專利名稱：一種有源電子標(biāo)簽及其與外部節(jié)點進(jìn)行雙向通信的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
射頻識別技術(shù)領(lǐng)域，特別是有源RFID電子標(biāo)簽
背景技術(shù)：
射頻識別技術(shù)中RFID電子標(biāo)簽主要分為兩個類別有源電子標(biāo)簽和無源電子標(biāo) 簽。這兩類標(biāo)簽又被稱為主動式電子標(biāo)簽和被動式電子標(biāo)簽。有源電子標(biāo)簽一般具有電能 儲存元件，可以在設(shè)定的時間內(nèi)主動發(fā)送標(biāo)簽內(nèi)儲存的信息到外部空間。而無源電子標(biāo)簽 自身不含儲能元件，只有在接近外部讀寫設(shè)備的時候才接收能量并反射信息給讀寫器。在 這兩類標(biāo)簽之間，有一類半被動式電子標(biāo)簽，內(nèi)含電池。不過，此類標(biāo)簽中電池的作用僅限 于保持標(biāo)簽中的存儲內(nèi)容，不被用來發(fā)送標(biāo)簽信息。有源電子標(biāo)簽因為自身有電源，可以主動發(fā)送射頻信息，與無源電子標(biāo)簽相比有 幾個顯著優(yōu)點。一是射頻信息發(fā)送距離遠(yuǎn)，可以達(dá)到幾百米甚至更遠(yuǎn)。而無源電子標(biāo)簽一 般只有幾十厘米。二是對外部節(jié)點的能量沒有依賴性，因此出錯幾率很小。相反無源電子 標(biāo)簽因依靠反射讀寫器的能量，出錯率很高。三是有源電子標(biāo)簽的存儲信息的容量很大，可 以實現(xiàn)復(fù)雜的功能。盡管如此，有源電子標(biāo)簽的電池容量總是很有限，電池耗盡后，電子標(biāo)簽的壽命也 就終止了。因而在標(biāo)簽的設(shè)計過程中需要盡可能的減少能耗以延長電子標(biāo)簽的壽命。一 種常見的減少能耗的方法是讓電子標(biāo)簽盡可能地處于低功耗睡眠狀態(tài)，在設(shè)定的時間內(nèi)蘇 醒，然后發(fā)送信息。發(fā)送信息是有源電子標(biāo)簽的主要功能。不過在有些特定場合，電子標(biāo)簽 也需要接收外部節(jié)點的信息。舉例來說，在電子標(biāo)簽庫存期間，電子標(biāo)簽應(yīng)該在極少時間里 蘇醒，當(dāng)標(biāo)簽被售出時，電子標(biāo)簽需要接收外部信息，重新配置。在電子標(biāo)簽被使用過程中， 外部節(jié)點可能需要更改標(biāo)簽的設(shè)置，滿足某些特定的應(yīng)用需求。因此，有源電子標(biāo)簽在一些 場合需要保持雙向通信的能力。目前在市場上看到的有源電子標(biāo)簽一般只是單向通信。一些具有雙向通信功能的 電子產(chǎn)品因能耗過高，在使用中對電池的容量要求很高，不適合多數(shù)電子標(biāo)簽的應(yīng)用場合。 本發(fā)明提供一種電子標(biāo)簽，它能夠與外部節(jié)點雙向通信，同時又可以保持很低的功耗。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明中的電子標(biāo)簽由以下幾個部分組成，如附圖1所示。電源部分200、天線及 其匹配電路300、核心模塊100。核心模塊100由微控制器160及射頻收發(fā)器120構(gòu)成。射 頻收發(fā)器120由射頻收發(fā)共用部分122、無線發(fā)送模塊124以及無線接收模塊126構(gòu)成。電源部分200可能是電池或者其他儲能元件，其中也可能包括用于能量獲取 (EnergyHarvesting)的模塊。一種可能的能量獲取的方法是振動能量獲取部件。另外一種 可能的能量獲取的方法是射頻能量獲取部件。如果外部射頻發(fā)送器正在發(fā)送射頻能量，電 子標(biāo)簽就可以吸收能量并存儲起來。