专利名称：一种信号集中管理调度系统装置的制作方法
技术领域：
本实用新型属于电子及通信工程领域，涉及一种信号集中管理调度系统装置。
背景技术：
我国于六十年代初期研制了第一台继电器式信集闭控制系统(即信号 集中管理控制系统)，九十年代后采用可编程序控制器实现信集闭控制系 统。但是现有的信集闭控制系统还存在缺点
(1) 传统的电子标签(RFID)都存在同一个缺点，即多卡识别时多
发射源冲突问题，通常釆用的解决方案有时分法、空分法、码分法及跳频
法。但这些方法均存在很多弊端，例时分法是一种将多发射源的发射时 间错开的原理，它要求纵多发射卡之间有极强的时基同步性，以保障多卡 发射时间错开的基准，否则仍会出现多卡同时发射的情况而导致读卡器读 卡失败。空分法则要求多发射卡之间必须保证有足够的空间距离，这种方 法实用于非移动物体的定位，如仓库管理等有足够的空间距离的地方。码 分法又称跳频法，它是将众多发射卡之间的发射频率错开的原理来防止多 发射源同时发射的冲突问题，但这种方法占用了很宽的频带，尤其在几百 张卡同时在一起发射时其无线频段几乎覆盖了整个无线频域这是不允许 的，而且要满足如此宽频带的读卡器造价非常昂贵，因此这种方法也只能 实用于小规模多卡的场合。
(2) 由于通常井下环境相对恶劣，通讯线路被挂断、放炮炸断、施 工铲断等现向时有发生，采用光缆通讯虽有通讯距离远、速度高、容量大 等优点，但损后恢复性差，且用于定位系统时节点过多，各节点的光端转 换设备太多成本过高。因此采用差分式串行通讯模式具有损后恢复性好， 成本低廉的优点，但这种通讯模式通讯距离不能太远，通讯速度不够快又成为了制约这种通讯模式的关建技术问题。
实用新型内容
本实用新型的目的是克服现有技术的上述不足，提出一种信号集中管理调度系统装置，可以有效解决现有信号集中管理调度系统装置具有的通信距离短且通信不可靠以及射频电子标签通信冲突的问题。
本实用新型的技术解决方案如下
一种信号集中管理调度系统装置，其特征在于，包括双单向射频电子标签电路，所述的双单向射频电子标签电路包括用于数据接收的第一射频收发器和第一天线，以及用于数据发射的第二射频收发器和第二天线；所述的第一射频收发器与第一天线电连接；所述的第二射频收发器与第二天线电连接，所述的第一射频收发器和第二射频收发器通信连接。
所述的第一射频收发器为无源射频收发器；所述的第二射频收发器为有源射频收发器。
所述的第一射频收发器为采用AT88RF256无源射频收发器芯片；所述的第二射频收发器为NRF9E5有源射频收发器芯片。
所述的信号集中管理调度系统装置还包括具有旁路的单字节拖后通讯中继电路，所述的具有旁路单字节拖后通讯中继电路包括双向串行数据处理器、第一和第二差分串行口/TTL串行口转换电路、旁路继电器电路；所述的双向串行数据处理器的一端通过第一差分串行口/TTL串行口转换电路接通讯主干的一端；所述的双向串行数据处理器的另一端通过第二差分串行口/TTL串行口转换电路接通讯主干的另一端；所述的旁路继电器电路跨接在通讯主干的2端，所述的双
向串行数据处理器与旁路继电器电路通过控制线电连接。
所述的具有旁路的单字节拖后通讯中继电路还包括中央处理器、第三和第四
差分串行口/TTL串行口转换电路以及射频ID读卡器；所述的中央处理器通过所述的第三差分串行口/TTL串行口转换电路接通讯主干的一端；所述的中央处理器通过所述的第四差分串行口/TTL串行口转换电路接通讯支干；所述的中央处理器与所述的射频ID读卡器通信连接。
所述的中央处理器与所述的双单向射频电子标签电路通过运行状态监测线实现电连接。所述的通讯主干上设有防雷电瞬变浪涌电路。 所述的通信支千上设有防雷电瞬变浪涌电路。
所述的旁路继电器电路包括低接触电阻双触点继电器、低电压监测电路和看
门狗电路。
