CN114154603B - 一种耐冲击抗金属增强识别的rfid门牌及三维精准定位方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种耐冲击抗金属增强识别的RFID门牌及三维精准定位方法，该RFID门牌包括由金属片弯折形成的外壳体及夹设于外壳体内的硬质绝缘的吸波层，外壳体为包括上片层、下片层和侧端连接片的U形结构，吸波层夹紧于上下片层之间，上片层上开设有安装孔，RFID模块通过密封胶封装固定于安装孔内。本发明提供的RFID门牌整体抵抗冲击变形的能力强，适用于在各种金属门体上固定使用，抗金属性好，有效识别距离达到10m以上。RFID模块不需要与外壳体金属进行焊接或电连接，便于批量化生产。该门牌的有效识别距离较大，易进行三维精准识别定位，对于智能快递服务、住户信息普查或其他需要上门的工作具有极大的潜在积极意义。

Description

一种耐冲击抗金属增强识别的RFID门牌及三维精准定位方法

技术领域

本发明涉及无线射频技术领域，具体涉及一种耐冲击抗金属增强识别的RFID门牌及三维精准定位方法。

背景技术

传统门牌一般采用铝或其它金属材料制作而成，只标记路名和号码信息，不存储其他任何信息和数据，其存在如下不足：其信息采用一般通过人工笔录或现场识别比对的方式，工作量大，需要大量的人力、物力和财力，耗时漫长；以手工记录方式采用数据，不仅造成数据不便于管理及查找，也不适于现代信息化社会的需求，难以为自动快递投运、自动驾驶等智能技术的推广以及城市建设规划、社会安全维稳等各种社会事务提供可靠、有力的支撑。

基于上述原因，电子门牌技术特别是基于RFID的电子门牌技术得以发展。传统的基于RFID的电子门牌可以实现对住户信息的存储，一定程度上克服了上述的通过人工笔录及现场识别比对的方式采用数据的不足，但仍存在如下问题：单层铝或其他金属材料制成的RFID电子门牌耐冲击和抗金属的性能差，在使用过程中受碰撞时易变形损坏，同时当安装于金属材质的门体上时，由于金属门体对电磁波的全反射作用会导致贴设于门体上的RFID模块无法获取信号，造成难以识别或者识别距离特别短的问题。除上述问题外，当在房屋密集区域要快速定位确定具体某一住户时，通常耗时耗力，效率较低，因此在快递服务业和社区工作者(上门调查或服务等)等需要快速精准定位某一住户位置的时候，也亟需一种有效感应距离大且易于精准定位的RFID门牌。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种耐冲击抗金属增强识别的RFID门牌和三维精准定位方法，旨在克服现有技术中存在的上述不足。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种耐冲击抗金属增强识别的RFID门牌，其包括由金属片弯折形成的外壳体及夹设于所述外壳体内的硬质绝缘的吸波层，所述外壳体为包括上片层、下片层和侧端连接片的U形结构，所述吸波层夹紧于所述上片层和下片层之间，所述上片层上开设有安装孔，RFID模块通过密封胶封装固定于所述安装孔内。

在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。

进一步，所述吸波层由环氧树脂吸波复合材料制成，厚度为0.5-1.5mm。

采用上述进一步结构改进的好处为，以环氧树脂为基体，其粘结性好，固化后硬度较大，化学稳定性较佳。

进一步，所述环氧树脂吸波复合材料由芳纶纤维布浸入吸波树脂组合液中浸透，取出并预固化，再多层叠热压而成，所述吸波树脂组合液由0.5-1％碳纳米管、0.5-1％铁氧体粉和98-99％环氧树脂胶充分混匀而成，其中环氧树脂胶由45-55％杂环环氧树脂、40-50％脂肪族环氧树脂和5-10％酸酐固化剂组成。

采用上述进一步结构改进的好处为，以芳纶纤维布为增强载体，浸取吸波树脂组合液后预固化并层叠热压固化，得到的环氧树脂吸波材料具有高强度耐冲击的特点，同时兼具了吸波能力，保证设置吸波层后能够有效增强RFID门牌的抗冲击和抗金属性能。

进一步，所述金属片为不锈钢板、铝板或铝合金板，厚度为0.5-2.5mm。

采用上述进一步结构改进的好处为，材料常见且可加工性能好，厚度在0.5-2.5mm区间基本满足各种规格门牌的要求。

进一步，所述上片层和下片层均为矩形片且大小相同，所述侧端连接片的上下端分别连接所述上片层和下片层同侧边的中部，所述侧端连接片的宽度小于所述上片层和下片层相应侧边的宽度。

