一种基于RFID射频识别技术的随车铁鞋监控系统的制作方法

本发明属于车辆工程领域，尤其涉及一种基于RFID射频识别技术的随车铁鞋监控系统。

背景技术：

机车车辆、轨道车或者自轮运转设备开车前撤除铁鞋、停车后安设铁鞋防溜,均由人为操作控制，难免会因为司乘人员操作失误，造成未撤除铁鞋“压鞋开车”或不安设铁鞋使车辆溜逸，存在较大安全隐患。

目前国内的随车铁鞋监测方案，多是在驾驶室内增设一个铁鞋柜，铁鞋柜内安装接近开关或者行程开关，用于检测铁鞋是否放入柜内，仅仅以此来判定随车的几只铁鞋是否从车轮下撤除或者已安设至车轮下；或者，对现有铁鞋进行改造，在铁鞋内增加电子感应装置和无线收发模块，通过有线或无线方式将铁鞋所处的位置和状态信息发送至车上的监控主机，以此判断铁鞋的操作是否正确合理。

对于仅靠铁鞋柜来监测随车铁鞋的方案，无法确切知道铁鞋是否正确的安设在车轮下，因此存在铁鞋监测的盲区；开车前，即便检测到足够数量的铁鞋放入到铁鞋柜中，也无法判定车轮下的铁鞋是否全部撤除，仍然存在压鞋开车的风险；收车后，无法监测铁鞋是否按要求安设在车轮下，存在车辆溜逸的隐患。另外，该方式无法判别铁鞋是否为本车配属的铁鞋，无法知道本车配属铁鞋是否丢失或错用。

对于将铁鞋进行改造的方案，由于目前配发的铁鞋种类繁多，外形尺寸存在差异，部分铁鞋没有足够的空间加装电路板和电池，这给既有铁鞋改造带来了困难。铁鞋内的电池需要定期充电或者更换，这增加了铁鞋维护的工作量。

技术实现要素：

为了克服现有技术的不足，本发明提供一种基于RFID射频识别技术的随车铁鞋监控系统，通过在随车配属的铁鞋上粘贴RFID无源标签，标签内写入与铁鞋对应的唯一标签信息，在指定车轮附近和车上专用铁鞋监控机柜内的铁鞋插口旁边安装RFID读写器和RFID读写模块，将RFID读写距离设置在指定距离内，通过对RFID无源标签数据的读取，来判定铁鞋是否按要求放置在相应位置，以及所放置铁鞋是否为本车配属铁鞋；同时，根据铁鞋操作情况和车辆当前状态，给予相应声光提示，开车时控制车辆档位/换向控制回路，确保司机操作失误时无法动车，收车时给予铁鞋安设提示，防止司机忘记安设铁鞋。

为此，本发明提供一种基于RFID射频识别技术的随车铁鞋监控系统，包括信号连通的RFID无源标签、RFID读写器、监控机柜和报警状态指示灯；

RFID无源标签粘贴于随车配属的铁鞋上，且预设与铁鞋对应的唯一标签信息；

监控机柜安装于车辆驾驶室内，包括铁鞋插口、天线、RFID读写模块、主控板、备用电池、喇叭、铁鞋状态指示灯、电源指示灯和故障指示灯，铁鞋由上向下插入铁鞋插口内，天线和RFID读写模块电连接，RFID读写模块和主控板电连接，且RFID读写模块和主控板均安装于机柜内部的侧壁上，天线安装于各铁鞋插口的左侧，铁鞋状态指示灯、电源指示灯和故障指示灯安装于机柜的前面板；RFID读写模块通过天线接收铁鞋上RFID无源标签的标签信息并传送至主控板，主控板根据RFID读写模块读取到的标签信息判断是否有铁鞋插入和插入的铁鞋是否为随车配属的铁鞋；

