CN114218974A - 一种无源rfid标签的精确定位装置及方法 - Google Patents

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Abstract

一种无源RFID标签的精确定位装置及方法，属于RFID芯片设计的技术领域，包括：无源RFID标签和外接的LED灯;所述无源RFID标签包括射频模块、控制模块、存储器和LED驱动单元；所述射频模块用于与读写器之间无线射频通信；所述控制模块用于解析读写器发送的带筛选参数的LED控制指令，并作出响应；所述存储器模块用于保存对应物品的识别信息；所述LED驱动单元用于按照响应驱动LED灯的开或关。本发明设计灵活，逻辑控制简单，避免了无线定位容易受到环境干扰的问题，同时减少额外的时间、面积等硬件开销。

Description

一种无源RFID标签的精确定位装置及方法
技术领域
本发明公开一种无源RFID标签的精确定位装置及方法，属于RFID芯片设计的技术领域。
背景技术
无线射频识别即射频识别技术，英文Radio Frequency Identification，RFID，是自动识别技术的一种，通过无线射频方式进行非接触双向数据通信，利用无线射频方式对记录媒体，即电子标签或射频卡进行读写，从而达到识别目标和数据交换的目的。
在上述识别系统中，通过电磁波实现电子标签的读写与通信。根据通信距离，可分为近场和远场，为此读/写设备和电子标签之间的数据交换方式也对应地被分为负载调制和反向散射调制。
射频识别技术依据其标签的供电方式可分为三类，即无源RFID，有源RFID，与半有源RFID。无源RFID自身不供电，但有效识别距离太短。有源RFID识别距离足够长，但需外接电源，体积较大。而半有源RFID就是为这一矛盾而妥协的产物。
在上述三类RFID产品中，无源RFID出现时间最早，最成熟，其应用也最为广泛。在复杂的环境中，当大量标签杂乱存放时，由于无源RFID自身不供电，加上信号干扰的影响，故难以对特定的标签进行精确的空间定位。例如图书管理、文件档案管理时，存在及时准确地找到指定的图书或文件的准确位置的需求。
目前已有若干针对无源RFID标签定位方法。有的通过调整磁场强度粗略定位，有的通过多个读写器的磁场交叉估算，有的通过移动读写器多次测量逐渐缩小范围，有的通过标签自带定位传感信息，有的通过复杂的算法实现定位。上述方法会大量增加定位成本和时间，而且定位精度有限，不能处理大量标签堆叠的情况。
为此，现有技术专利文献公开了相关解决技术方案：
中国专利文献CN113030860A公开一种通过RFID定位标签发出的光的颜色、亮度、持续时间来进行定位的方法，但该标签需要内置蓄电池，因此不能用于无源RFID。
中国专利文献CN110996255A公开了一种基于RFID定位的室内照明系统及方法，属于室内照明技术领域。该文献包括处理器，RFID阅读器，RFID标签，LED驱动模块，LEDS照明装置。使用RFID阅读器对RFID标签进行识别并对得到的数据进行采集，将采集到的数据发送到处理器，处理器对RFID采集到的数据进行计算并处理，对RFID进行定位，通过定位信息驱动LED驱动模块，对照明装置LEDS进行驱动照明。该文献中，所述LED是用于照明的被控设备，因此所述LED的开关是通过处理器、LED驱动模块进行调控的，该驱动LED灯的功耗并不适用于无源RFID标签。而且该文献对RFID本身的定位是通过算法实现的，因此，如应用于无源RFID标签时，需要考虑功耗、算法处理芯片等硬件匹配要求，这无疑增加了针对无源RFID标签的设计成本和应用成本。
