CN105100392A - 基于物联网rfid的智能移动通信终端 - Google Patents

Abstract

一种基于物联网RFID的智能移动通信终端，包括智能移动电话，即智能手机主系统、可移除的RFID模块和手机后盖；所述智能手机主系统，包括电源、无线收发、信息输入、显示、手机主机和手机端RFID模块接口；可移除的RFID模块，包括RFID芯片、RFID天线、RFID模块端接口；可移除的RFID模块与所述智能手机主系统通过RFID模块端接口和手机端RFID模块接口实现电源连接和数据交换；所述物联网移动智能终端基于手机平台，因此能获得手机丰富强大的功能、性能及可靠性，扩展了物联网移动智能平台和终端的应用范围，提升客户体验；所述物联网移动智能终端还通过灵活的设计可嵌入不同类型的可移除的RFID模块，使不同的物联网RFID的智能移动通信终端可以获得同时共用平台降低了物联网移动智能终端的成本。

Description

基于物联网RFID的智能移动通信终端

技术领域

本发明涉及借助无线电波通信和交换数据的物联网移动智能平台，基于该平台可扩展出来多种不同的多功能物联网移动智能终端；具体地说，是扩展出来具备2.4GHz有源RFID读卡器功能，或是NFC读卡器功能，抑或是LF－RFID读卡器等功能的物联网移动智能终端。

背景技术

现有技术基于射频识别标签RFID，主要是通过物品物件的标识，强化物流及物流信息的管理，同时通过信息整合，形成智能信息挖掘；在基于RFID技术的物联网中，移动通信终端是应用最广泛的设备之一，但由于物联网中移动通信终端应用场景的复杂性，需要依据场景针对具体的实际应用需求定制专用的物联网移动终端设备；定制的物联网移动终端设备，通常功能单一，用户体验效果差；功能的扩展能力差，二次开发困难；同时，由于定制设计的综合成本高，且通常物联网移动终端设备数量相对通用的移动通信终端，如移动电话（以下均简称“手机”）少得多，因此很难实现平台概念，通常是小批量、多品种，生产难度大、质量控制实现困难，很难满足不断升级的需求，直接制约了行业应用的发展。

物联网移动终端的中低端市场迫切需求性价比高，功能和性能强大，可靠性高的物联网终端；实现低成本和高性能的统一，促进行业发展。

本发明借助智能手机资源、批量生产优势，根据不同需求，为智能手机嵌入不同的模块，实现不同功能，通过本发明的技术方案将智能手机打造成一款物联网移动智能平台。为物联网移动终端提供了一个低成本、高性能的解决方案，实现了高性能、低成本这两个需求的统一。充分利用智能手机的软硬件资源和批量化生产创造的产品高品质，在满足移动终端高性能需求的前提下，最大限度地降低了物联网终端设备成本，提升了设备的质量；扩展了物联网移动终端的功能和性能、极大地提高了客户的体验效果，借助于外接模块的可更换性，使得拥有开发平台性征的物联网移动通信终端生产通用化，实现了所述拥有开发平台性征的物联网终端生产批量化，最大限度地提高了产品的生产品质，降低了产品成本，为产品的更广泛应用和市场开拓打下坚实基础。

名词解释：

RFID是英文“RadioFrequencyIdentification”的缩写，中文意思是：射频识别，俗称电子标签；RFID可以通过无线电讯号识别特定目标并读写相关数据，而无需识别系统与特定目标之间建立机械或者光学接触。

UHF是英文“UltraHighFrequency”的缩写，中文意思是：超高频。在中国，UHF－RFID的工作频率在860~960MHz之间。

NFC是英文“NearFieldCommunication”的缩写，中文意思是：近场通信；与RFID一样，NFC信息也是通过频谱中射频部分的电磁感应方式传递信息，两者之间的区别在于，NFC是一种提供轻松、安全、迅速通信的无线链接技术，其传输范围比RFID更小。RFID的传输范围可以达到几米、甚至几十米，但NFC却采取了独特的信号衰减技术，相对于RFID来说NFC具有通信距离甚近、频带较宽、能耗低，以及很难发生误读附近无关设备等特点。其次，NFC与现有非接触智能卡技术兼容，目前已经成为得到越来越多主要厂商支持的正式标准。

ISM是英文“IndustrialScientificMedical”的缩写，ISMBand，是由ITU-R（ITURadiocommunicationSector，国际通信联盟无线电通信局）定义的，此频段主要是开放给工业、科学和医学三个领域使用，属于FreeLicense，无需授权许可，只须遵守一定的发射功率限制(通常应低于1W)，并且不要对其它频段造成干扰即可。

