CN112529133A - 无源无线系统 - Google Patents

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Abstract

一种无源无线系统，包括：RF天线，用以收集环境中的射频能量以及接收来自阅读器的RF数据，并将接收到的射频能量转换为电能信号；芯片模块，用以将所述电能信号进行升压整流，以得到整流信号，并接收来自所述RF天线的RF数据，对所述RF数据进行解调；电源模块，用以接收所述整流信号并储存所述整流信号的能量；数据处理器件，利用所述电源模块储存的能量进行供电，并接收所述芯片模块通过透传模式传输的解调后的RF数据。本发明技术方案能够实现无源无线的智能交互系统。

Description

无源无线系统
技术领域
本发明涉及射频技术领域，尤其涉及一种无源无线系统。
背景技术
射频识别(Radio Frequency Identification，RFID)是一种非接触式的自动识别技术，它通过射频信号自动识别目标对象并获取相关数据，识别工作无须人工干预，可工作于各种恶劣环境。RFID可识别高速运动物体并可同时识别多个电子标签，操作快捷方便。
RFID系统是一种简单的无线系统，只有两个基本器件，该系统用于控制、检测和跟踪物体。RFID系统由一个询问器(也可以称为阅读器)和很多应答器(也可以称为或电子标签)组成。RFID按应用频率的不同分为低频(LF)、高频(HF)、超高频(UHF)、微波(MW)，相对应的代表性频率分别为：低频135KHz以下、高频13.56MHz、超高频860M-960MHz、微波2.4GHz以及5.8GHz。电子标签(Tag)通常由耦合元件及芯片组成，每个电子标签具有唯一的电子编码，附着在物体上标识目标对象；阅读器(Reader)读取(有时还可以写入)电子标签信息的设备，可设计为手持式或固定式；天线(Antenna)在电子标签和阅读器间传递射频信号。
RFID技术的基本工作原理并不复杂，电子标签进入磁场后，接收阅读器发出的射频信号，凭借感应电流所获得的能量发送出存储在芯片中的产品信息(Passive Tag，无源标签或被动标签)；或者主动发送某一频率的信号(ActiveTag，有源标签或主动标签)；阅读器读取信息并解码后，送至中央信息系统进行有关数据处理。
阅读器根据使用的结构和技术不同可以是读或读/写装置，是RFID系统信息控制和处理中心。阅读器通常由耦合模块、收发模块、控制模块和接口单元组成。阅读器和应答器之间一般采用半双工通信方式进行信息交换，同时阅读器通过耦合给无源应答器提供能量和时序。在实际应用中，可进一步通过以太网(Ethernet)或无线局域网(Wireless LocalArea Network,WLAN)等实现对物体识别信息的采集、处理及远程传送等管理功能。应答器是RFID系统的信息载体，目前应答器大多是由耦合元件(线圈、微带天线等)和微芯片组成无源单元。
但是，现有的RFID系统是一个闭环系统，其仅能内部数据传输以及能量流转。如何将RFID系统与已有的智能设备相结合是一个亟待解决的问题。
发明内容
本发明解决的技术问题是如何实现无源无线的智能交互系统。
为解决上述技术问题，本发明实施例提供一种无源无线系统，无源无线系统包括：RF天线，用以收集环境中的射频能量以及接收来自阅读器的RF数据，并将接收到的射频能量转换为电能信号；芯片模块，用以将所述电能信号进行升压整流，以得到整流信号，并接收来自所述RF天线的RF数据，对所述RF数据进行解调；电源模块，用以接收所述整流信号并储存所述整流信号的能量；数据处理器件，利用所述电源模块储存的能量进行供电，并接收所述芯片模块通过透传模式传输的解调后的RF数据。
可选的，所述芯片模块包括：数据传输端口，用以将解调后的RF数据通过透传模式进行输出；电压输出端口，用以将所述整流信号输出至所述电源模块；使能端口，用以将所述芯片模块经由所述RF天线接收到的使能信号输出至所述数据处理器件，所述使能信号控制所述数据处理器件启动。
