专利名称：一种用于液体的低频磁传输通信方法及系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及无线信息采集技术领域，特别涉及一种用于液体的低频磁传输通信方法及系统。
背景技术：
现代信息化管理要求对信息进行自动采集和处理。目前信息的自动(无线)采集技术主要是利用RFID技术进行信息的传送。RFID射频识别是一种非接触式的自动识别技术，通过射频信号自动识别目标对象并获取相关数据，识别工作无须人工干预，可工作于各种恶劣环境。RFID技术可识别高速运动物体并可同时识别多个标签，操作快捷方便。RFID系统通常由以下三部分组成:标签(Tag):由耦合元件及芯片组成，每个标签具有唯一的电子编码，附着在物体上标识目标对象；读写器(Reader):读取(或写入)标签信息的设备，可设计为手持式或固定式；天线(Antenna):在标签和读写器间传递射频信号。RFID的工作原理是读写器通过天线发送出一定频率的射频信号，当标签进入磁场(射频场)时产生感应电流从而获得能量，发送出自身编码等信息被读写器读取并解码后送至应用系统进行有关处理。RFID技术根据其电子标签的工作原理可以分为:无源RFID系统和有源RFID系统。无源RFID系统的标签没有内部供电电源，标签内部集成电路通过接收到读写器发送的电磁波进行驱动。当标签接收到足够强度的信号时，可以读取自身的ID或存储于内部存储器的数据向读写器发送。无源RFID系统成本较低。有源RFID系统与无源RFID系统相比，其标签内部具有供电电源，能够主动发送某一频率的信号。有源RFID系统传输距离远。由于液体对无线电波的吸收作用，传统的RFID系统特别是高频RFID系统，很难透过液体进行数据读取。甚至在含水量较高的环境，包含人体，都会对RFID的读取产生很大影响。和固体物品相比，RFID在液体环境下读取准确率至少降低20%以上。当读取装有液体物品的货盘上货箱信息时，只能读取货盘周围的货箱，由于无线电波的反射或被吸收，中间的货箱无法正确读取。传统的RFID主要采用以下方式进行液体环境下的读取:(I)电子标签贴附于液体包装物的表面，将具有复磁导率的材料的RFID绝缘体，或单独使用或与介电绝缘体材料组合使用，插入到RFID电子标签电路和液体包装物的表面之间，通过使得电子标签与液体包装物表面之间具有不同的介电系数，从而降低液体对无线电波影响。(2)通过改进电子标签的天线设计，减少存在比如金属、液体和人体这样的材料时由于启动RFID标签与RFID标签读写器之间的通信而造成的失谐影响。(3)通过采用低频无源标签，利用低频无线电波的波长较长，受液体影响小特性，使得读写器可以进行标签的识别和读取。
但是上述三种方式分别存在以下问题:第一种方式和第二种方式有很大的局限性。具体而言，电子标签只能置于液体包装物的表面，无法置于液体内部。并且只能在某个角度和方向进行读取，无法做到全方位的读取。如果电子标签改变位置，则读取准确率会大大降低。电子标签需要保持清洁，无法应用于恶劣的环境。如果电子标签表面粘附了水或者油污等，读取准确率也会受到影响。第三种方式的读取距离有限，通常情况下为10-60厘米，无法应用于液体环境下需要较长作用距离的数据读取。
发明内容
本发明的目的旨在至少解决上述技术缺陷之一。为此，本发明的第一个目的在于提供一种用于液体的低频磁传输通信方法。本发明的第二个目的在于提供一种用于液体的低频磁传输通信系统。为实现上述目的，本发明第一方面的实施例提供了一种用于液体的低频磁传输通信方法，包括如下步骤:读写器对请求信息进行编码，并将编码后的请求信息与第一载波信号进行混频以生成调制请求信号，采用电感耦合模式将所述调制请求信号发送至多个标签;所述多个标签接收所述调制请求信号并将所述调制请求信号还原为数字请求信号，对所述数字请求信号进行应用码匹配以生成匹配的码流，通过所述匹配的码流按照预设的采样频率采样串行的数字信号，并对所述串行的数字信号进行数据处理，包括如下步骤:对所述串行的数字信号中的数据进行合法性判别；在合法性判别通过后，对所述串行的数字信号中的命令字段进行解析以得到对应于所述请求信息的应答信息；对所述应答信息进行编码和调制以得到标签调制信号；和所述读写器采用电感耦合模式接收来自所述标签的标签调制信号，对所述标签调制信号进行解调和译码以得到标签数据，并采用网络方式将所述标签数据发送至数据处理服务器，所述数据处理服务器对所述标签数据进行后处理，其中，所述调制请求信号和所述标签调制信号的频率均低于350KHz。根据本发明实施例的用于液体的低频磁传输通信方法，采用电感耦合模式传输信号，即工作在近场且产生的磁场能量远大于电场能量的电磁波信号传输模式。