SRD是英文“ShortRangeDevice”的缩写，中文意思是：短距离无线通讯设备；通常是指工作频率在25~1000MHz之间，传输功率在500mW以内的设备。SRD设备很多时候是工作在免费频段上，由于现有的频段资源不足，很多时候会产生拥塞和互相干扰的情况。不同业务领域使用的许多ISM（工业、科学和医用）频段亦会与短距离无线通信设备（SRD）的工作频段重合。

HF和LF是英文“HighFrequency”和“LowFrequency”的缩写，中文意思是：高频和低频。

RFID的射频识别频带如下表所示：

2.4GHz频段为各国共同的ISM频段。因此无线局域网、蓝牙、ZigBee等无线网络，均可工作在2.4GHz频段上。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于避免上述现有技术的不足之处而提供一种基于物联网RFID的智能移动通信终端，使得不同性征的RFID模块都能方便地、非同一时段集成在同一台移动终端上，或者是在同一时段分别集成在各同样的移动终端上。

本发明解决所述技术问题采用的技术方案是：一种基于物联网RFID的智能移动通信终端，包括智能移动电话，即智能手机主系统、可移除的RFID模块和手机后盖；所述智能手机主系统包括电源部分、无线收发部分、信息输入部分、显示部分、手机主机部分和手机端RFID模块接口；所述可移除的RFID模块，包括RFID芯片、RFID天线和RFID模块端接口；所述可移除的RFID模块与所述智能手机主系统通过RFID模块端接口和手机端RFID模块接口实现电源连接和数据交换。

所述的基于物联网RFID的智能移动通信终端，所述RFID模块端接口和手机端RFID模块接口的电源连接和数据交换接口包括异步串行数据接口和／或GPIO接口。

所述的基于物联网RFID的智能移动通信终端，所述可移除的RFID模块从所述智能手机主系统获得工作电源的电压由该主系统控制，该工作电源的电压包括3.0V和3.3V。

所述的基于物联网RFID的智能移动通信终端，手机端RFID模块接口包括智能手机主系统电池凹槽，该主系统电池凹槽的侧壁包括侧壁凹槽可移除的RFID模块可经由所述主系统电池凹槽（170）的侧壁置入所述侧壁凹槽，并借助可移除的RFID模块上的弹性接触脚同位于所述侧壁凹槽底部的所述手机主机部分的金手指位接触并卡接牢固，所述可移除的RFID模块上端的弹片与所述手机主机部分底壳上的FPC天线接通，实现可移除的RFID模块与所述手机主机部分的电连接。

所述的基于物联网RFID的智能移动通信终端，手机端RFID模块接口包括智能手机主系统电池凹槽，该主系统电池凹槽的侧壁包括侧壁凹槽；所述侧壁凹槽顶部包括可容置双头顶针与胶套的天窗；所述胶套包括用于容置双头顶针的卡接孔，所述双头顶针卡接在所述胶套的卡接孔中；所述胶套又卡接在天窗中，所述双头顶针的一端与安装在所述天窗底部的所述手机主机部分通过金手指位电接触，所述双头顶针的另一端与所述可移除的RFID模块通过柔性PCB板电连接。

所述的基于物联网RFID的智能移动通信终端，所述可移除的RFID模块与手机后盖内面固定连接成为一体。

所述的基于物联网RFID的智能移动通信终端，所述可移除的RFID模块叠加固定在所述智能手机主系统的电源部分的电池上。

所述的基于物联网RFID的智能移动通信终端，还包括连接框架，所述手机主机部分与所述连接框架固定连接，所述可移除的RFID模块与所述连接框架活动连接。

所述的基于物联网RFID的智能移动通信终端，所述可移除的RFID模块包括可与2.4GHz有源RFID模块进行通信的2.4GHz有源RFID读卡器模块、可与UHF－RFID电子标签通信的UHF900MHz的RFID读卡器模块、HF－RFID读卡器模块，以及LF－RFID读卡器模块。所述的基于物联网RFID的智能移动通信终端，其特征在于，所述智能移动通信终端可视为一款开发平台，换用不同性征的可移除的RFID模块，可拥有不同的性能和功用而成为不同的产品。

