CN1912897A - 实现远程控制管理的射频识别装置及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种射频识别技术领域，特别是一种能够实现远程控制管理的射频识别装置及其控制方法，包括依次连接的感测单元、上位控制单元、下位控制单元、射频数据交换单元以及与所述上位控制单元相连的无线数传单元，当信息载体到达检测区域的第一位置时，由所述上位控制单元将采集到的第一控制信号向下位控制单元发送启动指令；当信息载体到达检测区域的第二位置时，所述上位控制单元将查询标签指令发送到下位控制单元，由下位控制单元接收后，通过所述射频数据交换单元和天线单元接收信息载体的射频数据，并将所述射频数据发送到上位控制单元，上位控制单元将有效信息经无线数传单元发送到网络中心并执行网络中心的指令以实现远程控制。

Description

实现远程控制管理的射频识别装置及其控制方法

技术领域

本发明涉及一种射频识别技术领域，特别是一种实现远程控制管理的射频识别装置及其控制方法。

技术背景

射频识别(RFID)技术是一种无接触自动识别技术，其基本原理是利用射频信号及其空间耦合、传输特性，实现对静止或移动中的待识别物品的自动机器识别。

射频识别系统一般由两个部分组成，即电子标签和阅读器。在电子标签与阅读器之间实现射频信号的空间耦合，在耦合通道内，根据时序关系，实现能量的传递、数据的交换。系统工作时，阅读器发出微波查询能量信号，电子标签收到微波查询能量信号后，将一部分微波查询能量信号整流为直流电源供电子标签内的电路工作，另一部分微波查询能量信号被电子标签内保存的数据信息调制后反射回阅读器。阅读器接收反射回的幅度调制信号，从中提取出电子标签中保存的标识性数据信息。

但在现有技术中，特别当射频识别技术应用于车辆管理时，存在一定的问题：在现有的车辆信息识别系统中，仅单纯地采用的射频识别技术，而没有能够实现远程管理，这就给目前的车辆控制管理带来诸多不便，尤其针对铁路运营中，对列车这种远程、高速目标的定位、监控、调度和管理，很难实现实时和准确。

发明内容

本发明克服了上述缺陷，提供了一种结构简单、控制高效的实现远程控制管理的射频识别装置及其控制方法。

本发明解决其技术问题所采取的技术方案是：一种能够实现远程控制管理的射频识别装置，包括：

感测单元：用于检测被测信息载体的位置信号，并发出相应的指令信号；

上位控制单元：用于接收、发出和处理指令和数据，包括接收感测单元发来的指令信号后向下位控制单元发送出相应的操作指令，接收下位控制单元发来的射频数据，向无线数传单元发出信息数据，接收无线数传单元发来的指令信息并执行相应操作；

下位控制单元：用于接收来自上位控制单元的操作指令，以及控制所述射频数据交换单元采集射频数据，并将所述射频数据发送到上位控制单元；

射频数据交换单元：用于将待发射的射频微波信号发送到天线单元，并且对来自天线单元的射频数据进行解调；

天线单元：与所述射频数据交换单元相连，用于向信息载体发射射频微波信号或接受来自信息载体的射频数据；

无线数传单元：与所述上位控制单元相连，用于实现无线数传单元与远程网络中心间的通讯，向远程网络中心发送信息或接收来自远程网络中心的指令。

所述感测单元可包括第一传感器、第一信号检测电路、第二传感器、第二信号检测电路，其中，第一传感器用于在感测信息载体到达第一位置时产生第一控制信号，第二传感器用于在感测信息载体到达第二位置时产生第二控制信号，第一信号检测电路和第二信号检测电路用于分别对第一控制信号和第二控制信号进行放大、滤波和整形；。

