射频识别系统应用 引用参照
本专利申请要求1998年8月14日提出的相同发明名称的美国专利申请U.S.S.N.:09/134,688的优先权，该申请已转让给本发明的受让人，其内容在此引用作为参照。技术领域
本发明涉及射频识别(RFID)系统的应用，具体来说，涉及此类系统在库房中的应用。发明背景技术
电子物品监视(EAS)系统检测物品上或物品里面或有关人员所携带的小型电子装置的存在，通常用于零售店或库房来阻止偷窃或其他未经许可取走物品的行为。这类装置通常有标签或标记，过去仅具有关于某一物件存在的信息，通过间歇地或连续地以电子技术方法询问标签，可获得这一信息。根据这种询问实现的方式，历年来已开发了至少四种不同类型的EAS系统：磁、磁力、射频(RF)和微波方式。这四种类型中，磁性系统在大多数应用中安全性最高。磁标签容易藏于物品中而难以检测(因为它们很少受屏蔽、弯曲和压力的影响)，而且便于去激励和再激励，因而安全性高，可提供贴标签物品一些有关状态的信息。
许多EAS系统用户希望知道更多的信息，不光是贴标签物品的存在，例如他们还想知道存在的是哪一种贴标签物品。有关物品特征的详细信息，诸如生产日期、库存状况和业主等一般通过光学条形码传到自动处理与控制系统。光学条形码系统虽然价廉有效，但是有一定的局限性，它必须是可视的，这就限制了可以安放的位置，而且容易被无意或有意地遮蔽。检测器能检测条形码的距离也较短，还须将条形码合理定位以便检测。而且，由于通常要露出条形码作检测，故条形码易受损而导致检测故障。最后，必须一次处理多个物件。对于某些应用，例如对库房媒体进行标记等情况下，条形码系统的这些局限性使之不很理想或效率低下。
近年来，为了克服光学条形码的局限性，已开发了若干电子识别(也称为射频识别或RFID)技术。RFID系统在目标识别和跟踪方面已获成功，但由于大多数RFID系统在其工作频率范围内(～1MHz和以上)容易损毁标签，所以无法提供目标安全性。例如，若用手或铝箔遮住标签，或甚至将标签夹在书里，由于受到“屏蔽”，就会造成射频标签相关的安全性低下。甚至可以阻挡电池供电的射频标签，尽管其作用范围具有优势，而且阻挡会更困难。因此，贴上RFID标签的物体可以无意或有意地逃过检测，大大削弱了其作为安全装置的效用。RFID标记还与“智能卡”相关。商业应用中已出现了接触与无接触两种智能卡，这类卡趋于与特定地人而不是贴标签的物件相关联。与智能卡(或持卡人)的安全性与跟踪相关的问题，类似于上述对RFID标记所讨论的问题。
与RFID标记相关的安全性问题，类似于基于射频和微波的EAS标签技术领域中任何技术人员所熟悉的那些问题。在试图纠正基于射频和微波的EAS标签不足的方面，已经作了重大努力，但是并未从根本上改进其作为安全性标签的性能。发明名称为“具有去激励线圈的双频EAS标签”的美国专利U.S.Pat.No.:5,517,195(Narlow等人)说明了一种双频微波EAS标签，其包括的天线电路具有一只二极管和去激电路。该去激电路通过在天线电路的二极管中感应出电压来响应低能量交变磁场以便使二极管和天线失效，对标签去激。Narlow等人揭示的基于电容器的标签虽然适用于某些场合，但会随时间泄漏电荷，这可能会使该标签被无意识地激励。
美国专利U.S.Pat.No.:4,745,401(Montean等人)揭示的一类射频EAS标签包括一磁性单元，当用附属设备对磁性单元适当磁化时，该磁性单元便更改对标签的调谐，因此中断对标签的射频响应。这类标签虽有一定的实用性，但仍未解决增强安全性和识别能力的问题。
有多家公司开发了射频识别技术，其中包括Motorola/Indala公司(见美国专利U.S.Pat.No.:5,378,880和5,565,846)、德州仪器公司(见美国专利U.S.Pat.No.:5,347,280和5,541,604)、Mikron/Philips半导体、单片系统公司(见美国专利U.S.Pat.No.:4,442,507；4,796,074；5,095,362；5,296,722和5,407,851)、CSIR公司(见欧洲文献EP 0 494 114 A2；0 585132 A1；0 598 624 A1和0 615 285 A2)、IBM公司(见美国专利U.S.Pat.No.:5,528,222；5,550,547；5,521,601和5,682,143)和Sensormatic电子公司(见美国专利U.S.Pat.No.:5,625,341)。这类标签均试图提供远端识别而无需电池，工作频率范围为125KHz至2.45GHz。更低频率的标签(～125KHz)能适度抵御屏蔽，但由于带宽限制，只具有有限的射频功能。具体来说，基于这类标记的系统通常仅当一次只有单个标签处于询问区时才能可靠工作。而且系统还趋向于较为庞大，制造成本高。在相对较高频率(一般为13.56MHz、915MHz和2.45GHz)下，可供利用的增加的带宽允许开发可在询问区内短时间可靠处理多项标签的系统。这对许多产品应用来说是十分希望的。此外，有些标签设计有望低成本制作，因而更吸引客户。然而，这类较高频率装置要承担前面所述易受屏蔽的变化程度。因而无法提供库房等某些场合所需的高度安全性。
由上述讨论可见，在各种环境中有若干REID标签应用，其中带有标签的物件其身份重要。例如1999年2月4日出版的转让给Checkpoint系统有限公司的PCT公告WO99/05660说明了一种应用带RFID标签物品的具有创意的系统，其中说明的较佳实施例试图在库房材料中应用RFID标签，它可通过询问RFID标签来自动检索以确定材料的身份。然而，该660公告中并未说明或暗示若干重要的或期望的库房或其他具有创意的功能。发明概述
