Устройство для учета рейсов автосамосвалов

 

Устройство относится к области технических средств контроля и регистрации рейсов. Техническим результатом является повышение избирательности и помехоустойчивости панорамного приемника, а также устранение неоднозначности измерения несущей частоты принимаемых сигналов. Устройство содержит на каждом контролируемом объекте датчик давления, датчик положения кузова, элемент И, блок кодирования, передатчик, датчик расхода топлива, датчик пройденного пути, генератор высокой частоты, фазовый манипулятор, усилитель мощности и передающую антенну. Устройство содержит на пункте контроля панорамный приемник, дешифратор, блоки и регистрации, элемент запрета, формирователь импульса, приемную антенну, усилитель высокой частоты, блок поиска, гетеродин, смеситель, усилитель промежуточной частоты, первый и второй амплитудные детекторы, первый и второй перемножители, узкополосный фильтр, фильтр нижних частот, первый, второй, третий и четвертый ключи, частотомер, счетчик расхода топлива, счетчик пройденного пути, детекторный тракт, первый и второй видеоусилители, блок сравнения, первый и второй однополярные вентили, частотный детектор, дифференцирующий блок, второй элемент И. 5 ил.

Изобретение относится к области технических средств контроля и регистрации рейсов и может быть использовано при перевозке твердых бытовых отходов и сыпучих грузов автосамосвалами.

Известны устройства для учета перевезенного груза автосамосвалами, мусоровозами, автотягами и т.п. (авт. свид. СССР №№215536, 477330, 498636, 696508, 529936, 769581, 830447, 1123041; патент РФ №2184992, Храмцов Ю.В., Фигурнов Н.В., Шур О.З. Современные методы получения и обработки экспериментальных данных при испытаниях автомобилей. - М.: НИИНавтопром, 1975 и др.).

Из известных устройств наиболее близким к предлагаемому является “Устройство для учета рейсов автосамосвалов” (патент РФ №2184992, G 07 С 5/08, 2000), которое и выбрано в качестве прототипа.

Указанное устройство обеспечивает учет рейсов автосамосвалов, позволяет контролировать и регистрировать расход топлива и пройденный путь автосамосвалами. Оно содержит датчик давления, датчик положения кузова, элемент И, блок кодирования, передатчик, приемник, дешифратор, блок регистрации, элемент запрета, формирователь длительности импульсов, датчик расхода топлива, датчик пройденного пути, генератор высокой частоты, фазовый манипулятор, усилитель мощности, передающую антенну, приемную антенну, усилитель высокой частоты, блок поиска, гетеродин, смеситель, усилитель промежуточной частоты, амплитудный детектор, первый и второй перемножители, узкополосный фильтр, фильтр нижних частот, ключ, частотомер, счетчик расхода топлива, счетчик пройденного пути, дополнительный блок регистрации.

Однако в панорамном приемнике устройства одно и то же значение промежуточной частоты может быть получено в результате приема сигналов на двух частотах f₁ и fз, т.е.

fпр=fг–f₁ и fпр=fз–fг.

Следовательно, если частоту настройки f₁ принять за основной канал приема, то наряду с ним будет иметь место зеркальный канал приема, частота fз которого отличается от частоты f₁ основного канала на 2fпp и расположена симметрично (зеркально) относительно частоты fг гетеродина. Преобразование сигналов по зеркальному каналу приема происходит с тем же коэффициентом преобразования Кпр, что и по основному каналу приема, поэтому он наиболее существенно влияет на избирательность и помехоустойчивость панорамного приемника (фиг.4).

Кроме зеркального существуют и другие дополнительные (комбинационные) каналы приема, образующиеся при взаимодействии несущей частоты принимаемых сигналов со второй, третьей и т.д. гармониками частоты гетеродина. Наиболее вредными комбинационными каналами приема являются каналы, образующиеся при взаимодействии несущей частоты принимаемых сигналов со второй гармоникой частоты гетеродина

fк₁=2fг-fпр и fк₂=2fг+fпр,

так как чувствительность этих каналов близка к чувствительности основного канала приема.

Наличие ложных сигналов (помех), принимаемых по зеркальному и комбинационным каналам, приводит к снижению избирательности и помехоустойчивости панорамного приемника, а также к неоднозначности измерения несущей частоты принимаемых сигналов.

