三维环绕追踪式射频识别系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型涉及射频识别领域，公开了一种三维环绕追踪式射频识别系统。本实用新型中，包含：货物通道、传感器、天线旋转装置和天线门；货物通道穿过天线门，传感器与天线旋转装置通信连接，用于检测货物通道，并将检测结果发送给天线旋转装置；天线门包含N个天线，天线与天线旋转装置一一对应连接，天线旋转装置用于根据传感器的检测结果判断货物通道上是否存在货物，并在存在货物时，旋转天线；其中，N为大于1的自然数。利用三维布置且可以转动的天线，增加了天线信号的覆盖范围，也使得货物被环绕追踪识别，延长识别时间，提高系统的可靠性。
【专利说明】
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及射频识别领域，特别涉及三维环绕追踪式射频识别系统。 三维环绕追踪式射频识别系统
【背景技术】
[0002] 射频识别（radio frequency identification, RFID)技术是一种非接触性的自动识 别技术，是通过射频信号自动完成对贴有电子标签的目标对象的识别，从而获取数据并进 行相关处理的过程。
[0003] RFID技术正处在快速发展与广泛应用的时期，工作在超高频（UHF)频段的RFID 系统已被一些电商物流企业应用于商品的自动分拣和流程管理，提高了生产效率，节约了 成本。然而近些年随着网上购物的兴起，电商企业需要迅速响应客户需求，改善客户购物体 验，进行现代化物流仓库管理。如何快速而高效地经过配送中心把产品送达客户，这几乎是 所有电商迫切希望解决的问题。RFID技术的出现，则很好地解决了这一难题。它能够应用 在不同的货物移交场合，省去人工扫描条形码的过程，而是利用射频信号自动识别目标并 读取相关的数据，实现信息快速采集，从而在提高准确性的情况下，极大的缩短了货物移交 的时间，为电商的高速物流的实现奠定的技术基础。
[0004] 然而，在复杂的自动物流分拣仓库环境中，由于电磁波的干扰、环境条件的变化以 及障碍遮挡等因素的影响，会出现某个或多个标签无法被识别到的现象，从而导致部分被 检货物无法被检测到，严重影响了 RFID技术在电商物流领域的推广应用。同时因为天线信 号的范围是有限的，在天线信号覆盖的有限范围内如果没识别到，天线信号覆盖范围外就 更不可能识别到了，因此，急需增大天线信号覆盖范围，消除处于阅读盲区而导致标签无法 被识别的情况。 实用新型内容
[0005] 本实用新型的目的在于提供一种三维环绕追踪式射频识别的系统，使得减少射频 识别系统阅读盲区，提高系统识别的可靠性。
[0006] 为解决上述技术问题，本实用新型提供了一种三维环绕追踪式射频识别的系统， 包含：货物通道、传感器、天线旋转装置和天线门；
[0007] 所述货物通道穿过所述天线门，所述传感器与所述天线旋转装置通信连接，用于 检测所述货物通道，并将检测结果发送给所述天线旋转装置；
[0008] 所述天线门包含N个天线，所述天线与所述天线旋转装置一一对应连接，所述天 线旋转装置用于在所述传感器的检测到所述货物通道上存在货物时，旋转所述天线；
[0009] 其中，N为大于1的自然数。
[0010] 本实施方式相对于现有技术而言，主要区别及其效果在于：利用多个天线组成天 线门，天线进行三维布置，使得多方向天线部署的天线门的信号覆盖范围比一个天线的信 号覆盖范围大得多；另外，由于货物经由货物通道穿过天线门，同时利用传感器检测货物通 道并将检测结果发送给天线旋转装置，由天线旋转装置控制各个天线转动，在货物移动的 过程中，天线也同时转动，对货物进行环绕追踪式识别，使得货物的各个表面均被识别到， 在减小系统阅读盲区的同时，延长货物在货物被信号覆盖到的时间，使得系统具有足够的 时间读取并处理标签数据，大大增加了货物标签被识别的概率，提高了本实用新型实施方 式中三维环绕追踪式射频识别系统的可靠性。
