CN103136550A - 一种rfid识别电子标签方位的系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种RFID识别电子标签方位的系统，包括智能收发器、电子标签和服务器，所述智能收发器为两个，相互背向安装，其正面信号独立朝向一个方向，两个背面信号覆盖区域会重叠；所述智能收发器包括一个射频发射模块、至少一个射频接收模块和射频天线；不同模块可以分别安装独立的天线，也可以共用一个天线；所述电子标签包括射频收发模块、处理器、电源及射频天线；服务器将多个智能收发器连接在一起。本发明采用不同频点的射频接收器和不同频点的射频发射器。通过特别的唤醒设计，解决了现有技术的弊端。允许两个射频智能收发器的信号覆盖区域相互重叠，可在小空间环境中应用，实现了清晰而有时效的判断，选址方便，施工简单，成本低廉。

Description

一种RFID识别电子标签方位的系统

技术领域

本发明属于射频识别领域。射频识别是利用射频技术来对物体进行识别的一种技术。本发明除了利用射频技术进行识别外，还能够识别物体的移动方向。

背景技术

利用射频技术来识别带电子标签的物体移动方向，其原理，就是利用射频的定位作用，根据一组接收器接收到的信号强弱和时间差来判断带电子标签的物体移动方向。

首先，被识别的物体携带射频标签，有源或无源的均可。然后在物体的可能的移动路径上的不同位置设置至少2个接收器，用来探测电子标签的信号。最后根据接收器接收的数据，计算出信号位置和时间差来判断物体的移动方向。

这种技术简单易行。在较大的场合，比如汽车方面就用得较好。而在一些空间较小的场合，有很多弊端。一是接收器选址要求高。由于工作于同一频点，为了能够准确判断，这一方案的接收器的覆盖范围不能重叠。比如在学校门口，房间门口。在这些小空间内，要做到这一点很困难。使得设备安装所需的知识、设备专业性较高。二是判别方向延迟太长。为了判断准确，算法希望物体在穿过2个接收器独立覆盖的区域后才可以进行判断。而2个接收器的独立覆盖区域往往相距较远。从而造成判断延迟，缺乏时效性。三是环境污染。由于缺乏交互，为了保证读取率，这种标签发送频率较高，功耗也较高。在半夜等不需要上报的时间段，频密的发射电磁波对于周边的人和设备来讲是一种不必要的潜在危害。

还有一种做法是采用高频唤醒技术。接收器旁边安装一个发射器。发射器的工作频点是与接收器的频点相近的一个频点。电子标签在发射之前检测这个频点的唤醒信号。如果接收到就按照协议规则发射识别信号。这样，电子标签不会一直发射信号，解决了环境污染问题。同时，利用唤醒信号，电子标签还可以智能的选择发射时机，可以得到更准确地定位。现有的方案里，每个发射器所用的频点是相同的。这就意味着两个发射器的覆盖范围不可以重叠。仍然解决不了第1、2个问题。

更复杂的做法是用低频唤醒技术。在接收器旁放置一低频发射装置，发射唤醒信号。电子标签内安装低频信号接收器，接收这个信号。如果接收到合适的信号，才激活发射功能。由于低频信号覆盖范围小，使得电子标签只在到达低频线圈的范围才会发射信号。所以这个方案比上一个方案定位更准确，因此判断也更清晰。这个方案同时也存在缺点，一是标签需要安装低频信号线圈和处理电路，增加了成本。二是增加了标签体积。为了避免低频电路与高频电路之间相互影响，标签的体积不得不做得较大。三是实施困难。由于要埋布地感线圈，这需要更多的成本，也需要更多的设备，合适的时段以及适合的地面才可以实施。

发明内容

针对上述问题，本发明旨在提供一种允许两个接收器的覆盖区域相互重叠，可在小空间环境中应用，能实现清晰而有时效的判断，选址方便，施工简单，成本低廉的一种RFID识别电子标签方位的系统。

为实现该技术目的，本发明的方案是：一种RFID识别电子标签方位的系统，包括智能收发器、电子标签和服务器，其特征在于：

所述智能收发器为两个，相互背向安装，其正面信号独立朝向一个方向，两个背面信号覆盖区域会重叠；所述智能收发器包括一个射频发射模块、至少一个射频接收模块和射频天线；不同模块可以分别安装独立的天线，也可以共用一个天线；

