CN111898712A - 一种具备电网拓扑结构识别功能的物联网电子标签 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种具备电网拓扑结构识别功能的物联网电子标签，包括柔性外壳，主板，第一柔性电路板，第二柔性电路板，可充电电池，温度传感器，所述主板上设置嵌入式处理器MCU及大容量存储单元，所述第一柔性电路板上布置有Qi天线和RFID天线，第二柔性电路板上布置有窄带物联网天线，第一柔性电路板设置于主板上方，并与主板平行设置，第二柔性电路板和可充电电池设置于主板下方，第二柔性电路板与主板垂直设置，Qi天线布置在第一柔性电路板下侧，RFID天线布置在第一柔性电路板上侧，Qi天线和RFID天线在垂直的方向上相互嵌套设置，该物联网电子标签的整体为柔性，便于与各类设备的曲面外壳安装，通过大容量存储单元存储设备信息并上报，实现线路中不同设备的识别，同时能够极大程度地限制电子标签的天线之间的干扰。
Description
技术领域
本发明涉及无线通讯领域，并且更具体地，涉及一种包含RFID、窄带物联网通信、资产状态监测、无线充电等功能的物联网电子标签。
背景技术
传统的物联网技术采用的是对物品做唯一性EPC(电子物品编码)编码，并将编码写入电子标签中，通过电子标签读写设备识别物品上的电子标签，将物品的信息采集到信息系统。同时针对各类设备监测需求，需要实时感知设备环境数据及设备运行状态。但目前各类监测装置但都是孤立的，难以实现设备状态现场实时辨识及评价，各传感器都有单独供电单元及通信单元，大幅占用物理空间，增加安装维护成本、影响美观。将传统电子标签与设备在线监测功能有机结合，实现标签及对应资产状态的实时在线，可有力解决上述不足。
传统的电子标签具有一定的硬度，弹性不足，而需要监测的设备通常具有很大面积的曲面壳体(例如绝缘子，电容器等)，当需要将电子标签安装到设备的曲面壳体时，由于传统的电子标签弹性不足，容易导致安装困难，而且标签上的温度传感器等部件不能与设备壳体充分接触。
物联网电子标签的实质是一个由电池供电的嵌入式系统，其供电时长是必须面对的问题，必须尽可能地延长电池使用时间，提高物联网电子标签可靠性。一般来说，限于标签自身体积，电池电量耗尽后需要将标签摘下后手动更换电池，操作繁琐，也增加了标签结构设计的复杂度，降低了整体结构的可靠性，为克服上述问题，出现了能够进行无线充电的电子标签，通过无线充电的方式对电子标签中的电池进行充电，但是这样容易导致在电子标签中同时具有多种天线，各种天线容易造成相互干扰，导致充电或通讯效率下降。
同时由于电网拓扑结构类型较多，难以通过单一设备实现准确观测。随着电网的建设发展，一次网架结构改变时，网架结构信息难以及时更新，给运维工作带来了较大困难。
发明内容
本发明的目的在于提供一种具备电网拓扑结构识别功能的物联网电子标签，其整体为柔性，能够与设备的曲面壳体充分接触，而且通过整体设计能够限制电子标签内几种天线之间的相互干扰。
一种具备电网拓扑结构识别功能的物联网电子标签，包括柔性外壳，主板，第一柔性电路板，第二柔性电路板，可充电电池，温度传感器，所述主板上设置嵌入式处理器MCU，大容量存储单元，所述第一柔性电路板上布置有Qi天线和 RFID天线，第二柔性电路板上布置有窄带物联网天线，第一柔性电路板设置于主板上方，并与主板平行设置，第二柔性电路板和可充电电池设置于主板下方，第二柔性电路板与主板垂直设置，Qi天线布置在第一柔性电路板下侧，RFID天线布置在第一柔性电路板上侧，Qi天线和RFID天线在垂直的方向上相互嵌套设置，没有正对部分，在第一柔性电路板的中部未设置Qi天线和RFID天线的部分设置有第一其余电路器件，在第二柔性电路板的中部未设置窄带物联网天线的部分设置有第二其余电路器件。
