CN1584625A - 感应无线串行地址检测系统 - Google Patents
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Abstract
一种感应无线串行地址检测系统，该系统由机车、电缆、地上局、无线发射和接收系统组成，包括：地上局地址信号发射部分、电缆部分、天线部分、串行解码、精密A/D、计算机软件计算地址等；该系统的工作方法包括：地上局循环串行编码发射部分、电缆格雷码地址编码法、车上串行地址解码部分及车上精密地址解码部分，可用于焦炉四大车的自动控制系统和其他工业大型控制系统上的地址检测设备。本发明的优点：提供一种可靠并易于实行的串行地址检测的方案，能提高系统地址的检测速度，在一条感应电缆上多部运行车辆时可以同时即时自己直接检测到地址，与原并行检测系统相比，检测速度提高了几十倍，并能提高机车自动运行和定位的精确性和准确性。
Description
所属技术领域
本发明涉及一种感应无线串行地址检测系统，尤指一种用于焦炉四大车的自动控制系统和其他工业大型控制系统上的地址检测设备。
背景技术
感应无线技术(INDUCTION RADIO)是在八十年代初世界上发展起来的，中文也有称为诱导母线技术。该项技术是针对工业生产上大型移动机械的自动化而研制的，具有很高的可靠性与抗干扰能力。该项技术在1997年后开始在国内研制成功，并成功的用在焦炉四大车的自动控制系统和其他工业大型控制系统上。但目前该项技术的地址检测方法，均采用的是并行地址检测技术。
在工业控制系统的设计和使用中，并行地址检测具有设备需要比较少的优点，但也具有一些明显的缺点：
1).在一条感应电缆上，经常运行有多台机车设备，但一次的并行地址检测，只能对一台机车并在一次通信后进行，多台机车则需各车重复进行。
2).机车本身并不能检测到本身的位置，必须通过与地上局的通信才能知道自己的精确地址，所以增加了通信报文的数据量。
3).由于以上的原因，本机车知道自己的精确地址存在着比较大的时间延迟，影响了在执行机车自动走行时的走行精度和快速停车对准目标的可能性。
发明内容
为了克服上述不足之处，本发明的主要目的旨在提供一种可靠并易于实行的串行地址检测的方案，并能提高系统地址的检测速度。
本发明要解决的技术问题是：要解决在一条感应电缆上多部运行车辆时，可以同时即时检测到地址；车上可以直接知道自己的地址及提高系统地址的检测速度等问题。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：该系统由机车、电缆、地上局、无线发射和接收系统组成，包括：
地上局地址信号发射部分(1)；
电缆部分(2)；
天线部分(3)；
串行解码(4)；
精密A/D(5)；
计算机软件计算地址(6)；
地上局地址信号发射部分(1)的输出与电缆部分(2)的输入相连接，天线部分(3)的输出分别与串行解码(4)及精密A/D(5)的输入相连接，串行解码(4)及精密A/D(5)的输出信号分别传送到计算机软件计算地址(6)的输入端。
所述的感应无线串行地址检测系统的地上局地址信号发射部分(1)由48khz功率载波发生器、计算机、锁存器及高速功率开关组成，其48khz功率载波发生器的输出正相载波信号及反相载波信号分别传送到高速功率开关的输入端，计算机的输出与锁存器的输入相连接，锁存器的输出分别与高速功率开关的控制端相连接。
所述的感应无线串行地址检测系统的电缆部分(2)的结构由地址对线组成，使用时2个以上地址对线的单元长度可相互串接。
所述的感应无线串行地址检测系统的串行解码(4)由天线部分
(3)、鉴相器及计算机组成，天线部分发出的调相码一路传送入鉴相器的一输入端，另一路经延迟T后再传送入鉴相器的另一输入端，经鉴相器输出的数字码元信号再输入到计算机软件计算地址(6)的输入端。
所述的感应无线串行地址检测系统的精密A/D(5)由双天线线圈T0、T1及A/D转换器组成，线圈宽度为G0对线的最小交叉，线圈T0与T1的中心位置相差0.1米，地上局发射G0码时，车上的计算机分别通过控制选通A/D转换后，将输出信号再输入到计算机软件计算地址(6)的输入端。
一种感应无线串行地址检测系统的方法，该系统的工作方法包括：地上局循环串行编码发射部分、电缆格雷码地址编码法、车上串行地址解码部分及车上精密地址解码部分。
