CN102883465A - 无线通讯系统 - Google Patents
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Abstract
无线通讯系统包括多个室外天线单元、Zigbee无线网络、多个电子标签及若干电子读卡器及一数据处理中心；每一室外天线单元的辐射信号覆盖区域为一立体空间区域且将数据信息广播方式传送给电子标签；每一立体空间区域中安设至少一个Zigbee无线节点设备和至少一个电子读卡器，电子读卡器识别进入到该立体空间区域中的电子标签，并读取电子标签中的数据信息；电子读卡器将数据信息上传一Zigbee无线节点设备，并通过Zigbee无线网络将数据信息送达至数据处理中心，数据处理中心接收数据信息以产生控制命令；无线通讯系统采用RFID技术与Zigbee互连技术相结合应用，充分发挥二者的RFID技术检测和Zigbee互连联网特点，从而可应用多个应用场景。
Description
技术领域
本发明涉及一种通讯系统，尤其涉及一种基于RFID技术与Zigbee互连网络相结合的无线通讯系统。
背景技术
射频识别(Radio Frequency Identification，缩写RFID)技术是20世纪90年代开始兴起的一种自动识别技术，射频识别技术是一项利用射频信号通过空间耦合(交变磁场或电磁场)实现无接触信息传递并通过所传递的信息达到识别目的的技术。但是，射频识别技术不能进行远距离通讯，而且只能进行点对点近距离方式进行通讯。
而Zigbee是一种无线通信IEEE 802.15.4协议，根据这个协议规定的技术是一种短距离、低功耗的无线通信技术。由于其低功耗，低成本，近距离，短时延等优点而被广泛的应用。特别是ZigBee可采用星状、片状和网状网络结构，由一个主节点管理若干子节点，最多一个主节点可管理254个子节点；同时主节点还可由上一层网络节点管理，最多可组成65000个节点的大网。
发明内容
基于此，将RFID技术与Zigbee互连技术相结合应用，充分发挥二者的RFID技术检测和Zigbee互连联网特点，因此本发明提供一种基于RFID技术与Zigbee互连网络相结合的无线通讯系统。
一种无线通讯系统包括多个室外天线单元、由多个Zigbee无线节点设备组成的Zigbee无线网络、多个电子标签及若干个电子读卡器及一数据处理中心；所述每一室外天线单元的辐射信号覆盖区域为一立体空间区域且将数据信息广播方式传送给电子标签；在所述一立体空间区域中安设至少一个Zigbee无线节点设备和至少一个电子读卡器，所述电子读卡器基于第一无线通讯频段协议识别进入到该立体空间区域中的电子标签，并读取电子标签中的数据信息；电子读卡器基于第二无线通讯频段协议将所读取的数据信息上传该立体空间区域内一个Zigbee无线节点设备，并通过Zigbee无线网络将所述数据信息送达至数据处理中心，数据处理中心接收所述数据信息以产生控制命令。
进一步地，所述数据信息包括起标识别作用的或者身份识别、地址鉴别的信息。
进一步地，所述电子读卡器包括一USB接口、射频识别读写模块、IC卡读写模块及一第一电磁复合材料天线；USB接口插接于一计算机，电子读卡器响应计算机的控制命令生成读写控制命令并通过第一电磁复合材料天线以电磁波形式向外辐射；第一电磁复合材料天线基于所述射频识别读写模块的读写控制命令辐射或接收第一频段的电磁波信号；所述电磁复合材料天线还基于卡读写模块的读写控制命令辐射或接收第二频段的电磁波信号。
进一步地，所述电子标签包括第二电磁复合材料天线、射频识别模块及IC卡模块；所述射频识别模块基于第二电磁复合材料天线响应第一频段的电磁波信号并将数据回传给电子读卡器；IC卡模块基于第二电磁复合材料天线响应第二频段的电磁波信号并将数据回传给电子读卡器。
进一步地，应第一频段的电磁波信号选用900MHZ或者433MHZ两者任意之一频段；第二频段的电磁波信号为13.56MH。
进一步地，所述室外天线单元包括室外单元和与所述室外单元一体设置的天线单元。
进一步地，所述该天线单元包括馈源、超材料单元及天线壳体；所述天线壳体一侧设有开口，所述超材料单元设置于所述开口处以将馈源S封闭于天线壳体内。
进一步地，所述室外单元包括一电路板，所述电路板上设置有一射频片上系统；所述射频片上系统包括处理模块和射频模块，处理模块通信端口与射频模块的通讯端相连，射频模块的接收与发射端与天线单元相连。
