PT98012A - Dispositivo de identificacao de veiculos em movimento - Google Patents

Description

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~2~ MEMÓRIA DESCRITIVA

Esta é uma continuação em parte do pedido copendente nó de série 446 231 apresentado em 5 de Dezembro de 1989 de Broekelsby, et. ai., (por pedido de alteração do inventor) para "Highway Vehicls Identification System With High 6ain Antenna" e da mesma requerente do presente pedido; que é uma continuação em parte do pedido copen ciente nó de série 383 169 apresentado em 20 de Julho de 1989 de Baldwin et al. para "Dispositivo de identificação electrónico" e da mesma requerente do presente pedido;; o qual é uma continuação do pedido nó de série 195 400 apresentado em 13 de Maio de 1988, de Baldwin et. al....... para "Dispositivo de identificação electrónico" e da mesma requerente do presente pedido e agora a patente nó 4 870 419 concedida em 26 de Setembro de 1989; que é uma continuação em parte do pedido de patente nó de série 661 712, apresentado em 17 de Outubro de 1984, de Baldwin et al. para "Dispositivo de identificação electrónico", da mesma requerente do presente pedido e agora abandonado; que é uma continuação em parte do pedido de patente nó de série 536 010 apresentado em 26 de Setembro de 1983, de Baldwin et al. para

"Dispositivo de Identificação electrónico" da mesma requerente do presente pedido e agora abandonado; que é uma continuação em parte do pedido de patente nó de série 234 570 apresentado em 13 de Fevereiro de 1981, de Baldwin et al. para "Dispositivo de identificação electrónico", da mesma requerente do presente pedido e agora abandonado.

Antecedentes do invento

Este invento refere-se a dispositivos de identificação automáticos de veículos & particularmente a dispositivos que incluem a capacidade de modificarem com precisão dados armazenados num transreceptor automático de sinal enquanto o veiculo está em movimento.

Existe uma necessidade dum dispositivo de identificação quando ob.jectos deslocando-se, tais como carros na estrada passando uma estação de interrogação, Identificam-se eles 758 72 D o c k e t 116 3 ™ CIP 2

O próprios para fins quer de contabilização quer de controlo» Um tal sistema devia também ser aplicável a embarcações,, camiões,, contentores de embarque, malas de correio, paletes, etc„ Adicionalmente às utilizações atrás mencionadas a capacidade de ler, escrever apagar ou modificar dados numa forma digital torna o dispositivo aplicável a uma pluralidade de utilizações, um exemplo das quais é um cartão de crédito» Neste caso, o dispositivo serve como uma memória portátil de interrogação para informação tal como um balanço de crédito.. A complexidade dos sistemas de transporte modernos tem aumentado ao ponto em que a gestão de tráfico automatizada se tornou essencial para a operação eficiente.. Isto é verdade em caminhos de ferro, transporte de camião em auto-estrada, sistemas de trânsito urbano, e operações de mineração e de transporte de madeiras, gestão de gado„e mesmo pessoal de fábrica, para nomear apenas alguns» Tentativas anteriores para ir de encontro a estas necessidades seguiram a premissa que tudo o que era necessário era identificar automaticamente os veículos individuais e todas as outras funções de gestão seriam então realizadas num computador central» Esta noção contraria o facto de que uma vasta quantidade de comunicações dados com uma base de dados central, era então requerida» Em muitos casos,, particularmente quando as operações cobrem uma vasta área geográfica esta abordagem é tanto cara como impraticável» Adieianalmente, a codificação inicial dos dispositivos anteriores não era satisfatória» 0 dispositivo era quer programado na fábrica, requerendo uma tabela de referência cruzada para relacionar o número arbítrarío ao do veículo, quer era programado no campo por contacto físico e/ou eléctrico, requerendo vedação no campo, para assegurar a integridade do seu invólucro.

Uma alternativa à armazenagem centralizada dos dados de veículo é armazenar dados no próprio veiculo» Isto requer um dispositivo que inclui armazenagem de dados no veículo e a capacidade para alterar tal informação» Taís dispositivos são descritos, por exemplo na patente IJS nQ 4 870 419 de Baldwin et al. e na patente 3 713 148 de Cardullo et al.»» Apesar destes

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armazfenados num especi f i can do a que a. alteração -~4~ dispositivos serem capazes de alterarem dados veiculo em movimento, ambos transmitem sinais alteração dos dados, portanto nada assegura precisa dos dados ©fectivamente ocorra,, A modificação de dados sem precisão assegurada pode resultar em muitos veículos contendo dados não precisos em detrimento quer os operadores desses veículos, quer dos dispositivos de controlo de tráfego e de regulação apoiados em tais dados,,

Existe a necessidade de um dispositivo de identificação automático de veículos, tendo a capacidade de alterar o conteúdo da memória de um veículo em movimento e que proporcione a certeza de que tais alterações são completadas com precisão» É também necessário um dispositivo leitor e transreceptor automático de sinal que utilize um transreceptor automático de sinal de funções múltiplas. Mais especificamente, um transreceptor automático de sinal de funções múltiplas pode cooperar com um leitor ou um interrogador para executar as seguintes funções, com o veiculo em movimento: 1) transmitir a identificação de veiculo e outros dados básicos; 2) aceitar a programação dos dados entrados a partir do interrogador; 3) comunicar com outro equipamento a bordo do veiculo tal como um mostrador visual, alarme de velocidade e avisos de estrada; e 4) trabalhar com dados adicionais do veicula tal como o peso na estrada, quando medido por um sensor de estrada do veículo tal como o descrito e reivindicado na patente US nâ 4 799 381 de C. H„ Trompe ("Vehicle Road Sensor"). /2 753 Pocket 11Ó3-CIP2

Sumário do invento

0 presente invento proporciona um dispositivo de identificação eiectróníco, o qual pode armazenar informação quer física quer tratando-se num objecto em movimento, tal como um vagão de caminho de ferro, sem contacto físico e enquanto o objecto se está a mover a velocidades relativamente altas. Além disso, uma parte da informação armazenada no objecto pode ser protegida de apagamento acidental, de modo que essa porção não pode ser alterada sem serem realizados passos adicionais. Após uma alteração de dados não protegidos ser requerida, é iniciada uma leitura dos dados pelo dispositivo requerendo a alteração de modo que os dados efectivamente armazenados no veiculo possam ser verificados para assegurar que o requerido foi efectivamente feito.

No caso de um veiculo de auto-estrada, o dispositivo proporciona a identificação do veículo e outra informação pertinente em relação ao veiculo. Alguma da informação é protegida de apagamento, tal como o número de identificação, o tipo de vagão e os limites de carga. Outra informação tal como o balanço de crédito de portagem e peso, quando medido pelo aparelho de pesagem em movimento, podem ser reprogramadas remotamente por uma estação de interrogação.

Para proporcionar transmissão de alta velocidade da informação, uma memória, que pode ser lida e alterada e tem um certo número de páginas separadas para armazenar informação, está localizada no objecto. As diferentes estações de interrogação podem então ser colocadas para enviar sinais de interrogação codificado para lerem as páginas de informação individuais. Algumas páginas podem ser protegidas de apagamento, quando as mesmas contém informação fixa, enquanto outras páginas podem ser alteradas remotamente quando desejado. Utilizando páginas separadas na memória, e maís do que uma estação de interrogação, pode ser reunida mais informação num espaço de tempo curto, permitindo assim velocidades relativamente altas entre o objecto e a estação de interrogação. A informação reunida peias estacões

Docket 1163-01P2 .sJf '"‘S "" ^ V íSh de interrogação pode ser transmitida num formato compáftivel com computador;, para. armazenagem e transmissão por dispositivos de comunicação de dados existentes,.

Uma outra utilização para o dispositivo é colocar dispositivos de identificação electróriícos ao longo do percurso tal como uma linha de caminho de ferro,, estrada ou auto-estrada, e instalar uma estação de interrogação num veículo em movimento tal como um comboio de caminho de ferro, um automóvel ou um camião» 0 dispositivo de identificação electrõnico do presente invento tem um dispositivo de armazenagem de i nformação e identidade que incluí um circuito lógico e memória, um circuito de disparo e um transmissor localizado no ob.jecto, operando o circuita de disparo a baixa potência» Após ter sido disparado por um sinal de uma estação de interrogação remota, o transmissor transmite os dados para a memória numa série curta de transmissões. A energia para o transmissor é fornecida por bateria, mas podem ser incluídas outras fontes de energia, tais como um gerador de inércia, geração electromagnética, indução, luz visível, ou infravermelha, ou outras combinações destas fontes de energia» Os objectos em movimento podem gerar a energia para o transmissor a partir do movimento ou vibração num campo gravitacional. Esta técnica pode também, ser usada para prolongar a vida da bateria» A estação de interrogação, além de enviar um sinal para disparar o circuito de disparo, tem também um gerador de sequência de impulso para programar a memória e um receptor para receber os dados da memória no objecto, e um arranjo para verificar a precisão dos dados recebidos, requerendo uma sua leitura» A utilização de uma fonte de temporização absoluta no dispositivo de armazenagem de informação e identidade proporciona a sincronização entre o transmissor e o receptor e permite a utilização de um formato de código de não retorno a zero (NRZ) -A1ternativamente, pode ser utilizado no dispositivo um relógio de funcionamento livre & a sincronização pode ser efectuada pela Μ

processamento 72 758

Docket 1163-CIP2 ~7~ escolha de um formato de código adequado e apropriado na unidade de descodificação,.

