一種新型數據標籤及其數據讀寫系統與方法
2023-05-31 17:56:16 1
一種新型數據標籤及其數據讀寫系統與方法
【專利摘要】本發明提供了一種新型數據標籤及其數據讀寫系統和方法，即LID光識別技術。所述數據標籤是一種無源器件，其由光電檢測器、電源管理電路、光電池、數據存儲器以及光發射器組成。其中：所述光電池的輸出端與所述電源管理電路的輸入端相連；所述光電檢測器用於檢測光信號，在接收到來自所述讀寫器的光信號後，將其轉化為電信號，並根據所述電信號中的指令對所述數據存儲器進行讀寫；所述光發射器用於根據指令將從所述數據存儲器讀出的數據轉為光信號。本發明採用光信號對數據標籤進行讀寫，因光信號傳播的方向性，不涉及射頻輻射，使得該數據標籤具備單一目標識別、不受電磁傳播損耗或幹擾和不被偵聽的能力，其安全性和可靠性更高，應用領域廣泛。
【專利說明】一種新型數據標籤及其數據讀寫系統與方法
【技術領域】
[0001]本發明屬於通信領域，尤其涉及一種新型數據標籤及其數據讀寫系統與方法。
【背景技術】
[0002]隨著社會的不斷進步、科技的不斷發展以及生活節奏的加快，人們在生活中的更多方面都需要簡便快速的進行身份識別或支付。而射頻標籤可以很好的完成標識區分，從而應用於銀行卡、公交卡、物品標籤等方面。
[0003]射頻標籤的工作原理為:在射頻標籤中設置有電磁感應器件，在射頻標籤進入磁場後，接收解讀器發出的射頻即信號，根據感應電流所獲得的能量發送出存儲在晶片中的信息，這種標籤又稱為無源標籤或被動標籤，或者主動發送某一頻率的信號，稱為有源標籤或主動標籤；解讀器讀取信息並解碼後，送至中央信息系統進行有關數據處理。
[0004]通過射頻標籤可以較好的完成對不同標籤數據的讀寫操作，但是，由於射頻信號傳播方向的發散性，使得臨近的其它標籤也容易被感應，從而容易造成誤讀寫；同時射頻信號還容易被截獲，使其安全性也受到限制；另外，在某些應用環境下，如液體、金屬物品或者設備，強電磁幹擾、爆炸性氣體環境等等，射頻標籤的射頻信號容易受到損耗或者嚴重的幹擾，或者容易導致生產安全風險，使其無法使用或者正常工作。
[0005]利用光學方法，條形碼、二維碼也是一種數據標籤。但它們不具備電子標籤所具備的寫入、更新信息的功能。
【發明內容】
[0006]本發明的目的在於提供一種新型數據標籤及其數據讀寫系統與方法，即110， 1如社1如社1011縮寫，光識別技術，以解決現有光學識別技術(條形碼、二維碼)無法寫入、更新數據的問題。同時，其與即10射頻識別相比，110光識別具有良好的方向性、安全性、可靠性，不需要射頻天線，無射頻輻射，支持大容量數據存儲器和嵌入式安裝方式，這些特性使其更容易應用於單一目標識別、強電磁幹擾、絕對信息安全、智能資產管理等應用場景。
[0007]本發明是這樣實現的，一種新型數據標籤，即110光標籤，所述數據標籤包括光電檢測器、電源管理電路、光電池、數據存儲器以及光發射器，其中:
[0008]所述光電池的輸出端與所述電源管理電路的輸入端相連，用於接收光信號，並根據光伏效應將所述光信號轉換為電能，通過所述電源管理電路為所述光電檢測器、數據存儲器、光發射器提供電能；
[0009]所述光電檢測器用於檢測光信號，將所述光信號轉化為電信號，並根據所述電信號中的指令對所述數據存儲器進行讀寫；
[0010]所述光發射器用於根據指令將所述存儲器需要讀出的數據轉為化光信號，以使得光接收機可以讀取數據標籤中的數據；
[0011]本發明的另一目的，在於提供一種數據讀寫系統，即110光識別系統，所述數據讀寫系統包括讀寫器和數據標籤兩部分，而數據的讀寫依賴雙向光信號的交換來實現；
