CN103457018B - 具红外线装置的rfid天线及应用其rfid天线的资产管理系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具红外线装置的RFID天线及应用其RFID天线的资产管理系统。通过弯折微带天线以电磁耦合方式感应电子标签获得识别信息，并同时通过红外线装置感应设备的移动及温度以产生感应信息，接着控制端储存识别信息及感应信息至数据库以用于资产管理，用以降低天线受干扰而误判的机率并达成提高资产设备的安全性的技术效果。

Description

具红外线装置的RFID天线及应用其RFID天线的资产管理系统

技术领域

本发明涉及资产管理领域，具体涉及一种具红外线装置的RFID天线及应用其RFID天线的资产管理系统。

背景技术

近年来，各个产业领域应用射频识别(Radio Frequency Identification，RFID)的事例越来越多，在物流、医疗、国防、交通、实时监控等新型商业模式当中的应用不断增加。RFID自动识别技术以进化的方式扩散到各种产业现场、制造设施及现实生活当中。在图书馆书库或者食品卖场的陈列台当中，利用安装有近场天线的智能货架，实时进行图书管理，提供所陈列商品的流通履历和各种产品信息，与使用者形成了一种新的交流模式。此外，红外线装置应用在上述各新型商业模式当中也屡见不鲜，而且相较于RFID自动识别技术还具有感应物品移动及温度的能力。

接着，分别对RFID及红外线感应的工作原理进行描述。首先，在RFID的部分，所述RFID系统中的射频工作原理主要可以分为电磁耦合方式和微波方式。其中，电磁耦合方式的RFID系统受周围环境影响的程度相对较小，所以在电子标签(Tag)方面具有相对稳定的特性。这种电磁耦合方式的RFID系统，虽然不适合应用在远距离识别、标签的移动识别、多重标签的群读等场合，但适用于密集(群集形态)标签的识别方面。而微波方式的RFID系统在多重标签识别速度、群读性、远距离识别、大容量存储等方面虽然具有较好的优点。但是想要群读有限空间内密集的标签，则需要可以从根本解决电磁波干扰和周边环境影响问题，且具有有限识别距离特性的系统。若采用高频(High Frequency，HF)频段电磁耦合方式的RFID系统，因物理性界限问题，其可读识别距离的改善在技术上难以实现。因此，具有可以排除周边频率资源干涉，而且能有效读取附着在机柜设备上标签的超高频(Ultra-HighFrequency，UHF)频段近场天线的需求不断增大。

目前为止的UHF频段近场天线，主要采用的是单纯的环天线，或者是改变这种环天线的耦合式环天线。这种环天线的缺点是天线相隔一定距离的接地面才能稳定辐射，并且，当天线整体外形变大的时候，这种天线不适合应用设备管理当中。另外因环天线周边部和中心部之间磁场的分布差异，随着读写器天线位置的不同，对电子标签(或简称标签)的识别率也有明显的差异，很容易因为造成误判而影响资产设备的安全性。为了在天线有效面积内形成均匀的场分布，也有人提出过螺旋式天线，但是，螺旋式天线的整体拓扑不适合应用成设备管理读写器天线。

UHF频段的RFID技术是利用电磁波的反向散射来识别电子标签。根据原先远场工作原理而设计的UHF频段天线的排列设计方式，随着排列因子形成特定方向的指向性，其无法根本消除电磁波的干扰和散射影响，所以会出现识别率明显降低的情况。特别是无法形成天线有效界面识别领域内的均匀场分布，因此，根据RFID天线特定位置的不同，具有识别率急剧下降的缺点。另外，当识别率急遽下降时，容易对资产设备造成误判，导致资产管理的不便，并且在误判的情况下，因为无法确认资产设备是否仍存在，故无法维持资产设备的安全性。

