CN106228224A - 一种兼容多协议的电子标签 - Google Patents

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Abstract

本发明提出了一种兼容多协议的电子标签，主要由供电单元、射频单元、天线单元、主控单元组成；所述射频单元由高频、超高频、微波三个频段的电路构成，包括13.56MHz电路、433MHz电路、2.4GHz电路和5.8GHz电路，每个电路都与MCU进行独立的SPI通信；所述主控单元主要由MCU和安全芯片构成，完成对射频单元的控制和信息的加密解密功能。本发明与现有的标签相比，功能多样完善，使用方便灵活，性能优越，可靠性强。

Description

一种兼容多协议的电子标签
技术领域
本发明属于射频识别技术领域，特别涉及到一种同时兼容处理多种协议的电子标签。
背景技术
我国高速公路系统目前基本上处于人工半自动收费(MTC：Manual TollCollection)系统，因而存在二义性的问题。为了完成在高速公路上的收费卡功能，而又在各个出口处对车辆行驶路径进行准确的判断，故而提出了双频系统概念来解决这一现实的问题。目前国内主打的双频系统为13.56MHz和433MHz。高频用于兼容现有MTC软件系统，并兼顾唤醒超高频电路的工作，超高频完成路侧标站信息的接收与存储。
随着社会的发展和进步，又增加两个微波频段2.4GHz和5.8GHz的系统使用，其中2.4GHz系统主要用于蓝牙功能扩展需求(蓝牙2.0)，支持标签设备短距离通信，在10m之内和外设完成信息的交换，其抗干扰和可靠性比较高，提高用户使用的方便性，比如打印功能；5.8GHz系统用于实现ETC功能，满足多路径识别技术要求中规定的DSRC通信协议。目前大多数ETC车辆中的标签大多不支持433MHz标识的的功能，伴随着全国ETC联网以及5.8GHz二义性国家标准的推广，势必今后成为主流标签，因而也将取代433MHz的应用。
在此发展期间需要一种标签能兼顾上述这些需求，可在不同的区域、场合应用，使用灵活，并仅仅通过软件的版本进行更新即可。
发明内容
有鉴于此，本发明提出一种兼容多协议的电子标签，解决公路收费二义性的问题，兼顾实现ETC功能，而且能适应不同区域的公路系统。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：一种兼容多协议的电子标签，主要由供电单元、射频单元、天线单元、主控单元组成；
所述供电单元包括电池，用于提供其他各单元的用电；
所述射频单元由高频、超高频、微波三个频段的电路构成，包括13.56MHz电路、433MHz电路、2.4GHz电路和5.8GHz电路，每个电路都与MCU进行独立的SPI通信；
所述天线单元为印制板天线，每个射频电路对应独立的天线，在布板时位置隔开；
所述主控单元主要由MCU和安全芯片构成，完成对射频单元的控制和信息的加密解密功能。
进一步的，所述天线单元采用微带线设计，线极化方式，全向天线。
进一步的，所述5.8GHz电路采用集成芯片，内部内嵌放大电路和收发控制切换电路，外接天线，该5.8GHz电路集成芯片和单片机MCU封装在一起。
进一步的，所述13.56MHz电路，采用集成芯片，外围连接天线，其输出信号经二极管倍频整流后提供中断信号给单片机。
进一步的，所述433MHz采用集成芯片，外接天线，内部集成收发切换电路和放大电路，控制方面和单片机靠SPI总线方式进行通信。
进一步的，所述2.4GHz采用集成芯片，外接天线，内部集成收发切换电路和放大电路，控制方面和单片机靠SPI总线方式进行通信。
进一步的，所述安全芯片设有与MCU的通信接口，支持国标SM4协议。
相对于现有技术，本发明的设计中，13.56MHz电路是基础电路，负责高频协议的通信工作，符合ISO/IEC 14443 TYPE-A标准，完成出入口超高频或微波电路的激活和用户缴费卡的功能；433MHz和5.8GHz电路完成路标信息的承载或ETC功能。2.4GHz蓝牙则针对特殊的应用进行通信交互。本发明中首次提出了兼容多种频段协议的通信工作标签，可满足各个场合的应用。本发明与现有的标签相比，功能多样完善，使用方便灵活，性能优越，可靠性强。
附图说明
图1为本发明所述的多协议标签的组成框图。
图2为本发明所述的标签的射频电路组成框图。
图3为本发明所述的射频电路的天线组成框图。
其中：
1、供电单元； 2、主控单元；
3、射频单元； 4、天线单元；
5、高频电路； 6、超高频电路；
7、微波电路； 8、13.56MHz天线；
9、433MHz天线； 10、2.4GHz天线；
11、5.8GHZ天线。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
下面将结合实施例以及附图来详细说明本发明。
如图1所示，本发明的标签，由供电单元1、主控单元2、射频单元3和天线单元4组成。
供电单元1主要是由电池来提供整个单板的用电。
主控单元2由MCU和安全芯片构成，完成对各个射频单元的控制和信息的加密解密功能。
标签的核心为射频单元3：由高频、超高频、微波三个频端，四个电路构成，包括13.56MHz电路、433MHz电路、2.4GHz电路和5.8GHz电路，每个电路均采用集成单芯片，外围只需连接天线即可，设计简单，节省空间。其中5.8GHz电路和主控MCU是封装到一起的单芯片，成本也有所下降。每个电路都与MCU进行独立的SPI通信，工作时互相间不影响。
天线单元4：均采用印制板天线，降低成本，每个射频电路对应独立的天线，在布板时位置隔开，避免相互的耦合。天线单元为全向天线，线极化方式。天线的布局经过仿真、优化、调试所得到，因各电路在工作时并非同时，因此通信不受影响。
如图2所示，本发明的射频单元局部位置，包括高频电路5、超高频电路6、微波电路7。各个频段的电路均采用市面上的主流芯片，开发周期短，外围元器件少。其中高频电路兼顾唤醒其他超高频或微波电路。
如图3所示，本发明的天线单元局部位置。共计四款天线，包括13.56MHz天线8、433MHz天线9、2.4GHz天线10和5.8GHz天线11，均采用印制板方式实现，通过模拟仿真各个天线可以达到预期要求。在各个电路独立工作时可以完成正常的通信。
本发明中不需要额外的存储器，采用片内式存储(MCU内部存储器，存储空间大)。
本发明中采用唯一单片机即可完成整个单板的控制流程操作。
本设计中的5.8GHz电路采用集成芯片，收发一体，外部只需外接天线即可，电路简单实用，该集成芯片内部内嵌放大电路和收发控制切换电路，而且最重要的是该集成芯片和单片机是封装在一起的，和5.8GHz集成芯片通信时无需外围通信，给单板节省很大的空间，更低的成本。
本发明中的13.56MHz高频电路，采样集成单芯片，外围只需连接天线即可，可通过非接触式方式通信，其输出信号经二极管倍频整流后提供中断信号给单片机。
本发明中的433MHz和2.4GHz是采用不同的集成芯片的，分离式的。芯片对外只需天线即可，内部集成收发切换电路和放大电路，控制方面和单片机靠SPI总线方式进行通信。
本发明中不包括触发控制单元，因此单板面积很小。
本发明中不包括显示及指示单元等等。因此功耗低。
本发明中预留安全芯片和单片机通信接口，可对数据进行加密解密工作，空口协议，支持国标SM4协议。
最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明进行修改、更改或者等同替换，而不脱离本发明权利要求的精神和范围。

