CN107742135A - 一种箱式批量射频识别系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种箱式批量射频识别系统，包括驱动器、读写器、控制机、电子标签、滑动模组、存储芯片以及显示屏；驱动器分别连接滑动模组和控制机，滑动模组用于移送和定位标识产品；存储芯片设置于读写器内，并用于获取电子标签的信息；控制机包含中央信息系统，用于处理所述读写器发送的信息；读写器分别连接控制机和天线；显示屏连接所述控制机，并用于显示电子标签的信息签；通过采用以上技术方案，能够提高产品的批量标签识别效率；保持识别的准确性，避免误读现象，以达到提高运输功效；同时本发明提供的方案识别稳定性较好，降低标识的成本和劳动力。
Description
技术领域
本发明属于箱式批量射频识别技术领域，具体涉及一种箱式批量射频识别的系统及方法。
背景技术
射频识别(Radio Frequency Identification，RFID)技术是一种利用射频通信实现的非接触自动识别技术，具有高速移动物体识别、多目标识别和非接触识别等特点，常用的有低频(125k～134.2K)、高频(13.56MHz)、超高频(900MHz)、微波(2.4GHz和5.8GHz)等技术。现如今，射频识别技术广泛应用在物流、制造、交通运输、医疗、防伪、资产管理等领域。射频识别技术应用在物流中时，具有条码无可比拟的优势，如识别的距离更灵活，可以做到穿透性和无屏障识读；但在具体应用中，采集电子标签数据尤其是批量采集，出现无法读全电子标签，识别率达不到100％，或者误读电子标签，准确率达不到100％。为提高识别率和准确率，还需人工参与，搬到周转箱，否则无法全部识读。
目前数据采集通常采用手持机和固定读写器方式，其中手持机应用在近距离识别情况较多，识别单一标签时，需要识读范围内不存在其他的标签，否则误读现象非常严重，多标签识别时，准确率也很低；固定读写器配合天线，应用在远距离识别情况较多，识读多标签和批量标签时，需要考虑天线架设的高度、方向，严格控制读写器发射功率，功率低，将会影响识别率，功率高会导致误读，降低准确率。另外，还有将固定读写器应用在屏蔽室(箱体)内，降低误读，提高准确率，但是由于天线采用固定部署方式及其电磁场的分布固定，导致物品遮挡无法读全，电磁场的入射波和反射波的叠加形成盲区，也导致物品标签无法识读，盲区具有不可预见、不可实时测试、不可控制的特点，电子标签识读率达不到100％。当读取准确率和效率降低时，操作者为了提高效率，需要人为移动或晃动托盘及产品，从而提高标签识别的准确率和效率，减少扫描全部标签的时间。带来的问题，操作员需要进入容器内，小范围移动托盘及产品，然后在扫描，如果没有读全，还要再次进入屏蔽室(箱体)内，操作不确定，人工操作的效率低，影响作业的正常进行。另外同时打开容器过程中，容易造成外部标签信息绕射到箱体内，造成箱体采集设备的误读。
基于上述箱式射频识别中存在的技术问题，尚未有相关的解决方案；因此迫切需要寻求有效方案以解决上述问题。
发明内容
本发明的目的是针对上述技术中存在的不足之处，提出一种箱式批量射频识别系统，旨在解决现有标识产品不能批量识别以及识别效率低的问题。
本发明提供一种箱式批量射频识别系统，包括驱动器、读写器、控制机、电子标签、滑动模组、存储芯片以及显示屏；驱动器分别连接滑动模组和控制机，滑动模组用于移送和定位标识产品；存储芯片设置于读写器内，并用于获取电子标签的信息；控制机包含中央信息系统，用于处理所述读写器发送的信息；读写器分别连接控制机和天线；显示屏连接所述控制机，并用于显示电子标签的信息签。
进一步地，电子标签由耦合原件和微芯片组成无源单元，耦合原件包括线圈和微带天线。
进一步地，读写器所述读写器包括第一组天线端口和第二组天线端口；第一组天线端口和第二组天线端口分别包括两个天线。
进一步地，驱动器为微型两相混合式步进电机驱动器；驱动器采用斩波恒流控制。
本发明还提供一种箱式批量射频识别的方法，包括以下步骤：
S1：启动控制机以及系统；
