CN104700136A - 物品堆放位置自动定位系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种物品堆放位置自动定位系统和方法，用以对若干堆放的物品进行定位，该系统包括触发器、读头、计算机终端和若干电子标签，所述触发器用以向若干电子标签发出低频的预触发信号；所述电子标签用以：响应所述预触发信号，经一预设的等待时间后，发出低频的触发信号；不同的电子标签依据预设的规则被配置不同的等待时间；响应接收到的触发信号，发出反馈信号至所述读头；所述计算机终端用以：通过所述读头接收所述反馈信号；依据所述反馈信号得到不同电子标签之间的位置关系，进而得到安装有不同电子标签的不同物品之间的位置关系。

Description

物品堆放位置自动定位系统及方法

技术领域

本发明涉及电子标签，尤其涉及一种物品堆放位置自动定位系统及方法。

背景技术

电子标签又称射频标签、应答器、数据载体；阅读器又称为读出装置、扫描器、读头、通信器、读写器(取决于电子标签是否可以无线改写数据)。电子标签与阅读器之间通过耦合元件实现射频信号的空间(无接触)耦合；在耦合通道内，根据时序关系，实现能量的传递和数据交换。

传统的RFID(射频识别)技术的基本工作原理并不复杂：标签进入磁场后，接收解读器发出的射频信号，凭借感应电流所获得的能量发送出存储在芯片中的产品信息(PassiveTag，无源标签或被动标签)，或者主动发送某一频率的信号(ActiveTag，有源标签或主动标签)；解读器读取信息并解码后，送至中央信息系统进行有关数据处理。

现有技术中，通过电子标签与阅读器之间的信号交互仅仅能够实现两者之间相对距离的计算，哪怕是在较小空间范围内，也无法通过电子标签来实现不同物品之间的定位。

发明内容

本发明要解决的技术问题是如何通过电子标签实现物品堆放位置自动定位。

为了解决这一技术问题，本发明提供了一种物品堆放位置自动定位系统，用以对若干堆放的物品进行定位，包括触发器、读头、计算机终端和若干电子标签，

所述触发器用以向若干电子标签发出低频的预触发信号；

所述电子标签用以：

响应所述预触发信号，经一预设的等待时间后，发出低频的触发信号；不同的电子标签依据预设的规则被配置不同的等待时间；

响应接收到的触发信号，发出反馈信号至所述读头；

所述触发信号至少包括了发出该触发信号的电子标签的标签ID，所述反馈信号至少包括了所属电子标签的标签ID、该电子标签接收到的触发信号包含的标签ID以及该电子标签接收到的触发信号的RSSI强度；每个所述电子标签和触发器均被配置一个不同的标签ID；

所述计算机终端用以：

通过所述读头接收所述反馈信号；

依据所述反馈信号得到不同电子标签之间的位置关系，进而得到安装有不同电子标签的不同物品之间的位置关系。

可选的，所述电子标签至少包括微控制器、射频天线、低频发射天线和至少一个低频接收天线，所述微控制器至少被配置实现以下功能：

响应自所述低频接收天线接收到的触发信号，通过所述射频天线发出所述反馈信号；以及：

通过所述低频发射天线发出所述触发信号。

可选的，所述反馈信号还包括所属标签中接收到触发信号的低频接收天线的天线ID号和对应的RSSI强度。

可选的，所述电子标签还包括射频模块、低频触发模块和低频接收模块，所有所述低频接收天线均通过所述低频接收模块与所述微控制器连接，所述低频发射天线通过所述低频触发模块与所述微控制器连接，所述射频天线通过所述射频模块与所述微控制器连接。

可选的，所述低频发射天线与低频接收天线的方向不同，当所述低频接收天线的数量至少两个时，不同低频接收天线的方向均不相同。

可选的，所述读头至少包括微控制器、信号收发放大器和读头射频天线，所述读头射频天线通过所述信号收发放大器与所述微控制器连接，所述读头射频天线至少用以接收所述反馈信号，并经所述信号收发放大器传输至所述微控制器，所述微控制器用以通过串口将接收到的反馈信号发送至所述计算机终端。

