CN101201905B - 低功耗有源防碰撞电子标签的工作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种低功耗有源防碰撞电子标签及其工作方法，由射频收发芯片(1)及其外接的2.4G陶瓷天线(2)、电源组成(3)，射频收发芯片(1)内含8051单片机模块、射频收发模块与Flash存储器，内置Flash存储器中烧录了装备电子标签人员(或设备)的标识ID信息。电子标签为电池供电，传输距离长，标签采用了独特的工作-休眠机制与简化的识别通信过程，使得标签的功耗极低，电池使用时间长；标签具有信道空闲、繁忙侦听机制，内嵌多标签防碰撞退避算法，可有效提高多标签同时识别时的识别效果。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于起身份识别作用的有源电子标签及其工作方法，特别是用于矿井人员及车皮管理系统中起身份识别作用的电子标签及其工作方法。
目前用于身份识别的电子标签有无源与有源两类之分，无源电子标签的缺点为阅读效率低，传输距离有限，且读卡器的发射功率大，容易对其它设备产生干扰，所以用于长距离(大于10米)身份识别的电子标签一般都采用有源方式供电。对于有源电子标签，怎样降低其功耗，延长其有效使用时间，以降低维护成本，同时具有较高的移动状态下的群体目标并发识别性能，保证系统的准确性，一直是工业环境下电子标签研制过程中的重点关注问题。
专利号和发明名称分别为CN 1885300和“低功耗的有源电子标签通信模式”的中华人民共和国专利公开了一种有源电子标签的阅读、工作方法，但其存在以下几个缺点：1)由于标签正常情况大部分时间不处于阅读器附近，所以标签会不停地进入查询工作模式，其在查询模式中的等待时间T2应超过2倍阅读器单次发送时间，使得标签可以接收到一次完整的数据包，此时的工作时间过长，使得标签省电性能并不明显；2)标签在上报信息给阅读器时需要等待阅读器的应答，此时延长了单次数据上报的时间；3)标签在上报数据时未提到有信道繁忙侦听机制与相应的退避算法，使得标签上报数据时可能会出现相互干扰、冲突，使得通信的成功率降低。
本发明为解决上述现有技术中存在的问题，提供了一种低功耗防碰撞电子标签及其工作方法，该电子标签功耗较低，单位容量电池使用时间长，同时在目标移动状态下具有较高的识别效率。
本发明的技术方案如下：
低功耗有源防碰撞电子标签的工作方法，其特征是：
电子标签由射频收发芯片(1)及其外接的2.4G陶瓷天线(2)、电源组成(3)，射频收发芯片(1)内含8051单片机模块、射频收发模块与Flash存储器，内置Flash存储器中烧录了佩戴电子标签的工作人员的身份ID信息；
电子标签上电工作后，单片机将Flash存储器中人员的标识ID信息读出，标记为自身的身份，确定发送与接收信息的工作频率即工作信道，而后按照以下步骤工作：
1)发送：上报一次数据，所述的数据由帧头标识、ID编号的低字节、ID编号的高字节、校验位组成，时间长度为T1；
2)休眠：进入休眠模式，休眠T2时间；
3)激活：激活后进行状态初始化，侦听外部空间中是否有其它信息正在使用所述的工作信道：
如果工作信道空闲，则转到步骤1)；
如果工作信道被占用，则进行下列防碰撞退避算法：
①设置初始延时等待时间Ta＝T，T为一常数，起始等候次数Time0＝1；
②延时等待Ta时间；
③侦听工作信道使用情况：
如果工作信道空闲，转到步骤1)；
如果工作信道被占用，则进行下一步：
④如果等候次数Time0大于设定数M，转到步骤⑥，否则进行下面步骤；
⑤设置等待时间Ta＝Ta×2+随机数R，设置等候次数Time0＝Time0+1次；转到步骤②
⑥发送失败，本次发送结束，进入步骤2)。
所述的低功耗有源防碰撞电子标签的工作方法，其特征是：所述的设定数为M＝4～8，随机数R大小不超过0.05毫秒。
1)本电子标签区别于其它低功耗有源电子标签的地方为：标签与读卡器之间采用单向通信上报数据，无应答过程，可以减少一半以上工作时间；标签具有信道繁忙侦听功能，减少通信中的冲突。
