一种有源RFID系统的低功耗运行方法技术方案

本发明专利技术涉及一种有源RFID系统的低功耗运行方法，适用于包括读写器单元和有源标签单元的有源RFID系统，其特征在于，读写器单元由上位机通过数据接口发送来的命令启动对有源标签单元的操作，读写器单元在每一次启动后，读写器单元以T1为周期连续向有源标签单元发送N次命令，在每个T1周期内，读写器单元发送完数据后立即切换到接收状态，以等待标签返回的应答数据；直到T1时间结束，读写器单元重新切换回发送模式重复发送一次数据并在发送完成后又切换到接收状态，如此循环直到N次结束。本发明专利技术的有益效果是：可做到大大降低有源标签平均功耗的目的，从而大大延长有源标签的使用寿命。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于射频识别
，尤其涉及一种有源射频识别系统的能耗控制技术。
技术介绍
射频识别(RFID)技术是通过无线电讯号识别特定目标并读写相关数据，而无需识别系统与特定目标之间建立机械或光学接触的一种通信技术。其作为快速、实时、准确采集与处理信息的高新技术和信息标准化的基础，已经被世界公认为重要技术之一，在生产、零售、物流、交通等各个行业中都有着广阔的应用前景。射频识别技术已经逐渐成为企业提高物流供应链管理水平，降低生产成本，实现企业管理信息化，增强企业竞争力，参与国际经济大循环不可缺少的技术工具和手段。同时，射频识别也是当今物联网的重要组成部分，其在人们生活中的地位日益凸显，以致我们随处可见，如第二代身份证、公交卡、门禁系统等坐寸o射频识别系统主要包括读写器和电子标签两种基本部件。其中根据电子标签供电方式的不同，又将射频识别系统分为两类无源射频识别(无源RFID)系统和有源射频识别(有源RFID)系统。无源RFID系统的电子标签本身不带电池，其依靠读写器发送的电磁能量工作，因此通信距离较短。而有源RFID系统的电子标签内部装有电池，因此无需太大的发射功率，就可完成较远距离的数据传输。同时，有源RFID系统具有传输数据量大、可靠性高、兼容性好和无需像无源RFID系统一样瞄准读取等优点，具有在某些方面无源RFID系统无法去替代的优势。如企业固定资产的管理、仓库物件的监控、稀有保护动物的监控等。然而，有源RFID系统也具有其固有的一些缺陷，其中最显著的就是有源RFID系统中的电子标签(有源标签)的功耗，其直接影响该有源标签的使用时间。通常，有源标签在接收状态和发送状态时一样，都需要消耗电流，甚至，在接收状态下消耗的电流更大。以NORDIC半导体公司生产的nRF24L01为例，在OdBm输出功率的发射状态下，其消耗的电流为11. 3mA，而其在接收状态时的电流消耗为12. 3mA。显然，若直接设置标签为接收状态，一直监听着读写器是否有数据发来，是一种极不科学的做法。这样，即使标签的电池容量非常大，那电池也会在很快的时间内消耗殆尽。很多文献致力于降低有源RFID系统的功耗，即降低有源标签的功耗(因为读写器可由市电经过变换后供电)，因而出现了很多新的技术。如通过无源唤醒方式实现超低待机功耗的有源RFID装置，其通过设计一个无源唤醒模块，用于接收并检测读写器的唤醒信号，从而控制有源标签电源的开启与关闭，达到实现低功耗的目的；然而，新增的无源唤醒模块不仅增加了有源标签的成本，也增加了电路的复杂度。又如一种具有唤醒功能的有源RFID系统，其将有源标签设定为在工作区域和非工作区域间循环，并用激励源来控制标签何时向读写器返回数据；与前一种方案类似，新增的激励源不仅增加了有源RFID系统的复杂度，也增加了成本。再如一种微波频段有源RFID系统的低功耗持续上传信息的方法，其利用划分时隙的方式使有源标签在指定的时隙上传数据，而在其他时隙则处于低功耗，从而实现低功耗的信息上传；然而其需要保持在电磁波唤醒状态，显然，在此状态下，能量的消耗也不可忽略的。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了在不增加有源RFID系统复杂度的前提下，进一步降低有源RFID系统的功耗，提出了一种有源RFID系统的低功耗运行方法。本专利技术的技术方案是一种有源RFID系统的低功耗运行方法，适用于包括读写器单元和有源标签单元的有源RFID系统，其特征在于，读写器单元由上位机(如PC机)通过数据接口发送来的命令启动对有源标签单元的操作，读写器单元在每一次启动后，读写器单元以T1为周期连续向有源标签单元发送N次(N为读写器单元连续发送命令的次数)命令，在每个T1周期内，读写器单元发送完数据后立即切换到接收状态，以等待标签返回的应答数据；直到T1时间结束，读写器单元重新切换回发送模式重复发送一次数据并在发送完 成后又切换到接收状态，如此循环直到N次结束；有源标签单元中由低功耗定时器来计时以产生周期信号；在每一个睡眠时间T2中，有源标签单元关闭除定时器外的所有有源器件，此时间段内，有源标签单元不能接收任何数据，亦不能发送任何数据，其消耗的电流几乎为零；在T2时间结束时，由定时器产生中断，触发并唤醒有源标签单元的控制器进入高功耗状态；控制器令无线收发模块上电并配置其为接收模式，同时让定时器开始T3的计时；在T3时间内，标签可以正确接收读写器发送来的数据与命令，并作出相应的应答J3时间结束时，控制器配置定时器开始T2的定时，关闭除定时器外的所有有源器件并重新进入低功耗状态，如此反复循环使得有源RFID系统保持低功耗运行。