CN100544953C - Rfid标签、天线及打印机系统 - Google Patents

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CN100544953C CNB2004800305432A CN200480030543A CN100544953C CN 100544953 C CN100544953 C CN 100544953C CN B2004800305432 A CNB2004800305432 A CN B2004800305432A CN 200480030543 A CN200480030543 A CN 200480030543A CN 100544953 C CN100544953 C CN 100544953C
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Abstract

使带内嵌标签的RFID货标通过打印机系统的RFID天线，在那里RFID天线允许一卷这样的货标在极接近天线的范围里通过，并仍允许对每个单独的RFID标签进行识读和/或编程。在不同的实施例中，RFID天线有一与尖端处是RF源点的三角形发散RF导体相接触的矩形的RF场扩展器，由耦合到RF分相器的传输线(例如两条平行导电带)构成，或是用耦合到其间的RF分相器的两条平行微带传输线构成。在另一个实施例中，该打印机系统从数据流中提取条码命令或对条码命令进行语法分析，并将这些命令传递给打印机和RFID识读器，以便用条码信息来打印图像和对标签编程。

Description

RFID标签、天线及打印机系统
相关申请的参照
此申请要求于2003年9月12日提交的美国专利申请第10/660,856号，于2004年6月7日提交的第10/863,055号，以及于2004年6月7日提交的第10/863,317号的优先权。
背景
发明领域
本发明涉及打印机系统，尤其涉及用于与射频识别(RFID)货标通信的打印机系统。
相关技术
有源或无源的RFID转发器或标签通常与RFID识读器一起被用来从RFID标签识读信息。该信息随后被存储或者在各种应用程序中使用，诸如监视、分类和/或跟踪与该RFID标签相关联的物品、支付通行费、以及管理安全访问。例如，RFID标签可通过诸如加利福尼亚州Morgan Hill的Alien Technology Corporation等公司获得。许多用于条码的应用程序也可结合RFID系统一起使用。
常规的RFID标签和识读器使用射频信号来从识读器范围内的标签远程地获得数据。一个示例是识读与汽车中携带的转发器相关联的信息，这允许RFID系统确定汽车通过架设在收费公路上的RFID识读器的次数。然后可处理此信息并基于使用收费公路的次数向转发器的所有者发送账单。另一个示例是从诸如一车杂货等一组物体识读信息。每个杂货物品都将有一个RFID标签或货标，它可包括该物品的描述和价格。然后RFID识读器可识读整车物品，打印出物品描述和价格及总价。这与条码系统形成对比，在该系统中必须将条码扫描器拿到离条码足够近的范围和方向内才能让扫描器识读每个单独的物品。又一个示例是当在仓库中移动托盘时识读存储在托盘上的纸板箱上的RFID标签。这允许对到达和/或离开的物品进行高效的存货跟踪。
这些及其它典型的RFID系统需要能够询问(interrogate)距离多个波长以外的RFID标签的天线。此类天线通常具有很大的功率和波束宽度。这些类型的天线不适宜在需要定向和受限询问的应用中使用。
诸如用于纸板箱或托盘的RFID标签可通过将RFID标签放在货标中、将信息从诸如主计算机等编程到该标签中、并基于该信息使用热敏式打印机来打印带有适当条码和/或其它可打印的信息的货标来生产。还可在热敏式打印机中通过首先在货标上打印、然后在货标上编程或编码RFID标签来生产RFID货标。这些货标由此既可由条码扫描器也可由RFID识读器来识读。但是，编程后打印就强制对货标卷进行额外的处理，并需要使用额外的硬件。为了确保在货标上打印的是正确的信息，必须使用RFID识读器来将热敏式打印过程与相关联的RFID标签同步。此外，热敏式打印机货标中所使用的编程和识读RFID标签的能力是有限的，能力有限部分地是由于打印机的机械轮廓，这可能会给与RFID技术相关联的射频信号带来性能问题，并且能力有限还部分地由于多个标签相互邻近的情况伴随着一次仅定址(编程)一个标签的需要。
由此，需要有克服如上所述的现有技术中的缺陷的能够处理RFID货标的打印机和组件。
概述
