基于NFC的无源可视化电子标签系统及其MES系统的制作方法

基于nfc的无源可视化电子标签系统及其mes系统
技术领域
1.本发明涉及电子标签技术领域，尤其涉及一种基于nfc的无源可视化电子标签系统及其mes系统。


背景技术：

2.中国在无源电子标签的应用已经处于全球领先地位。中国的物流企业、零售企业和生产企业广泛应用这些技术，以提高管理效率和降低成本。目前对电子标签的研究主要集中在芯片技术、天线设计技术、封装技术、标签应用技术、标准问题研究和安全隐私问题研究等方面。
3.目前，我国在无源可视化电子标签方面的应用相对较为薄弱。在物流、零售、生产等领域，大多采用基于视觉识别码的纸质标签或基于rfid的无源电子标签。基于视觉识别码的纸质标签，使用扫码枪读取条码信息，可以读取到物料状态信息，将条码信息更新到服务器，并在服务器内记录当前物料的工序通过状态。但条形码或二维码标签只支持单向读取信息，无法重复利用，需要使用大量的标签纸不够环保。基于rfid的无源电子标签，使用rfid读写器读写标签信息，可以读写物料状态信息，将条码信息更新到服务器，并在服务器内记录当前物料的工序通过状态。但rfid电子标签是非可视化的，因此产线工人只能通过rfid读写器查询状态，无法通过人眼直接查看，用户体验差，影响工作效率。基于视觉识别码的纸质标签或基于rfid的无源电子标签不能同时兼顾信息可视化和标签可重复利用的优势。


技术实现要素：

4.本发明要解决的技术问题是：为了解决现有标签不能同时兼顾信息可视化以及标签重复利用的问题，本发明提供一种基于nfc的无源可视化电子标签系统，能够同时兼顾信息可视化以及标签重复利用。
5.本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种基于nfc的无源可视化电子标签系统，包括：读写设备和电子标签，所述读写设备与所述电子标签无线连接，用于为电子标签提供无线电能及数据交互；
6.其中，所述读写设备包括：电源管理模块、控制模块、无线充电发射模块和第一通信模块；
7.所述控制模块、所述无线充电发射模块以及所述第一通信模块均与所述电源管理模块连接，电源管理模块用于给各个模块提供电能；
8.所述控制模块与所述第一通信模块连接，用于对数据传输和处理；
9.所述电子标签包括：无线充电接收模块、储能稳压模块、第二通信模块、mcu模块和电子墨水屏模块；
10.所述无线充电接收模块与所述无线发射模块无线连接，用于接收无线电能；
11.所述储能稳压模块与所述无线充电接收模块连接，所述第二通信模块、所述mcu模
块和所述电子墨水屏模块均与所述储能稳压模块连接，用于对无线电能转换，为各个模块提供电能；
12.所述第一通信模块与所述第二通信模块连接，用于获取待写入的数据；
13.所述第二通信模块和所述电子墨水屏模块均与所述mcu模块连接，所述mcu模块用于将待写入数据写入到所述电子墨水屏模块显示。
14.进一步，具体地，所述电子墨水屏模块包括：电子墨水屏稳压单元、输出控制单元、逻辑电平转换单元、电子墨水屏驱动单元以及接口单元；
15.所述电子墨水屏稳压单元与所述无线充电接收模块连接，所述输出控制单元、所述逻辑转换单元、所述电子墨水屏驱动单元以及所述接口单元均与所述电子墨水屏稳压单元连接；
16.所述输出控制单元和所述电子墨水屏驱动单元均与所述逻辑电平转换单元连接；
17.所述逻辑转换单元和所述电子墨水屏驱动单元均与所述接口单元连接，所述接口单元还与电子墨水屏连接。
18.进一步，具体地，所述读写设备还包括usb转ttl模块，所述usb转ttl模块与所述控制模块连接。
19.进一步，具体地，所述第一通信模块传输距离不低于3cm，所述第一通信模块为nfc/rfid读写器，所述第二通信模块为rfid射频卡。
20.进一步，具体地，所述输出控制单元包括电阻r32、r33、r34、r39、r38、电容c57、三极管q3、mos管q2；
21.所述电容c57的一端和所述电阻r38的一端均与所述mos管q2的漏极连接，所述电阻r38的另一端和所述mos管q2的栅极均与所述三极管q3的集电极连接，所述电阻r32的一端和所述电阻r33的一端连接，连接后与所述mcu模块连接，所述电阻r32的一端和所述电阻r34的一端连接，连接后与所述电子墨水屏稳压单元连接，所述电阻r33的另一端和所述电阻r39的一端连接，连接后与所述三极管q3的基极连接，所述电阻r39的另一端、所述三级管q3的发射极均与公共地端连接，所述mos管q2的源极为所述输出控制单元的输出端。
22.进一步，具体地，所述逻辑电平转换单元包括：所述非反相转换器u16和所述电容c61；
