一种基于有源RFID的标签管理系统的制作方法

一种基于有源rfid的标签管理系统
技术领域
1.本发明涉及rfid标签技术领域，具体是指一种基于有源rfid的标签管理系统。


背景技术：

2.无线射频识别即射频识别技术radio frequency identification，rfid，是自动识别技术的一种，即通过无线射频方式进行双向非接触无线数据通信，利用无线射频方式对电子标签或射频卡进行读写，从而达到识别目标和数据交换以及数据保存的目的，其被认为是21世纪最具发展潜力的信息技术之一。
3.无线射频识别技术通过无线电波不接触快速信息交换和存储技术，通过无线通信结合数据访问技术，然后连接数据库系统，加以实现非接触式的双向通信，从而达到识别的目的，用于数据交换，串联起一个极其复杂的系统。在识别系统中，通过电磁波实现电子标签的读写与通信。根据通信距离，可分为近场和远场，为此读/写设备和电子标签之间的数据交换方式也对应地被分为负载调制和反向散射调制。
4.rfid是一种无线通信技术，即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者光学接触。通常rfid由两个基本器件组成，即询问器(或阅读器)和很多应答器(或标签)，同时辅以天线、外围网络、中间件、管理系统，从而形成完整的rfid应用系统。
5.rfid标签可以分为无源电子标签(passive tag)，半无源电子标签(semi
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passivetag)，有源电子标签(active tag)。无源射频标签没有内装电池，且自身结构简单，成本低，故障率低，使用寿命较长。但作为代价，无源rfid的有效识别距离通常较短，一般用于近距离的接触式识别，半无源电子标签(semi
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passive tag)部分依靠电池工作，半有源rfid又叫做低频激活触发技术。在通常情况下，半有源rfid产品处于休眠状态，仅对标签中保持数据的部分进行供电，因此耗电量较小，可维持较长时间。有源电子标签内装有电池，通常支持远距离识别。对于有源rfid标签而言，其面临的最大问题之一就是功耗问题。由于有源rfid标签使用电池供电，电池储能十分有限，所以有源rfid标签的功耗决定着标签的寿命和维护成本。如何有效降低有源rfid标签的功耗成为急需解决的问题。


技术实现要素：

6.本发明要解决的技术问题是，针对上述问题，提供一种标签模组不需要外部mcu、仅少量外围无源器件即可以组成一个无线数据发射系统、采用不同的发送机制来降低有源rfid标签的功耗、极大地延长有源rfid标签的使用寿命的基于有源rfid的标签管理系统。
7.为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种基于有源rfid的标签管理系统，包括用户终端、服务器、网关基站、基站和标签模组，所述用户终端与服务器信号连接，所述服务器与网关基站信号连接，所述网关基站与基站信号连接，所述基站与标签模组信号连接，所述标签模组包括电池供电模块、天线模块、单向rfid射频发射芯片和外围电路模块，所述单向rfid射频发射芯片中集成有nvm储存器模块、rfid射频基带模块、adc检测模
块、gfsk发射模块、电源管理模块、rf锁相环控制器模块、rfid信号发射机制控制器模块和独立看门狗系统模块，所述外围电路模块包括外围电路和调试接口，所述独立看门狗系统模块与rfid信号发射机制控制器模块信号连接，所述nvm储存器模块与rfid射频基带模块信号连接，所述rfid射频基带模块与gfsk发射模块信号连接，所述gfsk发射模块与天线模块信号连接，所述基站包括基站供电模块、射频收发模块、基站天线模块、处理器模块和储存器模块，所述网关基站包括网关基站供电模块、太阳能充电模块、微处理器模块、网关基站天线模块、wifi/4g通信模块。
8.本发明与现有技术相比的优点在于：该基于有源rfid的标签管理系统，基站中射频收发模块集成2.4g频段射频收发芯片，可同时采集多个标签发出的信号，基站天线模块采用模块化开发，默认使用pcb板载天线便于收纳，处理器模块则负责处理来自标签模组和服务器的请求和指令，并实时保存在基站内部集成的储存器模块中，针对室外场景可选配太阳能电池板，采集太阳能对基站供电模块进行供电，以延长设备单次充电所能使用的周期，基站负责采集来自各标签的报文信号，通过特定的算法进行数据处理和分析后将数据按照协议经由网关基站发送至服务器；网关基站作为基站与服务器之间通信的桥梁，其中wifi/4g通信模块可通过mqtt协议将局域网内来自各基站的数据上传至服务器；服务器负责收集来自各基站的标签数据并进行汇总和分析，并将分析结果推送至用户终端，服务器也将为第三方提供后台管理接口，同时也将接收来自用户终端以及第三方接口传来的报文指令并进行解包和读取并发送至网关基站，网关基站将指令下发至网关基站局域网下的各基站主机，用于更新标签白名单以及特殊标签列表等指令；标签模组内部集成的nvm存储器可以存储寄存器配置与发射的数据内容，掉电后不会丢失，数据可保持10年以上，在3.3v供电电压下，无需外部高压，使用集成了nvm可编程存储器的单向射频发送芯片只发送信号，减少功能冗余，不借助外界mcu即可运行减少了许多外围电路，极大的降低了系统硬件成本和系统运行功耗，不接收来自基站的信号，只向基站发送信号，部署标签时可以将提前发射功率，发送频率，固定发射报文信息等参数信息写入nvm存储器中，使用可编程nvm存储器，板载nvm存储器储存数据，且可以多次更改，多达128次。可以通过下载器随时变化参数，根据应用场合不同设置和更改不同的参数及信息到nvm存储器中适应不同场合的需要。
9.进一步地，所述电池供电模块包括电池簧片和供电电池，所述供电电池和电池簧片电性连接，电池簧片对供电电池进行固定，方便供电电池的拆卸，便于后期维护。
10.进一步地，所述电池供电模块上信号连接有电源检测电路模块和防拆解自动报警模块，所述电源检测电路模块与adc检测模块信号连接，电源监测电路模块在每次自动发射数据时，实时监测电源电压，并通过adc检测模块将检测到的电压值由模拟量转化为数字量。当电源电压低于设定值时，数据包指定字节位置数据自动更改报警值，并自动发送至基站，防拆解自动报警模块，在自动发射模式下，通过ce脚电压变化监测系统的状态，与电源检测电路模块相似，当监测到ce电压从低到高跳变时，数据包指定字节位置数据自动更改报警值，并自动发送至基站
11.进一步地，所述单向rfid射频发射芯片中集成有定时器，定时到时，自动动作。
12.进一步地，所述外围电路包括晶振和调试电路，所述调试电路上设有调试接口，所述调试接口采用四线标准spi接口，调试接口负责连接下载器，可以将需要更改的设置参数和报文数据下载到标签模组中，采用四线标准spi接口，使得读写速度为速度为10mb/s。
13.进一步地，所述供电电池采用纽扣电池，纽扣电池方便更换，并且可以极大程度的减小标签系统的体积。使得本模组较常规方案更加方便携带并提升系统的通用性，更容易应用到其他场合。
14.进一步地，所述天线模块采用板载天线模块，使用板载天线，能够降低成本、降低功耗、同时能够并便于隐藏。
15.进一步地，所述射频收发模块上集成有2.4g频段射频收发芯片，可同时采集多个标签发出的信号。
16.进一步地，所述基站供电模块则采用锂电池、聚合物电池中的一种，具有寿命长可反复使用的特点。
17.进一步地，所述基站天线模块上集成有扩展sma天线接口，可根据不同场景对信号采集距离的需要进行更换。
附图说明
18.图1为本发明一种基于有源rfid的标签管理系统的架构图。
19.图2为本发明一种基于有源rfid的标签管理系统的流程图。
20.图3为本发明一种基于有源rfid的标签管理系统的标签模组的架构图。
21.图4为本发明一种基于有源rfid的标签管理系统的标签模组的工作流程图。
具体实施方式
22.下面结合附图对本发明做进一步的详细说明。
23.如图所示，一种基于有源rfid的标签管理系统，包括用户终端、服务器、网关基站、基站和标签模组，所述用户终端与服务器信号连接，所述服务器与网关基站信号连接，所述网关基站与基站信号连接，所述基站与标签模组信号连接，所述标签模组包括电池供电模块、天线模块、单向rfid射频发射芯片和外围电路模块，所述单向rfid射频发射芯片中集成有nvm储存器模块、rfid射频基带模块、adc检测模块、gfsk发射模块、电源管理模块、rf锁相环控制器模块、rfid信号发射机制控制器模块和独立看门狗系统模块，所述外围电路模块包括外围电路和调试接口，所述独立看门狗系统模块与rfid信号发射机制控制器模块信号连接，所述nvm储存器模块与rfid射频基带模块信号连接，所述rfid射频基带模块与gfsk发射模块信号连接，所述gfsk发射模块与天线模块信号连接，所述基站包括基站供电模块、射频收发模块、基站天线模块、处理器模块和储存器模块，所述网关基站包括网关基站供电模块、太阳能充电模块、微处理器模块、网关基站天线模块、wifi/4g通信模块。
24.所述电池供电模块包括电池簧片和供电电池，所述供电电池和电池簧片电性连接。
25.所述电池供电模块上信号连接有电源检测电路模块和防拆解自动报警模块，所述电源检测电路模块与adc检测模块信号连接。
26.所述单向rfid射频发射芯片中集成有定时器。
27.所述外围电路包括晶振和调试电路，所述调试电路上设有调试接口，所述调试接口采用四线标准spi接口。
28.所述供电电池采用纽扣电池。
29.所述天线模块采用板载天线模块。
30.所述射频收发模块上集成有2.4g频段射频收发芯片。
31.所述基站供电模块则采用锂电池、聚合物电池中的一种。
32.所述基站天线模块上集成有扩展sma天线接口。
33.本发明的工作原理：该基于有源rfid的标签管理系统，设置标签发射参数，如发射功率，发射报文，发射信息。设置基站运行部署参数，如检测周期及检测范围，以及最大允许掉线次数等参数。基站自动更新检测到的标签列表并录入数据库中更新来自服务器的或用户终端的标签白名单到基站数据库中检测各标签强度及运行状态判断是否超过允许离线次数n，如果超过，则视为标签离线丢失，进入报警机制，将丢失的标签id信息上传至服务器如果没有超过允许离线次数n，则判断标签是否属于预先设置的特殊状态如果属于特殊状态则将特殊状态的标签id上传至服务器保存各标签运行状态至基站数据库，以防止基站断电数据丢失。标签模组使用一种集成nvm可编程存储器的单向射频发送芯片只发送信号，减少功能冗余，不借助外界mcu即可运行减少了许多外围电路,极大的降低了系统硬件成本和系统运行功耗，不接收来自基站的信号，只向基站发送信号，部署标签时可以将提前发射功率，发送频率，固定发射报文信息等参数信息写入nvm存储器中。使用可编程nvm存储器，板载nvm存储器储存数据，且可以多次更改，多达128次。可以通过下载器随时变化参数，根据应用场合不同设置和更改不同的参数及信息到nvm存储器中适应不同场合的需要。采用纽扣电池供电，在兼顾了成本和性能的同时，与传统标签相比极大缩小了标签体积。基站可根据不同标签发出的报文信息以及电磁强度信息判断标签位置随标签附近基站数量的增加而提高。具体实施方式为：将设计好的形如c000001编号的标签id报文信息作为固定发射信息，同时将发射频率为1s发一次，发射强度为7dbm等发射信息通过spi下载器写入标签系统。将标签贴到需要进行管理的物体中。系统供电，启动工作模式，将按照1s一次，强度为7dbm的信息发送报文c000001，附近的基站会检测到这个信号，同时根据基站与标签距离的不同，基站所能感受到的标签信号强度也不同，可根据标签id信息和强度信息对各标签位置进行判断，当标签附近的基站增多时，得到的标签定位精度有所提高。
34.本发明及其实施方式进行了描述，这种描述没有限制性，附图中所述的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。总而言之如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。