CN108495361A - 一种电子标签、数据交换主机及电子标签系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种电子标签、数据交换主机及电子标签系统，解决了现有的电子标签功耗较高、寿命较短的问题。本发明提供的电子标签包括触发信号接收模块、控制模块、第一通讯模块及显示屏；控制模块分别与触发信号接收模块、第一通讯模块及显示屏电连接，由触发信号接收模块接收的触发信号触发后进入工作模式并控制第一通讯模块及显示屏的工作状态。

Description

一种电子标签、数据交换主机及电子标签系统

技术领域

本发明涉及电子信息技术领域，具体涉及一种电子标签、数据交换主机及电子标签系统。

背景技术

在物联网无线网络设计中，无线节点一般由电池供电，而电池容量有限，这直接决定了节点生命和网络寿命的有限性。目前，作为无线收发机的低功耗应用,现有的多数方案是基于无线收发单元自身的无线唤醒功能，即不在控制器参与的情况下定时地“醒来”侦听无线信道。虽然无线主动唤醒功耗很低，但几十微安或百微安的平均功耗，远远不能满足无线节点的应用寿命。

下面将以具体数据对基于无线唤醒的收发机的功耗作出分析。这类电路设计的依据是利用无线射频收发单元在没有控制器参与的情况下定时地“醒来”侦听无线信道，在周期性自动醒来的极短时间内若没有发现呼叫信号，则马上进入睡眠模式；若侦听到呼叫信号则被唤醒进入接收状态。该设计中无线射频芯片的唤醒包括6个流程，每个唤醒流程分别对应的时间及电流功耗如下表1所示(注：在唤醒过程中，控制器一直处于休眠状态，电流是0.18μA)。

表1

依据表1数据可计算出电路的静态平均工作电流：I_avg＝(150*3000+23*1500+799*8400+7300*15700+150*1700+2991587*0.5+3000000*0.18)/3000000＝41.4μA

若产品中使用容量550mAh的CR2450的3V纽扣电池做电源，鉴于一些外设在电量低时，因欠压不能工作，在此按电量的85％计算，则纽扣电池可以工作的时间为：T＝550000μAh*0.85/41.4μA≈1.29年。

实际上无线节点不可能只有待机而没有激活状态，实际的电池寿命会比上述计算结果还要短。在一些应用环境恶劣，电池不容易更换或无线节点数量比较多的场合，应用者不希望更换电池，如此短的设计寿命难以满足要求。即使选用大容量电池满足应用寿命，又不能达到优化结构、降低成本以及小型化应用的目的。因此，这种方案严重限制了无线节点作为收发机的应用场合。

作为无线节点应用之一的有源电子标签，虽比无源电子标签识别距离远，但是其应用寿命较短，需要定期更换电池。这样在免维护的应用场合，有源电子标签的应用受到限制。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例提供了一种电子标签、数据交换主机及电子标签系统，解决了现有的电子标签功耗较高、寿命较短的问题。

本发明一方面提供了一种电子标签，包括触发信号接收模块、控制模块、第一通讯模块及显示屏；控制模块分别与触发信号接收模块、第一通讯模块及显示屏电连接，由触发信号接收模块接收的触发信号触发后进入工作模式并控制第一通讯模块及显示屏的工作状态。

在一个实施例中，电子标签进一步包括电源模块和时钟芯片模块，时钟芯片模块用于根据预设的第一定时周期控制控制模块及触发信号接收模块上电，其中第一定时周期由控制模块预先设定，其小于或等于触发信号的发射周期；控制模块在上电后对外设进行设置，随即进入休眠模式；触发信号接收模块在上电后接收触发信号，并当接收到触发信号时触发控制模块使其由休眠模式进入工作模式。

在一个实施例中，时钟芯片模块包括实时时钟芯片和第一晶体管，实时时钟芯片计时到第一定时周期时，通过控制第一晶体管使控制模块和触发信号接收模块分别与电源模块进行连接以控制控制模块及触发信号接收模块的上电。

在一个实施例中，控制模块对外设进行设置包括：设置其内部定时器产生内部定时周期，则控制模块在内部定时周期内等待触发信号接收模块发出触发信号，当在内部定时周期内接收到触发信号时，控制模块由休眠模式进入工作模式。

在一个实施例中，控制模块对外设进行设置还包括：设置其与触发信号接收模块的输出端连接的输入/输出管脚，使输入/输出管脚在触发信号接收模块的输出端发生状态转换时产生中断以唤醒控制模块。

在一个实施例中，当在内部定时周期内没有接收到触发信号时，控制模块由内部定时器唤醒，设定下一个第一定时周期并向实时时钟芯片发送断电指令；实时时钟芯片接收到断电指令时，控制第一晶体管使控制模块和触发信号接收模块分别与电源模块断开，随即进入休眠模式直至计时到下一个第一定时周期。

