三維環(huán)繞追蹤式射頻識別系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實用新型涉及射頻識別領域，公開了一種三維環(huán)繞追蹤式射頻識別系統(tǒng)。本實用新型中，包含：貨物通道、傳感器、天線旋轉裝置和天線門；貨物通道穿過天線門，傳感器與天線旋轉裝置通信連接，用于檢測貨物通道，并將檢測結果發(fā)送給天線旋轉裝置；天線門包含N個天線，天線與天線旋轉裝置一一對應連接，天線旋轉裝置用于根據(jù)傳感器的檢測結果判斷貨物通道上是否存在貨物，并在存在貨物時，旋轉天線；其中，N為大于1的自然數(shù)。利用三維布置且可以轉動的天線，增加了天線信號的覆蓋范圍，也使得貨物被環(huán)繞追蹤識別，延長識別時間，提高系統(tǒng)的可靠性。
【專利說明】
【技術領域】
[0001] 本實用新型涉及射頻識別領域，特別涉及三維環(huán)繞追蹤式射頻識別系統(tǒng)。 三維環(huán)繞追蹤式射頻識別系統(tǒng)

【背景技術】
[0002] 射頻識別（radio frequency identification, RFID)技術是一種非接觸性的自動識 別技術，是通過射頻信號自動完成對貼有電子標簽的目標對象的識別，從而獲取數(shù)據(jù)并進 行相關處理的過程。
[0003] RFID技術正處在快速發(fā)展與廣泛應用的時期，工作在超高頻（UHF)頻段的RFID 系統(tǒng)已被一些電商物流企業(yè)應用于商品的自動分揀和流程管理，提高了生產(chǎn)效率，節(jié)約了 成本。然而近些年隨著網(wǎng)上購物的興起，電商企業(yè)需要迅速響應客戶需求，改善客戶購物體 驗，進行現(xiàn)代化物流倉庫管理。如何快速而高效地經(jīng)過配送中心把產(chǎn)品送達客戶，這幾乎是 所有電商迫切希望解決的問題。RFID技術的出現(xiàn)，則很好地解決了這一難題。它能夠應用 在不同的貨物移交場合，省去人工掃描條形碼的過程，而是利用射頻信號自動識別目標并 讀取相關的數(shù)據(jù)，實現(xiàn)信息快速采集，從而在提高準確性的情況下，極大的縮短了貨物移交 的時間，為電商的高速物流的實現(xiàn)奠定的技術基礎。
[0004] 然而，在復雜的自動物流分揀倉庫環(huán)境中，由于電磁波的干擾、環(huán)境條件的變化以 及障礙遮擋等因素的影響，會出現(xiàn)某個或多個標簽無法被識別到的現(xiàn)象，從而導致部分被 檢貨物無法被檢測到，嚴重影響了 RFID技術在電商物流領域的推廣應用。同時因為天線信 號的范圍是有限的，在天線信號覆蓋的有限范圍內(nèi)如果沒識別到，天線信號覆蓋范圍外就 更不可能識別到了，因此，急需增大天線信號覆蓋范圍，消除處于閱讀盲區(qū)而導致標簽無法 被識別的情況。 實用新型內(nèi)容
[0005] 本實用新型的目的在于提供一種三維環(huán)繞追蹤式射頻識別的系統(tǒng)，使得減少射頻 識別系統(tǒng)閱讀盲區(qū)，提高系統(tǒng)識別的可靠性。
[0006] 為解決上述技術問題，本實用新型提供了一種三維環(huán)繞追蹤式射頻識別的系統(tǒng)， 包含：貨物通道、傳感器、天線旋轉裝置和天線門；
[0007] 所述貨物通道穿過所述天線門，所述傳感器與所述天線旋轉裝置通信連接，用于 檢測所述貨物通道，并將檢測結果發(fā)送給所述天線旋轉裝置；
[0008] 所述天線門包含N個天線，所述天線與所述天線旋轉裝置一一對應連接，所述天 線旋轉裝置用于在所述傳感器的檢測到所述貨物通道上存在貨物時，旋轉所述天線；
[0009] 其中，N為大于1的自然數(shù)。