[0012]所述讀寫器，即LID光讀寫器，包括光信號發射機、光信號接收機、數據處理器，所述數據標籤包括光電池、光電檢測器、電源管理電路、數據存儲器以及光發射器，其中:
[0013]所述讀寫器的數據處理器用於通過所述光信號發射機將需要發送的數據指令信號轉化為光信號，以使所述數據標籤接收；
[0014]所述數據標籤的光電池將所述光信號轉換為電能，通過所述電源管理電路為所述光電檢測器、數據存儲器、光發射器提供電能；
[0015]所述數據標籤的光電檢測器用於檢測光信號，將所述光信號轉化為電信號，並根據所述電信號中的指令對所述數據存儲器進行讀寫；
[0016]所述數據標籤的光發射器用於根據指令將所述數據存儲器需要讀出的數據轉為化光信號，發送給所述讀寫器的光接收機接收；
[0017]所述讀寫器的光接收機接收所述光信號並轉換為電信號，發送給所述讀寫器的數據處理器進行認證處理。
[0018]本發明還提供了一種基於上述數據讀寫系統的數據讀寫方法，所述方法包括:
[0019]所述讀寫器的數據處理器通過所述光信號發射機將需要發送的數據指令信號轉化為光信號；
[0020]所述數據標籤的光電池將所述光信號轉換為電能，通過所述電源管理電路為所述光電檢測器、數據存儲器、光發射器提供電能；
[0021]根據所述電源管理電路提供的電能，所述數據標籤的光電檢測器檢測光信號，將所述光信號轉化為電信號，並根據所述電信號中的指令對所述數據存儲器進行讀寫；
[0022]所述數據標籤的光發射器用於根據指令將所述數據存儲器需要讀出的數據轉為化光信號；
[0023]所述讀寫器的光接收機接收所述光發射器發射的光信號並轉換為電信號，發送給所述讀寫器的數據處理器進行認證處理。
[0024]在本發明中，在數據標籤中設置光電檢測器、光電池、電源管理電路、數據存儲器以及光發射器，通過光電池將光信號轉換為電能，並通過所述電源管理電路為其它器件提供電能，所述光電檢測器檢測到光信號中數據指令，並發送至數據存儲器，根據指令將數據寫入數據存儲器或者從數據存儲器中讀出數據，並通過光發射器將數據的電信號轉化為光信號發射，從而使讀寫器能夠根據接收的光信號讀取數據標籤中的數據。本發明通過光信號對無源的數據標籤進行讀寫，因為光信號傳播的方向性，使得臨近的標籤不會出現誤讀寫操作，從而達到對單一目標識別的目的；此外，光信號不涉及射頻輻射，使得LID光標籤具備不受電磁輻射幹擾和不被偵聽的能力，具有更好的安全性與可靠性。在工業環境中，由於不需要考慮液體、金屬等物品或者其它特殊應用環境(如爆炸性氣體等)對無線射頻信號的影響或者要求，不需要射頻天線，支持大容量數據存儲器，支持嵌入式安裝方式，這些特性使得LID光標籤可以廣泛應用在資產管理應用領域。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0025]圖1是本發明第一實施例提供的數據標籤的結構示意圖；
[0026]圖2為本發明第一實施例提供的光電二極體的PN結的截面示意圖；
[0027]圖3為本發明第一實施例提供的光電檢測器與所述光電池以及位於所述數據存儲器前端的放大器的連接結構示意圖；
[0028]圖4為本發明第一實施例提供的結光電二極體列陣示意圖；
[0029]圖5是本發明第二實施例提供的數據讀寫系統的結構框圖；
[0030]圖6是本發明第三實施例提供的數據讀寫方法的實現流程圖。
【具體實施方式】
[0031]為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發明，並不用於限定本發明。
