射频识别数据传输的方法、系统及RFID标签的硬件平台

摘要

本发明提供一种射频识别数据传输的方法、系统及RFID标签的硬件平台，属于物联网无线数据业务通信领域，所述方法包括：当射频识别RFID标签的硬件平台接收到来自射频识别RFID阅读器的请求消息时，根据所述请求消息，启动射频识别RFID数据传输，RFID标签的硬件平台将RFID数据传输给RFID阅读器；当RFID标签的硬件平台在预定时间段内没有接收到来自RFID阅读器的请求消息时，RFID标签的硬件平台自动启动RFID数据传输，并将RFID数据传输给RFID阅读器。实现了在RFID数据传输过程中，RFID标签的硬件平台的传输方式可在主动传输方式和被动传输方式之间相互自动切换，有效降低RFID数据传输过程中的产生的功耗。

说明书

技术领域

本发明属于物联网无线数据业务通信领域，尤其涉及一种RFID(射频识 别)数据传输的方法、系统及RFID标签的硬件平台。

背景技术

近年来，传感器技术、RFID技术、无线传感器网络技术以及移动通信技 术的发展对众多领域都引起了一场变革。基于微终端设备实现任意的无线互联 互通，正将成为新的高新技术研究热点和市场投资热点，城市各种管网信息化 建设与管理也无不例外。

在RFID系统中，信号发射机为了不同的应用目的，会以不同的形式存在， 典型的形式是标签(TAG)。标签相当于条码技术中的条码符号，用来存储需 要识别传输的信息，另外，与条码不同的是，标签必须能够自动或在外力的作 用下，把存储的信息主动发射出去。标签一般是带有线圈、天线、存储器与控 制系统的低电集成电路。按照标签获取电能的方式不同，可以把标签分成主动 式标签与被动式标签。

主动传输射频信号的RFID单元称为主动式标签，该主动标签内部自带电 池进行供电，主动式标签的电能充足，工作可靠性高，信号传送的距离远。主 动式标签的缺点主要是标签的使用寿命受到限制，而且随着标签内电池电力的 消耗，数据传输的距离会越来越小，影响系统的正常工作。

主动传输射频信号的RFID单元称为被动式标签，该被动式标签内部不带 电池，要靠外界提供能量才能正常工作。被动式标签典型的产生电能的装置是 天线与线圈，当标签进入系统的工作区域，天线接收到特定的电磁波，线圈就 会产生感应电流，在经过整流电路给标签供电。被动式标签具有永久的使用期， 常常用在标签信息需要每天读写或频繁读写多次的地方，而且被动式标签支持 长时间的数据传输和永久性的数据存储。被动式标签的缺点主要是数据传输的 距离要比主动式标签短。因为被动式标签依靠外部的电磁感应而供电，它的电 能就比较弱，数据传输的距离和信号强度就受到限制，需要敏感性比较高的信 号接收器(RFID阅读器)才能可靠识读。

虽然，目前存在一些有源RFID技术的应用，但标签主要的传输方式为： 主动传输射频信号，而长时间的选择此种传输方式定会产生大量的电能消耗， 不太利用低功耗产品的推广应用。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的目的是提供一种射频识别数据传输的方法、 系统及RFID标签的硬件平台，实现了在RFID数据传输过程中，RFID标签的 硬件平台的传输方式可在主动传输方式和被动传输方式之间相互自动切换，有 效降低RFID数据传输过程中产生的功耗。

为了达到上述目的，本发明提供一种射频识别数据传输的方法，所述方法 包括：

当射频识别RFID标签的硬件平台接收到来自射频识别RFID阅读器的请 求消息时，根据所述请求消息，启动射频识别RFID数据传输，RFID标签的 硬件平台将RFID数据传输给RFID阅读器；

当RFID标签的硬件平台在预定时间段内没有接收到来自RFID阅读器的 请求消息时，RFID标签的硬件平台自动启动RFID数据传输，并将RFID数据 传输给RFID阅读器。

