專利名稱：軌道交通智能安全預(yù)警系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種軌道交通智能安全預(yù)警系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
隨著社會(huì)的進(jìn)步、科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人們的生活越來(lái)越便利，人們希望通過(guò)科學(xué)技 術(shù)手段，達(dá)到軌道交通智能安全預(yù)警系統(tǒng)的需求。目前IrDA紅外線，Wi-Fi、NFC、UWB、條形 碼等技術(shù)都嘗試使用于軌道交通智能安全預(yù)警系統(tǒng)，但由于其技術(shù)特性上的缺陷，這些技 術(shù)都不能直接、完全的滿足軌道交通智能安全預(yù)警系統(tǒng)的應(yīng)用需求，其原因分析如下。
在軌道交通中當(dāng)列車(chē)行駛至某些關(guān)鍵位置點(diǎn)如道岔、急拐彎處、軌道盡頭等時(shí)需 要駕駛員做一些相應(yīng)的操作或列車(chē)自動(dòng)完成一些操作，這就需要能對(duì)列車(chē)的運(yùn)行位置進(jìn)行 識(shí)別，實(shí)現(xiàn)方式如下在上述關(guān)鍵位置點(diǎn)上安裝識(shí)別卡，在列車(chē)上安裝識(shí)別讀頭，當(dāng)列車(chē)經(jīng) 過(guò)識(shí)別卡所在位置時(shí)識(shí)別讀頭讀取到識(shí)別卡的信息，識(shí)別讀頭就可以自動(dòng)完成一些預(yù)先設(shè) 定的操作，這些操作包括但不限于語(yǔ)音提示、聲光報(bào)警、和列車(chē)系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)的控制指令等，該 識(shí)別系統(tǒng)必須能解決多并行軌道之間的相互干擾問(wèn)題，因此軌道交通智能安全預(yù)警系統(tǒng)要 求的短距離無(wú)線通信最理想的通訊方式最好能同時(shí)滿足如下特點(diǎn)
1)無(wú)線通信一般為距離0至30米； 2)在三維立體空間中只允許收發(fā)雙方在一個(gè)方向上的一個(gè)區(qū)域內(nèi)通信，收發(fā)雙方 均不接收其它方向的信號(hào)。 3)允許收發(fā)雙方之間能存在某些阻擋物，如雨水等，以避免天氣、環(huán)境等的影響。
4)收方或者發(fā)方在0至80公里/小時(shí)的移動(dòng)速度下收發(fā)雙方能正常通信。
如采用IrDA紅外線技術(shù)，則可以滿足了上述第1)、2)兩個(gè)要求，但滿足不了第1 點(diǎn)中的第三個(gè)小點(diǎn)的要求，即如果收發(fā)雙方之間有遮擋物甚至雨水都會(huì)中斷收發(fā)雙方之間 的數(shù)據(jù)通信，另外如果收發(fā)雙方的信號(hào)窗口被塵埃覆蓋也會(huì)中斷數(shù)據(jù)通信。
而如果采用其它幾種短距離無(wú)線通信技術(shù)的方式，雖然能夠滿足1) 、3)和4)點(diǎn)， 均無(wú)法滿足上述第2)點(diǎn)要求。這是因?yàn)橥ǔ５臒o(wú)線電波在空間中傳播是向四面八方球面 的傳播，很難實(shí)現(xiàn)上述第2)點(diǎn)對(duì)無(wú)線電波傳播的直線方向性和識(shí)別距離定距的要求。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種具有良好的方向性的軌道交通
