专利名称：接近传感器、rfid读卡器及接近传感方法
技术领域：
本发明涉及无线射频识别技术领域，特别是涉及一种接近传感器、RFID读卡器及接近传感方法。
背景技术：
RFID(RadioFrequencyIdentification)是一种无线射频识别技术,采用该技术的RFID读卡器和RFID标签利用射频信号传送信息。RFID标签又称为ID/IC卡，分为无源ID/IC卡、半有源ID/IC卡和有源ID/IC卡。其中，无源ID/IC卡发展最早、最成熟，由于其可移动、方便携带，市场应用最广。比如，公交卡、银行卡、食堂餐卡、宾馆门禁卡、二代身份证等。无源ID/IC卡没有供电源，必须依赖RFID读卡器发射的电磁场获得能量。由于ID/IC卡何时靠近无法预知，RFID读卡器需要持续发射电磁场。RFID读卡器待机电流为50mA/12V，加上电源转换带来的损耗，实际消耗功率达1W。例如:当RFID读卡器用于门禁系统时，年耗电量达到86400WH，能量消耗是相当巨大的。
在某些场合，如智慧展览馆，特别是大型智慧展览馆，展台数量多达数万个，每个展台都设置一个RFID读卡器，每个RFID读卡器都采用市电供电是不现实的，因此读卡器的电能来源是电池，常用的是锂电池。电池由于电量有限，对电能消耗更为敏感，且较高的功耗致使电池频繁更换，给用户带来极大不便。
发明内容
基于上述情况，本发明提出了一种接近传感器、RFID读卡器及接近传感方法，以检测ID/IC卡的刷卡动作，从而，RFID读卡器可以根据是否检测到刷卡动作来调节工作状态，达到降低功耗的目的。一种接近传感器，包括:环境照度检测模块，用于检测环境照度是否高于阈值；配电控制模块，用于在环境照度高于所述阈值时，控制光敏单元通电红外单元断电，在环境照度低于或等于所述阈值时，控制所述红外单元通电所述光敏单元断电；光敏单元，用于检测环境照度变化，并在环境照度变化达到预定值时，生成脉冲信号;红外单元，用于周期性发射红外线，并接收红外线，在接收到红外线时，生成脉冲信号。一种RFID读卡器，包括读卡器本机和接近传感器，所述接近传感器生成的脉冲输出至所述读卡器本机，所述读卡器本机接收到脉冲后从休眠状态转变为工作状态，所述接近传感器为上述接近传感器。一种接近传感方法，包括步骤:检测环境照度，并判断环境照度是否高于阈值；若环境照度高于所述阈值，则采用光敏检测方法检测刷卡动作，在环境照度变化达到预定值时，生成脉冲信号；若环境照度低于或等于所述阈值，则采用红外检测方法检测刷卡动作，在接收到红外信号时生成脉冲信号。本发明的接近传感器，在光照合适时采用低功耗的光敏单元检测刷卡动作，在光照较低时，则启用红外单元检测刷卡动作。既保证了任何光照情况下均能检测刷卡动作，又能达到超低功耗的要求。将本发明的接近传感器与传统的RFID读卡器配合使用，则形成本发明的RFID读卡器，检测到刷卡动作时转换至工作状态，平时则处于休眠状态，从而降低了功耗，延长了电池使用寿命，减少了电池更换所带来的工作量。本发明的接近传感方法是与上述接近传感器对应的方法，有益效果不再赘述。将本发明的接近传感器、RFID读卡器及接近传感方法推广使用，可以为国家的节能减排做出巨大贡献。
图1为本发明接近传感器实施例一的结构示意图；图2为本发明接近传感器实施例二与实施例三的结构示意图；图3为本发明接近传感器实施例四的结构示意图；图4为本发明接近传感方法的流程示意具体实施例方式为了降低RFID读卡器的功耗，本发明设计了接近传感器，用以检测刷卡动作，使RFID读卡器在没有刷 卡动作时可以处于休眠状态。下面结合附图与实施例首先介绍本发明的接近传感器。实施例一本发明接近传感器，如图1所示，包括:环境照度检测模块，用于检测环境照度是否高于阈值；配电控制模块，用于在环境照度高于所述阈值时，控制光敏单元通电红外单元断电，在环境照度低于或等于所述阈值时，控制所述红外单元通电所述光敏单元断电；光敏单元，用于检测光照变化，并在光照变化达到预定值时，生成脉冲信号；红外单元，用于周期性发射红外线，并接收红外线，在接收到红外线时，生成脉冲信号。如上所述，本接近传感器具有两种工作模式，一种是光敏检测模式，一种红外检测模式。配电控制模块根据环境照度高低控制光敏单元和红外单元的通断电，使两种模式交