双单向射频ID(电子标签)技术的工作原理在于双单向射频ID(电子 标签)只有两个模块， 一个是有原(电子标签)卡，另一个是无源(电子标签) 卡，两种(电子标签)卡都是成熟公开技术，将两种卡集成于一体，有源卡 平时不工作，处于深度省电休眠状态，只有在无源卡接收到读卡器发来 的电磁波被无源卡上的天线接收到，并将该电磁波能量转换成工作电能， 经本卡识别，确实是读卡器呼叫本卡后，才唤醒有源卡发出本卡的应答 信号，因此无论多少张卡在一起同时工作，都不会有多同频发射冲突问 题。
有益效果
本实用新型提供的双单向射频ID卡从原理上彻底解决了 ID卡通信 冲突的问题。双单向射频ID(电子标签)即在一个电子标签内集成了两种 射频ID (无源ID和有源ID)，无源ID设置为单向接收，有源ID设置 为单向发射。有源ID平时处于深度休眠节能状态，只有在系统读卡器以 广播形式轮巡呼叫覆盖区域内的所有无源卡时，无源卡收到广播呼叫后， 首先判别是否系统呼叫本卡，如不是呼叫本卡则不予回应，如是呼叫本 卡则唤醒有源卡工作，以极短的瞬间发射返回本卡信息，因此从根本上 解决了射频ID多发源冲突问题，同时也极大的降低了电子标签的电池功 耗。也正是电子标签的低功耗设计，使得电子标签可以长时间用电池供 电，大大减小了电子标签的体积，便于安装和携带。
本实用新型还提供了具有旁路的单字节拖后通讯中继技术为主体、 通讯模式为RS485串行通讯模式，很好的解决了矿山井下远距离高速通 讯的传统的难题，且具有很好的损后恢复性和成本低廉的优点，该通讯 模式具备以下优势并在现场实践中得到了充分的体现。 ①、抗干扰能力强本装置的通讯数据传输模式为差分数据传输模式，对系统中的共模干扰具有极强的抑制能力，而通讯系统中的干扰主要为共模干扰，因而系统的数据通讯具有极高的稳定性和可靠性。
② 、级联式远距离通讯
由于采用单字节拖后通讯技术，因此实际上每经一次中继后的信号
都是原始信号的一个新源头，只是该信号比原始信号在时间上拖后了一个字节，当通讯速率足够高时每经一次中继拖后的时间不足lms，这种中继方式的最大优点是它只增强了通讯信号的强度，对上一级传来的信号在传输过程中产生的噪声，在本中继传递过程中进行了完全的判别抑制，因此每经过一个中继就是一个噪声截止点，同时也是原始信号的一个新源头，所以采用了单字节拖后通讯技术就可实现无止境级联，在不降低通讯速率的前提下，通讯距离可长达数十公里。从根本上解决了同类产品通讯中继无法太远、多级，尾端通讯质量差，而不得不采用多通讯主干等问题。而采用单字节拖后通讯中继技术，很好地解决了井下通讯网络长距离通讯问题。
③ 、通讯多旁路冗余
由于采用单字节拖后通讯技术，每个中继内的智能处理CPU实际上是在以极高的速度边收边发，因此一旦该CPU故障，或本中继供电故障将导致该中继后部系统通讯中断，为此采用多旁路冗余技术，进一步提高了系统的可靠性。当某或多个区间的中继设备出现故障或停电，故障或停电设备通过冗余的旁路通道，本中继可在无源工况下自动脱离本段中继通讯主网络，从旁路越至下一级中继器，保证系统其他设备的正常工作。
图l为双、单向射频ID卡(电子标签)原理框图；图2为AT88RF256内部原理框图；图3为具有旁路的单字节拖后通讯中继器原理框图；图4为设备分类多系统网络间通讯支干旁路联接示意图；图5为双、单向射频ID卡(电子标签)原理图； 图6为具有旁路的单字节拖后通讯中继器原理图之一； 图7为具有旁路的单字节拖后通讯中继器原理图之二； 图8为具有旁路的单字节拖后通讯中继器原理图之三。
具体实施方式
以下将结合图和具体实施过程对本实用新型做进一步详细说明 实施例l:
