CN110766106A - 基于开关切换控制和高频rfid技术的密集档案信息获取系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于开关切换控制和高频RFID技术的密集档案信息获取系统，包括控制模块、若干个射频读写器、N个开关控制模块、N路射频天线，所述控制器与射频读写器连接，所述射频读写器与N个开关控制模块连接，每个开关控制模块分别用于控制一路射频天线的导通与否，每路射频天线与一个射频标签正对设置，所述控制器用于向射频读写器广播读取信息指令并采用轮询方式获取射频标签信息。本发明适用于大规模密集档案系统的射频点对点管理，结构简单，安装方便。
Description
技术领域
本发明属于智能仓储管理技术，具体为一种基于开关切换控制和高频RFID技术的密集档案信息获取系统。
背景技术
发明专利CN206726245提出了一种基于高频RFID技术的密集档案管理系统，该系统包括控制模块、射频读写器和射频标签，控制模块控制射频读写器读取射频标签的信息；系统由控制模块和多块射频读写器组成，控制模块和射频读写器之间通过数据线连接，结构简单，便于现场安装实施；通过增加控制模块，可以扩展为多级控制模块结构的射频管理系统，轻松应对更大规模的密集档案管理；通过控制模块和射频读写器的ID编号，来唯一性标识每一路射频天线。但是该专利申请中射频读写器的设计存在以下问题：
设计上采用一个射频读写器连接一路射频天线的方式。由于射频天线和被管理档案是一一对应关系，当档案规模扩大时，需要的射频读写器数量也随之大幅度上升。由于射频读写器是射频读写器的关键部件，价格不菲，如此则极大提高了系统成本，限制了系统的市场应用；
控制模块和射频读写器之间通过串行方式连接，控制模块逐一查询总线上各个射频读写器，获取RFID标签信息。其工作模式为：控制模块发送查询指令-射频读写器接收指令-射频读写器读标签-射频读写器反馈标签信息到控制模块。显然，档案管理规模越大，控制模块就需要在总线上连接更多的射频读写器，获得系统所有RFID标签信息所需要的时间就越长。由此带来系统响应实时性的下降是巨大的。
发明内容
本发明的目的在于提出了一种基于开关切换控制和高频RFID技术的密集档案信息获取系统。
实现本发明的技术解决方案为：一种基于开关切换控制和高频RFID技术的密集档案信息获取系统，包括控制模块、若干个射频读写器、N个开关控制模块、N路射频天线，所述控制器与射频读写器连接，所述射频读写器与N个开关控制模块连接，每个开关控制模块分别用于控制一路射频天线的导通与否，每路射频天线与一个射频标签正对设置，所述控制器用于向射频读写器广播读取信息指令并采用轮询方式获取射频标签信息。
优选地，所述控制模块包括N级控制器，上一级控制器通过总线与M个下一级控制器连接，N、M均为自然数。
优选地，所述控制器均包括CPU、电源模块、选址模块和通信模块，所述CPU为单片机，所述电源模块用于供电，所述选址模块用于根据控制器的顺序设置控制器的ID号以及下一级控制器的数量，所述通信模块用于实现与上一级和/或下一级控制器的通信，将CPU的输出电平转换为规定的标准规定电平。
优选地，所述射频读写器包括CPU、选址模块、通信模块、电源模块、射频读写模块，所述CPU为单片机，所述电源模块用于供电，所述选址模块用于设置读写器在控制器所连接读写器中的ID号，通信模块用于实现与其连接的上一级控制器通信，所述射频读写模块包括高频RFID芯片和滤波及匹配电路，高频RFID芯片用于输出经过调制的高频信号，并接收所述射频天线耦合回来的高频信号，滤波及匹配电路用于过滤高频信号的高次谐波分量并与射频天线实现阻抗匹配。
优选地，开关控制模块采用光耦模块作为开关器件。
本发明与现有技术相比，其显著优点为：
(1)结构简单，安装方便：本发明由N级控制实现，结构清晰，各个层次之间的控制器通过数据线连接，一个档案对应一个标签，附着在档案盒或这档案上，与射频天线一一对应；
(2)扩展方便：本发明可以根据实际的需要确定控制级次的数量以及天线数量，通过选址模块来设置ID号和所连接的下级数量，也就是上述中N是可变的，程序通过读取拨码开关的设置来确定档案存储区的大小以及轮询的过程；
(3)性价比高：本发明中控制器和射频读写器的硬件结构简单，维护方便，元器件数量和价格均远远低于基于超高频技术射频模块涉及的元器件，关键在于一个射频读写器对应N个射频天线，节省了N-1个的射频读写器的成本，性价比高；
(4)软件效率高，实时性好：本发明在以硬件结构的安排的基础之上，获取档案信息采用广播加轮询的方式，使得档案的变化能够及时反馈，实时性显著提高。
下面结合附图对本发明做进一步详细的描述。
附图说明
图1是控制器组成示意图。
图2是读写器组成示意图。
图3是实施例1的结构示意图。
