具有传感功能的uhf rfid电子标签装置及其应用方法
【专利摘要】本发明公开了一种具有传感功能的UHF RFID电子标签装置及其应用方法，其中该装置包括：传感器组、控制器、RFID电子标签芯片、电池；控制器接收传感器组从监控对象采集的数据信息，并将该数据信息写入RFID电子标签芯片，以供RFID读写器实时读取，后台服务器从该RFID读写器获取该数据信息，并根据该数据信息对监控对象进行远程监控；该RFID读写器将配置参数信息写入RFID电子标签芯片，控制器从RFID电子标签芯片中读取配置参数信息，并根据配置参数实现优化应用。本发明与现有普通的电子标签结合起来应用，实现具备传感器采集功能的RFID仓储管理。
【专利说明】具有传感功能的UHF RFID电子标签装置及其应用方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及电子标签，特别是涉及一种具有传感功能的UHF (Ultra HighFrequency,超高频)RFID (Rad1 Frequency Indentify,射频识别)电子标签装置及其应用方法。
【背景技术】
[0002]在仓储管理中，需要对价值较大的物体进行特别关注。通常，这些物体需要经常进行出库、入库、在库、盘库等操作。为了及时获取这类物体的仓储情况，可以采用射频识别的方法。通过在物体上安装电子标签，并借助特定形态的读写器装置，实现仓库内物品、货架、搬运工具的可视化管理，降低库存水平，提高库存管理能力，和盘库清点、挑拣配送的效率。
[0003]目前，在仓储管理中应用RFID技术比较常见。RFID的应用是在现有仓储管理的到货、验收、入库移动拣货、出库等作业环节中进行货品、数量位置、载体等信息的实时自动采集并通过与WMS (Warehouse Management System,仓储管理系统)的信息交互在操作现场提供下一步的操作指示和执行情况校验，从而提高一线运作效率和准确性实现物流仓储业务的智能化自动化管理。
[0004]为了对仓库管理中的物体进行全面管理，需要应用价格低廉的电子标签。目前遵循国际标准EPC Gen2的无源超高频电子标签由于每颗芯片的成本已控制在几美分的范围内，因此无源超高频RFID系统大受欢迎，在货品物流，尤其是仓储管理中已得到比较广泛的应用。
[0005]然而，在实际应用中，仓储管理还需要实时地采集仓库环境因素，如温度、湿度、振动等数据，在读写器清点电子标签的同时，一并回传给后台服务器，以便随时掌握被附着物体或环境的变化，防止仓库出现事故，给企业造成重大损失。为了采集环境信息，目前常用的方法是依靠无线传感网技术，通过传感器节点将采集的信息以无线方式回传给后台服务器，以便实时监控。但WSN (Wireless Sensor Network,无线传感器网络)只限于在仓库内部实现单一的传感功能，不采用全局标识，对物体无法识别，无法实现货品的出库、入库、在库、盘库功能，更无法与仓储物流等环节结合。
[0006]能否提出一种方法，将RFID与传感器结合起来，只部属一套系统，开发一套软件，遵循一套协议即可满足用户的上述需求？目前普遍采用的是有源RFID技术。如2.45GHz或433MHz有源RFID电子标签。但无论是哪种有源RFID产品，目前都普遍存在标准不统一，系统间不兼容的问题，并且大部分应用商均已部署了超高频RFID系统。也不可能单独为了实现环境采集，而淘汰现有系统，或重新增加其他装置；另外有源RFID产品价格高昂，维修使用难度高，也不适于每件货品的管理。
[0007]因此，迫切需要一种能够与现有无源超高频RFID系统兼容的方法，自身带传感器功能，在不改变现有EPC Gen2超高频RFID系统架构和读写器硬件单元的基础上，与现有普通的电子标签结合起来应用，实现具备传感器采集功能的RFID仓储管理。
[0008]本发明正是基于这种现实需求而产生的。
