专利名称：一种基于rfid的数据采集与控制装置及其网络的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种基于RFID的数据采集与控制装置，尤其涉及一种适应不同的应用环境的数据采集与控制系统。
背景技术：
射频识别即RFID (Radio Frequency IDentification)技术，又称电子标签、无线射频识别，是一种通信技术，可通过无线电讯号识别特定目标并读写相关数据，而无需识别系统与特定目标之间建立机械或光学接触。RFID射频识别是一种非接触式的自动识别技术，它通过射频信号自动识别目标对象并获取相关数据，识别工作无需人工干预，可工作于各种恶劣环境。RFID技术可识别高速运动物体并可同时识别多个标签，操作快捷方便。射频识别(RFID)是一种将电子数据和无线通信用于识别目的的新兴技术，随着 RFID技术的不断发展与成熟，RFID电子标签的价格也越来越低，更容易被企业所接受。 ERP/MES/0A/进销存等管理系统在这些年的发展中，由于缺少对过程数据的自动实时采集与管理控制，使得信息响应程序不够、信息滞后或丢失，管理人员难以及时掌握数据与决策，所以在有些时候会使得效率更低，进而难以实现高效协调的控制和管理，因此在实时性、数据自动采集与控制已成为制约企业信息化发展的主要问题。这就需要开发一种基于 RFID的数据采集与控制装置，需兼容各种传感器、开关及第三方设备数据的接入，能对数据进行输出以驱动各种控制设备，能与用户交互的能力，而且能够与通信网络互联接受网络指令的智能系统，以解决所有环境数据实时自动采集与集中控制，轻松实现与ERP/MES/0A/ 进销存等管理系统对接，使管理信息系统真正成为企业的生产过程中流淌的血液，既能自动化控制又能自动将生产过程中的各项数据录入到系统。从而提高企业决策的正确性、实时性、科学性。目前，由中国科学院沈阳自动化研究所申请号为200820013606. 9中的“一种基于RFID数据采集功能的工业智能终端”实用新型专利中只解决了 RFID电子标签在生产过程数据的采集工作。但在实际生产应用中，在采集RFID电子标签数据的同时，需要同时采集RFID电子标签的环境状态才能有效决策。例如在某个食品加工环节，我们需要采集 RFID电子标签信息、员工信息、当前环境温度、湿度、PH值以及专业仪器检测到的数据等等信息需要同时采集才为有效数据。这一例子，申请号为200820013606. 9的实用新型专利是无法完成的，而在实际应用中，仅采集RFID电子标签的应用面将非常少。本实用新型就可以完成这一例子中对各种数据的采集要求。本实用新型与申请号为200820013606. 9的实用新型的区别在以下几点1，本实用新型采集范围广泛，支持各种其它采集数据的接入(即模拟量、数字量、开关量输入)；2， 本实用新型控制设备多样，支持各种数据的输出(即模拟量、数字量、开关量输出)；3，本实用新型控制方式灵活，输入输出口可编程控制，支持梯形图程式，既可由上位机控制，也可由用户对装置编程控制；4，本实用新型支持条形码、二维码扫描的接入，弥补了没有RFID 电子标签物品的采集；4，本实用新型支持无线网络传输；5、本实用新型支持GPS模块，可适用于户外需获取地理坐标的应用。基于以上几点，本实用新型将可满足各种基于RFID应用环境的数据采集与控制系统。
发明内容为了解决在RFID应用中对RFID电子标签数据及其它各种传感器及设备数据的实时采集及其它设备的集中控制，本实用新型提供一种基于RFID数据采集与控制装置，具有支持模拟量、数字量、开关量的输入以达到其它各种数据包括GPS地理坐标信息的实时采集，以及具有支持模拟量、数据量、开关量的输出以达到其它设备的集中控制。本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是一种基于RFID的数据采集与控制装置，包括RFID射频模块、耦合于RFID芯片的天线、通讯模块、微处理器(MCU)、存储器、电源模块及外围电路，RFID射频模块和耦合于RFID芯片的天线连接，RFID射频模块和微处理器(MCU)连接，存储器和微处理器(MCU)连接，微处理器(MCU)和通讯模块连接，各单元与电源模块电连接，其特征在于还包括输入接口、输出接口和GPS模块，输入接口、输出接口和GPS模块分别与微处理器(MCU)连接，输入接口连接开关量输入器件、模拟量输入器件和/或数字量输入器件，输出接口连接显示屏和/或模拟量、开关量、数字量的相关设备， 以控制第三方设备。