CN110441762B - 基于物联网技术用于家居的无源贴片测距寻物系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了基于物联网技术用于家居的无源贴片测距寻物系统及方法，包括若干无源的RFID贴片、智能手机和手机APP，所述无源的RFID贴片通过电磁反向散射耦合原理与智能手机通信，实现信号传输，所述手机APP设置在智能手机中，用于录入物品与贴片匹配信息，并通过相位差计时测距法，计算得到智能手机与无源贴片之间的距离，通过用户在室内的移动，最终得到待寻找物品的位置。采用的无源贴片无需电池、体积微小、厚薄如纸，可以贴附于任何生活中常见的物品表面而不影响物品本身的使用，成本低廉、结构简单，相比于其他类型的贴片更适宜在生产与生活中广泛使用；本系统同样可应用于智能家居与家居机器人领域，实现机器人的自主寻物。

Description

基于物联网技术用于家居的无源贴片测距寻物系统及方法
技术领域
本发明涉及基于物联网技术用于家居的无源贴片寻物系统及方法，属于物联网家居领域。
背景技术
目前市面上已有的寻物设备，大部分依靠蓝牙技术实现寻物，且多为挂饰状，存在着体积较大、需要电池供电、耐用时间短、造价昂贵成本高，而即使是有源的RFID贴片，虽然一定程度上减小了体积，但仍然存在着更换电池、耐用年限短、成本较高难以普及的现实问题。因此本发明—基于物联网技术的无源贴片测距寻物系统，针对于室内中小范围的测距式定位，该RFID无源贴片如贴纸一般贴于物品表面，因其无源、线路简单，有着体积微小、存储容量大、处理数据时间短成本低廉、易普及推广的优点，非常适用于日常生活寻物场景。
发明专利内容
针对现有技术的不足，本发明提供一种物联网技术用于家居的无源贴片寻物系统及方法，将已编号并录入手机APP的无源贴片贴于物品表面，当用户遗忘物品具体位置时，通过手机APP或者APP语音唤醒功能，用户手持手机在室内移动，通过电磁反向散射耦合原理与相位差计时测距法计算手机发出电磁波信号和收到贴片反馈来的信号的时间差，算得用户与待寻找物体的距离，在移动中靠近待寻找物体，最终在APP的指引下找到物体，广泛地应用于室内场合，如卧室、办公室、教室或者物品杂乱的任何空间。
本发明中主要采用的技术方案为：
一种基于物联网技术用于家居的无源贴片测距寻物系统，包括若干无源的RFID贴片、智能手机和手机APP，若干所述无源的RFID贴片分别贴附在各物品上，且所述无源的RFID贴片通过电磁反向散射耦合原理与智能手机通信，实现信号传输，所述手机APP设置在智能手机中，用于录入物品与贴片匹配信息，并通过相位差计时测距法，计算智能手机与无源贴片之间的距离，通过用户在室内的移动，最终得到待寻找物品的位置。
优选地，所述无源的RFID贴片包括天线、射频模块和集成芯片，所述射频模块包括射频接口、调制器、解调器和谐振回路，所述集成芯片包括只读存储模块、控制模块和可读写存储模块，其中，所述天线将接收到的手机寻物的载波信号通过射频接口传输至射频模块，由射频模块中的谐振回路将接收到的载波信号转化为直流能量，为无源的RFID贴片供电，同时射频模块的解调器将接收到的载波信号滤波、放大得到解调后的模拟信号，解调后的模拟信号传输至集成芯片进行响应；
所述集成芯片中的控制模块将射频接口传来的手机寻物信息即解调后的模拟信号存放到可读写存储模块中，然后由控制模块根据只读存储模块中的贴片信息进行响应反馈，控制模块将反馈出的响应信号传输至射频模块的调制器进行调制，经调制后的响应信号通过射频接口发送到无源的RFID贴片中的天线上，由天线反馈给手机寻物端。
优选地，所述智能手机与无源的RFID贴片之间传输的电磁波的频段为918MHz-924MHz。
一种基于物联网技术用于家居的无源贴片测距寻物方法，具体方法如下：
步骤1：将无源的RFID贴片贴于物品表面，且通过手机APP将各个无源的RFID贴片的ID分别与所贴物品绑定，并通过输入文字或插入照片的形式对各个选项命名；
步骤2：用户使用手机APP寻找物品时，通过点选事先录入的选项，选择需要寻找的物品；
步骤3：当选择好需要寻找的物品后，智能手机在正常读写时对该物品绑定的无源的RFID贴片发射一个载波信号，然后再接收该无源的RFID贴片反射回来的信号，智能手机通过测量该载波信号往返经过的时间，计算出智能手机与无源贴片之间的距离，其具体计算步骤如下：
