一种基于无源RFID技术的家庭移动式寻物系统

一种基于无源rfid技术的家庭移动式寻物系统
技术领域
1.本发明涉及寻物系统领域，特别涉及一种基于无源rfid技术的家庭移动式寻物系统。


背景技术：

2.在物质生活水平不断提升、生活节奏不断加快的大环境下，家庭物品杂乱成为了大多数家庭的普遍形态。如何有效收纳管理及快速定位家庭物品成为了提升家庭幸福感、减少时间成本的一个有待解决的问题。当前家庭物品的收纳管理已存在较为成熟的智能软件解决方案，但面向家庭的物品及时有效查找仍是市场缺口。
3.当前市面上各领域寻物系统通常采用场景建模、图像传感器定位、无线技术定位三种方式搜寻目标物品。但当前的寻物方式都与家庭寻物领域不匹配。基于场景建模的物品搜寻系统，提前建立搜寻区域的二维或三维模型并标记好物品所位置，搜寻时系统将所查物品提前登记好的位置信息反馈给用户完成搜寻过程。这一类寻物系统不借助任何硬件设备，以视觉方式反映物品所在区域，定位直观，适用于任何室内场景，但无法及时跟踪物品的位置更新，搜寻方式并不有效；基于图像传感器定位的搜寻方式，采用图像处理算法用摄像头在摄像区域内搜寻与目标物品相匹配的物件，常被应用于利用监控摄像头的室外人员、车辆等定位，目前已有利用移动机器人的室内物品搜寻方案。这种寻物方式，方便用户操作，但对图像处理算法要求较高，且成本过高，不具有普适性；基于无线定位技术的寻物方式，通常将接收器绑定在目标物品上，利用发射器与接收器之间的信号特征，以发射器或接收器的基于信号强度的声光提示或在智能终端反馈目标物品的距离、相位、位置信息完成物品搜寻。无线定位寻物方式包含蓝牙、zigbee、超宽带技术、rfid等多种解决方案，且各有其定位优势，但蓝牙、zigbee、超宽带技术及有源rfid技术使用的接收器通常体积大、成本高，并不适用于家庭中衣物、药品等复杂物品场景中一对一的寻物方式。
4.在无线寻物技术中，无源rfid寻物方式利用无源rfid电子标签作为接收器与目标物品绑定，这种标签通过rfid读写器发射的电磁信号给自身供电，体积小、寿命长且成本低，非常适用于家庭物品搜寻领域，并基于rfid技术的快速识别、多目标识别等优势，现已广泛应用与仓库物流定位、图书管理及定位、人员定位等室内定位领域中。目前基于无源rfid技术的寻物方式可以分为两种：多rfid读写器寻物方式、单rfid读写器寻物方式。多rfid读写器寻物方式通常根据读写器及rfid标签之间的信号特征以距离或位置坐标反映物体的位置信息。这种方式相比较单读写器位置信息较为精确，但场景部署复杂，不适合家用。单rfid读写器的寻物方式，通常借助信号相位、信号到天线的入射角度、信号强度等信号特征，反映物体的距离或方位信息，这种单rfid读写器的寻物方式虽然存在定位不够精准的缺陷，但对物品查找有有益效果且不需要进行场景部署非常适合家庭移动式搜索，而目前的单rfid阅读器装置通常将查询、位置指示功能集成在一个终端设备中，这样生成的终端设备制作较为复杂，增加开发成本及用户购买成本，且功能单一，不利于推广。
5.总的来说，基于单rfid读写器的无源rfid技术的寻物方式是解决家庭这种复杂物
品场景中寻物问题的有利解决方案，但目前缺少一种便捷有效且成本低的寻物装置以及与其相匹配的多功能可拓展性强的寻物软件系统辅助用户进行有效的物品检索。


技术实现要素：

6.本发明为解决现有技术中的不足之处，提供了一种基于无源rfid技术的家庭移动式寻物系统，以便捷有效且成本低廉的方式解决当前大多数寻物方式与家庭寻物场景不匹配以及基于单rfid读写器的无源rfid技术的寻物方式缺乏简便有效的家用寻物设备以及与其相匹配的多功能可拓展性强的寻物软件系统的问题。
7.为解决上述问题，本发明采用如下技术方案：
8.一种基于无源rfid技术的家庭移动式寻物系统，包括无源rfid电子标签，取电数据线，家庭移动式rfid寻物装置，智能手机，家庭物品；
9.所述无源rfid电子标签粘贴在家庭物品上；
10.所述家庭移动式rfid寻物装置包括集成有rfid标签识别功能及无线通信功能的功能设备及手握设备，功能设备绑定在智能手机背后之后与手握设备相连接，并通过取电数据线从智能手机端获取工作电压，实现家庭移动式rfid寻物装置与智能手机的绑定，进而进行移动式物品搜寻；
