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Système avertisseur de situations dangereuses en milieu
agressif
La présente invention concerne un système avertisseur de
situations dangereuses en milieu agressif. Parmi les situations
dangereuses, se trouvent les risques de collision entre un piéton
et un véhicule. Un milieu est tenu pour agressif quand il introduit
des perturbations qui empêchent le fonctionnement correct du
système avertisseur, particulièrement dans les transmissions
d'ondes radioélectriques.
Dans l'état de la technique, on connaît des véhicules qui
sont spécialement conçus pour circuler dans des ateliers ou des
entrepôts au milieu d'une population de piétons, généralement
des professionnels qui travaillent dans l'entrepôt ou l'atelier. La
collision entre un véhicule et un piéton peut être lourde de
conséquences. Or, à cause de l'encombrement de tels lieux, le
véhicule qui se déplace dans une allée de l'entrepôt ou atelier,
peut ne pas avoir de visibilité sur l'approche d'un piéton et le
risque de collision augmente avec la vitesse du véhicule,
l'étroitesse des zones et les recoins rendant invisibles l'un pour
l'autre le véhicule et le piéton.
Pour réduire le risque de collision, il est connu de munir
le piéton d'un badge radiofréquence et le véhicule d'une balise
permettant d'interroger le badge du piéton à distance. Le badge
et la balise forment alors un système de prévention des
collisions de type radiofréquence. Des exemples de telles
réalisations dans l'état de la technique peuvent être trouvés
dans les documents : WO 2006/128991, EP-A-0.933.747,
W02007/149169, US2006/054691, US-A-
4.870.700,
U52008/030335 (A1), U52009/009322 (A1), EP-A-1.445.749,
U52008/272914 (A1).
Cet état de la technique entraîne au moins un premier
problème en ce que le badge étant un objet électronique
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portable, est consommateur d'énergie. Un deuxième problème
entraîné par cet état de la technique, quand cette énergie est
produite par une pile ou un accumulateur électrique, réside dans
le risque que cette énergie soit épuisée. Cette situation aggrave
encore le risque de collision puisque les deux protagonistes du
risque, le piéton et le véhicule, peuvent croire être relativement
protégés par le système de prévention de collision alors qu'ils ne
le sont plus.
Il est connu dans un tel système de prévention des
collisions de type radiofréquence de réduire la consommation de
tels badges, par exemple en les allumant seulement lors de
situations de danger. Ainsi, on a déjà proposé de ne démarrer le
badge que lorsque le piéton se déplace, par exemple en
détectant avec un commutateur activé par le pas du piéton l'état
de marche, et en allumant alors le badge. Mais le risque
d'épuisement de la pile ne fait que se réduire.
Un autre problème des systèmes de prévention des
collisions de type radiofréquence réside dans les entrepôts et
les ateliers industriels ou du même genre. En effet, ces lieux
partiellement ou complètement couverts sont en général occupés
par des structures métalliques qui gênent considérablement la
propagation des ondes radiofréquences utilisées par les paires
balise-badge du système de prévention des collisions de type
radiofréquence pour la détection de présence. Particulièrement,
les zones de détection constituées par les zones dans lesquelles
une détection d'un badge par une balise est correcte, peuvent
être réduites et déformées, et cela de manière non constante ni
dans le temps ni lors du déplacement du véhicule dans l'atelier
ou entrepôt.
La présente invention apporte remède à ces inconvénients
de l'état de la technique. En effet, elle concerne un système
avertisseur de situations dangereuses en milieu agressif,
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comportant au moins une balise et au moins un badge portés par
deux vecteurs présentant un danger l'un pour l'autre. Selon
l'invention, la balise comporte un moyen d'émission d'une onde
de détection magnétique et le badge comporte un moyen de
réception de l'onde de détection magnétique rayonnée par la
balise.
Avantageusement, l'initialisation du système avertisseur
est exécutée en utilisant une onde magnétique et non pas une
onde électromagnétique, comme c'est le cas dans de
nombreuses techniques de communications de données.
Particulièrement, le système avertisseur fonctionne pour toute sa
phase d'initialisation en rayonnement en champ proche avec une
distance de travail sensiblement correspondante à la longueur
d'onde de l'onde magnétique dans le milieu environnant.
Selon une autre caractéristique, le moyen d'émission
d'une onde de détection magnétique travaille en basse
fréquence, entre 25 et 150 KHz, et préférentiellement entre 50
KHz et 125 KHz et il comporte un auto-oscillateur dimensionné
pour produire une aire de fonctionnement sûr incluant tout
diagramme d'émission adapté à des perturbations du milieu
agressif.
Selon une autre caractéristique, le moyen d'émission
d'une onde de détection magnétique comporte un générateur
d'un message comportant un identifiant de la balise de sorte que
le moyen d'émission produise une onde magnétique codée par
ledit message comportant un identifiant de la balise.
Selon une autre caractéristique, le moyen d'émission
d'une onde de détection magnétique comporte une antenne
magnétique comportant au moins une spire conductrice qui est
configurée pour produire une zone déterminée de détection
magnétique autour de ladite balise.
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Selon une autre caractéristique, le badge comporte aussi
des moyens avertisseurs activés par le moyen de réception de
l'onde de détection magnétique rayonnée par la balise et qui
comportent séparément ou en combinaison de un à trois
effecteurs :
- un effecteur sonore comme un haut-parleur
miniature ;
- un effecteur visuel comme une
diode
électroluminescente ; et
- un effecteur
kinesthésique comme un vibreur couplé
acoustiquement avec une paroi externe du boîtier du badge.
Selon une autre caractéristique, le badge comporte un
moyen d'émission d'un acquittement automatique en onde à très
haute fréquence, activé par le moyen de réception de l'onde de
détection magnétique rayonnée par la balise et la balise
comporte un moyen de réception de l'acquittement automatique
en onde très haute fréquence émise par le badge, ledit moyen de
réception de l'acquittement en onde très haute fréquence
activant un moyen avertisseur de situations dangereuses.
Selon une autre caractéristique, le badge comporte une
alimentation électrique connectée aux circuits électriques du
badge sous la commande d'un circuit de réveil de l'alimentation
électrique, activé par le moyen de réception de l'onde de
détection magnétique basse fréquence.
