无源物联网感知标签及物联网感知系统的制作方法

本技术涉及射频识别和物联网，具体地涉及一种无源物联网感知标签以及一种物联网感知系统。

背景技术：

1、目前，物联网感知标签的实现方式主要有两种。第一种，通过无源射频识别(radiofrequency identification，简称rfid)加传感器构成。射频识别技术是一种自动识别技术，利用射频信号通过空间耦合(交变磁场或电磁场)实现无接触信息传递，通过所传递的信息达到识别的目的。超高频840mhz～960mhz射频识别技术自身识别距离远(一般为3m～10m)，在资产管理、物流追踪、电力输电、配电杆塔巡检等领域应用。第二种，通过有源电子标签实现物联网感知。有源电子标签是指标签工作的能量由电池提供，电池、内存与天线一起构成有源电子标签，不同于被动射频的激活方式，它通过电池供电可主动外发信息，极容易与传感器结合，构建传感器通信网。常见的有源电子标签工作于433mhz频段或2.4ghz工作频段，通信距离可在50m～2000m，甚至更远。

2、现有的rfid技术存在以下缺点：

3、1)采用无源rfid技术的电子标签，所需的电能均来自读写器天线发送的射频能量。通信时，读写器发射频率、读写器天线中心频率、电子标签谐振频率必须保持一致，才能获得更大的能量和较为理想的通信效果。若电子标签增加传感功能，功耗会大幅增加，灵敏度会降低，直接导致通信距离减少，标签识别距离极大地缩减。

4、2)有源rfid标签，通过电池为标签供能，标签是否带传感功能都不会影响标签的通信距离。但是，有源rfid标签在远距离传输时，需通过增加发射功率才能实现，一般情况下20dbm发射功率时，工况环境下传输100m，功耗1.5w；30dbm发射功率时，工况环境下传输1.5km，功耗3.5w。然而，电池的电容量是有限的，发射功率越大耗电越快，电池寿命直接影响产品使用寿命，若更换电池也会增加设备维护成本。

技术实现思路

1、为了解决上述技术缺陷之一，本技术提供一种无源物联网感知标签。

2、本技术一方面提供一种无源物联网感知标签，包括：主控芯片、传感模块、射频识别标签模块以及微取能模块，主控芯片包括通信单元和硬件接口，射频识别标签模块和传感模块通过主控芯片的硬件接口与主控芯片连接；

3、所述传感模块包括多种不同传感功能的传感单元，用于感知环境信息得到多种感知数据，将感知数据传递到主控芯片；

4、所述主控芯片用于通过通信单元上传感知数据，同时通过硬件接口将感知数据传递至射频识别标签模块进行存储；

5、所述射频识别标签模块用于以射频识别方式向外部的读写器模块提供存储的感知数据；

6、所述微取能模块用于收集外界的微能量并转换成电能，为主控芯片、传感模块和射频识别标签模块供电。

7、本技术实施例中，所述微取能模块包括微能量转换模块、电源管理单元和储能单元，电源管理单元的输入端与微能量转换模块的输入端连接，储能单元的输入端与微能量转换模块的输出端连接，储能单元的输出端与电源管理单元的输入端连接；

8、所述微能量转换模块用于收集外界的微能量并转换成电能输出到电源管理单元和储能单元；

9、所述电源管理单元用于对输入的电能进行升压转换得到两路稳定电压，直接为主控芯片和射频识别标签模块供电；

10、所述储能单元用于储存电能，以及在微能量转换模块没有输出电能的情况下将储存的电能输出到电源管理单元。

11、本技术实施例中，所述微能量转换模块包括光电转换单元、射频能转换单元、温差能转换单元和/或振动能转换模块；

12、光电转换单元用于将光能转换为电能；

13、射频能转换单元用于将射频源发出的高频电磁波转换为电能；

14、温差能转换单元用于利用热电半导体材料的温差电效应将热能转换为电能；

15、振动能转换单元用于将振动能转换为电能。

16、本技术实施例中，所述射频识别标签模块包括：收发天线、射频电路单元、逻辑控制单元以及存储单元；

17、存储单元包括用于存储感知数据以及用于标识无源物联网感知标签的身份信息；

18、收发天线用于接收外部的读写器模块发送的射频信号；

19、射频电路单元用于根据收发天线接收的射频信号进行转换和解调；

20、逻辑控制单元用于根据射频电路单元解调得到的信号从存储单元读取感知数据返回到射频电路单元；

21、射频电路单元还用于将感知数据调制后加载到收发天线，通过收发天线将调制的感知数据回发给外部的读写器模块。

22、本技术实施例中，所述主控芯片还用于通过与射频识别标签模块连接的硬件接口读取射频识别标签模块存储的用于标识无源物联网感知标签的身份信息，通过通信单元上传感知数据和身份信息。