采用上述进一步结构改进的好处为，上下片层通过侧边连接片连接形成的外壳体可使位于上片层安装孔内的RFID模块适当抬离金属门体，同时便于在两者之间隔离一层吸波材料，有利于确保RFID模块收发电磁波信号不受金属门体影响。

进一步，所述侧端连接片的宽度为所述上片层和下片层相应侧边宽度的1/2至2/3。

采用上述进一步结构改进的好处为，连接片宽度小于上下片层相应侧的宽度，收窄后上片层和下片层的整体性得到一定程度破坏，有利于上片层与RFID模块天线线圈的谐振作用，具有增强信号发射的效果。

进一步，所述安装孔为所述安装孔为矩形孔、圆形孔或椭圆形孔，所述RFID模块的天线线圈的形状与所述安装孔形状匹配且周边与所述安装孔的周边间隔在1mm以内。

采用上述进一步结构改进的好处为，位于安装孔内的RFID模块的天线线圈相当于辐射天线，安装孔周边的金属围成的密闭为反射天线(上片层起到反射天线作用)，两者间隔在1mm以内时，具有较好的电磁信号增强作用。

进一步，所述上片层上表面设有文字标识区和二维码标识区，所述二维码标识区的二维码与所述RFID模块内的芯片存储的信息相关联。

采用上述进一步结构改进的好处为，便于在上片层上表面文字标识住户的地址，二维码标识区喷二维码，该二维码与RFID模块芯片存储信息相关联，旨在当无阅读器在手时，可通过扫码设备获知相应信息。

进一步，还包括多个固定孔，所述固定孔贯穿所述上片层、吸波层和下片层，所述固定孔内嵌入有两端带外翻边的塑料套，两所述外翻边与分别与所述上片层上表面和下片层下表面贴紧。

采用上述进一步结构改进的好处为，便于将RFID门牌固定于门体上，塑料套可保证上下片层不因固定螺丝在固定点处导通而对RFID门牌的感应距离带来不利影响，也可避免在连接处产生双金属接触腐蚀，同时塑料套的外翻边厚度约1mm左右，使RFID模块距离金属门体面层距离增强，对增加感应距离亦有利。

本发明还提供一种三维精准定位方法，用于对上述的RFID门牌进行精准定位识别，其包括如下步骤：在移动小车上安装至少三个阅读器，任意相邻的两个阅读器之间间距在1m以上，然后将移动小车向RFID门牌可能存在的区域移动，当移动小车上有三个以上阅读器进入RFID门牌的有效感应区后，根据阅读器接收到的信号强度，利用RSSI原理可换算出接收到信号的阅读器与RFID门牌间的距离，然后以相应的阅读器所在位置为圆心，以换算的对应距离为半径进行搜索，各圆的交点处即为RFID门牌的精确位置。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明提供的RFID门牌具备金属片弯折形成的U形结构且上下片层之间夹设硬质绝缘的吸波层，总体为三层结构，复合后形成的RFID门牌整体抵抗冲击变形的能力强，同时适用于在各种金属门体上固定使用，抗金属门体干扰的能力强，RFID门牌的有效识别距离达到10m以上。RFID模块不需要与外壳体金属进行焊接或电连接，有利于该RFID门牌的批量化生产。上述RFID门牌的有效识别距离较大(10m以上)，通过在移动小车上装多个阅读器对RFID门进行精准识别，对于智能快递服务、住户信息普查或其他需要上门的工作具有极大的潜在积极意义。

附图说明

图1为本发明提供的耐冲击抗金属增强识别的RFID门牌的轴测图；

图2为图1所示RFID门牌的主视图；

图3为图2所示RFID门牌沿A-A的剖示图；

图4为本发明提供的对RFID门牌进行三维精准定位的方法的示意图。

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

1、外壳体；2、吸波层；3、上片层；4、下片层；5、连接片；6、安装孔；7、RFID模块；8、文字标识区；9、二维码标识区；10、塑料套。

具体实施方式

以下结合附图及具体实施例对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

在本发明的描述中，若用到“上”、“下”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示方位的术语，其指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

