HRP20150834A2 - Poboljšani rfid sustav za učinkovito čitanje i detekciju smjera kretanja pasivnih identifikacijskih oznaka te metoda čitanja istih - Google Patents

Abstract

Predmetni izum pruža metodu određivanja smjera prolaska LF RFID taga (7) koja se bazira na konstrukciji sustava antena s prostorno segmentiranim antenama za čitanje RFID tagova (2) od jedne antene za uzbudu RFID tagova (1). Uzbudna antena (1) ima ulogu napajanja i sinkronizacije odgovora tagova, dok se na antenama za čitanje RFID tagova (2) simultano očitavaju identifikacijski brojevi. Svaka antena za čitanje RFID tagova (2) će očitati samo RFID tag (7) najbližeg objekta, pa se iz slijednog očitanja istog objekta na različitim antenama za čitanje RFID tagova (2) može odrediti smjer prolaska promatranog objekta. Ovom se metodom omogućuje gušće postavljenja RFID tagova (7) u nizu, ubrzava čitanje, povećava zalihost sustava glede grešaka u pročitanom signalu, poboljšava otpornost sustava na vanjske smetnje te omogućuje nezavisno podešavanje jačine uzbude i karakteristika antenama za čitanje RFID tagova (2).

Description

Područje na koje se izum odnosi

Predmetni izum se odnosi na poboljšani RFID sustav za čitanje pasivnih identifikacijskih oznaka (u daljnjem tekstu „RFID tagova“) i detekciju smjera kretanja istih. Preciznije, predmetni izum omogućava detekciju smjera prolaska objekata obilježenih radio frekvencijskim identifikacijskim RFID tagovima, u odnosu na postavljene antene kod tzv. niskofrekventnih sustava (LF RFID) koji rade na frekvencijama od 30 do 300 kHz. Takvi sustavi kao antenu koriste zavojnicu. Ovakva aplikacija može se primjenjivati u raznim granama industrije, na pokretnim trakama, u skladištima, trgovinama, evidenciji kretanja osoba ili životinja i slično. Osim detekcije smjera ovaj sustav je moguće koristiti i za povećanje brzine čitanja RFID tagova koji prolaze uz antenu čitača pojedinačno ili u nizu jedan za drugim, kao i u slučaju kada je razmak među objektima u nizu malen.

Tehnički problem

Koristeći današnje RFID čitače koji koriste istu antenu za uzbudu i čitanje RFID tagova moguće je odrediti koji se tag nalazi u polju antene (njegov jedinstveni identifikacijski broj). U nekim situacijama potrebno je osim identifikacijskog broja odrediti i smjer u kojemu je RFID tag prošao. U tim slučajevima potrebno je koristiti neki drugi način određivanja smjera prolaska tagova preko antene RFID čitača. To može biti npr. mehanička preklopka, infracrveni ili ultrazvučni senzor položaja ili brzine, kamera ili nešto drugo.

Osim toga, kod niza objekata, naprimjer na pokretnoj traci, koji se nalaze blizu jedan do drugoga i dolaze određenom brzinom, širina antene kod niskofrekventnih sustava je ograničena i mora biti uža od razmaka između objekata da ne bi došlo do uzbude više RFID tagova koji bi se svi javili, čime bi nastala kolizija i krivo očitanje. Kako RFID tag mora biti neko određeno vrijeme u polju antene da bi se „napunio“ i poslao svoj identifikacijski broj, suženje antene ima kao posljedicu smanjenje maksimalno dozvoljene brzine prolaza.

Stanje tehnike

Danas ne postoji rješenje namijenjeno određivanju smjera kretanja očitanog RFID taga, pogotovu za vrijeme prolaza RFID taga kroz doseg antene RFID primopredajnika, već se za određivanje smjera koristi neki drugi, nezavisni sustav, čiji rad može biti sinkroniziran s trenutcima čitanja signala RFID tagova. Na taj način je moguće odrediti smjer kretanja objekta u trenutku kada se on nalazi u polju antene čitača. Takva izvedba zahtjeva istovremeni rad dva sustava i ima nedostatak u tome što sustav podliježe pogreškama u očitanju budući da dva sustava ne promatraju nužno isti objekt (npr. istovremeni prolaz jednog objekta u jednom smjeru, a drugog u suprotnom).

Nadalje, problem čitanja RFID tagova koji se međusobno nalaze na maloj udaljenosti, kod recimo kolica za transport koja se prazna vraćaju u skladište i koja su posložena jedna u druga, nije do sada učinkovito riješen zbog problema čitanja većeg broja tagova u isto vrijeme, gdje dolazi do preklapanja signala više RFID tagova. Također, dolazi i do odbijanja signala od metalna kolica ili od metalnih predmeta koji se nalaze u kolicima kad ista nisu prazna, što dodatno povećava problem čitanja RFID tagova.

