CN101438328A - 用于提供警报状况的可视的、可感知的、和电子的指示的射频系统和方法 - Google Patents

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Abstract

根据一个实施例，一个射频识别(RFID)标签包括一个控制器，用于在出现一个或多个警报状况时设置一个或多个警报状态；以及一个由所述控制器控制的可视显示设备，当一个警报状态被设置时，所述可视显示设备提供一个警报状况的可视、可听和/或可感知的指示。所述可视、可听和/或可感知的指示可选地只能由授权的实体来重置，或者不能被重置。

Description

用于提供警报状况的可视的、可感知的、和电子的指示的射频系统和方法
技术领域
本发明涉及一种射频(RF)系统和方法，具体的说，本发明涉及用于提供警报状况的可视的和电子的指示的射频识别(RFID)系统和方法。
背景技术
RFID系统快速成为识别媒介的选择是因为它的速度和准确性，使用者可以用它识别现存的加标签物品的数量和种类。RFID还能作为媒介用于收集加标签物品及其周围环境(例如历史温度分布曲线)的信息。然而，在用于供应链以监控，例如货物在运输中的历史温度分布曲线时，RFID系统有一个主要的缺陷，使用者必须安装一个询问器以读取历史温度分布曲线。考虑下列各项。
在商业、医药和其它领域中使用的许多材料容易腐烂。也就是说，材料有一个随着时间恶化的趋势，当暴露在较高温度下时，这种恶化的趋势通常会加剧。这种恶化的趋势通常被称为材料的“稳定性”。一种材料在较高的温度下经历很长的一段时间恶化缓慢，则被认为具有“高稳定性”。相反的，一种材料在较高的温度下很快恶化，则被认为具有“低稳定性”。
恶化的例子包括生物材料腐坏的情况，药物失效的情况，化学品化学活性丧失的情况，或者转换成不希望的杂质等等。过度的恶化甚至导致材料被质疑不适合使用，或者甚至导致危险性。因此，在商业、医药和其它领域，快速监测出材料因不可接受的受热历程致使材料不能使用，是非常重要的。
此外，还有一些其它的情况下，材料必须经过一定的最低限度的受热历程才会变得适合使用。许多材料和材料的处理方法，通常用于建筑，制造，食品加工和药物制备，例如混凝土凝固，环氧树脂硬化，生物发酵，烹调，巴斯德消毒，灭菌等等，在这些情况下，材料需要适当的硬化、保温或热处理后才适合使用。硬化、保温或热处理的过程通常取决于温度，典型的是在越低的温度下处理的越久，这样，材料必须经过一个特定的最低时间-温度历程后才适合使用。
结果是，可视的时间-温度指示器被广泛的应用于商业领域。这是典型的附加在热敏材料的容器上的小型设备。例如，可视的时间-温度指示器通常用于检验易腐烂的、温度敏感型的产品，这些产品必须保存在“低温链”中从供应商运送给用户。这里说的“低温链”是指一个用于保存或保护材料从生产到使用都在精确温度或一个温度范围内的连续的系统，以确保材料的完整性。
一种类型的时间-温度设备依靠模拟其所附带的产品的降解的化学反应。另一种类型的时间-温度设备只记录后输出的温度曲线，不带其它功能。这些设备的一个缺陷是不能重复使用。而且，这些设备用一次就丢弃，成本将会很高。这些设备的另外的一个缺点是精度不高。例如，已知的化学媒介的可视温度指示器能给出即时的可视结果，但不是特别准确。通过寻找一种具有互补的降解特性的不同的传感器材料，这种化学指示器试图模拟一种目的材料的降解特性，以观察所述传感器材料中对应于所述目的材料的变化而发生的变化。然而，这种化学方法的缺点是，大部分目的材料，例如生物材料，通常可能具有独特的和复杂的时间-温度曲线。特别的，一些材料可能具有完全不同于简单指数(阿列纽斯曲线)降解速率的时间-温度降解特性。相反的，仅有非常有限数量的传感器材料适合用于可视时间-温度指示器。在所有的温度下，通常很难或者不可能有目标材料和传感器材料的降解速率完全匹配。作为这些匹配问题的结果，目前的实践变得保守。也就是说，化学材料的时间-温度指示器通常设置成比目标材料降解更快。虽然这种情况可以确保使用者不会忽视接收降解的材料，但这还是不够的。事实上，在许多情况下，由于时间-温度指示器准确性的不足，依然还好的材料也被不恰当地丢弃。当然，另一种情形是，如果化学的时间-温度指示器不能准确的警告所跟踪的材料已降解，这同样是不能接受的，且具有潜在的危险性。还有一个缺点是这种设备有干扰的倾向。特别的，除非该设备具有唯一的ID，一个指示发生不利情况的设备很容易被一个反映没有不利情况的新的设备替换。为了避免干扰，设备可以放在被监测的产品的包装中。然而，设备必须在包装打开的时候才能看到。
另一种类型的不可视时间-温度设备是一个记录温度曲线的RFID标签。但是，这种标签需要一个RFID询问器去询问标签以提取所述曲线。因此，使用者可能无法轻易地分析温度曲线，除非他或她有一台询问器。在当今供应链操作快速化的世界里，在使用者能够扫描标签以获取数据的时候，他可能早已接受了损坏的物品。
因此，需要一种设备，能够可视或可感知地指示预定情况的发生，并且能电子指示所述情况的发生，同时克服上面提到的缺点。
发明内容
根据一个实施例，一种射频识别(RFID)标签，包括：一个控制器，用于根据发生的一个或多个警报状况设置一个或多个警报状态；以及一个由所述控制器控制的可视显示设备或其它警报指示器(例如，音频输出设备，像轰鸣器或发出哗哗声的扬声器，或可感知的指示器)，当设置成警报状态时，该可视显示设备或其它警报指示器提供可视的、可听的、可感知的、等等警报状况的指示。该警报状态的可视的或其它指示只能由授权的实体来重置，或者不能重置。
