CN112800795B - 一种低功耗检卡控制系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种低功耗检卡控制系统及方法，包括主机控制模块和从机控制模块；从机控制模块用于在电子标签在场时，发送主机唤醒指令，以及在接收到从机唤醒指令后，从低功耗状态切换至正常状态；主机控制模块用于在处于正常状态时，发送从机唤醒指令，以及在接收到主机唤醒指令后，从低功耗状态切换至正常状态，本发明通过配置低功耗检卡机制，以超低的功耗完成对外部电子标签是否在场的检测，实现RFID读写器从低功耗状态至正常状态的切换，主机控制模块和从机控制均可在低功耗状态下运行，整个RFID读写器功耗更低，获取电子标签信息时更稳定。

Description

一种低功耗检卡控制系统及方法

技术领域

本发明涉及射频识别技术领域，尤其涉及一种低功耗检卡控制系统及方法。

背景技术

射频识别技术（RadioFrequencyIdentification，RFID）是自动识别技术的一种，即通过无线射频方式进行非接触双向数据通信对目标加以识别，具有快速、准确、可靠的特点，可广泛应用于生产、物流、交通、运输、医疗、防伪、跟踪、设备和资产管理等需要收集和处理数据的应用领域。RFID技术原理是利用射频信号与空间耦合传输特性，进行数据交换，实现对物体的自动识别。与传统的条形码、磁卡IC等接触式识别技术相比，其最大特点是无须物理接触就可以完成识别，避免了由于粗暴插卡、灰尘或油污导致接触不良造成的故障。此外，射频卡片表面无裸露的芯片，无须担心芯片脱落、静电击穿、弯曲、损坏的问题，因此被广泛应用于多目标识别、运动目标识别中。

目前在很多应用场景中，RFID读写器都会脱离市电供电而采用电池供电的模式，例如ETC、门禁系统等，因此追求低功耗是RFID技术应用的持续需求。RFID读写器在发射射频信号时，其功耗是很大的，正常工作电流会较高，产生较高的功耗，电池供电的环境是无法长时间让RFID读写器正常工作的。如今低功耗产品越来越来趋势化，一款低功耗产品，能降低用户使用成本，产品功耗也代表电池续航能力高，更换电池频率低，降低环境受污染程度。

为了解决这个问题，需要将RFID读写器的非必要工作时间都处于休眠状态，休眠状态时，工作电流只需要几微安，当检测到电子标签进场时，再让RFID读写器退出休眠状态开始正常工作。现有做法普遍是将RFID读写器中的微控制单元（MicrocontrollerUnit，MCU）配置成低功耗模式，RFID芯片没有进入低功耗模式，或者RFID芯片进入低功耗模式，MCU却是运行正常功耗环境下，并不满足整体模块功耗低的场景需求。

发明内容

本发明提供一种低功耗检卡控制系统及方法，用以解决现有技术中MCU和RFID芯片无法都满足模块功耗低的场景需求的缺陷，实现MCU和RFID工作状态的切换，且两者均可以满足模块功耗低的场景需求。

本发明提供一种低功耗检卡控制系统，包括：

主机控制模块和从机控制模块；

所述从机控制模块用于在电子标签在场时，向所述主机控制模块发送主机唤醒指令，以及在从机控制模块接收到从机唤醒指令后，从机控制模块从低功耗状态切换至正常状态；

所述主机控制模块用于在处于正常状态时，向从机控制模块发送所述从机唤醒指令，以及在主机控制模块接收到所述主机唤醒指令后，主机控制模块从低功耗状态切换至正常状态。

根据本发明提供一种低功耗检卡控制系统，所述主机控制模块包括：

主机控制单元和主机门控时钟单元，所述主机门控时钟单元与所述主机控制单元电性连接；

所述主机控制单元用于开启主机时钟单元，以及在接收主机唤醒指令后，令主机控制模块从低功耗模式切换至正常状态，以及在主机控制模块处于正常状态时，向所述从机控制模块发送从机唤醒指令；

所述主机门控时钟单元用于被主机控制单元开启后，提供主机晶振时钟信号。

根据本发明提供一种低功耗检卡控制系统，所述主机控制模块还包括：

主机复位单元，与主机控制单元电性连接，用于复位主机控制模块；

矩形滤波单元，与主机控制单元电性连接，用于降低低功耗检卡控制系统运行时的噪声；

烧录测试单元，与主机控制单元电性连接，用于对主机控制模块进行烧录测试。

根据本发明提供一种低功耗检卡控制系统，所述从机控制模块包括：

从机控制单元、从机门控时钟单元、参数基准单元和射频检测单元，所述从机门控时钟单元、所述参数基准单元和所述射频检测单元均与所述从机控制单元电性连接；

参数基准单元用于提供天线载波的参考电平阈值；

射频检测单元用于以检卡周期对电子标签进行检测，获取天线载波信号，根据所述参考电平阈值，得到天线载波幅度的变化值，并根据所述天线载波幅度的变化值，判断是否有电子标签在场，以及当电子标签在场时，向从机控制单元发送在场指令；

从机控制单元用于根据所述在场指令，向主机控制单元发送主机唤醒指令，以及在从机控制单元接收从机唤醒指令后，令从机控制模块从低功耗状态切换至正常状态。

根据本发明提供一种低功耗检卡控制系统，所述从机控制模块还包括：

射频线圈单元，与射频检测单元电性连接；

天线匹配单元，与射频检测单元电性连接，用于发送天线载波信号，射频检测单元根据其获取到的天线载波与天线匹配单元发送的天线载波信号进行对比，根据参考电平阈值，得到所述天线载波幅度的变化值。

