CN102136054A - 一种动物电子标签识读设备 - Google Patents

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陈锡棋
王瑜
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Abstract

本发明公开了一种动物电子标签识读设备,包括输入单元、中央处理器、信号调制解调单元、放大电路、棒形天线、存储单元、时钟单元、显示单元、电源管理单元、对外传输接口与蓝牙通讯单元,其中:所述棒形天线、放大电路、信号调制解调单元与中央处理器依次信号连接,所述棒状天线具有棒状外型;所述输入单元、存储单元、时钟单元、显示单元、电源管理单元、对外传输接口及蓝牙通讯单元,分别与中央处理器信号连接。本发明所述动物电子标签识读设备,可以克服现有技术中识读距离近、标准识读不全、现场操作能力差、以及靠近动物困难等缺陷,以实现识读范围广、标准识读全面、现场操作能力强、环境适应能力强、以及安全性强的优点。

Description

一种动物电子标签识读设备
技术领域
[0001] 本发明涉及电子标签识别技术,具体地,涉及一种动物电子标签识读设备。
背景技术
[0002] 目前,动物电子标签是一种非接触式的射频识别技术(RadioFrequency Identification,简称RFID),它通过电磁波发射能量激活电子标签中的芯片、并读写其中 的信息;这种识别方式不需要接触,可在各种恶劣环境中工作,特别适合动物识别。
[0003] 一般地,动物电子标签加上识读设备,可以为食品安全溯源管理、动物保护及宠物 管理提供准确的数据支持、可靠的数据保证。随着食品安全需求级别的提高、与动物保护重 要性的加大,有关动物电子识别与动物电子身份证的需求越来越强烈;相应地,有关动物电 子标签的识读需求也越来越多。
[0004] 但是,在现有技术中,动物电子标签识读设备还存在识读距离近、标准识读不全、 现场操作能力差、以及靠近动物困难等多种缺陷。例如:
[0005] (1)现有的动物电子标签识读设备的读取距离一般为5公分左右,由于读取距离 较近,操作人员必须靠近动物进行电子标签识读;尤其,对于大型动物或凶猛动物,由于识 读设备较小,必须更近距离靠近动物,给数据采集人员带来了危险;可见,该操作对于操作 人员和动物均具有危险性,且操作难度大;
[0006] (2)国际上动物电子标签识别的标准包括ISOl 1784与ISOl 1785,协议标准分为 FDX和HDX ;另外,一些特殊的动物如信鸽等,均有相应约定俗成的标准;但现有的动物电子 标签识读设备存在识读标准不全的问题,往往只能支持一种标准,使得电子标签与识读设 备需一一对应,增加了动物识别系统的构筑难度;
[0007] (3)现有的动物电子标签识读设备只能简单地显示动物电子标签的号码,若想了 解相应号码所代表动物的其它信息时,需将相应号码输入PDA、或将相应信息载入计算机中 进行查询,缺乏现场传递信息和处理信息的能力,具有采集数据困难、以及现场数据处理能 力弱的问题。
发明内容
[0008] 本发明的目的在于,针对上述问题,提出一种动物电子标签识读设备,以实现识读 范围广、标准识读全面、现场操作能力强、环境适应能力强、以及安全性强的优点。
[0009] 为实现上述目的,本发明采用的技术方案是:一种动物电子标签识读设备,包括输 入单元、中央处理器、信号调制解调单元、放大电路、棒形天线、存储单元、时钟单元、显示单 元、电源管理单元、对外传输接口与蓝牙通讯单元,其中:所述棒形天线、放大电路、信号调 制解调单元与中央处理器依次信号连接,所述棒形天线具有棒状外型;所述输入单元、存储 单元、时钟单元、显示单元、电源管理单元、对外传输接口及蓝牙通讯单元,分别与中央处理 器信号连接。
