CN111079874A - 一种基于rfid技术的模块化标签定位***及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于RFID技术的模块化标签定位***及方法，其中，包括：在指定的定位区域上部署天线阵列模块；将各天线阵列模块连接至RFID读写器的天线阵列模块接口上，对放置于定位区域平面之上的贴有RFID电子标签的物品进行定位，RFID读写器收到上位机发来的定位物品的命令后，通过天线阵列模块端口上的各个射频端口遍历每一个天线阵列上的每一个天线盘点标签，获取定位区域内各个RFID电子标签的标签数据、标签每次被盘点时的反射信号的强度、各个标签单位时间被各天线盘点的次数等物品识别和定位所需的数据并将该数据输入到上位机，由RFID电子标签定位算法对标签位置进行计算。本发明能够快捷高效地对指定区域内放置的物品进行定位，满足不同行业的不同场景下的定位需求。
Description
技术领域
本发明涉及定位领域，具体是涉及一种基于RFID技术的模块化定位方法及***。
背景技术
近年来，随着互联网的高速发展，物流、零售等行业突飞猛进，随之而来的是巨量的需要管理物品。另外这些行业可能不仅仅满足于识别出这些物品，在储存、分拣等过程中常常关注的是某一件物品的位置在哪里。现有的常见解决方案是人力与基于光学的识别方法(二维码、条形码等)逐个识别并定位物品。在物品数量大且种类繁杂的情况下，这种做法是相当费时费力的。
据统计2015至2018年我国快递企业业务量逐年增长，快递数量从约200亿件增长至500亿件以上且仍继续呈现迅猛的上涨趋势。如此多的货物涉及到分类、分拣、定位工作相当繁重，现有的较为落后的做法难以满足需求。这就急需一种解决方案实现对物品便捷、高效的定位，同时由于这些行业中物品定位环境和区域的不确定性，定位***的灵活性和可扩展性也显得尤为重要。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于RFID技术的模块化标签定位方法，用于解决上述现有技术的问题。
本发明一种基于RFID技术的模块化标签定位方法，其中，包括：在指定的定位区域上部署天线阵列模块；将各天线阵列模块连接至RFID读写器的天线阵列模块接口上，对放置于定位区域平面之上的贴有RFID电子标签的物品进行定位，RFID读写器收到上位机发来的定位物品的命令后，通过天线阵列模块端口上的各个射频端口遍历每一个天线阵列上的每一个天线盘点标签，获取定位区域内各个RFID电子标签的标签数据、标签每次被盘点时的反射信号的强度、各个标签单位时间被各天线盘点的次数等物品识别和定位所需的数据并将该数据输入到上位机，由其中的RFID电子标签定位算法对标签位置进行计算；对于出现的干扰值，如距离较远的天线仍然盘点到了该标签的情况，结合盘点次数进行筛选，如果某天线盘点到该标签的次数小于设定的阈值则该天线的盘点结果被丢弃；以各天线的编号作为横坐标，以各天线接收到的某一待定位标签反射信号强度的平均值作为纵坐标拟合为一个抛物线，该抛物线的最大值点横坐标即为该待定位标签的位置，如标签位于定位区域的边缘处，通过判断各采样点的纵坐标反射信号强度的平均值的变化趋势确定，近似取边缘处位置作为该标签的定位位置。
根据本发明的基于RFID技术的模块化标签定位方法的一实施例，其中，天线阵列模块是一个由多个具有一致性且间隔相等的天线组合而成。
根据本发明的基于RFID技术的模块化标签定位方法的一实施例，其中，对外提供多个天线阵列模块接口，该接口由射频线和IO线两部分组成，其中射频线用于传输RFID读写器与RFID电子标签间的射频信号，IO口用于分时选通当前天线阵列模块上的各天线。
根据本发明的基于RFID技术的模块化标签定位方法的一实施例，其中，在RFID读写器遍历各天线阵列模块上的每一个天线进行盘点时，贴于物品上的RFID电子标签会被其附近多个天线盘点到，根据某标签被盘点到时的射频端口配置和IO配置的情况确定是处于哪些位置上的哪些标签盘点到了该标签，并且能够获取到每次盘点时标签的反射信号强度，将这些数据整合起来，进行定位算法计算，天线盘点过程中接收到标签反射信号强度可以大体反映该标签与天线之间的距离，