[0010] 本實施方式相對于現(xiàn)有技術而言，主要區(qū)別及其效果在于：利用多個天線組成天 線門，天線進行三維布置，使得多方向天線部署的天線門的信號覆蓋范圍比一個天線的信 號覆蓋范圍大得多；另外，由于貨物經(jīng)由貨物通道穿過天線門，同時利用傳感器檢測貨物通 道并將檢測結果發(fā)送給天線旋轉裝置，由天線旋轉裝置控制各個天線轉動，在貨物移動的 過程中，天線也同時轉動，對貨物進行環(huán)繞追蹤式識別，使得貨物的各個表面均被識別到， 在減小系統(tǒng)閱讀盲區(qū)的同時，延長貨物在貨物被信號覆蓋到的時間，使得系統(tǒng)具有足夠的 時間讀取并處理標簽數(shù)據(jù)，大大增加了貨物標簽被識別的概率，提高了本實用新型實施方 式中三維環(huán)繞追蹤式射頻識別系統(tǒng)的可靠性。
[0011] 作為進一步改進，所述N可以為4 ;所述天線門包含左右兩個相對設置的天線分別 為左天線和右天線，以及上下兩個相對設置的天線分別為上天線和下天線。雖然天線越多， 信號覆蓋范圍越廣，但利用位于上下和左右的四個天線組成的天線門，使得各天線在轉動 過程中，信號的覆蓋范圍可以足夠涵蓋貨物的六個面，在減小系統(tǒng)閱讀盲區(qū)的同時，控制設 備成本和簡化施工。
[0012] 作為進一步改進，所述傳感器的數(shù)量可以大于一個；各傳感器還用于分別檢測所 述貨物通道的預設位置；所述天線旋轉裝置還用于在所述傳感器檢測到所述貨物通道的預 設位置上存在貨物時，旋轉所述天線對準所述預設位置。
[0013] 系統(tǒng)中可以使用多個傳感器，用來檢測貨物通道的預設位置，天線旋轉裝置以該 檢測結果調整天線的轉向，使得天線的轉動可以更好地配合跟蹤貨物，進一步延長貨物被 信號覆蓋的時間，提高RFID識別系統(tǒng)的可靠性。
[0014] 作為進一步改進，所述系統(tǒng)中還包含：測速模塊，所述測速模塊用于測量所述貨物 的移動速度；所述天線旋轉裝置還用于根據(jù)所述測速模塊測得的速度調整所述天線的轉動 速度。進一步限定可以根據(jù)貨物移動速度調整天線轉速，使得天線轉動更加精確地配合跟 蹤貨物，提商RFID識別系統(tǒng)的可罪性。
[0015] 作為進一步改進，所述系統(tǒng)中還包含天線開關，所述天線開關與各天線通信連接； 所述天線開關用于在所述傳感器檢測到存在所述貨物時，開啟各天線以發(fā)射無線信號；或 者在所述傳感器檢測到不存在所述貨物時，關閉各天線以停止發(fā)射無線信號。
[0016] 在系統(tǒng)中增設了天線開關使得天線在貨物通道上出現(xiàn)貨物時才開始發(fā)射無線信 號，或在貨物通道上不存在貨物時，停止發(fā)射無線信號，降低系統(tǒng)在不需識別貨物標簽時的 功耗，也就是降低了系統(tǒng)待機的功耗，大大節(jié)省了能源。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0017] 圖1是根據(jù)本實用新型第一實施方式的三維環(huán)繞追蹤式射頻識別的系統(tǒng)結構示 意圖；
[0018] 圖2是根據(jù)本實用新型第一實施方式的三維環(huán)繞追蹤式射頻識別的系統(tǒng)架構圖；
[0019] 圖3是根據(jù)本實用新型第一實施方式的三維環(huán)繞追蹤式射頻識別的系統(tǒng)環(huán)繞追 蹤識別不意圖；
[0020] 圖4是根據(jù)本實用新型第二實施方式的三維環(huán)繞追蹤式射頻識別的系統(tǒng)中貨物 在位置A時的示意圖；
[0021] 圖5是根據(jù)本實用新型第二實施方式的三維環(huán)繞追蹤式射頻識別的系統(tǒng)中貨物 在位置C時的示意圖；
