专利名称：Rfid环形天线阵列监测系统及监测控制方法
技术领域：
本发明涉及RFID无线射频识别技术领域，特别涉及RFID大范围多点监测定位技术领域，具体是指一种RFID多天线阵列监测系统及监测天线控制方法。
背景技术：
RFID (Radio Frequency Identification)是一种无线射频识别技术，由于高频(工作频率通常为13. 56MHz)系统识读距离较近(一般为O. I O. 3米，最大不超过I米)，限制了系统的覆盖范围；而超高频(400MHz 2. 4GHz)系统的识读距离虽然能够超过3米以上，但是由于超高频电磁波易被水吸收而衰减，又易被金属反射而干扰系统工作，在实际使用过程中，常常由于受到液体容器或富含水分的物质(如高含水物品、人体、动物躯体 等)的遮挡，以及金属物品(被识别的金属制品、集装箱、仓库货架等)的干扰，造成超高频RFID系统工作异常；而且超高频RFID系统大范围的识读距离又带来系统定位精度不高的固有缺陷。为了解决上述问题，一个可行的办法就是布设更多的天线，并保证每一个天线都在其可靠的作用范围内工作。通过在大范围布设大量的天线，达到扩大检测范围(对高频系统而言)，提高系统工作稳定性和定位精确性(对超高频系统而言)的目的。为此，人们提出了一系列的RFID多天线扩展方案，从基本的四(八)天线读写器，到可以连接几十个天线的多天线分支器，但是实际应用效果都不太理想。主要问题在于这些多天线扩展系统都采取树形分支连接方式，切换层次太多(连接32个天线的分支系统需经过5层切换)，线缆繁复，不但造成严重的插入损耗(每一个切换层次I 2dB)，而且任意一个中间分支接点故障都会造成次级接点和天线的成片失效；由于终端天线接口无法主动返回测试信号，读写控制器也就无法了解各分支天线链路的通断情况，系统工作的可靠性无法保障。此外，由于各层次标准天线分支切换器模块的分支端口数量是固定的，无法根据应用的需要灵活调難
iF. O
发明内容
本发明的目的是克服了上述现有技术中的缺点，提供一种连接简单、扩展灵活、成本低廉、工作性能稳定可靠、适用范围广泛的RFID环形天线阵列监测系统及监测控制方法。为了实现上述的目的，本发明的RFID环形天线阵列监测系统及监测控制方法如下该RFID环形天线阵列监测系统，其主要特点是，所述的系统包括自带切换地址解码器的RFID天线模块、包含天线切换地址编码器和天线切换地址总线输出接口的专用RFID读写监测控制器、连接天线模块的射频同轴电缆总线及T型三通连接器、切换地址总线电缆。该RFID环形天线阵列监测系统中的RFID天线模块包含切换地址译码器和本模块在环形阵列中的唯一地址编码。该RFID环形天线阵列监测系统中的专用RFID读写监测控制器包含与天线模块的切换地址译码器相匹配的切换地址编码器和切换地址总线输出接口。该RFID环形天线阵列监测系统中的天线模块与专用RFID读写监测控制器以及其他天线模块通过射频电缆和T型三通连接器连接成环形总线链路。该RFID环形天线阵列监测系统中的切换地址总线电缆从连接专用RFID读写监测控制器的天线切换地址总线输出接口起始，以菊花链路方式逐一连接阵列中各天线模块的切换地址总线接口。 该RFID环形天线阵列监测系统适用于高频(13. 56MHz) RFID系统和超高频(频率范围为400MHz 5. 8GHz)RFID系统。该利用上述的天线阵列系统进行大范围分布式RFID标签识读定位的方法，其主要特点是，所述的方法包括以下步骤(I)将环形链路阵列中所连接的天线模块的唯一编号(切换地址)和该天线模块所处的监测位置编码输入阵列所连接的专用RFID读写监测控制器中，建立天线切换地址对照表；(2)阵列系统的专用RFID读写监测控制器在进行读写操作时，首先从天线切换地址对照表取出一个天线预设编号，传输给切换地址编码器转换为切换地址编码，然后通过天线切换地址总线传送出去，开通相应的天线；(3)当切换地址总线电缆上传来的代码与某个天线模块预设编号相匹配时，该模块连接环形射频总线T型三通连接器的高频开关闭合，接通RFID天线；(4)专用RFID读写监测控制器确定指定的天线模块开通后，启动射频模块，通过选定的RFID天线读/写RFID标签；(5)如果专用读写监测控制器无法确定指定的天线模块是否开通，则判定该天线链路故障，停止当前操作，并向上位主控系统发出故障中断信息；(6)专用RFID读写监测控制器完成对选定天线覆盖区域的RFID标签的读/写操作后，关闭射频模块，然后从天线切换地址对照表中读取下一个天线预设编号，传输给切换地址编码器转换为切换地址编码，通过天线切换地址总线传送出去，关闭先前选定的RFID天线，并开通下一个RFID天线；(7)当专用RFID读写监测控制器完成所需的读/写操作后，在切换地址总线上发送一个“空地址”(即没有对应天线模块的编号值，通常是最小值)，关闭本环形阵列中的所有RFID天线。