CN107016434A - 一种基于lpwan和rfid技术的电子标签 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及物联网射频无线识别技术领域，公开了一种基于LPWAN和RFID技术的电子标签，包括天线模块、微处理器和电池、LPWAN传输模块和触发模块，其中，天线模块连接触发模块；天线模块用于感应感应线圈，当电子标签靠近感应线圈时，感应线圈的电磁场给天线模块充电，从而使得天线模块具备能量；触发模块用于在传感到天线模块具备能量后，触发电子标签发送LPWAN信号；LPWAN传输模块用于收发LPWAN信号；电池用于为电子标签各模块供电；微处理器用于处理信号，并控制LPWAN传输模块收发信号。本发明巧妙地将无源被动型电子标签和有源主动型电子标签进行结合，实现基于LPWAN和RFID技术的电子标签。
Description
技术领域
本发明涉及物联网射频无线识别的技术领域，尤其涉及一种基于低功耗广域网(LPWAN)和RFID技术的电子标签。
背景技术
随着技术的进步，物联网也发展迅速；物联网是建立在互联网的基础之上，其将用户端延伸和扩展到任何物品与物品之间，进行信息交换和通信的一种网络概念。其定义是：通过射频识别(RFID)、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备，按约定的协议，把任何物品与互联网相连接，进行信息交换和通信，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络概念。而所有这些技术中，射频识别技术相较于其他识别技术，在准确率、感应距离、信息量等方面具有非常明显的优势。
RFID无线识别技术以其技术简单、造价低廉的特点，已经在物联网领域得到广泛的应用，是一个物联网技术领域的基础器件。RFID技术将微芯片嵌入到产品当中，微芯片会向扫描器自动发出产品的序列号等信息，而这个过程不需要像条形码技术那样进行人工扫描，可工作于各种恶劣环境。目前RFID技术应用很广，如：图书馆，门禁系统，食品安全溯源等。最基本的RFID系统由标签、阅读器、天线三部分组成，电子标签中一般保存有约定格式的电子数据。RFID分为无源被动型和有源主动型，无源被动型不含电池，能量来源于天线接收的能量，因而其传输距离短，抗干扰能力差，无法安装于金属表面和强电磁场的环境。RFID有源主动型就是靠RFID自身的能量通过发射天线把数据发射到阅读器，这种方式传输距离也一般，抗干扰能力也一般。
在应用RFID技术将电子标签应用在物联网的过程中，存在一些问题，主要包括以下几个方面：
1、RFID技术属于短距离识别通信，其能通信的距离非常短，其电子标签发射的信号覆盖范围非常有限，不利于物联网的发展；
2、传统的将RFID技术结合移动通信网进行物联网的实现，如结合2G/3G/4G模块，而移动通信模块价格高、功耗高、覆盖面不广泛，这同样也不适合物理网的发展。
发明内容
针对现有技术中电子标签的发展存在的问题，本发明的主要目的在于提供一种基于LPWAN和RFID技术的电子标签，通过RFID近距离感应，然后通过低功耗广域物联网来传输信息，实现低成本、低功耗、广覆盖的物联网技术，以解决上述问题。
本发明提供了一种基于LPWAN和RFID技术的电子标签，包括天线模块、微处理器和电池，所述电子标签还包括LPWAN传输模块和触发模块，其中，LPWAN传输模块、电池和触发模块都连接微处理器，天线模块连接触发模块；天线模块用于感应感应线圈，当电子标签靠近感应线圈时，感应线圈的电磁场给天线模块充电，从而使得天线模块具备能量；触发模块用于在传感到天线模块具备能量后，触发电子标签发送LPWAN信号；LPWAN传输模块用于收发LPWAN信号；电池用于为电子标签各模块供电；微处理器用于处理信号，并控制LPWAN传输模块收发信号。