[0032]在本發明實施例中，通過在數據標籤中設置光電檢測器、光電池、電源管理電路、光發射器以及數據存儲器，可以通過光電池從光信號中獲取電能，並通過電源管理電路為光電檢測器、數據存儲器、光發射器提供電能，所述光電檢測器檢測的光信號轉換為電信號，根據所述電信號中的指令對所述數據存儲器進行讀寫，並根據光發射器將數據存儲器中的數據轉為電信號，從而讀取數據標籤中的數據。且光信號傳播方向的直線性，使得臨近的標籤也不會出現誤讀寫操作，而且可避免即10射頻識別技術中電磁波傳播所帶來的一系列問題，能夠提高整個讀寫系統的安全性和可靠性。
[0033]實施例一:
[0034]圖1示出了本發明第一實施例提供的數據標籤的結構示意圖，詳述如下:
[0035]本發明實施例所述數據標籤包括光電檢測器101、電源管理電路102、光電池103、數據存儲器104以及光發射器105，其中:
[0036]所述光電池103的輸出端與所述電源管理電路102的輸入端相連，用於接收光信號，並根據光伏效應將所述光信號轉換為電能，通過所述電源管理電路102為所述光電檢測器101、數據存儲器104、光發射器105提供電能；
[0037]所述光電檢測器101用於檢測光信號，將所述光信號轉化為電信號，並根據所述電信號中的指令對所述數據存儲器進行讀寫；
[0038]所述光發射器105用於根據指令將所述存儲器需要讀出的數據轉為化光信號，以使得光接收機可以讀取數據標籤中的數據。
[0039]具體的，圖2為光電二極體的結的截面示意圖，光源從上面的？區域入射，
結光電二極體在無偏壓情況下，光子在？區域被吸收，產生電子空穴對。？區域沒有被空穴複合的電子擴散到耗盡層，層內的電場驅使電子迅速穿過耗盡層，達到~區域，從而形成電流。
[0040]所述光電檢測器101可以為反向偏置的光電二極體，如圖3所示為所述光電檢測器101與所述光電池103以及位於所述數據存儲器104前端的放大器的連接結構示意圖。在圖3中，在光源的作用下，所述光電檢測器101的光電二極體產生電能，通過陽極連接所述電源管理電路102，所述光電檢測器101反向偏置，將接收的光信號轉化為電信號，並通過放大器106放大整形後可根據指令寫入數據存儲器104。
[0041]所述電源管理電路102，可以包括電能存儲部，比如可以為電容部件，將由光能轉換的電能存儲，當存儲的能量達到預定的值後，則進行數據的寫入或者將數據信號轉化為光信號發射。
[0042]所述數據存儲器可以為可擦除存儲器，在斷電後仍然能夠保存數據，以保證數據標籤使用的安全性。比如EPROM等。
[0043]所述光發射器，其用於向標籤讀取設備反饋響應信號，由於其電能較小，故可以為發光二極體或者其它無源的電光調製器。當光電池產生足夠的電功率時，電源管理電路開始為光電檢測器供電，電源管理電路的正電壓使所述光電檢測器處於反向偏置狀態。光電檢測器的光子在P區域被吸收後產生電子空穴對，反向偏置造成的電場使空穴迅速被輸送至陽極，電子迅速穿過耗盡層達到陰極，從而使得交變的光信號轉換成交變的電信號。
[0044]—種優選的實施方式中，所述光電檢測器和所述光電池為基於列陣式的PN結光電二極體，其中:
[0045]所述光電池的PN結光電二極體陰極接地，所述PN結光電二極體的陽極與所述電源管理電路的輸入端相連；
[0046]所述光電檢測器的PN結光電二極體反向偏置,所述光電檢測器的PN結光電二極體的陽極接地，所述光電檢測器的PN結光電二極體的陰極連接所述數據存儲器。
[0047]如圖4所示為PN結光電二極體列陣示意圖，在陣列的中部設置有光電檢測器的光電二極體用於檢測光信號，在所述陣列的周圍設置有光電池的光電二極體，用於提供電能。
[0048]優選的，本發明實施例中所述光電檢測器、電源管理電路、光電池以及所述數據存儲器通過CMOS集成電路工藝集成在同一晶片中。通過CMOS大規模集成電路工藝來製作器件可以保證低成本，從而進行大規模生產。並且將光電檢測器與光電池集成在單一的晶片上，從而可以減小標籤的體積，支持嵌入式的應用方式，提高使用的便利性。