根据本发明的基于RFID技术的模块化标签定位方法的一实施例，其中，标签定位命令下达到RFID读写器。在接收到定位命令之后，RFID读写器利用其上与各天线阵列模块相连的接口依次选通各天线阵列模块上的各天线，依次使用每一个天线进行盘点，从而完成对整个定位区域标签数据和位置信息的数据采集，之后将标签的标识数据、标签在各天线的信号强度以及标签的盘点次数信息，输入调用了标签定位算法，输出标签的定位位置。
根据本发明的基于RFID技术的模块化标签定位方法的一实施例，其中，标签定位算法包括：首先，以RFID读写器盘点定位区域内各标签得到的标签数据、定位区域内各天线阵列模块上的各天线盘点到标签的次数和标签信号强度作为输入；然后，通过盘点次数确定偶然产生的干扰数据，并将干扰数据丢弃；之后，盘点到该标签的天线编号作为横坐标，以该天线接收到该标签反射信号强度的平均值作为纵坐标，判断纵坐标的变化趋势，若纵坐标随横坐标具有单调性则可断定该标签位于定位区域边缘，取信号强度最大的天线为该标签的定位位置；若纵坐标随横坐标不具有单调性，则拟合出一条天线编号作为横坐标，平均信号强度作为纵坐标的抛物线，取该抛物线的最大值点作为该标签的定位位置。
本发明一种基于RFID技术的模块化标签定位***，其中，包括：RFID读写器、RFID电子标签、天线阵列模块、数据处理模块、人机交互模块及后台数据库；在指定的定位区域平面上部署好天线阵列模块，天线阵列模块是一个由多个一致性较好且间隔相等的天线组合而成；各天线阵列模块连接至RFID读写器的天线阵列模块接口上；将RFID读写器与运行有人机交互、数据处理模块及后台数据库的上位机连接，用户通过人机交互模块操作该***对放置于定位区域平面之上的贴有RFID电子标签的物品进行定位，RFID读写器收到上位机发来的定位物品的命令后，通过天线阵列模块端口上的各个射频端口遍历每一个天线阵列上的每一个天线盘点标签，获取定位区域内各个RFID电子标签的标签数据、标签每次被盘点时的反射信号的强度、各个标签单位时间被各天线盘点的次数，并输入到运行于上位机的数据处理模块，由其中的RFID电子标签定位算法对标签位置进行计算；在RFID读写器遍历各天线阵列模块上的每一个天线进行盘点时，贴于物品上的RFID电子标签会被其附近多个天线盘点到，数据处理模块根据某标签被盘点到时的射频端口配置和IO配置的情况确定具体是处于哪些位置上的哪些标签盘点到了该标签，并且能够获取到每次盘点时标签的反射信号强度，将这些数据整合起来，输入到数据处理模块的定位算法之中。
根据本发明的基于RFID技术的模块化标签定位***的一实施例，其中，天线阵列模块接口由射频线和IO线两部分组成，其中射频线用于传输RFID读写器与RFID电子标签间的射频信号，IO口用于分时选通当前天线阵列模块上的各天线。
根据本发明的基于RFID技术的模块化标签定位***的一实施例，其中，对于出现的干扰值，如某些距离较远的天线仍然盘点到了该标签的情况，结合盘点次数进行筛选，如果某天线盘点到该标签的次数小于设定的阈值则该天线的盘点结果被丢弃。
根据本发明的基于RFID技术的模块化标签定位***的一实施例，其中，以各天线的编号作为横坐标，以各天线接收到的某一待定位标签反射信号强度的平均值作为纵坐标拟合为一个抛物线，该抛物线的最大值点横坐标即为该待定位标签的位置，如标签位于定位区域的边缘处，通过判断各采样点的纵坐标即反射信号强度的平均值的变化趋势确定，直接近似取边缘处位置作为该标签的定位位置。
本发明一种基于射频识别技术的物品定位***及方法，能够快捷高效地对指定区域内放置的物品进行定位，同时该***在部署上具备模块化和可扩展的特性，根据指定区域的大小以及误差的要求灵活进行部署，满足不同行业的不同场景下的定位需求。
附图说明
图1是本发明的一种基于RFID技术的模块化定位方法的流程图；
