CN205068449U - 一种可见光双向识别无源标签读写器装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种可见光双向识别无源标签读写器装置。包括VL标签和读写器；读写器由读写控制模块、解调解码模块、判决模块、调制编码模块、驱动模块、电能发送模块、通信模块、光电接收器、光发射器、送电线圈、电源模块组成。VL标签由标签主控制模块、解调解码模块、判决模块、调制编码模块、驱动模块、电能接收模块、光电接收器、光发射器、受电线圈组成。VL标签通过无线电磁供电方式从读写器获得电能。读写器与VL标签利用可见光方式通信，能够进行半双工和全双工通信。本实用新型VL标签无需电池，不受电磁场干扰，无电磁干扰，安全性好，有照明功能，读写更方便；VL标签结构功能简单，可以制作成小微型设备。

Description

一种可见光双向识别无源标签读写器装置

技术领域

本发明属于可见光通信技术领域，特别涉及一种可见光双向识别无源标签读写器装置。

背景技术

可见光通信(VisibleLightCommunication，简称VLC)技术，就是在发送端利用LED等发光设备发出带有信息的调制可见光信号，接收端利用感光设备接收调制可见光信号以实现无线通信的方法。该技术是近些年被发现的新的无线通信技术，被发展用于补充甚至替代目前其他的手段，如：无线电、红外或激光通信等技术，以解决这些技术的不足。可见光通信不同于无线电、红外或激光等光通信方式：无线电、红外光看不到，信号的发射方向不够明确，因此有很大的不安全性；激光方向性强，不大适合自由的开放性的通信，同时激光功耗大，不大适宜低功耗便携式设备。此外，无线电还会产生电磁辐射、干扰等不良影响。

无线充电源于无线电力输送技术。无线充电，又称作感应充电、非接触式感应充电，是利用近场感应，即电磁耦合，由供电设备将能量传送至用电设备，该用电设备使用接收到的能量对电池充电或为用电设备供电。

本发明就是联合运用了可见光通信、无线供电等技术，提供了一种可见光双向识别无源标签及读写器的实现方法，解决了可见光通信设备向轻便、小微型化发展的重要问题，让其可以像磁卡、各种轻薄的无源RFID一样广泛普及应用。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种可见光双向识别无源标签读写器装置。

本实用新型是这样实现的：一种可见光双向识别无源标签读写器装置,装置包括VL标签和读写器，读写器由读写控制模块、读写解调解码模块、读写判决模块、读写调制编码模块、读写驱动模块、电能发送模块、通信模块、读写光电接收器、读写光发射器、送电线圈、电源模块组成；VL标签由：标签控制模块、标签解调解码模块、标签判决模块、标签调制编码模块、标签驱动模块、电能接收模块、标签光电接收器、标签光发射器、受电线圈组成；读写控制模块连接读写解调解码模块、读写调制编码模块、电能发送模块、通信模块、电源模块，电源模块连接读写解调解码模块、读写判决模块、读写调制编码模块、读写驱动模块、电能发送模块、通信模块，读写判决模块连接读写光电接收器、读写解调解码模块，读写驱动模块连接读写光发射器、读写调制编码模块，电能发送模块连接送电线圈；标签控制模块连接标签解调解码模块、标签调制编码模块、电能接收模块，电能接收模块连接标签解调解码模块、标签判决模块、标签调制编码模块、标签驱动模块、电能接收模块、标签光电接收器、标签光发射器、受电线圈，标签判决模块连接标签光电接收器、标签解调解码模块，标签驱动模块连接标签光发射器、标签调制编码模块；读写光发射器通过读写可见光信息与标签光电接收器相对应，标签光发射器通过应答可见光信息与读写光电接收器相对应，读写器的送电线圈通过无线电磁能量与VL标签的受电线圈相对应。

所述读写器用于利用可见光通信的方式，向VL标签发送读写可见光信息，并接收来自VL标签的应答可见光信息，以实现与VL标签之间的数据读出或写入操作，分析、处理、验证、存储接收到VL标签的信息，与外部设备进行数据通信，并给VL标签提供电能。

