CN109299761A - 高密度场景下的rfid系统 - Google Patents
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Abstract
本申请提供一种高密度场景下的RFID系统，包括：阅读器，包括外置天线，获取设置于高密度区域的多个无线射频识别RFID标签的接收信号强度指示RSSI值，其中，所述外置天线为特高频UHF频段天线；服务器，通过Spring boot与所述阅读器通信，根据超文本传输协议HTTP获取所述阅读器发送的RFID标签的RSSI值，将所述RSSI值转为JSON格式的数据存储到数据库；终端，与所述服务器通信，从服务器获取所述RFID标签的关联数据，通过Highcharts生成所述RFID标签的关联数据的图形化展示以便用户查看所述RFID标签。系统使用UHF频段的设备，改善RFID标签读取的有效性。
Description
技术领域
本发明涉及无线射频识别领域，更为具体而言，涉及一种高密度场景下的RFID系统。
背景技术
无线射频识别（Radio Frequency Identification，RFID）通信技术，可以对特定目标进行无接触识别，并读取相关信息。随着技术的不断发展，出现了电子自动收费，不停车收费等众多应用。其中，低频和高频RFID系统是发展较多的识别系统，例如，日常生活中经常见到的二代居民身份证和公交卡等就是这两个频段的产品。然而，对于超高频和微波频段，由于频率升高带来了许多暂时无法解决的困难，目前研究较少。
发明内容
本发明针对上述问题，提出了一种高密度场景下的RFID系统，使用特高频（UltraHigh Frequency，UHF）频段进行RFID识别高密度区域内的物品，扩展了特高频频段的应用场景。
本发明提供的高密度场景下的RFID系统包括：
阅读器，包括外置天线，获取设置于高密度区域的多个无线射频识别RFID标签的接收信号强度指示RSSI值，其中，所述外置天线为特高频UHF频段天线；
服务器，通过Spring boot与所述阅读器通信，根据超文本传输协议HTTP获取所述阅读器发送的RFID标签的RSSI值，将所述RSSI值转为JSON格式的数据存储到数据库；
终端，与所述服务器通信，从服务器获取所述RFID标签的关联数据，通过Highcharts生成所述RFID标签的关联数据的图形化展示以便用户查看所述RFID标签。
在一些实施例中，所述特高频UHF频段天线为8dBi的圆极化定向天线。
在一些实施例中，所述高密度区域包括相对于水平面呈垂直放置的多个物品组成的区域，所述RFID标签设置于所述多个物品上，相对于水平面垂直排列。
所述高密度区域包括相对于水平面呈水平放置的多个物品组成的区域，所述RFID标签设置于所述多个物品上，相对于水平面垂直排列。
在一些实施例中，所述多个物品呈多层垂直排列，所述外置天线设置于所述多层中包含物品个数大于其他层的区域。
在一些实施例中，所述高密度区域包括书柜或档案柜，所述外置天线设置于所述高密度区域的中心区域，与水平面垂直。
在一些实施例中，所述高密度区域包括衣物货架，所述外置天线设置于所述衣物货架的上方，与水平面平行。
在一些实施例中，所述书柜或档案柜的底板包括金属，所述底板的内表面设置木板或纸板。
在一些实施例中，所述衣物货架的底板包括金属，所述底板的内表面设置木板或纸板。
在一些实施例中，所述阅读器为4天线端口，且带有WiFi功能的阅读器。
本申请提供的高密度场景下的RFID系统至少具有下述有益效果：
第一，针对高密度区域的RFID标签的数据读取，采用特高频UHF频段的天线，扩展了特高频UHF频段的应用场景；
第二，服务器通过Spring boot与阅读器通信，与通常的java常规方式部署，通过较少的spring配置即可实现，降低了部署的技术开销；
第三，通过highcharts方式生成RFID标签关联数据的图形化展示，丰富了用户查看电子标签数据的方式；
第四，针对多层的垂直放置的物品，将UHF频段的外置天线设置在多层中包含物品个数较多的层中，通过改变外置天线的设置位置提高RFID标签读取的有效性；
第五，针对物品垂直放置的高密度场景，将外置天线设置于高密度区域的中心区域，与水平面垂直，通过改变外置天线的设置位置和角度提高RFID标签读取的有效性；
第六，针对物品水平放置的高密度场景，将外置天线设置于高密度区域的上方，与水平面平行，通过改变外置天的设置位置和角度提高RFID标签读取的有效性；