如图1至3所示，本发明提供一种耐冲击抗金属增强识别的RFID门牌，其包括由金属片弯折形成的外壳体1及夹设于所述外壳体1内的硬质绝缘的吸波层2，所述外壳体1为包括上片层3、下片层4和侧端连接片5的U形结构，所述吸波层2夹紧于所述上片层3和下片层4之间，所述上片层3上开设有安装孔6，RFID模块7通过密封胶封装固定于所述安装孔6内。

需要说明的是，工厂中实际生产时，外壳体、吸波层及RFID模块可分别先事先批量加工制造，最后再进行组装；外壳体与吸波层可通过耐候胶水粘接固定。

在本发明的一个实施例中，所述吸波层2由环氧树脂吸波复合材料制成，厚度为0.5-1.5mm。

在本发明的一个实施例中，所述环氧树脂吸波复合材料由芳纶纤维布浸入吸波树脂组合液中浸透，取出并预固化，再多层叠热压而成，所述吸波树脂组合液由0.5-1％碳纳米管、0.5-1％铁氧体粉和98-99％环氧树脂胶充分混匀而成，其中环氧树脂胶由45-55％杂环环氧树脂、40-50％脂肪族环氧树脂和5-10％酸酐固化剂组成。

需要说明的是，上述的浸透、预固化及层叠热压的具体操作及相关工艺参数详述如下，吸波树脂组合液加热至45度左右后搅拌条件将芳纶纤维布(单层，厚度约0.5mm),浸入吸波树脂液中，浸入时间控制在10-20min,取出后刮平，在烘箱中以100℃烘4-5min,再升温至150℃烘5-8min，得到预固化布片，随后将两至四层预固化布片层叠，加压40kgf/cm²,控制温度约200℃，固化60-90min,即得环氧树脂吸波复合材料。各原料为市售产品，其中碳纳米管，优选采用化学气相生长法得到，管径为0.5-1μm，壁厚在10nm左右。铁氧体粉末的粒径为0.5-1.5μm；杂环环氧树脂优先选用黏度低、工艺性好且固化后强度及耐候性佳的海因树脂，具体可选市售MHR154型产品；脂肪族环氧树脂选用日本大赛璐产的EHPE3150，其具有固化后具备一定韧性并耐候的特点；MHR154和EHPE3150按照上述比例搭配使用，可保证固化后得到的环氧树脂吸波复合材料强度高且脆性极大改善，能够耐受较大冲击，同时耐候性好，适于户外长时间使用；酸酐类固化剂优选使用六氢苯酐，其熔点低，固化效果好。

在本发明的一个实施例中，所述金属片为不锈钢板、铝板或铝合金板，厚度为0.5-2.5mm。

在本发明的一个实施例中，所述上片层3和下片层4均为矩形片且大小相同，所述侧端连接片5的上下端分别连接所述上片层3和下片层4同侧边的中部，所述侧端连接片5的宽度小于所述上片层3和下片层4相应侧边的宽度。

需要说明的是，上片层和下边层的长度优选为10-15cm,宽度优选为4-6cm,连接片设于一侧宽边处。

在本发明的一个实施例中，所述侧端连接片5的宽度为所述上片层3和下片层4相应侧边宽度的1/2至2/3。

在本发明的一个实施例中，所述安装孔6为矩形孔、圆形孔或椭圆形孔，所述RFID模块7的天线线圈与安装孔形状匹配且周边与所述安装孔6的周边间隔在1mm以内。

在本发明的一个实施例中，所述上片层3上表面设有文字标识区8和二维码标识区9，所述二维码标识区9的二维码与所述RFID模块7内的芯片存储的信息相关联。

在本发明的一个实施例中，还包括多个固定孔，所述固定孔贯穿所述上片层3、吸波层2和下片层4，所述固定孔内嵌入有两端带外翻边的塑料套10，两所述外翻边与分别与所述上片层3上表面和下片层4下表面贴紧。

本发明还提供一种三维精准定位方法，用于对上述的RFID门牌进行精准定位识别，其包括如下步骤：在移动小车上安装至少三个阅读器，任意相邻的两个阅读器之间间距在1m以上，然后将移动小车向RFID门牌可能存在的区域移动，当移动小车上有三个以上阅读器进入RFID门牌的有效感应区后，根据阅读器接收到的信号强度，利用RSSI原理可换算出接收到信号的阅读器与RFID门牌间的距离，然后以相应的阅读器所在位置为圆心，以换算的对应距离为半径进行搜索，各圆的交点处即为RFID门牌的精确位置，具体原理如图4所示。

