一种基于无源RFID技术的警用装备柜的制作方法

一种基于无源rfid技术的警用装备柜
技术领域
1.本发明属于rfid射频识别技术领域，尤其是一种基于rfid技术的基于无源rfid技术的警用装备柜。


背景技术：

2.近年来，随着现代警务保障模式的不断构建，警用装备的全寿命管理机制建设不断完善，警用装备作为公安机关战斗力的重点体现，警用装备的管理在警务工作中具有特别重要的意义。
3.警用装备主要用来保存单警装备，单警装备主要包含：警用伸缩警棍、金属手铐、多功能腰带、催泪喷射器、单警执法记录仪、对讲机、强光手电等。服务对象是公安机关警保部门，其所要解决的问题是警用装备的多样化、分散、量大等状况与装备管理要求的集中、系统、专指之间的矛盾。公安机关各级部门的装备不断完善，数量不断积累，警用装备的出库入库、调配、专人管理、报废管理、及时维修、统计分析等需求明显增多，对装备的信息化管理需求越来越迫切。
4.采用无源rfid技术的警用装备柜可作为警用装备智能化管理的技术方案，实现装备信息的储存、追踪、监控、查询、自动盘点、报废提醒、统计分析、维修、批量调拨、共建共享等智能化管理，形成各地各级公安警用装备可以实时追踪、精确查询、实时调拨的数字化、自动化管理模式新局面。
5.如现有技术中，中国专利公告号为： cn208988099u的专利文件《警用装备柜》，其利用rfid技术实现了警用装备的资源动态配置，状态实时感知，自助领用归还高效重塑应用流程，移动端应用指导，存储环境可控，自动化维护确保装备可用性，责任划分清晰，全程有效监督干预，为指挥调度等外部信息系统提供详尽的装备信息支撑。但是，上述警用装备柜在实际使用中，利用rfid标签绑定不同装备，且通过rfid读写器来读取识别装备时，当柜中装备发生较多重叠时，会导致装备的漏读；而当rfid信号泄漏时，则又会引起柜格与柜格之间的rfid标签串读，再者，若rfid信号从柜格箱门内泄漏到外面，还会误读到箱门外的标签。此外，上述警用装备柜用摄像头进行人脸识别从而进行身份验证，但在实际使用中，摄像头识别出的图像上会有光晕，会造成人脸识别困难，导致反复识别、甚至误认等问题，从而对于责任归属划分会造成影响。以上都是现有技术所存在的问题。


技术实现要素：

6.为了克服现有技术的不足，本发明提供了一种基于无源rfid技术的警用装备柜，该基于无源rfid技术的警用装备柜有效解决柜格间标签漏读问题。
7.进一步的发明目的：本发明的基于无源rfid技术的警用装备还解决了rfid信号泄漏引起柜格之间标签串读问题。
8.进一步的发明目的：本发明的基于无源rfid技术的警用装备还解决了摄像头拍摄人脸时图像有光晕，人脸识别效果差的问题。
9.为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种基于无源rfid技术的警用装备柜，包括柜体和主控管理系统，柜体上设有若干单元柜格，每个单元柜格中均布局有圆极化天线，其特征在于：每个单元柜格内的圆极化天线包括形成上下对射的天线信号环境的一对圆极化uhf天线，该一对圆极化uhf天线分别设置在单元柜格顶部和单元柜格底部；所述主控管理系统包括主控中心、单元控中心和电源装置，主控中心包括主控处理器、人机交互系统，单元控中心包括嵌入式主板和底层硬件，电源装置采用配电箱；所述主控处理器，用于与嵌入式主板连接完成数据交互功能；用于与人机交互系统连接完成人机交互功能；所述人机交互系统包括双目摄像头模组、指纹模块、电容触摸屏、语音提醒单元；双目摄像头模组，用于抓拍登录人员的影像且上传至主控处理器；指纹模块，用于输入操作人员的指纹且上传至主控处理器；电容触摸屏，用于显示人机交互菜单页面、展示存取结果情况、以及用于供登录人员进行人机交互操作；语音提醒单元，用于播报单元柜格的存取结果情况；所述嵌入式主板，用于与底层硬件直接交互并反馈至主控处理器，底层硬件包括rfid读写器、锁控单元、灯控单元；嵌入式主板通过天线分支器与圆极化天线连接；rfid读写器，通过天线分支器与圆极化天线连接，用于读取或写入装备柜中的装备数据，装备数据包括单元柜格中装备的存取记录、溯源记录、实时定位位置；锁控单元，用于单元柜格的开闭；灯控单元；用于单元柜格中作为照明和、或消毒使用；所述配电箱，用于为警用装备柜的正常运行提供电源支持。
