专利名称：基于rfid的机车报警装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及无线射频识别技术和嵌入式系统技术领域，具体的说是一种应用于煤矿机车的基于RFID的机车报警装置。
背景技术：
井下机车运输是煤矿生产必要的运输方式之一，机车运输是井下人员、矸石、物料、设备等的运输的主要运输方式，为保证机车的安全、有序、高效运行，有必要采用完善的机车运输管理、监控装备，用先进的信息化管理实现矿井机车运输监控、调度。机车在运输过程中，一方面往往司机由于司机疏忽导致机车没有按照规定行驶产生闯红灯或路端而发生事故；另一方面，在机车通过时，轨道附近尤其是弯道、道岔等处的工人由于没有按照规定避让往往也会造成事故，影响安全生产。 我国上个世纪80年代开始要求煤炭生产企业，井下矿井机车运输，必须设置“信号、集中、联锁”(信、集、闭或监控系统)，区间要设置信号、闭塞。然而，由于技术难度大、受控制对象繁杂、系统所处环境恶劣、维护难度大等原因，我国大部分井下轨道运输监控系统受控范围有限，管理系统不完善。目前，我国井下机车定位主要还是采取有线通信的方式，电缆铺设复杂，成本较高，不利于运行维护。近年来也有使用WiFi或红外来进行机车的定位、报警等通信，由于井下环境的特殊，电磁干扰等因素导致通信质量不佳，通信距离不够远，制约了机车无线通信的发展和应用。发明内容本实用新型所要解决的技术问题是提供一种基于RFID的机车报警装置，当机车驶近时系统以无线射频方式提前警告在轨道上以及附近区域的工作人员，使他们以及相关的施工工具和设备一起避让机车，保证安全生产。为解决上述技术问题，本实用新型的技术方案是基于RFID的机车报警装置，其特征在于包括有RFID标签和主电路系统，所述的RFID标签置于机车上，所述的主电路系统包括有单片机电路、电源电路，所述的单片机电路的信号输入端与RFID读卡器电路的信号输出端连接，单片机电路的信号输出端与时钟电路、LED点阵屏电路、语音报警电路的信号输入端连接，单片机电路还连接有RS485电路，所述的电源电路分别与单片机电路、RFID读卡器电路、LED点阵屏电路、语音报警电路、时钟电路、RS485电路的电源端连接并为其供电。所述的RFID标签和RFID读卡器电路均采用MSP430F147单片机作为控制器，nRF2401作为射频收发芯片。 所述的RFID标签采用纽扣电池供电。所述的主电路系统的单片机电路选用低功耗的MSP430F147单片机，其外围电路包括晶振电路、复位电路和JTAG电路。所述的LED点阵屏电路包括有18片74LS595芯片，32个8X8点阵小模块。所述的语音报警电路包括有ISD1720语音芯片、音频放大器TDA2030，语音芯片ISD1720和单片机MSP430F147之间采用SPI总线方式连接。[0015]所述的时钟电路采用时钟芯片PCF8563，RS485电路采用芯片SP3485。所述的电源电路采用集成稳压芯片7812、7805以及AMS1117，为主电路系统提供稳定的12V、5V、3. 3V直流电源电压。本实用新型的有益效果是本实用新型采用RFID技术进行无线识别，具有识别可靠性高、抗干扰能力强、结构简单、成本低廉、易于安装及操作等特点，大大避免了因工作人员避让不及导致机车撞人事故而造成的重大经济损失和人员伤亡。
以下结合附图和具体实施方式
对本实用新型进一步说明。 图I是本实用新型的系统组成框图。图2是本实用新型的车载RFID标签电路图。图3是本实用新型的主电路系统RFID读卡器电路图。图4本实用新型的主电路系统LED点阵屏电路图。图5本实用新型的主电路系统语音报警电路图。图6本实用新型的主电路系统时钟电路图。图7本实用新型的主电路系统RS485电路图。图8本实用新型的主电路系统电源电路图。
具体实施方式
