CN103164730A

CN103164730A - 双频射频电子标签

Info

Publication number: CN103164730A
Application number: CN2011104083457A
Authority: CN
Inventors: 白春雨; 回刚
Original assignee: SUZHOU MULAN ELE&TEC CO Ltd
Current assignee: SUZHOU MULAN ELE&TEC CO Ltd
Priority date: 2011-12-09
Filing date: 2011-12-09
Publication date: 2013-06-19

Abstract

本发明公开一种双频射频电子标签，包括：低频天线，用于接收来自激活源的低频信号；低频电路；高频电路；高频天线，用于将编码信号通过高频载波发射到空间中；存储有电子标签ID号的所述微控制器，此微控制器被编程为：步骤一、读取所述低频信息信号并根据其强度生成强度标识信号，步骤二、分析并提取所述低频信息信号并根据其产生信号源编码，步骤三、在一时间间隔内启动定时器中断，在中断状态下，依次执行：开启所述高频电路、关闭所述高频电路和开启低频电路，步骤四、当持续时间达到所述时间间隔，则退出所述定时器中断。本发明可测量双频射频电子标签与读卡器之间距离，实现准确定位、识别距离可调、解决多个读卡器同时读到同一个电子标签的困扰。

Description

双频射频电子标签

技术领域

本发明涉及无线射频识别领域，尤其涉及一种双频射频电子标签。

背景技术

近年来，物联网是人们普遍关注的一项新技术，射频识别技术作为物联网的一个关键技术得到了迅速的发展。小区、矿区、公路等复杂环境的管理一直受到国家有关部门的高度重视，但是由于管理疏忽而导致的纷争甚至事故还是屡有发生，造成很多个人和国家的利益的不必要损失。如何加强管理措施，如何准确、实时、快速的掌握居民小区内非本小区人员状态、矿区人员分布及流动情况、公路收费效率以及突发事故救援的高效运作是国家有关部门迫切需要解决的问题。改变落后的管理模式，实现管理的现代化、信息化是从根本上解决这些问题的重要途径。

目前，在实际中使用的电子标签都是单频段的，电子标签发射距离通常在50米左右，信号范围较大，容易被多个读卡器同时读到，并且多个读卡器读到时也不能准确区分具体是在哪个读卡器的位置，因此也就不能准确定位，给管理带来很多不便。同时，也正由于现有电子标签为单频段模式，它们必须不停地向外发送自己的ID号，或者是不停地切换工作模式（发送模式和接收模式）来接收读卡器发来的信息，这样一来，电子标签的功耗就会很高，电池使用寿命就会很短，导致标签的寿命也十分有限。

发明内容

本发明提供一种双频射频电子标签，此双频射频电子标签可测量双频射频电子标签与读卡器之间距离，实现准确定位、识别距离可调、解决多个读卡器同时读到同一个电子标签的困扰，并降低了功耗，延长了电池的使用寿命，能长期无故障运作。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种双频射频电子标签，包括：

