本发明涉及一种智能通道系统及方法，尤其涉及一种基于RFID远距离、非接触读取的智能通道系统及方法。
背景技术：
：射频识别RFID(RadioFrequencyIDentification)是一种利用射频通信实现的无线自动识别技术。它利用射频信号的空间耦合传递非接触信息，并通过所传递的信息识别对象。在识别系统与特定目标之间无机械或光学接触且特定目标无源(即RFID标签内无电源)的情况下，实现特定目标识别的目的。一个典型的RFID系统一般由RFID标签、阅读器、天线以及计算机系统等部分组成。其突出优点是环境适应性强、能够穿透非金属材质、无需直接接触、数据存储量大、操作方便快捷、抗干扰能力强。RFID标签由耦合元件和芯片组成，每个RFID标签的芯片内具有唯一的电子编码，即电子标签，是射频识别系统真正的数据载体；耦合元件用于和射频电线间进行通信。阅读器是读取或读写RFID标签信息的设备，控制射频模块向标签发射读取信号，并接收标签的应答，对标签的对象标识信息进行解码，将对象标识信息传输到计算机系统。天线是连接RFID标签与阅读器之间的装置，在二者之间进行传输数据的发射与接收。射频识别的工作原理是：RFID标签进入天线磁场后，如果接收到阅读器发出的特殊射频信号，就能凭借感应电流所获得的能量，发送出存储在芯片中的信息，阅读器读取信息并解码后，送至计算机系统进行有关数据处理。二代身份证是一种典型的RFID，其遵循ISO14443TYPEB类型协议，使用8％-14％的ASK调制，应用于近场通信，理论阅读距离不超过10cm。现有技术卡口系统对包括二代身份证在内的RFID均采用近距离或接触式阅读，降低了卡口通过效率，增加了人力资源成本，目前的读写器远远不能满足远距离识别的要求。由于无源电子标签是通过与读写器天线磁场耦合来获得能量，所以标签的方向性直接影响耦合系数，进而影响能量的获取和通信的可靠性。读写器天线与标签处于最佳耦合时，电子标签获得最好的读写效果。由于环形天线的电磁场在其临近区域分布不均匀，因此会出现读写盲区。一般将电子标签摆放位置转到与最佳位置成40°角区域时，才可正常读写操作。技术实现要素：基于现有技术的缺陷，本发明第一方面的目的是提供一种基于RFID远距离读取的智能通道系统。所述智能通道系统由以下部件组成：底座、第一侧壁、第二侧壁、顶壁、外接电源、稳压电源、工控机、第一射频芯片、第二射频芯片、可调式功率放大器、USB接口、第一发射天线、第二发射天线、第一接收天线、第二接收天线、三通、数据安全传输模块、信息比对存储模块。所述底座下方具有空隙，可供线缆穿过。所述第一侧壁与第二侧壁分别设置于所述智能通道系统的两侧，二者之间距离为70～90cm，所述第一侧壁与第二侧壁的顶部上均设置有穿线孔，第一发射天线和第二发射天线通过穿线孔分别安装于第一侧壁与第二侧壁的壁体中间部分；所述第一侧壁与第二侧壁的外侧面也设置有穿线孔，第一接收天线和第二接收天线通过穿线孔分别安装于第一侧壁与第二侧壁的外侧面。所述顶壁为中空结构，安装有工控机、第一射频芯片、第二射频芯片、可调式功率放大器、USB接口、三通。所述外接电源为220V交流电。所述稳压电源为直流稳压电源。所述工控机的核心为主控MCU，主要提供对所述第一射频芯片与第二射频芯片的控制操作，同时提供SPI接口形式的外部MCU控制。主控MCU通过SPI串行接口与射频芯片连接，控制所述第一射频芯片的工作，实现与RFID卡的通信。外部MCU可以通过SPI串行接口与主控MCU连接，由外部MCU控制射频芯片的工作，实现与RFID卡的通信。所述第一射频芯片和第二射频芯片为射频芯片，负责接收工控机主控MCU的控制信息，并完成与RFID卡的通信操作。为了正常工作，射频芯片与主控MCU连接，而为了发送、接收稳定的高频信号，射频芯片通过高频滤波电路与天线部分连接。进一步地，所述高频滤波电路为EMC高频滤波电路，目的是减少信号线上的干扰。射频芯片即第一射频芯片和第二射频芯片的天线引脚以及参考电压先经过EMC滤波电路，然后再与天线匹配电路连接。其中，所述第一射频芯片为RFID卡读卡模块，所述第二射频芯片为RFID卡信号接收模块。所述可调式功率放大器，可调节四个档位，分别是2.5W、5W、7.5W、10W。所述USB接口为USB3.0或USB3.1，传输速度大于5.0Gb/s。