CN102324050B - 利用rfid芯片记录家电控制器信息的方法及专用装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及利用RFID芯片记录家电控制器信息的方法及专用装置，该装置包括带有CPU的家电控制器和射频识别应答装置，射频识别应答装置包括无源RFID芯片；还包括控制接口电路，所述控制接口电路的低电压端与无源RFID芯片的数字电路部分的数据线连接，所述控制接口电路的高电压端通过家电控制器内部总线直接与家电控制器控制板中的CPU连接；所述控制接口电路由数据通路单元、电气隔离单元、电平变换单元和能源供给单元构成。本发明能够使RFID芯片在不使用外部读写器的情况下，独立、连续记录家电控制器使用过程中的相关工作信，为RFID芯片作为家电产品全寿命周期跟踪及数据采集系统应用的普及奠定了基础。
Description
技术领域：
本发明涉及一种利用RFID芯片记录家电控制器信息的方法及专用装置。特别涉及在家电控制器上安装射频识别标签(RFID)应答系统，解决家电控制器电路与RFID芯片直接通讯的问题。
背景技术：
目前，利用射频识别标签(RFID，下同)构建产品识别系统时，如图1所示，射频识别应答器端的基本结构由射频识别标签芯片3、RFID标签天线2及封装防护几部分共同组成。读写器4通过读写器天线1发送电磁波到标签天线3，给标签天线2提供能量使其激活RFID芯片3，RFID芯片3将所记录的信息通过标签天线2、读写器天线1传递给读写器4，与读写器进行无线信息交换。无线交换信息的方式通常有电波方式及电磁感应方式。
现有技术中，无源射频识别标签读写数据通常是无接触方式使用，需要标识特定产品时，通常是将RFID标签(应答器)设法固定在需要标识的产品上，然后通过读写器将需要标识的产品信息写入RFID芯片，记载有产品信息的RFID标签(应答器)随产品进入流通环节，各流通环节需要了解产品相关信息时，通过读写器激活RFID应答器，可以读出RFID芯片所携带的产品信息，实现相关产品信息的共享及跟踪。无源RFID芯片内部结构框图如图2所示，RFID芯片内部功能模块分模拟电路部分5及数字电路部分6，模拟电路部分主要负责无线电磁能量接收、整流稳压及过压保护、信息调制、解调、时钟分离整形、激活芯片及无线电信号收发等，数字电路部分主要负责控制数字信息读写、信息加密及数据存储。
由于无源RFID应答器必须通过读写器获得电能及交换数据，当读写器与产品应用系统是分离时，RFID芯片就无法实时记录所标识产品在使用过程的相关信息，因此现有技术的无源RFID应答系统无法在家电控制器中应用，即极大地限制了其在家电领域中的应用。
发明内容：
本发明的第一个目的，是为了解决现有技术中的无源RFID应答器无法应用在家电控制器中问题，提供一种利用RFID芯片记录家电控制器信息的方法，它能够使RFID芯片在不使用外部读写器的情况下，独立、连续记录家电控制器使用过程中的相关工作信息，为RFID芯片作为家电产品全寿命周期跟踪及数据采集系统应用的普及奠定了基础。
本发明的第二个目的，是为了提供一种利用RFID芯片记录家电控制器信息的专用装置。
本发明的第一个目的可以通过采取如下技术方案达到：
利用RFID芯片记录家电控制器信息的方法，其特征在于按以下步骤进行：
1)在带有CPU的家电控制器的电路板上安装射频识别应答电路，将射频识别应答电路中的无源RFID芯片的数字电路部分的数据线引出，并通过控制接口电路与家电控制器连接；其中，所述控制接口电路的低电压端与无源RFID芯片的数字电路部分的数据线连接，所述控制接口电路的高电压端通过家电控制器内部总线直接与家电控制器控制板中的CPU连接；
2)当家电控制器中需要传输的数据准备好后，由家电控制器内部专用程序访问无源RFID芯片，侦听无源RFID芯片的状态，分二种情况进行分别处理：
A、当无源RFID芯片处于空闲状态时，接通控制接口电路，对无源RFID芯片进行数据写入；此时，由控制接口电路实现家电控制器与无源RFID芯片之间电平的相互转换，由控制接口电路为无源RFID芯片提供所需的工作电源；
B、当无源RFID芯片处于忙碌状态时，或者是家电控制器与无源RFID芯片不交换数据时，关闭控制接口电路，使家电控制器与无源RFID芯片处于电气隔离状态，从而不影响无源RFID芯片的正常工作状态；
