CN103530588B - 三维全向射频识别装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及射频识别技术领域，尤其涉及一种三维全向射频识别装置，其特征在于射频读写器包括微控芯片、射频读写电路、天线控制电路、功率分配电路、匹配电路、相位控制电路以及射频天线，其中微控芯片分别与射频读写电路、天线控制电路、相位控制电路的控制信号输入端相连接，射频读写电路的输出端与功率分配电路的输入端相连接，功率分配电路的每路输出均与一路匹配电路相连接，匹配电路的输出端与射频天线相连接，天线控制电路的输出端分别与每路匹配电路相连接，匹配电路与功率分配电路之间还设有反相器，相位控制电路的输出端与反相器相连接，本发明具有读取成功率高、支持小标签等优点。

Description

三维全向射频识别装置

技术领域

本发明涉及射频识别技术领域，尤其涉及一种能够有效避免识别盲区、解决识别区域内射频信号的三维全向磁场分布、实现对识别区域内的任意方向射频标签的准确读取的三维全向射频识别装置。

背景技术

射频识别技术是通过射频天线发射射频信号，使处于射频信号覆盖的可识别区域内的射频标签反馈身份识别信号，实现对待监控信息的读取。目前射频全向天线的大部分通过多个天线协同工作实现，例如通常采用的天线之间两两相对分时工作，但是该方法导致两个天线互扰较大且磁场分布不均匀，很难实现在一定的区域内三维方向磁场均匀分布，识读区域内存在较多的盲区，加上标签具有方向性，故利用现有的天线技术较难实现标签三维方向读取，严重影响读取成功率。

发明内容

本发明针对现有技术中存在的缺点和不足，提出一种能够使识读区域任意方向上的射频信号均匀分布、支持标签任意方向读取、读取灵敏度高、成功率高的三维全向射频识别装置。

本发明可以通过以下措施达到：

一种三维全向射频识别装置，包括射频读写器以及待读取的射频标签，其特征在于射频读写器包括微控芯片、射频读写电路、天线控制电路、功率分配电路、匹配电路、相位控制电路以及射频天线，其中微控芯片分别与射频读写电路、天线控制电路、相位控制电路的控制信号输入端相连接，射频读写电路的输出端与功率分配电路的输入端相连接，功率分配电路的每路输出均与一路匹配电路相连接，匹配电路的输出端与射频天线相连接，天线控制电路的输出端分别与每路匹配电路相连接，匹配电路与功率分配电路之间还设有反相器，相位控制电路的输出端与反相器相连接。

本发明中功率分配电路为1*2功率分配电路，用于将射频读写电路输出的射频信号按1：1分配为两路，并将分配后的两路信号分别输出。

本发明中匹配电路设有高频开关和与高频开关相连接的用于将天线谐振至13.56M的谐振电路，谐振电路的输出端与射频天线相连接，功率分配电路的每路输出均与两路匹配电路相连接，每路匹配电路的输出端均连接一个射频天线，两路匹配电路可封装在一起，形成一个匹配模块，分别记为第一匹配模块和第二匹配模块，其中第一匹配模块的两路匹配电路的输出端分别与第一射频天线、第三射频天线相连接，第二匹配模块的两路匹配电路的输出端分别与第二射频天线、第四射频天线相连接；功率分配电路的每路输出端与匹配模块之间还设有反相器，天线控制电路的输出端向匹配模块内每路匹配电路输出控制信号，来控制两路匹配电路的通/断情况，相位控制电路的输出端分别与两个反相器的控制信号输入端相连接。

本发明中射频天线可以采用矩形线圈，第一射频天线与第二射频天线竖放于待测空间中，且第一射频天线所处平面与第二射频天线所处平面相交，第三射频天线与第四射频天线横放于待测空间，且第三射频天线所处平面与第四射频天线所处平面相交。

本发明优选的第一射频天线所处平面与竖直方向呈60°夹角竖放，第二射频天线所处平面与竖直方向呈120°夹角竖放，第三射频天线所处平面沿与水平方向呈60°夹角放置，第四射频天线所处平面沿与水平方向呈120°夹角放置。

