一種基於優化天線的音頻非接讀卡器及其實現方法
2023-06-02 04:36:26 1
一種基於優化天線的音頻非接讀卡器及其實現方法
【專利摘要】本發明公開了一種基於優化天線的音頻非接讀卡器及其實現方法，讀卡器包括數據處理模塊、天線及匹配模塊、電源及音頻接口，使用時通過智慧型手機的操作，將需要處理的數據通過音頻接口傳輸到數據處理模塊，將數據信號轉換成載波調製的射頻信號，再通過匹配模塊及天線發射到附近的空間；標籤接收到射頻信號並將儲存的數據通過標籤天線發射出來，讀卡器天線接收到標籤發出的射頻信號並傳遞給信號處理模塊，信號處理模塊；處理天線所接收的射頻信號，並將射頻信號解調後通過音頻接口輸入到智慧型手機中，完成讀卡過程。本方案能夠實現普通智慧型手機能夠讀取電子標籤，且方案簡單、易於實現。
【專利說明】
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種RFID物聯網技術，具體涉及物聯網技術中數據讀取的技術。 -種基於優化天線的音頻非接讀卡器及其實現方法
【背景技術】
[0002] 在當今社會，隨著假冒偽劣的日益猖獗，商家與消費者的利益受到損害，RFID物聯 網技術應運而生。隨著RFID物聯網技術的蓬勃發展，電子標籤已經逐步融入了日常生活 中。從食品到家電都能找到電子標籤的蹤影。但由於現有的大部分手機都沒有NFC功能， 消費者即使看到了電子標籤也無法從電子標籤中讀取其相應的產品信息。從而導致電子標 籤形同虛設，起不到實際意義。
[0003] 由此可見如何在沒有NFC功能的手機上實現對電子標籤中數據的讀取是本領域 亟需要解決的問題。
【發明內容】
[0004] 針對現有沒有搭載NFC讀卡功能的普通智慧型手機無法讀取電子標籤中信息的問 題，本發明的目的在於提供一種基於優化天線的音頻非接讀卡器，其通過標準音頻口將電 子標籤的數據傳輸到手機，使得普通智慧型手機能夠讀取電子標籤。
[0005] 基於該音頻非接讀卡器，本發明還提供一種音頻非接讀卡器的實現方法。
[0006] 為了達到上述目的，本發明採用如下的技術方案：
[0007] -種基於優化天線的音頻非接讀卡器，所述音頻非接讀卡器包括：
[0008] 音頻接口，所述音頻接口與手機的音頻接口相對應；
[0009] 數據信號處理模塊，所述數據信號處理模塊與音頻接口相接，並通過匹配模塊連 接至天線，將接受到數據信號與射頻信號進行轉換處理；
[0010] 天線，所述天線與匹配模塊相接，並與電子標籤耦合；
[0011] 電源，所述電源提供音頻非接讀卡器工作所需電源。
[0012] 在該音頻非接讀卡器的優選方案中，所述音頻接口為標準3. 5mm四線音頻接口。
[0013] 進一步的，所述數據信號處理模塊使用MFRC522晶片模塊，其匹配雙重高頻交叉 對稱天線，使天線以雙倍的能量輸出。
[0014] 進一步的，所述天線為柔性雙重高頻天線，尺寸大小為8mmX35mm，工作頻率為 13.56MHz。
[0015] 再進一步的，所述柔性雙重高頻天線由兩組天線互相嵌套形成，且兩組天線的電 感量相等且相位相反。
[0016] 再進一步的，所述柔性雙重高頻天線中通孔集中對稱分布在中心對稱軸兩側。
[0017] 進一步的，所述匹配模塊包括天線匹配諧振電路，所述天線匹配諧振電路由兩諧 振單元並接形成，每個諧振單元包括一調整電阻、第一晶片端諧振匹配電容、第二晶片端諧 振匹配電容、一信號耦合電容、一天線端諧振匹配電容、以及一電感，所述調整電阻分別連 接到第一晶片端諧振匹配電容、第二晶片端諧振匹配電容以及信號耦合電容的一端，第一 晶片端諧振匹配電容、第二晶片端諧振匹配電容的另一端接地，信號耦合電容的另一端連 接到電感和天線端諧振匹配電容的一端，天線端諧振匹配電容的另一端接地，第二晶片端 諧振匹配電容與信號耦合電容、天線端諧振匹配電容又形成一個η型電容帶通濾波單元。
