[发明专利]一种基于无源RFID的实验室设备动态管理系统

权利要求书

1.一种基于无源RFID的实验室设备动态管理系统，其特征在于：包括多个无源RFID标签、多个定位读写器、门禁/借还读写器和应用服务器；

每个无源RFID标签具有唯一的ID号，各无源RFID标签贴在各实验室设备上，各个定位读写器安装在实验室内且各个定位读写器的射频信号覆盖整个实验室，门禁/借还读写器安装在实验室靠门处；

所述无源RFID标签的ID号作为该实验室设备的ID号，与设备名称、购买时间、所属实验室、设备管理员、设备国别、设备供应商、设备单价一同作为实验室设备信息存入应用服务器的数据库，无源RFID标签的ID号用作查询该设备的关键字，无源RFID标签用于接收定位读写器发出的读/写标签命令；

所述定位读写器用于根据应用服务器指令向无源RFID标签发送读标签命令、对无源RFID标签进行读操作、接收无源RFID标签反馈的射频信号，并根据该射频信号获取该无源RFID标签的ID号和射频信号强度，将获取的信息发送至应用服务器；

所述门禁/借还读写器包括门禁模式和借还模式，当实验室设备未经借还操作即门禁模式时，门禁/借还读写器处于定时触发读标签状态，门禁/借还读写器检测到无源RFID标签出入实验室时识别无源RFID标签的ID号，并将该ID号对应的实验室设备的名称和出入实验室的时间记录到数据库提供报警信息查询；当实验室设备需要借还时，门禁/借还读写器切换至借还模式，读取需要借还的实验室设备的ID号，将该ID号对应的实验室设备的名称、借还时间、借还人员记录到数据库提供借还信息查询；

所述应用服务器用于对无源RFID标签进行写操作、对定位读写器和门禁/借还读写器进行参数设置、查询和录入无源RFID标签及其对应的实验室设备信息和设备管理员信息，根据门禁/借还读写器在借还模式下读取的需要借还的实验室设备的ID号生成实验室设备借还信息，根据门禁/借还读写器在门禁模式下检测到的无源RFID标签出入实验室时的无源RFID标签的ID号，生成实验室设备报警信息，并根据定位读写器获得的射频信号强度进行实验室设备定位。

2.根据权利要求1所述的基于无源RFID的实验室设备动态管理系统，其特征在于：所述应用服务器设置若干功能模块，包括写标签模块、设置模块、查询模块、借还设备模块、定位模块和数据库；

所述写标签模块用于写入新进实验室设备对应的无源RFID标签的ID号，将该标签的ID号作为该实验室设备的ID号，与设备名称、购买时间、所属实验室、设备管理员、设备国别、设备供应商和设备单价一同作为实验室设备信息存入数据库；

所述设置模块提供用户的操作权限，包括写标签、数据库信息更改、查询设备和读写器参数设置；

所述查询模块用于进行实验室设备信息查询、报警信息查询和借还信息查询；

所述借还设备模块用于在需要借还实验室设备时将门禁/借还读写器的工作模式从门禁模式更改成借还模式，并根据需要借还的实验室设备的ID号和借还时间生成实验室设备借还信息；

所述定位模块用于根据定位读写器读取的无源RFID标签的ID号和获得的无源RFID标签反射回来的射频信号强度进行实验室设备定位；

所述数据库用于存储实验室设备信息和设备管理员信息。

3.根据权利要求2所述的基于无源RFID的实验室设备动态管理系统，其特征在于：所述定位模块按如下步骤进行实验室设备定位：

步骤1：将实验室进行空间直角坐标化，x，y，z分别代表实验室的长、宽、高，m个定位读写器在实验室内的坐标分别为(x₁，y₁，z₁)…(x_m，y_m，z_m)；

步骤2：确定要定位的实验室设备的名称，根据该名称确定要定位的实验室设备的ID号；

步骤3：利用多功率扫描和RSSI相结合的方法进行实验室设备定位；

步骤3.1：对m个定位读写器分别设置功率，功率范围：1～36dBm；

其中，P_Rt为各定位读写器的功率取值的矩阵，P_mn为第m个定位读写器的第n个功率取值；

步骤3.2：各定位读写器在不同功率下读取要定位的实验室设备对应的无源RFID标签反射回来的射频信号强度；

其中，P′_Rr为要定位的实验室设备对应的无源RFID标签反射回来的射频信号强度值矩阵，P′_mn为第m个定位读写器接收到无源RFID标签反射回来的第n个射频信号强度值；

步骤3.3：各定位读写器在不同功率下读取要定位的实验室设备对应的无源RFID标签反射回来的射频信号强度时，若无法识别到无源RFID标签，则将该功率下对应的RSSI空值视为无效，排除RSSI空值点；

步骤3.4：根据RSSI模型计算无源RFID标签与各定位读写器的距离D＝(d₁，d₂…d_n)；

RSSI模型如下：

P′_Rr＝10log(P_Rt)-20(n+1)log(d_n)+C

C=10log[GRtG2TagGRrλ4(4π)2]-2Ploss(d0)-Xσ(dB)-Loss]]>

其中，d_n为无源RFID标签在第n个射频信号强度值下的定位距离，G_Rt、G_Tag、G_Rr分别表示定位读写器的天线发射增益、无源RFID标签的天线增益和定位读写器的天线接受的增益，λ为波长；d₀为任意的参考距离，P_loss(d₀)是距离d₀的自由空间路径损耗，X_σ是均值为0、方差是σ²的高斯分布随机数，单位是dB，X_σ用于模拟的室内无线电信号传播的随机性质，各种环境的影响因素；Loss为射频输出端与天线馈源之间的馈线损耗；n是路径损耗因子；

步骤3.4：根据无源RFID标签与各定位读写器的距离确定无源RFID标签的坐标(x′,y′,z′),s.t.(x′-xm)2+(y′-ym)2+(z′-zm)2=dmn,]]>其中，d_mn为第m个定位读写器与无源RFID标签在第n个射频信号强度值下的定位距离；

步骤3.5：判断是否确定出无源RFID标签坐标，是，则执行步骤3.6，否则返回步骤3.1，重新对m个定位读写器分别设置功率；

步骤3.6：在步骤1中建立的实验室空间直角坐标中，以圆圈的形式标出计算出的各个无源RFID标签的坐标位置，显示实验室的空间定位图，图中坐标最密集的位置为无源RFID标签的定位位置；

步骤3.7：根据计算n个射频信号强度值下的无源RFID标签的坐标之间距离的平均值；

Σi=1n-1Σj=i+1n(xi′-xj′)2+(yi′-yj′)2+(zi′-zj′)2Cn2]]>

其中，x′_i表示第i个射频信号强度值下无源RFID标签的横坐标值，x′_j表示第j个射频信号强度值下无源RFID标签的横坐标值，并判断误差是否小于等于0.5米，是，则当前计算的无源RFID标签的坐标即定位结果，否则返回步骤3.1，重新对m个定位读写器分别设置功率。