所述的感应无线串行地址检测系统的方法，其地上局循环串行编码发射部分的具体工作是：
a)、编码格式为各相应对线编号的英文字符，其地址编码为1024位，从左到右依次选通对线发射载波，一个字符时间长度为一个码元长，即为波特率的倒数，粗体符号表示，送入该对线的是反相信号；
b)、波特率为4.8khz，载波频率为48khz；
c)、设有一个功率载波信号发生器，并附有反相输出端子；
d)、各电缆接口前带有一个快速受控功率开关；
e)、每个码的发射步骤为：先由嵌入式计算机内的定时时钟触发进入中断，定时时钟决定发射每个码元的时间，由计算机将当时的选通码送往锁存器锁存，由锁存器的输出端将控制信号送往每个高速功率开关的控制端，仅选通一个快速开关和一对电缆对线发送。
所述的感应无线串行地址检测系统的方法，其电缆格雷码地址编码法为：
a)、统一的电缆结构为：长度102.4米，基本地址单元1024个，单个地址单元长度0.1米；
b)、设有地址对线10对，为G0-G9，基本地址对线一对R，通信对线2对，为L0，L1；
c)、地址对线采用格雷码编码规则。
所述的感应无线串行地址检测系统的方法，所述的车上串行地址解码部分的具体工作是：
a)、为硬件解码、软件读码；
b)、硬件解码采用：延时一个码元长的延时线，鉴相器；
c)、软件读码采用：信号上升沿中断和时间计数器接收中断读码方法，具体为：
1)该信号上升沿中断读码方法的具体工作为：信号脉冲上升沿中断入口的输出信号传送到设置TIME1延时半个码元的模块，为208微秒，该模块的输出信号再返回；
2)该时间计数器接收中断读码方法的具体工作步骤为：
(a)从TIME1时钟溢出中断入口的输出信号传送到读信号值模块，为“0”或“1”，右移入21位寄存器；
(b)判断：如果高12位是：“X10000000000”，则调用测试精密地址子程序模块；如果高12位不是：
“X10000000000”，则程序进入判断低11位是否是：
“10000000000”模块；
(c)判断：如果低11位是：“10000000000”，则程序进入到取出寄存器值和数据的模块，将该21位寄存器值与数据“111111111100000000000”相“与”，再除2的11次方；如果低11位不是：“10000000000”，则程序返回；
(d)取出寄存器值和数据模块的输出信号传送到将此格雷码转换为二进制数据的模块，即为当时地址码的主码；
(e)格雷码转换为二进制数据模块的输出信号传送到设置TIME1延时一个码元的模块，为416微秒，该程序返回；
d)、具体工作步骤为：
1)天线T0接受到的信号一路送至鉴相器的输入口；
2)天线T0接受到的信号另分一路送至208毫秒延时器；
3)延时器的信号延时后送至鉴相器的另一个输入口；
4)两路信号经过鉴相器鉴相后送至出口成为码元的电平信号；
5)经过计算机软件控制读出这串行码，得到串行地址码数。
所述的感应无线串行地址检测系统的方法，所述的车上精密地址解码部分的的具体工作是：
a)、采用双天线接受方法，天线宽度为两个地址单元长，两个天线安装差一个地址单元长；
b)、在地上局发射G0码稳定后，车上的计算机分别通过A/D转换后，读入检波后的直流电平；
c)、车上的计算机查表确定精密地址；
d)、将精密地址计算加入主地址；
e)、精密地址部分软件工作方法，具体为：
1)从调用测试精密地址子程序入口的输出信号传送到取天线A整流值，经A/D转换后，送入ANT-A变量模块，其输出信号传送到取天线B整流值，经A/D转换后，送入ANT-B变量模块；
2)从ANT-B变量模块的输出信号传送到ANT-A/ANT-B的比值模块，该ANT-A/ANT-B的值查表得值＝min dir(0-1)，其输出信号传送到判断主地址最低位是否是“0”的模块；
3)判断：如果主地址最低位是：“0”，则信号传送到全地址＝主地址+min dir的模块；如果主地址最低位不是：“0”，则信号传送到全地址＝主地址+1-min dir的模块，该两模块的输出均再返回。
本发明的有益效果是：提供一种可靠并易于实行的串行地址检测的方案，能提高系统地址的检测速度，在一条感应电缆上多部运行车辆时可以同时即时检测到地址，车上可以直接知道自己的地址，并能提高机车自动运行和定位的精确性和准确性。
