CN201749474U - 一种火车车号识别装置及定量装车系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及火车车号识别装置，包括ARM子系统以及与之连接的车厢判别模块和射频识别模块，该车厢判别模块检测火车车厢经过信息并发送给所述ARM子系统；该射频识别模块受ARM子系统控制而动作，用于读取火车的车厢上设置的RFID标签的信息并传递给ARM子系统；ARM子系统综合来自所述车厢判别模块和射频识别模块的信息而识别出车号信息。以及使用该火车车号识别装置的定量装车系统。本实用新型的车号识别装置和定量装车系统可以实现车号无接触式自动识别，精度高、可靠性好。将射频识别与车厢识别信息进行综合，准确判别车厢丢号的情况。

Description

一种火车车号识别装置及定量装车系统

技术领域

本实用新型涉及交通运载装置的识别检测和货物装卸，特别是涉及到一种应用RFID对火车的车号进行自动识别的装置以及使用该装置的定量装车系统。

背景技术

随着工业自动化程度的提高，在车站、港口等大宗货物作业的场合，人们希望不但装载、卸货等重体力劳动由机械替代，在装运和货物管理方面也能实现完全的自动化作业，从而最终实现全部无人化操作。

在这其中，对于基本运载单位的识别是一项基础技术，例如对火车而言，识别每一节车厢或者对港口作业识别每一个集装箱都是其它操作和管理的基础。

射频识别(RFID)技术，以其非接触式远距离信息交换和RFID标签本身无需能量供应的两项固有优势而成为识别技术的首选，在各行各业有着广泛的应用。例如，在我国业已建立有基于RFID的铁路车号识别系统，在货车和机车车身底部安装有RFID标签，并在标签内存储有车型、车号、换长、生产检修等信息。

定量装车系统是一种能够自动为火车装载煤炭等大宗货物的工业自动化系统。其在使用时，需要根据列车每节车厢承载能力进行装载，列车的承载能力信息可以通过列车的车号得到。当定量装车系统得到车号信息后，计算得到列车能够装载货物的重量，根据该重量准备每节车厢货物。

现有技术中，已有将车辆信息射频识别与装车货运等自动化管理相结合的系统。例如申请号为CN200910135631，名为“煤矿及储煤场车辆进出厂控制系统和方法”的中国专利申请中，揭露了结合车辆识别卡和监控摄像机对进出厂车辆进行综合管理的系统。该系统包括系统控制模块、车号识别器、称重装置、装车装置和视频监控装置，其中系统控制模块包括服务器、客户端计算机和网络办公设备，它们通过计算机局域网相互连接，所述服务器包括数据库服务器、应用程序服务器，其中数据库服务器存储与车辆相关的各种数据信息，应用程序服务器从数据库服务器和客户端计算机中调入各种数据信息并进行逻辑数据应用处理，将处理后的数据信息写入数据库服务器或传给客户端计算机，客户端计算机则可对数据信息进行显示、统计、查询和打印，客户端计算机包括锁车报警模块，当锁车报警模块判断车辆满足锁车条件时，客户端计算机发出锁车警报，车辆被锁定并等待处理；车号识别器扫描车辆的车号识别卡，以获得车号信息；称重装置包括称量衡器、定位器、挡车器和红绿灯指示器，其中定位器对称重车辆的位置进行定位，红绿灯指示器提示是否允许称重；装车装置对在装车位置上的车辆由系统控制模块控制进行自动装载；视频监控装置包括摄像机，该摄像机对车辆进厂后各个位置进行照相和连续数字录像，这样有助入口后查询和统计。

但是，此类系统尚不能满足铁路火车车厢装载的定量装车的需求，并且该专利申请中也没有对车号识别是如何实现的进行具体的说明。事实上，现有技术中广泛使用的普通车号识别器和识别系统，受限于RFID读取器(Reader)的天线设置，读取范围和数据处理等技术上的不足，一般只能对如公路车辆这样单独地，到达检测区是不连续地射频标签进行识别，而检测的结果通常是将多个标签的信息分别读出，而在车辆到达时间较近时，无法获得与车辆到达时间顺序有关的信息。