所述电源模块为读写器的各功能模块提供电能。

所述读写控制模块用于对读写器的各模块进行功能控制，读写、存储数据，分析处理，验证接收到的VL标签信息，由通信模块与外部设备进行数据交换。

所述读写光电接收器用于感应来自VL标签的应答可见光信息，并转换成相应的电信号。

所述读写判决模块用于读写接收来自读写光电接收器转换后的电信号，转换成数字信号。

所述读写解调解码模块用于对读写判决模块输出的数字信号，进行解调、解码。

所述读写调制编码模块对读写控制模块发送来的数据信号进行编码，并调制成适合无线光信道传输的信号。

所述读写驱动模块用于根据读写调制编码模块发送来的信号，驱动读写光发射器发送读写可见光信息。

所述通信模块用于与外部设备建立通信，向外部设备发送数据，接收外部设备的数据，实现数据交互、机构控制。

所述读写光发射器用于在读写驱动模块的作用下，发送读写可见光信息。

所述电能发送模块用于产生适用于无线电能传输的电能信号。

所述送电线圈用于将电能发送模块产生的电能信号，发送出去，形成充电电磁场。

所述VL标签靠从读写器获得的无线电磁能量供电而上电工作，以可见光通信的方式，向读写器发送应答可见光信息，接收来自读写器的读写可见光信息，以实现与读写器之间的信息读出或写入操作，分析、验证、存储、处理接收到读写器的信息。

所述标签控制模块用于对VL标签的各模块进行功能控制，读写、存储数据，分析处理接收到的读写器数据信息。

所述受电线圈用于感应接收来自送电线圈的无线电磁能，并用电能接收模块收集。

所述电能接收模块用于收集受电线圈感应到的无线电磁能，用于为标签各模块供给电能。

所述标签调制编码模块用于对标签控制模块发送来的各种信息进行编码，并调制成适合无线光信道传输的信号。

所述标签驱动模块用于根据标签调制编码模块发送来的信号，驱动标签光发射器发送应答可见光信息。

所述标签光发射器用于发送应答可见光信息。

所述标签光电接收器用于接收来自读写器发送的读写可见光信息，并转换成相应的电信号。

所述标签判决模块用于将标签光电接收器发送来的电信号，转换成数字信号。

所述标签解调解码模块用于对标签判决模块输出的数字信号，进行解调，并解码。

本实用新型的VL标签无需电池供电，减少了电池的污染，也免去更换电池的麻烦；同时由于采用可见光波段的通信信号不受电磁场的干扰，也不产生电磁信号干扰、电磁污染，安全性好，是一种绿色环保的通信方式；同时，光通信信号兼有照明功能，可以为读写过程提供短时的照明，使读写过程更方便；VL标签结构功能简单，可以制作成小型微型设备；装置读写采用非接触工作方式，读写简便。本实用新型的装置，可以作为替代磁卡或者射频ID卡的便携式应用方案，克服了诸如信息存储量小、安全性不高、设计复杂、成本高昂、电磁干扰大、辐射大。

附图说明

图1本实用新型实施例的可见光双向识别无源标签读写器装置结构框图。

图中标记：1-读写控制模块；2-通信模块；3-电源模块；4-读写解调解码模块；5-读写调制编码模块；6-电能发送模块；7-读写判决模块；8-读写驱动模块；9-送电线圈；10-标签驱动模块；11-标签判决模块；12-标签调制编码模块；13-标签解调解码模块；14-电能接收模块；15-标签控制模块；16-应答可见光信息；17-读写可见光信息；18-无线电磁能量；19-读写光电接收器；20-标签光电接收器；21-读写光发射器；22-标签光发射器；23-受电线圈。

具体实施方式

实施例：

本实用新型的可见光双向识别无源标签读写器装置的实施例，通过一个实施例表述：装置结构如附图1，包括读写器和VL标签。

所述的读写器由读写控制模块1、读写解调解码模块4、读写判决模块7、读写调制编码模块5、读写驱动模块8、电能发送模块6、通信模块2、读写光电接收器19、读写光发射器21、送电线圈9、电源模块3组成；VL标签由标签控制模块15、标签解调解码模块13、标签判决模块11、标签调制编码模块12、标签驱动模块10、电能接收模块14、标签光电接收器22、标签光发射器20、受电线圈23组成；读写控制模块1连接读写解调解码模块4、读写调制编码模块5、电能发送模块6、通信模块2、电源模块3，电源模块3连接读写解调解码模块4、读写判决模块7、读写调制编码模块5、读写驱动模块8、电能发送模块6、通信模块2，读写判决模块7连接读写光电接收器19、读写解调解码模块4，读写驱动模块8连接读写光发射器21、读写调制编码模块5，电能发送模块6连接送电线圈9；标签控制模块15连接标签解调解码模块13、标签调制编码模块12、电能接收模块14，电能接收模块14连接标签解调解码模块13、标签判决模块11、标签调制编码模块12、标签驱动模块10、电能接收模块14、标签光电接收器22、标签光发射器20、受电线圈23，标签判决模块11连接标签光电接收器22、标签解调解码模块13，标签驱动模块11连接标签光发射器20、标签调制编码模块12；读写光发射器21通过读写可见光信息17与标签光电接收器22相对应，标签光发射器20通过应答可见光信息16与读写光电接收器19相对应，读写器的送电线圈9通过无线电磁能量18与VL标签的受电线圈23相对应。