10.进一步的，所述单元柜格中的圆极化天线通过馈线与天线分支器连接，单元柜格设有可供馈线穿过的过孔，馈线从过孔穿过后与天线分支器连接，天线分支器与rfid读写器连接，过孔的上方和过孔的下方分别设置上挡边和下挡边，上挡边和下挡边之间形成可供圆极化天线一侧插入的凹腔。
11.进而，所述单元柜格的柜格门内侧贴有屏蔽条。
12.进而，所述单元柜格的柜格门上嵌入有玻璃板，玻璃板上涂覆有屏蔽镀层。
13.进而，所述单元柜格内经亚克力板隔开形成至少2个小格。
14.进一步的，所述双目摄像头模组包括透明亚克力板、安装板，安装板上嵌入有左右摄像头，左摄像头的左侧和右摄像头的右侧安装有闪光灯，透明亚克力板固定装配于柜体上，透明亚克力板和安装板之间还设有黑色软塑料隔层，该黑色软塑料隔层上留有可供左右摄像头通过的摄像头孔位，闪光灯显露于黑色软塑料隔层之外。
15.进而，所述左摄像头左侧安装有3个闪光灯，右摄像头右侧也安装有3个闪光灯。
16.进而，所述柜体包括单元柜格和维修槽，单元柜格分布于柜体左右两侧，维修槽位于柜体中间区域，所述rfid标签读写器和嵌入式主板安装于该隔间中。
17.进而，所述柜体包括主柜和副柜，主柜上设有主控中心、单元控中心和电源装置，副柜上仅设有单元控中心和电源装置，主柜与副柜之间采用以太网通信，所述主柜上的一单元柜格构成主柜装备柜，所述主控处理器、电容触摸屏、双目摄像头模组、指纹模块、语音提醒单元均安装于主柜装备柜的柜门上。
18.进而，所述警用装备柜中标签位置的定位方法包括以下步骤：
①
对每个单元柜格均按顺序编号且称该带有编号的单元柜格为空间点位，同时也对分布于每个单元柜格内的圆极化天线进行编号，一个单元柜格中有两根圆极化uhf天线，分别分布于单元柜格的顶部和底面；故一个单元柜格即一个空间点位o
x
，对应有2个圆极化天线编号ant1、ant2；
②
当rfid标签读写器收到主控处理器发来的由用户通过操作电容触摸屏所发出的定位物品标签的命令或当恢复上电后主控处理器发来的自动校准命令，rfid读写器通过天线分支器遍历圆极化天线上的每一个圆极化天线盘点标签，获取柜体内标签每次被盘点时的rssi信号值、各个标签单位时间被各圆极化天线盘点的次数以及读取标签的天线号，并输入到嵌入式主板，
③
嵌入式主板根据各圆极化天线的空间点位形成天线阵列的三维空间模型，其中天线以天线馈点为单位分布于空间点位中，且该圆极化天线的空间点位离三维空间模型的中心越近则其位置越优，
④
嵌入式主板还基于标签每次被盘点时的rssi信号值、各个标签单位时间被各圆极化天线盘点的次数以及读取标签的天线号而形成每个标签的标签数据信息表，且根据标签数据信息表中rssi信号值强弱不同进行排序计算后，获得标签数据信息表的rssi排序表；
⑤
嵌入式主板通过标签数据信息表的rssi排序表、以及结合盘点到标签的天线号在天线阵列的三维空间模型中的空间点位的优劣，进行整合处理后输出最优的天线空间点位作为该标签的定位位置并传输到主控处理器且显示于电容触摸屏上。
19.采用上述方案，本发明能通过rfid电子标签对警用装备进行信息录入、溯源、存取记录查询、实时位置查询。主柜和副柜之间可以通过网络接口扩展多个副柜，形成多柜体级联结构，且各柜体之间的隔离度性能优越，柜体上的玻璃门采用信号屏蔽材料处理，柜门内还设有屏蔽条，对柜门外装备没有误读现象；柜体内圆极化天线的馈线过孔处，采用上下挡边结构进行封闭处理，防止信号泄露，引起单元柜格与单元柜格之间的串读；每个单元柜格内的圆极化圆极化天线呈上下对射结构布局，使得单元柜格内天线信号分布均匀，可以完全覆盖整柜格的空间范围，保证无死角，避免出现漏读。同时，针对警用装备的不同类型可以采用多种定制标签实现最优读取，如柔性抗金属标签适用于警用匕首、照明灯等，纽扣式抗金属标签适用于抓捕网等装备、pcb抗金属标签适用于手铐等装备、双极化标签适用于应急包等；本发明采用双目摄像头的认证方式，可快速实现对警员的权限管理，实现专人专柜格的使用方式，并通过抓取人脸图片作为登录记录保存到系统中，极大实现了警员装备的安全管理。管理员采用人脸识别结合指纹认证的双重认证方式，可以实现对系统的权限管理。本发明作为警用装备的管理设备，可连接到公安内网，并对接到调度中心平台，各公安机关可以实现对警用装备进行调拨、借用管理，全面提升全局作战的战斗力。