在一个实施例中，时钟芯片模块进一步用于在控制控制模块及触发信号接收模块上电的同时，控制接通第一通讯模块及显示屏的源极电源；则实时时钟芯片接收到断电指令时，在控制控制模块和触发信号接收模块分别与电源模块断开的同时，还控制断开第一通讯模块及显示屏的源极电源。

在一个实施例中，当在内部定时周期内接收到触发信号时，控制模块控制第一通讯模块上电，并将第一通讯模块接收的标签地址与控制模块存储的自身的地址信息进行比对。

在一个实施例中，当判断第一通讯模块接收的标签地址与自身的地址信息匹配时，控制模块置第一通讯模块为接收状态准备接收外部指令和数据，在接收完成时控制显示屏上电并使第一通讯模块接收的外部指令和数据更新至显示屏，在更新结束时控制第一通讯模块发出通讯结束应答数据，在第一通讯模块发出应答数据后设定下一个第一定时周期，并向时钟芯片模块发送断电指令；当判断第一通讯模块接收的标签地址与自身的地址信息不匹配时，控制模块设定下一个第一定时周期，并向时钟芯片模块发送断电指令；实时时钟芯片接收到断电指令时，控制第一晶体管使控制模块和触发信号接收模块分别与电源模块断开，随即进入休眠模式直至计时到下一个第一定时周期。

在一个实施例中，控制模块进一步用于当判断第一通讯模块接收的标签地址与自身的地址信息匹配时，扩大实时时钟芯片的当前第一定时周期。

在一个实施例中，时钟芯片模块进一步用于在控制控制模块及触发信号接收模块上电的同时，控制接通第一通讯模块及显示屏的源极电源；则实时时钟芯片接收到断电指令时，在控制控制模块和触发信号接收模块分别与电源模块断开的同时，还控制断开第一通讯模块和显示屏的源极电源；控制模块控制第一通讯模块上电包括：控制模块控制接通第一通讯模块的栅极电源；控制模块控制显示屏上电包括：控制模块控制接通显示屏的栅极电源。

在一个实施例中，电子标签进一步包括第二晶体管及第三晶体管，实时时钟芯片通过控制第一晶体管接通或切断第二晶体管的源极电源来控制接通或断开第一通讯模块的源极电源，通过控制第一晶体管接通或切断第三晶体管的源极电源来控制接通或断开显示屏的源极电源。

在一个实施例中，控制模块为单片机；触发信号接收模块为红外线接收模块；第一通讯模块为无线通讯模块，通过蓝牙、ZigBee、WIFI或433MHz通讯技术实现；显示屏为电子墨水屏。

本发明另一方面提供了一种数据交换主机，包括电源、计算机、第二通讯模块、触发信号发射模块及通讯接口，触发信号发射模块用于根据计算机发出的触发指令生成触发信号以触发电子标签，第二通讯模块用于将计算机发出的数据和信息经通讯接口传送至电子标签。

在一个实施例中，触发信号发射模块为红外线发射模块，且红外线发射模块上的红外线发射管按球面排布；第二通讯模块与电子标签的第一通讯模块的载波频段和调制频率相同；通讯接口包括以太网口、串行通讯接口、USB接口和4G网络接口中的一种或多种。

本发明实施例还提供了一种电子标签系统，包括如上任一所述的电子标签及数据交换主机。

在本发明实施例提供的电子标签中，第一通讯模块处于被动的状态，只有当控制模块由触发信号接收模块接收到的触发信号唤醒后，才会被控制准备接收外部传来的标签地址信息、指令或数据等，而在其余时间都是处于非工作状态的，相比于现有的收发单元自唤醒的方式，减少了很多不必要的功耗的浪费。另外，本实施例提供的电子标签虽然增加了控制模块的参与，但是由于它在上电后一般处于休眠的状态，只有当有触发信号触发时，才会改变状态进入工作模式，其消耗的电能与现有的自唤醒方式所消耗的电能相比要小得多，所以从总体上说，本发明实施例提供的电子标签对电源的供电实现了有效的控制与管理，降低了功耗，使得电子标签可工作更长时间，从而延长了产品的使用寿命。

附图说明

图1所示为本发明一实施例提供的一种电子标签的电路结构图。

图2所示为本发明一实施例提供的一种电子标签的静态功耗时序图。

图3所示为本发明一实施例提供的一种电子标签的工作功耗时序图。

图4所示为本发明一实施例提供的一种电子标签的程序控制流程图。

图5所示为本发明一实施例提供的一种数据交换主机的结构示意图。

具体实施方式

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，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通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。

本发明实施例提供了一种电子标签，包括电源模块、触发信号接收模块、控制模块、第一通讯模块及显示屏。触发信号接收模块、第一通讯模块及显示屏分别与控制模块电连接实现内部通讯，电源模块则可为上述各功能模块提供电源。

