CN1424686A - Rfid手持移动计算机的距离扩展 - Google Patents
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Abstract
描述了一种移动计算机和读取器，可把该读取器构造成移动计算机的标准模块附件(如托架)，仅当希望RFID询问时使用。该托架可携带与实际的移动计算机分开的天线圈、集成的RFID读取器电子设备，以及专用电池。
Description
相关申请参考
本申请要求2001年5月16日申请的美国临时申请序列号60/291,538的利益，通过引用而把后者完全结合于此。
背景技术
射频识别(RFID)已变成自动识别技术的一个重要实现。RFID系统的目的是携带数据适合的发射应答器，一般称为标签，以及借助机器可读装置在适当的时间和地点检索数据，以满足特定应用需要。标签中的数据可对制造中的零件、运送中的商品、位置、交通工具的身份、动物或个体提供识别。通过包括辅助数据，提供了通过直接可用于读取标签物品专用的信息或指令支持应用的前景。例如，进入生产线上的喷漆区域的小汽车体的喷漆颜色、柔性制造单元的设置指令或伴随货物装运的载货单。
RFID技术在频率、封装、性能和成本方面变化很大。有许多已建立的应用。除了标签之外，系统要求读取或询问标签的装置，和将数据传播到主计算机或信息管理系统的一些装置。如果制造商在产地没有将数据输入或编入标签，则系统还将包括这样的设备。
标签和读取器之间的数据通信是借助于无线通信。两种方法来区分和分类RFID系统，一种是基于附近电磁或电感耦合，而一种是基于传播电磁波。耦合是通过“天线”结构，该结构在标签和读取器两者中形成整体特点。虽然一般认为术语天线是更适合于传播系统，但是还可宽松地将其应用于感应系统。
传送数据经受数据必须通过媒介或的信道的干扰。噪声、干扰和失真是在实际的通信信道中发生的数据错误的源泉，必须防护以设法实现无差错数据恢复。而且，数据通信过程的特性，实际上是异步的，要求关注所传播的数据的形式。构造数据比特流以适应这些需要，一般被称为信道编码，并且虽然对于RFID系统的用户是透明的，但是所应用的编码方案出现在系统规范中。可以区别各种编码方案，每个都显示出不同的性能特点。
为了经无线电接口或分开的空间有效地传送数据，两个通信部件要求在调和变化的(正弦)场或载波上叠加数据。把这种叠加过程称为调制，并且各种方案可适用于该目的，每个方案具有促进它们的使用的某些特定属性。它们实质上是基于按照携带比特流的数据来改变交替的正弦源的原始特征之一的值，即其幅度、频率或相位。基于此，能够区分振幅移位键控(ASK)、频移键控(FSK)和相移键控(PSK)。基于这些限制，当把读取器和天线完全集成于小的手持移动计算机时，诸如那些操作于125kHz和13.56MHz的电感耦合的RFID标签的操作距离不能大于大约5英寸。
然而，许多应用要求将能够以超过12英寸的距离询问RFID标签的手持读取器。诸如那些操作于125kHz和13.56MHz的电感耦合的RFID标签的操作距离与天线(线圈)尺寸直接成比例。例如，典型的设计一般将提供天线圈直径的35％至200％之间的询问距离。因此，为了在典型的信用卡大小的RFID标签上获得12英寸的读取距离，天线最好是大约6英寸直径。集成这样大的天线将把手持移动计算机的尺寸增加到这样的程度，其中在扩展的时间中使用不再是实际的。
即使集成了这样大的天线，必须最大程度地将其与移动计算机中的金属部分分开，以避免磁场阻尼。金属部件的例子是扫描引擎光机械、安装平台、电子组装、弯曲连接器、电磁屏蔽等等。此外，大电池将是必要的，以便在RFID中支持足够大的电流，以使生成在希望的距离之外询问标签而所要求的磁场强度。
最大的天线、与金属部件的间隙以及在设备的操作期上的大电流生成能力，这三个关键要求使得在当前的设计约束下构造小的以及人机控制地恰当的移动计算机是不切实际的。
