CN101546388B - 光磁编码电子标签、设备实时监控与机架定位系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种光磁编码的电子标签，包括RFID发射器、天线、中央控制器和电源模块，电源模块通过中央控制器和RFID发射器与天线连接，还包括磁感应装置和光感应装置，磁感应装置和光感应装置分别与中央控制器连接，电源模块中包括可充电电池单元、后备电池和电池转换单元，光感应装置与可充电电池单元连接，可充电电池单元和后备电池通过电池转换单元与中央控制器连接。本发明还涉及包含该电子标签设备实时监控与机架定位系统及方法。采用该种光磁编码电子标签、设备实时监控与机架定位系统及方法，电子标签的使用寿命大大延长，真正做到了免维护，实现了完美的实时监控与机架定位功能，不仅成本较低，而且工作性能稳定可靠，适用范围较为广泛。

Description

光磁编码电子标签、设备实时监控与机架定位系统及方法 

技术领域

本发明涉及射频识别和电子通讯领域，特别涉及电子标签和设备实时监控定位管理技术领域，具体是指一种光磁编码电子标签、设备实时监控与机架以及货架位定位系统及方法。 

背景技术

在现代社会中，随着社会经济的不断发展，如何进行实时资产监控管理，已经成为摆在人们面前的重要课题。在目前的现有技术中，实时资产监控管理主要应用RFID电子标签来实现.RFID电子标签可以被分为主动式和被动式两种。 

对于被动式RFID电子标签，其工作原理如下： 

电子标签自身无内置电源，依靠接受到的脉冲信号获得能量返回无线信号。其缺点包括信号弱，发射半径较小，需要阅读器具有更强的发射功率，易受金属及液体干扰，识别率低等。 

而主动式RFID电子标签拥有内置电源，不断的发送无线电波到定点分布的阅读器以达到定位效果，和被动式RFID相比，其感应距离较长，一般可达10米以上，漏读误读的几率低，可靠度高。 

但是，目前主动式电子标签的缺点是： 

主动式RFID电子标签寿命通常低于2～3年(目前采用的电池的自漏电率在10％/月左右)，如果是遇到大量设备都配置该标签的情况，那维护工作将十分繁琐。有人尝试使用高能量电池，这样就使得标签的体积变得较大。 

主动式RFID电子标签的位置主要依靠定点分布的RFID阅读器来判断，但是，如果设备进入机架，金属材质的机箱会屏蔽标签发送的信号，失去了实时监控的效果，因而有人采用在机架上每隔一定位置安装一个中继器的办法，这样使得整套系统的成本和实施难度都大大提高了，这样的方法仍然无法解决机架定位的难题。 

虽然在机架上安置霍尔或光电感应器仍是目前解决机架定位问题的主要方法之一，但是机架的每个架位上都安装感应器的方式，其本身的制造和安装都耗资巨大。 

发明内容

本发明的目的是克服了上述现有技术中的缺点，提供一种能够有效延长电子标签的使用寿命、免除后期维护、能够对设备实时动态监控和定位、成本较低、工作性能稳定可靠、适用范围较为广泛的光磁编码电子标签、设备实时监控与机架以及货架定位系统及方法。 

为了实现上述的目的，本发明的光磁编码电子标签、设备实时监控与机架定位系统及方法如下： 

该光磁编码的电子标签，包括RFID发射器、天线、中央控制器和电源模块，所述的电源模块依次通过中央控制器和RFID发射器与所述的天线相连接，其主要特点是，所述的电子标签中还包括磁感应装置和光感应装置，所述的磁感应装置和光感应装置分别与所述的中央控制器相连接，所述的磁感应装置将感应到的磁编码装置中预设的磁编码信息发送至电子标签的中央控制器，和/或光感应装置将感应到的光编码装置的光编码信息发送至电子标签的中央控制器，驱动该中央控制器进入激活/睡眠状态，所述的电源模块中包括可充电电池单元、后备电池和电池转换单元，所述的光感应装置与所述的可充电电池单元相连接，且所述的可充电电池单元和后备电池分别通过电池转换单元与所述的中央控制器相连接，所述的电池转换单元在判定可充电电池单元有电的情况下使用可充电电池单元向中央控制器供电，否则使用后备电池向中央控制器供电。 

