專利名稱：Rfid矩陣分布式人員定位監(jiān)測系統(tǒng)檢測控制器及其監(jiān)測方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及RFID射頻識別技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及RFID監(jiān)測定位技術(shù)領(lǐng)域，具體是指一種RFID矩陣分布式人員定位監(jiān)測系統(tǒng)檢測控制器及其監(jiān)測方法。
背景技術(shù)：
RFID (Radio Frequency Identification)是一種無線射頻識別技術(shù)，由于超高頻(400MHz ~2.4GHz) RFID標(biāo)簽的電磁波易被水吸收而衰減，在實際使用過程中，常常由于受到液體容器或富含水分的物質(zhì)(如高含水物品、人體、動物軀體等)的遮擋，造成超高頻RFID標(biāo)簽無法識讀的狀況。
同時，現(xiàn)代生活中，已經(jīng)存在各種各樣的導(dǎo)航定位設(shè)備，如GPS等，但是這些設(shè)備的造價和系統(tǒng)的運營成本相對較高。特別是對于區(qū)域人員或者物品的定位監(jiān)測系統(tǒng)，目前還沒有很好的技術(shù)能夠大規(guī)模普及應(yīng)用，這樣就給人們的工作和生活帶來了很大的不便。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服了上述現(xiàn)有技術(shù)中的缺點，提供一種能夠有效對人員進(jìn)行定位監(jiān)測、結(jié)構(gòu)簡單實用、生產(chǎn)成本較低、工作性能穩(wěn)定可靠、適用范圍較為廣泛的RFID矩陣分布式人員定位監(jiān)測系統(tǒng)檢測控制器及其監(jiān)測方法。
為了實現(xiàn)上述的目的，本發(fā)明的RFID矩陣分布式人員定位監(jiān)測系統(tǒng)檢測控制器及其監(jiān)測方法如下
該RFID矩陣分布式人員定位監(jiān)測系統(tǒng)檢測控制器，所迷的監(jiān)測系統(tǒng)包括固定布設(shè)于監(jiān)測區(qū)域地面下方的超高頻RFID標(biāo)簽矩陣、設(shè)置于監(jiān)測區(qū)域上方的監(jiān)測天線陣列，所述的監(jiān)測天線陣列與該檢測控制器相連接，其主要特點是，所述的檢測控制器包括中央控制單元、射頻功能模塊、數(shù)據(jù)存儲功能模塊、輸入/輸出接口模塊和電源控制模塊，所述的中央控制單元分別與所述的射頻功能模塊、數(shù)據(jù)存儲功能模塊和輸入/輸出接口模塊相連接，所述的電源控制模塊分別與所述的中央控制單元、射頻功能模塊、數(shù)據(jù)存儲功能模塊和輸入/輸出接口模塊相連接。
4該RFID矩陣分布式人員定位監(jiān)測系統(tǒng)檢測控制器中的中央控制單元為嵌入式MCU控制單元。
該RFID矩陣分布式人員定位監(jiān)測系統(tǒng)檢測控制器中的射頻功能模塊包括天線接口 、RFID射頻信號發(fā)生模塊和數(shù)據(jù)調(diào)制解調(diào)單元，所述的中央控制單元依此通過所述的數(shù)據(jù)調(diào)制解調(diào)單元、RFID射頻信號發(fā)生器和天線接口相連接。
該RFID矩陣分布式人員定位監(jiān)測系統(tǒng)檢測控制器中的輸入/輸出接口模塊包含鍵盤/鼠標(biāo)接口、顯示器接口、網(wǎng)絡(luò)接口、 USB接口和標(biāo)準(zhǔn)串行接口。
該利用上述的檢測控制器進(jìn)行分布式人員定位監(jiān)測的方法，其主要特點是，所述的方法包括以下步驟
(1 )檢測控制器在接通電源后先進(jìn)行系統(tǒng)初始化和設(shè)備自檢操作；
