CN103679097A - 一种微功耗射频卡泛在侦测系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种微功耗射频卡泛在侦测系统，当有射频卡进入射频信号所覆盖探测区域时，通过振幅信号采样电路采集谐振电路振幅变化量，并通过A/D转换电路将其转换为数据量传输至MCU单元，即可侦测到是否有射频卡进入，本发明不需要等待射频卡充电唤醒进行通信的时候才确认有射频卡进入探测区域，大幅地缩短了每次侦测的时间、系统不需要长时间高功耗地工作，从而大幅降低了系统的能量损耗，实现微功耗侦测。

Description

一种微功耗射频卡泛在侦测系统

技术领域

本发明涉及射频卡识别系统，特别涉及一种微功耗射频卡泛在侦测系统。

背景技术

在电池供电的射频卡识别系统中，如何以最低功耗有效侦测射频卡的存在，一直以来为业界难题。到传统探测射频卡方式都是由基站提供足够时间的电磁波能量，卡片进入探测区域后，先吸收电磁波能量给卡片内部充电到一定程度，唤醒卡片后才能够开始与基站通讯，这时基站也才能够读取卡片信息，从而探测到卡片存在，然而，即使在无卡片进入的情况下，基站仍然需要发送足够强度和时间的电磁波能量，即使卡片进入探测区域后也需要等待一定的充电时间才能让基站探测到卡片的存在，整个基站的工作时间长，功耗自然就高。

发明内容

为解决上述问题，本发明的目的在于提供一种大幅缩短了射频卡的每次探测时间、大幅降低了基站的能量损耗，实现微功耗探测的一种微功耗射频卡泛在侦测系统。

本发明解决其问题所采用的技术方案是：

一种微功耗射频卡泛在侦测系统，包括MCU单元、射频通信电路和供电电路，其中所述射频通信电路包括谐振电路和射频天线，还包括A/D转换电路和用于采集谐振电路振幅变化量的振幅信号采样电路，所述MCU单元、谐振电路和射频天线依次连接，所述振幅信号采样电路的输入端与谐振电路连接，输出端通过A/D转换电路连接至MCU单元，射频通信电路通过射频天线发送射频信号，当有射频卡进入射频信号的覆盖范围时，谐振电路的振幅发生变化，并通过振幅信号采样电路、A/D转换电路将振幅采样量化转换为数据量传输至MCU单元，实现射频卡的侦测。

进一步，还包括方波发生器，所述MCU单元通过方波发生器与射频通信电路连接。

进一步，还包括唤醒定时器，所述唤醒定时器与MCU单元连接。

进一步，所述振幅信号采样电路由二极管D1、电阻R1、R2、电容C1、C2组成，所述二极管D1的阳极与谐振电路连接，所述电阻R2的一端与二极管D1的阴极连接，另一端连接至A/D转换电路，电阻R2和二极管D1的阴极之间通过电容C2连接地线，所述电阻R2与A/D转换电路之间通过由电容C1和电阻R1并联组成的支路连接至地线。

进一步，还包括一谐振电容C3，所述射频天线与谐振电容C3组成所述的谐振电路。

进一步，所述谐振电路还包括电阻R3，所述MCU单元的输出端依次通过电阻R3、射频天线和谐振电容C3连接地线，所述振幅信号采样电路的输入端连接在射频天线和谐振电容C3之间。

进一步，所述射频通信电路还包括高频读卡芯片，所述MCU单元的输出端与高频读卡芯片的输入端连接，所述高频读卡芯片通过谐振电路与射频天线连接。

进一步，所述谐振电路由电感L1、L2，电容C4、C5、C6、C7、C8、C9组成，所述高频读卡芯片的第一输出接口依次通过电感L1、电容C5与射频天线的一端连接，所述高频读卡芯片的第二输出接口依次通过电感L2、电容C8与射频天线的另一端连接，所述电容C5的两端分别通过电容C4和电容C6连接地线，所述电容C8的两端分别通过电容C7和电容C9连接地线，所述射频天线的中部接点连接地线，所述振幅信号采样电路的输入端连接在电容C5、射频天线之间或电容C8、射频天线之间。

