射频标签、标签阅读器及射频标签充电方法
【专利摘要】本发明提供一种射频标签、标签阅读器及射频标签的充电方法，内置于移动终端中的标签读写模块利用低频磁场信号对标签进行供电，丰富了射频标签电能获取途径，简化了射频标签制作的工艺，减少了射频标签的制作成本，扩展了射频标签的应用范围，增加了射频标签的使用寿命。
【专利说明】射频标签、标签阅读器及射频标签充电方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及无线通信【技术领域】，尤其涉及一种利用低频磁场信号进行充电的射频标签和射频标签的充电方法，以及标签阅读器。
【背景技术】
[0002]目前，自动识别技术发展迅速，并在各种行业中得到了应用，射频识别(RFID-Radio Frequency Identification)与其他识别技术相比具有非接触、精度高、信息收集迅速处理等特点，得到了蓬勃的发展和广泛的应用。所有的射频识别系统均包括了阅读器、应答器两个部分。
[0003]在实际的应用中，应答器通常被称之为射频标签或电子标签，根据对标签供电方式的不同，又可分为无源(Passive),半有源(Sem1-passive或Battery assistedpassive)和有源(Active)三种不同类型。无源标签没有电池供电，主要是通过阅读器发射出的射频能量维持无源标签正常工作所需的能量；半有源标签内部装有电源，其可以根据情况选择是采用内部电源供电还是阅读器发射的射频能量作为工作用电；有源标签完全采用内部电源的供电进行工作，标签可主动向外发送通讯请求。
[0004]然而目前的无源标签中只能应用在短距离数据量较小的数据传输中，同时也只能单一的利用阅读器发送的射频信号进行供电；而半有源标签和有源标签的内部均需配置供电装置，如电池，这就使标签的加工工艺变得更为复杂，整体成本提高，标签的安装、工作寿命及环境因受电池影响，而导致要求较为苛刻。
【发明内容】
[0005]为了解决射频标签供电方式单一的问题，本发明提供一种射频标签、标签阅读器及射频标签的充电方法。
[0006]本发明公开了一种标签阅读器，所述标签阅读器包括:第一射频通信单元，用于与射频标签进行数据通信；磁信号发送单元，用于发送供所述射频标签采集、并转换成电能的磁信号；控制单元，用于控制所述射频通信单元与所述磁信号发送单元的工作状态。
[0007]进一步地，所述的磁信号发送单元还包括:信号产生子单元，用于接收所述控制单元发送的信号生成指令，根据该指令生成电信号，将生成的电信号发送给磁信号发射线圈；磁信号发射线圈，用于将所述磁信号发送单元生成的电信号转换为磁信号，并发送。
[0008]进一步地，所述磁信号为低频磁场信号。
[0009]本发明还公开了一种射频标签，所述射频标签包括:第二射频通信模块，用于与对应的外部设备进行数据通信；能量获取模块，用于采集由所述移动终端的标签阅读器发送的磁信号；以及将采集的磁信号转换为电能，用于为所述第二射频通信模块供电。
[0010]进一步地，所述能量获取模块包括:信号接收单元，用于采集由所述标签阅读器发送的磁信号，以及将采集的磁信号转换为电能，将得到的电能输送至能量存储单元进行储存；能量存储单元，用于接收并存储所述信号接收单元输送的电能，并提供存储的电能作为第二射频通信模块的工作用电。
[0011]进一步地，所述信号接收单元包括:磁场耦合线圈，用于通过感应所述标签阅读器发送过来的磁信号产生交变电压，并把所述交变电压输送至倍压整流器；倍压整流器，用于将所述交变电压转换为直流电压，并将得到的直流电压进行升压处理后输送至能量存储单元进行储存。
[0012]进一步地，所述能量获取模块还包括:能量检测单元，用于对所述能量存储单元的电能进行检测，当所述能量存储单元所存储的电能达到预设阈值时，控制所述能量存储单元为所述第二射频通信模块供电。