Технической задачей изобретения является повышение избирательности и помехоустойчивости панорамного приемника устройства, а также устранение неоднозначности измерения несущей частоты принимаемых сигналов путем подавления ложных сигналов (помех), принимаемых по зеркальному и комбинационным каналам.

Поставленная задача решается тем, что устройство для учета рейсов автосамосвалов, содержащее на каждом контролируемом автосамосвале последовательно включенные датчик давления, первый элемент И, второй вход которого соединен с выходом датчика положения кузова, блок кодирования, второй и третий входы которого соединены с выходами датчика расхода топлива и датчика пройденного пути соответственно, фазовый манипулятор, второй вход которого соединен с выходом генератора высокой частоты, усилитель мощности и передающую антенну, а на пункте контроля последовательно включенные приемную антенну, усилитель высокой частоты, смеситель, второй вход которого через гетеродин соединен с выходом блока поиска, усилитель промежуточной частоты и первый амплитудный детектор, последовательно подключенные к второму выходу гетеродина первый ключ, частотомер и второй блок регистрации, второй, третий и четвертый входы которого соединены непосредственно и через счетчик расхода топлива и счетчик пройденного пути с соответствующими выходами дешифратора, последовательно включенные первый перемножитель, второй вход которого соединен с выходом фильтра нижних частот, узкополосный фильтр, второй перемножитель и фильтр нижних частот, выход которого подключен к дешифратору, к выходам которого подключены по числу контролируемых автосамосвалов исполнительные блоки, каждый из которых состоит из последовательно подключенных к дешифратору элемента запрета, первого блока регистрации и формирователя длительности импульса, выход которого соединен с запрещающим входом элемента запрета, при этом передающие антенны контролируемых автосамосвалов через каналы радиосвязи соединены с приемной антенной пункта контроля, снабжено вторым амплитудным детектором, двумя видеоусилителями, блоком сравнения, частотным детектором, дифференцирующим блоком, двумя однополярными вентилями, вторым элементом И, вторым, третьим и четвертым ключами, причем к выходу усилителя высокой частоты последовательно подключены второй амплитудный детектор, первый видеоусилитель, блок сравнения, второй вход которого через второй видеоусилитель соединен с выходом первого амплитудного детектора, первый однополярный вентиль, третий ключ и четвертый ключ, второй вход которого соединен с выходом усилителя промежуточной частоты, а выход подключен к первому входу первого перемножителя и к второму входу второго перемножителя, к выходу усилителя промежуточной частоты последовательно подключены частотный детектор, дифференцирующий блок, второй однополярный вентиль, второй элемент И, второй вход которого соединен с выходом первого амплитудного детектора, и второй ключ, второй вход которого соединен с выходом второго видеоусилителя, а выход подключен к второму входу третьего ключа, второй вход первого ключа соединен с выходом третьего ключа.

Структурная схема предлагаемого устройства представлена на фиг.1. Временные диаграммы, поясняющие работу устройства, изображены на фиг.2 и 3. Частотная диаграмма, поясняющая причину образования дополнительных каналов приема, показана на фиг.4.

Устройство содержит на каждом контролируемом объекте последовательно включенные датчик 1 давления, элемент И 3, второй вход которого соединен с выходом датчика 2 положения кузова, блок 4 кодирования, второй и третий входы которого соединены с выходами датчика 11 расхода топлива и датчика 12 пройденного пути соответственно, фазовый манипулятор 14, второй вход которого соединен с выходом генератора 13 высокой частоты, усилитель 15 мощности и передающую антенну 16. Фазовый манипулятор 14, генератор 13 высокой частоты и усилитель 15 мощности образуют передатчик 5.

