CN101454787A - 用于读取应答器的方法和系统 - Google Patents

Abstract

一种用于读取诸如RFID标签的应答器的方法，所述应答器具有：天线，用于将所述应答器上所存储的数据发送到读取器，其中，所述方法包括以下步骤：向所述应答器提供功率接收机，以用于从能量场接收能量，以及存储所述能量，以便使得能够使用所述功率接收机中存储的能量对数据的发送进行增强。

Description

用于读取应答器的方法和系统

技术领域

本发明涉及一种使用应答器(transponder)(例如RFID标签)的资源管理系统以及一种用于读取应答器(例如远程供电的RFID标签)的方法和系统。

背景技术

在现有技术中，已知基于RFID技术的资源管理系统。这种系统的核心是应答器或RFID标签。这种应答器可以被贴附或者嵌入到目标。应答器被提供有用于存储与目标有关的数据的存储器。

在RFID系统中，使用RFID读取器，其将射频信号发送到应答器。该信号由应答器来接收，所述应答器对该信号进行应答，将在应答器上的存储器中存储的数据发送回到读取器。

RFID系统使用两个分离的天线。一个天线存在于应答器上，第二天线存在于读取器上。读取器上的天线用于发送功率脉冲，所述功率脉冲可以由RFID应答器上的天线来接收。所述功率脉冲用于激活应答器。在接收到功率脉冲之后，RFID应答器能够通过使用其自身的天线来发送RFID应答器上存储的数据而进行应答。

由RFID应答器发送的数据可以通过标准接口被直接发送到另一系统(例如主机计算机)，或者可以被存储在便携式读取器中，以便稍后上传到计算机以用于数据处理。使用RFID应答器的优点在于以下事实：RFID系统有效地工作在具有大量尘土、灰尘、潮湿和/或糟糕的可视性的环境中。

在现有技术中，不同种类的RFID应答器是可用的。第一组RFID应答器是“无源应答器”。这些无源RFID应答器不需要有电源(例如用于电子电路供电的电池)的存在。通常，由读取器使用感应机制来对它们进行供电。

根据该原理，由读取器天线来发射电磁场，并且由位于RFID应答器上的天线来接收电磁场。读取器发送出例如134.2KHz的功率脉冲。由被调谐至相同频率的无源RFID应答器中的天线来收集所述功率脉冲。这种被接收到的AC能量被整流，并且被存储在RFID应答器内的小电容器上。当功率脉冲已经结束时，RFID应答器使用所述电容器内存储的能量作为其功率源而立即将其数据发送回去。

通常，在20ms时段上发送128比特。通过位于读取器中的接收天线来拾取所述发送的数据，并且由读取器对所述数据进行解码。一旦已经发送了所有数据，就对RFID应答器上的存储电容器进行放电，重置应答器以使得其准备下一读取周期。过渡脉冲之间的时段被称为“同步时间(SYNC TIME)”，并且持续20ms至50ms，这取决于系统设置。在RFID与读取器之间所使用的传输技术是频移键控(FSK)，其中传输通常被包括在124.2Kz与134.2Kh之间。无源RFID应答器的重要优点是它的价格。无源RFID标签通常具有0.3欧元的单位价格。使用无源RFID应答器的重要缺点在于以下事实：它们具有受限的范围，通常小于一米。

第二类型的RFID应答器被称为“有源RFID应答器”。有源RFID应答器被提供有电源(例如电池)，以便给电子电路供电，并且对从应答器向读取器的数据发送进行增强。这种电源的存在性的重要优点在于以下事实：有源RFID应答器典型地具有20-30米的范围。使用有源RFID应答器的缺点在于，它们的单位价格是约10欧元。有源RFID标签太昂贵而无法用于单个产品。实际上，有源RFID应答器的使用因此局限于例如货盘和箱子。

