CN106874975B - 基于高频rfid技术的密集档案管理系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于高频RFID技术的密集档案管理系统，包括控制器、射频读写器和射频标签，控制器控制射频读写器读取射频标签的信息；系统仅由控制器和多块射频读写器组成，控制器和射频读写器之间通过数据线连接，结构简单，便于现场安装实施；通过增加控制器，可以扩展为多级控制器结构的射频管理系统，轻松应对更大规模的密集档案管理；通过控制器和射频读写器的ID编号，来唯一性标识每一路射频天线。现场无需再布置大量检测传感器，也不需要复杂的软件逻辑来帮助实现精确定位，现场安装实施方便快捷；控制器和射频读写器的硬件结构简单，维护方便，元器件数量和价格均远远低于基于超高频技术射频模块涉及的元器件，性价比高，具有很好的市场前景。

Description

基于高频RFID技术的密集档案管理系统及方法

技术领域

本发明属于RFID射频识别技术和密集档案自动化管理领域，涉及一种基于高频RFID技术的密集档案管理系统及方法。

背景技术

近年来，我国档案事业取得了长足的发展，档案事业的规模日益扩大，对档案管理的要求也越来越高，RFID射频技术开始得到广泛应用。RFID又称无线射频识别，是一种无线通信技术，可通过无线电讯号在非接触的情况下识别特定目标并读写相关数据。RFID技术可分为LF(低频)、HF(高频)和UHF(超高频)三种，具有不同的特点和应用环境。RFID射频技术与档案管理领域相结合，推动了档案管理中的快速盘库、精确定位到本和实时监控等智能化功能的发展，节省了大量人力，极大提高了档案管理的效率。

目前RFID射频技术在密集档案管理中主要有以下几方面的应用：一是快速盘点在库存储档案。即利用RFID射频能够快速读取射频标签的特点，对在库档案进行自动化的快速盘点，取代耗时耗力的人工盘点。二是实时监控在库档案。即通过实时读取档案的射频标签信息，来检测档案在其存储位置的变动情况。三是利用RFID射频识别，优化档案管理中的入库、存取、查询和出库等业务，提升工作效率。

以上几方面应用，都必须解决RFID射频读取射频标签的唯一性问题。具体的说，就是在一定的空间范围内，RFID射频识别只能读到一个射频标签信息，该射频标签和档案以及档案的存储位置是唯一对应关系。否则，RFID射频识别就只能确定档案是否在库，但是无法确认档案是否在其正确的存储位置上。后期还需要人工介入做进一步的确认，实时监控也无法做到精确到本，大大降低了管理效率。

相关专利如CN103632178B，采用红外传感器和RFID射频技术结合实现来解决这个问题。这种方法在档案存储位置设置红外传感器，根据传感器发出的信号变化来确认档案是否在存储位置，同时结合RFID射频识别来实现档案和存储位置的点对点管理。其射频模块应用了超高频射频技术，包括读写器、多路器、功分器、匹配器和射频天线等，实际工作时还需要采用降低射频天线工作耦合的措施。当面临大规模的密集档案管理需求时，这种方案需要数量惊人的传感器，硬件设备在现场安装和维护艰难，系统结构复杂，成本高，现场实施周期长。最为重要的是，当发生同时存取数件档案的操作时，这种方式将无法根据射频标签信息和传感器变化，将档案和存储位置一一对应管理起来，给档案管理带来了安全隐患。

综合目前RFID射频技术在档案管理领域应用的相关专利，主要是通过超高频RFID技术实现档案管理。在诸如档案柜、回转库和密集架等典型的密集档案存储系统的应用中，有如下问题：一是超高频RFID信号非常容易遇到设备金属部件反射、潮湿环境吸收和各种电磁信号干扰的问题，造成误读、错读和冗余读；二是超高频RFID读写天线普遍功率较大、发射距离远，在读取空间有限的存储设备中，必须采取降低功率和信号匹配措施，来保证发射信号具有良好的定向性，不会一次读取临近的多个射频标签信息。因此射频相关模块的软硬件设计复杂，成本较高，还经常需要现场调试参数来达到良好效果。

