CN110334553A - 射频识别传感数据的链接方法及传感标签节点 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种射频识别传感数据的链接方法，至少一个传感标签节点根据内部或外部敏感单元的物理量变化被激活并且处于Ready状态，激活后的至少一个传感标签节点预先同步进行传感数据的量化和处理；对量化和处理后的数据进行封装获得封装数据；所述至少一个传感标签节点发根据查询器发送的查询命令切换到Arbitrate状态；当所述至少一个传感标签节点的slot＝0时，所述至少一个传感标签节点切换到Reply状态，根据接收到查询器发射的ACK命令切换到Acknowledged状态并且向该查询器返回包含传感信息的封装数据。本发明能够提高传感数据及节点ID访问效率和速度。

Description

射频识别传感数据的链接方法及传感标签节点
技术领域
本发明属于无源标签传感信息通信交互技术领域，具体涉及一种射频识别传感数据的链接方法及传感标签节点。
背景技术
由于无线传感网(WSN)、人体体域网(BAN)和物联网(IoT)的大力发展，无线传感节点得到了广泛利用。这些节点不但要求能将自身的ID信息上传汇总到读取设备和基站上，并汇集到后台上，同时更重要的是，能将反映自身的状态信息的源自传感采集单元的传感数据，一并上传到读取设备及数据后台服务器上，对于汇集形成传感节点的实时感知大数据库具有重要意义。
传感节点一般由电源电路、数据处理电路、通信模块、传感器及传感数据采集量化电路构成，为了降低成本，减小体积，扩大应用领域，传感节点采用以无源射频识别技术方法，增加传感及量化单元，利用无源射频识别技术的电源技术以及通信空中接口技术，能够相对于传统低功耗无线MCU+传感器的WISP平台具有高的集成效率和更低的成本。
当前无源射频识别包括符合EPC-gen2，ISO18000-6C等国际标准标签节点与系统，以及符合中国标准GB 29768及GJB 7377.1的自主标准标签节点与系统，在这些空中接口标准的协议技术中，当前集成传感的方式是通过芯片内置传感器或芯片外传感器进行低功耗集成与整合，通过空中接口协议中的read命令或者用户自定义命令返回传感数据，在传感数据交互的链接过程中，标签需要从ACK状态跳转至后面的open状态或者更后续的状态，需要读取存储器user区的数据，空中接口链接时间和链接深度直至read命令或后续自定义命令的长度，长于标签ID返回的链接次数和链接时长，相对于返回ID，降低了数据效率和稳定性。
随着应用场合的发展及相关信息采集及处理技术的进步，从传感数据的产生和需求来看，大量的应用场合下，对传感数据无需高安全级别的加密与通信认证，如物流领域的实时温度、湿度等物理信息监控，精准农业领域的节点传感信息采集等；另外从数据的采集和使用来看，在目前RFID主导应用的物流领域，机理是利用射频识别区别于二维码的最基本的非视距，快速读取的特质，节点ID的读取效率，关注的是ID信息，非其他用户数据，大多数标签也如此趋势，大多数场合不需要区别专门处理传感数据的情况下，要求将传感数据协同节点ID快速协同返回，如同当前在RFID主导物流领域中，RFID通常是替代二维码的非视距，快速读取的基本特质；在新出现的一些光学通信传感采集领域中，采用变色点阵的形式，也是达到快速ID和传感信息的协同采集，这种光学点阵传感ID与射频传感识别的相互关系，其特性和趋势在效率方面与二维码ID向射频射频ID演化关系相类似，能够在基本特性上达到通过射频实现非视距、快速的ID与传感数据采集。因此在以上基础上，传感数据的高效率、快速协同是应用领域对包括无源标签的传感节点一个重要且基本的特性需求。
发明内容
有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种射频识别传感数据的链接方法及传感标签节点。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
