基於傳感器虛擬電子數據表自描述的傳感標籤系統的製作方法

2023-05-19 06:38:11 1

專利名稱：：基於傳感器虛擬電子數據表自描述的傳感標籤系統的製作方法
技術領域：
：本發明涉及射頻識別
技術領域：
，更具體地說，是涉及基於傳感器虛擬電子數據表自描述的傳感標籤系統。
背景技術：
：射頻識別技術應用可有效解決供應鏈信息系統前端數據的快速採集和物資的唯一識別，但隨著對供應鏈中運輸安全性要求的提高，運輸相關方除了要掌握貨櫃中所運物品的靜態屬性，也需要掌控貨櫃內物品的過程狀態(如溫度、溼度、振動及非法開箱等)，單純採用射頻識別技術難以實現這些要求，需採用相關傳感器技術來實現這些要求，射頻識別與無傳感器技術融合是當前技術發展和應用的現實要求和必然趨勢。當前通用的有源射頻識別系統由射頻標籤、讀寫器和後臺資料庫系統組成。在射頻識別與傳感器技術融合設計中，需在有源射頻標籤中添加相關類型的傳感器來實現，系統的硬體組成模塊如圖l所示。傳感標籤系統主要有傳感標籤、讀寫器和後臺信息系統三部分，傳感標籤管控多個物理傳感器，負責配置傳感器性能參數、採集和存儲相關傳感數據、傳輸相關傳感數據到讀寫器等任務，讀寫器將傳感器相關數據進行處理後傳輸到後臺信息系統中進行存儲處理。傳感標籤中物理傳感器主要是採用一些通用的數字傳感器，傳感器本身不具備自描述參數。讀寫器在處理數字傳感器相關數據時存在如下問題①讀寫器如何自動唯一識別傳感標籤中不同傳感器的類型；②讀寫器需要自動知道傳感標籤中傳感器類型和基本參數，以便讀寫器能夠有效識別測量物理量和配置傳感器參數；③傳感器所採集到的傳感數據傳輸到讀寫器後，讀寫器必須具有所識別和解析相關傳感數據的能力；④作為一個開環系統，系統具有應用新研的不同傳感標籤的需求，傳感標籤中所帶傳感器的個數、傳感類型隨需而變，同一類型的傳感器也可能採用不同型號的傳感器，後續新研傳感標籤中的傳感器應能夠被現存的讀寫器所識別。傳感器具備自描述功能可有效解決上述問題。但通用的數據傳感器並不具備自描述功能，而採用傳感器虛擬電子數據表技術可以實現系統的自描述功能，實現讀寫器對傳感標籤中的傳感器相關傳感數據的有效識別與處理。傳感器電子數據表類似於計算機內部C0MS存儲的BIOS信息，描述了傳感器的相關參數，比如傳感器生產商名稱、傳感器類型和序列號等自描述信息，利用傳感器電子數據表信息可幫助讀寫器識別與傳感標籤相連接的傳感器相關參數，可為傳感器提供了自描述和即插即用的功能。傳感器電子數據表主要是由一些數據域組成，它們可以描述傳感器的類型，行為和性能屬性。傳感器電子數據表一般存儲在傳感器節點內置的EEPR0M中，通過liire單線協議等對它進行訪問。對一些模擬傳感器和數字傳感器沒有使用傳感器電子數據表結構進行自描述的情況下，可採用傳感器虛擬電子數據表進行傳感器的自描述，將描述傳感器的虛擬電子數據表文件存儲在相關嵌入式設備EEPROM、本地計算機或者網絡資料庫上。3目前國內關於有一些有源射頻識別傳感標籤系統相關產品沒有採用傳感器自描述的設計思想，主要是在硬體設計上射頻識別標籤連接一到兩個傳感器，軟體設計上主要是讀寫器獨立的控制傳感標籤中的相關傳感器，並沒有對傳感器採用自描述識別機制。這樣不能夠系統解決上述提到的四個問題，即讀寫器不能自動唯一識別傳感標籤中傳感器唯一識別號、傳感器類型和傳感器基本參數，特別是不能夠解決第四個問題，即所研製的傳感標籤系統不能夠作為一個開環系統，後續新研不同傳感標籤中所帶傳感器的個數、傳感類型隨需而變，實現智能傳感器即插即用的功能，同一類型的傳感器也可能採用不同型號的傳感器，後續新研傳感標籤中的傳感器不能夠被現存的讀寫器所識別，每研製一種傳感標籤必須升級一次讀寫器，還不能保證完全兼容以前研製的傳感標籤，容易造成系統的混亂。
