[发明专利]无源可见光标签及读写器的充电和双向识别方法

摘要

本发明公开了一种无源可见光标签及读写器的充电和双向识别方法。设置装置包括VL标签和读写器，两者采用可见光通信的半双工和全双工方式通信。读写器由读写控制、解调解码、判决、调制编码、驱动、电能发送、通信、光电接收器、光发射器、送电线圈、电源等功能模块组成。VL标签包括标签主控制、解调解码、判决、调制编码、驱动、电能接收、光电接收器、光发射器和受电线圈。VL标签为无源标签，通过无线电磁供电方式从读写器获得电能，通过相互认证建立通信链路。本发明采用可见光通信和无线供电技术实现，不受电磁场干扰，无电磁干扰，安全性好，有照明功能，读写更方便；VL标签结构功能简单，能用于小微型、便携设备的实现方案。

主权项

一种无源可见光标签及读写器的充电和双向识别方法，其特征在于具体步骤为：（一）设置一种无源可见光标签及读写器装置，装置包括VL标签、读写器，读写器由读写控制模块、读写解调解码模块、读写判决模块、读写调制编码模块、读写驱动模块、电能发送模块、通信模块、读写光电接收器、读写光发射器、送电线圈、电源模块组成；VL标签由标签控制模块、标签解调解码模块、标签判决模块、标签调制编码模块、标签驱动模块、电能接收模块、标签光电接收器、标签光发射器、受电线圈组成；读写控制模块连接读写解调解码模块、读写调制编码模块、电能发送模块、通信模块、电源模块，电源模块连接读写解调解码模块、读写判决模块、读写调制编码模块、读写驱动模块、电能发送模块、通信模块，读写判决模块连接读写光电接收器、读写解调解码模块，读写驱动模块连接读写光发射器、读写调制编码模块，电能发送模块连接送电线圈；标签控制模块连接标签解调解码模块、标签调制编码模块、电能接收模块，电能接收模块连接标签解调解码模块、标签判决模块、标签调制编码模块、标签驱动模块、电能接收模块、标签光电接收器、标签光发射器、受电线圈，标签判决模块连接标签光电接收器、标签解调解码模块，标签驱动模块连接标签光发射器、标签调制编码模块；读写光发射器通过读写可见光信息与标签光电接收器相对应，标签光发射器通过应答可见光信息与读写光电接收器相对应，读写器的送电线圈通过无线电磁能量与VL标签的受电线圈相对应；所述读写器用于利用可见光通信的方式，向VL标签发送读写可见光信息，并接收来自VL标签的应答可见光信息，以实现与VL标签之间的数据读出或写入操作，分析、处理、验证、存储接收到VL标签的信息，与外部设备进行数据通信，并给VL标签提供电能；所述电源模块为读写器的各功能模块提供电能；所述读写控制模块用于对读写器的各模块进行功能控制，读写、存储数据，分析处理，验证接收到的VL标签信息，由通信模块与外部设备进行数据交换；所述读写光电接收器用于感应来自VL标签的应答可见光信息，并转换成相应的电信号；所述读写判决模块用于读写接收来自读写光电接收器转换后的电信号，转换成数字信号；所述读写解调解码模块用于对读写判决模块输出的数字信号，进行解调、解码；所述读写调制编码模块对读写控制模块发送来的数据信号进行编码，并调制成适合无线光信道传输的信号；所述读写驱动模块用于根据读写调制编码模块发送来的信号，驱动读写光发射器发送读写可见光信息；所述通信模块用于与外部设备建立通信，向外部设备发送数据，接收外部设备的数据，实现数据交互、机构控制；所述读写光发射器用于在读写驱动模块的作用下，发送读写可见光信息；所述电能发送模块用于产生适用于无线电能传输的电能信号；所述送电线圈用于将电能发送模块产生的电能信号，发送出去，形成充电电磁场；所述VL标签靠从读写器获得的无线电能供电而上电工作，以可见光通信的方式，向读写器发送应答可见光信息，接收来自读写器的读写可见光信息，以实现与读写器之间的信息读出或写入操作，分析、验证、存储、处理接收到读写器的信息；所述标签控制模块用于对VL标签的各模块进行功能控制，读写、存储数据，分析处理接收到的读写器数据信息；所述受电线圈用于感应接收来自送电线圈的无线电磁能，并用电能接受模块收集；所述电能接收模块用于收集受电线圈感应到的无线电磁能，用于为标签各模块供给电能；所述标签调制编码模块对标签控制模块发送来的各种信息进行编码，并调制成适合无线光信道传输的信号；所述标签驱动模块用于根据标签调制编码模块发送来的信号，驱动标签光发射器发送应答可见光信息；所述标签光发射器用于发送应答可见光信息；所述标签光电接收器用于接收来自读写器发送的读写可见光信息，并转换成相应的电信号；所述标签判决模块用于将标签光电接收器发送来的电信号，转换成数字信号；所述标签解调解码模块用于对标签判决模块输出的数字