Selon une autre caractéristique, le moyen de réception de
l'onde de détection magnétique rayonnée par la balise comporte
de une à trois antennes planes dont les directions normales sont
disposées selon les directions d'un trièdre, de sorte que
l'orientation du badge soit indifférente dans le champ de l'onde
de détection magnétique rayonnée par la balise.
Selon une autre caractéristique, le moyen d'émission
d'une onde de détection magnétique de la balise comporte un
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générateur de trames de messages selon un protocole
prédéterminé et le message comportant au moins un identifiant
de la balise.
Selon une autre caractéristique, le générateur de trames
5 produit une trame suivie d'un temps de silence pour laisser le
canal à d'autres moyens d'émission d'une onde de détection
magnétique et pour recevoir une réponse d'acquittement
automatique d'au moins un badge disposé dans la zone
déterminée de détection magnétique autour de la balise.
Selon une autre caractéristique, la balise comporte aussi :
- un moyen d'émission sur le canal UHF d'une requête de
prise de canal UHF ;
- un moyen de mise en écoute du canal UHF ;
- un moyen de détection d'une requête de prise de canal
UHF qui comporte un circuit pour détecter le début d'une période
T du protocole de communication ;
- un circuit pour déterminer si une requête de prise de
canal UHF d'une autre balise #y est reçue en dehors de la
période de prise dont la sortie est connectée à un circuit de
commande d'initialisation de la communication entre la balise #x
et les badges #1 à #n éventuellement présents dans la zone de
la balise.
Selon une autre caractéristique, au moins une balise
comporte tout ou partie des ressources d'un badge.
Selon une autre caractéristique, au moins un badge
comporte tout ou partie des ressources d'une balise.
Selon une autre caractéristique, le système comporte au
moins une balise disposée en un lieu déterminé pour générer
une zone d'inhibition délimitée par la zone déterminée de
détection magnétique autour de la balise d'inhibition, la balise
d'inhibition étant doté d'un identifiant déterminé et connu des
balises et/ou badges du système de sorte qu'au moins un badge
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recevant l'onde de détection magnétique issue de la balise
d'inhibition et reconnaissant l'identifiant de la balise d'inhibition
comporte un moyen pour produire au moins l'un des ordres
suivants :
- un ordre
déconnectant les moyens avertisseurs du
badge récepteur de sorte qu'ils restent inactifs ;
- un ordre déconnectant le modulateur UHF du badge
de sorte que des balises ne reçoivent plus l'acquittement
automatique des badges disposés dans la zone d'inhibition
générée par la balise d'inhibition.
Selon une autre caractéristique, chaque balise est montée
sur au moins un mobile de façon à détecter des situations de
collision lorsque les mobiles entrent dans une zone commune
aux zones déterminées de détection magnétique autour de
chaque balise montée sur un mobile, chaque balise comportant
au moins un moyen de réception de l'onde de détection
magnétique émise par une autre balise montée sur un véhicule,
et un moyen pour générer un acquittement automatique en onde
à très haute fréquence (UHF).
Selon une autre caractéristique, au moins une balise
comporte un groupe de plusieurs antennes planes de réception
de l'onde de détection magnétique disposées de sorte que leurs
directions normales soient uniformément réparties dans le plan
de déplacement du mobile sur lequel la balise est montée.
Selon une autre caractéristique, des balises sont montées
sur des vecteurs comprenant notamment :
- des véhicules de manutention et/ou de logistique
destinés à des entrepôts, magasins, ateliers ;
- des véhicules de travaux agricoles, de travaux
publics, de génie civil, et/ou des industries minières ;
- des véhicules d'exploitation de zones aéroportuaires
ou d'installations portuaires maritimes ou fluviales ;
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- des navires manoeuvrant dans des canaux, des
fleuves, des zones portuaires maritimes.
Selon une autre caractéristique, une balise est disposée
sur un point fixe, comme un point de référence pour former une
zone caractéristique couverte par la zone d'action de l'onde de
détection magnétique BF générée par la balise, comme une
installation de radiographie par rayons X et le personnel étant
munis de badges de façon à avertir à la fois le personnel entrant
dans la zone couverte par la balise et le personnel servant
l'installation de radiographie industrielle d'une situation de
danger.
Selon une autre caractéristique, au moins un badge est
porté par des vecteurs comme des robots, ou des palettes de
conditionnement sur une ligne de convoyage.
D'autres caractéristiques et avantages de la présente
invention seront mieux compris à l'aide de la description et des
dessins annexés parmi lesquels :
- la Figure 1 représente un schéma d'utilisation d'un
système de base de l'invention ;
- les Figures 2a et 2b représentent respectivement un
schéma bloc d'un générateur de champ magnétique codé selon
l'invention et un mode particulier de réalisation d'un bloc de ce
générateur utilisé dans une balise selon l'invention ;
- la Figure 3 représente un schéma bloc d'un mode de
réalisation d'un badge selon l'invention ;
- la Figure 4 représente un schéma bloc d'un mode de
réalisation d'une balise installée sur un véhicule ou chariot de
manutention selon l'invention ;
- la Figure 5 représente un diagramme expliquant le
fonctionnement du principe de l'invention ;
- la Figure 6 représente un diagramme d'un protocole
de transmission d'une onde magnétique ;
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- la Figure 7 représente un mode de réalisation d'une
zone d'inhibition de prévention de collision ;
- la Figure 8 représente un schéma de situation d'une
application à la prévention de collision entre au moins deux
véhicules ; et
- la Figure 9 représente un chronogramme de dialogue
entre une balise et une pluralité de badges pour système
avertisseur selon l'invention.
A la Figure 1, on a représenté un schéma d'utilisation
d'un système avertisseur de situations dangereuses en milieu
agressif dans un mode de réalisation de l'invention. Un véhicule
de manutention 1 se déplace selon la flèche verticale en trait
épais au dessin dans un atelier comportant des structures 19 et
21 comme des murs en béton armé, des poutrelles d'acier ou
d'autres éléments qui à la fois empêchent le conducteur du
véhicule 1 de voir l'approche d'un piéton porteur d'un badge 11
et perturbent les systèmes radiofréquences connus. Le piéton
porteur du badge 11 se déplace selon la flèche horizontale en
trait épais au dessin, de sorte qu'il existe un risque que le
véhicule et le piéton débouchent en même temps hors de l'allée
ménagée dans l'atelier ente les structures 19 et 21. Il existe un
risque de collision et un danger mortel pour le piéton.
