專利名稱：Rfid環(huán)形天線陣列監(jiān)測系統(tǒng)及監(jiān)測控制方法
技術領域：
本發(fā)明涉及RFID無線射頻識別技術領域，特別涉及RFID大范圍多點監(jiān)測定位技術領域，具體是指一種RFID多天線陣列監(jiān)測系統(tǒng)及監(jiān)測天線控制方法。
背景技術：
RFID (Radio Frequency Identification)是一種無線射頻識別技術，由于高頻(工作頻率通常為13. 56MHz)系統(tǒng)識讀距離較近(一般為O. I O. 3米，最大不超過I米)，限制了系統(tǒng)的覆蓋范圍；而超高頻(400MHz 2. 4GHz)系統(tǒng)的識讀距離雖然能夠超過3米以上，但是由于超高頻電磁波易被水吸收而衰減，又易被金屬反射而干擾系統(tǒng)工作，在實際使用過程中，常常由于受到液體容器或富含水分的物質(如高含水物品、人體、動物軀體 等)的遮擋，以及金屬物品(被識別的金屬制品、集裝箱、倉庫貨架等)的干擾，造成超高頻RFID系統(tǒng)工作異常；而且超高頻RFID系統(tǒng)大范圍的識讀距離又帶來系統(tǒng)定位精度不高的固有缺陷。為了解決上述問題，一個可行的辦法就是布設更多的天線，并保證每一個天線都在其可靠的作用范圍內工作。通過在大范圍布設大量的天線，達到擴大檢測范圍(對高頻系統(tǒng)而言)，提高系統(tǒng)工作穩(wěn)定性和定位精確性(對超高頻系統(tǒng)而言)的目的。為此，人們提出了一系列的RFID多天線擴展方案，從基本的四(八)天線讀寫器，到可以連接幾十個天線的多天線分支器，但是實際應用效果都不太理想。主要問題在于這些多天線擴展系統(tǒng)都采取樹形分支連接方式，切換層次太多(連接32個天線的分支系統(tǒng)需經過5層切換)，線纜繁復，不但造成嚴重的插入損耗(每一個切換層次I 2dB)，而且任意一個中間分支接點故障都會造成次級接點和天線的成片失效；由于終端天線接口無法主動返回測試信號，讀寫控制器也就無法了解各分支天線鏈路的通斷情況，系統(tǒng)工作的可靠性無法保障。此外，由于各層次標準天線分支切換器模塊的分支端口數量是固定的，無法根據應用的需要靈活調難
iF. O

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是克服了上述現有技術中的缺點，提供一種連接簡單、擴展靈活、成本低廉、工作性能穩(wěn)定可靠、適用范圍廣泛的RFID環(huán)形天線陣列監(jiān)測系統(tǒng)及監(jiān)測控制方法。為了實現上述的目的，本發(fā)明的RFID環(huán)形天線陣列監(jiān)測系統(tǒng)及監(jiān)測控制方法如下該RFID環(huán)形天線陣列監(jiān)測系統(tǒng)，其主要特點是，所述的系統(tǒng)包括自帶切換地址解碼器的RFID天線模塊、包含天線切換地址編碼器和天線切換地址總線輸出接口的專用RFID讀寫監(jiān)測控制器、連接天線模塊的射頻同軸電纜總線及T型三通連接器、切換地址總線電纜。該RFID環(huán)形天線陣列監(jiān)測系統(tǒng)中的RFID天線模塊包含切換地址譯碼器和本模塊在環(huán)形陣列中的唯一地址編碼。該RFID環(huán)形天線陣列監(jiān)測系統(tǒng)中的專用RFID讀寫監(jiān)測控制器包含與天線模塊的切換地址譯碼器相匹配的切換地址編碼器和切換地址總線輸出接口。該RFID環(huán)形天線陣列監(jiān)測系統(tǒng)中的天線模塊與專用RFID讀寫監(jiān)測控制器以及其他天線模塊通過射頻電纜和T型三通連接器連接成環(huán)形總線鏈路。該RFID環(huán)形天線陣列監(jiān)測系統(tǒng)中的切換地址總線電纜從連接專用RFID讀寫監(jiān)測控制器的天線切換地址總線輸出接口起始，以菊花鏈路方式逐一連接陣列中各天線模塊的切換地址總線接口。 該RFID環(huán)形天線陣列監(jiān)測系統(tǒng)適用于高頻(13. 56MHz) RFID系統(tǒng)和超高頻(頻率范圍為400MHz 5. 8GHz)RFID系統(tǒng)。