2)电子标签主要由所述的射频收发芯片(1)、2.4G陶瓷天线(2)与电源 模块(3)构成；射频收发芯片可以设置在第11至第25信道(channel)，每个信道对应于不同的工作频率(Freq)，计算公式为：
Freq＝2400+5×channel (单位：MHz)
3)电子标签在工作时有3种工作模式：激活、发射与休眠模式。
本发明采用电池给电子标签进行供电，标签与读卡器之间采用单向通信机制，简化识读过程，减短标签的工作时间，同时标签在发送数据过程采取合理的退避延迟重发机制，有效降低多标签同时识读时的碰撞可能，提高识别效率。
附图说明
图1为本发明电子标签的结构框图；
图2为本发明电子标签等效电路图；
具体实施方式
电子标签主要由射频收发芯片、天线与电源组成。射频收发芯片U1的振荡器脚XOSC_Q1与晶体Y1的1脚连接，振荡器脚XOSC_Q2与晶体Y1的3脚连接。电容C1一端与晶体Y1的1脚连接，另一端接地。电容C2一端与晶体Y1的3脚连接，另一端接地。晶体Y1的2、4脚接地。
射频收发芯片U1的振荡器脚P2.3/XOSC_Q1与晶体Y2的1脚连接，振荡器脚P2.4/XOSC_Q2与晶体Y2的2脚连接。电容C13一端与晶体Y2的2脚连接，另一端接地。电容C14一端与晶体Y2的1脚连接，另一端接地。
射频收发芯片U1的电源脚第7、20、47、23、41脚连接到3.3V电源，即电池正极，第49脚连接到地。
电容C5的一端与电池正极相连，另一段接地。电容C6的一段与电池的正极相连，另一段接地。
射频收发芯片U1的复位脚RESET_N连接到电阻R3，电阻R3另一端连接到3.3V电源。
射频收发芯片U1的射频输入输出脚RF_P脚连接到电感L1、L2和L3。电感L1的另一端连接到射频收发芯片U1的射频输入输出脚RF_N脚。电感L2的另一端连接到射频收发芯片U1的收发控制脚TXRXSWITCH。电感L3一端连接到射频收发芯片U1的射频输入输出脚RF_P脚，另一端与电容C8相连。电 容C8的另一端连接到天线。
射频收发芯片U1的1.8V电源输出脚PREG_OUT脚连接到电阻电容C9和C10，电容C9、C10的另外一端连接到地。
射频收发芯片U1的电源脚24、25、27、28、29、30、31、35、36、37、38、39、40互连。
射频收发芯片U1的42脚DCOUPL通过电容C3与地相连。
射频收发芯片U1的26脚RBIAS2通过电阻R1与地相连。
射频收发芯片U1的22脚RBIAS1通过电阻R2与地相连。
电子标签由人员随身佩戴或安装在设备上，每个电子标签射频收发芯片U1内含8051单片机模块、射频收发模块与Flash存储器，内置Flash存储器中烧录了该工作人员的身份ID信息，即工号。电子标签上电工作后，单片机将Flash中员工身份ID信息读出，标记为自身的身份。单片机将需要发送的数据传送给射频收发模块，由射频收发模块发送出去，射频收发芯片U1工作频段为2.4GHz，发射信号频率为2400～2483.5MHz，在这个频段上又分为16个信道，信道的选择由单片机模块中运行应用程序确定。
所述的低功耗有源防碰撞电子标签的工作方法，其特征是：电子标签上电工作后，单片机将Flash存储器中存储的工作人员的身份ID信息读出，标记为自身的身份，确定发送与接收信息的工作频率即工作信道，而后按照以下步骤工作：
1)发送：上报一次数据，所述的数据由帧头标识、ID编号的低字节、ID编号的高字节、校验位组成，时间长度为T1。
表1电子标签上报数据格式
| 序号 | 含义 | 长度(字节) | 备注 |
| 1 | 0xAB | 1 | 帧头标识 |
| 2 | ID编号低字节 | 1 | |
| 3 | ID编号高字节 | 1 | |
| 4 | 校验 | 1 | 2、3内容相加 |
2)休眠：进入休眠模式，休眠T2时间；
3)激活：激活后进行状态初始化，侦听外部空间中是否有其它信息正在使用所述的工作信道：
如果工作信道空闲，则转到步骤1)；
如果工作信道被占用，则进行下列防碰撞退避算法：
①设置初始延时等待时间Ta＝T，T为一常数，起始等候次数Time0＝1；
