專利名稱：一種有源臨時限速標簽及其信號處理方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及鐵路上列車臨時限速技術(shù)領(lǐng)域，更加具體地涉及一種可在列車臨時限 速系統(tǒng)中起重要作用并提供鐵路地面限速區(qū)段限速信息的射頻識別(RFID)電子標簽及其 低功耗的信號處理實現(xiàn)方法。
背景技術(shù)：
射頻識別(RFID)技術(shù)是一種通過微波波段進行自動識別的技術(shù)，它具有傳輸距 離遠，傳輸速度快等優(yōu)點，是高速RFID定位和識別應(yīng)用的理想選擇。
目前，當鐵路沿線發(fā)生突發(fā)事件或者臨時施工需要臨時限速時，一般通過兩種方 法來進行限速一種是鐵路調(diào)度部門將限速指令下達行車部門，將限速信息通過RFID識別 卡寫入置列車運行監(jiān)控紀錄裝置(LKJ)，由LKJ來監(jiān)控列車；另一種是靠司機人工瞭望識別 沿線減速信號牌、作業(yè)標、移動停車信號牌以及響墩等臨時信號標牌來獲取地面限速信息。 但是，當車載LKJ裝置行車信息無法及時獲得更新，而在司機人工瞭望識別沿線標牌信息， 會出現(xiàn)漏識別、誤識別等，這樣可能導(dǎo)致列車超速現(xiàn)象而危及行車安全。
綜上所述，開發(fā)一種RFID裝置，能夠自動實時為限速區(qū)段提供限速信息，可以讓 司機清楚的知道前方路面限速信息，這對確保行車安全具有重要的意義。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的在于克服上述現(xiàn)有臨時限速方式的不足，提出一種有源臨時限速電子 標簽，能夠兼顧功耗、閱讀距離、數(shù)據(jù)處理能力這三個性能指標。當配備機車閱讀器的機車 通過機車軌道上的臨時限速標簽時，機車閱讀器將標簽的限速內(nèi)容反饋給機車司機，這樣 就通過自動識別技術(shù)解決了人工的漏識別和誤識別等問題。此外，有源臨時限速標簽的性 能受環(huán)境的影響比較大，因此，本發(fā)明還提供了有源臨時限速標簽在鐵路上的安裝示意方 法。
本發(fā)明的另一目的在于提供上述臨時限速標簽的信號處理方法及其休眠激活算 法(WQ的軟件方案，并為臨時限速標簽提供充電電路的硬件施行方案。
本發(fā)明的目的通過下述技術(shù)方案實現(xiàn)一種有源臨時限速標簽，包括微控制器 (MCU)、射頻收發(fā)器、時鐘模塊、匹配網(wǎng)絡(luò)、微帶天線、傳感器喚醒電路、聲音傳感器、振動傳 感器、能量檢測模塊、高能充電電池、電池充電電路和電池保護電路。
所述射頻收發(fā)器包括射頻信號的接收通路和射頻信號的發(fā)送通路。
當機車即將通過安裝有源限速標簽的軌道時，在鐵軌上會產(chǎn)生聲音和振動，所述 的聲音傳感器和振動傳感器將產(chǎn)生一個信號給傳感器喚醒電路，這個傳感器喚醒電路將產(chǎn) 生一個脈沖給時鐘模塊，此時，時鐘電路開始起振，微處理正常工作。接收通路閱讀器將信 息通過射頻信號發(fā)送給有源臨時限速標簽，有源臨時限速標簽的微帶天線將射頻信號通過 匹配網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)化為單端信號，傳輸給射頻收發(fā)器，微控制器通過讀取射頻收發(fā)器接收寄存器 中的信息，再進行相應(yīng)的控制。此外，能量檢測模塊檢測到射頻信號后，將發(fā)脈沖給電池充電電路，此時，高能充電電池將一邊給微控制器進行供電，一邊充電，而電池保護電路是為 了防止充電過程中的電流過沖。發(fā)送通路微控制器將要發(fā)送的命令寫入射頻收發(fā)器，射頻 收發(fā)器與匹配網(wǎng)絡(luò)連接將單端信號轉(zhuǎn)換為射頻信號，再通過微帶天線發(fā)射出去。
