一种基于RFID的多天线多标签识别定位装置和设备的制作方法

本实用新型涉及rfid定位识别技术领域，特别涉及一种基于rfid的多天线多标签识别定位装置和设备。

背景技术：

随着经济的发展和人民生活水平的提高，棋盘类游戏越来越受到人们的喜爱。例如：国家象棋、中国象棋等。虽然象棋的规则并不复杂，但是，对于初学者来说，依然需要一定时间来掌握。初学者经常会忘记一些棋子的法则，例如象的走法、兵的走法，由于两个初学者可能都对规则不熟悉，进而造成棋子胡乱行走的结果，难以迅速提高初学者的棋艺水平。

目前市面上的解决方法，多采用rfid技术来识别棋子位置，辅助初学者提高棋艺水平。然而，现有的rfid识别方案，一般都只有一个天线，同一时刻只能识别出一个标签，就算有多个天线也只是增大识别面积提高灵敏度。如果需要同时识别多个标签，而且标签排列紧密的时候就无能为力了。因为识别设备的天线面积越大，灵敏度越高，距离太近会相互干扰而造成识别失败。例如国际象棋、中国象棋等棋盘类产品，既需要识别棋子类型又需要定位棋子位置。因为般棋子的摆放密度较高，市面上暂无此类可行的rfid识别方案。

因而现有技术还有待改进和提高。

技术实现要素：

鉴于上述现有技术的不足之处，本实用新型的目的在于提供一种基于rfid的多天线多标签识别定位装置和设备，在解决现有技术中传统的rfid识别方案中存在的灵敏度低。

为了达到上述目的，本实用新型采取了以下技术方案：

一种基于rfid的多天线多标签识别定位装置，其包括天线线圈阵列电路、行扫描驱动电路、解调电路、mcu控制电路和led矩阵电路；其中，所述mcu控制电路通过解调电路连接天线线圈阵列电路，所述行扫描驱动电路和led矩阵电路分别连接mcu控制电路；

所述天线线圈阵列电路包括n×m阵列天线线圈；

所述mcu控制电路产生预设频率的载波信号放大后发送给行扫描驱动电路，所述行扫描驱动电路根据mcu控制电路的控制指令逐一对同一行线的天线线圈进行驱动，并在选定的天线线圈上产生所述预设频率的交变磁场，给位于天线线圈上的标签感应供电；

当天线线圈阵列电路感应到标签时，所述解调电路监测天线线圈阵列电路中每一列母线的负载变化而产生检波信号，并将检波信号滤波放大、整形后产生曼彻斯特码发送给mcu控制电路；

所述mcu控制电路对解调电路发送的曼彻斯特码进行译码获取rfid标签的id，并控制led矩阵电路的点亮状态。

所述的基于rfid的多天线多标签识别定位装置中，所述mcu控制电路包括mcu芯片、第一电阻和第二电阻，所述mcu芯片的ra0脚、ra1脚、ra2脚、ra3脚、ra4脚、ra5脚、rc0脚和rb5脚连接解调电路，所述mcu芯片的rc2脚、rc3脚、rc4脚、rc5脚和rb3脚连接led矩阵电路，所述mcu芯片的rc1脚连接行扫描驱动电路，所述mcu芯片的rb0脚、rb1脚和rb2脚连接天线线圈阵列电路。

所述的基于rfid的多天线多标签识别定位装置中，n×m阵列天线线圈为n×m个天线线圈单元，其中一天线线圈单元包括隔离二极管、第一线圈和第二线圈，所述隔离二极管的第1端通过第一线圈连接mcu芯片的rb0脚，隔离二极管的第2端通过第二线圈连接mcu芯片的rb1脚，隔离二极管的第3端连接mcu芯片的ra0脚。