S2：打开箱体门，将标识产品移动至箱体内，并把门锁好；
S3：启动读写器和滑动模组进行电子标签识别，并至本单任务完成；
S4：解锁，开门将标识产品移出；
S5：进一步判断是否还有新任务；如有，则返回至S2；如没有，则关闭程序，并关闭控制机。
通过采用以上技术方案，能够提高产品的批量标签识别效率；保持识别的准确性，避免误读现象，以达到提高运输功效；同时本发明提供的方案识别稳定性较好，降低标识的成本和劳动力。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
以下将结合附图对本发明作进一步说明：
图1为本发明一种箱式射频识别的装置结构示意图；
图2为本发明一种箱式射频识别的装置俯视图；
图3为本发明一种箱式射频识别的装置内侧壁吸波材料正面图；
图4为本发明一种箱式射频识别的装置的传输带周转箱叠放示意图；
图5为本发明一种箱式射频识别的装置的周转箱产品摆放示意图；
图6为本发明一种箱式射频识别的方法流程图；
图7为本发明一种箱式射频识别的方法标识产品具体识别流程图。
图中：1、电机；2、驱动器；3、限位器；4、支架；5、滑轨；6、读写器；7、控制机；8、显示屏；9、屏蔽室侧壁；10、电子标签；11、滑轨平台；12、天线支架；13、滑槽；14、馈线端口；15、吸波材料；16、天线；17、吸波材料；18、周转箱；19、周转箱标签；20、传输带；21、带轮；22、托盘。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
如图1至图5所示，本发明提供箱式批量射频识别的装置，包括控制机7，显示屏8、两台读写器6、两部电机驱动器2、两部电机1、两套滑轨5、两套滑动平台11、4个限位器3、两套天线及支架4、封闭式箱体23、吸波材料15；电机1与滑轨5联通并用于驱动滑轨5；驱动器2分别连接电机1和控制机7；控制器7一般选为工业控制机；读写器6分别连接控制机7和天线16，并用于识别电子标签；限位器3设置于滑轨5的末端；支架4设置于滑轨5的起始端；本实施例针对大批量电子标签的出入库数据采集，外部封闭式，外部尺寸和内部尺寸依据识别物品的外观尺寸和识读的数量而确定，系统整体功耗是300w。读写器6和众多电子标签10是系统基本器件，电子标签10进入磁场后，接收读写器6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，读写器6读取信息并解码后，送至中央信息系统进行有关数据处理；进一步地，电子标签10由耦合原件和微芯片组成无源单元，耦合原件包括线圈和微带天线。
优选地，如图2所示，主要说明单侧天线部署、滑动模组的关系。改变天线16的位置，射频天线横向移动，改变天线箱体内的辐射模式和场域，从而有效利用空腔效应中多路径识别，动态覆盖盲区，解决标签批量识别的问题；两个天线通过支架13固定在皮带滑轨的平台11上，异步电机1带动平台11横向移动；屏蔽室侧壁9安装天线联动模组，天线16固定在天线支架12，支架上有滑槽13，起到调节天线高度作用；天线馈线端口14通过馈线与读写设备6相连；天线支架固定在滑轨平台11，平台做左右移动；每个天线采用独立运行模式。
优选地，控制机7通常采用工业等级，接收任务单，控制驱动器2和读写器6，将数据实时显示在LED显示屏8上，读写器频段的选择依据系统应用的需要确定，可以采用900MHz、2.4GHz、433MHz、13.56MHz以及125KHz等频率。需要考虑产品标签与标识物品之间的适配性，物品对于标签的影响降低到最低限度，有利于读写器6的读取，具有较高的防碰撞能力，具有较高的数据采集速率；箱体外壳采用金属板，金属板内侧镶嵌吸波材料15、17，吸波材料在1G垂直入射反射率-10dB，材料总高度10mm；箱式外壳的门，也采用金属结构，内侧镶嵌厚度薄、柔性、强度好、耐老化的吸波材料，如橡胶平板吸波材料；滑轨5优先采用铝合金型材，电机1通过齿轮和皮带，带动滑动平台，限位器3控制滑动平台移动范围。
