專利名稱：接近傳感器、rfid讀卡器及接近傳感方法
技術領域：
本發(fā)明涉及無線射頻識別技術領域，特別是涉及一種接近傳感器、RFID讀卡器及接近傳感方法。
背景技術：
RFID(RadioFrequencyIdentification)是一種無線射頻識別技術,采用該技術的RFID讀卡器和RFID標簽利用射頻信號傳送信息。RFID標簽又稱為ID/IC卡，分為無源ID/IC卡、半有源ID/IC卡和有源ID/IC卡。其中，無源ID/IC卡發(fā)展最早、最成熟，由于其可移動、方便攜帶，市場應用最廣。比如，公交卡、銀行卡、食堂餐卡、賓館門禁卡、二代身份證等。無源ID/IC卡沒有供電源，必須依賴RFID讀卡器發(fā)射的電磁場獲得能量。由于ID/IC卡何時靠近無法預知，RFID讀卡器需要持續(xù)發(fā)射電磁場。RFID讀卡器待機電流為50mA/12V，加上電源轉換帶來的損耗，實際消耗功率達1W。例如:當RFID讀卡器用于門禁系統(tǒng)時，年耗電量達到86400WH，能量消耗是相當巨大的。

在某些場合，如智慧展覽館，特別是大型智慧展覽館，展臺數(shù)量多達數(shù)萬個，每個展臺都設置一個RFID讀卡器，每個RFID讀卡器都采用市電供電是不現(xiàn)實的，因此讀卡器的電能來源是電池，常用的是鋰電池。電池由于電量有限，對電能消耗更為敏感，且較高的功耗致使電池頻繁更換，給用戶帶來極大不便。

發(fā)明內(nèi)容
基于上述情況，本發(fā)明提出了一種接近傳感器、RFID讀卡器及接近傳感方法，以檢測ID/IC卡的刷卡動作，從而，RFID讀卡器可以根據(jù)是否檢測到刷卡動作來調(diào)節(jié)工作狀態(tài)，達到降低功耗的目的。一種接近傳感器，包括:環(huán)境照度檢測模塊，用于檢測環(huán)境照度是否高于閾值；配電控制模塊，用于在環(huán)境照度高于所述閾值時，控制光敏單元通電紅外單元斷電，在環(huán)境照度低于或等于所述閾值時，控制所述紅外單元通電所述光敏單元斷電；光敏單元，用于檢測環(huán)境照度變化，并在環(huán)境照度變化達到預定值時，生成脈沖信號;紅外單元，用于周期性發(fā)射紅外線，并接收紅外線，在接收到紅外線時，生成脈沖信號。一種RFID讀卡器，包括讀卡器本機和接近傳感器，所述接近傳感器生成的脈沖輸出至所述讀卡器本機，所述讀卡器本機接收到脈沖后從休眠狀態(tài)轉變?yōu)楣ぷ鳡顟B(tài)，所述接近傳感器為上述接近傳感器。一種接近傳感方法，包括步驟:檢測環(huán)境照度，并判斷環(huán)境照度是否高于閾值；若環(huán)境照度高于所述閾值，則采用光敏檢測方法檢測刷卡動作，在環(huán)境照度變化達到預定值時，生成脈沖信號；若環(huán)境照度低于或等于所述閾值，則采用紅外檢測方法檢測刷卡動作，在接收到紅外信號時生成脈沖信號。本發(fā)明的接近傳感器，在光照合適時采用低功耗的光敏單元檢測刷卡動作，在光照較低時，則啟用紅外單元檢測刷卡動作。既保證了任何光照情況下均能檢測刷卡動作，又能達到超低功耗的要求。將本發(fā)明的接近傳感器與傳統(tǒng)的RFID讀卡器配合使用，則形成本發(fā)明的RFID讀卡器，檢測到刷卡動作時轉換至工作狀態(tài)，平時則處于休眠狀態(tài)，從而降低了功耗，延長了電池使用壽命，減少了電池更換所帶來的工作量。本發(fā)明的接近傳感方法是與上述接近傳感器對應的方法，有益效果不再贅述。將本發(fā)明的接近傳感器、RFID讀卡器及接近傳感方法推廣使用，可以為國家的節(jié)能減排做出巨大貢獻。


