CN112232463B - 低功耗rfid读写系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例提供一种低功耗RFID读写系统及方法，其中，低功耗RFID读写系统中，中央处理单元控制根据低功耗检卡模式选择信号，使低功耗RFID读写系统以低功耗检卡模式运行，以休眠阶段、准备阶段和检测阶段为检测周期，进行RFID标签的检测；在休眠阶段，中央处理单元控制低功耗RFID读写系统以最低功率运行，使用低频环形振荡器提供时钟信号；在准备阶段，中央处理单元控制低功耗RFID读写系统开启主频晶体振荡器；在检测阶段，中央处理单元控制RFID检测模块进行RFID标签的检测。大大的降低阅读器和处理器的功耗，在使用电池供电的应用上增强其续航能力，减少了电力资源的浪费。
Description
技术领域
本发明涉及无线射频识别技术领域，尤其涉及一种低功耗RFID读写系统及方法。
背景技术
射频识别技术(Radio Frequency Identification，RFID)是自动识别技术的一种，即通过无线射频方式进行非接触双向数据通信对目标加以识别，具有快速、准确、可靠的特点，可广泛应用于生产、物流、交通、运输、医疗、防伪、跟踪、设备和资产管理等需要收集和处理数据的应用领域。
RFID技术原理是利用射频信号与空间耦合传输特性，进行数据交换，实现对物体的自动识别。与传统的条形码、磁卡IC等接触式识别技术相比，其最大特点是无须物理接触就可以完成识别，因此被广泛应用于多目标识别、运动目标识别中。
在实际应用过程中，RFID读写器并不是每一时刻都在工作，在门禁等某些应用上，RFID读写器可能很长时间才读写一次，如果处理器和RFID读写器一直在执行命令，会保持在很高的功耗下运行，导致RFID读写器的电池消耗非常快。
目前从芯片发展来说，功耗方面的要求是低功耗。整体芯片在不需要工作时，必须要有相应的低功耗的机制，在使用电池供电的应用上增强其续航能力，减少对电力资源的浪费。
因此，如何提供一种低功耗RFID读写系统及方法，配置低功耗机制，以超低的功耗完成对外部射频场标签进场的检测，大大的降低阅读器和处理器的功耗，在使用电池供电的应用上增强其续航能力，成为亟待解决的问题。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明实施例提供一种低功耗RFID读写系统及方法。
第一方面，本发明实施例提供一种低功耗RFID读写系统，
包括：系统控制模块和RFID检测模块；
所述系统控制模块具体包括：模式选择单元、门控管理单元和中央处理单元；
所述门控管理单元包括：主频晶体振荡器和低频环形振荡器；
所述模式选择单元与所述中央处理单元连接，用于将低功耗检卡模式选择信号发送给所述中央处理单元，实现系统工作模式的选择；
所述中央处理单元控制根据所述低功耗检卡模式选择信号，使所述低功耗RFID读写系统以低功耗检卡模式运行，以休眠阶段、准备阶段和检测阶段为检测周期，进行RFID标签的检测；
在所述休眠阶段，所述中央处理单元控制所述低功耗RFID读写系统以最低功率运行，使用低频环形振荡器提供时钟信号；
在所述准备阶段，所述中央处理单元控制所述低功耗RFID读写系统开启主频晶体振荡器；
在所述检测阶段，所述中央处理单元控制所述RFID检测模块进行RFID标签的检测。
可选的，在所述低功耗RFID读写系统中，
所述系统控制模块还包括：电源管理单元和模拟前端配置单元；
所述电源管理单元包括：模拟电源；所述模拟电源与所述RFID检测模块连接，为RFID检测模块供电；
所述中央处理单元在所述休眠阶段，控制所述电源管理单元关闭模拟电源；控制所述门控管理单元关闭主频晶体振荡器，使用低频环形振荡器提供时钟信号；
所述中央处理单元在所述准备阶段，控制所述电源管理单元开启模拟电源；控制所述门控管理单元开启主频晶体振荡器，并产生复位信号以供所述门控管理单元完成主频晶体振荡器复位；控制所述模拟前端控制单元配置模拟前端不发送和接收天线载波；
所述中央处理单元在所述检测阶段，控制模拟前端控制单元配置模拟前端发送和接收天线载波。
可选的，在所述低功耗RFID读写系统中，
所述系统控制模块还包括：RFID数字配置单元；
所述电源管理单元还包括：数字电源；所述数字电源与所述RFID数字配置模块连接，为RFID数字配置模块供电；
所述中央处理单元控制所述RFID数字配置单元根据预设配置周期切换发送的数字信号，获取返回的应答信号；基于所述应答信号确定是否存在RFID标签进入射频场；
若确定存在RFID标签进入射频场，控制所述RFID检测模块单元进行RFID标签的检测。
可选的，在所述低功耗RFID读写系统中，
所述RFID数字配置单元具体用于：根据预设配置周期切换发送的数字信号，控制模拟前端控制单元根据所述数字信号发送对应的载波信号；
检测所述对应的载波信号返回的回波信号，对所述回波信号进行整形，获取所述返回的应答信号；
检测所述应答信号的脉冲的个数，与预先设置的所述发送的数字信号脉冲的有效个数进行对比，
若所述应答信号的脉冲的个数大于所述预先设置的所述发送的数字信号脉冲的有效个数，确定所述应答信号对应的数字配置参数；