因此，本领域中存在对使手持移动计算机能够使用超过12英寸距离的RFID，而仍然保持其人机控制的正确性的设备、方法和系统的需要。
发明内容
本发明提供了一种移动计算机和一种读取器，可把该读取器构造为可仅当希望RFID询问时使用的计算机的标准模块附件(如托架)。所述托架可携带与实际的移动计算机分开的天线圈、集成的RFID读取器电子线路以及专用电池。
附图说明
结合于并构成本说明的一部分的附图说明了本发明的一个实施例，并且连同描述一起用以解释本发明的原理。
图1说明了典型RFID系统的框图。
图2A说明了本发明的一个实施例的与一手持计算机耦合的RFID托架的内视图。
图2B说明了本发明的一个实施例的与一手持计算机耦合的RFID托架的外视图。
图3说明了本发明的一个实施例的与一手持计算机耦合的RFID托架的系统级视图。
具体实施方式
转到图1，所示的是RFID系统的典型部件，包括与主计算机或其它设备(未示出)接口的读取器/编程器访问卡110以及读取器天线130。使用由读取器/编程器110提供的电源，所述读取器/天线通过无线电接口150发射信号。发射应答器或标签140包含标签天线120，该天线通过无线电接口150与读取器天线130通信。
标签140响应于所发送的或传播的对其数据的请求，其中读取器和标签之间的通信方式借助于穿过两者之间的空间或无线电接口150的无线手段。可把标签140制造成适用于接口到外部线圈或利用“片上线圈”的技术进行数据传送和功率生成(无源模式)的低功率集成电路。取决于设备的类型和复杂程度，标签140存储器可包括用于数据存储的只读(ROM)、随机存取(RAM)和非易失性可编程存储器。基于ROM的存储器用于容纳安全数据以及发射应答器操作系统指令，所述指令结合处理器或处理逻辑处理内部“内务”，诸如响应延迟定时、数据流控制和电源切换等。基于RAM的存储器用于在发射应答器询问和响应期间便于临时数据存储。非易失性可编程存储器可采用各种形式，通常是电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)。它一般用于存储发射应答器数据，并要求是非易失性的，以确保当设备处于其静止或功率节省“睡眠”状态时保留数据。
数据缓冲器是另外的存储器部件，用于临时地保持解调后进入的数据以及用于调制的输出数据，并与所述发射应答器天线接口。接口电路为无源发射应答器中的功率估计和发射应答器响应的触发的目的，提供控制和适应询问场能量的功能。在适应编程的场合，必须提供接受数据调制的信号和执行必要的解调和数据传送处理的功能。
即使电平总是非常小(微瓦至毫瓦)，但是为了标签140工作，它们也要求电源。标签140或者是无源的或者是有源的，完全以设备取得功率的方式来确定该指明。有源标签由内部电池供电，并一般是读/写设备。它们通常包含一显示出高功率重量比的单元，并通常能够在-50℃至70℃的温度范围内工作。电池的使用意味着密封的有源发射应答器具有有限的使用期。然而，耦合至适当的低功率电路的一适当的单元能确保达10年或更多年的功能性，这取决于操作温度、读/写循环和使用情况。与无源标签相比，代价是较大尺寸和较高成本的。一般地说，当用于对较高频率响应模式供电时，有源发射应答器允许比对无源设备所期望的更大的通信范围，较佳的噪声抗扰性和较高的数据传送速率。
无源标签不用内部电池源而操作，它从读取器生成的场得到用以操作的功率。因此，无源标签比有源标签轻得多，更便宜，并提供实际上无限制的操作使用寿命。代价是它们具有比有源标签短的读取距离，并要求较高供电的读取器。还限制了无源标签存储数据的容量和在嘈杂的无线电环境中良好运行的能力。可用功率上的限制还可限制灵敏度和方向性能。尽管这些局限，无源发射应答器提供了成本和耐用性方面的优点。它们具有几乎无限的使用寿命，并且一般比有源发射应答器价格低。