因此，需要一种基于高频RFID技术的密集档案管理系统以解决上述问题。

发明内容

本发明针对现有技术的缺陷，提供一种基于高频RFID技术的密集档案管理系统。

为解决上述技术问题，本发明的基于高频RFID技术的密集档案管理系统所采用的技术方案为：

一种基于高频RFID技术的密集档案管理系统，其特征在于：包括控制器(1)、射频读写器(2)和射频标签(5)，所述控制器(1)控制所述射频读写器(2)读取所述射频标签(5)的信息；

所述控制器(1)包括第一CPU、电源模块、选址模块和通信模块，所述第一CPU为单片机，所述电源模块用于为第一CPU、选址模块和通信模块供电，所述选址模块用于设置所述控制器的地址ID和连接的设备数量，所述通信模块用于将第一CPU的输出电平转换为标准通信电平，实现数据通信；

所述射频读写器(2)包括第二CPU、第二选址模块、第二通信模块、高频读写模块和射频天线，所述第二CPU为单片机，所述第二选址模块用于设置射频读写器的地址ID，所述第二通信模块将第二CPU的输出电平转换为标准通信电平，实现数据通信，所述高频读写模块包括高频RFID芯片和滤波及匹配电路，所述高频RFID芯片用于输出经过调制的高频信号，并接收所述射频天线耦合回来的高频信号，所述滤波及匹配电路用来过滤高频信号的高次谐波分量和与天线线圈实现阻抗匹配；

所述射频标签(5)为用于被所述射频天线发射的高频能量激活并反馈信息。

更进一步的，所述高频读写模块、射频天线和射频标签(5)一一对应。即一路高频读写模块连接一路射频天线，读取一路射频标签信息。

更进一步的，所述第二CPU通过信号线连接N个所述高频读写模块，其中，N≥1，所述控制器(1)通过信号线连接M个所述射频读写器(2)，其中，M≥1。每个射频读写器通过选址模块设置唯一的地址编码，实现对M*N路射频天线的控制。

更进一步的，所述第二CPU通过信号线连接N个所述高频读写模块，其中，N≥1，所述控制器(1)包括一个主控制器和K个子控制器，其中，K≥1，所述主控制器通过信号线连接所述子控制器，所述子控制器通过信号线连接M个所述射频读写器，其中，M≥1。每个子控制器通过选址模块设置唯一的地址编码，并连接M个射频读写器，实现对K*M*N路射频天线的控制。

更进一步的，所述射频标签(5)为高频RFID的无源射频标签。标签黏贴于档案盒盒脊正面。用于区分不同的待定档案。

更进一步的，所述射频标签(5)包括微控制芯片，所述微控制芯片设置有唯一识别码。标签黏贴于档案盒盒脊正面。用于区分不同的待定档案。

有益效果：本发明的基于高频RFID技术的密集档案管理系统具有以下优点：

(1)结构简单：系统仅由控制器和多块射频读写器组成，控制器和射频读写器之间通过数据线连接，结构简单，便于现场安装实施；

(2)扩展方便：通过增加控制器，可以扩展为多级控制器结构的射频管理系统，轻松应对更大规模的密集档案管理；

(3)安装实施快捷：通过控制器和射频读写器的ID编号，来唯一性标识每一路射频天线。现场无需再布置大量检测传感器，也不需要复杂的软件逻辑来帮助实现精确定位，现场安装实施方便快捷；