进一步，所述供电电路包括供电模块、电解电容E1和电容C10，所述供电模块的输入端连接至电源输入端，接地端连接地线，所述供电模块的输出端分别对地并联连接有电解电容E1和电容C10，所述供电模块的输出端为供电电路的输出端。

本发明的有益效果是：本发明采用的一种微功耗射频卡泛在侦测系统，当有射频卡进入射频信号所覆盖探测区域时，由于射频卡内部封装有闭环线圈，部分能量被射频卡吸收，原有的平衡被打破，这种平衡反映在共振电路的振幅上，通过振幅信号采样电路采集谐振电路振幅变化量，并通过A/D转换电路将其转换为数据量传输至MCU单元，即可侦测到是否有射频卡进入，本发明不需要等待射频卡充电唤醒进行通信的时候才确认有射频卡进入探测区域，大幅地缩短了每次侦测的时间、系统不需要长时间高功耗地工作，从而大幅降低了系统的能量损耗，实现微功耗侦测。

附图说明

下面结合附图和实例对本发明作进一步说明。

图1是本发明的系统原理框图；

图2是本发明第一实施例的电路原理图；

图3是本发明第二实施例的电路原理图；

图4是本发明供电电路的电路原理图；

图5是本发明的工作流程图。

具体实施方式

参照图1，本发明的一种微功耗射频卡泛在侦测系统，包括MCU单元1、射频通信电路2和供电电路3，其中所述射频通信电路2包括谐振电路21和射频天线ANT，还包括A/D转换电路5和用于采集谐振电路21振幅变化量的振幅信号采样电路4，所述MCU单元1、谐振电路21和射频天线ANT依次连接，所述振幅信号采样电路4的输入端与谐振电路21连接，输出端通过A/D转换电路5连接至MCU单元1，射频通信电路2通过射频天线ANT发送射频信号，当有射频卡进入射频信号的覆盖范围时，谐振电路21的振幅发生变化，并通过振幅信号采样电路4、A/D转换电路5将振幅采样量化转换为数据量传输至MCU单元1，实现射频卡的侦测。

当有射频卡进入射频信号所覆盖探测区域时，由于射频卡内部封装有闭环线圈，部分能量被射频卡吸收，原有的平衡被打破，这种平衡反映在共振电路的振幅上，射频卡离天线越近，变化就越大，通过振幅信号采样电路4采集谐振电路21的振幅变化量，并通过A/D转换电路5将其转换为数据量传输至MCU单元1，即可侦测到是否有射频卡进入，本发明不需要等待射频卡充电唤醒进行通信的时候才确认有射频卡进入探测区域，大幅地缩短了每次侦测的时间、一般可缩短至传统探测时间的千分之一以下，本发明在侦测时只需发送低功耗的电磁波或间歇发送电磁波，当侦测到有射频卡进入探测区域时才发送正常功率的电磁波能量使射频卡充电唤醒读取卡内的数据，系统不需要长时间高功耗地工作，从而大幅降低了系统的能量损耗，实现微功耗侦测。

具体地，为了产生用于驱动射频通信电路2工作的方波，还包括方波发生器6，所述MCU单元1通过方波发生器6与射频通信电路2连接。方波发生器6发射的方波频率一般根据所要探测射频卡的频率来设定，同时让谐振电路21也振动在同一频率上，这样有利于共振、提高灵敏度。

