CN101377808B - 射频辨识定位装置及其方法 - Google Patents

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Abstract

本发明揭露一种射频辨识定位装置及其方法，可辨识及定位至少一射频辨识标签。此装置包含一发射模组、一电容、复数个感应模组、一辨识模组及复数个线路模组。发射模组发射一频率。感应模组的第一切换单元根据频率进行一导通动作，使第一感应线圈与电容形成一磁通量，而使第一感应线圈感应射频辨识标签的辨识讯号，第二感应线圈用以加强磁通量。辨识模组接收辨识讯号以辨识及定位射频辨识标签。每一线路模组连接发射模组、感应模组、电容及辨识模组，并传递辨识讯号。藉由每一线路模组的长度大致相等，使所有的感应线圈达到一匹配状态。

Description

射频辨识定位装置及其方法
技术领域
本发明是提供一种射频辨识定位装置及其方法，特别是让每一线路模组的长度大致相等，使感应线圈达到匹配状态的射频辨识定位装置，以辨识及定位射频辨识标签。
背景技术
无线射频辨识系统(Radio FrequencyIdentification System，RFID)因具有无线射频与辨识功能，毋须与物体直接接触，只要在无线射频讯号能感应的范围内，即可读取射频辨识标签内的辨识讯号，以辨识物体或资料内容，故常被用来作为身份辨识之用。但因无线射频辨识系统通常只有辨识功能，而无定位功能，在实际应用上有所局限。因此，如何利用无线射频辨识系统，并结合定位功能，以辨识及定位复数个射频辨识标签，实为一个重要的课题。
请参阅图1，为习知技艺射频辨识定位装置的示意图，用以辨识及定位至少一射频辨识标签12。图中，射频辨识定位装置11包含一频率产生器111、一切换组112、一天线感应组113、一电容114及一检知电路115。首先，由频率产生器111产生一频率，使切换组112进行一切换动作。再将天线电感组113、电容114与频率产生器111形成一谐振电路，使天线感应组113产生谐振磁通量。当有射频辨识标签12在可感应的范围内时，射频辨识标签12会受到磁场耦合而充电并发射辨识讯号。接着，检知电路115侦测磁通量的改变，即可辨识与定位射频辨识标签12所传送的资料。
上述习知技艺的缺点，在于射频辨识定位装置11的线路并非大致等长，因此天线感应组113内的感应线圈无法达到一匹配状态，不容易产生谐振，使得天线感应组113与电容114在产生磁通量时，天线感应组113难以正确感应到射频辨识标签12的辨识讯号。另外，因射频辨识定位装置11内只具有一天线感应组113，使得天线感应组113所产生的磁通量比较微弱，且感应能力也比较差。再者，射频辨识定位装置11只有一个切换组112，也会造成检知电路115同时接收到二个辨识讯号，而难以辨识及定位射频辨识标签12。还有，射频辨识定位装置11亦无接地功能，使得天线感应组113内各个感应线圈所产生的磁场互相干扰。
为解决习知技艺的缺点，以满足学习者对射频辨识定位装置的需求，本发明人基于多年从事研究与诸多实务经验，经多方研究设计与专题探讨，于本发明提出一种射频辨识定位装置及其方法，以作为前述期望一实现方式与依据。
发明内容
有鉴于上述课题，本发明的目的是提供一种射频辨识定位装置及其方法，特别是一种让每一线路模组的长度大致相等，使感应线圈达到匹配状态的射频辨识定位装置，以辨识及定位射频辨识标签，进而满足使用者对射频辨识定位装置的需求，并解决习知技艺的缺点，除可使感应线圈达到匹配状态，以正确感应辨识讯号外，亦可提高感应线圈的感应能力，而辨识模组也不会同时接收到二个辨识讯号，且各个感应线圈的磁场不再互相干扰。
