CN101364274A

CN101364274A - 类有源rfid电子车牌标签

Info

Publication number: CN101364274A
Application number: CNA2008101208618A
Authority: CN
Inventors: 王辉; 吴伟; 金仲存; 李宝军; 孔桦桦
Original assignee: ZHEJIANG ENJOYOR TRAFFIC TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: ZHEJIANG ENJOYOR TRAFFIC TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2008-09-22
Filing date: 2008-09-22
Publication date: 2009-02-11

Abstract

类有源RFID电子车牌标签，属于无线通讯智能交通的技术领域。包括天线，天线连接射频模块，射频模块配合连接MCU控制模块，射频模块包括有源射频发送模块、无源射频接收模块，无源射频接收模块连接射频能量检测模块，射频能量检测模块的输出端连接有源激励开关的输入端，有源激励开关的输出端连接有源射频发送模块、MCU控制模块，电池连接有源激励开关分别对有源射频发送模块、MCU控制模块提供工作电压。本发明的电子车牌标签只有在进入读卡器的有效范围内时才启动车牌相关信息的发送，其他时间电子车牌标签处于不工作状态，这样大大节约了电子车牌标签的能耗，延长了电子车牌标签的使用寿命。

Description

类有源RFID电子车牌标签

技术领域

本发明属于无线通讯智能交通的技术领域，具体涉及一种用于智能交通的类有源RFID电子车牌标签。

背景技术

随着大规模和超大规模微型集成电路的飞速发展，促使RFID(RadioFrequency Identification)技术在智能交通领域中得到了广泛应用，其中，基于RFID的电子车牌技术是一项极具实用性和理论性的应用。一个智能电子车牌由普通车牌和电子车牌组成。电子车牌实际上是一个无线识别的电子标签，电子车牌中存储了经过加密处理的车辆数据，其数据只能由经过授权的RFID读卡器读取。一个典型的RFID电子车牌系统结构包括读卡器、天线和车牌标签三个部分，图1给出了一个由读卡器1、读卡器天线2、应答天线3和RFID标签4组成的典型射频识别系统示意图。当RFID标签4进入磁场后，接收读卡器1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信息，或者RFID标签4主动发送某一频率的信号，读卡器1读取信息并解码后，送至中央信息系统进行有关数据处理。

根据RFID标签供电方式的不同，可以分为无源(Passive)、有源(Active)和半有源(Semi-Passive)三种不同的类型。无源标签没有电池供电，其用以进行数据通讯和维持数据存储、处理等所需的能量完全由读写器通过射频能量传送(Wireless Power Transmission，WPT)机制完成。有源标签工作时所需的所有能量完全由内部电池供给，标签一般主动向外发送射频信息，因此在工作过程中功耗比较大。半有源标签内部装有电池，标签根据接收到的能量大小选择性地使用读写器发射的射频能量或者电池的能量对标签内部用于数据存储、处理和内部信号产生电路进行供电，而标签内用于数据通讯的能量仍由读卡器发射的射频能量提供。在RFID电子车牌应用中，传统上都是采用有源或者半有源激励方式。有源标签采用主动发送方式，在标签读写距离和灵敏度上有很大优势，但是使用过程中功耗较大，每隔几年需要进行电池更换。半有源方式在节电模式上做了一定改进，但缺点是标签读写距离跟无源接近，通常只能用于对读写距离要求不高的场合，使用范围受到了限制。

随着智能交通的发展，电子车牌应用范围在不断扩展，对其要求也在不断提高，特别是在标签工作寿命上，一般要求至少比车辆的使用期限长。在读写距离上，100米以上的应用需求也在不断涌现，如在快速公交(BRT)优先系统中，采用RFID电子车牌技术对车辆进行定位、识别。为满足优先信号的控制时间调节需要，就要求标签的读写距离达到100米左右，但是，传统的电子车牌标签技术无法同时满足读写距离和使用寿命的要求。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本实用新型的目的在于提供一种类有源RFID电子车牌标签的技术方案，采用无缘检测、触发，有源发送的工作方式，使检测距离达到有源标签读写距离的标准，并避免电子车牌的无效工作，使功耗降低，使用寿命大大提高。

所述的类有源RFID电子车牌标签，包括天线，其特征在于天线连接射频模块，射频模块配合连接MCU控制模块，射频模块包括有源射频发送模块、无源射频接收模块，无源射频接收模块连接射频能量检测模块，射频能量检测模块的输出端连接有源激励开关的输入端，有源激励开关的输出端连接有源射频发送模块、MCU控制模块，电池连接有源激励开关分别对有源射频发送模块、MCU控制模块提供工作电压。

所述的类有源RFID电子车牌标签，其特征在于射频能量检测模块包括倍压全波整流模块、过压保护模块。

所述的类有源RFID电子车牌标签，其特征在于有源激励开关的输入端与三极管M2的基极连接，三极管M2的发射极接地，输入端和地之间并联设置电阻R3、电容C6，有源激励开关的输入端连接二极管D8的负极，二极管D8的正极与MCU控制模块的MCU电源控制端连接，三极管M2的集电极连接场效应管M3的栅极，场效应管M3的源极连接电池的正极，场效应管M3的源极、栅极间连接设置电阻R2，场效应管M3的漏极输出。

