一种智能RFID标签及其工作方法与流程

本发明涉及智能家居设备技术领域，尤其涉及一种智能RFID标签及其工作方法。

背景技术：

目前智能冰箱产品较多使用RFID标签作为冰箱食品智能化管理技术手段，其中 RFID为Radio Frequency Identification的缩写，中文译文为射频识别。但RFID标签在实际应用过程中，仍存在一些缺点：

（1）无源RFID标签只能根据事先写入标签的时间信息来简单推断食品保质状态信息，不能实时获取食品的品质状态；

（2）无源RFID标签需要RFID标签读写器提供能量来激活，对读写器的RF信号强度有一定要求，而在冰箱内部物品变化频繁且放置无规律的复杂环境下为保证无源RFID标签读写操作的可靠性需要提高RF信号强度以及增加冰箱箱体内部RF天线的数量，从而导致了产品成本的增加；而使用电池作为电源的有源RFID标签，因RFID标签体积、结构的限制电池容量较小，极大降低了RFID标签的使用寿命，并在标签到达使用寿命后因内部携带的电池可能会带来环境污染问题。

因此现有技术中的冰箱食品的无源RFID标签不能实时获取食品的品质状态，而且无源RFID标签需要提高RF信号强度，产品成本大，而有源RFID标签，使用寿命短，为用户获取冰箱食品的安全状态带来了不便。

因此，现有技术还有待于改进和发展。

技术实现要素：

鉴于现有技术的不足，本发明目的在于提供一种智能RFID标签及其工作方法，旨在解决现有技术中冰箱食品的无源RFID标签不能实时获取食品的品质状态，为用户获取冰箱食品的安全状态带来了不便的技术问题。

本发明的技术方案如下：

一种智能RFID标签，其中，所述智能RFID标签包括RFID标签芯片、MCU、传感器、电能转化电路，所述RFID标签芯片用于在所述MCU的控制下在充电模式或食品信息采集模式进行切换；所述传感器用于获取食品的状态；所述电能转化电路用于在为所述智能RFID标签进行充电；所述RFID标签芯片分别与所述电能转化电路、所述MCU连接；所述MCU还分别与所述传感器、所述电能转化电路连接。

所述的智能RFID标签，其中，所述电能转化电路包括RF天线、谐振电路、整流电路、储能电路，所述RF天线用于接收所述RFID标签芯片发出的充电信号；所述谐振电路用于接收空载波后产生谐振，根据谐振产生感应电压；所述整流电路用于对所述谐振电路产生的电压进行升压整流；所述储能电路用于储存电能；所述RF天线、所述谐振电路、所述整流电路、所述储能电路依次连接。

所述的智能RFID标签，其中，所述传感器为气味传感器，用于获取食品的气味数据。

所述的智能RFID标签，其中，所述气味传感器为基于丝网印刷的电化学气味传感器。

所述的智能RFID标签，其中，所述RFID标签芯片上设置有两个接口，分别是IIC接口和RF接口，所述IIC接口用于在所述MCU的控制下工作在充电模式，所述RF接口用于在所述MCU的控制下工作在食品信息采集模式。

一种智能RFID标签的工作方法，其中，方法包括步骤：

A、MCU检测电能转化电路的当前电量是否低于一设定的电量阈值；

B、若电能转化电路的当前电量低于一设定的电量阈值，则MCU控制RFID标签芯片工作在充电模式下进行充电直到电能转化电路的当前电量不低于一设定的电量阈值；

C、若电能转化电路的当前电量不低于一设定的电量阈值，则MCU控制RFID标签芯片工作在食品信息采集模式，RFID标签芯片获取传感器采集食品状态并存储，并将存储的食品状态发送至RFID标签读写器。

所述的智能RFID标签的工作方法，其中，所述步骤B具体包括步骤：

B1、若电能转化电路的当前电量低于一设定的电量阈值，则RFID标签芯片发出充电请求；

B2、RFID标签读写器响应充电请求，MCU控制RFID标签芯片工作在充电模式下进行充电直到电能转化电路的当前电量不低于一设定的电量阈值。

所述的智能RFID标签的工作方法，其中，所述步骤C具体包括步骤：

C1、若电能转化电路的当前电量不低于一设定的电量阈值， MCU控制RFID标签芯片工作在食品信息采集模式，RFID标签获取RFID标签读写器发送的食品气味采集请求后，激活气味传感器；