中国专利文献CN104463275A公开了一种基于LED的可视化RFID定位系统和方法，该系统包括可视化定位装置、手持阅读器；所述的可视化定位装置包括RFID标签、LED和无线通信模块。RFID标签用于标识物品对象，LED用于RFID标签对象识别后进行闪烁提示，无线通信模块采用Zigbee、nFR24l01等硬件模块进行数据信息的传输；所述的手持阅读器包括读卡器和无线通信模块。读卡器模块用于读取RFID标签信息，无线通信模块采用Zigbee、nFR24l01等硬件模块进行数据信息的传输。该文献虽然是通过射频识别区域内的物品，但是LED用于RFID标签对象识别后进行闪烁提示时，是由读卡器控制额外的无线通信模块实现的，因功率问题不能由无源RFID标签直接驱动。
除此之外，结合对上述专利文献的分析可知，对RFID的定位需要数据库管理和无线网络通讯的支持，成本较高；而且每次只能对一个指定的标签进行操作，不能批量查询定位。
发明内容
本发明为了克服以上技术的不足，提供了一种无源RFID标签的精确定位装置。
本发明还公开一种无源RFID标签的精确定位的方法。
本方法利用电磁感应线圈获取能量来对自身LED供电，根据无源RFID的有效识别距离通常较短的特点，通过简单直观的视觉途径，完成准确的空间定位。该方法逻辑电路设计简单，使用极少量的硬件资源的基础上提供精确定位能力，避免了无线定位容易受到环境干扰的问题，同时减少额外的时间、面积等硬件开销。
本发明详细的技术方案如下：
一种无源RFID标签的精确定位装置，其特征在于，包括：无源RFID标签和外接的LED灯;所述无源RFID标签包括射频模块、控制模块、存储器和LED驱动单元；
所述射频模块用于与读写器之间无线射频通信；所述控制模块用于解析读写器发送的带筛选参数的LED控制指令，并作出响应；所述存储器模块用于保存对应物品的识别信息；所述LED驱动单元用于按照响应驱动LED灯的开或关。在本技术方案中，所述读写器发送带筛选参数的LED控制指令，当所述无源RFID标签属于读写器所查找的标签时，所述射频模块通过控制模块控制LED驱动单元开启或关闭LED灯，从而实现利用RFID标签将对应物品进行精确定位。
利用上述无源RFID标签的精确定位装置的定位方法，其特征在于，包括：
（1）在无源RFID标签外接适配的LED灯；在所述存储器模块中提前记载对应物品的识别信息，所述识别信息包括可以区分物品类别的多位数据，该识别信息的形式不限，同时，该识别信息的形式并不属于本发明所要保护的内容；
（2）利用读写器发送带筛选参数的LED控制指令，所述筛选参数包括：指令码(Code)部分、LED控制(Ctrl)部分、比较值(Value)部分和行为(Action)部分；
所述指令码(Code)部分为LED控制指令的指令码；所述LED控制(Ctrl)部分用于控制LED开启或关闭：例如1表示开、0表示关；所述比较值(Value)部分用于与所述识别信息进行比较：如相同时，则所述识别信息与所述LED控制指令匹配，如不相同时，则所述识别信息与所述LED控制指令不匹配；所述行为(Action)部分，当所述识别信息与所述LED控制指令匹配时，则行为(Action)部分为无源RFID标签响应时返回的应答类型；
（3）所述无源RFID标签射频模块收到所述LED控制指令后，进行数据信息匹配：
所述比较值(Value)部分用于与所述识别信息进行比较：
如相同时，则所述识别信息与所述LED控制指令匹配；如不相同时，则所述识别信息与所述LED控制指令不匹配；
（4）根据步骤（3）的数据信息匹配情况控制LED灯：
配置一：当所述识别信息与所述LED控制指令匹配时，则所述LED控制(Ctrl)部分用于控制LED开启；当所述识别信息与所述LED控制指令不匹配时，则LED保持原状态不变；
或，
配置二：当所述识别信息与所述LED控制指令匹配时，则所述LED控制(Ctrl)部分用于控制LED关闭；当所述识别信息与所述LED控制指令不匹配时，则LED保持原状态不变。
本发明通过对LED灯进行开/关控制，以显示在某区域内的物品进行筛选应答，即根据LED灯亮灭准确定位筛选出区域内携带无源RFID标签的对应物品，进而实现对所述物品快速识别。