所述的类有源RFID电子车牌标签，其特征在于MCU控制模块控制电池对有源射频发送模块、MCU控制模块供电时间的长短。

所述的类有源RFID电子车牌标签，其特征在于MCU控制模块与射频模块间进行控制信号的单向传输。

所述的类有源RFID电子车牌标签，其特征在于MCU控制模块与射频模块间进行数据信号的双向传输。

所述的类有源RFID电子车牌标签，其特征在于倍压全波整流模块的输入端连接电容C1、C4，二极管D2、电容C2串联与二极管D1并联后与电容C1串联，电容C1、二极管D1组成二极管钳位电路，电容C2、二极管D2组成整流电路，电容C1、二极管D1、电容C2、二极管D2组成半波倍压整流电路，二极管D4、电容C3串联与二极管D3并联后与电容C4串联，电容C4、二极管D3组成二极管钳位电路，电容C3、二极管D4组成整流电路，电容C3、二极管D4、电容C4、二极管D3组成半波倍压整流电路，上述整体构成一个一阶全波整流倍压电路。

所述的类有源RFID电子车牌标签，其特征在于电压保护模块由二极管D5、D6、D7、电阻R1串联后与场效应管M1、电容C5并联，二极管D5、D6、D7、电阻R1构成电压感应器，场效应管M1的栅极连接在二极管D5、D6、D7和电阻R1间，漏极连接在二极管D5的正极上，源极连接在电阻R1的另一端。

本发明的电子车牌标签只有在进入读卡器的有效范围内时才启动车牌相关信息的发送，其他时间电子车牌标签处于不工作状态，这样大大节约了电子车牌标签的能耗，延长了电子车牌标签的使用寿命。且可以根据使用场合的不同，可以通过改变射频能量检测模块中倍压整流电路的阶数来调整电子车牌标签的有效阅读距离，射频能量检测模块有过压保护、稳压的功能，可以有效防止高能量的信号对后级模块产生危害。有源激励开关一旦被触发，很短时间后电源由MCU控制模块自身控制，保证了与读卡器的正常通讯，通讯完成后自动断电可有效节约能耗。整个发明达到了无源射频触发，有源射频通讯，通讯结束后自动切断自身电源的效果，有效弥补了有源电子车牌标签使用寿命短和无源电子车牌标签通讯距离近的缺陷。

附图说明

图1射频识别系统的结构示意图；

图2为本发明的电路方框图；

图3为射频能量检测模块的电路原理图；

图4为有源激励开关的电路原理图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明做进一步说明。

类有源RFID电子车牌标签，包括天线5，天线5连接射频模块6，射频模块6配合连接MCU控制模块8，MCU控制模块8与射频模块6间进行控制信号的单向传输和数据信号的双向传输。射频模块6包括有源射频发送模块7、无源射频接收模块12，无源射频接收模块12连接射频能量检测模块11，射频能量检测模块11的输出端连接有源激励开关9的输入端，有源激励开关9的输出端连接有源射频发送模块7、MCU控制模块8，电池10连接有源激励开关9分别对有源射频发送模块7、MCU控制模块8提供工作电压。

安装在路口的读卡器通过读卡器天线不断发出射频信号，当车辆进入读卡器磁场的有效范围时，天线5接收读卡器天线发出的射频信号，天线5连接射频模块6，射频模块6中的无源射频接收模块12将该射频信号转换为电压信号后输出连接射频能量检测模块11的输入端。

射频能量检测模块11包括倍压全波整流模块13、过压保护模块14，其电路图详见图3。倍压全波整流模块13的输入端连接电容C1、C4，二极管D2、电容C2串联与二极管D1并联后与电容C1串联，电容C1、二极管D1组成二极管钳位电路，电容C2、二极管D2组成整流电路，电容C1、二极管D1、电容C2、二极管D2组成半波倍压整流电路，二极管D4、电容C3串联与二极管D3并联后与电容C4串联，电容C4、二极管D3组成二极管钳位电路，电容C3、二极管D4组成整流电路，电容C3、二极管D4、电容C4、二极管D3组成半波倍压整流电路，上述整体构成一个一阶全波整流倍压电路。根据实际的工作需要，也可以将倍压全波整流模块13改为二阶全波整流电路，可以有效的提高电子车牌标签的检测距离。电压保护模块14由二极管D5、D6、D7、电阻R1串联后与场效应管M1、电容C5并联，场效应管M1的栅极连接在二极管D5、D6、D7和电阻R1间，漏极连接在二极管D5的正极上，源极连接在电阻R1的另一端。串联的二极管D5、D6、D7、电阻R1构成电压感应器，控制泄流场效应管M1的栅极电压，当电源电压超过二极管D5、D6、D7开启电压之和后，场效应管M1栅极电压升高，场效应管M1导通，开始对储能电容C5放电，此电路有效的解决了输入端电压不稳定幅度较大的问题。射频能量检测模块11将接收到的信号进行全波整流、放大输出，连接有源激励开关9的输入端，触发有源激励开关9的通断。

