Комбинированная сенсорная RFID-метка

Изобретение относится к радиотехнике и предназначена для радиочастотной идентификации объектов различного назначения.

Для маркировки, инвентаризации и обеспечения противокражной функции используются пассивные RFID-метки, работающие в частотных диапазонах ВЧ (HF, 13.56 МГц) и СВЧ (UHF, 860-960 МГц). Эти метки отличаются приемлемо низкой ценой, компактными размерами и возможностью скрытного размещения на маркируемом объекте. Дистанция считывания обычно также вполне приемлема для обеспечения функций инвентаризации, поиска меток и противокражной функции (см., например, RU 71791 U1, опуб. 20.03.2008).

В случаях, когда в дополнение к перечисленным функциям необходимо также контролировать некоторые физические параметры окружающей среды (например, температуру, влажность или ускорение - последнее для контроля попыток перемещения маркированного объекта), то для этого могут применяться как специализированные активные метки с проприетарными протоколами (fortecho), так и сенсорные RFID-метки, которые накапливают данные, собранные с датчиков, и передают их в информационную систему по стандартному RFID-интерфейсу, предназначенному для пассивных меток. Такие метки называются полупассивными (по-английски ВАР, battery-assistedpassive), так как интерфейс передачи данных у них пассивный, но внутри используется собственный источник энергии для сбора и накопления данных (см. статью "RFID" в Интернете по адресу www.ru.wikipedia.org/wiki/RFID).

Известна полупассивная сенсорная RFID метка, включающая идентификационную микросхему, антенну, источник питания (как опцию) и встроенный сенсор (например, датчик температуры) (см., например, статью «Новые сенсорные RFID-метки расширяют беспроводное считывание и запись данных» в интернете по адресу http://cxem.net/electronic_news/electronic_news147.php)

Полупассивные RFID метки пригодны как для задач инвентаризации, контроля выноса, перемещения, так и для сбора и передачи информации о параметрах внешней среды. Расширенная функциональность приводит к увеличенным размерам меток, более высокой цене и снижает возможность их скрытного размещения. Также требуются дополнительные расходы на периодическую смену элементов питания.

В то же время, для таких объектов учета, как музейные экспонаты, расширенные функции полупассивной сенсорной RFID-метки требуются далеко не всегда. В большинстве случаев достаточно той функциональности, которую обеспечивает пассивная метка. А сенсорные функции требуются сравнительно редко для контроля условий перемещения (перевозки) музейного экспоната, например, при организации музейного обмена или направлении экспоната на реставрационные работы. Именно для таких случаев и предназначены предлагаемые нами универсальные сенсорные метки.

Наиболее близкой к предложенной является метка для радиочастотной идентификации объектов (RFID-меткой), содержащей идентификационную микросхему, соединенную с ней антенну, первую память, соединенную с идентификационной микросхемой, с которой соединен первый интерфейс, процессор и соединенные с ним второй интерфейс, вторую память, датчики параметров внешней среды и источник питания, при этом второй интерфейс выполнен с возможностью передачи данных на первый интерфейс (US 2014/0203915 А1, 24.07.2014). В известном решении датчики параметров внешней среды расположены за пределами самой метки и связаны с меткой посредством бесконтактной связи через интерфейсы.

Техническая проблема, решаемая изобретением, заключается в создании RFID метки, которая может работать в двух режимах: в режиме обычной пассивной метки без сенсорных функций и в режиме сенсорной метки.

Техническая проблема решается комбинированной меткой для радиочастотной идентификации объектов (RFID-меткой), содержащей идентификационную микросхему, соединенную с ней антенну, первую память, соединенную с идентификационной микросхемой, с которой соединен первый интерфейс, процессор и соединенные с ним второй интерфейс, вторую память, датчики параметров внешней среды и источник питания, при этом второй интерфейс выполнен с возможностью передачи данных на первый интерфейс, при этом метка выполнена из двух частей, соединенных друг с другом с возможностью разъема, основная часть метки включает указанные идентификационную микросхему и антенну, первую память и первый интерфейс, а дополнительная часть метки включает указанные профессор, вторую память, датчики параметров внешней среды, источник питания и второй интерфейс.

При этом интерфейсы предпочтительно выполнены бесконтактными, но возможно также выполнение их контактными.

Технический результат, достигаемый в изобретении, заключается в обеспечении возможности как независимого функционирования основной части метки, представляющей собой пассивную RFID-метку, так и одновременного функционирования основной части метки и дополнительной части метки, включающей сенсоры и источник питания. Предложенная RFID метка может работать в двух режимах: в режиме обычной пассивной метки без сенсорных функций и в режиме сенсорной метки.

