CN202486795U - 一种电子标签快速识别系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种电子标签快速识别方法及系统，该方法包括：两个以上电子标签沿运动方向依次间隔排列，高速运动并按排列次序依次进入电子标签阅读器天线的电磁场区；进入所述电磁场区的当前电子标签被激活后，按预定的程序快速向电子标签阅读器发送数据，在下一个电子标签进入电磁场区之前完成所有数据的发送。实施本实用新型的技术方案，由于当前电子标签在电磁场区被识读的时间小于下一个电子标签开始进入电磁场区的时间点与当前电子标签开始进入电磁场区的时间点之间的差值，可保证在任何时候仅有一个电子标签处于被识别状态，有效地防止碰撞问题，进而有效地提高电子标签与读写器之间的数据传输效率。

Description

一种电子标签快速识别系统

技术领域

本实用新型涉及一种无源RFID电子标签的识别装置，尤其涉及一种高速顺序进入阅读器天线电磁场区的电子标签快速识别系统。 

背景技术

RFID技术是一种非接触的自动识别技术，其原理是利用无线电波来传送识别信息，已经被广泛应用于工业自动化、商业自动化、交通运输控制管理等众多领域。无源RFID电子标签只有当它进入电子标签阅读器天线的电磁场中，从电磁场中吸收能量为电子标签供电，电子标签才能工作，才能把数据传输到阅读器。如果电磁场中有两个以上的电子标签同时向阅读器发送数据，电子标签间就会相互干扰，阅读器无法正确读取任何一个电子标签的数据，即发生电子标签冲突或碰撞。为了解决多个电子标签同时识别问题，就需要设置防碰撞算法来协调阅读器和多个电子标签之间的通信。电子标签防碰撞算法可分为ALOHA算法和树形算法两大类。 

ALOHA算法的基本特征是将电子标签回复的信道划分若干个间隔(该间隔称为时隙)，并要求电子标签选择其中一个时隙回复。在操作中，阅读器通过指令给每一电子标签发送概率时隙(或可选的时隙范围)，电子标签根据收到的时隙范围，随机地选择一个时隙并按时回复；若发生碰撞，再重新选择时隙并发送，直到完成所有的电子标签识别。 

树形算法的基本特征是：每个电子标签有一个随机数发生器，生成0或1；每个电子标签有一个计数器，当计数器的值为0时，电子标签回复。由阅读器 发送指令使所有电子标签开始回复，电子标签收到指令后，首先由随机数发生器生成0或1，这样将要回复的电子标签分为两个子集，随机数为0的电子标签立即回复，随机数为1的电子标签将计数器值设为1；若没有碰撞并回复成功，则阅读器发送指令确认，并使其它电子标签的计数器减1，直到阅读器收到电子标签的返回信息；若电子标签碰撞，阅读器发送指令，使碰撞电子标签产生随机数进行分裂，其它电子标签的计数器值加1；如此循环直到所有电子标签的识别。 

ALOHA算法和树形算法在处理多标签识别时，需要电子标签与阅读器之间进行多次交谈式通信，并且在处理多个电子标签碰撞时需要循环迭代，需要占用一定的时间，因此这两种算法适用于电子标签和阅读器相对静止或移动速度不大的应用场合。对于高速运动的电子标签，由于电子标签在阅读器天线的电磁场区的时间很短，不能满足ALOHA算法和树形算法所需的时间，则不能使用这两种算法来处理高速运动的多个电子标签的碰撞问题。例如在铁路车辆轴温检测电子标签应用中，电子标签安装在每根车轴上，电子标签阅读器安装在地面。当列车高速行驶时，电子标签依次顺序地进、出阅读器的电磁场区，电子标签在阅读器电磁场区的时间极短，需要快速地读出电子标签的数据；相邻的两根车轴的距离比较小，因此相邻的电子标签会发生碰撞，相互干扰。如图1是现有技术中高速运动的电子标签同时进入电磁场区的示意图。由于采用ALOHA算法或树形算法，当多个电子标签进入阅读器天线的电磁场区时，电子标签与阅读器需要进行多次交谈式通信，并依次选择电子标签进行数据的发送和接收，所需的时间较长，不能满足高速运动的电子标签快速进、出电磁场区的极短时间要求，因此发生漏读电子标签的概率很高，不能满足用户需求。 

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题在于，现有技术中，现有技术中的防碰撞算法由于需要相对较长的时间，而高速运动的电子标签在电磁场区停留的时间极短，因此现有技术的算法不能有效地解决高速运动的电子标签的快速识别问题；针对现有技术的上述缺陷，提供一种电子标签快速识别方法及系统。 

