CN101464518B - Rfid矩阵分布式人员定位监测系统检测控制器及其监测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种RFID矩阵分布式人员定位监测系统检测控制器及方法，检测控制器的中央控制单元与射频功能模块、数据存储功能模块和输入/输出接口模块连接，电源控制模块与中央控制单元、射频功能模块、数据存储功能模块和输入/输出接口模块连接。方法包括对标签矩阵中的标签逐一编号定位建立标准矩阵表、对标签探测读取、根据无法读取的标签位置、数量及相邻标签的固定布设间距测算标签矩阵中人员数量和位置及人员移动方向和速度。采用了上述的RFID矩阵分布式人员定位监测系统检测控制器及其监测方法，能够有效对人员进行定位监测，结构简单，成本较低，工作性能稳定可靠，适用范围较为广泛，为区域定位监测技术的进一步普及和发展奠定了坚实的基础。
Description
技术领域
本发明涉及RFID射频识别技术领域，特别涉及RFID监测定位技术领域，具体是指一种RFID矩阵分布式人员定位监测系统检测控制器及其监测方法。
背景技术
RFID(Radio Frequency Identification)是一种无线射频识别技术，由于超高频(400MHz～2.4GHz)RFID标签的电磁波易被水吸收而衰减，在实际使用过程中，常常由于受到液体容器或富含水分的物质(如高含水物品、人体、动物躯体等)的遮挡，造成超高频RFID标签无法识读的状况。
同时，现代生活中，已经存在各种各样的导航定位设备，如GPS等，但是这些设备的造价和系统的运营成本相对较高。特别是对于区域人员或者物品的定位监测系统，目前还没有很好的技术能够大规模普及应用，这样就给人们的工作和生活带来了很大的不便。
发明内容
本发明的目的是克服了上述现有技术中的缺点，提供一种能够有效对人员进行定位监测、结构简单实用、生产成本较低、工作性能稳定可靠、适用范围较为广泛的RFID矩阵分布式人员定位监测系统检测控制器及其监测方法。
为了实现上述的目的，本发明的RFID矩阵分布式人员定位监测系统检测控制器及其监测方法如下：
该RFID矩阵分布式人员定位监测系统检测控制器，所述的监测系统包括固定布设于监测区域地面下方的超高频RFID标签矩阵、设置于监测区域上方的监测天线阵列，所述的监测天线阵列与该检测控制器相连接，其主要特点是，所述的检测控制器包括中央控制单元、射频功能模块、数据存储功能模块、输入/输出接口模块和电源控制模块，所述的中央控制单元分别与所述的射频功能模块、数据存储功能模块和输入/输出接口模块相连接，所述的电源控制模块分别与所述的中央控制单元、射频功能模块、数据存储功能模块和输入/输出接口模块相连接。
该RFID矩阵分布式人员定位监测系统检测控制器中的中央控制单元为嵌入式MCU控制单元。
该RFID矩阵分布式人员定位监测系统检测控制器中的射频功能模块包括天线接口、RFID射频信号发生模块和数据调制解调单元，所述的中央控制单元依此通过所述的数据调制解调单元、RFID射频信号发生器和天线接口相连接。
该RFID矩阵分布式人员定位监测系统检测控制器中的输入/输出接口模块包含键盘/鼠标接口、显示器接口、网络接口、USB接口和标准串行接口。
该利用上述的检测控制器进行分布式人员定位监测的方法，其主要特点是，所述的方法包括以下步骤：
(1)检测控制器在接通电源后先进行系统初始化和设备自检操作；
(2)该检测控制器对所布设的超高频RFID标签矩阵中的RFID标签逐一进行编号定位，并建立标准标签矩阵参数表；
(3)该检测控制器确认设备正常并设定所有工作参数后定期轮流开通监测天线阵列中的每个天线对其电波覆盖区域中的各个超高频RFID标签进行探测读取；
(4)如果全部的超高频RFID标签均能够进行读取，则重复上述步骤(3)；
(5)如果有部分超高频RFID标签读取不到，则统计未读到的超高频RFID标签的数量；
(6)如果统计到的数量未超过系统预设的最低检测阈值，则判定为偶然干扰，不进行任何测算处理，并重复上述步骤(3)；