进一步地，所述电子标签还包括存储器，用于存储唯一的标识信息；LPWAN传输模块还用于与后台服务器通过低功耗广域物联网进行通信，并在电子标签被触发后，通过微处理器控制其发送所述标识信息给后台服务器。
进一步地，所述触发模块内部包括能量传感器、判断模块和输出模块；其中，能量传感器用于传感天线模块的能量，判断模块，用于判断传感的能量是否大于预设的阈值，如果大于阈值，则触发模块发送高电平给微处理器，触发电子标签发送LPWAN信号，否则触发模块输出一直为低电平；输出模块，用于输出高电平或低电平。
进一步地，所述感应线圈感应激活电子标签的距离在10-300cm之间，具体距离可根据需要进行调节。
进一步地，所述LPWAN包括NB-IOT、LoRa、SigFox、RPMA、LTE-M、NWave等物联网。
在本发明优选的实施例中，所述电子标签应用于自行车有序停放管理系统，并安装在自行车上；所述感应线圈铺设在自行车规定停放的区域，用于触发电子标签发送停车请求给后台服务器；所述电子标签用于判断自行车是否进入感应线圈工作区，如果进入，则被触发激活，并通过低功耗广域物联网发送停车请求给后台服务器，否则处于休眠状态；所述后台服务器用于管理辖区内所有自行车的授权管理、接口管理、统计管理，并且用于判定停车合理后发送允许锁车信号给智能锁或用户终端或电子标签；所述智能锁用于自动锁车，或者与用户终端及电子标签一样，用于提醒用户手动锁车，从而完成还车。
进一步地，所述停车请求包括标识信息、停车位地址信息以及请求停车信号，其中标识信息与所述自行车唯一对应并绑定。
进一步地，所述后台服务器对自行车的标识信息及停车位地址信息进行管理、授权、分发、撤销和存储；所述后台服务器还用于对所述自行车及相应的运营平台进行监管。
进一步地，所述手动锁车的情况包括：用户终端或智能锁或电子标签接收到所述允许锁车信号后，发出振动或响声提示用户，可以锁车；用户锁车后，智能锁、用户终端、电子标签、车载控制器中的任意一项向所述后台服务器发送已锁车指令，后台服务器接收到已锁车指令后，停止计时收费，将车改为空闲状态，并向用户终端发送此次行程的计费信息，从而完成还车。
进一步地，所述后台服务器至少包括无线通信模块和LPWAN传输模块；无线通信模块用于与用户终端或智能锁进行通信；LPWAN传输模块用于与电子标签进行通信。
优选地，所述自行车包括但不限于共享单车、公共自行车、共享电动自行车。
本发明实施例的技术方案提供了一种基于LPWAN和RFID技术的电子标签，本发明实施例的技术方案具有以下显著效果：
1. 本发明巧妙地将无源被动型电子标签和有源主动型电子标签进行结合，通过无源被动型的部分完成对感应线圈的触发，通过有源主动型部分完成对信号的发射，从而实现基于LPWAN和RFID技术的电子标签。
2.本发明通过低功耗广域物联网技术，实现电子标签直接发射信号给后台服务器，而不需要经过其他中间节点，实现了电子标签的远距离通信；除此之外，本发明基于LPWAN和RFID技术的电子标签不仅仅带宽低、功耗低、待机时间长，成本也低，而且由于LPWAN支持海量连接以及深度覆盖能力，因此该电子标签对网络的要求低，即使在较偏僻的郊区，也能被联通。
3.本发明将该电子标签应用于对自行车的管理方面，实现了自行车的有序停放，该自行车上的电子标签识别到指定停放区域的精度可以达到10-30cm，只有停放到规定区域，才能上锁，从而解决了现有技术中出现的乱停乱放的问题。
附图说明
图1为本发明实施例一中电子标签的结构示意图；
图2为本发明实施例一电子标签中触发模块的结构示意图；
图3为本发明实施例二中电子标签应用于自行车有序停放管理系统的结构示意图。
具体实施方式
为使得本发明的发明目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而非全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
