RM 200 6 A 000404 Descrizione dell'<’>invenzione industriale dal titolo: RETE RFID PER LA TRACCIABILITA' DEI DOCUMENTI E DELLE MERCI; a nome di ENTROPIA SOLUZIONI E RINTRACCIABILITÀ' SRL, di nazionalità italiana, con sede in Via Gastone Giacomini 22, 00144 Roma. Inventori: DI PASQUALE Carlo e DE RUBEIS Claudio.
*ie ;La presente invenzione riguarda il settore della logistica di magazzino e quello della gestione della documentazione cartacea e più in particolare dei mezzi atti a tracciare la posizione della merce all'interno del magazzino o dei documenti cartacei mediante dei tag applicati su questi. ;Più specificatamente, il trovato si riferisce alla realizzazione di una rete che permette ad un utente di monitorare una grande quantità di prodotti con un significativo risparmio dei costi di realizzazione della rete stessa, nonché di installazione e di gestione. ;Secondo l'invenzione, si prevede di realizzare una rete comprendente una pluralità di gruppi di antenne connesse con architettura a bus, ciascun gruppo essendo dotato di un proprio lettore RFID (Radio Frequency Identification), dove a ciascun lettore RFID è associato un modulo di controllo atto ad abilitare una determinata antenna appartenente al relativo gruppo in modo che quest'ultima sia collegata soltanto ad un determinato lettore. ;Attualmente, le tradizionali reti RFID utilizzate per tracciare la posizione dei documenti e della merce comprendono in combinazione almeno un multiplexer RFID, almeno un lettore RFID e una o più antenne gestite da detto almeno un lettore. Esse sono concepite prevalentemente per le grandi aziende, in quanto i costi che un utente o una azienda di medie/piccole dimensioni deve sostenere per acquistare semplicemente un singolo multiplexer RFID, un singolo lettore RFID nonché, il più delle volte, una pluralità di antenne, sono notevoli. ;A questi costi, si devono aggiungere quelli per l'installazione della rete e la sua gestione. ;È evidente che ciò comporta una non appetibilità sul mercato da parte di singoli o di aziende di medie/piccole dimensioni che non trovano vantaggioso l'acquisto di una tale rete e preferiscono continuare a gestire la merce in modo manuale. ;Si pensi, ad esempio, a studi legali in cui il personale deve ricercare velocemente una pratica senza sapere a priori se la pratica è tra le pratiche archiviate o meno. Spesso dette pratiche sono numerate progressivamente e vengono inserite dentro faldoni, a loro volta numerati progressivamente. In questo modo, il personale conoscerà l'esito della sua ricerca solamente quando ha in mano il faldone relativo. ;Lo stesso dicasi per le agenzie automobilistiche con la necessità di gestire i fascicoli dei loro clienti, per non parlare delle biblioteche che detengono una immensa pluralità di opere librarie che vengono di continuo cedute a tempo limitato ad un cliente e riportate da questi entro detto tempo. ;Un secondo inconveniente è dato dal fatto che per collegare il lettore RFID a un numero elevato di antenne vi è attualmente la necessità di inserire uno o più multipler RFID e tutti i multiplexer RFID della rete devono essere tra loro collegati in cascata. Ciò comporta da un lato un aumento significativo del costo dovuto all'aggiunta di ulteriori multiplexer RFID nella rete e dall'altro un aumento delle perdite di inserzione dovute alla somma delle perdite di inserzione dei multiplexer connessi in cascata. ;Si pensi ad esempio al caso in cui un lettore RFID debba essere collegato a 16 antenne e si vogliano utilizzare dei multiplexer RFID a otto uscite. Al fine di realizzare detto collegamento non sono sufficienti due multiplexer RFID ma ne occorrono tre, in quanto, come è noto, gli elementi multiplexer devono essere collegati tra loro secondo una topologia ad albero binario. ;Un terzo inconveniente, conseguenza naturale di quanto detto sopra, è rappresentato dall'elevato numero di cavi necessari a collegare ciascun uscita di ciascun multiplexer RFID ad una