3)在数据写入过程中，由控制接口电路监听数据写入有无冲突，并检测传输数据的完整性、正确性，如有错误，关闭控制接口电路，返回步骤2)；
4)当数据写入结束后，关闭控制接口电路，返回步骤2)。
本发明的第二个目的可以通过采取如下技术方案达到：
利用RFID芯片记录家电控制信息的专用装置，包括带CPU芯片的家电控制器，其特征是：在家电控制器中设有控制接口电路和包括无源RFID芯片的射频识别应答电路；控制接口电路由数据通路单元、电气隔离单元、电平变换单元和能源供给单元构成；射频识别应答电路的I/O端口通过电气隔离单元、数据通路单元与家电控制器的I/O端口连接；家电控制器的电源输出端通过能源供给单元与电平变换单元的输入端连接，电平变换单元的低电压端与无源RFID芯片的电源端连接，电平变换单元的高电压端与电气隔离单元的电源端连接。
本发明的第二个目的还可以通过采取如下技术方案达到：
本发明的一种实施方案是：所述控制接口电路由双电源接口芯片IC2、状态检测芯片IC3、电子开关IC4和稳压管WY1连接而成，其中双电源接口芯片IC2内置有数据通路单元、电气隔离单元和电平变换单元，由电子开关IC4的输入端连接家电控制器的电源输出端、其输出端连接双电源接口芯片IC2的电源输入端构成能源供给单元，双电源接口芯片IC2的低电压输出端连接无源RFID芯片的电源端。
本发明的一种实施方案是：所述控制接口电路由光耦合器件G1、G2、G3，脉冲整形器件IC5、IC6、IC7、IC8、IC9、IC 10，电子开关IC4、IC11，状态检测芯片IC3，负载电阻R1、R2、R3、R4、R5、R6连接而成；其中光耦合器件G1、G2、G3构成电气隔离单元，脉冲整形器件IC5、IC6、IC7、IC8、IC9、IC10构成数据通路单元和电平变换单元，电子开关IC4、IC11的输入端连接家电控制器的电源输出端构成能源供给单元。
本发明的一种实施方案是：所述射频识别应答电路主要包括无源RFID芯片和磁芯天线；所述磁芯天线由基座、导磁体磁芯和导线构成，导磁体磁芯固定在基座上，导线缠绕于导磁体磁芯上，导线与无源RFID芯片电连接；无源RFID芯片和磁芯天线安装在家电控制器的电路板上。
本发明的一种实施方案是：无源RFID芯片包括模拟电路部分和数字电路部分，模拟电路部分具有无线电磁能量接收、整流稳压及过压保护、信息调制、解调、时钟分离整形、激活芯片及无线电信号收发电路结构，数字电路部分包括控制数字信息读写、信息加密及数据存储电路结构。由模拟电路部分负责无线电磁能量接收、整流稳压及过压保护、信息调制、解调、时钟分离整形、激活芯片及无线电信号收发等，由数字电路部分负责控制数字信息读写、信息加密及数据存储。
本发明的有益效果：
1、本发明由于在家电控制器中设置了与射频识别应答电路对配套的控制接口电路，因此解决了RFID应答器系统在不使用外部读写器的情况下，独立、连续记录家电控制器使用过程中的相关工作信息的问题，为RFID芯片作为家电产品全寿命周期跟踪及数据采集系统应用的普及奠定了基础。
2、本发明利用印制电路板导线及专用接口电路与RFID芯片数据线连接，实现了自动记录数据的功能，提升了数据交换的可靠性，同时也提高了系统的抗干扰能力。
附图说明：
图1是现有技术中利用射频识别标签构建产品识别系统结构框图。
图2是现有技术中的无源射频识别芯片内部结构框图。
图3是本发明具体实施例1所述利用RFID芯片记录家电控制器信息的装置的结构框图
图4是本发明具体实施例1的控制接口电路原理图。
图5a本发明具体实施例1的控制接口电路的内部功能框图。
图5b本发明具体实施例1的控制接口电路的电平变换内部逻辑示意图。
图6a是本发明具体实施例1的磁芯天线的结构示意图。
图6b是本发明具体实施例1的无源RFID芯片与磁芯天线的连接示意图。
图7是在咖啡壶控制器中安装射频识别应答电路的结构框图。
图8是在咖啡壶控制器中安装射频识别应答电路的数据传输控制流程图。
图9是本发明具体实施例2的控制接口电路原理图。
具体实施方式：
具体实施例1：
参照图3和图4和图5a，本实施例所述的一种利用RFID芯片记录家电控制信息的方法，其特点在于按以下步骤进行：
1)在带有CPU的家电控制器11的电路板上安装射频识别应答电路12，将射频识别应答电路12中的无源RFID芯片12-1的数字电路部分的数据线引出，并通过控制接口电路13与家电控制器11连接；其中，所述控制接口电路13的低电压端与无源RFID芯片12-1的数字电路部分的数据线12-1c连接，所述控制接口电路13的高电压端通过家电控制器内部总线11-1直接与家电控制器11控制板中的CPU连接；
