KR101528632B1 - 스마트 운영 관리를 위한 듀얼밴드 일체형 ｒｆｉｄ 시스템 - Google Patents

스마트 운영 관리를 위한 듀얼밴드 일체형 ｒｆｉｄ 시스템 Download PDF

Info

Publication number
KR101528632B1
KR101528632B1 KR1020140010896A KR20140010896A KR101528632B1 KR 101528632 B1 KR101528632 B1 KR 101528632B1 KR 1020140010896 A KR1020140010896 A KR 1020140010896A KR 20140010896 A KR20140010896 A KR 20140010896A KR 101528632 B1 KR101528632 B1 KR 101528632B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
tag
antenna
900mhz
mhz
dual band
Prior art date
Application number
KR1020140010896A
Other languages
English (en)
Inventor
김영배
송정훈
정구인
박세영
이학용
김재식
이은미
하병용
차정훈
서봉진
박찬영
윤형기
김창현
Original Assignee
(주)소노비젼
서울메트로
엘지히다찌 주식회사
케이아이씨시스템즈 (주)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by (주)소노비젼, 서울메트로, 엘지히다찌 주식회사, 케이아이씨시스템즈 (주) filed Critical (주)소노비젼
Priority to KR1020140010896A priority Critical patent/KR101528632B1/ko
Priority to PCT/KR2015/000704 priority patent/WO2015115752A1/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101528632B1 publication Critical patent/KR101528632B1/ko

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06K—GRAPHICAL DATA READING; PRESENTATION OF DATA; RECORD CARRIERS; HANDLING RECORD CARRIERS
    • G06K7/00—Methods or arrangements for sensing record carriers, e.g. for reading patterns
    • G06K7/10—Methods or arrangements for sensing record carriers, e.g. for reading patterns by electromagnetic radiation, e.g. optical sensing; by corpuscular radiation
    • G06K7/10009—Methods or arrangements for sensing record carriers, e.g. for reading patterns by electromagnetic radiation, e.g. optical sensing; by corpuscular radiation sensing by radiation using wavelengths larger than 0.1 mm, e.g. radio-waves or microwaves
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06K—GRAPHICAL DATA READING; PRESENTATION OF DATA; RECORD CARRIERS; HANDLING RECORD CARRIERS
    • G06K17/00—Methods or arrangements for effecting co-operative working between equipments covered by two or more of main groups G06K1/00 - G06K15/00, e.g. automatic card files incorporating conveying and reading operations
    • G06K17/0022—Methods or arrangements for effecting co-operative working between equipments covered by two or more of main groups G06K1/00 - G06K15/00, e.g. automatic card files incorporating conveying and reading operations arrangements or provisious for transferring data to distant stations, e.g. from a sensing device
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06K—GRAPHICAL DATA READING; PRESENTATION OF DATA; RECORD CARRIERS; HANDLING RECORD CARRIERS
    • G06K7/00—Methods or arrangements for sensing record carriers, e.g. for reading patterns
    • G06K7/10—Methods or arrangements for sensing record carriers, e.g. for reading patterns by electromagnetic radiation, e.g. optical sensing; by corpuscular radiation
    • G06K7/10009—Methods or arrangements for sensing record carriers, e.g. for reading patterns by electromagnetic radiation, e.g. optical sensing; by corpuscular radiation sensing by radiation using wavelengths larger than 0.1 mm, e.g. radio-waves or microwaves
    • G06K7/10366—Methods or arrangements for sensing record carriers, e.g. for reading patterns by electromagnetic radiation, e.g. optical sensing; by corpuscular radiation sensing by radiation using wavelengths larger than 0.1 mm, e.g. radio-waves or microwaves the interrogation device being adapted for miscellaneous applications
    • G06K7/10376—Methods or arrangements for sensing record carriers, e.g. for reading patterns by electromagnetic radiation, e.g. optical sensing; by corpuscular radiation sensing by radiation using wavelengths larger than 0.1 mm, e.g. radio-waves or microwaves the interrogation device being adapted for miscellaneous applications the interrogation device being adapted for being moveable
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06K—GRAPHICAL DATA READING; PRESENTATION OF DATA; RECORD CARRIERS; HANDLING RECORD CARRIERS
    • G06K7/00—Methods or arrangements for sensing record carriers, e.g. for reading patterns
    • G06K7/10—Methods or arrangements for sensing record carriers, e.g. for reading patterns by electromagnetic radiation, e.g. optical sensing; by corpuscular radiation
    • G06K7/10009—Methods or arrangements for sensing record carriers, e.g. for reading patterns by electromagnetic radiation, e.g. optical sensing; by corpuscular radiation sensing by radiation using wavelengths larger than 0.1 mm, e.g. radio-waves or microwaves
    • G06K7/10158—Methods or arrangements for sensing record carriers, e.g. for reading patterns by electromagnetic radiation, e.g. optical sensing; by corpuscular radiation sensing by radiation using wavelengths larger than 0.1 mm, e.g. radio-waves or microwaves methods and means used by the interrogation device for reliably powering the wireless record carriers using an electromagnetic interrogation field
    • G06K7/10178—Methods or arrangements for sensing record carriers, e.g. for reading patterns by electromagnetic radiation, e.g. optical sensing; by corpuscular radiation sensing by radiation using wavelengths larger than 0.1 mm, e.g. radio-waves or microwaves methods and means used by the interrogation device for reliably powering the wireless record carriers using an electromagnetic interrogation field including auxiliary means for focusing, repeating or boosting the electromagnetic interrogation field

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Toxicology (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Artificial Intelligence (AREA)
  • Computer Vision & Pattern Recognition (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Near-Field Transmission Systems (AREA)

Abstract

본 발명은 스마트 운영 관리를 위한 900MHz/2.4GHz 듀얼밴드 일체형 RFID 시스템에 관한 것으로, 야드 환경, 창고 환경 및 철도차량 하부에서 능동형 태그를 관리하도록, 방향성 채널의 각각의 방향으로 2.4GHz 안테나와 900MHz 안테나를 각각 구비하여 듀얼밴드 능동형 태그를 인식하기 위한 방향성 채널을 가지는 900MHz/2.4GHz 듀얼밴드 일체형 RFID 리더 시스템; 900MHz 대역에서 무선으로 충전하여 DC전압을 공급하는 무선 충전 기능을 가지는 듀얼밴드 능동형 태그; 및 무선 충전 기능을 가지는 태그 수집기를 포함하며, 상기 900MHz/2.4GHz 듀얼밴드 능동형 RFID 시스템은 빔포밍으로 음영지역의 태그를 인식하도록 90° 각도로 회전하는 시스템 회전체 및 모터를 구비한다. 더욱 상세하게는 RFID 태그를 이용하여 창고의 입출고 관리, 서고관리, 출입통제를 위해 움직임이 자유로운 재물조사용 안테나와 고정된 선반안테나로 물품에 부착된 태그의 태그정보를 인식하여 물품의 재고를 조사하는 RFID 이동형 재고조사기에 사용한다. 이에 따라, 본 발명은 물류창고, 자재창고 및 창고형 대형매장 등과 같은 곳에 적재된 태그가 부착된 물품에 대하여 길이가 가변되는 재물조사용 안테나 또는 고정된 선반 안테나에 의해 쉽게 태그정보를 획득하는 효과가 있고, 상기 획득된 태그의 정보를 인터넷 통신망을 통해 서버에 전송하여 분석된 태그정보를 열람할 수 있는 효과가 있다.