C2、气味传感器根据采样时间间隔采集食品气味信息，并将采集的食品气味信息发送至RFID标签芯片；

C3、RFID标签芯片存储食品气味信息，将食品气味信息发送至RFID标签读写器。

所述的智能RFID标签的工作方法，其中，所述步骤A之前还包括步骤：

S、MCU预先设置气味传感器的采样时间间隔。

所述的智能RFID标签的工作方法，其中，所述步骤B2具体包括步骤；

B21、RFID标签读写器收到充电请求后并向电能转化电路发送一个RF空载波；

B22、电能转化电路将RF空载波转化成直流电压进行充电直到电路转化电路的当前电量不低于一设定的电量阈值，MCU控制RFID标签芯片向RFID标签读写器发送充电完成信息，RFID标签读写器停止发送RF空载波。

本发明提供了一种智能RFID标签及其工作方法，本发明可实时获取食品的品质状态，从而在食品贮存的内部环境下，保证了RFID标签读写的可靠性，而且提高有源RFID标签的使用寿命，降低了成本。

附图说明

图1为本发明的一种智能RFID标签的较佳实施例的功能原理框图。

图2为本发明的一种智能RFID标签的具体应用实施例的电能转化电路的功能原理框图。

图3为本发明的一种智能RFID标签的具体应用实施例的电能转化电路的电路示意图。

图4为本发明的一种智能RFID标签的工作方法的较佳实施例的流程图。

图5为本发明的一种智能RFID标签的工作方法的具体应用实施例的流程图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明提供了一种智能RFID标签的较佳实施例的功能原理框图，如图1所示，智能RFID标签包括RFID标签芯片100、MCU200、传感器300、电能转化电路400，RFID标签芯片100用于在MCU200的控制下在充电模式或食品信息采集模式进行切换，传感器300用于获取食品的状态，电能转化电路400用于为智能RFID标签进行充电，RFID标签芯片100分别与电能转化电路400、MCU200连接，MCU200还分别与传感器300、电能转化电路400连接。

具体地，智能RFID标签放置在冰箱的特定位置，用于获取食品的状态。具体地，用户可通过RFID读写器读写智能RFID标签中的数据，从而获取冰箱中食品的状态。智能RFID标签由具有RFID标签芯片、超低功耗MCU、传感器、电能转化电路等几部分构成。主要器件都选择超低功耗的产品型号：超低功耗MCU选用TI（德州仪器）公司的MSP430F1222芯片，工作电压1.8-3.6V，待机电流仅需0.7uA。

智能RFID标签工作原理：MCU定时激活传感器采集食品信息，并将RFID标签芯片切换到IIC模式，把采集到的信息存储到RFID标签芯片的指定存储空间，之后再将RFID标签芯片切换到RF模式，RFID标签读写器按设定的时间间隔定时读取RFID标签芯片上对应存储空间的信息，获得智能RFID标签所跟随的食品的品质状态信息。同时MCU实时监测电能转化电路的电压，当发现低于设定的阈值则通过RFID标签芯片主动向RFID标签读写器发送充电请求信息，RFID标签读写器收到充电请求信息后发送RF空载波，智能RFID标签接收空载波并通过电能转化电路转换成直流电压充电，当充电完毕后MCU通过RFID标签芯片向RFID标签读写器发送充电完成信息。

进一步地，如图2所示，电能转化电路400包括RF天线401、谐振电路402、整流电路403、储能电路404，RF天线401用于接收RFID标签芯片100发出的充电信号，谐振电路402用于接收空载波后产生谐振，根据谐振产生感应电压，整流电路403用于对谐振电路产生的电压进行升压整流，储能电路404用于储存电能，RF天线401、谐振电路402、整流电路403、储能电路404依次连接。电能转化电路使用分立二极管、电容元件，并使用大容量超级电容作为储能元件，规格为5.0V/5.0F。将电能转化电路整合到RFID食品标签上，在MCU控制下实现自动电能补充。解决当前无源RFID标签在冰箱冷藏箱内部复杂环境下为了提高RFID标签读写器与标签通讯的可靠性需要较高的RF信号强度及在冰箱内部不同角度、位置布置较多的RF天线，从而导致结构设计的难度及成本显著增加的问题；解决有源RFID标签使用电池供电寿命短，标签报废后其内部的电池会引发环境污染的问题。其中 RF为Radio Freqency的缩写，中文意义为无线射频。RF天线为射频天线。