该光磁编码的电子标签中的可充电电池单元包括微型可充电电池和电压保护模块，所述的光感应装置通过所述的电压保护模块与微型可充电电池相连接。 

该光磁编码的电子标签中的光感应装置为光电板。 

该光磁编码的电子标签中的光电板为非晶硅光电板。 

该光磁编码的电子标签中的磁感应装置为磁簧开关。 

该光磁编码的电子标签中的后备电池为后备长效电池。 

该光磁编码的电子标签中的后备长效电池为锂-亚硫酸氯电池。 

该包含上述的电子标签的设备实时监控与机架定位系统，所述的设备活动设置于机架上，其主要特点是，所述的电子标签固定设置于设备上，所述机架上与电子标签对应位置处固定设置有磁编码装置和/或光编码装置，所述的系统中还包括RFID阅读器、移动通信接入模块和后台监控定位系统，所述的RFID阅读器通过无线链路与所述的电子标签中的天线相连接，且该RFID阅读器与所述的移动通信接入模块相连接，该移动通信接入模块通过移动通信网络与所述的后台监控定位系统相连接，同时： 

(1)在设备相对于机架移动过程中，所述的电子标签中的磁感应装置感应到磁编码装置 的磁场力和/或电子标签中的光感应装置感应到光编码装置的发光，向电子标签中的可充电电池电源进行充电； 

(2)所述的磁感应装置将感应到的磁编码装置中预设的磁编码信息发送至电子标签的中央控制器，和/或光感应装置将感应到的光编码装置的光编码信息发送至电子标签的中央控制器，驱动该中央控制器进入激活/睡眠状态； 

(3)所述的中央控制器在激活状态下对接收到的磁编码信息和/或光编码信息进行解码； 

(4)所述的中央控制器驱动所述的RFID发射器将电子标签ID、解码后的磁编码信息和/或光编码信息通过天线以无线电波的方式向外界发射； 

(5)所述的RFID阅读器接收到该无线电波并将相应的电子标签ID、解码后的磁编码信息和/或光编码信息传送给移动通信接入模块； 

(6)所述的移动通信接入模块通过移动通信网络将相应的信息发送至后台监控定位系统； 

(7)所述的后台监控定位系统根据该信息进行后续的设备在机架上的位置定位和状态分析。 

该设备实时监控与机架定位系统中的磁编码装置为磁条码，所述的磁条码上按照预设的编码规则排列设置有数个磁条。 

该设备实时监控与机架定位系统中的光编码装置包括LED发光二极管、编码控制器和电源单元，所述的电源单元通过编码控制器与所述的LED发光二极管相连接。 

该设备实时监控与机架定位系统中的移动通信接入模块为GPRS模块，所述的移动通信网络为GPRS无线通信网络。 

该利用上述的系统实现设备实时监控与机架以及货架定位的方法，其主要特点是，包括以下步骤： 

(1)在设备相对于机架移动过程中，所述的电子标签中的磁感应装置感应到磁编码装置的磁场力和/或电子标签中的光感应装置感应到光编码装置的发光，向电子标签中的可充电电池电源进行充电； 

(2)所述的磁感应装置将感应到的磁编码装置中预设的磁编码信息发送至电子标签的中央控制器，和/或光感应装置将感应到的光编码装置的光编码信息发送至电子标签的中央控制器，驱动该中央控制器进入激活/睡眠状态； 

