CN218848772U - 无源物联网感知标签及物联网感知系统 - Google Patents

Abstract

本申请涉及射频识别和物联网技术领域，提供一种无源物联网感知标签及物联网感知系统。无源物联网感知标签包括主控芯片、传感模块、射频识别标签模块以及微取能模块，主控芯片包括通信单元和硬件接口；传感模块用于感知环境信息得到多种感知数据，将感知数据传递到主控芯片；主控芯片用于通过通信单元上传感知数据，同时通过硬件接口将感知数据传递至射频识别标签模块进行存储；射频识别标签模块用于以射频识别方式提供存储的感知数据；微取能模块用于收集外界的微能量并转换成电能，为主控芯片、传感模块和射频识别标签模块供电。本申请的微取能模块可以持续从外部转换能量为标签整体供电，无需更换电池，可降低维护成本。

Description

无源物联网感知标签及物联网感知系统

技术领域

本申请涉及射频识别和物联网技术领域，具体地涉及一种无源物联网感知标签以及一种物联网感知系统。

背景技术

目前，物联网感知标签的实现方式主要有两种。第一种，通过无源射频识别(RadioFrequency Identification，简称RFID)加传感器构成。射频识别技术是一种自动识别技术，利用射频信号通过空间耦合(交变磁场或电磁场)实现无接触信息传递，通过所传递的信息达到识别的目的。超高频840MHz～960MHz射频识别技术自身识别距离远(一般为3m～10m)，在资产管理、物流追踪、电力输电、配电杆塔巡检等领域应用。第二种，通过有源电子标签实现物联网感知。有源电子标签是指标签工作的能量由电池提供，电池、内存与天线一起构成有源电子标签，不同于被动射频的激活方式，它通过电池供电可主动外发信息，极容易与传感器结合，构建传感器通信网。常见的有源电子标签工作于433MHz频段或2.4GHz工作频段，通信距离可在50m～2000m，甚至更远。

现有的RFID技术存在以下缺点：

1)采用无源RFID技术的电子标签，所需的电能均来自读写器天线发送的射频能量。通信时，读写器发射频率、读写器天线中心频率、电子标签谐振频率必须保持一致，才能获得更大的能量和较为理想的通信效果。若电子标签增加传感功能，功耗会大幅增加，灵敏度会降低，直接导致通信距离减少，标签识别距离极大地缩减。

2)有源RFID标签，通过电池为标签供能，标签是否带传感功能都不会影响标签的通信距离。但是，有源RFID标签在远距离传输时，需通过增加发射功率才能实现，一般情况下20dBm发射功率时，工况环境下传输100m，功耗1.5w；30dBm发射功率时，工况环境下传输1.5km，功耗3.5w。然而，电池的电容量是有限的，发射功率越大耗电越快，电池寿命直接影响产品使用寿命，若更换电池也会增加设备维护成本。

实用新型内容

为了解决上述技术缺陷之一，本申请提供一种无源物联网感知标签。

本申请一方面提供一种无源物联网感知标签，包括：主控芯片、传感模块、射频识别标签模块以及微取能模块，主控芯片包括通信单元和硬件接口，射频识别标签模块和传感模块通过主控芯片的硬件接口与主控芯片连接；

所述传感模块包括多种不同传感功能的传感单元，用于感知环境信息得到多种感知数据，将感知数据传递到主控芯片；

所述主控芯片用于通过通信单元上传感知数据，同时通过硬件接口将感知数据传递至射频识别标签模块进行存储；

所述射频识别标签模块用于以射频识别方式向外部的读写器模块提供存储的感知数据；

所述微取能模块用于收集外界的微能量并转换成电能，为主控芯片、传感模块和射频识别标签模块供电。

本申请实施例中，所述微取能模块包括微能量转换模块、电源管理单元和储能单元，电源管理单元的输入端与微能量转换模块的输入端连接，储能单元的输入端与微能量转换模块的输出端连接，储能单元的输出端与电源管理单元的输入端连接；

