CN103824108A - 一种高效低功耗的电子标签及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高效低功耗的电子标签，包括MCU控制单元以及分别与MCU控制单元连接的电源、低频信号收发模块、高频信号收发模块，低频信号收发模块连接有低频天线，高频信号收发模块连接有高频天线。还公开了一种高效低功耗的电子标签系统。本发明通过采用将一个低频信号收发模块和一个高频信号收发模块相结合的电子标签，低频信号收发模块具有唤醒功能，高频信号收发模块具有远距离通信功能，两者结合不仅具有远距离通信功能，而且功耗低，更节省资源。

Description

一种高效低功耗的电子标签及系统

技术领域

本发明涉及一种电子标签，特别是一种高效低功耗的电子标签及系统。

背景技术

RFID技术的出现使得包括电子信息产业在内的国民经济各行业在生产过程管理、物流管理、云跟踪、物料运输和分销零售等多个领域的效果大大提高，与目前广泛应用的条形码技术相比，电子标签除了可以省去人工操作，还具防水、防磁、耐高温、使用寿命长、读取距离远等优势；另外，由于电子标签上的数据可以加密，存储数据容量大，而存储信息可以更改，因为它比条形码的应用范围更广泛，使用起来也更方便。

现在我们众所周知的物流公司使用的电子标签主要是13.56MHZ、915MHZ、2.4GHZ等频段，是可以达到标记包裹的目地，但是效果不理想，在功耗上面消耗较大，并且，当路况出现异常，如堵车、下雪等恶劣天气的情况下导致包裹迟迟未达基站，则包裹就无法将信息实时传输到后台服务器，导致实时性缺失。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于：提供一种高效低功耗的电子标签及系统，不仅具有远距离通信功能，而且功耗低，更节省资源。

为解决上述技术问题，本发明提出了一种高效低功耗的电子标签，包括MCU控制单元以及分别与所述MCU控制单元连接的电源、低频信号收发模块、高频信号收发模块，所述低频信号收发模块连接有低频天线，所述高频信号收发模块连接有高频天线。

进一步地，所述低频信号收发模块为125KHZ低频信号收发模块。

进一步地，所述高频信号收发模块为433MHZ高频信号收发模块。

进一步地，还包括与MCU控制单元连接的GPRS通信模块、GPS模块以及定时器。

为解决上述技术问题，本发明还提出了一种高效低功耗的电子标签系统，包括上述的高效低功耗的电子标签，还包括固定式基站、便携式基站、远端服务器，所述固定式基站和便携式基站均设有用于与低频信号收发模块进行无线通信的低频信号无线模块以及用于与高频信号收发模块进行无线通信的高频信号无线模块，所述远端服务器用于与GPRS通信模块进行无线通信；所述固定式基站设有上位机。

上述技术方案至少具有如下有益效果：相对现有技术，本发明通过采用将一个低频信号收发模块和一个高频信号收发模块相结合的电子标签，低频信号收发模块具有唤醒功能，高频信号收发模块具有远距离通信功能，两者结合不仅具有远距离通信功能，而且功耗低，更节省资源。

附图说明

图1是本发明高效低功耗的电子标签的结构框图。

图2是本发明高效低功耗的电子标签系统的结构原理图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面结合附图对本发明做进一步描述。

实施例一

如图1所示，本发明实施例的高效低功耗的电子标签包括MCU控制单元1以及分别与所述MCU控制单元1连接的电源2、低频信号收发模块3、高频信号收发模块4，低频信号收发模块3连接有低频天线31，高频信号收发模块4连接有高频天线41。

MCU控制单元1主要负责调度对应的通信接口，完成电子标签的通信功能，并且实现功耗管理，达到低功耗的目的；电源2采用锂电池作为电子标签的能源供应，其内部设有专业的锂电池充放电电路、DC-DC切换电路、短路保护电路、过流过载保护电路；低频信号收发模块3为125KHZ低频信号收发模块，具备3通道监听、可调节通信距离并且能识别通信源的距离、实现125KHZ频率载波发送及监听接收功能，低频天线31可以实现将125KHZ频率载波发送到空中及接收125KHZ频率信号，因此，低频信号收发模块3主要功能是实现与激活源之间的低频信号交互并且作身份识别，一旦身份识别成功，则唤醒MCU控制单元1，具有可控距离通信，防止标签误激活以及低功耗等优点；高频信号收发模块4为433MHZ高频信号收发模块，具备远距离、高速率通信、实现433MHZ高频信号编码发送及接收的功能，高频天线41将433MHZ高频信号通过载波发送到空中并传递到激活源处，接收激活源处发送的433MHZ高频载波，因此，高频信号收发模块4主要实现与激活源之间的高频通信，具有通信距离远、传输速率高、穿透能力强等优点。

