CN106503775A - 基于rfid的电视塔取能供能系统 - Google Patents

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Abstract

基于RFID的电视塔取能供能系统，包括取能供能节点和射频传感标签；系统的取能供能节点从电视塔发射出的无线信号获取能量，电视塔发射出的能量通过无线信道传输到取能供能节点的获能天线，能供能节点将收集的能量进行整流和存储，并通过射频供能天线发射给近场的射频传感标签；基于RFID技术的超高频射频传感标签用于传感器信息的采集、存储以及无线传输。本发明可用于获取电视塔无线传输能量和发射出超高频信号，每一个射频传感标签都可从系统的取能供能节点的供能天线获得能量，从而使射频传感标签可以获得除阅读器以外的更大能量，使其通信传输距离更远。

Description

基于RFID的电视塔取能供能系统
技术领域
本发明涉及射频识别技术、无线传感通信技术领域，具体涉及的是基于RFID的电视塔取能供能系统。
背景技术
随着射频识别技术、无线传感通信技术的快速发展，射频传感标签在社会各领域应用越来越广泛，如图书馆借书系统、公交卡等的使用。目前射频传感标签的供电方式主要有三种，分别为有源、无源和半有源。应用于射频传感标签的有源供电方式主要是太阳能电池、干电池或锂电池供电，其主要弊端是体积较大或寿命较短；应用于射频传感标签的半有源供电方式为标签天线从阅读器和电池取能，其主要的缺点在于电源管理电路较为复杂、功耗较大，不符合系统低功耗趋势的要求；无源供电方式为射频标签从阅读器发射的无线信号取能，主要缺点是获取到的能量微弱，通信距离较短。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，克服上述背景技术的不足，提供一种为射频传感标签供电的基于RFID的电视塔取能供能的系统。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
基于RFID的电视塔取能供能系统，包括取能供能节点和射频传感标签。
所述取能供能节点的输入端与获能天线相连，取能供能节点的输出端与供能天线相连；射频传感标签的输入端与标签天线相连。
所述取能供能节点通过获能天线获取来自电视塔发射出的高频无线信号，电视塔发射出的能量通过无线信道传输到取能供能节点的获能天线，取能供能节点将收集到的能量进行整流和存储，并通过供能天线发射给近场的射频传感标签；
所述射频传感标签是基于RFID技术的传感标签节点，用于信息的采集、存储以及无线传输。
进一步，所述取能供能节点包括取能模块和供能模块。
进一步，所述取能模块包括天线阻抗匹配电路、整流电路、超级电容充电电路和线性稳压电路。天线阻抗匹配电路、整流电路、超级电容充电电路和线性稳压电路依次电连接，天线阻抗匹配电路外接获能天线。
所述天线阻抗匹配电路用于获得电视塔发射端的无线信号，得到交流电压。
所述整流电路用于对上述的交流电压进行整流处理，得到系统所需的直流电压。
所述超级电容存储电路对直流电能进行存储，并起到续流的作用。
所述线性稳压电路对上述直流电压进行降压或者升压，得到与供能模块相适应的直流电平。
进一步，所述供能模块包括第一主控制器和射频芯片。
所述第一主控制器为低功耗的处理器，用于配置射频芯片的工作状态并与射频芯片通信。第一主控制器与射频芯片以IIC总线连接。
所述射频芯片外接供能天线。射频芯片通过供能天线发射超高频无线信号。
进一步，所述射频传感标签包括射频模块、EEPROM模块、第二主控制器、传感器模块、扩展I/O口。其中EEPROM模块、第二主控制器和传感器模块均由射频模块供电。
所述射频模块外接标签天线；射频模块通过标签天线获取能量。
所述EEPROM模块为具有IIC总线通信方式的存储芯片；
所述第二主控制器为低功耗处理器，以IIC总线与传感器模块和EEPROM模块连接，以IIC总线、SPI总线和GPIO口与扩展I/O口连接。
所述传感器模块采用具有IIC总线通信方式的芯片。
传感器模块包括可以使用任意具有IIC总线通信功能的传感器，用于采集相关的物理信息。
所述扩展I/O口可扩展主控制器的SPI总线、IIC总线和GPIO口。
所述射频传感标签通过传感器模块完成所需信息的采集，射频传感标签通过EEPROM模块完成信息的存储，射频传感标签通过标签天线完成信息的无线传输。
基于RFID的电视塔取能供能系统具有绿色环保的特点，其利用环境中易于获取的电视塔无线信号为超级电容充电，而超级电容具有环境友好的特点，射频传感标签利用取能供能节点获得附加能量，避免了使用电池为其供电，因此具有绿色环保的特点；基于RFID的电视塔取能供能系统还具有工作寿命长的特点，取能供能节点能量的来源是电视塔发射的无线信号，其始终存在，因而可以不断地为近场的射频传感标签提供能量，因而具有工作寿命长的特点。
附图说明
图1 为本发明基于RFID的电视塔取能供能系统的一种结构示意图；
图2为图1所示实施例基于RFID的电视塔取能供能系统的取能供能节点的结构示意图；
图3为图2所示实施例基于RFID的电视塔取能供能系统的取能供能节点的取能模块的内部结构示意图；
