CN102081745B - 有源电子标签及其应用系统和方法 - Google Patents

Abstract

为了解决实现有源电子标签低功耗，双向通信，按需工作和远距离信息传输的难题，本发明提供了一种多功能的有源电子标签及其应用的系统及方法，系统包括：控制处理器；协调器；有源电子标签，用于在监听状态的时间段内(即，周期性睡眠苏醒后监听信号的瞬间)接收指令信号，以及读写器；其中，有源电子标签包括：软过滤模块，用于判断有源电子标签在第一频道上接收的信号的地址码是否正确；以及硬过滤模块，用于在信号被软过滤处理之前，在硬件侧对信号进行过滤，以排除无效的信号。本发明实现了有源电子标签低功耗，双向通信按需工作和远距离信息传输，进而优化了有源电子标签的标准通信流程，延长了标签的使用寿命。

Description

有源电子标签及其应用系统和方法

技术领域

本发明涉及信息传输技术，具体涉及有源电子标签及其应用系统和方法。

背景技术

现有的有源电子标签，主要用于对人、物和车辆等目标的远距离身份识别和管理。其基本工作方法是，通过射频通信的方式，读取被识别目标上所安装的有源电子标签的ID号，再通过该ID号调用预先储存在控制处理器(如计算机)的数据库中对应于该ID号的相关资料，来实现对目标的识别和管理。因而，这种技术的应用，必须要和控制处理器中相关数据库相连接。

目前有源电子标签最普遍使用的一种工作方式是周期性主动发射自身的ID号。即预先通过内部时钟设置，每隔一定的时间间隔(例如，1秒、5秒或10分钟)启动电子标签中的晶振和频综，发射一定长度的数据包信息。为了省电的原因，往往仅只发射短的ID信息，然后再进入睡眠状态，这减少了系统的工作时间，在一定程度上起到了延长电池使用寿命的作用。然而，使用这种方法存在的问题包括造成环境的电磁污染、信号拥堵和相互干扰，缺乏工作的灵活性和适应性等。

在申请号为200710196801.X的专利申请文件中公开了一种智能电子标签系统，其采用双向通信，减少了对环境的电磁污染、信号拥堵和相互干扰等问题，但是，有源电子标签在周期性的苏醒后对信号机发送的短信号进行识别时，会对接收到的许多无效信号进行软件识别以确定是否为需要的短信息，这样无疑使有源电子标签消耗掉大量的电力。

使用低频检波电路检测到低频指令信号后，启动高频收发机中的晶振和频综等，使高频收发机进入可收发信号的状态。尽管在检波电路检测到指令信号前，系统并不耗电，然而，由于一般低频检波电路的灵敏度非常低，所能检测到信号的距离就非常近。即使要想通过增大低频信号发射功率的办法，来增加唤醒距离也非常困难。因而，采用低频检波电路唤醒办法来工作的有源电子标签，不仅读写距离有限，设备体积较大，使用缺乏灵活性。而且，系统的成本也高。因而其应用范围也就受到很大的限制。

为了增加电子标签的功能，以及使用灵活性，有的有源电子标签，还采用了高低频两套通信系统同时工作的方法。例如，采用了低频125KHz和高频2.4GHz两套收发系统，还有的则采用超宽带UWB和2.4GHz两套收发系统。这不仅大大增加了标签的复杂性，增大了成本，而且所能发挥的作用也非常有限。

现有的有源电子标签一般采用，窄带点频的工作方式。而一般窄带点频的工作方式，很容易受到外界的干扰。而且，由于温度变化，晶振自身老化造成的晶振工作频率的偏移，以及实际应用中可能存在的多径效应、多普勒效应等，都将使系统工作的可靠性和稳定性受到很大的影响，特别是在那些干扰较大的工业现场，以及被识别目标处于快速移动的应用场合。

现有的有源电子签，正如在IEEE有源电子标签国际标准制定工作组，新近(2009年3月，7月和9月)提供的文件中所陈述的一样：“为了减少能耗，当今大多数有源标签使用的都是单向发射ID的方式。其唯一的目的就是识别和定位，而没有考虑拥堵和信号碰撞问题。有源电子标签需要具有双向和远距离通信的能力，需要具有处理海量标签的能力，但同时消耗的功率要非常低。但目前还没有一个建议的方案能够满足这个需要。”

随着物联网概念的提出，人们希望利用有源电子标签结构简单体积小，成本低，功耗低等优点，来解决物联网信息传输中，如何在人或物与公共通信网络几米到上千米的距离之间，建立起一种简单可靠的，低成本和低功耗的无线通信联系这个关键问题。这就要求有源电子标签必须要具有按需工作的双向通信能力，更大的工作适应性和灵活性。

