Автономное мобильное универсальное устройство, обеспечивающее одновременно считывание штриховых кодов и rfid-меток и одновременную фиксацию реального времени и географических координат места сканирования

Автономное мобильное универсальное устройство, обеспечивающее одновременно считывание штриховых кодов и rfid-меток и одновременную фиксацию реального времени и географических координат места сканирования

Реферат

Изобретение относится к портативным мобильным универсальным устройствам для определения и контроля подлинности различных изделий путем считывания и декодирования нанесенных на них штриховых кодов, включая и символьные метки прямого нанесения, а также одновременно нанесенных на них RFID-радиометок, с одновременным определением даты, времени и координат места сканирования с использованием портативного считывающего устройства (сканера) и может быть использовано при идентификации подлинности различных изделий - подакцизных товаров (алкоголя, табака, видеопродукции), проездных и льготных документов на транспорте, подлинности документов, удостоверяющих личность, в том числе на железнодорожном транспорте, трубопроводах, линиях электропередач и других отдаленных и протяженных объектах.

В настоящее время одной из основных мировых проблем является защита от подделок разнообразной продукции торговой индустрии и объектов интеллектуальной собственности типа средств оптической памяти (DVD, HD-DVD, Blue ray, флуоресцентных и других оптических дисков), а также банкнот, ценных бумаг, кредитных карт, документов и т.д. Это вынуждает мировое сообщество разрабатывать разнообразные методы и устройства для идентификации и защиты от подделок вышеназванных элементов и изделий.

Решение этих проблем в настоящее время реализуется с использованием, в частности, специальных марок в виде одно- и двухмерных штрих-кодов, рельефных голограмм или дифракционных картин, радиочастотных идентификаторов и их разнообразных комбинаций. Они наносятся на поверхность или в объем защищаемого объекта или его упаковки.

Для считывания и декодирования нанесенных штриховых кодов (штрих-кодов) используют различные считывающие устройства, в частности портативные считывающие устройства - сканеры.

Последние несколько лет в Европе и США в ряде отраслей промышленности, характеризующихся повышенными требованиями к учету, качеству и надежности деталей, узлов и изделий, стали все более широко применяться технологии СМПН, содержащих в закодированном виде необходимую информации об объекте. СМПН является универсальным средством для автоматизированного сбора данных и защиты продукции как в процессе производства, так и при эксплуатации. В отличие от обычных символьных меток, печатаемых на бумажном или пластиковом носителе и затем наклеиваемых на контролируемый объект, СМПН наносятся непосредственно на поверхность изделия и могут быть удалены только вместе с материалом этой поверхности, являясь таким образом надежным способом прослеживаемости и контроля жизненного цикла продукции вплоть до ее утилизации.

Идентификация СМПН на объекте (изделии, продукции и т.п.) включает в себя два этапа - нанесение маркировки в виде штрих-кода (одномерного или двумерного) и ее считывание.

При нанесении СМПН в основном используется двумерное кодирование (2Д - кодирование), обладающее более высокой информационной емкостью и помехозащищенностью. Главное отличие двумерного кода заключается в том, что для хранения информации используют оба ортогональных направления на плоскости - вертикальное и горизонтальное. В результате по объему хранимой информации емкость двумерного кода может в сотни раз превышать емкость одномерного кода (например, он способен хранить несколько страниц текста). Если при работе с одномерным кодом необходима внешняя компьютерная база данных, то во многих случаях применение двухмерного кода позволяет отказаться от такой базы, поскольку емкость кода достаточна для хранения полной информации об объекте. В этом заключается качественное отличие двух технологий.

В связи с этим двухмерные коды оказываются незаменимыми, например, в автономных системах идентификации или при необходимости хранения сложных иероглифов таких языков, как японский или китайский. Кроме того, практически все современные технологии двухмерных кодов в отличие от одномерных содержат средства коррекции ошибок, как правило, основанные на алгоритме Рида-Соломона или других аналогичных алгоритмах, и гарантируют большую надежность защиты данных.

