CN117494738A - 一种无线无源乒乓模式标签传感芯片数据传输方法及*** - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种无线无源乒乓模式标签传感芯片数据传输***，包括基站、阅读器单元、无线孚能单元、第一RFID标签芯片、第二RFID标签芯片、传感器和测量单元；无线孚能单元收集基站发出的能量并转换为电能供给传感器，传感器采集测量单元的数据，第一RFID标签芯片和第二RFID标签芯片通过乒乓模式分别接收传感器采集的数据和被阅读器单元读取数据。与现有技术相比，本发明具有能够实现阅读器高频、高效实时读取RFID标签芯片、能耗低、对环境影响小、安全可靠等优点。

Description

一种无线无源乒乓模式标签传感芯片数据传输方法及***
技术领域
本发明涉及无线通信领域，尤其是涉及一种无线无源乒乓模式标签传感芯片数据传输方法及***。
背景技术
RFID射频识别技术是日常工作生活中常用的技术。该项技术的基本思想是，通过采用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。
专利CN113962147A公开了一种面向广域通信的后向散射低功耗通信网络的构建***及方法，该发明通过能量收集模块采集环境中的能量，进行环境能量转化与应用，令无源节点连续性工作，借助RFID的后向散射技术实现低功耗通信。
但由于现有的RFID是一种低功耗电路，受限于能收集效率低，RFID的通信速率也较低，传感器无法实现测试数据实时传输，难以满足各种状态快速测量的要求。因此，现有的RFID通信方式存在不能高频、实时读取RFID标签芯片的缺陷。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的不能高频、实时读取RFID标签芯片的缺陷而提供一种无线无源乒乓模式标签传感芯片数据传输方法及***。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种无线无源乒乓模式标签传感芯片数据传输***，包括基站、阅读器单元、无线孚能单元、第一RFID标签芯片、第二RFID标签芯片、传感器和测量单元，无线孚能单元收集基站发出的能量并转换为电能供给传感器，传感器采集测量单元的数据，当第一RFID标签芯片写入传感器采集的数据时通过阅读器单元读取第二RFID标签芯片的数据，当第二RFID标签芯片写入传感器采集的数据时通过阅读器单元读取第一RFID标签芯片的数据。
进一步地，传感器写入数据时添加标识码，阅读器通过读取标识码对接收的数据进行冗余判断并整理数据。
进一步地，第一RFID标签芯片和第二RFID标签芯片均基于后向散射技术进行数据传输。
进一步地，传感单元检测的数据包括电流波形、温度和张力。
进一步地，基站为射频能量源，包括环境中的射频、太阳能或潮汐能。
进一步地，阅读器读取到的数据超过预先设置的阈值时，发出警报。
进一步地，无线孚能单元包含阻抗匹配网络、倍压整流网络和能量管理网络。
进一步地，无线孚能单元包括匹配电容、匹配电感、整流二极管、倍压滤波电容、能量管理芯片和超级电容器。
本发明的第二方面，一种基于如上任一一种无线无源乒乓模式标签传感芯片数据传输***的数据传输***方法，包括以下步骤：
通过无线孚能单元收集基站发出的能量，并转化为电能进行储存，将储存的电能供给传感器；
当第一RFID标签芯片数据读取完成，且第二RFID标签芯片数据写入完成时，切换工作模式为：通过传感器采集测量单元的数据，将数据写入第一RFID标签芯片，阅读器单元读取第二RFID标签芯片的数据；
当第二RFID标签芯片数据读取完成，且第一RFID标签芯片数据写入完成时，切换工作模式为：通过传感器采集测量单元的数据，将数据写入第二RFID标签芯片，阅读器单元读取第一RFID标签芯片的数据。
进一步地，根据RFID标签芯片的通信频率和数据容量确定阅读器完成一次数据接收所需时间间隔，根据该时间间隔及数据写入频率确定单次数据写入长度。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1)本发明通过乒乓模式数据传输，采用错位读取、写入标签芯片的数据的方法，当阅读器读取一个标签芯片写完的数据时，另一个标签芯片在写入新的数据，循环往复，弥补阅读器不能高频实时读取RFID标签芯片的缺陷。
