一种基于RFID的封闭空间密集物品管理系统及方法

1.一种基于RFID的封闭空间密集物品管理系统，其特征在于，该系统包括：RFID读写器(101)、多个天线阵列(103)、多个多路天线转换装置(102)、处理器单元(104)、显示单元(105)、电源(106)、RFID电子标签(107)，其中：
所述RFID电子标签(107)安装于封闭空间内的被管理物品上；
所述天线阵列(103)根据立体空间和天线电磁覆盖范围在所述封闭空间中进行单层或多层的分布，用于形成充满封闭空间的电磁场，以获取所述封闭空间内的RFID电子标签信号，并将RFID电子标签信号发送给所述RFID读写器(101)；
所述多个多路天线转换装置(102)置于所述封闭空间的内表面或外表面，与所述RFID读写器(101)和多个天线阵列(103)连接，用于将一台RFID读写器连接至尽可能多的多个天线；
所述RFID读写器(101)置于所述封闭空间的内表面或外表面，其与所述处理器单元(104)和电源(106)连接，并通过一个或多个多路天线转换装置(102)与所述天线阵列(103)连接，用于对于所述RFID电子标签(107)进行数据读取，并将读取到的数据发送给所述处理器单元(104)；
所述电源(106)置于所述封闭空间的内表面或外表面，其与所述RFID读写器(101)、处理器单元(104)和显示单元(105)连接，用于提供电源；
所述处理器单元(104)置于所述封闭空间的内表面或外表面，其与所述RFID读写器(101)和电源(106)连接，用于对于所述RFID读写器(101)读取得到的RFID电子标签数据进行存储和数据比对处理；
所述显示单元(105)，所述显示单元(105)置于所述封闭空间的外部，其与所述处理器单元(104)和电源(106)连接，用于对于接收到的所述封闭空间的内部信息进行显示，并可通过触摸屏直接进行命令操作；
其中，所述天线阵列(103)的天线的布置需要满足以下规则：
1)、根据单个天线的磁场半径R和电子标签的尺寸与密度来确定同层天线的平面布置；
2)、各层天线距离上层天线的间隔L不超过磁场直径；
3)、各层RFID电子标签(107)的摆放间隔H的取值范围h为
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，每个多路天线转换装置(102)之间是并行工作状态，单个多路天线转换装置(102)连接的多个天线阵列(103)是分时工作状态。
3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，规则1)具体为：以磁场重叠区域大于2倍电子标签天线长度为依据，来确定同层横向和纵向相邻摆放的两个天线之间的中心距离，同时摆放时还应避免相邻天线磁场的交叉中心不出现空点，如果出现空点的话，在出现空点的位置处加装一个天线。
4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述封闭空间的四周和每层天线阵列(103)之间使用电磁吸收材料(109)进行隔离，以形成规范的电磁空间。
5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，每个RFID电子标签(107)和天线阵列(103)中的一个或多个天线形成一个位置映射表。
6.一种利用权利要求1所述的系统对封闭空间密集物品进行管理的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
步骤1，打开电源并进行初始化，写入封闭空间内应该放入的准确的物品信息；
步骤2，RFID读写器(101)开始执行对于安装于所述封闭空间内的被管理物品上的RFID电子标签的读操作；
步骤3，当所述RFID读写器(101)接收到由处理器单元(104)发出的查询指令时，多路天线转换装置(102)依次分别打开与其连接的多个天线阵列(103)，并给每个天线阵列(103)分配一定的工作时间；
