CN101964071B

CN101964071B - 具有加速度传感器的无源射频标签

Info

Publication number: CN101964071B
Application number: CN 201010503861
Authority: CN
Inventors: 陈积明; 江发昌; 程鹏; 贺诗波; 孙优贤
Original assignee: Zhejiang University ZJU
Current assignee: Zhejiang University ZJU
Priority date: 2010-10-12
Filing date: 2010-10-12
Publication date: 2012-12-19
Anticipated expiration: 2030-10-12
Also published as: CN101964071A

Abstract

本发明公开了一种具有加速度传感器的无源射频标签，该标签包括射频前端和MCU控制，射频前端主要由PCB天线、整流模块、储能模块、稳压模块、解调模块、调制模块组成；MCU控制部分包括微处理器模块、LED模块、EEPROM、Vout监测模块和加速度器模块；本发明不仅可以向读写器返回携带者的ID信息，还可通过采集加速度传感器来获取携带者的运动状况，以实现更好的病员监测。

Description

具有加速度传感器的无源射频标签

技术领域

本发明涉及一种通过射频信号进行无接触识别的标签装置，尤其涉及一种能够感知携带者运动情况的具有加速度器的电子标签。

背景技术

随着专用集成芯片和无线通讯技术的发展，具备无接触识别能力的RFID技术凭借其简单、便宜等特点已取得了广泛的应用。在物流跟踪、医院病员监控等场合经常能看到RFID技术。然而目前RFID系统中的标签都由专门的集成芯片构成，储存的的信息都是简单的ID信息。对于一些需要同时监测携带者运动的情况，如病人运动，普通标签提供的ID信息显然远远不够。

发明内容

为了克服现有标签提供信息量简单的缺陷，尤其是不能监测携带者运动情况的不足，本发明的目的在于提供一种具有加速度传感器的无源射频标签。该标签不仅可以向读写器返回携带者的ID信息，还可通过采集加速度传感器来获取携带者的运动状况，以实现更好的病员监测。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案：

一种具有加速度传感器的无源射频标签，该标签主要包括两部分：射频前端和MCU控制。其中，所述射频前端主要由PCB天线、整流模块、储能模块、稳压模块、解调模块、调制模块组成；所述MCU控制部分包括微处理器模块、LED模块、EEPROM、Vout监测模块和加速度器模块。PCB天线和解调模块分别与整流模块相连，稳压模块与储能模块相连，PCB天线与调制模块相连；稳压模块、解调模块、调制模块、LED模块、EEPROM、Vout监测模块和加速度器模块分别与微处理器模块相连。

进一步地，所述微处理器模块由微控制器U0、晶振Y1、接插件P1～P2组成；Vout监测模块由电压检测器U6和电平转换芯片U7组成；LED模块由发光二极管LED1～LED3、电阻R4～R6、场效应管Q2～Q4组成；EEPROM由存储器芯片U5、电容C21、电阻R2和电阻R3组成；加速度器模块由加速度器U4和电容C17～C20组成。

本发明具有的有益效果是：

1)加速度器的引入弥补了传统标签信息量单一的缺陷，具有加速度传感器的无源射频标签不仅可以提供标签携带者的ID信息，还能通过采集加速度器的数据来监测携带者的运动情况。

2)本发明综合了RFID技术与传感器技术，通过把传感器技术加入到了RFID中，使得RFID技术更智能，也为RFID未来的发展提供了一种新的途径。

3)本发明搭建的整流、解调、调制模块实现了传统标签中特定的RFID集成芯片的功能，并且这种新的实现方式比传统的集成芯片具有更大的灵活性，非常便于扩展。

附图说明

图1是本发明的整体结构框图；

图2是本发明的程序流程图；

图3是本发明的模拟前端电路原理图；

图4是本发明的MCU控制电路原理图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明。

如图1所示，描述了该新型标签的整体结构组成：上半部分的模拟前端和下半部分的MCU控制。模拟前端由PCB天线、整流模块、储能模块、稳压模块、解调模块、调制模块组成。该部分完成射频信号到电能的转换与存储、读写器命令的解码和标签应答数据的编码。MCU控制部分主要包括微处理器模块、LED模块、EEPROM、Vout监测模块、加速度器模块，该部分完成对整个标签的控制以及对加速度传感器参数的采集。整个标签的能量由射频前端模块中的储能电容提供。