該利用上述的天線陣列系統(tǒng)進行大范圍分布式RFID標簽識讀定位的方法，其主要特點是，所述的方法包括以下步驟(I)將環(huán)形鏈路陣列中所連接的天線模塊的唯一編號(切換地址)和該天線模塊所處的監(jiān)測位置編碼輸入陣列所連接的專用RFID讀寫監(jiān)測控制器中，建立天線切換地址對照表；(2)陣列系統(tǒng)的專用RFID讀寫監(jiān)測控制器在進行讀寫操作時，首先從天線切換地址對照表取出一個天線預設編號，傳輸給切換地址編碼器轉換為切換地址編碼，然后通過天線切換地址總線傳送出去，開通相應的天線；(3)當切換地址總線電纜上傳來的代碼與某個天線模塊預設編號相匹配時，該模塊連接環(huán)形射頻總線T型三通連接器的高頻開關閉合，接通RFID天線；(4)專用RFID讀寫監(jiān)測控制器確定指定的天線模塊開通后，啟動射頻模塊，通過選定的RFID天線讀/寫RFID標簽；(5)如果專用讀寫監(jiān)測控制器無法確定指定的天線模塊是否開通，則判定該天線鏈路故障，停止當前操作，并向上位主控系統(tǒng)發(fā)出故障中斷信息；(6)專用RFID讀寫監(jiān)測控制器完成對選定天線覆蓋區(qū)域的RFID標簽的讀/寫操作后，關閉射頻模塊，然后從天線切換地址對照表中讀取下一個天線預設編號，傳輸給切換地址編碼器轉換為切換地址編碼，通過天線切換地址總線傳送出去，關閉先前選定的RFID天線，并開通下一個RFID天線；(7)當專用RFID讀寫監(jiān)測控制器完成所需的讀/寫操作后，在切換地址總線上發(fā)送一個“空地址”(即沒有對應天線模塊的編號值，通常是最小值)，關閉本環(huán)形陣列中的所有RFID天線。專用RFID讀寫監(jiān)測控制器可以逐個輪流發(fā)送天線切換地址對照表中的天線預設編號(切換地址)，逐一開通該環(huán)形鏈路中的所有RFID天線，對該路環(huán)形天線陣列覆蓋區(qū)域的RFID標簽進行“盤存”操作，獲取陣列覆蓋區(qū)域內的RFID標簽(以及攜帶這些標簽的物品)的分布情況。本發(fā)明的RFID環(huán)形天線陣列監(jiān)測系統(tǒng)可以根據讀取到每個個體標簽的天線預設編號和監(jiān)測位置編碼，確定各個標簽在該天線陣列覆蓋區(qū)域中的具體位置，達到對個體RFID標簽(以及攜帶該標簽的物品)的精確定位。采用了該發(fā)明的RFID環(huán)形天線陣列監(jiān)測系統(tǒng)及監(jiān)測控制方法，巧妙地將天線陣列的切換功能分散到每個天線模塊，不僅大大減少了切換層次，降低了線路損耗，而且可以通過專用讀寫監(jiān)測控制器與天線模塊之間交換測試信號檢測天線鏈路的通斷，保障系統(tǒng)工作的穩(wěn)定可靠；整個系統(tǒng)的線路簡潔，部署靈活，實現成本較低，適用范圍較為廣泛，為RFID的廣泛應用以及區(qū)域定位監(jiān)測技術的進一步普及和發(fā)展奠定了堅實的基礎。


圖I為本發(fā)明的RFID環(huán)形天線陣列監(jiān)測系統(tǒng)的整體構成示意圖。圖2為本發(fā)明的RFID環(huán)形天線陣列監(jiān)測系統(tǒng)的應用示意圖。
具體實施方式

為了能夠更清楚地理解本發(fā)明的技術內容，特舉以下實施例詳細說明。請參閱圖I所示，該RFID環(huán)形天線陣列監(jiān)測系統(tǒng)，其中包括自帶切換地址解碼器
(I)的RFID天線模塊(2)、包含天線切換地址編碼器(3)和天線切換地址總線輸出接口(4)的專用RFID讀寫監(jiān)測控制器(5)、連接天線模塊(2)的射頻同軸電纜總線(6)及T型三通連接器(7)、切換地址總線電纜(8);所述的RFID工作頻率可以是高頻(13.56MHz)或超高頻(頻率范圍400MHz 5. 8GHz)。其中，所述的射頻同軸電纜總線(6)連接成環(huán)形鏈路，主要是為了防止因總線鏈路中某一節(jié)點連接故障影響該節(jié)點的后續(xù)節(jié)點射頻信號傳輸，提高系統(tǒng)的可靠性。