专利名称：矿用一体化双频复合电子标签及便携式读卡器及其信号读取方法
技术领域：
本发明涉及无线RFID技术、矿井移动目标识别、嵌入式系统开发等应用技 术领域。
背景技术：
为了加强对移动目标的有效管理，移动目标识别与定位系统已经被广泛采 用，如大型仓库货物管理系统、集装箱货物跟踪管理系统、矿井人员管理系统等， 其实现方法都是在移动目标上安装电子标签，电子标签具有唯一的ID号与移动 目标相对应。目前电子标签从能量供应的角度可以分为有源电子标签(Active tag)与无源电子标签(Passive tag)。 一般有源电子标签可以进行较远距离的通 信，但需要进行额外供电，无源电子标签的读写距离较近，不需要额外供电。
目前大量使用的矿井移动目标识别管理系统中移动目标所携带的传统电子 标签一般由单一的有源电子标签或单一的无源电子标签组成，如矿井机车运输调 度系统、矿井人员定位系统等。当采用单一的无源电子标签时，由于其通讯距离 可以控制得较短，可以很方便调整读卡器(便携式)的位置，使得在其有效通信 距离内只存在一个携带电子标签的载体目标，当进行信息交互时，不会存在误读 写其它电子标签的问题，但是当需要进行远距离识别时，要求读卡器的天线体积 较大，此时读卡器在矿井井下安装不便，另外矿井井下往往有大量的积水、粉尘， 使得无源读卡器的识别效果较差，另一方面大体积的读卡器的成本较高；当采用 单一的有源电子标签时，虽然可以进行远距离识别通信，但在矿井井下应用时， 井下的多个载体目标(如车皮)往往集中在同一处，并且体积庞大，此时一般无 法调整读卡器(便携式)的位置或者移动载体目标的位置，使得在读卡器的有效 通信距离内只存在一个携带电子标签的载体目标，此时，虽然读卡器通过无线通 信的方式可以知道其附近载体目标的数量以及它们携带电子标签的ID号，但是 很难将这些ID号与具体的载体目标一一对应起来，此时当需要与其中某个载体
4目标所携带的电子标签进行信息交互时，由于无法在多个ID号中选择所属该载 体目标的唯一ID号，使得信息交互无法进行。
发明内容
本发明为解决上述现有技术中存在的问题，提供了一种矿用一体化双频复合 电子标签，用于解决在矿井应用环境下，既可以对移动目标进行远距离识别，也 可以方便实现读卡器与某一移动目标之间进行单独的可靠通讯。
本发明的技术方案如下
矿用一体化双频复合电子标签，包括有源标签通信模块和无源标签通信模块 两部分组成
A、 所述的有源标签通信模块，该部分由无线通信模块、微控制器、天线、
供电电池构成，其中所述的无线通信模块工作频段为2400MHz 1483.5MHz;
B、 所述的无源标签通信模块，该部分由UHF射频芯片和耦合天线构成， 其中所述的射频芯片工作频段为860MHz 915MHz。
用于读取矿用一体化双频复合电子标签的便携式读卡器，由微控制器、无线 模块、UHF读写模块、电源管理电路、LCD液晶显示器、键盘、可充电电池、 USB接口组成；无线模块用于与有源电子标签进行通讯，UHF读写模块用于与 无源电子标签进行通信，电源管理电路用于对便携式读卡器进行供电以及对电池 进行充放电管理；LCD液晶显示器和键盘用于实现与用户之间的交互。
上述便携式读卡器，所述的无线模块的通信频段为2400MHz 1483.5MHz， UHF读写模块通信频段为860MHz 915MHz; UHF读写模块在非工作状态时， 可由微控制器控制电源管理电路对UHF读写模块停止供电。
用于读取矿用一体化双频复合电子标签的便携式读卡器信号读取方法，在矿 车车皮移动目标上安装矿用一体化双频复合电子标签，每个矿用一体化双频复合 电子标签存储着唯一的车皮等移动目标编号，复合电子标签中有源标签通信模块 与无源标签通信模块编号相同，在矿下各个区域的出入口位置安装固定读卡器， 固定读卡器与复合电子标签中的有源通讯模块无线通讯，当固定读卡器读取到矿 用一体化双频复合电子标签中的有源标签通信模块发出的信息时，通过RS485 发送给控制分站，再由控制分站通过网络交换机发送到地面调度中心计算机，地面调度中心计算机通过判断处理，可以知道车皮所处的位置与货物装载情况；
