基于位置信息的射频识别标签及防冲突方法技术

本发明专利技术属于射频识别标签防冲突技术领域，其特征在于，读卡器设定的初始通信速率低于标签与读卡器进行正常协议通信的速率，其值由从读卡器发送信号到接收到标签的返回信号之间的时间差决定。距离最近的标签在接收到读卡器发送信号后最快返回信号，所以决定了通信速率，其它标签在此通信速率下无法正常工作和返回信号，从而避免了标签间的冲突。为此提出了一种基于位置信息的射频识别标签，该标签包括：天线、距离转换返回信号延时电路、第二数字电路、调制和解调电路。其中距离转换返回信号延时电路使标签从接收到读卡器发送信号到标签返回信号的延时由标签和读卡器之间的距离决定。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于射频识别标签
，涉及标签防冲突问题。
技术介绍
RFID在历史上的首次应用可以追溯到第二次世界大战期间(约1940年)，其当时的功能是用于分辨出敌方飞机与我方飞机。到了70年代末期，美国政府透过Los Alamos科学实验室将RFID技术转移到民间。RFID技术最先在商业上的应用是在牲畜身上。80年代，美国与欧洲的几家公司开始着手生产RFID标签。现在RFID技术已广泛应用于各个领域，例如物流、门禁控制、飞机安全、汽车防盗等等。许多国际公司如微软、IBM、TI、富士通都已经参与到RFID软硬件技术研发中，未来RFID将是一个巨大的市场，同时与国家和社会的发展密切相关。在RFID系统中，出于成本的考虑，标签共享通讯信道，当它们同时向读卡器返回信号时会产生冲突，这大大影响了标签的读取速度。因此各种协议中都包含了防冲突机制，它也是各个协议中必不可少的一环。现行的协议主要采用ALOHA和二进制树的算法，许多的研究集中在算法的改进上。
技术实现思路
本专利技术在现行RFID协议防冲突算法的基础上提出采用标签物理信息增强系统防冲突能力的方法，即通过了解标签所处的位置信息来区分它们。同时可以兼容其它防冲突算法一起使用。本专利技术所述的一种基于位置信息的射频识别标签，其特征在于，含有天线、距离转换返回信号延时电路、第二数字电路、调制电路及解调电路，其中距离转换返回信号延时电路，含有电荷泵、稳压电路、电流处理电路、第一数字电路、可控延时时钟提取电路、恒定延时时钟提取电路以及调制信号产生电路，其中电荷泵，将从天线接收到的标志射频识别标签相对于读卡器位置信息的射频能量转换为电压信号；稳压电路，将电荷泵输出的电压稳定在设定范围以内，同时将此电压信号转换为电流信号；电流处理电路，将稳压电路输出的电流信号进行开方处理后控制可控延时时钟提取电路的时钟延时；可控延时时钟提取电路，在解调电路解调出读卡器的发送数据后设定延时产生时钟，其延时由电流处理电路输出的反映射频识别标签相对于读卡器位置信息的电流信号控制，使得时钟提取的延时T(d)和射频识别标签相对于读卡器的距离d成以下函数关系T(d)=CVoutkIVL=C4πdkλVout3AηQ]]>其中Q=4RantRtag(Rant+Rtag)2,]]>A＝PreaderGreaderGtag；Rant和Rtag分别为天线辐射电阻和标签的等效输入电阻，Preader为读卡器发射功率，Greader为读卡器天线增益，Gtag为标签天线增益，λ为载波波长，Vout为电荷泵输出电压，η为电荷泵能量转换效率，C为充放电电容值，k为电流变换的比例关系，通过调整k和C将T(d)控制在需要的范围内；如果解调电路解调出的读卡器发送数据的间隔小于所述可控延时，电路不能产生时钟；第一数字电路，设有模式控制信号输出端、时钟信号输出端、与第二数字电路调制启动信号输出端相连的输入端、可控延时时钟输入端、恒定延时时钟输入端、解调信号输入端以及调制启动信号输出端；系统启动后，标签等待正常通信，当第一数字电路判断解调后的信号为设定的通信波形类型时，第一数字电路开始工作，调制启动信号输出端输出信号，