为了例如在资源管理系统中使用RFID技术，RFID应答器被贴附到存放区域中的每一物品。通过关联的RFID读取器来读取这些产品上的RFID应答器上的信息。为了使得这种资源管理系统能被担负得起，看起来优选的是使用不昂贵的无源RFID标签。然而，因为这些无源RFID标签的读取范围的限制，所以这种资源管理系统需要昂贵的读取器设施。例如，为了对一组搁板中的给定物品进行定位，在存放区域中必须存在多个读取器，其中，每一读取器使用与几个天线关联的几个信道。这种读取器设施本身不仅昂贵，而且也难以安装在存放区域中，并且难以管理。

在很简单的读取器设施是优选的情况下，存放区域中的物品将必须被提供以有源RFID标签，以便允许在产品与相当远距离的读取器之间的通信。因为有源RFID应答器的高的单位价格，使用有源RFID应答器、产品连同有限的读取器设施会导致甚至更昂贵的资源管理系统。

由于目前RFID技术的缺点，因此本发明的目的是通过一种资源管理系统来克服这些限制中的一些或全部，所述资源管理系统允许相对简单的读取器设施以及使用相对不昂贵的RFID应答器。

发明内容

一种用于读取具有功率接收机和天线的类型的应答器的方法，所述天线用于发送所述应答器上存储的数据，其中，所述方法包括以下步骤：生成能量场，所述能量场能够由其附近的任意应答器中的功率接收机来使用以接收能量；生成激活信号以用于询问能量场附近的应答器，由此允许使用由所述功率接收机所接收到的能量对数据进行增强，以便提供将通过所述天线发送的增强的数据信号；以及通过读取器接收所述增强的数据信号。

这些措施的优点在于，应答器(例如无源RFID标签)可以被提供有功率接收机，用于在应答器中接收能量。所述能量于是可以用于对朝向所述读取器的数据发送进行增强。实际上，这意味着，被提供有功率接收机的无源RFID标签可以如同它是有源RFID标签那样操作。因为功率接收机的存在，所以其能够对数据发送进行增强，在本文中，以下称之为“增强的应答器”。

在使用所述方法的示例中，根据本发明，对于将目标存放在例如存放区域中的情况来说，根据本发明的措施的优点在于，在存放区域中，相对便宜的应答器(例如增强的无源RFID标签)可以被贴附到各个产品。在存放区域自身中，存在能量场，以使用RFID标签上存在的功率接收机将功率远程提供给每一RFID标签。

优选地，所述方法包括以下步骤：在配线环路中建立交流电流，以由此生成磁感应场。

该操作的优点在于，使用相对不昂贵的装置，相对容易地实现这种磁场的提供。

优选地，所述方法包括以下步骤：在所述配线环路中建立低频交流电流，其频率在50赫兹-5兆赫兹范围内。

该操作的优点在于以下事实：因为使用非常低的频率，所以这允许非常长的环路，并且具有简单AC生成器的单个环路足以在相对较大的区域中供应能量场。

根据本发明第二方面，提供一种应答器(例如RFID标签)，其被提供有：天线，用于发送所述应答器上存储的数据；功率装置，用于对数据进行增强，以提供增强的数据信号，其中，所述功率装置被配置成：从能量场接收能量，以便使用从所述能量场所接收到的能量来提供所述增强的数据信号。

这种应答器的优点在于以下事实：所述应答器能够从能量场接收能量并且对其进行存储，这使得所述应答器能够使用由所述应答器所接收到的能量来对数据发送进行增强。在RFID标签的情况下，被配置成从能量场接收能量的功率装置的存在允许无源RFID标签如同它是有源RFID标签那样操作。

