CN109993266A - 用于人机交互的超高频无源触控传感rfid标签及使用方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于人机交互的超高频无源触控传感RFID标签及使用方法，标签包括天线主体、耦合馈电环以及短路金属片，所述的耦合馈电环包括环结构、短路接片和RFID芯片；本发明中的标签也可以作为结构单元，多个单元有序排列可以构成无线人机交互设备。标签结构简单，成本低廉且加工方便；完全无源，使用时间长；超薄柔性可折叠，便于携带；可贴附于多种物体，甚至是人体及衣物表面，使用便利；有效工作距离远，可以高达十余米且不受视距限制；同个接收器可以同时读取多个设备的输入信息。综上所述，设计出的RFID标签不仅可以实现对触控的传感，并且有着结构简单、便携、低成本、使用方便、工作时间长、工作距离远、适配性高等优点。

Description

用于人机交互的超高频无源触控传感RFID标签及使用方法
技术领域
本发明属于天线技术与无线通信领域，涉及一种用于人机交互的超高频无源触控传感RFID标签及使用方法。
背景技术
人机交互技术（Human-Computer Interaction Techniques）是指通过计算机输入、输出设备，以有效的方式实现人与计算机对话的技术。近年来，随着计算机等电子设备小型化、便携化的趋势，对人机交互设备提出了小型化、轻型化、更长使用时间等要求。虽然增强现实（AR）、虚拟现实（VR）、语音识别、手势识别等新型人机交互技术目前正快速发展，但是它们依赖仍处于发展阶段的图像与语音识别算法，目前精确度还有待提高。现有的传统人机交互设备，如鼠标键盘等，在人机交互中依然发挥着重要作用。但是传统人机交互设备仍然存在以下问题:
1.便携性：传统人机交互设备，特别是键盘，仍旧体积偏大，携带不便；
2.使用时间：传统无线人机交互设备一般采用电池供电，使用时间受到电量的限制；
3.适配性：传统无线人机交互设备一般是接收器与配套设备为一一对应关系，同一台计算机配置多个不同无线人机交互设备时必须安装多个不同的接收器，极大占据了计算机的接口空间。
射频识别即RFID（Radio Frequency Identification）技术，又称电子标签、无线射频识别，是一种可通过无线电讯号识别特定目标并读写相关数据，而无需识别系统与特定目标之间建立机械或光学接触的通信技术。RFID技术以其简单的结构和低廉的成本在物联网领域中得到广泛应用，有望满足我们的需求。本发明提出一种用于人机交互的触控感应无源RFID标签，它的特征是结构简单轻薄且无需电池，可弯曲折叠，可直接贴附在金属外的其他物体（桌椅甚至是人体或者是衣服表面）上使用，成本低廉，有效工作范围可以高达十余米且不受阻碍物的限制，并且接收器可同时接收多个设备的信息。
发明内容
为了实现本发明的目的，本发明采用的技术方案如下：
一种用于人机交互的超高频无源触控传感RFID标签，包括天线主体、耦合馈电环以及短路金属片，所述的耦合馈电环包括环结构、短路接片和RFID芯片；其特征在于：所述的耦合馈电环置于天线主体附近，与天线主体在同一平面上，通过耦合向天线主体馈电；所述的RFID芯片加载于耦合馈电环远离天线主体的侧边的中心；所述的短路接片位于耦合馈电环上RFID芯片两侧；所述的短路金属片位于天线主体和耦合馈电环上方，与其他结构处于不同平面；
所述的天线主体可为偶极子天线、环天线或其他结构；
所述的RFID芯片为Impinj Monza 4芯片或其他超高频RFID芯片；
所述的RFID标签天线主要工作在860-960MHz频段，也可以工作在其他频段。
本发明具有的有益效果是：
本发明的用于人机交互的触控感应无源RFID标签结构简单轻薄，柔性可弯曲折叠，便于携带；绝对无源，无需电池，使用时间远超其他传统人机交互设备；可直接贴附在金属外的其他物体（桌椅甚至是人体或者是衣服表面）上，使用方便；成本低廉，低于现有传统人机交互设备价格；有效工作范围可以高达十余米且不受阻碍物的限制；可用于鼠标、键盘、手柄等多类型的人机交互设备，并且同一接收器可以支持多个设备。
附图说明
图1为标签的整体结构俯视图（以偶极子天线为例）。
图2为标签的整体结构俯视图（以环天线为例）。
图3为标签构成的九宫格人机交互设备示意图（以偶极子天线为例）。
图4为标签构成的无线键盘设备示意图（以环天线为例）。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详述：
如图1所示，本发明中RFID标签由天线主体1-1、耦合馈电环及短路金属片1-5组成。耦合馈电环又包括环结构1-2、RFID芯片1-3以及短路接片1-4。耦合馈电环又包括环结构1-2、RFID芯片1-3以及短路接片1-4处于同一水平面上，非触控状态下短路金属片1-5位于其他结构上方，与其他结构无接触，RFID标签在超高频频段正常工作，RFID芯片的电子产品代码可以被RFID读写器读取；触控状态下短路金属片下降到其他结构所在平面，与短路接片1-4连接并导通，导致RFID芯片被短路，RFID芯片的电子产品代码无法被RFID读写器读取。
如图2所示， RFID标签由天线主体1-1、耦合馈电环和及短路金属片1-5组成。耦合馈电环又包括环结构1-2、RFID芯片1-3以及短路接片1-4。环结构1-2、RFID芯片1-3以及短路接片1-4处于同一水平面上，非触控状态下短路金属片1-5位于其他结构上方，与其他结构无接触，RFID标签在超高频频段正常工作，RFID芯片的电子产品代码可以被RFID读写器读取；触控状态下短路金属片下降到其他结构所在平面，与短路接片1-4连接并导通，导致RFID芯片被短路，RFID芯片的电子产品代码无法被RFID读写器读取。
图3为本发明中的RFID标签可以构成的一种简单的九宫格式人机交互设备的示意图。九个同样的RFID标签等间距三行三列排布，每个标签有着不同的电子产品代码ID1-ID9，触控状态下的标签无法正常工作，因此RFID读写器无法收到他们的代码；而非触控状态下的标签可以正常工作，接收器可以读取不到他们的代码。通过对RFID读写器接收到的代码与时间戳的实时统计，可以得知用户在九宫格上的输入信息。
图4为本发明中的RFID标签可以构成的无线键盘设备的部分结构示意图。相同的RFID标签按照键盘中每个键位的顺序有序排列，每个标签有着不同的电子产品代码，非触控状态下的标签正常工作将代码返回到接收器，而触控状态下的标签无法返回代码。通过对RFID读写器接收到的代码与时间戳的实时统计，可以得知用户在键盘上的输入信息。
本发明的RFID标签的优点包括：
（1）成本低。标签仅包括天线、耦合馈电环及短路金属片，没有其他电子器件、设备，无需复杂的布线及加工，与传统人机交互设备相比成本更低。
（2）便携。标签结构简单可靠性高，采用合适的柔性基底材料可以使标签整体超轻超薄并且可折叠，因此可以将标签构成的人机交互设备（如键盘等）折叠起来携带，极大地增加了便携性。
（3）便于使用。标签构成的人机交互设备超轻超薄，可以贴附在各种物体表面使用，如桌子、墙面、书本甚至是人体或者是服装上，可以随时取用，使用便利。
（4）适配性高。由于每个RFID标签都拥有各自全球唯一的电子产品代码，因此同一个接收器可以同时支持多个标签构成的人机交互设备，无需占用过多的计算机接口，便于多个设备的使用和管理，适配性高。
本发明还包括一种用于人机交互的超高频无源触控传感RFID标签及使用方法，使用短路金属片调节RFID标签的工作状态，使得RFID芯片在触控状态下短路，无法正常返回标签电子产品代码。本发明中的标签也可以作为结构单元，多个单元有序排列可以构成无线人机交互设备。标签结构简单，成本低廉且加工方便；完全无源，使用时间长；超薄柔性可折叠，便于携带；可贴附于多种物体，甚至是人体及衣物表面，使用便利；有效工作距离远，可以高达十余米且不受视距限制；同个接收器可以同时读取多个设备的输入信息。综上所述，设计出的RFID标签不仅可以实现对触控的传感，并且有着结构简单、便携、低成本、使用方便、工作时间长、工作距离远、适配性高等优点，因此有着广阔的应用价值和市场潜力。

