RFID精确定位装置及其使用方法

1.一种RFID精确定位装置的使用方法，其中RFID精确定位装置包括RFID标签、射频天线、射频读写器、上位机，其中上位机与射频读写器相连接，射频读写器与射频天线相连接，RFID标签固定在待管理物品上，还设有压力传感器和压感信号处理器，压力传感器的信号输出端与压感信号处理器相连接，压感信号处理器与上位机相连接；设有两个以上的压力传感器，两个以上的压力传感器分别与压感信号处理器相连接，压感信号处理器内设有微控芯片、地址编码电路、压感信号处理电路和与上位机相连接的通信电路，其中地址编码电路、压感信号处理电路以及通信电路分别与微控芯片相连接，地址编码电路用于给两个以上的设有压力传感器的压力信号采集电路设置地址码；设有两个以上的RFID标签，且RFID标签的数量与压力传感器的数量一致；两个以上的射频天线分别与射频读写器相连接；射频读写器设有微控芯片、调制电路、功率放大电路、匹配电路、包络检波电路、中频解调电路以及比较判决电路，其中微控芯片采用ARM实现，微控芯片分别与调制电路、比较判决电路相连接，调制电路的输出端与功率放大电路相连接，功率放大电路输出的信号经匹配电路与功率分配电路相连，功率分配电路将一路射频信号平均分配为两路并射频天线相连接，包络检波电路的输入端与射频天线相连接，包络检波电路的输出端与中频解调电路相连接，中频解调电路的输出端与比较判决电路相连接，用于完成对RFID标签的读写；射频读写器内还设有用于控制射频天线切换工作的天线切换控制电路，天线切换控制电路包括微控芯片、通信接口、功率分配电路、匹配电路、射频输出选择控制电路，其中微控制芯片采用ARM实现，微控制芯片分别与通信接口、射频输出选择控制电路相连，通过通信接口接收射频读写器的控制信号，并根据控制信号的类型控制射频输出选择控制电路打开相应天线的射频输出，功率分配电路与射频读写器的射频输出相连接，经过匹配电路后输出到天线上；
上位机设有定位管理系统以及用于存储历史比对信息的数据库，所述定位管理系统，为整个系统的核心单元，设有数据接收模块、信息比对模块、信息存取模块、数据显示模块和设备控制模块，其中向数据接收模块输入的信息为压感信号和RFID标签信息，信息比对模块将本次获取到的位置信息同数据库中的记录进行比对，信息存取模块实现对数据库中数据的存储和读取，数据显示模块可根据用户需求将定位结果以较直观的形式进行显示，设备控制模块向下发起RFID检测请求；
所述RFID精确定位装置的使用方法，其特征在于包括以下步骤：
步骤1：通过压感信号处理器内的地址编码电路对各路压力传感器进行编码，并将多路压力传感器布置在不同的待监测区域，将上述各路压力传感器的编码设置信息存入上位机；
步骤2：系统正常启动后，压感信号处理器开始检测各路压力传感器的状态，判断压力传感器的状态有无变化，如果压力传感器的状态没有变化则继续下一轮检测，如果压力传感器的状态有变化，则转至步骤3；
步骤3：压感信号处理器将获取到的压力传感器状态上报给上位机，上位机存储各路压力传感器的状态数据；
步骤4：上位机根据获取的压力传感器的状态信息结合步骤1中存储的设定信息，获得每个待监测区域内压力信号是否获得变化，对与能够覆盖压力信号发生变化的待监测区域的射频天线相连接的射频读写器，发送RFID请求命令，通过射频读写器驱动相应位置的天线发送RFID标签检测指令，RFID标签通过射频磁场接收到检测命令；
步骤5：RFID标签进行应答，将RFID标签的唯一识别码通过射频磁场传递给射频读写器，射频读写器通过对磁场信号的处理获取到RFID标签的唯一识别码；
步骤6：射频读写器对获取到的不同位置的RFID标签的唯一识别码进行处理，将RFID标签信息及对应的天线位置编号组合成一组特定格式的数据；