11.所述智能手机包括具有物品信息管理模块、物品rfid编码绑定模块，无线通信模块及物品位置搜寻模块的软件系统，其中物品信息管理模块以图像及文字说明方式存储家庭物品的基本信息，物品rfid编码绑定模块将粘贴在家庭物品上的唯一无源rfid电子标签的编码序号与对应家庭物品绑定并存入物品信息管理模块中，无线通信模块用来与家庭移动式rfid寻物装置进行无线通信，物品位置搜寻模块通过无线通信模块启用家庭移动式rfid寻物装置获取场内rfid标签信号特征，并对搜寻的家庭物品对应标签的信号特征处理成家庭物品的距离信息，展示在智能手机端以此指示用户实现寻物过程。
12.所述无源rfid电子标签包括洗涤标签、柔性粘贴式电子标签及柔性粘贴式抗金属标签，洗涤标签使用防水耐高温的双面胶体粘贴在家庭衣物上，柔性粘贴式电子标签及柔性粘贴式抗金属标签粘贴在除衣物外的其余家庭物品表面，所有无源rfid电子标签都带有包含其唯一epc编码的条形码。
13.所述取电数据线包括安卓type-c取电数据线及苹果lightning取电数据线，数据线内部分别嵌入适用于安卓和lightning的取电芯片，用来从手机端口取出工作电压，取电数据线一端分别为type-c及lightning手机取电端口，一端统一为usb输电端口，type-c及lightning端口分别与适配手机相连，usb端口与设备端相连，用来为设备提供工作电压。
14.所述家用移动式rfid寻物装置的功能设备包括电路板壳体、伸缩夹和集成有usb进电端口、电源转换模块、无线通信模块、rfid超高频模块的功能电路板，电路板壳体用来放置功能电路板，包含螺丝接口端及usb开口端，螺丝接口端用来与伸缩夹固定，usb开口端用来为数据线和电路板的连接提供接口；伸缩夹用来将功能设备与智能手机固定为一体，其通过螺丝接口与装有功能电路板的电路板壳体相连，之后夹在智能手机背面完成功能设备与智能手机的绑定；功能电路板用来实现rfid标签识别及与手机之间的无线数据传输，其中usb进电端口连接电源转换模块及rfid超高频模块，电源转换模块进一步连接无线通信模块，无线通信模块进一步连接rfid超高频模块，usb进电端口通过一端连接智能手机的
取电数据线相连从而引入工作电压，工作电压一方面直接接入rfid超高频模块另一方面通过电源转换模块将电源转换为与无线通信模块匹配的电压从而启动功能电路板，功能电路板上电启动之后，无线通信模块与智能手机相连用来接收手机端发送的标签轮询指令并将其传输给rfid超高频模块，rfid超高频模块接收到指令后开始轮询rfid电子标签，并将轮询到的电子标签数据通过无线通信模块传输给智能手机进行下一步处理。
15.所述智能手机包括具有物品信息管理模块、物品rfid编码绑定模块，无线通信模块及物品位置搜寻模块的软件系统，其中物品信息管理模块存储家庭物品的图像信息和基本属性信息，物品rfid编码绑定模块通过扫描粘贴在家庭物品上的唯一电子标签表面的条形码获取家庭物品对应的rfid编码，并将编码存入物品信息管理模块中的对应物品信息中，完成家庭物品及电子标签的一对一绑定，用于后续搜标签即搜物品的物品搜寻方式；无线通信模块与家庭移动式rfid寻物装置无线通信，进行指令发送和标签信号特征数据获取；物品位置搜寻模块通过无线通信模块控制家庭移动式rfid寻物装置轮询场内标签，从而获取目标物品的rfid标签的信号特征并处理成与距离信息展示在手机端指导用户进行物品搜寻。
16.与现有技术相比，本发明的有益效果为：
17.本发明使用无源rfid电子标签解决物品搜寻问题，相比市面上现在使用蓝牙或有源rfid设备进行寻物的方式来说，成本更低，更适合家庭这种复杂物品场景中任意物品的搜寻。
18.本发明提供了一种家庭移动式rfid寻物装置，该寻物装置与手机相绑定使用，提供具有伸缩夹的功能设备及手握设备，功能设备通过其伸缩夹固定在手机背面，之后与手握设备相固定，用户可以握着手握设备结合功能设备和手机一起移动式搜索，这种寻物装置的使用方式有利于用户移动式搜寻的同时观察手机端反馈的物品距离变化情况，方便有效；该装置利用手机获取持续稳定的供电电压，不存在因电压不足而无法正常工作的情况，可以保证在使用过程中性能持续稳定，无需额外充电，使用方便；该装置具备无线通信功能及rfid标签读写功能，通过无线通信接收智能手机端的指令进行rfid标签信息读取并将读取到的数据无线传输给手机处理成距离信息展示在智能手机端进行用户寻物指引，这种工作方式将rfid定位技术与智能手机相结合，可以简化硬件装置，依靠现已比较成熟的rfid定位技术可以通过智能手机端以多样化的距离反馈形式有效且快速帮助用户寻物，在智能手机非常普及的当下具有很强的推广可能性。