2)当家电控制器11中需要传输的数据准备好后，由家电控制器11内部专用程序访问无源RFID芯片12-1，侦听无源RFID芯片12-1的状态，分二种情况进行分别处理：
A、当无源RFID芯片12-1处于空闲状态时，接通控制接口电路13，对无源RFID芯片12-1进行数据写入；此时，由控制接口电路13实现家电控制器11与无源RFID芯片12-1之间电平的相互转换，由控制接口电路13为无源RFID芯片12-1提供所需的工作电源；
B、当无源RFID芯片12-1处于忙碌状态时，或者是家电控制器11与无源RFID芯片12-1不交换数据时，关闭控制接口电路13，使家电控制器11与无源RFID芯片12-1处于电气隔离状态，从而不影响无源RFID芯片12-1的正常工作状态；
3)在数据写入过程中，由控制接口电路13监听数据写入有无冲突，并检测传输数据的完整性、正确性，如有错误，关闭控制接口电路13，返回步骤2)；
4)当数据写入结束后，关闭控制接口电路13，返回步骤2)。
参照图3和图4和图5a，本实施例所使用的专用装置利用RFID芯片记录家电控制信息的专用装置，包括带CPU芯片的家电控制器11，在家电控制器11中设有控制接口电路13和包括无源RFID芯片12-1的射频识别应答电路12；控制接口电路13由数据通路单元13-1、电气隔离单元13-2、电平变换单元13-3和能源供给单元13-4构成；射频识别应答电路12的I/O端口通过电气隔离单元13-2、数据通路单元13-1与家电控制器11的I/O端口连接；家电控制器11的电源输出端通过能源供给单元13-4与电平变换单元13-3的输入端连接，电平变换单元13-3的低电压端与无源RFID芯片12-1的电源端连接，电平变换单元13-3的高电压端与电气隔离单元13-2的电源端连接。
本实施例中：
参照图4、图5a和图5b，所述控制接口电路13由双电源接口芯片IC2、状态检测芯片IC3、电子开关IC4和稳压管WY1连接而成，其中双电源接口芯片IC2内置有数据通路单元13-1、电气隔离单元13-2和电平变换单元13-3，由电子开关IC4的输入端连接家电控制器11的电源输出端、其输出端连接双电源接口芯片IC2的电源输入端构成能源供给单元13-4，双电源接口芯片IC2的低电压输出端连接无源RFID芯片12-1的电源端。
其中IC1是RFID芯片，IC2是双电源电平转换接口芯片。由于无源RFID芯片内部工作电压约1.8伏，家电控制器的工作电压通常是5伏，为了实现两种工作状态的匹配，保证信息能够正确交换，本实施例一采用一种双电压接口电路，分别连接两个不同工作电压的控制芯片，由接口电路内部电路实现I/O信号电平的相互转换，有关双电源内部电平变换逻辑示意图如图图5b所示。
接口芯片IC2的高电压端与家电控制器使用同样的电源，保证信号电平与家电控制器匹配；稳压管WY1将家电控制器工作电压VCC降3.2伏为RFID芯片及接口芯片IC2低电压端供电，保证RFID芯片IC1的信号电平与接口低压端匹配。
为RFID芯片IC1及双电压接口芯片IC2供电的电源受电子开关IC4控制，通过RFID电源控制信号线控制，在可以由家电控制器向RFID芯片IC1进行数据操作时，打开电子开关IC4，为接口IC2及RFID芯片IC 1供电，使RFID芯片IC 1及接口芯片IC2开始工作，一旦数据处理完毕，立即切断电源，关闭接口，此时接口芯片IC2逞高阻状态，实现RFID芯片IC1与家电控制板的电气隔离。
IC3是RFID芯片IC1状态检测装置，家电控制器工作期间，实时检测RFDI芯片IC1的工作状态，在RFID芯片IC1处于空闲状态时，进行由家电控制器对RFID芯片IC1的数据操作。在由家电控制器对RFID芯片IC1进行数据操作的过程关闭IC3。
参照图3、图6a和图6b，射频识别应答电路12包括无源RFID芯片12-1和磁芯天线12-2；所述磁芯天线12-2包括基座12-2a、导磁体磁芯12-2b和导线12-2c，导磁体磁芯12-2b固定在基座12-2a上，导线12-2c缠绕于导磁体磁芯12-2b上，导线12-2c与无源RFID芯片12-1之间电连接；无源RFID芯片12-1和磁芯天线12-2安装在家电控制器电路板上。无源RFID芯片12-2的内部功能模块包括模拟电路部分12-2a和数字电路部分12-2b，模拟电路部分12-2a负责无线电磁能量接收、整流稳压及过压保护、信息调制、解调、时钟分离整形、激活芯片及无线电信号收发等，数字电路部分12-2b负责控制数字信息读写、信息加密及数据存储。
