專利名稱：基于射頻識別的行車位置跟蹤裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種應(yīng)用于行車定位的自動跟蹤裝置，具體地講該裝置能實(shí)時采集行 車大車及小車的位移信息，并對該信息進(jìn)行運(yùn)算處理得到行車大車及小車在庫區(qū)中的精確 位置，最終將該行車位置信息可靠傳輸至行車終端控制系統(tǒng)，屬于行車位置跟蹤技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
行車駕駛員在物料的起吊與放下階段都需要獲知物料的精確位置，并需將物料的 吊起與放下位置反饋給地面管理人員，以提高庫存更新的實(shí)時性。對行車的定位，通常采 用人工手動的方式，該方式主要存在以下弊端1、行車駕駛員目測確定吊運(yùn)位置，增加了人 為干預(yù)的因素，降低了行車吊運(yùn)效率；2、行車駕駛員在吊運(yùn)完成一次操作后，還需主動將完 成的結(jié)果信息反饋下去，實(shí)際中會出現(xiàn)遺忘反饋、信息出錯的現(xiàn)象，增加了行車駕駛員的負(fù) 擔(dān)；3、地面調(diào)度員協(xié)調(diào)駕駛員吊運(yùn)鋼卷，會在吊運(yùn)操作區(qū)域進(jìn)行觀測與指揮，增加了安全隱
串
)Qi、O為提高行車吊運(yùn)生產(chǎn)的自動化程度，實(shí)現(xiàn)行車位置的實(shí)時跟蹤，需在行車中引入 行車位置自動跟蹤系統(tǒng)。傳統(tǒng)的根據(jù)機(jī)械輪旋轉(zhuǎn)測量位移的方法，測量精度較高，但受到機(jī) 械輪打滑，機(jī)械慣性等因素的影響，造成該方法長時間運(yùn)行存在較大的累積誤差；目前射頻 識別定位技術(shù)在高速列車定位、生產(chǎn)工具定位等不同領(lǐng)域中均取得了較好的應(yīng)用效果，該 方式采用無接觸識別方式，讀取速度快、可靠性高，但為獲得較高的定位精度需保證軌道上 布設(shè)較密的射頻識別(Radio frequencyidentification =RFID)電子標(biāo)簽，安裝工作量較 大，難以獲得較高的定位精度。

發(fā)明內(nèi)容
技術(shù)問題為了提高行車位置跟蹤的精度，本發(fā)明提供一種基于RFID的行車位置 跟蹤裝置，將RFID定位與機(jī)械輪旋轉(zhuǎn)測量位移方法組合使用，經(jīng)二者信號輸入主控制器進(jìn) 行判斷處理后，得到準(zhǔn)確可靠的行車位置信息，從而滿足行車位置自動跟蹤的要求。技術(shù)方案本發(fā)明的基于射頻識別的行車位置跟蹤裝置包括主控制器、位置檢測 裝置、位置校準(zhǔn)裝置；主控制器包括DSP控制電路、電源模塊、兩路串口轉(zhuǎn)換及擴(kuò)展模塊和 以太網(wǎng)接口模塊，所述的DSP控制電路分別與所述的電源模塊、串口轉(zhuǎn)換與擴(kuò)展模塊、以太 網(wǎng)接口模塊相連接；位置檢測裝置包括行車小車旋轉(zhuǎn)編碼器、行車大車旋轉(zhuǎn)編碼器，所述的 位置檢測裝置安裝于行車大車與行車小車行駛電機(jī)主軸處；位置校準(zhǔn)裝置包括行車小車 RFID讀寫器、行車大車RFID讀寫器，所述的位置校準(zhǔn)裝置采用超高頻RFID讀寫器與RFID 電子標(biāo)簽，RFID讀寫器固定在行車大車車身及行車小車車身上，RFID電子標(biāo)簽經(jīng)封裝后固 定在行車大車及行車小車一側(cè)軌道的固定支架上，且保證RFID電子標(biāo)簽與RFID讀寫器有 一個波長的讀寫距離；兩路串口轉(zhuǎn)換及擴(kuò)展模塊通信接口對應(yīng)與行車大車旋轉(zhuǎn)編碼器及行 車大車RFID讀寫器(6)通信，兩路串口轉(zhuǎn)換及擴(kuò)展模塊通信接口還對應(yīng)與行車小車旋轉(zhuǎn)編 碼器及行車小車RFID讀寫器通信，以太網(wǎng)接口模塊與行車終端控制系統(tǒng)通信。