参见图I，基于RFID的机车报警装置，包括有RFID标签I和主电路系统，RFID标签I置于机车上，主电路系统包括有单片机电路2、电源电路8，单片机电路2的信号输入端与RFID读卡器电路3的信号输出端连接，单片机电路2的信号输出端与时钟电路6、LED点阵屏电路4、语音报警电路5的信号输入端连接，单片机电路2还连接有RS485电路7，电源电路8分别与单片机电路2、RFID读卡器电路3、LED点阵屏电路4、语音报警电路5、时钟电路6、RS485电路7的电源端连接并为其供电。参见图2、图3，车载RFID标签和主电路系统RFID读卡器都采用MSP430F147单片机作为控制器，nRF2401作为射频收发芯片。MSP430F147单片机是由TI公司生产的一种超低功耗的微控制器，低电压范围为I. 8^3. 6V,待机状态耗电仅为I. 6 μ A,并具有5种省电模式，允许中断事件切换省电模式，很适合应用于电池供电的长时间工作的场合。它米用16位精简指令系统，集成有16位寄存器和常数发生器，发挥了最高的代码效率，并可采用数字控制振荡器，使其从低功耗模式到唤醒模式的转换时间小于6 μ s。MSP430F147单片机内部带有32ΚΒ+256Β闪速存储器、IKB的RAM、两个内置16位定时器、一个8通道快速12位的位A/D转换器、两个通用串行同步/异步通信接口 USART。MSP430F147单片机作为车载RFID标签和主电路系统的核心控制器，负责控制标签和读卡器之间的射频通信，读取信息和处理数据，并进行报警控制。nRF2401为Nordic公司生产的射频收发芯片，此芯片用于
2.Γ2.5 GHz ISM波段，内部由频率合成器、功率放大器、晶体振荡器、调制解调模块组成。输出功率、信道频率和协议都可以很容易地通过一个SPI 口进行编程。电流的消耗非常低，在输出功率为-6 dBm时只有9 mA，在接收模式只有12. 3 mA，内建的低功耗与休眠模式可以大大减少功耗。它采用GFSK调制，在ISM频段内可设置126个信道，空中数据速率最高可达2 Mb/s，并且可以选择O、-6、-12、-18 dBm其中之一作为输出功率。[0032]车载RFID标签设计为低功耗主动式标签，它由单片机MSP430F147，射频收发芯片nRF2401，电容C1-C18，电阻R1-R9，晶振Y1、Y2、Y3，发光二极管D1、D2以及天线组成。采用纽扣电池供电，其与主电路系统RFID读卡器之间采用2. 45GHzRFID无线技术进行通信。为了保证标签正常工作，特别设计了电池监测功能，利用MSP430F147单片机内部自带的12位A/D转换器的AO通道即第59引脚P6. 0/A0对电池电压进行定时检测，MSP430F147采用内部参考电平，程序中设定好报警的阀值电压，当电池电压低于阀值电压时利用发光LED进行报警，提醒用户更换纽扣电池，这样能够保证车载RFID标签的正常。所述的RFID读卡器电路主要是以单片机MSP430F147和射频芯片nRF2401组成，RFID读卡器电路与车载RFID标签设计方法相同，区别在于RFID读卡器电路采用直流稳压电路供电。基于RFID的机车报警装置的工作原理是车载RFID标签安装在轨道机车上，主电路系统安装在需要监测机车通过并进行报警的地方，如弯道、道岔等。当机车距离主电路系统30-40米时，主电路系统中的RFID读卡器接收到车载RFID标签的信息，这时主电路系统通过语音报警电路进行语音报警并在LED屏上显示“机车通过，人员撤离”报警信息，达到提前警告在轨道上以及附近区域的工作人员，使他们以及相关的施工工具和设备一起避让机车，保证安全生产。 参见图4，LED点阵屏电路它由18个行列扫描控制芯片74LS595，32个8X8点阵小模块、I个反相器4069、16个三极管、144个电阻组成。与单片机电路和电源电路相连，采用行扫描方式显示文字点阵。其用于显示机车报警的发光文字信息，当主电路系统中的读卡器读取到即将到来的机车上的标签信息时，单片机MSP430F147通过595 —CS, 595-CLK, 595-DATA端口向LED点阵屏发送报警文字信息并在LED点阵屏上显示出来，当机车通过后其显示当前的实时时钟信息。参见图5，语音报警电路由I片ISD1720语音芯片、I片音频放大器TDA2030、9个电阻、9个电容、I个喇叭组成，语音芯片ISD1720和单片机MSP430F147之间采用SPI总线方式连接，语音信号从ISD1720的第17引脚AUD/AUX输出，经过由TDA2030和相关的电阻、电容组成的音频放大电路放大后送至喇叭播放。