根据本发明的一个方面，使用一种热敏式打印机来读和写货标上的RFID标签，并基于从RFID标签识读的信息来打印货标。在一个实施例中，货标中的RFID天线是工作频率在902和908MHz之间、且自由空间波长在12.73和13.9英寸之间的薄型四分之一波长谐振天线。在另一个实施例中，一对终接的微带传输线担当天线。在又一个实施例中，天线是平衡的且终接的传输线。这些天线允许1)RF场受到控制，以使只有与要由热敏式打印头打印的货标相关联的RFID标签才被编码，而与此同时不会询问货标卷中其它的RFID标签，以及2)在货标移动穿越天线场时与RFID标签通信。
根据一个实施例，一卷空白货标包括嵌入在每个货标中的RFID标签。将货标卷插入到具有热敏式打印头和RFID天线的热敏式打印机中，其中RFID天线位于打印头和RFID货标卷之间，并且在货标路径下面。可用诸如来自主计算机等的已知信息来对RFID标签编程，并验证所编程的信息是正确的。当在对RFID标签编程或编码时，首先擦除任何现有数据，然后经由RFID天线向标签发送新的信息。接下来进行识读操作以验证写入了正确的信息。在一个实施例中，如果第一识读(验证)操作指示有未被正确编程的标签，则在将该RFID标签视为次品以前执行额外的写操作，每一次写操作之后接着进行一次识读(验证)操作。如果RFID标签是次品，则可给操作者出错通知，并可中止打印，或由热敏式打印头在货标上打印该RFID标签为次品的指示。
这允许打印机具有将数据编程到RFID货标中、并在打印之前验证所编程的是正确的数据的能力。如果检测到出错，则打印机可对货标进行叠印(over-strike)以指示标签有错。
根据另一个实施例，以渐减的RF功率电平询问RFID标签，直至确定到达仍允许RFID标签被识读的最小功率电平。这允许系统确定RFID标签性能边际等级或RFID标签质量等级。
所积累的与RFID标签相关联的任何数据可被存储和检索以供后用，诸如次品标签数、成功的写所需的RFID标签重试次数、以及RFID标签所需最小RF功率电平等。
根据本发明的又一个实施例，截取、重新配置并使用从源自主计算机的数据流而来的信息来将其编程或写到RFID标签中。在一个实施例中，从数据流中提取条码命令。然后将条码命令格式化为RFID命令，接下来将条码数据编程到RFID标签中，并用来自数据流的命令来打印RFID标签。可操纵条码数据以确保符合RFID标签能力。将条码数据流修改成RFID编程命令消除了修改主机应用程序软件的必要。
注意，一些公司的热敏式打印机可基于其它公司的语言来打印货标，从而允许能容易地移植到竞争者的应用程序中。因此，可将条码命令转换为RFID命令的概念可应用于不仅支持其标准编程语言、而且还支持该打印机恰好支持的任何竞争者语言的热敏式打印机。
结合附图考虑以下详细描述将能充分地理解本发明。
附图简述
图1根据一个实施例示出安装了RFID子系统的热敏式打印机系统的框图；
图2根据一个实施例示出带有RFID标签的货标；
图3A根据一个实施例示出在图1的系统中使用的RFID天线；
图3B根据另一个实施例示出在图1的系统中使用的RFID天线；
图3C根据又一个实施例示出在图1的系统中使用的RFID天线；
图4是根据一个实施例示出用于写和打印货标的过程的流程图；
图5是根据一个实施例示出用于读和打印货标的过程的流程图；以及
图6是根据本发明的一个实施例的用于从数据流提取命令及打印和编程标签的打印机系统的框图。
在不同附图中使用相同或相似的标号指示相同或相近的元素。
优选实施例的详细描述
图1示出根据一个实施例的带有射频识别(RFID)识读器子系统102的打印机系统100的框图。打印机系统100还包括货标或介质卷104，其中每个货标中嵌入了一个RFID标签。RFID标签是可从多个制造商购得的常规的无源标签。一个此类制造商是Alien Technolog公司。将来自卷104的货标传至RFID天线106上方，对其编程，并由热敏式打印头108打印。主计算机112被耦合到系统控制器110，系统控制器110进而被耦合到包括天线106的RFID识读子系统102，后者允许写并验证每个货标上的RFID标签。如果RFID标签被正确地编程，则该货标通过热敏式打印头108以进行打印。由此所得的货标既有打好的介质，又有经编程的RFID标签，它们分别可用诸如条码扫描器和RF识读器来读出。
图2示出来自图1的卷104的一个货标200，其中货标200包括RFID标签202。在一个实施例中，在货标200中RFID标签202被嵌入在蜡纸或衬里层204与货标200带粘性的一边之间。图示出与RFID标签202相关联的RFID天线206的轮廓，以及作为常规元件的RFID标签组件(镶片)208的轮廓。并且，如图2中所示，货标200是来自卷104的许多货标中的一个，其中每个货标200都可由穿孔210从邻近的货标分开。穿孔210允许在打印后将货标很容易地分开。图2中所示的货标200是4x6英寸的货标，但也可使用其它尺寸的货标，诸如4x2英寸的货标等。
