本發(fā)明涉及一種無線定位系統(tǒng)，尤其是涉及一種基于RFID雙頻技術(shù)的定位系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)：

IOT(Internet Of Things)物聯(lián)網(wǎng)的廣泛使用，進一步推動了傳感器技術(shù)的發(fā)展，而新一代智能傳感器以低功耗，近距離，無線通信為特征，不僅具有自動感知，采集數(shù)據(jù)的能力，而且擁有計算處理，近距通信的功能，由此傳感器作為前端節(jié)點組成的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(WSN)，對其覆蓋區(qū)域內(nèi)的各種監(jiān)測對象，可采集獲得相關(guān)數(shù)據(jù)并由后臺計算機進行處理，以得到準(zhǔn)確的信息，服務(wù)于各類應(yīng)用領(lǐng)域。

在無線傳感器的大部分應(yīng)用中，傳感器節(jié)點或監(jiān)控目標(biāo)的位置信息都是必不可少的。而RFID射頻識別無線傳感器，正是新一代傳感器的重要代表之一，也已被廣泛運用于基于移動，位置信息的各個領(lǐng)域，其應(yīng)用和發(fā)展將會給人類的生活和生產(chǎn)的各個領(lǐng)域帶來深遠(yuǎn)影響。

RFID系統(tǒng)是通過RFID閱讀器借由無線頻段電磁波信號與RFID電子標(biāo)簽之間進行數(shù)據(jù)信息交互。RFID電子標(biāo)簽是目前最先進的標(biāo)識碼之一，標(biāo)簽內(nèi)擁有ID標(biāo)號(全球唯一代碼)，它具備不易破損、數(shù)據(jù)可靠、使用周期長、有效通訊距離遠(yuǎn)等特點，可用于任何被監(jiān)測對象。

目前而言，業(yè)界所用的定位系統(tǒng)如GPS，北斗導(dǎo)航等均適用于室外空曠環(huán)境，定位精度不是太高，很難適合復(fù)雜多障礙物環(huán)境。而一種基于RFID技術(shù)的車位感應(yīng)系統(tǒng)(授權(quán)公告號CN 202126762 U)方案是一種僅利用RFID技術(shù)對靜態(tài)車位的感應(yīng)判斷其位置有無車物，既不能對移動物體的跟蹤定位，又不是在相對復(fù)雜的環(huán)境中的應(yīng)用。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種適用于復(fù)雜環(huán)境的基于RFID雙頻技術(shù)的定位系統(tǒng)及方法。

本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)：

一種基于RFID雙頻技術(shù)的定位系統(tǒng)，包括服務(wù)器、RFID標(biāo)簽和多個RFID閱讀器，各所述的RFID閱讀器分別經(jīng)集線器與服務(wù)器連接，分布設(shè)置在定位區(qū)域，RFID標(biāo)簽綁定在被定位對象體上，所述的系統(tǒng)還包括多個低頻觸發(fā)器，所述的低頻觸發(fā)器與RFID閱讀器一一對應(yīng)，所述的RFID標(biāo)簽包括低頻接收模塊和射頻發(fā)送模塊。

低頻觸發(fā)器既可內(nèi)置于RFID閱讀器之中，又可設(shè)置于RFID閱讀器之外。

所述的各RFID閱讀器通過通信接口與集線器連接，所述的通信接口包括RS-232接口、RS-485接口、GPRS接口、WIFI接口中的至少一種。

所述的集線器通過RJ-45與服務(wù)器連接。

所述的RFID標(biāo)簽中的低頻接收模塊為125KHz頻率的接收模塊，所述的閱讀器中的低頻觸發(fā)器為125KHz的觸發(fā)器。

所述的RFID標(biāo)簽中的射頻發(fā)送模塊為2.4GHz的發(fā)送模塊。

所述的RFID標(biāo)簽為有源標(biāo)簽。其工作方式平時處于節(jié)電接收狀態(tài)，延長標(biāo)簽續(xù)航時間，只有得到外來125KHz信號觸發(fā)后才開始工作。