(7)如果统计到的数量超过系统预设的最低检测阈值，则该检测控制器根据无法读取的RFID标签的位置、数量以及相邻RFID标签的固定布设间距实时测算该超高频RFID标签矩阵中人员的数量和分布位置；
(8)该检测控制器根据RFID标签无法读取的先后顺序和时间间隔实时测算人员的移动方向和移动速度；
(9)将测算结果数据信息传送至上位系统，并重复上述步骤(3)。
该进行分布式人员定位监测的方法中的根据RFID标签无法读取的先后顺序和时间间隔实时计算人员的移动方向和移动速度，包括以下步骤：
(11)检测控制器根据RFID标签无法读取和恢复读取的先后次序实时计算出人体在该超高频RFID标签矩阵中移动的方向；
(12)检测控制器根据RFID标签无法读取和恢复读取的时间间隔实时计算出人体在该超高频RFID矩阵中移动的速度。
该进行分布式人员定位监测的方法中的监测天线阵列中的天线均为窄波束的探测天线，且相邻的探测天线的电波覆盖区域部分重叠，所述的方法中还包括以下步骤：
(10)检测控制器根据相对于人体在各个不同角度的探测天线所测得的无法读取的RFID标签的遮挡投影估算人员的身高。
采用了该发明的RFID矩阵分布式人员定位监测系统检测控制器及其监测方法，由于其接受上位系统的指令，控制监测天线阵列定时扫描地面的RFID标签矩阵，巧妙利用了高频电磁波易被水吸收而衰减的特性，并利用人体遮挡固定布设于地面下的超高频RFID标签矩阵而产生无法读取的效应实时监测矩阵区域内人员的数量、分布、移动方向和移动速度，而且还可以根据人体在各个不同角度天线测得遮挡投影，精确标定人员，估算出人员的身高，并将测算数据传送给上位系统，不仅能够有效对人员进行定位监测，而且整个控制器的结构简单实用，生产成本较低，工作性能稳定可靠，适用范围较为广泛，为RFID的广泛应用以及区域定位监测技术的进一步普及和发展奠定了坚实的基础。
附图说明
图1为本发明的RFID矩阵分布式人员定位监测系统检测控制器的整体结构示意图。
图2为本发明的RFID矩阵分布式人员定位监测方法的工作流程图。
具体实施方式
为了能够更清楚地理解本发明的技术内容，特举以下实施例详细说明。
该RFID矩阵分布式人员定位监测系统检测控制器，包括固定布设于监测区域地面下方的超高频RFID标签矩阵、设置于监测区域上方的监测天线和与该监测天线相连接的监测控制装置，所述的的超高频RFID标签的频率范围为400MHz～2.4GHz。
其中，该超高频RFID标签矩阵按照系统预设的固定布设间距和排列方式埋置布设于监测区域地面下方，所述的固定布设间距为当人体直立时垂直投影至少覆盖2个以上的超高频RFID标签，且每个监测天线的电波覆盖区域中不超过100个超高频RFID标签。
同时，所述的监测天线为窄波束的探测天线，且相邻的监测天线的电波覆盖区域部分重叠。
请参阅图1所示，该RFID矩阵分布式人员定位监测系统检测控制器，所述的监测系统包括固定布设于监测区域地面下方的超高频RFID标签矩阵、设置于监测区域上方的监测天线阵列，所述的监测天线阵列与该检测控制器相连接，其中，所述的检测控制器包括中央控制单元、射频功能模块、数据存储功能模块、输入/输出接口模块和电源控制模块，所述的中央控制单元分别与所述的射频功能模块、数据存储功能模块和输入/输出接口模块相连接，所述的电源控制模块分别与所述的中央控制单元、射频功能模块、数据存储功能模块和输入/输出接口模块相连接。
其中，所述的中央控制单元为嵌入式MCU控制单元；所述的射频功能模块包括天线接口、RFID射频信号发生模块和数据调制解调单元，所述的中央控制单元依此通过所述的数据调制解调单元、RFID射频信号发生器和天线接口相连接；所述的输入/输出接口模块包含键盘/鼠标接口、显示器接口、网络接口、USB接口和标准串行接口。
再请参阅图2所示，该利用上述的检测控制器进行分布式人员定位监测的方法，其主要特点是，所述的方法包括以下步骤：
(1)检测控制器在接通电源后先进行系统初始化和设备自检操作；