图4为采用图2所示实施例基于RFID的电视塔取能供能系统的取能供能节点的供能模块的内部结构示意图；
图5为图1所示实施例基于RFID的电视塔取能供能系统的射频传感标签的内部结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
参照图1，本发明之基于RFID的电视塔取能供能系统包括取能供能节点U2和射频标签节点U3。所述取能供能节点U2的输入端与获能天线相连，取能供能节点U2的输出端与供能天线相连；射频传感标签U3的输入端与标签天线相连。
取能供能节点U2通过获能天线获取来自电视塔U1发射出的高频无线信号，电视塔发射出的能量通过无线信道传输到取能供能节点的获能天线，取能供能节点U2将收集到的能量进行整流和存储，并通过供能天线发射给近场的射频传感标签U3；
射频传感标签U3是基于RFID技术的射频传感标签，用于信息的采集、存储以及无线传输。
其中，电视塔发射端U1与取能供能节点U2连接方式为无线信道传输，不失一般性的，本实施案例中取能供能节点U2的获能天线频段的为电视塔数字卫视频段的533.25MHz（CCTV7台频率）至711.4MHz（CCTV9台频率）。取能供能节点U2与射频传感标签U3连接方式也为无线传输，取能供能节点U2的供能天线与射频传感标签的标签天线通信频段为超高频段的920MHz至925MHz。
参照图2，图1中的取能供能节点U2包括取能模块U21和供能模块U22。
取能模块U21外接获能天线，取能模块U21和供能模块U22连接，供能模块U22外接供能天线。
参照图3，取能模块U21包括天线阻抗匹配电路U211、整流电路U212、超级电容充电电路U213和线性稳压电路U214。
天线阻抗匹配电路U211、整流电路U212、超级电容充电电路U213和线性稳压电路U214依次电连接。取能模块通过天线阻抗匹配电路U211外接获能天线。
天线阻抗匹配电路用于获得电视塔发射端的无线信号，得到交流电压；整流电路用于对得到的交流电压进行整流处理，得到系统所需的直流电压；超级电容充电电路对直流电能进行存储；线性稳压电路对上述直流电压进行降压或者升压，得到与供能模块U22相适应的直流电平。
参照图4，供能模块U22包括第一主控制器U221和射频芯片U222。
第一主控制器U221和射频芯片U222以IIC总线连接。射频芯片U222外接供能天线。第一主控制器U221和射频芯片U222均与取能模块U21连接。不失一般性的，本实施例之第一主控制器选用TI公司的MSP430G22x0系列单片机，静态电流低至0.5µA，动态电流低至220µA，封装为SOIC-8，具有体积紧凑低成本低功耗的优点，可最大限度的降低供能模块U22之第一主控制器U221本身的功率消耗；射频芯片U222选用Impinj公司的Monza X-8K,与第一主控制器U221通过IIC总线连接。第一主控制器U221和射频芯片U222均由取能模块U21供电。
参照图5，射频传感标签U3包括射频模块U31、EEPROM模块U32、第二主控制器U33、传感器模块U34、扩展I/O口U35。
标签天线、EEPROM模块U32、第二主控制器U33和传感器模块U34均与射频模块U31连接，由射频模块U31供电；EEPROM模块U32、射频模块U31、传感器模块U34和扩展I/O口 U35均与第二主控制器U33连接。不失一般性的，本实施例之EEPROM模块U32选用CAT25C256芯片，具有256 Kb的存储容量，该芯片由射频模块供电，与第二主控制器U33通过IIC总线通信；第二主控制器选用TI公司的MSP430FR5972单片机，其SPI总线接口多至4个，可扩展的GPIO多至51个，在传感器扩展能力和功率消耗之间求得最佳平衡，由射频模块供电，与EEPROM模块U32和传感器模块U34通过IIC总线通信，与扩展I/O口U35通过SPI总线、IIC总线和GPIO口连接；传感器模块U34可选例如与第二主控制器U33进行IIC总线通信方式的震动传感器ADXL346和光传感器LM94021等；扩展I/O口U35可扩展第二主控制器U33的SPI总线、IIC总线和GPIO口。
本发明之基于RFID的电视塔取能供能系统的能量传输方向为：取能供能节点U2的获能天线从电视塔发射端U1获取能量，取能供能节点U2的获能天线配置在电视塔的发射频段内（例如533.25MHz（CCTV7台频率）至711.4MHz（CCTV9台频率）），并通过整流电路和超级电容充电电路将获得的能量存储到超级电容充电电路的超级电容中，经过线性稳压电路的处理，为供能模块提供能量。取能供能节点U2的供能天线向近场的射频传感标签U3外接的标签天线发射超高频信号，为射频传感标签U3供电，供能天线和标签天线均配置在920MHz至925MHz带宽范围内。
获得电能的射频传感标签U3可根据现场需要，完成对所需信息的采集、存储以及无线传输。
以上对本发明的相关选择具体实施方式作了详细介绍。所述具体实施方式只是用于帮助理解本发明的核心思想。应当指出，对于本技术领域的技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也属于本发明权利要求的保护范围。

