CN101533480B - 主动式rfid电子标签 - Google Patents

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Abstract

可降低电力消耗的主动式RFID电子标签，包括：射频信号检测单元，根据输入的驱动信号而被驱动，并检测通过天线接收的射频信号；比较器，当射频信号检测单元检测到射频信号时，对所检测的射频信号电平是否处于预先设定的信号电平以上进行比较；微处理器，输出用于驱动射频信号检测单元的驱动信号，当比较器的比较结果为所检测的射频信号电平处于预先设定的信号电平以上时，生成切换控制用的切换控制信号；射频信号收发器，对通过切换单元切换而接收的射频信号进行分析，并根据分析结果通过天线将对应于射频信号的响应信号进行输出；切换单元，初期连接在射频信号检测单元，根据微处理器生成的切换控制信号进行切换使天线和射频信号收发器连接。

Description

主动式RFID电子标签
技术领域
本发明涉及无线射频识别(Radio Frequency Identification：RFID)电子标签，尤其是涉及一种能够降低内部供电单元的电力消耗的主动式无线射频识别电子标签。
背景技术
通常，无线射频识别(Radio Frequency Identification：以下简称RFID)系统由具有判读解密功能的RFID阅读器(Reader)、内置电子标签信息的RFID电子标签(Tag)、运行软件以及网络构成。
RFID阅读器通过天线输出用于识别RFID电子标签的射频信号。RFID电子标签则接收由上述天线发出的射频信号。RFID电子标签响应所接收的信号，并将包含电子标签信息的射频信号传送给上述天线，以使RFID阅读器接收RFID电子标签的电子标签信息。
RFID电子标签包括由半导体制作的应答器芯片和天线，并根据驱动电源的提供方式分为被动式和主动式。被动式RFID电子标签不需要内部电源，由RFID阅读器的电波信号提供能量而驱动。主动式RFID电子标签内置RFID电子标签用的电池，其从内置的RFID电子标签用的电池接收驱动电力。
因此，对于主动式RFID电子标签重要的是，如何减少内置电池的电力消耗而延长使用时间。
图1为主动式RFID系统的构成框图。
其基本结构由RFID阅读器和多个主动式RFID电子标签构成，阅读器与电子标签之间的通信是通过无线信道进行的。主动式RFID电子标签贴附在所要管理的物品上，并根据RFID阅读器的命令显示物品的信息以及位置。
图2显示主动式RFID系统的通信信息的构成。
阅读器和电子标签之间的通信均由阅读器开始进行。为了尽可能降低主动式RFID电子标签的电力消耗，在不进行通信时，电子标签处于睡眠状态。阅读器在发送信息时，在发送信息前附加相当于2.4-4.8秒的唤醒信号，以使处于睡眠状态的电子标签转换至可接收阅读器信息的模式。主动式RFID电子标签识别到唤醒信号后，从睡眠状态转换到接收状态，然后对随后接收的阅读器的发送信息进行分析，并发送相关的响应信号后，重新进行睡眠状态。
图3为现有的主动式RFID电子标签的结构框图。
如图3所示，主动式RFID电子标签由天线100、微处理器104、射频信号收发器106构成，作为供电单元102内置有电池(Battery)，由上述电池提供电力。
微处理器104对上述射频信号收发器106进行控制以使上述射频信号收发器106每经过预先设定的周期处于接收模式。上述射频信号收发器106一般以2.4-4.8秒为周期启动为接收模式。这是因为RFID阅读器(未图示)需要在至少2.4秒之内以一定形式接收用于将主动式RFID电子标签转换为驱动状态的唤醒信号，以检测由上述RFID阅读器发送的唤醒信号。
射频信号收发器106根据上述微处理器104的控制，以接收模式启动并通过天线100接收由RFID阅读器发出的射频信号，并判断接收的射频信号是否为有效的唤醒信号。当判断结果为有效的唤醒信号时，对通过天线100接收的射频信号进行分析，并根据其分析结果，通过天线100将对应于上述射频信号的响应信号发送至RFID阅读器。
具体为，RFID阅读器在最短为2.4秒的时间内发送一定形式的唤醒信号，然后发送用于确定通信协议的前导(preamble)信号，接着发送电子标签信息请求用的命令(command)信号。
由此，主动式RFID电子标签的射频信号收发器106根据微处理器104的控制进入接收模式。如在上述接收模式没有来自天线100的射频信号，与微处理器104一起进入睡眠状态。如果通过天线100接收到由RFID阅读器发送的唤醒信号时，接着接收上述RFID阅读器所发送的前导信号以确定相互间通信用的通信协议，当接收到命令信号时，通过天线100将包含有电子标签信息的射频信号发送给上述RFID阅读器。
