Rfid读写器、电子标签及读写方法
【专利摘要】本发明公开了一种RFID读写方法，包括：RFID读写器调制低频调制信号，并通过低频磁场信息通道传输给RFID电子标签；RFID电子标签根据低频调制信号执行操作，并将操作结果通过特高频射频信息通道返回给RFID读写器。本发明还公开了一种RFID读写器，包括：低频振荡信号发生器、第一MCU、第一信号调制器、低频调制信号放大器、天线线圈、特高频无线接收器和第一信号解调器。本发明还公开了一种RFID电子标签，包括：低频接收器、第二信号解调器、第二MCU、可编程衰减器、信号强度检测器、特高频信号发射器、特高频信号发生及调制器和存储器。从而利用低频磁场信息通道精确地控制读头与卡片间的操作距离。
【专利说明】RFID读写器、电子标签及读写方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及RFID (Radio Frequency Identification,无线射频识别）【技术领域】。
【背景技术】
[0002] 随着科技的进步，经济水平的不断提高，市场上出现了许多智能产品。比如：智能 停车收费系统，门禁等。与之相配套的信息采集产品（RFID读头或读写器；与此相配套的电 子标签，以下称卡片）也相应出现。
[0003] 针对一些特殊场合的应用，市面上现有的信息采集产品逐渐显露出不同程度的弊 端。例如：在智能停车场收费系统中用到了远距离读头，解决了车主进出场时近距离取卡刷 卡不方便且效率低的问题，提升了系统的智能化。但同时，也出现了新的问题。如：跟车误 放行问题（前车停在道闸前等待授权经过或者是非法车辆禁行，此时后面又来车，逼近前 车时后车上的远距离卡被读到，将前车非法放行）；还有邻道误读问题（带有远距离卡的车 辆在正常行驶的车道上通过时，卡片被邻道读头读到，以至于非法放行领道车辆）。以上两 个问题出现的主要原因是远距离读头的读卡距离不能精确控制，通常实际的读卡距离比事 先设定好的读卡距离远了很多或者近了很多。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的在于提供配套的RFID读写器和RFID电子标签，以及RFID读写方 法，利用低频磁场信息通道精确地控制读头与卡片间的操作距离，以解决现有技术中一个 或多个问题。
[0005] 实现上述目的的技术方案是：
[0006] 一种RFID读写方法，包括：
[0007] RFID读写器调制低频调制信号，并通过低频磁场信息通道传输给RFID电子标签；
[0008] RFID电子标签根据低频调制信号执行操作，并将操作结果通过特高频射频信息通 道返回给RFID读写器。
[0009] 在一些实施例中，所述低频调制信号包括读卡距离信息，所述RFID电子标签根据 读卡距离信息设置衰减度；
[0010] 所述RFID电子标签根据设置的衰减度对所述低频调制信号衰减，检测衰减后的 低频调制信号的强度，在检测的强度大于预存的磁场强度阈值时，根据所述低频调制信号 执行相应操作。
[0011] 在一些实施例中，所述RFID读写器调制低频调制信号并传输给所述RFID电子标 签的过程包括：
[0012] 产生低频载波信号；
[0013] 输入调制命令和调制数据，将低频载波信号调制成包括读卡距离信息的低频调制 信号；
[0014] 将低频调制信号放大，并产生与放大后的低频调制信号同步的交变磁场；
[0015] 所述RFID电子标签根据低频调制信号执行操作，并将操作结果返回给RFID读写 器的过程包括：
[0016] 通过交变磁场接收低频调制信号；
[0017] 将低频调制信号解调，得到相应数据信息；
[0018] 根据解调得到的数据信息中的读卡距离信息设置衰减度；
[0019] 根据衰减度将所述低频调制信号衰减，检测衰减后的低频调制信号的强度，在检 测结果大于预存的磁场强度阈值时，根据解调得到的数据信息执行相应操作，并输出操作 结果；
[0020] 产生特高频射频信号；
[0021] 根据操作结果对特高频射频信号进行调制，将调制后的特高频射频信号传输给所 述RFID读写器。
[0022] 在一些实施例中，所述低频载波信号为10?300KHZ载波信号；所述特高频射频信 号为200?800MHZ射频信号。
[0023] 在一些实施例中，所述RFID电子标签根据低频调制信号读取存储器相应扇区的 信息，然后将结果调制成射频信号发射返回给所述RFID读写器。
[0024] 一种RFID读写器，包括：
[0025] 低频振荡信号发生器，用于产生低频载波信号；
[0026] 第一 MCU(微处理器），用于输出调制命令和调制数据；