回到图1，来自卷104的货标200通过RFID天线106的上方以进行询问。在一个实施例中，货标200以最高达每秒10英寸的速度通过，这对于6英寸的货标而言就是每3秒5个货标。正如本领域所公知的那样，耦合到系统控制器110的介质驱动马达116，驱动滚筒118，从而拖动货标200使之通过打印机。系统控制器110还被耦合到电源120和用户操作的控制面板122，后者允许用户控制打印系统的某些操作，如以下将会讨论。系统控制器110还控制热敏式色带驱动马达124，并接收来自货标位置传感器130的信息，该信息允许系统控制器110向打印机系统的其它部分传达恰当的动作。RFID识读器子系统102内的接口适配器和电源组件128为RFID识读器114提供电能，而后者进而为RFID天线106提供电能。接口适配器和电源组件128允许接收和发送系统控制器110和识读器114之间的信号。
部分地由于打印机系统内狭小的区域，使得货标200在询问期间很靠近RFID天线106。货标位置传感器130感测新标签的开始，并向系统控制器110传达该信息。在一个实施例中，货标200在离RFID天线106大约0.035英寸或更小的范围内通过。因此，与RFID标签询问所使用的具有很大波束宽度的常规天线相反，根据一个实施例，本发明的RFID天线106是自由空间波长在大约12.73英寸和13.9英寸之间的四分之一波长谐振天线。在另一个实施例中，RFID天线106是终接电阻元件(例如，300Ω电阻)的电平衡的传输线。在又一个实施例中，RFID天线106是终接电阻元件(例如，300Ω电阻)的电平衡的传输线。
图3A示出根据一个实施例的RFID天线。RFID天线106是构造在印刷电路板组件300上的四分之一波长谐振天线，印刷电路板组件300有矩形的RF场扩展器302和三角形的发散RF导体304，根据一个实施例，这两者都是用铜构成的，但其它导电材料也可适用。发散RF导体304的窄端被连接到RF源节点306。
RF场扩展器302和RF导体304的任一侧是接地平面308。在一个实施例中，RF源节点306通过同轴电缆和微带传输线电连接到RFID识读器114，这两者都具有50Ω的特性阻抗。微带线将RF信号从板边，即同轴电缆终接的地方，传送到所需的中心连接点。这就消除了在天线中心终接同轴电缆的需要，而由于打印机系统的机械限制，这种接法将是很困难的。在一个实施例中，从同轴电缆到微带传输线的过渡包含6dB的衰减器，作为天线印刷电路板组件300的一部分。图3A示出根据一个实施例的RFID天线106。并且图3A中虚线310示出RFID标签组件208的轮廓，它沿着箭头312的方向移过RFID天线106的上方。注意，RFID天线106的长度以及货标200的定位允许RFID标签202通过RFID天线106上方，并且RF源点306相对于标签202接近居中。
本发明中所使用的RFID天线被设计成满足该应用的特定要求，例如，在数百个RFID货标相互离得很近(即，在一卷中)的情况下在很小的区域中读和写RFID标签。
在一个实施例中，RFID识读器114(来自图1)的工作频率在特高频(UHF)频段中的大约902和928MHz之间(含902和928MHz)是时变(跳频)的。跳频是众所周知的，并且为诸如美国联邦通信委员会(FCC)所要求的，以将干扰最小化。此频率范围在自由空间中波长在13.9英寸和12.73英寸之间(含13.9英寸和12.73英寸)。其它适用的RFID频率包括HF频段中的13.56MHz、UHF频段中的860MHz和950MHz、以及UHF频段中的2.45GHz。
如上文所提及，RFID标签在非常靠近RFID天线106的范围(例如，0.035英寸)内通过。这和常规的RFID标签天线形成强烈对比，后者被设计为以RFID标签和RFID接收器之间多个波长的距离来工作。这些常规应用要求以大得多的距离来识读RFID标签。因此，这些RFID天线被设计成便于在工作频率的多个波长的距离适用。但是，在本发明中，RFID标签或货标通过从天线辐射的受控RF场时的询问距离仅仅是RF信号波长的很小一部分。例如，在RFID天线和RFID标签之间的距离是0.035英寸且工作波长是12.73英寸的实施例中，距离大约是0.0027个波长。为了将性能最大化，将传输线设计成当RFID标签很靠近天线时具有匹配分相器304的输出的阻抗。此外，以这些近距离和最高达每秒10英寸的速度，RFID天线必须能够在其通过RF场时准确地读和写RFID标签。近距离还要求RFID天线能够在热敏式打印机本身内部存在各种金属结构的情况下读和写RFID标签。