根据本发明提供一种低功耗检卡控制系统，在所述低功耗检卡控制系统中，还包括：

低压供电模块，与所述主机控制模块和所述从机控制模块均电性连接，用于向主机控制模块和从机控制模块提供低压电源。

本发明还提供一种低功耗检卡控制方法，包括以下步骤：

初始化主机控制模块和从机控制模块；

配置所述主机控制模块和所述从机控制模块处于低功耗状态；

以从机控制模块的检卡周期对电子标签进行检测，从机控制模块对收发的天线载波信号进行对比，获取天线载波幅度的变化值；

根据所述天线载波幅度的变化值，判断是否有电子标签在场；

响应于电子标签在场，从机控制模块向主机控制模块发送主机唤醒指令，令主机控制模块从低功耗模式切换至正常状态；

响应于主机控制模块处于正常状态，主机控制模块向从机控制模块发送从机唤醒指令，令从机控制模块从低功耗状态切换至正常状态。

根据本发明提供一种低功耗检卡控制方法，所述从机控制模块的检卡周期是以休眠阶段T1、准备阶段T2和检卡阶段T3依次顺序进行循环，其中：

在所述休眠阶段T1，从机控制模块处于低功耗状态，从机控制单元关闭从机门控时钟单元；

在所述准备阶段T2，主机控制模块处于低功耗状态，从机控制单元开启从机门控时钟单元，提供从机晶振时钟信号；

在所述检卡阶段T3，从机控制单元开启射频检测单元和从机门控时钟单元，射频检测单元获取天线载波幅度的变化值，主机门控时钟单元提供晶振时钟信号；

准备阶段T2的时间和检卡阶段T3的时间均远小于休眠阶段T1的时间，检卡阶段T3的时间小于准备阶段T2的时间。

根据本发明提供一种低功耗检卡控制方法，初始化主机控制模块和从机控制模块，具体包括：

初始化主机控制模块，配置主机控制模块的主机门控时钟单元的参数；

初始化从机控制模块，配置从机控制模块的休眠阶段T1、准备阶段T2和检卡阶段T3三个阶段的参数、增益放大倍数，天线载波参考电平阈值。

根据本发明提供一种低功耗检卡控制方法，以从机控制模块的检卡周期对电子标签进行检测，从机控制模块对收发的天线载波信号进行对比，获取天线载波幅度的变化值之前，还包括：

配置主机唤醒指令的输出类型和有效检测次数，其中，所述输出类型支持低电平、高电平两种输出模式，所述有效检测次数为检测到多少次载波电平值作为一次有效检测次数。

本发明提供的一种低功耗检卡控制系统及方法，通过配置低功耗检卡机制，以超低的功耗完成对外部电子标签是否在场的检测，实现RFID读写器从低功耗状态至正常状态的切换，通过设置以休眠阶段T1、准备阶段T2和检卡阶段T3依次顺序进行循环的检卡周期，尤其是超低功耗下的休眠阶段T1、准备阶段T2，使得RFID读写器能耗被大大降低，通过在较短时间的检卡阶段T3发射天线载波信号，并根据天线载波幅度的变化值，可以准确地判断卡片是否进场，在检测到电子标签在场时，RFID读写器与电子标签进行数据交互，无电子标签在场时则回到休眠阶段T1进行循环式地检测，大大节约了RFID读写器在前置的检卡时间段内产生的能耗。低功耗状态下，主机控制模块与从机工作时处于分离状态，当电子标签在场时，从机控制模块向主机控制模块发送主机唤醒指令，令主机控制模块从低功耗模式切换至正常状态，之后主机控制模块向从机控制模块发送从机唤醒指令，令从机控制模块从低功耗状态切换至正常状态，即主机控制模块和从机控制均可在低功耗状态下运行，让整个RFID读写器功耗更低，获取电子标签信息时更稳定。

附图说明

为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明提供的低功耗检卡控制系统的结构示意图之一；

图2是本发明提供的低功耗检卡控制系统中主机控制模块的结构示意图之一；

图3是本发明提供的低功耗检卡控制系统中主机控制模块的结构示意图之二；

图4是本发明提供的低功耗检卡控制系统中从主机控制模块的结构示意图之一；

图5是本发明提供的低功耗检卡控制系统中从机控制模块的结构示意图之二；

图6是本发明提供的低功耗检卡控制系统的结构示意图之二；

图7是本发明提供的低功耗检卡控制系统中低压供电电路的电路示意图；

图8是本发明提供的低功耗检卡控制系统的电路结构框图；

图9是本发明提供的低功耗检卡控制方法的流程示意图之一；

图10是本发明提供的低功耗检卡控制方法中步骤S100具体的流程示意图；

图11是本发明提供的低功耗检卡控制方法的流程示意图之一；

图12是本发明提供的低功耗检卡控制方法的逻辑示意图；

图13是本发明提供的电子设备的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

下面结合图1和图8描述本发明的低功耗检卡控制系统，应用于RFID读写器端。为了降低RFID读写器在前置的检卡时间段内产生的能耗，本发明提出了低功耗检卡控制系统，在没有电子标签进入RFID读写器对应的感应射频场时，RFID读写器的MCU和RFID芯片进入运行低功耗的低功耗状态，当RFID读写器需要与电子标签进行数据交互时，较为迅速的进入正常运行的正常状态。该低功耗检卡控制系统包括：

主机控制模块和从机控制模块。

在本实施例中，主机控制模块为MCU，主机控制模块选用超低功耗芯片，例如STM32L151芯片、STM2F042F芯片、STM32L0X1芯片、STM32L021D4芯片等等，从机控制模块为RFID芯片，从机控制模块选用低功耗读写器芯片。主机控制模块在芯片选择时，需要具有正常功耗的模式和低功耗的模式，同样的，从机控制模块在芯片选择时，也需要具有正常功耗的模式和低功耗的模式。