缘是，为达上述目的，本发明遂提出一种射频辨识定位装置，其可辨识及定位至少一射频辨识标签，并包含一发射模组、至少一电容、复数个感应模组、一辨识模组及复数个线路模组。其中，发射模组是发射一频率。再者，在复数个感应模组中，每一感应模组至少具有一第一切换单元、一第一感应线圈及一第二感应线圈。第一切换单元是根据频率进行一导通动作及一断开动作其中之一。导通动作使第一感应线圈与电容形成一磁通量，磁通量使第一感应线圈感应射频辨识标签的一辨识讯号。而第二感应线圈与第一感应线圈并联，以加强磁通量。另外，辨识模组是接收辨识讯号，以辨识及定位射频辨识标签。还有，复数个线路模组中，每一线路模组是连接发射模组、此些感应模组其中之一、电容及辨识模组，并传递辨识讯号。其中，藉由每一线路模组的长度大致相等，使所有的感应线圈达到一匹配状态。
此外，本发明再提出一种射频辨识定位方法，其包含下列步骤：
(a)提供一射频辨识定位装置，其包含一发射模组、一电容、复数个感应模组、一辨识模组及复数个线路模组。每一感应模组至少具有一第一切换单元、一第一感应线圈及一第二感应线圈。而每一线路模组是连接发射模组、此些感应模组其中之一、电容及辨识模组，且每一线路模组的长度大致相等。
(b)透过发射模组发射一频率。
(c)根据频率，使此些感应模组其中之一第一切换单元进行一导通动作，而其他的第一切换单元进行一断开动作。
(d)以导通动作使第一感应线圈与电容形成一磁通量，磁通量使第一感应线圈感应一射频辨识标签的一辨识讯号。
(e)使第二感应线圈与第一感应线圈并联，以加强磁通量。
(f)经由此些线路模组其中之一传递辨识讯号。
(g)利用辨识模组接收辨识讯号，以辨识及定位射频辨识标签。
附图说明
图1为习知技艺射频辨识定位装置的示意图；
图2是显示本发明射频辨识定位装置的示意图；
图3是显示本发明射频辨识定位装置的较佳实施例操作图；
图4A为习知技艺不等长的线路模组的示意图；
图4B为习知技艺不等长的线路模组的比较图；
图4C是显示本发明射频辨识定位装置的线路模组的示意图；
图4D是显示本发明射频辨识定位装置的线路模组的比较图；
图4E是显示图4A及图4C中感应线圈的电感值的比较表；以及
图5是显示本发明射频辨识定位方法的流程图。
图号说明：
11：射频辨识定位装置；  111：频率产生器；
112：切换组；           113：天线感应组；
114：电容；             115：检知电路；
12：射频辨识标签；      21：射频辨识定位装置；
211：发射模组；         2111：频率；
212：线路模组；         213：感应模组；
2131：第一切换单元；    2132：第二切换单元；
2133：第三切换单元；    2134：第四切换单元；
2135：第一感应线圈；    2136：第二感应线圈；
2137：接地单元；        214：电容；
215：辨识模组；         22：射频辨识标签；
221：辨识讯号；         31：发射模组；
321：第一切换单元；     322：第二切换单元；
323：第三切换单元；     324：第四切换单元；
325：第一感应线圈；     326：第二感应线圈；
327：接地单元；         331：固定电容；
332：可变电容；         34：检知电路；
L1～L9、L1′～L9′：感应线圈；
421～428、441～448：位置；
S501～S510：步骤流程。
具体实施方式
为让本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文依本发明的射频辨识定位装置及其方法，特举较佳实施例，并配合所附相关图示，作详细说明如下，其中相同的元件将以相同的元件符号加以说明。