所述第一发射天线与第二发射天线，即RFID天线，由线圈组成，所述第一射频芯片要通过所述第一发射天线与第二发射天线产生的磁通量为RFID卡提供电源，从RFID卡获取信息。所述第一发射天线与第二发射天线的线圈通过无源的匹配电路连接所述第一射频芯片的天线引脚。所述RFID天线性能的优劣对智能通道系统整体性能起着非常关键的作用。所述RFID天线尺寸设计：RFID卡片的识别距离与RFID天线装置及磁场强度有关，天线越大，输出功率越大，读写距离就越远。但随着天线尺寸增大，也出现了其他问题，如信噪比下降；读写器天线的磁场回旋盲区将会扩张；电子标签的天线与读写器的天线之间匹配问题更难解决。本发明将所述RFID天线的外径设置为40～90×40～90cm，将其安装在智能通道系统的侧壁内；并且实施电磁屏蔽措施：侧壁的材质选自4mm环氧树脂、5mm电木、8mm高密板、20mm胶木板、3mmABS、3mm粘膜泡沫、3mm不粘膜泡沫或5mm五层胶合板中的一种，优选4mm环氧树脂。所述RFID天线的尺寸的第一优选方案为50×50cm，所述RFID天线的尺寸的第二优选方案为80×60cm，所述RFID天线的尺寸的第三优选方案为82×62cm。所述RFID天线品质因数：所述RFID天线品质因数值越大意味着天线线圈中的电流强度越大，输出功率越强，读写距离就越远。过高的品质因数将导致带宽缩小，降低读写器的调制边带信号幅度，导致读写器无法与标签通信。本发明采用铜作为天线线圈的材料，并且线圈圈数设置为一圈。进一步地，为有效抑制功率反射、寄生辐射等高频效应，本发明还对所述RFID天线的匹配网络进行设计，通过将RFID天线经同轴电缆连接到所述射频芯片的高频模块，所述RFID天线的阻抗匹配通过无源匹配电路来改变所述RFID天线的输入阻抗，使其与同轴电缆的阻抗保持一致，这样就可使能量通过同轴电缆几乎无损失地从所述射频芯片传送出去。所述第一接收天线、第二接收天线具有RX信号监听功能，可接收RFID卡反馈的信号。所述三通分别连接所述第一接收天线、所述第二接收天线和所述第二射频芯片。本发明第二方面的目的是提供一种基于RFID远距离读取的智能通道的方法，具体为身份证读卡的流程方法：工控机的MCU通过通用异步收发传输器UART接口向PC机/上位机的身份证模块发送指令，所述PC机/上位机的身份证模块通过I2C接口向工控机的MCU发射数据内容TYPEBTX包，所述工控机的MCU通过串行外设接口SPI将TYPEBTX包发送到第一射频芯片，所述第一射频芯片将TYPEBTX包发送到功率放大器，所述功率放大器将信号放大，并通过发射天线发送到身份证卡片，所述身份证卡片回应TYPEBRX包到具有RX信号监听功能的第一接收天线和/或第二接收天线，所述第一接收天线和/或第二接收天线通过三通将TYPEBRX包发送到第二射频芯片，所述第二射频芯片将TYPEBRX包通过信号提取/过滤器将信号过滤，提取有效信号，其内部的接收器对接收信号进行解调、译码处理，将数据发送到并行接口由主控MCU读取。最后通过SPI接口发送到工控机的MCU，所述工控机的MCU通过I2C接口把TYPEBRX包发送到PC机/上位机的身份证模块，所述PC机/上位机的身份证模块通过UART接口将本次通信的结果发送到工控机的MCU。进一步地，所述身份证读卡的流程方法还包括基于多天线的数据分割过滤算法，本算法目的是解决RFID工作范围因天线重叠造成冲突或天线盲区等引起的识别率过低问题及非识别对象被意外识别问题。通过设置多个RFID天线，形成扫描坐标标定体系，利用射频信号和空间耦合(电感或电磁耦合)或雷达反射的传输特性，从不同空间位置进行高频扫描，自动存储电子标签，利用数据分割过滤算法标定被测对象。数据分割过滤算法的原理是基于坐标体系，从不同空间位置上挑出需要的读出数据同时过滤掉不需要的读出数据。具体步骤是把RFID阅读器从基于坐标体系的坐标数据进行分析，分割过滤后，得出精确的结果。这种算法可有效消除“多余”读出数据。将所有扫描到的标签数据进行数据分割过滤，将分割过滤后的数据集内相同标签码的最大交集集合找出来，该标签码即为最终需要的数据，其余的多余数据则丢弃。本发明涉及的一种基于RFID远距离读取的智能通道系统，通过大功率、大尺寸的天线，以及其它辅助手段，实现了0～70cm阅读RFID卡，突破了常规的应用距离，产生了新的应用场景。