所述的行車大車旋轉(zhuǎn)編碼器與行車大車RFID讀寫器分別獲取行車大車行駛位移 信息、行車大車RFID電子標(biāo)簽的標(biāo)識信息ID號；所述的行車小車旋轉(zhuǎn)編碼器與行車小車 RFID讀寫器分別獲取行車小車行駛位移信息、行車小車RFID電子標(biāo)簽的ID號，所有信息均 通過串口總線發(fā)送至主控制器，由DSP控制電路采集處理。所述的兩路串口轉(zhuǎn)換及擴(kuò)展模塊通信接口為RS485或RS422接口，所述的串口總 線對應(yīng)為RS485或RS422。所述的串口轉(zhuǎn)換與擴(kuò)展模塊將主控制器的一路RS232串口接口擴(kuò)展出四路串口， 并轉(zhuǎn)換成RS485或RS422接口。所述的行車小車旋轉(zhuǎn)編碼器、行車大車旋轉(zhuǎn)編碼器采用增量式或絕對式的旋轉(zhuǎn)編 碼器，安裝于行車大車及小車行駛電機(jī)主軸處。所述的RFID電子標(biāo)簽，其封裝為耐高溫的聚氯乙烯(PVC)塑料。所述的RFID電子標(biāo)簽，經(jīng)封裝后固定在鋼板上，且封裝內(nèi)部的RFID電子標(biāo)簽卡片 距底板有一間隙。裝有RFID電子標(biāo)簽的所述固定支架以地面垛位尺寸為距離單位分布，支架放置 于兩個垛位之間。所述的RFID電子標(biāo)簽處在所述的行車小車RFID讀寫器、行車大車RFID讀寫器的 無功近場區(qū)域，其具體距離約等于一個與超高頻RFID讀寫器同頻的電磁波長。裝有RFID電子標(biāo)簽的標(biāo)簽固定支架固定在行車軌道旁，其固定處采用支架調(diào)整 幺孔，用于微調(diào)RFID讀寫器與RFID電子標(biāo)簽的距離。本發(fā)明采用安裝于行車軸輪處的旋轉(zhuǎn)編碼器采集行車位移信息，采集布設(shè)于行車 軌道處的RFID電子標(biāo)簽對旋轉(zhuǎn)編碼器的采集信息進(jìn)行校準(zhǔn)，本發(fā)明在行車正常行駛中分 析旋轉(zhuǎn)編碼器位移測量信息可確定行車位置，若行車行駛中RFID讀寫器讀取到RFID電子 標(biāo)簽就對旋轉(zhuǎn)編碼器的位移測量值進(jìn)行校準(zhǔn)。本發(fā)明將當(dāng)前位置距垛位中心點(diǎn)的偏差信 息上傳至行車終端控制系統(tǒng)可供行車駕駛員吊運(yùn)時參考，提高該系統(tǒng)對吊運(yùn)生產(chǎn)的指導(dǎo)意 義。有益效果該發(fā)明采用旋轉(zhuǎn)編碼器采集精確位置信息，RFID技術(shù)對旋轉(zhuǎn)編碼器校 準(zhǔn)的方式，可以有效消除行車機(jī)械打滑等因素帶來的定位誤差，降低方案實(shí)施中的安裝工 作量，提高了行車位置跟蹤的精度。


下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)一步說明。圖1是本發(fā)明主控制器結(jié)構(gòu)框圖。圖2是本發(fā)明位置檢測與校準(zhǔn)裝置安裝位置示意圖。圖3是本發(fā)明電源模塊結(jié)構(gòu)圖。圖4是本發(fā)明RFID讀寫器與電子標(biāo)簽位置關(guān)系示意圖。圖5是本發(fā)明安裝支架固定方式示意圖。圖中有主控制器1，位置檢測裝置2，位置校準(zhǔn)裝置3，行車大車車身4，行車大車 旋轉(zhuǎn)編碼器5，行車大車RFID讀寫器6，RFID電子標(biāo)簽7，固定鋼板8，固定支架9，行車小車 車身10，行車小車旋轉(zhuǎn)編碼器11，行車小車RFID讀寫器12，標(biāo)簽固定螺孔13，標(biāo)簽與鋼板間隙14，RFID電子標(biāo)簽卡片15，RFID讀寫器16，讀寫器支架17，支架固定底座18，支架調(diào) 整幺孔19，支架固定螺釘20。
