一种防止误读到移动物体读取区域外信息的方法

摘要

本发明涉及一种防止误读到移动物体读取区域外信息的方法，系统进行初始化设置，在需要进行信息采集或是信息校验的关键节点上，通过RFID阅读器和天线获得相关的RFID电子标签信息及计量器具的RFID电子标签信息的滞后时间；将采集到的RFID电子标签信息存储至应用服务器，判断标签信息类型，筛选出计量器具的RFID电子标签信息与其承载容器的RFID标签信息进行对应；通过RFID相关定位算法，计算得出阈值；判断计量器具的RFID电子标签滞后时间与阈值之间的关系，对计量器具的RFID电子标签信息进行处理，获得正确标签信息。本发明实现对RFID识读范围进行控制，有效避免在线识读的误读问题；提高了RFID批量读取过程中的读取正确率，降低了系统开发成本和空间的占有率。

说明书

技术领域

本发明涉及利用RFID技术批量读取移动物体的电子标签信息领域，具体地 说是一种防止误读到移动物体读取区域外信息的方法。

背景技术

目前在国内，超高频射频识别RFID技术因为具有无源、体积小、远距离识 别、高速移动物体识别、多目标识别和非接触识别等特点，广泛应用在物流、 制造、交通运输、医疗、防伪和资产管理等领域。

在电力计量行业中，作为管理资产的计量器具(包括单相电能表、三相电能 表、采集器、终端、互感器等)，每一个资产都附着有唯一一个超高频RFID电 子标签，标识物品或是物流运输信息。在资产整个物流输送过程中需要批量采 集多个移动电子标签数据时，经常遇到识别范围不可控、电子标签误读、密集 标签识别率低以及盲点标签无法识别等问题。

为保证批量识别电子标签信息的准确性，防止外界标签的绕射干扰，目前 广泛采用的方法是在物流输送线上配置金属箱，在箱体内识读，利用金属屏蔽。 当RFID系统应用在金属环境中时，金属对电磁场有屏蔽作用。由于电磁场会造 成金属内部自由电荷的移动，从而损失能量。电磁波能到达金属内部的深度用 趋肤深度表示：假设金属为铁(K＝1.06×106S/m，μ＝300)，在868 MHz频率下，趋肤深度为2.2μm，所以在一般情况下，电磁波是无法直接穿过 金属传播的，在金属后方有一个无法读取的区域。

但是采用金属屏蔽也存在弊端，根据目前的应用来看存在以下几点问题：1、 采用金属屏蔽方法会产生空腔效应和多路径效应加剧盲点现象，降低识别率。 读写器发出的电磁波在封闭的金属环境里会形成一种叫做空腔效应的特殊场分 布。理论上，空腔效应是不良反应，应该避免的。实际应用中却往往无法避免， 其最终的分布状况比较复杂又无法计算和预估。大量的金属反射面极易造成信 号叠加而产生信号盲点，即多路径效应。2、采用金属箱屏蔽的方法时，金属箱 的密封问题也是很难解决的一个问题，只要箱体存在缝隙，就会存在电磁波外 泄现象。当金属箱外物体的电子标签正好处在外泄电磁波的有效工作区域时产 生感应电流，从而获得能量，电子标签被激活，使得电子标签将自身编码信息 通过内置射频天线发送出去；阅读器的接收天线同样会接收到从外部电子标签 发送来的调制信号，获得外部干扰标签的信息，产生误读问题。

所以采用金属屏蔽的方法很难解决实际应用中超高频电子标签密集型读取 模式下的误读问题。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种既能够实现超高频RFID系统批量读 取移动的RFID电子标签，又利用RFID系统的测距技术规范识读范围，防止误读 到一定区域外电子标签信息的方法。

本发明为实现上述目的所采用的技术方案是：一种防止误读到移动物体读 取区域外信息的方法，包括以下步骤：

步骤1：系统进行初始化设置，在需要进行信息采集或是信息校验的关键节 点上，通过RFID阅读器和天线获得相关的RFID电子标签信息及计量器具的 RFID电子标签信息的滞后时间；

步骤2：将采集到的RFID电子标签信息存储至应用服务器，判断标签信 息类型，筛选出计量器具的RFID电子标签信息与其承载容器的RFID标签信息 进行对应；

步骤3：通过RFID相关定位算法，计算得出阈值；

步骤4：判断计量器具的RFID电子标签滞后时间与阈值之间的关系，对 计量器具的RFID电子标签信息进行处理，获得正确标签信息。

所述RFID相关定位算法为：

步骤1：通过系统已知RFID天线到计量器具的RFID电子标签的垂直距离， 根据相似三角形的比例关系，得出平面有效读取范围的半径值；

步骤2：通过计算所得的半径值和三角形三边关系，得出RFID天线到RFID 电子标签的有效读取距离L；

步骤3：通过公式T＝2*L/c，得出阈值T，其中c为电磁波传播速度。

所述判断计量器具的RFID电子标签滞后时间与阈值之间的关系包括以下 过程：

如果计量器具的RFID电子标签信息的滞后时间不大于阈值，则将该RFID电 子标签信息存储至数据服务器，否则将该RFID电子标签信息存储至异常数据库， 并对异常数据进行分析。

