一种基于RFID技术的倒置货物检测方法与流程

本发明涉及一种倒置货物检测方法，特别是一种基于rfid技术的倒置货物检测方法。

背景技术：

rfid(radiofrequencyidentification，射频识别)技术是基于无线通信技术的自动识别技术，它的基本原理是利用射频信号与空间耦合传输特性，自动化地识别被识别物体携带的信息，它最大的优点是非接触识别，并且可以识别多目标。rfid技术目前被越来越广泛地应用于各行各业，包括供应链管理、仓储盘点、电子支付、安全访问控制、目标监测与追踪等。

日常生活中，有一些敏感货物需要保持正放，如医疗设施、家用电器、化学试剂等。如果这些物品在运输或存放过程中由于失误被倒置，将会发生一些不可预测的意外，造成经济损失甚至环境危害。例如，冰箱的倒置可能会使制冷功能失效。为了避免被倒置，一些货物的包装上印有“向上”的标识，然而货物在移动和运输过程中仍然可能由于工作人员的失误被倒置，且标识无法做到检测货物是否倒置并给出提醒。

目前已有的货物倒置检测方法需要在每个货物上部署专用传感装置。这些装置成本高昂，且需供电、维护开销大。

技术实现要素：

发明目的：本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种基于rfid技术的倒置货物检测方法，在货物的任一侧面部署上下两个无源标签，使rfid设备采用不同工作频率自动化地读取货物侧面的标签，利用读取到的相位值判断货物是否被倒置。

为了解决上述技术问题，本发明公开了一种基于rfid技术的倒置货物检测方法，具体步骤如下：

步骤1，在货物任一侧面部署上下两个rfid标签；

步骤2，动态地改变天线发射电磁波的频率，使用rfid阅读器读取部署在货物侧面的两个rfid标签的信号；

步骤3，对步骤2中采集的rfid标签信号进行数据预处理；

步骤4，对预处理后的数据进行线性回归分析，拟合出各标签相位与频率之间的线性关系；

步骤5，根据步骤4中的拟合结果以及货物正放时两个rfid标签的相对位置关系，判断货物是否被倒置。

步骤1中，部署的上下两个rfid标签中心的连线垂直于地面。

步骤2中，在货物上方悬挂一个天线，天线与rfid阅读器相连，使用rfid阅读器读取部署在货物侧面的两个rfid标签的信号，rfid阅读器获取的rfid标签信号包括两个rfid标签各自的标签epc号epc、阅读器工作频率f、相位值θ，将以上信息表示为一个三元组{epc,f,θ}。

步骤3包括：将步骤2中获得的三元组根据标签epc号和阅读器工作频率进行划分，将上下两个rfid标签分别记为一号标签和二号标签，对每个rfid标签，分别计算rfid阅读器在同一工作频率下获得的相位值的平均值，即相位均值，一号标签的标签epc号记为epc1，在工作频率fi下的相位均值为其三元组为二号标签的标签epc号记为epc2，在工作频率fi下的相位均值为其三元组为

将包含相同标签epc号和相同阅读器工作频率的数据划分为一类，每类中的三元组{epc,f,θ}构成集合s，则根据该公式分别计算得到一号标签在各工作频率下的相位均值和二号标签在各工作频率下的相位均值。

步骤4包括：

对一个rfid标签在各工作频率下的相位均值，将阅读器工作频率f设为自变量，相位均值设为因变量，进行线性回归分析，得到标签相位与频率的线性关系其中斜率从而得到一号标签对应的斜率k1和二号标签对应的斜率k2。

步骤5包括：假设货物正放时一号标签在二号标签上方，根据如下方法判定货物是否倒置：若一号标签对应的斜率k1小于二号标签对应的斜率k2，则判定一号标签在二号标签上方，即货物正放；反之，若一号标签对应的斜率k1大于二号标签对应的斜率k2，则判定一号标签在二号标签下方，即货物倒置。

本发明利用不同工作频率下的阅读器读取同一静止标签时的相位差与标签和天线之间的距离呈正相关这一特性，判断货物侧面两个标签的上下相对位置，提供了一种简单、高效的倒置货物检测方法。与现有的物体倒置检测方法相比,本发明最大的特点是利用rfid技术中读取频率对相位值的影响，只需要在货物的一个侧面部署两个标签，不需要额外部署复杂的专用检测装置，便捷、美观且能做到高效检测，在物流和仓储过程中为不可被倒置的物品提供了保障。