[0011] 作为进一步改进，所述N可以为4 ;所述天线门包含左右两个相对设置的天线分别 为左天线和右天线，以及上下两个相对设置的天线分别为上天线和下天线。虽然天线越多， 信号覆盖范围越广，但利用位于上下和左右的四个天线组成的天线门，使得各天线在转动 过程中，信号的覆盖范围可以足够涵盖货物的六个面，在减小系统阅读盲区的同时，控制设 备成本和简化施工。
[0012] 作为进一步改进，所述传感器的数量可以大于一个；各传感器还用于分别检测所 述货物通道的预设位置；所述天线旋转装置还用于在所述传感器检测到所述货物通道的预 设位置上存在货物时，旋转所述天线对准所述预设位置。
[0013] 系统中可以使用多个传感器，用来检测货物通道的预设位置，天线旋转装置以该 检测结果调整天线的转向，使得天线的转动可以更好地配合跟踪货物，进一步延长货物被 信号覆盖的时间，提高RFID识别系统的可靠性。
[0014] 作为进一步改进，所述系统中还包含：测速模块，所述测速模块用于测量所述货物 的移动速度；所述天线旋转装置还用于根据所述测速模块测得的速度调整所述天线的转动 速度。进一步限定可以根据货物移动速度调整天线转速，使得天线转动更加精确地配合跟 踪货物，提商RFID识别系统的可罪性。
[0015] 作为进一步改进，所述系统中还包含天线开关，所述天线开关与各天线通信连接； 所述天线开关用于在所述传感器检测到存在所述货物时，开启各天线以发射无线信号；或 者在所述传感器检测到不存在所述货物时，关闭各天线以停止发射无线信号。
[0016] 在系统中增设了天线开关使得天线在货物通道上出现货物时才开始发射无线信 号，或在货物通道上不存在货物时，停止发射无线信号，降低系统在不需识别货物标签时的 功耗，也就是降低了系统待机的功耗，大大节省了能源。
【专利附图】
【附图说明】
[0017] 图1是根据本实用新型第一实施方式的三维环绕追踪式射频识别的系统结构示 意图；
[0018] 图2是根据本实用新型第一实施方式的三维环绕追踪式射频识别的系统架构图；
[0019] 图3是根据本实用新型第一实施方式的三维环绕追踪式射频识别的系统环绕追 踪识别不意图；
[0020] 图4是根据本实用新型第二实施方式的三维环绕追踪式射频识别的系统中货物 在位置A时的示意图；
[0021] 图5是根据本实用新型第二实施方式的三维环绕追踪式射频识别的系统中货物 在位置C时的示意图；
[0022] 图6是根据本实用新型第二实施方式的三维环绕追踪式射频识别的系统中货物 在位置E时的示意图；
[0023] 图7是根据本实用新型第三实施方式的三维环绕追踪式射频识别的系统的工作 原理流程图。
【具体实施方式】
[0024] 为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新 型的各实施方式进行详细的阐述。然而，本领域的普通技术人员可以理解，在本实用新型各 实施方式中，为了使读者更好地理解本申请而提出了许多技术细节。但是，即使没有这些技 术细节和基于以下各实施方式的种种变化和修改，也可以实现本申请各权利要求所要求保 护的技术方案。
[0025] 本实用新型的第一实施方式涉及一种三维环绕追踪式射频识别的系统，如图1和 图2所示，包含：读卡器1、天线门、天线旋转装置（图上未示出）、传感器（图上未示出）和 货物通道2。