(3)所述的中央控制器在激活状态下对接收到的磁编码信息和/或光编码信息进行解码； 

(4)所述的中央控制器驱动所述的RFID发射器将电子标签ID、解码后的磁编码信息和 /或光编码信息通过天线以无线电波的方式向外界发射； 

(5)所述的RFID阅读器接收到该无线电波并将相应的电子标签ID、解码后的磁编码信息和/或光编码信息传送给移动通信接入模块； 

(6)所述的移动通信接入模块通过移动通信网络将相应的信息发送至后台监控定位系统； 

(7)所述的后台监控定位系统根据该信息进行后续的设备在机架上的位置定位和状态分析。 

采用了该发明的光磁编码电子标签、设备实时监控与机架定位系统及方法，由于阳光/灯光下充电可使可充电电池工作(浅充浅放状态)，当可充电电池电压在临界点下，则转换成备用长效电池工作，可充电池电压上升到临界点，则转回使用可充电电池；另外，电子标签同时可接受磁编码/光编码而进入激活/睡眠模式，从而实现了太阳能可充电池与后备长效电池智能切换，并实现了利用标签中磁编码和光编码感应启动工作休眠循环模式，从而使电子标签的使用寿命大大延长，可多至10年以上，并使得电子标签和资产的生命周期同步，真正做到了免维护；同时，用货架或机架上的磁编码/光编码装置使进入机架/货架的标签感应使实时监控和机架定位相结合，真正实现了用一个电子标签进行设备的实时动态监控和机架、货架定位功能，并配合工作人员身上的电子标签，就可以清楚的了解到什么人在什么时候放入/取出哪个机架上的哪些设备，从而实现了完美的实时监控与机架以及货架定位功能，不仅成本较低，而且工作性能稳定可靠，适用范围较为广泛。 

附图说明

图1为本发明的利用光磁编码电子标签进行设备实时监控与机架定位的系统的整体架构示意图。 

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。 

请参阅图1所示，该光磁编码的电子标签，包括RFID发射器6、天线、中央控制器5和电源模块，所述的电源模块依次通过中央控制器5和RFID发射器6与所述的天线相连接，其中，所述的电子标签中还包括磁感应装置2和光感应装置9，所述的磁感应装置2和光感应装置9分别与所述的中央控制器5相连接，所述的电源模块中包括可充电电池单元、后备电池3和电池转换单元4，所述的光感应装置9与所述的可充电电池单元相连接，且所述的可充电电池单元和后备电池3分别通过电池转换单元4与所述的中央控制器5相连接。 

其中，所述的可充电电池单元包括微型可充电电池7和电压保护模块8，所述的光感应装置9通过所述的电压保护模块8与微型可充电电池7相连接。 

同时，所述的光感应装置9为光电板9，该光电板9为非晶硅光电板9；所述的磁感应装置2为磁簧开关2；所述的后备电池3为后备长效电池3。 

该包含上述的电子标签的设备实时监控与机架定位系统，所述的设备活动设置于机架上，其主要特点是，所述的电子标签固定设置于设备上，所述机架上与电子标签对应位置处固定设置有磁编码装置1和/或光编码装置，所述的系统中还包括RFID阅读器、移动通信接入模块和后台监控定位系统，所述的RFID阅读器通过无线链路与所述的电子标签中的天线相连接，且该RFID阅读器与所述的移动通信接入模块相连接，该移动通信接入模块通过移动通信网络与所述的后台监控定位系统相连接；所述的移动通信接入模块为GPRS模块，所述的移动通信网络为GPRS无线通信网络。 

其中，所述的磁编码装置1为磁条码1，所述的磁条码1上按照预设的编码规则排列设置有数个磁条。 

同时，所述的光编码装置包括LED发光二极管10、编码控制器11和电源单元12，所述的电源单元12通过编码控制器11与所述的LED发光二极管10相连接。 

在实际使用当中，本发明的光磁编码电子标签和设备实时监控与机架以及货架定位系统包括以下部分： 

(1)电子标签模块 

该电子标签由磁感应器、光电板、MCU(编程中央控制器)、RFID发射器、电池等组成。标签平时处于睡眠状态，即一般情况下不向外界发送无线电波。当标签中的磁感应开关受到磁力感应或光源感应时，该开关会向MCU(编程中央控制器)发送脉冲。由此MCU激活，并按照程序设定向外界发送一定时间一定频率的无线电波。之后，继续进入睡眠状态。 

