KR100746242B1 - 태양 전지를 이용한 능동형 ｒｆｉｄ 태그 및 ｒｆｉｄ시스템 - Google Patents

태양 전지를 이용한 능동형 ｒｆｉｄ 태그 및 ｒｆｉｄ시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 태양열을 이용한 2차 전지를 독립적인 전원으로 사용하여, 데이터의 고속전송 및 중장거리 인식이 가능하게 하는 능동형 RFID 태그 및 그 시스템에 관한 것이다.
이를 위해, 본 발명은 인식 대상에 대한 데이터를 포함하여 상기 인식 대상에 부착되는 태그와, 리더기와 상기 태그와의 데이터 통신을 중계하는 안테나와, 태양열 집광을 위한 집광판과, 상기 집광판을 통해 집광된 태양열을 이용해 충전할 수 있는 2차 전지를 구비하여 상기 태그에 전원을 공급하는 전원부를 포함하고, 상기 집광판은 상기 2차 전지의 표면에 형성되는 것을 특징으로 하는 RFID 태그 및 그 시스템을 제공한다.
능동형, RFID, 태그, 2차 전지

Description

태양 전지를 이용한 능동형 ＲＦＩＤ 태그 및 ＲＦＩＤ 시스템{ACTIVE RFID TAG USING SOLAR BATTERY AND RFID SYSTEM THE SAME OF}
도 1은 일반적인 RFID 시스템의 구성을 나타낸 도면이다.
도 2a 및 도 2c는 본 발명에 따른 능동형 RFID 시스템을 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 능동형 RFID 태그를 카드 형태로 구현한 예를 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명에 따른 능동형 RFID 시스템을 모바일 장치에 구현한 예를 나타낸 도면이다.
<도면의 주요부호에 대한 설명>
100, 200, 400: RFID 시스템
110, 210, 410, 412: 리더기
120, 220, 320, 420: RFID 태그
230, 330: 안테나
240: 태그 340: IC 칩
250: 전원부 350: 태양 전지
251: 집광판 252: 2차 전지
본 발명은 RFID(Radio Frequency IDentification:RFID) 태그 및 이를 이용한 시스템에 관한 것으로, 태양열을 이용한 2차 전지를 독립적인 전원으로 사용하여, 데이터의 고속전송 및 중장거리 인식이 가능하게 하는 능동형 RFID 태그 및 그 시스템에 관한 것이다.
지금까지 도서관 자료 식별, 슈퍼 마켓 등의 물품 식별에 가장 많이 사용되었던 바코드는 가격이 저렴한데 비해 판독거리가 매우 짧고 재사용이 불가능하며, 판독시 바코드가 인쇄된 면을 맞춰야 하는 불편 및 훼손으로 지워진 경우 판독이 불가능한 문제점이 있었다. 이에 비해 RFID(Radio Frequency IDentification)는 무선으로 데이터 읽기/쓰기가 가능하여 직접 접촉을 하거나 가시대역 상에 스캐닝을 할 필요가 없으며, 동시에 여러 개의 자료 인식이 가능하고, 어느 방향으로 놓아도 자료 인식이 가능하며, 태그의 수명에 있어 반영구적인 많은 장점을 지니고 있어 유비쿼터스의 총아로 각광받고 있다.
이러한 RFID는 전자 태그를 사물 등에 부착하여 무선 통신을 이용한 비접촉 방식으로 태그 ID 정보를 식별하는데, ID 정보 식별을 위해 전자기 스펙트럼 부분의 무선 주파수내에 전자기 또는 정전기 커플링 사용을 통합시킨 기술이다.
최근 RFID의 표준화, 단가 하락, 판독거리의 확대로 산업계에서의 사용이 점차 늘고 있는데, RFID 시스템은 안테나, 트랜시버(tranceiver, 흔히 리더기에 통합된다), 그리고 트랜스폰더라고도 불리는 태그(Tag)로 이루어진다.
여기서, 리더기는 태그를 활성화시키기 위한 신호를 전달하기 위해 무선 주파수 전파를 사용하는데, 태그는 활성화되면 가지고 있던 데이터를 안테나를 통해 리더기로 전송한다.
도 1은 일반적인 RFID 시스템(100)의 구성을 나타낸 도면이다.