主机控制模块支持SPI、IIC、UART等协议通信，从机控制模块支持SPI、IIC、UART等通信协议，主机和从机的协议接口皆可以进行配置，即可通过配置选择协议接口引脚电平来选择具体通信协议。

在本实施例中，主机控制模块选择SPI协议与从机控制模块进行数据交互，从机控制模块通信协议配置与主机控制模块一致，都为SPI协议。即MCU与RFID芯片的通信协议为SPI协议，MCU与RFID芯片进行通讯用的引脚包括片选SPI_CS引脚，时钟SPI_CLK引脚，数据输出SPI_MOSI引脚以及数据输入SPI_MISO引脚。

从机控制模块用于在电子标签在场时，向主机控制模块发送主机唤醒指令，以及在从机控制模块接收到从机唤醒指令后，从机控制模块从低功耗状态切换至正常状态。

主机控制模块用于在处于正常状态时，向从机控制模块发送从机唤醒指令，以及在主机控制模块接收到主机唤醒指令后，主机控制模块从低功耗状态切换至正常状态。

即当电子标签在场时，从机控制模块会向主机控制模块发送主机唤醒指令，令主机控制模块从低功耗模式切换至正常状态。

之后在主机控制模块处于正常状态时，主机控制模块又会向从机控制模块发送从机唤醒指令，令从机控制模块从低功耗状态切换至正常状态。

即若确定存在电子标签进入RFID读写器对应的感应射频场时，中断低功耗检卡模式，系统回到默认模式运行（非低功耗，正常运行模式），控制主机控制模块与电子标签进行数据交互，获取电子标签的信息。可以理解的是，在结束与电子标签的数据交互后，该低功耗检卡系统重新回到低功耗检卡模式，具体的，是从机控制模块先回到低功耗检卡模式，主机控制模块再回到低功耗检卡模式；若确定不存在电子标签进入RFID读写器对应的感应射频场时，则该低功耗检卡系统回到低功耗检卡模式。

本发明的低功耗检卡控制系统实现兼容MCU、RFID芯片同时运行在低功耗状态，同时MCU与RFID芯片工作在低功耗模式时处于分离状态，两者进行通信的桥梁是主机唤醒指令和从机唤醒指令，主机控制模块和从机控制均可在低功耗状态下运行，让整个RFID读写器功耗更低，获取电子标签信息时更稳定。

具体的，对于射频系统来讲，不同的工作频率对应了不同的应用。根据采用频率的不同，RFID系统可以分为以下三类:低频LF（125/134KHz），大多应用在门禁控制以及物品跟踪；高频HF（13.56MHz），应用在短距离非接触的智能IC卡；超高频UHF（860MHz-960MHz），适合读写距离远的应用。

下面结合图2描述本发明的低功耗检卡控制系统，主机控制模块包括主机控制单元和主机门控时钟单元，主机门控时钟单元与主机控制单元电性连接。主机控制单元开启主机门控时钟单元，主机门控时钟单元开启后会打开晶振使能，让晶振开始起振，提供主机晶振时钟信号，主机控制单元接收主机唤醒指令，令主机控制模块从低功耗模式切换至正常状态，主机控制模块处于正常状态时，主机控制单元向从机控制模块发送从机唤醒指令。

当RFID读写器以默认模式运行时，主机控制单元将主机控制模块切换至低功耗状态，并以低功耗的状态进行检卡。需要说明的是，主机控制模块状态的切换是通过来自从机控制模块的主机唤醒指令，或是在该低功耗检卡控制系统中设置按钮或开关等，通过人为选定进行模式的转换，本实施例对此不做限定。

请参阅图8，通过上述可知，MCU的外围电路包括MCU晶振电路，其中MCU晶振电路选择8Hhz晶体，通过倍频，满足主机控制模块的时钟信号运用需求。

下面结合图3描述本发明的低功耗检卡控制系统，主机控制模块还包括主机复位单元、矩形滤波单元和烧录测试单元。主机复位单元与主机控制单元电性连接，用于复位主机控制模块。矩形滤波单元与主机控制单元电性连接，用于降低低功耗检卡控制系统运行时的噪声。烧录测试单元与主机控制单元电性连接，用于对主机控制模块进行烧录测试。

请参阅图8，通过上述可知，MCU的外围电路还包括MCU复位电路、矩阵滤波电路和烧录调试电路。MCU复位电路可以设计为按键复位电路，采用按键复位电路替代上电复位，满足在调试编码时可以任意时刻复位本发明的主机控制模块。矩阵滤波电路可以使用多组电容并联组合，降低为主机控制模块进行供电的电源的噪声，让本发明的低功耗检卡控制系统运行系统更加稳定。烧录调试电路可以采用SWD接口，对比JTAG接口，接线更少，仅有SWDIO数据线和SWDCLK时钟线两根线，这样处理可以减少PCB板的面积，布线更灵活。

其中，JTAG的全称是JointTestActionGroup（测试行动联合组织），它是由几家主要电子制造商发起制订的PCB和IC测试标准，主要应用于电路的边界扫描测试和可编程芯片的在线系统编程。标准的JTAG接口是4线，为TAGTMS--模式选择、TCK--时钟、TDI--数据输入、TDO--数据输出，在设计PCB时，还要考虑到是否需要利用JTAG接口给MCU供电。SWD全称是SerialWireDebug（串行调试），它的接线方式较JTAG简单，2线式，为SWDIO--串行数据线、SWDCLK--串行时钟线，一般在设计PCB时，这种接线方式适合引脚少的芯片，充分利用芯片资源。

