CN1979517A - 一种射频识别方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种射频识别方法及装置，其关键是阅读器控制向外发送信号能量大小的功能，来对阅读器阅读范围进行空间上的划分。阅读器确定应答器响应区时隙数，将向外发送命令的电信号的能量进行划分，并以最大能量级向应答器发送读取识别号命令；最大能量范围内的应答器在响应区内向阅读器返回自身识别号，阅读器读取并记录下能正确识别的应答器识别号，再计算发生碰撞的时隙数；阅读器判断发生碰撞的时隙数是否大于预设值，如果大于，则阅读器从最小能量级开始逐次增加能量级，对每个能量级范围内的应答器进行阅读，直到阅读完所有的应答器；否则，阅读器采用动态时隙法对最大能量级阅读范围内的应答器进行阅读；最后，阅读器结束阅读过程。

Description

一种射频识别方法及装置

技术领域

本发明涉及对标识身份的数字识别号进行识别的方法及装置，特别是涉及一种射频识别方法及装置。

背景技术

射频识别系统是通过射频的方式进行非接触的双向通信系统，一般包括阅读器和应答器两个部分。阅读器和应答器内分别有集成电路，具有无线信号收发、信号处理和数据存储能力。阅读器向外发送电磁波，电磁波范围内的应答器通过电磁或电感耦合得到能量，并获取信号；应答器也可以通过已经建立的耦合关系，将自己的信号返回给阅读器，从而建立双向的通信关系。在实际应用中，射频识别系统可以应用到个人身份识别、货物标签识别以及目标追踪等领域。在不同的实际应用领域中，应答器可以是数字身份证、电子标签等。

阅读器和应答器之间的通讯方式一般为：阅读器将向应答器发送的命令加载到模拟电信号上，通过天线发送给应答器，然后等待应答器响应；当应答器返回数据时，也是将数据加载到模拟电信号上的形式进行返回，并由阅读器的天线接收。图1显示了阅读器装置的基本构造原理，阅读器一般包括：处理器单元101，用于发送命令、接收数据以及处理数据；第一放大电路单元102，用于将模拟电信号进行放大处理；调制电路单元103，用于将处理器单元101输入的命令叠加到由放大电路单元102输入的模拟电信号上，再经过天线将信号发送出去；第二放大电路单元104，用于将从天线接收到的模拟电信号进行放大处理；滤波电路单元105，用于将接收到的模拟电信号进行滤波处理；解调电路单元106，用于将模拟电信号进行解调处理，并提取出识别号。阅读器各单元之间的连接关系如图1所示，此处不再赘述。

在实际应用中，阅读器的阅读范围内往往有多个应答器，每一个应答器都有唯一标识自身的识别号。当阅读器发出读取应答器识别号命令时，多个应答器同时向阅读器发送自身的识别号，此时，阅读器接收到的是多个识别号叠加后的信号，即造成识别号的碰撞，从而不能正确区分多个应答器。

现有技术中，可以通过动态时隙法来解决识别号碰撞的问题，动态时隙法的基本思想是：阅读器发命令给应答器，应答器在规定的应答区时隙数内随机选择一个时隙，并在该时隙里对阅读器命令进行应答；阅读器阅读并记录下可以正确识别的应答器，并将其设置为“无响应状态”，从而避免对下一次相同命令进行重复响应；如果有识别号碰撞的情况发生，阅读器就将重新发送命令，发生碰撞的应答器将在下一个应答区内重新应答，直到所有的应答器都正确识别。

