[发明专利]无源光电标签、光电读写器、光电标签系统及信息交换方法

说明书

技术领域

本发明涉及电子标签系统的领域，更具体地讲，涉及一种光电式电子标签系统，简称光电标签系统，包括光电标签及对应的光电标签读写器，简称光电读写器。 

背景技术

传统RFID(Radio Frequency Identification,射频识别)电子标签系统由两部分组成：其一为电子标签，也称应答器，其二为读写器以及与读写器相连的上位机。电子标签又可分为有源和无源两大类。无源电子标签由标签芯片和感应天线（或感应线圈）组成，利用电感耦合或电磁反向散射耦合原理实现与读写器之间的通讯。每个电子标签中存储一个唯一码，当电子标签进入读写器的有效区域时，根据电感耦合原理（近场作用范围内）或电磁反向散射耦合原理（远场作用范围内）利用在标签天线两端产生感应电势差，产生电能，当电能强度超过一个阈值时，就将启动电子标签芯片电路进入工作状态，即对标签芯片中的存储器进行读写操作，以及对唯一码做诸如加密等复杂操作。电子标签芯片主要包括射频前端、模拟前端、处理器和可擦写非易失存储器（如EEPROM）等部分。读写器主要包括射频模块和数字信号处理单元两部分。射频模块包含发送器和接收器，发送器的一个功能是通过射频功率发射，输出一定强度的电磁场，为电子标签提供电感耦合的发射源，为启动电子标签和使电子标签正常工作提供电能，另一个功能是对发射信号进行调制，并将此调试后数据传送给电子标签，接收器则用来接收并解调来自应答器的射频信号，亦即建立读写器与电子标签的空中连接，以便进行射频信息交换。数字信号处理单元的功能包括控制与电子标签的通信过程，信号的编码与解码，防冲突算法的执行，对物理读写器与电子标签之间传送的数据进行加密和解密， 进行物理读写器与电子标签之间的身份认证等。随着电子标签技术的不断提高，上述电子标签系统已经有非常广泛的应用，但是由于电磁波的固有特性，电子标签系统仍有一些不可忽视的缺点：1、信息泄露问题，比如在读写器甲附近暗藏另一个读写器乙，则电子标签与读写器甲进行信息交换时，所有信息都可能被读写器乙截获，甚至破坏电子标签里的数据。2、个体确定问题，比如一个读写器周围有六个电子标签组成一个六边形，虽然读写器利用防冲突机制可以获取这六个电子标签的编码，但无法判断各个电子标签在六边形的那个边上。类似的问题可以有很多，其根本原因在于电磁辐射的方向无法精确控制，也难以隔离。另外在有强大电磁场干扰的场合，上述电子标签系统也会出现不能正常交换信息的状况。 

发明内容

为解决现有电子标签系统方向性问题、隔离性问题和抗干扰问题的问题，本发明提供一种基于光电信息交换的电子标签系统，即光电标签系统。 

本发明的技术方案是： 

与现有电子标签系统类似，本发明之光电标签系统可分为光电标签和光电读写器两部分。

其中光电标签内置有光电器件、标签芯片和感应天线（或感应线圈）等。其一之光电器件是有别于现有电子标签的关键部件，它包括两类器件，一类器件是发光器件，可以是可见光发光二极管、红外发光二级管、激光二极管等低功耗发光器件，另一类是光敏器件，如光敏二极管、光敏三极管、光敏电阻等，这些光电器件用来发射和接收调制光信号，以实现光电标签与光电读写器之间进行信息交换。对于光学单工模式和光射复合双工模式的光电标签，上述的光敏器件不是必要的组成部分。其二之标签芯片内置有全球唯一码，主要包括光电调制和光电解调、射频能量收集、射频调制和解调等射频处理、数字处理单元和可擦写非易失存储器（如EEPROM）等部分，其中的光电调制和光电解调电路是有别于现有标签芯片的主要部分，它们与所用发光器件和光敏器件相适应，构成光学发送和接收电路，能量收集则是将来自天线的电能，进行整流和稳压，产生芯片中能量收集之外的各个电路所需电压，包括用于对标签芯片中的存储器进行读写操作，以及对唯一码做诸如加密等复杂操作。对于完全由光学通讯来完成信息交换的光电标签，上述的射频调制和解调等射频处理单元可以省去，否则射频调制和解调等射频处理单元将被用来完成光电读写器与光电标签之信息交换中的射频信息交换部分。其三之感应天线，是利用电感耦合原理（近场作用范围内）或电磁反向散射耦合原理（远场作用范围内）在标签天线两端产生感应电势差，产生电能，当电能强度超过一个阈值时，经整流稳压而产生的直流电就将使标签芯片电路进入工作状态。