CN102073839A - 使用激光器光探测唤醒的远距离选择性的rfid - Google Patents

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Abstract

本发明涉及使用激光器光探测唤醒的远距离选择性的RFID。一种数据传输系统包括具有射频发射器和接收器和激光器的射频识别(RFID)读取器。数据传输系统还包括在容器上的RFID标签，其具有与标签中的电子电路耦合的、在来自激光器的光没有照在光敏设备时处于第一状态，在来自激光器的光照在光敏设备时处于第二状态的第一光敏设备，以使RFID标签只有在来自激光器的光束照在光敏设备时发送信号。当RFID读取器距离RFID标签40英尺或更远时，射频发射器向RFID标签提供足够向接收器发送可由RFID读取器解码的信号的功率。

Description

使用激光器光探测唤醒的远距离选择性的RFID 
技术领域
本发明涉及射频识别(RFID)，尤其涉及使用激光器光探测唤醒的远距离选择性的RFID。 
背景技术
在自动识别和数据采集(AIDC)业中，通常采用激光扫描或2D成像实现远距离条形码读取。两种方法都具有缺点，主要是由于被探测信号的低信噪比。比如，在使用激光探测器时，必须使光束聚焦在长距离上以保证可以读取条形码。 
在这些应用中一般不使用RFID，因为RFID是非指向的，所以在存在基本上处于同一位置的许多RFID标签时的环境下难以定位要读取的特定物品。 
为了允许在单一条形码符号中对大量数据编码，发展出了许多1D堆叠条码符号系统，其把编码数据分割成多个行，每行包括各自的1D条形码图案，其中所有或大部分都必须被扫描并解码，接着被链接在一起以形成完整的消息。扫描只在一个方向上仍需要相对较高的分辨率，但是为读取整个符号需要多个线性扫描。 
已经发展出了一类所谓二维(2D)矩阵符号系统的条形码符号系统，其提供免定向扫描和比1D符号系统大的数据密度和容量。伴随着图形探示器，定向和参考结构，2D矩阵码把数据编码作为常规多边形矩阵中的暗或亮数据单元。 
通常，无论是便携或是其他的读取器，都可以包括直接控制容纳在条形码读取器中的各种电子部件操作的中央处理器。比如，中央处理器控制键盘输入的探测、显示特征、触发探测以及条形码的读取和解码功能。 
关于这样的系统的努力已经引发了持续的研发以提高它们的多功能性、实用性以及效率。 
发明内容
一种数据传输系统，包括： 
a)射频识别(RFID)读取器，包括： 
i)射频发射器和接收器； 
ii)手持设备中的激光器；和 
b)容器上的RFID标签，包括： 
i)与电子电路耦合的标签天线，用于从所述射频发射器接收无线电信号和向所述接收器发送射频信号； 
ii)与所述电子电路耦合的第一光敏设备，在来自所述激光器的光没有照在所述光敏设备上时处于第一状态，在来自所述激光器的光照在所述光敏设备上时处于第二状态，以使所述RFID标签只有在来自所述激光器的光束照在所述光敏设备上时发送信号； 
c)其中所述射频发射器向所述RFID标签提供足够为所述电子电路供电并向所述接收器发送能由所述RFID读取器解码的信号的功率； 
d)其中所述RFID读取器距离所述RFID标签至少有40英尺。 
一种从与RFID读取器距离至少40英尺的射频识别(RFID)标签向RFID读取器发送射频数据的方法，包括以下步骤： 
从所述RFID读取器中的天线向RFID标签中的与所述RFID标签中的电子电路耦合的天线发送射频信号，所述射频信号具有足够的功率以为所述电子电路供电并向接收器发送能由所述RFID读取器解码的信号； 
向在所述RFID标签内与所述RFID标签内的电子电路耦合并且进而与所述RFID标签中的天线耦合的第一光敏设备发送激光束； 
其中响应于接收到从所述RFID读取器天线发送的信号和激光束照在所述第一光敏设备上，所述RFID标签将往回向所述RFID读取器发送信号。 