Claims (5)

1.基于RFID的电视塔取能供能系统，其特征在于，包括取能供能节点和射频传感标签；
所述取能供能节点的输入端与获能天线相连，取能供能节点的输出端与供能天线相连；射频传感标签的输入端与标签天线相连；
所述取能供能节点通过获取来自电视塔发射出的高频无线信号，电视塔发射出的能量通过无线信道传输到取能供能节点的获能天线，取能供能节点将收集到的能量进行整流和存储，并通过供能天线发射给近场的射频传感标签；
所述射频传感标签是基于RFID技术的射频传感标签，用于信息的采集、存储以及无线传输。
2.根据权利要求1所述的基于RFID的电视塔取能供能系统，其特征在于，所述的取能供能节点包括取能模块和供能模块。
3.根据权利要求2所述的基于RFID的电视塔取能供能系统，其特征在于，所述取能模块包括天线阻抗匹配电路、整流电路、超级电容充电电路和线性稳压电路；天线阻抗匹配电路、整流电路、超级电容充电电路和线性稳压电路依次电连接，天线阻抗匹配电路外接获能天线；
所述天线阻抗匹配电路用于获得电视塔发射端的无线信号，得到交流电压；
所述整流电路用于对交流电压进行整流处理，得到系统所需的直流电压；
所述超级电容存储电路对直流电能进行存储，并起到续流的作用；
所述线性稳压电路对直流电压进行降压或者升压，得到与供能模块相适应的直流电平。
4.根据权利要求2所述的基于RFID的电视塔取能供能系统，其特征在于，所述供能模块包括第一主控制器和射频芯片；第一主控制器和射频芯片由取能模块来供电；
所述第一主控制器为低功耗处理器，第一主控制器用于配置射频芯片的工作状态并与射频芯片通信，主控制器与射频芯片通过IIC总线连接；
所述射频芯片外接供能天线，射频芯片通过供能天线发射超高频无线信号。
5.根据权利要求1或2所述的基于RFID的电视塔取能供能系统，其特征在于，所述射频传感标签包括射频模块、EEPROM模块、第二主控制器、传感器模块、扩展I/O口，其中EEPROM模块、主控制器和传感器模块均由射频模块供电；
所述射频模块外接标签天线，射频模块通过标签天线获取能量；
所述EEPROM模块为具有IIC总线通信方式的存储芯片；
所述第二主控制器为低功耗处理器；第二主控制器以IIC总线与传感器模块和EEPROM连接，第二主控制器以IIC总线、SPI总线和GPIO口与扩展I/O口连接；
所述传感器模块为具有IIC总线通信方式的芯片；
所述扩展I/O口扩展主控制器的SPI总线、IIC总线和GPIO口。
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