СПОСОБ И МЕТКА (ВАРИАНТЫ) ДИСТАНЦИОННОЙ РАДИОЧАСТОТНОЙ ИДЕНТИФИКАЦИИ ОБЪЕКТОВ
METHOD AND MARK (VERSIONS) FOR REMOTE RADIO FREQUENCY IDENTIFICATION OF OBJECTS

Группа изобретений относится к системам дистанционной кодовой идентификации железнодорожных и автомобильных транспортных средств, а также объектов системы транспортной логистики с использованием ультравысокочастотного (УВЧ-UHF) диапазона радиоизлучения в соответствии со стандартами идентификации ISO 10374, ISO 18000-6 В или EPC UHF Gen2.
Известны пассивные приемоответчики (метки) (US 4739328, МПК: G01S 13/74 (+14 рубрик); RU 2054694, МПК 6: G01S 13/78; RU 2222030 МПК 7: G01S 13/82 - прототип), предназначенные для приема запросных сигналов немодулированного ультравысокочастотного излучения и передачи ответных сигналов в системе опознавания подвижных объектов по стандарту ISO 10374.
Метка по прототипу содержит размещенную в корпусе схему, содержащую приемно-передающую антенну, ответвитель мощности, выпрямитель на диодах с ограничителем напряжения, модулятор и функциональный генератор кода из последовательно соединенных устройства синхронизации, запоминающего устройства, содержащего идентификационный код, и кодера кодовых посылок, выход которого соединен с входом модулятора. При облучении метки запросным сигналом в виде немодулированного УВЧ-облучения на выходе выпрямителя формируется напряжение постоянного тока, и при достижении уровня напряжения питания кодогенератора из запоминающего устройства считывается идентификационный код, который с помощью устройств синхронизации преобразуется в кодовую временную последовательность нулевого и единичного уровня, поступающую на вход модулятора. Модулятор, выполненный в виде ключевой схемы, под действием нулевого уровня создает режим низкоомной нагрузки антенны, а под действием единичного уровня напряжения - режим высокоомной нагрузки (режим холостого хода), модулируя условия отражения падающего излучения по закону идентификационной импульсной последовательности. В результате амплитудномодулированный ультравысокочастотный сигнал поступает в считывающее устройство, где декодируется и восстанавливается идентификационная информация метки.
Недостатком такой метки является отсутствие механизма запрета модуляции и возможность ее работы в условиях облучения ультравысокочастотным сигналом по стандарту ISO 18000-6 В или EPC UHF Gen2, содержащего помимо участков с адресами и командами в виде широтно-импульсной модуляции ультравысокочастотного сигнала участки с немодулированным излучением, необходимые для формирования напряжения питания схемы метки стандарта ISO 18000-6 В или EPC UHF Gen2.
Метки стандарта ISO 18000-6 В, например, микросхема ASIC PHILIPS UCODE или метка XRA00 не реагируют на немодулированное излучение, пока в них не появится адресная информация в виде широтно-импульсной модуляции излучения, совпадающая с адресом, содержащимся в памяти метки.
Задачей заявляемой группы изобретений является расширение функциональных возможностей меток, применяемых в дистанционной радиочастотной идентификации объектов по стандарту ISO 10374, обеспечивающих работу по стандарту ISO 18000-6 В или EPC UHF Gen2.
Решение поставленной задачи достигается тем, что в способе дистанционной радиочастотной идентификации объектов, включающем формирование амплитудной модуляции отраженного от радиочастотной метки облучения путем модуляции напряжения от падающего непрерывного немодулированного радиооблучения в соответствии с кодовой импульсной последовательностью идентификационного кода в отличие от прототипа при единичных значениях кодовой импульсной последовательности, измеряют напряжение от падающего радиоизлучения и при провале напряжения переходят в режим измерения напряжения с запретом его модуляции на заданный интервал времени ожидания, отсчитываемый с момента возникновения провала напряжения, причем при последующих провалах напряжения в интервале времени ожидания сохраняют режим измерения напряжения на такой же интервал времени ожидания, отсчитываемый с момента возникновения каждого из последующих провалов напряжения. При отсутствии повторных провалов напряжения в интервале времени ожидания возобновляют модуляцию напряжения от падающего радиооблучения с измерением напряжения при единичных значениях кодовой импульсной последовательности.