将所述应答信号对应的数字配置参数与预先存储的数字配置参数进比较；
若所述应答信号对应的数字配置参数大于预先存储的数字配置参数，则确定存在RFID标签进入射频场。
可选的，在所述低功耗RFID读写系统中，
所述系统控制模块还包括：寄存器单元；
所述寄存器单元用于对系统各功能单元的配置信息和状态信息进行存储，实现系统的快速配置。
可选的，在所述低功耗RFID读写系统中，
所述系统控制模块还包括：定时单元；
所述定时单元用于在系统以低功耗检卡模式运行时，对休眠阶段、准备阶段和检测阶段进行计时，发送定时中断信号。
可选的，在所述低功耗RFID读写系统中，
所述寄存器单元还用于对休眠阶段、准备阶段和检测阶段的持续时长进行配置；
所述定时单元对休眠阶段、准备阶段和检测阶段进行计时，确定对应的阶段达到预设所述持续时长后，向所述中央处理单元发送定时中断信号；
所述中央处理单元根据所述定时中断信号对所述电源管理单元、所述门控管理单元和所述模拟前端配置单元进行对应的控制。
可选的，在所述低功耗RFID读写系统中，
所述模式选择单元还用于：将硬掉电模式选择信号发送给所述中央处理单元，实现系统工作模式的选择；
所述中央处理单元控制根据所述硬掉电模式选择信号，使所述低功耗RFID读写系统以硬掉电模式运行；
具体的，在所述硬掉电模式下，所述中央处理单元控制所述电源管理单元关闭模拟电源和数字电源；控制所述门控管理单元关闭主频晶体振荡器。
可选的，在所述低功耗RFID读写系统中，
所述模式选择单元还用于：将软掉电模式选择信号发送给所述中央处理单元，实现系统工作模式的选择；
所述中央处理单元控制根据所述软掉电模式选择信号，使所述低功耗RFID读写系统以软掉电模式运行；
具体的，在所述软掉电模式下，所述中央处理单元控制所述电源管理单元关闭模拟电源；控制所述门控管理单元关闭主频晶体振荡器。
第二方面，本发明实施例提供一种基于上述低功耗RFID读写系统所实现的低功耗RFID读写方法，包括：
仿真模块，用于基于高压设备箱的三维模型，对避雷器安装位置进行仿真，得到避雷器电位分布情况；所述高压设备箱为待安装避雷器的高压设备箱；
定位模块，用于根据所述避雷器电位分布情况，确定避雷器的目标安装位置。
本发明提供的低功耗RFID读写系统及方法，配置低功耗机制，以超低的功耗完成对外部射频场标签进场的检测，大大的降低阅读器和处理器的功耗，在使用电池供电的应用上增强其续航能力，减少了电力资源的浪费。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明提供的低功耗RFID读写系统结构示意图；
图2为本发明提供的低功耗RFID读写系统电路结构图示意图；
图3为本发明提供的低功耗检卡模式下的检测周期阶段划分图；
图4为本发明提供的RFID数字配置单元比较波形整形图；
图5为本发明提供的RFID数字配置单元比较波形整形电路图；
图6为本发明提供的低功耗RFID读写方法流程图；
图7为本发明提供的电子设备的实体结构示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
图1为本发明实施例提供的低功耗RFID读写系统流程图，如图1所示，该低功耗RFID读写系统，包括：
系统控制模块110和RFID检测模块120；
所述系统控制模块110具体包括：模式选择单元、门控管理单元和中央处理单元；
所述门控管理单元包括：主频晶体振荡器和低频环形振荡器；
所述模式选择单元与所述中央处理单元连接，用于将低功耗检卡模式选择信号发送给所述中央处理单元，实现系统工作模式的选择；
所述中央处理单元控制根据所述低功耗检卡模式选择信号，使所述低功耗RFID读写系统以低功耗检卡模式运行，以休眠阶段、准备阶段和检测阶段为检测周期，进行RFID标签的检测；
在所述休眠阶段，所述中央处理单元控制所述低功耗RFID读写系统以最低功率运行，使用低频环形振荡器提供时钟信号；
在所述准备阶段，所述中央处理单元控制所述低功耗RFID读写系统开启主频晶体振荡器；
在所述检测阶段，所述中央处理单元控制所述RFID检测模块120进行RFID标签的检测。
具体的，对于射频系统来讲，不同的工作频率对应了不同的应用。根据采用频率的不同，RFID系统可以分为以下三类：低频LF(125/134KHz)，大多应用在门禁控制以及物品跟踪；高频HF(13.56MHz)，应用在短距离非接触的智能IC卡；超高频UHF(860MHz-960MHz)，适合读写距离远的应用。
图2为本发明提供的低功耗RFID读写系统电路结构图示意图，如图2所示，以高频RFID系统的具体电路结构示意图为例，对本发明进行介绍，本发明提供的低功耗RFID读写系统，包括：系统控制模块110和RFID检测模块120；其中，系统控制模块110具体包括：模式选择单元、门控管理单元和中央处理单元；门控管理单元包括：主频晶体振荡器和低频环形振荡器。主频晶体振荡器（主频晶振）频率为27.12MHz，低频环形振荡器（低频环振）频率为19KHz。
主频晶体振荡器提供的频率为27.12MHz的时钟信号（在图2中标记为clk27m）通过分频得到频率为13.56MHz的时钟信号。满足高频RFID的主频是13.56MHz的需求。在本发明中，除了必要的地方指出使用频率为27.12MHz的时钟信号或频率为19KHz的环振时钟信号之外，其他使用主频为13.56MHz的时钟信号。