再請參閱圖2所示，該利用上述的系統(tǒng)進行分布式倉庫貨架定位監(jiān)測的方法，其中包括以下步驟(I)系統(tǒng)按照單個RFID天線的作用范圍確定天線模塊(2)在貨架上的安裝位置，相鄰天線模塊的覆蓋范圍邊界少許重疊，以保證系統(tǒng)對貨架儲藏空間的完全覆蓋；(2)對安裝在貨架上的天線模塊(2)簽逐一進行編號定位，建立天線切換控制地址對照表；(3)通常每個貨架上的天線模塊(2)連成一個獨立的環(huán)路系統(tǒng)，方便管理和維護；一組相鄰的(4 5個)貨架上的天線環(huán)路共同連接到一臺專用RFID讀寫監(jiān)測控制器(5)上，以降低系統(tǒng)設備成本；(4)按照上述方式安裝的RFID倉庫貨架管理系統(tǒng)，可以實現庫存物品的入庫上架登記、下架出庫清賬、快速盤存、定位查找功能(a)當物品放入貨架時，啟動本貨架的專用RFID讀寫監(jiān)測控制器(5)，讀取物品上的RFID標簽編號，連同本環(huán)形天線陣列所在的貨架編號和讀取到標簽的天線編號(即貨位編號)一起上傳到庫存管理系統(tǒng)，自動登記新入庫的物品；(b)當物品取出貨架后，啟動本貨架的專用RFID讀寫監(jiān)測控制器(5)，讀取剩余物品的RFID標簽編號，與上次識讀的結果比對，剔出未讀到的標簽編號，作為本次下架物品的數據提交給庫存管理系統(tǒng)；(C)當需要盤點整體庫存時，庫存管理系統(tǒng)主控電腦可以向所有貨架上的專用RFID讀寫監(jiān)測控制器(5)發(fā)出“盤存”指令，各專用RFID讀寫監(jiān)測控制器(5)同時對本陣列覆蓋的貨架進行普查識讀，只需一個陣列輪測的周期(通常不超過5分鐘)，即可完成全部庫存的盤點；
(d)當需要尋找特定的物品(已知該物品的RFID標簽編號)時，首先可以按照庫存管理系統(tǒng)數據庫中存儲的貨架和貨位編號，啟動相應的專用RFID讀寫監(jiān)測控制器(5)和RFID天線模塊(2)，復核物品數據，如果找到匹配的編號，則相應的專用RFID讀寫監(jiān)測控制器(5)和天線模塊(2)上的指示燈同時閃爍，標示物品的存放位置；如果在上述步驟中未能找到匹配的編號(物品不在系統(tǒng)登記的位置)，則啟動“盤存”作業(yè)，全面識讀所有貨架上的RFID標簽，直至找到匹配的RFID標簽編號。
在實際使用當中，也可以將該天線陣列沿著一系列控制要點布設，連續(xù)監(jiān)測大范圍內控制點周圍攜帶RFID標簽的物品(或人員)的動態(tài)。
權利要求
1.一種RFID環(huán)形天線陣列監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，所述的系統(tǒng)包括自帶切換地址解碼器的RFID天線模塊、包含天線切換地址編碼器和天線切換地址總線輸出接口的專用RFID讀寫監(jiān)測控制器、連接天線模塊的射頻同軸電纜總線及T型三通連接器、切換地址總線電纜。
2.根據權利要求I所述的RFID環(huán)形天線陣列監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，所述的RFID環(huán)形天線陣列監(jiān)測系統(tǒng)中的天線模塊與專用RFID讀寫監(jiān)測控制器以及其他天線模塊通過射頻電纜和T型三通連接器連接成環(huán)形總線鏈路。
3.根據權利要求2所述的RFID環(huán)形天線陣列監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，所述的RFID環(huán)形天線陣列監(jiān)測系統(tǒng)中的切換地址總線電纜從連接專用RFID讀寫監(jiān)測控制器的天線切換地址總線輸出接口起始，以菊花鏈路方式逐一連接陣列中各天線模塊的切換地址總線接口。
4.根據權利要求I至3中任一項所述的RFID環(huán)形天線陣列監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，該RFID環(huán)形天線陣列監(jiān)測系統(tǒng)中的RFID天線模塊包含切換地址譯碼器和本模塊在環(huán)形陣列·中的唯一地址編碼。
5.根據權利要求I至3中任一項所述的RFID環(huán)形天線陣列監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，該RFID環(huán)形天線陣列監(jiān)測系統(tǒng)中的專用RFID讀寫監(jiān)測控制器包含與天線模塊的切換地址譯碼器相匹配的切換地址編碼器和切換地址總線輸出接口。