发明内容

本发明的目的是为了提供一种双向通信的有源电子标签及应用该有源电子标签的系统及方法，从而减少有源电子标签接收无效信号并识别的时间。

为实现上述目的，本发明提供了一种应用有源电子标签的系统，包括：控制处理器；协调器，用于在第一频道上连续不间断地重复发送指令信号；有源电子标签，用于在监听状态的时间段内接收指令信号；读写器，与控制处理器相连接，用于在有源电子标签接收到指令信号之后与有源电子标签在第二频道上建立通信，其中，有源电子标签包括：第一过滤模块，用于对有源电子标签在第一频道上接收到的接收信号进行第一过滤，以排除无效的信号；第二过滤模块，用于对通过第一过滤的接收信号进行合法性判断，以确认接收信号是否为指令信号。

其中，第一过滤模块为硬过滤模块，在硬件侧对接收信号进行过滤；第二过滤模块为软过滤模块，配置在第一过滤模块之后，通过判断接收信号的地址码是否正确来进行合法性判断。

其中，硬过滤模块包括调制方式过滤子模块，调制方式过滤子模块对接收信号进行解调，并读取解调之后的信号的接收信号强度指示RSSI值，当RSSI值不大于环境噪声时，拒绝对该接收信号进行后续处理，有源电子标签从监听状态转换至待机状态中的睡眠状态。

其中，硬过滤模块包括解码方式过滤子模块，解码方式过滤子模块对接收信号进行解码，并读取解码之后的信号，当确定解码后的信号为无信号或其它乱码信号时，拒绝该接收信号进行后续处理，有源电子标签从监听状态转换至待机状态中的睡眠状态。

其中，协调器是受控制处理器的控制而进行工作的，或者，协调器是根据预先设置的进程独立工作的。

其中，协调器与读写器集成在一个模块中。

此外，本发明还提供了另一种应用有源电子标签的系统，包括：控制处理器；协调器，用于在第一频道上连续不间断地重复发送指令信号，指令信号包括唤醒指令和动作指令；有源电子标签，用于在监听状态的时间段内接收唤醒指令而被唤醒，并根据动作指令进行操作；其中，有源电子标签包括：第一过滤模块，用于对有源电子标签在第一频道上接收到的接收信号进行第一过滤，以排除无效的信号；第二过滤模块，用于对通过第一过滤的接收信号进行合法性判断，以确认接收信号是否为指令信号。

此外，本发明还提供了一种应用有源电子标签的方法，包括：步骤S502：协调器在第一频道上连续不间断地重复发送指令信号；步骤S504：有源电子标签在监听状态的时间段内接收指令信号；步骤S506：读写器与有源电子标签在第二频道上建立通信，其中，步骤S504包括子步骤S5042：对有源电子标签在第一频道上接收到的接收信号进行第一过滤，以排除无效的信号，以及其中，步骤S504还包括子步骤S5044：对通过第一过滤的接收信号进行合法性判断，以确认接收信号是否为指令信号。

其中，子步骤S5042进一步包括：对接收信号进行解调，并读取解调之后的信号的接收信号强度指示RSSI值，当RSSI值不大于环境噪声时，拒绝对该接收信号进行后续处理，有源电子标签从监听状态转换至待机状态中的睡眠状态。

其中，子步骤S5042进一步包括：对接收信号进行解码，并读取解码之后的信号，当确定解码后的信号为无信号或其它乱码信号时，拒绝对该接收信号进行后续处理，有源电子标签从监听状态转换至待机状态中的睡眠状态。

此外，本发明还提供了一种有源电子标签，包括：第一过滤模块，用于对有源电子标签在第一频道上接收到的接收信号进行第一过滤，以排除无效的信号；以及第二过滤模块，用于对通过第一过滤的接收信号进行合法性判断，以确认接收信号是否为指令信号。

其中，第一过滤模块为硬过滤模块，在硬件侧对接收信号进行过滤；第二过滤模块为软过滤模块，配置在第一过滤模块之后，通过判断接收信号的地址码是否正确来进行合法性判断。

其中，硬过滤模块包括调制方式过滤子模块，调制方式过滤子模块对接收信号进行解调，并读取解调之后的信号的接收信号强度指示RSSI值，当RSSI值不大于环境噪声时，拒绝对该接收信号进行后续处理，有源电子标签从监听状态转换至待机状态中的睡眠状态。

其中，硬过滤模块包括解码方式过滤子模块，解码方式过滤子模块对接收信号进行解码，并读取解码之后的信号，当确定解码后的信号为无信号或其它乱码信号时，拒绝对该接收信号进行后续处理，有源电子标签从监听状态转换至待机状态中的睡眠状态。

