CN103544514B - 基于rfid技术的隧道式读写装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于RFID技术的隧道式读写装置,其特征在于壳体内侧设有朝向传送机构的RFID检测机构，所述RFID检测机构包括射频读写器和与射频读写器相连接的两两一组的四个射频天线，其中射频读写器中设有微控芯片、射频信号发送电路、射频信号接收电路、天线控制电路、功率分配电路、匹配电路、相位控制电路，微控芯片分别与射频信号接收电路、射频信号发送电路、天线控制电路、相位控制电路的控制信号输入端相连接，射频信号发送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，本发明具有读取成功率高、检测速度快、位置移动方便、安全性高等优点。

Description

基于RFID技术的隧道式读写装置

技术领域

本发明涉及一种生产线管理系统，尤其涉及一种能够实现生产线传输以及大量标签快速读取的基于RFID技术的隧道式读写装置。

背景技术

传统的生产线管理往往采用条码标签或人工记录单据等方式来完成。例如在洗衣行业，员工会在每件衣服上悬挂或粘贴一个标签，标签上有相应的号码，需要人工登记和盘点。这种管理方式，一是效率低下，人工盘点的速度相当慢；二是准确率低，条码标签的易复制、不防污、不防潮和人工记录单据易出现笔误等缺点极容易造成产品记录出错；三是浪费大量的人力物力，企业在实际工作中往往需要付出较高的管理成本。

发明内容

本发明针对现有技术中存在的缺点和不足，提出一种能够实现生产线传输以及大量标签快速读取的传送速度可调、支持标签全向读取、读取成功率高、检测速度快、位置移动方便、安全性高，可大大提高工作效率的基于RFID技术的隧道式读写装置。

本发明可以通过以下措施达到：

一种基于RFID技术的隧道式读写装置，包括上位机、用于传送待检测物品进入和离开检测区域的传送机构、与传送机构相连接的用于控制和驱动传送机构运转的控制机构、罩在传送机构上方且设有入口和出口的壳体，其特征在于所述壳体内侧设有朝向传送机构的RFID检测机构，所述RFID检测机构包括射频读写器和与射频读写器相连接的两两一组的四个射频天线，其中射频读写器中设有微控芯片、射频信号发送电路、射频信号接收电路、天线控制电路、功率分配电路、匹配电路、相位控制电路，微控芯片分别与射频信号接收电路、射频信号发送电路、天线控制电路、相位控制电路的控制信号输入端相连接，射频信号发送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电路，相位控制电路的输出端与反相电路相连接。

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电路，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，实现控制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；相位控制电路的输出端分别与两个反相电路的控制信号输入端相连接。

本发明中四个射频天线可以采用矩形线圈，分别记为第一射频天线、第二射频天线、第三射频天线以及第四射频天线，其中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；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ARM实现。

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。

本发明壳体优选金属壳体，壳体入口处外侧设有红外探测器，红外探测器的信号输出端与上位机相连接，用于检测是否有待测物体靠近；金属壳体内侧粘贴有一层铁氧体磁布，铁氧体磁布能够减弱金属对天线磁场的影响，增强磁场强度，从而提高了读取设备读取标签的成功率。

本发明壳体中间位置可以设有2个调试窗口，方便对内部天线进行调试，进一步的，可以在壳体外部顶端安装有三色指示灯，指示灯与控制机构相连接，用于指示传送机构的运行状态，具体为三色指示灯与控制机构中的电动机控制器连接，电动机控制器根据传送带运行的状态控制指示灯的颜色以及闪烁情况，按准备状态、运行状态、应急停止等不同状态来分别点亮以及闪烁三色灯。

本发明在壳体的入口及出口处分别设有一个与控制机构相连接的紧急开关，当设备在运行过程中遇到突发情况时，按下紧急开关后，触发信号传送给控制器，控制器控制传送带立即停止转动，保证安全可靠。

本发明所述用于传送待检测物品进入和离开检测区域的传送机构包括传送带、滚轴，所述与传送机构相连接的用于控制和驱动传送机构运转的控制机构包括电动机、电动机控制器、以及变频器，其中电动机控制器与变频器相连接，变频器的输出端与电动机相连接，所述电动机控制器中设有微控芯片、电动机驱动电路以及与上位机相连接的通信电路，用于接收并向电动机下达上位机命令。

本发明所述射频读写器中还设有与上位机相连接的串口通信电路，以将RFID标签读写结果上传至上位机。

本发明中RFID检测机构中的四个两两一组的射频天线通过匹配电路实现天线性的调整，四个射频天线分为两组配合工作，其中第一射频天线以及第二射频天线配合产生Z轴方向和Y轴方向磁场，第二射频天线与第四射频天线共同工作，产生Y轴方向和X轴方向磁场。