6.根據權利要求I至3中任一項所述的RFID環(huán)形天線陣列監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，所述的RFID環(huán)形天線陣列監(jiān)測系統(tǒng)適用于高頻(13. 56MHz) RFID系統(tǒng)和超高頻(頻率范圍為400MHz 5. 8GHz) RFID 系統(tǒng)。
7.一種利用權利要求I所述的系統(tǒng)進行分布式RFID標簽讀取及定位監(jiān)測的方法，其特征在于，所述的方法包括以下步驟 (1)將環(huán)形鏈路陣列中所連接的天線模塊的唯一編號(切換地址)和該天線模塊所處的監(jiān)測位置編碼輸入陣列所連接的專用RFID讀寫監(jiān)測控制器中，建立天線切換地址對照表; (2)陣列系統(tǒng)的專用RFID讀寫監(jiān)測控制器在進行讀寫操作時，首先從天線切換地址對照表取出一個天線預設編號，傳輸給切換地址編碼器轉換成切換地址編碼，然后通過天線切換地址總線傳送出去，開通相應的天線； (3)當天線切換地址總線電纜上傳來的代碼與某個天線模塊預設編號相匹配時，該模塊連接環(huán)形射頻總線T型三通連接器的高頻開關閉合，接通RFID天線； (4)專用RFID讀寫監(jiān)測控制器確定指定的天線模塊開通后，啟動射頻模塊，通過選定的RFID天線讀/寫RFID標簽； (5)如果專用讀寫監(jiān)測控制器無法確定指定的天線模塊是否開通，則判定該天線鏈路故障，停止當前操作，并向上位主控系統(tǒng)發(fā)出故障中斷信息； (6)專用RFID讀寫監(jiān)測控制器完成對選定天線覆蓋區(qū)域的RFID標簽的讀/寫操作后，關閉射頻模塊，然后從天線切換地址對照表中讀取下一個天線預設編號，傳輸給切換地址編碼器轉換為切換地址編碼，通過天線切換地址總線傳送出去，關閉先前選定的RFID天線，并開通下一個RFID天線； (7)當專用RFID讀寫監(jiān)測控制器完成所需的讀/寫操作后，在切換地址總線上發(fā)送一個“空地址”(即沒有對應天線模塊的編號值，通常是最小值)，關閉本環(huán)形陣列中的所有RFID天線。
8.根據權利要求7所述的進行分布式RFID標簽讀取及定位監(jiān)測的方法，其特征在干，所述的專用RFID讀寫監(jiān)測控制器可以逐個輪流發(fā)送天線切換地址對照表中的天線預設編號(切換地址)，逐一開通該環(huán)形鏈路中的所有RFID天線，對該路環(huán)形天線陣列覆蓋區(qū)域的RFID標簽進行“盤存”操作，獲取陣列覆蓋區(qū)域內的RFID標簽(以及攜帶這些標簽的物品)的分布情況。
9.根據權利要求7所述的進行分布式RFID標簽讀取及定位監(jiān)測的方法，其特征在干，可以根據讀取到每個個體標簽的天線預設編號和監(jiān)測位置編碼，確定各個標簽在該天線陣列覆蓋區(qū)域中的具體位置，達到對個體RFID標簽(以及攜帯該標簽的物品)的精確定位。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種RFID環(huán)形天線陣列監(jiān)測系統(tǒng)及監(jiān)測控制方法，系統(tǒng)包括自帶切換地址解碼器的RFID天線模塊、包含天線切換地址編碼器和天線切換地址總線輸出接口的專用RFID讀寫監(jiān)測控制器、連接天線模塊的射頻同軸電纜總線及T型三通連接器、切換地址總線電纜。方法包括對RFID環(huán)形天線陣列中的天線模塊逐一編號定位建立天線切換地址對照表、根據天線切換地址對照表中的天線切換地址開通指定的RFID天線、實現對該環(huán)形天線陣列覆蓋區(qū)域內RFID標簽的“盤存”、“搜尋定位”、“登記”等讀寫操作。采用了上述的RFID環(huán)形天線陣列監(jiān)測系統(tǒng)及監(jiān)測控制方法，可以低成本大幅度擴展RFID系統(tǒng)的覆蓋范圍，整個系統(tǒng)的線路簡潔，部署靈活，系統(tǒng)工作穩(wěn)定可靠，適用范圍較為廣泛，為RFID的廣泛應用以及區(qū)域定位監(jiān)測技術的進一步普及和發(fā)展奠定了堅實的基礎。
文檔編號H01Q1/22GK102855503SQ20111017400
公開日2013年1月2日 申請日期2011年6月27日 優(yōu)先權日2011年6月27日
發(fā)明者吳健, 謝建云 申請人:吳健, 謝建云