Rfid矩陣分布式人員定位監測系統檢測控制器及其監測方法
2023-10-05 17:01:59 2
專利名稱：Rfid矩陣分布式人員定位監測系統檢測控制器及其監測方法
技術領域：
本發明涉及RFID射頻識別技術領域，特別涉及RFID監測定位技術領域，具體是指一種RFID矩陣分布式人員定位監測系統檢測控制器及其監測方法。
背景技術：
RFID (Radio Frequency Identification)是一種無線射頻識別技術，由於超高頻(400MHz ~2.4GHz) RFID標籤的電磁波易被水吸收而衰減，在實際使用過程中，常常由於受到液體容器或富含水分的物質(如高含水物品、人體、動物軀體等)的遮擋，造成超高頻RFID標籤無法識讀的狀況。
同時，現代生活中，已經存在各種各樣的導航定位設備，如GPS等，但是這些設備的造價和系統的運營成本相對較高。特別是對於區域人員或者物品的定位監測系統，目前還沒有很好的技術能夠大規模普及應用，這樣就給人們的工作和生活帶來了很大的不便。
發明內容
本發明的目的是克服了上述現有技術中的缺點，提供一種能夠有效對人員進行定位監測、結構簡單實用、生產成本較低、工作性能穩定可靠、適用範圍較為廣泛的RFID矩陣分布式人員定位監測系統檢測控制器及其監測方法。
為了實現上述的目的，本發明的RFID矩陣分布式人員定位監測系統檢測控制器及其監測方法如下
該RFID矩陣分布式人員定位監測系統檢測控制器，所迷的監測系統包括固定布設於監測區域地面下方的超高頻RFID標籤矩陣、設置於監測區域上方的監測天線陣列，所述的監測天線陣列與該檢測控制器相連接，其主要特點是，所述的檢測控制器包括中央控制單元、射頻功能模塊、數據存儲功能模塊、輸入/輸出接口模塊和電源控制模塊，所述的中央控制單元分別與所述的射頻功能模塊、數據存儲功能模塊和輸入/輸出接口模塊相連接，所述的電源控制模塊分別與所述的中央控制單元、射頻功能模塊、數據存儲功能模塊和輸入/輸出接口模塊相連接。
4該RFID矩陣分布式人員定位監測系統檢測控制器中的中央控制單元為嵌入式MCU控制單元。
該RFID矩陣分布式人員定位監測系統檢測控制器中的射頻功能模塊包括天線接口 、RFID射頻信號發生模塊和數據調製解調單元，所述的中央控制單元依此通過所述的數據調製解調單元、RFID射頻信號發生器和天線接口相連接。
該RFID矩陣分布式人員定位監測系統檢測控制器中的輸入/輸出接口模塊包含鍵盤/滑鼠接口、顯示器接口、網絡接口、 USB接口和標準串行接口。
該利用上述的檢測控制器進行分布式人員定位監測的方法，其主要特點是，所述的方法包括以下步驟
(1 )檢測控制器在接通電源後先進行系統初始化和設備自檢操作；
(2 )該檢測控制器對所布設的超高頻RFID標籤矩陣中的RFID標籤逐一進行編號定位，並建立標準標籤矩陣參數表；
(3 )該檢測控制器確認設備正常並設定所有工作參數後定期輪流開通監測天線陣列中的每個天線對其電波覆蓋區域中的各個超高頻RFID標籤進行探測讀取；
(4 )如果全部的超高頻RFID標籤均能夠進行讀取，則重複上述步驟(3 );
(5 )如杲有部分超高頻RFID標籤讀取不到，則統計未讀到的超高頻RFID標籤的數量；
(6)如果統計到的數量未超過系統預設的最低檢測閾值，則判定為偶然幹擾，不進行任何測算處理，並重複上述步驟(3);
(7 )如果統計到的數量超過系統預設的最低檢測閾值，則該檢測控制器根據無法讀取的RFID標籤的位置、數量以及相鄰RFID標籤的固定布設間距實時測算該超高頻RFID標籤矩陣中人員的數量和分布位置；
(8 )該檢測控制器根據RFID標籤無法讀取的先後順序和時間間隔實時測算人員的移動方向和移動速度；
(9 )將測算結果數據信息傳送至上位系統，並重複上述步驟(3 )。
該進行分布式人員定位監測的方法中的根據RFID標籤無法讀取的先後順序和時間間隔實時計算人員的移動方向和移動速度，包括以下步驟
(11) 檢測控制器根據RHD標籤無法讀取和恢復讀取的先後次序實時計算出人體在該超高頻RFID標籤矩陣中移動的方向；