도 1에 도시된 바와 같이, RFID 시스템(100)은 리더기(110)와, 안테나(미도시)가 내장된 RFID 태그(120)로 이루어지는데, 리더기(110)는 일정한 주파수의 전자파를 계속해서 발산하고, RFID 태그(120)는 리더기(110)의 주파수 동작 범위에 접근하게 되면 무선으로 전원(Power)을 공급받고 활성화된다. 공급된 전원으로 활성화된 RFID 태그(120)는 리더기(110)로부터 명령어를 기다린 후, 올바른 명령어가 수신되면 그에 대한 응답을 리더기(110)로 다시 보낸다.
리더기(110)는 명령어를 보내고 표준에서 규정하는 지연시간이 지난후에도 RFID 태그(120)로부터 아무런 응답이 없으면 더 이상의 통신은 이루어지지 않는다.
이와 같이 리더기(110)로부터 전원을 공급받는 수동형 RFID 시스템(100)은 RFID 태그(120)와 리더기(110) 사이의 거리에 따라 전원 공급량이 절대적으로 좌우된다. 따라서, 수동형 RFID 시스템(100)은 송수신 신호의 에러율이 높고, 인식거리가 짧으며, 리더기(110)에서 계속적으로 전자파가 방사되는 문제가 있다.
이에, 데이터의 고속 전송이 가능하고 중장거리(수미터~수십미터까지)의 인식 거리를 가지기 위해서는 전원을 사용하는 능동형 RFID 시스템의 필요성이 대두되고 있으나, 능동형 RFID 시스템에서는 사용되는 밧데리 등의 전원에 대한 유지관리 문제, 환경오염 등에 대한 문제가 여전히 남아 있다.
본 발명은 전술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명은 태양열을 이용한 2차 전지를 독립적인 전원으로 사용하여, 데이터의 고속전송 및 중장거리 인식이 가능하게 하는 능동형 RFID 태그 및 그 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 휴대용 모바일 장치와 연동하여, 리더기로부터 정보를 수집 분석할 수 있게 되어 RFID 태그 사용의 편의를 도모할 수 있고, 최근 급팽창하고 있는 모바일 환경에 부응할 수 있는 능동형 RFID 태그 및 그 시스템을 제공하는 것을 다른 목적으로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일측면에 따르면, 인식 대상에 대한 데이터를 포함하여 상기 인식 대상에 부착되는 태그와, 리더기와 상기 태그와의 데이터 통신을 중계하는 안테나와, 태양열 집광을 위한 집광판과, 상기 집광판을 통해 집광된 태양열을 이용해 충전할 수 있는 2차 전지를 구비하여 상기 태그에 전원을 공급하는 전원부를 포함하고; 상기 집광판은 상기 2차 전지의 표면에 형성되는 것을 특징으로 하는 RFID 태그를 제공한다.
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또한, 상기 2차 전지는 리튬 이온 전지, 리튬 폴리머 전지 중의 어느 하나인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 바람직한 실시예는,
인식 대상에 대한 데이터를 포함하여 상기 인식 대상에 부착되는 태그와, 리더기와 상기 태그와의 데이터 통신을 중계하는 안테나와, 2차 전지와 상기 2차 전지의 표면에 형성되어 태양열을 집광하는 집광판을 구비하여 상기 태그에 전원을 공급하는 전원부를 포함하는 RFID 태그와; 상기 RFID 태그와 비접촉식 무선 통신을 통해 상기 RFID 태그에 저장된 데이터를 식별하는 리더기를 포함하는 RFID 시스템을 제공한다.
삭제
또한, 상기 2차 전지는 리튬 이온 전지, 리튬 폴리머 전지 중의 어느 하나인 것을 특징으로 한다.
삭제
삭제
또한, 상기 리더기 및 모바일 장치의 USB 포트와 연결되는 USB 인터페이스부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이하에서 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 상관없이 동일하거나 대응하는 구성요소는 동일한 참조번호를 부여하고, 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
도 2a 내지 도 2c는 본 발명에 따른 능동형 RFID 시스템(200)을 나타낸 도면이다.
도 2a에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 능동형 RFID 시스템(200)은, 인 식 대상인 물품, 동물 및 사람과 같은 항목(이하, 물품)에 부착되는 RFID 태그(220)와, 상기 RFID 태그(220)와 비접촉식 무선 통신을 통해 상기 RFID 태그(220) 에 저장된 물품 정보를 식별하는 리더기(210)를 구비한다.
또한, 상기 RFID 태그(220)는 안테나(230), 태그(240), 및 태그(240)에 전원을 공급하는 전원부(250)로 구성되는데, 구성되는 각 요소에 대해 살펴보면 다음과 같다.