针对背景技术中提到的缺陷，本发明提供了一种基于LPWAN和RFID技术的电子标签的技术方案，在本发明的实施例中，通过RFID近距离感应，然后通过低功耗广域物联网来传输信息，实现低成本、低功耗、广覆盖的物联网技术，达到改进现有技术中的明显缺陷。
由于低功耗广域物联网支持低功耗设备在广域网的蜂窝数据连接，也称为低功耗广域网(LPWA)；所述LPWAN包括NB-IOT、LoRa、SigFox、RPMA、LTE-M、NWave等物联网。在本发明中，由于采用基于LPWAN的电子标签，因此相比现有技术中的电子标签，具有以下特点：支持待机时间长、对网络信号要求不高；本发明电子标签不仅可以满足如农村这样的广覆盖需求，对于偏僻郊区、厂区、地下车库这类对深度覆盖有要求也同样适用；基于LPWAN和RFID的电子标签具有低功耗特性，这也是物联网应用一项重要指标，该电子标签不需要经常更换电池和也适应环境恶劣的场合，其续航时间可以从1年到几年不等。在LAWAN相关协议中，LTE-M、NB-IOT直接部署于GSM/LTE网络，因此，本发明的基于LTE-M、NB-IOT的电子标签，并不需要重新搭建LTE-M、NB-IOT网络，建设成本低，而且由于LTE-M、NB-IOT不占用现有网络的语音和数据带宽，还可以保证传统业务和自行车通讯业务同时稳定、可靠的运行。对于LoRa、SigFox、NWave、RPMA网络，则如果在管辖区域没有覆盖相应的网络，则需要在感应线圈站点附近布置相应的接收器。
具体地，如图一所示，为本发明实施例一中电子标签的结构示意图；该基于LPWAN和RFID技术的电子标签9，包括天线模块2、微处理器8和电池6，所述电子标签9还包括LPWAN传输模块5和触发模块3，其中，LPWAN传输模块5、电池6和触发模块3都连接微处理器8，天线模块2连接触发模块3；天线模块2用于感应感应线圈1，当电子标签靠近感应线圈1时，感应线圈1的电磁场给天线模块2充电，从而使得天线模块2具备能量；触发模块3用于在传感到天线模块2具备能量后，触发电子标签9发送LPWAN信号；LPWAN传输模块5用于收发LPWAN信号；电池6用于为电子标签9各模块供电；微处理器8用于处理信号，并控制LPWAN传输模块收发信号。
进一步地，所述电子标签9还包括存储器4，用于存储唯一的标识信息；LPWAN传输模块5还用于与后台服务器7通过低功耗广域物联网进行通信，并在电子标签9被触发后，通过微处理器8控制其发送所述标识信息给后台服务器7。
进一步地，如图2所示，为本发明实施例一电子标签中触发模块3的结构示意图；所述触发模块3内部包括能量传感器12、判断模块10和输出模块11；其中，能量传感器12用于传感天线模块2的能量，判断模块10，用于判断传感的能量是否大于预设的阈值，如果大于阈值，则触发模块3发送高电平给微处理器8，触发电子标签9发送LPWAN信号，否则触发模块3输出一直为低电平；输出模块，用于输出高电平或低电平。
进一步地，所述感应线圈感应激活电子标签的距离在10-300cm之间，具体距离可根据需要进行调节。
进一步地，所述LPWAN包括NB-IOT、LoRa、SigFox、RPMA、LTE-M、NWave等物联网。
在本发明优选的实施例中，如图3所示，为本发明实施例二中电子标签应用于自行车有序停放管理系统的结构示意图；所述电子标签9应用于自行车13有序停放管理系统，并安装在自行车13上；所述感应线圈1铺设在自行车13规定停放的区域，用于触发电子标签9发送停车请求给后台服务器7；所述电子标签9用于判断自行车是否进入感应线圈工作区，如果进入，则被触发激活，并通过低功耗广域物联网发送停车请求给后台服务器7，否则处于休眠状态；所述后台服务器7用于管理辖区内所有自行车的授权管理、接口管理、统计管理，并且用于判定停车合理后发送允许锁车信号给智能锁15或用户终端14或电子标签9；所述智能锁15用于自动锁车，或者与用户终端14及电子标签9一样，用于提醒用户手动锁车，从而完成还车。