进一步地，所述Zigbee无线节点设备包括处理器、射频处理电路、功率放大器、第三电磁复合材料天线及电源模块；所述Zigbee无线节点设备基于第三电磁复合材料天线接收电子读卡器发射电磁波。
进一步地，所述Zigbee无线节点设备与电子读卡器通讯频段选用900MHZ或者433MHZ两者任意之一频段。
上述无线通讯系统采用RFID技术与Zigbee互连技术相结合应用，充分发挥二者的RFID技术检测和Zigbee互连联网特点，从而可应用多个应用场景，例如安全人员监控、停车场车辆管理、交通道路收费、远程工业控制等应用环境，实现实时监控和管理。
附图说明
图1是本发明无线通讯系统的示意图；
图2为图1所示的电子读卡器与电子标签的模块图；
图3为图1所示的Zigbee无线节点设备的模块图；
图4为图1所示的室外天线单元的模块图；
图5为图4所示室外单元中的射频片上系统模块图；
图6为图4所示室外天线装置的天线单元的截面结构示意图。
具体实施方式
请参考图1，为本发明无线通讯系统的示意图，所述无线通讯系统10包括多个室外天线单元2、由多个Zigbee无线节点设备3组成的Zigbee无线网络22、多个电子标签4及若干个电子读卡器6及一数据处理中心5。所述每一室外天线单元2的辐射信号覆盖区域为一立体空间区域，在所述一立体空间区域中安设至少一个Zigbee无线节点设备3和至少一个电子读卡器6，所述电子读卡器6用于基于第一无线通讯频段协议识别新进入到该立体空间区域中的电子标签4，并读取电子标签4中的数据信息；电子读卡器6基于第二无线通讯频段协议将所读取的数据信息上传该立体空间区域内一个Zigbee无线节点设备3，并通过Zigbee无线网络将所述数据信息送达至数据处理中心5，数据处理中心5接收所述数据信息并进行处理以产生控制命令。
在本实施方式中，所述立体空间区域是指室内或者半封闭区域，在室内或者半封闭区域内设置入口，所述电子读卡器6设置于入口处，以保证电子标签4从入口进入时，电子读卡器6与电子标签4两者之间距离处于有效通讯距离之内。电子读卡器6基于计算机的控制命令来识别电子标签4和读取数据信息。
请参阅图2，所述电子读卡器6包括一USB接口61、射频识别(RFID)读写模块63、IC卡读写模块65及一第一电磁复合材料天线67。USB接口61插接于一计算机，电子读卡器6响应计算机的控制命令生成读写控制命令并通过第一电磁复合材料天线67以电磁波形式向外辐射。第一电磁复合材料天线67基于所述射频识别读写模块22的读写控制命令辐射或接收第一频段的电磁波信号；所述电磁复合材料天线3还基于IC卡读写模块23的读写控制命令辐射或接收第二频段的电磁波信号。
所述电磁复合材料天线是由具有一定图案形状的人造金属导电片镂刻形成。不同图案形状的人造金属导电片使其具有不同的介电常数和不同的磁导率从而具有不同的电磁响应。其中，当该人造金属导电片处于谐振频段时，该人造金属导电片将表现出高度的色散特性，所谓高度的色散特性是指该人造金属导电片的阻抗、容感性、等效的介电常数和磁导率随着频率会发生剧烈的变化。通过上述原理从而可以设计一个电磁复合材料天线同时具有433MHZ和13.56MH两个频段谐振频点，或者900MHZ和13.56MH两个频段谐振频点的双频谐振天线。
在本实施方式中，所述第一频段为900MHZ或433MHZ；所述第二频段为13.56MH。第一电磁复合材料天线67的工作频段为用433MHZ和13.56MH两个频段，或者为900MHZ和13.56MH两个频段。从而通过所述电磁复合材料天线67同时发出433MHZ和13.56MH，或者900MHZ和13.56MH频段的电磁波信号以与读取电子标签4内的数据信息。第一电磁复合材料天线67基于射频识别读写模块63的读写控制命令辐射900MHZ或433MHZ电磁波信号和接收900MHZ或433MHZ电磁波信号。第一电磁复合材料天线67基于IC卡读写模块65的读写控制命令辐射13.56MH电磁波信号并接收13.56MH电磁波信号。