本发明涉及RFID装置及其应用，其中包括手持式RFID装置。装置和应用可同与RFID标签关联的物件和可选的磁性安全单元一起使用。装置和应用具体参照书籍、杂志以及磁、光媒体等存库资料加以说明。还可设想本发明其他应用。附图简要说明
本发明参照附图具体说明，全部若干视图均用同样的标号代表同样的结构，其中
图1A和1B是射频识别标签的示意图；
图2是射频识别标签第二实施例的示意图；
图3是组合标签的示意性俯视图；
图4是与RFID标签交互作用的RFID询问系统的框图；
图5、6、7和8图示本发明的标签；以及
图9、10、11、12、13、14、15、16、17、18A、18B、19A和19B图示本发明各实施例。本发明具体说明
这里描述的本发明各实施例利用了RFID标签，最好是组合的RFID/磁性安全标签。1998年6月8日提出的发明名称为“安全性增强的识别标签”的美国申请U.S.S.N.:09/093,120中揭示了这类标签，该申请转让给本发明受让人，并通过引用结合到本申请要求其优先权的美国专利申请中。下面第Ⅰ部分描述与本发明诸实施例一起使用的磁性、RFID与组合标签的详细情况，第Ⅱ部分再具体提出本发明各实施例。Ⅰ．与本发明各实施例一起使用的标签和单元
与下面第Ⅱ部分描述的本发明诸实施例一起使用的一种标签，可在单个装置中将物识别与有效安全性二者结合起来。它们较佳地包括一个对磁性询问信号有响应的单元和一个对射频询问信号有响应的单元。在一实施例中，磁性响应单元还对射频响应单元提供天线。在本发明的上下文中，术语“响应”表示该单元在遇到有关询问场时将提供明白的信息。下面先描述各个单元，然后描述组合标签。将会明白，在下面第Ⅱ部分描述的本发明的诸实施例，可以只包括RFID单元，或可以包括RFID单元与磁性安全单元的组合。A．磁性响应单元
磁性响应单元最好由低矫顽力高导磁性的铁磁材料制作，诸如用于3M公司按TATTLE-TAPETM标牌定牌出售的条带中用的材料，这类条带或标记组件在转让给3M的几份专利中作出描述，包括美国专利U.S.Pat.No.:5,331,313(Koning)和3,747,086(Peterson)。示例性低矫顽力高导磁性铁磁材料包括坡莫合金(一种镍/铁合金)和高性能的非晶金属，诸如AlliedSignal公司(Morristown,NY)按Metglas2705M和Metglas 2714A定牌提供的那些商品。
根据与该单元相关的物品的特征，磁性响应单元可以是单状态或双状态。例如，库内的某些参考书不准备搬离库房，这样单状态(不可去激)标记总是指示这种书籍是否在询问区内通过。另一些物品，诸如公共存库资料或商品可以要求双状态标记组件，从而当该物品已作适当处理后，可以对标记适时地去激，防止被询问源检测。如下面和上述参照的Peterson专利中所描述的那样，一般通过在低矫顽性磁性材料附近添加较高矫顽性磁性材料来提供双状态功能。
有些磁性响应单元能在通过低频交变磁场(如50Hz～100KHz)时迅速地切换磁性定向，并产生可被检测器接收线圈检测的预定特征响应。标记组件的切换功能由高矫顽力单元或“保持器单元”的磁化状态控制。当这类保持器单元被磁化时，改变了标记在询问区交变磁场内以磁性方式来回切换的能力，而该标记一般不被检测。当保持器单元退磁时，它又能执行切换功能，令询问源检测该标记的存在。众所周知，可以不同的方式提供保持器单元。
标记组件还可在其一侧或二侧上包含粘剂，以把标记粘到书或其他物品上。粘层可以覆一可撕的垫片，以防标记加到原定表面之前粘住非预期的表面。在上述参照的美国专利U.S.Pat.No.:3,790,945(Fearon)、5,083,112(Piotrowski)和5,331,313(Koning)中均描述了该标记组件上述以及其他特点。
由于这类低频磁性单元难以屏蔽检测，所以在安全显得重要时可有效地用于多种物件。此外，它们比应用其他EAS技术的标记更方便、更完全、更加可反复进行去激和重激，因而更适用于盼望这一特征的某些场合(如图书馆)。B．射频响应单元
RFID标签可以是有源或无源的。有源标签将一电池等附加能源结合进标签结构。这种能源即便在询问射频场很弱的区域里也能让有源RFID标签产生并发射强的响应信号，因而能在更大的距离检测有源RFID标签。然而，电池较短的寿命限制了标签的有效寿命。此外，电池增大了标签的尺寸和成本。无源标签从询问射频场取得向标签供电所需的能量，并通过调制天线呈现给询问场的阻抗由此调制反射回阅读器天线的信号，用该能量发射响应码，因而其距离更受限制。由于无源标签较适合许多场合，因此余下的讨论将限于此类标签。然而，本技术领域的人员将明白，这两类标签都有许多持点，都可也本发明一起使用。
如图1所示，无源射频响应单元10一般包括两个元件：集成电路12与天线14。集成电路提供主要的识别功能，它包括软件与电路，用于永久存储标签识别和其他期望的信息，解释和处理从询问硬件接收的指令，对询问器提出的信息请求作出响应，并协助硬件解决对应于同时询问的多个标签导致的冲突。或者，与读出信息(只读)相反，集成电路可以更新存储在其存储器(读/写)的信息。适用于RFID标记的集成电路可向德州仪器公司(以其TIRIS或Tag-it系列产品)、飞利浦公司(以其I-Code、Mifare和Hitag系列产品)、Motorola/Indala公司和单片系统公司等购买。