进一步的技术方案，所述第一柔性电路板为层状结构，从下往上依次为第一保护层，铁氧体层，第一柔性电路板本体层，隔离层，第二保护层，各层通过胶粘或层压固定在一起，其中，Qi天线镶嵌在铁氧体层上部，RFID天线镶嵌在隔离层上部。
进一步的技术方案，第二柔性电路板为层状结构，从下往上依次为第二柔性电路板本体层，保护层，窄带物联网天线镶嵌在本体层上部。
进一步的技术方案，Qi天线、RFID天线和窄带物联网天线为螺旋形的环形或方形。
进一步的技术方案，第一和第二其余电路器件为大容量存储器或温度传感器的电路部分。
进一步的技术方案，温度数据经由MCU送入到RFID芯片的存储区，可供巡检人员通过RFID读写器在读取设备信息时一起将温度数据读出。
进一步的技术方案，所述大容量存储器内可存储设备全生命周期完备信息，实现后台数据由前端设备同步，进而实现准确信息在标签内的溯源管理。
进一步的技术方案，在巡检间隔期，通过NB-IoT无线通信的方式将温度传感数据及完备设备信息按需发送，实现基于标签信息的电网拓扑结构识别。
本发明的有益效果是：
物联网电子标签中包含Qi天线、RFID天线以及窄带物联网天线，满足无线充电功能的同时，能够实现多种通讯方式，电子标签的外壳为柔性，几种天线都布置在柔性电路板上，柔性电路板的空余位置可以设置其余电路器件，减小刚性主板的体积，从而实现了电子标签整体为柔性，便于与设备曲面壳体安装，而且 Qi天线、RFID天线相互嵌套设置，Qi天线、RFID天线与窄带物联网天线布置于主板不同侧，又极大程度地限制了几种天线之间的干扰。
附图说明
图1为物联网电子标签整体结构示意图。
图2为第一柔性电路板的天线布置示意图。
图3为第一柔性电路板的层状结构示意图。
图4为第二柔性电路板的天线布置示意图。
图5为第二柔性电路板的层状结构示意图。
其中，1-柔性外壳，2-主板，3-第一柔性电路板，4-第二柔性电路板，5- 可充电电池,6-温度传感器,30-第一其余电路器件，31-Qi天线，32-RFID天线，311-第一Qi连接线，312-第二Qi连接线，321-第一RFID连接线，322-第二RFID 连接线，33-第一保护层，34-铁氧体层，35-柔性电路板本体层，36-隔离层，37- 第二保护层，38-连接部,41-窄带物联网(NB-IoT)天线，42-第二柔性电路板本体层，43-保护层，44-第二柔性电路板4的连接部，411-第一NB-IoT连接线， 412-第二NB-IoT连接线。
本发明提供的技术方案在物联网电子标签内置大容量存储器，支持存储设备完备信息，可通过NB-IoT将设备完备信息随时发送，实现信息在线更新，并实现电网拓扑结构的识别。
具体实施方式
为了更好地理解本发明，下面结合说明书附图和实例对本发明的内容做进一步的说明。
所述物联网电子标签包括柔性外壳1，主板2，第一柔性电路板3，第二柔性电路板4，可充电电池5，温度传感器6，所述柔性外壳1上还可以设置柔性显示装置，用于显示可充电电池的剩余电量，所述主板2上主要设置嵌入式处理器MCU，所述第一柔性电路板3上布置有Qi天线31(无线充电天线)和RFID 天线32，第二柔性电路板4上布置有窄带物联网(NB-IoT)天线41，第一柔性电路板3设置于主板2上方，并与平行主板2设置，第二柔性电路板4和可充电电池5设置于主板2下方，第二柔性电路板4与主板2垂直设置，该设置方式使第一柔性电路板上的Qi天线31(无线充电天线)和RFID天线32与第二柔性电路板上的窄带物联网(NB-IoT)天线没有正对部分，而且通过主板2相隔离，能够降低Qi线圈和RFID天线对NB-IoT天线的干扰，使NB-IoT信号最大化，减少无线通讯功耗，保证物联网电子标签的续航能力，Qi天线31布置在第一柔性电路板3下侧，RFID天线32布置在第一柔性电路板3上侧，Qi天线31(无线充电天线)和RFID天线32为螺旋形的环形或方形，Qi天线31(无线充电天线) 和RFID天线32在垂直的方向上相互嵌套设置，即Qi天线31(无线充电天线) 