(12) 檢測控制器根據RFID標籤無法讀取和恢復讀取的時間間隔實時計算出人體在該超高頻RFID矩陣中移動的速度。
5該進行分布式人員定位監測的方法中的監測天線陣列中的天線均為窄波束的探測天線， 且相鄰的^:測天線的電波覆蓋區域部分重疊，所迷的方法中還包括以下步驟
(10 )檢測控制器根據相對於人體在各個不同角度的探測天線所測得的無法讀取的RFID 標籤的遮擋投影估算人員的身高。
採用了該發明的RFID矩陣分布式人員定位監測系統檢測控制器及其監測方法，由於其 接受上位系統的指令，控制監測天線陣列定時掃描地面的RFID標籤矩陣，巧妙利用了高頻 電磁波易被水吸收而衰減的特性，並利用人體遮擋固定布設於地面下的超高頻RFID標籤矩 陣而產生無法讀取的效應實時監測矩陣區域內人員的數量、分布、移動方向和移動速度，而 且還可以根據人體在各個不同角度天線測得遮擋投影，精確標定人員，估算出人員的身高， 並將測算數據傳送給上位系統，不僅能夠有效對人員進行定位監測，而且整個控制器的結構 簡單實用，生產成本4交^L工作性能穩定可靠，適用範圍較為廣泛，為RFID的廣泛應用以 及區域定位監測技術的進一步普及和發展奠定了堅實的基礎。
圖1為本發明的RFID矩陣分布式人員定位監測系統檢測控制器的整體結構示意圖。 圖2為本發明的RFID矩陣分布式人員定位監測方法的工作流程圖。
具體實施例方式
為了能夠更清楚地理解本發明的技術內容，特舉以下實施例詳細說明。
該RFID矩陣分布式人員定位監測系統檢測控制器，包括固定布設於監測區域地面下方 的超高頻RFID標籤矩陣、設置於監測區域上方的監測天線和與該監測天線相連接的監測控 制裝置，所迷的的超高頻RFID標籤的頻率範圍為400MHz - 2.4GHz。
其中，該超高頻RFID標籤矩陣按照系統預設的固定布設間距和排列方式埋置布設於監 測區域地面下方，所述的固定布設間距為當人體直立時垂直投影至少覆蓋2個以上的超高頻 RFID標籤，且每個監測天線的電波覆蓋區域中不超過100個超高頻RFID標籤。
同時，所述的監測天線為窄波束的探測天線，且相鄰的監測天線的電波覆蓋區域部分重疊。
請參閱圖1所示，該RFID矩陣分布式人員定位監測系統檢測控制器，所述的監測系統 包括固定布設於監測區域地面下方的超高頻RFID標籤矩陣、設置於監測區域上方的監測天 線陣列，所迷的監測天線陣列與該檢測控制器相連接，其中，所迷的檢測控制器包括中夾控 制單元、射頻功能模塊、數據存儲功能模塊、輸入/輸出接口模塊和電源控制模塊，所迷的中央控制單元分別與所述的射頻功能模塊、數據存儲功能模塊和輸入/輸出接口模塊相連接，所 述的電源控制模塊分別與所述的中央控制單元、射頻功能模塊、數據存儲功能模塊和輸入/輸 出接口模塊相連接。
其中，所述的中央控制單元為嵌入式MCU控制單元；所述的射頻功能模塊包括天線接 口、 RFID射頻信號發生模塊和數據調製解調單元，所述的中央控制單元依此通過所述的數據 調製解調單元、RFID射頻信號發生器和天線接口相連接；所述的輸入/輸出接口模塊包含鍵 盤/滑鼠接口、顯示器接口、網絡接口、 USB接口和標準串行接口。
再請參閱圖2所示，該利用上述的檢測控制器進行分布式人員定位監測的方法，其主要 特點是，所述的方法包括以下步驟
(1 )檢測控制器在接通電源後先進行系統初始化和設備自檢操作；
(2 )該檢測控制器對所布設的超高頻RFID標籤矩陣中的RFID標籤逐一進行編號定位， 並建立標準標籤矩陣參數表；
(3 )該檢測控制器確認設備正常並設定所有工作參數後定期輪流開通監測天線陣列中的 每個天線對其電波覆蓋區域中的各個超高頻RFID標籤進行探測讀取；
(4)如果全部的超高頻RFID標籤均能夠進行讀取，則重複上述步驟(3);
(5 )如果有部分超高頻RFID標籤讀取不到，則統計未讀到的超高頻RFID標籤的數量；
(6) 如果統計到的數量未超過系統預設的最低檢測閾值，則判定為偶然幹擾，不進行任 何測算處理，並重複上述步驟(3);