本发明实施例提供一种射频识别传感数据的链接方法，该方法为：至少一个传感标签节点根据内部或外部敏感单元的物理量变化被激活并且处于Ready状态，激活后的至少一个传感标签节点预先同步进行传感数据的量化和处理；对量化和处理后的数据进行封装获得封装数据；所述至少一个传感标签节点发根据查询器发送的查询命令切换到Arbitrate状态；当所述至少一个传感标签节点的slot＝0时，所述至少一个传感标签节点切换到Reply状态，根据接收到查询器发射的ACK命令切换到Acknowledged状态并且向该查询器返回包含传感信息的封装数据。
上述方案中，该方法还包括将封装数据根据bank01的地址由低到高进行存储于存储器bank01的EPC区。
上述方案中，所述至少一个传感标签节点根据内部或外部敏感单元的物理量变化预先同步进行传感数据的量化和处理，具体为：在至少一个传感标签节点接收到查询器发射的连续波CW后，所述至少一个传感标签节点开始存储能量，整流输出的电压上升至稳定状态下，生成复位信号并且进行初始化，同步进行传感数据的量化和处理。
上述方案中，所述对量化和处理后的数据进行封装获得封装数据，具体为：将校验数据CRC_data、指针数据PC_data、ID数据EPC_data与传感数据Sen_data根据EPC命令的格式要求进行封装。
上述方案中，所述根据接收到查询器发射的ACK命令切换到Acknowledged状态并且向该查询器返回封装数据，具体为，所述至少一个传感标签节点根据ACK命令中的ID数据在存储的封装数据中查找与其匹配的封装数据，并且该封装数据返回到查询器。
上述方案中，所述至少一个传感标签节点处于Acknowledged状态时，该方法还包括，所述至少一个传感标签节点根据接收到查询器的后续命令切换到可读取存储区的open状态或secured状态。
本发明实施例还提供一种传感标签节点，包括模拟前端电路、数字基带电路和存储器；
所述模拟前端电路，用于产生标签工作的电源、时钟、复位以及以及调制与解调信号；
所述数字基带电路，用于用于接收从模拟前端解调出来的数据并按照空中接口协议对数据进行处理，生成调制信号返回给模拟前端电路进行数据数据调制；
所述存储器，用于存储初始化信息或者从数字基带电路写入的数据。
上述方案中，所述模拟前端电路包括整流升压电路、电源管理电路、解调电路、调制电路、时钟生成电路和传感量化电路；、
所述整流升压电路和电源管理电路，用于为芯片提供偏置和电源；
所述解调电路，用于将查询器发射的命名和数据从射频载波中进行解调，并且发送到数字基带电路进行解码；
所述调制电路，用于通过调制的阻抗，使反向散射能量大小及相位发生改变，将标签数据发送给查询器；所述时钟电路，用于生成数字基带电路所需的全局时钟信号；
所述复位电路，用于生成数字基带电路所需的复位信号；
所述传感量化电路，用于对敏感单元器件生成的敏感信号进行采集和量化，并且转化为数字信号，送往数字基带电路进行处理。
上述方案中，所述数字基带电路包括初始化模块，随机数产生模块、解码模块、命令解析模块、存储器控制模块、功耗管理模块、状态机模块、输出控制模块、传感控制模块；
所述初始化模块，用于完成传感标签节点的上电初始化；
所述解码模块，用于对模拟前端电路解调出来信号进行解码；
所述随机数产生模块，用于根据协议要求产生传感标签节点在与阅读器交互过程中需要的随机数，同时完成时隙计数器值生成和更新；
所述命令解析模块，用于完成查询器发送的各个命令的解析操作，接收命令头、数据位及校验位，解析出各条命令中所有有用的信息；
所述存储器控制模块，用于连接基带各模块与存储体，与存储器的数据交互；
所述功耗控制模块，用于对功耗控制，按工作流程控制各个模块的开启和关闭；
所述主状态机模块，用于根据协议规定的标签必需的状态及翻转，传感标签节点不同输出类型的控制编码；