Selon l'invention, les vecteurs présentant un danger l'un
pour l'autre sont : le véhicule 1 qui porte une balise 3-9
alimentée en énergie électrique et au moins un piéton qui porte
un badge 11. La balise comporte un émetteur 7 d'une onde de
détection magnétique couplé à un organe d'émission d'énergie
magnétique 9. Préférentiellement, l'organe d'émission d'énergie
magnétique 9 est réalisé par une antenne selfique comportant un
cadre conducteur parcouru par un courant électrique délivré par
l'émetteur 7 d'une onde de détection magnétique.
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Dans un mode de réalisation de l'invention, l'organe
d'émission d'énergie magnétique 9 travaille dans une bande de
fréquences basse fréquence BF.
L'onde de détection magnétique basse fréquence BF est
alors rayonnée selon la flèche brisée (1) vers le badge 11 porté
par le piéton parcourant l'allée comprise entre les structures 19
et 21. Le badge comporte une antenne adaptée basse fréquence
13 connectée à un récepteur d'onde de détection magnétique
basse fréquence BF 15.
Dans un mode particulier de réalisation, le système
avertisseur de l'invention est complètement réalisé en ajoutant
seulement dans le badge porté par le piéton des moyens
avertisseurs de danger qui peuvent être polarisés ou énergisés
par l'énergie de réception du badge ou par un accumulateur
d'énergie électrique. Ces moyens avertisseurs et l'alimentation
électrique le cas échéant sont décrits plus loin.
Dans un autre mode de réalisation plus complexe,
l'énergie rayonnée par l'organe d'émission d'onde de détection
magnétique 9 de la balise 3-9 installée sur le véhicule 1 est
suffisante pour polariser les circuits du récepteur d'onde de
détection BF 15. Une fois activé, le récepteur d'onde de
détection magnétique BF 15 est connecté à une entrée
d'activation d'un émetteur radiofréquence 17 à très haute
fréquence de la bande UHF qui est couplé à une antenne
d'émission d'une onde de réponse de détection ou
d'acquittement automatique UHF. L'onde de réponse de
détection UHF est rayonnée (flèche brisée (3)) vers la balise 3-9
embarquée à bord du véhicule 1. La balise embarquée comporte
une antenne de réception UHF 5 qui est connectée à un
récepteur 5 d'onde de réponse de détection UHF. Le récepteur 5
d'onde de réponse de détection UHF est couplé à un organe
avertisseur 3 de situations dangereuses qui signale alors au
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moins au conducteur du véhicule de l'occurrence d'une situation
dangereuse, ici un risque de collision avec un piéton invisible et
porteur d'un badge selon l'invention.
Selon l'invention, l'antenne du moyen ou organe
5 d'émission d'une onde de détection magnétique et les circuits
électriques d'émission sont configurés pour générer une zone
déterminée de détection magnétique autour de ladite balise dans
laquelle des badges munis de moyens récepteurs de l'onde de
détection magnétique peuvent être réveillés ou activés par
10 l'émission de l'onde de détection magnétique même en l'absence
d'alimentation électrique du badge.
Dans un mode de réalisation de l'invention, l'organe
avertisseur 3 comporte une interface homme-machine, à
destination notamment du conducteur du véhicule sur lequel la
balise est montée. L'interface homme-machine est réalisée par
des moyens informatiques avec au moins un écran d'affichage de
textes et/ou de pictogrammes sous le contrôle d'un ordinateur
programmé pour activer l'écran d'affichage avec au moins un
texte et/ou au moins un pictogramme en fonction de la situation
dangereuse détectée par l'acquittement automatique émis par au
moins un badge. L'interface homme-machine comporte aussi le
cas échéant une ressource sonore comportant un haut-parleur
pour diffuser un message audible d'avertissement.
Dans un mode de réalisation de l'invention, le récepteur
15 de l'onde de détection magnétique BF comporte un circuit
pour décoder l'onde de détection magnétique issue (1) de la
balise embarquée sur le véhicule. Le circuit pour décoder l'onde
de détection magnétique BF est directement polarisé par
l'énergie rayonnée et reçue par l'antenne 13, de sorte que,
lorsque le décodage réussit, une borne de sortie du circuit pour
décoder l'onde de détection magnétique BF passe à un potentiel
électrique actif qui permet de fermer un circuit de commutation
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comme un interrupteur (non représenté) qui connecte le reste
des circuits électriques du badge 11 à une source d'énergie
électrique comme une pile électrique (non représentée) insérée
dans le badge 11.
Dans un mode de réalisation de l'invention, l'émetteur
radiofréquence 17 de la bande UHF porté par le badge, comporte
aussi un registre mémoire dans lequel est enregistré d'une
manière connue lors de la fabrication ou de la validation du
badge 11 un code qui permet de repérer la réponse UHF du
badge porté par le piéton dans l'environnement radiofréquence.
Le code de repérage sert de message de modulation à l'émetteur
radiofréquence 17 de la bande UHF et il est transmis par l'onde
UHF (3) vers le récepteur 5 d'onde de réponse de détection UHF
de la balise embarquée. Le récepteur 5 d'onde de réponse de
détection UHF peut ainsi décoder le code de repérage à l'aide
d'un circuit de démodulation (non représenté) et distinguer le
signal reçu de signaux parasites de façon à activer ou non par
une borne de sortie convenable du récepteur 5 d'onde de
réponse de détection UHF l'organe avertisseur 3 de situations
dangereuses seulement quand au moins un badge 11 a répondu
à l'onde de détection BF émise.
Dans un mode de réalisation de l'invention, le badge 11
est doté lui-même de moyens avertisseurs (non représentés) qui
sont couplés à la borne de sortie du récepteur de l'onde de
détection BF émise. Ces moyens avertisseurs comportent
séparément ou en combinaison de un à trois effecteurs pour
lesquels le piéton est sensible :
- un effecteur sonore comme un haut-parleur miniature ;
- un effecteur visuel comprenant une diode
électroluminescente ; et
- un effecteur kinesthésique comme un vibreur couplé
acoustiquement avec une paroi externe du boîtier du badge 11.
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Chaque effecteur est connecté à la source d'alimentation
intégrée au badge 11, comme un accumulateur ou une pile
électrique, avec son propre circuit de commutation dont une
borne de commande est connectée à la borne de sortie du
récepteur d'onde de détection BF 15 de sorte qu'a la réception
de l'onde de détection BF (1), l'effecteur soit activé de manière à
avertir le porteur de badge 11. Dans un mode particulier de
réalisation, les moyens avertisseurs de danger du badge sont
polarisés directement par l'énergie reçue par le moyen de
réception de l'onde magnétique du badge.
