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        基于RFID局域定位技術(shù)和應(yīng)用研究

        2015-04-13 20:52:02涂序枝
        無線互聯(lián)科技 2015年3期
        關(guān)鍵詞:射頻識別定位

        涂序枝

        摘 要:局域定位感知系統(tǒng)以及無線網(wǎng)絡(luò)定位研究備受關(guān)注,其中射頻識別技術(shù)(RFID)是20世紀(jì)90年代興起的自動識別技術(shù)。由于射頻標(biāo)簽具有數(shù)據(jù)信息量大、抗干擾能力強、識別速度快、價格低廉等優(yōu)點,所以射頻識別技術(shù)(RFID)被廣泛地應(yīng)用于電子身份識別和跟蹤定位領(lǐng)域。

        關(guān)鍵詞:RFID;射頻識別;定位

        1 引言

        隨著社會的發(fā)展,如何利用局域定位技術(shù)更快更準(zhǔn)確更全面地獲取位置的數(shù)據(jù)信息,成為如今物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的重要課題。RFID自動識別技術(shù)可以通過無線信號識別特定目標(biāo),并讀寫有關(guān)數(shù)據(jù)。RFID技術(shù)具有非視距、非接觸、成本低和定位精度高等優(yōu)點。目前,將RFID技術(shù)應(yīng)用到局域定位系統(tǒng),局域定位技術(shù)在近年來受到研究人員的關(guān)注[1]。

        2 RFID局域定位系統(tǒng)組成

        在RFID定位系統(tǒng)中,定位系統(tǒng)結(jié)構(gòu)主要組成部件有:數(shù)據(jù)信息處理終端(PC)、標(biāo)簽、天線和閱讀器,如圖1所示。

        標(biāo)簽:由耦合原件和芯片組成,即為帶有天線的芯片,每個標(biāo)簽具有唯一的電子編碼。

        閱讀器:閱讀器是讀取或?qū)懭霕?biāo)簽信息的設(shè)備,通過射頻收發(fā)器接收目標(biāo)簽的已編碼射頻信號,對標(biāo)簽的認證識別信息進行解碼。

        天線:天線是標(biāo)簽與閱讀器之間傳輸數(shù)據(jù)的發(fā)射、接收裝置。

        數(shù)據(jù)信息處理終端(PC):后臺數(shù)據(jù)處理終端通過有線或者無線的方式收集閱讀器讀取相關(guān)數(shù)據(jù)信息,處理終端可以通過相關(guān)程序?qū)FID定位系統(tǒng)進行配置[2],并獲取定位信息。

        3 典型的定位算法

        3.1 時間測距的定位算法(TOA)

        TOA算法是通過獲得閱讀器發(fā)射的信號到達目標(biāo)再返回閱讀器的時間,然后根據(jù)時間計算距離來定位的一種方式。該算法至少需要3個參考點定位1個標(biāo)簽?zāi)繕?biāo),該算法要求標(biāo)簽和閱讀器在時間上要保持同步。若已知終端i到天線的直線距離ri,可根據(jù)幾何原理確定它在以i為圓心ri為半徑的圓周上,其終端位置(xo,yo)與天線位置(xi,yi)之間滿足如下關(guān)系:

        由已知的終端與三個天線之間的距離,再以三個天線所在的位置為圓心,終端與三個天線之間的距離為半徑畫圓,則可以由三個圓的交點確定出終端所在的位置。對于i=1,2,3,可得到三個方程組,即可得到終端的位置(xo,yo)。

        3.2 基于信號接收強度的定位( RSSI)

        該算法通過讀寫器接收到的功率,計算出標(biāo)簽的距離[3-4]。使用信號強度可以構(gòu)建RFID定位系統(tǒng),無線信號接收功率 和發(fā)射功率 之間的關(guān)系可以用以下公式表示。式中d為發(fā)射器和接收器之間的距離,n為傳播因子,其數(shù)值由無線信號區(qū)域的傳播環(huán)境決定。A的數(shù)值是無線收發(fā)節(jié)點間相距1m時接收節(jié)點所接收到的無線信號功率數(shù)值,可得到如下關(guān)系。

