一种自取能的RFID传感标签的制作方法

本发明涉及无线通信技术和传感器技术领域，具体是涉及一种自取能的RFID传感标签，可以实现对询问信号的能量捕获，将捕获的能量用来给RFID传感标签供电。

背景技术：

传统的射频识别技术（RFID，Radio Frequency Identification Devices）只具有标识功能，多用于物流行业和大型超市中的货物管理。随着低功耗传感器技术的发展，将传感器融合到RFID标签中组成RFID传感器标签成为一种发展趋势。但是增加了传感器，RFID标签的功耗必然有所增加，RFID传感器标签的供能问题，成为研究人员重点关注的问题。

申请号为201510555660.0，公开号为105389611A《被动RFID传感器标签》发明了一种无源的RFID传感器标签，但是无源的RFID传感器标签信号传输距离近，只能达到几米。申请号为201110241979.8，公开号为102949182A《超高频主动式RFID体温传感标签》发明了一种有源的RFID温度传感器标签，采用纽扣电池供电，但是由于电池能量有限，标签寿命较短。

技术实现要素：

本发明所要解决的问题是，克服上述背景技术的不足，提供一种可以自取能的RFID传感标签，本发明具有信号传输距离远、数据流容量大、寿命长的特点。

本发明解决其技术问题采用的技术方案是；

一种自取能的RFID传感标签，包括射频能量捕获和管理模块、传感器模块、MCU模块、射频芯片和天线模块；射频能量捕获和管理模块用于从询问信号中获取能量给RFID传感标签供电，并将多余的能量存储起来；传感器模块、MCU模块和射频芯片均与射频能量捕获和管理模块相连，射频能量捕获和管理模块同时给传感器模块、MCU模块和射频芯片供电；传感器模块用于实时感知环境信息，并将实时环境信息传输给MCU模块；MCU模块用于接收传感器模块传送的实时环境信息，并将其传输给射频芯片；射频芯片用于对实时环境信息进行调制、加密处理。当有外部命令需要对传感器模块中相关传感器参数进行配置或修改时，外部命令通过射频芯片传送到MCU模块中，MCU模块根据命令的具体要求对传感器参数进行配置或修改。

进一步，所述天线模块包含捕能天线和射频天线。

所述捕能天线与射频能量捕获和管理模块相连，用于询问信号能量的接收。

所述射频天线与射频芯片相连，用来无线发射被射频芯片调制和加密后的实时环境信息。

进一步，所述射频能量捕获和管理模块包括匹配电路、整流电路、储能电容、DC-DC电压泵和LDO稳压器。匹配电路、整流电路、DC-DC电压泵和LDO稳压器依次相连，储能电容与DC-DC电压泵相连。

所述匹配电路用于调整RFID传感标签阻抗，使RFID传感标签阻抗与捕能天线的阻抗相匹配。

所述整流电路将捕获的能量调整为直流电能。

所述储能电容用于储存多余的捕获能量，当捕获能量无法满足RFID传感标签的能量需求时，储能电容中的电能给RFID传感标签供电。

所述DC-DC电压泵用于将整流后的直流电能的电压调整为传感器模块、MCU模块和射频芯片需要的电压。

所述LDO稳压器用于将DC-DC电压泵输出的电压进行稳压处理，为传感器模块、MCU模块和射频芯片提供稳定的电能。

进一步，所述传感器模块包含温度传感器、光传感器和震动传感器，用于实时感知环境信息。

所述温度传感器用于感知温度信息，并将温度信息传输给MCU模块。

所述光传感器用于感知光照信息，并将光照信息传输给MCU模块。

所述震动传感器用于感知震动信息，并将震动信息传输给MCU模块。

本发明之自取能的RFID传感标签具有功耗低、寿命长、数据流容量大和信息传输距离远的优点。本发明可以实现RFID传感标签的自取能，射频能量捕获和管理模块U1将阅读器询问信号中的能量捕获和收集起来，对RFID传感标签供电。

