基于RFID技术的洗衣管理用大口径衣物清点隧道的研究与实现

摘要

射频识别（Radio Frequency Identification，RFID）技术，是一种利用射频信号自动识别目标对象并获取相关信息的技术。在工信部发布的《物联网“十二五”发展规划》中，强调大力发展中国RFID核心技术及其在物流行业的应用示范，极大地促进了中国RFID产业的快速发展。
　　随着医院后勤管理社会化改革的逐步深入，其所面对的医用布草（床单、被套、枕套的通称）和制服洗涤业务始终存在一系列的问题，如污物交接时的人工清点过程耗时过长（平均每人每5分钟清点100件），同时存在交叉感染风险；医院各科室所属医用布草和制服被其他科室所使用，最终所引起的洗涤费用纠纷；无法准确统计高污染科室的医用布草和制服的洗涤次数，以致其得不到及时报废和更换。
　　通过将衣物信息写入RFID电子标签，并对携带有RFID电子标签的衣物进行识别可以解决上述问题。但目前国内外市场上常见的0.5×0.5m口径RFID隧道无法匹配国内医院通常所使用的衣物包裹的体积（可等效为一个直径在0.6到0.8m，高度在0.6m左右的圆柱体）要求。本文提出并成功应用多天线单元的设计方案，实现了2款分别工作于HF13.56MHz和UHF920MHz频段的1×1m大口径RFID衣物清点隧道，可以匹配医院通常所使用的衣物包裹体积，并填补了该类大口径RFID隧道的市场空白。
　　在HF工作频段时，系统的工作原理为电感耦合的方式。对于本文所选择的直径15mm，厚度2mm的HF RFID电子标签，传统的电感耦合工作方式很难满足0.5m以上的工作距离。本文建立了3天线单元所组成的1×1m大口径RFID隧道电磁分析仿真模型，预估得出当RFID电子标签穿过该隧道时，其获得的工作电压大于该电子标签所使用的NXP I-CODE1芯片工作所需的电压6.2V，同时得出当3天线单元协同工作时，每个天线单元的回波损耗均达到-20dB左右。在电磁仿真结果证实方案的可行性基础上，加工制造了内径尺寸为1×1×3m的RFID衣物清点隧道。经实际测试，当3个天线单元全部开启工作后，通过将每个天线单元所获取的RFID电子标签的信息进行数据融合，其结果证明该隧道具备8-10秒内准确获取30件携带有RFID电子标签的衣物信息的能力。
　　在UHF工作频段时，系统的工作原理为电磁波辐射的方式。对于本文选择的Fujitsu所生产的UHF RFID电子标签，根据其规格书描述，当RFID读写器天线的发射功率在2W时，其工作距离为1.16m。在内径尺寸为1×1×1m的RFID衣物清点隧道中，使用3天线单元的设计方案，以保证电磁辐射分布完全覆盖该隧道内部。经实际测试，当3个天线单元全部开启工作后，通过将每个天线单元所获取的RFID电子标签的信息进行数据融合，其结果证明该隧道具备3-5秒内准确获取100件携带有RFID电子标签的衣物信息的能力。该设计成功实现了设备的小型化、检测过程高速化、以及检测对象的规模化。
　　综上所述，本文成功研制2款1×1m大口径RFID衣物清点隧道，基于多天线单元的设计方案，解决了大口径RFID隧道中单一天线方案普遍存在的作用距离有限、电磁耦合方向或极化方向单一、多RFID电子标签密集时表层标签对其它标签的屏蔽效应等问题。
　　本文所设计的UHF频段RFID衣物清点隧道业已成功应用于国内医院及洗衣行业，实现了对各类衣物，尤其是高污染物品的非接触、快速、准确地清点。目前占据国内洗衣市场衣物清点用隧道总数的80％以上。

目录

封面

中文摘要

英文摘要

目录

第一章 绪论

1.1 引言

1.2 本课题研究背景和意义

1.3 国内外进展

1.4 论文的主要工作

1.5 论文结构

第二章 RFID基本电磁场理论

2.1 电感耦合基本理论

2.2 本章小结

第三章 基于RFID技术的大口径衣物清点隧道的分析与设计

3.1 基于RFID技术的洗衣管理系统

3.2 HF RFID大口径衣物清点隧道的分析与设计

3.3 UHF RFID大口径衣物清点隧道的分析与设计

3.4 本章小结

第四章 基于RFID技术的大口径衣物清点隧道的测试

4.1 HF RFID大口径衣物清点隧道的测试

4.2 UHF RFID大口径衣物清点隧道的测试

4.3 本章小结

第五章 全文总结

5.1 主要结论

5.2 研究展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间已发表的论文和申请专利

声明