Устройство дистанционного динамического кодирования и идентификации различных объектов

 

Изобретение относится к автоматике. Его использование в различных системах автоматизированного производства, в технологических процессах, работающих по безлюдной технологии, для компьютеризации социальной сферы обслуживания и структур гибкого автоматизированного управления различными материальными потоками позволяет обеспечить большее удаление объекта от считывающего узла, исключить воздействие электромагнитных помех, получить возможность неограниченного числа перезаписей информации и неограниченное время ее хранения, а также удлинить сроки замены источников электропитания в кодоносителях без увеличения их размеров. Устройство содержит кодоносители, устанавливаемые на наружных поверхностях объектов (или их тары), головки записи-считывания и контроллер. Кодоносители и головки связаны между собой с помощью беспроводного канала связи. В каждом кодоносителе имеется (не показано) блок обмена информацией, программируемый запоминающий блок и соединяющий их блок управления записью-считыванием, а также источник энергопитания. Технический результат достигается благодаря тому, что в качестве беспроводного канала связи выбран канал связи оптического типа с несимметричными характеристиками. 6 з.п.ф-лы, 3 ил.

Данное изобретение относится к устройству для дистанционной и динамической идентификации и кодирования данных различного рода объектов и может использоваться для создания различных систем компьютеризированных производств и всевозможных технологических процессов, работающих по т. н. "безлюдной технологии", а также при создании компьютеризированных социальных сфер обслуживания и структур гибкого автоматизированного управления различными материальными потоками и т.п.

В настоящее время известны различные системы кодирования и динамической идентификации данных, в которых на наружной поверхности подлежащего идентификации объекта устанавливается кодоноситель, считываемый соответствующей считывающей головкой (заявка ФРГ N 3613150).

Недостатками этих устройств являются небольшие расстояния при осуществлении кодирования и идентификации, отсутствие динамической перезаписи информации и ограничения на само количество циклов перезаписи информации в запоминающие блоки кодоносителей.

Наиболее близким аналогом к заявленному устройству является устройство для кодирования и идентификации данных о различных объектах, содержащее по меньшей мере одну головку записи-считывания, каждая из которых установлена в заранее заданном месте с заранее заданной ориентацией, шины обмена всех головок записи-считывания соединены с контроллером, а также кодоносители, укрепленные на наружных поверхностях идентифицируемых объектов, причем каждый кодоноситель включает в себя программируемый запоминающий блок, блок обмена информацией и соединенный с ними блок управления записью-считыванием, при этом каждая головка записи-считывания и каждый блок обмена информацией кодоносителя выполнены с возможностью взаимодействия друг с другом по беспроводному каналу связи (заявка ФРГ N 3412588).

Недостатком этого устройства является возможность воздействия различных электромагнитных помех в режиме передачи информации через ее беспроводный канал связи индуктивного типа и в режиме хранения данных. Кроме того, информация из таких кодоносителей может считываться головками лишь на небольших расстояниях (несколько сантиметров) вследствие малой мощности включенного в их состав передатчика, что обусловлено малой электрической мощностью используемых в кодоносителях каналов передачи данных при помощи электромагнитного излучения и невозможность записи новой информации в динамическом режиме.

Поэтому задачей данного изобретения является обеспечение возможности записи и считывания данных с кодоносителя на достаточно больших расстояниях (несколько метров и более), исключая при этом воздействие электромагнитных помех на другие кодоносители и не увеличивая размеры кодоносителя и головок записи-считывания под крупногабаритные и более мощные источники электромагнитного излучения, а также обеспечение неограниченного числа перезаписей в запоминающих блоках кодоносителей, обладающих энергонезависимым хранением информации и обеспечивающих гораздо большую помехоустойчивость от постороннего электромагнитного излучения, как во время работы кодоносителей, так и во время хранения информации, по сравнению с полупроводниковыми запоминающими элементами, обеспечивая при этом возможность считывания и записи необходимой информации из кодоносителей при их перемещении по отношению к головкам записи-считывания.

Указанный технический результат достигается в устройстве дистанционного динамического кодирования и идентификации различных объектов, содержащем по меньшей мере одну головку записи-считывания, каждая из которых установлена в заранее заданном месте с заранее заданной ориентацией, шины обмена всех головок записи-считывания соединены с контроллером, а также кодоносители, укрепленные на наружных поверхностях идентифицируемых объектов, причем каждый кодоноситель включает в себя программируемый запоминающий блок, блок обмена информацией и соединенный с ними блок управления записи-считывания, при этом каждая головка записи-считывания и каждый блок обмена информацией кодоносителя выполнены с возможностью взаимодействия друг с другом по беспроводному каналу связи, благодаря тому, что в качестве упомянутого беспроводного канала связи выбран канал связи оптического типа с несимметричными характеристиками.