23.所述电容c61的一端和所述非反相转换器u16的引脚2、引脚10与所述电子墨水屏稳压单元连接，所述非反相转换器u16的引脚19与所述输出控制单元的输出端连接，所述电容c61的另一端和所述非反相转换器u16的引脚11与所述公共地端连接。
24.进一步，具体地，所述无线充电发射模块包括：无线充电发射芯片u1、电感线圈h1、电容c1、c3、c9以及电阻r10、r11、r12；
25.所述无线充电发射芯片u1的引脚1、所述电容c1的一端、所述电感线圈h1的一端、所述电容c3的一端、所述电阻r11的一端和所述电阻r12的一端均与所述电源管理模块(11)的输出端连接，所述无线充电发射芯片u1的引脚3和所述电容c3的另一端均与所述电感线圈h1的另一端连接，所述无线充电发射芯片u1的引脚4和所述电容c1的另一端均与公共地端连接，所述电阻r10的一端与所述无线充电发射芯片u1的引脚8连接，所述电阻r10的另一端与所述无线充电发射芯片u1的引脚7连接，所述电阻r11的另一端和所述电容c9的一端均与所述电阻r10的一端连接，所述电容c9的另一端和所述电阻r12的另一端均与所述无线充
电发射芯片u1的引脚6连接。
26.进一步，具体地，所述无线充电接收模块包括：无线充电接收芯片u13、电感线圈h2、电感l4、电容c52、c59、c54、c60、稳压二极管d1、zd1、d2以及电阻r36、r37、r30；
27.所述稳压二极管d1的阳极和所述电容c52的一端均与所述电感线圈h2的一端连接，所述稳压二极管d1的阴极、所述稳压二极管zd1的阴极、所述电容c54的一端、所述无线充电接收芯片u13的引脚2均与所述电阻r30的一端连接，所述稳压二极管d2的阴极和所述无线充电接收芯片u13的引脚3均与所述电感l4的一端连接，所述电感线圈h2的另一端、所述电容c52的另一端、所述稳压二极管的阳极、所述电容c54的另一端、所述稳压二极管d2的阳极以及所述无线充电接收芯片u13的引脚4均与所述公共地端连接，所述电阻r30的另一端与所述无线充电接收芯片u13的引脚7连接，所述电阻r36和所述电阻r37串联连接，串联连接后与所述电容c59以及所述电容c60并联连接，连接后的一端与所述电感l4的另一端连接，另一端与所述公共地端连接，所述无线充电接收芯片u13的引脚与所述电阻r36和所述电阻r37相连的节点a连接。
28.一种mes系统，所述mes系统包括若干如上所述的基于nfc的无源可视化电子标签系统。
29.进一步，具体地，每个生产工位上至少安装一个所述读写设备，所述mes系统通过串口总线连接所有所述读写设备，所述电子标签与物料一一对应，且所述电子标签与对应的所述物料绑定。
30.本发明的有益效果是，本发明的一种基于nfc的无源可视化电子标签系统，读写设备充当数据传输桥梁读写设备通过非接触的方式与电子标签建立通信，利用独立的无线充电模块传递能量，为电子标签提供充足的电能，提高了标签的使用便捷性和可靠性，能够同时兼顾信息可视化以及标签重复利用。
附图说明
31.下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
32.图1是本发明实施例一的结构示意图。
33.图2是本发明实施例一的另一实施结构示意图。
34.图3是本发明实施例一的电子墨水屏模块的结构示意图。
35.图4是本发明实施例一的控制模块最小工作电路原理图。
36.图5是本发明实施例一的无线充电发射模块电路原理图。
37.图6是本发明实施例一的第一通信模块电路原理图。
38.图7是本发明实施例一的usb转ttl模块电路原理图。
39.图8是本发明实施例一的无线充电接收模块电路原理图。
40.图9是本发明实施例一的储能稳压模块电路原理图。
41.图10是本发明实施例一的第二通信模块电路原理图。
42.图11是本发明实施例一的mcu模块电路原理图。
43.图12是本发明实施例一的电子墨水屏稳压单元电路原理图。
44.图13是本发明实施例一的输出控制单元电路原理图。
45.图14是本发明实施例一的逻辑电平转换单元电路原理图。
46.图15是本发明实施例一的接口单元电路原理图。
47.图16是本发明实施例一的电子墨水屏驱动单元电路原理图。
48.图17是本发明实施例二的mes系统的结构示意图
49.图中1、读写设备；11、电源管理模块；12、控制模块；13、无线充电发射模块；14、第一通信模块；141、射频单元；142、阻抗匹配单元；143、emc电磁滤波单元；2、电子标签；21、无线充电接收模块；22、第二通信模块；23、储能稳压模块；24、mcu模块；25；电子墨水屏模块；151电子墨水屏稳压单元；252、输出控制单元；253、逻辑电平转换单元；254、电子墨水屏驱动单元；255、接口单元。
具体实施方式
