專利名稱：Rfid手持移動計算機的距離擴展的制作方法
相關申請參考本申請要求2001年5月16日申請的美國臨時申請序列號60/291,538的利益，通過引用而把后者完全結合于此。
背景技術：
射頻識別(RFID)已變成自動識別技術的一個重要實現(xiàn)。RFID系統(tǒng)的目的是攜帶數(shù)據適合的發(fā)射應答器，一般稱為標簽，以及借助機器可讀裝置在適當?shù)臅r間和地點檢索數(shù)據，以滿足特定應用需要。標簽中的數(shù)據可對制造中的零件、運送中的商品、位置、交通工具的身份、動物或個體提供識別。通過包括輔助數(shù)據，提供了通過直接可用于讀取標簽物品專用的信息或指令支持應用的前景。例如，進入生產線上的噴漆區(qū)域的小汽車體的噴漆顏色、柔性制造單元的設置指令或伴隨貨物裝運的載貨單。
RFID技術在頻率、封裝、性能和成本方面變化很大。有許多已建立的應用。除了標簽之外，系統(tǒng)要求讀取或詢問標簽的裝置，和將數(shù)據傳播到主計算機或信息管理系統(tǒng)的一些裝置。如果制造商在產地沒有將數(shù)據輸入或編入標簽，則系統(tǒng)還將包括這樣的設備。
標簽和讀取器之間的數(shù)據通信是借助于無線通信。兩種方法來區(qū)分和分類RFID系統(tǒng)，一種是基于附近電磁或電感耦合，而一種是基于傳播電磁波。耦合是通過“天線”結構，該結構在標簽和讀取器兩者中形成整體特點。雖然一般認為術語天線是更適合于傳播系統(tǒng)，但是還可寬松地將其應用于感應系統(tǒng)。
傳送數(shù)據經受數(shù)據必須通過媒介或的信道的干擾。噪聲、干擾和失真是在實際的通信信道中發(fā)生的數(shù)據錯誤的源泉，必須防護以設法實現(xiàn)無差錯數(shù)據恢復。而且，數(shù)據通信過程的特性，實際上是異步的，要求關注所傳播的數(shù)據的形式。構造數(shù)據比特流以適應這些需要，一般被稱為信道編碼，并且雖然對于RFID系統(tǒng)的用戶是透明的，但是所應用的編碼方案出現(xiàn)在系統(tǒng)規(guī)范中?？梢詤^(qū)別各種編碼方案，每個都顯示出不同的性能特點。
為了經無線電接口或分開的空間有效地傳送數(shù)據，兩個通信部件要求在調和變化的(正弦)場或載波上疊加數(shù)據。把這種疊加過程稱為調制，并且各種方案可適用于該目的，每個方案具有促進它們的使用的某些特定屬性。它們實質上是基于按照攜帶比特流的數(shù)據來改變交替的正弦源的原始特征之一的值，即其幅度、頻率或相位。基于此，能夠區(qū)分振幅移位鍵控(ASK)、頻移鍵控(FSK)和相移鍵控(PSK)?；谶@些限制，當把讀取器和天線完全集成于小的手持移動計算機時，諸如那些操作于125kHz和13.56MHz的電感耦合的RFID標簽的操作距離不能大于大約5英寸。
然而，許多應用要求將能夠以超過12英寸的距離詢問RFID標簽的手持讀取器。諸如那些操作于125kHz和13.56MHz的電感耦合的RFID標簽的操作距離與天線(線圈)尺寸直接成比例。例如，典型的設計一般將提供天線圈直徑的35％至200％之間的詢問距離。因此，為了在典型的信用卡大小的RFID標簽上獲得12英寸的讀取距離，天線最好是大約6英寸直徑。集成這樣大的天線將把手持移動計算機的尺寸增加到這樣的程度，其中在擴展的時間中使用不再是實際的。
即使集成了這樣大的天線，必須最大程度地將其與移動計算機中的金屬部分分開，以避免磁場阻尼。金屬部件的例子是掃描引擎光機械、安裝平臺、電子組裝、彎曲連接器、電磁屏蔽等等。此外，大電池將是必要的，以便在RFID中支持足夠大的電流，以使生成在希望的距離之外詢問標簽而所要求的磁場強度。