所述标签可以包括一个用于监测环境状况的传感器，所述控制器根据该传感器的输出设置警报状态。该传感器还可以监测其所连接的物品的状况。示例中的环境和/或物品的状况包括：温度，湿度，pH值，太阳光，紫外线，化学品，放射性，病原体，出现细菌，出现病毒，出现朊病毒，二氧化碳水平，以及它们的组合。该警报状况还可以根据在一个限制区域内、非授权的RFID标签的出现。其它的警报状况也是可能的，这里提到的情况不应被视为限制。
警报状况也可以基于一个例外。设置警报状态可以包括设置一个警报标志，该警报标志可以是一个比特或多个比特。
优选的，所述可视指示器在可视显示设备缺电的情况下仍能由可视显示设备保持显示。换句话说，该可视显示设备是基于持久性显示技术或能够启动警报信号的一组标记。
在一些实施例中，所述可视显示设备是一个电子显示设备。在其它实施例中，该可视显示设备是一个机械显示设备。该可视显示设备也可以是一个可感知显示设备或多组警报设备。
在另一个实施例中，一个RFID标签，包括：一个控制器，用于根据发生的一个警报状况设置一个或多个警报状态；以及一个由所述控制装置控制的可感知指示器，当设置成警报状态时，该可感知指示器提供一个所述警报状况的可感知的指示。优选的，所述警报状况的可感知指示器只能由授权的实体来重置。
一种用于可视和电子指示警报状况的发生的方法，主要包括：检测一个警报状况，根据检测到的所述警报状况设置一个警报状态，生成所述警报状况的一个可视指示，接收来自一个RFID询问器的电子询问，和发送所述警报状况的一个电子指示给所述询问器。所述警报状况的可视指示只能由授权的实体来重置。所述标签和/或询问器可以执行所述方法的各个部分。该方法的一个变换使用一个可听指示，而不是一个可视指示。
一个RFID系统，包括多个RFID标签和一个与所述多个标签通信的RFID询问器。每一个标签都可以连接于一个目标物，每一个标签都储存与之相连的目标物的信息。同样的，每一个标签都可以具有一个唯一的标识符，该标识符与数据库中有关所述目标物的信息相关联。
通过以下详细描述，本发明的其它方面和优点将变得清晰，下面将结合附图，以实施例的形式说明本发明的原理。
附图说明
为了更好的理解本发明的性能和优点，以及优选的使用方式，请结合附图参考下面的详细描述。
图1是根据本发明一个实施例的RFID系统的系统框图。
图2是根据本发明一个实施例的用于执行RFID标签的集成电路(IC)芯片的系统框图。
图3是根据本发明一个实施例的、带有显示设备和传感器功能的RFID标签的侧视图。
图4是根据本发明一个实施例的、带有显示设备的RFID标签的侧视图。
图5A是根据本发明一个实施例的、带有机械显示设备的RFID标签的部分分解示意图。
图5B是根据本发明一个实施例的、带有指示警报状况的机械显示设备的RFID标签的部分分解示意图。
图6是根据本发明一个实施例的、带有指示警报状况的可感知指示设备的RFID标签的侧视图。
图7是根据本发明一个实施例的、一种用于可视和电子指示警报状况发生的方法的流程框图。
图8是根据本发明一个实施例的、一种根据警报状况的发生，激活一个或多个RFID标签的方法的流程框图。
具体实施方式
下面描述的是目前实现本发明的最佳方式。本描述的目的是为了说明本发明的基本原理，并不意味着对这里所要求的本发明的概念的限制。而且，这里所描述的特定的特征可以与其它每一种可能的组合和排列的特征相结合。
这里除非特别说明，所有的术语都给予它们尽可能广义的解释，包括说明书暗含的意思，本领域的技术人员理解的意思以及在词典、论文等中定义的意思。
下面的描述公开了一种新的RFID系统和方法，用于提供预定的情况或事件的发生的可视或可感知的指示。
RFID标签的使用很快在监控和跟踪产品的应用中得到了普及。使用一个小小的、不引人注目的标签，RFID技术允许使用者远程存储和找回与一个产品相关的数据。当RFID标签运行在电磁光谱的射频部分时，在附着于产品上的RFID标签和RFID标签读取器之间可能发生电磁偶合或静电偶合。这种偶合是有益的，因为它排除了在标签和读取器直接接触或用明线连接的需要。
利用RFID标签，一件产品可以在获知产品的初始性质后加标签。例如，第一次给产品加标签可以与生产过程的开始同步，或者可以是在产品第一次被打包运输时。产品的电子标签允许随后在加标签的产品和使用者之间的电子信息交换，在这里，使用者可以读取存储在标签中的信息，也可以在标签中写入信息。
如图1所示，一个RFID系统100，典型的包括RFID标签102，一个询问器或“读取器”104，和一个可选的服务器106或其它支持系统，该支持系统可以包括包含RFID标签和/或标签的产品的相关信息的数据库。每一个标签102可以与一个目标物连接。每一个标签102包括一个芯片和一个天线。该芯片包括一个数字解码器，用来执行该标签102从询问器104收到的电脑指令。该芯片还可以包括一个用来提取和调节来自RF询问器的电力的供电电路，一个用来解码来自所述询问器的信号的解码器，一个背相散射调制器，一个把数据传送回询问器的发送器，防冲突协议电路，以及至少足够存放其特异性识别码，例如产品电子码(EPC)，的存储器。
EPC是一种简单、紧凑的识别符，能够特异性识别在供应链中的目标物(项目、箱子、货盘、位置等)。EPC建立了一套基本的分级理念，可以用来表示各种不同的、现存的编码系统，像EAN.UCC系统密码，UID，VIN，及其它编码方式。像现在商业用的许多编码方案一样，EPC被分成很多块以用于识别生产商和产品类型。另外，EPC使用一组额外的数字，一个序列号，以识别特异性项目。典型的EPC码包括：
1、标题，用来识别EPC的长度、类型、结构、版本和年代；
2、管理数据，用来识别公司或公司实体；
3、产品种类，类似于一个存放单位或SKU的仓库；和
4、序列号，这是加上标签的产品种类的具体实例。
