一种基于RFID定位高尔夫球的系统及方法.pdf

本发明公开了一种基于RFID定位高尔夫球的系统及方法，该系统包括：电子标签，设置于高尔夫球内，用于在惯性传感器及定位接收装置发送的电磁波的触发下向外发射射频信号；定位接收装置，设置于高尔夫球洞口，利用读写器天线接收电子标签发射的射频信号，并将信号通过收发器传送至微处理器进行相应解码，由微处理器根据解码结果控制外部设备工作,通过本发明，可以大量节省捡球时间，可实时准确定位并在线显示每杆击球后的球与洞口的相对位置与距离。

权利要求书
1.  一种基于RFID定位高尔夫球的系统，包括：
电子标签，设置于高尔夫球内，用于在惯性传感器及定位接收装置发送的电磁波的触发下向外发射射频信号；
定位接收装置，设置于高尔夫球洞口，利用读写器天线接收电子标签发射的射频信号，并将信号通过收发器传送至微处理器进行相应解码，由微处理器根据解码结果控制外部设备工作。

2.  如权利要求1所述的一种基于RFID定位高尔夫球的系统，其特征在于：所述电子标签包括天线模块以及RFID芯片，所述天线模块用于电磁波的形式向外部发射射频信号，所述RFID芯片用于存储目标物的相关信息，并将相关信息通过天线模块发射。

3.  如权利要求2所述的一种基于RFID定位高尔夫球的系统，其特征在于：所述电子标签为主动式标签。

4.  如权利要求2所述的一种基于RFID定位高尔夫球的系统，其特征在于，所述定位接收装置包括：
读写器天线，接收所述天线模块发送过来的射频信号；
收发器，包括发射器以及接收器，所述发射器用于将从微处理器接收过来的信号经过所述读写器天线发射出去，供所述天线模块接收，所述接收器用于将从所述读写器天线接收过来的信号送到微处理器中的译码器进行解码；
微处理器，包括编码器、译码器以及逻辑单元，编码器用于将信息进行编码，送到所述收发器，所述译码器用于将所述收发器送来的信号进行解码，以便进行显示，所述逻辑单元用于控制所述编码器和译码器的启动时间顺序；
显示单元，连接所述微处理器。

5.  如权利要求4所述的一种基于RFID定位高尔夫球的系统，其特征在于：所述定位接收装置还包括报警单元，所述报警单元连接所述微处理器，用于检测到RFID芯片中的信息后发出报警信号。

6.  如权利要求5所述的一种基于RFID定位高尔夫球的系统，其特征在于：所述报警单元采用电磁式蜂鸣器，由振荡器、电磁线圈、磁铁、振动膜片及外壳组成。

7.  如权利要求1所述的一种基于RFID定位高尔夫球的系统，其特征在于：所述高尔夫球内装有所述电子标签及惯性传感器。

8.  如权利要求1所述的一种基于RFID定位高尔夫球的系统，其特征在于：在击球处与洞口之间，每隔一段距离设置一个信号接收点，该信号接收点用于接收所述电子标签发射的射频信号，每个信号接收点之间相互传递信息，最终信息传递至洞口处的定位接收装置。

9.  一种基于RFID定位高尔夫球的方法，包括如下步骤：
步骤一，电子标签在高尔夫球体内的惯性传感器或定位接收装置的电磁波信号驱动下触发RFID芯片工作，通过天线模块向外发射无线射频信号；
步骤二，定位接收装置的读写器天线接收电子标签的天线模块发送过来的射频信号，并将其通过收发器送至微处理器；
步骤三，微处理器对所接收的射频信号进行解码，并根据解码结果控制外部设备工作。

10.  如权利要求9所述的一种基于RFID定位高尔夫球的方法，其特征在于：在步骤二之前，还可以包括如下步骤：
利用设置于击球处与洞口之间的各信号接收点接收电子标签的天线模块发送过来的射频信号，并相互传递，最终传送至洞口的定位接收装置的读写器天线。

