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一种自充电蓝牙电子标签系统

2021-02-04 18:45:21

一种自充电蓝牙电子标签系统

  技术领域

  本发明涉及定位设备技术领域,尤其涉及一种自充电蓝牙电子标签系统。

  背景技术

  生活中的各种设备,以及某些机构的大型设备向空间发射无线电磁信号消耗了大量的能量,这些能量都以电磁波的形式向外传播,其中能够被有效利用的只是极小的一部分,大部分的能量都消耗在传输和反射过程中,若能够将这部分能量得到有效的利用,也是对能量回收和利用的新方式。

  随着互联网的普及,电子商务的兴起,尤其是物联网的快速发展,使得快递的需求和业务量与日俱增,人们对一种高效、可靠的物流追踪定位系统的渴望也日益强烈。电子标签常见于仓库、大型超市的库存跟踪与管理,主要应用场景为室内环境,而物流产品随着分拣、配送存在的场景室内或室外发生变化,传统的电子标签不能准确、高效的进行定位货物的位置情况,并且电子标签采用2G的方式进行数据传输,当大量电子标签同时存在的场景中,会导致同一基站负荷过大,并且传统电子标签采用锂电池供电,使用有线方式充电会产生很高的维修费用在现有的超市、仓库等场所采用蓝牙电子标签来代替纸质标签来标识和定位商品的信息和位置,现有的电子标签技术基于蓝牙4.0协议实现,虽然大部分能够做到低功耗模式,但是蓝牙电路续航时间有限需要进行充电使用,若想要长时间工作需要增大电池的容量,这样会增加产品的体积和成本。

  发明内容

  本发明提供一种自充电蓝牙电子标签系统,能够精确追踪物流货物的定位信息,能够将环境中的能量回收为蓝牙电路进行供电,还可将多余的能量进行存储,解决蓝牙标签单次续航时间短的问题,减少了后期维护成本。

  本发明提供一种自充电蓝牙电子标签系统,其特征在于:包括蓝牙标签,用于储存数据信息;蓝牙标签设置或安装在物流货物上,其内部存储有关自身的唯一编码以及该编码对应的定位信息、编号信息等,并且蓝牙标签能够通过蓝牙方式与外界进行通信,便于外界对其进行定位追踪;

  能量回收模块,包括用于接收射频信号的接收器和用于将射频信号转换成能量的转换器,转换器包括阻抗匹配单元和整流器,阻抗匹配单元与接收器相连,整流器的第一输出端与系统的用电设备相连;射频能量信号是通过接收器接收的,接收器一般为天线,天线可以是单极天线、偶极天线、平面型天线或倒F型天线,通常每个整流器与多个天线相连,一般为多个并联连接的天线与整流器相连,也存在每个天线对应连接一个整流器,再由整流器整流汇总成直流信号的情况,其内置能量转换电路的应用电路接收射频,射频随后在天线的整个长度上引起电势差,并产生电荷载流子通过天线的运动,阻抗匹配单元与天线通过导线连接,电荷载流子通过导线移动到阻抗匹配单元的电路中,阻抗匹配单元确保从天线到整流器的功率传输最大,实现源到负载之间最佳功率传输,并且对对应频段的射频信号进行谐振升压,由于天线接收到的射频信号是具有正弦波形的交流信号,通过整流器的整流和放大,将交流电转换为直流电,并转移至系统的用电设备中;

  电源管理模块,用于为蓝牙标签提供电能,包括备用电池和储电单元,储电单元与整流器的第二输出端相连;电池管理模块为蓝牙标签的工作提供能源,其中当能量回收模块产生的电能超过系统的用电设备的使用量时,通过第二输出端将多余的电能转移至储电单元中并在能量回收模块无法直接为系统提供足够电能时供给电能,储电单元可以为传统的充电电池、新型薄膜电池以及电容,其中储电单元的一个较佳实施例为电化学双层电容器,灵敏度高,可充电次数多,能够很好的存储电荷。