智能安全預(yù)警系統(tǒng)。本發(fā)明的目的是通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)的 —種軌道交通智能安全預(yù)警系統(tǒng)，包括 信號(hào)處理模塊，用于處理所述的軌道交通智能安全預(yù)警系統(tǒng)發(fā)送或接收的信號(hào)， 信號(hào)處理模塊含有處理器，處理器中嵌入有軟件，能夠智能識(shí)別讀到的識(shí)別卡的有效性，排 除無(wú)效卡片以及卡片感應(yīng)距離不穩(wěn)定給系統(tǒng)帶來(lái)的影響；
天線模塊，用于接收或發(fā)送無(wú)線信號(hào)；
信號(hào)調(diào)節(jié)模塊，分別連接所述信號(hào)處理模塊和天線模塊，用于調(diào)節(jié)所述信號(hào)處理 模塊和天線模塊之間交換信號(hào)的功率；以及， 屏蔽外殼，采用具有對(duì)電磁場(chǎng)進(jìn)行屏蔽的材料制成，具有一方向性的信號(hào)開(kāi)口，所 述天線模塊封裝在該屏蔽外殼內(nèi)，并對(duì)著所述信號(hào)開(kāi)口設(shè)置。 其中，對(duì)電磁場(chǎng)進(jìn)行屏蔽的材料是指導(dǎo)體材料，如金屬、合金或者是石墨等材料。 在具體實(shí)施例中可以根據(jù)其對(duì)性能的不同要求，來(lái)做相應(yīng)的選擇。 其中，方向性是指信號(hào)開(kāi)口設(shè)置在屏蔽外殼的特定位置，以滿足具有一特定的朝 向。 采用上述技術(shù)方案，由于所述屏蔽外殼的屏蔽，外部的無(wú)線電信號(hào)，只有從信號(hào)開(kāi)
口射入該屏蔽外殼的內(nèi)腔方向的，才能被天線模塊接收到。同時(shí)，經(jīng)過(guò)實(shí)際實(shí)驗(yàn)，由所述天
線單元所發(fā)出的無(wú)線電信號(hào)，其方向性也大大優(yōu)于未加屏蔽外殼的實(shí)施例。 實(shí)驗(yàn)證實(shí)，與去掉了屏蔽外殼的情形相比，無(wú)論是縱向特性還是橫向特性，具有屏
蔽外殼的實(shí)施例都顯示了更遠(yuǎn)為優(yōu)良的方向性。由于具有這種方向性上的優(yōu)勢(shì)，上述技術(shù)
方案能夠更好的實(shí)現(xiàn)軌道交通智能安全預(yù)警系統(tǒng)要求的短距離無(wú)線通信最理想的通訊方式。 為了提高上述技術(shù)方案的軌道交通智能安全預(yù)警系統(tǒng)所收發(fā)的無(wú)線電信號(hào)的方 向性，還可以通過(guò)相應(yīng)的加長(zhǎng)由信號(hào)開(kāi)口到設(shè)置在屏蔽外殼內(nèi)的天線模塊之間距離的方 式，也可以采用相應(yīng)的減少信號(hào)開(kāi)口的面積的方式。 優(yōu)選的，所述天線模塊采用沿平面對(duì)稱設(shè)置的若干個(gè)貼片陣列天線。 其中，既可以所有的貼片陣列天線都設(shè)置在同一平面上，也可以分為若干組分別
設(shè)置在相互平行疊放的若干個(gè)平面上。 采用上述技術(shù)措施，貼片陣列天線的成本較低，而且其所發(fā)射的無(wú)線電信號(hào)的方 向性也較好。 優(yōu)選的，所述貼片陣列天線的數(shù)量為8個(gè)。 經(jīng)過(guò)試驗(yàn)證明，在一定的體積的要求下，8個(gè)對(duì)稱設(shè)置在同一平面上的貼片陣列天 線，其無(wú)線信號(hào)的收發(fā)的靈敏度更高。 優(yōu)選的，所述貼片陣列天線的后面設(shè)置有反射板，所述反射板與所述天線模塊的 參考地電位電連接。 進(jìn)一步，所有的所述貼片陣列天線設(shè)置在一張面對(duì)所述信號(hào)開(kāi)口設(shè)置的PCB板的 正面上，所述反射板采用附于該P(yáng)CB板的背面上的覆銅。 進(jìn)一步采用上述技術(shù)措施，可以由普通的二層PCB板即可實(shí)現(xiàn)，進(jìn)一步降低了生 產(chǎn)的成本。 另一實(shí)施例中，所述貼片陣列天線分別設(shè)置在，依次排列的至少兩個(gè)面對(duì)所述信