优选地，所述功率装置被形成为用于从磁场接收功率的电线圈。

该特征的优点在于以下事实：可以用相对较低的成本，相对容易地获得电线圈的提供。

有利的是，所述线圈由导电墨来形成。

该特征的优点在于，通过使用导电墨，例如可以将功率接收机印制在所述应答器上的支撑件上。

有利的是，所述应答器被提供有指示器(例如LED)，用于通过所述指示器来对数据的接收和/或发送进行指示。

该特征的优点在于以下事实：可以通过读取器来读取所述应答器，并且同时，所述应答器可以用于以发信号通知所述应答器和所述应答器所贴附的目标的存在和位置。

有利的是，所述指示器被提供有例如蜂鸣器的可听信号，用于通过所述可听信号来指示数据的接收和/或数据的发送。

该特征的优点在于以下事实：甚至当响应方对于人眼或相机不可见时，所述应答器也能够发信号通知其存在和位置。

根据本发明第三方面，提供一种用于增强例如RFID标签的应答器与读取器之间的通信的系统，所述系统包括：应答器，该应答器被提供有用于发送所述应答器上所存储的数据的天线以及用于对数据进行增强以便提供增强的数据信号的功率装置；以及具有能量装置，用于在区域中生成能量场，其中，所述应答器被提供有功率装置，该功率装置能够从所述能量场接收能量以及通过使用由所述功率装置所接收到的能量来提供所述增强的数据信号。

该系统的优点在于以下事实：与应答器的存在相结合，用于在区域中生成能量场的装置可以用于对所述区域中存在的应答器与读取器之间的通信进行增强。进入所述区域的应答器将能够从所述区域中存在的能量场接收能量，并且之后能够使用由所述应答器所接收到的能量来与读取器进行通信。

一种用于本发明的系统的读取器，其中，所述读取器被提供有：天线，用于将激活信号发送到应答器，以便询问所述应答器，以及用于接收由应答器对所述激活信号进行应答而发送的应答信号，其中，所述应答信号由所述功率装置所接收到的能量场所增强。

附图说明

现将通过示例的方式参考附图，其中：

图1以流程图的形式示出根据本发明的方法的不同步骤；

图2以货架(gondola)的形式示出被提供有根据本发明的系统的存放区域；

图3详细示出将要在根据本发明的方法和系统中使用的应答器。

具体实施方式

根据图1，在例如存放区域的区域中，建立能量场。这种能量场可以由应答器(例如RFID应答器或标签)上存在的功率接收机来接收，以将来自所述能量场的能量存储在应答器上。功率接收机连接到应答器上存在的天线。因为由功率接收机所接收到的能量以及功率接收机与天线的连接，所以所接收到的能量可以用于通过应答器RFID标签的天线对数据的发送进行增强。

在图2中，示出根据本发明的系统的可能实施例。存放区域(例如仓库中的货架100)包括多个搁板101。搁板101能够容纳目标或物品102。货架100被提供有配线环路104。配线环路104用于生成磁场。因此，配线环路104可以被称为“磁环路”。

由AC生成器105来对配线环路104进行馈电。交流电流在配线环路104中的存在生成磁感应场，在图2中由箭头106来表示所述磁感应场。货架100中的物品102装配有根据本发明的RFID标签103。RFID标签103包括电线圈，其用于从磁场106接收功率。由该线圈所接收到的功率可以用于对RFID标签103上存在的组件进行馈电。因为所述RFID标签103能够从磁场接收功率的事实，所以RFID标签可以被称为“磁标签”。

图3示出RFID标签或“磁标签”200的结构。RFID标签200包括线圈201，其用于从由配线环路104(见图2)生成的磁场接收功率。因此，线圈201充当功率磁天线。

RFID标签200进一步装配有芯片202，其连接到线圈201，以用于从线圈201接收功率。

芯片202连接到双极型天线203。这种双极型天线是例如能够工作在900MHz/2GHz/4GHz频率范围中的天线，例如被使用在传统有源RFID标签上的天线。芯片202也可以连接到通信磁环路天线，从而以125-134.2KHz、140-148.5KHz、13.56MHz......而工作，因为从周围磁场106(见图1)所接收到的、在线圈201中收集的能量的存在，所以根据本发明的RFID标签200可以如同它是有源RFID标签那样运行。所接收到的能量用于对应答器上存储的数据的发送进行增强。该操作的效果在于，RFID标签200将允许高达30米的读取范围。