Claims (7)

1.一种兼容多协议的电子标签，其特征在于，主要由供电单元、射频单元、天线单元、主控单元组成；
所述供电单元包括电池，用于提供其他各单元的用电；
所述射频单元由高频、超高频、微波三个频段的电路构成，包括13.56MHz电路、433MHz电路、2.4GHz电路和5.8GHz电路，每个电路都与MCU进行独立的SPI通信；
所述天线单元为印制板天线，每个射频电路对应独立的天线，在布板时位置隔开；
所述主控单元主要由MCU和安全芯片构成，完成对射频单元的控制和信息的加密解密功能。
2.根据权利要求1所述的一种兼容多协议的电子标签，其特征在于，所述天线单元采用微带线设计，线极化方式，全向天线。
3.根据权利要求1所述的一种兼容多协议的电子标签，其特征在于，所述5.8GHz电路采用集成芯片，内部内嵌放大电路和收发控制切换电路，外接天线，该5.8GHz电路集成芯片和单片机MCU封装在一起。
4.根据权利要求1所述的一种兼容多协议的电子标签，其特征在于，所述13.56MHz电路，采用集成芯片，外围连接天线，其输出信号经二极管倍频整流后提供中断信号给单片机。
5.根据权利要求1所述的一种兼容多协议的电子标签，其特征在于，所述433MHz采用集成芯片，外接天线，内部集成收发切换电路和放大电路，控制方面和单片机靠SPI总线方式进行通信。
6.根据权利要求1所述的一种兼容多协议的电子标签，其特征在于，所述2.4GHz采用集成芯片，外接天线，内部集成收发切换电路和放大电路，控制方面和单片机靠SPI总线方式进行通信。
7.根据权利要求1所述的一种兼容多协议的电子标签，其特征在于，所述安全芯片设有与MCU的通信接口，支持国标SM4协议。
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