CN107451646A - 一种低功耗有源电子标签 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种低功耗有源电子标签，它包括电子标签、阅读器和数据传输系统构成。所述电子标签由天线、控制模块、存储器和收发模块构成，所述收发模块连接存储器的一端，存储器的另一端连接控制模块，控制模块再与所述天线连接。所述阅读器由天线、读写模块、控制模块和接口模块构成，所述天线连接读写模块的一端，所述读写模块的另一端连接所述控制模块，所述控制模块再与所述接口模块相连接。所述电子标签和阅读器通过数据传输系统连接成一体。通过对单片机和射频芯片模块的智能运行管理和节能模式控制相结合，可以在获得系统的极低功耗的同时，又能保证系统具有很高的性能。本发明低功耗，抗干扰性强，识别准确无误，寿命长。

Description

一种低功耗有源电子标签
技术领域
本发明涉及电子标签识别系统，特别涉及一种低功耗有源电子标签。
背景技术
电子标签是射频识别(RFID)的通俗叫法，它一般是由标签、解读器和数据传输处理系统三部分组成。
标签也被称为电子标签或智能标签，它是内存带有天线的芯片，芯片中存储有能够识别目标的信息。RFID标签具有持久性，信息接收传播穿透性强，存储信息容量大、种类多等特点。有些RFID标签支持读写功能，目标物体的信息能随时被更新。解读器分为手持和固定两种，由发送器，接收仪、控制模块和收发器组成。收发器和控制计算机或可编程逻辑控制器(PLC)连接从而实现它的沟通功能。解读器也有天线接收和传输信息。数据传输和处理系统：解读器通过接收标签发出的无线电波接收读取数据。最常见的是被动射频系统，当解读器遇见RFID标签时，发出电磁波，周围形成电磁场，标签从电磁场中获得能量激活标签中的微芯片电路，芯片转换电磁波，然后发送给解读器，解读器把它转换成相关数据。控制计算器就可以处理这些数据从而进行管理控制。
有源电子标签是指标签工作的能量由电池提供，而非感应读写器的能量。常见的有源电子标签工作于433M频段或2.4G工作频段。而常见的有源电子标签由于功耗大而没被广泛使用，市场份额大大缩小。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于，克服现有有源电子标签功耗大的缺陷，提供一种低功耗有源电子标签，抗干扰性能好。
为了解决上述问题本发明的技术方案是这样的：
一种低功耗有源电子标签，包括电子标签、阅读器和数据传输系统构成。
所述电子标签由天线、控制模块、存储器和收发模块构成，所述收发模块连接存储器的一端，存储器的另一端连接控制模块，控制模块再与所述天线连接。
所述阅读器由天线、读写模块、控制模块和接口模块构成，所述天线连接读写模块的一端，所述读写模块的另一端连接所述控制模块，所述控制模块再与所述接口模块相连接。
所述电子标签和阅读器之间是通过空间进行数据传输的。
所述电子标签的控制模块包括单片机和射频芯片，所述单片机将很多外围模块集成到了MCU芯片中，增大硬件冗余，用户可以通过特殊功能寄存器选择使用不同的功能电路，即依靠软件选择其中不同的外围功能模块，对于不使用的模块使其停止工作，以减少无效功耗。
为了更好地降低功耗，所述单片机采用2套独立的时钟源：外部时钟和片内时钟。通常情况下，系统运行频率越高，电源功耗就会相应增大，而所述单片机可在满足功能需要的情况下按一定比例降低MCU主时钟频率，以降低电源功耗。在不需要高速运行的情况下可选用副时钟低速运行，进一步降低功耗。通过软件对特殊功能寄存器赋值可改变CPU的时钟频率，或进行主时钟和副时钟切换，从而实现对总体功耗的控制。
所述射频芯片是整个RFID卡最核心的部分，直接关系到标签的读写距离和可靠性，同时也直接影响到整个系统的功耗。所述射频芯片内置地址解码器、先入先出堆栈区、调制处理器、时钟处理器、GFSK滤波器、低噪声放大器、频率合成器和功率放大器等功能模块，需要很少的外围元件，芯片能耗非常低。
所述射频芯片具有两种工作模式：关机模式和空闲模式，在关机模式下，可以得到最小的工作电流，当芯片不向外发送数据时选择工作在此模式，可明显地延长电池的使用寿命。所述空闲模式也是为了减小平均工作电流而设计，其最大的优点是在实现节能的同时，缩短射频芯片的起动时间，节省了功耗。
通过对单片机和射频芯片模块的智能运行管理和节能模式控制相结合，解决运行速度、数据流量、系统性能与低功耗设计的矛盾，将各功能模块的电流消耗降至最低状态，限制活动状态至最低要求，经过优化，可以在获得系统的极低功耗的同时，又能保证系统具有很高的性能。
本发明不仅具有低功耗技术，而且还设置了很强的抗干扰技术，由于电子标签和阅读器之间是通过空间进行数据传输的，因此很容易受到干扰，致使传输数据发生错误。数据发生错误后，电子标签或阅读器都有可能发生错误。如果错误信号被电子标签接收到，会导致：电子标签错误地响应读写器的命令；电子标签的工作状态发生混乱；电子标签错误地进入休眠状态。采用的抗干扰技术如下：
通过利用电子标签和读写器之间的通信协议中约定的数据完整性方法来检验数据是否出现传输错误。通过利用数据编码来提高数据传输的抗干扰能力。通过数据编码和数据完整性校验纠正数据传输中的发生的错误。利用多次重发、比较来排除错的数据和保留判断为正确的数据。
本发明具有以下优势性能：识别距离，远距离2-50米可调；多达同时识别625枚的防冲突性能；全球通行的ISM工作频段2.45GHz；独特的微功耗设计；基于HDLC的时分多址和同步通信机制；具有多通道高速识别能力；1.5-2.5年的使用寿命；固态封装，抗高强度跌落与振动。
本发明的有益效果是，低功耗，有效地延长了电池的使用寿命，还具有很强的抗干扰技术，保证系统信号能够及时、准确有效地传输。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式来详细说明本发明；
图1为本发明的系统框图。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。
如图1所示，一种低功耗有源电子标签，由电子标签1、阅读器2和数据传输系统构成。
电子标签1是由天线11、控制模块12、存储器13和收发模块14构成，所述收发模块14连接存储器13的一端，存储器13的另一端连接控制模块12，控制模块12又与天线11相连接。
阅读器2由接口模块21、控制模块22、读写模块23和天线24共同构成，天线24连接读写模块23的一端，读写模块23的另一端连接控制模块22，控制模块22再与接口模块21相连接。
阅读器2内的接口模块21外接数据管理模块3，阅读器2与电子标签1通过空间进行数据传输的。
电子标签1内的控制模块22包括单片机和射频芯片，所述单片机将很多外围模块集成到了MCU芯片中，增大硬件冗余，用户可以通过特殊功能寄存器选择使用不同的功能电路，即依靠软件选择其中不同的外围功能模块，对于不使用的模块使其停止工作，以减少无效功耗。
为了更好地降低功耗，所述单片机采用2套独立的时钟源：外部时钟和片内时钟。通常情况下，系统运行频率越高，电源功耗就会相应增大，而所述单片机可在满足功能需要的情况下按一定比例降低MCU主时钟频率，以降低电源功耗。在不需要高速运行的情况下可选用副时钟低速运行，进一步降低功耗。通过软件对特殊功能寄存器赋值可改变CPU的时钟频率，或进行主时钟和副时钟切换，从而实现对总体功耗的控制。
所述射频芯片是整个RFID卡最核心的部分，直接关系到标签的读写距离和可靠性，同时也直接影响到整个系统的功耗。所述射频芯片内置地址解码器、先入先出堆栈区、调制处理器、时钟处理器、GFSK滤波器、低噪声放大器、频率合成器和功率放大器等功能模块，需要很少的外围元件，芯片能耗非常低。
所述射频芯片具有两种工作模式：关机模式和空闲模式，在关机模式下，可以得到最小的工作电流，当芯片不向外发送数据时选择工作在此模式，可明显地延长电池的使用寿命。所述空闲模式也是为了减小平均工作电流而设计，其最大的优点是在实现节能的同时，缩短射频芯片的起动时间，节省了功耗。
通过对单片机和射频芯片模块的智能运行管理和节能模式控制相结合，解决运行速度、数据流量、系统性能与低功耗设计的矛盾，将各功能模块的电流消耗降至最低状态，限制活动状态至最低要求，经过优化，可以在获得系统的极低功耗的同时，又能保证系统具有很高的性能。
本发明不仅具有低功耗技术，而且还设置了很强的抗干扰技术，由于电子标签1和阅读器2之间是通过空间进行数据传输的，因此很容易受到干扰，致使传输数据发生错误。数据发生错误后，电子标签或阅读器都有可能发生错误。如果错误信号被电子标签接收到，会导致：电子标签错误地响应读写器的命令；电子标签的工作状态发生混乱；电子标签错误地进入休眠状态。采用的抗干扰技术如下：
通过利用电子标签1和读写器2之间的通信协议中约定的数据完整性方法来检验数据是否出现传输错误。通过利用数据编码来提高数据传输的抗干扰能力。通过数据编码和数据完整性校验纠正数据传输中的发生的错误。利用多次重发、比较来排除错的数据和保留判断为正确的数据。
本发明一种低功耗有源电子标签具有良好的技术特性：
识别距离，远距离2-50米可调；多达同时识别625枚的防冲突性能；全球通行的ISM工作频段2.45GHz；独特的微功耗设计；基于HDLC的时分多址和同步通信机制；具有多通道高速识别能力；1.5-2.5年的使用寿命；固态封装，抗高强度跌落与振动。
本发明的使用温度在-20℃-45℃，保存温度-30℃-65℃，抗电磁干扰10V/m0.1-1000MhzAM调幅电磁。功耗低，静态电流2uA以内，工作电流18mA以内。它抗干扰能力强，保证系统信号能够及时、准确有效地传输。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。