步骤4，天线阵列(103)通过分时轮询的方式进行RFID电子标签ID的读取，天线阵列(103)每读到一个RFID电子标签ID，就将其通过RFID读写器(101)发送到处理器单元(104)中，直到所有的天线都打开并读取完成；
步骤5，处理器单元(104)根据天线的编号和该天线读取到的RFID电子标签ID之间的对应关系，得到实际的RFID电子标签ID与天线编号之间的映射表，并将其与处理器单元(104)中内置的位置映射表进行比对，根据比对结果进行相应的处理。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述步骤1中的初始化包括在处理器单元中预先写入应该放置在封闭空间内部的需要管理的物品的RFID电子标签ID、RFID电子标签ID对应的物品名称、所属封闭空间的ID、所属封闭空间的名称、封闭空间内安置的各个天线的编号以及RFID电子标签ID与各个天线之间的位置映射表。
8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述步骤4中，当某一天线由于缺少某一RFID电子标签ID而进行多次读取时，首先在处理器单元(104)中根据该天线与所述RFID电子标签ID对应的位置映射表来查找缺少的RFID电子标签ID大概所在的位置，得到与所述RFID电子标签ID所对应的天线序号N，再打开该天线进行读取。
9.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述步骤5进一步包括以下步骤：
步骤51，判断所接收到的RFID电子标签ID的数量是否和预置的RFID电子标签ID的数量一致，如果一致，则进入步骤53继续进行下一步的计算和对比，如果不一致，则说明存在漏读现象或者有物品缺失，进入步骤52；
步骤52，查看所有天线的工作记录，如果某一天线已经进行了至少两次的重复读取操作，而RFID电子标签ID的总数依然和预置数量不一致，则说明物品确实发生了缺失现象进入步骤53，如果某一天线只发生了一次读取操作，则返回步骤4重新进行RFID电子标签ID的读取和判断；
步骤53，当经过判断RFID电子标签的数量和预置数量一致或者已经进行了至少两次以上的重复读取后，处理器单元(104)查询RFID电子标签的位置是否符合预置的映射表：如果有天线读到非物品记录RFID电子标签ID，则说明有不明物体进入，通过显示单元(105)进行报警；如果有天线读到非其电磁范围内的RFID电子标签ID，则说明该RFID电子标签ID所对应的物品出现位置错位，将该物品的当前位置和/或正确位置范围发送至显示单元(105)进行显示；如果存在未被读到的RFID电子标签ID，则说明与该RFID电子标签ID对应的物品缺失，通过显示单元(105)显示相应的物品缺失信息。

一种基于RFID的封闭空间密集物品管理系统及方法\n技术领域\n[0001] 本发明涉及射频识别技术领域，尤其涉及一种利用射频识别技术的在封闭空间对密集摆放的物品进行管理的系统及方法。\n背景技术\n[0002] 在密集状态下，电磁信号容易受到干扰，并且由于RFID读写器天线分布的电磁区域分布，容易产生磁场盲区，从而发生漏读。为解决磁场盲区问题，人们通常采用增加天线数量的方式，但如此RFID读写器的读取速度将会受到影响，读取时间较长，且成本会增加。\n[0003] 目前现有技术还没有针对封闭空间进行RFID密集读取的方法以及基于RFID的封闭空间内密集物品管理的方法。\n[0004] 为了解决在封闭空间进行密集摆放的物品的管理，比如对工具箱中工具的管理、工装工件的管理，以及其他密集堆放物品的数量和定位的管理。本发明提出了在封闭空间物品密集摆放的状态下，一种RFID天线的布置方法、一种为提高读取效率的天线读取方法、以及一种进行在封闭空间进行RFID物品管理的方法。本发明可以使得在封闭空间不必打开、且不用人工进行盘点的情况下，就可以得知内部物品是否缺失、是否有不明物品在内、是否在正确的位置等信息，从而在较低成本下实现了较高的效率和较高的可靠性。