如上所述的基于RFID的数据采集与控制装置，其特征在于所述模拟量输入器件为电压信号或电流信号的传感器，所述数字量输入器件为第三方设备。一种RFID射频识别的数据采集与控制网络，其特征在于包括一个上位机和多个上述基于RFID的数据采集与控制装置，通过通讯模块组成网络，一个基于RFID的数据采集与控制装置为一个网络节点，以通讯模块ID来识别；上位机的工作指令可以是广播方式或目标地址方式，也可组合广播方式和目标地址方式。如上所述的RFID射频识别的数据采集与控制网络，其特征在于其中网络节点可以以有线方式接入网络，或以无线方式接入网络，或以有线方式、无线方式混合接入网络。如上所述的RFID射频识别的数据采集与控制网络，其特征在于所述的网络为网状网、星型网、链型网或对等网。此装置从上位机或输入接口获取指令后由微处理器(MCU)按用户程序发送指令给输出接口或RFID射频模块，RFID射频模块连接的耦合于RFID芯片的天线发送出射频信号，在接收到射频信号的区域内的RFID电子标签被激和并产生电流发出信号，天线将接收到的RFID标签发出的信号传回到RFID射频模块，解码后再传送给微处理器(MCU)，微处理器(MCU)按用户程序将数据处理后发送到通讯模块，由通讯模块再将数据发送到上位机，上位机将数据采集与控制装置采集到的数据以装置ID、RFID标签数据、输入接口的数据组合后写入数据库。本实用新型的有益效果是1，集成RFID标签数据与其它各种数据的采集。本实用新型针对RFID读写设备只能采集RFID标签数据的缺陷，解决了在采集RFID标签数据的同时可采集当前的各种环境数据，不仅有利于RFID数据的有效性，还实现了 RFID数据的实时主动采集或条件采集，同时也结合各种环境数据使系统拥有处理复杂事件能力。2，集成对第三方设备的控制接口，实现智能控制。本实用新型拥有模拟量、数据量、开关量的输出接口，可以实现由RFID标签数据与采集到的各种环境数据发送至上位机管理系统中返回对输出接口的控制，也可由微处理器(MCU)执行装置内用户程序或梯形图程式直接因环境数据状态对输出接口控制，从而实现无需人工操作的智能控制的功能。3，具有GPS模块定位功能，使户外应用功能更强大。在户外应用时，通讯模块可选用3G无线传输方式，电源模块可选太阳能方式供电，使装置在户外具有良好应用性。例如 湖面污水监测与数据采集的应用，输入接口接相应传感器，结合输出接口功能，可实现电脑远程遥控的智能效果。4，功能多、兼容性强、使用便捷、应用广泛。本实用新型采用对RFID数据和其它各种数据的实时采集，可兼容各种传感设备及第三方设备数据的接入，同时也支持对第三方设备的集中控制。有效解决了不同应用环境了下数据采集效率低、实时性差、对第三方设备控制能力弱等特点。本实用新型支持条形码、二维码扫描设备的接入，弥补了没有RFID电子标签物品的采集。也可采用无线和有线的交叉的网络传输方式，使系统使用更便捷、更稳定、应用极为广泛。
以下结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。
图1是本实用新型的原理图。图2是图1的连接结构图。图3是装置组网的第一个实施例。图4是装置组网的第二个实施例。
具体实施方式
图1-2中1.模拟量，2.开关量，3.数字量，4.键盘、按键，5.微处理器(MCU)， 6.电源模块，7. RS232/RS485/以太网接口，8. ZIGBEE模块，9.D/A转换，10.模拟量，11.开关量，12.显示屏，13. ZIGBEE天线，14. RFID射频天线，15.存储器，16. RFID射频模块， 17.基于RFID的数据采集与控制装置，18. A/D转换，19.输入接口，110.通讯模块，111.输出接口，112. GPS模块。图3-4中21.物品，23.开关，27.单元格，28.柜体，31.待加工产品RFID标签， 32.传送带，33.感应开关(进)，34.感应开关(出)，35.员工操作工位，36.显示屏，37.生产单元，38. ZIGBEE转RS232模块，39.上位机通讯程序，310.管理软件数据库，311.用户操作软件界面。在图2中，是实用新型实施例的连接结构图。