说明书一种基于RFID定位高尔夫球的系统及方法
技术领域
本发明涉及一种高尔夫球的定位系统及方法，特别是涉及一种基于RFID定位高尔夫球的系统及方法。
背景技术
对于高尔夫球这项运动，运动人员由于击球失误等原因导致球飞出视野之外，常常在运动过程中找不到球，在比赛时也比较不出每杆的差异，场外只能通过录像观看比赛过程，给喜好此项运动的人带来了很大的困扰。
无线通信是利用电波信号可以在自由空间中传播的特性进行信息交换的一种通信方式，近些年信息通信领域中，发展最快、应用最广的就是无线通信技术。而射频识别(RFID)则是无线通信技术中应用比较广泛的一种，射频识别技术(RFID)是20世纪80年代发展起来的一种新兴自动识别技术，射频识别技术又是一项利用射频信号通过空间耦合(交变磁场或电磁场)实现无接触信息传递并通过所传递的信息达到识别目的的技术。RFID是一种简单的无线系统，只有两个基本器件，该系统用于控制、检测和跟踪物体。系统由一个询问器(或阅读器)和很多应答器(或标签)组成。标签(Tag)：由耦合元件及芯片组成，每个标签具有唯一的电子编码，附着在物体上标识目标对象。阅读器(Reader)：读取(有时还可以写入)标签信息的设备，可设计为手持式RFID读写器(如：C5000W)或固定式读写器；天线(Antenna)：在标签和读取器间传递射频信号。系统的基本工作原理为：标签进入磁场后，接收解读器发出的射频信号，凭借感应电流所获得的能量发送出存储在芯片中的产品信息(Passive Tag，无源标签或被动标签)，或者由标签主动发送某一频率的信号(Active Tag， 有源标签或主动标签)，解读器读取信息并解码后，送至中央信息系统进行有关数据处理。
目前，可以通过无线电讯号识别特定目标并读写相关数据，而无需识别系统与特定目标之间建立机械或者光学接触。因此，若能将基于RFID的无线通信定位追踪技术应用于运动领域，则可大大解决运动人员的困扰。
发明内容
为克服上述现有技术存在的不足，本发明之一目的在于提供一种基于RFID定位高尔夫球的系统及方法，其可以大量节省捡球时间，可实时准确定位并在线显示每杆击球后的球与洞口的相对位置与距离。
为达上述及其它目的，本发明提出一种基于RFID定位高尔夫球的系统，包括：
电子标签，设置于高尔夫球内，用于在惯性传感器及定位接收装置发送的电磁波的触发下向外发射射频信号；
定位接收装置，设置于高尔夫球洞口，利用读写器天线接收电子标签发射的射频信号，并将信号通过收发器传送至微处理器进行相应解码，由微处理器根据解码结果控制外部设备工作。
进一步地，所述电子标签包括天线模块以及RFID芯片，所述天线模块用于电磁波的形式向外部发射射频信号，所述RFID芯片用于存储目标物的相关信息，并将相关信息通过天线模块发射。
进一步地，所述电子标签为主动式标签。
进一步地，所述定位接收装置包括：
读写器天线，接收所述天线模块发送过来的射频信号；
收发器，包括发射器以及接收器，所述发射器用于将从微处理器接收过来的信号经过所述读写器天线发射出去，供所述天线模块接收，所述接收器用于将从所述读写器天线接收过来的信号送到微处理器中的译码器进行解码；
微处理器，包括编码器、译码器以及逻辑单元，编码器用于将信息进行编码，送到所述收发器，所述译码器用于将所述收发器送来的信号进行解码，以便进行显示，所述逻辑单元用于控制所述编码器和译码器的启动时间顺序；
显示单元，连接所述微处理器。
进一步地，所述定位接收装置还包括报警单元，所述报警单元连接所述微处理器，用于检测到RFID芯片中的信息后发出报警信号。
进一步地，所述报警单元采用电磁式蜂鸣器，由振荡器、电磁线圈、磁铁、振动膜片及外壳组成。
进一步地，所述高尔夫球内装有所述电子标签及惯性传感器。
进一步地，在击球处与洞口之间，每隔一段距离设置一个信号接收点，该信号接收点用于接收所述电子标签发射的射频信号，每个信号接收点之间相互传递信息，最终信息传递至洞口处的定位接收装置。
为达到上述目的，本发明还提供一种基于RFID定位高尔夫球的方法，包括如下步骤：
步骤一，电子标签在高尔夫球体内的惯性传感器或定位接收装置的电磁波信号驱动下触发RFID芯片工作，通过天线模块向外发射无线射频信号；
