专利名称：具有加速度传感器的无源射频标签的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种通过射频信号进行无接触识别的标签装置，尤其涉及一种能够感 知携带者运动情况的具有加速度器的电子标签。
背景技术：
随着专用集成芯片和无线通讯技术的发展，具备无接触识别能力的RFID技术凭 借其简单、便宜等特点已取得了广泛的应用。在物流跟踪、医院病员监控等场合经常能看到 RFID技术。然而目前RFID系统中的标签都由专门的集成芯片构成，储存的的信息都是简单 的ID信息。对于一些需要同时监测携带者运动的情况，如病人运动，普通标签提供的ID信 息显然远远不够。
发明内容
为了克服现有标签提供信息量简单的缺陷，尤其是不能监测携带者运动情况的不 足，本发明的目的在于提供一种具有加速度传感器的无源射频标签。该标签不仅可以向读 写器返回携带者的ID信息，还可通过采集加速度传感器来获取携带者的运动状况，以实现 更好的病员监测。本发明解决其技术问题所采用的技术方案一种具有加速度传感器的无源射频标签，该标签主要包括两部分射频前端和 MCU控制。其中，所述射频前端主要由PCB天线、整流模块、储能模块、稳压模块、解调模块、 调制模块组成；所述MCU控制部分包括微处理器模块、LED模块、EEPROM、Vout监测模块和 加速度器模块。PCB天线和解调模块分别与整流模块相连，稳压模块与储能模块相连，PCB 天线与调制模块相连；稳压模块、解调模块、调制模块、LED模块、EEPROM, Vout监测模块和 加速度器模块分别与微处理器模块相连。进一步地，所述微处理器模块由微控制器U0、晶振Y1、接插件Pl P2组成；Vout 监测模块由电压检测器U6和电平转换芯片U7组成；LED模块由发光二极管LEDl LED3、 电阻R4 R6、场效应管Q2 Q4组成；EEPROM由存储器芯片U5、电容C21、电阻R2和电阻 R3组成；加速度器模块由加速度器U4和电容C17 C20组成。本发明具有的有益效果是1)加速度器的引入弥补了传统标签信息量单一的缺陷，具有加速度传感器的无源 射频标签不仅可以提供标签携带者的ID信息，还能通过采集加速度器的数据来监测携带 者的运动情况。2)本发明综合了 RFID技术与传感器技术，通过把传感器技术加入到了 RFID中，使 得RFID技术更智能，也为RFID未来的发展提供了一种新的途径。3)本发明搭建的整流、解调、调制模块实现了传统标签中特定的RFID集成芯片的 功能，并且这种新的实现方式比传统的集成芯片具有更大的灵活性，非常便于扩展。
图1是本发明的整体结构框图；图2是本发明的程序流程图；图3是本发明的模拟前端电路原理图；图4是本发明的MCU控制电路原理图。
具体实施例方式下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明。如图1所示，描述了该新型标签的整体结构组成上半部分的模拟前端和下半部 分的MCU控制。模拟前端由PCB天线、整流模块、储能模块、稳压模块、解调模块、调制模块组 成。该部分完成射频信号到电能的转换与存储、读写器命令的解码和标签应答数据的编码。 MCU控制部分主要包括微处理器模块、LED模块、EEPROM、Vout监测模块、加速度器模块，该 部分完成对整个标签的控制以及对加速度传感器参数的采集。整个标签的能量由射频前端 模块中的储能电容提供。如图2所示，描述了该标签的工作过程。标签响应Reader的查询命令，采集加速 度传感器数据，然后返回给Reader，通讯完成后标签进入低功耗模式以降低能量消耗。如图3所示，是标签的模拟前端电路原理图。PCB天线主要由天线Antenna、可变 电容CV、电感Ll组成，其中天线Antenna的一端与可变电容CV的一端、电感Ll的一端、调 制模块中场效应管Ql的集电极连接，可变电容CV的另一端与地连接，电感Ll的另一端与 整流模块中电容(1、03、05、07、09、(11、(13的一端连接。