(7) 如果統計到的數量超過系統預設的最低檢測閾值，則該檢測控制器根據無法讀取的 RFID標籤的位置、數量以及相鄰RFID標籤的固定布設間距實時測算該超高頻RFID標籤矩 陣中人員的數量和分布位置；
(8 )該檢測控制器根據RFID標籤無法讀取的先後順序和時間間隔實時測算人員的移動 方向和移動速度，包括以下步驟:
(a)檢測控制器根據RFID標籤無法讀取和恢復讀取的先後次序實時計算出人體在 該超高頻RFID標籤矩陣中移動的方向；
(b )檢測控制器根據RFID標籤無法讀取和恢復讀取的時間間隔實時計算出人體在 該超高頻RFID矩陣中移動的速度； (9)將測算結果數據信息傳送至上位系統，並重複上述步驟(3)。 (10 )檢測控制器根據相對於人體在各個不同角度的探測天線所測得的無法讀取的RFID 標籤的遮擋投影估算人員的身高。在實際使用當中，為了實現本發明的監測系統，需要在地面固定布設超高頻RFID標籤 矩陣，利用人體遮擋造成RFID標籤無法讀取的效應，可以實時監測矩陣區域內人員的數量、 分布、移動方向和移動速度。
所述的檢測控制器硬體由中央控制單元、射頻單元、數據存儲單元和輸入/輸出接口四大 部分組成，中央控制單元為嵌入式MCU;射頻單元即RFID射頻信號發生器和數據調製/解調 模塊；輸入/輸出接口包含鍵盤/滑鼠接口、顯示器接口、網絡接口以及USB接口和標準的串 行接口。具體的硬體架構請參閱圖1所示。
該檢測控制器的工作流程請參閱圖2所示。檢測控制器接通電源，首先進行系統初始化， 自檢設備，設定標籤矩陣參數表；確認設備正常並設好所有工作參數後，系統開始定期輪流 開通天線陣列的每個天線讀耳又地面RFID矩陣中的標籤，當發現有部分標籤讀取不到時，統 計未讀到標籤的數量，如果數量超過最低檢測閾值，即根據預設算法測算矩陣中的人員數量 和位置；如果未讀到標籤數量低於最低檢測閾值，系統判定為偶然幹擾，不進行測算，繼續 下一輪的標籤讀取。
具體的，根據監測系統對矩陣中RFID標籤的讀取情況，當前D2、 D3、 D4位置處的RFID 標籤未讀到，根據系統預設的的RFID標籤間距測算，在D1-D4區域有一個人體遮擋了地 面的RFID標籤；當人體移動時，周圍的RFID標籤相繼被遮擋，而原來被遮擋的RFID標籤 又恢復識別，根據恢復識別和被遮擋RFID標籤先後次序，可以換算出人體在矩陣中移動的 方向；根據RFID標籤被遮擋和恢復識別的時間間隔，可以測算出人體在矩陣中移動的速度。
RFID標籤的布設間距以人體直立時垂直投影至少覆蓋2個以上RFID標籤為宜，但也不 可太密，以每個探測天線電波覆蓋區域不超過100個RFID標籤為宜。同時相鄰天線的覆蓋 區要互相重疊，以提高監測精度。
採用了上述的RFID矩陣分布式人員定位監測系統檢測控制器及其監測方法，由於其接 受上位系統的指令，控制監測天線陣列定時掃描地面的RFID標籤矩陣，巧妙利用了高頻電 磁波易被水吸收而衰減的特性，並利用人體遮擋固定布設於地面下的超高頻RFID標籤矩陣 而產生無法讀取的效應實時監測矩陣區域內人員的數量、分布、移動方向和移動速度，而且 還可以根據人體在各個不同角度天線測得遮擋投影，精確標定人員，估算出人員的身高，並 將測算數據傳送給上位系統，不僅能夠有效對人員進行定位監測，而且整個控制器的結構簡 單實用，生產成本較低，工作性能穩定可靠，適用範圍較為廣泛，為RFID的廣泛應用以及 區域定位監測技術的進一步普及和發展奠定了堅實的基礎。
在此說明書中，本發明已參照其特定的實施例作了描述。但是，很顯然仍可以作出各種
8修改和變換而不背離本發明的精神和範圍。因此，說明書和附圖應被認為是說明性的而非限
制性的。
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權利要求