图2是本发明基于多天线和标签反射信号强度的标签定位算法流程图；
图3是本发明的基于RFID技术的模块化定位***的组成示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、内容、和优点更加清楚，下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。
图1是本发明的一种基于RFID技术的模块化定位方法的流程图；图2是本发明基于多天线和标签反射信号强度的标签定位算法流程图；图3是本发明的基于RFID技术的模块化定位***的组成示意图，如图1至图3所示，一种基于射频识别技术的物品定位***主要由RFID读写器、RFID电子标签、天线阵列模块、数据处理模块、人机交互模块及后台数据库组成。
如图1至图3所示，一种基于射频识别技术的物品定位***的工作原理可概括如下：
在指定的定位区域(如货架、储物柜)平面上部署好天线阵列模块。天线阵列模块是一个由多个一致性较好且间隔相等的天线组合而成，在使用中可根据允许的定位误差和指定定位区域的大小确定要使用的天线阵列模块的尺寸和数目。将各天线阵列模块连接至RFID读写器的天线阵列模块接口上。本***对外提供多个天线阵列模块接口，该接口由射频线和IO线两部分组成，其中射频线用于传输RFID读写器与RFID电子标签间的射频信号，IO口用于分时选通当前天线阵列模块上的各天线，多个射频端口和丰富的IO资源能够保证该***具有很强的可扩展性，定位天线阵列的模块化设计可供用户根据实际使用场景灵活选用不同尺寸、不同数量的天线阵列模块，进而保证该***对不同应用环境的适用性。将RFID读写器与运行有人机交互、数据处理模块及后台数据库的上位机连接。之后用户可通过人机交互模块操作该***对放置于定位区域平面之上的贴有RFID电子标签的物品进行定位，RFID读写器收到上位机发来的定位物品的命令后，通过天线阵列模块端口上的各个射频端口和丰富的IO资源分别遍历每一个天线阵列上的每一个天线盘点标签，获取定位区域内各个RFID电子标签的标签数据、标签每次被盘点时的反射信号的强度、各个标签单位时间被各天线盘点的次数等物品识别和定位所需的数据并将该数据输入到运行于上位机的数据处理模块，由其中的RFID电子标签定位算法对标签位置进行计算。具体地，在RFID读写器遍历各天线阵列模块上的每一个天线进行盘点时，贴于物品上的RFID电子标签会被其附近多个天线盘点到，数据处理模块可以根据某标签被盘点到时的射频端口配置和IO配置的情况确定具体是处于哪些位置上的哪些标签盘点到了该标签，并且能够获取到每次盘点时标签的反射信号强度，将这些数据整合起来，输入到数据处理模块的定位算法之中，天线盘点过程中接收到标签反射信号强度可以大体反映该标签与天线之间的距离，在本***实际工作过程中由于物品形状不同，张贴标签位置不同，距离底部天线阵列模块的高度不同，各标签的反射信号强度也不同，所以反射信号强度本身的值并没有多大的参考价值，而定位算法关注的是在RFID读写器遍历所有天线时各天线接收到的某一标签的反射信号强度的相对大小和变化趋势。对于某些偶然出现的干扰值，如某些距离较远的天线仍然盘点到了该标签的情况，结合盘点次数进行筛选，如果某天线盘点到该标签的次数小于设定的阈值则该天线的盘点结果被丢弃，以此排除偶然出现的干扰，保证算法后续操作的正确性。以各天线的编号作为横坐标，以各天线接收到的某一待定位标签反射信号强度的平均值作为纵坐标拟合为一个抛物线，该抛物线的最大值点横坐标即为该待定位标签的位置。对于某些特殊情况，如标签位于定位区域的边缘处，通过判断各采样点的纵坐标即反射信号强度的平均值的变化趋势可以确定这种情况，直接近似取边缘处位置作为该标签的定位位置即可，足以满足精度需求。
本发明提供了一种基于RFID技术的模块化定位方法包括：
(1)在待管理物品上贴上包含唯一标识该物品数据的电子标签，具体地采用800/900MHz频段的超高频无源标签，成本低，识别距离远。之后，并在后台数据库进行标签数据和物品信息的录入。