其它问题包括一卷中可能有数百个RFID标签或货标，而所有这些都很靠近RFID天线和识读器这一事实。因此，RFID的RF场必须受到控制，以使只有通过RFID天线上方的RFID标签被识读/编程，并且只有对应的货标被打印。与一个货标的询问不应影响任何其它RFID货标或标签，无论它们是在该卷内还是在该卷外。这将要求窄RF场方向图；但是，源自RFID天线的RF场方向图不应窄到在将RFID标签放在大约1.05英寸的距离时不能进行通信的地步。这一距离是由与货标200中的RFID货标206的实际纵向定位相关联的公差、以及与货标相对于热敏式打印头108的定位相关联的公差产生的。货标位置是基于从货标位置传感器130发送到系统控制器110的信号。此外，因为RF频率不固定(即，它在902到928MHz上跳频)，所以RFID天线应当具有宽带特性才能在工作频率范围上有效率。发散RF导体304允许RFID天线106频带略宽于902到928MHz的工作范围。
为达到上述要求，把RFID天线106设计成诸如图3A中所示等的四分之一波长谐振天线。在一个实施例中，将天线元件构建在额定厚度为0.062英寸、相对介电常数为4.0的印刷电路板上。需要介电常数相对较高的材料来将从天线后部放出的RF辐射级最小化。后方辐射可能会增大打印机护盖内出现的反射RF能级，并且增加访问到非所需RFID标签的可能性。通过使用窄端连接到RF源节点306的发散RF导体304，可将天线的受激元件变成宽带的。提供与发散导体304的主轴成直角的RF场扩展器302来帮助沿介质或货标路径扩展RF场。因为要求在将标签移动到受控距离时能够与RFID标签通信，所以需要相对于标准四分之一波长偶极子的某种RF场畸变。这是通过扩大基本辐射元件的远端来实现的。在RF辐射元件(RF导体304和RF场扩展器302)任一侧提供接地平面306，以将不需要的RF能量最小化。靠近天线的辐射元件的接地平面306限制天线所辐射的RF场的范围，由此防止与货标卷上相邻或附近的RFID标签的不需要的通信。与附近RFID标签的通信可能会大大降低读或编程特定标签的准确性。
在参考图3A描述、并在该图中示出的实施例中，可在系统中使用RFID天线106以询问大约4英寸长0.5英寸宽的RFID标签(镶片)。RF场被集中在此4英寸的宽度内，并扩展覆盖大约2.5英寸的货标长度。
图3B示出根据另一个实施例的RFID天线106。RFID天线106包括构造在印刷电路板接地平面组件320上的两条微带传输线322。根据一个实施例，两条微带传输线322都是用嵌入在软的电介质材料中的铜构成的，但其它导电材料也可适用。微带线322由分相器和阻抗匹配网络324激励，在一个实施例中，它们被连接到50Ω的同轴电缆326，而后者被耦合到RFID识读器114(如图1中所示)。分相器和阻抗匹配网络的两个输出产生相位相差180°的信号，并通过两条很短的印刷电路蚀刻走线(etch run)电连接到两条传输线。网络324还将同轴电缆326的50Ω特性阻抗与每条传输线322的100Ω的阻抗进行匹配。两条微带由100Ω的电阻328和329电终接。在一个实施例中，每条传输线322的长度都是1.8英寸，并且两条传输线在印刷电路板组件320的表面上相互分开0.8英寸。尽管称为“微带”，但是对于RFID天线可使用任何适当的一组平行传输线。
在一个实施例中，同轴电缆326被电连接到RFID识读器114。图3B中由虚线330示出的是在一个实施例中沿箭头322方向在RFID天线106上方移动的RFID标签组件208的轮廓。在另一个实施例中，RFID标签208在天线106上方移动的方向与箭头332相反。在任一实施例中，当RFID货标(及RFID标签)经过RFID天线106时，传输线322都与RFID货标(及RFID标签)的运动平行。结果是，能够在货标运动时与标签通信。这一能力支持提高的吞吐量，因为当对RFID标签编程时无需停止介质。
双终接射频传输线322的使用提供RFID标签202和RFID识读器114之间的受控射频耦合。此外，可通过简单的设计修改来改变传输线322的物理长度以控制能够维持与RFID标签的通信的纵向距离。这一特征允许RFID识读器系统对不同长度的RFID货标、以及RFID标签在物理货标内实际纵向位置的变化自适应。此外，使用传输线来耦合到RFID标签提供了对杂散射频场的严格控制，并由此能将周围的打印机金属结构对RFID系统性能的影响最小化。
在本发明中，RFID标签或货标通过从微带传输线辐射的受控RF场的询问距离仅仅是RF信号波长很小一部分。例如，在RFID天线和REID标签之间的距离为0.035英寸且工作波长为12.73英寸的一个实施例中，该距离大约是0.0027个波长。为将性能最大化，把微带传输线设计成当RFID标签很靠近天线时有匹配分相器324的输出的阻抗。此外，以这些近距离以及最高达每秒10英寸的速度，RFID天线必须能够在RFID标签通过RF场时准确地读和写RFID标签。近距离还要求RFID天线能够在热敏式打印机本身内部存在各种金属结构的情况下正确地读和写RFID标签。
