一种基于优化天线的音频非接读卡器及其实现方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于优化天线的音频非接读卡器及其实现方法，读卡器包括数据处理模块、天线及匹配模块、电源及音频接口，使用时通过智能手机的操作，将需要处理的数据通过音频接口传输到数据处理模块，将数据信号转换成载波调制的射频信号，再通过匹配模块及天线发射到附近的空间；标签接收到射频信号并将储存的数据通过标签天线发射出来，读卡器天线接收到标签发出的射频信号并传递给信号处理模块，信号处理模块；处理天线所接收的射频信号，并将射频信号解调后通过音频接口输入到智能手机中，完成读卡过程。本方案能够实现普通智能手机能够读取电子标签，且方案简单、易于实现。
【专利说明】
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种RFID物联网技术，具体涉及物联网技术中数据读取的技术。 -种基于优化天线的音频非接读卡器及其实现方法
【背景技术】
[0002] 在当今社会，随着假冒伪劣的日益猖獗，商家与消费者的利益受到损害，RFID物联 网技术应运而生。随着RFID物联网技术的蓬勃发展，电子标签已经逐步融入了日常生活 中。从食品到家电都能找到电子标签的踪影。但由于现有的大部分手机都没有NFC功能， 消费者即使看到了电子标签也无法从电子标签中读取其相应的产品信息。从而导致电子标 签形同虚设，起不到实际意义。
[0003] 由此可见如何在没有NFC功能的手机上实现对电子标签中数据的读取是本领域 亟需要解决的问题。
【发明内容】
[0004] 针对现有没有搭载NFC读卡功能的普通智能手机无法读取电子标签中信息的问 题，本发明的目的在于提供一种基于优化天线的音频非接读卡器，其通过标准音频口将电 子标签的数据传输到手机，使得普通智能手机能够读取电子标签。
[0005] 基于该音频非接读卡器，本发明还提供一种音频非接读卡器的实现方法。
[0006] 为了达到上述目的，本发明采用如下的技术方案：
[0007] -种基于优化天线的音频非接读卡器，所述音频非接读卡器包括：
[0008] 音频接口，所述音频接口与手机的音频接口相对应；
[0009] 数据信号处理模块，所述数据信号处理模块与音频接口相接，并通过匹配模块连 接至天线，将接受到数据信号与射频信号进行转换处理；
[0010] 天线，所述天线与匹配模块相接，并与电子标签耦合；
[0011] 电源，所述电源提供音频非接读卡器工作所需电源。
[0012] 在该音频非接读卡器的优选方案中，所述音频接口为标准3. 5mm四线音频接口。
[0013] 进一步的，所述数据信号处理模块使用MFRC522芯片模块，其匹配双重高频交叉 对称天线，使天线以双倍的能量输出。
[0014] 进一步的，所述天线为柔性双重高频天线，尺寸大小为8mmX35mm，工作频率为 13.56MHz。
[0015] 再进一步的，所述柔性双重高频天线由两组天线互相嵌套形成，且两组天线的电 感量相等且相位相反。
[0016] 再进一步的，所述柔性双重高频天线中通孔集中对称分布在中心对称轴两侧。
[0017] 进一步的，所述匹配模块包括天线匹配谐振电路，所述天线匹配谐振电路由两谐 振单元并接形成，每个谐振单元包括一调整电阻、第一芯片端谐振匹配电容、第二芯片端谐 振匹配电容、一信号耦合电容、一天线端谐振匹配电容、以及一电感，所述调整电阻分别连 接到第一芯片端谐振匹配电容、第二芯片端谐振匹配电容以及信号耦合电容的一端，第一 芯片端谐振匹配电容、第二芯片端谐振匹配电容的另一端接地，信号耦合电容的另一端连 接到电感和天线端谐振匹配电容的一端，天线端谐振匹配电容的另一端接地，第二芯片端 谐振匹配电容与信号耦合电容、天线端谐振匹配电容又形成一个η型电容带通滤波单元。
[0018] 基于上述音频非接读卡器的，本发明提供的一种基于优化天线的音频非接读卡器 的实现方法，该实现方法通过智能手机的操作，将需要处理的数据通过音频接口传输到数 据信号处理模块，将数据信号转换成载波调制的射频信号，再通过匹配模块及天线发射到 附近的空间；
[0019] 标签接收到射频信号并将储存的数据通过标签天线发射出来，读卡器天线接收到 标签发出的射频信号并传递给数据信号处理模块，数据信号处理模块将天线所接收的射频 信号解调转换成数字信号，并通过音频接口输入到智能手机中，完成读卡过程。
[0020] 通过本发明提供的方案能够使得没有搭载NFC读卡功能的普通智能手机上具有 射频芯片读取功能，能够读取电子标签。整个方案的实施还具有如下优点：
[0021] (1)数据处理模块能够最大程度的使双重天线的功能最大程度的体现。
[0022] (2)天线采用双重高频天线，天线的电感量相等且相位相反，其优点在于相比单个 天线有双倍的能量输出。
[0023] (3)天线大小属于微型天线，能够有效的减少读卡器的体积。
[0024] (4)天线采用柔性材料制作，能够方便安装，并有效地减少应力的原因而损坏。
