鞋端设备的二维码信息；

(3)服务器端设备根据二维码信息，查找其内部存储的与该二维码信息对应的铁鞋端设备；

(4)判断铁鞋端设备当前状态，当为落锁状态时，则控制自保持式电磁铁夹具J1得电；当为开锁状态时，则控制自保持式电磁铁夹具J1失电。

本发明的有益效果为：

用户操作铁鞋前需要进行身份验证，避免了铁鞋被盗的意外发生。验证通过后，通过手持端向服务器端设备发送针对该铁鞋的开锁或落锁请求，服务器根据该请求向铁鞋端设备发送开锁或落锁指令，使得其对应的铁鞋处于开锁或落锁状态，实现铁鞋的自动开锁和落锁。

利用无线传输和RFID技术实现了铁鞋的实时定位，有效杜绝了“压鞋开车”或不安设铁鞋致使铁路车辆溜逸事故的发生，同时本发明的成本较低，具有较好的应用前景。

附图说明

图1为基于无线传输和RFID的铁鞋监控系统的系统框图；

图2为自保持式电磁铁夹具J1的外接电路图；

图3为控制器模块的外接电路图；

图4为无线通讯模块的外接电路图；

图5为NB-IoT模块的外接电路图；

图6和图7为蓄电池模块的外接电路图；

图8为单个铁鞋的工作全流程图；

图9为具体实施例中单个铁鞋的出库过程图；

图10为具体实施例中单个铁鞋的安装过程图；

图11为具体实施例中单个铁鞋的撤除过程图；

图12为具体实施例中单个铁鞋的入库过程图。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的具体实施方式做详细说明，以便于本技术领域的技术人员理解本发明。但应该清楚，下文所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。在不脱离所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，本领域普通技术人员在没有做出任何创造性劳动所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。

如图1所示，该基于无线传输和RFID的铁鞋监控系统包括手持端、服务器端设备、入库端设备和表面设置有二维码的铁鞋端设备。

入库端设备包括多个存储有自身安装位置处地理坐标的RFID标签；铁鞋端设备包括控制器模块和多个存储有自身安装位置处地理坐标的RFID标签，控制器模块分别与电源模块、RFID阅读器、无线通讯模块和用于固定铁鞋的自保持式电磁铁夹具J1连接，铁鞋端设备和入库端设备的RFID标签均与RFID阅读器无线通信连接。

服务器端设备与手持端和无线通信模块通信连接，服务器端设备用于验证手持端发送的身份验证及身份验证成功后，根据手持端发送的开锁或落锁信息，使自保持式电磁铁夹具J1处于对应的得电或失电状态。

应用本发明前，需要在服务器端设备对每个铁鞋端设备的对应的二维码信息、铁鞋端设备的所有RFID标签位置、入库端设备的所有RFID标签位置以及权限用户的身份信息进行登记注册。其中身份信息为射频卡或现有生物识别信息，如人脸、指纹等信息。

铁鞋端设备的所有RFID标签设置于运行铁轨的合适位置，具体可以设置在铁轨侧下方，与RFID阅读器配合用于监测现场铁鞋端设备的位置。铁鞋端设备的其他设备安装于铁鞋上。自保持式电磁铁夹具J1和铁鞋的结构关系，只需自保持式电磁铁夹具J1能够相对铁鞋移动并吸合在铁轨中间凹部，以便在自保持式电磁铁夹具J1通电时，其不与铁轨相吸实现开锁，使得铁鞋可撤除；在自保持式电磁铁夹具J1不通电时，其与铁轨相吸实现落锁，使得铁鞋安设在铁轨上，用于防止铁路车辆溜逸或被放置在库房。

库房设置有铁轨，用于安装未使用的铁鞋，库房铁轨上设置入库端设备的所有RFID标签，具体可以在库房铁轨侧下方设置RFID标签，其与RFID阅读器配合用于监测库房铁鞋端设备的位置。