工作时，GPRS超远距离通信、GPS获取实时地理信息、MCU控制单元协调各个模块的工作，首先，MCU控制单元1初始化125KHZ低频信号收发模块，设置为3通道监控低频信号，然后MCU控制单元1进入休眠状态，等待收到激活源的低频信号；当MCU控制单元1收到了激活源的低频125KHZ信号，MCU控制单元1则判断低频125KHZ信号的身份识别码，判断是否为合法的激活信号，如果低频信号合法，则激活电子标签，如果不合法，则继续休眠等待下一次低频信号；当电子标签被激活后，则MCU控制单元1关闭低频信号收发模块3，启动高频信号收发模块4，并且将标签的本地信息通过433MHZ高频载波传递给激活源；当电子标签的信息已经上报完毕后，则关闭高频信号收发模块4、开启低频信号收发模块3，然后MCU控制单元1进入休眠状态，等待下一次的低频唤醒或定时器7唤醒。

本发明将433MHZ频段和125KHZ频段结合起来，用低频段的电子标签来唤醒高频段的收发器来工作，比一般的单频段的电子标签通信能力更强；用低频段来唤醒高频段的收发器来工作，在不工作的时候，433MHZ频段是出于休眠状态，做同样的工作，要比传统的电子标签功耗要低；用低频段唤醒器来唤醒高频段收发器来工作，由于125KHZ频段主要起着唤醒的作用，功耗比较低，它的通信距离要比传统的电子标签更远。

实施例二

本实施例与实施例一的不同之处在于，还包括与MCU控制单元1连接的GPRS通信模块5、GPS模块6以及定时器7。GPRS通信模块5具有超远距离通信功能，通信渠道采用与手机频率相同的GPRS方式，只要有信号基站的地方，就可以通信，GPRS通信模块5主要实现标签在长时间内没有遇到激活源的情况下，通过GPRS方式将标签信息传递给远端后台服务器的功能，具有超远通信距离、并且解决了标签过长时间没有遇到激活源无法实时上传本地信息的困扰，可以让标签实时传输信息无需等待激活源；GPS模块6主要功能是获取当地的经度纬度等地理信息，实现了标签地理位置监控功能。

工作时，MCU控制单元1初始化低频信号收发模块，设置为3通道监控低频信号，并且启动定时器7，然后MCU控制单元1进入休眠状态，等待收到激活源的低频信号或者是定时器7溢出信号；当MCU控制单元1收到了激活源的低频125KHZ信号，MCU控制单元1则判断低频125KHZ信号的身份识别码，判断是否为合法的激活信号，如果低频信号合法，则激活电子标签，如果不合法，则继续休眠等待下一次低频信号；当电子标签被激活后，则MCU控制单元1关闭低频信号收发模块3，关闭定时器7、启动高频信号收发模块4，并且将标签的本地信息通过433MHZ高频载波传递给激活源；当电子标签的信息已经上报完毕后，则关闭高频信号收发模块4、开启低频信号收发模块3、重新设置并启动定时器7，然后MCU控制单元1进入休眠状态，等待下一次的低频唤醒或定时器7唤醒；当电子标签在长时间内没有遇到激活源，定时器7计时已到，则定时器7唤醒MCU控制单元1；当MCU控制单元1被定时器7唤醒后，则关闭低频信号收发模块3，启动GPRS通信模块5和GPS模块6，获取电子标签当时的地理信息经度纬度、然后通过GPRS通信模块5将对应的标签信息及地理信息传递到远程后台服务器；最后，关闭GPRS通信模块5和GPS模块6、并且开启低频信号收发模块3、重新设置并启动定时器7，然后MCU控制单元1进入休眠状态，等待下一次低频唤醒或定时器7唤醒。

实施例三

如图2所示，本发明实施例的高效低功耗的电子标签系统，包括上述的高效低功耗的电子标签，还包括固定式基站8、便携式基站9、远端服务器10，所述固定式基站8和便携式基站9均设有用于与低频信号收发模块3进行无线通信的低频信号无线模块11、用于与高频信号收发模块4进行无线通信的高频信号无线模块12，所述远端服务器10用于与GPRS通信模块5进行无线通信；所述固定式基站8设有上位机81。