(2 )該檢測控制器對所布設(shè)的超高頻RFID標(biāo)簽矩陣中的RFID標(biāo)簽逐一進(jìn)行編號定位，并建立標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)簽矩陣參數(shù)表；
(3 )該檢測控制器確認(rèn)設(shè)備正常并設(shè)定所有工作參數(shù)后定期輪流開通監(jiān)測天線陣列中的每個天線對其電波覆蓋區(qū)域中的各個超高頻RFID標(biāo)簽進(jìn)行探測讀??；
(4 )如果全部的超高頻RFID標(biāo)簽均能夠進(jìn)行讀取，則重復(fù)上述步驟(3 );
(5 )如杲有部分超高頻RFID標(biāo)簽讀取不到，則統(tǒng)計未讀到的超高頻RFID標(biāo)簽的數(shù)量；
(6)如果統(tǒng)計到的數(shù)量未超過系統(tǒng)預(yù)設(shè)的最低檢測閾值，則判定為偶然干擾，不進(jìn)行任何測算處理，并重復(fù)上述步驟(3);
(7 )如果統(tǒng)計到的數(shù)量超過系統(tǒng)預(yù)設(shè)的最低檢測閾值，則該檢測控制器根據(jù)無法讀取的RFID標(biāo)簽的位置、數(shù)量以及相鄰RFID標(biāo)簽的固定布設(shè)間距實時測算該超高頻RFID標(biāo)簽矩陣中人員的數(shù)量和分布位置；
(8 )該檢測控制器根據(jù)RFID標(biāo)簽無法讀取的先后順序和時間間隔實時測算人員的移動方向和移動速度；
(9 )將測算結(jié)果數(shù)據(jù)信息傳送至上位系統(tǒng)，并重復(fù)上述步驟(3 )。
該進(jìn)行分布式人員定位監(jiān)測的方法中的根據(jù)RFID標(biāo)簽無法讀取的先后順序和時間間隔實時計算人員的移動方向和移動速度，包括以下步驟
(11) 檢測控制器根據(jù)RHD標(biāo)簽無法讀取和恢復(fù)讀取的先后次序?qū)崟r計算出人體在該超高頻RFID標(biāo)簽矩陣中移動的方向；
(12) 檢測控制器根據(jù)RFID標(biāo)簽無法讀取和恢復(fù)讀取的時間間隔實時計算出人體在該超高頻RFID矩陣中移動的速度。
5該進(jìn)行分布式人員定位監(jiān)測的方法中的監(jiān)測天線陣列中的天線均為窄波束的探測天線， 且相鄰的^:測天線的電波覆蓋區(qū)域部分重疊，所迷的方法中還包括以下步驟
(10 )檢測控制器根據(jù)相對于人體在各個不同角度的探測天線所測得的無法讀取的RFID 標(biāo)簽的遮擋投影估算人員的身高。
采用了該發(fā)明的RFID矩陣分布式人員定位監(jiān)測系統(tǒng)檢測控制器及其監(jiān)測方法，由于其 接受上位系統(tǒng)的指令，控制監(jiān)測天線陣列定時掃描地面的RFID標(biāo)簽矩陣，巧妙利用了高頻 電磁波易被水吸收而衰減的特性，并利用人體遮擋固定布設(shè)于地面下的超高頻RFID標(biāo)簽矩 陣而產(chǎn)生無法讀取的效應(yīng)實時監(jiān)測矩陣區(qū)域內(nèi)人員的數(shù)量、分布、移動方向和移動速度，而 且還可以根據(jù)人體在各個不同角度天線測得遮擋投影，精確標(biāo)定人員，估算出人員的身高， 并將測算數(shù)據(jù)傳送給上位系統(tǒng)，不僅能夠有效對人員進(jìn)行定位監(jiān)測，而且整個控制器的結(jié)構(gòu) 簡單實用，生產(chǎn)成本4交^L工作性能穩(wěn)定可靠，適用范圍較為廣泛，為RFID的廣泛應(yīng)用以 及區(qū)域定位監(jiān)測技術(shù)的進(jìn)一步普及和發(fā)展奠定了堅實的基礎(chǔ)。


圖1為本發(fā)明的RFID矩陣分布式人員定位監(jiān)測系統(tǒng)檢測控制器的整體結(jié)構(gòu)示意圖。 圖2為本發(fā)明的RFID矩陣分布式人員定位監(jiān)測方法的工作流程圖。
具體實施例方式
為了能夠更清楚地理解本發(fā)明的技術(shù)內(nèi)容，特舉以下實施例詳細(xì)說明。