附加的字段也可以作为EPC的一部分使用，以准确地编码和解码来至不同的编码系统的信息，成为它们自己的(人可读)形式。
每一个标签102也可以存储其所连接的产品的信息，包括但不限于产品的名称或类型、产品的序列号、生产日期、生产地点、所有者证明、原始和/或预定信息、产品有效期、成分、与行政机构和规章相关或由其指定的信息等。此外，与产品相关的数据可以存储在一个或多个与RFID标签相连接的数据库中。这些数据库不在标签上，而是通过特异性识别符或引用密钥与标签连接。
通信从一个询问器104通过无线电波发送信号找到一个标签102开始。当无线电波碰到标签102，并且标签102识别并响应询问器的信号时，询问器104解码编程于标签102中的数据。然后，该信息被传送到服务器106进行处理、存储和/或传播到另一个处理设备。通过给各种产品加标签，有关商品的性质和地点的信息可以立即自动获知。
许多RFID系统通过反射或“反向散射”无线电波，把信息从标签102传送到询问器104。因为被动式(Class-1 and Class-2)标签从询问器信号获得其全部电力，所以标签只在询问器104电波中时才被激活。
下面说明自动识别科技实验室(Auto ID Center)的EPC-相容性标签级别：
Class-1
·身份标签(RF用户可编程，最大范围3m)
·成本最低
Class-2
·存储器标签(8比特地址空间可编程，最大范围3m)
·安全性和加密保护
·成本低
Class-3
·半被动式标签(也被称为半主动式标签)
·电池标签(256位至2M字节)
·自供电反向散射(内置时钟，具有传感器接口支持)
·最大范围100m
·成本中等
Class-4
·主动式标签
·主动传输(允许标签首先通话操作模式)
·可达30000m范围
·成本较高
在RFID系统中，如果被动式接收器(即Class-1和Class-2标签)能够从传输的RF中获得足够的能量以驱动设备，则可以不需要电池。当距离过长，系统无法以上述方式驱动设备时，必须使用一个替代的电源。对于这些“替代”系统(也称为半主动式或半被动式)，电池是最普通的电源形式。它极大地增加了阅读范围，以及标签阅读的可靠性，因为标签不需要从询问器获得能量来响应。Class-3标签仅需来自询问器的一个5mV的信号，与之相比，运行Class-1和Class-2标签需要500mV。所需电力减为前两者的1/100，同时阅读器仅需感应极小的反向散射信号，这使得Class-3标签能在100米，甚至更远的距离工作，而相比之下Class-1标签的范围仅为约3米。需要注意的是，半被动式和主动式标签也可以在被动模式下工作，其只从输入RF信号获取能量来工作和响应。
主动式，半被动式和被动式RFID标签可在射频频谱的不同区域内工作。低频(30KHz至500KHz)标签的系统能耗低而受限于读取范围小。例如，低频标签可用在安全访问和动物识别应用中。高频(860MHz至960MHz和2.4GHz至2.5GHz)标签提供了更大的读取范围和更快的读取速度。一个高频标签的示例性应用为高速公路和洲际公路上的自动缴费系统。
本发明的实施例优选以Class-3或更高级别的芯片执行。根据一个实施例，图2描述了在RFID标签中执行的Class-3芯片200的电路设计。该Class-3芯片形成RFID芯片的核心，适合于许多应用，例如识别货盘、纸箱、集装箱、车辆或超过2-3米范围的所需的任何物品。如图所示，芯片200包括多个工业标准电路，包括一个电源产生和调控电路202，一个数字解码和控制电路204，一个传感器接口模块206，一个C1G2接口协议电路208和一个电源(电池)210。还可以附加一个显示驱动模块212以驱动显示器。
还提供一个电池激活电路214作为唤醒触发器。简单地说，在未激活的时间里，芯片200的许多部分处于休眠状态。休眠状态意味着低功耗状态或无功耗状态。电池激活电路214保持活跃并处理输入的信号，判断是否有包含激活指令的信号。如果一个信号确实包含有效的激活指令，芯片200的其余部分被从休眠状态唤醒，并开始与询问器进行通信。在一个实施例中，电池激活电路214包括一个超低功率的窄带宽前置放大器，其具有超低功率的静态耗用电流。电池激活电路214还包括一个自同步中断电路，并使用一个创新的用户可编程的数字唤醒码。电池激活电路214在休眠状态消耗很少的电能，并能够很好的避免突发事件和恶意错误唤醒触发器的事件的发生，否则会导致过早的消耗掉Class-3标签电池210。现有技术中已知的任何类型的电池激活电路也都可以整合于该系统中。
可以提供一个电池监控器215以监控设备的电量使用情况，然后收集到的信息用来评估电池的剩余使用寿命。
一个前向链接AM解码器216使用一个简化的锁相回路振荡器，其芯片占用面积极小。优选地，该电路216仅需基准脉冲的一个最小字符串。
优选地，一个反向散射调幅器模块218增加该反向散射调幅幅度超过50％。
还可以提供一个存储单元，例如一个EEPROM。在一个实施例中，提供了一个纯粹的、Fowler-Nordheim直接隧穿氧化物(direct-tunneling-through-oxide)机构220，以在该EEPROM存储阵列中将WRITE和ERASE电流降低至约2μA/单元。与任何为日期建立的RFID标签不同，这个即便在执行WRITE和ERASE操作时，也将允许设计的标签在最大范围进行操作。在其它实施例中，根据所使用的存储器类型及其需求，WRITE和ERASE电流可更高或更低。该存储器优选具有足够的容量以存储多个传感器读取值以及与之相关的数据，例如时间、日期等，并提供存储器用于在芯片上处理。
模块200还可以结合一个高度简化、但仍非常高效的安全加密电路222。也可以采用其它加密方案，例如具有询问器的加密信号交换等等。