具體實(shí)施例方式下面將以本發(fā)明一種行車位置跟蹤裝置在鋼鐵廠鋼卷庫區(qū)的應(yīng)用作為實(shí)施例對 本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。如圖1、圖2所示，該裝置由三個部分構(gòu)成主控制器1、位置檢測裝置2、位置校準(zhǔn) 裝置3。主控制器1包括DSP控制電路、電源模塊、串口轉(zhuǎn)換與擴(kuò)展模塊、一路以太網(wǎng)接口模 塊。位置檢測裝置2包括旋轉(zhuǎn)編碼器、旋轉(zhuǎn)編碼器通信電纜。位置校準(zhǔn)裝置3包括RFID大 車讀寫器、RFID小車讀寫器、RFID電子標(biāo)簽、標(biāo)簽固定支架。1、主控制器部分主控制器部分放置于行車駕駛室內(nèi)，其作用是采集行車大車旋轉(zhuǎn)編碼器5及行車 小車旋轉(zhuǎn)編碼器11的行駛位移信息，采集行車大車及小車的RFID標(biāo)簽標(biāo)識信息；由大車及 小車旋轉(zhuǎn)編碼器的行駛位移信息得到行車在庫區(qū)中的位置，通過RFID標(biāo)簽的ID號查找出 當(dāng)前標(biāo)簽的坐標(biāo)值；將旋轉(zhuǎn)編碼器所測位置信息與當(dāng)前標(biāo)簽的坐標(biāo)值結(jié)合起來，對旋轉(zhuǎn)編 碼器的位移信息進(jìn)行校準(zhǔn)；最終將校準(zhǔn)后的行車位置信息傳輸至行車終端控制系統(tǒng)。其具體構(gòu)成如下(I)DSP控制電路DSP控制電路采用標(biāo)準(zhǔn)的DSP最小系統(tǒng)電路，其中包括DSP處理器芯片 TMS320F2812、時鐘發(fā)生電路、復(fù)位電路、JTAG下載接口、外擴(kuò)256K的EEPR0M、外擴(kuò)256K的 SRAM。其中EEPROM為I2C接口，用于存放RFID電子標(biāo)簽7的坐標(biāo)數(shù)據(jù)。(2)電源模塊如圖3所示為本發(fā)明的電源模塊的結(jié)構(gòu)框圖。該模塊輸入為220V交流電，經(jīng)明緯 S-250-24工業(yè)級開關(guān)電源的濾波降壓處理得到穩(wěn)定的24V直流電壓，其中一部分供給所選 用的旋轉(zhuǎn)編碼器及RFID讀寫器，一部分再經(jīng)直流降壓得到3. 3V的直流電壓供給DSP控制 電路。(3)串口轉(zhuǎn)換與擴(kuò)展模塊串口轉(zhuǎn)換與擴(kuò)展模塊采用雙向RS485或RS422共享器，可實(shí)現(xiàn)四路RS485或RS422 信號的輸入，即接收行車大車旋轉(zhuǎn)編碼器5及行車大車RFID讀寫器6兩路串行通信信號， 接收行車小車旋轉(zhuǎn)編碼器11及行車小車RFID讀寫器12兩路串行通信信號，最終輸出一路 RS232信號接至DSP控制電路的串口輸入端，實(shí)現(xiàn)4進(jìn)1出的信號讀取。(4)以太網(wǎng)接口模塊該模塊將處理得到的位置數(shù)據(jù)以TCP/IP數(shù)據(jù)包的形式發(fā)送至行車終端控制系 統(tǒng)，方便行車終端控制系統(tǒng)的處理，也提高了數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俾始翱煽啃浴?、位置檢測裝置此次現(xiàn)場實(shí)施的位置檢測裝置采取歐姆龍公司的旋轉(zhuǎn)編碼器E6C2_CWZ6C。該旋 轉(zhuǎn)編碼器為增量型，為保證該旋轉(zhuǎn)編碼器恰當(dāng)?shù)妮敵鼍龋蛇x擇100脈沖/旋轉(zhuǎn)分辨率的 型號，通過該旋轉(zhuǎn)編碼器的輸出相判斷行車的行駛方向，該旋轉(zhuǎn)編碼器工作電壓為24V，由 電源模塊供電，輸出信號方式為RS485，通過串行總線傳輸至主控制器。
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3、位置校準(zhǔn)裝置本發(fā)明的位置校準(zhǔn)裝置采用瑞福智能科技公司的RFS1100系列超高頻讀寫器， RFID電子標(biāo)簽采用IS018000-6B協(xié)議的通用RFID電子標(biāo)簽卡片，結(jié)合現(xiàn)場應(yīng)用進(jìn)行封裝后 固定在安裝支架上。如圖4所示為行車標(biāo)簽與支架的安裝結(jié)構(gòu)，RFID讀寫器16固定在讀寫器支架17 上，讀寫器支架17固定在行車大車車身4及行車小車車身10上；RFID電子標(biāo)簽卡片15經(jīng) PVC塑料封裝后經(jīng)標(biāo)簽固定螺孔13固定在固定鋼板8上，固定鋼板8與標(biāo)簽固定支架9連 為一體，該支架固定在支架固定底座18上，支架固定底座18焊接在軌道地面上。