(2)根据实际定位误差需求选用合适规格的天线阵列模块。天线阵列模块是由多个一致性较好且间隔相等的天线组合而成，在使用中可根据允许的定位误差和指定定位区域的大小确定要使用的天线阵列模块的尺寸和数目。要求误差越低就要采用越密集的天线阵列。将指定的定位区域平面用天线阵列模块覆盖，并将各个天线阵列模块连接通过专用的天线阵列模块端口连接至RFID读写器。该接口由射频线和IO线两部分组成，其中射频线用于传输RFID读写器与RFID电子标签间的射频信号，IO口用于分时选通当前天线阵列模块上的各天线。
(3)将待定位的贴有RFID电子标签的物品放置于天线阵列模块之上。
(4)用户在需要对定位区域内物品进行定位时，操作人机交互模块将盘点命令传给RFID读写器，读写器收到命令后利用其上各个射频接口和丰富的IO接口资源，遍历选通各个天线阵列模块上的各个天线，在获取了各标签的唯一标识数据、各个标签在各天线的信号强度、各标签单位时间盘点到次数等重要参数之后，RFID读写器将这些数据上传给上位机，输入到数据处理模块的RFID电子标签定位算法，经定位算法计算后将定位结果通过人机交互模块展现给用户，同时将定位数据存入数据库供用户之后查询。
本发明的关键部件天线采用模块化设计，有灵活和可扩展的特点。在需要进行标签定位的平面部署天线阵列模块，并将各个天线阵列模块与RFID读写器上的天线阵列扩展接口相连。RFID读写器与运行有人机交互、数据处理及数据库的上位机相连。在用户发出标签定位指令后，上位机操作读写器依次选通各天线阵列上的各个天线对标签做盘点操作，之后RFID读写器采集标签数据、标签反射信号强度、单位时间各标签被盘点到的次数等数据并将这些数据上传给运行于上位机的数据处理模块。数据处理模块的标签定位算法以RFID读写器返回的各数据作为输入，输出盘点到的各标签在由各天线阵列组成的定位平面上的坐标，一方面通过人机交互模块输出供用户查看，另一方面，存入数据库供用户查询。该***的可扩展性表现在可以根据实际需要定位的平面的大小动态地确定需要使用到的天线阵列模块数，在一定程度上突破了定位面积对定位***的局限。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种基于RFID技术的模块化标签定位方法，其特征在于，包括：
在指定的定位区域上部署天线阵列模块；将各天线阵列模块连接至RFID读写器的天线阵列模块接口上，对放置于定位区域平面之上的贴有RFID电子标签的物品进行定位，RFID读写器收到上位机发来的定位物品的命令后，通过天线阵列模块端口上的各个射频端口遍历每一个天线阵列上的每一个天线盘点标签，获取定位区域内各个RFID电子标签的标签数据、标签每次被盘点时的反射信号的强度、各个标签单位时间被各天线盘点的次数等物品识别和定位所需的数据并将该数据输入到上位机，由其中的RFID电子标签定位算法对标签位置进行计算；
对于出现的干扰值，如距离较远的天线仍然盘点到了该标签的情况，结合盘点次数进行筛选，如果某天线盘点到该标签的次数小于设定的阈值则该天线的盘点结果被丢弃；以各天线的编号作为横坐标，以各天线接收到的某一待定位标签反射信号强度的平均值作为纵坐标拟合为一个抛物线，该抛物线的最大值点横坐标即为该待定位标签的位置，如标签位于定位区域的边缘处，通过判断各采样点的纵坐标反射信号强度的平均值的变化趋势确定，近似取边缘处位置作为该标签的定位位置。
2.如权利要求1所述的基于RFID技术的模块化标签定位方法，其特征在于，天线阵列模块是一个由多个具有一致性且间隔相等的天线组合而成。
3.如权利要求1所述的基于RFID技术的模块化标签定位方法，其特征在于，对外提供多个天线阵列模块接口，该接口由射频线和IO线两部分组成，其中射频线用于传输RFID读写器与RFID电子标签间的射频信号，IO口用于分时选通当前天线阵列模块上的各天线。