可选的，所述触发器至少包括微控制器、低频触发天线、低频功率驱动控制器、电源以及至少一个充电泵，所述低频触发天线通过所述低频功率驱动控制器与所述微控制器连接，所述电源一方面用以为所述微控制器供电，另一方面经至少一个所述充电泵升压后未所述低频功率驱动控制器供电，所述微控制器用以通过所述低频触发天线向若干电子标签发出低频的预触发信号。

本发明还提供了一种物品堆放位置自动定位方法，包括如下步骤：

S1：触发器向若干电子标签发出低频的预触发信号；

S2：若干所述电子标签均响应所述预触发信号；

S3：经一预设的等待时间后，其中之一电子标签发出低频的触发信号；

S4：与之相邻的电子标签响应步骤S3发出的触发信号，发出反馈信号至所述读头；

S5：重复步骤S3和S4，直至所有电子标签都发出过所述触发信号；其中，不同电子标签的等待时间依据预设的规则被配置不同的等待时间；

S6：依据所述反馈信号得到不同电子标签之间的位置关系，进而得到安装有不同电子标签的不同物品之间的位置关系；

其中，所述触发信号至少包括了发出该触发信号的电子标签的标签ID，所述反馈信号至少包括了所属电子标签的标签ID、该电子标签接收到的触发信号包含的标签ID以及该电子标签接收到的触发信号的RSSI强度。

可选的，所述电子标签至少包括微控制器、射频天线、低频发射天线和至少一个低频接收天线，所述微控制器至少用以：

响应所述低频接收天线接收到的所述触发信号；

通过所述低频发射天线发出另一所述触发信号；

通过所述射频天线发出一所述反馈信号。

可选的，所述反馈信号还包括所属标签中接收到触发信号的低频接收天线的天线ID号和对应的RSSI强度。

本发明利用标签之前触发与被触发以及区分次序依次实现触发和被触发，记录下相邻的标签之间的触发与被触发关系，通过这一触发关系以及触发信号的RSSI强度，可以得到不同电子标签之间的位置关系，进一步的，在不同物品上安装不同ID的电子标签就可以实现不同物品之间的位置关系的确立。

附图说明

图1是本发明一实施例中物品堆放位置自动定位系统的原理示意图；

图2是本发明一实施例中物品堆放位置自动定位系统的通信示意图；

图3是本发明一实施例中读头的结构示意图；

图4是本发明一实施例中触发器的结构示意图；

图5是本发明一实施例中电子标签的原理框图；

图6是本发明一实施例中的电子标签触发的原理示意图；

图7是本发明一实施例中微控制器与射频部分的电路示意图；

图8是本发明一实施例中低频接收部分的电路示意图；

图9是本发明一实施例中低频发射部分的电路示意图；

图10是本发明一实施例中物品堆放位置自动定位方法的流程示意图。

具体实施方式

以下将结合图1至图10对本发明提供的物品堆放位置自动定位系统及方法进行详细的描述，其为本发明可选的实施例，可以认为，本领域的技术人员在不改变本发明精神和内容的范围内，能够对其进行修改和润色。

请参考图1和图2，本实施例提供了一种物品堆放位置自动定位系统，用以对若干堆放的物品进行定位，包括触发器、读头、计算机终端和若干电子标签，

所述触发器用以向若干电子标签发出低频的预触发信号；

所述电子标签用以：

响应所述预触发信号，经一预设的等待时间后，发出低频的触发信号；不同的电子标签依据预设的规则被配置不同的等待时间；

响应接收到的触发信号，发出反馈信号至所述读头；

所述触发信号至少包括了发出该触发信号的电子标签的标签ID，所述反馈信号至少包括了所属电子标签的标签ID、该电子标签接收到的触发信号包含的标签ID以及该电子标签接收到的触发信号的RSSI强度；每个所述电子标签和触发器均被配置一个不同的标签ID；

所述计算机终端用以：

通过所述读头接收所述反馈信号；

依据所述反馈信号得到不同电子标签之间的位置关系，进而得到安装有不同电子标签的不同物品之间的位置关系。

本实施例利用标签之前触发与被触发以及区分次序依次实现触发和被触发，记录下相邻的标签之间的触发与被触发关系，通过这一触发关系以及触发信号的RSSI强度，可以得到不同电子标签之间的位置关系，进一步的，在不同物品上安装不同ID的电子标签就可以实现不同物品之间的位置关系的确立。此外，本发明对等待时间的设置，可以使得每个电子标签可以依次实现对其他电子标签的触发。

