CN109522766A - 一种通过低功耗有源电子标签检测运动方向的系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种通过低功耗有源电子标签检测运动方向的系统，包括多个低频唤醒器、多个电子标签、多个读写器、存储器、控制单元、无线通信单元和后台服务器；所述低频唤醒器的信号输出端将唤醒信号发送至电子标签的信号输入端，所述电子标签的信号输出端将信号传递至所述读写器的信号输入端，所述读写器的信号输出端与所述控制单元的信号输入端连接，所述控制单元的第一信号输出端与所述存储器的信号输入端连接，所述控制单元的第二信号输出端与所述无线通信单元的信号输入端连接，所述无线通信单元通过无线方式将信号发送至后台服务器。本发明提供的有源电子标签具有运动方向检测功能、功耗小、抗干扰性能好的优点。

Description

一种通过低功耗有源电子标签检测运动方向的系统
技术领域
本发明涉及电子信息通信技术领域，具体来说，涉及一种通过低功耗有源电子标签检测运动方向的系统。
背景技术
有源电子标签是随着物联网而产生的，是指标签工作的能量由电池提供，电池、内存与天线一起构成有源电子标签，不同于被动射频的激活方式，在电池更换前一直通过设定频段外发信息。主要用于人员佩戴和物品的管理，配上相关管理设备和应用软件，就可以把被管理的人、物品进行互联，数据集中到数据中心，达到实时管理的目的。但传统的有源电子标签功能单一，只是定期发射有源电子标签本身的ID信息，管理简单，当电子标签被人取走是，只能根据读写器是否收到射频信息判断电子标签是否被移走，无法判断电子标签的准备位移信息。带三轴加速度的有源电子标签是综合应用微电子技术，信息传感技术，信息通讯技术的科技产品，是动态监测状态的数字式电子发射装置，可用于人员、物品的精细化管理。
发明内容
为解决现有技术中存在的问题，本发明的目的是提供一种通过低功耗有源电子标签检测运动方向的系统，具有运动方向检测功能、功耗小、抗干扰性能好的优点。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种通过低功耗有源电子标签检测运动方向的系统，包括多个低频唤醒器、多个电子标签、多个读写器、存储器、控制单元、无线通信单元和后台服务器；所述低频唤醒器的信号输出端将唤醒信号发送至电子标签的信号输入端，所述电子标签的信号输出端将信号传递至所述读写器的信号输入端，所述读写器的信号输出端与所述控制单元的信号输入端连接，所述控制单元的第一信号输出端与所述存储器的信号输入端连接，所述控制单元的第二信号输出端与所述无线通信单元的信号输入端连接，所述无线通信单元通过无线方式将信号发送至后台服务器。
所述电子标签包括天线、高频收发单元、低频唤醒接收单元、微处理器、电源、存储单元和三轴加速度传感器；所述微处理器的第一输入端与所述电源的输出端连接，所述微处理器的第一输出端与所述存储单元的输入端连接，所述微处理器的第二输入端与所述三轴加速度传感器的输出端连接，所述微处理器的第三输入端与所述高频收发单元的第一输出端连接，所述微处理器的第二输出端与所述高频收发单元的第一输入端连接，所述高频收发单元的第二输入端与所述天线的输出端连接，所述高频收发单元的第二输入端与所述天线的输入端连接，所述微处理器的第三输出端与所述低频唤醒接收单元的输入端连接，所述微处理器的第四输入端与所述低频唤醒接收单元的输出端连接。
所述低频唤醒器和读写器均匀分布在需要定位的区域内，所述低频唤醒器用于唤醒电子标签，低频唤醒器的唤醒命令中带有唤醒器位置坐标信息，所述电子标签设置在需要管理的货物上，每个电子标签与唯一的ID进行绑定，当物品被搬移时，会在三维空间(X轴方向，Y轴方向和Z轴方向)上分别产生加速度物理量数据，物品运动时带来的三个方向上的三维加速度数据被三轴加速度传感器LIS3DH采集，采集到的X，Y，Z轴三维方向上的加速度物理量后，LIS3DH芯片的INT1引脚向微处理器发送中断请求，然后将采集到的数据送入微处理器。有源标签大部分时间处于休眠状态，当三轴加速度传感器的运行状态发生改变时，通过发送中断唤醒微处理器，这时微处理器把自身ID数据和三轴加速度传感器模块的运动数据组报文依次通过高频收发单元和天线将发送给读写器，读写器接收电子标签发送的ID数据，检测接收到的电子标签的信号强度，并将ID数据和信号强度存储在本地，同时通过无线通信单元将电子标签的信号强度、读写器位置坐标信息和唤醒器位置坐标信息上传到后台服务器；后台服务器根据各个读写器上传的电子标签的信号强度、读写器位置坐标信息和唤醒器位置坐标信息进行计算分析，利用质心算法得出电子标签的具体位置。
优选的，所述低频唤醒器之间的间距为8～12米，低频唤醒器工作在125KHz频段。
