CN206075321U - 一种采用半有源rfid芯片的管道识别电子标签电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种采用半有源RFID芯片的管道识别电子标签电路，其中单片机U1的1、2脚悬空，3脚接第五、第六场效应管的栅极，5脚接第五电阻、第三三极管的集电极，6脚接第三电阻，7脚接第六电阻；第六场效应管的漏极、第五场效应管的漏极共线后接第二电容，第六场效应管的源极接地，第二电容分别接第二电感、第七电容，第二电感接地，第七电容分别接第一电阻、第四电阻、第一电容、第一电感、ATA5577芯片的1脚，ATA5577芯片的2脚接地。采用国际标准的低频RFID协议，使用半有源工作方式，主动检测驱动RFID芯片进行工作，大大提高了扫描识读的距离；大大减少了对外部电场的能量吸收，只需要检测到很小的同频率电场就可以打开电源进行工作，同时提高了识读距离。

Description

一种采用半有源RFID芯片的管道识别电子标签电路

技术领域

本实用新型涉及地下管道电子标签识别技术领域，具体涉及一种采用半有源RFID芯片的管道识别电子标签电路。

背景技术

城市地下管线包括给水、排水(雨水、污水)、燃气(煤气、天然气、液化石油气)、电信、电力、热力、工业管道等几大类，它们担负着传送信息或输送介质的工作，是城市赖以生存和发展的物质基础，被称为城市的“生命线”。城市地下管线的管理是城市基础设施建设管理工作中最重要的一环。目前大多数管网图是以地面上建筑物作为参照物来定位管线的，由于城市建设步伐加快、建筑拆迁增多、道路拓宽改造等因素，原有参照物的变更与消失，对管道的精确定位造成极大的影响。市政管网中供水、电力、通讯、燃气等各种同材质管道往往拥挤在一起，往往很难确认某种类型的管线，对日常维护和管理提出了更高的要求。传统的金属探管仪在工作过程中受杂散电流、地质环境等干扰，探测效率往往不稳定，传统的探测方式也仅仅停留在确定位置的阶段，而对于探测到的管线的具体属性，如建设年代、施工单位、管材材质等，还需要查阅大量的图纸资料，尤其对于年代长久的管线，往往资料查询起来很困难，甚至资料丢失，给管线的维护造成困难。

电子标志系统(Electronic Mark System)最早起源于美国，由3M公司为公共设施应用而开发，严格遵循美国公共劳动协会(APWA)制定的地下设施标志的规范，用于对现场设施的定位。其工作原理是将电子标志器埋设于管道上方，每个电子标志器内都存有一个唯一的识别代码，如同每个人的身份证号码一样。电子标志器内可以自定义储存管道的重要信息，如相对位置、埋深、管径、管材、防腐方式、管道压力、伏设日期、施工单位、维护记录等。在地面上使用定位设备(探测仪)就能很精确地定位电子标志器的位置，并可方便地读取电子标志器的识别代码和储存信息，这些信息正是维护人员需要及时掌握的关键信息。

目前市场上使用的管道电子标签大部分都是采用低频谐振原理，频率较低，可以穿透地面，但是仅使用了单一频率检测方式，不能读取存储数据，无法根本的识别出来管道具体数据。另外有少部分厂家使用标准的RFID芯片作为存储数据和识别管道的方式，但是由于RFID工作所需要的能量较大，很难实现远距离读写数据，所以在识别距离上远远小于单一频率的识别标签，而且由于能量上辐射功率较大，信号幅度比较小，抗干扰能量较差，稳定性不好，造成了实际使用当中性能较差。

发明内容

为克服上述缺陷，本实用新型的目的即在于提供一种抗干扰能力强、提高标签信息扫描稳定性及增大扫描距离的采用半有源RFID芯片的管道识别电子标签电路。

本实用新型的目的是通过以下技术方案来实现的：

本实用新型的一种采用半有源RFID芯片的管道识别电子标签电路，包括有单片机U1、RFID芯片，RFID芯片采用ATA5577芯片；单片机U1的1、2脚悬空，3脚接第五、第六场效应管的栅极，5脚接第五电阻、第三三极管的集电极，6脚接第三电阻，7脚接第六电阻；第六场效应管的漏极、第五场效应管的漏极共线后接第二电容，第六场效应管的源极接地，第二电容分别接第二电感、第七电容，第二电感接地，第七电容分别接第一电阻、第四电阻、第一电容、第一电感、ATA5577芯片的1脚，ATA5577芯片的2脚接地，第一电容、第一电感接地，第四电阻接第三三极管的基极，第三三极管的发射极接地，第五场效应管的源极分别接第五电阻、第六电容、第四电容、第四场效应管的源极，第六电容、第四电容接地，第四场效应管的栅极接第五电容，第四场效应管的漏极分别接第二电阻、第三电容、电池,第五电容、第三电容、电池接地，第二电阻分别接第一三极管的集电极、第二三极管的集电极，第一三极管的发射极、第二三极管的发射极接地，第二三极管的基极分别接第三电阻、第七三极管的集电极，第七三极管的基极接第六电阻，第七三极管的发射极接地。