接收通路采用的是正交下變頻合成技術(shù)。接收的射頻信號通過低噪聲放大器 (LAN)放大，然后和一對正交載波混頻轉(zhuǎn)化為中頻的I/Q兩路信號。I/Q兩路信號先經(jīng)過自 動增益控制電路和濾波器，再經(jīng)ADC采樣成數(shù)字信號，最后進入解調(diào)電路解調(diào)出基帶數(shù)據(jù) 存入至緩沖區(qū)中，以便于微控制器做進一步處理。
發(fā)送通路則采用零中頻的直接頻率合成技術(shù)。發(fā)送緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)在射頻收發(fā)器中 能夠自動添加包頭和CRC校驗碼，然后數(shù)字調(diào)制模塊對封裝好的數(shù)據(jù)進行調(diào)制。壓控振蕩 器和和90度相位偏移電路組成頻率合成電路，產(chǎn)生的I/Q兩路載波信號供接收通路的混 頻，而調(diào)制后的數(shù)據(jù)經(jīng)過零中頻的直接頻率進行上變頻，最后通過功率放大器(PA)后將數(shù) 據(jù)發(fā)送至機車閱讀器。
所述的匹配網(wǎng)絡(luò)包括非平衡變壓器，濾波電路和阻抗匹配電路，非平衡變壓器用 于將差分的射頻信號轉(zhuǎn)換為單端信號，濾波電路用于濾除不需要的高次諧波分量，保證輸 出外接負載所需要的基波功率，阻抗匹配電路用于將外接負載變換為放大器所需要的負 載，以保證放大器高效地輸出所需要的發(fā)射功率。
所述時鐘模塊用于產(chǎn)生射頻收發(fā)器的頻率合成器的參考頻率，同時用于產(chǎn)生射頻 收發(fā)器的ADC和數(shù)字部分的時鐘，此外時鐘模塊還用于微控制器的工作時鐘。
所述的能量檢測模塊用于檢查機車閱讀器發(fā)射的電磁波，當電磁波的能量超過基 準電壓時，所述的電池充電電路就對高能充電電池充電，此外，所述的電池保護電路用于防 止過流造成的電池燒壞。
當機車即將通過安裝有源限速標簽的軌道時，在鐵軌上會產(chǎn)生聲音和振動，所述 的聲音傳感器和振動傳感器將產(chǎn)生一個信號給傳感器喚醒電路，這個傳感器喚醒電路將產(chǎn) 生一個脈沖給時鐘模塊，此時，時鐘電路開始起振，微處理正常工作。
所述微控制器的工作狀態(tài)包括滅活狀態(tài)、休眠狀態(tài)、讀取數(shù)據(jù)狀態(tài)、發(fā)送數(shù)據(jù)狀態(tài) 及等待接收狀態(tài)，主要的工作包括，配置射頻收發(fā)器的寄存器、設(shè)置定時時間、狀態(tài)轉(zhuǎn)換、標 簽數(shù)據(jù)處理等。
本發(fā)明的目的還通過下述技術(shù)方案實現(xiàn)
一種臨時限速標簽的信號處理方法，是臨時限速標簽的五個狀態(tài)中，進行無限循 環(huán)的過程，具體包括如下步驟
(1)滅活狀態(tài)
臨時限速標簽由于采用電池供電，低功耗是重中之重。臨時限速標簽處于(1)滅 活狀態(tài)時，晶振滅活，微控制器和射頻收發(fā)器都不工作，此時電源僅給傳感器喚醒電路供 電。當機車即將通過安裝有源限速標簽的軌道時，在鐵軌上會產(chǎn)生聲音和振動，所述的聲音 傳感器和振動傳感器將產(chǎn)生一個信號給傳感器電路，這個傳感器電路將產(chǎn)生一個脈沖給時 鐘模塊，此時，晶振起振，微控制器跳入(2)休眠狀態(tài)。并啟動休眠超時定時器，如果在規(guī)定 的時間內(nèi)沒收到射頻信號，滅活晶振，臨時限速標簽回到(1)滅活狀態(tài)。
