CN104392262A - 一种新型数据标签及其数据读写系统与方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种新型数据标签及其数据读写系统和方法，即LID光识别技术。所述数据标签是一种无源器件，其由光电检测器、电源管理电路、光电池、数据存储器以及光发射器组成。其中：所述光电池的输出端与所述电源管理电路的输入端相连；所述光电检测器用于检测光信号，在接收到来自所述读写器的光信号后，将其转化为电信号，并根据所述电信号中的指令对所述数据存储器进行读写；所述光发射器用于根据指令将从所述数据存储器读出的数据转为光信号。本发明采用光信号对数据标签进行读写，因光信号传播的方向性，不涉及射频辐射，使得该数据标签具备单一目标识别、不受电磁传播损耗或干扰和不被侦听的能力，其安全性和可靠性更高，应用领域广泛。

Description

一种新型数据标签及其数据读写系统与方法

技术领域

本发明属于通信领域，尤其涉及一种新型数据标签及其数据读写系统与方法。

背景技术

随着社会的不断进步、科技的不断发展以及生活节奏的加快，人们在生活中的更多方面都需要简便快速的进行身份识别或支付。而射频标签可以很好的完成标识区分，从而应用于银行卡、公交卡、物品标签等方面。

射频标签的工作原理为：在射频标签中设置有电磁感应器件，在射频标签进入磁场后，接收解读器发出的射频RF信号，根据感应电流所获得的能量发送出存储在芯片中的信息，这种标签又称为无源标签或被动标签，或者主动发送某一频率的信号，称为有源标签或主动标签；解读器读取信息并解码后，送至中央信息系统进行有关数据处理。

通过射频标签可以较好的完成对不同标签数据的读写操作，但是，由于射频信号传播方向的发散性，使得临近的其它标签也容易被感应，从而容易造成误读写；同时射频信号还容易被截获，使其安全性也受到限制；另外，在某些应用环境下，如液体、金属物品或者设备，强电磁干扰、爆炸性气体环境等等，射频标签的射频信号容易受到损耗或者严重的干扰，或者容易导致生产安全风险，使其无法使用或者正常工作。

利用光学方法，条形码、二维码也是一种数据标签。但它们不具备电子标签所具备的写入、更新信息的功能。

发明内容

本发明的目的在于提供一种新型数据标签及其数据读写系统与方法，即LID，Light Identification缩写，光识别技术，以解决现有光学识别技术(条形码、二维码)无法写入、更新数据的问题。同时，其与RFID射频识别相比，LID光识别具有良好的方向性、安全性、可靠性，不需要射频天线，无射频辐射，支持大容量数据存储器和嵌入式安装方式，这些特性使其更容易应用于单一目标识别、强电磁干扰、绝对信息安全、智能资产管理等应用场景。

本发明是这样实现的，一种新型数据标签，即LID光标签，所述数据标签包括光电检测器、电源管理电路、光电池、数据存储器以及光发射器，其中：

所述光电池的输出端与所述电源管理电路的输入端相连，用于接收光信号，并根据光伏效应将所述光信号转换为电能，通过所述电源管理电路为所述光电检测器、数据存储器、光发射器提供电能；

