专利名称：双电源有源rfid标签及其控制实现方法
技术领域：
本发明涉及电子信息技术领域的一种射频通讯设备，尤其涉及一种具有自主能源 吸收、转化、存储并智能应用的有源RFID标签设备。
背景技术：
物联网作为新型的物物识别和互联技术，将有效推动社会和科技的发展，而其中 有源RFID标签是最重要的实现互联的核心技术和核心产品。有源RFID具有通讯距离长， 智能化程度高的特点，但是，由于其依靠电池供电，也存在很多缺点，比如寿命有限、体积较 大、不易维护。由于现有的有源RFID依靠电池或外部电源供电(如图1所示)，其主要结构包括 RFID控制器、调制解调器、天线及蓄电池为主的电源，彼此构成通讯回路，而无论如何降低 功耗，依靠有限电池储电量必定导致有限的使用寿命，为了长期有效工作，有源RFID必须 设计电池可更换的结构，导致了结构的复杂性和可靠性的降低。而同时，电池的容量与体积 相关，为了降低电池的更换周期，电池的体积不能太小，这样又增加了标签的体积。并且电 池在生产和报废过程中都会导致污染。这些缺点极大地限制了有源RFID的发展，也减缓了 物联网的发展速度。
发明内容
鉴于上述现有有源RFID标签应用于物联网存在的缺陷，本发明的目的是提出一 种双电源有源RFID标签及其控制实现方法，以求延长有源RFID标签实际应用下的持续工 作能力，进而推动物联网朝向更快、更广的应用发展。本发明双电源有源RFID标签的目的，其实现的技术方案是双电源有源RFID标签，包括外壳内所设的RFID控制器、调制解调器、天线及蓄电 池为主的电源，其特征在于所述有源RFID标签还集成设有RFID控制器及蓄电池之间的电 源管理模块，所述电源管理模块通过充电电路接入蓄电池和太阳能电池的电源，并通过整 流电路与所述天线相连。其中所述电源管理模块为一个可管理的充电及电源输出选择的电路或装置，可具备时 序及多路电源输出管理功能。所述太阳能电池至少包括薄膜太阳能电池、柔性太阳能电池和部分与RFID标签 外壳融为一体的硬质太阳能电池等太阳能电池中的一种；所述蓄电池至少包括可选的钽电容、电解电容、超级电容、镍氢电池、镍镉电池及 锂电池等可充电电池中的一种。所述RFID控制器、电源管理模块、调制解调器及其它用电装置可为各自独立的装 置或电路，亦可部分或全部集成于数个或一个芯片内。本发明双电源有源RFID标签的控制实现方法，其技术解决方案是双电源有源RFID标签的控制实现方法，其特征在于所述双电源有源RFID标签包括回路相连的调制解调器、天线、RFID控制器、电源管理模块及以蓄电池为主的太阳能电 源，其中所述电源管理模块设置并切换该有源RFID的双电源储能模式、单一太阳能充电储 能模式及单一射频充电储能模式，所述太阳能电池将转化的电能通过充电电路存储于蓄电 池；且所述天线接收射频能源，经整流后通过充电电路存储于蓄电池内。进一步地，前述的双电源有源RFID标签的控制实现方法，将电源管理模块设置为 单一太阳能充电储能模式，断开射频整流部分与充电储能部分的连接，其中所述射频整流 部分的天线直接连接至RFID控制器，接收射频能量仅进行RFID编码发送或其他简单的通 讯；所述充电储能部分由太阳能电池独立支持充电电路，持续为蓄电池充电。进一步地，前述的双电源有源RFID标签的控制实现方法，将电源管理模块设置为 单一射频充电储能模式，当太阳能电池在被遮挡或无光照条件的情况下，太阳能电池没有 对充电电路的输出，而由天线接收射频能量，其中部分进行RFID通讯，另一部分经整流电 路调制后通过充电电路存储于蓄电池内。本发明双电源有源RFID标签及其控制实现方法，其应用后突出效果为本发明利用太阳能作为主要外部能源，可以长时间对标签内部的蓄电池进行充 电，使得有源RFID标签可获得的电能大大增加，并且由于太阳能具有可再生性，蓄电池容 量不必很大，使得标签体积缩小，提升了有源RFID标签的灵活性及使用寿命和范围。同时由于本发明能够控制天线接收到的射频信号的传输，既能满足长距离通讯的 要求，也能在短距离通讯时将多余的能源收集存储，使得有源RFID和无源RFID能够在同一 个标签上同时具备，兼顾了两种技术的优点，有利于RFID的标准化和统一化。