根据本发明优选的，所述筛选参数还包括：起始地址(Pointer)部分和数据长度(Len)部分；根据起始地址(Pointer)部分、数据长度(Len)部分确定所述识别信息中的筛选数据，并将所述筛选数据与所述比较值(Value)部分进行比较：
如相同时，则所述识别信息与所述LED控制指令匹配；
如不相同时，则所述识别信息与所述LED控制指令不匹配。
本发明通过起始地址(Pointer)部分、数据长度(Len)部分筛选出所述识别信息中的部分内容，并与所述比较值(Value)部分进行对比，通过筛选识别信息中的部分内容，可以将对应物品按照不同层级的类别进行归类筛选，而不再局限于单个物品类别，由此拓展了本发明所述装置的应用领域，使得无源RFID标签可以根据应用场景灵活调整。
根据本发明优选的，所述步骤（3）中，所述射频模块收到所述LED控制指令，控制模块读取存储器模块中对应物品的识别信息，然后进行数据信息匹配。
根据本发明优选的，所述LED控制指令中的筛选参数对应的数据长度(Len)部分为0时，则表示通过LED控制指令筛选所有无源RFID标签。
利用所述无源RFID标签的精确定位方法进行判断所述外接适配LED灯故障的方法，其特征在于：
利用读写器发送带筛选参数的LED控制指令，用于批量筛选所述无源RFID标签或者批量不筛选所述无源RFID标签，以判断所述LED灯恒亮或恒灭的故障。
根据本发明优选的，利用所述无源RFID标签的精确定位方法进行判断所述外接适配LED灯恒灭故障的方法，其特征在于，包括：
读写器发送的所述LED控制指令中的筛选参数对应的数据长度(Len)部分为0时，控制(Ctrl)部分为开启LED灯，全部标签的LED灯都应点亮；
若无源RFID标签外接适配的LED灯不亮，则判断所述不亮的LED灯出现了恒灭故障。
根据本发明优选的，利用所述无源RFID标签的精确定位方法进行判断所述外接适配LED灯恒亮故障的方法，其特征在于，包括：
读写器发送的所述LED控制指令中的筛选参数对应的数据长度(Len)部分为0时，控制(Ctrl)部分为关闭LED灯，全部标签的LED灯都应熄灭；
若无源RFID标签外接适配的LED灯亮起，则判断所述亮起的LED灯出现了恒亮故障。
利用所述无源RFID标签的精确定位方法进行无源RFID标签本身故障核查的方法，其特征在于：
步骤一：通过外接适配LED灯恒亮、恒灭，筛选故障的精确定位装置，包括，
读写器发送的所述LED控制指令中的筛选参数对应的数据长度(Len)部分为0时，控制(Ctrl)部分为开启LED灯，全部标签的LED灯都应点亮；若无源RFID标签外接适配的LED灯不亮，则判断所述不亮的LED灯出现了恒灭故障；
读写器发送的所述LED控制指令中的筛选参数对应的数据长度(Len)部分为0时，控制(Ctrl)部分为关闭LED灯，全部标签的LED灯都应熄灭；若无源RFID标签外接适配的LED灯亮起，则判断所述亮起的LED灯出现了恒亮故障；
步骤二：对步骤一筛选出的故障的精确定位装置确认故障类型，包括，
通过读写器向故障的精确定位装置发送LED控制指令，设置行为(Action)部分的响应类型为无源RFID标签的唯一序列号：
当所述故障的精确定位装置反馈所述无源RFID标签的唯一序列号时，则判断所述故障类型为外接适配LED灯故障；
当所述故障的精确定位装置未反馈所述无源RFID标签的唯一序列号时，则判断所述故障类型为无源RFID标签本身故障。
本发明所述指令的应答携带了对应标签的信息，与LED的亮灭互相核查，双重保险防止遗漏。
本发明的技术优势在于：
1、本发明的定位方法，可以精确到任意一个标签，定位精度极高，尤其适合大量标签密集存放的应用。
2、本发明对读写器无限制，既不需改变读写器硬件，又不需增加读写器数量。
3、本发明的电子标签不需外接电源或内置蓄电池，利用电磁感应线圈获取能量来对无源RFID标签的LED供电。