50.现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。
51.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”、“轴向”、“径向”、“周向”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，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该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
52.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；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。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
53.实施例一
54.如图1所示，本发明提供了一种基于nfc的无源可视化电子标签系统，包括：读写设备1和电子标签2，读写设备1与电子标签2无线连接，用于为电子标签2提供无线电能及数据交互。
55.其中，读写设备1包括：电源管理模块11、控制模块12、无线充电发射模块13和第一通信模块14；控制模块12、无线充电发射模块13以及第一通信模块14均与电源管理模块11连接，电源管理模块11用于给各个模块提供电能；控制模块12与第一通信模块14连接，用于对数据传输和处理；
56.电子标签2包括：无线充电接收模块21、储能稳压模块23、第二通信模块22、mcu模块24和电子墨水屏模块25；无线充电接收模块21与无线发射模块无线连接，用于接收无线电能；储能稳压模块23与无线充电接收模块21连接，第二通信模块22、mcu模块24和电子墨水屏模块25均与储能稳压模块23连接，用于对无线电能转换，为各个模块提供电能；第一通信模块14与第二通信模块22连接，用于获取待写入的数据；第二通信模块22和电子墨水屏模块25均与mcu模块24连接，mcu模块24用于将待写入数据写入到电子墨水屏模块25显示。
57.在本实施例中，电源管理模块11输出工作电压范围为3v～12v，优选电源管理模块
11输出工作电压5v
。
电源管理模块11包括降压单元，降压单元用以将5v电压转换为3.3v的电压，降压单元包括低压差线性稳压器芯片，采用型号为spx3819m5-l-3.3/tr的低压差线性稳压器芯片搭建5v转3.3v的降压模块。不仅能够满足功能需求，且具有体积小、价格低廉、外围电路简单等优点。
58.在本实施例中，还可以通过type-c接口模块与智能设备连接，提供5v输出工作电压，type-c接口模块不仅作为读写设备的能量输入接口，还是与智能设备建立对接的桥梁，通过串口通信，与读写设备进行数据交换。智能设备可以是pc机
59.在本实施例中，控制模块12为读写设备的核心，控制模块12包括单片机u5，控制模块12与第一通信模块14之间实现spi通信，用来检测第一通信模块14的状态，如图4所示，单片机u5的型号采用stm32f103c8t6芯片，但不仅限如此。控制模块12与智能设备进行通信，访问和配置第一通信模块。
60.在本实施例中，如图5所示，无线充电发射模块13包括：无线充电发射芯片u1、电感线圈h1、电容c1、c3、c9以及电阻r10、r11、r12；无线充电发射芯片u1的引脚1、电容c1的一端、电感线圈h1的一端、电容c3的一端、电阻r11的一端和电阻r12的一端均与电源管理模块11的输出端连接，无线充电发射芯片u1的引脚3和电容c3的另一端均与电感线圈h1的另一端连接，无线充电发射芯片u1的引脚4和电容c1的另一端均与公共地端连接，电阻r10的一端与无线充电发射芯片u1的引脚8连接，电阻r10的另一端与无线充电发射芯片u1的引脚7连接，电阻r11的另一端和电容c9的一端均与电阻r10的一端连接，电容c9的另一端和电阻r12的另一端均与无线充电发射芯片u1的引脚6连接。
61.无线充电发射模块13采用低功率的电子元器件和简单的电路拓扑结构，能够降低成本，且结构简单，便于使用。无线充电发射模块13使用独立的电感线圈h1，能够降低对功率不足的担忧，无线充电发射芯片u1的的型号采用但不限于xkt-510。优选xkt-510无线充电发射芯片，在5～12v电压下均能够正常工作，具有高精度、稳定性好等特点。能够在0～5mhz之间自动锁定频率，与第一通信模块14的通信频率互不影响。采用电磁能量转换原理并结合接收部分进行能量转换和电路实时监控，自动负检测负载并进行功率控制。电感线圈h1的电感量为5uh，电感线圈h1的外径为20mm，以绘制满足需求的pcb线圈，电容c3和电容c9选用np0电容，避免由于选用常见的x7r电容内阻过大，导致发热量很大，使电容形变，在量产时电容可能会因为热胀冷缩而出现断裂的情况，使电路故障。