所述光电检测器用于检测光信号，将所述光信号转化为电信号，并根据所述电信号中的指令对所述数据存储器进行读写；

所述光发射器用于根据指令将所述存储器需要读出的数据转为化光信号，以使得光接收机可以读取数据标签中的数据；

本发明的另一目的，在于提供一种数据读写系统，即LID光识别系统，所述数据读写系统包括读写器和数据标签两部分，而数据的读写依赖双向光信号的交换来实现；

所述读写器，即LID光读写器，包括光信号发射机、光信号接收机、数据处理器，所述数据标签包括光电池、光电检测器、电源管理电路、数据存储器以及光发射器，其中：

所述读写器的数据处理器用于通过所述光信号发射机将需要发送的数据指令信号转化为光信号，以使所述数据标签接收；

所述数据标签的光电池将所述光信号转换为电能，通过所述电源管理电路为所述光电检测器、数据存储器、光发射器提供电能；

所述数据标签的光电检测器用于检测光信号，将所述光信号转化为电信号，并根据所述电信号中的指令对所述数据存储器进行读写；

所述数据标签的光发射器用于根据指令将所述数据存储器需要读出的数据转为化光信号，发送给所述读写器的光接收机接收；

所述读写器的光接收机接收所述光信号并转换为电信号，发送给所述读写器的数据处理器进行认证处理。

本发明还提供了一种基于上述数据读写系统的数据读写方法，所述方法包括：

所述读写器的数据处理器通过所述光信号发射机将需要发送的数据指令信号转化为光信号；

所述数据标签的光电池将所述光信号转换为电能，通过所述电源管理电路为所述光电检测器、数据存储器、光发射器提供电能；

根据所述电源管理电路提供的电能，所述数据标签的光电检测器检测光信号，将所述光信号转化为电信号，并根据所述电信号中的指令对所述数据存储器进行读写；

所述数据标签的光发射器用于根据指令将所述数据存储器需要读出的数据转为化光信号；

所述读写器的光接收机接收所述光发射器发射的光信号并转换为电信号，发送给所述读写器的数据处理器进行认证处理。

在本发明中，在数据标签中设置光电检测器、光电池、电源管理电路、数据存储器以及光发射器，通过光电池将光信号转换为电能，并通过所述电源管理电路为其它器件提供电能，所述光电检测器检测到光信号中数据指令，并发送至数据存储器，根据指令将数据写入数据存储器或者从数据存储器中读出数据，并通过光发射器将数据的电信号转化为光信号发射，从而使读写器能够根据接收的光信号读取数据标签中的数据。本发明通过光信号对无源的数据标签进行读写，因为光信号传播的方向性，使得临近的标签不会出现误读写操作，从而达到对单一目标识别的目的；此外，光信号不涉及射频辐射，使得LID光标签具备不受电磁辐射干扰和不被侦听的能力，具有更好的安全性与可靠性。在工业环境中，由于不需要考虑液体、金属等物品或者其它特殊应用环境(如爆炸性气体等)对无线射频信号的影响或者要求，不需要射频天线，支持大容量数据存储器，支持嵌入式安装方式，这些特性使得LID光标签可以广泛应用在资产管理应用领域。

附图说明

图1是本发明第一实施例提供的数据标签的结构示意图；

图2为本发明第一实施例提供的光电二极管的PN结的截面示意图；

图3为本发明第一实施例提供的光电检测器与所述光电池以及位于所述数据存储器前端的放大器的连接结构示意图；

图4为本发明第一实施例提供的PN结光电二极管列阵示意图；

图5是本发明第二实施例提供的数据读写系统的结构框图；

图6是本发明第三实施例提供的数据读写方法的实现流程图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

在本发明实施例中，通过在数据标签中设置光电检测器、光电池、电源管理电路、光发射器以及数据存储器，可以通过光电池从光信号中获取电能，并通过电源管理电路为光电检测器、数据存储器、光发射器提供电能，所述光电检测器检测的光信号转换为电信号，根据所述电信号中的指令对所述数据存储器进行读写，并根据光发射器将数据存储器中的数据转为电信号，从而读取数据标签中的数据。且光信号传播方向的直线性，使得临近的标签也不会出现误读写操作，而且可避免RFID射频识别技术中电磁波传播所带来的一系列问题，能够提高整个读写系统的安全性和可靠性。

实施例一：

图1示出了本发明第一实施例提供的数据标签的结构示意图，详述如下：

本发明实施例所述数据标签包括光电检测器101、电源管理电路102、光电池103、数据存储器104以及光发射器105，其中：

所述光电池103的输出端与所述电源管理电路102的输入端相连，用于接收光信号，并根据光伏效应将所述光信号转换为电能，通过所述电源管理电路102为所述光电检测器101、数据存储器104、光发射器105提供电能；

所述光电检测器101用于检测光信号，将所述光信号转化为电信号，并根据所述电信号中的指令对所述数据存储器进行读写；

所述光发射器105用于根据指令将所述存储器需要读出的数据转为化光信号，以使得光接收机可以读取数据标签中的数据。

具体的，图2为光电二极管的PN结的截面示意图，光源从上面的P区域入射，PN结光电二极管在无偏压情况下，光子在P区域被吸收，产生电子空穴对。P区域没有被空穴复合的电子扩散到耗尽层，层内的电场驱使电子迅速穿过耗尽层，达到N区域，从而形成电流。