通过语音烧录器预先将报警语音烧录进去，当主电路系统中的读卡器读取到即将到来的机车上的标签信息时，单片机MSP430F147通过MIS0、M0SI、SCLK、SS端口控制语音电路播报“机车通过，人员撤离”语音报警信息直到机车通过报警地点。参见图6，时钟电路用于显示系统的实时时钟，当没有机车通过报警时由LED点阵屏显示实时时间。它由I片时钟芯片PCF8563、I个晶振、3个电容、2个电阻、2个二极管和I个3V的纽扣电池组成。时钟芯片PCF8563的第5引脚SDA，第6引脚SCL分别与单片机MSP430F147的第38引脚P4. 2，第39引脚P4. 3相连。由于PCF8563的数据传送是IIC总线方式，而MSP430147没有IIC接口，所以需要软件模拟IIC。参见图7，RS485电路用于主电路系统和上位机的远距离通信，它由芯片SP3485，电阻R20，R21, R22组成。和单片机电路双向连接。参见图8，电源电路用于把输入的24V电源电压转变为12V、5V、3. 3V直流电源电压，为主电路系统的相关电路提供一组稳定的工作电压。它由I片7812、1片7805、1片AMS1117、3个二极管、I个发光二极管、14个电容、3个电阻组成。考虑到单片机MSP430F147模拟电源和数字电源的需要，AMS1117稳压电路专门单独设计+3. 3V和AVCC电源分别提供给单片机MSP430F147的DVCC和AVCC，提高了单片机工作电源的稳定性和抗干扰能力。
权利要求1.一种基于RFID的机车报警装置，其特征在于包括有RFID标签和主电路系统，所述的RFID标签置于机车上，所述的主电路系统包括有单片机电路、电源电路，所述的单片机电路的信号输入端与RFID读卡器电路的信号输出端连接，单片机电路的信号输出端与时钟电路、LED点阵屏电路、语音报警电路的信号输入端连接，单片机电路还连接有RS485电路，所述的电源电路分别与单片机电路、RFID读卡器电路、LED点阵屏电路、语音报警电路、时钟电路RS485电路的电源端连接并为其供电。
2.根据权利要求I所述的基于RFID的机车报警装置，其特征在于所述的RFID标签和RFID读卡器电路均采用MSP430F147单片机作为控制器，nRF2401作为射频收发芯片。
3.根据权利要求I或2所述的基于RFID的机车报警装置，其特征在于所述的RFID标签采用纽扣电池供电。
4.根据权利要求I所述的基于RFID的机车报警装置，其特征在于所述的主电路系统的单片机电路选用低功耗的MSP430F147单片机，其外围电路包括晶振电路、复位电路和JTAG电路。
5.根据权利要求I所述的基于RFID的机车报警装置，其特征在于所述的LED点阵屏电路包括有18片74LS595芯片，32个8X8点阵小模块。
6.根据权利要求I或4所述的基于RFID的机车报警装置，其特征在于所述的语音报警电路包括有ISD1720语音芯片、音频放大器TDA2030，语音芯片ISD1720和单片机MSP430F147之间采用SPI总线方式连接。
7.根据权利要求I所述的基于RFID的机车报警装置，其特征在于所述的时钟电路采用时钟芯片PCF8563，RS485电路采用芯片SP3485。
8.根据权利要求I所述的基于RFID的机车报警装置，其特征在于所述的电源电路采用集成稳压芯片7812、7805以及AMS1117，为主电路系统提供稳定的12V、5V、3. 3V直流电源电压。
专利摘要本实用新型公开了一种基于RFID的机车报警装置，包括有RFID标签和主电路系统，RFID标签置于机车上，所述的主电路系统包括有单片机电路、电源电路，单片机电路的信号输入端与RFID读卡器电路的信号输出端连接，单片机电路的信号输出端与时钟电路、LED点阵屏电路、语音报警电路的信号输入端连接，单片机电路还连接有RS485电路，电源电路分别与单片机电路、RFID读卡器电路、LED点阵屏电路、语音报警电路、时钟电路的电源端连接并为其供电。本实用新型采用RFID技术进行无线识别，具有识别可靠性高、抗干扰能力强、结构简单、成本低廉、易于安装及操作等特点。
文档编号B61L23/00GK202765033SQ201220332500
公开日2013年3月6日 申请日期2012年7月10日 优先权日2012年7月10日
发明者赵苍荣, 郑淼淼 申请人:安徽理工大学