基于射频识别的无线多路开关控制器及使用方法

本发明属于天线技术与无线通信领域，涉及一种基于射频识别的无线多路开关控制器及使用方法。

背景技术：

长期以来，无线控制技术一直是工业和家庭生活中不可分割的一部分。目前主流的无线控制是基于红外(ir)、蓝牙、zigbee等传统技术。这些技术有明显的缺点:

1.一个遥控器(发射器或网关)只能控制有限的设备，因此在一个应用场景中需要众多的控制器来覆盖所有的设备，在实际使用中并不方便；

2.电池驱动的控制器也存在一些与电池相关的缺点，如成本、有限的工作时间和寿命，更重要的是，电池中含有的有毒污染物需要几百年的时间才能降解，给社会和环境带来了潜在的风险。

射频识别即rfid(radiofrequencyidentification)技术，具有无线电力传输、无源响应、低成本、密集读写操作和远距离非视距通信等特点，可支持由大量控制器和执行器节点组成的环保型远程无线控制系统，是解决上述缺点的潜在方案。拥有无线控制功能的rfid标签可以通过反馈自己的状态变化到阅读器(或路由器)，然后由阅读器发送相应的请求信号到目标rfid继电器电路，最终实现调整目标的输出控制。

技术实现要素：

本发明针对现有技术的不足，提出了一种基于射频识别的无线多路开关控制器及使用方法

一种基于射频识别的无线多路开关控制器，包括天线、多路选择开关、连接线与射频识别(rfid)芯片，所述的多路选择开关的每一路通过不同连接线连接到天线上；所述的连接线每根上均加载有一枚rfid芯片。

作为优选，所述的天线为偶极子天线、环天线或偶极子与环结合天线。

作为优选，所述的rfid芯片为impinjmonza4芯片。

作为优选，所述的rfid标签天线工作频段为860-960mhz。

所述的基于射频识别的无线多路开关控制器的使用方法，该方法具体为：通过多路选择开关切换，连通不同的连接线并使得该连接线上的rfid芯片进入工作状态，进而使得该rfid芯片的代码可以被读写器读取。通过读取到的代码值可以确定多路选择开关的开关状态，并且可以通过无线方式传输开关状况并控制相应驱动器实现开关控制功能。

本发明提出一种基于射频识别的无线多路开关控制器，它的特征是准各向同性辐射模式，任意角度的增益变化小于3db，各个方向的可控制范围可达十余米；工作频率保持在fcc频段(902–928mhz)附近，性能稳定；可用于对目标的多档位状态的远程控制(例如灯光亮度或风扇转速)；微型化平面结构，尺寸仅为49mm×47mm；无源设计，无需电源，工作寿命长，无环境污染；安装方便，无需布线，可以任意粘贴在墙壁、家具等的表面实现对各种电器或电子设备的控制。

本发明具有的有益效果是：本发明的基于射频识别的无线多路开关控制器结构简单轻薄，便于携带和安装；绝对无源，无需电池，使用时间远超其他传统无线控制器；可直接贴附在墙壁、家具表面，使用方便；成本低廉，低于现有传统无线控制器的价格；准各向同性辐射模式且工作频率保持在fcc频段附近，在任意角度或位置均能保持性能稳定；有效工作范围可以高达十余米且不受阻碍物的限制；配合rfid继电器，可用于多种电器或电子设备的控制，并且控制器与驱动器之间可以任意配对，可以实现单个控制器对单个驱动器、单个控制器对多个驱动器或者多个控制器对单个驱动器的控制。

附图说明

图1为基于射频识别的无线多路开关控制器基础模型(以偶极子天线为例)。

图2为基于射频识别的无线多路开关控制器基础模型(以环天线为例)。

图3为偶极子与环天线混合结构的基于射频识别的无线多路开关控制器示意图。

图4为偶极子与环天线混合结构的基于射频识别的无线多路开关控制器不同开关状态下的功率反射系数结果图。

图5为偶极子与环天线混合结构的基于射频识别的无线多路开关控制器不同开关状态下的辐射方向图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详述：

