CN104392255A - 一种无盲区的射频识别精确定位系统及定位方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种无盲区的射频识别精确定位系统，激发器低频激发模块包括至少两路工作时序错开且不同编号的激发电路，不同激发电路通过低频天线形成低频激发信号交集区；低频接收模块采集低频激发信号并通过超高频无线发送模块将标识信息发送至读写器；超高频无线标签信号接收模块通过超高频天线接收标签信号，并将标签信息和低频激发标识信息传送至上位机；而超高频无线同步信号发送模块将同步信号通过无线形式传送至第一MCU，控制低频激发电路的工作时序的同步状态。本发明还公开一种无盲区的射频识别精确定位方法。本发明利用超高频无线信号同步低频触发信号时序进而实现管理目标无盲区精确定位。

Description

一种无盲区的射频识别精确定位系统及定位方法

技术领域

本发明涉及一种无盲区的射频识别精确定位系统及定位方法。

背景技术

有源RIFD技术已广泛应用于人员和物品的室内粗定位,然而，一般的有源RFID定位系统存在着定位时间长、定位不准确、定位精度差(一般为几十米)等缺点，。对于高精度定位以及近距离的进出定位,现有有源RFID技术已难以满足要求,同时,由于低频的定位距离一般最远为5米,为满足隧道和矿井等人员定位的应用,需要拓展定位距离,隧同时产生了信号同步的需求；为了满足对高精度定位和近距离进出定位的需求，改进有源RFID的定位精度,本案由此产生。

发明内容

本发明的目的在于提供一种无盲区的射频识别精确定位系统及定位方法，利用超高频无线信号同步低频触发信号时序进而实现管理目标的无盲区精确定位。

为达成上述目的，本发明的解决方案为：

一种无盲区的射频识别精确定位系统，包括激发器、电子标签、读写器及上位机；

激发器包括超高频无线信号接收模块、低频激发模块及第一MCU，超高频无线信号接收模块及低频激发模块分别与第一MCU连接；激发器低频激发模块包括至少两路工作时序错开不同编号的激发电路，不同激发电路通过低频天线形成低频激发信号交集区；

电子标签包括低频接收模块、超高频无线发送模块及第二MCU，低频接收模块及超高频无线发送模块分别与第二MCU连接；低频接收模块采集低频激发信号并通过超高频无线发送模块将标识信息发送至读写器；

读写器包括超高频无线同步信号发送模块、超高频无线标签信号接收模块及第三MCU，超高频无线同步信号发送模块及超高频无线标签信号接收模块与第三MCU连接；超高频无线标签信号接收模块通过超高频天线接收标签信号，而超高频无线同步信号发送模块将同步信号发送至激发器；

所述激发电路的工作时序不同，假设t₀为同步基准时间，T为低频天线工作周期，T1为低频发送周期，T2为低频空闲周期，T= T1+ T2，T3为同步信号的发送周期，激发电路A₁、A₂、A₃和A_n分别工作在t₀+(n*i)T、t₀+(n*i)T+T、t₀+(n*i)T +2T和t₀+(n*i)T +nT时序下，i为自然数，互不干扰；

不同激发器激发电路之间时间偏移不同，读写器超高频无线同步信号发送模块在不同激发器激发电路之间时间偏移量小于低频空闲周期T₂之内定时发送超高频无线广播同步信号至激发器，校正不同激发器各路激发电路同步基准时间，使不同激发器各路激发电路间的工作时序同步。

进一步，所述低频激发模块的激发电路设置为四路。

进一步，所述激发器为至少两台，不同激发器设置的同一编号的激发电路工作时序相同。

进一步，所述电子标签处于低频激发信号区时，电子标签的低频接收模块采集所述激发器的各个激发电路的低频激发信号，并通过第二MCU校验，定时筛选信号强度最强的一个低频激发信号，并将所述信号强度最强的低频信号的标识信息通过超高频无线发送模块发送至读写器。

