CN111473721A - 一种基于码盘扫描定位轨道车的识别装置及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明一种基于码盘扫描定位轨道车的识别装置及其控制方法，属于轨道车定位识别控制技术领域；所要解决的技术问题为：提供一种基于码盘扫描定位轨道车的识别装置硬件结构及其控制方法的改进；解决上述技术问题采用的技术方案为：包括设置在轨道车上的装置箱体，装置箱体具体为密封空心箱体，该密封空心箱体两侧开有装配窗口，装配窗口外侧通过螺栓设置密封有安装板，一侧的装配窗口内侧设置有信号发射腔，另一侧的装配窗口内侧设置有信号接收腔，整个装置箱体的横截面呈倒立的凹字形状；信号发射腔内部设置有微控制器，信号接收腔内部设置有电源模块，信号发射腔和信号接收腔的两端均设置有电磁传感机构；本发明应用于轨道车定位识别场所。

Description

一种基于码盘扫描定位轨道车的识别装置及其控制方法

技术领域

本发明一种基于码盘扫描定位轨道车的识别装置及其控制方法，属于轨道车定位识别控制技术领域。

背景技术

轨道车广泛应用在装备制造领域，包括应用于控制系统中的钢铁焦化、智能物流、港口、铁路场所，流程化工业装备制造业，工业设备定位控制系统等；随着近年来轨道车的全自动化控制成为发展趋势，对轨道车的定位精度和远程控制、多线控制提出了更高的要求，而目前装备制造领域中使用的几种轨道车定位技术均存在不同程度的短板及缺陷，主要有：

一、编码电缆定位技术；该技术以格雷码算法方式编制成扁平电缆，将机车的实时地址进行二进制解码，通过信号处理、数据通信，实现机车的精确定位；但由于户外环境（风吹雨打）的影响，极易老化、变形、断裂，加之受编码电缆的长度限制，使得现场的安装和维护成本高昂、费时费力，严重影响系统的稳定运行。

二、射频识别RFID定位技术；该技术是一种非接触式的自动识别系统，由电子标签、读写器和计算机网络构成，通过射频无线信号自动识别目标对象，并获取相关数据；射频识别系统以电子标签来标识位置，电子标签通过无线电波与读写器进行数据交换，实现对位置的识别；但由于识别范围过大，只能适合于初步的粗定位，达不到部分领域中的工艺要求精度，且由于电子标签同样受到户外高温腐蚀老化等因素影响，系统运行的可靠性较差。

三、旋转编码器定位技术；该技术通过使用旋转编码器进行轨道机车的地址检测及定位，它安装于机车的主动轮或从动轮上，随机车的走行转动，通过旋转编码器的输出值进行机车的位置判断，但由于机车轨道与车轮等机械因素，导致车轮存在打滑、悬空，使得该类型编码器的定位会出现累计误差，严重影响旋转编码器输出数据的准确性。

四、激光测距定位技术；该技术通过激光测距仪和目标板相结合，实时测量机车与目标板之间的相对位置，从而实现对机车的精确定位，但由于户外环境恶劣，环境中不确定因素较多，导致测距仪光线时常容易被遮挡，使测得的数据不稳定，机车无法正确定位。

五、码盘定位技术；目前此类技术装备主要依赖国外进口，通过相应传感器识别预设在轨道上的码盘信息，从而定位当前轨道车所处位置，采购成本较高，同时该类设备的轨道车控制器与服务器之间采用分线式连接，设备连接繁琐费时费力，且容易出错；另外该类型设备将传感器设置在透光的玻璃板内侧，传感器通过透光板读取感应信息，在轨道车行进过程中，容易受到恶劣环境影响（灰尘、油污、结露）导致玻璃板表面污染，使定位精度和运行的可靠性降低，在运行过程中，装备内部的热量还容易积聚，散热性能较差导致硬件模块容易损坏。