和RFID天线32在垂直方向上没有正对的部分，在第一柔性电路板3的中部未布置Qi天线31(无线充电天线)和RFID天线32的部分根据需要设置有第一其余电路器件30，该第一其余电路器件30根据需要可以是大容量存储器或温度传感器的电路部分，也可以是其它的电路部件，大容量存储器内可存储设备全生命周期完备信息，实现后台数据由前端设备同步，进而实现准确信息在标签内的溯源管理，该设计可以最大限度减小Qi天线31(无线充电天线)和RFID天线32的正对面积，从而减小Qi天线31(无线充电天线)和RFID天线32的耦合干扰，同时，又最高效率地利用了第一柔性电路板3的面积，使第一柔性电路板3的中部能够放置其他的电路器件，从而能够将主板上的电路器件减少到最小，从而最大限度减小主板的体积，因为整个物联网电子标签中，只有主板和电池为刚性，而电池体积固定，将主板的体积减小到最小，可以最大限度减小整个物联网标签的硬度，增加其柔性，从而使其更好地适应壳体表面为曲面的设备。
第一柔性电路板3为层状结构，见图3，从下往上依次为第一保护层33，铁氧体层34，柔性电路板本体层35，隔离层36，第二保护层37，各层通过胶粘或层压固定在一起，其中，Qi天线31镶嵌在铁氧体层34上部，RFID天线32 镶嵌在隔离层36上部，铁氧体层34为铁氧体粉末与树脂的混合体，能够增加电磁场的反射能量，增加无线充电的效率，隔离层36用于进一步隔离Qi天线31 (无线充电天线)和RFID天线32相互之间的干扰，Qi天线31的两端分别延伸出第一Qi连接线311和第二Qi连接线312，第一Qi连接线311和第二Qi连接线312不与Qi天线的其余部分电接触，RFID天线32的两端分别延伸出第一RFID 连接线321和第二RFID连接线322，第一RFID连接线321和第二RFID连接线 322不与RFID天线其余部分电接触，第一Qi连接线311、第二Qi连接线312 和第一RFID连接线321、第二RFID连接线322延伸到第一柔性电路板3的连接部38，连接部38用于与主板2电连接。
第二柔性电路板4为层状结构，见图5，从下往上依次为第二柔性电路板本体层42，保护层43，窄带物联网(NB-IoT)天线41镶嵌在本体层42上部，窄带物联网(NB-IoT)天线41为螺旋线的环形或方形，布置在第二柔性电路板4 的四周边缘，在第二柔性电路板4的中部未布置窄带物联网(NB-IoT)天线41 的部分根据需要设置有第二其余电路器件40，该第二其余电路器件40根据需要可以是大容量存储器或温度传感器的电路部分，也可以是其它的电路器件，大容量存储器内可存储设备全生命周期完备信息，实现后台数据由前端设备同步，进而实现准确信息在标签内的溯源管理，该设计可以高效率地利用了第二柔性电路板4的面积，能够将主板上的电路器件减少到最小，从而最大限度减小主板的体积，因为整个物联网电子标签中，只有主板和电池为刚性，而电池体积固定，将主板的体积减小到最小，可以最大限度减小整个物联网标签的硬度，增加其柔性，从而使其更好地适应壳体表面为曲面的设备。窄带物联网(NB-IoT)天线41的两端分别延伸出第一NB-IoT连接线411和第二NB-IoT连接线412，第一NB-IoT 连接线411和第二NB-IoT连接线412不与天线41的其余部分电接触，第一 NB-IoT连接线411和第二NB-IoT连接线412延伸到第二柔性电路板4的连接部44，第二柔性电路板4的连接部44用于与主板2相电连接。