如图2所示，描述了该标签的工作过程。标签响应Reader的查询命令，采集加速度传感器数据，然后返回给Reader，通讯完成后标签进入低功耗模式以降低能量消耗。

如图3所示，是标签的模拟前端电路原理图。PCB天线主要由天线Antenna、可变电容CV、电感L1组成，其中天线Antenna的一端与可变电容CV的一端、电感L1的一端、调制模块中场效应管Q1的集电极连接，可变电容CV的另一端与地连接，电感L1的另一端与整流模块中电容C1、C3、C5、C7、C9、C11、C13的一端连接。整流模块主要由电容C1～C14和检波管D1～D7构成，其中检波管D1～D7可以选用Agilent公司的零偏置肖特基检波管HSMS-285，检波管D1、D2、D3、D4、D5、D6、D7的3脚分别与电容C1、C3、C5、C7、C9、C11、C13的一端连接，检波管D1的1脚与地连接，检波管D1的2脚与检波管D2的1脚、电容C2的一端连接，检波管D2的2脚与检波管D3的1脚、电容C4的一端连接，检波管D3的2脚与检波管D4的1脚、电容C6的一端连接，检波管D4的2脚与检波管D5的1脚、电容C8的一端连接，检波管D5的2脚与检波管D6的1脚、电容C10的一端连接，检波管D6的2脚与检波管D7的1脚、电容C12的一端连接，检波管D7的2脚与电容C14的一端、储能模块中二极管D8的正端、解调模块中二极管D9的正端、解调模块中电压比较器U2的4脚连接，电容C2、C4、C6、C8、C10、C12、C14的另一端与地连接。储能模块主要由二极管D8、储能电容Cstore、稳压二极管ED组成，储能电容Cstore的端电压为Vout，二极管D8的负端与储能电容Cstore的一端、稳压二极管ED的1脚、稳压模块中稳压芯片U1的1脚和4脚连接，储能电容Cstore的另一端与地连接，稳压二极管ED的2脚与地连接。稳压模块主要由稳压芯片U1、电容C15组成，其中稳压芯片U1可以选用ON Semiconductor公司的稳压器NCP583SQ18，稳压芯片U1的3脚输出Vreg，稳压芯片U1的2脚与地连接，稳压芯片U1的3脚与电容C15的一端、解调模块中电平转换芯片U3的6脚、图4中微控制器U0的38和39脚、图4中电阻R0的一端、图4中接插件P1的1脚、图4中接插件P2的2脚、图4中电平转换芯片U7的6脚、图4中电阻R2的一端、图4中电阻R3的一端、图4中的电容C21的一端、图4中的存储器芯片U5的4脚，电容C15的另一端与地连接。解调模块主要由二极管D9、电容C16、电压比较器U2、场效应管Q2、电平转换芯片U3组成，其中二极管D9的负端与电容C16的一端、电压比较器U2的3脚、电压比较器U2的5脚、电平转换芯片U3的1脚连接，电容C16的另一端与地连接，电压比较器U2的2脚与场效应管Q2的3脚连接，电压比较器U2的1脚与电平转换芯片U3的2脚连接，场效应管Q2的2脚与地连接，场效应管Q2的1脚与图4中微控制器U0的30脚连接，电平转换芯片U3的3脚与地连接，电平转换芯片U3的4脚与地连接，电平转换芯片U3的5脚与图4中微控制器U0的31脚连接。调制模块主要由场效应管Q1、电阻R1组成，其中电阻R1的一端与图4中微控制器U0的32脚连接，电阻R1的另一端与场效应管Q1的基极连接，场效应管Q1的集电极与天线Antenna、可变电容CV的一端、电感L1的一端连接，场效应管Q1的发射极与地连接。