[0026] 天线门包含N个天线（N为大于1的自然数），比如说，天线门可以包含四个天线， 分别为左天线3、右天线4、上天线5和下天线6,其中，左天线3和右天线4彼此正对，上天 线5和下天线6彼此正对，具体的说，各天线均为RFID天线，天线三维布置，天线用于识别 货物上的标签，读卡器1对天线识别到的标签进行解读；货物通道2穿过天线门，需要说明 的是，货物通道2是将货物经过天线门前的一段路程和通过天线门后的一段路程进行连接 形成的；传感器与天线旋转装置通信连接，用于检测货物通道2,并将检测结果发送给天线 旋转装置，比如说，传感器可以使用位置传感器。天线旋转装置与天线一一对应连接，用于 根据传感器的检测结果判断货物通道上是否存在货物，并在存在货物时，旋转天线，也就是 说，本实施方式中的天线旋转装置同样为四个。由于利用天线和读卡器1等组成的RFID系 统的工作原理为现有技术，在此不再赘述。下面具体说明本实用新型实施方式如何实现对 货物的三维环绕追踪式识别：
[0027] 当货物堆放在托盘上进入货物通道2的入口端后，位置传感器首先可以检测到， 此时左天线3和右天线4对准此位置的货物开始进行识别，其中，左天线3读取的方向是货 物的前方和左侧，右天线4读取的方向是货物的前方和右侧。同样，上下两个天线对货物读 取的方向包括前方和上下两个侧面。因此，在此位置上，货物的上下左右四个侧面和前面以 大约45度的角度被四个天线的阅读区域覆盖了。之后在货物移动的过程中，各天线也沿着 货物通道2逐渐转动，当货物到达天线门的正中位置时，左天线3和右天线4正对货物的左 右侧面，上天线5和下天线6正对货物的上下侧面，对该货物中的RFID标签进行识别。当 货物到达出口端位置时，左天线3和右天线4的信号覆盖范围是货物的左右侧和后方，上天 线5和下天线6的阅读区域覆盖货物的上下侧和后方。整个过程合成在一起后，如图3所 示，也就是一个货物被环绕追踪的识别过程。原本单个天线的覆盖范围为椭圆形，无法覆盖 整个货物通道2,而利用本实施方式中的三维天线门后，从上述过程可见，不仅大大扩展了 天线信号的覆盖范围，也减小了系统的阅读盲区，尽管一般货物标签贴在外包装的角上，即 使货物表面不规则，或是摆放不规则，标签基本都可落入本实施方式中的三维环绕追踪式 射频识别的系统的信号覆盖范围。
[0028] 需要说明的是，本实施方式中，传感器的数量可以为一个，用于检测货物通道2的 入口位置是否有货物，当传感器检测到货物通道2上有货物存在时，将检测结果发送给天 线旋转装置，由天线旋转装置旋转天线，也就是旋转天线对准货物通道2入口端的位置。此 夕卜，也可以设置天线的初始位置即对着货物通道2入口端，那么在传感器检测到有货物出 现时，天线可直接开始识别，不需要旋转过程的系统等待时间。
[0029] 需要说明的是，本实施方式的三维环绕追踪式射频识别的系统中天线旋转装置中 包含步进电机、驱动电路、定位反馈器、滤波电路和电源电路，由定位反馈器接收传感器的 检测信号，并经滤波电路滤波后传给驱动电路，并由驱动电路驱动步进电机旋转天线，电源 电路为整个天线旋转装置供电。此外，步进电机也可以使用高精度步进电机。还需要说明 的是，本实施方式中天线旋转装置匀速旋转天线，该转速可以通过多次检测货物通过货物 通道的速度计算所得，另外，在实际应用中多由人力推动货物移动，也可以根据多次测得人 力推动货物经过定长货物通道的总时间计算所得。
[0030] 本实施方式相对于现有技术而言，主要区别及其效果在于：利用多个天线组成天 线门，天线进行三维布置，使得多方向天线部署的天线门的信号覆盖范围比一个天线的信 号覆盖范围大得多；另外，由于货物经由货物通道穿过天线门，同时利用传感器检测货物通 道并将检测结果发送给天线旋转装置，由天线旋转装置控制各个天线转动，在货物移动的 过程中，天线也同时转动，对货物进行环绕追踪式识别，使得货物的各个表面均被识别到， 在减小系统阅读盲区的同时，延长货物在货物被信号覆盖到的时间，使得系统具有足够的 时间读取并处理标签数据，大大增加了货物标签被识别的概率，提高了本实施方式中三维 环绕追踪式射频识别系统的可靠性。另外，利用步进电机控制天线转动，尤其是利用高精度 步进电机控制可以使得天线的转动平稳准确，提高本实用新型实施方式中的系统可靠性。