一种无盲区的射频识别精确定位方法，其特征在于：包括以下步骤：

一，在激发器低频激发模块中设置至少两路工作时序错开不同编号的激发电路，不同激发电路通过低频天线形成低频激发信号交集区，假设t₀为同步基准时间，T为低频天线工作周期，T1为低频发送周期，T2为低频空闲周期，T= T1+ T2，T3为同步信号的发送周期，激发电路A₁、A₂、A₃和A_n分别工作在t₀+(n*i)T、t₀+(n*i)T+T、t₀+(n*i)T +2T和t₀+(n*i)T +nT时序下，i为自然数，互不干扰。

二，不同激发器的激发电路之间时间偏移不同，读写器超高频无线同步信号发送模块在不同激发器激发电路之间时间偏移量小于低频空闲周期T₂之内定时发送超高频无线广播同步信号至激发器，校正不同激发器各路激发电路同步基准时间，使不同激发器各路激发电路间的工作时序同步；同步后，各激发器的激发电路在下一个工作周期的起点同时开始新的工作周期并延续至下一个同步信号到达之前。

在多台激发器工作时序同步的前提下,可以确保位于交集区每相邻两台激发器不同编号的激发天线的激发时序不同,实现大范围的无盲区激发信号全覆盖, 从而实现无盲区的精确定位。

三，电子标签低频接收模块采集低频激发信号并通过超高频无线发送模块将标识信息发送至读写器。

四，读写器超高频无线标签信号接收模块通过超高频天线接收标签信号，并将标签信息和低频激发标识信息传送至上位机，而超高频无线同步信号发送模块将同步信号发送至激发器，实现无盲区的射频识别精确定位。

超高频指的是0.3-3GHz的无线电频段，该频段具有数据传输速率较高、信号传输距离远的特点。

采用上述方案后，本发明激发器低频激发模块包括至少两路工作时序错开不同编号的激发电路，以保证电子标签在同一时刻，只受某一激发器的某一路激发电路激发，不同激发电路通过低频天线形成低频激发信号交集区，如果不形成低频激发信号交集区，就会形成盲区；因此，不管电子标签处于任何位置,在每一低频天线工作周期(T)时间内电子标签都可以被其中一路低频信号激发，实现无盲区定位；同时，读写器超高频无线同步信号发送模块在不同激发器激发电路之间时间偏移量小于低频空闲周期T₂之内定时发送超高频无线广播同步信号至激发器，校正不同激发器各路激发电路同步基准时间，使不同激发器各路激发电路间的工作时序同步，实现精确定位。

附图说明

图1是本发明的结构框图；

图2是本发明激发器的结构框图；

图3是本发明激发器多路低频激发模块的低频信号工作时序图；

图4是本发明读写器的结构框图；

图5是本发明电子标签的结构框图；

图6是本发明低频激发模块的定位部署图。

标号说明

读写器10、超高频无线同步信号发送模块101、超高频无线标签信号接收模块102、第三MCU103、上位机20、电子标签30、低频接收模块301、超高频无线发送模块302、第二MCU303、激发器40、超高频无线信号接收模块401、超高频天线402、低频激发模块403、低频天线404、第一MCU405、低频激发信号交集区50。

具体实施方式

以下结合附图及具体实施例对本发明做详细描述。

参阅图1至图6所示，本发明揭示的一种无盲区的射频识别精确定位系统，包括读写器10、上位机20、电子标签30和激发器40。

如图1所示，读写器10与上位机20有线连接，读写器10通过超高频无线同步信号与激发器40通信连接，激发器40通过低频无线激发信号与电子标签30通信连接，电子标签30通过超高频无线信号与读写器10连接。

如图2所示，激发器40包括超高频无线信号接收模块401、超高频天线402、低频激发模块403、低频天线404及控制模块第一MCU405，超高频无线信号接收模块401及低频激发模块403分别与第一MCU405连接；激发器40低频激发模块403包括至少两路工作时序错开不同编号的激发电路，不同激发电路通过低频天线404形成低频激发信号交集区。本实施例中，激发器40还包括电源电路模块、存储单元、有线传输模块和功能开关模块等。