該RFID矩陣分布式人員定位監(jiān)測系統(tǒng)檢測控制器，包括固定布設(shè)于監(jiān)測區(qū)域地面下方 的超高頻RFID標(biāo)簽矩陣、設(shè)置于監(jiān)測區(qū)域上方的監(jiān)測天線和與該監(jiān)測天線相連接的監(jiān)測控 制裝置，所迷的的超高頻RFID標(biāo)簽的頻率范圍為400MHz - 2.4GHz。
其中，該超高頻RFID標(biāo)簽矩陣按照系統(tǒng)預(yù)設(shè)的固定布設(shè)間距和排列方式埋置布設(shè)于監(jiān) 測區(qū)域地面下方，所述的固定布設(shè)間距為當(dāng)人體直立時垂直投影至少覆蓋2個以上的超高頻 RFID標(biāo)簽，且每個監(jiān)測天線的電波覆蓋區(qū)域中不超過100個超高頻RFID標(biāo)簽。
同時，所述的監(jiān)測天線為窄波束的探測天線，且相鄰的監(jiān)測天線的電波覆蓋區(qū)域部分重疊。
請參閱圖1所示，該RFID矩陣分布式人員定位監(jiān)測系統(tǒng)檢測控制器，所述的監(jiān)測系統(tǒng) 包括固定布設(shè)于監(jiān)測區(qū)域地面下方的超高頻RFID標(biāo)簽矩陣、設(shè)置于監(jiān)測區(qū)域上方的監(jiān)測天 線陣列，所迷的監(jiān)測天線陣列與該檢測控制器相連接，其中，所迷的檢測控制器包括中夾控 制單元、射頻功能模塊、數(shù)據(jù)存儲功能模塊、輸入/輸出接口模塊和電源控制模塊，所迷的中央控制單元分別與所述的射頻功能模塊、數(shù)據(jù)存儲功能模塊和輸入/輸出接口模塊相連接，所 述的電源控制模塊分別與所述的中央控制單元、射頻功能模塊、數(shù)據(jù)存儲功能模塊和輸入/輸 出接口模塊相連接。
其中，所述的中央控制單元為嵌入式MCU控制單元；所述的射頻功能模塊包括天線接 口、 RFID射頻信號發(fā)生模塊和數(shù)據(jù)調(diào)制解調(diào)單元，所述的中央控制單元依此通過所述的數(shù)據(jù) 調(diào)制解調(diào)單元、RFID射頻信號發(fā)生器和天線接口相連接；所述的輸入/輸出接口模塊包含鍵 盤/鼠標(biāo)接口、顯示器接口、網(wǎng)絡(luò)接口、 USB接口和標(biāo)準(zhǔn)串行接口。
再請參閱圖2所示，該利用上述的檢測控制器進(jìn)行分布式人員定位監(jiān)測的方法，其主要 特點是，所述的方法包括以下步驟
(1 )檢測控制器在接通電源后先進(jìn)行系統(tǒng)初始化和設(shè)備自檢操作；
(2 )該檢測控制器對所布設(shè)的超高頻RFID標(biāo)簽矩陣中的RFID標(biāo)簽逐一進(jìn)行編號定位， 并建立標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)簽矩陣參數(shù)表；
(3 )該檢測控制器確認(rèn)設(shè)備正常并設(shè)定所有工作參數(shù)后定期輪流開通監(jiān)測天線陣列中的 每個天線對其電波覆蓋區(qū)域中的各個超高頻RFID標(biāo)簽進(jìn)行探測讀取；
(4)如果全部的超高頻RFID標(biāo)簽均能夠進(jìn)行讀取，則重復(fù)上述步驟(3);
(5 )如果有部分超高頻RFID標(biāo)簽讀取不到，則統(tǒng)計未讀到的超高頻RFID標(biāo)簽的數(shù)量；
(6) 如果統(tǒng)計到的數(shù)量未超過系統(tǒng)預(yù)設(shè)的最低檢測閾值，則判定為偶然干擾，不進(jìn)行任 何測算處理，并重復(fù)上述步驟(3);
(7) 如果統(tǒng)計到的數(shù)量超過系統(tǒng)預(yù)設(shè)的最低檢測閾值，則該檢測控制器根據(jù)無法讀取的 RFID標(biāo)簽的位置、數(shù)量以及相鄰RFID標(biāo)簽的固定布設(shè)間距實時測算該超高頻RFID標(biāo)簽矩 陣中人員的數(shù)量和分布位置；