Jedno od rješenja čitanja i lociranja tagova je dano u US patentnoj prijavi pod brojem US 2014/0197928. Dokument se odnosi na sustav za čitanje RFID tagova koji ima fazni antenski niz te koji radi na visokim frekvencijama. Ovaj sustav locira RFID tag u prostoru na način da usmjerava ispitivačke zrake preko kontroliranog područja kako bi ispitao tagove i generirao povratne modulirane RF signale. Primarni prijemnik usmjerava zrake pod kutom koji se ne mijenja tijekom svakog ispitivanja tagova.

Sekundarni prijemnik, neovisno o primarnom prijemniku, usmjerava zrake pod više sekundarno usmjerenih kutova. Primarni i sekundarni prijemnici surađuju kako bi locirali isti RFID tag.

Ovakav pristup prostornog skeniranja lokacije RFID taga nije pogodan za čitanje gusto postavljenih LF RFID tagova velikom brzinom. U opisanom patentu rješava se problem povećanja rezolucije određivanja položaja taga u prostoru uslijed konačnog broja usmjerenih antena. U predmetnom izumu, težina se stavlja na brzinu čitanja gusto postavljenih tagova koji su okruženi metalnim objektima npr. na pokretnoj traci ili se nalaze na metalnim konstrukcijama npr. kolica odnosno kontejneri za prijevoz robe u skladištima i koji inherentno imaju nizak domet i sporu komunikaciju zbog rada na niskim frekvencijama. Na višim frekvencijama dolazi do mogućnosti zaslanjanja signala i refleksija, što smanjuje pouzdanost detekcije tako da takav sustav nije pogodan za praćenja metalnih objekata kao što su kontejneri odnosno kolica u skladištima. Kako bi tagovi mogli biti gušće postavljeni, teži se što užem (a ne što širem) obuhvaćenom prostoru skeniranja.

Jedno od mogućih rješenja je i korištenje dva ili više RFID sustava (primopredajnih antena) koji se moraju nalaziti na dovoljnoj udaljenosti (više od nekoliko širina antena) i čiji rad mora biti usklađen tako da se međusobno ne ometaju. Osim kompleksnosti, ovakva izvedba ima nedostatak u tome što rezultira ukupno većim prostorom koji zauzimaju antene čitača. Centralna frekvencija i faktor dobrote svake od primopredajnih antena u takvim sustavima trebaju odgovarati zahtjevima na signale tagova, što povećava kompleksnost podešavanja sustava u slučaju kada su antene međusobno blizu. Osim toga ostaje i dalje problem brzine čitanja bliskih tagova u nizu.

Ovaj problem je još veći ukoliko se tag nalazi na metalnoj konstrukciji čije kretanje je potrebno pratiti s obzirom na refleksiju signala od svih vodljivih površina, što rezultira greškama u očitanju. Takav problem je posebno izražen kod praćenja metalnih kolica u skladišnim prostorima, na istovarno/utovarnim rampama ili na aerodromima gdje se nakon istovara prazna metalna kolica slažu jedna u druge i tako otežavaju pravilno čitanje tagova koji se nalaze na svakim od metalnih kolica. U tim slučajevima, praćenje više metalnih kolica složenih jedna u druge postaje veliki problem.

Dosadašnja iskustva korištenjem UHF sustava (850-930 MHz) pokazala su velike probleme, naročito u slučaju povratka složenih kolica. Na ovim frekvencijama postoje velike refleksije od svih metalnih i vodljivih površina, pa tako i od samih kolica. Također se događa da sustav greškom očita i kolica koja se nalaze u blizini čitača, a nisu prošla kroz vrata. Zbog širokog zračenja, ovakav RFID sustav se ne može koristiti za detekciju smjera, već je potrebno uz njega koristiti i neki drugi sustav. Osim toga, problem predstavlja i nemogućnost paralelnog rada više čitača kod utovarnih/istovarnih rampi gdje je niz čitača razmaknut nekoliko metara jedan od drugoga. Također je europskim propisima ograničena maksimalna dopuštena jačina elektromagnetskog zračenja u prostor u kojem borave radnici, zbog čega sustav za čitanje ne smije neprekidno raditi.

Sustav pod imenom TIRIS 3D tvrtke Texas Instruments ima tag sa tri zavojnice postavljene u smjeru x,y i z osi da bi se ostvario sustav i postignula maksimalna osjetljivost prijema (do 1,5 m) bez obzira na orijentaciju taga u prostoru.

Patent WO2007042021 otkriva RFID tag koji ima dvije antene koje su međusobno postavljene pod određenim kutom a koje obje služe i za prijem i predaju signala. Na taj način je postignuto da barem jedna od antena sigurno primi i odašilje signal RFID čitaču dok prolazi blizu istog.

