专利名称：一种离合状态监控电路及采用该电路的电子标签的制作方法
技术领域：
本发明属于电子电路技术领域，特别涉及一种离合状态监控电路及采用该电路的电子标签。
背景技术：
射频识别(RFID，Radio Frequency Identification)技术是利用射频方式远距离的通信以达到物品的识别、追踪、定位和管理等目的。射频识别技术在工业自动化，商业自动化，交通运输控制管理，防伪等众多领域，甚至军事用途具有广泛的应用前景，目前已引起了广泛的关注。利用射频识别技术制作的电子标签和阅读器被广泛的使用，特别是作为物联网的节点的电子标签，可以有效的存储所附着物品的各种信息并通过与阅读器的通信传输这些信息。在集装箱运输管理、保险箱等物流行业中，人们希望能通过在集装箱上附着电子标签的方式有效的监控离合(开启和关闭)状态信息，监控开启集装箱或保险箱的行为。本申请人在公开号CN101915025A和CN101916353A提出了两种锁离合状态采集电路，用于电子标签中，可以达到监控离合状态的功能，但是这两种采集电路使用了较多的分立元件，并且采集电路中有双极性晶体管以及DC-DC电压转换芯片，而电子标签芯片全部是采用CMOS器件实现的，二者制造工艺不同，使得采集电路不利于与电子标签进行集成， 而且功耗过大，因此不适合与电子标签结合作为物联网的节点使用。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有的锁离合状态采集电路的集成度低以及功耗过大的缺点，提出了一种离合状态监控电路。本发明的技术方案是一种用于电子标签的离合状态监控电路，包括PM0S管，与非门，第一反相器，电平转换单元和锁存器，其中，所述与非门的第一输入端、所述PMOS管的源极和所述锁存器的输入端连接在一起，作为离合状态监控电路的离合状态信号的输入端；所述PMOS管的体端连接到外部的电源电池；所述与非门的第二输入端与第一反相器的输出端连接；所述与非门的输出端与锁存器的使能端连接；所述锁存器的正相输出端与 PMOS管的栅极连接；所述PMOS管的漏极向所述电子标签输出供电电压；所述电平转换单元用于将所述PMOS管的漏极电压转换为用于输入到所述电子标签的数字基带处理器的状态信号；所述第一反相器的输入端输入所述电子标签的数字基带处理器的电压控制信号。作为一个较佳的方案，所述电平转换单元包括第二反相器和第三反相器，所述第二反相器的输入端作为所述电平转换单元的输入端与所述PMOS管的漏极相连，所述第二反相器的输出端与所述第三反相器的输入端相连；所述第三反相器的输出端作为所述电平转换单元的输出端向电子标签的数字基带处理器输出状态信号。本发明的另一目的是为了解决电子标签对离合状态监控的困难，提出了一种采用离合状态监控电路的电子标签。
为了实现上述目的，提供了一种采用离合状态监控电路的电子标签，所述电子标签包括天线、射频模拟前端和数字基带处理器，所述射频模拟前端包括基准稳压电路，所述数字基带处理器包括状态控制机模块，其特征在于，所述电子标签还包括离合状态监控电路，所述离合状态监控电路与数字基带处理器的状态控制机模块连接并向状态控制机模块输出状态信号，同时接收状态控制机模块输入的电压控制信号，所述离合状态监控电路与射频模拟前端的基准稳压电路连接并向基准稳压电路提供供电电压。本发明的有益效果本发明的离合状态监控电路相对现有的锁离合状态采集电路，可采用与电子标签芯片相同工艺的集成电路器件实现，电路结构简单，并且功耗较低， 因而可以集成在电子标签芯片内部。集成了离合状态监控电路的电子标签作为物流行业中集装箱、保险箱流转的物联网监控节点，能及时的监控集装箱、保险箱的离合状态，保证了集装箱、保险箱流转的安全性。采用了离合状态监控电路的电子标签兼顾了射频场中普通无源超高频电子标签的功能，而且无论外界有无射频场均能完成对于离合状态的记录，还可以有效的减小功耗的消耗和实物的体积，降低了对于外部电源的依赖，增强了对于各种特殊应用场合的实用性。