Решение указанной задачи достигается также тем, что:
- идентификационный код радиочастотной метки и кодовую импульсную последовательность идентификационного кода формируют по стандарту ISO 10374;
- интервал времени ожидания задают из условия перекрытия времени цикла опроса по стандарту ISO 18000-6 В или EPC UHF Gen2.
Осуществление заявленного способа для решения указанной задачи достигается с помощью метки, которая может быть реализована в трех вариантах.
Вариант 1. В метке для дистанционной радиочастотной идентификации объектов с радиооблучением по стандарту ISO 10374 с размещенной в корпусе схемой, содержащей приемно-передаюшую антенну, ответвитель мощности, выпрямитель на диодах с ограничителем напряжения, модулятор и функциональный генератор кода в отличие от прототипа в качестве функционального генератора кода и модулятора использован микроконтроллер, цепи питания которого подключены к выходу выпрямителя через разделительный диод с накопительной емкостью, а непосредственно к выходу выпрямителя подключен вывод программируемого входа/выхода микроконтроллера и управляемого кодовой импульсной последовательностью идентификационного кода метки таким образом, что при нулевом значении импульса кодовой импульсной последовательности на вывод подключен низкоомный выход, а при единичном значении импульса кодовой импульсной последовательности - высокоомный вход в режиме измерения напряжения на выходе выпрямителя, сохраняемого при провале напряжения в момент отсутствия радиооблучения независимо от кодовой импульсной последовательности на заданный интервал времени ожидания.
В варианте 2 в корпусе метки дополнительно размещена схема стандарта ISO 18000-6 В или EPC UHF Gen2, определяющая для микроконтроллера схемы стандарта ISO 10374 заданный интервал времени ожидания.
В варианте 3 микроконтроллер оснащен дополнительно управляющей программой и идентификационным кодом стандарта ISO 18000-6 В или EPC UHF Gen2. При достижении напряжением на выходе выпрямителя уровня включения микроконтроллера он формирует кодовую импульсную последовательность идентификационного кода по стандарту ISO 10374. При нулевом значении импульса кодовой импульсной последовательности на вывод подключен низкоомный выход, а при единичном значении импульса кодовой импульсной последовательности - высокоомный вход в режиме измерения напряжения на выходе выпрямителя, и при провале напряжения в момент отсутствия радиооблучения вход/выход подключен к выводу микроконтроллера в режиме приема адресных команд стандарта ISO 18000-6 В или EPC UHF Gen2, а при их отсутствии - возвращается к работе по кодовой импульсной последовательностью стандарта ISO 10374.
Кодовая импульсная последовательность идентификационного кода формата стандарта ISO 10374 может формироваться путем считывания нулей и единиц идентификационного кода из энергонезависимой памяти в оперативное запоминающее устройство, которое кодирует их в байты последовательностей единиц и нулей, добавляя два байта последовательности чередующихся единиц и нулей для маркера кодовой импульсной последовательности, с помощью которых генератор тактовых импульсов генерирует кодовую импульсную последовательность идентификационного кода. Формирование состояния высокоомного входа с функцией измерения напряжения и длительности перепадов напряжения на выходе выпрямителя для схемы стандарта ISO 10374 одновременно обеспечивает возможность программирования идентификационной информации бесконтактным способом по радиоканалу с помощью широтно-импульсной кодировки немодулированного ультравысокочастотного излучения.
На фиг.1 представлена конструктивная схема метки для дистанционной радиочастотной идентификации объектов, осуществляемая для всех вариантов исполнения. Вариант 2 исполнения метки включает две тождественные схемы, размещенные в одном корпусе.