门控管理单元设置有同步电路和门控时钟，用于在不同工作模式的不同需求下为电路的逻辑运行提供时钟。其中，门控时钟为无需变更运行状态的电路输入时钟，包括频率为13.56MHz的时钟信号（在图2中标记为clk13m）和频率为19KHz的环振时钟信号（在图2中标记为clk19k）；门控电路的时钟逻辑包括门控信号的同步和一些门控单元的组合，主要功能是根据门控信号对应的实际运行需求把输出的时钟信号切换成主频晶振或低频环振的其中一个（输出时钟信号在图2中标记为clk_out）。
模式选择单元与中央处理单元连接，用于进行系统运行模式的选择。当系统以默认模式运行时，可以将低功耗检卡模式选择信号发送给中央处理单元，中央处理单元中设置有状态机，根据状态机能够实现系统当前运行模式的识别和调整，将系统运行模式转换为低功耗检卡模式，实现系统工作模式的选择。
需要说明的是，模式选择单元可以是基于系统与上位机连接，通过上位机的指令进行运行模式的选择，或是在系统中设置按钮或开关等，通过人为选定进行模式的转换，本实施例对此不做限定。
中央处理单元控制根据低功耗检卡模式选择信号，使低功耗RFID读写系统以低功耗检卡模式运行。图3为本发明提供的低功耗检卡模式下的检测周期阶段划分图，如图3所示，低功耗检卡模式以休眠阶段T1、准备阶段T2和检测阶段T3为检测周期（例如：T1=500ms，T2=1ms，T3=50us），进行RFID标签的检测。
在休眠阶段，中央处理单元控制低功耗RFID读写系统以最低功率运行，使用低频环形振荡器提供时钟信号；此时系统内数字内部电路基本不运行，仅对T1时间段计时。
休眠阶段结束后，在准备阶段，中央处理单元控制低功耗RFID读写系统开启主频晶体振荡器，此时配置系统以较低功耗运行，由于主频晶振启动后需要一段时间起振达到稳定，在准备阶段仅开启主频晶振有助于在保证系统后续检测功能的基础上，降低功耗。
需要说明的是，除主频晶振外，还可以根据实际系统中包含的元件类型，在准备阶段开启需要一定时间稳定方能正常使用的其他器件。其次，检测周期中休眠阶段T1、准备阶段T2和检测阶段T3的具体时间长度可根据RFID选取的主频晶振和低频环振的频率大小做适应性的调整，确保准备时间能够使主频晶振达到稳定状态，本实施例对此不做限定。
在检测阶段，中央处理单元控制RFID检测模块120进行RFID标签的检测。具体的RFID标签的检测方法可根据实际需求进行选择，本实施例对此不做过多的说明。
由于T1＞T2＞T3，休眠阶段平均功耗＜准备阶段平均功耗＜检测阶段平均功耗，系统大部分的时间处于休眠阶段，此时的功耗最低，检测阶段的功耗较大，但是该阶段的时间最短，总体的平均功耗能够有效降低。有效解决了现有技术中如门禁RFID系统，待机时间长导致功耗消耗过大、有效命令执行时间很少的场景的问题。
可以理解的是，为了灵活使用低功耗RFID读写系统，还可以控制退出低功耗检卡模式，例如，使用一个引脚作为退出信号使用，只需要外部在该引脚施加一个5us左右低脉冲作为低功耗退出标志，中央处理单元执行退出的流程。进一步的，还可以使用开关状态信号或者状态机指令作为上述低功耗退出标志。
需要说明的是，本发明提供的硬件具体电路仅作为一个例子对发明进行解释说明，在具体应用过程中，为实现本发明，可对实际电路和相匹配的应用程序进行调整，本实施例对此不做限定。本发明提供的低功耗RFID读写系统，配置低功耗机制，通过以休眠阶段T1、准备阶段T2和检测阶段T3为检测周期，通过对检测系统的分步唤醒，以超低的功耗完成对外部射频场标签进场的检测，大大的降低阅读器和处理器的功耗，在使用电池供电的应用上增强其续航能力，减少了电力资源的浪费。
基于上述实施例，可选的，所述系统控制模块还包括：电源管理单元和模拟前端配置单元；
所述电源管理单元包括：模拟电源；所述模拟电源与所述RFID检测模块连接，为RFID检测模块供电；
所述中央处理单元在所述休眠阶段控制所述电源管理单元关闭模拟电源；控制所述门控管理单元关闭主频晶体振荡器，使用低频环形振荡器提供时钟信号；
所述中央处理单元在所述准备阶段，控制所述电源管理单元开启模拟电源；控制所述门控管理单元开启主频晶体振荡器，并产生复位信号以供所述门控管理单元完成主频晶体振荡器复位；控制所述模拟前端控制单元配置模拟前端不发送和接收天线载波；
所述中央处理单元在所述检测阶段，控制模拟前端控制单元配置模拟前端发送和接收天线载波。
具体的，系统控制模块还包括：电源管理单元和模拟前端配置单元；电源管理单元包括：模拟电源；模拟电源与RFID检测模块连接，为RFID检测模块供电。
中央处理单元在休眠阶段控制电源管理单元关闭模拟电源；控制门控管理单元关闭主频晶体振荡器，使用低频环形振荡器给电路的逻辑运行提供时钟提供时钟信号。
中央处理单元在准备阶段控制电源管理单元开启模拟电源；控制门控管理单元开启主频晶体振荡器，并通过内部的晶振异步复位电路产生复位信号，以供门控管理单元完成主频晶体振荡器复位；控制模拟前端控制单元配置模拟前端不发送和接收天线载波。