附图说明
一般而言，从下面与相关附图相结合的更详细的说明中可以更好的理解上述的以及其他的特征、特性、优点以及本发明： 
图1为依照本发明的至少一个实施例的标记读取器的透视图； 
图2为图1的标记读取器的局部框图； 
图3为图1所示的标记读取器的图解横截面； 
图4A、4B、4C、4D和4E为配合图1所示的标记读取器使用的RFID标签的三个实施例的组合项视图和电路图； 
图5为容器堆，每个容器具有图2中所示的RFID标签； 
应当认识到，为了达到清楚的目的并且在被认为合适的情况下，在图中重复参考标记来指示相应的特征。同样的，为更加清楚地表示本发明，在一些情况下，图中多个对象的相对尺寸被变形。 
具体实施方式
现在将参考在附图中所示的本发明的示例性实施例。但是，本发明可以多种形式体现，并不应当被认作只限于在此所述的实施例中。而是，详细地描述这些代表性实施例以使得该公开能够透彻和完整，并能向本领域的技术人员充分表达本发明应用的范围、结构、业务、功能性以及潜力。 
参照图1，可以是便携数据终端(PDT)(称为“PDT 100”)的示例性手持标记读取器100包括外壳105，位于触摸屏1095下面的显示器1094和键盘1090。键盘1090包括扫描按钮1050和指针控制器键1060。触摸屏1095和键盘1090提供输入以控制PDT 100的外壳105内的电子器件和成像组件的操作。 
图2中显示了根据本发明的实施例的、包括与RFID读取器单元1250联合操作的激光器1200的PDT 100的框图。通过处理器IC芯片1030的操作，PDT100接收并处理来自RFID读取单元1250和成像模块1140的各种输入，并控制各种输出，比如经由无线传输模块(未示出)到显示器1094和其他终端的各种采集的事务数据的输出。在图2的实施例中，处理器IC芯片1030包括中央处理单元或CPU 1005。除了CPU 1005外，存储器1020可以部分地或者全部包括在处理器IC芯片1030中，并且部分地或全部地在多个存储器IC芯片中，比如EPROM IC芯片1022，RAM IC芯片1021以及闪存IC芯片1023中。EPROM IC芯片1022，RAM IC芯片1021和闪存IC芯片1023或者其他非易失性存储设备可以经由系统总线1045与微处理器IC芯片1030通信。在数据采集设备100启动时，处理器IC芯片1030依照典型地加载入RAM 1021的操作系统(OS)操作。设备的操作系统使处理器IC芯片1030能够识别来自用户输入接口部件的输入，比如扫描按钮1050，键盘/键区1090和触摸屏1095，能够发送输出到输出接口，比如显示器1094，能够调度任务，能够管理文件和目录以及能够控 制诸如输入/输出设备的其他部件。对于PDT 100合适的操作系统的例子包括WINDOWS XP，LINUX，WINDOWS CE，OSX。 
PDT 100可以包括可包括指针的图形用户接口(GUI)。操作者使用指针控制器键1060移动指针以在显示器1094上显示的各种显示的(有些时候可以为“虚拟的”)控制按钮之间进行选择。还可以显示虚拟的控制按钮用于在各种菜单选项之间进行选择。配置PDT 100以使得通过在触摸屏1095上使用手指或指示笔物理按压显示的图标或文本来选择显示的菜单选项。 
如图2所示的RFID读取器单元1250包括RF振荡器和接收器部1252以及数据解码处理电路1254。RFID读取器单元1250可以配置为从可以被设置在容器1202上的RFID标签，比如标签1260，读取RF已编码数据。在RFID读取器单元1250配置为从RFID标签1260读取RF已编码数据的情况下，RF振荡器和接收器电路1252从天线1255向标签1260发送载波信号。RFID标签1260把载波能量转化为DC电压以为标签1260供电，并且标签1260中的应答器被启动以发射表示已编码标签数据的无线电信号。