所述的基于rfid的多天线多标签识别定位装置中，所述解调电路包括n个解调单元；其中一解调单元包括三极管、运算放大器、比较器、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第六电阻、第七电阻、第八电阻、第九电阻、第十电阻、第十一电阻、第十二电阻、第一电容和第二电容，所述三极管的基极通过第三电阻连接一隔离二极管的第3端和第四电阻的一端，第四电阻的另一端接地，所述三极管的集电极接地，三极管的发射极依次通过第五电阻、第六电阻连接运算放大器的同相输入端，运算放大器的反相输入端通过第七电阻连接运算放大器的输出端、也通过第八电阻、第一电容接地，所述运算放大器的输出端通过第九电阻连接比较器的同相输入端和第十一电阻的一羰、也通过第十电阻连接比较器的反相输入端，比较器的反相输入端还通过第二电容接地，比较器的输出端和第十一电阻的另一端连接mcu芯片的ra0脚。

所述的基于rfid的多天线多标签识别定位装置，还包括电源电路，所述电源电路连接天线线圈阵列电路、行扫描驱动电路、解调电路、mcu控制电路和led矩阵电路。

所述的基于rfid的多天线多标签识别定位装置，还包括rs232接口和rs232-ttl电平转换电路，所述rs232接口通过rs232-ttl电平转换电路连接mcu控制电路。

一种基于rfid的多天线多标签识别定位设备，包括设备本体和若干用于放置于设备本体上的rfid标签，所述设备本体包括多天线多标签识别定位装置。

相较于现有技术，本实用新型提供的基于rfid的多天线多标签识别定位装置和设备，其多天线多标签识别定位装置包括天线线圈阵列电路、行扫描驱动电路、解调电路、mcu控制电路和led矩阵电路；其中，所述天线线圈阵列电路包括n×m阵列天线线圈；所述mcu控制电路产生预设频率的载波信号放大后发送给行扫描驱动电路，所述行扫描驱动电路根据mcu控制电路的控制指令逐一对同一行线的天线线圈进行驱动，并在选定的天线线圈上产生所述预设频率的交变磁场，给位于天线线圈上的标签感应供电；当天线线圈阵列电路感应到标签时，所述解调电路监测天线线圈阵列电路中每一列母线的负载变化而产生检波信号，并将检波信号滤波放大、整形后产生曼彻斯特码发送给mcu控制电路；所述mcu控制电路对解调电路发送的曼彻斯特码进行译码获取rfid标签的id，并控制led矩阵电路的点亮状态。通过阵列天线线圈以n×m行列布局摆放，利用mcu控制电路对天线阵列以动态扫描的方式对n列天线依次分时进行驱动，同时m路解调电路会对m行天线进行监测，实现识别和定位棋子，用于记谱、人机对战、互联网异地对战和智能教学等等，具有很好的市场推广效果。

附图说明

图1为本实用新型提供的基于rfid的多天线多标签识别定位装置的结构框图。

图2为本实用新型提供的基于rfid的多天线多标签识别定位装置中mcu控制电路的电路示意图。

图3为本实用新型提供的基于rfid的多天线多标签识别定位装置中天线线圈单元的电路示意图。

图4为本实用新型提供的基于rfid的多天线多标签识别定位装置中解调单元的电路示意图。

图5为本实用新型提供的基于rfid的多天线多标签识别定位装置中电源电路的电路示意图。

具体实施方式

本实用新型提供一种基于rfid的多天线多标签识别定位装置，可以实现在很小的平面空间内，能同时识别出多个紧密排列的标签的id及坐标。其实现思路是利用多个天线线圈，以n×m行列布局摆放，利用微处理器按照特定的时序，对天线阵列以动态扫描的方式对n列天线依次分时进行驱动，同时m路解调电路会对m行天线进行监测，当所扫描到的天线线圈上有感应到标签时，解调电路会对调制信号解调，返回曼彻斯特译码流给mcu控制电路译码，从而mcu控制电路可以算出各行此时的标签的id，再结合这个时刻列驱动信号的时序，得出标签的行列坐标(m，n)。这样只要进行n次的扫描就可以扫描完整个天线阵列。得出n×m个rfid标签的id和行列坐标。此识别方案可用于各类棋盘上，只要在棋子底下贴上相应的rfid标签，rfid棋盘就可以识别和定位棋子。将数据上传到上位机上就可以用于记谱、人机对战、互联网异地对战和智能教学等等。

为使本实用新型的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本实用新型进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

需要说明的是，当部件被称为“装设于”、“固定于”或“设置于”另一个部件上，它可以直接在另一个部件上或者可能同时存在居中部件。当一个部件被称为是“连接于”另一个部件，它可以是直接连接到另一个部件或者可能同时存在居中部件。