所述的RFID閱讀器包括全向RFID閱讀器和定向RFID閱讀器，所述的定向RFID閱讀器沿定位區(qū)域中的墻或門設(shè)置。

一種使用所述的基于RFID雙頻技術(shù)的定位系統(tǒng)進行定位的方法，包括以下步驟：

S1，RFID標(biāo)簽進入定位區(qū)域，定位區(qū)域中各RFID閱讀器對應(yīng)的低頻觸發(fā)器始終處于搜索狀態(tài)；

S2，低頻觸發(fā)器搜索到RFID標(biāo)簽，立刻觸發(fā)RFID標(biāo)簽內(nèi)的低頻接收模塊，并向RFID標(biāo)簽發(fā)送對應(yīng)的RFID閱讀器的序號；

S3，RFID標(biāo)簽接收RFID閱讀器序號，并通過射頻發(fā)送模塊將自身的ID、RSSI值和接收到的RFID閱讀器序號打包，發(fā)送給附近的RFID閱讀器；

S4，RFID閱讀器將收到的數(shù)據(jù)包實時傳輸至集線器；

S5，集線器將各數(shù)據(jù)包發(fā)送給服務(wù)器；

S6，服務(wù)器接收到來自三個RFID閱讀器的數(shù)據(jù)包后，根據(jù)接收到的數(shù)據(jù)包進行計算，得到RFID標(biāo)簽所在位置；

S7，返回步驟S2，直到低頻觸發(fā)器無法搜索到RFID標(biāo)簽。

所述的步驟S3中，RFID標(biāo)簽發(fā)出多個數(shù)據(jù)包，各數(shù)據(jù)包的信號增益大小互不相同，所述的步驟S6中，服務(wù)器根據(jù)一段時間內(nèi)各RFID閱讀器的數(shù)據(jù)包出現(xiàn)次數(shù)，判斷與RFID標(biāo)簽最接近的RFID閱讀器，RFID閱讀器序號對應(yīng)的數(shù)據(jù)包出現(xiàn)次數(shù)越多，RFID標(biāo)簽與該RFID閱讀器越接近。

優(yōu)選的，所述的步驟S3中，各數(shù)據(jù)包的信號增益分別為0db、1db、2db、3db。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點：

(1)使用低頻觸發(fā)器檢測并觸發(fā)RFID標(biāo)簽，無線低頻信號其微波波長可達(dá)2500m，具有很好的穿透、繞射及翻墻能力，適用于復(fù)雜環(huán)境中對被定位對象的初步檢測，觸發(fā)后，RFID標(biāo)簽使用射頻發(fā)送模塊向較近的RFID閱讀器發(fā)送數(shù)據(jù)，信號聚焦度高；將低頻與射頻結(jié)合，適用于移動跟蹤和實時定位。

(2)在低頻覆蓋范圍，更易測得RSSI參數(shù)，從而獲得更為精確位置判定，精度可達(dá)幾十厘米。

(3)RFID標(biāo)簽在被觸發(fā)前，處于節(jié)電模式，射頻發(fā)送模塊不工作，節(jié)約能源，延長工作時間。

(4)采用多個RFID閱讀器與RFID標(biāo)簽通信，從而結(jié)合服務(wù)器使用三點定位法，得到的位置數(shù)據(jù)更精確。

(5)采用RFID標(biāo)簽增益自動循環(huán)設(shè)計，使得距標(biāo)簽最近的閱讀器能收到全部的數(shù)據(jù)包，而最遠(yuǎn)的閱讀器收到最少的數(shù)據(jù)包，由此使服務(wù)器容易判斷標(biāo)簽位置。

附圖說明

圖1為本實施例定位系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本實施例RFID閱讀器組成結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本實施例地下武器庫及其定位系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明進行詳細(xì)說明。本實施例以本發(fā)明技術(shù)方案為前提進行實施，給出了詳細(xì)的實施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護范圍不限于下述的實施例。