4、本发明的LED开关控制，设计简单、独立，不影响原电子标签的设计，具有很强的可移植性。
5、本发明的外接LED，可以根据应用需求进行调整、更换，适应性强。
6、本发明的LED开关定位，简单直观、可视化强，不受信号干扰的影响。
附图说明
图1为本发明的无源RFID标签精确定位流程示意图；
图2为本发明中无源RFID标签的电路模块连接图；
图3为本发明实施例的无源RFID标签筛选示意图。
具体实施方式
为了便于本领域人员更好的理解本发明，下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明，下述仅是示例性的不限定本发明的保护范围。
实施例1、
如图2所示，一种无源RFID标签的精确定位装置，包括：无源RFID标签和外接的LED灯，所述无源RFID标签包括射频模块、控制模块、存储器和LED驱动单元；
所述射频模块用于与读写器之间无线射频通信；所述控制模块用于解析读写器发送的带筛选参数的LED控制指令，并作出响应；所述存储器模块用于保存对应物品的识别信息；所述LED驱动单元用于按照响应驱动LED灯的开或关。
实施例2、
如图1所示，利用如实施例1所述无源RFID标签的精确定位装置的定位方法，包括：
（1）在无源RFID标签外接适配的LED灯；在所述存储器模块中提前记载对应物品的识别信息；
（2）利用读写器发送带筛选参数的LED控制指令，所述筛选参数包括：指令码(Code)部分、LED控制(Ctrl)部分、比较值(Value)部分和行为(Action)部分；
所述指令码(Code)部分为LED控制指令的指令码；所述LED控制(Ctrl)部分用于控制LED开启或关闭：例如1表示开、0表示关；所述比较值(Value)部分用于与所述识别信息进行比较：如相同时，则所述识别信息与所述LED控制指令匹配，如不相同时，则所述识别信息与所述LED控制指令不匹配；所述行为(Action)部分，当所述识别信息与所述LED控制指令匹配时，则行为(Action)部分为无源RFID标签响应时返回的应答类型；
（3）所述无源RFID标签射频模块收到所述LED控制指令后，进行数据信息匹配：
所述比较值(Value)部分用于与所述识别信息进行比较：
如相同时，则所述识别信息与所述LED控制指令匹配；如不相同时，则所述识别信息与所述LED控制指令不匹配；
（4）根据步骤（3）的数据信息匹配情况控制LED灯：
配置一：当所述识别信息与所述LED控制指令匹配时，则所述LED控制(Ctrl)部分用于控制LED开启；当所述识别信息与所述LED控制指令不匹配时，则LED保持原状态不变；
或，
配置二：当所述识别信息与所述LED控制指令匹配时，则所述LED控制(Ctrl)部分用于控制LED关闭；当所述识别信息与所述LED控制指令不匹配时，则LED保持原状态不变。
实施例3、
如实施例2所述的定位方法，所述筛选参数还包括：起始地址(Pointer)部分和数据长度(Len)部分；根据起始地址(Pointer)部分、数据长度(Len)部分确定所述识别信息中的筛选数据，并将所述筛选数据与所述比较值(Value)部分进行比较：
如相同时，则所述识别信息与所述LED控制指令匹配；
如不相同时，则所述识别信息与所述LED控制指令不匹配。
所述步骤（3）中，所述射频模块收到所述LED控制指令，控制模块读取存储器模块中对应物品的识别信息，然后进行数据信息匹配。
所述LED控制指令中的筛选参数对应的数据长度(Len)部分为0时，则表示通过LED控制指令筛选所有无源RFID标签。
本发明通过起始地址(Pointer)部分、数据长度(Len)部分筛选出所述识别信息中的部分内容，并与所述比较值(Value)部分进行对比，通过筛选识别信息中的部分内容，可以将对应物品按照不同层级的类别进行归类筛选，而不再局限于单个物品类别，由此拓展了本发明所述装置的应用领域，使得无源RFID标签可以根据应用场景灵活调整。
如图3所示：