Устройство содержит на пункте контроля последовательно включенные приемную антенну 17, усилитель 18 высокой частоты, смеситель 21, второй вход которого через гетеродин 20 соединен с выходом блока 19 поиска, усилитель 22 промежуточной частоты, первый амплитудный детектор 23, второй видеоусилитель 42, второй ключ 43, третий ключ 44, четвертый ключ 45, второй вход которого соединен с выходом усилителя 22 промежуточной частоты, первый перемножитель 24, второй вход которого соединен с выходом фильтра 27 нижних частот, узкополосный фильтр 26, второй перемножитель 25, второй вход которого соединен с выходом ключа 45, и фильтр 27 нижних частот, выход которого подключен к дешифратору 7, к выходам которого подключены по числу контролируемых автосамосвалов исполнительные блоки, каждый из которых состоит из последовательно подключенных к дешифратору 7 элемента 9 запрета, первого блока 8 регистрации и формирователя 10 длительности импульса, выход которого соединен с запрещающим входом элемента 9 запрета. К выходу усилителя 18 высокой частоты последовательно подключены второй амплитудный детектор 34, первый видеоусилитель 35, блок 36 сравнения, второй вход которого соединен с выходом второго видеоусилителя 42, и первый однополярный вентиль 37, выход которого соединен с вторым входом третьего ключа 44. К второму выходу гетеродина 20 последовательно подключены первый ключ 28, второй вход которого соединен с выходом третьего ключа 44, частотомер 29 и второй блок 32 регистрации, второй, третий и четвертый входы которого соединены непосредственно и через счетчик 30 расхода топлива и счетчик 31 пройденного пути с соответствующими выходами дешифратора 7. К выходу усилителя 22 промежуточной частоты последовательно подключены частотный детектор 38, дифференцирующий блок 39, второй однополярный вентиль 40, второй элемент И 41, второй вход которого соединен с выходом амплитудного детектора 23, а выход подключен к второму входу ключа 43. Устройство работает следующим образом.

При подъеме кузова с грузом давление в масляной магистрали подъема кузова увеличивается, датчик 1 давления выдает сигнал, который поступает на первый вход элемента И 3. На выходе последнего образуется сигнал только тогда, когда на его второй вход поступит также сигнал от датчика 2 положения кузова, который выдает сигнал лишь при поднятом в верхнее положение кузове. При наличии двух сигналов от датчика 1 давления и датчика 2 положения кузова элемент И 3 срабатывает и выделяет сигнал, который поступает на первый вход блока 4 кодирования.

При движении автосамосвала сигналы от датчика 11 расхода топлива и датчика 12 пройденного пути в виде серии импульсов также поступают на второй и третий входы блока 4 кодирования соответственно. Блок 4 кодирования формирует модулирующий код M₁(t) (фиг.5, б), в котором “зашита” информация о номерном знаке автосамосвала, количестве подъема кузова с грузом, расходе топлива и пройденном пути. Модулирующий код M₁(t), содержащий N элементарных посылок длительностью τэ, при этом первые n элементарных посылок несут в цифровом виде информацию о номерном знаке автосамосвала, m последующих элементарных посылок отводятся количеству подъема кузова с грузом, l элементарных посылок сообщают о расходе топлива и z элементарных посылок отражают пройденный путь автосамосвалом (N=n+m+l+z).

Модулирующий код M₁(t) (фиг.5, б) с выхода блока 4 кодирования поступает на первый вход фазового манипулятора 14, на второй вход которого подается гармоническое колебание с выхода генератора 13 (фиг.5, а)

U₁(t)=V₁·Cos(2πf₁t+ϕ₁), 0≤t≤T₁,

где V₁, f₁, ϕ_l, T₁ - амплитуда, несущая частота, начальная фаза и длительность колебания.

На выходе фазового манипулятора 14 образуется фазоманипулированный (ФМН) сигнал (фиг.5, в)

U₂(t)=V₁·Cos[2πf₁t+ϕк₁(t)+ϕ_l], 0≤t≤T_l,

где ϕк₁(t)={0,π} - манипулированная составляющая фазы, отображающая закон фазовой манипуляции в соответствии с модулирующим кодом M₁(t), причем ϕ_к1(t)=const при кτэ<t<(к+1)·τэ и может изменяться скачком при t=кτэ, т.е. на границах между элементарными посылками (к=1,2,...,N-1),

τэ, N - длительность и количество элементарных посылок, из которых составлен сигнал длительностью T₁(T₁=Nτэ), который после усиления в усилителе 15 мощности с помощью передающей антенны 16 излучается в эфир.

Следует отметить, что каждому автосамосвалу присущи свой модулирующий код Ml(t) и несущая частота fi(i=1,2,...,S), где S - количество контролируемых автосамосвалов.