62.在本实施例中，第一通信模块14是读写设备实现与电子标签部分读写的关键组件，第一通信模块14可以通过spi通信方式与控制模块12进行数据交互，使控制模块12能间接获取电子标签信息，并实现逻辑控制。第一通信模块14为nfc/rfid读写器，最大传输距离不低于3厘米，通过对nfc/rfid读写器的发射电路做阻抗匹配调整以平衡其功耗和性能。进一步的，如图6所示，nfc/rfid读写器包括射频单元141、阻抗匹配单元142、emc电磁滤波单元143和天线l3，射频单元141与电源管理模块11的输出端连接，阻抗匹配单元142和emc电磁滤波单元143均与射频单元141连接，阻抗匹配单元142还与天线l3连接。射频单元141的型号采用st25r3911b的射频器，但不仅限如此，st25r3911b支持spi通信接口，并提供中断和电容器感应等功能，采用了差分天线驱动的外围电路设计以提高数据交互发射功率，同时可以通过emc电磁滤波单元143和阻抗匹配单元142进一步优化射频器的输出功率和工作效率。
63.在本实施例中，如图2所示，读写设备1还包括usb转ttl模块15，usb转ttl模块15与控制模块12连接。控制模块12内部的逻辑电路一般采用ttl电平，使用ttl电平可以保证电路的可靠性和稳定性，同时可以降低功耗和成本。通过usb转ttl模块15便于与外部设备连接，具有较高的噪声容限和抗干扰能力，同时响应速度也较快。
64.进一步的，如图7所示，usb转ttl模块15包括：总线转接芯片u4，电容c21、c22、c23、电阻r14、r16以及磁珠fb2；电容c21的一端和总线转接芯片u4的引脚6连接3.3v工作电压，电容c21的一端连接公共地端、电容c22的一端和电容c23的一端以及磁珠fb2的一端均与总线转接芯片u4的引脚7连接，磁珠fb2的另一端和总线转接芯片u4的引脚8均连接5v工作电压，电容c22的另一端和电容c23的另一端均与公共地端连接，电阻r14的一端连接3.3v工作电压，另一端连接总线转接芯片u4的引脚9，电阻r16的一端连接总线转接芯片u4的引脚12，另一端连接公共地端。总线转接芯片u4采用的型号为cp2102，实现usb转串口的功能，但不仅限如此。由于无线充电接收端靠近无线充电发射端时，芯片的regin引脚瞬时产生较大的电流，会导致芯片损坏，通过磁珠电感fb2以实现电流限制和保护模块的作用。
65.在本实施例中，读写设备还包括提醒模块，提醒模块与控制模块连接，提醒模块可以是蜂鸣器和/或指示灯，蜂鸣器和/或指示灯用于提醒数据交互成功，
66.需要说明的是，读写设备的各个组件共同协作，实现了无线供电、逻辑控制和数据交互等功能，为基于nfc的无源可视化电子标签系统的正常运行提供了必要的支持。
67.在本实施例中，无线充电接收模块21通过与无线充电发射模块13的电感线圈h1之间的互感作用，接收能量并为系统提供电源。如图8所示，无线充电接收模块21包括：无线充电接收芯片u13、电感线圈h2、电感l4、电容c52、c59、c54、c60、稳压二极管d1、zd1、d2以及电阻r36、r37、r30；
68.稳压二极管d1的阳极和电容c52的一端均与电感线圈h2的一端连接，稳压二极管d1的阴极、稳压二极管zd1的阴极、电容c54的一端、无线充电接收芯片u13的引脚2均与电阻r30的一端连接，稳压二极管d2的阴极和无线充电接收芯片u13的引脚3均与电感l4的一端连接，电感线圈h2的另一端、电容c52的另一端、稳压二极管的阳极、电容c54的另一端、稳压二极管d2的阳极以及无线充电接收芯片u13的引脚4均与公共地端连接，电阻r30的另一端与无线充电接收芯片u13的引脚7连接，电阻r36和电阻r37串联连接，串联连接后与电容c59以及电容c60并联连接，连接后的一端与电感l4的另一端连接，另一端与公共地端连接，无线充电接收芯片u13的引脚与电阻r36和电阻r37相连的节点a连接。
69.当电感线圈h2与电感线圈h1的电感量比值为1:1时，适用于输出电压低于供电电压的场合。当接收线圈电感量是发射线圈电感量比值的2:1时，适用于在恒压输出的情况下，或距离较远的情况下使用，这样才能保证接收到的电压值达标。但是在近距离的情况下性能会变差，电压过高会有打穿元器件的风险。无线充电发射模块13的的工作电压为5v，电感线圈h2与电感线圈h1的电感量比值为3:1，满足无线充电接收模块215v恒压输出需求。