23、本技术实施例中，所述存储单元包括用户区和身份信息区；用户区用于存储感知数据和配置信息，该配置信息包括传输频率、传输功率以及上传频次；身份信息区存储用于标识无源物联网感知标签的身份信息。

24、本技术实施例中，所述射频识别标签模块还用于在接收到含有配置信息的射频信号时，根据射频信号中的配置信息更新用户区存储的配置信息，在配置信息更新完成时向主控芯片发送触发更新信号；

25、所述主控芯片在接收到触发更新信号时，通过硬件接口回读射频识别标签模块的用户区的配置信息，根据回读的配置信息中的传输频率、传输功率和上传频次，对通信单元上传感知数据的传输频率、传输功率和上传频次进行更新设置。

26、本技术实施例中，所述传感模块包括温度传感单元、湿度传感单元或倾角姿态传感单元。

27、本技术另一方面提供一种物联网感知系统，包括：无源物联网感知标签、移动终端和远程主站；

28、所述无源物联网感知标签包括：主控芯片、传感模块、射频识别标签模块以及微取能模块，主控芯片包括通信单元和硬件接口，射频识别标签模块和传感模块通过主控芯片的硬件接口与主控芯片连接；

29、所述传感模块包括多种不同传感功能的传感单元，用于感知环境信息得到多种感知数据，将感知数据传递到主控芯片；

30、所述主控芯片用于通过通信单元将感知数据上传到远程主站，同时通过硬件接口将感知数据传递至射频识别标签模块进行存储；

31、所述射频识别标签模块用于存储感知数据，以射频识别方式提供存储的感知数据；

32、所述微取能模块用于收集外界的微能量并转换成电能，为主控芯片、传感模块和射频识别标签模块供电；

33、所述移动终端包括射频识别的读写器模块，用于以射频识别方式从射频识别标签模块读取感知数据。

34、本技术实施例中，所述微取能模块包括微能量转换模块、电源管理单元和储能单元，电源管理单元的输入端与微能量转换模块的输入端连接，储能单元的输入端与微能量转换模块的输出端连接，储能单元的输出端与电源管理单元的输入端连接；

35、所述微能量转换模块用于收集外界的微能量并转换成电能输出到电源管理单元和储能单元；

36、所述电源管理单元用于对输入的电能进行升压转换得到两路稳定电压，直接为主控芯片和射频识别标签模块供电；

37、所述储能单元用于储存电能，以及在微能量转换模块没有输出电能的情况下将储存的电能输出到电源管理单元。

38、本技术实施例中，所述射频识别标签模块包括存储单元，该存储单元包括用户区和身份信息区；用户区用于存储感知数据和配置信息，该配置信息包括传输频率、传输功率以及上传频次；身份信息区存储用于标识无源物联网感知标签的身份信息。

39、本技术实施例中，所述移动终端的读写器模块还用于发送含有配置信息的射频信号；

40、所述射频识别标签模块还用于在接收到含有配置信息的射频信号时，根据射频信号中的配置信息更新用户区存储的配置信息，在配置信息更新完成时向主控芯片发送触发更新信号；

41、所述主控芯片在接收到触发更新信号时，通过硬件接口回读射频识别标签模块的用户区的配置信息，根据回读的配置信息中的传输频率、传输功率和上传频次，对通信单元上传感知数据的传输频率、传输功率和上传频次进行更新设置。

42、本技术实施例中，物联网感知系统还包括：汇集节点；

43、所述主控芯片通过与射频识别标签模块连接的硬件接口读取射频识别标签模块存储的用于标识无源物联网感知标签的身份信息，通过通信单元将感知数据和身份信息上传到汇集节点；

44、所述汇集节点将接收到的感知数据和身份信息上传至远程主站。

45、本技术实施例中，所述无源物联网感知标签安装于输电杆塔，用于标识输电杆塔的身份信息、监测输电杆塔的倾斜姿态和环境信息。

46、本技术的无源物联网感知标签集成多种不同传感功能的传感单元，具有环境感知功能；通过主控芯片将感知数据传递到射频识别标签模块进行存储同时上传感知数据到远程端，射频识别标签模块以射频识别方式在本地提供感知数据，便于用户本地读取和使用感知数据，同时便于远程监管。此外，本技术通过微取能模块收集外界的微弱能量将其转化为电能，持续从外部转换能量为标签整体供电，可以在射频传输大量感知数据的情况下维持标签原有的灵敏度，并保持标签识别距离不缩减；相对于通过电池供电的有源rfid标签，本技术的微取能模块可以持续供电，无需更换电池，可降低设备维护成本、延长设备使用寿命。