CN103077411A - 用于具有多个可无接触地读取的应答器的构造的方法和读写设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种读写设备和用于在具有多个可无接触地读取的应答器的构造中的读写设备的方法，其中应答器中的每个具有唯一的识别码，其中读写设备与工业控制装置连接且在识别阶段中由读写设备检测应答器中的多个。在识别阶段中多次检测应答器中的至少两个，其中在每次检测每个应答器时分别登记识别码和关于检测的一定数量的特征，在评估阶段中为已检测的应答器中的每个分别统计地评估特征，为应答器中的每个确定统计变量，应答器的统计变量分别借助过滤标准过滤，所述应答器中的满足过滤标准的应答器的识别码作为已检测的应答器被报告给控制装置。通过该方法，即使在密封包装的环境中也确保最近的应答器的明确的识别。

Description

用于具有多个可无接触地读取的应答器的构造的方法和读写设备

技术领域

本发明涉及一种用于在具有多个可无接触地读取的应答器的构造中的读写设备的方法，其中，所述应答器中的每个具有唯一的识别码，其中，所述读写设备与工业控制装置连接，并且其中，在所述识别阶段中由所述读写设备检测所述应答器中的多个，以及一种用于使用在具有多个能够无接触地读取的应答器的构造中的、用于实施所述方法的读写设备。

背景技术

借助于RFID技术（RFID=Radio Frequency Identification，射频识别），通过读写设备（“阅读器”）无接触地检测并且读取在大多数情况下被称为应答器或者“tags”的RFID标签。在此，应答器通常通过由读写设备通过发射具有足够的发射功率的载波而产生的电磁场被激活，并且大多还供有电能（无源应答器），然而其中也已知下述实施形式，其中应答器的供电通过例如电池的专用电源来完成（有源应答器）。

RFID技术大多用于在读写设备的周围环境中想要通过无线电明确地检测和识别例如工件、寄送件等物体的位置中。为此，读写设备能够将至少包括一个唯一的识别码的信息通过无线电存储到应答器上并且再次读取。在此，在工作环境中，尤其在工业自动化构造中，读写设备通常连接到控制单元（工业控制器“PLC”或者个人计算机）上。

特别是在工业生产设备中使用RFID技术时常常要求的是，明确地地识别正好这样的物体并且因此明确地识别正好这样的、直接邻近于读写设备的应答器，以便接着在所述物体上执行相应的工序等。另一方面，在这样的工业自动化环境中常常使用所谓的远场RFID系统，所述远场RFID系统能够典型地在读写设备周围几米的范围内实现应答器的检测。在密封包装的环境中，当因此多个物体连同其所属的应答器彼此邻近地设置时，那么经常出现，RFID读写设备在其检测范围内同时检测多个应答器，也就是说，除了离读写设备或其天线最近的应答器之外，还检测其他应答器。在此，在这个时间点待处理的或者待操作的物体的明确的分配是不可能的，以至于在下游的进程中可能出现错误。

为了解决所述问题已知的是，将读写设备的发射功率降低至使得由于与降低的发射功率联系在一起的更低的有效范围仅最多识别唯一的应答器。在此，被证实为不利的是，在此发射功率必须降低或者下降至使得在许多情况下不再能够可靠地检测或者识别所期望的（“正确的”）应答器。特别是在根据进程在相同的应答器的数据的读和写之间存在更长的时间间隔的情况下，不能确保的是：在两个时间点上清晰地识别/检测“正确的”应答器，并且能够分别与所述应答器进行明确的通信。

常常与发射功率的所说明的降低相关联的、类似的解决方案在于，具有绝缘板和反射器的无线电范围构造成，使得无线电范围局限于相应的工作站，并且因此停止对在远处的物体和所述物体的应答器进行不期望的检测。然而，这在个别情况下常常难以完成并且常常导致高的费用。

用于解决所述问题的另一策略在于，允许对具有多个应答器的通信关系进行同时检测和同时运行，其中，借助于与读写设备联系在一起的控制装置实现相应的评估逻辑，借助所述评估逻辑管理多个同时存在的通信关系，并且借助所述评估逻辑根据已检测的识别码和进程逻辑确保，在相应的处理站等处执行与“正确的”（即：通常最近的）应答器相关联的工作过程。然而，这具有下述缺点：用于管理多个通信关系的相应的处理逻辑必须集成在进程控制的逻辑中，其中，其还通常为专用方式，所述方式必须分别与环境匹配地实现在相应的控制装置中。