当数据长度(Len)部分为0时，即Len=0时，不需要比较数据信息，选中全部的无源RFID标签，包括标签1、标签2、标签3和标签4；
当数据长度(Len)部分为其它值时，根据匹配情况选中一个或一批无源RFID标签，例如：
当起始地址(Pointer)为2，Pointer=2；数据长度(Len)部分为1，Len=1；比较值(Value)部分为1，Value=1时，只有识别信息中第3位为“1”的无源RFID标签符合筛选条件，即批量选中标签1和标签2，如图3中虚线所框选内容；
当起始地址(Pointer)为2，Pointer=2；数据长度(Len)部分为2，Len=2；比较值(Value)部分为01，Value=01时，只有识别信息中第3位开始连续2bit数据为“01”的无源RFID标签符合筛选条件，即选中一个标签4，如图3中虚线所框选内容。
实施例4、
利用所述无源RFID标签的精确定位方法进行判断所述外接适配LED灯故障的方法，利用读写器发送带筛选参数的LED控制指令，用于批量筛选所述无源RFID标签或者批量不筛选所述无源RFID标签，以判断所述LED灯恒亮或恒灭的故障。
判断所述外接适配LED灯恒灭故障的方法，包括：
读写器发送的所述LED控制指令中的筛选参数对应的数据长度(Len)部分为0时，控制(Ctrl)部分为开启LED灯，全部标签的LED灯都应点亮；
若无源RFID标签外接适配的LED灯不亮，则判断所述不亮的LED灯出现了恒灭故障。
判断所述外接适配LED灯恒亮故障的方法，包括：
读写器发送的所述LED控制指令中的筛选参数对应的数据长度(Len)部分为0时，控制(Ctrl)部分为关闭LED灯，全部标签的LED灯都应熄灭；
若无源RFID标签外接适配的LED灯亮起，则判断所述亮起的LED灯出现了恒亮故障。
实施例5、
利用所述无源RFID标签的精确定位方法进行无源RFID标签本身故障核查的方法：
步骤一：通过外接适配LED灯恒亮、恒灭，筛选故障的精确定位装置，包括，
读写器发送的所述LED控制指令中的筛选参数对应的数据长度(Len)部分为0时，控制(Ctrl)部分为开启LED灯，全部标签的LED灯都应点亮；若无源RFID标签外接适配的LED灯不亮，则判断所述不亮的LED灯出现了恒灭故障；
读写器发送的所述LED控制指令中的筛选参数对应的数据长度(Len)部分为0时，控制(Ctrl)部分为关闭LED灯，全部标签的LED灯都应熄灭；若无源RFID标签外接适配的LED灯亮起，则判断所述亮起的LED灯出现了恒亮故障；
步骤二：对步骤一筛选出的故障的精确定位装置确认故障类型，包括，
通过读写器向故障的精确定位装置发送LED控制指令，设置行为(Action)部分的响应类型为无源RFID标签的唯一序列号：
当所述故障的精确定位装置反馈所述无源RFID标签的唯一序列号时，则判断所述故障类型为外接适配LED灯故障；
当所述故障的精确定位装置未反馈所述无源RFID标签的唯一序列号时，则判断所述故障类型为无源RFID标签本身故障。

Claims (9)

1.一种无源RFID标签的精确定位装置，其特征在于，包括：无源RFID标签和外接的LED灯;所述无源RFID标签包括射频模块、控制模块、存储器和LED驱动单元；
所述射频模块用于与读写器之间无线射频通信；所述控制模块用于解析读写器发送的带筛选参数的LED控制指令，并作出响应；所述存储器模块用于保存对应物品的识别信息；所述LED驱动单元用于按照响应驱动LED灯的开或关。
2.利用如权利要求1所述无源RFID标签的精确定位装置的定位方法，其特征在于，包括：
（1）在无源RFID标签外接适配的LED灯；在所述存储器模块中提前记载对应物品的识别信息；
（2）利用读写器发送带筛选参数的LED控制指令，所述筛选参数包括：指令码部分、LED控制部分、比较值部分和行为部分；