步骤7：射频读写器将该数据上报给上位机，上位机将数据进行初步处理后送入定位管理系统进行进一步的比对；
步骤8：上位机根据获取的不同位置的RFID标签信息结合不同位置的压力传感器状态信息进行关联、存储，并与历史数据比对，从而判断出是何位置的RFID标签位置发生了变化，进而可得知待监控物体的精确位置并将该物体的位置变化通过人机界面呈现给用户。

RFID精确定位装置及其使用方法\n技术领域\n[0001]  本发明涉及射频识别（RFID, Radio Frequency Identification）技术领域，具体地说是一种RFID精确定位装置及其使用方法。\n背景技术\n[0002] 随着RFID(Radio Frequency Identification)技术的不断发展，各行各业又对传统的RFID应用提出新的需求。物体定位作为一个人们日常生活中经常遇到的技术，现在也逐渐融合到了RFID的应用中，经常提到的具体应用包括：图书馆中的图书管理与定位、档案馆中的档案管理与定位及银行医院国家行政机构等用到的票据管理等。\n[0003] 传统的射频识别定位技术主要通过构建RFID无线网络，利用无线信号强度随传播距离增长而衰减的特性，用阅读器接收并比较各标签的无线信号强度来对目标标签的位置进行判定，主要用到的方法有收讯角度法、收讯时间法、收讯时间差法及信号强度法。其中，信号强度法是事先建构环境的信号传播衰减模型，当测量点侦测到信号后，借由对应模型与此信号的强度来决定与信号发射源的距离，经由三个测量点画出的距离圆的交点可以决定信号发射源的位置。但是采用现有的这些方法，定位系统需要多个测量点，设备成本较高，判断的算法复杂，定位时间长，并且对于一个范围内的多个射频标签定位不准确。\n[0004] 除此之外，现有的RFID定位装置仅能完成对物体当前时刻下的定位，而无法记录待管理物品在某一时段的位置移动轨迹，因而当文件发生调动、调整时，使用者往往无法及时找到文档。\n发明内容\n[0005] 本发明针对现有技术中存在的缺点和不足，提出一种简单易行、定位精确、定位速度快，可大大提高定位准确度与定位效率的RFID精确定位装置及其使用方法。\n[0006] 本发明可以通过以下措施达到：\n[0007] 一种RFID精确定位装置，包括RFID标签、射频天线、射频读写器、上位机，其中上位机与射频读写器相连接，射频读写器与射频天线相连接，RFID标签固定在待管理物品上，其特征在于还设有压力传感器和压感信号处理器，压力传感器的信号输出端与压感信号处理器相连接，压感信号处理器与上位机相连接。\n[0008] 本发明设有两个以上的压力传感器，两个以上的压力传感器分别与压感信号处理器相连接，压感信号处理器内设有微控芯片、地址编码电路、压感信号处理电路和与上位机相连接的通信电路，其中地址编码电路、压感信号处理电路以及通信电路分别与微控芯片相连接，地址编码电路用于给两个以上的设有压力传感器的压力信号采集电路设置地址码，两个以上的压力传感器可以设置在文档柜等装置上侧，用于采集在存放文档时产生的压力信号。\n[0009] 本发明设有两个以上的RFID标签，优选的，RFID标签的数量与压力传感器的数量一致，RFID标签内携带用于标记待管理物品的标志信息，该信息经射频读写器通过射频天线读取后存入上位机。\n[0010] 本发明设有两个以上的射频天线，两个以上的射频天线分别与射频读写器相连接，用于完成对RFID标签的读写，优选的，本发明中射频天线两两一组，完成对置物架某层上RFID标签的读写，在此过程中，同组的两个射频天线分别固定在置物架某层的两侧，并相向发射射频信号，以实现对两个射频天线之间RFID标签的读写。