CN102509126A - 具传感器的无源射频识别系统及其实现方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种具传感器的无源射频识别系统及其实现方法，该方法至少包括：安全机构通过读写器的通信口向读写器下发授权信息；读写器通过天线将该授权信息写入一无源标签的约定存储区；当一MCU判断出授权信息已写入完毕，则通过有线方式读取无源标签约定存储区的授权信息并启动鉴权机制对授权信息进行鉴权；授权正确则控制传感器将传感器数据上传至该MCU；MCU将传感器数据合并其他信息写入无源标签的另一约定存储区；以及读写器读取无源标签存储的传感器数据；通过本发明，可实现无源RFID与传感器的有效结合，同时本发明还可实现对物品相关参数的监控，并有效节省了电能，使本发明之无源标签作为普通标签能对物品进行有效管理。
Description
技术领域
本发明涉及一种无源射频识别系统及其实现方法，特别是涉及一种具传感器的无源射频识别系统及其实现方法。
背景技术
传感器是一种检测装置，其能检测到被测量的信息，并能将检测到信息，按照一定规律转换为电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制能要求。传感器是实现自动检测和自动控制的首要环节，主要包括光电传感器、声敏传感器、湿度传感器、温度传感器、压力传感器等。
随着超高频射频标识(RFID)逐步走入国民生活并得到广泛的应用以及各种传感器及一些专用计量器(如温度、湿度、压力、音频等传感器、电表、水表、煤气表)进入普通民众日常生活，将RFID和传感器相结合的自动化需求越来越高，当前最普遍的做法是使用有源收发模块做RFID来完成传感器数据的发送，MCU(中央控制单元)定时工作，这种做法的缺点是电池消耗很大，电能浪费较大且维护困难，并且不能对物品进行有效管理。
为改善电能消耗问题，现在也出现了一些定制的RFID传感器芯片，然而这种定制的RFID传感器芯片也存在如下问题：单一的受限的功能(如在RFID内集成感知有限温度范围的温度传感器)限制其应用进而不能有效降低成本。
综上所述，可知先前技术的射频识别系统与传感器的结合存在电池消耗大、电能浪费和维护困难且不能对物品进行有效管理的问题，因此，实有必要提出改进的技术手段，来解决此一问题。
发明内容
为克服上述现有技术存在的问题，本发明的主要目的在于提供一种具传感器的无源射频识别系统及其实现方法，其可实现无源RFID与传感器的有效结合，并达到有效节省电能的目的。
为达上述及其它目的，本发明一种具传感器的无源射频识别系统，至少包括：
读写器，由安全机构授权，由该安全机构从该读写器的通信口向该读写器下发授权信息暂存，并于需要读取传感器数据时，由该读写器按第一协议将该授权信息发送至一无源标签，同时，该读写器还用于该传感器数据写入该无源标签第二约定存储区后，读取该无源标签第二约定存储区存储的该传感器数据；
无源标签，通过一天线接收该读写器发送的该授权信息，并保存于第一约定存储区；
控制模组，与一电源电压连接，并连接于一MCU与该无源标签的电压端之间以由该MCU通过该控制模组控制该无源标签电压端的电压，同时，该控制模组还用于检测该无源标签的状态；
MCU，与该无源标签通过若干数据线连接，以于该MCU通过该控制模组判断出该无源标签的状态为该授权信息写入完毕时，按约定的第二协议读取该无源标签第一约定存储区的授权，并启动鉴权机制对该授权信息进行鉴权，于授权结果正确时，控制传感器将该传感器数据上传至该MCU，并将该传感器数据合并其他信息写入该无源标签的该第二约定存储区；以及
传感器，针对待测参数采集该传感器数据，并在该MCU的控制下将采集到的该传感器数据发送给该MCU。
进一步地，该控制模组包括一开关控制电路及一检测电路，该开关控制电路包含第一开关及第二开关，该第一开关一端连接于该电源电压，另一端连接于该无源标签的电压端，该第二开关一端接地，另一端接于该第一开关与该电压端连接的一端；该检测电路连接于该无源标签与该MCU之间以检测该无源标签的状态。
进一步地，该检测电路连接于该无源标签的电压端，以通过该无源标签电压端的电压来判断该无源标签的状态。
进一步地，当该MCU将该传感器数据写入该第二约定存储区后，控制该控制模组断开该第一开关，瞬时接通该第二开关放电后进入休眠状态。
进一步地，该其他信息包括时间、地点、鉴权结果。
进一步地，该无源标签作为普通标签对物品包括但不限于该物品的相关参数进行管理。
为达上述及其它目的，本发明一种具传感器的无源射频识别系统实现方法，包括如下步骤：
安全机构通过读写器的通信口向该读写器下发授权信息，该读写器暂时存储该授权信息；
当需读取传感器数据时，该读写器通过天线按第一协议将该授权信息写入一无源标签的第一约定存储区；