號(hào)開(kāi)口設(shè)置的PCB板的正面上，所述反射板采用附于該P(yáng)CB板的背面上的覆銅。 進(jìn)一步采用上述技術(shù)措施，由于疊加多層附有貼片陣列天線的PCB板，可以實(shí)現(xiàn)
更小的信號(hào)夾角，即貼附有貼片陣列天線的PCB板在水平和垂直方向上發(fā)送或者接收信號(hào)
的角度。這種實(shí)施例特別適合于對(duì)方向性要求更高，同時(shí)成本和天線體積受限的應(yīng)用中。 優(yōu)選的，所述貼片陣列天線的信號(hào)夾角小于60度。 優(yōu)選的，所述信號(hào)處理模塊采用2. 4GHz至2. 5GHz頻段。
優(yōu)選的，所述信號(hào)調(diào)節(jié)模塊采用無(wú)線信號(hào)衰減芯片，所述無(wú)線信號(hào)衰減芯片的信 號(hào)衰減量的幅度為0至31分貝，且信號(hào)衰減量能夠連續(xù)調(diào)節(jié)。 由于進(jìn)一步采用上述技術(shù)措施，能更方便、更準(zhǔn)確的控制通信方向上的通信距離，
同時(shí)，一般來(lái)說(shuō)，無(wú)線信號(hào)衰減芯片的插入損耗低，適應(yīng)頻率范圍也較廣。 優(yōu)選的，所述信號(hào)處理模塊、天線模塊和信號(hào)調(diào)節(jié)模塊依次分層疊放設(shè)置在所述
屏蔽外殼內(nèi)。 與現(xiàn)有技術(shù)相比本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于，能夠以優(yōu)良的方向性收發(fā)無(wú)線電信號(hào)，能夠 理想的應(yīng)用于軌道交通短距離無(wú)線通信場(chǎng)合。 與此同時(shí)配合信號(hào)處理模塊的路徑識(shí)別功能能進(jìn)一步增強(qiáng)軌道交通安全預(yù)警系 統(tǒng)的可靠性，具體說(shuō)明如下在軌道交通安全預(yù)警系統(tǒng)中，一條軌道上需要安裝的識(shí)別卡的 數(shù)量和位置是事先確定的，因此也就唯一確定了一條識(shí)別卡路徑，信號(hào)處理模塊中的處理 器可以事先確定或者自學(xué)習(xí)這一不變的路徑信息，當(dāng)信號(hào)處理模塊獲取了非此路徑的識(shí)別 卡時(shí)，信號(hào)處理模塊可以自動(dòng)濾除這一干擾的識(shí)別卡信息，排除無(wú)效卡片以及卡片感應(yīng)距 離不穩(wěn)定給系統(tǒng)帶來(lái)的影響。


圖la、圖lb是為一去掉了屏蔽外殼的實(shí)施例中，所發(fā)出的無(wú)線信號(hào)的波瓣圖； 圖2a、圖2b是本發(fā)明一實(shí)施例中，其所發(fā)出的無(wú)線信號(hào)的波瓣圖； 圖3是本發(fā)明一實(shí)施例中相互收發(fā)無(wú)線電信號(hào)的示意圖； 圖4是本發(fā)明一實(shí)施例中各個(gè)部件的裝配示意圖； 圖5是本發(fā)明一實(shí)施例中天線單元的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖6是本發(fā)明一實(shí)施例中使用環(huán)境的說(shuō)明示意圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖和較佳的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。 