實施例

如圖1所示，一種基于RFID雙頻技術(shù)的定位系統(tǒng)，包括服務(wù)器1、多個RFID閱讀器2和RFID標(biāo)簽3和多個低頻觸發(fā)器4，各RFID閱讀器2分別通過集線器5與服務(wù)器1連接，各RFID閱讀器2分布設(shè)置在定位區(qū)域，RFID標(biāo)簽3為綁定在被定位對象體上。多個低頻觸發(fā)器4既可內(nèi)置于RFID閱讀器2之中，又可設(shè)置于閱讀器2之外，RFID標(biāo)簽3包括低頻接收模塊和射頻發(fā)送模塊。

其中，RFID標(biāo)簽3為有源標(biāo)簽，以2.4GHz作為信息交換載體，標(biāo)簽內(nèi)置125KHz低頻作為標(biāo)簽激活工作手段。其形式為小型的腕帶、掛牌、標(biāo)簽等形式，用于穿戴或粘貼在被定位對象上；低頻觸發(fā)器4(125KHz)用于啟動被定位標(biāo)簽的激活。可內(nèi)置于RFID閱讀器2中；如圖2所示，RFID閱讀器2，內(nèi)置射頻接收模塊、通信接口和低頻觸發(fā)器4。125KHz低頻用于觸發(fā)在其范圍內(nèi)的標(biāo)簽，2.4GHz射頻用于接收標(biāo)簽發(fā)送的數(shù)據(jù)信息(內(nèi)含標(biāo)簽ID，本閱讀器序號和RSSI信號)。

平時被跟蹤對象戴有RFID標(biāo)簽3，標(biāo)簽處于節(jié)電模式狀態(tài)，閱讀器內(nèi)125KHz低頻觸發(fā)器4對其覆蓋范圍的進出對象(戴標(biāo)簽)進行搜索，一當(dāng)發(fā)現(xiàn)對象標(biāo)簽，低頻觸發(fā)器4觸發(fā)標(biāo)簽內(nèi)低頻接收模塊，RFID標(biāo)簽3收到該信號后，同時測出標(biāo)簽本身所在位置的RSSI信號強度參數(shù)，觸發(fā)2.4GHz模塊，將標(biāo)簽ID，RSSI值和閱讀器序號三參數(shù)打包，由2.4GHz射頻強信號發(fā)射到附近閱讀器。在附近的RFID閱讀器2如會根據(jù)標(biāo)簽發(fā)出信號的增益大小而收到相應(yīng)次數(shù)的標(biāo)簽數(shù)據(jù)，然后各閱讀器將采集到數(shù)據(jù)包通過通信接口模塊傳輸?shù)郊衅?，再由其傳至服務(wù)器1。如圖1所示，設(shè)定標(biāo)簽發(fā)射數(shù)據(jù)包的信號增益最大時為3db，X、Y和Z閱讀器均收到數(shù)據(jù)報，當(dāng)信號增益為2db時，X和Z閱讀器能收到數(shù)據(jù)包，當(dāng)信號增益為1db或0db時，只有X閱讀器才能收到數(shù)據(jù)包，由此因X閱讀器與標(biāo)簽最近，收到全部四次數(shù)據(jù)包，同理，Y閱讀器距離最遠(yuǎn)，則只能收到一次數(shù)據(jù)包?？梢?，標(biāo)簽信號增益自動循環(huán)特點，能使系統(tǒng)更加方便作出定位判斷。

服務(wù)器1收到各自閱讀器傳來的數(shù)據(jù)包，由收到數(shù)據(jù)次數(shù)和信號強度值進行計算、比較、分析，由三點定位法和閱讀器序號和物理位置分布映射圖，判斷出該標(biāo)簽的所在幾何位置并顯示在屏幕上，同時服務(wù)器1根據(jù)收到的標(biāo)簽全球唯一ID和名字(或人，或物體)的對應(yīng)注冊表，確定哪個被監(jiān)測對象是在此位置。由此實現(xiàn)RFID雙頻技術(shù)的定位，跟蹤。

本實施例中RFID閱讀器2中的低頻觸發(fā)器4帶有兩路正交天線，其觸發(fā)半徑達(dá)到3米，調(diào)整天線數(shù)或降低低頻發(fā)射功率和標(biāo)簽接收靈敏度，可使觸發(fā)范圍覆蓋從十幾米半徑到一米左右半徑，由此可提高RFID系統(tǒng)應(yīng)用靈活性和監(jiān)測精度。在閱讀器與標(biāo)簽之間無需任何接觸即可實現(xiàn)數(shù)據(jù)通信，并可根據(jù)所使用的國際ISM標(biāo)準(zhǔn)中不同的頻段，在幾十米范圍內(nèi)對RFID標(biāo)簽3進行信息采集。