發明內容本發明所要解決的技術問題是，克服現有技術中存在的不足，提供一種基於傳感器虛擬電子數據表自描述的傳感標籤系統。本發明基於傳感器虛擬電子數據表自描述的傳感標籤，通過下述技術方案予以實現，所述系統由傳感標籤部分和讀寫器部分組成；傳感標籤中存儲傳感器識別數據、傳感器特徵數據、傳感器配置參數、採集的傳感數據均採用緊湊結構，採用資料庫表結構進行描述和地址索引，對每一個傳感器，傳感器ID電子數據表、傳感器特徵電子數據表和傳感器採樣配置參數採用緊湊結構存儲在資料庫表中，而傳感器數據地址主要是傳感器採集數據存儲地址的索引；傳感標籤的EEPR0M中，每個傳感器對應兩個虛擬電子數據表，即傳感器ID電子數據表和傳感器特徵電子數據表；讀寫器部分為虛擬電子數據表數據的解析提供兩種模板，一種是緊湊電子數據表數據結構模板，為解析電子數據表數據集提供分段的基本依據，包括傳感器識別數據和傳感器性能數據兩種數據集的數據結構；另一種是虛擬電子數據表中部分數據的編碼模板，為數據集中解析出來的編碼數據映射現實意義以及相關附加信息。所述傳感器虛擬電子數據表中包括欄位的長度，所述欄位的長度根據數據表進行定義，即傳感器標籤中傳感器虛擬電子數據表中欄位的長度定義可變化。所述傳感器虛擬電子數據表中包括欄位類型及欄位數量，所述欄位類型及欄位數量根據數據表進行定義，即傳感器標籤中傳感器虛擬電子數據表中欄位類型及數量可增加、減少及改變。所述傳感器虛擬電子數據表包括數據集類型及數據集，所述數據集類型及數據集數量根據數據表進行定義，即傳感標籤中傳感器虛擬電子數據表數據集類型及數量可增加。所述傳感器ID電子數據表、傳感器特徵電子數據表為自描述傳感器相關特徵參數的數據集，即可採用與傳感器ID電子數據表、傳感器特徵電子數據表相近的數據結構來自描述傳感器相關特徵參數的數據集。所述物理傳感器傳感配置參數採用資料庫表結構描述，所述讀寫器通過數據模板進行解析。與現有技術相比，可解決射頻識別技術在與傳感器技術進行融合過程中傳感器唯一識別、傳感器特徵識別和傳感器採樣數據的解析等問題，為傳感標籤系統作為一個開環4系統，傳感標籤和通用標籤混合使用，可為傳感標籤根據實際應用需求隨意選擇傳感器數量和類型、即插即用提供技術實現支撐，實現讀寫器的向後兼容，還可實現不同廠家、不同的讀寫器和傳感標籤相互識別與兼容，為傳感標籤系統大規模應用奠定技術應用基礎。圖1是傳感器電子數據表數據及採集數據解析示意圖。具體實施例方式下面對本發明做進一步描述。在傳感標籤中涉及到傳感器的相關數據主要有三類，一是傳感器類型參數的自描述數據，二是傳感器配置參數，三是傳感器採集到的傳感數據。這三種數據在傳感標籤中的存儲方式一定程度上決定了傳感器的操作方式。傳感器相關數據在傳感標籤的EEPR0M空間中存儲可採取兩類方式，即緊湊數據存儲和帶數據結構與內容的數據存儲，其中緊湊存儲方式對實際數據連續存儲，中間沒有數據相關格式信息，需要藉助數據的結構模板來解析數據；而帶數據結構與內容的數據與之相反，數據中帶有相關格式信息。用於貨櫃的有源傳感標籤的EEPR0M容量較無源射頻識別標籤存儲空間大得多，但由於電源等原因，實際也只有幾十K到上百K字節，其中要分配大量存儲空間用於存儲貨櫃內的物資信息存儲和射頻標籤內表的相關操作。