2Д штрих-коды представляют собой портативные информационные файлы большой плотности и емкости и обеспечивают доступ к большим объемам информации без отсылок к внешней базе данных. То есть технология 2Д штрихкодирования позволяет хранить всю или большую ее часть необходимой информации в штрих-коде. 2Д штрих-коды имеют преимущественно матричную форму и не используют для кодирования информации традиционные штрихи/пробелы. Вместо стандартной технологии определения ширины штриха матричные штрих-коды используют для кодирования информации конструкции типа «да-нет» или «единица-ноль» (т.е. «on/off» - дизайн). Существует множество разновидностей 2Д штрих-кодов (например, РОР417, MaxiCode, Datamatrix).

Структура кода поддерживает кодирование максимального числа от 1000 до 2000 символов в одном коде или информационной плотности от 100 до 340 символов. Каждый код содержит стартовую и финишную группу штрих-кодов, увеличивающих высоту штрих-кода.

Считыватели 2Д штрих-кодов в отличие от обыкновенных сканеров штрих-кода сначала улавливают их изображение, затем анализируют полученный образ и лишь затем извлекают из нее и декодируют штрих-код. Устройства, применяющие анализ видеоизображения, необходимы для эффективного считывания матричных кодов, однако могут читать и обычные штрих-коды. Технология анализа видеоизображения открывает возможности для чтения подписей, оптического распознавания символов и т.п.

Фактически по поддерживаемым объемам данных и функциональным возможностям технология двухмерного кодирования занимает промежуточное место между технологиями одномерных штрих-кодов и удаленной идентификации.

Первоначально двухмерные коды разрабатывались для приложений, не дающих места, достаточного для размещения обычного штрих-кодового идентификатора.

Первым применением для таких символов стали фасовки лекарственных препаратов в здравоохранении. Эти фасовки малы по размерам и имеют мало места для символики. Электронная промышленность также проявила интерес к кодам высокой плотности и двумерным кодам в связи с уменьшением размеров элементов и изделий.

Одна из проблем считывания и декодирования СМПН связана с существенными технологическими трудностями как в части аппаратурных решений, так и программного обеспечения (ПО). Для сканера, применяемого для считывания СМПН, основная проблема состоит в освещении метки на произвольной поверхности, необходимом для получения изображения такого качества, которое необходимо надежного распознавания. В части ПО проблема состоит в повешении декодирующей способности анализа гетерогенных «размытых» изображений. При этом существенное влияние на процесс декодирования оказывает сильная зависимость получаемого электронного изображения от состояния поверхности и внешнего освещения.

Итак, широко известно, что для считывания и декодирования штрих-кодов, нанесенных на различную продукцию, используют сканеры различной модификации. В частности, известен зарубежный сканер для считывания и декодирования нанесенных штрих-кодов, в том числе и в виде СМПН Cognex DataMan 7500 (, matrix new ).

Используемые известные сканеры традиционно имеют следующую компоновку: корпус с триггерным узлом (курком), элементами светозвукового информирования, такими как зуммер и несколько светодиодов различного цвета; оптическую часть, состоящую из двухлинзового объектива и осветительного блока оригинальной конструкции; аппаратную часть, состоящую из нескольких печатных схем с различными компонентами (процессор DSP устройства ввода/вывода и т.п.), оптический сенсор; программное обеспечение, загруженное в процессор Texas instruments, состоящее из программного обеспечения общего назначения (захват изображения, включение/выключение светодиодов осветительного блока, управление вводом/выводом) и специального программного обеспечения декодирования фреймов захваченного изображения, которое имеет уникальные декодирующие свойство, обеспечивающие моровое признание.