\n[0011] 本发明射频读写器设有微控芯片、调制电路、功率放大电路、匹配电路、包络检波电路、中频解调电路以及比较判决电路，其中微控芯片采用ARM实现，微控芯片分别与调制电路、比较判决电路相连接，调制电路的输出端与功率放大电路相连接，功率放大电路输出的信号经匹配电路与功率分配电路相连，功率分配电路将一路射频信号平均分配为两路并射频天线相连接，包络检波电路的输入端与射频天线相连接，包络检波电路的输出端与中频解调电路相连接，中频解调电路的输出端与比较判决电路相连接，用于完成对RFID标签的读写；本发明读写器内还设有用于控制射频天线切换工作的天线切换控制电路，天线切换控制电路包括微控芯片、通信接口、功率分配电路、匹配电路、射频输出选择控制电路，其中微控制芯片采用ARM实现，微控制芯片分别与通信接口、射频输出选择控制电路相连，通过通信接口接收射频读写器的控制信号，并根据控制信号的类型控制射频输出选择控制电路打开相应天线的射频输出，功率分配电路与射频读写器的射频输出相连接，将射频读写器输出的射频信号平分为两份，经过匹配电路后输出到天线上。\n[0012] 本发明还设有电源电路，输入为AC220V市电，通过进行电压转换，将系统输入的通用电压转换为系统中RFID部分和压感部分可以使用的电压，同时可对系统中的电源电路进行保护。\n[0013] 本发明上位机设有定位管理系统以及用于存储历史比对信息的数据库，所述定位管理系统，为整个系统的核心单元，设有数据接收模块、信息比对模块、信息存取模块、数据显示模块和设备控制模块，其中向数据接收模块输入的信息为压感信号和RFID标签信息，信息比对模块将本次获取到的位置信息同数据库中的记录进行比对，信息存取模块主要实现对数据库中数据的存储和读取，数据显示模块可根据用户需求将定位结果以较直观的形式进行显示，设备控制模块向下发起RFID检测请求。\n[0014] 本发明中所述RFID标签，内置微控制芯片，可存储用户数据，并有不重复的唯一识别码，可被射频读写器识别，用于区分不同的待定物体，并可辅助识别该待定物体是否在可定位区域内。\n[0015] 一种如上所述RFID精确定位装置的使用方法，其特征在于包括以下步骤：\n[0016] 步骤1：通过压感信号处理器内的地址编码电路对各路压力传感器进行编码，并将多路压力传感器布置在不同的待监测区域，将上述设置信息存入上位机；\n[0017] 步骤2：系统正常启动后，压感信号处理器开始检测各路压力传感器的状态，判断压力传感器的状态有无变化，如果压力传感器的状态没有变化则继续下一轮检测，如果压力传感器的状态有变化，则转至步骤3；\n[0018] 步骤3：压感信号处理器将获取到的压力传感器状态上报给上位机，上位机存储各路压力传感器的状态数据；\n[0019] 步骤4：上位机根据获取的压力传感器的状态信息结合步骤1中存储的设定信息，获得每个待监测区域内压力信号是否获得变化，对与能够覆盖压力信号发生变化的待监测区域的射频天线相连接的射频读写器，发送RFID请求命令，通过射频读写器驱动相应位置的天线发送RFID标签检测指令，RFID标签通过射频磁场接收到检测命令；\n[0020] 步骤5：RFID标签进行应答，将RFID标签的唯一识别码通过射频磁场传递给射频读写器，射频读写器通过对磁场信号的处理获取到RFID标签的唯一识别码；\n[0021] 步骤6：射频读写器对获取到的不同位置的RFID标签的唯一识别码进行处理，将RFID标签信息及对应的天线位置编号组合成一组特定格式的数据；\n[0022] 步骤7：射频读写器将该数据上报给上位机，上位机将数据进行初步处理后送入定位管理系统进行进一步的比对；\n[0023] 步骤8：上位机根据获取的不同位置的RFID标签信息结合不同位置的压力传感器状态信息进行关联、存储，并与历史数据比对，从而判断出是何位置的RFID标签位置发生了变化，进而可得知待监控物体的精确位置并将该物体的位置变化通过人机界面呈现给用户。