[0022] 圖6是根據(jù)本實用新型第二實施方式的三維環(huán)繞追蹤式射頻識別的系統(tǒng)中貨物 在位置E時的示意圖；
[0023] 圖7是根據(jù)本實用新型第三實施方式的三維環(huán)繞追蹤式射頻識別的系統(tǒng)的工作 原理流程圖。

【具體實施方式】
[0024] 為使本實用新型的目的、技術方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結合附圖對本實用新 型的各實施方式進行詳細的闡述。然而，本領域的普通技術人員可以理解，在本實用新型各 實施方式中，為了使讀者更好地理解本申請而提出了許多技術細節(jié)。但是，即使沒有這些技 術細節(jié)和基于以下各實施方式的種種變化和修改，也可以實現(xiàn)本申請各權利要求所要求保 護的技術方案。
[0025] 本實用新型的第一實施方式涉及一種三維環(huán)繞追蹤式射頻識別的系統(tǒng)，如圖1和 圖2所示，包含：讀卡器1、天線門、天線旋轉裝置（圖上未示出）、傳感器（圖上未示出）和 貨物通道2。
[0026] 天線門包含N個天線（N為大于1的自然數(shù)），比如說，天線門可以包含四個天線， 分別為左天線3、右天線4、上天線5和下天線6,其中，左天線3和右天線4彼此正對，上天 線5和下天線6彼此正對，具體的說，各天線均為RFID天線，天線三維布置，天線用于識別 貨物上的標簽，讀卡器1對天線識別到的標簽進行解讀；貨物通道2穿過天線門，需要說明 的是，貨物通道2是將貨物經(jīng)過天線門前的一段路程和通過天線門后的一段路程進行連接 形成的；傳感器與天線旋轉裝置通信連接，用于檢測貨物通道2,并將檢測結果發(fā)送給天線 旋轉裝置，比如說，傳感器可以使用位置傳感器。天線旋轉裝置與天線一一對應連接，用于 根據(jù)傳感器的檢測結果判斷貨物通道上是否存在貨物，并在存在貨物時，旋轉天線，也就是 說，本實施方式中的天線旋轉裝置同樣為四個。由于利用天線和讀卡器1等組成的RFID系 統(tǒng)的工作原理為現(xiàn)有技術，在此不再贅述。下面具體說明本實用新型實施方式如何實現(xiàn)對 貨物的三維環(huán)繞追蹤式識別：
[0027] 當貨物堆放在托盤上進入貨物通道2的入口端后，位置傳感器首先可以檢測到， 此時左天線3和右天線4對準此位置的貨物開始進行識別，其中，左天線3讀取的方向是貨 物的前方和左側，右天線4讀取的方向是貨物的前方和右側。同樣，上下兩個天線對貨物讀 取的方向包括前方和上下兩個側面。因此，在此位置上，貨物的上下左右四個側面和前面以 大約45度的角度被四個天線的閱讀區(qū)域覆蓋了。之后在貨物移動的過程中，各天線也沿著 貨物通道2逐漸轉動，當貨物到達天線門的正中位置時，左天線3和右天線4正對貨物的左 右側面，上天線5和下天線6正對貨物的上下側面，對該貨物中的RFID標簽進行識別。當 貨物到達出口端位置時，左天線3和右天線4的信號覆蓋范圍是貨物的左右側和后方，上天 線5和下天線6的閱讀區(qū)域覆蓋貨物的上下側和后方。整個過程合成在一起后，如圖3所 示，也就是一個貨物被環(huán)繞追蹤的識別過程。原本單個天線的覆蓋范圍為橢圓形，無法覆蓋 整個貨物通道2,而利用本實施方式中的三維天線門后，從上述過程可見，不僅大大擴展了 天線信號的覆蓋范圍，也減小了系統(tǒng)的閱讀盲區(qū)，盡管一般貨物標簽貼在外包裝的角上，即 使貨物表面不規(guī)則，或是擺放不規(guī)則，標簽基本都可落入本實施方式中的三維環(huán)繞追蹤式 射頻識別的系統(tǒng)的信號覆蓋范圍。