【发明内容】
[0009]本发明的目的在于提供一种具有传感功能的UHF RFID电子标签装置及其应用方法，用于在不改变现有EPC Gen2超高频RFID系统架构和读写器硬件单元的基础上，与现有普通的电子标签结合起来应用，实现具备传感器采集功能的RFID仓储管理。
[0010]为了实现上述目的，本发明提供一种具有传感功能的UHF RFID电子标签装置，其特征在于，包括:传感器组、控制器、RFID电子标签芯片、电池；所述传感器组、所述RFID电子标签芯片与所述控制器相连；
[0011]所述控制器接收所述传感器组从监控对象采集的数据信息，并将该数据信息写入所述RFID电子标签芯片，以供RFID读写器实时读取，后台服务器从该RFID读写器获取该数据信息，并根据该数据信息对监控对象进行远程监控；
[0012]该RFID读写器将配置参数信息写入所述RFID电子标签芯片，所述控制器从所述RFID电子标签芯片中读取所述配置参数信息，并根据所述配置参数实现优化应用。
[0013]所述的电子标签装置，其中，所述RFID电子标签芯片的空口协议符合EPC Gen2空口协议，并具有12C有线接口。
[0014]所述的电子标签装置，其中，所述RFID电子标签芯片与所述RFID读写器通信时处于无源工作模式，所述电池不向所述RFID电子标签芯片供电；
[0015]所述RFID电子标签芯片动态更新数据时，所述电池向控制器和所述RFID电子标签芯片供电，并在数据传输完毕后所述控制器处于极低功耗模式。
[0016]所述的电子标签装置，其中，该RFID读写器通过无线射频方式将所述配置参数信息写入所述RFID电子标签芯片。
[0017]所述的电子标签装置，其中，所述控制器为超低功耗MCU，所述电池为高能量电池。
[0018]为了实现上述目的，本发明提供一种具有传感功能的UHF RFID电子标签装置的应用方法，其特征在于，包括:
[0019]步骤一，将所述电子标签装置设置于监控对象上；
[0020]步骤二，所述电子标签装置从所述监控对象采集数据信息；
[0021]步骤三，RFID读写器从所述电子装置实时读取该数据信息，并将该数据信息传输至后台服务器；
[0022]步骤四，所述后台服务器根据该数据信息对所述监控对象进行远程监控；该RFID读写器将配置参数信息写入所述电子标签装置，所述电子标签装置根据所述配置参数实现优化应用。
[0023]所述的应用方法，其中，所述电子标签装置包括:传感器组、控制器、RFID电子标签芯片、电池，所述传感器组、所述RFID电子标签芯片与所述控制器相连，所述传感器组、控制器、RFID电子标签芯片由所述电池供电。
[0024]所述的应用方法，其中，所述RFID电子标签芯片的空口协议符合EPCGen2空口协议，并具有I2C有线接口。
[0025]所述的应用方法，其中，所述步骤三中，包括:
[0026]所述RFID电子标签芯片与所述RFID读写器通信时处于无源工作模式，所述电池不向所述RFID电子标签芯片供电；
[0027]所述RFID电子标签芯片动态更新数据时，所述电池向控制器和所述RFID电子标签芯片供电，并在数据传输完毕后所述控制器处于极低功耗模式。
[0028]所述的应用方法，其中，所述步骤四中，包括:
[0029]该RFID读写器通过无线射频方式将所述配置参数信息写入所述RFID电子标签芯片，所述控制器从所述RFID电子标签芯片中读取所述配置参数信息。
[0030]与现有的无源超高频EPC Gen2电子标签装置比较，本发明具有以下显著优点和有益效果:
[0031]I)本发明的空口协议完全符合国际标准EPC Gen2，具有价格低廉、标准统一、适用性广的特点。
[0032]2)本发明的电子标签芯片除具备无线射频功能外，还提供I2C有线接口，能在应用处理器和超高频读写器间建立无线通讯连接，实现双向、无限制的数据传输。