本发明具有以下有益效果及优点：

1.利用RFID技术实现对电力行业在线输送的计量器具信息进行实时地、批 量的信息采集；对输送过程中的采集到的实时数据进行接收、存储、分析，进 而实现对物流货物的实时在线管理；

2.实现对RFID识读范围进行控制，有效避免在线识读的误读问题；

3.提高了RFID批量读取过程中的读取正确率；同时降低了在线读取信息错 误率；同时取消金属屏蔽箱体，降低了系统开发成本和空间的占有率；

4.提高物流输送的作业效率，减少因货物信息错误造成的经济损失。

附图说明

图1是本发明的方法流程图；

图2是本发明的硬件结构图；

图3是本发明的有效读取区域规划图；

图4是本发明的确定读取范围的方法数学模型流程图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明做进一步的详细说明。

包括RFID数据采集子系统、检测子系统、控制子系统、系统服务器、规范 RFID识读范围的计算方法。

RFID数据采集子系统包括阅读器、天线、及依附在物体上的RFID电子标 签。RFID电子标签卡附着在计量器具上、承载计量器具的周转箱上，或是承载 计量器具的纸箱外表面，其带有计量器具或是承载物的信息和身份识别的唯一 ID码。阅读器安装在货物输送通道上，需要进行信息采集、或是信息校验的关 键节点上。通过无线技术或有线技术通过网络交换机方式汇接到数据服务器。

检测子系统是指通过图像识别系统检测计量器具的承载物。在电力系统中 周转箱为电力蓝色，纸箱承载电表则颜色为中黄色，在图像检测子系统中设定 电力蓝色为“1”，中黄色为“0”，通过图像处理得到承载物信息。利用传感器触发 RFID数据采集系统工作和停止工作。

控制子系统主要包括控制RFID数据采集系统工作模式；调整RFID数据采 集系统有效工作范围，根据现场情况的不同需要对其进行合理的规划和部署， 使RFID数据采集系统达到理想的工作状态；系统基本信息管理；采集信息的历 史数据查询、统计；分析系统的可靠性和有效性。

服务器包括数据服务器和应用服务器，数据库服务器数据采集系统采集到 的RFID电子标签的信息、时间等相关数据信息。通过网络交换机采用TCP/IP 网络协议实现和计算机的通讯。应用服务器用于运行应用服务程序，通过web 方式对系统进行访问，实现RFID电子标签信息的接收和逻辑处理工作。

在电力计量的物流输送过程中，计量器具主要是以单一周转箱承载和单一 纸箱承载两种方式在物流输送线上进行输送，在输送系统工作过程中，关键节 点处需要对计量器具信息进行采集、校验等工作。能够作到只读取当前正在通 过的此节点的单一周转箱或纸箱内的计量器具RFID电子标签信息，而不会读取 到其他相邻的转箱或纸箱内的计量器具RFID电子标签信息。

首先根据系统的工作环境，合理的选择UHF-RFID测距技术中的一种算法； 通过这种算法的计算，分析出来一个合理的读取范围；当系统读取到读取区域 外的电子标签信息时，方法通过阈值计算进行筛选，达到剔除区域外电子标签 的效果。

本发明提供一种防止误读到移动物体读取区域外信息的系统和方法，包括： RFID数据采集子系统、检测子系统、控制子系统、系统服务器、规范RFID识 读范围的计算方法。

RFID电子标签采用超高频电子标签；天线为8dBi；读写器采用Impinj Revolution系列；读写器最大发射功率为32.5dBm。

RFID数据采集子系统包括安装超高频电子标签的计量器具、承载容器、测 量天线、馈线、超高频RFID读写器、天线支架，测量天线和超高频RFID读写 器通过馈线连接，测量天线安装在支架上，根据现场测试效果，可以进行角度 和位置的移动。

视觉检测装置、光电检测装置组成系统中的检测子系统，对承载容器进行 检查，第一个光电检测装置通过信号线缆触发超高频RFID读写器的GPIO采 集电子标签信息。承载容器到达第二个光电检测装置通过信号线缆触发超高频 RFID读写器的GPIO停止采集电子标签信。