利用磁信号传输不受液体阻隔的特性，实现读写器和标签之间的数据通信，适用于液体环境下的传输通信。同时近场磁信号具有信号衰减快得特点，从而具有高保密性，不容易被窃听，适合于安全性要求较高场合的数据传输。本发明第二方面的实施例提供一种用于液体的低频磁传输通信系统，包括多个读写器、多个标签和数据处理服务器，所述多个标签中的至少一个内设置有供电模块，所述供电模块用于向所述标签供电，其中，每个读写器包括:第一主控模块，用于控制对所述标签的信息的读取或写入；第一编码模块，与所述第一主控模块相连，用于根据所述第一主控模块的指令对请求信息进行编码；混频模块，与所述第一编码模块相连，用于将所述编码后的请求信息与第一载波信号进行混频，生成调制请求信号；至少一个读写器天线，用于采用电感耦合模式将所述调制请求信号发送至所述标签，以及采用电感耦合模式接收来自所述标签的标签调制信号；第一功放模块，与每个读写器天线相连，用于驱动所述读写器天线；第一天线匹配模块，分别与所述至少一个读写器天线和所述第一主控模块相连，用于在所述第一主控模块的控制下对所述至少一个读写器天线进行阻抗匹配，每个标签包括:至少一个标签天线，用于采用电感耦合模式接收来自所述读写器天线的调制请求信号，以及电感耦合模式将对应于所述调制请求信号的标签调制信号发送给所述读写器天线，其中，所述调制请求信号低于350KHZ ;第二天线匹配模块，与所述至少一个标签天线相连，用于对所述至少一个标签天线进行阻抗匹配；解调模块，用于将所述标签天线接收的所述调制请求信号还原为数字请求信号；应用码匹配模块，与所述解调模块相连，用于对所述数字信号进行应用码匹配，生成匹配的码流；第二主控模块，与所述应用码匹配模块相连，用于通过所述匹配的码流按照预设的采样频率采样串行的数字信号，并对所述串行的数字信号进行数据处理以得到对应于所述数字请求信号的应答信息；第二编码模块，与所述第二主控模块相连，用于对所述应答信息进行编码；调制模块，与所述第二编码模块相连，用于将所述编码后的应答信息与第二载波信号进行混频，生成标签调制信号；第二功放模块，分别与所述至少一个标签天线和所述调制模块相连，用于驱动所述标签天线；数据处理服务器，与所述至少一个读写器相连，用于对来自所述读写器的标签调制信号进行后处理，其中，所述标签调制信号低于350KHz。根据本发明实施例的用于液体的低频磁传输通信系统，采用电感耦合模式传输信号，即工作在近场且产生的磁场能量远大于电场能量的电磁波信号传输模式。利用磁信号传输不受液体阻隔的特性，实现读写器和标签之间的数据通信，适用于液体环境下的传输通信。同时近场磁信号具有信号衰减快得特点，从而具有高保密性，不容易被窃听，适合于安全性要求较高场合的数据传输。本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中:图1为根据本发明实施例用于液体的低频磁传输通信方法的流程图；图2为根据本发明实施例用于液体的低频磁传输通信方法的通讯示意图；图3为标签接收调制请求信号的流程图；图4为标签进行数据处理的流程图；图5为标签进行数据发送的流程图；图6为根据本发明实施例的用于低频磁传输通信系统的示意图。
具体实施例方式下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。
如图1所示，本发明实施例提供的用于液体的低频磁传输通信方法，包括如下步骤:SlOl:读写器对请求信息进行编码，并将编码后的请求信息与第一载波信号进行混频以生成调制请求信号，采用电感耦合模式将调制请求信号发送至多个标签。S102:多个标签接收调制请求信号并将调制请求信号还原为数字请求信号，对数字请求信号进行应用码匹配以生成匹配的码流，通过匹配的码流按照预设的采样频率采样串行的数字信号，并对串行的数字信号进行数据处理。其中，调制请求信号低于350KHZ。其中，对串行的数字信号进行数据处理进一步包括如下步骤:对串行的数字信号中的数据进行合法性判别。在合法性判别通过后，对串行的数字信号中的命令字段进行解析以得到对应于请求信息的应答信息。S103:读写器采用电感耦合模式接收来自标签的标签调制信号，对标签调制信号进行解调和译码以得到标签数据，并采用电感耦合模式将所述标签数据发送至数据处理服务器，数据处理服务器对标签数据进行后处理。其中，标签调制信号低于350KHZ。根据本发明实施例的用于液体的低频磁传输通信方法，采用电感耦合模式传输信号，即工作在近场且产生的磁场能量远大于电场能量的电磁波信号传输模式。利用磁信号传输不受液体阻隔的特性，实现读写器和标签之间的数据通信，适用于液体环境下的传输通信。