该电子标签中的第一通讯模块和显示屏平常是处于断电状态的，控制模块在上电后通常也是处于休眠状态的。当与该电子标签对应的数据交换主机在需要与其进行通讯时，数据交换主机会持续发出触发信号和相应的标签地址。此时，电子标签通过触发信号接收模块可接收到来自数据交换主机的触发信号，控制模块由该信号触发即可改变状态，由原来的休眠模式转为工作模式，并相应控制第一通讯模块及显示屏的工作状态，如进行上电操作，准备接收来自数据交换主机发来的标签地址、指令和/或数据等。

在本实施例的电子标签中，第一通讯模块处于被动的状态，只有当控制模块由触发信号接收模块接收到的触发信号唤醒后，才会被控制准备接收外部传来的标签地址信息、指令或数据等，而在其余时间都是处于非工作状态的，相比于现有的收发单元自唤醒的方式，减少了很多不必要的功耗的浪费。另外，本实施例提供的电子标签虽然增加了控制模块的参与，但是由于它在上电后一般处于休眠的状态，只有当有触发信号触发时，才会改变状态进入工作模式，其消耗的电能与现有的自唤醒方式所消耗的电能相比要小得多，所以从总体上说，本发明实施例提供的电子标签对电源的供电实现了有效的控制与管理，降低了功耗，使得电子标签可工作更长时间，从而延长了产品的使用寿命。

图1所示为本发明一实施例提供的一种电子标签的电路结构图。如图1所示，该电子标签包括电源模块10、时钟芯片模块20、触发信号接收模块30、控制模块40、第一通讯模块50以及显示屏60。控制模块40通过SPI总线分别与第一通讯模块50和显示屏60进行通信。在一个实施例中，时钟芯片模块20具体包括实时时钟芯片21和第一晶体管22两部分，控制模块40通过I²C总线与实时时钟芯片21进行通信。

第一晶体管22具有电路开关的作用，实时时钟芯片21具有计时器功能，而且实时时钟芯片21具有超低的工作电流，其内部的RC振荡器用作时钟时工作电流小于15nA，功耗极低。该电子标签中的时钟芯片模块20可配合控制模块40共同控制控制模块40自身及触发信号接收模块30的上电及断电操作，实现对电源的管理工作。

具体地，控制模块40可对实时时钟芯片21的第一定时周期T₁进行预先设定，则时钟芯片模块20根据预设的第一定时周期T₁控制控制模块40和触发信号接收模块30的上电，即每当实时时钟芯片21计时到第一定时周期T₁时，通过第一晶体管22控制控制模块40和触发信号接收模块30分别与电源模块10进行连接。

在一优选的实施例中，该第一定时周期T₁一般小于或等于触发信号的发射周期，这样可以使触发信号接收模块30在触发信号持续发射的时间段内确保能够接收到触发信号。

控制模块40还可向实时时钟芯片21发送断电指令，则当实时时钟芯片21接收到控制模块40发送的断电指令时，会控制第一晶体管22使控制模块40和触发信号接收模块30分别与电源模块10断开。

如图1所示，该电子标签进一步包括第二晶体管70和第三晶体管80，第二晶体管70和第三晶体管80也起到电路开关的作用，同样可辅助控制模块40和/或时钟芯片模块20进行第一通讯模块50和显示屏60的电源管理工作。

具体而言，控制模块40可通过第二晶体管70控制第一通讯模块50的上电或断电，通过第三晶体管80控制显示屏60的上电或断电。

在一优选的实施例中，第一通讯模块50及显示屏60的上电和断电可由控制模块40和时钟芯片模块20共同控制。具体而言，每当实时时钟芯片21计时到第一定时周期T₁时，时钟芯片模块20在控制控制模块40和触发信号接收模块30上电的同时，还通过第一晶体管22控制接通第一通讯模块50和显示屏60的源极电源，即分别接通第二晶体管70和第三晶体管80的源极电源。当需要第一通讯模块50和显示屏60进行数据通信时，再由控制模块40控制接通第二晶体管70和第三晶体管80的栅极电源，从而使第一通讯模块50和显示屏60进入工作状态/更新状态。当实时时钟芯片21接收到控制模块40发送的断电指令时，在控制控制模块40和触发信号接收模块30切断电源的同时，也会通过第一晶体管22控制断开第二晶体管70和第三晶体管80的源极电源来控制切断第一通讯模块50和显示屏60的源极电源。这样的工作方式不但可由使电路工作性能更好，还可以减小第一通讯模块50和显示屏60对控制模块40产生的拉电流。

图2和图3所示分别为本发明一实施例提供的一种电子标签的静态功耗时序图和工作功耗时序图。参考图1、图2和图3，控制模块40由时钟芯片模块20控制上电后首先对相关外设进行设置(这段时间被称为上电初始化时间，对应图2和图3中的时间段t₁)，随即便进入休眠模式。而触发信号接收模块30被控制上电后即可接收数据交换主机所发送的触发信号(对应图2和图3中的时间段t₄或t₅)，并当接收到触发信号时可唤醒控制模块40使其由休眠模式进入工作模式。