步骤3-1：设
Figure GDA0004178602970000031
表示传输过程最终得到的延迟相位，/>
Figure GDA0004178602970000032
表示为信号传递过程中的延迟相位，/>
Figure GDA0004178602970000033
表示为无源的RFID贴片内部电路产生的延迟相位，τ是手机到贴片的载波信号传输时间，其中，信号传递过程中的延迟相位/>
Figure GDA0004178602970000034
计算公式如公式(1)所示：
Figure GDA0004178602970000035
式(1)中，f0为手机发送的载波信号的载波频率；
步骤3-2：当载波信号从智能手机发送至无源的RFID贴片，再由无源的RFID贴片反射回智能手机时，传输过程最终得到的延迟相位
Figure GDA0004178602970000036
计算公式如公式(2)所示：
Figure GDA0004178602970000037
步骤3-3：所述无源的RFID贴片通过电磁耦合的形式供电，故将无源的RFID贴片内部等效为一谐振回路,设无源的RFID贴片内部的等效谐振回路的电阻为R、电感为L和电容为C，ω＝2πf0为发送的载波角频率，则无源的RFID贴片内部电路产生的延迟相位的计算公式如式(3)所示：
Figure GDA0004178602970000041
步骤3-4：所述载波信号的电磁波传播速度即为光速c，所述无源的RFID贴片与手机的距离d的计算公式如(4)所示：
d＝c·τ (4)。
有益效果：本发明提供一种基于物联网技术用于家居的无源贴片测距寻物系统及方法，采用的无源贴片无需电池、体积微小、厚薄如纸，可以贴附于任何生活中常见的物品表面而不影响物品本身的使用，成本低廉、结构简单，相比于其他类型的贴片更适宜在生产与生活中广泛使用；本系统同样可应用于智能家居与家居机器人领域，实现机器人的自主寻物。
附图说明
图1是基于物联网技术的无源贴片测距寻物系统的工作示意图。
图2是基于物联网技术的无源贴片测距寻物系统的结构框图。
图3是基于物联网技术的无源的贴片电磁反向散射耦合原理图；
图4是无源的RFID贴片的内部结构框图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本申请中的技术方案，下面对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。
如图2所示，一种基于物联网技术用于家居的无源贴片测距寻物系统，包括若干无源的RFID贴片、智能手机和手机APP，若干所述无源的RFID贴片分别贴附在各物品上，且所述无源的RFID贴片通过电磁反向散射耦合原理与智能手机通信，实现信号传输，所述手机APP设置在智能手机中，用于录入物品与贴片匹配信息，并通过相位差计时测距法，计算智能手机与无源贴片之间的距离，通过用户在室内的移动，最终得到待寻找物品的位置。
优选地，如图4所示，所述无源的RFID贴片包括天线、射频模块和集成芯片，所述射频模块包括射频接口、调制器、解调器和谐振回路，所述集成芯片包括只读存储模块、控制模块和可读写存储模块，其中，所述天线将接收到的手机寻物的载波信号通过射频接口传输至射频模块，由射频模块中的谐振回路将接收到的载波信号转化为直流能量，为无源的RFID贴片供电，同时射频模块的解调器将接收到的载波信号滤波、放大得到解调后的模拟信号，解调后的模拟信号传输至集成芯片进行响应；
所述集成芯片中的控制模块将射频接口传来的手机寻物信息即解调后的模拟信号存放到可读写存储模块中，然后由控制模块根据只读存储模块中的贴片信息进行响应反馈，控制模块将反馈出的响应信号传输至射频模块的调制器进行调制，经调制后的响应信号通过射频接口发送到无源的RFID贴片中的天线上，由天线反馈给手机寻物端。
优选地，所述智能手机与无源的RFID贴片之间传输的电磁波的频段为918MHz-924MHz。
一种基于物联网技术用于家居的无源贴片测距寻物方法，具体方法如下：
步骤1：将无源的RFID贴片贴于物品表面，且通过手机APP将各个无源的RFID贴片的ID分别与所贴物品绑定，并通过输入文字或插入照片的形式对各个选项命名；