所述微能量转换模块用于收集外界的微能量并转换成电能输出到电源管理单元和储能单元；

所述电源管理单元用于对输入的电能进行升压转换得到两路稳定电压，直接为主控芯片和射频识别标签模块供电；

所述储能单元用于储存电能，以及在微能量转换模块没有输出电能的情况下将储存的电能输出到电源管理单元。

本申请实施例中，所述微能量转换模块包括光电转换单元、射频能转换单元、温差能转换单元和/或振动能转换模块；

光电转换单元用于将光能转换为电能；

射频能转换单元用于将射频源发出的高频电磁波转换为电能；

温差能转换单元用于利用热电半导体材料的温差电效应将热能转换为电能；

振动能转换单元用于将振动能转换为电能。

本申请实施例中，所述射频识别标签模块包括：收发天线、射频电路单元、逻辑控制单元以及存储单元；

存储单元包括用于存储感知数据以及用于标识无源物联网感知标签的身份信息；

收发天线用于接收外部的读写器模块发送的射频信号；

射频电路单元用于根据收发天线接收的射频信号进行转换和解调；

逻辑控制单元用于根据射频电路单元解调得到的信号从存储单元读取感知数据返回到射频电路单元；

射频电路单元还用于将感知数据调制后加载到收发天线，通过收发天线将调制的感知数据回发给外部的读写器模块。

本申请实施例中，所述主控芯片还用于通过与射频识别标签模块连接的硬件接口读取射频识别标签模块存储的用于标识无源物联网感知标签的身份信息，通过通信单元上传感知数据和身份信息。

本申请实施例中，所述存储单元包括用户区和身份信息区；用户区用于存储感知数据和配置信息，该配置信息包括传输频率、传输功率以及上传频次；身份信息区存储用于标识无源物联网感知标签的身份信息。

本申请实施例中，所述射频识别标签模块还用于在接收到含有配置信息的射频信号时，根据射频信号中的配置信息更新用户区存储的配置信息，在配置信息更新完成时向主控芯片发送触发更新信号；

所述主控芯片在接收到触发更新信号时，通过硬件接口回读射频识别标签模块的用户区的配置信息，根据回读的配置信息中的传输频率、传输功率和上传频次，对通信单元上传感知数据的传输频率、传输功率和上传频次进行更新设置。

本申请实施例中，所述传感模块包括温度传感单元、湿度传感单元或倾角姿态传感单元。

本申请另一方面提供一种物联网感知系统，包括：无源物联网感知标签、移动终端和远程主站；

所述无源物联网感知标签包括：主控芯片、传感模块、射频识别标签模块以及微取能模块，主控芯片包括通信单元和硬件接口，射频识别标签模块和传感模块通过主控芯片的硬件接口与主控芯片连接；

所述传感模块包括多种不同传感功能的传感单元，用于感知环境信息得到多种感知数据，将感知数据传递到主控芯片；

所述主控芯片用于通过通信单元将感知数据上传到远程主站，同时通过硬件接口将感知数据传递至射频识别标签模块进行存储；

所述射频识别标签模块用于存储感知数据，以射频识别方式提供存储的感知数据；

所述微取能模块用于收集外界的微能量并转换成电能，为主控芯片、传感模块和射频识别标签模块供电；

所述移动终端包括射频识别的读写器模块，用于以射频识别方式从射频识别标签模块读取感知数据。

本申请实施例中，所述微取能模块包括微能量转换模块、电源管理单元和储能单元，电源管理单元的输入端与微能量转换模块的输入端连接，储能单元的输入端与微能量转换模块的输出端连接，储能单元的输出端与电源管理单元的输入端连接；

所述微能量转换模块用于收集外界的微能量并转换成电能输出到电源管理单元和储能单元；

所述电源管理单元用于对输入的电能进行升压转换得到两路稳定电压，直接为主控芯片和射频识别标签模块供电；

所述储能单元用于储存电能，以及在微能量转换模块没有输出电能的情况下将储存的电能输出到电源管理单元。

本申请实施例中，所述射频识别标签模块包括存储单元，该存储单元包括用户区和身份信息区；用户区用于存储感知数据和配置信息，该配置信息包括传输频率、传输功率以及上传频次；身份信息区存储用于标识无源物联网感知标签的身份信息。

本申请实施例中，所述移动终端的读写器模块还用于发送含有配置信息的射频信号；

所述射频识别标签模块还用于在接收到含有配置信息的射频信号时，根据射频信号中的配置信息更新用户区存储的配置信息，在配置信息更新完成时向主控芯片发送触发更新信号；

所述主控芯片在接收到触发更新信号时，通过硬件接口回读射频识别标签模块的用户区的配置信息，根据回读的配置信息中的传输频率、传输功率和上传频次，对通信单元上传感知数据的传输频率、传输功率和上传频次进行更新设置。