同时近场磁信号具有信号衰减快得特点，从而具有高保密性，不容易被窃听，适合于安全性要求较高场合的数据传输。图2示出了用于液体的低频磁传输通信方法的通讯连接。操作终端和服务器通过以太网与多个读写器实现网络连接。并且，多个读写器与处理前端通过串口连接。多个读写器可以通过天线读取标签的信息或向标签写入信息。读写器可以向标签读取和写入信息。首先，读写器对请求信息进行编码。具体而言，读写器将请求信息按照预设通信编码格式进行编码，包括向请求信息添加帧头、长度以及校验码等。然后将编码后的请求信息发送到混频器，将请求信息与第一载波信号进行混频，从而将基带信号调制到载波上以生成调制请求信号。读写器采用AM调制方式对基带信号进行调制。其中，调制深度为100%。读写器通过天线采用电感耦合模式将调制请求信号发送到多个标签。其中，利用功放单元驱动天线功能，将调制请求信号以较大的功率输出，从而提高读写器的识别标签的范围。在本发明的一个实施例中，功放单元可以采用功率MOS管,实现功率信号输出。在本发明的一个实施例中，读写器通过天线向多个标签发送调制请求信号之前，需要对天线进行阻抗匹配，从而使天线上输出的信号最强。其中，对天线进行阻抗匹配，通过选取不同的阻抗模块，可以使天线达到最佳匹配，天线上的信号最强，识别范围最大。在本发明的一个实施例中，多个标签中的至少一个采用电池供电。标签可以放置于液体内部，也可以放置于液体包装物的表面。多个标签接收来自读写器的调制请求信号，然后将调制请求信号还原为数字请求信号。具体而言，如图3所示，S301:初始化。标签通过天线利用电感耦合方式接收来自读写器的调制请求信号。标签的载波检测一直处于工作状态，对该调制请求信号进行载波检测、解调和解码，从而将调制请求信号还原为数字请求信号。S302:应用码匹配。对数字请求信号进行应用码匹配以生成匹配的码流。当检测到有效的信号相应的应用代码匹配一致后，标签进行数据接收状态，否则重复本步骤直至应用代码匹配。S303:设置采样频率。标签设置定时器的第一中断周期。S304:初始化定时器。S305:检测定时中断信号。如果检测到定时中断信号，则执行步骤S306，否则重复本步骤，持续检测定时中断信号。S306:数据采样。在每一个定时中断周期中采集串行的数字信号。S307:移位存储。将串行数字信号依次移位存储到缓冲区。S308:判断是否达到第一预设长度。当采集到串行的数字信号的长度达到第一预设长度是，执行步骤S309，否则执行步骤S305。S309:关闭定时器。S310:数据处理。对串行的数字信号进行数据处理。首先，标签对串行的数字信号中的数据进行合法性判别，在合法性判别通过后，对串行的数字信号中的命令字段进行解析以得到对应于请求信息的应答信息，然后对应答信息进行编码和调制以得到标签调制信号。下面参考图4对标签对串行的数字信号进行数据处理的过程进行描述。S401:判别报头。S402:判断报头是否正确。如果报头正确则执行步骤S403，否则执行步骤S410。S403:判别校验和。S404:判断校验和是否正确。如果校验和正确则执行步骤S405，否则执行步骤S410。S405:判别身份信息ID。S406:判断ID区是否合法。当串行的数字信号的身份信息ID和当前标签中的身份信息ID —致且串行的数字信号中的搜索命令的身份信息为预设身份信息值时，判断串行的数字信号的身份信息正确。如果ID区合法则执行步骤S407，否则执行步骤S410。S407:解析命令。命令字段包括:搜索命令、Ping命令、灭活命令和更改身份信息命令S408:判断命令为搜索命令。
搜索命令为广播命令。S409:是否为灭活状态。当接收到搜索命令时，如果标签处于灭活状态，则执行步骤S410。如果标签处于激活状态，则将执行步骤S418。S410:清除发送标志。S411:判断命令为Ping命令。Ping命令为一个点对点的查询命令,需要应答当前标签的ID。在接收到Ping命令后，执行步骤S412。S412:清除灭活状态。清除灭活状态后，当前标签处于激活状态，执行步骤S418。S413:判断命令为灭活命令。灭活命令用于将当前标签设置为灭活状态。通常读写器发送搜索命令并接收到标签的应答后，对该标签发送灭活命令，从而搜索其他标签。灭活命令需要应答当前标签的ID。在接收到灭活命令时，执行步骤S414。S414:设置灭活状态。设置当前标签的灭活标志，从而使得标签处于灭活状态。然后执行步骤S418。S415:更改 ID 命令。更改ID命令只对设直标签时使用，用于设直标签的ID。在接收到更改ID命令后，执行步骤S416。S416:更新 ID。提取出接收数据缓冲区中命令指定的新ID，将当前标签的ID更新完的新ID。