芯片200起作用只需要四个连接垫(图未示)：连接电池的Vdd，接地，加上两个可支持多元全向天线和各向同性天线的引脚。可通过在核心芯片上附加一个工业标准的I2C或SPI接口而增加传感器以监视温度、震动、窜改等。
应当注意，本发明可以以任何类型的标签实施，上述的电路200仅代表一个可能的实施方式。
许多类型的设备都可以使用这里所公开的实施例，包括但不限于RFID系统和其它无线设备/系统。为了给出上下文，以帮助理解本发明的实施例，这里阐述的很多内容根据如图1所示RFID系统来进行。应记住，这仅仅是作为示例，本发明并不局限于RFID系统，本领域的技术人员容易理解如何将这里的教义应用到电子设备的硬件和/或软件中。换句话说，本发明可以完全地在硬件上、软件上、或两者的结合上完成。硬件的例子包括专用集成电路(ASICs)、印刷电路、单片电路、可再配置硬件如现场可编程门阵列等。本发明也可以以计算机程序产品的形式提供，包括在其上具有计算机代码的计算机可读介质。计算机可读介质可包括任何能在其上面存储计算机代码的，用于计算机的介质，包括光学介质，如只读和可写CD，DVD，磁存储器，半导体存储器(如，闪存和其它便携式存储卡，等等)，等等。此外，这样的程序是可以下载的，或者通过网络、非易失性存储设备等从一台计算机设备传输至另一台计算机设备。
此处用于存储和/或执行代码和/或运行步骤的可以是任何类型的计算机设备，包括个人计算机(PC)，膝上型PC，手携式设备(如，个人数字助理(PDA))，移动电话，等等。
如上所述，RFID标签可与目标物连接，每一个标签都和与之连接的目标物相联系，并选择性存储与之相连的目标物的信息。通过识别和定位与之相连的标签，加标签的目标物可以被识别和定位。
下面的说明将描述本发明的实施例，其提供可视的、可听的和可感知的警报状况的指示，该警报状况由一个事件的发生所引起。例如超出预定的环境情况，发生了意外情况等。用这种方法，使用者可以快速验证预定的情况是否发生，而不需要用户配备电子装备以用电子方法读取设备。为了容易理解，接下来大量的描述将根据可视的和可感知的指示器来进行。应当理解，在本发明的各种可能的排列组合中，所述可视显示设备或可感知设备可以容易地由可听输出设备替代。可听输出设备可以是现有技术中已知的任意类型的可听输出设备，例如蜂鸣器、发出哗哗声的扬声器等。可听输出设备可以提供与可视或可感知的设备相似的功能，例如持久的输出直至被重置等。同样的，本发明的各种不同的变化可以包括各种类型的输出/指示设备的组合，多个相同类型的输出设备等。
图3显示了一个半被动式(或主动式)的RFID标签300，其具有显示设备和传感能力，这样，基于环境情况的警报状况被用一个或多个比特标记，所述一个或多个比特可以引起一条色带上颜色的变化，从而提供可视的指示，指示一种警报状况已经发生。如图所示，标签300包括一个或多个传感器302、304，用于检测一种或多种环境情况。标签300还包括一个可视显示设备306。
一旦标签300检测到一个基于传感器输出的警报状况，可视显示设备306被指示显示所述警报状况的可视指示。例如，可视指示可以是一个简单的颜色变化、一个符号(如圆形或三角形)的方位、或者也可以包括多个文字或图形的标志。
标签300可以使用多个机械装置固定于产品上。例如，传统的机械紧固系统、固定环和挂钩型装置、缝合、粘贴、以及其它已知的固定方法，都可以用于永久或临时的把标签300连接于一件产品上。标签300还可以整合于产品上，或者作为独立的设备使用。
传感器302、304监测标签300工作的外部环境。事实上任何环境情况都可以被监测。示例的传感器监测标签300周围环境中的温度、湿度、pH值、太阳光、紫外线、化学物质、放射性、病原体、细菌、病毒、朊病毒、二氧化碳水平等。警报状况可以根据超出的水平或数量，例如超过一个上限温度、低于一个下限温度、或者检测到一定数量的病毒。警报状况也可以根据历史数据，例如连续几个小时二氧化碳的水平高于一个极限值。例如，在一个实施例中，可以使用一个内部或外部温度传感器，以使当标签300经历了在零度以下的一段时间后，可视显示器306将会显示一个可视指示给使用者，使用者能够很快的确定一个警报状况发生了。
当与环境状况对比时，一个或多个传感器还能监测例如所连接的产品的特征或性质等状况。一个例子包括监测所连接的产品的表面温度。
传感器302、304可以连续读取，或者间隔一定时间读取，例如每5分钟、每15分钟、每一天等。在读取的间隔时间内，标签可以进入休眠状态以保存电池电量。
标签上的控制器308和传感器302、304相连接，并根据一个(或多个)传感器的输出设置警报状态。控制器308根据检测到的警报状况来控制可视显示设备306的激活。下面给出操作的实例。控制器308可以包括一个或多个硅芯片，可编程的微控制器或离散元件。该控制器可以设置警报标识以指示警报状况。优选的，警报标识可以是存储在标签存储器中的一个比特。对于一个比特的警报标识，逻辑0表示正常情况，而逻辑1则表示有效的警报状态(反之亦然)。所述标识或一组标识优选的能够保持其设置，直到由被授权的实体重置。
可视显示设备306的可视指示一直显示在可视显示设备306上，除非标签收到一个来自授权的实体的指令转到非警报状态。授权的实体可以是商品早先运输中的末端接收者、系统管理员、安全部门、一个计算机化的系统等等。标签300对于授权实体的验证可以是根据例如收到的一个密码或安全代码。通过只允许授权的实体接触警报状态，标签的冲突被有效防止。而且，因为标签的ID是已知的，并且与特定的对象关联，该标签不会简单地被另一个不显示警报状况的可视指示的标签替换。这样，一旦加标签的产品到达其目的地，标签就可以被扫描来确认它的身份，例如，通过将标签EPC和运货单上的EPC进行比较。