所述射频数据交换单元可包括用于输出特定频率微波信号的锁频电路、用于放大微波信号功率的功率合成电路、对接收到的射频数据进行解调的解调电路、用于对解调后的数据进行整形处理的判别整形电路和用于分离输入与输出微波信号的输入输出隔离电路，所述解调电路的输入端经过所述输入输出隔离电路与所述天线单元相连，输出端经过所述判别整形电路与所述下位控制单元相连，所述功率合成电路的输入端通过所述锁频电路后与下位控制单元相连，输出经过所述输入输出隔离电路后连接到所述天线单元。

所述天线单元可包括分别与所述射频数据交换单元相连的主天线和备用天线。

所述无线数传单元可包括SIM卡和控制电路，其中，所述SIM卡用于存储所有用户数据以鉴别用户和存储环境数据以实现接入GPRS服务；所述控制电路包括用于接收网络中心的短信息的接收电路、用于发送短信息到网络中心的发射电路和用于调制上行信号和解调下行信号的逻辑控制电路，所述逻辑控制电路分别与所述接收电路、发射电路、SIM卡以及上位控制单元相连。

一种通过权利要求1中所述装置实现远程控制管理的射频识别控制方法，包括如下步骤：

a)当信息载体到达检测区域的第一位置时，所述感测单元检测到所述信息载体，产生第一控制信号，并将所述第一控制信号发送到上位控制单元；

b)上位控制单元向下位控制单元和无线数传单元发送启动指令；

c)当信息载体到达检测区域的第二位置时，所述感测单元检测到所述信息载体，产生第二控制信号，并将所述第二控制信号发送到上位控制单元；

d)当上位控制单元收到第二控制信号后，向下位控制单元发送查询标签指令；

e)下位控制单元接收到查询标签指令后，通过所述射频数据交换单元和天线单元接收信息载体的射频数据，并将所述射频数据返回到上位控制单元；

f)上位控制单元将所述射频数据通过无线数传单元发送到网络中心；

还可包括：步骤g)所述无线数传单元接收从远程网络中心发来的指令，并进行解析，再发送到上位控制单元执行以实现远程控制。

所述步骤b)中，所述下位控制单元接收到启动指令，可包括启动射频数据交换单元和天线单元，以及启动无线数传单元中的SIM卡和控制电路。

所述步骤e)中，通过所述射频数据交换单元和天线单元接收信息载体的射频数据可进一步包括：

e1)通过射频数据交换单元将待发送的射频微波信号发送到天线单元，并由天线单元向信息载体发射微波信号；

e2)通过天线单元接收来自信息载体的射频数据，通过射频数据交换单元解调射频数据，并将所述射频数据发送到下位控制单元；

e3)下位控制单元将所接收到的射频数据发送到上位控制单元。

在步骤a)之前，还可包括自检过程，所述自检过程包括对感测单元、下位控制单元、天线单元、无线数传单元和射频数据单元的自检。

本发明装置包括依次连接的感测单元、上位控制单元、下位控制单元、射频数据交换单元以及与所述上位控制单元相连的无线数传单元，当信息载体到达检测区域的第一位置时，所述感测单元产生第一控制信号，并将所述第一控制信号发送到上位控制单元，由所述上位控制单元向下位控制单元发送启动指令；当信息载体到达检测区域的第二位置时，所述感测单元产生第二控制信号，并将所述第二控制信号发送到上位控制单元；当所述上位控制单元收到第二控制信号后，则将查询标签指令发送到下位控制单元；由下位控制单元接收到查询标签指令后，通过所述射频数据交换单元和天线单元接收信息载体的射频数据，并将所述射频数据发送到上位控制单元，上位控制单元将有效信息经无线数传单元发送到网络中心并执行网络中心的指令以实现远程控制。本发明在利用射频信号及其空间耦合、传输特性，实现对静止或移动中的待识别物品进行自动机器识别的同时，利用所述无线数传单元实现远程信息传输和管理，例如在铁路运营管理中，能够实现列车的远程监控、调动和管理。