[0013]进一步地，本发明的射频标签还包括:距离控制模块，用于将检测接收到的磁信号的场强值与预设的门限值进行比较，若检测到的所述场强值大于预设的所述门限值，则允许所述第二射频通信模块与对应的外部设备进行数据交互；反之，则禁止所述第二射频通信模块与对应的外部设备进行数据交互。
[0014]本发明还公开了一种射频标签的充电方法，所述射频标签的充电方法包括:
[0015]射频标签采集对应外部设备发送的低频磁信号；
[0016]将采集到的所述低频磁信号转换为交变电压；
[0017]将所述交变电压转换为直流电压；
[0018]对所述直流电压进行升压处理，并存储。
[0019]进一步地，所述射频标签的充电方法还包括:判断所存储的电能是否达到预设阈值，如是，则所述能量存储单元与所述射频通信模块进行连接，并对所述射频通信模块提供电能。
[0020]本发明提供一种射频标签、标签阅读器及射频标签的充电方法，内置于移动终端中的标签阅读器利用低频磁场信号对标签进行供电，丰富了射频标签电能获取途径，简化了射频标签制作的工艺，减少了射频标签的制作成本，扩展了射频标签的应用范围，增加了射频标签的使用寿命。
【专利附图】
【附图说明】
[0021]图1为本发明中移动终端的一种实施例的标签阅读器结构示意图；
[0022]图2为本发明中射频标签的一种实施例的能量获取模块结构示意图；
[0023]图3为本发明中射频标签的一种实施例的第二射频通信模块结构示意图；
[0024]图4为本发明中无线通信系统的一种实施例的结构示意图；
[0025]图5为本发明中射频标签的充电方法的一种实施例的流程图。
具体实施方案
[0026]下面结合附图，对本发明的【具体实施方式】作进一步的详细说明。
[0027]本发明提供一种标签阅读器，所述标签阅读器中至少包括:第一射频通信单元、磁信号发送单元和控制单元。其中，第一射频通信单元用于与射频标签进行数据通信；磁信号发送单元用于发送供所述射频标签采集、并转换成电能的磁信号；控制单元用于控制射频通信单元与磁信号发送单元的工作状态。
[0028]具体地，标签阅读器可以是独立的标签读写装置，也可以是内置在移动终端中的标签读写模块。当作为内置于移动终端中的标签读写模块，其中的控制单元可以与移动终端自有的处理模块共用，利用移动终端的操作系统和处理模块实现对所读取的标签数据的处理，以及对射频标签通信操控，移动终端可以为手机、平板电脑、笔记本电脑等具备通信功能的移动设备。
[0029]在本发明移动终端的一种实施例中，如图1所示，磁信号发送单元包括:信号产生子单元和磁场发射线圈。其中，信号产生子单元用于接收控制单元发送的信号生成指令，根据该指令生成电信号，将生成的电信号发送给磁信号发射线圈；磁信号发射线圈用于将所述磁信号发送单元生成的电信号转换为磁信号，并发送。
[0030]进一步地，在本发明中所提及的磁信号可以是低频磁场信号。
[0031]具体地，信号产生子单元具体可以产生具有一定驱动能力的低频交变电压或电流信号，该信号可以是带有数据调制的，例如2kbit/s的差分曼彻斯特码；通过磁场发射线圈将磁信号发送单元内部生成的电压或电流信号转换为磁信号，并向外发射出磁信号。磁场发射线圈可在PCB板上绕制，也可以用漆包线绕制后安装在移动终端中，磁场发射线圈安放的位置没有特殊要求。
[0032]本发明还提供了一种射频标签，该射频标签中至少包括:能量获取模块和第二射频通信模块；其中，能量获取模块用于采集由由外部设备发送的低频磁信号；以及将采集的低频磁信号转换为电能，用于为所述第二射频通信模块供电；第二射频通信模块用于与对应的读写装置进行无线数据通信。
[0033]具体地，射频标签利用第二射频通信模块与对应的标签读写装置中的第一射频通信单元进行射频通信，将标签中的相关信息通过第二射频通信模块发送给标签读写装置，射频标签可以利用射频天线与对应的读写装置进行数据通信，射频标签和读写装置采用统一的工作频段。