Patent WO 2006126007 predlaže metodu za čitanje RFID tagova za praćenje stoke. Primopredajnici standardno generiraju ciklične uzorke RF električnog polja kako bi pobudili RFID tagove radi detekcije. Ciklički uzorak RF električnog polja omogućava čitanje HDX (half-duplex) tagova. Zbog različitog trajanja čitanja (npr. jedan čitač ne očitava tag, drugi očitava HDX tag, a treći FDX tag), čitači se moraju dodatno sinkronizirati, što uzrokuje mrtvo vrijeme. Patent daje metodu za skraćivanje dodatnog mrtvog vremena koje služi za sinkronizaciju kada imamo više čitača koji se međusobno ometaju.

Patent US20110025474 opisuje rješenje sinkroniziranja rada više RFID modula (odašiljača i prijemnika) da se međusobno ne ometaju. Naime RFID mrežni sistem se sastoji od više RFID čitača i centralne kontrolne jedinice. RFID čitači primaju signal s tagova dok centralni kontrolor odašilje pobudne signale RFID tagovima.

Problem kolizije kod pojave više tagova u polju moguće je riješiti programski kod određenih tagova, tako da se pojedinim RFID tagovima zabrani javljanje pa se onda tagovi čitaju jedan po jedan, ali se time vrijeme čitanja eksponencijalno povećava s brojem tagova koji se nalaze u polju, što opet rezultira značajnim smanjenjem dozvoljene brzine prolaza.

Izlaganje suštine izuma

Korištenje ovdje opisanog rješenja omogućuje da se na temelju signala kojeg odašilje tag osim identifikacijsog broja ujedno odredi i smjer njegovog kretanja u odnosu na RFID čitač. Nadalje, predmetnim izumom je omogućeno i značajno povećanje brzine čitanja tagova koji dolaze jedan za drugim na maloj udaljenosti. To je ostvareno korištenjem odvojenih antena u sklopu sustava antena RFID čitača, tj. korištenjem jedne zavojnice za uzbudu te jedne ili više zavojnica za čitanje tagova.

Predmetni izum se odnosi na poboljšani RFID sustav koji sadrži RFID čitač te RFID tagove koji su postavljeni na objekte koji se prate, gdje RFID čitač i RFID tagovi rade na niskim frekvencijama od 30 do 300 kHz te gdje RFID čitač sadrži antenski sustav koji sadrži jednu antenu za uzbudu RFID tagova te jednu ili više antena za čitanje RFID tagova, pri čemu su jedna ili više antena za čitanje RFID tagova prostorno segmentirane od antene za uzbudu, te gdje su sve antene antenskog sustava orijentirane u istom smjeru.

Trenutno se u postojećim RFID sustavima koji rade na LF koriste frekvencije od 120 do 150 kHz, pri čemu je nosioc tipično na 125 kHz za FDX i 134,2 kHz za HDX sustav.

Poželjno je da su sve antene antenskog sustava orijentirane u istom smjeru kao i RFID tagovi. Antene za čitanje RFID tagova su postavljene u smjeru kretanja praćenih objekata, a mogu se nalaziti unutar antene za uzbudu ili mogu biti paralelno postavljene na antenu za uzbudu. Poželjno je da se antene za čitanje RFID tagova nalaze unutar antene za uzbudu jer na taj način zauzimaju najmanje prostora oko prolaza objekata koji se prate.

RFID čitač sadrži antenski sustav i pripadnu elektroniku. Odašiljač RFID čitača predstavlja jedna antena za uzbudu RFID tagova i elektronika odašiljača. Jedan prijemni kanal predstavlja jedna antena za čitanje RFID taga i elektronika prijemnika za čitanje signala taga. Broj prijemnih kanala može biti jedan ili više. Svi prijemni kanali i odašiljač su spojeni na zajednički procesor koji njima upravlja.

Antenski sustav RFID čitača je postavljen na mjesto prolaza objekata obilježenih RFID tagovima na način da svi objekti koji dolaze ili odlaze moraju proći kroz polje antenskog sustava tako da se pri prolazu objekata s RFID tagovima osigura uzbuda RFID tagova te pouzdano očitanje kada se RFID tag nalazi u području svake antene za čitanje RFID taga. Bitno je da polje antene za uzbudu obuhvaća sve RFID tagove koji su u dometu jedne ili više antena za čitanje RFID tagova.

Metoda za čitanje tegova koristi gore navedeni sustav za čitanje RFID tagova na način da antena za uzbudu RFID tagova zajedno s elektronikom odašiljača nabija sve RFID tagove u polju i sinkronizira ih. Već nabijeni RFID tagovi dolaze u područje čitanja jedne ili više antena za čitanje RFID tagova, koje očitavaju identifikacijski broj RFID taga. Svaki prijemni kanal očitava RFID tag s najjačim signalom na pripadnoj anteni za čitanje.