优选的，所述根据所述请求消息，启动射频识别RFID数据传输的步骤具 体包括：

根据所述请求消息，唤醒所述RFID标签的硬件平台中的微控制器；

所述微控制器控制所述RFID标签的硬件平台中的传感器进行RFID数据 的采集；

所述RFID数据采集完成后，关闭所述传感器。

优选的，所述RFID标签的硬件平台将RFID数据传输给RFID阅读器的 步骤之后，所述方法还包括：

所述RFID数据传输完成后，所述微控制器进入到休眠状态。

优选的，所述RFID标签的硬件平台自动启动RFID数据传输的步骤具体 包括：

自动唤醒所述RFID标签的硬件平台中的微控制器；

所述微控制器控制所述RFID标签的硬件平台中的传感器进行RFID数据 的采集；所述RFID数据采集完成后，关闭所述传感器。

优选的，所述将RFID数据传输给RFID阅读器的步骤之后，所述方法还 包括：

所述RFID数据传输完成后，所述微控制器进入到休眠状态，并启动下一 轮计时。

优选的，所述方法还包括：

预先设置所述RFID阅读器的工作模式，所述工作模式包括：主动请求模 式和被动接收模式，其中

当所述RFID阅读器的工作模式为主动请求模式时，在所述预定时间段内， 所述RFID阅读器向所述RFID标签的硬件平台发送所述请求消息。

优选的，所述方法还包括：

当所述RFID阅读器的工作模式为被动接收模式时，所述RFID阅读器循 环接收所述RFID标签的硬件平台发过来的RFID数据。

为了达到上述目的，本发明还提供一种射频识别数据传输的系统，包括： RFID标签的硬件平台和RFID阅读器，所述RFID标签的硬件平台，用于当接 收到来自RFID阅读器的请求消息时，根据所述请求消息，启动RFID数据传 输，将RFID数据传输给RFID阅读器；以及，当在预定时间段内没有接收到 来自RFID阅读器的请求消息时，自动启动RFID数据传输，将RFID数据传 输给RFID阅读器。

优选的，所述RFID标签的硬件平台包括：

传感器，用于采集RFID数据；

标签微控制器，与所述传感器连接，用于当接收到来自RFID阅读器的请 求消息时，根据所述请求消息，启动RFID数据传输，将所述传感器采集的所 述RFID数据传输给RFID阅读器；以及，用于当在预定时间段内没有接收到 来自RFID阅读器的请求消息时，自动启动RFID数据传输，将所述传感器采 集的所述RFID数据传输给RFID阅读器；

标签天线，与所述标签微控制器连接，用于与RFID阅读器进行无线通信；

标签供电模块，与所述传感器和所述标签微控制器连接，用于向所述传感 器和所述标签微控制器供电。

优选的，所述RFID阅读器包括：

阅读器天线，用于与所述RFID标签的硬件平台进行无线通信；

阅读器微控制器，与所述阅读器天线连接，用于预先设置所述RFID阅读 器的工作模式，所述工作模式包括：主动请求模式和被动接收模式，当所述 RFID阅读器的工作模式为主动请求模式时，在所述预定时间段内，向所述 RFID标签的硬件平台发送所述请求消息；当所述RFID阅读器的工作模式为 被动接收模式时，循环接收所述RFID标签的硬件平台发过来的RFID数据；

外部通信接口，与所述阅读器微控制器连接，用于向外部设备转发所述 RFID数据；

阅读器供电模块，与所述阅读器天线、所述阅读器微控制器和外部通信接 口连接，用于向所述阅读器天线、所述阅读器微控制器和所述外部通信接口供 电。

为了达到上述目的，本发明还提供一种RFID标签的硬件平台，包括：

传感器，用于采集RFID数据；

标签微控制器，与所述传感器连接，用于当接收到来自RFID阅读器的请 求消息时，根据所述请求消息，启动RFID数据传输，将所述传感器采集的所 述RFID数据传输给RFID阅读器；以及，用于当在预定时间段内没有接收到 来自RFID阅读器的请求消息时，自动启动RFID数据传输，将所述传感器采 集的所述RFID数据传输给RFID阅读器；