考虑到本发明主要适用于空间较小范围内的识别与定位，所以利用触发器发出的低频信号可以实现几乎所有电子标签的预触发。

与之对应的，本实施例还提供了一种物品堆放位置自动定位方法，请参考图10，包括如下步骤：

S1：触发器向若干电子标签发出低频的预触发信号；

S2：若干所述电子标签均响应所述预触发信号；

S3：经一预设的等待时间后，其中之一电子标签发出低频的触发信号；

S4：与之相邻的电子标签响应步骤S3发出的触发信号，发出反馈信号至所述读头；需要指出的是，这里所称的相邻并非指排布方式上的相邻，而是指落在该电子标签信号范围内，能够接受到触发信号的所有电子标签，均可视作相邻的；

S5：重复步骤S3和S4，直至所有电子标签都发出过所述触发信号；其中，不同电子标签的等待时间依据预设的规则被配置不同的等待时间；

S6：依据所述反馈信号得到不同电子标签之间的位置关系，进而得到安装有不同电子标签的不同物品之间的位置关系；

具体来说，请参考图2，以六个电子标签来举例，电子标签的标号可以视作其ID号，本实施例中的等待时间的长短与电子标签的标签ID相匹配，触发器发送预触发信号至所有电子标签后，电子标签1的等待时间最短，最先发出触发信号给相邻的电子标签2、3、4，电子标签2、3、4发送反馈信号给所述探头，进而传输至终端计算机，每个反馈信号记录下了自身的标签ID、触发自身的那个电子标签2的标签ID以及触发信号的RSSI强度，然后是电子标签2发出触发信号给相邻的电子标签1、5、6，依次类推。

关于终端计算机如何得到位置关系，可以举个简单的例子，一方面来说，对于电子标签1，电子标签3、4和2均给出一个RSSI强度，RSSI强度至少可以用以表征出他们距离电子标签1的距离，基于这三个距离，基本可以确定一个电子标签1相对电子标签3、4、2的位置，换言之，基于远近关系，可以位置关系。另一方面来说，在排布较为规则的堆放物品的情况下，只需知道电子标签1能够分别触发电子标签3和4，就可以知道其位置处于3与4之间，换言之，基于交集原理，也可以得到位置关系。

可见，基于交集原理或远近关系至少之一，就可以得到具体的计算模型或者计算方式，依据以上逻辑，本领域技术人员应该能够得到一些可供计算的方案和建模方式，由于所有数据都是可量化的，信号强度的衰减变化是可知可模拟的，所以，本领域技术人员完全能够在以上描述下得到若干实现本发明效果的方案。

所述电子标签至少包括微控制器、射频天线、低频发射天线和至少一个低频接收天线，所述微控制器(MCU)至少被配置实现以下功能：

响应自所述低频接收天线接收到的触发信号，通过所述射频天线发出一反馈信号；以及：

通过所述低频发射天线发出另一触发信号。

对于以上两种功能，响应到触发信号发出反馈信号，即可以视作被触发，发出另一触发信号，即可以视作主动触发，两者可以是具有因果关系，即因为响应到触发信号，才发出触发信号，也可以是不具备因果关系的，同时，还可以补充其他必要条件以达到触发、反馈的效果，换言之，只要一个标签能够实现该两个功能，就可以将其视为本发明可选的实施例之一。

本实施例中，所述低频发射天线与低频接收天线的方向不同，当所述低频接收天线的数量至少两个时，不同低频接收天线的方向均不相同。

所述反馈信号还包括其所属电子标签中接收到触发信号的低频接收天线的天线ID号和对应的RSSI强度。这里所称所属电子标签，自然指的是发出该反馈信号的电子标签。

综上可以看出，反馈信号中进一步可以包括该反馈信号所属电子标签的标签ID、该所属电子标签的低频接收天线接收到的触发信号所包含的标签ID、该所属电子标签的接收到触发信号的低频接收天线的天线ID，以及该所属电子标签的接收到触发信号的低频接收天线所接收到信号的强度RSSI。