RF振荡器和接收器电路1252依次从标签接收无线电信号，并将数据转换转化为数字格式。典型地，包括低价微处理器IC芯片的数据解码处理电路1254对由RF振荡器和接收器电路1252接收的已接收无线电信号信息进行解码，以对最初编码进RFID标签1260的已编码识别数据解码。RFID标签1210可以是无源的(标签中没有电池)或是半无源的或是电池辅助无源的(标签中有电池)或是另一类EPC全球标准标签。如这里所使用的，来自RFID标签的传输概念包括无源传输，比如经由已调制的来自RFID读取器的RF信号的反向散射。 
RFID 1260包括用于接收来自激光器1200的光的透明窗1262。RF振荡器和接收器1252协同操作来自激光器1200的光，所以当激光照射在激光标签1260内的电路时，来自激光器1200的光使能RFID标签1260，这在下面将更详细地说明。 
如图2所示的PDT 100也可以包括成像组件1140，其包括图像传感器芯片58，照明子系统6316，瞄准子系统6618，成像光学器件61和现场可编程门阵列(FPGA)1180。如图2所示，照明配置或子系统6316在容器1202上投射照明图案6390，而瞄准配置或子系统6618在容器1202上投射瞄准图案6392。成像光学器件61将图像聚焦在也可以包括图像传感控制电路、图像信号调整电路 和模数转换器的图像传感器芯片58的有效表面上。在处理器IC芯片1030的控制下操作，FPGA 1180管理进入RAM 1021的图像数据的捕获。 
当在条形码解码操作模式下由PDT 100启动触发按钮1050时，处理器IC芯片1030自动地给图像传感器芯片58发送适合的控制信号。图像传感器芯片58作为响应自动使图像传感器芯片58的光敏像素变亮并产生图像信号。之后，模数转换器自动地将图像信号转化为数字值。FPGA 1180接收并传送数字值到RAM 1021以捕获表示携带标记的容器1202的电子图像，如条形码符号1204。根据存储在ROM 1022中的条形码解码程序，处理器IC芯片1030可以尝试对在捕获的电子图像表示代表的条形码符号解码。响应于正产生的触发信号，图像数据的捕获和图像数据的解码自动发生。在启动触发器1050时可以产生触发信号。只要启动触发器1050，处理器IC芯片1030便可以配置为持续地捕获图像数据和尝试对其中代表的条形码符号解码。 
图3为PDT 100的图解横截面。如图3所示，激光器1200从PDT 100的前端投射出激光束。RFID天线1255可以是指向与激光器相同方向的指向天线。也就是说，这样设置是为了使辐射自天线1255的最大功率在与来自激光器1200的光束相同方向上，以当其他RFID读取器在与PDT 100相同的区域内有效的情况下，在RFID天线1200发射的信号和RFID标签1260之间提供更好的隔离。这样，在一定程度上，由其他RFID读取器激活的其他RFID标签产生的信号可以与PDT 100隔离。 
图4A、4B、4C和4D是本发明各自使用的RFID标签20、30、40和50。图4A中，RFID标签20包括通过串联光敏设备24耦合到天线26的RFID芯片22。在RFID标签20封装中的透明窗1262允许来自激光器1200的光照在光敏设备24上。光敏设备24可以是几种类型的光敏设备中的任一种，比如光电晶体管等。在本发明的一个实施例中，光敏设备24不由环境光，如阳光和内部光源来激活，但是对激光器1200产生的频率上的光敏感，这样除非在预定频率范围内的光照在光敏设备24上，否则RFID标签20的激活不会发生。光敏设备24在没有在预定频率范围内的光时是不导通的，从而将天线26与RFID芯片22隔离，当来自激光器1200的光照在设备24上时是导通的，从而将天线耦合到RFID芯片22上。透明窗1262可以包括滤波器28，其使来自激光器1200的光通过但是衰减其他频率的光从而减少了RFID标签20在错误时间被激活的可能 性。 
