CN208654835U - 一种太阳能供电的低功耗rfid有源电子标签 - Google Patents

Abstract

一种太阳能供电的低功耗RFID有源电子标签，包括电源模块和电子标签主模块；所述电源模块的输出端与电子标签主模块连接，实现对电子标签主模块供电；所述电源模块包括太阳能充电板、一次性锂电池、超级电容、电源管理芯片和LDO；所述太阳能充电板通过电源管理芯片和超级电容连接；所述超级电容通过第一MOSFET开关与LDO的输入端连接，所述一次性锂电池还通过第二MOSFET开关与LDO连接；第一MOSFET开关和第二MOSFET开关均分别与电源管理芯片的控制信号输出端连接；所述LDO的输出端与电子标签主模块连接并为电子标签主模块供电，电子标签主模块带有蓝牙功能，满足蓝牙5.0标准，本实用新型使用寿命更长，通用性更好。

Description

一种太阳能供电的低功耗RFID有源电子标签

技术领域

本实用新型属于电子标签领域，特别涉及一种太阳能供电的低功耗RFID有源电子标签。

背景技术

RFID技术是一种非接触式的自动识别技术，可以通过无线电讯号识别特定目标并读写相关数据，而无需识别系统与特定目标之间建立机械或者光学接触，具有读取速度快、存储空间大、辐射范围广、可实现重复读写等多种优势。RFID技术作为构建“物联网”的关键技术，近年来得到快速发展和应用。

按标签供电形式，RFID电子标签可以分为有源标签、无源标签两种形式。有源RFID标签采用内部的电源提供能量，与RFID阅读器进行识别、通信。有源RFID标签的优点是识别距离较远（通常情况下可以达到几十米甚至上百米），但同时，此类标签的缺点是由于电池电量容量有限，随着电池电量的消耗，标签的可读取距离也会越来越短，会影响到系统的正常工作，而且当电池电量耗尽后，需要进行更换电池，所以有源RFID标签成本价格相对较高且寿命相对有限，一般微波频段的电子标签是有源标签。无源标签内部没有电源，通过电感耦合或者电磁波反向散射耦合的方式由读写器提供能量，读距较短，一般低频、高频和超高频电子标签均为无源标签。

由于有源电子标签具有较远的读距，因此在需要远距离读写的RFID应用场景下具有广阔的应用前景，但是，目前的有源RFID系统一般是433M和2.4G系统，没有一种业界公认遵循的通信协议标准，所以各家开发的产品基本不兼容，不便于大规模部署应用。另外，有源电子标签由于需要电池供电，寿命较短，一般在2年以内的工作寿命，到期需要更换电池，维护不方便，更加影响了有源标签的推广。当前的有源电子标签通常是采用纽扣电池供电的私有协议的2.4G频段的电子标签，读距在0~20米范围内，工作寿命一般在两年，使用专用的读写器读取标签数据。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供一种太阳能供电、低功耗和通用性高的RFID标签。

本实用新型的目的是通过以下技术方案来实现的：

一种太阳能供电的低功耗RFID有源电子标签，包括电源模块和电子标签主模块；所述电源模块的输出端与电子标签主模块连接，实现对电子标签主模块供电；

所述电源模块包括太阳能充电板、一次性锂电池、超级电容、电源管理芯片、第一MOSFET开关、第二MOSFET开关和LDO；所述太阳能充电板的输出端通过电源管理芯片和超级电容连接；所述第一MOSFET开关的电流输入端与超级电容连接，输出端与LDO连接；所述第二MOSFET开关的电流输入端与一次性锂电池连接，输入端与LDO连接；所述第一MOSFET开关和第二MOSFET开关的控制信号输入端均与电源管理芯片连接；所述LDO的电流输出端与电子标签主模块连接并为电子标签主模块供电。