②延时等待Ta时间；
③侦听工作信道使用情况：
如果工作信道空闲，转到步骤1)；
如果工作信道被占用，则进行下一步：
④如果等候次数Time0大于4，转到步骤⑥，否则进行下一步；
⑤设置等候时间Ta＝Ta×2+随机数，随机数大小不超过0.05毫秒，设置
等候次数Time0＝Time0+1次，转到步骤②；
⑥发送失败，本次发送结束，进入步骤2)。
实施例子：
设电子标签的发送数据波特率为250KBps，标签上报数据内容长度为4字节，则上报时间长度计算为：
4*8/250000＝0.000128秒，即0.128毫秒；
理想状况下，80个电子标签全部上报一次数据时间为：
0.128*80＝10.24毫秒；
设每次发送过程中有一次冲突(80个标签同时工作)，发送成功后休眠1000ms，激活初始化时间为1ms，发送电流为27毫安，激活电流为15毫安，休眠电流按0.01ma，则有：
标签平均消耗电流：
I＝(0.128*27+(1+0.1)*15+1000*0.01)/(0.128+1+0.1+1000)
＝0.0299(毫安)
则2000毫安时的电池可以工作的时间为：
2000/(0.0299*24*30)＝92(月)
Claims (2)
1.低功耗有源防碰撞电子标签的工作方法，其特征是：
电子标签由无线射频收发芯片(1)及其外接的2.4G陶瓷天线(2)、电源组成，无线射频收发芯片(1)内含8051单片机模块、射频收发模块与Flash存储器，内置Flash存储器中烧录了佩戴电子标签的工作人员的身份ID信息；
电子标签上电工作后，单片机将Flash存储器中人员的标识ID信息读出，标记为自身的身份，确定发送与接收信息的工作频率即工作信道，而后按照以下步骤工作：
1)发送：上报一次数据，所述的数据由帧头标识、ID编号的低字节、ID编号的高字节、校验位组成，时间长度为T1；
2)休眠：进入休眠模式，休眠T2时间；
3)激活：激活后进行状态初始化，侦听外部空间中是否有其它信息正在使用所述的工作信道：
如果工作信道空闲，则转到步骤1)；
如果工作信道被占用，则进行下列防碰撞退避算法：
①设置初始延时等待时间Ta＝T，T为一常数，起始等候次数Time0＝1；
②延时等待Ta时间；
③侦听工作信道使用情况：
如果工作信道空闲，转到步骤1)；
如果工作信道被占用，则进行下一步：
④如果等候次数Time0大于设定数M，转到步骤⑥，否则进行下面步骤；
⑤设置等待时间Ta＝Ta×2+随机数R，设置等候次数Time0＝Time0+1次；转到步骤②
⑥发送失败，本次发送结束，进入步骤2)。
2.根据权利要求1所述的低功耗有源防碰撞电子标签的工作方法，其特征是：
所述的设定数为M＝4～8，随机数R大小不超过0.05毫秒。
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| CN2007103024559A CN101201905B (zh) | 2007-12-21 | 2007-12-21 | 低功耗有源防碰撞电子标签的工作方法 |
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Publications (2)
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| CN101201905A CN101201905A (zh) | 2008-06-18 |
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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| CN2007103024559A Active CN101201905B (zh) | 2007-12-21 | 2007-12-21 | 低功耗有源防碰撞电子标签的工作方法 |
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