有源激励开关9的电路原理图如图4所示。有源激励开关9的输入端与三极管M2的基极连接，三极管M2的发射极接地，输入端和地之间并联设置电阻R3、电阻C6，有源激励开关9的输入端连接二极管D8的负极，二极管D8的正极与MCU控制模块8的MCU电源控制端连接，三极管M2的集电极连接场效应管M3的栅极，场效应管M3的源极连接电池10的正极，场效应管M3的源极、栅极间连接设置电阻R2，场效应管M3的漏极输出。当电子标签进入读卡器的有效范围内时，射频能量检测模块11的输出信号使有源激励开关9的三极管M2、场效应管M3导通，电池10对有源射频发送模块7、MCU控制模块8进行供电。当MCU控制模块8上电启动后，MCU电源控制端输出高电平，以保证电子车牌标签与读卡器正常通讯期间电源的持续供应。具体的工作过程为，当有源激励开关9输入端电压高于0.7V时，三极管M2导通，三极管M2的集电极变为低电平，导致场效应管M3导通，电池10的电流经过场效应管M3从输出端输出给源射频发送模块7、MCU控制模块8进行供电，MCU电源控制端输出高电平，维持三极管M2、场效应管M3的导通。当与读卡器的正常通讯结束后，MCU电源控制端输出低电平，三极管M2、场效应管M3截止，有源射频发送模块7、MCU控制模块8停止工作。电池10对有源射频发送模块7、MCU控制模块8供电时间的长短通过MCU控制模块8内设置的程序进行控制。当电子车牌标签在读卡器有效范围外时，电源自动切断。

Claims

1.类有源RFID电子车牌标签，包括天线(5)，其特征在于天线(5)连接射频模块(6)，射频模块(6)配合连接MCU控制模块(8)，射频模块(6)包括有源射频发送模块(7)、无源射频接收模块(12)，无源射频接收模块(12)连接射频能量检测模块(11)，射频能量检测模块(11)的输出端连接有源激励开关(9)的输入端，有源激励开关(9)的输出端连接有源射频发送模块(7)、MCU控制模块(8)，电池(10)连接有源激励开关(9)分别对有源射频发送模块(7)、MCU控制模块(8)提供工作电压。

2.如权利要求1所述的类有源RFID电子车牌标签，其特征在于射频能量检测模块(11)包括倍压全波整流模块(13)、过压保护模块(14)。

3.如权利要求1所述的类有源RFID电子车牌标签，其特征在于有源激励开关(9)的输入端与三极管M2的基极连接，三极管M2的发射极接地，输入端和地之间并联设置电阻R3、电容C6，有源激励开关(9)的输入端连接二极管D8的负极，二极管D8的正极与MCU控制模块(8)的MCU电源控制端连接，三极管M2的集电极连接场效应管M3的栅极，场效应管M3的源极连接电池(10)的正极，场效应管M3的源极、栅极间连接设置电阻R2，场效应管M3的漏极输出。

4.如权利要求1所述的类有源RFID电子车牌标签，其特征在于MCU控制模块(8)控制电池(10)对有源射频发送模块(7)、MCU控制模块(8)供电时间的长短。

5.如权利要求1所述的类有源RFID电子车牌标签，其特征在于MCU控制模块(8)与射频模块(6)间进行控制信号的单向传输。

6.如权利要求1所述的类有源RFID电子车牌标签，其特征在于MCU控制模块(8)与射频模块(6)间进行数据信号的双向传输。

7.如权利要求2所述的类有源RFID电子车牌标签，其特征在于倍压全波整流模块(13)的输入端连接电容C1、C4，二极管D2、电容C2串联与二极管D1并联后与电容C1串联，电容C1、二极管D1组成二极管钳位电路，电容C2、二极管D2组成整流电路，电容C1、二极管D1、电容C2、二极管D2组成半波倍压整流电路，二极管D4、电容C3串联与二极管D3并联后与电容C4串联，电容C4、二极管D3组成二极管钳位电路，电容C3、二极管D4组成整流电路，电容C3、二极管D4、电容C4、二极管D3组成半波倍压整流电路，上述整体构成一个一阶全波整流倍压电路。

8.如权利要求2所述的类有源RFID电子车牌标签，其特征在于电压保护模块(14)由二极管D5、D6、D7、电阻R1串联后与场效应管M1、电容C5并联，二极管D5、D6、D7、电阻R1构成电压感应器，场效应管M1的栅极连接在二极管D5、D6、D7和电阻R1间，漏极连接在二极管D5的正极上，源极连接在电阻R1的另一端。