标签天线，与所述标签微控制器连接，用于与RFID阅读器进行无线通信；

标签供电模块，与所述传感器和所述标签微控制器连接，用于向所述传感 器和所述标签微控制器供电。

由上述技术方案可知，本发明的实施例具有如下有益效果：当RFID标签 的硬件平台接收到来自RFID阅读器的请求消息时，根据请求消息，启动RFID 数据传输，RFID标签的硬件平台将RFID数据传输给RFID阅读器；当RFID 标签的硬件平台在预定时间段内没有接收到来自RFID阅读器的请求消息时， RFID标签的硬件平台自动启动RFID数据传输，并将RFID数据传输给RFID 阅读器，实现了在RFID数据传输过程中，RFID标签的硬件平台的传输方式 可在主动传输方式和被动传输方式之间相互自动切换，有效降低RFID数据传 输过程中的产生的功耗，该RFID数据传输方式可长时间的服务于城市管道在 线监控领域。

附图说明

图1为本发明的实施例中RFID数据传输的方法流程图；

图2为本发明的实施例中RFID标签的硬件平台被动传输方式的流程图；

图3为本发明的实施例中RFID标签的硬件平台主动传输方式的流程图；

图4为本发明的实施例中RFID阅读器的读取数据的流程图；

图5为本发明的实施例中RFID标签的硬件平台的结构示意图；

图6为本发明的实施例中RFID阅读器的结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实 施例和附图，对本发明实施例做进一步详细地说明。在此，本发明的示意性实 施例及说明用于解释本发明，但并不作为对本发明的限定。

参见图1，为本发明的实施例中RFID数据传输的方法流程图，具体步骤 如下：

步骤101、判断RFID标签的硬件平台在预定时间段内是否收到来自RFID 阅读器的请求消息？若是，执行步骤102；否则，执行步骤103；

步骤102、当RFID标签的硬件平台接收来自RFID阅读器的请求消息时， 根据所述请求消息，启动RFID数据传输，RFID标签的硬件平台将RFID数据 传输给RFID阅读器；

当RFID标签的硬件平台接收到请求消息后，该请求消息可唤醒RFID标 签的硬件平台上的微控制器，由该微控制器启动RFID数据传输过程。这种 RFID数据传输方式可称为RFID数据的被动传输方式。

在本实施例中，上述请求消息可以是RFID阅读器向RFID标签的硬件平 台发送的轮询消息，该轮询消息是指RFID阅读器间隔预定的时间不断的向 RFID标签的硬件平台发送请求消息。

步骤103、当RFID标签的硬件平台在预定时间段内没有接收到来自RFID 阅读器的请求消息时，RFID标签的硬件平台自动启动RFID数据传输，将RFID 数据传输给RFID阅读器。

当RFID标签的硬件平台在预定时间段内没有接收到来自RFID阅读器的 请求消息时，RFID标签的硬件平台自动启动RFID数据传输。这种RFID数据 传输方式可称为RFID数据的主动传输方式。

在本实施例中，该RFID标签的硬件平台上可通过定时器来计时，以判断 在预定时间段内是否接收到来自RFID阅读器的请求消息，在本实施例中并不 限定该预定的时间段的具体范围，可根据具体情况进行调整。

步骤101～步骤103中介绍了RFID标签的硬件平台侧的RFID数据传输过 程。相应的，在上述方法中还包括RFID阅读器侧的RFID数据传输过程，具 体步骤如下：