请参阅图2，是显示本发明射频辨识定位装置的示意图。图中，射频辨识定位装置21可辨识及定位至少一射频辨识标签22，并包含一发射模组211、至少一电容214、复数个感应模组、一辨识模组215(如检知电路)及复数个线路模组。其中，发射模组211是发射一频率2111。再者，复数个感应模组是根据一预设排列方式加以排列，例如：串列、并列、二维矩阵、三维矩阵或任何排列方式。而每一感应模组213至少具有一第一切换单元2131、一第一感应线圈2135及一第二感应线圈2136。第一切换单元2131是根据频率2111进行一导通动作及一断开动作其中之一，且所有的第一切换单元在同一时间点只有一个第一切换单元进行导通动作。此导通动作使第一感应线圈2135与电容214形成一磁通量，磁通量使第一感应线圈2135感应射频辨识标签22的一辨识讯号221。而第二感应线圈2136与第一感应线圈2135并联，以加强磁通量。另电容214为一第一可变电容，用以调整一第一电容值而改变磁通量。电容214亦可为一固定电容加上一第二可变电容，第二可变电容用以调整一第二电容值而改变磁通量，且第二可变电容的精度比第一可变电容更高。
另外，辨识模组215是接收辨识讯号221，以辨识射频辨识标签22，并根据第一感应线圈2135的一位置来定位射频辨识标签22。还有，在复数个线路模组中，每一线路模组212(如图中粗线部分)是连接发射模组211、此些感应模组其中之一(如感应模组213)、电容214及辨识模组215，并传递辨识讯号221。其中，藉由每一线路模组212的长度大致相等，使所有的感应线圈达到一匹配状态，以降低所有的感应线圈的电感值的误差。此外，每一感应模组213亦可增加一第二切换单元2132、一接地单元2137、一第三切换单元2133及一第四切换单元2134。第二切换单元2132是用以避免在同一时间点有二个辨识讯号221传送至辨识模组215。接地单元2137是用以避免其他的感应线圈干扰到第一感应线圈2135及第二感应线圈2136。而第三切换单元2133及第四切换单元2134是用以使第一感应线圈2135及第二感应线圈2136经由接地单元2137接地。
请参阅图3，是显示本发明射频辨识定位装置的较佳实施例操作图。首先，提供一射频辨识定位装置，其包含一发射模组31、复数个感应模组、一固定电容331、一可变电容332、一检知电路34及复数个线路模组。此些感应模组是根据一并列方式加以排列，且每一感应模组至少具有一第一切换单元321、一第一感应线圈325及一第二感应线圈326，亦可增加一第二切换单元322、一接地单元327、一第三切换单元323及一第四切换单元324。而每一线路模组是连接发射模组31、此些感应模组其中之一、固定电容331、可变电容332及检知电路34。且每一线路模组的长度大致相等，使所有的感应线圈达到一匹配状态，以降低所有的感应线圈的电感值的误差。
接着，透过发射模组31发射一频率。再根据频率，使第一切换单元321及第二切换单元322进行一导通动作，并使其他的第一切换单元及第二切换单元进行一断开动作。再将第三切换单元323与第四切换单元324进行断开动作，以避免第一感应线圈325及第二感应线圈326接地。并将其他的第三切换单元与第四切换单元进行导通动作，使其他的第一感应线圈及第二感应线圈接地。再来，使第一感应线圈325与固定电容331及可变电容332形成一磁通量，磁通量使第一感应线圈325感应一射频辨识标签的一辨识讯号。同时，使第二感应线圈326与第一感应线圈325并联，以加强磁通量。最后，经由此些线路模组其中之一传递辨识讯号(如箭头所指)。再利用检知电路34接收辨识讯号，以辨识射频辨识标签，并根据第一感应线圈325的一位置来定位射频辨识标签。
请一并参阅图4A至图4E。图4A为习知技艺不等长的线路模组的示意图，感应线圈L1至感应线圈L9是以3x3二维矩阵方式加以排列，且每一个感应线圈所连接的线路模组并非大致等长。而图4B为习知技艺不等长的线路模组的比较图，主要显示图4A中感应线圈L1与感应线圈L7的线路模组。两个线路模组的长度的比较方法可简化为：感应线圈L1的线路模组的长度为位置421至位置422的长度，加上位置423至位置424的长度；而感应线圈L7的线路模组的长度为位置425至位置426的长度，加上位置427至位置428的长度。因为两个线路模组的长度并不相等，而使得感应线圈L1与感应线圈L7的电感值也不相等。