步骤2：用户使用手机APP寻找物品时，通过点选事先录入的选项，选择需要寻找的物品；
步骤3：当选择好需要寻找的物品后，智能手机在正常读写时(设备正常工作，周围无电磁干扰下)对该物品绑定的无源的RFID贴片发射一个载波信号，然后再接收该无源的RFID贴片反射回来的信号，智能手机通过测量该载波信号往返经过的时间，计算出智能手机与无源贴片之间的距离，其具体计算步骤如下：
步骤3-1：设
Figure GDA0004178602970000061
表示传输过程最终得到的延迟相位，/>
Figure GDA0004178602970000062
表示为信号传递过程中的延迟相位，/>
Figure GDA0004178602970000063
表示为无源的RFID贴片内部电路产生的延迟相位，τ是手机到贴片的载波信号传输时间，其中，信号传递过程中的延迟相位/>
Figure GDA0004178602970000064
计算公式如公式(1)所示：/>
Figure GDA0004178602970000065
式(1)中，f0为手机发送的载波信号的载波频率；
步骤3-2：当载波信号从智能手机发送至无源的RFID贴片，再由无源的RFID贴片反射回智能手机时，传输过程最终得到的延迟相位
Figure GDA0004178602970000071
计算公式如公式(2)所示：
Figure GDA0004178602970000072
步骤3-3：所述无源的RFID贴片通过电磁耦合的形式供电，故将无源的RFID贴片内部等效为一谐振回路,设无源的RFID贴片内部的等效谐振回路的电阻为R、电感为L和电容为C，ω＝2πf0为发送的载波角频率，则无源的RFID贴片内部电路产生的延迟相位的计算公式如式(3)所示：
Figure GDA0004178602970000073
步骤3-4：所述载波信号的电磁波传播速度即为光速c，所述无源的RFID贴片与手机的距离d的计算公式如(4)所示：
d＝c·τ (4)。
如图1所示，基于物联网技术的无源贴片测距寻物系统，应用于室内寻物情境下，将无源的RFID贴片贴于易丢失的物品表面，在手机APP界面完成物品信息的存入，当用户遗忘物品具体位置时，在手机APP上点选需要寻找的物品，并根据手机APP指示在室内移动，无源贴片测距寻物系统通过电磁反向散射耦合原理与相位计时测距法计算手机发出射频信号和收到贴片反馈来的射频信号的时间差，算得用户与待寻找物体的距离，在移动中靠近待寻找物体，最终在APP的指引下找到物体。
如图3所示，本发明采用的电磁反向散射耦合原理如下：从智能手机设备发射出来的电磁波功率Pa，在室内自由衰减到达贴片天线，到达时的功率用Pa′表示，将其作为电压供贴片天线使用，并且经过肖特基二极管Da和Db整流电路整流后，达到为贴片内部芯片供电的效果。同时，功率Pa′也会有部分被贴片天线发射出去，反射功率用Pb表示。为了使无源的RFID贴片和智能手机设备之间的数据传输能够成功完成，并且完成对贴片反射功率Pb振幅的调制，可以给无源的RFID贴片的天线并联电阻RL，它的通与断需与传输的数据流一致。此外，当反射功率Pb由贴片向智能手机设备反射时，其中有一部分会在室内自由辐射掉，而另外一部分会被智能手机设备贴片接收，接收功率用Pb′表示。贴片的反射信号进入智能手机设备后会被定向耦合器解掉耦合后，再送入到智能手机设备的收发器中，对反射信号进行处理后，得到了贴片芯片内存储的代码信息，达到了利用无源贴片对目标物体进行识别的作用。
本发明中所述的智能手机均采用Android或iOS系统，所述手机APP为Android和iOS端智能手机APP，将各个贴片ID与所贴物品绑定为一个选项，并由输入文字、插入照片的形式对各个选项命名，用户使用手机APP寻找物品时，通过点选事先录入的选项，选择需要寻找的物品，通过相位差测距法，计算得手机与无源贴片之间的距离，通过用户在室内的移动，最终得到待寻找物品的位置。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种基于物联网技术用于家居的无源贴片测距寻物方法，其特征在于，采用无源贴片测距寻物系统进行测距寻物,其中,所述无源贴片测距寻物系统包括若干无源的RFID贴片、智能手机和手机APP，若干所述无源的RFID贴片分别贴附在各物品上，且所述无源的RFID贴片通过电磁反向散射耦合原理与智能手机通信，实现信号传输，所述手机APP设置在智能手机中，用于录入物品与贴片匹配信息，并通过相位差计时测距法，计算智能手机与无源贴片之间的距离，通过用户在室内的移动，最终得到待寻找物品的位置,