预先设置RFID阅读器的工作模式，所述工作模式包括：主动请求模式和 被动接收模式，其中

当所述RFID阅读器的工作模式为主动请求模式时，在所述预定时间段内， 所述RFID阅读器向所述RFID标签的硬件平台发送请求消息；

当所述RFID阅读器的工作模式为被动接收模式时，所述RFID阅读器循 环接收所述RFID标签的硬件平台发过来的RFID数据。

在本实施例中，通过执行上述步骤可实现RFID数据的传输方式在主动传 输方式与被动传输方式之间自动切换。这种切换方式，可以是通过在RFID标 签的硬件平台上设置一个定时变量参数，来实现两种传输方式的自动切换。

例如系统默认在RFID标签的硬件平台和RFID阅读器之间RFID数据的 传输方式被动传输方式，当RFID标签的硬件平台由于在预定时间段内没有接 收到请求消息，RFID标签的硬件平台中的MCU(微控制器)会被自动唤醒， 并启动RFID标签的硬件平台中的传感器并读取RFID数据，然后通过RFID 标签的硬件平台的天线，将RFID标签的硬件平台的标签ID和采集的RFID 数据发送出去，从而实现从被动传输方式自动切换到主动传输方式。

下面在结合具体的流程来介绍RFID标签的硬件平台和RFID阅读器，在 主动传输方式和被动传输方式中的工作流程。

参见图2，为本发明的实施例中RFID标签的硬件平台被动传输方式的流 程图，具体步骤如下：

步骤201、接收RFID阅读器发送的请求消息；

例如：该请求消息可以是RFID数据的轮询消息。

步骤202、唤醒RFID标签的硬件平台中的MCU；

通过接收到来自RFID阅读器的请求消息，唤醒RFID标签的硬件平台中 的MCU。该MCU用于RFID标签的硬件平台中的各个模块进行控制，完成对 各模块的相关数据进行控制管理。

步骤203、MCU控制启动RFID标签的硬件平台中的传感器；

在本实施例中，该传感器可全面覆盖各种类型的传感器设备或其他感应传 导元器件，用于完成外界被测物体相关状态数据的感知与采集等工作。

步骤204、RFID标签的硬件平台中的传感器进行RFID数据采集；

步骤205、MCU对传感器采集得到的RFID数据进行相应处理；

步骤206、对处理后的RFID数据进行缓存处理；

例如，可在RFID标签的硬件平台中设置一存储模块(例如闪存模块)， 用于对RFID数据进行缓存。

步骤207、MCU控制关闭传感器；

步骤208、RFID标签的硬件平台中的天线将RFID标签的ID号和RFID 数据发送到RFID读卡器；

步骤209、RFID数据传输完成后，MCU进入休眠状态。

在步骤201～209中，介绍了RFID标签的硬件平台的RFID数据的被动传 输方式。在RFID标签的硬件平台的被动传输方式中，主要是通过RFID阅读 器发送请求消息，与RFID标签的硬件平台的天线耦合，并提供相关工作能量， 以唤醒RFID标签的硬件平台中的MCU，然后MCU控制传感器进行RFID数 据的采集，MCU依据传感器的采集的RFID数据进行相应处理，然后通过天 线将RFID标签的ID号和RFID数据发送至RFID阅读器。这样RFID标签的 硬件平台可一直处于休眠状态，为系统长时间的运行提供了保障。

