CN107437107B - 一种rfid标签 - Google Patents

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Abstract

一种RFID标签，包含天线，电性连接天线的能量分配模块，分别电性连接能量分配模块的RFID通信和逻辑控制模块和发光模块，发光模块电性连接RFID通信和逻辑控制模块。本发明采用耦合方式对进入RFID通信和逻辑控制模块和发光模块的能量进行分配，能量分配模块不会消耗额外的能量，且保证RFID通信和逻辑控制模块在获得最小能量的情况下完成通信及逻辑控制功能，将剩余能量分配给发光模块，实现了单天线情况下点亮发光模块所需能量的采集和标签芯片通讯功能二者的共存，且能保证较远的通信距离和点亮距离。

Description

一种RFID标签
技术领域
本发明涉及一种RFID标签，尤其涉及一种无源超高频RFID发光标签。
背景技术
随着物联网的兴起，一些实际应用中需要解决物品的定位问题，比如施工现场的线缆管理和定位、实验室中仪器设备的管理和定位、仓库中物品的管理和定位、图书馆中书籍的管理和定位等。
射频识别技术（Radio Frequency Identification，缩写RFID）是20世纪80年代发展起来的一种新兴自动识别技术，是一项利用射频信号通过空间耦合（交变磁场或电磁场）实现无接触信息传递并通过所传递的信息达到识别目的的技术。
超高频RFID标签是一种利用空间电磁波与读写器进行通讯的技术，分为有源标签、半有源标签和无源标签三种形式，无源超高频RFID标签本身不需电源，利用读写器发出的电磁波进行供电，并利用反向散射耦合的方式与读写器进行通讯。通常标签的最远通信距离决定于在最远处获取的电磁波的能量大小，标签接收到的读写器在空间发射的电磁波能量可用下式计算：
Pt=Pr（λ/（4πr））2GtGr
其中，Pt是标签接收到的功率，Pr是读写器发射的功率，λ是电波的波长，r是读写器至标签的距离，Gt是标签天线的增益，Gr是读写器天线的增益。
无源发光标签是利用空间电磁波能量，驱动标签上的发光器件，如LED，使其发出可见光，以供人眼进行识别。在实际应用中，可由读写器确定需要点亮的标签，并发出点亮指令，对应的标签发出可见光，从而达到物品查找和定位的目的。
在专利CN101680997B中提到了发光标签在光纤管理中的应用，该专利中侧重于介绍***解决方案，并未提及发光标签的具体解决方案，尤其是无源超高频RFID可视标签的实现方法。
在韩国专利KR10-2011-0080042中公开了发光标签的一种双天线实现方案，由一个天线进行通讯，另一个天线提供点亮LED所需的能量。这种双天线解决方案在通常的应用场景下是一种比较好的解决方案，但是在一些需要标签尺寸小型化的应用领域，两个天线需要较大的面积，无法做到标签的小型化。另外该专利中提到了天线和发光回路形成阻抗匹配，但并未提到达到其效果的具体方案。
在中国专利CN102982362A中提到了使用超级电容储存点亮LED所需的能量。这种方案可以使标签更容易被点亮，但是一般超级电容的尺寸比较大，可以跟电池相比拟，也无法做到标签的小型化。且超级电容存在充电缓慢，漏电较大等缺点，造成实际应用中的诸多限制。
发明内容
本发明提供一种RFID标签，采用耦合方式对进入RFID通信和逻辑控制模块和发光模块的能量进行分配，能量分配模块不会消耗额外的能量，且保证RFID通信和逻辑控制模块在获得最小能量的情况下完成通信及逻辑控制功能，将剩余能量分配给发光模块，实现了单天线情况下点亮发光模块所需能量的采集和标签芯片通讯功能二者的共存，且能保证较远的通信距离和点亮距离。
为了达到上述目的，本发明提供一种RFID标签，包含：天线，电性连接天线的能量分配模块，分别电性连接能量分配模块的RFID通信和逻辑控制模块和发光模块，发光模块电性连接RFID通信和逻辑控制模块；