[0049]為進一步提高所述測量的準確性，如圖1所示，所述數據標籤還包括放大器106、驅動器107，所述放大器用於放大整形所述光電檢測器101輸出的電信號，並輸出至所述數據存儲器104，所述驅動器107用於放大所述數據存儲器104輸出的電信號，並發送至所述光發射器105。
[0050]本發明實施例所述數據標籤，在數據標籤中設置光電檢測器、光電池、電源管理電路、數據存儲器以及光發射器，通過光電池將光信號轉換為電能，並通過所述電源管理電路為其它器件提供電能，所述光電檢測器檢測到光信號中數據指令，並發送至數據存儲器，根據指令將數據寫入數據存儲器或者從數據存儲器中讀出數據，並通過光發射器將數據的電信號轉化為光信號發射，從而使讀寫器能夠根據接收的光信號讀取數據標籤中的數據。本發明由於可通過光信號對無源的數據標籤進行讀寫，且光信號傳播方向的直線性，使得臨近的標籤也不會出現誤讀寫操作，而且可避免RFID射頻識別技術中電磁波傳播所帶來的一系列問題，能夠提高整個讀寫系統的安全性和可靠性。
[0051]實施例二:
[0052]圖5示出了本發明第二實施例提供的數據讀寫系統的結構框圖，詳述如下:
[0053]本發明實施例所述數據讀寫系統，包括讀寫器2和數據標籤1，所述讀寫器2包括光信號發射機201、光信號接收機202、數據處理器203,所述數據標籤包括光電池103、光電檢測器101、電源管理電路102、數據存儲器104以及光發射器105，其中:
[0054]所述讀寫器2的數據處理器203用於通過所述光信號發射機201將需要發送的數據指令信號轉化為光信號，以使所述數據標籤接收；
[0055]所述數據標籤的光電池103將所述光信號轉換為電能，通過所述電源管理電路為所述光電檢測器、數據存儲器104、光發射器105提供電能；
[0056]所述數據標籤I的光電檢測器101用於檢測光信號，將所述光信號轉化為電信號，並根據所述電信號中的指令對所述數據存儲器104進行讀寫；
[0057]所述數據標籤I的光發射器105用於根據指令將所述數據存儲器104需要讀出的數據轉為化光信號，發送給所述讀寫器2的光接收機202接收；
[0058]所述讀寫器2的光接收機2接收所述光信號並轉換為電信號，發送給所述讀寫器2的數據處理器203進行認證處理。
[0059]具體的，所述數據標籤為無源數據標籤，所述讀寫器為有源讀卡機。讀寫器I的光輸出同時也為無源的數據標籤提供光源，激活其光電池產生所需電源。下面對系統的工作原理描述如下:
[0060]讀寫器I的數據處理器203發出電子數據流，其中包括數據和讀寫指令。該信號被放大器204放大後調製在光信號發射機201上。所述光信號發射機是一個電光轉換器件，它可以是發光二極體(LED)或雷射器(Laser)。它一方面實現電光調製，另一方面也向無源的數據標籤提供光源。無源數據標籤的光電檢測器102的是本發明的無源電光檢測器。它作為光電轉換器件，完成如下功能:
[0061]1.作為光電池，從讀寫器輸出的光源獲取電能，光電池的輸出接到電源管理電路103上，為整個數據標籤供電；
[0062]2.作為光檢測器，檢測在讀寫器發射機輸出光信號上調製的數據，轉換成電信號的數據流被放大器106整形、放大之後，提供給數據存儲器104，在這裡根據收到的數據執行對標籤的讀、寫操作。處理後的數據被驅動器107放大之後，調製到數據標籤的發射器105上,該發射器105可以是一個發光源,如LED或無光源的電光調製器。發射器105的輸出光信號照射到讀寫器2的接收機202上，讀寫器的接收機202為一光電轉換器，在這裡數據標籤送來的光信號被轉換成數據流。該數據流被放大器205整形放大後提供給處理器203，處理器203對接收到的數據進行認證和處理，從而完成讀寫器I和無源的數據標籤之間的數據交換和管理過程。