[0027] 第一信号调制器，根据所述调制命令和调制数据将所述低频载波信号调制成低频 调制信号；
[0028] 低频调制信号放大器，用于将所述低频调制信号放大；
[0029] 天线线圈，用于产生与放大后的低频调制信号同步的交变磁场；
[0030] 特高频无线接收器，用于接收RFID电子标签传送的特高频射频信号并转发至第 一信号解调器；以及
[0031] 第一信号解调器，将所述特高频射频信号解调，得到相应数据信息并传输给所述 第 一 MCU。
[0032] 在一些实施例中，所述低频载波信号为10?300KHZ载波信号。
[0033] -种RFID电子标签，包括：
[0034] 低频接收器，用于接收RFID读写器发出的低频调制信号；
[0035] 第二信号解调器，将所述低频调制信号解调，得到相应数据信息并输出；
[0036] 第二MCU，根据解调得到的数据信息中的读卡距离信息，生成衰减度编程指令并输 出；
[0037] 可编程衰减器，根据衰减度编程指令进行衰减度的编程设置，之后将低频调制信 号哀减后输出；
[0038] 信号强度检测器，对衰减后的低频调制信号进行强度检测，在检测结果大于预存 的磁场强度阈值时，通知所述第二MCU根据解调得到的数据信息执行相应操作，该第二MCU 输出操作结果；
[0039] 特高频信号发射器；以及
[0040] 特高频信号发生及调制器，用于产生特高频射频信号，并根据所述第二MCU输出 的操作结果对特高频射频信号进行调制，将调制后的特高频射频信号通过所述特高频信号 发射器发射出去。
[0041] 在一些实施例中，所述特高频射频信号为200?800MHZ射频信号。
[0042] 在一些实施例中，还包括用于存储所述第二MCU输出的操作结果的存储器。
[0043] 本发明的有益效果是：
[0044] 本发明引入低频磁场信息通道，利用低频磁场信息通道的特点（随着低频磁场发 生端与接收端的距离增加低频信号强度迅速降低），对读头与卡片间的操作距离进行精确 控制。通过对卡片上设置可编程衰减器进行调节卡片与读头间的读写操作距离，避免了目 前实际的读卡距离比事先设定好的读卡距离远了很多或者近了很多的缺陷。
【专利附图】
【附图说明】
[0045] 图1是本发明一种实施方式的RFID读写方法的流程图；
[0046] 图2是本发明一种实施方式的RFID读写器的结构图；
[0047] 图3是本发明一种实施方式的RFID电子标签的结构图；
[0048] 图4是本发明一种实施方式中可编程衰减器的工作原理图。
【具体实施方式】
[0049] 下面结合附图，对本发明作进一步详细说明。
[0050] 本发明的RFID读写方法，基于配套的RFID读写器和RFID电子标签，请参阅图1， 包括：
[0051] 步骤Sl，RFID读写器调制低频调制信号，并通过低频磁场信息通道传输给RFID电 子标签，具体包括步骤：
[0052] 步骤Sll，RFID读写器产生低频（10?300KHZ)载波信号。即：引入低频磁场信息 通道（通过产生与低频调制信号同步的交变磁场实现），利用低频磁场信息通道的特点（随 着低频磁场发生端与接收端的距离增加低频信号强度迅速降低）来实现本发明。本实施例 中，该低频载波信号为10?300KHZ载波信号。
[0053] 步骤S12,向RFID读写器输入调制命令和调制数据，RFID读写器根据调制命令和 调制数据将低频载波信号调制成包含有读卡距离信息的低频调制信号；显然，读卡距离信 息来自调制数据。
[0054] 步骤S13, RFID读写器将低频调制信号放大，并产生与放大后的低频调制信号同 步的交变磁场，以此实现通过低频磁场信息通道传输。
[0055] 步骤S2, RFID电子标签根据低频调制信号执行操作，并将操作结果通过特高频射 频信息通道返回给RFID读写器。具体包括步骤：
[0056] 步骤S21，当RFID电子标签与RFID读写器的距离小于它们间信息传输有效距离 (RFID读写器产生的磁场强度有效范围内）时，RFID电子标签通过交变磁场接收低频调制 信号；由于从读头往卡片方向的信息通道是采用低频通道，根据其特点，在卡片上很容易检 测到低频磁场信号的强弱变化。
[0057] 步骤S22, RFID电子标签将低频调制信号解调，得到相应的数据信息。
[0058] 步骤S23, RFID电子标签根据解调得到的数据信息中的读卡距离信息设置衰减 度。具体地：
[0059] 通过可编程衰减器实现，其工作原理如图4所示：将接收的信号通过电阻（R1-R4) 分压的方式进行衰减，并且把阻值（R1-R4)分级量化以实现可编程控制。即：在电路设计 时选择好的分压电阻的阻值参数，就能通过调节开关（S1-S3)闭合或断开实现对输入信号 (INPUT)的不同衰减度，并达到衰减度与读卡距离统一对应的关系实现读卡距离信息设置 衰减度的目的。图4中，output表示输出信号，GND表示接地。