На пункте контроля поиск ФМН-сигналов, принадлежащих различным автосамосвалам, осуществляется с помощью панорамного приемника 6. Для этого блок 19 поиска периодически с периодом Tп по пилообразному закону изменяет частоту fг гетеродина 20.

Принимаемый ФМН-сигнал U₂(t) с выхода приемной антенны 17 через усилитель 18 высокой частоты поступает на первый вход смесителя 21, на второй вход которого подается напряжение гетеродина 20

Uг(t)=Vг·Cos(2πfгt+πγ·t²+ϕг), 0≤t≤Tп,

где Uг, fг, ϕг, Tп - амплитуда, начальная частота, начальная фаза и период повторения напряжения гетеродина,

γ=Df/Tп - скорость изменения частоты гетеродина (скорость просмотра заданного диапазона частот Df).

На выходе смесителя 21 образуются напряжения комбинационных частот. Усилителем 22 выделяется напряжение промежуточной (разностной) частоты (фиг.5, г)

Uпp(t)=Vпp·Cos[2π·fпp·t-ϕк₁(t)+π·γ·t²+ϕпp], 0≤t≤T₁,

где Vпp=¹/₂·К₁·V₁·Vг,

K₁ - коэффициент передачи смесителя;

γ=Df/Tп=Δfg/τи=Δfg/T₁ - скорость изменения частоты гетеродина;

Δfg - девиация частоты;

fпp=fг-f₁ - промежуточная частота;

ϕпр=ϕг-ϕ₁.

Данное напряжение представляет собой сложный сигнал с комбинированной фазовой манипуляцией и линейной частотной модуляцией (ФМН-ЛЧМ). При этом линейную частотную модуляцию сигнал приобретает принудительно в полосе пропускания Δfп усилителя 22 промежуточной частоты за счет изменения по линейному закону частоты гетеродина 20. Это обстоятельство можно использовать для подавления ложных сигналов (помех), принимаемых по дополнительным каналам.

Напряжение Uпp(t) (фиг.2, а) с выхода усилителя 22 промежуточной частоты одновременно поступает на входы амплитудного детектора 23 и частотного детектора 38. Амплитудный детектор 23 выделяет огибающую сигнала (фиг.2, в, фиг.5, ж), которая поступает на первый вход элемента И 41. Частотный детектор 38 формирует пилообразное напряжение (фиг.2, г), пропорциональное линейно-возрастающему закону изменения частоты (фиг.2, б). Это напряжение поступает на вход дифференцирующего блока 39, на выходе которого образуется прямоугольный импульс (фиг.2, д), который через однополярный вентиль 40 (фиг.2, е) поступает на второй вход элемента И 41. Однополярные вентили 37 и 40 пропускают только положительные импульсы. На выходе элемента И 41 формируется положительный импульс (фиг.2, ж), который поступает на управляющий вход ключа 43 и открывает его. В исходном состоянии ключи 28, 43, 44 и 45 всегда закрыты.

Одновременно принимаемый ФМН-сигнал U₂(t) с выхода усилителя 18 высокой частоты через амплитудный детектор 34 и видеоусилитель 35 поступает на первый вход блока 36 сравнения, на второй вход которого подается напряжение с выхода видеоусилителя 42.

Следовательно, в данном случае используются два тракта: детекторный, состоящий из последовательно включенных амплитудного детектора 34 и видеоусилителя 35, и супергетеродинный, состоящий из последовательно включенных смесителя 21, второй вход которого соединен с выходом гетеродина 20, усилителя 22 промежуточной частоты, амплитудного детектора 23 и видеоусилителя 42. На выходе блока 36 сравнения формируется постоянное напряжение, которое через однополярный вентиль 37 поступает на управляющий вход ключа 44 и открывает его. Постоянное положительное напряжение (фиг.2, г) с выхода элемента И 41 через открытые ключи 43 и 44 поступает на управляющий вход ключа 45 и открывает его. При этом напряжение Uпp(t) (фиг.2, а) с выхода усилителя 22 промежуточной частоты через открытый ключ 45 поступает на входы перемножителей 24 и 25. На второй вход перемножителя 25 подается напряжение с выхода узкополосного фильтра 26 (фиг.5, д)

U₃(t) =V₃·Cos[2π·fпp·t+ϕк₁(t)+π·γ·t+ϕпp], 0≤t≤T₁.