至于红外线感应的部分，所谓红外线是指波长介于微波与可见光之间的电磁波，是一种非可见光，也称为红外光。由于自然界中一切高于绝对零度(-273℃)的物体皆会不断地辐射红外线，此一现象称为热辐射。因此，红外线感应技术能够利用温度变化产生电荷现象，进而通过电压变化来感应物品的移动及温度，甚至应用于物品的识别。然而，红外线具有方向性，因此识别的正确性较RFID技术低，且红外线容易受到干扰而产生识别上的错误，故单纯将红外线感应技术应用于资产管理，具有易受干扰且识别正确性不足的问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种具红外线装置的RFID天线及应用其RFID天线的资产管理系统，通过在天线上结合RFID及红外线感应技术以解决当前天线容易因识别性不足而产生误判，并且因误判而影响资产设备安全性的问题。

为了解决上述问题，本发明提供了一种具红外线装置的RFID天线，其特征在于，包括：介电体基板、弯折微带线路、红外线装置、传输端、负载电阻及通孔。其中，介电体基板的第一面形成有接地面；弯折微带线路用以设置在介电体基板的第二面上，并以电磁耦合方式读取电子标签；红外线装置包含多个红外线感应单元，所述红外线感应单元以固定间隔平均设置在介电体基板的第二面上，用以感应资产设备的移动及温度，使红外线装置生成感应信息；传输端设置在介电体基板的第一端，并且电性连接弯折微带线路的头端及红外线装置，用以将读取自所述电子标签的识别信息及红外线装置生成的感应信息传送至控制端；负载电阻用以设置在介电体基板的第二端，并且电性连接弯折微带线路的尾端；通孔用以电性连接所述接地面与负载电阻以形成短路回路。

关于本发明的应用具红外线装置的RFID天线的资产管理系统，其特征在于，所述系统包括：电子标签，天线及控制端。其中，每一电子标签分别设置于相应的资产设备，所述电子标签储存有相应的识别信息；每一天线均具有弯折微带线路及包含多个红外线感应单元的红外线装置，并以电磁耦合方式读取所述电子标签的识别信息，以及以红外线感应资产设备的移动及温度以生成感应信息；及控制端包含读写器以接收所述天线所读取到的识别信息，以及通过控制端的通信接口接收来自天线的感应信息，并且将识别信息及感应信息储存至数据库以用于资产管理。

与现有技术相比，应用本发明，解决当前天线容易因识别性不足而产生误判，并且因误判而影响资产设备安全性的问题，通过弯折微带天线以电磁耦合方式读取电子标签，以及藉由红外线感应装置感应资产设备的移动和温度以降低误判机率，提高了资产设备的安全性。

附图说明

图1为本发明具红外线装置的RFID天线的结构示意图。

图2为应用本发明具红外线装置的RFID天线的资产管理系统的方块图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。

请参阅图1，图1为本发明具红外线装置的RFID天线的结构示意图，其RFID天线(以下简称为天线10)包括：介电体基板110、弯折微带线路120、红外线装置130、传输端140、负载电阻150及通孔160。其中，介电体基板110的第一面形成有接地面111。在实际实施上，介电体基板110可由薄型单一基板所构成，其亦可称为基材，用以提供建立导体线路。由于介电体基板110为现有技术，故在此不再多作赘述。

弯折微带线路120用以设置在介电体基板110的第二面上，并以电磁耦合方式读取电子标签(图中未示)。在实际实施上，为了减少介电体基板110的电气影响并实现超薄型，所述弯折微带线路120可为共面波导(co-planar waveguide，CPW)或接地共平面波导(Grounded CPW，GCPW)的带状弯折辐射结构体，用以实现周期性近场正弦波。所述弯折微带线路120于弯折处偏移一段距离还可设有寄生因子121，所述距离及寄生因子121的长度是根据天线阻抗带宽及反射损失的设计变量进行调整，而天线10的长度和宽度则根据弯折微带线路120的总长度进行调整，其调整范围从λ/4扩张到λ/2。特别要说明的是，所述天线10为超高频(Ultra-High Frequency，UHF)频段的近场天线。另外，虽然图1中所示的天线10是附设有寄生因子121的周期性结构。然而，本发明并未以此限定所述寄生因子121的数量及其形态。并且，各寄生因子121之间以及与弯折微带线路120相邻的间隔也可根据阻抗匹配状态而有所不同。天线10的末端，通过通孔160形成了与接地面111之间的短路回路。并且，利用具有特定阻抗的负载电阻150，改善了天线的反射损失特性。