如圖3所示，軌道交通智能安全預(yù)警系統(tǒng)，包括用于處理所述的軌道交通智能安 全預(yù)警系統(tǒng)發(fā)送或接收的信號(hào)的信號(hào)處理模塊100 ;用于接收或發(fā)送無(wú)線信號(hào)的天線模塊 200 ;分別連接所述信號(hào)處理模塊100和天線模塊200，用于調(diào)節(jié)所述信號(hào)處理模塊100和 天線模塊200之間交換信號(hào)的功率的信號(hào)調(diào)節(jié)模塊300，以及，采用具有對(duì)電磁場(chǎng)進(jìn)行屏蔽 的材料制成，具有一方向性的信號(hào)開(kāi)口410，所述天線模塊200封裝在該屏蔽外殼400內(nèi)，并 對(duì)著所述信號(hào)開(kāi)口 410設(shè)置的屏蔽外殼400。 兩個(gè)定向無(wú)線收發(fā)系統(tǒng)，其信號(hào)開(kāi)口 410分別相對(duì)設(shè)立，以相互之間收發(fā)無(wú)線電信號(hào)。 如圖4所示，所述信號(hào)處理模塊100、天線模塊200和信號(hào)調(diào)節(jié)模塊300依次分層
疊放設(shè)置在所述屏蔽外殼400內(nèi)。 其中，所述屏蔽外殼400采用金屬材料制成。 天線模塊200如圖5所示，它包括多個(gè)貼片陣列天線210，所有貼片陣列天線均在 一個(gè)平面內(nèi)。各個(gè)貼片陣列天線的長(zhǎng)寬和其之間的間距跟據(jù)所發(fā)射或接收的無(wú)線信號(hào)波長(zhǎng) 而定、每個(gè)陣子的的引線長(zhǎng)度根據(jù)所需的天線阻抗而定。如果想實(shí)現(xiàn)貼片陣列天線的信號(hào)的夾角更小可以疊加多層的貼片陣列天線來(lái)實(shí)現(xiàn)。另外，在貼片陣列天線的后面最好有一 個(gè)反射板，反射板也是天線信號(hào)的參考地電位。 貼片陣列天線可以附于普通的PCB板來(lái)實(shí)現(xiàn)，而且這樣只需普通二層板即可，其 正面附著貼片陣列天線，背面的覆銅用做反射板。 另外貼片陣列天線還具有方向性好的特點(diǎn)，貼片陣列天線的信號(hào)夾角小于60度， 如果疊加多層陣列天線板可以實(shí)現(xiàn)更小的信號(hào)夾角，所以貼片陣列天線特別適合于對(duì)方向 性要求高、成本低、天線體積受限的應(yīng)用。 另外，為了達(dá)到識(shí)別區(qū)域?yàn)殚L(zhǎng)方形的目的，經(jīng)過(guò)試驗(yàn)對(duì)比發(fā)現(xiàn)，按4X2矩形排列 的8個(gè)貼片陣列天線形式的天線模塊，其效果最好。 其中，圖la、圖lb、圖2a、圖2b分別是采用上述天線模塊的不同實(shí)施例的所發(fā)出的 無(wú)線信號(hào)的波瓣圖，圖la、圖lb的實(shí)施例中沒(méi)有屏蔽外殼，圖2a、圖2b的實(shí)施例中具有屏 蔽夕卜殼。 從圖l和圖2所示，即可明顯的看出，具有屏蔽外殼的實(shí)施例，無(wú)線信號(hào)的收發(fā)具
有更好的方向性，這種優(yōu)勢(shì)在如多條并列道路交通管理應(yīng)用中，具有非常大的價(jià)值。 如圖6所示實(shí)施例中，信號(hào)處理模塊100可以采用短距離無(wú)線通信技術(shù)，例如可選
擇2. 4GHz至2. 5GHz藍(lán)牙通信芯片，這種方式是全球通用，無(wú)須申請(qǐng)使用許可。 —般來(lái)說(shuō)，軌道交通應(yīng)用環(huán)境有一個(gè)特點(diǎn)，那就是軌道都是長(zhǎng)條形的，而且長(zhǎng)而
窄。將采用本發(fā)明的軌道交通智能安全預(yù)警系統(tǒng)識(shí)別區(qū)域設(shè)計(jì)成和軌道形狀匹配的長(zhǎng)方
形，將會(huì)提高識(shí)別的穩(wěn)定性和可靠性，而且還能有效解決如，相臨軌道相互干擾，同一軌道