(8 )該檢測控制器根據(jù)RFID標(biāo)簽無法讀取的先后順序和時間間隔實時測算人員的移動 方向和移動速度，包括以下步驟:
(a)檢測控制器根據(jù)RFID標(biāo)簽無法讀取和恢復(fù)讀取的先后次序?qū)崟r計算出人體在 該超高頻RFID標(biāo)簽矩陣中移動的方向；
(b )檢測控制器根據(jù)RFID標(biāo)簽無法讀取和恢復(fù)讀取的時間間隔實時計算出人體在 該超高頻RFID矩陣中移動的速度； (9)將測算結(jié)果數(shù)據(jù)信息傳送至上位系統(tǒng)，并重復(fù)上述步驟(3)。 (10 )檢測控制器根據(jù)相對于人體在各個不同角度的探測天線所測得的無法讀取的RFID 標(biāo)簽的遮擋投影估算人員的身高。在實際使用當(dāng)中，為了實現(xiàn)本發(fā)明的監(jiān)測系統(tǒng)，需要在地面固定布設(shè)超高頻RFID標(biāo)簽 矩陣，利用人體遮擋造成RFID標(biāo)簽無法讀取的效應(yīng)，可以實時監(jiān)測矩陣區(qū)域內(nèi)人員的數(shù)量、 分布、移動方向和移動速度。
所述的檢測控制器硬件由中央控制單元、射頻單元、數(shù)據(jù)存儲單元和輸入/輸出接口四大 部分組成，中央控制單元為嵌入式MCU;射頻單元即RFID射頻信號發(fā)生器和數(shù)據(jù)調(diào)制/解調(diào) 模塊；輸入/輸出接口包含鍵盤/鼠標(biāo)接口、顯示器接口、網(wǎng)絡(luò)接口以及USB接口和標(biāo)準(zhǔn)的串 行接口。具體的硬件架構(gòu)請參閱圖1所示。
該檢測控制器的工作流程請參閱圖2所示。檢測控制器接通電源，首先進(jìn)行系統(tǒng)初始化， 自檢設(shè)備，設(shè)定標(biāo)簽矩陣參數(shù)表；確認(rèn)設(shè)備正常并設(shè)好所有工作參數(shù)后，系統(tǒng)開始定期輪流 開通天線陣列的每個天線讀耳又地面RFID矩陣中的標(biāo)簽，當(dāng)發(fā)現(xiàn)有部分標(biāo)簽讀取不到時，統(tǒng) 計未讀到標(biāo)簽的數(shù)量，如果數(shù)量超過最低檢測閾值，即根據(jù)預(yù)設(shè)算法測算矩陣中的人員數(shù)量 和位置；如果未讀到標(biāo)簽數(shù)量低于最低檢測閾值，系統(tǒng)判定為偶然干擾，不進(jìn)行測算，繼續(xù) 下一輪的標(biāo)簽讀取。
具體的，根據(jù)監(jiān)測系統(tǒng)對矩陣中RFID標(biāo)簽的讀取情況，當(dāng)前D2、 D3、 D4位置處的RFID 標(biāo)簽未讀到，根據(jù)系統(tǒng)預(yù)設(shè)的的RFID標(biāo)簽間距測算，在D1-D4區(qū)域有一個人體遮擋了地 面的RFID標(biāo)簽；當(dāng)人體移動時，周圍的RFID標(biāo)簽相繼被遮擋，而原來被遮擋的RFID標(biāo)簽 又恢復(fù)識別，根據(jù)恢復(fù)識別和被遮擋RFID標(biāo)簽先后次序，可以換算出人體在矩陣中移動的 方向；根據(jù)RFID標(biāo)簽被遮擋和恢復(fù)識別的時間間隔，可以測算出人體在矩陣中移動的速度。
RFID標(biāo)簽的布設(shè)間距以人體直立時垂直投影至少覆蓋2個以上RFID標(biāo)簽為宜，但也不 可太密，以每個探測天線電波覆蓋區(qū)域不超過100個RFID標(biāo)簽為宜。同時相鄰天線的覆蓋 區(qū)要互相重疊，以提高監(jiān)測精度。