  可选的,蓝牙标签包括蓝牙芯片,蓝牙芯片上存储对应关系表,对应关系表包括标签名称和绑定于标签名称的数据信息。

  可选的,蓝牙标签还包括睡眠触发模块,睡眠触发模块与蓝牙标签有线或无线连接,睡眠触发模块用于确定蓝牙芯片的工作模式,蓝牙芯片的工作模式包括正常工作、浅度睡眠和深度睡眠;睡眠触发模块能够在蓝牙标签不使用时触发蓝牙标签内部电路,使蓝牙芯片进入睡眠状态,能够极大的降低功耗,延长待机时间,由于蓝牙芯片进入深度睡眠模式后重新启动时功耗高,因此当蓝牙标签在较短时间内不工作由睡眠触发模式触发蓝牙标签进入浅度睡眠模式,部分电路休眠,而当长时间停止工作,则进入深度睡眠。

  可选的,还包括唤醒模块,唤醒模块包括自用时钟单元,自用时钟单元与蓝牙芯片连接,自用时钟单元用于定时唤醒处于浅度睡眠状态中的蓝牙芯片。

  可选的,唤醒模块还包括外设时钟单元,外设时钟单元用于定时唤醒处于深度睡眠模式中的蓝牙芯片当蓝牙芯片处于深度睡眠模式时,其内部的自用时钟单元也处于断电睡眠状态,外设时钟单元作为备用定时唤醒装置,单独供电,能够在蓝牙芯片处于深度睡眠模式时唤醒蓝牙芯片进行工作。

  可选的,蓝牙芯片上设置有一个或多个接口,蓝牙芯片上预留有IIC接口和SPI接口,方便外设的拓展。

  可选的,还包括传感器组件,传感器组件与蓝牙标签相通信,传感器组件包括九轴传感器和温湿度传感器,九轴传感器采用MPU9250,支持三轴加速度、三轴陀螺仪、三轴磁力计,分别计算X轴加速度、Y轴加速度、Z轴加速度、X轴角速度、Y轴角速度、Z轴角速度、X轴磁场强度、Y轴磁场强度、Z轴磁场强度,九轴传感器和温湿度传感器能够检测外部环境变化并及时反馈至蓝牙标签,便于蓝牙标签对自身工作模式进行调整。

  可选的,接收器为天线,天线从环境中获取射频信号并产生电荷载流子,电荷载流子经导线流动至阻抗匹配单元中,天线为平面单极子天线或圆极化天线;平面单极子天线或圆极化天线为本发明中的较佳实施例,平面单极子天线是一种形状适宜、重量轻、易于操作的天线,其中天线位于整个装置的最前端或最外侧,便于接收电磁波。

  可选的,能量回收模块还包括电压倍增器,电压倍增器的输入端与整流器的输出端相连,电压倍增器的输出端与储电单元相连;电压倍增器可以为变压器或升压转换器,对整流器整流后的信号进行升压。

  可选的,系统还包括检测单元和控制单元,检测单元、控制单元分别与整流器、备用电池和储电单元通信连接,检测单元用于检测环境中的射频信号,控制单元根据检测单元的检测结果以及系统中用电设备的工作状态控制整流器、备用电池和储电单元与系统的电路的接通或中断;系统中的用电设备为蓝牙标签、唤醒模块和传感器组件,蓝牙标签、唤醒模块和传感器组件分别由能量回收模块或备用电池提供电能,当环境中存在射频信号时,检测单元能够对射频信号产生感知,此时若系统中的用电设备进行工作时,则由能量回收模块的输出端的电能直接为用电设备进行供电,此时由控制单元切断备用电池和储电单元与用电设备之间的电流流通,当用电设备的用电消耗小于能量回收模块的产生量或用电设备不工作时,能量回收模块产生的多余电能存储在储电单元中,当检测单元检测到环境中没有射频信号时,此时由控制单元接通储电单元与系统的用电设备之间的电路,由储电单元为系统进行供电,当储电单元内储蓄的电能释放完毕之后由供电单元切换至备用电池供电。

