CN204303008U - 一种电子标签 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及电子标签技术领域，提供了一种电子标签，包括主控芯片，以及分别与主控芯片连接的射频芯片和振动传感器，所述振动传感器的中断信号输出端与主控芯片的休眠唤醒中断引脚连接并进行通信，主控芯片的射频控制信号输出端与射频芯片的射频控制信号输入端连接并进行通信，从而对射频芯片的发送状态进行控制；所述电子标签还包括电池，分别与主控芯片、射频芯片和振动传感器连接以提供电源。本实用新型能降低有源标签的功耗，延长有源标签电池的使用寿命。

Description

一种电子标签

【技术领域】

本实用新型涉及电子标签技术领域，特别是涉及一种有源电子标签。

【背景技术】

射频识别技术(RFID)是近年来迅速发展起来的一项新技术，它利用射频信号通过空间耦合实现非接触式信息传递，达到自动识别的目的。RFID标签具有防水、防磁、可以在一定距离内读取数据等优点，标签存储的数据安全、可靠、具有可重复改写等特点。由于无线射频识别技术融合了无线定位、产品电子编码和互联网技术，近年来得到快速发展，广泛用于社会、经济、国防等领域，成为新一轮技术变革的催化剂。

依据标签内部供电有无，RFID标签分为被动式、半被动式(也称作半主动式)、主动式三类。与被动式和半被动式不同的是，主动式标签本身具有内部电源供应器，用以供应内部IC所需电源以产生对外的信号。一般来说，主动式标签拥有较长的读取距离和可容纳较大的内存容量，可以用来储存读取器所传送来的一些附加讯息。主动式与半被动式标签差异为：主动式标签可借由内部电力，随时主动发射内部标签的内存资料到读取器上。主动式标签又称为有源标签，内建电池，可利用自有电力在标签周围形成有效活动区，主动侦测周遭有无读取器发射的呼叫信号，并将自身的资料传送给读取器。

有源RFID标签的电池寿命一直是制约其广泛应用的瓶颈。当电池失效后,或更换电池，或将标签废弃，而且在电池接近寿命终了时，容量、电压下降，识别卡的可靠性降低，不得不提前更新，不仅会造成一定的浪费，还可能因个别电池提前失效，进而影响整个系统的可信度。但在一些距离要求较远的应用场景中要求使用有源标签，有源标签本身带有能量源，为标签内部的电路以及信号发射电路提供所需的能量，因此通信距离远，但价格较贵，且使用自身携带的能量源寿命短。目前有源标签主要用于对距离要求远且对价格不敏感的应用场景，如矿井下人员定位、货运集装箱及珠宝管理等。由于在某些恶劣应用场景中，不易更换电池或根本无法更换，因此如何高效利用标签携带的能量源，尽量延长标签的寿命就显得尤为重要。

现有技术中，有源RFID标签的能量管理主要有以下几种方式：标签带有充电电路，通过收集外部环境的能量进行充电，为标签提供能量，其中包括：

1、太阳能收集技术，在时常有阳光照射的应用场景中太阳能是理想的能量来源，目前有基于太阳能光伏的有源RFID系统的实现；

2、振动能收集技术，在经常有机械振动的施工工地或矿井中，振动能也是理想的能量来源，目前在振动能量收集方面也有较多研究；

3、射频能量收集技术，目前该方面的研究较少，因射频能量的密度小，且标签的充电时间过长。

如何高效利用标签携带的能量源，降低有源标签的功耗，尽量延长标签的寿命，是本技术领域亟待解决的问题。

【实用新型内容】

本实用新型要解决的技术问题是提供一种电子标签，能降低有源标签的功耗，延长有源标签电池的使用寿命。

本实用新型采用如下技术方案：

一种电子标签，包括主控芯片，以及分别与主控芯片连接的射频芯片和振动传感器，所述振动传感器的中断信号输出端与主控芯片的休眠唤醒中断引脚连接并进行通信，主控芯片的射频控制信号输出端与射频芯片的射频控制信号输入端连接并进行通信，从而对射频芯片的发送状态进行控制；所述电子标签还包括电池，分别与主控芯片、射频芯片和振动传感器连接以提供电源。

进一步地，所述主控芯片包括模式设置单元和计时单元，模式设置单元用于设置主控芯片的休眠模式和/或工作模式，计时单元用于对休眠模式的休眠时间和工作模式的工作时间进行倒计时；

