CN106529645B - 一种基于可见光通信的自动识别无源标签及其通信系统 - Google Patents

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Abstract

一种基于可见光通信的自动识别无源标签及其通信系统，无源标签包括有光电池相连的标签芯片，以及与标签芯片输出相连用于发射光信号的LCD液晶屏。通信系统，包括有用于接收读写器所发出的光、并将本身信息反射给读写器的自动识别无源标签，读写器中用于向自动识别无源标签发光的发光部件为发光二极管，读写器中用于接收自动识别无源标签所反射的光信号的接收部分为光电探测器。本发明具有双向可见光通信性质，且具有存储功能。可利用可见光通信的光资源为电子标签提供能量，以实现无源工作，同时还具有光通信无电磁辐射的优点。本发明的标签寿命长，免更换电池，具有可存储、可修改数据、可重复使用、保密性强的功能，可以成为纸质标签的升级产品。

Description

一种基于可见光通信的自动识别无源标签及其通信系统
技术领域
本发明涉及一种光通信。特别是涉及一种下行通信方式采用LED发射可见光，上行通信方式采用LCD反向调制并反射可见光为通信方式的基于可见光通信的自动识别无源标签及其通信系统。
背景技术
RFID电子标签已逐渐应用到识别技术领域中,RFID电子标签主要由标签芯片、读写器、数据传输和处理系统三部分组成。RFID电子标签具有抗干扰能力强、信息量大、非视觉范围读写、寿命长和种类多等优点。
但是现有RFID技术至少存在以下缺点和不足:1、普通无源RFID标签本身不能产生能量，需要功率很大的读写器为标签提供能量,因此无源RFID电磁辐射大、易造成环境电磁污染。并且它所发送的数据信号是根据雷达反射回波的原理实现的，返回信号非常微弱，极易受到干扰。2、超高频(UHF)RFID读取器在距离人体非常近的时候会对人体健康有潜在危害，某些特殊人群的应用中如孕妇、婴儿的可穿戴设备，某些有精密仪器的地方的应用存在很大的局限性。3、RFID大功率电磁效应会使金属物品发热，不能应用在危险物品的管理中。
新兴的可见光通信(VLC：Visible Light Communication)技术,其发射级采用照明电源传递数据调制的光信号,接收级采用光探测器和光接收机解调光信号得到传递的数据。可见光通信对人体无害已初步应用于室内通信。其优点如下：(l)可见光通信技术采用的光源波长位于对人眼无害的可见光波段，不存在电磁辐射，适用于射频敏感领域。(2)可见光通信技术由于采用照明光源作为信号源，只要光照得到的地方均可进行通信，独立空间内频带可以重复利用，没有通信盲区。(3)可见光通信技术，利用的是照明光源，与自然光一致，因此一般情况下无需限制发射功率。(4)无需申请无线电频谱，无须政府许可，便携性强，便于维护，适合在智能家居、智能交通等领域应用。(5)适合信息安全领域应用。只要有可见光不能透过的障碍物阻挡，半导体照明信息网内的信息就不会外泄。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，提供一种具有双向可见光通信方式和具有存储功能的基于可见光通信的自动识别无源标签及其通信系统。
本发明所采用的技术方案是：一种基于可见光通信的自动识别无源标签，包括有光电池，与所述光电池相连的标签芯片，以及与所述标签芯片输出相连用于发射光信号的LCD液晶屏。
所述标签芯片包括有输入端通过电容连接所述光电池的光接收机，以及输入端通过电感连接所述光电池的电源管理电路，其中，所述电源管理电路的输出连接所述光接收机，所述光接收机的输出依次串接数字基带、数控开关和反向调制电路，所述反向调制电路的输出连接所述LCD液晶屏，所述数字基带还双向连接存储器。
所述光接收机包括有依次串接的输入端通过电容连接所述光电池的跨阻放大器、限幅放大器和比较器，其中，所述比较器的输出端连接所述数字基带的输入端。
一种具有基于可见光通信的自动识别无源标签的通信系统，包括读写器，还包括有用于接收所述读写器所发出的光、并将本身信息反射给所述读写器的自动识别无源标签，其中，所述读写器中用于向自动识别无源标签发光的发光部件为发光二极管，所述读写器中用于接收自动识别无源标签所反射的光信号的接收部分为光电探测器。
所述的读写器还包括有：输入端与所述光电探测器相连的用于对电信号进行处理的可见光接收机，所述可见光接收机的输出端通过用于还原原始信号的解调器连接用于处理数据的数字基带的输入端，所述数字基带的输出依次通过用于进行信号调制的调制器和可见光发射机连接所述发光二极管，所述数字基带还分别从外部接收数据和向外部发送数据。
所述的自动识别无源标签，包括光电池，与所述光电池相连的标签芯片，以及与所述标签芯片输出相连用于发射光信号的LCD液晶屏，所述标签芯片包括有输入端通过电容连接所述光电池的光接收机，以及输入端通过电感连接所述光电池的电源管理电路，其中，所述电源管理电路的输出连接所述光接收机，所述光接收机的输出依次串接数字基带、数控开关和反向调制电路，所述反向调制电路的输出连接所述LCD液晶屏，所述数字基带还双向连接存储器。
所述光接收机包括有依次串接的输入端通过电容连接所述光电池的跨阻放大器、限幅放大器和比较器，其中，所述限幅放大器的输入端还连接所述电源管理电路的输出端，所述比较器的输出端连接所述数字基带的输入端。
本发明的一种基于可见光通信的自动识别无源标签及其通信系统，具有双向可见光通信性质，且具有存储功能。可利用可见光通信的光资源为电子标签提供能量，以实现无源工作，同时还具有光通信无电磁辐射的优点。本发明的标签属于无源标签，有着寿命长，免更换电池维护的优点，具有可存储、可修改数据、可重复使用、保密性强等纸质标签所没有的功能，可以成为纸质标签的升级产品。本发明的技术特点是：
