專利名稱：低功耗有源防碰撞電子標(biāo)簽及其工作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于起身份識(shí)別作用的有源電子標(biāo)簽及其工作方法，特別是用于礦井人員及車皮管理系統(tǒng)中起身份識(shí)別作用的電子標(biāo)簽及其工作方法。

背景技術(shù)：
目前用于身份識(shí)別的電子標(biāo)簽有無源與有源兩類之分，無源電子標(biāo)簽的缺點(diǎn)為閱讀效率低，傳輸距離有限，且讀卡器的發(fā)射功率大，容易對其它設(shè)備產(chǎn)生干擾，所以用于長距離(大于10米)身份識(shí)別的電子標(biāo)簽一般都采用有源方式供電。對于有源電子標(biāo)簽，怎樣降低其功耗，延長其有效使用時(shí)間，以降低維護(hù)成本，同時(shí)具有較高的移動(dòng)狀態(tài)下的群體目標(biāo)并發(fā)識(shí)別性能，保證系統(tǒng)的準(zhǔn)確性，一直是工業(yè)環(huán)境下電子標(biāo)簽研制過程中的重點(diǎn)關(guān)注問題。
專利號和發(fā)明名稱分別為CN 1885300和“低功耗的有源電子標(biāo)簽通信模式”的中華人民共和國專利公開了一種有源電子標(biāo)簽的閱讀、工作方法，但其存在以下幾個(gè)缺點(diǎn)1)由于標(biāo)簽正常情況大部分時(shí)間不處于閱讀器附近，所以標(biāo)簽會(huì)不停地進(jìn)入查詢工作模式，其在查詢模式中的等待時(shí)間T2應(yīng)超過2倍閱讀器單次發(fā)送時(shí)間，使得標(biāo)簽可以接收到一次完整的數(shù)據(jù)包，此時(shí)的工作時(shí)間過長，使得標(biāo)簽省電性能并不明顯；2)標(biāo)簽在上報(bào)信息給閱讀器時(shí)需要等待閱讀器的應(yīng)答，此時(shí)延長了單次數(shù)據(jù)上報(bào)的時(shí)間；3)標(biāo)簽在上報(bào)數(shù)據(jù)時(shí)未提到有信道繁忙偵聽機(jī)制與相應(yīng)的退避算法，使得標(biāo)簽上報(bào)數(shù)據(jù)時(shí)可能會(huì)出現(xiàn)相互干擾、沖突，使得通信的成功率降低。


發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為解決上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，提供了一種低功耗防碰撞電子標(biāo)簽及其工作方法，該電子標(biāo)簽功耗較低，單位容量電池使用時(shí)間長，同時(shí)在目標(biāo)移動(dòng)狀態(tài)下具有較高的識(shí)別效率。
本發(fā)明的技術(shù)方案如下 低功耗有源防碰撞電子標(biāo)簽，其特征是由射頻收發(fā)芯片(1)及其外接的2.4G陶瓷天線(2)、電源組成(3)，射頻收發(fā)芯片(1)內(nèi)含8051單片機(jī)模塊、射頻收發(fā)模塊與Flash存儲(chǔ)器，內(nèi)置Flash存儲(chǔ)器中燒錄了佩戴電子標(biāo)簽的工作人員的身份ID信息。
所述的低功耗有源防碰撞電子標(biāo)簽的工作方法，其特征是電子標(biāo)簽上電工作后，單片機(jī)將Flash存儲(chǔ)器中人員(或設(shè)備)的標(biāo)識(shí)ID信息讀出，標(biāo)記為自身的身份，確定發(fā)送與接收信息的工作頻率即工作信道，而后按照以下步驟工作 1)發(fā)送上報(bào)一次數(shù)據(jù)，所述的數(shù)據(jù)由幀頭標(biāo)識(shí)、ID編號的低字節(jié)、ID編號的高字節(jié)、校驗(yàn)位組成，時(shí)間長度為T1； 2)休眠進(jìn)入休眠模式，休眠T2時(shí)間； 3)激活激活后進(jìn)行必要的狀態(tài)初始化后，偵聽外部空間中是否有其它信息正在使用所述的工作信道 