[0010] 进一步地,所述中央处理器为CPU或MCU。[0011] 进一步地,所述信号调制解调单元包括HDX读写模块、FDX读写模块与第一串行接 口 ;所述HDX读写模块的第一连接端及FDX读写模块的第一连接端,分别与放大电路信号连 接;所述HDX读写模块的第二连接端及FDX读写模块的第二连接端,分别通过第一串行接口 连接至中央处理器。
[0012] 进一步地,所述蓝牙通讯单元2. 4GHz天线、平衡转换器、蓝牙模块与第二串行接 口 ;所述2. 4GHz天线、平衡转换器及蓝牙模块依次信号连接,所述蓝牙模块通过第二串行 接口连接至中央处理器。
[0013] 进一步地,所述存储单元包括RAM、总线、FLASH与第三串行接口 ;所述RAM通过总 线连接至中央处理器,所述FLASH通过第三串行接口连接至中央处理器。
[0014] 进一步地,所述时钟单元包括实时时钟芯片与1¾并行总线,所述实时时钟芯片通 过1¾并行总线连接至中央处理器。
[0015] 进一步地,所述显示单元包括OLED显示模块与并行总线,所述OLED显示模块通过 并行总线连接至中央处理器;所述OLED显示模块的工作温度条件为_40°C到80°C。
[0016] 进一步地,所述对外传输接口包括第四串行接口和/或USB接口。
[0017] 进一步地,所述输入单元包括键盘与I/O接口,所述键盘通过I/O接口连接至中央 处理器。
[0018] 进一步地,所述棒形天线为高磁通量天线。
[0019] 本发明各实施例的动物电子标签识读设备,由于包括输入单元、中央处理器、信号 调制解调单元、放大电路、棒形天线、存储单元、时钟单元、显示单元、电源管理单元、对外传 输接口与蓝牙通讯单元,棒形天线、放大电路、信号调制解调单元与中央处理器依次信号连 接,输入单元、存储单元、时钟单元、显示单元、电源管理单元、对外传输接口及蓝牙通讯单 元,分别与中央处理器信号连接;可以通过放大电路,增大棒形天线的发射功率;通过信号 调制解调单元,针对不同的协议进行不同的处理,达到同时识读符合IS011784、IS011785、 FDX和HDX标准的动物电子标签;通过蓝牙通讯单元,可以实时将数据传递给具备蓝牙通讯 功能与数据处理功能的PDA、手机、计算机等设备上,直接对读取到的动物电子标签进行相 应处理;从而可以克服现有技术中识读距离近、标准识读不全、现场操作能力差、以及靠近 动物困难的缺陷,以实现识读范围广、标准识读全面、现场操作能力强、环境适应能力强、以 及安全性强的优点。
[0020] 本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述,并且,部分地从说明书中变 得显而易见,或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明 书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
[0021] 下面通过附图和实施例,对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
[0022] 附图用来提供对本发明的进一步理解,并且构成说明书的一部分,与本发明的实 施例一起用于解释本发明,并不构成对本发明的限制。在附图中:
[0023] 图1为根据本发明动物电子标签识读设备的工作原理示意图;
[0024] 图2为根据本发明动物电子标签识读设备中HDX读写模块的电路原理图;
[0025] 图3为根据本发明动物电子标签识读设备中FDX读写模块的电路原理图;[0026] 图4为根据本发明动物电子标签识读设备中天线的电路原理图;
[0027] 图5为根据本发明动物电子标签识读设备中电源管理单元的电路原理图;
[0028] 图6a、图6b为根据本发明动物电子标签识读设备中OLED显示模块的电路原理 图;
[0029] 图7为根据本发明动物电子标签识读设备中存储单元的电路原理图。
[0030] 结合附图,本发明实施例中附图标记如下:
[0031] 1-中央处理器;201-第一串行接口 ;202-第二串行接口 ;203-第三串行接口 ; 204-第四串行接口和/或USB接口 ;205-总线;206-1/0接口 ;207-1¾并行总线;208-并 行总线;301-HDX读写模块;302-FDX读写模块;4-放大电路;5-棒形天线;6-电源管理 单元;7-蓝牙通讯单元;701-2. 4GHz天线;702-平衡转换器;703-蓝牙模块;801-RAM ; 802-FLASH ;9-键盘;10-实时时钟芯片;11-0LED显示模块。
具体实施方式
[0032] 以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明,应当理解,此处所描述的优选实 施例仅用于说明和解释本发明,并不用于限定本发明。
[0033] 根据本发明实施例,如图1-图7所示,提供了一种动物电子标签识读设备。在图 1中,本实施例包括输入单元、中央处理器1、信号调制解调单元、放大电路4、棒形天线5、存 储单元、时钟单元、显示单元、电源管理单元6、对外传输接口与蓝牙通讯单元7,其中:棒形 天线5、放大电路4、信号调制解调单元与中央处理器1依次信号连接;输入单元、存储单元、 时钟单元、显示单元、电源管理单元6、对外传输接口及蓝牙通讯单元7,分别与中央处理器 1信号连接。
[0034] 这里,中央处理器1为CPU或MCU ;对外传输接口包括第四串行接口和/或USB接 口 204,能够对外连接电脑等设备,以对动物电子标签设备进行设置,并读取动物电子标签 设备的内部存储数据;电源管理单元6,可以通过对四节AA电池进行稳压,给整个动物电子 标签设备供电。
[0035] 图5为根据本发明动物电子标签识读设备中电源管理单元的电路原理图,在图5 中,电源管理单元6的采用专用整流芯片U4,该芯片具有效率高及可靠性好的优点,输出采 用同步整流模式。专用整流芯片U4的输入端与输出端断开,在需要负载停止工作时,可以 优先快速地彻底切断电源;并且,在设计时特别设置了浪涌电流限制和内部软启动功能,可 以有效的防止开机时的电流过冲;另外,由于输出电压时刻调节,通过两个分压电阻R20与 R22,可以获得稳定的5V电源。同时,使能端EN信号由MCU控制电源的开和关,这样就可以 更有效的延长电池的使用寿命。
[0036] 针对现有的动物电子标签识读设备存在着识读距离近的问题,本实施例采用放大 电路4,增大天线的发射功率,并使用高磁通力的磁棒进行电磁波处理以增加电子标签的识 读距离,可以将有效识读距离由原有的5厘米提高到30厘米。
[0037] 针对动物电子标签识读设备存在着靠近动物困难的问题,本实施例棒形天线5采 用棒状外型,由于棒状外型的整体较长,能够有效增加识读范围,有利于增加读取距离,并 有利于让使用者与动物之间保持安全距离;采用棒状外型,整体较长能够有效增加识读范 围并让使用者和动物之间保持安全距离。[0038] 进一步地,上述信号调制解调单元包括HDX读写模块301、FDX读写模块302与第 一串行接口 201 ;HDX读写模块301的第一连接端及FDX读写模块302的第一连接端,分别 与放大电路4信号连接;HDX读写模块301的第二连接端及FDX读写模块302的第二连接 端,分别通过第一串行接口 201连接至中央处理器1。
[0039] 图2为根据本发明动物电子标签识读设备中HDX读写模块的电路原理图,在图2 中,HDX读写模块301的工作原理:采用专用集成芯片Ul用来驱动一个专用天线,主机天线 发射信号通过调制的数据,并检测和解调标签的反应;标签通过标签的天线接收和响应主 机信号;标签的响应是一个频移键控(即FSK)信号。高或低信号采用两个不同的频率信号 (134. 2KHZ和123KHz)表示。标签的工作能量需要主机天线提供,给标签内部电容充电。充 电完成以后,标签根据接收到的指令在主机发射停止间隙回传信号。主机芯片采用专用接 口,用于连接一个外部微控制器。由于发射信号和接收信号是分时工作的,所以这种方式称 为半双工(HalfDuplex,简称HDX)方式。