由具有线圈形式的功率接收机所接收到的功率用于将能量供应给应答器上的电子电路。这意味着，应答器能够从由读取器所发射的相对弱的HF信号接收数据。在接收这些数据之后，由功率接收机所接收到的功率用于处理数据，反射并且调制数据信号，以对读取器进行应答。

因此通过由功率装置所接收到的功率来对HF信号的接收以及应答的准备进行增强。

可以在不增加显著的制造成本的情况下生产RFID标签200。这可以通过在生产期间将导电墨印制在RFID标签的机构(service)上而在RFID标签200上提供导电线圈201来确保。

配线环路104(见图2)中的交流电流的频率相对较低，典型地在50Hz至500MHz的范围内。因为该频率非常低的事实，所以其允许非常大的环路，并且具有简单AC生成器的单个环路足以对具有例如20米的大小的整个货架进行供电。因此，给货架100(见图2)装配这种配线环路104的成本相对较低。

用于在RFID标签200上提供辅助磁天线201(见图3)的技术与用于在支撑件上提供RFID标签200上存在的双极型天线203的技术相同。这意味着用于提供这种辅助磁天线201的额外生产成本相对较低。

根据本发明的方法和系统的进一步的优点在于以下事实：参照图3描述的RFID标签200仍然可以用在使用RFID标签的传统资源管理系统中。这是当系统未被提供有例如磁场106的能量场(见图2)时情况。

优点之一在于，如果没有能量场可用，则根据本发明的应答器还能够充当无源标签。因此，当存在能量场时，应答器是有源的，而当没有能量场时，应答器变为无源的。这对于沿着供应链跟踪目标也是有优势的。

这例如意味着，取决于根据本发明的应答器存在的环境，可以使用用于读取无源应答器的装置或者用于读取有源应答器的装置。

根据本发明的方法和系统的进一步应用是在资源定位中使用RFID标签200(见图3)。RFID标签200可以装配有LED，以便能够产生可视信号。或者，RFID标签200还可以装配有蜂鸣器，以便产生可听信号。在此情况下，当与RFID标签结合使用的读取器发出特定功率脉冲时，具有特定LED的RFID标签200使得其能够使用LED产生可视信号和/或使用蜂鸣器产生可听信号，以指示其存在。配线环路104(见图2)能够传递足够的功率来打开LED。对于RFID标签200与读取器之间的距离不存在影响，所述距离会减少由RFID标签所接收到的功率。对于资源定位的可能的使用是例如在图书馆中。请求者可以使用读取器来将功率脉冲发送到属于特定书籍分类的所有RFID标签200。发光的或者产生可听信号的那些RFID标签可能与未存放在正确的搁板上的书籍相关。

可以如下计算通过磁场106(见图2)所提供的功率的量：对于对配线环路104进行馈电，考虑以下事实：应该沿着其电路保持相同相位，应用导线长度(L)的以下关系式：

$L\≤\frac{\mathrm{\λ}}{4}$

其中，λ是波长。

对于其余的计算，我们假设：

$L=\frac{\mathrm{\λ}}{4}$

当我们采用要包围具有4米的长度和1.5米的高度的货架的配线环路时，天线的长度将是11米。对于波长，应用下式：

$\mathrm{\λ}=\mathrm{VT}=\frac{V}{F}$

对于磁波，我们取平均值V＝0.5 x C，其中C表示光速，T表示时间，F表示频率。这将产生以下频率：

然而，总是有可能使用对波的相位进行修改的系统，但这对于系统的简化来说可能是不利的。

考虑圆形的并且具有1.5米的直径的配线环路，为了具有配线环路104(见图2)的理论近似值，可以计算通过配线环路所建立的电场大小的量级。将这种计算外推到矩形配线环路不会太远离理论值。这种圆形配线环路由被馈电1安培(I＝1)的导体来形成。线圈的数量是1(N＝I)。