Dans un mode de réalisation de l'invention, la balise 3-9
embarquée à bord du véhicule de manutention 1 est équipée
d'un organe avertisseur 3 de situations dangereuses, qui
comporte principalement un avertisseur sonore comprenant un
haut-parleur et un avertisseur lumineux comprenant au moins
une diode électroluminescente. Les avertisseurs sonore et
lumineux sont activés par l'intermédiaire d'un circuit de
commutation dont une borne de commande est connectée à la
borne de sortie du récepteur 5 d'onde de réponse de détection
UHF de sorte que la réponse UHF (3) d'au moins un badge
piéton active l'organe avertisseur, signalant au moins au
conducteur du véhicule 1 de l'occurrence d'une situation
dangereuse, ici un risque de collision avec un porteur de badge
comme le badge 11. Dans d'autres modes de réalisation, un
circuit de commutation de la balise embarquée 3-9 à bord du
véhicule de manutention est couplé à un organe de signalisation
du véhicule comme un avertisseur sonore du véhicule et/ou un
phare d'éclairage de sorte que cet organe de signalisation
propre au véhicule coopère ou fait fonction d'organe avertisseur
de situations dangereuses. Cette solution est avantageuse
notamment dans le cas où l'avertisseur sonore du véhicule est
suffisamment puissant pour être entendu du porteur de badge
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11, un tel badge pouvant alors ne pas être muni de moyens
avertisseurs.
A la Figure 2a, on a représenté un mode particulier de
réalisation d'une partie de la balise embarquée à bord du
véhicule 1 de la Figure 1. Dans ce mode de réalisation de
l'invention, lors de sa fabrication ou de son initialisation
lorsqu'elle est installée et/ou démarrée à bord du véhicule, la
balise reçoit un identifiant de sorte que l'onde de détection BF
est modulée par l'identifiant caractéristique de la balise et/ou du
véhicule à bord duquel elle est montée. Dans ce mode de
réalisation, la balise comporte un générateur de champ
magnétique codé par l'identifiant de la balise. Le générateur de
champ magnétique codé comporte principalement un générateur
de trames 30 selon un protocole de communication prédéterminé,
chaque trame émise par le générateur de trames comportant la
répétition de l'identifiant qui sert de message de modulation.
Le signal issu du générateur de trames 30 est placé à
l'entrée de modulation 36 d'un auto-oscillateur 32 dont la
porteuse est choisie dans une bande de fréquences comprises
entre 25 et 150 KHz et préférentiellement entre 50 et 125 KHz
dans une application de détection de situations de collisions
entre un véhicule automoteur et un piéton porteur de badges.
L'auto-oscillateur présente la propriété de voir sa
fréquence de résonance établie par construction décalée vers
les plus hautes fréquences ou les plus basses fréquences en
fonction notamment de l'impédance parasite appliquée à
l'antenne d'émission par l'environnement. Cette impédance
parasite peut être provoquée par le taux d'humidité du milieu de
propagation, sa température et surtout par la susceptibilité
magnétique des structures environnantes comme celles 19 et 21
(voir Figure 1) qui entourent la zone de propagation de l'énergie
magnétique rayonnée par une antenne selfique 34 connectée à
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la borne de sortie de l'auto-oscillateur. En choisissant des
composants pour réaliser l'auto-oscillateur dont la dissipation de
puissance est adaptée à l'environnement de la zone de
propagation, la présence arbitraire de conditions agressives de
transmission basse fréquence n'entraîne que peu d'effet négatif
à la différence des modulateurs utilisés dans l'état de la
technique.
A la Figure 2b, on a représenté un mode particulier de
réalisation d'un auto-oscillateur conforme à l'invention. La borne
d'entrée 36 de modulation transmet les trames de message
comportant la répétition de l'identifiant de la balise et/ou du
véhicule à une première entrée d'un amplificateur opérationnel
33 monté en amplificateur de gain négatif, préférentiellement de
gain égal à la valeur -1 . La sortie de l'amplificateur 33 est
connectée aux grilles d'une paire 35 de transistors MOS
complémentaires qui chargent par leur borne commune une
antenne magnétique composée par un cadre selfique 37 dont
l'autre borne est connectée à la masse électrique V- du
générateur de champ magnétique codé par l'intermédiaire d'un
condensateur 38. La fréquence de résonance de l'auto-
oscillateur est choisie notamment sur la base de l'impédance de
l'antenne magnétique et de la capacité du condensateur 38 lors
de la conception de la balise et/ou par adaptation lors de son
montage sur le véhicule. L'auto-oscillateur comporte enfin une
rétroaction sur la seconde borne d'entrée de l'amplificateur 33
du point commun entre l'antenne 37 et le condensateur d'accord
38. La paire de transistors MOS complémentaires est polarisée
entre l'alimentation positive V+ et la masse électrique V-
du générateur de champ magnétique codé.
A la Figure 3, on a représenté un schéma bloc d'un mode
de réalisation d'un badge selon l'invention. Au moins une
antenne magnétique 40 est disposée à l'intérieur du badge. Dans
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un mode préféré de réalisation une telle antenne est constituée
par au moins une spire plane d'un conducteur ou par un
empilement de spires planes ayant toutes la même direction
normale. Ces spires peuvent être associées selon différents
5 montages électriques en fonction de circonstances d'utilisation
du badge de l'invention. Dans un mode préféré de réalisation,
trois antennes magnétiques comme celle décrite ci-dessus sont
couplées ensemble et leurs directions normales sont réparties
selon un trièdre dans l'espace de sorte que l'orientation du
10 badge dans lequel les trois antennes sont montées devient
indifférente.
Le couplage des antennes est réalisé par un combinateur
électrique 42 dont la sortie est connectée à l'entrée d'un filtre
passe bande sur la bande Basse Fréquence BF dans laquelle
15 travaille la balise à la laquelle le badge est associé. Une telle
bande BF est comprise entre 25 et 150 KHz et préférentiellement
entre 50 et 125 KHz. La sortie du filtre passe-bande 43 est
transmise à l'entrée d'un démodulateur 44 de l'onde de détection
Basse Fréquence BF émise par le générateur de champ
magnétique codé de la balise (voir Figures 1 et 2). Le
démodulateur BF 44 est construit en fonction du générateur de
champ magnétique codé de la balise à laquelle le badge est
associé.
