本发明属于汽车座椅装配技术领域，特别是一种应用于汽车座椅装配生产线的rfid射频识别系统。
背景技术：
汽车座椅混流装配生产是一种面向客户订单的、小批量的装配生产模式，能够在同一条汽车装配生产线上按照客户的要求生产不同型号的产品。汽车座椅装配主要采用流水线作业方式，由于生产安排的需要，装配线上有时会根据订单来更换产品型号，而每种产品所搭配的零件物料及工艺要求均有所不同，这就对汽车座椅装配过程中信息的连续性、准确性及实时性提出了很高的要求。在传统的利用人工或标签进行座椅装配的生产过程中，容易发生错装和漏装问题，或出现等料、送错料和缺料等情况，影响产品质量和生产效率。
rfid(radiofrequencyidentification)技术与传统的条形码技术相比，具有识别距离远、速度快以及读写操作灵活等优点，在工业自动化、商业自动化、交通运输管理和防伪等众多领域都得到了广泛的应用。目前，很多汽车制造商将rfid技术应用于汽车生产线上，对整车及零部件的生产进行质量监控和流程管理，以提高生产线上的生产效率、改进生产方式、节约生产成本，并取得了较好的应用效果。但是，在汽车装配生产线上，由于待装配的零部件很多，每一个零部件都有各自的电子标签。这样，大量待识别的标签相对集中于汽车装配生产线上，阅读器和标签的通信碰撞问题尤为突出，影响了整个识别系统的性能，最终难以保证装配生产线的高速运行。因此，电子标签碰撞问题已成为rfid技术在汽车装配生产线上推广应用的技术瓶颈。
现有的rfid防碰撞算法主要分为两大类：一类是aloha类算法，该类算法操作简单，当读写器设定的帧长与标签数相等时，系统吞吐率达到最大，然而受标签估算精度影响，吞吐率普遍较低，并且该类算法存在标签“饥饿”问题；另一类是树形算法，主要包括bs类算法和qt类算法，其通过比对方式将具有相同特征的标签集归为同一个集合，并不断细化分类特征直至标签集仅含1个或0个标签，从而达到唯一性识别，具有识别精度高的优点.然而，大部分树形算法存在识别时间较长的问题，不能够满足装配车间高速生产的需要。
技术实现要素：
针对实际的流水线装配生产环境中，因高频阅读器和标签的通信碰撞问题造成的生产线无法可靠运行和识别时间较长的问题，本发明提出了一种应用于汽车座椅装配生产线的rfid射频识别系统，其防碰撞模块采用了后退寻呼防碰撞处理算法，通过在阅读器寻呼指令中加入引导位使标签以更快的速度响应阅读器，从而减少总通信量和传输时延，从而减少了标签认证所需的平均时间，并增加标签询问的成功率，同时，该算法能够显著提高阅读器和标签之间的通信速率，从而提高整个生产系统运行的可靠性和效率。
为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种应用于汽车座椅装配生产线的rfid射频识别系统，主要包括由rfid标签、读写器、读写器天线、电子看板、数据处理中间件，所述的读写器的具有防碰撞处理模块，防碰撞处理模块采用后退寻呼防碰撞处理算法。
射频识别系采用的后退寻呼防碰撞处理算法，在二叉树算法的基础上增加阅读器后退寻呼，结合合跳跃式动态搜索防碰撞算法和新颖跳跃式动态搜索防碰撞算法，引入一种改进的阅读器后退寻呼方式，提出后退式二叉树防碰撞算法，使阅读器寻呼分为向前搜索和后退搜索两部分，如果标签响应的信息中有两个或两个以上的碰撞位则阅读器采取向前搜索，反之向后搜索。
本发明算法中的阅读器寻呼分为向前搜索和后退搜索两部分，如果标签响应的信息中有两个或两个以上的碰撞位则阅读器采取向前搜索，反之向后搜索。当阅读器向前搜索时存储tc，当阅读器识别一个标签后开始后退搜索，移除堆栈3中的顶部信息后，读取当前顶部信息得到上一次的tc，从而形成string1、string2和标签所要响应的id范围，移除堆栈0中的顶部信息后，读取当前顶部信息作为下一次寻呼的uid。例如，得到的上一次tc为00x0x0x0，上一次的uid为0，则下一次寻呼指令中的uid为0，取得tc中次高位之前的位除去首部uid的信息0得到p(0x0)，按照向前搜索规则，上一次寻呼的uid为000，最后一位就是tc中最高碰撞位置0得出的，而这次就将最高碰撞位置1，将p中的x改为1得到010存入string1中。最高碰撞位与次高碰撞位之间的0保存在string2中，标签需要返回的id信息就是次高位与最低碰撞位之间的信息。假设tc从左至右的位数第一位为0，则标签需要返回的id信息的范围为[4,6]，阅读器寻呼这段指令后假设收到标签的信息为100，阅读器根据式(1)形成标签的id信息为00101000。这里uid和string1中的信息组成形式就是改进后退策略的特点。利用这种方法就减少了阅读器的通信量，当阅读器后退搜索的次数越多，在后退中的uid与上一次识别了一个标签的uid信息长度相差越多，在标签识别过程中阅读器的寻呼量就减少得越多。在此假设中后退中的uid为0，上一次识别了一个标签的uid为000，按照原来的后退策略，后退中的uid应该为001，则经过改进后标签通信量减少了2，而这两位信息存入了string1中。