但是对于定量装车这样的操作来说，每一节车厢的精确识别是必须的，在车辆运行中，车厢间经过读写器的时间间隔与车速有关，通常这个时间间隔是比较小的，这样现有技术将无法对每节车厢进行准确区分。并且，火车的工作环境是比较恶劣的室外环境，RFID标签的损坏或故障发生概率较高，当出现故障时，如不能及时被发现，将给装车过程带来巨大的不便。例如，当某一节车厢被漏检后，在后续的自动装车过程中，要么将此节车厢误认为其它车厢而误装，这是非常糟糕的结果；要么由于缺乏信息而空置，比误装稍好，但是由于火车由车头带动单向行驶的特点，一旦漏装之后，待全部装完后发现再重新装载将耗费极大的人力物力。

发明内容

本实用新型正是基于现有技术的上述缺点，意欲解决对火车每节车厢的车号精确识别和防止遗漏识别丢失车号的车厢的问题，提供一种能准确及时识别车号的火车车号识别装置，以及提供一种使用上述装置的车号识别定量装车系统。

本实用新型的火车车号识别装置，包括ARM子系统以及与之连接的车厢判别模块和射频识别模块，其中，该车厢判别模块检测火车车厢经过信息并发送给所述ARM子系统；该射频识别模块受所述ARM子系统控制而动作，用于读取所述火车的车厢上设置的RFID标签的信息并传递给所述ARM子系统；所述ARM子系统综合来自所述车厢判别模块和射频识别模块的信息而识别出车号信息。

其中，所述车厢判别模块包括依次连接的车轮识别传感器、微弱信号处理单元和车厢识别单元，其中，所述车轮识别传感器检测车轮经过并产生一检测信号传递给微弱信号处理单元，由后者对检测信号进行滤波和放大后传递给车厢识别单元，车厢识别单元根据传车轮识别感器的位置和检测时间确定车厢位置。

其中，所述射频识别模块包括依次连接的天线、射频识别电路和第一信号处理单元，其中该天线与RFID标签进行能量及信号交换；射频识别电路给天线供电和接收天线信号；第一信号处理单元将射频电路的输出转化为ARM子系统可以识别的信号并向其传送。

较佳地，所述射频识别电路进一步包括依次连接的射频源、功放电路、环行器和检波电路，且所述天线连接到环行器；而所述ARM子系统则连接到所述功放电路；检波电路的输出连接到所述第一信号处理单元。

其中，所述射频识别电路还包括一连接在检波电路和功放电路之间的保护电路；该保护电路在检测到检波电路的信号大于一预订值时，关闭所述功放电路。

其中，所述ARM子系统包括：ARM CPU以及与之连接的控制驱动模块、解码信号匹配单元、晶振模块和接口电路；其中，所述控制驱动模块连接到射频识别模块的功放电路以对其进行控制，解码信号匹配单元连接到第一信号处理单元，以从其接收信号并转换成ARM CPU可读取的形式；接口电路用于连接到上位机。

本实用新型还提供了一种火车车号识别定量装车系统，所述系统包括一上位机，以及与所述上位机通信连接的火车车号识别装置和装车设备，所述车号识别装置识别火车车厢的车号并传递给所述上位机；所述上位机根据识别的车号信息控制装车设备按预定的装载量进行定量装车；以及所述火车车号识别装置为上述任意一种。

较佳地，所述火车车号识别装置为包括ARM子系统以及与之连接的车厢判别模块和射频识别模块，其中，该车厢判别模块检测火车车厢经过信息并发送给所述ARM子系统；该射频识别模块受所述ARM子系统控制而动作，用于读取所述火车的车厢上设置的RFID标签的信息并传递给所述ARM子系统；所述ARM子系统综合来自所述车厢判别模块和射频识别模块的信息而识别出车号信息。

其中，所述车厢判别模块包括依次连接的车轮识别传感器、微弱信号处理单元和车厢识别单元，其中，所述车轮识别传感器检测车轮经过并产生一检测信号传递给微弱信号处理单元，由后者对检测信号进行滤波和放大后传递给车厢识别单元，车厢识别单元根据传车轮识别感器的位置和检测时间确定车厢位置；所述射频识别模块包括依次连接的天线、射频识别电路和第一信号处理单元，其中该天线与RFID标签进行能量及信号交换；射频识别电路给天线供电和接收天线信号；第一信号处理单元将射频电路的输出转化为ARM子系统可以识别的信号并向其传送。