RFID에서 식별할 개개의 카드에 해당하는 태그(240)의 형태는 아주 작아서 피부에 삽입할 수 있을 정도의 것부터 트럭 등에 사용할 수 있는 대형에 이르기까지 매우 다양하다.
또한, 태그(240)의 내부에는, 가령 물품의 경우 언제, 어느 공장에서 만들어졌고, 어디에 출하됐는지 등의 생산일자, 생산자 등의 물품 정보, RFID 태그 사용자 인증에 관한 정보 등(이하, 데이터)을 저장하는 메모리(미도시)와, 상기 메모리에 저장된 데이터를 독취하거나 새로 기록하는 등 상기 메모리를 제어할 뿐만아니라 안테나(230) 및 리더기(210)와의 데이터 통신을 위한 신호 처리 및 논리 연산을 행하는 제어부(미도시)가 IC 칩(Integrated Circuit chip) 형태로 내장될 수 있다.
이와 같이, IC 칩 형태로 내장되므로 복제가 불가능하고, 리더기(210)와 통신시에 인증과정을 거쳐서 보안 문제에도 원활하게 대처할 수 있다.
또한, 태그(240)는 인식 대상인 물품에 부착하므로 유통 경로의 추적이 가능해 신원 및 정보확인이 용이하다.
안테나(230)는 태그(240)에 데이터를 입력하고 입력된 데이터를 읽기 위한 신호를 발신하는 등의 기능을 갖는 것으로, 생성된 전자기장을 통해 태그(240)를 활성화시켜, 리더기(210)와 태그(240) 사이의 데이터 통신이 가능하게 한다.
또한, 안테나(230)는 리더기(210)의 역할을 위해서 트랜시버나 디코더 등과 합쳐질 수 있다.
리더기(210)는 안테나(230)와, 접속되는 컴퓨터, 서버 또는 네트워크 인터페이스모듈(미도시) 사이의 소통을 관리한다. 또한, 리더기는 태그(240) 메모리 안의 데이터로부터 직접프로세스 제어를 수행하도록 할 수도 있다. 즉, 리더기(210)는 태그(240)의 칩 안에 암호화되어 있는 데이터를 풀어내고 그 데이터를 리더기(210)와 접속된 컴퓨터로 보내 실행되게 한다.
또한, 리더기(210)는 지역별, 국가별로 상이한 여러 종류대의 주파를 지원하여, 많은 태그(240)로부터 정보를 오류없이 수집할 수 있게 한다.
또한, 다른 리더기와의 충돌(collision)을 감지하고 이를 회피할 수 있게 설계된다.
한편, 리더기(210)가 명령어를 보내고 표준에서 규정하는 지연시간이 지난후에도 태그(240)로부터 아무런 응답이 없으면 더 이상의 통신은 이루어지지 않는다.
특히, 능동형 RFID 시스템(200)에서는 건전지나 충전할 수 있는 2차 전지와 같은 전원부(250)를 독립적으로 구비한다.
도 2b는 본 발명에 따른 능동형 RFID 태그(220)에서 안테나(230)와 태그(240)간의 전자기파 방식에 의한 활성화 과정은 보여주는데, 안테나(230)는 생성된성된 전자기장을 통해 태그(240)를 활성화시키며, 안테나(230)와 태그(240) 사이의 신호 송신시에는 신호의 변/복조 과정을 거쳐 데이터 통신이 이루어진다.
도 2c는 본 발명에 따른 능동형 RFID 태그(220)를 보다 상세히 나타낸 도면이다.
도 2c에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 능동형 RFID 태그(220)에서는 IC 칩을 내장한 태그(240)에 전원을 공급하는 전원부(250)를 포함하는데, 상기 전원부(250)는 태양열 집광을 위한 집광판(251)과, 집광판(251)을 통해 집광된 태양열을 이용해 충전할 수 있는 2차 전지(252)를 구비한다.
여기서, 집광판(251)은 2차 전지(252)의 표면에 코팅 등의 형태로 형성될 수 있으며, 집광판(251)의 형태는 태양열 에너지 집광 효율을 높일수 있는 방식으로, 흑색 도포를 하거나 돌출부 형성 또는 원형상 등 다양한 형태로 형성될 수 있다.
또한, 2차 전지(252)는 한번 사용한 뒤 다시 충전하여 계속 사용할 수 있는 재충전식 전지 형태로, 리튬 이온 전지, 리튬 이온 전지에 전해질만 폴리머로 바꾼 리튬 폴리머 전지 등이 사용될 수 있다.