因此，为克服上述定位技术中存在的技术缺陷，有必要对轨道车的定位控制装置、系统、及定位控制方法进行相应改进。

发明内容

本发明为了克服现有技术中存在的不足，所要解决的技术问题为：提供一种基于码盘扫描定位轨道车的识别装置硬件结构及其控制方法的改进。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种基于码盘扫描定位轨道车的识别装置，包括设置在轨道车上的装置箱体，所述装置箱体具体为密封空心箱体，该密封空心箱体两侧开有装配窗口，所述装配窗口外侧通过螺栓设置密封有安装板，一侧的装配窗口内侧设置有信号发射腔，另一侧的装配窗口内侧设置有信号接收腔，整个装置箱体的横截面呈倒立的凹字形状；

所述信号发射腔内部设置有微控制器，所述信号接收腔内部设置有电源模块，所述信号发射腔和信号接收腔的两端均设置有电磁传感机构；

所述电磁传感机构包括安装架，所述安装架具体为焊接在装置箱体内侧的垂直支架，所述安装架的上下端通过螺栓固定有多个电磁传感器；

所述信号发射腔中固定的电磁传感器具体为电磁传感器的信号发射端；

所述信号接收腔中固定的电磁传感器具体为电磁传感器的信号接收端；

所述电磁传感器正对装置箱体的内侧板位置还开有孔洞；

所述装置箱体的箱顶还设置有接线盒，所述接线盒的外侧设置有电源端口、数据线端口、气孔接口，所述气孔接口通过气管与空气压缩机相连；

所述微控制器通过导线与各电磁传感器的控制端相连；

所述微控制器还连接有数据通信模块，所述数据通信模块通过数据线端口与定位系统服务器相连；

所述定位系统服务器的信号输出端通过数据线与空气压缩机的控制端相连；

所述电源模块通过电源线与电源端口相连，所述微控制器的电源输入端与电源模块相连。

所述定位系统服务器还连接有触控屏。

所述微控制器还连接有数据存储模块。

所述电磁传感器具体为光电传感器，或为超声波传感器，或为电磁波传感器。

所述孔洞的圆孔直径小于等于1毫米。

所述装置箱体中部形成的空间用于识别与轨道平行设置的码盘，在码盘上设置有上下两排的二进制编码孔洞，其中一排孔洞为地址孔，另一排孔洞为计数孔。

所述安装架的上端具体固定有一个电磁传感器，用于读取码盘上的地址孔；

所述安装架的下端具体固定有两个电磁传感器，用于读取码盘上的计数孔；

所述安装架下端固定两个电磁传感器对应的两个孔洞之间的孔距小于码盘上计数孔的宽度尺寸。

一种基于码盘扫描定位轨道车的识别装置控制方法，包括如下步骤：

步骤一：将装置箱体安装在轨道车上，并在轨道全程根据设计工艺平行布设有多个码盘，然后启动轨道车；

步骤二：所述装置箱体随着轨道车移动，控制信号发射腔和信号接收腔内设置的电磁传感器开启，使电磁传感器的信号发射端发出的感应信号穿过孔洞后被电磁传感器的信号接收端捕获；

步骤三：当装置箱体骑行移动至码盘区域时，此时码盘位于装置箱体中部，电磁传感器发出的感应信号打在码盘的二进制编码孔洞上，形成信号的间隔接收与断开，所述电磁传感器将接收到的间隔信号发送至微控制器进行数据处理；

步骤四：所述微控制器通过内置程序将间隔信号转译为地址编码信息，再将该信息数据经过分析处理后，通过数据通信模块远程发送至定位系统服务器，所述定位系统服务器将地址编码信息转换为码盘所处的位置信息，即为当前安装装置箱体的轨道车所处的位置信息，并显示在触控屏上；