下面以图2为例可以说明动态时隙法的工作原理：假定阅读器阅读范围内有4个应答器；应答器的响应区有4个时隙数；阅读器和应答器相互规定当阅读器发出命令后，接收命令的应答器通过随机发生器选择4个时隙中任一个时隙对阅读器命令进行响应；并规定一个时隙的长度大于应答时间。如图2所示，阅读器在命令发送区发出读取识别号命令，应答器1在时隙1进行应答；时隙2内无应答器进行应答；应答器2和应答器3同时在时隙3进行应答；应答器4在时隙4进行应答。阅读器读取应答器发送的识别号以后，发现能够正确识别应答器1和应答器4，但无法识别应答器2和应答3，即应答器2和应答器3的识别号发生了碰撞。阅读器分别设置应答器1和应答器4为“无响应状态”，并重新发送读取识别号命令。由于应答器1和应答器4为“无响应状态”，将不对新的命令进行响应，而应答器2和应答3则分别在下一个应答区的时隙2和时隙3对阅读器进行应答。阅读通过发送两次读取识别号命令，来实现对所有应答器识别号进行阅读。当然，在阅读器识别应答器以后，也可以进行对应答器中数据内容的读取或其它操作，但阅读器需要按照与应答器之间的协议要求发送命令。

但是，当阅读器需要阅读的应答器数量庞大时，应答器返回识别号时碰撞的机率将大大增加，阅读器重新发送读取识别号命令的次数也将增加。如果读取识别号命令的次数越多，完成所有应答器的识别所花费的时间也就越长，从而降低阅读器的工作效率。

由此可见，在现有技术在应答器数量庞大地情况下，还不能快速地对阅读器阅读范围内的应答器进行识别。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种射频识别方法及装置。为了达到上述目的，本发明提出的技术方案为：

一种射频识别方法，包括以下步骤：

a、阅读器确定应答器响应区时隙数，将向外发送命令的电信号的能量进行划分，并以最大能量级向应答器发送读取识别号命令；

b、最大能量范围内的应答器在确定的时隙内向阅读器返回自身识别号，阅读器读取并记录下能正确识别的应答器识别号，计算发生碰撞的时隙数，再将正确识别的应答器设置为“无响应状态”；

c、阅读器判断发生碰撞的时隙数是否大于预设值，如果大于，则执行步骤d；否则，阅读器采用动态时隙法对最大能量级阅读范围内的应答器进行阅读，再执行步骤e；

d、阅读器从最小能量级开始逐次增加能量级，对每个能量级范围内的应答器进行阅读，直到阅读完所有的应答器；

e、阅读器结束阅读过程。

较佳地，步骤d包括以下步骤：

d1、阅读器以最小能量级向应答器发送读取识别号命令；

d2、能响应读取识别号命令的应答器向阅读器返回自身识别号；

d3、阅读器对能响应读取识别号命令的应答器进行阅读，然后将能响应读取识别号命令的应答器设置为“无响应状态”；

d4、阅读器判断是否到达最大能量级，如果是，则执行步骤e；否则，执行步骤d5；

d5、阅读器增加一个能量级，并重新发读取识别号命令，再返回到步骤d2。

较佳地，所述步骤d3包括以下步骤：

d31、阅读器读取并记录下能正确识别的应答器识别号，计算发生碰撞的时隙数，然后将能正确识别的应答器设置为“无响应状态”；

d32、阅读器将发生碰撞的时隙数与预设值进行比较，并判断是否需要改变应答器响应区时隙数，如果需要，则根据发生碰撞的时隙数设置新的应答器响应区时隙数，然后执行步骤d33；否则，直接执行步骤d33；

d33、阅读器对该能量级范围内的应答器进行阅读，将能正确识别的应答器设置为“无响应状态”，再返回本步骤执行，直至正确识别该能量级范围内所有的应答器。

较佳地，步骤d31所述阅读器读取并记录下能正确识别的应答器识别号，和将能正确识别的应答器设置为“无响应状态”之间，进一步包括：阅读器向应答器发送读取数据内容的命令，应答器向阅读器返回数据内容；

步骤d33所述阅读器对该能量级范围内的应答器进行阅读，和将能正确识别的应答器设置为“无响应状态”之间，进一步包括：阅读器发送读取应答器的数据内容的命令，应答器向阅读器返回数据内容。