低频天线，用于接收来自激活源的低频信号，并生成含有信号源编码的感应信号；

低频电路，根据来自低频天线的感应信号生成低频信息信号；

高频电路，用于将来自微控制器的强度标识信号、信号源编码和电子标签ID号调制成编码信号；

高频天线，用于将编码信号通过高频载波发射到空间中；

存储有电子标签ID号的所述微控制器，根据所述低频信息信号来实现休眠和启动状态的切换，此微控制器被编程为：

步骤一、读取所述低频信息信号并根据其强度生成强度标识信号，

步骤二、分析并提取所述低频信息信号并根据其产生信号源编码，

步骤三、在一时间间隔内启动定时器中断，在中断状态下，依次执行：开启所述高频电路、关闭所述高频电路和开启低频电路，

步骤四、当持续时间达到所述时间间隔，则退出所述定时器中断。

上述技术方案中的有关内容解释如下：

1、上述方案中，还包括：锂电池，用于提供电源；

位于所述锂电池和微控制器之间的电压检测单元，将来自电源的电压与阈值电压比较判读所述锂电池的电量大小。

2、上述方案中，还包括：指示灯，连接到所述微控制器，用于指示双频标签的工作状态。

3、上述方案中，所述低频信号的频率为125KHz。

4、上述方案中，所述高频载波的频率为2.45GHz。

本发明工作原理是：双频标签电路板经安装电池、封装、测试出厂后，在正常情况下是处于深度睡眠状态的，功耗极低，整体功耗约在3uA。仅在携带有双频电子标签（简称双频标签）的人员或物体进入低频信号源的覆盖范围（0.5-7m）时，双频标签的低频信号侦测芯片才会侦测到此信号，并立即将休眠状态的MCU唤醒，使其进入工作状态。然后再把低频信号源的编号、低频信号强度、双频标签的电池电量信息、双频标签的ID号（和其他信息）按照规定的格式以高频的形式发送到距离较远的读卡器或双频读卡器。依此可以看出该双频标签具有如下特点：近距离唤醒，远距离通讯，且唤醒源可知，唤醒距离可知。避免了由于读卡器的读卡距离较远而相互影响的问题。读卡器接收到高频无线信号后，会按照所定的格式解析获取的数据，并将这些数据分别暂存在读写器中和按照固定的协议以有线（RS485/RS232/以太网/光线等）或无线（GPRS/CDMA/WIFI/3G等）的方式将这些信息上传至管理调度中心。远程管理调度中心接收到数据后，就可以据此做出相应的判断，并做进一步的管理调度等工作。

由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：

1、由于本发明在主控电路中采用了低频段射频电路，工作频率为125KHz，低频唤醒信号源的实现比较容易，电路简单，成本低廉，便于推广应用。

2、由于本发明在主控电路中采用了高频段的射频电路，工作频率为2.45GHz，通讯距离远，正常情况下为0-50米，拓展了其应用领域。

3、由于本发明的控制器采用16位超低功耗单片机MSP430F2132，其功耗低，功能强，处理速度快，资源丰富，可以简化标签系统的硬件设计，从而降低设计成本。

4、由于本发明将低频与高频电路恰到好处的融合在一个标签系统中，使得功耗更低，唤醒距离可以准确控制在0.5-7米范围内，而数据通讯距离不受影响。

5、由于本发明采用软包锂电池，电量更多，体积更小，使用寿命更长，携带更方便，用户更易接受使用。

6、由于本发明应用软件编程采用独特的方式，使得使用极为简单，用户只用携带即可，进入唤醒区域时，系统将会自动处理相关信息。

附图说明

附图1为本发明硬件系统结构示意图；

附图2为本发明主程序流程图；

附图3为本发明外部唤醒中断服务子程序流程图；

附图4为本发明定时器1中断（高频数据发送）服务子程序流程图；

附图5为本发明定时器2中断（定时配置）服务子程序流程图。

以上附图中：1、低频天线；2、低频电路；3、微控制器；4、高频电路；5、高频天线；6、锂电池；7、电压检测单元；8、指示灯。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述：

实施例：一种双频射频电子标签，包括：

低频天线1，用于接收来自激活源的低频信号，并生成含有信号源编码的感应信号，所述低频天线可以是一维天线，也可以是3D天线，一维天线可以实现定向效果，减少其他方向的信号干扰，3D天线不受方向限制，使用更方便；

低频电路2，根据来自低频天线1的感应信号生成低频信息信号；

高频电路4，用于将来自微控制器3的强度标识信号、信号源编码和电子标签ID号调制成编码信号；

高频天线5，用于将编码信号通过高频载波发射到空间中，高频天线可以做在电路板上，与外置天线相比，缩小了该标签的体积，使标签更小巧，更容易携带；

存储有电子标签ID号的所述微控制器3，根据所述低频信息信号来实现休眠和启动状态的切换，此微控制器3被编程为：

步骤三、在一时间间隔内启动定时器中断，在中断状态下，依次执行：开启所述高频电路4、关闭所述高频电路4和开启低频电路2，

步骤四、当持续时间达到所述时间间隔，则退出所述定时器中断；

锂电池6，用于提供电源，此锂电池6为软包锂电池，锂电池的能量密度高，软包形式的锂电池体积小，适合在电子标签中使用；

位于所述锂电池6和微控制器3之间的电压检测单元7，将来自电源的电压与阈值电压比较判读所述锂电池6的电量大小，此电池电量检测方法为电阻分压检测，利用单片机内部自带的AD转换器，可以准确的确定电池的电压，与外置AD转换器相比，降低了标签的功耗，同时又降低了标签的成本，有利于推广使用；