20.下面结合附图对本发明作进一步描述。
附图说明
21.附图1为本发明具体实施例结构框图；附图2为本发明具体实施例主柜和副柜级联结构示意图；附图3为本发明具体实施例主柜单元柜内部结构示意图；附图4为本发明具体实施例天线阵列、过线孔以及上下挡边的安装结构透视图；附图5为本发明具体实施例双目摄像头模组侧面结构示意图；附图6为本发明具体实施例双目摄像头模组另一结构示意图；
双目摄像头模组1、透明亚克力板11、安装板12、左摄像头13、右摄像头14、黑色软塑料隔层16、指纹模块2、语音提醒单元3、电容触摸屏4、主柜51、副柜52、单元柜格53、亚克力板532、小格531、维修槽54、主柜装备柜511、过孔55、上挡边561、下挡边562、柜门57、玻璃板571、圆极化天线58。
具体实施方式
22.本发明的具体实施例如图1-6所示是基于无源rfid技术的警用装备柜，其包括柜体和主控管理系统；主控管理系统包括主控中心、单元控中心和电源装置，主控中心包括主控处理器、人机交互系统，单元控中心包括嵌入式主板和底层硬件，电源装置采用配电箱。
23.本实施例中主控处理器采用瑞芯微公司的rk3288e，运行android7.1系统。人机交互系统包括双目摄像头模组1、指纹模块2、电容触摸屏4、语音提醒单元3；主控处理器与双目摄像头模组1连接，在登录人员登录或使用该警用装备柜时，抓拍登录人员的影响，来进行人脸识别登录人员或使用人员是否符合操作权限，由此可以实现权限分配，而权限可以具体到单元柜格53，即一人一单元柜格53责任制；具体的如图5-6所示，双目摄像头模组1包括透明亚克力板11、安装板12，安装板12上嵌入有左摄像头13和右摄像头14，左摄像头13的左侧和右摄像头14的右侧均安装有一排闪光灯，透明亚克力板11固定装配于柜体上，透明亚克力板11和安装板12之间还设有黑色软塑料隔层16，该黑色软塑料隔层16上留有可供左右摄像头14通过的摄像头孔位，闪光灯显露于黑色软塑料隔层16之外，不被黑色塑料隔层所遮挡。通过上述夹层结构的设计，该双目摄像头模组1在抓拍人像的时候，效果清晰，识别清楚。身份识别的另一方式，是通过指纹模块2即指纹传感器来识别操作人员的身份，明确其权限；人脸识别和指纹识别根据需求可以同时验证或者单一验证投入使用；当身份认证通过后，操作人员即可以在电容触摸屏4上进行操作，操作结束后，装备的存取结果通过语音提醒单元3进行播报提示，且同时在电容触摸屏4上展示出存取信息。
24.嵌入式主板，用于与底层硬件直接交互并反馈至主控处理器。而底层硬件包括rfid读写器（或读头）、锁控单元、灯控单元。嵌入式主板通过天线分支器与圆极化天线58连接；rfid读写器，通过天线分支器与圆极化天线58连接来读取或写入装备柜中的装备数据，rfid读写器与嵌入式主板连接，将读取的装备数据反馈至嵌入式主板，装备数据包括单元柜格53中装备的存取记录、溯源记录、实时定位位置等等；本实施例中，嵌入式主板采用ti的am335x工业级芯片，如am3352、am3353等，处理能力强并稳定可靠，rfid读写器为uhf rfid读写器，采用我司自主研发的r2000系列高端rfid模块，频段为840~960mhz，其具备多标签读取识别率高，处理能力强的特点。
25.上述锁控单元包括电子门锁和紧急机械门锁，电子门锁用于单元柜格53的开闭，紧急机械门锁则可以在电子门锁失效或紧急情况下进行使用，开启单元柜格53。
26.上述灯控单元包括照明灯和消毒灯，每个单元柜格53中均有安装有照明灯和消毒灯。照明灯顾名思义，起到照明使用，而消毒灯则是对放在单元柜格53中的装备进行消毒。
27.此外，警用装备柜还配置有配电箱，用于为警用装备柜的正常运行提供电源支持。