本发明所提供的一种双向通信的有源电子标签及应用该有源电子标签的系统及方法，通过简单硬件过滤法和最佳硬件过滤法过滤掉大量的无效信号，大大减少了使用软件做进一步判别的必要性，以及花费在接收无效信号上的时间，从而更显著地实现了有源电子标签低功耗的目的；此外，有源电子标签在双向通信的基础上，能够做到按需工作和远距离信息传输；而且，本发明技术实施简单，成本低，保密性好。

附图说明

下面结合附图详细说明本发明的详细技术方案。在附图中：

图1为根据本发明的有源电子标签的系统示意图，其中，协调器与控制处理器(即，图中的网络及控制计算机)相连接；

图2为根据本发明的有源电子标签的另一系统示意图，其中，协调器与控制处理器(即，图中的网络及控制计算机)相分离；

图3为根据本发明的有源电子标签的工作状态的示意图；以及

图4为根据本发明的有源电子标签使用硬件和软件对无效信号进行过滤所需时间比较的示意图；

图5为根据本发明的有源电子标签的应用方法的流程图。

具体实施方式

本发明所提出的一种有源电子标签及应用该有源电子标签的系统及方法，现结合附图和具体实施例详细说明本发明的技术方案。

首先，在第一实施例中披露了一种应用有源电子标签的系统，如图1、图2中所示，包括：控制处理器(即，图1、图2中的网络及控制计算机)；协调器，用于在第一频道上连续不间断地重复发送指令信号；有源电子标签，用于在监听状态的时间段内(在如图3中所示的监听状态，当有源电子标签为了省电的目的，采用周期性睡眠，苏醒后监听信号一瞬间的低功耗工作方式时。这里的监听状态的时间段就是这苏醒后监听信号的瞬间；这个时间段的长短，取决于有源电子标签排除无效信号，或接收完有效信号所需的时间)接收指令信号；读写器，与控制处理器相连接，用于在有源电子标签接收到指令信号之后与有源电子标签在第二频道上建立通信。有源电子标签在处理接收信号时，是一个频综和晶振已经开启并已经稳定工作的状态，其处理信号过程包括：软过滤模块(未示出)，用于判断有源电子标签在第一频道上接收的信号的地址码是否正确；以及硬过滤模块(未示出)，用于在信号被软过滤模块处理之前，在硬件侧对信号进行过滤，以排除无效的信号。

此外，还披露了另一种应用有源电子标签的系统，包括：控制处理器(即，图1、图2中的网络及控制计算机)；协调器，用于在第一频道上连续不间断地重复发送指令信号，指令信号包括唤醒指令和动作指令；有源电子标签，用于在监听状态的时间段内(在如图3中所示的监听状态)接收唤醒指令而被唤醒，并根据动作指令进行动作。优选地，有源电子标签包括：软过滤模块(未示出)，用于判断有源电子标签在第一频道上接收的信号的地址码是否正确；以及硬过滤模块(未示出)，用于在信号被软过滤模块处理之前，在硬件侧对信号进行过滤，以排除无效的信号。在这种系统中，仅完成了控制端(即，协调器)向有源电子标签的单向通信，但是实现了有源电子标签不用与读写器交互就可以接收来自控制端的指令并执行，简化了控制流程。

此外，进一步披露了一种应用有源电子标签的方法，包括：步骤S502：协调器在控制处理器的控制下在第一频道上连续不间断地重复发送指令信号；步骤S504：有源电子标签在监听状态的时间段内接收指令信号；步骤S506：读写器与有源电子标签在第二频道上建立通信，其中，步骤S504包括子步骤S5044：判断有源电子标签在第一频道上接收的信号的地址码是否正确，以及其中，步骤S504还包括子步骤S5042：在子步骤S5044之前，在硬件侧对信号进行过滤，以排除无效的信号。

此外，还披露了一种有源电子标签，(如图1、图2所示)包括：软过滤模块(未示出)，用于判断有源电子标签在唤醒频道上接收到的信号的地址码是否正确；以及硬过滤模块(未示出)，用于在信号被软过滤模块处理之前，在硬件侧对信号进行过滤，以排除无效的信号。