需要说明的是，控制主频晶体振荡器和模拟电源的开启与关闭的切换的方法，可以是设置开关对电路进行控制，或使用逻辑控制，可根据实际需求进行调整，本实施例对此不做限定。
中央处理单元在检测阶段，控制模拟前端控制单元配置模拟前端发送和接收天线载波。
在上述实施例的基础上，本实施例通过控制模拟电源的开启与关闭，实现对RFID检测模块的控制，使得检测周期内，休眠模式能够完全断开RFID检测模块，减少系统电力消耗。通过对检测系统的分步唤醒，以超低的功耗完成对外部射频场标签进场的检测，大大的降低阅读器和处理器的功耗，在使用电池供电的应用上增强其续航能力，减少了电力资源的浪费。
基于上述实施例，可选的，在所述低功耗RFID读写系统中，
所述系统控制模块还包括：RFID数字配置单元；
所述电源管理单元还包括：数字电源；所述数字电源与所述RFID数字配置模块连接，为RFID数字配置模块供电；
所述中央处理单元控制所述RFID数字配置单元根据预设配置周期切换发送的数字信号，获取返回的应答信号；基于所述应答信号确定是否存在RFID标签进入射频场；
若确定存在RFID标签进入射频场，控制所述RFID检测模块单元进行RFID标签的检测。
具体的，系统控制模块还包括：RFID数字配置单元；电源管理单元还包括：数字电源；数字电源与RFID数字配置模块连接，为RFID数字配置模块供电。
为了进一步的使耗能降低，中央处理单元控制RFID数字配置单元根据预设配置周期切换发送的数字信号，获取返回的应答信号；基于应答信号确定是否存在RFID标签进入射频场。
需要说明的是，上述RFID数字配置单元配置的是数字信号，根据对应的数字信号，模拟前端发送对应的载波信号，载波信号返回后，RFID数字配置单元将其处理为对应的应答信号。由于存在RFID标签进入对应的射频场时，会导致射频场的变化，根据应答信号的特性可以判断是否存在RFID标签进入射频场。
若确定存在RFID标签进入射频场，中断低功耗检卡模式，系统回到默认模式运行（非低功耗，正常运行模式），控制RFID检测模块单元进行RFID标签的检测。可以理解的是，在结束RFID标签的检测后，系统重新恢复低功耗检卡模式
若确定不存在RFID标签进入射频场，则控制系统回到休眠阶段T1，又重复休眠阶段T1、准备阶段T2和检测阶段T3的遍历，进行下一次的检卡。
进一步的，可以理解的是，由于应用场景的不同，可进行唤醒计时，在进入低功耗检卡模式一段时间后，达到唤醒计时时刻，或者人为给定强制恢复默认运行模式，无论当前系统处于什么状态，均会被强制回到默认运行模式，退出低功耗检卡模式。
在上述实施例的基础上，本实施例通过在检测阶段增添是否有标签进场的检测，仅在确定存在标签进场时，才唤醒RFID检测模块单元进行RFID标签的检测，并在没有检测到标签的时候处于超低功耗下运行。能够有效地进一步在检测阶段节省消耗的功率。
基于上述实施例，可选的，在所述低功耗RFID读写系统中，
所述RFID数字配置单元具体用于：根据预设配置周期切换发送的数字信号，控制模拟前端控制单元根据所述数字信号发送对应的载波信号；
检测所述对应的载波信号返回的回波信号，对所述回波信号进行整形，获取所述返回的应答信号；
检测所述应答信号的脉冲的个数，与预先设置的所述发送的数字信号脉冲的有效个数进行对比，
若所述应答信号的脉冲的个数大于所述预先设置的所述发送的数字信号脉冲的有效个数，确定所述应答信号对应的数字配置参数；
将所述应答信号对应的数字配置参数与预先存储的数字配置参数进比较；
若所述应答信号对应的数字配置参数大于预先存储的数字配置参数，则确定存在RFID标签进入射频场。
具体的，RFID数字配置单元可以设置配置切换电路、脉冲检测电路、时钟个数匹配电路、结果比较电路。
配置周期为时钟个数匹配电路根据T3的时间片配置的，划分每一组数字信号配置需要的时间，例如T3设置是50us，假设共有18组数字信号配置，则每一组是2.78us，相当于37个频率为13.56MHz的时钟周期。那么在这37个时钟周期检测到18个周期有脉冲，则认为检测到符合要求的数字信号配置。
配置切换电路根据预设配置周期每隔一段时间切换一次发送的数字信号，控制模拟前端控制单元根据数字信号发送对应的载波信号。
模拟前端控制单元检测对应的载波信号返回的回波信号，RFID数字配置单元对回波信号进行整形，获取返回的应答信号。
需要说明的是，由于模拟前端的配置调整次数多，可在模拟前端配置单元中设置内部寄存器，配合实现数据回写使能，在模拟前端配置单元配置改变时将配置信息进行存储以供下次调用。
响应脉冲由模拟电路给出，是一段频率大约是13.56MHz的矩形波，中央处理单元的时钟频率为13.56MHz或19KHz，无法处理这段响应，所以需要RFID数字配置单元使用频率为27.12MHz的时钟将该信号处理完，得到比较结果再交给中央处理单元使用。
图4为本发明提供的RFID数字配置单元比较波形整形图，图5为本发明提供的RFID数字配置单元比较波形整形电路图，如图4和图5所示。
如图4所示，auto_det对应的波形为响应波形，auto_det_o对应的波形为处理好的信号，机理就是把下降沿波形处理成2个频率为27.12MHz时钟周期的高电平，相当于把周期信号处理成高电平。