На чертеже представлена схема предложенной комбинированной RFID-метки.

Комбинированная сенсорная RFID- метка состоит из двух частей, расположенных на одной подложке. Основная часть метки представляет собой пассивную RFID-метку, выполненную в виде пластиковой полоски, содержащей чип 1 - идентификационную микросхему, RFID-антенну 2, присоединенную к чипу 1, и последовательно соединенные с чипом 1 память 3 и интерфейс 4. Используемый чип 1 допускает подключение внешних устройств, таких, как внешние сенсоры, процессорные модули, микросхемы памяти и источники питания. Такие чипы есть у большинства производителей - например, ImpinjMonza4QTDura, NXP UcodeDNA, AlienHiggs 4 Strap, NXPUcode 7 и 7m. Интерфейсный модуль может быть контактным и бесконтактным. В первом случае интерфейсы 4 и 5 представляют собой электрические контакты (линии передачи данных). В последнем случае соединение частей метки осуществляется по беспроводному радиопротоколу, например, NFC.

Дополнительная часть метки содержит в себе процессор 6 и присоединенные к нему вторую память 7, датчики параметров внешней среды - сенсоры 9 (например, температуры, влажности, ускорения, удара и т.п.), источник 8 питания (например, батарею) и второй интерфейс 5. Интерфейс 5 дополнительной части метки обеспечивает связь процессора с чипом 3 основной части метки.

Такая метка может функционировать как в режиме пассивной метки, так и в режиме полупассивной сенсорной метки. Преимущества ее заключаются в снижении расходов на эксплуатацию при маркировке таких объектов, как музейные экспонаты, которые в большинстве случаев не требуют постоянного использования сенсорных функций; в то же время такая возможность при необходимости должна присутствовать в каждой из установленных меток. При возникновении необходимости включения сенсорных функций RFID-метки пользователь может активировать интерфейсы 4 и 5 основной и дополнительной части метки (в случае контактного интерфейса - это прямой электрический контакт, в случае беспроводного интерфейса - просто разметить их на дистанции считывания выбранного радиоинтерфейса связи). В этом случае пассивная метка превращается в полупассивную.

При этом активация в случае контактного интерфейса осуществляется путем непосредственного подсоединения ответных контактов интерфейсов 4 и 5. Для этого основная и дополнительная части метки вставляются друг в друга в месте разъема, либо используется ключ (перемычка) для активации интерфейса.

Комбинированная сенсорная RFID-метка работает следующим образом.

В случае если на объекте учета установлена комбинированная RFID-метка с отключенной дополнительной частью, она работает как обычная пассивная RFID-метка. В этом режиме RFID-метка активируется полем считывателя при проведении инвентаризации, проверки расположения экспонатов и иных операциях в залах экспозиции или в хранилище. В этом режиме работы память 3 метки не используется, т.к. она не получает данные о нарушении условий хранения.

Дополнительная часть метки в случае, если она не подключена к основной, то есть если интерфейс 5 дополнительной метки не связан с интерфейсом 4 основной части, находится в спящем режиме, в котором энергопотребление бортового источника 8 питания минимально, а внешние сенсоры 9₁…9_n отключены.

При подключении дополнительной части метки к основной, интерфейсный модуль дополнительной части активирует процессор 6, который в свою очередь подает питание на внешние сенсоры 9₁…9_n и начитает записывать получаемые от них данные в модули памяти 7. Процессор 6 анализирует поступающие данные и в случае, если параметры хранения, фиксируемые внешними сенсорами 9, выходят за границы эталонных значений, передает эти данные в память 3 основной части метки через интерфейсы 4 и 5. Таким образом, в памяти 3 основной части фиксируются только нарушения условий хранения, что позволяет существенно снизить требования к ее емкости.

Данные, накопленные в сенсорной RFID-метке, считываются при помощи стандартных RFID-считывателей соответствующего стандарта и частотного диапазона. Если необходимо получить только данные о нарушениях условий хранения, считываются только данные памяти 3 основной части метки. Если же необходимо получить все собранные данные (например, для построения графика температуры и влажности), то считываются данные памяти 7 дополнительной части метки.

Опрос памяти 3 основной части метки занимает существенно меньше времени благодаря меньшему объему данных, которые нужно передать, что позволяет провести экспресс-опрос большого количества экспонатов за короткий промежуток времени. Если при проведении экспресс-опроса были выявлены нарушения условий хранения и транспортировки отдельных экспонатов, по каждому из них можно получить полную информацию индивидуально.

Предложенное изобретение позволило создать гибкое решение для учета условий хранения и транспортировки музейных предметов, предоставляющее все преимущества мультисенсорных меток в сочетании с экономической эффективностью пассивных RFID-систем.