所述智能移动通信终端可视为一款开发平台，换用不同性征的可移除的RFID模块，可拥有不同的性能和功用而成为不同的产品。

同现有技术相比较，本发明的有益效果是：1、通过在智能手机上嵌入可移除的RFID模块的方式，使基于物联网RFID的智能移动通信终端能基于强大的智能手机获得丰富强大的功能、性能及可靠性，扩展了物联网移动智能终端的应用范围，提升了物联网终端使用者的客户体验；2、可移除的RFID模块设计可依据不同的场景需求嵌入不同类型的可移除的RFID模块，使得基于同一物联网移动智能手机可扩展出不同的物联网移动智能终端；共用平台降低了物联网移动智能终端的成本。

附图说明

图1至3是本发明基于物联网RFID的智能移动通信终端

三款优选实施例的原理框架示意图；

图4是本发明第一优选实施例的智能手机主系统（100）的手机端RFID模块接口（160）结构示意图；

图5是图4的部分放大示意图；

图6是图5中A部的放大示意图；

图7是本发明第一优选实施例的结构爆炸示意图；

图8是本发明第二优选实施例中的双头顶针（177）与胶套（178）的结构示意图；

图9是本发明第二优选实施例未安装可移除的RFID模块（200）的结构示意图；

图10是本发明第二优选实施例安装了可移除的RFID模块（200）的结构示意图；

图11是本发明第二优选实施例中的可移除的RFID模块（200）的主视示意图；

图12是本发明第二优选实施例中的可移除的RFID模块（200）的侧视示意图；

图13是本发明第二优选实施例中的可移除的RFID模块（200）的仰视示意图。

具体实施方式

下面结合各附图对本发明的内容进一步详述。

图1至3是本发明第一、二、三优选实施例的原理框架示意图；比较三个原理框架示意图可知，手机后盖300与可移除的RFID模块200可以是独立的，也可以是固定在一起形成一个带可移除的RFID模块200的手机后盖300；可移除的RFID模块200也可以与手机端RFID模块接口160以及手机主机部分150通过连接框架连接，成为一体的带不同可移除的RFID模块200。

图4是本发明第一优选实施例的智能手机主系统100的手机端RFID模块接口160结构示意图；图5是图4的部分放大示意图；图6是图5中A部的放大示意图；图7是本发明第一优选实施例的结构爆炸示意图；图中可见，手机端RFID模块接口160包括智能手机主系统电池凹槽170，所述智能手机主系统电池凹槽170的侧壁包括侧壁凹槽175；可移除的RFID模块200可从智能手机主系统电池凹槽170的侧壁放入所述侧壁凹槽175，并通过可移除的RFID模块200上的弹脚与位于所述侧壁凹槽175底部的手机主机部分150的金手指位接触并卡接牢固，所述可移除的RFID模块200上端的弹片260与手机主机部分150底壳上的FPC天线接通，实现手可移除的RFID模块200与所述手机主机部分150的连接。

图8是本发明第二优选实施例中的双头顶针177与胶套178的结构示意图；图9和图10分别是本发明第二优选实施例未安装和安装了可移除的RFID模块200的结构示意图；手机端RFID模块接口160包括智能手机主系统电池凹槽170，所述智能手机主系统电池凹槽170的侧壁包括侧壁凹槽175；所述侧壁凹槽175顶部包括可容置双头顶针177与胶套178的天窗176；所述胶套178包括用于容置双头顶针的卡接孔，所述双头顶针卡接在所述胶套178的卡接孔中；所述胶套178又卡接在天窗176中，所述双头顶针177的一端与安装在所述天窗176底部的手机主机部分150通过金手指位电接触，所述双头顶针177的另一端与所述可移除的RFID模块200通过柔性PCB板270连接。

图11至13是本发明第二优选实施例中的可移除的RFID模块200的主视、侧视和仰视示意图。由图可见，RFID天线220位于主视图中的上部分的中间位置；RFID芯片210位于主视图中的下部分的中间位置；RFID模块端接口230包括位于可移除的RFID模块200四周的模块边框231和4个角的RFID模块固定孔232以及位于模块仰视图左下部RFID模块固定孔232之上的RFID模块fpc接口233；可移除的RFID模块200通过RFID模块固定孔232固定在手机后盖300上，通过可移除的RFID模块200通过RFID模块fpc接口233和柔性PCB板270与手机端RFID模块接口160的双头顶针177连接，双头顶针177与安装在所述天窗176底部的手机主机部分150通过金手指位电接触。