(2)磁条码 

位于磁条码中的磁条拥有特定密度的排列方式。因此当标签经过磁条码时，每经过一个磁条便会产生一个脉冲，因此磁条特殊的排列会产生包含编码信息的脉冲。本发明将磁条两端位置的磁条产生的脉冲频率用来定义进/出动作，将磁条中央位置的一段磁条产生的脉冲频率用来定义该机架架位的唯一标识码。 

机架通常都有滑槽，机架设备的进出是较为固定的路径。因此本发明中只需要在机架放置一段磁条码，磁条码中磁条的特定排列形成了唯一标识，当带有磁开关的标签经过时，磁开关和磁条会产生磁场力，受到磁场力磁开关即向MCU发送脉冲，密度不一的磁条会产生 一段特殊频率的脉冲，系统可以通过分析知道该设备的进/出动作。随后这段脉冲经过MCU解码获得唯一的标识码，当标识码连同标签ID一起发送至系统时，系统即可记录哪个设备在哪个机架进/出了。 

(3)长效电池和太阳能的结合 

本发明中采用了新型的后备长效电池，锂-亚硫酸氯电池(Li-SOCl2电池)，该种电池的容量为300mAh-1000mAh，年耗电率在1％～2％之间。而标签在睡眠时的消耗为每小时1μA以下，即使在发射状态每小时的消耗也只有5μA。 

做一个简单的计算，假设标签一天的工作时间为12小时(实际情况远远不到12小时)，那么一天工作状态的消耗12×5＝60μAh，睡眠状态的消耗为12×1＝12μAh，总消耗为60+12＝72μAh，一年的消耗为72×366＝26352μAh≈27mAh。500mAh的后备电池的理论使用寿命就达到了10年以上。 

可充电电池和长效电池的切换使用可以让标签的寿命进一步延长，只要光电板受到光源的照射，就会向可充电电池充电。转换器在判定可充电电池有电的情况下使用充电电池，否则使用备用电池，以此可以看出，拥有这种新型电池的标签寿命完全可以超过10年。 

同时，该利用上述的系统实现设备实时监控与机架定位的方法，其中，包括以下步骤： 

(1)在设备相对于机架移动过程中，所述的电子标签中的磁感应装置感应到磁编码装置的磁场力和/或电子标签中的光感应装置感应到光编码装置的发光，向电子标签中的可充电电池电源进行充电； 

(2)所述的磁感应装置将感应到的磁编码装置中预设的磁编码信息发送至电子标签的中央控制器，和/或光感应装置将感应到的光编码装置的光编码信息发送至电子标签的中央控制器，驱动该中央控制器进入激活/睡眠状态； 

