CN102521628A - 高适应性区域目标管理监控的无线射频系统及监控方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种高适应性区域目标管理监控的无线射频系统及监控方法，该无线射频系统包括PC机、读写器以及射频标签，该PC机与读写器相连并进行相互信息交互；该无线射频系统还包括依当前监控区域设置并呈固定状的至少一个中继器；该射频标签与读写器之间形成有至少两条信息通路，第一信息通路由射频标签与读写器之间直接无线射频通信构成，其余信息通路则由射频标签经由至少一个中继器转发至读写器而构成，每条信息通路都采集射频标签的射频信号并记录射频信号的强度值而由读写器接收并传输至PC机。本发明具有无线射频系统的环境适用性高以及可以较为准确知晓射频标签的位置及其运动状态的功效。

Description

高适应性区域目标管理监控的无线射频系统及监控方法

技术领域

本发明涉及无线射频系统领域，更具体的说涉及一种高适应性区域目标管理监控的无线射频系统。

背景技术

随着无线射频识别（RFID）技术的发展与普及,RFID技术已完全进入商业化应用阶段。由于其具有非接触识别、多目标识别和高速移动物体识别等特点，RFID技术显示出巨大的发展潜力与应用空间。目前RFID系统根据不同的应用场合，系统的组成会有所不同，但就其工作原理来看，该RFID系统一般都由电子标签、读写器和PC机组成，该电子标签与读写器之间形成通信通道，该读写器与PC机相连而相互通信。

根据电子标签是否具有电源供应分为有源标签和无源标签两类，一般有源标签较无源标签传输距离要远得多。读写器接收有源标签的距离多采用降低读写器接收灵敏度的方式来降低到无源标签的使用范畴，无源标签传输距离的增加则存在困难。

故对于远距离的射频识别一般采用有源标签，但是，其仍然会存在如下缺陷：

一、简单的有源标签与读写器的模式传输距离仍受标签发射功率的限制，而且在屏蔽箱体（如保险柜或集装箱）中的有源标签传输距离会受到极大的衰减，如一味增加标签的发射功率会增加标签的功耗，这意味着降低标签的使用寿命或是增加标签的电池容量从而使标签体积增加；当然其还可以通过增加读写器数量的方式来增加监控空间范围，此时PC机与读写器的传输则多为有线方式，这将导致系统的安装与实施不便，不适用于户外或野外的环境。

二、标签与读写器之间的通信往往仅能让读写器得到有和无标签信号以及标签信号强弱的结果，其对于标签的具体位置以及物体的当前状态则无从知晓，故整个系统在功能应用上仍存在缺陷。

三、标签与读写器间的数据包传输，原则上为数据越压缩功耗越低，对于不同的应用场合，信息量要求不统一，而现有的有源标签与读写器之间通信的数据包长固定，如果制定足够长的数据包长以便未来信息扩展，则会因为不必要信息导致的标签功耗的增加。

有鉴于此，本发明人针对现有技术中无线射频系统的上述缺陷深入研究，遂有本案产生。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高适应性区域目标管理监控的无线射频系统，以解决现有无线射频系统具有传输距离扩展难以及无法获知标签位置和状态信息的问题。

为了达成上述目的，本发明的解决方案是：

一种高适应性区域目标管理监控的无线射频系统，包括PC机、读写器以及射频标签，该PC机与读写器相连并进行相互信息交互；其中，该无线射频系统还包括依当前监控区域设置并呈固定状的至少一个中继器；该射频标签与读写器之间形成有至少两条信息通路，第一信息通路由射频标签与读写器之间直接无线射频通信构成，其余信息通路则由射频标签经由至少一个中继器转发至读写器而构成，每条信息通路都采集射频标签的射频信号并记录射频信号的强度值而由读写器接收并传输至PC机。

进一步，该无线射频系统还包括转发标签，该转发标签具有前端转发标签和后端转发标签，该前端转发标签与射频标签一起均位于屏蔽箱体内而接收射频标签的射频信号，该后端转发标签则位于屏蔽箱体外而与前端转发标签通信相连并以无线的方式将接收到的射频信号发送出去。

进一步，该至少一个中继器分为一级中继和复级中继，该一级中继接收射频标签或转发标签的标签信号而进行转发，并转发至复级中继或读写器；该复级中继则接收一级中继的中继信号而进行转发，并转发至另一复级中继或读写器。

进一步，该射频标签具有供电单元、主控单元以及无线射频模块，该供电单元向主控单元供给电能，该无线射频模块与主控单元相连并向外发送无线射频信号，该无线射频模块为嵌设在PCB板上通孔的贴片天线。

本发明的另一目的在于提供一种高适应性区域目标管理监控方法，其中，包括如下步骤：

①、根据当前监控区域特点而固定设置至少一个中继器，并调节每一中继器的发射或接收频率而让其能与射频标签、其它中继器或读写器之间发生通信，即通过中继器而形成另外至少一条由射频标签到达读写器的信息通路；

