CN106295781B - 一种rfid标签及基于rfid标签的高龄者失禁监护系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种RFID标签及基于RFID标签的高龄者失禁监护系统，此标签包括作为介质基板的尿不湿，在尿不湿内水平设置有标签芯片和标签天线，标签天线为对称结构，包括位于中间的小环单元和两侧对称设置的弯折单元，此RFID标签在尿不湿干燥情况下可以正常工作，在潮湿情况下无法工作。监护系统包括监控终端和对应各使用者的监控节点，各监控节点包括RFID标签和RFID读写器。使用时，监控终端通过RFID读写器采集标签内携带的使用者身份数据，根据是否采集到数据来判断使用者是否失禁，实现对高龄者失禁监护功能。本发明结构简单，无须直接接触或人工干预即可完成监护，并且当使用者出现失禁情况时能够及时报警。

Description

一种RFID标签及基于RFID标签的高龄者失禁监护系统
技术领域
本发明属于家庭监护技术领域，具体涉及一种800/900MHz频段的RFID标签，还涉及一种基于此RFID标签的高龄者失禁的RFID监护系统。
背景技术
RFID(Radio Frequency Identification)，即射频识别技术。RFID技术是一种近距离的自动识别技术，其原理是利用射频信号或者电磁场耦合的能量传输特性，实现对物体的识别。RFID技术具有抗干扰能力强，存储信息量大，可重复使用以及体积小且形式多样化等优势，被广泛应用于交通运输、物流管理、门禁管理、自动控制等领域中。
而RFID天线接收系统发射过来的射频信号，并转化为射频导波能量，并给RFID芯片供电，当芯片电量足够时，芯片被激活，并根据系统的询问指令完成相应动作，最后芯片上存储的信息通过反向散射调制的方法反馈给系统。而天线能否正常工作，取决于天线的阻抗匹配是否良好。
介电常数ε是介质的本质特性参数，当介质在外加电场时会产生感应电荷而消弱电场，原外加电场与介质中电场的比值即为相对介电常数εr。由于介电常数的变化，天线的阻抗匹配也会随之变化，进而影响天线的辐射表现。
考虑到我国人口老龄化日益严重，相关医护人员的工作繁杂，人数有限，带来医疗服务设施资源不足、医护人员供应紧张等问题。在老年人看护中，经常面临的一种问题是，高龄者大小便失禁，而看护人员不能实时知晓，从而带来高龄者生活质量下降等一系列问题。所以一种针对高龄者此类问题的监护系统急待开发设计。
基于上述原理，利用物质材料的介电常数在不同条件下(干燥，潮湿等)的变化带来的天线匹配变化，设计了一套基于RFID天线的监护系统。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供了一种RFID标签及基于RFID标签的高龄者失禁监护系统，以能够对高龄使用者进行全天候实时监控，并且当使用者出现失禁情况时能够及时报警。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种RFID标签，其特征是，包括作为介质基板的尿不湿，在尿不湿内水平设置有标签芯片和标签天线，标签天线为对称结构，包括位于中间的小环单元和两侧对称设置的弯折单元，小环单元为矩形，标签芯片位于小环单元的底边中心处，弯折单元于小环单元同一平面内弯折，其一端垂直连接小环单元的侧边，另一端向外侧弯折延伸。
进一步的，弯折偶极子天线的弯折次数为3次，弯折部为90°。
进一步的，标签天线的尺寸为39mm×12mm。
相应的，本发明还提供了一种基于上述RFID标签的高龄者失禁监护系统，包括监控终端和对应各使用者的监控节点，各监控节点分别通过通信模块与监控终端连接通信；
监控终端包括主控计算机和用于显示各监控节点数据的显示模块；
各监控节点包括与使用者人体接触的RFID标签，以及可读写RFID标签的RFID读写器，RFID标签采用上述的RFID标签，RFID标签中携有相应使用者身份数据，RFID读写器采集RFID标签中使用者身份数据；
RFID读写器通过通信模块与主控计算机连接通信，进而将使用者身份数据上传至主控计算机中。
RFID标签内记录了相应使用者的身份信息数据，在应用时，若高龄使用者没有失禁，尿不湿是干燥的，干燥尿不湿的相对介电常数为1.3，导电率为0.01S/m，此时RFID标签内的标签天线可以正常工作，RFID读写器定时采集RFID标签内的使用者身份数据上传至监控终端，若使用者有失禁的情况下，尿不湿是潮湿的，潮湿下尿不湿的相对介电常数为80，导电率为1.54S/m，此时RFID标签内的天线无法正常工作，RFID读写器无法采集RFID标签内的内容，那么监控终端长久未接到来自RFID标签反向的反馈信息会判定使用者已经失禁，即可立即通知医护人员，从而及时采取相应措施。