(3)所述的中央控制器在激活状态下对接收到的磁编码信息和/或光编码信息进行解码； 

(4)所述的中央控制器驱动所述的RFID发射器将电子标签ID、解码后的磁编码信息和/或光编码信息通过天线以无线电波的方式向外界发射； 

(5)所述的RFID阅读器接收到该无线电波并将相应的电子标签ID、解码后的磁编码信息和/或光编码信息传送给移动通信接入模块； 

(6)所述的移动通信接入模块通过移动通信网络将相应的信息发送至后台监控定位系统； 

(7)所述的后台监控定位系统根据该信息进行后续的设备在机架上的位置定位和状态分析。 

在实际使用当中，本发明的设备实时控制与机架定位系统的工作原理如下： 

(1)当磁开关经过磁条时，感应到磁场力；或者光电板感应到光源时，向可充电电池充电。 

(2)磁开关根据磁条的排列或光电板根据光源的闪烁向MCU发送特殊信号，使MCU进入激活/睡眠状态； 

(3)MCU命令RFID发射器向外界发射无线电波； 

(4)RFID发射器通过天线向外界发射无线电波。 

其中： 

(1)设备进入机架时首先经过磁条前端位置，然后经过中央位置和后端位置，标签发出特定频率的脉冲经过系统分析可知设备进入机架； 

(2)定义机架架位的唯一标识，每个架位上的磁条码位于中央位置的磁条排列都不一样； 

(3)设备拿出机架时首先经过磁条后端位置，然后经过中央位置和前端位置，电子标签发出特定频率的脉冲经过系统分析可知设备拿出机架。 

系统的运行机制如下： 

(1)当磁开关经过磁条时，感应到磁场力；或者光电板感应到光源时，向可充电电池充电； 

(2)磁开关根据磁条的排列或光电板根据光源的闪烁向MCU发送特殊信号，使MCU进入激活/睡眠状态； 

(3)MCU控制RFID发射器，并将解码后的磁码和标签ID作为信息通过天线向外界发射无线电波； 

(4)RFID阅读器接收无线电波传送给GPRS模块； 

(5)GPRS模块将信息发送至基站； 

(6)基站再将信息发送至系统。 

整套系统的整体工作机制如下： 

(1)当设备进/出机架经过磁条码时或者标签感受到特定频率的光源闪烁时，产生包含编码信息的脉冲； 

(2)包含编码信息的脉冲向MCU发送信号，MCU根据信息编码进入激活/关闭状态； 

(3)MCU收到来自磁感应开关的信号后，经过解码得到设备的进/出动作和机架标识，并连同自身标签的ID作为一条信息，命令RFID发射器发射含有该信息的无线电波； 

(4)RFID阅读器接收到信息后将信息交给GPRS发射模块； 

(5)GPRS模块将信息发送至基站； 

(6)基站将信息发送至系统。 

采用了上述的光磁编码电子标签、设备实时监控与机架定位系统及方法，由于阳光/灯光下充电可使可充电电池工作(浅充浅放状态)，当可充电电池电压在临界点下，转换成备用长效电池工作，可充电池电压上升到临界点，则转回使用可充电电池；另外，电子标签同时可接受磁编码/光编码而进入激活/睡眠模式，从而实现了太阳能可充电池与后备长效电池智能切换，并实现了利用标签中磁编码和光编码感应启动工作休眠循环模式，从而使电子标签的使用寿命大大延长，可多至10年以上，并使得电子标签和资产的生命周期同步，真正做到了免维护；同时，用货架或机架上的磁编码/光编码装置使进入机架/货架的标签感应使实时监控和机架定位相结合，真正实现了用一个电子标签进行设备的实时动态监控和机架、货架定位功能，并配合工作人员身上的电子标签，就可以清楚的了解到什么人在什么时候放入/取出哪个机架上的哪些设备，从而实现了完美的实时监控与机架定位功能，不仅成本较低，而且工作性能稳定可靠，适用范围较为广泛。 

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 (12)

1.一种光磁编码的电子标签，包括RFID发射器、天线、中央控制器和电源模块，所述的电源模块依次通过中央控制器和RFID发射器与所述的天线相连接，其特征在于，所述的电子标签中还包括磁感应装置和光感应装置，所述的磁感应装置和光感应装置分别与所述的中央控制器相连接，所述的磁感应装置将感应到的磁编码装置中预设的磁编码信息发送至电子标签的中央控制器，和/或光感应装置将感应到的光编码装置的光编码信息发送至电子标签的中央控制器，驱动该中央控制器进入激活/睡眠状态，所述的电源模块中包括可充电电池单元、后备电池和电池转换单元，所述的光感应装置与所述的可充电电池单元相连接，且所述的可充电电池单元和后备电池分别通过电池转换单元与所述的中央控制器相连接，所述的电池转换单元在判定可充电电池单元有电的情况下使用可充电电池单元向中央控制器供电，否则使用后备电池向中央控制器供电。

2.根据权利要求1所述的光磁编码的电子标签，其特征在于，所述的可充电电池单元包括微型可充电电池和电压保护模块，所述的光感应装置通过所述的电压保护模块与微型可充电电池相连接。