28.具体的，柜体包括主柜51和副柜52，主柜51上设有主控中心、单元控中心和电源装置，副柜52上仅设有单元控中心和电源装置，主柜51与副柜52之间采用以太网通信，副柜52受主柜51控制。主柜51和副柜52上均设有单元柜格53，单元柜格53呈左右两侧且由上至下
分布，本实施例中，一柜体上设有4个单元柜格53，且左右两列单元柜格53之间还留有一条纵向的维修槽54，嵌入式主板和底层硬件中的如rfid读写器均安装于该维修槽54中，用钥匙开启维修槽54可以对装备进行维修。而主柜51上的左侧一单元柜格53构成主柜装备柜511，上述主控中心的主控处理器、电容触摸屏4、双目摄像头模组1、指纹模块2、语音提醒单元3均安装于主柜装备柜511的柜门57上。
29.上述单元柜格53中，将其从上至下分成3个小格531，小格531与小格531之间通过亚克力板532隔开，如此可以对放进单元柜格53中的装备进行大概分类存放。在实际使用过程中，为了避免装备发生较多重叠，而导致装备漏读时，需在单元柜格53中形成一天线场强分布均匀且范围可控的环境。本实施例中采用的圆极化天线58包括一对圆极化uhf天线，该一对圆极化uhf天线分别设置在单元柜格53顶部和单元柜格53底部，且由亚克力板封住，在单元柜格53中形成上下对射的天线信号环境。进而，本实施例中，圆极化uhf天线直径尺寸设计成单元柜格53边长长度的1/2。该方式使得在每一个单元柜格53空间内，场强分布均匀且范围可控，只需要通过对功率的设置即可实现实际使用性能要求。每一个大格中间的三个小格531之间用亚克力板532隔开，亚克力板532具有良好的信号穿透性，避免信号遮挡引起的漏读。中间小格531中还可以设置充电装置，该充电装置可以提供8路usb和1路220v充电，支持断电保护。
30.上述单元柜格53中的圆极化天线58通过馈线与天线分支器连接，圆极化天线58安装在单元柜格底面或顶部的金属层板上，然后在圆极化天线的另一侧通过亚克力板固定，天线信号可以穿过亚克力板，单元柜格53中的天线信号不会被减弱。单元柜格53设有可供馈线穿过的过孔55，馈线从过孔55穿过后与天线分支器连接，天线分支器与rfid读写器连接，过孔55的上方和过孔55的下方分别设置上挡边561和下挡边562，上挡边561和下挡边562之间还连接有侧壁，上挡边561和下挡边562之间形成可亚克力板一侧插入的凹腔，馈线从过孔55穿过后经该侧壁背面经过进入维修槽54与天线分支器连接。上述上挡边561、下挡边562和侧壁可以采用金属屏蔽材料制成，防止馈线信号泄露，引起相邻两个或多个单元柜格53之间的串读；单元柜格53的柜格门内侧贴有屏蔽条，防止信号从单元柜格53的柜门57缝隙泄露出去，误读到柜门57外面的标签。另外，单元柜格53的柜格门上嵌入有玻璃板571，可供警员直观看到柜体内的装备或文件等内容，为了防止信号由玻璃板571处泄露信号，则于玻璃板571上也涂覆有屏蔽镀层。此外，单元柜格53的柜门57内侧也设有屏蔽条防止信号泄露。
31.本发明的警用装备柜的工作原理如下：警员通过双目摄像头模组111进行人脸识别认证，认证成功后才可以在电容触摸显示屏上进行操作。进入人机交互页面app主菜单后，可以进行装备查询、装备存取历史记录搜索、开门、装备存取等操作。需要存取装备时，需要在电容触摸显示屏上点击对应的单元柜格53开柜门57，主控处理器收到操作指令后发送给嵌入式主板，控制电子门锁打开。柜门57打开后，单元柜格53中的照明灯被点亮，警员进行装备存取操作，然后关门。嵌入式主板检测到门关状态时，先控制紫外消毒灯点亮，同时控制rfid读写器和圆极化天线58，完成标签数据盘点和运算，并输出装备的存取变化信息到主控处理器，主控处理器将获取到的存取结果通过语音提醒单元311播放提示语音，同时在电容触摸显示屏上展示存取信息。操作完成后，警员可通过操作触摸屏退出到首页，或者页面超时后自动退回到登录页面。当存在柜门57长时间开启未关时，语音播放单元11会
进行预警提示。警员也可以通过人机交互系统随时查询装备中的装备信息数据。
32.本发明还可以具有数据自动校准的功能，当断电情况下紧急出警时，通过紧急机械按钮进行装备存取，恢复上电后，系统可自动完成对整柜数据的盘点和定位计算，并保存记录和推送信息到主控处理器。