图1是本发明离合状态监控电路结构示意图。图2是采用本发明的离合状态监控电路的电子标签结构示意图。附图标记说明离合信号开关Si、第一反相器G1、第二反相器G2、第三反相器G3， PMOS管Tl，电源电池Bi，锁存器D1、与非门Cl、解码器模块101、循环校验模块102、输入预处理模块103、状态控制机模块104、输出预处理模块105、编码器模块106、存储器访问控制模块107、伪随机数发生器模块108、碰撞计数器模块109、定时计数器模块110、时钟产生模块111、复位产生模块112、MTP存储器113、整流电路201、基准稳压电路202、调制电路203、 解调电路204、复位电路205、时钟电路206。
具体实施例方式下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的说明。如图1所示，离合状态监控电路的电路结构如下包括第一反相器G1、第二反相器 G2、第三反相器G3，PMOS管Tl，锁存器Dl、与非门Cl。这里离合信号开关Sl和电源电池Bl 作为离合状态监控电路外部的附属部分。结合图1，各器件和端口的连接方式如下所述与非门Cl的第一输入端C、所述PMOS管Tl的源极和所述锁存器Dl的输入端 D连接在一起，作为离合状态监控电路的离合状态信号的输入端；所述PMOS管Tl的体端连接到外部的电源电池Bi，即与外部的电源电池Bl的正极相连；所述与非门Cl的第二输入端d与第一反相器Gl的输出端连接；所述与非门Cl的输出端与锁存器的使能端EN连接； 所述锁存器的正相输出端Q与PMOS管Tl的栅极连接；所述PMOS管Tl的漏极向所述电子标签输出供电电压；所述电平转换单元用于将所述PMOS管Tl的漏极电压转换为用于输入到所述电子标签的数字基带处理器的状态信号switCh_on ；第一反相器Gl的输入端输入所述电子标签的数字基带处理器的电压控制信号p0Wer_C0ntr0l。
在本实施例中，离合状态信号通过离合信号开关Sl表征，外部的电源电池Bl的正极与离合信号开关Sl的第一端a相连接，负极接地，离合信号开关Sl的第二端b与离合状态监控电路的离合状态信号的输入端相连。作为本实施例的一个较佳的方案，电平转换单元包括第二反相器G2和第三反相器G3，所述第二反相器G2的输入端作为所述电平转换单元的输入端与所述PMOS管Tl的漏极相连，所述第二反相器G2的输出端与所述第三反相器G3的输入端相连；所述第三反相器G3的输出端作为所述电平转换单元的输出端向电子标签的数字基带处理器输出状态信号 switch_on。这里，电源电池Bl可以采用3V的纽扣电池。结合图1，离合状态监控电路工作过程如下，为了便于说明，以电子锁的离合状态为例。锁关闭时，开关Sl断开，电源电池Bl不对标签芯片供电，状态信号sWitch_0n和电压控制信号power_control均为低电平。锁打开时，离合信号开关Sl闭合，与非门Cl的c端、锁存器Dl的D端、PMOS管Tl 的源极接通高电压，此时电压控制信号p0Wer_C0ntr0l为低电平，经过第一反相器Gl后，对与非门Cl的d端输入高电平，从而锁存器Dl的使能端EN为低电平，锁存器Dl输出端Q为低电平，PMOS管Tl导通，电源电池Bl开启对电子标签供电，第三反相器G3输出高电平的状态信号switCh_on，数字基带处理器对开锁行为计数。当锁具继续处于开启状态时，电子标签的数字基带处理器将电压控制信号poWer_ control拉高为高电平，此时，与非门Cl输出高电平，锁存器Dl的Q端输出高电平，PMOS管 Tl截止，电源电池Bl停止对电子标签供电，状态信号switch_on和电压控制信号power_ control均转变为低电平，锁存器Dl的使能端EN端为0，锁存器Dl的正相输出端Q保持高电平，PMOS管Tl保持截止状态，电源电池Bl不对电子标签供电。当锁再次关闭时，离合信号开关Sl断开，电源电池Bl不对电子标签供电。采用离合状态监控电路的电子标签的结构如图2所示，包括天线、射频模拟前端和数字基带处理器，所述射频模拟前端包括基准稳压电路，所述数字基带处理器包括状态控制机模块，所述电子标签还包括离合状态监控电路，所述离合状态监控电路与数字基带处理器的状态控制机模块连接并向状态控制机模块104输出状态信号SWitch_on，同时接收状态控制机模块104输入的电压控制信号p0Wer_C0ntr0l，所述离合状态监控电路与射频模拟前端的基准稳压电路202连接并向基准稳压电路202提供供电电压。