时钟信号输出端输出可控延时时钟；当第一数字电路判断解调后的信号是事先约定的一组该类型通信数据后，输出模式控制信号，启动第二数字电路，改变调制信号产生电路的工作模式，第一数字电路调制启动信号输出端输出第二数字电路的调制启动信号，时钟信号输出端输出恒定延时时钟，此时第二数字电路执行正常的RFID协议通信命令，所述的恒定延时时钟输入端的信号频率高于可控延时时钟输入端信号可达的最大频率；所述的第一数字电路以可控延时时钟为工作时钟；当解调电路解调出的读卡器发送数据间隔小于可控延时时，可控延时时钟提取电路不产生时钟，第一数字电路因没有工作时钟将保持原来初始状态；恒定延时时钟提取电路，在解调电路解调出的读卡器发送数据后固定延时产生时钟，如果解调电路解调出的读卡器发送数据间隔小于所述恒定延时，电路不能产生时钟；调制信号产生电路，其有三个输入端，一个启动信号输入端，与第一数字电路的调制启动信号输出端相连以决定调制信号产生电路是否启动；一个时钟信号输入端，与第一数字电路的时钟信号输出端相连；还有一个模式控制信号输入端，与第一数字电路的模式控制信号输出端相连；所述电路还有一个与调制电路相连的调制信号输出端；所述电路在有时钟输入触发和启动信号输入端有效的情况下，在标签等待正常通信时，在输入时钟固定延时后输出设定的调制信号，在正常通信时，在输入时钟固定延时后输出RFID协议规定的调制信号；调制电路，设有一个调制信号输入端，所述的调制信号是标签在正常通信时返回的恒定延时信号，或是标签在等待正常通信时返回的可控延时信号；所述电路还有一个输出端连接到天线，通过改变芯片的输入阻抗产生回波信号；第二数字电路，设有控制信号输入端，和第一数字电路的模式控制信号输出端相连；时钟信号输入端，与第一数字电路的时钟信号输出端相连；解调信号输入端，与解调电路输出端相连；调制启动信号输出端，与第一数字电路相连；所述的第二数字电路在标签等待正常通信阶段即使有时钟信号输入，但由于控制信号输入端无效所以不进入工作状态；当第一数字电路判断解调后的信号是事先约定的一组设定通信波形类型的数据后，第二数字电路的控制信号输入端有效，第一数字电路的提供的时钟为恒定延时时钟，第二数字电路执行正常的RFID协议通信命令；解调电路，根据从天线端接收的射频信号的强弱判断读卡器发送的数据，并输出给第一数字电路、第二数字电路、恒定延时时钟提取电路以及可控延时时钟提取电路；所述设定的通信波形是读卡器发送三个空载波代表“1”，两个空载波代表“0”，一个空载波代表空值，为标签提取时钟使用，空载波持续时间为1μS，标签发出的回波信号在其恢复的时钟后1μS产生，读卡器在接收到标签回波后1μS再次发送数据，标签返回回波信号的宽度为1μS，区分标签的最小可控延时差为3μS。本专利技术所述的一种基于位置信息的射频识别标签的防冲突方法，其特征在于包括以下步骤包括以下步骤(1)标签进入场区上电复位；(2)读卡器按设定的通信波形向标签发送调制的载波信号，以供标签提取时钟；(3)标签根据所处位置即所接收的射频能量大小等待不同的时间向读卡器返回信号；(4)当读卡器检测到标签返回信号后，固定延时后再次发送数据；(5)只有离读卡器最近的标签才能再次恢复出正确的时钟和返回信号，并经过正确接收一组事先约定的数据后，发送设定数据告知读卡器，同时进入正常的RFID协议通信状态；(6)读卡器接收到距离最近的标签返回的设定数据后了解到标签已经准备好进入RFID协议通信状态，则按照RFID协议和标签进行通信；(7)RFID协议通信结束后，读卡器使标签进入静默状态，同时寻找下一个最近的标签进行通信；所述的读卡器中设定的通信波形是读卡器发送三个空载波代表“1”，两个空载波代表“0”，一个空载波代表空值，为标签提取时钟使用，空载波持续时间为1μS，标签发出的回波信号在其恢复的时钟后1μS产生，读卡器在接收到标签回波后1μS再次发送数据，标签返回回波信号的宽度为1μS，区分标签本文档来自技高网...