19.本发明提供了一种基于智能手机且配合寻物装置共同使用的寻物软件系统，该系统可以通过其无线通信模块和物品搜寻模块将rfid寻物装置反馈的目标物品所持标签的信号特征处理成与距离相关的信息展示在寻物软件系统内，以此为依据进行物品搜寻，距离信息展现的形式可以多样化，依靠现在已经比较成熟的rfid定位技术可以帮助用户有效且快速的进行物品搜寻，且该系统可以家庭物品收纳搭配使用，功能拓展性强。
附图说明
20.图1是基于无源rfid技术的家庭移动式寻物系统的寻物场景图。
21.图2是适用于type-c端口的安卓手机取电电路原理图。
22.图3是适用于苹果手机的lightning取电电路原理图。
23.图4是家庭移动式rfid寻物装置的功能电路板的电路原理图。
24.图5是家庭移动式rfid寻物装置的产品外形图。
25.图6是智能手机寻物软件系统的系统功能模块图。
26.图7是基于无源rfid技术的家庭移动式寻物系统的系统工作示意图。
具体实施方式
27.下面结合附图和具体实例对本发明做进一步说明。
28.基于无源rfid技术的家庭移动式寻物系统整体的寻物使用场景图如图1所示。表面印有条形码的无源rfid标签1粘贴在目标物品2上，条形码中包含了rfid标签的唯一编码信息，寻物装置3包括功能设备301和手持设备302，功能设备301又包括电路板壳体301a和伸缩夹301b，电路板壳体301a与伸缩夹301b组装固定，使用时功能设备301通过其伸缩夹301b绑定在智能手机4背后之后与手握设备302相连接，完成寻物装置3与智能手机4固定。智能手机4通过取电数据线5连接寻物装置3，向其提供工作电压，启动寻物装置3准备工作。用户寻物时，手握手持设备302，操作智能手机4联接寻物装置3一起进行目标物品2搜寻，在智能手机4观察物品距离信息的同时，移动式搜索。
29.粘贴在目标物品2上的无源rfid电子标签1根据物品类型的不同选择适用的rfid电子标签。粘贴在衣物上的rfid标签，选择内置u8芯片的布草洗涤标签，并使用防水耐高温的双面胶体粘贴在衣服上；粘贴式柔性非抗金属标签采用内置ur108芯片的rfid电子标签，粘贴在塑料盒、纸盒等非金属家庭物品标签；粘贴式柔性抗金属标签采用内置u8芯片的rfid电子标签；所有rfid电子标签应用寻物装置读距都稳定在2-3m，每个标签上都印有其对应唯一编码信息的条形码。
30.用于从智能手机4取出工作电压的取电数据线5包括适用于安卓手机的type-c取电数据线及适用于苹果手机的lightning取电数据线，其取电电路原理图分别如图2、3所示。type-c取电电路的电压输出端口正极连接type-c公头的vbus端口，电压输出端口负极通过一5.1k欧姆的电阻连接type-c公头的cc1端口同时直接连接gnd端，从而取出5v电压，具体接线方式参照图2；lightning取电电路选用xf0771芯片实现，具体接线方式参照图3。两种取电数据线的输出端口均采用microusb。
31.家用移动式rfid寻物装置3的功能电路具备无线通信功能以及rfid电子标签识别功能，其电路接线图如图4所示。其中，usb进电端口为配合制作精巧的寻物装置采用microusb元器件，电源转换模块采用ams1117-3.3降压芯片将输入电压降为3.3v，无线通信模块采用hc-08蓝牙芯片，天线模块采用频率范围在902mhz-928mhz、增益为4.5dbi的圆极化900m内置陶瓷天线(rtc-70)，rfid超高频模块采用uhf-r200超高频模块。其整体的工作方式为：microusb进电端口与取电数据线的microusb输出端相连引入5v工作电压并接入uhf-r200超高频模块和ams1117-3.3v降压模块，ams1117-3.3v降压模块将5v电压降为3.3v为hc-08蓝牙模块提供3.3v工作电压，hc-08蓝牙模块与uhf-r200超高频模块之间通过ttl串口通信，hc-08将手机发送过来的工作指令通过ttl串口传输给uhf-r200超高频模块，uhf-r200接收指令开始工作，通过天线模块与近场的rfid电子标签产生感应获取rfid电子标签信息，并将感应到的数据通过hc-08传输给智能手机进行下一步处理。整个电路按照集成电路设计定制成70mm*70mm的方形电路板，整个寻物装置可以保证2-3m内的物品搜寻范