优选地，读写器6发射电磁波，箱体内的金属墙壁对电磁波一部分被吸收，大部分被反射，反射波和入射波的相位相反；当由于金属对电磁波的反射作用所产生的电场在某一位置刚好和原来的电场位相相同时，那么在这个位置电场对标签的感应强度会增强，可以提高标签读取率；当反射电场的相位和原来的电场相位相反时，会抵消电磁波，形成读写盲区，从而降低标签的读取率，但并不是完全无法读取；盲区具有不确定性，根据天线角度、位置、射频强度发生改变。滑轨5、移动平台、张紧带轮及带轮、机械限位器、原点采集点等共同构成滑动模块，主要用于移送和定位标识产品；滑动平台移动行程2000mm，滑轨两端采用机械限位器方式，防止电机飞车，滑轨中间安装原点限位器，原点限位器采用红外传感器，纠正移动距离，防止电机丢步。电机转动速度，起始速度为2000脉冲，加速度6000脉冲，最高速度8000脉冲。
优选地，读写器包括两组天线端口，每组包括两个天线，两组天线之间轮流工作，即第一组天线端口工作时，第二组天线端口暂停；第二组天线端口工作时，第一组天线端口暂停；每组工作时间在100毫秒，两组之间的时间间隔在5毫秒；每一组天线端口的2个天线之间交替发射接收电磁波，即第一天线发射电磁波状态时，第二个天线处于接收电磁波状态，第二个天线处于发射电磁波状态时，第一个天线处于接收电磁波状态；第一天线发射状态的时间持续10毫秒，第二天线接收状态的时间持续10毫秒。
优选地，Led显示屏安装在箱体外侧，门上方；LED显示屏采用PH3.75室内双色LED显示屏，尺寸608mm*76mm，分辨率128点*16点，白平衡亮度150cd/m2。
优选地，天线高度在30-1800mm范围内，上端天线移动范围在1000mm到18000mm之间，下端天线移动范围在30-1000mm之间。
优选地，电机控制板连接驱动器，驱动电机转动；电机采用57步进电机，16细分驱动器；电机控制板每秒匀速输出2000个输出脉冲；57两相步进外径是57mm*57mm，步距精度5％，温度最高80℃，应用环境温度-20℃-+50℃，绝缘电阻是100MΩMin500VDC，耐压是500VAC 1minute，径向跳动450g负载情况下最大0.02mm，轴向跳动450g负载最大0.08mm。电机驱动器采用微型两相混合式步进电机细分驱动器，宽电压输入12～40VDC，驱动方式为斩波恒流PWM控制，励磁方式16细分，并口通讯步进脉冲、方向、脱机三种信号。电机控制板是基于PC机PCI总线的步进电机上位控制单元，它与PC机构成主从式控制结构，完成运动控制的所有细节，包括脉冲和方向信号的输出、自动升降速的处理、原点和限位等信号的检测；控制板可控制2轴(包括轴1和轴2)步进电机，每轴输出脉冲和方向信号，外接原点、减速、限位等开关信号，以实现回原点、保护等功能。
优选地，限位器采用机械限位器加原点红外传感器方式，电机运行时软件控制电机转动脉冲数，运动结束，通过原点限位器返回到原点，纠正丢步。
优选地，读写器采用超高频UHF或微波频段读写器，空间接口协议为EPCglobalUHF Class 1Gen 2/ISO 18000-6C，密集读写器模式下的一致性和互操作性认证，操作频率为920-925兆赫，天线端口是4个带有极性相反TNC连接器的高性能单极化天线接口，射频功率是+30dBm；灵敏度是-80dBm，协议采用EPCglobal低级别读写器协议(LLRP)；操作面板有启动停止键、工控机开关键、主控电源键、急停键。其中，启动停止键功能是启动系统运行，电机运转和读写器读数据，显示屏显示正在读取数据、显示目标数量；停止系统，电机回到原点，读写器停止读数据。工控机开关键是控制工控机启动和停止；主控电源键控制所有设备上电；急停键是应急情况下关闭所有设备电源。
优选地，箱体的门的设计需要符合实际应用中的打开、关闭方式，箱体底部采用斜坡的设计，为物品搬运提供便利；内饰板起到遮挡内部运行机构，防止碰撞物品和周转箱，内饰板的材料选择玻璃钢材料和苯板材料，对吸波材料的性能影响不大。