Description

스마트 운영 관리를 위한 듀얼밴드 일체형 ＲＦＩＤ 시스템{Dual-band active RFID systems for the smart management}
본 발명은 스마트 운영 관리를 위한 듀얼밴드 일체형 RFID 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 철도 차량 부품 및 차량관리 및 각종 이동체 위치관리 및 이동 관리를 위해 기존에 900MHz RFID 시스템과 2.4GHz RFID 시스템이 개별적으로 사용되는 것을 동서남북 방향으로 4개의 방향성 채널을 가지는 900MHz/2.4GHz 듀얼밴드 일체형 RFID 리더와 철도부품 및 차량하부에 부착하는 무선충전기능을 가지는 듀얼밴드 능동형 태그와 능동형 태그를 관리하는 태그 수집기를 구비하며 시스템 회전체와 모터에 의해 90° 각도로 빔 포밍이 가능하며, 듀얼 밴드 능동형 태그의 밧데리의 교체 없이 무선으로 충전하는, 철도 차량 부품 및 차량관리 등의 스마트 운영 관리를 위한 듀얼밴드 일체형 RFID 시스템에 관한 것이다.
RFID(Radio Frequency IDentification) 시스템은 예를들면, 제품에 부착된 고유의 정보를 포함하는 RFID 태그(tag), 13.56MHz 또는 900MHz RFID 주파수 대역의 무선 통신 기술을 사용하여 제품에 부착된 태그 정보를 읽어들이는 RFID 리더, 및 RFID 리더로 인식된 정보를 RFID 미들웨어를 통해 호스트 컴퓨터의 응용 프로그램으로 전송하는 시스템이다.
제품 관리용 RFID 기술은 ISO/IEC JTC1 SC31에서 표준화를 하고 있으며, RFID 리더와 태그 사이의 각 주파수별로 에어 인터페이스 프로토콜을 ISO/IEC 18000 시리즈에서 정의하고 있으며, EPC Global은 900MHz 대역을 사용하는 유통 및 물류 분야에서 B2B2C 서비스를 제공하고 있다.
RFID 주파수는 135kHz, 13.56MHz, 433 MHz, 860~960MHz. 2.45 GHz 대역을 사용한다. 저주파 13.56MHz RFID 시스템은 제품에 부착된 태그 인식에 사용하는데 인식거리가 수 cm에 불과하며, 900MHz UHF RFID 시스템의 인식거리는 100m 원거리까지 인식이 가능하며 유통 및 물류, 항만의 컨테이너 등에 사용된다.
RFID 리더와 태그는 정보의 전송 방향에 따라 순방향 링크(forward link) 및 역방향 링크(reverse link)로 구성된다. 순방향 링크는 RFID 리더로부터 태그로 태그의 고유한 정보를 얻기 위해 명령 신호 및 태그로 전원을 공급하는 CW(Continuous Wave) 신호를 전송한다. 역방향 링크는 태그가 RFID 리더로부터 수신한 CW 신호를 바탕으로 역산란 과정을 거쳐 RFID 리더로 태그 신호를 도달할 때까지의 과정이다.
RFID 태그는 반도체로 제작된 트랜스폰더 칩과 안테나로 구성되며, 고유의 제품 정보를 포함하는 태그 칩과 안테나로 구성되고, 전원 공급 방식에 따라 능동형 태그(active tag)와 수동형 태그(passive tag)로 분류된다.
수동식 태그는 내부 전원없이 판독기의 전파 신호로부터 에너지를 공급받아 동작하는데 비해 능동식 태그는 스스로 작동하기 위해 RF 태그 전지가 내장되어 있다. 실리콘 반도체 칩을 사용하는 칩 태그와 LC소자, 플라스틱 또는 폴리머(polymer: 중합체) 소자로만 구성된 무칩 태그로 구분하기도 한다.
이러한 RFID 시스템은 국방 산업, 철도와 물류 산업, 제약산업, 의료 제품, 창고/재고 관리 등의 유통 관리 등에 광범위하게 사용된다.
그러나, 기존 RFID 시스템에서 리더에서 태그를 인식할 때 리더 안테나의 인식 영역 범위내에서만 인식이 되었고, 수동형 태그를 사용하는 900MHz RFID 시스템은 무선인식영역이 근거리영역에서 사용이 되었고 능동형 태그를 사용하는 2.4GHz RFID 시스템은 무선인식영역이 원거리에 사용되었으며, 기존 RFID 시스템에서 능동형 태그는 무선인식영역이 원거리에 사용되었으며, 기존 능동형 태그는 밧데리를 사용하기 때문에 밧데리 교체에 대한 불편함과 동시에 밧데리를 교체할 수 있는 케이스가 별도로 존재를 하기 때문에 열악한 환경에서 기구적인 신뢰성을 만족하기가 어려웠다.
또한, 기존 900MHz RFID 시스템과 2.4GHz RFID 시스템은 개별적으로 사용되었으며, 듀얼 밴드로 구성하여 방향성을 가지는 능동형 900MHz/2.4GHz 듀얼밴드 일체형 RFID 리더 시스템과 900MHz 대역에서 무선충전 기능을 가지는 능동형 태그와 무선충전기능을 가지는 태그 수집기를 제공하지 않았던 문제점이 있었다.
특허등록번호 10-1194070 특허출원번호 10-2012-0107898 특허출원번호 10-2012-0113420 특허출원번호 10-20120119412 특허출원번호 10-2013-0017755
상기 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 철도 차량 부품 및 차량관리를 위해 기존에 900MHz RFID 시스템과 2.4GHz RFID 시스템이 개별적으로 사용되는 것을 동서남북 방향으로 4개의 방향성 채널을 가지는 900MHz/2.4GHz 듀얼밴드 일체형 RFID 리더와 철도부품 및 차량하부에 부착하는 무선충전기능을 가지는 듀얼밴드 능동형 태그와 능동형 태그를 관리하는 태그 수집기를 구비하고, 시스템 회전체와 모터에 의해 90° 각도로 빔 포밍이 가능하며, 듀얼 밴드 능동형 태그의 밧데리의 교체 없이 무선으로 충전하는, 철도 차량 부품 및 차량관리 등의 스마트 운영 관리를 위한 듀얼밴드 일체형 RFID 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 목적을 달성하기 위해, 스마트 운영 관리를 위한 듀얼밴드 일체형 RFID 시스템은 야드 환경, 창고 환경 및 철도차량 하부에서 능동형 태그를 관리하도록, 4개의 방향성 채널의 각각의 방향으로 2.4GHz 안테나와 900MHz 안테나를 각각 구비하여 듀얼밴드 능동형 태그를 인식하기 위한 방향성 채널을 가지는 900MHz/2.4GHz 듀얼밴드 일체형 RFID 리더 시스템; 900MHz 대역에서 무선으로 충전하여 DC전압을 공급하는 무선 충전 기능을 가지는 듀얼밴드 능동형 태그; 및 무선 충전 기능을 가지는 태그 수집기를 포함하며, 상기 900MHz/2.4GHz 듀얼밴드 일체형 RFID 리더 시스템은 빔 포밍으로 음영지역의 태그를 인식하도록 90° 각도로 회전하는 시스템 회전체, 및 상기 시스템 회전체를 90° 각도로 회전시키는 모터를 구비한다.
상기 방향성 채널을 가지는 900MHz/2.4GHz 듀얼밴드 일체형 RFID 리더 시스템은 동서 남북 방향으로 4각면으로 방형성 채널이 형성된 경우, 4개의 섹터를 가지고 일체형으로 형성된 2.4GHz 방향성 안테나 및 900MHz 방향성 안테나; 동서남북 방향(A 지역, B지역, C 지역, D지역)으로 각각 일체형으로 동시에 구비된 900MHz 안테나를 RF 케이블로 연결되는 4채널 900MHz RFID 리더; 동서남북 방향(A 지역, B지역, C 지역, D지역)으로 각각 일체형으로 동시에 구비된 2.4GHz 안테나를 RF 케이블로 연결되는 4채널 2.4GHz RFID 리더; 상기 4채널 900MHz RFID 리더와 상기 4채널 2.4GHz RFID 리더와 연결되고, 리더 동작여부 판단용 수동형 태그와 센서와 같은 외부인터페이스 관리 및 전원관리용 컨트롤 보드를 포함하고, 하나의 레이돔에 2.4GHz/900MHz 듀얼 밴드 일체형으로 구성된다.