模拟量1、开关量2、数字量3与键盘、按钮4为输入接口，显示屏12、开关量11、模拟量10为输出接口，电源模块6提供电源， RS232/485/以太网接口 7为有线通讯接口，ZIGBEE天线13与ZIGBEE模块8连接，ZIGBEE 模块8与微处理器(MCU) 5连接，RFID射频天线14与RFID射频模块16连接，RFID射频模块16与微处理器(MCU) 5连接，微处理器(MCU) 5与存储器15连接，模拟量1与A/D转换 18连接，A/D转换18与微处理器(MCU) 5连接，微处理器(MCU) 5与D/A转换9连接，D/A转换9与模拟量10连接。在图3所示实施例中，是该装置组网后在生产流水线中的应用。生产步骤一、二、三(37)为一个生产环节，简称生产单元，工位1、2、3 (35)为员工操作台，简称工位，待加工产品31上贴有RFID电子标签。当待加工产品31进入到生产步骤一时，感应开关33被触发，装置17立即启动，装置中的微处理器(MCU)根据用户编程判断并执行RFID射频模块连接的可操作地耦合于RFID芯片的天线14发送出射频信号，在接收到射频信号的区域内待加工产品31上面贴的RFID电子标签被激和并产生电流发出信号，天线14将接收到的RFID 标签发出的信号，同时包含工位信息一起传回到RFID射频模块，解码后再传送给微处理器 (MCU)，微处理器(MCU)将数据处理后发送到ZIGBEE模块，ZIGBEE模块通过天线13将信息发送到ZIGBEE转RS232模块38，ZIGBEE转RS232模块38再将数据发送到上位机，由上位机通讯程序39将待加工产品进入工位135的相关数据写入管理软件数据库310，在数据库中的数据由管理软件对数据进行处理操作，并将操作信息发送到显示屏36，在用户操作软件界面311中的数据已经发生即时更新。待加工产品31在生产步骤一 37生产环节加工完毕后，将它放到停止的传送带32 上面，此时红外感应开关34被触发，装置17立即启动，装置中的微处理器(MCU)根据用户编程判断并执行RFID射频模块连接的可操作地耦合于RFID芯片的天线14发送出射频信号， 在接收到射频信号的区域内待加工产品31上面贴的RFID电子标签被激和并产生电流发出信号，天线14将接收到的RFID标签发出的信号，同时包含工位信息一起传回到RFID射频模块，解码后再传送给微处理器(MCU)，微处理器(MCU)将数据处理后发送到ZIGBEE模块， ZIGBEE模块通过天线13将信息发送到ZIGBEE转RS232模块38，ZIGBEE转RS232模块38 再将数据发送到上位机，由上位机通讯程序39将待加工产品加工完毕时离开工位135的相关数据写入管理软件数据库310，在数据库中的数据由管理软件对数据进行处理操作，并将操作信息发送到显示屏36，同时微处理器(MCU)对输出接口的开关量输出，即启动传送带将待加工产品传送到生产步骤二。在生产步骤二，本实例是执行相同的程序来记录待加工产品在生产环节的相关信息，也可对不同的生产步骤按需要配置成不同的数据采集方式，和对输入输出接口连接不同的传感器和设备，对微处理器(MCU)进行用户编程后，输入输出接口、RFID射频模块、通讯模块就会按用户编的程序进行工作。如果在生产过程中有第三方设备在使用，同时需将第三方设备的数据也传送至数据库，可将第三方设备的输出接至该装置的数据量输入接口。也可将该装置的数据量输出与第三方设备的输入接口连接，达到用户的管理软件可以操作第三方设备的功能。在本实例中，该装置可达到对生产环节中的各种不同类型的数据进行采集并写入用户软件的数据库中，而且不用对用户管理软件进行二次开发，使用过程中操作人员不对该装置进行任何操作就完成了数据采集和与管理软件的互动，使该装置达到了应用功能强大、简单易用、接入便捷、使用成本更低。在图4所示的另一个组网实施例中，是该装置17在对物品进行实时定位的应用。 图中观表示的一个大的柜子，柜子分有8个单元格27，每个单元格里面存放有若干个物品 21，物品21上贴有RFID电子标签，物品21可以是档案资料、黄金首饰、展览物等各种贵重物品，每一个单元格中放置有该装置17并布置该装置17引出的RFID天线14，该装置17的另一根通讯模块所引出的天线13被放置在整个柜子观的外面，以便于信号传输。