RFID读写器安设于车辆车轮的内侧，并与监控机柜内的主控板信号连接，用于检测对应车轮下是否有铁鞋安设或者撤除并反馈信号至主控板；

报警状态指示灯与监控机柜电连接，且安装于I端/II端司机操纵台上，用于根据铁鞋的实时状态向驾驶室内的驾乘人员提供铁鞋预警信号。

进一步地，所述主控板内置CPU主控单元及分别与CPU主控单元信号连接的通讯模块、电源模块、档位/换向控制模块、报警输出模块、数据记录模块和数据转储模块，所述档位/换向控制模块控制车辆的启动，所述通讯模块用于接收分别设于车轮内侧的RFID读写器和设于监控机柜内的RFID读写模块读取到的铁鞋实时标签信息并将信号传输至CPU主控单元，数据记录模块内预设随车铁鞋的标签信息，CPU主控单元将接收到的实时标签信息和数据记录模块内预设的标签信息进行比对并通过报警输出模块和指示灯输出判断结果，且通过档位/换向控制模块控制车辆的启动。

所述电源模块包括连接至车辆电源的24V电源单元和备用电池控制单元；CPU主控单元将所有与铁鞋相关的操作全部记入数据记录模块，并通过数据转储模块外接U盘将数据转储至计算机进行分析。

优选地，所述RFID无源标签为抗金属RFID标签。

优选地，所述RFID读写器为两个，分别通过安装支架固定于车辆前后端分居两侧的车轮内侧的转向架端梁上。

优选地，所述RFID读写器的感应距离为0.3～0.5米，设置位置高于钢轨表面150mm，距车轮内侧150mm，且位于铁鞋放置处的侧上方。

所述铁鞋插口采用1*N横向方式排列。

所述指示灯包括铁鞋状态指示灯、电源指示灯、故障指示灯和报警状态指示灯。

进一步地，所述监控机柜的前面板上还设有报警解除按钮和切换开关。

优选地，所述监控机柜表面采用不锈钢材料制作，机柜内的承重横梁与侧壁采用高强度的钢材制作，且钢材厚度不小于4mm；监控机柜的四个脚设有固定安装孔，通过螺钉固定于驾驶室的地板上以防止其随意移动。

车辆上电后，安装于车轮内侧的RFID读写器持续读取铁鞋上的标签信息，以判定车轮下是否安设有铁鞋，同时，监控机柜内各RFID模块也会持续读取铁鞋上的标签信息，以判定各铁鞋插口是否有铁鞋放入；当检测到车轮下安设有铁鞋，或者监控机柜内某些铁鞋插口没有放入铁鞋，系统会输出“动车前请撤除铁鞋！”的语音提示，报警状态指示灯闪烁，同时通过档位/换向控制模块切断车辆的档位或换向回路；若此时，司机操作进档或换向，系统会发出报警音并提示“铁鞋未撤走，严禁动车！”；当检测到车轮下没有安设铁鞋，且本车配属的所有铁鞋全部放入铁鞋监控机柜内，报警状态指示灯熄灭，通过档位/换向控制模块接通车辆的档位或换向回路，同时提示一次“注意防溜！”，此时，司机可以正常动车；若检测到车轮下没有安设铁鞋，铁鞋监控机柜内各铁鞋插口均放入有铁鞋，但某些铁鞋不是本车配属的铁鞋，报警状态指示灯闪烁，通过档位/换向控制模块接通车辆的档位或换向回路，司机仍然可以正常动车，但会不断提示“铁鞋错用！”；正常运行后，车辆中途停车超过30分钟后，系统会每隔5分钟进行一次防溜语音提示：“注意防溜！”。

车辆总电源关闭后，系统依靠自己的备用电池30分钟内持续检测车下指定车轮下是否安设有铁鞋；在铁鞋没有全部安设好前，报警状态指示灯闪烁，系统每隔10秒进行一次语音提示：“请放置铁鞋！”；当两只铁鞋都安设到指定位置后，报警状态指示灯熄灭，系统停止语音提示并自动切断备用电池。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1、通过在指定车轮的附近安装RFID读写器来判定铁鞋是否按要求安设在车轮下，使得铁鞋在车轮下的使用情况得以监测，避免了铁鞋监测存在盲区的情况；

2、通过判断铁鞋放置情况和车辆当前状态，控制车辆档位或换向控制回路的通断，规避了压鞋开车的风险；

3、由于系统自带备用电池，使得车辆总电源关闭后系统仍能正常监测，并提示司机安设铁鞋，大大降低了铁鞋漏设导致车辆溜逸的风险；

4、RFID无源标签内设与铁鞋对应的唯一标签信息，通过读取铁鞋对应的RFID无源标签，可以清楚的知道当前铁鞋是否为本车配属的铁鞋，进而知道本车配属铁鞋是否错用或者丢失；