Une sortie du filtre passe-bande 43 est transmise à un
comparateur 45 dont une autre entrée est connectée à un
générateur de tension de référence qui peut être programmé lors
de la configuration du badge ou commandé de manière
adaptative de manière à régler la sensibilité du réveil du badge
en fonction des conditions de réception présentes là où se
trouve le badge et/ou la balise émettrice de l'onde magnétique
de détection basse fréquence BF. La sortie du filtre passe-bande
43 utilisée pour la détection de réveil de badge est choisie sur
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un point du circuit électrique du filtre 43 qui atteint des niveaux
de tension suffisant à un instant aussi précoce que possible lors
de la détection des ondes magnétiques captées par les antennes
40 du badge. Lorsque la tension sélectionnée sur le circuit du
filtre passe-bande 43 est au moins égale à la tension de
référence générée par le générateur 41 de tension de référence,
la tension de sortie du comparateur 45 bascule et est connectée
à l'entrée d'activation d'un circuit de réveil 54 de l'alimentation
du badge.
La sortie principale du filtre passe-bande 43 est transmise
alors à un démodulateur 44 qui permet d'extraire les bits de
message transmis par la balise vers l'ensemble des badges
présents dans la zone d'émission de la balise.
Dans un mode de réalisation, la balise exécute sur la voie
magnétique basse fréquence une modulation de type ASK. En
relation, le démodulateur 44 du badge est donc un démodulateur
de modulation de type ASK. On a obtenu de bons résultats avec
une modulation 00K, qui est une variante de la modulation ASK
et avec une modulation de type NRZ. Le démodulateur du badge
est alors sélectionné comme modulateur OOK ou NRZ selon la
circonstance. Dans le cas d'une modulation 00K, dans la bande
KHz ¨ 150 KHz d'émission BF on est parvenu à transmettre
des débits de 500 bits/seconde à 1.000 Bits/seconde selon
l'agressivité du milieu dans lequel est établie la liaison
25 magnétique Basse Fréquence.
La sortie du démodulateur 44, qui comporte les données
décodées reçues du message transmis par la balise dans l'onde
de détection magnétique BF est transmise à l'entrée d'un
générateur 46 réalisant un acquittement automatique de la
détection BF effectuée par l'onde de détection basse fréquence
BF émise ((1) Figure 1) par la balise. Le message d'acquittement
est généré sur la base du message décodé par le démodulateur
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44. On note par ailleurs, que le jeu de données décodées
constitue aussi un signal d'activation pour les moyens d'alarme
ou avertisseurs de danger portés par le badge, de sorte que le
porteur du badge soit averti de la présence d'une balise et/ou du
véhicule ou autre vecteur de la balise. Ces moyens avertisseurs
sont directement alimentés par l'alimentation électrique interne
du badge, réveillée ou activée par le circuit de réveil 54.
Le générateur d'acquittement automatique de détection 46
produit un message d'acquittement sur sa borne de sortie qui est
connectée à une borne d'entrée d'un modulateur très haute
fréquence dans la bande réglementaire UHF. Le générateur
d'acquittement automatique de détection comporte un moyen
(non représenté à la Figure 3) pour se synchroniser sur le
protocole de trames émises dans la bande basse fréquence BF
par le générateur de champ magnétique codé de sorte que la
réponse d'acquittement dans la bande réglementaire UHF soit
synchronisée ainsi qu'il sera décrit plus loin.
A cette fin, la demande de synchronisation du générateur
d'acquittement automatique de la détection 46 est transmise au
moins à un moyen récepteur UHF permettant de donner une
commande de synchronisation des trames UHF produites par le
générateur d'acquittement 46. Le moyen récepteur UHF de
synchronisation est, dans un mode de réalisation de l'invention,
implémenté dans un émetteur-récepteur UHF de la balise à
laquelle le badge est destiné à être associé. Il reçoit la demande
de synchronisation du badge et, en réponse, élabore une
commande de synchronisation de trames UHF pour le badge
requêteur en fonction de la génération de trames effectuée par le
générateur de trames codées 30 du générateur de champ
magnétique codé (Figure 2). Cette commande de synchronisation
de trames UHF est alors transmis au badge requêteur dont un
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récepteur UHF (non représenté) permet de recevoir la commande
de synchronisation.
Le générateur de message d'acquittement automatique de
détection 46 est connecté à la borne d'entrée d'un Modulateur 48
très haute fréquence dans la bande réglementaire UHF qui pilote
une antenne UHF 50 du badge (11 Figure 1). Le modulateur 48
UHF est réalisé sur la base d'un circuit du commerce.
Dans un mode de réalisation de l'invention, une sortie du
démodulateur Basse fréquence large bande 44 du badge est
aussi connectée à un circuit 54 de réveil de l'alimentation
électrique 52 du reste des circuits électriques 46, 48 du badge.
Un tel circuit 54 est, dans un mode de réalisation, réalisé par un
circuit de commutation qui connecte les bornes d'alimentation
des circuits électriques 46, 48 du badge à une alimentation
électrique 52 comportant une pile électrique. Après une période
d'inactivité sur la sortie du démodulateur 44, le circuit de réveil
54 repasse à l'état inactif et l'alimentation électrique 52 est à
nouveau déconnectée de sa charge. On réalise ainsi une
réduction sensible de consommation électrique au niveau du
badge.
A la Figure 3, on n'a pas représenté les moyens
avertisseurs intégrés au badge. Ainsi qu'il a été décrit plus haut,
ces moyens avertisseurs comportent de un à trois effecteurs pris
parmi un haut-parleur, un afficheur et un vibreur. Chacun d'eux
est commandé le cas échéant par l'intermédiaire d'un circuit de
commutation dont l'entrée de commande est connectée à la
borne de sortie du démodulateur BF large bande 44 et/ou par
programmation, et/ou connecté lors de la configuration du badge
lors de sa mise en service. Lorsque le circuit de commutation est
fermé, le courant de l'alimentation électrique 52 du badge
(accumulateur, pile) traverse le moyen avertisseur commandé.
Dans un autre mode de réalisation, c'est directement l'énergie de
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réception de l'onde de détection magnétique reçue par le badge
qui sert à polariser les moyens avertisseurs.