일반적인 집광판(251)은 10~18% 정도의 태양열 집광 효율을 가지므로, 평일 대낮의 해볕 기준(10만 룩스)에서 4시간 정도면 내장된 2차 전지(가령, 3.7V 1400mA 기준의 용량을 가진 리튬 폴리머 전지의 경우)에 만충할 수 있으며, 태양열 집광 효율을 높이면 충전시간을 줄일 수 있다.
이와 같이, 태양열을 이용한 2차 전지를 독립적인 전원을 필요로 하는 능동형 RFID 시스템에 적용함으로써, 기존의 건전지, 배터리 등의 사용에 따른 문제를 해결할 수 있다.
즉, 태양전지의 에너지원은 무한하고 반영구적이고, 설치 후 유지비용이 적어 경제성이 좋으며, 환경오염이 심각한 문제로 대두되면서 무공해, 무소음 등의 환경 친화적 에너지원인 태양에너지에 대한 활용범위를 넓힐 수 있다.
또한, 능동형 RFID 시스템(200)에서는 인식대상 물품에 RFID 태그(220)를 부착하여, 호스트 컴퓨터에 주로 접속된 리더기(210)를 통해 이들 물품을 자동적으로 식별하거나 혹은 추적할 수 있도록 하는 장치로서, 호스트 컴퓨터는 RFID 태그와 관련된 객체의 식별 번호에 고정되어 있는 부가적인 데이터를 포함할 수 있다.
또한, RFID 태그(220)는 판독만 수행하거나 혹은 판독 및 기록을 모두 수행할 수도 있는 등 사용자가 원하는 여러 가지의 식별 기능을 수행할 수 있다.
또한, 기존 수동형 RFID 태그보다 900MHz, 2,4GHz 대역대의 주파수 특성을 가지므로 데이터의 고속 전송이 가능하고 인식거리가 수미터~수십미터까지 넓힐 수 있는 효과를 가진다.
또한, 능동형 RFID 태그의 단점인 전원(배터리) 문제를 반영구적이고 친환경적인 태양에너지를 사용한 2차 전지로 해결하여 능동형 RFID 사용 범위를 확장시킬 수 있다.
도 3은 본 발명에 따른 능동형 RFID 태그(320)를 카드 형태로 구현한 예를 나타낸 도면이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 능동형 RFID 태그(320)는 초소형의 안테나(330)와, IC 칩(Integrated Circuit chip)(340)을 얇은 라벨장의 물체(예를들면, 카드형태)에 실장하는 형태로 구성할 수 있다.
또한, IC 칩(340)에는 데이터를 저장하는 메모리와, 상기 메모리를 제어할 뿐만아니라 리더기와의 데이터 통신을 위한 신호 처리 및 논리 연산을 행하는 마이크로프로세서 형태의 제어부가 구비된다.
또한, IC 칩(340)은 태양열 2차 전지(350)로부터 전원을 공급받을 수 있으며, 태양열 2차 전지(350)의 표면에는 태양열 집광을 위한 집광판(미도시)이 형성될 수 있다.
또한, 태양열 집광의 효율을 높이기 위해 집광판의 크기는 필요에 따라 카드 전면으로 확장할 수 있으며, 기존과 달리 충전을 위한 단자를 필요로 하지 않는다.
이와 같이 구성된 카드 형태의 능동형 RFID 태그는 현재 실행되고 있는 교통카드(버스, 전철), 연구소, 회사, 가정의 출입통제카드, 주차장 차량 출입통제, 자동차 키 대용, 고속도로 통행료 자동징수(예, 하이패스), 및 항만, 유통 등 물류서비스 등에 적용될 수 있다.
또한, 동물의 몸에 장착하여 개체별 식별하고 정보를 저장, 관리하는 분야, 회사내 개인의 위치추적 등의 응용분야에도 적용될 수 있다.
또한, 개인 인증이 필요한 모든 출입, 보안, 결제, 금융 분야에도 적용될 수 있다.
도 4는 본 발명에 따른 능동형 RFID 시스템을 모바일 장치에 구현한 예를 나타낸 도면이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명에 능동형 RFID 시스템(400)은 리더기(412)에 인터페이스부(411)를 적용하여, 모바일 리더기(410)가 모바일 장치(500)와 연동될 수 있도록 한다.
즉, 본 발명에 따른 능동형 RFID 시스템(400)은 인식 대상인 물품에 부착되는 RFID 태그(420)와, 상기 RFID 태그(420)와 비접촉식 무선 통신을 통해 상기 RFID 태그(420)에 저장된 물품 정보를 식별하는 리더기(412)를 구비하는데, 상기 리더기(412)에 모바일 장치(500)의 외부 포트(510)와 데이터 통신을 위한 인터페이스부(411)를 연결하여 모바일 장치(500)와 연동되게 한다.