\n[0024] 本发明与现有技术相比，具有以下优点：\n[0025] 1.简单易行：只需在现有的RFID读写器及天线组成的系统中加入压力传感器，即可对贴有射频标签的物体实现定位，并且系统升级方便，技术实现难度低。\n[0026] 2.定位精确：每个需要定位的物体下都有压力传感器，保证实时监测物体是否存在，不会存在定位混乱的情况，同时上层管理系统可将检测到的位置信息同数据库中存储的信息进行对比和处理，在一定程度上会对采集到的位置信息进行过滤和校验，进一步提高了定位的精确程度。\n[0027] 3.定位速度快：压力传感器和RFID读写器同时工作，二者的数据采集之间没有延迟，并且借助高速率运行的微处理器，可对采集到的位置信息做出迅速的判断和处理。\n[0028] 附图说明:\n[0029] 附图1为本发明的结构示意图。\n[0030] 附图2为本发明中压感信号处理器的结构示意图。\n[0031] 附图3为本发明中射频读写器的结构示意图。\n[0032] 附图标记：RFID标签1、射频天线2、射频读写器3、上位机4、压力传感器5、压感信号处理器6、微控芯片7、地址编码电路8、压感信号处理电路9、通信电路10、微控芯片11、调制电路12、功率放大电路13、匹配电路14、包络检波电路15、中频解调电路16、比较判决电路\n17。\n[0033] 具体实施方式：\n[0034] 下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。\n[0035] 如附图1所示，本发明提出了一种RFID精确定位装置，包括RFID标签1、射频天线2、射频读写器3、上位机4，其中上位机4与射频读写器3相连接，射频读写器3与射频天线2相连接，RFID标签1固定在待管理物品上，其特征在于还设有压力传感器5和压感信号处理器6，压力传感器5的信号输出端与压感信号处理器6相连接，压感信号处理器6与上位机4相连接。\n[0036] 如附图2所示，本发明设有两个以上的压力传感器5，两个以上的压力传感器5分别与压感信号处理器6相连接，压感信号处理器6内设有微控芯片7、地址编码电路8、压感信号处理电路9和与上位机4相连接的通信电路10，其中地址编码电路8、压感信号处理电路9以及通信电路10分别与微控芯片7相连接，地址编码电路8用于给两个以上的设有压力传感器\n5的压力信号采集电路设置地址码，两个以上的压力传感器5可以设置在文档柜等装置上侧，用于采集在存放文档时产生的压力信号。\n[0037] 如附图1所示，本发明设有两个以上的RFID标签1，优选的，RFID标签1的数量与压力传感器5的数量一致，RFID标签1内携带用于标记待管理物品的标志信息，该信息经射频读写器3通过射频天线2读取后存入上位机4。\n[0038] 本发明设有两个以上的射频天线2，两个以上的射频天线2分别与射频读写器3相连接，用于完成对RFID标签1的读写，优选的，本发明中射频天线2两两一组，完成对置物架某层上RFID标签1的读写，在此过程中，同组的两个射频天线2分别固定在置物架某层的两侧，并相向发射射频信号，以实现对两个射频天线2之间RFID标签的读写。\n[0039] 如附图3所示，本发明射频读写器3设有微控芯片11、调制电路12、功率放大电路\n13、匹配电路14、包络检波电路15、中频解调电路16以及比较判决电路17，其中微控芯片11采用ARM实现，微控芯片11分别与调制电路、比较判决电路相连接，调制电路12的输出端与功率放大电路13相连接，功率放大电路13输出的信号经匹配电路14与射频天线2相连接，包络检波电路15的输入端与射频天线2相连接，包络检波电路15的输出端与中频解调电路16相连接，中频解调电路16的输出端与比较判决电路17相连接，用于完成对RFID标签2的读写；本发明读写器3内还设有用于控制射频天线切换工作的天线切换控制电路。