主控芯片在休眠模式下不处理任何信号，在工作模式下通过休眠唤醒中断引脚接收振动传感器通过中断信号输出端发送的中断信号，控制射频芯片发送射频信号。

进一步地，所述振动传感器包括模式设置单元，模式设置单元用于设置振动传感器的休眠模式和/或工作模式；

振动传感器在休眠模式下不进行振动数据的检测，在工作模式下检测振动数据并在检测到运动发生时通过中断信号输出端发送中断信号给主控芯片。

进一步地，所述主控芯片为MCU。

进一步地，所述振动传感器为加速度计、陀螺仪、地磁传感器或机械式振动传感器。

进一步地，所述振动传感器的功耗为uA级，工作时间在us级。

进一步地，所述射频芯片还与外部通信设备连接，射频芯片向外部通信设备发送射频信号，外部通信设备接收所述射频信号。

进一步地，所述射频芯片与外部通信设备工作在相同的频率波段，所述外部通信设备与射频芯片按相同的射频通信协议进行数据传输。

进一步地，所述射频芯片的信号输出端连接天线，通过所述天线发送射频信号。

进一步地，所述电子标签为有源电子标签。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果在于：本实用新型通过采用可设置运行模式的主控芯片和振动传感器，振动传感器在休眠模式下不检测振动数据，因此也不产生中断信号，相比振动传感器始终对振动进行检测的电子标签而言，降低了功耗；主控芯片在休眠模式下不处理中断信号，在工作模式下接收到振动传感器发送的中断信号后控制射频芯片发送射频信号，进一步降低了标签功耗，延长了有源标签电池的使用寿命，满足大部分应用的需求。

【附图说明】

图1是本实用新型实施例提供的一种电子标签的结构示意图；

图2是本实用新型实施例提供的一种电子标签的详细结构示意图；

图3是本实用新型实施例提供的一种电子标签的应用示意图。

【具体实施方式】

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型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实用新型，并不用于限定本实用新型。

此外，下面所描述的本实用新型各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

如图1所示，本实用新型实施例提供了一种电子标签，包括主控芯片，以及分别与主控芯片连接的射频芯片和振动传感器，所述振动传感器的中断信号输出端与主控芯片的休眠唤醒中断引脚连接并进行通信，主控芯片的射频控制信号输出端与具有收发功能的射频芯片的射频控制信号输入端连接并进行通信，从而对射频芯片的发送状态进行控制。所述电子标签还包括电池，分别与主控芯片、射频芯片和振动传感器连接以提供电源。本实施例中，主控芯片采用MCU，可选用低功耗的MCU，例如STM8L低能耗系列MCU、MSP430系列芯片等。振动传感器可采用加速度计、陀螺仪、地磁传感器或机械式振动传感器。所述射频芯片的信号输出端连接天线，通过所述天线发送射频信号。

如图2所示，在一优选实施例中，为了达到降低功耗的效果，将主控芯片和振动传感器都分别设置了休眠模式。进一步地，所述主控芯片包括模式设置单元和计时单元，模式设置单元用于设置主控芯片的休眠模式和/或工作模式，计时单元用于对休眠模式的休眠时间和工作模式的工作时间进行倒计时；主控芯片在休眠模式下不处理任何信号，在工作模式下通过休眠唤醒中断引脚接收振动传感器通过中断信号输出端发送的中断信号，控制射频芯片发送射频信号。

同样地，所述振动传感器也包括模式设置单元，模式设置单元用于设置振动传感器的休眠模式和/或工作模式；振动传感器在休眠模式下不进行振动数据的检测，在工作模式下检测振动数据并在检测到运动发生时通过中断信号输出端发送中断信号给主控芯片。

在另一实施例中，可仅对主控芯片设置休眠模式，振动传感器则始终处于工作状态，也即MCU采用休眠周期加芯片触发机制，MCU休眠期间，振动传感器检测到振动产生，有重力加速度，从而产生中断信号发送给MCU，MCU也不处理任何信息；MCU休眠时间结束，振动传感器检测到振动产生，有重力加速度，从而产生中断信号发送给MCU，MCU此时才处理中断信号，控制射频芯片产生射频信号。当然，MCU在休眠时间结束之后，如未接收到振动传感器产生的中断信号，则射频芯片不发送射频信号，MCU继续休眠。该方式由于振动传感器始终处于工作状态，产生的功耗较前一种方式高。

本实施例选用低功耗级别的振动传感器，其产生功耗为uA级，工作时间在us级，此时振动传感器和射频芯片共同产生的功耗要高于仅设置射频芯片产生的功耗，经过计算整个周期的平均功耗，采用积分的方式，本实用新型增加振动传感器整体上会产生2uA的电流。在MCU结束休眠开始工作期间没有接收到振动传感器产生的中断信号，射频芯片不发送射频信号，MCU继续休眠，经过综合计算，采用本实施例的方案，增加了振动传感器的有源标签在整体功耗上比没有增加振动传感器的标签功耗节省40％左右，延长了标签电池的使用寿命。具体计算过程如下：