步骤五：当识别装置上电运行后，所述定位系统服务器定时向空气压缩机发送控制信号，控制空气压缩机通过气管向接线盒内部注入压缩空气，随后压缩空气充满整个装置箱体，并通过孔洞进行排气，避免封装空心壳体内温度较高，避免孔洞堵塞。

本发明相对于现有技术具备的有益效果为：本发明基于码盘定位装备的结构进行改进，提供一种基于码盘扫描定位轨道车的识别装置，使用该识别装置与服务器之间采用统一的以太网数据线连接来进行数据交互，使数据传输速度快、距离远、抗干扰，接线简单，后续安装拆卸维护方便；本发明提供的识别装置设置在密封的箱体中，箱体两侧形成的腔体中安装有相应的电磁传感器，使识别装置在经过码盘时可以读取上面存储的地址编码信息，且由于电磁传感器的发射与接收端口设计为孔状，可以极大降低工作环境对其造成的影响，有效提高和保持测量精度，另外该孔状端口设计配合密封箱体可以形成散热结构，通过安装空气压缩机控制其定时向箱体内部反吹压缩空气，使箱体内部空气热量得到置换及时排出，同时保持端口通孔畅通，避免堵塞，保持装置运行的稳定性。

附图说明

下面结合附图对本发明做进一步说明：

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的装配效果示意图；

图3为本发明的电路结构示意图；

图4为本发明码盘的结构示意图；

图5为本发明的使用状态效果图；

图6为本发明电磁传感机构实施例一的结构示意图；

图7为本发明电磁传感机构实施例二的结构示意图；

图8为本发明电磁传感机构实施例三的结构示意图；

图中：1为装置箱体、2为装配窗口、3为安装板、4为微控制器、5为电源模块、6为电磁传感机构、7为安装架、8为电磁传感器、9为孔洞、11为接线盒、12为气孔接口、13为空气压缩机、14为数据通信模块、15为定位系统服务器、16为触控屏、17为数据存储模块。

具体实施方式

如图1至图8所示，本发明一种基于码盘扫描定位轨道车的识别装置，包括设置在轨道车上的装置箱体（1），所述装置箱体（1）具体为密封空心箱体，该密封空心箱体两侧开有装配窗口（2），所述装配窗口（2）外侧通过螺栓设置密封有安装板（3），一侧的装配窗口（2）内侧设置有信号发射腔，另一侧的装配窗口（2）内侧设置有信号接收腔，整个装置箱体（1）的横截面呈倒立的凹字形状；

所述信号发射腔内部设置有微控制器（4），所述信号接收腔内部设置有电源模块（5），所述信号发射腔和信号接收腔的两端均设置有电磁传感机构（6）；

所述电磁传感机构（6）包括安装架（7），所述安装架（7）具体为焊接在装置箱体（1）内侧的垂直支架，所述安装架（7）的上下端通过螺栓固定有多个电磁传感器（8）；

所述信号发射腔中固定的电磁传感器（8）具体为电磁传感器（8）的信号发射端；

所述信号接收腔中固定的电磁传感器（8）具体为电磁传感器（8）的信号接收端；

所述电磁传感器（8）正对装置箱体的内侧板位置还开有孔洞（9）；

所述装置箱体（1）的箱顶还设置有接线盒（11），所述接线盒（11）的外侧设置有电源端口、数据线端口、气孔接口（12），所述气孔接口（12）通过气管与空气压缩机（13）相连；