本发明所述的基于物联网RFID的智能移动通信终端，所述智能移动通信终端可视为一款开发平台，换用不同性征的可移除的RFID模块，可拥有不同的性能和功用而成为不同的产品。

在上述各实施例中的手机主机可以是市场上可选择的任意一款中高端配置的智能手机之一，在保留手机现有功能的前提下，从手机主板上引出一个异步串行数据通信接口两条数据线，串行发送TXD和串行接收RXD，同时再从手机主板引出一个程序可控的直流电源，为手机主板设计一个外置通信接口，外置接口的通信电平和电源电压为3.3V；同时对智能手机的结构进行扩展设计，使其可以嵌入可分离的RFID模块，可分离的RFID模块由手机供电，与手机通过异步串行接口进行通信，利用智能手机GPS、wifi、蓝牙、3G/4G网络、摄像头等资源，开源的开发环境、友好的用户界面和良好的用户体验，实现物联网行业专业终端功能。通过更换不同的可分离的RFID模块，智能手机可实现有源RFID、UHFRFID、HFRFID以及LFRFID读卡器功能，也可使用具有网络协议的模块成为诸如传感器网络的移动网络节点，使智能手机成为一款高性能低成本的物联网智能移动平台。

所述的基于物联网RFID的智能移动通信终端中所述可移除的RFID模块200包括支持下列标准的NFC读卡器模块：Mifare系列、ISO14443A/B、ISO15693、非加密的Felica，以及ISO18092或NFCIP-1；ISO18000-6B/C的UHFRFID读卡器；以及LFRFID读卡器和有源RFID读卡器和其他的无线模块。

所述可移除的RFID模块200包括支持不同频段标准或非标准读卡器模块以及无线网络节点模块：LFRFID系列包括以下频段135kHz、134kHz；HFRFID系列包括频段为13.56MHz，支持标准ISO14443A/B、ISO15693、Felica，以及ISO18092或NFCIP-1的RFID模块200；UHFRFID系列支持标准ISO18000-6B/C的RFID模块200。

无线网络节点模块包括：2.4GHz有源RFID；wifi、蓝牙、zigbee、uwb等符合无线标准协议的无线节点和传感器网络节点。

在手机的主板上设计一个用于连接可分离的RFID模块的手机主板接口，一个嵌入可分离的RFID模块的空间，采用柔性电路板将手机主板接口引到嵌入可分离的RFID模块的空间的电气接口处；同时，重新设计手机后盖，重新设计的后盖可以嵌入可分离的RFID模块。手机外置接口与模块的连接采用弹簧顶针连接。

在手机的操作系统中，编写应用接口函数API和应用软件APP，手机的APP通过API与可分离的RFID模块通信，实现无线射频识别RFID和物联网的网络通信功能，将手机变成一个RFID阅读器或物联网终端。

通过更换不同的可分离的RFID模块，可实现不同的应用功能，同时，借助于手机已有的定位、无线局域网络、蓝牙网络、摄像拍照以及无线广域数字网络功能，同时利用手机优越的用户体验效果，将智能手机打造成一款高性能、低成本的高端物联网智能移动终端。

本发明在通过对智能手机进行再设计，略微修改手机主板和机械结构，使得可以在手机内嵌入可分离的RFID模块并于手机主板协同工作，在程序上通过不同的接口控制程序控制不同的可分离的RFID模块，实现各种不同的物联网的一些特殊应用；通过更换嵌入模块，使得一种手机平台，可以更广泛的应对物联网的各种不同应用，成为一个物联网的智能移动平台。

电源是从智能手机的主板上引出一个可控直流电源，直流电源电压为3.0V或3.3V，直流电源可源可提供300mA电流。由主板的开关电路控制电源接通和关断，开关由主板MCU的程序控制，为外接模块提供电源。

异步串行接口：从主板MCU引出两条通信线形成一个异步串行接口UART，两条通信线中一条为数据发送线TXD，用来向外部模块发送命令或数据；另一条为数据接收线RXD，用来接收外部模块发送的命令或数据。为了适应大多数的外接模块，通信的信号电平为与直流电源电压一致。

控制软件包括接口程序和应用程序；接口程序：完成外部接口的设置包括外置直流电源的打开和关断，以及异步通信接口的初始化设置包括通信速率、数据结构等；同时还完成异步串行接口禁止、使能和数据发送和接收。数据发送接收既可采用中断方式也可采用查询方式进行。