图1为根据本发明的有源电子标签的系统示意图，其中协调器与控制处理器相连接。图2为根据本发明的有源电子标签的另一系统示意图，其中协调器与控制处理器相分离。

如图1、图2所示，有源电子标签的系统包括：协调器、读写器、标签(即，有源电子标签)以及控制处理器(即，网络及控制计算机)。其中，读写器与控制处理器相连接，协调器与控制处理器相连接(如图1中所示)或相分离(如图2中所示)。有源电子标签、读写器以及协调器具有信号接收强度指示功能(RSSI功能)，分别包括低成本，低功耗的微功率单芯片无线微功率收发机和控制收发机的单片机，或者包括低成本，低功耗的微功率具有收发机及单片机功能的单一芯片，有源电子标签既可接收来自协调器的指令信号，也可以与读写器进行通信。为了避免一般窄带点频通信方式所带来的易受外界干扰、温度变化引起的晶振自身老化而造成晶振工作频率的偏移，以及实际应用中可能存在的多径效应，多普勒效应等诸多问题，同时也是为能对无效信号进行更有效的硬件过滤，以进一步降低电子标签的功耗，并通过扩频或编码增益，增加它们之间的通信距离。建议采用宽带直序扩频通信方式或其它编码技术。它们之间可以实现远距离通信；距离在0.1-2000米的范围内可调；有源电子标签可以采用电池供电，如锂电池供电，可以在不同的频道之间切换，如：唤醒频道和工作频道；为了增加系统的通用性，还建议采用国际通用的2.4GHz免费频段，也可以采用其他频段；还可根据需要，提供与传感器相连的各种接口；控制处理器是能够执行控制功能并对数据进行处理并存储的计算机、单片机、或其它智能设备。

另外，读写器还可以同时具有协调器的功能，从而使系统不需要单独的协调器，读写器采用的工作方式可以是先在唤醒频道上连续不间断发射一定时间(发射时间至少应超过有源电子标签的睡眠周期)的指令信号，然后再切换到工作频道上与有源电子标签通信。如果读写器中具有可以承担与控制处理器相同的数据处理和储存工作的单片机，读写器进一步还可以具有控制处理器的功能，从而使系统不需要单独的协调器。因此，所述系统也可以是由同时具有控制处理器功能、协调器功能及读写器功能的读写器和有源电子标签组成，或者是由同时具有协调器功能及读写器功能的读写器、控制处理器和有源电子标签组成。

控制处理器在需要有源电子标签执行某项任务的地方和时间，通过有线(如图1中所示的情况)或无线(如图2中所示的情况)的方式向协调器发送指示或消息，控制协调器在唤醒频道(即第一频道F1)向电子标签连续不间断地重复发送指令信号(如图3中所示)。

图3为根据本发明的有源电子标签的工作状态示意图，图4为根据本发明的有源电子标签的在采用硬件和软件过滤无效信号时所需时间的比较的示意图。如图3中所示，有源电子标签绝大多数时间都处于低功耗的待机状态，只有在被需要工作的时间和地点，接收到工作指令时，才会在短时间内进入要求的工作状态，并在完成工作任务后，迅速回到待机状态。处于待机状态时，有源电子标签周期性的处于睡眠状态或监听状态，其中，处于睡眠状态时，晶振以及频综都处于关闭状态，此时功耗很低；而处于监听状态时，晶振以及频综都处于开启状态，有源电子标签这种周期性睡眠和苏醒后在第一频道上监听信号一瞬间的低功耗状态统称为待机状态，这是有源电子标签可以长期维持的一个基本状态；而在接收到协调器工作指令后，跳转到第二频道上与读写器进行通信，或根据指令执行其它动作的状态，称为工作状态，这是一个电子标签只能短期维持的高功耗状态；待机状态的睡眠周期可以设定，而睡眠苏醒后监听信号时间的长短，则取决于有源电子标签排除无效信号，或接收完有效信号所需的时间。而在实际应用中，真正需要有源电子标签处于高功耗工作状态的时间非常少，其在一般有源电子标签的总功耗中占的份额非常小，而其主要耗电是在有源电子标签周期性监听信号时的耗电，这就是说，有源电子标签每次苏醒后监听无效信号的时间越短，待机状态的工作占空比就越小，就越省电。这里工作占空比是指有源电子标签每个睡眠周期中监听接收信号的时间，与睡眠时间加上监听接收信号的总时间的比值。

如图4中所示，处于待机状态的有源电子标签在处于睡眠状态一段时间后，由有源电子标签内部的时钟定时启动晶振频综使其进入监听信号的状态。在利用硬过滤模块确定所接收信号是无效信号后，有源电子标签将立即进入睡眠状态，等待下一次苏醒监听的机会。这就省去了常规仅仅依靠通过地址码软过滤过程，来过滤无效信号时需要使用的大量时间(如图4所示)。只有当硬过滤不能确定所接收的信号是否无效信号时，有源电子标签才使用软过滤过程，继续对信号进行过滤，直到能够确定该信号是无效信号并终止接收，或是有效信号继续接收完整个信号，并按信号指令执行动作为止。或者，如果指令信号中包含的是要求多功能标签与读写器建立通信的信息，则有源电子标签根据该信息切换到不同于唤醒频道的工作频道(即，第二频道F2)与读写器通信，执行由控制处理器通过读写器下达的任务，并将获取的数据传递到读写器。

