一种基于RFID的单轨运输机在轨位置感知系统及方法

摘要

本发明公开了一种基于RFID的单轨运输机在轨位置感知系统及方法，包括射频识别读写器、射频识别标签及计算机，本发明通过计算机将映射关系发送给读写器的微处理器，再由微处理器将其写入EEPROM存储器中存储，微处理器调用映射关系，根据标签信息匹配算法确定在轨运输机的位置。本发明使运输机按照预定的路线全自动运行，降低操作人员的劳动强度，提高生产效率。

说明书

技术领域

本发明涉及山地果园运输通信技术领域，具体涉及一种基于RFID的单轨运输机在轨位置感知系统及方法。

背景技术

我国南方水果生产的立地条件多为山地和丘陵，农资物料和果品运输以人力为主，生产效率低、劳动强度大。山地水果生产过程中通过机械化运输提高生产效率、降低劳动强度所带来的经济效益日趋体现，促进了我国山地果园机械化运输技术取得较大的发展。

山地果园单轨运输机因具有结构简单、转弯半径小、轨道铺设灵活、安装及操作性能好等优点，已在国内多处山地果园推广使用。山地果园蓄电池驱动单轨运输机相对于以汽/柴油为动力的单轨运输机具有更好的灵活性和安全性。该类运输机可沿山体铺设循环轨道，具有多机同步运行的能力。配合遥控技术，操作人员可与运输机分离。但是，山地果园坡度陡、山路曲折迂回、弯曲处密集，仅凭肉眼无法准确判断运输机当前的在轨位置，也就不能够做出准确的控制。

交通运输装备定位一般选用卫星定位装置。在山地果园运输作业中，轨道铺设在山间，普通的定位装置受地形和植被影响，定位精度约为5～10m，精度偏低；高分辨率的定位装置受价格因素制约，不适用于山地果园运输机械。因此，卫星定位手段不适宜应用于山地果园运输装备上。

发明内容

为了克服现有技术存在的缺点与不足，本发明提供一种基于RFID的单轨运输机在轨位置感知系统及方法。

本发明使山地果园单轨运输机能够在运动过程中自动感知其在轨位置，让其按照预定的路线全自动运行，降低操作人员的劳动强度，提高生产效率。

本发明采用如下技术方案：

一种基于RFID的单轨运输机在轨位置感知系统，包括

射频识别读写器：由射频模块及控制处理模块构成，安装在单轨运输机机头内，用于识别轨道的射频识别标签信息，确定运输机在轨位置；

射频识别标签：安装在与射频识别读写器同侧的轨道侧；

计算机：用于控制单轨运输机的行进方向，所述计算机与射频识别读写器连接。

所述控制处理模块包括EEPROM存储器及微处理器，所述EEPROM存储器用于存储射频识别标签与在轨位置的映射关系，所述微处理器分别与EEPROM存储器及计算机相互连接，用于根据标签信息匹配算法确定在轨运输机的位置；

所述射频模块包括天线，控制芯片及功率放大电路，所述天线与功率放大电路连接，功率放大电路与控制芯片相互连接，所述控制芯片与微处理器连接。

轨道由多个单轨连接构成，每个单轨贴有射频识别标签，单轨与射频识别标签是一一对应。

当运输机在平地时，射频识别标签的水平中线与射频识别读写器天线的水平中位线处于相同高度。

一种在轨位置感知系统的匹配方法，包括：

微处理器调用标签信息及映射关系，采用标签信息匹配算法，进行检测；

所述标签信息匹配算法具体步骤为：

微处理器设置两个指针“Pointer_tag”和“Pointer_location”，且设置一个初始值为0的容错计数器“Lack”，其中“Pointer_tag”指向当前标签信息的高8位，“Pointer_location”指向当前位置信息的“十”位,“Lack”存储标签匹配错误次数；

控制器接收天线识别的标签信息，进行标签匹配判断，匹配成功则继续下一个标签检测，如果不匹配，则修正“Pointer_tag”的值；

修正后再次进行标签匹配判断，如果匹配成功，则改变“Pointer_location”的值，使其指向该标签对应的位置信息；

存储该标签信息及该标签信息对应的下一个标签信息，以及其对应的位置信息。

所述如果不匹配，则修正“Pointer_tag”的值，具体为，首先从计算机内获取单轨运输车当前运行方向，如果上行，则修正Pointer_tag+4，如果下行，则修正Pointer_tag–4；修正后再次进行标签匹配判断，如果标签不匹配，则容错计数器“Lack”数值加1，继续从运行方向对应的读取标签的下一个标签信息开始遍历剩余的标签。