使用本实用新型的车号识别装置可以实现车号无接触式自动识别，识别精度高、可靠性好。能够将射频识别与车厢识别信息进行综合，从而准确判别车厢丢号的情况。此外，使用上述车号识别装置的定量装车系统，可以实现高可靠性的全自动定量装车，避免了传统方法需人工干预的不足。

附图说明

图1是本实用新型车号识别装置第一实施例的结构示意图；

图2是本实用新型车号识别装置的射频识别电路的结构示意图；

图3是本实用新型车号识别装置的车厢判别模块的结构示意图；

图4是本实用新型车号识别装置的ARM子系统的结构示意图；

图5A-5C是本实用新型车号识别装置读取车号的过程示意图；

图6是本实用新型车号识别装置读取车号的流程图；

图7是本实用新型定量装车系统的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型进行更详细的说明。图1是本实用新型车号识别装置第一实施例的结构示意图。该车号识别装置包括一车厢判别模块20、一射频识别模块30及一ARM子系统10。其中，该车厢判别模块20、射频识别模块30分别与ARM子系统10通信连接。

其中，车厢判别模块20的作用在于检测车轮通过的信息，并用以识别车厢的位置。而射频识别模块30则用以检测车厢设置的RFID标签信息，并进一步确定车厢车号。通过将来自，车厢判别模块20和射频识别模块30的信息在ARM子系统10中进行综合处理，从而得到完整的具体到列车的每节车厢的车号信息和车厢位置，并且能够对丢号的车厢进行准确的识别和定位。

其中，射频识别模块30包括依次电性连接的天线32、射频识别电路34和第一信号处理单元36。其中，所述射频识别电路连接到ARM子系统10，并可受ARM子系统10的控制而动作。天线32和射频识别电路34共同构成一RFID读写器。为了便于对安装于车厢底部的RFID标签进行读取，所述天线32最好是选用板状天线，并水平安装于铁轨中间，板状天线通过射频电缆与射频识别电路34连接，而射频识别电路34和ARM子系统10则通常安装于室内。

由于不同的RFID读写频率在不同环境下有不同的用途，本实用新型考虑到火车上设置的RFID标签的工作频率。而将板状天线优选为一个定向极化天线，读取范围120度，驻波比＜1.4，中心频率914.1MHz。

本实用新型射频识别电路34的一种典型结构请参阅图2所示。射频识别电路34包括依次串联的射频源、功放电路、环行器和检波电路。其中，射频源用于产生一定频率的源信号，经功放电路放大后传递给环行器，又环行器再将信号通过天线电缆传递给天线32。这一路径传递的主要是用于给RFID标签无线供电的能量信号。其中功放电路连接到ARM子系统，可受ARM子系统控制而开启或关闭，从而在没有车厢经过时，不输出功率以节约能源。

与此同时，天线还会接收到来自RFID标签的信号，这部分信号经过环行器传递到检波电路，经初步检波后形成含有标签信息的检波信号并被传递到第一信号处理单元36。

进一步地，为了防止输出接口开路烧毁检波电路，射频识别电路34还可设置一保护电路，当检波电路电压过高时自动降低功放的输出。

第一信号处理单元36实现检波信号调理功能，将信号幅值调整到与ARM子系统10相兼容的范围内。一般来说，检波信号为毫伏量级，非常微弱，含有大量高频和低频杂波，不能直接使用，而且输出阻抗较高，极易受干扰，需要经过一个信号调理电路，进行阻抗匹配、放大、整形、滤波等工作提高抗干扰能力、消除杂波，提取有效信号。

车厢判别模块20的结构如图3所示。其包括依次电性连接的车轮识别传感器22、微弱信号调理单元24和车厢识别单元26。

其中，车轮识别传感器22用于检测车轮经过信息，以判断是否有车厢通过。为了保证列车行车安全，提高设备安装速度，优选采用非接触式车轮识别传感器。例如，采用电磁感应式传感器，利用车轮和铁轨均为金属材质的特点，在当有车轮通过时，传感器周围的磁场变化转换为电流变化，以获得检测结果。由于这种感应电流的变化通常是较微弱的，且含有环境噪声，因此需要进一步处理。或者，车轮识别传感器22也可以用压力传感器实现，将其至于射频天线的附近，以使二者的信号可以配合工作。