  基于上述,本发明能够将环境中的能量回收为蓝牙电路进行供电,还可将多余的能量进行存储,解决蓝牙标签单次续航时间短的问题,减少了后期维护成本。

  附图说明

  图1为本发明实施例的一种自充电蓝牙电子标签系统的示意图。

  具体实施方式

  这里将详细地对示例性实施例执行说明,其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时,除非另有表示,不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本发明相一致的所有实施方式。相反,它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本发明的一些方面相一致的装置和方法的例子。

  在本发明的描述中,需要理解的是,术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本发明和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本发明的限制。此外,术语“第一”、“第二”仅用于描述目的,而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此,限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个特征。在本发明的描述中,“多个”的含义是两个或两个以上,除非另有明确具体的限定。

  在本发明的描述中,需要说明的是,除非另有明确的规定和限定,术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解,例如,可以是固定连接,也可以是可拆卸连接,或一体地连接;可以是机械连接,也可以是电连接或可以相互通讯;可以是直接相连,也可以通过中间媒介间接相连,可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言,可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。在不冲突的情况下,本发明中的技术特征可以相互组合。

  在本发明中,除非另有明确的规定和限定,第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触,也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们间的另外的特征接触。而且,第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方,或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方,或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

  下文的公开提供了许多不同的实施方式或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开,下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然,它们仅仅为示例,并且目的不在于限制本发明。此外,本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或参考字母,这种重复是为了简化和清楚的目的,其本身不指示所讨论各种实施方式和/或设置间的关系。此外,本发明提供了的各种特定的工艺和材料的例子,但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的应用和/或其他材料的使用。

  如图1所示,为本发明一种自充电蓝牙电子标签系统,包括蓝牙标签,用于储存数据信息;蓝牙标签设置或安装在物流货物上,其内部存储有关自身的唯一编码以及该编码对应的定位信息、编号信息等,并且蓝牙标签能够通过蓝牙方式与外界进行通信,便于外界对其进行定位追踪;

  能量回收模块,包括用于接收射频信号的接收器和用于将射频信号转换成能量的转换器,转换器包括阻抗匹配单元和整流器,阻抗匹配单元与接收器相连,整流器的第一输出端与系统的用电设备相连;射频能量信号是通过接收器接收的,接收器一般为天线,天线可以是单极天线、偶极天线、平面型天线或倒F型天线,通常每个整流器与多个天线相连,一般为多个并联连接的天线与整流器相连,也存在每个天线对应连接一个整流器,再由整流器整流汇总成直流信号的情况,其内置能量转换电路的应用电路接收射频,射频随后在天线的整个长度上引起电势差,并产生电荷载流子通过天线的运动,阻抗匹配单元与天线通过导线连接,电荷载流子通过导线移动到阻抗匹配单元的电路中,阻抗匹配单元确保从天线到整流器的功率传输最大,实现源到负载之间最佳功率传输,并且对对应频段的射频信号进行谐振升压,由于天线接收到的射频信号是具有正弦波形的交流信号,通过整流器的整流和放大,将交流电转换为直流电,并转移至系统的用电设备中;

  电源管理模块,用于为蓝牙标签提供电能,包括备用电池和储电单元,储电单元与整流器的第二输出端相连;电池管理模块为蓝牙标签的工作提供能源,其中当能量回收模块产生的电能超过系统的用电设备的使用量时,通过第二输出端将多余的电能转移至储电单元中,并在能量回收模块无法直接为系统提供足够电能时供给电能,储电单元可以为传统的充电电池、新型薄膜电池以及电容,其中储电单元的一个较佳实施例为电化学双层电容器,灵敏度高,可充电次数多,能够很好的存储电荷。