当用户操作软件界面311需要实时定位时，管理软件数据库310接收到查询指令发送到上位机通讯程序39，上位机通讯程序39解码后将数据发给ZIGBEE转RS232模块38，该模块发出广播命令，将数据通过该模块的天线传送到所有装置17ZIGBEE通讯模块的天线13，通讯模块收到信息后传给所有装置17的微处理器(MCU)，微处理器(MCU)立即启动RFID射频模块并执行RFID射频模块连接的可操作地耦合于RFID芯片的天线14发送出射频信号，在接收到射频信号的区域内所有物品21上面贴的RFID电子标签被激和并产生电流发出信号，天线 14将接收到的RFID标签发出的信号，同时将单元格内所有物品标签信号一起传回到RFID 射频模块，解码后再传送给微处理器(MCU)，微处理器(MCU)将数据处理后发送到ZIGBEE模块，ZIGBEE模块通过天线13将信息发送到ZIGBEE转RS232模块38，ZIGBEE转RS232模块 38再将数据发送到上位机，由上位机通讯程序39将每个单元格内所有的物品信息写入管理软件数据库310，此时管理软件就可以显示每个单元格内存放的物品，也可以搜索到具体的某一物品存放在哪一个单元格中。另外，本实例还有一个功能就是可以记录每一个单元格的开门与关门的时间、操作人员ID及哪一个物品被拿出或放入单元格。原理是操作人员需用员工ID卡才可以开启单元格27的门，单元格门处有一个开关23可以感应单元格门是处于开启还是关闭状态。当操作人员用员工ID卡接触单元格门按钮时，单元格内装置17启动RFID射频模块并执行RFID射频模块连接的可操作地耦合于RFID芯片的天线14发送出射频信号，在接收到射频信号的区域内员工ID卡被激和并产生电流发出信号，天线14将接收到的员工ID 卡发出的信号传回到RFID射频模块，解码后再传送给微处理器(MCU)，微处理器(MCU)将数据处理后发送到ZIGBEE模块，ZIGBEE模块通过天线13将信息发送到ZIGBEE转RS232模块38，ZIGBEE转RS232模块38再将数据发送到上位机，由上位机通讯程序39将员工ID卡的信息写入管理软件数据库并进行比较员工ID卡是否合法，合法则发出单元格开门命令， 在单元格门开启和关闭时对所有物品的RFID标签进行扫描，扫描结果的差异就是操作人员取出或放入的物品。本实例仅用这一装置的网络应用，就可完成物品的实时定位、实时查询和物品跟踪，对贵重物品的管理起到了安全、实用、便捷的管理。
权利要求1.一种基于RFID的数据采集与控制装置，包括RFID射频模块、耦合于RFID芯片的天线、通讯模块、微处理器(MCU)、存储器、电源模块及外围电路，RFID射频模块和耦合于RFID 芯片的天线连接，RFID射频模块和微处理器(MCU)连接，存储器和微处理器(MCU)连接，微处理器(MCU)和通讯模块连接，各单元与电源模块电连接，其特征在于还包括输入接口、 输出接口和GPS模块，输入接口、输出接口和GPS模块分别与微处理器(MCU)连接，输入接口连接开关量输入器件、模拟量输入器件和/或数字量输入器件，输出接口连接显示屏和/ 或模拟量、开关量、数字量的相关设备，以控制第三方设备。
2.如权利要求1所述的基于RFID的数据采集与控制装置，其特征在于所述模拟量输入器件为电压信号或电流信号的传感器，所述数字量输入器件为第三方设备。
3.—种RFID射频识别的数据采集与控制网络，其特征在于包括一个上位机和多个上述基于RFID的数据采集与控制装置，通过通讯模块组成网络，一个基于RFID的数据采集与控制装置为一个网络节点，以通讯模块ID来识别；上位机的工作指令可以是广播方式或目标地址方式，也可组合广播方式和目标地址方式。
4.如权利要求3所述的RFID射频识别的数据采集与控制网络，其特征在于其中网络节点可以以有线方式接入网络，或以无线方式接入网络，或以有线方式、无线方式混合接入网络。
5.如权利要求3所述的RFID射频识别的数据采集与控制网络，其特征在于所述的网络为网状网、星型网、链型网或对等网。
专利摘要一种基于RFID的数据采集与控制装置及其网络，它是由RFID射频模块、耦合于RFID芯片的天线、通讯模块、微处理器(MCU)、存储器、输入接口、输出接口、GPS模块、电源模块及外围电路构成的数据采集与控制装置。该装置具有RFID数据及其它各种传感器与设备数据的采集与处理,还支持各种数据的输出与可编程控制的输入输出口以达到对第三方设备集中控制的功能。输入输出口可由上位机控制,也可由用户对装置编入的程序控制，RFID射频模块与输入接口采集到的数据可实时与上位机通讯，上位机也可实时传输指令至微处理器MCU以达到对RFID射频模块、输入接口、输出接口的控制。
文档编号G05B19/418GK202230363SQ201120310498
公开日2012年5月23日 申请日期2011年8月25日 优先权日2011年8月25日
发明者吴刚, 周凯, 张庆玲 申请人:武汉亿聚信息技术有限公司