当一MCU判断出该授权信息已写入完毕，则按约定的第二协议通过有线方式读取该无源标签第一约定存储区的授权信息；
该MCU启动鉴权机制对授权信息进行鉴权，若授权正确则控制传感器将传感器数据上传至该MCU，否则按规定章程处理；
该MCU将收到的该传感器数据合并其他信息写入该无源标签的第二约定存储区；以及
该读写器再次启动，读取该无源标签第二约定存储区存储的传感器数据。
进一步地，在该读写器向该无源标签写入授权信息前，该MCU控制电源电压与该无源标签的电压端断开。
进一步地，该MCU是通过检测该无源标签电压端的电压状态来判断授权信息是否写入完毕的。
进一步地，当该MCU判断该无源标签的状态为授权信息写入完毕时，该MCU控制该电源电压与该无源标签的电压端接通，以为该无源标签提供电压
进一步地，当该MCU将该传感器数据写入该第二约定存储区后，通过控制模组控制进入休眠状态。
与现有技术相比，本发明一种具传感器的无源射频识别系统及其实现方法通过采用无源RFID标签，由传统的轮询方式改为唤醒方式，不仅实现了与传感器的有效结合，而且不存在更换电池的成本和风险，仅在需要开启或关闭安全机构时才用读写器给标签采用无线方式供电，节省了电能，同时本发明还可实现对物品相关参数的监控，使本发明之无源标签作为普通标签能对物品进行有效管理。
附图说明
图1为本发明一种具传感器的无源射频识别系统的结构示意图；
图2为本发明一种具传感器的无源射频识别系统较佳实施例的结构示意图；
图3为本发明一种具传感器的无源射频识别系统实现方法的流程示意图。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例并结合附图说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本发明的其它优点与功效。本发明亦可通过其它不同的具体实例加以施行或应用，本说明书中的各项细节亦可基于不同观点与应用，在不背离本发明的精神下进行各种修饰与变更。
图1为本发明一种具传感器的无源射频识别系统结构示意图。在本发明较佳实施例中，以无源超高频(UHF)射频识别系统为例，如图1所示，本发明之无源射频识别安全认证系统至少包括读写器201、无源标签202、MCU(中央处理单元)203、控制模组204以及传感器205。
读写器201由安全机构授权，安全机构从读写器201的通信口向读写设备下发授权信息，其方式可以为有线方式，也可以为无线方式，本发明不以此为限，读写器201暂时存储安全机构下发的授权信息，当需要读取传感器205的数据时，读写器201则采用无线方式(如通过天线)按第一协议(如UHF协议)将授权信息发送给无源标签202，写入无源标签202约定的存储区(第一约定存储区)，并于传感器数据写入无源标签202另一约定存储区(第二约定存储区)后，读取无源标签202另一约定存储区存储的传感器数据；无源标签202，通过其天线接收读写器201发送的授权信息并将其存储于约定的存储区；MCU203与无源标签202通过数据线D0...Dn连接以读取无源标签202中的授权信息，同时MCU203还通过一与电源电压VDD_LO连接的控制模组204连接至无源标签202的电压端VDD，以于起始时使得控制模组204不向无源标签202的电压端VDD提供电压，而当MCU203读取标签202的授权信息时，控制模组204向电压端VDD提供电压，同时MCU203还通过控制模组204监测无源标签202的状态以判断授权信息是否写入完毕，当MCU203判断无源标签202的授权信息写入完毕时，则按约定的第二协议通过数据线D0...Dn读取无源标签202约定存储区的授权信息，这里约定的第二协议可以和读写器201与无源标签202间的第一协议一致，也可以不一致，可取决于安全需要，当授权信息被传送至MCU203后，MCU203则启动鉴权机制对授权信息进行鉴权，若授权正确则控制传感器205将数据上传至MCU203，否则按规定章程处理，如忽略、报警或锁死，MCU203收到传感器205传送的传感器数据后将数据合并其他信息(如时间、地点、鉴权结果等)写入无源标签202另一约定存储区，MCU203操作完毕后则通过控制模组204控制进入休眠状态；传感器205，针对待测参数采集数据，并在MCU203的控制下将采集到的数据发送给MCU203，这里传感器205可以是温度、湿度、压力、音频或者其他专用数据计量器如电表、水表、煤气表等，传感器数据可通过约定的串行或并行方式上传至MCU203。
图2为本发明一种具传感器的无源射频识别系统之较佳实施例的结构示意图。更具体地说，控制模组204包括开关控制电路206及检测电路207，开关控制电路206包含第一开关SW1及第二开关SW2，第一开关SW1一端连接于一电源电压VDD_LO，另一端连接于无源标签202的电压端VDD，第二开关SW2一端接地，另一端接于第一开关SW1与电压端VDD连接的一端，检测电路207连接于无源标签202的电压端与MCU203之间，这里的无源标签202为无源RFID芯片。