本发明可以将传送机构固定在可滑动底座上，可滑动底座包括底板和固定在底板下方的万向轮，使装置便于移动。

本发明与现有技术相比，具有以下优点：

1、支持传送速度可调：流水线控制设备包含变频器，变频器控制电机转速，从而实现传送带速度可调。

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

3、读取成功率高：在隧道读写机内侧增加了一层铁氧体磁布，铁氧体磁布能够减弱金属对磁场的影响，从而增强磁场强度，提高读取成功率。

4、检测速度快：通过射频天线读取产品上的标签，与采用人工统计的传统模式相比，大大提高了盘点速度，提高了效率。

5、位置移动方便:隧道读写机下方每个脚均安装有一个万向轮，利用万向轮可以方便的移动隧道读写机的位置，并且可以较好地掌握移动方向。

6、安全性高：隧道读写机的出入口均含有一个紧急开关，突发状况时，按下紧急开关后传送带立即停止转动，保证安全可靠。

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RFID检测机构的结构框图。

附图3是本发明中的一种结构示意图。

附图4是本发明中RFID检测机构的射频天线放置方式示意图。

附图标记：上位机1、传送机构2、控制机构3、RFID检测机构4、壳体5、微控芯片6、射频信号发送电路7、射频信号接收电路8、天线控制电路9、功率分配电路10、相位控制电路11、反相电路12、第一匹配模块13、第二匹配模块14、第一射频天线15、第三射频天线16、第二射频天线17、第四射频天线18、红外探测器19、调试窗口20、指示灯21、万向轮22、射频读写器23。

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，本发明提出了一种基于RFID技术的隧道式读写装置，包括上位机1、用于传送待检测物品进入和离开检测区域的传送机构2、与传送机构2相连接的用于控制和驱动传送机构运转的控制机构3、罩在传送机构2上方且设有入口和出口的壳体5，其特征在于所述壳体5内侧设有朝向传送机构2的RFID检测机构4，如附图2所示，所述RFID检测机构4包括射频读写器和与射频读写器相连接的两两一组的四个射频天线，其中射频读写器23中设有微控芯片6、射频信号发送电路7、射频信号接收电路8、天线控制电路9、功率分配电路10、匹配电路、相位控制电路11，微控芯片6分别与射频信号接收电路8、射频信号发送电路7、天线控制电路9、相位控制电路11的控制信号输入端相连接，射频信号接收电路8的输入端经匹配电路与射频天线相连接，射频信号发送电路7的输出端与功率分配电路10的输入端相连接，功率分配电路10的每路输出分别与一个匹配模块相连接，每个匹配模块中集成两路匹配电路，每路匹配电路的输出端与射频天线相连接，天线控制电路9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10之间还设有反相电路12，相位控制电路11的输出端与反相电路12相连接。

如附图2所示，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一路匹配电路相连接，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13和第二匹配模块14，其中第一匹配模块13的两路匹配电路的输出端分别与第一射频天线15、第二射频天线17相连接，第二匹配模块14的两路匹配电路的输出端分别与第三射频天线16、第四射频天线18相连接；功率分配电路10的每路输出端与匹配模块之间还设有反相电路12，天线控制电路9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，实现控制第一射频天线15与第二射频天线17同时工作，第三射频天线16与第四射频天线18同时工作；相位控制电路11的输出端分别与两个反相电路12的控制信号输入端相连接。

如附图4所示，本发明中四个射频天线可以采用矩形线圈，分别记为第一射频天线15、第二射频天线17、第三射频天线16以及第四射频天线18，其中第一射频天线15与第二射频天线17竖放于待测空间中，且第一射频天线15所处平面与第二射频天线17所处平面相交，第三射频天线16与第四射频天线18横放于待测空间，且第三射频天线16所处平面与第四射频天线18所处平面相交；优选的第一射频天线15所处平面与竖直方向呈60°夹角竖放，第二射频天线17所处平面与竖直方向呈120°夹角竖放，第三射频天线16所处平面沿与水平方向呈60°夹角放置，第四射频天线18所处平面沿与水平方向呈120°夹角放置。

本发明中微控芯片6可以通过单片机ARM实现。

本发明中功率分配电路10为1*2功率分配电路，用于将射频信号发送电路7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。

本发明壳体5优选金属壳体，壳体5入口处外侧设有红外探测器19，红外探测器19的信号输出端与上位机1相连接，用于检测是否有待测物体靠近；金属壳体5内侧粘贴有一层铁氧体磁布，铁氧体磁布能够减弱金属对天线磁场的影响，增强磁场强度，从而提高了读取设备读取标签的成功率。