本申请实施例中，物联网感知系统还包括：汇集节点；

所述主控芯片通过与射频识别标签模块连接的硬件接口读取射频识别标签模块存储的用于标识无源物联网感知标签的身份信息，通过通信单元将感知数据和身份信息上传到汇集节点；

所述汇集节点将接收到的感知数据和身份信息上传至远程主站。

本申请实施例中，所述无源物联网感知标签安装于输电杆塔，用于标识输电杆塔的身份信息、监测输电杆塔的倾斜姿态和环境信息。

本申请的无源物联网感知标签集成多种不同传感功能的传感单元，具有环境感知功能；通过主控芯片将感知数据传递到射频识别标签模块进行存储同时上传感知数据到远程端，射频识别标签模块以射频识别方式在本地提供感知数据，便于用户本地读取和使用感知数据，同时便于远程监管。此外，本申请通过微取能模块收集外界的微弱能量将其转化为电能，持续从外部转换能量为标签整体供电，可以在射频传输大量感知数据的情况下维持标签原有的灵敏度，并保持标签识别距离不缩减；相对于通过电池供电的有源RFID标签，本申请的微取能模块可以持续供电，无需更换电池，可降低设备维护成本、延长设备使用寿命。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1为本申请实施例提供的无源物联网感知标签的结构示意图；

图2为本申请实施例提供的主控芯片与射频识别标签模块和传感模块之间的数据交互示意图；

图3为本申请实施例提供的物联网感知系统的框图；

图4为本申请实施例提供的无源物联网感知标签的应用示例图。

具体实施方式

为了使本申请实施例中的技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图对本申请的示例性实施例进行进一步详细的说明，显然，所描述的实施例仅是本申请的一部分实施例，而不是所有实施例的穷举。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或可以互相通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

如背景技术中所介绍的，采用无源RFID技术的电子标签，所需的电能均来自读写器天线发送的射频能量。通信时，读写器发射频率、读写器天线中心频率、电子标签谐振频率必须保持一致，才能获得更大的能量和较为理想的通信效果。若电子标签增加传感功能，功耗会大幅增加，灵敏度会降低，直接导致通信距离减少，标签识别距离极大地缩减。有源RFID标签，通过电池为标签供能，标签是否带传感功能都不会影响标签的通信距离。但是，有源RFID标签在远距离传输时，需通过增加发射功率才能实现。然而，电池的电容量是有限的，发射功率越大耗电越快，电池寿命直接影响产品使用寿命，若更换电池也会增加设备维护成本。

针对上述问题，本申请实施例提供一种无源物联网感知标签，包括：主控芯片、传感模块、射频识别标签模块以及微取能模块。主控芯片包括通信单元和硬件接口，射频识别标签模块和传感模块通过主控芯片的硬件接口与主控芯片连接。传感模块包括多种不同传感功能的传感单元，用于感知环境信息得到多种感知数据，将感知数据传递到主控芯片。主控芯片用于通过通信单元上传感知数据，同时通过硬件接口将感知数据传递至射频识别标签模块进行存储。射频识别标签模块用于存储感知数据，以射频识别方式向外部的读写器模块提供存储的感知数据。微取能模块用于收集外界的微能量并转换成电能，为主控芯片、传感模块和射频识别标签模块供电。本申请的无源物联网感知标签集成多种不同传感功能的传感单元，具有环境感知功能；通过主控芯片将感知数据传递到射频识别标签模块进行存储同时上传感知数据到远程端，射频识别标签模块以射频识别方式在本地提供感知数据，便于用户本地读取和使用感知数据，同时便于远程监管。此外，本申请通过微取能模块收集外界的微弱能量将其转化为电能，持续从外部转换能量为标签整体供电，可以在射频传输大量感知数据的情况下维持标签原有的灵敏度，并保持标签识别距离不缩减；相对于通过电池供电的有源RFID标签，本申请的微取能模块可以持续供电，无需更换电池，可降低设备维护成本、延长设备使用寿命。以下对本申请实施例的技术方案进行详细阐述。