實際應用中傳感數據長時間的採集需求，更需要較大的存儲空間，因而存儲空間有限，在設計數據存儲要考慮實際的存儲需求。在貨櫃傳感標籤中，第一，由於需要設計溫度、溼度、振動、門開關等多個傳感器，同一傳感器需要有兩個電子數據表數據需要存儲，分別是傳感器識別電子數據表數據和傳感器性能電子數據表數據。第二，傳感器有連續採集數據的需求，在貨櫃一般幾十天的運輸過程中，需要連續採集相關狀態數據，這個數據量很大，如果每個採集的數據帶結構描述，需要的存儲空間會更大；第三，傳感標籤中對傳感器採集到的數據還有一定的統計需求，數據結構需求多樣；第四，射頻通信採用耗電量大，應儘量減少傳輸的數據量，帶結構的數據增大了傳輸數據量。本發明系統傳感標籤中數據存儲設計成緊湊結構，減少傳感標籤的存儲和處理的工作量；而需要大量存儲空間和複雜計算的工作放在讀寫器中進行。傳感標籤中存儲傳感器ID電子數據表數據、傳感器特徵電子數據表數據、傳感器配置參數、採集傳感數據均採用緊湊結構，採用資料庫表結構進行描述和地址索引，如表1所示，對每一個傳感器，傳感器ID電子數據表、傳感器特徵電子數據表和傳感器採樣配置參數採用緊湊結構存儲在數據表中，而傳感器數據地址主要是傳感器採集數據存儲地址的索引。而解析緊湊結構數據的數據結構模板、編碼模板以及解析機制分別由讀寫器進行存儲和操作。表1傳感器相關數據表結構傳感器特徵電子數據表傳感器採樣配置傳感器數據地址1傳感器ID電子數據表1傳感器特徵電子數據表1傳感器採樣配置1傳感器數據地址2傳感器ID電子數據表2傳感器特徵電子數據表2傳感器採樣配置2傳感器數據地址3傳感器ID電子數據表3傳感器特徵電子數據表3傳感器採樣配置3傳感器數據地址4傳感器ID電子數據表4傳感器特徵電子數據表4傳感器採樣配置4傳感器數據地址其中，傳感器採樣配置主要是對傳感器配置時間、採樣間隔、監控延時、閾值上下限觸發設置、數據集的存儲轉發模式等進行設置。本發明系統由傳感標籤部分和讀寫器部分組成；傳感標籤部分由於數字傳感器不帶相關自描述信息，故在傳感標籤的EEPR0M中，每個傳感器對應兩個虛擬電子數據表，即傳感器ID電子數據表和傳感器特徵電子數據表。傳感器ID電子數據表主要作用是能夠讓讀寫器唯一識別該物理傳感器，該數據集只讀。傳感器ID電子數據表主要由64位長的數據集組成，其廠家編號、型號、版本字、版本號和序列號的位長度及取值範圍如表2所示。其中廠家編碼在讀寫器中或後臺信息系統中有對應廠家編碼表，很多時候不一定需要解析該電子數據表，而僅把它作為傳感器唯一標識符，類似網卡的MAC地址。表2傳感器ID電子數據表廠家編號型號版本字版本號序列號14位(17-16381)15位(0-32,767)5位字符(A-Z)6位(0-63)24位(0-16777215)傳感器特徵電子數據表主要作用是自描述物理傳感器的類型及基本參數，讀寫器能夠自動識別傳感器類型和基本參數，以便讀寫器能夠有效識別測量物理量和配置傳感器參數。傳感器特徵電子數據表由80位長的數據集組成，其不同欄位的長度如表3所示。