【技术保护点】
基于位置信息的射频识别标签，其特征在于，含有天线、距离转换返回信号延时电路、第二数字电路、调制电路及解调电路，其中：距离转换返回信号延时电路，含有电荷泵、稳压电路、电流处理电路、第一数字电路、可控延时时钟提取电路、恒定延时时 钟提取电路以及调制信号产生电路，其中：电荷泵，将从天线接收到的标志射频识别标签相对于读卡器位置信息的射频能量转换为电压信号；稳压电路，将电荷泵输出的电压稳定在设定范围以内，同时将此电压信号转换为电流信号；电流处理电路 ，将稳压电路输出的电流信号进行开方处理后控制可控延时时钟提取电路的时钟延时；可控延时时钟提取电路，在解调电路解调出读卡器的发送数据后设定延时产生时钟，其延时由电流处理电路输出的反映射频识别标签相对于读卡器位置信息的电流信号控制，使得 时钟提取的延时Ｔ（ｄ）和射频识别标签相对于读卡器的距离ｄ成以下函数关系：＊＊＊其中Ｑ＝４Ｒ↓［ａｎｔ］Ｒ↓［ｔａｇ］／（Ｒ↓［ａｎｔ］＋Ｒ↓［ｔａｇ］）↑［２］，Ａ＝Ｐ↓［ｒｅａｄｅｒ］Ｇ↓［ｒｅａｄｅｒ］Ｇ↓［ｔａｇ］；　 　Ｒ↓［ａｎｔ］和Ｒ↓［ｔａｇ］分别为天线辐射电阻和标签的等效输入电阻，Ｐ↓［ｒｅａｄｅｒ］为读卡器发射功率，Ｇ↓［ｒｅａｄｅｒ］为读卡器天线增益，Ｇ↓［ｔａｇ］为标签天线增益，λ为载波波长，Ｖ↓［ｏｕｔ］为电荷泵输出电压，η为电荷泵能 量转换效率，Ｃ为充放电电容值，ｋ为电流变换的比例关系，通过调整ｋ和Ｃ将Ｔ（ｄ）控制在需要的范围内；如果解调电路解调出的读卡器发送数据的间隔小于所述可控延时，电路不能产生时钟；第一数字电路，设有：模式控制信号输出端、时钟信号输 出端、与第二数字电路调制启动信号输出端相连的输入端、可控延时时钟输入端、恒定延时时钟输入端、解调信号输入端以及调制启动信号输出端；系统启动后，标签等待正常通信，当第一数字电路判断解调后的信号为设定的通信波形类型时，第一数字电路开始工作，调制启动信号输出端输出信号，时钟信号输出端输出可控延时时钟；当第一数字电路判断解调后的信号是事先约定的一组该类型通信数据后，输出模式控制信号，启动第二数字电路，改变调制信号产生电路的工作模式，第一数字电路调制启动信号输出端输出第二数字电路的调制启动信号，时钟信号输出端输出恒定延时时钟，此时第二数字电路执行正常的ＲＦＩＤ协议通信命令，所述的恒定延时时钟输入端的信号频率高...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：刘忠奇，孙旭光，张春，李永明，王志华，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]