[0025] (5)天线的通孔集中在中心对称轴两侧，能够最大程度的提高窄长方形天线的远 端射频性能。
[0026] (6)两层天线互相嵌套，能够最大程度的保证2层天线的磁力线分布更加均匀。
[0027] (7)电源采用小型锂电池供电，使设备能够使用独立的电源，不再额外消耗手机设 备电源。
【专利附图】
【附图说明】
[0028] 以下结合附图和【具体实施方式】来进一步说明本发明。
[0029] 图1为本发明中天线匹配谐振电路的电路原理图；
[0030] 图2为本发明中天线的布线示意图；
[0031] 图3为本发明中天线上的通孔示意图。
【具体实施方式】
[0032] 为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结 合具体图示，进一步阐述本发明。
[0033] 本发明提供的非接读写器，其通过标准音频口外接于手机，将获取到的电子标签 的数据通过音频接口传输到手机，从而使得普通智能手机能够读取电子标签。由于读卡 器需要配合手机使用，其整体结构必须紧凑，以实现读卡器的微型，要求实现微型非接读卡 器，其天线的设计尤为重要，既要在非常狭小的空间实现天线的安装，又要获得良好的天线 性能，这需要从设计上来满足这双重要求。
[0034] 基于上述原理和要求，本发明提供一种基于优化天线的微型音频非接读卡器，该 微型音频非接读卡器包括：音频接口、数据信号处理模块、匹配模块、天线、以及电源。
[0035] 音频接口，其用于实现微型音频非接读卡器与手机的数据通信。该音频接口采用 3. 5mm通用音频接口，即普通的手机音频接口，这样能够实现与拥有标准3. 5mm四线音频接 口的任意手机进行通信相接，由此保证该微型音频非接读卡器的实用性。
[0036] 数据信号处理模块为微型音频非接读卡器中的数据信号处理中心，其数据端连接 至音频接口，信号端通过匹配模块连接至天线，实现数据信号与射频信号之间的实时转换 处理。
[0037] 该数据信号处理模块具体采用MFRC522芯片模块，该MFRC522芯片模块通过匹配 双重高频交叉对称天线，弥补双重高频交叉对称天线互相抵消的缺点，使天线能够起到双 倍的能量输出。
[0038] 天线，其用于与电子标签耦合，向电子标签发送射频信号和接收电子标签反馈的 信号。为了保证具有良好的信号以及与MFRC522芯片模块配合，本发明中的天线具体为柔 性双重高频交叉对称天线，其相对于单个天线来说，输出能量大，且当天线匹配网络达到最 佳匹配时可以获得双倍的能量输出。
[0039] 为了能够在非常狭小的空间实现天线的安装，又要获得良好的天线性能，参见图 2,该柔性双重高频交叉对称天线由两层天线互相嵌套而形成，且两组天线的电感量相等 且相位相反，由此形成尺寸属于微型的微型天线，最优尺寸大小为8mmX35mm，其工作频率 (谐振频率）为13. 56MHz，整体采用柔性材料制作，具体采用聚酰亚胺柔性材料制作。
[0040] 参见图3,由此形成的柔性双重高频交叉对称天线其通孔集中对称分布在中心对 称轴两侧，且相对距离由内侧向外逐渐减少，由此使天线长边两端获得最大的磁力线密度， 增加有效通信距离。
[0041] 为了能够很好的将柔性双重高频交叉对称天线与MFRC522芯片模块进行匹配，本 发明中匹配模块主要由一天线匹配谐振电路构成。
[0042] 参见图1，其所示为本发明中天线匹配谐振电路的电路原理图。由图可知该天线匹 配谐振电路主要由电阻 R24、R23、电容 Cll、C13、C15、C17、C12、C14、C16、C18、电感 L2、L3 以及插件J3构成。
[0043] 其中，插件J3用于连接天线，电阻R24的一端连接到插件J3的端口 3,另一端分别 连接到电容Cll、C13、C15的一端，电容Cll、C13另一端接地，电容C15的另一端接电感L2 的一端以及电容C17的一端，电容C17的另一端接地，电感L2的另一端作为信号端TX1 ;
[0044] 电阻R23的一端连接到插件J3的端口 1，另一端分别连接到电容C12、C14、C16的 一端，电容C12、C14另一端接地，电容C16的另一端接电感L3的一端以及电容C18的一端， 电容C18的另一端接地，电感L3的另一端作为信号端TX2 ;
[0045] 插件J3的端口 2接地。
[0046] 在上述的天线匹配谐振电路中，电阻R24,与电容Cll、C13、C15、C17以及电感L2 配合构成一谐振单元A ;而电阻R23,与电容C12、C14、C16、C18、以及电感L3配合构成一谐 振单元B，这谐振单元分别对应于双重交叉对称天线中的两组天线。
[0047] 由于对应于双重交叉对称天线，故天线匹配谐振电路中两谐振单元功能、性能以 及各项参数相同，以下以谐振单元A为例具体说明本天线匹配谐振电路。
[0048] 在谐振单元A中，电阻R24的作用在于调整天线Q值；
[0049] 电容Cll，C13为芯片端谐振匹配电容，可以调整输出与输入谐振电路的谐振匹配 度，电容C11为粗调匹配电容，容量为100PF，电容C13精调匹配电容，容量为39PF;