На выходе перемножителя 25 образуется низкочастотное напряжение (фиг.5,е)

Uн(t)=Vн·Cosϕк₁(t), 0≤t≤T₁,

где Vн=¹/₂К₂·Vпp·V₃;

К₂ – коэффициент передачи перемножителя,

пропорциональное модулирующему коду М₁(t) (фиг.5, б). Это напряжение выделяется фильтром 27 нижних частот и поступает на второй вход перемножителя 24, на выходе которого образуется напряжение U₃(t) (фиг.5, д).

Одновременно напряжение Uн(t) с выхода фильтра 27 нижних частот поступает на вход дешифратора 7, который в зависимости от кода транспортного средства выдает сигнал через элемент 9 запрета на вход блока 8 регистрации. Блок 8 регистрации, получив и запомнив сигнал, что рейс произведен, выдает сигнал на формирователь 10, который закрывает вход блока 8 регистрации от дешифратора 7 на минимальное время рейса, исключая ложный зачет рейса в блоке 8 регистрации при повторном поднятии кузова в случае налипания материала на стенки кузова. Кроме того, при подъеме порожнего кузова датчик 1 давления не выдает сигнала.

Постоянное напряжение с выхода элемента И 41 через открытые ключи 43 и 44 поступает на управляющий вход ключа 28, открывая его. При этом напряжение гетеродина 20 через открытый ключ 28 поступает на вход частотомера 29, где измеряется несущая частота f₁ принимаемого ФМН-сигнала

f₁=f_г1 - fпp,

где fг₁ - частота гетеродина в данный момент времени.

Измеренное значение несущей частоты фиксируется блоком 32 регистрации, где одновременно фиксируются бортовой номер автосамосвала, пройденный им путь и расход топлива.

При этом для передачи эксплуатационных показателей транспортных средств на пункт контроля используются сложные ФМН-сигналы, обладающие высокой энергетической и структурной скрытностью.

Энергетическая скрытность данных сигналов обусловлена их высокой сжимаемостью во времени или по спектру при оптимальной обработке, что позволяет снизить мгновенную излучаемую мощность. Вследствие этого сложный ФМН-сигнал в точке приема может оказаться замаскированным шумами. Причем энергия сложного ФМН-сигнала отнюдь не мала, она просто распределена по частотно-временной области так, что в каждой точке этой области мощность сигнала меньше мощности шумов.

Структурная скрытность сложных ФМН-сигналов обусловлена большим разнообразием их форм и значительными диапазонами изменения значений параметров, что затрудняет оптимальную или хотя бы квазиоптимальную обработку сложных ФМН-сигналов априорно неизвестной структуры.

Данное устройство позволяет высвободить людей, занятых учетом и регистрацией эксплуатационных показателей транспортных средств, и предусматривает возможность единой диспетчеризации на объекте.

Описанная выше работа устройства соответствует случаю приема полезных ФМН-сигналов по основному каналу на частоте ₁.

Если ложный сигнал (помеха) принимается по зеркальному каналу на частоте

U₃(t)=V₃·Cos(2πf₃t+ϕ₃), 0≤t≤T₃,

то усилителем 22 промежуточной частоты выделяется напряжение (фиг.3, а)

Uпp₁(t)=Vпp₁·Cos[2π·fпр·t-π·γ·t²+ϕпр₁], 0≤t≤Т₃,

где Vпp₁=¹/₂·К₁·V₃·V_г;

fпp=f₃–f_г - промежуточная частота;

ϕпp₁=ϕ₃-ϕ_г,

у которого частота изменяется по линейно-подающему закону (фиг.3, б). На выходе дифференцирующего блока 39 в этом случае образуется отрицательный импульс (фиг.3, д), который не пропускается однополярным вентилем 40. Ключ 43 не открывается, и ложный сигнал (помеха), принимаемый по зеркальному каналу на частоте f₃, подавляется.