可视显示设备306可以是任何类型的显示设备。示例中的可视显示设备包括颜色变化的条带、电泳显示器、电动显示器、发光二极管(LED)、液晶显示器(LCD)等。实施本发明的人容易理解，所使用的可视显示设备306的类型取决于标签的电源。如果标签有充足的电源供应，例如与一个车载电池连接，那么可视显示设备可以使用较高的电量。如果标签只有有限的电源供应，例如机载电池，那么最好选择低能耗的可视显示设备，例如状态变化的电化学条带。
在优选的实施例中，可视显示设备306是一个超低功率显示设备，以尽可能少的使用电池能量，从而最大化标签300的使用寿命(如果是被动式标签，电池用完后标签还可以使用)。可视显示设备306最好能够持续显示可视指示，即使是在显示设备的电源被移开后。这种最小化的能耗对于只有有限电池寿命的RFID标签非常重要。优选的可视显示设备306包括一个化学条带，其在收到来自控制器308的电信号后改变颜色。颜色的变化是永久的，除非由控制器308电子重置，且不需要连续的电流来维持颜色的变化。
可视显示设备306的显示媒介可以是一个双稳态的、非易变的媒介。双稳态的、非易变的媒介的例子包括但不限于：封装和未封装的电泳材料，胆甾醇材料，高分子分散胆甾醇液晶材料(PDChLC)，封装的胆甾醇材料，独立的氧化还原和染色反应材料(如Dow 
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显示介质)，pH敏感性染料，电热变色显示器，感温变色、顶点双稳、向列型、和表面稳定的铁电液晶材料。
所述显示媒介还可以包括电子墨水，其中的电子墨水能够在电子标签上显示图案指示。这里使用的术语“电子墨水”包括任何适合的双稳态、非易变材料。这里使用的术语“双稳态”是指成像材料的微粒能够交替占有两个稳定状态。例如，对应于显示组件的不同像素的位置的微粒能够交替占有ON或OFF状态，从而形成选定的标记。
在一个示例性的实施例中，显示媒介是反射性的，以为电子标签显示的图像提供更大的视角。在这种情况下，图像材料中的微粒可以定向为第一个状态以反射光线(ON)，或第二个状态以吸收光线(OFF)。这里使用的术语“非易变”是指成像材料具有不需要电耗的无限的记忆，在缺电的情况下也能在可视显示设备306上保持图像。图像材料中的微粒保持第一种状态，除非被指示转换到第二种状态。这样，标签的成像表面显示高质量的图像，即使是可视显示设备306的电源被切断。电子墨水还可以是可打印的、导电的墨水，具有粒子或微容器或微胶囊的排列。每个微胶囊中有一种电泳物质的流体，例如电介质或乳化液，以及着色的或荷电的微粒悬浮液或胶质材料。微胶囊的直径典型的是从约30到约300微米。
根据一个实践，所述粒子在视觉上可与电介质流体相比。根据另一个实施例，所述电子墨水可以包括可以转动的球，该球能够转动以显露出不同颜色的表面区域，同时该球可以在前面的观察位置和/或后面的非观察位置之间移动，或者两者都有。这种材料的一个例子是gyricon。gyricon是一种由扭曲的旋转元件组成的材料，所述旋转元件包含在被液体填充的球形空腔内，并嵌在一种弹性体介质中。通过增加一个外部电场，该旋转元件可以制成能够显示光学特性的变化。只要使用了给定电极的电场，旋转元件的一个节段就可以朝着显示器转动，并能被显示器前的观察者看到。使用一个相反电极的电场，可以使元件转动并向观察者显示第二个不同的节段。一个gyricon显示器会维持一种给定的结构，直到一个电场被施加到显示组件。典型的gyricon粒子的直径大约为100微米。
一个参考电极层可以用于与设置于显示介质上的电子墨水以及一个基板相结合，以形成一个可电子激活的、可寻址的电子显示器。所述电极和基板可以设置于微胶囊排列上或覆盖在微胶囊排列的反面，或者一起形成一个结构以在电子墨水上形成电位差，从而使微胶囊内的例子向电极中的一个移动。这种移动能改变球体的颜色，进而改变被看到的像素的位置。根据一个实施例，所述微胶囊可以填充带电的、印有黑色或彩色染料的白色微粒。
电子墨水还可以包含一种双稳态、非易变胆甾醇成像材料。胆甾醇液晶材料具有正介质各向异性的性质，并可以包括一种手性材料，该手性材料的量足以形成焦点圆锥曲线和扭曲的平面纹理。典型的胆甾醇成像材料包括厚度范围从约25微米到约50微米的液晶元件。
而且，电子墨水可以包括顶点双稳态显示技术，从而形成由双稳态、向列型液晶设备单元组成的双稳态、非易变显示组件。该双稳态、向列型单元提供了在至少一个单元墙上的一个表面对齐光栅，以及在另一个相反的单元墙上的一个表面处理。该材料由直流脉冲激活从而形成图像。
进一步地，电子墨水可以包括一种热铬材料，通过加热，热铬材料能够在透明和不透明之间改变状态。用这种方法，热铬成像材料通过在特定像素位置进行加热以显示图像。热铬成像材料将保持特定的图像直至对材料重新加热。显示组件是可重复使用，可重写，非易变，以及双稳态的。事实上，通过对显示层中的选定位置或像素进行加热，黑色字符被写在透明的背景上。也可以使用其它颜色，如红色、黄色和蓝色，以显示彩色的图像。因为可重写材料是透明的，下面的紫外线荧光印刷、设计和图案都可以被看到。
电子墨水还可以包括表面稳定化的铁电液晶(SSFLC)。表面稳定化的铁电液晶将铁电液晶材料限制在紧密配合的玻璃片之间，从而压制晶体的自然螺旋构型。只要通过外加电场的信号交替，信元就可以在两种不同的光学稳定状态之间快速切换。
悬浮在包含一种附加的成像材料的乳液中的磁性颗粒适合用于本发明。应用磁力改变由磁性微粒形成的像素，以创建、更新或改变人可读的标志、机器可读的标志或两者都有。本领域的技术人员容易理解，各种双稳态、非易变性的成像材料都是可以获得的，并且可以应用于本发明。