下面结合图4描述本发明的低功耗检卡控制系统，从机控制模块包括从机控制单元、从机门控时钟单元、参数基准单元和射频检测单元，从机门控时钟单元、参数基准单元和射频检测单元均与从机控制单元电性连接。参数基准单元用于提供天线载波的参考电平阈值，射频检测单元用于以检卡周期对电子标签进行检测，获取天线载波信号，根据参考电平阈值，得到天线载波幅度的变化值，并根据天线载波幅度的变化值，判断是否有电子标签在场，以及当电子标签在场时，向从机控制单元发送在场指令，从机控制单元用于根据在场指令，向主机控制单元发送主机唤醒指令，以及在接收从机唤醒指令后，令从机控制模块从低功耗状态切换至正常状态。

射频检测单元的原理是，电子标签在场与不在场时，射频天线线圈上均会产生相应的载波幅度，且电子标签在场与不在场所相应的载波幅度也会有不同的响应，根据响应的不同能获知是否有电子标签在场，即通过天线载波幅度的变化值，即能够判断是否有电子标签在场。

当RFID读写器以默认模式运行时，从机控制单元将从机控制模块切换至低功耗状态，并以低功耗的状态进行检卡。需要说明的是，从机控制模块状态的切换是通过来自从主机控制模块的从机唤醒指令，或是在该低功耗检卡控制系统中设置按钮或开关等，通过人为选定进行模式的转换，本实施例对此不做限定。

请参阅图8，通过上述可知，RFID芯片的外围电路包括RFID晶振电路，其中RFID晶振电路选择27.12Mhz晶体，单独为RFID芯片提供时钟信号。

检卡周期包括休眠阶段T1、准备阶段T2和检卡阶段T3，休眠阶段T1、准备阶段T2和检卡阶段T3依次顺序进行循环构成从机控制模块的检卡周期。这三个阶段的特点如下所述：

在休眠阶段T1，从机控制模块处于低功耗状态，从机控制单元关闭从机门控时钟单元；

在准备阶段T2，主机控制模块处于低功耗状态，从机控制单元开启从机门控时钟单元，提供从机晶振时钟信号；

在检卡阶段T3，从机控制单元开启射频检测单元和从机门控时钟单元，射频检测单元获取天线载波幅度的变化值，主机门控时钟单元提供晶振时钟信号。

由于发射天线载波信号的功耗很大，为实现RFID读写器在前置的检卡时间段的低功耗，需要尽量缩短发射天线载波信号的时间段的同时需要考虑人对电子标签在场时间的无感反应。因此，本发明把整个检测周期划分为三个阶段，其中准备阶段T2的时间和检卡阶段T3的时间均远小于休眠阶段T1的时间，检卡阶段T3的时间小于准备阶段T2的时间。例如，休眠阶段Tl的时间为500ms，准备阶段T2的时间为lms，检卡阶段T3的时间为50us。由于休眠阶段Tl>>>>准备阶段T2>检卡阶段T3，对应的，休眠阶段T1的平均功耗>>>>准备阶段T2的平均功耗>检测阶段T3的平均功耗，本发明中，基于三个阶段时间上的设置，RFID读卡器大部分的时间处于休眠阶段T1，此时的功耗最低，检测阶段T3的功耗最大，但是该阶段的时间也是最短的，超低功耗下的休眠阶段T1、准备阶段T2，使得RFID读写器能耗被大大降低，通过在较短时间的检卡阶段T3发射天线载波信号，并根据天线载波幅度的变化值，可以准确地判断卡片是否进场，总体的平均功耗能够有效降低。有效解决了现有技术中如门禁系统中，待机时间长导致功耗消耗过大、有效命令执行时间很少的场景的问题。

需要说明的是，检卡阶段T3的时间越长检卡越精准但平均功耗也会越大，因此检测周期中休眠阶段T1、准备阶段T2和检卡阶段T3的具体时间长度可根据RFID读写器中MCU和RFID芯片选取的晶振或者环振的频率大小做适应性的调整，确保准备时间能够使主频晶振达到稳定状态，本实施例对此不做限定。

下面结合图5描述本发明的低功耗检卡控制系统，从机控制模块还包括射频线圈单元和天线匹配单元，射频线圈单元与射频检测单元电性连接，天线匹配单元，与射频检测单元电性连接，用于发送天线载波信号，射频检测单元根据其获取到的天线载波与天线匹配单元发送的天线载波信号进行对比，得到天线载波幅度的变化值。

请参阅图8，通过上述可知，RFID芯片的外围电路还匹配电路和线圈电路。匹配电路为天线匹配电路，采用双端发射机制TX1、TX2，通过匹配电路调试出50Ω的匹配电阻，获取天线载波幅度时效果更佳，噪声更少。

本发明的低功耗检卡系统兼容MCU、RFID芯片同时运行在低功耗状态，MCU大部分时间外设时钟关闭，仅在接收到外部中断信号时工作，此时可由IRQ信号负责把MCU唤醒，然后切换回正常功耗的工作模式，与电子标签进行数据交互，获取电子标签的信息。由于中断不能由MCU外部的外部设备例如本发明中的RFID芯片直接产生，而必须借助于一个称为可编程中断控制器（programmable interrupt controller）的标准组件来请求，该组件存在于每个系统中，RFID芯片会有电路连接到中断控制器，向中断控制器发送IRQ（InterruptRequest），之后中断控制器再将IRQ转发到MCU的中断输入引脚中。RFID芯片在系统上电时，没有进入工作状态，需要对其进行复位，本发明的处理方法是采用单独GPIO引脚RST给RFID芯片输出脉冲信号，即输出一个由低电平到高电平的脉冲信号，让RFID进入正常功耗的工作模式。

在本实施例中，考虑到RFID芯片在低功耗状态运行下接收IRQ信号的引脚出现异常的情况，为防止永远唤不醒的情况发生，本发明低功耗检卡控制系统中还可以增加定时唤醒功能，每隔预设的时间，从机控制模块会向主机控制模块强制发送主机唤醒指令，即每隔预设的时间，RFID芯片会向MCU强制发生唤醒信号，唤醒MCU。