图4是本发明的工作流程图。
具体实施方式
一种基于开关切换控制和高频RFID技术的密集档案信息获取系统，包括控制模块、若干个射频读写器、N个开关控制模块、N路射频天线，所述控制器与射频读写器连接，所述射频读写器与N个开关控制模块连接，每个开关控制模块分别用于控制一路射频天线的导通与否，每路射频天线与一个射频标签正对设置，所述控制器用于向射频读写器广播读取信息指令并采用轮询方式获取射频标签信息。
进一步的实施例中，所述控制模块包括N级控制器，上一级控制器通过总线与M个下一级控制器连接，N、M均为自然数。控制器的级数根据实际数据量进行设定。
在某些实施例中，档案放置在档案架上，每份档案位置固定，每路射频天线正对每份档案的射频标签设置，射频读写器通过多个开关控制多路射频天线的开关状态，每一层
在某些实施例中，控制模块包括两级控制器，每个二级控制器通过总线与M个一级控制器连接。
如图1所示，进一步的实施例中，所述控制器均包括CPU、电源模块、选址模块和通信模块，所述CPU为单片机，所述电源模块用于供电，所述选址模块用于根据控制器的顺序设置控制器的ID号以及下一级控制器的数量，所述通信模块用于实现与上一级和/或下一级控制器的通信，将CPU的输出电平转换为规定的标准规定电平。
如图2所示，进一步的实施例中，射频读写器包括CPU、选址模块、通信模块、电源模块、射频读写模块，所述CPU为单片机，所述电源模块用于供电，所述选址模块用于设置读写器在上一级以及主控所连接读写器中的ID号，通信模块用于实现与上一级控制器通信，射频读写模块包括高频RFID芯片和滤波及匹配电路，高频RFID芯片用于输出经过调制的高频信号，并接收所述射频天线耦合回来的高频信号，滤波及匹配电路用于过滤高频信号的高次谐波分量并与射频天线实现阻抗匹配。
进一步的实施例中，开关控制模块采用光耦模块作为开关器件。负责射频天线于射频读写器之间的导通与否。
本发明适用于大规模密集档案系统的射频点对点管理，其中一个射频读写器连接N个开关控制模块，一路开关模块连接一路射频天线。射频读写器通过控制开关控制模块的导通和关断，使得射频读写器上射频读写模块的信号能通过处于导通方式的开关控制模块，发送到其连接的射频天线，从而读取射频标签的信息。控制模块中的控制器可以通过串行总线连接N(N≥1)个射频读写器，实现大规模的密集档案射频点对点管理。功能实现上，采用广播控制指令和轮询查询指令相结合的方式，系统控制器通过广播方式向射频读写器发送读射频标签指令，利用点对点的查询指令接收射频读写器反馈的射频标签信息。本发明通过一个射频读写器和多路开关模块，即可实现对多个射频标签的点对点读取，相对于常用的一个射频读写器读取一路射频标签的方式，极大降低了大型密集档案射频管理的应用成本；同时，广播结合轮询的软件设计，保证了系统响应射频标签变化的实时性。本发明设计的系统，扩展容易，维护方便，性价比高，具有很好的市场前景。
如图4所示，本发明的工作过程为：
系统的开启工作，从上位机给二级控制器广播发送射频查询开启指令，二级控制器向一级控制器发送同样的指令，一级控制器对射频读写器也是如此。为方便介绍档案信息的上传过程，从射频读写器在收到一级控制器发来的射频查询开启指令后的工作流程开始介绍：
射频读写器通过控制线控制光耦模块的导通与否，射频读写器轮询某一路的时候，对应的光耦导通，而其他路的处于关闭状态，这样当天线读取到档案标签信息之后，通过数据线上传至射频读写器，射频读写器由此将所有的数据进行汇总，等待一级控制器的查询指令，每路天线的ID号由硬件设计进行限定。一级控制器在接收到二级控制器的射频开启指令后，对连接在此一级主控上的射频读写器广播射频读写命令，等待射频读写器完成读取标签信息操作后，按照ID号发送以一定的周期依次发送查询指令，射频读写器的ID由实际安装的顺序通过选址模块设置，之后一级控制器接收射频读写器上传的档案信息，进行汇总，更新档案数据信息，等待二级控制器查询之后进行上传。二级控制器与一级控制器的信息交互同一级控制器与射频读写器的步骤。需要强调的是，一级控制器在收到二级发送的射频开启指令之后，对射频读写器的开启加轮询已经开始，等待二级控制器查询指令和一级控制器对射频读写器的操作互相独立，这是出于档案信息更新的实时性考虑。如图3所示，上位机对二级控制器广播开启指令后，以一定的周期进行轮询，更新数据库的档案信息。系统能够采集的档案信息数据大小取决于各个层次上N的数量。除此之外，射频标签是对应于具体档案上的信息，供射频天线读取。
实施例1
如图3所示，本实施例分别利用本发明和现有系统对3个密集架放置的档案进行信息采集，每个密集架为6层3列，即共6×3个放置格，每个格子放置4份档案，则对应每份档案上的射频标签一一设置射频天线，每个格子对应的4个射频天线于与一个射频读写器连接，3个二级控制器负责3列，每层的3个射频读写器通过总线连接一个一级控制器，每个密集架6层对应的6个一级控制器与1个二级控制器连接，3个二级控制器通过总线与上位机连接。