S417:将新ID放入应答区。将更新后的新ID放入发送缓冲区作为应答信息。S418:将ID放入应答区。S419:设置发送标志。S420:发送处理。标签检测发送标志是否有效，如果发送标志有效，则对缓冲区中的数据按照预设的规则进行数据处理，并将数据处理后的报文进行编码。按照预设速率，将编码后的报文依次串行的发送到对应端口。下面参考图5描述标签发送数据的过程。S501:初始化。S502:判断发送标志是否有效。如果发送标志有效，则执行步骤S503。如果发送标志被清除则表示此次没有需要发送的数据，执行步骤S511，直接退出发送状态，转至日常状态。S503:组织报文。对发送缓冲区中的数据按照预设规则进行整理，包括添加报头、计算报文长度、计算校验和。S504:FM0 编码。将整理后的报文进行FMO编码。
S505:设置发送频率。S506:初始化定时器。S507:检测定时中断信号。如果检测到定时中断信号，则执行步骤S508，否则重复执行本步骤，直至检测到定时中断信号。S508:移位发送。标签设置定时器的第二中断周期，在每一个定时中断周期中串行发送编码后的报文。按照预设速率，依次串行的发送将编码后的报文发送到指定的端口。串行的发送是通过定时器的中断来实现的，根据发送的速率设置好定时器的中断频率后，每次定时中断中，移位发送数据的一个比特直至所有数据发送完毕。S509:判断是否达到第二预设长度。当发送的编码后的报文的长度达到第二预设长度时，执行步骤S510。S510:关闭定时器。S511:转到日常状态。读写器采用电感耦合模式接收来自上述标签的标签调制信号，其中，标签调制信号为上述步骤中编码后的报文。对标签调制信号进行解调和译码以得到标签数据，并采用网络方式将标签数据发送至数据处理服务器。数据处理服务器对标签数据进行后处理。本发明实施例提供的用于液体的低频磁传输通信方法，标签可以置于液体内部或者液体包装物的表面，从而可以进行全方位的数据读取，即使标签位置改变也不受影响。同时，标签的作用距离可以从10厘米到10米得范围。并且，数据通信采用低频信号，采用电感耦合模式传输信号。其中，电感耦合模式是指工作在近场且产生的磁场能量远大于电场能量的电磁波信号传输模式。由于数据传输的信号频率为低于300khz,波长大于Ikm,而数据通信的距离为10厘米-30米，远远小于其波长，所以属于近场通信，信号传输方式主要是磁传输方式。利用磁信号传输不受液体阻隔的特性，实现读写器和标签之间的数据通信。本发明采用长波磁信号进行通信，磁信号不会像电信号那样被液体吸收，从而适用于液体环境下的传输通信。同时近场磁信号具有信号衰减快得特点，具有高保密性，不容易被窃听，适合于安全性要求较高场合的数据传输。下面参考图6描述根据本发明实施例的用于液体的低频磁传输通信系统。如图6所示，本发明实施例的用于液体的低频磁传输通信系统包括读写器610、标签620和数据处理服务器630。其中，多个标签中的至少一个内设置有供电模块，用于向标签供电。每个读写器610包括通讯控制模块、第一主控模块、第一编码模块、混频模块、至少一个读写器天线、第一功放模块、第一天线匹配模块、第一载波检测模块和抗冲突解码模块。下面分别对各个模块的功能进行描述。通信控制模块和第一主控模块相连，包括通讯控制器和各种通讯接口。其中，通讯接口包括RS232串行接口 RJ45网络接口。并且，预留有CAN接口和USB接口等。通信控制模块用于向第一主控模块传输命令，并接收第一主控模块传输的数据信息。从而最大限度的满足各种情况下的需求。
第一主控模块是读写器610的核心，用于控制对标签的信息的读取或写入，主要实现对标签的读、写功能，同时实现了天线的自动匹配和天线选择等功能。第一主控模块可以与通信控制模块进行通信，接收命令、发送信息给通信控制模块。第一编码模块与第一主控模块相连，用于根据第一主控模块的指令对请求信息进行编码。其中，第一编码模块可以为基带编码器。第一编码模块将请求信息按照预设的通信编码格式进行编码，包括向请求信息添加帧头、长度和校验码等。然后将编码后的数据发送到混频模块。混频模块与第一编码模块相连，用于将编码后的请求信息与第一载波信号进行混频，生成调制请求信号。具体而言，混频模块将基带信号与第一载波信号进行混频，将基带信号调制到载波上，读写器采用AM调制方式对基带信号进行调制。其中调制深度为100%。读写器天线用于采用电感耦合模式将调制请求信号发送至标签，以及采用电感耦合模式接收来自标签的标签调制信号。第一功放模块与每个读写器天线相连，用于驱动读写器天线。从而将调制信号以较大的功率输出，提高读写器的识别标签的范围。在本发明的一个实施例中，第一功放模块米用功率MOS管,从而实现信号功率的输出。