存储于不变数据载体中的数据要求诸如数据标识符和检错比特之类的某些组织和附加，以满足恢复需要。常把这种处理称为源编码。还可把诸如UCC/EAN之类的标准编号系统以及相关的数据定义单元应用于存储于标签中的数据。数据量将当然取决于应用，并且要求适当的标签来满足需要的标识符，在其中为识别目的而存储数字或字母数字串，或作为对存储于计算机或信息管理系统中的某处的数据存取访问的密钥，或用于通信的可在其中组织信息的便携式数据文件，或者作为不依赖于存储于某处的数据，或与之结合的启动动作的方法。
在数据容量方面，可获得满足从1比特至千比特的需要的标签140。单一比特设备实质上一般用于监视目的。零售电子物品监视(EAS)是这样的设备的典型应用，当在询问场中检测时，用于启动一警报。它们还可用于计数应用中。由多达128比特的数据存储容量表征的设备足够用以可能连同奇偶校验比特一起保持的序号或识别号。具有多达512比特数据存储容量的标签140总是用户可编程的，并且适用于容纳标识符和诸如序号、包内容、关键处理指令或可能早先的询问/响应处理的结果之类的其它特定数据。
可把由大约64千比特的数据存储容量表征的标签140看作便携式数据文件的载体。随着增长的容量，还可提供将数据组织成字段或页的功能，在读取过程中可有选择地询问所述字段或页。取决于存储器的类型，包含所携带的数据的标签140可以是只读的、一次写多次读(WORM)的或读/写的。只读标签总是在产地编程的低容量设备，通常具有一识别号。WORM设备是用户可编程设备。读/写设备一般也是用户可编程设备，但允许用户改变存储于标签中的数据。当附于正被识别或附随的物品时，可认为便携式编程器也允许对标签的现场编程。
标签天线120是一种装置，借助该装置设备感测询问场以及在合适处感测编程域，并还充当发送发射应答器对询问的响应的装置。
取决于所支持的标签的类型和所要实现的功能，读取器天线130在复杂程度上可显著不同。然而，总的功能是提供与标签通信以及便于数据传送的装置。由读取器执行的功能卡包括相当复杂的信号调节、奇偶检错和纠错。一旦已正确地接收并解码了来自发射应答器的信号，可施加算法来确定所述信号是否重复发送，并可然后指示发射应答器终止发送。这被称为“命令响应协议”并用于阻止在短间隔时间内读取多个标签的问题。有时把以这种方式使用询问器称为“传递轮询”(“Hands Down”)。另一更安全但较慢的标签轮询技术被称为“举手轮询”(“Hands Up”)，它涉及询问器寻找具有特定身份的标签，并依次询问它们。这是竞争管理，并且已经发展了各种技术，以改进成批读取的过程。进一步的方法可使用多个读取器，复用于一个询问器中，但具有伴随的成本中的增加。
发射应答器编程器是一种装置，借助于该装置将数据传递给一次写多次读取(WORM)和读/写标签。例如，一般在成批流水线生产的开始处脱机实施编程。
对于一些系统，可在线实施再编程，尤其是在例如如果把它用作生产环境中交互式便携式数据文件时。在每个处理期间，可能需要记录数据。在每个处理的结束处抹除发射应答器以读取先前的处理数据并编程新数据，将自然地增加处理时间，并将实质上降低应用的所希望的灵活性。通过组合读取器/询问器和编程器的功能，可以按要求而在发射应答器之中追加或改变数据，而不用损害生产线。
可实现编程的距离一般比读取距离小，并且在一些系统中要求接近接触点的定位。一般还把编程器设计成一次处理单个标签。然而，当前的发展，，满足了对存在于编程器的范围之内的若干标签的有选择编程的需要。
