本發(fā)明屬于射頻電子技術領域，涉及一種可穿戴無源rfid設備，具體涉及一種基于無線射頻能量收集裝置的可穿戴無源rfid設備，可用于門禁、兒童防走失、養(yǎng)老院老人定位、體育競技和監(jiān)獄犯人管理等領域。

背景技術：

目前可穿戴設備大多可以連接手機或其他終端設備，可穿戴設備通常以人體為載體、通過便攜式穿戴，實現(xiàn)對應的業(yè)務功能。按照存在形態(tài)主要可以分為五種：以手腕為支撐，如手表、戒指和腕帶等，以頭頸為支撐，如眼鏡、頭盔、頭飾、領帶和耳機等，以腳部為支撐，如鞋、襪、腳鏈或其它腳腕飾品等，以腰部為支撐，如皮帶、腰帶和減肥瘦身帶等，以其他部位為支撐，如繃帶、衣物和書包等。

衣物類可穿戴設備電子標簽的rfid通信天線屬于柔性天線，在考慮回波損耗與方向性滿足要求的前提下，需要盡可能減小天線的后向散射以降低比吸收率，滿足無線通信設備中電磁波輻射對人體的影響低于國家標準(2.0w/kg)的條件。

目前實際應用中的可穿戴rfid系統(tǒng)多種多樣，基本組成主要包括閱讀器和電子標簽，閱讀器用來采集電子標簽上的信息并處理。電子標簽由rfid天線、rfid芯片電路和rfid芯片組成，主要用途是用來標識物件，它通過編碼的方式給予物件一個唯一的id，以此來鑒別不同的物件。

在現(xiàn)有技術中，可穿戴rfid設備的可識讀距離根據(jù)供電方式的不同也有很大差異，從幾厘米到幾十米不等。而對于可穿戴無源rfid設備，由于電子標簽為被動式，只能利用閱讀器輻射的電磁波能量，用反向散射將通信數(shù)據(jù)返回閱讀器，導致可穿戴無源rfid設備的可識讀距離太短，實際應用范圍受限。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術存在的不足，提出了一種基于無線射頻能量收集裝置的可穿戴無源rfid設備，采用多頻織物陣列天線作為能量收集天線，當電子標簽與閱讀器處于非通信狀態(tài)時，其感應當前空間中的無線射頻信號能量，為rfid芯片提供額外的工作能源，增加了可穿戴無源rfid設備的可識讀距離。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采用的技術方案為：

一種基于無線射頻能量收集裝置的可穿戴無源rfid設備，包括基體和附著在基體上的電子標簽，所述電子標簽包括rfid通信天線、rfid芯片電路和rfid芯片，所述rfid通信天線，用于接收和發(fā)送無線射頻通信信號，所述rfid芯片電路，用于對rfid無線射頻通信信號進行濾波和調制解調，并為rfid芯片提供基礎通信所需能量，所述rfid芯片，用于對接收到的無線射頻通信信號作出應答；所述基體的四周覆蓋有防水薄膜，所述防水薄膜采用柔性絕緣材料；所述電子標簽采用無源被動式，所述rfid芯片連接有能量收集裝置，所述能量收集裝置包括依次相連的能量收集天線、能量收集電路和儲能元件，其中：

所述能量收集天線，采用導電織物材料，用于感應當前空間的無線射頻信號能量；

所述能量收集電路，用于對當前空間無線射頻信號進行整流、濾波和穩(wěn)壓；

所述儲能元件，用于儲存當前空間無線射頻信號轉化的直流能量。

上述的基于無線射頻能量收集裝置的可穿戴無源rfid設備，所述能量收集天線，采用多頻織物陣列天線。

上述的基于無線射頻能量收集裝置的可穿戴無源rfid設備，所述能量收集電路，其與能量收集天線阻抗匹配。

上述的基于無線射頻能量收集裝置的可穿戴無源rfid設備，所述儲能元件，采用微型超級電容。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比，具有如下優(yōu)點：

1、本發(fā)明由于rfid芯片連接有無線射頻能量收集裝置，能夠充分利用當前空間環(huán)境條件，收集當前空間中對應能量收集天線響應頻率的多種無線射頻信號能量，增加了可穿戴無源rfid設備的可識讀距離，與現(xiàn)有技術相比，有效地擴展了可穿戴無源rfid設備的應用范圍。

2、本發(fā)明由于基體覆蓋有采用柔性材料的防水薄膜，能量收集天線采用織物材料，具有可彎曲性和防潮防濕性。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的整體結構示意圖；

圖2是本發(fā)明電子標簽的結構示意圖；

圖3是本發(fā)明實施例采用的能量收集天線結構示意圖；

圖4是本發(fā)明具體實施例1電子標簽收集移動通信信號能量示意圖；

圖5是本發(fā)明具體實施例2電子標簽收集wifi信號能量示意圖。

具體實施方式

結合附圖和具體實施例，對本發(fā)明作進一步詳細描述。

實施例1

本實施例可穿戴無源rfid設備所處的當前空間覆蓋有移動通信基站的gsm和4g移動通信的無線射頻信號，能量收集天線為雙頻(900m和1800m)織物陣列天線。

參照圖1，一種基于無線射頻能量收集的可穿戴無源rfid設備，包括基體和附著在基體上的電子標簽，基體采用具有柔性的尼龍織物，置于衣物背部的夾層內，基體的四周覆蓋有防水薄膜，其采用高分子聚乙烯薄膜。如圖2所示，電子標簽包括rfid通信天線、rfid芯片電路和rfid芯片，其中，rfid通信天線用于接收和發(fā)送無線射頻通信信號；rfid芯片電路用于對rfid無線射頻通信信號進行濾波和調制解調，并為rfid芯片提供基礎通信所需能量；rfid芯片用于對接收到的無線射頻通信信號作出應答。電子標簽采用無源被動式，其連接有能量收集裝置，包括依次相連的能量收集天線、能量收集電路和儲能元件，其中：能量收集天線用于感應當前空間的無線射頻信號能量；能量收集電路用于對當前空間無線射頻信號進行整流、濾波和穩(wěn)壓；儲能元件用于儲存低當前空間無線射頻信號轉化的直流能量。

上述的基于無線射頻能量收集裝置的可穿戴無源rfid設備，其能量收集天線可為各種符合導電織物特性的天線類型，如環(huán)形天線、八木天線和微帶天線等，本實施例采用多頻微帶織物陣列天線，響應頻段可為各種室內室外覆蓋的無線射頻信號所在頻段，如移動通信gsm、移動通信4g、wifi、zigbee、藍牙、數(shù)字電視和fm廣播等，本實施例采用的能量收集天線為雙頻(900m、1800m)織物陣列天線，響應頻段分別對應移動通信gsm無線射頻信號和移動通信4g無線射頻信號，能量收集天線的結構如圖3所示，該能量收集天線為微帶陣列天線，獨立的微帶天線元由導電織物制成，本實施例中導電織物為有涂層鍍金屬尼龍織物，陣列排布為4元天線陣列，饋電網(wǎng)絡饋線與能量收集電路相連。

上述的基于無線射頻能量收集裝置的可穿戴無源rfid設備，其能量收集電路與能量收集天線阻抗匹配，且通過能量收集天線饋電網(wǎng)絡饋線相連接，能夠將能量收集天線感應到的無線射頻信號能量轉化為可以儲存于儲能元件的直流能量，為rfid芯片提供額外的工作能源。

上述的基于無線射頻能量收集裝置的可穿戴無源rfid設備，儲能元件分別與能量收集電路和rfid芯片相連，儲能元件儲存的直流能量為rfid芯片提供額外的工作能源，儲能原件采用微型超級電容，其有限的體積內可以儲存相較于普通電容更多的直流能量。

參照圖4，當可穿戴無源rfid設備處于非工作狀態(tài)時，對當前空間所覆蓋的移動通信gsm信號(900m)或4g信號(1800m)頻段響應，能量收集電路與能量收集天線阻抗匹配，能量收集電路對移動通信無線射頻信號進行整流，濾波，穩(wěn)壓，最終以直流能量的形式儲存于儲能元件。

可穿戴無源rfid設備處于工作狀態(tài)時，可穿戴無源rfid設備對應的閱讀器向電子標簽發(fā)送閱讀請求，若電子標簽在閱讀器可識讀范圍內，電子標簽利用閱讀器發(fā)送閱讀請求的無線射頻信號能量返回閱讀器所請求的數(shù)據(jù)。若電子標簽不在閱讀器的可識讀范圍內，電子標簽利用儲能元件所儲存直流能量增強信號發(fā)射功率，返回閱讀器所請求的數(shù)據(jù)。

實施例2

本實施例與實施例1區(qū)別在于：本實施例可穿戴無源rfid設備所處的當前空間覆蓋有無線路由器的無線局域網(wǎng)wifi信號，本實施例采用的能量收集天線為雙頻(2.4g和5.8g)織物陣列天線。

參照圖5，當可穿戴無源rfid設備處于非工作狀態(tài)時，對當前空間所覆蓋的wifi信號(2.4g和5.8g)頻段響應，能量收集電路與能量收集天線阻抗匹配，能量收集電路對移動通信無線射頻信號進行整流，濾波，穩(wěn)壓，最終以直流能量的形式儲存于儲能元件。

可穿戴無源rfid設備處于工作狀態(tài)時，可穿戴無源rfid設備對應的閱讀器向電子標簽發(fā)送閱讀請求，若電子標簽在閱讀器可識讀范圍內，電子標簽利用閱讀器發(fā)送閱讀請求的無線射頻信號能量返回閱讀器所請求的數(shù)據(jù)。若電子標簽不在閱讀器的可識讀范圍內，電子標簽利用儲能元件所儲存直流能量增強信號發(fā)射功率，返回閱讀器所請求的數(shù)據(jù)。