corrispettiva antenna, con l'ingombro, la difficoltà di cablaggio ed il costo della posa in opera che ne conseguono. ;Un ulteriore inconveniente è dato dal fatto che, in caso di utilizzo di più multiplexer in cascata, per garantire che le antenne trasmettano la potenza necessaria alla rivelazione dei tag vengono utilizzati dei lettori RFID più potenti o dei lettori RFID industriali, per lo più concepiti per altri scopi, il cui acquisto non fa altro che aumentare ulteriormente il costo già significativo. Non solo, ma in molti casi i costruttori decidono di pilotare i multiplexer RFID solo tramite detti lettori industriali. ;Compito del presente trovato è superare detti inconvenienti, fornendo una rete RFID in grado di connettere una pluralità di antenne connesse con architettura a bus, ad un singolo lettore RFID senza l'utilizzo di multiplexer, gestendo dette antenne e detto lettore RFID con un modulo di controllo, il quale è atto ad abilitare soltanto l'antenna a cui il lettore RFID di competenza deve essere collegato,,riducendo drasticamente la quantità di cablaggi, la potenza necessaria per i lettori RFID e, di conseguenza, i costi di realizzazione della rete, nonché di installazione e di gestione della rete stessa. ;Secondo il trovato, detto modulo di controllo è un modulo di controllo di architetture ad antenne RFID multiple {RFID Multiple-Antennas Architecture Generic Controller). ;È anche possibile prevedere, nella realizzazione della rete RFID di grandi dimensioni, uno o più ulteriori moduli di controllo-organizzazione di sistemi RFID distribuiti {RFID Distributed Enviroment Controller Organizer) ciascuno dei quali gestisce uno o più moduli di controllo di architetture ad antenne RFID multiple. ;D'ora in poi, al fine di semplificare la terminologia chiameremo il modulo di controllo di architetture ad antenne RFID multiple e il modulo di controllo-organizzazione di sistemi RFID distribuiti rispettivamente con il nome di modulo di controllo "Manager" e di modulo di controllo-organizzazione "Director" . ;Una migliore comprensione del trovato si avrà con la seguente descrizione dettagliata e con riferimento ai disegni allegati che illustrano, a solo titolo esemplificativo, una preferita forma realizzativa. ;Nei disegni: ;la figura 1 mostra una forma di realizzazione del trovato; ;la figura 2 mostra una variante della forma di realizzazione di figura 1; ;le figure 3 e 4 mostrano un particolare relativo ad un'antenna rispettivamente nel caso in cui questa è non abilitata o abilitata; ;la figura 5 mostra schematicamente un esempio di configurazione delle antenne; ;le figure 6 e 7 mostrano rispettivamente in modo schematico un modulo di controllo "Manager" ed un modulo di controllo-organizzazione "Director". ;Con riferimento alle figure, nella prima forma di realizzazione che si descrive, è mostrata una rete che comprende: ;uno o più tag T atti a contenere le informazioni del bene su cui sono applicati; ;almeno un lettore RFID L atto a rilevare l'informazione memorizzata in detti tag T; ;- almeno una antenna A per ciascun lettore RFID L atta a rilevare i tag T presenti nel suo campo di rilevamento; ;- un bus coassiale BC atto a collegare detto lettore RFID L a detta antenna A; ;- un modulo di controllo "Manager" M per ciascun lettore RFID L atto ad abilitare una singola antenna A per volta; ;- un bus RS485 B1 atto a collegare detto modulo di controllo "Manager" M a detta antenna A; ;- un computer host P atto a essere collegato a ciascun modulo di controllo "Manager" M. ;Secondo una caratteristica peculiare del trovato, detta antenna A associata al lettore RFID L di competenza è un'antenna con interfaccia ottimizzata (Optmized Interface for Multiple Antennas). ;Su comando del modulo di controllo "Manager" M, detta antenna A è atta ad essere connessa al bus coassiale BC in cascata ad altre antenne A tramite un circuito di relè Ri, mantenendo le prestazioni di lettura dei tag T come se fosse l'unica antenna