第七，针对包含金属的高密度区域，在金属底板上设置木板或者纸板，防止电子标签发出的波信号被吸收而导致标签无法读取。
附图说明
图1示出了根据本发明实施方式的高密度场景下的RFID系统的结构示意图。
图2示出了在书柜或档案柜情形下各种天线设置方案的对比示意图。
图3示出了衣物货架情形下各种天线设置方案的对比示意图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施方式对本发明的各个方面进行详细阐述。其中，众所周知的模块、单元及其相互之间的连接、链接、通信或操作没有示出或未作详细说明。并且，所描述的特征、架构或功能可在一个或一个以上实施方式中以任何方式组合。本领域技术人员应当理解，下述的各种实施方式只用于举例说明，而非用于限制本发明的保护范围。还可以容易理解，本文所述和附图所示的各实施方式中的模块或单元或处理方式可以按各种不同配置进行组合和设计。
参见图1，图1示出了根据本发明实施方式的高密度场景下的RFID系统的结构示意图，该系统100可包括：阅读器101、RFID标签102、服务器103和终端104，接下来结合具体的实施例对上述的各个组成模块进行说明。
阅读器101，包括外置天线，获取设置于高密度区域的多个无线射频识别RFID标签102的接收信号强度指示RSSI值，其中，所述外置天线为特高频UHF频段天线。
在一些实施例中，阅读器101可以是读取或者修改标签数据的设备，作为数据采集的终端，阅读器还需要与中间件进行数据交换。RFID标签102，又可称为电子标签，由芯片和标签天线组成，通过电感耦合或者电磁反向散射耦合实现与阅读器通信。标签天线的最优输入阻抗根据芯片封装后的芯片阻抗确定，在设计时不需要知道芯片中的具体电路。电子标签芯片的输出阻抗具有电抗分量，为了使能量最大化传递，需要将天线的输入阻抗设置为标签芯片阻抗的共轭。即电子标签芯片阻抗：Z = R - jX；电子标签天线阻抗：Z = R +jX。
阅读器101的外置天线发送特定频率的射频信号，当RFID标签进入有效读写区域内就能通过耦合获得感应电流，当获得足够多的能量被激活后，电子标签就能将自己的编码信息通过标签天线发送出去；阅读器的天线接收到从标签发送过来的调制信号，经过天线调解器发送到阅读器信号处理模块，经过解调和解码后将有效信息送至服务器。
在一些实施例中，阅读器101的射频模块接收到电子标签通过无线方式返回的微弱电磁信号并将其转换为数字信号，再经过逻辑单元进行处理和存储，完成RFID标签的识别和读写。
在一些具体的实施例中，阅读器是ThingMagic公司提供的M6阅读器，其是小型高性能4天线端口，且带有WiFi功能的多协议RFID阅读器。本实施例提供的阅读器能够有效地支持以太网供电模式（PoE）和WiFi（选配）模式与上位机进行通讯。阅读器内部装有ThingMagic企业级MercuryOs嵌入式操作系统。M6的封装达到了IP52标准，可以防尘防水，适合在许多恶劣的环境下应用。
在一些具体的实施例中，阅读器的外置天线为UHF 频段（例如，860MHz-960MHz）的天线，例如，可采用8dBi的圆极化定向、型号为RFA915-8H的外接天线。本实施例提供的天线具有体积小，而且定向性强，波束窄，增益高等优点。
服务器103，通过Spring boot与所述阅读器通信，通过超文本传输协议HTTP获取所述阅读器发送的RFID标签的接收信号强度指示RSSI(Received Signal StrengthIndicator)值，将所述RSSI值转为JSON格式的数据存储到数据库。
在一些实施例中，服务器103通过Spring boot与阅读器相连，通过发送HTTP请求，用Post方法将读取到的RFID标签的RSSI数据存到数据库中，再将其转化为Json格式供终端的Web界面使用，服务器103可以与终端104的Web界面建立通道连接进行双向通信，就可以得到实时数据。
在一些实施例中，服务器使用Spring Boot通过Post请求从ThingMagic阅读器设备终端得到标签数据，然后将其存储在MySQL数据库中。使用Spring Boot可以不用或者只用很少的Spring配置即可实现，便于高密度场景下的RFID系统的便捷部署。
终端104，与所述服务器通信，从服务器获取所述RFID标签的关联数据，通过Highcharts生成所述RFID标签的关联数据的图形化展示以便用户查看所述RFID标签。