在本实施例中，考虑到更灵活地使用RFID读写器，还可以设置退出低功耗状态，退出低功耗的检卡模式，例如，使用一个引脚作为退出信号使用，只需要外部在该引脚施加一个5us左右低脉冲作为低功耗退出标志，主机控制模块和从机控制模块执行退出的流程。进一步的，还可以使用开关状态信号作为低功耗退出标志。

下面结合图6描述本发明的低功耗检卡控制系统，在该低功耗检卡控制系统中，还包括：

低压供电模块，与主机控制模块和从机控制模块均电性连接，向主机控制模块和从机控制模块提供低压电源。为降低本发明的整体功耗，低压供电模块可以采用，进一步的，稳压芯片选择低功耗类型LDO稳压芯片。

LDO稳压芯片（lowdropoutregulator）是一种线性稳压器，使用在其饱和区域内运行的晶体管或场效应管（FET），从应用的输入电压中减去超额的电压，产生经过调节的输出电压。所谓压降电压，是指稳压器将输出电压维持在其额定值上下100mV之内所需的输入电压与输出电压差额的最小值。正输出电压的LDO（低压降）稳压器通常使用功率晶体管（也称为传递设备）作为PNP。这种晶体管允许饱和，所以稳压器可以有一个非常低的压降电压，通常为200mV左右；与之相比，使用NPN复合电源晶体管的传统线性稳压器的压降为2V左右。负输出LDO使用NPN作为它的传递设备，其运行模式与正输出LDO的PNP设备类似。

下面结合图7描述本发明的低功耗检卡控制系统，具体的，低压供电模块包括低压供电电路，低压供电电路包括：

供电电源和稳压芯片，供电电源为直流电源，供电电源的输出端与稳压芯片的输入端连接，稳压芯片输出直流电压，供电电源与稳压芯片之间并联有电容C1和电容C2，电容C1和电容C2并联后一端接入稳压芯片的输入端，电容C1和电容C2并联后另一端接地，稳压芯片的输出端并联有电容C3和电容C4，电容C3和电容C4并联后一端接入稳压芯片的输出入端，电容C3和电容C4并联后另一端接地。LDO稳压芯片需要电容C1、C2、C3、C4进行配合，其中C1、C2在。LDO稳压芯片的电源输入端，并联后接地，电容C3、C4在。LDO稳压芯片的电源输出端，并联后接地。这样设置的好处在于可疑在调试过程中，电容C1、C2、C3、C4的值可以任意修改，满足实际运用需求。

供电电源与稳压芯片之间依次串联有保险丝D1和自锁开关K1，电容C1和电容C2均并联在自锁开关K1与稳压芯片的输入端之间。采用保险丝D1可以保护MCU与RFID芯片，防止误操作导致短路进而烧坏电路，这样便于维护系统。采用自锁开关K1，可以更好控制LDO稳压芯片供电，在烧录调试时，LDO稳压芯片不工作，自锁开关K1关闭。

需要说明的是，本发明提供的具体硬件电路仅作为一个例子对发明进行解释说明，在具体应用过程中，为实现本发明，可对实际电路和相匹配的应用程序进行调整，本实施例对此不做限定。

下面结合图9描述本发明的低功耗检卡控制方法，应用于RFID读写器端。为了降低RFID读写器在前置的检卡时间段内产生的能耗，本发明提出了低功耗检卡控制方法，在没有电子标签进入RFID读写器对应的感应射频场时，RFID读写器的MCU和RFID芯片进入运行低功耗的低功耗状态，当RFID读写器需要与电子标签进行数据交互时，较为迅速的进入正常运行的正常状态。下文描述的低功耗检卡控制方法与上文描述的低功耗检卡控制系统可相互对应参照。该低功耗检卡控制方法包括以下步骤：

S100、初始化主机控制模块和从机控制模块。

在本实施例中，主机控制模块为MCU，主机控制模块选用超低功耗芯片，例如STM32L151芯片、STM2F042F芯片、STM32L0X1芯片、STM32L021D4芯片等等，从机控制模块为RFID芯片，从机控制模块选用低功耗读写器芯片。主机控制模块在芯片选择时，需要具有正常功耗的模式和低功耗的模式，同样的，从机控制模块在芯片选择时，也需要具有正常功耗的模式和低功耗的模式。

主机控制模块支持SPI、IIC、UART等协议通信，从机控制模块支持SPI、IIC、UART等通信协议，主机和从机的协议接口皆可以进行配置，即可通过配置选择协议接口引脚电平来选择具体通信协议。

在本实施例中，主机控制模块选择SPI协议与从机控制模块进行数据交互，从机控制模块通信协议配置与主机控制模块一致，都为SPI协议。即MCU与RFID芯片的通信协议为SPI协议，MCU与RFID芯片进行通讯用的引脚包括片选SPI_CS引脚，时钟SPI_CLK引脚，数据输出SPI_MOSI引脚以及数据输入SPI_MISO引脚。

S200、配置主机控制模块和从机控制模块处于低功耗状态。

在该低功耗检卡控制方法中，配置主机控制模块和从机控制模块时，MCU与RFID芯片是处于分离状态的，RFID芯片单独工作在休眠阶段T1-准备阶段T2-检卡阶段T3循环的检卡周期中。配置主控MCU会关闭SPI时钟，调试串口时钟，没有用到GPIO时钟，仅在接收外部中断信号时再工作，MCU会时刻监测IRQ信号电平。