进一步的，通信模块采用串口或无线通信方式，其中无线通信方式包括GPRS、WIFI或Zigbee通信方式。
进一步的，监控终端还包括报警模块，报警模块的输入端连接主控计算机，主控计算机控制报警模块输出报警信号。
与现有技术相比，本发明所达到的有益效果是：本发明利用尿不湿的介电常数在干燥或潮湿不同条件下的变化带来的天线匹配变化，设计了在干燥情况下可正常工作，在潮湿情况下无法工作的RFID标签。小环单元呈现感性特性，与标签芯片形成共轭匹配，达到更优的能量传输结果。对称的弯折单元有良好的方向特性，在特定平面可实现近似全向辐射，同时弯折形式使得标签小型化且更加易于加工实现。监护系统利用RFID标签采集使用者的身份数据，根据是否采集到数据来判断使用者是否失禁，其结构简单，无须直接接触、无须人工干预即可完成监护，操作方便快捷。本发明结构简单、成本低、方案易实现，具有很高实用价值，便于推广使用。
附图说明
图1是本发明RFID标签的结构示意图。
图2是本发明RFID标签内标签天线的结构示意图。
图3是本发明RFID标签在尿不湿干燥时天线的S参数。
图4是本发明RFID标签在尿不湿潮湿时天线的S参数。
图5是天线在0.84GHz时xoz方向图。
图6是天线在0.84GHz时yoz方向图。
图7是天线在0.92GHz时xoz方向图。
图8是天线在0.92GHz时yoz方向图。
图9是本发明监护系统的结构示意图。
附图标记：1、尿不湿；2、标签芯片；3、小环单元；4、弯折单元。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
如图1和图2所示，本发明的一种RFID标签，包括作为介质基板的尿不湿1，在尿不湿1内水平设置有标签芯片2和标签天线，标签天线为对称结构，包括位于中间的小环单元3和两侧对称设置的弯折单元4，小环单元3为矩形，标签芯片2位于小环单元3的底边中心处，弯折单元4于小环单元同一平面内弯折，其一端垂直连接小环单元3的侧边，另一端向外侧弯折延伸。
现有技术中，在面对高龄者失禁的突发情况，通常采用尿不湿来预防。本申请中介质基板采用适用于本应用场景的尿不湿为基板，经实验得，干燥的尿不湿的相对介电常数为1.3，导电率为0.01S/m；潮湿的尿不湿(高龄者排泄混合物)的相对介电常数为80，导电率为1.54S/m，损耗正切为0.125，人体组织相对介电常数为36.6，导电率为0.64S/m。本申请中，尿不湿可以选用现有技术中任一品牌以及各种大小，不影响其在干燥或潮湿情况下的相对介电常数属性。标签芯片2采用现有技术中Impinj Monza4芯片，是Impinj公司生产的UHF频段RFID芯片，具有高性能的灵敏度与抗干扰性，全方位的天线支持。该芯片在915MHz工作阻抗为11-j143ohm(Ω)，为了与芯片的进行匹配，标签天线的输入阻抗为11+j143ohm。标签天线为对称结构，参见图2，中间的小环单元3为矩形结构，标签芯片2位于中间矩形环的底边中心，中心处同时作为标签天线的馈电端口，其大小为1mm×1mm。小环单元呈现感性特性(现有技术中RFID芯片的阻抗多为容性特性)，与标签芯片形成共轭匹配，，进而达到更优的能量传输效果。两侧对称的弯折单元4，弯折次数为3，弯折角度为90°，因此标签天线为左右两侧完全对称结构。小环单元3和弯折单元4的材质为铜，宽度为1mm，标签天线的各部分具体尺寸如下表1所示，小环单元3的长度为13mm(L1)，宽度为8mm(W1)，弯折单元总共有十节段，以右侧的弯折单元为例，从左向右每节段的长度依次为2mm(L3)、2mm(W2)、2mm(L4)、11mm(W3)、3mm(L5)、11mm(W3)、1mm、11mm(W3)、6mm(L6)、11mm(W3)。可知，弯折的间距前面两次相等均为1mm，最后一个弯折间距最大，是前面的4倍，弯折的高度前面一个为4mm，后面两个高度相等均为11mm。对称的弯折单元有良好的方向特性，在特定平面可实现近似全向辐射，同时弯折形式使得标签小型化且更加易于加工实现。整个标签天线的尺寸仅为39mm×12mm，尺寸较小，完全可内置于供高龄使用者使用的尿不湿里。
表1天线的具体尺寸(单位：mm)
Figure BDA0001118641290000051
Figure BDA0001118641290000061
为了测试此RFID标签中天线的性能，进行如下测试，如图3和图4所示为尿不湿干燥及潮湿时回波损耗曲线图，从图中可以看出，尿不湿干燥时(非失禁时)天线的频带范围在0.8GHz-1GHz。在该宽带内，天线具有良好的阻抗匹配和辐射特性，可以满足我国制定的800/900MHz频段RFID技术的实施标准，即可以覆盖840-845MHz和920-925MHz，实现双频设计的要求。