圖1為本發(fā)明接近傳感器實施例一的結構示意圖；圖2為本發(fā)明接近傳感器實施例二與實施例三的結構示意圖；圖3為本發(fā)明接近傳感器實施例四的結構示意圖；圖4為本發(fā)明接近傳感方法的流程示意具體實施例方式為了降低RFID讀卡器的功耗，本發(fā)明設計了接近傳感器，用以檢測刷卡動作，使RFID讀卡器在沒有刷 卡動作時可以處于休眠狀態(tài)。下面結合附圖與實施例首先介紹本發(fā)明的接近傳感器。實施例一本發(fā)明接近傳感器，如圖1所示，包括:環(huán)境照度檢測模塊，用于檢測環(huán)境照度是否高于閾值；配電控制模塊，用于在環(huán)境照度高于所述閾值時，控制光敏單元通電紅外單元斷電，在環(huán)境照度低于或等于所述閾值時，控制所述紅外單元通電所述光敏單元斷電；光敏單元，用于檢測光照變化，并在光照變化達到預定值時，生成脈沖信號；紅外單元，用于周期性發(fā)射紅外線，并接收紅外線，在接收到紅外線時，生成脈沖信號。如上所述，本接近傳感器具有兩種工作模式，一種是光敏檢測模式，一種紅外檢測模式。配電控制模塊根據(jù)環(huán)境照度高低控制光敏單元和紅外單元的通斷電，使兩種模式交
替工作。本發(fā)明的接近傳感器是為降低功耗而設計的，功耗的產(chǎn)生一部分來自RFID讀卡器，另一部分則來自接近傳感器自身。因此，在保證檢測精度的前提下，降低接近傳感器自身功耗是設計重點。傳統(tǒng)的接近傳感器或者功耗大，或者檢測精度低，不能滿足要求。本發(fā)明的接近傳感器兼顧檢測精度和低功耗的要求，在多數(shù)情況下，只要亮度大于閾值，則采用低功耗的光敏單元檢測刷卡動作，在弱光或無光條件下，光敏檢測精度降低，則轉用紅外單元檢測刷卡動作，保證任何時段都能準確檢測到刷卡動作。所述的閾值優(yōu)選地設置為3勒克斯。
實施例二在本實施例中，如圖2所示,所述光敏單元包括依次相連的光敏檢測電路、工頻斬波濾波器、前置高通放大電路和自適應脈沖生成電路，以及運放半壓發(fā)生器和白噪聲抑制電路，所述運放半壓發(fā)生器與所述前置高通放大電路相連，所述白噪聲抑制電路和所述自適應脈沖檢測電路相連。光敏檢測電路中的光敏電阻隨著光照變化，阻值發(fā)生改變，從而引起電壓變化，后續(xù)電路即可根據(jù)電壓變化識別刷卡動作。由于光敏電阻對可見光敏感，而大部分照明燈采用的是50Hz工頻電源,會導致光敏電阻產(chǎn)生50Hz電干擾信號。工頻斬波濾波器米用電橋平衡原理，對工頻干擾濾波效果較好，而其他頻率的信號可以正常通過。光敏電阻兩端電壓因經(jīng)過前級電路而衰減，前置高通放大器則對其進行適當放大，設計增益最大為20dB。自適應脈沖生成電路檢測電壓變化，若電壓變化超過門限，則生成脈沖信號。自適應即可以自動適應光度的變化，例如展覽場館內(nèi)部光線很復雜，不同區(qū)域亮度大不相同。亮度不同，光敏電阻阻值也不同。在較亮的區(qū)域，光敏電阻阻值僅Ik-1Ok歐姆，在較暗的區(qū)域，電阻可達IOOOk以上。刷卡時，相當于把光線擋住了，則傳感器在明亮的區(qū)域，電阻變化可以達到1000倍。而在黑暗區(qū)域，電阻變化低至5%以下。因此，本接近傳感器優(yōu)選地采用了自適應脈沖生成電路，以根據(jù)環(huán)境亮度調(diào)整生成脈沖的電壓變化門限值，保證各種亮度環(huán)境下均能識別刷卡。運放半壓發(fā)生器，用于為前置高通放大電路中的運放提供“虛地”電壓。