读写器均匀分布在需要定位的区域，间距为80～120米。为了达到防碰撞和低功耗，电子标签采用定时发送信号的方式工作，信号发送间隔为3～5S，随机正负误差100ms，保证读写器可靠接收到各电子标签的信号。
优选的，所述高频收发单元内置地址解码器、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，所述高频收发单元有两种工作模式：关闭模式和空闲模式。
所述高频收发单元在关机模式下，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，缩短的起动时间，节省了功耗。
优选的，所述三轴加速度传感器采用LIS3DH芯片。
优选的，所述微处理器采用NRF24LE1芯片。
优选的，所述控制单元采用STM32F103ZDZD单片机。
优选的，所述高频收发单元采用nRF24L01收发芯片。
优选的，所述低频唤醒接收模块采用AS3933芯片。
本发明的有益效果是：
(1)成本低，功耗小，具有运动方向检测功能；
(2)读写器均匀分布在需要定位的区域，间距为80～120米。为了达到防碰撞和低功耗，电子标签采用定时发送信号的方式工作，信号发送间隔为3～5S，随机正负误差100ms，保证读写器可靠接收到各电子标签的信号；
(3)所述高频收发单元在关机模式下，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，缩短的起动时间，节省了功耗。
附图说明
图1是本发明实施例一种通过低功耗有源电子标签检测运动方向的系统框图；
图2是本发明实施例有源电子标签的原理示意图。
附图标记说明：
1、低频唤醒器；2、电子标签；21、天线；22、高频收发单元；23、低频唤醒接收单元；24、微处理器；25、电源；26、存储单元；27、三轴加速度传感器；3、读写器；4、存储器；5、控制单元；6、无线通信单元；7、后台服务器。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施例进行详细说明。
实施例1：
如图1-2所示，一种通过低功耗有源电子标签检测运动方向的系统，包括多个低频唤醒器1、多个电子标签2、多个读写器3、存储器4、控制单元5、无线通信单元6和后台服务器7；所述低频唤醒器1的信号输出端将唤醒信号发送至电子标签2的信号输入端，所述电子标签2的信号输出端将信号传递至所述读写器3的信号输入端，所述读写器3的信号输出端与所述控制单元5的信号输入端连接，所述控制单元5的第一信号输出端与所述存储器4的信号输入端连接，所述控制单元5的第二信号输出端与所述无线通信单元6的信号输入端连接，所述无线通信单元6通过无线方式将信号发送至后台服务器7。
所述电子标签2包括天线21、高频收发单元22、低频唤醒接收单元23、微处理器24、电源25、存储单元26和三轴加速度传感器27；所述微处理器24的第一输入端与所述电源25的输出端连接，所述微处理器24的第一输出端与所述存储单元26的输入端连接，所述微处理器24的第二输入端与所述三轴加速度传感器27的输出端连接，所述微处理器24的第三输入端与所述高频收发单元22的第一输出端连接，所述微处理器24的第二输出端与所述高频收发单元22的第一输入端连接，所述高频收发单元22的第二输入端与所述天线21的输出端连接，所述高频收发单元22的第二输入端与所述天线21的输入端连接，所述微处理器24的第三输出端与所述低频唤醒接收单元23的输入端连接，所述微处理器24的第四输入端与所述低频唤醒接收单元23的输出端连接。
所述低频唤醒器1和读写器3均匀分布在需要定位的区域内，所述低频唤醒器1用于唤醒电子标签2，低频唤醒器1的唤醒命令中带有唤醒器位置坐标信息，所述电子标签2设置在需要管理的货物上，每个电子标签2与唯一的ID进行绑定，当物品被搬移时，会在三维空间(X轴方向，Y轴方向和Z轴方向)上分别产生加速度物理量数据，物品运动时带来的三个方向上的三维加速度数据被三轴加速度传感器27采集，采集到的X，Y，Z轴三维方向上的加速度物理量后，LIS3DH芯片的INT1引脚向微处理器24发送中断请求，然后将采集到的数据送入微处理器24。有源标签大部分时间处于休眠状态，当三轴加速度传感器27的运行状态发生改变时，通过发送中断唤醒微处理器24，这时微处理器24把自身ID数据和三轴加速度传感器27模块的运动数据组报文依次通过高频收发单元22和天线21将信号发送给读写器3，读写器3接收电子标签2发送的ID数据，检测接收到的电子标签2的信号强度，并将ID数据和信号强度存储在本地，同时通过无线通信单元6将电子标签2的信号强度、读写器3位置坐标信息和低频唤醒器1位置坐标信息上传到后台服务器7；后台服务器7根据各个读写器3上传的电子标签2的信号强度、读写器3位置坐标信息和唤醒器位置坐标信息进行计算分析，利用质心算法得出电子标签2的具体位置。
实施例2：