如图5、图7分别是天线的0.84GHz、0.92GHz处xoz(phi＝0度)方向图，天线在Eθ、Eφ方向表现出非常好的特性，由此可以体现出天线具有类似于偶极子天线良好的全向辐射性能。
如图6、图8分别是天线的0.84GHz、0.92GHz处yoz(phi＝90度)方向图，天线在Eθ、Eφ方向表现出非常好的特性，由此可以体现出天线具有类似于偶极子天线的辐射性能。
相应的，本发明的一种基于上述RFID标签的高龄者失禁监护系统，包括监控终端和对应各使用者的监控节点，各监控节点分别通过通信模块与监控终端连接通信；
监控终端包括主控计算机和用于显示各监控节点数据的显示模块；
各监控节点包括与使用者人体接触的RFID标签，以及可读写RFID标签的RFID读写器，RFID标签采用上述的RFID标签，RFID标签中携有相应使用者身份数据，RFID读写器采集RFID标签中使用者身份数据；
RFID读写器通过通信模块与主控计算机连接通信，进而将使用者身份数据上传至主控计算机中。
监控终端可采用现有技术中的PC机，也可以采用现有技术中的单片机，显示模块可以采用现有技术中的LCD显示屏，也可以采用现有技术中的触摸屏，RFID读写器与监控终端可置于床下或远离高龄使用者的位置。RFID电子标签记录了相应使用者的身份信息数据，RFID读写器向RFID标签发送查询指令，RFID标签正常工作时能够响应此指令，反馈回数据至RFID读写器，其过程参见现有技术。本系统在应用时，若高龄使用者没有失禁，尿不湿是干燥的，干燥尿不湿的相对介电常数为1.3，导电率为0.01S/m，此时RFID标签内的标签天线可以正常工作，RFID读写器定时采集RFID标签内的使用者身份数据上传至监控终端，若使用者有失禁的情况下，尿不湿是潮湿的，潮湿下尿不湿的相对介电常数为80，导电率为1.54S/m，此时RFID标签内的天线无法正常工作，RFID读写器无法采集RFID标签内的内容，那么监控终端长久未接到来自RFID标签反向的反馈信息会判定使用者已经失禁，即可立即通知医护人员，从而及时采取相应措施。
进一步的，通信模块采用串口或无线通信方式，其中无线通信方式包括GPRS、WIFI或Zigbee通信方式。通信方式可以现有技术中的串口通信，例如RS232或RS485，有线传输能够保证数据的安全性和传输的稳定性。也可以采用无线通信方式，例如GPRS、WIFI或Zigbee通信，无线传递的方式摆脱了传统有线布局的繁琐。
进一步的，监控终端还包括报警模块，报警模块的输入端连接主控计算机，主控计算机控制报警模块输出报警信号。报警模块可采用现有的声光报警模块，当有使用者出现失禁情况时，监控终端主控计算机收到相关情况，即可控制报警模块进行报警，以警示医护人员。报警模块也可以采用现有计数中语音播报报警。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种RFID标签，其特征是，包括作为介质基板的尿不湿，在尿不湿内水平设置有标签芯片和标签天线，标签天线为对称结构，包括位于中间的小环单元和两侧对称设置的弯折单元，小环单元为矩形，标签芯片位于小环单元的底边中心处，弯折单元于小环单元同一平面内弯折，其一端垂直连接小环单元的侧边，另一端向外侧弯折延伸；弯折偶极子天线的弯折次数为3次，弯折部为90°，弯折单元总共有十节段，最后一个弯折间距最大，是前面的4倍，弯折单元的十节段依此首尾相连，其中，右侧弯折单元从左向右每节段的长度依次为2mm、2mm、2mm、11mm、3mm、11mm、1mm、11mm、6mm、11mm。
2.一种基于RFID标签的高龄者失禁监护系统，其特征是，包括监控终端和对应各使用者的监控节点，各监控节点分别通过通信模块与监控终端连接通信；
监控终端包括主控计算机和用于显示各监控节点数据的显示模块；
各监控节点包括与使用者人体接触的RFID标签，以及可读写RFID标签的RFID读写器，RFID标签采用权利要求1所述的RFID标签，RFID标签中携有相应使用者身份数据，RFID读写器采集RFID标签中使用者身份数据；
RFID读写器通过通信模块与主控计算机连接通信，进而将使用者身份数据上传至主控计算机中。
3.根据权利要求2所述的基于RFID标签的高龄者失禁监护系统，其特征是，通信模块采用串口或无线通信方式，其中无线通信方式包括GPRS、WIFI或Zigbee通信方式。
4.根据权利要求2所述的基于RFID标签的高龄者失禁监护系统，其特征是，监控终端还包括报警模块，报警模块的输入端连接主控计算机，主控计算机控制报警模块输出报警信号。
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