1、一種RFID矩陣分布式人員定位監測系統檢測控制器，所述的監測系統包括固定布設於監測區域地面下方的超高頻RFID標籤矩陣、設置於監測區域上方的監測天線陣列，所述的監測天線陣列與該檢測控制器相連接，其特徵在於，所述的檢測控制器包括中央控制單元、射頻功能模塊、數據存儲功能模塊、輸入/輸出接口模塊和電源控制模塊，所述的中央控制單元分別與所述的射頻功能模塊、數據存儲功能模塊和輸入/輸出接口模塊相連接，所述的電源控制模塊分別與所述的中央控制單元、射頻功能模塊、數據存儲功能模塊和輸入/輸出接口模塊相連接。
2、 根據權利要求1所述的RFID矩陣分布式人員定位監測系統檢測控制器，其特徵在於， 所述的中央控制單元為嵌入式MCU控制單元。
3、 根據權利要求1所述的RFID矩陣分布式人員定位監測系統檢測控制器，其特徵在於， 所述的射頻功能模塊包括天線接口、 RFID射頻信號發生模塊和數據調製解調單元，所述的中 央控制單元依此通過所述的數據調製解調單元、RFID射頻信號發生器和天線接口相連接。
4、 根據權利要求1所述的RFID矩陣分布式人員定位監測系統檢測控制器，其特徵在於， 所述的輸入/輸出接口模塊包含鍵盤/滑鼠接口、顯示器接口、網絡接口、 USB接口和標準串 行接口。
5、 一種利用權利要求1所述的檢測控制器進行分布式人員定位監測的方法，其特徵在於， 所述的方法包括以下步驟(1 )檢測控制器在接通電源後先進行系統初始化和設備自檢操作；(2 )該檢測控制器對所布設的超高頻RFID標籤矩陣中的RFID標籤逐一進行編號定位， 並建立標準標籤矩陣參數表；(3 )該檢測控制器確認設備正常並設定所有工作參數後定期輪流開通監測天線陣列中的 每個天線對其電波覆蓋區域中的各個超高頻RFID標籤進行探測讀取；(4)如果全部的超高頻RFID標籤均能夠進行讀取，則重複上述步驟(3);(5 )如果有部分超高頻RFID標籤讀取不到，則統計未讀到的超高頻RFID標籤的數量；(6)如杲統計到的數量未超過系統預設的最低檢測閾值，則判定為偶然幹擾，不進行任 何測算處理，並重複上述步驟(3);(7 )如果統計到的數量超過系統預設的最低檢測閾值，則該檢測控制器根據無法讀取的 RFID標籤的位置、數量以及相鄰RFID標籤的固定布設間距實時測算該超高頻RFID標籤矩陣中人員的數量和分布位置；(8 )該檢測控制器根據RFID標籤無法讀取的先後順序和時間間隔實時測算人員的移動 方向和移動速度；(9)將測算結果數據信息傳送至上位系統，並重複上述步驟(3)。
6、 根據權利要求5所述的進行分布式人員定位監測的方法，其特徵在於，所述的根據 RFID標籤無法讀取的先後順序和時間間隔實時計算人員的移動方向和移動速度，包括以下步 驟(11 )檢測控制器根據RFID標籤無法讀取和恢復讀取的先後次序實時計算出人體在該 超高頻RFID標籤矩陣中移動的方向；(12)檢測控制器根據RFID標籤無法讀取和恢復讀取的時間間隔實時計算出人體在該 超高頻RFID矩陣中移動的速度。
7、 根據權利要求5所述的進行分布式人員定位監測的方法，其特徵在於，所述的監測天 線陣列中的天線均為窄波束的探測天線，且相鄰的探測天線的電波覆蓋區域部分重疊，所述 的方法中還包括以下步驟(10 )檢測控制器根據相對於人體在各個不同角度的探測天線所測得的無法讀取的RFID 標籤的遮擋投影估算人員的身高。
全文摘要
本發明涉及一種RFID矩陣分布式人員定位監測系統檢測控制器及方法，檢測控制器的中央控制單元與射頻功能模塊、數據存儲功能模塊和輸入/輸出接口模塊連接，電源控制模塊與中央控制單元、射頻功能模塊、數據存儲功能模塊和輸入/輸出接口模塊連接。方法包括對標籤矩陣中的標籤逐一編號定位建立標準矩陣表、對標籤探測讀取、根據無法讀取的標籤位置、數量及相鄰標籤的固定布設間距測算標籤矩陣中人員數量和位置及人員移動方向和速度。採用了上述的RFID矩陣分布式人員定位監測系統檢測控制器及其監測方法，能夠有效對人員進行定位監測，結構簡單，成本較低，工作性能穩定可靠，適用範圍較為廣泛，為區域定位監測技術的進一步普及和發展奠定了堅實的基礎。
文檔編號G01S13/74GK101464518SQ20081020507
公開日2009年6月24日 申請日期2008年12月30日 優先權日2008年12月30日
發明者鄭之敏 申請人:鄭之敏