所述输出控制模块，用于基带的输出数据及其输出编码；
所述传感控制模块，用于对传感数据进行数字处理。
与现有技术相比，本发明能够提高传感数据及节点ID访问效率和速度。
附图说明
图1为本发明实施例提供一种射频识别传感数据的链接方法的流程图；
图2为现有传感标签内部传感数据存贮封装与本发明的数据封装的对比图；
图3为现有传感标签节点内部传感数据存贮封装与本发明的链接命令及时隙对比图；
图4为现有传感标签节点内部传感数据存贮封装与本发明的标签状态转换对比图；
图5为现有传感标签节点与本发明传感标签节点的访问时长对比图；
图6为多传感标签节点下本发明传感数据并行处理对比图；
图7为本发明实施例提供一种传感标签节点的电路结构图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明实施例提供一种射频识别传感数据的链接方法，如图1所示，该通过以下步骤实现：
步骤101：至少一个传感标签节点根据内部或外部敏感单元的物理量变化被激活并且处于Ready状态，激活后的至少一个传感标签节点预先同步进行传感数据的量化和处理；
具体地，在至少一个传感标签节点接收到查询器发射的连续波CW后，所述至少一个传感标签节点开始存储能量，整流输出的电压上升至稳定状态下，生成复位信号并且进行初始化，同步进行传感数据的量化和处理。
在接收到查询器发射的连续波CW后，传感标签节点开始存储能量，整流输出的电压上升，一般地，在经过150μs左右，电压达到稳定，模拟前端电路生成复位信号，传感标签节点初始化，初始化电路工作，同时传感电路进行传感数据采集与量化，生成传感数据，当完成整体传感数据，电路生成Ready标志信号，标志完成了传感数据的准备。
如果生成传感数据失败，重新进行传感数据采集与量化。
步骤102：对量化和处理后的数据进行封装获得封装数据；
具体地，将校验数据CRC_data、指针数据PC_data、ID数据EPC_data与传感数据Sen_data根据EPC命令的格式要求进行封装。
还包括将封装数据根据bank01的地址由低到高进行存储于存储器bank01的EPC区。
如图2所示，本发明的传感数据Sen_data与传统标签存储存储位置不同。本发明的传感数据存储于存储器bank01的EPC区，与传统存储于存储器的bank11的USER区中的某一位置不同。Bank01的EPC区数据由校验数据CRC_data\指针数据PC_data\ID数据EPC_data与传感数据Sen_data按照bank01的地址由低到高进行存储。
步骤103：所述至少一个传感标签节点发根据查询器发送的查询命令切换到Arbitrate状态；
步骤104：当所述至少一个传感标签节点的slot＝0时，所述至少一个传感标签节点切换到Reply状态，根据接收到查询器发射的ACK命令切换到Acknowledged状态并且向该查询器返回封装数据。
具体地，所述至少一个传感标签节点根据ACK命令中的ID数据在存储的封装数据中查找与其匹配的封装数据，并且该封装数据返回到查询器。
所述至少一个传感标签节点处于Acknowledged状态时，所述至少一个传感标签节点根据接收到查询器的后续命令切换到可读取存储区的open状态或secured状态。
如图3所示，本发明中在最快获取传感数据sen_data中，查询器与标签的链接命令与时隙与传统标签取sen_data不同。传统取传感数据过程中，最少需要经过三条查询器命令，包括query命令、ACK命令、read命令或者用户自定义传感采集与读取命令。本发明在同样条件下，无需read命令或者用户自定义命令。