Подавление ложных сигналов (помех), принимаемых по комбинационным каналам, основано на том, что общий коэффициент усиления супергетеродинного тракта при приеме сигналов по комбинационным каналам всегда меньше коэффициента усиления при приеме сигналов по основному и зеркальному каналам за счет дополнительных потерь в смесителе при комбинационном преобразовании.

Если общее усиление детекторного тракта выбрать таким образом, чтобы оно было меньше усиления супергетеродинного тракта при приеме сигналов по основному и зеркальному каналам и больше при приеме по комбинационным каналам, то на выходе блока 36 сравнения в первом случае формируется положительное напряжение, а во втором - отрицательное напряжение, которое не пропускается однополярным вентилем 37. Ключ 44 не открывается и ложные сигналы (помехи), принимаемые по комбинационным каналам, подавляются.

Таким образом, предлагаемое устройство по сравнению с прототипом и другими техническими решениями аналогичного назначения обеспечивает повышение избирательности и помехоустойчивости панорамного приемника устройства, а также позволяет устранить неоднозначность измерения несущей частоты принимаемых сигналов. Это достигается путем подавления ложных сигналов (помех), принимаемых по зеркальному и комбинационным каналам. Причем для подавления ложных сигналов (помех), принимаемых по зеркальному каналу, используется метод амплитудного и частотного детектирования принимаемых сигналов. А для подавления ложных сигналов (помех), принимаемых по комбинационным каналам, используется метод, основанный на использовании детекторного и супергетеродинного трактов, которые различаются коэффициентами усиления при приеме сигналов по основному (зеркальному) и комбинационным каналам. Кроме того, несущая частота измеряется только у сигналов, принимаемых только по основному каналу на частоте f₁.

Тем самым устраняется неоднозначность измерения несущей частоты принимаемых сигналов.

Формула изобретения

Устройство для учета рейсов автосамосвалов, содержащее на каждом контролируемом автосамосвале последовательно включенные датчик давления, первый элемент И, второй вход которого соединен с выходом датчика положения кузова, блок кодирования, второй и третий входы которого соединены с выходами датчика расхода топлива и датчика пройденного пути соответственно, фазовый манипулятор, второй вход которого соединен с выходом генератора высокой частоты, усилитель мощности и передающую антенну, а на пункте контроля последовательно включенные приемную антенну, усилитель высокой частоты, смеситель, второй вход которого через гетеродин соединен с выходом блока поиска, усилитель промежуточный частоты и первый амплитудный детектор, последовательно подключенные к второму выходу гетеродина первый ключ, частотомер и второй блок регистрации, второй, третий и четвертый входы которого соединены непосредственно и через счетчик расхода топлива и счетчик пройденного пути с соответствующими выходами дешифратора, последовательно включенные первый перемножитель, второй вход которого соединен с выходом фильтра нижних частот, узкополосный фильтр, второй перемножитель и фильтр нижних частот, выход которого подключен к дешифратору, к выходам которого подключены по числу контролируемых автосамосвалов исполнительные блоки, каждый из которых состоит из последовательно подключенных к дешифратору элемента запрета, первого блока регистрации и формирователя длительности импульса, выход которого соединен с запрещающим входом элемента запрета, при этом передающие антенны контролируемых автосамосвалов через каналы радиосвязи соединены с приемной антенной пункта контроля, отличающееся тем, что оно снабжено вторым амплитудным детектором, двумя видеоусилителями, блоком сравнения, частотным детектором, дифференцирующим блоком, двумя однополярными вентилями, вторым элементом И, вторым, третьим и четвертым ключами, причем к выходу усилителя высокой частоты последовательно подключены второй амплитудный детектор, первый видеоусилитель, блок сравнения, второй вход которого через второй видеоусилитель соединен с выходом первого амплитудного детектора, первый однополярный вентиль, третий ключ и четвертый ключ, второй вход которого соединен с выходом усилителя промежуточной частоты, а выход подключен к первому входу первого перемножителя и к второму входу второго перемножителя, к выходу усилителя промежуточной частоты последовательно подключены частотный детектор, дифференцирующий блок, второй однополярный вентиль, второй элемент И, второй вход которого соединен с выходом первого амплитудного детектора, и второй ключ, второй вход которого соединен с выходом второго видеоусилителя, а выход подключен к второму входу третьего ключа, второй вход первого ключа соединен с выходом третьего ключа.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5