[0060] 步骤S24, RFID电子标签根据衰减度将低频调制信号衰减，并检测衰减后的低频 调制信号的强度，在检测结果大于预存的磁场强度阈值时，根据解调得到的数据信息执行 相应操作（比如：根据读头传来的读存储器的信息（低频调制信号），进行读取存储器相应 扇区然后调制成射频发射返回读头。还有将信息写入存储器。等等…），并输出操作结果。 从而通过调节衰减度，实现对卡片和读头之间的读写操作距离的可调，进行精确控制。
[0061] 步骤S25, RFID电子标签产生特高频（200?800MHZ)射频信号。
[0062] 步骤S26,根据操作结果对特高频射频信号进行调制，将调制后的特高频射频信号 传输给RFID读写器。即：通过特高频射频信息通道将信号返回给RFID读写器，实现整个读 写操作过程。
[0063] 为了实现上述方法，本发明还提供了配套的RFID读写器和RFID电子标签，叙述如 下：
[0064] 请参阅图2,本发明的RFID读写器，包括：低频振荡信号发生器11、第一 MCU 12、 第一信号调制器13、低频调制信号放大器14、天线线圈15、特高频无线接收器16和第一信 号解调器17。其中：
[0065] 低频振荡信号发生器11、第一信号调制器13、低频调制信号放大器14和天线线圈 15依次串接。特高频无线接收器16、第一信号解调器17、第一 MCU 12和第一信号调制器 13依次串接。
[0066] 低频振荡信号发生器11产生低频载波信号，并发送到第一信号调制器13。第一 MCU 12输出调制命令和调制数据给第一信号调制器13,这些调制命令和调制数据可以预 存于运行中的程序，也可以由人工通过第一 MCU 12输入。
[0067] 第一信号调制器13根据调制命令和调制数据将低频载波信号调制成低频调制信 号（低频调制信号中包含读卡距离信息，来自调制数据），并发送到低频调制信号放大器14 放大。天线线圈15产生与放大后的低频调制信号同步的交变磁场。此时，RFID电子标签 一旦进入天线线圈15周围（磁场强度有效范围）内，该RFID电子标签将通过接收低频调 制信号执行相关操作（比如：根据读头传来的读存储器的信息，进行读取存储器相应扇区 然后调制成射频发射返回读头。还有将信息写入存储器。等等….），其操作结果用特高频 返回RFID读写器。
[0068] 特高频无线接收器16接收RFID电子标签传送的特高频射频信号（操作结果），转 发至第一信号解调器17实现解调，得到的相应数据信息传输给第一 MCU 12。
[0069] 请参阅图3,本发明的RFID电子标签，包括：低频接收器21、第二信号解调器22、 第二MCU 23、可编程衰减器24、信号强度检测器25、特高频信号发射器26、特高频信号发生 及调制器27和存储器28。其中：
[0070] 一方面，低频接收器21通过第二信号解调器22连接第二MCU 23。
[0071] 另一方面，低频接收器21、可编程衰减器24、信号强度检测器25、第二MCU 23、特 高频信号发生及调制器27和特高频信号发射器26依次串接。同时，第二MCU 23还连接可 编程衰减器24。
[0072] 低频接收器21通过天线线圈15产生的交变磁场接收RFID读写器发出的低频调 制信号，并通过两路将低频调制信号发送出去。一路低频调制信号通过第二信号解调器22 解调，得到的数据信息传输给第二MCU 23进行处理（根据解调得到的数据信息中的读卡距 离信息，生成衰减度编程指令并输出给可编程衰减器24)。另一路低频调制信号通过可编程 衰减器24衰减后到达信号强度检测器25,进行低频磁场信号的强度检测，如果检测结果大 于预存的磁场强度阈值时，信号强度检测器25通知第二MCU 23执行相应操作（比如：根据 读头传来的读存储器的信息，进行读取存储器相应扇区的信息，然后调制成射频发射返回 读头。还有将信息写入存储器。等等....），并输出操作结果，否则不做任何操作。输出的 操作结果一方面存于存储器28, 一方面输出给特高频信号发生及调制器27。
[0073] 特高频信号发生及调制器27产生特高频射频信号，并根据第二MCU23输出的操作 结果对该特高频射频信号进行调制，最后将调制后的特高频射频信号通过特高频信号发射 器26发射出去，由特高频无线接收器16接收。