天线的几何尺寸和特性取决于标签的RFID部分所期望的工作频率，例如2.45GH(或类似)的RFID标签一般包括一种偶极天线，如图1A的直线偶极天线14，或接到图1B中射频响应单元10a的折迭式偶极天线14a。13.56MH(或类似)的RFID标签应使用图示那样接到图2中射频响应单元10b的螺线或线圈天线14b。在任一场合中，天线14都截获询问源辐射的射频能量。这种信号能量将功率和指令都带给标签。天线使RF响应单元吸收足以对IC芯片供电的能量，由此提供准备检测的响应，所以天线特性必须与其中配备天线的系统相匹配。在标签工作于高MHz或GHz范围的情况下，最重要的特性是天线长度。通常，把偶极天线的有效长度选成接近于询问信号的半波长或几个半波长。在标签工作于低到中MHz区域(如13.56MH)的场合中，由于尺寸限制，半波长天线无法实现，重要的特征是天线电感与天线线圈的匝数。对于两种天线类型，均要求良好的导电性。一般，应使用铜或铝等金属，但是也可接受包括坡莫合金等磁性金属的其他导体，而且实际上较适合本发明的目的。为实现最大能量传递，选用的IC芯片的输入阻抗和天线阻抗相匹配也很重要。对本领域的技术人员而言，例如可从J.D.Kraus著的“天线”(1988年第二版，McGraw-Hill有限公司，纽约)等参考书中了解另外的有关天线的信息。
如图2所示，通常包含电容器16来提供标记性能。有电容器16时，它将标签的工作频率调谐至特定值。希望以此获得最大工作范围并确保与规章要求相符。该电容器可以是一分立元件，或被集成在天线里，如下面所述。在某些标签设计中，特别是设计成工作于诸如2.45GHz极高频率的标签，不要求调谐电容器。电容器如此选择，当耦合到天线提供的电感时，就由下式给出复合结构的谐振频率：fr=(12π)1LC]]>式中C=电容(法拉)，L=电感(亨利)。谐振频率紧密地匹配RFID系统的期望工作频率。如美国专利U.S.Pat.No.:4,598,276(Tait等人)和4,578,654(Tait等人)所描述的那样，该电容器也可以是个分布电容器，上述专利已转让给3M。分布电容有助于减小标签尺寸(特别是厚度)，使人工组装量最小。
工作时，如图4所示，射频响应标签110被EAS系统100询问，后者一般靠近被监视标签的地点。将间隔的检测面板置于房间出口两头靠近载运被监视物件的传送带，可以设立询问区，而房内置有贴标签的物品。也可使用手持检测装置。将询问源102(一般包括驱动振荡器与放大器)耦合至天线104(有时称为场线圈)，在询问区内发射交变射频场或询问信号。系统100还包括接收信号的天线(图示天线104，有时称接收线圈)和处理询问区中标签产生的信号的检测器106。
询问源102发射的询问信号200可在某些已知的频段内选择为佳，因为它们不会与其他用发生干扰，且符合适用的政府法规。当射频响应单元接收询问信号时，它发射自己的响应码信号202并被天线104接收后发送给检测器106。检测器对响应译码，识别标签(一般根据存储在计算机或其他存储装置108中的信息)，并根据检测的码信号采取行动。本领域的技术人员知道该示例系统的各种修正，其中包括例如用询问源102与检测器106各独立的天线取代示例的单一天线104。
现代的RFID标签还提供大量用户可访问的存储器，有时为只读存储器或写一次存储器的形式，但更佳的是让用户能隔一定距离重写其内容而反复地修正存储器。提供的存储器容量可以不同，而且影响着RFID标签集成电路部分的尺寸和成本。一般，可以经济地提供在128位和512位之间的存储总容量。例如德州仪器公司(Dallas,Texas)按Tag-it定牌提供的RFID标签，除了128位存储器容量保留给独特的标签连续号、型号与制造信息等项目使用外，还提供256位用户可编程的存储器。同样，飞利浦半导体公司(荷兰Eindhoven)按I-Code定牌提供的RFID标签，提供384位用户存储器，另有128位保留给上述类型的信息使用。
这种用户可存取存储器可用来增强例如设置在库房环境中的物件识别系统的性能。目前，库房通过扫描光学条形码来识别物件。这种条形码里所含的独特的识别符用来访问流通数据库，包括库房自动化销售商提供的软件(LAV软件)，库内经常保持着有关该物件更详尽的信息。尽管该系统得到重点开发且在许多应用中运行良好，但是仍有两点不足。首先，要访问信息，就必须与流通数据库连接，当某一物件运离该数据库的连接线时，就有碍信息的获取。其次，特别在频繁使用期间，从流通数据库检索信息有时时间长得令人无法接受。将信息的某些关键项目存贮在RFID标签上，可克服这两个局限性。
将信息呈现在RFID标签上而提高库房识别系统性能的一个例子是库房识别号。于是，无需访问数据库，只要直接扫描RFID标签，就可迅速简便地确定某一物件的“归属”库房。最好将信息呈现在RFID标签上的另一例子是一种代码，它指明该物件是书籍、像带、录音带、CD还是其他物件。例如，这种代码可以包括以3M标准交换规约(本发明的受让人销售)规定的媒体类型码。直接知道媒体类型后，存库材料管理系统能确保某一物件得以正确地处理，不会因向远端的流通数据库作咨询而造成延迟或不便。适于将信息配入RFID标签的其他例子，对于本领域的技术人员是显而易见的。
RFID系统优于基于条形码系统的另一个领域是多物件识别。利用精巧的软件算法，RFID阅读器和标记共同确保成功地识别阅读器询问区内的所有物件而无需操作员介入。这种能力可在库存管理、物件跟踪和分类等无法用基于条形码的识别系统实现的领域中开发各种有效应用。C．组合标签
如图3以及图5～图8所示，组合标答20将磁性响应单元与RF响应单元组合起来而具有二者的优点。这样可同时将两种单元应用于某个有关物件，减少了费用。组合标签可以设置覆盖有可撕垫片的压敏粘剂，撕去垫片后可将组合标签粘到该物件表面上。另一实施例中，标签把磁性响应单元用作射频响应单元的天线，此时电气耦合到射频响应单元，而且还可以或可以不在物理上耦接至射频响应单元。
按本发明制作的组合标签可以按两种方式询问。首先，RFID询问源可用射频信号向集成电路请求接收代码。例如，该信息可表明有关该标签的物件的识别，该物件是否已正常处理。其次，磁性询问场询问标签，以确定标记组件的磁性部分是否为有源，若该标记组件为有源，询问源就产生一响应，诸如表明该标记的物件未曾正常处理过。由于磁性询问比射频询问更耐屏蔽，所以组合标签的磁性部分可增强安全性。这样，磁性与RFID标签二者的特点都结合在单个组合标签中。