核心模塊100可能是一個集成芯片或者幾個芯片組成的芯片組。微控制器160具有算術(shù)運算及信息存儲元件。微控制器160控制整個系統(tǒng)的運行，通過控制射頻收發(fā)器120 來實現(xiàn)與外部節(jié)點的通信。射頻收發(fā)器120 —般為一個集成芯片或者與微控制器160 —起 被集成到一個單一芯片。射頻收發(fā)器120的無線發(fā)送模塊124和無線接收模塊126是兩個 不同的通道，其中無線發(fā)送模塊124負(fù)責(zé)將信息調(diào)制并通過天線300發(fā)送出去，而無線接收 模塊126負(fù)責(zé)將天線300接收到的信息解調(diào)。微控制器160可以控制這兩個通道，在特定 時間內(nèi)啟用某個模塊實現(xiàn)發(fā)送或者是接收信息的任務(wù)。因為電子標(biāo)簽的主要作用是發(fā)送內(nèi)部存儲的信息到外部空間，而僅僅是在一些特 定的場合需要和外部節(jié)點建立雙向的通信，因此電子標(biāo)簽就應(yīng)該盡可能少地啟用接收通 道，這樣就可以降低電子標(biāo)簽處于接收狀態(tài)的時間，從而降低電子標(biāo)簽的整體功耗。本發(fā)明 所述的電子標(biāo)簽總是在很少的時間內(nèi)試圖接收外部節(jié)點的信息。外部節(jié)點使用很短的幀來 發(fā)送建立連接的通信請求，在一些特定的幀編碼結(jié)構(gòu)中，甚至最早發(fā)送的幀的一部分就足 以使電子標(biāo)簽判斷是否外部節(jié)點在請求通信。因而，電子標(biāo)簽處于接收狀態(tài)的時長只要能 夠確保幀或者幀頭被順利接收就足夠了。與此同時，為了能夠讓外部節(jié)點跟蹤并捕捉這個短暫的接收時間，電子標(biāo)簽將發(fā) 送信息的時間和處于接收狀態(tài)的時間關(guān)聯(lián)起來。這種關(guān)聯(lián)性是預(yù)先定義好的。一種定義方 法是電子標(biāo)簽處于接收狀態(tài)的時間設(shè)置在發(fā)送信息的相鄰前或者相鄰后。附圖2所示為接 收狀態(tài)在發(fā)送完成之后。電子標(biāo)簽周期性的蘇醒后，進(jìn)入發(fā)送信息狀態(tài)，發(fā)送完成后迅速轉(zhuǎn) 入接收信息狀態(tài)。外部節(jié)點通過監(jiān)聽電子標(biāo)簽的發(fā)送狀態(tài)來捕捉接收狀態(tài)。更進(jìn)一步，標(biāo) 簽沒有必要在每次蘇醒后都進(jìn)入接收狀態(tài)，因而另一種定義方法是標(biāo)簽進(jìn)入接收狀態(tài)的周 期是蘇醒周期的整數(shù)倍，即每隔一定的蘇醒周期，電子標(biāo)簽才進(jìn)入接收狀態(tài)一次。電子標(biāo)簽 的接收狀態(tài)仍然是緊鄰發(fā)送狀態(tài)的前后。如附圖3所示。附圖2和附圖3中的時間長度只是示意性質(zhì)，僅用來表明電子標(biāo)簽的狀態(tài)的相對 關(guān)系，其絕對時間值不具有意義。


圖1是有源電子標(biāo)簽組成結(jié)構(gòu)示意2是電子標(biāo)簽接收和發(fā)送狀態(tài)的一種時序3是電子標(biāo)簽接收和發(fā)送狀態(tài)的一種時序圖
具體實施例方式本發(fā)明中所述的電子標(biāo)簽的一個實現(xiàn)方案描述如下。硬件部分的設(shè)計主要選用市場上常見的元器件。核心模塊100選用德州儀器公司 生產(chǎn)的芯片CC2430。這個芯片中內(nèi)含8051微控制器160，以及射頻收發(fā)器120。普通按鈕 電池作為電源部分200。印刷線路板的銅線軌跡設(shè)計成了適用于射頻收發(fā)器頻段2. 4GHz的 天線300。電子標(biāo)簽的軟件部分設(shè)定睡眠周期為5秒。每次睡眠蘇醒后，電子標(biāo)簽發(fā)送一個 身份幀到外部空間。電子標(biāo)簽每分鐘進(jìn)入一次接收狀態(tài)，即每12次蘇醒后，電子標(biāo)簽在發(fā) 送完身份幀后就轉(zhuǎn)入接收狀態(tài)，在接收狀態(tài)等待1毫秒。電子標(biāo)簽如果在這段時間收到外 部節(jié)點的請求連接幀，就進(jìn)入雙向通信狀態(tài)，響應(yīng)外部節(jié)點的請求。