如果工作信道空閑，則轉(zhuǎn)到步驟1)； 如果工作信道被占用，則進(jìn)行下列防碰撞退避算法 ①設(shè)置初始延時(shí)等待時(shí)間Ta＝T，T為一常數(shù)，起始等候次數(shù)Time0＝1； ②延時(shí)等待Ta時(shí)間； ③偵聽工作信道使用情況 如果工作信道空閑，轉(zhuǎn)到步驟1)； 如果工作信道被占用，則進(jìn)行下一步 ④如果等候次數(shù)Time0大于設(shè)定數(shù)M，轉(zhuǎn)到步驟⑥，否則進(jìn)行下面步驟； ⑤設(shè)置等待時(shí)間Ta＝Ta×2+隨機(jī)數(shù)R，設(shè)置等候次數(shù)Time0＝Time0+1次；轉(zhuǎn)到步驟② ⑥發(fā)送失敗，本次發(fā)送結(jié)束，進(jìn)入步驟2)。
所述的低功耗有源防碰撞電子標(biāo)簽的工作方法，其特征是所述的設(shè)定數(shù)為M＝4～8，隨機(jī)數(shù)R大小不超過0.05毫秒。
1)本電子標(biāo)簽區(qū)別于其它低功耗有源電子標(biāo)簽的地方為標(biāo)簽與讀卡器之間采用單向通信上報(bào)數(shù)據(jù)，無應(yīng)答過程，可以減少一半以上工作時(shí)間；標(biāo)簽具有信道繁忙偵聽功能，減少通信中的沖突。
2)電子標(biāo)簽主要由所述的射頻收發(fā)芯片(1)、2.4G陶瓷天線(2)與電源模塊(3)構(gòu)成；射頻收發(fā)芯片可以設(shè)置在第11至第25信道(channel)，每個(gè)信道對應(yīng)于不同的工作頻率(Freq)，計(jì)算公式為 Freq＝2400+5×channel(單位MHz) 3)電子標(biāo)簽在工作時(shí)有3種工作模式激活、發(fā)射與休眠模式。
本發(fā)明采用電池給電子標(biāo)簽進(jìn)行供電，標(biāo)簽與讀卡器之間采用單向通信機(jī)制，簡化識(shí)讀過程，減短標(biāo)簽的工作時(shí)間，同時(shí)標(biāo)簽在發(fā)送數(shù)據(jù)過程采取合理的退避延遲重發(fā)機(jī)制，有效降低多標(biāo)簽同時(shí)識(shí)讀時(shí)的碰撞可能，提高識(shí)別效率。



圖1為本發(fā)明電子標(biāo)簽的結(jié)構(gòu)框圖； 圖2為本發(fā)明電子標(biāo)簽等效電路圖；
具體實(shí)施例方式 電子標(biāo)簽主要由射頻收發(fā)芯片、天線與電源組成。射頻收發(fā)芯片U1的振蕩器腳XOSC_Q1與晶體Y1的1腳連接，振蕩器腳XOSC_Q2與晶體Y1的3腳連接。電容C1一端與晶體Y1的1腳連接，另一端接地。電容C2一端與晶體Y1的3腳連接，另一端接地。晶體Y1的2、4腳接地。
射頻收發(fā)芯片U1的振蕩器腳P2.3/XOSC_Q1與晶體Y2的1腳連接，振蕩器腳P2.4/XOSC_Q2與晶體Y2的2腳連接。電容C13一端與晶體Y2的2腳連接，另一端接地。電容C14一端與晶體Y2的1腳連接，另一端接地。
射頻收發(fā)芯片U1的電源腳第7、20、47、23、41腳連接到3.3V電源，即電池正極，第49腳連接到地。
電容C5的一端與電池正極相連，另一段接地。電容C6的一段與電池的正極相連，另一段接地。
射頻收發(fā)芯片U1的復(fù)位腳RESET_N連接到電阻R3，電阻R3另一端連接到3.3V電源。
射頻收發(fā)芯片U1的射頻輸入輸出腳RF_P腳連接到電感L1、L2和L3。電感L1的另一端連接到射頻收發(fā)芯片U1的射頻輸入輸出腳RF_N腳。電感L2的另一端連接到射頻收發(fā)芯片U1的收發(fā)控制腳TXRXSWITCH。電感L3一端連接到射頻收發(fā)芯片U1的射頻輸入輸出腳RF_P腳，另一端與電容C8相連。電容C8的另一端連接到天線。
射頻收發(fā)芯片U1的1.8V電源輸出腳PREG_OUT腳連接到電阻電容C9和C10，電容C9、C10的另外一端連接到地。