本发明的有益效果
本发明针对实际的流水线装配生产环境中，因高频阅读器和标签的通信碰撞问题造成的生产线无法可靠运行和识别时间较长的问题，本发明提出了一种应用于汽车座椅装配生产线的rfid射频识别系统，其防碰撞模块采用了后退寻呼防碰撞处理算法，通过在阅读器寻呼指令中加入引导位使标签以更快的速度响应阅读器，从而减少总通信量和传输时延，从而减少了标签认证所需的平均时间，并增加标签询问的成功率，同时，该算法能够显著提高阅读器和标签之间的通信速率，从而提高整个生产系统运行的可靠性和效率。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
一种应用于汽车座椅装配生产线的rfid射频识别系统，主要包括由rfid标签、读写器、读写器天线、电子看板、数据处理中间件，所述的读写器的具有防碰撞处理模块，防碰撞处理模块采用后退寻呼防碰撞处理算法。
射频识别系采用的后退寻呼防碰撞处理算法，在二叉树算法的基础上增加阅读器后退寻呼，结合合跳跃式动态搜索防碰撞算法和新颖跳跃式动态搜索防碰撞算法，引入一种改进的阅读器后退寻呼方式，提出后退式二叉树防碰撞算法，使阅读器寻呼分为向前搜索和后退搜索两部分，如果标签响应的信息中有两个或两个以上的碰撞位则阅读器采取向前搜索，反之向后搜索。
本发明首先对标签响应信息进行约定，其具体约定为：约定标签响应信息分为四部分：第一部分为最高碰撞位与最高碰撞位之前的信息，参与形成下一次寻呼的uid，保存每一次的uid在堆栈0中；第二部分为最高碰撞位与次高碰撞位之间的信息，为阅读器已知信息存入堆栈1中，设这部分信息为string1；第三部分为次高碰撞位与最低碰撞之间的信息，为阅读器未知信息，是需要标签响应的部分，标签只要知道其id中未知部分的范围即可，保存次高碰撞位和最低碰撞位加入到下一次寻呼命令中；第四部分为最低碰撞位到末尾的信息，这部分信息也是已知信息存入堆栈2中，设这部分信息为string2。
并针对性对阅读器寻呼信息进行约定，其具体约定为：
阅读器寻呼的信息包含提供给标签匹配的uid和需要标签返回其id信息中有用信息的两个标志位，阅读器收到标签响应的信息后先形成一个与标签id长度相同的信息设为tc，tc就是所有响应的标签id的完整叠加信息中，其表达式为：
tc＝uid+string1+id+string2(1)。
本发明的阅读器在其工作时用到了4个堆栈，堆栈存放的信息如下：
stack0：在阅读器发送寻呼指令前，将uid存入其中；
stack1：保存标签信息的第二部分string1；
stack2：保存标签信息的第四部分string2；
stack3：在收到标签响应信息后，保存形成的tc。
相较于普通传统的二叉树算法，本发明中阅读器寻呼加入了两个位置序号，因此本发明依托于request(uid，p0，p1)和request(null,0,p1)指令实现阅读器寻呼，其中：
request(uid，p0，p1)：阅读器寻呼指令。因为在后退算法中有向前寻呼和向后寻呼模式，所以在不同的寻呼模式下，寻呼指令中的参数来源不同。当阅读器处于向前寻呼时，与大多数算法相同，uid来自于标签响应信息中的最高碰撞位之前的位加上一个0，这时就代表搜寻二叉树的0分支，直至识别一个标签。p0和p1代表阅读器对标签id未知序列的范围，也就是标签响应信息中第三部分在tc中的范围。假设标签的id从左至右由低到高，则p0代表标签id序列中需要响应的最高位，p1代表最低位，则标签id序列响应的区间是[p0,p1]。当阅读器处于向后搜索时，因为每一次阅读器寻呼的uid都存入了堆栈0，所以先使堆栈0出栈一次，再推出堆栈0的顶部信息形成uid。p0、p1来自于堆栈3，也是先使堆栈3出栈一次，然后再通过堆栈3的顶部信息来判断标签响应信息中的第三部分的形成。标签接收到寻呼指令后先判断寻呼指令中的uid是否匹配，相匹配则将其id中p0至p1位中的信息响应给阅读器。