本发明设计了防冲突工作时序，当家电产品在使用过程中，在不妨碍RFID应答器与外部读写器交换数据的情况下，将需要记录的智能控制板的相关工作信息自动写入RFID芯片的存储模块。
参照图7和图8，以下详细介绍将本实施例应用在一款多功能咖啡壶控制板中。
无源RFID芯片12-1的数据线通过控制接口电路13与咖啡壶控制器11连接，记录咖啡壶实际使用过程中用户对产品各项功能的使用频次等数据，咖啡壶控制器11与无源RFID芯片12-1交换数据时，首先检测无源RFID芯片12-1是否空闲，系统只在无源RFID芯片12-1空闲时期传输数据，在数据传输过程，也监听有无冲突，并检测传输数据的完整性、正确性，如有错误，立即重传。
具体实施例2：
参照图9，本实施例的特点是：所述控制接口电路13由光耦合器件G1、G2、G3，脉冲整形器件IC5、IC6、IC7、IC8、IC9、IC10，电子开关IC4、IC11，状态检测芯片IC3，负载电阻R1、R2、R3、R4、R5、R6连接而成；其中光耦合器件G1、G2、G3构成电气隔离单元13-2，脉冲整形器件IC5、IC6、IC7、IC8、IC9、IC10构成数据通路单元13-1和电平变换单元13-3，电子开关IC4、IC11的输入端连接家电控制器11的电源输出端构成能源供给单元13-4。IC1是RFID芯片，G1、G2、G3是光耦合器件，IC4与IC11是电子开关，受家电控制器控制；IC3是RFID芯片状态检测芯片，检测RFID的工作状态；IC5-IC10是脉冲整形器件。RFID芯片端工作在低电压1.8V，由专用独立电源供给；家电控制器接口端工作在高电源端5V，与控制器使用相同的电源，两部分电路由光电耦合器隔离。当对RFID芯片进行数据操作时，打开电子开关IC4及IC11，为器件供电并启动芯片工作，操作完成后切断电源，保持RFID芯片与家电控制器的电气隔离。光电耦合器件是通过光电转换传递数据，有更突出的电气隔离效果，可以更好的避免家电控制器对RFID芯片的干扰。其他与具体实施例相同。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施例，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都属于本发明的保护范围。
Claims (6)
1.利用RFID芯片记录家电控制器信息的方法，其特征在于按以下步骤进行：
1)在带有CPU的家电控制器(11)的电路板上安装射频识别应答电路(12)，将射频识别应答电路(12)中的无源RFID芯片(12-1)的数字电路部分的数据线引出，并通过控制接口电路(13)与家电控制器(11)连接；其中，所述控制接口电路(13)的低电压端与无源RFID芯片(12-1)的数字电路部分的数据线(12-1c)连接，所述控制接口电路(13)的高电压端通过家电控制器内部总线(11-1)直接与家电控制器(11)控制板中的CPU连接；
2)当家电控制器(11)中需要传输的数据准备好后，由家电控制器(11)内部专用程序访问无源RFID芯片(12-1)，侦听无源RFID芯片(12-1)的状态，分二种情况进行分别处理：
A、当无源RFID芯片(12-1)处于空闲状态时，接通控制接口电路(13)，对无源RFID芯片(12-1)进行数据写入；此时，由控制接口电路(13)实现家电控制器(11)与无源RFID芯片(12-1)之间电平的相互转换，由控制接口电路(13)为无源RFID芯片(12-1)提供所需的工作电源；
B、当无源RFID芯片(12-1)处于忙碌状态时，或者是家电控制器(11)与无源RFID芯片(12-1)不交换数据时，关闭控制接口电路(13)，使家电控制器(11)与无源RFID芯片(12-1)处于电气隔离状态，从而不影响无源RFID芯片(12-1)的正常工作状态；
3)在数据写入过程中，由控制接口电路(13)监听数据写入有无冲突，并检测传输数据的完整性、正确性，如有错误，关闭控制接口电路(13)，返回步骤2)，重传数据；
4)当数据写入结束后，关闭控制接口电路(13)，返回步骤2)。
