説明

マルチ通信方式対応センサ機能付きハイブリッド型ソフトIDタグ

【課題】複数のキャリア周波数及び複数の変調方式の中からシステムに合致したキャリア周波数及び変調方式を選択設定することができると共に、外部アナログ信号又はデジタル信号の状態を判断して自らリーダー又は無線基地局に情報伝送が行える、マルチ通信方式対応センサ機能付きハイブリッド型ソフトIDタグを得る。
【解決手段】リーダーとRFID通信を行うためのRFID部と、無線基地局と微弱無線等による無線通信を行うためのRF通信部と、前記RFID部とRF通信部の制御及び外部アナログ信号又はデジタル信号の入出力処理を行うためのCPU部にて構成する。RFID部には個々のRFID通信用のキャリア周波数に同調するアンテナ及び同調回路と当該同調回路の共振周波数を決定するためのSAWフィルタとの組合せを複数有し、CPU部には外部アナログ信号又はデジタル信号の入出力処理を行うためのインターフェース回路を有す。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、複数のキャリア周波数及び複数の変調方式の中から使用するシステムに合致したキャリア周波数及び変調方式をプログラム制御により選択設定してリーダーとRFID(Radio Frequency Identification)通信を行うことができると共に、外部アナログ信号又はデジタル信号の入出力処理及び当該信号状態を判断して自ら前記リーダー又は無線基地局に情報伝送を行うことができる、マルチ通信方式対応センサ機能付きハイブリッド型ソフトIDタグに関するものである。なお、本明細書におけるハイブリッド型とは、バッテリーレスで動作を行うパッシブ型のRFID通信と、バッテリーにて動作を行うアクティブ型の微弱無線等の無線通信の2種類の通信が行えることを指し、ソフトIDタグとはCPUのプログラム制御にて前記動作が行えるRFIDタグを指すものである。
【背景技術】
【0002】
近年、物品の在庫管理やトレーサビリティー管理及び人の位置情報管理等を行う手段としてRFIDタグが注目され、普及しつつある。該RFIDタグとリーダー間の無線通信における伝送媒体方式には、主に電磁結合型,電磁誘導型及びマイクロ波型がある。
【0003】
電磁結合型は、セキュリティを重視した非接触ICカードシステムにおいて主に使用され、非接触ICカードとリーダーのアンテナ間において相互誘導により発生した誘導起電力により非接触ICカードを動作させて情報通信を行うものであり、通信距離は数mm程度である。また、電磁誘導型は、基本的には電磁結合型と同様であり、RFIDタグとリーダーのアンテナ間において電磁誘導により発生した誘導起電力によりRFIDタグを動作させて情報通信を行うものであり、通信距離は50cm〜1m程度である。キャリア周波数は、13.56MHzが代表的である。また、マイクロ波型は、マイクロ波帯の電磁波によりRFIDタグとリーダーのアンテナ間において情報通信を行うものであり、通信距離は2m〜5m程度である。キャリア周波数は、950MHz帯や2.45GHzが代表的である。
【0004】
また、上記RFIDタグとリーダー間の無線通信における変調方式として、ASK(Amplitude Shift Keying)変調,FSK(Frequency Shift Keying)変調,PSK(Phase Shift Keying)変調及びPPM(Pulse Position Modulation)変調等の何れかが用いられ、ベースバンド符号化方式としては、NRZ(Non Return to Zero)符号,マンチェスタ符号,単極RZ符号,ミラー符号等の何れかが用いられる。また、メーカー独自の変調方式やベースバンド符号化方式が用いられる場合もある。
【0005】
上述のようなRFIDタグを使用するシステムにあっては、当該システムの用途に応じて最適なキャリア周波数及び変調方式を採用したRFIDタグにて運用されている。しかしながら、用途によっては各キャリア周波数での特徴を活かすべく複数のキャリア周波数に対応したRFIDタグが必要とされることがある。該要求に応えるべく本願出願人らによる特願2003−387184号公報の『RFID通信における2周波通信方式』においては、主に13.56MHzと950MHz帯の2つのキャリア周波数を自動認識して切替使用することができる2周波対応のRFIDタグについて提案した。
【0006】