本发明的另一发明目的是这样实现的：

一种射频识别的装置，包括：

振荡器，用于提供电信号，并输出到第一放大电路单元；

第一放大电路单元，用于将由振荡器输入的模拟电信号进行放大处理，并输出到调制电路单元；

调制电路单元，用于将输入的读取识别号命令叠加到模拟电信号上，并通过天线发送出去；

第二放大电路单元，用于将由天线输入的模拟电信号进行放大处理，并输出到解调电路单元；

解调电路单元，用于将由第二放大电路单元输入的模拟电信号进行解调，提取出应答器识别号；

其特征在于，该装置还包括：

处理器单元，用于将读取识别号命令输出给调制电路单元；读取并记录由解调电路单元输入的应答器识别号；接收碰撞计数电路单元输入的碰撞时隙数；确定应答器响应区的时隙数和能量级别，并将能量级别输出给功率控制单元；判断发生碰撞的时隙数是否大于预设值，如果是，则确定新的能量级别；

功率控制单元，用于将由处理器单元输入的能量级别转换到对应的控制电信号，并输出到放大电路单元；

碰撞计数电路单元，用于根据解调电路单元输入的识别号，计算发生碰撞的时隙数，并输出到处理器单元。

较佳地，处理器单元包括：

基本处理器单元，用于将读取识别号命令输出给调制电路单元；读取并记录由解调电路单元输入的应答器识别号；确定应答器响应区的时隙数；根据碰撞决策模块输入的结果来判断是否改变能量级，并将判断结果输出给能量决策模块；

碰撞决策模块，用于根据由碰撞计数电路单元输入的发生碰撞的时隙数，判断发生碰撞的时隙数是否大于预设值，并将判断结果输出给基本处理器单元；

能量决策模块，用于确定能量级别，或者根据由基本处理器输入的判断结果确定新的能量级别，并将能量级别输出给功率控制单元。

综上所述，本发明提出的射频识别方法及装置具有以下优点：

阅读器利用控制向外发送信号的能量的大小，来划分阅读器的阅读空间范围，从而对阅读器阅读范围内的应答器进行了空间上的划分。当阅读器用某个能量级别向应答器发送命令的时候，只有一部分的应答器可以对该命令进行响应，从而减少了识别号碰撞的机率，也将减少阅读器对所有应答器的识别时间，可以提高工作效率。

附图说明

图1是现有技术中阅读器装置基本结构示意图；

图2是现有技术中动态时隙法工作原理示意图；

图3是应用本发明方案时射频识别系统工作状态示意图；

图4是应用本发明方案的方法实施例一的流程图；

图5是应用本发明方案的阅读器装置实施例一基本结构示意图；

图6是应用本发明方案的阅读器装置实施例二基本结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例对本发明作进一步地详细描述。

本发明方法的基本思想是：阅读器确定应答器响应区时隙数，将向外发送命令的电信号的能量进行划分，并以最大能量级向应答器发送读取识别号命令；最大能量范围内的应答器在响应区内向阅读器返回自身识别号，阅读器读取并记录下能正确识别的应答器识别号，再计算发生碰撞的时隙数；阅读器判断发生碰撞的时隙数是否大于预设值，如果大于，则阅读器从最小能量级开始逐次增加能量级，对每个能量级范围内的应答器进行阅读，直到阅读完所有的应答器；否则，阅读器采用动态时隙法对最大能量级阅读范围内的应答器进行阅读；最后，阅读器结束阅读过程。

本发明中，预设值是阅读器是否采用不同的能量级别来阅读识别号方法的阈值。如果发生碰撞的时隙数大于预设值，则阅读器从最小能量级开始逐次增加能量级，对每个能量级范围内的应答器进行阅读，直到阅读完所有的应答器；否则，阅读器采用动态时隙法对最大能量级阅读范围内的应答器进行阅读。

方法实施例

图3显示了本实施例射频识别系统工作状态。如图3所示，阅读器范围内有10个应答器；阅读器向外发送信号的能量分为3个级别；阅读器最小能量级别阅读范围内包含应答器1和应答器2；阅读器第二个能量级别阅读范围内包含应答器3至应答器6；阅读器最大能量级别阅读范围内包含应答器7至应答器10。本实施例中，假定阅读器发出读取识别号命令以后，应答器响应区有4个时隙数；应答器只向阅读器发送自身的识别号，而不发送其它数据内容；本实施例还假定阅读器中的预设值为2。