射頻收發(fā)芯片U1的電源腳24、25、27、28、29、30、31、35、36、37、38、39、40互連。
射頻收發(fā)芯片U1的42腳DCOUPL通過電容C3與地相連。
射頻收發(fā)芯片U1的26腳RBIAS2通過電阻R1與地相連。
射頻收發(fā)芯片U1的22腳RBIAS1通過電阻R2與地相連。
電子標(biāo)簽由人員隨身佩戴或安裝在設(shè)備上，每個(gè)電子標(biāo)簽射頻收發(fā)芯片U1內(nèi)含8051單片機(jī)模塊、射頻收發(fā)模塊與Flash存儲(chǔ)器，內(nèi)置Flash存儲(chǔ)器中燒錄了該人員(或設(shè)備)的表示ID信息，即工號。電子標(biāo)簽上電工作后，單片機(jī)將Flash中員工信息讀出，標(biāo)記為自身的身份。單片機(jī)將需要發(fā)送的數(shù)據(jù)傳送給射頻收發(fā)模塊，由射頻收發(fā)模塊發(fā)送出去，射頻收發(fā)芯片U1工作頻段為2.4GHz，發(fā)射信號頻率為2400～2483.5MHz，在這個(gè)頻段上又分為16個(gè)信道，信道的選擇由單片機(jī)模塊中運(yùn)行應(yīng)用程序確定。
所述的低功耗有源防碰撞電子標(biāo)簽的工作方法，其特征是電子標(biāo)簽上電工作后，單片機(jī)將Flash存儲(chǔ)器中工作人員的身份ID信息讀出，標(biāo)記為自身的身份，確定發(fā)送與接收信息的工作頻率即工作信道，而后按照以下步驟工作 1)發(fā)送上報(bào)一次數(shù)據(jù)，所述的數(shù)據(jù)由幀頭標(biāo)識(shí)、ID編號的低字節(jié)、ID編號的高字節(jié)、校驗(yàn)位組成，時(shí)間長度為T1。
表1 電子標(biāo)簽上報(bào)數(shù)椐格式 2)休眠進(jìn)入休眠模式，休眠T2時(shí)間； 3)激活激活后進(jìn)行必要的狀態(tài)初始化后，偵聽外部空間中是否有其它信息正在使用所述的工作信道 如果工作信道空閑，則轉(zhuǎn)到步驟1)； 如果工作信道被占用，則進(jìn)行下列防碰撞退避算法 ①設(shè)置初始延時(shí)等待時(shí)間Ta＝T，T為一常數(shù)，起始等候次數(shù)Time0＝1； ②延時(shí)等待Ta時(shí)間； ③偵聽工作信道使用情況 如果工作信道空閑，轉(zhuǎn)到步驟1)； 如果工作信道被占用，則進(jìn)行下一步 ④如果等候次數(shù)Time0大于4，轉(zhuǎn)到步驟⑥，否則進(jìn)行下一步； ⑤設(shè)置等候時(shí)間Ta＝Ta×2+隨機(jī)數(shù)，隨機(jī)數(shù)大小不超過0.05毫秒，設(shè)置等候次數(shù)Time0＝Time0+1次，轉(zhuǎn)到步驟②； ⑥發(fā)送失敗，本次發(fā)送結(jié)束，進(jìn)入步驟2)。
實(shí)施例子 設(shè)電子標(biāo)簽的發(fā)送數(shù)據(jù)波特率為250KBps，標(biāo)簽上報(bào)數(shù)據(jù)內(nèi)容長度為4字節(jié)，則上報(bào)時(shí)間長度計(jì)算為 4*8/250000＝0.000128秒，即0.128毫秒； 理想狀況下，80個(gè)電子標(biāo)簽全部上報(bào)一次數(shù)據(jù)時(shí)間為 0.128*80＝10.24毫秒； 設(shè)每次發(fā)送過程中有一次沖突(80個(gè)標(biāo)簽同時(shí)工作)，發(fā)送成功后休眠1000ms，激活初始化時(shí)間為1ms，發(fā)送電流為27毫安，激活電流為15毫安，休眠電流按0.01ma，則有 標(biāo)簽平均消耗電流 I＝(0.128*27+(1+0.1)*15+1000*0.01)/(0.128+1+0.1+1000) ＝0.0299(毫安) 則2000毫安時(shí)的電池可以工作的時(shí)間為 2000/(0.0299*24*30)＝92(月)
