專利名稱：雙電源有源rfid標簽及其控制實現方法
技術領域：
本發明涉及電子信息技術領域的一種射頻通訊設備，尤其涉及一種具有自主能源 吸收、轉化、存儲并智能應用的有源RFID標簽設備。
背景技術：
物聯網作為新型的物物識別和互聯技術，將有效推動社會和科技的發展，而其中 有源RFID標簽是最重要的實現互聯的核心技術和核心產品。有源RFID具有通訊距離長， 智能化程度高的特點，但是，由于其依靠電池供電，也存在很多缺點，比如壽命有限、體積較 大、不易維護。由于現有的有源RFID依靠電池或外部電源供電(如圖1所示)，其主要結構包括 RFID控制器、調制解調器、天線及蓄電池為主的電源，彼此構成通訊回路，而無論如何降低 功耗，依靠有限電池儲電量必定導致有限的使用壽命，為了長期有效工作，有源RFID必須 設計電池可更換的結構，導致了結構的復雜性和可靠性的降低。而同時，電池的容量與體積 相關，為了降低電池的更換周期，電池的體積不能太小，這樣又增加了標簽的體積。并且電 池在生產和報廢過程中都會導致污染。這些缺點極大地限制了有源RFID的發展，也減緩了 物聯網的發展速度。
發明內容
鑒于上述現有有源RFID標簽應用于物聯網存在的缺陷，本發明的目的是提出一 種雙電源有源RFID標簽及其控制實現方法，以求延長有源RFID標簽實際應用下的持續工 作能力，進而推動物聯網朝向更快、更廣的應用發展。本發明雙電源有源RFID標簽的目的，其實現的技術方案是雙電源有源RFID標簽，包括外殼內所設的RFID控制器、調制解調器、天線及蓄電 池為主的電源，其特征在于所述有源RFID標簽還集成設有RFID控制器及蓄電池之間的電 源管理模塊，所述電源管理模塊通過充電電路接入蓄電池和太陽能電池的電源，并通過整 流電路與所述天線相連。其中所述電源管理模塊為一個可管理的充電及電源輸出選擇的電路或裝置，可具備時 序及多路電源輸出管理功能。所述太陽能電池至少包括薄膜太陽能電池、柔性太陽能電池和部分與RFID標簽 外殼融為一體的硬質太陽能電池等太陽能電池中的一種；所述蓄電池至少包括可選的鉭電容、電解電容、超級電容、鎳氫電池、鎳鎘電池及 鋰電池等可充電電池中的一種。所述RFID控制器、電源管理模塊、調制解調器及其它用電裝置可為各自獨立的裝 置或電路，亦可部分或全部集成于數個或一個芯片內。本發明雙電源有源RFID標簽的控制實現方法，其技術解決方案是雙電源有源RFID標簽的控制實現方法，其特征在于所述雙電源有源RFID標簽包括回路相連的調制解調器、天線、RFID控制器、電源管理模塊及以蓄電池為主的太陽能電 源，其中所述電源管理模塊設置并切換該有源RFID的雙電源儲能模式、單一太陽能充電儲 能模式及單一射頻充電儲能模式，所述太陽能電池將轉化的電能通過充電電路存儲于蓄電 池；且所述天線接收射頻能源，經整流后通過充電電路存儲于蓄電池內。進一步地，前述的雙電源有源RFID標簽的控制實現方法，將電源管理模塊設置為 單一太陽能充電儲能模式，斷開射頻整流部分與充電儲能部分的連接，其中所述射頻整流 部分的天線直接連接至RFID控制器，接收射頻能量僅進行RFID編碼發送或其他簡單的通 訊；所述充電儲能部分由太陽能電池獨立支持充電電路，持續為蓄電池充電。進一步地，前述的雙電源有源RFID標簽的控制實現方法，將電源管理模塊設置為 單一射頻充電儲能模式，當太陽能電池在被遮擋或無光照條件的情況下，太陽能電池沒有 對充電電路的輸出，而由天線接收射頻能量，其中部分進行RFID通訊，另一部分經整流電 路調制后通過充電電路存儲于蓄電池內。本發明雙電源有源RFID標簽及其控制實現方法，其應用后突出效果為本發明利用太陽能作為主要外部能源，可以長時間對標簽內部的蓄電池進行充 電，使得有源RFID標簽可獲得的電能大大增加，并且由于太陽能具有可再生性，蓄電池容 量不必很大，使得標簽體積縮小，提升了有源RFID標簽的靈活性及使用壽命和范圍。同時由于本發明能夠控制天線接收到的射頻信號的傳輸，既能滿足長距離通訊的 要求，也能在短距離通訊時將多余的能源收集存儲，使得有源RFID和無源RFID能夠在同一 個標簽上同時具備，兼顧了兩種技術的優點，有利于RFID的標準化和統一化。
圖1是現有技術有源RFID標簽的電氣原理結構示意圖；圖2是本發明有源RFID標簽的電氣原理結構示意圖；圖3是本發明有源RFID標簽的模塊化電路結構示意圖；圖4是圖3所示的有源RFID標簽雙電源同時工作的模塊化電路結構示意圖；圖5是圖3所示的有源RFID標簽單一太陽能充電儲能的模塊化電路結構示意圖；圖6是圖3所示的有源RFID標簽單一射頻充電儲能的模塊化電路結構示意圖。
具體實施例方式以下便結合實施例附圖，對本發明的具體實施方式
作進一步的詳述，以使本發明 技術方案更易于理解、掌握。本發明針對現有技術有源RFID標簽采用電池難于持久工作，且遠距離通訊效果 不佳的現狀，經多年苦心研究降低器件本身功耗以外的途徑，提出了一種能有效延長使用 壽命，體積小巧的有源RFID標簽。使得該標簽兼具了有源RFID和無源RFID各自的技術優 點，有利于RFID的標準化和統一化。如圖2所示，是本發明有源RFID標簽的電氣原理結構示意圖。從圖中所示可以看 到該雙電源有源RFID標簽主要包括外殼內所設的RFID控制器、調制解調器、天線及蓄電 池為主的電源，并且該有源RFID標簽還集成設有RFID控制器及蓄電池之間的電源管理模 塊，所述電源管理模塊通過充電電路接入蓄電池和太陽能電池的電源，并通過整流電路與
4所述天線相連。其中該電源管理模塊為一個可管理的充電及電源輸出選擇的電路或裝置，可具備時序 及多路電源輸出管理功能。即可以控制射頻整流部分與充電電路間的通斷，根據RFID控制 器中定義的使用環境和通訊要求，自動、靈活地切換雙電源儲能模式、單一太陽能充電儲能 模式及單一射頻充電儲能模式；以達到實時保持有源RFID標簽連續工作的充足能源和合 理功耗。根據不同有源RFID標簽的能耗要求、體積大小，可選用不同類型、不同太陽輻射 吸收率的電池。該太陽能電池至少包括薄膜太陽能電池、柔性太陽能電池和部分與RFID標 簽外殼融為一體的硬質太陽能電池等太陽能電池中的一種該電源可選用壽命長且不需要后期維護的蓄電池，至少包括可選的鉭電容、電解 電容、超級電容中的一種，或可更換的鎳氫電池、鎳鎘電池及鋰電池中的一種，視具體應用 需求而定。由于采用了太陽能充電儲能模式的RFID標簽具有持續充電能力，因此所使用的 蓄電池容量可以比現有的有源RFID標簽所使用的蓄電池容量小很多。本發明由太陽能電池提供主要能源，并通過電源管理模塊將能量儲存與低污染、 壽命長的儲能部件中。徹底解決了現有有源RFID標簽使用電池帶來的缺點，大大提高了 RFID標簽的應用領域和使用范圍。如圖3所示的本發明有源RFID標簽的模塊化電路結構示意圖可見該雙電源設計 的有源RFID標簽基于原有的硬件結構，增加了整流電路、充電電路、電源管理模塊及太陽 能電池。通過增加簡單的電路，最充分地利用了太陽能多模式RFID標簽的固有性能，一方 面太陽能作為主要能源為RFID標簽提供電能，另一方面利用RFID標簽具備的天線收集射 頻能源，轉換為電能作為補充，在太陽能不足及儲電量不足情況下利用天線收集電能，保證 RFID正常工作。實施例一太陽能及射頻能源同時工作的模式如圖4所示的控制連接方式天線接收到的射頻信號在傳遞給調制解調電路用于 信號分析出的同時，另一路通過整流獲得電能，并送至充電電路對蓄電池充電。同時太陽能 電池將接收到的太陽能轉換為電能，通過充電電路對蓄電池充電。此模式同時利用了兩種外部能源，適用于RFID標簽工作于待機狀態、休眠狀態或 近距離通訊時的情況。實施例二 單一太陽能充電模式如圖5所示的控制連接方式斷開射頻整流部分與充電電路部分的連接，分為兩 個獨立運行部分射頻整流部分的天線直接連接至RFID控制器，RFID處于無源工作狀態， 直接通過天線獲取能量并進行通訊。而充電電路部分是由太陽能電池支持的充電電路，繼 續獨立工作為蓄電池充電。此模式通過斷開射頻整流與充電電路的連接，可以提高天線的收發能力，適用于 RFID在長距離通訊或大數據量通訊的情況。實施例三單一射頻能源充電模式如圖6所示的控制連接方式此模式下太陽能電池由于光照不足而沒有電能輸 出，只有射頻能量補充電能，通過充電電路對蓄電池進行充電，這種模式適合于夜間或其他 沒有光照的情況。
從以上三個實施例可以看出，本發明雙電源有源RFID標簽及其控制實現方法，解 決了傳統以電池作為有源RFID的電源所存在的缺陷，使有源RFID標簽在保持本身優勢的 同時，具有體積小、壽命長、可靠性高的特點，從而進一步改善有源RFID標簽的實用性，擴 大有源RFID標簽的應用領域，進而推動物聯網的發展。
權利要求
雙電源有源RFID標簽，包括外殼內所設的RFID控制器、調制解調器、天線及以蓄電池為主的電源，其特征在于所述有源RFID標簽還集成設有RFID控制器及蓄電池之間的電源管理模塊，所述電源管理模塊通過充電電路接入蓄電池和太陽能電池的電源，并通過整流電路與所述天線相連。
2.根據權利要求1所述的雙電源有源RFID標簽，其特征在于所述電源管理模塊為一 個可管理的充電及電源輸出選擇的電路或裝置。
3.根據權利要求1所述的雙電源有源RFID標簽，其特征在于所述太陽能電池至少包 括薄膜太陽能電池、柔性太陽能電池和部分與RFID標簽外殼融為一體的硬質太陽能電池 中的一種。
4.根據權利要求1所述的雙電源有源RFID標簽，其特征在于所述蓄電池為可充電電 池，至少包括可選的鉭電容、電解電容、超級電容、鎳氫電池、鎳鎘電池及鋰電池中的一種。
5.雙電源有源RFID標簽的控制實現方法，其特征在于所述雙電源有源RFID標簽包 括回路相連的調制解調器、天線、RFID控制器、電源管理模塊及以蓄電池為主的太陽能電 源，其中所述電源管理模塊設置并切換該有源RFID的雙電源儲能模式、單一太陽能充電儲 能模式及單一射頻充電儲能模式，所述太陽能電池將轉化的電能通過充電電路存儲于蓄電 池；且所述天線接收射頻能源，經整流后通過充電電路存儲于蓄電池內。
6.根據權利要求5所述的雙電源有源RFID標簽的控制實現方法，其特征在于將電源 管理模塊設置為單一太陽能充電儲能模式，斷開射頻整流部分與充電儲能部分的連接，其 中所述射頻整流部分的天線直接連接至RFID控制器，接收射頻能量僅進行RFID識別通訊； 所述充電儲能部分由太陽能電池獨立支持充電電路，持續為蓄電池充電。
7.根據權利要求5所述的雙電源有源RFID標簽的控制實現方法，其特征在于當光照 不足時，電源管理模塊處于單一射頻充電儲能模式，太陽能電池停止對充電電路的輸出，而 由天線接收射頻能量，其中部分進行RFID識別通訊，另一部分經整流電路調制后通過充電 電路存儲于蓄電池內。
全文摘要
本發明揭示了一種雙電源有源RFID標簽及其控制實現方法，包括外殼內所設的RFID控制器、調制解調器、天線及以蓄電池為主的電源，其特征在于有源RFID標簽還集成設有RFID控制器及蓄電池之間的電源管理模塊，電源管理模塊通過充電電路接入蓄電池和太陽能電池的電源，并通過整流電路與天線相連。其中太陽能電池將轉化的電能；天線接收射頻能源，經整流后一并通過充電電路存儲于蓄電池內。本發明技術方案利用太陽能作為主要外部能源，選擇性輔以射頻接收能源，通過靈活的控制方法有效提升了有源RFID標簽的靈活性及使用壽命和范圍；并且有利于RFID的標準化和統一化，進一步推進物聯網應用的迅速發展。
文檔編號H02J7/00GK101901367SQ20101023991
公開日2010年12月1日 申請日期2010年7月29日 優先權日2010年7月29日
發明者瞿磊 申請人:蘇州蓋婭智能科技有限公司