如上所述，为了检测唤醒信号，主动式RFID电子标签的微处理器和射频信号收发器需要每隔规定时间从睡眠状态变换至驱动状态。即，为了检测唤醒信号，主动式RFID电子标签消耗大量电力，这种电力消耗占主动式RFID电子标签所消耗的全部电力的50％以上。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供一种单独具备用于检测唤醒信号的结构，以用最少的电力检测唤醒信号的主动式RFID(无线射频识别)电子标签。
本发明中的主动式RFID电子标签，包括：射频信号检测单元，其根据输入的驱动信号而被驱动，并检测通过天线接收的射频信号；比较器，当上述射频信号检测单元检测到射频信号时，对所检测的射频信号电平是否处于预先设定的信号电平以上进行比较；微处理器，输出用于驱动上述射频信号检测单元的驱动信号，当上述比较器的比较结果为，所检测的射频信号电平处于预设的信号电平以上时，生成切换控制用的切换控制信号；切换单元，连接在上述射频信号检测单元，并根据上述微处理器生成的切换控制信号进行切换；射频信号收发器，对通过上述切换单元切换而接收的射频信号进行分析，并根据分析结果通过上述天线将上述射频信号的响应信号进行输出。
另外，本发明中的主动式RFID电子标签，还包括：射频信号检测单元，用于检测包含在射频信号内的唤醒信号；射频信号收发器，输出响应上述射频信号的响应信号；微处理器，根据上述唤醒信号的检测结果对射频信号收发器进行控制。另外，本发明中的主动式RFID电子标签还包括，用于将通过天线接收的上述射频信号传送给上述射频信号检测单元或上述射频信号收发器的切换单元。另外，微处理器响应上述射频信号的唤醒信号检测结果，对上述切换单元进行控制，以使上述切换单元连接上述天线和上述射频信号收发器。另外，微处理器控制上述切换单元，从而当上述射频信号收发器提供上述响应信号后，使上述切换单元将上述天线和上述射频信号检测单元连接。另外，微处理器对上述射频信号检测单元进行控制，使上述射频信号检测单元以小于上述射频信号的输入周期的周期进行检测动作。另外，本发明的主动式RFID电子标签还包括比较器，其对射频信号检测单元所检测的射频信号电平是否大于等于预先设定的信号电平进行比较，并将其结果提供给上述微处理器。
另外，本发明之主动式RFID电子标签，包括：射频信号收发器，用于输出响应于由天线输入的射频信号的响应信号；睡眠状态脱离检测单元，响应于上述射频信号中所包含的唤醒信号的检测结果，进行控制使上述射频信号收发器脱离睡眠状态。本发明之主动式RFID电子标签还包括，用于将天线和上述射频信号收发器或上述睡眠状态脱离检测单元进行选择性连接的切换单元。睡眠状态脱离检测单元包括：唤醒信号检测单元，用于检测包含在上述射频信号中的唤醒信号；微处理器，对应于上述唤醒信号检测单元的检测结果，对上述射频信号收发器进行控制。
另外，本发明中的主动式RFID电子标签的驱动方法，包括：检测所输入的射频信号中的唤醒信号的步骤；根据上述检测结果，脱离睡眠状态的步骤；输出对应于上述射频信号的响应信号的步骤。在上述检测唤醒信号的步骤中，以小于上述射频信号的输入周期的周期进行检测动作。
本发明之主动式RFID电子标签，进一步包括切换单元和射频信号检测单元以及比较器，为了检测唤醒信号，射频信号检测单元根据微处理器的驱动信号启动极短时间，来判断有无射频信号。而当射频信号检测单元检测出射频信号时，由比较器对上述检测的射频信号是否为有效信号进行判断。判断结果为有效唤醒信号时，通过切换单元启动微处理器和射频信号收发器。
这样，可降低主动式RFID电子标签的耗电量。
附图说明
图1为现有的主动式RFID电子标签的结构框图；
图2为主动式RFID系统的通信信息的构成示意图；
图3为现有主动式RFID电子标签的结构的框图；
图4为本发明之主动式RFID电子标签的结构示意图；
图5为现有的电子标签的动作流程图以及本发明之主动式RFID电子标签的动作流程图；
图6为表示本发明之主动式RFID电子标签和现有技术中的主动式RFID电子标签的动作消耗电力的表格；
图7为表示本发明之第二实施例的框图。
*附图符号说明：
200：天线单元              202：供电单元
204：切换单元              206：射频信号检测单元
208：射频信号收发器        210：比较器
212：微处理器
具体实施方式
以下，参照附图对本发明进行详细说明。
在对本发明进行说明时，省略对有关公知的功能或结构的详细说明。
图4为本发明中的主动式RFID电子标签的结果示意图。