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是： 

一种电子标签快速识别系统，包括电子标签阅读器、两个以上的通过电磁耦合方式与所述电子标签阅读器进行无线通信的电子标签，所述电子标签阅读器包括天线；其中，所述两个以上电子标签沿运动方向间隔排列，并依次序进入电子标签阅读器的电磁场区，所述无线通信包括：进入所述电磁场区的当前电子标签向所述电子标签阅读器发送数据，所述电子标签阅读器对所述当前电子标签进行读数及识别，所述当前电子标签在所述电磁场区发送数据所需的时间小于或等于所述下一个电子标签开始进入所述电磁场区的时间点与所述当前电子标签开始进入所述电磁场区的时间点之间的差值。 

优选地，所述相邻的两个电子标签之间的距离大于或等于预置距离，所述电磁场区的有效辐射面在沿电子标签运动方向的宽度小于或等于所述预置距离；其中，所述有效辐射面为电磁波束被所述两个以上电子标签排列所成的直线在平行于运动方向所截的面。 

优选地，所述无线通信具体包括： 

当前电子标签按照预置指令，直接发送预设的需要返回给所述电子标签读写器的数据，发送完毕后处于等待状态；其中，所述预置指令包括当前电子标签被激活后直接发送所述数据的指示，并携带所述数据；所述当前电子标签发送所述数据的次数为一次以上； 

所述电子标签阅读器对所述当前电子标签进行读数及识别，所述当前电子标签在所述电磁场区发送数据所需的时间小于或等于所述下一个电子标签开始进入所述电磁场区的时间点与所述当前电子标签开始进入所述电磁场区的时间点之间的差值； 

所述当前电子标签离开所述电磁场区；或： 

接收到由所述电子标签阅读器的工作指令，根据所述工作指令执行完成相应的命令。 

本实用新型具有下述技术效果： 

本实用新型中，将电子标签沿运动方向按次序排列，使得标签按照顺序先后进入电磁场区，而每一个电子标签在电磁场区中工作的时间很短，在下一个电子标签进入电磁场区之前就完成数据的传输并停止工作，因此可保证任何时刻电磁场区内最多只能有一个电子标签处于被识别状态，有效地防止多标签识别时出现的碰撞、干扰问题，可节省使用多标签防碰撞算法来解决碰撞问题所需要的时间。 

此外，由于该电子标签是只读工作方式，省去了阅读器发送读数指令及电子标签响应所述读数指令所需的时间，进而有效地提高电子标签与读写器之间的数据传输效率。 

再者，电子标签在电磁场区内可循环、多次向阅读器发送数据，进一步保证了数据传输的完整性，进而有效地提高电子标签读数的可靠性。 

附图说明

下面将结合附图及实施例对本实用新型作进一步说明，附图中： 

图1是现有技术中高速运动的电子标签在电磁场区同时工作的示意图； 

图2是本实用新型的一种电子标签识别的系统的结构示意图； 

图3-1是本实用新型一实施例的高速运动的当前电子标签进入电磁场区的示意图； 

图3-2是本实用新型一实施例的高速运动的当前电子标签及下一个电子标签同时存在于电磁场区的示意图； 

图3-3是本实用新型另一实施例的高速运动的当前电子标签在电磁场区的示意图； 

图3-4是本实用新型另一实施例的高速运动的当前电子标签离开电磁场区而下一个电子标签准备进入电磁场的示意图； 

图3-5是本实用新型另一实施例的高速运动的下一个电子标签进入电磁场区的示意图。 

具体实施方式

图2为本实用新型的一种电子标签快速识别系统的结构示意图，本事实例中，该识别系统包括电子标签阅读器201、两个以上电子标签202，其中，该电子标签阅读器201包括天线，所述两个以上电子标签202通过电磁耦合方式与所述电子标签阅读器201进行无线通信。具体地，所述两个以上电子标签202沿其运动方向间隔排列，相邻的电子标签202之间的间隔大于或等于预置距离，而该预置距离跟电子标签的运动速度及电子标签阅读器201完成读数及识别所需要的时间有关，用户可根据需要而设计。该电子标签202按照排列顺序依次进入电子标签阅读器的电磁场区，而为了防止多标签识别时出现的碰撞问题，需要考虑到电子标签进入电磁场区的时间及电子标签202向电子标签阅读器201发送数据的时间，因此此处需要保证进入电磁场区的当前电子标签202发送数 据的时间小于或等于该电子标签与下一个电子标签开始进入电磁场的时间点之间的差值，保证了任何时刻，电磁场区内只能有一个电子标签处于被识别状态。电子标签包括只读和可读写两种工作模式，电子标签在只读工作模式下工作时，按预先设定的程序自动进行工作，不需要电子标签阅读器的指令干预，不需要与电子标签阅读器进行交谈式通信；电子标签在可读写工作模式下需要由阅读器发出的指令来指导电子标签完成相应的操作，需要与电子标签阅读器进行交谈式通信；电子标签可以在只读工作模式和可读写工作模式之间切换。电子标签进入阅读器的电磁场区被激活后首先自动进入只读工作模式，完成只读工作模式预定的操作后就处于等待状态，直到电子标签离开阅读器的电磁场区或接收到由阅读器发送的工作指令可切换到可读写工作模式并完成相应的操作。 