所述电子标签4包括一第二电磁复合材料天线44、射频识别模块42及IC卡模块43。所述射频识别模块42基于第二电磁复合材料天线44在第一频段进行电磁波通讯；IC卡模块43基于第二电磁复合材料天线44在第二频段进行电磁波通讯。也就是说，所述射频识别模块42基于第二电磁复合材料天线44响应第一频段的电磁波信号并将数据回传给电子读卡器6；IC卡模块43基于第二电磁复合材料天线44响应第二频段的电磁波信号并将数据回传给电子读卡器6。射频识别模块42选用900MHZ或者433MHZ两者任意之一频段作为通讯频段。IC卡模块43工作频段为13.56MH。上述第二电磁复合材料天线44也同样基于电磁复合材料天线原理设计的。
电子读卡器6基于计算机的控制命令分别通过900MHZ或433MHZ和13.56MH来识别电子标签4和读取数据信息。
请参阅图3，Zigbee无线网络22由多个Zigbee无线节点设备3组成，包括处理器31、射频处理电路32、功率放大器33、第三电磁复合材料天线35及电源模块34。每个立体空间区域内的Zigbee无线节点设备3通过第三电磁复合材料天线35接收电子读卡器6发射电磁波，其电磁波的频率选用900MHZ或433MHZ两个频段的任意一个。Zigbee无线网络22将各个Zigbee无线节点设备3接收的数据信息传送至数据处理中心5。
室外天线单元2用于将数据信息广播方式传送给电子标签4。在本实施方式中，由于每一立体空间区域对应唯一室外天线单元1，因此室外天线单元1可以通过广播方式将相关数据信息广播传送至电子标签4；所述数据信息包括各种类的起标识别作用的或者身份识别、地址鉴别的信息，可以指个人身份信息或者特定区域内地址信息。
请参阅图4，室外天线单元2包括室外单元9和与所述室外单元9一体设置的天线单元100。在本实施方式中，由于室外单元9和天线单元100体积大小相近，所以采用互相背靠背方式一体设置。在其他实施方式中，当室外单元9的体积远小于天线单元100的体积，则可将室外单元9设置于天线单元100内；或者当室外单元9的体积远大于天线单元100的体积，将天线单元100设置于室外单元9内。
请参阅图5，是室外单元中的射频片上系统模块图。所述室外单元9包括一电路板(图中未示)，所述电路板上设置有一射频片上系统2；所述射频片上系统2包括处理模块21和射频模块22，处理模块21通信端口与射频模块22的通讯端相连，射频模块22的接收与发射端与天线单元100相连，射频模块22接收来自天线单元100的数据输出到处理模块21，处理模块21接收到数据后进行处理；处理模块21数据输出时先将数据传送给射频模块22，由射频模块22输出到天线单元100发射出去。
请参阅图6，为室外天线装置的天线单元的截面结构示意图，该天线单元100包括馈源S、超材料单元8及天线壳体11。所述天线壳体11一侧设有开口20，所述超材料单元8设置于所述开口20处以将馈源S封闭于天线壳体11内。所述馈源S以接收所述射频片上系统2产生的电信号并转变为电磁波信号；所述超材料单元10用于将所述电磁波信号折射汇聚。所述天线壳体11包括一壳体12和一吸波单元13，所述吸波单元13用于吸收电磁波且涂敷于壳体12的内表面。在本实施方式中，壳体12由金属材料制成。
馈源S在其周围空间产生电磁辐射区域，在馈源方向图中，通常都包含有两个或多个瓣，其中辐射强度最大的瓣称为主瓣，其余的瓣称为副瓣或旁瓣。
超材料单元8用于将所述馈源S产生的大部分电磁波折射汇聚。所述被超材料单元8折射汇聚的电磁波包括主瓣方向的电磁辐射波及部分副瓣方向的电磁辐射波。
所述超材料单元8是指一些具有天然材料所不具备的超常物理性质的人工复合结构或复合材料；通过在材料的关键物理尺度上的结构有序设计，可以突破某些表观自然规律的限制，从而获得超出自然界固有的普通性质的超常材料功能；超材料可以对电场或者磁场，或者两者同时进行相应。对电场的响应取决于超材料的介电常数，而对磁场的响应取决于超材料的磁导率。
超材料具有重要的三个特征：
第一、超材料通常是具有新奇人工结构的复合材料；
第二、超材料具有超常的物理性质(往往是自然界的材料中所不具备的)；
第三、超材料性质往往不主要决定于构成材料的本征性质，而决定于其中的人工结构。
超材料由介质基板和设置上基板上的多个微结构组成，可以提供各种普通材料具有和不具有的材料特性。单个孔状微结构大小一般小于1/10个波长，其对外加电场和/或磁场具有电响应和/或磁响应，从而具有表现出等效介电常数和/或等效磁导率，或者等效折射率和波阻抗。所述微结构的等效介电常数和等效磁导率(或等效折射率和波阻抗)由单元几何尺寸参数决定，可人为设计和控制。并且，微结构可以具有人为设计的各向异性的电磁参数。