还需要说明的是，本实用新型实施例中的左、右、上、下等方位用语，仅是互为相对概念或是以产品的正常使用状态为参考的，而不应该认为是具有限制性的。

请参阅图1，本实用新型提供的基于rfid的多天线多标签识别定位装置，包括天线线圈阵列电路10、行扫描驱动电路20、解调电路30、mcu控制电路40和led矩阵电路50；其中，所述mcu控制电路40通过解调电路30连接天线线圈阵列电路10，所述行扫描驱动电路20和led矩阵电路50分别连接mcu控制电路40。

所述天线线圈阵列电路10包括n×m阵列天线线圈，天线线圈为n列、m行。所述mcu控制电路40产生预设频率的载波信号放大后发送给行扫描驱动电路20，所述行扫描驱动电路20根据mcu控制电路40的控制指令逐一对同一行线的天线线圈进行驱动，并在选定的天线线圈上产生所述预设频率的交变磁场，给位于天线线圈上的标签感应供电。

当天线线圈阵列电路10感应到标签时，所述解调电路30监测天线线圈阵列电路10中每一列母线的负载变化而产生检波信号，并将检波信号滤波放大、整形后产生曼彻斯特码发送给mcu控制电路40。所述mcu控制电路40对解调电路30发送的曼彻斯特码进行译码获取rfid标签的id，并控制led矩阵电路50的点亮状态。

本实用新型实施例通过多个天线线圈形成天线阵列，以n×m行列布局摆放，利用微处理器(mcu)按照特定的时序，对天线阵列以动态扫描的方式对n列天线依次分时进行驱动，同时m路解调电路30会对m行天线进行监测，实现识别和定位棋子。用于记谱、人机对战、互联网异地对战和智能教学等等，具有很好的市场推广效果。

请一并参阅图2，在本实用新型的基于rfid的多天线多标签识别定位装置中，所述mcu控制电路40包括mcu芯片u1、第一电阻r1和第二电阻r2，所述mcu芯片u1的ra0脚、ra1脚、ra2脚、ra3脚、ra4脚、ra5脚、rc0脚和rb5脚连接解调电路30，所述mcu芯片u1的rc2脚、rc3脚、rc4脚、rc5脚和rb3脚连接led矩阵电路50，所述mcu芯片u1的rc1脚连接行扫描驱动电路20，所述mcu芯片u1的rb0脚、rb1脚和rb2脚连接天线线圈阵列电路10。

本实施例中，所述mcu芯片u1可采用型号为pic18f24k22的单片机，所述载波信号的频率125km。由mcu芯片u1产生125k载波信号，控制天线扫描时序，对解调电路30送来的曼彻斯特码译码，以及接收上位机指令，向上位机发送标签信息，及控制led阵列。

请一并参阅图5，基于rfid的多天线多标签识别定位装置，还包括电源电路，所述电源电路连接天线线圈阵列电路10、行扫描驱动电路20、解调电路30、mcu控制电路40和led矩阵电路50，为多天线多标签识别定位装置各部分提供工作电压。

更进一步地，基于rfid的多天线多标签识别定位装置，还包括rs232接口j1和rs232-ttl电平转换电路60，所述rs232接口j1通过rs232-ttl电平转换电路60连接mcu控制电路40。mcu控制电路40通过rs232接口j1与上位机通讯，与上位机进行数据交互。

请一并参阅图1至图3，本实用新型的基于rfid的多天线多标签识别定位装置中，n×m阵列天线线圈为n×m个天线线圈单元，即n行，m列个天线线圈。

其中，一天线线圈单元包括隔离二极管、第一线圈和第二线圈，所述隔离二极管的第1端通过第一线圈连接mcu芯片u1的rb0脚，隔离二极管的第2端通过第二线圈连接mcu芯片u1的rb1脚，隔离二极管的第3端连接mcu芯片u1的ra0脚。