以下将配合图2进一步说明本发明之工作原理：起始时，MCU203控制开关控制电路205使得电源电压VDD_LO与电压端VDD断开，读写器201对无源标签202操作时，电压端VDD的电压上升，经过检测电路207判决后被送至MCU203；当MCU203检测到无源标签202上电后再下电，则判断授权信息写入完毕，此时MCU203则控制第二开关SW2接地，快速放掉残余电量，之后断开第二开关SW2并接通第一开关SW1，电源电压VDD_LO接至无源标签202的电压端VDD，MCU203按约定的协议通过数据线D0...Dn读取标签202的约定存储区的授权信息，读取到的授权信息被传送至MCU203，MCU203则启动鉴权机制对授权信息进行鉴权，若授权正确则控制传感器205将数据上传至MCU203，否则按规定章程处理，如忽略、报警或锁死，MCU203收到传感器数据后将数据合并其他信息(如时间、地点、鉴权结果等)写入无源标签202的另一约定存储区，MCU203操作完毕后断开SW1，瞬时接通SW2放电后进入休眠状态；此时，读写器201再次启动，读取无源标签202约定存储区存储的传感器数据。
可见，本发明较佳实施例的检测电路207主要是利用无源标签工作时电压端VDD的电压上升的特点兼做工作指示电路，当然特别建立状态指示位也是可行的，本发明不以此为限。
需要说明的是，除此之外，本发明之无源RFID标签还可以当做普通标签对物品包括但不限于物品的相关参数(如无源标签202中写入的传感器数据)进行有效管理。
由于本发明使用无源RFID标签，由传统的轮询方式改为唤醒方式，不存在更换电池的成本和风险，仅在需要开启或关闭安全机构时才用读写器给标签采用无线方式供电，节省了电能；另外，本发明中的RFID还同时起到无线通道对传感器进行控制和查询的作用，与传感器进行了有效的结合。
图3为本发明一种具传感器的无源射频识别系统实现方法的流程示意图。具体步骤为：
步骤401：安全机构通过读写器201的通信口向读写器201下发授权信息，读写器201暂时存储授权信息；
步骤402：当需要读取传感器205的传感器数据时，读写器201通过无线方式按协议将授权信息写入无源标签202的约定存储区，这里的协议可以使UHF协议；
步骤403：当MCU203判断授权信息已写入完毕，则按约定的协议通过有线的方式读取无源标签202约定存储区的授权信息，这里约定的协议可以和读写器201与标签202间的协议一致，也可以不一致，可取决于安全需要；
步骤404：MCU203启动鉴权机制对授权信息进行鉴权，若授权正确则控制传感器205将传感器数据上传至MCU203，否则按规定章程处理，如忽略、报警或锁死；
步骤405：MCU203将收到的传感器数据合并其他信息(如时间、地点、鉴权结果等)写入无源标签202的另一约定存储区，较佳的，此时MCU203断开第一开关SW1，瞬时接通第二开关SW2放电后进入休眠状态以省电；以及
步骤406：读写器201再次启动，读取无源标签202另一约定存储区存储的传感器数据。
更进一步地，在步骤402之前，MCU203控制电源电压VDD_LO与标签202的电压端VDD断开；在步骤403中，MCU203是通过检测无源标签202电压端VDD的电压上升下降状态来判断授权信息写入完毕的，同时，当MCU203判断授权信息已写入完毕时，MCU203则控制电源电压VDD_LO与标签202的电压端VDD接通，以为无源标签202提供电压。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何本领域技术人员均可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰与改变。因此，本发明的权利保护范围，应如权利要求书所列。
Claims (10)
1.一种具传感器的无源射频识别系统，至少包括：
读写器，由安全机构授权，由该安全机构从该读写器的通信口向该读写器下发授权信息暂存，并于需要读取传感器数据时，由该读写器按第一协议将该授权信息发送至一无源标签，同时，该读写器还用于该传感器数据写入该无源标签第二约定存储区后，读取该无源标签第二约定存储区存储的该传感器数据；
无源标签，通过一天线接收该读写器发送的该授权信息，并保存于第一约定存储区；
控制模组，与一电源电压连接，并连接于一MCU与该无源标签的电压端之间以由该MCU通过该控制模组控制该标签电压端的电压，同时，该控制模组还用于检测该无源标签的状态；
MCU，与该无源标签通过若干数据线连接，以于该MCU通过该控制模组判断出该标签的状态为该授权信息写入完毕时，按约定的第二协议读取该无源标签第一约定存储区的授权，并启动鉴权机制对该授权信息进行鉴权，于授权结果正确时，控制传感器将该传感器数据上传至该MCU，并将该传感器数据合并其他信息写入该无源标签的该第二约定存储区；以及