指示灯8，连接到所述微控制器3，用于指示电子标签的工作状态，指示灯8为发光二极管，指示双频标签休眠（指示灯灭）和工作（指示灯闪烁）两种状态。

上述低频信号的频率为125KHz。

上述高频载波的频率为2.45GHz。

所述高频天线是放置在电路板上，通讯时的数据包括低频信号源的编号、低频信号强度、自身的ID号、电池电量信息。所述低频天线可以一维天线，也可以是3D天线，一维天线具有定向效果，3D天线不受方向限制。所述信号指示灯为发光二极管。所述系统供电电池形式为软包锂电池。所述电池电量检测方法为电阻分压检测。

所述微控制器3嵌入了一个用于分析低频信号源的编号及其信号强度的软件算法和一组用于降低功耗的软件算法。图2、3、4、5是该软件算法的流程图。

低频信号分析算法解释：低频信号源发射的信号以帧为单位，每一帧数据包括帧头、数据起始标志、数据、数据结束标志、数据校验。双频标签在接收到低频信号源发射的帧头信息时，便开始启动AD转换，计算得出帧头部分转换结果的平均值，并将其作为信号强度值，然后继续接收低频信号，继续转换，并以所得的信号强度值来确定之后所得数据。当一帧数据接收完毕后，再对该帧数据进行分析，合法则用，非法则丢弃。之后低频部分继续进入功耗极低的信号侦听模式。

根据低频信号强度值就可以准确的判断该双频标签与低频信号源之间的距离，从而可以准确的控制低频部分的通讯距离在0.5-7米之间，间接的也相当于控制了高频部分的通讯距离。

采用上述双频射频电子标签时，利用无线电射频信号的特性，125KHz低频信号在空气中的传播速率可以达到4Kbps，2.45GHz高频信号在空气中的传播速度可以达到2Mbps。系统工作时所需的电流约为13mA，而待机时所需要的电流仅为3uA，因此我们将两个频段的无线电的通讯速率均设置为最高4Kbps和2Mbps。那么相同的通讯数据量所使用的时间就最短，系统待机的时间就最长，所消耗的能量就最少，电池的使用寿命就更长；其次，可以实现近距离触发唤醒，远距离数据通讯的功能，一方面达到了精确定位的目的，另一方面由于该电子标签绝大多数时间处于深度休眠状态，功耗极低，可以使单节锂电池的电量可以供其使用更长时间，延长标签的使用寿命。

上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种双频射频电子标签，其特征在于：包括：

低频天线（1），用于接收来自激活源的低频信号，并生成含有信号源编码的感应信号；

低频电路（2），根据来自低频天线（1）的感应信号生成低频信息信号；

高频电路（4），用于将来自微控制器（3）的强度标识信号、信号源编码和电子标签ID号调制成编码信号；

高频天线（5），用于将编码信号通过高频载波发射到空间中；

存储有电子标签ID号的所述微控制器（3），根据所述低频信息信号来实现休眠和启动状态的切换，此微控制器（3）被编程为：

步骤三、在一时间间隔内启动定时器中断，在中断状态下，依次执行：开启所述高频电路（4）、关闭所述高频电路（4）和开启低频电路（2），

2.根据权利要求1所述的电子标签，其特征在于：还包括：

锂电池（6），用于提供电源；

位于所述锂电池（6）和微控制器（3）之间的电压检测单元（7），将来自电源的电压与阈值电压比较判读所述锂电池（6）的电量大小。

3.根据权利要求1所述的电子标签，其特征在于：还包括：

指示灯（8），连接到所述微控制器（3），用于指示电子标签的工作状态。

4.根据权利要求1所述的电子标签，其特征在于：所述低频信号的频率为125KHz。

5.根据权利要求1所述的电子标签，其特征在于：所述高频载波的频率为2.45GHz。