图3的RFID标签300和这里公开的其它实施例可以包括其它特性，例如数据资料记录等。
图4显示了一个标签400，其根据检测到的一个异常情况设置警报状态。标签400包括一个可视显示设备402。一旦标签400检测到一个基于异常情况的警报状况，一个警报状态被设置，并且可视显示装置402被指令显示所述警报状况的可视指示。例如，如果标签超出了读取器的范围，输入信号的缺失产生一个异常，然后警报状况被设置。类似的，如果标签意识到它已经通过一个读取器而没有被检测到(例如，被屏蔽了但现在检测到一个信号)，警报状态可以被设置。
可视显示设备也可以包括一个机械设备，该设备可以包括一些电子元件但有机械的外形。图5A-5B显示了一个标签500，其中可视显示设备502包括一个机械标志504。在非警报状态时，如图5A所示，机械标志504被缩回，以使窗口506中显示一种特定的颜色。如图5B所示，当警报标志被设置，一个触发器508释放标志504，该标志504通过弹簧510进入窗口506。标志504改变了从窗口可以看到的颜色。优选的，标志504可以被机械重置，例如，通过一个开口插入一个工具等。为了避免干扰，触发器508能够保持缩回状态直到标签500被指示开动触发器508。为了进一步避免干扰，标志504可以被锁定在某一个接近于释放的位置。为了这个目的，需提供一把锁512，并且可以或不可以选择性地被释放。
图6显示了一个标签600，其具有一个可指示警报状况的可感知指示器602。本实施例中，所述可感知指示器602包括一个弹出所述标签的按钮604。然后按钮604可以被使用者感知。按钮604也可以是可视的，并可以具有和标签外壳不一样的颜色。可感知指示器602可以包括一个触发器和弹簧机构，类似于图5A-5B所示的标签500。带有可感知指示器的例子特别适合用于监测难以直接看到标签的产品或情况，例如在商品的包装箱之间、货盘下、管道内等等。注意，可感知指示器可以独立于可视显示设备而被提供，或者可以取代可视显示设备。
在其它实施例中，警报状态由一个询问器基于其检测到的一个警报状况，例如某些事件的发生，而设置。例如，如果询问器检测到一个非授权的ID标记，则它可以指示该标记设置警报状况。在其它实施例中，询问器在每一个标签中设置警报状态，当其识别每一个标签，以指示哪些标签已被阅读，哪些标签来自于一个特定的批次，以及哪些标签连接于需要被识别的目标物等等。
图7图示了一个说明性的方法700，用于可视地、电子地指示一个警报状况的发生。在操作702，检测到一个警报状况。这个操作可以由标签、询问器或两者一起来完成。在操作704，根据检测到的所述警报状况设置一个警报状态。在操作706，生成一个所述警报状况的可视指示。在可选操作708，一个可感知指示器也被启动。此时，使用者能够看到或感觉到一个警报状况已经发生或正在发生。
在操作710，收到来自RFID询问器的一个电子询问。在操作712中，一个所述警报状况的电子指示被发送到所述询问器。所述警报状况的可视的和/或可感知的指示只能由授权的实体来重置。因此，在操作714中，校验是否是被授权的实体。如果实体是被授权的，则在操作716，警报状态被重置。然后指示器可以被反射或重置到非警报状态。如果实体没有被授权，则警报状态不重置，且所述可视和/或可感知指示保持在警报状态。
在一个变形中，标签也可以发送警报状况的电子指示到所述询问器，而无需首先收到来自询问器的询问。
图8描述了一种用于在发生警报状况时激活其它RFID标签的方法。在操作802，一个主标签发送一个警报状况的电子指示给一个或多个其它标签。所述发送信号可以包括一个激活指令，以使其它标签从休眠状态复苏。所述发送信号可以包括一个简单的指令以开始监测。所述发送信号还可以包括所述警报状况的性质，以及其它各种标签用来检测警报状况的参数。在操作804，其它标签从休眠状态苏醒，并在操作806开始监测警报状况(可以与第一个警报状况相同或不同)。应注意，一个发送意味着包括一系列在标签之间的信息发送，以及可能的与询问器之间的信息发送。例如，在一个变形中，主标签可以发送警报状况的指示到询问器，然后询问器唤醒其它标签。或者，主标签和/或其它标签可以具有或不具有可视显示设备或可感知设备。
为了给本发明的各个方面提供背景，下面提供几个非限制性的例子。
例子：
在冻肉箱上安装一个标签。该标签包括一个温度传感器和这里描述的警报装置。在冻肉运输的过程中，标签能记录下箱内的温度变化曲线。读数可以设定为从秒到天的任意时间间隔，例如每15分钟、每1小时、每3小时等等。时间间隔的频率当然可以取决于用户的喜好，所监控的产品的敏感性，对温度变化的敏感性等等。例如，由于冷冻商品的温度在密封的环境中不会频繁地变化，因此适合使用较长的时间间隔。
继续这个例子，如果温度超过预先设定的范围，即高于一个最高温度，或低于一个特定的温度，为防止融冰或冻灼，以及保证肉类的良好品质，一个标识被设置，可视警报器被启动。可视指示使人们可以迅速查证商品是否已损坏，而无需使用标签读取器。如果冻肉箱的温度超过了最高值，可视警报将指示接受者应拒绝该冻肉，或者在接受产品前至少对储存在标签内的温度变化曲线进行检查。
例子：
血袋从血库运往医院。一个标签安装于血袋上，并编程为：如果血袋的温度超过华氏50度5分钟，则设置警报状态。如果血袋的温度超过华氏50度，则标签上的条带颜色从空白变成红色。“空白”是指默认颜色，且可以是任何颜色。对于本说明，假设空白为黑色。可视指示使人们能够迅速查证血液是否已损坏，而无需使用标签读取器。
例子：
一货架的葡萄酒储存在地窖里。一个标签被安装到一货架的葡萄酒上，并编程为：如果地窖内的紫外线在标签放置后达到一个累计的量，例如500万光子，则设置一个警报状态。如果地窖内的光子的量超过这个阈值，则设置所述警报状态的标志，同时显示一个可视指示，例如，标签上一个条带的颜色从绿色变成红色。