另外由于这个脉冲信号的频率、相位、占空比并非标准的频率为13.56MHz的方形波，存在使用频率为27.12MHz的时钟信号单边沿采样不到的情况，所以使用双边沿采样的方式（上升沿和下降沿均采样）。避免出现单纯的上升沿检测存在遗漏和丢失的问题。
原理如图5所示，输入时钟信号clk、复位信号rst_n和auto_det，对auto_det做多级寄存，对其多级寄存做两级下降沿判断，把一个下降沿转换成2个频率为27.12MHz的时钟周期的高电平。同时分别采用上升沿采样和下降沿采样获得采样信号，再将获得的两个采样信号取或运算得到auto_det_o信号。避免出现寄存器的输出进入亚稳态状态，导致出现输出结果不能输出或者不能输出一个确定的结果的问题。
脉冲检测电路检测应答信号的脉冲的个数，结果比较电路将应答信号的脉冲的个数与时钟个数匹配电路预先设置的发送的数字信号脉冲的有效个数进行对比，确定比较结果。
若比较确定应答信号的脉冲的个数大于预先设置的发送的数字信号脉冲的有效个数，进一步确定符合要求的应答信号对应的数字配置参数。将应答信号对应的数字配置参数与预先存储的数字配置参数（无标签环境下信号对应数字配置参数）进行比较；
若确定应答信号对应的数字配置参数大于预先存储的数字配置参数，则确定存在RFID标签进入射频场，后续进行RFID标签的检测。
若比较确定应答信号对应的数字配置参数不大于预先存储的数字配置参数，则确定不存在RFID标签进入射频场，继续以低功耗模式进行周期性的进行下一次检卡。
需要说明的是，为了能够实现是否存在RFID标签是否进入射频场的检测，需要获取无标签环境下信号对应数字配置参数。本发明还提供对现有的环境的数字配置调教功能，用于获得无标签环境下的数字配置参考电平（即无标签环境下信号对应数字配置参数）。要求模拟电路配置环境跟检测阶段T3阶段处于同种配置，即环境相同。仍旧使用检测电路。软件可以根据该功能，根据环境变化执行调教获取对应的数字配置参考电平，同时根据需求对数字配置参考电压加大限制，防止由于环境变化引起的误触发。
在上述实施例的基础上，本实施例通过在检测阶段增添是否有标签进场的检测，通过对发送的载波对应的数字信号和回波对应的应答信号的脉冲个数的比较，确定是否存在标签进入射频场，仅在确定存在标签进场时，才唤醒RFID检测模块单元进行RFID标签的检测，并在没有检测到标签的时候处于超低功耗下运行。将检测过程进行拆解，是的RFID检测单元无需一直持续运行，能够有效地进一步在检测阶段节省消耗的功率。
基于上述实施例，可选的，在所述低功耗RFID读写系统中，
所述系统控制模块还包括：寄存器单元；
所述寄存器单元用于对系统各功能单元的配置信息和状态信息进行存储，实现系统的快速配置。
具体的，寄存器单元设置有寄存器读写状态机、寄存器以及中断判断机制，由于低功耗RFID读写系统运行状态的变化较多，设置寄存器单元用于对系统各功能单元的配置信息和状态信息进行存储，并根据中断机制向中央处理器中的中断控制电路提供中断信号，利用寄存器实现系统的快速配置，运行状态的快速切换。
需要说明的是，在发明中寄存器单元可以是各模块单元对应内部的寄存器，或者是单独连接的扩展寄存器，可根据实际的需求进行选择使用，并匹配对应的软件程序进行数据的调取，本实施例对此不做限定。
在上述实施例的基础上，本实施例通过在检测阶段增添寄存器单元对系统运行相关的数据配置信息进行存储，能够有效的实现系统的快速配置，运行状态的快速切换，提高系统的智能程度，方便用户的操作。
基于上述实施例，可选的，在所述低功耗RFID读写系统中，
所述系统控制模块还包括：定时单元；
所述定时单元用于在系统以低功耗检卡模式运行时，对休眠阶段、准备阶段和检测阶段进行计时，发送定时中断信号。
具体的，由于低功耗RFID读写系统使用低功耗检卡模式运行时，检测周期分为休眠阶段、准备阶段和检测阶段分为三个阶段，需要计时对三个阶段进行区分。
定时单元用于在系统以低功耗检卡模式运行时，对休眠阶段、准备阶段和检测阶段进行计时，发送定时中断信号，中央处理单元根据定时中断信号确认当前系统处于检测周期的那一阶段，调用对应的软件程序实现对应的控制。
需要说明的是，除了检测周期三个阶段的时间设置外，还可以设置唤醒时间进行唤醒计时等，可根据实际需要设置，本实施例对此不做限定。
在上述实施例的基础上，本实施例通过在检测阶段增添定时单元对系统运行相关的时间进行计时，通过计时确定系统当前运行的所处的阶段，配合中断信号和软件程序，实现系统的准确控制。
基于上述实施例，可选的，在所述低功耗RFID读写系统中，
所述寄存器单元还用于对休眠阶段、准备阶段和检测阶段的持续时长进行配置；
所述定时单元对休眠阶段、准备阶段和检测阶段进行计时，确定对应的阶段达到预设所述持续时长后，向所述中央处理单元发送定时中断信号；
所述中央处理单元根据所述定时中断信号对所述电源管理单元、所述门控管理单元和所述模拟前端配置单元进行对应的控制。
具体的，寄存器单元还用于对休眠阶段T1、准备阶段T2和检测阶段T3的持续时长进行配置，例如：T1=500ms，T2=1ms，T3=50us。
定时单元包括一个主频为19KHz的定时器，根据寄存器存储的三阶段时长，对休眠阶段、准备阶段和检测阶段进行计时。定时器内部主体包含三个部分：定时器启动的控制、计数器和定时中断标志产生电路（定时中断控制）。定时器启动的控制受外部信号控制，可以启动计数模块，根据T1、T2、T3和计数值比较，符合要求则给出定时中断脉冲，向中央处理单元中定时控制电路发送定时中断信号。