附图说明

图1为本发明装置的原理框图；

图2为本发明装置中射频数据单元的原理图；

图3为本发明方法的控制流程图；

图4为本发明方法中的自检过程的流程图。

具体实施方式

如图1中所示，是本发明所述的射频自动识别系统的原理图。所述车辆射频自动识别系统包括：感测单元10、上位控制单元20、下位控制单元30、射频数据交换单元40、天线单元50和无线数传单元70，所述上位控制单元20分别连接感测单元10、下位控制单元30、无线数传单元70，所述下位控制单元30还通过所述视频数据交换单元40连接所述天线单元50。

所述感测单元10分为两路，各通过一个传感器和一个信号检测电路来实现，其中各传感器可以是磁传感器、光电传感器或压力传感器中的任意一种，用于通过检测磁信号、光信号或压力信号，获得所述被测信息载体60的位置信号。而信号检测电路则包括顺次连接的放大电路、滤波电路和整形电路，其中，放大电路对传感器所采集的电信号进行功率放大；滤波电路针对特定频带的信号进行提取，从而滤去了其他频带的信号，整形电路将所采集的信号进行整形，例如整理为方波、正弦波、三角波等等。在本实施例中，所述滤波电路提取信号的频率设定为1～1000kHz，并将所述第一控制信号和第二控制信号整理为方波。所述两路感测单元分别在两个不同位置检测所述信息载体，并发出第一控制信号和第二控制信号，以铁路运营系统为例，当火车经过第一位置时，火车车轮对安装在铁轨上的车轮传感器有压力，此压力信号即为第一控制信号，也称压轴信号，压轴信号主要用于测量每节车皮的车轮数和车速；而对压轴信号的判断和因此而进行处理后的信号为第二控制信号，也称为判轴信号，用于判断压轴信号的真假，以及后期处理等等。这两个信号组合起来又被称作计轴判辆。由于所述放大电路、滤波电路和整形电路为本领域技术人员能够掌握的常规技术手段，这里不再赘述，图中也未做标示。所述两路传感器和信号检测电路分别设置在第一位置和第二位置处，分别根据采集到的不同位置信号，发出对应的压轴信号和判轴信号，而且所述感测单元10实质上是利用了一个一定宽度的方波取代了现有技术中单个脉冲来触发射频数据采集的信号，这样就降低了干扰、噪声对系统的影响，也就降低了系统误操作的发生。对能够对车辆信息进行准确地采集。

所述上位控制单元20是射频自动识别系统中作为控制的中心，可以使用PC机、服务器等设备作为控制单元。本实施例中，采用工控机作为上位控制单元，工控机具有RS232/422/485、USB、光通信模块等通信端口，以便与外界的其他控制单元或感测单元10进行通信；工控机还具有通常的CPU、内部存储器、外部存储器等计算机常有配置设备，以便于进行数据处理运算。

所述下位控制单元30可以是与上位控制单元相同的计算设备，如PC机、服务器、工控机等，另外也可以是其他的硬件逻辑单元，在本实施例中，优选采用单片机作为下位控制单元30，或者也可以与所述射频数据交换单元40和天线单元50集成在一起，以固定式或便携式射频识别设备的形式实现。所述单片机也具有与上位控制单元20相匹配的通信接口，通过通信接口，单片机从上位控制单元20接收指令，从而能够接收信息载体60的射频数据。