Hste dispositivo tem a vantagem adicional de permitir ao os~ eilador ser bloqueado entre interrogações com poupanças adicio~ nais no consumo de energia ínoperativo., A velocidade de transferência de dados para o transmissor devia ser suficiente para permitir a velocidade relativa entre o objeeto a ser identificado e a estação de interrogação,.

Os dispositivos de informação e armazenagem de identidade dos dispositivos de identificação automáticos de veiculo têm de ser adequadamente embalados para protecção contra o tempo e condições ambientais e tem antenas para permitir a transmissão e recepção de sinais codificados,, em localizações adequadas- Numa concretização descrita o transreceptor automático de sinal do veiculo é montado por detrás das chapas de matricula do veiculo para proporcionar montagem segura e fácil numa localização, tendo uma boa exposição RF às antenas montadas na estrada» 0 presente invento proporciona também um dispositivo de

identificação electrónico para armazenagem remota de informação de um objecto e recuperação remota de informação do objecto- 0 dispositivo de identificação electrónico incluí, em combinação, um dispositivo de armazenagem de informação e de identidade localizado no objecto, e, pelo menos, uma estação de interrogação localizada remotamente no objecto,, A estação de interrogação está adaptada para ler dados a partir do dispositivo de armazenagem de informação e identidade para além de programar o rnesmo sem do veiculo co n t a o t o físico. A p õ s lidos para verificar a a programação, os dados precisão da reprogramação 0 dispositivo de armazenagem de informação e de identidade compreende meios de memória, para armazenarem dados de informação e de identidade, e meios de protecção para protegerem uma porção dos meios de memória contra a apagamento acidental- Os meios de circuito lógico para produzirem um sinal codificado predeterminado representando os dados de informação e de

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identidade armazenados nos meios de memória têm meios remotos sem contacto para programarem a porção dos meios de memória não protegida pelos meios de proteeçâo. Os meios de transmissor para transmitirem o sinal codificado estão acoplados a meios de circuito de disparo os quais quando disparados * provocam que o sinal codificado se.ja transmitido. Uma fonte de energia de bateria fornece energia a outras porções do dispositivo de armazenagem de informação e de identidade. A estação de interrogação compreende meios de sinal de interrogação para dispararem os meios de circuito lógico no dispositivo de armazenagem de informação e de identidade e meios geradores de sequência de impulso para programarem a porção dos meios de memória no dispositivo de armazenagem de informação e identidade não protegidos pelos meios de protecçâo. A estação de interrogação tem também meios de receptor para receberem o sinal codificado do dispositivo de armazenagem de informação e identidade e meios de sincronização entre o dispositivo de informação e identidade, e meios receptores. Meios de descodifiçador para descodificarem o sinal codificado, verificam a precisão do sinal codificado, e recuperam os dados de informação e de identidade armazenados nos meios de memória do dispositivo de armazenagem de informação e de identidade e transmitidos para a estação de interrogação. A estação de interrogação requer adicionalmente a retransmissão dos dados apos um pedido de reprogramação, de modo que a precisão da reprogramação pode ser confirmada.

Uma fonte de temporização absoluta é proporcionada integrada no dispositivo de armazenagem de informação e de identificação, em conjunto com os meios de sincronização entre esta fonte de temporização e os meios de receptor. Numa outra concretização os meios de memória têm a capacidade para armazenarem uma pluralidade de páginas, representando os dados de informação e de identidade, e os meios de circuito lógico podem seieccionar dados a partir de uma pluralidade de páginas quando da recepção de impulsos de interrogação temporizadas predeterminados vindos da estação de interrogação.. Ainda numa concretização adicional, os

meios de descodifiçador verificam a. precisão do sinal codificado incluindo uma contagem integral do número dos zeros no sinal codificado»

Numa concretização adicional do dispositivo de identificação de veículos e do equipamento aqui descrito é monitorizado 0 movimento de veículos em auto-estrada em auto-estradas de faixas múltiplas tal como estradas com portagem e vias rápidas. En-, particular* estados dos Estados Unidos verificaram ser necessário controlar o tráfico de camiões pesados nas auto-estradas ínter-estatais dentro das suas fronteiras» Para efectivamente manter o controlo de tráfego em particular é necessário e desejável pesar* identificar e comunicar com veículos á medida que eles atravessam bídireccíonalmente auto-estradas de faixas múltiplas» Para manter o limite de velocidade em auto-estrada, presente e futuro, é necessário fazer isto a velocidades tais como 106 km/h. Tipicamente para descrever os dispositivos descritos aqui, serão utilizadas velocidades de 110 km/h, apesar de poderem ser acomodadas velocidades mais altas a velocidades de dados maiores. A utilização de sinais de rádio frequência a partir da superfície da estrada para veículos de alta velocidade, tais como camiões viajando ao longo de auto-estradas de faixas múltiplas bídireccionaís, apresenta dificuldades de aplicação apreciáveis» Como os peritos da arte reconhecerão é necessário transmitir e receber sinais da superfície da estrada para cada faixa da auto-estrada e identificar índividualmente cada veículo, apesar dos mesmos poderem estar muito próximos, à medida que os mesmos passam numa antena de transmissão de recepção localizada na superfície da auto-estrada»

Descrição breve dos desenhos A figura 1 é um diagrama de blocos representando o dispositivo de identificação electrónico tendo um dispositivo de armazenagem de informação e de identidade e uma estação de interrogação e concretizando o presente inventos a figura 2 é um diagrama esquemático representando uma

10 concretização de uma fonte de energia accionada por vibração para o diapositivo de armazenagem de informação e de identidade da figura 1; a figurei 3 é um diagrama de blocos de um circuito lógico no dispositivo de armazenagem de informação e identidade da figura 1 a figura 4 é um diagrama esquemático de um circuito com

e de identidade da figura 1¾ a figura 6 e um diagrama, de bloco da estação de interrogação da figura 1; a figura 6 é um diagrama de blocos mostrando o receptor de sinal codificado da estação de interrogação da figura 5$ a figura 7 è um diagrama do dispositivo de identificação do invento quando instalado numa auto-estrada de quatro faixas bidireccional mostrando particularmente a localização das antenas de disparo e recepção de faixa individual~ a figura 8a mostra uma porção de faixa única da auto-estrada de quatro faixas do tipo mostrado na figura 7 tendo nela posicionado um anel de disparo de 130 KHz e uma antena coaxial de dispersão de 24S0 MHz; a figura 8b mostra uma outra porção de faixa simples da auto-estrada de quatro faixas do tipo mostrado na figura 7 tendo posicionado na mesma uma antena de anel de disparo de 130 kHz e uma antena de recepção colinear de 915 MHz? a figura 8c mostra uma porção de faixa simples da autoestradas do tipo mostrado na figura 7 posicionada na mesma uma antena de transmissão de impulso de disparo de feixe colinear de 915 MHz e uma antena de recepção de dados de feixe colinear de 72 758 Pocket 1163-01P2 11-

915 MHz; a figura 8d mostra uma porção de faixa simples da autoestrada de quatro faixas do tipo mostrado na figura 7 tendo posicionada na rnesma uma antena de feixe colínear simples de 915 MH* para interrogação, disparo do transreceptor automático de sinal, e recepção de sinal do transreceptor através da utilização dum acop 1 ador d i reco i ona 1;; a figura 9 é uma vista isométrica de urna antena e um escudo reflector ou alojamento de canal, concretizando o presente invento mostrando detalhes do posicionamento do canal numa faixa de rodagem da auto-estrada e a posição da antena no canal; a figura 9a é figura 9 mostrando uma vista isométrica da antena colinear das adicionalmente os detalhes da sua construção; do s e a figura 9b é uma representação adicional de uma porção feixe colínear da figura 9a mostrando dois elementos completo um elemento parcial construídos a partir de cabo coaxial; a. figura 9c é uma representação gráfica da distribuição de corrente no condutor central dos elementos de cabo coaxial do feixe da figura 9b; a figura 9d é uma representação gráfica adicional da distribuição de corrente na bainha dos elementos de cabo coaxial da antena da figura 9b; a figura 10 é uma vista em mostrando detalhes da antena corte pela linha 10-10 da figura 9 de feixe colínear e do escudo de reflexão; a figura 10a é uma vista em corte parcial da antena colínear da figura 8d, numa posição, operativa mostrando os detalhes do padrão de irradiação de sinal da antena de feixe colinear numa direcção paralela ao feixe colínear; 72 758