2)本发明在乒乓模式的数据传输中添加标识码，用于标记每一个RFID标签中写入数据的先后顺序，防止阅读器接收的数据产生错乱和混叠，方便阅读器恢复无线无源标签传感芯片时序传感数据。
3)通过采用后向散射技术来实现数据的传输，降低芯片功耗，实现远距离通信。不需要复杂的射频结构，减少功率放大器、高精度晶振、双工器、高精度滤波器等器件使用，也不需要复杂的基带处理，因此，能够简化终端设计进一步小型化，大幅降低终端节点成本。
4)通过提高无线孚能单元天线的转换效率、通过阻抗匹配网络、倍压整流电路和能量管理网络达到射频能量的最大化传输，提高传输转换的效率，提高收集能量的总量，实现给传感单元无线无源供电，减少电池的更换及使用，保护环境生态。
5)本发明能够无线无源高频实时监测传输电缆的状态，实现传输电缆相关参数的测量以及电网异常、电缆损坏后进行报警，可以有效避免电力事故的发生；
附图说明
图1为本发明的***总图。
图2为本发明乒乓模式传输数据方法的示意图。
图3为本发明无线孚能单元的结构示意图。
图4为本发明基于能量收集技术的阻抗匹配网络、倍压整流电路和能量管理网络的等效电路图。
图中标记说明：1、基站；2、阅读器单元；3、无线孚能单元；41、第一RFID标签芯片；42第二RFID标签芯片；5、传感器；6、测量单元；7、匹配电容；8、匹配电感；9、整流二极管；10、电容；11、能量管理芯片；12、超级电容器；31、阻抗匹配网络；32、倍压整流网络；33、能量管理网络。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
实施例1
由图1所示为本发明实施例的***总图，一种无线无源乒乓模式标签传感芯片数据传输***，包括基站1、阅读器单元2、无线孚能单元3、第一RFID标签芯片41、第二RFID标签芯片42、传感器5和测量单元6，无线孚能单元3收集基站1发出的能量并转换为电能供给传感器5，传感器5采集测量单元6的数据，第一RFID标签芯片41写入传感器5采集的数据时通过阅读器单元2读取第二RFID标签芯片42的数据，第二RFID标签芯片42写入传感器5采集的数据时通过阅读器单元2读取第一RFID标签芯片41的数据。
本发明的方法包括以下步骤：
通过无线孚能单元收集基站发出的能量，并转化为电能进行储存，将储存的电能供给传感器；
当第一RFID标签芯片数据读取完成，且第二RFID标签芯片数据写入完成时，切换工作模式为：通过传感器采集测量单元的数据，将数据写入第一RFID标签芯片，阅读器单元读取第二RFID标签芯片的数据；
当第二RFID标签芯片数据读取完成，且第一RFID标签芯片数据写入完成时，切换工作模式为：通过传感器采集测量单元的数据，将数据写入第二RFID标签芯片，阅读器单元读取第一RFID标签芯片的数据。
其中，基站1作为射频能量源，包括但不限于环境中的射频、太阳能和潮汐能。
由图2所示，乒乓模式数据传输方法为传感器5所采集的数据通过标准接口写入当前RFID标签芯片，此时另一个RFID标签芯片基于后向散射基于响应阅读器2的读取要求，完成单次传感数据传输；在写入数据和读取数据均完成之后，交换两个芯片的工作状态。本发明通过错位读写，实现RFID标签芯片的数据乒乓模式传输，完成对电缆的电流波形、温度、张力应变等状态信息无线无源高频实时在线监测。
优选地，传感器5写入数据时，为每一个写入的数据都附加标识码，防止阅读器读取数据混叠，时序错乱，方便阅读器进行冗余判断，并整理出完整的数据，恢复成采集时的时序传感数据。
优选地，阅读器2读取到电流波形、温度、张力应变等状态信息的数据超过预先设置的阈值时，发出警报提醒检修，以避免安全事故。
优选地，根据RFID芯片的通信频率和数据容量确定阅读器2完成一次数据接收所需时间间隔，根据该时间间隔及数据写入频率确定单次数据写入长度。
优选地，写入数据与读取数据同步完成，保证两个RFID标签芯片始终处于不同的工作状态。
优选地，当所需的数据传输量大于两个RFID标签芯片的最大传输能力时，增加芯片数量提高***的数据传输效率。
