CN101782970A

CN101782970A - 用于内河船舶监管的rfid装置

Info

Publication number: CN101782970A
Application number: CN200910056232A
Authority: CN
Inventors: 董丽华; 董耀华; 孙伟; 张巍; 钱汉望
Original assignee: Shanghai Maritime University
Current assignee: Shanghai Maritime University
Priority date: 2009-08-11
Filing date: 2009-08-11
Publication date: 2010-07-21

Abstract

本发明为用于内河船舶监管的RFID装置，包括RFID电子标签、读写器及其天线；RFID装置采用2.45G微波频段；RFID装置中的船载电子标签装置采用功率调节设计：RFID读写器由单片机系统、射频收发模块、E2PROM、PCB天线、电源电路、数据接口电路和匹配电路组成，采用太阳能供电方式和无线网络通讯方式(CDMA或GPRS)，船载电子标签装置以字符串(10位)形式ID作为电子身份编号，外壳表面设有与其ID值相同的条形码；RFID读写器和船载电子标签采用防水防盐雾封装方式；它们的所有行为均由应用软件来控制完成；读写器安装在高于航道水面7至8米的、固定于基础钢板的支架上。本发明融合了RFID的优点和内河船舶的应用背景，并且在实际运用中获得较高的评价，具有十分广泛的应用推广价值。

Description

用于内河船舶监管的RFID装置

技术领域

本发明涉及一种适用于内河船舶监管的装置，更特别地说，是指一种基于RFID技术的内河船舶监管阅读器和船载装置。

背景技术

射频识别(RFID)技术被列为启动21世纪的十大重要技术之一，是一种以无线方式追踪和管理货品的技术方案。射频识别技术是一种非接触式的自动识别技术，它通过射频信号自动识别目标对象并获取相关数据，并可同时识别多个高速运动物体，操作快捷方便。

目前，随着我国国民经济的快速发展，内河航运业日益繁忙。因此，急需一种高效的内河船舶动态信息采集技术，来实现内河船舶的动态监管。本发明将RFID技术应用于内河船舶监管中，将切实加强内河航运信息化建设。

RFID技术的应用将改善船舶航运信息采集依赖于人工观测带来的不足，提高采集的信息质量；实现不停船报港签证，提高航道通航能力；在内河航运“费改税”后，将港航管理职能向服务职能转化，优化港航管理模式，提高港航管理效率；在航运信息共享的基础上，对大规模的RFID数据加工处理和挖掘，辅助港航管理部门进行有效的航道建设决策和业务分析，进一步提高港航管理及服务水平。本发明融合了RFID的优点和内河船舶的应用背景，并且在实际运用中获得较高的评价，具有十分广泛的应用推广价值。

发明内容

本发明的目的在于提供一种适用于我国内河船舶动态信息采集，实现内河船舶监管需求的RFID装置，该装置包括太阳能供电无线数据传输的RFID读写器和远距离低功耗的船载电子标签装置。

本发明解决其问题所采用的技术方案是：

一种用于内河船舶监管的RFID装置，包括分别部署于航道重点位置的RFID读写器及其天线、安装于内河船舶的船载电子标签装置。RFID装置采用2.45G微波频段，通过读写器读s写船载装置内的ID信息实现对内河船舶的动态信息采集和监控管理。

本发明解决进一步技术问题的方案是：我国内河环境不同于物流、制造生产线和高速公路等应用环境，河面宽度60至200米不等，河面对电磁波的吸收和反射影响更强。因此，该RFID装置中的船载电子标签装置采用功率调节设计，使其最大识读距离为至少300米、写距离60米以上；RFID读写器能同时读写多个船载电子标签装置；RFID读写器和电子标签采用防水防盐雾封装方式；船载电子标签装置的工作寿命在不更换电池条件下可连续工作3年以上。本发明解决进一步技术问题的方案是：船载电子标签装置以字符串(10位)形式ID作为该目标内河船舶的电子身份编号，具有全球唯一性。

本发明解决进一步技术问题的方案是：RFID读写器安装在航道重点位置，RFID读写器的部署可能在没有交流供电和有线网络的环境下。因此，该RFID装置中的RFID读写器采用太阳能供电方式和无线网络通讯方式(CDMA或GPRS)。