在本发明一实施例中，在上电初始化时间t₁内，控制模块40对相关外设进行设置具体包括设置其内部定时器产生内部定时周期T₂。则控制模块40在内部定时周期T₂内等待触发信号接收模块30接收的触发信号。当控制模块40在内部定时周期T₂内接收到该触发信号时，则会被其唤醒，由休眠模式进入工作模式；如果在内部定时周期T₂内没有接收到触发信号时，控制模块40则会由其内部定时器唤醒。对于控制模块40被触发信号唤醒和被内部定时器唤醒这两种情况，将在下文中详细介绍。

在本发明一实施例中，控制模块40对相关外设进行设置还包括：设置其与触发信号接收模块30输出端连接的输入/输出管脚，使该输入/输出管脚在触发信号接收模块30的输出端发生状态转换时产生中断以唤醒控制模块40。具体地，当触发信号接收模块30接收到数据交换主机所发出的触发信号时，其输出端会发生某种状态的变化，而这种变化可通过改变状态电平的方式(如由低电平变为高电平，或由高电平变为低电平)来表示，此时，与触发信号接收模块30的输出端连接的控制模块40的输入/输出管脚就会检测到并产生对应的中断来唤醒控制模块40，使控制模块40由休眠模式进入工作模式。

在本发明一实施例中，第一通讯模块50为无线通讯模块，具有无线接收和发射功能，用于实现无线数据通讯和组网，具体可通过如蓝牙、ZigBee、WIFI或433MHz等通讯技术实现。触发信号接收模块30为红外线接收模块，其在上电后待机电流是微安级，功耗较小，具有内部调制放大电路，且对红外线信号的感知能力达到二十米，抗WIFI和抗光干扰能力都较强，完全适用于无线节点的唤醒和无线组网应用。

当控制模块40被红外线接收模块接收的红外线触发信号唤醒后，即控制接通第二晶体管70的栅极电源，从而接通第一通讯模块50的栅极电源使其进入工作状态，准备接收数据交换主机发来的标签地址。当第一通讯模块50接收完成后，控制模块40进一步将第一通讯模块50所接收的地址信息与控制模块40存储的该电子标签的地址信息进行比对。

在无线组网中，一个数据交换主机可能会管理多个电子标签，当数据交换主机准备针对某个电子标签发出指令或数据时，在其发出触发信号及该电子标签的标签地址后，该数据交换主机管控范围内的所有电子标签都会收到该触发信号及标签地址，而只有自身的地址信息与数据交换主机发出的标签地址相同的电子标签才是目标电子标签，负责接收数据交换主机发出的指令或数据。

控制模块40对第一通讯模块50所接收的标签地址与电子标签自身的地址信息进行比对，当判断为匹配时，会控制电路中各功能模块使它们保持供电和运行状态以准备接收数据交换主机发来的指令和数据。具体而言，控制模块40置第一通讯模块50为接收状态，使第一通讯模块50接收来自数据交换主机的指令和数据，接收时间为t_RX(如图3所示)。在一优选的实施例中，控制模块40在数据接收的过程中还可对数据进行实时核查，以保证数据传输的完整性。当控制模块40收到数据交换主机发来的通讯结束指令时，并经核查确定数据完整后，会通过接通第三晶体管80的栅极电源控制显示屏60上电，并使第一通讯模块50将本次通讯得到的指令和数据通过SPI总线更新至显示屏60，例如，使显示屏60改变显示内容，此段操作时间对应图3中的t_ELK。当更新完成后，控制模块40控制第一通讯模块50向数据交换主机发送应答数据以表示通讯完成，此动作操作时间为t_TX。

上述操作完成后，控制模块40会设定下一个第一定时周期T₁并向实时时钟芯片21发送断电指令，此段时间则对应图3中的t₃时间段。实时时钟芯片21收到该断电指令后即控制第一晶体管22切断控制模块40和触发信号接收模块30的电源，同时切断第一通讯模块50和显示屏60的源极电源，随即进入休眠模式(对应图3中的T_SLP时间段)。此时电路中的其他功能模块都处于断电状态，只有实时时钟芯片21保持工作。当实时时钟芯片21计时到下一个第一定时周期T₁时，它再通过第一晶体管22接通控制模块40和触发信号接收模块30的电源以及第一通讯模块50和显示屏60的源极电源，如此循环下去。

在本发明一实施例中，当控制模块40判断第一通讯模块50接收的标签地址与自身的地址信息匹配并准备接收外部指令和数据时，可进一步扩大当前第一定时周期T₁，使其变为工作周期T_working，并将重新设定的工作周期T_working发送给实时时钟芯片21(此段时间对应图3中的第一个t₃)，以便后续数据更新操作能够有足够的时间。所以从图3中可看出，在工作周期T_working中出现了两个t₃时间段，由于在这两个t₃时间段实时时钟芯片21都需要与控制模块40进行通信以接收其发送的定时周期，所以实时时钟芯片21的电流与计时/休眠状态相比都会有所增加。