如图4所示，主动式RFID电子标签由天线200、切换单元204、射频信号检测单元206、射频信号收发器208、比较器210以及微处理器212构成，并包括作为供电单元202的电池(Battery)。由电池提供电力使上述各单元进行工作。
切换单元204根据切换控制信号将通过天线200接收的射频信号选择性地输出到射频信号检测单元206或射频信号收发器208。切换单元204一开始连接在射频信号检测单元206，当输入切换控制信号时，切换为与射频信号收发器208连接。
驱动信号被输入时，射频信号检测单元206通过上述天线200检测射频信号。上述射频信号相当于将主动式RFID电子标签的状态从睡眠状态转换至驱动状态的唤醒信号。上述射频信号检测单元206根据上述驱动信号启动约1毫秒以下的时间，来判断有无射频信号。即，极短运行时间内判断有无射频信号，从而降低了供电单元202的电力消耗。
射频信号收发器208对通过天线200接收的射频信号机型分析，并根据分析结果，通过上述天线200将对应于上述射频信号的响应信号发送给RFID阅读器。
本发明中的射频信号收发器208只在上述射频信号检测单元206检测到唤醒信号并且是有效的唤醒信号时才启动。其通过上述切换单元204连接到天线200，对通过上述天线200接收的射频信号进行分析，如前导信号时，确定与RFID阅读器通信用的通信协议。然后，如接收到相当于电子标签信息请求信号的命令信号时，则生成对应于上述命令信号的响应信号(包含电子标签信息的信号)，并通过天线200输出生成的响应信号。
当上述射频信号检测单元206检测到射频信号时，比较器210判断所检测的射频信号电平是否大于等于预先设定的信号电平，如大于等于预先设定的信号电平时，生成中断信号并将所生成的中断信号传送给微处理器212。
微处理器212原处于睡眠状态，每到预设时间转换为驱动状态(约1毫秒以下的时间)，输出用于驱动上述射频信号检测单元206的驱动信号。上述微处理器212每2秒发生驱动信号，那是因为RFID阅读器在最短2.4秒内发送一定形式的唤醒信号，因此需要检测上述RFID阅读器所发生的唤醒信号。
另外，上述比较器210的比较结果为所检测的射频信号电平大于等于预先设定的信号电平时，微处理器212判断上述射频信号为有效的唤醒信号。由此，上述微处理器210转换成驱动状态，并生成切换控制信号将上述切换单元204和上述射频信号收发器208连接，从而使上述射频信号收发器208以接收模式进行工作。
另外，当上述射频信号收发器208发送对应于命令信号的响应信号后，微处理器212和上述射频信号收发器208一起从驱动状态进入睡眠状态，在进入睡眠状态之前向上述切换单元204传送重置信号，使上述切换单元204和上述射频信号检测单元206连接。这样，射频信号检测单元206检测通过天线所接收的射频信号。
图5中将现有电子标签的动作流程和本发明之主动式RFID电子标签的动作流程进行了比较。
如图5所示，现有的电子标签将内置在微处理器中的计时器设定为规定时间(本发明中设定为2秒)后，每到达预设时间使微处理器转换为活动模式(Active Mode)，使射频信号收发器转换为接收模式，并需要判断是否接收有效的唤醒信号(图5中(a)之S1-S5)。在将射频信号收发器转换为接收模式之前使微处理器转换至活动模式的理由是，因为只有在微处理器处于活动模式时才能控制射频信号收发器的模式。以预设的时间间隔将射频信号收发器转换至接收模式时，会发生大量的电力消耗。
本发明中的主动式RFID电子标签利用计时器，每到预设时间使微处理器转换至活动模式，这一点与现有技术相同，但无需使射频信号收发器转换到接收模式，只需驱动射频信号检测单元来判断有无唤醒信号(图5中(b)之S15、S16)。如果判断为有效的唤醒信号时，立刻将射频信号收发器转换到接收模式，并控制切换单元使来自阅读器的信号通过天线传送至射频信号收发器。在应用于实际场合时，与从阅读器接收信息并传送对其的应答的动作相比，为了判断有无从阅读器传送的唤醒信号而每到预设时间转换到接收模式，然后再回到睡眠状态的动作更为频繁，因此只要尽量降低这部分的电力消耗，就能降低主动式RFID电子标签的整个电力消耗。
图6为本发明中的主动式RFID电子标签和现有技术中的主动式RFID电子标签的动作消耗电力的表格。在微处理器处于活动模式状态下，要将处于睡眠状态的射频信号收发器转换到接收模式，中间需要经过空闲(IDLE)模式。射频信号收发器转换到另一种模式时，需要过度时间(Transition Time)，因此即使在实际接收模式中判断有无唤醒信号只需1毫秒的时间，现有的电子标签为转换到该状态需要更多的时间。而本发明之主动式RFID电子标签使射频信号收发器处于睡眠状态，只驱动射频信号检测单元，因此不失为在耗时耗电等方面更为优秀的方法。如果每2秒判断一次有无唤醒信号后再回到睡眠状态，比较一年的耗电量时，本发明之主动式RFID电子标签只占现有的电子标签耗电量的约37％。