所述吸波单元13用于将所述馈源产生的剩余部分电磁波吸收并以另一种形式释放。所述剩余部分电磁波指包括后瓣方向的电磁辐射波及剩余部分副瓣方向的电磁辐射波。其中所述后瓣方向是指与主瓣方向完全相反的一个方向。
一般来说，分子和原子都具有一定的吸收能力。当高频电磁波能量对他们辐射时，他们吸收能量，跃迁，回跃，然后以另一种形式释放出来，如热能、光能等形式释放。所述吸波单元11可以由各种吸波涂料制成，其包括但不限于复合陶瓷材料、混凝土等建筑材料、铁氧体、金属超细粉末、金属氧化物磁性超细粉末涂料、陶瓷吸波涂料、纳米吸波涂料、导电高分子吸波涂料及稀土元素吸波涂料等。
通过上述无线通讯系统10，采用RFID技术与Zigbee互连技术相结合应用，充分发挥二者的RFID技术检测和Zigbee互连联网特点，从而可应用多个应用场景，例如安全人员监控、停车场车辆管理、交通道路收费、远程工业控制等应用环境，实现实时监控和管理。
上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。
Claims (10)
1.一种无线通讯系统，其特征在于，所述无线通讯系统包括多个室外天线单元、由多个Zigbee无线节点设备组成的Zigbee无线网络、多个电子标签及若干个电子读卡器及一数据处理中心；所述每一室外天线单元的辐射信号覆盖区域为一立体空间区域且将数据信息广播方式传送给电子标签；在所述一立体空间区域中安设至少一个Zigbee无线节点设备和至少一个电子读卡器，所述电子读卡器基于第一无线通讯频段协议识别进入到该立体空间区域中的电子标签，并读取电子标签中的数据信息；电子读卡器基于第二无线通讯频段协议将所读取的数据信息上传该立体空间区域内一个Zigbee无线节点设备，并通过Zigbee无线网络将所述数据信息送达至数据处理中心，数据处理中心接收所述数据信息以产生控制命令。
2.根据权利要求1所述的无线通讯系统，其特征在于，所述数据信息包括起标识别作用的或者身份识别、地址鉴别的信息。
3.根据权利要求1所述的无线通讯系统，其特征在于，所述电子读卡器包括一USB接口、射频识别读写模块、IC卡读写模块及一第一电磁复合材料天线；USB接口插接于一计算机，电子读卡器响应计算机的控制命令生成读写控制命令并通过第一电磁复合材料天线以电磁波形式向外辐射；第一电磁复合材料天线基于所述射频识别读写模块的读写控制命令辐射或接收第一频段的电磁波信号；所述电磁复合材料天线还基于卡读写模块的读写控制命令辐射或接收第二频段的电磁波信号。
4.根据权利要求3所述的无线通讯系统，其特征在于，所述电子标签包括第二电磁复合材料天线、射频识别模块及IC卡模块；所述射频识别模块基于第二电磁复合材料天线响应第一频段的电磁波信号并将数据回传给电子读卡器；IC卡模块基于第二电磁复合材料天线响应第二频段的电磁波信号并将数据回传给电子读卡器。
5.根据权利要求4所述的无线通讯系统，其特征在于，应第一频段的电磁波信号选用900MHZ或者433MHZ两者任意之一频段；第二频段的电磁波信号为13.56MH。
6.根据权利要求4所述的无线通讯系统，其特征在于，所述室外天线单元包括室外单元和与所述室外单元一体设置的天线单元。
7.根据权利要求6所述的无线通讯系统，其特征在于，所述该天线单元包括馈源、超材料单元及天线壳体；所述天线壳体一侧设有开口，所述超材料单元设置于所述开口处以将馈源S封闭于天线壳体内。
8.根据权利要求6所述的无线通讯系统，其特征在于，所述室外单元包括一电路板，所述电路板上设置有一射频片上系统；所述射频片上系统包括处理模块和射频模块，处理模块通信端口与射频模块的通讯端相连，射频模块的接收与发射端与天线单元相连。
9.根据权利要求6所述的无线通讯系统，其特征在于，所述Zigbee无线节点设备包括处理器、射频处理电路、功率放大器、第三电磁复合材料天线及电源模块；所述Zigbee无线节点设备基于第三电磁复合材料天线接收电子读卡器发射电磁波。
10.根据权利要求6所述的无线通讯系统，其特征在于，所述Zigbee无线节点设备与电子读卡器通讯频段选用900MHZ或者433MHZ两者任意之一频段。
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