如图4所示，本发明中能够获取传感数据Sen_data，所对应的传感标签节点的状态位置不同。传统标签，状态机需要经过Ready状态、Arbitrate状态、Reply状态、Acknowledged状态，再进入Open状态及后续的Secured状态，在Open状态或Secured状态中，才能够接收传感数据Sen_data；本发明中，传感标签节点完成上电初始化，传感标签节点完成采集和数据量化，输出标志位，状态机进入Ready状态，状态机经过Ready状态，接收到查询器的query命令，传感标签节点进入Arbitrate状态(slot≠0)，当标签的slot＝0时，进入Reply状态，进而接收到查询器发射的ACK命令，传感标签节点进入下一个状态Acknowledged状态，返回传感数据Sen_data。
如图5所示，传感标签节点和查询器在不同上行通信数据率下(TRcal)，新型集成传感典型链接时长ACK_time与传统传感数据链接时长的对比，在TRcal由46.4us变化到133.3us的范围内，新型集成传感典型链接时长为传统传感数据链接时长的37.3％～27.3％，提升了传感数据的链接效率。
如图6所示，在多传感标签节点的场合中，本发明射频场中的所有传感标签在初始化后，同时并行完成传感数据的生成、采集和封装，再进行防冲突单化以及传感数据的上行通信传输；相对于采用传感采集与读出定制命令的标签，在多标签并行处理部分，不仅并行完成了标签的初始化，而且并行完成了传感数据准备与封装，提升了多标签场合中，标签的传感数据的采集和读取效率。
本发明实施例提供一种传感标签节点，如图7所示，包括模拟前端电路、数字基带电路和存储器；
所述模拟前端电路用于产生标签工作的电源、时钟、复位以及以及调制与解调信号；
所述数字基带电路用于用于接收从模拟前端解调出来的数据并按照空中接口协议对数据进行处理，生成调制信号返回给模拟前端电路进行数据数据调制；
所述存储器用于存储初始化信息或者从数字基带电路写入的数据。
所述模拟前端电路包括整流升压电路、电源管理电路、解调电路、调制电路、时钟生成电路和传感量化电路；
所述整流升压电路和电源管理电路用于为芯片提供偏置和电源；
所述解调电路用于将查询器发射的命名和数据从射频载波中进行解调，并且发送到数字基带电路进行解码；
所述调制电路用于通过调制的阻抗，使反向散射能量大小及相位发生改变，将标签数据发送给查询器；
所述时钟电路用于生成数字基带电路所需的全局时钟信号；
所述复位电路用于生成数字基带电路所需的复位信号；
所述传感量化电路用于对敏感单元器件生成的敏感信号进行采集和量化，并且转化为数字信号，送往数字基带电路进行处理。
所述数字基带电路包括初始化模块，随机数产生模块、解码模块、命令解析模块、存储器控制模块、功耗管理模块、状态机模块、输出控制模块、传感控制模块；
所述初始化模块用于完成传感标签节点的上电初始化；
所述解码模块用于对模拟前端电路解调出来信号进行解码；
所述随机数产生模块用于根据协议要求产生传感标签节点在与阅读器交互过程中需要的随机数，同时完成时隙计数器值生成和更新；
所述命令解析模块用于完成查询器发送的各个命令的解析操作，接收命令头、数据位及校验位，解析出各条命令中所有有用的信息；
所述存储器控制模块用于连接基带各模块与存储体，与存储器的数据交互；
所述功耗控制模块用于对功耗控制，按工作流程控制各个模块的开启和关闭；
所述主状态机模块用于根据协议规定的标签必需的状态及翻转，传感标签节点不同输出类型的控制编码；
所述输出控制模块用于基带的输出数据及其输出编码；
所述传感控制模块用于对传感数据进行数字处理，提升线性度和精度。
以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种射频识别传感数据的链接方法，其特征在于，该方法为：至少一个传感标签节点根据内部或外部敏感单元的物理量变化被激活并且处于Ready状态，激活后的至少一个传感标签节点预先同步进行传感数据的量化和处理；对量化和处理后的数据进行封装获得封装数据；所述至少一个传感标签节点发根据查询器发送的查询命令切换到Arbitrate状态；当所述至少一个传感标签节点的slot＝0时，所述至少一个传感标签节点切换到Reply状态，根据接收到查询器发射的ACK命令切换到Acknowledged状态并且向该查询器返回包含传感信息的封装数据。
