CN105373752B - 射频标签的三维读取装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种射频标签的三维读取装置，包括：平板天线，所述平板天线分布有用于发射射频信号的多个射频天线，且所述射频天线依次由下至上平行错开分布；及射频读写器，所述射频读写器包括：切换控制模块，用于切换导通所述射频天线；射频模块，用于在所述射频天线导通后与所述射频天线建立连接并将所述射频信号发送至所述射频天线；其中，所述切换控制模块接收到所述射频读写器产生的切换控制信号后识别并切换导通对应的射频天线，所述射频模块建立与所述导通的射频天线的连接并将所述射频读写器产生的射频信号发送至所述射频天线，所述射频天线将所述射频信号发射出去。本发明可有效防止漏读，提高读取的成功率。

Description

射频标签的三维读取装置

技术领域

本发明涉及射频识别技术领域，特别是涉及基于平板天线读取射频标签的三维读取装置。

背景技术

在现有射频识别技术领域，射频识别系统一般包括射频天线、用于控制射频信号发射及接收的读写模块，以及固定在待识别物品上的射频标签，使用时射频天线输出射频信号，对射频标签进行读取，射频标签上携带的信息再经射频天线反馈至读写模块内的信号接收电路，对接收到的信息进行处理后，即可完成对射频标签以及其所表示的物体的ID识别。在该系统中，射频天线是整个射频识别系统的重要组成部分，其完成射频识别系统中磁场的发射和接收。当将射频识别技术应用于三维通道装置时，需要将射频天线做成天线框的形式，多个框形天线组成天线阵列，天线阵列完成对标签的三维读取，造成天线体积比较大，组成通道机占用面积大，使用不灵活。

在现有三维通道装置中，由于单个框形天线工作时，在天线中间位置存在盲区，所以常通过框形天线重叠互补形式，各天线依次轮询工作，相邻两框形天线可以相互弥补对方盲区，从而实现了标签的三维读取。现有技术中，采用框形天线重叠互补形式实现标签三维读取的方法主要有两种：一种方法是天线阵列采用两个矩形天线框重叠互补的形式，由于天线框高度的限制，两个框形天线组成的通道装置高度较低，所以标签的可读区域较小，实际应用中，当标签以较高的高度通过通道装置时，可能会存在漏读现象，如果想增大标签的可读区域，需要增加天线框的高度，此时盲区的面积也相应增大，所以需要同时增加两个天线框的重叠面积，但是因互补的两个框形天线为轮询工作，不工作的天线会对工作的天线起到反作用，重叠面积的加大会导致天线间相互耦合的程度加强，读取效果差；另一种方法是天线阵列采用三个矩形天线框重叠互补的形式，三个框形天线组成的通道装置高度较高，所以标签的可读区域较大，但是，由于三个天线轮询工作，天线轮询时间一定，所以每个天线读取的时间减少，当多个标签同时通过通道装置时，由于时间较短，可能存在漏读现象。

发明内容

基于此，有必要提供一种射频标签的三维读取装置，缩小体积并提高读取标签的成功率。

一种射频标签的三维读取装置，包括：

平板天线，所述平板天线分布有用于发射射频信号的多个射频天线，且所述多个射频天线依次由下至上平行错开分布；及

射频读写器，所述射频读写器包括：

切换控制模块，用于切换导通所述射频天线；

射频模块，用于在所述射频天线导通后与所述射频天线建立连接并将所述射频信号发送至所述射频天线；

其中，所述切换控制模块接收到所述射频读写器产生的切换控制信号后识别并切换导通对应的射频天线，所述射频模块建立与所述导通的射频天线的连接并将所述射频读写器产生的射频信号发送至所述射频天线，所述射频天线将所述射频信号发射出去。

以上所述射频标签的三维读取装置，采用平板天线读取标签，有效地缩小了读取装置的体积；在读取标签时，由于射频天线依次由下至上错开分布，可保证竖立方向的标签能够读取，同时，由于射频天线均为水平放置，其可以共同完成对水平方向标签的读取，因此，通过切换射频天线可以保证水平与垂直方向均可以无漏读取标签，有效防止漏读，提高读取的成功率。

在其中一个实施例中，所述平板天线设置有切换控制接口和射频信号接口，所述切换控制模块通过所述切换控制接口与所述射频天线连接，所述射频模块通过射频信号接口与所述射频天线连接。

在其中一个实施例中，所述平板天线设置有匹配模块，用于在所述射频模块建立与所述导通的射频天线的连接后，将所述射频信号无损地发送至所述射频天线。

在其中一个实施例中，所述平板天线还设置有切换模块，用于在所述切换控制模块接收到所述切换控制信号后，通过所述切换模块识别并切换导通对应的射频天线。

在其中一个实施例中，所述射频读写器中设有微控芯片、与微控芯片相连接的射频发射电路、与微控芯片相连接的射频接收电路。

在其中一个实施例中，所述射频天线具有5个。

在其中一个实施例中，所述射频天线为正方形，包括大圈正方形天线和位于所述大圈正方形天线内部的小圈正方形天线，所述大圈正方形天线与小圈正方形天线的间距为4.5cm，所述小圈正方形天线的边长为18cm，所述大圈正方形天线的边长为27cm。