其中RFID 電子標(biāo)簽卡片的封裝方式為標(biāo)簽與鋼板間隙14有一定的距離，即距電子標(biāo)簽距鋼板有一 定的距離，以保證電子標(biāo)簽獲得較好的讀寫效果，經(jīng)實(shí)際測試該距離為20mm時效果最好。 行車大車及行車小車的安裝原則相同，均按以上方式進(jìn)行安裝。如圖4中所示，RFID讀寫器13距離RFID電子標(biāo)簽7有一距離rl，RFID讀寫器13 底部距RFID電子標(biāo)簽7底部有一距離r2，當(dāng)rl為超高頻讀寫器工作頻率的一個波長時讀 寫效果最好，即應(yīng)保持rl距離在一個波長為最佳，即30cm，r2的距離為6士 1cm。如圖5所示為行車支架固定的結(jié)構(gòu)示意圖，標(biāo)簽固定支架9安裝在支架固定底座 18上，底座與支架間采用支架調(diào)整么孔19，通過調(diào)整支架固定螺釘20實(shí)現(xiàn)支架安裝位置的 調(diào)整，進(jìn)而在調(diào)試中實(shí)現(xiàn)電子標(biāo)簽與讀寫器距離的微調(diào)，改善各安裝位置處RFID電子標(biāo)簽 的讀寫效果。通過使用本發(fā)明的裝置，可以減少單一使用旋轉(zhuǎn)編碼器遇到的行車打滑等機(jī)械因 素的影響，降低了單一使用RFID定位方式的標(biāo)簽布設(shè)密度，將二者結(jié)合的定位裝置可以提 高行車在庫區(qū)內(nèi)的定位精度，實(shí)現(xiàn)行車位置的實(shí)時跟蹤，是行車生產(chǎn)吊運(yùn)的自動跟蹤與指 揮的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。
權(quán)利要求
一種基于射頻識別的行車位置跟蹤裝置，其特征是該裝置包括主控制器(1)、位置檢測裝置(2)、位置校準(zhǔn)裝置(3)；主控制器(1)包括DSP控制電路、電源模塊、兩路串口轉(zhuǎn)換及擴(kuò)展模塊和以太網(wǎng)接口模塊，所述的DSP控制電路分別與所述的電源模塊、串口轉(zhuǎn)換與擴(kuò)展模塊、以太網(wǎng)接口模塊相連接；位置檢測裝置(2)包括行車小車旋轉(zhuǎn)編碼器(11)、行車大車旋轉(zhuǎn)編碼器(6)，所述的位置檢測裝置(2)安裝于行車大車與行車小車行駛電機(jī)主軸處；位置校準(zhǔn)裝置(3)包括行車小車RFID讀寫器(12)、行車大車RFID讀寫器(6)，所述的位置校準(zhǔn)裝置(3)采用超高頻RFID讀寫器與RFID電子標(biāo)簽(7)，RFID讀寫器固定在行車大車車身(4)及行車小車車身(10)上，RFID電子標(biāo)簽(7)經(jīng)封裝后固定在行車大車及行車小車一側(cè)軌道的固定支架(9)上，且保證RFID電子標(biāo)簽(7)與RFID讀寫器有一個波長的讀寫距離；兩路串口轉(zhuǎn)換及擴(kuò)展模塊通信接口對應(yīng)與行車大車旋轉(zhuǎn)編碼器(5)及行車大車RFID讀寫器(6)通信，兩路串口轉(zhuǎn)換及擴(kuò)展模塊通信接口還對應(yīng)與行車小車旋轉(zhuǎn)編碼器(11)及行車小車RFID讀寫器(12)通信，以太網(wǎng)接口模塊與行車終端控制系統(tǒng)通信。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于射頻識別的行車位置跟蹤裝置，其特征是所述的行車大 車旋轉(zhuǎn)編碼器(5)與行車大車RFID讀寫器(6)分別獲取行車大車行駛位移信息、行車大車 RFID電子標(biāo)簽(7)的標(biāo)識信息ID號；所述的行車小車旋轉(zhuǎn)編碼器(11)與行車小車RFID讀 寫器(12)分別獲取行車小車行駛位移信息、行車小車RFID電子標(biāo)簽(7)的ID號，所有信 息均通過串口總線發(fā)送至主控制器，由DSP控制電路采集處理。