[0040] 图3为根据本发明动物电子标签识读设备中FDX读写模块的电路原理图,在图3 中,FDX读写模块302的工作原理为:采用专用集成芯片U2用来驱动一个专用天线,主机天 线发射信号通过调制的数据,并检测和解调标签的反应。标签通过标签的天线接收和响应 主机信号。标签的响应是一个调幅的相移键控(即AM-PSK)信号。高或低信号采用两个不 同的信号幅度表示。标签的工作能量需要主机天线提供,给标签内部电容充电。充电完成以 后,标签根据接收到的指令在主机发射同时回传信号。主机芯片采用专用接口,用于连接一 个外部微控制器;由于发射信号和接收信号是同时工作的,所以这种方式称为全双工(Full Duplex,简称FDX)方式。
[0041] 这里,针对现有的动物电子标签识读设备存在着识读标准不全的问题,本实施例 通过HDX读写模块301与FDX读写模块302,针对不同的协议进行不同的处理,以达到同时 能够识读符合ISOl 1784、ISOl 1785、FDX和HDX标准的动物电子标签。
[0042] 中央处理器1是识读设备的核心,它通过第一串行接口 201分别与FDX读写模块 302及HDX读取模块连接,能够对符合ISOl 1784、ISOl 1785FDX标准和HDX标准的动物电子 标签进行操作;FDX读写模块302及HDX读取模块负责将电信号进行调制解调,FDX读写模 块302和HDX读取模块又连接放大电路4,放大电路4负责将发送和接收到的电信号放大; 放大电路4与棒形天线5连接,天线负责将电信号转换为电磁波。为了增加读取距离,棒形 天线5可以采用高磁通量的磁性材料,放置于环形天线内部,以归整发射和接收的电磁波。
[0043] 上述蓝牙通讯单元7包括2. 4GHz天线701、平衡转换器702、蓝牙模块703与第二 串行接口 202 ;2. 4GHz天线701、平衡转换器702及蓝牙模块703依次信号连接,蓝牙模块 703通过第二串行接口 202连接至中央处理器1,2. 4GHz天线701用于收发2. 4GHZ无线信 号。
[0044] 图4为根据本发明动物电子标签识读设备中天线的电路原理图,在图4中,2. 4GHz 天线701的工作原理为:蓝牙无线技术采用的是一种扩展窄带信号频谱的数字编码技术, 在频带和信道分配方面,蓝牙系统一般工作在2. 4GHz的ISM频段。蓝牙采用时分双工传输 方案,使用一个天线利用不同的时间间隔发送和接收信号,且在发送和接收信息中通过不 断改变传输方向来共用一个信道,实现全双工传输。2. 4G天线最主要的功能在于转换传播 介质(通常是空气介质)中辐射电磁波能量与收发机所送出或收到的能量。在能量转换的过程中,会出现有收发机与天线及天线与传播介质之间的不连续接口。在无线通讯系统 中,天线必须依照这两个接口的特性来做适当的设计,以使得收发机、天线以及传播介质之 间形成一个连续的能量传输路径,如此便可以顺利的将发射机的能量藉由发射天线辐射到 传播介质中,并藉由接收天线将辐射电磁波的能量传送到接收机端。本机的天线采用专用 PCB天线,特征阻抗在50欧姆,方向性为全向性。
[0045] 这里,针对现有的动物电子标签识读设备存在着识读设备采集数据困难的问题, 本实施例通过蓝牙通讯单元7,可以连接具有蓝牙通讯功能及数据处理功能的PDA、手机、 计算机等外部数据处理设备,将动物电子标签识读设备存储的数据,通过蓝牙模块703,实 时传输至相应的数据处理设备,直接对读取到的动物电子标签数据进行处理。
[0046] 这里,蓝牙通讯单元7所用蓝牙(Bluetooth)技术,作为一项即时技术,不要求固 定的基础设施、且易于安装和设置,支持设备短距离通信(一般在IOm以内)的无线电技 术,能在包括移动电话、个人掌上电脑(即PDA)、无线耳机、笔记本电脑、相关外设等众多设 备之间进行无线信息交换。