读写器将从有源电子标签获取的数据传输到控制处理器，由控制处理器的应用程序进行处理。

如果控制处理器通过协调器发出的指令信号，仅仅是要求有源电子标签发送数据信息，则控制处理器在从读写器接收到来自有源电子标签的数据后，可向有源电子标签发送回执信息并通知协调器停止发送指令信号；有源电子标签在收到回执信息后，切换到低功耗待机状态中的睡眠状态，等待下一次苏醒监听的机会。

有源电子标签的工作频率、发射功率、接收灵敏度、睡眠-监听周期等参数，可以由协调器或读写器通过无线方式发送，或由自身的单片机通过有线方式发送的控制信号改变。

下面再对硬件过滤及软件识别作进一步详细讨论，并通过简单的计算来评估硬件过滤法和软件识别的功耗。

利用硬过滤模块排除所接收信号中的无效信号可以通过解调方式过滤子模块或解码方式过滤子模块来实现，解调方式过滤子模块实现无效信号过滤(简单硬件过滤法)具体为：有源电子标签对解调之后的信号读取接收信号强度指示RSSI值，当RSSI值不大于环境噪声时，立即终止接收，切换到低功耗待机状态，否则，继续接收该解调之后的信号，以便利用软件识别进一步确定解调之后的信号为指令信号；解码方式过滤子模块实现无效信号过滤(最佳硬件过滤法)具体为：对使用扩频或其它编码技术的有源电子标签直接使用自己的通信编码对信号进行解码，如果得不到符合通信编码的信号，则立即终止接收，切换到低功耗待机状态中的睡眠状态，等待下一次苏醒监听的机会，否则，启动软件识别进一步确定是否该信号为指令信号。

由于简单硬件过滤法经过了频率和调制方式必须相同的两层过滤，而最佳硬件过滤法要经过频率、调制方式以及编码方式必须相同的三层过滤，因此，相比之下，最佳硬件过滤法能过滤掉更多的无效信号。简单硬件过滤法优点是：简单，比单纯的软件识别更省电，且具有较广泛的硬件支持；其缺点是，在利用硬件判断RSSI值时，RSSI值可能波动比较大，往往需要采用读取多次数值取平均的方式，例如，取100uS左右时间段内的平均值。另外，由于只过滤掉不满足调制方式的信号，没有过滤掉的无效信号也会更多一些，花费在接收无效信号的时间也会多一些。最佳硬件过滤法的优点在于：不仅所需时间短(只需要10uS左右)，而且由于具有扩频或编码增益，因而信号传输的距离更远；由于这种判别方式对信号的筛选过滤更细，因而除了有效信号外，需要有源电子标签通过软件识别的无效信号(仅只有地址码不同的信号)将更少，也就更省电。采用最佳硬件过滤法的缺点在于，现有的扩频收发机芯片，有的并没有向外提供这个判断结果。

软件识别是通过软过滤模块对接收到的信号的地址码进行识别，该接收到的信号在识别之前已经过了频率、调制方式或外加编码方式两层甚至三层过滤。由于常规的信号接收方法，是要接收完一个完整的数据信号包，而有源电子标签开始接收信号时所接收到的信号通常不是该信号的起始位置，为了能接收到一个完整的信号，接收时间至少要两倍于接收一个完整的指令信号所需的时间。如果按一个包长为16个字节和115.2k bps的通信速率计算，往往需要2mS以上接收时间。当通过软件识别信号的地址码确定接收的是无效信号时，可立即中止信号接收，即不再继续接收后续部分，并切换到低功耗待机状态；只有通过软件识别信号的地址码正确，即该信号是指令信号，继续接收该信号的后续部分。总的来说，监听无效信号时所花费的时间，平均约为监听到有效信号时所需时间的一半。软件识别的优点在于：简单，可直接识别指令信号，另外，如果该信号是经过扩频或编码后的信号，具有扩频增益或编码增益，则传输距离较远。但软件识别的缺点是需要接收大量的无效信号，而且接收识别信号的时间长，这无疑增加了功耗。

下面通过简单的计算来评估硬件过滤法和软件识别的功耗。为保守起见，假定有源电子标签睡眠监听周期为1秒，频综晶振启动并稳定需时1ms，耗电1mA，则频综晶振每次启动平均耗电为1uA。