最大的天線、與金屬部件的間隙以及在設備的操作期上的大電流生成能力，這三個關鍵要求使得在當前的設計約束下構造小的以及人機控制地恰當?shù)囊苿佑嬎銠C是不切實際的。
因此，本領域中存在對使手持移動計算機能夠使用超過12英寸距離的RFID，而仍然保持其人機控制的正確性的設備、方法和系統(tǒng)的需要。

發(fā)明內容
本發(fā)明提供了一種移動計算機和一種讀取器，可把該讀取器構造為可僅當希望RFID詢問時使用的計算機的標準模塊附件(如托架)。所述托架可攜帶與實際的移動計算機分開的天線圈、集成的RFID讀取器電子線路以及專用電池。


結合于并構成本說明的一部分的

了本發(fā)明的一個實施例，并且連同描述一起用以解釋本發(fā)明的原理。
圖1說明了典型RFID系統(tǒng)的框圖。
圖2A說明了本發(fā)明的一個實施例的與一手持計算機耦合的RFID托架的內視圖。
圖2B說明了本發(fā)明的一個實施例的與一手持計算機耦合的RFID托架的外視圖。
圖3說明了本發(fā)明的一個實施例的與一手持計算機耦合的RFID托架的系統(tǒng)級視圖。
具體實施例方式
轉到圖1，所示的是RFID系統(tǒng)的典型部件，包括與主計算機或其它設備(未示出)接口的讀取器/編程器訪問卡110以及讀取器天線130。使用由讀取器/編程器110提供的電源，所述讀取器/天線通過無線電接口150發(fā)射信號。發(fā)射應答器或標簽140包含標簽天線120，該天線通過無線電接口150與讀取器天線130通信。
標簽140響應于所發(fā)送的或傳播的對其數(shù)據的請求，其中讀取器和標簽之間的通信方式借助于穿過兩者之間的空間或無線電接口150的無線手段。可把標簽140制造成適用于接口到外部線圈或利用“片上線圈”的技術進行數(shù)據傳送和功率生成(無源模式)的低功率集成電路。取決于設備的類型和復雜程度，標簽140存儲器可包括用于數(shù)據存儲的只讀(ROM)、隨機存取(RAM)和非易失性可編程存儲器?；赗OM的存儲器用于容納安全數(shù)據以及發(fā)射應答器操作系統(tǒng)指令，所述指令結合處理器或處理邏輯處理內部“內務”，諸如響應延遲定時、數(shù)據流控制和電源切換等?；赗AM的存儲器用于在發(fā)射應答器詢問和響應期間便于臨時數(shù)據存儲。非易失性可編程存儲器可采用各種形式，通常是電可擦除可編程只讀存儲器(EEPROM)。它一般用于存儲發(fā)射應答器數(shù)據，并要求是非易失性的，以確保當設備處于其靜止或功率節(jié)省“睡眠”狀態(tài)時保留數(shù)據。
數(shù)據緩沖器是另外的存儲器部件，用于臨時地保持解調后進入的數(shù)據以及用于調制的輸出數(shù)據，并與所述發(fā)射應答器天線接口。接口電路為無源發(fā)射應答器中的功率估計和發(fā)射應答器響應的觸發(fā)的目的，提供控制和適應詢問場能量的功能。在適應編程的場合，必須提供接受數(shù)據調制的信號和執(zhí)行必要的解調和數(shù)據傳送處理的功能。
即使電平總是非常小(微瓦至毫瓦)，但是為了標簽140工作，它們也要求電源。標簽140或者是無源的或者是有源的，完全以設備取得功率的方式來確定該指明。有源標簽由內部電池供電，并一般是讀/寫設備。它們通常包含一顯示出高功率重量比的單元，并通常能夠在-50℃至70℃的溫度范圍內工作。電池的使用意味著密封的有源發(fā)射應答器具有有限的使用期。然而，耦合至適當?shù)牡凸β孰娐返囊贿m當?shù)膯卧艽_保達10年或更多年的功能性，這取決于操作溫度、讀/寫循環(huán)和使用情況。與無源標簽相比，代價是較大尺寸和較高成本的。一般地說，當用于對較高頻率響應模式供電時，有源發(fā)射應答器允許比對無源設備所期望的更大的通信范圍，較佳的噪聲抗擾性和較高的數(shù)據傳送速率。