[0028] 需要說明的是，本實施方式中，傳感器的數(shù)量可以為一個，用于檢測貨物通道2的 入口位置是否有貨物，當傳感器檢測到貨物通道2上有貨物存在時，將檢測結果發(fā)送給天 線旋轉裝置，由天線旋轉裝置旋轉天線，也就是旋轉天線對準貨物通道2入口端的位置。此 夕卜，也可以設置天線的初始位置即對著貨物通道2入口端，那么在傳感器檢測到有貨物出 現(xiàn)時，天線可直接開始識別，不需要旋轉過程的系統(tǒng)等待時間。
[0029] 需要說明的是，本實施方式的三維環(huán)繞追蹤式射頻識別的系統(tǒng)中天線旋轉裝置中 包含步進電機、驅動電路、定位反饋器、濾波電路和電源電路，由定位反饋器接收傳感器的 檢測信號，并經(jīng)濾波電路濾波后傳給驅動電路，并由驅動電路驅動步進電機旋轉天線，電源 電路為整個天線旋轉裝置供電。此外，步進電機也可以使用高精度步進電機。還需要說明 的是，本實施方式中天線旋轉裝置勻速旋轉天線，該轉速可以通過多次檢測貨物通過貨物 通道的速度計算所得，另外，在實際應用中多由人力推動貨物移動，也可以根據(jù)多次測得人 力推動貨物經(jīng)過定長貨物通道的總時間計算所得。
[0030] 本實施方式相對于現(xiàn)有技術而言，主要區(qū)別及其效果在于：利用多個天線組成天 線門，天線進行三維布置，使得多方向天線部署的天線門的信號覆蓋范圍比一個天線的信 號覆蓋范圍大得多；另外，由于貨物經(jīng)由貨物通道穿過天線門，同時利用傳感器檢測貨物通 道并將檢測結果發(fā)送給天線旋轉裝置，由天線旋轉裝置控制各個天線轉動，在貨物移動的 過程中，天線也同時轉動，對貨物進行環(huán)繞追蹤式識別，使得貨物的各個表面均被識別到， 在減小系統(tǒng)閱讀盲區(qū)的同時，延長貨物在貨物被信號覆蓋到的時間，使得系統(tǒng)具有足夠的 時間讀取并處理標簽數(shù)據(jù)，大大增加了貨物標簽被識別的概率，提高了本實施方式中三維 環(huán)繞追蹤式射頻識別系統(tǒng)的可靠性。另外，利用步進電機控制天線轉動，尤其是利用高精度 步進電機控制可以使得天線的轉動平穩(wěn)準確，提高本實用新型實施方式中的系統(tǒng)可靠性。
[0031] 本實用新型發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，雖然現(xiàn)場安裝的天線越多，閱讀死角越少，可靠性識別系 數(shù)值越小，RFID系統(tǒng)越可靠。但是天線越多會造成現(xiàn)場施工的復雜程度越高，以及天線信 號的切換和防碰撞算法處理會耗費一定的時間，這對要求快速識別的物流分揀應用是十分 不利的。顯然，本實施方式中在增加天線數(shù)量的同時，還兼顧了施工難度，利用了盡量少的 天線，使得貨物在貨物通道2上被天線信號全方位地覆蓋。還需說明的是，在實際應用中， 天線的數(shù)量也可以根據(jù)實際情況改變，也可以根據(jù)不同地形設計不同的天線門，在此不再 歹丨J舉。
[0032] 需要說明的是，本實施方式還可以進一步優(yōu)化，在系統(tǒng)中增設天線開關（圖中未 示出），天線開關與各天線通信連接；天線開關用于在傳感器檢測到存在貨物時，開啟各天 線以發(fā)射無線信號；或者在傳感器檢測到不存在貨物時，關閉各天線以停止發(fā)射無線信號。 在系統(tǒng)中增設了天線開關使得天線在貨物通道上出現(xiàn)貨物時才開始發(fā)射無線信號，或在貨 物通道上不存在貨物時，停止發(fā)射無線信號，降低系統(tǒng)在不需識別貨物標簽時的功耗，也就 是降低了系統(tǒng)待機的功耗，大大節(jié)省了能源。