[0034]本发明射频标签的一种实施例中，如图3所示，射频通信模块包括天线匹配单元、载波监听单元、负载调制单元、处理单元、信息存储单元；其中，载波监听单元和负载调制单元可以作为天线匹配单元的负载，天线匹配单元利用载波监听单元的信号检测，以及负载调制单元的信号调制，使天线始终处于最佳的收发状态。载波监听单元用于检测天线是否接收到了射频载波信号，当天线接收到足够强的载波信号后，向处理单元发送指令，处理单元从信息存储单元中读取数据通过射频天线发送至标签阅读器，负载调制单元主要根据处理单元指令对射频载波的发送信号进行调制。信息存储单元可以为非易失性电可擦除数据存储阵列。
[0035]本发明射频标签的一种实施例中，能量获取模块包括:信号接收单元和能量存储单元；其中，信号接收单元用于采集由外部设备发送的低频磁信号，并将所述低频磁信号的能量转换为自身所需的电能，发送至能量存储单元进行储存；能量存储单元，用于接收并存储所述能量接收单元输送的所述电能，并提供存储的电能作为射频标签的工作用电。
[0036]在本发明射频标签的一种实施例中，如图2所示，信号接收单元包括:磁场耦合线圈101和倍压整流器；其中，磁场耦合线圈101用于通过感应所述标签阅读器发送过来的磁信号产生交变电压，并把所述交变电压输送至倍压整流器；倍压整流器，用于将所述交变电压转换为直流电压，并将低电压转变成较高电压后输送至能量存储单元进行储存。
[0037]具体地，前述磁场耦合线圈101为低频磁场耦合线圈，作为整个射频标签的能量的获取器件，当射频标签靠近移动终端，进入标签阅读器的低频磁场区域，低频磁场耦合线圈将感应到的低频磁场产生交变电压，通过倍压整流单元对低频磁场耦合线圈产生的交变电压的转换和放大，输送至能量存储单元储存起来。
[0038]在本发明射频标签的一种实施例中，能量获取模块还包括:能量检测单元，用于对所述能量存储单元的电能进行检测，当所述能量存储单元所存储的电能达到预设阈值时，控制所述能量存储单元为所述第二射频通信模块供电。
[0039]具体地，预设阈值可以为射频标签工作一个周期所要消耗能量的大小，能量控制单元可连接在能量存储单元与射频通信模块之间，也可以在能量存储单元与射频通信模块之间设置一个开关，同过能量检测单元对开关进行控制。当能量存储单元中所储存的能量可供射频标签完成与标签阅读器的数据传输，能量检测单元闭合开关，能量存储单元就可以对射频通信模块进行供电；当能量存储单元中所储存的能量较少无法支持射频标签完成与标签阅读器的数据传输，能量检测单元就可以断开开关，能量存储单元就无法对射频通信模块的供电。设置能量控制单元同样可以有效地防止在射频通信模块工作到一半时，因电量不足而造成的数据丢失，以及硬件的损坏。
[0040]在本发明射频标签的一种实施例中，射频标签还可以包括距离控制模块，用于将检测接收到的磁信号的场强值与预设的门限值进行比较，若检测到的所述场强值大于预设的所述门限值，则允许所述第二射频通信模块与对应的外部设备进行数据交互；反之，则禁止所述第二射频通信模块与对应的外部设备进行数据交互。具体地，在射频标签对感应到的磁信号进行能量转换时，可以通过距离控制模块对所感应到的磁场强度的大小进行测量，根据所测大小计算出射频标签与磁信号发送端，或读卡器设备之间的距离，通过设置场强的门限值，保证了射频标签与读卡器因为距离较远，在数据交互中出现中断的情况，保证了数据交互的稳定性。
[0041]具体地，如图4所示为由标签阅读器和射频标签构成的无线通信系统的一种结构示意图，移动终端控制开启内部的标签阅读器，标签阅读器向周围辐射低频磁场，同时标签阅读器向标签发送载波，当标签感应到低频磁场信号后，开始耦合能量并进行存储，当所存储的能量足够时，开始对射频标签进行供电，此时射频标签判断是否接收到来自标签阅读器发送的载波，当感应到之后载波后，射频标签发送信息存储单元中存储的数据至标签阅读器，标签阅读器将接收到的数据进行解调，并反馈给移动终端进行处理。
[0042]本发明还提供了一种射频标签的充电方法，如图5所示。该方法包括:射频标签采集对应外部设备发送的低频磁信号；将采集到的所述低频磁信号转换为交变电压；将所述交变电压转换为直流电压；对所述直流电压进行升压处理，并存储。。