在本实施例中，所述射频数据交换单元40如图2中所示，包括锁频电路41、功率合成电路42、解调电路43、判别整形电路45和输入输出隔离电路44，所述解调电路43的输入端经过所述输入输出隔离电路44与所述天线单元50相连，输出端经过所述判别整形电路与所述下位控制单元30相连，所述功率合成电路42的输入端通过所述锁频电路41后下位控制单元相连，输出经过所述输入输出隔离电路44后连接到所述天线单元50中。所述锁频电路41通过锁相环实现，锁相环是本领域常见的频率控制器件，可以通过现有的多种集成电路(如CD4046)实现。功率合成电路42是一种功率放大电路，采用两级双路合成，第一级为放大，之后将信号分为两路，分别放大后合成。输入输出隔离电路44则采用某个频段的铁氧体加工器件。所述下位控制单元30接收到上位控制单元发出的采集射频数据指令后，给锁频电路41发出指令，锁定频率，再打开功率合成电路42，经两级双路合成，达到预定的输出功率后，经铁氧体隔离输出射频微波信号；所述天线单元50接收到的射频信号，经过所述输入输出隔离电路44隔离后，依次经过解调电路43的解调和和判别整形电路45的整形处理后发送到所述下位控制单元30。

所述天线单元50包括两付天线，一个作为主天线，另一个作为备用天线，都接收射频数据交换单元输出的射频信号或者接受所述信息载体发出的射频信号。当天线单元自检的过程中或者在数据交换的过程中，检测到主天线发生故障的时候，启用备用天线进行射频数据的接收。

所述无线数传单元70包括SIM卡和控制电路，SIM(SubscriberIdentity Module)卡用于身份的识别，它具有用户的全部特征信息并存储有使用者的环境和无线环境，其中，控制电路又包括发射电路、接收电路和逻辑控制电路，发射电路用于向网络中心发送短信息，接收电路用于接收来自网络中心的短信息，逻辑控制电路用于协调控制无线数传单元。所述逻辑控制电路分别与所述接收电路、发射电路、SIM卡以及上位控制单元相连，且也为本领域技术人员能够掌握的常规技术手段，这里不再赘述和标示。

如图3是本发明所述的能够实现远程控制管理的射频识别控制方法的控制流程图。系统加电后，上位控制单元就处于启动状态，首先对系统进行初始化，如步骤100，此时，为了提高车辆射频自动识别系统运行的可靠性，在上位控制单元启动后，分别对感测单元、下位控制单元、射频数据交换单元、天线单元和无线数传单元进行自检。自检后所述上位控制单元即处于对感测单元的监控状态，所述感测单元则一直处于加电状态。所述自检过程如图4中所示：

感测单元进行自检，如果自检通过，则感测单元正常工作，开始监测压轴信号，如果自检未通过，则感测单元停止工作，并输出故障报警信号。所述报警信号可以是发光二极管的闪烁或蜂鸣器的鸣响或事先录制的语音。

下位控制单元进行自检，如果自检通过，则下位控制单元等待来自上位控制单元的启动指令，如果自检未通过，则下位控制单元停止工作，并输出故障报警信号；

射频数据交换单元进行自检，如果自检通过，则射频数据交换单元等待下位控制单元的指令，如果自检未通过，则射频数据交换单元停止工作，并输出故障报警信号；

天线单元进行自检，如果自检通过，则天线单元等待来自射频数据交换单元的微波信号，如果自检未通过，则天线单元停止工作，并输出故障报警信号。进一步地，在天线单元进行自检时，如果其中的主天线发射故障，则启动备用天线；

无线数传单元自检，如果自检通过，则无线数传单元等待来自上位控制单元的有效信息，必要时，还有网络中心的指令，如果自检未通过，则无线数传单元停止工作，并输出故障报警信号。

步骤110，当信息载体通过所述第一传感器和第一信号检测电路所在的第一位置的时候(例如，轮轴上装有射频磁条的汽车通过检查站的入口位置时)，所述感测单元10的第一传感器生成一个电信号。第一信号检测电路对所述电信号进行放大、滤波，并进行整形，例如，将压轴信号调整为5V电平的方波，成为压轴信号。之后，所述压轴信号通过串行接口被发送到上位控制单元20。

步骤120，上位控制单元20在接收到压轴信号后，即向下位控制单元30发送启动指令，所述启动指令用于启动其他与射频数据识别相关的设备，例如对下位控制单元、射频数据交换单元、天线单元和无线数传单元加电，并且对上述设备进行初始化和自检。同时，上位控制单元在等待判轴信号的到来。