例子：
假设有3人进入一个限制区域。A被授权进入该限制区域，并在他的衬衫上别上了他的身份标签，B未被授权进入该限制区域，在她的衬衫上也别上了她的身份标签，C未被授权进入该限制区域，她将她的身份标签放在一个金属盒子里以屏蔽读取器的读取。所有的身份标签正常情况下都是空白，在一个特定的时间后恢复到空白，或者在收到一个授权的指令后恢复到空白。当A通过入口时，门口的读取器核查到其标签身份与一个授权的用户相关联，并指示A的身份标签显示绿色的条带。当B通过入口时，读取器识别到是非授权的进入，并指示她的身份标签显示红色的条带。当C通过入口时，读取器检测不到被屏蔽的标签，因此C的标签仍为空白。通过验看每个人的身份标签，保安人员可以很快认识到，B和C没有被驱逐出限制区域，从而可以采取适当的行动。由于C的标签是空白，保安可能不知道该身份标签是出问题了还是被屏蔽了。此时，保安可以用便携式的读取器对身份标签进行扫描，或者护送C回到入口进行重新扫描。同样，当B离开该区域时，红色的条带依旧，需要B报告保安以重新设置，并解释她未经授权的进入。
例子：
在读取的过程中，已读取的标签被设置为警报状态，从而显示一个可视指示。那些尚未读取的标签不显示可视指示。
例子：
一个带有湿度传感器的标签以及一个可感知指示器安装在一个木材货盘的底部。然后，货盘上放上产品箱。所述标签被编程为：如果湿度传感器变湿，则设置一个警报状态。当水溅到或上升到湿度传感器的高度，一个警报标志被设置，同时可感知指示器从标签伸出。使用者将手伸到货盘的底部触摸标签，以感觉可感知指示器是否伸出。如果伸出，则至少货盘的底部已经跟水接触了。
例子：
一个带有温度传感器的主标签安装在一个堆满了货物的货盘外侧。其它带有温度传感器的标签安装在货盘上的产品的箱子上。主标签编程为：如果周围环境的温度超过一个阈值，则设置一个警报状态。当温度超过阈值时，主标签警报标志被设置，同时一个激活指令被发送到货盘上的标签。标签被唤醒并开始监测其所连接的目标物或其周围环境的温度变化曲线。
本领域的技术人员容易理解如何将这里所描述的系统和方法应用于各种情形、地点和商品。因此应当理解，这里所公开的系统和方法可以与各种类型和数量的、在任意地点的目标物一起使用。
虽然以上描述了各种实施例，但应当理解，这些描述只是示例的作用，而非用于限定。因此，优选实施例的广度和范围并不局限于上面所描述的示范性实施例，而应当由所附的权利要求及其等同物来限定。

Claims (49)

1、一个射频识别(RFID)标签，其特征在于包括：
一个控制器，用于根据一个警报状况的发生设置一个警报状态；
一个由所述控制器控制的可视显示设备，当警报状态被设置时，所述可视显示设备提供所述警报状况的一个可视指示；
其中，所述警报状况的可视指示只能由授权的实体来重置。
2、如权利要求1所述的RFID标签，其特征在于，还包括一个用于检测环境状况的传感器，所述控制器根据所述传感器的一个输出设置所述警报状态。
3、如权利要求2所述的RFID标签，其特征在于，所述环境状况选自：温度，湿度，pH值，太阳光，紫外线，化学物质，放射性，病原体，出现细菌，出现病毒，出现朊病毒，二氧化碳水平，以及它们的组合。
4、如权利要求1所述的RFID标签，其特征在于，还包括一个用于检测其所连接的目标物的情况的传感器，所述控制器根据所述传感器的一个输出设置所述警报状态。
5、如权利要求1所述的RFID标签，其特征在于，设置所述警报状态包括设置一个警报标志，其中所述警报标志是一个或多个比特。
6、如权利要求1所述的RFID标签，其特征在于，所述可视指示在所述可视显示设备缺电的情况下仍然由所述可视显示设备保持显示。
7、如权利要求1所述的RFID标签，其特征在于，所述警报状况是一个异常。
8、如权利要求1所述的RFID标签，其特征在于，所述可视显示设备是一个电子显示设备。
9、如权利要求1所述的RFID标签，其特征在于，所述可视显示设备是一个机械显示设备。
10、如权利要求1所述的RFID标签，其特征在于，所述可视显示设备还是一个可感知显示设备。
11、如权利要求1所述的RFID标签，其特征在于，所述警报状况是基于在一个限制区域内、一个未经授权的RFID标签的出现。
12、如权利要求1所述的RFID标签，其特征在于，根据检测到的多个警报状况设置多个警报状态。
13、如权利要求1所述的RFID标签，其特征在于，还包括一个传感器和非易失性存储器，其中所述非易失性存储器具有足够的容量存储多个传感器的读取信息。
14、如权利要求13所述的RFID标签，其特征在于，所述非易失性存储器还具有足够的容量用于所述控制器的处理功能。
15、一个射频识别(RFID)系统，其特征在于包括：
多个如权利要求1所述的RFID标签；和
一个与所述多个RFID标签通信的RFID询问器。
16、一个射频识别(RFID)标签，其特征在于包括：
一个控制器，用于根据一个警报状况的发生设置一个警报状态；
一个由所述控制器控制的可视显示设备，当警报状态被设置时，所述可视显示设备提供所述警报状况的一个可视指示；
其中，所述警报状况的可视指示不能被重置。
17、如权利要求16所述的RFID标签，其特征在于，还包括一个用于检测环境状况的传感器，所述控制器根据所述传感器的一个输出设置所述警报状态。
18、如权利要求17所述的RFID标签，其特征在于，所述环境状况选自：温度，湿度，pH值，太阳光，紫外线，化学物质，放射性，病原体，出现细菌，出现病毒，出现朊病毒，二氧化碳水平，以及它们的组合。
19、如权利要求16所述的RFID标签，其特征在于，还包括一个用于检测其所连接的目标物的情况的传感器，所述控制器根据所述传感器的一个输出设置所述警报状态。