便携式读卡器由司机等工作人员持有，既可以通过2400MHz 1483.5MHz 工作频段与复合电子标签中的有源通讯模块进行无线通讯，也可以通过 860MHz 915MHz工作频段与复合电子标签中的无源通讯模块进行无线通讯， 当工作人员需要与某个车皮等移动目标上的电子标签进行通讯时，先调整携式读 卡器的位置，使得读卡器无源识别方式的有效识别范围内只存在一个电子标签， 然后通过860MHz 915MHz频段与矿用一体化双频复合电子标签的无源标签通 信模块近距离一对一通讯，准确读取到无源标签通信模块的编号与其它内容，由 于无源标签通信模块与有源标签通信模块的编号相同，当工作人员需要与有源电 子标签模块进行信息交互时，就可以以已经读取到的无源标签模块编号作为目标 地址信息，通过2400MHz 1483.5MHz工作频段与该复合电子标签中的有源标 签通信模块通讯，向标签内部写入车皮所装卸的货物名称、种类、数量等信息。 便携式读卡器相互之间可以进行无线通信，从而进行信息交换，便携式读卡 器相互之间通信是通过所述的无线模块来实现。
本发明的有益效果是矿用 一体化双频复合电子标签具备有源电子标签和无 源电子标签的特点，可用于解决在矿井应用环境下，既可以对移动目标进行远距 离识别，也可以通过便携式读卡器与移动目标之间进行一对一可靠通讯，从而避 免单一无源电子标签或单一有源电子标签在矿井井下应用的技术缺陷。
图1是本发明中便携式读卡器的结构原理框图。 图2是本发明中矿用一体化双频复合电子标签的原理框图。 图3是本发明中矿用一体化双频复合电子标签的有源标签通信模块部分原 理框图。
图4是本发明中矿用一体化双频复合电子标签的无源标签通信模块部分原 理框图。
图5是本发明实际所在的系统，矿井车皮自动跟踪与管理系统框图。
具体实施例方式
6矿用一体化双频复合电子标签和便携式读卡器一般与矿井移动目标监控管 理系统配套使用，矿用移动目标管理系统的通用组织结构如图5所示以矿井车皮 管理系统为例，系统除矿用一体化双频复合电子标签与便携式读卡器外，另外还 包括固定读卡器、监测分站、网络交换机和主控计算机。其中固定读卡器通过 RS485总线与监测分站连接，监测分站再通过网络交换机与主控计算机相连接。
系统在矿车车皮等移动目标上上安装矿用一体化双频复合电子标签，每个矿 用一体化双频复合电子标签存储着唯一的车皮等移动目标编号，复合电子标签中 有源标签通信模块与无源标签通信模块编号相同，有源标签通信模块的无线通信 频段为2400MHz 1483.5MHz，无源标签通信模块的无线通信频段为860MHz 915MHz。
系统需要在矿下各个区域的出入口位置安装固定读卡器，固定读卡器与复合 电子标签中的有源通讯模块无线通讯，通讯距离可达10米，当固定读卡器读取 到矿用一体化双频复合电子标签中的有源标签通信模块发出的信息时，通过 RS485发送给控制分站，再由控制分站通过网络交换机发送到地面调度中心计算 机，地面调度中心计算机通过判断处理，可以知道车皮所处的位置与货物装载情 况。
便携式读卡器由司机等工作人员持有，既可以通过2400MHz 1483.5MHz 工作频段与复合电子标签中的有源通讯模块进行无线通讯，也可以通过 860MHz 915MHz工作频段与复合电子标签中的无源通讯模块进行无线通讯。 当工作人员需要与某个车皮等移动目标上的电子标签进行通讯时，先调整携式读 卡器的位置，使得读卡器无源识别方式的有效识别范围内只存在一个电子标签， 然后通过860MHz 915MHz频段与矿用一体化双频复合电子标签的无源标签通 信模块近距离一对一通讯，准确读取到无源标签通信模块的编号与其它内容。由 于无源标签通信模块与有源标签通信模块的编号相同，当工作人员需要与有源电 子标签模块进行信息交互时，就可以以已经读取到的无源标签模块编号作为目标 地址信息，通过2400MHz 1483.5MHz工作频段与该复合电子标签中的有源标 签通信模块通讯，向标签内部写入车皮所装卸的货物名称、种类、数量等信息。
本发明中设备构成原理如下
如图1所示的便携式读卡器由微控制器(7)、无线模块(8)、 UHF读写模
7块(9)、电源管理电路(10)、 LCD液晶显示器(11)、键盘(12)、可充电电池 (13)、 USB接口 (14)几部分组成。所述的无线模块用于与矿用一体化双频复 合电子标签中的有源标签通信模块进行通信；UHF读写模块用于与矿用一体化 双频复合电子标签中的无源标签通信模块进行通信；所述的无线模块和微控制器 之间是通过串口连接的；所述的UHF读写模块和微控制器之间通过串口连接的。 电源管理电路用于便携式读卡器的各部分供电和电池的充放电管理。LCD液晶 显示器和微控制器之间采用并行数据接口连接。键盘是采用矩阵键盘扫描电路， 矩阵键盘扫描电路直接和微控制器的IO脚相连接。