また、物品の在庫管理やトレーサビリティー管理及び人の位置情報管理等を行う手段以外に、加速度センサや圧力センサ等から出力されるセンサ信号を測定して生体情報や計測情報等を取得し、該測定データの管理及び測定データによる制御を目的とした手段にも使用されている。該手段を実行するためには、各種センサから出力されるアナログ信号をデジタル信号に変換するためのA/D変換回路や測定データのメモリへの蓄積及び周辺回路の制御等を行うためのCPUをRFIDタグ内のチップに内蔵する必要がある。
【0007】
上記センサ機能付きRFIDタグとして、本願出願人らによる特願2004−177520号公報の『バッテリーレス型プログラム制御可能な論理回路付きRFID応答器』においては、高効率なアンテナ回路により発生した誘導起電力を大容量コンデンサに充電し、該電力によりCPU及び外部インターフェース部を駆動してセンサ信号を処理することができるRFID応答器(タグ)について提案した。
【0008】
また、パッシブ型RFIDタグの通信距離として、キャリア周波数が950MHz帯のもので最長5m程度であり、条件次第では更に数mの延長も可能であるが、それ以上距離を延長して通信を行うことができなかった。しかしながら、用途によっては10m以上の遠隔通信が必要とされることもある。該要求に応えるべく本願出願人らによる特願2005−286209号公報の『遠隔通信機能付きRFIDタグ』においては、リーダーからの起動コマンド受信時又はリーダーとの通信エリアを外れた場合に、バッテリー駆動によるRF通信モジュールにて遠方の無線基地局と微弱無線等による遠隔通信が行えるRFIDタグについて提案した。
【0009】
【特許文献1】特願2003−387184
【特許文献2】特願2004−177520
【特許文献3】特願2005−286209
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0010】
しかしながら、上記特願2003−387184号公報における2周波通信方式は、単に950MHz帯のキャリア周波数を13.56MHz近傍に分周して内部クロックとするロジック制御方式であり、機能が限定されていた。従って、複数のキャリア周波数及び変調方式に柔軟に対応することができないという問題点があった。また、上記特願2004−177520号公報におけるプログラム制御可能な論理回路付きRFID応答器(タグ)は、CPUをRFIDタグ内のチップに内蔵又は外部接続可能とし、更にはセンサ信号を処理して質問器(リーダー)からのアクセス時に情報伝送を行うことができるものであるが、従来のリーダーとタグとの関係から逸脱できず、センサ信号状態を判断して自ら情報伝送を行うことができないという問題点があった。また、上記特願2005−286209号公報における遠隔通信機能付きRFIDタグも、前記2つの問題点を含んでいた。
【0011】
本発明は、以上述べたような問題点を解決するために成されたものであり、複数のキャリア周波数及び複数の変調方式の中から使用するシステムに合致したキャリア周波数及び変調方式をプログラム制御により選択設定してリーダーとRFID通信を行うことができると共に、外部アナログ信号又はデジタル信号の入出力処理及び当該信号状態を判断して自ら前記リーダー又は無線基地局に情報伝送を行うことができる、マルチ通信方式対応センサ機能付きハイブリッド型ソフトIDタグを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0012】
上記課題を解決するため、本発明のマルチ通信方式対応センサ機能付きハイブリッド型ソフトIDタグにあっては、リーダーとRFID通信を行うためのRFID部と、無線基地局と微弱無線等による無線通信を行うためのRF通信部と、前記RFID部とRF通信部の制御及び外部アナログ信号又はデジタル信号の入出力処理を行うためのCPU部にて構成する。
【0013】
複数のキャリア周波数及び複数の変調方式の中から使用するシステムに合致したキャリア周波数及び変調方式を選択する方法にあっては、RFID部において個々のRFID通信用のキャリア周波数に同調するアンテナ及び同調回路と当該同調回路の共振周波数を決定するためのSAWフィルタとの組合せを複数有すると共に、CPU部においてキャリア周波数及び変調方式選択用プログラムを蓄積したプログラムメモリによるCPUの制御により前記SAWフィルタの選択を行う。
【0014】
外部アナログ信号又はデジタル信号の入出力処理及び当該信号状態を判断して自らリーダー又は無線基地局に情報伝送を行う方法にあっては、CPU部において外部アナログ信号又はデジタル信号の入出力処理を行うためのインターフェース回路を有すると共に、アナログ信号入力データ又はデジタル信号入力データが予め設定された閾値をクロスすることによる状態変化を捉えてRFID部又はRF通信部を自動的に動作させる。