Antene u LF sustavima izvode se u obliku zavojnica. Prijemne zavojnice mogu biti smještene jedna uz drugu ili se mogu djelomično preklapati (Sl. 1 i 2). Zbog vremena potrebnog za nabijanje napajanja u tagovima, širina uzbudne zavojnice nešto je veća od ukupne širine prijemnih zavojnica (nekoliko centimetara u praksi, ovisno o brzini tagova i trajanju nabijanja), što je prikazano na crtežima. Na taj način se omogućava veća dozvoljena brzina prolaska tagova budući da oni dolaze već nabijeni na antenu za čitanje. Širina antene za uzbudu i ukupna širina antena za čitanje RFID tagova se određuje odnosom vremena nabijanja i čitanja koje je potrebno za svaki pojedini RFID tag. Duljina sustava antena, odnosno pojedinih zavojnica nisu relevantne za ovu metodu.

Prilikom izvedbe RFID sustava izuma kod kojeg se detektira smjer kretanja objekta, poželjno je da sustav antena ima dvije ili više antena za čitanje RFID tagova. Antena za uzbudu RFID tagova zajedno s elektronikom odašiljača ima ulogu nabijanja svih RFID tagova u polju i njihove sinkronizacije, dok se na antenama za čitanje RFID tagova preko prijemnika paralelno očitavaju identifikacijski brojevi. Svaki prijemni kanal će očitati RFID tag s najjačim signalom na pripadnoj anteni za čitanje. Ovime je omogućeno određivanje područja u kojemu se trenutno nalazi pojedini RFID tag. Ako se isti tag pročita na jednoj, a potom na drugoj anteni za čitanje, iz redoslijeda očitanja RFID tagova na antenama za čitanje može se odrediti smjer njegova kretanja. Uzbudna antena treba biti dovoljne širine za odašiljanje napajanja i sinkronizaciju pasivnih tagova u pokretu, dok svaka antena za čitanje RFID tagova može biti relativno uska, ovisno o tome koliki put prijeđe najbrži tag tijekom odašiljanja poruke (što je višestruko manje od cjelokupnog trajanja komunikacije). Antene za čitanje RFID tagova se postavljaju u istu ravninu, mogu biti jedna pokraj druge, ili se dijelom preklapati, čime je moguće smanjiti ukupnu površinu svih antena.

Razdvajanjem antene za uzbudu RFID tagova od antena za čitanje RFID tagova se efektivno povećava i brzina čitanja jer se tag ne mora nalaziti u polju antene za čitanje RFID taga za vrijeme „nabijanja“, odnosno odašiljanja napajanja od strane antene za uzbudu RFID tagova. Osim toga razdvajanje uzbudnog dijela antene i dijela antene za čitanje RFID tagova unutar sustava antena RFID čitača omogućuje jednostavniju promjenu jačine uzbude, bez utjecaja na parametre primljenog signala.

Ukoliko je potrebno samo povećati brzinu čitanja RFID tagova, dovoljno je koristiti samo jednu usku antenu za čitanje RFID tagova, čime se brzina čitanja povećava i do desetak puta (ovisi o vrsti RFID taga i o sustavu) jer su potrebna vremena nabijanja odnosno uzbude oko deset puta duža od vremena slanja identifikacijske oznake s RFID taga.

Postavljanjem dvaju ili više antena za čitanje RFID tagova unutar uzbudne antene postiže se mogućnost određivanja smjera RFID tagova, odnosno objekata koji se njima prate. Prostorno razdvajanje čitanja poboljšava otpornost sustava na lokalizirane izvore smetnji (bilo da se radi o susjednim RFID tagovima koje odašiljanjem svojeg signala mogu narušiti kvalitetu signala susjednim RFID tagovima, ili da se radi o vanjskim smetnjama), jer je u slučaju smetnji na pojedinoj anteni za čitanje RFID tagova moguće ispravno očitanje na ostalim antenama.

Sužavanjem antena za čitanje RFID tagova omogućuje se gušće postavljenja RFID tagova u nizu (budući da razmak među RFID tagovima koji nailaze jedan iza drugoga ne smije biti manji od širine antene za čitanje, odnosno prijemne zavojnice, kako se ne bi dogodila kolizija signala više RFID tagova u istoj anteni za čitanje i time produljilo ili onemogućilo čitanje). Korištenje većeg broja užih antena za čitanje RFID tagova omogućuje čitanje tagova koji simultano prolaze u oba smjera.

Antena za čitanje RFID tagova neće pročitati kompletnu identifikacijsku oznaku ako tag ulazi ili izlazi iz područja te antene za čitanje tijekom odašiljanja identifikacijskog broja. Preklapanjem antena za čitanje RFID tagova postiže se dodatna zalihost glede područja u kojemu se RFID tag može kretati tijekom čitanja i time se poboljšavaju performanse sustava glede gustoće postavljanja RFID tagova i brzine čitanja.