采用了上述的RFID矩陣分布式人員定位監(jiān)測系統(tǒng)檢測控制器及其監(jiān)測方法，由于其接 受上位系統(tǒng)的指令，控制監(jiān)測天線陣列定時掃描地面的RFID標(biāo)簽矩陣，巧妙利用了高頻電 磁波易被水吸收而衰減的特性，并利用人體遮擋固定布設(shè)于地面下的超高頻RFID標(biāo)簽矩陣 而產(chǎn)生無法讀取的效應(yīng)實時監(jiān)測矩陣區(qū)域內(nèi)人員的數(shù)量、分布、移動方向和移動速度，而且 還可以根據(jù)人體在各個不同角度天線測得遮擋投影，精確標(biāo)定人員，估算出人員的身高，并 將測算數(shù)據(jù)傳送給上位系統(tǒng)，不僅能夠有效對人員進(jìn)行定位監(jiān)測，而且整個控制器的結(jié)構(gòu)簡 單實用，生產(chǎn)成本較低，工作性能穩(wěn)定可靠，適用范圍較為廣泛，為RFID的廣泛應(yīng)用以及 區(qū)域定位監(jiān)測技術(shù)的進(jìn)一步普及和發(fā)展奠定了堅實的基礎(chǔ)。
在此說明書中，本發(fā)明已參照其特定的實施例作了描述。但是，很顯然仍可以作出各種
8修改和變換而不背離本發(fā)明的精神和范圍。因此，說明書和附圖應(yīng)被認(rèn)為是說明性的而非限
制性的。
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權(quán)利要求
1、一種RFID矩陣分布式人員定位監(jiān)測系統(tǒng)檢測控制器，所述的監(jiān)測系統(tǒng)包括固定布設(shè)于監(jiān)測區(qū)域地面下方的超高頻RFID標(biāo)簽矩陣、設(shè)置于監(jiān)測區(qū)域上方的監(jiān)測天線陣列，所述的監(jiān)測天線陣列與該檢測控制器相連接，其特征在于，所述的檢測控制器包括中央控制單元、射頻功能模塊、數(shù)據(jù)存儲功能模塊、輸入/輸出接口模塊和電源控制模塊，所述的中央控制單元分別與所述的射頻功能模塊、數(shù)據(jù)存儲功能模塊和輸入/輸出接口模塊相連接，所述的電源控制模塊分別與所述的中央控制單元、射頻功能模塊、數(shù)據(jù)存儲功能模塊和輸入/輸出接口模塊相連接。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的RFID矩陣分布式人員定位監(jiān)測系統(tǒng)檢測控制器，其特征在于， 所述的中央控制單元為嵌入式MCU控制單元。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的RFID矩陣分布式人員定位監(jiān)測系統(tǒng)檢測控制器，其特征在于， 所述的射頻功能模塊包括天線接口、 RFID射頻信號發(fā)生模塊和數(shù)據(jù)調(diào)制解調(diào)單元，所述的中 央控制單元依此通過所述的數(shù)據(jù)調(diào)制解調(diào)單元、RFID射頻信號發(fā)生器和天線接口相連接。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的RFID矩陣分布式人員定位監(jiān)測系統(tǒng)檢測控制器，其特征在于， 所述的輸入/輸出接口模塊包含鍵盤/鼠標(biāo)接口、顯示器接口、網(wǎng)絡(luò)接口、 USB接口和標(biāo)準(zhǔn)串 行接口。
5、 一種利用權(quán)利要求1所述的檢測控制器進(jìn)行分布式人員定位監(jiān)測的方法，其特征在于， 所述的方法包括以下步驟(1 )檢測控制器在接通電源后先進(jìn)行系統(tǒng)初始化和設(shè)備自檢操作；(2 )該檢測控制器對所布設(shè)的超高頻RFID標(biāo)簽矩陣中的RFID標(biāo)簽逐一進(jìn)行編號定位， 并建立標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)簽矩陣參數(shù)表；(3 )該檢測控制器確認(rèn)設(shè)備正常并設(shè)定所有工作參數(shù)后定期輪流開通監(jiān)測天線陣列中的 