图1为本申请实施例提供的无源物联网感知标签的结构示意图。如图1所示，本实施例提供一种无源物联网感知标签，包括：主控芯片、传感模块、射频识别标签模块以及微取能模块，主控芯片包括通信单元和硬件接口，射频识别标签模块和传感模块通过主控芯片的硬件接口与主控芯片连接，通信单元包括用于发射和接收信号的无线天线。传感模块包括多种不同传感功能的传感单元，用于感知环境信息得到多种感知数据，将感知数据传递到主控芯片。主控芯片通过通信单元上传感知数据，同时通过硬件接口将感知数据传递至射频识别标签模块进行存储。射频识别标签模块用于存储感知数据，以射频识别方式向外部的读写器模块提供存储的感知数据。微取能模块用于收集外界的微能量并转换成电能，为主控芯片、传感模块和射频识别标签模块供电。

参照图1，微取能模块包括微能量转换模块、电源管理单元和储能单元，电源管理单元的输入端与微能量转换模块的输入端连接，储能单元的输入端与微能量转换模块的输出端连接，储能单元的输出端与电源管理单元的输入端连接。微能量转换模块收集外界的微能量并转换成电能输出到电源管理单元和储能单元。电源管理单元对输入的电能进行升压转换得到两路稳定电压，直接为主控芯片和射频识别标签模块供电，在为主控芯片供电的同时还为传感模块并行供电，主控芯片可以控制传感模块供电电路的关断。储能单元在微能量转换模块转换的电能充足时储存多余的电能，在微能量转换模块转换的电能不足时将储存的电能输出到电源管理单元。传感模块包括温度传感单元、湿度传感单元、倾角姿态传感单元(或角度传感单元、加速度传感单元)，分别用于感知温度、湿度、倾斜姿态、角度等信息，输出感知数据。

在一些实施例中，微能量转换模块包括光电转换单元、射频能转换单元、温差能转换单元或振动能转换模块，或者包括光电转换单元、射频能转换单元、温差能转换单元和振动能转换模块中的至少两者。光电转换单元用于将光能转换为电能。射频能转换单元用于将射频源发出的高频电磁波转换为电能。温差能转换单元用于利用热电半导体材料的温差电效应将热能转换为电能，例如温差发电器；或者基于热电材料，通过热电发生器将热能转化为电能。振动能转换单元用于将振动能转换为电能，例如利用晶体压电效应原理的压电晶体来实现振动能转换。微能量转换模块的能量的来源途径可包括环境光、振动、热量或射频等，射频能量来源于手机、移动基站、电梯信号基站、Wifi、蓝牙等，射频信号覆盖密度大，可随时作为能量收集的来源。

微能量转换模块可以收集太阳能、射频能、温差能、振动能中至少一者作为能量源转换成电能，输出到电源管理单元。由于微能量转换模块转换得到的电能是微弱的，而主控芯片和射频识别标签模块需要稳定的电压(通常是1.8V～4.2V)，因此需要通过电源管理单元进行升压转换得到两路稳定电压，一路电压为主控芯片供电，另一路电压为射频识别标签模块供电。当微能量转换模块转换的电能充足时(白天太阳光较强时)，储能单元将多余的电能储存起来，在微能量转换模块转换的电能不足时(夜晚没有太阳光时)，储能单元将储存的电能输出到电源管理单元，以保证对主控芯片和射频识别标签模块的持续供电。储能单元可采用超级电容或可充电电池。电源管理单元可采用现有的电源管理芯片。

参照图1，射频识别标签模块包括收发天线、射频电路单元、逻辑控制单元以及存储单元。存储单元包括用于存储感知数据以及用于标识无源物联网感知标签的身份信息。收发天线用于接收外部的读写器模块发送的射频信号，射频电路单元用于根据收发天线接收的射频信号进行转换和解调，逻辑控制单元用于根据射频电路单元解调得到的信号从存储单元读取感知数据返回到射频电路单元，射频电路单元将感知数据调制后加载到收发天线，通过收发天线将调制的感知数据回发给外部的读写器模块。