图1为双、单向射频ID卡(电子标签)原理框图，图中①为无源射频ID 卡(电子标签)的感应天线，它不仅能接收或收发射与本卡联系的信息，还能利 用接收信息的同时将对方发来的载有信息的电磁波能量充分接收并输送到图中 ②，②是一款美国ATMEL公司出品的AT88RF256无源射频收发器芯片，该芯 片内部带有解调器、检波整流电路、低电压监测控制电路、程序存储器、微处理 器等，如图2，它可将天线上接收到的电磁波能量转换成自身芯片的工作电源。图 中⑦是该芯片的程序下载接口 ，将所编的程序通过该接口下载到②的程序存储器 里，这样当芯片获得工作电源后开始按下载的程序工作，在每个芯片里程序都安 排了一个唯一的32位的ID卡号,微处理器按程序识别接收的信息是否在联系本 装置，若是则向⑥发出唤ii信号，图中⑥是一唤醒输出线，其作用是唤醒处在 深度休眠的③，图中③是一款美国西门公司生产的NRF9E5有源射频收发器芯 片。图中⑧是NRF兆5芯片的程序下载接口，将所编的程序通过该接口下载到图 中⑤的外部程序存储器里，NRF9E5是一个可有设多种休眠形式的芯片，它有浅 度、中度、深度休眠形式，每种休眠形式的耗电能量不同，每种休眠形式片内的 微处理器与外部的联络情况也不同，处于深度休眠时，芯片只有唤醒接口在进行 侦测工作，这时整个有源ID卡的工作电流仅0.2个微安，当图中③NRF9E5通 过⑥接收到来自②的唤醒信息时NRF9E5开始全面工作，开始按程序下载程序， 通过④向外发送自身信息，以告知系统如自身所在位置、工号、姓名、或车辆 类型、是否安全等等信息，图中④是个NRF9E5的差分收发天线，这种天线较一 般天线具有更好的稳定收发距离，由于无线方式易受所处环境的影响，因此稳定 的收发距离是定位精度与信号控制及闭锁准确的关健。图中(D是有源射频ID卡的工作电源电池，它是一个3.6V高能防潮锂电池。
如图3所示，图中的①均为防雷电瞬变浪涌电路，从以往矿山井下电 子设备的运行经验可知许多矿山处于雷击高发区，又由于矿山通常需要高 耸的提升设备，相当于设立了众多引雷装置，经常出现雷雨时雷击通过这 些点串至井下，井下大面通讯设备自然首当其充，因此在井下运行的电子 设备必需充分考虑雷电瞬变浪涌的影响，图中的①就是为此而专设的一个 高效防雷电瞬变浪涌去抖电路。图中的②④⑤⑨是差分串行口/TTL串行口 转换电路，图中的③是一个双向串行数据处理器，其微处理器是一个 P89C669双串行口芯片，其运行程序流程是首先将连接③上的两个②④置 为都置为输入状态，当接到③上的两端的两个②④任其一来的通讯请求后 将另一非请求通讯②或④置为输出状态，并接收来自通讯请求端的数据， 当接收完第一个数据后，微处理器一面将该数据以并行方式发向非请求通 讯串行口寄存处理器，由该串行口寄存处理器自行以串行口方式输出数 据，同时则开始接收通讯请求端来的下一个数据，当接收并发送完这一组 数据后，微处理器又将其两个端口置为输入状态，等待下一次中继数据处 理，这种数据信号传递方式完全的接收后仅拖后一个字节即重新发送，在 每一组数据的接收过程中都进行了去抖处理和CRC校验等防误处理，因 此在数据信号传递中继过程中只增强了数据信号，同时还抑制了由数据信 号传递过程中产生的干扰和误码。但这种数据信号传递中继方式的唯一缺 点是当该装置断电或该微处理器死机时将造成该中继之后的通讯中断，为 此又增设了多旁路冗余设计。图中⑥，它是由一个高质量低接触电阻双触 点继电器，和低电压监测、微处理器自动复位(看门狗)等电路等构成， 当装置因断电、电压过低，或微处理器③不工作时，③通过01)送给维持⑥ 的吸合的电平消失，接在⑥的一对常闭触点上的通讯主干线将通过⑥从旁 路直接拉通，当上述状态消失后，(D又将吸合恢复到原来的通路。图中⑦ 是一个本区段定位逻辑处理、灯控逻辑处理及其它设备管理逻辑处理 CPU，它是由一个P89C668为核心构成的，图中⑧是一个射频ID读卡器， 它也是由一款美国西门公司生产的NRF9E5为核心构成的，该NRF9E5作用 是读取本装置安装所在地的射频ID卡(电子标签)的信息，图中⑩是一个成都国腾微电子有限公司生产的GM8123芯片，顾名思义其作用就是扩展 P89C668的串行口，因为P89C668需要最少三以上的串行口， 一个与射频 ID读卡器⑧通讯，另一路要通过⑤与系统通讯主干连接，第三个是通过⑩ 再到⑨与下挂的通讯支干连接，通讯支干上还可挂许多装置，如信号灯控 制器、定位测点、监控摄像机云台控制器、车辆运行机数器、通讯支干旁 路联接控制器、水泵启停控制器、通风风机停控制器......等等。其中通讯