所述微控制器（4）通过导线与各电磁传感器（8）的控制端相连；

所述微控制器（4）还连接有数据通信模块（14），所述数据通信模块（14）通过数据线端口与定位系统服务器（15）相连；

所述定位系统服务器（15）的信号输出端通过数据线与空气压缩机（13）的控制端相连；

所述电源模块（5）通过电源线与电源端口相连，所述微控制器（4）的电源输入端与电源模块（5）相连。

所述定位系统服务器（15）还连接有触控屏（16）。

所述微控制器（4）还连接有数据存储模块（17）。

所述电磁传感器（8）具体为光电传感器，或为超声波传感器，或为电磁波传感器。

所述孔洞（9）的圆孔直径小于等于1毫米。

所述装置箱体（1）中部形成的空间用于识别与轨道平行设置的码盘，在码盘上设置有上下两排的二进制编码孔洞，其中一排孔洞为地址孔，另一排孔洞为计数孔。

所述安装架（7）的上端具体固定有一个电磁传感器（8），用于读取码盘上的地址孔；

所述安装架（7）的下端具体固定有两个电磁传感器（8），用于读取码盘上的计数孔；

所述安装架（7）下端固定两个电磁传感器（8）对应的两个孔洞（9）之间的孔距小于码盘上计数孔的宽度尺寸。

一种基于码盘扫描定位轨道车的识别装置控制方法，包括如下步骤：

步骤一：将装置箱体（1）安装在轨道车上，并在轨道全程根据设计工艺平行布设有多个码盘，然后启动轨道车；

步骤二：所述装置箱体（1）随着轨道车移动，控制信号发射腔和信号接收腔内设置的电磁传感器（8）开启，使电磁传感器（8）的信号发射端发出的感应信号穿过孔洞（9）后被电磁传感器（8）的信号接收端捕获；

步骤三：当装置箱体（1）骑行移动至码盘区域时，此时码盘位于装置箱体（1）中部，电磁传感器（8）发出的感应信号打在码盘的二进制编码孔洞上，形成信号的间隔接收与断开，所述电磁传感器（8）将接收到的间隔信号发送至微控制器（4）进行数据处理；

步骤四：所述微控制器（4）通过内置程序将间隔信号转译为地址编码信息，再将该信息数据经过分析处理后，通过数据通信模块（14）远程发送至定位系统服务器（15），所述定位系统服务器（15）将地址编码信息转换为码盘所处的位置信息，即为当前安装装置箱体（1）的轨道车所处的位置信息，并显示在触控屏（16）上；

步骤五：当识别装置上电运行后，所述定位系统服务器（15）定时向空气压缩机（13）发送控制信号，控制空气压缩机（13）通过气管向接线盒（11）内部注入压缩空气，随后压缩空气充满整个装置箱体（1），并通过孔洞（9）进行排气，避免封装空心壳体内温度较高，避免孔洞堵塞。

本发明公开一种应用于工业有轨移动机车的地址检测识别定位系统，包括识别装置本体，该装置具体为箱体结构，为由304不锈钢钢板焊接而成的密封空心箱体，内部集成有电源模块、电磁传感器、数据控制处理模块，以太网数据交互模块，并通过在识别装置箱体两侧的腔室板内侧开有多个小于等于1毫米的孔洞，实现感应信号的发送与接收，在使用时，所述识别装置安装于轨道车本体上。

装置工作时，主要配合码盘使用，所述码盘主要由铝合金或不锈钢材质切割而成，具有耐腐蚀、不变形、抗高温、易安装的优点，所述码盘安装在轨道上需要精确定位的段点，由支架固定且与轨道平行，码盘表面按二进制编码规律开孔，开孔从上到下分为三排，第一排与第二排为地址编码信息孔，存储有码盘的精确地址编码，第三排为支架安装孔；所述地址编码信息孔可以由识别装置中设置的电磁传感器进行读取，将其转换为相应的码盘地址信息。

考虑到户外各种恶劣环境因素影响，装置箱体内部设计有一套气体置换结构，通过设置空气压缩机实现除尘、除水、除油三级过滤功能，同时清洁压缩空气对识别装置定时反吹，杜绝了装置箱体内侧板两侧孔洞的堵塞，清洁了码盘，同时起到了对识别装置内腔室热气的置换，保证内部元器件模块的稳定运行。