1、本发明提出了基于可见光通信的自动识别无源标签的一种双向可见光通信系统，这系统不仅实现了标签的双向可见光通信，克服了普通无源RFID电磁辐射大、易造成环境电磁污染、应用场景受限制等缺点。
2、所述通信系统由于减小了读写器的辐射功率从而减小了读写器的尺寸，降低成本。
3、所述可见光通信的自动识别标签中LCD功耗很低，完全可以由光电池借助环境光能或读写器LED发射的能量供电，做到了节能。
附图说明
图1是本发明基于可见光通信的自动识别无源标签的电路构成框图；
图2是本发明基于可见光通信的自动识别无源标签的通信系统结构示意图；
图3是基于可见光通信的自动识别无源标签的通信系统中读写器的结构框图。
图中
1：读写器 2：自动识别无源标签
3：光电池 4：LCD液晶屏
5：标签芯片 11：发光二极管
12：光电探测器 51：光接收机
52：电源管理电路 53：数字基带
54：数控开关 55：反向调制电路
56：存储器 511：跨阻放大器
512：限幅放大器 513：比较器
13：可见光接收机 14：解调器
15：数字基带 16：调制器
17：可见光发射机
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本发明的一种基于可见光通信的自动识别无源标签及其通信系统做出详细说明。
如图1所示，本发明的一种基于可见光通信的自动识别无源标签，标签的接收信号采用光通信模式，发射信号采用LCD调制反射模式。具体包括有光电池3，与所述光电池3相连的标签芯片5，以及与所述标签芯片5输出相连用于发射光信号的LCD液晶屏4。所述的LCD液晶屏4可以采用调制功耗更小、电量较小且具有通电透光不通电不透光的液晶光阀，所述光阀在后侧镀有高反射镜面膜，尺寸在厘米级通断电压在3V以下，耗电功率在1W以下。将入射到自动识别无源标签上的光调制反射出去，最终实现无源标签的双向通信。
所述标签芯片5包括有输入端通过电容C连接所述光电池3的光接收机51，以及输入端通过电感L连接所述光电池3的电源管理电路52，其中，所述电源管理电路52的输出连接所述光接收机51，所述光接收机51的输出依次串接数字基带53、数控开关54和反向调制电路55，所述反向调制电路55的输出连接所述LCD液晶屏4，所述数字基带53还双向连接存储器56。所述数字基带53、存储器56、数控开关54、反向调制电路55均采用传统RFID技术。经读写器LED 1发射持续光为光电池提供能量同时也为标签表面LCD反射提供光源，也可通过闪烁向光电池发射信号。所述的光电池可以采用外置分离太阳能电池，所述太阳能电池的材料又可以采用多晶硅或单晶硅或砷化嫁。太阳能电池在满足为整体标签稳定供电的前提下,尽量选取尺寸最小的太阳能电池。
所述光接收机51采用传统可见光通信中光接收机模块(跨阻放大器(TIA)、限幅放大器、比较器)，所述光接收机51具体包括有依次串接的输入端通过电容C连接所述光电池3的跨阻放大器511、限幅放大器512和比较器513，其中，所述限幅放大器512的输入端还连接所述电源管理电路52的输出端，所述比较器513的输出端连接所述数字基带53的输入端。
当本发明的基于可见光通信的自动识别无源标签接收到携有光信号的可见光照时,一方面太阳能电池将光能转化成电能输入到电源管理系统,电源管理电路采用CMOS工艺集成到标签芯片中，其功能不仅在于将太阳能电池输入的不稳定的电源电压，转化成稳定的电源电压并有效、合理、稳定的为标签芯片内部各个模块提供能量。同时电源管理电路也包含与之相匹配的电源存储模块，用于在接受弱光信号时为标签芯片提供稳定的电源。另一方面，太阳能电池光信号转化成电信号输入给电容，由于电容具有去直通交的特性，可以通过合理的选取电容以将获得太阳能电池输出中的交流电信号并将其输入到光接收机中，实现可见光信号到电信号的转化过程。
如图2所示，本发明的一种具有基于可见光通信的自动识别无源标签的通信系统，其下行通信方式采用LED的可见光的通信方式，上行通信方式采用LCD反向调制并反射可见光的方式。包括读写器1，还包括有用于接收所述读写器1所发出的光、并将本身信息反射给所述读写器1的自动识别无源标签2，其中，所述读写器1中用于向自动识别无源标签2发光的发光部件为发光二极管11，所述读写器1中用于接收自动识别无源标签2所反射的光信号的接收部分为光电探测器12。
如图3所示，所述的读写器1还包括有：输入端与所述光电探测器12相连的用于对电信号进行处理的可见光接收机13，所述可见光接收机13的输出端通过用于还原原始信号的解调器14连接用于处理数据的数字基带15的输入端，所述数字基带15的输出依次通过用于进行信号调制的调制器16和可见光发射机17连接所述发光二极管11，所述数字基带15还分别从外部接收数据A和向外部发送数据B。
所述读写器1的工作原理：光电探测器12将光信号转变成电信号经过可见光接收机13处理，再经过解调器14还原出原始信号输入到数字基带15进而输出存储；读写器向外发送的数据经过数字基带处理在调制器16处进行信号调制，被调制信号经过可见光发射机17使发光二极管11闪烁向外发射可见光信号。
所述的自动识别无源标签2，包括有光电池3，与所述光电池3相连的标签芯片5，以及与所述标签芯片5输出相连用于发射光信号的LCD液晶屏4，所述标签芯片5包括有输入端通过电容C连接所述光电池3的光接收机51，以及输入端通过电感L连接所述光电池3的电源管理电路52，其中，所述电源管理电路52的输出连接所述光接收机51，所述光接收机51的输出依次串接数字基带53、数控开关54和反向调制电路55，所述反向调制电路55的输出连接所述LCD液晶屏4，所述数字基带53还双向连接存储器56。所述光接收机51包括有依次串接的输入端通过电容C连接所述光电池3的跨阻放大器551、限幅放大器512和比较器513，其中，所述限幅放大器512的输入端还连接所述电源管理电路52的输出端，所述比较器513的输出端连接所述数字基带53的输入端。