图1是现有技术有源RFID标签的电气原理结构示意图；图2是本发明有源RFID标签的电气原理结构示意图；图3是本发明有源RFID标签的模块化电路结构示意图；图4是图3所示的有源RFID标签双电源同时工作的模块化电路结构示意图；图5是图3所示的有源RFID标签单一太阳能充电储能的模块化电路结构示意图；图6是图3所示的有源RFID标签单一射频充电储能的模块化电路结构示意图。
具体实施例方式以下便结合实施例附图，对本发明的具体实施方式
作进一步的详述，以使本发明 技术方案更易于理解、掌握。本发明针对现有技术有源RFID标签采用电池难于持久工作，且远距离通讯效果 不佳的现状，经多年苦心研究降低器件本身功耗以外的途径，提出了一种能有效延长使用 寿命，体积小巧的有源RFID标签。使得该标签兼具了有源RFID和无源RFID各自的技术优 点，有利于RFID的标准化和统一化。如图2所示，是本发明有源RFID标签的电气原理结构示意图。从图中所示可以看 到该双电源有源RFID标签主要包括外壳内所设的RFID控制器、调制解调器、天线及蓄电 池为主的电源，并且该有源RFID标签还集成设有RFID控制器及蓄电池之间的电源管理模 块，所述电源管理模块通过充电电路接入蓄电池和太阳能电池的电源，并通过整流电路与
4所述天线相连。其中该电源管理模块为一个可管理的充电及电源输出选择的电路或装置，可具备时序 及多路电源输出管理功能。即可以控制射频整流部分与充电电路间的通断，根据RFID控制 器中定义的使用环境和通讯要求，自动、灵活地切换双电源储能模式、单一太阳能充电储能 模式及单一射频充电储能模式；以达到实时保持有源RFID标签连续工作的充足能源和合 理功耗。根据不同有源RFID标签的能耗要求、体积大小，可选用不同类型、不同太阳辐射 吸收率的电池。该太阳能电池至少包括薄膜太阳能电池、柔性太阳能电池和部分与RFID标 签外壳融为一体的硬质太阳能电池等太阳能电池中的一种该电源可选用寿命长且不需要后期维护的蓄电池，至少包括可选的钽电容、电解 电容、超级电容中的一种，或可更换的镍氢电池、镍镉电池及锂电池中的一种，视具体应用 需求而定。由于采用了太阳能充电储能模式的RFID标签具有持续充电能力，因此所使用的 蓄电池容量可以比现有的有源RFID标签所使用的蓄电池容量小很多。本发明由太阳能电池提供主要能源，并通过电源管理模块将能量储存与低污染、 寿命长的储能部件中。彻底解决了现有有源RFID标签使用电池带来的缺点，大大提高了 RFID标签的应用领域和使用范围。如图3所示的本发明有源RFID标签的模块化电路结构示意图可见该双电源设计 的有源RFID标签基于原有的硬件结构，增加了整流电路、充电电路、电源管理模块及太阳 能电池。通过增加简单的电路，最充分地利用了太阳能多模式RFID标签的固有性能，一方 面太阳能作为主要能源为RFID标签提供电能，另一方面利用RFID标签具备的天线收集射 频能源，转换为电能作为补充，在太阳能不足及储电量不足情况下利用天线收集电能，保证 RFID正常工作。实施例一太阳能及射频能源同时工作的模式如图4所示的控制连接方式天线接收到的射频信号在传递给调制解调电路用于 信号分析出的同时，另一路通过整流获得电能，并送至充电电路对蓄电池充电。同时太阳能 电池将接收到的太阳能转换为电能，通过充电电路对蓄电池充电。此模式同时利用了两种外部能源，适用于RFID标签工作于待机状态、休眠状态或 近距离通讯时的情况。实施例二 单一太阳能充电模式如图5所示的控制连接方式断开射频整流部分与充电电路部分的连接，分为两 个独立运行部分射频整流部分的天线直接连接至RFID控制器，RFID处于无源工作状态， 直接通过天线获取能量并进行通讯。而充电电路部分是由太阳能电池支持的充电电路，继 续独立工作为蓄电池充电。此模式通过断开射频整流与充电电路的连接，可以提高天线的收发能力，适用于 RFID在长距离通讯或大数据量通讯的情况。实施例三单一射频能源充电模式如图6所示的控制连接方式此模式下太阳能电池由于光照不足而没有电能输 出，只有射频能量补充电能，通过充电电路对蓄电池进行充电，这种模式适合于夜间或其他 没有光照的情况。