RFID雙頻技術(shù)充分利用了無線頻率的不同特點，無線射頻信號具有覆蓋距離遠(yuǎn)，信號聚焦度高，不足是在覆蓋范圍內(nèi)，遇有障礙物時，信號衰減較大，尤其是遇有鋼筋，金屬物等則信號會損失非常嚴(yán)重；而無線低頻信號其微波為2500m波長，則具有很好的穿透，繞射及翻墻能力，同時在低頻覆蓋范圍，更易測得RSSI(Received Signal Strength Indicator)參數(shù)，從而獲得更為精確位置判定，精度可達(dá)幾十厘米級。

利用上述二種技術(shù)及相應(yīng)不同特性，有機組合設(shè)計而成定位監(jiān)測系統(tǒng)。由此本系統(tǒng)更適合應(yīng)用于移動跟蹤，位置定位，實時監(jiān)視等各類行業(yè)的應(yīng)用，尤其是在環(huán)境復(fù)雜，室內(nèi)外兼有區(qū)域，和多障礙物的應(yīng)用場合。

如圖3所示，將本定位系統(tǒng)應(yīng)用于武器庫定位跟蹤管理，為確保武器庫，人員及庫存物品的絕對安全，對所有進出武器庫的人員實行移動實時定位管理。

1)，所有倉庫武器管理軍人，武器押運軍人每人配戴腕帶式RFID標(biāo)簽3(擁有全球唯一標(biāo)識號ID)。

2)，所有進入庫區(qū)的行政軍人和技術(shù)監(jiān)控系統(tǒng)軍人配戴掛牌式RFID標(biāo)簽3(擁有全球唯一標(biāo)識號ID)。每個標(biāo)簽ID均與每人的姓名嚴(yán)格保持一一對應(yīng)，既作為進入庫區(qū)的考勤卡，又作為工作時庫區(qū)移動的定位信號源，確保庫區(qū)人員移動時的有序，嚴(yán)格的實時位置管理。

該庫區(qū)為室外、室內(nèi)、地下庫兼容的綜合性武器庫，整個庫區(qū)占地面積約3.9萬平方米，四周圍墻為4米2的高墻，庫區(qū)四個角設(shè)有四個哨樓，整區(qū)劃分為四個區(qū)域，G區(qū)為室外警衛(wèi)區(qū)包括兩側(cè)行政辦公樓及管理監(jiān)控樓，A區(qū)為室外武器庫區(qū)域，B區(qū)為室內(nèi)武器庫區(qū)域，C區(qū)為地下武器庫區(qū)域約2.8萬平方。

武器庫定位跟蹤管理系統(tǒng)組成特征如下：

1，RFID標(biāo)簽，為有源工作標(biāo)簽，包括內(nèi)置低頻接收模塊。所有進出庫區(qū)軍人及工作人員每人配戴一個擁有全球唯一標(biāo)識號的RFID標(biāo)簽3，且與其姓名完全對應(yīng)。

2，RFID閱讀器2，含有低頻觸發(fā)器4和通信接口模塊。每個閱讀器均有一固定編號，安裝在庫區(qū)相應(yīng)的物理位置。其中RFID定向閱讀器主要布設(shè)在四周圍墻側(cè)出入口處，全向閱讀器設(shè)置與室內(nèi)、室外和地下庫區(qū)。閱讀器對移動對象(標(biāo)簽)進行不同位置的信號數(shù)據(jù)采集。

3，集線器5，放置于管理控制室。將閱讀器發(fā)來的信號數(shù)據(jù)通過通信接口接收，并傳送到后臺服務(wù)器1。

4，服務(wù)器1單元，與集中器5連接，安置在管理控制室。將收到的數(shù)據(jù)組進行計算，比較，并作出判斷。然后在顯示屏的映照庫區(qū)物理位置圖上，顯示出當(dāng)前移動對象所在的位置。