上述电子标签的射频模拟前端具体结构包括整流电路201、基准稳压电路202、调制电路203、解调电路204、复位电路205、时钟电路206，所述天线通过ESD (防静电保护电路)的接口 PAD和整流电路201、调制电路203和解调电路204直接连接，整流电路201将天线接收下来的射频信号转化为直流电源分为整流低电压和整流高电压提供给基准稳压电路202，基准稳压电路202对电源进行稳压，为电子标签数字基带部分提供低电源电压IV 和高电源电压1. 8V，为调制电路203提供1. 8V工作电压，为解调电路204、时钟电路206和复位电路205提供IV工作电压，基准稳压电路202同时也与离合状态监控电路输出的对电子标签的供电电压相连接，当锁具打开时，若整流电路201未向基准稳压电路202供电时则由离合状态监控电路向基准稳压电路202供电；解调电路204从射频信号恢复出射频识别的数字基带处理器所需解调数据；调制电路203采用反向散射调制的方法对电子标签数字基带处理器输出的调制数据进行调制，实现电子标签到阅读器的数据传输；时钟电路206 为数字基带处理器提供稳定的系统时钟信号，复位电路205为数字基带处理器提供所需的复位信号。上述电子标签的基带处理器具体结构包括数字基带部分包括状态控制机模块 104、解码器模块101、编码器模块106、循环校验模块102、存储器访问控制模块107，输入预处理模块103、输出预处理模块105、伪随机数发生器模块108、碰撞计数器模块109、定时计数器模块110、时钟产生模块111、复位产生模块112和MTP存储器113。所述解码器模块 101分别输入预处理模块103和循环校验模块102连接；所述循环校验模块103和输出预处理模块105、编码器模块106连接；所述存储器访问控制模块107与输出预处理模块105 连接；所述解码器模块101接收射频模拟前端的解调电路204提供的解调数据后，经解码器模块101解码，输出已解码数据，已解码数据分两路，一路到输入预处理模块103，一路到循环校验模块102 ；所述输入预处理模块103完成对已解码数据的输入预处理，生成待处理数据和待处理命令输出到状态控制机模块104 ；同时循环校验模块103完成对已解码数据的循环校验后，生成循环校验结果输出到状态控制机模块104 ；状态控制机模块104检测离合信号SWitch_on和循环校验模块102输入的结果，并根据检查的情况执行离合记录或接收待处理数据和待处理命令，若离合信号switCh_on为高电平(此处高电平取值为IV，低电平取值为0V)，表示离合状态为开启，则执行开锁记录，经状态控制机模块104分析处后，生成地址信号到存储器访问控制模块107，对存储开锁记录的相关存储单元进行读写操作，并在执行完毕后将输入到离合状态监控电路的电压控制信号p0Wer_C0ntr0l拉高为高电平， 若执行数据和命令处理，则经状态控制机模块104分析和处理后，生成五路控制信号分别到伪随机数发生器模块108、碰撞计数器模块109、定时计数器模块110、时钟产生模块111 和复位产生模块112，生成地址信号到存储器访问控制模块107，并输出待发送伪随机数到输出预处理模块105 ；存储器访问控制模块107根据地址信号通过MTP存储器输入输出接口访问MTP存储器113并输出待发送存储器数据到输出预处理模块；所述的输出预处理模块105接收待发送伪随机数和待发送存储器数据，经输出预处理模块生成待发送数据到循环校验模块102 ；循环校验模块102完成对待发送数据的循环码编码，生成待编码数据并输出到编码器模块106 ；所述编码器模块106完成待编码数据的编码，生成待调制数据输出到射频模拟前端的调制电路203 ；所述时钟产生模块111对射频模拟前端的时钟电路206输入的系统时钟信号进行分频产生各个模块所需的时钟信号，复位产生模块112对射频模拟前端的复位电路205输入的复位信号进行同步处理产生数字基带处理器内各个模块所需的复位信号。数字基带处理器由射频模拟前端的基准稳压电路202提供1. 8V高电平和IV 低电平的工作电源电压。下面对采用离合状态监控电路的电子标签的工作过程做详细介绍，为了便于说明，这里，以电子锁的离合状态为例。