如图2所示的矿用一体化双频复合电子标签包括有源标签通信模块和无源 标签通信模块两部分。有源标签通信模块和无源标签通信模块是相互独立的两部 分电路。
如图3所示的矿用一体化双频复合电子标签有源电路部分，该部分电路由 无线通信模块(1)、微控制器(2)、天线(3)、为无线模块和微控制器供电的电 池(4)几部分构成。
如图4所示的矿用一体化双频复合电子标签无源电路部分，该部分电路由 UHF射频芯片(5)和耦合天线(6)构成。
权利要求
1、矿用一体化双频复合电子标签，其特征在于包括有源标签通信模块和无源标签通信模块两部分组成A、所述的有源标签通信模块，该部分由无线通信模块(1)、微控制器(2)、天线(3)、供电电池(4)构成，其中所述的无线通信模块工作频段为2400MHz～1483.5MHz；B、所述的无源标签通信模块，该部分由UHF射频芯片(5)和耦合天线(6)构成，其中所述的射频芯片工作频段为860MHz～915MHz。
2、 用于读取矿用一体化双频复合电子标签的便携式读卡器，其特征在于 由微控制器(7)、无线模块(8)、 UHF读写模块(9)、电源管理电路(10)、 LCD 液晶显示器(11)、键盘(12)、可充电电池(13)、 USB接口 (14)组成；无线 模块用于与有源电子标签进行通讯，UHF读写模块用于与无源电子标签进行通 信，电源管理电路用于对便携式读卡器进行供电以及对电池进行充放电管理； LCD液晶显示器和键盘用于实现与用户之间的交互。
3、 根据权利要求2所述的便携式读卡器，其特征在于所述的无线模块的 通信频段为2400MHz 1483.5MHz， UHF读写模块通信频段为860MHz 915MHz; UHF读写模块在非工作状态时，可由微控制器控制电源管理电路对 UHF读写模块停止供电。
4、 用于读取矿用一体化双频复合电子标签的便携式读卡器信号读取方法， 其特征在于在矿车车皮移动目标上安装矿用一体化双频复合电子标签，每个矿 用一体化双频复合电子标签存储着唯一的车皮等移动目标编号，复合电子标签中 有源标签通信模块与无源标签通信模块编号相同，在矿下各个区域的出入口位置 安装固定读卡器，固定读卡器与复合电子标签中的有源通讯模块无线通讯，当固 定读卡器读取到矿用一体化双频复合电子标签中的有源标签通信模块发出的信 息时，通过RS485发送给控制分站，再由控制分站通过网络交换机发送到地面 调度中心计算机，地面调度中心计算机通过判断处理，可以知道车皮所处的位置 与货物装载情况；便携式读卡器由司机等工作人员持有，既可以通过2400MHz 1483.5MHz工作频段与复合电子标签中的有源通讯模块进行无线通讯，也可以通过860MHz 915MHz工作频段与复合电子标签中的无源通讯模块进行无线通讯， 当工作人员需要与某个车皮等移动目标上的电子标签进行通讯时，先调整携式读 卡器的位置，使得读卡器无源识别方式的有效识别范围内只存在一个电子标签， 然后通过860MHz 915MHz频段与矿用一体化双频复合电子标签的无源标签通 信模块近距离一对一通讯，准确读取到无源标签通信模块的编号与其它内容，由 于无源标签通信模块与有源标签通信模块的编号相同，当工作人员需要与有源电 子标签模块进行信息交互时，就可以以已经读取到的无源标签模块编号作为目标 地址信息，通过2400MHz 1483.5MHz工作频段与该复合电子标签中的有源标 签通信模块通讯，向标签内部写入车皮所装卸的货物名称、种类、数量等信息。
全文摘要
本发明提供了矿用一体化双频复合电子标签及便携式读卡器及其信号读取方法，矿用一体化双频复合电子标签包括有源标签通信模块和无源标签通信模块，其中有源标签通信模块的无线通信频段为2400MHz～1483.5MHz，无源标签通信模块的无线通信频段为860MHz～915MHz；便携式读卡器可以同时与矿用一体化双频复合电子标签的有源标签模块和无源标签模块进行通信；矿用一体化双频复合电子标签同时具备有源电子标签和无源电子标签的特点，通过有源标签模块部分可以实现远距离通信与识别，通过无源标签模块可以方便确定携带电子标签载体目标的身份ID号，以保证读卡器与选定载体目标之间信息交互的确定性与有效性。
文档编号G06K19/07GK101645141SQ20091014447
公开日2010年2月10日 申请日期2009年8月11日 优先权日2009年8月11日
发明者伟 杨, 俊 汤, 磊 程, 程运安, 敏 胡, 诸葛战斌, 阳 陆, 臻 魏, 鲍红杰 申请人:合肥工大高科信息技术有限责任公司