CN102129596A - 一种有源射频标签及其工作模式切换方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种有源射频标签及其工作模式切换方法，该标签包括控制器以及与控制器连接的UHF频段射频收发器、LF频段无线信号接收器、存储器、定时器、串口电路和电源；控制器分别通过SPI接口与所述UHF射频收发器和LF频段无线信号接收器连接；UHF射频收发器和LF频段无线信号接收器还分别连接有天线。该标签采用UHF和LF双频段无线射频技术，为适应物流行业不同应用环境下对物体识别的特定要求，采用了多种工作模式，即数据操作模式、休眠待激活模式及间歇待激活模式，不同的物流环节与相应的工作模式对应，有利于标签降低功耗，延长工作寿命，同时实现对物流载体的实时跟踪和定位，完成对物流系统的信息化管理功能。

Description

一种有源射频标签及其工作模式切换方法

技术领域

本发明属于物流信息化管理技术领域，尤其涉及一种应用于物流信息化管理系统中的有源射频识别标签及其工作模式切换方法。

背景技术

随着信息技术的不断发展和普及应用，物流领域的信息化需求也日益迫切，包装、仓储、运输、使用等环节的信息化会极大提高物流系统的运作效率，并大幅降低运营成本。物流系统的信息化应用了多项高新技术成果，主要有：无线射频识别技术，IP网络技术，中间件技术，卫星定位技术等等，而无线射频识别技术是其中一种应用前景非常广阔的技术。无线射频识别技术是20世纪90年代开始兴起的一种自动识别技术，RFID是无线射频识别技术(Radio Frequency Identification)的英文缩写。无线射频识别技术是一项利用无线射频信号通过空间交变磁场或电磁场耦合实现无接触信息通信，并通过所传递的信息达到自动识别目标对象的技术。它通过射频信号自动识别目标对象并获取相关数据，数据采集终端并将这些数据通过互联网络上传至数据处理中心，从而可以实现对目标对象的实时监控和管理，使得物流、生产等行业的信息化管理成为可能。

无线射频识别系统根据标签内部是否需要加装电池及电池供电的作用而将射频标签分为无源标签(passive)、半无源标签(semi-passive)和有源标签(active)三种类型。无源标签成本低廉，工作寿命长，但读写距离只有十几米左右、而且信息容量有限；有源标签读写距离可以达到100米以上，而且信息容量大，但制造成本相对较高，而且工作寿命受到电池的限制。目前无源射频识别系统的技术方案很多，主要问题在于工程应用和后端系统设计，而有源射频识别系统的技术方案相对较少，技术难度在于有源射频标签的工作寿命及特定的物流应用领域对射频标签的特殊要求问题。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，解决物流信息化管理系统中的身份识别与数据记录问题，提供一种有源射频标签及其工作模式切换方法，该种标签能适应物流系统多个环节的特殊要求，从而处于不同的工作模式，运输和仓储过程处于休眠待激活模式，遇到读写设备激活后处于数据操作模式，到达目的地准备使用时进入间歇待激活模式。有利于标签降低功耗，延长工作寿命，同时实现对物流载体的实时跟踪和定位，完成对物流系统的信息化管理功能。

本发明的目的是通过以下技术方案来解决的：

这种有源射频标签，包括控制器以及与所述控制器连接的UHF频段射频收发器、LF频段无线信号接收器、存储器、定时器、串口电路和电源；所述控制器分别通过SPI接口与所述UHF射频收发器和LF频段无线信号接收器连接；所述UHF射频收发器和LF频段无线信号接收器还分别连接有天线；所述控制器为PIC16F690。

上述存储器是RAM或ROM。

上述天线为LF频段无线信号接收天线，其由三组单向天线组成，所述三组单向天线分别指向互相垂直的X、Y、Z轴。

上述LF频段无线信号接收器由MCP2030芯片实现，UHF射频收发器由CC1100芯片实现。

本发明还提出一种基于上述有源射频标签的工作模式切换方法，具体包括以下步骤：

1)设定有源射频标签的三种工作模式：休眠待激活模式、数据操作模式和间歇待激活模式，使标签能够在三种工作模式之间进行切换；

2)当有源射频标签处于休眠待激活模式时，所述控制器、UHF频段收发器、存储器都处于休眠模式，只有LF频段无线信号接收器处于接收状态，当LF频段无线信号接收器接收到LF激活信号以后，使有源射频标签切换到数据操作模式；