图2为本申请实施例提供的主控芯片与射频识别标签模块和传感模块之间的数据交互示意图。如图2所示，射频识别标签模块的存储单元包括用户区和身份信息区，身份信息区用于存储身份信息，该身份信息用于标识无源物联网感知标签的身份。用户区用于存储感知数据和配置信息，用户区存储的配置信息包括传输频率、传输功率、上传频次及其它属性信息。在数据交互过程中，传感模块将得到的感知数据(温度、湿度、倾斜姿态度、角度等信息)输出到主控芯片。主控芯片将感知数据传递至射频识别标签模块的存储单元进行存储。上传感知数据时，主控芯片通过与射频识别标签模块连接的硬件接口读取射频识别标签模块的存储单元的身份信息，通过主控芯片的通信单元以无线传输方式上传感知数据和身份信息到远程主站。对于主控芯片上传感知数据的频率、功率、频次等信息可以通过射频识别标签模块进行更新设置。具体为，射频识别标签模块在接收到含有配置信息(传输频率、传输功率、上传频次)的射频信号时，根据射频信号中的配置信息更新用户区存储的配置信息，在配置信息更新完成时向主控芯片发送触发更新信号；主控芯片在接收到触发更新信号时，通过硬件接口回读射频识别标签模块的用户区的配置信息，根据回读的配置信息中的传输频率、传输功率和上传频次，对通信单元上传感知数据的传输频率、传输功率和上传频次进行更新设置。基于主控芯片与射频识别标签模块之间的数据交互方式，通过射频识别即可实现对无源物联网感知标签以无线传输方式上传感知数据的相关配置，提高操作的便利性，且无需在主控芯片上预留硬件调试接口，可提高无源物联网感知标签整机外壳的防护性。

本申请实施例提供了一种超低功耗、微型化、中远距离、无需电池的物联网感知标签，集成多种不同传感功能的传感单元，具有环境感知功能。同时，射频识别标签模块存储了通信单元所需的配置信息，外部读写器模块更新射频识别标签模块的配置信息后，可触发主控芯片获取配置信息，并完成通信单元配置更新；通信单元用于将主控芯片采集的感知数据和从射频模块获取身份信息一并回传到后台，便于后台管理数据。现有的电子标签在不增加传感功能时灵敏度在-24dBm，根据自由空间下电波传播的损耗Los＝32.44+20lgd(Km)+20lg f(MHz)Los公式，在读写器发射功率EIRP＝36dBm时，采用915MHz频率通信，-24dBm灵敏度下，可支撑标签通信距离约30m，若增加传感功能，由于功耗增加，灵敏度会降低到-13dBm左右，直接导致通信距离减少到8m，极大缩减了标签识别距离。本申请实施例的源物联网感知标签，通过微取能模块收集外界的微弱能量将其转化为电能，为主控芯片和射频识别标签模块供电，可以维持标签原有-24dBm的灵敏度，并保持标签识别距离不缩减，在读写器发射功率EIRP＝36dBm时，对标签的读取距离可达30m。相对于现有的有源标签通过降低通信频次来延长使用时间，本申请通过微取能模块持续为标签供能，可以提升通信频次及时上传感知数据，且无需更换电池，降低设备维护成本、延长设备使用寿命。

图3为本申请实施例提供的物联网感知系统的框图。如图3所示，本实施例提供一种物联网感知系统，包括：无源物联网感知标签、移动终端、汇集节点和远程主站。无源物联网感知标签包括主控芯片、传感模块、射频识别标签模块以及微取能模块，主控芯片包括通信单元和硬件接口，射频识别标签模块和传感模块通过主控芯片的硬件接口与主控芯片连接。传感模块包括多种不同传感功能的传感单元，用于感知环境信息得到多种感知数据，将感知数据传递到主控芯片。主控芯片用于通过通信单元将感知数据上传到汇集节点，通过汇集节点上传到远程主站，同时主控芯片通过硬件接口将感知数据传递至射频识别标签模块进行存储。射频识别标签模块用于存储感知数据，以射频识别方式提供存储的感知数据。微取能模块用于收集外界的微能量并转换成电能，为主控芯片、传感模块和射频识别标签模块供电。移动终端包括射频识别的读写器模块，用于以射频识别方式从射频识别标签模块读取感知数据。