2.利用RFID芯片记录家电控制器信息的专用装置，包括带CPU芯片的家电控制器(11)，其特征是：在家电控制器(11)中设有控制接口电路(13)和包括无源RFID芯片(12-1)的射频识别应答电路(12)；控制接口电路(13)由数据通路单元(13-1)、电气隔离单元(13-2)、电平变换单元(13-3)和能源供给单元(13-4)构成；射频识别应答电路(12)的I/O端口通过电气隔离单元(13-2)、数据通路单元(13-1)与家电控制器(11)的I/O端口连接；家电控制器(11)的电源输出端通过能源供给单元(13-4)与电平变换单元(13-3)的输入端连接，电平变换单元(13-3)的低电压端与无源RFID芯片(12-1)的电源端连接，电平变换单元(13-3)的高电压端与电气隔离单元(13-2)的电源端连接。
3.根据权利要求2所述的利用RFID芯片记录家电控制器信息的专用装置，其特征是：所述控制接口电路(13)由双电源接口芯片IC2、状态检测芯片IC3、电子开关IC4和稳压管WY1连接而成，其中双电源接口芯片IC2内置有数据通路单元(13-1)、电气隔离单元(13-2)和电平变换单元(13-3)，由电子开关IC4的输入端连接家电控制器(11)的电源输出端、其输出端连接双电源接口芯片IC2的电源输入端构成能源供给单元(13-4)，双电源接口芯片IC2的低电压输出端连接无源RFID芯片(12-1)的电源端；双电源接口芯片IC2的数据输入/输出端连接家电控制器(11)的I/O端口，双电源接口芯片IC2的读/写控制端连接家电控制器(11)的控制输出端，双电源接口芯片IC2的I/OL1-I/OL2、I/OH1-I/OH各连接无源RFID芯片(12-1)的一个数据输出端D-OUT；状态检测芯片IC3的输入端连接双电源接口芯片IC2低电压输出端、输出端连接家电控制器(11)的检测信号输入端，状态检测芯片IC3的控制输入端通过电子开关IC4连接家电控制器(11)的控制信号输出端。
4.根据权利要求2所述的利用RFID芯片记录家电控制器信息的专用装置，其特征是：所述控制接口电路(13)由光耦合器件G1、G2、G3，脉冲整形器件IC5、IC6、IC7、IC8、IC9、IC10，电子开关IC4、IC11，状态检测芯片IC3，负载电阻R1、R2、R3、R4、R5、R6连接而成；其中光耦合器件G1、G2、G3构成电气隔离单元(13-2)，脉冲整形器件IC5、IC6、IC7、IC8、IC9、IC10构成数据通路单元(13-1)和电平变换单元(13-3)，电子开关IC4、IC11的输入端连接家电控制器(11)的电源输出端构成能源供给单元(13-4)；G1的输出端通过IC5连接无源RFID芯片(12-1)的一个数据输入端，G3的输出端通过IC7连接无源RFID芯片(12-1)的一个数据输入端，无源RFID芯片(12-1)的一个数据输出端通过IC6连接G2的输入端，G1、G3的输入端连接G2的电源输入端及通过电子开关IC4连接电源VCC，G1、G3的电源输入端连接+1.8V直流电源及通过IC11连接无源RFID芯片的电源控制端，家电控制器(11)的读写控制输出端通过IC10连接G3的控制输入端，家电控制器(11)的数据输出端通过IC8连接G1的控制输入端，G2的输出端通过IC9连接家电控制器(11)的读写控制输入端。
5.根据权利要求2所述的利用RFID芯片记录家电控制器信息的专用装置，其特征是：所述射频识别应答电路(12)主要包括无源RFID芯片(12-1)和磁芯天线(12-2)；所述磁芯天线(12-2)由基座(12-2a)、导磁体磁芯(12-2b)和导线(12-2c)构成，导磁体磁芯(12-2b)固定在基座(12-2a)上，导线(12-2c)缠绕于导磁体磁芯(12-2b)上，导线(12-2c)与无源RFID芯片(12-1)电连接；无源RFID芯片(12-1)和磁芯天线(12-2)安装在家电控制器的电路板上。
6.根据权利要求2所述的利用RFID芯片记录家电控制器信息的专用装置，其特征是：无源RFID芯片(12-1)包括模拟电路部分(12-1a)和数字电路部分(12-1b)，模拟电路部分(12-1a)具有无线电磁能量接收、整流稳压及过压保护、信息调制、解调、时钟分离整形、激活芯片及无线电信号收发电路结构，数字电路部分(12-1b)包括控制数字信息读写、信息加密及数据存储电路结构。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C53 | Correction of patent for invention or patent application | ||