进一步地，电路转化电路的电路示意图，如图3所示，前端为RF天线，图3中未示出。其中第1部分为LC谐振电路，第2部分为倍压整流电路，第3部分为储能电路。

电能转化电路的工作原理为：

MCU检测到储能不足时，控制RFID标签芯片发出充电请求并在得到响应后将RFID标签芯片切换到RF模式，RFID标签读写器发出13.5MHz的空载波，LC谐振电路，如图3中L、C产生谐振，根据谐振产生感应电压，RFID标签芯片对空载波不做响应。RF天线接收的电能只有mV级别，因此需要进行升压整流后才能给储能电路充电。智能RFID标签中MCU、气味传感器、RFID标签芯片只需2~3V电压即可可靠工作，因此使用二级倍压，如图3中的C1、D1、C2、D2即可满足要求，倍压整流滤波之后即可给储能的超级电容CF充电。

传感器为气味传感器，用于获取食品的气味数据，从而根据气味传感器的获取的气味数据判断食物状态。通常食物将要变质时都会有形态或气味的变化，此处采用气味传感器进行获取食品的气味。气味传感器为基于丝网印刷的电化学气味传感器。因丝网印刷电极的价格低廉，因此降低了RFID标签的成本。优选地，气味传感器选用SPEC-SENSORS公司的低功耗丝印电化学气味传感器3SP_H2S_50，功耗仅50uW。将丝印电化学气味传感器整合到智能RFID标签上，RFID标签芯片在MCU控制下在IIC和RF模式之间切换实现食品气味信息的实时采集和上报。解决当前无源RFID标签只能根据事先写入标签的时间信息来简单判断食品保质状态信息，而无法实时获知食品的品质状态的问题。

RFID标签芯片上设置有两个接口，分别是IIC接口和RF接口，IIC接口用于在MCU的控制下工作在充电模式，RF接口用于在MCU的控制下工作在食品信息采集模式。接口的RFID标签芯片选用ST（意法半导体）公司的M24LR16E-R芯片，该芯片具有IIC和RF双接口，可以在MCU控制下切换模式进行更灵活的应用。其中IIC为Inter-Integrated Circuit(集成电路总线）。RF接口为Radio Freqency 射频接口，（也叫RF接口，同轴电缆接口，闭路线接口）属于模拟信号接口。

本发明还提供了一种智能RFID标签的工作方法的较佳实施例的流程图，如图4所示，方法包括：

步骤S100、MCU检测电能转化电路的当前电量是否低于一设定的电量阈值，若低于一设定的电量阈值，则执行步骤S200，若不低于一设定的电量阈值，则执行步骤S300；

步骤S200、MCU控制RFID标签芯片工作在充电模式下进行充电直到电能转化电路的当前电量不低于一设定的电量阈值；

步骤S300、MCU控制RFID标签芯片工作在食品信息采集模式，RFID标签芯片获取传感器采集食品状态并存储，并将存储的食品状态发送至RFID标签读写器。

具体实施时，步骤S100中智能RFID标签具有电能转化电路，能够提供标签工作所需电源智能RFID标签中MCU、气味传感器、RFID标签芯片只需2~3V电压即可可靠工作，因此设定的电量阈值范围为2~3V，优选的电量阈值为2V。

步骤S200中，当发现低于设定的阈值，RFID标签芯片在MCU的作用下转换为充电模式，通过获取RFID标签读写器的载波后，通过电能转化电路转换成直流电压充电，直到电能转化电路的当前电量不低于一设定的电量阈值后结束充电。

步骤S300中若不低于一设定的电量阈值，其中食品采集模式是指RFID标签芯片首先工作在IIC模式采集食品模式，然后通过RF模式将采集的食品模式发送至RF标签读写器。进一步地，MCU将RFID标签芯片切换到IIC模式，MCU控制传感器获取食品状态，把采集到的食品状态存储到RFID标签芯片的指定存储空间，之后再将RFID标签芯片切换到RF模式，RFID标签读写器按设定的时间间隔定时读取RFID标签芯片上对应存储空间的信息，获得智能RFID标签所跟随的食品的品质状态信息。

进一步的实施例中，步骤S100之前还包括步骤：

步骤S1、MCU预先设置气味传感器的采样时间间隔。

具体实施时，气味传感器每隔一采集时间间隔采集一次气味信息，可节省传感器的电量，同时也减少了实时采集数据的数据传输量。其中采集时间间隔由MCU预先设置。采集时间间隔可选10min、20min、30min中的一种。