상기 방향성 채널을 가지는 2.4GHz/900MHz 듀얼밴드 일체형 RFID 리더 시스템의 방향성 채널의 지역구분을 위해 방향성을 극대화하는 방식은 해당 지역을 향하는 안테나의 이득(gain)을 높이고 빔을 좁히는 방법과, 안테나 사이의 격리도를 극대화하는 방법을 사용하며, 방향성을 극대화하기 위하여 sector1과 sector 2와의 공간적인 격리도를 최대로 하기 위해 안테나에 이중반사판을 사용하는 것을 특징으로 한다.
상기 무선충전기능을 가지는 듀얼밴드 능동형 태그는 소형 2.4GHz/900MHz 듀얼 밴드 안테나와 임피던스 정합회로, 2.4GHz/900MHz 듀얼밴드 동시처리가 가능한 RF 신호처리 회로를 포함한다.
상기 무선충전기능을 가지는 듀얼밴드 능동형 태그는 900 MHz 및 2.4 GHz 듀얼 밴드 안테나; 900 MHz 및 2.4 GHz 주파수에서 공진되도록 임피던스 정합을 하며, 900MHz 태그 칩에 수신감도를 최소 -14dBm 이상의 신호세기를 가져야 하고 최대 30dBm 이하의 신호의 세기가 입력이 되도록 하는 임피던스 매칭 회로; 900 MHz 태그로 동작하는 900MHz 태그 칩; 900MHz AC 전압 신호만 통과시키고 DC 전압 신호를 차단하는 DC전원차단부; 900MHz AC 전압 신호(RF 신호)를 RFtoDC 변환기를 사용하여 DC 전압으로 변환하여 부스트 변환기(Boost Converter)에 의해 활성화된 슈퍼커패시터(Super Capacitor)를 무선으로 충전된 DC전압을 공급하여 슈퍼커패시터에 충전시키고 전압 및 전류 모니터링부 및 외부 에너지 컨트롤러에 의해 무선으로 충전되는 DC 전압을 모니터링하여 과충전을 방지하며, 밧데리 없이 사용가능하도록 900MHz 태그 칩과 2.4 GHz 태그의 송수신부로 DC전압을 공급하는 무선 충전부; 2.4GHz RF 신호를 통과시키고 900MHz RF 신호를 차단하는 900MHz RF 신호차단부; 및 2.4GHz 무선 송수신 모듈을 통해 2.4GHz RF 신호를 수신받아 2.4GHz 태그를 작동시키는 마이크로 프로세서 모듈로 제공하여 태그를 동작시켜 센서 데이타를 제공하는 2.4GHz 태그 송수신부; 및 2.4GHz 태그 송수신부로부터 센서 데이타를 수신받는 센서를 포함한다.
상기 무선충전기능을 가지는 듀얼밴드 능동형 태그는 소형 듀얼 밴드 안테나와 900MHz 수동형 태그부와 무선충전회로부와 2.4GHz 능동형 태그부로 구성되고, 상기 900MHz 수동형 태그부와 상기 듀얼밴드 안테나는 소형이면서 외부환경에 영향을 최소화하는 격자형 마이크로 스트립 안테나 구조와 간접급전 미앤더 타입 마이크로 스트립 안테나 구조를 사용하며, 듀얼밴드 안테나에 수신되는 신호를 임피던스 정합회로를 통해 임피던스 정합을 이루고 무선충전회로부에서 충전된 전력을 사용하고, 안테나에서 입력된 신호는 900MHz 태그 칩과 무선충전부로 그 신호가 들어가며, 900MHz 태그 칩은 리더에서 송신된 신호의 정보를 사용하고, 무선충전부에서는 신호의 세기를 가지고 무선충전을 하며, 900MHz 태그 칩은 수신감도를 최소 -14dBm 이상의 신호세기를 가져야 하고 최대 30dBm 이하의 신호의 세기가 입력이 되도록 임피던스 정합회로를 구현하는 것을 특징으로 한다.
상기 무선 충전 기능을 가지는 태그 수집기는 캐비티 형태의 케이스와 무선충전용 900MHz 안테나와 태그 재 발행용 2.4GHz/900MHz 듀얼밴드 안테나와 2.4GHz/900MHz 리더와 안테나 레이돔으로 구성되고, 전원 공급 장치 이외에 동작 버턴이나 충전량 표시 LED와 스피커 등의 외부 인터페이스는 프로그램으로 동작되며, 그 이유는 철도와 같은 외부환경에 사용하기 때문에 먼지와 기름때와 같은 부분으로 인한 장비의 고장률을 최소화하기 위함이며, 상기 캐비티 형태의 케이스는 4각면 또는 6각면 또는 8각면으로 형성되고, 면의 개수는 4각면이나 6각면 또는 8각면으로 해도 무관하며 난반사가 많이 일어나는 형태로 하며, 각각의 캐비티 내부 면에 무선충전용 900MHz 안테나를 포함하며,
상기 무선충전용 900MHz 안테나는 캐비티 내에 수많은 태그가 일괄적으로 투입되기 때문에 능동형 태그를 충전하는데 동일한 충전량을 가지기 위해 균일한 전계분포를 가지는 안테나를 사용하며,
상기 태그 재 발행용 듀얼밴드(2.4GHz/900MHz) 안테나는 소형이면서 스위치 기능을 가지고 태그가 위치하는 곳에서만 인식하고 그 외의 지역에서는 인식되지 않는 선택적 인식영역을 가지는 선반형 안테나의 특성을 가지며, 2.4GHz/900MHz 듀얼밴드 안테나에서 스위치 기능을 제공하여 900MHz 태그정보를 입력할 때 900MHz 태그 정보를 900MHz RFID 리더에서 신호를 송출하고 2.4GHz 리더에서 신호를 송출하지 않는 것을 특징으로 한다.
상기 무선 충전 기능을 가지는 태그 수집기는 상부 면의 뚜껑이 연결고리를 기준으로 개폐되는 구조이며, 바닥면과 윗면 모두를 금속판으로 구성되며, 내부면은 플라스틱으로 형성되며, 외부면은 전자파를 차단하기 위해 금속을 사용하며, 캐비티 형태의 케이스와 무선충전용 900MHz 안테나 및 2.4GHz/900MHz 안테나와 2.4GHz/900MHz 리더와 안테나 레이돔으로 구성되고, 상기 캐비티 형태의 케이스는 4각면 또는 6각면으로 각각의 면에 무선충전용 900MHz 안테나를 포함하며, 바닥면과 윗면 모두를 금속판으로 구성하고, 캐비티 내부의 전자파는 캐비티 내부에서만 동작하고 전자파 누설을 없게 하며, 상기 캐비티 내부는 난반사의 원리를 이용하여 안테나에서 방사된 전자파는 캐비티 내에서 지속적으로 난반사가 일어나 여러 개의 능동형 태그를 동시에 충전할 수 있게 하고, 상기 태그 수집기에서 캐비티 내부에 사용되는 900MHz RFID 신호는 태그에 정보를 읽는데 사용되는 것이 아니라 상기 능동형 태그를 충전하는데 사용되기 때문에 금속면에서 일어나는 난반사의 신호가 노이즈로 작용되는 것이 아니라 무선충전용 신호원으로 사용되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 스마트 운영 관리를 위한 900MHz/2.4GHz 듀얼밴드 일체형 RFID 시스템은 4채널의 방향성을 가지는 RFID 리더시스템으로 수동형 및 능동형 태그가 부착되어 있는 사물이나 사람의 무선인식 뿐만 아니라 위치파악과 이동경로를 확인할 수가 있다. 뿐만 아니라 900MHz/2.4GHz 듀얼밴드 일체형 RFID 시스템을 구현하여 공간적인 부분과 시스템 설치시 비용절감을 효과를 볼 수 있다. 충전기능을 가지는 듀얼밴드 능동형 태그는 기존 능동형 태그를 사용 시 밧데리 교체로 인한 불편함과 생명주기의 단점을 극복할 수 있고, RFID의 제한된 인식영역에 대한 문제점을 극복하여 근거리 영역 및 원거리영역에서 동시에 사용가능하다. 충전기능을 가지는 태그 수집기는 태그의 보관 시 자동으로 충전을 할 수 있다.
또한, 이러한 RFID 시스템은 철도차량 부품검수 장소 및 철도차량 및 자동차 야적장과 같은 야드 환경, 철도 차량 부품, 자동차 부품, 항공 부품 창고와 같은 관리부품과 이동물품과 사람의 이동이 많은 창고 환경과 같은 근거리 영역과 원거리 영역을 동시에 인식해야 하는 환경에 부품의 효율적인 관리와 RFID 태그를 부착한 사물의 움직임과 위치를 파악하기 위한 것이다.
또한, 철도차량하부에 능동형 태그를 관리하는 방향성 채널을 가지는 900MHz/2.4GHz 듀얼밴드 RFID 일체형 리더와 철도부품 및 차량하부에 부착하는 900MHz 대역에서 무선충전기능을 가지는 듀얼밴드 RFID 능동형 태그와 능동형 태그를 관리하는 태그 수집기를 개발함으로써, 이러한 RFID 태그를 사용하여 창고의 입출고, 서고관리, 출입통제 등을 하기 위해 움직임이 자유로운 재물조사용 안테나와 고정된 선반안테나로 물품에 부착된 태그의 태그정보를 인식하여 물품의 재고를 조사하는 RFID 이동형 재고조사기에 사용될 수 있다.