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的基于射頻識別的行車位置跟蹤裝置，其特征是所述的兩 路串口轉(zhuǎn)換及擴(kuò)展模塊通信接口為RS485或RS422接口，所述的串口總線對應(yīng)為RS485或 RS422。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于射頻識別的行車位置跟蹤裝置，其特征是所述的串口轉(zhuǎn) 換與擴(kuò)展模塊將主控制器的一路RS232串口接口擴(kuò)展出四路串口，并轉(zhuǎn)換成RS485或RS422接口。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于射頻識別的行車位置跟蹤裝置，其特征是所述的行車小 車旋轉(zhuǎn)編碼器(11)、行車大車旋轉(zhuǎn)編碼器(5)采用增量式或絕對式的旋轉(zhuǎn)編碼器，安裝于 行車大車及小車行駛電機(jī)主軸處。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于射頻識別的行車位置跟蹤裝置，其特征是所述的RFID電 子標(biāo)簽(7)，其封裝為耐高溫的聚氯乙烯(PVC)塑料。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于射頻識別的行車位置跟蹤裝置，其特征是所述的RFID電 子標(biāo)簽(7)，經(jīng)封裝后固定在鋼板上，且封裝內(nèi)部的RFID電子標(biāo)簽卡片(15)距底板有一間 隙。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于射頻識別的行車位置跟蹤裝置，其特征是裝有RFID電子 標(biāo)簽(7)的所述固定支架(9)以地面垛位尺寸為距離單位分布，支架放置于兩個垛位之間。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于射頻識別的行車位置跟蹤裝置，其特征是所述的RFID電 子標(biāo)簽(7)處在所述的行車小車RFID讀寫器(12)、行車大車RFID讀寫器(6)的無功近場 區(qū)域，其具體距離約等于一個與超高頻RFID讀寫器同頻的電磁波長。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于射頻識別的行車位置跟蹤裝置，其特征是裝有RFID電 子標(biāo)簽(7)的標(biāo)簽固定支架(9)固定在行車軌道旁，其固定處采用支架調(diào)整么孔(19)，用于 微調(diào)RFID讀寫器與RFID電子標(biāo)簽(7)的距離。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于射頻識別的行車位置跟蹤裝置，該發(fā)明包括主控制器、位置檢測裝置、位置校準(zhǔn)裝置，位置檢測裝置采用旋轉(zhuǎn)編碼器，安裝于行車行駛電機(jī)主軸處，用于檢測行車位移的精確信息。位置校準(zhǔn)裝置采用超高頻RFID讀寫器與電子標(biāo)簽，RFID讀寫器固定在行車車身上，RFID電子標(biāo)簽經(jīng)封裝后固定在布設(shè)于行車軌道的支架上。位置檢測裝置與位置校準(zhǔn)裝置均通過串口通信接口與主控制器串口轉(zhuǎn)換及擴(kuò)展模塊相連接，主控制器將處理后的位置信息經(jīng)以太網(wǎng)接口模塊傳輸至行車終端控制系統(tǒng)。本發(fā)明采用旋轉(zhuǎn)編碼器測量位移并用RFID校準(zhǔn)的復(fù)合定位技術(shù)，可以有效減少行車位置跟蹤中機(jī)械打滑等問題產(chǎn)生的誤差，提高了行車定位精度，有益于行車吊運(yùn)生產(chǎn)的管理。
文檔編號G06K17/00GK101973488SQ20101027116
公開日2011年2月16日 申請日期2010年8月31日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月31日
發(fā)明者方仕雄, 李奇, 焦斯乾, 胡金杭, 錢王平, 錢艷平 申請人:東南大學(xué)