[发明专利]射频识别字轮直读方法

说明书

一、技术领域

家用计量仪表以及一些工业计量仪表，如水表、电表、煤气表等，他们大都有着共同的特征：字轮。用户通过字轮读取计量结果。机械计量与电子计量相比，有着一些固有的优点，抗破坏、抗干扰性强；计量结果直观准确，没有数据丢失的问题。目前，已有一些专利围绕如果从字轮直接读取数据，将自动抄表系统建立在机械计量的基础上，避免电子计量造成的数据丢失、数据损坏问题。

本发明提出了一种新型的基于射频识别(RFID)技术的无源射频识别字轮直读方法。使用该技术，能够实现字轮的无源直读。该方法保留了传统的机械计量装置，同时无接触的读取字轮数字。这样，电子计量装置寄生在机械计量装置之上，电子计量部分的损坏不会影响机械计量部分，保证了计量过程的连续性和准确性，避免了纯电子计量中电子计量部分损坏导致整个计量装置失效的缺陷。

该方法分阅读器和应答器两部分，应答器嵌入或粘附在字轮中，阅读器与字轮无机械接触，固定在字轮周边于的空间，或者嵌入到字轮周边的部件中。由于无机械接触，密闭在字轮和周边部件中，因而本方法适应多种环境，可以在液体、气体等各种环境中稳定可靠的工作，识别率高，成本极低。

本方法使用于所有使用字轮的场合，包括水表、电表、煤气表等，基于本方法，可以实现新型的无线抄表系统。

二、背景技术

射频识别是无线电识别的简称，即通过无线电波进行识别。射频系统统场由应答器和阅读器组成。数据存储在应答器中，应答器的能量供应以及应答器与阅读器之间的数据交换通过磁场或电磁场完成，实现了无接触的能量供应和数据交换。

本方法所称的射频识别字轮直读方法，是一种无源射频直读方法。该方法通过射频的方法读取或提取信息，这种信息直观的反应了被测量的对象，无须进行额外的物理量之间的变换，所以称之为直读。这种方法本质上属于射频识别系统，因而同样具有应答器和阅读器。

射频识别系统中的应答器放置在要识别的物体上，应答器是射频识别系统中的数据载体。通常应答器没有自己的供电电源，在阅读器的响应范围之外，应答器处于无源状态；只有在阅读器的响应范围之内，应答器才是有源的。应答器所需的能量，是通过非接触的耦合单元传输给应答器的。

射频识别系统中的阅读器可以是读或者写/读装置，取决所使用的结构和技术。阅读器通常与阅读器线圈相连。应答器所需的能量来源于阅读器线圈所形成的场能。

射频识别系统中应答器的数据量通常在几个字节到几千个字节之间。但是有一种特别的应答器，其数据量只有1比特，这就是1比特应答器。1比特只有1比特的数据量，他使阅读器能发出两种状态的信息，“有应答”或“无应答”。1比特应答器的工作模式有射频、微波、分频器、电磁法等方法。本方法所涉及的射频识别理论属于射频方法1比特应答器的范畴，应答器运用L-C振荡回路工作，能量的耦合方式为密耦合，此时，能量通过磁场进行耦合。

当阅读器线圈中流过电流时，产生磁场。初始磁场从天线上开始，在空间感应电力线。这个范围是天线的近场。当距离为λ/2π时，电磁场脱离天线，并作为电磁波进入空间，这种脱离的电磁波被称作为远距离场。当距离小于λ/2π时，能量通过磁场进行耦合，类似变压器的工作模式。

当阅读器天线线圈产生高频的强电磁场时，磁场穿过线圈横截面和线圈周围的空间。通常使用的频率范围内的波长比阅读器天线和应答器之间的距离大好多倍，因而可以把应答器到天线的距离间的电磁场当作简单的交变磁场来对待。

发射磁场的一小部分磁力线穿过距离阅读器天线线圈一定距离的应答器天线线圈。通过感应，在应答器的天线线圈上产生一个电压U_i。将其整流后作为应答器的电源。将一个电容器C_r与阅读器的天线线圈并联，它与天线线圈的电感一起构成并联谐振电路。电容C_r的选择使谐振电路的谐振频率与阅读器的发射频率相同，此时，电路进入谐振状态，阅读器天线线圈产生非常大的电流，产生供应答器工作所需要的场强。

应答器的天线线圈和电容器C₁构成振荡回路，调谐到阅读器的发射频率，见图1。通过该回路的谐振，应答器上的电压U达到达到最大值。

这两个线圈的结构也可以解释作变压器(变压器的耦合)，变压器的两个线圈之间只存在很弱的耦合。阅读器的天线线圈与应答器的之间的功率传输效率与工作频率f、应答器线圈的匝数n、被应答器线圈包围的面积A、两个线圈的相对角度以及他们之间的距离成比例。