红外线装置130包含多个红外线感应单元131，所述红外线感应单元131以固定间隔平均设置在介电体基板110的第二面上，用以感应资产设备的移动及温度，使红外线装置130生成感应信息。在实际实施上，每一红外线感应单元131对应一个资产设备以便感应相应的资产设备的移动及温度，接着红外线装置130会将每一红外线感应单元131所感应到的信息整合生成感应信息，由于红外线装置130通过多个红外线感应单元131生成感应信息为公知技术，故在此不再多作赘述。

传输端140设置在介电体基板110的第一端，并且电性连接弯折微带线路120的头端及红外线装置130，用以将读取自所述电子标签的识别信息及红外线装置130生成的感应信息传送至控制端(图中未示)。在实际实施上，传输端140与红外线装置130的电性连接方式是通过设置在介电体基板110上的导线(图中未示)与红外线装置130电性连接。

负载电阻150用以设置在介电体基板110的第二端，并且电性连接弯折微带线路120的尾端。

通孔160用以电性连接接地面111与负载电阻150以形成短路回路。

在实际实施上，本发明中的天线10可竖向安装在机柜(图中未示)门窗内侧，并且具有适合于机柜门窗的长度(如：110cm左右)和可以确保设备操作人员视野的适当的宽度(如：5～10cm)。天线10的外观尺寸可根据实际使用环境自由变更，并且，这种变更对天线反射损失和可读识别距离特性的影响较小。另外，考虑到机柜中的安装位置和搁板上的应用，上述介电体基板110选择以薄型单一基板所构成。特别要说明的是，薄型介电体电参数、介电常数和其厚度是决定天线10微带宽度的主要参数。

前面提到，弯折微带线路120为带状弯折辐射结构体，也就是说，天线10从传输端140到末端形成了弯折形态的串联结构辐射体。这种‘之’字形弯折微带线路120的形成，与直线形的单纯微带形态相比，其天线有效面积内的磁流分布范围较广。因此，在天线可读距离范围内，可以确保均匀的识别领域。而直线形的单纯微带形态上形成的驻波，将会出现周期性阴影区，并且在这些位置将形成不利于识别电子标签的条件。另外，可通过敷设相隔一定间距的寄生因子121，维持了均匀的辐射场和改善了天线10的阻抗特性。

请参阅图2，图2为应用本发明具红外线装置的RFID天线的资产管理系统的方块图。其系统包括：电子标签20，天线10及控制端30。其中，每一电子标签20分别设置于相应的资产设备21，所述电子标签20储存有相应的识别信息。

天线10具有弯折微带线路120及包含多个红外线感应单元131的红外线装置130，并以电磁耦合方式读取所述电子标签20的识别信息，以及以红外线感应资产设备21的移动及温度以生成感应信息。所述天线10的弯折微带线路120以电磁耦合方式读取电子标签20。在实际实施上，为了减少介电体基板110的电气影响并实现超薄型，所述弯折微带线路120可为共面波导(co-planar waveguide，CPW)或接地共平面波导(Grounded CPW，GCPW)的带状弯折辐射结构体，用以实现周期性近场正弦波。所述弯折微带线路120于弯折处偏移一段距离还可设有寄生因子121，所述距离及寄生因子121的长度是根据天线阻抗带宽及反射损失的设计变量进行调整。特别要说明的是，所述天线10为超高频(Ultra-High Frequency，UHF)频段的近场天线。

控制端30包含读写器31以接收所述天线10所读取到的识别信息，以及通过控制端30的通信接口，如：通用串行总线(Universal Serial Bus，USB)，接收来自天线10的感应信息，并且将识别信息及感应信息储存至数据库33以用于资产管理。在实际实施上，控制端30是通过主机32来处理读写器31所读取到的识别信息，数据库33可设置在主机32中或设置在另一台与主机32相连接的计算机中。另外，当同时要连接多个天线10但读写器31的通信接口不足时，可加装一台分配器34以扩充读写器31的通信接口的数量。以图2为例，每个机柜具有一个天线10，当要同时追踪多个机柜的资产设备21，但读写器31的通信接口数量不足以提供给所有天线10时，可先通过通信接口充足的分配器34连接各机柜的天线10，接着，再将分配器34与读写器31相互连接，如此一来，可以扩展成几个相邻机柜并联系统。