無源標簽不用內部電池源而操作，它從讀取器生成的場得到用以操作的功率。因此，無源標簽比有源標簽輕得多，更便宜，并提供實際上無限制的操作使用壽命。代價是它們具有比有源標簽短的讀取距離，并要求較高供電的讀取器。還限制了無源標簽存儲數(shù)據的容量和在嘈雜的無線電環(huán)境中良好運行的能力?？捎霉β噬系南拗七€可限制靈敏度和方向性能。盡管這些局限，無源發(fā)射應答器提供了成本和耐用性方面的優(yōu)點。它們具有幾乎無限的使用壽命，并且一般比有源發(fā)射應答器價格低。
存儲于不變數(shù)據載體中的數(shù)據要求諸如數(shù)據標識符和檢錯比特之類的某些組織和附加，以滿足恢復需要。常把這種處理稱為源編碼。還可把諸如UCC/EAN之類的標準編號系統(tǒng)以及相關的數(shù)據定義單元應用于存儲于標簽中的數(shù)據。數(shù)據量將當然取決于應用，并且要求適當?shù)臉撕瀬頋M足需要的標識符，在其中為識別目的而存儲數(shù)字或字母數(shù)字串，或作為對存儲于計算機或信息管理系統(tǒng)中的某處的數(shù)據存取訪問的密鑰，或用于通信的可在其中組織信息的便攜式數(shù)據文件，或者作為不依賴于存儲于某處的數(shù)據，或與之結合的啟動動作的方法。
在數(shù)據容量方面，可獲得滿足從1比特至千比特的需要的標簽140。單一比特設備實質上一般用于監(jiān)視目的。零售電子物品監(jiān)視(EAS)是這樣的設備的典型應用，當在詢問場中檢測時，用于啟動一警報。它們還可用于計數(shù)應用中。由多達128比特的數(shù)據存儲容量表征的設備足夠用以可能連同奇偶校驗比特一起保持的序號或識別號。具有多達512比特數(shù)據存儲容量的標簽140總是用戶可編程的，并且適用于容納標識符和諸如序號、包內容、關鍵處理指令或可能早先的詢問/響應處理的結果之類的其它特定數(shù)據。
可把由大約64千比特的數(shù)據存儲容量表征的標簽140看作便攜式數(shù)據文件的載體。隨著增長的容量，還可提供將數(shù)據組織成字段或頁的功能，在讀取過程中可有選擇地詢問所述字段或頁。取決于存儲器的類型，包含所攜帶的數(shù)據的標簽140可以是只讀的、一次寫多次讀(WORM)的或讀/寫的。只讀標簽總是在產地編程的低容量設備，通常具有一識別號。WORM設備是用戶可編程設備。讀/寫設備一般也是用戶可編程設備，但允許用戶改變存儲于標簽中的數(shù)據。當附于正被識別或附隨的物品時，可認為便攜式編程器也允許對標簽的現(xiàn)場編程。
標簽天線120是一種裝置，借助該裝置設備感測詢問場以及在合適處感測編程域，并還充當發(fā)送發(fā)射應答器對詢問的響應的裝置。
取決于所支持的標簽的類型和所要實現(xiàn)的功能，讀取器天線130在復雜程度上可顯著不同。然而，總的功能是提供與標簽通信以及便于數(shù)據傳送的裝置。由讀取器執(zhí)行的功能卡包括相當復雜的信號調節(jié)、奇偶檢錯和糾錯。一旦已正確地接收并解碼了來自發(fā)射應答器的信號，可施加算法來確定所述信號是否重復發(fā)送，并可然后指示發(fā)射應答器終止發(fā)送。這被稱為“命令響應協(xié)議”并用于阻止在短間隔時間內讀取多個標簽的問題。有時把以這種方式使用詢問器稱為“傳遞輪詢”(“Hands Down”)。另一更安全但較慢的標簽輪詢技術被稱為“舉手輪詢”(“Hands Up”)，它涉及詢問器尋找具有特定身份的標簽，并依次詢問它們。這是競爭管理，并且已經發(fā)展了各種技術，以改進成批讀取的過程。進一步的方法可使用多個讀取器，復用于一個詢問器中，但具有伴隨的成本中的增加。