所述的天线用于接收读写器发出的电磁波信号，所述的能量分配模块用于将天线接收到的能量进行合理分配，在保证RFID通信和逻辑控制模块获得所需最小能量的基础上，将剩余能量分配给发光模块，使标签的发光距离更远，所述的RFID通信和逻辑控制模块用于接收读写器发出的指令信号，进行指令解析后，控制发光模块的电流通断以及发光模块中流过的电流大小，所述的发光模块用于给出视觉指示。
所述的能量分配模块包含：第一能量分配模块和第二能量分配模块，该第一能量分配模块电性连接天线和RFID通信和逻辑控制模块，实现对RFID通信和逻辑控制模块的能量分配，该第二能量分配模块电性连接天线和发光模块，实现对发光模块的能量分配。
所述的第一能量分配模块和第二能量分配模块都包含：分压模块、嵌位模块、整流模块、以及稳压模块；
所述的分压模块电性连接天线，所述的整流模块电性连接分压模块，所述的稳压模块电性连接整流模块，所述的嵌位模块电性连接分压模块，或电性连接整流模块，或电性连接稳压模块；
所述的分压模块实现能量的分配，保证在最远操作距离处嵌位模块中无电流流过，所述的嵌位模块实现近距离下多余能量的泄放，将电压嵌位在可接受范围内，所述的整流模块将交流信号转换为直流信号，所述的稳压模块将整流得到的信号稳定在一定的电压范围内。
所述的第一能量分配模块中至少包含分压模块，所述的第二能量分配模块中至少包含整流模块。
所述的分压模块采用耦合电容或分压电阻。
所述的RFID通信和逻辑控制模块包含：电性连接能量分配模块的射频模拟模块、电性连接射频模拟模块和发光模块的数字逻辑模块、以及电性连接数字逻辑模块的存储器；
所述的射频模拟模块包含：电性连接能量分配模块的解调模块和调制模块、以及时钟产生模块；
所述的解调模块用于从超高频载波中解调出读写器发出的信号，所述的调制模块用于将要发射的数据调制到超高频载波上，所述的时钟产生模块产生标签芯片工作所需的时钟信号，所述的数字逻辑模块实现标签芯片的逻辑功能，完成指令的编解码、控制发光模块的电流通断和发光模块中流过的电流大小，所述的存储器用于掉电后存储必要的信息。
所述的RFID通信和逻辑控制模块中还包含嵌位模块、整流模块和稳压模块中的任意一个或任意几个；嵌位模块电性连接分压模块，整流模块电性连接嵌位模块，稳压模块电性连接整流模块。
所述的数字逻辑模块中包含开关模块，用于控制发光模块的电流通断。
所述的开关模块设置为独立模块，其电性连接数字逻辑模块和发光模块，该开关模块在数字逻辑模块的控制下实现发光模块的电流通断。
该RFID标签还包含：电性连接天线和能量分配模块的阻抗匹配模块，所述的阻抗匹配模块使天线能够更好的接收能量。
本发明采用耦合的方式，对进入RFID通信和逻辑控制模块和发光模块的能量进行分配，能量分配模块不会消耗额外的能量，且保证RFID通信和逻辑控制模块在获得最小能量的情况下完成通信及逻辑控制功能，将剩余能量分配给发光模块，实现了单天线情况下点亮发光模块所需能量的采集和标签芯片通讯功能二者的共存，且能保证较远的通信距离和点亮距离。
附图说明
图1和图2是本发明提供的一种RFID标签的电路结构示意图。
图3是本发明提供的一种RFID标签的电路结构示意图。
图4～图6是能量分配模块的实施例的电路结构示意图。
图7是RFID通信和逻辑控制模块的电路结构示意图。
图8是数字逻辑模块中开关模块的实施例示意图。
具体实施方式
以下根据图1～图8，具体说明本发明的较佳实施例。
如图1所示，本发明提供一种RFID标签，包含：天线1，电性连接天线1的能量分配模块2，分别电性连接能量分配模块2的RFID通信和逻辑控制模块3和发光模块4，发光模块4电性连接RFID通信和逻辑控制模块3。本实施例中，发光模块4采用LED模块。
天线1用于接收读写器发出的电磁波信号，能量分配模块2用于将天线1接收到的能量进行合理分配，在保证RFID通信和逻辑控制模块3获得所需最小能量的基础上，将剩余能量分配给发光模块4，使标签的发光距离更远，RFID通信和逻辑控制模块3用于接收读写器发出的指令信号，进行指令解析后，控制发光模块4的电流通断以及发光模块4中流过的电流大小，发光模块4用于给出视觉指示。