所述电子标签包括射频收发模块、处理器、电源及射频天线；

服务器将多个智能收发器连接在一起。

作为优选，所述智能收发器的射频发射模块及射频天线具有一定的定向覆盖能力，在智能收发器的正面任何点上的信号强度都强于其反面上对应点位置的信号强度，两个智能收发器所发射的信号强弱经调试后一致。

作为优选，所述智能收发器包括一发射模块，该发射模块在预设的频点上发射导航信号；接收模块则持续在预设的频点上持续接收上报信号。

作为优选，所述智能收发器至少包括一个接收模块，接收模块在预设的频点上持续接收电子标签上报信号；如果接收到上报信号，它通过串行通讯电路将上报数据传给处理器。

作为优选，所述电子标签同时探测预设的频点的导航信号。它对比其信号的强弱，选择信号最强的智能收发器作为上报的对象。

作为优选，所述电子标签除了定时的发射上报信号外，还在一旦发现导航信号强弱对比关系发生变化时，就会立即向新的信号强的智能收发器发射上报信号。

作为优选，所述服务器包括串行通讯电路、电源电路、处理器、网络通讯电路；服务器通过串行通讯电路与智能收发器通讯，通过网络通讯电路与系统外部通讯；服务器接收到智能收发器的上报数据后，判断出电子标签的识别码、方向、时间，通过网络通讯电路发送给其它主机。

本发明采用不同频点的接收器和不同频点的发射器。通过特别的唤醒(导航信号)设计，解决了现有技术的弊端。允许两个接收器的覆盖区域相互重叠，可在小空间环境中应用，实现了清晰而有时效的判断，选址方便，施工简单，成本低廉。

本发明的有益效果是：

1、低功耗，低污染，方案中的标签只有探测到导航信号才工作，减少了电能消耗；同时减少了对周边人体和设备的影响，即使让人长时间佩戴也不会有什么顾虑；

2、实施简单，由于发射接收器背对背安装，发射接收器的选址和覆盖范围的调整变得很简单，只需把发射接收器安装在分隔线上即可，覆盖范围无需调整，这个方案不需要埋布地感线圈，设备分布距离短，施工简单，速度快；

3、采集率高，由于电子标签发射信号少，在单位时间里，就允许更多的电子标签发射信号，这也意味着采集分析系统的运算量减少，可以采用性能更低的硬件设备。

4、判断精确，经过测试，即使电子标签在分隔线上移动半米，这个方案也能够判断出来，因此这个系统适用于空间小的场合。

附图说明

图1智能收发器背向安装示意图。

图2为本发明的智能收发器的信号覆盖原理图。

图3为本发明具体实施例的收发器的结构原理框图。图中，301为射频接收模块，401为射频发射模块，501为控制器，502为串行通讯电路。

图4为本发明具体实施例的电子标签的结构原理框图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明。

本发明的核心原理：采用不同频点的发射器发射的导航信号，同时具有接收电子标签发射的对应频点信号的功能；电子标签通过对比两个或多个发射器的导航信号强度来判断应该向哪个接收器发射识别信号。

本发明包括如下几个部分：

1.智能收发器(简称收发器)

a)包括一个射频发射模块

b)包括至少一个射频接收模块

c)射频天线，不同模块可以分别安装独立的天线，也可以共用一个天线

2.电子标签(简称标签)

a)包括射频收发器

b)包括处理器

c)包括电池

d)包括射频天线

3把多个智能收发器连接在一起的服务器。

智能收发器安装有发射模块，并且发射模块的天线被设计成具有一定的定向覆盖能力。使得在收发器的正面任何点上的信号强度都比其反面上对应点位置的信号强度都强。

如附图1和2所示，两个性能相同的收发器背靠背安装，分别覆盖物体移动路径的2个相反方向。那么，在201收发器正面这一边，在同一位置201收发器的信号强度总是大于202收发器的信号强度。在202收发器正面这一半边也同样，在同一位置202收发器的信号总是比201收发器的信号强。电子标签定时去探测收发器的导航信号。电子标签在判别进入收发器201的覆盖范围时(其信号强度最大)会向对应的收发器201发射一个识别信号；由于202收发器工作在另一个不同的频点，所以接收不到这个识别信号。等到它移动到收发器202的这一半时，就会检测到收发器202的导航信号强度更强，标签向收发器202发射第二个识别信号；当这个电子标签移动到的地点正好就是两个收发器之间的中间区域时，因设置了信号强度阀值，是不会向新的智能收发器发射信号。由此，处理器可以及时准确地判断出移动方向和时间。也可按上述方法组合成三个方向或四个方向的应用。