优选地，如图4所示，周转箱18重叠安装并放置于托盘20上，通过带轮21的带动进行标识；其中，周转箱标签19采用不干胶涂层的复合标签，聚氯乙烯(PVC)材质，面纸背面封装一个超高频电子标签，并覆有不干胶涂层；标签尺寸依据实际应用的周转箱而定，标签为长方形，四个角为圆角，长度60-100mm，宽度不宜超过30-50mm；标签安装在侧壁，立式插入或粘贴在周转箱侧壁凹槽内，防止搬运时碰撞导致脱落；安装方向选择与读写器天线平行，保证电子标签的识别成功率；其电特性与标识产品的电子标签相同。多个塑料周转箱18(或纸箱、木箱)叠放，每个周转箱18内摆放粘贴电子标签10的物品，周转箱18上也可粘贴电子标签，大批量的应用是三垛或四垛码放周转箱，每垛10个(或多个)周转箱叠放(或纸箱、木箱)，也可使用托盘承运，每个周转箱内摆放粘贴电子标签的物品，包装箱内物品标签数量为16个(或小于16个)，托盘和周转箱上也可粘贴电子标签，批量识别时，批次推入屏蔽室内，快速识别物品标签、托盘和周转箱电子标签。产品搬运方式包括传输带传输周转箱方式和整托盘搬运方式，周转箱采用传输带传输方式时，将周转箱搬运到传输带上，每组1至3箱，周转箱叠放或平放，周转箱带有标签，内部装有产品，产品上粘贴RFID电子标签，每次操作时，将一组周转箱为一个批次，进入容器内，一次采集所有标签，包括产品标签、周转箱标签。
优选地，如图3所示，说明侧壁吸波材料布置方式，屏蔽室在侧面9部署吸波材料17，降低电磁波反射，减少多路径产生的干扰，吸波材料17的电性能根据系统应用频段确定，在垂直入射反射率-10dB；吸波材料的高度在10-20mm之间，蓝色泡沫材料，地面考虑搬运磨损，可以留出过道不铺材料；或者地面采用铺满材料，表面铺设玻璃钢材料。墙面外观装饰采用苯板材料，通道门采用橡胶薄层材料。
优选地，标识产品的电子标签，采用RFID射频芯片及标签天线，是具有不干胶涂层的复合标签，标签正面印制供人识读的固定信息、设备代码和相应的条码，面纸的背面封装一个超高频射频标签，并覆有不干胶涂层；标签面纸应采用PET材质，标签底纸应采用透明或半透明的纸质材料，标签的尺寸依据产品尺寸，实例中采用长度30mm，宽度15mm。
结合上述方案，本发明提供的一种箱式批量射频识别系统，包括驱动器、读写器、控制机、电子标签、滑动模组、存储芯片以及显示屏；驱动器分别连接滑动模组和控制机，滑动模组用于移送和定位标识产品；存储芯片设置于读写器内，并用于获取电子标签的信息；控制机包含中央信息系统，用于处理读写器发送的信息；读写器分别连接控制机和天线；显示屏连接控制机，并用于显示电子标签的信息。本实例中控制系统以控制机为核心部件，通过串口RS232与读写器相连，获得读写器采集的射频数据；电机控制板采用PCI接口，插在工控机内，通过25针并口连接到电机驱动扩展板；扩展板连接4个机械限位器、2个原点限位器、连接两个电机驱动器，驱动两部电机；控制机将采集读写器数据实时发给LED显示屏，LED显示屏与控制机采用RS232串口相连，控制机通过网络接口接收服务器的任务单。
优选地，实例中箱体屏蔽室内安装4个天线，每侧各安装2个天线，底层和侧面安装吸波材料，防止信号反射，上天线高度1.5米，下天线高度0.5米，天线使用8dB，读写器发射功率30dB；天线起始位置位于容器的两端，天线高度按照实际情况调整范围在30-1800mm之间；馈线每米会衰减0.5dB，每组接头会衰减1.0dB，现场使用馈线2米，每根馈线一组两个接头，总共衰减3dB；天线发射电磁波，在容器中间形成电磁场工作区；前向链路ERP在载波频率922.5MHz的值为30+8-3＝35dBm；天线部署在容器两侧，向对侧发射电磁场，容器中间形成电磁场工作区，具体工作区空间大小，根据实际的容器宽度和天线发射功率有关。在实际案例中，工作区空间宽1300mm，长2000mm，高1500mm，完全覆盖标识产品；容器侧壁安装吸波材料，防止电磁波反射后，产生叠加现象。
根据上述方案，本发明还提供一种箱式批量射频识别的方法，包括以下步骤：
S1：启动控制机以及系统；
S2：打开箱体门，将标识产品移动至箱体内，并把门锁好；
