CN101599131B - 一种高速射频自动识别系统和方法 - Google Patents
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Abstract
一种高速射频自动识别系统和方法，涉及射频自动识别系统，其特征在于：包括一射频单元，射频单元外接有用于与信息载体收发数据的天线单元一和天线单元二，射频单元通过线缆分别和基带处理单元、下位控制单元连接，基带处理单元通过线缆和下位控制单元连接，下位控制单元外接有用于在信息载体到达第一位置时产生压轴信号的检测单元一和用于在信息载体到达第二位置时产生判轴信号的检测单元二，下位控制单元通过线缆和上位控制单元连接。本发明所述的高速射频自动识别系统和方法，结构简单合理，成本较低，能够适应高速车辆自动识别，大大的提高了射频自动识别系统的准确性和可靠性。
Description
技术领域
本发明涉及射频自动识别系统，具体的说是一种高速射频自动识别系统和方法。
背景技术
射频识别(RFID)技术是一种无接触自动识别技术，其基本原理是利用射频信号及其空间耦合、传输特性，实现对静止或移动中的待识别物品的自动机器识别。
射频识别系统一般由两个部分组成，即电子标签和阅读器。在电子标签与阅读器之间实现射频信号的空间耦合，在耦合通道内，根据时序关系，实现能量的传递、数据的交换。系统工作时，阅读器发出微波查询能量信号，电子标签收到微波查询能量信号后，将一部分微波查询能量信号整流为直流电源供电子标签内的电路工作，另一部分微波查询能量信号被电子标签内保存的数据信息调制后反射回阅读器。阅读器接收反射回的幅度调制信号，从中提取出电子标签中保存的标识性数据信息。
在现有技术中，特别当射频识别技术应用于货车车辆管理时，存在一定的问题：在现有的车辆信息识别系统中，所采用的电子标签一般为无源电子标签，标签在经过电磁场的过程中有一个充电、激活的过程，使得车辆的速度受到很大的限制，同时由于读取的次数减少，也使得数据被正确判断的可能性降低，易出现漏号、错号等现象。
另外，现有的系统都只使用单一天线，当天线发射故障后，系统也就随即瘫痪，因此系统可靠性较差。
发明内容
针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种高速射频自动识别系统和方法，结构简单合理，成本较低，能够适应高速车辆自动识别，大大的提高了射频自动识别系统的准确性和可靠性。
为达到以上目的，本发明采取的技术方案是：
一种高速射频自动识别系统，其特征在于：包括一射频单元50，射频单元50外接有用于与信息载体70收发数据的天线单元一60和天线单元二61，射频单元50通过线缆分别和基带处理单元40、下位控制单元30连接，基带处理单元40通过线缆和下位控制单元30连接，下位控制单元30外接有用于在信息载体70到达第一位置时产生压轴信号的检测单元一10和用于在信息载体70到达第二位置时产生判轴信号的检测单元二11，下位控制单元30通过线缆和上位控制单元20连接；
检测单元二11靠近天线单元一60安装，且检测单元一10和检测单元二11之间间隔一固定距离S，所述固定距离S为45～60米；
上位控制单元20控制天线单元一60和天线单元二61在高速工作模式或主备工作模式间切换；
高速工作模式时，天线单元一60和天线单元二61同时工作，形成一个较大的电磁场区域；
主备工作模式时，只有一个天线单元工作，另一天线单元处于备用状态。
在上述技术方案的基础上，天线单元一60和天线单元二61共同组成一个设置在信息载体移动路径上的天线单元，天线单元一60的电磁场区域一和天线单元二61的电磁场区域二相互衔接或局部重叠，形成一个较大的电磁场区域。
一种基于权利要求1所述系统的高速射频自动识别方法，其特征在于包括以下具体步骤：
步骤A、自动识别系统初始化完成后，当信息载体70到达检测区域的第一位置时，检测单元一10产生压轴信号序列并发送到下位控制单元30，下位控制单元30对压轴信号序列进行处理和分析，判断出信息载体70的移动速度，并将移动速度作为分析结果发送到上位控制单元20；
步骤B、上位控制单元20收到移动速度的分析结果后，根据系统应用状况选择工作模式，并向下位控制单元30发送工作模式和启动指令，下位控制单元30根据工作模式和启动指令完成射频单元50、天线单元一60和/或天线单元二61、基带处理单元40的初始化；
步骤C、当信息载体70经过固定距离S到达检测区域的第二位置时，检测单元二11产生判轴信号序列并发送到下位控制单元30，下位控制单元30根据判轴信号序列完成判轴，并将判轴结果发送到上位控制单元20，所述固定距离S为45～60米；