进一步，第四、第五场效应管为PMOS场效应管，第六场效应管为NMOS效应管。

更进一步，电池为锂电池。

本实用新型提供的一种采用半有源RFID芯片的管道识别电子标签电路，采用国际标准的低频RFID协议，使用半有源工作方式，主动检测驱动RFID芯片进行工作，大大提高了扫描识读的距离。

进一步使用超低功耗电源控制电路，通过简单的电场检测电路驱动电源控制电路自动打开工作，大大减少了对外部电场的能量吸收，只需要检测到很小的同频率电场就可以打开电源控制电路进行工作，同时提高了识读距离。并且在外部电场消失之后RFID芯片才开始发送数据，这样的做法有利于外部RFID芯片扫描器接收并自动检测回送信号的幅度，用来判断标签的埋入深度。因为收发电场是分时半双工工作，所以互相不干扰，避免大幅度的发射电场对接收信号的干扰，有利于提高扫描的稳定性和扫描距离。

附图说明

为了易于说明，本实用新型由下述的较佳实施例及附图作以详细描述。

附图1为本实用新型一种采用半有源RFID芯片的管道识别电子标签电路的连接框图；

附图2为本实用新型一种采用半有源RFID芯片的管道识别电子标签电路的电路图。

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。

请参阅图1-2，本实用新型的一种采用半有源RFID芯片的管道识别电子标签电路，包括有单片机、RFID芯片、电池、电源控制电路、电场检测电路、载波生成电路、感应天线及载波输入检测电路；该单片机与载波生成电路、RFID芯片、感应天线依次连接控制载波生成电路生成载波信号驱动RFID芯片并通过感应天线发送RFID芯片内的内存数据，该感应天线与电场检测电路、电源控制电路、单片机依次连接由电场检测电路检测感应天线接收到的外部电场的电压值控制电源控制电路对单片机打开或关闭供电，该电池与电源控制电路连接，该载波输入检测电路连接在该感应天线与单片机之间通过感应天线检测外部电场输入的频率并输入至该单片机内。

本实用新型提供的一种采用半有源RFID芯片的管道识别电子标签电路，采用国际标准的低频RFID协议，使用半有源工作方式，主动检测驱动RFID芯片进行工作，大大提高了扫描识读的距离。使用超低功耗电源控制电路，通过简单的电场检测电路驱动电源控制电路自动打开工作，大大减少了对外部电场的能量吸收，只需要检测到很小的同频率电场就可以打开电源控制电路进行工作，同时提高了识读距离。并且在外部电场消失之后RFID芯片才开始发送数据，这样的做法有利于外部RFID芯片扫描器接收并自动检测回送信号的幅度，用来判断标签的埋入深度。因为收发电场是分时半双工工作，所以互相不干扰，避免大幅度的发射电场对接收信号的干扰，有利于提高扫描的稳定性和扫描距离。

本实用新型在电子标签上采用低功耗单片机驱动载波生成电路并输出维持RFID芯片工作的电场，同时还具有外部串行接口，可以连接扩展其他各种传感器，扩展出其他各种功能，比如可燃气体泄漏检测传感器等。

其中RFID芯片采用标准的ATA5577芯片，内部具有32×8位数据存储器，可使用32×7位，可以作为识别管道型号和类别的存储器使用，设定默认为RF/32数据速率，采用曼彻斯特码调制，具有起始位识别，TTF数据自动发送模式，是主要的存储和发送数据芯片。其中感应天线的形式有两种，一种是空心线圈方式，另一种是内部加有铁氧体磁性材料的电感线圈，用来收发数据。电场检测电路采用单一三极管进行电场幅度检测，当电场输入峰值电压超过0.6V时则导致三极管导通，输出到电源控制电路打开电源。电源控制电路有三个数据口，其中一个是来自电场检测电路，另外两个是来自单片机输出，分别用相反的两种极性组合表示打开或关闭电源。单片机作为主控芯片，控制在外部电场消失之后间隔一定时间控制载波生成电路自动输出载波信号，驱动RFID芯片发送出内存数据。同时单片机自身的串口还可以连接外部的传感器，然后通过调制载波发送出数据。载波输入检测电路是用来检测外部电场输入频率和是否存在电路，采用一个三极管控制，直接输入到单片机的中断线上。载波生成电路是利用单片机定时输出和外部电场相同频率的信号，经过谐振产生很高的RFID芯片工作电压，用来驱动RFID芯片发送出内部数据。电池采用高质量、低泄漏电流的锂电池，可以保证连续工作30年时间。本实用新型保护的是上述各个电路元器件及其连接关系，并不涉及对软件的创新。