附图说明
下面结合附图说明和实施例对本发明进一步说明。
附图1为本发明的总体系统方框图；
附图2为本发明的发射部分电路框图；
附图3为本发明的电缆对线图；
附图4为本发明的车上解码电路方框图；
附图5为本发明的精密地址天线结构及原理图；
附图6为本发明的接受读码部分软件流程图；
附图7为本发明的读精密地址部分软件流程图；
附图标号说明：
1-地上局地址信号发射部分； 101-功率载波发生器；
2-电缆部分； 102-计算机；
3-天线部分； 103-锁存器；
4-串行解码； 104-高速功率开关；
5-精密A/D；
6-计算机软件计算地址；
7-鉴相器；
8-延迟T；
10-TIME1时钟溢出中断入口；
11-读信号值；
12-高12位；
13-调用测试精密地址子程序；
14-低11位；
15-取出寄存器值和数据；
16-将此格雷码转换为二进制数据；
17-设置TIME 1延时一个码元；
18-返回(REN)；
19-信号脉冲上升沿中断入口；
20-设置TIME1延时半个码元；
22-调用测试精密地址子程序入口；
23-取天线A整流值；
24-取天线B整流值；
25-ANT-A/ANT-B的值查表；
26-主地址最低位；
27-全地址＝主地址+min dir；
28-全地址＝主地址+1-min dir；
具体实施方式：
请参阅附图1所示，本发明由机车、电缆、地上局、无线发射和接收系统等组成，包括：
地上局地址信号发射部分(1)；
电缆部分(2)；
天线部分(3)；
串行解码(4)；
精密A/D(5)；
计算机软件计算地址(6)；
地上局地址信号发射部分(1)的输出与电缆部分(2)的输入相连接，天线部分(3)的输出分别与串行解码(4)及精密A/D(5)的输入相连接，串行解码(4)及精密A/D(5)的输出信号分别传送到计算机软件计算地址(6)的输入端。
请参阅附图2所示，所述的感应无线串行地址检测系统的地上局地址信号发射部分(1)由48khz功率载波发生器(101)、计算机(102)、锁存器(103)及高速功率开关(104)组成，其48khz功率载波发生器(101)的输出正相载波信号及反相载波信号分别传送到高速功率开关(104)的输入端，计算机(102)的输出与锁存器(103)的输入端相连接，锁存器(103)的输出分别与高速功率开关(104)的控制端相连接。
请参阅附图3所示，所述的感应无线串行地址检测系统的电缆部分(2)的结构由地址对线组成，使用时2个以上地址对线的单元长度可相互串接。
请参阅附图4所示，所述的感应无线串行地址检测系统的串行解码(4)由天线部分(3)、鉴相器(7)及计算机组成，天线部分(3)发出的调相码一路传送入鉴相器(7)的一输入端，另一路经延迟T(8)后再传送入鉴相器(7)的另一输入端，经鉴相器(7)输出的数字码元信号再输入到计算机软件计算地址(6)的输入端。
请参阅附图5所示，所述的感应无线串行地址检测系统的精密A/D(5)由双天线线圈T0、T1及A/D转换器组成，线圈宽度为G0对线的最小交叉，线圈T0与T1的中心位置相差0.1米，地上局发射G0码时，车上的计算机分别通过控制选通A/D转换后，将输出信号再输入到计算机软件计算地址(6)的输入端。
一种感应无线串行地址检测系统的方法，该系统的工作方法包括：地上局循环串行编码发射部分、电缆格雷码地址编码法、车上串行地址解码部分及车上精密地址解码部分。
请参阅附图2所示，所述的感应无线串行地址检测系统的方法，所述的地上局循环串行编码发射部分的具体工作是：
a)、编码格式为各相应对线编号的英文字符，其地址编码为1024位，从左到右依次选通对线发射载波，一个字符时间长度为一个码元长，即为波特率的倒数，粗体符号表示，送入该对线的是反相信号；
b)、波特率为4.8khz，载波频率为48khz；
c)、设有一个功率载波信号发生器(101)，并附有反相输出端子；
d)、各电缆接口前带有一个高速受控功率开关；
e)、每个码的发射步骤为：先由嵌入式计算机内的定时时钟触发进入中断，定时时钟决定发射每个码元的时间，由计算机(102)将当时的选通码送往锁存器(103)锁存，由锁存器(103)的输出端将控制信号送往每个高速功率开关(104)的控制端，仅选通一个快速开关和一对电缆对线发送。