步骤D、当信息载体70继续前进并到达天线单元一60和/或天线单元二61的电磁场区域时，天线单元一60和/或天线单元二61向信息载体70发射微波信号并接收信息载体70发回的信息载体数据并将信息载体数据转发到射频单元50；
步骤E、射频单元50将信息载体数据解调，得到信息载体的数字信号，并将得到的数字信号发送到基带处理单元40；
步骤F、基带处理单元40对数字信号进行协议处理，得到信息载体上的有用信息，并将信息载体上的有用信息在本地保存，等待上位控制单元20的标签查询指令；
步骤G、上位控制单元20收到来自下位控制单元30的判轴结果信号后，向下位控制单元30发送标签查询指令；
步骤H、下位控制单元30收到标签查询指令后，控制基带处理单元40，使基带处理单元40将在本地保存的信息载体的有用信息通过下位控制单元30发送到上位控制单元20；
步骤B所说的工作模式分为高速工作模式和主备工作模式，高速工作模式时，天线单元一60和天线单元二61同时工作，形成一个较大的电磁场区域，增加了信息载体通过电磁场的时间；主备工作模式时，只有一个天线单元工作，另一天线单元处于备用状态，提高了系统的可靠性；
步骤B所说的根据系统应用状况选择工作模式是指：用户预先设定一速度门限值，当移动速度高于该门限值时选择高速工作模式，否则选择主备工作模式。
本发明所述的高速射频自动识别系统和方法，结构简单合理，成本较低，能够适应高速车辆自动识别，大大的提高了射频自动识别系统的准确性和可靠性。
附图说明
本发明有如下附图：
图1高速射频自动识别方法流程图
图2高速射频自动识别系统结构示意框图
图3天线单元的组合方式示意图
图4检测单元、天线单元与信息载体移动方向的示意图
具体实施方式
以下结合附图对本发明作进一步详细说明。
如图2所示，本发明公开了一种高速射频自动识别系统，包括一射频单元50，射频单元50外接有用于与信息载体70收发数据的天线单元一60和天线单元二61，射频单元50通过线缆分别和基带处理单元40、下位控制单元30连接，基带处理单元40通过线缆和下位控制单元30连接，下位控制单元30外接有用于在信息载体70到达第一位置时产生压轴信号的检测单元一10和用于在信息载体70到达第二位置时产生判轴信号的检测单元二11，下位控制单元30通过线缆和上位控制单元20连接。所说的信息载体70是指安装有用于射频识别用的电子标签的车辆。所说的检测单元一10、检测单元二11可以是开机磁钢传感器或剪力传感器。
在上述技术方案的基础上，天线单元一60和天线单元二61共同组成一个设置在信息载体移动路径上的天线单元，天线单元一60的电磁场区域一和天线单元二61的电磁场区域二相互衔接或局部重叠，形成一个较大的电磁场区域。如图3所示，本发明同时使用两个天线单元，且天线单元一60形成的电磁场区域一和天线单元二61形成的电磁场区域二有一重叠区域，形成一个较大的扇形电磁场区域，当安装有用于射频识别用的电子标签的车辆经过该扇形电磁场区域时，能够有足够的时间被充电、激活、以及与自动识别系统交换数据，并有足够的通讯次数，使自动识别系统能够进行正确判断，提高了自动识别系统能够识别的车辆的速度，同时也提高了识别的正确性；而且当用于低速车辆检测时，自动识别系统可工作于主备模式，由于两幅天线可轮流使用，提高了系统的可靠性。
如图4所示，本发明所述系统的检测单元二安装在距天线单元一较近的位置，检测单元一和检测单元二之间间隔一固定距离S，所说的固定距离S为45～60米，例如可以是45米、46米、47米、48米、49米、50米、51米、52米、53米、54米、55米、56米、57米、58米、59米或60米；以安装有用于射频识别用的电子标签的货车为例，当货车高速从检测单元一运行到检测单元二时，使得识别系统有足够的时间对车辆运行情况作出判断，完成系统的启动和配置工作。
本发明所述的高速射频自动识别系统加电后，上位控制单元20就处于启动状态，在系统初始化完成之后，上位控制单元20即处于对检测单元一10和检测单元二11的监控状态，检测单元一10和检测单元二11则一直处于加电状态。系统初始化主要完成各单元的上电、自检等基础的准备性操作。
如图1所示，本发明还公开了基于上述高速射频自动识别系统的高速射频自动识别方法，其具体步骤为：
步骤A、自动识别系统初始化完成后，当信息载体70到达检测区域的第一位置时，检测单元一10产生压轴信号序列并发送到下位控制单元30，下位控制单元30对压轴信号序列进行处理和分析，并将分析结果发送到上位控制单元20；