[0018] 基於上述音頻非接讀卡器的，本發明提供的一種基於優化天線的音頻非接讀卡器 的實現方法，該實現方法通過智慧型手機的操作，將需要處理的數據通過音頻接口傳輸到數 據信號處理模塊，將數據信號轉換成載波調製的射頻信號，再通過匹配模塊及天線發射到 附近的空間；
[0019] 標籤接收到射頻信號並將儲存的數據通過標籤天線發射出來，讀卡器天線接收到 標籤發出的射頻信號並傳遞給數據信號處理模塊，數據信號處理模塊將天線所接收的射頻 信號解調轉換成數位訊號，並通過音頻接口輸入到智慧型手機中，完成讀卡過程。
[0020] 通過本發明提供的方案能夠使得沒有搭載NFC讀卡功能的普通智慧型手機上具有 射頻晶片讀取功能，能夠讀取電子標籤。整個方案的實施還具有如下優點：
[0021] (1)數據處理模塊能夠最大程度的使雙重天線的功能最大程度的體現。
[0022] (2)天線採用雙重高頻天線，天線的電感量相等且相位相反，其優點在於相比單個 天線有雙倍的能量輸出。
[0023] (3)天線大小屬於微型天線，能夠有效的減少讀卡器的體積。
[0024] (4)天線採用柔性材料製作，能夠方便安裝，並有效地減少應力的原因而損壞。
[0025] (5)天線的通孔集中在中心對稱軸兩側，能夠最大程度的提高窄長方形天線的遠 端射頻性能。
[0026] (6)兩層天線互相嵌套，能夠最大程度的保證2層天線的磁力線分布更加均勻。
[0027] (7)電源採用小型鋰電池供電，使設備能夠使用獨立的電源，不再額外消耗手機設 備電源。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0028] 以下結合附圖和【具體實施方式】來進一步說明本發明。
[0029] 圖1為本發明中天線匹配諧振電路的電路原理圖；
[0030] 圖2為本發明中天線的布線示意圖；
[0031] 圖3為本發明中天線上的通孔示意圖。
【具體實施方式】
[0032] 為了使本發明實現的技術手段、創作特徵、達成目的與功效易於明白了解，下面結 合具體圖示，進一步闡述本發明。
[0033] 本發明提供的非接讀寫器，其通過標準音頻口外接於手機，將獲取到的電子標籤 的數據通過音頻接口傳輸到手機，從而使得普通智慧型手機能夠讀取電子標籤。由於讀卡 器需要配合手機使用，其整體結構必須緊湊，以實現讀卡器的微型，要求實現微型非接讀卡 器，其天線的設計尤為重要，既要在非常狹小的空間實現天線的安裝，又要獲得良好的天線 性能，這需要從設計上來滿足這雙重要求。
[0034] 基於上述原理和要求，本發明提供一種基於優化天線的微型音頻非接讀卡器，該 微型音頻非接讀卡器包括：音頻接口、數據信號處理模塊、匹配模塊、天線、以及電源。
[0035] 音頻接口，其用於實現微型音頻非接讀卡器與手機的數據通信。該音頻接口採用 3. 5mm通用音頻接口，即普通的手機音頻接口，這樣能夠實現與擁有標準3. 5mm四線音頻接 口的任意手機進行通信相接，由此保證該微型音頻非接讀卡器的實用性。
[0036] 數據信號處理模塊為微型音頻非接讀卡器中的數據信號處理中心，其數據端連接 至音頻接口，信號端通過匹配模塊連接至天線，實現數據信號與射頻信號之間的實時轉換 處理。
[0037] 該數據信號處理模塊具體採用MFRC522晶片模塊，該MFRC522晶片模塊通過匹配 雙重高頻交叉對稱天線，彌補雙重高頻交叉對稱天線互相抵消的缺點，使天線能夠起到雙 倍的能量輸出。
[0038] 天線，其用於與電子標籤耦合，向電子標籤發送射頻信號和接收電子標籤反饋的 信號。為了保證具有良好的信號以及與MFRC522晶片模塊配合，本發明中的天線具體為柔 性雙重高頻交叉對稱天線，其相對於單個天線來說，輸出能量大，且當天線匹配網絡達到最 佳匹配時可以獲得雙倍的能量輸出。