f)、每个循环码内的工作步骤，按以下表格的工作顺序进行，每个序号工作时间为208毫秒：
| 序号 | 锁存控制码 | 选通对线 | 发送相位 | 接受相位 |
| 1 | 000000000001 | R | + | + |
| 2 | 000000000001 | R | + | + |
| …… | 000000000001 | R | + | + |
| 20 | 000000000001 | R | + | + |
| 21 | 000000000010 | R | ||
| 22 | 000000000001 | R | + | + |
| 23 | 000000000100 | G0 | + | 根据接受天线位置 |
| 24 | 000000000001 | R | + | + |
| 25 | 000000001000 | G1 | + | 根据接受天线位置 |
| 26 | 000000000001 | R | + | + |
| 27 | 000000010000 | G2 | + | 根据接受天线位置 |
| 28 | 000000000001 | R | + | + |
| 29 | 000000100000 | G3 | + | 根据接受天线位置 |
| 30 | 000000000001 | R | + | + |
| 31 | 000001000000 | G4 | + | 根据接受天线位置 |
| 32 | 000000000001 | R | + | + |
| 33 | 000010000000 | G5 | + | 根据接受天线位置 |
| 34 | 000000000001 | R | + | + |
| 35 | 000100000000 | G6 | + | 根据接受天线位置 |
| 36 | 000000000001 | R | + | + |
| 37 | 001000000000 | G7 | + | 根据接受天线位置 |
| 38 | 000000000001 | R | + | + |
| 39 | 010000000000 | G8 | + | 根据接受天线位置 |
| 40 | 000000000001 | R | + | + |
| 41 | 100000000000 | G9 | + | 根据接受天线位置 |
| 42 | 000000000001 | R | + | + |
| 1 | 循环发送 |
请参阅附图3所示，所述的感应无线串行地址检测系统的方法，所述的电缆格雷码地址编码法为：
a)、统一的电缆结构为：长度102.4米，基本地址单元1024个，单个地址单元长度0.1米；
b)、设有地址对线10对，为G0-G9，基本地址对线一对R，通信对线2对，为L0，L1；
c)、地址对线采用格雷码编码规则。
请参阅附图6所示，所述的感应无线串行地址检测系统的方法，所述的车上串行地址解码部分的具体工作是：
a)、为硬件解码、软件读码；
b)、硬件解码采用：延时一个码元长的延时线，鉴相器(7)；
c)、软件读码采用：信号上升沿中断和时间计数器接收中断读码方法，具体为：
1)该信号上升沿中断读码方法的具体工作为：信号脉冲上升沿中断入口(19)的输出信号传送到设置TIME 1延时半个码元(20)的模块，为208微秒，该模块的输出信号再返回(18)；
2)该时间计数器接收中断读码方法的具体工作步骤为：
(a)从TIME1时钟溢出中断入口(10)的输出信号传送到读信号值(11)模块，为“0”或“1”，右移入21位寄存器；
(b)判断：如果高12位(12)是：“X10000000000”，则调用测试精密地址子程序(13)模块；如果高12位不是：
“X10000000000”，则程序进入判断低11位(14)是否是：“10000000000”模块；
(c)判断：如果低11位(14)是：“10000000000”，则程序进入到取出寄存器值和数据(15)的模块，将该21位寄存器值与数据“111111111100000000000”相“与”，再除2的11次方；如果低11位(14)不是：“10000000000”，则程序返回(18)；