電子數據表類型主要是要實現本電子數據表以後的擴展能力，最大數值為23=8，本處賦值為0012;物理傳感器類型編碼是不同類型的傳感器編碼，如溫度傳感器編碼是31，傳感器類型編碼在讀寫器中對不同的傳感器類型有具體的編碼模板；邏輯傳感器映射欄位主要是映射定義物理傳感器的多種功能，一個物理傳感器實現多個邏輯傳感器的功能，邏輯傳感器映射在讀寫器中有具體的編碼解析模板，它還會涉及到一些採集到的傳感數據相關的數據結構模板；數據傳輸格式主要定義傳感器傳輸無符號數的為長度，數據傳輸格式在讀寫器中有具體的編碼模板；比例因子有效數、比例因子指數、偏移量有效數和偏移量指數主要是定義傳感器的測量範圍，具體的計算過程在讀寫器中進行；數據可靠性主要分類規定採樣數據大概的相對誤差，它是讀寫器中有具體的編碼模板；傳感器配置主要定義數字傳感器是否可配置參數，O為不可配置，1為可配置。表3傳感器特徵電子數據表tableseeoriginaldocumentpage7讀寫器部分讀寫器部分對虛擬電子數據表數據的解析主要有兩種模板，一種是緊湊電子數據表數據結構模板，主要是為解析電子數據表數據集提供分段的基本依據，主要有傳感器ID電子數據表和傳感器特徵電子數據表兩種數據集的數據結構；另一種是虛擬電子數據表中部分數據的編碼模板，主要是為數據集中解析出來的編碼數據映射現實意義以及相關附加信息，主要有生產廠家(14位)、物理傳感器類型(7位)、擴展類型(5位)、邏輯傳感器映射(16位)、數據傳輸格式(3位)、數據精度(4位)等欄位的編碼模板。緊湊電子數據表數據結構模板方面，主要在讀寫器部分的EEPROM空間中存儲傳感器識別電子數據表和傳感器特徵電子數據表兩種數據集的數據結構，其數據結構分別如表2和表3所示。在數據的編碼模板方面，主要參考國際或行業標準，傳感器生產廠家的編碼模板主要涉及生產廠家相關信息的數據表，在將64位識別號作為傳感器的唯一識別標識符時，可不需要傳感器生產廠家的編碼模板；物理傳感器類型編碼模板主要是對傳感器所採集的物理量進行了定義，其編碼模板欄位有代碼、測量物理量、物理量單位等，其中物理量單位可為採集的傳感數據提供統一的國際單位；擴展類型編碼模板主要是對傳感器檢測涉及到的化學物質進行編碼，其編碼欄位主要有代碼及化學物質等；傳感器映射編碼模板的編碼欄位主要有代碼及傳感器測量物理功能等；數據傳輸格式編碼模板的欄位主要有代碼及傳輸格式定義等；數據精度編碼模板主要有代碼及數據精度定義等欄位。本發明系統運行的主要機理分兩個部分，一是傳感器類型和參數的解析與配置流程，二是傳感器採集傳感數據的解析流程，如圖3所示1)傳感器類型和參數的解析流程後臺信息系統在配置傳感標籤中的傳感器前，讀寫器首先發送讀傳感器參數命令給傳感標籤，命令帶有傳感器選擇參數(如傳感器類型、傳感器ID號、邏輯傳感器配置條件查詢)來選擇對應的傳感器；傳感標籤中處理器根據選擇參數進行相關查詢判斷得到傳感器ID號，然後根據傳感器ID號在傳感器相關數據表中讀取傳感器ID電子數據表數據集和特徵電子數據表數據集，並通過無線方式向讀寫器傳輸上述電子數據表數據集；讀寫器接收傳感器相關數據集後，讀寫器處理器首先調用讀寫器中存儲的電子數據表數據結構模板進行解析數據集，分解出數據集中的相關欄位，對於分解出的部分代碼欄位，繼續調用讀寫器中存儲的相關編碼模板進行匹配，從而解析出整個傳感器類型和參數。用戶可通過傳感器的類型和參數對邏輯傳感器映射欄位進行設置，還可對傳感器的採樣配置參數進行設置。2)傳感器採集傳感數據的解析流程對於傳感標籤中的每一個物理傳感器，可配置多個邏輯傳感器，每個邏輯傳感器採集數據的存儲地址是根據相關配置原則動態可調的，採集到相關傳感數據後，從邏輯傳感器指定的地址開始存儲。當讀寫器需要讀取傳感器的相關傳感數據時，傳感標籤處理器從指定存儲的開始地址讀取採樣數據，按照邏輯傳感器的開啟順序組成一個緊湊結構、連續存儲的傳感數據塊，並將傳感數據塊通過無線方式傳輸到讀寫器。