发明内容

因此，本发明的目的是，说明一种方法和一种读写设备，借助所述读写设备在多个应答器位于读写设备的区域中的构造中明确地确定应答器中的一个确定的、最近的应答器是可能的。

在此，解决问题的核心思想是，借助于读写设备多次检测位于读写设备的无线电范围内的应答器，也称作“盘存”的多次实施，其中，除了已知的（已检测的）应答器之外还分别存储关于应答器中的每个应答器的附加信息，即例如为分别测量的接收场强（RSSI，接收信号强度指示）、在相应的过程中的读写设备的发射功率、所使用的天线（在具有多个天线的读写设备的情况下）、检测时间（时间戳）等的无线电连接的特征。为已检测的应答器中的每个统计地处理或者合并所述特征，并且随后借助于预先确定的或者存储的过滤标准来评估，其中只有当应答器的统计地处理的或者合并的特征预先满足已确定的极限值时，应答器才被视为是有效检测的。

所述目的尤其通过一种用于在具有多个可无接触地读取的应答器的构造中的读写设备的方法和通过一种用于使用在具有多个能够无接触地读取的应答器的构造中的读写设备得以实现。

在此，提出一种用于在具有多个可无接触地读取的应答器的构造中的读写设备的方法，其中，应答器中的每个具有唯一的识别码，其中，读写设备与工业控制装置连接，并且其中，在识别阶段中由读写设备检测应答器中的多个。在识别阶段中，多次检测应答器中的至少两个，其中在每次检测每个应答器时分别登记所述应答器的识别码和关于所述检测过程的一定数量的特征（RSSI、SL、ANT、TIME），其中，在评估阶段中为已检测的应答器中的每个分别统计地评估所述特征，其中为应答器中的每个确定统计变量，其中，应答器的已确定的统计变量分别借助于过滤标准来过滤，并且其中，应答器中的满足过滤标准的应答器的识别码作为已检测的应答器被报告给控制装置。通过所述方法，即使在密封包装的环境中也确保对最近的应答器的明确的识别。在此，为了过滤过远距离，不必借助于进程控制逻辑或者借助于人工干预。此外，所述方法是对在不同的应用情况下的多个问题的普遍可用的解决方案。

此外，所述目的的解决方案提供一种用于使用在具有多个可无接触地读取的应答器的构造中的读写设备，其中，读写设备构造成用于实施上面所说明的方法。借助所述读写设备能够实现已经借助于所述方法说明的优点。

在下文中说明了根据本发明的方法的有利的扩展方案。在此所说明的特征和优点在意义上也适用于根据本发明的读写设备。有利的扩展方案既能够单独地也能够相互任意组合地应用。

在一个有利的扩展方案中，将正好一个应答器作为“已检测的”报告给控制装置。如果考虑多个应答器或者根本没有应答器能够被确定，那么将停止报告并且有利地输出错误消息。这造成已连接的控制装置总是能够借助唯一的分配结果来工作，而不必进行后续的过滤。

如果在第一次过滤之后考虑多于一个应答器位于无线电范围内，那么有利地执行进一步的处理，其中，将不同的应答器的确定的统计变量相互关联或者进行比较。在此，将选择并且报告至少在一个变量或者一个特征方面超过其他应答器的应答器。在此，能够有利地提出，只有当应答器显著地、即明显至少在一个特征方面区别于其他应答器时，应答器才被报告，这意味着，就至少一个特征而言，必须给出与下一个“更差”的应答器的“最小差异”。

作为用于过滤标准的并且也用于关于特征的所说明的最小差异的极限值，能够手动地管理数值，然而替选的是，也通过在试运行中“学习”来确定所述数值。为此，例如也能够借助于受过训练的神经网络评估所述统计变量。

附图说明

下面，借助于附图阐述根据本发明的方法的实施例。所述附图同时用于阐述根据本发明的读写设备。

在此示出：

图1示意地示出在无线电范围内的具有读写设备和四个应答器的构造，和

图2示意地示出在多个检测过程（“盘存”）中的、在检测应答器时存储在读写设备中的特征。

具体实施方式

在图1中示意地示出读写设备SLG，在所述读写设备的最大无线电范围FB中设置有应答器TR1、......、TR4。

下面，将借助于图2阐述：应答器TR1、......、TR4如何被识别为与读写设备SLG最近的应答器，以便将所述应答器的识别码ID1、......、ID4报告给处理站等的（没有示出的）控制装置。