步骤二，定位接收装置的读写器天线接收电子标签的天线模块发送过来的射频信号，并将其通过收发器送至微处理器；
步骤三，微处理器对所接收的射频信号进行解码，并根据解码结果控制外部设备工作。
进一步地，在步骤二之前，还可以包括如下步骤：
利用设置于击球处与洞口之间的各信号接收点接收电子标签的天线模块发送过来的射频信号，并相互传递，最终传送至洞口的定位接收装置的读写器天线。
与现有技术相比，本发明一种基于RFID定位高尔夫球的系统及方法可成功地解决经常找不到球或遗失球的问题，准确定位并在显示器上即时显示每杆击 球后的球与洞口的相对位置与距离，方便运动人员在较短的时间内清楚地找到球的位置。
附图说明
图1-1为本发明一种基于RFID定位高尔夫球的系统所应用之高尔夫球的结构图；
图1-2为高尔夫球的剖面示意图；
图2为本发明一种基于RFID定位高尔夫球的系统的架构示意图；
图3为本发明较佳实施例中高尔夫球，洞口，显示器三者之间的无线信号传递关系图；
图4为本发明较佳实施例中报警单元216采用的蜂鸣器驱动电路的电路示意图；
图5为本发明较佳实施例中显示单元214采用的液晶驱动电路的示意图；
图6为本发明较佳实施例中定位接收装置的外观俯视图；
图7为图6之定位接收装置的外观西南等轴测图；
图8为本发明较佳实施例中带有语言切换功能的定位接收装置的外观示意图；
图9为本发明一种基于RFID定位高尔夫球方法的步骤流程图。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例并结合附图说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本发明的其它优点与功效。本发明亦可通过其它不同的具体实例加以施行或应用，本说明书中的各项细节亦可基于不同观点与应用，在不背离本发明的精神下进行各种修饰与变更。
图1-1为本发明一种基于RFID定位高尔夫球的系统所应用之高尔夫球的结 构图。图1-2为高尔夫球的剖面示意图。本发明所用之高尔夫球体，其内部实心采用橡胶制作，外皮则采用合成树脂材料。如图所示，其中1表示内部实心，3表示其表皮，2和7分别为球的横切面和纵切面，6则为一个充气钮，可以通过它给球充气。所述高尔夫球体内信号发射装置为：装有主动式RFID电子标签4(可发射无线信号)及惯性传感器5，在高尔夫球飞行的过程中，因为有惯性传感器的存在，其不断触发RFID标签向外发射信号，则会有信号不断地从球体内发射出来。
图2为本发明一种基于RFID定位高尔夫球的系统的架构示意图。如图2所示，本发明一种基于RFID定位高尔夫球的系统，包括：电子标签20以及定位接收装置21。
其中，电子标签20设置于高尔夫球体内，包括天线模块201以及RFID芯片202，电子标签20实质上是一个微型的无线收发装置，天线模块201的作用为以电磁波的形式向外部发射射频信号，起到发射能量的作用，RFID芯片202的作用为存储目标物的相关信息，该信息在以能量信号发射出去，供设备接收。。本发明中采用的电子标签20为主动式标签，因为主动式标签本身具有内部电源供应器，用以供应内部IC所需电源以产生对外的讯号。一般来说，主动式标签拥有较长的读取距离和较大的记忆体容量可以用来储存读写器所传送来的一些附加信息。
定位接收装置21设置于高尔夫球洞口，该定位接收装置21会利用天线向周围一定范围内辐射电磁波信号，当主动式RFID标签内的天线模块接收到这种信号时，RFID标签的内部电源将会驱动内部集成电路，向外发射信号(包含目标物的信息)，以供定位接收装置接收捕获。具体的，定位接收装置21包括读写器天线210、收发器211、微处理器212、电源213、显示单元214、存储单元215以及报警单元216。天线是一种以电磁波的形式把前端射频信号功率接受或发射出去的设备，是电路与空间的界面器件，用来实现导行波与自由空间波能量的转换，在本发明RFID系统中，读写器天线210，承担接受能量的作用，即接收 天线模块201发送过来的射频信号。