如图5所示，电子标签30包括低频接收模块301、超高频无线发送模块302及第二MCU303，低频接收模块301及超高频无线发送模块302分别与第二MCU303连接；低频接收模块301采集低频激发信号，通过超高频无线发送模块302将标识信息发送至读写器10。

如图4所示，读写器10包括超高频无线同步信号发送模块101、超高频无线标签信号接收模块102及第三MCU103，超高频无线同步信号发送模块101及超高频无线标签信号接收模块102与第三MCU103连接而第三MCU103与上位机20连接；超高频无线标签信号接收模块102通过超高频天线接收标签信号，而超高频无线同步信号发送模块将同步信号发送至激发器。本实施例中，读写器10还包括电源电路模块、存储单元和有线传输模块。

超高频无线同步信号发送模块101负责定时发送超高频同步信号，超高频无线标签信号接收模块102接收信号覆盖范围内的电子标签30无线射频信号，并对信息进行校验，对于射频标签信号记录其信号强度值及定位信息，将以上信息传递给第三MCU103。

第三MCU103负责将以上信息解包暂存，并通过RS232或RS485或以太网将信息传送至上位机20，由上位机20实现信息的管理，同时接收上位机20的设置命令对读写器10进行设置。存储单元负责存储读写器10的配置信息和系统设置参数，掉电保存，以便下次开机不需重新设置读写器10的参数信息。

所述激发电路的工作时序不同，假设t₀为同步基准时间，T为低频天线工作周期，T₁为低频发送周期，T₂为低频空闲周期，T= T₁+ T₂，T3为同步信号的发送周期，激发电路A₁、A₂、A₃和A_n分别工作在t₀+(n*i)T、t₀+(n*i)T+T、t₀+(n*i)T +2T和t₀+(n*i)T +nT时序下，i为自然数，互不干扰，如图3所示。

所述低频激发模块403通过低频天线404发送低频激发信号，且形成低频激发信号交集区50，如图6所示，电子标签30低频接收模块301采集该低频激发信号并通过超高频无线发送模块302将标识信息发送至读写器10，读写器10超高频无线标签信号接收模块102通过超高频天线接收该标签信号，并将标签信息和低频激发标识信息传送至上位机。所述低频激发模块403的激发电路工作时序不同，使得空间没有低频激发信号盲区，电子标签30处于任何位置都可以被低频信号激发，实现无盲区的射频识别精确定位。

本实施例中，所述激发器40的低频激发模块403的激发电路设置为四路。因为不同电路的上电时间、电路硬件差异，不同激发电路之间时间偏移不同，为保证系统的无盲区覆盖，不同激发器激发电路间的时间偏移必须小于低频空闲周期T₂，本系统中通过读写器超高频发送模块周期性地发送同步信号来保证不同激发器激发电路间的时间偏移小于低频空闲周期T_2。通过对系统的多台激发器的各激发电路实际测试，得出多台激发器的各激发电路实际偏移量达到低频空闲周期T₂所需的时间t_P，读写器超高频无线同步信号发送模块的同步周期T₃应远小于t_P，同步后，各激发器的激发电路在下一个工作周期的起点同时开始新的工作周期并延续至下一个同步信号到达之前。

读写器10超高频无线同步信号发送模块101以周期T₃定时发送超高频无线广播同步信号至激发器40，校正不同激发器各路激发电路同步基准时间，使不同激发器各路激发电路间的工作时序同步，实现无盲区精确定位。