可以粗略地把图1所示的RFID系统组成4类。AS(电子物品监视)系统、便携式数据捕获系统、联网的系统以及定位系统。电子物品监视一般是1位系统，用于感测物品的存在/不存在。对于该技术的大量使用是在零售商店中，其中对每个物品作标签，并且在商店的每个出口都安置一大的天线读取器，以检测对物品的未经许可的取走(偷窃)。便携式数据捕获系统一般由带有完整的RFID读取器的便携式数据移动计算机的使用来表征，并用于这样的应用中，其中可显示出从标签的物品获得所要求的数据中的高度可变性。手持读取器/便携式数据移动计算机捕获数据，随后把该数据或者通过射频数据通信(RFIC)链路直接传送到主信息管理系统，或者保持该数据用于以成批处理的方式由线路连接传送到主机。联网的系统应用一般可由固定位置的读取器表征，把该固定读取器布置于一给定点并直接连接到联网的信息管理系统。根据应用，把发射应答器置于移动或可移动的物品上或个人上。定位系统使用发射应答器以便于对受引导的车辆进行自动定位和导航支持。把读取器置于车辆上，并且链接到车载计算机和至主信息管理系统的RFDC链路。把发射应答器埋置于操作环境的底层中，并用适当的标识和定位数据编程。读取器天线一般位于车辆之下，以允许与埋置的发射应答器更接近。
由于典型的手持移动计算机不是专用于RFID询问，本发明不要求带有大的集成的RFID读取器的移动计算机。相反，可以把读取器构造成移动计算机的标准模块附件(如托架)，并可仅当希望RFID询问时而使用。图2A示出了本发明的一个实施例，其中托架200携带天线圈210、集成的FRID读取器电子设备220、专用电池230以及接口240，以与移动计算机相关联。这些都将与实际的手持移动计算机分离。图2B示出了附有托架200的移动计算机260的外视图，其中天线圈210是可见的。
移动计算机260还可包括集成的条形码扫描器270。如同该扫描器中一样，诸如激光器的光源产生一光束，由光学部件将该光束对准沿朝向条形码符号的光通路。由诸如位于波束通路中的振动反射镜之类的扫描部件重复地扫描激光光束，以将聚束光点在条形码符号上扫描。光电探测器检测从符号反射或散射的可变强度的光，并产生指示所检测出的光的电信号。把这些电信号解码成表示所述符号中编码的数据的数据。所述集成的条形码扫描器270也可位于所述托架200之上。
可存储由移动计算机260收集的数据，并在随后传送到网络的其它部分(成批方式)，或使用预装无线网络在捕获之后就发送到网络。本发明的受让人提供了一种被称为Spectrum 24的无线数据通信系统，该系统遵循IEEE标准802.11的通信协议。在所实施的系统中，移动单元通过接入点而处于与中央计算机的数据通信中。接入点与以太网有线网络上的计算机通信。发送数据和接收数据可使用TCP/IP协议，并且还可把有线网络连接到因特网。每个移动单元都使自身与接入点之一相关联。为了保持顺序并减少无线电通信，每个接入点必须确定在来自中央计算机的以太网链路上接收的哪个通信是要前往与该特定接入点相关联的移动单元的。
如图3中所示，可用若干方法之一划分托架的电子设备。电磁收发机310将在“接口1”320处产生与托架的标准接口相兼容的信号。因此，必须把RFID无线电接口解码器330容纳于移动计算机260本身中。另一方面，可在托架200中进行RFID解码，并且通过托架的标准接口340(接口2)仅将解码的数据发送到移动计算机(主机)350。
第1种方法的优点是RFID解码可利用移动计算机的强大的微控制器/微处理器的好处。第2个优点是该方法允许可在移动计算机自身中集成第2个但降低性能的RFID电磁收发机。两个收发机将有同一解码器。该方法的第3个优点是当也希望性能降低但集成的RFID读取器时，它更加节省成本。
第2种方法的优点是整个RFID功能是分开的且模块化的，从而移动计算机不需要支持RFID解码逻辑或软件。该第2种方法的第2个优点是可通过RFID解码器微电子设备容易地适应任何主机接口，而无需添加专用逻辑以处理某一特定主机接口。
要理解，上述说明都仅是示例性和说明性的，并且不是本发明的限制。本发明是按权利要求所要求的那样。
Claims (19)