如图2所示，所述的能量分配模块2包含：第一能量分配模块201和第二能量分配模块202，该第一能量分配模块201电性连接天线1和RFID通信和逻辑控制模块3，实现对RFID通信和逻辑控制模块3的能量分配，该第二能量分配模块202电性连接天线1和发光模块4，实现对发光模块4的能量分配。
如图3所示，在本发明的另一个实施例中，为了使天线1能够更好的接收能量，还可以增加阻抗匹配模块5，该阻抗匹配模块5的输入端电性连接天线1，输出端电性连接能量分配模块2。如图4～图6所示，所述的第一能量分配模块201和第二能量分配模块202都可以包含：分压模块20、嵌位模块21、整流模块22、以及稳压模块23。
所述的分压模块20实现能量的分配，在本实施例中，该分压模块20采用耦合电容或分压电阻，所述的嵌位模块21实现近距离下多余能量的泄放，将电压嵌位在可接受范围内，所述的整流模块22将交流信号转换为直流信号，所述的稳压模块23将整流得到的信号稳定在一定的电压范围内。通过分压模块20的调整，保证在最远操作距离处，嵌位模块21中无电流流过，保证所有接收到的能量都用于RFID通信和逻辑控制模块3和发光模块4的工作。
如图4所示，在本发明的一个实施例中，分压模块20电性连接天线1，嵌位模块21和整流模块22分别电性连接分压模块20，稳压模块23电性连接整流模块22。
如图5所示，在本发明的另一个实施例中，分压模块20电性连接天线1，整流模块22电性连接分压模块20，嵌位模块21和稳压模块23分别电性连接整流模块22。
如图6所示，在本发明的另一个实施例中，分压模块20电性连接天线1，整流模块22电性连接分压模块20，稳压模块23电性连接整流模块22，嵌位模块21电性连接稳压模块23。
在本发明的一个实施例中，所述的第一能量分配模块201中至少包含分压模块20，剩余的模块（嵌位模块21或整流模块22或稳压模块23）可以利用RFID通信和逻辑控制模块3实现；在本发明的另一个实施例中，所述的第二能量分配模块202中至少包含整流模块22，所述的嵌位模块21、整流模块22和稳压模块23可以省略。
在本发明的另一个实施例中，所述的第一能量分配模块201和第二能量分配模块202中分别包含分压模块，而第一能量分配模块201和第二能量分配模块202共用同一个嵌位模块、整流模块和稳压模块。
如图7所示，所述的RFID通信和逻辑控制模块3包含：电性连接能量分配模块2的射频模拟模块30、电性连接射频模拟模块30和发光模块4的数字逻辑模块34、以及电性连接数字逻辑模块34的存储器36。所述的射频模拟模块30包含：电性连接能量分配模块2的解调模块31和调制模块32、以及时钟产生模块33。
所述的解调模块31用于从超高频载波中解调出读写器发出的信号，所述的调制模块32用于将要发射的数据调制到超高频载波上，所述的时钟产生模块33产生标签芯片工作所需的时钟信号，所述的数字逻辑模块34实现标签芯片的逻辑功能，完成指令的编解码、控制发光模块4的电流通断和发光模块4中流过的电流大小，所述的存储器36用于掉电后存储必要的信息。
所述的数字逻辑模块34中包含开关模块，用于控制发光模块4的电流通断。
如图8所示，在本发明的另一个实施例中，开关模块301设置为独立模块，其电性连接数字逻辑模块34和发光模块4，该开关模块301在数字逻辑模块34的控制下实现发光模块4的电流通断。
本发明采用耦合的方式，对进入RFID通信和逻辑控制模块和发光模块的能量进行分配，能量分配模块不会消耗额外的能量，且保证RFID通信和逻辑控制模块在获得最小能量的情况下完成通信及逻辑控制功能，将剩余能量分配给发光模块，实现了单天线情况下点亮发光模块所需能量的采集和标签芯片通讯功能二者的共存，且能同时保证较远的通信距离和可点亮距离。
尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims (8)

1.一种RFID标签，其特征在于，包含：天线（1），电性连接天线（1）的能量分配模块（2），分别电性连接能量分配模块（2）的RFID通信和逻辑控制模块（3）和发光模块（4），发光模块（4）电性连接RFID通信和逻辑控制模块（3）；
