CN103177276A - 一种基于自适应调整天线功率的货物定位方法与系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种基于自适应调整天线功率的货物定位系统，主要由多天线阵列模块、切换器模块、读写器模块、控制器模块和处理器模块组成。本发明采用天线与读写器分离的方式，通过调整天线的功率，结合垛位上的参考标签，控制天线的作用范围，确保获取信息的准确性。

Description

一种基于自适应调整天线功率的货物定位方法与系统

一、技术领域

本发明属于RFID定位技术领域，涉及多天线切换和自适应调整RFID天线功率，对物品精确定位的系统。

二、背景技术

射频识别技术RFID是一种非接触式的自动识别技术，通过射频信号自动识别目标对象，被称为21世纪十大重要技术项目之一。RFID的基本系统由三部分组成：标签、读写器和天线。标签用于标识不同对象，读写器用于读取和写入标签信息，天线则用于在标签和读写器之间传递射频信号。

与传统的二维码相比，RFID抗污染能力和耐久能力强，具有穿透性和无障碍阅读以及重复使用等特点，并且RFID的数据可以实现反复修改，这使得标签能够循环使用，这将摊薄一次性投入成本；RFID读写器可以同时读取多达上百个RFID标签，其信息识别能力和安全性总体优于二维码。

RFID技术的应用十分广泛，发展迅速，正在逐步走向成熟。其应用领域涵盖政府、物流行业、制造业、交通运输、通信等多个行业，甚至还包括了供应链、人员票据管理、资产管理和车辆管理等重要的人工管理行业。例如，在仓储管理中，RFID技术可以大大减少仓库管理环节，提高工作人员的效率，及时更新数据库信息，使工作人员能够及时了解仓储信息，缩短了盘库时间，降低人员的工作强度。常规采用RFID技术的仓储管理系统在每件货物、托盘上安装RFID标签，在货架和仓库的入口通道上设置RFID读写器，当货物或托盘在读写器的识别范围之内时，读写器可通过货物上的标签获得货物的相关信息，但一个系统使得货物的识别定位操作限制在特定的区域。如果想要获得整个仓库中任一货物的具体信息，需要部署大量的RFID读写器和天线，但这样的系统存在两个问题：(1)读写器的价格一般比较高，大量的读写器造成仓库成本偏高；(2)仓库内部署大量的读写器之间不可避免的会相互产生干扰。如何降低成本，解决读写器的干扰，是有待解决的技术难题。

三、发明内容

获得仓库内任何位置的货物信息，需要部署大量的RFID读写器和天线。市场的产品，一般会将RFID天线和读写器功能进行一体化设计。

针对密布RFID天线/读写器的定位系统带来的读写器成本过高的问题，本发明采用天线与读写器分离的方式，引入天线切换器，实现天线与读写器之间的“多选多”。鉴于读写器的成本远高于天线的成本，因此，天线、天线切换器和读写器的组合使用可以实现读写器的复用功能，用单纯密布天线的方式取代了密布RFID天线/读写器的方式，减少了RFID读写器的数量，降低了系统的综合成本。

本发明提出了一种基于自适应调整天线功率的货物定位方法与系统，采用天线与读写器分离的方式，通过调整天线的功率和角度，结合垛位上的参考标签，限制天线的作用范围，确保获取信息的准确性。

本发明公开了自适应调整天线功率的货物定位方法与系统，该系统引入了多天线和参考标签，可以高效准确的确定RFID标签的确切位置。

图1给出了本发明的系统功能结构图。系统主要由多天线阵列模块、切换器模块、RFID读写器模块、控制器模块和处理器模块组成。具体来说：

多天线阵列模块由多个天线组成，每个垛位底端安装有一个天线，如图2所示，每个天线通过馈线与多天线模块连接。每个天线标记一个垛位上的地址码，且该地址码与其实际的物理位置一致，当RFID阅读器进入一定区域，天线发射信号，该区域的天线接收信号，并激活该区域的RFID标签，同时将该天线的地址信息和RFID标签信息一同传给RFID阅读器。

读写器模块主要有两个功能：一是，支持RFID标签的读取；二是，发送信号给天线，收集各个标签上面的信息，其中包括标签ID、标签返回场强，并处理这些信息，以确定所接收标签是否是要查找的RFID标签。

天线切换器模块与多天线阵列模块相连，可以根据控制器模块发送过米的命令从N路天线中选取M路实现多路控制，其中m的大小必须小于等于当前所有读写器的个数。

处理器模块包括任务调度单元、信息处理单元、显示单元、数据库单元四个部分，其中任务调度单元负责下达任务(天线校准、盘库等)；信息处理单元的功能包括：天线地址信息处理，RFID参考标签信息的处理；数据库单元用于存储数据以及对数据的管理和更新。