[0031] 本实用新型发明人发现，虽然现场安装的天线越多，阅读死角越少，可靠性识别系 数值越小，RFID系统越可靠。但是天线越多会造成现场施工的复杂程度越高，以及天线信 号的切换和防碰撞算法处理会耗费一定的时间，这对要求快速识别的物流分拣应用是十分 不利的。显然，本实施方式中在增加天线数量的同时，还兼顾了施工难度，利用了尽量少的 天线，使得货物在货物通道2上被天线信号全方位地覆盖。还需说明的是，在实际应用中， 天线的数量也可以根据实际情况改变，也可以根据不同地形设计不同的天线门，在此不再 歹丨J举。
[0032] 需要说明的是，本实施方式还可以进一步优化，在系统中增设天线开关（图中未 示出），天线开关与各天线通信连接；天线开关用于在传感器检测到存在货物时，开启各天 线以发射无线信号；或者在传感器检测到不存在货物时，关闭各天线以停止发射无线信号。 在系统中增设了天线开关使得天线在货物通道上出现货物时才开始发射无线信号，或在货 物通道上不存在货物时，停止发射无线信号，降低系统在不需识别货物标签时的功耗，也就 是降低了系统待机的功耗，大大节省了能源。
[0033] 本实用新型的第二实施方式同样涉及一种三维环绕追踪式射频识别的系统，本实 施方式是在第一实施方式的基础上做了进一步改进，主要区别在于第一实施方式中三维环 绕追踪式射频识别的系统中包含一个传感器，而本实施方式的系统中，包含多个传感器，传 感器分别对应货物通道上的预设位置，用于检测货物通道上预设位置，根据该检测结果可 以获知各预设位置上是否有货物存在，也就可以精确获知货物所处位置，并以此调整天线 的转向，使得本实施方式中的三维环绕追踪式射频识别的系统对货物追踪更准确。下面以 包含五个传感器的情况为例，做进一步说明。
[0034] 本实施方式中在货物通道的一侧设置五个传感器，其位置分别在位置A、位置B、 位置C、位置D和位置E，位置A对应货物通道入口端，位置C对应天线门的正中，位置E对 应货物通道出口端，位置B位于位置A和位置C的中间，位置D位于位置C和位置E的中 间，货物在货物通道上从货物通道入口端向出口端移动。当货物进入货物通道时，如图4所 示，位置A的传感器即检测到存在货物，此时各天线旋转装置旋转各天线对准货物通道入 口端，在位置A的传感器检测到存在货物后，天线开始匀速转动，之后在位置B的传感器开 始检测，当位置B的传感器检测到存在货物时，则各天线旋转装置旋转各天线转向位置B对 应的货物通道位置，天线从该位置继续转动，同时位置C的传感器开始检测，当位置C的传 感器检测到存在货物时，则各天线旋转装置旋转各天线转向位置C对应的货物通道位置， 之后货物经过位置D和位置E时，同样分别被位置D和位置E的传感器检测，同时各天线旋 转装置相应旋转各天线，直到位置E的传感器检测到存在货物，各天线重新旋转至位置A的 位置并等待后续货物出现。具体的说，当货物到达位置C时，如图5所示，当货物到达位置 E时，如图6所示。整个过程中，通过五个传感器的配合使用，可以更清楚地获知货物的位 置，便于及时调整天线转向，进一步延长货物在货物通道上被天线信号覆盖的时间，提高标 签的被识别率，也就使得本实施方式中的三维环绕追踪式射频识别的系统对货物追踪更准 确。
[0035] 举例来说，当货物进入货物通道后，可能在未达到位置B时被阻碍了若干秒，如果 没有位置B的传感器检测，天线仍然匀速转动，此时天线的转向已超越货物，所以即使在货 物重新移动后，也可能无法落入天线的信号覆盖范围，使得该货物的标签无法被识别。若利 用本实施方式中的三维环绕追踪式射频识别的系统，则当位置B的传感器检测到货物出现 时，天线旋转装置即将天线转向对准位置B，然后天线继续转动，显然该货物仍然将被准确 跟踪；另一种情况，可能进入货物通道的货物较轻巧，在推动货物的过程中，比标准速度快， 则当货物到达位置B时，天线还未转向位置B，如果天线不回转，货物可能一直处在天线的 信号覆盖范围外，而使用本实施方式中的三维环绕追踪式射频识别的系统，当位置B的传 感器检测到货物存在时，即使天线未转向位置B，也控制天线直接转向位置B，然后天线再 继续转动。根据上述描述可知，利用多个传感器可以使得本实施方式中的三维环绕追踪式 射频识别的系统可靠性更高。