所述电子标签主模块包括主控模块、存储器和无线射频模块；所述主控模块与存储器、无线射频模块分别双向连接；所述LDO的输出端分别与主控模块、存储器和无线射频模块连接。

所述主控模块包括CPU、外围接口和振荡器；所述CPU分别与外围接口、存储器和振荡器双向连接；所述无线射频模块包括信号调制电路、信号解调电路、功放电路、LC巴伦电路、射频匹配电路、滤波电路和PCB板载天线；所述PCB板载天线依次通过滤波电路、射频匹配电路和LC巴伦电路与功放电路连接；CPU的输出端与信号调制电路连接；信号调制电路的输出端与功放电路连接；所述信号解调电路的输入端与功放电路连接，信号解调电路的输出端与CPU连接。

所述电源管理芯片为BQ25505。

所述CPU的型号为CC2640R2F。

本实用新型的有益效果是：通过太阳能充电板、超级电容和一次性锂电池给电子标签供电，降低了标签的功耗，增加了标签可使用的场景，提高了标签的使用寿命；带有蓝牙5.0芯片的CPU提高了标签的通用性。

附图说明

图1为本实用新型结构原理图；

图2为本实用新型电源模块结构图；

图3为本实用新型电子标签主模块结构图。

具体实施方式

下面结合附图进一步详细描述本实用新型的技术方案，但本实用新型的保护范围不局限于以下所述。

如图1~3所示，一种太阳能供电的低功耗RFID有源电子标签，包括电源模块和电子标签主模块；所述电源模块的输出端与电子标签主模块连接，实现对电子标签主模块供电；本实施例中电源管理芯片为BQ25505，CPU的型号为CC2640R2F，带有蓝牙功能，满足蓝牙5.0标准，CPU还可外接其他传感器，用以扩展RFID的更多功能，PCB板载天线为2.4G PCB板载天线。

所述电源模块包括太阳能充电板、一次性锂电池、超级电容、电源管理芯片、第一MOSFET开关、第二MOSFET开关和LDO；所述太阳能充电板的输出端通过电源管理芯片和超级电容连接；所述一次性锂电池与电源管理芯片的初级储能元件输入端连接，作为电源模块的备用电源；所述第一MOSFET开关的电流输入端与超级电容连接，输出端与LDO连接；所述第二MOSFET开关的电流输入端与一次性锂电池连接，输入端与LDO连接；所述第一MOSFET开关和第二MOSFET开关的控制信号输入端均与电源管理芯片连接；所述LDO的电流输出端与电子标签主模块连接并为电子标签主模块供电。

所述电子标签主模块包括主控模块、存储器和无线射频模块；所述主控模块与存储器、无线射频模块分别双向连接；所述LDO的输出端分别与主控模块、存储器和无线射频模块连接。

所述主控模块包括CPU、外围接口和振荡器；所述CPU分别与外围接口、存储器和振荡器双向连接；所述无线射频模块包括信号调制电路、信号解调电路、功放电路、LC巴伦电路、射频匹配电路、滤波电路和PCB板载天线；所述PCB板载天线依次通过滤波电路、射频匹配电路和LC巴伦电路与功放电路连接；CPU的输出端与信号调制电路连接；信号调制电路的输出端与功放电路连接；所述信号解调电路的输入端与功放电路连接，信号解调电路的输出端与CPU连接。

本实用新型工作原理如下：

电源管理芯片BQ25505具有高效直流/直流升压充电器,冷启动电压：VIN ≥330mV；能够在 VIN 低至 100mV 时持续能量采集；325nA 的超低静态电流；输入电压稳压防止高阻抗输入源故障；电池电流 < 5nA 的运输节电模式；