3.根据权利要求1或2所述的光磁编码的电子标签，其特征在于，所述的光感应装置为光电板。

4.根据权利要求3所述的光磁编码的电子标签，其特征在于，所述的光电板为非晶硅光电板。

5.根据权利要求1或2所述的光磁编码的电子标签，其特征在于，所述的磁感应装置为磁簧开关。

6.根据权利要求1或2所述的光磁编码的电子标签，其特征在于，所述的后备电池为后备长效电池。

7.根据权利要求6所述的光磁编码的电子标签，其特征在于，所述的后备长效电池为锂-亚硫酸氯电池。

8.一种包含权利要求1所述的电子标签的设备实时监控与机架定位系统，所述的设备活动设置于机架上，其特征在于，所述的电子标签固定设置于设备上，所述机架上与电子标签对应位置处固定设置有磁编码装置和/或光编码装置，所述的系统中还包括RFID阅读器、移动通信接入模块和后台监控定位系统，所述的RFID阅读器通过无线链路与所述的电子标签中的天线相连接，且该RFID阅读器与所述的移动通信接入模块相连接，该移动通信接入模块通过移动通信网络与所述的后台监控定位系统相连接，同时：

(1)在设备相对于机架移动过程中，所述的电子标签中的磁感应装置感应到磁编码装置的磁场力和/或电子标签中的光感应装置感应到光编码装置的发光，向电子标签中的可充电电池电源进行充电；

(2)所述的磁感应装置将感应到的磁编码装置中预设的磁编码信息发送至电子标签的中央控制器，和/或光感应装置将感应到的光编码装置的光编码信息发送至电子标签的中央控制器，驱动该中央控制器进入激活/睡眠状态；

(3)所述的中央控制器在激活状态下对接收到的磁编码信息和/或光编码信息进行解码；

(4)所述的中央控制器驱动所述的RFID发射器将电子标签ID、解码后的磁编码信息和/或光编码信息通过天线以无线电波的方式向外界发射；

(5)所述的RFID阅读器接收到该无线电波并将相应的电子标签ID、解码后的磁编码信息和/或光编码信息传送给移动通信接入模块；

(6)所述的移动通信接入模块通过移动通信网络将相应的信息发送至后台监控定位系统；

(7)所述的后台监控定位系统根据该信息进行后续的设备在机架上的位置定位和状态分析。

9.根据权利要求8所述的设备实时监控与机架定位系统，其特征在于，所述的磁编码装置为磁条码，所述的磁条码上按照预设的编码规则排列设置有数个磁条。

10.根据权利要求8所述的设备实时监控与机架定位系统，其特征在于，所述的光编码装置包括LED发光二极管、编码控制器和电源单元，所述的电源单元通过编码控制器与所述的LED发光二极管相连接。

11.根据权利要求8所述的设备实时监控与机架定位系统，其特征在于，所述的移动通信接入模块为GPRS模块，所述的移动通信网络为GPRS无线通信网络。

12.一种利用权利要求8所述的系统实现设备实时监控与机架定位的方法，其特征在于，所述的方法包括以下步骤：

(1)在设备相对于机架移动过程中，所述的电子标签中的磁感应装置感应到磁编码装置的磁场力和/或电子标签中的光感应装置感应到光编码装置的发光，向电子标签中的可充电电池电源进行充电；

(2)所述的磁感应装置将感应到的磁编码装置中预设的磁编码信息发送至电子标签的中央控制器，和/或光感应装置将感应到的光编码装置的光编码信息发送至电子标签的中央控制器，驱动该中央控制器进入激活/睡眠状态；

(3)所述的中央控制器在激活状态下对接收到的磁编码信息和/或光编码信息进行解码；

(4)所述的中央控制器驱动所述的RFID发射器将电子标签ID、解码后的磁编码信息和/或光编码信息通过天线以无线电波的方式向外界发射；

(5)所述的RFID阅读器接收到该无线电波并将相应的电子标签ID、解码后的磁编码信息和/或光编码信息传送给移动通信接入模块；

(6)所述的移动通信接入模块通过移动通信网络将相应的信息发送至后台监控定位系统；

(7)所述的后台监控定位系统根据该信息进行后续的设备在机架上的位置定位和状态分析。

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