發(fā)射應答器編程器是一種裝置，借助于該裝置將數(shù)據傳遞給一次寫多次讀取(WORM)和讀/寫標簽。例如，一般在成批流水線生產的開始處脫機實施編程。
對于一些系統(tǒng)，可在線實施再編程，尤其是在例如如果把它用作生產環(huán)境中交互式便攜式數(shù)據文件時。在每個處理期間，可能需要記錄數(shù)據。在每個處理的結束處抹除發(fā)射應答器以讀取先前的處理數(shù)據并編程新數(shù)據，將自然地增加處理時間，并將實質上降低應用的所希望的靈活性。通過組合讀取器/詢問器和編程器的功能，可以按要求而在發(fā)射應答器之中追加或改變數(shù)據，而不用損害生產線。
可實現(xiàn)編程的距離一般比讀取距離小，并且在一些系統(tǒng)中要求接近接觸點的定位。一般還把編程器設計成一次處理單個標簽。然而，當前的發(fā)展，，滿足了對存在于編程器的范圍之內的若干標簽的有選擇編程的需要。
可以粗略地把圖1所示的RFID系統(tǒng)組成4類。AS(電子物品監(jiān)視)系統(tǒng)、便攜式數(shù)據捕獲系統(tǒng)、聯(lián)網的系統(tǒng)以及定位系統(tǒng)。電子物品監(jiān)視一般是1位系統(tǒng)，用于感測物品的存在/不存在。對于該技術的大量使用是在零售商店中，其中對每個物品作標簽，并且在商店的每個出口都安置一大的天線讀取器，以檢測對物品的未經許可的取走(偷竊)。便攜式數(shù)據捕獲系統(tǒng)一般由帶有完整的RFID讀取器的便攜式數(shù)據移動計算機的使用來表征，并用于這樣的應用中，其中可顯示出從標簽的物品獲得所要求的數(shù)據中的高度可變性。手持讀取器/便攜式數(shù)據移動計算機捕獲數(shù)據，隨后把該數(shù)據或者通過射頻數(shù)據通信(RFIC)鏈路直接傳送到主信息管理系統(tǒng)，或者保持該數(shù)據用于以成批處理的方式由線路連接傳送到主機。聯(lián)網的系統(tǒng)應用一般可由固定位置的讀取器表征，把該固定讀取器布置于一給定點并直接連接到聯(lián)網的信息管理系統(tǒng)。根據應用，把發(fā)射應答器置于移動或可移動的物品上或個人上。定位系統(tǒng)使用發(fā)射應答器以便于對受引導的車輛進行自動定位和導航支持。把讀取器置于車輛上，并且鏈接到車載計算機和至主信息管理系統(tǒng)的RFDC鏈路。把發(fā)射應答器埋置于操作環(huán)境的底層中，并用適當?shù)臉俗R和定位數(shù)據編程。讀取器天線一般位于車輛之下，以允許與埋置的發(fā)射應答器更接近。
由于典型的手持移動計算機不是專用于RFID詢問，本發(fā)明不要求帶有大的集成的RFID讀取器的移動計算機。相反，可以把讀取器構造成移動計算機的標準模塊附件(如托架)，并可僅當希望RFID詢問時而使用。圖2A示出了本發(fā)明的一個實施例，其中托架200攜帶天線圈210、集成的FRID讀取器電子設備220、專用電池230以及接口240，以與移動計算機相關聯(lián)。這些都將與實際的手持移動計算機分離。圖2B示出了附有托架200的移動計算機260的外視圖，其中天線圈210是可見的。