②、每条信息通路都分别采集射频标签的射频信号且记录该射频信号的强度值，并将该信息通路中中继器的信息及射频信号的强度值通过读写器而传输至PC机；

③、由PC机分析处理由读写器传来的信息并获得射频标签及其位置和运动状态。

进一步，该步骤①还包括设置转发标签的步骤，即包括在屏蔽箱体内设置前端转发标签的步骤和在屏蔽箱体外设置后端转发标签的步骤，该前端转发标签能接收射频标签的射频信号并与后端转发标签通信，该后端转发标签则以无线的方式将接收到的射频信号发送出去。

进一步，在步骤①中固定设置的至少一个中继器，分为一级中继和复级中继，该一级中继接收射频标签或转发标签的标签信号而进行转发，并转发至复级中继或读写器；该复级中继则接收一级中继的中继信号而进行转发，并转发至另一复级中继或读写器。

进一步，该步骤①还包括设置射频标签中无线射频模块的步骤，其具有在PCB板上设置通孔的步骤以及在通孔上嵌设贴片天线的步骤。

进一步，在步骤①中调节每一中继器的发射或接收频率是通过PC机中的软件来自动调节。

进一步，在步骤①中还包括通过PC机中软件和当前实际需要而自动调节无线数据包的包长的步骤。

采用上述结构后，本发明涉及的一种高适应性区域目标管理监控的无线射频系统及监控方法，其通过在当前监控区域内设置有至少一个中继器，并让该中继器能接收射频标签的射频信号并转发；如此其除了让射频标签直接发送射频信号传输至读写器这一条信息通路外，还至少形成了通过中继器转发至读写器的信息通路；另外由于每条信息通路都对射频信号的强度值进行记录，故本发明相较于现有技术来说，至少存在如下有益效果：

一、其通过中继器来对射频标签的射频信号进行转发，如此可以提高系统的环境适用性，让射频信号能够更好地传输至读写器中，进而让PC机能更准确地感测得知射频标签；

二、由于各个中继器的位置和读写器的位置均为固定的，故通过对中继器及每条信息通路中所记录射频信号的强度值进行趋势性分析，可以较为准确知晓射频标签的位置及其运动状态，如此则拓展了整个无线射频系统的功能。

附图说明

图1为本发明涉及一种高适应性区域目标管理监控的无线射频系统的信号流程图；

图2为本发明涉及一种高适应性区域目标管理监控的无线射频系统中转发标签的原理框图；

图3为本发明涉及中继器在一块具体区域的布设示意图。

图中：

PC机             1         读写器           2

射频标签         3         中继器            4

一级中继         41        复级中继          42

转发标签         5         前端转发标签      51

无线射频模块     511       主控单元          512

电池             513       后端转发标签      52

无线射频模块     521       主控单元          522

电池             523       屏蔽箱体          6

工作区域         S。

具体实施方式

为了进一步解释本发明的技术方案，下面通过具体实施例来对本发明进行详细阐述。

如图1所示，本发明涉及的一种高适应性区域目标管理监控的无线射频系统，包括PC机1、读写器2以及射频标签3，该PC机1与读写器2相连并进行相互信息交互。

本发明的改进在于：该无线射频系统还包括至少一个中继器4，该至少一个中继器4依当前监控区域设置并均呈固定状；在本实施例中仅示出了两个中继器4，即一个一级中继41和一个复级中继42。

由此，该射频标签3与读写器2之间形成有至少两条信息通路，其中第一信息通路是由射频标签3与读写器2之间直接无线射频通信构成，其余信息通路则由射频标签3经由至少一个中继器4转发至读写器2而构成，其余信息通路可以仅包括一个中继器4，即一个一级中继41，也可以包括一个一级中继41和一个或一个以上的复级中继42，如此通过单独一个中继或最终的复级中继42而与读写器2相连；此时每条信息通路都采集射频标签3的射频信号并记录射频信号的强度值而由读写器2接收并传输至PC机1。

这样，本发明通过在当前监控区域内设置有至少一个中继器4，并让该中继器4能接收射频标签3的射频信号并转发；如此其除了让射频标签3直接发送射频信号传输至读写器2这一条信息通路外，还至少形成了通过中继器4转发至读写器2的信息通路；如此可以提高系统的环境适用性，让射频信号能够更好地传输至读写器2中，进而让PC机1能更准确地感测得知射频标签3。

另外，由于每条信息通路都对射频信号的强度值进行记录，并且由于各个中继器4和读写器2都有一个固定的位置，故本发明通过对中继器4及每条信息通路中所记录射频信号的强度值进行趋势性分析，可以较为准确知晓射频标签3的位置及其运动状态，如此则拓展了整个无线射频系统的功能。