首先，读写设备在识别阶段期间连续地实施识别过程、即所谓的“盘存”，其中，分别检测所有位于无线电范围FB中的应答器TR1、......、TR4。所述识别阶段能够持续确定的时间段；替选地，也能够确定识别循环（盘存）的次数。

在此，在每次“盘存”时，相对于每个已检测的应答器TR1、......TR4能够检测所谓的特征并且存储为附加信息，所述附加信息存储在如在图2中示出的表格中，或者以其他方式和方法存储在读写设备中。在此，在图2中示出一个示例，其中，实施了三次盘存IV1、IV2、IV3，其中，编制了具有特征的三个表格TIV1、TIV2、TIV3。在此作为特征示例的是，分别检测应答器TR1、......、TR4的接收相应的应答消息的时间戳TIME，并且从而检测盘存的接收相应的应答消息的时间戳TIME、当前的接收电平RSSI（接收信号强度指示）、发射功率SL和在接收时使用的天线ANT；为此在本示例中假设，使用三个天线ANTx.1、ANTx.2和ANTX.3。在一个有利的变型形式中，特别是为了节约存储空间和为了简化后续的处理，能够分别合并或者汇总信息（特征），例如通过为应答器TR1、......、TR4中的每个应答器仅存储两个时间戳TIME、即存储相应的应答器TR1、......、TR4的第一次检测的时间戳和最后一次检测的时间戳，或者仅存储识别应答器的盘存的绝对次数或者仅分别存储最小的和最大的RSSI值和平均的RSSI值等。

在识别阶段（检测阶段）结束后，实施所收集的数据的评估；但是在一个扩展方案中，能够在识别阶段期间就已经开始评估。然而，这只有当在上述时间段期间能够实施足够次数的盘存IV1、IV2、IV3时，才能够有利地发生；否则不能够以统计学的方式安全地评估所述数据（特征）。现在统计地评估已检测的数据，使得统计变量作为用于各个应答器TR1、......、TR4的识别质量的特征值。重要的变量例如为：

●RSSI值的方差 $\mathrm{\σ}=\underset{k}{\mathrm{\Σ}}{(\mathrm{RSSI}\left(k\right)-{\mathrm{RSSI}}_{\mathrm{mean}})}^2$

●均方根误差 $e=\sqrt{\underset{k}{\mathrm{\Σ}}{(\mathrm{RSSI}(k+1)-\mathrm{RSSI}\left(k\right))}^2}$

●RSSI与发射功率的平均比例

●盘存的最长序列，在所述盘存中识别应答器，等等。

在盘存次数变化的情况下能够有意义的是，将方差或者均方根误差除以盘存的次数k，其中评估以所述盘存为基础。

对于在评估时考虑的变量，在读写设备中分别确定极限值，其中只有当所有变量超过相应的极限值时，应答器TR1、......、TR4才被视为安全地检测的。在一个替选的实施形式中，也能够对读写设备编程，使得仅对于所述变量中的所选择的变量而言必须超过极限值；必须使变量“满足”的选择和极限值也能够通过学习阶段（“教学”）来学习或者训练，以替代手动地确定。为此，在具体的应用情况下能够汇总所谓的“测试场景”，其中自动地调节读写设备并且在此确定极限值（阈值），使得仅以测试的方式使用的应答器TR1、......、TR4中的一个确定的应答器被筛选出来并且被报告。

因此，已提及的极限值是过滤标准，所述过滤标准单独地应用于每个已检测的应答器TR1、......、TR4的每个已检测的变量。除了绝对的过滤标准以外，附加地或者替选地还可能的是，应用相对的过滤标准。这意味着，分别选择具有最好的“质量”的应答器TR1、......、TR4。在理想情况下，离读写设备或者所述读写设备的天线最近的应答器TR1、......、TR4对于所有变量而言具有最佳值。然而，还可设想下述评估场景，其中已检测的、有效的应答器TR1、......、TR4与其他应答器TR1、......、TR4相比应仅在绝大多数的变量中是更好的。

除了已提及的过滤标准以外能够确定，关于所述变量的所谓的“最小差异”应存在于应答器TR1、......、TR4之间。那么在该情况下适用的是，当关于统计变量中的至少一个，在应答器TR1、......、TR4中的“最好的”和应答器TR1、......、TR4中的“第二好的”之间存在最小的、绝对的或者相对的差时，才选出偏爱的应答器TR1、......、TR4，并且报告给控制装置。原则上，多个应答器TR1、......、TR4实际上也能够位于离读写设备的天线更近的范围中。在这种情况下，也能够以正确的方式将多个应答器TR1、......、TR4报告给控制装置。然而在这种情况下替选的是，读写设备还能够输出错误消息，以至于只有当应答器TR1、......、TR4中的仅正好一个确定为过滤进程或者选择进程的结果时，才进行实际的报告。