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a figura 10b é uma vista em laçado da faixa de rodagem da figura 9 mostrando o padrão da energia irradiada da antena de feixe colinear e do escudo de reflexão da figura 9; a figura 11 é uma representação em diagrama da sequência de impulsos de disparo e de dados transmitidos e recebidos por uma estação de interrogação adjacente a uma quarta faixa de uma autoestrada de quatro faixas5 a figura 12 é uma vista isométrica de uma forma de um elemento de irradiação coaxial de dispersão; a figura 13 é um diagrama de temporização da informação permutada entre um interrogador e um transreceptor automático de sinal de uma concretização; a figura 14 é um diagrama de blocos de um circuito lógico de um dispositivo de informação e armazenagem de identidade, para utilização com uma antena única de transmissão e recepção; a figura 15 é um fluxograma das funções executadas por uma concretização da estação de interrogação da figura 1; a figura 16 é um fluxograma das funções executadas pelo dispositivo de armazenagem de informação e identidade (transreceptor automático de sinal) da figura 14; a figura 17 representa uma concretização da colocação vantajosa da antena de veiculo na chapa de matricula do veículo; e

Pescricão.....detalhada.....das.....concretizações preferidas

Referindo agora a figura 1., um dispositivo de identificação fôlectrõnico 8 inclui um transreceptor automático de sinal ou 72 758 Pocket 1163-CIP2 -13-

dispositivo de .armazenagem de identificação e de identidade 10 e uma estação fixa de transreceptor automático de sinal ou interrogação ll„ o dispositivo de armazenagem de informação e de identidade 10 incluí uma fonte de energia 12, um circuito lógico e uma memória 13 um receptor e circuito de disparo 14 com uma primeira antena 15, um transmissor de rádio frequência 16 e uma segunda antena 17. A estação de interrogação 11 inclui um receptor 18 com uma antena 19 de um feixe de antena, um descodificador 20, um processador de dados 21 que proporciona funções de memória de formato de dados e controlo e um gerador de sequência de. impulsos de interrogação de disparo e um transmissor 22 com uma antena 23„ 0 processador de dados 21 auxilia o processo de descodificação, formata os dados para comunicação com uma unidade de processamento de dados central (não mostrada) e controla genericamente as funções da estação de interrogação 11. Em, geral a complexidade do processador de dados 21 depende da função particular que é requerida ser executada pelo dispositivo de identificação electrónico 8. A energia da fonte de energia .2 para a retenção de dados da memória do dispositivo de armazenagem de informação e de identidade 10 deve estar presente sempre a rilao ser que seja utilizada uma EEROM e assim é necessária uma bateria. No entanto a bateria podia ser suplementada por outras fontes de energia incluindo energia transferida de campos de energia indutivos ou de rádio frequência, dos quais existem diversos exemplos na arte anterior ou geração de campo de inércia como descrito aqui. Em muitas concretizações das quais os vagãos de caminho de ferro são um exemplo, os requisitos de energia, são tais que as baterias disponíveis podiam fornecer até 20 anos de duração operacional sem fontes suplementares de energia. Para as aplicações em que é requerida energia adicional, e em que o objecto requerendo armazenagem de dados está em movimento meios para produzirem energia para a transmissão de dados estão a partir do campo de inércia. A figura 2 representa um gerador de energia de inércia em 72 758 Pocket 1163-CIP2 -14-

que a energia eléctrica é derivada da vibração ou movimento vertical do objecto em movimento» Uma pequena massa 30 é mostrada montada numa armação 31 numa extremidade de uma tira resiliente 32» Material piezeléctrico 33 é ligado em cada lado da tira 32, e o movimento da massa 30 provocando a deflexão da tira 32, gera uma voltagem alternativa» Condutores 34 a partir do material piezeléctrico 33 alimentam para um circuito em que é executada rectificação e duplicação da voltagem por díodos 35, 36 e pelos condensadores de armazenagem de energia 37, 38» Alternativamente, pode ser utilizado um rectifiçador de onda completa ou de meia onda normal de não é requerida alta voltagem, A energia de corrente continua pode ser armazenada quer em condensadores 37, 38 quer numa bateria recarregável 39,, Meios para limitarem a voltagem máxima são proporcionados na forma de um díodo zéner 40, por um certo números de díodos em série, ou por um circuito regulador de voltagem. 0 conteúdo da memória é mantido pela fonte de energia de bateria 12, a qual proporciona energia suficiente ao transmissor 16, de modo que o sinal codificado é transmitido completamente antes da energia armazenada cair suficientemente para baixo para parar a transmissão de dados» 0 transmissor 16 consome pouca energia da fonte de energia 12, no seu estado inoperante, permitindo que o excesso de energia gerada da fonte de energia 12 seja armazenada para transmissão posterior» Os dados a serem transmitidos do dispositivo de armazenagem de informação e de identidade 10 podem ser formatados de um modo tal que a informação desejada é transportada com precisão» Apesar do esquema seguinte ser a concretização preferida para a realização em vagâos de caminho de ferro, um certo número de variações são possíveis» Em geral, os dados conterão informação codificada para designar o dono do vagão e o número de série do vagão numa porção protegida da memória»

Os bits de dados podem ser codificados de várias maneiras» Para aplicações de caminho de ferro Norte Americano em que os vagãos associados com vários donos são íntermisturados, é reservado um código para a porção protegida do quadro de memória

como se segues 9 bitss representam o dono do vagão 20 bitss representam o número de série do vagão S bitsr: são utilizados como uma verificação (contagem zero)» A corrente de código de dados coritém quer meios de auto™ sincronização dependentes do formato de código, quer sendo fornecido um processo externo ou inerente de sincronização» Numa concretização, a sincronização em qualquer forma é proporcionada na estação de interrogação 10 para sincronizado o dispositivos de identificação 10» Uma solução alternativa é proporcionar uma fonte de temporização absoluta tal como um relógio, com o dispositivo de identificação 10» Um relógio deve ser suficientemente estável de modo que a sincronização do segundo relógio independente na estação de interrogação ll é mantido dentro de um intervalo de bit único para o período de tempo requerido para transmitir o sinal codificado do dispositivo de armazenagem de informação e de identidade em movimento 10 para a estação de interrogação estacionária 11» A disponibilidade dos cristais de temporização precisa de baixo custo para o fabrico de relógios de pulso torna a utilização de um código de não retorno a zero (NRZ) de confiança para o sinal de código uma vez que a temporização é suficientemente previsível para a recuperação de dados» 0 consumo de energia baixo destes dispositivos perrníte tempos de vida de até vinte anos com as baterias disponíveis.

Uma característica operativa do dispositivo de armazenagem de informação e de identidade 10 é a velocidade de código empregue para o sinal codificado. As altas velocidades de código permitem muitas operações de leitura a altas velocidades de veículo mas são mais difíceis de descodificar e consomem rnais energia» As antenas de microondas típicas permitem uma janela de; leitura de cerca de 300 metros» Um transmissor gasta cerca de 3,5 mílissegundo nesta janela quando se desloca a 320 km/h» Assumindo que, peio menos, são recebidas três transmissões o tempo total 72 758 Pocket 1163-CIP2 —16“

para cada transmissão seria cerca de 1 milissegundo. Uma transmissão típica compreende 8 bits de preâmbulo e 64 bíts de dados de modo que uma velocidade de código suficiente é cerca de 64 kHz. Duplicando a frequência de um cristal de relógio proporciona uma velocidade conveniente de 65,,5 KHz com energia baixa aceitável» As velocidades mais comuns de caminho de ferro e auto-estrada tais como 100 K m / h , o transmissor pode ler aproximadamente 10 vezes com o melhoramento consequente na precisão» Para ler quatro páginas de 64 bits de dados, ou 256 bits três vezes em menos do que 3,5 milissegundo, a velocidade máxima do veículos que transporta o transreceptor automático de sinal é 80 km/h que é mais do que adequada para estas 'localizações nas quais esta quantidade de informação é requerida» Com esta velocídctde de código o espaçamento dos dispositivos de armazenagem e de identidade em vagãos de caminho de ferro adjacente pode ser da ordem de um metro sem qualquer di.f icu Idade»

Podem ser proporcionadas velocidades de dados maiores, para utilização com veículos de alta velocidade ou veículos, deslocando-se em estradas de faixas múltiplas, ou pistas, pelo transreceptor automático de sinal 10 e pelo leitor ou interrogador 11 aqui descrito e serão descritos pósteriormente»

Um diagrama de blocos do circuito lógico 13 está mostrado na figura 3» 0 circuito lógico 13 será. familiar aos peritos na arte» para obter o consumo requerido de corrente muito baixo todo o dispositivo de armazenagem de informação e de identidade 10 é realizado por um circuito único CMOS integrado, ou circuitos» Em resposta ao impulso de disparo, o circuito de disparo 11 repõe o biestável 52 e os contadores 53 e 54 e permite que o contador auxiliar 55 conte. 0 contador 54 selecciona sequencialmente endereços de rnemó ria, os quais provocam que o conteúdo da armazenagem de preâmbulo 56 e a primeira página de memória 57 sejam feitos sair através do transmissor 16 para antena 17, a qual envia sequencialmente um sinal codificado» Em postos de tempos precisos durante a transmissão, o circuito de modo de programa e selecçâo de página 59 permite ao rnodo de paginação de memória ou paginação entrar» 0 acesso aos primeiros 34 bits é 72 758

Ooctet X163-CIP2 ~17~· controlado por um comutador actívado por luz 60 dados é feita também através do circuito de dispositivo de armazenagem de informação e de retorna ao seu estado inoperacional quer quando atinge o fim da sua contagem, significando que foram enviados quer quando contador auxiliar 55 contagem

0 circuito de disparo 14 pode tomar uma de diversas formas,, dependendo da aplicação especifica. As características do circuito de disparo 14 são como se seguem,, 1. Impedância de entrada. alta. 2. Um nível de limiar de voltagem que deve ser excedido para. iniciar a transmissão. 3. A iniciação de disparo é efectuada por um impulso em vez de uma condição de estado de prontidão.