再者，图4C是显示本发明射频辨识定位装置的线路模组的示意图，感应线圈L1′至感应线圈L9′是以3x3二维矩阵方式加以排列，且每一个感应线圈所连接的线路模组的大致等长。而图4D是显示本发明射频辨识定位装置的线路模组的比较图，主要显示图4C中感应线圈L1′与感应线圈L7′的线路模组。两个线路模组的长度的比较方法亦可简化为：感应线圈L1′的线路模组的长度为位置441至位置442的长度，加上位置443至位置444的长度；而感应线圈L7′的线路模组的长度为位置445至位置446的长度，加上位置447至位置448的长度。因为两个线路模组的长度大致等长，而使得感应线圈L1′与感应线圈L7′的电感值接近相等。
还有，图4E是显示图4A及图4C中感应线圈的电感值的比较表。由比较表可看出，在图4A不等长的线路模组中，感应线圈的电感值的最大误差为29％。而在图4C本发明等长的线路模组中，感应线圈的电感值的最大误差仅为1.49％。其中，电感值的最大误差＝(最大电感值Lmax-最小电感值Lmin)/平均电感值Lavg。因为谐振频率f＝1/(2π√LC)，若电容值固定，则谐振频率f∝(1/√L)。在不等长的线路模组中，电感值的误差太大，使得所有的感应线圈不易产生谐振，而降低所有的感应线圈的感应能力，故所有的线路模组必须设计为大致等长，使所有的感应线圈达到匹配状态，以正确地感应辨识讯号。
请参阅图5，是显示本发明的射频辨识定位方法的流程图。图中，此方法是对应图2所示的射频辨识定位装置的示意图，并至少包含步骤S501至S507，亦可增加步骤S508至S510。
步骤S501：提供一射频辨识定位装置21，其包含一发射模组211、至少一电容214、复数个感应模组、一辨识模组215(如检知电路)及复数个线路模组。此些感应模组是根据一预设排列方式加以排列，且每一感应模组213至少具有一第一切换单元2131、一第一感应线圈2135及一第二感应线圈2136。而每一线路模组221(如图中粗线部分)是连接发射模组211、此些感应模组其中之一(如感应模组213)、电容214及辨识模组215。且每一线路模组212的长度大致相等，使所有的感应线圈达到一匹配状态，以降低所有的感应线圈的电感值的误差。
步骤S502：透过发射模组211发射一频率2111。
步骤S503：根据频率2111，使此些感应模组其中之一第一切换单元(如第一切换单元2131)进行一导通动作，并使其他的第一切换单元进行一断开动作。
步骤S504：以导通动作使第一感应线圈2135与电容214形成一磁通量，磁通量使第一感应线圈2135感应一射频辨识标签22的一辨识讯号221。
步骤S505：使第二感应线圈2136与第一感应线圈2135并联，以加强磁通量。
步骤S506：经由此些线路模组其中之一(如线路模组212)传递辨识讯号221。
步骤S507：利用辨识模组215接收辨识讯号221，以辨识射频辨识标签22，并根据第一感应线圈2135的一位置来定位射频辨识标签22。若同时有复数个射频辨识标签需要辨识及定位，只需重复步骤S502至S507即可。
步骤S508：于每一感应模组213内设置一第二切换单元2132，以避免在同一时间点有二个辨识讯号221传送至辨识模组215。
步骤S509：于每一感应模组213内设置一接地单元2137，以避免其他的感应线圈干扰到第一感应线圈2135及第二感应线圈2136。
步骤S510：于每一感应模组213内设置一第三切换单元2133及一第四切换单元2134，以使第一感应线圈2135及第二感应线圈2136接地。
以上所述仅为举例性，而非为限制性者。任何未脱离本发明的精神与范畴，而对其进行的等效修改或变更，均应包含于本发明的权利范围中。

Claims (19)

1.一种射频辨识定位装置，可辨识及定位至少一射频辨识标签，其特征在于，该射频辨识定位装置包含：
一发射模组，是发射一频率；
至少一电容；
复数个感应模组，每一感应模组至少具有一第一切换单元、一第一感应线圈及一第二感应线圈，其中该第一切换单元是根据该频率进行一导通动作及一断开动作其中之一，该导通动作使该第一感应线圈与该电容形成一磁通量，该磁通量使该第一感应线圈感应该射频辨识标签的一辨识讯号，而该第二感应线圈与该第一感应线圈并联，以加强该磁通量；