本发明解决进一步技术问题的方案是：RFID读写器安装支架、高于航道水面7至8米，以保障多艘内河船舶同向或反向并排通过时，船体之间的相互遮挡不影响船舶信息的采集，提高识读成功率，实现多个目标船舶通航信息的同时采集。

本发明解决进一步技术问题的方案是：在应用实施过程中，由于采用“一船一卡”的管理方式，要在不同时段不同地点发放大量的船载电子标签装置。因此，在船载电子标签装置的外壳上表面增加条形码，该条形码与船载电子标签装置的ID值相同，在发放过程中，工作人员可以通过手持激光扫描枪扫描并记录船载电子标签装置的条形码后，将船载电子标签装置发放船户手中。

相较于现有的RFID技术的应用，本发明的内河船舶用RFID装置采用了特殊设计以适应我国内河的应用环境。这些特殊设计包括：船载电子标签装置中发射功率自适应调节，解决发射功率与使用寿命间的矛盾，实现远距离识读和长工作寿命；船载电子标签装置的外壳设计适于内河船舶的安装；RFID读写器采用太阳能供电方式和无线数据传输；RFID读写器在内河航道安装。本发明可以实现内河船舶的远距离识读、内河船舶动态信息的自动采集和内河船舶通航信息的远距离读出和写入，提高内河船舶的动态监管能力和管理水平。

附图说明

下面结合附图与实施案例进一步说明本发明。

图1本发明的船载电子标签装置的功率调节模块原理图；

图2本发明的船载电子标签装置的外观示意图；

图3本发明的RFID读写器的组成原理图；

图4本发明的RFID读写器支架及安装场景示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清晰，以下通过具体实施实例并参见附图，对本发明进行详细说明。

图1是本发明的船载电子标签装置的功率调节模块原理图，为了适应内河环境下远距离识读的需求，在船载电子标签装置中增加的功率调解部分，可以将船载电子标签的发射功率提高，增加识读距离。但是，仅通过简单的提高发射功率，必将使电能快速消耗，无法保障长达3年的使用寿命。

该模块包括两个收发切换模块、两个射频模块、收发控制模块、功率调节模块、功率放大器以及电源模块，所述收发控制模块通过两个收发切换模块分别控制两个信号发射模块的信号发送和接收；两个收发切换模之间的信号发射先通过发射通道发送至功率放大器进行信号放大，再通过发射通道发送出去，两个收发切换模之间的信号接收通过接收通道直接接收；所述功率放大器受控于功率调节模块；该电源模块提供整个装置的电能。

运行时，首先由收发控制模块控制一发切换模块将一信号射频模块切发射的射频信号通过发射通过传输到功率放大器，该放大器将接受到的信号进行相应的功率放大，放大的频率由功率调节模块设定，功率放大器将放大后的信号通过相应的发射通过传输到另一收发切换模块，该切换模块将信号传输到另一信号射频模块。

收发控制模块通过两个收发切换模块分别控制两个信号发射模块的信号发送和接收；两个收发切换模之间的信号发射通过功率放大器进行信号放大，信号接收通过接收通道直接接收；同时功率放大器受控于功率调节模块；电源模块提供整个装置的电能。所述功率调节模块控制功率放大器使得信号发射功率在-20dBm～+20dBm范围内。

该模块通过对无线信号发射功率进行调节，良好的解决了2.4GHz短距离无线通信的发射功率不足或者太大的问题，并且不影响无线信号的接收效果；使用方便，成本较低，适用于任何属于2.4GHz～2.483GHz频段下的无线通信方式，比如：WLAN，Bluetooth，Zigbee等，完全满足国内2.4GHz信息产业部标准。

图2是本发明的船载电子标签装置的外观示意图，外形为长方体，尺寸为：20cm*6cm*3cm；正面印有代表标签ID的条形码和数字，下方设计有电池盒被盖，并可打开利于电池更换；背面有3M胶，并在4各角上设有固定孔，它将和3M起到双重固定的作用。一般情况下，电子标签正面朝外，采用3M胶固定于船舶前舱挡风玻璃的右上角上。其他特殊情况，可利用4个固定孔来固定。通过手持激光扫描枪扫描纪录电子标签上的条形码后，方可发放到船户手中。船载电子标签装置满足IP67防护等级，严酷的条件下，持续浸泡在水里将不会造成有害影响。工作寿命3年以上。