< A entrada disparo 14. q identidade o contador 54 todos os bits termina a sua 4, 0 circuito de disparo é passivo no sentido que a sua energia operacional é obtida a partir do sinal de disparo e não consumo de energia no seu estado inoperacional.

Pode ser proporcionada energia para o circuito de disparo 14 de vários modos tais como o electromagnético, magnético, infravermelho, ultra-sónico ou depressão. Numa concretização utilizada no ambiente de caminho de ferro, é utilizado um impulso de energia de mícrooridas como um sinal de interrogação. A figura 4 mostra um circuito de disparo adequado para a recepção de um sinal de interrogação 70 na forma de radiação electromagnética, desmodulação do impulso com díodos 71 e condensador 72 e coincidência da impedância de entrada apropriada com um transformador de impulso 73.

Para se ter acesso a páginas adicionais de memória é enviada uma sequência temporizada de impulsos de interrogação. Uma sequência diferente de impulsos permite à memória ser escrita, 72 758 Pocket 1163-01Ρ2 -18-

sendo este acesso apenas permitido à porção de "escrita protegida" da memória, a não ser que o comutador de protecção esteja eliminado, Ds bits individuais da memória são também programados utilizando impulsos de interrogação temporizados apropriadamente.

As duas antenas 15 e 17 estão incluídas no dispositivo de armazenagem de informação e de identidade ou transreceptor automático de sinal 10, As antenas podiam ter formas diversas mas numa concretização, as mesmas operam a frequência de microondas,. Ambas as antenas 15 e 17, e também todos os outros circuitos no dispositivo estão montados numa folha de material de baixa perda. As antenas podem consistir em troços ou feixes de troços de material condutivo cujo desenho seria familiar para os peritos na arte. A configuração dos troços depende da frequência de operação e dos padrões de antena desejados. Uma antena está associada com o circuito de disparo 14 descrito atrás, e a outra está ligada ao transmissor 16 o qual é um dispositivo de andar simples disposto para produzir a energia na frequência aceite. Uma salda de energia de 1 a 10 milíwatt é mais do que suficiente para a operação de confiança do dispositivo de identificação electrónico 8» Em geral, as frequências de operação da ligação de dados e da ligação de disparo são diferentes mas uma vez que o circuito de disparo e o circuito de dados não transmitem ao mesmo tempo, elas podem ser as mesmas,. A figura 5 representa uma disposição mais detalhada da estação de interrogação 11. A concretização mostrada representa uma configuração adequada para aplicações de caminho de ferro. Podem ser empregues estações de interrogação e antenas de recepção alternativas- São mostradas três fontes de sinal interrogador de microondas com antenas 80, 81 e 82. Uma está localizada em cada lado e uma entre duas ligações da linha de caminho de ferro para permitir a leitura dos dispositivos de armazenagem de informação e de identidade em qualquer lado ou sob os vagaos. Um receptor de sinal codificado 83, o qual é similar ao receptor 18, com antenas 84, 85 e 86 tem qualquer lado entre as linhas está localizado junta da linha em conjunto com o resto -19-

Pocket 1163-0IP2 do equipamento de interrogação 87% 88. 0 receptor 83 é mostrado em maior detalhe na figura 6 e tem uma antena 89 um filtro RF 90, um amplificador RF 91, um detector 92, e um amplificador DC 93,. A frequência de operação é escolhida para minimizar o ruído e sinais nâo desejados e está tipicamente, na região de 2500 MHz, apesar de outras frequências tais como MHz poderem ser utilizadas também. Os sinais detectados e amplificados do receptor 83 são alimentados ao descodifiçador 87 e ao dispositivo microprocessador 88 onde os mesmos sâo verificados em relação à precisão e armazenados ou transmitidos para um computador residente quando requerido. A sincronização com o transmissor 16 realiza-se no circuito descodificador 86, o qual tem uma referência de tempo absoluta na mesma frequência do que o transmissor 16.

Numa concretização do dispositivo, os contactos de roda proporcionam informação suplementar tal como a velocidade e a direcção do comboio. Os contactos de roda indicam quando todo o trem passou, e neste instante os dados são reunidos num formato compatível com o processador central de dados para o qual os .ção quer a reflectidos e direcção mesmos são enviados quer em resposta a uma interroga seu próprio pedido. É também possível utilizar sinais do feixe de interrogação para determinar a velocidade do veículo utilizando efeito de Doppler.

Como indicado anteriormente e atrás, o dispositivo de identificação electrónico de veículos 8 descrito aqui pode também ser utilizado para a identificação de veículos em movimento em auto-estradas de faixas múltiplas, no entanto, podem ser verificadas substanciais dificuldades devido â chegada aleatória dos veículos à estação de leitura ou interrogação 11 e em particular, ao movimento do transreceptor automático de sinais do veículo 10 através de um anel ou antena de interrogação. Uma vez que existe uma alta probabilidade que o tráfego de veículos múltiplos estará simultaneamente presente na localização de antena de interrogação, para monitorizar adequadamente o tráfego da estrada num dado ponto, é necessário distinguir não apenas entre veículos sucessivos numa. dada faixa, mas também distinguir -20- -20- ϊββ 72 758

Docket 1163-CIP2 a faixa particular ocupada por um dado veículo que passa através da antena de interrogação. Para proporcionar o tipo de monitorização de estrada normalmente requerido peias autoridades de auto-estrada estatais, o presente invento proporciona um aparelho e um processo, que proporcionam a identificação positiva dos veículos, que deslocando-se na mesma ou em dírecções opostas ao longo de auto-estradas de faixas múltiplas. Tipicamente, numa dada situação de monitorização são monitorizadas duas a seis faixas com identificação dos veículos, tendo um transreceptor automático de sinal nominal, espaçado de um metro de deslocamento, para as velocidades típicas de 106 km/h. Como será explicado, no entanto, a velocidade do veiculo e o espaçamento do transreceptor automático de sinal podem ser variados através da utilização de velocidades de dados maiores,.

Em particular, com referência às figuras 7 e 8A até 8D, várias concretizações de faixa única do dispositivos de transmissão e recepção de sinal em auto-estrada do invento são aqui mostrados. A figura 7 mostra em forma de diagrama uma instalação de auto-estrada de faixas múltiplas típica, na qual se deslocam quatro faixas de tráfego de direcção oposta 101 e 103 ao longo de uma auto-estrada 109.. Na configuração de faixa específica da figura 8A, está enterrada na superfície da faixa de rodagem, uma. antena de disparo colinear ou, alternativamente, uma antena de anel de disparo 100, irradiando tipicamente a uma frequência a 130 kHz e um feixe de antena colinear 102, irradiando ou recebendo a uma frequência de- 2450 MHz. 0 feixe de antena colinear 102 será conhecido pelos peritos na arte como uma antena coaxial de dispersão, corno a descrita na patente US.. nQ 3 691 488, cuja descrição é aqui incorporada, por referência.. A mesma compreende um cabo coaxial 102a, como se pode ver melhor na figura 12, tendo um condutor exterior perfurado 102b, para a ir radicação da energia electromagn ética através de uma pluralidade de aberturas 102c no mesmo

Os dispositivos, que usam uma antena de disparo de anel e uma antena colinear de microondas, podem também operar o anel a 130 kHz, com a antena de recepção de microondas 102 operando a

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figuras BA, BB, BC e 8D. As figuras 10A, e 10B mostram a

sinal define uma zona de captura do transreceptor automático de sinal- 0 dispositivo da figura 7 utiliza antenas de disparo de faixa individual 100 e antenas de recepção 102, como será explicado mais tarde-

8B, as configurações de faixa de 7A, 8C, ou 8D funcionariam

existe um impulso de interrogação ou disparo de transreceptor automático de sinal 104, transmitido por uma antena ou anel de disparo 100- Após o intervalo de resposta 106 do transreceptor automático do sinal, tipicamente 250 rnierossegundo, se não é recebida resposta do transreceptor automático de sinal pela antena 102, interrogador ou leitor 120 (referi-se às figuras 7 e 7B) armazena a indicação de não resposta, indicando uma transmissão de interrogação na faixa 1„ 0 segundo impulso de ínterrogação 108, anotado como faixa 2, é transmitido de uma antena 100, e senão é recebida resposta do transreceptor automático de sinal durante o intervalo 110, um terceiro impulso interrogador 112, indicado como faixa 3, é transmitido corri uma espera adicional para um período de recepção 114., Como mostrado, o quarto impulso de interrogação 116, indicado como faixa 4, é transmitido e recebe uma resposta 1.18 do transreceptor automático de sinal- Na recepção da resposta de transreceptor automático de sinal, o impulso de interrogação transmitido é retardado de 2000 microssegundo, para proporcionar tempo adicional para receber uma mensagem do transreceptor automático de sinal, contendo tipicamente 128 bits de informação à velocidade de dados de 65 kHz„ ”22' 72 758