[0033]3)本发明能满足标签内存储信息自动动态更新的需求，如通过I2C有线接口定期将传感器采集的环境数据写入标签，供读写器定期采集。
[0034]4)本发明能通过读写器无线配置电子标签，电子标签再通过I2C有线接口与MCU等控制器建立连接，组成智能RFID控制系统，实现多种应用。
[0035]5)本发明的无线通信带宽要求低、占用的计算机存储等资源少，回传信息量远小于视频监控装置。
[0036]6)本发明无需引入过多复杂器件，设计简单高效，采用极低低功耗设计技术，适合安装使用。
[0037]本发明公开的电子标签，在不更换现有超高频RFID系统架构和读写器硬件单元的基础上，可以实现一种带传感采集功能的系统应用，从而极大的扩展EPC Gen2ClG2RFID协议的适用范畴。
【专利附图】
【附图说明】
[0038]图1是本发明带传感功能的UHF RFID电子标签装置结构示意图；
[0039]图2是本发明带传感功能的UHF RFID电子标签装置的应用场景示意图。
[0040]其中，附图标记:
[0041]10 电子标签装置
[0042]I 传感器组
[0043]2 控制器
[0044]3 RFID电子标签芯片
[0045]4 电池
[0046]20 仓储货架
[0047]30 普通RFID电子标签
[0048]50 RFID读写器(包括通道式读写器、固定式读写器、手持式读写器等多种形态读写器)
[0049]60 服务器
[0050]70 计算机
【具体实施方式】
[0051]以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述，但不作为对本发明的限定。
[0052]如图1所示，是本发明带传感功能的UHF RFID电子标签裝置结构示意图。该UHFRFID电子标签装置10包括:传感器组1、MCU控制器2、RFID电子标签芯片3、电池4。
[0053]其中，传感器组I包括:传感器单元1_N，N的取值为根据实际需要设定。MCU控制器2为超低功耗MCU，电池4为高能量电池。
[0054]其中，RFID电子标签芯片3的空口协议符合国际标准EPC Gen2空口协议，并且除具备无线射频功能外，还提供I2C有线接口，能在应用处理器和超高频间建立无线通讯连接，以实现双向、无限制的数据传输。
[0055]其中，MCU控制器2采用超低功耗设计架构，运行时耗电约为195 μ Α/ΜΗζ+440 μ A。
[0056]传感器组I通过数字或模拟接口与MCU控制器2相连，RFID电子标签芯片3通过I2C有线接口与MCU控制器2相连。
[0057]MCU控制器2定期接收传感器组I采集到的环境信息，进行简单的数据处理后，将其写入RFID电子标签芯片3，RFID读写器50可以实时地获取RFID电子标签芯片3附着物体的温度、湿度、振动等环境信息。同时，RFID读写器50可以通过无线射频方式将配置参数等信息写入RFID电子标签芯片3，MCU控制器2再通过I2C有线接口将RFID电子标签芯片3中的配置参数信息读取出来，根据现场使用动态配置软件，实现优化应用。RFID读写器50可以是EPC Gen2读写器。
[0058]RFID电子标签芯片3在一般工作状态下与RFID读写器50通信时处于无源工作模式，靠RFID读写器50提供的能量再通过反向散射实现通信，电池4不向RFID电子标签芯片3供电，只有在需要动态更新数据时，才需要给MCU控制器2和RFID电子标签芯片3供电，数据传输完毕后MCU控制器2只保留中断检测功能，处于极低功耗模式。
[0059]在实际应用中，需要监控的物体粘贴本发明的RFID电子标签芯片3，RFID电子标签芯片3通过I2C有线接口获取传感器组I采集的环境信息，再通过手持或固定式RFID读写器50实时采集标签动态信息，传输给服务器60，实现远程监控；同时也可以通过RFID读写器50无线配置RFID电子标签芯片3，RFID电子标签芯片3再通过I2C有线接口与MCU处理器2建立连接，组成智能RFID控制系统。通过该机制，可以在传统的RFID电子标签中加入“另外一条通道”，完成RFID系统与其他主控系统的智能联动，完成数据的闭环通信。