70.无线充电接收芯片u13的型号采用t3168，但不仅限如此，c52为np0材质的电容，适用于高频场景，无线充电接收模块21的输出电压可以通过电阻r36进行调整，电阻r36阻值越大，输出电压也随之变大，当r36电阻阻值为6.2k时，恒压输出为5v。
71.电感线圈h2的电感量为10uh，电感线圈h2的外径为20mm，电感线圈h2与电感线圈h1均为多股线圈，为了保障能量传输的质量，需要对电感线圈进行参数测量，并相应地调整
电路部分的参数。调整可以通过修改c52电容的容量来实现。计算公式如下：线圈电感量与c52电容值的乘积应在375至610的范围内。越接近375，输出功率越小，越接近610，输出功率越大，但不能超过这两个值的范围，确保能量传输的质量好。
72.在本实施例中，由于电子标签2的电能是通过无线方式传输的，因此受到外界环境因素的影响，例如线圈中心偏移、距离增加等情况，会影响能量的稳定供应。如果不对电能进行储存，那么在移动过程中电子标签2的正常运行将会受到影响，通过设置储能稳压模块23，将电子标签2从无线电源中获取到的电能进行储存。通过使用电容元件来储存能量，可以在移动过程中保持电子标签2的正常运行。如图9所示，储能稳压模块23包括稳压芯片u17和电容c74，稳压芯片u17的引脚1和引脚3连接5v工作电压，电容c74的一端与稳压芯片u17的引脚5连接，电容c74的另一端和稳压芯片u17的引脚2均与公共地端连接，经过稳压芯片u17处理后输出3.3v工作电压，能够确保电子标签2的不同模块都能够在适当的电压下运行，从而提高电子标签2的整体性能和稳定性；滤波电容c74用于防止电压突变和抑制波纹，保持电源电压的平稳，进一步提高电子标签2的稳定性。稳压芯片u17的型号采用spx3819m5-l-3-3/tr，但不仅限如此，以实现低成本、小体积、低功耗的应用。
73.在本实施例中，第二通信模块22通过独立的pcb线圈与读写设备进行无线通信，第二通信模块22为rfid射频卡，如图10所示，rfid射频卡包括射频芯片u15、天线l5、电阻r42、r44、r43，天线l5的一端连接射频芯片u15的引脚2，另一端连接射频芯片u15的引脚3，射频芯片u15的引脚4与公共地端连接，电阻r42的一端连接射频芯片u15的引脚7，电阻r43的一端连接射频芯片u15的引脚6，电阻r44的一端连接射频芯片u15的引脚5，射频芯片u15的引脚8、电阻r42的另一端、电阻r43的另一端以及电阻r44的另一端均与3.3v工作电压连接。
74.射频芯片u15配置为有源模式时，需将射频芯片u15的引脚8与3.3v工作电压连接，由3.3v供电。射频芯片u15将时刻保持工作状态，以稳定、快速的状态时刻准备响应来自读写设备1和iic设备的信息。配置为无源时，要断开射频芯片u15引脚8与3.3v工作电压的连接，此时芯片将由读写设备1接受到的能量驱动，仅在与外部读写设备1接近时，iic才能够访问芯标签芯片内部的信息，该方式适用于外围设备超低功耗，能够由标签芯片捕获的能量成功驱动并稳定工作的场景使用。本实施例射频芯片u15将一直工作在有源模式下，以实现稳定、快速的数据访问。当电子标签2接近无能量供应时，无线充电模块会向其提供所需的能量，从而保证标签模块的正常运行。
75.射频芯片u15的型号采用为st25dv04k-ier42s3或nt3h1101w0fhkh，能够提高传输距离和传输速率，但不仅限如此，优选st25dv04k-ier42s3，能够降低系统的开发成本，天线l5与天线l2的外形尺寸相同，以保证第一通信模块14和第二通信模块22之间数据的有效、准确的传输，天线l5与天线l2的边缘到最近铜槽的间隙应大于4mm，避免电磁干扰。同时，线间距和线宽度应不小于0.2mm，以确保良好的导电性能和信号传输质量。
76.在本实施例中，mcu模块24，mcu模块24是电子标签的控制核心，负责实现电子标签的所有运行逻辑和功能。通过与第二通信模块22的iic通信来访问芯片内的存储块，通过与电子墨水屏模块25的spi通信来刷新电子墨水屏内容。如图11所示，mcu模块24包括主控芯片u11，主控芯片u11的型号采用stm32l051k8u6，但不仅限如此。
77.在本实施例中，如图3所示，电子墨水屏模块25采用spi通信方式来刷新屏幕内容，电子墨水屏模块25包括：电子墨水屏稳压单元251、输出控制单元252、逻辑电平转换单元
253、电子墨水屏驱动单元254以及接口单元255；电子墨水屏稳压单元251与无线充电接收模块21连接，输出控制单元252、逻辑转换单元、电子墨水屏驱动单元254以及所述接口单元255均与电子墨水屏稳压单元251连接；输出控制单元252和电子墨水屏驱动单元254均与逻辑电平转换单元253连接；逻辑转换单元和电子墨水屏驱动单元254均与接口单元255连接，接口单元255还与电子墨水屏连接。