第一天线匹配模块分别与至少一个读写器天线和第一主控模块相连，用于在第一主控模块的控制下对至少一个读写器天线进行阻抗匹配。具体而言，第一天线匹配模块包括匹配单元和匹配控制单元，其中匹配单元和读写器天线相连，用于对至少一个读写器天线进行阻抗匹配以选择目标匹配天线。为了使读写器天线上输出的信号最强，对读写器天线进行阻抗匹配。通过选择不同的阻抗模块，从而使读写器天线达到最佳匹配，使得读写器天线上的信号最强，识别范围最大。匹配控制单元分别与匹配单元和第一主控模块相连，用于通过控制开关控制读写器天线的阻抗匹配。具体而言，匹配控制单元通过控制开关选择不同的阻抗模块与读写器天线进行匹配。第一主控模块通过信号采样，检测最佳的阻抗模块，从而实现读写器天线的自动匹配。在本发明的一个实施例中，读写器610还包括第一载波检测模块和抗冲突解码模块。其中，第一载波检测模块与读写器天线相连，用于对读写器天线接收到的电磁波信号进行过滤。首先，第一载波检测模块首先通过选频电流滤除多余的杂波，然后通过检测电流检测载波是否存在。通过第一载波检测模块可以在检测到载波到来时，通知抗冲突解码模块进入解码状态。抗冲突解码模块分别与第一主控模块和第一载波检测模块相连，用于在第一载波检测模块的激活下对来自标签的标签调制信号进行解调和译码以得到标签数据。抗冲突解码模块通过放大、积分、比较等电路对接收到的标签调制信号进行解码，从而能够在有大量标签时，有效读取标签。每个标签620包括至少一个标签天线、第二天线匹配模块、解调模块、应用码匹配模块、第二主控模块、第二编码模块、调制模块、第二功放模块和第二载波检测模块。其中，标签可以置于液体内部或者液体包装物的表面。下面分别对标签620的各个模块的功能进行描述。每个标签天线用于采用电感耦合模式接收来自读写器天线的调制请求信号，其中，调制请求信号低于350KHZ。每个标签天线将对应于调制请求信号的标签调制信号发送给读写器天线。第二天线匹配模块与至少一个标签天线相连，用于对至少一个标签天线进行阻抗匹配，从而完成天线收发转换及天线的匹配调节。解调模块用于将标签天线接收的调制请求信号还原为数字请求信号，即还原成可供解码基带信号。在本发明的一个实施例中，标签620还包括第二载波检测模块。第二载波检测模块分别与第二天线匹配模块和解调模块相连，用于通知解调模块对标签天线接收的调制请求信号进行解调以将调制请求信号还原为数字请求信号。具体而言，第二载波检测模块主要由带自动增益的通道放大、选频放大和频率判别组成，首先通过选频电路滤除多余杂波，再通过检测电流检测载波是否存在。通过第二载波检测模块可以在检测到载波到来时，通知解调模块进入解码状态。第二功放模块分别与至少一个标签天线和调制模块相连，用于驱动标签天线。应用匹配模块与解调模块相连，用于对还原得到的数字信号进行应用码匹配以生成匹配的码流。具体而言，应用码匹配模块设置定时器的第一中断周期，在每一个定时中断周期中采集串行的数字信号，将串行的数字信号依次移位存储到缓冲区，当采集到串行的数字信号的长度达到第一预设长度时，关闭定时器。第二主控模块与应用码匹配模块相连，用于通过匹配的码流按照预设的采样频率采样串行的数字信号，并对串行的数字信号进行数据处理以得到对应于数字请求信号的应答信息。具体而言，第二主控模块判断串行的数字信号的报头是否正确，如果串行的数字信号的报头正确，则判断串行的数字信号的校验和是否正确，否则清除发送标志。如果串行的数字信号的校验和正确，则继续判断串行的数字信号的身份信息是否正确，否则清除所述发送标志。如果串行的数字信号的身份信息正确，则对串行的数字信号的命令字段进行解析，否则清除发送标志。在本发明的一个实施例中，当串行的数字信号的身份信息和当前标签中的身份信息一致且串行的数字信号的身份信息为预设身份信息值时，则第二主控模块判断串行的数字信号的身份信息正确。第二主控模块对串行的数字信号的命令字段进行解析。其中，命令字段包括搜索命令、Ping命令、灭活命令和更改身份信息命令。下面分别对各个命令的功能进行说明。搜索命令:搜索命令是一个广播命令。当第二主控模块接收到搜索命令时，如果标签处于灭活状态，则不应答搜索命令并清除发送标志；如果标签处于激活状态，则将当前标签的身份信息设置为应答信息并发送至缓冲区，置位发送标志，完成本次数据处理。Ping命令:Ping命令是一个点对点的查询命令,要应答当前标签的ID。当第二主控模块接收到Ping命令时，清除发送标志以使当前标签处于激活状态，将当前标签的身份信息设置为应答信息并发送至缓冲区，置位发送标志，完成本次数据处理。灭活命令:灭活命令是将当前标签设置为灭活状态。