本发明壳体5中间位置可以设有2个调试窗口20，方便对内部天线进行调试，进一步的，可以在壳体外部顶端安装有三色指示灯21，指示灯21与控制机构3相连接，用于指示传送机构的运行状态，具体为三色指示灯21与控制机构3中的电动机控制器连接，电动机控制器根据传送带运行的状态控制指示灯的颜色以及闪烁情况，按准备状态、运行状态、应急停止等不同状态来分别点亮以及闪烁三色灯。

本发明在壳体5的入口及出口处分别设有一个与控制机构相连接的紧急开关，当设备在运行过程中遇到突发情况时，按下紧急开关后，触发信号传送给控制器，控制器控制传送带立即停止转动，保证安全可靠。

本发明所述用于传送待检测物品进入和离开检测区域的传送机构2包括传送带、滚轴，所述与传送机构2相连接的用于控制和驱动传送机构运转的控制机构3包括电动机、电动机控制器、以及变频器，其中电动机控制器与变频器相连接，变频器的输出端与电动机相连接，所述电动机控制器中设有微控芯片、电动机驱动电路以及与上位机1相连接的通信电路，用于接收并向电动机下达上位机1命令。

本发明所述射频读写器中还设有与上位机1相连接的串口通信电路，以将RFID标签读写结果上传至上位机1。

本发明中RFID检测机构中的四个两两一组的射频天线通过匹配电路实现天线性的调整，四个射频天线分为两组配合工作，其中第一射频天线以及第二射频天线配合产生Z轴方向和Y轴方向磁场，第二射频天线与第四射频天线共同工作，产生Y轴方向和X轴方向磁场。

本发明可以将传送机构固定在可滑动底座上，可滑动底座包括底板和固定在底板下方的万向轮22，使装置便于移动。

本发明与现有技术相比，具有以下优点：

1、支持传送速度可调：流水线控制设备包含变频器，变频器控制电机转速，从而实现传送带速度可调。

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

3、读取成功率高：在隧道读写机内侧增加了一层铁氧体磁布，铁氧体磁布能够减弱金属对磁场的影响，从而增强磁场强度，提高读取成功率。

4、检测速度快：通过射频天线读取产品上的标签，与采用人工统计的传统模式相比，大大提高了盘点速度，提高了效率。

5、位置移动方便:隧道读写机下方每个脚均安装有一个万向轮，利用万向轮可以方便的移动隧道读写机的位置，并且可以较好地掌握移动方向。

6、安全性高：隧道读写机的出入口均含有一个紧急开关，突发状况时，按下紧急开关后传送带立即停止转动，保证安全可靠。

Claims (1)

1.一种基于RFID技术的隧道式读写装置，包括上位机、用于传送待检测物品进入和离开检测区域的传送机构、与传送机构相连接的用于控制和驱动传送机构运转的控制机构、罩在传送机构上方且设有入口和出口的壳体，其特征在于所述壳体内侧设有朝向传送机构的RFID检测机构，所述RFID检测机构包括射频读写器和与射频读写器相连接的两两一组的四个射频天线，其中射频读写器中设有微控芯片、射频信号发送电路、射频信号接收电路、天线控制电路、功率分配电路、匹配电路、相位控制电路，微控芯片分别与射频信号接收电路、射频信号发送电路、天线控制电路、相位控制电路的控制信号输入端相连接，射频信号发送电路的输出端与功率分配电路的输入端相连接，

功率分配电路为1路输入，2路输出的功率分配电路；功率分配电路的每路输出分别与一路匹配模块相连接，其中匹配模块由两路匹配电路封装在一起，形成一个匹配模块，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；分别设有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、第二射频天线相连接，第二匹配模块的两路匹配电路的输出端分别与第三射频天线、第四射频天线相连接；天线控制电路的输出端分别与每路匹配电路相连接，功率分配电路的每路输出端与匹配模块之间还设有反相电路；

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，实现控制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；相位控制电路的输出端分别与两个反相电路的控制信号输入端相连接；

四个射频天线采用矩形线圈，分别记为第一射频天线、第二射频天线、第三射频天线以及第四射频天线，其中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；

微控芯片通过单片机ARM实现；

壳体为金属壳体，壳体入口处外侧设有红外探测器，红外探测器的信号输出端与上位机相连接，金属壳体内侧粘贴有一层铁氧体磁布；

壳体中间位置设有2个调试窗口，壳体外部顶端安装有三色指示灯，指示灯与控制机构相连接；

壳体的入口及出口处分别设有一个与控制机构相连接的紧急开关；

所述用于传送待检测物品进入和离开检测区域的传送机构包括传送带、滚轴，所述与传送机构相连接的用于控制和驱动传送机构运转的控制机构包括电动机、电动机控制器、以及变频器，其中电动机控制器与变频器相连接，变频器的输出端与电动机相连接，所述电动机控制器中设有微控芯片、电动机驱动电路以及与上位机相连接的通信电路；

所述射频读写器中还设有与上位机相连接的串口通信电路。