设计和定位微带传输线322，以向RFID标签(诸如902到928MHz频率范围上的RFID标签202)提供高效的耦合。为了达到上述要求，把RFID天线106设计成诸如图3B中所示等在相位相差180电角度的情况下工作的一对微带传输线。在一个实施例中，微带元件被封装在软的电介质材料中，并由第二层电介质材料将其与印刷电路板接地平面分开。在一个实施例中，微带传输线322是在铜传输线周围放聚酰亚胺电介质的挠曲电路(flex circuit)，即，铜电路被夹在两层聚酰亚胺之间。因此，接触铜线的电介质与将挠曲电路传输线组件与印刷电路板接地平面分开的电介质隔离物(第二层电介质)是分开的。在参考图3B所描述并在该图中示出的实施例中，可在系统中使用RFID天线106来询问不同宽度和长度的RFID标签(镶片)。通过改变微带传输线的物理长度，就可调整能维持与RFID标签的通信的纵向距离。
图3C示出根据又一个实施例的RFID天线106。RFID天线106包括在印刷电路板组件340上构成传输线342的两个电导体。根据一个实施例，两个导体都是用嵌入在软的电介质材料中的铜构成的，但其它导电材料也可适用。传输线342由分相器和阻抗匹配网络344激励，在一个实施例中，它们被连接到50Ω的同轴电缆346，而后者被耦合到RFID识读器114(如图1中所示)。分相器和阻抗匹配网络344的两个输出产生相位相差180°的信号，并通过两条短印刷电路蚀刻走线被电连接到两条传输线导体。网络344还将同轴电缆356的50Ω特性阻抗与传输线342的300Ω阻抗进行匹配。在一个实施例中，传输线342由300Ω的电阻348电终接。在一个实施例中，传输线342的每个导体的长度都是1.8英寸，并且两个导体在印刷电路板组件340的表面上相互离开0.8英寸。尽管提到300Ω的传输线，但是对于RFID天线可使用其它特性阻抗的传输线。在一个实施例中，RFID天线106是咬接就位(snap-in-place)模块，它能很容易地与其它模块互换，以将RFID热敏式打印机系统100升级成与可能在将来某时生产出来的其它RFID标签设计兼容。此外，咬接就位天线模块的使用支持将未被完全RFID配置的RFID就绪的打印机现场升级为完全使能的RFID系统。
在一个实施例中，同轴电缆346被电连接到RFID识读器114。图3C中虚线350所示的是RFID标签组件208的轮廓，在一个实施例中，它沿箭头352的方向在RFID天线106上方移动。在另一个实施例中，RFID标签208在天线106上方移动的方向与箭头352相反。这一能力是通过对RFID天线106使用咬接就位模块来实现的。在任一实施例中，当RFID货标(及RFID标签)经过RFID天线106时，传输线342都平行于RFID货标(及RFID标签)的运动。结果是，能够在货标处于运动状态时与标签通信。这一能力支持提高的吞吐量，因为当对RFID标签编程时无需停止介质。
终接射频传输线342的使用提供RFID标签202和RFID识读器114之间受控的射频耦合。此外，可通过简单的设计修改来改变传输线342的物理长度，以控制可维持与RFID标签的通信的纵向激励。这一特征允许RFID识读器系统对不同长度的RFID货标，并对RFID标签在物理货标内实际纵向位置的变化容易地自适应。此外，使用传输线来耦合到RFID标签提供对杂散射频场的严格控制，并由此能将周围的打印机金属结构对RFID系统性能的影响最小化。
在本发明中，RFID标签或货标通过从传输线辐射的受控RF场的询问距离仅仅是RF信号波长很小的一部分。例如，在RFID天线和RFID标签之间的距离为0.035英寸且工作波长为12.73英寸的一个实施例中，该距离大约是0.0027个波长。为将性能最大化，把传输线设计成当RFID标签很靠近天线时有匹配分相器344的输出的阻抗。此外，以这些近距离以及最高达每秒10英寸的速度，RFID天线必须能够在RFID标签通过RF场时准确地读和写RFID标签。近距离还要求RFID天线能够在热敏式打印机本身内部存在各种金属结构的情况下正确地读和写RFID标签。
设计并定位把微带传输线342以向RFID标签(诸如902到928MHz频率范围上的RFID标签202)提供高效的耦合。为了达到上述要求，把RFID天线106设计成诸如图3C中所示等在相位相差180电角度的情况下工作的一对平行电导体。在一个实施例中，电导体元件被封装在软的电介质材料中，并由第二层电介质材料将其与印刷电路板分开。在一个实施例中，传输线342是在铜传输线导体周围放聚酰亚胺电介质的挠曲电路，即，铜电路被夹在两层聚酰亚胺之间。因此，接触铜线的电介质与将挠曲电路传输线组件与印刷电路板分开的电介质隔离物(第二层电介质)是分开的。在参考图3C所描述并在该图中示出的实施例中，可在系统中使用RFID天线106来询问不同宽度和长度的RFID标签(镶片)。通过改变传输线的物理长度，就可调整能维持与RFID标签的通信的纵向距离。