本专利技术的有益效果是本专利技术的方法，采用与传统有源RFID系统相同的构架，无需外加载频解调接收电路，而仅仅调整读写器和有源标签的工作状态，让其满足适当的时序规则，即可做到大大降低有源标签平均功耗的目的，从而大大延长有源标签的使用寿命。附图说明图I为本专利技术有源RFID系统的读写器单元的电路结构示意图。图Ia为本专利技术有源RFID系统的读写器单元一个实施例的电路结构图。图2为本专利技术有源RFID系统的有源标签单元的电路结构示意图。图2a为本专利技术有源RFID系统的有源标签单元的一个实施例的电路结构图。图3为本专利技术有源RFID系统的读写器单元的工作时序示意图。图4为本专利技术有源RFID系统的有源标签单元的工作时序示意图。图5为本专利技术有源RFID系统的一个实施例的的工作时序示意图。具体实施例方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术做进一步的说明。如图I、图2所示，本专利技术的方法所依赖的一个典型的有源RFID系统，该有源RFID系统主要由读写器单元和有源标签单元两部分组成。读写器由上位机(如PC机)通过数据接口发送来的命令启动对有源标签的操作，有源标签由电池供电，两单元通过天线进行无线通信。如图la、图2a所示为在图I和图2的原理下的一个有源RFID系统的具体实施例，该具体实施例中，有源RFID系统主要包括读写器单元和有源标签单元两部分组成。读写器单元的结构框图如图la，主要由控制器MSP430F149和2. 4GHz无线收发模块nRF24L01构成，并通过桥接器CP2012与电脑(PC)相连。用户通过电脑端的人机界面启动读写器发出读写有源标签的命令。有源标签单元的结构框图如图2a所示，主要由控制器MSP430F1232和nRF24L01构成。为了降低有源标签的功耗，控制器MSP430F1232由32768Hz的低频晶体振荡器作为定时器提供时钟信号。有源标签单元采用容量为550mAh的纽扣电池CR2450供电。由于本专利技术并非对硬件系统的改进，所有符合图I和图2有源RFID系统架构的各种有源RFID系统，无论其具体实施例是否采用和图Ia和图2a相同的器件和架构，均可以作为本专利技术的应用环境。 本专利技术提出的一种有源RFID系统的低功耗运行方法，适用于包括读写器单元和有源标签单元的有源RFID系统，图3为本专利技术有源RFID系统的读写器单元的工作时序示意图。图中每一个方向向上的箭头代表一次读写器单元向有源标签单元的数据发射，其特征在于，读写器单元由上位机(如PC机)通过数据接口发送来的命令启动对有源标签单元的操作，读写器单元在每一次启动后，读写器单元以T1为周期连续向有源标签单元发送本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种有源RFID系统的低功耗运行方法，适用于包括读写器单元和有源标签单元的有源RFID系统，其特征在于，读写器单元由上位机（如PC机）通过数据接口发送来的命令启动对有源标签单元的操作，读写器单元在每一次启动后，读写器单元以T1为周期连续向有源标签单元发送N次（N为读写器单元连续发送命令的次数）命令，在每个T1周期内，读写器单元发送完数据后立即切换到接收状态，以等待标签返回的应答数据；直到T1时间结束，读写器单元重新切换回发送模式重复发送一次数据并在发送完成后又切换到接收状态，如此循环直到N次结束；有源标签单元中由低功耗定时器来计时以产生周期信号；在每一个睡眠时间T2中，有源标签单元关闭除定时器外的所有有源器件，此时间段内，有源标签单元不能接收任何数据，亦不能发送任何数据，其消耗的电流几乎为零；在T2时间结束时，由定时器产生中断，触发并唤醒有源标签单元的控制器进入高功耗状态；控制器令无线收发模块上电并配置其为接收模式，同时让定时器开始T3的计时；在T3时间内，标签可以正确接收读写器发送来的数据与命令，并作出相应的应答；T3时间结束时，控制器配置定时器开始T2的定时，关闭除定时器外的所有有源器件并重新进入低功耗状态，如此反复循环使得有源RFID系统保持低功耗运行。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：周华，王鲁豫，吕洪光，龚光珍，吴君，常伟，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：