所述的读写器用于利用可见光通信的方式，向VL标签发送读写可见光信息17，并接收来自VL标签的应答可见光信息16，以实现与VL标签之间的数据读出或写入操作，分析、处理、验证、存储接收到VL标签的信息，与外部设备进行通信，并给VL标签提供电能。

所述电源模块3为读写器的各功能模块提供电能。

所述读写控制模块1用于对读写器的各模块进行功能控制，读写、存储数据，分析处理，验证接收到的VL标签信息，由通信模块与外部设备进行数据交换。

所述读写光电接收器19用于感应来自VL标签的可见光信息16，并转换成相应的电信号。

所述读写判决模块7用于接收来自光电接收器19转换后的电信号，转换成数字信号。

所述读写解调解码模块4用于对判决模块7输出的数字信号，进行解调、解码。

所述读写调制编码模块5对读写控制模块1发送来的数据信号进行编码，并调制成适合无线光信道传输的信号。

所述读写驱动模块8用于根据读写调制编码模块5发送来的信号，驱动读写光发射器21发送读写可见光信息17。

所述通信模块2用于与外部设备建立通信，向外部设备发送数据，接收外部设备的数据，实现数据交互、机构控制。

所述读写光发射器21用于在读写驱动模块8的作用下，发送读写可见光信息17。

所述电能发送模块6用于产生适用于无线电能传输的电能信号。

所述送电线圈9用于将电能发送模块6产生的电能信号，发送出去，形成充电电磁场，对外提供无线电磁能量18。

所述VL标签从读写器获得的无线电磁能量18供电而上电工作，以可见光通信的方式，向读写器发送应答可见光信息16，接收来自读写器的读写可见光信息17，以实现与读写器之间的数据读出或写入操作，分析、验证、存储、处理接收到读写器的信息。

所述标签控制模块15用于对读写器的各模块进行功能控制，读写、存储数据，分析处理接收到的VL标签的信息。

所述受电线圈23用于感应接收来自送电线圈9的无线电磁能量18，并用电能接收模块14收集。

所述电能接收模块14用于收集受电线圈23感应到的无线电磁能量18，用于为标签各模块供给电能。

所述标签调制编码模块12对标签控制模块15发送来的各种信息进行编码，并调制成适合无线光信道传输的信号。

所述标签驱动模块10用于根据标签调制编码模块12发送来的信号，驱动标签光发射器20发送应答可见光信息16。

所述标签光发射器20用于发送应答可见光信息16。

所述标签光电接收器22用于接收来自标签发送的读写可见光信息17，并转换成相应的电信号。

所述标签判决模块11用于将标签光电接收器22发送来的电信号，转换成数字信号。

所述标签解调解码模块13用于对标签判决模块11输出的数字信号，进行解调，并解码。

所述可见光双向识别无源标签及读写器装置的供电和启动方式，步骤如下：

P1、读写器上电后进入待机状态，待机状态下电源模块3只向电能发送模块6和送电线圈9供电，电能发送模块6和送电线圈9处于空载状态，形成可以对外提供无线电磁能量18的读写器工作区域。

P2、VL标签在远离读写器的工作区域时，处于无源的状态，不工作，当VL标签进入读写器的工作区域后，获得无线电磁能量18上电工作，同时受电线圈会对送电线圈9产生一个感应电磁场，该感应电磁场与送电线圈9产生的互感效应会引起受电线圈23和送电线圈9之间的电磁场的电磁参数变化。

P3、电能发送模块6和送电线圈9感测到由互感效应引起的电磁参数的变化后，电能发送模块6就向电源模块3发出启动信号，电源模块3向读写器的其他功能模块提供电能，读写器各模块都上电进入正常工作状态，就可以对VL标签进行通信。

所述的VL标签与读写器的工作在双工通信模式，在读写器到VL标签的下行通信信道和VL标签到读写器的上行通信信道，分别采用两组不同波段的带通滤镜，保证两个信道不会相互干扰。