所述光电检测器101可以为反向偏置的光电二极管，如图3所示为所述光电检测器101与所述光电池103以及位于所述数据存储器104前端的放大器的连接结构示意图。在图3中，在光源的作用下，所述光电检测器101的光电二极管产生电能，通过阳极连接所述电源管理电路102，所述光电检测器101反向偏置，将接收的光信号转化为电信号，并通过放大器106放大整形后可根据指令写入数据存储器104。

所述电源管理电路102，可以包括电能存储部，比如可以为电容部件，将由光能转换的电能存储，当存储的能量达到预定的值后，则进行数据的写入或者将数据信号转化为光信号发射。

所述数据存储器可以为可擦除存储器，在断电后仍然能够保存数据，以保证数据标签使用的安全性。比如EPROM等。

所述光发射器，其用于向标签读取设备反馈响应信号，由于其电能较小，故可以为发光二极管或者其它无源的电光调制器。当光电池产生足够的电功率时，电源管理电路开始为光电检测器供电，电源管理电路的正电压使所述光电检测器处于反向偏置状态。光电检测器的光子在P区域被吸收后产生电子空穴对，反向偏置造成的电场使空穴迅速被输送至阳极，电子迅速穿过耗尽层达到阴极，从而使得交变的光信号转换成交变的电信号。

一种优选的实施方式中，所述光电检测器和所述光电池为基于列阵式的PN结光电二极管，其中：

所述光电池的PN结光电二极管阴极接地，所述PN结光电二极管的阳极与所述电源管理电路的输入端相连；

所述光电检测器的PN结光电二极管反向偏置，所述光电检测器的PN结光电二极管的阳极接地，所述光电检测器的PN结光电二极管的阴极连接所述数据存储器。

如图4所示为PN结光电二极管列阵示意图，在阵列的中部设置有光电检测器的光电二极管用于检测光信号，在所述阵列的周围设置有光电池的光电二极管，用于提供电能。

优选的，本发明实施例中所述光电检测器、电源管理电路、光电池以及所述数据存储器通过CMOS集成电路工艺集成在同一芯片中。通过CMOS大规模集成电路工艺来制作器件可以保证低成本，从而进行大规模生产。并且将光电检测器与光电池集成在单一的芯片上，从而可以减小标签的体积，支持嵌入式的应用方式，提高使用的便利性。

为进一步提高所述测量的准确性，如图1所示，所述数据标签还包括放大器106、驱动器107，所述放大器用于放大整形所述光电检测器101输出的电信号，并输出至所述数据存储器104，所述驱动器107用于放大所述数据存储器104输出的电信号，并发送至所述光发射器105。

本发明实施例所述数据标签，在数据标签中设置光电检测器、光电池、电源管理电路、数据存储器以及光发射器，通过光电池将光信号转换为电能，并通过所述电源管理电路为其它器件提供电能，所述光电检测器检测到光信号中数据指令，并发送至数据存储器，根据指令将数据写入数据存储器或者从数据存储器中读出数据，并通过光发射器将数据的电信号转化为光信号发射，从而使读写器能够根据接收的光信号读取数据标签中的数据。本发明由于可通过光信号对无源的数据标签进行读写，且光信号传播方向的直线性，使得临近的标签也不会出现误读写操作，而且可避免RFID射频识别技术中电磁波传播所带来的一系列问题，能够提高整个读写系统的安全性和可靠性。

实施例二：

图5示出了本发明第二实施例提供的数据读写系统的结构框图，详述如下：

本发明实施例所述数据读写系统，包括读写器2和数据标签1，所述读写器2包括光信号发射机201、光信号接收机202、数据处理器203，所述数据标签包括光电池103、光电检测器101、电源管理电路102、数据存储器104以及光发射器105，其中：

所述读写器2的数据处理器203用于通过所述光信号发射机201将需要发送的数据指令信号转化为光信号，以使所述数据标签接收；

所述数据标签的光电池103将所述光信号转换为电能，通过所述电源管理电路为所述光电检测器、数据存储器104、光发射器105提供电能；

所述数据标签1的光电检测器101用于检测光信号，将所述光信号转化为电信号，并根据所述电信号中的指令对所述数据存储器104进行读写；

所述数据标签1的光发射器105用于根据指令将所述数据存储器104需要读出的数据转为化光信号，发送给所述读写器2的光接收机202接收；

所述读写器2的光接收机2接收所述光信号并转换为电信号，发送给所述读写器2的数据处理器203进行认证处理。

具体的，所述数据标签为无源数据标签，所述读写器为有源读卡机。读写器1的光输出同时也为无源的数据标签提供光源，激活其光电池产生所需电源。下面对系统的工作原理描述如下:

读写器1的数据处理器203发出电子数据流，其中包括数据和读写指令。该信号被放大器204放大后调制在光信号发射机201上。所述光信号发射机是一个电光转换器件，它可以是发光二极管(LED)或激光器(Laser)。它一方面实现电光调制，另一方面也向无源的数据标签提供光源。无源数据标签的光电检测器102的是本发明的无源电光检测器。它作为光电转换器件，完成如下功能：

1.作为光电池，从读写器输出的光源获取电能，光电池的输出接到电源管理电路103上，为整个数据标签供电；

2.作为光检测器，检测在读写器发射机输出光信号上调制的数据，转换成电信号的数据流被放大器106整形、放大之后，提供给数据存储器104，在这里根据收到的数据执行对标签的读、写操作。处理后的数据被驱动器107放大之后，调制到数据标签的发射器105上，该发射器105可以是一个发光源，如LED或无光源的电光调制器。发射器105的输出光信号照射到读写器2的接收机202上，读写器的接收机202为一光电转换器，在这里数据标签送来的光信号被转换成数据流。该数据流被放大器205整形放大后提供给处理器203，处理器203对接收到的数据进行认证和处理，从而完成读写器1和无源的数据标签之间的数据交换和管理过程。

优选的实施方式中，所述光电检测器和所述光电池为基于列阵式的PN结光电二极管，其中：

所述光电池的PN结光电二极管阴极接地，所述PN结光电二极管的阳极与所述电源管理电路的输入端相连；

所述光电检测器的PN结光电二极管反向偏置，所述光电检测器的PN结光电二极管的阳极接地，所述光电检测器的PN结光电二极管的阴极连接所述数据存储器。

优选的，所述光电检测器、电源管理电路、光电池以及所述数据存储器通过CMOS集成电路工艺集成在同一芯片中。

优选的，所述光信号发射机为激光器或者发光二极管，所述光发射器为发光二极管或者无源的电光调制器。

本发明实施例在实施例一中所述的数据标签的基础上，通过与读写器配合，从而有效的实现在所述数据标签中读写数据，通过光线的直线传播特性完成数据读写，可广泛应用在不同行业中的资产管理应用领域。

实施例三：

图6示出了本发明第三实施例提供的数据读写方法的实现流程，详述如下：

本发明实施例所述数据读写方法基于实施例二所述的数据读写系统，所述方法包括：

在步骤S601中，所述读写器的数据处理器通过所述光信号发射机将需要发送的数据指令信号转化为光信号；

在步骤S602中，所述数据标签的光电池将所述光信号转换为电能，通过所述电源管理电路为所述光电检测器、数据存储器、光发射器提供电能；

在步骤S603中，根据所述电源管理电路提供的电能，所述数据标签的光电检测器检测光信号，将所述光信号转化为电信号，并根据所述电信号中的指令对所述数据存储器进行读写；

在步骤S604中，所述数据标签的光发射器用于根据指令将所述数据存储器需要读出的数据转为化光信号；

在步骤S605中，所述读写器的光接收机接收所述光发射器发射的光信号并转换为电信号，发送给所述读写器的数据处理器进行认证处理。

优选的，所述光电检测器和所述光电池为基于列阵式的PN结光电二极管，其中：

所述光电池的PN结光电二极管阴极接地，所述PN结光电二极管的阳极与所述电源管理电路的输入端相连；

所述光电检测器的PN结光电二极管反向偏置，所述光电检测器的PN结光电二极管的阳极接地，所述光电检测器的PN结光电二极管的阴极连接所述数据存储器。

本发明实施例所述数据读写方法与实施例二所述数据读写系统相对应，在此不作重复赘述。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不能依此限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种新型数据标签，其特征在于，所述数据标签是一种无源器件，包括光电检测器、电源管理电路、光电池、数据存储器以及光发射器，其中：

所述光电池的输出端与所述电源管理电路的输入端相连，用于接收光信号，并根据光伏效应将所述光信号转换为电能，通过所述电源管理电路为所述光电检测器、数据存储器、光发射器提供电能；