request(null,0,p1)，阅读器广播指令。这是一条特殊的寻呼指令，其uid等于空，代表所有标签都要响应；p0等于0代表标签响应的信息从id的起始位开始；p1是一个常数，其值等于标签id的长度，代表标签响应的信息到id的最高位结束。这条指令的整体意义在于所有处于激活状态的标签都将其自身的id响应给阅读器。
在此算法下，阅读器的工作流程为：
1)阅读器发送广播命令request(null，0，p1)，将一个空的信息存入stack0、stack1和stack2中，标签收到这个信息后都发送自己的id给阅读器，进入步骤3)；
2)阅读器分析接收到的标签信息
如果响应信息为空，代表在阅读器寻呼范围内没有标签，则结束识别过程，如果有响应且没有碰撞，则识别这个标签进入步骤3)进行后退阅读；如果有响应且只有一个碰撞，则识别两个标签进入步骤3)进行后退阅读；如果有响应且有一个以上的碰撞位，则进入步骤4)，则进入向前阅读模式；
3)后退阅读
推出stack0顶部信息，如果顶部信息为空，则代表阅读器处于根节点，不可后退，结束识别过程，如果不为空，则保存这部分信息，设其为uid1；stack0的顶部信息继续推出，设为uid0，uid1信息长度必定大uid0，设uid1相比uid0多出的部分d，stack1出栈两次，保存后一次的信息为str1；将d与str1结合形成新的string1存入stack1中，stack2出栈一次，stack3出栈两次，保存后一次信息tc；去掉tc中与uid0信息相同的部分得到信息id，将信息id当作标签响应信息分为4部分，将第二和第四部分存入对应堆栈中；根据标签响应信息中的第三部分得出阅读器寻呼指令中的p0和p1，将uid0作为这次寻呼指令中的uid，阅读器发送寻呼指令request(uid，p0，p1)，进入步骤2)；
4)向前阅读
将标签响应信息stack1、stack2的顶部信息代入式(1)形成tc，并将其存入stack3中，将stack1和stack2出栈，根据标签的响应信息的4部分，将第二和第四部分存入对应堆栈中；从stack0中得到上一次的寻呼uid与第一部分信息相结合形成uid，将uid最后一个碰撞位x改为0，形成新的uid；利用标签信息的第三部分信息得出p0和p1，阅读器发送寻呼指令request(uid，p0，p1)，进入步骤2)。
本发明通过在阅读器寻呼指令中加入引导位使标签以更快的速度响应阅读器，从而减少总通信量和传输时延，从而减少了标签认证所需的平均时间，并增加标签询问的成功率。
实施例
设在阅读器寻呼范围内有5个标签，标签的id和识别过程如表1所示。
表1
下面对算法识别这5个标签的过程进行详细说明。
(1)阅读器发送广播指令request(null，0，7)，将null存入堆栈0、1、2中。标签接收到广播指令都将自己的id发送给阅读器，发送的混合信号为x1xxxxxx。
(2)阅读器对接收到的信息进行译码，得到的id为x1xxxxxx，id的碰撞位大于一个，根据id得出part1为x，part2为1，part3为xxxxxx，part4为null。读取stack0、stack1、stack2的顶部信息分别赋给uid(null)、string1(null)、string2(null)，根据式(1)生成tc等于x1xxxxxx，将tc存入stack3，分析tc得出下一次寻呼的uid、p0、p1分别为0、2、7。将uid(0)存入stack0，part2(1)的数据存入stack1，part4(null)的数据存入stack2。阅读器发出寻呼指令request(0，2，7)。标签接收到寻呼指令，根据寻呼指令的uid信息进行匹配，匹配的标签发送其id的2到7位的序列号给阅读器。tag1、2、4、5匹配成功。
(3)阅读器接收的id为xx0xxx，id的碰撞位大于一个，根据id得出part1为x，part2为null，part3为x0xxx，part4为null。读取stack0、stack1、stack2的顶部信息分别赋给uid(0)、string1(1)、string2(null)，根据式(1)生成tc等于01xx0xxx，将tc存入stack3，分析tc得出下一次寻呼的uid、p0、p1分别为010、3、7。将uid(010)存入stack0，part2(null)的数据存入stack1，part4(null)的数据存入stack2。阅读器发出寻呼指令request(010，3，7)。tag1、2、4响应，发送其id的3到7位的数据给阅读器。