所述的VL标签进入到读写器工作区域，获得电能，VL标签和读写器各模块都上电工作后，两者的通信分为两个过程：

1)所述的VL标签向读写器发送应答可见光信息16，读写器接收来自VL标签的应答可见光信息17。

在VL标签端有以下几步：

S1、VL标签控制模块15将待发送信息输入至标签调制编码模块12。

S2、标签调制编码模块12对VL标签控制模块15输出的信息，进行调制、编码后，并输出到标签驱动模块10。

S3、标签驱动模块10根据经过调制编码的信息，驱动标签光发射器20应答发出可见光信息16。

在读写器端有以下几步：

R1、读写光电接收器19接收来自VL标签光发射器20发来的应答可见光信息16，并转换成相应的电信号。

R2、再由读写判决模块7将读写光电接收器19转换的模拟电信号，转换成相应的数字信号，并输出到读写解调解码模块4。

R3、读写解调解码模块4将数字信号进行解调解码，转换成原始的信息并输出至读写控制模块1。

R4、读写控制模块1对读写解调解码模块4输出的信息，进行分析处理。

2)所述的读写器向VL标签发送读写可见光信息17，VL标签接收来自读写器的读写可见光信息16。

在读写器端有以下几步：

S1、读写控制模块1将待发送信息输入至读写调制编码模块5。

S2、读写调制编码模块5对读写控制模块1输出的信息进行调制编码，并输出到读写驱动模块8。

S3、读写驱动模块8根据经过调制编码的信息，驱动读写光发射器21发出读写可见光信息17。

在VL标签端有以下几步：

R1、标签光电接收器22接收来自读写光发射器21发来的读写可见光信息17，并转换相应的模拟电信号。

R2、再由标签判决模块11将标签光电接收器22转换的模拟电信号，转换成相应的数字信号，并输出到标签解调解码模块13。

R3、标签解调解码模块13将数字信号进行解调解码，转换成原始的信息并输出至VL标签控制模块15。

R4、VL标签控制模块15对标签解调解码模块13输出的信息，进行分析处理。

所述的VL标签与读写器建立通信链路的方式如下：

VL标签进入到读写器工作区域，获得电能，VL标签和读写器各模块都上电工作后，读写器和VL标签进行正常的数据交换前，首先要通过双向的身份认证方式，建立通信链路，步骤如下：

L1：VL标签向读写器发送一个数据RB。

L2：读写器收到数据RB后，读写器采用内部存放的认证数据MR和算法FunM(x)，对数据RB进行处理后得到RB1，RB1和读写器的一个数据RA组成ANSAB，并向VL标签发送一个应答数据ANSAB。

L3：VL标签收到ANSAB后，从ANSAB中提取出RB1，用VL标签中的认证数据MK和算法DFunM(x)，对ANSAB中的RB1部分进行解算得到RB2，并校验由L1的VL标签发出的数据RB与步骤L3中VL标签接收到的ANSAB解算中的RB2，是否一致，即：RB是否等于RB2。若读写器认证数据MR和算法FunM(x)与VL标签中的认证数据MK和算法DFunM(x)，相匹配，将会有RB＝RB2，即校验正确，进入L4；否则将无法通过校验，中止建立链接。

L4：如果L3中RB＝RB2的校验正确，则VL标签用内部存放的数据MK和算法DFunM(x)对RA进行运算处理后得到RA1，并用RA1生成应答数据ANSBA，再发送ANSBA给读写器。

L5：读写器收到应答数据ANSBA后，用读写器中存放的认证数据MR和算法FunM(x)对应答数据ANSBA中的RA1进行解算得到RA2；并校验由L2中读写器发出去的数据RA与读写器接收到的ANSBA中的RA2，是否相一致，即：RB是否等于RB2。若读写器认证数据MR和算法FunM(x)与VL标签中的认证数据MK和算法DFunM(x)，相匹配，将会有RA＝RA2，即校验正确，建立通信链路；否则将无法通过校验，中止建立链接。

Claims (1)