一辨识模组，是接收该辨识讯号，以辨识及定位该射频辨识标签；以及
复数个线路模组，每一线路模组是连接该发射模组、这些感应模组其中之一、该电容及该辨识模组，并传递该辨识讯号；
其中，借由每一线路模组的长度相等，使所有的感应线圈达到一匹配状态。
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，每一感应模组还具有一第二切换单元，该第二切换单元是用以避免在同一时间点有二个辨识讯号传送至该辨识模组。
3.如权利要求1所述的装置，其特征在于，每一感应模组还具有一接地单元，该接地单元是用以避免其他的感应线圈干扰到该第一感应线圈及该第二感应线圈。
4.如权利要求1所述的装置，其特征在于，每一感应模组还具有一第三切换单元及一第四切换单元，该第三切换单元及该第四切换单元是用以使该第一感应线圈及该第二感应线圈接地。
5.如权利要求1所述的装置，其特征在于，这些感应模组是根据一预设排列方式加以排列。
6.如权利要求1所述的装置，其特征在于，这些感应模组的第一切换单元在同一时间点只有一个第一切换单元进行该导通动作。
7.如权利要求1所述的装置，其特征在于，该电容是包含一第一可变电容，该第一可变电容是用以调整一第一电容值而改变该磁通量。
8.如权利要求1所述的装置，其特征在于，该电容是包含一固定电容及一第二可变电容，该第二可变电容是用以调整一第二电容值而改变该磁通量。
9.如权利要求1所述的装置，其特征在于，该辨识模组是根据该第一感应线圈的一位置来定位该射频辨识标签。
10.如权利要求1所述的装置，其特征在于，每一线路模组的长度相等，是用以降低所有的感应线圈的电感值的误差。
11.一种射频辨识定位方法，其特征在于，包含下列步骤：
(a)提供一射频辨识定位装置，该装置是包含一发射模组、至少一电容、复数个感应模组、一辨识模组及复数个线路模组，每一感应模组至少具有一第一切换单元、一第一感应线圈及一第二感应线圈，而每一线路模组是连接该发射模组、这些感应模组其中之一、该电容及该辨识模组，且每一线路模组的长度相等；
(b)透过该发射模组发射一频率；
(c)根据该频率，使这些感应模组其中之一第一切换单元进行一导通动作，而其他的第一切换单元进行一断开动作；
(d)以该导通动作使该第一感应线圈与该电容形成一磁通量，该磁通量使该第一感应线圈感应一射频辨识标签的一辨识讯号；
(e)使该第二感应线圈与该第一感应线圈并联，以加强该磁通量；
(f)经由这些线路模组其中之一传递该辨识讯号；以及
(g)利用该辨识模组接收该辨识讯号，以辨识及定位该射频辨识标签。
12.如权利要求11所述的方法，其特征在于，该步骤(g)之后，还包含一步骤(h)于每一感应模组内设置一第二切换单元，以避免在同一时间点有二个辨识讯号传送至该辨识模组。
13.如权利要求12所述的方法，其特征在于，该步骤(h)之后，还包含一步骤(i)于每一感应模组内设置一接地单元，以避免其他的感应线圈干扰到该第一感应线圈及该第二感应线圈。
14.如权利要求13所述的方法，其特征在于，该步骤(i)之后，还包含一步骤(j)于每一感应模组内设置一第三切换单元及一第四切换单元，以使该第一感应线圈及该第二感应线圈接地。
15.如权利要求11所述的方法，其特征在于，这些感应模组是根据一预设排列方式加以排列。
16.如权利要求11所述的方法，其特征在于，该电容是包含一第一可变电容，该第一可变电容是用以调整一第一电容值而改变该磁通量。
17.如权利要求11所述的方法，其特征在于，该电容是包含一固定电容及一第二可变电容，该第二可变电容是用以调整一第二电容值而改变该磁通量。
18.如权利要求11所述的方法，其特征在于，该辨识模组是根据该第一感应线圈的一位置来定位该射频辨识标签。
19.如权利要求11所述的方法，其特征在于，每一线路模组的长度相等，是用以降低所有的感应线圈的电感值的误差。
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