78.在本实施例中，如图12所示，电子墨水屏稳压单元251包括稳压芯片u12、电阻r28、电容c53、c55、c56，电容c53的一端和稳压芯片u12的引脚1均与3.3v工作电压连接，电阻r28的一端和稳压芯片u12的引脚3连接，电容c55的一端与稳压芯片u12的引脚5连接，电容c56的一端与稳压芯片u12的引脚4连接，电容c53的另一端、电阻r28的另一端、电容c55的另一端、电容c56的另一端以及稳压芯片u12的引脚2均与公共地端连接，稳压芯片u12的引脚5为电子墨水屏稳压单元251的输出端。
79.稳压芯片u12的型号采用rt9193-33gb，但不仅限如此，rt9193-33gb具有出色的性能，仅有不超过0.6％的电能损耗，并且具备输出控制引脚，能够处理最大输入电压为5.5v的情况，并提供固定的3.3v输出电压。该芯片具有一个低压差不低于220mv的稳压能力。除此之外，该芯片还具有输出使能引脚，可以通过控制输出来适应测试模块的应用场景。可以减轻无线充电接收模块21对电子标签2的功耗压力。
80.如图13所示，输出控制单元252包括电阻r32、r33、r34、r39、r38、电容c57、三极管q3、mos管q2；电容c57的一端和电阻r38的一端均与mos管q2的漏极连接，电阻r38的另一端和mos管q2的栅极均与三极管q3的集电极连接，电阻r32的一端和电阻r33的一端连接，连接后与mcu模块24连接，电阻r32的一端和电阻r34的一端连接，连接后与电子墨水屏稳压单元251连接，电阻r33的另一端和电阻r39的一端连接，连接后与三极管q3的基极连接，电阻r39的另一端、三级管q3的发射极均与公共地端连接，mos管q2的源极为输出控制单元252的输出端。
81.为避免长时间保持电子墨水屏处于上电状态，通过输出控制单元252来实现电子墨水屏的上下电控制。e_link_rst为控制引脚，e_link_vcc为
82.输出控制单元252的输出端。根据e_link_rst的高低电平控制vcc的上下电，可以确保电子墨水屏在需要时进行上电，并在不需要时进行下电，以保护电子墨水屏并延长其使用寿命。
83.当e_link_rst为高电平时，通过r32和r34电阻分压，vcc_en仍然保持高电平，从而使稳压模块的输出控制引脚处于使能状态。同时，通过r33和r39电阻分压，三极管q3的基极电压高于发射级的gnd，使得三极管q3的集电极电压近似为0，进而使mos管q2的源极电压低于栅极电压，导致mos管q2导通，实现vcc的上电；相反地，当e_link_rst为低电平时，ee_link_vcc__en也被拉低，使稳压模块的输出控制引脚失能。此时，三极管q3的集电极电压近似为3.3v，导致q2关断，实现vcc的下电。通过输出控制单元252，e_link_vcc的上电状态将与3.3v工作电压保持一致。
84.由于逻辑电平标准可能存在不确定性，通过逻辑电平转换单元253可以确保控制信号在不同电平标准之间的正确传递。如图14所示，逻辑电平转换单元253包括：非反相转换器u16和电容c61；电容c61的一端和非反相转换器u16的引脚2、引脚10与3.3工作电压连接，非反相转换器u16的引脚19与输出控制单元252的输出端连接，电容c61的另一端和非反
相转换器u16的引脚11与公共地端连接。非反相转换器u16的其他引脚连接接口单元255，进一步的，如图15所示，非反相转换器u16的引脚3、4、5、6、7、8与和接口单元255的引脚一一对应，且与接口单元255对应的引脚连接。确保电子墨水屏的控制信号的正确性并保护电路。
85.需要说明的是，非反相转换器u16的型号采用txb0108pwr，但不仅限如此，txb0108pwr非反相转换器采用两个可配置的独立电源电压。a端口设计用于跟踪vcca电压，vcca可以接受从1.2v到3.6v的任何电源电压。b端口设计用于跟踪vccb电压，vccb可以接受从1.65v到5.5v的任何电源电压。这使得在1.2v、1.5v、1.8v、2.5v、3.3v和5v电压节点之间实现通用的低电压双向转换成为可能。需要注意的是，vcca的电压不应超过vccb的电压。
86.电子墨水屏驱动单元254包括：电阻r40、r41、电容c62、c63、二极管d3、d4、d5、电感l6以及mos管q4；电容c62和电感l6串联连接，连接在一起的一端与电子墨水屏稳压单元251的输出端连接，串联连接后的一端与公共地端连接，串联连接后另一端与mos管的漏极连接，电阻r40的一端和电阻r41的一端均与公共地端连接，电阻r41的一端与mos管的源极连接，电阻r40的一端与mos管的栅极连接，电容c63的一端和二极管d5的阳极均与mos管的漏极连接，二极管d3的阳极和二极管d4的阴极均与电容c63的一端连接，二极管d3的阴极与公共地端连接。电容c62为滤波电容，电感l6用于保护电路,电感l6具有保护作用的防止电流突变,电子墨水屏稳压单元251的输出端经过电感l6处理后用于给电路供电，二极管d4的阳极和二极管d5的阴极分别传输高低信号至接口单元，以驱动电子墨水屏工作。