可选的，所述芯片模块包括：电压检测模块，用以对所述电源模块存储的整流信号的电荷能量进行检测。
可选的，所述电源模块包括：电压检测模块，用以对所述电源模块存储的整流信号的电荷能量进行检测。
可选的，所述电源模块包括：储能单元，用以存储来自所述芯片模块的整流信号的电荷能量；电压输出控制单元，用以对所述储能单元输出的电压进行调整，并将调整后的电压提供至所述数据处理器件。
可选的，所述数据处理器件成功接收所述解调后的RF数据时，产生标志电平；所述芯片模块检测所述标志电平，并将检测结果经由所述RF天线发送至所述阅读器。
可选的，所述数据处理器件为显示内容可掉电保持的电子墨水屏；所述电子墨水屏包括处理器和显示屏，所述处理器利用所述电源模块储存的能量进行供电，所述显示屏用以显示所述解调后的RF数据。
可选的，所述电压检测模块检测到的整流信号的电荷能量大于预设阈值时，所述芯片模块输出使能信号控制所述处理器启动，所述处理器启动后接收来自所述芯片模块的所述解调后的RF数据，并验证所述解调后的RF数据中的前导数据帧，验证通过后将所述解调后的RF数据发送至所述显示屏进行显示。
可选的，如果所述前导数据帧验证未通过，则所述处理器进入休眠状态。
可选的，所述数据处理器件为智能锁；所述智能锁利用所述电源模块储存的能量进行供电，并利用接收到的所述解调后的RF数据执行解锁操作。
与现有技术相比，本发明实施例的技术方案具有以下有益效果：
本发明技术方案中，RF天线能够收集射频能量并转换为电能信号，而芯片模块则可以对电能信号进行进一步的处理，也即升压整流，以达到数据处理器件的工作电压；由于RF天线每次产生的电能信号微弱，因此可以将整流信号线存储在电源模块，并由电源模块为数据处理器件进行供电，从而无需提供额外的电源就能供数据处理器件运行。此外，RF天线还可以与阅读器之间进行无线通信，故而芯片模块可以将RF天线接收到的RF数据解调后直接透传给数据处理器件，实现数据处理器件的无线通信。所述无源无线系统成本低，应用范围广，提升了用户的使用体验。
进一步地，所述芯片模块包括：数据传输端口，用以将解调后的RF数据通过透传模式进行输出；电压输出端口，用以将所述整流信号输出至所述电源模块；使能端口，用以将所述芯片模块经由所述RF天线接收到的使能信号输出至所述数据处理器件，所述使能信号控制所述数据处理器件启动。本发明技术方案中，通过在芯片模块设置上述数据传输端口，可以实现解调后RF数据的透传；通过设置电压输出端口可以实现整流信号的输出；通过设置使能端口可以实现对数据处理器件的使能控制；利用上述端口可以实现对数据处理器件的供电以及与数据处理器件的数据交互。
附图说明
图1是本发明实施例一种无源无线系统的结构示意图；
图2是本发明实施例另一种无源无线系统的结构示意图；
图3是本发明实施例又一种无源无线系统的结构示意图。
具体实施方式
如背景技术中所述，现有的RFID系统是一个闭环系统，其仅能内部数据传输以及能量流转。如何将RFID系统与已有的智能设备相结合是一个亟待解决的问题。
本发明技术方案中，RF天线能够收集射频能量并转换为电能信号，而芯片模块则可以对电能信号进行进一步的处理，也即升压整流，以达到数据处理器件的工作电压；由于RF天线每次产生的电能信号微弱，因此可以将整流信号线存储在电源模块，并由电源模块为数据处理器件进行供电，从而无需提供额外的电源就能供数据处理器件运行。此外，RF天线还可以与阅读器之间进行无线通信，故而芯片模块可以将RF天线接收到的RF数据解调后直接透传给数据处理器件，实现数据处理器件的无线通信。所述无源无线系统成本低，应用范围广，提升了用户的使用体验。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。
图1是本发明实施例一种无源无线系统的结构示意图。
请参照图1，本发明实施例的无源无线系统100能够与阅读器200之间通过RF进行无线通信。
无源无线系统100具体可以包括RF天线101、芯片模块102、电源模块103和数据处理器件104。
其中，RF天线101用以收集环境中的射频能量以及接收来自阅读器200的RF数据，并将接收到的射频能量转换为电能信号。