S3：启动读写器和滑动模组进行电子标签识别，并至本单任务完成；
S4：解锁，开门将标识产品移出；
S5：进一步判断是否还有新任务；如有，则返回至S2；如没有，则关闭程序，并关闭控制机。
优选地，所述S3步骤还包括以下步骤：
S31：接受任务单，确定应读数量；
S32：读写器开始识读，滑动模块正向移动50000脉冲；
S33：判断标识产品是否遇到限位器1；如否，则滑动模块反向移动50000脉冲；
S34：判断标识产品是否遇到限位器1；如是，判断标识产品是否遇到限位器2；
S35：判断标识产品是否遇到限位器2；如否，则滑动模块反向移动50000脉冲；
S36：判断标识产品是否遇到限位器2；如是，判断标识产品是否遇到原点1；
S37：判断标识产品是否遇到原点1；如否，则滑动模块反向移动50000脉冲；
S38：判断标识产品是否遇到原点1；如是，则进入以下步骤：
S381：轴1停止，告诉轴2到原点，等待轴2到达原点2；
S382：当收到轴2到达原点的通知，并告诉轴2已经达到原点1；
S383：接着，滑动模块正向移动800脉冲，在正向移动50000脉冲；
S384：然后，滑动模块反向移动50000脉冲；
S385：再次，判断读写器读取数量是否达到应读数量；如否，则返回S32步骤；
S386：判断读写器读取数量是否达到应读数量；如是，则读写器停止读数，并进入以下步骤：
S3861：判断电机是否正向移动；如是，电机停止，反转至原点，并进入步骤S3862；如否，则继续移动至原点，并进入步骤S3862；
S3862：滑动模块正向移动800脉冲，并停止。
优选地，读写器包括第一组天线端口和第二组天线端口；第一组天线端口和第二组天线端口分别包括两个天线；第一组天线端口和第二组天线端口轮流工作。
优选地，第一组天线端口和第二组天线端口工作时间相隔5毫秒；第一组天线端口和第二组天线端口工作时间都为100毫秒。
优选地，第一组天线端口包括第一天线和第二天线；第一天线和第二天线交替工作；当第一天线发送电磁波时，第二天线处于接收电磁波状态；当第二天线发送电磁波时，第一天线处于接收电磁波状态；第一天线发射时间持续10毫秒；第二天线接收时间持续10毫秒。
通过采用以上技术方案，能够提高产品的批量标签识别效率；保持识别的准确性，避免误读现象，以达到提高运输功效；同时本发明提供的方案识别稳定性较好，降低标识的成本和劳动力。
以上所述，仅为本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何形式上的限制。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述所述技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术对以上实施例所做的任何改动修改、等同变化及修饰，均属于本技术方案的保护范围。
Claims (10)
1.一种箱式批量射频识别系统，其特征在于，包括驱动器、读写器、控制机、电子标签、滑动模组、存储芯片以及显示屏；所述驱动器分别连接所述滑动模组和所述控制机，所述滑动模组用于移送和定位标识产品；所述存储芯片设置于所述读写器内，并用于获取电子标签的信息；所述控制机包含中央信息系统，用于处理所述读写器发送的信息；所述读写器分别连接所述控制机和天线；所述显示屏连接所述控制机，并用于显示所述电子标签的信息。
2.根据权利要求1所述的箱式批量射频识别系统，其特征在于，电子标签由耦合原件和微芯片组成无源单元，所述耦合原件包括线圈和微带天线。
3.根据权利要求1所述的箱式批量射频识别系统，其特征在于，所述读写器所述读写器包括第一组天线端口和第二组天线端口；所述第一组天线端口和所述第二组天线端口分别包括两个天线。
4.根据权利要求1所述的箱式批量射频识别系统，其特征在于，所述驱动器为微型两相混合式步进电机驱动器；所述驱动器采用斩波恒流控制。
5.一种箱式批量射频识别的方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：启动控制机以及系统；