A connessa al lettore RFID L. In altre parole, quando il circuito di relè Ri è in posizione operativa (fig. ;4) consente la connessione dell'antenna A al bus coassiale BC come carico terminale del bus BC stesso, mentre in posizione di riposo prolunga il percorso del bus coassiale BC all'antenna A successiva (fig. ;3) . ;Vantaggiosamente, l'utilizzo di circuiti di relè Ri comporta un abbattimento delle perdite di inserzione tipiche dei collegamenti a cascata dei multiplexer, riducendole sostanzialmente a zero. ;Un ulteriore vantaggio dell'utilizzo di circuiti di relè Ri è quello di garantire l'isolamento galvanico delle antenne A dei rispettivi circuiti di controllo; l'antenna A abilitata sarà pertanto collegata galvanicamente solo al lettore RFID L di competenza . ;L'antenna A è dotata di un apposito circuito di decodifica di indirizzi digitali che permette la selezione dell'antenna A stessa, nonché l'attivazione del circuito di relè RI. ;In alternativa a detto circuito di decodifica, è previsto un circuito di controllo atto a connetterla al bus coassiale BC e comprendente un microcontrollore E atto a ricevere il comando di attivazione del circuito di relè RI mediante un circuito di comunicazione RS485. ;Detto micro-controllore E e detto circuito di relè RI sono montati su una scheda a circuito stampato S appositamente realizzata comprendente anche un'alimentazione (non mostrata), un'interfaccia di comunicazione RS485 F verso il modulo di controllo "Manager" M, un circuito di sintonia N dell'antenna (figg. 3 e 4). ;L'antenna A viene costruita modularmente assiemando detta scheda a circuito stampato S ad un noto circuito di loop G che costituisce la parte induttiva dell'antenna A. ;Per alcune versioni di questa scheda S, è possibili prevedere che il micro-controllore E sia anche in grado di effettuare un aggiustamento automatizzato della sintonia dell'antenna. ;Vantaggiosamente, su detta scheda S è previsto un ulteriore circuito di relè o di dissintonia R2 atto a ridurre il fattore di merito dell'antenna A quando non è abilitata, riducendo notevolmente gli effetti spuri dell'accoppiamento di una antenna A non abilitata posta nelle vicinanze dell'antenna A abilitata, al fine di evitare che il lettore RFID L competente rilevi dei tag T che non sono presenti nel campo di rilevamento di detta antenna A abilitata ma nel campo di quella non abilitata posta nelle vicinanze . ;Detto circuito di relè R2 viene controllato dal micro-controllore E in modo tale che quando l'antenna A non è abilitata, la stessa antenna sia disintonizzata, mentre quando la stessa antenna è abilitata sia non disintonizzata. ;Un ulteriore vantaggio è dato dal fatto che l'antenna A prevede almeno un ingresso digitale per eventuali controlli industriali ed almeno un'uscita digitale per segnalazioni e controlli esterni. Ad esempio, tramite detta uscita digitale è possibile attivare una segnalazione locale dell'antenna A che è abilitata e presso la quale è posizionato un determinato tag T. In questo caso, detta almeno un'uscita digitale può essere rappresentata da un Led. ;L'antenna A è in grado di configurare in modo automatico sia il proprio indirizzo, come periferica del bus RS485 Bl, monitorando un appropriato segnale in ingresso proveniente dal modulo di controllo "Manager" M, sia gli indirizzi delle antenne A successive, generando essa stessa un appropriato segnale di uscita che sarà un segnale di ingresso per l'antenna A successiva. ;La procedura di configurazione delle antenne A viene avviata e controllata dal modulo di controllo "Manager" M che pilota dette antenne in modo da assegnare a ciascuna di esse un indirizzo univoco. ;Sul modulo di controllo "Manager" M sono previsti due pin di connettore, uno di uscita ed uno di ingresso, usati per la trasmissione/ricezione di segnali, e rispettivamente atti a trasmettere un segnale di uscita o di "chek-out" alle antenne ed a ricevere un segnale di ingresso o di "chek-in" dalle stesse