具体地，环境中的射频能量可以从无线发射器获得，例如移动电话、手持无线电设备、移动基站以及电视/无线广播台等。
需要说明的是。关于RF天线101收集射频能量并转换为电能信号的具体过程可参照现有技术，此处不再赘述。
芯片模块102用以将所述电能信号进行升压整流，以得到整流信号，并接收来自所述RF天线101的RF数据，对所述RF数据进行解调。
具体地，由于RF天线101转换得到的电能信号较弱，例如0.3-0.9伏(V)，因此需要对该电能信号进行处理才能满足后续部件的电压需求。芯片模块102可以对该电能信号进行升压整流，以得到整流信号，例如拉升到数据处理器件104的工作电压3.3V。此外，RF天线101接收到的RF数据是经过阅读器200调制后的数据，芯片模块102可以对该RF数据进行解调，以获得原始数据。
电源模块103用以接收所述整流信号并储存所述整流信号的能量。
具体地，可以将芯片模块102处理后的整流电压存储在电源模块103中，以在必要的时候通过电源模块103为数据处理器件104进行供电。所述电源模块103可以是储能元件，例如可以是电容。
数据处理器件104利用所述电源模块103储存的能量进行供电，并接收所述芯片模块102通过透传模式传输的解调后的RF数据
具体实施中，由于阅读器200发送的RF数据的格式是阅读器200自身所编制的，RF数据的格式可以满足数据处理器件104的格式要求，芯片模块102通过透传模式传输解调后的RF数据，可以保证传输至数据处理器件104的RF数据的格式不会发生变化，从而满足数据处理器件104的数据需求。
本发明实施例中，RF天线能够收集射频能量并转换为电能信号，而芯片模块则可以对电能信号进行进一步的处理，也即升压整流，以达到数据处理器件的工作电压；由于RF天线每次产生的电能信号微弱，因此可以将整流信号线存储在电源模块，并由电源模块为数据处理器件进行供电，从而无需提供额外的电源就能供数据处理器件运行。此外，RF天线还可以与阅读器之间进行无线通信，故而芯片模块可以将RF天线接收到的RF数据解调后直接透传给数据处理器件，实现数据处理器件的无线通信。所述无源无线系统成本低，应用范围广，提升了用户的使用体验。
本发明一个非限制性的实施例中，请参照图2，芯片模块102可以包括数据传输端口1021、使能端口1022和电压输出端口1023。
其中，数据传输端口1021用以将解调后的RF数据通过透传模式进行输出。也就是说，解调后的RF数据经由数据传输端口1021传输至数据处理器件104。
电压输出端口1023用以将所述整流信号输出至所述电源模块103。进一步地，电源模块103可以包括储能单元1031，储能单元1031用以存储来自所述芯片模块102的整流信号的电荷能量。也就是说，整流信号可以经由电压输出端口1023传输至储能单元1031进行存储。
使能端口1022用以将所述芯片模块102经由所述RF天线101接收到的使能信号输出至所述数据处理器件104，所述使能信号控制所述数据处理器件104启动。
具体而言，阅读器200可以发送使能信号，RF天线101接收来自阅读器200的使能信号。芯片模块102对该使能信号进行解调，解调后的使能信号通过使能端口1022透传至数据处理器件104，以控制数据处理器件104启动开始工作。
本发明实施例中，通过在芯片模块设置上述数据传输端口，可以实现解调后RF数据的透传；通过设置电压输出端口可以实现整流信号的输出；通过设置使能端口可以实现对数据处理器件的使能控制；利用上述端口可以实现对数据处理器件的供电以及与数据处理器件的数据交互。
在本发明一个非限制性的实施例中，继续参照图2，电源模块103还可以包括电压输出控制单元1032，用以对所述储能单元1031输出的电压进行调整，并将调整后的电压提供至所述数据处理器件104。
具体地，储能单元1031输出的电压不稳定，不能为数据处理器件104正常供电，保证数据处理器件104的正常工作，因此可以通过电压输出控制单元1032对储能单元1031输出的电压进行调整，以满足数据处理器件104正常工作时的电压需求。