(2)该检测控制器对所布设的超高频RFID标签矩阵中的RFID标签逐一进行编号定位，并建立标准标签矩阵参数表；
(3)该检测控制器确认设备正常并设定所有工作参数后定期轮流开通监测天线阵列中的每个天线对其电波覆盖区域中的各个超高频RFID标签进行探测读取；
(4)如果全部的超高频RFID标签均能够进行读取，则重复上述步骤(3)；
(5)如果有部分超高频RFID标签读取不到，则统计未读到的超高频RFID标签的数量；
(6)如果统计到的数量未超过系统预设的最低检测阈值，则判定为偶然干扰，不进行任何测算处理，并重复上述步骤(3)；
(7)如果统计到的数量超过系统预设的最低检测阈值，则该检测控制器根据无法读取的RFID标签的位置、数量以及相邻RFID标签的固定布设间距实时测算该超高频RFID标签矩阵中人员的数量和分布位置；
(8)该检测控制器根据RFID标签无法读取的先后顺序和时间间隔实时测算人员的移动方向和移动速度，包括以下步骤：
(a)检测控制器根据RFID标签无法读取和恢复读取的先后次序实时计算出人体在该超高频RFID标签矩阵中移动的方向；
(b)检测控制器根据RFID标签无法读取和恢复读取的时间间隔实时计算出人体在该超高频RFID矩阵中移动的速度；
(9)将测算结果数据信息传送至上位系统，并重复上述步骤(3)。
(10)检测控制器根据相对于人体在各个不同角度的探测天线所测得的无法读取的RFID标签的遮挡投影估算人员的身高。
在实际使用当中，为了实现本发明的监测系统，需要在地面固定布设超高频RFID标签矩阵，利用人体遮挡造成RFID标签无法读取的效应，可以实时监测矩阵区域内人员的数量、分布、移动方向和移动速度。
所述的检测控制器硬件由中央控制单元、射频单元、数据存储单元和输入/输出接口四大部分组成，中央控制单元为嵌入式MCU；射频单元即RFID射频信号发生器和数据调制/解调模块；输入/输出接口包含键盘/鼠标接口、显示器接口、网络接口以及USB接口和标准的串行接口。具体的硬件架构请参阅图1所示。
该检测控制器的工作流程请参阅图2所示。检测控制器接通电源，首先进行系统初始化，自检设备，设定标签矩阵参数表；确认设备正常并设好所有工作参数后，系统开始定期轮流开通天线阵列的每个天线读取地面RFID矩阵中的标签，当发现有部分标签读取不到时，统计未读到标签的数量，如果数量超过最低检测阈值，即根据预设算法测算矩阵中的人员数量和位置；如果未读到标签数量低于最低检测阈值，系统判定为偶然干扰，不进行测算，继续下一轮的标签读取。
具体的，根据监测系统对矩阵中RFID标签的读取情况，当前D2、D3、D4位置处的RFID标签未读到，根据系统预设的的RFID标签间距测算，在D1～D4区域有一个人体遮挡了地面的RFID标签；当人体移动时，周围的RFID标签相继被遮挡，而原来被遮挡的RFID标签又恢复识别，根据恢复识别和被遮挡RFID标签先后次序，可以换算出人体在矩阵中移动的方向；根据RFID标签被遮挡和恢复识别的时间间隔，可以测算出人体在矩阵中移动的速度。
RFID标签的布设间距以人体直立时垂直投影至少覆盖2个以上RFID标签为宜，但也不可太密，以每个探测天线电波覆盖区域不超过100个RFID标签为宜。同时相邻天线的覆盖区要互相重叠，以提高监测精度。
采用了上述的RFID矩阵分布式人员定位监测系统检测控制器及其监测方法，由于其接受上位系统的指令，控制监测天线阵列定时扫描地面的RFID标签矩阵，巧妙利用了高频电磁波易被水吸收而衰减的特性，并利用人体遮挡固定布设于地面下的超高频RFID标签矩阵而产生无法读取的效应实时监测矩阵区域内人员的数量、分布、移动方向和移动速度，而且还可以根据人体在各个不同角度天线测得遮挡投影，精确标定人员，估算出人员的身高，并将测算数据传送给上位系统，不仅能够有效对人员进行定位监测，而且整个控制器的结构简单实用，生产成本较低，工作性能稳定可靠，适用范围较为广泛，为RFID的广泛应用以及区域定位监测技术的进一步普及和发展奠定了坚实的基础。