移動計算機260還可包括集成的條形碼掃描器270。如同該掃描器中一樣，諸如激光器的光源產生一光束，由光學部件將該光束對準沿朝向條形碼符號的光通路。由諸如位于波束通路中的振動反射鏡之類的掃描部件重復地掃描激光光束，以將聚束光點在條形碼符號上掃描。光電探測器檢測從符號反射或散射的可變強度的光，并產生指示所檢測出的光的電信號。把這些電信號解碼成表示所述符號中編碼的數(shù)據的數(shù)據。所述集成的條形碼掃描器270也可位于所述托架200之上。
可存儲由移動計算機260收集的數(shù)據，并在隨后傳送到網絡的其它部分(成批方式)，或使用預裝無線網絡在捕獲之后就發(fā)送到網絡。本發(fā)明的受讓人提供了一種被稱為Spectrum 24的無線數(shù)據通信系統(tǒng)，該系統(tǒng)遵循IEEE標準802.11的通信協(xié)議。在所實施的系統(tǒng)中，移動單元通過接入點而處于與中央計算機的數(shù)據通信中。接入點與以太網有線網絡上的計算機通信。發(fā)送數(shù)據和接收數(shù)據可使用TCP/IP協(xié)議，并且還可把有線網絡連接到因特網。每個移動單元都使自身與接入點之一相關聯(lián)。為了保持順序并減少無線電通信，每個接入點必須確定在來自中央計算機的以太網鏈路上接收的哪個通信是要前往與該特定接入點相關聯(lián)的移動單元的。
如圖3中所示，可用若干方法之一劃分托架的電子設備。電磁收發(fā)機310將在“接口1”320處產生與托架的標準接口相兼容的信號。因此，必須把RFID無線電接口解碼器330容納于移動計算機260本身中。另一方面，可在托架200中進行RFID解碼，并且通過托架的標準接口340(接口2)僅將解碼的數(shù)據發(fā)送到移動計算機(主機)350。
第1種方法的優(yōu)點是RFID解碼可利用移動計算機的強大的微控制器/微處理器的好處。第2個優(yōu)點是該方法允許可在移動計算機自身中集成第2個但降低性能的RFID電磁收發(fā)機。兩個收發(fā)機將有同一解碼器。該方法的第3個優(yōu)點是當也希望性能降低但集成的RFID讀取器時，它更加節(jié)省成本。
第2種方法的優(yōu)點是整個RFID功能是分開的且模塊化的，從而移動計算機不需要支持RFID解碼邏輯或軟件。該第2種方法的第2個優(yōu)點是可通過RFID解碼器微電子設備容易地適應任何主機接口，而無需添加專用邏輯以處理某一特定主機接口。
要理解，上述說明都僅是示例性和說明性的，并且不是本發(fā)明的限制。本發(fā)明是按權利要求所要求的那樣。
權利要求
1.一種托架設備，其特征在于包括電池；能夠執(zhí)行射頻識別功能的電路；以及能夠與移動計算機相關聯(lián)的模塊化附件接口。
2.如權利要求1所述的托架設備，其特征在于進一步包括用于掃描光學代碼的掃描器；以及用于控制所述掃描器并從中接收被掃描的數(shù)據的編程的控制器。
3.如權利要求1所述的托架設備，其特征在于所述能夠執(zhí)行射頻識別功能的電路包括電磁收發(fā)機。
4.如權利要求3所述的托架設備，其特征在于所述能夠執(zhí)行射頻識別功能的電路進一步包括射頻識別無線電接口解碼器。
5.一種系統(tǒng)，其特征在于包括移動計算機，所述移動計算機包括第1模塊化附件接口；托架設備，該設備包括電池；能夠執(zhí)行射頻識別功能的電路；以及能夠與所述第1模塊化附件接口相關聯(lián)的第2模塊化附件接口。
6.如權利要求5所述的系統(tǒng)，其特征在于所述托架設備進一步包括用于掃描光學代碼的掃描器；以及用于控制所述掃描器并從中接收被掃描的數(shù)據的編程的控制器。
