RFID智能存储柜及其应用的制作方法

本发明涉及射频识别技术领域，具体的说是一种能够实现对柜体内贴有rfid标签的物品进行三维方向读取的结构合理、读写速度快、成本低、准确可靠的rfid智能存储柜及其应用。

背景技术：

众所周知，在目前智能图书领域，主要的射频天线一般有以下两种：一是竖立式天线方案，其原型的组成部分包括大功率读写器、功分器、若干个射频天线等。原理是首先大功率读写器发射出大功率的射频信号，经由功分器将其发射的功率进行再次分配，按照需要分配到各个必需的射频天线上，用以实现较大区域内的射频磁场分布和信号的均匀覆盖。由天线发出的激励信号到达特定频率的标签时，在标签上会产生相应的响应信号，并由各个天线将信息汇集回读写器中，再由读写器实现对射频信号中的信息进行解读的目的。单从rfid在书架方面的应用来看，这类天线在技术方面存在标签窜读和漏读标签等问题，在成本方面也存在着性价比低，单价过高等问题。

在技术方面，竖立式的线圈样式一般为方形环状，通过四条边产生的均匀的环状磁场进行检标签的操作，这种方式虽然可以达到中间部分磁场的强度最大，但是由于标签很难保证都粘贴在不同的位置，届时会存有大量重叠的标签，使标签之间出现互感严重的现象而引发较为严重的频率偏移，最终导致标签的漏检现象。

而且不仅如此，由于电磁波是均匀环于天线四条边的，所以平行于水平面的两条边和靠近邻格的天线在不加入金属隔断的情况下，会很轻易地检测到不属于本层本格的图书，造成图书的窜读现象，致使读取错误。若是格口的上下后左右五个方向都加入隔离金属板，也无法彻底隔绝电磁波，窜读现象虽然有所改善但依旧存在，而且金属板隔离电磁波的原因，致使天线中紧靠天线的三条边所产生磁场的功效大大降低，进而造成严重的资源浪费。但是由于目前技术上的不足，只能通过金属隔断的方式减轻当前存在的窜读问题。

竖立式天线对结构要求高的同时，还对于稳定性和后期维护上提出了较大的要求，首先，由于添加了多个天线板以及功分器板，元器件过多，不仅安装维护麻烦，而且更加容易损坏。其次，不符合图书管理员的顺架习惯，由于多个隔断的阻挡，使图书管理员不能按照以往的习惯向内或向外统一顺架，增加了后期管理员培训的成本。而此类书架天线由于上述原因读取成功率又无法达到理想目标，故为后来推广造成很大的困扰。

在成本方面，竖立式天线的弊端不仅体现在技术上实现起来的较为困难，在成本方面也无法做到较大的优势。由于上面所述的技术方面的各类问题，决定了采用竖立式天线无法做成通透型书架的事实，只能以类书柜形式来展现书架的内容。

结构方面，采用竖立式天线必须在天线每个格口上下左右后五个方向另加金属板以防止磁场过度扩散而造成的窜读，而实际意义上的书架只需要四根立柱作为支撑点，故与通透性强的传统书架相比，此类设计将在结构问题上成本大大提高。

电气方面，目前市面上的竖立式天线书架，每个格口需要4个天线进行配合检标签工作，每个天线又需要相应的电气元件配合，并且采用竖立式天线又要单独制作功分器，以及功分器与天线之间的连接线，这些操作无疑又是巨大的成本问题。

在客户的角度考虑，由于天线隔断的原因以及为了天线可以更好地实现功能等因素所产生的必需的空间，又致使每个隔断空间不能得到充分的利用，从而造成图书放置过少，进而采购书架过多等不必要的麻烦。

二是层板式射频天线，层板式射频天线对于智能书架类的发展推动无疑是巨大的。其克服了前者窜读的问题进而解决了书架智能化的问题并且节约了大量的成本。又因为这种方案仅需要一个天线，故省去了功分器部分实现了从读写器到天线的直接连接，对于阻抗匹配等问题也得到了更好的解决。与层板式天线所配套的标签为粘贴于书脊部，一定程度上避免了标签的重叠，进而提升了读取的准确度。