围。
32.图5为家庭移动式寻物装置的产品外观图，其中包括功能设备301及手握设备302的产品外观，功能设备301又包括电路板壳体301a和伸缩夹301b。功能设备301的电路板壳体301a包括上盖301a1和下盖301a2，上盖301a1包括一个microusb开口301a11以及图示形状的螺丝接口301a12，下盖301a2包含一个电路板固定结构301a21用于固定功能电路板；伸缩夹301b为图示一字伸缩夹，包括一个在中间的螺丝接口301b1、伸缩杆301b2以及一个侧边的螺丝接口301b3。手握设备302为图示圆柱杆，在上端有一个旋转式螺丝头302a。使用时，功能电路板放置在固定结构301a21上，电路板壳体301a的上盖301a1和下盖301a2通过开合结构固定，伸缩夹301b的螺丝接口301b1与壳体上盖301a1的螺丝接口301a12通过螺丝固定组装，手握设备302的旋转式螺丝头302a与伸缩夹301b的侧边螺丝301b3接口相固定，从而搭建成完整的寻物装置。
33.智能手机所包含的寻物软件系统功能模块如图6所示，主要包含蓝牙通信模块、物品信息管理模块、物品rfid编码绑定模块以及物品搜寻模块四大功能模块。蓝牙通信模块又包括蓝牙连接模块、指令发送模块以及数据接收模块，智能手机通过蓝牙连接模块与寻物装置建立无线连接，并通过指令发送模块向寻物装置发送指令使其进行rfid标签信息工作，之后从数据接收模块受接收从寻物装置中返回的数据用于下一步处理。物品信息管理模块又包括物品信息录入模块、物品信息查询模块、物品信息修改模块以及物品信息删除模块，物品信息录入模块向系统数据库中添加所需要管理和定位的家庭物品的图像、基本属性及位置属性，其中基本属性包括物品的类别、名称、价格等，位置属性通过文字描述的方式记录物品当前所在位置，物品信息查询模块通过搜索物品的基本属性从系统数据库中查询并在系统界面中返回指定物品信息，物品信息修改模块对选定的物品修改其存储在系统数据库中的信息，物品信息删除模块从数据库中删除指定物品。物品rfid编码绑定模块又包括rfid编码获取模块、rfid编码确认模块以及rfid编码绑定模块，rfid编码获取模块通过智能手机扫描粘贴在物品上的rfid标签表面的条形码获取物品对应标签的rfid编码，rfid编码确认模块让用户确认编码是否与标签表面印有的序号以及物品相对应，rfid编码绑定模块将rfid编码作为基本属性之一添加进系统数据库中对应的物品信息中。物品搜寻模块通过基于寻物装置的位置搜寻访问蓝牙通信模块向寻物装置发送标签读取指令，将寻物装置返回的信号特征通过信号处理模块计算成目标物品对应标签的距离信息，其距离信息随着用户的走动而持续性变化，距离信息的变化情况在系统界面指示用户进行快速物品搜寻。
34.基于无源rfid技术的家庭移动式寻物系统的系统工作示意图如图7所示。该寻物系统使用时，用户首先通过智能手机中物品信息管理模块以图片及文字描述的方式录入物品的图像信息和基本信息，其次将无源rfid标签贴在对应物品上，并通过智能手机中的物品rfid编码绑定模块将物品对应标签的rfid编码录入物品信息管理模块中，便于后续基于寻物装置的物品搜寻。用户寻物时，将寻物装置绑定在手机背后，并利用取电数据线使手机向寻物装置传送工作电压以实现装置启动，之后通过手机中的无线通信模块与装置实现通信连接，再通过基于寻物装置的物品搜寻模块向装置发送标签轮询指令读取场内rfid标签的信号特征并在手机端筛选出对应物品标签的信号特征并将进行信号特征处理以获取物品的距离信息。
35.上面对本发明实施例结合附图进行了说明，但本发明不限于上述实施例，还可以根据本发明的发明创造的目的做出多种变化，凡依据本发明技术方案的精神实质和原理下做的改变、修饰、替代、组合或简化，均应为等效的置换方式，只要符合本发明的发明目的，只要不背离本发明的技术原理和发明构思，都属于本发明的保护范围。