激发器40的低频激发模块403共有四路激发电路，分别连接四个125KHz激发天线，空旷环境下，激发距离最远稳定在5米范围，激发电路低频触发时序如图3所示，t₀为同步基准时间，T为低频天线工作周期，T₁为低频发送周期，T₂为低频空闲周期。一台激发器40的一路以上激发电路被开启时，每路天线按照时分多路法轮流发送低频激发信号。正因为一台激发器40具有最多4个互斥的激发时序，系统允许最大4个激发信号区产生交集且互不干扰。在多台激发器工作时序同步的前提下,可以确保位于交集区每相邻两台激发器不同编号的激发天线的激发时序不同,实现大范围的无盲区激发信号全覆盖, 从而实现无盲区的精确定位。

实际使用中，常需要多台激发器40共同在一个小范围内工作，使得激发信号产生交集区，当电子标签30处于信号交集区时，不同激发器40的激发时序不一致，低频激发信号很容易发生冲突，造成电子标签30无法正确识别。激发器40读取来自读写器10的超高频无线同步信号，校正激发电路同步基准时间，校正误差约为 8微秒，远小于低频空闲周期T₂，使超高频同步广播区域内不同激发器40间的低频激发电路工作时序同步。由于采用了超高频无线信号进行同步方式，激发器40的安装更加简单。

如图5所示，为实现低功耗、精确定位及远距离可靠传输，电子标签30采用双频通信方案。电子标签30还包括电源电路模块，电子标签30平时处于休眠状态，功耗极低。当电子标签30进入激发区域被低频正确唤醒后，将激发信息与电子标签自有信息通过超高频发送模块发送出去。

本发明电子标签30会在最多4个低频工作周期（T）的时间段内收集并并通过第二MCU校验激发信息，从中筛选信号强度最强的低频信号，再利用时分多路法，将激发信息与标签自有信息在超高频信道空闲时通过超高频无线发送模块302发送给读写器10，读写器10接收到标签信息后，与上位机20通信，上位机20分析标签信息从而实现监控目标功能。本发明使得标签即使处在低频激发信号交集区，也可以实现定位，并对定位信息做了预处理，减小了信息传输量，节省带宽，同时减少了上位机20定位运算负荷。

如图6所示，所述激发器40为至少两台，不同激发器40设置的同一编号的激发电路工作时序相同。

本发明还公开一种无盲区的射频识别精确定位方法，如图6所示，E代表激发器40，A代表激发器40的激发电路，包括以下步骤：

一，在激发器40低频激发模块403中设置至少两路工作时序错开不同编号的激发电路，不同激发电路通过低频天线形成低频激发信号交集区，假设t₀为同步基准时间，T为低频天线工作周期，T1为低频发送周期，T2为低频空闲周期，T= T1+ T2，T3为同步信号的发送周期，激发电路A₁、A₂、A₃和A_n分别工作在t₀+(n*i)T、t₀+(n*i)T+T、t₀+(n*i)T +2T和t₀+(n*i)T +nT时序下，i为自然数，互不干扰；

二，不同激发器激发电路之间时间偏移不同，读写器10超高频无线同步信号发送模块101在不同激发器激发电路之间时间偏移量小于低频空闲周期T₂之内定时发送超高频无线广播同步信号至激发器40，校正不同激发器各路激发电路同步基准时间，使不同激发器各路激发电路间的工作时序同步；在多台激发器工作时序同步的前提下,可以确保位于交集区每相邻两台激发器不同编号的激发天线的激发时序不同,实现大范围的无盲区激发信号全覆盖, 从而实现无盲区的精确定位。

三，电子标签30低频接收模块301采集低频激发信号并激发，通过超高频无线发送模块302将标识信息发送至读写器10；

四，读写器10超高频无线标签信号接收模块102通过超高频天线接收标签信号，而超高频无线同步信号发送模块将同步信号发送至激发器，从而实现无盲区的射频识别精确定位。

本发明中所述激发器40的四个激发电路应设置不同的编号，上位机20可根据电子标签30数据包中的定位信息，获取电子标签30的定位编号，判断标签在哪个激发天线位置。系统可通过电子标签的激发强度值进一步定位目标，或是减小激发距离增加系统定位精度。

Claims (5)