另外，还可以通过其他方法来保证电磁场区内只能有一个电子标签处于被识别状态。例如，调整所述电子标签阅读器的天线的沿电子标签运动方向的波速宽度，使得电磁场区的有效辐射面沿电子标签运动方向的宽度小于或等于所述预置距离。其中，所述宽度即所述有效辐射面被所述两个以上电子标签排列所成的直线所截的宽度，而调整方式可包括多种：作为优选，可以是通过调整所述阅读器天线的沿电子标签运动方向的发射角来实现，例如，减小所述天线的发射角(如图1、图3-1图3-5所示，发射角等于2θ)，当发射角越小，θ就越小，天线的沿电子标签运动方向的波束宽度变小，但是该发射角也不能小到不能保证进入电磁场区的电子标签完成数据的传输，因此该需要考虑电子标签的运动速度及电子标签发送次数；或者，通过调整所述两个以上电子标签排列所成直线与所述阅读器天线之间的距离来实现，例如，缩小阅读器天线与电子标签排列所成的直线之间的距离，需要说明的是，阅读器天线到标签排列所在直线的距离，不是指每个标签与所述天线的距离。当所述距离缩小了，该天线 的有效波束宽度会变小，从而使电磁场区的沿电子标签运动方向的有效识读范围变小；又或者，通过调整所述阅读器天线的发射角及调整所述两个以上电子标签排列所成直线与所述阅读器天线之间的距离来实现，例如，减小所述阅读器天线的沿电子标签运动方向的发射角及缩小两个以上电子标签排列所成直线与所述阅读器天线之间的距离来减小所述天线的波束宽度。无论采取上述哪种方式均可调整所述天线的波束宽度，本实施例中对此不作限制。 

在当前电子标签要离开电磁场区时或之后，下一个电子标签开始进入电磁场区，因此可保证不会出现碰撞问题。其中，所述有效辐射面是能够识别电子标签的范围(即电磁波束)被电子标签排列所成的直线在平行于运动方向所截的面。 

图2为本实用新型的一种电子标签快速识别系统的结构示意图，本实施例中，该系统包括阅读器201、两个以上电子标签202、203，所述电子标签阅读器包括天线，其中， 

本实施例中，所述两个以上电子标签202、203沿运动方向排列，相邻的电子标签之间的距离为预置距离，该预置距离可根据需要而设置，此处对此不作限制。 

为了方便理解本实施例的方案，下面详细描述本系统的原理： 

电子标签202与阅读器201之间以电磁耦合方式进行无线通信。具体地，当前电子标签按照预置指令，直接发送预设的需要返回给所述电子标签读写器的数据，而不需要等待电子标签阅读器的指示，发送完毕后处于等待状态；所述电子标签阅读器对所述当前电子标签进行读数及识别，所述当前电子标签离开所述电磁场区；或者接收到由所述电子标签阅读器的工作指令，根据所述工作指令执行完成相应的命令；其中，所述预置指令包括当前电子标签被激活后 直接发送所述数据的指示，并携带所述数据；所述当前电子标签发送所述数据的次数为一次以上；所述当前电子标签在所述电磁场区发送数据所需的时间小于或等于所述下一个电子标签开始进入所述电磁场区的时间点与所述当前电子标签开始进入所述电磁场区的时间点之间的差值。即电子标签进入阅读器的电磁场区被激活后首先自动进入只读工作模式，完成只读工作模式预定的操作后就处于等待状态，直到电子标签离开阅读器的电磁场区或接收到由阅读器发送的工作指令可切换到可读写工作模式并完成相应的操作。 

需要使用本系统时，首先根据需要调节阅读器天线的波束的宽度，此时的调节方式有多种，当需要减小波束宽度时，作为优选，可有如下方式： 

可通过减小天线的发射角来减小波束宽度；或者通过缩短电子标签202排列所成直线与所述阅读器201之间的距离来减小波束宽度；或者通过减小天线的发射角以及缩短电子标签202排列所成直线与所述阅读器201之间的距离来减小波束宽度。 