无源物联网感知标签的微能量转换模块包括光电转换单元、射频能转换单元、温差能转换单元或振动能转换模块，或者包括光电转换单元、射频能转换单元、温差能转换单元和振动能转换模块中的至少两者。光电转换单元用于将光能转换为电能。射频能转换单元用于将射频源发出的高频电磁波转换为电能。温差能转换单元用于利用热电半导体材料的温差电效应将热能转换为电能，例如温差发电器；或者基于热电材料，通过热电发生器将热能转化为电能。振动能转换单元用于将振动能转换为电能，例如利用晶体压电效应原理的压电晶体来实现振动能转换。微能量转换模块的能量的来源途径可包括环境光、振动、热量或射频等，射频能量来源于手机、移动基站、电梯信号基站、Wifi、蓝牙等，射频信号覆盖密度大，可随时作为能量收集的来源。微能量转换模块可以收集太阳能、射频能、温差能、振动能中至少一者作为能量源转换成电能，输出到电源管理单元。由于微能量转换模块转换得到的电能是微弱的，而主控芯片和射频识别标签模块需要稳定的电压，因此需要通过电源管理单元进行升压转换得到两路稳定电压，一路电压为主控芯片供电，另一路电压为射频识别标签模块供电。当微能量转换模块转换的电能充足时(白天太阳光较强时)，储能单元将多余的电能储存起来，在微能量转换模块转换的电能不足时(夜晚没有太阳光时)，储能单元将储存的电能输出到电源管理单元，以保证对主控芯片和射频识别标签模块的持续供电。

射频识别标签模块包括收发天线、射频电路单元、逻辑控制单元以及存储单元。存储单元包括用于存储感知数据以及用于标识无源物联网感知标签的身份信息。收发天线接收移动终端的读写器模块发送的射频信号，射频电路单元根据收发天线接收的射频信号进行转换和解调，逻辑控制单元根据射频电路单元解调得到的信号从存储单元读取感知数据返回到射频电路单元，射频电路单元将感知数据调制后加载到收发天线，通过收发天线将调制的感知数据回发给移动终端的读写器模块，从而实现无源物联网感知标签与移动终端之间的射频通信。

无源物联网感知标签的射频识别标签模块的存储单元包括用户区和身份信息区，身份信息区用于存储身份信息，该身份信息用于标识无源物联网感知标签的身份。用户区用于存储感知数据和配置信息，用户区存储的配置信息包括传输频率、传输功率、上传频次及其它属性信息。在数据交互过程中，传感模块将得到的感知数据(温度、湿度、倾斜姿态度、角度等信息)输出到主控芯片。主控芯片将感知数据传递至射频识别标签模块的存储单元进行存储。上传感知数据时，主控芯片通过与射频识别标签模块连接的硬件接口读取射频识别标签模块的存储单元的身份信息，通过主控芯片的通信单元以无线传输方式上传感知数据和身份信息到汇集节点，汇集节点将接收到的感知数据和身份信息上传至远程主站。对于主控芯片上传感知数据的频率、功率、频次等信息可以通过射频识别标签模块进行更新设置。具体为，移动终端的读写器模块发送含有配置信息的射频信号。射频识别标签模块在接收到含有配置信息(传输频率、传输功率、上传频次)的射频信号时，根据射频信号中的配置信息更新用户区存储的配置信息，在配置信息更新完成时向主控芯片发送触发更新信号；主控芯片在接收到触发更新信号时，通过硬件接口回读射频识别标签模块的用户区的配置信息，根据回读的配置信息中的传输频率、传输功率和上传频次，对通信单元上传感知数据的传输频率、传输功率和上传频次进行更新设置。基于主控芯片与射频识别标签模块之间的数据交互方式，移动终端通过射频识别将配置信息传递给射频识别标签模块，即可实现对无源物联网感知标签以无线传输方式上传感知数据的相关配置，无需在主控芯片上预留硬件调试接口，无需在远程主站进行远程设置，提高操作的便利性。

本申请的物联网感知系统，通过无源物联网感知标签采集环境信息，并作为该数据采集点的标识，移动终端(本地用户)以射频识别方式读取无源物联网感知标签采集的环境信息，无需联网访问远程主站，在本地及时发现问题，从而及时解决问题。此外，本系统的无源物联网感知标签通过微取能模块收集外界的微弱能量将其转化为电能，为主控芯片和射频识别标签模块持续供电，可以在射频传输大量感知数据的情况下维持标签原有的灵敏度，并保持标签识别距离不缩减，可降低设备维护成本。