(2)休眠狀態(tài)
臨時限速標簽工作在(2)休眠狀態(tài)后，微控制器進入低功耗模式，開啟全局中斷，并清除相關(guān)的中斷標志位，而射頻收發(fā)器采用WS算法，工作于休眠激活狀態(tài)。
(3)讀取數(shù)據(jù)狀態(tài)
當配有機車閱讀器的機車通過在固定裝置中的臨時限速標簽時，機車閱讀器主動 的發(fā)送射頻信號激活臨時限速標簽，射頻收發(fā)器的接收通路工作，臨時限速標簽的微控制 器被射頻收發(fā)器的中斷標志位喚醒，進入C3)讀取數(shù)據(jù)狀態(tài)，此時，微控制器檢查標簽標志 位，如果標簽處于非激活狀態(tài)，則檢查射頻收發(fā)器接收的信息是否是激活命令，如果是激活 命令則置位標簽標志位，并啟動超時定時器，這樣可以在錯誤的激活時超時退出，然后再轉(zhuǎn) 入( 等待接收狀態(tài)。否則臨時限速標簽回到( 讀取數(shù)據(jù)狀態(tài)。
(4)發(fā)送數(shù)據(jù)狀態(tài)
如果標簽已經(jīng)處于激活狀態(tài)，則檢查機車閱讀器發(fā)送的是查詢命令還是滅活命 令，如果是查詢命令，則微控制器跳入至(4)發(fā)送數(shù)據(jù)狀態(tài)，此時，微控制器將存儲的標簽 ID號和臨時限速信息通過射頻收發(fā)器的發(fā)送通路的封裝和調(diào)制后，發(fā)送給機車閱讀器。然 后自動跳轉(zhuǎn)至( 等待接收狀態(tài)。如果是滅活命令，則判斷滅活參數(shù)是否是當前的標簽號。 如果是則置位滅活標志，同時進入休眠狀態(tài)，否則回到(5)等待接收狀態(tài)。
(5)等待接收狀態(tài)
當臨時限速標簽進入等待接收狀態(tài)時，微控制器開啟超時定時器，并清除接收中 斷和超時中斷的標志位，若接收機車閱讀器發(fā)送的射頻信號，射頻收發(fā)器發(fā)送一個接收中 斷標志給微控制器，微控制器進入讀取數(shù)據(jù)狀態(tài)。如果微控制器的定時器超時中斷，此時， 標簽再次進入( 休眠狀態(tài)。
步驟( 休眠狀態(tài)的WS算法，是將有源電子標簽配置在休眠狀態(tài)，然后周期性地 進入接收狀態(tài)來檢測機車閱讀器是否已經(jīng)發(fā)送命令過來，周期性進入接收狀態(tài)是芯片自動 完成的，不需要微控制器控制，并且在檢測到有效信息后能夠發(fā)出中斷信息，這就意味著在 射頻收發(fā)器處于休眠激活工作過程中微控制器也可以處于低功耗模式，只需要開啟中斷， 接收到射頻收發(fā)器發(fā)送過來的接收中斷后再進入正常工作模式，以便節(jié)省更多的能量。
本發(fā)明與現(xiàn)有的火車臨時限速技術(shù)相比，通過自動識別技術(shù)解決了人為因素造成 的誤讀或漏讀等機車安全隱患，本發(fā)明提出的低功耗算法和低功耗硬件實現(xiàn)方案解決了有 源臨時限速標簽低功耗問題，提高了其使用壽命。此外，本發(fā)明提出的有源臨時限速標簽在 鐵路上的安裝方案，還解決了標簽的識別距離，老化，固定等問題。


參考以下結(jié)合附圖的詳細說明，本發(fā)明的特征及其它方面將變得更加明顯，其 中
圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的一個具體實施例的基于RFID技術(shù)的監(jiān)控紀錄裝置系 統(tǒng)；
圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的一個具體實施例的有源臨時限速標簽的硬件結(jié)構(gòu)示意 圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的一個具體實施例的有源臨時限速標簽的射頻收發(fā)器的 內(nèi)部硬件結(jié)構(gòu)示意圖4示出了根據(jù)本發(fā)明的一個具體實施例的有源臨時限速標簽的低功耗硬件電路模塊示意圖5示出了根據(jù)本發(fā)明的一個具體實施例的有源臨時限速標簽信號流程處理流 程示圖6示出了根據(jù)本發(fā)明的一個具體實施例的有源臨時限速標簽低功耗WS算法分 析圖。
具體實施方式
下面結(jié)合實施例及附圖對本發(fā)明作進一步詳細的描述。
圖1給出了實施例的基于RFID技術(shù)的監(jiān)控紀錄裝置系統(tǒng)，閱讀器讀取的有源臨時 限速標簽的信息，然后將信息反饋給限速預(yù)警裝置車載系統(tǒng)，車載系統(tǒng)在車載系統(tǒng)的顯示 器上顯示有源臨時限速標簽信息的內(nèi)容，提醒司機進行相應(yīng)的操作。
圖2所示，本發(fā)明的有源臨時限速射頻識別標簽包括微控制器(MCU)、射頻收發(fā) 器、時鐘模塊、匹配網(wǎng)絡(luò)、以及微帶天線、傳感器喚醒電路、聲音傳感器、振動傳感器、能量檢 測模塊、電池充電電路和電池保護電路。
當機車即將通過安裝有源限速標簽的軌道時，在鐵軌上會產(chǎn)生聲音和振動，所述 的聲音傳感器和振動傳感器將產(chǎn)生一個信號給傳感器喚醒電路，這個傳感器喚醒電路將產(chǎn) 生一個脈沖給時鐘模塊，此時，時鐘電路開始起振，微處理正常工作。接收通路閱讀器將信 息通過射頻信號發(fā)送給有源臨時限速標簽，有源臨時限速標簽的微帶天線將射頻信號通過 匹配網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)化為單端信號，傳輸給射頻收發(fā)器，微控制器通過讀取射頻收發(fā)器接收寄存器 中的信息，再進行相應(yīng)的控制。此外，能量檢測模塊檢測到射頻信號后，將發(fā)脈沖給電池充 電電路，此時，高能充電電池將一邊給微控制器進行供電，一邊充電，而電池保護電路是為 了防止充電過程中的電流過沖。發(fā)送通路微控制器將要發(fā)送的命令寫入射頻收發(fā)器，射頻 收發(fā)器與匹配網(wǎng)絡(luò)連接將單端信號轉(zhuǎn)換為射頻信號，再通過微帶天線發(fā)射出去。
為了更好的實現(xiàn)本實施例，以下對射頻收發(fā)器的結(jié)構(gòu)以及其與本臨時限速標簽的 其他部件的連接做進一步說明。
如圖3所示，所述射頻收發(fā)器包括射頻信號的接收和發(fā)送通路。接收通路采用的 是正交下變頻合成技術(shù)。接收的射頻信號通過低噪聲放大器(LAN)放大，然后和一對正交 載波混頻轉(zhuǎn)化為中頻的I/Q兩路信號。I/Q兩路信號先經(jīng)過自動增益控制電路和濾波器，再 經(jīng)ADC模塊采樣成數(shù)字信號，最后進入解調(diào)電路解調(diào)出基帶數(shù)據(jù)存入至接收緩沖區(qū)中，以 便于微控制器做進一步處理。發(fā)送通路則采用零中頻的直接頻率合成技術(shù)。發(fā)送緩沖區(qū)的 數(shù)據(jù)在射頻收發(fā)器中能夠自動添加包頭和CRC校驗碼，然后數(shù)字調(diào)制模塊對封裝好的數(shù)據(jù) 進行調(diào)制。壓控振蕩器和和90度相位偏移電路組成頻率合成電路，產(chǎn)生的I/Q兩路載波信 號供接收通路的混頻，而調(diào)制后的數(shù)據(jù)經(jīng)過零中頻的直接頻率進行上變頻，最后通過功率 放大器(PA)后將數(shù)據(jù)發(fā)送出去。