有益效果：通过本方法实现了检测货物是否倒置的目的，只需在货物的任一侧面部署上下两个标签并在货物上方部署天线，就可以准确地检测货物的正反放置状态，免去了现有方法在货物上部署的复杂装置，且能同时检测多个货物，简化了倒置货物的检测方法，降低了检测成本，可以有效减少货物倒置造成的经济损失和环境危害。本发明提供的方法只需要在每个货物上粘贴两个类似于条码的无源标签，部署简单、无需预先校准、不需要移动阅读器和天线，便捷高效。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明做更进一步的具体说明，本发明的上述或其他方面的优点将会变得更加清楚。

图1是本发明的部署示意图。

图2是实施例的流程图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明做进一步说明。

实施例

相位是电磁波中指示接收信号与发送信号之间的偏移程度的基本属性，范围从0到2π。标签和天线之间的距离用d表示，相位由每次通信中的往返距离2d确定。此外，阅读器发射电路、标签反射特性和阅读器接收电路也会引入额外的相位失真，其大小分别用θtx，θtag和θrx表示，均由硬件特性决定。因此，由阅读器测得的相位值θ表示为：

其中，λ是波长，μ是常数。由公式(1)可以得到：

其中，k是一个整数，f是电磁波的频率，c是光速，约等于3×10⁸m/s。如果阅读器用两个不同的频率f1和f2读取同一个静止标签，则对应的相位值θ1和θ2为：

假设f1<f2，将公式(3)中的两个式子相减得到相位差δθ：

使用rfid设备进行读取时，只能获得公式(4)中的相位值θ1和θ2，无法知晓k1和k2的大小。因此，要将δθ控制在区间(0,2π]内使得公式(4)中的2π(k2-k1)等于0以消去k1和k2。要使δθ<2π，就要满足不等式根据计算可知，当频率差为1mhz，即f2-f1＝1mhz时，d<150m使得该不等式成立。150m远远超出了rfid的通信范围，因此δθ＝θ2-θ1是始终成立的，即在公式中，π和c均为常数，当f1和f2固定时，δθ与d呈正相关，因此通过比较相位差δθ即可得到标签和天线之间距离的大小关系。

本发明公开了一种基于rfid技术的倒置货物检测方法，如图1所示，本实施例包括货物1、一号标签2、二号标签3、天线4。一号标签和二号标签位于货物的同一个侧面，两者中心点的连线垂直于地面。货物正放时一号标签较高，二号标签较低，两者的高度差h为60cm。天线悬挂在货物上方，天线到一号标签的距离为d1，天线到二号标签的距离为d2，d1<d2。

本实施例提供了一种基于rfid技术的倒置货物检测方法，流程如图2所示，过程如下：

1、rfid设备读取标签信号

本实施例中使用的rfid阅读器是impinjr420，阅读器开始工作后动态地改变天线发射的电磁波频率，在多个频率下读取部署在货物侧面的两个标签的信号，包括标签epc号epc、阅读器工作频率f、相位值θ，将以上信息表示为一个三元组{epc，f,θ}，表示阅读器工作在频率f时epc号为epc的标签返回的相位值θ。

2、数据预处理

对两个标签，分别计算rfid阅读器在同一工作频率下获得的相位值的平均值，用三元组表示，其中epc为标签epc号，f为rfid阅读器的工作频率，为对应的相位均值。

3、线性回归分析

为了提高检测方法的准确率和健壮性，利用各工作频率下获得的数据，对其进行线性回归分析，将对相位差的比较转化为对线性关系中斜率的比较。

对预处理后的数据，按标签epc号epc分为两类。对每一类数据，即一个标签对应的数据，设阅读器的工作频率f为自变量，相位均值为因变量，进行线性回归分析，得到标签相位与频率的线性关系其中斜率

4、判断货物侧面标签的相对位置

若一号标签对应的斜率k1小于二号标签对应的斜率k2，则判定一号标签位于二号标签上方，即货物正放；反之，若一号标签对应的斜率k1大于二号标签对应的斜率k2，则判定一号标签位于二号标签下方，即货物倒置。

本发明提供了一种基于rfid技术的倒置货物检测方法，具体实现该技术方案的方法和途径很多，以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。本实施例中未明确的各组成部分均可用现有技术加以实现。