1.一种可见光双向识别无源标签读写器装置，其特征在于该装置包括VL标签和读写器；读写器由读写控制模块(1)、读写解调解码模块(4)、读写判决模块(7)、读写调制编码模块(5)、读写驱动模块(8)、电能发送模块(6)、通信模块(2)、读写光电接收器(19)、读写光发射器(21)、送电线圈(9)、电源模块(3)组成；VL标签由标签控制模块(15)、标签解调解码模块(13)、标签判决模块(11)、标签调制编码模块(12)、标签驱动模块(10)、电能接收模块(14)、标签光电接收器(22)、标签光发射器(20)、受电线圈(23)组成；读写控制模块(1)连接读写解调解码模块(4)、读写调制编码模块(5)、电能发送模块(6)、通信模块(2)、电源模块(3)，电源模块(3)连接读写解调解码模块(4)、读写判决模块(7)、读写调制编码模块(5)、读写驱动模块(8)、电能发送模块(6)、通信模块(2)，读写判决模块(7)连接读写光电接收器(19)、读写解调解码模块(4)，读写驱动模块(8)连接读写光发射器(21)、读写调制编码模块(5)，电能发送模块(6)连接送电线圈(9)；标签控制模块(15)连接标签解调解码模块(13)、标签调制编码模块(12)、电能接收模块(14)，电能接收模块(14)连接标签解调解码模块(13)、标签判决模块(11)、标签调制编码模块(12)、标签驱动模块(10)、电能接收模块(14)、标签光电接收器(22)、标签光发射器(20)、受电线圈(23)，标签判决模块(11)连接标签光电接收器(22)、标签解调解码模块(13)，标签驱动模块(10)连接标签光发射器(20)、标签调制编码模块(12)；读写光发射器(21)通过读写可见光信息(17)与标签光电接收器(22)相对应，标签光发射器(20)通过应答可见光信息(16)与读写光电接收器(19)相对应，读写器的送电线圈(9)通过无线电磁能量(18)与VL标签的受电线圈(23)相对应；

所述的读写器用于利用可见光通信的方式，向VL标签发送读写可见光信息(17)，并接收来自VL标签的应答可见光信息(16)，以实现与VL标签之间的数据读出或写入操作，分析、处理、验证、存储接收到VL标签的信息，与外部设备进行通信，并给VL标签提供电能；

所述电源模块(3)为读写器的各功能模块提供电能；

所述读写控制模块(1)用于对读写器的各模块进行功能控制，读写、存储数据，分析处理，验证接收到的VL标签信息，由通信模块与外部设备进行数据交换；

所述读写光电接收器(19)用于感应来自VL标签的可见光信息(16)，并转换成相应的电信号；

所述读写判决模块(7)用于接收来自光电接收器(19)转换后的电信号，转换成数字信号；

所述读写解调解码模块(4)用于对判决模块(7)输出的数字信号，进行解调、解码；

所述读写调制编码模块(5)对读写控制模块(1)发送来的数据信号进行编码，并调制成适合无线光信道传输的信号；

所述读写驱动模块(8)用于根据读写调制编码模块(5)发送来的信号，驱动读写光发射器(21)发送读写可见光信息(17)；

所述通信模块(2)用于与外部设备建立通信，向外部设备发送数据，接收外部设备的数据，实现数据交互、机构控制；

所述读写光发射器(21)用于在读写驱动模块(8)的作用下，发送读写可见光信息(17)；

所述电能发送模块(6)用于产生适用于无线电能传输的电能信号；

所述送电线圈(9)用于将电能发送模块(6)产生的电能信号，发送出去，形成充电电磁场，对外提供无线电磁能量(18)；

所述VL标签靠从读写器获得的无线电磁能量(18)供电而上电工作，以可见光通信的方式，向读写器发送应答可见光信息(16)，接收来自读写器的读写可见光信息(17)，以实现与读写器之间的数据读出或写入操作，分析、验证、存储、处理接收到读写器的信息；

所述标签控制模块(15)用于对VL标签的各模块进行功能控制，读写、存储数据，分析处理接收到的读写器的信息；

所述受电线圈(23)用于感应接收来自送电线圈(9)的无线电磁能量(18)，并用电能接收模块(14)收集；

所述电能接收模块(14)用于收集受电线圈(23)感应到的无线电磁能量(18)，用于为标签各模块供给电能；

所述标签调制编码模块(12)对标签控制模块(15)发送来的各种信息进行编码，并调制成适合无线光信道传输的信号；

所述标签驱动模块(10)用于根据标签调制编码模块(12)发送来的信号，驱动标签光发射器(20)发送应答可见光信息(16)；

所述标签光发射器(20)用于发送应答可见光信息(16)；

所述标签光电接收器(22)用于接收来自读写器发送的读写可见光信息(17)，并转换成相应的电信号；

所述标签判决模块(11)用于将标签光电接收器(22)发送来的电信号，转换成数字信号；

所述标签解调解码模块(13)用于对标签判决模块(11)输出的数字信号，进行解调，并解码。