[0039] 為了能夠在非常狹小的空間實現天線的安裝，又要獲得良好的天線性能，參見圖 2,該柔性雙重高頻交叉對稱天線由兩層天線互相嵌套而形成，且兩組天線的電感量相等 且相位相反，由此形成尺寸屬於微型的微型天線，最優尺寸大小為8mmX35mm，其工作頻率 (諧振頻率）為13. 56MHz，整體採用柔性材料製作，具體採用聚醯亞胺柔性材料製作。
[0040] 參見圖3,由此形成的柔性雙重高頻交叉對稱天線其通孔集中對稱分布在中心對 稱軸兩側，且相對距離由內側向外逐漸減少，由此使天線長邊兩端獲得最大的磁力線密度， 增加有效通信距離。
[0041] 為了能夠很好的將柔性雙重高頻交叉對稱天線與MFRC522晶片模塊進行匹配，本 發明中匹配模塊主要由一天線匹配諧振電路構成。
[0042] 參見圖1，其所示為本發明中天線匹配諧振電路的電路原理圖。由圖可知該天線匹 配諧振電路主要由電阻 R24、R23、電容 Cll、C13、C15、C17、C12、C14、C16、C18、電感 L2、L3 以及插件J3構成。
[0043] 其中，插件J3用於連接天線，電阻R24的一端連接到插件J3的埠 3,另一端分別 連接到電容Cll、C13、C15的一端，電容Cll、C13另一端接地，電容C15的另一端接電感L2 的一端以及電容C17的一端，電容C17的另一端接地，電感L2的另一端作為信號端TX1 ;
[0044] 電阻R23的一端連接到插件J3的埠 1，另一端分別連接到電容C12、C14、C16的 一端，電容C12、C14另一端接地，電容C16的另一端接電感L3的一端以及電容C18的一端， 電容C18的另一端接地，電感L3的另一端作為信號端TX2 ;
[0045] 插件J3的埠 2接地。
[0046] 在上述的天線匹配諧振電路中，電阻R24,與電容Cll、C13、C15、C17以及電感L2 配合構成一諧振單元A ;而電阻R23,與電容C12、C14、C16、C18、以及電感L3配合構成一諧 振單元B，這諧振單元分別對應於雙重交叉對稱天線中的兩組天線。
[0047] 由於對應於雙重交叉對稱天線，故天線匹配諧振電路中兩諧振單元功能、性能以 及各項參數相同，以下以諧振單元A為例具體說明本天線匹配諧振電路。
[0048] 在諧振單元A中，電阻R24的作用在於調整天線Q值；
[0049] 電容Cll，C13為晶片端諧振匹配電容，可以調整輸出與輸入諧振電路的諧振匹配 度，電容C11為粗調匹配電容，容量為100PF，電容C13精調匹配電容，容量為39PF;
[0050] 電容C15為信號耦合電容將射頻信號從前級傳輸到後級，又隔離了直流分量，容 量為39PF ;
[0051] 電容C17為天線端諧振匹配電容，容量為68PF ;
[0052] 電容C13、C15、C17又形成一個π型電容帶通濾波電路，使射頻信號的有用頻段獲 得傳遞，將無效的信號進行隔離或旁路；
[0053] 電感L2用於屏蔽過高的波段，並且補償微型天線的電感量的不足，使天線端形成 有效的串聯諧振迴路，其電感量為2. 2uH ;單組天線匝數為6匝，電感量為2uH。
[0054] 由於對應於雙重交叉對稱天線，天線匹配諧振電路的兩諧振單元相同，故電阻 1?23、電容(：12、(：14、(：16、(：18、以及電感1^3分別與電阻1?24、電容(：11、(：13、(：15、(：17、以及電 感L2功能相同，參數一致。
[0055] 電源採用小型鋰電池為整個讀卡器中的部件供電，使得讀卡器能夠使用獨立的電 源，不在額外消耗手機設備電源。