또한, 본 발명은 물류창고, 자재창고 및 창고형 대형매장 등과 같은 곳에 적재된 태그가 부착된 물품에 대하여 길이가 가변되는 재물조사용 안테나 또는 고정된 선반 안테나에 의해 쉽게 태그정보를 획득하는 효과가 있고, 상기 획득된 태그의 정보를 인터넷 통신망을 통해 서버에 전송하여 분석된 태그정보를 열람할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 스마트 운영 관리를 위한 무선 충전 기능을 가지는 900MHz/2.4GHz 듀얼밴드 일체형 RFID 시스템 구성도이다.
도 2는 4채널 2.4GHz 리더/4채널 900MHz 리더와 2.4GHz/900MHz 4개의 섹터를 가지는 방향성 안테나와 리더 동작 여부 판단용 수동형 태그와 외부인터페이스 관리 및 전원관리용 컨트롤 보드와 시스템 회전체로 구성되는 방향성을 가지는 듀얼밴드 일체형 RFID 리더 시스템의 구성도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 동서남북 방향으로 A지역, B지역, C 지역, D 지역을 커버하는 방향성을 가지는 900MHz/2.4GHz 듀얼 밴드 일체형 RFID 시스템을 적용한 예를 나타낸 도면이다.
도 4는 방향성을 가지는 900MHz/2.4GHz 듀얼 밴드 일체형 RFID 시스템의 빔 폭과 회전반경을 나타낸 도면이다.
도 5는 안테나의 내부 모습 및 레이돔의 일체된 모양을 나타낸 사진이다.
도 6은 하나의 레이돔에 덮어쓰어진 4채널 방향성을 가지는 듀얼밴드 일체형 RFID 리더 시스템과 듀얼밴드 능동형 태그를 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명에 따른 무선 충전 기능을 가지는 듀얼밴드 능동형 태그의 구성도이다.
도 8은 본 발명에 따른 무선 충전 기능을 가지는 태그 수집기를 나타낸 도면이다.
도 9는 무선 충전 기능을 가지는 태그 수집기의 동작 절차를 나타낸 순서도이다.
본 발명의 목적, 특징, 장점들은 첨부한 도면들을 참조하여 상세한 설명과 바람직한 실시예로부터 더욱 명백해질 것이다. 본 명세서의 각 도면의 구성요소들에 참조번호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 번호를 부여하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 발명의 구성 및 동작을 상세하게 설명한다.
본 발명은 철도 차량용 RFID 시스템에 적용가능하도록 900MHz/2.4GHz 듀얼밴드 일체형 RFID 시스템을 제시하고, ISO/IEC 18000-6C 및 ISO/IEC 24730 국제표준을 준용하는 900MHz/2.4GHz 듀얼 밴드 일체형 Active RFID 시스템을 개발하여 듀얼 밴드 동시 처리가 가능한 RF 신호 처리와 신호대 잡음비를 높이기 위해 독립적인 RF 회로를 설계하여 무선 충전기능을 가지는 능동형 태그를 제공한다.
이를 위해 태그를 철도차량에 부착하여 방향성 채널을 가지는 900MHz/2.4GHz 듀얼밴드 일체형 RFID 리더와의 인식거리(20m, 50m, 100m, 150m, 200m, 300m)를 측정하였다.
도 1은 본 발명에 따른 스마트 운영 관리를 위한 무선 충전 기능을 가지는 900MHz/2.4GHz 듀얼밴드 일체형 RFID 시스템 구성도이다.
본 발명의 스마트 운영 관리를 위한 무선 충전 기능을 가지는 900MHz/2.4GHz 듀얼밴드 일체형 RFID 시스템은 철도차량 부품검수 장소와 철도차량 및 자동차 야적장과 같은 야드 환경, 창고 환경 및 철도차량 하부에서 능동형 태그를 관리하도록, 방향성 채널의 각각의 방향으로 2.4GHz 안테나와 900MHz 안테나를 각각 구비하여 듀얼밴드 능동형 태그를 인식하기 위한 방향성 채널을 가지는 900MHz/2.4GHz 듀얼밴드 일체형 RFID 리더 시스템(100); 900MHz 대역에서 무선으로 충전하여 DC전압을 공급하는 무선 충전 기능을 가지는 듀얼밴드 능동형 태그(200); 및 무선 충전 기능을 가지는 태그 수집기(300)로 구성되며, 상기 900MHz/2.4GHz 듀얼밴드 일체형 RFID 리더 시스템은 음영지역의 태그를 인식하도록 빔포밍으로 90° 각도로 회전하는 시스템 회전체 및 모터를 구비하는 것을 특징으로 한다.
상기 시스템은 철도 차량 스마트 운영 관리를 위한 무선 충전 기능을 가지는 900MHz/2.4GHz 듀얼밴드 일체형 RFID 시스템으로 사용되고, 이 RFID 시스템은 야드 환경 및 창고 환경과 같은 근거리 영역과 원거리영역을 인식해야하는 환경에 부품의 효율적인 관리와 RFID 태그를 부착한 사물의 움직임과 위치 파악을 위한 것이다.
1. 방향성을 가지는 듀얼밴드 일체형 RFID 리더 시스템
도 2는 4채널 2.4GHz 리더/4채널 900MHz 리더와 2.4GHz/900MHz 4개의 섹터를 가지는 방향성 안테나와 리더 동작 여부 판단용 수동형 태그와 외부인터페이스 관리 및 전원관리용 컨트롤 보드와 시스템 회전체로 구성되는 방향성을 가지는 듀얼밴드 일체형 RFID 리더 시스템의 구성도이다.
방향성을 가지는 2.4GHz/900MHz 듀얼밴드 일체형 RFID 리더 시스템은 4채널 2.4GHz 리더/4채널 900MHz 리더와 2.4GHz/900MHz 4개의 섹터를 가지는 방향성 안테나와 리더 동작 여부 판단용 수동형 태그와 외부인터페이스 관리 및 전원관리용 컨트롤 보드와 시스템 회전체로 구성되고, 이렇게 구성된 시스템이 하나의 레이돔에 일체형으로 구성된다.
2.4GHz RFID 리더는 4채널의 RF 송수신 포드로 구성되고, RF CABLE로 4개 안테나에 각각 연결되어 동작된다. 2.4GHz RFID 리더는 원거리 영역에서의 능동형 태그가 부착된 사람 및 부품 및 물자 등을 무선 인식하여 위치파악 및 이동경로를 관리하는데 사용된다. 2.4GHz RFID 리더는 4채널이 동시에 동작을 하고 채널별 선택적으로 동작을 할 수 있게 구현한다. 경우에 따라 섹터별 빔 포밍 기술은 포함을 하는 경우가 있다.
900MHz RFID 리더는 4채널의 RF 송수신 포트로 구성되고, RF CABLE로 4개의 안테나에 연결되어 동작된다. 900MHz RFID 리더는 근거리 영역에서 수동형 태그가 부착한 부품 및 사람 및 물자를 무선 인식 및 무선충전기능을 가지는 능동형 태그의 무선 충전용으로 사용된다. 900MHz RFID 리더는 4채널이 동시에 동작을 하고 채널별 선택적으로 동작할 수 있게 구현한다. 경우에 따라 섹터별 빔 포밍 기술은 포함하는 경우가 있다.
두 개의 RFID 리더를 4채널로 분리하여 방향성을 가지는 이유는 태그가 부착이 된 사람 및 사물의 관리 및 실시간 위치파악 뿐만 아니라 사람과 사물의 이동 경로 파악함으로서 사람과 사물의 움직임을 파악함으로서 실시간 위치에 대한 부분까지 관리할 수가 있다. 만약 4개 이상의 방향성을 판단하려고 구현하면 각각의 방향에 대한 정확한 분리가 어렵기 때문에, 본 발명에서는 4채널을 동서남북과 같은 4개의 방향으로 구현한다.
2.4GHz/900MHz 4개의 섹터를 가지는 방향성 안테나는 동서남북 방향 중에서 하나의 방향에 900MHz 단일 안테나와 2.4GHz 2x2 배열 안테나와 리더동작여부를 판단하는 듀얼밴드 수동형 태그로 구성한다. 2.4GHz 2x2 배열 안테나는 상부에 위치하고 하부에 900MHz 단일 안테나로 구성한다. 이것은 기존 RFID 리더가 4채널을 사용하고 4개 이상의 섹터를 사용할 경우 편파에 대한 격리도와 방향적인 부분을 분리하기 어렵기 때문이다. 리더 동작여부를 판단하는 수동형 듀얼밴드 태그는 철도환경과 같은 고 신뢰성이 요구되는 환경에서 리더동작여부를 판단하는 외부인터페이스를 둘 수가 없기 태그를 안테나에 둠으로써 RFID 리더의 동작여부를 판단한다.