(4)极高性价比：控制器和射频读写器的硬件结构简单，维护方便，元器件数量和价格均远远低于基于超高频技术射频模块涉及的元器件，性价比高，具有很好的市场前景。

本发明还公开了一种基于高频RFID技术的密集档案管理方法，采用如权利要求1-6任一项所述的基于高频RFID技术的密集档案管理系统，包括以下步骤：

1)、利用所述选址模块为所述控制器(1)设置唯一的ID编号和连接的射频读写器(2)的数量；

2)、利用选址模块为步骤1)的射频读写器(2)设置唯一的ID编号；

3)、电源模块为密集档案管理系统供电，对所述控制器(1)和射频读写器(2)进行初始化，所述射频读写器(2)对连接的所述高频读写模块按顺序编号；

4)、上级系统向所述控制器(1)发送读取所述射频标签(5)指令，所述上级系统为上位机或上一级的所述控制器；

5)、所述控制器(1)向所述射频读写器发出读所述射频标签(5)指令；

6)、所述射频读写器接收所述控制器(1)的指令，控制连接的所述高频读写模块通过所述射频天线向外辐射射频能量，所述射频标签进行应答并将标签信息通过射频磁场传递给所述射频读写器，所述射频读写器通过对磁场信号的处理获取所述射频标签的信息；

7)、所述射频读写器读取与之连接的所述高频读写模块发送的标签信息，将所述射频标签的信息、对应的所述高频读写模块的ID编号和所述射频读写器的ID编号发送给所述控制器(1)；

8)、重复步骤5)-步骤7)，直到所述控制器(1)读取连接的所有射频读写器(2)发送的数据；

9)、所述控制器(1)将本控制器的ID编号和所有的射频读写器发送的数据发送给上级系统；

10)、上级系统利用步骤9)的数据获得每一路所述射频天线对应的所述射频标签(5)的信息。

更进一步的，步骤6)中当射频读写器开始读取射频标签信息时，只有一路所述射频读写模块处于工作状态。为了防止读取密集档案射频标签时，临近射频天线辐射能量互相干扰造成误读的情况，射频读写器对高频读写模块采用一种“用时开启、闲时关闭”的工作模式。具体表述为：射频读写器初始化完成后，关闭连接的所有高频读写模块。当射频读写器开始读取射频标签信息时，首先开启其中一路高频射频模块，使其进入工作状态。待该模块控制射频天线读取到标签信息，先关闭该高频读写模块，再开启下一路高频读写模块，执行读标签工作。依此步骤完成所有高频读写模块的读标签工作。

更进一步的，步骤6)中所述射频读写器通过所述高频读写模块读取L次所述射频标签的信息，当L次读取的所述射频标签的信息相同，则作为正确的标签信息发送给所述控制器(1)，并记录该信息；如果不一致，则将上一次记录的正确标签信息发送给控制器。为了降低把错误标签信息发送到控制器的概率，射频读写器对读取到的标签信息执行数据过滤。具体表述为：射频读写器通过高频读写模块重复读取N次(N可设置为3)射频标签值。当N次读取的标签信息相同，则作为正确的标签信息发送给控制器，并记录该信息；如果不一致，则将上一次记录的正确标签信息发送给控制器。

有益效果：本发明的基于高频RFID技术的密集档案管理方法方便实现对于密集档案的管理，效率高，控制方便。

附图说明

图1是本发明的系统结构示意图；

图2是本发明的系统的一种扩展结构示意图；

图3是本发明的射频读写器的详细结构图；

附图说明：控制器1、射频读写器2、高频读写模块3、射频天线4、射频标签5。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本发明，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。

请参阅图1、图2和图3所示，本发明的基于高频RFID技术的密集档案管理系统，包括控制器1、射频读写器2和射频标签5，控制器1控制射频读写器2读取射频标签5的信息。其中，控制器1包括第一CPU、电源模块、选址模块和通信模块，第一CPU为单片机，电源模块用于为第一CPU、选址模块和通信模块供电，选址模块用于设置控制器的地址ID和连接的设备数量，通信模块用于将第一CPU的输出电平转换为标准通信电平，实现数据通信。射频读写器2包括第二CPU、第二选址模块、第二通信模块、高频读写模块和射频天线，第二CPU为单片机，第二选址模块用于设置射频读写器的地址ID，第二通信模块将第二CPU的输出电平转换为标准通信电平，实现数据通信，高频读写模块包括高频RFID芯片和滤波及匹配电路，高频RFID芯片用于输出经过调制的高频信号，并接收射频天线耦合回来的高频信号，滤波及匹配电路用来过滤高频信号的高次谐波分量和与天线线圈实现阻抗匹配。射频标签5为用于被射频天线发射的高频能量激活并反馈信息。