收发器211包括发射器2110以及接收器2111，发射器2110用于将从微处理器212接收过来的信号经过读写器天线210发射出去，供天线模块201接收，接收器2111用于将从读写器天线210接收过来的信号送到微处理器212中的译码器进行解码，微处理器212包括编码器2120、译码器2121以及逻辑单元2122，编码器2120用于将信息进行编码，送到收发器211，译码器2121用于将收发器211送来的信号进行解码，以便进行显示，总的来说,本发明中微处理器212的作用为：其是读写器芯片有序工作的指挥中心，主要功能为与应用系统软件进行通信，执行从应用系统软件发来的指令，控制与电子标签的通信过程，基带信号的编码和解码，执行防碰撞算法，对读写器和标签之间产生的信息进行加密和解密，对键盘，显示器等其他外部设备的控制，最重要的是读写器芯片的控制，逻辑单元2122是逻辑开关控制，具体来说就是控制编码器2120和译码器2121的启动时间顺序，电源213为收发器211和微处理器212供电，保证两者的正常工作；报警单元216连接微处理器212，用于检测到RFID芯片中的信息后发出报警信号，具体可为蜂鸣声，会可随着距离目标的远近不同，响度不同，越近则越响，具体地，本发明报警单元216采用电磁式蜂鸣器。它由振荡器、电磁线圈、磁铁、振动膜片及外壳等组成。接通电源后，振荡器产生的音频信号电流通过电磁线圈，使电磁线圈产生磁场。振动膜片在电磁线圈和磁铁的相互作用下，周期性的振动发声；显示单元214连接微处理器212，用于显示高尔夫球距离的数值，即多少米；存储单元215连接微处理器212，用于存储相关信息。
由于定位接收装置接受信号的距离有一定限制，为了解决这个问题，可以在击球处与洞口之间，每隔一段距离设置一个信号接收点，如图3所示，在击球起始点与洞口之间，设置若干个信号站(信号站1-n)，而每个信号接收点之间可以相互传递信息，最终信息会传递到洞口处的定位接收装置，这样就可以显示球的具体运行轨迹。一般情况下，球离杆以后最终会落在洞口附近，此时会接收由球内发射来的信号，进而可以将球的位置显示出来，由此就可以把信 号传到上位机，用大屏幕显示出来。在此需说明的是，每个信号接收点可以只包含RFID信号接收单元以及无线/有线传输链路，即RFID信号接收单元用于接收高尔夫球体内的电子标签发射的信号，无线/有线传输链路用于将RFID信号接收单元所接收到的信号进行传输，每个信号接收点也可以与洞口的定位接收装置21结构相同，本发明不以此为限。
图4为本发明较佳实施例中报警单元216采用的蜂鸣器驱动电路的电路示意图。由于蜂鸣器的工作电流一般比较大，以致于大多数的微处理器的I/O接口是无法直接驱动的(但AVR可以驱动小功率蜂鸣器)，所以要利用放大电路来驱动，一般使用三极管来放大电流就可以了。
蜂鸣器驱动电路一般都包含以下几个部分：一个三极管、一个蜂鸣器、一个续流二极管和一个电源滤波电容。
1.蜂鸣器：发声元件，在其两端施加直流电压(有源蜂鸣器)或者方波(无源蜂鸣器)就可以发声，其主要参数是外形尺寸、发声方向、工作电压、工作频率、工作电流、驱动方式(直流/方波)等，这些根据需要来选择。
2.续流二极管VD：蜂鸣器本质上是一个感性元件，其电流不能瞬变，因此必须有一个续流二极管提供续流。否则，在蜂鸣器两端会产生几十伏的尖峰电压，可能损坏驱动三极管，并干扰整个电路系统的其它部分。
3三极管：三极管起开关作用，其基极的高电平使三极管饱和导通，使蜂鸣器发声；而基极低电平则使三极管关闭，蜂鸣器停止发声。
4.VCC为5V直流电源，电阻R阻抗为千欧，脉冲则是来自于处理器的I/O端口，采用PWM输出方式，可在程序中提前设置好PWM的周期和占空比。