在一较佳实施例中，组合标签包括的磁性响应单元在射频响应单元电路中还起着天线的作用。为实现双重作用，天线材料必须呈现低的磁性矫顽率与极高的导磁率(用作有效的安全性单元)，以及中等到高度的导电率(用作有效的天线)。此外，天线的几何尺寸必须适合两种作用。在该实施例中，天线可用例如坡莫合金(镍铁合金)制作。
在一实施例中，可将3M的Tattle-TapeTM牌安全条或其他同等磁性单元用作工作于2.45GHz或类似高频的直线偶极天线，该安全条的长度、宽度与厚度选成与该特定工作频率和所用的RFID芯片其特性匹配。一般而言，该安全条应使用坡莫合金(包括Carpenter Specialty Alloys公司Reading,PA)的HyMu80牌在内的若干公司销售)或诸如Allied Signal公司(Morristown,NY)销售的2705M等非晶合金制作。其长度在6.35和16.5cm(2.5-6.5英寸)之间。集成电路端子应以物理方法接至安全条两端。确立的阻抗和功率增益的电气测量结果，说明这种磁性条具有通常与这类芯片一起用的铜或铝偶板天线相同的基本电气特性，因而有望令人满意地起到双重作用。
当磁性响应单元用作射频响应单元天线的至少一部分时，二者相互电气耦合。由于多单元间有物理连接线(如图5)，或在无物理连接线时可通过非接触电磁耦合(如图6、7和8)，可实现电气耦合。非接触耦合可以包括寄生耦合、电容耦合或电感耦合，并将此类天线元件用作寄生天线单元、反射器与定向器天线、Yagi-Uda天线或其他合适的天线配置。
图3的组合标签包括磁性材料制作的线圈匝。例如，该标签可以是具有14c那样的天线结构的13.56MHz标签，其中在四角设置了磁通汇集器以增强标签的磁性作用。可提供其他类型的磁通汇集器。
图5的组合标签在天线22与集成电路之间有一物理连接线，天线22用磁性响应材料制作。上述类型的一个或多个保持器单元也可应用于磁性响应材料，从而可以有选择地受激和去激以提供双态标签。然而，图6的天线22a不以物理方式接至接至集成电路2或偶极天线23，而是通过寄生偶极子耦合电气耦合到偶极天线，以提供组合标签20a。偶极天线23可以包括磁性响应材料或非磁性响应材料。
图7和8的实施例设置了一根以上的天线22，以便分别与天线23b与23c电气耦合。在图7的组合标签20b中，集成电路12包括寄生耦合到天线22b的偶极天线23b。天线22b由磁性响应材料制作，天线23b可用磁性响应材料制作。在图8的组合标签20c中，图2类型的射频响应单元以寄生方式电气耦合至天线22c。天线22c用磁性响应材料制作，天线23c可以用磁性响应材料制作。这类实施例的其他变型很容易设计。
组合标签的总厚度应尽量小些，让标签难以察觉地放入物品中。例如，可用粘剂将标签夹在书页间，而且希望标签薄得足以防止观察书的端部而看到。常规IC约厚0.5mm(0.02英寸)，标签总厚度最好小于0.635mm(0.025英寸)。
可将本发明的组合标签做成卷形，使各张标签自动地连续贴到物品上。例如，PCT公告WO97/36270(DeVale等人)描述了这种一般系统。其一面或多面覆有粘剂(如压敏粘剂)的各张组合标签可从卷上撕下贴在书籍粘接处附近的两页之间。设置的分页线有助于插入组合标签，还可以设置传感器等其他附件以检测系统中各种元件的位置。
相信组合标签在存库材料处理方面具有特定(虽然不是专用的)的应用。具有这类RFID标签的存库材料更便于作进出检查，或许无需人帮忙。即，当特定的顾客(她自己可以拥有一张与库房卡有关的RFID标签)通过一合适的检测区时，将自动地对她查出存库材料，而当该顾客拿着材料重新入库时，回过来再检查。本发明的标签通过让库房管理者瞬间和连续地跟踪存库材料，还有助于库存管理与分析。当然，本发明的这些和其他特点可以应用于其他场合，诸如商店、库房等的材料搬运。
在另一实施例中，组合标签可通过磁性响应(指示标签的磁特性是否已受激或去激)和射频响应(通过利用有关软件指示数据库或RFID芯片本身的存储器显示该物件是否已作适当处理)提供双态标记信息。
下述例子对以下第Ⅱ部分描述的本发明诸实施例使用的标签提供更详细的信息。例1
按本发明制作组合标签。将从Carpenter技术公司(Reading,Pennsylvania)购得的按HyMu80定牌的合金制作的坡莫合金条贴到SingleChip Systems(SCS)公司(加州San Diego)制造的测试架，合金条测得的宽度约1.6mm(0.625英寸)，厚0.0254(0.001英寸)，长10.16cm(4英寸)。测试架包括接至LED二极管的标准SCS2.45GHz天线。该装置如此设计，当暴露于强得足以对一般SCS RFID标签供电的2.45GHz场时，LED就发光，直接以可视方式确认该装置功率接收部分的正常工作。当用原型坡莫合金天线取代该标准SCS天线时，LED在差不多同样的场强下发光，由此确认原型的成功操作。例2
图3的另一个天线实施例适用于13.56MHz的RFID设计。在此频率，线圈型天线几何形状更优。包含该线圈的螺旋匝通过蚀刻(物理或化学)、模割或经掩膜淀积方法用坡莫合金等磁性合金形成。在该设计中，线圈的直“臂”部分还用作磁性响应单元。然而，这种几何形状减小了这类金属单元的长度，限制了该装置磁性安全部分的效用。在图3实施例中，为了克服这种局限性，将设置在四角的磁通汇集单元加到天线线圈里。较佳地，图3的结构应像前述那样包括一电容器，将天线的工作频率调谐到预定的询问频率。
将本例描述的天线的特性与已知的射频集成电路天线的特性作了比较，由于这些特性相似，故认为本例的天线适用于这种场合。
下述的本发明诸实施例可以使用上述的只具有一个RFID单元的标签或者组合标签。Ⅱ．RFID系统应用