При этом программируемый запоминающий блок кодоносителя состоит из запоминающих элементов с возможностью неограниченной перезаписи информации, выполненных на многослойных анизотропных пленках.

Многослойные анизотропные пленки могут быть выполнены цилиндрическими или плоскими.

В качестве источника энергопитания в кодоносителе может быть использован комбинированный источник энергопитания, в который может быть включен емкостной или другой накопитель электрической энергии. При этом, для подзаряда накопителя электрической энергии используются различные преобразователи энергии и в частном случае фотоэлементы.

Из существующего уровня техники неизвестны объекты с указанной совокупностью существенных признаков, что позволяет считать данный объект соответствующим условию патентоспособности "новизна". Из существующего уровня техники неизвестны также объекты, содержащие указанную выше совокупность отличительных признаков, что позволяет считать данный объект соответствующим условию патентоспособности "изобретательский уровень".

На фиг. 1 приведена структурная схема устройства дистанционного, динамического кодирования и идентификации различных объектов согласно настоящему изобретению; на фиг. 2 показана функциональная схема кодоносителя, используемого в настоящем изобретении; на фиг. 3 показана функциональная схема головки записи-считывания вместе с контроллером, которые используются в настоящем изобретении.

Устройство дистанционного динамического кодирования и идентификации различных объектов включает в себя (фиг. 1) кодоносители 1, число N которых соответствует числу подлежащих кодированию и идентификации объектов (например, N равно числу хранящихся на складе контейнеров). Кроме того, в данное устройство входят головки 2 записи-считывания, соединенные своими шинами обмена с контроллером 3.

Контроллер 3 может соединяться с управляющим компьютером 4 через последовательный интерфейс, например, RS-232 или RS-485. Управляющий компьютер и последовательный интерфейс не влияют на работу заявленного устройства, могут быть любого подходящего типа и не входят в объем патентных притязаний.

Головки 2 записи-считывания установлены в заранее заданных местах и с заранее заданной ориентацией каждая, а кодоносители 1 укреплены каждый на наружной поверхности соответствующего объекта (например, контейнера) таким образом, чтобы этот кодоноситель находился в "поле зрения" головки 2 записи-считывания при перемещениях объекта мимо этой головки 2. Несколько головок 2 предусмотрены на тот случай, если имеется несколько потоков обрабатываемых объектов с кодоносителями 1 и каждый поток следует своим маршрутом, нигде не совпадающим с маршрутами других потоков объектов. На фиг. 1 представлены четыре головки 2 записи-считывания, однако это лишь один из возможных примеров реализации заявленного устройства.

Каждый кодоноситель включает в себя (фиг. 2) программируемый запоминающий блок 6, блок 7 обмена информацией и соединяющий их блок 8 управления записью-считыванием, а также комбинированный источник электропитания 9, для питания всех элементов схемы кодоносителя 1.

Блок 7 обмена информацией выполнен, например, на фотодиоде 10 и светодиоде 11, хотя это могут быть и другие подходящие элементы, один из которых принимает, а другой передают излучение выбранного оптического диапазона электромагнитного спектра. В данном изобретении используется один из видов инфракрасного излучения, что позволяет избавиться от электромагнитных помех, оказывающих влияние на индукционную линию связи вышеуказанного ближайшего аналога (заявка ФРГ N 3412588). На фиг. 2 позициями 12 и 13 обозначены согласующие элементы соответственно фотодиода 10 и светодиода 11, а позициями 14 и 15 - соответствующие формирователи сигналов.

Блок 8 управления записью-считыванием представляет собой, например, микропроцессор 16 с памятью 17 программ, соединенные общей шиной с программируемым запоминающим блоком 6. Логический преобразователь 18 и элемент 19 ИЛИ в блоке 8 служат для управления преобразователем тока 20 в комбинированном источнике энергопитания 9 для подачи напряжения питания на микропроцессор 16 с запоминающими блоками 17 и 6. Сам источник комбинированного энергопитания 9 может включать в себя накопители электрической энергии - например, емкостной или гальванический элемент 21. Его подзаряд может производиться от преобразователей тока - например фотоэлементов, или других элементов, что позволяет эксплуатировать данный комбинированный источник энергопитания более длительное время без подзарядки или его замены. Такой источник питания, используемый в предлагаемых кодоносителях 1, позволяет существенным образом повысить их рабочий ресурс в автономном режиме.