异步串行接口初始化：包括波特率设置、数据长度设置、设置校验位、设置发送/接收缓冲区、设置标志、使能/禁止异步串口通信。异步串行接口发送数据时，先将发送储存在发送缓冲区。再将数据发送到异步串行接口UART；数据接收时将异步串行接口UART接收的数据储存到接收缓冲区，再发送；应用程序完成相应的功能。

以上实施方式仅表达了本发明的优选实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制;应当指出的是,对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下,还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围;因此,凡跟本发明权利要求范围所做的等同变换与修饰，均应属于本发明权利要求的涵盖范围。

Claims (10)

1.一种基于物联网RFID的智能移动通信终端，包括智能移动电话，即智能手机主系统（100）、可移除的RFID模块（200）和手机后盖（300）；

所述智能手机主系统（100），包括电源部分（110）、无线收发部分（120）、信息输入部分（130）、显示部分（140）、手机主机部分（150）和手机端RFID模块接口（160）；

所述可移除的RFID模块（200），包括RFID芯片（210）、RFID天线（220）和RFID模块端接口（230）；

所述可移除的RFID模块（200）与所述智能手机主系统（100）通过RFID模块端接口（230）和手机端RFID模块接口（160）实现电源连接和数据交换。

2.根据权利要求1所述的基于物联网RFID的智能移动通信终端，其特征在于，所述RFID模块端接口（230）和手机端RFID模块接口（160）的电源连接和数据交换接口包括异步串行数据接口和／或GPIO接口。

3.根据权利要求1所述的基于物联网RFID的智能移动通信终端，其特征在于，所述可移除的RFID模块（200）从所述智能手机主系统（100）获得工作电源的电压由该主系统控制，该工作电源的电压包括3.0V和3.3V。

4.根据权利要求1所述的基于物联网RFID的智能移动通信终端，其特征在于，手机端RFID模块接口（160）包括智能手机主系统电池凹槽（170），该主系统电池凹槽（170）的侧壁包括侧壁凹槽（175）；

可移除的RFID模块（200）可经由所述主系统电池凹槽（170）的侧壁置入所述侧壁凹槽（175），并借助可移除的RFID模块（200）上的弹性接触脚同位于所述侧壁凹槽（175）底部的所述手机主机部分（150）的金手指位接触并卡接牢固，所述可移除的RFID模块（200）上端的弹片（260）与所述手机主机部分（150）底壳上的FPC天线接通，实现可移除的RFID模块（200）与所述手机主机部分（150）的电连接。

5.根据权利要求1所述的基于物联网RFID的智能移动通信终端，其特征在于，手机端RFID模块接口（160）包括智能手机主系统电池凹槽（170），该主系统电池凹槽（170）的侧壁包括侧壁凹槽（175）；所述侧壁凹槽（175）顶部包括可容置双头顶针（177）与胶套（178）的天窗（176）；

所述胶套（178）包括用于容置双头顶针的卡接孔，所述双头顶针卡接在所述胶套（178）的卡接孔中；所述胶套（178）又卡接在天窗（176）中，所述双头顶针（177）的一端与安装在所述天窗（176）底部的所述手机主机部分（150）通过金手指位电接触，所述双头顶针（177）的另一端与所述可移除的RFID模块（200）通过柔性PCB板（270）电连接。

6.根据权利要求1所述的基于物联网RFID的智能移动通信终端，其特征在于，所述可移除的RFID模块（200）与手机后盖（300）内面固定连接成为一体。

7.根据权利要求1所述的基于物联网RFID的智能移动通信终端，其特征在于，所述可移除的RFID模块（200）叠加固定在所述智能手机主系统的电源部分（110）的电池（115）上。

8.根据权利要求1所述的基于物联网RFID的智能移动通信终端，其特征在于，还包括连接框架（500），所述手机主机部分（150）与所述连接框架（500）固定连接，所述可移除的RFID模块（200）与所述连接框架（500）活动连接。

9.根据权利要求1所述的基于物联网RFID的智能移动通信终端，其特征在于，所述可移除的RFID模块（200）包括可与2.4GHz有源RFID模块进行通信的2.4GHz有源RFID读卡器模块、可与UHF－RFID电子标签通信的UHF900MHz的RFID读卡器模块、HF－RFID读卡器模块，以及LF－RFID读卡器模块。

10.根据权利要求1至9之任一项所述的基于物联网RFID的智能移动通信终端，其特征在于，所述智能移动通信终端可视为一款开发平台，换用不同性征的可移除的RFID模块（200），可拥有不同的性能和功用而成为不同的产品。