antenne. ;Ciascuna antenna A ha un ingresso ed un'uscita che è collegata all'ingresso della antenna successiva. ;Nell'esempio che si descrive in figura 5, il pin di uscita del modulo di controllo "Manager" M è collegato all'ingresso dell'antenna A più distante da detto modulo "Manager", mentre il suo pin di ingresso è collegato all'uscita dell'antenna A più vicina. ;Inizialmente, ciascuno dei pin del modulo "Manager" M ha un livello logico basso, e ciascuna delle antenne A è priva di indirizzo sul bus RS485 Bl ed ha l'uscita ha livello logico basso. ;Il modulo di controllo "Manager" M commuta il suo segnale di "check-out" a livello logico alto così da far commutare l'ingresso dell'antenna A, cui è collegata il pin di uscita, a livello logico alto. ;Al fine di assegnare l'indirizzo "1" ad una antenna, il modulo di controllo "Manager" M invia sul bus RS485 Bl un messaggio Broadcast per l'assegnazione di detto indirizzo "1". ;Detto messaggio viene letto da ciascuna antenna A, ma è interpretato soltanto dall'antenna A che ha il proprio ingresso a livello logico alto e che quindi acquisisce l'indirizzo "1". ;Il modulo "Manager" M non sa se il messaggio Broadcast precedentemente inviato è stato ricevuto, così invia un ulteriore messaggio, con indirizzo "1", sul bus RS485 Bl affinché l'antenna A che ha acquisito l'indirizzo "1" commuti la propria uscita da livello logico basso a livello alto. ;L'antenna A con indirizzo "1" risponde a detto ulteriore messaggio del modulo "Manager" M, confermando la commutazione della propria uscita a livello logico alto. ;In questo modo il modulo di controllo "Manager" M rileva il fatto che è stato assegnato l'indirizzo "1" e.che la configurazione dell'antenna avente detto indirizzo è completata. ;È evidente che configurata la prima antenna, l'antenna A successiva ha il proprio ingresso a livello alto. ;Al fine di assegnare l'indirizzo "2", il modulo di controllo "Manager" M invia un messaggio di Broadcast sul bus RS485 Bl. Detto messaggio viene letto da ciascuna antenna A priva di indirizzo, ma è interpretato soltanto dall'antenna A che ha il proprio ingresso a livello logico alto e acquisisce l'indirizzo "2". ;Al fine di rilevare se il suddetto messaggio Broadcast è stato ricevuto, il modulo "Manager" M invia un ulteriore messaggio, con indirizzo "2", sul bus RS485 Bl con cui chiede all'antenna A che ha acquisito l'indirizzo "2" di commutare la propria uscita da livello logico basso a livello alto. ;L'antenna A con indirizzo "2" risponde a detto ulteriore messaggio del modulo "Manager" M, commutando la propria uscita a livello logico alto. ;In questo modo, il modulo di controllo "Manager" M rileva il fatto che è stato assegnato l'indirizzo "2" e che la configurazione dell'antenna A avente detto indirizzo è completata. ;Il procedimento di configurazione delle antenne prosegue finché il pin di ingresso del modulo di controllo "Manager" M commuta dal livello logico basso iniziale a livello logico alto, fino a quando cioè il segnale di "chek-in" è a livello logico alto. ;Secondo l'invenzione, il procedimento per configurare almeno una o più antenne A ciascuna delle quali è inizialmente priva di indirizzo ed è dotata di un ingresso e un'uscita, quest'ultima a livello logico basso, per mezzo del modulo di controllo "Manager" M avente un pin di uscita ed un pin di ingresso entrambi a livelli logici bassi e collegati rispettivamente all'ingresso della prima antenna della cascata ed all'uscita dell'ultima della cascata, comprende sostanzialmente le seguenti fasi: ;1- impostazione di una variabile K al valore 0 e commutazione del pin di uscita del modulo "Manager" M a livello logico alto e conseguente commutazione dell'ingresso a livello logico alto da parte dell'antenna A collegata a detto pin; ;2- invio di un messaggio Broadcast per l'assegnazione dell'indirizzo pari al valore "K=K+1" sul bus RS485 Bl da parte del modulo di controllo Manager "M"; ;3- lettura di detto messaggio Broadcast