结合图2，当采用离合状态监控电路的电子标签(以下简称电子标签)处于射频识别场内时，其工作过程如下步骤(a)电子标签进入射频识别场，电子标签的射频模拟前端上电工作，基准稳压模块202为数字基带处理器提供低电平工作电压和高电平工作电压(本实施例低电平和高电平分别取值1V、1.8V)，复位产生模块112对状态控制机模块104进行复位，解调电路 204开始解调天线接收下来的射频信号，离合状态监控电路采集锁具的离合状态；步骤(b)状态控制机模块104检测离合状态监控电路，当状态信号swith_0n为高电平时(此处高电平取值为IV，低电平取值为0V)，即表示锁具的离合状态为开启，转入步骤(C)；否则离合状态为关闭，转入步骤(d)；步骤(c)状态控制机控制模块104生成地址信号到存储器访问控制模块107，对存储开锁记录的相关存储单元进行读写操作，更新记录数据，并将输入到离合状态监控电路的电压控制信号p0Wer_C0ntr0l拉高为高电平，若电源供电结束转入步骤(m)否则转入步骤(d)；步骤(d)状态控制机模块104对解码器模块101，循环校验模块102，编码器模块 106，输入预处理模块103，输出预处理模块105，存储器访问控制模块107，伪随机数发生器模块108，碰撞计数器模块109，定时计数器模块110，时钟产生模块111进行复位，读取MTP 存储器113中的数据，计算数据的循环校验CRC结果；步骤(e)状态控制机模块104检测离合状态监控电路，当状态信号swith_0n为高电平时，即表示锁具的离合状态为开启，转入步骤(c)，否则转入步骤(f)；步骤(f)状态控制机模块104开启解码器模块101，然后关断状态控制机模块 104自身时钟，状态控制机模块104处于休眠状态；步骤(g)解码器模块101开始检测从射频模拟前端的解调电路204输入的解调数据，当检测到有效帧数据时，解码器模块101唤醒状态控制机模块104 ；步骤(h)状态控制机模块104开启输入预处理模块103和循环校验模块102，解码器模块101接收已解调数据，经解码器模块解码，输出已解码数据，已解码数据分两路， 一路到输入预处理模块103，一路到循环校验模块102 ；输入预处理模块103完成对已解码数据的输入预处理，生成待处理数据和待处理命令输出到状态控制机模块104 ；同时循环校验模块102完成对已解码数据的循环校验，生成循环校验结果输出到状态控制机模块 104 ；步骤(i)当状态控制机模块104检测到循环校验模块102对已解码数据的循环校验完成时，状态控制机模块104关断解码器模块101、输入预处理模块103和循环校验模块102，同时状态控制机模块104接收待处理数据和待处理命令，经状态控制机模块分析和处理后生成控制信号，根据控制信号开启并对伪随机数发生器模块108、碰撞计数器模块 109和定时计数器模块进行操作110，并在操作完成后关闭伪随机数发生器模块108、碰撞计数器模块109和定时计数器模块110 ；步骤(j)状态控制机模块104开启输出预处理模块105和存储器访问控制模块 107，状态控制机模块104输出地址信号到存储器访问控制模块107，并输出待发送伪随机数到输出预处理模块105 ；存储器访问控制模块根据地址信号通过MTP存储器113输入输出端口访问MTP存储器，输出待发送存储器数据到输出预处理模块105 ；步骤(k)状态控制机模块104开启循环校验码模块102和编码器模块106，输出预处理模块105接收待发送伪随机数和待发送存储器数据，经输出预处理模块105生成待发送数据到循环校验模块102 ；循环校验模块102完成对待发送数据的循环码编码，并将循环码编码后的待编码数据输出到编码器模块106 ；编码器模块106完成对循环码编码后的待编码数据的编码，输出待调制数据到射频模拟前端的调制电路；射频模拟前端调制电路对数据进行调制后，通过天线实现和读写器之间的通信。步骤(1):当编码器模块106编码完成后，状态控制机模块104关闭输出预处理模块105、循环校验模块102、存储器访问控制模块107和编码器模块106，状态控制机模块 104检查电源是否掉电，掉电转入步骤(m)，否则转入步骤(e)；步骤(m)电源掉电，所有模块停止工作。