整流模块主要由电容Cl C14 和检波管Dl D7构成，其中检波管Dl D7可以选用Agilent公司的零偏置肖特基检波 管 HSMS-285，检波管 Dl、D2、D3、D4、D5、D6、D7 的 3 脚分别与电容 Cl、C3、C5、C7、C9、ClU C13的一端连接，检波管Dl的1脚与地连接，检波管Dl的2脚与检波管D2的1脚、电容 C2的一端连接，检波管D2的2脚与检波管D3的1脚、电容C4的一端连接，检波管D3的2 脚与检波管D4的1脚、电容C6的一端连接，检波管D4的2脚与检波管D5的1脚、电容C8 的一端连接，检波管D5的2脚与检波管D6的1脚、电容ClO的一端连接，检波管D6的2 脚与检波管D7的1脚、电容C12的一端连接，检波管D7的2脚与电容C14的一端、储能模 块中二极管D8的正端、解调模块中二极管D9的正端、解调模块中电压比较器U2的4脚连 接，电容02丄4丄6丄8、(10、(12、(14的另一端与地连接。储能模块主要由二极管D8、储能 电容Cstore、稳压二极管ED组成，储能电容Cstore的端电压为Vout，二极管D8的负端与 储能电容Cstore的一端、稳压二极管ED的1脚、稳压模块中稳压芯片Ul的1脚和4脚连 接，储能电容Cstore的另一端与地连接，稳压二极管ED的2脚与地连接。稳压模块主要由 稳压芯片U1、电容C15组成，其中稳压芯片Ul可以选用ON Semiconductor公司的稳压器 NCP583SQ18，稳压芯片Ul的3脚输出Vreg，稳压芯片Ul的2脚与地连接，稳压芯片Ul的3 脚与电容C15的一端、解调模块中电平转换芯片U3的6脚、图4中微控制器UO的38和39 脚、图4中电阻RO的一端、图4中接插件Pl的1脚、图4中接插件P2的2脚、图4中电平 转换芯片U7的6脚、图4中电阻R2的一端、图4中电阻R3的一端、图4中的电容C21的一 端、图4中的存储器芯片U5的4脚，电容C15的另一端与地连接。解调模块主要由二极管 D9、电容C16、电压比较器U2、场效应管Q2、电平转换芯片U3组成，其中二极管D9的负端与
4电容C16的一端、电压比较器U2的3脚、电压比较器U2的5脚、电平转换芯片U3的1脚连 接，电容C16的另一端与地连接，电压比较器U2的2脚与场效应管Q2的3脚连接，电压比 较器U2的1脚与电平转换芯片U3的2脚连接，场效应管Q2的2脚与地连接，场效应管Q2 的1脚与图4中微控制器UO的30脚连接，电平转换芯片U3的3脚与地连接，电平转换芯 片U3的4脚与地连接，电平转换芯片U3的5脚与图4中微控制器UO的31脚连接。调制 模块主要由场效应管Ql、电阻Rl组成，其中电阻Rl的一端与图4中微控制器UO的32脚连 接，电阻Rl的另一端与场效应管Ql的基极连接，场效应管Ql的集电极与天线Antenna、可 变电容CV的一端、电感Ll的一端连接，场效应管Ql的发射极与地连接。如图4所示，描述了 MCU控制电路原理图的连接情况。微处理器模块主要由微控 制器U0、晶振Y1、电阻R0、接插件P1、接插件P2组成，其中微控制器可以选用TI公司的 MSP430F2274，微控制器UO的1、4、13脚与地连接，微控制器UO的2脚与晶振Yl的1脚连 接，微控制器UO的3脚与晶振Yl的2脚连接，微控制器UO的5脚与电阻RO的一端连接， 电阻RO的另一端与图3中稳压芯片Ul的3脚连接，微控制器UO的6、7、8脚分别与加速度 传感器U4的12、10、8脚、接插件卩2的5、6、7脚、电容C18、C19、C20的一端连接，微控制器 UO的9脚与加速度传感器U4的13 16引脚、电容C17的一端连接，微控制器UO的10脚 与存储器芯片U5的3脚、电阻R2的一端连接，微控制器UO的11脚与存储器芯片U5的1 脚、电阻R3的一端连接，微控制器UO的20、21、22脚分别与场效应管Q4、Q3、Q2的1脚连 接，微控制器UO的29脚与电平转换芯片U7的5脚、接插件P2的4脚连接，微控制器UO的 33脚与接插件P2的8脚连接，微控制器UO的37脚与接插件Pl的2脚连接，接插件Pl的 4脚与地连接，接插件P2的3脚与地连接。