换句话说，以图2为例，将读写器31、主机32、数据库33，甚至是分配器34皆视为控制端30，此控制端30能够将通过所述天线10及读写器31所读取到的识别信息以及通过通信接口接收自天线10的感应信息一并储存至数据库33以用于资产管理。其中主机32是具备中央处理单元和储存单元的设备，并且具备通信接口用以与读写器31相互通信，所述通信接口，如：RS-232、Ethernet、Wi-Fi、GPRS......等。由于通信接口为现有技术，故在此不再多作赘述。另外，使用者也可操作数据库33对资产及设施的新添置、更新、移动、出售、废弃、交替等信息进行实时储存及管理。

接下来，针对控制端30根据所读取到的识别信息及接收来自天线10的感应信息用于资产管理的部份作说明，当控制端30的主机32电性连接读写器31用以接收所述电子标签20的识别信息，以及通过控制端30的通信接口(位于主机32的通信接口)接收来自天线10的感应信息之后，可将识别信息及感应信息与预设在数据库33中的资产管理信息进行比对，以便在识别信息发生变动、感应信息的温度超过默认范围、根据感应信息判断资产设备21移动或三者任一发生时输出警示信息。举例来说，当前一次收到的识别信息与目前收到的识别信息不同时，即代表资产设备21发生变动；当感应信息的温度超过默认范围(如：资产设备21的正常运作温度范围)时，其代表资产设备21可能移除所以温度在默认范围之下，或者资产设备21过热所以温度在默认范围之上；或是根据感应信息判断资产设备21正在移动(即利用公知的红外线感应技术判断物体移动的技术手段)；甚至是前三者其中任一个情况发生时，皆输出相应的警示信息以提醒资产设备21的管理者多加注意。在实际实施上，控制端30亦可在识别信息发生变动且感应信息的温度超过默认值时判断为资产设备21移动。

另外，控制端30每隔一段时间(即间隔时间)周期性更新识别信息，若发生特定时间应读取到的电子标签20信息没能正常读取到的事件，将会被认定为电子标签20已脱离了特定机柜的天线10的识别范围，并把相应电子标签20的信息反馈给控制端30的使用者界面(User Interface，UI)应用程序，传送到辅助的输出媒介(显示装置的画面)上。UI应用程序把这些信息的详细内容显示在操作系统的画面上，操作者能实时管理、监督所监控到的资产流向。除此之外，控制端30持续每隔一间隔时间接收识别信息时，可在超过间隔时间仍未接收到识别信息时产生并显示通知信息以提醒管理者。

本发明中的天线10，可以把应用范围扩展使用成智能搁板型读写器天线或者图书馆书籍管理天线。并且，也可以应用成医药管理传送带天线、搁板型天线，或者管理大型卖场各种陈列产品的专用搁板天线。

根据本发明中实施例，本发明中的天线10可以利用双面背胶、粘合剂、螺丝钉等方式固定到机柜门窗内侧。特别注意的是安装位置要选在天线10的接地面111不接触机柜门窗金属门框上的位置。上述天线10可安装在机柜玻璃门或者铁网门的门框上。另外，根据本发明中附带天线外观来看，因天线10是安装在机柜门窗内使用，所以考虑到美观，天线10宽度需要较窄(10cm以内)。受到这种有限接地面影响，天线10会存在一些反响散射。因此，根据附着天线10的机柜门窗接地面情况，天线10的接地面111上的电场/磁场分布将有所不同。特别是机柜门窗的导电性面积大于接地面111时，可将其利用在反响散射问题和在天线有效面积内确保均匀识别领域的问题上。要想确保稳定的识别率，附着在每台设备上的电子标签20不能脱离天线10有效面积以外。并且，电子标签20和天线10的附着位置也得要确保相对的有效面积为最大。