专用RFID读写监测控制器可以逐个轮流发送天线切换地址对照表中的天线预设编号(切换地址)，逐一开通该环形链路中的所有RFID天线，对该路环形天线阵列覆盖区域的RFID标签进行“盘存”操作，获取阵列覆盖区域内的RFID标签(以及携带这些标签的物品)的分布情况。本发明的RFID环形天线阵列监测系统可以根据读取到每个个体标签的天线预设编号和监测位置编码，确定各个标签在该天线阵列覆盖区域中的具体位置，达到对个体RFID标签(以及携带该标签的物品)的精确定位。采用了该发明的RFID环形天线阵列监测系统及监测控制方法，巧妙地将天线阵列的切换功能分散到每个天线模块，不仅大大减少了切换层次，降低了线路损耗，而且可以通过专用读写监测控制器与天线模块之间交换测试信号检测天线链路的通断，保障系统工作的稳定可靠；整个系统的线路简洁，部署灵活，实现成本较低，适用范围较为广泛，为RFID的广泛应用以及区域定位监测技术的进一步普及和发展奠定了坚实的基础。
图I为本发明的RFID环形天线阵列监测系统的整体构成示意图。图2为本发明的RFID环形天线阵列监测系统的应用示意图。
具体实施方式
为了能够更清楚地理解本发明的技术内容，特举以下实施例详细说明。请参阅图I所示，该RFID环形天线阵列监测系统，其中包括自带切换地址解码器
(I)的RFID天线模块(2)、包含天线切换地址编码器(3)和天线切换地址总线输出接口(4)的专用RFID读写监测控制器(5)、连接天线模块(2)的射频同轴电缆总线(6)及T型三通连接器(7)、切换地址总线电缆(8);所述的RFID工作频率可以是高频(13.56MHz)或超高频(频率范围400MHz 5. 8GHz)。其中，所述的射频同轴电缆总线(6)连接成环形链路，主要是为了防止因总线链路中某一节点连接故障影响该节点的后续节点射频信号传输，提高系统的可靠性。再请参阅图2所示，该利用上述的系统进行分布式仓库货架定位监测的方法，其中包括以下步骤(I)系统按照单个RFID天线的作用范围确定天线模块(2)在货架上的安装位置，相邻天线模块的覆盖范围边界少许重叠，以保证系统对货架储藏空间的完全覆盖；(2)对安装在货架上的天线模块(2)签逐一进行编号定位，建立天线切换控制地址对照表；(3)通常每个货架上的天线模块(2)连成一个独立的环路系统，方便管理和维护；一组相邻的(4 5个)货架上的天线环路共同连接到一台专用RFID读写监测控制器(5)上，以降低系统设备成本；(4)按照上述方式安装的RFID仓库货架管理系统，可以实现库存物品的入库上架登记、下架出库清账、快速盘存、定位查找功能(a)当物品放入货架时，启动本货架的专用RFID读写监测控制器(5)，读取物品上的RFID标签编号，连同本环形天线阵列所在的货架编号和读取到标签的天线编号(即货位编号)一起上传到库存管理系统，自动登记新入库的物品；(b)当物品取出货架后，启动本货架的专用RFID读写监测控制器(5)，读取剩余物品的RFID标签编号，与上次识读的结果比对，剔出未读到的标签编号，作为本次下架物品的数据提交给库存管理系统；(C)当需要盘点整体库存时，库存管理系统主控电脑可以向所有货架上的专用RFID读写监测控制器(5)发出“盘存”指令，各专用RFID读写监测控制器(5)同时对本阵列覆盖的货架进行普查识读，只需一个阵列轮测的周期(通常不超过5分钟)，即可完成全部库存的盘点；
(d)当需要寻找特定的物品(已知该物品的RFID标签编号)时，首先可以按照库存管理系统数据库中存储的货架和货位编号，启动相应的专用RFID读写监测控制器(5)和RFID天线模块(2)，复核物品数据，如果找到匹配的编号，则相应的专用RFID读写监测控制器(5)和天线模块(2)上的指示灯同时闪烁，标示物品的存放位置；如果在上述步骤中未能找到匹配的编号(物品不在系统登记的位置)，则启动“盘存”作业，全面识读所有货架上的RFID标签，直至找到匹配的RFID标签编号。
在实际使用当中，也可以将该天线阵列沿着一系列控制要点布设，连续监测大范围内控制点周围携带RFID标签的物品(或人员)的动态。
权利要求
1.一种RFID环形天线阵列监测系统，其特征在于，所述的系统包括自带切换地址解码器的RFID天线模块、包含天线切换地址编码器和天线切换地址总线输出接口的专用RFID读写监测控制器、连接天线模块的射频同轴电缆总线及T型三通连接器、切换地址总线电缆。