所述的匹配網(wǎng)絡(luò)包括非平衡變壓器，濾波電路和阻抗匹配電路，非平衡變壓器用 于將差分的射頻信號轉(zhuǎn)換為單端信號，濾波電路用于濾除不需要的高次諧波分量，保證輸 出外接負載所需要的基波功率，阻抗匹配電路用于將外接負載變換為放大器所需要的負 載，以保證放大器高效地輸出所需要的發(fā)射功率；
圖4示出了本發(fā)明的臨時限速標簽的低功耗硬件電路模塊，包括了能量檢測模塊，電池充電電路和電池保護電路。如圖4的電池充電電路所示，絕緣柵型場效應(yīng)極管連接 的Ml、M2做全波整流管，M3、M4構(gòu)成的閂鎖(Latch)連通充電回路，電容Cl作濾波和儲能 器件。當某個時刻A處于信號正半周時，B處于信號負半周，于是M3和Ml導(dǎo)通，M2和M4截 止，這樣就形成由ANTA-R2-M1-C1-GND-M3-R1-ANTB的充電回路。當A點電壓到達VWS時， latch (M3-M4)開始起作用使B點電壓迅速降到地電壓附近，而A點電壓也加速上升，迅速完 成充電過程。為了防止過流而造成電池燒壞，本發(fā)明還增加了電池保護電路模塊。
實施例2
圖5所示，本發(fā)明的臨時限速標簽的信號處理方法，是微控制器的滅活狀態(tài)、休眠 狀態(tài)、讀取數(shù)據(jù)狀態(tài)、發(fā)送數(shù)據(jù)狀態(tài)及等待接收狀態(tài)五個狀態(tài)中，進行無限循環(huán)的過程。
(1)滅活狀態(tài)
臨時限速標簽由于采用電池供電，低功耗是重中之重。臨時限速標簽處于(1)滅 活狀態(tài)時，晶振滅活，微控制器和射頻收發(fā)器都不工作，此時電源僅給傳感器喚醒電路供 電。當機車即將通過安裝有源限速標簽的軌道時，在鐵軌上會產(chǎn)生聲音和振動，所述的聲音 傳感器和振動傳感器將產(chǎn)生一個信號給傳感器電路，這個傳感器電路將產(chǎn)生一個脈沖給時 鐘模塊，此時，晶振起振，微控制器跳入(2)休眠狀態(tài)。并啟動休眠超時定時器，如果在規(guī)定 的時間內(nèi)沒收到射頻信號，滅活晶振，臨時限速標簽回到⑴滅活狀態(tài)。
(2)休眠狀態(tài)
臨時限速標簽工作在(2)休眠狀態(tài)后，微控制器進入低功耗模式，開啟全局中斷， 并清除相關(guān)的中斷標志位，而射頻收發(fā)器采用WS算法，工作于休眠激活狀態(tài)。
(3)讀取數(shù)據(jù)狀態(tài)
當配有機車閱讀器的機車通過在固定裝置中的臨時限速標簽時，機車閱讀器主動 的發(fā)送射頻信號激活臨時限速標簽，射頻收發(fā)器的接收通路工作，臨時限速標簽的微控制 器被射頻收發(fā)器的中斷標志位喚醒，進入C3)讀取數(shù)據(jù)狀態(tài)，此時，微控制器檢查標簽標志 位，如果標簽處于非激活狀態(tài)，則檢查射頻收發(fā)器接收的信息是否是激活命令，如果是激活 命令則置位標簽標志位，并啟動超時定時器，這樣可以在錯誤的激活時超時退出，然后再轉(zhuǎn) 入( 等待接收狀態(tài)。否則臨時限速標簽回到( 讀取數(shù)據(jù)狀態(tài)。
(4)發(fā)送數(shù)據(jù)狀態(tài)