Pocket 1163"CIP2 A "manutenção de registo", isto é, a contagem de faixa, e as leituras redundantes no caso da recepção de dados íricorrectos está sob o controlo de um interrogador 120. Esta abordagem proporciona monitorização com sucesso para veículos em movimento em estradas faixas múltiplas,, 0 dispositivo de identificação ©lectrónico 8 opera sob condições, em que existe um espaçamento nominal entre os transreceptores automáticos de sinal 10, em qualquer configuração de faixa nos veículos em movimento a velocidades de 110 km/h (120 ftps ou 72 mph). 0 invento proporciona adicionalmente uma antena, tendo uma captura de transreceptor de sinal automático ou zona de aproximadamerite um metro ao longo do percurso do veículo em movimento» Com esta configuração, as velocidades de dados de informação de 65 kHz e a velocidade de veiculo, cada zona de captura de faixa é ocupada por um dado transreceptor automático de sinal de veiculo durante, pelo menos, 30 milissegundo. A velocidade de dados atrás mencionada de 65 kHz, uma mensagem de 128 bits recebida do transreceptor automático de sinal pode ser recebida em aproximadament,® 2000 segundos, proporcionando um intervalo de tempo grande, no qual podem ser obtidas as leituras múltiplas do mesmo transreceptor automático de sinal 10, para melhorar a precisão estatística do sinal de retorno,,

Numa outra concretização particular do invento, uma antena coaxial de dispersão é operada a uma frequência de 2450 MHz« No entanto, como será descrito adicionalmente, a utilização de frequência rnais baixas disponíveis, tipicamente de 915 MHz, tanto para o disparo como para a transferência de dados a partir do transreceptor automático de sinal de dados 10, permite intervalos de leitura adequados, de modo a assegurarem a detecçâo precisa e identificação dos veículos em movimento»

Apesar dos dispositivos atrás descritos operarem a uma velocidade de dados de 65 kHz ou kilobit por segundo e a uma frequência portadora de 915 MHz, este invento descreve a verificação de que pode ser obtida a operação equivalente a velocidades de dados de 5 kHz ou kilobit por segundo. Isto proporciona um aumento relatívamente grande na zona de captura 72 758 Docket 1163-01P2

2·3 efectiva da configuração de antena coliriear particular mostrada nas figuras 10A e 108, permitindo assim velocidades de veiculo na proximidade de 150km/h (100 mph) e, proporciona uma capacidade de dispositivo para leitura de transreceptor automático múltipla de a o c u p a ç â o c s s e n ~ faixas múltiplas, mover em ambas as ciclos, o que é da maior importância, para cialmente simultânea de uma auto-estrada de pelos veículos, os quais se podem estar a direcções.

As figuras 7 e 8A mostram adicionalmente um interrogador ou leitor 120 em comunicação de sinal com uma antena ou anel 100 & a antena 102» Este arranjo é comum às estações de interrogação de estrada descritas proporcionado processamento de comunicação e informação entre as antenas de estrada, e o equipamento de computador auxiliar»

Numa concretização adicional do invento a configuração de faixa da figura 8B consiste no anel de disparo interrogador alternativo 120, o qual é similar ao anel 100 explicado atrás, para fornecer um impulso de disparo ou ligação a 130 kHz, É também usado, como pode ser visto melhor nas figuras 88 e 11, um feixe de antena colinear 122, utilizado como uma antena para recepção de um sinal de transreceptor automático de sinal 118, durante o intervalo de resposta 106 do transreceptor automático de sinal para o impulso de disparo 116 transmitido pelo anel 120, A utilização do feixe de antena colinear 122 proporciona um avanço na arte de comunicação de transreceptor automático de ^inal, porque a potência do sinal de recepção do transreceptor automático de sinal 10 é grandemente melhorada.

Com referência à figura 8C, uma concretização adicional ainda do invento compreende antenas de feixe colinear paralelas, Para transmitirem um impulso de disparo de um feixe e interrogarem um transreceptor automático de sinal 10 móvel e receberem o sinal do transreceptor automático de sinal do outro, H configuração da figura 8C é colocada no anel 100 e antena colinear 102 da figura 7 e substituída pelos mesmos, A ^uostituiçâo dos arieis de interrogação 100 e/ou 120 por um feixe 72 758 Docket 1163-CIP2 -24

transmissor colinear 122 proporciona uma vantagem visto que a antena 122 fornece ganho de sinal e dírectívidade a partir da estação de interrogação 11 para o transreceptor automático de sinal para transmitir impulsos de disparo para o transreceptor automático de sinal 10, reprogramando o mesmo» De modo similar,, a. antena de recepção de feixe colinear 122 proporciona directividade aumentada e ganho de sinal para os dados recebido: do transreceptor automático de sinal 10 de baixa energia.

Uma concretização adicional do invento, aqui descrita, é mostrada no elemento de faixa individual da figura 8D. Como mostrado, um feixe colinear simples, operando a 915 MHz, é. utilizado tanto para transmitir como para receber, com a utilização de um acoplador ou circulador direccional de microondas 126, no qual o sinal de disparo e interrogação é fornecido por um condutor 127 s os sinais de resposta de transreceptor automático de sinais são recebidos através do acoplador e ligador 128» Esta configuração é um avanço adicional na arte de identificar e comunicar com veículos em movimento, porque é apenas requerida uma única ranhura de estrada» A utilização dos 915 MHz, como uma frequência de comunicação para o dispositivo de identificação electrónico, é ditada pela disponibilidade desta frequência, para dispositivos deste tipo» Como tal é um compromisso razoável em relação á interferência de outros serviços e dispositivos, de penetrações residuais e, disponibilidade dos componentes a um custo razoável»

Como explicado atrás, o feixe colinear adequado para instalação na superfície da estrada proporcionou directividade de sinal a ganho na direcçâo ascendente em relação à superfície da estrada» Em particular, como pode ser visto melhor nas figuras 9 e 10 a antena consiste numa montagem de feixe colinear 122, consistindo de um feixe de elementos colinear 124, como se pode ver melhor na figura 9A montado internamente num canal o invólucro aberto com forma de U compreendendo um escudo de reflexão 123» Um feixe de antena 124 composto por cabo coaxial é montado no canal 12, dentro de um invólucro tubular de protecção 72 758 Pocket 1163-CIP2

”25™ 128, montado algo central e ín te mamente no escudo de reflexão 123.. Um material dialéctrico 130, que enche o escudo de reflexão envolve as superfícies exteriores do invólucro tubular 128„ A utilização de um material, tendo uma constante díeléctríea maior que 1,0 e resistência à compressão elevada, resistência à água e a capacidade para ligar tanto ao escudo de reflexão 123 como ao invólucro 128, melhora a transmissão de sinal, aumentando a potência de sinal acima da estrada, e proporciona a protecçâo dos veículos na estrada»

Como os peritos na arte das antenas reconhecerão prontamente, a utilização de materiais dieléctricos de perda baixa, tendo constantes dieléctricas maiores do que 1, reduz o comprimento de onda das transmissões electromagriéticas através do meio» Neste caso a utilização do material, tendo uma constante dialéctrica de aproxímadamente 2,5, tende a reduzir o comprimento de onda do sinal, transmitido por um factor de cerca de 1,5» 0 efeito desta redução de comprimento de onda é para trazer efectivarnente a antena para a distância de escudo ou calha maís próxima a um comprimento de onda de metade a 915 MHz, aumentando assim a efectividade do escudo na reflexão de radiação, através da sua extremidade aberta, aumentando assim a potência de sinal da região ascendente» Como mostrado na figura 10, o feixe de antena 124 está centrado lateralmente rnais próximo da superfície de estrada 125 do que o fundo do escudo metálico 123, aumentando substancialmente o sinal irradiado para cima, através da extremidade aberta do escudo a partir da superfície de estrada 125» A antena descrita proporciona adicional mente urna vantagem, porque o escudo de reflexão 123 elimina qualquer dependência da constante dieléctrica ou características de frequência rádio dos pavimentos utilizados habitualmente, resultando num rendimento previsível em estradas, tendo características de perda de frequência rádio altamente variáveis» Numa concretização especi fica do invento, o canal reflectivo da figura 10 compreende um escudo metálico, tendo uma largura de 76,2 mm, estando o conjunto de antena coliriear 124, disposto equidistante dos lados do escudo 123 e aproxímadamente a 25,4 mm da superfície inferior» 0 canal é cimentado ou retido na ranhura de estrada, após o gue o conjunto 72 758 Pocket 1163-CIP2

'26* de antena suportado adequadamente num bordo da estrada até ao outro é, "coberto" com material dieléctrico 130 no escudo metálico 123, como mostrado nas figuras 9 e 10. 0 melhoramento nas caracteristícas de irradiação de sinal do feixe colinear, aqui descrito, é mostrado particularmente nas figuras 10A e 10B. Proporcionando um padrão de irradiação relativamente uniforme através da estrada mostrado na figura 10A, proporcionam-se respostas melhoradas dos transreeeptores automáticos de sinal 10 dos veículos, que operam próximo do bordo da estrada. 0 padrão de irradiação, ou zona de captura, do transre-ceptor automático de sinal da antena mostrada na figura 10B aumenta o tempo de ocupação dos dois transreeeptores automáticos de sinal em movimento, proporcionado como atrás explicado, uma precisão melhorada na transferência de dados desde transrecepto-res automáticos de sinal de baixa potência para o interrogador.