由于運放輸入阻抗很高，內(nèi)部電路復雜，因此，存在一定的偏置電流。同時，由于本電路可能工作在復雜的電磁干擾環(huán)境下，以及電路本身產(chǎn)生的一些熱噪聲。為了簡化處理，統(tǒng)一將上述各種干擾歸到所述白噪聲抑制電路進行處理。由于采用了上述工頻斬波濾波、虛地、白噪聲抑制和自適應光照等技術，光敏單元具有電路簡單、檢測精度聞等優(yōu)點。本實施例的其 他技術特征與實施例一相同，在此不予贅述。實施例三在本實施例中，如圖2所示，所述紅外單元包括依次相連的非對稱信號發(fā)生器、紅外發(fā)射電路、紅外接收電路、自適應白噪聲消除電路和脈沖生成電路。非對稱信號發(fā)生器用于產(chǎn)生紅外信號，采用CMOS ICM555構成。為了節(jié)能采用每隔50ms發(fā)射一次紅外信號的間隙發(fā)射方式,高電平0.1ms,低電平50ms,占空比500:1,可以大幅度降低功耗。同時，由于普通人刷卡時間為300-400mS，50mS的發(fā)射間隔也是為了使用戶體驗良好，不會感覺有延遲。紅外發(fā)射電路的工作電壓為3-4.5伏，紅外發(fā)射管的工作電壓為1.2-1.6伏，為了使紅外發(fā)射功率恒定，優(yōu)選地采用PNP-NPN結構恒流源電路，控制紅外發(fā)射管工作，恒流電流可以設定為6mA，以延長紅外發(fā)射管的使用壽命。本紅外單元采用普通紅外發(fā)射及接收二極管(波長940nm)，但由于它們都要與人體近距離感應，人體上的靜電容易感應到紅外發(fā)射及接收管上。因此，除了對接收管發(fā)射極和集電極都串接電阻外，還在發(fā)射極接上6.8伏雙向鉗位二極管，以防止靜電損傷。照明燈除了發(fā)射可見波長外，也會發(fā)射紅外、紫外波長，因此，對紅外接收二極管也會產(chǎn)生干擾。由于發(fā)射電路中采用了間隙發(fā)射方式，當ID/IC卡刷卡時，紅外接收管收到的也是一個脈沖信號。而照明燈干擾信號為緩變信號，且近似為正弦波信號。因此，自適應噪聲消除電路優(yōu)選地采用微分電路來檢測緩變信號，很好地抑制了雜波干擾。本實施例的其他技術特征與實施例二相同，在此不予贅述。實施例四在本實施例中，如圖3所示，本發(fā)明的接近傳感器還包括可再觸發(fā)單穩(wěn)電路，分別連接光敏單元的所述自適應脈沖生成電路和紅外單元的所述脈沖生成電路，用于在檢測到前述兩個脈沖生成電路生成的脈沖后，產(chǎn)生一個較寬的脈沖，優(yōu)選地為600ms。本接近傳感器生成的脈沖輸出至RFID讀卡器的MCU，MCU采用中斷或掃描方式檢測接近傳感器的脈沖，光敏單元的所述自適應脈沖生成電 路和紅外單元的所述脈沖生成電路所生成的脈沖持續(xù)時間一般低于1ms，采用掃描方式的MCU難以檢測到Ims的脈沖，因此采用可再觸發(fā)單穩(wěn)電路產(chǎn)生一個較寬的脈沖可以增加本接近傳感器的適用性。在本實施例中，本接近傳感器還可以包括供電模塊，所述供電模塊一端接鋰電池，一端接所述環(huán)境照度檢測模塊，用于對所述鋰電池進行極性保護和過放保護，并為所述環(huán)境照度檢測模塊提供電源。所述的鋰電池優(yōu)選地采用RFID讀卡器的鋰電池。為了防止接反極性，損壞電路，在鋰電池正極接一個低壓PMOS管，G極通過電阻與電池負極相通，S極與鋰電池正極相連。當電池接反時，PMOS管GS電壓為正，PMOS管不導通，從而保護了后級電路不會損壞。本實施例的其他技術特征與實施例三相同，在此不予贅述。