Программируемый запоминающий блок 6 в кодоносителе 1 состоит из запоминающих элементов, обладающих возможностью неограниченной перезаписи информации и энергонезависимого хранения, например, в виде многослойных анизотропных пленок, которые могут быть выполнены на цилиндрических или плоских подложках. Эти многослойные анизотропные пленки описаны, например, в книге Мочалов В. Д. Магнитная микроэлектроника. - М.; Советское радио, 1977 г., стр. 118 - 128. Использование таких запоминающих элементов в кодоносителях позволяет практически неограниченное время сохранять находящуюся там информацию при полном отсутствии источников энергии, а также при воздействии на кодоноситель неблагоприятных условий окружающей среды, например, высоких и низких температур, жесткого ионизирующего излучения, электромагнитных помех и др.

Головка 2 записи-считывания содержит (фиг. 3) фотодиоды 22 и светодиоды 23, хотя, как и в случае блока 7 обмена информацией кодоносителя 1, это могут быть и другие элементы (фототранзисторы, лазеры и т.д.). На фиг. 3 фотодиоды 22 и светодиоды 23 показаны парами. Это сделано для того, чтобы подчеркнуть существенный признак данного изобретения: несимметричность электромагнитного канала связи оптического типа между кодоносителем 1 и головкой 2. В данном случае головка 2 записи-считывания имеет более мощный передатчик и более чувствительный приемник используемого оптического электромагнитного излучения, нежели кодоноситель 1, однако в принципе допустим и обратный вариант, если это потребуется для каких-то конкретных приложений. Указанная несимметричность канала связи позволяет увеличить расстояние, с которого головка 2 может передавать данные на кодоноситель 1 и принимать данные с него при минимальной затрате электрической энергии.

Помимо указанных элементов головка 2 содержит соответствующие согласующие элементы 24 и 25, обеспечивающие ее подключение к контроллеру 3. Этот контроллер 3 может быть выполнен, например, на микроконтроллере 26, к которому подключены общей шиной блок 27 постоянной памяти (для хранения программ), первый блок 28 оперативной памяти (для хранения исходного массива данных, подлежащих передаче на кодоноситель 1) и второй блок 29 оперативной памяти (для хранения принятого с кодоносителя 1 массива данных). Кроме того, микроконтроллер 26 дополнен соответствующими согласующими элементами 30 и 31 для обеспечения возможности его подключения к управляющему компьютеру 4 (см. фиг.1) через соответствующий интерфейс 5.

Устройство дистанционного динамического кодирования и идентификации различных объектов работает следующим образом.

Кодоносители 1 заранее устанавливаются на наружной поверхности объектов, подлежащих кодированию и идентификации. Под наружной поверхностью в данном случае понимается наружная поверхность либо самого объекта, если он ни во что не упакован, либо наружная поверхность тары, в которую этот объект, помещен (например, контейнера). Как правило, этой наружной поверхностью является боковая поверхность, хотя не исключено, что ею может быть и верхняя и даже нижняя поверхность. Главным условием здесь является то, что эта поверхность должна попадать в поле зрения головки 2 записи-считывания, при перемещении объекта в процессе его обработки, транспортировки и т.п. Соответственно головки 2 записи-считывания, выполненные выносными, заранее устанавливаются в определенных местах и направляются в сторону, где будут перемещаться объекты с кодоносителями 1.

В первый блок 28 оперативной памяти заносятся данные, предназначенные для передачи на кодоносители 1 с определенными номерами. При попадании в поле зрения какой-либо головки 2 объекта с кодоносителем 1, имеющим соответствующий номер, для которого в блоке 28 имеются данные, микроконтроллер 26 активизирует светодиоды 23 этой головки 2, чтобы послать упомянутые данные на этот кодоноситель 1.