[0036] 此外，本实施方式中传感器的数量可以在实际应用中变化，如使用三个传感器，分 别位于位置A、位置C和位置E，虽然传感器数量的减少将降低对货物追踪的精确度，但却将 减少系统运算量，加快系统对货物标签的识别。
[0037] 本实用新型的第三实施方式同样涉及一种三维环绕追踪式射频识别的系统，本实 施方式是在第一实施方式的基础上做了进一步改进，主要改进之处在于：第一实施方式中 的天线转动装置匀速转动天线，而本实施方式中，新增了测速模块以检测货物的移动速度， 天线旋转装置还根据该移动速度调整天线的转速，使得天线转速可以更加精确地配合跟踪 货物，提高RFID识别系统的可靠性。具体的说，也就是当测速模块测得货物移动速度比预 定速度慢时，相应降低天线转速，当测速模块测得货物移动速度比预定速度快时，相应提高 天线转速。该预定速度也就是与天线初始转速相匹配的货物移动速度。
[0038] 需要说明的是，该测速模块的测速功能也可以利用计时器实现，由于相邻两个传 感器的间距为已知，所以仅需要对相邻两个传感器检测到货物的时间进行计时，即可计算 出货物的移动速度。
[0039] 另外，还需说明的是，本实用新型的第二实施方式和第三实施方式在实际应用中 可以配合使用，其工作原理如图7所示，也就是说，在一传感器在检测到货物出现时，将天 线转向预设位置的同时，根据该传感器与上一传感器检测到货物出现的时间间隔，计算所 得的货物移动速度，调整天线转速，也就是相应降低或加快天线转速。进一步使得天线的转 动更精确地配合货物的移动，以延长货物被信号覆盖的时间，提高系统可靠性。
[0040] 本领域的普通技术人员可以理解，上述各实施方式是实现本实用新型的具体实施 例，而在实际应用中，可以在形式上和细节上对其作各种改变，而不偏离本实用新型的精神 和范围。
【权利要求】
1. 一种三维环绕追踪式射频识别系统，其特征在于，包含：货物通道、传感器、天线旋 转装置和天线门； 所述货物通道穿过所述天线门，所述传感器与所述天线旋转装置通信连接，用于检测 所述货物通道，并将检测结果发送给所述天线旋转装置； 所述天线门包含N个天线，所述天线与所述天线旋转装置 对应连接，所述天线旋 转装置用于在所述传感器的检测到所述货物通道上存在货物时，旋转所述天线； 其中，N为大于1的自然数。
2. 根据权利要求1所述的三维环绕追踪式射频识别系统，其特征在于，所述N为4 ; 所述天线门包含左右两个相对设置的天线分别为左天线和右天线，以及上下两个相对 设置的天线分别为上天线和下天线。
3. 根据权利要求1所述的三维环绕追踪式射频识别系统，其特征在于，所述传感器的 数量大于一个； 各传感器分别检测所述货物通道的预设位置；其中，所述传感器与所述预设位置一一 对应； 所述天线旋转装置还用于在所述传感器检测到所述货物通道的预设位置上存在货物 时，旋转所述天线对准所述预设位置。
4. 根据权利要求1所述的三维环绕追踪式射频识别系统，其特征在于，所述系统中还 包含：测速模块，所述测速模块用于测量所述货物的移动速度； 所述天线旋转装置还用于根据所述测速模块测得的速度调整所述天线的转动速度。
5. 根据权利要求1所述的三维环绕追踪式射频识别系统，其特征在于，所述系统中还 包含天线开关，所述天线开关与各天线通信连接； 所述天线开关用于在所述传感器检测到存在所述货物时，开启各天线以发射无线信 号； 或者在所述传感器检测到不存在所述货物时，关闭各天线以停止发射无线信号。
【文档编号】B65G43/08GK203838711SQ201420215614
【公开日】2014年9月17日 申请日期:2014年4月29日 优先权日:2014年4月29日
【发明者】薛君志 申请人:上海市计算技术研究所