Com referência às figuras 9A, 9B, 9C e 90, é mostrada uma representação detalhada de uma porção típica do feixe colinear 12.4. Como os peritos na arte das antenas perceberão rapidamente, a concretização utiliza comprimentos de cabo coaxial cortado para metade do comprimento de onda à frequência de operação e ligados condutor a invólucro como mostrado, para se obter a requerida inversão de face em cada outra secção de meia onda resultando numa pluralidade de elementos de irradiação em fase, o que aumenta a potência do sinal irradiado sobre o proporcionado por um número idêntico de dipólos. Uma vantagem única do feixe colinear 124, quando incorporado numa antena de leitura neste invento reside na sua construção completamente modular. É possível utilizar esta construção de antena na identificação de veículos através de estradas, tendo larguras e números de faixas variados, adicionando principalmente secções adicionais de meia onda. A teoria e a operação da antena de feixe colinear do invento estão desc r í tos em T ran sm i ss i on........

King, Mimno & Wing, McQraw-Mill Book Co», pags. 133-145. '72 758

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Na extremidade de entrada 132,, do conjunto de antena 154» é mostrado um tronco de conjugação 134 de um quarto de onda» Existe também na extremidade livre da antena 135 um tronco de conjugação 137 de um quarto de onda, tendo uma extremidade capacitiva adicional 139 „ Os peritos na arte compreenderão rapidamente a descoberta do inventor de um feixe colinear em cooperação com o escudo de reflexão, proporcionado um avanço no estada da arte da identificação de veículos, através da transmissão e recepção de sinais de rádio frequência para e da superfície da estrada» Na extremidade de entrada 132, do conjunto de antena 134, é mostrado um tronco de conjugação 134 de um quarto de onda» Existe também na extremidade livre da antena 135 um tronco de conjugação adicional 137, de um quarto de onda, tendo uma extremidade capacitiva adicional 139»

Uma porção adicional do invento descrito, como se pode ver melhor na figura 18, a qual é apresentada como uma concretização alternativa á mostrada na figura 11, Adicionalmente ao disparo de um transreceptor automático de sinal, montado no veiculo, para o registo e a armazenagem da sua identificação fixa, o leitor ou interrogador pode codificar dados no impulso de disparo para transmitir dados adicionais para o transreceptor automático de sinal 10»

Como explicado atrás, os transreceptores automáticos de sinal individuais 10, numa situação de faixas múltiplas, são activados por um impulso de disparo, multíplexado em tempo, isto é, os impulsos 104, 108, 112 e 116 como se pode ver melhor no exemplo de quatro faixas da figura 11, A informação adicional pode ser transmitida para o transreceptor automático de sinal a partir da estação de interrogação 11 pelos dados codificados no impulso de disparo a uma velocidade de dados substancialmente mais alta do que a velocidade dos dados do transreceptor automático» Consequentemente, numa tal concretização, o sinal de disparo 144 transmitido a partir da estação de interrogação 120 compreende uma porção codificada de 25 rnícrossegundo 146 a uma velocidade de dados de l MHz, seguida por um impulso não codificado de 25 rnicrossegundo 147,, Tipicamente, a informação

W‘: 72 758

Dockfât 1163-CIP2 -28- transmitida para o transreceptor automático de sinal desta maneira seria passada para outros sistemas ou dispositivos no veiou lo , incluindo., mas não limitado a um mostrador de placa de impacto- Os peritos na arte compreenderão que este mostrador de placa de impacto pode ter muitas formas, incluindo mostradores de descarga de gás e/ou monitores de tubo de raios catódicos a bordo- A informação transmitida sobre este assunto pode ser, tipicamente informação das condições da estrada, dados de posição geográfica, e informação de emergência para reacçao do condutor ou alteração de limites de velocidade- A colocação da antena de veiculo, para a permuta de sinais com as antenas da superfície da estrada, é também importante-Verificou-se que a montagem da. antena na chapa de matricula do veículo, como mostrado na figura 17 proporciona vantagens significativas- Ha figura 1,7, a antena é uma parte do alojamento de transreceptor automático de sinal 260 e está montada na chapa de matrícula frontal de um carro. A montagem na chapa de matrícula é relativamente simples e proporciona uma localização de antena segura tendo boa exposição RF em relação às antenas da superfície da estrada.

As concretizações anteriores mostraram em detalhe disposições incluindo o interrogador 11 e um dispositivo de armazenagem de informação e de identidade ou transreceptor automático de sinal 10 e a sua interacção cooperativa- Incluído na sua interacção está a capacidade da estação de interrogação 11 para programar ou alterar a memória 57 do transreceptor automático de sinal 10. Em muitos casos, tais alterações de memória têm grande importância para a manutenção adequada de registo do dispositivo- Por exemplo, quando os dados, que devem ser alterados, representam o peso corrente do veículo, medido por um dispositivo de pesagem em movimento (WIM), os dados armazenados podem tornai—se a ba.se das taxas de estrada ou de penalidades de excesso de peso. Consequentemente, o registo adequado de tais dados é de extrema importância- A permuta de dados no presente dispositivo é difícil e .„29-" 72 758 D oc ket 1163-CIP2 sujeita a muitos tipos de erros possíveis,, Isto é especialmente verdadeiro, quando a comunicação é feita com objectos em movimento, a talvez 150 krn/h, tendo apenas talvez 25 ms para transportar os dados e assegurar a precisão da sua transmissão, recepção e processamento, A presente concretização apresenta novos métodos e aparelhos para a operação do interrogador ll e do transreceptor automático de sinal 10 para proporcionar a segurança necessária no manuseamento de dados, 0 aparelho da presente concretização varia em relação aos das concretizações anterior-mente descritas, porque as funções executadas pelo mesmo sao mudadas. Será compreendido pelos peritos normais da arte, que tais novas funções podem ser facilmente proporcionadas por circuitos bem conhecidos reagindo ao tempo e sinal ou por controlador computorizado programado para responder a sinais e à passagem do tempo, A figura 13 é um diagrama de temporização, mostrando a relação temporizada dos sinais permutados na concretização presente- Esta relação temporizada e as velocidades de transmissão de dados empregues, proporcionam um dispositivo, no qual o interrogador pode ler a informação armazenada num transreceptor automático de sinal em movimento, processar a informação, programar nova informação para a memória do transreceptor automático de sinal baseada na informação lida anteriormente e ler a informação programada de novo para assegurar a sua precisão de armazenagem, A presente sequência por faixa (figura 13) pode ser utilizada com técnicas de multiplexação explicadas anteriormente, de modo que um interrogador 11 pode comunicar sequencialmente com oito transreceptores automáticos de sinal diferentes em movimento, cada um numa localização física diferente (faixa de autoestrada) , e três acessos completos do tipo atrás podem ser feitos dentro da janela de captura do dispositivo. A figura 13 mostra uma sequência de operações tomadas para uma faixa única do fluxo de tráfego, e inclui operações tomadas tanto pelo interrogador 11 corno pelo transreceptor automático de sinal 10, 0 interrogador 11 transmite periodicamente primeiros 72. 758 Dockfôt 1163-0IP2

-30"

impulsos de disparo 150, que ficam sem utilização até que um transreceptor automático de sinal fica dentro da janela de captura do dispositivo. Quando um transreceptor automático de sinal está na vizinhança de um impulso de disparo 150, o mesmo responde automaticamente transmitindo uma primeira mensagem de dados compreendendo 128 bits da sua memória 57, como está. representado em 152. (152 representa também um intervalo de recepção do interrogador 11) o interrogador 11 processa então os dados recebidos durante o intervalo 154, para assegurar a precisão da sua recepção e determinar quando os novos dados são para serem escritos no transreceptor automático de sinal 10. Por exemplo, se os dados lidos do transreceptor automático de sinal 10 em 152 consistem rium balanço de crédito para o pagamento das portagens da estrada utilizada, o interrogador 11, durante o processamento 154 subtrairá a portagem mais recente do balanço de crédito. Uma segunda mensagem de dados, incluindo os dados processados é então escrita a partir do interrogador 11 para transreceptor automático de sinal 10 no tempo indicado por 156»

Uma vez que a transmissão original 152 do transreceptor automático de sinal 10 incluí dados fixos relacionados com o veiculo associado com o transreceptor automático de sinal, a mensagem de retorno 156 é substancia Imante mais curta, uma vez que estes dados fixos não necessitam de ser retransmitidos» Os dados recebidos pelo transreceptor automático de sinal 10 durante o intervalo 156 são armazenados na memória do transreceptor automático de sinal 10 na recepção» o sinal seguinte transmitido na concretização presente é urn segundo impulso de disparo 158, que é transmitido pelo interrogador ll num período predeterminado de tempo após a transmissão do impulso de disparo 150» Isto é, o impulso de disparo 158 é transmitido num tempo tal que a informação transmitida para o transreceptor automático de sinal (156) será armazenada na memória do transreceptor' automático de sinal 10 antes da resposta do seu transreceptor automático de sinal ao impulso de disparo 158» Na resposta ao impulso de disparo .158, o transreceptor automático de sinal 10 transmite a partir da sua memória uma terceira mensagem de dados 160, que representa o conteúdo da sua memória como modificado pela recente transmissão 156 a partir do interrogador ll» o interrogador 11

c 72 758

Pocket 1163-CIP2 -31 verifica então o conteúdo dos dados 160 para se assegurar que os dados representam com precisão os dados alterados 156- Oe acordo com o exemplo anterior;, os dados no transreceptor automático de sinal em movimento 10 foram lidos pelo interrogador 11, modificados pelo interrogador 11, e novamente lidos pelo interrogador 11, para garantir que as modificações foram armazenadas com precisão»