S2：打开箱体门，将标识产品移动至箱体内，并把门锁好；
S3：启动读写器和滑动模组进行电子标签识别，并至本单任务完成；
S4：解锁，开门将标识产品移出；
S5：进一步判断是否还有新任务；如有，则返回至S2；如没有，则关闭程序，并关闭控制机。
6.根据权利要求5所述的箱式批量射频识别的方法，其特征在于，所述S3步骤包括：
S31：接受任务单，确定应读数量；
S32：读写器开始识读，滑动模块正向移动50000脉冲；
S33：判断标识产品是否遇到限位器1；如否，则滑动模块反向移动50000脉冲；
S34：判断标识产品是否遇到限位器1；如是，判断标识产品是否遇到限位器2；
S35：判断标识产品是否遇到限位器2；如否，则滑动模块反向移动50000脉冲；
S36：判断标识产品是否遇到限位器2；如是，判断标识产品是否遇到原点1；
S37：判断标识产品是否遇到原点1；如否，则滑动模块反向移动50000脉冲；
S38：判断标识产品是否遇到原点1；如是，则进入以下步骤：
S381：轴1停止，告诉轴2到原点，等待轴2到达原点2；
S382：当收到轴2到达原点的通知，并告诉轴2已经达到原点1；
S383：接着，滑动模块正向移动800脉冲，在正向移动50000脉冲；
S384：然后，滑动模块反向移动50000脉冲；
S385：再次，判断读写器读取数量是否达到应读数量；如否，则返回S32步骤；
S386：判断读写器读取数量是否达到应读数量；如是，则读写器停止读数，并进入以下步骤：
S3861：判断电机是否正向移动；如是，电机停止，反转至原点，并进入步骤S3862；
如否，则继续移动至原点，并进入步骤S3862；
S3862：滑动模块正向移动800脉冲，并停止。
7.根据权利要求5所述的箱式批量射频识别的方法，其特征在于，所述读写器包括第一组天线端口和第二组天线端口；所述第一组天线端口和所述第二组天线端口分别包括两个天线；所述第一组天线端口和所述第二组天线端口轮流工作。
8.根据权利要求7所述的箱式批量射频识别的方法，其特征在于，所述第一组天线端口和所述第二组天线端口工作时间相隔5毫秒；所述第一组天线端口和所述第二组天线端口工作时间都为100毫秒。
9.根据权利要求7所述的箱式批量射频识别的方法，其特征在于，所述第一组天线端口包括第一天线和第二天线；所述第一天线和所述第二天线交替工作；当所述第一天线发送电磁波时，所述第二天线处于接收电磁波状态；当所述第二天线发送电磁波时，所述第一天线处于接收电磁波状态。
10.根据权利要求9所述的箱式批量射频识别的方法，其特征在于，所述第一天线发射时间持续10毫秒；所述第二天线接收时间持续10毫秒。
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|---|---|---|---|
| CN201610485950.7A CN107742135A (zh) | 2016-06-28 | 2016-06-28 | 一种箱式批量射频识别系统及方法 |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
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|---|---|
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109886056A (zh) * | 2019-04-02 | 2019-06-14 | 国网新疆电力有限公司电力科学研究院 | 提高rfid批量识别率的装置 |
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2016
- 2016-06-28 CN CN201610485950.7A patent/CN107742135A/zh active Pending
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