所述两个以上电子标签202沿运动方向排列并依次序进入电子标签阅读器201的电磁场区；当前电子标签202进入电磁场区被激活后，自动进入只读工作模式，在只读工作模式下，当前电子标签202把预先准备好的数据快速循环发送一定的次数后就停止发送数据，然后，当前电子标签202就进入等待状态，直到电子标签离开电磁场区或接收到由电子标签阅读器201发出的工作指令后，切换到可读写工作模式，按所接收的的工作指令进行工作。 

为了更好地理解本实用新型的方案，下面描述本系统的实现过程(见图3-1至3-5)： 

当前电子标签202进入电磁场区被激活后，由于该电子标签202是只读工作方式，因此刚进入电磁场区便开始向电子标签阅读器201发送数据，其中， 该数据是需要返回的数据，而该电子标签可以循环发送一次以上的数据，可在一定程度上保证数据传输的有效性及可靠性。电子标签读写器201接收到数据后，快速对该电子标签202进行读数和识别，之后该电子标签读写器201处于等待状态，接着等待下一个电子标签202进入该电磁场区。由于调整波束宽度后，电磁场区的有效辐射面沿电子标签运动方向的小于或等于所述预置距离，因此该当前电子标签202要离开电磁场区时，下一个电子标签202尚未或者即将进入电磁场区，因此，电磁场中最多只能存在一个电子标签处于被识别状态，因此不会出现多标签碰撞的问题，因此可避免多个标签碰撞而带来的数据传输不可靠等问题，可在一定程度上保证了数据传输的有效性。值得一提的是，该有效辐射面的直径不能小到以致不能完成电子标签的识别，因此该电磁场区的有效辐射面的直径以略小于所述预置距离为宜，而该预置距离与电子标签的运动速度及电子标签阅读器201完成读数及识别所需要的时间有关，用户可根据需要而设计。 

为了更好地理解本实用新型的方案，下面以在铁路车辆应用举例说明实现过程： 

在铁路车辆车轴温检测电子标签应用中，电子标签安装在每根车轴上，阅读器安装在铁轨附近的地面上，因此相邻的电子标签之间的距离均一样，电子标签沿运动方向排成一列；调整阅读器的天线的沿电子标签运动方向的发射角，使该发射角变小，和/或调整阅读器的天线与电子标签排列所在直线的距离，使二者之间的距离减小，从而减小天线的沿电子标签运动方向的波束宽度，波束宽度变小了，天线所发出的电磁波辐射范围变小，在电子标签运动方向能够识别电子标签的范围变小，此处我们将能够识别电子标签的范围(即电磁波束)被电子标签202排列所成直线在平行于运动方向所截的面称为有效辐射面。因 此有效辐射面沿电子标签运动方向的宽度变小，将该宽度调整到略小于相邻的电子标签之间的距离，当第一个电子标签进入电磁场区时，由于该电子标签是只读方式工作，因此不需要等待阅读器的读数指令，而立即向阅读器发送需要返回阅读器的数据，也可以循环多次发送数据，当该电子标签发送完之后，阅读器对电子标签进行读数和识别，之后等待下一个电子标签发送的数据，而第一个电子标签离开磁场区时，下一个电子标签即将进入磁场区或者尚未靠近磁场区，可以保证阅读器每一次最多只能够识别一个电子标签，因此不会出现多标签识别时出现的碰撞、干扰等问题，从而有效地保证了数据传输的准确性。 

虽然本实用新型是通过具体实施例来进行说明的，本领域技术人员应当明白，在不脱离本实用新型范围的情况下，还可以对本实用新型进行各种变换及等同替代。另外，针对特定情形或材料，可以对本实用新型作各种修改，而不脱离本实用新型的范围。因此，本实用新型不局限于所公开的具体实施例，而应当包括落入本实用新型权利要求范围内的全部实施方式。 

Claims (2)

1.一种电子标签快速识别系统，其特征在于，包括电子标签阅读器、两个以上的通过电磁耦合方式与所述电子标签阅读器进行无线通信的电子标签，所述电子标签阅读器包括天线；其中，所述两个以上电子标签沿运动方向间隔排列，并依次序进入电子标签阅读器的电磁场区，所述相邻的两个电子标签之间的距离大于或等于预置距离。

2.根据权利要求1所述的一种电子标签快速识别系统，其特征在于，所述电磁场区的电磁波束被所述两个以上电子标签排列所成的直线在平行于运动方向所截的有效辐射面沿电子标签运动方向的宽度小于或等于所述预置距离。 

Images