在一些实施例中，终端104可以是个人计算机、笔记本电脑等计算设备。终端104和服务器103可以根据HTTP协议进行通信，获取服务器从阅读器获取的实时的标签数据，以Web页面的形式向用户展示。例如，终端可以采用Highcharts来生成RFID标签返回的RSSI值的变化，而且还可以使用JQuery的Ajax模块来实现数据动态更新。Highcharts支持多种图形，如折线图、柱状图、饼图，这种图形化展示方式丰富了RFID标签相关数据的展示方式。
在一些实施方式中，高密度区域包括相对于水平面呈垂直放置的多个物品组成的区域，所述RFID标签设置于所述多个物品上，相对于水平面垂直排列。
在一些实施例，所述多个物品可以呈多层垂直排列，每一层可以设置多个物品，而且每层可以设置相同数量的物品，也可以设置不同数量的物品，由于在实际的应用场景下，每个物品的尺寸或信号各有不同，所以大多数的情形是每层所放置的物品数量是不同的。在每层放置不同物品数量的情形下，所述外置天线设置于所述多层中包含物品个数大于其他层的区域。这样的设置可以提高RFID标签读取的效率。
在一些具体的实施例中，高密度区域可以是装着多本书的书柜，或者装有多个档案材料的档案柜等。这些书本或档案的RFID标签通常设置在书本或者档案的竖直面上，相对于水平面垂直排列。
在高密度区域为书柜或档案柜的实施例中，阅读器的外置天线设置于高密度区域的中心区域，例如，可以是书柜或档案柜的中心点，与水平面垂直。
接下来通过简单的对比试验说明书柜或档案柜情形中外置天线设置的选择。
取80个标签置于实验室长1米，宽1米，高2米的档案柜中，然后改变天线部署位置及角度测其RSSI值。
方案1 天线位于中心点
方案2天线位于左下方
方案3天线位于左上方
方案4天线位于右下方
方案5天线位于右上方
方案6天线位于中心点下方
方案7天线位于中心点上方
图2给出了在书柜或档案柜情形下各种天线设置方案的对比示意图。通过图2可以看出，方案1的的RSSI均值最大，此时是天线距档案柜1米且位于中心点，柜内标签较为凌乱，但全都为竖直摆放且与天线平行。而每次天线在下方都比在上方好的原因是档案柜中下层标签数量多于上层。经过实验，在货柜这种标签需竖直摆放的场景下，应将天线与标签平行摆放，且天线应位于货柜中心点，下倾角为90°，其中，下倾角为天线和水平面之间的夹角。
在一些实施例中，高密度区域包括包括相对于水平面呈水平放置的多个物品组成的区域，所述RFID标签设置于所述多个物品上，相对于水平面垂直排列。在一些具体的实施例中，高密度区域可以为衣物货架。在高密度区域为衣物货架的情况下，阅读器的外置天线设置于衣服货架的上方，与水平面平行。这样的设置可以改善RFID标签读取的有效性。
接下来通过简单的对比试验说明衣物货柜情形中外置天线设置的选择。
将衣物叠整齐层叠放置模拟衣物货架场景，将100个标签水平放入衣物夹层中，每层放25个，共放4层。
方案1 天线位于衣物左方
方案2 天线位于衣物中间
方案3 天线位于衣物右方
方案4 天线位于衣物上方
图3给出了衣物货架情形下各种天线设置方案的对比示意图。通过图3可以看出，方案4所对应的RSSI均值最大，即当天线处于衣物货架上方，且下倾角为0°这种天线摆放方式较为合理，这种设置的UHF天线，RFID标签读取有效性较高。在衣物货架这种高密度场景下，UHF RFID系统天线应该摆放在货架上方，且天线下倾角设为0°，即与水平方向平行。
在一些具体的实施例中，书柜或者档案柜的底板包括金属，例如，由金属制成的底板。在底板包括金属的书柜或者档案柜中，为了提高RFID标签读取的效率，可以在底板的内表面，也就是说，书柜或档案柜中放置标签的那一面，设置木板或纸板等绝缘材料，防止电子标签发出的波信号被金属材质的底板吸收而导致的信号无法读取。
在一些具体的实施例中，衣物货架的底板包括金属，例如，由金属制成的底板。在底板包括金属的衣物货架中，为提高RFID标签读取的效率，可以在底板的内表面设置木板或纸板等绝缘材料，防止电子标签发出的波信号被金属材质的底板吸收而导致的信号无法读取。
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到本发明可借助软件结合硬件平台的方式来实现。基于这样的理解，本发明的技术方案对背景技术做出贡献的全部或者部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备（可以是个人计算机，服务器，智能手机或者网络设备等）执行本发明各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。