支干旁路联接控制器是为井下分类系统设备通讯网络在特殊紧急情况发 生时，而设计的，如图4所示，如某段矿区出现塌方、冒顶等紧急事故情 况时，使该区通讯干线中断，这时可启动通讯支干旁路联接控制器工作， 使本系统的通讯信号利用其它系统的通讯网络旁路绕道到非事故区。图中 ⑦与图中③之间还连有一根似运行状态监测线，它是为进一步监测(D的工 作状态而设的，因为③的硬件自动复位(看门狗)电路还有可能出现程序 飞掉、CPU死机等不能复位的情况发生，为进一步使通讯中继可靠工作， 加设了似运行状态监测线，当图中⑦监测到图中③停止工作时，⑦将通过 微对③进行复位，迫使③重新启动。
权利要求1. 一种信号集中管理调度系统装置，其特征在于，包括双单向射频电子标签电路，所述的双单向射频电子标签电路包括用于数据接收的第一射频收发器和第一天线，以及用于数据发射的第二射频收发器和第二天线；所述的第一射频收发器与第一天线电连接；所述的第二射频收发器与第二天线电连接，所述的第一射频收发器和第二射频收发器通信连接。
2. 根据权利要求1所述的信号集中管理调度系统装置，其特征在于，所述的第一射 频收发器为无源射频收发器；所述的第二射频收发器为有源射频收发器。
3. 根据权利要求2所述的信号集中管理调度系统装置，其特征在于，所述的第一射 频收发器为采用AT88RF256无源射频收发器芯片；所述的第二射频收发器为 NRF9E5有源射频收发器芯片。
4. 根据权利要求1 3任一项所述的信号集中管理调度系统装置，其特征在于，还包 括具有旁路的单字节拖后通讯中继电路，所述的具有旁路单字节拖后通讯中 继电路包括双向串行数据处理器、第一和第二差分串行口/TTL串行口转换电 路、旁路继电器电路；所述的双向串行数据处理器的一端通过第一差分串行 口/TTL串行口转换电路接通讯主干的一端；所述的双向串行数据处理器的另 一端通过第二差分串行口/TTL串行口转换电路接通讯主干的另一端；所述的 旁路继电器电路跨接在通讯主干的2端，所述的双向串行数据处理器与旁路 继电器电路通过控制线电连接。
5. 根据权利要求4所述的信号集中管理调度系统装置，其特征在于，所述的具有旁 路的单字节拖后通讯中继电路还包括中央处理器、第三和第四差分串行口 /TTL串行口转换电路以及射频ID读卡器；所述的中央处理器通过所述的第 三差分串行口/TTL串行口转换电路接通讯主干的一端；所述的中央处理器通 过所述的第四差分串行口/TTL串行口转换电路接通讯支干；所述的中央处理 器与所述的射频ID读卡器通信连接。
6. 根据权利要求5所述的信号集中管理调度系统装置，其特征在于，所述的中央处 理器与所述的双单向射频电子标签电路通过运行状态监测线实现电连接。
7. 根据权利要求4所述的信号集中管理调度系统装置，其特征在于，所述的通讯主 干上设有防雷电瞬变浪涌电路。
8. 根据权利要求5所述的信号集中管理调度系统装置，其特征在于，所述的通信支干上设有防雷电瞬变浪涌电路。
9. 根据权利要求5 8任一项所述的信号集中管理调度系统装置，其特征在于，所述的旁路继电器电路包括低接触电阻双触点继电器、低电压监测电路和看门狗电路。
专利摘要本实用新型公开了一种信号集中管理调度系统装置，与现有技术相比，本实用新型采用了双单向射频电子标签电路和具有旁路的单字节拖后通讯中继电路；本实用新型可以有效解决现有信号集中管理调度系统装置具有的通信距离短且通信不可靠以及射频电子标签通信冲突的问题。
文档编号G06K17/00GK201315069SQ20082015886
公开日2009年9月23日 申请日期2008年10月23日 优先权日2008年10月23日
发明者刘一江 申请人:长沙科瑞德电气有限公司