[0050] 电容C15为信号耦合电容将射频信号从前级传输到后级，又隔离了直流分量，容 量为39PF ;
[0051] 电容C17为天线端谐振匹配电容，容量为68PF ;
[0052] 电容C13、C15、C17又形成一个π型电容带通滤波电路，使射频信号的有用频段获 得传递，将无效的信号进行隔离或旁路；
[0053] 电感L2用于屏蔽过高的波段，并且补偿微型天线的电感量的不足，使天线端形成 有效的串联谐振回路，其电感量为2. 2uH ;单组天线匝数为6匝，电感量为2uH。
[0054] 由于对应于双重交叉对称天线，天线匹配谐振电路的两谐振单元相同，故电阻 1?23、电容(：12、(：14、(：16、(：18、以及电感1^3分别与电阻1?24、电容(：11、(：13、(：15、(：17、以及电 感L2功能相同，参数一致。
[0055] 电源采用小型锂电池为整个读卡器中的部件供电，使得读卡器能够使用独立的电 源，不在额外消耗手机设备电源。
[0056] 根据上述方案构成的音频非接触读写器，其在与手机配合使用时，首先通过智能 手机的操作，将需要处理的数据通过音频接口传输到数据信号处理模块，将数据信号转换 成载波调制的射频信号，再通过匹配模块及天线发射到附近的空间；
[0057] 标签接收到射频信号并将储存的数据通过标签天线发射出来，读卡器天线接收到 标签发出的射频信号并传递给数据信号处理模块，数据信号处理模块将天线所接收的射频 信号解调转换成数字信号，并通过音频接口输入到智能手机中，完成读卡过程。
[0058] 以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术 人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本 发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变 化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其 等效物界定。
【权利要求】
1. 一种基于优化天线的音频非接读卡器，其特征在于，所述音频非接读卡器包括： 音频接口，所述音频接口与手机的音频接口相对应； 数据信号处理模块，所述数据信号处理模块与音频接口相接，并通过匹配模块连接至 天线，将接受到数据信号与射频信号进行转换处理； 天线，所述天线与匹配模块相接，并与电子标签耦合； 电源，所述电源提供音频非接读卡器工作所需电源。
2. 根据权利要求1所述的一种基于优化天线的音频非接读卡器，其特征在于，所述音 频接口为标准3. 5_四线音频接口。
3. 根据权利要求1所述的一种基于优化天线的音频非接读卡器，其特征在于，所述数 据信号处理模块使用MFRC522芯片模块，其匹配双重高频交叉对称天线，使天线以双倍的 能量输出。
4. 根据权利要求1所述的一种基于优化天线的音频非接读卡器，其特征在于，所述天 线为柔性双重高频天线，尺寸大小为8_X35mm，工作频率为13. 56MHz。
5. 根据权利要求1或4所述的一种基于优化天线的音频非接读卡器，其特征在于，所述 柔性双重高频天线由两组天线互相嵌套形成，且两组天线的电感量相等且相位相反。
6. 根据权利要求5所述的一种基于优化天线的音频非接读卡器，其特征在于，所述柔 性双重高频天线中通孔集中对称分布在中心对称轴两侧。
7. 根据权利要求1所述的一种基于优化天线的音频非接读卡器，其特征在于，述匹配 模块包括天线匹配谐振电路，所述天线匹配谐振电路由两谐振单元并接形成，每个谐振单 元包括一调整电阻、第一芯片端谐振匹配电容、第二芯片端谐振匹配电容、一信号耦合电 容、一天线端谐振匹配电容、以及一电感，所述调整电阻分别连接到第一芯片端谐振匹配电 容、第二芯片端谐振匹配电容以及信号耦合电容的一端，第一芯片端谐振匹配电容、第二芯 片端谐振匹配电容的另一端接地，信号耦合电容的另一端连接到电感和天线端谐振匹配电 容的一端，天线端谐振匹配电容的另一端接地，第二芯片端谐振匹配电容与信号耦合电容、 天线端谐振匹配电容又形成一个η型电容带通滤波单元。
8. -种基于优化天线的音频非接读卡器的实现方法，其特征在于，所述实现方法通过 智能手机的操作，将需要处理的数据通过音频接口传输到数据信号处理模块，将数据信号 转换成载波调制的射频信号，再通过匹配模块及天线发射到附近的空间； 标签接收到射频信号并将储存的数据通过标签天线发射出来，读卡器天线接收到标签 发出的射频信号并传递给数据信号处理模块，数据信号处理模块将天线所接收的射频信号 解调转换成数字信号，并通过音频接口输入到智能手机中，完成读卡过程。
【文档编号】G06K7/00GK104123518SQ201410323467
【公开日】2014年10月29日 申请日期:2014年7月8日 优先权日:2014年7月8日
【发明者】杨辉峰, 马文耀, 徐振, 李欣华 申请人:上海仪电智能电子有限公司