进一步的实施例中，步骤S200具体包括：

步骤S201、若电能转化电路的当前电量低于一设定的电量阈值，则RFID标签芯片发出充电请求；

步骤S202、RFID标签读写器响应充电请求，MCU控制RFID标签芯片工作在充电模式下进行充电直到电能转化电路的当前电量不低于一设定的电量阈值。

具体实施时，当发现低于设定的阈值则通过RFID标签芯片主动向RFID标签读写器发送充电请求信息，RFID标签读写器收到充电请求信息后响应充电请求发送载波信息，智能RFID标签接收载波信息后进入充电模式充电，直到电能转化电路的当前电量不低于设定的电量阈值。

进一步的实施例中，步骤S202具体包括：

步骤S221、RFID标签读写器收到充电请求后并向电能转化电路发送一个RF空载波；

步骤S222、电能转化电路将RF空载波转化成直流电压进行充电直到电路转化电路的当前电量不低于一设定的电量阈值，MCU控制RFID标签芯片向RFID标签读写器发送充电完成信息，RFID标签读写器停止发送RF空载波。

具体实施时，RFID标签读写器收到充电请求信息后发送13.5MHz的RF空载波，智能RFID标签接收空载波并通过电能转化电路转换成直流电压充电，当充电完毕后MCU通过RFID标签芯片向RFID标签读写器发送充电完成信息。

进一步的实施例中，步骤S300具体包括：

步骤S301、若电能转化电路的当前电量不低于一设定的电量阈值， MCU控制RFID标签芯片工作在食品信息采集模式，RFID标签获取RFID标签读写器发送的食品气味采集请求后，激活气味传感器；

步骤S302、气味传感器根据采样时间间隔采集食品气味信息，并将采集的食品气味信息发送至RFID标签芯片；

步骤S303、RFID标签芯片存储食品气味信息，将食品气味信息发送至RFID标签读写器。

具体实施时，当发现电能转化电路的当前电量低于设定的阈值则通过RFID标签芯片主动向RFID标签读写器发送充电请求信息，RFID标签读写器收到充电请求信息后发送13.5MHz的RF空载波，智能RFID标签接收空载波并通过电能转化电路转换成直流电压充电，当充电完毕后MCU通过RFID标签芯片向RFID标签读写器发送充电完成信息。

进一步的实施例中，本发明中还提供了一种智能RFID标签的工作方法的具体应用实施例，其中传感器为气味传感器，如图5所示，方法包括：

步骤S10、初始化；

步骤S20、MCU检测电能转化电路的电能状态，若电能充足，则执行步骤S30；若电能不足，则执行步骤S40，其中电能充足是指当前电量不低于预先设定的电量阈值，其中电能不足是指当前电量低于预先设定的电量阈值；

步骤S30、MCU正常工作模式；

步骤S31、判断是否设定采集时间间隔，如果是，则执行步骤S32，如果否则执行步骤S30；

步骤S32、判断是否收到RFID标签读写器气味采样请求，如果是，则执行步骤S33，如果否则执行步骤S30；

步骤S33、激活气味传感器；

步骤S34、采集食品气味信息；

步骤S35、气味信息存储到RFID标签芯片；

步骤S36、RFID标签读写器读取气味信息，之后执行步骤S20；

步骤S40、RFID标签芯片发出充电请求；

步骤S41、判断RFID标签读写器是否响应充电请求，如果是，则执行步骤S42，如果否则执行步骤S20；

步骤S42、进入充电模式；

步骤S43、判断充电是否完成，如果是，则执行步骤S20，如果否则执行步骤S42。

综上所述，本发明提出了一种智能RFID标签及其工作方法，智能RFID标签包括智能RFID标签包括RFID标签芯片、MCU、传感器、电能转化电路，RFID标签芯片用于在MCU的控制下在充电模式或食品信息采集模式进行切换，；传感器用于获取食品的状态；电能转化电路用于在为智能RFID标签进行充电；RFID标签芯片分别与电能转化电路、MCU连接，MCU还分别与传感器、电能转化电路连接。本发明可实时获取食品的品质状态，从而在食品贮存的内部环境下，保证了RFID标签读写的可靠性，而且提高有源RFID标签的使用寿命，降低了成本。

应当理解的是，本发明的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。