本发明涉及的一种基于RFID远距离读取的智能通道系统，通过一体式双边发射天线、双接收天线布局方案，实现了多种角度的RFID卡阅读功能。本发明涉及的一种基于RFID远距离读取的智能通道系统，通过增加天线数量，增强覆盖效果、减少识别盲区、提高RFID阅读器多标签识别的可靠性。通过多天线多标签识别模式的合理优化来解决识别盲区来消除由于卡片放置不同方向带来的阅读盲区及不同阅读器之间的相互干扰问题。解决该问题的方法为采用数据分割过滤算法，解决对于多个阅读器或天线之间由于工作范围重叠造成冲突的问题，使电子标签的识别率在现场应用中达到99.9％以上。具体实施方式下面通过具体实施例，进一步对本发明的技术方案进行具体说明。应该理解，下面的实施例只是作为具体说明，而不限制本发明的范围，同时本领域的技术人员根据本发明所做的显而易见的改变和修饰也包含在本发明范围之内。特别说明：本发明中的远距离特指识别距离为0～70cm的识别距离。本发明中，RFID卡、卡片、射频识别标签、电子标签等词语，如无特别说明均指射频识别标签。进一步地限定，本发明的RFID卡为二代身份证。实施例1一种基于RFID远距离读取的智能通道系统，由以下部件组成：底座、第一侧壁、第二侧壁、顶壁、外接电源、稳压电源、工控机、第一射频芯片、第二射频芯片、可调式功率放大器、USB接口、第一发射天线、第二发射天线、第一接收天线、第二接收天线、三通、数据安全传输模块、信息比对存储模块。所述底座下方具有空隙，可供线缆穿过。所述第一侧壁与第二侧壁分别设置于所述智能通道系统的两侧，二者之间距离为70～90cm，所述第一侧壁与第二侧壁的顶部上均设置有穿线孔，第一发射天线和第二发射天线通过穿线孔分别安装于第一侧壁与第二侧壁的壁体中间部分；所述第一侧壁与第二侧壁的外侧面也设置有穿线孔，第一接收天线和第二接收天线通过穿线孔分别安装于第一侧壁与第二侧壁的外侧面。所述顶壁为中空结构，安装有工控机、第一射频芯片、第二射频芯片、可调式功率放大器、USB接口、三通。所述外接电源为220V交流电。所述稳压电源为直流稳压电源。所述工控机的核心为主控MCU，主要提供对所述第一射频芯片与第二射频芯片的控制操作，同时提供SPI接口形式的外部MCU控制。主控MCU通过SPI串行接口与射频芯片连接，控制所述第一射频芯片的工作，实现与RFID卡的通信。外部MCU可以通过SPI串行接口与主控MCU连接，由外部MCU控制射频芯片的工作，实现与RFID卡的通信。所述第一射频芯片和第二射频芯片为射频芯片，负责接收工控机主控MCU的控制信息，并完成与RFID卡的通信操作。为了正常工作，射频芯片与主控MCU连接，而为了发送、接收稳定的高频信号，射频芯片通过高频滤波电路与天线部分连接。其中，所述第一射频芯片为RFID卡读卡模块，所述第二射频芯片为RFID卡信号接收模块。所述可调式功率放大器，可调节四个档位，分别是2.5W、5W、7.5W、10W。所述USB接口为USB3.0或USB3.1，传输速度大于5.0Gb/s。所述第一发射天线与第二发射天线，即RFID天线，由线圈组成，所述第一射频芯片要通过所述第一发射天线与第二发射天线产生的磁通量为RFID卡提供电源，从RFID卡获取信息。所述第一发射天线与第二发射天线的线圈通过无源的匹配电路连接所述第一射频芯片的天线引脚。所述RFID天线性能的优劣对智能通道系统整体性能起着非常关键的作用。所述RFID天线尺寸设计：RFID卡片的识别距离与RFID天线装置及磁场强度有关，天线越大，输出功率越大，读写距离就越远。但随着天线尺寸增大，也出现了其他问题，如信噪比下降；读写器天线的磁场回旋盲区将会扩张；电子标签的天线与读写器的天线之间匹配问题更难解决。本发明将所述RFID天线的外径设置为40～90×40～90cm，将其安装在智能通道系统的侧壁内；并且实施电磁屏蔽措施：侧壁的材质选自4mm环氧树脂、5mm电木、8mm高密板、20mm胶木板、3mmABS、3mm粘膜泡沫、3mm不粘膜泡沫或5mm五层胶合板中的一种。所述RFID天线的尺寸的50×50cm。所述RFID天线品质因数：所述RFID天线品质因数值越大意味着天线线圈中的电流强度越大，输出功率越强，读写距离就越远。