20、如权利要求16所述的RFID标签，其特征在于，设置所述警报状态包括设置一个警报标志，其中所述警报标志是一个或多个比特。
21、如权利要求16所述的RFID标签，其特征在于，所述可视指示在所述可视显示设备缺电的情况下仍然由所述可视显示设备保持显示。
22、如权利要求16所述的RFID标签，其特征在于，所述警报状况是一个异常。
23、如权利要求16所述的RFID标签，其特征在于，所述可视显示设备是一个电子显示设备。
24、如权利要求16所述的RFID标签，其特征在于，所述可视显示设备是一个机械显示设备。
25、如权利要求16所述的RFID标签，其特征在于，所述可视显示设备还是一个可感知显示设备。
26、如权利要求16所述的RFID标签，其特征在于，所述警报状况是基于在一个限制区域内、一个未经授权的RFID标签的出现。
27、如权利要求16所述的RFID标签，其特征在于，根据检测到的多个警报状况设置多个警报状态。
28、一个射频识别(RFID)系统，其特征在于包括：
多个如权利要求16所述的RFID标签；和
一个与所述多个RFID标签通信的RFID询问器。
29、一个射频识别(RFID)标签，其特征在于包括：
一个控制器，用于根据一个警报状况的发生设置一个警报状态；
一个由所述控制器控制的可感知指示器，当所述警报状态被设置时，所述可感知指示器提供所述警报状态的一个可感知指示。
30、如权利要求29所述的RFID标签，其特征在于，所述警报状况的所述可感知指示只能由授权的实体来重置。
31、一个射频识别(RFID)系统，其特征在于包括：
多个如权利要求29所述的RFID标签；和
一个与所述多个RFID标签通信的RFID询问器。
32、一个射频识别(RFID)标签，其特征在于包括：
一个控制器，用于根据一个警报状况的发生设置一个警报状态；
一个由所述控制器控制的可听输出设备，当所述警报状态被设置时，所述可听输出设备提供所述警报状况的一个可听指示；
其中，所述警报状况的所述可听指示只能由授权的实体来重置。
33、一个射频识别(RFID)标签，其特征在于包括：
一个控制器，用于根据一个警报状况的发生设置一个警报状态；
一个由所述控制器控制的可听输出设备，当所述警报状态被设置时，所述可听输出设备提供所述警报状况的一个可听指示；
其中，所述警报状况的所述可听指示不能被重置。
34、一种用于可视和电子指示一种警报状况的发生的方法，其特征在于该方法包括：
检测一种警报状况；
根据检测到的所述警报状况设置一种警报状态；
产生所述警报状况的一个可视指示；
从一个RFID询问器接收一个电子询问；
向所述询问器发送所述警报状况的一个电子指示；
其中，所述警报状况的所述可视指示只能由授权的实体来重置。
35、如权利要求34所述的方法，其特征在于，还包括检测环境状况，并根据传感器的一个输出设置所述警报状态。
36、如权利要求35所述的方法，其特征在于，所述环境状况选自：温度，湿度，pH值，太阳光，紫外线，化学物质，放射性，病原体，出现细菌，出现病毒，出现朊病毒，二氧化碳水平，以及它们的组合。
37、如权利要求34所述的方法，其特征在于，还包括检测其所连接的目标物的状况，并根据传感器的一个输出设置所述警报状态。
38、如权利要求34所述的方法，其特征在于，设置所述警报状态包括设置一个警报标志，其中所述警报标志是一个或多个比特。
39、如权利要求34所述的方法，其特征在于，所述可视指示在可视显示设备缺电的情况下仍保持显示。
40、如权利要求34所述的方法，其特征在于，所述警报状况是一个异常。
41、如权利要求34所述的方法，其特征在于，所述可视指示由一个机械显示设备显示。
42、如权利要求34所述的方法，其特征在于，所述警报状况是基于在一个限制区域内、一个未经授权的RFID标签的出现。
43、如权利要求34所述的方法，其特征在于，所述询问器检测到所述警报状况，并指示一个RFID标签设置所述警报状态。
44、如权利要求34所述的方法，其特征在于，根据检测到的多个警报状况设置多个警报状态。
45、一个射频识别(RFID)系统，其特征在于包括：
多个RFID标签，每一个标签都执行如权利要求34所述的方法；和
一个与所述多个RFID标签通信的RFID询问器。
46、一种用于在一个警报状况发生时激活一个RFID标签的方法，其特征在于，所述方法包括：
检测一个警报状况；
根据检测到的所述警报状况设置一个警报状态；
向所述RFID标签发送所述警报状况的一个电子指示；
其中，所述RFID标签开始监测第二个警报状况。
47、如权利要求46所述的方法，其特征在于，一旦接收到所述警报状况的所述电子指示，所述RFID标签从休眠状态被唤醒。
48、一种用于在一个警报状况发生时激活一个RFID标签的方法，其特征在于，所述方法包括：
检测一个警报状况；
根据检测到的所述警报状况设置一个警报状态；
向一个询问器发送所述警报状况的一个电子指示；
其中，所述询问器指示所述RFID标签开始监测第二个警报状况。
49、如权利要求48所述的方法，其特征在于，一旦接收到所述警报状况的所述电子指示，所述RFID标签从休眠状态被唤醒。
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PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C02 Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001)
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Open date: 20090520