如图4B所示的实施例，光敏设备32连接到RFID芯片34内的电路节点，天线26连接到RFID芯片34。光敏设备32和RFID芯片34的直接连接提供了光敏设备32和RFID芯片34的相互作用的替换模式。在一种模式中，光敏设备32采用与光敏设备24相同的方式操作并当激光器1200(其使得RFID芯片34能够响应RFID读取器单元1250)使其导通时简单地完成在RFID芯片34内两个节点之间的连接，当两节点之间的连接受到光敏设备32阻碍时阻止RFID芯片34的操作。可替换地，RFID芯片34可以在光敏设备32交替导通和非导通的状态持续期间探测来自激光器1200的已调制光脉冲，并只有当RFID标签30接收特定类型的已调制光脉冲时使能RFID芯片34。在另一种变化中，来自激光器1200的光脉冲可以向RFID芯片34发送数据，该数据使得RFID芯片进入其中RFID芯片34忽略光敏设备32的状态并作为常规的RFID标签操作的操作模式，并且使得RFID芯片返回到请求激光信号使能RFID标签30的操作模式。这样，将有可以使能RFID标签30的一串光脉冲，将使得RFID芯片34在没有激光的情况下切换到RFID标签30响应常规读取器的操作模式的另一串光脉冲，以及使得RFID芯片返回到需要预定图案的激光脉冲来操作的操作模式的第三串脉冲。该性能将允许RFID标签30响应其他诸如可使用在与仓库或配销中心不同的零售业中没有激光器的RFID读取器。因为光敏设备32没有连接在天线24和RFID芯片34之间，RFID标签30的RF频率调谐没有被天线24和RFID芯片34之间的光敏设备的RF特性复杂化。 
如图4C所示的实施例中，RFID标签44具有和光敏设备24并联连接的第二光敏设备44，并具有由可移除光屏蔽挡板46覆盖的透明窗42。在期望需要激光器1200用于RFID标签40操作的环境下使用RFID标签40时，挡板46在适当的位置并阻止任何光照在光敏设备42上。在另一时间内，当不需要激光器1200的光使能RFID标签40时，或者当没有激光器的RFID读取器被用来读取RFID标签40时，移除挡板46，光敏设备42完成天线26和RFID芯片22之间的电路。在一个实施例中，光敏设备42在接收可见光谱中任何位置的光时变成导通的，这样在RFID标签40暴露于可见光的任何位置，常规的RFID读取器都能读取RFID标签40。 
在图4D中，RFID标签50具有RFID芯片52，该芯片具有并联连接到RFID 芯片52内的内部节点的光敏设备24和42。在本实施例中，因为光敏设备24辨别可见光和来自激光器1200的光，所以RFID芯片52不需要脉冲解码电路。在上述方式中，光敏设备42、透明窗44和挡板42操作。 
如图4E所示的RFID标签60具有RFID芯片62，电池1264连接其上。电池的一个端子通过光敏设备24与RFID芯片62的另一连接耦合。RFID芯片在光敏设备24是不导通的时接收来自电池1264的备用功率，在光敏设备24是导通时接收全部操作功率。这样，当有不充足的光进入透明窗1262使得光敏设备24导通时，RFID标签60忽略任何RF已接收信号，当来自激光器1200的光经过透明窗1262时，在RFID标签60将响应来自RFID读取器1250的RF信号时，光敏设备24变为导通的。如图4E的透明窗1262也可以包括滤波器28。 
图5为容器堆110，每一个都有可被激光使能的条形码1204和RFID标签1262。堆110顶层的容器太高而不能被条形码读取器可靠地读取，如果容器上的RFID标签是常规的RFID标签，由于其他RFID标签的存在，常规的读取器不能可靠地读取RFID标签中的数据。本发明允许可靠地读取RFID标签1262，因为通过将来自激光器1200的光指向每一个RFID标签1262上，并同时激活RFID读取组件1250，使用PDT 100可以单独地使能这些RFID标签1262。 