33.该警用装备柜的具体定位方法如下：每个单元柜格53均按顺序编号且称该带有编号的单元柜格53为空间点位，同时也对分布于每个单元柜格53内的圆极化天线58进行编号，一个单元柜格53中有两根圆极化uhf天线，分别分布于单元柜格53的顶部和底面；故一个单元柜格53即一个空间点位o
x
，对应有2个圆极化天线58编号ant1、ant2。
34.当rfid标签读写器收到主控处理器发来的由用户通过操作电容触摸屏所发出的定位物品标签的命令或当恢复上电后主控处理器发来的自动校准命令，rfid读写器通过天线分支器遍历圆极化天线58上的每一个圆极化天线58盘点标签，获取柜体内标签每次被盘点时的rssi信号值、各个标签单位时间被各圆极化天线58盘点的次数以及读取标签的天线号，并输入到嵌入式主板；嵌入式主板根据各圆极化天线58的空间点位形成天线阵列的三维空间模型，其中天线以天线馈点为单位分布于空间点位中，且该圆极化天线58的空间点位离三维空间模型的中心越近则其位置越优；嵌入式主板还基于标签每次被盘点时的rssi信号值、各个标签单位时间被各圆极化天线58盘点的次数以及读取标签的天线号而形成每个标签的标签数据信息表，且根据标签数据信息表中rssi信号值强弱不同进行排序计算后，获得标签数据信息表的rssi排序表；嵌入式主板通过标签数据信息表的rssi排序表、以及结合盘点到标签的天线号在天线阵列的三维空间模型中的空间点位的优劣，进行整合处理后输出最优的天线空间点位作为该标签的定位位置并传输到主控处理器且显示于电容触摸屏上。
35.当整柜盘点时需要将所有圆极化天线58轮询一遍，因此耗时较长；而当具有多个单元柜格53的警用装备柜的某个柜格被单独打开时，可以只对该柜格对应的上下圆极化天线58进行触发盘点，这样时间周期就可以做到相对很短。当触发单根天线读取标签时，如果标签发生了增加或者减少，只需要根据单天线读取的标签信息和原天线阵列的数据信息库，设计定位逻辑算法，得到标签的增减变化结果。具体描述：（1）天线阵列中的天线号分布为ant1，ant2，ant3... antn（2）天线阵列数据库中的标签数据定义为：ant1天线号的数据：ant1-tag1, ant1
‑ꢀ
tag 2
,... ant1
‑ꢀ
tag m1
ant2天线号的数据：ant2
‑ꢀ
tag 1
, ant2
‑ꢀ
tag 2
,... ant2
‑ꢀ
tag m2...
antn天线号的数据：antn
‑ꢀ
tag 1
, antn
‑ꢀ
tag 2
,... antn
‑ꢀ
tag mn
（3）天线阵列中的某根天线antx的一次读取标签数据的周期内，读取到w个标签数据，命名为r1,r2,...,rw.第一步，判断ri是否在antx信息库中（antx
‑ꢀ
tag 1
, antx
‑ꢀ
tag 2
,... antx
‑ꢀ
tag m1
）：如果ri在antx信息库中，则ri=》状态未改变；如果ri不在antx信息库中，则查看ri是否在所有天线阵列数据库(ant1-antn)中，
如果在数据库中，说明ri是串读到的其他天线中的标签，ri=》状态未改变；如果ri不在整库中，则ri=》新增；从r1轮询到rw结束。
36.第二步，提取出antx中原数据库中的标签数据，记录为：antx
‑ꢀ
tag 1
, antx
‑ꢀ
tag 2
, antx
‑ꢀ
tag k,..., antx
‑ꢀ
tag mx;
依次在r1-r30中查找antx
‑ꢀ
tag 1
, antx
‑ꢀ
tag 2
,..., antx
‑ꢀ
tag k,..., antx
‑ꢀ
tag mx
,如果在r1~r30中能找到antx
‑ꢀ
tag k
，则antx
‑ꢀ
tag k =》状态未改变；如果在r1~r30中找不到antx
‑ꢀ
tag k
，则antx
‑ꢀ
tag k
=》取出；通过上述比较分析可以得出单天线读取标签后，准确定位出新增和减少的标签。
37.本发明不局限于上述具体实施方式，本领域一般技术人员根据本发明公开的内容，可以采用其他多种具体实施方式实施本发明的，或者凡是采用本发明的设计结构和思路，做简单变化或更改的，都落入本发明的保护范围。