附图说明

图1为本发明自取能的RFID传感标签的结构示意图；

图2为图1所示实施例自取能的RFID传感标签的天线模块的结构示意图；

图3为图1所示实施例自取能的RFID传感标签的射频能量捕获和管理模块的结构示意图；

图4为图1所示实施例自取能的RFID传感标签的传感器模块的结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

参照图1，本发明之自取能的RFID传感标签包括射频能量捕获和管理模块U1、传感器模块U2、MCU模块U3、射频芯片U4和天线模块U5。

参照图2，本发明之自取能的RFID传感标签的天线模块U5包括捕能天线U51和射频天线U52。

所述射频能量捕获和管理模块U1与天线模块U5中的捕能天线U51相连，从阅读器询问信号中获取能量。

所述传感器模块U2、MCU模块U3和射频芯片U4均与射频能量捕获和管理模块U1相连，同时射频能量捕获和管理模块U1给传感器模块U2、MCU模块U3和射频芯片U4供电。

所述传感器模块U2与MCU模块U3相连，传感器模块用于实时感知环境信息，并将实时环境信息传输给MCU模块U3。

所述MCU模块U3与射频芯片U4相连，MCU模块用于接收传感器模块U2传送的实时环境信息，并传输给射频芯片U4进行调制、加密处理。

射频芯片U4与天线模块U5中的射频天线U52相连，将已调制和加密的实时环境信息通过射频天线U52无线传输给外部设备阅读器。

参照图3，本发明之自取能的RFID传感标签的射频能量捕获和管理模块U1包括匹配电路U11、整流电路U12、储能电容U13、DC-DC电压泵U14和LDO稳压器U15。匹配电路U11、整流电路U12、DC-DC电压泵U14和LDO稳压器U15依次相连，储能电容U13与DC-DC电压泵U14相连。

所述匹配电路U11用于调整RFID传感标签阻抗，使RFID传感标签阻抗与捕能天线U51的阻抗相匹配。

所述整流电路U12将捕获的能量调整为直流电能。

所述储能电容U13用于储存多余的被捕获能量。

DC-DC电压泵U14用于将整流后的直流电能的电压调整为传感器模块U2、MCU模块U3和射频芯片U4需要的电压。

LDO稳压器U15用于将DC-DC电压泵U14输出的电压进行稳压处理，为传感器模块U2、MCU模块U3和射频芯片U4提供稳定的电能。

参照图4，本发明之自取能的RFID传感标签的传感器模块U2包括温度传感器U21、湿度传感器U22和震动传感器U23。

所述温度传感器U21用于感知温度信息，不失一般性的，本发明中温度传感器采用LM94021温度传感器芯片，通过GPIO口与MCU模块U3相连。

所述光传感器U22用于感知光照信息，不失一般性的，本发明中光传感器采用MAX44009光传感器芯片，通过I²C总线与MCU模块U3相连。

所述震动传感器U23用于感知RFID传感标签的震动情况，不失一般性的，本发明中震动传感器采用三轴加速度传感器ADXL346芯片，通过I²C总线与MCU模块U3相连。

本发明之自取能的RFID传感标签具有低功耗的特点。为达到所述低功耗的目标，本发明采用的是低功耗的MCU。不是一般性地，本发明采用ST公司的STM8L151C8芯片。经过实测，该MCU芯片在激活模式下的电流消耗最低只有29μA，在睡眠模式下的电流消耗最低只有0.4μA。

本发明采用的传感器为低功耗传感器。不失一般性地，以温度传感器LM94021为例，其工作电流低至9μA。

本发明采用低功耗的射频芯片。不失一般性地，本发明采用Impinj公司的Monza X-2K RFID射频芯片，经过实测，其工作电流为200μA，睡眠电流低至3μA。

本发明之自取能的RFID传感标签具有寿命长的特点。因为射频能量捕获和管理模块从询问命令中获取射频能量，并将多余的能量存储到储能电容中。没有电池寿命的限制，原理上可以一直工作。

本发明之自取能的RFID传感标签具有信息传输距离远的特点，因为射频能量捕获和管理模块可以给RFID传感器标签提供稳定的能量，同时标签又具有低功耗的特点，所以信息传输距离相较于普通的无源RFID标签有很大的提高。