所述的天线（1）用于接收读写器发出的电磁波信号，所述的能量分配模块（2）用于将天线（1）接收到的能量进行合理分配，在保证RFID通信和逻辑控制模块（3）获得所需最小能量的基础上，将剩余能量分配给发光模块（4），使标签的发光距离更远，所述的RFID通信和逻辑控制模块（3）用于接收读写器发出的指令信号，进行指令解析后，控制发光模块（4）的电流通断以及发光模块（4）中流过的电流大小，所述的发光模块（4）用于给出视觉指示；
所述的能量分配模块（2）包含：第一能量分配模块（201）和第二能量分配模块（202），该第一能量分配模块（201）电性连接天线（1）和RFID通信和逻辑控制模块（3），实现对RFID通信和逻辑控制模块（3）的能量分配，该第二能量分配模块（202）电性连接天线（1）和发光模块（4），实现对发光模块（4）的能量分配；
所述的第一能量分配模块（201）和第二能量分配模块（202）都包含：分压模块（20）、嵌位模块（21）、整流模块（22）、以及稳压模块（23）；
所述的分压模块（20）电性连接天线（1），所述的整流模块（22）电性连接分压模块（20），所述的稳压模块（23）电性连接整流模块（22），所述的嵌位模块（21）电性连接分压模块（20），或电性连接整流模块（22），或电性连接稳压模块（23）；
所述的分压模块（20）实现能量的分配，保证在最远操作距离处嵌位模块（21）中无电流流过，所述的嵌位模块（21）实现近距离下多余能量的泄放，将电压嵌位在可接受范围内，所述的整流模块（22）将交流信号转换为直流信号，所述的稳压模块（23）将整流得到的信号稳定在一定的电压范围内。
2.如权利要求1所述的RFID标签，其特征在于，所述的第一能量分配模块（201）中至少包含分压模块（20），所述的第二能量分配模块（202）中至少包含整流模块（22）。
3.如权利要求2所述的RFID标签，其特征在于，所述的分压模块（20）采用耦合电容或分压电阻。
4.如权利要求3所述的RFID标签，其特征在于，所述的RFID通信和逻辑控制模块（3）包含：电性连接能量分配模块（2）的射频模拟模块（30）、电性连接射频模拟模块（30）和发光模块（4）的数字逻辑模块（34）、以及电性连接数字逻辑模块（34）的存储器（36）；
所述的射频模拟模块（30）包含：电性连接能量分配模块（2）的解调模块（31）和调制模块（32）、以及时钟产生模块（33）；
所述的解调模块（31）用于从超高频载波中解调出读写器发出的信号，所述的调制模块（32）用于将要发射的数据调制到超高频载波上，所述的时钟产生模块（33）产生标签芯片工作所需的时钟信号，所述的数字逻辑模块（34）实现标签芯片的逻辑功能，完成指令的编解码、控制发光模块（4）的电流通断和发光模块（4）中流过的电流大小，所述的存储器（36）用于掉电后存储必要的信息。
5.如权利要求4所述的RFID标签，其特征在于，所述的RFID通信和逻辑控制模块（3）中还包含嵌位模块（21）、整流模块（22）和稳压模块（23）中的任意一个或任意几个；嵌位模块（21）电性连接分压模块（20），整流模块（22）电性连接嵌位模块（21），稳压模块（23）电性连接整流模块（22）。
6.如权利要求5所述的RFID标签，其特征在于，所述的数字逻辑模块（34）中包含开关模块，用于控制发光模块（4）的电流通断。
7.如权利要求5所述的RFID标签，其特征在于，开关模块（301）设置为独立模块，其电性连接数字逻辑模块（34）和发光模块（4），该开关模块（301）在数字逻辑模块（34）的控制下实现发光模块（4）的电流通断。
8.如权利要求6或7所述的RFID标签，其特征在于，该RFID标签还包含：电性连接天线（1）和能量分配模块（2）的阻抗匹配模块（5），所述的阻抗匹配模块（5）使天线（1）能够更好的接收能量。
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