高频读写模块、射频天线和射频标签5一一对应。即一路高频读写模块连接一路射频天线，读取一路射频标签信息。

其中，第二CPU通过信号线连接N个高频读写模块，其中，N≥1，控制器1通过信号线连接M个射频读写器2，其中，M≥1。每个射频读写器通过选址模块设置唯一的地址编码，实现对M*N路射频天线的控制。

其中，第二CPU通过信号线连接N个高频读写模块，其中，N≥1，控制器1包括一个主控制器和K个子控制器，其中，K≥1，主控制器通过信号线连接子控制器，子控制器通过信号线连接M个射频读写器，其中，M≥1。每个子控制器通过选址模块设置唯一的地址编码，并连接M个射频读写器，实现对K*M*N路射频天线的控制。

射频标签5为高频RFID的无源射频标签。标签黏贴于档案盒盒脊正面。用于区分不同的待定档案。射频标签5包括微控制芯片，微控制芯片设置有唯一识别码。标签黏贴于档案盒盒脊正面。用于区分不同的待定档案。

本发明的基于高频RFID技术的密集档案管理系统具有以下优点：

1、结构简单：系统仅由控制器和多块射频读写器组成，控制器和射频读写器之间通过数据线连接，结构简单，便于现场安装实施。

2、扩展方便：通过增加控制器，可以扩展为多级控制器结构的射频管理系统，轻松应对更大规模的密集档案管理。

3、安装实施快捷：通过控制器和射频读写器的ID编号，来唯一性标识每一路射频天线。现场无需再布置大量检测传感器，也不需要复杂的软件逻辑来帮助实现精确定位，现场安装实施方便快捷。

4、极高性价比：控制器和射频读写器的硬件结构简单，维护方便，元器件数量和价格均远远低于基于超高频技术射频模块涉及的元器件，性价比高，具有很好的市场前景。

本发明还公开了一种基于高频RFID技术的密集档案管理方法，采用如上所述的基于高频RFID技术的密集档案管理系统，包括以下步骤：

1、利用选址模块为控制器1设置唯一的ID编号和连接的射频读写器2的数量。

2、利用选址模块为步骤1的射频读写器2设置唯一的ID编号。

3、电源模块为密集档案管理系统供电，对控制器1和射频读写器2进行初始化，射频读写器2对连接的高频读写模块按顺序编号。

4、上级系统向控制器1发送读取射频标签5指令，上级系统为上位机或上一级的控制器。

5、控制器1向射频读写器发出读射频标签5指令。

6、射频读写器接收控制器1的指令，控制连接的高频读写模块通过射频天线向外辐射射频能量，射频标签进行应答并将标签信息通过射频磁场传递给射频读写器，射频读写器通过对磁场信号的处理获取射频标签的信息。

7、射频读写器读取与之连接的高频读写模块发送的标签信息，将射频标签的信息、对应的高频读写模块的ID编号和射频读写器的ID编号发送给控制器1。

8、重复步骤5-步骤7，直到控制器1读取连接的所有射频读写器2发送的数据。9、控制器1将本控制器的ID编号和所有的射频读写器发送的数据发送给上级系统。

10、上级系统利用步骤9的数据获得每一路射频天线对应的射频标签5的信息。

步骤6中当射频读写器开始读取射频标签信息时，只有一路射频读写模块处于工作状态。为了防止读取密集档案射频标签时，临近射频天线辐射能量互相干扰造成误读的情况，射频读写器对高频读写模块采用一种“用时开启、闲时关闭”的工作模式。具体表述为：射频读写器初始化完成后，关闭连接的所有高频读写模块。当射频读写器开始读取射频标签信息时，首先开启其中一路高频射频模块，使其进入工作状态。待该模块控制射频天线读取到标签信息，先关闭该高频读写模块，再开启下一路高频读写模块，执行读标签工作。依此步骤完成所有高频读写模块的读标签工作。