S300、以从机控制模块的检卡周期对电子标签进行检测，从机控制模块对收发的天线载波信号进行对比，获取天线载波幅度的变化值。

S400、从机控制模块根据天线载波幅度的变化值，判断是否有电子标签在场。判断原理为：电子标签在场与不在场时，射频天线线圈上均会产生相应的载波幅度，且电子标签在场与不在场所相应的载波幅度也会有不同的响应，根据响应的不同能获知是否有电子标签在场，即通过天线载波幅度的变化值，即能够判断是否有电子标签在场。

S500、响应于电子标签在场，从机控制模块向主机控制模块发送主机唤醒指令，令主机控制模块从低功耗模式切换至正常状态。

S600、响应于主机控制模块处于正常状态，主机控制模块向从机控制模块发送从机唤醒指令，令从机控制模块从低功耗状态切换至正常状态。

若确定存在电子标签进入RFID读写器对应的感应射频场时，此时可由IRQ中断引脚产生中断信号，负责把MCU唤醒，然后切换回正常功耗的工作模式，与电子标签进行数据交互，获取电子标签的信息。GPIO引脚RST给RFID芯片输出脉冲信号，即输出一个由低电平到高电平的脉冲信号，让RFID芯片进入正常功耗的工作模式；获取完电子标签相关数据后，RFID芯片先回到低功耗模式，MCU再回到低功耗模式，检卡周期会一直循环着。若RFID芯片运行完一个检卡周期仍然没有检测到电子标签，则RFID芯片单独循环工作在检卡周期内。

即若确定存在电子标签进入RFID读写器对应的感应射频场时，中断低功耗检卡模式，系统回到默认模式运行（非低功耗，正常运行模式），控制主机控制模块与电子标签进行数据交互，获取电子标签的信息。可以理解的是，在结束与电子标签的数据交互后，该低功耗检卡系统重新回到低功耗检卡模式，具体的，是从机控制模块先回到低功耗检卡模式，主机控制模块再回到低功耗检卡模式；若确定不存在电子标签进入RFID读写器对应的感应射频场时，则该低功耗检卡系统回到休眠阶段T1，又重复休眠阶段T1-准备阶段T2-检卡阶段T3的遍历，进行下一次的检卡。

该低功耗检卡控制方法中，通过配置低功耗检卡机制，以超低的功耗完成对外部电子标签是否在场的检测，实现RFID读写器从低功耗状态至正常状态的切换，通过设置以休眠阶段T1、准备阶段T2和检卡阶段T3依次顺序进行循环的检卡周期，尤其是超低功耗下的休眠阶段T1、准备阶段T2，使得RFID读写器能耗被大大降低，通过在较短时间的检卡阶段T3发射天线载波信号，并根据天线载波幅度的变化值，可以准确地判断卡片是否进场，在检测到电子标签在场时，RFID读写器与电子标签进行数据交互，无电子标签在场时则回到休眠阶段T1进行循环式地检测，大大节约了RFID读写器在前置的检卡时间段内产生的能耗。

从机控制模块的检卡周期是以休眠阶段T1、准备阶段T2和检卡阶段T3依次顺序进行循环，这三个阶段的特点如下所述：

在休眠阶段T1，从机控制模块处于低功耗状态，从机控制单元关闭从机门控时钟单元；

在准备阶段T2，主机控制模块处于低功耗状态，从机控制单元开启从机门控时钟单元，提供从机晶振时钟信号；

在检卡阶段T3，从机控制单元开启射频检测单元和从机门控时钟单元，射频检测单元获取天线载波幅度的变化值，主机门控时钟单元提供晶振时钟信号。

由于发射天线载波信号的功耗很大，为实现RFID读写器在前置的检卡时间段的低功耗，需要尽量缩短发射天线载波信号的时间段的同时需要考虑人对电子标签在场时间的无感反应。因此，本发明把整个检测周期划分为三个阶段。

下面结合图10描述本发明的低功耗检卡控制方法，步骤S100具体包括：

S101、初始化主机控制模块，配置主机控制模块的主机门控时钟单元的参数。

S102、初始化从机控制模块，配置从机控制模块的休眠阶段T1、准备阶段T2和检卡阶段T3三个阶段的参数、增益放大倍数，天线载波参考电平阈值等等。

在本实施例中，准备阶段T2的时间和检卡阶段T3的时间均远小于休眠阶段T1的时间，检卡阶段T3的时间小于准备阶段T2的时间。例如，休眠阶段Tl的时间为500ms，准备阶段T2的时间为lms，检卡阶段T3的时间为50us。由于休眠阶段Tl>>>>准备阶段T2>检卡阶段T3，对应的，休眠阶段T1的平均功耗>>>>准备阶段T2的平均功耗>检测阶段T3的平均功耗，本发明中，基于三个阶段时间上的设置，RFID读卡器大部分的时间处于休眠阶段T1，此时的功耗最低，检测阶段T3的功耗最大，但是该阶段的时间也是最短的，超低功耗下的休眠阶段T1、准备阶段T2，使得RFID读写器能耗被大大降低，通过在较短时间的检卡阶段T3发射天线载波信号，并根据天线载波幅度的变化值，可以准确地判断卡片是否进场，总体的平均功耗能够有效降低。有效解决了现有技术中如门禁系统中，待机时间长导致功耗消耗过大、有效命令执行时间很少的场景的问题。

需要说明的是，检卡阶段T3的时间越长检卡越精准但平均功耗也会越大，因此检测周期中休眠阶段T1、准备阶段T2和检卡阶段T3的具体时间长度可根据RFID读写器中MCU和RFID芯片选取的晶振或者环振的频率大小做适应性的调整，确保准备时间能够使主频晶振达到稳定状态，本实施例对此不做限定。