da parte di ciascuna antenna A; ;4- interpretazione di detto messaggio Broadcast da parte dell'antenna A il cui ingresso è a livello logico alto; ;5- acquisizione dell'indirizzo pari al valore "K=l" da parte della stessa antenna; ;6- invio di un ulteriore messaggio con indirizzo "K" sul bus RS485 B1 da parte del modulo "Manager" M per commutare a livello logico alto l'uscita di detta antenna A con indirizzo pari al valore "K"; ;7- commutazione dell'uscita di detta antenna con indirizzo pari al valore "K" e contemporanea commutazione a livello logico alto dell'ingresso dell'antenna A successiva; ;8- conferma della commutazione di detta antenna A con indirizzo pari al valore "K" al modulo di controllo "Manager" e rilevamento del modulo "Manager" M che detta antenna A ha acquisito il proprio indirizzo; ;9- se il pin di ingresso del modulo "Manager" M è a livello logico basso si prosegue con la fase 2 altrimenti si passa alla fase 10; ;10- rilevamento del modulo di controllo "Manager" M della configurazione di tutte le K antenne A. ;Una volta così configurate le antenne, l'utente, può, interagendo con il computer host P, selezionare uno specifico modulo di controllo "Manager" M in base all'antenna A che desidera abilitare. Detto modulo di controllo "Manager" M abilita quella determinata antenna A mediante l'attivazione del circuito di relè RI dell'antenna A stessa. Detto circuito di relè Ri connette l'antenna A selezionata dall'utente al bus coassiale BC in modo tale che il lettore RFID L di competenza sia collegato soltanto a detta antenna A. ;Di conseguenza, nel caso in cui la rete RFID comprenda una pluralità di lettori RFID L, una pluralità di antenne A associate a ciascun lettore RFID L, e una pluralità di tag T nel campo di rilevamento di ciascuna antenna A, viene abilitato soltanto il lettore RFID L competente per l'antenna A che è stata abilitata, e detto lettore RFID L sarà in grado di rilevare le informazioni contenute nei tag T presenti nel campo di rilevamento dell'antenna A abilitata. ;In altre parole, ciascun lettore RFID L non conosce il numero di antenne A ad esso associabili, ma viene abilitato ad interrogare solamente l'antenna A abilitata, ed a scambiare informazioni con ciascun tag T presente nel campo di rilevamento di detta antenna A abilitata. ;Affinché riceva le istruzioni dal computer host P, il modulo di controllo "Manager" M comprende un proprio micro-controllore MM, una prima interfaccia di comunicazione Mi per il controllo delle antenne A, una seconda interfaccia di comunicazione M2 verso il computer host P, ed una terza interfaccia di comunicazione M3 verso un generico lettore RFID L (fig. 6). ;La prima interfaccia di comunicazione MI che consente al modulo di controllo "Manager" M di inviare il comando di abilitazione ad una determinata antenna A è un'interfaccia RS485. ;La seconda interfaccia di comunicazione M2 verso il computer host P è: ;- un'interfaccia RS485 opto-isolata; o ;un'interfaccia Buetooth; o ;un'interfaccia Ethernet; o ;un'interfaccia WiFi. ;La terza interfaccia di comunicazione M3 verso il lettore RFID L è: ;un'interfaccia RS232; o ;un'interfaccia RS485. ;Detta terza interfaccia M3 è atta a permettere al computer host P di controllare il lettore RFID L di competenza: il modulo di controllo "Manager" M si comporta come "ponte" replicando, in modo completamente trasparente, le informazioni ricevute dal computer host P al lettore RFID L e facendo altrettanto per i messaggi di risposta del lettore RFID L verso il computer host P. ;Vantaggiosamente, la presenza nel modulo di controllo "Manager" M di interfacce di comunicazione con il computer host P isolate galvanicamente garantisce l'isolamento tra i vari gruppi di antenne A e tra i relativi lettori RFID L. ;Una variante della forma di realizzazione fin qui descritta prevede la presenza di uno o più ulteriori moduli di controllo-organizzazione "Director" D, ciascuno dei quali è atto a essere connesso al sia al