Известен и широко используется сканер отечественного производства, представляющий собой портативное считывающее устройство для считывания и декодирования штрих-кодов, в том числе и виде нанесенных символьных меток прямого нанесения (RU 96992 U1, 20.08.2000). Известный вышеуказанный сканер как портативное считывающее устройство для декодирования штрих-кодов различного типа, в том числе символьных меток прямого нанесения, включает корпус с триггерным узлом, оптическую часть, состоящую из объектива и осветительного блока, аппаратурную часть и программное обеспечение, выполненное так, что рукоятка корпуса расположена сзади корпуса и плавно в него переходит, а оптическая и аппаратная части изготовлены таким образом, что импульсы светодиодов целеуказания осветительного блока оптической части не совпадают по времени с импульсами светодиодов подсветки, а оптимальный уровень освещения выбирается автоматически за счет регулирования силы тока в светодиодах подсветки, при этом для освещения используют в том числе светодиоды с узким спектральным диапазоном излучения. Однако данный известный сканер, являющийся наиболее близким аналогом заявляемого портативного считывающего устройства для декодирования штрих-кодов, не позволяет одновременно фиксировать дату, время и географические координаты места сканирования, также не обеспечивают считывание нанесенных RFID радиометок.

Известно устройство идентификации коров (Патент РФ №2423825, заявка №2009143334/21, 26.11.2009) для распознавания номеров животных, определения местоположения животного и направления их в требуемое место нахождение, где устройство содержит тепловизор - оптико-электронный измерительный прибор, работающий в инфракрасной области электромагнитного спектра, тепловизор соединен с электромагнитным блоком управления, выполненным в виде моноблока и содержащего блок распознавания номеров, блок управления сигналов, блок определения местоположения животного, блок памяти и блок сопряжения.

Устройство позволяет увеличить быстроту и точность определения конкретного животного, но не позволяет считывать и декодировать двумерные информационные метки прямого нанесения, например на железнодорожных вагонах, трубопроводах, линиях электропередач с фиксацией реального времени и географических координат места сканирования, а также не обеспечивает возможность считывания нанесенных радиочастотных меток (RFID-меток).

Также известно устройство в виде системы контроля посетителей (Патент РФ №2378701, заявка №2008106710/09, 26.02.2008), которая относится к области систем контроля посетителей и может быть использована в различных помещениях, контролируя не только время пребывания контролируемых, но и определяя их местоположение. Основными недостатками данного устройства являются невозможность считывания и декодирования меток прямого нанесения, определение географических координат места сканирования, а также невозможность обеспечить одновременное считывание нанесенных радиочастотных меток (RFID-меток).

Общеизвестно на данное время, что радиочастотная идентификация RFID-метки (Radio Frequency Identification) - это автоматическая идентификация объектов, в которой посредством радиосигналов считывается или записываются данные, хранящиеся в так называемых транспондерах или RFID-метках. Любая RFID-система состоит из считывающего устройства (считыватель, ридер или интегратор) и транспондера (он же RFID-метка, иногда также применяется термин RFID-тег). Большинство RFID-меток состоит из двух частей. Первая - интегральная схема (ИС) для хранения и обработки информации, модулирования и демодулирования радиочастотного (RF) сигнала и некоторых других функций. Вторая - антенна для приема и передачи сигнала.

Технология RFID описана в следующих патентах США, каждый из которых включен в настоящее описание в качестве ссылки: патенты США №6600420; 6600418; 5378880; 5565846; 5347280; 5541604; 4442507; 4796074; 5095362; 5296722; 5407851; 5528222; 5550547; 5521601, 5682143; и 5625341.

Радиометки обычно содержат антенну и микросхему, выполненную в виде тонкого форм-фактора, так что они могут быть незаметно помещены на предмет. Радиочастотная энергия, посылаемая антеннами, возбуждает ток достаточной силы в рамках антенны внутри радиометок, обеспечивающий питание микросхем в них. Некоторые виды радиометок обладают собственными источниками питания и имеют более широкие диапазоны распознавания, что, однако, ведет к дополнительным расходам и, возможно, не является оправданным в данной области применения.

В частности, известна система отслеживания кассет с стериализующим веществом, на которые нанесены знаки радиочастотной идентификации (радиометки) (RU 2408389, 10.11.2011).

Система RFID содержит контроллер, соединенный посредством однополюсного язычкового реле на два направления с антенной вкладывания кассеты, расположенной на каретке и антенной удаления кассеты, расположенной ниже короба для отработанных кассет. Каждая кассета несет на себе радиометку для короба. Предпочтительно контроллер содержит многофункциональный считывающий модуль S4100 компании Texas Instruments, а радиометки содержат знак RI-101-112A компании Texas Instruments и каждый из них может быть получен у компании Texas Instruments, Даллас шт. Техас.