在此说明书中，本发明已参照其特定的实施例作了描述。但是，很显然仍可以作出各种修改和变换而不背离本发明的精神和范围。因此，说明书和附图应被认为是说明性的而非限制性的。
Claims (7)
1.一种RFID矩阵分布式人员定位监测系统检测控制器，所述的监测系统包括固定布设于监测区域地面下方的超高频RFID标签矩阵、设置于监测区域上方的监测天线阵列，所述的监测天线阵列与该检测控制器相连接，其特征在于，所述的检测控制器包括中央控制单元、射频功能模块、数据存储功能模块、输入/输出接口模块和电源控制模块，所述的中央控制单元分别与所述的射频功能模块、数据存储功能模块和输入/输出接口模块相连接，所述的电源控制模块分别与所述的中央控制单元、射频功能模块、数据存储功能模块和输入/输出接口模块相连接，所述的超高频RFID标签矩阵按照系统预设的固定布设间距和排列方式埋置布设于监测区域地面下方，且所述的监测天线阵列中相邻的监测天线的电波覆盖区域部分重叠，所述的固定布设间距为当人体直立时垂直投影至少覆盖2个以上的超高频RFID标签，且每个监测天线的电波覆盖区域中不超过100个超高频RFID标签。
2.根据权利要求1所述的RFID矩阵分布式人员定位监测系统检测控制器，其特征在于，所述的中央控制单元为嵌入式MCU控制单元。
3.根据权利要求1所述的RFID矩阵分布式人员定位监测系统检测控制器，其特征在于，所述的射频功能模块包括天线接口、RFID射频信号发生模块和数据调制解调单元，所述的中央控制单元依此通过所述的数据调制解调单元、RFID射频信号发生器和天线接口相连接。
4.根据权利要求1所述的RFID矩阵分布式人员定位监测系统检测控制器，其特征在于，所述的输入/输出接口模块包含键盘/鼠标接口、显示器接口、网络接口、USB接口和标准串行接口。
5.一种利用权利要求1所述的检测控制器进行分布式人员定位监测的方法，其特征在于，所述的方法包括以下步骤：
(1)检测控制器在接通电源后先进行系统初始化和设备自检操作；
(2)该检测控制器对所布设的超高频RFID标签矩阵中的RFID标签逐一进行编号定位，并建立标准标签矩阵参数表；
(3)该检测控制器确认设备正常并设定所有工作参数后定期轮流开通监测天线阵列中的每个天线对其电波覆盖区域中的各个超高频RFID标签进行探测读取；
(4)如果全部的超高频RFID标签均能够进行读取，则重复上述步骤(3)；
(5)如果有部分超高频RFID标签读取不到，则统计未读到的超高频RFID标签的数量；
(6)如果统计到的数量未超过系统预设的最低检测阈值，则判定为偶然干扰，不进行任何测算处理，并重复上述步骤(3)；
(7)如果统计到的数量超过系统预设的最低检测阈值，则该检测控制器根据无法读取的RFID标签的位置、数量以及相邻RFID标签的固定布设间距实时测算该超高频RFID标签矩阵中人员的数量和分布位置；
(8)该检测控制器根据RFID标签无法读取的先后顺序和时间间隔实时测算人员的移动方向和移动速度；
(9)将测算结果数据信息传送至上位系统，并重复上述步骤(3)。
6.根据权利要求5所述的检测控制器进行分布式人员定位监测的方法，其特征在于，所述的根据RFID标签无法读取的先后顺序和时间间隔实时计算人员的移动方向和移动速度，包括以下步骤：
(11)检测控制器根据RFID标签无法读取和恢复读取的先后次序实时计算出人体在该超高频RFID标签矩阵中移动的方向；
(12)检测控制器根据RFID标签无法读取和恢复读取的时间间隔实时计算出人体在该超高频RFID矩阵中移动的速度。
7.根据权利要求5所述的检测控制器进行分布式人员定位监测的方法，其特征在于，所述的监测天线阵列中的天线均为窄波束的探测天线，且相邻的探测天线的电波覆盖区域部分重叠，所述的方法中还包括以下步骤：
(10)检测控制器根据相对于人体在各个不同角度的探测天线所测得的无法读取的RFID标签的遮挡投影估算人员的身高。
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