进一步地，所述停车请求包括标识信息、停车位地址信息以及请求停车信号，其中标识信息与所述自行车唯一对应并绑定。
进一步地，所述后台服务器7对自行车的标识信息及停车位地址信息进行管理、授权、分发、撤销和存储；所述后台服务器7还用于对所述自行车及相应的运营平台进行监管。
进一步地，所述手动锁车的情况包括：用户终端14或智能锁15或电子标签9接收到所述允许锁车信号后，发出振动或响声提示用户，可以锁车；用户锁车后，智能锁15、用户终端14、电子标签9、车载控制器中的任意一项向所述后台服务器7发送已锁车指令，后台服务器7接收到已锁车指令后，停止计时收费，将车改为空闲状态，并向用户终端发送此次行程的计费信息，从而完成还车。
进一步地，所述后台服务器7至少包括无线通信模块和LPWAN传输模块；无线通信模块用于与用户终端14或智能锁15进行通信；LPWAN传输模块用于与电子标签进行通信。
优选地，所述自行车包括但不限于共享单车、公共自行车、共享电动自行车。
在本发明优选的实施例中，由于所述感应线圈由柔性材料包裹，可以根据停车场的具体结构，因地布设，因此，在不规则形状的停靠区域，如斜坡、土丘间、弧形长条状等不规则区域地带，也可以设置自行车停靠点。
在本发明优选的实施例中，还有一个优点是可以临时设置停车位的优势。比如大型演唱会等大型活动时需要临时增加停车位时，可以随时通过铺设感应线圈来增设停车位，应急性强。
以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种基于LPWAN和RFID技术的电子标签，包括天线模块、微处理器和电池，其特征在于，所述电子标签还包括LPWAN传输模块和触发模块，其中，LPWAN传输模块、电池和触发模块都连接微处理器，天线模块连接触发模块；天线模块用于感应感应线圈，当电子标签靠近感应线圈时，感应线圈的电磁场给天线模块充电，从而使得天线模块具备能量；触发模块用于在传感到天线模块具备能量后，触发电子标签发送LPWAN信号；LPWAN传输模块用于收发LPWAN信号；电池用于为电子标签各模块供电；微处理器用于处理信号，并控制LPWAN传输模块收发信号。
2.根据权利要求1所述的电子标签，其特征在于，所述电子标签还包括存储器，用于存储唯一的标识信息；LPWAN传输模块还用于与后台服务器通过低功耗广域物联网进行通信，并在电子标签被触发后，通过微处理器控制其发送所述标识信息给后台服务器。
3.根据权利要求1-2中任意一项所述的电子标签，其特征在于，所述触发模块内部包括能量传感器、判断模块和输出模块；其中，能量传感器用于传感天线模块的能量，判断模块，用于判断传感的能量是否大于预设的阈值，如果大于阈值，则触发模块发送高电平给微处理器，触发电子标签发送LPWAN信号，否则触发模块输出一直为低电平；输出模块，用于输出高电平或低电平。
4.根据权利要求1-2中任意一项所述的电子标签，其特征在于，所述感应线圈感应激活电子标签的距离在10-300cm之间，具体距离可根据需要进行调节。
5.根据权利要求1-2中任意一项所述的电子标签，其特征在于，所述LPWAN包括NB-IOT、LoRa、SigFox、RPMA、LTE-M、NWave。
6.根据权利要求2中的电子标签，其特征在于，所述电子标签应用于自行车有序停放管理系统，并安装在自行车上；所述感应线圈铺设在自行车规定停放的区域，用于触发电子标签发送停车请求给后台服务器；所述电子标签用于判断自行车是否进入感应线圈工作区，如果进入，则被触发激活，并通过低功耗广域物联网发送停车请求给后台服务器，否则处于休眠状态；所述后台服务器用于管理辖区内所有自行车的授权管理、接口管理、统计管理，并且用于判定停车合理后发送允许锁车信号给智能锁或用户终端或电子标签；所述智能锁用于自动锁车，或者与用户终端及电子标签一样，用于提醒用户手动锁车，从而完成还车。
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