更具体地，电压输出控制单元1032可以是低压差线性稳压器(Low Dropoutregulator,LDO)，或者也可以是增压电路等任意可实施的电压调节部件，本发明实施例对此不作限制。
在本发明一个具体实施例中，芯片模块102可以包括电压检测模块(图未示)，用以对所述电源模块103存储的整流信号的电荷能量进行检测。
本实施例中，可以在芯片内部设置电压检测模块，以对电源模块103存储的整流信号的电荷能量进行检测，具体可以是检测电源模块103所存储的整流信号能否满足数据处理器件104的工作需求。
具体可以预先设置电压阈值，电压检测模块可以检测电源模块103存储的整流信号的电荷能量是否达到该电压阈值，如果是，则表示电源模块103当前存储的整流信号的电荷能量能够满足数据处理器件104的工作需求；反之，则表示电源模块103当前存储的整流信号的电荷能量不能够满足数据处理器件104的工作需求。
具体地，电压检测模块可以是模/数转换器(Analog-to-Digital Converter)测量单元，电源模块103存储的整流信号可以通过芯片模块102的ADC输入端口输入至ADC测量单元进行电压检测。
在本发明另一个具体实施例中，电源模块103可以包括电压检测模块(图未示)，用以对所述电源模块103存储的整流信号的电荷能量进行检测。
与前述实施例不同的是，本发明实施例的电压检测模块也可以设置在芯片外部。具体可以设置在电源模块103中。
具体地，电压检测模块可以是电阻比例分压电路。
本发明一个非限制性的实施例中，所述数据处理器件104成功接收所述解调后的RF数据时，产生标志电平；所述芯片模块102检测所述标志电平，并将检测结果经由所述RF天线101发送至所述阅读器200。
具体实施中，数据处理器件104可以通过产生标志电平来表示其是否成功接收到RF数据。芯片模块102通过检测所述标志电平可以确定数据处理器件104是否成功接收到RF数据，并将检测结果经由所述RF天线101发送至所述阅读器200。
具体地，芯片模块102还可以将监测结果进行调制，并将调制后的检测结果经由所述RF天线101发送至所述阅读器200。
阅读器200在接收到所述检测结果后，可以根据检测结果确定是否重发RF数据。具体地，如果检测结果表明数据处理器件104成功接收到RF数据，则阅读器200不会重发RF数据；否则，阅读器200可以重发RF数据。
本发明一个非限制性的实施例中，请参照图3，所述数据处理器件104为显示内容可掉电保持的电子墨水屏；所述电子墨水屏包括处理器1041和显示屏1042，所述处理器1041利用所述电源模块103储存的能量进行供电，所述显示屏1042用以显示所述解调后的RF数据。
墨水屏无需背光，利用环境光打在显示屏上，再折射到眼睛。这种方式模拟了墨水和纸张的特性，环境光越强，显示效果越清晰。由于没有了闪烁，在长时间阅读时眼睛不容易感到疲劳。相比主流的LCD显示屏，电子墨水屏无需不断刷新就可以显示内容，即刷新之后维持显示，无需耗电。
具体地，所述处理器1041可以是微控制单元(Microcontroller Unit,MCU)。
本实施例中，由于电子墨水屏的功耗较低，因此可以通过RF天线101收集射频能量所转换的电压来进行供电。
进一步地，芯片模块102或电源模块103中的所述电压检测模块检测到的整流信号的电荷能量大于预设阈值时，所述芯片模块102输出使能信号控制所述处理器1041启动，所述处理器1041启动后接收来自所述芯片模块102的所述解调后的RF数据，并验证所述解调后的RF数据中的前导数据帧，验证通过后将所述解调后的RF数据发送至所述显示屏1042进行显示。
如果所述前导数据帧验证未通过，则所述处理器1041进入休眠状态。