На фиг.2 представлены диаграммы кодировки маркера и единиц, и нулей идентификационного кода в кодовой импульсной последовательности по стандарту ISO 10374.
На фиг.3 представлены диаграммы изменения напряжения на выходе выпрямителя под воздействием кодовой импульсной последовательности по стандарту ISO 10374 в различных условиях падающего радиоизлучения.
Метка содержит приемно-передающую антенну 1, выполненную, например, в виде полуволнового линейного вибратора и соединенную через согласующий трансформатор 2 с входом выпрямителя 3 с функцией удвоения напряжения, выход которого непосредственно соединен с выводом 7 программируемого последовательного входа/выхода микроконтроллера 4, а через развязывающий диод 5 с накопительным конденсатором 6 выход выпрямителя 3 соединен с выводом питания микроконтроллера 4. Микроконтроллер содержит генератор тактовых импульсов 8, оперативное запоминающее устройство 9, энергонезависимую память 10 с записанным в нее идентификационным кодом. Управление в микроконтроллере осуществляет устройство управления 11 с памятью, в которой находится управляющая программа.
В частном случае исполнения метки первое плечо 12 антенны 1 подключено к входу трансформатора 2, выход которого подключен к катоду первого диода 13 и аноду второго диода 14 выпрямителя 3, катод второго диода 14 подключен к первому выводу второго конденсатора 15 выпрямителя, выводу 7 программируемого входа/выхода микроконтроллера 4 и аноду развязывающего диода 5, катод которого подключен к плюсовому выводу конденсатора 6 и выводу питания микроконтроллера 4, анод первого диода 13 выпрямителя 3 подключен к общей шине метки, к которой подключены общая шина микроконтроллера 4 и минусовой вывод конденсатора 6, и к первому выводу конденсатора 16, второй вывод которого подключен ко второму выводу второго конденсатора 15 и второму плечу 19 приемно-передающей антенны. Метка может быть реализована на базе ИМС PIC 12F683.
В режиме стандарта ISO 10374 метка работает следующим образом.
При входе метки в зону облучения ультравысокочастотным излучением считывателя и достижением на выходе выпрямителя 4 и конденсатора 6 уровня напряжения включения микроконтроллера запускается управляющая программа микроконтроллера; программный делитель формирует тактовую частоту кода метки, идентификационный код из энергонезависимой памяти 10 пересылается в оперативное запоминающее устройство 9, единицы и нули кода преобразуются в байты кода:
- для единицы - 10101100
- для нуля - 11001010
- для маркера кода - 1010101010101100
с последующим преобразованием двоичного кода с помощью тактовой частоты кода метки в кодовую импульсную последовательность идентификационного кода, которая управляет подключением программируемого входа/выхода к выводу 7 микроконтроллера, и при низких уровнях импульса кодовой последовательности на вывод подключается низкоомный вход, а при единичных уровнях импульса - высокоомный вход, при этом напряжение выпрямителя на вводе микроконтроллера тестируется по величине и длительности и измеряется его величина. На фиг.2 показаны: 20 - фрагмент диаграммы кодовой последовательности, соответствующий единице идентификационного кода, 21 - фрагмент диаграммы кодовой последовательности, соответствующий нулю идентификационного кода, 22 - фрагмент диаграммы кодовой последовательности, соответствующий маркеру идентификационного кода. На фиг.3 показаны: 23 - фрагмент диаграммы изменения напряжения на выходе выпрямителя под действием кодовой импульсной последовательности при немодулированном облучении, в результате которого меняется величина токовой нагрузки выпрямителя 3 и условия согласования выхода антенны 1 с трансформатором 2, обеспечивая изменение доли отраженной антенной мощности радиоизлучения и амплитудную модуляцию этого радиоизлучения в виде импульсной кодовой последовательности идентификационного кода. 24 - фрагмент диаграммы изменения напряжения на выходе выпрямителя при провале в падающем на антенну метки радиооблучении (показан стрелкой), 25 - фрагмент диаграммы изменения напряжения на выходе выпрямителя под воздействием кодовой импульсной последовательности по стандарту ISO 10374 в условиях провала падающего радиооблучения (стрелкой показан заданный интервал времени ожидания).