A la Figure 4, on a représenté schématiquement une
balise installée sur un véhicule de manutention dans un mode de
réalisation selon l'invention.
Le châssis 60 du véhicule comporte une paroi
sensiblement verticale sur l'extérieur de laquelle est disposée
une antenne magnétique 78 composée par un cadre multi spires
76 enfermé dans une gaine isolante 74. L'antenne magnétique
78 est connectée par un câble électrique gainé 71 à un coffret 62
dans lequel est installée la balise proprement dite, telle que
décrite notamment aux Figures 1 et 2a. Le câble électrique 71
est relié au coffret 62 de la balise par une traversée étanche à
travers la paroi sensiblement verticale du châssis 60 du
véhicule. Il est relié à l'auto-oscillateur 32 (Figure 2) du
générateur de champ magnétique codé de la balise.
Par ailleurs, l'antenne selfique 78 est montée sur des
potences 72, 73 réparties sur des embases solidaires de la paroi
sensiblement verticale du châssis 60, autour du pare-brise 70
monté sur cette paroi. Chaque potence comme la potence 71
comporte une extrémité libre portant un support cylindrique 72
qui passe autour du câble 74 constituant le cadre formant
l'antenne. Le câble 74 est composé de plusieurs brins comme le
brin 76, chacun formant une spire de l'antenne selfique 78. Les
spires peuvent être connectées selon une multitude de schémas
de connexion électrique avec la sortie de l'auto-oscillateur (32,
Figure 2) de façon à conformer le diagramme de rayonnement de
l'antenne 78 lors de son montage sur le châssis 60 du véhicule.
A la Figure 5, on a représenté un diagramme expliquant le
fonctionnement du principe de l'invention.
En abscisses, on a porté le spectre des basses
fréquences radioélectriques et en ordonnées le gain
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d'affaiblissement en dB. Le diagramme 80 représente la zone de
fonctionnement sûr de l'auto-oscillateur (Figures 2a et 2b) du
générateur de champ magnétique codé. Le diagramme 82
représente le diagramme de puissance rayonnée en champ libre
5 avec l'auto-oscillateur de l'invention et le diagramme 84, le
diagramme de puissance rayonnée dans un environnement
agressif, comme dans l'atelier avec des structures métalliques
(19, 21 : Figure 1).
En réalisant un dimensionnement convenable des
10 composants de l'auto-oscillateur (32, Figure 2a ; 36-39, Figure
2b) il est possible d'obtenir une large bande 25 KHz ¨ 150 KHz
de fonctionnement sûr de sorte que la présence de perturbations
provoquées par un milieu agressif ne soit pas responsable d'une
destruction ou dégradation de la balise ainsi que le montre le
15 diagramme 84 qui est inclus dans la zone de fonctionnement sûr
80 de l'auto-oscillateur.
A la Figure 6, on a représenté un diagramme d'un
protocole de génération d'une onde magnétique utilisée dans le
générateur de trames codées (30, Figure 2a). Le temps pour
20 placer un message codé selon le protocole retenu est déterminé
pendant une fraction de période P#1 marquée par la zone 91
pour la première trame #1. Puis un temps de silence est prévu
pendant une période 91 et une seconde trame #2 peut alors être
émise. Pendant une période P#1, N trames de #1 à #N peuvent
être générées, de sorte que jusqu'à N balises peuvent être en
concurrence dans une même zone de réception.
Puis, une période ultérieure P#2 est ouverte et ainsi de
suite.
Dans un mode de réalisation, il est prévu pour une
période P#1 de 1 seconde de transmettre plusieurs autres
trames #1 à #3, permettant à d'autres balises d'émettre à leur
tour dans la même zone.
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A la Figure 7, on a représenté un mode de réalisation de
l'inhibition de l'avertissement dans une zone particulière.
Lorsque une balise détecte un nombre trop élevé de badges lors
de son déplacement, un avertissement devient relativement
inopérant et le danger de collision avec un piéton pourtant
porteur d'un badge augmente.
Pour remédier au moins en partie à cet inconvénient, il est
prévu de disposer sur des positions déterminées au moins une
balise spécialisée qui génère une zone d'inhibition de
l'avertissement produit par les balises embarquées sur les
véhicules. D'autres situations que des balises sur des véhicules
peuvent aussi bénéficier de la zone d'inhibition.
Dans le mode de réalisation de la Figure 7, une balise
d'inhibition d'avertissement 100 est disposée qui génère une
onde de détection magnétique BF comme il a été enseigné à
l'aide des Figures 1 à 2b et 6. Lorsque des badges 99 se
trouvent dans la zone 102 couverte par l'onde de détection
magnétique BF générée par la balise 100, ils détectent
l'identifiant de la balise d'inhibition. Un registre mémoire installé
dans chaque badge est chargé de la liste des identifiants des
balises d'inhibition. Lors du décodage de l'identifiant de balise
qui est chargé dans le message modulant l'onde de détection
magnétique BF, le badge comporte un moyen pour comparer
l'identifiant reçu par le récepteur BF à la liste enregistrée dans
le registre des identifiants des balises d'inhibition.
En réponse à la comparaison, le moyen pour comparer
l'identifiant décodé à la liste des balises d'inhibition peut
produire au moins l'un des ordres suivants :
- un ordre déconnectant les moyens avertisseurs du
badge récepteur de sorte qu'ils restent inactifs ;
- un ordre déconnectant le modulateur UHF (48, Figure
3) du badge de sorte que les véhicules équipés de balises ne
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reçoivent plus l'acquittement automatique des badges 99
disposés dans la zone d'inhibition 102 générée par la balise
d'inhibition 100.
A cette fin, chaque badge est doté :
- d'un circuit de commutation des moyens avertisseurs du
badge, le dit circuit étant connecté à un moyen pour comparer
l'identifiant décodé à la liste des balises d'inhibition ;
- d'un circuit de commutation permettant de déconnecter
la borne d'entrée du générateur d'acquittement automatique (46,
Figure 3) de la borne de sortie du démodulateur large bande BF
(44, Figure 3), le dit circuit étant connecté au moyen pour
comparer l'identifiant décodé à la liste des balises d'inhibition.
Dans un mode de réalisation de l'invention, le moyen pour
comparer l'identifiant décodé à la liste des balises d'inhibition
est connecté à la borne de sortie du démodulateur large bande
BF (44, Figure 3) du badge.