传感器，针对待测参数采集该传感器数据，并在该MCU的控制下将采集到的该传感器数据发送给该MCU。
2.如权利要求1所述的具传感器的无源射频识别系统，其特征在于：该控制模组包括一开关控制电路及一检测电路，该开关控制电路包含第一开关及第二开关，该第一开关一端连接于该电源电压，另一端连接于该无源标签的电压端，该第二开关一端接地，另一端接于该第一开关与该电压端连接的一端；该检测电路连接于该无源标签与该MCU之间以检测该无源标签的状态。
3.如权利要求2所述的具传感器的无源射频识别系统，其特征在于：该检测电路连接于该无源标签的电压端，以通过该无源标签电压端的电压来判断该无源标签的状态。
4.如权利要求3所述的具传感器的无源射频识别系统，其特征在于：当该MCU将该传感器数据写入该第二约定存储区后，控制该控制模组断开该第一开关，瞬时接通该第二开关放电后进入休眠状态。
5.如权利要求1所述的具传感器的无源射频识别系统，其特征在于：该其他信息包括时间、地点、鉴权结果。
6.如权利要求1所述的具传感器的无源射频识别系统，其特征在于：该无源标签作为普通标签对物品包括但不限于该物品的相关参数进行管理。
7.一种具传感器的无源射频识别系统实现方法，包括如下步骤：
安全机构通过读写器的通信口向该读写器下发授权信息，该读写器暂时存储该授权信息；
当需读取传感器数据时，该读写器通过天线按第一协议将该授权信息写入一无源标签的第一约定存储区；
当一MCU判断出该授权信息已写入完毕，则按约定的第二协议通过有线方式读取该无源标签第一约定存储区的授权信息；
该MCU启动鉴权机制对授权信息进行鉴权，若授权正确则控制传感器将传感器数据上传至该MCU，否则按规定章程处理；
该MCU将收到的该传感器数据合并其他信息写入该无源标签的第二约定存储区；以及
该读写器再次启动，读取该无源标签第二约定存储区存储的传感器数据。
8.如权利要求7所述的具传感器的无源射频识别系统实现方法，其特征在于：在该读写器向该无源标签写入授权信息前，该MCU控制电源电压与该无源标签的电压端断开。
9.如权利要求8所述的具传感器的无源射频识别系统实现方法，其特征在于：该MCU是通过检测该无源标签电压端的电压状态来判断授权信息是否写入完毕的。
10.如权利要求9所述的具传感器的无源射频识别系统实现方法，其特征在于：当该MCU判断该无源标签的状态为授权信息写入完毕时，该MCU控制该电源电压与该无源标签的电压端接通，以为该无源标签提供电压。
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| ASS | Succession or assignment of patent right |
Owner name: SHANGHAI ADVANCED RESEARCH INSTITUTE, CHINESE ACAD Free format text: FORMER OWNER: SHANGHAI ZHONGKE INSTITUTE FOR ADVANCED STUDY Effective date: 20131113 |
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| TA01 | Transfer of patent application right |
Effective date of registration: 20131113 Address after: 201210 Shanghai Zhangjiang High Tech Park of Pudong New Area Hartcourt Road No. 99 building room 602 Applicant after: Shanghai Advanced Research Institute, Chinese Academy of Sciences Applicant after: Kunshan Ruishi Microelectronic Co., Ltd. Address before: 201210 Shanghai City, Pudong New Area Shanghai Haike Road No. 99 Building No. 1 room 322 Applicant before: Shanghai Zhongke Institute for Advanced Study Applicant before: Kunshan Ruishi Microelectronic Co., Ltd. |
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