\n发明内容\n[0005] 本发明公开了一种基于RFID的封闭空间密集物品管理系统及方法。其目的是实现在封闭空间不必打开、且不用人工进行盘点的情况下，就可以得知内部物品是否缺失、是否有不明物品在内、是否在正确的位置等信息。\n[0006] 为实现上述目的，根据本发明的一方面，提出一种基于RFID的封闭空间密集物品管理系统，该系统包括：RFID读写器101、多个天线阵列103、多个多路天线转换装置102、处理器单元104、显示单元105、电源106、RFID电子标签107，其中：\n[0007] 所述RFID电子标签107安装于封闭空间内的被管理物品上；\n[0008] 所述天线阵列103根据立体空间和天线电磁覆盖范围在所述封闭空间中进行单层或多层的分布，用于形成充满封闭空间的电磁场，以获取所述封闭空间内的RFID电子标签信号，并将RFID电子标签信号发送给所述RFID读写器101；\n[0009] 所述多个多路天线转换装置102置于所述封闭空间的内表面或外表面，与所述RFID读写器101和多个天线阵列103连接，用于将一台RFID读写器连接至尽可能多的多个天线；\n[0010] 所述RFID读写器101置于所述封闭空间的内表面或外表面，其与所述处理器单元\n104和电源106连接，并通过一个或多个多路天线转换装置102与所述天线阵列103连接，用于对于所述RFID电子标签107进行数据读取，并将读取到的数据发送给所述处理器单元\n104；\n[0011] 所述电源106置于所述封闭空间的内表面或外表面，其与所述RFID读写器101、处理器单元104和显示单元105连接，用于提供电源；\n[0012] 所述处理器单元104置于所述封闭空间的内表面或外表面，其与所述RFID读写器\n101和电源106连接，用于对于所述RFID读写器101读取得到的RFID电子标签数据进行存储和数据比对处理；\n[0013] 所述显示单元105，所述显示单元105置于所述封闭空间的外部，其与所述处理器单元104和电源106连接，用于对于接收到的所述封闭空间的内部信息进行显示，并可通过触摸屏直接进行命令操作。\n[0014] 根据本发明的另一方面，还提出一种利用所述系统对封闭空间密集物品进行管理的方法，该方法包括以下步骤：\n[0015] 步骤1，打开电源并进行初始化，写入封闭空间内应该放入的准确的物品信息；\n[0016] 步骤2，RFID读写器101开始执行对于安装于所述封闭空间内的被管理物品上的RFID电子标签的读操作；\n[0017] 步骤3，当所述RFID读写器101接收到由处理器单元104发出的查询指令时，多路天线转换装置102依次分别打开与其连接的多个天线阵列103，并给每个天线阵列103分配一定的工作时间；\n[0018] 步骤4，天线阵列103通过分时轮询的方式进行RFID电子标签ID的读取，天线阵列\n103每读到一个RFID电子标签ID，就将其通过RFID读写器101发送到处理器单元104中，直到所有的天线都打开并读取完成；\n[0019] 步骤5，处理器单元104根据天线的编号和该天线读取到的RFID电子标签ID之间的对应关系，得到实际的RFID电子标签ID与天线编号之间的映射表，并将其与处理器单元104中内置的位置映射表进行比对，根据比对结果进行相应的处理。\n[0020] 本发明的有益效果是：\n[0021] 1）本专利可以解决在封闭空间用RFID技术进行密集物品的管理。比如用工具箱中工具的管理、工装工件的管理，以及其他密集堆放物品的数量、定位管理。本专利可以使得在封闭空间不必打开、且不用人工进行盘点的情况下，就可以得知内部物品是否缺失、是否有不明物品在内、是否在正确的位置等信息；\n[0022] 2）本专利发明的封闭空间中RFID密集读取的天线布置方法，可以解决密集摆放状态下RFID读写器天线分布的磁场盲区问题，从而解决漏读；\n[0023] 3）本专利发明的一种在封闭空间进行RFID密集读取的方法采用优化算法，可以使读写器在连接多个天线进行时，工作效率最高；\n附图说明\n[0024] 图1为本发明提供的基于RFID的封闭空间密集物品管理系统示意图。