本实施例中，由于电子标签的低频接收天线分别是不同方向的，进一步依据哪个天线接收到触发信号，即天线ID，可以进一步确认两者的方位关系，引入对应的信号强度RSSI后，使得进一步判断相对位置关系提供了可靠的数据。

以下将结合图5至图9对本实施例提供的电子标签进行进一步详细的阐述。

请参考图5，本实施例提供了一种电子标签，包括微控制器(MCU)、射频(RF)天线、低频发射天线和至少一个低频接收天线，所述微控制器(MCU)至少用以：

响应自所述低频接收天线接收到的触发信号；

通过所述低频发射天线发出另一触发信号；

通过所述射频(RF)天线发出一反馈信号。

对于以上三种功能的因果关系，可以是先响应到触发信号，即被触发，再实现反馈和主动触发，但也不限于此，可以补充其他必要条件以达到触发、反馈的效果，换言之，只要一个标签能够实现该三个功能，就可以将其视为本发明可选的实施例之一。

本实施例中，微控制器(MCU)采用如图7标示的芯片，当然本发明并不限于此。

本实施例中，该标签还包括射频(RF)模块、低频触发模块和低频接收模块，所有所述低频接收天线均通过所述低频接收模块与所述微控制器(MCU)连接，所述低频发射天线通过所述低频触发模块与所述微控制器(MCU)连接，所述射频(RF)天线通过所述射频(RF)模块与所述微控制器(MCU)连接。

这里所称的射频(RF)模块、低频触发模块和低频接收模块可以认为是在微处理器与各天线之间起到编码、解码、传输和放大等至少之一功能的模块。同理，前文所述的终端射频(RF)模块也是类似作用

对于低频接收部分，当所述低频接收天线的数量至少两个时，不同低频接收天线的方向均不相同。请参考图7和图8，本实施例中，采用了三个方向的天线作为示例，分别接收左、右、下三个方向的低频信号，其如图所示的LF1P、LF2P、LF3P分别接入到AS3993芯片的三个输入接口，AS3993芯片可以视作是本实施例中的低频接收模块，本实施例中，其中的CS接口接到微控制器(MCU)的P0.0接口，SCL接口接到微控制器(MCU)的P0.1接口，SDI接口接到微控制器(MCU)的PL4接口，SDO接口接到微控制器(MCU)的PL3接口，CL_DAT接口接到微控制器(MCU)的P0.4接口，DAT接口接到微控制器(MCU)的P0.3接口，WAKE接口接到微控制器(MCU)的P0.6接口。请参考图7和图9，对于低频发射部分，微控制器(MCU)的P1.5接口连接到低频发射模块，进而连接到低频发射天线。

其他具体接线和电路的器件布置，也可以参照图7至图9得到，本实施例不再做具体阐述，应该认识到，本实施例之所以给出具体的电路图，意在表明，本发明的技术方案的硬件部分是可以通过已知的硬件的独特的连接关系得到的，图7至图9示意的实施例已经给出了一种方案，所以，不会存在公开不充分和无法实现的问题。

此外，本实施例中，所述的电子标签还包括电源，所述电源用以为所述微控制器供电。所述电源通过至少一个升压模块升压后输入到所述微控制器连接。所述射频天线为射频收发天线。

本实施例中，射频(RF)天线为射频(RF)收发天线，可以采用2.4GHz的射频(RF)天线，低频接收天线、低频发射天线可以采用12.5MHz的天线。

再进一步来看本发明，在这一硬件基础上可以通过进一步的编程来实现双向的触发功能、在此基础上的识别功能以及再进一步的定位功能。

对于触发功能来说，

1)可以发射低频信号，称之为唤醒功能；

2)唤醒所有睡眠的电子标签，正常状态，电子标签都是睡眠状态，提高电子标签的使用寿命；

3)电子标签需要识别触发器的RSSI值，以确认电子标签的方向，即头尾方向。

对于电子标签功能来说：

1)接收低频信号，及RSSI；

2)能发射低频信号；

3)将相应的信号以RF射频信号快速发射出去；

4)工作程序：睡眠->唤醒工作->睡眠。

为了实现双向触发功能，通过对微控制器(MCU)配置相应的程序和周边电路，所述微控制器(MCU)至少可以用以响应自所述低频接收天线接收到的触发信号，通过所述低频发射天线发出另一触发信号，通过所述射频(RF)天线发出一反馈信号，其中接收到触发信号发出反馈信号即是实现被触发功能，其中发出另一触发信号，即时实现触发功能。