参见图4，本实施例中，阅读器识别应答器的步骤包括：

步骤401：阅读器以最大能量级向应答器发送读取识别号命令，最大能量范围内的应答器在应答区内向阅读器返回自身识别号。

本实施例中，阅读器同时向10个应答器发送读取识别号命令，假定应答器1和应答器2在时隙1内进行应答；应答器3至应答器5在时隙2内进行应答；时隙3内无应答器应答；应答器6至应答器10在时隙4内进行应答。

步骤402：阅读器读取并记录下能正确识别的应答器识别号，将正确识别的应答器设置为“无响应状态”，再计算发生碰撞的时隙数。

本实施例中，阅读器不能正确识别任何一个应答器识别号，并可计算得到有3个时隙发生了碰撞。

步骤403：阅读器判断发生碰撞的时隙数是否大于预设值，如果大于，则执行步骤404；否则，阅读器采用动态时隙法对最大能量级阅读范围内的应答器进行阅读，然后执行步骤411。

本实施例中，由步骤402知道有发生碰撞的时隙数为3，大于预设值2，则执行步骤404。

在实际应用中，阅读器预设值可以由使用本发明方案的用户自行决定，该预设值一般与应答区的时隙数相关，凡是大于0，而且消息应答区时隙数的值均可。

步骤404：阅读器设置为最小能量级。

步骤405：阅读器向该级别范围内的应答器发送读取识别号命令，能响应读取识别号命令的应答器向阅读器发送自身的识别号。

步骤406：阅读器读取并记录下能正确识别的应答器识别号，计算发生碰撞的时隙数，并将能正确识别的应答器设置为“无响应状态”。

本实施例中，应答器只给阅读器发送识别号，而在实际应用中，阅读器正确识别应答器之后，还可以进行其它操作，如读取应答器的数据内容。当其它操作完成以后，阅读器才将应答器设置为“无响应状态”

步骤407：阅读器将发生碰撞的时隙数与预设值进行比较，并判断是否需要增加应答器应答区时隙数，如果需要，则根据发生碰撞的时隙数设置新的应答器响应区时隙数，再执行步骤408；否则，直接执行步骤408。

本实施例中，假定发生碰撞，但发生碰撞的时隙数小于预设值，不需要改变应答器应答区时隙数，则直接执行步骤408。

在实际应用中，当发生碰撞的时隙数大于预设值时，就可以增加应答器应答区的时隙数，即减少应答器识别号发生碰撞的机率。其中，增加应答区时隙数的方法可以由用户自行定义，比如用应答区时隙数乘以2的方法来得到新的应答区时隙数。

步骤408：阅读器对该能量级范围内的应答器进行阅读，将能正确识别的应答器设置为“无响应状态”，再返回本步骤执行，直至正确识别该能量级范围内所有的应答器。

步骤409：阅读器判断是否到达最大能量级别，如果是，则执行步骤411；否则，执行步骤410。

步骤410：阅读器增加一个能量级别，重新发读取识别号命令，再执行步骤405。

本实施例中，步骤405至步骤410为一个循环，本实施例假定有三个能量级别，所以将执行三个循环。本实施例中，每一个循环都将实现对一个能量级别阅读范围内应答器的识别，然后将已经识别的应答器设置为“无响应状态”，防止下一次对阅读器命令的重复响应。

步骤411：阅读器结束识别应答器过程。

本实施例中，假定只有第二个能量级别内的应答器响应时发生碰撞，但不需改变应答区时隙数，则第一个能量级别花费4个时隙阅读应答器1和应答器2；第二个能量级别花费8个时隙阅读应答器3至应答器6；第三个能量级别花费4个时隙阅读应答器7至应答器10。所以，本实施例中，阅读器将花费总共20个时隙阅读所有的应答器。

本实施例只针对了阅读器只有一个收发天线来叙述的，但在实际应用中，当阅读器有多个天线时，一般是多个天线轮流工作。当一个天线工作时，阅读器就可以应用本发明方案完成对应答器的阅读。