图5为本发明较佳实施例中显示单元214采用的液晶驱动电路的示意图。在本发明较佳实施例中，显示单元214采用LCD12864。之所以选择LCD12864是因为该点阵的屏显成本低，用于各类仪器，小型设备的显示领域。带中文字库的128X64是一种具有4位/8位并行、2线或3线串行多种接口方式，内部含有国标一级、二级简体，中文字库的点阵图形液晶显示模块；其显示分辨率为 128×64,内置8192个16*16点汉字，和128个16*8点ASCII字符集。利用该模块灵活的接口方式和简单、方便的操作指令，可构成全中英文人机交互图形界面。可以显示8×4行16×16点阵的汉字.也可完成图形显示.低电压低功耗是其又一显著特点。由该模块构成的液晶显示方案与同类型的图形点阵液晶显示模块相比，不论硬件电路结构或显示程序都要简洁得多，且该模块的价格也略低于相同点阵的图形液晶模块。基本特性概括如下：(1)源电压(VDD:+3.0--+5.5V)(2)显示分辨率:128×64点(3)内置汉字字库，提供8192个16×16点阵汉字(简繁体可选)(4)内置128个16×8点阵字符(5)2MHZ时钟频率(6)显示方式：STN、半透、正显(7)驱动方式：1/32DUTY，1/5BIAS(8)视角方向：6点(9)背光方式：侧部高亮白色LED，功耗仅为普通LED的1/5—1/10(10)通讯方式：串行、并口可选(11)内置DC-DC转换电路，无需外加负压(12)无需片选信号，简化软件设计(13)工作温度:0℃-+55℃,存储温度:-20℃-+60℃。
LCD12864的液晶引脚分布如图5，引脚4～17分别连接处理器的I/O接口，网络标号如图5所示，复位电路由C1，100uF的电容，电阻R2以及VCC组成。
在本发明较佳实施例中，定位接收装置可设计为一手持移动终端。图6为本发明较佳实施例中定位接收装置的外观俯视图，图7为图6之定位接收装置的外观西南等轴测图，图8为本发明较佳实施例中带有语言切换功能的定位接收装置的外观示意图。定位接收装置包括发射信号指示灯，当需要发射信号时则按下该按钮，此时显示为绿色，表明信号长在发射中，红色指示灯为报警灯，当距离目标一定范围内红色灯开始闪烁，且随着距离的缩短，闪烁频率加快，有电池电量指示标志，％表示信号强度，m则表示距离目标物多少米。中间显示屏动画显示高尔夫球与目标洞口的相对位置与距离。黑色按钮为开/关机按钮。数字键盘的作用是输入信息以及编码使用。
图9为本发明一种基于RFID定位高尔夫球方法的步骤流程图。如图7所示，本发明一种基于RFID定位高尔夫球方法，包括如下步骤：
步骤901，电子标签在高尔夫球体内的惯性传感器或定位接收装置的电磁波信号驱动下触发RFID芯片工作，通过天线模块向外发射无线射频信号；
步骤902，定位接收装置的读写器天线接收电子标签的天线模块发送过来的射频信号，并将其通过收发器送至微处理器；
步骤903，微处理器对所接收的射频信号进行解码，并根据解码结果控制报警单元及显示单元等外部设备工作。在本发明中，微处理器主要用于控制与电子标签的通信过程，基带信号的编码和解码，执行防碰撞算法，对读写器和标签之间产生的信息进行加密和解密，对键盘，显示器等其他外部设备的控制。
较佳的，由于定位接收装置接受信号的距离有一定限制，为了解决这个问题，可以在击球处与洞口之间，每隔一段距离设置一个信号接收点，每个信号接收点之间可以相互传递信息，最终信息会传递到洞口处的定位接收装置，这样就可以显示球的具体运行轨迹。即在步骤902之前，还可以包括各信号接收点接收电子标签的天线模块发送过来的射频信号，并相互传递，最终传送至洞口的定位接收装置的读写器天线的步骤。
综上所述，本发明一种基于RFID定位高尔夫球的系统及方法通过采用一种主动式RFID标签，将其内置于高尔夫球体内，配合定位接收装置使用，准确定位并在线显示每杆击球后的球与洞口的相对位置与距离，该定位装置利用天线向周围一定范围内辐射电磁波信号，当主动式RFID标签内的天线模块接收到该信号时，RFID标签的内部电源将会驱动内部集成电路，向外发射信号(包含目标物的信息)，以供定位接收装置接收捕获,成功地解决了经常找不到球或遗失球的问题，准确定位并在显示器上即时显示每杆击球后的球与洞口的相对位置与距离，方便运动人员在较短的时间内清楚地找到球的位置。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何本领域技术人员均可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰与改变。因此，本发明的权利保护范围，应如权利要求书所列。