进一步，当没有侦测到射频卡进入探测区域时，系统将进入休眠状态，MCU单元1采用间隙式唤醒方式工作，以进一步降低功耗，为了定时唤醒MCU单元1工作，还包括唤醒定时器7，所述唤醒定时器7与MCU单元1连接，可依据需要设定唤醒频率，一般设置为3至5次，从而大幅降低整体的功耗，所述唤醒定时器7定时唤醒MCU单元1工作，当MCU单元1唤醒后，通过方波发生器6发送若干方波信号至谐振电路21，当没有侦测到射频卡进入射频信号的覆盖范围时，MCU单元1进入休眠状态，等待下一次唤醒。

参照图1、图2所示，为本发明的第一种实施方式，为125KHZ射频卡侦测系统，在本实施例中，所述的MCU单元1、方波发生器6、A/D转换电路5、唤醒定时器7均集成于单片机中，所述谐振电路21由电阻R3、射频天线ANT、谐振电容C3组成，谐振于125KHZ，所述单片机的方波信号输出端依次通过电阻R3、射频天线ANT和谐振电容C3连接地线，所述振幅信号采样电路4的输入端连接在射频天线ANT和谐振电容C3之间，其中所述的射频天线ANT一方面作为谐振电路21的电感、一方面用于探测射频卡，从而简化电路、降低生产成本，单片机中集成有方波发生器6，能提供射频通信电路2所需要的方波。

所述振幅信号采样电路4由二极管D1、电阻R1、R2、电容C1、C2组成，所述二极管D1的阳极与谐振电路21连接，所述电阻R2的一端与二极管D1的阴极连接，另一端连接至单片机的A/D转换电路5接口，电阻R2和二极管D1的阴极之间通过电容C2连接地线，所述电阻R2与A/D转换电路5之间通过由电容C1和电阻R1并联组成的支路连接至地线。振幅信号采样电路4用于提取振荡电压幅度，并利用单片机集成的A/D转换电路5对取样电压进行量化，为后续的操作提供数字依据。

所述供电电路3包括供电模块P1、电解电容E1和电容C10，所述供电模块P1的输入端连接至电源输入端，接地端连接地线，所述供电模块P1的输出端分别对地并联连接有电解电容E1和电容C10，所述供电模块P1的输出端为供电电路3的输出端，为系统提供供电。

参照图1、图3所示，为本发明的第二种实施方式，为13.56MHZ射频卡侦测系统，与第一种实施方式不同的地方在于，本实施例中的射频通信电路2采用了高频读卡芯片22，以提高侦测信号的频率，所述MCU单元1的输出端与高频读卡芯片22的输入端连接，所述高频读卡芯片22通过谐振电路21与射频天线ANT连接。

其中，所述谐振电路21由电感L1、L2，电容C4、C5、C6、C7、C8、C9组成，所述高频读卡芯片22的第一输出接口TX1依次通过电感L1、电容C5与射频天线ANT的一端连接，所述高频读卡芯片22的第二输出接口TX2依次通过电感L2、电容C8与射频天线ANT的另一端连接，所述电容C5的两端分别通过电容C4和电容C6连接地线，所述电容C8的两端分别通过电容C7和电容C9连接地线，所述射频天线ANT的中部接点连接地线，所述振幅信号采样电路4的输入端连接在电容C5、射频天线ANT之间或电容C8、射频天线ANT之间。本实施例中并没有采用方波驱动谐振电路21，而是通过驱动高频读卡芯片22和谐振电路21产生若干个周期的振荡信号进行射频卡的侦测。