微弱信号调理单元24对传感器采集到的微弱电流变化进行滤波放大，然后通过模数转换芯片输出数字信号，以供车厢识别单元26进行数据处理。

车厢识别单元26将采集到的车轮通过信息与传感器的位置信息进行计算，就可以得到列车轴距信息，据此识别车厢的位置。

其中，车厢识别单元26可以是单独的硬件实现，也可以作为ARM子系统中的一个逻辑单元，利用ARM子系统的运算能力来实现。

ARM子系统10是本实用新型的车号识别装置的核心控制元件。作为整个系统的控制中心，ARM子系统的功能包括：对来自射频识别模块30的信息进行解码，提取车号信息；对功放电路进行直接控制，以及用于与上位机进行通讯，接收功放控制指令、传输解码后的标签信息等。ARM子系统的结构示意图如图4所示。

其中，ARM CPU包含丰富的片内外设，包含SRAM、FLASH和各种接口。控制驱动模块、晶振模块、接口电路、LED指示灯、解码信号匹配单元分别连接到ARM CPU。在本实施例中，车厢识别单元是由ARM子系统来实现的，因此，其还包括一个与ARM CPU连接的车厢识别单元。

来自第一信号处理单元的信号经解码信号匹配单元接入ARM CPU的一I/O引脚。ARM CPU的另一I/O引脚则连接到控制驱动模块，通过控制驱动模块来连接到射频识别模块的功放电路，对其进行控制。其中控制驱动模块所起的作用主要是将ARM CPU输出的标准电平信号转化为电路控制信号，例如继电器控制信号从而控制功放电路动作。ARM CPU自带USART接口，经接口电路的RS232协议转换电路或RS485协议转换电路转为RS232或RS485信号，实现与上位机的通讯。

下面结合一具体的工作情形来说明本实用新型的运作。请参阅图5和图6，其中图5A、5B、5C是本实用新型车号识别装置读取车号的过程示意图；图6是本实用新型车号识别装置读取车号的流程图。

在图5A中，(a)-(d)状态表示车厢进入和离开射频检测区域的过程。其中天线T设于秤台N上，当列车开动时，位于车厢底部的射频标签L将经过检测区域G。

图5B和5C分别表示根据检测到的压力情况启动射频识别模块，给天线提供能量进行标签读取的时序示意图。整个过程是由ARM子系统控制的。这里是以压力为例来进行说明，本领域技术人员当可根据本申请的教导，自行换用其它类型的传感器。

车号识别装置的工作过程参见图6。首先，由车厢识别模块的车轮识别传感器检测到有车厢经过，发送信号给ARM子系统；由ARM子系统发送打开功放指令到射频识别模块的功放电路。在射频识别模块这一端，则要判断是否收到打开功放指令，如没有收到则继续重复本步骤判断检测过程；如果收到则打开功放。之后，开始接收来自RFID标签的车号信息。经过一预定读写时间，进一步判断是否收到了车号信息，如果收到则将收到的车号信息传送到ARM子系统，并经由ARM子系统解码识别后传给上位机。如果没有收到车号信息则无动作，或者传递一“未收到车号”的信息给ARM子系统，以作为判断可能有丢号现象之用。

接下来，判断是否收到关闭功放指令，如果收到则关闭功放；未收到则继续读取下一节车厢的车号信息。一般来说，关闭功放指令由ARM子系统根据车厢识别模块的车轮识别传感器检测结果作出，例如，当一个足够长的预设时间内没有检测到车厢经过，则可以判断全列火车已通过，就可以发送关闭功放指令了。

最后，图7示出了应用本实用新型车号识别装置的一种定量装车系统，其包括：车号识别装置、上位机和装车设备。其中，该车号识别装置包括一车厢判别模块20、一射频识别模块30及一ARM子系统10。其中，该车厢判别模块20、射频识别模块30分别与ARM子系统10通信连接。其结构和功能在上文中各个实施例已有详述，在此不再赘述，上述各个实施例均可应用于此。车号识别装置与上位机40通信连接，向上位机40发送车号识别结果；该上位机40根据车号识别结果和预存的装车计划信息，控制装车设备60实现定量装车。