(d)取出寄存器值和数据(15)模块的输出信号传送到将此格雷码转换为二进制数据(16)的模块，即为当时地址码的主码；
(e)格雷码转换为二进制数据模块的输出信号传送到设置TIME1延时一个码元(17)的模块，为416微秒，则程序返回(18)；
d)、具体工作步骤为：请参阅附图4所示
1)天线T0接受到的信号一路送至鉴相器(7)的输入口；
2)天线T0接受到的信号另分一路送至208毫秒延时器(8)；
3)延时器(8)的信号延时后送至鉴相器(7)的另一个输入口；
4)两路信号经过鉴相器(7)鉴相后送至出口成为码元的电平信号；
5)经过计算机软件控制读出这串行码，得到串行地址码数。
请参阅附图7所示，所述的感应无线串行地址检测系统的方法，所述的车上精密地址解码部分的的具体工作是：
a)、采用双天线接受方法，天线宽度为两个地址单元长，两个天线安装差一个地址单元长；
b)、在地上局发射G0码稳定后，车上的计算机分别通过A/D转换后，读入检波后的直流电平；
c)、车上的计算机查表确定精密地址；
d)、将精密地址计算加入主地址；
e)、精密地址部分软件工作方法，具体为：
1)从调用测试精密地址子程序入口(22)的输出信号传送到取天线A整流值(23)，经A/D转换后，送入ANT-A变量模块；其输出信号传送到取天线B整流值(24)，经A/D转换后，送入ANT-B变量模块；
2)从ANT-B变量模块的输出信号传送到ANT-A/ANT-B的比值模块，该ANT-A/ANT-B的值查表(25)得值＝mindir(0-1)，其输出信号传送到判断主地址最低位(26)是否是“0”的模块；
3)判断：如果主地址最低位(26)是：“0”，则信号传送到全地址＝主地址+min dir(27)的模块；如果主地址最低位(26)不是：“0”，则信号传送到全地址＝主地址+1-min dir(28)的模块，该两模块的输出均再返回(18)。
在本发明的方法中，约4.4ms机车即可检测到一次自己的地址，而在目前使用的并行检测方法中，约需120ms才可检测到一次机车的地址，如果该感应电缆上有两辆机车，则检测地址的时间还需增加一倍，约为本方案的55倍。由于以上原因，本方法机车检测自己地址的速度大大加快，能够提高机车自动运行和定位的精确性和准确性。
Claims (10)
1、一种感应无线串行地址检测系统，该系统有机车、电缆、地上局、无线发射和接收系统，其特征在于包括：
地上局地址信号发射部分(1)；
电缆部分(2)；
天线部分(3)；
串行解码(4)；
精密A/D(5)；
计算机软件计算地址(6)；
地上局地址信号发射部分(1)的输出与电缆部分(2)的输入相连接，天线部分(3)的输出分别与串行解码(4)及精密A/D(5)的输入相连接，串行解码(4)及精密A/D(5)的输出信号分别传送到计算机软件计算地址(6)的输入端。
2、根据权利要求1所述的感应无线串行地址检测系统，其特征在于：所述的地上局地址信号发射部分(1)由48khz功率载波发生器、计算机、锁存器及高速功率开关组成，其48khz功率载波发生器的输出正相载波信号及反相载波信号分别传送到高速功率开关的输入端，计算机的输出与锁存器的输入相连接，锁存器的输出分别与高速功率开关的控制端相连接。
3、根据权利要求1所述的感应无线串行地址检测系统，其特征在于：所述的电缆部分(2)的结构由地址对线组成，2个以上地址对线的单元长度相互串接。
4、根据权利要求1所述的感应无线串行地址检测系统，其特征在于：所述的串行解码(4)由天线部分、鉴相器及计算机组成，天线部分发出的调相码一路传送入鉴相器的一输入端，另一路经延迟T后再传送入鉴相器的另一输入端，经鉴相器输出的数字码元信号再输入到计算机软件计算地址(6)的输入端。
5、根据权利要求1所述的感应无线串行地址检测系统，其特征在于：所述的精密A/D(5)由双天线线圈T0、T1及A/D转换器组成，线圈宽度为G0对线的最小交叉，线圈T0与T1的中心位置相差0.1米，地上局发射G0码时，车上的计算机分别通过控制选通A/D转换后，将输出信号再输入到计算机软件计算地址(6)的输入端。
6、一种感应无线串行地址检测系统的方法，其特征在于：该系统的工作方法包括：地上局循环串行编码发射部分、电缆格雷码地址编码法、车上串行地址解码部分及车上精密地址解码部分。