图3是本发明的RFID读写器的组成原理图，其包括：单片机系统、射频收发模块、E2PROM、PCB天线、电源电路、数据接口电路和匹配电路。通过太阳能供电系统与电源电路相连，为RFID读写器供电，维持其正常工作。太阳能供电系统中，太阳能板功率为55W，工作电压小于17V，太阳能板额定电流大于2A。数据接口电路支持UART，RS232和RS485；支持有线网络连接(需分配IP地址)和无线网络连接(CDMA和GPRS)。

读写器具有的主要功能包括：

(1)读写器与标签之间的通信功能：在规定的技术条件下，读写器与标签之间可以进行通信。

(2)读写器与计算机之间可以通过标准接口进行通信：读写器可以通过标准接口与计算机网络连接，并提供相关信息(包括读写器的识别码、读写器识读标签的时间和读写器读出的标签信息)，以实现多读写器在系统网络中的运行。

(3)读写器可以在读写区域内实现多标签同时识读，具备防碰撞功能。

(4)读写器适用于固定和移动标签识读。

(5)读写器能够校验读写过程中的错误信息。

(6)对于有源标签，读写器能够标识电池相关信息(如电量等)。

读写器和标签的所有行为均由应用软件来控制完成。在系统结构中，应用系统软件作为主动方对读写器发出读写指令，而读写器则作为从动方只对应用软件的读写指令进行响应。读写器接收到应用系统软件的动作指令后，回应的结果就是对射频标签做出相应的动作，建立某种通信关系。射频标签响应读写器指令，因而相对于标签来讲，读写器变成指令的主动方。

在RFID系统的工作程序中，应用软件向读写器发出读取命令，作为响应，读写器和标签之间就会建立起特定的通信。读写器触发标签，并对所触发的标签进行身份验证，然后标签开始传送所要求的数据。

读写器的基本任务是触发作为数据载体的射频标签，与这个射频标签建立通信联系，并且在应用软件和一个非接触的数据载体之间传输数据。这种非接触通信的一系列任务(包括通信的建立、防止碰撞和身份验证等)均由读写器来进行处理。

图4是本发明的RFID读写器支架及安装场景示意图，RFID读写器要安装于内河航道的河岸边，支架应高于河面7至8米，其可以为确保读写器可靠的读取率以及可靠性，并能够支撑太阳能板等装置。支架高8米，可承载RFID读写器、太阳能板和避雷装置。基础钢板上钢筋按M20标准攻丝，配镀锌螺丝两个、平光垫圈和弹簧垫圈各一个，将支架固定于基础钢板上。

Claims

1.一种用于内河船舶监管的RFID装置，包括RFID电子标签、读写器及其天线，其特征在于：RFID装置采用2.45G微波频段；RFID装置中的船载电子标签装置采用功率调节设计；RFID读写器由单片机系统、射频收发模块、E2PROM、PCB天线、电源电路、数据接口电路和匹配电路组成，采用太阳能供电方式和无线网络通讯方式(CDMA或GPRS)。

2.根据权利要求1所述的RFID装置，其特征在于：所述的船载电子标签装置以字符串(10位)形式ID作为电子身份编号。

3.根据权利要求2所述的RFID装置，其特征在于：所述的船载电子标签装置的外壳表面设有与其ID值相同的条形码。

4.根据权利要求1所述的RFID装置，其特征在于：所述的功率调节设计包括两个收发切换模块、两个射频模块、收发控制模块、功率调节模块、功率放大器以及电源模块；所述收发控制模块通过两个收发切换模块分别控制两个信号发射模块的信号发送和接收；两个收发切换模之间的信号发射先通过发射通道发送至功率放大器进行信号放大，再通过发射通道发送出去，两个收发切换模之间的信号接收通过接收通道直接接收；所述功率放大器受控于功率调节模块。

5.根据权利要求1所述的RFID装置，其特征在于：所述的RFID读写器和RFID电子标签的所有行为均由应用软件来控制完成。

6.根据权利要求1所述的RFID装置，其特征在于：所述的RFID读写器和船载电子标签采用防水防盐雾封装方式。

7.根据权利要求1所述的RFID装置，其特征在于：所述的RFID读写器安装在高于航道水面7至8米的、固定于基础钢板的支架上。