[0074] 而读卡距离调节是通过可编程衰减器24实现（见上述）。第二MCU 23根据解调 得到的数据信息中的读卡距离信息，生成衰减度编程指令并输出给可编程衰减器24(根据 解调得到的数据信息是一种固定格式的信息，读卡距离的信息就被安放在相应的位置，第 二MCU只要单独取出这个数据并传输给可编程衰减器即可。）。可编程衰减器24根据衰减 度编程指令进行衰减度的编程设置，以调节成相应衰减度，之后将接收自低频接收器21的 低频调制信号衰减后输出给信号强度检测器25。衰减度越高进入信号强度检测器25的信 号就越弱，读卡距离就越近，反之亦然。
[0075] 以上所述仅是本发明的一种实施方式，应当指出，对于本领域普通技术人员来说， 在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干相似的变形和改进，这些也应视为本 发明的保护范围之内。
【权利要求】
1. 一种RFID读写方法，其特征在于，包括： RFID读写器调制低频调制信号，并通过低频磁场信息通道传输给RFID电子标签； RFID电子标签根据低频调制信号执行操作，并将操作结果通过特高频射频信息通道返 回给RFID读写器。
2. 根据权利要求1所述的RFID读写方法，其特征在于， 所述低频调制信号包括读卡距离信息，所述RFID电子标签根据读卡距离信息设置衰 减度； 所述RFID电子标签根据设置的衰减度对所述低频调制信号衰减，检测衰减后的低频 调制信号的强度，在检测的强度大于预存的磁场强度阈值时，根据所述低频调制信号执行 相应操作。
3. 根据权利要求2所述的RFID读写方法，其特征在于， 所述RFID读写器调制低频调制信号并传输给所述RFID电子标签的过程包括： 产生低频载波信号； 输入调制命令和调制数据，将低频载波信号调制成包括读卡距离信息的低频调制信 号； 将低频调制信号放大，并产生与放大后的低频调制信号同步的交变磁场； 所述RFID电子标签根据低频调制信号执行操作，并将操作结果返回给RFID读写器的 过程包括： 通过交变磁场接收低频调制信号； 将低频调制信号解调，得到相应数据信息； 根据解调得到的数据信息中的读卡距离信息设置衰减度； 根据衰减度将所述低频调制信号衰减，检测衰减后的低频调制信号的强度，在检测 结果大于预存的磁场强度阈值时，根据解调得到的数据信息执行相应操作，并输出操作结 果； 产生特高频射频信号； 根据操作结果对特高频射频信号进行调制，将调制后的特高频射频信号传输给所述 RFID读写器。
4. 根据权利要求3所述的RFID读写方法，其特征在于，所述低频载波信号为10? 300KHZ载波信号；所述特高频射频信号为200?800MHZ射频信号。
5. 根据权利要求1所述的RFID读写方法，其特征在于，所述RFID电子标签根据低频调 制信号读取存储器相应扇区的信息，然后将结果调制成射频信号发射返回给所述RFID读 与器。
6. -种RFID读写器，其特征在于，包括： 低频振荡信号发生器，用于产生低频载波信号； 第一 MCU，用于输出调制命令和调制数据； 第一信号调制器，根据所述调制命令和调制数据将所述低频载波信号调制成低频调制 信号； 低频调制信号放大器，用于将所述低频调制信号放大； 天线线圈，用于产生与放大后的低频调制信号同步的交变磁场； 特高频无线接收器，用于接收RFID电子标签传送的特高频射频信号并转发至第一信 号解调器；以及 第一信号解调器，将所述特高频射频信号解调，得到相应数据信息并传输给所述第一 MCU。
7. 根据权利要求6所述的RFID读写器，其特征在于，所述低频载波信号为10?300KHZ 载波信号。
8. -种RFID电子标签，其特征在于，包括： 低频接收器，用于接收RFID读写器发出的低频调制信号； 第二信号解调器，将所述低频调制信号解调，得到相应数据信息并输出； 第二MCU，根据解调得到的数据信息中的读卡距离信息，生成衰减度编程指令并输出； 可编程衰减器，根据衰减度编程指令进行衰减度的编程设置，之后将低频调制信号衰 减后输出； 信号强度检测器，对衰减后的低频调制信号进行强度检测，在检测结果大于预存的磁 场强度阈值时，通知所述第二MCU根据解调得到的数据信息执行相应操作，该第二MCU输出 操作结果； 特高频信号发射器；以及 特高频信号发生及调制器，用于产生特高频射频信号，并根据所述第二MCU输出的操 作结果对特高频射频信号进行调制，将调制后的特高频射频信号通过所述特高频信号发射 器发射出去。
9. 根据权利要求8所述的RFID电子标签，其特征在于，所述特高频射频信号为200? 800MHZ射频信号。
10. 根据权利要求8所述的RFID电子标签，其特征在于，还包括用于存储所述第二MCU 输出的操作结果的存储器。
【文档编号】G06K19/077GK104217235SQ201410468986
【公开日】2014年12月17日 申请日期:2014年9月15日 优先权日:2014年9月15日
【发明者】陈振峰, 向永良 申请人:陈振峰, 永良