当控制模块40将第一通讯模块50所接收的地址信息与自身的地址信息进行比对后，判断为不匹配时，则代表本电子标签并不是数据交换主机寻找的目标，控制模块40会设定下一个第一定时周期T₁并向实时时钟芯片21发送断电指令。实时时钟芯片21收到该断电指令后会控制第一晶体管22切断控制模块40和触发信号接收模块30的电源，同时控制第一晶体管22分别切断第二晶体管70和第三晶体管80的源极电源以断开第一通讯模块50和显示屏60的源极电源，随即便进入休眠模式。

也就是说，电子标签在被触发信号触发进入工作模式后，无论其是否接收了数据交换主机所发送的指令和数据，在通讯结束后，控制模块40都会设定实时时钟芯片21的下一个第一定时周期T₁并向其发送断电指令，从而使电路中除实时时钟芯片21外的其他功能模块都处于断电状态，直到下一个第一定时周期T₁的到来。

参考图2，当控制模块40在内部定时周期T₂内一直没有接收到触发信号时，即在此时间段T₂内数据交换主机没有与电子标签进行通讯的需求，控制模块40则会由其内部的定时器唤醒。控制模块40醒来后也会重新设定实时时钟芯片21的下一个第一定时周期T₁并向其发送断电指令(对应图2中的时间段t₃)。与上述在内部定时周期T₂内接收到触发信号时相似，实时时钟芯片21收到断电指令后也会控制第一晶体管22切断控制模块40和触发信号接收模块30的电源，同时切断第一通讯模块50和显示屏60的源极电源，然后立即进入休眠模式(对应图2中的时间段T_SLP)，这样便使电路中的其他功能模块都处于断电状态。如图2所示，由于实时时钟芯片21在时间段t₃内需要做出相应的控制操作，所以会比其处于休眠模式(小于15nA)时消耗多一些的电流(8μA)。

需要说明的是，上述三种不同情况下重新设定的实时时钟芯片21的第一定时周期T₁都可与其上一个第一定时周期T₁相同，也可不同，本发明对此不进行限定。

在本发明一实施例中，显示屏60为电子墨水屏，电子墨水屏具有超长使用寿命、全视角、高对比度、高稳定性、不刷新不耗电、关闭电源后仍可长时间保留画面等诸多优点，可扩展应用于电子价签及智能仓储系统中。控制模块40具体可为单片机，单片机的功耗较低，且其上电后对电子标签中的其他功能模块的工作状态可以起到有效的控制作用。

图4所示为本发明一实施例提供的一种电子标签的程序控制流程图。下面将结合此图详细说明本发明实施例提供的电子标签的具体工作过程，该过程主要包括如下步骤：

步骤401：实时时钟芯片21计时到第一定时周期T₁时，控制控制模块40和触发信号接收模块30上电，并控制接通第一通讯模块50及显示屏60的源极电源。

如前所述，实时时钟芯片21主要通过控制起开关作用的第一晶体管21对控制模块40和触发信号接收模块30进行电源的接通以及第一通讯模块50及显示屏60的源极电源的控制。

步骤402：控制模块40进行上电初始化。

该步骤402对应图2和图3中的上电初始化时间段t₁，主要包括对内部定时周期T₂的设定及对其与触发信号接收模块30输出端连接的输入/输出管脚的设定。则控制模块40在内部定时周期T₂内会等待触发信号接收模块30接收的触发信号。

步骤403：判断是否接收到触发信号。

控制模块40完成上电初始化后即进入内部定时周期T₂进行休眠，同时等待触发信号的触发。对于触发信号，可通过与触发信号接收模块30输出端连接的输入/输出管脚是否发出中断来判断。

如果是，则执行步骤404；如果否，则执行步骤413。

步骤413：控制模块40设定下一个第一定时周期T₁并向实时时钟芯片21发送断电指令(对应图2中的时间段t₃)。

则实时时钟芯片21收到该指令后会控制第一晶体管22切断控制模块40和触发信号接收模块30的电源，同时切断第一通讯模块50及显示屏60的源极电源，随即进入休眠模式。当计时下一个第一定时周期T₁时，实时时钟芯片21再通过第一晶体管22接通控制模块40和触发信号接收模块30的电源以及第一通讯模块50及显示屏60的源极电源，即继续执行步骤401，如此循环下去。