[0047] 利用蓝牙技术,能够有效地简化移动通信终端设备之间的通信,也能够成功地简 化设备与因特网(Internet)之间的通信,从而数据传输变得更加迅速高效,为无线通信拓 宽道路。蓝牙采用分散式网络结构以及快跳频和短包技术,支持点对点及点对多点通信,工 作在全球通用的无线电频率为2. 4GHz工业、科学、医学(即ISM)频段、具有低耗电的优点, 数据传输速率为1Mbps,传输方式为时分双工传输方案、可实现全双工传输。
[0048] 蓝牙技术由蓝牙技术联盟(Bluetooth Special Interest Group,简称Bluetooth SIG)推动发展,Bluetooth SIG是一家贸易协会,由电信、计算机、汽车制造、工业自动化和 网络行业的领先厂商组成。
[0049] 在本实施例中,上述存储单元包括随机存储器(random accessmemory,简称 RAM)801、总线 205、闪存(Flash Memory,简称 FLASH)802 与第二串行接口 203 ;RAM801 通 过总线205连接至中央处理器1,FLASH802通过第二串行接口 203连接至中央处理器1 ;其 中,RAM801用于存储临时数据,FLASH802用于存储设置信息、读取到的标签数据等。
[0050] 图7为根据本发明动物电子标签识读设备中存储单元的电路原理图,在图7中, 存储单元的工作原理为:采用专用集成芯片U3,该芯片是串行Flash存储器,应用于数据存 储;与并行Flash存储器相比,所需引脚少、体积小、易于扩展、与单片机连接简单、工作可罪。
[0051] 上述时钟单元包括实时时钟芯片10与I2C并行总线207,实时时钟芯片10通过 I2C并行总线207连接至中央处理器1,用于记录时间。
[0052] 上述显示单元包括有机发光二极管(Organic Light-Emitting Diode,简称0LED) 显示模块11与并行总线208,OLED显示模块11通过并行总线208连接至中央处理器1, OLED显示模块11用于显示动物电子标签识读设备的工作状态和识读到的标签信息;OLED 显示模块11能够在-40°C到80°C正常工作,可以在室外强光和高温、低温环境下使用。
[0053] 图6a、图6b为根据本发明动物电子标签识读设备中OLED显示模块的电路 原理图,在图6a、图6b中,OLED显示模块11的工作原理为:0LED,即有机发光二极管 (Organic Light-Emitting Diode),又禾尔为有机电激光显不(Organic Electroluminesence Display,简称0ELD),OLED屏幕具备了许多IXD不可比拟的优势;OLED显示技术与传统的LCD显示方式不同,无需背光灯,采用非常薄的有机材料涂层和玻璃基板,当有电流通过时, 这些有机材料就会发光。OLED显示模块11采用专用驱动芯片,驱动OLED点阵。接口电路 采用并行驱动方式,同时由于OLED的点亮电压高达12V,所以需要专用的DC-DC升压电路从 4. 5V升压到12V并可以根据要求动态调整屏幕的亮度。
[0054] 上述输入单元包括键盘9与I/O接口 206,键盘9通过I/O接口 206连接至中央处 理器1,是一个输入装置。
[0055] 上述实施例动物电子标签识读设备的具体使用方法可以包括以下几个方面:
[0056] 1、将动物标签识读设备和外部数据处理设备绑定,数据处理设备可以是PDA、智能 手机、计算机等有蓝牙通讯功能和数据处理功能的设备;
[0057] 2、使用对应软件,采集动物标签识读设备内的脱机读取数据;
[0058] 3、使用动物电子标签识读设备,靠近动物电子标签,并按动键盘9,激活读取功 能;
[0059] 4、动物电子标签识读设备,可以自动将识读到的动物电子标签数据发送到外部数 据处理设备。