步骤B、上位控制单元20收到分析结果后，根据系统应用状况选择工作模式，并向下位控制单元30发送工作模式和启动指令，下位控制单元30根据工作模式和启动指令完成射频单元50、天线单元一60和/或天线单元二61、基带处理单元40的初始化；
步骤C、当信息载体70到达检测区域的第二位置时，检测单元二11产生判轴信号序列并发送到下位控制单元30，下位控制单元30根据判轴信号序列完成判轴，并将判轴结果发送到上位控制单元20；
步骤D、当信息载体70继续前进并到达天线单元一60和/或天线单元二61的电磁场区域时，天线单元一60和/或天线单元二61向信息载体70发射微波信号并接收信息载体70发回的信息载体数据并将信息载体数据转发到射频单元50；
步骤E、射频单元50将信息载体数据解调，得到信息载体的数字信号，并将得到的数字信号发送到基带处理单元40；
步骤F、基带处理单元40对数字信号进行协议处理，得到信息载体上的有用信息，并将信息载体上的有用信息在本地保存，等待上位控制单元20的标签查询指令；
步骤G、上位控制单元20收到来自下位控制单元30的判轴结果信号后，向下位控制单元30发送标签查询指令；
步骤H、下位控制单元30收到标签查询指令后，控制基带处理单元40，使基带处理单元40将在本地保存的信息载体的有用信息通过下位控制单元30发送到上位控制单元20。
以下用安装有用于射频识别用的电子标签的货车为例，具体说明本发明所述方法：
步骤A，当作为信息载体70的货车到达检测区域的第一位置时，检测单元一10产生一个电脉冲信号作为压轴信号序列，检测单元一10对压轴信号序列进行放大、滤波、整形，例如，将电脉冲信号调整为5V电平的方波作为压轴信号序列，之后，所述压轴信号序列被发送到下位控制单元30，下位控制单元30对压轴信号序列进行处理和分析，判断出货车的车速，并将车速作为分析结果发送到上位控制单元20；对压轴信号序列的处理和分析可采用现有技术实现；
在步骤B，上位控制单元20收到车速的分析结果后，根据系统应用状况选择系统的工作模式，并向下位控制单元30发送工作模式和启动指令，下位控制单元30根据工作模式和启动指令完成射频单元50、天线单元一60和/或天线单元二61、基带处理单元40的初始化；所说的工作模式分为高速工作模式和主备工作模式，高速工作模式时，天线单元一60和天线单元二61同时工作，形成一个较大的电磁场区域，增加了信息载体通过电磁场的时间；主备工作模式时，只有一个天线单元工作，另一天线单元处于备用状态，提高了系统的可靠性；启动指令就是用来启动一个或两个天线单元的控制指令；工作模式的确定通常是根据用户的设定来选择的，例如：当货车车速在80km/s以上以高速模式启动系统，80km/s以下以主备工作模式启动系统。下位控制单元30控制射频单元、天线单元、基带处理单元使系统按配置要求进行初始化，完成系统的启动工作，同时，上位控制单元20在等待判轴信号的到来；
在步骤C，当信息载体70到达检测单元二11的位置时例如，装有电子标签的铁路货车到达判轴磁钢位置时，所述检测单元二11的传感器产生另一个电脉冲序列信号，经过检测单元二11的信号检测电路对所述电信号放大、滤波和整形后，形成判轴信号。检测单元二11将所述判轴信号发送到下位控制单元30；下位控制单元30根据判轴信号进行判轴，并将判轴结果发往上位控制单元20；
在步骤D，当信息载体70继续前进并到达天线单元一60和/或天线单元二61的电磁场区域时，天线单元一60和/或天线单元二61向信息载体70发射微波信号，信息载体70上的电子标签将一部分微波信号整流为直流电源供电子标签内的电路工作，另一部分微波信号被电子标签内保存的数据信息调制后形成反射波，通过天线单元反馈回高速射频自动识别系统；
在步骤E，高速射频自动识别系统接收反射回的幅度调制信号，射频单元50将信息载体数据解调，从中提取出电子标签中保存的标识性数据信息。在本实施例中，通过天线单元接收来自信息载体的射频信号，通过射频单元50对所述射频信号进行解调，并将解调后的数据发送到基带处理单元40；
在步骤F，基带处理单元40对解调后的数字信号进行处理。在本实施例中，用于对接收数据的解码和解帧，以及对重帧和错帧的判断处理，并存储数据；
在步骤G，当上位控制单元20收到判轴信号后，则上位控制单元将查询标签指令发送到下位控制单元30。上位控制单元20与下位控制单元30之间的通讯是通过特定的通信接口进行的，所述通信接口可以是RS232传输芯片、RS485传输芯片、光传输模块等通信模块中的任何一种。