步骤404：控制模块40被唤醒，控制第一通讯模块50接通栅极电源准备接收标签地址。

在一个实施例中，控制模块40通过控制外部起开关作用的第二晶体管70来控制第一通讯模块50的栅极电源的接通。

步骤405：判断标签地址是否正确。

如果是，则执行步骤406和步骤407；如果否，则执行步骤413。

在一个实施例中，控制模块40通过将第一通讯模块50接收的地址信息与自身的地址信息进行比对来判断是否匹配，如果匹配，则代表标签地址正确。

步骤406：扩大当前第一定时周期T₁，以便后续数据更新操作能够有足够的时间。

步骤407：置第一通讯模块50为接收状态。

则控制模块40通过第一通讯模块50接收来自数据交换主机发出的指令和数据。

步骤408：控制模块40核查数据是否接收完毕且完整。

如果是，则执行步骤410至步骤412；如果否，则执行步骤409。

步骤409：第一通讯模块50回错误应答。

步骤409执行完成后，返回至步骤407，直至数据接收完毕。

步骤410：控制模块40控制接通显示屏60的栅极电源。

具体地，控制模块40通过起开关作用的第三晶体管80来控制显示屏60的栅极电源的接通。

步骤411：显示屏60进行显示屏幕的更新。

步骤412：控制模块40控制第一通讯模块50回通讯结束应答。

步骤412执行完成后再执行步骤413，开始下一个第一定时周期T₁的运行，如此循环下去。

从上述过程可看出，当数据交换主机没有发出触发信号时，电子标签执行步骤401-403及步骤413，即电子标签处于静态待机的状态。此时控制模块40由实时时钟芯片21按照预先设定的第一定时周期T₁控制控制模块40和触发信号接收模块30进行上电以等待触发信号的触发，使得控制模块40和触发信号接收模块30可以在部分时间内处于断电状态，极大地减少了电能的损耗。而且由于实时时钟芯片21的电流极低，由其配合控制模块40实现了对电源的有效管理。另外，控制模块40接通电源进行上电初始化后，随即便进入休眠模式，也进一步减少了能量的消耗。在此过程中，除控制模块40和触发信号接收模块30外，其他功能模块都是处于断电状态的，减少了不必要的功耗浪费。

当数据交换主机需要与电子标签进行通讯，发出触发信号时，电子标签被唤醒后会通过控制模块40先进行标签地址的判断，经过判断匹配后才控制第一通讯模块50进行数据和指令的接收，然后进行显示屏60屏幕的更新，数据更新完成后立即向实时时钟芯片21发送断电指令，使实时时钟芯片21控制切断控制模块40和触发信号接收模块30的电源以及第一通讯模块50和显示屏60的源极电源，以等待下一个第一定时周期T₁的到来，各个流程紧凑有序地运行，丝毫没有不必要电量的损耗。

通过对上述两种情况的分析可看出，本发明实施例提供的电子标签利用有效的电路结构及严谨的程序控制设计，使得电子标签在整个工作过程中，各控制流程平稳有序地进行，实现了对电源的分时分层管理，有效地节省了功耗的同时，也提高了电子标签节点通讯的实时性与可靠性。

本领域的技术人员可以理解，通常情况下，数据交换主机不会与电子标签进行通讯，只有当需要数据更新或发出如报警信息、提示信息时才会向电子标签发出触发信号，所以电子标签一般是处于静态待机状态的，其电量的消耗主要取决于静态时的功耗。下面将结合表2和图2对本发明实施例提供的电子标签的静态平均电流和电池的使用寿命做出计算。

表2为本发明实施例提供的电子标签处于静态时的各流程及其对应的时间和功耗。在本实施例中，以实时时钟芯片21的第一定时周期T₁为3s，触发信号接收模块30的静态工作时间t₄为3200μs作为参考进行计算。在时间段t₄内，控制模块40和触发信号接收模块30处于上电状态，其中，触发信号接收模块30消耗的电流为256μA，控制模块40在上电初始化时间t₁、内部定时周期T₂、时间段t₃内消耗的电流分别为200μA、2.1μA、200μA。同时，由于实时时钟芯片21在t₃内需要与控制模块40进行通信以接收断电指令，所以会比休眠状态时消耗多一些的电流。而实时时钟芯片21内部的RC振荡器做时钟时其工作电流小于15nA，所以在本实施例中，以15nA作为实时时钟芯片21在休眠状态(第一定时周期T₁内除t₃的时间段)消耗的电流数值，以8μA作为其在时间段t₃内消耗的电流值。

表2

则该电子标签在静态时的平均工作电流I_avg为：I_avg＝(T_act*I_act+T_inact*I_inact)/(T_act+T_inact)＝((2000+200)*200+1000*2.1+3200*256+2000*8+(3*10⁶-2000)*0.015)/3*10⁶＝441nA

其中，I_act为电子标签的工作电流，T_act为电子标签的工作时间，I_inact为电子标签休眠(实时时钟芯片21休眠)时的电流消耗，T_inact为电子标签的休眠/断电时间。

同样按照550mAh纽扣电池(如CR2450)电量的85％计算，此时忽略电池的自放电。

则纽扣电池的可使用时间T＝550000μAh*0.85/441μA≈121年。

虽然电子标签偶尔会处于激发状态接收数据，但是其电池的使用寿命也会比现有的无线自唤醒方式至少提高几十倍。

通过上述对各流程的分析及功耗的计算可知，本发明实施例提供的电子标签通过实时时钟芯片21和控制模块40的配合，实现了对各功能模块进行严谨有效的控制，从而使得各流程平稳有序的进行，并获得了小于1μA的平均静态工作电流，实现了对电源的分时分层管理，有效地节省了功耗的同时，还提高了电子标签节点通讯的实时性与可靠性，优化了产品结构。由于该电子标签具有超低功耗的特性，极大地延长了产品的使用寿命，满足了电池免更换的要求，避免了电池失效所带来的维护投入，降低了无线物联网组网的成本且扩展了电子标签的应用范围。另外，该电子标签除电源外的其他元器件均具有低功耗、宽工作电压范围的特点，既满足了低功耗需求又保证了电源电压降低时的正常工作需要，提高了产品的稳定性。