如上所述，在本发明中是通过有限的实施例和附图，具体化了弯折微带线路的组成因素、寄生因子和红外线感应装置等特定事项。但是，这些是为了帮助提高全面的理解水平而提供的实施例。本发明不能只局限在本文中提到的实施例上。在本发明所属的领域当中，只要是有类似相关知识的人，就能通过这些基础，进行各种形式的修正和变形。因此，本发明的思想不能只局限在上述说明的实施例上，不仅是后述的权利要求项，与这些权利要求项均等或者等效变换而成的所有内容，都将视为包含在本发明的思想范围当中。

Claims (8)

1.一种具红外线装置的RFID天线，其特征在于，包括：

一介电体基板，该介电体基板的第一面形成有一接地面；

一弯折微带线路，用以设置在该介电体基板的第二面上，并以电磁耦合方式读取至少一电子标签；

一红外线装置，该红外线装置包含多个红外线感应单元，所述红外线感应单元以固定间隔平均设置在该介电体基板的第二面上，用以感应资产设备的移动及温度，使该红外线装置生成一感应信息；

一传输端，该传输端设置在该介电体基板的第一端，并且电性连接该弯折微带线路的头端及该红外线装置，用以将读取自所述电子标签的识别信息及该红外线装置生成的感应信息传送至一控制端，该控制端在识别信息发生变动、感应信息的温度超过一默认范围、根据感应信息判断资产设备移动或三者任一时输出一警示信息，该控制端在识别信息发生变动且感应信息的温度超过默认值时判断为资产设备移动；

一负载电阻，用以设置在该介电体基板的第二端，并且电性连接该弯折微带线路的尾端；及

一通孔，用以电性连接该接地面与该负载电阻以形成短路回路。

2.如权利要求1所述的具红外线装置的RFID天线，其特征在于，该弯折微带线路为共面波导(co-planar waveguide，CPW)或接地共平面波导(Grounded CPW，GCPW)的带状弯折辐射结构体，用以实现周期性近场正弦波。

3.如权利要求1所述的具红外线装置的RFID天线，其特征在于，该天线的长度和宽度根据该弯折微带线路的总长度进行调整，其调整范围从λ/4扩张到λ/2。

4.如权利要求1所述的具红外线装置的RFID天线，其特征在于，其中该弯折微带线路于弯折处偏移一距离设有寄生因子，所述距离及寄生因子的长度根据天线阻抗带宽及反射损失的设计变量进行调整。

5.如权利要求1所述的具红外线装置的RFID天线，其特征在于，该弯折微带线路为超高频(Ultra-High Frequency，UHF)频段的近场天线。

6.一种应用具红外线装置的RFID天线的资产管理系统，其特征在于，该系统包括：

至少一电子标签，每一电子标签分别设置于相应的一资产设备，所述电子标签储存有相应的识别信息；

至少一天线，每一天线均具有一弯折微带线路及包含多个红外线感应单元的红外线装置，并以电磁耦合方式读取所述电子标签的识别信息，以及以红外线感应资产设备的移动及温度以生成一感应信息；及一控制端，该控制端包含一读写器以接收所述天线所读取到的识别信息，以及通过该控制端的一通信接口接收来自天线的感应信息，并且将识别信息及感应信息储存至一数据库以用于资产管理，该控制端在识别信息发生变动、感应信息的温度超过一默认范围、根据感应信息判断资产设备移动或三者任一时输出一警示信息，该控制端在识别信息发生变动且感应信息的温度超过默认值时判断为资产设备移动。

7.如权利要求6所述的应用具红外线装置的RFID天线的资产管理系统，其特征在于，所述电子标签为超高频(Ultra-High Frequency，UHF)的金属标签。

8.如权利要求6所述的应用具红外线装置的RFID天线的资产管理系统，其特征在于，该控制端持续每隔一间隔时间接收识别信息，并且在超过该间隔时间仍未接收到识别信息时产生并显示一通知信息。