0 diagrama da figura 13 mostra uma perrnuta de informação cooperativa entre um interrogador 11 e um transreceptor automático de sinal 10 numa única faixa de tráfego- No final da sequência mostrada na figura 13, a mesma sequência será de novo iniciada numa outra faixa de tráfego para executar as mesmas operações com qualquer transreceptor automático de sinal dentro da janela de captura daquela faixa- 0 processo contínua através de cada faixa de tráfego sucessiva vigiada até, por exemplo, oito e começa de novo então com a primeira faixa de tráfego- A utilização de intervalos de temporização e velocidades de dados, apropriados, assegura que oito faixas possam ser exploradas como mostrado na figura 13 e, pelo menos, três ciclos de exploração campiet tá dl rãa executados para cada faixa- A execução desta sequência três vezes por faixa proporciona maior segurança da precisão da acção cooperativa-

Na concretização presente, a frequência de transmissão e recepção é a explicada anteriorrnente, de 915 megahertz e a velocidade de transferência de dados é de 500 kbits por segundo„ Cada transmissão do transreceptor automático de sinal 1.0 (152 e 156 figura 13) compreende 128 bits (256 microssegundo a 500 kbits por segundo), que inclui 64 bits de informação de identificação de veículo com memória protegida e 64 bits de dados alteráveis, tais como o peso de veiculo e/ou balanço de crédito de portagem» A transmissão (156, figura 13) do interrogador 11 compreende 64 bits (128 microssegundo) de dados permutáveis para o veiculo identificado na transmissão de 128 bits 152- Adicionalmente. cada um dos impulsos de disparo 150 e 158 permanece 20 microssegundo e o período de processamento 154 permanece 100 microssegundo- 72 758 Pocket 1163-0IP2 xt.

32'

As linhas verticais ponteadas da figura 13 identificam os tempos específicos, nos quais ocorrem os eventos e cada um deles está marcado com tempo especifico em microssegundo medido a partir do começo do impulso de disparo 150„ Como, mostrado, a sequência para cada faixa requer 785 microssegundo quando um período de 5 microssegundo é apagado entre o fim de uma sequência e o impulso de disparo ISO, começando a sequência na próxima faixa„ A exploração de oito faixas de tráfego, três vezes cada requer 24 períodos de exploração de faixa do tipo mostrado na figura 13 ou, aproximadamente 18,84 milissegundo. 0 deslocamento de veículo a 150 km/h cobre aproximadamente 0,84 m 8,84 milissegundo. De modo que um dispositivo de transreceptor automático de sinal e anteria de interrogador com uma zona de captura no acesso de 0,84 m utilizado como acima descrito, proporciona três ciclos de permuta de dados seguros em cada faixa activa de tráfego. Quando a zona de captura é construída para ser 0,91 m ou talvez 1,22 m, como é obtida com a corrente tecnologia de antena, a segurança da permuta de dados é adicionalmente melhorada A figura 14 é um diagrama de blocos de uma concretização alternativa do circuito lógico 13, circuito de disparo 14 e transmissor 16 do dispositivo de armazenagem de informação e identidade, (transreceptor automático de sinal) 10. Esta concretização alternativa utiliza uma antena única e um arranjo modificado para a detecção de impulso de disparo e dados recebidos pela antena única. Esta concretização alternativa inclui um dispositivo díscrimínador 202 que liga a antena 200 a um circuito detector 204 e ao transmissor 16. 0 dispositivo discriminador 202 é de um tipo bem conhecido na arte e liga sinais de entrada recebidos pela antena 200 ao detector 204 a menos que uma transmissão de sinal a partir do transmissor 1.6 esteja a ocorrer. Sempre que os sinais a serem transmitidos sejam aplicados ao condutor 215 pelo transmissor 16, a ligação a partir da antena 200 ao detector 204 é quebrada e os sinais no condutor 215 são ligados à antena 200 para transmissão- 0 detector 204 recebe os sinais de entrada e aplica uma

Docket 1163-CIP2

-33 representação detectada daqueles sinais ao circuito de selecção de modo de programa e página 59 e a um circuito de disparo 14J via um circuito 207- 0 circuito de disparo 14* detecta o impulso de disparo de aproxirnadamente 20 microssegundo a partir do interrogador 11 e uma resposta ao mesmo activa os circuitos de temporização anteriormerite explicados e o circuito de selecção de modo de programa e página 59- Após a activação, o circuito 59 lê 128 bits da memória 57 e envia os bíts lidos para. o transmissor 16 através de uma armazenagem de preâmbulo 56 para transmissão- 0 circuito 59 controla também a memória 57 para armazenar os 64 bits de entrada da transmissão 156 a partir do interrogador 11« Todos os bits de entrada são aplicados ao circuito 59 e passados por portas a partir do mesmo para armazenagem na memória 57., em resposta aos sinais de temporização aplicados ao circuito 59- A escrita da informação de entrada começa, ap roxirnadamente, no instante em que os primeiros bits dessa informação são recebidos (376 microssegundo após o inicio do primeiro impulso de disparo)-0 circuito 59 responde ao segundo impulso de disparo 158, lendo 128 bits da memória 57 e transmitindo os bits assim lidos através da antena 200 para o interrogador 11. A figura 14 inclui também um circuito de protecção contra violação 209, que detecta as tentativas não autorizadas de modificar o transreceptor automático de sinal 10, alterando, por exemplo, o conteúdo da memória 57 de uma maneira desapropriada e escreve a informação na memória 57, que descreve uma tal um circuito de memória 57 uma será detectada ocorrência para posterior análise- Por exemplo, protecção contra violação 209 pode descrever na combinação de bits darido o aviso de violação que quando a memória 57 seja lida. A figura 15 é um fluxograma das funções executadas pelo interrogador .11, na execução da permuta de informação da figura 13. 0 fluxo começa com um bloco 220, no qual o impulso de disparo 150 é transmitido- 0 bloco 221 é então realizado como um anel para determinar se a resposta ao impulso de disparo foi recebida_ Quando um transreceptor automático de sinal 10 está presente, os dados 152 (figura 13) serão referidos no bloco 223 e processados •34- •34- ‘7OT& 72 758

Oocket 1163-CIP2 imediatamente pela memória e controlo de formato de dados 21 do interrogador num bloco 225. Na finalização do passo de processamento 225, (aproxímadamente 100 microssegundo),, os novos dados 156 (figura 13) são transmitidos no bloco 227 para o transreceptor automático de sinal 10. Isto é seguido pela transmissão de um segundo impulso de disparo no bloco 228„ A resposta 160 pelo transreceptor automático de sinal 10, para o segundo impulso de disparo,, é recebida, no bloco 230 e é iniciada uma pausa (bloco 232) antes de se prosseguir para a execução da mesma sequência na faixa seguinte (bloco 233). A figura 16 representa a sequência dos passos executados pelo transreceptor automático de sinal 10,. Esta sequência começa com o bloco 240, no qual o transreceptor automático de sinal 10 está à espera de um impulso de disparo. A execução do bloco 240 é na sua maior parte uma execução passiva, de modo que pouca ou nenhuma energia é gasta entre a recepção dos impulsos de disparo. Quando um impulso de disparo é detectado no bloco 240, o transreceptor automático de sinal 10 envia imediatamente 128 bíts de dados (bloco 242), através da antena 200. Após o envio dos dados 152, o transreceptor automático de sinal 10 fica passivo durante o período de 100 mícrossegundo, que o mesmo leva para processar os dados no interrogador 11. Em seguida, o transreceptor automático de sinal 10 recebe no bloco 244, os 64 bits de dados 156 a partir do interrogador 11, que são armazenados na memória 57 no passo 246. Ma recepção do impulso de disparo 158, ímedíatamente após a armazenagem dos dados no bloco 246, o transreceptor automático de sinal 10 transmite os dados 160 através da antena 200 e retorna para o estado inicial de espera de um impulso de disparo inicial. Constatados em geral, pela operação mostrada na figura 16, que um primeiro impulso de disparo 160 inicia uma sequência que corre através do bloco 250 e retorna para esperar o inicio da nova sequência, quando um impulso de disparo 150 subsequente é recebido. A sequência da figura 16 pode ser iniciada pelo mesmo interrogador 11 ou pelo interrogador 11 de um outro arranjo de identificação de veículo em qualquer parte.