以上对本实用新型的描述是说明性的，而非限制性的，本专业技术人员理解，在权利要求限定的精神与范围之内可对其进行许多修改、变化或等效，但是它们都将落入本实用新型的保护范围内。

Claims (8)

1.一种火车车号识别装置，其特征在于，包括ARM子系统以及与之连接的车厢判别模块和射频识别模块，其中，该车厢判别模块检测火车车厢经过信息并发送给所述ARM子系统；该射频识别模块受所述ARM子系统控制而动作，用于读取所述火车的车厢上设置的RFID标签的信息并传递给所述ARM子系统；所述ARM子系统综合来自所述车厢判别模块和射频识别模块的信息而识别出车号信息。

2.根据权利要求1所述的火车车号识别装置，其特征在于，所述车厢判别模块包括依次连接的车轮识别传感器、微弱信号处理单元和车厢识别单元，其中，所述车轮识别传感器检测车轮经过并产生一检测信号传递给微弱信号处理单元，由后者对检测信号进行滤波和放大后传递给车厢识别单元，车厢识别单元根据传车轮识别感器的位置和检测时间确定车厢位置。

3.根据权利要求1所述的火车车号识别装置，其特征在于，所述射频识别模块包括依次连接的天线、射频识别电路和第一信号处理单元，其中该天线与RFID标签进行能量及信号交换；射频识别电路给天线供电和接收天线信号；第一信号处理单元将射频电路的输出转化为ARM子系统可以识别的信号并向其传送。

4.根据权利要求3所述的火车车号识别装置，其特征在于，所述射频识别电路进一步包括依次连接的射频源、功放电路、环行器和检波电路，且所述天线连接到环行器；而所述ARM子系统则连接到所述功放电路；检波电路的输出连接到所述第一信号处理单元。

5.根据权利要求4所述的火车车号识别装置，其特征在于，所述射频识别电路还包括一连接在检波电路和功放电路之间的保护电路；该保护电路在检测到检波电路的信号大于一预订值时，关闭所述功放电路。

6.根据权利要求4所述的火车车号识别装置，其特征在于，所述ARM子系统包括：ARM CPU以及与之连接的控制驱动模块、解码信号匹配单元、晶振模块和接口电路；其中，所述控制驱动模块连接到射频识别模块的功放电路以对其进行控制，解码信号匹配单元连接到第一信号处理单元，以从其接收信号并转换成ARM CPU可读取的形式；接口电路用于连接到上位机。

7.一种火车车号识别定量装车系统，所述系统包括一上位机，以及与所述上位机通信连接的火车车号识别装置和装车设备，其特征在于，

所述车号识别装置识别火车车厢的车号并传递给所述上位机；

所述上位机根据识别的车号信息控制装车设备按预定的装载量进行定量装车；以及所述火车车号识别装置为包括ARM子系统以及与之连接的车厢判别模块和射频识别模块，其中，该车厢判别模块检测火车车厢经过信息并发送给所述ARM子系统；该射频识别模块受所述ARM子系统控制而动作，用于读取所述火车的车厢上设置的RFID标签的信息并传递给所述ARM子系统；所述ARM子系统综合来自所述车厢判别模块和射频识别模块的信息而识别出车号信息。

8.根据权利要求7所述的火车车号识别定量装车系统，其特征在于，所述车厢判别模块包括依次连接的车轮识别传感器、微弱信号处理单元和车厢识别单元，其中，所述车轮识别传感器检测车轮经过并产生一检测信号传递给微弱信号处理单元，由后者对检测信号进行滤波和放大后传递给车厢识别单元，车厢识别单元根据传车轮识别感器的位置和检测时间确定车厢位置；所述射频识别模块包括依次连接的天线、射频识别电路和第一信号处理单元，其中该天线与RFID标签进行能量及信号交换；射频识别电路给天线供电和接收天线信号；第一信号处理单元将射频电路的输出转化为ARM子系统可以识别的信号并向其传送。

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