请参照图1和图2所示，为了解决屏蔽箱体6中标签信号传输困难的问题，该无线射频系统还包括转发标签5，该转发标签5具有前端转发标签51和后端转发标签52，该前端转发标签51与射频标签3一起均位于屏蔽箱体6内而接收射频标签3的射频信号，该后端转发标签52则位于屏蔽箱体6外而与前端转发标签51通信相连并以无线的方式将接收到的射频信号发送出去。具体的，如图2所示，该前端转发标签51具有两个无线射频模块511、主控单元512和电池513，该两个无线射频模块511分别与主控单元512相连并可以根据当前需要而分别作为发射模块或接收模块，该电池513则用于向主控单元512提供能量；同样地，该后端转发标签52亦具有两个无线射频模块521、主控单元522和电池523，其功能基本相同故不进行多余赘述。

如图1所示，该至少一个中继器4分为一级中继41和复级中继42，其在本实施例中仅示出了一个一级中继41和一个复级中继42，该一级中继41接收射频标签3或转发标签5的标签信号而进行转发，其可以直接转发至读写器2，也可以先转发至复级中继42，然后让复级中继42再次转发至读写器2；当然在实际工作区域S中，如图3所示，该一级中继41可以被设置为多个，而该复级中继42亦可以被设置为多个，该复级中继42主要是接收一级中继41的中继信号而进行转发，并转发至另一复级中继42或读写器2。

作为该射频标签3的具体结构，该射频标签3具有供电单元、主控单元以及无线射频模块，该供电单元向主控单元供给电能，该无线射频模块与主控单元相连并向外发送无线射频信号，具体的，该无线射频模块时周期性的向外发送标签ID以及包括标签ID和标签状态的信息。优选地，在本发明中，该无线射频模块为嵌设在PCB板上通孔的贴片天线，如此可以保证标签正反面信号强度的对等性，不会因为标签摆放方式而影响其信号强度，同时还可以最大限度得减小标签的产品厚度，在实际使用时，该射频标签3一般是直接贴附在实际监控目标上。

读写器2主要由电源电路模块、主控单元、存储单元、两个无线接收模块和有线传输模块组成，在整个无线射频系统中，它是所有无线射频信号的汇集点，其两个无线接收模块接收系统信号覆盖范围内的无线射频信号，并对信息进行校验，对于射频标签3信号记录其信号强度值，将以上信息传递给主控单元。主控单元主要负责将以上信息解包暂存，并通过有线传输模块将信息传送至PC机1，由PC机1实现信息的管理，同时接收PC机1设置软件的设置命令对读写器2各模块进行设置；存储单元则负责存储读写器2的配置信息和系统设置参数，掉电保存，以便下次开机不需重新设置读写器2的参数信息。读写器2的射频模块的接收灵敏度为可设置项，软件提供信号强度过滤模式，可对信号覆盖范围内不同信号强度值的射频标签3进行过滤，从而实现信号覆盖范围的灵活调控。

PC机1通过管理监控软件对系统目标实行监控和管理；具体为，管理监控软件通过接收的标签ID号对管理目标的身份进行标识及管理，根据标签的信号强度值及节点（读写器2、中继器4）的位置判断监控目标位置或是移动状态（静止或是移动）。PC机1可通过系统设置软件对读写器2和中继器4进行灵活的设置以适应不同场合和应用的需求。

为了让本发明能够被充分公开，本发明还提供一种高适应性区域目标管理监控方法，包括如下步骤：

①、根据当前监控区域特点而固定设置至少一个中继器4，并调节每一中继器4的发射或接收频率而让其能与射频标签3、其它中继器4或读写器2之间发生通信，即通过中继器4而形成另外至少一条由射频标签3到达读写器2的信息通路；需要说明的是，为了让不通部件之间的无线通信能各自独立而不会发生相互干扰，不同的无线传输信道具有不同的载频，从而避免同一信道数据量过多而造成信道拥堵；还有，整个无线射频系统中的所有无线传输设备的无线模块硬件和传输协议均兼容，其只需通过软件改变其无线接收模块的信道就可以接收对应信道的无线射频信号，即通过软件而改变发射和接收频率，同时无线数据包的包长也可以通过软件而进行设置，其最多可以容纳64字节的数据包长，其标签无线数据包长可以根据实际需要的信息量灵活调整，接收端会自动根据标签数据包中的包长信息及包结构提取相关信息，从而适应多种环境和应用的需求。