在其中一个实施例中，所述5个射频天线中最下面的两个射频天线之间的距离为2cm。

在其中一个实施例中，所述射频天线为8字形，包括上下分布的两个长方形天线，所述两个长方形天线的长为31cm，宽为11cm，且两个长方形天线之间相对两个边的间距为6cm。

在其中一个实施例中，所述5个射频天线中最下面的两个射频天线之间的距离为3cm。

附图说明

图1为一实施例的射频标签的三维读取装置的结构图；

图2为图1中平板天线形状的示意图；

图3为图1中平板天线的另一示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1所示，一实施例的射频标签的三维读取装置包括：

平板天线190，平板天线190分布有用于发射射频信号的多个射频天线，且多个射频天线依次由下至上平行错开分布；及

射频读写器110，射频读写器110包括：

切换控制模块120，用于切换导通所述射频天线；

射频模块130，用于在所述射频天线导通后与所述射频天线建立连接并将所述射频信号发送至所述射频天线；

其中，切换控制模块120接收到射频读写器产生的切换控制信号后识别并切换导通对应的射频天线，射频模块130建立与导通的射频天线的连接并将射频读写器产生的射频信号发送至射频天线，射频天线将射频信号发射出去。

以上所述射频标签的三维读取装置，采用平板天线读取标签，有效地缩小了读取装置的体积；在读取标签时，由于多个射频天线依次由下至上错开分布，可保证竖立方向的标签能够读取，同时，由于多个天线均为水平放置，其可以共同完成对水平方向标签的读取，因此，通过切换射频天线可以保证水平与垂直方向均可以无漏读取标签，有效防止漏读，提高读取的成功率。

其中，射频读写器110中设有微控芯片、与微控芯片相连接的射频发射电路、与微控芯片相连接的射频接收电路。微控芯片可以控制具体需要读取的标签，射频发射电路可以发射对应的射频信号，射频接收电路可以接收标签反馈回来的信号并发送至微控芯片进行分析。

如图1中所示，本实施例优选的方案中，设置有5个射频天线，分别为1号天线140、2号天线150、3号天线160、4号天线170和5号天线180。以上5个射频天线，其外形尺寸基本一致，且依次由下至上错开分布，保证竖立方向的标签能够读取。例如，如果控制1号天线140工作时，对于1号天线140，当其接收到来自切换控制模块120的控制信号后，接收来自射频模块130的射频信号，使1号天线140导通后即可将射频读写器110所发出的射频信号发射出去。由此，通过射频读写器110可以控制不同的射频天线进行开关工作，通过平板天线即可读取标签的三维标签。

其中，平板天线设置有切换控制接口和射频信号接口，切换控制模块通过切换控制接口与射频天线连接，射频模块通过射频信号接口与射频天线连接。通过切换控制接口和射频信号接口可以将射频信号通过平板天线分布到整个天线平面，实现标签的三维读取。

如图2所示，射频天线可以为正方形，从整体看可以表现为一个大圈正方形天线和一个位于大圈正方形天线内部的小圈正方形天线结构。射频天线上设置匹配模块和切换模块，匹配模块和切换模块分布在中间。其中，匹配模块用于在射频模块建立与导通的射频天线的连接后，将射频信号无损地发送至射频天线，从而使标签能够从平板天线上获取更多的能量，使标签能够被读取的距离更远。匹配模块包括交直流处理电路、与交直流处理电路连接的阻抗匹配电路、与阻抗匹配电路连接的高频开关电路。切换模块用于在切换控制模块接收到切换控制信号后，通过切换模块识别并切换导通对应的射频天线，使射频信号能够通过切换模块到达整个天线形成闭合的磁场，当磁场中有标签时，通过切割磁感应线，产生能量，激活标签信息。切换模块包括控制驱动电路及与控制驱动电路连接的交直流输出电路。

具体应用时，大圈正方形天线与小圈正方形天线的间距为4.5cm，小圈正方形天线的边长为18cm，大圈正方形天线的边长为27cm。

如图3所示，射频天线也可以为8字形，包括上下分布的两个长方形天线，两个长方形天线的长为31cm，宽为11cm，且两个长方形天线之间相对两个边的间距为6cm。

本实施例在实现时，平板天线9由5个射频天线相互叠加构成的，2号天线150、3号天线160、4号天线170、5号天线180分别位于1号天线140的上方。5个射频天线可以采用如图2或图3所示的放置方式，当采用图2中的放置方式时，5个射频天线中最下面的两个射频天线之间的距离为2cm，即1号天线140与2号天线150的中间距离为2cm，当采用如图3中的放置方式时，5个射频天线中最下面的两个射频天线之间的距离为3cm，即1号天线140与2号天线150的中间距离为3cm。不同的中间距离通过不同天线的磁场叠加，可共同完成三维标签的读取，提高读取成功率。