7、根据权利要求6所述的感应无线串行地址检测系统的方法，其特征在于：所述的地上局循环串行编码发射部分的具体工作是：
a)、编码格式为各相应对线编号的英文字符，其地址编码为1024位，从左到右依次选通对线发射载波，一个字符时间长度为一个码元长，即为波特率的倒数，粗体符号表示，送入该对线的是反相信号；
b)、波特率为4.8khz，载波频率为48khz；
c)、设有一个功率载波信号发生器，并附有反相输出端子；
d)、各电缆接口前带有一个快速受控功率开关；
e)、每个码的发射步骤为：先由嵌入式计算机内的定时时钟触发进入中断，定时时钟决定发射每个码元的时间，由计算机将当时的选通码送往锁存器锁存，由锁存器的输出端将控制信号送往每个高速功率开关的控制端，仅选通一个快速开关和一对电缆对线发送。
8、根据权利要求6所述的感应无线串行地址检测系统的方法，其特征在于：所述的电缆格雷码地址编码法为：
a)、统一的电缆结构为：长度102.4米，基本地址单元1024个，单个地址单元长度0.1米；
b)、设有地址对线10对，为G0-G9，基本地址对线一对R，通信对线2对，为L0，L1。
c)、地址对线采用格雷码编码规则。
9、根据权利要求6所述的感应无线串行地址检测系统的方法，其特征在于：所述的车上串行地址解码部分的具体工作是：
a)、为硬件解码、软件读码；
b)、硬件解码采用：延时一个码元长的延时线，鉴相器；
c)、软件读码采用：信号上升沿中断和时间计数器接收中断读码方法，具体为：
1)该信号上升沿中断读码方法的具体工作为：信号脉冲上升沿中断入口的输出信号传送到设置TIME1延时半个码元的模块，为208微秒，该模块的输出信号再返回；
2)该时间计数器接收中断读码方法的具体工作步骤为：
(a)从TIME1时钟溢出中断入口的输出信号传送到读信号值模块，为“0”或“1”，右移入21位寄存器；
(b)判断：如果高12位是：“X10000000000”，则调用测试精密地址子程序模块；如果高12位不是：“X10000000000”，则程序进入判断低11位是否是：“10000000000”模块；
(c)判断：如果低11位是：“10000000000”，则程序进入到取出寄存器值和数据的模块，将该2位寄存器值与数据“111111111100000000000”相“与”，再除2的11次方；如果低11位不是：“10000000000”，则程序返回；
(d)取出寄存器值和数据模块的输出信号传送到将此格雷码转换为二进制数据的模块，即为当时地址码的主码；
(e)格雷码转换为二进制数据模块的输出信号传送到设置TIME1延时一个码元的模块，为416微秒，则程序返回；
d)、具体工作步骤为：
1)天线T0接受到的信号一路送至鉴相器的输入口；
2)天线T0接受到的信号另分一路送至208毫秒延时器；
3)延时器的信号延时后送至鉴相器的另一个输入口；
4)两路信号经过鉴相器鉴相后送至出口成为码元的电平信号；
5)经过计算机软件控制读出这串行码，得到串行地址码数。
10、根据权利要求6所述的感应无线串行地址检测系统的方法，其特征在于：所述的车上精密地址解码部分的的具体工作是：
a)、采用双天线接受方法，天线宽度为两个地址单元长，两个天线安装差一个地址单元长；
b)、在地上局发射G0码稳定后，车上的计算机分别通过A/D转换后，读入检波后的直流电平；
c)、车上的计算机查表确定精密地址；
d)、将精密地址计算加入主地址；
e)、精密地址部分软件工作方法，具体为：
1)从调用测试精密地址子程序入口的输出信号传送到取天线A整流值，经A/D转换后，送入ANT-A变量模块，其输出信号传送到取天线B整流值，经A/D转换后，送入ANT-B变量模块；
2)从ANT-B变量模块的输出信号传送到ANT-A/ANT-B的比值模块，该ANT-A/ANT-B的值查表得值＝min dir(0-1)，其输出信号传送到判断主地址最低位是否是“0”的模块；
3)判断：如果主地址最低位是：“0”，则信号传送到全地址＝主地址+min dir的模块；如果主地址最低位不是：“0”，则信号传送到全地址＝主地址+1-min dir的模块，该两模块的输出均再返回。
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