本实施例中，射频读写器读取一个射频天线的信息所需时间为20ms,控制器轮询下级的周期为100ms。
现有系统的工作模式为：控制器发送查询指令-射频读写器接收指令-射频读写器读标签-射频读写器反馈标签信息到控制器。
依照现有系统的工作模式，一级控制器发送查询指令后，射频读写器才开始读取天线信息，读取4个天线所需的时间为20*4，也就是80ms,一级控制器获取到一个射频读写器信息的的时间为一个查询周期加上80ms，为180ms。同时这一层有3节，所以这一层所有档案信息上传至这一层的一级控制所需要的时间为180*3ms,也就是540ms。同样，在这一层所属的当前列上的二级控制器获取到这层的档案信息的时间为：当二级控制器下发查询指令后，一级控制器才开始查询，因此是540ms加上一个轮询周期为640ms，每个密集架有6层，则当前密集架获取所有档案信息的时间为640*6，也就是3840ms。同此计算方式，上位机获取当前密集架的档案信息的时间为3840ms加上一个轮询周期，共有3个密级架，整个系统的所有档案信息获取的时间为3940*3ms，也就是11820ms。
本发明的工作模式为：控制器向总线上所连所有射频读写器广播发送读写指令-射频读写器接收指令-所有射频读写器同时开始读标签，等待射频读写完毕，控制器便以一定的周期轮询所有射频读写器-射频读写器分别反馈标签信息到控制器。
依照工作本发明的模式，一级控制器首先广播射频读写指令，一层上的3个射频读写器开始工作，一个射频读写器读取4个天线所用时间为20*4ms，也就是80ms。一级控制器等待80ms，开始点对点以周期100ms发送查询指令，因此一级控制器获取到该层上所有档案信息的时间为100*3ms，另外再加上一个等待时间80ms，共为380ms。同样，当前层所属的密集架上的二级控制器获取最新信息实际上需要等待380ms，因此当前密集架获取所有档案信息时间为100*6ms，6为此列上的层数，再加上一个等待时间，共为980ms。同样，上位机获取所有档案信息的时间为轮询周期100ms乘以密集架数3，再加上等待每列获取信息的时间980ms，共为1280ms。
由上述计算可知，在明确的安装实例下，前者模式所有档案信息上传至上位机所用时间为11820ms，而本发明为1280ms。
显而易见，随着档案规模的变大，控制器级数增大，本发明与现有技术之间的时间差距会越来越明显。因此本发明在应用于大规模档案管理方面的实时性得到了显著提高。
本发明在实际使用时，图3和图4表现为控制器的连接级数的不同。现场实施时仅需要安排好设备的固定位置和连线，以及选址模块的设置即可，无需修改各级软件。
Claims (5)
1.一种基于开关切换控制和高频RFID技术的密集档案信息获取系统，其特征在于，包括控制模块、若干个射频读写器、N个开关控制模块、N路射频天线，所述控制器与射频读写器连接，所述射频读写器与N个开关控制模块连接，每个开关控制模块分别用于控制一路射频天线的导通与否，每路射频天线与一个射频标签正对设置，所述控制器用于向射频读写器广播读取信息指令并采用轮询方式获取射频标签信息。
2.根据权利要求1所述的基于开关切换控制和高频RFID技术的密集档案信息获取系统，其特征在于，所述控制模块包括N级控制器，上一级控制器通过总线与M个下一级控制器连接，N、M均为自然数。
3.根据权利要求2所述的基于开关切换控制和高频RFID技术的密集档案信息获取系统，其特征在于，所述控制器均包括CPU、电源模块、选址模块和通信模块，所述CPU为单片机，所述电源模块用于供电，所述选址模块用于根据控制器的顺序设置控制器的ID号以及下一级控制器的数量，所述通信模块用于实现与上一级和/或下一级控制器的通信，将CPU的输出电平转换为规定的标准规定电平。
4.根据权利要求1所述的基于开关切换控制和高频RFID技术的密集档案信息获取系统，其特征在于，所述射频读写器包括CPU、选址模块、通信模块、电源模块、射频读写模块，所述CPU为单片机，所述电源模块用于供电，所述选址模块用于设置读写器在控制器所连接读写器中的ID号，通信模块用于实现与其连接的上一级控制器通信，所述射频读写模块包括高频RFID芯片和滤波及匹配电路，高频RFID芯片用于输出经过调制的高频信号，并接收所述射频天线耦合回来的高频信号，滤波及匹配电路用于过滤高频信号的高次谐波分量并与射频天线实现阻抗匹配。
5.根据权利要求1所述的基于开关切换控制和高频RFID技术的密集档案管理系统，其特征在于，开关控制模块采用光耦模块作为开关器件。
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