武器庫定位跟蹤管理系統(tǒng)工作方法步驟特征如下：

S1，RFID標(biāo)簽3配戴在所有出入庫人員，并將其唯一ID號與每人姓名作嚴(yán)格捆綁，一一對應(yīng)。

S2，將整個庫區(qū)劃分為四個區(qū)域，在A區(qū)室外庫區(qū)域，外墻兩側(cè)閱讀器按每50米安裝一個，在出入A區(qū)域大門口均安裝一個閱讀器，在A區(qū)中央，按網(wǎng)狀安置五個閱讀器，均勻分割成五個小網(wǎng)區(qū)。由于閱讀器射頻為4.5GHz，其覆蓋半徑大于25米，由此在每個小網(wǎng)區(qū)均有三個閱讀器，可實行對進入該區(qū)的被測對象(標(biāo)簽)進行三點數(shù)據(jù)采樣。同理，在B區(qū)室內(nèi)區(qū)域、C區(qū)地下室區(qū)域和G區(qū)警衛(wèi)區(qū)域，均以此方法安排設(shè)置每個閱讀器。

S3，平時被跟蹤對象戴有RFID標(biāo)簽3，標(biāo)簽處于休眠節(jié)電模式工作，閱讀器低頻激勵模塊處于搜索工作狀態(tài)。

S4，當(dāng)標(biāo)簽進入監(jiān)測區(qū)域時，閱讀器低頻激勵模塊就會觸發(fā)標(biāo)簽低頻接收模塊，并傳送閱讀器序號至標(biāo)簽。

S5，標(biāo)簽收到閱讀器信號后，同時測出標(biāo)簽本身所在位置的RSSI信號強度參數(shù)，再將標(biāo)簽ID、RSSI值和閱讀器序號三參數(shù)打包，調(diào)制在2.4GHz載頻上，將數(shù)據(jù)包信號發(fā)送出去。

S5，在標(biāo)簽附近的閱讀器，如圖A1、A2、A3會根據(jù)標(biāo)簽發(fā)出信號的增益大小而收到相應(yīng)標(biāo)簽數(shù)據(jù)信號的次數(shù)，由于標(biāo)簽移動的物理位置，三個閱讀器收到的信號次數(shù)也不同，A2因與標(biāo)簽最近故收到標(biāo)簽信號四次(信號增益從0db，1db，2db，3db自動循環(huán))，而A1只能收到2db和3db信號，A3只能收到3db信號。然后各閱讀器將采集到數(shù)據(jù)包通過接口模塊傳輸至服務(wù)器1。

S6，服務(wù)器1收到各自閱讀器數(shù)據(jù)包，由收到數(shù)據(jù)次數(shù)(即信號強度值)進行計算，比較，判斷標(biāo)簽離A2最近。

S7，再由閱讀器序號和物理位置分布映射圖，顯示該標(biāo)簽的所在幾何位置。

S8，同時服務(wù)器1根據(jù)收到的標(biāo)簽唯一ID和姓名的對應(yīng)表，確定哪個被測對象是在此位置。由此實現(xiàn)RFID技術(shù)的定位、跟蹤。

由于整個武器庫區(qū)是個室外、室內(nèi)和地下庫區(qū)的綜合監(jiān)控區(qū)域，RFID的低頻模塊能確保在室內(nèi)環(huán)境，尤其是地下庫區(qū)的復(fù)雜多障礙環(huán)境，確保標(biāo)簽和閱讀器的消息傳遞。

由此可見，本專利的RFID雙頻技術(shù)定位系統(tǒng)不僅可用于銀行金庫、海關(guān)倉儲、監(jiān)獄領(lǐng)域，還可應(yīng)用于博物館、機關(guān)要地、養(yǎng)老護理院等等領(lǐng)域。而且當(dāng)標(biāo)簽用于被移動的重要物體或則珍貴動物領(lǐng)域時，又可引伸出無數(shù)的實際應(yīng)用。因此本發(fā)明專利對于如今數(shù)據(jù)時代的信息社會具有十分深遠(yuǎn)的積極意義。