为了实现在此基础上的识别功能，所述反馈信号至少包括所属标签对应的标签ID号，若是将标签设于货物上，通过该识别功能，即可实现货物“是否存在”的初步清点功能。这里所称所属电子标签，自然指的是发出该反馈信号的电子标签。

为了实现在此基础上的识别功能，还须做以下配置：

通过所述低频发射天线发出的触发信号至少包括所属标签对应的标签ID号。所述反馈信号至少包括所属标签对应的标签ID号以及所接收到的触发信号中包含的标签ID号。所述反馈信号还包括所属标签中接收到触发信号的低频接收天线的天线ID号和对应的RSSI强度。所述低频发射天线与低频接收天线的方向不同。当所述低频接收天线的数量至少两个时，不同低频接收天线的方向均不相同。当然，本发明并不限于多少个方向和具体哪些方向，哪怕是同方向，也属于本发明一可选的实施例，在本发明各实施例中，可以分别利用不同天线的不同方向或位置的差别，得到不同的覆盖范围，进而可以依据RSSI值的不同来进行具体计算。

举例来说，请参考图6，为标签T1配置三个低频接收天线R11、R12和R13，其扇形的覆盖面积分别朝向左、右和下侧，还配置一个低频发射天线A1，为标签T2配置三个低频接收天线R21、R22和R23，其扇形的覆盖面积分别朝向左、右和下侧，还配置一个低频发射天线A2，且标签T1在标签T2的上侧，假定标签T1的ID是1，T2的ID是2，标签T1的三个天线的ID分别是11、12、13，当标签T2通过低频发射天线A2发出触发信号时，标签T1的接收天线R11接收到触发信号，此时就可以获得自己的标签ID为1，触发T1的标签ID为2，以及接收触发信号的接收天线R11的天线ID为11，通过两个ID可以确定相邻的两个标签是哪两个，通过天线ID，由于不同天线的方向不同，可以判断其相对的位置。

关于所述探头：

请参考图3，所述读头至少包括微控制器(MCU)、信号收发放大器和读头射频天线，所述读头射频天线通过所述信号收发放大器与所述微控制器(MCU)连接，所述读头射频天线至少用以接收所述反馈信号，并经所述信号收发放大器传输至所述微控制器(MCU)，所述微控制器(MCU)用以通过串口将接收到的反馈信号发送至所述计算机终端。

所述探头还包括语音音频解码模块、LCD状态显示模块、蓝牙信号输出模块和电源，均与所述微控制器(MCU)连接。

关于所述触发器：

请参考图4，所述触发器至少包括微控制器(MCU)、低频触发天线、低频功率驱动控制器、电源以及至少一个充电泵，所述低频触发天线通过所述低频功率驱动控制器与所述微控制器(MCU)连接，所述电源一方面用以为所述微控制器(MCU)供电，另一方面经至少一个所述充电泵升压后未所述低频功率驱动控制器供电，所述微控制器(MCU)用以通过所述低频触发天线向若干电子标签发出低频的预触发信号。

所述触发器还可以包括RF控制触发模块，与所述微控制器(MCU)连接。

综上所述，本发明利用标签之前触发与被触发以及区分次序依次实现触发和被触发，记录下相邻的标签之间的触发与被触发关系，通过这一触发关系以及触发信号的RSSI强度，可以得到不同电子标签之间的位置关系，进一步的，在不同物品上安装不同ID的电子标签就可以实现不同物品之间的位置关系的确立。

Claims (10)