[0063]優選的實施方式中，所述光電檢測器和所述光電池為基於列陣式的PN結光電二極體，其中:
[0064]所述光電池的PN結光電二極體陰極接地，所述PN結光電二極體的陽極與所述電源管理電路的輸入端相連；
[0065]所述光電檢測器的PN結光電二極體反向偏置，所述光電檢測器的PN結光電二極體的陽極接地，所述光電檢測器的PN結光電二極體的陰極連接所述數據存儲器。
[0066]優選的，所述光電檢測器、電源管理電路、光電池以及所述數據存儲器通過CMOS集成電路工藝集成在同一晶片中。
[0067]優選的，所述光信號發射機為雷射器或者發光二極體，所述光發射器為發光二極體或者無源的電光調製器。
[0068]本發明實施例在實施例一中所述的數據標籤的基礎上，通過與讀寫器配合，從而有效的實現在所述數據標籤中讀寫數據，通過光線的直線傳播特性完成數據讀寫，可廣泛應用在不同行業中的資產管理應用領域。
[0069]實施例三:
[0070]圖6示出了本發明第三實施例提供的數據讀寫方法的實現流程，詳述如下:
[0071]本發明實施例所述數據讀寫方法基於實施例二所述的數據讀寫系統，所述方法包括:
[0072]在步驟3601中，所述讀寫器的數據處理器通過所述光信號發射機將需要發送的數據指令信號轉化為光信號；
[0073]在步驟3602中，所述數據標籤的光電池將所述光信號轉換為電能，通過所述電源管理電路為所述光電檢測器、數據存儲器、光發射器提供電能；
[0074]在步驟3603中，根據所述電源管理電路提供的電能，所述數據標籤的光電檢測器檢測光信號，將所述光信號轉化為電信號，並根據所述電信號中的指令對所述數據存儲器進行讀與；
[0075]在步驟3604中，所述數據標籤的光發射器用於根據指令將所述數據存儲器需要讀出的數據轉為化光信號；
[0076]在步驟3605中，所述讀寫器的光接收機接收所述光發射器發射的光信號並轉換為電信號，發送給所述讀寫器的數據處理器進行認證處理。
[0077]優選的，所述光電檢測器和所述光電池為基於列陣式的剛結光電二極體，其中:
[0078]所述光電池的結光電二極體陰極接地，所述剛結光電二極體的陽極與所述電源管理電路的輸入端相連；
[0079]所述光電檢測器的結光電二極體反向偏置，所述光電檢測器的結光電二極體的陽極接地，所述光電檢測器的結光電二極體的陰極連接所述數據存儲器。
[0080]本發明實施例所述數據讀寫方法與實施例二所述數據讀寫系統相對應，在此不作重複贅述。
[0081]以上所述僅為本發明的較佳實施例而已，並不能依此限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。
【權利要求】
1.一種新型數據標籤，其特徵在於，所述數據標籤是一種無源器件，包括光電檢測器、電源管理電路、光電池、數據存儲器以及光發射器，其中: 所述光電池的輸出端與所述電源管理電路的輸入端相連，用於接收光信號，並根據光伏效應將所述光信號轉換為電能，通過所述電源管理電路為所述光電檢測器、數據存儲器、光發射器提供電能； 所述光電檢測器用於檢測光信號，將所述光信號轉化為電信號，並根據所述電信號中的指令對所述數據存儲器進行讀寫； 所述光發射器用於根據指令將所述存儲器需要讀出的數據轉為化光信號，以使得光接收機可以讀取數據標籤中的數據。
2.根據權利要求1所述的數據標籤，其特徵在於，所述光電檢測器和所述光電池為基於列陣式的PN結光電二極體，其中: 所述光電池的PN結光電二極體陰極接地，所述PN結光電二極體的陽極與所述電源管理電路的輸入端相連； 所述光電檢測器的PN結光電二極體反向偏置,所述光電檢測器的PN結光電二極體的陽極接地，所述光電檢測器的PN結光電二極體的陰極連接所述數據存儲器。