磁场现在由下式来表示：

可以计算在RFID标签200上出现的配线环路中生成的磁通量，该配线环路具有5 x 8cm的大小并且包括5个线圈。应用下式(5 x 8cm是现今使用的RFID标签的标准形式)：

磁通量是

其中“n”是线圈数量，“s”是线圈的表面。

诺埃曼(Neumann)法则给出了在线圈中所生成的电力：

对于3MHz的频率，半场时间(half time)应该是：

这将从下式导出磁差(variation)：

因此：

以上已经计算出的209mV的值应该在很大程度上足以向RFID标签200提供必需的能量。209mV比在现今使用的标准有源RFID标签上当前出现的电压高得多。将会获得用于使电路运行所必需的5μW，而不会有任何问题，这意味着，可以从比在RFID标签200是有源标签的情况下更大的距离处读取RFID标签200。

虽然已经参照优选实施例具体示出并且描述了本发明，但应理解，可以在不脱离本发明精神和范围的情况下在形式和细节上进行各种改变。

Claims (11)

1.一种用于读取具有功率接收机和天线的类型的应答器的方法，所述天线用于发送所述应答器上所存储的数据，其中，所述方法包括以下步骤：

-生成能量场，所述能量场可以由在其附近的任意应答器中的功率接收机来使用以接收能量，

-生成激活信号，用于询问在所述能量场附近的应答器，由此允许使用由所述功率接收机所接收到的能量来对数据进行增强，以便提供将通过所述天线发送的增强的数据信号，以及

-通过读取器来接收所述增强的数据信号。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述方法包括以下步骤：

-在配线环路中建立交流电流，用于由此生成磁感应场。

3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述方法包括以下步骤：

-在所述配线环路中建立低频交流电流，该低频交流电流的频率在50赫兹-5兆赫兹范围内。

4.一种诸如RFID标签的应答器，其被提供有：

-天线，用于发送所述应答器上所存储的数据，

-功率装置，用于对数据进行增强，以便提供增强的数据信号，其中，

-所述功率装置被配置成从能量场接收能量，以便使用从所述能量场接收到的能量来提供所述增强的数据信号。

5.根据权利要求4所述的应答器，其中，所述功率装置被提供有：电线圈，用于从磁场接收能量。

6.根据权利要求5所述的应答器，其中，所述线圈由导电墨来形成。

7.根据权利要求4-6中的任意一项所述的应答器，其中，所述应答器被提供有诸如LED的指示器，用于通过所述指示器来指示数据的接收和/或发送。

8.根据权利要求7所述的应答器，其中，所述指示器被提供有例如蜂鸣器的可听信号，用于通过所述可听信号来指示数据的接收和/或数据的发送。

9.一种用于增强诸如RFID标签的应答器与读取器之间的通信的系统，所述系统包括：应答器，该应答器被提供有用于发送所述应答器上所存储的数据的天线和用于对所述数据进行增强以提供增强的数据信号的功率装置；以及具有能量装置，用于在区域中生成能量场，其中，所述应答器被提供有功率装置，该功率装置能够从所述能量场接收能量以及通过使用由所述功率装置所接收到的能量来提供增强的数据信号。

10.一种在根据权利要求9所述的系统中使用的读取器，其中，所述读取器被提供有：天线，用于将激活信号发送到应答器，以便询问所述应答器，以及用于接收由应答器对所述激活信号进行应答而发送的应答信号，其中，所述应答信号通过由功率装置所接收到的能量场来增强。

11.一种计算机程序，其包括当在计算机系统中执行所述计算机程序时用于执行根据权利要求1至3中的任意一项所述的方法的步骤的指令。

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