一种具有能量收集功能的无源电子标签的制作方法

1.本实用新型属于电子标签领域，尤其涉及一种具有能量收集功能的无源电子标签。


背景技术：

2.近年来，随着能源危机和环保意识的逐渐加大，传统的纸质标签已经逐步被电子标签所取代，尤其在生鲜、商超、仓库等多种领域都得到了广泛的应用。
3.电子标签又称射频标签、应答器、数据载体，阅读器又称为读出装置、扫描器、读头、通信器、读写器。电子标签与阅读器之间通过耦合元件实现射频信号的空间耦合，在耦合通道内，根据时序关系，实现能量的传递和数据交换。传统的电子标签主要由电子墨水屏、标签电路和一颗纽扣电池组成，虽然电子标签的功耗已经很低了，但一般工作2-3年就需要更换一次纽扣电池，这就造成了耗费大量的人力物力来更换电池，同时，更换下来的纽扣电池如果处理不当，会对环境造成很大的污染。
4.因此，设计一种具有能量收集功能的无源电子标签成为研究的方向。


技术实现要素：

5.为了解决现有技术存在的不足，本实用新型提供了一种具有能量收集的无源电子标签，通过增加的内置线圈进行能量收集和大容量法拉电容进行能量的储存，当电子标签需要刷新内容时，释放出能量供电子标签使用，实现了电子标签即使在无源情况下也能正常使用。
6.为实现上述目的，本实用新型一个实施方式的一种具有能量收集功能的无源电子标签，其包括壳体、电子墨水屏、中心处理单元及供电单元。
7.所述供电单元至少包括第一供电组件及储能组件，所述第一供电组件包括 pcb线圈及nfc通道芯片，所述nfc通道芯片含有能量收集电路；所述第一供电组件与储能组件的第一端电连接，所述储能组件的第二端与所述中心处理单元电连接；所述中心处理单元与所述电子墨水屏电连接；所述电子墨水屏设于所述壳体上表面，所述中心处理单元及供电单元设于所述壳体内部。
8.进一步地，所述供电单元还包括第二供电组件，所述第二供电组件连接所述储能组件的第三端。
9.进一步地，所述第二供电组件为太阳能薄片，所述太阳能薄片设于所述壳体上表面。
10.进一步地，所述储能组件为法拉电容。
11.进一步地，所述无源电子标签还包括uhf射频芯片，所述uhf射频芯片设于所述壳体内部，所述uhf射频芯片与所述中心处理单元电连接。
12.进一步地，所述供电单元还包括第三供电组件，所述第三供电组件为纽扣电池；所述第三供电组件与所述中心处理单元电连接。
13.进一步地，所述壳体表面还设有按键，用于唤醒电子标签及配合界面提示进行人机互动。
14.进一步地，所述无源电子标签工作在13.56mhz的频段的nfc场下。
15.本实用新型的有益效果：
16.1、本实用新型通过设置第一供电组件及储能组件，实现了无源情况下的电子标签刷写，最大限度的减少了纽扣电池的电量使用和大大延长其使用周期；即使纽扣电池没电情况下也能通过nfc场获取能量进行刷写，对于节能环保具有积极意义；
17.2、本实用新型设置了丰富的数据传输接口，用户可以通过集成nfc功能的手机app对无源可显示电子标签进行操作；用户也可以通过uhf远距离国际标准阅读器或基站对无线可显示电子标签进行操作。
附图说明
18.图1是本实用新型一种具有能量收集的无源电子标签的一个实施例的正面结构示意图；
19.图2是本实用新型的一个实施例系统框架图。
20.图中：
21.1-电子墨水屏；2-指示灯；3-按键；4-太阳能薄片；5-壳体。
具体实施方式
22.为使本实用新型的目的、技术方案和优点更为清楚，下面结合附图和实施例作进一步说明。
23.需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
24.如附图1所示，本实用新型一个实施方式的一种具有能量收集功能的无源电子标签为一个长宽分别为80x50mm的电子标签，包括壳体5、一片2.9寸的电子墨水屏1、一颗三色led指示灯2、中心处理单元及供电单元。
25.供电单元至少包括第一供电组件及储能组件，第一供电组件包括pcb线圈及nfc通道芯片，nfc通道芯片含有能量收集电路；第一供电组件与储能组件的第一端连接，储能组件的第二端连接中心处理单元；中心处理单元与电子墨水屏1 电连；电子墨水屏1设于壳体5上表面，中心处理单元及供电单元设于壳体5内部。供电单元还包括第二供电组件，第二供电组件连接储能组件的第三端；储能组件为法拉电容。无源电子标签还包括uhf射频芯片，uhf射频芯片设于壳体5内部， uhf射频芯片与中心处理单元电连。供电单元还包括第二供电组件，第二供电组件为太阳能薄片4，其为非晶硅太阳能光伏薄片；第二供电组件与储能组件的第三端连接。供电单元还包括第三供电组件，第三供电组件为纽扣电池；第三供电组件与中心处理单元电连。太阳能薄片4设于壳体5上表面。壳体5表面还设有按键3，用于唤醒
电子标签及配合界面提示进行人机互动。
26.如附图2所示，线圈为一个绕了3圈的板载pcb线圈，线圈连接的是一颗恩智浦的天线nfc通道芯片，nfc通道芯片含有能量收集电路，整个线圈能量收集电路工作在13.56mhz的频段的nfc场下，收集能量的同时可以通过场传输数据，能量收集后通过一颗大容量的法拉电容进行储存；内置的太阳能薄片4可以给法拉电容涓流充电，同时也保留了原有的纽扣电池供电；uhf是一颗特高频800mhz附近的射频芯片，实现远距离射频通信；处理单元是一个超低功耗的蓝牙soc组成，负责接收处理外部数据和驱动电子墨水屏1刷新写屏。
27.现有技术中，rfi d是射频识别技术，它主要是通过无线电讯号识别特定目标，并可读写数据，但仅仅是单向的读取。rfi d有低频(几mm的传输距离)、高频(13.56mhz)、超高频、微波频段等，频段不同，导致功率不同，导致传输的距离不同。nfc是近距离无线通讯技术，芯片具有相互通信能力，并有计算能力。nfc可以看作是rfid的子集，用的是rf id的高频(13.56mhz)的标准，但却是双向过程。nfc只是限于13.56mhz的频段，而rfi d的频段有低频(125khz 到135khz)，高频(13.56mhz)和超高频(860mhz到960mhz之间。这种区别主要是由于，在一些设计现金支付、信用卡的应用中，rfi d的通信距离情况下，其他设备也可以收到个人rfid信息，存在不安全因素；而nfc工作有效距离约 10cm，所以具有很高的安全性。如果使用一些特殊的信号采集设备，可以在相当远的距离外读取到rfid的信息。
28.实际使用时，本实用新型板载线圈通过匹配电路连接到nfc通道芯片，该芯片负责nfc场的能量收集转换，同时负责接收场发生设备的数据传输，输出的电流通过一个大容量法拉电容进行存储，当法拉电容电量达到系统工作时，处理器单元工作起来并初始化系统，通过i2c协议接口接收nfc数据，数据传输完毕后，通过检测电压电路满足刷写电子墨水屏1后，驱动电子墨水屏1进行刷屏更新操作。在nfc_rfid应用场景下，用户可以通过集成nfc功能的手机 app对无源可显示电子标签进行操作。例如：档案柜电子标牌、厂库货位货架标签；实现动态信息显示，数据同步到后台或云端，实现物联网功能。优势优点：普适性：无需专用设备即可驱动无源可显示电子标签，应用无处不在；兼容性：无源可现实电子标签内部集成智能处理器，可进行双向信息交互，颠覆传统标识物。
29.uhf是一颗工作在800mhz的射频芯片，通过spi协议接口与处理单元连接，通过专用的uhf阅读器可以实现电子标签的数据传输和查找功能。在uhf_rfid 应用场景下，用户可以通过远距离国际标准阅读器或基站对无线可显示电子标签进行操作。例如：物流包装箱电子标识，集装箱电子标识；实现动态信息显示，数据同步到后台或云端，实现物联网功能。优势优点：实现电子标识的信息动态显示、可改写、实时上传；远距离操作，无源模式10米，电池辅助模式 25米。大批量群读多达900个/秒，支持远程无线激活，支持无源可显示电子标签和阅读器均遵循国际标准，全球通用。
30.电子墨水屏1采用的一片2.9寸、sp i接口协议的屏幕，具有无源保留显示信息的特点。太阳能薄片4与法拉电容连接，在有理想光照环境下，产生毫瓦级的电流给法拉电容充电。
31.本实用新型的一种具有能量收集的无源电子标签，其结构提供了三种供电电源，其中的第一供电电源通过增加的内置线圈进行能量收集和大容量法拉电容进行能量的储存，当电子标签需要刷新内容时，释放出能量供电子标签使用，实现了电子标签即使在无源情况下也能正常使用。其中的三种供电能源相互优势补充，从而最大限度地减少了纽扣电
池的电量使用和大大延长其使用周期，即使纽扣电池没电情况下也能通过nfc场获取能量进行刷写，对于节能环保具有积极意义，并且本实用新型设置了丰富的数据传输接口，实现了电子标签的使用场景扩展，提升了电子标签的整体性能。
32.尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同物限定。
33.以上对本实用新型及其实施方式进行了描述，这种描述没有限制性，附图中所示的也只是本实用新型的实施方式之一，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，在不脱离本实用新型创造宗旨的情况下，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，均应属于本实用新型的保护范围。