所述识别装置供电电源为AC220V，电流小于1A，数据线由统一的以太网接口连接，数据传输速度快、距离远、抗干扰，线路简单稳定。

进一步的，本发明在使用时采用的码盘信息识别规则如下：

所述码盘上设置有上下两排二进制编码孔洞，所述二进制编码孔洞包含有地址编码信息，实际设置时，针对不同的电磁传感器排布方式，调整相应的编码孔洞布局；

如图6所示，将安装架下端固定的两个电磁传感器进行高度调整，不影响对码盘上编码信息的识别，仅需要保证两个电磁传感器在垂直方向上形成错位，同时需保证两个电磁传感器在水平方向上的距离小于码盘上计数孔的宽度尺寸；

如图7所示，将安装架上下端固定的电磁传感器进行互换，需要同时将码盘上的地址孔和计数孔位置进行互换，保证设置有两个电磁传感器的一端读取计数孔，该结构改变同样不影响对编码信息的识别；

如图8所示，为提高识别定位精度，可将安装架下端固定的电磁传感器数量进行扩展，有效提高识别装置采集码盘上编码信息的精度。

具体工作时，当安装有识别装置的轨道车在移动过程中，一侧的电磁传感器通过码盘下排边缘的孔洞时以1、0四倍频计数，当计数值分别等于6、10、14、18、22......时结合码盘上排孔洞的开孔状态及位置，依次排列出一个n位二进制码，微控制器由此可以计算出码盘的位置信息。

当安装有识别装置的轨道车在移动过程中，一侧的电磁传感器通过码盘下排边缘的孔洞时以1、0四倍频计数，计数数值代表识别装置相对实时位置；所述识别装置内侧板边缘孔洞之间的距离小于码盘宽度尺寸（小于值根据精度要求确定，分辨度1毫米），当识别装置两端电磁传感器采集信号状态同时为0时，即表示识别到装置箱体的精确定位位置。

为实现走行判断功能，安装有识别装置的设备通过码盘下排边缘的孔洞时，以00、01、11、10四种状态重复循环，由此判断设备的走行方向。

本发明还具备断电保持功能，在识别装置中内置有数据存储模块，微控制器将所读取的码盘位置信息，通过数据存储模块的保存保持功能，实现对采集到的定位数据的断电保持。

所述识别装置内置的微控制器外接有PROFINET端口，可以实现工业以太网通讯。

关于本发明具体结构需要说明的是，本发明采用的各部件模块相互之间的连接关系是确定的、可实现的，除实施例中特殊说明的以外，其特定的连接关系可以带来相应的技术效果，并基于不依赖相应软件程序执行的前提下，解决本发明提出的技术问题，本发明中出现的部件、模块、具体元器件的型号、连接方式除具体说明的以外，均属于本领域技术人员在申请日前可以获取到的已公开专利、已公开的期刊论文、或公知常识等现有技术，无需赘述，使得本案提供的技术方案是清楚、完整、可实现的，并能根据该技术手段重现或获得相应的实体产品。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (8)

1.一种基于码盘扫描定位轨道车的识别装置，包括设置在轨道车上的装置箱体（1），其特征在于：所述装置箱体（1）具体为密封空心箱体，该密封空心箱体两侧开有装配窗口（2），所述装配窗口（2）外侧通过螺栓设置密封有安装板（3），一侧的装配窗口（2）内侧设置有信号发射腔，另一侧的装配窗口（2）内侧设置有信号接收腔，整个装置箱体（1）的横截面呈倒立的凹字形状；

所述信号发射腔内部设置有微控制器（4），所述信号接收腔内部设置有电源模块（5），所述信号发射腔和信号接收腔的两端均设置有电磁传感机构（6）；

所述电磁传感机构（6）包括安装架（7），所述安装架（7）具体为焊接在装置箱体（1）内侧的垂直支架，所述安装架（7）的上下端通过螺栓固定有多个电磁传感器（8）；

所述信号发射腔中固定的电磁传感器（8）具体为电磁传感器（8）的信号发射端；

所述信号接收腔中固定的电磁传感器（8）具体为电磁传感器（8）的信号接收端；

所述电磁传感器（8）正对装置箱体的内侧板位置还开有孔洞（9）；

所述装置箱体（1）的箱顶还设置有接线盒（11），所述接线盒（11）的外侧设置有电源端口、数据线端口、气孔接口（12），所述气孔接口（12）通过气管与空气压缩机（13）相连；