本发明在使用时，将物联网电子标签可靠粘贴安装至电力设备/设施表面，同时保证标签上温度传感器与设备充分接触，将依靠物联网电子标签实现设备资产编码及设备状态的实时在控，同时通过标签内置无线充电线圈对电池进行充电，以避免手动更换电池。MCU为物联网电子标签的控制核心，实现数据流和各模块的协调控制。温度传感器测量设备温度，并将温度数据经由MCU送入到RFID 芯片的存储区，使其可供巡检人员通过RFID读写器在读取设备信息时一起将温度感知数据读出。同时通过物联网电子标签内部的通信模块，可以通过NB-IoT 无线通信的方式将温度传感数据及完备设备信息，在巡检间隔期按需发送，实现基于标签信息的电网拓扑结构识别。物联网电子标签内置大容量存储器，支持存储设备完备信息，可通过NB-IoT将设备完备信息随时发送，实现信息在线更新，并实现电网拓扑结构的识别。标签内置可充电电池，以实现对标签系统的供电。同时内置充电线圈并与电池相连，在电量过低时可推送低电量监测告警。基于 Qi标准，在巡检人员利用RFID读写器扫描过程中对物联网电子标签进行无线充电。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本发明的原理，在不脱离本发明的精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的发明内，本发明的保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (8)
1.一种具备电网拓扑结构识别功能的物联网电子标签，其特征在于，包括柔性外壳，主板，第一柔性电路板，第二柔性电路板，可充电电池，温度传感器，所述主板上设置嵌入式处理器MCU，大容量存储单元，所述第一柔性电路板上布置有Qi天线和RFID天线，第二柔性电路板上布置有窄带物联网天线，第一柔性电路板设置于主板上方，并与主板平行设置，第二柔性电路板和可充电电池设置于主板下方，第二柔性电路板与主板垂直设置，Qi天线布置在第一柔性电路板下侧，RFID天线布置在第一柔性电路板上侧，Qi天线和RFID天线在垂直的方向上相互嵌套设置，没有正对部分，在第一柔性电路板的中部未设置Qi天线和RFID天线的部分设置有第一其余电路器件，在第二柔性电路板的中部未设置窄带物联网天线的部分设置有第二其余电路器件。
2.根据权利要求1所述的一种具备电网拓扑结构识别功能的物联网电子标签，其特征在于，所述第一柔性电路板为层状结构，从下往上依次为第一保护层，铁氧体层，第一柔性电路板本体层，隔离层，第二保护层，各层通过胶粘或层压固定在一起，其中，Qi天线镶嵌在铁氧体层上部，RFID天线镶嵌在隔离层上部。
3.根据权利要求1所述的一种具备电网拓扑结构识别功能的物联网电子标签，其特征在于，第二柔性电路板为层状结构，从下往上依次为第二柔性电路板本体层，保护层，窄带物联网天线镶嵌在本体层上部。
4.根据权利要求1至3任意一项所述的一种具备电网拓扑结构识别功能的物联网电子标签，其特征在于，Qi天线、RFID天线和窄带物联网天线为螺旋形的环形或方形。
5.根据权利要求1至3任意一项所述的一种具备电网拓扑结构识别功能的物联网电子标签，其特征在于，第一和第二其余电路器件为大容量存储器或温度传感器的电路部分。
6.根据权利要求1至3任意一项所述的一种具备电网拓扑结构识别功能的物联网电子标签，其特征在于，温度数据经由MCU送入到RFID芯片的存储区，可供巡检人员通过RFID读写器在读取设备信息时一起将温度数据读出。
7.根据权利要求5所述的一种具备电网拓扑结构识别功能的物联网电子标签，其特征在于，所述大容量存储器内可存储设备全生命周期完备信息，实现后台数据由前端设备同步，进而实现准确信息在标签内的溯源管理。
8.根据权利要求1至3任意一项所述的一种具备电网拓扑结构识别功能的物联网电子标签，其特征在于，在巡检间隔期，通过NB-IoT无线通信的方式将温度传感数据及完备设备信息按需发送，实现基于标签信息的电网拓扑结构识别。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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