参见图3，为本发明的实施例中RFID标签的硬件平台主动传输方式的流 程图，具体步骤如下：

步骤301、定时器切换；

也就是，在预定时间段内没有接收到来自RFID阅读器的请求消息时，将 传输方式由被动传输方式切换为主动传输方式，然后执行步骤302；

在本实施例中，该定时器可集成设置在MCU中。

步骤302、唤醒RFID标签的硬件平台中的MCU；

步骤303、MCU控制启动RFID标签的硬件平台中的传感器；

步骤304、RFID标签的硬件平台中的传感器进行数据采集；

步骤305、MCU对传感器采集得到的数据进行处理；

步骤306、MCU控制关闭传感器；

步骤307、RFID标签的硬件平台中的天线将RFID标签的ID和RFID数 据发送到RFID读卡器；

步骤308、RFID数据传输完成后，MCU进入休眠状态；

步骤309、启动定时器。

也就是，数据传输完成后，MCU进入到休眠状态，并启动下一轮定时。

在步骤301～309中，介绍了RFID标签的硬件平台的RFID数据的主动传 输方式。在RFID标签的硬件平台为主动传输方式中，当RFID标签的硬件平 台在预定时间段内(定时器控制)没有接收到请求消息时，自动唤醒RFID标 签的硬件平台中的MCU，通过上电传感器，使得传感器进行RFID数据的采 集，采集得到的RFID数据经MCU处理，将自身RFID标签的ID号与RFID 数据整合，通过RFID标签的硬件平台中的天线发送出去，随后MCU自动进 入休眠状态，并启动下一轮定时。

若此期间，RFID标签的硬件平台接收到RFID阅读器的请求消息时，则 自动终止主动传输方式，换成被动传输方式。

在本实施例中，为了保证系统的低功耗特性，RFID标签的硬件平台通常 采用被动传输方式，但同时为了避免长时间RFID标签的硬件平台未收到RFID 请求消息，而失去相关重要时间点的数据采集，可通过RFID标签的硬件平台 传输方式的自动切换，即由被动传输方式自动切换到主动传输方式，以达到 RFID数据的智能传输和监控目的。

如图4所示，为本发明的实施例中RFID阅读器的读取RFID数据的流程 图，具体步骤如下：

步骤401、初始化RFID阅读器；

步骤402、设置RFID阅读器的工作模式，若工作模式为主动请求模式， 则执行步骤403；若工作模式为被动接收模式，则执行步骤408；

在本实施例中，RFID阅读器的工作模式包括：主动请求模式和被动接收 模式，其中主动请求模式是指该RFID阅读器主动向RFID标签的硬件平台发 送请求消息(轮询消息)；被动接收模式是指RFID阅读器不向RFID标签的硬 件平台发送请求消息，而被动的接收来自RFID标签的硬件平台的RFID数据。

步骤403、初始化定时器；

该初始化定时器可以是指对定时器进行清零处理。

步骤404、判断定时器是否到时，若是，执行步骤405；否则，继续执行 步骤404；

步骤405、RFID阅读器向RFID标签的硬件平台发送轮询消息；

也就是，RFID阅读器间隔一预定的时间就向RFID标签的硬件平台发送 请求消息；

步骤406、RFID阅读器获取来自RFID标签的硬件平台的RFID数据；

步骤407、保存该RFID数据，或者通过外部通信接口发送到目的地，然 后返回步骤404；

在本实施例中，外部通信接口主要实现与外部设备之间的数据转发，该外 部接口是通用串行通信接口，例如：TTL USART口、RS-232串口、RS-485 串口、USB接口、以太网接口等。通过不同类型的接口，可以配置不同的连 接设备，便于RFID阅读器的扩展和应用。

步骤408、RFID阅读器设置一通信地址；

步骤409、启动被动接收模式；

步骤410、RFID阅读器接收来自RFID标签的硬件平台的RFID数据；

步骤411、保存该RFID数据，或者通过外部通信接口发送到目的地，然 后返回步骤409。

步骤401～步骤411介绍了RFID阅读器的读取RFID数据的过程，首先初 始化RFID阅读器，设置RFID阅读器工作模式。若为主动请求模式，RFID阅 读器可设置一个定时器定时和相关主动轮询命名字节代码，然后启动定时器的 定时功能，按照预先设置的RFID读写命令，周期性的往带传感器的RFID标 签的硬件平台进行轮询取数操作；若为被动接收模式，RFID标签的硬件平台 需要设置一通信地址，然后启动被动接收模式，循环接收RFID标签的硬件平 台发过来的RFID数据。