参照图5所示，本发明的微功耗射频卡侦测通信系统的具体识别过程如下：

步骤1，初始化A/D转换电路5和方波发生器6；

步骤2，通过方波发生器6发送N个周期方波；

步骤3，通过振幅信号采样电路4采集谐振电路21的振幅变化量；

步骤4，启动A/D转换电路5进行振幅变化量的数据采集；

步骤5，获取上次数据采集结果；

步骤6，保存本次数据采集结果；

步骤7，计算两次采样的变化量；

步骤8，判断变化量是否超出阀值，是，则进行步骤9，否，则进行步骤10；

步骤9，读取射频卡并处理射频卡信息后，进行步骤10；

步骤10，系统进行休眠设置；

步骤11，掉电休眠，等待下一次唤醒。

以上所述，只是本发明的较佳实施例而已，本发明并不局限于上述实施方式，也不限于探测射频卡，也适合于探测电子标签及任何带闭环线圈系统产品的探测，只要其以相同的手段达到本发明的技术效果，都应属于本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种微功耗射频卡泛在侦测系统，其特征在于：包括MCU单元、射频通信电路和供电电路，其中所述射频通信电路包括谐振电路和射频天线，还包括A/D转换电路和用于采集谐振电路振幅变化量的振幅信号采样电路，所述MCU单元、谐振电路和射频天线依次连接，所述振幅信号采样电路的输入端与谐振电路连接，输出端通过A/D转换电路连接至MCU单元，射频通信电路通过射频天线发送射频信号，当有射频卡进入射频信号的覆盖范围时，谐振电路的振幅发生变化，并通过振幅信号采样电路、A/D转换电路将振幅采样量化转换为数据量传输至MCU单元，实现射频卡的侦测。

2.根据权利要求1所述的一种微功耗射频卡泛在侦测系统，其特征在于：还包括方波发生器，所述MCU单元通过方波发生器与射频通信电路连接。

3.根据权利要求1所述的一种微功耗射频卡泛在侦测系统，其特征在于：还包括唤醒定时器，所述唤醒定时器与MCU单元连接。

4.根据权利要求1任一所述的一种微功耗射频卡泛在侦测系统，其特征在于：所述振幅信号采样电路由二极管D1、电阻R1、R2、电容C1、C2组成，所述二极管D1的阳极与谐振电路连接，所述电阻R2的一端与二极管D1的阴极连接，另一端连接至A/D转换电路，电阻R2和二极管D1的阴极之间通过电容C2连接地线，所述电阻R2与A/D转换电路之间通过由电容C1和电阻R1并联组成的支路连接至地线。

5.根据权利要求1或4所述的一种微功耗射频卡泛在侦测系统，其特征在于：还包括一谐振电容C3，所述射频天线与谐振电容C3组成所述的谐振电路。

6.根据权利要求5任一所述的一种微功耗射频卡泛在侦测系统，其特征在于：所述谐振电路还包括电阻R3，所述MCU单元的输出端依次通过电阻R3、射频天线和谐振电容C3连接地线，所述振幅信号采样电路的输入端连接在射频天线和谐振电容C3之间。

7.根据权利要求1或4所述的一种微功耗射频卡泛在侦测系统，其特征在于：所述射频通信电路还包括高频读卡芯片，所述MCU单元的输出端与高频读卡芯片的输入端连接，所述高频读卡芯片通过谐振电路与射频天线连接。

8.根据权利要求7所述的一种微功耗射频卡泛在侦测系统，其特征在于：所述谐振电路由电感L1、L2，电容C4、C5、C6、C7、C8、C9组成，所述高频读卡芯片的第一输出接口依次通过电感L1、电容C5与射频天线的一端连接，所述高频读卡芯片的第二输出接口依次通过电感L2、电容C8与射频天线的另一端连接，所述电容C5的两端分别通过电容C4和电容C6连接地线，所述电容C8的两端分别通过电容C7和电容C9连接地线，所述射频天线的中部接点连接地线，所述振幅信号采样电路的输入端连接在电容C5、射频天线之间或电容C8、射频天线之间。

9.根据权利要求1任一所述的一种微功耗射频卡泛在侦测系统，其特征在于：所述供电电路包括供电模块、电解电容E1和电容C10，所述供电模块的输入端连接至电源输入端，接地端连接地线，所述供电模块的输出端分别对地并联连接有电解电容E1和电容C10，所述供电模块的输出端为供电电路的输出端。

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