假如采用简单硬件过滤法，按保守计算起见，频综晶振稳定后，每次监听(接收)时间为100uS，监听时电流为25mA，则平均待机耗电为2.5uA；考虑延时监听无效信号多耗电10uA，同样再假定有源电子标签每天工作10次，每次通信数据量2000字节，每次耗时250mS，平均工作电流为24mA，则平均工作耗电为7uA，睡眠电流为5uA，则总耗电为24.5uA。使用一只5号锂电池，容量为2300mA时，考虑其它各种因素，可用容量为2000mA时，则有源电子标签的电池寿命为9.3年。如果监听周期延长为2秒，理论上电池寿命则可达12年。

假如采用最佳硬件过滤法，按保守计算起见，频综晶振稳定后，每次监听时间为20uS，监听时电流为25mA，则平均待机电流为0.5uA；考虑延时监听无效信号多耗电5uA，同样再假定有源电子标签每天工作10次，每次通信数据量2000字节，每次耗时250mS，平均工作电流为24mA，则平均工作耗电为7uA，睡眠电流为5uA，则总耗电为17.5uA。使用一只5号锂电池，容量为2300mA时，考虑其它各种因素，可用容量为2000mA时，则有源电子标签电池的理论寿命为13年。

通过比较可以认识到，当采用硬件过滤无效信号时，有源电子标签每次从睡眠状态切换到监听状态后监听信号时的耗电，已经不再是决定有源电子标签电池寿命的主要方面。因而，为了提高有源电子标签对工作指令的反应速度，我们还可将有源电子标签的睡眠周期缩短一倍，从1秒改为0.5秒。

采用简单硬件过滤法，上述其它假定不变，频综晶振启动耗电(2uA)，平均待机耗电(5uA)和监听无效信号耗电(20uA)增加了一倍，总耗电为39uA。电池寿命为5年。

采用最佳硬件过滤法，其它假定不变，频综晶振启动耗电(2uA)，待机电流(1uA)和监听无效信号的耗电(10uA)增加了一倍，总耗电为25uA。电池寿命为9年。

这里再计算超远距离(2000米)有源电子标签的电池使用寿命，超远距离有源电子标签一般仅只用于船只识别、搜救等，因而其平均工作时间，远小于一般100米左右范围的近距离有源电子标签。假定有源电子标签平均一天工作4次，每次通信数据量为接收1000字节(工作电流25mA)，发射1000字节(工作电流200mA)，每次耗时收发各125mS，则平均工作电流为1.3uA。由于平均工作电流与其它电流相比很小，因而其不是决定有源电子标签电池寿命的主要方面，显然，超远距离有源电子标签的电池寿命，与一般近距离有源电子标签的电池使用寿命并无差别。

超远距离有源电子标签另一种典型应用情况：传感器量的传输-温度采集：其发射信号时的电流为200mA，假如超远距离有源电子标签每30秒钟报告一次温度，每次报告发射数据16个字节，每次耗时2mS，每报告5次后监听一次回执和指令1ms，监听电流为35mA，有源电子标签睡眠电流为5uA。则其平均工作电流为18uA，则一只5号锂电池的寿命为可达10年。

假如采用软件过滤法，按保守计算起见，频综晶振稳定后，每次监听的平均时间为(包括有效信号--3mS，和无效信号-1.5mS在内)2ms，监听耗电为25mA，则平均待机电流为51uA；再假定有源电子标签每天工作10次，每次通信数据量2000字节，每次耗时250mS，工作电流为24mA，则平均工作耗电为7uA，智能签的睡眠电流为5uA，则总耗电为63uA。使用一只5号锂电池，容量为2300mA时，考虑其它各种因素，可用容量为2000mA时，则有源电子标签的电池寿命为3.6年。如果睡眠周期为2秒，电池寿命则可达到6年。如果睡眠周期调整为8秒，理论上，有源电子标签电池的使用寿命则可达到10年以上。

因此，经过硬件过滤掉大量的无效信号，再通过软件识别来确定是否为有效信号，使有源电子标签的工作时间大大减少，即工作占空比减少，从而使功耗大大降低。

如上所述，仅仅使用硬件过滤法，不能完全确定有源电子标签接收到的信号是否为有效信号，但硬件判断方法却能在非常短的时间内(若干微妙内)，排除了绝大多数无效信号，减少了有源电子标签花费在监听无效信号上的时间，从而大大降低了有源电子标签的功耗。这样，有源电子标签在硬件信号过滤的基础上，再使用软件过滤的工作方法，基本解决了有源电子标签低功耗问题。