外部節(jié)點和電子標(biāo)簽雙向通信的步驟如下步驟一、電子標(biāo)簽總是周期性的蘇醒，發(fā)送身份幀；步驟二、外部節(jié)點設(shè)置為射頻接收狀態(tài)，等待電子標(biāo)簽的身份幀；步驟三、外部節(jié)點收到電子標(biāo)簽的身份幀后，在電子標(biāo)簽收發(fā)轉(zhuǎn)換時延后(例如， 200微秒)發(fā)送請求連接幀，并等待電子標(biāo)簽的響應(yīng)幀。這個步驟持續(xù)進(jìn)行，直到在12個蘇 醒周期的某次，電子標(biāo)簽的響應(yīng)幀被接收；步驟四、電子標(biāo)簽在某次轉(zhuǎn)入接收狀態(tài)后，收到了外部節(jié)點的請求連接幀，進(jìn)入雙 向通信模式，發(fā)送響應(yīng)幀給外部節(jié)點；步驟五、外部節(jié)點收到電子標(biāo)簽的響應(yīng)幀，開始和電子標(biāo)簽進(jìn)行雙向通信；步驟六、雙向通信結(jié)束，電子標(biāo)簽重新回到周期性的蘇醒模式。值得指出的是在完成雙向通信后，電子標(biāo)簽的運行參數(shù)可能被更改，因而其新的 蘇醒周期以及進(jìn)入接收狀態(tài)的周期都可能發(fā)生變更。
權(quán)利要求
1.一種有源電子標(biāo)簽，具有如下特征a)周期性的以無線方式發(fā)送內(nèi)部存儲的信息；b)周期性的啟用無線接收模塊以便和外部節(jié)點建立連接；c)無線接收模塊被啟用的時間遠(yuǎn)小于無線發(fā)送模塊被啟用的時間。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電子標(biāo)簽，其特征在于電子標(biāo)簽總是周期性的進(jìn)入睡眠狀 態(tài)，其睡眠狀態(tài)的功耗小于喚醒后的功耗。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電子標(biāo)簽，其特征在于其用于降低接收模塊被啟用的時間的 一種方法，是接收模塊被啟用的周期遠(yuǎn)小于發(fā)送模塊被啟用的周期。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于當(dāng)標(biāo)簽從睡眠被喚醒后，發(fā)送模塊總是會 被激活，然而接收模塊可能在本次喚醒時間段內(nèi)不被激活。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電子標(biāo)簽，其特征在于其用于降低接收模塊被啟用的時間的 另一種方法是在一次喚醒狀態(tài)里接收模塊被啟用的時間相對于發(fā)送時間而言非常短，即標(biāo) 簽蘇醒后在多數(shù)時間里處于發(fā)送信息狀態(tài)而只有非常短的時間處于接收狀態(tài)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電子標(biāo)簽，其特征在于一個外部節(jié)點通過跟蹤標(biāo)簽的發(fā)送狀 態(tài)來判定標(biāo)簽進(jìn)入接收狀態(tài)的時間，并且在此時間里啟動建立連接的機(jī)制。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電子標(biāo)簽，其特征在于電子標(biāo)簽建立和外部節(jié)點的連接后， 電子標(biāo)簽會改變它的運行狀態(tài)，其接收模塊的啟用時間顯著增加。