Все кодоносители 1 находятся в режиме ожидания. При появлении сигнала от головки 2 фотодиод 10 кодоносителя 1 начинает выдавать на своем выходе ток, который преобразуется элементами 12 и 14 в соответствующий сигнал. Этот сигнал, через логический преобразователь 18, вызывает включение преобразователя тока 20, благодаря чему запитывается микропроцессор 16 со своими блоками 6 и 17 памяти. Согласно записанной в блок 17 программе микропроцессор 16 либо подают принятые фотодиодом 10 данные на запись на блок 6, либо считывает данные из этого блока 6 для передачи их с помощью светодиода 11 обратно на головку 2 записи-считывания.

Все вышеописанное функционирование происходит в том случае, если микропроцессор 16 распознал в принятом сигнале номер того кодоносителя 1, в котором он установлен. В противном случае информация для кодоносителя 1 с другим номером не сможет поступить на запоминание в данный кодоноситель 1, равно как и записанная в его блоке 6 информация не будет считана и отправлена к головке 2.

Информация в первый блок 28 оперативной памяти контроллера 3 может поступать от управляющего компьютера 4, либо от линии связи (не показана), либо она может быть заранее записана в блоке 27 постоянной памяти. Информация, считываемая головками 2 с кодоносителей 1, при помощи электронно - оптического канала, заносится во второй блок 29 оперативной памяти для временного хранения и последующего считывания в линию связи, в управляющий компьютер 4 и т.д.

Таким образом, использование беспроводного канала связи оптического типа с несимметричными характеристиками, с одной стороны позволяет повысить помехоустойчивость от окружающей среды в работе заявленного устройства (помехи, возникающие: от электросварки, работы электродвигателей, наводок мощных электромагнитных полей от кабелей питания, от различных радиосигналов и т.п. ), и которые могут быть созданы в том же самом производственном процессе, работа и перемещение объектов в котором и должна контролироваться данным устройством.

С другой стороны, используя этот канал (с заданными характеристиками) значительно увеличивается дальность действия рассматриваемого устройства (т. е. возможность записи-считывания необходимой информации с кодоносителей), которая существенно выше, чем у ближайшего аналога. Кроме того, заявляемое устройство, в отличие от описанных аналогов, позволяет идентифицировать всевозможные объекты и производить их кодировку при неизменной скорости передвижения кодоносителей по отношению к головкам записи-считывания.

Кроме того, кодоносители 1 (как было отмечено выше) в данном устройстве используют долговременные комбинированные источники электропитания 9, что позволяет избегать при их эксплуатации, частых замен накопителей электрической энергии 21, существенно увеличить надежность и их срок автономной (не обслуживаемой) эксплуатации, а также всего устройства в целом.

Из вышеприведенного описания очевидно, что заявленное устройство может иметь различные применения в промышленности и транспорте, т.е. данное устройство удовлетворяет критерию патентоспособности "промышленная применимость".

Приведенный пример реализации заявленного устройства является лишь иллюстрацией принципов изобретения, но отнюдь не ограничивает его объем, который определяется нижеследующей формулой изобретения.

Формула изобретения

1. Устройство дистанционного динамического кодирования и идентификации различных объектов, содержащее по меньшей мере одну головку записи-считывания, каждая из которых установлена в заранее заданном месте с заранее заданной ориентацией, шины обмена всех головок записи-считывания соединены с контроллером, а также кодоносители, укрепленные на наружных поверхностях идентифицируемых объектов, причем каждый кодоноситель включает в себя программируемый запоминающий блок, блок обмена информацией и соединенный с ними блок управления записью-считыванием, а также источник энергопитания, при этом каждая головка записи-считывания и каждый блок обмена информацией кодоносителя выполнены с возможностью взаимодействия друг с другом по каналу связи, отличающееся тем, что в качестве упомянутого канала связи выбран канал связи оптического типа с несимметричными характеристиками.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что программируемый запоминающий блок кодоносителя включает в себя запоминающую среду, обладающую возможностью неограниченной перезаписи информации, и в частности, многослойные анизотропные пленки.

3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что многослойные анизотропные пленки выполнены цилиндрическими.

4. Устройство по п.2, отличающееся тем, что многослойные анизотропные пленки выполнены плоскими.

5. Устройство по любому из пп.1 - 4, отличающееся тем, что в качестве источника энергопитания в кодоносителе использован комбинированный источник энергопитания.

6. Устройство по п. 5, отличающееся тем, что комбинированный источник энергопитания включает в себя накопитель электрической энергии.

7. Устройство по п. 5, отличающееся тем, что комбинированный источник энергопитания включает в себя в качестве постоянного источника подзаряда накопителя электрической энергии преобразователи энергии и, в частном случае, фотоэлементы.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3