本发明中微控芯片可以通过单片机实现。

本发明在工作时，首先射频读写电路产生用于读取射频标签的射频信号，并将其送入功率分配电路，功率分配电路将输入的信号分为两路强度相同的次级射频信号，每路次级射频信号被送入一个匹配模块，每个匹配模块内设有两路匹配电路，微控芯片控制天线控制电路向匹配电路输出用于控制四个射频天线协同工作的控制信号，使第一射频天线与第二射频天线同时工作，第三射频天线与第四射频天线同时工作，具体为：先开启与第一射频天线相连接的匹配电路以及与第二射频天线相连接的匹配电路，使功率分配电路的两路输出分别经第一射频天线与第二射频天线输出，由于第一射频天线与第二射频天线呈夹角，二者向空间输出的射频信号合成沿空间坐标轴y轴方向的检测磁场；此时通过微控芯片控制相位控制电路切换输入至第一射频天线或第二射频天线中的任意一路的射频信号方向，使第一射频天线与第二射频天线合成的沿空间坐标轴x轴方向的检测磁场；再开启与第三射频天线相连接的匹配电路以及与第四射频天线相连接的匹配电路，使功率分配电路的两路输出分别经第三射频天线与第四射频天线输出，由于第三射频天线与第四射频天线呈夹角，二者向空间输出的射频信号合成沿空间坐标轴x轴方向的检测磁场；此时通过微控芯片控制相位控制电路切换输入至第三射频天线或第四射频天线中的任意一路的射频信号方向，使第三射频天线与第四射频天线合成的沿空间坐标轴z轴方向的检测磁场；通过上述控制切换，分别产生对待检测空间的各个方向的检测磁场，完成对待检测空间内待测射频标签的检测，由于通过多次切换完成对待测空间各方向的检测，能够有效避免多天线之间的互扰。

本发明与现有技术相比，具有以下优点：

1、支持标签全向读取：射频天线采用两个天线组合之间相互切换工作，产生三维磁场，从而实现任意方向标签的读取。

2、读取成功率高：在识读区域内，能够实现任意方向磁场均匀分布，标签在识读区域内任意方向均能够实现读取，读取成功率高。

3、支持小标签：采用大功率读写器为天线提供射频信号，并且磁场变换效率较高，识读区域内磁场强度较强，能够解决小标签任意方向读取。

4、抗干扰能力强：采用射频识别技术，具有较好的抗干扰能力，也不受外界环境变化的影响。

附图说明:

附图1是本发明的结构示意图。

附图2是本发明中实施例结构示意图。

附图标记：微控芯片1、射频读写电路2、天线控制电路3、功率分配电路4、匹配电路5、相位控制电路6、射频天线7、反相器8、高频开关电路9、谐振电路10、第一射频天线11、第二射频天线12、第三射频天线13、第四射频天线14、第一匹配模块15、第二匹配模块16。

具体实施方式：

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。

如附图1所示，本发明提出了一种三维全向射频识别装置，包括射频读写器以及待读取的射频标签，其特征在于射频读写器包括微控芯片1、射频读写电路2、天线控制电路3、功率分配电路4、匹配电路5、相位控制电路6以及射频天线7，其中微控芯片1分别与射频读写电路2、天线控制电路3、相位控制电路6的控制信号输入端相连接，射频读写电路2的输出端与功率分配电路4的输入端相连接，功率分配电路4的每路输出均与一路匹配电路5相连接，匹配电路5的输出端与射频天线7相连接，天线控制电路3的输出端分别与每路匹配电路5相连接，匹配电路5与功率分配电路4之间还设有反相器8，相位控制电路6的输出端与反相器8相连接。

本发明中功率分配电路4为1*2功率分配电路，用于将射频读写电路2输出的射频信号按1：1分配为两路，并将分配后的两路信号分别输出。

本发明中匹配电路5设有高频开关电路9和与高频开关电路9相连接的用于将天线谐振至13.56M的谐振电路10，谐振电路10的输出端与射频天线7相连接，功率分配电路4的每路输出均与两路匹配电路5相连接，每路匹配电路5的输出端均连接一个射频天线7，两路匹配电路5可封装在一起，形成一个匹配模块，分别记为第一匹配模块15和第二匹配模块16，其中第一匹配模块15的两路匹配电路5的输出端分别与第一射频天线11、第三射频天线13相连接，第二匹配模块16的两路匹配电路的输出端分别与第二射频天线12、第四射频天线14相连接；功率分配电路4的每路输出端与匹配模块之间还设有反相器8，天线控制电路3的输出端向匹配模块内每路匹配电路5输出控制信号，来控制两路匹配电路5的通/断情况，相位控制电路6的输出端分别与两个反相器8的控制信号输入端相连接。

本发明中射频天线可以采用矩形线圈，第一射频天线11与第二射频天线12竖放于待测空间中，且第一射频天线11所处平面与第二射频天线12所处平面相交，第三射频天线13与第四射频天线14横放于待测空间，且第三射频天线13所处平面与第四射频天线14所处平面相交。

如附图2所示，本发明优选的第一射频天线11所处平面与竖直方向呈60°夹角竖放，第二射频天线12所处平面与竖直方向呈120°夹角竖放，第三射频天线13所处平面沿与水平方向呈60°夹角放置，第四射频天线14所处平面沿与水平方向呈120°夹角放置。