여기서, 모바일 장치(500)는 휴대폰, PDA, MP3 플레이어 등의 휴대용 멀티미디어 기기가 사용될 수 있으며, 모바일 장치(500)의 외부 포트(510)와 연결되는 인터페이스부(411)는 USB 포트, 메모리 카드 접속 형태의 CF 슬롯, 무선 랜카드 형태 등의 각 휴대용 멀티미디어 기기에 적합한 인터페이스가 사용될 수 있다.
또한, 필요에 따라 모바일 장치(500)는 USB 드라이버 등 통신 연결 드라이버를 설치할 수 있다.
이와 같이, 휴대용 모바일 장치(500)와 연동하여 리더기(412)로부터 정보를 수집 분석할 수 있게 되어 RFID 태그 사용의 편의를 도모하고, 활용 영역을 확장시킬 수 있다.
이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에서는 능동형 RFID 태그에 대해 설명하였으나, 이에 한정되는 것은 아니며 그외 IC 카드나 비접촉식 스마트 카드 등의 비접촉식 식별장치에 모두 적용할 수 있다 할 것이다.
따라서, 본 발명은 상기의 실시예에 국한되는 것은 아니며 당해 기술분야에 있어서 통상의 지식을 가진자가 본 발명의 기술적 사상의 범위를 벗어나지 않는 범 위내에서 설계 변경이나 회피설계를 한다 하여도 본 발명의 범위 안에 있다 할 것이다.
이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에 따른 능동형 RFID 태그 및 그 시스템은 태양열을 이용한 2차 전지를 독립적인 전원으로 사용하여 기존의 능동형 RFID 의 전원 사용시의 문제를 해결할 수 있다.
즉, 태양전지의 에너지원은 무한하고 반영구적이고, 설치 후 유지비용이 적어 경제성이 좋으며, 환경오염이 심각한 문제로 대두되면서 무공해, 무소음 등의 환경 친화적 에너지원인 태양에너지에 대한 활용범위를 넓힐 수 있다.
또한, 기존 수동형 RFID 태그보다 900MHz, 2,4GHz 대역대의 주파수 특성을 가지므로 데이터의 고속 전송이 가능하고 인식거리가 수미터~수십미터까지 넓힐 수 있는 효과를 가진다.
또한, 휴대용 모바일 장치와 연동하여 리더기로부터 정보를 수집 분석할 수 있게 되어 RFID 태그 사용의 편의를 도모하고, 활용 영역을 확장시킬 수 있다.

Claims (9)

  1. 인식 대상에 대한 데이터를 포함하여 상기 인식 대상에 부착되는 태그와,
    리더기와 상기 태그와의 데이터 통신을 중계하는 안테나와,
    태양열 집광을 위한 집광판과, 상기 집광판을 통해 집광된 태양열을 이용해 충전할 수 있는 2차 전지를 구비하여 상기 태그에 전원을 공급하는 전원부를 포함하고;
    상기 집광판은 상기 2차 전지의 표면에 형성되는 것을 특징으로 하는 RFID 태그.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 2차 전지는 리튬 이온 전지, 리튬 폴리머 전지 중의 어느 하나인 것을 특징으로 하는 RFID 태그.
  3. 인식 대상에 대한 데이터를 포함하여 상기 인식 대상에 부착되는 태그와, 리더기와 상기 태그와의 데이터 통신을 중계하는 안테나와, 2차 전지와 상기 2차 전지의 표면에 형성되어 태양열을 집광하는 집광판을 구비하여 상기 태그에 전원을 공급하는 전원부를 포함하는 RFID 태그와;
    상기 RFID 태그와 비접촉식 무선 통신을 통해 상기 RFID 태그에 저장된 데이터를 식별하는 리더기를 포함하는 것을 특징으로 하는 RFID 시스템.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 2차 전지는 리튬 이온 전지, 리튬 폴리머 전지 중의 어느 하나인 것을 특징으로 하는 RFID 시스템.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 리더기 및 모바일 장치의 외부 포트와 연결되는 인터페이스부를 포함하는 것을 특징으로 하는 RFID 시스템.
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 삭제
KR1020050040407A 2005-05-14 2005-05-14 태양 전지를 이용한 능동형 ｒｆｉｄ 태그 및 ｒｆｉｄ시스템 KR100746242B1 (ko)

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