采用了硬件过滤信号的方法后，工作状态时的耗电已不再是影响有源电子标签电池寿命的主要因素，延长电池寿命问题转化成降低电池本身漏电的问题，而这些问题相对比较容易解决。

如果将有源电子标签的睡眠电流再降低一些，有源电子标签工作效率再提高一些，睡眠周期再加长一些，就完全可以使用一般成本低，体积小的锂锰纽扣电池来驱动有源电子标签，这必将大大增加有源电子标签的应用范围。

采用硬件过滤方法的有源电子标签能够低功耗地实现双向通信、按需工作，并且技术实施简单，成本低，保密性好，解决了现有标签的电磁污染、信号拥堵和相互干扰，缺乏工作的灵活性和适应性，读写距离有限等问题。

根据本发明的有源电子标签的应用方法的流程如图5所示。

步骤S502：协调器在控制处理器的控制下在第一频道上连续不间断地重复发送指令信号。

步骤S504：有源电子标签在监听状态的时间段内接收指令信号，包括：

子步骤S5042：在硬件侧对信号进行过滤，以排除无效的信号。具体为：采用简单硬件过滤法，读取解调之后的信号的接收信号强度指示RSSI值，当RSSI值不大于环境噪声时，立即终止接收，并执行步骤S510；或者采用最佳硬件过滤法，采用扩频或其它技术的有源电子标签，直接使用自己的通信编码对信号进行解码，如果得不到符合通信编码的信号，则立即终止接收，并执行步骤S510。

其中，有源电子标签可以采用锂电池供电，采用直序扩频或其它编码通信技术，以及国际通用的2.4GHz免费频段或其他频段。

子步骤S5044：判断有源电子标签在第一频道上接收的信号的地址码是否正确。当确定该地址码不正确时，立即终止接收，并执行步骤S510。

步骤S506：读写器与有源电子标签在第二频道上建立通信，将从有源电子标签获取的数据传输到控制处理器。

步骤S508：如果控制处理器通过协调器发出的指令信号，仅仅是要求有源电子标签发送数据信息，则控制处理器在经由读写器接收从有源电子标签获取的数据后，向有源电子标签发送回执信息，有源电子标签在收到回执信息后，并执行步骤S510。

步骤S510：进入低功耗待机状态。

下面再结合实例来进一步说明上述电子标签的应用。

可将有源电子标签应用于公交车辆的考勤管理，可在每辆公交车上，安装一个有源电子标签。每个标签都有一个与车牌对应的ID号。有源电子标签在唤醒频道上处于周期性监听信号的状态。我们在每个公交车站，安装有一个与红外探测仪或地感线圈相连接的协调器。当红外传感器或地感线圈探测到有公交车停靠站台时，将启动协调器，使其每隔5-10秒钟，连续2秒钟不间断地发射要求有源电子标签储存该站台编号，以及当前时间的指令信息。如果连续两分钟，站台读写器都没收到任何信号，协调器将停止发射指令信号，直到新的车辆进站重新启动协调器。有源电子标签在收到这个信息后，将按照指令的要求，记录下该站台编号和停靠站台的时间信息。有源电子标签将不会连续储存两个相同的站台编号，但在同一站台编号下将储存两个时间，最早一个和最后一个时间，用于计算该辆公交车在该站停靠的总时间。当公交车行走完一圈回到终点站时，安装在终点站进口位置的协调器，通过红外或地感线圈感到有车辆回来时，将启动协调器连续不间断地发射要求有源电子标签将所记录的信息，使用读写器工作频道，发送给与管理计算机相连的读写器的指令。管理计算机在接收到该车的记录信息后，将在工作频道上向该有源电子标签发送一个回执，收到回执后，有源电子标签将回到监听信号的待机状态，并暂时不再接收任何信号。与此同时，计算机也将通知协调器停止工作，直到其它车辆到来。

终点站的管理计算机就可以统计出每辆公交车，每天出车收车的时间，行经的具体线路，停靠的车站以及每站停靠的时间等管理所需的信息了。如果在每个车站上，再安装一个与GPRS模块相连接的读写器，整个系统还可实现对所有公交车辆的实时定位。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (14)

1.一种应用有源电子标签的系统，其特征在于，包括：

控制处理器；

协调器，用于在第一频道上连续不间断地重复发送指令信号；

有源电子标签，用于在监听状态的时间段内接收所述指令信号；

读写器，与所述控制处理器相连接，用于在所述有源电子标签接收到所述指令信号之后与所述有源电子标签在第二频道上建立通信，

其中，所述有源电子标签包括：

第一过滤模块，用于对所述有源电子标签在所述第一频道上接收到的接收信号进行第一过滤，以排除无效的信号；

第二过滤模块，用于对通过所述第一过滤的所述接收信号进行合法性判断，以确认所述接收信号是否为所述指令信号。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，