替工作。本发明的接近传感器是为降低功耗而设计的，功耗的产生一部分来自RFID读卡器，另一部分则来自接近传感器自身。因此，在保证检测精度的前提下，降低接近传感器自身功耗是设计重点。传统的接近传感器或者功耗大，或者检测精度低，不能满足要求。本发明的接近传感器兼顾检测精度和低功耗的要求，在多数情况下，只要亮度大于阈值，则采用低功耗的光敏单元检测刷卡动作，在弱光或无光条件下，光敏检测精度降低，则转用红外单元检测刷卡动作，保证任何时段都能准确检测到刷卡动作。所述的阈值优选地设置为3勒克斯。
实施例二在本实施例中，如图2所示,所述光敏单元包括依次相连的光敏检测电路、工频斩波滤波器、前置高通放大电路和自适应脉冲生成电路，以及运放半压发生器和白噪声抑制电路，所述运放半压发生器与所述前置高通放大电路相连，所述白噪声抑制电路和所述自适应脉冲检测电路相连。光敏检测电路中的光敏电阻随着光照变化，阻值发生改变，从而引起电压变化，后续电路即可根据电压变化识别刷卡动作。由于光敏电阻对可见光敏感，而大部分照明灯采用的是50Hz工频电源,会导致光敏电阻产生50Hz电干扰信号。工频斩波滤波器米用电桥平衡原理，对工频干扰滤波效果较好，而其他频率的信号可以正常通过。光敏电阻两端电压因经过前级电路而衰减，前置高通放大器则对其进行适当放大，设计增益最大为20dB。自适应脉冲生成电路检测电压变化，若电压变化超过门限，则生成脉冲信号。自适应即可以自动适应光度的变化，例如展览场馆内部光线很复杂，不同区域亮度大不相同。亮度不同，光敏电阻阻值也不同。在较亮的区域，光敏电阻阻值仅Ik-1Ok欧姆，在较暗的区域，电阻可达IOOOk以上。刷卡时，相当于把光线挡住了，则传感器在明亮的区域，电阻变化可以达到1000倍。而在黑暗区域，电阻变化低至5%以下。因此，本接近传感器优选地采用了自适应脉冲生成电路，以根据环境亮度调整生成脉冲的电压变化门限值，保证各种亮度环境下均能识别刷卡。运放半压发生器，用于为前置高通放大电路中的运放提供“虚地”电压。由于运放输入阻抗很高，内部电路复杂，因此，存在一定的偏置电流。同时，由于本电路可能工作在复杂的电磁干扰环境下，以及电路本身产生的一些热噪声。为了简化处理，统一将上述各种干扰归到所述白噪声抑制电路进行处理。由于采用了上述工频斩波滤波、虚地、白噪声抑制和自适应光照等技术，光敏单元具有电路简单、检测精度闻等优点。本实施例的其 他技术特征与实施例一相同，在此不予赘述。实施例三在本实施例中，如图2所示，所述红外单元包括依次相连的非对称信号发生器、红外发射电路、红外接收电路、自适应白噪声消除电路和脉冲生成电路。非对称信号发生器用于产生红外信号，采用CMOS ICM555构成。为了节能采用每隔50ms发射一次红外信号的间隙发射方式,高电平0.1ms,低电平50ms,占空比500:1,可以大幅度降低功耗。同时，由于普通人刷卡时间为300-400mS，50mS的发射间隔也是为了使用户体验良好，不会感觉有延迟。红外发射电路的工作电压为3-4.5伏，红外发射管的工作电压为1.2-1.6伏，为了使红外发射功率恒定，优选地采用PNP-NPN结构恒流源电路，控制红外发射管工作，恒流电流可以设定为6mA，以延长红外发射管的使用寿命。本红外单元采用普通红外发射及接收二极管(波长940nm)，但由于它们都要与人体近距离感应，人体上的静电容易感应到红外发射及接收管上。