下面结合图11和图12描述本发明的低功耗检卡控制系统，该低功耗检卡控制方法包括以下步骤：

S110、初始化主机控制模块和从机控制模块。

S210、配置主机控制模块和从机控制模块处于低功耗状态。

S310、配置主机唤醒指令的输出类型和有效检测次数，其中，输出类型支持低电平、高电平两种输出模式，有效检测次数为检测到多少次载波电平值作为一次有效检测次数。

配置主机唤醒指令的输出类型即配置IRQ信号输出电平的类型，由于中断不能由MCU外部的外部设备例如本发明中的RFID芯片直接产生，而必须借助于一个称为可编程中断控制器（programmable interrupt controller）的标准组件来请求，该组件存在于每个系统中，RFID芯片会有电路连接到中断控制器，向中断控制器发送IRQ（InterruptRequest），之后中断控制器再将IRQ转发到MCU的中断输入引脚中。在本实施例中，IRQ信号支持低电平、高电平两种输出模式，均能够使得MCU进入到低功耗状态。配置有效检测次数为配置RFID芯片检测到多少次载波电平值作为一次有效检测次数，例如可以配置RFID芯片检测到1次载波电平值作为一次有效检测次数，也可以配置RFID芯片检测到3次载波电平值作为一次有效检测次数等等。

S410、以从机控制模块的检卡周期对电子标签进行检测，从机控制模块对收发的天线载波信号进行对比，获取天线载波幅度的变化值。

S510、从机控制模块根据获取天线载波幅度的变化值，判断是否有电子标签在场。判断原理为：电子标签在场与不在场时，射频天线线圈上产生的相应载波幅度，是否有电子标签在场，该幅度会有不同的响应。通过天线载波幅度的变化值，即能够判断是否有电子标签在场。

S610、响应于电子标签在场，从机控制模块向主机控制模块发送主机唤醒指令，令主机控制模块从低功耗模式切换至正常状态。

S710、响应于主机控制模块处于正常状态，主机控制模块向从机控制模块发送从机唤醒指令，令从机控制模块从低功耗状态切换至正常状态。

区别于图9的方法，图11方法中在S410、以从机控制模块的检卡周期对电子标签进行检测，从机控制模块对收发的天线载波信号进行对比，获取天线载波幅度的变化值之前，先配置主机唤醒指令的输出类型和有效检测次数，设置检卡时的参数和精确度。

图13示例了一种电子设备的实体结构示意图，如图13所示，该电子设备可以包括：处理器（processor）810、通信接口（CommunicationsInterface）820、存储器（memory）830和通信总线840，其中，处理器810，通信接口820，存储器830通过通信总线840完成相互间的通信。处理器810可以调用存储器830中的逻辑指令，以执行低功耗检卡控制方法，该低功耗检卡控制方法包括以下步骤：

S100、初始化主机控制模块和从机控制模块。

S200、配置主机控制模块和从机控制模块处于低功耗状态。

S300、以从机控制模块的检卡周期对电子标签进行检测，从机控制模块对收发的天线载波信号进行对比，获取天线载波幅度的变化值。

S400、从机控制模块根据获取天线载波幅度的变化值，判断是否有电子标签在场。判断原理为：电子标签在场与不在场时，射频天线线圈上产生的相应载波幅度，是否有电子标签在场，该幅度会有不同的响应。通过天线载波幅度的变化值，即能够判断是否有电子标签在场。

S500、响应于电子标签在场，从机控制模块向主机控制模块发送主机唤醒指令，令主机控制模块从低功耗模式切换至正常状态。

S600、响应于主机控制模块处于正常状态，主机控制模块向从机控制模块发送从机唤醒指令，令从机控制模块从低功耗状态切换至正常状态。

此外，上述的存储器830中的逻辑指令可以通过软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备（可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等）执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器（ROM，Read-OnlyMemor）、随机存取存储器（RAM，RandomAccessMemory）、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

另一方面，本发明还提供一种计算机程序产品，所述计算机程序产品包括存储在非暂态计算机可读存储介质上的计算机程序，所述计算机程序包括程序指令，当所述程序指令被计算机执行时，计算机能够执行上述各方法所提供的低功耗检卡控制方法，该低功耗检卡控制方法包括以下步骤：

S100、初始化主机控制模块和从机控制模块。

S200、配置主机控制模块和从机控制模块处于低功耗状态。

S300、以从机控制模块的检卡周期对电子标签进行检测，从机控制模块对收发的天线载波信号进行对比，获取天线载波幅度的变化值。

S400、从机控制模块根据获取天线载波幅度的变化值，判断是否有电子标签在场。判断原理为：电子标签在场与不在场时，射频天线线圈上产生的相应载波幅度，是否有电子标签在场，该幅度会有不同的响应。通过天线载波幅度的变化值，即能够判断是否有电子标签在场。

S500、响应于电子标签在场，从机控制模块向主机控制模块发送主机唤醒指令，令主机控制模块从低功耗模式切换至正常状态。

S600、响应于主机控制模块处于正常状态，主机控制模块向从机控制模块发送从机唤醒指令，令从机控制模块从低功耗状态切换至正常状态。

又一方面，本发明还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现以执行上述各提供的以执行低功耗检卡控制方法，该低功耗检卡控制方法包括以下步骤：

S100、初始化主机控制模块和从机控制模块。

S200、配置主机控制模块和从机控制模块处于低功耗状态。

S300、以从机控制模块的检卡周期对电子标签进行检测，从机控制模块对收发的天线载波信号进行对比，获取天线载波幅度的变化值。

S400、从机控制模块根据获取天线载波幅度的变化值，判断是否有电子标签在场。判断原理为：电子标签在场与不在场时，射频天线线圈上产生的相应载波幅度，是否有电子标签在场，该幅度会有不同的响应。通过天线载波幅度的变化值，即能够判断是否有电子标签在场。