控制器模块由天线切换单元、读写器控制单元、校准单元组成。天线切换单元用于控制天线切换器，实现从n路到m路的转换；读写器控制单元用于控制读写器的读与写，实现信号的收发；校准单元通过控制读写器来间接控制与读写器对应天线的功率，实现天线功率的校准。

为实现天线校准，在每个垛位的各个面上(除去货物入口面)分别贴有两个RFID标签，用作参考标签，如图3所示。天线读取每个垛位的参考标签：如果不能够读取全部的标签，则增强天线功率；如果能够读取全部标签，并且读到相邻的参考标签，则降低天线功率。如果能够读到全部的参考标签，并且没有读到相邻的参考标签，则对天线功率进行微调，如图4和图5所示。

为实现货物定位，每个天线有唯一的地址码(ID信息)，通过将天线地址码与货物RFID标签一起传送，判断货物所在位置。

四、附图说明

图1系统功能结构图

图2货架天线和参考标签布置示意

图3参考标签布置

图4功率校准流程

图5天线ID编码

图6盘货流程

五、具体实施方式

实施用例一：多天线切换

多天线切换功能的实现主要涉及多天线阵列、天线切换器、读写器模块、控制器模块等单元。控制器模块中天线切换单元来控制天线切换器，实现天线与读写器之间的“n选m”机制，其中n和m可以大于1的整数。

例如，n＝64个天线和m＝4个读写器，正常工作时，要求读写器与天线一一对应，引入天线切换器后，采用时分的工作方式，将64路天线中的任意4路天线与4路读写器互连，从而对相应4路天线作用范围内的标签读写操作。通过设置相应的切换规则，可以实现所有天线作用范围内的标签读写操作。可以将64路天线编号为A_x(x的取值范围1～64)；将4路读写器编号为W_y(y的取值范围1～4)，因此，控制器模块的天线切换单元，可以设置数据结构对[A_x，W_y]来实现天线A_x和读写器W_y之间的互连，进而读写器可以操作天线A_x，需要指出的是任一A_x和W_y在数据结构对只能出现一次。

本例中，通过在垛位上安装天线，并将各个垛位上的天线接线统一接到天线转换器中，然后通过控制单元控制读写器进行天线的读写。图2给出了货架天线和参考标签布置示意。A₁、A₂、A₃为自上而下排列的相邻货架，垛位A₁对应的天线用天线A₁表示，垛位A₂对应天线A₂，垛位A₃对应天线A₃。同时A₁垛位上的参考标签为A₁₁、A₁₂、A₁₃、A₁₄垛位A₂对应的参考标签是A₂₁、A₂₂、A₂₃、A₂₄垛位A₃对应的参考标签是A₃₁、A₃₂、A₃₃、A₃₄

实施用例二：垛位天线功率校准

鉴于不同垛位天线连接到读写器，由于馈线长度、天线的个体性能等方面差异，要确保每个垛位天线的作用范围限制在相应垛位，而不会误读其他垛位的标签和漏读自己垛位内的标签，需要通过垛位天线功率校准，获得相应的对应的操作功率等参数，即数据结构对[A_x，W_y]可以进一步描述为[A_x，W_y，x_y]。

垛位天线功率校准的思路是读写器读取垛位上的参考标签来进行天线功率校准。如果天线功率设置过大，则读写器会将相邻的垛位的货物标签误读；如果天线功率设置过小，则读写器会漏读天线所在垛位中的货物标签。

具体实现步骤如图4所示：

步骤一、天线切换完成，天线与读写器接通，控制控制器模块中的读写器控制单元读取数据库中的天线功率参数；

步骤二、控制器模块中的读写器控制单元发送天线功率设置指令给读写器，读写器读取天线所在垛位的参考标签信息；

步骤三、读写器读取的参考标签信息与数据库中的参考标签信息进行核对，如果完全一致，不需要校准，则转到步骤六；

步骤四、读取参考标签信息中，除了本垛位参考标签信息外，还包含其他垛位的参考标签信息，则调小天线功率设置值，转到步骤二；

步骤五、如果读写器所读参考标签信息未完全包含自己垛位的所有参考标签信息，则说明此时的天线功率过小，调大天线功率设置值，转到步骤二

步骤六、天线功率参数更新到数据库。

实施用例三：盘库

盘库是查点仓库物品，对库存存活进行盘点并与账面进行核对，以检查盈亏明确责任，一般在规定时间内，或出入库结束后会进行盘库。本案例中，盘库不仅可以实现传统意义上的清点货物，还可实现货物定位。通过天线切换器，逐个连通一路天线到读写器，按顺序对每一垛位货物标签进行读取，实现盘点。或者一次性连通几路天线到读写器模块，实现同时对几个垛位的货物进行读取，实现货物的快速盘点。