Docket li63""CIP2 'OO”

Apesar da concretização aqui descrita ter sido especificamente descrita, como sendo adequada para utilização ern auto-estrada e caminho de ferro, será evidente para os peritos na arte que a o dispositivo tem muitas aplicações várias alterações podem ser feitas nos circuitos e elementos descritos aqui sem sair do âmbito do presente invento, que é limitada apenas pelas reivindicações seguintes«

Por exemplo, as concretizações anteriores foram descritas em relação a certas antenas especificadas e tipos de antenas- Será compreendido pelos peritos normais da arte, que o invento estabelecido das reivindicações seguintes têm aplicação em muitos tipos de antena nas variedades tanto de ondas estacionárias como de ondas em movimento» Adicionalmente„ podem ser utilizadas com vantagem quer as antenas irradiando para baixo montadas em cima dos veículos, que se deslocam numa estrada, quer as irradiando para cima a partir da superfície da estrada»

Claims (14)

1. 72 758 Docket -U63-CIP2 ”“36~ R.....E.....I.....V.....I.....H.....0.....1.....C.....A.....g.....Õ.....E.....S 1 - Dispositivo para a permuta de informação através de transmissão e recepção electrornagnéticas entre um dispositivo de interrogação localização fixa, compreendendo meios de processamento e um transreceptor movendo-se na vizinhança do dito dispositivo de interrogação, sendo o dito dispositivo caract©rizado por compreenders meios no dito dispositivo de interrogação para transmitirem periodicamente impulsos de disparo; meios, compreendendo meios de armazenagem no dito transreceptor, que respondem a um primeiro impulso recebido dos ditos impulsos de disparo, para transmitirem uma primeira mensagem de dados derivados dos dados contidos nos ditos meios de armazenagem, no instante em que o dito primeiro impulso é recebido; meios rio dito dispositivo de dita primeira mensagem de dados © interrogação para receberem a que responde aos recebidos da mesma, para gerarem e transmitirem uma segunda mensagem de dados; meios no dito transreceptor para receberem a dita segunda mensagem de dados e para armazenarem dados derivados da dita segunda mensagem nos ditos meios de armazenagem; meios no dito dispositivo de interrogação para transmitirem um de segundo impulso de disparo após armazenagem dos dados derivados a armazenagem nos ditos meios da dita segunda mensagem; e meios mensagem d* no dito transreceptor para transmitirem dados que responde ao dito segundo sinal uma de terceira disparo. compreendendo dados derivados de armazenagem no instante do dos dados contidos rios ditos meios dito segundo impulso de disparo,. zado
2. 2 ” Dispositivo por compreender de acordo com a reivindicação l, caracterimei os para analisarem a dita mensagem de da- 72 758 Pocket 1163-CIP2 dos para determinar o em resposta à dita men -37~ operação adequada pelo dito sagem de dados.

   transreceptor
3. 3 - Dispositivo de acordo com a reivindicação 2, caracterí-zado por compreender meios para derivarem a dita segunda mensagem de dados a partir da primeira mensagem de dados.
4. 4 - Dispositivo de acordo com a reivindicação 3, caracteri-zado por compreender meios para derivarem a dita segunda mensagem de dados da dita primeira, mensagem de dados e dados da ponderação no aparelho em movimento.
5. 5 - Dispositivo de acordo com a reivindicação 3, caracteri-zado por compreender meios para derivarem a dita segunda mensagem da dita primeira mensagem de dados e dados referentes às portagens utilizadas em estrada.
6. 6 - Dispositivo de interrogação fixa para permutar informação com um transreceptor„ compreendendo rneios meios de armazenagem, movendo-se na vizinhança do dito dispositivo de interrogação, sendo o dito dispositivo de interrogação caracteri-zado por compreendera meios de antena para transmitirem e receberem sinais transportados peia radiação electromagnética? meios para transmitirem um primeiro impulso de disparo através dos ditos meios de antenas meios para receberem uma primeira mensagem de dados do dito transreceptor e que respondem aos recebidos da mesma, para gerarem e transmitirem uma segunda mensagem de dados através dos ditos meios de antenas meios para transmitirem um segundo impulso de disparo através dos ditos rneios de antena um período predeterminado de tempo após a transmissão da dita segunda mensagem? e

   72 758 Pocket 1163-CIP2 “38 meios para receberem uma terceira mensagem de dados através dos ditos meios de antena e para determinarem a partir do conteúdo da terceira mensagem a operação adequada pelo dito transreceptor em resposta à dita segunda mensagem de dados.
7. 7 ™ Transreceptor para permutar informação com um dispositivo de interrogação fixa, movendo-se o transreceptor do dito dispositivo de interrogação, caracterizado por compreender= meios de armazenagem para conterem dados de transreceptor? meios de antena para transmitirem e receberem sinais transportadas pela radiação electromagnética; meios que respondem a um primeiro impulso de disparo recebido através dos ditos meios de antena para transmitirem através dos ditos meios de antena uma. primeira mensagem de dados derivada dos dados contidos pelos ditos meios de armazenagem no instante do dito segundo sinal de disparo,.
8. 8 - Processo para permutar informação entre um dispositivo de interrogação e um transreceptor compreendo meios de armazenagem de dados para armazenarem dados, e movendo-se na vizinhança do dito dispositivo de interrogação, sendo o dito processo caracterizado por compreender os passos de:; transmitir periodicamente impulsos de disparo pelo dito dispositivo de interrogação; receber no dito transreceptor um primeiro impulso dos ditos impulsos de disparo, transmitindo através do dito transreceptor a primeira mensagem de dados derivados dos dados contidos pelos ditos meios de armazenagem, em resposta ao dito primeiro impulso de disparo recebido; receber a dita primeira mensagem de dados pelo dito dispositivo de interrogação;

   Ο Ο C Κ e t 1163 ” CIP 2 transmitir pelo dito dispositivo de interrogação uma segunda mensagem de dados derivada da dita primeira mensagem de dados recebida 5 receber a dita segunda mensagem de dados no dito transreceptor? armazenar nos ditos meios de armazenagem os dados derivados da dita segunda mensagem de dados recebida? transmitir pelo segundo dispositivo de interrogação um segundo impulso de disparo após ser completado o passo de armazenagem anterior? e transmitir pelo dito transreeeptor, em resposta ao dito segundo impulso de disparo, uma terceira mensagem de dados derivada dos dados contidos pelos ditos meios de armazenagem rio instante do segundo impulsa de disparo»
9. 9 - Processo de acordo com a reivindicação 8, caraeterizado por compreender analisar pelo dito dispositivo de interrogação da dita terceira mensagem para assegurar a operação adequada pelo dito transreceptor em resposta à dita segunda mensagem»
10. 10 - Processo de acordo com a por compreender derivar pelo dito dita segunda mensagem de dados dados» reivindicação 9, caracterizado dispositivo de interrogação., a da dita primeira mensagem de
11. 11 - Processo de acordo com a reivindicação 9, caraeterizado por compreender derivar, pelo dito dispositivo de interrogação, a dita segunda mensagem de dados da dita primeira mensagem de dados e dados a partir da ponderação no aparelho em movimento»
12. 12 - Processo de acordo com a reivindicação 8, caraeterizado por compreender derivar, pelo dito dispositivo de interrogação, a dita segunda mensagem da dita primeira mensagem e dados relacionados com as portagens utilizadas na estrada» -40- Ο ο c k et 1.16 3 - CIΡ 2
13. 13 - Processo de operação de um dispositivo de interrogação de um dispositivo para a permuta de informação entre o dito dispositivo de interrogação posição fixa e um transreceptor movendo-se na vizinhança do dito dispositivo de interrogação, caraete-rizado por compreender os passos dez transmitir periodicamente impulsos de disparo; receber uma primeira mensagem de dados do dito transreceptor dentro de um período de tempo predeterminado após um primeiro impulso dos ditos impulsos de disparo; transmitir uma segunda mensagem de dados que responde aos recebidos da dita primeira mensagem de dados; transmitir um segundo impulso de disparo num período de tempo predeterminado após a transmissão da dita segunda mensagem de dados; receber uma terceira mensagem de dados do dito transreceptor após o passo de transmissão do segundo impulso de disparo; e determinar a partir do conteúdo da dita terceira mensagem a operação adequada do dito transreceptor-
14. 14 ~ Processo de operação de um transreceptor de um dispositivo para a permuta de informação entre um dispositivo de interrogação posição fixa e o dito transreceptor compreendendo meios de armazenagem e movendo-se na vizinhança do dito dispositivo de interrogação, caracterizado por compreender os passos de: do dito dispositivo receber um primeiro impulso de disparo de interrogação; transmitir, em resposta ao dito primeiro impulso de disparo recebido uma primeira mensagem de dados derivados dos ditos dados contidos pelos ditos meios de armazenagem no instante em que é recebido o primeiro impulso de disparo; -41“ '72 758 D0C ket 1163“CIP2 receber uma segunda mensagem de dados do dito dispositivo de interrogação; armazenar nos ditos meios de armazenagem dados derivados da dita segunda mensagem de dados; recebe urn segundo impulso de disparo do dito dispositivo de interrogação após o dito passo de armazenagem; e

    transmitir uma terceira mensagem compreendendo os dados derivados dos dados contidos pelos ditos meios de armazenagem no instante em que é recebido o dito segunda impulso de disparo. Lisboa;, t JWl 1991 Por MARK. IV TRANSPORTATION PRODUCTS CORP ~Q AGENTE OFICIAL” I