[0060]该带传感器功能的UHF RFID电子标签装置10，能解决目前使用普通超高频无源电子标签的功能单一、适用范围窄，无法实现被附着物体信息或环境信息的实时采集，供读写器进行动态信息采集的问题。
[0061]如图2所示，是本发明带传感功能的UHF RFID电子标签装置的应用场景示意图。
[0062]在图2中，仓储物资管理系统，基于RFID技术应用本发明装置需要的物件包括:仓储货架20、电子标签装置10、普通RFID电子标签30、RFID读写器50、服务器60、计算机70。
[0063]仓储货架20为存放重要设备、物资等的一般仓库货架，基于RFID技术的仓储管理系统是指通过在货架及货物上加装RFID电子标签，通过配套读写器的采集，实现仓储货物的自动出库、入库、盘库、在库监控等功能。
[0064]电子标签装置10为智能传感标签，一般作为货架标签，在标识货架编号的同时、也提供环境等动态信息；也可粘贴于“精大贵稀”物体上，实现一般单品级标签功能外，还能实时监控被附着物体的动态信息。本发明装置上运行配套的嵌入式软件，上电即可自动运行。
[0065]普通RFID电子标签30为一般RFID标签，是与本发明的电子标签装置10相配套使用的一般EPC Gen2电子标签，通常粘贴于被监管物体上，用于实现仓库批量入库、出库、库存盘点和重点设备在位监控等各个作业环节的数据自动采集。
[0066]RFID读写器50为与电子标签装置10配套使用的各种形态读写器，包括通道式读写器、固定式读写器、手持式读写器等多种形态读写器。一般在仓库出入口安装通道式读写器实现出入库管理、在仓库货架安装带天线分支器的固定式读写器实现在位监控；不需要在位监控的仓储应用中，也可通过手持式读写器实现库存盘点。天线分支器是用于扩展读写器端口，用以实现一台读写器配合N套天线(NM)使用的装置。
[0067]服务器60为后台应用服务器。
[0068]服务器60、计算机70组成后台监控管理系统。
[0069]前端采集的数据信息经通信网络传输到服务器60，由服务器60完成数据接入、过滤、处理、存储、应用等功能，实现系统的后台监管。
[0070]计算机70为系统管理终端，可在其上部署应用软件，实现系统的管理配置应用。
[0071]结合附图2，应用本发明装置的具体实施步骤如下:
[0072]I)给被监控物体安装普通RFID电子标签30、“精大贵稀”物体和仓库货架安装本发明的电子标签装置10;
[0073]2)在仓库出入口安装通道式读写器50实现出入库管理、在仓库货架安装带天线分支器的固定式读写器50实现在位监控；不需要在位监控的仓储货架，通过手持式读写器50实现库存盘点。
[0074]3 )启动后台监控管理系统，通过TCP/IP或3G网络接收前端采集的数据，检查监控情况是否有异，判断是否需要报警。
[0075]4)根据现场应用的实际情况，通过读写器50配置本发明电子标签参数，优化应用。
[0076]本发明提供一种带传感功能的UHF RFID电子标签装置，其通过在现有EPC Gen2超高频电子标签基础上增加I2C有线接口，与外围多种传感器通信，实时将采集到的附着环境参数，写入RFID电子标签芯片中，实现一种电子标签数据与读写器的动态交互。该电子标签芯片的空中接口符合EPC Gen2ClG2协议，具有价格低廉、标准统一、适用性广的特点。此外该发明的电子标签装置除具备无线射频功能，还集成超低功耗MCU，能够与外围多种传感器通信，通过环境参数的采集，将数据写入电子标签芯片中，利用RFID读写器和电子标签的交互，即可获知电子标签附着环境的实时信息。