\n[0025] 图2是根据本发明一实施例的单层天线平面布置示意图；\n[0026] 图3是根据本发明一实施例的各层天线立体布置示意图。\n[0027] 图4为根据本发明一实施例的RFID电子标签与天线之间的位置映射示意图。\n[0028] 图5为本发明提供的基于RFID的封闭空间密集物品管理的方法流程图。\n具体实施方式\n[0029] 为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。\n[0030] 图1为本发明提供的基于RFID的封闭空间密集物品管理系统结构示意图，如图1所示，所述系统100包括：RFID读写器101、多个天线阵列103、多个多路天线转换装置102、处理器单元104、显示单元105、电源106、RFID电子标签107，其中：\n[0031] 所述RFID电子标签107安装于封闭空间内的被管理物品上；\n[0032] 所述天线阵列103根据立体空间和天线电磁覆盖范围在所述封闭空间中进行单层或多层的分布，用于形成充满封闭空间的电磁场，以获取所述封闭空间内的RFID电子标签信号，并将RFID电子标签信号发送给所述RFID读写器101；\n[0033] 所述多个多路天线转换装置102置于所述封闭空间的内表面或外表面，与所述RFID读写器101和多个天线阵列103连接，用于将一台RFID读写器连接至尽可能多的多个天线；其中，每个多路天线转换装置102之间可以是并行工作状态，单个多路天线转换装置102连接的多个天线阵列103是分时工作状态；\n[0034] 所述RFID读写器101置于所述封闭空间的内表面或外表面，其与所述处理器单元\n104和电源106连接，并通过一个或多个多路天线转换装置102与所述天线阵列103连接，用于对于所述RFID电子标签107进行数据读取，并将读取到的数据发送给所述处理器单元\n104；\n[0035] 所述电源106置于所述封闭空间的内表面或外表面，其与所述RFID读写器101、处理器单元104和显示单元105连接，用于利用以下之一或组合来提供电源：可充电电池、太阳能接收板、外接交直流电源等；\n[0036] 所述处理器单元104置于所述封闭空间的内表面或外表面，其与所述RFID读写器\n101、显示单元105和电源106连接，用于对于所述RFID读写器101读取得到的RFID电子标签数据进行存储和数据比对处理，并将处理后的数据发送给所述显示单元105进行显示；\n[0037] 所述显示单元105置于所述封闭空间的外部，其与所述处理器单元104和电源106连接，用于对于接收到的所述封闭空间的内部信息进行显示，并可通过触摸屏直接进行命令操作。\n[0038] 其中，在根据立体空间和天线电磁覆盖范围放置所述多个天线阵列103中的天线时，可以比如在角落位置选择放置窄角度天线，在边缘位置选择放置宽角度天线，而在中间位置选择放置全向式天线。所述天线阵列103的天线的具体布置方法可参考图2和图3所示，具体来说，所述天线阵列103的天线的布置需要满足以下规则：\n[0039] 1、根据单个天线的磁场半径R和电子标签的尺寸与密度来确定同层天线的平面布置：以磁场重叠区域大于2倍电子标签天线长度为依据，来确定同层横向和纵向相邻摆放的两个天线之间的中心距离L1和L2，同时摆放时还应避免相邻天线磁场的交叉中心不出现空点，如果出现空点的话，可在出现空点的位置处加装一个天线；\n[0040] 2、各层天线距离上层天线的间隔L不超过磁场直径；\n[0041] 3、各层RFID电子标签107的摆放间隔H的取值范围h为 如\n图3所示。\n[0042] 另外，所述封闭空间的四周和每层天线阵列103之间必要时可以使用电磁吸收材料109进行隔离，以形成规范的电磁空间。