本案例以八行九列共72个垛位货架为例。每个垛位底部中央处安装一个天线，用来收发信号，该天线通过切换器与RFID读写器，每次能同时读取的最大垛位数与设置的读写器数目有关。本案例中设置读写器数量为4个。

具体步骤如图6所示：

步骤一、进行天线功率校准；

步骤二、处理器模块中的任务调度单元发送盘库指令给控制器模块；

步骤三、根据盘库模式的设置，控制器模块通过控制天线切换器，选通相应的垛位天线和读写器互连；

步骤四、读写器模块将标签信息和天线ID信息，一起发送给处理器模块的信息处理单元；

步骤五、信息处理单元通过标签信息可以获取每个垛位的货物信息，天线ID信息获得垛位信息，从而确定货物-垛位信息；

步骤六、将读取到的货物-垛位信息与数据库中的信息对比进行对比，如果同一货物的标签信息被重复读取到，或数据库的标签信息未被读到，判定为异常情况，进行异常情况处理后，转到步骤三；

步骤七、还有垛位天线尚未操作处理，则转到步骤三；

步骤八、盘库结束。

盘货模式分两种：模式1：逐行盘货模式。即按顺序依次对每个垛位进行盘点。模式2：分组模式：对于同一个货架上的垛位，如果天线地址编码最后两位相同，则判断为同一组，其对应的天线可同时进行工作，实现对货架的迅速盘点。

每个垛位上的天线有且仅有一个唯一的地址编码，即ID编码。本用例中，货架共分为两组，每组四行，组0第一行编号为(x001，x002，...，x009)，第二行编号依次为(x108，x109，x101，x102，...，x107)，第三行编号为(x206，x207，...，x201，x202，x203)，第四行编号依次为(x304，x305，...，x301，x302，x303)；组1，第一行编号为(x311，x312，...，x319)，其余以此类推。天线ID编码每第一位代表货架号，第二位代表行号。第三位代表分组号。

Claims (6)

1.一种基于自适应调整天线功率的货物定位方法与系统，其特征在于：系统主要由多天线阵列、天线切换器、读写器模块、控制器模块和处理器模块组成；

所述的控制器模块包括：天线校准单元、切换天线单元、读写器控制单元；

所述的处理器模块包括：信息处理单元、任务调度单元、数据库单元、显示单元。

2.根据权利要求1所述的多天线阵列，其特征在于：由多个天线组成，每个天线位置固定，主要用于在标签和读写器之间传递射频信号，与天线切换器相连，该天线阵列中，每个天线的作用范围是可调整的，通过控制天线的功率可以将天线的作用范围控制在规定范围之内，不会与相邻天线作用范围发生冲突；每个天线都有一个唯一的编码标识，根据判断某个标签被哪个天线读取，就判定其所处位置。

3.根据权利要求1所述的天线切换器，其特征在于：天线切换器控制多天线阵列和读写器模块之间的“多选多”互连，可以实现连接指定一路或者多路天线到读写器模块，读写器模块对天线作用范围内的标签进行读写处理。

4.根据权利要求1所述的读写器模块，其特征在于：根据实际需求，可以多配置多台读写器，实现同时对多路天线的控制。

5.根据权利要求1所述的控制器模块，其特征在于：所述的天线校准单元通过控制天线的功率来限制天线的作用范围；所述的天线切换单元控制多天线阵列的切换，将天线阵列中一路或者多路天线连接到读写器模块；所述的读写器控制单元控制读写器模块的天线功率参数设置和读写操作。

6.根据权利要求1所述的处理器模块器，其特征在于：所述的信息处理单元可以处理读写器模块读取的标签信息，并通过对照工作天线的编码标识来实现RFID定位功能；所述的显示单元用于显示货物相关信息、当前系统工作状态等信息；所述的任务调度单元实现任务的管理和调度，包括校准和盘库等任务，支持用户手动任务调度或者计算机自动任务调度；所述的数据库单元用于存储数据，包括天线的功率参数信息、仓库货物标签信息和位置信息，提供数据管理接口，支持数据的更新等功能。

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