1.一种物品堆放位置自动定位系统，用以对若干堆放的物品进行定位，其特征在于：包括触发器、读头、计算机终端和若干电子标签，

所述触发器用以向若干电子标签发出低频的预触发信号；

所述电子标签用以：

响应所述预触发信号，经一预设的等待时间后，发出低频的触发信号；不同的电子标签依据预设的规则被配置不同的等待时间；

响应接收到的触发信号，发出反馈信号至所述读头；

所述触发信号至少包括了发出该触发信号的电子标签的标签ID，所述反馈信号至少包括了所属电子标签的标签ID、该电子标签接收到的触发信号包含的标签ID以及该电子标签接收到的触发信号的RSSI强度；每个所述电子标签和触发器均被配置一个不同的标签ID；

所述计算机终端用以：

通过所述读头接收所述反馈信号；

依据所述反馈信号得到不同电子标签之间的位置关系，进而得到安装有不同电子标签的不同物品之间的位置关系。

2.如权利要求1所述的物品堆放位置自动定位系统，其特征在于：所述电子标签至少包括微控制器、射频天线、低频发射天线和至少一个低频接收天线，所述微控制器至少被配置实现以下功能：

响应自所述低频接收天线接收到的触发信号，通过所述射频天线发出所述反馈信号；以及：

通过所述低频发射天线发出所述触发信号。

3.如权利要求2所述的物品堆放位置自动定位系统，其特征在于：所述反馈信号还包括所属标签中接收到触发信号的低频接收天线的天线ID号和对应的RSSI强度。

4.如权利要求2所述的物品堆放位置自动定位系统，其特征在于：所述电子标签还包括射频模块、低频触发模块和低频接收模块，所有所述低频接收天线均通过所述低频接收模块与所述微控制器连接，所述低频发射天线通过所述低频触发模块与所述微控制器连接，所述射频天线通过所述射频模块与所述微控制器连接。

5.如权利要求2所述的物品堆放位置自动定位系统，其特征在于：所述低频发射天线与低频接收天线的方向不同，当所述低频接收天线的数量至少两个时，不同低频接收天线的方向均不相同。

6.如权利要求1所述的物品堆放位置自动定位系统，其特征在于：所述读头至少包括微控制器、信号收发放大器和读头射频天线，所述读头射频天线通过所述信号收发放大器与所述微控制器连接，所述读头射频天线至少用以接收所述反馈信号，并经所述信号收发放大器传输至所述微控制器，所述微控制器用以通过串口将接收到的反馈信号发送至所述计算机终端。

7.如权利要求1所述的物品堆放位置自动定位系统，其特征在于：所述触发器至少包括微控制器、低频触发天线、低频功率驱动控制器、电源以及至少一个充电泵，所述低频触发天线通过所述低频功率驱动控制器与所述微控制器连接，所述电源一方面用以为所述微控制器供电，另一方面经至少一个所述充电泵升压后未所述低频功率驱动控制器供电，所述微控制器用以通过所述低频触发天线向若干电子标签发出低频的预触发信号。

8.一种物品堆放位置自动定位方法，用以对若干堆放的物品进行定位，其特征在于：包括如下步骤：

S1：触发器向若干电子标签发出低频的预触发信号；

S2：若干所述电子标签均响应所述预触发信号；

S3：经一预设的等待时间后，其中之一电子标签发出低频的触发信号；

S4：与之相邻的电子标签响应步骤S3发出的触发信号，发出反馈信号至所述读头；

S5：重复步骤S3和S4，直至所有电子标签都发出过所述触发信号；其中，不同电子标签的等待时间依据预设的规则被配置不同的等待时间；

S6：依据所述反馈信号得到不同电子标签之间的位置关系，进而得到安装有不同电子标签的不同物品之间的位置关系；

其中，所述触发信号至少包括了发出该触发信号的电子标签的标签ID，所述反馈信号至少包括了所属电子标签的标签ID、该电子标签接收到的触发信号包含的标签ID以及该电子标签接收到的触发信号的RSSI强度。

9.如权利要求8所述的物品堆放位置自动定位方法，其特征在于：所述电子标签至少包括微控制器、射频天线、低频发射天线和至少一个低频接收天线，所述微控制器至少用以：

响应所述低频接收天线接收到的所述触发信号；

通过所述低频发射天线发出另一所述触发信号；

通过所述射频天线发出一所述反馈信号。

10.如权利要求9所述的物品堆放位置自动定位方法，其特征在于：所述反馈信号还包括所属标签中接收到触发信号的低频接收天线的天线ID号和对应的RSSI强度。