从以上三个实施例可以看出，本发明双电源有源RFID标签及其控制实现方法，解 决了传统以电池作为有源RFID的电源所存在的缺陷，使有源RFID标签在保持本身优势的 同时，具有体积小、寿命长、可靠性高的特点，从而进一步改善有源RFID标签的实用性，扩 大有源RFID标签的应用领域，进而推动物联网的发展。
权利要求
双电源有源RFID标签，包括外壳内所设的RFID控制器、调制解调器、天线及以蓄电池为主的电源，其特征在于所述有源RFID标签还集成设有RFID控制器及蓄电池之间的电源管理模块，所述电源管理模块通过充电电路接入蓄电池和太阳能电池的电源，并通过整流电路与所述天线相连。
2.根据权利要求1所述的双电源有源RFID标签，其特征在于所述电源管理模块为一 个可管理的充电及电源输出选择的电路或装置。
3.根据权利要求1所述的双电源有源RFID标签，其特征在于所述太阳能电池至少包 括薄膜太阳能电池、柔性太阳能电池和部分与RFID标签外壳融为一体的硬质太阳能电池 中的一种。
4.根据权利要求1所述的双电源有源RFID标签，其特征在于所述蓄电池为可充电电 池，至少包括可选的钽电容、电解电容、超级电容、镍氢电池、镍镉电池及锂电池中的一种。
5.双电源有源RFID标签的控制实现方法，其特征在于所述双电源有源RFID标签包 括回路相连的调制解调器、天线、RFID控制器、电源管理模块及以蓄电池为主的太阳能电 源，其中所述电源管理模块设置并切换该有源RFID的双电源储能模式、单一太阳能充电储 能模式及单一射频充电储能模式，所述太阳能电池将转化的电能通过充电电路存储于蓄电 池；且所述天线接收射频能源，经整流后通过充电电路存储于蓄电池内。
6.根据权利要求5所述的双电源有源RFID标签的控制实现方法，其特征在于将电源 管理模块设置为单一太阳能充电储能模式，断开射频整流部分与充电储能部分的连接，其 中所述射频整流部分的天线直接连接至RFID控制器，接收射频能量仅进行RFID识别通讯； 所述充电储能部分由太阳能电池独立支持充电电路，持续为蓄电池充电。
7.根据权利要求5所述的双电源有源RFID标签的控制实现方法，其特征在于当光照 不足时，电源管理模块处于单一射频充电储能模式，太阳能电池停止对充电电路的输出，而 由天线接收射频能量，其中部分进行RFID识别通讯，另一部分经整流电路调制后通过充电 电路存储于蓄电池内。
全文摘要
本发明揭示了一种双电源有源RFID标签及其控制实现方法，包括外壳内所设的RFID控制器、调制解调器、天线及以蓄电池为主的电源，其特征在于有源RFID标签还集成设有RFID控制器及蓄电池之间的电源管理模块，电源管理模块通过充电电路接入蓄电池和太阳能电池的电源，并通过整流电路与天线相连。其中太阳能电池将转化的电能；天线接收射频能源，经整流后一并通过充电电路存储于蓄电池内。本发明技术方案利用太阳能作为主要外部能源，选择性辅以射频接收能源，通过灵活的控制方法有效提升了有源RFID标签的灵活性及使用寿命和范围；并且有利于RFID的标准化和统一化，进一步推进物联网应用的迅速发展。
文档编号H02J7/00GK101901367SQ20101023991
公开日2010年12月1日 申请日期2010年7月29日 优先权日2010年7月29日
发明者瞿磊 申请人:苏州盖娅智能科技有限公司