实施例1

把可用频段划分为8个频点。其中2个频点用来发射唤醒信号，其余的6个频点用来上报；

如图3所示，智能收发器内包括1个发射模块401，2个接收模块301，控制器501，串行通讯电路502。2个接收模块和发射模块与控制器501通过SPI接口相连。控制器的串行口通过串行通讯电路的与外部通讯。同时串行通讯电路还提供防雷保护。

处理器令发射模块持续发射导航信号，导航信号中包括时间信息、频点设置信息和上报回执信号。

同时接收模块在各自不同频点上持续接收上报信号。如果接收到上报信号，它将上报数据传给处理器。处理器将上报数据传给发射模块，以便发送回执信号。同时处理器把上报数据解密之后，传送到串行通讯电路，发送到服务器。

如图4所示，电子标签包括射频接收器、射频发射器、控制器、电池、天线和无源RFID标签组成。电子标签具有有休眠，探测和工作3个状态。在不需要工作的时段，它处于休眠状态，这时候它不发射射频信号也不接收射频信号。在处于探测状态，不断探测预设频点的导航信号。一旦接收到导航信号，它就进入工作状态。进入工作状态瞬间，它向唤醒它的智能收发器发射一次上报信息。之后，它不断对比预设频点的导航信号的场强变化，当另一个智能收发器的导航信号强度更强的时候(设置有阀值，确保能处于另一个智能收发器的正面)，就向这个新的智能收发器发送上报信号，这样就完成了电子标签的上报操作。

服务器包括串行通讯电路、电源电路、处理器、网络通讯电路等组成。服务器通过串行通讯电路与智能收发器通讯，通过网络通讯电路与系统外部通讯。服务器接收到智能收发器的上报数据后，判断出智能标签的识别码、移动方向、时间，通过网络通讯电路发送给其它主机。

具体实施：

1.把1对智能收发器背对背安装在物体移动路径上、分别朝向路径的两个方向。调整好智能收发器正面的方向，确保射频信号在任何天气下可以覆盖到整个移动路径的横截面。

2.连接所有连接线。

3.当电子标签101进入到智能收发器201的范围时，电子标签101向智能收发器201发射上报信号，服务器则识别到这个电子标签。当电子标签101越过智能收发器201和智能收发器202的交界时，电子标签101发现收发器202的导航信号更强，那么它就向智能收发器202发送上报信号。服务器则判断出这个智能标签101是在这个时间从201移动到202。服务器把这个判断结果通过网络端口发送到其它主机。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何细微修改、等同替换和改进，均应包含在本发明技术方案的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种RFID识别电子标签方位的系统，包括智能收发器、电子标签和服务器，其特征在于：

所述智能收发器为两个，相互背向安装，其正面信号独立朝向一个方向，两个背面信号覆盖区域会重叠；所述智能收发器包括一个射频发射模块、至少一个射频接收模块和射频天线；不同模块可以分别安装独立的天线，也可以共用一个天线；

所述电子标签包括射频收发模块、处理器、电源及射频天线；

服务器将多个智能收发器连接在一起。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：所述智能收发器的射频发射模块及射频天线具有一定的定向覆盖能力，在收发器的正面任何点上的信号强度都强于其反面上对应点相同位置的信号强度，两个智能收发器所发射的信号强弱经调试后一致。

3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：所述智能收发器包括一发射模块，该发射模块在预设的频点上发射导航信号；接收模块则持续在预设的频点上持续接收上报信号。

4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：所述智能收发器至少包括一个接收模块，接收模块在预设的频点上持续接收电子标签上报信号；如果接收到上报信号，它通过串行通讯电路将上报数据传给处理器。

5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：所述电子标签同时探测预设的频点的导航信号。它对比其信号的强弱，选择信号更强的智能收发器作为上报的对象。

6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：所述电子标签除了定时的发射上报信号外，还在一旦发现导航信号强弱对比关系发生变化时，就会立即向新的信号强的智能收发器发射上报信号。

7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：所述服务器包括串行通讯电路、电源电路、处理器、网络通讯电路；服务器通过串行通讯电路与智能收发器通讯，通过网络通讯电路与系统外部通讯；服务器接收到智能收发器的上报数据后，判断出电子标签的识别码、方向、时间，通过网络通讯电路发送给其它主机。

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