当采用离合状态监控电路的电子标签处于射频识别场外时，其工作过程如下步骤(A)锁具打开时，离合状态监控电路对电子标签射频模拟前端的基准稳压电路202输出直流供电电压，射频模拟前端上电工作，基带处理器的复位产生模块112对状态控制机模块104进行复位，离合状态监控电路监控锁具的离合状态；步骤(B)状态控制机模块104检测离合状态监控电路，当状态信号swith_0n为高电平时(此处高电平取值为IV，低电平取值为0V)，即表示锁具的离合状态为开启，转入步骤(C)；否则离合状态为关闭，转入步骤(D)；步骤(C)状态控制机控制模块104生成地址信号到存储器访问控制模块107，对存储开锁记录的相关存储单元进行读写操作，更新记录数据，并将输入到离合状态监控电路的电压控制信号poWer_Control拉高为高电平；步骤(D)离合状态监控电路的电源掉电，离合状态监控电路停止向射频模拟前端的基准稳压电路202供电，电子标签停止工作。综上，由于本发明的离合状态监控电路相对现有的锁离合状态采集电路，可采用与电子标签芯片相同工艺的集成电路器件实现，电路结构简单，并且功耗较低，因而可以集成在电子标签芯片内部。集成了离合状态监控电路的电子标签作为物流行业中集装箱、保险箱流转的物联网监控节点，能及时的监控集装箱、保险箱的离合状态，保证了集装箱、保险箱流转的安全性；同时采用离合状态监控电路的电子标签兼顾了射频场中普通无源超高频电子标签的功能，同时无论外界有无射频场均能完成对于离合状态次数的记录。由于本发明采用的是无源超高频电子标签，还可以有效的减小功耗的消耗和实物的体积，降低了对于外部电源的依赖，增强了对于各种特殊应用场合的实用性。本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本发明的原理，应被理解为本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的普通技术人员可以根据本发明公开的这些技术启示做出各种不脱离本发明实质的其它各种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本发明的保护范围内。
权利要求
1.一种用于电子标签的离合状态监控电路，其特征在于，包括PMOS管，与非门，第一反相器，电平转换单元和锁存器，其中，所述与非门的第一输入端、所述PMOS管的源极和所述锁存器的输入端连接在一起，作为离合状态监控电路的离合状态信号的输入端；所述 PMOS管的体端连接到外部的电源电池；所述与非门的第二输入端与第一反相器的输出端连接；所述与非门的输出端与锁存器的使能端连接；所述锁存器的正相输出端与PMOS管的栅极连接；所述PMOS管的漏极向所述电子标签输出供电电压；所述电平转换单元用于将所述PMOS管的漏极电压转换为用于输入到所述电子标签的数字基带处理器的状态信号；所述第一反相器的输入端输入所述电子标签的数字基带处理器的电压控制信号。
2.根据权利要求1所述的离合状态监控电路，其特征在于，所述的电平转换单元包括第二反相器和第三反相器，所述第二反相器的输入端作为所述电平转换单元的输入端与所述PMOS管的漏极相连，所述第二反相器的输出端与所述第三反相器的输入端相连；所述第三反相器的输出端作为所述电平转换单元的输出端向电子标签的数字基带处理器输出状态信号。
3.一种采用权利要求1或2所述的离合状态监控电路的电子标签，所述电子标签包括天线、射频模拟前端和数字基带处理器，所述射频模拟前端包括基准稳压电路，所述数字基带处理器包括状态控制机模块，其特征在于，所述电子标签还包括离合状态监控电路，所述离合状态监控电路与数字基带处理器的状态控制机模块连接并向状态控制机模块输出状态信号，同时接收状态控制机模块输入的电压控制信号，所述离合状态监控电路与射频模拟前端的基准稳压电路连接并向基准稳压电路提供供电电压。
全文摘要
本发明公开了一种离合状态监控电路以及采用该离合状态监控电路的电子标签。所述的离合状态监控电路包括PMOS管，与非门，第一反相器，电平转换单元和锁存器，所述的电平转换单元又包括第二反相器和第三反相器。本发明的离合状态监控电路相对现有的锁离合状态采集电路，可采用与电子标签芯片相同工艺的集成电路器件实现，电路结构简单，并且功耗较低，因而可以集成在电子标签芯片内部。集成了离合状态监控电路的电子标签作为物流行业中集装箱、保险箱流转的物联网监控节点，能及时的监控集装箱、保险箱的离合状态，保证了集装箱、保险箱流转的安全性。
文档编号G06K19/077GK102289708SQ20111022572
公开日2011年12月21日 申请日期2011年8月8日 优先权日2011年8月8日
发明者刘佳欣, 文光俊, 王耀 申请人:电子科技大学