        3.3 基于AOA算法的定位系統(tǒng)

        AOA算法是利用陣列天線來實現(xiàn)定位的,能夠檢測到信號反射回來的方向,可以得知這個信號在這條線上。當(dāng)有2個基站,2條直線交于一點,這一個交點就是目標(biāo)標(biāo)簽的位置。該方法的優(yōu)點就是定位精度比較高,對于AOA典型算法的定位系統(tǒng)[3-4],用2對閱讀器得到2個標(biāo)簽波達方向的傾斜角θ1和θ2,H是2個由2對閱讀器組成的線段的中心之間的距離,其關(guān)系如下。

        4 RFID 定位技術(shù)應(yīng)用研究模型

        隨著RFID技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴展和商業(yè)化。基于RFID定位的應(yīng)用涉及到工廠裝配流水線、航空行李、醫(yī)藥管理、汽車防盜、物流和供應(yīng)管理、圖書館管理、醫(yī)療設(shè)備、商品防偽、門禁系統(tǒng)、跟蹤定位和電子身份識別等眾多領(lǐng)域。下面給出了幾種典型的應(yīng)用領(lǐng)域。

        4.1 醫(yī)藥管理系統(tǒng)應(yīng)用

        目前醫(yī)藥服務(wù)主要依靠人力,為了提高醫(yī)藥服務(wù)水平,減低了人工操作誤操作率,一些醫(yī)藥機構(gòu)采用了基于RFID 的定位系統(tǒng)[5]。目前醫(yī)藥服務(wù)使用該系統(tǒng)監(jiān)控醫(yī)藥流向以及出庫入庫情況,完善醫(yī)院管理藥物的管理,提高了藥品過期管理的效率。

        4.2 倉儲管理

        對于倉儲來說,快速準(zhǔn)確實現(xiàn)采購控制、提高了貨品查詢的準(zhǔn)確性、改善了盤點作業(yè)的質(zhì)量、減低了庫存管理的成本、加快了貨品出入庫的速度,從而增大庫存中心的進出量是目前倉儲管理的目標(biāo)[6]。

        4.3 煤礦生產(chǎn)安全系統(tǒng)

        為了實時獲取礦井人員作業(yè)情況,防止各種安全事故發(fā)生,在事故發(fā)生時能夠快速準(zhǔn)確地定位工人位置是目前 RFID定位系統(tǒng)應(yīng)用的主要方面。如今一些RFID定位系統(tǒng)已用于煤礦,這些系統(tǒng)可以監(jiān)控地下環(huán)境,發(fā)生危險時能夠引導(dǎo)工人避險。

        5 結(jié)語

        隨著定位感知系統(tǒng)以及無線技術(shù)的發(fā)展,RFID局域定位技術(shù)在物聯(lián)網(wǎng)各個領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用,RFID定位技術(shù)也必將越來越多地得到人們的關(guān)注和持續(xù)的研究與投入。發(fā)揮RFID定位技術(shù)的特點,不斷提高定位精度,終會實現(xiàn)更加精準(zhǔn)和完美的定位服務(wù)。

        [參考文獻]

        [1]中國射頻識別(RFID)技術(shù)政策編委會.中國射頻識別(RFID)技術(shù)政策白皮書[M].北京:中華人民共和國科學(xué)技術(shù)部等十五部委,2006.

        [2孫瑜.射頻識別室內(nèi)定位算法研究[D].成都:西南交通大學(xué),2005.

        [3]BOUET M,SANTOS A L D.RFID tags:positioning principles and localization techniques[EB/OL].(2008-11-27)[2012-02-12].

        [4]吳浩權(quán).基于RFID的室內(nèi)無線定位技術(shù)研究[J].電聲技術(shù),2013,37(3):76-78.

        [5]彭力.無線射頻識別(RFID)技術(shù)基礎(chǔ)[M].北京:北京航空航天大學(xué)出版社,2012.

        [6]趙軍輝.射頻識別技術(shù)與應(yīng)用[M].北京:機械工業(yè)出版社,2008.

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