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電子標(biāo)簽，其特征在于外部節(jié)點和電子標(biāo)簽建立連接的目的 是外部節(jié)點更改標(biāo)簽的存儲信息，其中可能包含電子標(biāo)簽的蘇醒周期。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電子標(biāo)簽，其特征在于電子標(biāo)簽至少具有以下幾個部分微 控制器，射頻收發(fā)器，天線及電源。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的電子標(biāo)簽，其特征在于微控制器和射頻收發(fā)器被集成到一 個電子封裝芯片中。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的電子標(biāo)簽，其特征在于其內(nèi)部的電源可以是電池或者其他 儲能元件。
12.根據(jù)權(quán)利要求9所述的電子標(biāo)簽，其特征在于其內(nèi)部可能具有能量獲取的模塊。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的電子標(biāo)簽，其特征在于其能量獲取的來源可能是振動能。
14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的電子標(biāo)簽，其特征在于其能量獲取的來源可能是射頻能量。
15.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電子標(biāo)簽，其特征在于其以無線方式發(fā)送的信息至少包含 其身份信息。
16.一種有源電子標(biāo)簽與外界雙向通信的方法，其特征在于a)有源電子標(biāo)簽為了降低能耗，在多數(shù)時間里只是發(fā)送信息，而在很小一部分時間內(nèi) 處于接收信息狀態(tài)；b)電子標(biāo)簽處于接收狀態(tài)的時間和其發(fā)送信息的時間具有關(guān)聯(lián)性；c)外部節(jié)點捕捉電子標(biāo)簽的接收狀態(tài)，啟動通信機(jī)制，發(fā)送通信請求；d)電子標(biāo)簽檢測到外部節(jié)點的通信請求，改變自身運行狀態(tài)，啟動建立連接的相關(guān)機(jī)制。
全文摘要
一種有源電子標(biāo)簽，為了節(jié)省能耗，延長使用壽命，總是周期性的進(jìn)入睡眠狀態(tài)，在睡眠蘇醒后發(fā)送信息。這種電子標(biāo)簽在絕大多數(shù)情況下只是單向發(fā)送內(nèi)部存儲的信息到外部空間。本發(fā)明提供了一種方法使得電子標(biāo)簽在必要的時候可以和外部節(jié)點建立雙向通信。電子標(biāo)簽在某些特定時間段內(nèi)會啟用無線接收模塊以便接收來自外部節(jié)點的通信請求。電子標(biāo)簽啟用無線接收模塊的時間和其發(fā)送信息的時間具有一定的關(guān)聯(lián)性。外部節(jié)點通過跟蹤電子標(biāo)簽的發(fā)送信息時間來捕捉電子標(biāo)簽處于接收狀態(tài)的時間，然后在必要時主動發(fā)送通信請求。電子標(biāo)簽和外部節(jié)點建立雙向通信的主要目的是外部節(jié)點可以更改電子標(biāo)簽的內(nèi)部信息，其中包括電子標(biāo)簽的身份信息及蘇醒周期等參數(shù)。
文檔編號G06K19/07GK102004936SQ201010563069
公開日2011年4月6日 申請日期2010年11月29日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月29日
發(fā)明者馬永 申請人:馬永