如图1所示，本发明中基于射频识别的无线多路开关控制器的基础模型由偶极子天线1-1、多路开关1-2、开关和天线之间的连接线1-3/1-4/1-5及连接线上的rfid芯片1-6组成。多路开关1-2切换时将会接通不同的连接线1-3/1-4/1-5。当某一连接线接通时，该连接线上的rfid芯片可以通过天线接收电磁信号从而被激活，因此芯片的代码可以被接收器读取到。通过所读取到的芯片代码，可以判断出处于接通状态的连接线的序号，进而可以得知多路开关1-2的开关状态。

如图2所示，本发明中基于射频识别的无线多路开关控制器的基础模型也可以将其中的偶极子天线替换为环天线2-1，其他结构保持不变。具体为包括偶极子天线环天线2-1、多路开关2-2、开关和天线之间的连接线2-3/2-4/2-5及连接线上的rfid芯片2-6组成。图1和图2中所提出的无线多路开关控制器都可以实现基础的无线多路开关控制的功能，但是还有着局限性：偶极子天线和环天线都只能实现二维全向辐射，还存在着辐射零点。在辐射零点方向上控制器的可控制距离非常受限，影响控制器的使用效果。

在图1和图2中的模型的基础上，本发明中进一步提出了采用偶极子/环天线混合结构的基于射频识别的无线多路开关控制器，如图3所示。该无线多路开关控制器由偶极子天线3-1、环天线3-2、多路开关3-3、开关和天线之间的连接线3-4/3-5/3-6及连接线上的rfid芯片3-7组成。由于偶极子天线和环天线的主辐射方向互相垂直，因此弥补了彼此的辐射零点，构成了准各向同性辐射模式。偶极子/环天线混合结构在任意方向上的增益差值都不超过3db。

图4为本发明中的采用偶极子/环天线混合结构的基于射频识别的无线多路开关控制器的功率反射系数结果。当多路开关切换到不同通道、接通不同连接线时，控制器的工作频率一直保持在fcc频段(902-928mhz)附近，频率偏移率不超过2％。这证明了该无线控制器的频率稳定性。

图5为本发明中的采用偶极子/环天线混合结构的基于射频识别的无线多路开关控制器的辐射方向图。当多路开关切换到不同通道、接通不同连接线时，控制器在各个方向上的增益差值均不超过3db。这证明了该无线控制器的准各向同性辐射特性。

本发明的rfid标签的优点包括：

(1)成本低。该控制器仅包括天线、芯片及开关等结构，没有其他电子器件、设备，无需复杂的布线及加工，与传统无线控制器相比成本更低。

(2)便于使用。该控制器超轻超薄，可以贴附在墙壁、家具表面；且无需电源，无需布线，可以随时取用，随时更换位置。

(3)性能稳定。该控制器有着准各向同性辐射模式且工作频率保持在fcc频段附近，因此在任意角度或位置均能保持性能稳定。

(4)适配性高。可用于多种电器或电子设备的控制，并且控制器与驱动器之间可以任意配对，可以实现单个控制器对单个驱动器、单个控制器对多个驱动器或者多个控制器对单个驱动器的控制。

本发明陈述了一种基于射频识别的无线多路开关控制器，该控制器通过多路开关器件改变控制器中的连接线路及相应的芯片激活状态，通过读写器读取到的rfid芯片代码即可识别出多路开关的开关状态。该控制器结构简单，成本低廉且加工方便；完全无源，使用时间长；尺寸小，无需电源，无需布线，便于贴附于墙壁、家具表面使用，随时可以更换控制器的位置；有效工作距离远，可以高达十余米且不受视距限制；有准各向同性辐射模式且工作频率保持在fcc频段附近，在任意角度或位置均能保持性能稳定；适配性高，控制器与驱动器之间可以任意配对。综上所述，设计出的基于射频识别的无线多路开关控制器不仅可以实现对目标的多档位状态的远程控制，并且有着结构简单轻薄、低成本、使用方便、工作时间长、工作距离远、性能稳定、适配性高等优点，因此有着广阔的应用价值和市场潜力。