控制子系统对采集数据进行处理，数据存储在数据库服务器内。本发明中 的数据服务器、应用服务器组成系统服务器，通过网络交换机与控制子系统连 接，数据库服务器数据采集系统采集到的RFID电子标签的信息、时间等相关数 据信息。通过网络交换机采用TCP/IP网络协议实现和控制子系统通讯。应用服 务器用于运行应用服务程序，通过web方式对系统进行访问，实现RFID电子 标签信息的接收和逻辑处理工作。超高频RFID读写器、数据服务器、应用服务 器、控制子系统通过TCP/IP构成局域网络。

本发明实施例的系统拓扑结构图如图2所示。

一种防止误读到移动物体读取区域外信息的系统和方法的作业流程包括承 载容器到达视觉检测装置，其中在视觉检测子系统中设定电力蓝色为“1”，中黄 色为“0”，识别承载容器为周转箱还是纸箱，确认承载容器的类型。当承载容器 到达系统指定位置时，触发第一个光电检测装置位置后，光电检测装置发出高 电平信号，触发超高频RFID读写器开始工作，采集电子标签的信息，采集到的 信息通过本发明提出的算法进行区域识别，剔除有效读取区域外的电子标签信 息，将有效读取区域内的信息存储到数据服务器中，通过控制子系统对现场的 情况和有效数据进行分析，达到理想的读取效果和有效数据的识读工作。

规范RFID数据采集系统的有效读取范围。在辊道输送上进行输送的承载容 器最大外形尺寸为720mm(长)*450mm(宽)，高度最高位280mm，承载容器按照 450mm方向输送，计量器具最高为100mm，最底层的RFID电子标签离输送面 的距离为100mm。

以最大尺寸考虑规划最大的读取范围，将读取范围规划为以天线支架中轴 和输送面相交的线，输送线中轴与此线的交点为位圆心，半径为R的圆，作为 有效的平面的读取范围。其中半径R的计算方法：承载容器在输送线中间输送， 暂不考虑位移误差，如图4所示，其中L_kx＝80mm，承载容器长度L_rq＝720mm， 所以得

L₂＝L_kx+L_rq＝800mm

系统规划测量天线至承载容器底面的距离L₃＝480mm，计量器具电子标签 距离容器底面距离H_jlqj＝100mm

L₁＝L₃–H_jlqj＝380mm

由相似三角形理论得

L₁/L₂＝L3/R

所以，R＝L₂*L₃/L₁≈1011mm；

考虑到设备误差和测量误差，将R设为1100mm。在本发明中，规划出有 效读写范围如图3所示。

本发明实施例中通过计算获得有效读取范围，对规定的读取范围内的RFID 电子标签进行识读和采集，在规定范围内禁止存在其他设备和承载容器干扰系 统。超过有效读取范围内的电子标签信息进行剔除。剔除干扰和误读电子标签 信息的算法采用超高频电子标签中的测距技术，测量RFID电子标签距离电子标 签的距离，通过距离的判断进行干扰标签信息的剔除。

如图4所示，其中L既为读写器与有效RFID电子标签的最大距离，通过算 法计算得到距离小于或是等于L的距离标签都认为是合理标签，否则，计算得 到的距离大于此距离的标签既为误读干扰标签，信息将通过控制系统被剔除，L 的计算方法：

$L=\sqrt{L{3}^2+R^2}$

所以L≈1200mm。

本发明中获得读写器到电子标签之间的距离的计算方法：读写器发送至电 子标签的的载波信号，以正弦波为例，读写器发送的载波信号为

其中，f₀为载波频率，本实施例中f₀＝920MHz。

经过电子标签反向散射调制后，读写器所接受到的载波信号(不考虑幅度调 制)只是在实际上滞后(不考虑电子标签解码和编码时间)

T＝2L/c

其中，L即为电子标签与读写器之间的距离，c＝3*10⁸m/s为电磁波传播速度。

本实施例中计算求得

L_max＝1.2m所以，T_max＝2*1.2/3*10⁸＝0.8*10^-8s

考虑系统误差和环境影响，对时间T取高一个级别之后，测量精度会进一 步提高，所以去滞后时间为

T_max＝1*10^-7s所以，L_max＝1.5m

本发明实施例中最终确认阈值T＝1*10^-7s，在以输送机中间和RFID天线支 架相交点为圆心，以L＝1.5m为半径的圆的范围内为有效识读范围。应用服务 器中获得读写器反馈信息中包含的滞后时间作为判断依据，t为滞后时间，t>T， 系统认为此电子标签不属于合理范围内的电子标签，信息将被剔除，t≤T，系统 认为此电子标签属于合理范围内的电子标签，信息将被保存至数据服务器。