예를 들면, 4개의 섹터로 구성된 경우, 2.4GHz/900MHz 4개의 섹터를 가지는 방향성 안테나는 하나의 방향에 900MHz 단일 안테나와 2.4GHz 2x2 배열 안테나와 RFID 리더동작여부를 판단하는 듀얼밴드 수동형 태그로 구성된다. 2.4GHz 2x2 배열 안테나는 상부에 위치하고, 하부에 900MHz 단일 안테나로 구성한다. 이것은 기존 RFID 리더가 4채널을 사용하고 4개 이상의 섹터를 사용할 경우 편파에 대한 격리도와 방향적인 부분을 분리하기가 어렵기 때문이다. RFID 리더 동작여부를 판단하는 듀얼밴드 수동형 태그는 철도환경과 같은 고 신뢰성이 요구되는 환경에서 RFID 리더동작여부를 판단하는 외부인터페이스를 둘 수가 없기 태그를 안테나에 둠으로써 RFID 리더의 동작여부를 판단한다.
외부 인터페이스는 전원과 통신선만 외부로 연결된다. 다른 인터페이스는 고 신뢰성과 제품의 안전성을 위해 모두 제거를 한다.
시스템 회전체는 4방향으로 2.4GHz/900MHz 듀얼밴드 RFID 신호를 송출했는데 그 방향으로 태그가 존재를 하지 않을 때, 안테나의 방사 패턴의 빔폭에 맞게 회전을 하여 미인식되는 태그를 인식하여 어느 방향에 있는지 확인하는데 사용된다. 회전체의 회전속도는 1차 회전을 할 때 태그 인식 값과 2차 회전 값을 분리하여 저장하여 태그의 위치를 정확하게 계산한다.
이런 방향성을 가지는 2.4GHz/900MHz 듀얼밴드 일체형 RFID 리더 시스템은 근거리 및 원거리 지역에서 무선인식을 해야 하는 환경과 사물 및 사람의 이동경로와 많은 양이 존재할 경우 용이하다. 특히 철도환경과 같은 이동경로를 판단해야 하는 환경에서 최적의 시스템이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 태그의 이동경로를 나타내고 있다. A지역의 태그가 A지역으로 이동할 경우와, A 지역의 태그가 B지역으로 이동하는 경우(A 지역 태그가 D지역으로 이동하는 경우와 동일)와, A 지역의 태그가 B 지역으로 이동해서 C지역으로 이동할 경우로 나눈다. 이 태그의 이동은 부품관리에 사용되며 주요장비 및 부품을 분실이나 재사용 시 시간 단축의 효과를 볼 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 동서남북 방향으로 A지역, B지역, C 지역, D 지역을 커버하는 방향성을 가지는 900MHz/2.4GHz 듀얼 밴드 일체형 RFID 시스템을 적용한 예를 나타낸 도면이다.
상기 방향성 채널을 가지는 900MHz/2.4GHz 듀얼밴드 일체형 RFID 리더 시스템의 방향성 채널의 지역구분을 위한 즉 방향성을 극대화하기 위한 방법은 안테나의 이득(gain)을 높이고 빔을 좁히는 방법과 안테나 사이의 격리도를 극대화하는 방법이 있다. 이상적으로 한 구역(A 지역)에 커버하기 위하여 A 지역의 안테나 빔 폭은 90도이다 그러나 실제 환경에서 난반사에 의해 영역이 확대된다. 그래서 지역 구분이 되는 빔폭은 최대이면서 난반사에 의해 영역확대가 되는 부분을 최소화하는 방안을 마련해야 한다.
방향성에 대분 부분을 극대화하기 위하여 sector 1과 sector 2와의 공간적인 격리도를 최대로 하기 위해 안테나에 이중반사판을 사용한다. 또한 태그의 편파적인 격리도를 위하여 sector 1과 sector 2의 편파를 표 1과 같이 구성한다.
방향 sector 1 sector 2 sector 3 sector 4
편파 좌원형편파 우원형편파 좌원형편파 우원형편파
도 4는 방향성을 가지는 900MHz/2.4GHz 듀얼 밴드 능동형 RFID 시스템의 빔 폭과 회전반경을 나타낸 도면이다.
안테나 빔폭과 회전반경은 안테나의 빔폭을 기준으로 태그의 인식범위를 결정한다.
900MHz 안테나의 빔 폭은 이론적으로 안테나의 이득을 6dBi일 때 안테나의 빔폭은 60°이다. 실제 환경에서 900MHz 태그를 측정하면, 안테나의 빔폭보다 좁은 인식 범위를 가진다. 2.4GHz 안테나는 이론적으로 안테나의 이득이 12dBi 일때 안테나의 빔 폭은 30°이다. 실제 환경에서 능동형 태그를 측정할 경우, 안테나의 빔폭 보다 좁은 인식범위를 가진다. 그래서 두 시스템의 인식범위는 2.4GHz 안테나의 인식범위를 기준으로 최대 회전 반경을 90°이하로 한다. 이것은 기존 위상 배열 안테나에서 사용되는 180° 또는 360° 회전 반경을 가지는 빔 포밍 기술에 비해 기구적인 비용 절감과 전력 소모량과 데이터 처리 능력이 우수하다. 뿐만 아니라 섹터 안테나로 우선 태그정보를 받아 태그의 방향 정보를 처리하고 빔 포밍을 하면서 미인식 지역의 태그 정보를 받아 태그의 방향 정보를 처리한다.
도 5는 안테나의 내부 모습 및 레이돔의 일체 모양을 나타낸 사진이다.
도 6은 하나의 레이돔에 덮어쓰어진 4채널 방향성을 가지는 듀얼밴드 일체형 RFID 리더 시스템과 듀얼밴드 능동형 태그를 나타낸 도면이다.
동서 남북 방향으로 4채널마다 형성된 900MHz/2.4GHz 듀얼밴드 일체형 RFID 시스템(100)은 하나의 안테나 레이돔(110)에 의해 덮어져 커버되며, 빔 포밍으로 음영지역의 태그를 인식하도록 90°각도로 회전하는 시스템 회전체(101), 및 상기 시스템 회전체(101)를 90°각도로 회전시키는 모터(102)를 구비하는 것을 특징으로 한다.
2. 무선충전 기능을 가지는 능동형 태그
도 7은 본 발명에 따른 무선 충전 기능을 가지는 듀얼밴드 능동형 태그의 구성도이다.
무선충전기능을 가지는 듀얼밴드 능동형 태그는 소형 듀얼 밴드 안테나와 900MHz 수동형 태그부와 무선충전회로부와 2.4GHz 능동형 태그부로 구성된다.
900MHz 수동형 태그 부는 듀얼밴드 안테나는 소형이면서 외부환경에 영향을 최소화하는 격자형 마이크로 스트립 안테나 구조와 간접급전 미앤더 타입 마이크로 스트립 안테나 구조를 사용한다. 2.4GHz/900MHz 듀얼밴드 안테나에 수신되는 신호를 임피던스 정합회로를 통해 900MHz 및 2.4GHz에서 공진되도록 임피던스 정합을 이루고 무선충전회로부에서 충전된 전력을 사용한다.
안테나에서 입력된 신호는 900MHz 태그 칩과 무선충전부로 신호가 들어간다. 900MHz 태그 칩은 리더에서 송신된 신호의 정보를 사용하고 무선충전부에서는 신호의 세기를 가지고 무선충전을 한다. 900MHz 태그 칩은 수신감도를 최소 -14dBm 이상의 신호세기를 가져야 하고 최대 30dBm 이하의 신호의 세기가 입력이 되도록 임피던스 정합회로를 구현한다.
무선 충전 회로부는 안테나에서 수신된 900MHz 신호의 세기를 가지고 무선충전을 한다. 무선충전부의 구성은 역전류를 막는 DC 전원차단부(DC BLOCKS)(203)과 RF신호에서 DC로 전환하는 RFtoDC 변환기(211)와, 그리고 무선충전 저장용 슈퍼 캐피시터(super capacitor)(214)와 boost 변환기(212)와 전압 및 전류 모니터링부(213)로 구성되고, 과전압을 방지하도록 제어하는 외부 에너지 컨트롤러(217)로 구성된다.
2.4GHz 능동형 태그부는 RF 송수신 모듈(231)과 마이크로 프로세서 모듈(232)과 센서(214)로 구성된다. 2.4GHz 능동형 태그부는 900MHz 무선신호의 세기로 충전된 전력을 사용하여 구동한다.
상기 무선충전기능을 가지는 듀얼밴드 능동형 태그는
900 MHz 및 2.4 GHz 듀얼 밴드 안테나; 900 MHz 및 2.4 GHz 주파수에서 공진되도록 임피던스 정합을 하며, 900MHz 태그 칩에 수신감도를 최소 -14dBm 이상의 신호세기를 가져야 하고 최대 30dBm 이하의 신호의 세기가 입력되도록 하는 임피던스 매칭 회로(201); 900 MHz 태그로 동작하는 900MHz 태그 칩(202); 900MHz AC 전압 신호만 통과시키고 DC 전압 신호를 차단하는 DC전원차단부(203); 900MHz AC 전압 신호(RF 신호)를 전파정류 회로/평활회로/정전압 레귤레이터 회로로 구성된 RFtoDC 변환기(211)를 사용하여 DC 전압으로 변환하여 부스트 변환기(Boost Converter)(212)에 의해 활성화된 슈퍼커패시터(Super Capacitor)(214)를 무선으로 충전된 DC전압을 공급하여 슈퍼커패시터(214)에 충전시키고 전압 및 전류 모니터링부(213) 및 외부 에너지 컨트롤러(217)에 의해 무선으로 충전되는 DC 전압을 모니터링하여 과충전을 방지하며, 밧데리 없이 사용가능하도록 각각 900MHz 태그 칩(202)과 2.4 GHz 태그의 송수신부(230)로 필요한 DC전압을 공급하는 무선 충전부; 그리고