在步骤130，当信息载体到达检测区域的第二位置时，即所述第二传感器和第二信号检测电路所在位置(例如，轮轴上装有射频磁条的汽车行驶到距离检查站的出口位置5米处时)，所述感测单元的第二传感器产生了另一个电信号，经过第二信号检测电路对所述电信号放大、滤波和整形后，形成判轴信号。并将所述判轴信号发送到上位控制单元20。

步骤140，当所述上位控制单元20收到判轴信号后，如果上位控制单元20需要读取信息载体60上的射频数据，则上位控制单元20将查询标签指令发送到下位控制单元30，以使下位控制单元30能够获取所述射频数据。上位控制单元20与下位控制单元30之间的通讯是通过相匹配的通信接口进行的，所述通信接口可以是RS232传输芯片、RS485传输芯片、光传输模块等通信模块中的任何一种。

在步骤150，下位控制单元30通过通信接口接收到查询标签指令后，将通过射频数据交换单元锁频、功率放大后的微波信号发送到天线单元50，并由作为发射终端的天线单元50向信息载体60发射微波信号。

在步骤160，信息载体60上的电子标签在收到所述天线单元50发出的微波信号后，将一部分微波信号整流为直流电源供电子标签内的电路工作，另一部分微波信号被电子标签内保存的数据信息调制后反馈回天线单元50。天线单元50接收反射回的射频数据幅度调制信号，通过射频数据交换单元对所述射频数据进行解调，并从中提取出电子标签中保存的标识性数据信息，再将解调后的射频数据发送到所述下位控制单元40。

在步骤170，下位控制单元30将所接收到的射频数据通过通信接口发送到上位控制单元20，从而使上位控制单元获取了信息载体上的射频数据，进而可以根据需要在上位控制单元上对所采集的数据进行存储、统计、显示、检索、排序等处理。

在步骤180，上位控制单元20将有效信息发送到无线数传单元70的逻辑控制电路进行调制，再经过无线数传单元70的发射电路发送到网络中心。必要时，网络中心也可以将指令发送到无线数传单元70的接收电路，经过逻辑控制电路进行解调后发送到上位控制单元20执行，实现对本发明装置的远程控制管理。

随着GPRS等远程传输技术的日趋成熟，使用范围迅速扩大，造价逐渐下降，因此所述无线数传单元则可以采用GPRS控制模块，基于远程传输控制作为技术平台，实现将铁路移动通信所具有的特色(群呼、组呼、优先级别、强插、强拆等功能)加进去，构成基于GPRS用于铁路的全球移动通信系统的解决方案。

以上对本发明所提供的能够实现远程控制管理的射频识别装置及其控制方法进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种实现远程控制管理的射频识别装置，其特征在于，包括：

感测单元：用于检测被测信息载体的位置信号，并发出相应的指令信号；

上位控制单元：用于接收、发出和处理指令和数据，包括接收感测单元发来的指令信号后向下位控制单元发送出相应的操作指令，接收下位控制单元发来的射频数据，向无线数传单元发出信息数据，接收无线数传单元发来的指令信息并执行相应操作；

下位控制单元：用于接收来自上位控制单元的操作指令，以及控制所述射频数据交换单元采集射频数据，并将所述射频数据发送到上位控制单元；

射频数据交换单元：用于将待发射的射频微波信号发送到天线单元，并且对来自天线单元的射频数据进行解调；

天线单元：与所述射频数据交换单元相连，用于向信息载体发射射频微波信号或接受来自信息载体的射频数据；

无线数传单元：与所述上位控制单元相连，用于实现上位控制单元与远程网络中心间的通讯，向远程网络中心发送信息或接收来自远程网络中心的指令。

2.根据权利要求1所述的实现远程控制管理的射频识别装置，其特征在于：所述感测单元包括第一传感器、第一信号检测电路、第二传感器、第二信号检测电路，其中，第一传感器用于在感测信息载体到达第一位置时产生第一控制信号，第二传感器用于在感测信息载体到达第二位置时产生第二控制信号，第一信号检测电路和第二信号检测电路用于分别对第一控制信号和第二控制信号进行放大、滤波和整形。