| CB02 | Change of applicant information |
Address after: 528300 Guangdong city of Foshan province Shunde Daliang District Fengxiang Industrial Park Road No. 1 of China Applicant after: Foshan Real-Design Software Technology Co., Ltd. Applicant after: GUANGDONG REAL-DESIGN INTELLIGENT TECHNOLOGY CO., LTD. Address before: 528300 Guangdong city of Foshan province Shunde Daliang District Fengxiang Industrial Park Road No. 1 of China Applicant before: Foshan Real-Design Software Technology Co., Ltd. Applicant before: Foshan Shunde Realdesign Electronics Industry Co., Ltd. |
|
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right |
Denomination of invention: Method and dedicated device for recording information of home appliance controller by using RFID (Radio Frequency Identification Device) chip Effective date of registration: 20170720 Granted publication date: 20150415 Pledgee: Shunde Guangdong rural commercial bank Limited by Share Ltd Pledgor: GUANGDONG REAL-DESIGN INTELLIGENT TECHNOLOGY CO., LTD.|Foshan Real-Design Software Technology Co., Ltd. Registration number: 2017440000053 |
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| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right | ||
| PC01 | Cancellation of the registration of the contract for pledge of patent right |
Date of cancellation: 20200921 Granted publication date: 20150415 Pledgee: Shunde Guangdong rural commercial bank Limited by Share Ltd. Pledgor: FOSHAN REAL-DESIGN SOFTWARE TECHNOLOGY Co.,Ltd.|GUANGDONG REAL-DESIGN INTELLIGENT TECHNOLOGY Co.,Ltd. Registration number: 2017440000053 |
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| PC01 | Cancellation of the registration of the contract for pledge of patent right |