步骤6中射频读写器通过高频读写模块读取L次射频标签的信息，当L次读取的射频标签的信息相同，则作为正确的标签信息发送给控制器1，并记录该信息。如果不一致，则将上一次记录的正确标签信息发送给控制器。为了降低把错误标签信息发送到控制器的概率，射频读写器对读取到的标签信息执行数据过滤。具体表述为：射频读写器通过高频读写模块重复读取N次(N可设置为3)射频标签值。当N次读取的标签信息相同，则作为正确的标签信息发送给控制器，并记录该信息。如果不一致，则将上一次记录的正确标签信息发送给控制器。

本发明的基于高频RFID技术的密集档案管理方法方便实现对于密集档案的管理，效率高，控制方便。

实施例1：

如附图1所示，本发明的基于高频RFID技术的密集档案管理系统，包括控制器1、射频读写器2以及射频标签5，控制器1与射频读写器2相连接，控制射频读写器2读取射频标签5信息。

本发明中控制器1，包括第一CPU、电源模块、选址模块和通信模块。第一CPU，是基于8位、16位或32位的单片机；电源模块，将外部提供的供电电压经过电压转换电路，转换为控制器板载电子元器件需要的供电电压；选址模块，由具有多组IO开关量的拨码开关组成，用来设置控制器的地址ID和控制器连接的设备数量；通信模块，包括CPU的通信功能单元和电平转换电路，将CPU的输出电平转换为标准通信电平，实现数据通信。

本发明中射频读写器2，包括第二CPU、高频读写模块3、第二选址模块、第二通信模块和射频天线4。第二CPU，是基于8位、16位或32位的单片机；第二选址模块，由具有多组IO开关量的拨码开关组成，用来设置控制器的地址ID；第二通信模块，包括CPU的通信功能单元和电平转换电路，将CPU的输出电平转换为标准通信电平，实现数据通信；高频读写模块3，包括高频RFID芯片和滤波及匹配电路。高频RFID芯片可以输出经过调制的高频信号，并接收天线耦合回来的高频信号；滤波及匹配电路用来过滤高频信号的高次谐波分量和与天线线圈实现阻抗匹配；射频天线4为导线构成的圆环状或矩形线圈，通过信号线与高频读写模块连接，在圆环状或矩形线圈所在区域的正面发射高频能量信息，并耦合该区域内的高频标签信息。

附图1表示系统的结构图，为便于表述，假设射频读写器2的CPU只控制一路高频读写模块3。控制器1通过信号线和N(N≥1)个射频读写器2连接，通过射频读写器2的选址模块，可以设置其ID编号为1到N。射频读写器2的CPU通过信号线可以连接高频读写模块3。系统可以实现对N路射频天线4的控制。

附图2表示系统的一种扩展结构图，为便于表述，假设射频读写器2的CPU只控制一路高频读写模块3。利用一个控制器1作为第一级主控制器，通过信号线连接M(M≥1)个控制器1作为第二级子控制器，每个子控制器连接N(N≥1)个射频读写器2。通过两级控制器1的连接，可以实现对M*N路射频天线4的控制。

附图3表示射频读写器2的详细结构图。射频读写器2的CPU通过信号线和K(K≥1)块高频读写模块3连接，实现一块射频读写器2对N路射频天线4的控制。如果在[0044]使用，将可以把系统控制的射频天线4的数量扩展到M*N*K路。

本发明在实际使用时，附图1和2的结构差别仅仅表现为控制器1的连接方式不同。现场实施时仅需要安排好设备的固定位置和连线即可，无需修改控制器1的软件。

本发明在实际使用时，附图3射频读写器2的CPU和高频读写模块3的控制关系，取决于密集档案管理设备的结构特点和安装需求，可选择一对一或一对多控制模式。可以事先定制好一对一、一对四、一对八等各种类型的射频读写器2，根据现场情况灵活使用。射频读写器2的软件无需根据控制模式做修改，为统一一致的软件。

Claims (5)

1.一种基于高频RFID技术的密集档案管理系统，其特征在于：包括控制器（1）、射频读写器（2）和射频标签（5），所述控制器（1）控制所述射频读写器（2）读取所述射频标签（5）的信息；