在一个具体的应用场景中，RF数据包括前导数据帧Data_Preamble和刷新数据Data_Refresh。MCU在上电后T1时间内完成内部启动，接着等待T2时间，如果T2时间内接收到来自数据传输端口1021的前导数据帧Data_Preamble,MCU继续开启，接收Data_Preamble之后的刷新数据Data_Refresh。接收刷新数据Data_Refresh之后，MCU继续开启，将Data_Refresh刷新至电子墨水屏(也即显示屏1042)。如果T2时间内没有接收到数据或者数据不符合Data_Preamble的约定，MCU进入休眠状态。芯片模块102的使能端口1022受外部指令控制，在开启后T时刻关闭，避免储能单元1031过放电，同时控制电压输出控制单元1032的电压输出，完成MCU复位并等待下一次刷新操作。
本发明另一个非限制性的实施例中，所述数据处理器件104可以为智能锁；所述智能锁利用所述电源模块103储存的能量进行供电，并利用接收到的所述解调后的RF数据执行解锁操作。
本实施例中，解调后的RF数据可以是密钥。智能锁利用接收到的密钥启动马达，执行解锁操作。
虽然本发明披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。

Claims (10)

1.一种无源无线系统，其特征在于，包括：
RF天线，用以收集环境中的射频能量以及接收来自阅读器的RF数据，并将接收到的射频能量转换为电能信号；
芯片模块，用以将所述电能信号进行升压整流，以得到整流信号，并接收来自所述RF天线的RF数据，对所述RF数据进行解调；
电源模块，用以接收所述整流信号并储存所述整流信号的能量；
数据处理器件，利用所述电源模块储存的能量进行供电，并接收所述芯片模块通过透传模式传输的解调后的RF数据。
2.根据权利要求1所述的无源无线系统，其特征在于，所述芯片模块包括：
数据传输端口，用以将解调后的RF数据通过透传模式进行输出；
电压输出端口，用以将所述整流信号输出至所述电源模块；
使能端口，用以将所述芯片模块经由所述RF天线接收到的使能信号输出至所述数据处理器件，所述使能信号控制所述数据处理器件启动。
3.根据权利要求1所述的无源无线系统，其特征在于，所述芯片模块包括：
电压检测模块，用以对所述电源模块存储的整流信号的电荷能量进行检测。
4.根据权利要求1所述的无源无线系统，其特征在于，所述电源模块包括：
电压检测模块，用以对所述电源模块存储的整流信号的电荷能量进行检测。
5.根据权利要求1所述的无源无线系统，其特征在于，所述电源模块包括：
储能单元，用以存储来自所述芯片模块的整流信号的能量；
电压输出控制单元，用以对所述储能单元输出的电压进行调整，并将调整后的电压提供至所述数据处理器件。
6.根据权利要求1所述的无源无线系统，其特征在于，所述数据处理器件成功接收所述解调后的RF数据时，产生标志电平；所述芯片模块检测所述标志电平，并将检测结果经由所述RF天线发送至所述阅读器。
7.根据权利要求3或4所述的无源无线系统，其特征在于，所述数据处理器件为显示内容可掉电保持的电子墨水屏；所述电子墨水屏包括处理器和显示屏，所述处理器利用所述电源模块储存的能量进行供电，所述显示屏用以显示所述解调后的RF数据。
8.根据权利要求7所述的无源无线系统，其特征在于，所述电压检测模块检测到的电荷能量大于预设阈值时，所述芯片模块输出使能信号控制所述处理器启动，所述处理器启动后接收来自所述芯片模块的所述解调后的RF数据，并验证所述解调后的RF数据中的前导数据帧，验证通过后将所述解调后的RF数据发送至所述显示屏进行显示。
9.根据权利要求8所述的无源无线系统，其特征在于，如果所述前导数据帧验证未通过，则所述处理器进入休眠状态。
10.根据权利要求1所述的无源无线系统，其特征在于，所述数据处理器件为智能锁；所述智能锁利用所述电源模块储存的能量进行供电，并利用接收到的所述解调后的RF数据执行解锁操作。
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CN113256832A (zh) * 2021-05-11 2021-08-13 南开大学 智能签到系统和智能签到管理方法

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