如图4所示，描述了MCU控制电路原理图的连接情况。微处理器模块主要由微控制器U0、晶振Y1、电阻R0、接插件P1、接插件P2组成，其中微控制器可以选用TI公司的MSP430F2274，微控制器U0的1、4、13脚与地连接，微控制器U0的2脚与晶振Y1的1脚连接，微控制器U0的3脚与晶振Y1的2脚连接，微控制器U0的5脚与电阻R0的一端连接，电阻R0的另一端与图3中稳压芯片U1的3脚连接，微控制器U0的6、7、8脚分别与加速度传感器U4的12、10、8脚、接插件P2的5、6、7脚、电容C18、C19、C20的一端连接，微控制器U0的9脚与加速度传感器U4的13～16引脚、电容C17的一端连接，微控制器U0的10脚与存储器芯片U5的3脚、电阻R2的一端连接，微控制器U0的11脚与存储器芯片U5的1脚、电阻R3的一端连接，微控制器U0的20、21、22脚分别与场效应管Q4、Q3、Q2的1脚连接，微控制器U0的29脚与电平转换芯片U7的5脚、接插件P2的4脚连接，微控制器U0的33脚与接插件P2的8脚连接，微控制器U0的37脚与接插件P1的2脚连接，接插件P1的4脚与地连接，接插件P2的3脚与地连接。LED模块主要由发光二极管LED1～LED3、电阻R4～R6、场效应管Q2～Q4组成，其中发光二极管LED1、LED2、LED3的正端与储能电容的端电压Vout连接，发光二极管LED1、LED2、LED3的负端分别与电阻R4、R5、R6的一端连接，电阻R4、R5、R6的另一端分别与场效应管Q2、Q3、Q4的3脚连接，场效应管Q2、Q3、Q4的2脚与地连接。EEPROM主要由存储器芯片U5、电阻R2、电阻R3、电容C21组成，其中存储器芯片U5的1脚与电阻R3的一端、微控制器U0的11脚连接，存储器芯片U5的2脚与地连接，存储器芯片U5的3脚与电阻R2、微控制器U0的10脚连接，存储器芯片U5的4脚与电容C21的一端、稳压芯片U1的输出Vreg连接，存储器芯片U5的5脚与电容C21的一端、地连接，电阻R2、R3的另一端与稳压芯片U1的输出Vreg连接。Vout监测模块主要由电压检测器U6、电平转换芯片U7组成，其中电压检测器U6的2、3脚与储能电容的端电压Vout连接，电压检测器U6的4脚与地连接，电压检测器U6的1脚与电平转换芯片U7的2脚连接，电平转换芯片U7的1脚与储能电容的端电压Vout连接，电平转换芯片U7的3、4脚与地连接，电平转换芯片U7的5脚与微控制器U0的29脚、接插件P2的4脚连接，电平转换芯片U7的6脚与稳压芯片U1的输出Vreg连接。加速度器模块主要由加速度传感器U4、电容C17～C20组成，其中加速度传感器可以选用Analog Devices公司的ADXL330，加速度传感器U4的1～7、11脚与地连接，加速度传感器U4的8、10、12脚与电容C20、C19、C18的一端、微控制器U0的8、7、6脚连接，加速度器U4的13～16脚与电容C17的一端、微控制器U0的9脚连接，电容C17的另一端与地连接，电容C17～20的另一端与地连接。

上述实施例用来解释说明本发明，而不是对本发明进行限制，在本发明的精神和权利要求的保护范围内，对本发明作出的任何修改和改变，都落入本发明的保护范围。

Claims

1.一种具有加速度器的无源射频标签，其特征在于，该标签主要包括两部分：射频前端和MCU控制；其中，所述射频前端主要由PCB天线、整流模块、储能模块、稳压模块、解调模块和调制模块组成；所述MCU控制部分包括微处理器模块、LED模块、EEPROM、Vout监测模块和加速度器模块；PCB天线和解调模块分别与整流模块相连，稳压模块与储能模块相连，PCB天线与调制模块相连；稳压模块、解调模块、调制模块、LED模块、EEPROM、Vout监测模块和加速度器模块分别与微处理器模块相连；