下面对铁鞋端设备的开锁和落锁进行说明：

手持端将用户身份信息发送至服务器端设备进行验证，验证成功后，手持端扫描铁鞋上的二维码，并将该信息发送给服务器端设备，服务器端设备通过该二维码信息查找其内部存储的与该二维码信息对应的铁鞋端设备，之后根据用户的开锁或落锁请求使自保持式电磁铁夹具J1对应得电或失电，以与铁轨分离或相吸合，而达到开锁或落锁的目的。

同时服务器端设备将该用户的身份信息、发出指令的时间、二维码图形代表的信息和铁鞋端设备的RFID阅读器对应的位置关联存储在服务器端设备中，以便查询管理铁鞋。

在实施时，无线通讯模块可以为NB-IoT模块、GPRS无线通讯模块或4G无线通讯模块。本方案优选无线通讯模块为NB-IoT模块，并在库房铁轨旁设置有用于给铁鞋端设备充电的充电装置，电源模块为蓄电池电源BT1。

其中，控制器模块的芯片采用MSP430FR5739型单片机，RFID阅读器采用MFRC522型RFID阅读器，NB-IoT模块采用NB-IoT BC28型NB-IoT模块，蓄电池电源BT1选用18650电池组。具体地，自保持式电磁铁夹具J1的外接电路图如图2所示，控制器模块的外接电路图如图3所示，无线通讯模块的外接电路图如图4所示，NB-IoT模块的外接电路图如图5所示，电源模块的外接电路图如图6和图7所示。

服务器端设备关联记录每个铁鞋端设备的电量信息，及时指导工作人员对电量不足的铁鞋端设备进行充电或更换，另外铁鞋端设备上充电指示灯D2的设置，使得工作人员可以直接观察到铁鞋端设备的充电是否成功。

另外，控制器模块连接有LED灯D6和/或报警器，当控制器模块检测到电源模块的电量低于设定值时，其可以控制LED灯闪烁和/或启动报警器，使得工作人员可以通过观察LED灯和/或报警器的指示来判定蓄电池电源BT1是否需要充电，以便及时对电量不足的铁鞋端设备进行充电或更换。

如图2所示，单片机的VBAT引脚通过充电控制电路与电磁铁夹具J1连接，充电控制电路包括PMOS管，PMOS管的源极与控制器模块的VBAT引脚，PMOS管的栅极与接地电阻R10连接，PMOS管的漏极与自保持式电磁铁夹具J1一端连接，PMOS管的栅极和漏极之间设置有肖特基二极管D5，电阻R10和肖特基二极管D5的连接节点与接地三端稳压管VR1的输出端连接，三端稳压管VR1的输入端与接地端、输出端与接地端之间分别设置有电容C4和电容C7，三端稳压管VR1的输入端与自恢复保险丝F1连接，自恢复保险丝F1的另一端与接地瞬变抑制二极管D1连接，瞬变抑制二极管D1的两端连接有电源接入接口。

仅外部电源P1供电时，Q2截止，外部电源P1经肖特基二极管D5对铁鞋端设备供电；仅铁鞋端设备的蓄电池模块BT1供电时，Q2导通，蓄电池模块BT1对铁鞋端设备供电；外部电源P1和蓄电池模块BT1电源同时存在时，外部电源P1对蓄电池模块BT1充电，同时对铁鞋端设备供电。肖特基二极管D5用于防止电池通过电阻R10消耗电能，从而节约了本发明的能耗。

另外，瞬变抑制二极管D1，用于抑制电路中的异常瞬态电压，使后级电路免收自然界的感应雷击、静电释放、电流浪涌的破坏。自恢复保险丝F1，具有过流过热保护，排出故障后可自动恢复。