还包括当系统断电后，再次通电时，以存储标签信息为起点进行标签检测。

所述射频识别标签采用高频抗金属射频识别标签。

当容错计数器“Lack”计数n次后，匹配仍然不成功，则从头开始遍历整个标签存储区，所述n为用户设定的次数。

本发明的有益效果：

本发明满足了山地果园单轨运输机在运行过程总自动感知其在轨位置的要求，为实现运输机自动到达指定在轨位置的要求提供技术基础。

附图说明

图1是本发明射频识别读写器的硬件结构连接图；

图2是本发明标签与读写器安装轴测示意图；

图3是本发明标签与读写器安装正视图；

图4是本发明映射关系的存储示意图；

图5是本发明匹配方法的示意图；

图6是本发明的天线与标签相对位置示意图。

具体实施方式

下面结合实施例及附图，对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式不限于此。

实施例

如图1-图3所示，一种基于RFID的单轨运输机在轨位置感知系统，包括：

射频识别读写器4，由射频模块及控制处理模块构成，其中射频模块工作于13.56MHz频段，主要包括非接触式读写控制芯片、电源电路、功率放大器及天线等。

所述控制处理模块包括EEPROM存储器、电源、按键及微处理器，所述EEPROM用于存储射频识别标签3与在轨位置的映射关系，所述微处理器分别与EEPROM存储器及计算机相互连接，用于根据标签信息匹配算法确定在轨运输机的位置，按键与微处理器连接，用于触发微处理器更新映射关系。

所述射频模块包括天线，控制芯片、电源及功率放大电路，所述天线与功率放大电路连接，功率放大电路与控制芯片相互连接，所述控制芯片与微处理器连接。

计算机为在轨位置感知系统的控制系统，用于控制单轨运输机1的行进方向及接收位置信息，所述单轨运输机还包括拖车5。

所述射频识别读写器安装在单轨运输机1的机头内侧，面向驱动轮与执行机构相对的一侧，随单轨运输机运动而运动。通过调节螺钉可以调节读写器天线与标签的距离，为确保有效且实时地采集读取范围内射频识别标签的信息，读写器天线与射频识别标签的距离应小于5cm，本发明中读写器天线与射频识别标签的距离设置为2.8cm，在运输机位于平地时，射频识别标签的水平中线与读写器天线的水平中位线6处于相同高度。

所述射频识别标签选用高频抗金属识别标签，按照一定的间隔布置在山地果园的轨道2上，且安装在与射频识别读写器同侧的轨道侧，每节轨道贴一个射频识别标签，将山脚处的第一个标签记为第“0”号标签，其所对应的轨道位置记为“0”号位置；将山顶端的最后一个标签记为第“N”号标签，其所对应的位置记为“N”号位置。

射频识别标签与其对应的位置关系是一一对应的映射关系，每一个标签信息代表唯一的位置关系，首次运行前，需对EEPROM中的映射关系进行初始化，方法为通过计算机将映射关系发送给读写器的微控制器，再由微控制器将其写入EEPROM中存储。完成初始化的系统在复位后会先将映射关系从EEPROM读入到微控制器的内存，以便于在系统工作过程中快速查找标签信息和感知运输机的在轨位置。

所述控制处理模块中，运用AT24C08存储数据，储存的数据被分为4个扇区，每个扇区有16个页，每个页包含16个字节，既每个扇区可以存储256个字节，4个扇区合计可存储1024个字节的数据。标签信息长度为2字节，位置信息也用2字节存储，用以适应AT24C08的数据连续写入/读取功能。

如图4-图6所示，本系统的工作过程为：

微处理器调用标签信息及映射关系，采用标签信息匹配算法，检测标签信息；

微处理器设置两个指针“Pointer_tag”和“Pointer_location”，且设置一个初始值为0的容错计数器“Lack”，其中“Pointer_tag”指向当前标签信息的高8位，“Pointer_location”指向当前位置信息的“十”位，“Lack”存储标签匹配错误次数；

检测标签，检测到标签信息，是否有相同标签信息，如果相同则存储相对应的位置信息，继续进行检测标签；

如果不同，则从计算机获取单轨运输机当前运行方向，如果上行，则修正Pointer_tag+4，如果下行，则修正Pointer_tag–4；如果修正后再次进行标签匹配判断，如果标签不匹配，则容错计数器“Lack”数值加1，继续从运行方向对应的读取标签的下一个标签信息开始遍历剩余的标签，如果标签匹配，则改变“Pointer_location”的值，使其指向该标签对应的位置信息；

当容错计数器“Lack”计数n次后，匹配仍然不成功，则从头开始遍历整个标签存储区，所述n为用户设定的次数。

存储该标签信息及该标签信息对应的下一个标签信息，以及其对应的位置信息。

当系统断电后，重新上电时，以在微控制器中存储的位置为起点搜索标签，避免每次启动都遍历存储区，提高标签信息匹配的效率。

固定值4是由于相邻两个标签的Pointer_tag之间相差4个字节。设置容错计数器就是具有容错的功能，设置容错计数器的作用是为了加快遍历的速度，不用每次匹配不成功后遍历整个存储区。当容错计数器计数几次后，匹配不成功，从第0个标签(即从头)开始遍历整个存储区。当计数器达到预设值后，程序会重新从头开始遍历。

所述容错机制与自动纠错功能，以应对当系统掉电后，运输机被人为移动了位置的情况。此时，如果上电后从AT24C08中读取的当前位置信息与实际位置不同，处理方法为设置容错计数器“Lack”，当发生标签变化，且存储的标签信息与实际信息不匹配时，Lack自增1。本发明中预设当出现3次该类情况(Lack＝3)时，微处理器从存储的第0个标签信息开始遍历存储区，进行标签信息匹配。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受所述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。