中央处理单元根据定时中断信号对电源管理单元、门控管理单元和模拟前端配置单元进行对应的控制。
可以理解的是，还可以增添唤醒时间配置，在符合要求的条件下退出低功率检卡模式，直接进入默认运行模式。
需要说明的是，由于环振的频率容易受外部环境以及工艺的影响，会产生大范围的偏差，时间单位的计数值由门控管理单元输入定时器，能够较为精确的反映低频环振的当前频率。
可以理解的是，定时单元还可以用于辅助门控管理单元实现低频环振环振（频率为19KHz的时钟）校准。原理是通过计数器对频率为27.12MHz的时钟对环振时钟的边沿之间进行计数，相应的计数值得到一个相对合理的时间单位的计数值，通过时间单位计数值反映其频率，误差在±0.3％。能够有效避免由于低频环振的频率容易受外部环境以及工艺，会产生大范围的偏差而导致定时器计时时间的偏差问题。
在上述实施例的基础上，本实施例通过寄存器单元和定时单元，实现对系统运行相关的时间进行配置和计时，通过计时确定系统当前运行的所处的阶段，配合中断信号和软件程序，实现系统的准确控制。
基于上述实施例，可选的，在所述低功耗RFID读写系统中，
所述模式选择单元还用于：将硬掉电模式选择信号发送给所述中央处理单元，实现系统工作模式的选择；
所述中央处理单元控制根据所述硬掉电模式选择信号，使所述低功耗RFID读写系统以硬掉电模式运行；
具体的，在所述硬掉电模式下，所述中央处理单元控制所述电源管理单元关闭模拟电源和数字电源；控制所述门控管理单元关闭主频晶体振荡器。
具体的，低功耗RFID读写系统除了默认运行模式和低功耗检卡模式之外，还可以设置硬掉电模式（Hard Power Down，简称HPD）。
对应的，模式选择单元还用于：将硬掉电模式选择信号发送给中央处理单元，实现系统工作模式的选择。中央处理单元控制根据硬掉电模式选择信号，使低功耗RFID读写系统以硬掉电模式运行。
需要说明的是，硬掉电模式的选择，可通过上位机发送指令实现或者通过用户操作实现，本实施例对此不做限定。
具体的，在硬掉电模式下，中央处理单元控制电源管理单元关闭模拟电源和数字电源；控制门控管理单元关闭主频晶体振荡器。此时系统处于无法检测RFID标签的模式。
在上述实施例的基础上，本实施例通过设置硬掉电模式，使低功耗RFID读写系统能够适用于无需进行RFID标签检测，只需要进行待机的状态，例如某业主长期出差不在家时，便可将门禁系统设置为硬掉电模式，实现低功耗RFID读写系统的长期待机，使其适用于多种不同的应用场景。
基于上述实施例，可选的，在所述低功耗RFID读写系统中，
所述模式选择单元还用于：将软掉电模式选择信号发送给所述中央处理单元，实现系统工作模式的选择；
所述中央处理单元控制根据所述软掉电模式选择信号，使所述低功耗RFID读写系统以软掉电模式运行；
具体的，在所述软掉电模式下，所述中央处理单元控制所述电源管理单元关闭模拟电源；控制所述门控管理单元关闭主频晶体振荡器。
具体的，低功耗RFID读写系统除了默认运行模式和低功耗检卡模式之外，还可以设置软掉电模式（Soft Power Down，简称SPD）。
对应的，模式选择单元还用于：将软掉电模式选择信号发送给中央处理单元，实现系统工作模式的选择。中央处理单元控制根据软掉电模式选择信号，使低功耗RFID读写系统以软掉电模式运行。
需要说明的是，软掉电模式的选择，可通过上位机发送指令实现或者通过用户操作实现，本实施例对此不做限定。
具体的，在所述硬掉电模式下，所述中央处理单元控制所述电源管理单元关闭模拟电源和数字电源；控制所述门控管理单元关闭主频晶体振荡器。此时系统处于无法检测RFID标签的模式，但能够维持基本的计时等功能。
在上述实施例的基础上，本实施例通过设置软掉电模式，使低功耗RFID读写系统能够适用于无需进行RFID标签检测，只需要进行待机的状态，例如某业主夜晚在家休息，或白天工作不在家，短期无需低功耗RFID读写系统，便可将门禁系统设置为软掉电模式，实现低功耗RFID读写系统的待机，并维持基本功能，使其适用于多种不同的应用场景。
图6为本发明实施例提供的低功耗RFID读写方法流程图，如图6所示，基于上述低功耗RFID读写系统所实现的低功耗RFID读写方法，包括：
步骤S1，配置运行方式为低功耗检卡模式；所述低功耗检卡模式包括休眠阶段、准备阶段和检测阶段；
步骤S2，以休眠阶段、准备阶段和检测阶段为检测周期进行RFID标签的检测；
其中，在所述休眠阶段，低功耗RFID读写系统以最低功率运行，使用低频环形振荡器提供时钟信号；在所述准备阶段，低功耗RFID读写系统主频晶体振荡器开启；在所述检测阶段，低功耗RFID读写系统进行RFID标签的检测。
具体的，在步骤S1中，使用模式选择单元配置低功耗RFID读写系统的运行方式为低功耗检卡模式；低功耗检卡模式包括休眠阶段、准备阶段和检测阶段。
在步骤S2中，中央处理单元控制低功耗RFID读写系统以休眠阶段、准备阶段和检测阶段为检测周期进行RFID标签的检测。
其中，在休眠阶段，中央处理单元控制低功耗RFID读写系统以最低功率运行，使用低频环形振荡器提供时钟信号；