2.4GHz RF 신호를 통과시키고 900MHz RF 신호를 차단하는 900MHz RF 신호차단부(220); 및 2.4GHz 무선 송수신 모듈(231)을 통해 2.4GHz RF 신호를 수신받아 2.4GHz 태그를 작동시키는 마이크로 프로세서 모듈(232)로 제공하여 태그를 동작시켜 센서(241)로 센서 데이타를 제공하는 2.4GHz 태그 송수신부(230); 및 상기 2.4GHz 태그 송수신부(230)로부터 센서 데이타를 수신받는 센서(241);를 포함한다.
무선충전기능을 가지는 듀얼밴드 능동형 태그는 두 개의 시스템에서 동시에 사용이 가능하다. 또한 900MHz/2.4GHz 듀얼밴드를 동시에 처리를 함으로써 RF 신호를 최대한 사용하고, 독립된 형태로 사용이 가능하다. 이 태그는 RF 신호의 정보와 신호의 세기를 모두 사용하여 시스템의 전력소모를 감소하고 배터리 수명을 증대효과가 있다.
무선충전기능을 가지는 듀얼밴드 능동형 태그(200)는 소형 900MHz/2.4GHz 듀얼 밴드 안테나와 임피던스 정합회로, 900MHz/2.4GHz 듀얼밴드 동시처리가 가능한 RF 신호처리 회로를 포함하고, 그리고 이 태그는 두 개의 시스템에서 동시에 사용이 가능하다. 900MHz/2.4GHz 듀얼밴드 동시처리가 가능한 RF 신호처리 및 SNB를 높이기 위한 독립적 RF 회로 설계 전송효율이 높아지면 시스템의 전력소모가 감소하여 배터리수명의 증대효과 2.4GHz RFID 시스템에서 배터리의 소모를 최소화한다.
3. 무선 충전기능을 가지는 태그 수집기(재생기)
무선충전기능을 가지는 태그 수집기(300)는 기존 RFID 시스템에 사용되는 능동형 태그에는 충전용으로 사용이 되지 않고 난 반사 제거용으로만 사용이 된다. 기존 능동형 태그는 무선 인식 영역이 원거리에 사용되었다. 그러나 기존 능동형 태그는 밧데리를 사용하기 때문에 밧데리 교체에 대한 분편함과 동시에 밧데리 교체를 할 수 있는 케이스가 별도로 존재를 하기 때문에 열악한 환경에서 기구적인 신뢰성을 만족하기가 어렵다. 그러나 본 발명에서는 무선충전기능을 가지는 능동형 태그를 사용하기 때문에 별도의 능동형 태그를 충전할 수 있는 태그 수집기가 필요하다. 뿐만 아니라 태그 수집기가 없을 경우, 검수를 하는 능동형 태그가 기존에 설치된 리더의 신호를 받아 지속적으로 동작하기 때문에 태그 관리에 혼선을 주어 정보관리에 매우 어려움을 준다.
도 8은 본 발명에 따른 무선 충전 기능을 가지는 태그 수집기를 나타낸 도면이다.
본 발명에서 사용되는 무선 충전 기능을 가지는 태그 수집기(300)는 캐비티 형태의 케이스와 무선충전용 900MHz 안테나와 태그 재 발행용 2.4GHz/900MHz 듀얼밴드 안테나와 2.4GHz/900MHz 리더와 안테나 레이돔으로 구성된다. 전원 공급 장치 이외에 동작 버턴이나 충전량 표시 LED와 스피커 등의 외부 인터페이스는 프로그램으로 동작된다. 이유는 철도와 같은 외부환경에 사용하기 때문에 먼지와 기름때와 같은 부분으로 인한 장비의 고장률을 최소화하는데 있다.
캐비티 형태의 케이스는 4각면 또는 6각면 또는 8각면으로 형성한다. 면의 개수는 4각면이나 6각면 또는 8각면으로 해도 무관하며 난반사가 많이 일어나는 형태로 한다. 각각의 캐비티 내부 면에 무선충전용 900MHz 안테나를 포함한다.
무선충전용 900MHz 안테나는 캐비티 내에 수많은 태그가 일괄적으로 투입되기 때문에 능동형 태그를 충전하는데 동일한 충전량을 가지기 위해 균일한 전계분포를 가지는 안테나를 사용한다.
태그 재 발행용 듀얼밴드(2.4GHz/900MHz) 안테나는 소형이면서 스위치 기능을 가지고 태그가 위치하는 곳에서만 인식하고 그 외의 지역에서는 인식되지 않는 선택적 인식영역을 갖는 선반형 안테나의 특성을 가진다. 2.4GHz/900MHz 듀얼밴드 안테나에서 스위치 기능은 재발행을 하는 태그의 정보를 입력하는데 효과적이기 때문이다. 보다 상세하게 설명하면, 900MHz 태그정보를 입력할 때, 900MHz 태그 정보를 900MHz RFID 리더에서 신호를 송출하고, 2.4GHz 리더에서 신호를 송출하지 않는다.
무선 충전 기능을 가지는 태그 수집기(300)는 상부 면의 뚜껑이 연결고리를 기준으로 개폐되는 구조이며, 바닥면과 윗면 모두를 금속판으로 구성되며, 내부면은 플라스틱으로 형성되며, 외부면은 전자파를 차단하기 위해 금속을 사용한다.
캐비티 내부의 전자파는 캐비티 내부에서만 동작하고 전자파 누설을 없게 한다. 캐비티 내부는 전자파가 금속면을 만나면 금속면의 형태에 따라 여러 방향으로 전자파가 반사되는 난 반사의 원리를 이용하여 안테나에서 방사된 전자파는 캐비티 내에서 지속적으로 난반사가 일어나 여러 개의 능동형 태그를 동시에 충전할 수 있게 한다. 태그 수집기(300)에서 캐비티 내부에 사용되는 900MHz RFID 신호는 태그에 정보를 읽는데 사용되는 것이 아니라 능동형 태그를 충전하는데 사용되기 때문에 금속면에서 일어나는 난반사의 신호는 노이즈로 작용되는 것이 아니라 무선충전용 신호원으로 사용된다. 그러므로, 난 반사가 많이 일어나면 그만큼 능동형 태그를 충전하는데 효과를 볼 수 있다.
태그 수집기에 사용되는 2.4GHz/900MHz 듀얼밴드 리더 안테나는 능동형 태그가 충전이 되었을 때 충전확인 및 새로운 아이디(ID) 번호를 입력하는데 사용된다.
태그 수집기의 동작절차는 도 9에 도시된 바와 같이 다음과 같이 설명된다.
능동형 태그 수집기에 투입 -> 캐비티 출입문 잠금(close) -> 900MHz 리더 및 안테나동작 -> 무선충전 -> 모니터를 통한 무선충전완료 -> 문 열림(open) -> 2.4GHHz/900MHz 리더 선택적 동작 -> 태그 ID 재 입력 -> 태그 재사용
캐비티 형태의 케이스는 4각면 또는 6각면으로 각각의 면에 무선충전용 900MHz 안테나를 포함한다.
캐비티 내부의 전자파는 캐비티 내부에서만 동작하고 전자파 누설을 없게 한다. 캐비티 내부는 난반사의 원리를 이용하여 안테나에서 방사된 전자파는 캐비티 내에서 지속적으로 난반사가 일어나 여러 개의 능동형 태그(200)를 동시에 충전할 수 있게 한다. 태그 수집기(300)에서 캐비티 내부에 사용되는 900MHz RFID 신호는 태그에 정보를 읽는데 사용되는 것이 아니라 능동형 태그(200)를 충전하는데 사용되기 때문에 금속면에서 일어나는 난반사의 신호는 노이즈로 작용이 되는 것이 아니라 무선충전용 신호원으로 사용된다. 그러므로, 난반사가 많이 일어나면 그만큼 능동형 태그(200)를 충전하는데 효과를 볼 수 있다. 태그 수집기(300)에 사용되는 2.4GHHHz/900MHz 듀얼밴드 리더 안테나는 능동형 태그가 충전이 되었을 때 충전확인 및 새로운 아이디(ID) 번호를 입력하는데 사용된다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진자가 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 또는 변형하여 실시할 수 있다.
100: 방향성을 가지는 900MHz/2.4GHz 듀얼밴드 일체형 RFID 리더 시스템
200: 무선 충전 기능을 가지는 듀얼밴드 능동형 태그
300: 무선 충전 기능을 가지는 태그 수집기