\n[0040] 本发明还设有电源电路，输入为AC220V市电，通过进行电压转换，将系统输入的通用电压转换为系统中RFID部分和压感部分可以使用的电压，同时可对系统中的电源电路进行保护。\n[0041] 本发明上位机设有定位管理系统以及用于存储历史比对信息的数据库，所述定位管理系统，为整个系统的核心单元，设有数据接收模块、信息比对模块、信息存取模块、数据显示模块和设备控制模块，其中向数据接收模块输入的信息为压感信号和RFID标签信息，信息比对模块将本次获取到的位置信息同数据库中的记录进行比对，信息存取模块主要实现对数据库中数据的存储和读取，数据显示模块可根据用户需求将定位结果以较直观的形式进行显示，设备控制模块向下发起RFID检测请求。\n[0042] 本发明中所述RFID标签，内置微控制芯片，可存储用户数据，并有不重复的唯一识别码，可被射频读写器识别，用于区分不同的待定物体，并可辅助识别该待定物体是否在可定位区域内。\n[0043] 一种如上所述RFID精确定位装置的使用方法，其特征在于包括以下步骤：\n[0044] 步骤1：通过压感信号处理器内的地址编码电路对各路压力传感器进行编码，并将多路压力传感器布置在不同的待监测区域，将上述设置信息存入上位机；\n[0045] 步骤2：系统正常启动后，压感信号处理器开始检测各路压力传感器的状态，判断压力传感器的状态有无变化，如果压力传感器的状态没有变化则继续下一轮检测，如果压力传感器的状态有变化，则转至步骤3；\n[0046] 步骤3：压感信号处理器将获取到的压力传感器状态上报给上位机，上位机存储各路压力传感器的状态数据；\n[0047] 步骤4：上位机根据获取的压力传感器的状态信息结合步骤1中存储的设定信息，获得每个待监测区域内压力信号是否获得变化，对与能够覆盖压力信号发生变化的待监测区域的射频天线相连接的射频读写器，发送RFID请求命令，通过射频读写器驱动相应位置的天线发送RFID标签检测指令，RFID标签通过射频磁场接收到检测命令；\n[0048] 步骤5：RFID标签进行应答，将RFID标签的唯一识别码通过射频磁场传递给射频读写器，射频读写器通过对磁场信号的处理获取到RFID标签的唯一识别码；\n[0049] 步骤6：射频读写器对获取到的不同位置的RFID标签的唯一识别码进行处理，将RFID标签信息及对应的天线位置编号组合成一组特定格式的数据；\n[0050] 步骤7：射频读写器将该数据上报给上位机，上位机将数据进行初步处理后送入定位管理系统进行进一步的比对；\n[0051] 步骤8：上位机根据获取的不同位置的RFID标签信息结合不同位置的压力传感器状态信息进行关联、存储，并与历史数据比对，从而判断出是何位置的RFID标签位置发生了变化，进而可得知待监控物体的精确位置并将该物体的位置变化通过人机界面呈现给用户。\n[0052] 本发明与现有技术相比，具有以下优点：\n[0053] 1.简单易行：只需在现有的RFID读写器及天线组成的系统中加入压力传感器，即可对贴有射频标签的物体实现定位，并且系统升级方便，技术实现难度低。\n[0054] 2.定位精确：每个需要定位的物体下都有压力传感器，保证实时监测物体是否存在，不会存在定位混乱的情况，同时上层管理系统可将检测到的位置信息同数据库中存储的信息进行对比和处理，在一定程度上会对采集到的位置信息进行过滤和校验，进一步提高了定位的精确程度。\n[0055] 3.定位速度快：压力传感器和RFID读写器同时工作，二者的数据采集之间没有延迟，并且借助高速率运行的微处理器，可对采集到的位置信息做出迅速的判断和处理。