由于其它天线线圈单元与上述天线线圈单元仅与mcu芯片u1的连接管脚不同，此处对其它天线线圈单元的电路构成和连接方式不作详述描述，具体如图1至图3所示。通过两个天线线圈之间采用隔离二极管进行隔离，连接列母线上，两个天线线圈的另一端则分别连一根行母线，采用错位方式分别连接到公共线上，解决现有技术中传统的rfid识别方案中存在的灵敏度低，距离太近会相互干扰而造成识别失败的问题。

以n×m阵列天线线圈为8×8阵列天线线圈为例，该阵列天线线圈包括8个行母线和8个列母线，及4×8个天线线圈单元。每个天线线圈单元包括两个天线线圈。

本实用新型，天线以8×8行列布局摆放，每个线圈尺寸约为35×35mm，并且全部在一块印刷电路板上实现。每一个线圈都串一个二极管作为隔离，然后每行及每列的天线线圈都采用错位的方式分别连接到公共母线上，这样可以避免每次行扫描时，相邻天线同时驱动，而造成电磁场相互串扰的问题，将相互干扰降到最低。

本实施例中，行扫描驱动电路20包括放大单元(如运算放大器a1)、8选1模拟开关和功率管(如mos管)，mcu芯片u1产生的125k载波信号，经放大后，再由muc芯片控制8选1模拟开关分别驱动功率管，逐一对同一行线的线圈进行驱动，并在选中的线圈上产生125khz的交变磁场，从而给位于天线线圈上面的标签感应供电。

请一并参阅图4，所述解调电路30包括n个解调单元；其中一解调单元包括三极管q1、运算放大器a1、比较器a2、第三电阻r3、第四电阻r4、第五电阻r5、第六电阻r6、第七电阻r7、第八电阻r8、第九电阻r9、第十电阻r10、第十一电阻r11、第十二电阻r12、第一电容c1和第二电容c2。

所述三极管q1的基极通过第三电阻r3连接一隔离二极管的第3端和第四电阻r4的一端，第四电阻r4的另一端接地，所述三极管q1的集电极接地，三极管q1的发射极依次通过第五电阻r5、第六电阻r6连接运算放大器a1的同相输入端，运算放大器a1的反相输入端通过第七电阻r7连接运算放大器a1的输出端、也通过第八电阻r8、第一电容c1接地，所述运算放大器a1的输出端通过第九电阻r9连接比较器a2的同相输入端和第十一电阻r11的一羰、也通过第十电阻r10连接比较器a2的反相输入端，比较器a2的反相输入端还通过第二电容c2接地，比较器a2的输出端和第十一电阻r11的另一端连接mcu芯片u1的ra0脚。

其中，所述三极管q1为pnp三极管q1，当其基极为低电平时导通，所述三极管q1用于对天线线圈上产生的电流信号进行检波，再运算放大器a1和第一电容c1进行滤波放大，经比较器a2进行整形后曼彻斯特码至mcu芯片u1中。

本实施例中，在每一列的天线线圈的母线中串有一个采样电阻(即第四电阻r4)，8路解调电路30通过这个采样电阻监测着每一列母线的负载变化。当所在母线上的天线线圈上方有rfid标签，在rfid标签的调制下，采样电阻上将会有微弱电流波动，从而在采样电阻上产生调制信号。经三极管q1检波后，由运算放大器a1滤波放大，比较器a2对信号整形后产生标准的曼彻斯特码。然后送muc对信号译码。

本实用新型还对应提供一种基于rfid的多天线多标签识别定位设备，包括设备本体和若干用于放置于设备本体上的rfid标签，所述设备本体包括多天线多标签识别定位装置。

所述多天线多标签识别定位设备可以是棋类相关的识别定位设备，通过棋子上设置有rfid标签，通过rfid标签与棋盘上的天线线圈感应产生交变磁场，产生感应电流，供解调电路30解调。

综上所述，本实用新型实施例通过多个天线线圈形成天线阵列，以n×m行列布局摆放，利用微处理器(mcu)按照特定的时序，对天线阵列以动态扫描的方式对n列天线依次分时进行驱动，同时m路解调电路会对m行天线进行监测，实现识别和定位棋子。用于记谱、人机对战、互联网异地对战和智能教学等等，具有很好的市场推广效果。

可以理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据本实用新型的技术方案及其实用新型构思加以等同替换或改变，而所有这些改变或替换都应属于本实用新型所附的权利要求的保护范围。