在准备阶段，中央处理单元控制低功耗RFID读写系统开启主频晶体振荡器；
在检测阶段，中央处理单元控制RFID检测模块进行RFID标签的检测。
本发明提供的低功耗RFID读写方法，配置低功耗机制，通过以休眠阶段T1、准备阶段T2和检测阶段T3为检测周期，通过对检测系统的分步唤醒，以超低的功耗完成对外部射频场标签进场的检测，大大的降低阅读器和处理器的功耗，在使用电池供电的应用上增强其续航能力，减少了电力资源的浪费。
需要说明的是低功耗RFID读写方法基于上述低功耗RFID读写系统实现，其具体的实施方式与系统的工作方式相符，在此不再赘述。
需要说明的是，本发明提供的硬件具体电路仅作为一个例子对发明进行解释说明，在具体应用过程中，为实现本发明，可对实际电路和相匹配的应用程序进行调整，本实施例对此不做限定。
图7为本发明实施例提供的电子设备的实体结构示意图，如图7所示，所述电子设备可以包括：处理器（processor）710、通信接口(communication interface）720、存储器（memory）730和通信总线（bus）740，其中，处理器710，通信接口720，存储器730通过通信总线740完成相互间的通信。处理器710可以调用存储器730中的逻辑指令，以执行上述低功耗RFID读写系统，包括：配置运行方式为低功耗检卡模式；所述低功耗检卡模式包括休眠阶段、准备阶段和检测阶段；以休眠阶段、准备阶段和检测阶段为检测周期进行RFID标签的检测；其中，在所述休眠阶段，低功耗RFID读写系统以最低功率运行，使用低频环形振荡器提供时钟信号；在所述准备阶段，低功耗RFID读写系统主频晶体振荡器开启；在所述检测阶段，低功耗RFID读写系统进行RFID标签的检测。
此外，上述的存储器730中的逻辑指令可以通过软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备（可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等）执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器（ROM，Read-only Memory）、随机存取存储器（RAM，Random Access Memory）、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
另一方面，本发明实施例还提供一种计算机程序产品，所述计算机程序产品包括存储在非暂态计算机可读存储介质上的计算机程序，所述计算机程序包括程序指令，当所述程序指令被计算机执行时，计算机能够执行上述各方法实施例所提供的低功耗RFID读写系统，包括：配置运行方式为低功耗检卡模式；所述低功耗检卡模式包括休眠阶段、准备阶段和检测阶段；以休眠阶段、准备阶段和检测阶段为检测周期进行RFID标签的检测；其中，在所述休眠阶段，低功耗RFID读写系统以最低功率运行，使用低频环形振荡器提供时钟信号；在所述准备阶段，低功耗RFID读写系统主频晶体振荡器开启；在所述检测阶段，低功耗RFID读写系统进行RFID标签的检测。
又一方面，本发明实施例还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现以执行上述各实施例提供的以执行低功耗RFID读写系统，包括：配置运行方式为低功耗检卡模式；所述低功耗检卡模式包括休眠阶段、准备阶段和检测阶段；以休眠阶段、准备阶段和检测阶段为检测周期进行RFID标签的检测；其中，在所述休眠阶段，低功耗RFID读写系统以最低功率运行，使用低频环形振荡器提供时钟信号；在所述准备阶段，低功耗RFID读写系统主频晶体振荡器开启；在所述检测阶段，低功耗RFID读写系统进行RFID标签的检测。
以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备（可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等）执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (7)
1.一种低功耗RFID读写系统，其特征在于，包括：系统控制模块和RFID检测模块；
所述系统控制模块具体包括：模式选择单元、门控管理单元和中央处理单元；
所述门控管理单元包括：主频晶体振荡器和低频环形振荡器；
所述模式选择单元与所述中央处理单元连接，用于将低功耗检卡模式选择信号发送给所述中央处理单元，实现系统工作模式的选择；
所述中央处理单元控制根据所述低功耗检卡模式选择信号，使所述低功耗RFID读写系统以低功耗检卡模式运行，以休眠阶段、准备阶段和检测阶段为检测周期，进行RFID标签的检测；
在所述休眠阶段，所述中央处理单元控制所述低功耗RFID读写系统以最低功率运行，使用低频环形振荡器提供时钟信号；
在所述准备阶段，所述中央处理单元控制所述低功耗RFID读写系统开启主频晶体振荡器；
在所述检测阶段，所述中央处理单元控制所述RFID检测模块进行RFID标签的检测；
所述系统控制模块还包括：电源管理单元和模拟前端配置单元；