[0033] 本實用新型的第二實施方式同樣涉及一種三維環(huán)繞追蹤式射頻識別的系統(tǒng)，本實 施方式是在第一實施方式的基礎上做了進一步改進，主要區(qū)別在于第一實施方式中三維環(huán) 繞追蹤式射頻識別的系統(tǒng)中包含一個傳感器，而本實施方式的系統(tǒng)中，包含多個傳感器，傳 感器分別對應貨物通道上的預設位置，用于檢測貨物通道上預設位置，根據(jù)該檢測結果可 以獲知各預設位置上是否有貨物存在，也就可以精確獲知貨物所處位置，并以此調整天線 的轉向，使得本實施方式中的三維環(huán)繞追蹤式射頻識別的系統(tǒng)對貨物追蹤更準確。下面以 包含五個傳感器的情況為例，做進一步說明。
[0034] 本實施方式中在貨物通道的一側設置五個傳感器，其位置分別在位置A、位置B、 位置C、位置D和位置E，位置A對應貨物通道入口端，位置C對應天線門的正中，位置E對 應貨物通道出口端，位置B位于位置A和位置C的中間，位置D位于位置C和位置E的中 間，貨物在貨物通道上從貨物通道入口端向出口端移動。當貨物進入貨物通道時，如圖4所 示，位置A的傳感器即檢測到存在貨物，此時各天線旋轉裝置旋轉各天線對準貨物通道入 口端，在位置A的傳感器檢測到存在貨物后，天線開始勻速轉動，之后在位置B的傳感器開 始檢測，當位置B的傳感器檢測到存在貨物時，則各天線旋轉裝置旋轉各天線轉向位置B對 應的貨物通道位置，天線從該位置繼續(xù)轉動，同時位置C的傳感器開始檢測，當位置C的傳 感器檢測到存在貨物時，則各天線旋轉裝置旋轉各天線轉向位置C對應的貨物通道位置， 之后貨物經(jīng)過位置D和位置E時，同樣分別被位置D和位置E的傳感器檢測，同時各天線旋 轉裝置相應旋轉各天線，直到位置E的傳感器檢測到存在貨物，各天線重新旋轉至位置A的 位置并等待后續(xù)貨物出現(xiàn)。具體的說，當貨物到達位置C時，如圖5所示，當貨物到達位置 E時，如圖6所示。整個過程中，通過五個傳感器的配合使用，可以更清楚地獲知貨物的位 置，便于及時調整天線轉向，進一步延長貨物在貨物通道上被天線信號覆蓋的時間，提高標 簽的被識別率，也就使得本實施方式中的三維環(huán)繞追蹤式射頻識別的系統(tǒng)對貨物追蹤更準 確。
[0035] 舉例來說，當貨物進入貨物通道后，可能在未達到位置B時被阻礙了若干秒，如果 沒有位置B的傳感器檢測，天線仍然勻速轉動，此時天線的轉向已超越貨物，所以即使在貨 物重新移動后，也可能無法落入天線的信號覆蓋范圍，使得該貨物的標簽無法被識別。若利 用本實施方式中的三維環(huán)繞追蹤式射頻識別的系統(tǒng)，則當位置B的傳感器檢測到貨物出現(xiàn) 時，天線旋轉裝置即將天線轉向對準位置B，然后天線繼續(xù)轉動，顯然該貨物仍然將被準確 跟蹤；另一種情況，可能進入貨物通道的貨物較輕巧，在推動貨物的過程中，比標準速度快， 則當貨物到達位置B時，天線還未轉向位置B，如果天線不回轉，貨物可能一直處在天線的 信號覆蓋范圍外，而使用本實施方式中的三維環(huán)繞追蹤式射頻識別的系統(tǒng)，當位置B的傳 感器檢測到貨物存在時，即使天線未轉向位置B，也控制天線直接轉向位置B，然后天線再 繼續(xù)轉動。根據(jù)上述描述可知，利用多個傳感器可以使得本實施方式中的三維環(huán)繞追蹤式 射頻識別的系統(tǒng)可靠性更高。
[0036] 此外，本實施方式中傳感器的數(shù)量可以在實際應用中變化，如使用三個傳感器，分 別位于位置A、位置C和位置E，雖然傳感器數(shù)量的減少將降低對貨物追蹤的精確度，但卻將 減少系統(tǒng)運算量，加快系統(tǒng)對貨物標簽的識別。