库房经常接收顾客用完存库材料后送回的大量材料。为了让后来的顾客再次寻找和检查这些材料，材料必须准确而迅速地分类置于架上，材料一旦重新放置，必须经常帮助顾客寻找材料。这里描述的RFID相关发明的各种实施例与这种处理直接有关，且可按需要一起使用或分开使用。
这里描述的系统的元件是一种下列类型的便携式(最好为手持式)或固定式RFID装置，配备成从顾客卡、书籍或其他材料的物件上的RFID标签读出信息。较佳地，从RFID标签读取的信息包括媒体类型命名(如磁性、印制或光学)，可用于确保该物件正常的后继处理。RFID装置还配有线圈等装置，设计成能对物件标签的安全单元部分激励与去激。RFID装置读出RFID标签后，把物件识别信息发送给配有软件的计算机，该软件由库房自动化销售商(LAV)提供。在约50种流行的LAV软件系统中，有Ameritech Library Services(犹他州Provo)出售的Dynix、CARL公司(科罗拉多州Denver)出售的CarILS和DRA(密苏里州St.Louis)出售的DRA。
将从RFID标签获得的信息发送给LAV系统有几种方式。一种方式要使用以3M标准交换规约(SIP)执行的指令。另一种方式要用称为“楔”的电子装置发送信息，似乎该信息是从普通条形码扫描器发出的。对本领域的技术人员而言，这些和其他技术都是众所周知的。以此方式，RFID装置的RFID元件执行以前由光学条形码扫描器执行的功能，它可以或者可以不继续与该装置一起用。这样，这类库房在享用RFID技术提供的附加功能和特性的同时，还可继续使用其原有的LAV软件系统接口和终端。RFID装置若愿同原有的LAV软件系统显示器共同向操作员提供反馈，就无需包含显示器。或者，可将显示器和其他反馈机构包含在RFID装置中作为集成化封装件。
对有些应用，希望提供便携式或最好手持式的RFID装置。手持式RFID装置能在库架、货箱、货包与库房推车中间搜索，几乎能搜索极靠近物件的任何地方，可在装置作用范围内识别多个物件。这些与其他特点使创新的便携式RFID装置成为一种有价值的库房工具。为简便起见，首先描述便携式RFID装置的诸元件及操作情况，然后说明这类装置的有效功能或用法。要指出，这里描述的功能或方法同样适用于非便携式的RFID装置，而上述参照非便携式RFID装置描述的功能或方法也适用于便携式RFID装置，只是将不同的功能和方法同经常用于执行该功能或方法的该类RFID装置组合了起来。
本发明的手持式RFID装置最好包括RFID阅读器与写入器、存储器、电源以及执行上述各种功能的软件。RFID读写器包括德州仪器公司(德州Dallas)制造的13.56MH RFID阅读器Commander 320。存储器最好取计算机形式，例如可用3Com公司(加州Santa Clara)按PalmPilot定牌销售的掌上或手持式计算机提供。该便携式计算机可以包括操作系统、触摸屏显示器，若干开发用户界面的按钮、再充电站、在装置与另一计算机间传递数据的对接站、将外设接到手持式装置(如RFID阅读器)的一个或多个端口，以及电池电源。有些单元还可包括条形码扫描器等内置型外设。还包含各种反馈系统，包括灯光、音响与显示器。
如上所述，有些附件可在手持式装置与另一处理站之间传递数据。可用对接站方式装载或下载数据，在搜索特定物件前，例如可用这种方法装载物件识别信息。另一例子是在库内收集已使用的物件后下载数据。可将该链路构成对接站(如图示)，作无线或电缆下载和/或装载，在手持式装置与另一处理器之间或以任何其他适于传递此类数据的方式作为无线或电缆式实时链路。一个这种例子是Symbol Technologies(纽约州Holtsville)生产的Spectrum24无线局域网系统，与此类似的系统允许移动用户以无线方式在移动装置与局域网之间通信，为此，移动单元一般包括支持无线通信的通信元件，如Symbol公司的LA2400无线局域网PC卡。
装置的用户界面设计成可传递搜索状态并让用户输入数据。输入数据可以包括在各种搜索模式间切换装置并输入特定任务的数据(如找出物件或存放物件)。最好结合声、光和显示器对用户提供反馈。显示器可以装入单元或独立使用，独立使用时，可以各种方式设计，包括便于用户观看的“可戴”的显示器。
下面是一种特别有用的手持式RFID装置的实施例。一种手持式RFID装置中，把RFID阅读器、用户接口、电源、天线、处理器和软件都设置在单个集成单元里。通过使用如上述Palm Pilot那样的手持式计算机，可实现下述类型的几种实时功能，这与RFID装置必须同分立的计算机、数据库、软件系统等发生较互作用的系统显然不同。需要时，该软件还能提供有限的或全部上述类型的支持功能。手持式RFID装置最好还包括一种一体化电源。虽然它可以接至可围在用户腰部的更大的电源。在一体化电源的情况下，电源可以或可以不对处理器供电，并可接到对接站再充电。在使用手持式计算机时，它可以有自己的电源，且可以接到对接站再充电，以装载和/或下载信息。
手持式RFID装置每当在物件范围内受激时，就能询问和识别贴ID标签的物件。例如可用与该装置相关的触发器作间歇激励，从而将RFID装置要求电源的消逝时间减至最小。阅读距离与许多因素有关，对于当前给定的技术和系统工作的频率，希望在15与45厘米(6-18英寸)之间。在有些场合中，可能希望限制该装置的工作范围，因而只询问与更近范围的物件相关的EFID标签。在另一些场合中，则希望嘴长的有效工作范围。在还有一些应用中，最好限制输出功率(因而也是阅读范围)，让电池组更长时间连续工作。阅读范围还受到天线设计及RFID标签相对于天线定向的影响。显然，阅读范围、电池重量和电池再充电或调换之间的寿命往往是相互关联的。根据装置的特定应用，可作各种折衷。