[0043]在本发明射频标签的充电方法的一种实施例中，射频标签通过磁场耦合线圈感应所述标签阅读器发送过来的磁信号产生交变电压，并把所述交变电压输送至倍压整流器；通过倍压整流器将所述交变电压转换为直流电压，并对所述直流电压进行升压处理后发送至能量存储单元。
[0044]在本发明射频标签的充电方法的一种实施例中，判断所存储的电能是否达到预设阈值，如是，则对所述射频标签开始与对应的外部设备进行数据通信。具体地，当判断达到阈值时所述能量存储单元与所述射频通信模块进行连接，并对所述射频通信模块提供电能；若未达到预设阈值，则能量存储单元将继续进行电能存储直至所存储的能量达到预设阈值。
[0045]以上内容是结合具体的实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明；因此，对于本发明所属【技术领域】的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。
【权利要求】
1.一种标签阅读器，其特征在于，所述标签阅读器包括: 第一射频通信单元，用于与射频标签进行数据通信； 磁信号发送单元，用于发送供射频标签采集、并转换成电能的磁信号； 控制单元，用于控制所述射频通信单元与所述磁信号发送单元的工作状态。
2.如权利要求1所述的标签阅读器，其特征在于，所述磁信号发送单元包括: 信号产生子单元，用于接收所述控制单元发送的信号生成指令，根据该指令生成电信号，将生成的电信号发送给磁信号发射线圈； 磁信号发射线圈，用于将所述信号产生子单元生成的电信号转换为磁信号，并发送。
3.如权利要求1-2所述的标签阅读器，其特征在于，所述磁信号为低频磁场信号。
4.一种射频标签，其特征在于，所述射频标签包括: 第二射频通信模块，用于与对应的外部设备进行数据通信； 能量获取模块，用于采集由外部设备发送的低频磁信号；以及将采集的低频磁信号转换为电能，用于为所述第二射频通信模块供电。
5.如权利要求4所述的射频标签，其特征在于，所述能量获取模块包括: 信号接收单元，用于采集外部设备的低频磁信号，以及将采集的低频磁信号转换为电能，将转换得到的电能输送至能量存储单元进行储存； 能量存储单元，用于接收并存储所述信号接收单元输送的电能，并提供存储的电能作为第二射频通信模块的工作用电。
6.如权利要求5所述的射频标签，其特征在于，所述信号接收单元包括: 磁场耦合线圈，用于通过感应外部设备的磁信号产生交变电压，并把所述交变电压输送至倍压整流器； 倍压整流器，用于将所述交变电压转换为直流电压，并将得到的直流电压进行升压处理后输送至能量存储单元进行储存。
7.如权利要求4或6所述的射频标签，其特征在于，所述能量获取模块还包括: 能量检测单元，用于对所述能量存储单元的电能进行检测，当所述能量存储单元所存储的电能达到预设阈值时，控制所述能量存储单元为所述第二射频通信模块供电。
8.如权利要求4或6所述的射频标签，其特征在于，所述射频标签还包括: 距离控制模块，用于将检测接收到的低频磁信号的场强值与预设的门限值进行比较，若检测到的所述场强值大于预设的所述门限值，则允许所述第二射频通信模块与对应的外部设备进行数据交互；反之，则禁止所述第二射频通信模块与对应的外部设备进行数据交互。
9.一种射频标签的充电方法，其特征在于，所述射频标签的充电方法包括: 射频标签采集对应外部设备发送的低频磁信号； 将采集到的所述低频磁信号转换为交变电压； 将所述交变电压转换为直流电压； 对所述直流电压进行升压处理，并存储。
10.如权利要求9所述的射频标签的方法，其特征在于，所述射频标签的充电方法还包括: 判断所存储的电能是否达到预设阈值，如是，则对所述射频标签开始与对应的外部设备进行数据通信。`
【文档编号】H02J17/00GK103679082SQ201210358010
【公开日】2014年3月26日 申请日期:2012年9月24日 优先权日:2012年9月24日
【发明者】肖德银, 阙滨城 申请人:国民技术股份有限公司