本發(fā)明的RFID讀卡器，包括讀卡器本機和接近傳感器，所述接近傳感器生成的脈沖輸出至所述讀卡器本機，所述讀卡器本機接收到脈沖后從休眠狀態(tài)轉變?yōu)橥姞顟B(tài)，所述接近傳感器即上述接近傳感器。如上所述，本發(fā)明的RFID讀卡器相比傳統(tǒng)的RFID讀卡器多了一個接近傳感器，用以檢測刷卡動作，故而本RFID讀卡器可以不必一直處于工作狀態(tài)，只需在接近傳感器檢測到刷卡動作時啟動工作，在未檢測到刷卡動作的時段里則處于休眠狀態(tài)，相比傳統(tǒng)的持續(xù)工作的RFID讀卡器，顯著降低了功耗。本發(fā)明的接近傳感方法，如圖4所示，包括步驟:步驟S101、檢測環(huán)境照度；步驟S102、判斷環(huán)境照度是否高于閾值；步驟S103、若環(huán)境照度高于所述閾值，則采用光敏檢測方法檢測刷卡動作；步驟S104、在環(huán)境照度變化達到預定值時，進入步驟S107 ；步驟S105、若環(huán)境照度低于或等于所述閾值，則采用紅外檢測方法檢測刷卡動作；步驟S106、在接收到紅外信號時，進入步驟S107 ；步驟S107、生成脈沖信號。從上述步驟可知，本方法采用兩種方式檢測刷卡動作，一種是光敏檢測方法，一種是紅外檢測方法。由于光敏檢測方法相比紅外檢測方法耗能低，因此，在光照允許的情況下即步驟中所述的環(huán)境照度高于閾值時，采用光敏檢測方法檢測刷卡動作，在例如夜晚等光照不足的條件下即環(huán)境照度等于或低于閾值時，光敏檢測方法因檢測精度低不再適用，因此采用紅外檢測方法，以保證刷卡動作能夠唄正確檢測。所述的閾值優(yōu)選地為3勒克斯。
綜上，本發(fā)明的接近傳感器或接近傳感方法，能夠檢測刷卡動作，為降低RFID讀卡器功耗提供了條件。本發(fā)明的RFID讀卡器由于增加了本發(fā)明的接近傳感器，實現(xiàn)了降低功耗的目的，降低后的功耗僅為傳統(tǒng)RFID讀卡器的千分之一，如果推廣使用，將為國家的節(jié)能減排做出巨大貢獻。以上所述實施例僅表達了本發(fā)明的幾種實施方式，其描述較為具體和詳細，但并不能因此而理解為對本發(fā)明專利范圍的限制。應當指出的是，對于本領域的普通技術人員來說，在不脫離本發(fā)明構思的前提下，還可以做出若干變形和改進，這些都屬于本發(fā)明的保護范圍。因此，本發(fā)明 專利的保護范圍應以所附權利要求為準。
權利要求
1.一種接近傳感器，其特征在于，包括: 環(huán)境照度檢測模塊，用于檢測環(huán)境照度是否高于閾值； 配電控制模塊，用于在環(huán)境照度高于所述閾值時，控制光敏單元通電紅外單元斷電，在環(huán)境照度低于或等于所述閾值時，控制所述紅外單元通電所述光敏單元斷電； 光敏單元，用于檢測環(huán)境照度變化，并在環(huán)境照度變化達到預定值時，生成脈沖信號； 紅外單元，用于周期性發(fā)射紅外線，并接收紅外線，在接收到紅外線時，生成脈沖信號。
2.根據(jù)權利要求1所述的接近傳感器，其特征在于，所述光敏單元包括依次相連的光敏檢測電路、工頻斬波濾波器、前置高通放大電路和自適應脈沖生成電路，以及運放半壓發(fā)生器和白噪聲抑制電路，所述運放半壓發(fā)生器與所述前置高通放大電路相連，所述白噪聲抑制電路和所述自適應脈沖檢測電路相連。
3.根據(jù)權利要求2所述的接近傳感器，其特征在于，所述自適應脈沖生成電路為根據(jù)環(huán)境照度自動調(diào)節(jié)脈沖生成電壓變化門限的自適應脈沖生成電路。