如果標簽已經(jīng)處于激活狀態(tài)，則檢查機車閱讀器發(fā)送的是查詢命令還是滅活命 令，如果是查詢命令，則微控制器跳入至(4)發(fā)送數(shù)據(jù)狀態(tài)，此時，微控制器將存儲的標簽 ID號和臨時限速信息通過射頻收發(fā)器的發(fā)送通路的封裝和調(diào)制后，發(fā)送給機車閱讀器。然 后自動跳轉(zhuǎn)至( 等待接收狀態(tài)。如果是滅活命令，則判斷滅活參數(shù)是否是當前的標簽號。 如果是則置位滅活標志，同時進入休眠狀態(tài)，否則回到(5)等待接收狀態(tài)。
(5)等待接收狀態(tài)
當臨時限速標簽進入等待接收狀態(tài)時，微控制器開啟超時定時器，并清除接收中 斷和超時中斷的標志位，若接收機車閱讀器發(fā)送的射頻信號，射頻收發(fā)器發(fā)送一個接收中 斷標志給微控制器，微控制器進入讀取數(shù)據(jù)狀態(tài)。如果微控制器的定時器超時中斷，此時， 標簽再次進入( 休眠狀態(tài)。
步驟⑵休眠狀態(tài)的WS算法的工作時序圖如圖6所示。
射頻收發(fā)器從休眠狀態(tài)醒來和進入接收狀態(tài)分別用事件O(EVENTO)和事件1 (EVENTl)來表示，用tEve_表示連續(xù)兩次醒來或者連續(xù)兩次進入接收狀態(tài)的時間間隔，即 一個WS周期。用tEvmtl表示從休眠狀態(tài)醒來后進入接收狀態(tài)的時間。為了確保有效的數(shù)據(jù) 包被接收到，數(shù)據(jù)包將在一段時間內(nèi)以確定的時間間隔重復(fù)發(fā)送，WS也應(yīng)該設(shè)置合適的接 收狀態(tài)等待時間(tKX time)，這段時間應(yīng)該比數(shù)據(jù)包發(fā)送的周期要長，否則在最壞的情況下將 會丟失數(shù)據(jù)包。
將有源臨時限速電子標簽配置在休眠狀態(tài)，然后周期性地進入接收狀態(tài)來檢測機 車閱讀器是否已經(jīng)發(fā)送命令過來，周期性進入接收狀態(tài)是射頻收發(fā)芯片自動完成的，不需 要微控制器控制，并且在檢測到有效信息后能夠發(fā)出中斷信息，這就意味著在射頻收發(fā)器 處于休眠激活工作過程中微控制器也可以處于低功耗模式，只需要開啟中斷，接收到射頻 收發(fā)器發(fā)送過來的接收中斷后再進入正常工作模式，以便節(jié)省更多的能量。
權(quán)利要求
1.一種有源臨時限速標簽，其特征在于，包括微控制器、射頻收發(fā)器、時鐘模塊、匹配網(wǎng) 絡(luò)、微帶天線、傳感器喚醒電路、聲音傳感器、振動傳感器、能量檢測模塊、高能充電電池、電 池充電電路和電池保護電路；其中，傳感器喚醒電路分別與振動傳感器、聲音傳感器、時鐘電路連接；所述的時鐘電 路分別與微控制器、射頻收發(fā)器連接；所述的微控制器、射頻收發(fā)器、匹配網(wǎng)絡(luò)、微帶天線依 次連接；所述的高能充電電池分別與微控制器、射頻收發(fā)器和電池保護電路連接；所述的 電池保護電路與電池充電電路連接；所述的能量檢測模塊分別與匹配網(wǎng)絡(luò)、微帶天線、電池 保護電路、電池充電電路連接；進一步所述射頻收發(fā)器包括射頻信號的接收通路和射頻信號的發(fā)送通路；所述的聲音傳感器用于將列車在鐵軌上行進時產(chǎn)生的聲音轉(zhuǎn)化為聲音信號傳送至傳 感器喚醒電路；所述的振動傳感器用于將列車在鐵軌上行進時產(chǎn)生的振動轉(zhuǎn)化為振動信號傳送至傳 感器喚醒電路；所述的傳感器喚醒電路根據(jù)聲音傳感器傳送的聲音信號和振動傳感器傳送的振動信 