權(quán)利要求
1.低功耗有源防碰撞電子標(biāo)簽，其特征是由射頻收發(fā)芯片(1)及其外接的2.4G陶瓷天線(2)、電源組成(3)，射頻收發(fā)芯片(1)內(nèi)含8051單片機(jī)模塊、射頻收發(fā)模塊與Flash存儲(chǔ)器，內(nèi)置Flash存儲(chǔ)器中燒錄了佩戴電子標(biāo)簽的工作人員的身份ID信息。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低功耗有源防碰撞電子標(biāo)簽的工作方法，其特征是電子標(biāo)簽上電工作后，單片機(jī)將Flash存儲(chǔ)器中人員(或設(shè)備)的標(biāo)識(shí)ID信息讀出，標(biāo)記為自身的身份，確定發(fā)送與接收信息的工作頻率即工作信道，而后按照以下步驟工作
1)發(fā)送上報(bào)一次數(shù)據(jù)，所述的數(shù)據(jù)由幀頭標(biāo)識(shí)、ID編號的低字節(jié)、ID編號的高字節(jié)、校驗(yàn)位組成，時(shí)間長度為T1；
2)休眠進(jìn)入休眠模式，休眠T2時(shí)間；
3)激活激活后進(jìn)行必要的狀態(tài)初始化后，偵聽外部空間中是否有其它信息正在使用所述的工作信道
如果工作信道空閑，則轉(zhuǎn)到步驟1)；
如果工作信道被占用，則進(jìn)行下列防碰撞退避算法
①設(shè)置初始延時(shí)等待時(shí)間Ta＝T，T為一常數(shù)，起始等候次數(shù)Time0＝1；
②延時(shí)等待Ta時(shí)間；
③偵聽工作信道使用情況
如果工作信道空閑，轉(zhuǎn)到步驟1)；
如果工作信道被占用，則進(jìn)行下一步
④如果等候次數(shù)Time0大于設(shè)定數(shù)M，轉(zhuǎn)到步驟⑥，否則進(jìn)行下面步驟；
⑤設(shè)置等待時(shí)間Ta＝Ta×2+隨機(jī)數(shù)R，設(shè)置等候次數(shù)Time0＝Time0+1次；轉(zhuǎn)到步驟②
⑥發(fā)送失敗，本次發(fā)送結(jié)束，進(jìn)入步驟2)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低功耗有源防碰撞電子標(biāo)簽的工作方法，其特征是所述的設(shè)定數(shù)為M＝4～8，隨機(jī)數(shù)R大小不超過0.05毫秒。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種低功耗有源防碰撞電子標(biāo)簽及其工作方法，由射頻收發(fā)芯片(1)及其外接的2.4G陶瓷天線(2)、電源組成(3)，射頻收發(fā)芯片(1)內(nèi)含8051單片機(jī)模塊、射頻收發(fā)模塊與Flash存儲(chǔ)器，內(nèi)置Flash存儲(chǔ)器中燒錄了裝備電子標(biāo)簽人員(或設(shè)備)的標(biāo)識(shí)ID信息。電子標(biāo)簽為電池供電，傳輸距離長，標(biāo)簽采用了獨(dú)特的工作-休眠機(jī)制與簡化的識(shí)別通信過程，使得標(biāo)簽的功耗極低，電池使用時(shí)間長；標(biāo)簽具有信道空閑、繁忙偵聽機(jī)制，內(nèi)嵌多標(biāo)簽防碰撞退避算法，可有效提高多標(biāo)簽同時(shí)識(shí)別時(shí)的識(shí)別效果。
文檔編號G06K19/07GK101201905SQ20071030245
公開日2008年6月18日 申請日期2007年12月21日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月21日
發(fā)明者陽 陸, 臻 魏, 鮑紅杰, 程運(yùn)安, 敏 胡, 震 彭, 鵬 黃, 磊 程, 諸葛戰(zhàn)斌, 謙 李 申請人:合肥工大高科信息技術(shù)有限責(zé)任公司