(4)阅读器接收的id为x01xx，id的碰撞位大于一个，根据id得出part1为x，part2为01，part3为xx，part4为null。读取stack0、stack1、stack2的顶部信息分别赋给uid(010)、string1(null)、string2(null)，根据式(1)生成tc等于010x01xx，将tc存入stack3，分析tc得出下一次寻呼的uid、p0、p1分别为0100、3、7。将uid(0100)存入stack0，part2(01)的数据存入stack1，part4(null)的数据存入stack2。阅读器发出寻呼指令request(0100，3，7)。tag4响应，发送其id的3到7位的数据给阅读器。
(5)阅读器接收到的id为0101，id没碰撞位，读取并推出stack0、stack1、stack2的顶部信息分别赋给uid(0100)、string1(null)、string2(null)，根据式(1)得出tc等于01000101，识别tag4。将stack3出栈形成新的tc为010x01xx，将stack0出栈得到uid(010)，将stack1出栈得到string1(01)，更改string1的信息为101存入堆栈stack1中。目前阅读器未知的信息是tc的最后两位，则p1、p2分别为6、7。阅读器发出寻呼指令request(010，6，7)。tag1、2响应，发送其id的6到7位的数据给阅读器。
(6)阅读器接收到的id为x0，id只有一个碰撞位，读取并推出stack0、stack1、stack2的顶部信息分别赋给uid(010)、string1(101)、string2(null)，根据式(1)得出tc等于010101x0，识别tag1、2。将stack3出栈形成新的tc为01xx0xxx，将stack0出栈得到uid(0)，将stack1出栈得到string1(1)，更改string1的信息为11存入堆栈stack1中。目前阅读器未知的信息是tc的最后5位，则p1、p2分别为3、7。阅读器发出寻呼指令request(0，3，7)。tag5响应，发送其id的3到7位的数据给阅读器。
(7)阅读器接收到的id为10001，id没碰撞位，读取并推出stack0、stack1、stack2的顶部信息分别赋给uid(0)、string1(11)、string2(null)，根据式(1)得出tc等于01110001，识别tag4。将stack3出栈形成新的tc为null，将stack0出栈得到uid(null)，将stack1出栈得到string1(1)，tc的最高位为碰撞位，将其改为1后加上出栈的1，string1的信息更改为11存入堆栈stack1中。目前阅读器未知的信息是tc的最后6位，则p1、p2分别为2、7。阅读器发出寻呼指令request(null，3，7)。tag3响应，发送其id的3到7位的数据给阅读器，阅读器收到信息后读取其没碰撞识别tag3。将stack0推出时发现其中没有元素，从而结束识别过程。
本发明针对目前超高频射频识别系统中利用二叉树防碰撞算法通信量大和传输时延长等问题，通过在阅读器寻呼指令中加入引导位使标签以更快的速度响应阅读器，从而减少总通信量和传输时延，从而减少了标签认证所需的平均时间，并增加标签询问的成功率，同时，该算法能够显著提高阅读器和标签之间的通信速率。
本发明针对实际的流水线装配生产环境中，因高频阅读器和标签的通信碰撞问题造成的生产线无法可靠运行和识别时间较长的问题，本发明提出了一种应用于汽车座椅装配生产线的rfid射频识别系统，其防碰撞模块采用了后退寻呼防碰撞处理算法，通过在阅读器寻呼指令中加入引导位使标签以更快的速度响应阅读器，从而减少总通信量和传输时延，从而减少了标签认证所需的平均时间，并增加标签询问的成功率，同时，该算法能够显著提高阅读器和标签之间的通信速率，从而提高整个生产系统运行的可靠性和效率。
最后说明的是，以上优选实施例仅用于说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。