Система управления выбирает одну из антенн, например вкладывания кассеты, и посылает сигнал на реле для взаимодействия этой антенны с контроллером RFID. Антенна считывает информацию, хранящуюся в установленной на кассету радиометке, которая идентифицирует кассету и ее содержание. Считанная информация подобна информации, считанной с использованием штрих-кода, однако радиометка обладает способностью обновлять информацию, хранящуюся в нем. Соответственно на радиометке может храниться дополнительная информация, такая как степень заполнения отдельных ячеек в кассете. Таким образом, в случае извлечения кассеты и ее повторного вкладывания в стерилизатор система управления может быть извещена о состоянии каждой из отдельных ячеек в кассете. Это позволяет повторно использовать частично использованную кассету. Кроме того, поскольку радиометка может содержать больше информации, чем штрих-код, в него можно включить больше информации о кассете, ее содержании и изготовлении.

Однако описанная система RFID не обеспечивает возможность фиксирования времени и места сканирования, т.е. не обеспечивает полного отслеживания этой продукции.

Известно устройство, основанное на беспроводной технологии, которое предназначено для считывания штрих-кодов и RFID-меток (KR 20130082664, 22.07.2013). Штрих-код прилагается к продукту или печатается на изделии, RFID-метка прикреплена к изделию. Устройство состоит из микропроцессорного блока управления, взаимодействующего с модулем RFID и модулем сканера штрих-кода. Разъемы хост-интерфейса обеспечивают обмен информацией между модулем RFID и/или модулем сканера штрих-кода с одной стороны, хост-компьютера с другой стороны.

Устройство имеет два светодиода. Первый светодиод показывает, что устройство выполняет функцию сканирования, т.е. сканирования штрих-кода или чтения RFID тег. Второй светодиод показывает, что сканирование или функция чтения прошла успешно. Устройство дополнительно включает систему питания, рассчитанную на требование модулей, используемых в устройстве. Устройство содержит звуковую сигнализацию или звуковой сигнал. Устройство поочередно производит поиск RFID тег или штрих-кода. Модуль RFID состоит из модуля считывания, усилителя радиочастоты и антенны. Усилитель радиочастоты состоит из передатчика, приемника и источника питания. Все данные, полученные либо от модуля RFID или модуля сканера штрих-кода выводятся на главный компьютер. Но известное устройство не обеспечивает считывание и декодирование штрих-кодов и RFID-меток с одновременным фиксированием даты, времени и географических координат места сканирования.

Известно аналогичное устройство в виде комбинированного сканера штрих-кодов и радиочастотной идентификации (RFID-меток) (WO 2006052803, 18.05.2006). Этот известный комбинированный сканер штрих-кодов и RFID-меток включает в себя блок управления - микропроцессор, модуль RFID, модуль сканера штрих-кода, интерфейс хоста и пользовательский интерфейс.

Однако данный комбинированный сканер также не обеспечивает одновременное сканирование (считывание) нанесенных меток (штрих-кодов и RFID-меток) и фиксирование даты, времени и географических координат места сканирования, что в условиях повышенной необходимости более точной идентификации изделий является одним из важнейших факторов определения подлинности продукции.

Технической задачей изобретения является расширение функциональных возможностей считывающего устройства при одновременном считывании штрих-кодов и RFID-меток с обеспечением повышенной точности идентификации различной продукции и защиты ее от подделок.