手持端可以读取服务器端设备的关联数据，以便用户可以通过手持端确认现场铁轨上安装的铁鞋位置信息和电量状态信息，从而更好的进行现场作业。

服务器端设备可以为计算机，手持端可以为手机。

还包括安装在车辆车头内的显示设备，用于铁路车辆司机从显示设备中观察现场的铁鞋的安设情况，进一步防止铁路车辆“压鞋开车”。

本发明的基于上述监控系统的监控方法，包括如下步骤：

(1)服务器端设备接收来自手持端的身份信息，并判断其内部存储的所有身份信息中是否存在与其接收的相对应的身份信息；

(2)若存在，则将用户验证成功的信息发送给手持端，再接收来自于手持端发送扫描的铁鞋端设备的二维码信息；

(3)服务器端设备根据所述二维码信息，查找其内部存储的与该二维码信息对应的铁鞋端设备；

(4)判断铁鞋端设备当前状态，当为落锁状态时，则控制自保持式电磁铁夹具J1得电；当为开锁状态时，则控制自保持式电磁铁夹具J1失电。

具体地，单个铁鞋的工作全流程如图8所示，出库和撤除为开锁，安装和入库为落锁。其中出库过程如图9所示，安装过程如图10所示，撤除过程如图11所示，入库过程如图12所示。

Claims (8)

1.基于无线传输和RFID的铁鞋监控系统，其特征在于，包括手持端、服务器端设备、入库端设备和表面设置有二维码的铁鞋端设备；

所述入库端设备包括多个存储有自身安装位置处地理坐标的RFID标签；

所述铁鞋端设备包括控制器模块和多个存储有自身安装位置处地理坐标的RFID标签，所述控制器模块分别与电源模块、RFID阅读器、无线通讯模块和用于固定铁鞋的自保持式电磁铁夹具J1连接，所述入库端设备和所述铁鞋端设备的RFID标签均与所述RFID阅读器无线通信连接；

所述服务器端设备与所述手持端和所述无线通信模块通信连接。

2.根据权利要求1所述的基于无线传输和RFID的铁鞋监控系统，其特征在于，所述电源模块为蓄电池电源BT1。

3.根据权利要求2所述的基于无线传输和RFID的铁鞋监控系统，其特征在于，所述控制器模块的芯片采用MSP430FR5739型单片机，所述单片机的VBAT引脚通过充电控制电路与电磁铁夹具J1连接，所述充电控制电路包括PMOS管，所述PMOS管的源极与控制器模块的VBAT引脚，所述PMOS管的栅极与接地电阻R10连接；

所述PMOS管的漏极与自保持式电磁铁夹具J1一端连接，所述PMOS管的栅极和漏极之间设置有肖特基二极管D5，所述电阻R10和肖特基二极管D5的连接节点与接地三端稳压管VR1的输出端连接；

所述三端稳压管VR1的输入端与接地端、输出端与接地端之间分别设置有电容C4和电容C7，所述三端稳压管VR1的输入端与自恢复保险丝F1连接，所述自恢复保险丝F1的另一端与接地瞬变抑制二极管D1连接，所述瞬变抑制二极管D1的两端连接有电源接入接口。

4.根据权利要求2所述的基于无线传输和RFID的铁鞋监控系统，其特征在于，所述控制器模块连接有LED灯D6和/或报警器。

5.根据权利要求1所述的基于无线传输和RFID的铁鞋监控系统，其特征在于，所述服务器端设备为计算机。

6.根据权利要求1所述的基于无线传输和RFID的铁鞋监控系统，其特征在于，所述无线通讯模块为NB-IoT模块、GPRS无线通讯模块或4G无线通讯模块。

7.根据权利要求1至6任一所述的基于无线传输和RFID的铁鞋监控系统，其特征在于，还包括安装于车辆车头内的显示设备。

8.一种基于权利要求1所述的监控系统的监控方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)服务器端设备接收来自手持端的身份信息，并判断其内部存储的所有身份信息中是否存在与其接收的相对应的身份信息；

(2)若存在，则将用户验证成功的信息发送给手持端，再接收来自于手持端发送扫描的铁鞋端设备的二维码信息；

(3)服务器端设备根据所述二维码信息，查找其内部存储的与该二维码信息对应的铁鞋端设备；

(4)判断铁鞋端设备当前状态，当为落锁状态时，则控制自保持式电磁铁夹具J1得电；当为开锁状态时，则控制自保持式电磁铁夹具J1失电。