Claims (5)

1.一种用于人机交互的超高频无源触控传感RFID标签，包括天线主体、耦合馈电环以及短路金属片，所述的耦合馈电环包括环结构、短路接片和RFID芯片；其特征在于：所述的耦合馈电环置于天线主体附近，与天线主体在同一平面上，通过耦合向天线主体馈电；所述的RFID芯片加载于耦合馈电环远离天线主体的侧边的中心；所述的短路接片位于耦合馈电环上RFID芯片两侧；所述的短路金属片位于天线主体和耦合馈电环上方，与其他结构处于不同平面。
2.根据权利要求1所述的用于人机交互的超高频无源触控传感RFID标签，其特征在于：所述的天线主体为偶极子天线或环天线。
3.根据权利要求1所述的用于人机交互的超高频无源触控传感RFID标签，其特征在于：所述的RFID芯片为Impinj Monza 4芯片。
4.根据权利要求1所述的用于人机交互的超高频无源触控传感RFID标签，其特征在于：所述的RFID标签天线工作频段为860-960MHz 。
5.根据权利要求1-4之一所述的用于人机交互的超高频无源触控传感RFID标签的使用方法，其特征在于：非触控状态下短路金属片位于天线主体和耦合馈电环上方，与其他结构均不接触；非触控状态下天线状态正常，RFID读写器可以读取到RFID标签的代码；触控状态下短路金属片受到按压，下降到天线主体和耦合馈电环所在平面，与耦合馈电环中的短路接片相互接触导通，导致RFID芯片短路，使得RFID标签无法正常工作，RFID读写器无法读取到RFID标签的代码。
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