工作时，手持式装置的一种特别有用的特征就是获取有关该装置已描述的某物件的实时信息，即手持式装置从RFID标签获得信息，或者直接显示该信息，或者直接显示存储在手持式装置内与贴标签的物件相关的信息。这一特征与向用户显示信息前必须同独立的信息数据库对接或通信的装置显然不同。若要求这类特性，本发明的手持式装置还能同独立的数据库对接或通信。A．用RFID装置分选存库材料
本发明的一实施例，在库房职工分选送回库房的物件时，可以用上述类型的RFID装置帮助他们作分选。可以对已经卸下而且相关的磁性安全单元再受激的物件作分选操作，或者，可将卸货与再激励操作并成一次处理作分选操作。为便于说明，这里将描述第一种操作，当然本发明与这两种操作都相关。
每个库房都指定其自己的分类目录，例如包括成年人非小说类、儿童小说类、手持材料和供另一分库作库间出借(ILL)的材料。当操作员开始分选时，可用RFID装置扫描与某一材料相关的RFID单元，并且接收例如该材料所属目录和保存该目录内材料的推车或容器的可视或可听信号，如图9所示。例如，操作员可以扫描一本书，查明该书属于儿童小说类，而且归于推车号123。根据从RFID单元、LAV软件、独立的分类数据库、另一信息源或上述的组合获得的信息，就可以识别材料、目录以及该物件的临时(初始)或永久(最后)位置。独立的分类数据库在性能和灵活性方面具有潜在的优点。
分选时可以使用各种RFID装置。一种较佳的装置是图10所示类型的便携式可佩戴的阅读器，其优点在于不用手操作。另一种不用手的选择件是将阅读器定位于靠近物件陈列室，然后让每个物件从阅读器旁边通过作处理，如图11所示。其他选用件包括图12的手持式阅读器或固定的装置，这对本领域的技术人员是显然的。
可用各种方法作分类操作。一种选择方案包括库房的分类目录数据库、推车信息数据库(包括库架数量和各推车的每个库架容量)和分类处理器。分类处理器对每辆推车、装满情况和指定给该推车的现行目录等状况进行跟踪。当处理了某一物件后，就把识别的该物件发送给分类处理器。处理器利用有关推车状态与分类目录的信息，确定放置下一物件的地方，然后向用户显示分类指令，更新推车数据库。
图9示出一例分类信息的显示。在此情况下，它在接至装置的显示器上指示出小说类和特定的库房推车位置。同样的显示器可以是独立的，与装置无关，用于以上述其他识别选用方案作反馈。也可以应用其他显示方法。LED可以接到每辆推车的每个库架。分类处理器可向有关库架发一信号，让LED接通。还可使用音频信号。或者，用接到推车的RFID阅读器核对放在该推车上的物件，以查明该物件放置正确，且有助于跟踪操作。
应用于这种分类环境的RFID装置，可以包括附加的功能。该装置可以接受信息(指令)，诸如特定的推车装满了，特定的推车应与特定的材料目录(如小说或受损材料等)相关。该装置还可配用一种RFID标签打印机，它能自动地或按要求发放带RFID单元的标签。
在一个RFID标签打印机实施例中，将条形码扫描器接至某一装置，该装置包括RFID读/写器和保存一卷RFID标签的发放器。标签的一面有粘剂，可贴放在物件上。根据物件类型，粘剂可以是短效的或长效的。有选择地将该装置接至LAV软件系统。当把物件置于条形码扫描器下方时，扫描器就读出该物件的条形码。或者，装置将该物件的ID发送给LAV软件，以验证该物件属于该库房且拥有RFID标签，并能提取有关该物件的附加信息，诸如物件的类型等。接着，RFID写入器对下一张RFID标签写上有关信息。或者，通户可通过按钮或键盘输入要放在标签上的附加信息，如用户希望指明物件的类型。在输入了全部信息后，用户指明要打印新标签，打印机就发放标签。用户将该标签放入物件，这适用于目前无任何RFID单元或RFID单元已损坏的物件。另一种方案是发放一张便于贴到存库材料并撕下的临时RFID标签，这对所有的或特定的非RFID物件(像保持器)都适用。于是，从分选点开始到最后上架可用RFID跟踪该物件，此时很容易撕下标签甚至再使用。
基于RFID的分类系统，其优点包括可查明每个物件在分选后的特定位置，并能产生所有物件在规定初始位置(如推车123上的所有物件)时的清单。基于RFID的分类还能作出更准确的分类，能由库房迅速地实行分类，无需昂贵的职工培训费用。B．配备便携式RFID装置的推车
在存库材料像上述那样分类后，通常被装上轻便推车运到库内有关位置。这类库房推车在传统上只包括车架、车轮和库架，但是本发明的库房推车还包括若干对库房有很大利用价值的特征。为简起起见，可将配备便携式RFID装置的库房推车简称为“智能推车”。
本发明的智能推车可询问其自己的内容以确定堆在其上面的材料，并可确定推车上诸物件的排序，包括各物件在哪一库架上。智能推车的主要优点是能帮助库房职工上架处理，每一物件即使在上架之前也能被跟踪到特定的推车位置。虽然这里叙述得最详尽的该实施例涉及到推车，尤其是库房推车，但是本领域的技术人员将明白，本发明同样适用于其他的物件汇集用具，如货箱、货堆、库架和货房。
在一实施例中，智能推车可以与上述图12所示类型的手持式RFID装置组合使用。操作员可以使用该手持式RFID装置，以特定顺序(如从左到右和从上到下)使它通过推车。当RFID装置在物件旁边经过时，装置阅读带RFID标签的物件，记录和存贮其在推车上的位置。RFID阅读器通过读推车上的标签或将推车识别信息输入手持式单元而识别该推车。若用户只要求记录推车上的物件而不是推车上准确的物件位置，用户可以任何顺序使装置通过物件旁边。由于可在装货后阅读整个推车，因此未延误装货过程，推车目录就更加精确。或者，可将RFID装置固定于推车，让物件通过阅读器后装架，之后职工可以输入物件在推车上的库架位置。
运用前述的任一实施例，当阅读器不能识别物件里的标签时，可迅速地确定非RFID物件。根据用户的选择，这类物件可用条形码阅读器单独处理和识别，或指定接收RFID标签以转换成RFID系统。