图4为本申请实施例提供的无源物联网感知标签的应用示例图。如图4所示，无源物联网感知标签应用于输电线路的场景，由于输电杆塔大部分安装在偏僻山区，缺乏及时的人工管理，而输电杆塔承载相邻两塔电线的重力，对倾斜变形非常敏感，对地基的沉降要求也高。在恶劣天气条件下，输电杆塔容易倾斜变形，可能直接导致杆塔倾覆事故，影响电力输送。为了消除杆塔安全隐患，避免出现倾斜、倒塌等危及安全的事件发生，将无源物联网感知标签安装到输电杆塔上，用于标识输电杆塔的身份信息、监测输电杆塔的倾斜姿态和环境信息，有效的解决输电杆塔姿态监测困难。在每个输电杆塔上安装用于感知倾角姿态的无源物联网感知标签，对输电杆塔的倾斜姿态进行监测，对应输电杆塔的标签可周期性的上传监测数据到汇集节点，通过汇集节点上传到远程主站，便于后台管理监测信息。由于电力维修人员需要定期对输电杆塔进行移动巡检时，在巡检时电力维修人员通过具有读写器模块的移动终端以射频识别方式获取标签中存储的倾斜角度、环境信息等数据，无需访问远程主站(通常偏僻山区的网络性能不好，从远程主站获取数据的速度非常慢)即可及时了解输电杆塔的状况，从而有针对性的对杆塔进行防风加固工作，提高供电线路和设备的安全性。同时，电力维修人员还可以通过移动终端以射频识别方式更新标签上传数据的频率、功率、频次等信息，无需远程主站采用特定通信协议来对标签进行远程配置。

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。本申请实施例中的方案可以采用各种计算机语言实现，例如，面向对象的程序设计语言Java和直译式脚本语言JavaScript等。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

尽管已描述了本申请的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本申请范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离本申请的精神和范围。这样，倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内，则本申请也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (14)

1.一种无源物联网感知标签，其特征在于，包括：主控芯片、传感模块、射频识别标签模块以及微取能模块，主控芯片包括通信单元和硬件接口，射频识别标签模块和传感模块通过主控芯片的硬件接口与主控芯片连接；

所述传感模块包括多种不同传感功能的传感单元，用于感知环境信息得到多种感知数据，将感知数据传递到主控芯片；

所述主控芯片用于通过通信单元上传感知数据，同时通过硬件接口将感知数据传递至射频识别标签模块进行存储；

所述射频识别标签模块用于以射频识别方式向外部的读写器模块提供存储的感知数据；

所述微取能模块用于收集外界的微能量并转换成电能，为主控芯片、传感模块和射频识别标签模块供电。

2.根据权利要求1所述的无源物联网感知标签，其特征在于，所述微取能模块包括微能量转换模块、电源管理单元和储能单元，电源管理单元的输入端与微能量转换模块的输入端连接，储能单元的输入端与微能量转换模块的输出端连接，储能单元的输出端与电源管理单元的输入端连接；

所述微能量转换模块用于收集外界的微能量并转换成电能输出到电源管理单元和储能单元；

所述电源管理单元用于对输入的电能进行升压转换得到两路稳定电压，直接为主控芯片和射频识别标签模块供电；

所述储能单元用于储存电能，以及在微能量转换模块没有输出电能的情况下将储存的电能输出到电源管理单元。

3.根据权利要求2所述的无源物联网感知标签，其特征在于，所述微能量转换模块包括光电转换单元、射频能转换单元、温差能转换单元和/或振动能转换模块；

光电转换单元用于将光能转换为电能；

射频能转换单元用于将射频源发出的高频电磁波转换为电能；

温差能转换单元用于利用热电半导体材料的温差电效应将热能转换为电能；

振动能转换单元用于将振动能转换为电能。

4.根据权利要求1所述的无源物联网感知标签，其特征在于，所述射频识别标签模块包括：收发天线、射频电路单元、逻辑控制单元以及存储单元；

存储单元包括用于存储感知数据以及用于标识无源物联网感知标签的身份信息；

收发天线用于接收外部的读写器模块发送的射频信号；

射频电路单元用于根据收发天线接收的射频信号进行转换和解调；

逻辑控制单元用于根据射频电路单元解调得到的信号从存储单元读取感知数据返回到射频电路单元；

射频电路单元还用于将感知数据调制后加载到收发天线，通过收发天线将调制的感知数据回发给外部的读写器模块。

5.根据权利要求4所述的无源物联网感知标签，其特征在于，所述主控芯片还用于通过与射频识别标签模块连接的硬件接口读取射频识别标签模块存储的用于标识无源物联网感知标签的身份信息，通过通信单元上传感知数据和身份信息。