本发明实施例还提供了一种数据交换主机，如图5所示，该数据交换主机包括计算机41、第二通讯模块42、总线收发器43、触发信号发射模块44、通讯接口45及电源(未在图中示出)。当该数据交换主机需要与电子标签进行数据通信时，计算机41会产生触发指令并发出电子标签的地址信息和所要更新的数据。触发信号发射模块42用于根据计算机41发出的触发指令生成对应的触发信号以触发电子标签，并通过第二通讯模块42实现与电子标签的通讯，具体地，第二通讯模块42将计算机41发出的数据/信息经通讯接口42传送至电子标签。在本实施例提供的数据交换主机中，触发信号发射模块44按照一定的发射周期持续发射触发信号，如发射周期为3s，则当数据交换主机需要与电子标签进行数据通信时，其在这3s内会向电子标签持续地发出触发信号。

在本发明一实施例中，计算机41为嵌入式计算机，触发信号发射模块44为红外线发射模块。当数据交换主机需要与电子标签通讯时，其由嵌入式计算机发出触发指令经总线收发器43传输，最后由红外线发射模块发射出红外线信号以达到唤醒电子标签的目的，这种红外线唤醒的电源功耗远小于无线自唤醒的功耗，有效节省了电能。

在本发明一实施例中，红外线发射模块上的若干红外线发射管按球面进行排布，可全面覆盖前向180度的立体空间，加之自身的红外信号可进行远距离传输的特性，进一步增大了红外线的覆盖范围，使电子标签更容易感知到触发信号。进一步地，本领域的技术人员还可根据实际需要改变红外发射管的数量来得到适当强度的红外线。

在本发明一实施例中，数据交换主机的红外线发射管的发射波长与电子标签的红外线接收模块的波长相同，并且发射光以最大功率100MW进行工作，进一步保证了红外线接收的无死角。

在本发明一实施例中，第二通讯模块42为无线通信模块，具有无线接收和发射功能，用于实现与电子标签的无线数据通信，与电子标签的无线通信模块相类似，其也可通过如蓝牙、ZigBee、WIFI或433MHz等技术实现数据通讯。在一个实施例中，该第二通讯模块42与电子标签的第一通讯模块50具有相同的载波频段和调制频率，且支持数据循环冗余校验，保证了通讯的可靠性。

对于数据交换主机的通讯接口，其可包括如以太网口、串行通讯接口、USB接口和4G网络接口中的一种或多种，本发明对此不进行限定。

本发明实施例还提供了一种电子标签系统，包括如上任一实施例所描述的电子标签及数据交换主机。

在本发明实施例提供的数据交换主机及电子标签系统中，数据交换主机通过红外线信号唤醒电子标签进行数据通讯，其电源功耗远小于无线自唤醒的功耗，使得整个系统可获得更长的工作时间，极大地延长了产品的使用寿命，扩展了产品的应用范围。

以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (16)

1.一种电子标签，其特征在于，包括触发信号接收模块、控制模块、第一通讯模块及显示屏；

所述控制模块分别与所述触发信号接收模块、所述第一通讯模块及所述显示屏电连接，由所述触发信号接收模块接收的触发信号触发后进入工作模式并控制所述第一通讯模块及所述显示屏的工作状态。

2.根据权利要求1所述的电子标签，其特征在于，进一步包括电源模块和时钟芯片模块，所述时钟芯片模块用于根据预设的第一定时周期控制所述控制模块及所述触发信号接收模块上电，其中所述第一定时周期由所述控制模块预先设定，其小于或等于所述触发信号的发射周期；

所述控制模块在上电后对外设进行设置，随即进入休眠模式；

所述触发信号接收模块在上电后接收触发信号，并当接收到所述触发信号时触发所述控制模块使其由休眠模式进入工作模式。

3.根据权利要求2所述的电子标签，其特征在于，所述时钟芯片模块包括实时时钟芯片和第一晶体管，所述实时时钟芯片计时到所述第一定时周期时，通过控制所述第一晶体管使所述控制模块和所述触发信号接收模块分别与所述电源模块进行连接以控制所述控制模块及所述触发信号接收模块的上电。