如图1-2所示，本实施例在实施例1的基础上进行改进，所述低频唤醒器1之间的间距为8～12米，低频唤醒器1工作在125KHz频段。
读写器3均匀分布在需要定位的区域，间距为80～120米。为了达到防碰撞和低功耗，电子标签2采用定时发送信号的方式工作，信号发送间隔为3～5S，随机正负误差100ms，保证读写器3可靠接收到各电子标签2的信号。
优选的，所述高频收发单元22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，所述高频收发单元22有两种工作模式：关闭模式和空闲模式。
所述高频收发单元22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，缩短的起动时间，节省了功耗。
所述三轴加速度传感器27采用LIS3DH芯片；LIS3DH芯片内置一个温度传感器和三路模数转换器，可简单地整合陀螺仪等伴随芯片。LIS3DH还可实现多种功能，包括鼠标单击；双击识别、4D/6D方向检测以及省电睡眠到唤醒模式。在睡眠模式下，检测链路保持活动状态，当一个事件发生时，传感器将从睡眠模式唤醒，自动提高输出数据速率。
所述微处理器24采用NRF24LE1芯片；NRF24LE1E是一款高度集成、超低功耗、同时具有片上系统技术的2.4GHz射频芯片,它包括一个2.4GHz射频收发器核心,一个8位CPU和嵌入式闪存RX；TX时提供的峰值电流低于14毫安,有μA级以下的省电模式,先进的电源25管理,供电范围1.9至3.6V,NRF24LE1E提供了一个真正的超低功耗方案,当使用钮扣电池供电时,正常使用的情况下,电池寿命可以达数月甚至数年。
所述控制单元5采用STM32F103ZDZD单片机；STM32F103ZD单片机采用Cortex-M3内核，CPU最高速度达72MHz。该系列MCU具有16KB～1MBFlash、多种控制外设、USB全速接口和CAN。
所述高频收发单元22采用nRF24L01收发芯片；所述低频唤醒接收模块采用AS3933芯片。
以上所述实施例仅表达了本发明的具体实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种通过低功耗有源电子标签检测运动方向的系统，其特征在于，包括多个低频唤醒器、多个电子标签、多个读写器、存储器、控制单元、无线通信单元和后台服务器；所述低频唤醒器的信号输出端将唤醒信号发送至电子标签的信号输入端，所述电子标签的信号输出端将信号传递至所述读写器的信号输入端，所述读写器的信号输出端与所述控制单元的信号输入端连接，所述控制单元的第一信号输出端与所述存储器的信号输入端连接，所述控制单元的第二信号输出端与所述无线通信单元的信号输入端连接，所述无线通信单元通过无线方式将信号发送至后台服务器；
所述电子标签包括天线、高频收发单元、低频唤醒接收单元、微处理器、电源、存储单元和三轴加速度传感器；所述微处理器的第一输入端与所述电源的输出端连接，所述微处理器的第一输出端与所述存储单元的输入端连接，所述微处理器的第二输入端与所述三轴加速度传感器的输出端连接，所述微处理器的第三输入端与所述高频收发单元的第一输出端连接，所述微处理器的第二输出端与所述高频收发单元的第一输入端连接，所述高频收发单元的第二输入端与所述天线的输出端连接，所述高频收发单元的第二输入端与所述天线的输入端连接，所述微处理器的第三输出端与所述低频唤醒接收单元的输入端连接，所述微处理器的第四输入端与所述低频唤醒接收单元的输出端连接。
2.根据权利要求1所述的一种通过低功耗有源电子标签检测运动方向的系统，其特征在于，所述低频唤醒器之间的间距为8～12米，低频唤醒器工作在125KHz频段。
3.根据权利要求1所述的一种通过低功耗有源电子标签检测运动方向的系统，其特征在于，所述高频收发单元内置地址解码器、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，所述高频收发单元有两种工作模式：关闭模式和空闲模式。
4.根据权利要求1所述的一种通过低功耗有源电子标签检测运动方向的系统，其特征在于，所述三轴加速度传感器采用LIS3DH芯片。
5.根据权利要求1所述的一种通过低功耗有源电子标签检测运动方向的系统，其特征在于，所述微处理器采用NRF24LE1芯片。
6.根据权利要求1所述的一种通过低功耗有源电子标签检测运动方向的系统，其特征在于，所述控制单元采用STM32F103ZDZD单片机。
7.根据权利要求1所述的一种通过低功耗有源电子标签检测运动方向的系统，其特征在于，所述高频收发单元采用nRF24L01收发芯片。
8.根据权利要求1所述的一种通过低功耗有源电子标签检测运动方向的系统，其特征在于，所述低频唤醒接收模块采用AS3933芯片。
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