2.根据权利要求1所述的射频识别传感数据的链接方法，其特征在于，该方法还包括将封装数据根据bank01的地址由低到高进行存储于存储器bank01的EPC区。
3.根据权利要求1或2所述的射频识别传感数据的链接方法，其特征在于，所述至少一个传感标签节点根据内部或外部敏感单元的物理量变化预先同步进行传感数据的量化和处理，具体为：在至少一个传感标签节点接收到查询器发射的连续波CW后，所述至少一个传感标签节点开始存储能量，整流输出的电压上升至稳定状态下，生成复位信号并且进行初始化，同步进行传感数据的量化和处理。
4.根据权利要求3所述的射频识别传感数据的链接方法，其特征在于，所述对量化和处理后的数据进行封装获得封装数据，具体为：将校验数据CRC_data、指针数据PC_data、ID数据EPC_data与传感数据Sen_data根据EPC命令的格式要求进行封装。
5.根据权利要求4所述的射频识别传感数据的链接方法，其特征在于，所述根据接收到查询器发射的ACK命令切换到Acknowledged状态并且向该查询器返回封装数据，具体为，所述至少一个传感标签节点根据ACK命令中的ID数据在存储的封装数据中查找与其匹配的封装数据，并且该封装数据返回到查询器。
6.根据权利要求5所述的射频识别传感数据的链接方法，其特征在于，所述至少一个传感标签节点处于Acknowledged状态时，该方法还包括，所述至少一个传感标签节点根据接收到查询器的后续命令切换到可读取存储区的open状态或secured状态。
7.一种传感标签节点，其特征在于，包括模拟前端电路、数字基带电路和存储器；
所述模拟前端电路，用于产生标签工作的电源、时钟、复位以及以及调制与解调信号；
所述数字基带电路，用于用于接收从模拟前端解调出来的数据并按照空中接口协议对数据进行处理，生成调制信号返回给模拟前端电路进行数据数据调制；
所述存储器，用于存储初始化信息或者从数字基带电路写入的数据。
8.根据权利要求7所述的传感标签节点，其特征在于，所述模拟前端电路包括整流升压电路、电源管理电路、解调电路、调制电路、时钟生成电路和传感量化电路；、
所述整流升压电路和电源管理电路，用于为芯片提供偏置和电源；
所述解调电路，用于将查询器发射的命名和数据从射频载波中进行解调，并且发送到数字基带电路进行解码；
所述调制电路，用于通过调制的阻抗，使反向散射能量大小及相位发生改变，将标签数据发送给查询器；所述时钟电路，用于生成数字基带电路所需的全局时钟信号；
所述复位电路，用于生成数字基带电路所需的复位信号；
所述传感量化电路，用于对敏感单元器件生成的敏感信号进行采集和量化，并且转化为数字信号，送往数字基带电路进行处理。
9.根据权利要求7或8所述的传感标签节点，其特征在于，所述数字基带电路包括初始化模块，随机数产生模块、解码模块、命令解析模块、存储器控制模块、功耗管理模块、状态机模块、输出控制模块、传感控制模块；
所述初始化模块，用于完成传感标签节点的上电初始化；
所述解码模块，用于对模拟前端电路解调出来信号进行解码；
所述随机数产生模块，用于根据协议要求产生传感标签节点在与阅读器交互过程中需要的随机数，同时完成时隙计数器值生成和更新；
所述命令解析模块，用于完成查询器发送的各个命令的解析操作，接收命令头、数据位及校验位，解析出各条命令中所有有用的信息；
所述存储器控制模块，用于连接基带各模块与存储体，与存储器的数据交互；
所述功耗控制模块，用于对功耗控制，按工作流程控制各个模块的开启和关闭；
所述主状态机模块，用于根据协议规定的标签必需的状态及翻转，传感标签节点不同输出类型的控制编码；
所述输出控制模块，用于基带的输出数据及其输出编码；
所述传感控制模块，用于对传感数据进行数字处理。
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