过高的品质因数将导致带宽缩小，降低读写器的调制边带信号幅度，导致读写器无法与标签通信。本发明采用铜作为天线线圈的材料，并且线圈圈数设置为一圈。为有效抑制功率反射、寄生辐射等高频效应，对所述RFID天线的匹配网络进行设计为：通过将RFID天线经同轴电缆连接到所述射频芯片的高频模块，所述RFID天线的阻抗匹配通过无源匹配电路来改变所述RFID天线的输入阻抗，使其与同轴电缆的阻抗保持一致，这样就可使能量通过同轴电缆几乎无损失地从所述射频芯片传送出去。所述第一接收天线、第二接收天线具有RX信号监听功能，可接收RFID卡反馈的信号。所述三通分别连接所述第一接收天线、所述第二接收天线和所述第二射频芯片。经测试，实施例1的基于RFID远距离读取的智能通道系统的功能测试结果为：(1)能以高频通信方式，远距离识别支持ISO/IEC14443TypeB的、通信速率为106kbps的卡片；(2)读取卡片内部身份信息(即身份证全信息)的时间＜1s；(3)读识卡片标识码的时间＜0.5s；(4)天线中心法线方向的最小读取距离≥30cm；(5)天线尺寸需覆盖范围≥50cm×50cm。实施例2本实施例与实施例1的区别是：所述高频滤波电路为EMC高频滤波电路，目的是减少信号线上的干扰。射频芯片即第一射频芯片和第二射频芯片的天线引脚以及参考电压先经过EMC滤波电路，然后再与天线匹配电路连接。所述RFID天线的尺寸的为82×62cm。侧壁的材质选用4mm环氧树脂。通过对侧壁材质的试验结果可知，阻抗越接近50Ω，频率越接近13.56MHz，其性能越优越。如表1所示的试验结果可知，4mm环氧树脂的频率为13.562MHz，阻抗为50.2Ω；即频率误差为2kHz，阻抗误差为0.4％，性能十分优越。表1：侧壁的材质选择试验。序号材质及尺寸频率MHz阻抗Ω14mm环氧树脂13.56250.225mm电木13.51249.238mm高密板13.52149.7420mm胶木板13.54150.353mmABS13.54151.963mm粘膜泡沫13.55352.373mm不粘膜泡沫13.55351.885mm五层胶合板13.52150.1实施例3一种基于RFID远距离读取的智能通道的方法，具体为身份证读卡的流程方法：工控机的MCU通过通用异步收发传输器UART接口向PC机/上位机的身份证模块发送指令，所述PC机/上位机的身份证模块通过I2C接口向工控机的MCU发射数据内容TYPEBTX包，所述工控机的MCU通过串行外设接口SPI将TYPEBTX包发送到第一射频芯片，所述第一射频芯片将TYPEBTX包发送到功率放大器，所述功率放大器将信号放大，并通过发射天线发送到身份证卡片，所述身份证卡片回应TYPEBRX包到具有RX信号监听功能的第一接收天线和/或第二接收天线，所述第一接收天线和/或第二接收天线通过三通将TYPEBRX包发送到第二射频芯片，所述第二射频芯片将TYPEBRX包通过信号提取/过滤器将信号过滤，提取有效信号，其内部的接收器对接收信号进行解调、译码处理，将数据发送到并行接口由主控MCU读取。最后通过SPI接口发送到工控机的MCU，所述工控机的MCU通过I2C接口把TYPEBRX包发送到PC机/上位机的身份证模块，所述PC机/上位机的身份证模块通过UART接口将本次通信的结果发送到工控机的MCU。所述身份证读卡的流程方法还包括基于多天线的数据分割过滤算法，本算法目的是解决RFID工作范围因天线重叠造成冲突或天线盲区等引起的识别率过低问题及非识别对象被意外识别问题。通过设置多个RFID天线，形成扫描坐标标定体系，利用射频信号和空间耦合(电感或电磁耦合)或雷达反射的传输特性，从不同空间位置进行高频扫描，自动存储电子标签，利用数据分割过滤算法标定被测对象。数据分割过滤算法的原理是基于坐标体系，从不同空间位置上挑出需要的读出数据同时过滤掉不需要的读出数据。具体步骤是把RFID阅读器从基于坐标体系的坐标数据进行分析，分割过滤后，得出精确的结果。这种算法可有效消除“多余”读出数据。将所有扫描到的标签数据进行数据分割过滤，将分割过滤后的数据集内相同标签码的最大交集集合找出来，该标签码即为最终需要的数据，其余的多余数据则丢弃。当前第1页1 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