87.综上，一种基于nfc的无源可视化电子标签系统，读写设备充当数据传输桥梁读写设备通过非接触的方式与电子标签建立通信，利用独立的无线充电模块传递能量，为电子标签提供充足的电能，提高了标签的使用便捷性和可靠性，能够同时兼顾信息可视化以及标签重复利用。
88.实施例2
89.如图17所示，本发明提供了一种mes系统，mes系统包括若干如权利要求1至8中任一项的基于nfc的无源可视化电子标签系统。
90.在本实施例中，每个生产工位上至少安装一个读写设备1，mes系统通过串口总线连接所有读写设备1，电子标签2与物料一一对应，且电子标签2与对应的物料绑定。mes系统安装在上位机上，通过串口总线与读写设备的usb转ttl模块连接，实现数据的交互。
91.不同工序的通过mes系统与读写设备进行通信，实现对物料上绑定电子标签的读取，对工厂信息中的物料工序情况进行设置和查询。信息会自动上传到云端，实现统计和分析等功能，为企业的数字化管理提供了良好的环境。
92.每个电子标签与物料一一匹配，并随着物料在各个工序之间流转。在每个工序上，通过读写设备与mes系统对接，将物料的信息录入或进行查询操作。当电子标签与物料通过全部工序后，成品物料与电子标签分开，电子标签被回收，可以与新生产线上的物料匹配并进入新的产线循环，能够提高生产效率和质量控制水平
93.以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

技术特征：
1.一种基于nfc的无源可视化电子标签系统，其特征在于，包括：读写设备(1)和电子标签(2)，所述读写设备(1)与所述电子标签(2)无线连接，用于为电子标签(2)提供无线电能及数据交互；其中，所述读写设备(1)包括：电源管理模块(11)、控制模块(12)、无线充电发射模块(13)和第一通信模块(14)；所述控制模块(12)、所述无线充电发射模块(13)以及所述第一通信模块(14)均与所述电源管理模块(11)连接，电源管理模块(11)用于给各个模块提供电能；所述控制模块(12)与所述第一通信模块(14)连接，用于对数据传输和处理；所述电子标签(2)包括：无线充电接收模块(21)、储能稳压模块(23)、第二通信模块(22)、mcu模块(24)和电子墨水屏模块(25)；所述无线充电接收模块(21)与所述无线发射模块无线连接，用于接收无线电能；所述储能稳压模块(23)与所述无线充电接收模块(21)连接，所述第二通信模块(22)、所述mcu模块(24)和所述电子墨水屏模块(25)均与所述储能稳压模块(23)连接，用于对无线电能转换，为各个模块提供电能；所述第一通信模块(14)与所述第二通信模块(22)连接，用于获取待写入的数据；所述第二通信模块(22)和所述电子墨水屏模块(25)均与所述mcu模块(24)连接，所述mcu模块(24)用于将待写入数据写入到所述电子墨水屏模块(25)显示。2.如权利要求1所述的基于nfc的无源可视化电子标签系统，其特征在于，所述电子墨水屏模块(25)包括：电子墨水屏稳压单元(251)、输出控制单元(252)、逻辑电平转换单元(253)、电子墨水屏驱动单元(254)以及接口单元(255)；所述电子墨水屏稳压单元(251)与所述无线充电接收模块(21)连接，所述输出控制单元(252)、所述逻辑转换单元、所述电子墨水屏驱动单元(254)以及所述接口单元(255)均与所述电子墨水屏稳压单元(251)连接；所述输出控制单元(252)和所述电子墨水屏驱动单元(254)均与所述逻辑电平转换单元(253)连接；所述逻辑转换单元和所述电子墨水屏驱动单元(254)均与所述接口单元(255)连接，所述接口单元(255)还与电子墨水屏连接。3.如权利要求1所述的基于nfc的无源可视化电子标签系统，其特征在于，所述第一通信模块(14)传输距离不低于3cm，所述第一通信模块(14)为nfc/rfid读写器，所述第二通信模块(22)为rfid射频卡。4.如权利要求1所述的基于nfc的无源可视化电子标签系统，其特征在于，所述读写设备(1)还包括usb转ttl模块(15)，所述usb转ttl模块(15)与所述控制模块(12)连接。5.如权利要求2所述的基于nfc的无源可视化电子标签系统，其特征在于，所述输出控制单元(252)包括电阻r32、r33、r34、r39、r38、电容c57、三极管q3、mos管q2；所述电容c57的一端和所述电阻r38的一端均与所述mos管q2的漏极连接，所述电阻r38的另一端和所述mos管q2的栅极均与所述三极管q3的集电极连接，所述电阻r32的一端和所述电阻r33的一端连接，连接后与所述mcu模块(24)连接，所述电阻r32的一端和所述电阻r34的一端连接，连接后与所述电子墨水屏稳压单元(251)连接，所述电阻r33的另一端和所述电阻r39的一端连接，连接后与所述三极管q3的基极连接，所述电阻r39的另一端、所述三