U nekim specifičnim slučajevima je moguće efektivno postići veću brzinu čitanja uzastopnih RFID tagova, npr. pri prolazu više označenih objekata preko antene za čitanje RFID tagova, dovoljno je odrediti smjer kretanja samo jednog RFID taga, dok je za ostale RFID tagove dovoljno očitati identifikacijski broj na bilo kojoj anteni za čitanje RFID tagova.

Predmetni izum se može koristiti prilikom praćenja prolaza metalnih kolica u skladištima na utovarnim rampama u distribucijskim centrima. Prilikom utovara robe, metalna kolica (napunjena raznovrsnom robom) prolaze jedna za drugima u smjeru iz skladišta prema kamionima. U slučaju povratka, kolica prolaze prazna i sklopljena jedna u druga. Pritom je vidljivi dio kolica (razmak među postavljenim RFID tagovima) svega .

Kratak opis crteža

Crtež 1: prikazuje skicu sustava antena RFID čitača i pripadne elektronike u slučaju kada se tri antene za čitanje nalaze unutar antene za uzbudu, gdje se antene za čitanje međusobno ne preklapaju. Crtež prikazuje antenu za uzbudu RFID tagova, koja je spojena na elektroniku odašiljača te antene za čitanje RFID tagova, koje su spojene svaka na svoju elektroniku prijemnika.

Crtež 2: Ova skica prikazuje sustav antena RFID čitača kada su antene za čitanje RFID tagova smještene unutar antene za uzbudu RFID tagova. Na crtežu je prikazan općeniti slučaj s 3 prijemna kanala, gdje se neki od prijemnih kanala djelomično preklapaju.

Crtež 3: Prikazuje skicu sustava antena RFID čitača i pripadne elektronike u slučaju kada se tri antene za čitanje nalaze unutar antene za uzbudu, gdje se antene za čitanje međusobno preklapaju te gdje su antene za čitanje RFID tagova spojene s pripadajućom elektronikom putem elektroničkih sklopki. Crtež prikazuje antenu za uzbudu RFID tagova, koja je spojena na elektroniku RFID odašiljača te antene za čitanje RFID tagova, koje su spojene svaka na svoju elektroniku prijemnika. Antene za čitanje RFID tagova su spojene s pripadnom elektronikom preko elektroničke sklopke kojom se prijemna antena odspaja od pripadne elektronike tijekom odašiljanja uzbude. Ova skica prikazuje sustav antena RFID čitača kada su antene za čitanje RFID tagova smještene unutar antene za uzbudu RFID tagova.

Crtež 4: Prikazuje skicu sustava antena RFID čitača i pripadne elektronike u slučaju kada se tri antene za čitanje nalaze prostorno odijeljene od antene za uzbudu, ali su sve antene sustava antena isto orijentirane.

Detaljan opis najmanje jednog od načina ostvarivanja izuma

Uređaj za čitanje pasivnih RFID tagova (7), odnosno RFID čitač, koji koristi predloženi RFID sustav, sastoji se od sklopovlja za upravljanje, izlaznog pojačala pomoću kojega uređaj pogoni antenu za uzbudu (1) RFID tagova (7), te prijemnih kanala (3) koji čitaju signale RFID tagova (7). U predmetnom uobličenju, antena za uzbudu je uzbudna zavojnica. Uzbudna zavojnica treba biti podešena na rezonantnu frekvenciju RFID taga kako bi se tagovima predala potrebna snaga za napajanje uz minimalne gubitke i emisiju van željenog frekvencijskog područja. Antene za čitanje (2) RFID tagova (7), u predmetnom uobličenju prijemne zavojnice, ne moraju nužno biti podešene na rezonantnu frekvenciju tagova, već mogu biti priključene na visokoimpedantni ulazni krug pojačala RFID čitača. Ovime je izbjegnuto preslušavanje primljenog signala s jedne prijemne zavojnice na susjednu te je izbjegnuta međuovisnost podešavanja parametara antenskog sustava (odašiljačke i prijemnih zavojnica). Signali s prijemnih zavojnica (2) dovode se preko odvojnog i prilagodnog sklopovlja (4) na ulaz za čitanje signala s RFID tagova. Izvedba ulaznih kanala i načina upravljanja ovisi o tome koristi li se HDX, FDX ili oba sustava istovremeno.

Kako bi se postigao najjači signal, standardno se za čitanje LF RFID tagova koristi zavojnica spojena u titrajni krug koji je u rezonanciji s RFID tagovima (7) tako da je Q faktor titrajnog kruga između 15 i 60, najčešće oko 30. Kod primopredajne antene veći Q faktor omogućuje veći domet, ali mu je iznos ograničen zbog načina na koji RFID tag odašilje svoju identifikacijsku oznaku te ovisi o korištenim tagovima.