Ainsi, en revenant à la Figure 7, lorsqu'un véhicule équipé
d'une balise ainsi qu'elle a été décrite à l'aide des Figures 1 et 2
notamment, circule en dehors de la zone d'inhibition, par
exemple dans la position 94, la balise génère une zone de
couverture de l'onde de détection magnétique BF 95. Si un
badge porté par exemple par un piéton 99 se trouve dans la zone
95, il sera signalé à la balise du véhicule en position 94. Puis, le
véhicule poursuivant sa trajectoire, entre en position 97 dans la
zone d'inhibition 102 générée par la balise d'inhibition 100, sa
balise génère une zone de couverture de l'onde de détection
magnétique BF 98. Un badge, porté par exemple par un piéton
parmi les badges 99, et disposé dans l'intersection de la zone
d'inhibition 102 et de la zone de couverture 98, sera indétectable
par les balises.
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A la Figure 8, on a représenté un schéma de situation
d'une application à la prévention de collision entre au moins
deux véhicules.
Dans la situation où deux véhicules 124 et 126 circulent à
proximité l'un de l'autre, mais hors de la vue l'un de l'autre, un
risque de collision est possible et peut être signalé par les
balises de l'invention. Dans ce cas, chaque balise est aussi
dotée d'un démodulateur BF large bande qui lui permet de
détecter une onde de détection magnétique codée émise par un
autre véhicule. Le démodulateur BF large bande est absolument
analogue au démodulateur 44 du badge décrit à l'aide de la
Figure 3 et la balise comporte alors aussi une chaîne d'émission
de message d'acquittement automatique analogue à la chaîne
46-50 du badge de la Figure 3.
Utilisant ces moyens, la balise du véhicule 126 génère
une zone de couverture de l'onde de détection magnétique BF
120 dans laquelle se trouve la balise du véhicule 124 équipée
des moyens de réception BF et d'émission UHF d'acquittement
automatique d'un badge. La balise du véhicule 126 génère une
onde de détection magnétique BF 128 qui est alors reçue par
l'antenne (ou les antennes) magnétiques de la balise du véhicule
124.
Le démodulateur BF de l'onde de détection décode alors
l'identifiant de la balise du véhicule 126 dans la balise du
véhicule 124 et sa borne de sortie active :
- des moyens avertisseurs analogues à ceux prévus
dans le badge décrit à l'aide de la Figure 3 de sorte que le
conducteur du véhicule 124 soit averti d'un risque de collision
avec le véhicule 126 dont la trajectoire lui est masquée par les
obstacles 122 entre lesquels il circule et
- la chaîne d'émission UHF d'acquittement automatique
analogue à celle d'un badge et décrite à la Figure 3,
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La chaîne d'émission UHF d'acquittement automatique de
la balise du véhicule 124 émet alors le message d'acquittement
automatique 130 qui est alors reçu par l'antenne de réception
UHF de la balise du véhicule 126 qui est décodé par la chaîne
de réception UHF installée dans la balise du véhicule 126 et qui
est analogue à la chaîne de réception UHF de l'acquittement
automatique d'une balise décrite à l'aide de la Figure 1, en fait
comme si la balise du véhicule 124 était un badge interrogé et
réveillé par la balise du véhicule 126. En réponse l'organe
avertisseur de la balise du véhicule 126 est activé et le
conducteur du véhicule 126 est lui aussi averti d'un risque de
collision.
On remarque que, si les balises des véhicules 124 et 126
sont munies des mêmes moyens de communication, le véhicule
124 émet lui aussi une onde de détection magnétique à
destination du véhicule 126 qui répondra lui aussi comme un
badge. On remarque alors que la détection prévention de
collision a lieu deux fois en parallèle pour chaque véhicule, ce
qui renforce la fiabilité du système avertisseur de situations de
danger de l'invention.
Dans l'application de la Figure 8, la balise de détection du
risque de collision entre véhicules doit avoir une zone d'action
de l'onde de détection magnétique BF renforcée. Il est alors
prévu que l'antenne de réception de l'onde de détection
magnétique BF soit différente de la version décrite pour un
badge comme celui défini à la Figure 3. En effet, le véhicule
comme le véhicule 124 ou 126 est la plupart du temps disposé
dans un plan et il n'est pas utile de prévoir une antenne
magnétique de réception dont la direction normale soit dirigée
selon la verticale du lieu. Dans un mode préféré de réalisation, il
a été prévu de disposer trois antennes dont les directions
normales se trouvent sensiblement dans le plan de déplacement
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du véhicule et forment un angle de 1200 entre elles. On évite
ainsi de privilégier une direction de collision dans le plan de
déplacement du véhicule.
La Figure 9 représente un chronogramme de dialogue
5 entre au moins une balise et une pluralité de badges pour
système avertisseur selon l'invention.
Les quatre premières lignes font référence à une balise
notée Balise #x . La première ligne décrit l'émission sur le
canal UHF qui a été précédemment décrit à l'aide de la figure 2a
10 notamment. La deuxième ligne décrit l'émission d'une trame de
détection magnétique basse fréquence BF qui est répétée selon
le protocole décrit à l'aide de la Figure 6. La troisième ligne
décrit la réception sur le même canal UHF que celui en émission
sur la première ligne, d'une onde d'acquittement automatique
15 d'au moins un badge réveillé par la trame de détection
magnétique de la première ligne. La quatrième ligne indique
l'état de l'alarme associée à la balise #x.
Il est entendu que plusieurs balises peuvent partager une
zone de réception commune pour l'onde de détection magnétique
20 BF. Il en résulte qu'il faut prévoir un mécanisme de prise de
ligne sur le canal UHF notamment de sorte que une balise puisse
émettre seule pendant an moins une trame du protocole défini
ici. C'est le rôle de la première ligne d'émission UHF pour la
balise #x. La balise #x comme toutes les balises du système
25 avertisseur de l'invention place en permanence son canal UHF
en écoute permanente (troisième ligne pour la balise #x). Si elle
reçoit une émission UHF produite par une autre balise alors que
sa propre période T d'exécution du protocole n'est pas achevée,
la balise #x infère qu'une autre balise #y est en train de
demander le canal UHF en émission. Elle bloque son éventuelle
émission d'une onde de détection magnétique BF. Et elle reste
en écoute UHF.