图7为本发明之第二实施例的框图。
如图7所示，本实施例中的主动式RFID电子标签包括：射频信号收发器400，输出与通过天线300输入的射频信号对应的响应信号；睡眠状态脱离检测单元500，响应包含在射频信号中的唤醒信号的检测结果，控制上述射频信号收发器使其脱离睡眠状态。另外，本实施例中的主动式RFID电子标签进一步包括切换单元600，用以选择性地连接天线300和射频信号收发器400或睡眠状态脱离检测单元500。
另外，睡眠状态脱离检测单元500包括：唤醒信号检测单元510，用于检测包含在射频信号中的唤醒信号；微处理器520，根据唤醒信号检测单元510的检测结果，对射频信号收发器400进行控制。
图7所示的主动式RFID电子标签的动作为，唤醒信号检测单元510检测所输入的射频信号中的唤醒信号。根据上述检测结果，微处理器520控制射频信号收发器400脱离睡眠状态。射频信号收发器400通过天线300输出对应于射频信号的响应信号。唤醒信号检测单元510检测唤醒信号的动作是以小于射频信号输入周期的周期进行的。
微处理器520对应于图4中的微处理器212，唤醒信号检测单元510对应于图4中的射频信号检测单元206。切换单元600对应于图4中的开关204。这些对应的单元因其动作相似，故省略对其动作的详细说明。
说明书中通过具体实施例对本发明进行了详细说明，但本领域的技术人员在本发明的技术思想范围内，可对本发明进行各种变形以及变更，这些变形以及变更也属于本发明的权利要求范围之内。

Claims (11)

1.一种主动式RFID电子标签，包括：
射频信号检测单元，其检测通过天线接收的射频信号；
比较器，其对所述射频信号检测单元所检测出的射频信号电平是否大于等于预先设定的信号电平进行比较；
微处理器，其在所述比较器的比较结果为所检测出的射频信号电平大于等于预先设定的信号电平时生成切换控制信号；
射频信号收发器，对通过所述天线接收的射频信号进行分析，并通过所述天线输出对应于所述射频信号的响应信号；
切换单元，根据所述切换控制信号进行切换，从而将所述天线与所述射频信号收发器连接，或与所述射频信号检测单元连接，
其中，所述微处理器每隔规定时间以预设时间长度生成驱动信号，并且所述射频信号检测单元根据由所述微处理器生成的驱动信号来检测射频信号。
2.如权利要求1所述主动式RFID电子标签，其特征在于，当所述比较器的比较结果为所检测的射频信号电平大于等于预先设定的信号电平时，所述微处理器判断检测出的所述射频信号为有效的唤醒信号。
3.如权利要求1所述主动式RFID电子标签，其特征在于，当接收的射频信号为命令信号时，所述射频信号收发器通过所述天线输出对应于所述命令信号的响应信号。
4.如权利要求3所述主动式RFID电子标签，其特征在于，当所述射频信号收发器输出对应于命令信号的响应信号后，所述微处理器生成重置信号使所述切换单元和所述射频信号检测单元连接，然后进入睡眠状态。
5.如权利要求4所述主动式RFID电子标签，其特征在于，所述微处理器的预设时间长度为1毫秒以下。
6.如权利要求1所述主动式RFID电子标签，其特征在于，在初期设定模式中，通过所述切换单元将所述射频信号检测单元和所述天线连接。
7.一种主动式RFID电子标签，其特征在于，包括：
射频信号检测单元，用于检测包含在射频信号中的唤醒信号；
射频信号收发器，用于输出响应所述射频信号的响应信号；
微处理器，根据所述唤醒信号的检测结果，控制所述射频信号收发器，
其中，所述微处理器对所述射频信号检测单元进行控制，使所述射频信号检测单元以小于所述射频信号的输入周期的周期进行检测动作。
8.如权利要求7所述主动式RFID电子标签，其中，所述主动式RFID电子标签还具备切换单元，用于将通过天线接收的所述射频信号传送给所述射频信号检测单元或所述射频信号收发器。
9.如权利要求8所述主动式RFID电子标签，其中，所述微处理器响应所述射频信号的唤醒信号的检测结果，控制所述切换单元使所述切换单元连接所述天线和所述射频信号收发器。
10.如权利要求9所述主动式RFID电子标签，其中，当所述射频信号收发器提供所述响应信号后，所述微处理器控制所述切换单元使所述切换单元连接所述天线以及所述射频信号检测单元。
11.如权利要求7所述主动式RFID电子标签，还具备比较器，所述比较器对射频信号检测单元所检测的射频信号电平是否大于等于预先设定的信号电平进行比较，并将其结果提供给所述微处理器。
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