Поставленная техническая задача и достигаемый технический результат обеспечиваются автономным мобильным универсальным устройством, обеспечивающим считывание штриховых кодов и RFID-меток с одновременной фиксацией (определением) реального времени и географических координат места сканирования, включающее корпус с блоком управления, внешние разъемы для подключения зарядного устройства и внешнего компьютера, модуль RFID и модуль сканера штриховых кодов, взаимодействующие с блоком управления. Модуль RFID для считывания радиометок, включающий радиочастотный приемник-передатчик, взаимодействующий с RFID-метками, радиочастотный приемник-передатчик Bluetooth, взаимодействующий с другими мобильными устройствами по беспроводной технологии, модуль для считывания штриховых кодов, включающий объектив с CMOS-матрицей для считывания штриховых кодов, светодиодную подсветку, обеспечивающую освещение штриховых кодов, таймер определения реального времени, фиксирующий время и дату сканирования, модуль определения географических координат места считывания меток, контроллер с управляющим и декодирующим программным обеспечением, световую и звуковую сигнализацию для отображения режимов работы устройства, аккумуляторную батарею (АКБ), контроллер зарядки АКБ.

В заявленном устройстве блок управления представляет собой микропроцессор, обеспечивающий управление работой и взаимодействием всех модулей устройства (модулем сканера штрихового кода, RFID-модулем, Bluetooth и навигационным). Блок управления с помощью специального программного обеспечения также обеспечивает расшифровку штриховых кодов, расшифровку информации из RFID-меток и взаимодействие с внешними триггерами управления устройства и его световую и звуковую индикацию (интерфейс пользователя).

Под другими мобильными устройствами следует понимать мобильные телефоны, планшетные компьютеры и ноутбуки.

Модуль сканера штрихового кода включает в себя модуль камеры с объективом и обеспечивает преобразование изображений штриховых кодов в цифровые коды. Модуль сканера штрихового кода электрически соединен с микропроцессорным блоком управления. Модуль определения географических координат представляет собой приемник сигналов с различных спутниковых навигационных систем определения местоположения сканирования (модуль GSM, модуль GPS, система ГЛОНАСС и др.).

Управляющее и декодирующее программное обеспечение функционирует в блоке управления и обеспечивает взаимодействие между собой всех входящих в устройство модулей.

Ниже представлена работа заявленного автономного мобильного универсального устройства.

При включении устройства происходит автоматическое тестирование всех модулей. После тестирования, при отсутствии неисправности, устройство информирует пользователя о готовности к работе световой и звуковой индикацией. Для считывания и декодирования штрихового кода пользователь должен направить модуль сканера штрихового кода на изображение штрихового кода и нажать на клавишу триггера на корпусе устройства. При этом устройство автоматически включает систему подсветки штрихового кода. После декодирования штрихового кода полученное значение кода записывается в памяти микропроцессорного блока управления, где происходит накопление всех результатов декодирования в сопровождении кодов значений текущей даты и времени. Также в памяти фиксируется текущие значения географических координат местности. Для считывания и декодирования содержимого RFID-меток должен быть включен соответствующий режим с помощью триггера на корпусе устройства. Включение каждого режима работы устройства сопровождается соответствующей звуковой и световой индикацией. Все декодированные данные RFID-меток записываются в память микропроцессорного блока управления аналогично штриховым кодам. Накопленная в памяти устройства информация передается с помощью модуля Bluetooth в нужное мобильное устройство для дальнейшего использования.

Автономное мобильное универсальное устройство, обеспечивающее одновременно считывание штриховых кодов и RFID-меток и одновременную фиксацию реального времени и географических координат места сканирования и считывания, включающее корпус с блоком управлении и внешние разъемы для подключения зарядного устройства и внешнего компьютера, модуль RFID-меток и модуль сканера штриховых кодов, взаимодействующие с блоком управления, при этом модуль RFID для считывания радиометок включает радиочастотный приемник-передатчик, взаимодействующий с RFID-метками, радиочастотный приемник-передатчик Bluetooth, взаимодействующий с другими мобильными устройствами по беспроводной технологии, а модуль для считывания штриховых кодов включает модуль камеры с объективом для считывания штриховых кодов, светодиодную подсветку, обеспечивающую считывание штриховых кодов, встроенный таймер определения реального времени, фиксирующий время и дату сканирования, модуль определения географических координат места сканирования и считывания меток, устройство также содержит контроллер с управляющим и декодирующим программным обеспечением, световую и звуковую сигнализацию для отображения режимов работы устройства, аккумуляторную батарею (АКБ), контроллер зарядки батареи АКБ.