在本发明的实施例中还提供一种射频识别数据传输的系统，包括：RFID 标签的硬件平台和RFID阅读器，其中所述RFID标签的硬件平台，用于当接 收到来自RFID阅读器的请求消息时，根据所述请求消息，启动RFID数据传 输，将RFID数据传输给RFID阅读器；以及，用于当在预定时间段内没有接 收到来自RFID阅读器的请求消息时，自动启动RFID数据传输，将RFID数 据传输给RFID阅读器。

参见图5，为本发明的实施例中RFID标签的硬件平台的结构示意图，由 图中可知，该RFID标签的硬件平台包括：

传感器51，用于采集RFID数据；

标签微控制器52，与所述传感器51连接，用于当接收到来自RFID阅读 器的请求消息时，根据所述请求消息，启动RFID数据传输，将所述传感器采 集的所述RFID数据传输给RFID阅读器；以及，用于当在预定时间段内没有 接收到来自RFID阅读器的请求消息时，自动启动RFID数据传输，将所述传 感器采集的所述RFID数据传输给RFID阅读器；

标签天线53，与所述标签微控制器52连接，用于与RFID阅读器进行无 线通信；

标签供电模块54，与所述传感器51和所述标签微控制器52连接，用于 向所述传感器51和所述标签微控制器52供电。

在本发明的实施例中，该RFID标签的硬件平台还包括：模/数转换模块 55和输入/输出模块56，该模/数转换模块55用于实现模拟信号至数字信号之 间的数据转换，并通过输入/输出模块56完成数据的基本输入/输出操作。

在本发明的实施例中，该RFID标签的硬件平台还包括：晶振模块57，用 于给RFID标签的硬件平台提供时钟信号，实现数据的同步采集及相关通信的 同步操作。

在本发明的实施例中，该RFID标签的硬件平台还包括：闪存模块58，用 于对传感器51采集到的RFID数据进行缓存操作。

参见图6，为本发明的实施例中RFID阅读器的结构示意图，由图中可知， RFID阅读器包括：

阅读器天线61，用于与所述RFID标签的硬件平台进行无线通信；

阅读器微控制器62，与所述阅读器天线61连接，用于预先设置所述RFID 阅读器的工作模式，所述工作模式包括：主动请求模式和被动接收模式，当所 述RFID阅读器的工作模式为主动请求模式时，在所述预定时间段内，向所述 RFID标签的硬件平台发送所述请求消息；当所述RFID阅读器的工作模式为 被动接收模式时，循环接收所述RFID标签的硬件平台发过来的RFID数据；

外部通信接口63，与所述阅读器微控制器62连接，用于向外部设备转发 所述RFID数据；

阅读器供电模块64，与所述阅读器天线61、所述阅读器微控制器62和外 部通信接口63连接，用于向所述阅读器天线61、所述阅读器微控制器62和 所述外部通信接口63供电。

在本发明的实施例中，该RFID阅读器还包括：闪存模块64，用于对阅读 器天线61采集到的RFID数据进行缓存操作。

在本发明的实施例中，该RFID阅读器还包括：晶振模块65，用于给RFID 阅读器提供时钟信号，实现数据的同步采集及相关通信的同步操作。

在本发明的实施例中还提供一种RFID标签的硬件平台，包括：

传感器，用于采集RFID数据；

标签微控制器，与所述传感器连接，用于当接收到来自RFID阅读器的请 求消息时，根据所述请求消息，启动RFID数据传输，将所述传感器采集的所 述RFID数据传输给RFID阅读器；以及，用于当在预定时间段内没有接收到 来自RFID阅读器的请求消息时，自动启动RFID数据传输，将所述传感器采 集的所述RFID数据传输给RFID阅读器；

标签天线，与所述标签微控制器连接，用于与RFID阅读器进行无线通信；

标签供电模块，与所述传感器和所述标签微控制器连接，用于向所述传感 器和所述标签微控制器供电。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通 技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰， 这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。