优选地，阅读器2将读取到的数据传输到控制中心，实现远程监控。
由图3所示，本发明的无线孚能单元3包括阻抗匹配网络31用于连接天线并提高传输的效率，使能量尽可能达到最大化传输，在匹配网络之后的倍压整流网络32用于将天线收集到的能量转化为电能接着倍压输出到能量管理网络33，能量管理网络管理存储的电能。
优选地，无线孚能单元3的天线为有柔性超材料天线。
由图4所示，阻抗匹配网络单元31包括匹配电容7和匹配电感8；所述整流倍压网络单元32包括整流二极管9和倍压滤波电容10；所述能量管理电路单元33包括能量管理芯片11和用于存储电能用的超级电容器12。
优选地，整流二极管9为CaAs或CaN整流二极管，CaAs和CaN整流二极管具有高效率整流能力，可以进一步提高***效率。
以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (10)

1.一种无线无源乒乓模式标签传感芯片数据传输***，其特征在于，包括基站(1)、阅读器单元(2)、无线孚能单元(3)、第一RFID标签芯片(41)、第二RFID标签芯片(42)、传感器(5)和测量单元(6)，所述无线孚能单元(3)收集基站(1)发出的能量并转换为电能供给传感器(5)，所述传感器(5)采集测量单元(6)的数据，所述第一RFID标签芯片(41)写入传感器(5)采集的数据时通过阅读器单元(2)读取第二RFID标签芯片(42)的数据，所述第二RFID标签芯片(42)写入传感器(5)采集的数据时通过阅读器单元(2)读取第一RFID标签芯片(41)的数据。
2.根据权利要求1所述的一种无线无源乒乓模式标签传感芯片数据传输***，其特征在于，所述传感器(5)写入数据时添加标识码，阅读器(2)通过读取标识码对接收的数据进行冗余判断并整理数据。
3.根据权利要求1所述的一种无线无源乒乓模式标签传感芯片数据传输***，其特征在于，所述第一RFID标签芯片(41)和第二RFID标签芯片(42)均基于后向散射技术进行数据传输。
4.根据权利要求1所述的一种无线无源乒乓模式标签传感芯片数据传输***，其特征在于，所述传感单元(6)检测的数据包括电流波形、温度和张力。
5.根据权利要求1所述的一种无线无源乒乓模式标签传感芯片数据传输***，其特征在于，所述基站(1)为射频能量源，包括环境中的射频、太阳能或潮汐能。
6.根据权利要求1所述的一种无线无源乒乓模式标签传感芯片数据传输***，其特征在于，所述阅读器(2)读取到的数据超过预先设置的阈值时，发出警报。
7.根据权利要求1所述的一种无线无源乒乓模式标签传感芯片数据传输***，其特征在于，所述无线孚能单元(3)包含阻抗匹配网络(31)、倍压整流网络(32)和能量管理网络(33)。
8.根据权利要求1所述的一种无线无源乒乓模式标签传感芯片数据传输***，其特征在于，所述无线孚能单元(3)包括匹配电容(7)、匹配电感(8)、整流二极管(9)、倍压滤波电容(10)、能量管理芯片(11)和超级电容器(12)。
9.一种基于如权利要求1-8任一所述的一种无线无源乒乓模式标签传感芯片数据传输***的数据传输***方法，其特征在于，包括以下步骤：
通过无线孚能单元(3)收集基站(1)发出的能量，并转化为电能进行储存，将储存的电能供给传感器(5)；
当第一RFID标签芯片(41)数据读取完成，且第二RFID标签芯片(42)数据写入完成时，切换工作模式为：通过传感器(5)采集测量单元(6)的数据，将数据写入第一RFID标签芯片(41)，阅读器单元(2)读取第二RFID标签芯片(42)的数据；
当第二RFID标签芯片(42)数据读取完成，且第一RFID标签芯片(41)数据写入完成时，切换工作模式为：通过传感器(5)采集测量单元(6)的数据，将数据写入第二RFID标签芯片(41)，阅读器单元(2)读取第一RFID标签芯片(42)的数据。
10.根据权利要求9所述的一种无线无源乒乓模式标签传感芯片数据传输方法，其特征在于，根据RFID标签芯片的通信频率和数据容量确定阅读器完成一次数据接收所需时间间隔，根据该时间间隔及数据写入频率确定单次数据写入长度。
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