[0077]本发明提供的电子标签装置，可以在不改变现有EPC Gen2超高频RFID系统架构和读写器硬件单元的基础上，实现一种结合传感器采集功能的RFID系统，从而极大的扩展EPC Gen2ClG2RFID协议的应用范畴。
[0078]当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明做出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。
【权利要求】
1.一种具有传感功能的UHF RFID电子标签装置，其特征在于，包括:传感器组、控制器、RFID电子标签芯片、电池；所述传感器组、所述RFID电子标签芯片与所述控制器相连； 所述控制器接收所述传感器组从监控对象采集的数据信息，并将该数据信息写入所述RFID电子标签芯片，以供RFID读写器实时读取，后台服务器从该RFID读写器获取该数据信息，并根据该数据信息对监控对象进行远程监控； 该RFID读写器将配置参数信息写入所述RFID电子标签芯片，所述控制器从所述RFID电子标签芯片中读取所述配置参数信息，并根据所述配置参数实现优化应用。
2.根据权利要求1所述的电子标签装置，其特征在于，所述RFID电子标签芯片的空口协议符合EPC Gen2空口协议，并具有I2C有线接口。
3.根据权利要求1所述的电子标签装置，其特征在于，所述RFID电子标签芯片与所述RFID读写器通信时处于无源工作模式，所述电池不向所述RFID电子标签芯片供电； 所述RFID电子标签芯片动态更新数据时，所述电池向控制器和所述RFID电子标签芯片供电，并在数据传输完毕后所述控制器处于极低功耗模式。
4.根据权利要求1、2或3所述的电子标签装置，其特征在于，该RFID读写器通过无线射频方式将所述配置参数信息写入所述RFID电子标签芯片。
5.根据权利要求1、2或3所述的电子标签装置，其特征在于，所述控制器为超低功耗MCU，所述电池为高能量电池。
6.一种具有传感功能的UHF RFID电子标签装置的应用方法，其特征在于，包括: 步骤一，将所述电子标签装置设置于监控对象上； 步骤二，所述电子标签装置从所述监控对象采集数据信息； 步骤三，RFID读写器从所述电子装置实时读取该数据信息，并将该数据信息传输至后台服务器； 步骤四，所述后台服务器根据该数据信息对所述监控对象进行远程监控；该RFID读写器将配置参数信息写入所述电子标签装置，所述电子标签装置根据所述配置参数实现优化应用。
7.根据权利要求6所述的应用方法，其特征在于，所述电子标签装置包括:传感器组、控制器、RFID电子标签芯片、电池，所述传感器组、所述RFID电子标签芯片与所述控制器相连，所述传感器组、控制器、RFID电子标签芯片由所述电池供电。
8.根据权利要求7所述的应用方法，其特征在于，所述RFID电子标签芯片的空口协议符合EPC Gen2空口协议，并具有I2C有线接口。
9.根据权利要求7或8所述的应用方法，其特征在于，所述步骤三中，包括: 所述RFID电子标签芯片与所述RFID读写器通信时处于无源工作模式，所述电池不向所述RFID电子标签芯片供电； 所述RFID电子标签芯片动态更新数据时，所述电池向控制器和所述RFID电子标签芯片供电，并在数据传输完毕后所述控制器处于极低功耗模式。
10.根据权利要求7或8所述的应用方法，其特征在于，所述步骤四中，包括: 该RFID读写器通过无线射频方式将所述配置参数信息写入所述RFID电子标签芯片，所述控制器从所述RFID电子标签芯片中读取所述配置参数信息。
【文档编号】G06K17/00GK104252632SQ201310256199
【公开日】2014年12月31日 申请日期:2013年6月25日 优先权日:2013年6月25日
【发明者】张丹 申请人:北京计算机技术及应用研究所