6.根据权利要求4所述的无源物联网感知标签，其特征在于，所述存储单元包括用户区和身份信息区；

用户区用于存储感知数据和配置信息，该配置信息包括传输频率、传输功率以及上传频次；

身份信息区存储用于标识无源物联网感知标签的身份信息。

7.根据权利要求6所述的无源物联网感知标签，其特征在于，所述射频识别标签模块还用于在接收到含有配置信息的射频信号时，根据射频信号中的配置信息更新用户区存储的配置信息，在配置信息更新完成时向主控芯片发送触发更新信号；

所述主控芯片在接收到触发更新信号时，通过硬件接口回读射频识别标签模块的用户区的配置信息，根据回读的配置信息中的传输频率、传输功率和上传频次，对通信单元上传感知数据的传输频率、传输功率和上传频次进行更新设置。

8.根据权利要求1所述的无源物联网感知标签，其特征在于，所述传感模块包括温度传感单元、湿度传感单元或倾角姿态传感单元。

9.一种物联网感知系统，其特征在于，包括：无源物联网感知标签、移动终端和远程主站；

所述无源物联网感知标签包括：主控芯片、传感模块、射频识别标签模块以及微取能模块，主控芯片包括通信单元和硬件接口，射频识别标签模块和传感模块通过主控芯片的硬件接口与主控芯片连接；

所述传感模块包括多种不同传感功能的传感单元，用于感知环境信息得到多种感知数据，将感知数据传递到主控芯片；

所述主控芯片用于通过通信单元将感知数据上传到远程主站，同时通过硬件接口将感知数据传递至射频识别标签模块进行存储；

所述射频识别标签模块用于存储感知数据，以射频识别方式提供存储的感知数据；

所述微取能模块用于收集外界的微能量并转换成电能，为主控芯片、传感模块和射频识别标签模块供电；

所述移动终端包括射频识别的读写器模块，用于以射频识别方式从射频识别标签模块读取感知数据。

10.根据权利要求9所述的物联网感知系统，其特征在于，所述微取能模块包括微能量转换模块、电源管理单元和储能单元，电源管理单元的输入端与微能量转换模块的输入端连接，储能单元的输入端与微能量转换模块的输出端连接，储能单元的输出端与电源管理单元的输入端连接；

所述微能量转换模块用于收集外界的微能量并转换成电能输出到电源管理单元和储能单元；

所述电源管理单元用于对输入的电能进行升压转换得到两路稳定电压，直接为主控芯片和射频识别标签模块供电；

所述储能单元用于储存电能，以及在微能量转换模块没有输出电能的情况下将储存的电能输出到电源管理单元。

11.根据权利要求9所述的物联网感知系统，其特征在于，所述射频识别标签模块包括存储单元，该存储单元包括用户区和身份信息区；

用户区用于存储感知数据和配置信息，该配置信息包括传输频率、传输功率以及上传频次；

身份信息区存储用于标识无源物联网感知标签的身份信息。

12.根据权利要求11所述的物联网感知系统，其特征在于，所述移动终端的读写器模块还用于发送含有配置信息的射频信号；

所述射频识别标签模块还用于在接收到含有配置信息的射频信号时，根据射频信号中的配置信息更新用户区存储的配置信息，在配置信息更新完成时向主控芯片发送触发更新信号；

所述主控芯片在接收到触发更新信号时，通过硬件接口回读射频识别标签模块的用户区的配置信息，根据回读的配置信息中的传输频率、传输功率和上传频次，对通信单元上传感知数据的传输频率、传输功率和上传频次进行更新设置。

13.根据权利要求12所述的物联网感知系统，其特征在于，还包括：汇集节点；

所述主控芯片通过与射频识别标签模块连接的硬件接口读取射频识别标签模块存储的用于标识无源物联网感知标签的身份信息，通过通信单元将感知数据和身份信息上传到汇集节点；

所述汇集节点将接收到的感知数据和身份信息上传至远程主站。

14.根据权利要求9所述的物联网感知系统，其特征在于，所述无源物联网感知标签安装于输电杆塔，用于标识输电杆塔的身份信息、监测输电杆塔的倾斜姿态和环境信息。

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