信号，进行解调，并解码；（二）所述的无源可见光标签及读写器装置的供电和启动方式，步骤如下： P1、读写器上电后进入待机状态，待机状态下电源模块只向电能发送模块和送电线圈供电，电能发送模块和送电线圈处于空载状态，形成可以对外提供无线电磁能量的读写器工作区域；P2、VL标签在远离读写器的工作区域时，处于无源的状态，不工作，当VL标签进入读写器的工作区域后，获得无线电磁能量上电工作，同时受电线圈会对送电线圈产生一个感应电磁场，该感应电磁场与送电线圈产生的互感效应会引起受电线圈和送电线圈之间的电磁场的电磁参数变化；P3、电能发送模块和送电线圈感测到由互感效应引起的电磁参数的变化后，电能发送模块就向电源模块发出启动信号，电源模块向读写器的其他功能模块提供电能，读写器各模块都上电进入正常工作状态，就可以与VL标签进行通信；（三）所述的VL标签与读写器的通信模式，有半双工和全双工两种方式，在双工通信方式下，在读写器到VL标签的下行通信信道和VL标签到读写器的上行通信信道，分别采用两组不同波段的带通滤镜，使得上行通信信道选用的可见光波段与下行通信信道选用的可见光波段没有重叠，保证两个信道不会相互干扰；（四）所述的VL标签进入到读写器工作区域，获得电能，VL标签和读写器各模块都上电工作后，两者的通信分为两个过程：1）VL标签向读写器发送应答可见光信息，读写器接收来自VL标签的应答可见光信息；在VL标签端：S1、VL标签控制模块将待发送信息输入至标签调制编码模块；S2、标签调制编码模块对VL标签控制模块输出的信息，进行调制、编码后，并输出到标签驱动模块；S3、标签驱动模块根据经过调制编码的信息，驱动标签光发射器发出应答可见光信息；在读写器端：R1、读写光电接收器接收来自标签光发射器发来的应答可见光信息，并转换成相应的电信号；R2、再由读写判决模块将读写光电接收器转换的模拟电信号，转换成相应的数字信号，并输出到读写解调解码模块；R3、读写解调解码模块将数字信号进行解调解码，转换成原始的信息并输出至读写控制模块；R4、读写控制模块对读写解调解码模块输出的信息，进行分析处理；2）读写器向VL标签发送读写可见光信息，VL标签接收来自读写器的读写可见光信息；在读写器端：S1、读写控制模块将待发送信息输入至读写调制编码模块；S2、读写调制编码模块对读写控制模块输出的信息进行调制编码，并输出到读写驱动模块；S3、读写驱动模块根据经过调制编码的信息，驱动读写光发射器发出读写可见光信息； 在VL标签端：R1、标签光电接收器接收来自读写光发射器发来的读写可见光信息，并转换相应的模拟电信号；R2、再由标签判决模块将标签光电接收器转换的模拟电信号，转换成相应的数字信号，并输出到标签解调解码模块；R3、标签解调解码模块将数字信号进行解调解码，转换成原始的信息并输出至读写控制模块；R4、VL标签控制模块对标签解调解码模块输出的信息，进行分析处理；（五）所述的VL标签与读写器各模块上电正常工作后，读写器和VL标签进行数据交换前，要通过双向的身份认证方式建立通信链路，步骤为：L1：VL标签向读写器发送一个数据RB；L2：读写器收到数据RB后，读写器采用内部存放的认证数据MR和算法FunM(x)，对数据RB进行处理后得到RB1，RB1和读写器的一个数据RA组成ANS AB，并向VL标签发送一个应答数据ANS AB；L3：VL标签收到ANS AB 后，从ANS AB中提取出RB1，用VL标签中的认证数据MK和算法DFunM(x)，对ANS AB中的RB1部分进行解算得到RB2，并校验由L1的VL标签发出的数据RB与步骤L3中VL标签接收到的ANS AB解算中的RB2，是否一致，即：RB是否等于RB2；若读写器认证数据MR和算法FunM(x)与VL标签中的认证数据MK和算法DFunM(x)，相匹配，将会有RB=RB2，即校验正确，进入L4；否则将无法通过校验，中止建立链接；L4：如果L3中RB=RB2的校验正确，则VL标签用内部存放的数据MK和算法DFunM(x)对RA进行运算处理后得到RA1，并用RA1生成应答数据ANS BA，再发送ANS BA给读写器；L5：读写器收到应答数据ANS BA后，用读写器中存放的认证数据MR和算法FunM(x)对应答数据ANS BA中的RA1进行解算得到RA2；并校验由L2中读写器发出去的数据RA与读写器接收到的ANS BA中的RA2，是否相一致，即：RB是否等于RB2；若读写器认证数据MR和算法FunM(x)与VL标签中的认证数据MK和算法DFunM(x)，相匹配，将会有RA=RA2，即校验正确，建立通信链路；否则将无法通过校验，中止建立链接。