本实施例可以通过以下方式实现：

系统上电，射频读写器110完成相应的信息初始化；

射频读写器110初始化完成后，通过切换控制模块120输出切换控制信号，通过射频模块130输出射频信号，其中切换控制信号传送至平板天线190，用于控制射频天线中对应的一个高频开关导通，使对应的射频天线处于工作状态，同时匹配模块对天线进行阻抗匹配，将天线的频率谐振至13.56M，输出阻抗变换至50Ω；切换控制模块120和射频模块130同时将对应的信号传输到平板天线190；

射频读写器110输出的射频信号和切换控制信号分别输送给1号天线140，2号天线150，3号天线160，4号天线170，5号天线18，使所有的射频天线完成一轮导通，即完成1次检标签操作，循环以上操作。

其中，对于水平方向的标签，整个平面的5个射频天线都起到一定的作用，共同完成对水平的方向的标签读取，根据通过标签的磁通量的变化来分析标签，不论水平标签处于磁场的何处，磁通量都不会为0，所以水平的标签在磁场中没有盲区；

对于同平板天线垂直的标签，由于1号天线140同2号天线150和3号天线160之间存在距离差，并且之间的距离差满足穿过标签的磁通量不为0，且在两天线之间的间距保持在3-5cm之间，不论对于直径小的标签还是直径比较大的标签，都能有足够的能量激活标签，整个天线平面的每一处的磁场都被覆盖到，所以垂直天线的标签也可以读取到。

同时，4号天线170、5号天线180同1号天线140同样配合，天线的形状尺寸都一致，同样能够实现另一个垂直天线方向的标签读取。

通过射频读写器110多次解码判断不同射频天线读取到的标签信息，对相同的标签信息进行过滤，从而检测出天线范围内的不同方向的标签的信息，实现标签的三维读取。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种射频标签的三维读取装置，其特征在于，包括：

平板天线，所述平板天线分布有用于发射射频信号的多个射频天线，且所述射频天线依次由下至上平行错开分布；相邻的所述射频天线之间的距离差满足穿过所述射频标签的磁通量不为0；及

射频读写器，所述射频读写器包括：

切换控制模块，用于切换导通所述射频天线；

射频模块，用于在所述射频天线导通后与所述射频天线建立连接并将所述射频信号发送至所述射频天线；

其中，所述切换控制模块接收到所述射频读写器产生的切换控制信号后识别并切换导通对应的射频天线，所述射频模块建立与所述导通的射频天线的连接并将所述射频读写器产生的射频信号发送至所述射频天线，所述射频天线将所述射频信号发射出去；所述射频信号通过所述平板天线分布到整个天线平面，实现标签的三维读取。

2.根据权利要求1所述的三维读取装置，其特征在于，所述平板天线设置有切换控制接口和射频信号接口，所述切换控制模块通过所述切换控制接口与所述射频天线连接，所述射频模块通过射频信号接口与所述射频天线连接。

3.根据权利要求1所述的三维读取装置，其特征在于，所述平板天线设置有匹配模块，用于在所述射频模块建立与所述导通的射频天线的连接后，将所述射频信号无损地发送至所述射频天线。

4.根据权利要求3所述的三维读取装置，其特征在于，所述平板天线还设置有切换模块，用于在所述切换控制模块接收到所述切换控制信号后，通过所述切换模块识别并切换导通对应的射频天线。

5.根据权利要求1所述的三维读取装置，其特征在于，所述射频读写器中设有微控芯片、与微控芯片相连接的射频发射电路、与微控芯片相连接的射频接收电路。

6.根据权利要求1所述的三维读取装置，其特征在于，所述射频天线具有5个。

7.根据权利要求6所述的三维读取装置，其特征在于，所述射频天线为正方形，包括大圈正方形天线和位于所述大圈正方形天线内部的小圈正方形天线，所述大圈正方形天线与小圈正方形天线的间距为4.5cm，所述小圈正方形天线的边长为18cm，所述大圈正方形天线的边长为27cm。

8.根据权利要求7所述的三维读取装置，其特征在于，所述5个射频天线中最下面的两个射频天线之间的距离为2cm。

9.根据权利要求6所述的三维读取装置，其特征在于，所述射频天线为8字形，包括上下分布的两个长方形天线，所述两个长方形天线的长为31cm，宽为11cm，且两个长方形天线之间相对两个边的间距为6cm。

10.根据权利要求9所述的三维读取装置，其特征在于，所述5个射频天线中最下面的两个射频天线之间的距离为3cm。