\n[0043] 这样的话，每个RFID电子标签107就和天线阵列103中的一个或多个天线形成一个位置映射表，如图4所示：\n[0044] 当RFID电子标签107单独位于A天线磁场所处的区域时，该RFID电子标签与A天线形成映射表；当RFID电子标签位于A天线和B天线的交叉区域时，该RFID电子标签与A天线和B天线共同形成映射表；当RFID电子标签位于A天线、B天线和C天线的交叉区域时，该RFID电子标签与A天线、B天线和C天线共同形成映射表。\n[0045] 图5为本发明提供的利用所述基于RFID的封闭空间密集物品管理系统对封闭空间密集物品进行管理的方法流程图，如图5所示，所述方法包括以下步骤：\n[0046] 步骤1，打开电源并进行初始化，写入封闭空间内应该放入的准确的物品信息；\n[0047] 所述初始化包括在处理器单元104中预先写入应该放置在封闭空间内部的需要管理的物品的RFID电子标签ID、RFID电子标签ID对应的物品名称、所属封闭空间的ID、所属封闭空间的名称、封闭空间内安置的各个天线的编号以及RFID电子标签ID与各个天线之间的位置映射表；\n[0048] 步骤2，RFID读写器101开始执行对于安装于所述封闭空间内的被管理物品上的RFID电子标签的读操作；\n[0049] 步骤3，当所述RFID读写器101接收到由处理器单元104发出的查询指令时，多路天线转换装置102依次分别打开与其连接的多个天线阵列103，并给每个天线阵列103分配一定的工作时间；\n[0050] 所述RFID读写器101通过一个或多个多路天线转换装置102来连接多个天线阵列\n103，每个多路天线转换装置102之间可以是并行工作状态，单个多路天线转换装置102连接的多个天线阵列103是分时工作状态；\n[0051] 步骤4，天线阵列103通过分时轮询的方式进行RFID电子标签ID的读取，天线阵列\n103每读到一个RFID电子标签ID，就将其通过RFID读写器101发送到处理器单元104中，直到所有的天线都打开并读取完成；\n[0052] 在该步骤中，当某一天线由于缺少某一RFID电子标签ID而进行二次或多次读取时，首先在处理器单元104中根据该天线与所述RFID电子标签ID对应的位置映射表来查找缺少的RFID电子标签ID大概所在的位置，得到与所述RFID电子标签ID所对应的天线序号N，再打开该天线进行读取；\n[0053] 步骤5，处理器单元104根据天线的编号和该天线读取到的RFID电子标签ID之间的对应关系，得到实际的RFID电子标签ID与天线编号之间的映射表，并将其与处理器单元104中内置的位置映射表进行比对，根据比对结果进行相应的处理；\n[0054] 所述步骤5进一步包括以下步骤：\n[0055] 步骤51，判断所接收到的RFID电子标签ID的数量是否和预置的RFID电子标签ID的数量一致，如果一致，则进入步骤53继续进行下一步的计算和对比，如果不一致，则说明存在漏读现象或者有物品缺失，进入步骤52；\n[0056] 步骤52，查看所有天线的工作记录，如果某一天线已经进行了至少两次的重复读取操作，而RFID电子标签ID的总数依然和预置数量不一致，则说明物品确实发生了缺失现象进入步骤53，如果某一天线只发生了一次读取操作，则返回步骤4重新进行RFID电子标签ID的读取和判断；\n[0057] 步骤53，当经过判断RFID电子标签的数量和预置数量一致或者已经进行了至少两次以上的重复读取后，处理器单元104查询RFID电子标签的位置是否符合预置的映射表：如果有天线读到非物品记录RFID电子标签ID，则说明有不明物体进入，通过显示单元105进行报警；如果有天线读到非其电磁范围内的RFID电子标签ID，则说明该RFID电子标签ID所对应的物品出现位置错位，将该物品的当前位置和/或正确位置范围发送至显示单元105进行显示；如果存在未被读到的RFID电子标签ID，则说明与该RFID电子标签ID对应的物品缺失，通过显示单元105显示相应的物品缺失信息。\n[0058] 以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。