本发明提供的RFID门牌在工厂内进行了多次测试，使用的RFID模块中天线使用温州格洛博电子有限公司生产的UHF天线，天线频率为860-960MHz；当使用的外壳体金属片(铝、铝合金或不锈钢)为0.5-2.5mm，吸波层为0.5-1.5mm,安装孔尺寸为1.5cmx2cm时，安装于常规铁门上后，测得的有效感应距离在10m以上，同样条件下使用单层金属片时，感应距离则不足3m，甚至不能使用。另外，当RFID模块的天线线圈为矩形且周边与所述安装孔的周边间隔在1mm以内时，感应距离还可进一步增强，感应距离普遍在13m左右。本发明提供的RFID门牌强度远高于普通单层金属的门牌，冲击作用时不易弯曲变形和产生坑洞。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种耐冲击抗金属增强识别的RFID门牌，其特征在于，包括由金属片弯折形成的外壳体（1）及夹设于所述外壳体（1）内的硬质绝缘的吸波层（2），所述外壳体（1）为包括上片层（3）、下片层（4）和侧端连接片（5）的U形结构，所述吸波层（2）夹紧于所述上片层（3）和下片层（4）之间，所述上片层（3）上开设有安装孔（6），RFID模块（7）通过密封胶封装固定于所述安装孔（6）内，所述RFID模块（7）的天线线圈的形状与所述安装孔（6）形状匹配且周边与所述安装孔（6）的周边间隔在1mm以内。

2.根据权利要求1所述的一种耐冲击抗金属增强识别的RFID门牌，其特征在于，所述吸波层（2）由环氧树脂吸波复合材料制成，厚度为0.5-1.5mm。

3.根据权利要求2所述的一种耐冲击抗金属增强识别的RFID门牌，其特征在于，所述环氧树脂吸波复合材料由芳纶纤维布浸入吸波树脂组合液中浸透，取出并预固化，再多层叠热压而成，所述吸波树脂组合液由0.5-1%碳纳米管、0.5-1%铁氧体粉和98-99%环氧树脂胶充分混匀而成，其中环氧树脂胶由45-55%杂环环氧树脂、40-50%脂肪族环氧树脂和5-10%酸酐固化剂组成。

4.根据权利要求1所述的一种耐冲击抗金属增强识别的RFID门牌，其特征在于，所述金属片为不锈钢板、铝板或铝合金板，厚度为0.5-2.5mm。

5.根据权利要求1所述的一种耐冲击抗金属增强识别的RFID门牌，其特征在于，所述上片层（3）和下片层（4）均为矩形片且大小相同，所述侧端连接片（5）的上下端分别连接所述上片层（3）和下片层（4）同侧边的中部，所述侧端连接片（5）的宽度小于所述上片层（3）和下片层（4）相应侧边的宽度。

6.根据权利要求5所述的一种耐冲击抗金属增强识别的RFID门牌，其特征在于，所述侧端连接片（5）的宽度为所述上片层（3）和下片层（4）相应侧边宽度的1/2至2/3。

7.根据权利要求1所述的一种耐冲击抗金属增强识别的RFID门牌，其特征在于，所述安装孔（6）为矩形孔、圆形孔或椭圆形孔。

8.根据权利要求1至7任一项所述的一种耐冲击抗金属增强识别的RFID门牌，其特征在于，所述上片层（3）上表面设有文字标识区（8）和二维码标识区（9），所述二维码标识区（9）的二维码与所述RFID模块（7）内的芯片存储的信息相关联。

9.根据权利要求1至7任一项所述的一种耐冲击抗金属增强识别的RFID门牌，其特征在于，还包括多个固定孔，所述固定孔贯穿所述上片层（3）、吸波层（2）和下片层（4），所述固定孔内嵌入有两端带外翻边的塑料套（10），两所述外翻边与分别与所述上片层（3）上表面和下片层（4）下表面贴紧。

10.一种三维精准定位方法，用于对权利要求1至9任一项所述的RFID门牌进行精准定位识别，其特征在于，包括如下步骤：在移动小车上安装至少三个阅读器，任意相邻的两个阅读器之间间距在1m以上，然后将移动小车向RFID门牌可能存在的区域移动，当移动小车上有三个以上阅读器进入RFID门牌的有效感应区后，根据阅读器接收到的信号强度，利用RSSI原理可换算出接收到信号的阅读器与RFID门牌间的距离，然后以相应的阅读器所在位置为圆心，以换算的对应距离为半径进行搜索，各圆的交点处即为RFID门牌的精确位置。

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