computer host P che al modulo "Manager" M per controllare numerosi lettori RFID L, ciascuno connesso a numerose antenne A, mediante il colloquio con il modulo di controllo "Manager" M corrispondente al lettore RFID L di competenza dell'antenna A abilitata. ;Detto modulo di controllo-organizzazione "Director" D è atto a essere connesso al computer host P su differenti reti di comunicazione di tipo noto (Lan Eternet, Lan WiFi, Intranet, Internet, ecc.) e comprende una propria unità di elaborazione DM, un database DB per la gestione diretta dei codici seriali dei tag T rilevati, una prima interfaccia di comunicazione Di verso il modulo "Manager" M ed una seconda interfaccia di comunicazione D2 verso il computer host (fig. 7). ;Ciascuna di dette interfacce di comunicazione DI e D2 è: ;- un<1,>interfaccia RS485; o ;un'interfaccia Buetooth; o ;un'interfaccia Ethernet; ;un'interfaccia WiFi. ;Nel caso in cui la prima interfaccia di comunicazione DI sia un'interfaccia RS485 è preferibile che sia opto-isolata. ;In questa variante il modulo di controllo "Manager" M utilizza l'interfaccia di comunicazione M2 verso il modulo "Director" di competenza anziché verso il computer host P. ;L'utente, tramite il computer host P, seleziona un determinato modulo di controllo-organizzazione "Director" D su comando del quale il modulo "Manager" M attiva, mediante il bus RS485 Bl di collegamento tra quest'ultimo e ciascuna antenna A, il circuito di relè Ri relativo ad una determinata antenna A a cui il lettore RFID L di competenza viene connesso. ;È evidente che è il modulo di controlloorganizzazione "Director" D che dialoga con il modulo di controllo "Manager" M per l'abilitazione della corretta antenna A e la conseguente connessione del lettore RFID L di competenza da gestire, e che conosce e dialoga anche con quest'ultimo secondo il protocollo proprietario di detto lettore RFID L. ;Nei confronti del computer host P, il modulo di controllo-organizzazione "Director" D implementa un protocollo di comunicazione standardizzato ed indipendente dai protocolli implementati nei lettori RFID L. ;Il database DB del modulo di controlloorganizzazione "Director" D è atto a memorizzare dei codici seriali dei tag T che vengono rilevati dai lettori RFID L di competenza collegati. ;Il modulo di controllo-organizzazione "Director" D è atto ad aggiornare ciclicamente ed autonomamente il contenuto di detto database. ;Il modulo di controllo-organizzazione "Director" D è in grado di suddividere il database DB dei codici seriali dei tag T in zone, contrassegnando ciascuna zona con un codice di controllo ed usando detti codici di controllo per permettere la verifica tra il proprio database DB e quello del computer host P tramite la comunicazione di detti codici di controllo. Vantaggiosamente, in questo modo, il modulo di controllo-organizzazione "Director" D comunica al computer host P soltanto un numero limitato di informazioni relative a detti codici di controllo, senza la necessità di trasmettere tutti i codici seriali dei tag T. ;Dal punto di vista del software è necessario un protocollo gestionale per sistemi RFID (RFID Administration Protocol) atto a permettere al computer host P di gestire la rete RFID come un insieme di antenne A, topograficamente identificate, alle quali i tag T sono interfacciati. I comandi insiti in detto protocollo prescindono dai lettori RFID L e dalle complesse sequenze di procedure che un singolo macro-comando comporta. ;Detto protocollo gestionale comprende l'insieme dei comandi scambiati tra i moduli "Director" D ed i mòduli "Manager" M, tra il computer host P ed i moduli "Director" D e tra i moduli "Manager" M e le antenne A. ;La presente invenzione è stata descritta ed illustrata in una preferita forma realizzativa, ma è evidente che il tecnico esperto del settore potrà apportarvi modifiche e/o sostituzioni tecnicamente equivalenti senza peraltro esulare dall'ambito di tutela della presente privativa industriale. ;; *