U predloženom rješenju kod korištenja većeg broja prijemnih zavojnica (2) dolazi do preslušavanja signala iz jedne zavojnice (2) u drugu čija veličina ovisi o međusobnoj sprezi između zavojnica (2).

Da se to preslušavanje smanji poželjno je da Q faktor titrajnog kruga antene ako radi na radnoj frekvenciji taga bude manji od 30 ili da prijemne zavojnice (2) nisu u rezonanciji na frekvenciji taga. Poželjno je da u tom slučaju Q faktor titrajnog kruga bude manji od 15.

Uobličenje predmetnog izuma u slučaju da se koriste HDX tagovi

U slučaju da se koriste HDX RFID tagovi (prema standardu ISO 11784 & 11785) potrebno je koristiti frekvencijski demodulator (kao što je npr. TMS3705 proizvođača Texas Instruments). Zahvaljujući odvojenoj uzbudnoj anteni (1) od prijemne (2), moguće je riješiti problem niske brzine čitanja tako da se u skladu s aplikacijom pojača uzbudni signal i time znatno skrati vrijeme prednabijanja taga i time ubrza čitanje.

Kod HDX sustava odašiljač, tj. uzbudna zavojnica (1), emitira uzbudno polje 50 ms i onda se gasi, te se uključuje prijemnik, odnosno prijemna zavojnica (2), koji očekuje odgovor RFID taga (7) koji emitira frekventno modulirani signal. Isključivanjem odašiljača je postignuta sinkronizacija početka poruke sa svih RFID tagova (7) i početka čitanja na svim prijemnim kanalima (2). Budući da je odašiljač (1) isključen tijekom čitanja tagova, u prijemu se ne javljaju smetnje zbog promjene jačine polja uslijed kratkospajanja metalnih dijelova kolica na kojima su postavljeni RFID tagovi (7).

Prednost predložene metode kod HDX sustava je u tome što je tijekom nabijanja tagova (za vrijeme dok radi odašiljač) moguće potpuno odspojiti prijemne zavojnice (2) i ugasiti ulazna pojačala pojedinih kanala čime se povećava efikasnost i domet sustava jer emitirana energija ne odlazi kroz prijemne antene u ulazne krugove pojačala, a ujedno se i pojačala štite od nepotrebnog unosa smetnji prije početka čitanja. Odspajanje prijemnih zavojnica (2) od elektronike (5) prijemnih kanala (3) sklopkama (4) je ilustrirano na crtežu 3. Odspajanje uzbudne zavojnice od elektronike odašiljača (6) nije nužno, ali može dodatno smanjiti preslušavanje među kanalima i ubrzati istitravanje sustava. U slučaju FDX sustava ovakvo odspajanje nije izvedivo budući da se signal s RFID tagova (7) očitava za vrijeme uzbude.

RFID tagovi (7) su smješteni okomito uz kotač kolica, a antene uzbude (1) i prijemnika (1) nalaze se u podu. Kako tagovi u ovom sustavu nemaju mogućnost isključivanja, koliziju između više tagova moguće je jedino spriječiti suženjem prijemnih zavojnica (2), tako da je svakoj u dometu samo jedan RFID tag. Prijemna zavojnica (2) u ovom slučaju mora biti uža od minimalnog razmaka tagova kod složenih kolica. U ovoj izvedbi taj razmak je .

Unutar jedne odašiljačke antene HDX sustava, smještene su jedna ili ako je potrebno odrediti smjer dvije ili više prijemnih antena (2). Širina prijemne antene (2) mora biti manja od razmaka RFID tagova (7). Pri tome se prijemne antene (2) mogu međusobno preklapati, tako da u slučaju korištenja dvije prijemne antene (2) širina svih antena je manja nego kod dva odvojena sustava. Dodatna prednost takvoga sustava je da nema potrebe za međusobnu sinkronizaciju sustava te se izbjegavaju moguće interferencije. Osim toga odašiljačka antena (1) je šira od prijemnih tako da se tag počinje nabijati prije nego što uđe u polje prijemne antene. Budući da je potrebno vrijeme nabijanja duže nego vrijeme čitanja podataka s RFID taga i budući da se RFID tag mora nalaziti u dometu prijemne antene (1) samo tijekom čitanja, na taj način se može znatno povećati brzina prolaza RFID tagova za ispravno čitanje. Korištenjem više prijemnih antena (2), osim za određivanje smjera povećava se i pouzdanost sustava, jer je u slučaju smetnji kod očitanja na pojedinoj anteni (2), moguće ispravno čitanje na ostalim prijemnim antenama (2).