因此，除了对接收管发射极和集电极都串接电阻外，还在发射极接上6.8伏双向钳位二极管，以防止静电损伤。照明灯除了发射可见波长外，也会发射红外、紫外波长，因此，对红外接收二极管也会产生干扰。由于发射电路中采用了间隙发射方式，当ID/IC卡刷卡时，红外接收管收到的也是一个脉冲信号。而照明灯干扰信号为缓变信号，且近似为正弦波信号。因此，自适应噪声消除电路优选地采用微分电路来检测缓变信号，很好地抑制了杂波干扰。本实施例的其他技术特征与实施例二相同，在此不予赘述。实施例四在本实施例中，如图3所示，本发明的接近传感器还包括可再触发单稳电路，分别连接光敏单元的所述自适应脉冲生成电路和红外单元的所述脉冲生成电路，用于在检测到前述两个脉冲生成电路生成的脉冲后，产生一个较宽的脉冲，优选地为600ms。本接近传感器生成的脉冲输出至RFID读卡器的MCU，MCU采用中断或扫描方式检测接近传感器的脉冲，光敏单元的所述自适应脉冲生成电 路和红外单元的所述脉冲生成电路所生成的脉冲持续时间一般低于1ms，采用扫描方式的MCU难以检测到Ims的脉冲，因此采用可再触发单稳电路产生一个较宽的脉冲可以增加本接近传感器的适用性。在本实施例中，本接近传感器还可以包括供电模块，所述供电模块一端接锂电池，一端接所述环境照度检测模块，用于对所述锂电池进行极性保护和过放保护，并为所述环境照度检测模块提供电源。所述的锂电池优选地采用RFID读卡器的锂电池。为了防止接反极性，损坏电路，在锂电池正极接一个低压PMOS管，G极通过电阻与电池负极相通，S极与锂电池正极相连。当电池接反时，PMOS管GS电压为正，PMOS管不导通，从而保护了后级电路不会损坏。本实施例的其他技术特征与实施例三相同，在此不予赘述。本发明的RFID读卡器，包括读卡器本机和接近传感器，所述接近传感器生成的脉冲输出至所述读卡器本机，所述读卡器本机接收到脉冲后从休眠状态转变为通电状态，所述接近传感器即上述接近传感器。如上所述，本发明的RFID读卡器相比传统的RFID读卡器多了一个接近传感器，用以检测刷卡动作，故而本RFID读卡器可以不必一直处于工作状态，只需在接近传感器检测到刷卡动作时启动工作，在未检测到刷卡动作的时段里则处于休眠状态，相比传统的持续工作的RFID读卡器，显著降低了功耗。本发明的接近传感方法，如图4所示，包括步骤:步骤S101、检测环境照度；步骤S102、判断环境照度是否高于阈值；步骤S103、若环境照度高于所述阈值，则采用光敏检测方法检测刷卡动作；步骤S104、在环境照度变化达到预定值时，进入步骤S107 ；步骤S105、若环境照度低于或等于所述阈值，则采用红外检测方法检测刷卡动作；步骤S106、在接收到红外信号时，进入步骤S107 ；步骤S107、生成脉冲信号。从上述步骤可知，本方法采用两种方式检测刷卡动作，一种是光敏检测方法，一种是红外检测方法。由于光敏检测方法相比红外检测方法耗能低，因此，在光照允许的情况下即步骤中所述的环境照度高于阈值时，采用光敏检测方法检测刷卡动作，在例如夜晚等光照不足的条件下即环境照度等于或低于阈值时，光敏检测方法因检测精度低不再适用，因此采用红外检测方法，以保证刷卡动作能够呗正确检测。所述的阈值优选地为3勒克斯。
综上，本发明的接近传感器或接近传感方法，能够检测刷卡动作，为降低RFID读卡器功耗提供了条件。本发明的RFID读卡器由于增加了本发明的接近传感器，实现了降低功耗的目的，降低后的功耗仅为传统RFID读卡器的千分之一，如果推广使用，将为国家的节能减排做出巨大贡献。以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明 专利的保护范围应以所附权利要求为准。
权利要求