【0015】
RFID通信エリア内においては、リーダーとマルチ通信方式対応センサ機能付きハイブリッド型ソフトIDタグ間とのバッテリーレス動作によるRFID通信と、リーダーからの指令による無線基地局とマルチ通信方式対応センサ機能付きハイブリッド型ソフトIDタグ間とのバッテリー動作による無線通信を行い、RFID通信エリア外においては、無線基地局からの指令若しくはアナログ信号入力データ又はデジタル信号入力データが予め設定された閾値をクロスすることによる状態変化を捉えて自動的に前記無線基地局とマルチ通信方式対応センサ機能付きハイブリッド型ソフトIDタグ間とのバッテリー動作による無線通信を行う。
【発明の効果】
【0016】
本発明のマルチ通信方式対応センサ機能付きハイブリッド型ソフトIDタグ及びリーダーを用いたRFIDシステムを構築した場合、構築環境の状態や用途に応じ、複数のキャリア周波数及び複数の変調方式の中から使用するシステムに合致したキャリア周波数及び変調方式をプログラム制御により選択設定することによりリーダーとRFID通信を行うことができ、使用するリーダーとRFIDタグとの統一化が図られる。このため、RFIDシステムの構築及び変更が容易に行えると共にメンテナンスも簡単になり、システム構築費及びメンテナンス費が安価に抑えられるという絶大なる効果を奏する。また、外部アナログ信号又はデジタル信号の入出力処理及び当該信号状態により自ら前記リーダー又は無線基地局に自動的に情報伝送を行うことができるため、リアルタイム性や緊急性を必要とする用途においての展開が可能になるという効果も奏する。また、RFID通信エリア内におけるリーダーからの指令又はRFID通信エリア外における外部アナログ信号又はデジタル信号状態を判断して自動的にバッテリー動作による無線通信が行えるため、バッテリーセーブに対応した通信距離を意識することがないハイブリッド型のセンシングネットワーク構築が行えるという効果も奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【0017】
本発明を実施するための最良の形態を図を用いて説明する。
【0018】
図1は本発明のマルチ通信方式対応センサ機能付きハイブリッド型ソフトIDタグを構成する概略ブロック図である。該図に示すように、マルチ通信方式対応センサ機能付きハイブリッド型ソフトIDタグ1は、リーダーとRFID通信を行うためのRFID部2と、無線基地局と微弱無線等による無線通信を行うためのRF通信部18と、前記RFID部2とRF通信部18の制御及び外部アナログ信号又はデジタル信号の入出力処理を行うためのCPU部3にて構成する。
【0019】
RFID部2において、個々のRFID通信用のキャリア周波数に同調するアンテナ4及び同調回路5と当該同調回路5の共振周波数を決定するためのSAWフィルタ7との組合せを複数有する。図2は図1における同調回路の回路構成図例であり、リーダーとRFID通信を行うためアンテナ4を同調キャパシタ6a,6bから成る同調回路5に接続すると共に、システムで使用するキャリア周波数、例えば13.56MHz,950MHz帯又は2.45GHz等のフィルタ特性を有したSAWフィルタ7を接続して共振回路を構成する。
【0020】
上記同調回路5の後段には、リーダーのアンテナから送信された電磁波が当該マルチ通信方式対応センサ機能付きハイブリッド型ソフトIDタグ1のアンテナ4で受信された時に発生する誘導起電力又はキャリアを検波してベースバンド信号を抽出したり、前記誘導起電力又はキャリアを整流して直流電圧を取り出すための整流回路8を接続する。
【0021】
次に、上記整流回路8の後段には、CPU部3を動作させるためのクロック生成を行うVCO及びPLL9と、信号受信時においてキャリアから信号を取り出す復調動作を行ったり信号送信時においてスイッチング素子(図示せず)により変調動作を行うための変復調回路10と、上記直流電圧を安定化して回路電源を供給したり、充電用コンデンサ12に充電電圧を供給するための電源回路11を接続する。該充電用コンデンサ12は一般的にはセラミックコンデンサを使用し、電力を必要とする場合には大容量型の電気二重層コンデンサ等の使用が好適であるが、特に限定するものではない。
【0022】