前后車(chē)的相互干擾等問(wèn)題。 在此應(yīng)用方式中，相應(yīng)的軌道交通智能安全預(yù)警系統(tǒng)設(shè)置在圖6所示的A處，具 體來(lái)說(shuō)，可以將作為識(shí)別卡的一軌道交通智能安全預(yù)警系統(tǒng)放置于軌道的側(cè)面某個(gè)固定位 置，此位置可以是信號(hào)燈、拐彎處或其它需要做報(bào)警、處理的關(guān)鍵位置。另外將一軌道交通 智能安全預(yù)警系統(tǒng)作為識(shí)別讀頭安裝固定在列車(chē)上。 識(shí)別讀頭和識(shí)別卡之間采用無(wú)線的方式通信，識(shí)別卡采用有源技術(shù)，讀卡穩(wěn)定、靈 敏度高，識(shí)別讀頭無(wú)需能量傳輸收集，發(fā)射功率低，保證人體和環(huán)境的電磁輻射安全，無(wú)線 通信功能可以采用很多頻段來(lái)實(shí)現(xiàn)，目前技術(shù)領(lǐng)域已有很多無(wú)線通信底層模塊可以選擇， 而且技術(shù)都已很成熟，例如可能使用2. 4GHz至2. 5GHz藍(lán)牙技術(shù)頻段的NORDIC北歐半導(dǎo)體 公司的無(wú)線通信芯片。 當(dāng)列車(chē)經(jīng)過(guò)事先安裝了識(shí)別卡的關(guān)鍵位置時(shí)，識(shí)別讀頭識(shí)別到了識(shí)別卡后就可以 輸出如語(yǔ)音聲光或其它信號(hào)報(bào)警，或者控制某些設(shè)備等相應(yīng)的進(jìn)行事先設(shè)計(jì)好的需要的任 何操作。 上述技術(shù)方案提高了識(shí)別的可靠性和抗多徑干擾的能力，識(shí)別卡以任何形式擺放 都能穩(wěn)定讀卡且讀卡距離無(wú)衰減，完全滿足軌道交通的應(yīng)用需求。 以上內(nèi)容是結(jié)合具體的優(yōu)選實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明所作的進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明，不能認(rèn)定 本發(fā)明的具體實(shí)施只局限于這些說(shuō)明。對(duì)于本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在 不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干簡(jiǎn)單推演或替換，都應(yīng)當(dāng)視為屬于本發(fā)明的 保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
一種軌道交通智能安全預(yù)警系統(tǒng)，其特征在于，包括信號(hào)處理模塊(100)，用于處理所述的軌道交通智能安全預(yù)警系統(tǒng)發(fā)送或接收的信號(hào)；天線模塊(200)，用于接收或發(fā)送無(wú)線信號(hào)；信號(hào)調(diào)節(jié)模塊(300)，分別連接所述信號(hào)處理模塊(100)和天線模塊(200)，用于調(diào)節(jié)所述信號(hào)處理模塊(100)和天線模塊(200)之間交換信號(hào)的功率；以及，屏蔽外殼(400)，采用具有對(duì)電磁場(chǎng)進(jìn)行屏蔽的材料制成，具有一個(gè)方向性的信號(hào)開(kāi)口(410)，所述天線模塊(200)封裝在該屏蔽外殼(400)內(nèi)，并對(duì)著所述信號(hào)開(kāi)口(410)設(shè)置。
2. 如權(quán)利要求l所述的軌道交通智能安全預(yù)警系統(tǒng)，其特征在于，所述天線模塊(200) 采用沿平面的對(duì)稱設(shè)置的若干個(gè)貼片陣列天線(210)。
3. 如權(quán)利要求2所述的軌道交通智能安全預(yù)警系統(tǒng)，其特征在于，所述貼片陣列天線 (210)的數(shù)量為8個(gè)。