4.根據(jù)權利要 求1或2或3所述的接近傳感器，其特征在于，所述紅外單元包括依次相連的非對稱信號發(fā)生器、紅外發(fā)射電路、紅外接收電路、自適應白噪聲消除電路和脈沖生成電路。
5.根據(jù)權利要求4所述的接近傳感器，其特征在于，所述非對稱信號發(fā)生器高電平持續(xù)時間為0.1ms，低電平持續(xù)時間為50ms。
6.根據(jù)權利要求4所述的接近傳感器，其特征在于，所述紅外接收電路的紅外接收管的發(fā)射極連接雙向鉗位二極管。
7.根據(jù)權利要求4所述的接近傳感器，其特征在于，所述紅外發(fā)射電路為恒流紅外發(fā)射電路。
8.根據(jù)權利要求4所述的接近傳感器，其特征在于，所述自適應噪聲消除電路包括微分電路，所述微分電路用于檢測緩變信號。
9.根據(jù)權利要求4所述的接近傳感器，其特征在于，還包括可再觸發(fā)單穩(wěn)電路，分別連接所述自適應脈沖生成電路和所述脈沖生成電路。
10.根據(jù)權利要求9所述的接近傳感器，所述可再觸發(fā)單穩(wěn)電路產(chǎn)生的脈沖持續(xù)時間為 600ms ο
11.根據(jù)權利要求4所述的接近傳感器，其特征在于，還包括供電模塊，所述供電模塊一端接鋰電池，一端接所述環(huán)境照度檢測模塊，用于對所述鋰電池進行極性保護和過放保護，并為所述環(huán)境照度檢測模塊提供電源。
12.根據(jù)權利要求11所述的接近傳感器，其特征在于，所述供電模塊包括PMOS管，所述PMOS管的G極通過電阻與所述鋰電池負極相連，S極與所述鋰電池的正極相連，用于為所述鋰電池提供極性保護。
13.根據(jù)權利要求1或2或3所述的接近傳感器，其特征在于，所述閾值為3勒克斯。
14.一種RFID讀卡器，其特征在于，包括讀卡器本機和接近傳感器，所述接近傳感器生成的脈沖輸出至所述讀卡器本機，所述讀卡器本機接收到脈沖后從休眠狀態(tài)轉變?yōu)楣ぷ鳡顟B(tài)，所述接近傳感器為權利要求1-13任意一項所述的接近傳感器。
15.一種接近傳感方法，其特征在于，包括步驟: 檢測環(huán)境照度，并判斷環(huán)境照度是否高于閾值；若環(huán)境照度高于所述閾值，則采用光敏檢測方法檢測刷卡動作，在環(huán)境照度變化達到預定值時，生成脈沖信號； 若環(huán)境照度低于或等于所述閾值，則采用紅外檢測方法檢測刷卡動作，在接收到紅外信號時生成脈沖信號。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種接近傳感器和接近傳感方法，在光照合適時采用低功耗的光敏檢測法檢測刷卡動作，在光照較低時，則啟用紅外檢測法檢測刷卡動作。既保證了任何光照情況下均能檢測刷卡動作，又能達到超低功耗的要求。將本發(fā)明的接近傳感器與傳統(tǒng)的RFID讀卡器配合使用，則形成本發(fā)明的RFID讀卡器，檢測到刷卡動作時轉換至工作狀態(tài)，平時則處于休眠狀態(tài)，從而降低了功耗，延長了電池使用壽命，減少了電池更換所帶來的工作量。將本發(fā)明的接近傳感器、RFID讀卡器及接近傳感方法推廣使用，可以為國家的節(jié)能減排做出巨大貢獻。
文檔編號G06K7/00GK103218587SQ20131012499
公開日2013年7月24日 申請日期2013年4月11日 優(yōu)先權日2013年4月11日
發(fā)明者嚴益強 申請人:廣東省電信規(guī)劃設計院有限公司