CN110070168B - 用于人机交互的触控感应无源rfid标签及使用方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了用于人机交互的触控感应无源RFID标签及使用方法，本发明使用微流结构作为触控感压单元，调节RFID标签的工作状态，使得RFID标签在按压时恢复正常工作并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。

Description

用于人机交互的触控感应无源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触控感应无源RFID标签。
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
本发明针对现有技术的不足，提出了用于人机交互的触控感应无源RFID标签及使用方法。
本发明用于人机交互的触控感应无源RFID标签，包括天线主体、RFID芯片以及压控微流结构，所述的压控微流结构包括感压储液腔、腔内微流体和微流通道；所述的天线主体上设有开口；使天线主体断开不导通；所述的天线主体开口中设有微流通道；微流通道与感压储液腔连通，感压储液腔内设有腔内微流体；所述RFID芯片加载于天线主体上。
作为优选，所述的天线主体为偶极子天线或环天线。
作为优选，所述的RFID芯片为Impinj Monza 4芯片。
作为优选，所述的RFID标签天线工作频段为860-960MHz。
用于人机交互的触控感应无源RFID标签的使用方法，该方法为：非工作状态下微流体全部位于感压储液腔内；由于天线主体结构断开，其不在超高频频段正常工作；压控微流结构中的感压储液腔受到按压时会使腔内所存储的微流体流入微流通道，从而导通天线开口结构，使得人机交互的触控感应无源RFID标签在超高频频段内正常工作。
本发明具有的有益效果是：
(1)成本低。标签仅包括天线、芯片及微流结构，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。
附图说明
图1为非工作状态下标签的整体结构俯视图(以偶极子天线为例)。
图2为工作状态下标签的整体结构俯视图(以偶极子天线为例)。
图3为非工作状态下标签的整体结构俯视图(以环天线为例)。
图4为工作状态下标签的整体结构俯视图(以偶极子天线为例)。
图5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6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、RFID芯片1-2及压控微流结构组成。压控微流结构又包括微流通道1-3、感压储液腔1-4以及微流体1-5。微流通道1-3位于天线主体1-1的开口处。该图中采用的微流体材料为导电液体镓铟锡合金。受通道内气压以及通道和腔之间的高度差的影响，非工作状态下微流体1-5全部位于感压储液腔1-4内。由于天线主体1-1结构断开，因此无法在超高频频段正常工作，RFID芯片的电子产品代码也无法被接收器读取到。
如图2所示，感压储液腔1-4受到按压时，腔内微流体1-5受腔内剧增的气压影响，从感压储液腔1-4流入微流通道1-3。由于微流通道1-3刚好位于天线主体1-1的开口处，且微流通道1-3内涌入的微流体1-5为导电材料，因此天线主体1-1结构被导通，重新在超高频频段内正常工作，RFID芯片的电子产品代码可以被接收器读取到。
如图3所示，本发明中RFID标签由天线主体1-1、RFID芯片1-2及压控微流结构组成。压控微流结构又包括微流通道1-3、感压储液腔1-4以及微流体1-5。微流通道1-3位于天线主体1-1的开口处。该图中采用的微流体材料为去离子水。受通道内气压以及通道和腔之间的高度差的影响，非工作状态下微流体1-5全部位于感压储液腔1-4内。由于天线主体1-1的谐振频率较高，超出超高频频段范围，因此RFID芯片的电子产品代码无法被接收器读取到。
如图4所示，感压储液腔1-4受到按压时，腔内微流体1-5受腔内剧增的气压影响，从感压储液腔1-4流入微流通道1-3。由于微流通道1-3位于天线主体1-1的开口处，且微流通道1-3内涌入的微流体1-5的材料介电常数很高，导致天线主体1-1的谐振频率降低，可以在超高频频段内正常工作，因此RFID芯片的电子产品代码可以被接收器读取到。
图5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，受到按压的标签正常工作将代码返回到接收器，而未受按压的标签无法工作，接收器也读取不到他们的代码。根据接收器读取到的代码及其顺序，可以得知用户在九宫格上的输入信息。
图6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(ID11-ID34等)，受到按压的标签正常工作将代码返回到接收器，而未受按压的标签无法返回代码。根据接收器读取到的代码及其顺序，可以得知用户在键盘上的输入信息。
本发明陈述了一种用于人机交互的触控感应无源RFID标签，使用微流结构作为触控感压单元，调节RFID标签的工作状态，使得RFID标签在按压时恢复正常工作并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感应，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.用于人机交互的触控感应无源RFID标签，包括天线主体、RFID芯片以及压控微流结构，所述的压控微流结构包括感压储液腔、腔内微流体和微流通道；其特征在于：所述的天线主体上设有开口，使天线主体断开不导通；所述的微流通道设置在天线主体开口中；微流通道与感压储液腔连通，腔内微流体设置在感压储液腔内；所述RFID芯片加载于天线主体上。
2.根据权利要求1所述的用于人机交互的触控感应无源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触控感应无源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触控感应无源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所述的用于人机交互的触控感应无源RFID标签的使用方法，其特征在于：非工作状态下微流体全部位于感压储液腔内；由于天线主体结构断开，其不在超高频频段正常工作；压控微流结构中的感压储液腔受到按压时会使腔内所存储的微流体流入微流通道，从而导通天线开口结构，使得人机交互的触控感应无源RFID标签在超高频频段内正常工作。
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