Claims (8)

  1. 야드 환경, 창고 환경 및 철도차량 하부에서 능동형 태그를 관리하도록, 4개의 방향성 채널의 각각의 방향으로 2.4GHz 안테나와 900MHz 안테나를 각각 구비하여 듀얼밴드 능동형 태그를 인식하기 위한 방향성 채널을 가지는 900MHz/2.4GHz 듀얼밴드 일체형 RFID 리더 시스템;
    900MHz 대역에서 무선으로 충전하여 DC전압을 공급하는 무선 충전 기능을 가지는 듀얼밴드 능동형 태그; 및
    무선 충전 기능을 가지는 태그 수집기를 포함하며,
    상기 900MHz/2.4GHz 듀얼밴드 일체형 RFID 리더 시스템은 빔 포밍으로 음영지역의 태그를 인식하도록 90° 각도로 회전하는 시스템 회전체, 및 상기 시스템 회전체를 90° 각도로 회전시키는 모터를 구비하는 것을 특징으로 하는 스마트 운영 관리를 위한 듀얼밴드 일체형 RFID 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 방향성 채널을 가지는 900MHz/2.4GHz 듀얼밴드 일체형 RFID 리더 시스템은
    동서 남북 방향으로 4각면으로 방형성 채널이 형성된 경우, 4개의 섹터를 가지고 일체형으로 형성된 2.4GHz 방향성 안테나 및 900MHz 방향성 안테나;
    동서남북 방향(A 지역, B지역, C 지역, D지역)으로 각각 일체형으로 동시에 구비된 900MHz 안테나를 RF 케이블로 연결되는 4채널 900MHz RFID 리더;
    동서남북 방향(A 지역, B지역, C 지역, D지역)으로 각각 일체형으로 동시에 구비된 2.4GHz 안테나를 RF 케이블로 연결되는 4채널 2.4GHz RFID 리더;
    상기 4채널 900MHz RFID 리더와 상기 4채널 2.4GHz RFID 리더와 연결되고, 리더 동작여부 판단용 수동형 태그와 센서와 같은 외부인터페이스 관리 및 전원관리용 컨트롤 보드를 포함하고,
    하나의 레이돔에 2.4GHz/900MHz 듀얼 밴드 일체형으로 구성되는 것을 특징으로 하는 스마트 운영 관리를 위한 듀얼밴드 일체형 RFID 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 방향성 채널을 가지는 2.4GHz/900MHz 듀얼밴드 일체형 RFID 리더 시스템의 방향성 채널의 지역구분을 위해 방향성을 극대화하는 방식은 해당 지역을 향하는 안테나의 이득(gain)을 높이고 빔을 좁히는 방법과, 안테나 사이의 격리도를 극대화하는 방법을 사용하며, 방향성을 극대화하기 위해 sector1과 sector 2와의 공간적인 격리도를 최대로 하기 위해 안테나에 이중반사판을 사용하는 것을 특징으로 하는 스마트 운영 관리를 위한 듀얼밴드 일체형 RFID 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 무선충전기능을 가지는 듀얼밴드 능동형 태그는
    소형 2.4GHz/900MHz 듀얼 밴드 안테나와 임피던스 정합회로, 2.4GHz/900MHz 듀얼밴드 동시처리가 가능한 RF 신호처리 회로를 포함하는 스마트 운영 관리를 위한 듀얼밴드 일체형 RFID 시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 무선충전기능을 가지는 듀얼밴드 능동형 태그는
    900 MHz 및 2.4 GHz 듀얼 밴드 안테나;
    900 MHz 및 2.4 GHz 주파수에서 공진되도록 임피던스 정합을 하며, 900MHz 태그 칩에 수신감도를 최소 -14dBm 이상의 신호세기를 가져야 하고 최대 30dBm 이하의 신호의 세기가 입력이 되도록 하는 임피던스 매칭 회로;
    900 MHz 태그로 동작하는 900MHz 태그 칩;
    900MHz AC 전압 신호만 통과시키고 DC 전압 신호를 차단하는 DC전원차단부;
    900MHz AC 전압 신호(RF 신호)를 RFtoDC 변환기를 사용하여 DC 전압으로 변환하여 부스트 변환기(Boost Converter)에 의해 활성화된 슈퍼커패시터(Super Capacitor)를 무선으로 충전된 DC전압을 공급하여 슈퍼커패시터에 충전시키고 전압 및 전류 모니터링부 및 외부 에너지 컨트롤러에 의해 무선으로 충전되는 DC 전압을 모니터링하여 과충전을 방지하며, 밧데리 없이 사용가능하도록 900MHz 태그 칩과 2.4 GHz 태그의 송수신부로 DC전압을 공급하는 무선 충전부;
    2.4GHz RF 신호를 통과시키고 900MHz RF 신호를 차단하는 900MHz RF 신호차단부; 및
    2.4GHz 무선 송수신 모듈을 통해 2.4GHz RF 신호를 수신받아 2.4GHz 태그를 작동시키는 마이크로 프로세서 모듈로 제공하여 태그를 동작시켜 센서 데이타를 제공하는 2.4GHz 태그 송수신부; 및
    2.4GHz 태그 송수신부로부터 센서 데이타를 수신받는 센서;
    를 포함하는 스마트 운영 관리를 위한 듀얼밴드 일체형 RFID 시스템.
  6. 제1항 또는 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 무선충전기능을 가지는 듀얼밴드 능동형 태그는
    소형 듀얼 밴드 안테나와 900MHz 수동형 태그부와 무선충전회로부와 2.4GHz 능동형 태그부로 구성되고, 상기 900MHz 수동형 태그부와 상기 듀얼밴드 안테나는 소형이면서 외부환경에 영향을 최소화하는 격자형 마이크로 스트립 안테나 구조와 간접급전 미앤더 타입 마이크로 스트립 안테나 구조를 사용하며, 듀얼밴드 안테나에 수신되는 신호를 임피던스 정합회로를 통해 임피던스 정합을 이루고 무선충전회로부에서 충전된 전력을 사용하고, 안테나에서 입력된 신호는 900MHz 태그 칩과 무선충전부로 신호가 들어가며, 상기 900MHz 태그 칩은 리더에서 송신된 신호의 정보를 사용하고, 무선충전부에서는 신호의 세기를 가지고 무선충전을 하며, 상기 900MHz 태그 칩은 수신감도를 최소 -14dBm 이상의 신호세기를 가져야 하고 최대 30dBm 이하의 신호의 세기가 입력이 되도록 임피던스 정합회로를 구현하는 것을 특징으로 하는 스마트 운영 관리를 위한 듀얼밴드 일체형 RFID 시스템.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 무선 충전 기능을 가지는 태그 수집기는
    캐비티 형태의 케이스와 무선충전용 900MHz 안테나와 태그 재 발행용 2.4GHz/900MHz 듀얼밴드 안테나와 2.4GHz/900MHz 리더와 안테나 레이돔으로 구성되고,
    전원 공급 장치 이외에 동작 버턴이나 충전량 표시 LED와 스피커 등의 외부 인터페이스는 프로그램으로 동작되며, 그 이유는 철도와 같은 외부환경에 사용하기 때문에 먼지와 기름때와 같은 부분으로 인한 장비의 고장률을 최소화하기 위함이며, 상기 캐비티 형태의 케이스는 4각면 또는 6각면 또는 8각면으로 형성되고, 면의 개수는 4각면이나 6각면 또는 8각면으로 해도 무관하며 난반사가 많이 일어나는 형태로 하며, 각각의 캐비티 내부 면에 무선충전용 900MHz 안테나를 포함하며,
    상기 무선충전용 900MHz 안테나는 캐비티 내에 수많은 태그가 일괄적으로 투입이 되기 때문에 능동형 태그를 충전하는데 동일한 충전량을 가지기 위해 균일한 전계분포를 가지는 안테나를 사용하며,
    상기 태그 재 발행용 듀얼밴드(2.4GHz/900MHz) 안테나는 소형이면서 스위치 기능을 가지고 태그가 위치하는 곳에서만 인식을 하고 그 외의 지역에서는 인식이 되지 않는 선택적 인식영역을 가지는 선반형 안테나의 특성을 가진다. 2.4GHz/900MHz 듀얼밴드 안테나에서 스위치 기능을 제공하여 900MHz 태그정보를 입력할 때 900MHz 태그 정보를 900MHz RFID 리더에서 신호를 송출하고 2.4GHz 리더에서 신호를 송출하지 않는 것을 특징으로 하는 스마트 운영 관리를 위한 듀얼밴드 일체형 RFID 시스템.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 무선 충전 기능을 가지는 태그 수집기는
    상부 면의 뚜껑이 연결고리를 기준으로 개폐되는 구조이며, 바닥면과 윗면 모두를 금속판으로 구성되며, 내부면은 플라스틱으로 형성되며, 외부면은 전자파를 차단하기 위해 금속을 사용하며, 캐비티 형태의 케이스와 무선충전용 900MHz 안테나 및 2.4GHz/900MHz 안테나와 2.4GHz/900MHz 리더와 안테나 레이돔으로 구성되고, 상기 캐비티 형태의 케이스는 4각면 또는 6각면으로 각각의 면에 무선충전용 900MHz 안테나를 포함하며, 바닥면과 윗면 모두를 금속판으로 구성하고, 캐비티 내부의 전자파는 캐비티 내부에서만 동작하고 전자파 누설을 없게 하며, 상기 캐비티 내부는 난반사의 원리를 이용하여 안테나에서 방사된 전자파는 캐비티 내에서 지속적으로 난반사가 일어나 여러 개의 능동형 태그를 동시에 충전할 수 있게 하고, 상기 태그 수집기에서 캐비티 내부에 사용되는 900MHz RFID 신호는 태그에 정보를 읽는데 사용되는 것이 아니라 상기 능동형 태그를 충전하는데 사용되기 때문에 금속면에서 일어나는 난반사의 신호가 노이즈로 작용이 되는 것이 아니라 무선충전용 신호원으로 사용되는 것을 특징으로 하는 스마트 운영 관리를 위한 듀얼밴드 일체형 RFID 시스템.
KR1020140010896A 2014-01-28 2014-01-28 스마트 운영 관리를 위한 듀얼밴드 일체형 ｒｆｉｄ 시스템 KR101528632B1 (ko)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020140010896A KR101528632B1 (ko) 2014-01-28 2014-01-28 스마트 운영 관리를 위한 듀얼밴드 일체형 ｒｆｉｄ 시스템
PCT/KR2015/000704 WO2015115752A1 (ko) 2014-01-28 2015-01-23 스마트 운영 관리를 위한 듀얼밴드 일체형 ｒｆｉｄ 시스템