Claims (4)

1.一种基于可见光通信的自动识别无源标签，其特征在于，包括有光电池（3），与所述光电池（3）相连的标签芯片（5），以及与所述标签芯片（5）输出相连用于反射光信号的LCD液晶屏（4）；
所述标签芯片（5）包括有输入端通过电容（C）连接所述光电池（3）的光接收机（51），以及输入端通过电感（L）连接所述光电池（3）的电源管理电路（52），其中，所述电源管理电路（52）的输出连接所述光接收机（51），所述光接收机（51）的输出依次串接数字基带（53）、数控开关（54）和反向调制电路（55），所述反向调制电路（55）的输出连接所述LCD液晶屏（4），所述数字基带（53）还双向连接存储器（56）。
2.根据权利要求1所述的基于可见光通信的自动识别无源标签，其特征在于，所述光接收机（51）包括有依次串接的输入端通过电容（C）连接所述光电池（3）的跨阻放大器（511）、限幅放大器（512）和比较器（513），其中，所述比较器（513）的输出端连接所述数字基带（53）的输入端。
3.一种具有权利要求1所述的基于可见光通信的自动识别无源标签的通信系统，其特征在于，包括读写器（1），还包括有用于接收所述读写器（1）所发出的光、并将本身信息反射给所述读写器（1）的自动识别无源标签（2），其中，所述读写器（1）中用于向自动识别无源标签（2）发光的发光部件为发光二极管（11），所述读写器（1）中用于接收自动识别无源标签（2）所反射的光信号的接收部分为光电探测器（12）；
所述的读写器（1）还包括有：输入端与所述光电探测器（12）相连的用于对电信号进行处理的可见光接收机（13），所述可见光接收机（13）的输出端通过用于还原原始信号的解调器（14）连接用于处理数据的数字基带（15）的输入端，所述数字基带（15）的输出依次通过用于进行信号调制的调制器（16）和可见光发射机（17）连接所述发光二极管（11），所述数字基带（15）还分别从外部接收数据（A）和向外部发送数据（B）；
所述的自动识别无源标签（2），包括光电池（3），与所述光电池（3）相连的标签芯片（5），以及与所述标签芯片（5）输出相连用于发射光信号的LCD液晶屏（4），所述标签芯片（5）包括有输入端通过电容（C）连接所述光电池（3）的光接收机（51），以及输入端通过电感（L）连接所述光电池（3）的电源管理电路（52），其中，所述电源管理电路（52）的输出连接所述光接收机（51），所述光接收机（51）的输出依次串接数字基带（53）、数控开关（54）和反向调制电路（55），所述反向调制电路（55）的输出连接所述LCD液晶屏（4），所述数字基带（53）还双向连接存储器（56）。
4.根据权利要求3所述的具有基于可见光通信的自动识别无源标签的通信系统，其特征在于，所述光接收机（51）包括有依次串接的输入端通过电容（C）连接所述光电池（3）的跨阻放大器（511）、限幅放大器（512）和比较器（513），其中，所述限幅放大器（512）的输入端还连接所述电源管理电路（52）的输出端，所述比较器（513）的输出端连接所述数字基带（53）的输入端。
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