7.如權利要求5所述的系統(tǒng)，其特征在于所述能夠執(zhí)行射頻識別功能的電路包括電磁收發(fā)機。
8.如權利要求7所述的系統(tǒng)，其特征在于所述能夠執(zhí)行射頻識別功能的電路進一步包括射頻識別無線電接口解碼器。
9.如權利要求7所述的系統(tǒng)，其特征在于進一步包括至少一個射頻識別標簽，并且其中當所述托架設備和所述至少一個識別標簽分開超過約12英寸時，所述托架設備能夠掃描所述至少一個射頻識別標簽。
10.一種處理數(shù)據的方法，其特征在于包括耦合(1)一移動計算機，該移動計算機包括第1模塊化附件接口，和(2)一包括電池的設備；能夠執(zhí)行射頻識別功能的電路，以及能夠與所述第1模塊化附件接口相關聯(lián)的第2模塊化附件接口；為識別數(shù)據掃描射頻識別標簽。
11.如權利要求10所述的方法，其特征在于當所述移動計算機和所述識別標簽分開超過大約12英寸時，發(fā)生所述為識別數(shù)據掃描射頻識別標簽。
12.如權利要求9所述的方法，其特征在于進一步包括通過無線媒介把識別數(shù)據傳送到有線計算機網絡。
13.如權利要求12所述的方法，其特征在于把所述有線計算機網絡連接到因特網，并且所述通過無線媒介把識別數(shù)據傳送到有線計算機網絡使用TCP/IP協(xié)議。
14.一種系統(tǒng)，其特征在于包括(1)移動計算機，該移動計算機包括第1模塊化附件接口，以及能夠接收和發(fā)射傳輸數(shù)據的無線電模塊；(2)托架設備，該設備包括(a)電池；(b)能夠執(zhí)行射頻識別功能的電路；以及(c)能夠與所述第1模塊化附件接口相關聯(lián)的第2模塊化附件接口。(3)有線網絡；以及(4)一個或多個接入點；其中所述一個或多個接入點能夠通過無線媒介從有線網絡將傳輸數(shù)據傳送到一個或多個移動計算機，并通過無線媒介將來自一個或多個移動計算機的接收數(shù)據接收到所述有線網絡；以及其中所述一個或多個接入點形成傳輸區(qū)域，該傳輸區(qū)域包括這樣的空間，其中借助于一個或多個移動掃描單元的至少一個，與一個或多個接入點的至少一個相關聯(lián)是可能的。
15.如權利要求14所述的系統(tǒng)，其特征在于所述傳輸數(shù)據和所述接收數(shù)據使用TCP/IP協(xié)議，并且其中把所述有線網絡連接到因特網。
16.如權利要求14所述的系統(tǒng)，其特征在于所述托架設備進一步包括用于掃描光學代碼的掃描器；以及用于控制所述掃描器并從中接收被掃描的數(shù)據的編程的控制器。
17.如權利要求14所述的系統(tǒng)，其特征在于所述能夠執(zhí)行射頻識別功能的電路包括電磁收發(fā)機。
18.如權利要求17所述的系統(tǒng)，其特征在于所述能夠執(zhí)行射頻識別功能的電路進一步包括射頻識別無線電接口解碼器。
19.如權利要求18所述的系統(tǒng)，其特征在于進一步包括至少一個射頻識別標簽，并且其中當所述托架設備和所述至少一個識別標簽分開超過約12英寸時，所述托架設備能夠掃描所述至少一個射頻識別標簽。
全文摘要
描述了一種移動計算機和讀取器，可把該讀取器構造成移動計算機的標準模塊附件(如托架)，僅當希望RFID詢問時使用。該托架可攜帶與實際的移動計算機分開的天線圈、集成的RFID讀取器電子設備，以及專用電池。
文檔編號G06K17/00GK1424686SQ0215740
公開日2003年6月18日 申請日期2002年12月13日 優(yōu)先權日2001年12月13日
發(fā)明者R·布里杰拉爾 申請人:訊寶科技公司