Osim toga povećanjem jačine polja moguće je znatno skratiti vrijeme nabijanja RFID taga. U ovom slučaju postiže se ukupno vrijeme identifikacije (nabijanje i čitanje) od 20 ms što uz sustav od 3 prijemne antene (2) omogućava pouzdanu identifikaciju i određivanje smjera uz brzinu kolica od .

Uobličenje predmetnog izuma u slučaju da se koriste FDX tagovi

Korištenjem FDX tehnologije moguće je ostvariti antikoliziju signala RFID tagova, koje istovremeno ulaze u polje prijemne antene (2) te je u slučaju sporog prolaska moguće očitati identifikacijske oznake i smjer prolaska tagova koji istovremeno ulaze u polje. Unatoč ovoj mogućnosti, čitanje je brže ako se osigura slijedni prolaz tagova, jedan iza drugoga. Problem kod FDX tehnologije je osjetljivost na promjenu jačine polja u slučaju kada se električki vodljivi objekti (npr. metalna kolica) nalaze u polju antene te promjenom svojih svojstava utječu na uzbudni signal odašiljača (engl. reradiation) i time otežavaju čitanje RFID tagova. Prijemni kanali (3) trebaju čitati signale RFID tagova (7) za vrijeme dok odašiljačka antena (1) zrači uzbudno polje. U tom je slučaju važno da odašiljač ima čist spektar sa što manjim amplitudnim i faznim šumom.

Ukoliko se koriste FDX RFID tagovi (npr. Hitag-S, proizvođača NXP), sinkronizacija početka slanja signala sa tagova može se postići tako da odašiljač (1) pošalje komandu svim RFID tagovima u dometu. Postoji i mogućnost asinkronog čitanja tagova u modu „Transponder Talks First“ (TTF) bez slanja sinkronizacijske komande, ali se tada gubi mogućnost antikolizije i isključivanja RFID taga (7) nakon što im je pročitan identifikacijski kod i smjer kretanja. Isključivanjem pročitanog RFID taga (7) može se povećati pouzdanost očitavanja nadolazećih RFID tagova (7).

Da bi se u slučaju slijednog prolaska RFID tagova (7) izbjegla potreba za antikolizijom i povećala brzina čitanja, širina prijemnih zavojnica (2) treba biti manja od razmaka među tagovima. Stoga geometrija sustava antena može biti jednaka kao u slučaju HDX sustava. Odašiljač (1) kontinuirano odašilje uzbudno polje i time predaje snagu za napajanje svim tagovima u dometu. RFID tag koji se nalazi u polju odašiljačke antene (1) modulira polje u svojoj okolini. Na prijemnoj zavojnici (2) koja je najbliža promatranom RFID tagu inducirat će se najjače moduliran signal, dok će na ostalim prijemnim zavojnicama (2) signal promatranog RFID taga biti zanemariv. Na taj način je osigurano da svaki prijemni kanal (3) istovremeno očitava po jedan tag, premda u polju uzbudne zavojnice može biti više tagova. Očitavanje signala tagova na ulaznim kanalima postiže se amplitudnim ili faznim demodulatorom, npr. se može koristiti integrirano rješenje za dekodiranje RFID signala HTRC110 proizvođača NXP.

Da bi se odredio smjer kretanja RFID tagova potrebne su barem dvije prijemne zavojnice (2). Veći broj prijemnih zavojnica (2) povećava pouzdanost sustava. Nakon uspješnog očitanja, RFID tag je poželjno isključiti odgovarajućom komandom čime se osigurava bolji prijem neočitanih RFID tagova (7) i dodatno povećava pouzdanost sustava.

U slučaju korištenja Hitag-S tagova, proizvođača NXP koji omogućuju relativno kratku komunikaciju očitavanjem samo 32bitnog identifikacijskog broja bez ostalih registara, cijeli ciklus čitanja traje oko 25 ms. Uz jednaku geometriju sustava antena moguće je postići podjednaku maksimalnu brzinu čitanja tagova koji slijedno nailaze jedan za drugim kao u slučaju izvedbe sa HDX tagovima. Sustav je u mogućnosti očitati i gušće postavljene tagove na račun brzine, ali je osjetljiv na smetnje od vodljivih objekata koji se nalaze u polju uzbudne antene.

Način primjene izuma

Predmetni RFID sustav primjenjuje se tako da se njegov sustav antena postavi na mjesto prolaza objekata obilježenih RFID tagovima na način da svi objekti koji dolaze ili odlaze moraju prijeći kroz polje sustava antena. Objekti koje je potrebno pratiti trebaju biti obilježeni RFID tagovima na mjestu koje je pri prolasku na stalnoj udaljenosti od površine sustava antena. Ta udaljenost mora biti takva da osigurava pouzdano očitanje kada se tag nalazi u području prijemne zavojnice (2). Pri prolasku objekata u jednom ili drugom smjeru uređaj će bilježiti koji je objekt prošao i u kojem smjeru. Ovisno o konkretnoj izvedbi čitača promatrani objekti mogu prolaziti jedan za drugim, grupno ili simultano iz suprotnih smjerova uz pripadna ograničenja brzine prolaska.