S500、响应于电子标签在场，从机控制模块向主机控制模块发送主机唤醒指令，令主机控制模块从低功耗模式切换至正常状态。

S600、响应于主机控制模块处于正常状态，主机控制模块向从机控制模块发送从机唤醒指令，令从机控制模块从低功耗状态切换至正常状态。

以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备（可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等）执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (9)

1.一种低功耗检卡控制系统，其特征在于，包括：

主机控制模块和从机控制模块；

所述从机控制模块用于在电子标签在场时，向所述主机控制模块发送主机唤醒指令，以及在从机控制模块接收到从机唤醒指令后，从机控制模块从低功耗状态切换至正常状态；

所述主机控制模块用于在处于正常状态时，向从机控制模块发送所述从机唤醒指令，以及在主机控制模块接收到所述主机唤醒指令后，主机控制模块从低功耗状态切换至正常状态；

所述从机控制模块包括：

从机控制单元、从机门控时钟单元、参数基准单元和射频检测单元，所述从机门控时钟单元、所述参数基准单元和所述射频检测单元均与所述从机控制单元电性连接；

参数基准单元用于提供天线载波的参考电平阈值；

射频检测单元用于以检卡周期对电子标签进行检测，获取天线载波信号，根据所述参考电平阈值，得到天线载波幅度的变化值，并根据所述天线载波幅度的变化值，判断是否有电子标签在场，以及当电子标签在场时，向从机控制单元发送在场指令；

从机控制单元用于根据所述在场指令，向主机控制模块中的主机控制单元发送主机唤醒指令，以及在从机控制单元接收从机唤醒指令后，令从机控制模块从低功耗状态切换至正常状态；

主机控制模块和从机控制模块重新回到低功耗状态时，从机控制模块先回到低功耗状态，主机控制模块再回到低功耗状态，且，从机控制模块循环工作在所述检卡周期内。

2.根据权利要求1所述的低功耗检卡控制系统，其特征在于，所述主机控制模块包括：

主机控制单元和主机门控时钟单元，所述主机门控时钟单元与所述主机控制单元电性连接；

所述主机控制单元用于开启主机时钟单元，以及在接收主机唤醒指令后，令主机控制模块从低功耗模式切换至正常状态，以及在主机控制模块处于正常状态时，向所述从机控制模块发送从机唤醒指令；

所述主机门控时钟单元用于被主机控制单元开启后，提供主机晶振时钟信号。

3.根据权利要求2所述的低功耗检卡控制系统，其特征在于，所述主机控制模块还包括：

主机复位单元，与主机控制单元电性连接，用于复位主机控制模块；

矩形滤波单元，与主机控制单元电性连接，用于降低低功耗检卡控制系统运行时的噪声；

烧录测试单元，与主机控制单元电性连接，用于对主机控制模块进行烧录测试。

4.根据权利要求3所述的低功耗检卡控制系统，其特征在于，所述从机控制模块还包括：

射频线圈单元，与射频检测单元电性连接；

天线匹配单元，与射频检测单元电性连接，用于发送天线载波信号，射频检测单元根据其获取到的天线载波与天线匹配单元发送的天线载波信号进行对比，根据参考电平阈值，得到所述天线载波幅度的变化值。

5.根据权利要求4所述的低功耗检卡控制系统，其特征在于，在所述低功耗检卡控制系统中，还包括：

低压供电模块，与所述主机控制模块和所述从机控制模块均电性连接，用于向主机控制模块和从机控制模块提供低压电源。

6.一种基于权利要求1-5任一项所述的低功耗检卡控制系统所实现的低功耗检卡控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

初始化主机控制模块和从机控制模块；

配置所述主机控制模块和所述从机控制模块处于低功耗状态；

以从机控制模块的检卡周期对电子标签进行检测，从机控制模块对收发的天线载波信号进行对比，获取天线载波幅度的变化值；

根据所述天线载波幅度的变化值，判断是否有电子标签在场；

响应于电子标签在场，从机控制模块向主机控制模块发送主机唤醒指令，令主机控制模块从低功耗状态切换至正常状态；

响应于主机控制模块处于正常状态，主机控制模块向从机控制模块发送从机唤醒指令，令从机控制模块从低功耗状态切换至正常状态；

主机控制模块和从机控制模块重新回到低功耗状态时，从机控制模块先回到低功耗状态，主机控制模块再回到低功耗状态，且，从机控制模块循环工作在所述检卡周期内。

7.根据权利要求6所述的低功耗检卡控制方法，其特征在于，所述从机控制模块的检卡周期是以休眠阶段T1、准备阶段T2和检卡阶段T3依次顺序进行循环，其中：

在所述休眠阶段T1，从机控制模块处于低功耗状态，从机控制单元关闭从机门控时钟单元；

在所述准备阶段T2，主机控制模块处于低功耗状态，从机控制单元开启从机门控时钟单元，提供从机晶振时钟信号；

在所述检卡阶段T3，从机控制单元开启射频检测单元和从机门控时钟单元，射频检测单元获取天线载波幅度的变化值，从机主机门控时钟单元提供从机晶振时钟信号。

8.根据权利要求7所述的低功耗检卡控制方法，其特征在于，初始化主机控制模块和从机控制模块，具体包括：

初始化主机控制模块，配置主机控制模块的主机门控时钟单元的参数；

初始化从机控制模块，配置从机控制模块的休眠阶段T1、准备阶段T2和检卡阶段T3三个阶段的参数、增益放大倍数，天线载波参考电平阈值。

9.根据权利要求6所述的低功耗检卡控制方法，其特征在于，以从机控制模块的检卡周期对电子标签进行检测，从机控制模块对收发的天线载波信号进行对比，获取天线载波幅度的变化值之前，还包括：

配置主机唤醒指令的输出类型和有效检测次数，其中，所述输出类型支持低电平、高电平两种输出模式，所述有效检测次数为检测到多少次载波电平值作为一次有效检测次数。

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