智能推车的内容及其位置还可用几种便利的方法来确定，很少或者无需库房职工介入。一种方法是应用带天线的智能推车，天线伸展至每个推车库架的全长，连接到合适的RFID装置，让推车取得物件及其位置的目录。还可将推车连接至原有的LAV软件系统，并将推车全部内容和推车身份下载到LAV软件系统。或者，把信息保存在独立的数据库里。在这两种情况中，就存库材料的身份与特定位置而言，这种“插入”式推车能迅速地直接传递准确的数据。插入式推车示于图13。
智能推车系统的一个实施例如下所述。用户通过键盘或按钮交互作用启动“推车读操作”。该推车有选择地拥有与它相关的RFID标签，若标签有效，软件就启动RFID询问而建立推车身份。或者，启动推车读操作的用户可以手工将推车识别信息输入RFID装置。软件将推车ID发送给位置数据库，然后询问每个库架。将各物件在库架上的识别信息发送给软件，然后软件将该信息发送给位置数据库。询问结束后，软件可有选择地把信息从位置数据库送到LAV软件对后者更新。
识别存库材料及其在推车上的准确位置的另一种方法，是让推车通过一条RFID通道或RFID“反向通道”，分别如图14所示与15所示。当推车在通道下面或反向通道上面通过时，每个RFID阅读器可以确定推车两侧所有物件的身份和近似位置。通道的一个好处在于不要求专用推车，只要推车能在通道下面推动就行，当然非金属性推车要优于金属性推车，它不会与RFID系统干扰。反向通道法则要求专用推车，这种推车能在阅读器上面推动，阅读器设计成位于推车中央下方。
识别和定位推车物件的另一种方法要使用图16所示类型的“剑式阅读器”，这把“剑”具有读RFID的能力，当“剑”插入推车中正确位置时，便可确定推车上物件的内容和位置。C．用RFID装置帮助装库架
存库材料一旦装在推车上或其他初始位置时，希望利用信息帮助装库架，这类信息放在由上述智能推车得到的信息数据库内。因此，本发明的另一实施例涉及帮助上库架的材料，最好包括一张材料按序上架的清单，清单可以包含推车特定的位置信息，还可提供交互帮助。
第一步是建立期望的上架顺序与处理。库房通常用其自己的方法将存库材料上架，库房的每一部分可包含不同的顺序表。例如，成人小说可按作者的姓氏上架，然后在作者之间按书名上架，而成人非小说类可按Dewey十进制分类。在再上架处理期间，库房还可以规定横向移库的较佳路线(如从成人非小说类的架1开始上架，然后上架到架4)。确定方法与顺序的另一种办法是像目录那样建立自动上架信息数据库。在一实施例中，当用户以自己确定的顺序用RFID装置扫描完所有架上的全部物件后，就建立了上架数据库。读出的每个物件都被送给上架处理器，后者将信息放入上架数据库，保持着诸物件输入时的顺序。上架处理器还可用从标签、独立数据库或LAV软件收集的附加信息分析上架顺序。例如，在完成书架后，上架处理器可用来自LAV软件的信息确定该书架装有成人小说，而书架排序用作者姓氏建立。以此方法，可对数据库“传授”有关的上架顺序，然后可以结合其他库操作使用。
利用上述的库或目录处理建立的编排信息，结合智能推车的数据库，就可对推车建立上架顺序。在一实施例中，可向用户打印上架顺序表。例如，某一推车的上架顺序表可以指出第一物件的书架号码为913.47A，其书名的第一部分为“Join me at my home…”，它在推车书架3上，是该书架上的第五本书。例如，将要上架的第二物件的书架号码为916.8，书名第一部分为“Another reason…”，上架顺序表指明该书在车架2上，是该车架上的第九本书。例如，将要上架的第三物件的书架号码为916.912，书名第一部分为“The life and time…”，上架顺序表指明该书在车架1上，是该车架上的第四本书，等等。还可对多辆推车建立上架顺序表，此时该表应包括指明装书推车的附加字段。
本系统这个实施例的优点在于，可随意将特定等级的存库材料放在有关推车上，而且能直接上架而无需分类。或者，可将未分类的推车进行分类，这对于无时间熟悉上架物件正确顺序的新手而言特别有用。最后，在物件重新上架时，RFID上架顺序系统能优化进库取货的路线，大大节省了时间。
在另一实施例中，可用带显示器的便携式RFID装置提供上架顺序信息而不是纸质副本。显示器可以装在推车上(图11)，佩戴在用户身上或握在手中。如图所示，RFID装置显示可以告诉用户要上架构成的下一个物件、它在推车上的位置以及在架上的位置。最好提供一种既向用户提供上架顺序信息又可接受用户输入的便携式RFID装置，输入可以包括能卷动显示诸物件，指出某物件已重新上架或还未重新上架的时间，要求特定物件更详尽的信息，或显示推车的简明目录清单。
在另一实施例中，便携式RFID装置用贴在物件上的RFID标签帮操作员找出下一个要上架的物件。操作员向上架处理器发出一信息，指明特定推车上要上架的材料。上架处理器运用来自位置数据库和上架数据库的信息，确定首先上架的物件。操作员用手持式RFID阅读器扫描库架。将每个物件ID送给上架处理器，当该ID与要上架物件的ID相符时，上架处理器向操作员发一信息，该信息可以是可视或可听的信息，诸如RFID手持式装置和库架上的LED闪烁，或者发出嘟嘟声。于是操作员从推车里取出该物件，让它通过RFID阅读器旁边，验明已取出正确的物件，并更新物件在“架上”的当前位置。该过程继续到所有物件都上架了为止。便携式RFID装置还可用贴在物件上的RFID标签确定某一特定物件是否在推车上。
本发明还可扩展应用于这样一种RFID装置，即它提供特定库区内(如非小说类书架200～300)所有物件的清单，然后提供该区中已作入库检测但还未上架的所有物件的上架顺序清单，包括找出每个物件的地方。代替产生硬拷贝清单的一种方法是提供便携式装置，其中每个装置“编程”后查找属于某一特定库房部分的物件。当由专人负责维护特定库房部分或者尽力保持特定库房部分至今显得尤其重要时，本发明的该实施例特别有效。