所述微控制器（4）通过导线与各电磁传感器（8）的控制端相连；

所述微控制器（4）还连接有数据通信模块（14），所述数据通信模块（14）通过数据线端口与定位系统服务器（15）相连；

所述定位系统服务器（15）的信号输出端通过数据线与空气压缩机（13）的控制端相连；

所述电源模块（5）通过电源线与电源端口相连，所述微控制器（4）的电源输入端与电源模块（5）相连。

2.根据权利要求1所述的一种基于码盘扫描定位轨道车的识别装置，其特征在于：所述定位系统服务器（15）还连接有触控屏（16）。

3.根据权利要求2所述的一种基于码盘扫描定位轨道车的识别装置，其特征在于：所述微控制器（4）还连接有数据存储模块（17）。

4.根据权利要求3所述的一种基于码盘扫描定位轨道车的识别装置，其特征在于：所述电磁传感器（8）具体为光电传感器，或为超声波传感器，或为电磁波传感器。

5.根据权利要求1所述的一种基于码盘扫描定位轨道车的识别装置，其特征在于：所述孔洞（9）的圆孔直径小于等于1毫米。

6.根据权利要求5所述的一种基于码盘扫描定位轨道车的识别装置，其特征在于：所述装置箱体（1）中部形成的空间用于识别与轨道平行设置的码盘，在码盘上设置有上下两排的二进制编码孔洞，其中一排孔洞为地址孔，另一排孔洞为计数孔。

7.根据权利要求6所述的一种基于码盘扫描定位轨道车的识别装置，其特征在于：所述安装架（7）的上端具体固定有一个电磁传感器（8），用于读取码盘上的地址孔；

所述安装架（7）的下端具体固定有两个电磁传感器（8），用于读取码盘上的计数孔；

所述安装架（7）下端固定两个电磁传感器（8）对应的两个孔洞（9）之间的孔距小于码盘上计数孔的宽度尺寸。

8.一种基于码盘扫描定位轨道车的识别装置控制方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤一：将装置箱体（1）安装在轨道车上，并在轨道全程根据设计工艺平行布设有多个码盘，然后启动轨道车；

步骤二：所述装置箱体（1）随着轨道车移动，控制信号发射腔和信号接收腔内设置的电磁传感器（8）开启，使电磁传感器（8）的信号发射端发出的感应信号穿过孔洞（9）后被电磁传感器（8）的信号接收端捕获；

步骤三：当装置箱体（1）骑行移动至码盘区域时，此时码盘位于装置箱体（1）中部，电磁传感器（8）发出的感应信号打在码盘的二进制编码孔洞上，形成信号的间隔接收与断开，所述电磁传感器（8）将接收到的间隔信号发送至微控制器（4）进行数据处理；

步骤四：所述微控制器（4）通过内置程序将间隔信号转译为地址编码信息，再将该信息数据经过分析处理后，通过数据通信模块（14）远程发送至定位系统服务器（15），所述定位系统服务器（15）将地址编码信息转换为码盘所处的位置信息，即为当前安装装置箱体（1）的轨道车所处的位置信息，并显示在触控屏（16）上；

步骤五：当识别装置上电运行后，所述定位系统服务器（15）定时向空气压缩机（13）发送控制信号，控制空气压缩机（13）通过气管向接线盒（11）内部注入压缩空气，随后压缩空气充满整个装置箱体（1），并通过孔洞（9）进行排气，避免封装空心壳体内温度较高，避免孔洞堵塞。

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