3.根据权利要求1所述的实现远程控制管理的射频识别装置，其特征在于：所述射频数据交换单元包括用于输出特定频率微波信号的锁频电路、用于放大微波信号功率的功率合成电路、对接收到的射频数据进行解调的解调电路、用于对解调后的数据进行整形处理的判别整形电路和用于分离输入与输出微波信号的输入输出隔离电路，所述解调电路的输入端经过所述输入输出隔离电路与所述天线单元相连，输出端经过所述判别整形电路与所述下位控制单元相连，所述功率合成电路的输入端通过所述锁频电路后与下位控制单元相连，输出经过所述输入输出隔离电路后连接到所述天线单元中。

4.根据权利要求1所述的实现远程控制管理的射频识别装置，其特征在于：所述天线单元包括分别与所述射频数据交换单元相连的主天线和备用天线。

5.根据权利要求1～4中任一项所述的实现远程控制管理的射频识别装置，其特征在于：所述无线数传单元包括SIM卡和控制电路，其中，所述SIM卡用于存储所有用户数据以鉴别用户和存储环境数据以实现接入GPRS服务；所述控制电路包括用于接收网络中心的短信息的接收电路、用于发送短信息到网络中心的发射电路和用于调制上行信号和解调下行信号的逻辑控制电路，所述逻辑控制电路分别与所述接收电路、发射电路、SIM卡以及上位控制单元相连。

6.一种通过权利要求1中所述装置实现远程控制管理的射频识别控制方法，包括如下步骤：

a)当信息载体到达检测区域的第一位置时，所述感测单元检测到所述信息载体，产生第一控制信号，并将所述第一控制信号发送到上位控制单元；

b)上位控制单元向下位控制单元和无线数传单元发送启动指令；

c)当信息载体到达检测区域的第二位置时，所述感测单元检测到所述信息载体，产生第二控制信号，并将所述第二控制信号发送到上位控制单元；

d)当上位控制单元收到第二控制信号后，向下位控制单元发送查询标签指令；

e)下位控制单元接收到查询标签指令后，通过所述射频数据交换单元和天线单元接收信息载体的射频数据，并将所述射频数据返回到上位控制单元；

f)上位控制单元将所述射频数据通过无线数传单元发送到网络中心。

7.根据权利要求6所述的实现远程控制管理的射频识别控制方法，其特征在于：还包括：步骤g)所述无线数传单元接收从远程网络中心发来的指令，并进行解析，再发送到上位控制单元执行以实现远程控制。

8.根据权利要求6或7所述的实现远程控制管理的射频识别控制方法，其特征在于：所述步骤b)中，所述下位控制单元接收到启动指令，包括启动射频数据交换单元和天线单元，以及启动无线数传单元中的SIM卡和控制电路。

9.根据权利要求6或7所述的实现远程控制管理的射频识别控制方法，其特征在于：所述步骤e)中，通过所述射频数据交换单元和天线单元接收信息载体的射频数据进一步包括：

e1)通过射频数据交换单元将待发送的射频微波信号发送到天线单元，并由天线单元向信息载体发射微波信号；

e2)通过天线单元接收来自信息载体的射频数据，通过射频数据交换单元解调射频数据，并将所述射频数据发送到下位控制单元；

e3)下位控制单元将所接收到的射频数据发送到上位控制单元。

10.根据权利要求6或7所述的实现远程控制管理的射频识别控制方法，其特征在于：在步骤a)之前，还包括自检过程，所述自检过程包括对感测单元、下位控制单元、天线单元、无线数传单元和射频数据单元的自检。

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