在步骤H，下位控制单元30控制基带单元40将所识别出的标签数据通过下位控制单元30的通信接口发送到上位控制单元20。从而使上位控制单元20获取了信息载体上的数据，并且进而可以利用数据管理软件，在上位控制单元20上对所采集的数据进行存储、统计、显示、检索、排序等处理。
如图2所示的高速射频自动识别系统结构示意框图，所述车辆射频自动识别系统包括：检测单元一10、检测单元二11、上位控制单元20、下位控制单元30、基带处理单元40、射频单元50、天线单元一60、天线单元二61和信息载体70。
所述：检测单元一10、检测单元二11中，每个检测单元都可以通过一个传感器和一个信号检测电路来实现，其中传感器可以是磁传感器、光电传感器或压力传感器中的任意一种，如SB-K1M-FP剪力传感器，而信号检测电路则包括放大电路、滤波电路和整形电路，如ADI的集成运放。其中，放大电路对传感器所采集的电信号进行功率放大；滤波电路针对某一特定频带的信号进行提取，从而滤去了其他频带的信号，在本发明中，优选地，通过滤波电路提取频率为1-1000kHz的信号，可以设计成一般的低通滤波器；整形电路将所采集的信号进行整形，例如整理为方波、正弦波、三角波等等，在本发明的实施例中，优选地，将压轴信号和判轴信号整理为方波。
上位控制单元20在是射频自动识别系统中作为控制的中心，可以使用PC机、服务器等设备作为控制单元。优选地，在本实施例中，采用工控机作为上位控制单元，工控机具有RS232/422/485、USB、光纤等通信端口，以便与外界的其他控制单元或检测单元进行通信；工控机还具有通常的CPU、内部存储器、外部存储器等计算机常有配置设备，以便于进行数据处理运算。
所述下位控制单元30可以是与上位控制单元相同的计算设备，如PC机、服务器、工控机等，另外也可以是其他的硬件逻辑单元，在本实施例中，优选采用单片机例如C8051作为下位控制单元30，可以与射频单元50和天线单元60集成在一起，以固定式或便携式射频识别设备的形式实现。所述单片机也具有与上位控制单元20通信的接口，通过通信接口，单片机从上位控制单元20接收指令，从而能够接收信息载体70的存储数据；
在本实施例中，所述射频单元包括锁频电路、功率合成电路、输入输出电路，所述锁频电路通过锁相环实现，锁相环是本领域常见的频率控制器件，可以通过现有的多种集成电路如CD4046实现。功率合成电路是一种功率放大电路，采用两级双路合成，第一级为放大，之后将信号分为两路，分别放大后合成，功放管可选用2W左右的例如RF5110，可根据应用情况而定。输入输出隔离部件则采用某个频段的环形器例如HYH504。单片机接受指令后，给锁频电路发出指令，锁定频率，再打开功放器件，经两级双路合成，达到预定的输出功率后，经环形器隔离输出微波信号。
所述基带处理单元40，可用常用的数字信号处理芯片，如CPLD、FPGA、DSP等，进行数字信号的编解码、封装和解封装，也可进行数据的储存等，存储单元可以用专用的存储芯片，若数据量小，可以用数字处理芯片的片内存储器。
所述天线单元包括两付天线，当需要进行高速识别时，两个天线同时工作。都发射射频单元输出的射频信号或者接受输入的射频反射调制信号。当识别速度不需要很高时，天线单元可以工作在主备工作模式。
Claims (3)
1.一种高速射频自动识别系统，其特征在于：包括一射频单元(50)，还包括天线单元一(60)、天线单元二(61)、基带处理单元(40)、下位控制单元(30)、检测单元一(10)、检测单元二(11)和上位控制单元(20)，
射频单元(50)外接有用于与信息载体(70)收发数据的天线单元一(60)和天线单元二(61)，射频单元(50)通过线缆分别和基带处理单元(40)、下位控制单元(30)连接，基带处理单元(40)通过线缆和下位控制单元(30)连接，下位控制单元(30)外接有用于在信息载体(70)到达第一位置时产生压轴信号的检测单元一(10)和用于在信息载体(70)到达第二位置时产生判轴信号的检测单元二(11)，下位控制单元(30)通过线缆和上位控制单元(20)连接；
检测单元二(11)靠近天线单元一(60)安装，且检测单元一(10)和检测单元二(11)之间间隔一固定距离S，所述固定距离S为45～60米；
上位控制单元(20)控制天线单元一(60)和天线单元二(61)在高速工作模式或主备工作模式间切换；
高速工作模式时，天线单元一(60)和天线单元二(61)同时工作，形成一个较大的电磁场区域；
主备工作模式时，只有一个天线单元工作，另一天线单元处于备用状态。