次に、CPU部3において、上記変復調回路10及びSAWフィルタ7の制御と、後述のインターフェース回路17及びRF通信部18の制御を行うため、CPU13のバス14を前記変復調回路10,SAWフィルタ7,インターフェース回路17及びRF通信部18に接続する。また、当該CPU13の動作プログラムを記憶したプログラムメモリ15と、当該マルチ通信方式対応センサ機能付きハイブリッド型ソフトIDタグ1の固有ID情報やインターフェース回路17にて検出した外部アナログ信号入力データ又はデジタル信号入力データ等を記憶するためのデータメモリ16をバス14に接続する。
【0023】
次に、アナログ信号出力型の外部センサから出力されるアナログ信号をA/D変換して適正なデジタル値に変換したり、デジタル信号出力型の外部センサから出力されるデジタル信号を入力すること等を行うインターフェース回路17を上記CPU13のバス14に接続する。図3は図1のインターフェース回路におけるアナログ信号入力用の回路構成図例であり、多チャンネルのアナログ入力信号Ai-1‥Ai-nがアナログマルチプレクサ23に接続される。ここで、バス14内の制御信号にて1つのアナログ信号を選択すると、スケーラーアンプ24にて適正レベルにスケーリングされ、A/Dコンバータ25にてデジタル値に変換されてCPU13に読み込まれ、更にデータメモリ16に記憶される。また、図4は図1のインターフェース回路におけるデジタル信号入出力用の回路構成図例であり、デジタル入力信号Di-1‥Di-nがトライステートバッファ26に接続される。ここで、バス14内の制御信号にてセレクト信号を入力用に設定すると、前記入力データがCPU13に読み込まれ、更にデータメモリ16に記憶される。なお、該回路においてはデータ出力も可能であり、セレクト信号を出力用に設定すると、データメモリ16内より出力データがCPU13にて読み出され、デジタル出力信号Do-1‥Do-nがトライステートバッファ26より出力される。
【0024】
なお、上記プログラムメモリ15及びデータメモリ16は、強誘電体型の不揮発性メモリであるFRAM(Ferroelectric RAM:米国Ramtron社の登録商標)が好適であり、回路電源がOFFになっても当該マルチ通信方式対応センサ機能付きハイブリッド型ソフトIDタグ1の固有ID情報や外部アナログ信号入力データ又はデジタル信号入力データ等のデータは消失することはない。また、データの書込み電圧は、EEPROMやフラッシュメモリのように高圧に昇圧する必要がないため、昇圧回路が簡略化される。また、書込み又は読出し速度はDRAMと同等であり、EEPROMやフラッシュメモリよりはるかに高速であるという特徴を持つものである。このように、メモリとしてはFRAMが好適であるが他のメモリを使用しても構わない。
【0025】
次に、RF通信部18において、無線基地局と無線通信を行うためのアンテナ20とバッテリー19を接続する。また、該RF通信部18を制御するため、上記CPU13のバス14をRF通信ポート21を中継して接続する。なお、前記バッテリー19は当該RF通信部18専用であり、未使用時における電力消費を無くすため、別途制御線により電源制御を行うと好適である。また、バッテリー19の種類としてはリチウム電池が好適であるが、ソーラーセルなど如何なるものであっても構わない。
【0026】
なお、上記CPU13のバス14を外部通信ポート22に接続して設けておけば、RF通信部18以外の他のインターフェース機器の接続が可能となり、本発明のマルチ通信方式対応センサ機能付きハイブリッド型ソフトIDタグ1の応用範囲が広がることになる。
【実施例】
【0027】
本発明の実施例を図1に基づいて説明する。
【0028】
まず、マルチ通信方式対応センサ機能付きハイブリッド型ソフトIDタグ1のRFID部2において個々のRFID通信用のキャリア周波数に同調するアンテナ4及び同調回路5と当該同調回路5の共振周波数を決定するためのSAWフィルタ7との組合せを複数内蔵しておく。例えば、キャリア周波数として13.54MHz,950MHz帯及び2.45GHzの3周波に対応させる場合、13.54MHz用アンテナ4a,950MHz帯用アンテナ4b及び2.45GHz用アンテナ4cを個々に接続した同調回路5及びSAWフィルタ7を各3組内蔵する。
【0029】
ここで、CPU部3においてキャリア周波数及び変調方式選択用プログラムを蓄積したプログラムメモリ16によるCPU13の制御により前記SAWフィルタ7の選択を行う。該選択動作はVCO及びPLL9にて生成された13.56MHz,950MHz帯又は2.45GHzの何れかと同期したシステムクロックによりキャリア周波数を判定して瞬時に行われる。また、変調方式の選択も予めプログラム設定された変調方式の中からビットパターンを判定して瞬時に行われる。以上の方法により、複数のキャリア周波数及び複数の変調方式の中から使用するシステムに合致したキャリア周波数及び変調方式をプログラム制御により選択設定してリーダーとRFID通信が行えることになる。