1.一种接近传感器，其特征在于，包括: 环境照度检测模块，用于检测环境照度是否高于阈值； 配电控制模块，用于在环境照度高于所述阈值时，控制光敏单元通电红外单元断电，在环境照度低于或等于所述阈值时，控制所述红外单元通电所述光敏单元断电； 光敏单元，用于检测环境照度变化，并在环境照度变化达到预定值时，生成脉冲信号； 红外单元，用于周期性发射红外线，并接收红外线，在接收到红外线时，生成脉冲信号。
2.根据权利要求1所述的接近传感器，其特征在于，所述光敏单元包括依次相连的光敏检测电路、工频斩波滤波器、前置高通放大电路和自适应脉冲生成电路，以及运放半压发生器和白噪声抑制电路，所述运放半压发生器与所述前置高通放大电路相连，所述白噪声抑制电路和所述自适应脉冲检测电路相连。
3.根据权利要求2所述的接近传感器，其特征在于，所述自适应脉冲生成电路为根据环境照度自动调节脉冲生成电压变化门限的自适应脉冲生成电路。
4.根据权利要 求1或2或3所述的接近传感器，其特征在于，所述红外单元包括依次相连的非对称信号发生器、红外发射电路、红外接收电路、自适应白噪声消除电路和脉冲生成电路。
5.根据权利要求4所述的接近传感器，其特征在于，所述非对称信号发生器高电平持续时间为0.1ms，低电平持续时间为50ms。
6.根据权利要求4所述的接近传感器，其特征在于，所述红外接收电路的红外接收管的发射极连接双向钳位二极管。
7.根据权利要求4所述的接近传感器，其特征在于，所述红外发射电路为恒流红外发射电路。
8.根据权利要求4所述的接近传感器，其特征在于，所述自适应噪声消除电路包括微分电路，所述微分电路用于检测缓变信号。
9.根据权利要求4所述的接近传感器，其特征在于，还包括可再触发单稳电路，分别连接所述自适应脉冲生成电路和所述脉冲生成电路。
10.根据权利要求9所述的接近传感器，所述可再触发单稳电路产生的脉冲持续时间为 600ms ο
11.根据权利要求4所述的接近传感器，其特征在于，还包括供电模块，所述供电模块一端接锂电池，一端接所述环境照度检测模块，用于对所述锂电池进行极性保护和过放保护，并为所述环境照度检测模块提供电源。
12.根据权利要求11所述的接近传感器，其特征在于，所述供电模块包括PMOS管，所述PMOS管的G极通过电阻与所述锂电池负极相连，S极与所述锂电池的正极相连，用于为所述锂电池提供极性保护。
13.根据权利要求1或2或3所述的接近传感器，其特征在于，所述阈值为3勒克斯。
14.一种RFID读卡器，其特征在于，包括读卡器本机和接近传感器，所述接近传感器生成的脉冲输出至所述读卡器本机，所述读卡器本机接收到脉冲后从休眠状态转变为工作状态，所述接近传感器为权利要求1-13任意一项所述的接近传感器。
15.一种接近传感方法，其特征在于，包括步骤: 检测环境照度，并判断环境照度是否高于阈值；若环境照度高于所述阈值，则采用光敏检测方法检测刷卡动作，在环境照度变化达到预定值时，生成脉冲信号； 若环境照度低于或等于所述阈值，则采用红外检测方法检测刷卡动作，在接收到红外信号时生成脉冲信号。
全文摘要
本发明公开了一种接近传感器和接近传感方法，在光照合适时采用低功耗的光敏检测法检测刷卡动作，在光照较低时，则启用红外检测法检测刷卡动作。既保证了任何光照情况下均能检测刷卡动作，又能达到超低功耗的要求。将本发明的接近传感器与传统的RFID读卡器配合使用，则形成本发明的RFID读卡器，检测到刷卡动作时转换至工作状态，平时则处于休眠状态，从而降低了功耗，延长了电池使用寿命，减少了电池更换所带来的工作量。将本发明的接近传感器、RFID读卡器及接近传感方法推广使用，可以为国家的节能减排做出巨大贡献。
文档编号G06K7/00GK103218587SQ20131012499
公开日2013年7月24日 申请日期2013年4月11日 优先权日2013年4月11日
发明者严益强 申请人:广东省电信规划设计院有限公司