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Si la balise #x a émis à la date t=0 qui identifie le début
de la période T de son protocole de dialogue avec les badges et
les autres balises éventuellement disposées dans la même zone
de réception, un message de demande de prise de canal UHF,
elle reçoit elle-même ce message et déclenche alors une
interrogation (2) qui commande une émission d'une onde de
détection magnétique BF par la balise #x, les autres balises #y
éventuelles restant muettes au moins sur le canal BF.
L'onde de détection magnétique BF est alors reçue (3) par
les récepteurs BF des badges #1 à #n si n badges sont disposés
dans la zone.
Le groupe des triplets de lignes suivantes concerne
l'activité radiofréquence d'un groupe de N badges se trouvant en
même temps dans la zone de couverture de l'onde de détection
magnétique émise par la balise Balise #x . Chaque badge
référencé de badge #1 à badge #n reçoit (3), à la ligne
de la Figure 9 marquée BF Reception , la même trame
d'interrogation ou de détection produite par la balise Balise
#x quasiment simultanément à son émission. La trame est
reçue ainsi qu'il a été décrit à l'aide de la Figure 3, par le
démodulateur (44, Figure 3) large bande de l'onde de détection
Basse Fréquence BF émise par le générateur de champ
magnétique codé de la balise Balise #x .
Puis, la chaîne d'émission UHF d'acquittement
automatique de chaque badge Badge #1 à Badge #n est
activée par Reponse #1 à Reponse #n et génère (4) le
message d'acquittement sur le réseau de communications UHF
de chaque badge Badge #1 à Badge #n à destination (5)
de la balise émettrice ou détectrice Balise #x . Simultanément
à la réponse UHF, le badge #1 à #n active ses moyens d'alarme.
La balise #x qui a généré l'onde de détection magnétique
BF reçoit alors les réponses Reponse#1 à Reponse #n des n
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badges présent et elle active (6) ses propres moyens d'alarme
ainsi qu'il a été décrit plus haut.
On note ainsi que la balise détectrice des badges
présents dans sa zone de couverture reçoit un nombre arbitraire
d'acquittements automatiques. Il suffit de la réception d'un seul
acquittement automatique pour que la signalisation de
l'avertissement d'une situation de danger soit déclenchée sur la
balise.
Pour gérer la prise de canal UHF, chaque balise comporte
donc un moyen d'émission sur le canal UHF d'une requête de
prise de canal UHF et un moyen de mise en écoute du canal
UHF. Un moyen de détection d'une requête de prise de canal
UHF comporte un circuit pour détecter le début d'une période T
du protocole de communication du système avertisseur de
l'invention et un circuit pour déterminer si une requête de prise
de canal UHF d'une autre balise #y est reçue en dehors de la
période de prise. La sortie du circuit pour déterminer si une
requête de prise de canal UHF est alors connecté à un circuit de
commande d'initialisation de la communication entre la balise #x
et les badges #1 à #n éventuellement présents dans la zone de
la balise, de sorte que si une autre requête de prise de canal
UHF a été présentée par une autre balise #y, une période
d'inhibition de l'émission de l'onde de détection magnétique est
initiée et si aucune autre requête de prise de canal UHF n'a été
présentée par une autre balise #y, la communication est
initialisée par l'émission d'une onde de détection magnétique BF.
Selon les circonstances, certaines ou toutes les
ressources d'une balise décrite plus haut sont implantées sur un
badge. Inversement, ainsi qu'il a été décrit pour les balises de
prévention de collision entre véhicules, certaines ou toutes les
ressources d'au moins un badge sont implantées sur une balise.
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On note que le système avertisseur de situations
dangereuses en milieu agressif de la présente invention trouve
application dans la prévention des collisions entre deux vecteurs
quelconques. En effet, les moyens avertisseurs qui équipent le
badge et/ou la balise permettent d'avertir au moins l'un des
vecteurs d'un risque de collision. Mais l'invention trouve aussi
application dans les dispositifs anti-collision en ce que les
moyens avertisseurs peuvent être couplés ainsi qu'il a été décrit
dans le cas d'une balise montée sur un véhicule de manutention,
à des actionneurs du mouvement du véhicule comme des freins
qui permettent d'empêcher la collision.
On note que le véhicule de manutention qui a été décrit
comme portant une balise peut être remplacé selon les
circonstances d'application de l'invention par d'autres genres de
véhicules, parmi lesquels :
- des véhicules de manutention et/ou de logistique
destinés à des entrepôts, magasins, ateliers ;
- des véhicules de travaux agricoles, de travaux
publics, de génie civil, et/ou des industries minières ;
- des véhicules d'exploitation de zones aéroportuaires
ou d'installations portuaires maritimes ou fluviales ;
- des navires manoeuvrant dans des canaux, des
fleuves, des zones portuaires maritimes.
On note que la balise peut, comme il a été décrit pour les
balises d'inhibition (Figure 7), être disposée sur un point fixe,
comme un point de référence pour former une zone
caractéristique couverte par la zone d'action de l'onde de
détection magnétique BF générée par la balise. Dans une
application particulière, la balise est associée à une installation
de radiographie par rayons X permettant de faire du contrôle de
soudures ou de tôles dans des cuves industrielles. Dans cette
application particulière, le personnel qui travaille dans une cuve
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en cours de contrôle par rayons X ne se trouve pas en
connaissance de la zone d'action des rayons X générés par
l'installation de radiographie. En le munissant de badges
constitués ainsi qu'il a été décrit à l'aide de la Figure 3
notamment, et en liant une balise constituée ainsi qu'il a été
décrit à l'aide des Figures 1, 2a, 2b et 6 notamment, il est
possible d'avertir à la fois le personnel entrant dans la zone
couverte par la balise et le personnel servant l'installation de
radiographie industrielle d'une situation de danger.
On note que le badge peut, comme il a été décrit
notamment aux Figures 1 et 7, être porté par un piéton, ou du
personnel. Dans d'autres applications, le badge peut être porté
par d'autres agents comme des robots, ou des palettes de
conditionnement sur une ligne de convoyage.
On note que d'autres messages peuvent être portés dans
les émissions d'onde de détection magnétique et/ou des
acquittements automatiques à très hautes fréquences et/ou de
synchronisation des trames d'émission. Dans ce cas, des
moyens ou ressources de réception de ces messages sont
connectés à des ressources pour exploiter de tels messages.