4.如权利要求1所述的基于RFID技术的模块化标签定位方法，其特征在于，在RFID读写器遍历各天线阵列模块上的每一个天线进行盘点时，贴于物品上的RFID电子标签会被其附近多个天线盘点到，根据某标签被盘点到时的射频端口配置和IO配置的情况确定是处于哪些位置上的哪些标签盘点到了该标签，并且能够获取到每次盘点时标签的反射信号强度，将这些数据整合起来，进行定位算法计算，天线盘点过程中接收到标签反射信号强度可以大体反映该标签与天线之间的距离，
5.如权利要求1所述的基于RFID技术的模块化标签定位方法，其特征在于，标签定位命令下达到RFID读写器。在接收到定位命令之后，RFID读写器利用其上与各天线阵列模块相连的接口依次选通各天线阵列模块上的各天线，依次使用每一个天线进行盘点，从而完成对整个定位区域标签数据和位置信息的数据采集，之后将标签的标识数据、标签在各天线的信号强度以及标签的盘点次数信息，输入调用了标签定位算法，输出标签的定位位置。
6.如权利要求1所述的基于RFID技术的模块化标签定位方法，其特征在于，标签定位算法包括：
首先，以RFID读写器盘点定位区域内各标签得到的标签数据、定位区域内各天线阵列模块上的各天线盘点到标签的次数和标签信号强度作为输入；
然后，通过盘点次数确定偶然产生的干扰数据，并将干扰数据丢弃；
之后，盘点到该标签的天线编号作为横坐标，以该天线接收到该标签反射信号强度的平均值作为纵坐标，判断纵坐标的变化趋势，若纵坐标随横坐标具有单调性则可断定该标签位于定位区域边缘，取信号强度最大的天线为该标签的定位位置；若纵坐标随横坐标不具有单调性，则拟合出一条天线编号作为横坐标，平均信号强度作为纵坐标的抛物线，取该抛物线的最大值点作为该标签的定位位置。
7.一种基于RFID技术的模块化标签定位***，其特征在于，包括：RFID读写器、RFID电子标签、天线阵列模块、数据处理模块、人机交互模块及后台数据库；
在指定的定位区域平面上部署好天线阵列模块，天线阵列模块是一个由多个一致性较好且间隔相等的天线组合而成；各天线阵列模块连接至RFID读写器的天线阵列模块接口上；将RFID读写器与运行有人机交互、数据处理模块及后台数据库的上位机连接，用户通过人机交互模块操作该***对放置于定位区域平面之上的贴有RFID电子标签的物品进行定位，RFID读写器收到上位机发来的定位物品的命令后，通过天线阵列模块端口上的各个射频端口遍历每一个天线阵列上的每一个天线盘点标签，获取定位区域内各个RFID电子标签的标签数据、标签每次被盘点时的反射信号的强度、各个标签单位时间被各天线盘点的次数，并输入到运行于上位机的数据处理模块，由其中的RFID电子标签定位算法对标签位置进行计算；在RFID读写器遍历各天线阵列模块上的每一个天线进行盘点时，贴于物品上的RFID电子标签会被其附近多个天线盘点到，数据处理模块根据某标签被盘点到时的射频端口配置和IO配置的情况确定具体是处于哪些位置上的哪些标签盘点到了该标签，并且能够获取到每次盘点时标签的反射信号强度，将这些数据整合起来，输入到数据处理模块的定位算法之中。
8.如权利要求1所述的基于RFID技术的模块化标签定位***，其特征在于，天线阵列模块接口由射频线和IO线两部分组成，其中射频线用于传输RFID读写器与RFID电子标签间的射频信号，IO口用于分时选通当前天线阵列模块上的各天线。
9.如权利要求1所述的基于RFID技术的模块化标签定位***其特征在于，对于出现的干扰值，如某些距离较远的天线仍然盘点到了该标签的情况，结合盘点次数进行筛选，如果某天线盘点到该标签的次数小于设定的阈值则该天线的盘点结果被丢弃。
10.如权利要求1所述的基于RFID技术的模块化标签定位***，其特征在于，以各天线的编号作为横坐标，以各天线接收到的某一待定位标签反射信号强度的平均值作为纵坐标拟合为一个抛物线，该抛物线的最大值点横坐标即为该待定位标签的位置，如标签位于定位区域的边缘处，通过判断各采样点的纵坐标即反射信号强度的平均值的变化趋势确定，直接近似取边缘处位置作为该标签的定位位置。
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