电源管理芯片BQ25505的储能功能：

可将能量存储在可再充电锂离子电池、薄膜电池、超大电容器或传统电容器中；

电池充电和保护；

内部设定欠压电平；

用户可编程过压电平；

电池正常输出标志；

可编程阀值和滞后；

功率损耗待定的随附报警功能的微控制器；

针对主（非可再充电）和副（可再充电）储能元件复用的栅极驱动器；

基于 VBAT_OK 的自主开关；

根据电源管理芯片BQ25505芯片的功能，设置好给超级电容充电的充电阈值以及切换超级电容和一次性锂电池的电压切换值，通过两个MOSFET开关，完成太阳能电池板给超级电容的持续充电以及超级电容和一次性锂电池供电的自动切换。在阳光充足状态下，电源管理芯片BQ25505可持续给超级电容充电到设置的过压值，并保持在该电压；当太阳能电池板正常工作给超级电容充电，超级电容电压在升压过程中且未超过设定的电压前，电源管理芯片打开一次性锂电池连接的第二MOSFET开关通路，同时断开超级电容连接的第一MOSFET开关通路，标签由一次性锂电池供电，当超级电容电压升压超过设定的电源自动切换电压后，电源管理芯片断开一次性锂电池连接的第二MOSFET开关通路，同时打开超级电容连接的第一MOSFET开关通路，标签切换到由超级电容供电。

振荡器向CPU提供时钟信号。信号调制电路在CPU控制下，产生调制信号，并经过功率放大电路、LC巴伦电路、射频匹配电路，通过PCB板载天线发射出去。信号解调电路收到天线接收到的信号，解调出读写器返回的信号发送给CPU进行处理，CPU处理后在存储器中进行相应的标签的数据存储。

通过太阳能充电板、超级电容和一次性锂电池在不同的场景下给电子标签供电，降低了电子标签的功耗，扩大了标签可使用的场景，提高了标签的使用寿命，同时CPU采用满足蓝牙5.0标准的型号，更进一步降低了功耗，同时提高了信号收发距离，从而提高了RFID有源标签的通用性。

Claims (5)

1.一种太阳能供电的低功耗RFID有源电子标签，其特征在于：包括电源模块和电子标签主模块；所述电源模块的输出端与电子标签主模块连接，实现对电子标签主模块供电；

所述电源模块包括太阳能充电板、一次性锂电池、超级电容、电源管理芯片、第一MOSFET开关、第二MOSFET开关和LDO；所述太阳能充电板的输出端通过电源管理芯片和超级电容连接；所述第一MOSFET开关的电流输入端与超级电容连接，输出端与LDO连接；所述第二MOSFET开关的电流输入端与一次性锂电池连接，输入端与LDO连接；所述第一MOSFET开关和第二MOSFET开关的控制信号输入端均与电源管理芯片连接；所述LDO的电流输出端与电子标签主模块连接并为电子标签主模块供电。

2.根据权利要求1所述的一种太阳能供电的低功耗RFID有源电子标签，其特征在于：所述电子标签主模块包括主控模块、存储器和无线射频模块；所述主控模块与存储器、无线射频模块分别双向连接；所述LDO的输出端分别与主控模块、存储器和无线射频模块连接。

3.根据权利要求2所述的一种太阳能供电的低功耗RFID有源电子标签，其特征在于：所述主控模块包括CPU、外围接口和振荡器；所述CPU分别与外围接口、存储器和振荡器双向连接；所述无线射频模块包括信号调制电路、信号解调电路、功放电路、LC巴伦电路、射频匹配电路、滤波电路和PCB板载天线；所述PCB板载天线依次通过滤波电路、射频匹配电路和LC巴伦电路与功放电路连接；CPU的输出端与信号调制电路连接；信号调制电路的输出端与功放电路连接；所述信号解调电路的输入端与功放电路连接，信号解调电路的输出端与CPU连接。

4.根据权利要求1所述的一种太阳能供电的低功耗RFID有源电子标签，其特征在于：所述电源管理芯片为BQ25505。

5.根据权利要求3所述的一种太阳能供电的低功耗RFID有源电子标签，其特征在于：所述CPU的型号为CC2640R2F。