5、由于只是在现有铁鞋上粘贴一片RFID无源标签，无需对铁鞋内部结构进行改造，节省了铁鞋改造成本，后期无需对铁鞋标签经常维护，节省了维护成本；

6、采用抗金属RFID标签可防止铁鞋对信号的吸收和衰减。

附图说明

图1为本发明的结构框图；

图2为本发明中铁鞋与RFID无源标签的结构示意图；

图3为本发明的安装连接示意图；

图4为本发明中监控机柜的内部结构示意图；

图5为本发明中RFID读写器的安装示意图；

图6为本发明的原理框图，其中：

1-RFID无源标签，2-左侧RFID读写器，21-安装支架，22-车轮，23-钢轨，3-右侧RFID读写器，4-监控机柜，41-铁鞋插口，42-天线，43-RFID读写模块，44-主控板，441-CPU主控单元，442-通讯模块，443-电源模块，444-档位/换向控制模块，445-报警输出模块，446-数据转储模块，447-数据记录模块，448-喇叭，449-备用电池，5-报警状态指示灯，6-铁鞋，7-U盘。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施例进行详述。

请参阅图1和图3，本发明提供一种RFID射频识别技术的随车铁鞋监控系统，包括信号连通的RFID无源标签1、左侧RFID读写器2、右侧RFID读写器3、监控机柜4和报警状态指示灯5。

所述左侧RFID读写器2和右侧RFID读写器3分别固定于车辆前后端分居两侧的车轮内侧的转向架端梁上。

所述RFID无源标签1为抗金属RFID标签，内设与铁鞋6对应的唯一标签信息，且用防水强力胶粘贴于每只铁鞋6的右侧，RFID无源标签1粘贴位置如图2所示。

请参阅图4，所述监控机柜4安装于车辆驾驶室内，包括铁鞋插口41、天线42、RFID读写模块43、主控板44、备用电池(本张图未示意，请结合图6)和喇叭(本张图未示意，请结合图6)。

监控机柜4的前面板上设有报警解除按钮和切换开关；监控机柜4表面采用不锈钢材料制作，机柜内的承重横梁与侧壁采用高强度的钢材制作，且钢材厚度不小于4mm；监控机柜4的四个脚设有固定安装孔，通过螺钉固定于驾驶室的地板上以防止其随意移动。

铁鞋插口41采用1*N横向方式排列，铁鞋6由上向下插入铁鞋插口41内，RFID读写模块43和主控板44电连接，天线42和RFID读写模块43电连接，且RFID读写模块43和主控板44均安装于机柜内部的侧壁上，天线42安装于各铁鞋插口41的左侧；RFID读写模块43通过天线42接收铁鞋6上RFID无源标签1的标签信息并传送至主控板44，主控板44根据RFID读写模块43读取到的标签信息判断是否有铁鞋6插入和插入的铁鞋6是否为随车配属的铁鞋6。

请参阅图5，RFID读写器安设于车辆车轮22的内侧，并与监控机柜4内的主控板44信号连接，用于检测对应车轮下是否有铁鞋6安设或者撤除并反馈信号至主控板44。

以左侧RFID读写器2为例，其通过安装支架21固定于车轮22内侧的转向架端梁上；所述RFID读写器的感应距离为0.3～0.5米，设置位置高于钢轨23表面150mm，距车轮22内侧150mm，且位于铁鞋6放置处的侧上方。

指示灯与监控机柜4电连接，且安装于监控机柜4的前面板，用于根据铁鞋6的实时状态向驾驶室内的驾乘人员提供铁鞋预警信号，包括铁鞋状态指示灯、电源指示灯、故障指示灯和报警状态指示灯，为方便司机直观了解铁鞋6当前状态，单独将报警状态指示灯5安装在驾驶室两端司机操纵台上；铁鞋状态指示灯分别对应“铁鞋1”、“铁鞋2”、…“铁鞋N”，若状态指示灯点亮表示相应铁鞋已归位放好，状态指示灯熄灭则表示没有铁鞋放入。