所述控制器（1）包括第一CPU、电源模块、选址模块和通信模块，所述第一CPU为单片机，所述电源模块用于为第一CPU、选址模块和通信模块供电，所述选址模块用于设置所述控制器的地址ID和连接的设备数量，所述通信模块用于将第一CPU的输出电平转换为标准通信电平，实现数据通信；

所述射频读写器（2）包括第二CPU、第二选址模块、第二通信模块、高频读写模块和射频天线，所述第二CPU为单片机，所述第二选址模块用于设置射频读写器的地址ID，所述第二通信模块将第二CPU的输出电平转换为标准通信电平，实现数据通信，所述高频读写模块包括高频RFID芯片和滤波及匹配电路，所述高频RFID芯片用于输出经过调制的高频信号，并接收所述射频天线耦合回来的高频信号，所述滤波及匹配电路用来过滤高频信号的高次谐波分量和与天线线圈实现阻抗匹配；所述第二CPU通过信号线连接N个所述高频读写模块，其中，N≥1，所述控制器（1）通过信号线连接M个所述射频读写器（2），其中，M≥1；

所述射频标签（5）为用于被所述射频天线发射的高频能量激活并反馈信息；

采用基于高频RFID技术的密集档案管理方法，包括以下步骤：

1）、利用所述选址模块为所述控制器（1）设置唯一的ID编号和连接的射频读写器（2）的数量；

2）、利用选址模块为步骤1）的射频读写器（2）设置唯一的ID编号；

3）、电源模块为密集档案管理系统供电，对所述控制器（1）和射频读写器（2）进行初始化，所述射频读写器（2）对连接的所述高频读写模块按顺序编号；

4）、上级系统向所述控制器（1）发送读取所述射频标签（5）指令，所述上级系统为上位机或上一级的所述控制器；

5）、所述控制器（1）向所述射频读写器发出读所述射频标签（5）指令；

6）、所述射频读写器接收所述控制器（1）的指令，控制连接的所述高频读写模块通过所述射频天线向外辐射射频能量，所述射频标签进行应答并将标签信息通过射频磁场传递给所述射频读写器，所述射频读写器通过对磁场信号的处理获取所述射频标签的信息；步骤6）中当射频读写器开始读取射频标签信息时，只有一路所述射频读写模块处于工作状态；步骤6）中所述射频读写器通过所述高频读写模块读取L次所述射频标签的信息，当L次读取的所述射频标签的信息相同，则作为正确的标签信息发送给所述控制器（1），并记录该信息；如果不一致，则将上一次记录的正确标签信息发送给控制器；

7）、所述射频读写器读取与之连接的所述高频读写模块发送的标签信息，将所述射频标签的信息、对应的所述高频读写模块的ID编号和所述射频读写器的ID编号发送给所述控制器（1）；

8）、重复步骤5）-步骤7），直到所述控制器（1）读取连接的所有射频读写器（2）发送的数据；

9）、所述控制器（1）将本控制器的ID编号和所有的射频读写器发送的数据发送给上级系统；

10）、上级系统利用步骤9）的数据获得每一路所述射频天线对应的所述射频标签（5）的信息。

2.如权利要求1所述的基于高频RFID技术的密集档案管理系统，其特征在于：所述高频读写模块、射频天线和射频标签（5）一一对应。

3.如权利要求1所述的基于高频RFID技术的密集档案管理系统，其特征在于：所述第二CPU通过信号线连接N个所述高频读写模块，其中，N≥1，所述控制器（1）包括一个主控制器和K个子控制器，其中，K≥1，所述主控制器通过信号线连接所述子控制器，所述子控制器通过信号线连接M个所述射频读写器，其中，M≥1。

4.如权利要求1所述的基于高频RFID技术的密集档案管理系统，其特征在于：所述射频标签（5）为高频RFID的无源射频标签。

5.如权利要求1所述的基于高频RFID技术的密集档案管理系统，其特征在于：所述射频标签（5）包括微控制芯片，所述微控制芯片设置有唯一识别码。