技术实现要素：

本发明针对现有技术中存在的缺点和不足，提出了一种能够实现对柜体内贴有rfid标签的物品进行三维方向读取的结构合理、读写速度快、成本低、准确可靠的rfid智能存储柜及其应用。

本发明可以通过以下措施达到：

一种rfid智能存储柜，设有柜体，其特征在于柜体内设有两个以上横隔板，横隔板内设有射频天线组，相邻的横隔板内分别设有第一射频天线组和第二射频天线组，其中第一射频天线组由两个同规格的矩形天线线圈组成，两个矩形天线线圈部分重叠放置，其中两个矩形天线线圈沿天线线圈的长度方向部分重叠式放置；第二射频天线组由两个同规格的矩形天线线圈组成，两个矩形天线线圈沿天线线圈的宽度方向部分重叠式放置；每个天线线圈上均设有开关器，开关器的控制端与射频读写器中的控制器相连接，开关器的信号输入端经匹配电路与射频读写器中的射频读写电路相连接。

本发明所述柜体上设有透明质柜门，柜门与柜体之间设置用于感知柜门开关状态的传感器，柜门上贴覆rfid透明屏蔽膜。

本发明所述柜体顶部设有机箱，射频读写器置于柜体顶部，射频读写器采用多路射频读写器，用于与柜体内的多个射频天线相适应。

本发明还包括上位机，上位机与多路射频读写器相连接。

本发明还公开了一种rfid智能存储柜的应用，其特征在于包括以下步骤：

步骤1：当柜门打开，多路射频读写器执行控制软件的指令，从第一路开始打开磁场，输出射频调制信号，柜体中的标签在接收到射频信号后，返回各自的标签信息；同时读写器具有防冲突的能力，在多标签同时返回数据冲突时，通过增减掩码的方式，将当前天线的标签uid逐一检出，并发送静止指令，标签接收到静止指令，在接收到下一条激活指令或磁场重置之前，将不会再应答读写器的查询；

步骤2：当第一路天线检测完成后，多路射频读写器随即开启第二路射频，中间磁场不间断，保证位于磁场中的标签不失能，从而不会影响到第二路天线检测剩余的标签；读写器天线依次开启，保证了标签不会重复读取，做到准确高效的完成标签检测，之后将检测到的标签数据发送至控制软件；

步骤3：当控制软件接收到读写器返回的数据，对比数据库中的标签在柜信息，判断出在柜的标签是否发生了变化，通过基于数据库的信息查询，获取到变动的标签所对应的物品信息，从而获知在柜物品的存放或取用情况，并更新数据库，当柜门关闭后，根据开柜的登录信息，记录个人行为。

本发明当打开柜门时，触发柜门上的传感器，系统检测到开关状态，读写器在第1路开始依次轮询工作，保证每个方向上的标签读取。

本发明与现有技术相比，具有以下优点：(1)提高柜体的实用性，通过在柜体内布置rfid天线，能够实时读取柜体内物品信息，增强柜体的实用性；(2)应用场合增加，在柜体内放置多层平板天线，基本上不改变原有的柜体结构，柜体更加实用；(3)通过优化天线部分的设计，柜体内实现三维方向磁场分布，使得物品可以任意放置，实现100％读取；(4)通过在柜门的透明玻璃上粘贴rfid透明屏蔽膜，使得磁场被束缚在柜体内部，防止柜体外物品被误读，磁场界限性较强；(5)在柜体的下方放置滚轮，便于运输。