1.一种托架设备，其特征在于包括：
电池；
能够执行射频识别功能的电路；以及
能够与移动计算机相关联的模块化附件接口。
2.如权利要求1所述的托架设备，其特征在于进一步包括：
用于扫描光学代码的扫描器；以及
用于控制所述扫描器并从中接收被扫描的数据的编程的控制器。
3.如权利要求1所述的托架设备，其特征在于所述能够执行射频识别功能的电路包括电磁收发机。
4.如权利要求3所述的托架设备，其特征在于所述能够执行射频识别功能的电路进一步包括射频识别无线电接口解码器。
5.一种系统，其特征在于包括：
移动计算机，所述移动计算机包括第1模块化附件接口；
托架设备，该设备包括：
电池；
能够执行射频识别功能的电路；以及
能够与所述第1模块化附件接口相关联的第2模块化附件接口。
6.如权利要求5所述的系统，其特征在于所述托架设备进一步包括：
用于扫描光学代码的扫描器；以及
用于控制所述扫描器并从中接收被扫描的数据的编程的控制器。
7.如权利要求5所述的系统，其特征在于所述能够执行射频识别功能的电路包括电磁收发机。
8.如权利要求7所述的系统，其特征在于所述能够执行射频识别功能的电路进一步包括射频识别无线电接口解码器。
9.如权利要求7所述的系统，其特征在于进一步包括至少一个射频识别标签，并且其中当所述托架设备和所述至少一个识别标签分开超过约12英寸时，所述托架设备能够扫描所述至少一个射频识别标签。
10.一种处理数据的方法，其特征在于包括：
耦合(1)一移动计算机，该移动计算机包括第1模块化附件接口，和(2)一包括电池的设备；能够执行射频识别功能的电路，以及能够与所述第1模块化附件接口相关联的第2模块化附件接口；
为识别数据扫描射频识别标签。
11.如权利要求10所述的方法，其特征在于当所述移动计算机和所述识别标签分开超过大约12英寸时，发生所述为识别数据扫描射频识别标签。
12.如权利要求9所述的方法，其特征在于进一步包括：
通过无线媒介把识别数据传送到有线计算机网络。
13.如权利要求12所述的方法，其特征在于把所述有线计算机网络连接到因特网，并且所述通过无线媒介把识别数据传送到有线计算机网络使用TCP/IP协议。
14.一种系统，其特征在于包括：
(1)移动计算机，该移动计算机包括第1模块化附件接口，以及能够接收和发射传输数据的无线电模块；
(2)托架设备，该设备包括：
(a)电池；
(b)能够执行射频识别功能的电路；以及
(c)能够与所述第1模块化附件接口相关联的第2模块化附件接口。
(3)有线网络；以及
(4)一个或多个接入点；
其中所述一个或多个接入点能够通过无线媒介从有线网络将传输数据传送到一个或多个移动计算机，并通过无线媒介将来自一个或多个移动计算机的接收数据接收到所述有线网络；以及
其中所述一个或多个接入点形成传输区域，该传输区域包括这样的空间，其中借助于一个或多个移动扫描单元的至少一个，与一个或多个接入点的至少一个相关联是可能的。
15.如权利要求14所述的系统，其特征在于所述传输数据和所述接收数据使用TCP/IP协议，并且其中把所述有线网络连接到因特网。
16.如权利要求14所述的系统，其特征在于所述托架设备进一步包括：
用于扫描光学代码的扫描器；以及
用于控制所述扫描器并从中接收被扫描的数据的编程的控制器。
17.如权利要求14所述的系统，其特征在于所述能够执行射频识别功能的电路包括电磁收发机。
18.如权利要求17所述的系统，其特征在于所述能够执行射频识别功能的电路进一步包括射频识别无线电接口解码器。
19.如权利要求18所述的系统，其特征在于进一步包括至少一个射频识别标签，并且其中当所述托架设备和所述至少一个识别标签分开超过约12英寸时，所述托架设备能够扫描所述至少一个射频识别标签。
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