下面将示例地讨论下述情况，其中在读写设备SLG的无线电范围FB内发现应答器TR1和TR2。在此，RSSI_mean是相应的应答器TR1、......、TR4的接收场强值的平均值。下述内容适用于读写设备SLG的配置：

●过滤标准：RSSI_mean>85和e<1.0

●最小差异：a_RSSI_mean>5，a_e>0.1

在第一种情况下，在评估阶段中确定下面的统计变量：

●RSSI_mean(TR1)=86,e(TR1)=0.99;

●RSSI_mean(TR2)=84,e(TR2)=1.1

这意味着：

TR1满足极限值，然而TR2不满足。在应答器TR1、TR2之间的差异（RSSI_mean(TR1)-RSSI_mean(TR2)<a_RSSI_mean）低于最小值。因此，应答器TR1、TR2都不是有效的，以至于输出错误报告或者将错误代码传输给控制装置。

在相同配置的第二种情况下，在评估时确定的统计变量适用于：

●RSSI_mean(TR1)=110,e(TR1)=0.7;

●RSSI_mean(TR2)=95,e(TR2)=0.8

在此，两个应答器TR1、TR2满足极限值，以至于多于一个应答器TR1、TR2被确定为是有效的，使得同样输出错误。因此，在这种情况下，原则上能够扩展过滤标准，使得总是选择具有最好的“质量”（例如RSSI平均值）的应答器TR1、TR2，即在这种情况下为应答器TR1。

在相同配置的第三种情况下，确定的统计变量适用于：

●RSSI_mean(TR1)=110,e(TR1)=0.7;

●RSSI_mean(TR2)=78,e(TR2)=0.9

在此，仅应答器TR1满足极限值，此外，满足在TR1和TR2之间的最小差异。因此，正好一个应答器满足过滤标准，以至于应答器TR1作为“已检测的”被报告给控制装置。

Claims (5)

1.用于在具有多个能够无接触地读取的应答器（TR1、......、TR4）的构造中的读写设备（SLG）的方法，

其中，所述应答器（TR1、......、TR4）中的每个具有唯一的识别码（ID1、......、ID3），

其中，所述读写设备（SLG）与工业控制装置连接，并且

其中，在识别阶段中由所述读写设备（SLG）检测所述应答器（TR1、......、TR4）中的多个，

其特征在于，

在所述识别阶段中多次检测所述应答器（TR1、......、TR4）中的至少两个，

在每次检测每个应答器（TR1、......、TR4）时分别登记所述识别码（ID1、......、ID3）和关于检测的一定数量的特征（RSSI、SL、ANT、TIME），

在评估阶段中为已检测的应答器（TR1、......、TR4）中的每个分别统计地评估所述特征（RSSI、SL、ANT、TIME），

其中，为所述应答器（TR1、......、TR4）中的每个确定统计变量，

其中，将所述应答器（TR1、......、TR4）的已确定的统计变量分别借助于过滤标准过滤，

其中，将满足过滤标准的所述应答器（TR1、......、TR4）的所述识别码（ID1、......、ID3）作为已检测的应答器（TR1、......、TR4）报告给控制装置。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，

将所述已检测的应答器（TR1、......、TR4）中的仅一个作为已检测的报告给所述控制装置。

3.根据上述权利要求之一所述的方法，其特征在于，

在多于一个应答器（TR1、......、TR4）的已确定的所述统计变量满足所述过滤标准的情况下，将所述应答器（TR1、......、TR4）的所述已确定的统计变量相互关联或者进行比较，其中，将所述应答器（TR1、......、TR4）中的、已确定的统计变量至少在所述过滤标准中的一个方面超过其他应答器（TR1、......、TR4）的所述统计变量的那个应答器报告给所述控制装置。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，在报告之前检验，是否至少在所述过滤标准中的一个方面，在待报告的所述应答器（TR1、......、TR4）的和其他已检测的应答器（TR1、......、TR4）的已确定的统计变量之间满足最小差异，否则停止所述报告。

5.用于使用在具有多个能够无接触地读取的应答器（TR1、......、TR4）的构造中的读写设备（SLG），其特征在于，

所述读写设备（SLG）构成为用于实施上述方法之一。

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