所述光电检测器用于检测光信号，将所述光信号转化为电信号，并根据所述电信号中的指令对所述数据存储器进行读写；

所述光发射器用于根据指令将所述存储器需要读出的数据转为化光信号，以使得光接收机可以读取数据标签中的数据。

2.根据权利要求1所述的数据标签，其特征在于，所述光电检测器和所述光电池为基于列阵式的PN结光电二极管，其中：

所述光电池的PN结光电二极管阴极接地，所述PN结光电二极管的阳极与所述电源管理电路的输入端相连；

所述光电检测器的PN结光电二极管反向偏置，所述光电检测器的PN结光电二极管的阳极接地，所述光电检测器的PN结光电二极管的阴极连接所述数据存储器。

3.根据权利要求1或2所述数据标签，其特征在于，所述电检测器、电源管理电路、光电池以及所述数据存储器通过CMOS集成电路工艺集成在同一芯片中。

4.根据权利要求1所述数据标签，其特征在于，所述数据标签还包括放大器、驱动器，所述放大器用于放大整形所述光电检测器输出的电信号，并输出至所述数据存储器，所述驱动器用于放大所述数据存储器输出的电信号，并发送至所述光发射器。

5.一种数据读写系统，所述数据读写系统包括读写器和数据标签，其特征在于，所述读写器包括光信号发射机、光信号接收机、数据处理器，所述数据标签包括光电池、光电检测器、电源管理电路、数据存储器以及光发射器，其中：

所述读写器的数据处理器用于通过所述光信号发射机将需要发送的数据指令信号转化为光信号，以使所述数据标签接收；

所述数据标签的光电池将所述光信号转换为电能，通过所述电源管理电路为所述光电检测器、数据存储器、光发射器提供电能；

所述数据标签的光电检测器用于检测光信号，将所述光信号转化为电信号，并根据所述电信号中的指令对所述数据存储器进行读写；

所述数据标签的光发射器用于根据指令将所述数据存储器需要读出的数据转为化光信号，发送给所述读写器的光接收机接收；

所述读写器的光接收机接收所述光信号并转换为电信号，发送给所述读写器的数据处理器进行认证处理。

6.根据权利要求5所述数据读写系统，其特征在于，所述光电检测器和所述光电池为基于列阵式的PN结光电二极管，其中：

所述光电池的PN结光电二极管阴极接地，所述PN结光电二极管的阳极与所述电源管理电路的输入端相连；

所述光电检测器的PN结光电二极管反向偏置，所述光电检测器的PN结光电二极管的阳极接地，所述光电检测器的PN结光电二极管的阴极连接所述数据存储器。

7.根据权利要求5所述数据读写系统，其特征在于，所述电检测器、电源管理电路、光电池以及所述数据存储器通过CMOS集成电路工艺集成在同一芯片中。

8.根据权利要求5所述数据读写系统，其特征在于，所述光信号发射机为激光器或者发光二极管，或者无源的电光调制器。

9.一种数据读写方法，其特征在于，所述数据读写方法权利基于要求5－8任一项所述的数据读写方法，所述方法包括：

所述读写器的数据处理器通过所述光信号发射机将需要发送的数据指令信号转化为光信号；

所述数据标签的光电池将所述光信号转换为电能，通过所述电源管理电路为所述光电检测器、数据存储器、光发射器提供电能；

根据所述电源管理电路提供的电能，所述数据标签的光电检测器检测光信号，将所述光信号转化为电信号，并根据所述电信号中的指令对所述数据存储器进行读写；

所述数据标签的光发射器用于根据指令将所述数据存储器需要读出的数据转为化光信号；

所述读写器的光接收机接收所述光发射器发射的光信号并转换为电信号，发送给所述读写器的数据处理器进行认证处理。

10.根据权利要求9所述系统，其特征在于，所述光电检测器和所述光电池为基于列阵式的PN结光电二极管，其中：

所述光电池的PN结光电二极管阴极接地，所述PN结光电二极管的阳极与所述电源管理电路的输入端相连；

所述光电检测器的PN结光电二极管反向偏置，所述光电检测器的PN结光电二极管的阳极接地，所述光电检测器的PN结光电二极管的阴极连接所述数据存储器。