讀寫器接收到傳感數據塊後，可根據傳感器特徵電子數據表中的邏輯傳感器配置(開啟)參數、結合對應邏輯傳感器的數據結構模板來解析傳感數據塊，對解析後的數據欄位，需要調用傳感器特徵電子數據表的傳感器類型參數，分析採集物理量的現實意義以及其量綱等問題。讀寫器處理器在解析傳感器採集到的傳感數據塊後，根據上傳到後臺信息系統的應用需求，可將傳感器ID電子數據表數據、特徵電子數據表數據、傳感器採集的傳感數據以及相關附加信息等數據按照前面解析後的欄位重新打包成XML文件，並上傳到後臺信息系統，後臺信息系統能夠有效解析XML數據文件進行顯示相關處理，或將該XML數據文件直接存儲在相關資料庫中。權利要求基於傳感器虛擬電子數據表自描述的傳感標籤系統，其特徵是，所述系統由傳感標籤部分和讀寫器部分組成；傳感標籤中存儲傳感器識別數據、傳感器特徵數據、傳感器配置參數、採集傳感數據均採用緊湊結構，採用資料庫表結構進行描述和地址索引，對每一個物理傳感器，傳感器ID電子數據表、傳感器特徵電子數據表和傳感器採樣配置參數採用緊湊結構存儲在數據表中，而傳感器數據地址主要是傳感器採集數據存儲地址的索引；傳感標籤的EEPROM中，每個傳感器對應兩個虛擬電子數據表，即傳感器IDTEDS和傳感器特徵電子數據表；讀寫器部分為虛擬電子數據表數據的解析提供兩種模板，一種是緊湊電子數據表數據結構模板，為解析電子數據表數據集提供分段的基本依據，包括傳感器識別數據和傳感器性能數據兩種數據集的數據結構；另一種是虛擬電子數據表中部分數據的編碼模板，為數據集中解析出來的編碼數據映射現實意義以及相關附加信息。2.根據權利要求1所述的基於傳感器虛擬電子數據表自描述的傳感標籤系統，其特徵是，所述傳感器虛擬電子數據表中包括欄位的長度，所述欄位的長度根據數據表進行定義。3.根據權利要求1所述的基於傳感器虛擬電子數據表自描述的傳感標籤系統，其特徵是，所述傳感器虛擬電子數據表中包括欄位類型及欄位數量，所述欄位類型及欄位數量根據數據表進行定義。4.根據權利要求1所述的基於傳感器虛擬電子數據表自描述的傳感標籤系統，其特徵是，所述傳感器虛擬電子數據表包括數據集類型及數據集，所述數據集類型及數據集數量根據數據表進行定義。5.根據權利要求1所述的基於傳感器虛擬電子數據表自描述的傳感標籤系統，其特徵是，所述傳感器ID電子數據表、傳感器特徵電子數據表為自描述傳感器相關特徵參數的數據集。6.根據權利要求1所述的基於傳感器虛擬電子數據表自描述的傳感標籤系統，其特徵是，所述物理傳感器傳感配置參數採用資料庫表結構描述，所述讀寫器通過數據模板進行解析。全文摘要本發明公開了一種基於傳感器虛擬電子數據表自描述的傳感標籤系統。本發明所述系統由傳感標籤部分和讀寫器部分組成；傳感標籤中存儲傳感器識別數據、傳感器特徵數據、傳感器配置參數、採集的傳感數據均採用緊湊結構，採用資料庫表結構進行描述和地址索引，讀寫器部分為虛擬電子數據表數據的解析提供兩種模板，一種是緊湊電子數據表數據結構模板，另一種是虛擬電子數據表中部分數據的編碼模板。本發明與現有技術相比，可解決射頻識別技術在與傳感器技術進行融合過程中傳感器唯一識別、傳感器特徵識別和傳感器採樣數據的解析等問題。文檔編號G06K19/073GK101739594SQ20091031237公開日2010年6月16日申請日期2009年12月28日優先權日2009年12月28日發明者張揚奇,曹超奇,羅五明,肖學福,高兵權申請人:中國人民解放軍總後勤部軍事交通運輸研究所