附图说明：

附图1是本发明的结构示意图。

附图2是本发明的开柜状态示意图。

附图3是本发明中多路射频读写器的结构示意图。

附图4是本发明中第一射频天线组的结构示意图。

附图5是本发明中第二射频天线组的结构示意图。

附图6是本发明中标签读取示意图。

附图标记：第一射频天线组1、第二射频天线组2、柜体4、柜门5、多路射频读写器6、开关器7。

具体实施方式：

下面结合附图对本发明作进一步的说明。

本发明主要一种rfid存储柜，其中为了较好的对磁场进行束缚，柜体4为金属屏蔽材质；柜门5为透明材质，可以为钢化玻璃、透明亚克力等，在柜门5表面粘贴一层rfid透明金属屏蔽膜用于磁场信号屏蔽使用；如图所示，所述rfid智能存储柜包括柜体4，多路射频读写器6，第一射频天线组1、第二射频天线组2；其中柜体4包含零部件顶部机箱3，柜门5；天线部分分为两种天线形式第一射频天线组和第二射频天线组，并且第一射频天线组和第二射频天线组在柜体内部从上向下交替放置。

对于垂直于天线平面的标签，在天线的中心部分穿入和穿出标签的磁场相同，磁通量为0，属于读取盲区，为了解决该问题，天线形式1和天线形式2每个天线均为双天线形式，第一射频天线组的两个天线线圈中间有一定的重叠部分，第一射频天线组上部分天线工作完成后，下部分工作，下部分天线读取上部分天线中间部分a方向的标签，第一射频天线组上部分的天线同样可以读取下部分天线中间区域a方向标签，可以实现整个天线范围内a方向标签读取。对于第二射频天线组，第二射频天线组左侧部分天线工作完成后右侧部分工作，左侧部分天线读取右侧部分天线中间部分区域标签，右侧部分标签读取左侧天线中间区域的标签，从而实现c方向标签无盲区读取。对于第一射频天线组和第二射频天线组，对于平行于天线平面的标签都能够读取。从而实现a/b/c三维方向标签读取。

柜门上放置传感器，当打开柜门时，触发柜门上的传感器，系统检测到开关状态，读写器在第1路开始依次轮询工作，保证每个方向上的标签读取。

读写器为多路读写器，读写器接口数量根据柜体内天线数量决定。

控制以及数据处理流程：

当柜门打开，读写器执行控制软件的指令，从第一路开始打开磁场，输出射频调制信号，柜体中的标签在接收到射频信号后，返回各自的标签信息；同时读写器具有防冲突的能力，在多标签同时返回数据冲突时，能够通过增减掩码的方式，将本天线的标签uid逐一检出，并发送静止指令，标签接收到静止指令，在接收到下一条激活指令或磁场重置之前，将不会再应答读写器的查询；当第一路天线检测完成后，读写器随即开启第二路射频，中间磁场不间断，保证位于磁场中的标签不失能，从而不会影响到第二路天线检测剩余的标签；读写器天线依次开启，保证了标签不会重复读取，做到准确高效的完成标签检测，之后将检测到的标签数据发送至控制软件。

当控制软件接收到读写器返回的数据，对比数据库中的标签在柜信息，判断出在柜的标签是否发生了变化，通过基于数据库的信息查询，获取到变动的标签所对应的物品信息，从而获知在柜物品的存放或取用情况，并更新数据库，当柜门关闭后，根据开柜的登录信息，记录个人行为。

每层天线为双天线形式，每层天线的双天线在中间有一部分的重叠，具体见附图。其中第一射频天线组主要负责方向a和方向b的标签，第二射频天线组主要负责方向b和方向c的标签，通过第一射频天线组和第二射频天线组相互配合，保证abc三个方向标签均能够读取。

为了防止天线之间相互干扰，在每个天线上会有一个开关器7，当天线不工作时，天线线圈处于断开状态，当天线工作时开关器导通，天线正常工作。

本发明与现有技术相比，具有以下优点：(1)提高柜体的实用性，通过在柜体内布置rfid天线，能够实时读取柜体内物品信息，增强柜体的实用性；(2)应用场合增加，在柜体内放置多层平板天线，基本上不改变原有的柜体结构，柜体更加实用；(3)通过优化天线部分的设计，柜体内实现三维方向磁场分布，使得物品可以任意放置，实现100％读取；(4)通过在柜门的透明玻璃上粘贴rfid透明屏蔽膜，使得磁场被束缚在柜体内部，防止柜体外物品被误读，磁场界限性较强；(5)在柜体的下方放置滚轮，便于运输。