所述指令码部分为LED控制指令的指令码；所述LED控制部分用于控制LED开启或关闭；所述比较值部分用于与所述识别信息进行比较：如相同时，则所述识别信息与所述LED控制指令匹配，如不相同时，则所述识别信息与所述LED控制指令不匹配；所述行为部分，当所述识别信息与所述LED控制指令匹配时，则行为部分为无源RFID标签响应时返回的应答类型；
（3）所述无源RFID标签射频模块收到所述LED控制指令后，进行数据信息匹配：
所述比较值部分用于与所述识别信息进行比较：
如相同时，则所述识别信息与所述LED控制指令匹配；如不相同时，则所述识别信息与所述LED控制指令不匹配；
（4）根据步骤（3）的数据信息匹配情况控制LED灯：
配置一：当所述识别信息与所述LED控制指令匹配时，则所述LED控制部分用于控制LED开启；当所述识别信息与所述LED控制指令不匹配时，则LED保持原状态不变；
或，
配置二：当所述识别信息与所述LED控制指令匹配时，则所述LED控制部分用于控制LED关闭；当所述识别信息与所述LED控制指令不匹配时，则LED保持原状态不变。
3.如权利要求2所述定位方法，其特征在于，所述筛选参数还包括：起始地址部分和数据长度部分；根据起始地址部分、数据长度部分确定所述识别信息中的筛选数据，并将所述筛选数据与所述比较值部分进行比较：
如相同时，则所述识别信息与所述LED控制指令匹配；
如不相同时，则所述识别信息与所述LED控制指令不匹配。
4.如权利要求2所述定位方法，其特征在于，所述步骤（3）中，所述射频模块收到所述LED控制指令，控制模块读取存储器模块中对应物品的识别信息，然后进行数据信息匹配。
5.如权利要求2所述定位方法，其特征在于，所述LED控制指令中的筛选参数对应的数据长度部分为0时，则表示通过LED控制指令筛选所有无源RFID标签。
6.如权利要求2所述定位方法，其特征在于：
利用读写器发送带筛选参数的LED控制指令，用于批量筛选所述无源RFID标签或者批量不筛选所述无源RFID标签，以判断所述LED灯恒亮或恒灭的故障。
7.如权利要求2所述定位方法，其特征在于，包括：
读写器发送的所述LED控制指令中的筛选参数对应的数据长度部分为0时，控制部分为开启LED灯；
若无源RFID标签外接适配的LED灯不亮，则判断所述不亮的LED灯出现了恒灭故障。
8.如权利要求2所述定位方法，其特征在于，包括：
读写器发送的所述LED控制指令中的筛选参数对应的数据长度部分为0时，控制部分为关闭LED灯；
若无源RFID标签外接适配的LED灯亮起，则判断所述亮起的LED灯出现了恒亮故障。
9.如权利要求2所述定位方法，其特征在于：
步骤一：通过外接适配LED灯恒亮、恒灭，筛选故障的精确定位装置，包括，
读写器发送的所述LED控制指令中的筛选参数对应的数据长度部分为0时，控制部分为开启LED灯；若无源RFID标签外接适配的LED灯不亮，则判断所述不亮的LED灯出现了恒灭故障；
读写器发送的所述LED控制指令中的筛选参数对应的数据长度部分为0时，控制部分为关闭LED灯；若无源RFID标签外接适配的LED灯亮起，则判断所述亮起的LED灯出现了恒亮故障；
步骤二：对步骤一筛选出的故障的精确定位装置确认故障类型，包括，
通过读写器向故障的精确定位装置发送LED控制指令，设置行为部分的响应类型为无源RFID标签的唯一序列号：
当所述故障的精确定位装置反馈所述无源RFID标签的唯一序列号时，则判断所述故障类型为外接适配LED灯故障；
当所述故障的精确定位装置未反馈所述无源RFID标签的唯一序列号时，则判断所述故障类型为无源RFID标签本身故障。
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Pledgor: SHANDONG HUAYI MICRO-ELECTRONICS Co.,Ltd.

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