通常读写器发送搜索命令并接收到标签的应答后，对该标签发送灭活命令，从而搜索其他标签。当第二主控模块接收到灭活命令时，设置当前标签为灭活状态，将当前标签的身份信息设置为应答信息并发送至缓冲区，置位所述发送标志，完成本次数据处理。更改身份信息命令:更改身份信息命令用于设置标签的ID。当第二主控模块接收到更改身份信息命令时，更改当前标签的身份信息，将更改后的当前标签的身份信息发送至缓冲区，置位发送标志，完成本次数据处理。第二编码模块与第二主控模块相连，用于对应答信息进行编码。具体而言，检测发送标志是否有效，如果发送标志有效，则对缓冲区中的数据按照预设的规则进行数据处理，并将数据处理后的报文进行编码，按照预设速率，将编码后的报文依次串行的发送到对应端口。调制模块与第二编码模块相连，用于将述编码后的应答信息与第二载波信号进行混频，生成标签调制信号。标签620设置定时器的第二中断周期，在每一个定时中断周期中向读写器串行发送编码后的报文，当发送的编码后的报文的长度达到第二预设长度时，关闭定时器。读写器610采用电感耦合模式接收来自上述标签620的标签调制信号，其中，标签调制信号为编码后的报文。标签调制信号低于350KHZ。读写器610对标签调制信号进行解调和译码以得到标签数据，并采用网络方式将标签数据发送至数据处理服务器630。数据处理服务器630与至少一个读写器610相连，用于对来自读写器610的标签调制信号进行后处理。本发明实施例提供的用于液体的低频磁传输通信系统，标签可以置于液体内部或者液体包装物的表面，从而可以进行全方位的数据读取，即使标签位置改变也不受影响。同时，标签的作用距离可以从10厘米到10米得范围。并且，数据通信采用低频信号，采用电感率禹合模式传输信号。由于数据传输的信号频率为低于300khz,波长大于Ikm,而数据通信的距离为10厘米-30米，远远小于其波长，所以属于近场通信，信号传输方式主要是磁传输方式。利用磁信号传输不受液体阻隔的特性，实现读写器和标签之间的数据通信。本发明采用长波磁信号进行通信，磁信号不会像电信号那样被液体吸收，从而适用于液体环境下的传输通信。同时近场磁信号具有信号衰减快得特点，具有高保密性，不容易被窃听，适合于安全性要求较高场合的数据传输。在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同限定。
权利要求
1.一种用于液体的低频磁传输通信方法，其特征在于，包括如下步骤: 读写器对请求信息进行编码，并将编码后的请求信息与第一载波信号进行混频以生成调制请求信号，采用电感耦合模式将所述调制请求信号发送至多个标签； 所述多个标签接收所述调制请求信号并将所述调制请求信号还原为数字请求信号，对所述数字请求信号进行应用码匹配以生成匹配的码流，通过所述匹配的码流按照预设的采样频率采样串行的数字信号，并对所述串行的数字信号进行数据处理，包括如下步骤: 对所述串行的数字信号中的数据进行合法性判别； 在合法性判别通过后，对所述串行的数字信号中的命令字段进行解析以得到对应于所述请求信息的应答信息； 对所述应答信息进行编码和调制以得到标签调制信号； 所述读写器采用电感耦合模式接收来自所述标签的标签调制信号，对所述标签调制信号进行解调和译码以得到标签数据，并采用网络方式将所述标签数据发送至数据处理服务器，所述数据处理服务器对所述标签数据进行后处理， 其中，所述调制请求信号和所述标签调制信号的频率均低于350KHZ。
2.如权利要求1所述的用于液体的低频磁传输通信方法，其特征在于，所述读写器对所述请求信息进行编码包括如下步骤: 所述读写器将所述请求信息按照预设通信编码格式进行编码，包括向所述请求信息添加帧头、长度以及校验码。
3.如权利要求1所述的用于液体的低频磁传输通信方法，其特征在于，所述读写器通过天线向所述多个标签发送所述调制请求信号，在发送所述调制请求信号之前，对所述天线进行阻抗匹配。
4.如权利要求1所述的用于液体的低频磁传输通信方法，其特征在于，所述将所述调制请求信号还原为数字请求信号，包括如下步骤: 所述标签对接收到的所述调制请求信号进行解调和解码以将所述调制请求信号还原为数字请求信号。
5.如权利要求1所述的用于液体的低频磁传输通信方法，其特征在于， 所述标签设置定时器的第一中断周期，在每一个定时中断周期中采集串行的所述串行的数字信号，将所述串行的数字信号依次移位存储到缓冲区，当采集到所述串行的数字信号的长度达到第一预设长度时，关闭所述定时器。