[0060] 综上所述,本发明各实施例的动物电子标签识读设备,棒形天线、放大电路、信号 调制解调单元与中央处理器依次信号连接,输入单元、存储单元、时钟单元、显示单元、电 源管理单元、对外传输接口及蓝牙通讯单元,分别与中央处理器信号连接;可以通过蓝牙 通讯单元,与计算机、PDA、手机等设备联接,具有联机和脱机两种工作模式;可以读取符合 ISOl 1784、ISOl 1785标准的FDX和HDX动物电子标签,并在联机模式下将标签信息传递给 计算机、PDA、手机等数据处理设备,或在脱机模式下,将识读数据存储在设备内部的存储单 元中;从而可以克服现有技术中识读距离近、标准识读不全、现场操作能力差、以及靠近动 物困难的缺陷,以实现识读范围广、标准识读全面、现场操作能力强、环境适应能力强、以及 安全性强的优点。
[0061] 最后应说明的是: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, 尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明,对于本领域的技术人员来说,其依然可 以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分技术特征进行等同替换。 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 (10)

1. 一种动物电子标签识读设备,其特征在于,包括输入单元、中央处理器、信号调制解 调单元、放大电路、棒形天线、存储单元、时钟单元、显示单元、电源管理单元、对外传输接口 与蓝牙通讯单元,其中:所述棒形天线、放大电路、信号调制解调单元与中央处理器依次信号连接,所述棒形天 线具有棒状外型;所述输入单元、存储单元、时钟单元、显示单元、电源管理单元、对外传输接口及蓝牙通 讯单元,分别与中央处理器信号连接。
2.根据权利要求1所述的动物电子标签识读设备,其特征在于,所述中央处理器为CPU 或 MCU。
3.根据权利要求1所述的动物电子标签识读设备,其特征在于,所述信号调制解调单 元包括HDX读写模块、FDX读写模块与第一串行接口 ;所述HDX读写模块的第一连接端及FDX读写模块的第一连接端,分别与放大电路信号 连接;所述HDX读写模块的第二连接端及FDX读写模块的第二连接端,分别通过第一串行接 口连接至中央处理器。
4.根据权利要求1所述的动物电子标签识读设备,其特征在于,所述蓝牙通讯单元 2. 4GHz天线、平衡转换器、蓝牙模块与第二串行接口 ;所述2. 4GHz天线、平衡转换器及蓝牙模块依次信号连接,所述蓝牙模块通过第二串行 接口连接至中央处理器。
5.根据权利要求1所述的动物电子标签识读设备,其特征在于,所述存储单元包括 RAM、总线、FLASH与第三串行接口 ;所述RAM通过总线连接至中央处理器,所述FLASH通过第三串行接口连接至中央处理器ο
6.根据权利要求1所述的动物电子标签识读设备,其特征在于,所述时钟单元包括实 时时钟芯片与I2C并行总线,所述实时时钟芯片通过I2C并行总线连接至中央处理器。
7.根据权利要求1所述的动物电子标签识读设备,其特征在于,所述显示单元包括 OLED显示模块与并行总线,所述OLED显示模块通过并行总线连接至中央处理器;所述OLED显示模块的工作温度条件为_40°C到80°C。
8.根据权利要求1所述的动物电子标签识读设备,其特征在于,所述对外传输接口包 括第四串行接口和/或USB接口。
9.根据权利要求1所述的动物电子标签识读设备,其特征在于,所述输入单元包括键 盘与I/O接口,所述键盘通过I/O接口连接至中央处理器。
10.根据权利要求1所述的动物电子标签识读设备,其特征在于,所述棒形天线为高磁 通量天线。
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