4. 如權(quán)利要求2所述的軌道交通智能安全預(yù)警系統(tǒng)，其特征在于，所述貼片陣列天線 (210)的后面設(shè)置有反射板，所述反射板與所述天線模塊(200)的參考地電位電連接。
5. 如權(quán)利要求4所述的軌道交通智能安全預(yù)警系統(tǒng)，其特征在于，所述信號(hào)處理模塊 (100)采用2. 4GHz至2. 5GHz頻段。
6. 如權(quán)利要求4所述的軌道交通智能安全預(yù)警系統(tǒng)，其特征在于，所述信號(hào)處理模塊 (100)含有處理器，處理器中嵌入有軟件，能夠智能識(shí)別讀到的識(shí)別卡的有效性，排除無(wú)效 卡片以及卡片感應(yīng)距離不穩(wěn)定給系統(tǒng)帶來(lái)的影響。
7. 如權(quán)利要求4所述的軌道交通智能安全預(yù)警系統(tǒng)，其特征在于，所有的所述貼片陣 列天線(210)設(shè)置在一張面對(duì)所述信號(hào)開(kāi)口 (410)設(shè)置的PCB板的正面上，所述反射板采 用附于該P(yáng)CB板的背面上的覆銅。
8. 如權(quán)利要求4所述的軌道交通智能安全預(yù)警系統(tǒng)，其特征在于，所述貼片陣列天線 (210)分別設(shè)置在，依次排列的至少兩個(gè)面對(duì)所述信號(hào)開(kāi)口 (410)設(shè)置的PCB板的正面上， 所述反射板采用附于此PCB板的背面上的覆銅。
9. 如權(quán)利要求1所述的軌道交通智能安全預(yù)警系統(tǒng)，其特征在于，所述信號(hào)調(diào)節(jié)模塊 (300)采用無(wú)線信號(hào)衰減芯片，所述無(wú)線信號(hào)衰減芯片的信號(hào)衰減量的幅度為0至31分貝， 且信號(hào)衰減量能夠連續(xù)調(diào)節(jié)。
10. 如權(quán)利要求1至9中任一權(quán)利要求所述的軌道交通智能安全預(yù)警系統(tǒng)，其特征在 于，所述信號(hào)處理模塊(100)、天線模塊(200)和信號(hào)調(diào)節(jié)模塊(300)依次分層疊放設(shè)置在 所述屏蔽外殼(400)內(nèi)。
全文摘要
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種具有良好的方向性且識(shí)別距離可調(diào)的軌道交通智能安全預(yù)警系統(tǒng)。包括信號(hào)處理模塊，用于處理所述的軌道交通智能安全預(yù)警系統(tǒng)發(fā)送或接收的信號(hào)，信號(hào)處理模塊含有處理器，處理器中嵌入有軟件，能夠智能識(shí)別讀到的識(shí)別卡的有效性，排除無(wú)效卡片以及卡片感應(yīng)距離不穩(wěn)定給系統(tǒng)帶來(lái)的影響；天線模塊，用于接收或發(fā)送無(wú)線信號(hào)；信號(hào)調(diào)節(jié)模塊，分別連接所述信號(hào)處理模塊和天線模塊，用于調(diào)節(jié)所述信號(hào)處理模塊和天線模塊之間交換信號(hào)的功率；屏蔽外殼，采用具有對(duì)電磁場(chǎng)進(jìn)行屏蔽的材料制成，具有一個(gè)方向性的信號(hào)開(kāi)口，所述天線模塊封裝在該屏蔽外殼內(nèi)，并對(duì)著所述信號(hào)開(kāi)口設(shè)置。
文檔編號(hào)B61L13/00GK101695926SQ200910208249
公開(kāi)日2010年4月21日 申請(qǐng)日期2009年10月15日 優(yōu)先權(quán)日2009年10月15日
發(fā)明者李標(biāo)彬, 符文平, 黃永康, 龔小輝 申請(qǐng)人:深圳市旺龍智能科技有限公司;