本发明中微控芯片1可以通过单片机实现。

本发明在工作时，首先射频读写电路2产生用于读取射频标签的射频信号，并将其送入功率分配电路4，功率分配电路4将输入的信号分为两路强度相同的次级射频信号，每路次级射频信号被送入一个匹配模块，每个匹配模块内设有两路匹配电路，微控芯片控制天线控制电路向匹配电路输出用于控制四个射频天线协同工作的控制信号，使第一射频天线11与第二射频天线12同时工作，第三射频天线13与第四射频天线14同时工作，具体为：先开启与第一射频天线11相连接的匹配电路5以及与第二射频天线12相连接的匹配电路5，使功率分配电路4的两路输出分别经第一射频天线11与第二射频天线12输出，由于第一射频天线11与第二射频天线12呈夹角，二者向空间输出的射频信号合成沿空间坐标轴y轴方向的检测磁场；此时通过微控芯片1控制相位控制电路6切换输入至第一射频天线11或第二射频天线12中的任意一路的射频信号方向，使第一射频天线11与第二射频天线12合成的沿空间坐标轴x轴方向的检测磁场；再开启与第三射频天线13相连接的匹配电路5以及与第四射频天线14相连接的匹配电路5，使功率分配电路4的两路输出分别经第三射频天线13与第四射频天线14输出，由于第三射频天线13与第四射频天线14呈夹角，二者向空间输出的射频信号合成沿空间坐标轴x轴方向的检测磁场；此时通过微控芯片1控制相位控制电路6切换输入至第三射频天线13或第四射频天线14中的任意一路的射频信号方向，使第三射频天线13与第四射频天线14合成的沿空间坐标轴z轴方向的检测磁场；通过上述控制切换，分别产生对待检测空间的各个方向的检测磁场，完成对待检测空间内待测射频标签的检测，由于通过多次切换完成对待测空间各方向的检测，能够有效避免多天线之间的互扰。

本发明与现有技术相比，具有以下优点：

1、支持标签全向读取：射频天线采用两个天线组合之间相互切换工作，产生三维磁场，从而实现任意方向标签的读取。

2、读取成功率高：在识读区域内，能够实现任意方向磁场均匀分布，标签在识读区域内任意方向均能够实现读取，读取成功率高。

3、支持小标签：采用大功率读写器为天线提供射频信号，并且磁场变换效率较高，识读区域内磁场强度较强，能够解决小标签任意方向读取。

4、抗干扰能力强：采用射频识别技术，具有较好的抗干扰能力，也不受外界环境变化的影响。

Claims (1)

1.一种三维全向射频识别装置，包括射频读写器以及待读取的射频标签，其特征在于射频读写器包括微控芯片、射频读写电路、天线控制电路、功率分配电路、匹配电路、相位控制电路以及射频天线，其中微控芯片分别与射频读写电路、天线控制电路、相位控制电路的控制信号输入端相连接，射频读写电路的输出端与功率分配电路的输入端相连接，功率分配电路的每路输出均与一路匹配电路相连接，匹配电路的输出端与射频天线相连接，天线控制电路的输出端分别与每路匹配电路相连接，匹配电路与功率分配电路之间还设有反相器，相位控制电路的输出端与反相器相连接；

功率分配电路为用于将射频读写电路输出的射频信号按1：1分配为两路的1*2功率分配电路；

匹配电路设有高频开关和与高频开关相连接的用于将天线谐振至13.56M的谐振电路，谐振电路的输出端与射频天线相连接，功率分配电路的每路输出均与两路匹配电路相连接，每路匹配电路的输出端均连接一个射频天线，两路匹配电路封装在一起，形成一个匹配模块，分别记为第一匹配模块和第二匹配模块，其中第一匹配模块的两路匹配电路的输出端分别与第一射频天线、第三射频天线相连接，第二匹配模块的两路匹配电路的输出端分别与第二射频天线、第四射频天线相连接；功率分配电路的每路输出端与匹配模块之间还设有反相器，天线控制电路的输出端向匹配模块内每路匹配电路输出控制信号，相位控制电路的输出端分别与两个反相器的控制信号输入端相连接；

射频天线采用矩形线圈，第一射频天线与第二射频天线竖放于待测空间中，且第一射频天线所处平面与第二射频天线所处平面相交，第三射频天线与第四射频天线横放于待测空间，且第三射频天线所处平面与第四射频天线所处平面相交；

第一射频天线所处平面与竖直方向呈60°夹角竖放，第二射频天线所处平面与竖直方向呈120°夹角竖放，第三射频天线所处平面沿与水平方向呈60°夹角放置，第四射频天线所处平面沿与水平方向呈120°夹角放置。