  蓝牙标签包括蓝牙芯片,蓝牙芯片上存储对应关系表,对应关系表包括标签名称和绑定于标签名称的数据信息。

  蓝牙标签还包括睡眠触发模块,睡眠触发模块与蓝牙标签有线或无线连接,睡眠触发模块用于确定蓝牙芯片的工作模式,蓝牙芯片的工作模式包括正常工作、浅度睡眠和深度睡眠;睡眠触发模块能够在蓝牙标签不使用时触发蓝牙标签内部电路,使蓝牙芯片进入睡眠状态,能够极大的降低功耗,延长待机时间,由于蓝牙芯片进入深度睡眠模式后重新启动时功耗高,因此当蓝牙标签在较短时间内不工作由睡眠触发模式触发蓝牙标签进入浅度睡眠模式,部分电路休眠,而当长时间停止工作,则进入深度睡眠。

  还包括唤醒模块,唤醒模块包括自用时钟单元,自用时钟单元与蓝牙芯片连接,自用时钟单元用于定时唤醒处于浅度睡眠状态中的蓝牙芯片。

  唤醒模块还包括外设时钟单元,外设时钟单元用于定时唤醒处于深度睡眠模式中的蓝牙芯片当蓝牙芯片处于深度睡眠模式时,其内部的自用时钟单元也处于断电睡眠状态,外设时钟单元作为备用定时唤醒装置,单独供电,能够在蓝牙芯片处于深度睡眠模式时唤醒蓝牙芯片进行工作。

  蓝牙芯片上设置有一个或多个接口,蓝牙芯片上预留有IIC接口和SPI接口,方便外设的拓展。

  还包括传感器组件,传感器组件与蓝牙标签相通信,传感器组件包括九轴传感器和温湿度传感器,九轴传感器采用MPU9250,支持三轴加速度、三轴陀螺仪、三轴磁力计,分别计算X轴加速度、Y轴加速度、Z轴加速度、X轴角速度、Y轴角速度、Z轴角速度、X轴磁场强度、Y轴磁场强度、Z轴磁场强度,九轴传感器和温湿度传感器能够检测外部环境变化并及时反馈至蓝牙标签,便于蓝牙标签对自身工作模式进行调整。

  接收器为天线,天线从环境中获取射频信号并产生电荷载流子,电荷载流子经导线流动至阻抗匹配单元中,天线为平面单极子天线或圆极化天线;平面单极子天线或圆极化天线为本发明中的较佳实施例,平面单极子天线是一种形状适宜、重量轻、易于操作的天线,其中天线位于整个装置的最前端或最外侧,便于接收电磁波。

  能量回收模块还包括电压倍增器,电压倍增器的输入端与整流器的输出端相连,电压倍增器的输出端与储电单元相连;电压倍增器可以为变压器或升压转换器,对整流器整流后的信号进行升压。

  系统还包括检测单元和控制单元,检测单元、控制单元分别与整流器、备用电池和储电单元通信连接,检测单元用于检测环境中的射频信号,控制单元根据检测单元的检测结果以及系统中用电设备的工作状态控制整流器、备用电池和储电单元与系统的电路的接通或中断;系统中的用电设备为蓝牙标签、唤醒模块和传感器组件,蓝牙标签、唤醒模块和传感器组件分别由能量回收模块或备用电池提供电能,当环境中存在射频信号时,检测单元能够对射频信号产生感知,此时若系统中的用电设备进行工作时,则由能量回收模块的输出端的电能直接为用电设备进行供电,此时由控制单元切断备用电池和储电单元与用电设备之间的电流流通,当用电设备的用电消耗小于能量回收模块的产生量或用电设备不工作时,能量回收模块产生的多余电能存储在储电单元中,当检测单元检测到环境中没有射频信号时,此时由控制单元接通储电单元与系统的用电设备之间的电路,由储电单元为系统进行供电,当储电单元内储蓄的电能释放完毕之后由供电单元切换至备用电池供电。

  基于上述,本发明能够将环境中的能量回收为蓝牙电路进行供电,还可将多余的能量进行存储,解决蓝牙标签单次续航时间短的问题,减少了后期维护成本。

  应当理解的是,本申请并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构,并且可以在不脱离其范围执行各种修改和改变。本申请的范围仅由所附的权利要求来限制。

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