所述无源贴片测距寻物系统的具体测距寻物方法如下：
步骤1：将无源的RFID贴片贴于物品表面，且通过手机APP将各个无源的RFID贴片的ID分别与所贴物品绑定，并通过输入文字或插入照片的形式对各个选项命名；
步骤2：用户使用手机APP寻找物品时，通过点选事先录入的选项，选择需要寻找的物品；
步骤3：当选择好需要寻找的物品后，智能手机在正常读写时对该物品绑定的无源的RFID贴片发射一个载波信号，然后再接收该无源的RFID贴片反射回来的信号，智能手机通过测量该载波信号往返经过的时间，计算出智能手机与无源贴片之间的距离，其具体计算步骤如下：
步骤3-1：设
Figure FDA0004163878770000011
表示传输过程最终得到的延迟相位，/>
Figure FDA0004163878770000012
表示为信号传递过程中的延迟相位，/>
Figure FDA0004163878770000013
表示为无源的RFID贴片内部电路产生的延迟相位，τ是手机到贴片的载波信号传输时间，其中，信号传递过程中的延迟相位/>
Figure FDA0004163878770000021
计算公式如公式(1)所示：
Figure FDA0004163878770000022
式(1)中，f0为手机发送的载波信号的载波频率；
步骤3-2：当载波信号从智能手机发送至无源的RFID贴片，再由无源的RFID贴片反射回智能手机时，传输过程最终得到的延迟相位
Figure FDA0004163878770000023
计算公式如公式(2)所示：
Figure FDA0004163878770000024
步骤3-3：所述无源的RFID贴片通过电磁耦合的形式供电，故将无源的RFID贴片内部等效为一谐振回路,设无源的RFID贴片内部的等效谐振回路的电阻为R、电感为L和电容为C，ω＝2πf0为发送的载波角频率，则无源的RFID贴片内部电路产生的延迟相位的计算公式如式(3)所示：
Figure FDA0004163878770000025
步骤3-4：所述载波信号的电磁波传播速度即为光速c，所述无源的RFID贴片与手机的距离d的计算公式如(4)所示：
d＝c·τ (4)。
2.根据权利要求1所述的基于物联网技术用于家居的无源贴片测距寻物方法，其特征在于，所述无源的RFID贴片包括天线、射频模块和集成芯片，所述射频模块包括射频接口、调制器、解调器和谐振回路，所述集成芯片包括只读存储模块、控制模块和可读写存储模块，其中，所述天线将接收到的手机寻物的载波信号通过射频接口传输至射频模块，由射频模块中的谐振回路将接收到的载波信号转化为直流能量，为无源的RFID贴片供电，同时射频模块的解调器将接收到的载波信号滤波、放大得到解调后的模拟信号，解调后的模拟信号传输至集成芯片进行响应；
所述集成芯片中的控制模块将射频接口传来的手机寻物信息即解调后的模拟信号存放到可读写存储模块中，然后由控制模块根据只读存储模块中的贴片信息进行响应反馈，控制模块将反馈出的响应信号传输至射频模块的调制器进行调制，经调制后的响应信号通过射频接口发送到无源的RFID贴片中的天线上，由天线反馈给手机寻物端。
3.根据权利要求1所述的基于物联网技术用于家居的无源贴片测距寻物方法，其特征在于，所述智能手机与无源的RFID贴片之间传输的电磁波的频段为918MHz-924MHz。
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SE01 Entry into force of request for substantive examination
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GR01 Patent grant
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