针对本发明中的射频识别方法，本发明还提出一种射频识别装置，其基本思路是：增加处理器单元功能，使处理器单元不仅用于将读取识别号命令输出给调制电路单元，读取并记录由解调电路单元输入的应答器识别号，处理器单元还能够接收碰撞计数电路单元输入的碰撞时隙数；确定应答器响应区的时隙数和能量级别，并将能量级别输出给功率控制单元；判断发生碰撞的时隙数是否大于预设值，如果是，则确定新的能量级别。本发明增加功率控制单元，用于将由处理器单元输入的能量级别转换到对应的控制电信号，并输出到放大电路单元。本发明还增加碰撞计数电路单元，用于根据解调电路单元输入的识别号，计算发生碰撞的时隙数，并输出到处理器单元。

装置实施例一

图5显示了应用本发明方案的装置实施例一的基本结构图。如图5所示，当阅读器第一次向应答器发读取识别号命令时，处理器单元501确定能量级和时隙数，并将确定的能量级输出给功率控制单元508；振荡器向第一放大电路单元502输入模拟电信号；功率控制单元508将处理器单元501输入的能量级别转换为控制电信号，并输出给第一放大电路单元502；第一放大电路单元502根据功率控制单元输入的控制信号将由振荡器输入的模拟电信号进行放大处理，并输出给调制电路单元503；处理器单元501将读取识别号命令输出给调制电路单元503；调制电路单元503将由放大电路单元502输入的模拟电信号和处理器单元501输入的读取识别号命令进行调制处理，并经过天线向外发送。

当阅读器接收应答器发送的信号时，先由第二放大电路单元504将由天线输入的模拟电信号进行放大处理，并输出滤波电路单元505；滤波电路单元505将由第二放大电路单元504输入的模拟电信号进行滤波处理，并输出给解调电路单元506；解调电路单元506将对滤波电路单元505输入的模拟电信号进行解调处理，提取出应答器识别号，并将识别号输出给处理器单元501和碰撞计数电路单元507；碰撞计数单元507根据解调电路单元506输入的识别号，计算发生碰撞的时隙数，并输出给处理器单元501；处理器单元501读取并记录下由解调电路506输入的识别号，再判断由碰撞计数电路单元507输入的发生碰撞的时隙数是否大于预设值，如果大于，则确定新的能量级；否则，保持原能量级别；然后，阅读器开始新一轮的发送读取识别号命令和接收识别号的工作。

装置实施例二

图6显示了应用本发明方案的装置实施例二的基本结构图。处理器单元包括：

基本处理器单元601，用于将读取识别号命令输出给调制电路单元；读取并记录由解调电路单元输入的应答器识别号；确定应答器响应区的时隙数；根据碰撞决策模块输入的结果来判断是否改变能量级，并将判断结果输出给能量决策模块。

碰撞决策模块602，用于确定能量级别，或者根据由基本处理器输入的判断结果确定新的能量级别，并将能量级别输出给功率控制单元。

能量决策模块603，用于确定能量级别，或者根据由基本处理器输入的判断结果确定新的能量级别，并将能量级别输出给功率控制单元。

本实施例中，第一放大电路单元604至功率控制单元6010与装置实施例二中的第一放大电路单元502至功率控制单元508相同，此处不再赘述。

本实施例与装置实施例一的区别在于：当阅读器第一次向应答器发送读取识别号命令时，基本处理器单元601确定应答器响应区的时隙数，能量决策模块603确定能量级别为最大能量级别，基本处理器单元601向调制电路单元605输出读取识别号命令，能量决策模块603向功率控制单元6010输出能量级别。

当阅读器接收应答器发送的信号时，由解调电路单元608向基本处理器单元60 1输入识别号；碰撞计数电路单元609向碰撞决策模块602输入发生碰撞的时隙数；基本处理器单元601确定应答区时隙数，能量决策模块603确定能量级别，然后开始新一轮的发送读取识别号命令和接收识别号的工作。

综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。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 (6)