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020140010896A KR101528632B1 (ko) 2014-01-28 2014-01-28 스마트 운영 관리를 위한 듀얼밴드 일체형 ｒｆｉｄ 시스템

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR101528632B1 true KR101528632B1 (ko) 2015-06-17

Family

ID=53519011

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020140010896A KR101528632B1 (ko) 2014-01-28 2014-01-28 스마트 운영 관리를 위한 듀얼밴드 일체형 ｒｆｉｄ 시스템

Country Status (2)

Country Link
KR (1) KR101528632B1 (ko)
WO (1) WO2015115752A1 (ko)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106778957A (zh) * 2016-12-05 2017-05-31 上海建桥学院 一种基于rfid双频技术的定位系统及方法
CN108460551A (zh) * 2018-01-23 2018-08-28 广东聚联电子商务股份有限公司 一种基于rfid技术的智能仓库管理解决方法
KR20210104423A (ko) * 2020-02-17 2021-08-25 한국철도기술연구원 열차자율주행을 위한 rfid 보조 센서 시스템
KR20240039078A (ko) 2022-09-18 2024-03-26 쓰리에이로직스(주) 듀얼 밴드 rfid 태그, 이를 포함하는 rfid 센서 태그 장치, 및 rfid 센서 태그 장치로부터 출력된 감지 값을 보정하는 방법
KR20240039077A (ko) 2022-09-18 2024-03-26 쓰리에이로직스(주) 듀얼 밴드 rfid 태그와 이를 포함하는 감지 데이터 처리 장치

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2018165146A1 (en) 2017-03-06 2018-09-13 Cummins Filtration Ip, Inc. Genuine filter recognition with filter monitoring system
CN106876876A (zh) * 2017-03-15 2017-06-20 深圳智美运动科技有限公司 一种基于rfid技术的桥式天线
CN111612117A (zh) * 2019-02-26 2020-09-01 北京京东尚科信息技术有限公司 触发标签、模块、装置、方法、触发式锁具及触发式设备
CN110956047B (zh) * 2019-11-28 2023-06-27 中建科技有限公司 一种基于自动识别技术的预制构件复合集成标识方法
CN115238717B (zh) * 2022-08-16 2023-07-04 中国建筑一局(集团)有限公司 一种区域人口走向计算系统及方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20080002174A (ko) * 2006-06-30 2008-01-04 한국산업기술대학교산학협력단 이중 대역을 지원하는 전파식별 안테나 장치
KR20090003918A (ko) * 2007-07-05 2009-01-12 한국산업기술대학교산학협력단 모바일 단말기를 지원하는 이중 대역 알에프아이디리더장치
KR20100000892A (ko) * 2008-06-26 2010-01-06 (주)소노비젼 Ｒｆｉｄ 태그를 이용한 이동형 재고조사기

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100861764B1 (ko) * 2006-05-30 2008-10-14 (주) 큐알온텍 다중 주파수 및 다중 프로토콜을 가지는 무선 주파수 인식시스템의 리더 장치

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20080002174A (ko) * 2006-06-30 2008-01-04 한국산업기술대학교산학협력단 이중 대역을 지원하는 전파식별 안테나 장치
KR20090003918A (ko) * 2007-07-05 2009-01-12 한국산업기술대학교산학협력단 모바일 단말기를 지원하는 이중 대역 알에프아이디리더장치
KR20100000892A (ko) * 2008-06-26 2010-01-06 (주)소노비젼 Ｒｆｉｄ 태그를 이용한 이동형 재고조사기

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106778957A (zh) * 2016-12-05 2017-05-31 上海建桥学院 一种基于rfid双频技术的定位系统及方法
CN106778957B (zh) * 2016-12-05 2023-08-29 上海建桥学院 一种基于rfid双频技术的定位系统及方法
CN108460551A (zh) * 2018-01-23 2018-08-28 广东聚联电子商务股份有限公司 一种基于rfid技术的智能仓库管理解决方法
KR20210104423A (ko) * 2020-02-17 2021-08-25 한국철도기술연구원 열차자율주행을 위한 rfid 보조 센서 시스템
KR102353582B1 (ko) 2020-02-17 2022-01-24 한국철도기술연구원 열차자율주행을 위한 rfid 보조 센서 시스템
KR20240039078A (ko) 2022-09-18 2024-03-26 쓰리에이로직스(주) 듀얼 밴드 rfid 태그, 이를 포함하는 rfid 센서 태그 장치, 및 rfid 센서 태그 장치로부터 출력된 감지 값을 보정하는 방법
KR20240039077A (ko) 2022-09-18 2024-03-26 쓰리에이로직스(주) 듀얼 밴드 rfid 태그와 이를 포함하는 감지 데이터 처리 장치
EP4343617A1 (en) 2022-09-18 2024-03-27 3A Logics Inc. Dual band rfid tag, and sensing data processing device having same

Also Published As

Publication number Publication date
WO2015115752A1 (ko) 2015-08-06

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101528632B1 (ko) 스마트 운영 관리를 위한 듀얼밴드 일체형 ｒｆｉｄ 시스템
US10474852B2 (en) Charging long-range radio frequency identification tags
US7880618B2 (en) Methods and systems of determining physical characteristics associated with objects tagged with RFID tags
US7859408B2 (en) Methods and systems of determining physical characteristics associated with objects tagged with RFID tags
US7755492B2 (en) Methods and systems of tagging objects and reading tags coupled to objects
US20060273905A1 (en) Three-dimensional radio frequency identification tag and environment condition recognition system and method using tag
US7714791B2 (en) Antenna with improved illumination efficiency
US10445539B2 (en) UHF band RFID system and UHF band RFID tag detection method
EP1901202B1 (en) RF Tag reader and reading method
US20080136619A1 (en) Systems and methods for incorporating an rfid circuit into a sensor device
US20120139710A1 (en) Direct communication in antenna devices
CN1312928A (zh) 射频识别系统的应用
KR101242868B1 (ko) 이동형 ｒｆｉｄ 리더 및 안테나를 포함하는 ｒｆｉｄ 장치
US20120126945A1 (en) Strong passive ad-hoc rado-frequency identification
US20110090060A1 (en) Isolating RFID Reader
CN102332634A (zh) 一种用于无线射频识别的双模天线及无线射频识别装置
CN203319102U (zh) 自动盘库并定位到层的回转库
CN103218642A (zh) 一种多天线超高频电子标签读写器
US20090267737A1 (en) Rfid system with distributed readers
EP3163511B1 (en) Multi-band rfid device
CN208901738U (zh) 储物设备以及冷藏系统
US20100141378A1 (en) Apparatus and method for identifying structure
CN201838006U (zh) 电子扫描读卡器
KR100867718B1 (ko) 항만 물류를 위한 확장성을 가지는 이중 주파수 대역능동형 ｒｆｉｄ 시스템
KR101116133B1 (ko) 선반형 안테나 장치

Legal Events

Date Code Title Description
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20180528

Year of fee payment: 4

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20190605

Year of fee payment: 5