②、每条信息通路都分别采集射频标签3的射频信号且记录该射频信号的强度值，并将该信息通路中中继器4的信息及射频信号的强度值通过读写器2而传输至PC机1；

③、由PC机1分析处理由读写器2传来的信息并获得射频标签3及其位置和运动状态。

相应地，该步骤①还包括设置转发标签5的步骤，即包括在屏蔽箱体6内设置前端转发标签51的步骤和在屏蔽箱体6外设置后端转发标签52的步骤，该前端转发标签51能接收射频标签3的射频信号并与后端转发标签52通信，该后端转发标签52则以无线的方式将接收到的射频信号发送出去。同样地，在步骤①中固定设置的至少一个中继器4，分为一级中继41和复级中继42，该一级中继41接收射频标签3或转发标签5的标签信号而进行转发，并转发至复级中继42或读写器2；该复级中继42则接收一级中继41的中继信号而进行转发，并转发至另一复级中继42或读写器2。

另外，该步骤①还包括设置射频标签3中无线射频模块的步骤，其具有在PCB板上设置通孔的步骤以及在通孔上嵌设贴片天线的步骤。

本发明多条信息通路的组合使用以及节点（转发标签5、中继器4及读写器2）的增加可以扩展系统的空间、应用及适应范围，实现如在场监控、进出门监控、目标定位和密闭金属箱内物品的实时监控等。

上述实施例和图式并非限定本发明的产品形态和式样，任何所属技术领域的普通技术人员对其所做的适当变化或修饰，皆应视为不脱离本发明的专利范畴。

Claims (10)

1.一种高适应性区域目标管理监控的无线射频系统，包括PC机、读写器以及射频标签，该PC机与读写器相连并进行相互信息交互；其特征在于，该无线射频系统还包括依当前监控区域设置并呈固定状的至少一个中继器；该射频标签与读写器之间形成有至少两条信息通路，第一信息通路由射频标签与读写器之间直接无线射频通信构成，其余信息通路则由射频标签经由至少一个中继器转发至读写器而构成，每条信息通路都采集射频标签的射频信号并记录射频信号的强度值而由读写器接收并传输至PC机。

2.如权利要求1所述的高适应性区域目标管理监控的无线射频系统，其特征在于，该无线射频系统还包括转发标签，该转发标签具有前端转发标签和后端转发标签，该前端转发标签与射频标签一起均位于屏蔽箱体内而接收射频标签的射频信号，该后端转发标签则位于屏蔽箱体外而与前端转发标签通信相连并以无线的方式将接收到的射频信号发送出去。

3.如权利要求2所述的高适应性区域目标管理监控的无线射频系统，其特征在于，该至少一个中继器分为一级中继和复级中继，该一级中继接收射频标签或转发标签的标签信号而进行转发，并转发至复级中继或读写器；该复级中继则接收一级中继的中继信号而进行转发，并转发至另一复级中继或读写器。

4.如权利要求1所述的高适应性区域目标管理监控的无线射频系统，其特征在于，该射频标签具有供电单元、主控单元以及无线射频模块，该供电单元向主控单元供给电能，该无线射频模块与主控单元相连并向外发送无线射频信号，该无线射频模块为嵌设在PCB板上通孔的贴片天线。

5.一种高适应性区域目标管理监控方法，其特征在于，包括如下步骤：

①、根据当前监控区域特点而固定设置至少一个中继器，并调节每一中继器的发射或接收频率而让其能与射频标签、其它中继器或读写器之间发生通信，即通过中继器而形成另外至少一条由射频标签到达读写器的信息通路；

②、每条信息通路都分别采集射频标签的射频信号且记录该射频信号的强度值，并将该信息通路中中继器的信息及射频信号的强度值通过读写器而传输至PC机；

③、由PC机分析处理由读写器传来的信息并获得射频标签及其位置和运动状态。

6.如权利要求5所述的监控方法，其特征在于，该步骤①还包括设置转发标签的步骤，即包括在屏蔽箱体内设置前端转发标签的步骤和在屏蔽箱体外设置后端转发标签的步骤，该前端转发标签能接收射频标签的射频信号并与后端转发标签通信，该后端转发标签则以无线的方式将接收到的射频信号发送出去。

7.如权利要求6所述的监控方法，其特征在于，在步骤①中固定设置的至少一个中继器，分为一级中继和复级中继，该一级中继接收射频标签或转发标签的标签信号而进行转发，并转发至复级中继或读写器；该复级中继则接收一级中继的中继信号而进行转发，并转发至另一复级中继或读写器。

8.如权利要求5所述的监控方法，其特征在于，该步骤①还包括设置射频标签中无线射频模块的步骤，其具有在PCB板上设置通孔的步骤以及在通孔上嵌设贴片天线的步骤。

9.如权利要求5所述的监控方法，其特征在于，在步骤①中调节每一中继器的发射或接收频率是通过PC机中的软件来自动调节。

10.如权利要求5所述的监控方法，其特征在于，在步骤①中还包括通过PC机中软件和当前实际需要而自动调节无线数据包的包长的步骤。

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