前述发明的一种变型是让用户读完任何一个收集品，诸如未分类或粗分类的书架，并抽出符合上架顺序中特定判据(如非小说类100～200)的诸物件。当诸物件已在初分区上准备上架时，该实施例特别有效，可帮助用户按初分区建立上架顺序推车。由于可读出任何收集品，所以该法不限于预分的存库材料库架。要求上架的任何物品区可如法处理。
最后一个实施例能让用户用便携式(最好是手持式)RFID装置为指定给定的物件寻找架上正确的位置。用户识别要上架的物件，让手持式装置通过架上一排物件，当检测出新物件上架的正确位置时，就向用户作反馈。可以组合若干方法提供反馈，包括在显示器上，用音频反馈和/或在手持式装置上用灯光(LED)作反馈。
这种功能可以支持库房中最典型的“自由上架”，其中可将物件放在任一架上，只要它紧跟着并居于上架顺序中正确物件之前便可。在存在更多约束的上架系统中，必须将物件放在架上的特定位置。自由上架更为典型，它要求更多的处理以对某一物件产生正确的上架位置。当采用约束式上架时，可将LED直接加装到上架位置，以发光指示放物件的地方。即使在自由上架的场合中，也可对库架装上LED，不过要根据此时架上的物件来确定哪一只库架LED发光，这是一种动态判断。构成这种功能的基础还要理解正常的上架顺序。每个库房都指明它们要上架的物件(如运用Dewey十进制号码或作者姓氏)。库内各个部分的这类上架方案是不同的。该功能还能完全支持非约束式上架，其中诸物件基本上以随机顺序上架，被保留的材料架通常是这样做的，且适用于其他场合、在此情况下，可用RFID阅读器从不分类的架上寻找物件。
该实施例的优点包括该系统能帮助上架员识别物件上架的地方，这对新手特别有利，可加快上架操作。上架员一旦靠近该位置，装置能迅速地在准确的库架位置调零。本部分所述实施例的一个附带特点在于，在某些实施例中，用户能获得实时信息，不必下载或打出信息。D．用RFID装置和元件为顾客导航
许多顾客难以在库房内通行，困难包括找到期望的建筑物和库门，到达期望的部门，找出所需的库架并最终找出有关的材料。有些顾客脑中记着特定的项目，如书名，而有些顾客对主题更感兴趣，如革命战争史。本节描述的本发明诸实施例可帮助顾客在库内通行，以可视、有趣甚至娱乐的方式提供指导。
图18A与18B示出本发明的一实施例，如图18A所示，其中用一个或多个有关项目对带RFID单元的卡进行装载或编程。可在顾客能接近的终端上作装载。本例中，装载处理机能与LAV数据库直接交互作用或通过搜索处理器确定当前有售的目录与物件，该信息显示给顾户。顾户与键盘或鼠标一类的输入装置交互作用，选择目录或成组的物件。本例中，顾客选择两本书“马克·吐温生平”和“汤姆索伊”，该信息被送往装载处理器，后者将此信息装入RFID定位器卡。
另一种方法是让员工在例如参照桌旁为顾户装载卡。还有用有关主题“预印”的卡，顾户可以持卡在库内使用。装到卡上的数据可以是特定的书名或有关的主题领域。不用专用的RFID卡，可以使用顾客的实用库房卡，或者为此设计专用的入库卡。对于入库用卡，顾客离去时应将卡留在库中。入库用卡可以具有TATTLETAPETM磁性安全标记(本发明的受让人出售)，标记贴在卡上，以防失窃。
该卡一旦装上所需的信息，顾户就能用它在库内通行，如图18B所示。RFID装置可在整个库内按计划放置，当向这些阅读器这一出示RFID卡时，就向顾客指示相对该阅读器的位置可以找到有关物件的地方。该装置可以包括一种能配备地图与图示指令寻找该物件的显示器，或许仅包括一连串LED灯，灯发光表示该物件就在最靠近该装置的通道里，或者照亮库房图上可找到该物件的一部分。根据顾客靠近目标物件的程度来提供信息。例如，可以指示去库房的另一楼面(离目标远时)，或当顾客接近有关物件时，指示沿通道半路上去一特定的库架。
在另一实施例中，可将有关的物件或主题装入手持式RFID装置，然后拿着该装置在库房中寻找这些物件。如上所述，能以多种方式装载数据。当RFID装置指向它们时，激励装有这些物件的库架，或提供某种信号。于是，顾客可以跟着灯光寻找存库材料的大致位置，到了那里，单元可以进入物件定位器模式，帮助顾客找到该特定物件。在此模式中，当目标物件被定位后，装置可以读出各个物件，并经反馈在装置上作出指示。该单元还可以显示小型库房图，进一步帮助顾客在库内寻找通路。对于视力差的顾客而言，本例的变型特别有效。
本发明的一个相关方面是应用RFID库房卡，这不仅用于存库材料的进出检查，还可以跟踪顾客在库内的流动。可以跟踪顾客的进出数，再经统计分析得出有用的信息。例如，系统可以统计进入库房某一位置的顾客数，库内各处停留的人群多长，计算机与复印机等库房设备的使用次数。
RFID库房卡还可用于入库管理。在该实施例中，RFID库房卡管理着哪些顾客或员工可能使用哪些公用设施。公用设施可能是房间，此时门锁是受控的。可以控制入口，以便使用某个设备或其他库房设施。例如，管理还可确定让哪些计算机操作供用户使用，由此拒绝儿童进入某些材料或电子因特网地点。这可以通过将阅读器置于这些专门控制点或者让人们携带阅读器并读出地点标签而允许进入来实现。
最后，RFID库房卡可以与某些库内执行的统计功能一起使用。RFID库房卡可以同有关库房中收集的一般费用与罚款汇集在一起，这类费用包括过期付费、使用某一设备的费用、复制费等。该卡可用作借贷卡或信用卡，可将数据(账目)保存在卡上(每次更新芯片)或独立的数据库中。对顾客和库房而言，主要优点是统一和简化了处理各种费用与罚金的方法。今天，其中的许多功能是人工执行的，常会员工与顾客感到不便。该系统可用自动化程度最高的方法处理这些问题，缓解了紧张状态，提高了员工处理较重大问题的效率。另一种方案是为顾客指定与其RFID库房卡和自动收费相关的借贷卡，这样可出示该库房卡付费，与钞票不直接相关。