每個天線對其電波覆蓋區(qū)域中的各個超高頻RFID標(biāo)簽進(jìn)行探測讀?。?4)如果全部的超高頻RFID標(biāo)簽均能夠進(jìn)行讀取，則重復(fù)上述步驟(3);(5 )如果有部分超高頻RFID標(biāo)簽讀取不到，則統(tǒng)計未讀到的超高頻RFID標(biāo)簽的數(shù)量；(6)如杲統(tǒng)計到的數(shù)量未超過系統(tǒng)預(yù)設(shè)的最低檢測閾值，則判定為偶然干擾，不進(jìn)行任 何測算處理，并重復(fù)上述步驟(3);(7 )如果統(tǒng)計到的數(shù)量超過系統(tǒng)預(yù)設(shè)的最低檢測閾值，則該檢測控制器根據(jù)無法讀取的 RFID標(biāo)簽的位置、數(shù)量以及相鄰RFID標(biāo)簽的固定布設(shè)間距實時測算該超高頻RFID標(biāo)簽矩陣中人員的數(shù)量和分布位置；(8 )該檢測控制器根據(jù)RFID標(biāo)簽無法讀取的先后順序和時間間隔實時測算人員的移動 方向和移動速度；(9)將測算結(jié)果數(shù)據(jù)信息傳送至上位系統(tǒng)，并重復(fù)上述步驟(3)。
6、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的進(jìn)行分布式人員定位監(jiān)測的方法，其特征在于，所述的根據(jù) RFID標(biāo)簽無法讀取的先后順序和時間間隔實時計算人員的移動方向和移動速度，包括以下步 驟(11 )檢測控制器根據(jù)RFID標(biāo)簽無法讀取和恢復(fù)讀取的先后次序?qū)崟r計算出人體在該 超高頻RFID標(biāo)簽矩陣中移動的方向；(12)檢測控制器根據(jù)RFID標(biāo)簽無法讀取和恢復(fù)讀取的時間間隔實時計算出人體在該 超高頻RFID矩陣中移動的速度。
7、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的進(jìn)行分布式人員定位監(jiān)測的方法，其特征在于，所述的監(jiān)測天 線陣列中的天線均為窄波束的探測天線，且相鄰的探測天線的電波覆蓋區(qū)域部分重疊，所述 的方法中還包括以下步驟(10 )檢測控制器根據(jù)相對于人體在各個不同角度的探測天線所測得的無法讀取的RFID 標(biāo)簽的遮擋投影估算人員的身高。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種RFID矩陣分布式人員定位監(jiān)測系統(tǒng)檢測控制器及方法，檢測控制器的中央控制單元與射頻功能模塊、數(shù)據(jù)存儲功能模塊和輸入/輸出接口模塊連接，電源控制模塊與中央控制單元、射頻功能模塊、數(shù)據(jù)存儲功能模塊和輸入/輸出接口模塊連接。方法包括對標(biāo)簽矩陣中的標(biāo)簽逐一編號定位建立標(biāo)準(zhǔn)矩陣表、對標(biāo)簽探測讀取、根據(jù)無法讀取的標(biāo)簽位置、數(shù)量及相鄰標(biāo)簽的固定布設(shè)間距測算標(biāo)簽矩陣中人員數(shù)量和位置及人員移動方向和速度。采用了上述的RFID矩陣分布式人員定位監(jiān)測系統(tǒng)檢測控制器及其監(jiān)測方法，能夠有效對人員進(jìn)行定位監(jiān)測，結(jié)構(gòu)簡單，成本較低，工作性能穩(wěn)定可靠，適用范圍較為廣泛，為區(qū)域定位監(jiān)測技術(shù)的進(jìn)一步普及和發(fā)展奠定了堅實的基礎(chǔ)。
文檔編號G01S13/74GK101464518SQ20081020507
公開日2009年6月24日 申請日期2008年12月30日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月30日
發(fā)明者鄭之敏 申請人:鄭之敏