图4是根据一个实施例示出在RFID货标200的编程和打印期间所使用的步骤的流程图。在步骤400，主计算机在一个文件中将打印图像和标签数据发送给打印机。在步骤402，递增计数器以指示有新的标签或货标通过以进行处理。然后在步骤404，数据经由RFID电路和RFID天线被写到RFID标签上。在步骤406检查写或编程操作以确定是否正确地写入了数据。如果编程操作成功，则在步骤408由诸如热敏式打印头等打印货标。但是，如果编程操作不成功，则在步骤410，系统确定对特定货标是否已尝试了某个次数-N次的写操作。在一个实施例中，N在1和10之间，并可由用户设置。如果尝试次数到了N(即，N次不成功的写)，则在步骤412指示出错。然后在步骤414采取适当的动作。在一个实施例中，用户可选择两个动作之一。第一个动作是中止打印过程的操作，直至用户重启该过程。第二个动作是通过用该货标是次品的指示对货标进行叠印、并重新尝试接下来的货标来继续该过程。
如果按步骤410所确定的，已经到了最大的尝试次数，则系统在步骤416试图将相同的信息重写到下一个货标上。在步骤418递增对每个货标的写尝试次数的计数器，并在步骤406再次验证编程操作。
图5是根据一个实施例示出在RFID货标200的识读和打印期间所使用的步骤的流程图。在此实施例中，RFID货标已被预编程。在步骤500，向打印机系统发送打印图像指令以及识读RFID标签的识读命令。接下来，在步骤502递增货标计数器，它对通过打印机的RFID货标数进行计数。在步骤504，当RFID货标通过RFID天线上方时，识读货标内的RFID标签。然后在步骤506，打印机系统确定从RFID标签识读的信息是否是应被编程的信息，即，编程中是否出错。如果标签中的数据正确，则在步骤508用来自热敏式打印头的图像数据来打印货标。所打印的图像可包括从RFID标签识读的数据。但是，如果在步骤510，识读操作确定存储在标签中的数据出错或无法识读，则打印机系统确定是否已对该RFID货标进行了某个次数-N次的识读尝试。在一个实施例中，N在1和10之间，如用户所确定的。如果已有N次识读尝试，则在步骤512记录标签中出错。接下来，在步骤514采取适当的动作。在一个实施例中，用户可选择是要在用户重启该过程之前停止打印，还是继续打印并以热敏式打印头在货标上叠印来指示不合格的RFID标签。
在步骤510，如果识读尝试的次数尚未到N，则在步骤516对RFID标签执行另一次识读操作。然后在步骤518递增指示对该标签的识读尝试次数的识读计数器。再次检查标签中的信息以确保正确编程。多次识读尝试允许打印机系统以较高置信级来指示不合格货标，因为某些识读可能由于包括来自其它源的干扰等各种因素而没有正确地识读标签数据。
将货标从货标卷前移以便对下一个RFID货标进行处理。处理继续进行，直至到达货标结尾指示符，已打印了所需数量的货标，或是用户在诸如遇到不合格的货标或是需要中断作业时中止了操作。
图6是示出打印机系统600的框图，该系统从数据流提取信息，在需要的情况下变换或转换数据流的各部分，并使用该部分来对RFID标签编程，同时也以正常方式打印货标。在一个实施例中，该部分是条码命令。打印机系统600通过电或软件接口，经由来自主计算机604的数据流602接收信息，主计算机604包括通常专用于该系统的主应用程序。电接口可以是任何适用的通信装置，诸如但不限于，串行或并行物理链路、以太网连接、或无线链路。数据流包含各种命令，诸如用于打印线、框、文本、条码及其它图像的线、框、字体和条码命令等。数据流以专用语言发送到打印机，以使打印机在货标或其它介质上打印图像。
通常，每个制造商使用唯一和专用的语言或软件接口，诸如PGL(加利福尼亚州Irvine的Printronix所使用并支持的可编程图形或软件接口)、ZPL(伊利诺斯州的Zebra Technologies所使用并支持的Zebra编程语言)、以及IPL(华盛顿州的Intermec所使用并支持的Intermec编程语言)。为向打印机添加RFID标签编程能力，必须开发另外的打印机语言命令。此外，在正常情况下，必须要以不菲的成本和工作量将这些命令集成到主机软件应用程序中，才能让打印机交付经编程的RFID标签。在一个实施例中，封装在条码命令中的数据也被编程到RFID标签中。在此情况中，当结合打印机中内嵌的其它软件使用主机应用程序时，无需对其进行修改。该其它打印机软件从传入的数据流中检测条码命令，并生成包括条码数据的RFID专用命令。这些进而被路由到RFID系统以编程到RFID货标中。
在图6中，打印机600包括用于接收数据流的打印机数据控制部分606、以及用于编程和打印RFID货标的打印机引擎控制部分608。打印机数据控制部分606内的字符替换表610被耦合以接收来自主计算机604的数据流。字符替换表610截取任何传入的条码命令，标识所关注的条码，将此条码命令发送到打印机命令语法分析器612来进行标准的条码打印，此外还创建RFID写命令以允许对RFID标签的编程。字符替换表610是独特的软件应用程序，它被下载到打印机以实现数据操纵。数据操纵可以是多种多样的。在一个实施例中，字符替换表610对传入的数据流进行语法预分析，以标识所关注的特定条码命令以及相关联的条码数据。从条码命令中提取条码数据，并将其应用于RFID写标签命令。所得的数据串被发送到命令语法分析器612以进行标准的命令处理。如本领域中周知的，根据常规方法，条码命令也被发送到命令语法分析器612。