2.如权利要求1所述的高速射频自动识别系统，其特征在于：天线单元一(60)和天线单元二(61)共同组成一个设置在信息载体移动路径上的天线单元，天线单元一(60)的电磁场区域一和天线单元二(61)的电磁场区域二相互衔接或局部重叠，形成一个较大的电磁场区域。
3.一种基于权利要求1所述系统的高速射频自动识别方法，其特征在于包括以下具体步骤：
步骤A、自动识别系统初始化完成后，当信息载体(70)到达检测区域的第一位置时，检测单元一(10)产生压轴信号序列并发送到下位控制单元(30)，下位控制单元(30)对压轴信号序列进行处理和分析，判断出信息载体(70)的移动速度，并将移动速度作为分析结果发送到上位控制单元(20)；
步骤B、上位控制单元(20)收到移动速度的分析结果后，根据系统应用状况选择工作模式，并向下位控制单元(30)发送工作模式和启动指令，下位控制单元(30)根据工作模式和启动指令完成射频单元(50)、天线单元一(60)和/或天线单元二(61)、基带处理单元(40)的初始化；
步骤C、当信息载体(70)经过固定距离S到达检测区域的第二位置时，检测单元二(11)产生判轴信号序列并发送到下位控制单元(30)，下位控制单元(30)根据判轴信号序列完成判轴，并将判轴结果发送到上位控制单元(20)，所述固定距离S为45～60米；
步骤D、当信息载体(70)继续前进并到达天线单元一(60)和/或天线单元二(61)的电磁场区域时，天线单元一(60)和/或天线单元二(61)向信息载体(70)发射微波信号并接收信息载体(70)发回的信息载体数据并将信息载体数据转发到射频单元(50)；
步骤E、射频单元(50)将信息载体数据解调，得到信息载体的数字信号，并将得到的数字信号发送到基带处理单元(40)；
步骤F、基带处理单元(40)对数字信号进行协议处理，得到信息载体上的有用信息，并将信息载体上的有用信息在本地保存，等待上位控制单元(20)的标签查询指令；
步骤G、上位控制单元(20)收到来自下位控制单元(30)的判轴结果信号后，向下位控制单元(30)发送标签查询指令；
步骤H、下位控制单元(30)收到标签查询指令后，控制基带处理单元(40)，使基带处理单元(40)将在本地保存的信息载体的有用信息通过下位控制单元(30)发送到上位控制单元(20)；
步骤B所说的工作模式分为高速工作模式和主备工作模式，高速工作模式时，天线单元一(60)和天线单元二(61)同时工作，形成一个较大的电磁场区域，增加了信息载体通过电磁场的时间；主备工作模式时，只有一个天线单元工作，另一天线单元处于备用状态，提高了系统的可靠性；
步骤B所说的根据系统应用状况选择工作模式是指：用户预先设定一速度门限值，当移动速度高于该门限值时选择高速工作模式，否则选择主备工作模式。
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| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right |
Denomination of invention: System and method for automatically identifying high speed radio frequency Effective date of registration: 20130913 Granted publication date: 20120530 Pledgee: Optics Valley Wuhan venture capital fund Co., Ltd. Pledgor: Wuhan Winningchina Microsystem Technologies Co., Ltd. Registration number: 2013420000016 |
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| PLDC | Enforcement, change and cancellation of contracts on pledge of patent right or utility model | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20120530 Termination date: 20170710 |
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| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |