專利名稱：智能電子標(biāo)簽系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及無線微功率通信技術(shù)，以及使用電池驅(qū)動的無線微功 率通信設(shè)備的節(jié)電技術(shù)。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有的電子標(biāo)簽主要用于對管理對象的身份識別，而現(xiàn)有的有源 電子標(biāo)簽，主要用于對人，物和車輛等目標(biāo)的遠(yuǎn)距離身份識別和管理。 它的基本工作方法是，通過射頻通信的方式，讀取被識別目標(biāo)身上的 電子標(biāo)簽編碼號，與預(yù)先儲存在計算機(jī)數(shù)據(jù)庫中有關(guān)資料的編號進(jìn)行 對比，來對目標(biāo)進(jìn)行識別管理的，因而，這種技術(shù)的應(yīng)用，必須要和計算機(jī)中相關(guān)數(shù)據(jù)庫相連接；而遠(yuǎn)距離電子標(biāo)簽，又分主動式和被動式兩種其中，遠(yuǎn)距離被動式電子標(biāo)簽(標(biāo)簽不能主動發(fā)送信號)不僅讀 寫器系統(tǒng)復(fù)雜，造價昂貴，而且讀寫器一般都要有一個固定的安裝位 置，這往往需要通過架設(shè)一個固定的門形框架，將大功率的天線設(shè)備 安裝在上面，同時，還必須要限制天線和電子標(biāo)簽安裝的相對髙度和 左右位置，限制被識別目標(biāo)通過門型框架的速度等，因而，對那些不 能簡單通過固定門架，來進(jìn)行讀寫識別的被識別目標(biāo)的管理，就無法 發(fā)揮作用，例如，對高速移動車輛的識別管理，對船艙中，碼頭貨場 中的貨柜的管理等。主動式電子標(biāo)簽，盡管在對目標(biāo)的識別距離上，大大優(yōu)于被動式 電子標(biāo)簽，然而，由于主動式電子標(biāo)簽需要使用電池驅(qū)動，因而，必 然要面對如何延長標(biāo)簽中電池使用壽命的問題。現(xiàn)有主動式電子標(biāo) 簽， 一般采用如下兩種解決辦法來延長電池使用壽命一.使用檢波電路檢測到喚醒信號后，啟動通信收發(fā)機(jī)中的晶 振，頻綜以及低噪聲放大器等，使收發(fā)機(jī)進(jìn)入可收發(fā)信號的狀態(tài)。盡 管在檢波電路檢測到喚醒信號前，系統(tǒng)并不耗電，然而，由于檢波電路所能檢測到的信號的強(qiáng)弱，取決于檢波電路的檢測靈敏度，而這個 靈敏度往往非常低，因而，要通過這種方法來喚醒收發(fā)機(jī)，使其進(jìn)入 工作狀態(tài)，喚醒裝置離開喚醒對象(這里就是有源電子標(biāo)簽)的距離 就很近，為了增加喚醒距離，往往只能加大喚醒裝置的信號發(fā)射功率， 盡可能增大喚醒裝置的天線增益(這就意味著增加喚醒天線的方向 性)。然而，天線增益的增加又有一定的限制，而通過提高功率來增 加喚醒距離代價太大。要想通過增加發(fā)射功率的方法，來將喚醒距離提高10倍，例如，將喚醒距離從0.2米，提高到2米，在理想情況 下，喚醒信號發(fā)射機(jī)的發(fā)射功率就需要增大100倍，實際上，由于傳 輸環(huán)境的影響，實際所需的發(fā)射功率，將遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過這個倍數(shù)，達(dá)到幾 百倍甚至上千倍。顯然、使用增大發(fā)射功率的辦法來增加喚醒距離非 常困難。因而，采用檢波電路喚醒工作方式的有源電子標(biāo)簽，不僅讀 寫距離有限，設(shè)備的體積很大，使用缺乏靈活性，而且系統(tǒng)成本也高， 應(yīng)用范圍自然也就受到限制。二，電子標(biāo)簽采用周期性主動發(fā)射白己身份碼信息的工作的方 式，來達(dá)到延長電池使用壽命的方法。即預(yù)先通過時鐘設(shè)置，每隔一 定的時間間隔(例如1秒，5秒或10分鐘)啟動電子標(biāo)簽中的晶振 和頻綜，使電子標(biāo)簽工作一個短時間，例如，發(fā)射一定長度的數(shù)據(jù)包 信息，然后再進(jìn)入睡眠狀態(tài)，這就減小了系統(tǒng)工作的占空比，從而達(dá) 到延長電池使用壽命的目的。使用這種方法存在的問題是無論主機(jī) 是否需要讀取電子標(biāo)簽的信息，或向電子標(biāo)簽寫入信息，電子標(biāo)簽都 將按照預(yù)先設(shè)定的工作方式，和工作時間進(jìn)行工作，主機(jī)沒法主動要 求電子標(biāo)簽改變工作方式，例如，要求電子標(biāo)簽改變蘇醒頻率，縮短 蘇醒后的工作時間，只在需要它傳輸數(shù)據(jù)時，才臨時延長工作時間， 或要求電子標(biāo)簽在一段時間內(nèi)，完全不發(fā)送信息等。其結(jié)果，功耗自 然就消耗的多，電子標(biāo)簽電池的使用壽命也就短；此外，由于現(xiàn)有電 子標(biāo)簽所采用的一般低頻窄帶通信方式，通信速率較低，抗干擾能力 差，因而誤碼率相對較高， 一個數(shù)據(jù)包重傳多次的情況并不少見，這 就要求蘇醒后的工作時間要長，這也就增加了電池的消耗。另外，采用窄帶一般無線通信方式的主動式電子標(biāo)簽系統(tǒng)，很容 易受到外界的干擾，而且，由于溫度變化，晶振自身老化造成的晶振工作頻率的偏差，以及可能存在的多徑效應(yīng)，多普勒效應(yīng)等，都將使系統(tǒng)工作的可靠性和穩(wěn)定性受到很大的影響，特別是在那些干擾較大 的工業(yè)現(xiàn)場，以及被識別目標(biāo)處于快速移動狀態(tài)的應(yīng)用場合。綜上所述，現(xiàn)有的遠(yuǎn)距離電子標(biāo)簽系統(tǒng)，基本上都限于讀寫器對 遠(yuǎn)距離目標(biāo)的身份編碼的識別，再對照計算機(jī)數(shù)據(jù)庫中的對應(yīng)數(shù)據(jù)， 來實現(xiàn)對被識別目標(biāo)的管理，它們的工作方式單一，不涉及讀寫器和 電子標(biāo)簽之間，根據(jù)實際不同應(yīng)用需要所進(jìn)行的互動，這包括電子標(biāo) 簽標(biāo)簽根據(jù)讀寫器所發(fā)出的不同指令，采取不同的工作方式，例如， 改變自身的工作狀態(tài)，調(diào)整自己的發(fā)射功率和接收靈敏度，改變自己 的通信頻道或信道，改變自身睡眠時間和蘇醒周期等等，因而，它們 很難實現(xiàn)對被識別目標(biāo)的靈活管理，從而也就限制了它們的應(yīng)用范 圍，而且，在遠(yuǎn)距離目標(biāo)的身份識別管理方面，還受到標(biāo)簽電池使用 壽命的很大制約，以及采用窄帶一般通信方式所帶來的環(huán)境干擾，以 及工作穩(wěn)定性和可靠性等問題的困擾。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題，就是針對現(xiàn)有遠(yuǎn)距離電子標(biāo)簽技術(shù) 所存在的缺陷，提供了一種低成本智能電子標(biāo)簽管理系統(tǒng)(以后簡稱 本系統(tǒng))，它由智能電子標(biāo)簽(以后簡智能標(biāo)簽)，智能標(biāo)簽讀寫器(以后簡稱讀寫器)和控制計算機(jī)組成；本系統(tǒng)不僅具有更大的可調(diào)整的 讀寫識別范圍(從O.l米到200米)；更重要的是，本系統(tǒng)中的智能 標(biāo)簽和讀寫器，尺寸和功耗都非常小，它們各自都可由自身所帶的單 片機(jī)控制，它們之間，具有靈活互動的功能。智能標(biāo)簽平常處于一種 長時間睡眠，周期性蘇醒后工作一瞬間的工作方式，來達(dá)到省電的目 的；而讀寫器通連續(xù)地重復(fù)發(fā)送同一個短信息指令的方式，抓住智能 標(biāo)簽蘇醒的瞬間，與之建立起通信聯(lián)系，并通過無線指令，根據(jù)實際 應(yīng)用的需要，靈活地更改智能標(biāo)簽的工作方式，進(jìn)行互動。通過這種 互動，不僅大大提高了系統(tǒng)工作的靈活性和適應(yīng)性，擴(kuò)展了系統(tǒng)的應(yīng) 用空間，同時，還降低了電池的消耗，延長了電池的使用壽命；本系 統(tǒng)還通過采用直序擴(kuò)頻的通信方式，大大改善了現(xiàn)有遠(yuǎn)距離電子標(biāo)簽 所面臨的環(huán)境干擾問題，工作可靠性和穩(wěn)定性問題，并通過直序擴(kuò)頻的信噪比增益，大大地降低了系統(tǒng)的功耗，達(dá)到提高電池使用壽命的目的。木發(fā)明釆用的技術(shù)方案本發(fā)明采用的技術(shù)方案是，利用當(dāng)今最新的高度集成的射頻技術(shù)， 使用低成本，低功耗的微功率單芯片無線收發(fā)機(jī)，以及低功耗單片機(jī)， 分別制成智能標(biāo)簽和讀寫器，利用兩個獨立的微功率收發(fā)機(jī)之間的通 信，低成本地實現(xiàn)讀寫器對被識別目標(biāo)的遠(yuǎn)距離識別和管理，并利用 智能標(biāo)簽長期處于睡眠狀態(tài)，周期性蘇醒后工作一瞬間的工作方式(而在這一瞬間，智能標(biāo)簽將先啟動低功耗低噪聲放大器，然后使用 檢波電路檢測喚醒信號，在接收到喚醒信號后，再啟動晶振和頻綜，使智能標(biāo)簽進(jìn)入可與讀寫器進(jìn)行通信的工作狀態(tài)；或直接啟動包括晶 振和頻綜在內(nèi)的整個收發(fā)機(jī)工作系統(tǒng)，從而直接進(jìn)入可與讀寫器進(jìn)行 通信的工作狀態(tài))，以及讀寫器與智能標(biāo)簽之間，根據(jù)實際應(yīng)用需要 進(jìn)行的互動，調(diào)整它們各自的工作狀態(tài)和工作方式，來滿足實際應(yīng)用 所需的，圍繞身份識別的其它多種管理功能的要求，以及智能標(biāo)簽作 為被識別目標(biāo)標(biāo)簽應(yīng)有的，長的電池使用壽命的要求。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)本發(fā)明系統(tǒng)主要包括三個部分智能標(biāo)簽，讀寫器和與讀寫器相 連的控制計算機(jī)。這里所指的計算機(jī)，是指可以對來自電子標(biāo)簽數(shù) 據(jù)信息進(jìn)行處理和儲存的一般PC機(jī),也可以是具有相同功能的單片機(jī)，還可以是讀寫器本身自帶的，可以承擔(dān)相同數(shù)據(jù)處理和儲存工作的單片機(jī)；如果我們將這里的讀寫器進(jìn)一步細(xì)分，還可分為需要 對智能標(biāo)簽數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，因而必須要與計算機(jī)直接相連接的讀寫 器，和不需要對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，因而，可以不與計算機(jī)直接線聯(lián)接， 而獨立工作的讀寫器；后者，我們又可以稱之為信號機(jī)。此外，智 能標(biāo)簽和讀寫器，都是由髙度集成的微功率單芯片無線收發(fā)機(jī)和單 片機(jī)制成，單芯片收發(fā)機(jī)還可有一個全世界獨一無二的廠家編號(燒 錄在芯片中)，必要時，根據(jù)具體應(yīng)用的需要，智能標(biāo)簽和讀寫器， 還可以具有信號接收強(qiáng)度指示功能(RSSI)。為了降低功耗，增強(qiáng)系 統(tǒng)抗干擾的能力和系統(tǒng)工作的可靠性，穩(wěn)定性和安全性，建議系統(tǒng)所使用的單芯片微功率無線收發(fā)機(jī)，采用直序頻通信技術(shù)。為了使用方便，建議系統(tǒng)使用國際通用的ISM免費頻段。 系統(tǒng)工作原理本系統(tǒng)是利用兩個獨立的無線微功率收發(fā)機(jī)之間的通信，低成本地實現(xiàn)讀寫器對被識別目標(biāo)的遠(yuǎn)距離識別；并利用智能標(biāo)簽長期處于 睡眠狀態(tài)，周期性蘇醒后工作一瞬間，而讀寫器通過在一段時間內(nèi)， 連續(xù)重復(fù)地向智能標(biāo)簽發(fā)送短信號的方式，抓住智能標(biāo)簽蘇醒后的瞬 間，與之建立起通信聯(lián)系的工作方式(一般情況下，在這蘇醒后一瞬 間，智能標(biāo)簽處于監(jiān)聽接收信號的狀態(tài))，來更改智能標(biāo)簽的工作模 式。(參見圖l)以滿足實際應(yīng)用所需的，圍繞身份識別和管理的其 它多種功能的要求，和智能t示簽作為被識別目標(biāo)標(biāo)簽應(yīng)該具有的，長 的電池使用壽命的要求。系統(tǒng)中讀寫器的作用， 一方面是與智能標(biāo)簽通信，包括向其發(fā)送 各種信息和工作指令，更改智能標(biāo)簽的設(shè)置，將來自智能標(biāo)簽的信 息傳給控制計算機(jī)等，另一方面，與計算機(jī)直接相連的讀寫器，還 可利用控制計算機(jī)對所接收到的信息加以處理，并向智能標(biāo)簽返還 新的信息指令。系統(tǒng)中智能標(biāo)簽的作用是使用不同節(jié)電工作方式，向讀寫器傳 遞包括自身身份碼在內(nèi)的相關(guān)信息，以及其它來自與智能標(biāo)簽相聯(lián) 結(jié)的遠(yuǎn)端設(shè)備的信息，接收來自讀寫器的信息和指令，并根據(jù)讀寫 器的信息指令，調(diào)整自身的工作狀態(tài)和工作方式，或指揮控制與智 能標(biāo)簽相聯(lián)結(jié)的遠(yuǎn)端設(shè)備的工作。系統(tǒng)通過讀寫器在一段時間內(nèi)， 連續(xù)重復(fù)地向智能標(biāo)簽發(fā)送短信號的方式，抓住智能標(biāo)簽蘇醒的瞬 間，與之建立起通信聯(lián)系，來實現(xiàn)以上功能。智能標(biāo)簽的身份碼信息，可以是原廠家的編號，也可以是用戶根 據(jù)自己需要，重新編的號；智能標(biāo)簽典型的工作方式是周期性蘇 醒，短暫工作一瞬間，在這一瞬間中，智能標(biāo)簽可以是監(jiān)聽接收信 號的狀態(tài)，也可以是發(fā)射信號的狀態(tài)，或者是兩者的組合。例如， 它可以是直接向外發(fā)送包括自身身份碼信息的狀態(tài)，也可以是在發(fā) 送完信息后立即進(jìn)入等待接收讀寫器的信息指令的狀態(tài)，或在這一瞬間中直接進(jìn)入接收狀態(tài)，以監(jiān)聽接收來自讀寫器的喚醒信號或指 令信息的狀態(tài)，并在收到指令信息后采取相應(yīng)動作。在沒有接收到 喚醒信號或指令信息時，智能標(biāo)簽將立即進(jìn)入長時間睡眠，周期性 蘇醒一瞬間的工作方式；智能標(biāo)簽的這種周期性蘇醒，短暫工作一 瞬間的工作方式，和智能標(biāo)簽接收和發(fā)射時所使用的頻道或信道， 發(fā)射功率，接收靈敏度，睡眠蘇醒周期，以及其它可由單片機(jī)控制 的工作參數(shù)和工作方式，都可以通過讀寫器的無線指令，或自身所 帶控制單片機(jī)的中斷信號來加以改變。智能標(biāo)簽可以從一種工作狀 態(tài)轉(zhuǎn)換為另一種工作狀態(tài)，例如從小的發(fā)射功率轉(zhuǎn)換為大的發(fā)射功 率，從無限期睡眠狀態(tài)轉(zhuǎn)換為定時蘇醒后工作一瞬間的方式，或從 一個無線通信信道轉(zhuǎn)換為另一個信道等等。.......以身份識別為主的智能標(biāo)簽的應(yīng)用，往往真正需要工作的機(jī)會非 常少，每次工作所需的時間也很短暫，因而，盡管采用周期性蘇醒， 短暫工作一瞬間的方式工作，已經(jīng)大大延長了智能標(biāo)簽電池的使用 壽命，然而，在許多實際應(yīng)用場合，長的電池使用壽命，具有非常 重要的意義，甚至是決定性的意義。在這里，我們根據(jù)實際應(yīng)用的 需要，還采取如下幾種方式，來進(jìn)一步延長電池的使用壽命1， 在智能標(biāo)簽周期性蘇醒后的一瞬間，并不啟動晶振和頻 綜，而是采用檢波電路檢測喚醒信號，但是，在使用檢波 電路檢測喚醒信號以前，先啟動一個低功耗的低噪聲放大 器，將信號放大，以增加檢波電路的檢測靈敏度，從而增 大喚醒距離。當(dāng)智能標(biāo)簽所檢測到的相關(guān)信號強(qiáng)度值，沒 有超過預(yù)先確定的值，則立即轉(zhuǎn)入睡眠狀態(tài)，直到下一次 蘇醒；如果檢測到的值，超過預(yù)先設(shè)定的值，則立即啟動 晶振和頻綜，進(jìn)入可以直接與讀寫器進(jìn)行通信的工作狀 態(tài)，如果啟動晶振頻綜后，所接收到的信號，并非需要的 信號，而是其它干擾信號，則智能標(biāo)簽將立即轉(zhuǎn)入長期睡 目民，周期性蘇醒監(jiān)聽的狀態(tài)。由于這種方式并不要求智能 標(biāo)簽在每次蘇醒時，都要啟動晶振頻綜，因而可以大大降 低電池的消耗，從而進(jìn)一步延長了智能標(biāo)簽電池的使用壽 命。為了盡可能的避免因檢測到其它干擾信號而將系統(tǒng)喚醒的情況，這個喚醒信號，還可以采用OOK的編碼方式。 采用這種方法盡管在一定程度提高了智能標(biāo)簽的喚醒距 離，但在滿足低功耗要求的條件下，采用低噪聲放大器來 提高的智能標(biāo)簽喚醒距離的方式，能夠增加的喚醒距離畢 竟非常有限。因而，這種節(jié)電工作方式，往往只能用于喚醒距離較近的應(yīng)用場合。 2， 系統(tǒng)中智能標(biāo)簽在睡眠蘇醒后一瞬間，將立即啟動晶振和 頻綜，使其進(jìn)入能夠接收和發(fā)射信號的工作狀態(tài)，但為了 盡量縮短這一瞬間的工作時間，我們采用如下的方法來確定這一瞬間工作時間的長度這一瞬間的時間長度，是按照智能標(biāo)簽，能夠接收到這樣一個短信息所需要的最短時間來確定的這個短信息只是一個超過預(yù)先設(shè)定的強(qiáng)度值 的RSSI信號，或者只是一個完整信息數(shù)據(jù)包中的一部分， 但它足以使智能標(biāo)簽知道，在它所監(jiān)聽的頻道上，和在它 能夠接收到信號的范圍內(nèi)，可能有無線收發(fā)機(jī)正在發(fā)射信 號，它需要暫時延長監(jiān)聽接收時間，以接收完整個信息數(shù) 據(jù)包，或者使它能夠判定該數(shù)據(jù)包不是發(fā)給自己的數(shù)據(jù) 包；如果在這監(jiān)聽瞬間沒有接收到任何信號，智能標(biāo)簽將 回到長時間睡眠，周期性蘇醒后監(jiān)聽一瞬間的工作狀態(tài)。 (參見圖2)這樣做可以減少智能標(biāo)簽工作時間的占空比，從而減少 電池的消耗；現(xiàn)有的單芯片無線微功率收發(fā)機(jī)，從耗電低于1微安的低功耗睡眠狀態(tài)，轉(zhuǎn)入晶振頻綜穩(wěn)定，收發(fā)機(jī) 可發(fā)射或接收信號的狀態(tài)，只需要幾百個微秒。如果我們讓智能標(biāo)簽睡眠5秒后，蘇醒監(jiān)聽1-2毫秒，在這1-2毫 秒的時間之中，少部分時間用于穩(wěn)定晶振和頻綜，其余時 間用于監(jiān)聽信號，這樣一個智能標(biāo)簽的平均待機(jī)功耗僅只 有幾個微安。而現(xiàn)有的許多微功率收發(fā)機(jī)，發(fā)射或接收完 一個完整的3個有效字節(jié)的數(shù)據(jù)包，僅只需要0.5亳秒左 右，假如我們的智能標(biāo)簽每天需要工作20次，每次發(fā)射一 個20個字節(jié)的數(shù)據(jù)包，其平均耗電量還不到0.02微安。這樣， 一個容量為1200毫安時的紐扣電池，假如平均功耗 按照10微安計算，則理論上可使用22年；即使考慮電池 漏電，效率等其他因素， 一個一般智能標(biāo)簽電池的使用壽 命也在IO年以上。釆用這種方式，雖然啟動晶振和頻綜需 要耗費更多的電流，但是，其接收信號的靈敏度將大大增 力口，因而喚醒距離也將大大增加。另外，由于智能標(biāo)簽的 這種狀態(tài)，可以直接接收來自讀寫器的數(shù)字信息，因而， 當(dāng)需要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)信息包比較短，或工作方式變換要求比 較快的時候，智能標(biāo)簽蘇醒后的瞬間，可以采用直接接收 信息數(shù)據(jù)包的方式。 3， 當(dāng)智能標(biāo)簽主要當(dāng)作一種遠(yuǎn)距離電子標(biāo)簽使用時，我們在 采用周期性睡眠，蘇醒一瞬間以監(jiān)聽來自讀寫器的信號的 省電工作方式時，為了在蘇醒監(jiān)聽一瞬間與智能標(biāo)簽建立 起通信聯(lián)系，我們必須要讓讀寫器連續(xù)不斷地，重復(fù)地向 智能標(biāo)簽發(fā)送同一個短信息。由于讀寫器在一段較長的時 間內(nèi)，連續(xù)的占用這個頻道發(fā)送信息，這樣，當(dāng)智能標(biāo)簽 在接收到這個信號時，必須要等待讀寫器結(jié)束這個信號發(fā) 射狀態(tài)，才能將信息通過這個讀寫器，返還給控制計算機(jī)。 為了免去這個等待時間，節(jié)省智能標(biāo)簽的耗電，同時，也 是為了加快智能標(biāo)簽對計算機(jī)控制信號的反應(yīng)速度，我們 讓智能標(biāo)簽在接收到來自讀寫器的信息后，立即跳轉(zhuǎn)到另 外一個新頻道，將自身身份碼相關(guān)的信息，傳回給另一個 與計算機(jī)相連接的，使用這個新頻道，等待接收智能標(biāo)簽 信息的讀寫器，以便在盡可能短的時間內(nèi)，完成與控制計 算機(jī)的通信。(參見圖3)前面一個專門用于連續(xù)發(fā)射"喚 醒"信號的讀寫器往往不需要與一般的計算機(jī)相連接，它 實際上也就是一個前述的信號機(jī)，它一般獨立工作，主要 用于向智能標(biāo)簽發(fā)送喚醒信號或信息指令。 4， 我們知道，當(dāng)智能標(biāo)簽采用周期性睡眠，蘇醒后監(jiān)聽一瞬 間的工作方式時，智能標(biāo)簽在一個周期中的睡眠時間越 長，智能標(biāo)簽耗電就越低，電池使用壽命也就越長，同時，智能標(biāo)簽對讀寫器發(fā)來的指令要求反應(yīng)也就越慢；反之， 智能標(biāo)簽在一個周期中的睡眠時間越短，智能標(biāo)簽耗電就 越大，電池使用壽命也就越短，當(dāng)然，智能標(biāo)簽對讀寫器 發(fā)來的指令要求的反應(yīng)也就越快。而許多實際應(yīng)用既要求 智能標(biāo)簽具有長的電池使用壽命，乂要求智能標(biāo)簽對讀寫 器發(fā)來的信息指令做出快速的響應(yīng)，例如車輛路徑跟蹤識 別系統(tǒng)，目標(biāo)分散的物流管理系統(tǒng)等。此時，不僅要求智 能標(biāo)簽具有長的電池使用壽命，而且要求智能標(biāo)簽?zāi)軌蛟?車輛或貨柜經(jīng)過路徑跟蹤標(biāo)識站點，或物流監(jiān)控登記點的 很短時間內(nèi)，完成與讀寫器的信息交流，而現(xiàn)有固定周期 的睡眠蘇醒工作方式，顯然不能滿足這種要求。為此，本 系統(tǒng)的智能標(biāo)簽，還采用了一種變周期和變工作頻道的節(jié) 電工作方式。即智能標(biāo)簽平常處于一種，長時間睡眠蘇醒 后監(jiān)聽一瞬間的低功耗工作模式，只有當(dāng)載有智能標(biāo)簽的 車輛或貨柜，來到物流車輛跟蹤標(biāo)識站點，或物流監(jiān)控登 記點前的有限時間內(nèi)(或一定的距離范圍內(nèi))，利用一個 或幾個可對智能標(biāo)簽進(jìn)行遠(yuǎn)距離讀寫的信號機(jī)，以一定的 方式(例如，讓每一段連續(xù)發(fā)射短信息的時間，都超過智 能標(biāo)簽的睡眠周期)，周期性地連續(xù)重復(fù)地向智能標(biāo)簽發(fā) 射相同的短信息指令，要求智能標(biāo)簽將蘇醒周期變短，或 直接進(jìn)入可以與讀寫器隨時進(jìn)行通信的狀態(tài)，以便智能標(biāo) 簽在經(jīng)過這些跟蹤站點，收費站，或物流監(jiān)控登記點的有 限時間內(nèi)，完成與讀寫器的信息交流，并在完成要求的信 息交流后，重新回到長時間睡眠，周期性蘇醒后，使用原 有頻道工作一瞬間的低功耗狀態(tài)。(參見圖4) 由于在許多應(yīng)用場合，智能標(biāo)簽的工作方式具有一定的特 征，因而，可以因地制宜地采取相應(yīng)的省電方式。例如， 當(dāng)智能標(biāo)簽被用作為一般工作人員的無線身份卡或定位 卡時，我們可以將智能標(biāo)簽在人員下班后的非工作時間， 設(shè)置為休眠狀態(tài)；當(dāng)使用智能標(biāo)簽的被識別目標(biāo)的工作方 式，具有某種特征時，我們可以讓智能標(biāo)簽平常處于休眠狀態(tài)，而幸需要智能標(biāo)簽工作時，通過某種傳感器，或人 為地來激活智能標(biāo)簽，使其從休眠狀態(tài)進(jìn)入睡眠-周期性蘇醒后工作一瞬間的狀態(tài)；利用鼠標(biāo)必須要操作人員的手掌來操作的特性，可使用電容傳感器來激活計算機(jī)鼠標(biāo)；對用于車輛行駛路徑跟蹤目的的智能標(biāo)簽，可采用在車輛 來到收費站，管理人員將智能標(biāo)簽交給駕駛員前，使用磁 鐵和干簧管等來激活智能標(biāo)簽，并在車輛來到出口收費 站，讀寫器讀取智能標(biāo)簽數(shù)據(jù)之后，重新讓智能標(biāo)簽進(jìn)入 睡眠狀態(tài)的省電方法。......6， 在上述第二款的情況下，當(dāng)有多個智能標(biāo)簽，同時接收到 信號機(jī)以廣播的方式發(fā)來的指令后，為了盡可能避免出現(xiàn) 因多個智能標(biāo)簽，同時向同一個讀寫器返回信息而發(fā)生碰 撞的現(xiàn)象，我們可以根據(jù)智能標(biāo)簽的編號，或編號的部分 數(shù)字，例如末尾一位數(shù)字，預(yù)先規(guī)定智能標(biāo)簽使用不同的 時延向讀寫器返還信號。(參見圖5)當(dāng)然，在使用不同 延時返還信號的同時，還可利用智能標(biāo)簽的RSSI信號檢 測功能，避免碰撞；如果智能標(biāo)簽的數(shù)目太多，僅僅依靠 一個讀寫器，沒法在有限的時間內(nèi)安排接收完所有的返還信號，還可以根據(jù)智能標(biāo)簽的編號，在使用多個頻道返還 信號的同時，使用多個讀寫器在相應(yīng)的頻道上接收返還信 號。(參見圖6)這里需要說明的是，智能標(biāo)簽睡眠蘇醒后，在工作一瞬間監(jiān)聽接 收信號的狀態(tài)中，究竟采用下面兩種工作方式中的哪一種，取決于對 智能標(biāo)簽與讀寫器之間的通信距離要求，以及實際應(yīng)用的具體環(huán)境條 件。 一種方式是僅只開啟低噪聲放大器，然后使用檢波電路檢測喚醒 信號；另一種方式是，開啟包括晶振和頻綜在內(nèi)的整個收發(fā)機(jī)電路， 使智能標(biāo)簽直接進(jìn)入可與讀寫器進(jìn)行通信的狀態(tài)。本發(fā)明的有益效果是，它不僅有效和低成本地解決了，困擾現(xiàn)有 電子標(biāo)簽，對遠(yuǎn)距離目標(biāo)進(jìn)行識別和管理的諸多問題，而且還大大擴(kuò) 展了它的應(yīng)用范圍。本系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，功能多樣，保密性好，成本低, 使用靈活方便，技術(shù)成熟。本系統(tǒng)不需要昂貴和體積龐大的讀寫器和天線系統(tǒng)，也不需要對射頻標(biāo)簽的安裝位置，被識別目標(biāo)移動速度等設(shè)置各種限制；也無一般窄帶通信系統(tǒng)存在的環(huán)境干擾問題，工作可 靠性和穩(wěn)定性問題，以及可能的多徑效應(yīng)和多普勒效應(yīng)問題的困擾； 本發(fā)明不僅集遠(yuǎn)距離身份識別和對被識別目標(biāo)的管理為一體，而且， 還可廣泛用于對各種使用電池驅(qū)動和無線控制的，終端設(shè)備的監(jiān)控管 理。本發(fā)明系統(tǒng)的智能標(biāo)簽的售價與現(xiàn)有遠(yuǎn)距離電子標(biāo)簽相當(dāng)，而本 發(fā)明讀寫系統(tǒng)的價格還不到現(xiàn)有電子標(biāo)簽讀寫系統(tǒng)的十分之一。圖示說明

圖1讀寫器與智能標(biāo)簽通信方法示意2智能標(biāo)簽在監(jiān)聽到信號后延長接收時間示意3智能標(biāo)簽工作頻道轉(zhuǎn)換示意4信號機(jī)工作方式5不同編號的智能標(biāo)簽使用不同延時返還信號示意圖 圖6多個智能標(biāo)簽使用不同頻道返還信號示意圖具體實施方式
下面結(jié)合幾種智能標(biāo)簽的典型應(yīng)用方法，進(jìn)一步說明本發(fā)明系統(tǒng) 所采用的技術(shù)方案-1.高速公路不停車收費管理(參見圖4)假如進(jìn)入高速公路的每一輛車，都隨身攜帶了一個，插有已經(jīng)經(jīng) 過充值的IC卡的智能標(biāo)簽電子車牌。電子車牌平常處于低功耗的休 眠狀態(tài)，此時，電子車牌的休眠電流為l微安左右。利用電子車牌自 身內(nèi)部的時鐘或看門狗計時，每隔5秒鐘左右，啟動電子車牌中的無 線微功率收發(fā)機(jī)，使其進(jìn)入能夠監(jiān)聽接收外來無線信號的工作狀態(tài)， 這就需要首先啟動無線收發(fā)機(jī)中的晶振和頻綜，使其進(jìn)入穩(wěn)定的工作 狀態(tài)，這一般需要幾百微秒，并使電子車牌維持這種監(jiān)聽接收狀態(tài)2 毫秒左右，此時，電子車牌的工作電流一般為20毫安左右，整個電 子車牌的平均工作電流只有幾個微安，在進(jìn)入高速公路前，我們讓電 予車牌在頻道4上監(jiān)聽接收信號。為了保證電子車牌能夠在經(jīng)過進(jìn)站口時，完成進(jìn)入高速公路的登記，必要時包括對車輛牌照號及車型的自動識別和登記，進(jìn)入高速公 路的車輛通過進(jìn)站關(guān)卡時，速度應(yīng)有一定的限制。
我們在高速公路的進(jìn)口處適當(dāng)位置，安裝一個使用頻道4發(fā)射信 號的信號機(jī)，這個信號機(jī)的信號覆蓋范圍，應(yīng)盡可能覆蓋包括收費站 在內(nèi)的，進(jìn)站口前的一個較大的范圍，使進(jìn)入高速公路的車輛，在進(jìn) 入收費站讀寫器讀寫范圍前，能有20秒左右的時間可與信號機(jī)進(jìn)行 通信，以保證電子車牌能有多次機(jī)會(20/5 = 4次以上)，在蘇醒監(jiān) 聽的瞬間，可以接收到信號機(jī)發(fā)來的信息指令。收費站進(jìn)口處的信號 機(jī)，使用頻道4，周期性的(連續(xù)發(fā)送6秒，處于接收或休息狀態(tài)0.5 秒)，在6秒鐘的發(fā)射期間內(nèi)，信號機(jī)將向電子車牌重復(fù)發(fā)送同一個 短信息指令，這個短信息指令的數(shù)據(jù)包長度， 一般只有幾個字節(jié)， 所需發(fā)射時間不到1亳秒，兩個短信息之間的間歇時間為0.1毫秒， 接收到這個信息后，電子車牌將以一個更短的睡眠蘇醒周期，例如 202亳秒(睡眠200毫秒，監(jiān)聽接收2毫秒)，在一個新的頻道上(例 如頻道5)監(jiān)聽接收信號。
另外，在收費站的適當(dāng)位置，再安裝第二個信號機(jī)和一個讀寫器， 第二個信號機(jī)和讀寫器對電子車牌的讀寫區(qū)域，將被限制在一定的范 圍內(nèi)，以便能夠?qū)Σ煌倪M(jìn)站車輛，寫入不同的數(shù)據(jù)資料，例如，車 牌號，車輛類型等。這第二個信號機(jī)，與第一個信號機(jī)一樣，將使用 頻道5向電子車牌，周期性地重復(fù)發(fā)送同一個短信息指令，只不過其
使用的周期和具體工作方式，將根據(jù)電子車牌新的工作狀態(tài)加以調(diào) 整，例如連續(xù)發(fā)射2秒，處于接收或休息狀態(tài)0.1秒。如果信號機(jī)發(fā) 射的信息指令比較長，而電子車牌又不能在這2毫秒的時間內(nèi)，接收 完整個信息指令數(shù)據(jù)包，則電子車牌將自動延長接收時間，直到接收 完整個信息指令數(shù)據(jù)包。
讀寫器使用頻道6工作，并始終處于接收狀態(tài)，直到接收到電子 車牌返還的信號。這第二個信號機(jī)的信號覆蓋范圍與進(jìn)口讀寫器的讀 寫范圍大致相同， 一當(dāng)電子車牌接收到來自第二個信號機(jī)的信號，電 子車牌將立即利用頻道6向讀寫器發(fā)送信息，與之建立起通信關(guān)系， 并完成進(jìn)入高速公路的登記。
在完成進(jìn)口登記手續(xù)后，電子車牌將啟動車載閃爍指示燈或鳴器，以顯示本車已經(jīng)完成進(jìn)站登記手續(xù)，要求放行。讀寫器接收到電 子車牌的返還信息后，將通過進(jìn)口處的計算機(jī)，通知進(jìn)口管理控制中 心，該車已經(jīng)完成進(jìn)入高速公路的登記手續(xù)，同時，電子車牌也將跳
轉(zhuǎn)到頻道3上，進(jìn)入5秒睡眠周期的低功耗監(jiān)聽接收信號狀態(tài)，等待 接收其它信號機(jī)的信息，但一般不再接收處理該進(jìn)口站的任何其它信 息。
在車輛行駛的整個里程中，如果所涉及的不同路段具有不同的權(quán) 益人，需要對車輛實際行駛路徑進(jìn)行跟蹤識別時，我們將在每個需要 跟蹤識別的路段安裝一個信號機(jī)，這個信號機(jī)使用頻道3，周期性的， 連續(xù)在6秒時間內(nèi)，向電子車牌重復(fù)發(fā)送同一個，包括信號機(jī)所代表 的路段編號和時間的短信息，與進(jìn)口處信號機(jī)不同的是，這個信號機(jī) 對電子車牌的寫入距離可以達(dá)到500- 1000米(而一當(dāng)電子車牌接收 到某個信號機(jī)的路段編號信息后，它將不再連續(xù)接收處理和記錄來自 同一個編號的信號機(jī)的相同信息。假如車輛以每小時160公里的速度 經(jīng)過信號機(jī)，即它經(jīng)過該信號機(jī)時，電子車牌將至少有5次[500 x 2 /(160 x 1000 / 3600)/5 -4.5 ]蘇醒后監(jiān)聽接收到來自該信號機(jī)信息的 機(jī)會。
如果控制管理中心，還需要及時了解車輛經(jīng)過某個信號機(jī)位置的 時間，以便對車輛進(jìn)行實時定位跟蹤，速度檢測或?qū)囕v實際行駛路 徑的記錄進(jìn)行備份，與進(jìn)口處的情況一樣，我們還需要在緊靠信號機(jī) 的位置，安裝一臺遠(yuǎn)距離讀寫器，其讀些距離可達(dá)300米。這個讀寫 器往往需要通過有線或無線網(wǎng)絡(luò)，與監(jiān)控中心計算機(jī)相連接。這個讀 寫器將使用頻道2等待接收電子車牌發(fā)來的身份碼信息，并在收到信 息后，返回一個回執(zhí)。此時，路段標(biāo)識信號機(jī)發(fā)給電子車牌的短信息 中，還應(yīng)包括更改頻段和返還信息的指令。收到路段標(biāo)識信號機(jī)的指 令后，電子車牌將使用頻道2，間歇性的(例如每秒發(fā)送l次，每次 所需時間約為1毫秒)連續(xù)向外發(fā)送多次自身身份碼信息的方式，或 發(fā)送一次信息后，緊接著在頻道2上短暫監(jiān)聽一瞬間，等待接收讀寫 器收到信息的回執(zhí)信號后，然后轉(zhuǎn)到頻道3上，進(jìn)入5秒睡眠周期的 低功耗監(jiān)聽接收信號狀態(tài)，等待接收其它信號機(jī)的信息。
當(dāng)車輛駛近高速公路出口時，假如在接近收費站時的平均車速為80公里/小時(22米/秒)，則我們需要在來車方向距離收費站300米 左右的地方[300x2/22/5]-5.5 )，安裝一個使用頻道3發(fā)射信號 的信號機(jī)。這個信號機(jī)的信號覆蓋半徑為300米左右。這個信號機(jī)使 用頻道3不斷向電子車牌發(fā)送調(diào)整信號，要求電子車牌將睡眠周期改 變?yōu)?秒，同時將信號接收頻道改為頻道2。
在車輛駛近收費站讀寫器前，為了便于對可能闖關(guān)的車輛，或因 特殊原因沒能完成電子收費手續(xù)的車輛進(jìn)行攔截控制，收費關(guān)卡應(yīng)對 過關(guān)車輛的速度加以控制，例如不大于30公里(8.3米/秒)。我們再 在距離收費站讀寫器約30米的地方，安裝第二個信號機(jī)，這第二個 信號機(jī)將使用頻道2，不斷向電子車牌發(fā)送第二次調(diào)整信號，要求電 子車牌將接收頻道改為頻道l，睡眠周期更改為零，即始終處于接收 狀態(tài)。這樣，在車輛經(jīng)過第二個信號機(jī)的信號覆蓋范圍，與收費站讀 寫器進(jìn)行通信前，車載電子車牌將至少有8次(30 x 2 / 8.3 /1 = 7.2) 機(jī)會，接收到第二個信號機(jī)的指令信息，將自身調(diào)整到可直接與收費 站讀寫器通信的狀態(tài)。這里需要說明的是，我們也可以只使用一個信 號機(jī)，將電子車牌直接調(diào)整到可與讀寫器進(jìn)行通信的狀態(tài)。
對于那些路過收費站路段，而并不準(zhǔn)備出站的車輛，它們在行駛 經(jīng)過該收費站附近的高速公路路段時，也可能會接收到第一個信號機(jī) 的信號，而更改自身的監(jiān)聽工作頻率，但如果它們在一段規(guī)定的時間 內(nèi)，在頻道2上沒有接收到任何信息指令，我們可以認(rèn)為它們是路過 車輛而非出站的車輛，并自動轉(zhuǎn)回頻道3，進(jìn)入5秒睡眠周期的低功 耗監(jiān)聽接收信號狀態(tài)。在這里使用兩個信號機(jī)的目的， 一方面是為了 區(qū)別出站車輛，和路過該收費站的車輛，另一方面，也是為了盡可能 地降低電子車牌的耗電。
為了避免讀寫器跨道讀寫，每個讀寫器的讀寫范圍應(yīng)控制在一定 的范圍內(nèi)，例如3-5米的范圍。這樣，當(dāng)車輛以30公里的速度經(jīng)過 收費關(guān)卡時，電子車牌將有1秒左右的時間，與讀寫器進(jìn)行通信，這 就可以完成1萬個字節(jié)左右的信息交換。讀寫器將有足夠的時間，按 照電子車牌所記錄的路徑信息，對插入電子車牌的IC進(jìn)行讀寫，完 成不停車收費過程。從而實現(xiàn)車輛的不停車收費。
如果，因某種原因，車輛經(jīng)過讀寫器吋，沒能完成這個電子交費過程，與讀寫器相連的計算機(jī)將啟動前方報警攔截裝置，包括地感線
圈拍照系統(tǒng)拍照，廣播，報警以及其它攔截裝置，使未繳費車輛進(jìn)入 人工交費車道交費。
電子車牌完成自動交費后，又將回到5秒長睡眠周期，在頻道4 接收信號的工作狀態(tài)，并在一定的時間內(nèi)，不接收處理該收費站進(jìn)口 信號機(jī)發(fā)來的，與該收費站進(jìn)口登記相關(guān)的信息。
另外，關(guān)于電子車牌，信號機(jī)以及讀寫器具體使用什麼頻道接收 和發(fā)射信息，電于車牌睡眠周期長短的調(diào)整，應(yīng)該完全按照實際應(yīng)用 環(huán)境來進(jìn)行。然而，不管進(jìn)行怎樣調(diào)整，在任何情況下都應(yīng)遵循-
A在確保電子車牌能夠完成與收費站讀寫器之間通信的同時，盡 可能在減小電子車牌的電耗；
B. 電子車牌工作頻道的變化調(diào)整，必須與電子車牌緊隨其后的通 信對象所使用的頻道一致，同時，應(yīng)避免電子車牌，信號機(jī)和 讀寫器之間可能出現(xiàn)的無線信號干擾。
C. 電子車牌的工作頻道和睡眠周期的調(diào)整，僅僅是暫時的，并局 限在一定范圍內(nèi)。
2.電子車輛牌照(將智能電子標(biāo)簽用作為無線車輛牌照)
我們知道，要查明一輛車的真實身份，或了解一輛車的相關(guān)資料 是一件十分麻煩的事情，檢查一輛車是否欠繳費用，是否克隆車等， 即使車輛處于靜止?fàn)顟B(tài)，也決不是一件簡單的事情。我們需要用人 工讀出車上標(biāo)簽上的編碼信息，再利用電話等無線通信手段，安排專
人利用電腦到數(shù)據(jù)庫中去查對，這種做法既費時，又費力，而且往往 難以實施，特別是對行駛中的車輛而言。
使用本發(fā)明系統(tǒng)，就可以很容易解決這樣的問題。我們只需在將 本發(fā)明的電子車牌，粘貼固定在每輛車的車窗角上，或儀表板上恰當(dāng) 位置，電子車牌使用紐扣電池供電，我們可根據(jù)需要，讓電子車牌采 用每隔3-5秒，醒來監(jiān)聽接收2毫秒的工作方式。電子車牌本身具 有一定的內(nèi)存，并可根據(jù)具體使用的需要增加，從幾K到幾百K， 用于儲存與車輛管理相關(guān)的各種資料。有了電子車牌，我們就可以采 用不同的方式來對車輛進(jìn)行數(shù)字化管理了 -
第一種情況是對行駛中車輛牌照的管理-只需要在現(xiàn)有的公路收費站的電子車牌讀寫器中，增加讀取與車 輛管理的有關(guān)內(nèi)容即可。當(dāng)然，也可在其它交通要道上的適當(dāng)位置， 設(shè)置一個專門實施車輛牌照管理的檢査站，只不過這個檢査站平常并 不要求受檢車輛停車檢查而已。它的信號機(jī)和讀寫器的工作原理，與 —般收費站相似，只不過具體工作方式有所不同而已，例如信號機(jī)和 讀寫器的收發(fā)信號所使用的頻道，以及睡眠周期的調(diào)整變化方式可能 不一樣。
第二種情況是對非行駛狀態(tài)的車輛牌照的管理
我們只需使用一個帶顯示的手持式讀寫器就可以了。此時，信號 機(jī)往往與讀寫器安裝在一起。
當(dāng)我們需要檢査一輛車輛時，我們將首先根據(jù)受檢車輛的位置， 按鍵調(diào)整我們讀寫器的讀寫范圍和讀寫方向(實際上是調(diào)整讀寫器中 信號發(fā)射機(jī)的發(fā)射功率，和天線信號匯聚方向)，同時使用光標(biāo)，在 手持讀寫器顯示屏上選擇讀取內(nèi)容。當(dāng)我們按下手持式讀寫器檢査鍵
時，讀寫器中的信號機(jī)，將根據(jù)所選擇的讀寫內(nèi)容，使用頻道4，向
被檢査車輛所載電子車牌，連續(xù)重復(fù)發(fā)送同一個短信息指令(每個短 信息的發(fā)射時間約為1毫秒左右，發(fā)送兩個短信息之間的間歇時間為
0.2毫秒)，直到讀寫器收到電子車牌返還需要讀取的信息。這里，電 子車牌在頻道4接收到信號機(jī)的短信息指令后，將立即根據(jù)指令，使 用頻道l，向讀寫器發(fā)送回相關(guān)信息，同時，電子車牌將以一個更短 的睡眠周期，例如1秒，在頻道4上等待接收新的讀寫指令一段時間， 例如1分鐘，然后，轉(zhuǎn)入5秒的睡眠周期。
檢察人員將根據(jù)這些基本信息，在手持式讀寫器數(shù)據(jù)庫中查到更 多的相關(guān)信息后，對車輛迸行處理，或者將讀取到的信息，通過無線 的方式(讀寫器所攜帶的遠(yuǎn)距離發(fā)射機(jī)，或GPRS終端等)傳往控制 中心計算機(jī)，并從中心獲取相關(guān)信息指令等，例如，是否失竊車輛等。 并將結(jié)果，返還手持式讀寫器。檢察人員還可以根據(jù)需要，使用讀寫 器上的菜單選項，使用頻道4下達(dá)進(jìn)一步的指令，或經(jīng)過授權(quán)后，向 電子車牌寫入必要的信息。
3.飛機(jī)機(jī)艙中行李搜尋我們知道，客機(jī)起飛前，如果客人沒有登機(jī)，需要將客人的行李 從機(jī)艙中找出，這是一件很麻煩的事情，因為現(xiàn)有的電子標(biāo)簽系統(tǒng)， 根本無法完成這個任務(wù)，而本發(fā)明系統(tǒng)則可輕而易舉的做到這一點。 我們可以將智能標(biāo)簽設(shè)置為，在周期性蘇醒后的工作一瞬間的時間 內(nèi)，處于僅僅接收信號而不發(fā)射任何射頻信號的工作狀態(tài)，這一點非 常重要，因為任何無線電信號干擾都有可能影響飛機(jī)的正常工作。然 后1 ， 在每件行李托運時，都將使用一個智能標(biāo)簽作為行李標(biāo)簽掛 在行李上，這個智能標(biāo)簽可以儲存遠(yuǎn)比現(xiàn)有行李標(biāo)簽多得多 的信息；2， 這個智能標(biāo)簽蘇醒周期可設(shè)置為3-5秒，醒來后處于接收狀 態(tài)，這個智能標(biāo)簽本身帶有一個蜂鳴器， 一個亮度較大的發(fā) 光二極管，和一個一般的條碼標(biāo)簽；3， 當(dāng)需要在機(jī)艙中找尋行李時，我們將使用一個手持讀寫器， 只不過這個讀寫器有一個輸入行李代碼編號的鍵盤而已，我 們只需要輸入所要尋找的行李的代碼編號，并按鍵將代碼編 號連續(xù)發(fā)射出去(信號發(fā)射延續(xù)時間應(yīng)超過智能標(biāo)簽睡眠周 期)，被呼叫行李上的智能標(biāo)簽接收到這個信號后，將啟動 蜂鳴器和閃爍發(fā)光二極管，這樣需要尋找的行李就可以很容易地被發(fā)現(xiàn)；4， 智能標(biāo)簽使用一般紐扣電池驅(qū)動，智能標(biāo)簽在每次使用前， 都需要將其從休眠狀態(tài)激活進(jìn)入周期性蘇醒的工作狀態(tài),例 如，采用干簧管激活，在每次激活的同時，我們同時也就進(jìn) 行了一個電池電量的檢測，如果綠燈不亮，表示需要更換電 池， 一般一次性紐扣電池可使用2年以上。
權(quán)利要求
1. 智能電子標(biāo)簽系統(tǒng)，是由智能標(biāo)簽，讀寫器，以及與讀寫器相聯(lián)接的計算機(jī)組成；這里的計算機(jī)，是指可以對來自智能標(biāo)簽的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行處理和儲存的一般PC機(jī)，也可以是具有相同功能的單片機(jī)；智能標(biāo)簽和讀寫器，都是由單芯片無線微功率收發(fā)機(jī)，和一個用于控制這個單芯片無線微功率收發(fā)機(jī)工作的單片機(jī)制成，這里的單芯片無線微功率收發(fā)機(jī)，和控制這個無線微功率收發(fā)機(jī)的單片機(jī)，可以是同時具有這兩種功能的一個單一芯片；用于控制這個單芯片無線微功率收發(fā)機(jī)工作的單片機(jī)，和與讀寫器相聯(lián)結(jié)的，用于對來自智能標(biāo)簽的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行處理和儲存的計算機(jī)，也可以是同時具有這兩種功能的同一個單片機(jī)；智能標(biāo)簽和讀寫器之間可以實現(xiàn)無線通信，它們都同時具有接收和發(fā)射兩種功能；智能標(biāo)簽由電池驅(qū)動，它采用長時間睡眠，周期性蘇醒后工作一瞬間的工作方式；這里的睡眠狀態(tài)，是指智能標(biāo)簽中高耗電的射頻部分的低噪聲放大器，晶振和頻綜等都處于關(guān)閉的狀態(tài)；系統(tǒng)通過讀寫器在一段時間內(nèi)，連續(xù)重復(fù)地向智能標(biāo)簽發(fā)送短信號的方式，抓住智能標(biāo)簽蘇醒的瞬間，與之建立起通信聯(lián)系；系統(tǒng)將利用這種通信聯(lián)系，向智能標(biāo)簽傳遞信息，下達(dá)指令，并可對與智能標(biāo)簽相聯(lián)結(jié)的其它遠(yuǎn)端設(shè)備進(jìn)行指揮控制。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能電子標(biāo)簽系統(tǒng)，其特征在于本發(fā) 明系統(tǒng)中的智能標(biāo)簽，在長期睡眠，周期性蘇醒后工作的一瞬間，處 于信號接收狀態(tài)，這種信號接收狀態(tài)是一種不啟動晶振和頻綜，采用 檢波電路檢測喚醒信號的狀態(tài)，但在使用檢波電路檢測喚醒信號以 前，檢波電路先啟動了一個低功耗的低噪聲放大器，將所接收到的信 號放大，以提高檢波電路的檢測靈敏度，從而增大喚醒距離；當(dāng)智能 標(biāo)簽所檢測到的相關(guān)信號強(qiáng)度值，沒有超過預(yù)先確定的值，或沒有檢 測到預(yù)期的OOK編碼喚醒信號，則智能標(biāo)簽立即進(jìn)入睡眠狀態(tài)，直 到下一次蘇醒；如果檢測到的信號強(qiáng)度值，超過預(yù)先設(shè)定的值，或檢 測到預(yù)期的OOK編碼喚醒信號，智能標(biāo)簽將立即啟動晶振和頻綜， 進(jìn)入可以直接與讀寫器進(jìn)行通信的工作狀態(tài)；如果啟動晶振頻綜后， 發(fā)現(xiàn)所接收到的信號，并非所需要的信號，而是其它干擾信號，則智 能標(biāo)簽將回到長期睡眠，周期性蘇醒監(jiān)聽一瞬間的狀態(tài)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能電子標(biāo)簽系統(tǒng)，其特征在于本發(fā) 明系統(tǒng)中的智能標(biāo)簽，在長期睡眠，周期性蘇醒后的一瞬間，將首先 開啟晶振和頻綜，迅速進(jìn)入可以直接接收或發(fā)射數(shù)字信號的狀態(tài)，或 這兩種狀態(tài)的組合，而讀寫器連續(xù)重復(fù)發(fā)射的短信息，也是經(jīng)過調(diào)制 后的數(shù)字信息。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的智能電子標(biāo)簽系統(tǒng)，其特征在于 本發(fā)明系統(tǒng)中的智能標(biāo)簽，在周期性睡眠蘇醒后的一瞬間，將立即開 啟晶振和頻綜，并迅速進(jìn)入接收信號的狀態(tài)，以監(jiān)聽接收來自讀寫器 的，經(jīng)過調(diào)制后的數(shù)字信息，在沒有接收到讀寫器的指令，或來自自 身控制單片機(jī)的中斷信號之前，不向外發(fā)射任何射頻信號。
5. 根據(jù)權(quán)利要求l， 2， 3或4所述的智能電子標(biāo)簽系統(tǒng)，其特征 在于系統(tǒng)中智能標(biāo)簽在睡眠蘇醒后一瞬間的工作時間長度，是按照 智能標(biāo)簽在任何時刻，在收到讀寫器發(fā)來的信號后，都能接收到一個 完整的短信息指令所需的最短時間來確定的。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1， 3或4所述的智能電子標(biāo)簽系統(tǒng)，其特征在于 系統(tǒng)中的智能標(biāo)簽和讀寫器，都具有接收信號強(qiáng)度指示功能RSSI， 系統(tǒng)中智能標(biāo)簽在睡眠蘇醒后一瞬間的監(jiān)聽接收時間，是按照智能標(biāo) 簽，能夠接收到這樣一個短信息所需要的最短時間來確定的這個短信息只是一個超過預(yù)先設(shè)定的RSSI值的信號，或者只是一個完整信息數(shù)據(jù)包中的一部分，但它足以使智能標(biāo)簽知道，在它所監(jiān)聽的頻道 上，和在它能夠接收到信號的范圍內(nèi)，可能有無線收發(fā)機(jī)正在發(fā)射信 號，它需要暫時延長監(jiān)聽接收時間，以接收完整個信息數(shù)據(jù)包，或者使它能夠判定該數(shù)據(jù)包不是發(fā)給自己的數(shù)據(jù)包；如果在這監(jiān)聽瞬間沒有接收到任何信號，智能標(biāo)簽將立即進(jìn)入睡眠狀態(tài)，直到下一次蘇醒。
7. 根據(jù)權(quán)利要求l， 2， 3， 4， 5或6所述的智能電子標(biāo)簽系統(tǒng)， 其特征在于如果有多個智能標(biāo)簽，幾乎同時接收到讀寫器以廣播的方式發(fā)來的指令，要求智能標(biāo)簽立即以不同的頻道向讀寫器返還信 息，此時，為了盡可能避免出現(xiàn)因多個智能標(biāo)簽，同時向讀寫器返回 信息而發(fā)生碰撞的情況，我們可以預(yù)先規(guī)定按照智能標(biāo)簽身份碼編號 的不同特征，或編號的部分?jǐn)?shù)字的不同特征，或末尾一位數(shù)字的差別，使用不同的時延，不同的頻道向讀寫器返還信號；當(dāng)多個智能標(biāo)簽使用多個頻道向讀寫器返還信號時，我們將增加讀寫器的數(shù)量與這多個 頻道相匹配。
8.根據(jù)權(quán)利要求l， 2， 3， 4， 5， 6或7所述的智能電子標(biāo)簽系統(tǒng)， 其特征在于本系統(tǒng)中的讀寫器，在調(diào)整智能標(biāo)簽睡眠蘇醒周期，或 使智能標(biāo)簽，直接進(jìn)入可隨時與讀寫器進(jìn)行通信的工作狀態(tài)時，還對 智能標(biāo)簽的工作頻道進(jìn)行了調(diào)整，智能標(biāo)簽調(diào)整后的工作頻道，應(yīng)與 相對應(yīng)的讀寫器工作頻道一致。
9. 根據(jù)權(quán)利要求l， 2， 3， 4， 5， 6， 7或8所述的智能電子標(biāo)簽 系統(tǒng)，其特征在于智能標(biāo)簽接收和發(fā)射時所使用的頻道或信道，發(fā) 射功率，接收靈敏度，睡眠蘇醒周期，以及其它可由單片機(jī)控制的工 作參數(shù)和工作方式，都可以通過讀寫器的無線指令，或自身所帶控制 單片機(jī)的中斷信號來加以改變。
10. 根據(jù)權(quán)利要求l， 2， 3， 4， 5， 6， 7， 8或9所述的智能電子 標(biāo)簽系統(tǒng)，其特征在于系統(tǒng)中的智能標(biāo)簽與讀寫器之間的無線通信， 還采用了直序擴(kuò)頻的通信技術(shù)；智能標(biāo)簽和讀寫器都可儲存一定量的 信息，并可根據(jù)實際應(yīng)用需要，增加信息儲存量。
全文摘要
本發(fā)明所述的智能電子標(biāo)簽系統(tǒng)，利用高度集成和低成本的無線微功率單芯片收發(fā)機(jī)，分別制成智能標(biāo)簽和讀寫器。智能標(biāo)簽長期處于睡眠，周期性蘇醒后工作一瞬間，讀寫器通過不同的方式，抓住智能標(biāo)簽蘇醒后的這一瞬間與智能標(biāo)簽建立起通信聯(lián)系，從而以非常低的平均功耗，實現(xiàn)系統(tǒng)對智能標(biāo)簽，以及與智能標(biāo)簽相聯(lián)接的其它終端設(shè)備的控制管理。本發(fā)明還通過對智能標(biāo)簽的睡眠周期，工作頻道以及工作方式等的靈活調(diào)整，使得一般紐扣電池可以幾年不換，同時也大大加快了智能標(biāo)簽的反應(yīng)速度。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單，讀寫距離遠(yuǎn)，成本低，使用非常靈活方便，因而，可作為無線電子車牌，身份卡等，用于對車輛，人員，物資和其它遠(yuǎn)距離終端設(shè)備的控制管理。
文檔編號G06K7/00GK101236611SQ20071019680
公開日2008年8月6日 申請日期2007年12月5日 優(yōu)先權(quán)日2007年2月2日
發(fā)明者廖應(yīng)成 申請人:成都西谷曙光數(shù)字技術(shù)有限公司