3)当有源射频标签切换到数据操作模式时，所述控制器、UHF频段收发器、存储器处于工作状态，有源射频标签与有源射频标签数据读写设备之间通过UHF频段进行通信，此时允许对有源射频标签存储器中的数据进行读写操作，当数据读写结束之后，标签根据指令或超时自动转入休眠待激活模式或间歇待激活模式；如果数据读写设备超时没有对标签进行任何操作，有源射频标签也会自动进入到原来的休眠待激活模式；

4)当有源射频标签处于间歇待激活模式时，所述控制器在定时器的控制下自动唤醒，然后打开UHF频段无线接收器监听是否有广播激活信号，如果有，而且广播激活和有源射频标签身份识别号一致，则应答该广播信号，由数据读写设备进行读写操作，完毕之后根据数据读写设备的指令进入相应的模式。

以上UHF频段采用半双工通信方式，LF频段采用单工接收的通信方式。

本发明具备以下有益效果：

1)本发明的有源射频标签采用多模式工作方式既可以满足物流系统各个环节的特定要求，也最大限度的节省了标签自身的电源消耗，从而延长标签使用寿命。

2)本发明采用的双频无线通信技术利用了LF频段的接收电路低功耗特性，既可靠实现了休眠待激活模式到数据操作模式的转换，也有效降低了标签的能量消耗，利用UHF频段进行数据通信，满足了标签通信距离和通信速度方面的要求，使得标签可以有效接收和发送相应的物流信息。

附图说明

图1为本发明的有源射频标签结构框图；

图2为本发明的工作模式切换示意图；

图3为本发明的标签读写和模式转换过程示意框图；

图4为本发明标签的固件框架示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细描述：

参见图1，本发明的有源射频标签，包括控制器以及与所述控制器连接的UHF频段射频收发器、LF频段无线信号接收器、存储器、定时器、串口电路和电源。其中控制器分别通过SPI接口与所述UHF射频收发器和LF频段无线信号接收器连接；UHF射频收发器和LF频段无线信号接收器还分别连接有天线；所述控制器为PIC16F690。所述存储器是RAM或ROM。天线为LF频段无线信号接收天线，其由三组单向天线组成，所述三组单向天线分别指向互相垂直的X、Y、Z轴。这样无论接收器如何放置，总可以得到相应的矢量信号，然后由信号检测与输出判断电路进行处理，输出最有效信号，解决了电磁场信号的方向性问题。所述天线与UHF射频收发器或LF频段无线信号接收器之间通过接收解调电路连接。LF频段无线信号接收器由X、Y、Z轴信号接收电路和信号检测与输出判断电路组成。

如图2和图3所示，本发明所述的有源射频标签的工作模式切换方法包括以下步骤：

1)设定有源射频标签的三种工作模式：休眠待激活模式、数据操作模式和间歇待激活模式，使标签能够在三种工作模式之间进行切换；

2)当有源射频标签处于休眠待激活模式时，所述控制器、UHF频段收发器、存储器都处于休眠模式，只有LF频段无线信号接收器处于接收状态，当LF频段无线信号接收器接收到LF激活信号以后，使有源射频标签切换到数据操作模式；

3)当有源射频标签切换到数据操作模式时，所述控制器、UHF频段收发器、存储器处于工作状态，有源射频标签与有源射频标签数据读写设备之间通过UHF频段进行通信，此时允许对有源射频标签存储器中的数据进行读写操作，当数据读写结束之后，标签根据指令或超时自动转入休眠待激活模式或间歇待激活模式；如果数据读写设备超时没有对标签进行任何操作，有源射频标签也会自动进入到原来的休眠待激活模式；

4)当有源射频标签处于间歇待激活模式时，所述控制器在定时器的控制下自动唤醒，然后打开UHF频段无线接收器监听是否有广播激活信号，如果有，而且广播激活和有源射频标签身份识别号一致，则应答该广播信号，由数据读写设备进行读写操作，完毕之后根据数据读写设备的指令进入相应的模式。在该方法中，UHF频段采用半双工通信方式，LF频段采用单工接收的通信方式。

综上所述，本发明用于解决物流信息化管理系统中的身份识别与数据记录问题，相比较于普通的射频识别标签，本标签能适应物流系统多个环节的特殊要求，从而处于不同的工作模式，运输和仓储过程处于休眠待激活模式，遇到读写设备激活后处于数据操作模式，到达目的地准备使用时进入间歇待激活模式。