所述第一过滤模块为硬过滤模块，在硬件侧对所述接收信号进行过滤；

所述第二过滤模块为软过滤模块，配置在所述第一过滤模块之后，通过判断所述接收信号的地址码是否正确来进行所述合法性判断。

3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述硬过滤模块包括调制方式过滤子模块，所述调制方式过滤子模块对所述接收信号进行解调，并读取解调之后的信号的接收信号强度指示RSSI值，当所述RSSI值不大于环境噪声时，拒绝对该接收信号进行后续处理，所述有源电子标签从所述监听状态转换至待机状态中的睡眠状态。

4.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述硬过滤模块包括解码方式过滤子模块，所述解码方式过滤子模块对所述接收信号进行解码，并读取解码之后的信号，当确定解码后的信号为无信号或其它乱码信号时，拒绝该接收信号进行后续处理，所述有源电子标签从所述监听状态转换至待机状态中的睡眠状态。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的系统，其特征在于，所述协调器是受所述控制处理器的控制而进行工作的，或者，所述协调器是根据预先设置的进程独立工作的。

6.根据权利要求1至4中任一项所述的系统，其特征在于，所述协调器与所述读写器集成在一个模块中。

7.一种应用有源电子标签的系统，其特征在于，包括：

控制处理器；

协调器，用于在第一频道上连续不间断地重复发送指令信号，所述指令信号包括唤醒指令和动作指令；

有源电子标签，用于在监听状态的时间段内接收所述唤醒指令而被唤醒，并根据所述动作指令进行操作；

其中，所述有源电子标签包括：

第一过滤模块，用于对所述有源电子标签在所述第一频道上接收到的接收信号进行第一过滤，以排除无效的信号；

第二过滤模块，用于对通过所述第一过滤的所述接收信号进行合法性判断，以确认所述接收信号是否为所述指令信号。

8.一种应用有源电子标签的方法，其特征在于，包括：

步骤S502：协调器在第一频道上连续不间断地重复发送指令信号；

步骤S504：有源电子标签在监听状态的时间段内接收所述指令信号；

步骤S506：读写器与所述有源电子标签在第二频道上建立通信，

其中，所述步骤S504包括子步骤S5042：对所述有源电子标签在所述第一频道上接收到的接收信号进行第一过滤，以排除无效的信号，

以及其中，所述步骤S504还包括子步骤S5044：对通过所述第一过滤的所述接收信号进行合法性判断，以确认所述接收信号是否为所述指令信号。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述子步骤S5042进一步包括：

对所述接收信号进行解调，并读取解调之后的信号的接收信号强度指示RSSI值，当所述RSSI值不大于环境噪声时，拒绝对该接收信号进行后续处理，所述有源电子标签从所述监听状态转换至待机状态中的睡眠状态。

10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述子步骤S5042进一步包括：对所述接收信号进行解码，并读取解码之后的信号，当确定解码后的信号为无信号或其它乱码信号时，拒绝对该接收信号进行后续处理，所述有源电子标签从所述监听状态转换至待机状态中的睡眠状态。

11.一种有源电子标签，其特征在于，包括：

第一过滤模块，用于对所述有源电子标签在第一频道上接收到的接收信号进行第一过滤，以排除无效的信号；以及

第二过滤模块，用于对通过所述第一过滤的所述接收信号进行合法性判断，以确认所述接收信号是否为指令信号。

12.根据权利要求11所述的标签，其特征在于，

所述第一过滤模块为硬过滤模块，在硬件侧对所述接收信号进行过滤；

所述第二过滤模块为软过滤模块，配置在所述第一过滤模块之后，通过判断所述接收信号的地址码是否正确来进行所述合法性判断。

13.根据权利要求12所述的标签，其特征在于，所述硬过滤模块包括调制方式过滤子模块，所述调制方式过滤子模块对所述接收信号进行解调，并读取解调之后的信号的接收信号强度指示RSSI值，当所述RSSI值不大于环境噪声时，拒绝对该接收信号进行后续处理，所述有源电子标签从所述监听状态转换至待机状态中的睡眠状态。

14.根据权利要求12所述的标签，其特征在于，所述硬过滤模块包括解码方式过滤子模块，所述解码方式过滤子模块对所述接收信号进行解码，并读取解码之后的信号，当确定解码后的信号为无信号或其它乱码信号时，拒绝对该接收信号进行后续处理，所述有源电子标签从所述监听状态转换至待机状态中的睡眠状态。

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