LED模块主要由发光二极管LEDl LED3、电阻 R4 R6、场效应管Q2 Q4组成，其中发光二极管LED1、LED2、LED3的正端与储能电容的端 电压Vout连接，发光二极管LED1、LED2、LED3的负端分别与电阻R4、R5、R6的一端连接，电 阻R4、R5、R6的另一端分别与场效应管Q2、Q3、Q4的3脚连接，场效应管Q2、Q3、Q4的2脚 与地连接。EEPROM主要由存储器芯片U5、电阻R2、电阻R3、电容C21组成，其中存储器芯片 U5的1脚与电阻R3的一端、微控制器UO的11脚连接，存储器芯片U5的2脚与地连接，存 储器芯片U5的3脚与电阻R2、微控制器UO的10脚连接，存储器芯片U5的4脚与电容C21 的一端、稳压芯片Ul的输出Vreg连接，存储器芯片TO的5脚与电容C21的一端、地连接，电 阻R2、R3的另一端与稳压芯片Ul的输出Vreg连接。Vout监测模块主要由电压检测器U6、 电平转换芯片U7组成，其中电压检测器U6的2、3脚与储能电容的端电压Vout连接，电压 检测器U6的4脚与地连接，电压检测器U6的1脚与电平转换芯片U7的2脚连接，电平转 换芯片U7的1脚与储能电容的端电压Vout连接，电平转换芯片U7的3、4脚与地连接，电 平转换芯片U7的5脚与微控制器UO的29脚、接插件P2的4脚连接，电平转换芯片U7的 6脚与稳压芯片Ul的输出Vreg连接。加速度器模块主要由加速度传感器U4、电容C17 C20组成，其中加速度传感器可以选用Analog Devices公司的ADXL330，加速度传感器U4的 1 7、11脚与地连接，加速度传感器U4的8、10、12脚与电容020丄19、(18的一端、微控制 器UO的8、7、6脚连接，加速度器U4的13 16脚与电容C17的一端、微控制器UO的9脚 连接，电容C17的另一端与地连接，电容C17 20的另一端与地连接。上述实施例用来解释说明本发明，而不是对本发明进行限制，在本发明的精神和 权利要求的保护范围内，对本发明作出的任何修改和改变，都落入本发明的保护范围。
权利要求
一种具有加速度器的无源射频标签，其特征在于，该标签主要包括两部分射频前端和MCU控制。其中，所述射频前端主要由PCB天线、整流模块、储能模块、稳压模块、解调模块、调制模块组成；所述MCU控制部分包括微处理器模块、LED模块、EEPROM、Vout监测模块和加速度器模块。PCB天线和解调模块分别与整流模块相连，稳压模块与储能模块相连，PCB天线与调制模块相连；稳压模块、解调模块、调制模块、LED模块、EEPROM、Vout监测模块和加速度器模块分别与微处理器模块相连。
2.根据权利要求1所述的具有加速度器的无源射频标签，其特征在于，所述微处理器 模块由微控制器U0、晶振Y1、接插件Pl P2组成。Vout监测模块由电压检测器U6和电平 转换芯片U7组成。LED模块由发光二极管LEDl LED3、电阻R4 R6、场效应管Q2 Q4 组成。EEPROM由存储器芯片TO、电容C21、电阻R2和电阻R3组成。加速度器模块由加速度 器U4和电容C17 C20组成。
全文摘要
本发明公开了一种具有加速度传感器的无源射频标签，该标签包括射频前端和MCU控制，射频前端主要由PCB天线、整流模块、储能模块、稳压模块、解调模块、调制模块组成；MCU控制部分包括微处理器模块、LED模块、EEPROM、Vout监测模块和加速度器模块；本发明不仅可以向读写器返回携带者的ID信息，还可通过采集加速度传感器来获取携带者的运动状况，以实现更好的病员监测。
文档编号G06K19/07GK101964071SQ20101050386
公开日2011年2月2日 申请日期2010年10月12日 优先权日2010年10月12日
发明者孙优贤, 江发昌, 程鹏, 贺诗波, 陈积明 申请人:浙江大学