6.如权利要求1所述的用于液体的低频磁传输通信方法，其特征在于，所述对所述串行的数字信号中的数据进行合法性判别，包括如下步骤: 判断所述串行的数字信号的报头是否正确，如果所述串行的数字信号的报头正确，则判断所述串行的数字信号的校验和是否正确，否则清除发送标志； 如果所述串行的数字信号的校验和正确，则判断所述串行的数字信号的身份信息是否正确，否则清除所述发送标志； 如果所述串行的数字信号的身份信息正确，则解析所述串行的数字信号的命令字段进行解析，否则清除所述发送标志。
7.如权利要求6所述的用于液体的低频磁传输通信方法，其特征在于， 当所述串行的数字信号的身份信息和当前标签中的身份信息一致且所述串行的数字信号中的搜索命令的身份信息为预设身份信息值时，判断所述串行的数字信号的身份信息正确。
8.如权利要求1所述的用于液体的低频磁传输通信方法，其特征在于，所述命令字段包括:搜索命令、Ping命令、灭活命令和更改身份信息命令,其中， 当接收到所述搜索命令时，如果所述标签处于灭活状态，则不应答所述搜索命令并清除发送标志；如果所述标签处于激活状态，则将当前标签的身份信息设置为应答信息并发送至缓冲区，置位所述发送标志； 当接收到所述Ping命令时,清除当前标签的灭活标志以使当前标签处于激活状态,将当前标签的身份信息设置为应答信息并发送至缓冲区，置位所述发送标志； 当接收到所述灭活命令时，设置当前标签为灭活状态，将当前标签的身份信息设置为应答信息并发送至缓冲区，置位所述发送标志； 当接收到所述更改身份信息命令时，更改所述当前标签的身份信息，将更改后的当前标签的身份信息发送至缓冲区，置位所述发送标志。
9.如权利要求1所述的用于液体的低频磁传输通信方法，其特征在于，所述标签检测所述发送标志是否有效，如果所述发送标志有效，则对所述缓冲区中的数据进行数据处理，并将数据处理后的报文进行编码； 按照预设速率，将编码后的报文依次串行的发送到对应端口。
10.如权利要求1所述的用于液体的低频磁传输通信方法，其特征在于，所述标签设置定时器的第二中断周期，在每一个定时中断周期中串行发送编码后的报文，当发送的所述编码后的报文的长度达到第二预设长度时，关闭所述定时器。
11.一种用于液体的低频磁传输通信系统，其特征在于，包括:多个读写器、多个标签和数据处理服务器，所述多个标签中的至少一个内设置有供电模块，所述供电模块用于向所述标签供电，其中， 每个读写器包括: 第一主控模块，用于控制对所述标签的信息的读取或写入； 第一编码模块，与所述第一主控模块相连，用于根据所述第一主控模块的指令对请求信息进行编码； 混频模块，与所述第一编码模块相连，用于将所述编码后的请求信息与第一载波信号进行混频，生成调制请求信号； 至少一个读写器 天线，用于采用电感耦合模式将所述调制请求信号发送至所述标签，以及采用电感耦合模式接收来自所述标签的标签调制信号； 第一功放模块，与每个读写器天线相连，用于驱动所述读写器天线； 第一天线匹配模块，分别与所述至少一个读写器天线和所述第一主控模块相连，用于在所述第一主控模块的控制下对所述至少一个读写器天线进行阻抗匹配， 每个标签包括: 至少一个标签天线，用于采用电感耦合模式接收来自所述读写器天线的调制请求信号，以及电感耦合模式将对应于所述调制请求信号的标签调制信号发送给所述读写器天线，其中，所述调制请求信号低于350KHZ ； 第二天线匹配模块，与所述至少一个标签天线相连，用于对所述至少一个标签天线进行阻抗匹配； 解调模块，用于将所述标签天线接收的所述调制请求信号还原为数字请求信号； 应用码匹配模块，与所述解调模块相连，用于对所述数字信号进行应用码匹配，生成匹配的码流； 第二主控模块，与所述应用码匹配模块相连，用于通过所述匹配的码流按照预设的采样频率采样串行的数字信号，并对所述串行的数字信号进行数据处理以得到对应于所述数字请求信号的应答信息； 第二编码模块，与所述第二主控模块相连，用于对所述应答信息进行编码； 调制模块，与所述第二编码模块相连，用于将所述编码后的应答信息与第二载波信号进行混频，生成标签调制信号； 第二功放模块，分别与所述至少一个标签天线和所述调制模块相连，用于驱动所述标签天线； 数据处理服务器，与所述至少一个读写器相连，用于对来自所述读写器的标签调制信号进行后处理，其中，所述标签调制信号低于350KHZ。
12.如权利要求11所述的用于液体的低频磁传输通信系统，其特征在于，所述读写器还包括: 通讯控制模块，所述通讯控制模块和所述第一主控模块相连，所述通讯控制模块包括通讯控制器和通讯接口，用于向所述第一主控模块传输命令，接收所述第一主控模块传输的数据信息。
13.如权利要求11所述的用于液体的低频磁传输通信系统，其特征在于，所述第一天线匹配模块包括: 匹配单元，所述匹配单元和所述读写器天线相连，用于对至少一个的所述读写器天线进行阻抗匹配以选择目标匹配天线； 匹配控制单元，所述匹配控制单元分别与所述匹配单元和所述第一主控模块相连，用于通过控制开关控制所述读写器天线的阻抗匹配。