2.根据权利要求I所述的RFID环形天线阵列监测系统，其特征在于，所述的RFID环形天线阵列监测系统中的天线模块与专用RFID读写监测控制器以及其他天线模块通过射频电缆和T型三通连接器连接成环形总线链路。
3.根据权利要求2所述的RFID环形天线阵列监测系统，其特征在于，所述的RFID环形天线阵列监测系统中的切换地址总线电缆从连接专用RFID读写监测控制器的天线切换地址总线输出接口起始，以菊花链路方式逐一连接阵列中各天线模块的切换地址总线接口。
4.根据权利要求I至3中任一项所述的RFID环形天线阵列监测系统，其特征在于，该RFID环形天线阵列监测系统中的RFID天线模块包含切换地址译码器和本模块在环形阵列·中的唯一地址编码。
5.根据权利要求I至3中任一项所述的RFID环形天线阵列监测系统，其特征在于，该RFID环形天线阵列监测系统中的专用RFID读写监测控制器包含与天线模块的切换地址译码器相匹配的切换地址编码器和切换地址总线输出接口。
6.根据权利要求I至3中任一项所述的RFID环形天线阵列监测系统，其特征在于，所述的RFID环形天线阵列监测系统适用于高频(13. 56MHz) RFID系统和超高频(频率范围为400MHz 5. 8GHz) RFID 系统。
7.一种利用权利要求I所述的系统进行分布式RFID标签读取及定位监测的方法，其特征在于，所述的方法包括以下步骤 (1)将环形链路阵列中所连接的天线模块的唯一编号(切换地址)和该天线模块所处的监测位置编码输入阵列所连接的专用RFID读写监测控制器中，建立天线切换地址对照表; (2)阵列系统的专用RFID读写监测控制器在进行读写操作时，首先从天线切换地址对照表取出一个天线预设编号，传输给切换地址编码器转换成切换地址编码，然后通过天线切换地址总线传送出去，开通相应的天线； (3)当天线切换地址总线电缆上传来的代码与某个天线模块预设编号相匹配时，该模块连接环形射频总线T型三通连接器的高频开关闭合，接通RFID天线； (4)专用RFID读写监测控制器确定指定的天线模块开通后，启动射频模块，通过选定的RFID天线读/写RFID标签； (5)如果专用读写监测控制器无法确定指定的天线模块是否开通，则判定该天线链路故障，停止当前操作，并向上位主控系统发出故障中断信息； (6)专用RFID读写监测控制器完成对选定天线覆盖区域的RFID标签的读/写操作后，关闭射频模块，然后从天线切换地址对照表中读取下一个天线预设编号，传输给切换地址编码器转换为切换地址编码，通过天线切换地址总线传送出去，关闭先前选定的RFID天线，并开通下一个RFID天线； (7)当专用RFID读写监测控制器完成所需的读/写操作后，在切换地址总线上发送一个“空地址”(即没有对应天线模块的编号值，通常是最小值)，关闭本环形阵列中的所有RFID天线。
8.根据权利要求7所述的进行分布式RFID标签读取及定位监测的方法，其特征在干，所述的专用RFID读写监测控制器可以逐个轮流发送天线切换地址对照表中的天线预设编号(切换地址)，逐一开通该环形链路中的所有RFID天线，对该路环形天线阵列覆盖区域的RFID标签进行“盘存”操作，获取阵列覆盖区域内的RFID标签(以及携带这些标签的物品)的分布情况。
9.根据权利要求7所述的进行分布式RFID标签读取及定位监测的方法，其特征在干，可以根据读取到每个个体标签的天线预设编号和监测位置编码，确定各个标签在该天线阵列覆盖区域中的具体位置，达到对个体RFID标签(以及携帯该标签的物品)的精确定位。
全文摘要
本发明涉及一种RFID环形天线阵列监测系统及监测控制方法，系统包括自带切换地址解码器的RFID天线模块、包含天线切换地址编码器和天线切换地址总线输出接口的专用RFID读写监测控制器、连接天线模块的射频同轴电缆总线及T型三通连接器、切换地址总线电缆。方法包括对RFID环形天线阵列中的天线模块逐一编号定位建立天线切换地址对照表、根据天线切换地址对照表中的天线切换地址开通指定的RFID天线、实现对该环形天线阵列覆盖区域内RFID标签的“盘存”、“搜寻定位”、“登记”等读写操作。采用了上述的RFID环形天线阵列监测系统及监测控制方法，可以低成本大幅度扩展RFID系统的覆盖范围，整个系统的线路简洁，部署灵活，系统工作稳定可靠，适用范围较为广泛，为RFID的广泛应用以及区域定位监测技术的进一步普及和发展奠定了坚实的基础。
文档编号H01Q1/22GK102855503SQ20111017400
公开日2013年1月2日 申请日期2011年6月27日 优先权日2011年6月27日
发明者吴健, 谢建云 申请人:吴健, 谢建云