PCB天线主要由天线Antenna、可变电容CV、电感L1组成，整流模块主要由电容C1～C14和检波管D1～D7组成，储能模块主要由二极管D8、储能电容Cstore、稳压二极管ED组成，稳压模块主要由稳压芯片U1和电容C15组成，解调模块主要由二极管D9、电容C16、电压比较器U2、场效应管Q2、电平转换芯片U3组成，调制模块主要由场效应管Q1和电阻R1组成；其中，天线Antenna的一端与可变电容CV的一端、电感L1的一端、场效应管Q1的集电极连接，可变电容CV的另一端与地连接，电感L1的另一端分别与电容C1、C3、C5、C7、C9、C11、C13的一端连接，检波管D1、D2、D3、D4、D5、D6、D7的3脚分别与电容C1、C3、C5、C7、C9、C11、C13的一端连接；检波管D1的1脚与地连接，2脚与检波管D2的1脚、电容C2的一端连接，3脚与电容C1的另一端连接；检波管D2的2脚与检波管D3的1脚、电容C4的一端连接，3脚与电容C3的另一端连接；检波管D3的2脚与检波管D4的1脚、电容C6的一端连接，3脚与电容C5的另一端连接；检波管D4的2脚与检波管D5的1脚、电容C8的一端连接，3脚与电容C7的另一端连接；检波管D5的2脚与检波管D6的1脚、电容C10的一端连接，3脚与电容C9的另一端连接；检波管D6的2脚与检波管D7的1脚、电容C12的一端连接，3脚与电容C11的另一端连接；检波管D7的2脚与电容C14的一端、二极管D8的正端、二极管D9的正端、电压比较器U2的4脚连接，电容C2、C4、C6、C8、C10、C12、C14的另一端均与地连接；二极管D8的负端与储能电容Cstore的一端、稳压二极管ED的1脚、稳压芯片U1的1脚和4脚连接，储能电容Cstore的另一端与地连接，稳压二极管ED的2脚与地连接；稳压芯片U1的2脚与地连接，3脚与电容C15的一端、解调模块中电平转换芯片U3的6脚连接，电容C15的另一端与地连接；二极管D9的负端与电容C16的一端、电压比较器U2的3脚和5脚、电平转换芯片U3的1脚连接，电容C16的另一端与地连接，电压比较器U2的2脚与场效应管Q2的3脚连接，电压比较器U2的1脚与电平转换芯片U3的2脚连接；场效应管Q2的2脚与地连接，场效应管Q1的基极与电阻R1连接，发射极与地连接；

所述微处理器模块由微控制器U0、晶振Y1、接插件P1～P2组成；Vout监测模块由电压检测器U6和电平转换芯片U7组成；LED模块由发光二极管LED1～LED3、电阻R4～R6、场效应管Q2～Q4组成；EPROM由存储器芯片U5、电容C21、电阻R2和电阻R3组成；加速度器模块由加速度器U4和电容C17～C20组成；微控制器U0的1、4、13脚与地连接，2脚与晶振Y1的1脚连接，3脚与晶振Y1的2脚连接，5脚与电阻R0的一端连接，电阻R0的另一端与稳压芯片U1的3脚连接；微控制器U0的6脚分别与加速度传感器U4的12脚、接插件P2的5脚、电容C18的一端连接，7脚分别与加速度传感器U4的10脚、接插件P2的6脚、电容C19的一端连接，8脚分别与加速度传感器U4的8脚、接插件P2的7脚、电容C20的一端连接，9脚与加速度传感器U4的13～16引脚、电容C17的一端连接，10脚与存储器芯片U5的3脚、电阻R2的一端连接，11脚与存储器芯片U5的1脚、电阻R3的一端连接，20脚与场效应管Q4的1脚连接，21脚与场效应管Q3的1脚连接，22脚与场效应管Q2的1脚连接，29脚分别与电平转换芯片U7的5脚、接插件P2的4脚连接，33脚与接插件P2的8脚连接，37脚与接插件P1的2脚连接，接插件P1的4脚与地连接，接插件P2的3脚与地连接；发光二极管LED1、LED2、LED3的正端与储能电容的端电压Vout连接，发光二极管LED1的负端通过电阻R4与场效应管Q2的3脚连接，发光二极管LED2的负端通过电阻R5与场效应管Q3的3脚连接，发光二极管LED3的负端通过电阻R6与场效应管Q4的3脚连接，场效应管Q2、Q3、Q4的2脚均与地连接；存储器芯片U5的1脚分别与电阻R3的一端和微控制器U0的11脚连接，2脚与地连接，3脚分别与电阻R2和微控制器U0的10脚连接，4脚分别与电容C21的一端、稳压芯片U1的输出Vreg连接，5脚与电容C21的一端连接并接地，电阻R2、R3的另一端与稳压芯片U1连接；电压检测器U6的2、3脚与储能电容的端电压Vout连接，4脚与地连接，1脚与电平转换芯片U7的2脚连接；电平转换芯片U7的1脚与储能电容的端电压Vout连接，3、4脚与地连接，5脚分别与微控制器U0的29脚和接插件P2的4脚连接，6脚与稳压芯片U1连接；加速度传感器U4的1～7、11脚与地连接。