1、一种射频识别方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

a、阅读器确定应答器的应答区时隙数，将向外发送命令的电信号的能量进行划分，并以最大能量级向应答器发送读取识别号命令；

b、最大能量范围内的应答器在确定的时隙内向阅读器返回自身识别号，阅读器读取并记录下能正确识别的应答器识别号，计算发生碰撞的时隙数，再将正确识别的应答器设置为“无响应状态”；

c、阅读器判断发生碰撞的时隙数是否大于预设值，如果大于，则执行步骤d；否则，阅读器采用动态时隙法对最大能量级阅读范围内的应答器进行阅读，再执行步骤e；

d、阅读器从最小能量级开始逐次增加能量级，对每个能量级范围内的应答器进行阅读，直到阅读完所有的应答器；

e、阅读器结束识别应答器过程。

2、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤d包括以下步骤：

d1、阅读器以最小能量级向应答器发送读取识别号命令；

d2、能响应读取识别号命令的应答器向阅读器返回自身识别号；

d3、阅读器对能响应读取识别号命令的应答器进行阅读，然后将能响应读取识别号命令的应答器设置为“无响应状态”；

d4、阅读器判断是否到达最大能量级，如果是，则执行步骤e；否则，执行步骤d5；

d5、阅读器增加一个能量级，并重新发读取识别号命令，再返回到步骤d2。

3、根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述步骤d3包括以下步骤：

d31、阅读器读取并记录下能正确识别的应答器识别号，计算发生碰撞的时隙数，然后将能正确识别的应答器设置为“无响应状态”；

d32、阅读器将发生碰撞的时隙数与预设值进行比较，并判断是否需要增加应答器响应区时隙数，如果需要，则根据发生碰撞的时隙数设置新的应答器响应区时隙数，然后执行步骤d33；否则，直接执行步骤d33；

d33、阅读器对该能量级范围内的应答器进行阅读，将能正确识别的应答器设置为“无响应状态”，再返回本步骤执行，直至正确识别该能量级范围内所有的应答器。

4、根据权利要求3所述的方法，其特征在于，

步骤d31所述阅读器读取并记录下能正确识别的应答器识别号，和将能正确识别的应答器设置为“无响应状态”之间，进一步包括：阅读器向应答器发送读取数据内容的命令，应答器向阅读器返回数据内容；

步骤d33所述阅读器对该能量级范围内的应答器进行阅读，和将能正确识别的应答器设置为“无响应状态”之间，进一步包括：阅读器发送读取应答器的数据内容的命令，应答器向阅读器返回数据内容。

5、一种射频识别的装置，包括：

振荡器，用于提供电信号，并输出到第一放大电路单元；

第一放大电路单元，用于将由振荡器输入的模拟电信号进行放大处理，并输出到调制电路单元；

调制电路单元，用于将输入的读取识别号命令叠加到模拟电信号上，并通过天线发送出去；

第二放大电路单元，用于将由天线输入的模拟电信号进行放大处理，并输出到解调电路单元；

解调电路单元，用于将由第二放大电路单元输入的模拟电信号进行解调，提取出应答器识别号；

其特征在于，该装置还包括：

处理器单元，用于将读取识别号命令输出给调制电路单元；读取并记录由解调电路单元输入的应答器识别号；接收碰撞计数电路单元输入的碰撞时隙数；确定应答器响应区的时隙数和能量级别，并将能量级别输出给功率控制单元；判断发生碰撞的时隙数是否大于预设值，如果是，则确定新的能量级别；

功率控制单元，用于将由处理器单元输入的能量级别转换到对应的控制电信号，并输出到放大电路单元；

碰撞计数电路单元，用于根据解调电路单元输入的识别号，计算发生碰撞的时隙数，并输出到处理器单元。

6、根据权利要求5所述的装置，其特征在于，处理器单元包括：

基本处理器单元，用于将读取识别号命令输出给调制电路单元；读取并记录由解调电路单元输入的应答器识别号；确定应答器响应区的时隙数；根据碰撞决策模块输入的结果来判断是否改变能量级，并将判断结果输出给能量决策模块；

碰撞决策模块，用于根据由碰撞计数电路单元输入的发生碰撞的时隙数，判断发生碰撞的时隙数是否大于预设值，并将判断结果输出给基本处理器单元；

能量决策模块，用于确定能量级别，或者根据由基本处理器输入的判断结果确定新的能量级别，并将能量级别输出给功率控制单元。

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