14.如权利要求11所述的用于液体的低频磁传输通信系统，其特征在于，所述读写器还包括: 第一载波检测模块，与所述读写器天线相连，用于对所述读写器天线接收到的电磁波信号进行过滤； 抗冲突解码模块，分别与所述第一主控模块和所述第一载波检测模块相连，用于在所述第一载波检测模块的激活下对来自所述标签的标签调制信号进行解调和译码以得到标签数据。
15.如权利要求11所述的用于液体的低频磁传输通信系统，其特征在于，所述第一编码模块将所述请求信息按照预设通信编码格式进行编码，包括向所述请求信息添加帧头、长度以及校验码。
16.如权利要求11所述的用于液体的低频磁传输通信系统，其特征在于，所述标签还包括: 第二载波检测模块，所述第二载波检测模块分别与所述第二天线匹配模块和所述解调模块相连，用于通知所述解调模块对所述标签天线接收的所述调制请求信号进行解调以将所述调制请求信号还原为数字请求信号。
17.如权利要求11所述的用于液体的低频磁传输通信系统，其特征在于，所述应用码匹配模块设置定时器的第一中断周期，在每一个定时中断周期中采集串行的所述串行的数字信号，将所述串行的数字信号依次移位存储到缓冲区，当采集到所述串行的数字信号的长度达到第一预设长度时，关闭所述定时器。
18.如权利要求11所述的用于液体的低频磁传输通信系统，其特征在于，所述第二主控模块判断所述串行的数字信号的报头是否正确，如果所述串行的数字信号的报头正确，则判断所述串行的数字信号的校验和是否正确，否则清除发送标志； 如果所述串行的数字信号的校验和正确，则判断所述串行的数字信号的身份信息是否正确，否则清除所述发送标志； 如果所述串行的数字信号的身份信息正确，则对所述串行的数字信号的命令字段进行解析，否则清除所述发送标志。
19.如权利要求18所述的用于液体的低频磁传输通信系统，其特征在于，当所述串行的数字信号的身份信息和当前标签中的身份信息一致且所述串行的数字信号的身份信息为预设身份信息值时，则所述第二主控模块判断所述串行的数字信号的身份信息正确。
20.如权利要求11所述的用于液体的低频磁传输通信系统，其特征在于，所述命令字段包括:搜索命令、Ping命令、灭活命令和更改身份信息命令,其中， 当所述第二主控模块接收到所述搜索命令时，如果所述标签处于灭活状态，则不应答所述搜索命令并清除发送标志；如果所述标签处于激活状态，则将当前标签的身份信息设置为应答信息并发送至缓冲区，置位所述发送标志； 当所述第二主控模块接收到所述Ping命令时，清除所述发送标志以使当前标签处于激活状态，将当前标签的身份信息设置为应答信息并发送至缓冲区，置位所述发送标志； 当所述第二主控模块接收到所述灭活命令时，设置当前标签为灭活状态，将当前标签的身份信息设置为应答信息并发送至缓冲区，置位所述发送标志； 当所述第二主控模块接收到所述更改身份信息命令时，更改所述当前标签的身份信息，将更改后的当前标签的身份信息发送至缓冲区，置位所述发送标志。
21.如权利要求11 所述的用于液体的低频磁传输通信系统，其特征在于，所述第二编码模块检测所述发送标志是否有效，如果所述发送标志有效，则对所述缓冲区中的数据按照预设的规则进行数据处理，并将数据处理后的报文进行编码，按照预设速率，将编码后的报文依次串行的发送到对应端口。
22.如权利要求11所述的用于液体的低频磁传输通信系统，其特征在于，所述标签设置定时器的第二中断周期，在每一个定时中断周期中串行发送编码后的报文，当发送的所述编码后的报文的长度达到第二预设长度时，关闭所述定时器。
全文摘要
本发明提出一种用于液体的低频磁传输通信方法，包括读写器对请求信息进行编码并生成调制请求信号，采用电感耦合模式将调制请求信号发送至标签；标签接收调制请求信号并还原为数字请求信号，进行应用码匹配，通过匹配的码流采样串行的数字信号，对串行的数字信号进行数据处理；读写器采用电感耦合模式接收标签调制信号，对标签调制信号进行解调和译码以得到标签数据并采用网络方式将标签数据发送至数据处理服务器，对标签数据进行后处理。本发明还提出了一种用于液体的低频磁传输通信系统。本发明采用电感耦合模式传输信号，利用磁信号传输不受液体阻隔的特性，实现读写器和标签之间的数据通信，适用于液体环境下的传输通信。
文档编号G06K17/00GK103106417SQ20111035750
公开日2013年5月15日 申请日期2011年11月11日 优先权日2011年11月11日
发明者傅培成, 赵颖淑, 杨晓峰 申请人:哈尔滨沅辰科技有限公司