Claims (4)

1.一种低功耗有源电子标签，包括电子标签、阅读器和数据传输系统，其特征在于，所述电子标签由天线、控制模块、存储器和收发模块连接构成，所述阅读器由天线、读写模块、控制模块和接口模块连接构成，所述电子标签和阅读器利用天线通过空间进行数据传输。
2.根据权利要求1所述的一种低功耗有源电子标签，其特征在于，所述电子标签采用固态封装。
3.根据权利要求1所述的一种低功耗有源电子标签，其特征在于，所述电子标签的控制模块包括单片机和射频芯片，所述单片机采用2套独立的时钟源：外部时钟和片内时钟。
4.根据权利要求3所述的一种低功耗有源电子标签，其特征在于，所述射频芯片内置地址解码器、先入先出堆栈区、调制处理器、时钟处理器、GFSK滤波器、低噪声放大器、频率合成器和功率放大器，所述射频芯片有两种工作模式：关闭模式和空闲模式。
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CN109816075A (zh) * 2019-02-19 2019-05-28 浙江大学 一种基于氧化锌薄膜晶体管的防冲突低功耗rfid标签

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CN109816075A (zh) * 2019-02-19 2019-05-28 浙江大学 一种基于氧化锌薄膜晶体管的防冲突低功耗rfid标签
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