打印机命令语法分析器612标识打印命令，并将打印命令发送到图像格式化器软件模块614。图像格式化器614处理打印命令，诸如用于创建所需打印格式的位图。此位图被发送到打印机引擎控制608内的打印引擎控制系统616，它管理打印机组件(例如，打印头、色带马达、滚筒马达和辊轴、传感器等)，以使打印图像被创建在货标上。
与此打印过程并行地，命令语法分析器612还将RFID专用命令发送到RFID数据格式化软件模块618。此模块将随RFID命令发送的RFID数据(或按原样的条码数据)格式化，以满足RFID标签的格式化要求。此经格式化的RFID数据进而被发送到打印机引擎控制608内的RFID控制系统620，它包括能够对嵌入在货标内的RFID标签编程的RFID识读器(或收发器)。识读器被附连到上述天线。结果是用图像打印的RFID货标，以及用来自数据流的信息编程的RFID标签。这允许用户对RFID标签使用他们现有的条码应用程序，而无需对主计算机应用程序软件进行昂贵和代价不菲的修改。
在一个实施例中，同样的技术可被应用于支持一种以上热敏式计算机语言的热敏式打印系统。可将字符替换表配置成标识例如Zebra ZPL语言条码命令。将条码命令从数据流转换到RFID命令以便对RFID标签编程是可以在支持诸如来自Zebra、Intermec等的编程语言的系统中使用的。
根据一个实施例，能以两种模式来支持条码，即复制模式和转换模式。在复制模式中，创建带有条码中的确切信息的RFID标签，可能校验和数据除外。校验和数据可随数据一起供应，或可由打印机计算。如果由打印机计算或生成，则校验和数据不出现在RFID标签中。在转换模式中，条码中的数据在被编程到标签中以前被转换。适用于本发明的两种类型的条码是交叉二五码(ITF)和Code 128C码，但也可使用其它码。在转换模式中，编码在条码中的数据可被直接复制或编程到RFID标签上，但不在货标上打印。这可能是RFID标签数据与任何打印条码数据不相关或为其补充的情况下的应用。来自条码的数据还可被原样无误地编程到RFID标签上，但校验和及应用程序标识符或其它类型的代码除外。
打印机系统可以是标准的热敏式打印系统，诸如来自加利福尼州Irvine的Printronix的T5000。可将RFID天线和识读器安装在现有的打印机系统中，以获得以上所讨论的本发明的优点。此外，将字符替换表插入到打印机的现有编码中这一简单的修改允许打印机实现本文中所描述的优点。
本发明的上述实施例纯粹旨在说明而非限制。因此对本领域技术人员而言，很明显在本发明较宽泛的方面可进行各种改变和修改而不会偏离本发明。因此，所附权利要求书包括落入本发明真实精神和范围内的所有此类改变和修改。

Claims (39)

1.一种打印机系统，包括：
货标卷，其中每个货标包括一个射频识别RFID标签；
RFID识读器系统，包括：
RFID识读器；以及
耦合到所述RFID识读器的RFID天线，其中所述RFID天线包括：
两条平行不相交的传输线，可用于辐射RF场以耦合在RFID识读器和RFID标签之间；以及
耦合在所述两条传输线之间的分相器；以及
打印头，其中所述RFID天线在所述货标卷和所述打印头之间。
2.如权利要求1所述的打印机系统，其特征在于，所述RFID天线还包括耦合到所述两条传输线中的每一条的一个端点的电阻。
3.如权利要求1所述的打印机系统，其特征在于，所述传输线是RF传输线，并且所述分相器是RF信号分相器。
4.如权利要求1所述的打印机系统，其特征在于，还包括将所述RFID识读器耦合到所述RFID天线的同轴电缆。
5.如权利要求1所述的打印机系统，其特征在于，所述传输线朝向平行于所述货标卷越过所述RFID天线的路径。
6.如权利要求5所述的打印机系统，其特征在于，可改变所述传输线的长度来控制所述RFID标签的纵向写和读距离。
7.如权利要求1所述的打印机系统，其特征在于，所述两条传输线相互之间相位大约相差180电度。
8.如权利要求1所述的打印机系统，其特征在于，所述两条传输线是用导电材料构成的。
9.如权利要求8所述的打印机系统，其特征在于，所述RFID天线还包括印刷电路板接地平面，其中所述两条传输线被固定在所述印刷电路板接地平面上方。
10.如权利要求9所述的打印机系统，其特征在于，所述分相器还被固定到所述印刷电路板接地平面。
11.如权利要求1所述的打印机系统，其特征在于，所述RFID天线还包括印刷电路板接地平面和电介质层，其中所述电介质层在所述两条传输线与所述印刷电路板接地平面之间。