號產(chǎn)生一個脈沖給時鐘模塊；所述的時鐘模塊根據(jù)傳感器喚醒電路產(chǎn)生的脈沖進行起振；所述的微帶天線用于發(fā)送射頻信號；所述的匹配網(wǎng)絡(luò)包括非平衡變壓器，濾波電路和阻抗匹配電路，非平衡變壓器用于將 差分的射頻信號轉(zhuǎn)換為單端信號，濾波電路用于濾除不需要的高次諧波分量，保證輸出外 接負載所需要的基波功率，阻抗匹配電路用于將外接負載變換為放大器所需要的負載，以 保證放大器高效地輸出所需要的發(fā)射功率；所述時鐘模塊用于產(chǎn)生射頻收發(fā)器的頻率合成器的參考頻率，同時用于產(chǎn)生射頻收發(fā) 器的ADC的時鐘和數(shù)字部分的時鐘，此外，時鐘模塊還用于產(chǎn)生微控制器的工作時鐘；所述的能量檢測模塊用于檢查機車閱讀器發(fā)射的電磁波，當電磁波的能量超過基準電 壓時，所述的電池充電電路就對高能充電電池充電，此外，所述的電池保護電路用于防止過 流造成的電池燒壞；所述微控制器的工作狀態(tài)包括滅活狀態(tài)、休眠狀態(tài)、讀取數(shù)據(jù)狀態(tài)、發(fā)送數(shù)據(jù)狀態(tài)及等 待接收狀態(tài)，微控制器用于配置射頻收發(fā)器的寄存器、設(shè)置定時時間、狀態(tài)轉(zhuǎn)換、標簽數(shù)據(jù)處理。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種有源臨時限速標簽，其特征在于所述的射頻信號的接收 通路將接收的射頻信號通過低噪聲放大器放大，然后和一對正交載波信號混頻進而轉(zhuǎn)化為 中頻的I/Q兩路信號，中頻的I/Q兩路信號先經(jīng)過自動增益控制電路和濾波器，再經(jīng)過ADC 采樣成數(shù)字信號，最后進入解調(diào)電路解調(diào)出基帶數(shù)據(jù)存入至發(fā)送緩沖區(qū)中，以便于微控制 器做進一步處理；同時，所述的射頻信號的發(fā)送通路則采用零中頻的直接頻率合成技術(shù)，發(fā)送緩沖區(qū)的 數(shù)據(jù)在射頻收發(fā)器中自動添加包頭和CRC校驗碼，然后數(shù)字調(diào)制模塊對封裝好的數(shù)據(jù)進行 調(diào)制，壓控振蕩器和90度相位偏移電路組成頻率合成電路，頻率合成電路產(chǎn)生的I/Q兩路 載波信號供接收通路的混頻，而調(diào)制后的數(shù)據(jù)經(jīng)過零中頻的直接頻率進行上變頻，最后通過功率放大器(PA)后將數(shù)據(jù)發(fā)送至機車閱讀器。
3.一種有源臨時限速標簽的信號處理方法，具體的是臨時限速標簽的五個狀態(tài)進行無 限循環(huán)的過程，包括如下步驟(1)滅活狀態(tài)臨時限速標簽處于(1)滅活狀態(tài)時，晶振滅活，微控制器和射頻收發(fā)器都不工作，此時 電源僅給傳感器喚醒電路供電，當機車即將通過安裝有源限速標簽的軌道時，在鐵軌上會 產(chǎn)生聲音和振動，所述的聲音傳感器和振動傳感器將產(chǎn)生聲音信號和振動信號給傳感器電 路，這個傳感器電路將產(chǎn)生一個脈沖給時鐘模塊，此時，晶振起振，微控制器跳入( 休眠 狀態(tài)，并啟動休眠超時定時器，如果在規(guī)定的時間內(nèi)沒收到射頻信號，滅活晶振，臨時限速 標簽回到(1)滅活狀態(tài)；(2)休眠狀態(tài)臨時限速標簽工作在(2)休眠狀態(tài)后，微控制器進入低功耗模式，開啟全局中斷，并清 除相關(guān)的中斷標志位，而射頻收發(fā)器采用WS算法，工作于休眠激活狀態(tài)；(3)讀取數(shù)據(jù)狀態(tài)當配有機車閱讀器的機車通過在固定裝置中的臨時限速標簽時，機車閱讀器主動的發(fā) 