便携式基站9是可携带的基站，用于搜索电子标签，便携式基站9通过USB转RS232和其他设备通信，波特率为115200、8位数据位、1位停止位、无奇偶校验、无流控。

固定式基站8采用TCP传输方式，其本身作为客户端，所以电子标签在和固定式基站8通信前，需要先配置一下电脑的网卡信息，在配置好网卡信息之后，使用网络调试助手进行配置,并且建立TCP服务器，TCP服务器建立完毕后，对固定式基站8上电，并且插好网线（接线上电步骤可以在服务器建立前执行），即可进行通信。

上位机81是可以直接发出操控命令的个人计算机；远端服务器10是可以通过GPRS通信模块5搜索到电子标签信号的服务器。

电子标签在使用过程中，可处于以下几种状态：

休眠状态：电子标签只有125KHZ低频信号收发模块及定时器7处于工作状态，其余电路均处于休眠状态,休眠状态的功耗低至5uA，电子标签绝大部分时间处于休眠状态；125KHZ低频信号收发模块被激活的状态：电子标签只有125KHZ低频信号收发模块及MCU控制单元1处于工作状态，其余电路均处于休眠状态，功耗为100uA，此状态持续时间约为3秒；433MHZ高频信号收发模块处于通信的状态：电子标签只有高频433MHZ高频信号收发模块以及MCU控制单元1处于工作状态，其余电路均处于休眠状态，功耗为30mA，此状态持续时间约为3秒；定时器7被激活的状态：电子标签只有MCU控制单元1处于工作状态，功耗低至1uA，此状态持续时间为1秒；GPRS通信模块5、GPS模块6处于通信的状态：电子标签只有GPS、GPRS电路、MCU处于工作状态，其余电路均处于休眠状态，功耗为200mA，此状态持续时间约为60秒。

综上，基于以上功耗，假设电子标签一天遇到10个激活源，平均2.4小时遇到一个激活源，被激活源唤醒10次，假设当中有较长时间没有遇到激活源，则被定时器7激活2次。基于以上情况，电子标签一共经历了10次125KHZ激活状态、10次433MHZ通信状态，2次定时器7激活状态、2次GPS、GPRS通信状态，其一天的功耗可量化为以上统计的状态功耗的总和加上休眠时间的功耗，通过计算，我们可以得到电子标签一天的功耗约为：

125KHZ激活状态功耗:((3×10)/(60×60))×0.05=0.0004167mAh。

433MHZ通信状态功耗:((3×10)/(60×60))×30=0.25mAh。

定时器激活状态功耗:((1×2)/(60×60))×0.01=5.56e-006mAh。

GPS\GPRS通信状态功耗:((60×2）/(60×60))×200=6.67mAh。

休眠状态功耗:(86218/(60×60))×0.05=1.197472mAh。

电子标签一天的平均功耗为7.6701mAh。

电子标签锂电池的容量为1000mAh，则电子标签在满电状态下可以连续使用130.37小时，但是我们也知道现在市场上的电子标签锂电池的容量一般为2000mAh，则我们的这款电子标签在锂电池满电状态下就可以连续使用260.74小时。

以上所述是本发明的具体实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种高效低功耗的电子标签，其特征在于，包括MCU控制单元（1）以及分别与所述MCU控制单元（1）连接的电源（2）、低频信号收发模块（3）、高频信号收发模块（4），所述低频信号收发模块（3）连接有低频天线（31），所述高频信号收发模块（4）连接有高频天线（41）。

2.如权利要求1所述的高效低功耗的电子标签，其特征在于，所述低频信号收发模块（3）为125KHZ低频信号收发模块。

3.如权利要求1所述的高效低功耗的电子标签，其特征在于，所述高频信号收发模块（4）为433MHZ高频信号收发模块。

4.如权利要求1所述的高效低功耗的电子标签，其特征在于，还包括与MCU控制单元（1）连接的GPRS通信模块（5）、GPS模块（6）以及定时器（7）。

5.一种高效低功耗的电子标签系统，其特征在于，包括如权利要求4所述的高效低功耗的电子标签，还包括固定式基站（8）、便携式基站（9）、远端服务器（10），所述固定式基站（8）和便携式基站（9）均设有用于与低频信号收发模块（3）进行无线通信的低频信号无线模块（11）以及用于与高频信号收发模块（4）进行无线通信的高频信号无线模块（12），所述远端服务器（10）用于与GPRS通信模块（5）进行无线通信；所述固定式基站（8）设有上位机（81）。

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