12.如权利要求11所述的打印机系统，其特征在于，所述两条传输线被封装在第二电介质层中。
13.一种在打印机系统中用来打印RFID标签的RFID天线，所述系统包括耦合到所述RFID天线的RFID识读器、以及在极接近所述RFID天线的范围里通过的RFID货标，所述RFID天线包括：
电介质层；
定位在所述电介质层上表面上方的两条平行不相交的传输带，可用于辐射RF场以耦合在RFID识读器和RFID货标之间；以及
耦合在所述两条传输带之间的分相器。
14.如权利要求13所述的RFID天线，其特征在于，还包括两个电阻，所述两个电阻中的每一个都被耦合在所述两条传输带的一个端点和所述印刷电路板接地平面之间。
15.如权利要求13所述的RFID天线，其特征在于，还包括耦合到所述分相器和所述RFID识读器的同轴电缆。
16.如权利要求13所述的RFID天线，其特征在于，所述两条传输带包括导电材料。
17.如权利要求13所述的RFID天线，其特征在于，还包括封装所述两条传输带的第二电介质层。
18.如权利要求14所述的RFID天线，其特征在于，所述分相器被耦合到所述两条传输带的另一个端点。
19.如权利要求13所述的RFID天线，其特征在于，还包括接地平面，其中所述电介质层在所述接地平面和所述两条传输带之间。
20.如权利要求19所述的RFID天线，其特征在于，还包括封装所述两条传输带的第二电介质层。
21.一种打印机系统，包括：
货标卷，其中每个货标包括一个射频识别RFID标签；
RFID识读器系统，包括：
RFID识读器；以及
耦合到所述RFID识读器的RFID天线模块，其中所述RFID天线模块包括：
两个平行不相交的电导体，可用于辐射RF场以耦合在RFID识读器和RFID标签之间，其中每一个导体都有第一端点和第二端点；
耦合到所述两个导体的第二端点的电阻性元件；以及
耦合在所述两个导体的第一端点与所述RFID识读器之间的分相器；以及
打印头，其中所述RFID天线在所述货标卷和所述打印头之间。
22.如权利要求21所述的打印机系统，其特征在于，所述两个电导体构成一条传输线。
23.如权利要求21所述的打印机系统，其特征在于，所述电阻性元件具有等于所述传输线的特性阻抗的近似值。
24.如权利要求22所述的打印机系统，其特征在于，所述传输线是RF传输线，且所述分相器是RF信号分相器。
25.如权利要求21所述的打印机系统，其特征在于，所述导体朝向平行于所述货标卷越过所述RFID天线模块的路径。
26.如权利要求25所述的打印机系统，其特征在于，可改变所述导体的长度来控制所述RFID标签的纵向写和读距离。
27.如权利要求21所述的打印机系统，其特征在于，所述两个导体相互之间相位大约相差180电度。
28.如权利要求21所述的打印机系统，其特征在于，所述RFID天线还包括印刷电路板，其中所述两个导体被固定在所述印刷电路板上方。
29.如权利要求28所述的打印机系统，其特征在于，所述分相器还被固定到所述印刷电路板。
30.如权利要求21所述的打印机系统，其特征在于，所述RFID天线还包括印刷电路板和电介质层，其中所述电介质层在所述两个导体与所述印刷电路板之间。
31.如权利要求30所述的打印机系统，其特征在于，所述两个电导体被封装在第二电介质层中。
32.一种在打印机系统中用于打印RFID货标的RFID天线模块，所述系统包括耦合到所述RFID天线模块的RFID识读器、以及在极接近所述RFID天线模块的范围里通过的RFID货标，所述RFID天线包括：
电介质层；
定位在所述电介质层上表面上方的传输线，其中所述传输线由两个平行不相交的可用于辐射RF场以耦合在RFID识读器和RFID货标之间导体组成，所述传输线有第一和第二端点；
耦合到所述传输线的第一端点的电阻；以及
耦合到所述传输线的第二端点的分相器。
33.如权利要求32所述的RFID天线模块，其特征在于，还包括耦合到所述分相器和所述RFID识读器的同轴电缆。
34.如权利要求32所述的RFID天线模块，其特征在于，所述传输线包括导电材料。
35.如权利要求32所述的RFID天线模块，其特征在于，还包括封装所述传输线的第二电介质层。
36.如权利要求32所述的RFID天线模块，其特征在于，还包括印刷电路板，其中所述电介质层在所述印刷电路板与所述传输线之间。
37.如权利要求36所述的RFID天线模块，其特征在于，还包括封装所述传输线的两个电导体的第二电介质层。
38.如权利要求32所述的RFID天线模块，其特征在于，所述传输线、电阻和分相器被包含在咬接就位模块中。
39.如权利要求32所述的RFID天线模块，其特征在于，所述传输线是在所述RFID货标的多个工作频率范围上工作的。
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