1.一种无盲区的射频识别精确定位系统，其特征在于：包括激发器、电子标签、读写器及上位机；

激发器包括超高频无线信号接收模块、低频激发模块及第一MCU，超高频无线信号接收模块及低频激发模块分别与第一MCU连接；激发器低频激发模块包括至少两路工作时序错开且不同编号的激发电路，不同激发电路通过低频天线形成低频激发信号交集区；

电子标签包括低频接收模块、超高频无线发送模块及第二MCU，低频接收模块及超高频无线发送模块分别与第二MCU连接；低频接收模块采集低频激发信号并通过超高频无线发送模块将标识信息发送至读写器；

读写器包括超高频无线同步信号发送模块、超高频无线标签信号接收模块及第三MCU，超高频无线同步信号发送模块及超高频无线标签信号接收模块与第三MCU连接；超高频无线标签信号接收模块通过超高频天线接收标签信号，超高频无线同步信号发送模块将同步信号发送至激发器；第三MCU将标签信息和低频激发标识信息传送至上位机；

所述激发电路的工作时序不同，假设t₀为同步基准时间，T为低频天线工作周期，T₁为低频发送周期，T₂为低频空闲周期，T= T₁+ T₂，激发电路A₁、A₂、A₃和A_n分别工作在t₀+(n*i)T、t₀+(n*i)T+T、t₀+(n*i)T +2T和t₀+(n*i)T +nT时序下，i为自然数，互不干扰；

不同激发器激发电路之间时间偏移不同，读写器超高频无线同步信号发送模块在不同激发器激发电路之间时间偏移量小于低频空闲周期T₂之内定时发送超高频无线广播同步信号至激发器，校正不同激发器各路激发电路同步基准时间t₀，使不同激发器各路激发电路间的工作时序同步。

2.如权利要求1所述的一种无盲区的射频识别精确定位系统，其特征在于：所述低频激发模块的激发电路设置为四路。

3.如权利要求1所述的一种无盲区的射频识别精确定位系统，其特征在于：所述激发器为至少两台，不同激发器设置的同一编号的激发电路工作时序相同。

4.如权利要求1所述的一种无盲区的射频识别精确定位系统，其特征在于：所述电子标签处于低频激发信号区时，电子标签的低频接收模块采集所述激发器的各个激发电路的低频激发信号，并通过第二MCU校验，定时筛选信号强度最强的一个低频激发信号，并将所述信号强度最强的低频信号的标识信息通过超高频无线发送模块发送至读写器。

5.一种无盲区的射频识别精确定位方法，其特征在于：包括以下步骤：

一，在激发器低频激发模块中设置至少两路工作时序错开不同编号的激发电路，不同激发电路通过低频天线形成低频激发信号交集区，假设t₀为同步基准时间，T为低频天线工作周期，T1为低频发送周期，T2为低频空闲周期，T= T1+ T2，T3为同步信号的发送周期，激发电路A₁、A₂、A₃和A_n分别工作在t₀+(n*i)T、t₀+(n*i)T+T、t₀+(n*i)T +2T和t₀+(n*i)T +nT时序下，i为自然数，互不干扰；

二，不同激发器的激发电路之间时间偏移不同，读写器超高频无线同步信号发送模块在不同激发器激发电路之间时间偏移量小于低频空闲周期T₂之内定时发送超高频无线广播同步信号至激发器，校正不同激发器各路激发电路同步基准时间，使不同激发器各路激发电路间的工作时序同步；同步后，各激发器的激发电路在下一个工作周期的起点同时开始新的工作周期并延续至下一个同步信号到达之前；

三，电子标签低频接收模块采集低频激发信号并通过超高频无线发送模块将标识信息发送至读写器；

四，读写器超高频无线标签信号接收模块通过超高频天线接收标签信号，并将标签信息和低频激发标识信息传送至上位机，而超高频无线同步信号发送模块将同步信号发送至激发器，实现无盲区的射频识别精确定位。