[0056] 根據上述方案構成的音頻非接觸讀寫器，其在與手機配合使用時，首先通過智能 手機的操作，將需要處理的數據通過音頻接口傳輸到數據信號處理模塊，將數據信號轉換 成載波調製的射頻信號，再通過匹配模塊及天線發射到附近的空間；
[0057] 標籤接收到射頻信號並將儲存的數據通過標籤天線發射出來，讀卡器天線接收到 標籤發出的射頻信號並傳遞給數據信號處理模塊，數據信號處理模塊將天線所接收的射頻 信號解調轉換成數位訊號，並通過音頻接口輸入到智慧型手機中，完成讀卡過程。
[0058] 以上顯示和描述了本發明的基本原理、主要特徵和本發明的優點。本行業的技術 人員應該了解，本發明不受上述實施例的限制，上述實施例和說明書中描述的只是說明本 發明的原理，在不脫離本發明精神和範圍的前提下，本發明還會有各種變化和改進，這些變 化和改進都落入要求保護的本發明範圍內。本發明要求保護範圍由所附的權利要求書及其 等效物界定。
【權利要求】
1. 一種基於優化天線的音頻非接讀卡器，其特徵在於，所述音頻非接讀卡器包括： 音頻接口，所述音頻接口與手機的音頻接口相對應； 數據信號處理模塊，所述數據信號處理模塊與音頻接口相接，並通過匹配模塊連接至 天線，將接受到數據信號與射頻信號進行轉換處理； 天線，所述天線與匹配模塊相接，並與電子標籤耦合； 電源，所述電源提供音頻非接讀卡器工作所需電源。
2. 根據權利要求1所述的一種基於優化天線的音頻非接讀卡器，其特徵在於，所述音 頻接口為標準3. 5_四線音頻接口。
3. 根據權利要求1所述的一種基於優化天線的音頻非接讀卡器，其特徵在於，所述數 據信號處理模塊使用MFRC522晶片模塊，其匹配雙重高頻交叉對稱天線，使天線以雙倍的 能量輸出。
4. 根據權利要求1所述的一種基於優化天線的音頻非接讀卡器，其特徵在於，所述天 線為柔性雙重高頻天線，尺寸大小為8_X35mm，工作頻率為13. 56MHz。
5. 根據權利要求1或4所述的一種基於優化天線的音頻非接讀卡器，其特徵在於，所述 柔性雙重高頻天線由兩組天線互相嵌套形成，且兩組天線的電感量相等且相位相反。
6. 根據權利要求5所述的一種基於優化天線的音頻非接讀卡器，其特徵在於，所述柔 性雙重高頻天線中通孔集中對稱分布在中心對稱軸兩側。
7. 根據權利要求1所述的一種基於優化天線的音頻非接讀卡器，其特徵在於，述匹配 模塊包括天線匹配諧振電路，所述天線匹配諧振電路由兩諧振單元並接形成，每個諧振單 元包括一調整電阻、第一晶片端諧振匹配電容、第二晶片端諧振匹配電容、一信號耦合電 容、一天線端諧振匹配電容、以及一電感，所述調整電阻分別連接到第一晶片端諧振匹配電 容、第二晶片端諧振匹配電容以及信號耦合電容的一端，第一晶片端諧振匹配電容、第二芯 片端諧振匹配電容的另一端接地，信號耦合電容的另一端連接到電感和天線端諧振匹配電 容的一端，天線端諧振匹配電容的另一端接地，第二晶片端諧振匹配電容與信號耦合電容、 天線端諧振匹配電容又形成一個η型電容帶通濾波單元。
8. -種基於優化天線的音頻非接讀卡器的實現方法，其特徵在於，所述實現方法通過 智慧型手機的操作，將需要處理的數據通過音頻接口傳輸到數據信號處理模塊，將數據信號 轉換成載波調製的射頻信號，再通過匹配模塊及天線發射到附近的空間； 標籤接收到射頻信號並將儲存的數據通過標籤天線發射出來，讀卡器天線接收到標籤 發出的射頻信號並傳遞給數據信號處理模塊，數據信號處理模塊將天線所接收的射頻信號 解調轉換成數位訊號，並通過音頻接口輸入到智慧型手機中，完成讀卡過程。
【文檔編號】G06K7/00GK104123518SQ201410323467
【公開日】2014年10月29日 申請日期:2014年7月8日 優先權日:2014年7月8日
【發明者】楊輝峰, 馬文耀, 徐振, 李欣華 申請人:上海儀電智能電子有限公司