本发明说明书中使用的术语和措辞仅仅为了举例说明，并不意味构成限定。本领域技术人员应当理解，在不脱离所公开的实施方式的基本原理的前提下，对上述实施方式中的各细节可进行各种变化。因此，本发明的范围只由权利要求确定，在权利要求中，除非另有说明，所有的术语应按最宽泛合理的意思进行理解。
Claims (10)
1.一种高密度场景下的无线射频识别RFID系统，其特征在于，包括：
阅读器，包括外置天线，获取设置于高密度区域的多个无线射频识别RFID标签的接收信号强度指示RSSI值，其中，所述外置天线为特高频UHF频段天线；
服务器，通过Spring boot与所述阅读器通信，根据超文本传输协议HTTP获取所述阅读器发送的RFID标签的RSSI值，将所述RSSI值转为JSON格式的数据存储到数据库；
终端，与所述服务器通信，从服务器获取所述RFID标签的关联数据，通过Highcharts生成所述RFID标签的关联数据的图形化展示以便用户查看所述RFID标签。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述特高频UHF频段天线为8dBi的圆极化定向天线。
3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述高密度区域包括相对于水平面呈垂直放置的多个物品组成的区域，所述RFID标签设置于所述多个物品上，相对于水平面垂直排列。
4.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述高密度区域包括相对于水平面呈水平放置的多个物品组成的区域，所述RFID标签设置于所述多个物品上，相对于水平面垂直排列。
5.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述多个物品呈多层垂直排列，所述外置天线设置于所述多层中包含物品个数大于其他层的区域。
6.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述高密度区域包括书柜或档案柜，所述外置天线设置于所述高密度区域的中心区域，与水平面垂直。
7.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述高密度区域包括衣物货架，所述外置天线设置于所述衣物货架的上方，与水平面平行。
8.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述书柜或档案柜的底板包括金属，所述底板的内表面设置木板或纸板。
9.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述衣物货架的底板包括金属，所述底板的内表面设置木板或纸板。
10.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述阅读器为4天线端口，且带有WiFi功能的阅读器。
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| CN201811126511.2A CN109299761A (zh) | 2018-09-27 | 2018-09-27 | 高密度场景下的rfid系统 |
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Cited By (1)
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|---|---|---|---|---|
| CN116047399A (zh) * | 2023-04-03 | 2023-05-02 | 深圳市成为信息股份有限公司 | Uhf手持终端精确定位标签的方法及相关装置 |
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2018
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