При появлении перепада напряжения на выходе выпрямителя 3 (напряжение питания микроконтроллера поддерживается при этом конденсатором 6) состояние высокоомного входа и измерения напряжения выпрямителя сохраняется на заданный интервал времени ожидания управляющей программой, исключая модуляцию падающего на антенну метки радиоизлучения, а при отсутствии перепада напряжения за заданный интервал времени управляющая программа в соответствии с импульсной последовательностью «0», «1», «М» меняет состояние программированного входа/выхода и напряжения на выходе выпрямителя.
Для метки варианта 2 падающее радиоизлучение воздействует одновременно на приемно-передающую антенну схемы, выполненной для стандарта ISO 10374, и приемно-передающую антенну схемы стандарта 18000-6 В или EPC UHF Gen2. При непрерывном облучении схема стандарта 18000-6 В или EPC UHF Gen2, не получая адреса формата этих стандартов, «молчит», не мешая работе схемы стандарта ISO 10374. В случае радиооблучения воздушного интерфейса в соответствии со стандартом 18000-6 В или EPC UHF Gen2, содержащего кодированный в виде широтно-импульсной модуляции адрес формата этих стандартов, при появлении первого радиоимпульса и провала напряжения выпрямителя схемы стандарта ISO 10374 она прекращает свою модуляцию радиооблучения до момента расшифровки адреса в схеме стандарта 18000-6 В или EPC UHF Gen2 на интервал времени, равный циклу приема адреса, и передачи кодовой информации схемой, выполненной по стандартам 18000-6 В или ЕРС UHF Gen2, сдвигая этот интервал от каждого очередного радиоимпульса и не мешая работе метки в режиме стандарта 18000-6 В или EPC UHF Gen2.
Для варианта 3 метка при включении микроконтроллера переходит на подпрограмму работы по стандарту ISO 10374 и при отсутствии провалов в радиооблучении работает в этом режиме. При радиооблучении в соответствии со стандартом 18000-6 В или EPC UHF Gen2 по первому провалу напряжения выпрямителя метка переходит на подпрограмму работы по стандарту 18000-6 В или EPC UHF Gen2. Схема в состоянии высокоомного входа измеряет величину и длительность импульсных провалов напряжения, расшифровывает их структуру и, если она совпадает с адресом метки, переходит на формирование кодовой импульсной последовательности формата стандарта 18000-6 В или EPC UHF Gen2, которая, управляя программируемым входом/выходом и модулируя напряжение выпрямителя на участке непрерывного радиооблучения, обеспечивает амплитудную модуляцию отраженного радиоизлучения. При отсутствии адреса формата стандарта 18000-6 В или ЕРС UHF Gen2 метка возвращается к работе по стандарту USO 10374.
Реализация заявляемой совокупности признаков группы изобретений позволит минимальными средствами обеспечить идентификацию объектов железнодорожного и автомобильного транспорта и объектов логистики при транзитных передвижениях в условиях изменения характера радиочастотной идентификации, в частности, стандарта ISO 10374, принятого в США, Канаде и России и использующего немодулированное высокочастотное облучение метки, или стандарта ISO 18000-6 В или EPC UHF Gen2, использующего воздушный радиоинтерфейс адресной и командной идентификации, применяемого в Европе в области железнодорожных и автомобильных перевозок.
Таким образом, обеспечено решение задачи, поставленной перед заявляемой группой изобретений - расширение функциональных возможностей метки для дистанционной радиочастотной идентификации объектов, обеспечивающих ее работу по стандартам ISO 10374 и ISO 18000-6 В или EPC UHF Gen2