3.根據權利要求1或2所述數據標籤，其特徵在於，所述電檢測器、電源管理電路、光電池以及所述數據存儲器通過CMOS集成電路工藝集成在同一晶片中。
4.根據權利要求1所述數據標籤，其特徵在於，所述數據標籤還包括放大器、驅動器，所述放大器用於放大整形所述光電檢測器輸出的電信號，並輸出至所述數據存儲器，所述驅動器用於放大所述數據存儲器輸出的電信號，並發送至所述光發射器。
5.一種數據讀寫系統，所述數據讀寫系統包括讀寫器和數據標籤，其特徵在於，所述讀寫器包括光信號發射機、光信號接收機、數據處理器，所述數據標籤包括光電池、光電檢測器、電源管理電路、數據存儲器以及光發射器，其中: 所述讀寫器的數據處理器用於通過所述光信號發射機將需要發送的數據指令信號轉化為光信號，以使所述數據標籤接收； 所述數據標籤的光電池將所述光信號轉換為電能，通過所述電源管理電路為所述光電檢測器、數據存儲器、光發射器提供電能； 所述數據標籤的光電檢測器用於檢測光信號，將所述光信號轉化為電信號，並根據所述電信號中的指令對所述數據存儲器進行讀寫； 所述數據標籤的光發射器用於根據指令將所述數據存儲器需要讀出的數據轉為化光信號，發送給所述讀寫器的光接收機接收； 所述讀寫器的光接收機接收所述光信號並轉換為電信號，發送給所述讀寫器的數據處理器進行認證處理。
6.根據權利要求5所述數據讀寫系統，其特徵在於，所述光電檢測器和所述光電池為基於列陣式的PN結光電二極體，其中: 所述光電池的PN結光電二極體陰極接地，所述PN結光電二極體的陽極與所述電源管理電路的輸入端相連； 所述光電檢測器的PN結光電二極體反向偏置,所述光電檢測器的PN結光電二極體的陽極接地，所述光電檢測器的PN結光電二極體的陰極連接所述數據存儲器。
7.根據權利要求5所述數據讀寫系統，其特徵在於，所述電檢測器、電源管理電路、光電池以及所述數據存儲器通過CMOS集成電路工藝集成在同一晶片中。
8.根據權利要求5所述數據讀寫系統，其特徵在於，所述光信號發射機為雷射器或者發光二極體，或者無源的電光調製器。
9.一種數據讀寫方法，其特徵在於，所述數據讀寫方法權利基於要求5 — 8任一項所述的數據讀寫方法，所述方法包括: 所述讀寫器的數據處理器通過所述光信號發射機將需要發送的數據指令信號轉化為光信號; 所述數據標籤的光電池將所述光信號轉換為電能，通過所述電源管理電路為所述光電檢測器、數據存儲器、光發射器提供電能； 根據所述電源管理電路提供的電能，所述數據標籤的光電檢測器檢測光信號，將所述光信號轉化為電信號，並根據所述電信號中的指令對所述數據存儲器進行讀寫； 所述數據標籤的光發射器用於根據指令將所述數據存儲器需要讀出的數據轉為化光信號; 所述讀寫器的光接收機接收所述光發射器發射的光信號並轉換為電信號，發送給所述讀寫器的數據處理器進行認證處理。
10.根據權利要求9所述系統，其特徵在於，所述光電檢測器和所述光電池為基於列陣式的PN結光電二極體，其中: 所述光電池的PN結光電二極體陰極接地，所述PN結光電二極體的陽極與所述電源管理電路的輸入端相連； 所述光電檢測器的PN結光電二極體反向偏置,所述光電檢測器的PN結光電二極體的陽極接地，所述光電檢測器的PN結光電二極體的陰極連接所述數據存儲器。
【文檔編號】G06K19/07GK104392262SQ201410640596
【公開日】2015年3月4日 申請日期:2014年11月13日 優先權日:2014年11月13日
【發明者】商松泉, 李忠, 周小舟, 孫德文, 茆勝, 李斌, 劉德昂 申請人:深圳市國創新能源研究院