以现有有源标签卡休眠时间为1s来计算，平均功耗为14uA，1年消耗的电池容量为：

24h*0.014mA*365(day)＝122.64mAh。

增加振动传感器的1年消耗的电池容量为：

有源标签卡用于学生佩戴，工作日每天10小时振动传感器不工作，MCU处于半休眠状态，振动传感器和MCU共同产生的休眠电流为5uA；周末振动传感器不工作，MCU处于半休眠状态，学生放假2个月振动传感器不工作，MCU处于半休眠状态，振动传感器和MCU共同产生的休眠电流为5uA。1年工作日节省电池容量为：

10h*0.014mA*22day*10month-10h*0.005mA*22day*10month＝19.8mAh；

1年内周末节省电池容量为：

24h*0.014mA*8day*10month-24h*0.005mA*8day*10month＝17.28mAh；

1年内放假节省电池容量为：

24h*0.014mA*2month*30day-24h*0.005mA*2month*30day＝12.96mAh；

1年内节省的电池容量为：

19.8mAh+17.28mAh+12.96mAh＝50.04mAh；

节省功耗为：

50.04mAh/122.64mAh＝40％。

如3所示，具体应用时，所述射频芯片还与外部通信设备连接，射频芯片向外部通信设备发送射频信号，外部通信设备接收所述射频信号。所述射频芯片与外部通信设备工作在相同的频率波段，所述外部通信设备与射频芯片按相同的射频通信协议进行数据传输。工作方式为：振动传感器检测到标签运动时产生中断信号，超低功耗MCU单片机接收到中断信号后控制具有收发功能的射频芯片处于发送状态，外部通信设备接收到有源标签的信息后进行判断和处理。

本实施例的电子标签为有源电子标签，主要是指有源RFID电子卡片，多用于电子学生证、员工考勤卡等。其内部供电电池的体积小、容量小，降低标签的电源功耗将延长标签的有效使用寿命。通过主控芯片的休眠模式，当电子标签使用人处于静止状态或未佩戴电子标签时，振动传感器不产生中断信号，主控芯片处于休眠状态，不驱动射频芯片工作，功耗极低；而当电子标签使用人处于动态情况下，振动传感器检测到振动数据并发送休眠中断信号给主控芯片，主控芯片驱动射频芯片工作，发射射频信号，则电子标签有机会被识读器识别。在此基础上，还通过设置振动传感器的休眠模式，当使用人较长时间不使用电子标签时(例如晚上休息时间以及长假期间)，振动传感器处于休眠状态，进一步降低了标签的整体功耗。

相比目前低功耗有源标签采用射频触发唤醒电路的设计，采用125khz天线接收信号对标签电池充电，以延长标签电池使用寿命的方式，本实用新型的上述方式可减少射频触发唤醒电路的设计难度，无线充电在距离方面的限制。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种电子标签，其特征在于，包括主控芯片，以及分别与主控芯片连接的射频芯片和振动传感器，所述振动传感器的中断信号输出端与主控芯片的休眠唤醒中断引脚连接并进行通信，主控芯片的射频控制信号输出端与射频芯片的射频控制信号输入端连接并进行通信，从而对射频芯片的发送状态进行控制；所述电子标签还包括电池，分别与主控芯片、射频芯片和振动传感器连接以提供电源。

2.如权利要求1所述的电子标签，其特征在于，所述主控芯片包括模式设置单元和计时单元，模式设置单元用于设置主控芯片的休眠模式和/或工作模式，计时单元用于对休眠模式的休眠时间和工作模式的工作时间进行倒计时；

主控芯片在休眠模式下不处理任何信号，在工作模式下通过休眠唤醒中断引脚接收振动传感器通过中断信号输出端发送的中断信号，控制射频芯片发送射频信号。

3.如权利要求1所述的电子标签，其特征在于，所述振动传感器包括模式设置单元，模式设置单元用于设置振动传感器的休眠模式和/或工作模式；

振动传感器在休眠模式下不进行振动数据的检测，在工作模式下检测振动数据并在检测到运动发生时通过中断信号输出端发送中断信号给主控芯片。

4.如权利要求1所述的电子标签，其特征在于，所述主控芯片为MCU。

5.如权利要求1所述的电子标签，其特征在于，所述振动传感器为加速度计、陀螺仪、地磁传感器或机械式振动传感器。

6.如权利要求1所述的电子标签，其特征在于，所述振动传感器的功耗为uA级，工作时间在us级。

7.如权利要求1所述的电子标签，其特征在于，所述射频芯片还与外部通信设备连接，射频芯片向外部通信设备发送射频信号，外部通信设备接收所述射频信号。

8.如权利要求4所述的电子标签，其特征在于，所述射频芯片与外部通信设备工作在相同的频率波段，所述外部通信设备与射频芯片按相同的射频通信协议进行数据传输。

9.如权利要求1所述的电子标签，其特征在于，所述射频芯片的信号输出端连接天线，通过所述天线发送射频信号。

10.如权利要求1-9任一项所述的电子标签，其特征在于，所述电子标签为有源电子标签。