4.根据权利要3所述的电子标签，其特征在于，所述控制模块对外设进行设置包括：设置其内部定时器产生内部定时周期，

则所述控制模块在所述内部定时周期内等待所述触发信号接收模块发出触发信号，当在所述内部定时周期内接收到所述触发信号时，所述控制模块由所述休眠模式进入工作模式。

5.根据权利要求4所述的电子标签，其特征在于，所述控制模块对外设进行设置还包括：设置其与所述触发信号接收模块的输出端连接的输入/输出管脚，使所述输入/输出管脚在所述触发信号接收模块的所述输出端发生状态转换时产生中断以唤醒所述控制模块。

6.根据权利要求4所述的电子标签，其特征在于，当在所述内部定时周期内没有接收到所述触发信号时，所述控制模块由所述内部定时器唤醒，设定下一个第一定时周期并向所述实时时钟芯片发送断电指令；

所述实时时钟芯片接收到所述断电指令时，控制所述第一晶体管使所述控制模块和所述触发信号接收模块分别与所述电源模块断开，随即进入休眠模式直至计时到下一个第一定时周期。

7.根据权利要求6所述的电子标签，其特征在于，所述时钟芯片模块进一步用于在控制所述控制模块及所述触发信号接收模块上电的同时，控制接通所述第一通讯模块及所述显示屏的源极电源；则

所述实时时钟芯片接收到所述断电指令时，在控制所述控制模块和所述触发信号接收模块分别与所述电源模块断开的同时，还控制断开所述第一通讯模块及所述显示屏的源极电源。

8.根据权利要求4所述的电子标签，其特征在于，当在所述内部定时周期内接收到所述触发信号时，所述控制模块控制所述第一通讯模块上电，并将所述第一通讯模块接收的标签地址与所述控制模块存储的自身的地址信息进行比对。

9.根据权利要求8所述的电子标签，其特征在于，当判断所述第一通讯模块接收的所述标签地址与自身的所述地址信息匹配时，所述控制模块置所述第一通讯模块为接收状态准备接收外部指令和数据，在接收完成时控制所述显示屏上电并使所述第一通讯模块接收的所述外部指令和数据更新至所述显示屏，在更新结束时控制所述第一通讯模块发出通讯结束应答数据，在所述第一通讯模块发出应答数据后设定下一个第一定时周期，并向所述时钟芯片模块发送断电指令；当判断所述第一通讯模块接收的所述标签地址与自身的所述地址信息不匹配时，所述控制模块设定下一个第一定时周期，并向所述时钟芯片模块发送断电指令；

所述实时时钟芯片接收到所述断电指令时，控制所述第一晶体管使所述控制模块和所述触发信号接收模块分别与所述电源模块断开，随即进入休眠模式直至计时到下一个第一定时周期。

10.根据权利要求9所述的电子标签，其特征在于，所述控制模块进一步用于当判断所述第一通讯模块接收的所述标签地址与自身的所述地址信息匹配时，扩大所述实时时钟芯片的当前第一定时周期。

11.根据权利要求9所述的电子标签，其特征在于，所述时钟芯片模块进一步用于在控制所述控制模块及所述触发信号接收模块上电的同时，控制接通所述第一通讯模块及所述显示屏的源极电源；则

所述实时时钟芯片接收到所述断电指令时，在控制所述控制模块和所述触发信号接收模块分别与所述电源模块断开的同时，还控制断开所述第一通讯模块和所述显示屏的源极电源；

所述控制模块控制所述第一通讯模块上电包括：

所述控制模块控制接通所述第一通讯模块的栅极电源；

所述控制模块控制所述显示屏上电包括：

所述控制模块控制接通所述显示屏的栅极电源。

12.根据权利要求11所述的电子标签，其特征在于，进一步包括第二晶体管及第三晶体管，所述实时时钟芯片通过控制所述第一晶体管接通或切断所述第二晶体管的源极电源来控制接通或断开所述第一通讯模块的源极电源，通过控制所述第一晶体管接通或切断所述第三晶体管的源极电源来控制接通或断开所述显示屏的源极电源。

13.根据权利要求1所述的电子标签，其特征在于，所述控制模块为单片机；所述触发信号接收模块为红外线接收模块；所述第一通讯模块为无线通讯模块，通过蓝牙、ZigBee、WIFI或433MHz通讯技术实现；所述显示屏为电子墨水屏。

14.一种数据交换主机，其特征在于，包括电源、计算机、第二通讯模块、触发信号发射模块及通讯接口，所述触发信号发射模块用于根据所述计算机发出的触发指令生成触发信号以触发电子标签，所述第二通讯模块用于将所述计算机发出的数据和信息经所述通讯接口传送至所述电子标签。

15.根据权利要求14所述的数据交换主机，其特征在于，所述触发信号发射模块为红外线发射模块，且所述红外线发射模块上的红外线发射管按球面排布；所述第二通讯模块与所述电子标签的第一通讯模块的载波频段和调制频率相同；所述通讯接口包括以太网口、串行通讯接口、USB接口和4G网络接口中的一种或多种。

16.一种电子标签系统，其特征在于，包括权利要求1至13任意一项所述的电子标签及权利要求14或15所述的数据交换主机。