Claims (15)

1.一种数据传输系统，包括：
a)射频识别(RFID)读取器，包括：
i)射频发射器和接收器；
ii)手持设备中的激光器；和
b)容器上的RFID标签，包括：
i)与电子电路耦合的标签天线，用于从所述射频发射器接收无线电信号和向所述接收器发送射频信号；
ii)与所述电子电路耦合的第一光敏设备，在来自所述激光器的光没有照在所述光敏设备上时处于第一状态，在来自所述激光器的光照在所述光敏设备上时处于第二状态，以使所述RFID标签只有在来自所述激光器的光束照在所述光敏设备上时发送信号；
c)其中所述射频发射器向所述RFID标签提供足够为所述电子电路供电并向所述接收器发送能由所述RFID读取器解码的信号的功率；
d)其中所述RFID读取器距离所述RFID标签至少有40英尺。
2.如权利要求1所述的系统，其中所述RFID读取器进一步包括耦合到所述射频发射器和接收器并且指向与来自所述激光器的光束相同的方向的指向天线。
3.如权利要求1所述的系统，其中所述RFID标签对调制所述激光器的光束的信号进行解码，其中只有一个或多个第一类型的预定已调制信号将使得所述RFID标签发送。
4.如权利要求3所述的系统，其中一个或多个第二类型的已调制信号将使得所述RFID标签切换到其中所述RFID标签将与所述第一光敏设备状态无关地操作的操作模式。
5.如权利要求1所述的系统，其中所述RFID标签包括与所述电子电路耦合的第二光敏设备，其中在光照在所述第二光敏设备上时，所述RFID标签与所述第一光敏设备的状态无关地操作。
6.如权利要求5所述的系统中，其中所述第一光敏设备对环境灯光不敏感，所述第二光敏设备对环境灯光敏感。
7.如权利要求5所述的系统，其中在所述RFID标签的一个操作模式下，防止光到达所述第二光敏设备，在所述RFID标签的另一个操作模式下，允许光到达所述第二光敏设备。
8.如权利要求7所述的系统，其中可移除的光屏蔽挡板横过在不存在所述光屏蔽挡板时允许光传到所述第二光敏设备的透明窗。
9.如权利要求1所述的系统，其中所述RFID标签具有用于使光传到所述第一光敏设备的透明窗，并且其中所述透明窗包括滤波器以选择性地通过在一定频率范围内的光。
10.一种从与RFID读取器距离至少40英尺的射频识别(RFID)标签向RFID读取器发送射频数据的方法，包括以下步骤：
从所述RFID读取器中的天线向RFID标签中的与所述RFID标签中的电子电路耦合的天线发送射频信号，所述射频信号具有足够的功率以为所述电子电路供电并向接收器发送能由所述RFID读取器解码的信号；
向在所述RFID标签内与所述RFID标签内的电子电路耦合并且进而与所述RFID标签中的天线耦合的第一光敏设备发送激光束；
其中响应于接收到从所述RFID读取器天线发送的信号和激光束照在所述第一光敏设备上，所述RFID标签将往回向所述RFID读取器发送信号。
11.如权利要求10所述的方法，其中所述RFID读取器中的所述天线是指向天线，其指向与来自所述激光器的光束相同的方向。
12.如权利要求10所述的方法，其中所述RFID标签对调制所述激光器的光束的信号进行解码，其中只有一个或多个第一类型的预定已调制信号将使得所述RFID标签发送。
13.如权利要求12所述的方法，其中一个或多个第二类型的已调制信号将使得所述RFID标签切换到其中所述RFID标签将与所述第一光敏设备状态无关地操作的操作模式。
14.如权利要求10所述的方法，其中所述RFID标签包括与所述电子电路耦合的第二光敏设备，其中在光照在所述第二光敏设备上时，如果没有光照在第一光敏设备，所述RFID标签将操作。
15.如权利要求14所述的方法，其中所述第一光敏设备对环境灯光不敏感，所述第二光敏设备对环境灯光敏感。
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