Claims (14)

1. Poboljšani RFID sustav koji sadrži RFID čitač te RFID tagove (7) koji su postavljeni na objekte koji se prate, naznačen time da RFID čitač i RFID tagovi (7) rade na niskim frekvencijama od 30 do 300 kHz te gdje RFID čitač sadrži antenski sustav koji sadrži jednu antenu za uzbudu (1) RFID tagova (7) te jednu ili više antena za čitanje (2) RFID tagova (7), pri čemu su jedna ili više antena za čitanje (2) RFID tagova (7) prostorno segmentirane i odvojene od antene za uzbudu (1), te gdje su sve antene antenskog sustava orijentirane u istom smjeru.

2. Poboljšani RFID sustav prema zahtjevu 1, naznačen time da je širina antene za uzbudu (1) veća od ukupne širine svih antena za čitanje RFID tagova (2).

3. Poboljšani RFID sustav prema zahtjevu 1 i 2, naznačen time da su sve antene antenskog sustava orijentirane u istom smjeru kao i RFID tagovi (7) RFID sustava.

4. Poboljšani RFID sustav prema bilo kojem zahtjevu od 1 do 3, naznačen time da RFID čitač i RFID tagovi (7) rade na frekvencijama između 120 i 150 kHz.

5. Poboljšani RFID sustav prema bilo kojem zahtjevu od 1 do 4, naznačen time da su sve antene antenskog sustava zavojnice.

6. Poboljšani RFID sustav prema bilo kojem zahtjevu od 1 do 5, naznačen time da antenski sustav sadrži dvije ili više antena za čitanje RFID tagova (2).

7. Poboljšani RFID sustav prema bilo kojem zahtjevu od 1 do 6, naznačen time da se antene za čitanje RFID tagova (2) nalaze unutar antene za uzbudu RFID tagova (1).

8. Poboljšani RFID sustav prema bilo kojem zahtjevu od 1 do 7, naznačen time da se antene za čitanje RFID (2) tagova djelomično preklapaju.

9. Poboljšani RFID sustav prema bilo kojem zahtjevu od 1 do 8, naznačen time da se u antene za čitanje RFID tagova (2) ne nalaze u rezonanciji s antenom za uzbudu RFID tagova (1) i RFID tagovima.

10. Poboljšani RFID sustav prema bilo kojem zahtjevu od 1 do 8, naznačen time da u slučaju kada su antene za čitanje RFID tagova (2) u rezonanciji s antenom za uzbudu RFID tagova (1) i RFID tagovima (7), faktor Q je manji od 30.

11. Poboljšani RFID sustav prema zahtjevu 10, naznačen time da je Q faktor manji od 15.

12. Poboljšani RFID sustav prema bilo kojem zahtjevu od 1 do 11, naznačen time da je u slučaju korištenja HDX RFID tagova, jedna ili više antena za čitanje RFID tagova (2) spojena s pripadnom elektronikom (5) preko elektroničke sklopke (4), gdje elektronička sklopka (3) odspaja navedene antene (2) od pripadne elektronike (5) tijekom uzbude RFID tagova (7).

13. Metoda čitanja RFID tagova, naznačena time da koristi sustav prema bilo kojem zahtjevu od 1 do 12, te da se sastoji od slijedećih koraka: antena za uzbudu RFID tagova (1) zajedno s elektronikom odašiljača (6) nabija sve RFID tagove (7) u polju i sinkronizira ih, već nabijeni RFID tagovi (7) dolaze u područje čitanja jedne ili više antena za čitanje RFID tagova (2), koje očitavaju identifikacijski broj RFID taga; svaki prijemni kanal (3) očitava RFID tag (7) s najjačim signalom na pripadnoj anteni za čitanje (2).

14. Metoda određivanja smjera RFID tagova, naznačena time da koristi sustav prema bilo kojem zahtjevu od 6 do 12, te da se sastoji od slijedećih koraka: antena za uzbudu RFID tagova (1) zajedno s elektronikom odašiljača (6) nabija sve RFID tagove (7) u polju i sinkronizira ih, dok se na antenama za čitanje RFID tagova (2) preko prijemnika paralelno očitavaju identifikacijski brojevi; svaki prijemni kanal (3) očitava RFID tag (7) s najjačim signalom na pripadnoj anteni za čitanje (2); kada se isti RFID tag (7) pročita na jednoj, a potom na drugoj anteni za čitanje (2), iz redoslijeda očitanja RFID tagova na antenama za čitanje (2) se određuje smjer kretanja RFID taga.