所述电源管理单元包括：模拟电源；所述模拟电源与所述RFID检测模块连接，为RFID检测模块供电；
所述中央处理单元在所述休眠阶段控制所述电源管理单元关闭模拟电源；控制所述门控管理单元关闭主频晶体振荡器，使用低频环形振荡器提供时钟信号；
所述中央处理单元在所述准备阶段，控制所述电源管理单元开启模拟电源；控制所述门控管理单元开启主频晶体振荡器，并产生复位信号以供所述门控管理单元完成主频晶体振荡器复位；控制所述模拟前端控制单元配置模拟前端不发送和接收天线载波；
所述中央处理单元在所述检测阶段，控制模拟前端控制单元配置模拟前端发送和接收天线载波；
所述系统控制模块还包括：RFID数字配置单元；
所述电源管理单元还包括：数字电源；所述数字电源与所述RFID数字配置单元连接，为所述RFID数字配置单元供电；
所述中央处理单元控制所述RFID数字配置单元根据预设配置周期切换发送的数字信号，获取返回的应答信号；基于所述应答信号确定是否存在RFID标签进入射频场；
若确定存在RFID标签进入射频场，控制所述RFID检测模块单元进行RFID标签的检测；
所述RFID数字配置单元具体用于：根据预设配置周期切换发送的数字信号，控制模拟前端控制单元根据所述数字信号发送对应的载波信号；
检测所述对应的载波信号返回的回波信号，对所述回波信号进行整形，获取所述返回的应答信号；
检测所述应答信号的脉冲的个数，与预先设置的所述发送的数字信号脉冲的有效个数进行对比，
若所述应答信号的脉冲的个数大于所述预先设置的所述发送的数字信号脉冲的有效个数，确定所述应答信号对应的数字配置参数；
将所述应答信号对应的数字配置参数与预先存储的数字配置参数进比较；
若所述应答信号对应的数字配置参数大于预先存储的数字配置参数，则确定存在RFID标签进入射频场。
2.根据权利要求1所述的低功耗RFID读写系统，其特征在于，
所述系统控制模块还包括：寄存器单元；
所述寄存器单元用于对系统各功能单元的配置信息和状态信息进行存储，实现系统的快速配置。
3.根据权利要求2所述的低功耗RFID读写系统，其特征在于，
所述系统控制模块还包括：定时单元；
所述定时单元用于在系统以低功耗检卡模式运行时，对休眠阶段、准备阶段和检测阶段进行计时，发送定时中断信号。
4.根据权利要求3所述的低功耗RFID读写系统，其特征在于，
所述寄存器单元还用于对休眠阶段、准备阶段和检测阶段的持续时长进行配置；
所述定时单元对休眠阶段、准备阶段和检测阶段进行计时，确定对应的阶段达到预设所述持续时长后，向所述中央处理单元发送定时中断信号；
所述中央处理单元根据所述定时中断信号对所述电源管理单元、所述门控管理单元和所述模拟前端配置单元进行对应的控制。
5.根据权利要求1-4任一项所述的低功耗RFID读写系统，其特征在于，
所述模式选择单元还用于：将硬掉电模式选择信号发送给所述中央处理单元，实现系统工作模式的选择；
所述中央处理单元控制根据所述硬掉电模式选择信号，使所述低功耗RFID读写系统以硬掉电模式运行；
具体的，在所述硬掉电模式下，所述中央处理单元控制所述电源管理单元关闭模拟电源和数字电源；控制所述门控管理单元关闭主频晶体振荡器。
6.根据权利要求1-4任一项所述的低功耗RFID读写系统，其特征在于，
所述模式选择单元还用于：将软掉电模式选择信号发送给所述中央处理单元，实现系统工作模式的选择；
所述中央处理单元控制根据所述软掉电模式选择信号，使所述低功耗RFID读写系统以软掉电模式运行；
具体的，在所述软掉电模式下，所述中央处理单元控制所述电源管理单元关闭模拟电源；控制所述门控管理单元关闭主频晶体振荡器。
7.一种基于权利要求1-6任一项所述的低功耗RFID读写系统所实现的低功耗RFID读写方法，其特征在于，包括：
配置运行方式为低功耗检卡模式；所述低功耗检卡模式包括休眠阶段、准备阶段和检测阶段；
以休眠阶段、准备阶段和检测阶段为检测周期进行RFID标签的检测；
其中，在所述休眠阶段，低功耗RFID读写系统以最低功率运行，使用低频环形振荡器提供时钟信号；在所述准备阶段，低功耗RFID读写系统主频晶体振荡器开启；在所述检测阶段，低功耗RFID读写系统进行RFID标签的检测。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CB03 | Change of inventor or designer information | ||
| CB03 | Change of inventor or designer information |
Inventor after: Chen Zhuorong Inventor after: Wang Jinqiao Inventor after: Wu Jin Inventor after: Lin Ge Inventor before: Hu Jianguo Inventor before: Chen Zhuorong Inventor before: Wang Deming Inventor before: Wang Jinqiao Inventor before: Wu Jin Inventor before: Lin Ge |