级管q3的发射极均与公共地端连接，所述mos管q2的源极为所述输出控制单元(252)的输出端。6.如权利要求5所述的基于nfc的无源可视化电子标签系统，其特征在于，所述逻辑电平转换单元(253)包括：所述非反相转换器u16和所述电容c61；所述电容c61的一端和所述非反相转换器u16的引脚2、引脚10与所述电子墨水屏稳压单元(251)连接，所述非反相转换器u16的引脚19与所述输出控制单元(252)的输出端连接，所述电容c61的另一端和所述非反相转换器u16的引脚11与所述公共地端连接。7.如权利要求1所述的基于nfc的无源可视化电子标签系统，其特征在于，所述无线充电发射模块(13)包括：无线充电发射芯片u1、电感线圈h1、电容c1、c3、c9以及电阻r10、r11、r12；所述无线充电发射芯片u1的引脚1、所述电容c1的一端、所述电感线圈h1的一端、所述电容c3的一端、所述电阻r11的一端和所述电阻r12的一端均与所述电源管理模块(11)的输出端连接，所述无线充电发射芯片u1的引脚3和所述电容c3的另一端均与所述电感线圈h1的另一端连接，所述无线充电发射芯片u1的引脚4和所述电容c1的另一端均与公共地端连接，所述电阻r10的一端与所述无线充电发射芯片u1的引脚8连接，所述电阻r10的另一端与所述无线充电发射芯片u1的引脚7连接，所述电阻r11的另一端和所述电容c9的一端均与所述电阻r10的一端连接，所述电容c9的另一端和所述电阻r12的另一端均与所述无线充电发射芯片u1的引脚6连接。8.如权利要求7所述的基于nfc的无源可视化电子标签系统，其特征在于，所述无线充电接收模块(21)包括：无线充电接收芯片u13、电感线圈h2、电感l4、电容c52、c59、c54、c60、稳压二极管d1、zd1、d2以及电阻r36、r37、r30；所述稳压二极管d1的阳极和所述电容c52的一端均与所述电感线圈h2的一端连接，所述稳压二极管d1的阴极、所述稳压二极管zd1的阴极、所述电容c54的一端、所述无线充电接收芯片u13的引脚2均与所述电阻r30的一端连接，所述稳压二极管d2的阴极和所述无线充电接收芯片u13的引脚3均与所述电感l4的一端连接，所述电感线圈h2的另一端、所述电容c52的另一端、所述稳压二极管的阳极、所述电容c54的另一端、所述稳压二极管d2的阳极以及所述无线充电接收芯片u13的引脚4均与所述公共地端连接，所述电阻r30的另一端与所述无线充电接收芯片u13的引脚7连接，所述电阻r36和所述电阻r37串联连接，串联连接后与所述电容c59以及所述电容c60并联连接，连接后的一端与所述电感l4的另一端连接，另一端与所述公共地端连接，所述无线充电接收芯片u13的引脚与所述电阻r36和所述电阻r37相连的节点a连接。9.一种mes系统，其特征在于，所述mes系统包括若干如权利要求1至8中任一项所述的基于nfc的无源可视化电子标签系统。10.如权利要求9所述的mes系统，其特征在于，每个生产工位上至少安装一个所述读写设备(1)，所述mes系统通过串口总线连接所有所述读写设备(1)，所述电子标签(2)与物料一一对应，且所述电子标签(2)与对应的所述物料绑定。

技术总结
本发明涉及电子标签技术领域，尤其涉及一种基于NFC的无源可视化电子标签系统，包括读写设备和电子标签，读写设备为电子标签提供无线电能及数据交互；读写设备包括控制模块、无线充电发射模块和第一通信模块；控制模块用于对数据传输和处理；电子标签包括无线充电接收模块、储能稳压模块、第二通信模块、MCU模块和电子墨水屏模块；无线充电接收模块与无线发射模块无线连接，用于接收无线电能；储能稳压模块与无线充电接收模块连接，储能稳压模块对无线电能转换，为各个模块提供电能；第一通信模块与第二通信模块连接，用于获取待写入的数据；MCU模块将待写入数据写入到电子墨水屏模块显示。本发明能够同时兼顾信息可视化以及标签重复利用。签重复利用。签重复利用。


技术研发人员：王泽垚 焦洋 徐淑玲 焦守文 王会会
受保护的技术使用者：江苏企跃智能科技有限公司
技术研发日：2023.06.12
技术公布日：2023/9/12