以上所述标签的固件框架如图4所示，主要包括初始化、主循环、串口数据检测、UHF无线监测、功能检测、串口处理程序、UHF处理程序、功能执行程序以及相关的中断处理程序组成，如：LF激活中断程序、串口中断程序、UHF无线中断程序和定时器中断程序。其中，LF激活中断程序控制标签接收到激活信号之后的重新启动，使得标签从休眠状态重新进入数据操作状态，串口数据检测、串口处理程序以及串口中断程序处理串口数据的收发，UHF无线监测、UHF处理程序以及UHF无线中断程序处理UHF频段无线数据的收发，功能检测和功能执行程序处理标签的工作模式切换以及其他参数的测量等任务，定时器中断程序处理定时器溢出之后标签的重新启动。

标签的部署应用

本发明的标签主要应用在物流系统中的集装箱或托盘上，一般附着于载体在物流系统中流动，先后经过包装、运输、仓储和待用几个环节。每个环节之间的转换都要对标签进行操作，以便于对物流状态的跟踪和管理。在包装环节，上位机(PC)通过串口对标签进行数据操作，这时标签处于数据操作工作模式。数据操作模式主要处理相关的物品信息并进行存储，存储的数据主要有物品名称、编码、数量、目的地、出发地、时间等关键信息，也可以通过数据读写设备补充少量的物品信息。

在运输和仓储环节，标签处于休眠待激活工作模式，如果需要，可以利用LF频段无线激活信号对标签进行激活，进入数据操作工作模式。在数据操作模式，主要记录路径中的定位和时间信息。

到达目的地之后进入待用环节，这时标签也进入间歇待激活模式。由数据读写设备发广播信号查找相应的标签，标签在间歇待激活模式下接收到激活信号之后，响应该命令，同时发出声光提示，以便于查找和定位。

该标签采用UHF和LF双频段无线射频技术，为适应物流行业不同应用环境下对物体识别的特定要求，采用了多种工作模式，即数据操作模式、休眠待激活模式及间歇待激活模式，不同的物流环节与相应的工作模式对应，有利于标签降低功耗，延长工作寿命，同时实现对物流载体的实时跟踪和定位，完成对物流系统的信息化管理功能。

本发明有源射频标签的LF频段三维信号检测技术使得LF信号检测更加有效，不论数据读写设备和本标签处于何种状态，该电路都可以自动检测信号最强的矢量信号，从而获得可靠有效的激活信号，实现标签工作模式的切换。

Claims (6)

1.一种有源射频标签，其特征在于，包括控制器以及与所述控制器连接的UHF频段射频收发器、LF频段无线信号接收器、存储器、定时器、串口电路和电源；所述控制器分别通过SPI接口与所述UHF射频收发器和LF频段无线信号接收器连接；所述UHF射频收发器和LF频段无线信号接收器还分别连接有天线；所述控制器为PIC16F690。

2.根据权利要求1所述的有源射频标签，其特征在于，所述存储器是RAM或ROM。

3.根据权利要求1所述的有源射频标签，其特征在于，所述天线为LF频段无线信号接收天线，其由三组单向天线组成，所述三组单向天线分别指向互相垂直的X、Y、Z轴。

4.根据权利要求3所述的有源射频标签，其特征在于，所述LF频段无线信号接收器由MCP2030芯片实现，UHF射频收发器由CC1100芯片实现。

5.一种如权利要求1所述有源射频标签的工作模式切换方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)设定有源射频标签的三种工作模式：休眠待激活模式、数据操作模式和间歇待激活模式，使标签能够在三种工作模式之间进行切换；

2)当有源射频标签处于休眠待激活模式时，所述控制器、UHF频段收发器、存储器都处于休眠模式，只有LF频段无线信号接收器处于接收状态，当LF频段无线信号接收器接收到LF激活信号以后，使有源射频标签切换到数据操作模式；

3)当有源射频标签切换到数据操作模式时，所述控制器、UHF频段收发器、存储器处于工作状态，有源射频标签与有源射频标签数据读写设备之间通过UHF频段进行通信，此时允许对有源射频标签存储器中的数据进行读写操作，当数据读写结束之后，标签根据指令或超时自动转入休眠待激活模式或间歇待激活模式；如果数据读写设备超时没有对标签进行任何操作，有源射频标签也会自动进入到原来的休眠待激活模式；

4)当有源射频标签处于间歇待激活模式时，所述控制器在定时器的控制下自动唤醒，然后打开UHF频段无线接收器监听是否有广播激活信号，如果有，而且广播激活和有源射频标签身份识别号一致，则应答该广播信号，由数据读写设备进行读写操作，完毕之后根据数据读写设备的指令进入相应的模式。

6.根据权利要求5所述的有源射频标签的工作模式切换方法，其特征在于，UHF频段采用半双工通信方式，LF频段采用单工接收的通信方式。

Images