送射頻信號激活臨時限速標簽，射頻收發(fā)器的接收通路工作，臨時限速標簽的微控制器被 射頻收發(fā)器的中斷標志位喚醒，進入C3)讀取數(shù)據(jù)狀態(tài)，此時，微控制器檢查臨時限速標簽 標志位，如果臨時限速標簽處于非激活狀態(tài)，則檢查射頻收發(fā)器接收的信息是否是激活命 令，如果是激活命令則置位標簽標志位，并啟動超時定時器，在錯誤的激活時超時退出，然 后再轉(zhuǎn)入( 等待接收狀態(tài)，否則臨時限速標簽回到C3)讀取數(shù)據(jù)狀態(tài)；(4)發(fā)送數(shù)據(jù)狀態(tài)如果臨時限速標簽已經(jīng)處于激活狀態(tài)，則檢查機車閱讀器發(fā)送的是查詢命令還是滅活 命令，如果是查詢命令，則微控制器跳入至(4)發(fā)送數(shù)據(jù)狀態(tài)，此時，微控制器將存儲的臨 時限速標簽ID號和臨時限速信息通過射頻收發(fā)器的發(fā)送通路封裝和調(diào)制后，發(fā)送給機車 閱讀器，然后自動跳轉(zhuǎn)至( 等待接收狀態(tài)，如果是滅活命令，則判斷滅活參數(shù)是否是當前 的臨時限速標簽的標簽號，如果是則置位滅活標志，同時進入休眠狀態(tài)，否則回到(5)等待 接收狀態(tài)；(5)等待接收狀態(tài)當臨時限速標簽進入等待接收狀態(tài)時，微控制器開啟超時定時器，并清除接收中斷和 超時中斷的標志位，若接收機車閱讀器發(fā)送的射頻信號，射頻收發(fā)器發(fā)送一個接收中斷標 志給微控制器，微控制器進入讀取數(shù)據(jù)狀態(tài)。如果微控制器的定時器超時中斷，此時，標簽 再次進入(2)休眠狀態(tài)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種有源臨時限速標簽的信號處理方法，其特征在于，步驟 (2)休眠狀態(tài)中的的WS算法，是將有源電子標簽配置在休眠狀態(tài)，然后由芯片自動的周期 性地進入接收狀態(tài)來檢測機車閱讀器是否已經(jīng)發(fā)送命令過來，并且在檢測到有效信息后發(fā) 出中斷信息。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種有源臨時限速標簽及其信號處理方法，要解決的技術(shù)問題包括提高列車行車安全和有源臨時限速標簽的低功耗。本發(fā)明的有源臨時限速標簽包括微控制器(MCU)、射頻收發(fā)器、時鐘模塊、匹配網(wǎng)絡(luò)、微帶天線、傳感器喚醒電路、聲音傳感器、振動傳感器、能量檢測模塊，高能充電電池、電池充電電路和電池保護電路。本發(fā)明的信號處理方法包括以下五個狀態(tài)循環(huán)處理滅活狀態(tài)，休眠狀態(tài)，讀取數(shù)據(jù)狀態(tài)，發(fā)送數(shù)據(jù)狀態(tài)，等待接收狀態(tài)，此外，本發(fā)明還提出了有源臨時限速的休眠激活算法(WS)及其在鐵路上的安裝方案。與現(xiàn)有的火車臨時限速技術(shù)相比，通過自動識別技術(shù)解決了人為因素造成的誤讀或漏讀等機車安全隱患。
文檔編號G06K7/00GK102034128SQ20091021456
公開日2011年4月27日 申請日期2009年12月31日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月31日
發(fā)明者付琪, 劉震宇, 謝勝利 申請人:華南理工大學