具体电路连接详见图2，单片机U1的1、2脚悬空，3脚接第五效应管Q5、第六场效应管Q6的栅极，5脚接第五电阻R5、第三三极管Q3的集电极，6脚接第三电阻R3，7脚接第六电阻R6；第六场效应管Q6的漏极、第五场效应管Q5的漏极共线后接第二电容C2，第六场效应管Q6的源极接地，第二电容C2分别接第二电感L2、第七电容C7，第二电感L2接地，第七电容C7分别接第一电阻R1、第四电阻R4、第一电容C1、第一电感L1、ATA5577芯片的1脚，ATA5577芯片的2脚接地，第一电容C1、第一电感L1接地，第四电阻R4接第三三极管Q3的基极，第三三极管Q3的发射极接地，第五场效应管Q5的源极分别接第五电阻R5、第六电容C6、第四电容C4、第四场效应管Q4的源极，第六电容C6、第四电容C4接地，第四场效应管Q4的栅极接第五电容C5，第四场效应管Q4的漏极分别接第二电阻R2、第三电容C3、电池BT1,第五电容C5、第三电容C3、电池BT1接地，第二电阻R2分别接第一三极管Q1的集电极、第二三极管Q2的集电极，第一三极管Q1的发射极、第二三极管Q2的发射极接地，第二三极管Q2的基极分别接第三电阻R3、第七三极管Q7的集电极，第七三极管Q7的基极接第六电阻R6，第七三极管Q7的发射极接地。

其中，第四场效应管Q4、第五场效应管Q5为PMOS场效应管，第六场效应管Q6为NMOS效应管。

本实用新型可使用在三种不同形状的管道标签上。

方案1：

盘型管道标签，电路与图2相同，感应天线形式为直径20厘米的环形天线，与内部电容谐振在85KHz频率，外壳采用抗腐蚀PVC材料超声波密封焊接，用于燃气管道的远距离识别，识别深度可达2.2米左右。

方案2：

球形管道标签，电路与图2相同，感应天线形式为直径10厘米的环形天线，和电路板整体安装在球体内部的扁平泡沫塑料上，并且在球体内部添加防冻的液体材料，使得内部感应天线和电路板始终保持水平方向，有助于提高识读距离，同时也避免施工时的标签方向性造成识读距离较近的问题。

方案3：

钉型管道标签，电路与图2相同，感应天线为绕置在10mm直径的铁氧体磁棒上，识读距离较近，可用于比较浅的管道埋设识别，因为施工非常方便，只需要钉进到管道旁边的泥土里就可以了。

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 (3)

1.一种采用半有源RFID芯片的管道识别电子标签电路，其特征在于，包括有单片机U1、RFID芯片，RFID芯片采用ATA5577芯片；单片机U1的1、2脚悬空，3脚接第五、第六场效应管的栅极，5脚接第五电阻、第三三极管的集电极，6脚接第三电阻，7脚接第六电阻；第六场效应管的漏极、第五场效应管的漏极共线后接第二电容，第六场效应管的源极接地，第二电容分别接第二电感、第七电容，第二电感接地，第七电容分别接第一电阻、第四电阻、第一电容、第一电感、ATA5577芯片的1脚，ATA5577芯片的2脚接地，第一电容、第一电感接地，第四电阻接第三三极管的基极，第三三极管的发射极接地，第五场效应管的源极分别接第五电阻、第六电容、第四电容、第四场效应管的源极，第六电容、第四电容接地，第四场效应管的栅极接第五电容，第四场效应管的漏极分别接第二电阻、第三电容、电池,第五电容、第三电容、电池接地，第二电阻分别接第一三极管的集电极、第二三极管的集电极，第一三极管的发射极、第二三极管的发射极接地，第二三极管的基极分别接第三电阻、第七三极管的集电极，第七三极管的基极接第六电阻，第七三极管的发射极接地。

2.根据权利要求1所述的一种采用半有源RFID芯片的管道识别电子标签电路，其特征在于，第四、第五场效应管为PMOS场效应管，第六场效应管为NMOS效应管。

3.根据权利要求1或2所述的一种采用半有源RFID芯片的管道识别电子标签电路，其特征在于，电池为锂电池。