请参阅图6，所述主控板44内置CPU主控单元441及分别与CPU主控单元441信号连接的通讯模块442、电源模块443、档位/换向控制模块444、报警输出模块445、数据转储模块446和数据记录模块447，所述档位/换向控制模块444控制车辆的启动，所述通讯模块442用于接收分别设于车轮内侧的RFID读写器和设于监控机柜4内的RFID读写模块43读取到铁鞋6的实时标签信息并将信号传输至CPU主控单元441，数据记录模块447内预设随车铁鞋1的标签信息，CPU主控单元441将接收到的实时标签信息和数据记录模块447内预设的标签信息进行比对并通过报警输出模块445和报警状态指示灯输出判断结果，且通过档位/换向控制模块444控制车辆的启动。

所述报警输出模块445分别与喇叭448和报警状态指示灯5连接，用于完成铁鞋6状态的声光报警。

所述电源模块443包括连接至车辆电源的24V电源单元和备用电池控制单元；CPU主控单元441将所有与铁鞋6相关的操作全部记入数据记录模块447，并通过数据转储模块446外接U盘7将数据转储至计算机进行分析。

车辆上电后，安装于车轮22内侧的RFID读写器(2、3)持续读取铁鞋6上的标签信息，以判定车轮22下是否安设有铁鞋，同时，监控机柜4内各RFID模块43也会持续读取铁鞋6上的标签信息，以判定各铁鞋插口41是否有铁鞋放入；当检测到车轮22下安设有铁鞋6，或者监控机柜4内某些铁鞋插口41没有放入铁鞋，系统会输出“动车前请撤除铁鞋！”的语音提示，两个报警状态指示灯5闪烁，同时通过档位/换向控制模块444切断车辆的档位或换向回路；若此时，司机操作进档或换向，系统会发出报警音并提示“铁鞋未撤走，严禁动车！”；当检测到车轮22下没有安设铁鞋6，且本车配属的所有铁鞋全部放入铁鞋监控机柜4内，报警状态指示灯5熄灭，通过档位/换向控制模块444接通车辆档位或换向回路，同时提示一次“注意防溜！”，此时，司机可以正常动车；若检测到车轮22下没有安设铁鞋6，铁鞋监控机柜4内各铁鞋插口41均放入有铁鞋6，但某些铁鞋6不是本车配属的铁鞋，报警状态指示灯5闪烁，通过档位/换向控制模块444接通车辆的档位或换向回路，司机可以正常动车，但会不断提示“铁鞋错用！”；正常运行后，车辆中途停车超过30分钟后，系统会每隔5分钟进行一次防溜语音提示：“注意防溜！”。

车辆总电源关闭后，系统依靠自己的备用电池449在30分钟内持续检测车下指定车轮22下是否安设有铁鞋6；在铁鞋6没有全部安设好前，报警状态指示灯5闪烁，系统每隔10秒进行一次语音提示：“请放置铁鞋！”；当两只铁鞋6都安设到指定位置后，报警状态指示灯5熄灭，系统停止语音提示并自动切断备用电池449。

综上，本发明通过在指定车轮的附近安装RFID读写器来判定铁鞋是否按要求安设在车轮下，使得铁鞋在车轮下的使用情况得以监测，避免了铁鞋监测存在盲区的情况；通过判断铁鞋放置情况和车辆当前状态，控制车辆档位或换向控制回路的通断，规避了压鞋开车的风险；由于系统自带备用电池，使得车辆总电源关闭后系统仍能正常监测，并提示司机安设铁鞋，大大降低了铁鞋漏设导致车辆溜逸的风险；RFID无源标签内设与铁鞋对应的唯一标签信息，通过读取铁鞋对应的RFID无源标签，可以清楚的知道当前铁鞋是否为本车配属的铁鞋，进而知道本车配属铁鞋是否错用或者丢失；由于只是在现有铁鞋上粘贴一片RFID无源标签，无需对铁鞋内部结构进行改造，节省了铁鞋改造成本，后期无需对铁鞋标签经常维护，节省了维护成本；采用抗金属RFID标签可防止铁鞋对信号的吸收和衰减。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。