[0037] 本實用新型的第三實施方式同樣涉及一種三維環(huán)繞追蹤式射頻識別的系統(tǒng)，本實 施方式是在第一實施方式的基礎上做了進一步改進，主要改進之處在于：第一實施方式中 的天線轉動裝置勻速轉動天線，而本實施方式中，新增了測速模塊以檢測貨物的移動速度， 天線旋轉裝置還根據(jù)該移動速度調整天線的轉速，使得天線轉速可以更加精確地配合跟蹤 貨物，提高RFID識別系統(tǒng)的可靠性。具體的說，也就是當測速模塊測得貨物移動速度比預 定速度慢時，相應降低天線轉速，當測速模塊測得貨物移動速度比預定速度快時，相應提高 天線轉速。該預定速度也就是與天線初始轉速相匹配的貨物移動速度。
[0038] 需要說明的是，該測速模塊的測速功能也可以利用計時器實現(xiàn)，由于相鄰兩個傳 感器的間距為已知，所以僅需要對相鄰兩個傳感器檢測到貨物的時間進行計時，即可計算 出貨物的移動速度。
[0039] 另外，還需說明的是，本實用新型的第二實施方式和第三實施方式在實際應用中 可以配合使用，其工作原理如圖7所示，也就是說，在一傳感器在檢測到貨物出現(xiàn)時，將天 線轉向預設位置的同時，根據(jù)該傳感器與上一傳感器檢測到貨物出現(xiàn)的時間間隔，計算所 得的貨物移動速度，調整天線轉速，也就是相應降低或加快天線轉速。進一步使得天線的轉 動更精確地配合貨物的移動，以延長貨物被信號覆蓋的時間，提高系統(tǒng)可靠性。
[0040] 本領域的普通技術人員可以理解，上述各實施方式是實現(xiàn)本實用新型的具體實施 例，而在實際應用中，可以在形式上和細節(jié)上對其作各種改變，而不偏離本實用新型的精神 和范圍。
【權利要求】
1. 一種三維環(huán)繞追蹤式射頻識別系統(tǒng)，其特征在于，包含：貨物通道、傳感器、天線旋 轉裝置和天線門； 所述貨物通道穿過所述天線門，所述傳感器與所述天線旋轉裝置通信連接，用于檢測 所述貨物通道，并將檢測結果發(fā)送給所述天線旋轉裝置； 所述天線門包含N個天線，所述天線與所述天線旋轉裝置 對應連接，所述天線旋 轉裝置用于在所述傳感器的檢測到所述貨物通道上存在貨物時，旋轉所述天線； 其中，N為大于1的自然數(shù)。
2. 根據(jù)權利要求1所述的三維環(huán)繞追蹤式射頻識別系統(tǒng)，其特征在于，所述N為4 ; 所述天線門包含左右兩個相對設置的天線分別為左天線和右天線，以及上下兩個相對 設置的天線分別為上天線和下天線。
3. 根據(jù)權利要求1所述的三維環(huán)繞追蹤式射頻識別系統(tǒng)，其特征在于，所述傳感器的 數(shù)量大于一個； 各傳感器分別檢測所述貨物通道的預設位置；其中，所述傳感器與所述預設位置一一 對應； 所述天線旋轉裝置還用于在所述傳感器檢測到所述貨物通道的預設位置上存在貨物 時，旋轉所述天線對準所述預設位置。
4. 根據(jù)權利要求1所述的三維環(huán)繞追蹤式射頻識別系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)中還 包含：測速模塊，所述測速模塊用于測量所述貨物的移動速度； 所述天線旋轉裝置還用于根據(jù)所述測速模塊測得的速度調整所述天線的轉動速度。
5. 根據(jù)權利要求1所述的三維環(huán)繞追蹤式射頻識別系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)中還 包含天線開關，所述天線開關與各天線通信連接； 所述天線開關用于在所述傳感器檢測到存在所述貨物時，開啟各天線以發(fā)射無線信 號； 或者在所述傳感器檢測到不存在所述貨物時，關閉各天線以停止發(fā)射無線信號。
【文檔編號】B65G43/08GK203838711SQ201420215614
【公開日】2014年9月17日 申請日期:2014年4月29日 優(yōu)先權日:2014年4月29日
【發(fā)明者】薛君志 申請人:上海市計算技術研究所