【0030】
次に、マルチ通信方式対応センサ機能付きハイブリッド型ソフトIDタグ1のCPU部3において外部アナログ信号又はデジタル信号の入出力処理を行うためのインターフェース回路17を内蔵する。該インターフェース回路17は、外部センサがアナログ信号出力型であれば1乃至複数チャンネルのA/D変換器とし、デジタル信号出力型であれば1乃至複数ビットの入力バッファとする。
【0031】
ここで、上記アナログ信号入力データ又はデジタル信号入力データが予め設定された閾値をクロスすることにより状態変化を捉える。例えばフルスケールデータを0〜1000として500を超えた場合に警報信号を出力するように設定されていた場合、500を超えた時点でRFID部2を自動的に動作させ、RFID通信エリア内においてリーダーからのサイクリックな問合せに対する応答時に警報信号を出力する。又はRFID通信エリア外においてRF通信部18を自動的に動作させ、遠方にある無線基地局に警報信号を出力する。以上の方法により、外部アナログ信号又はデジタル信号の入出力処理及び当該信号状態を判断して自らリーダー又は無線基地局に情報伝送を行うことができることになる。
【0032】
また、RFID通信エリア内においては、リーダーとマルチ通信方式対応センサ機能付きハイブリッド型ソフトIDタグ1間とのバッテリーレス動作によるRFID通信と、リーダーからの指令による無線基地局とマルチ通信方式対応センサ機能付きハイブリッド型ソフトIDタグ1のRF通信部18間とのバッテリー動作による無線通信が行える。RFID通信エリア外においては、無線基地局からの指令若しくはアナログ信号入力データ又はデジタル信号入力データが予め設定された閾値をクロスすることによる状態変化を捉えて自動的に前記無線基地局とマルチ通信方式対応センサ機能付きハイブリッド型ソフトIDタグ1のRF通信部18間とのバッテリー動作による無線通信が行える。このため、バッテリーセーブに対応した通信距離を意識しないハイブリッド型のセンシングネットワーク構築が行えることになる。
【図面の簡単な説明】
【0033】
【図1】本発明のマルチ通信方式対応センサ機能付きハイブリッド型ソフトIDタグを構成する概略ブロック図である。
【図2】図1における同調回路の回路構成図例である。
【図3】図1のインターフェース回路におけるアナログ信号入力用の回路構成図例である。
【図4】図1のインターフェース回路におけるデジタル信号入出力用の回路構成図例である。
【符号の説明】
【0034】
1 マルチ通信方式対応センサ機能付きハイブリッド型ソフトIDタグ
2 RFID部
3 CPU部
4 アンテナ
5 同調回路
6 同調キャパシタ
7 SAWフィルタ
8 整流回路
9 VCO及びPLL
10 変復調回路
11 電源回路
12 充電用コンデンサ
13 CPU
14 バス
15 プログラムメモリ
16 データメモリ
17 インターフェース回路
18 RF通信部
19 バッテリー
20 アンテナ
21 RF通信ポート
22 外部通信ポート
23 アナログマルチプレクサ
24 スケーラーアンプ
25 A/Dコンバータ
26 トライステートバッファ

【特許請求の範囲】
【請求項1】
リーダーとRFID通信を行うためのRFID部と、無線基地局と微弱無線等による無線通信を行うためのRF通信部と、前記RFID部とRF通信部の制御及び外部アナログ信号又はデジタル信号の入出力処理を行うためのCPU部にて構成することを特徴とする、マルチ通信方式対応センサ機能付きハイブリッド型ソフトIDタグ。
【請求項2】
複数のキャリア周波数及び複数の変調方式の中から使用するシステムに合致したキャリア周波数及び変調方式を選択する方法にあっては、RFID部において個々のRFID通信用のキャリア周波数に同調するアンテナ及び同調回路と当該同調回路の共振周波数を決定するためのSAWフィルタとの組合せを複数有すると共に、CPU部においてキャリア周波数及び変調方式選択用プログラムを蓄積したプログラムメモリによるCPUの制御により前記SAWフィルタの選択を行うことを特徴とする、請求項1に記載のマルチ通信方式対応センサ機能付きハイブリッド型ソフトIDタグ。
【請求項3】
外部アナログ信号又はデジタル信号の入出力処理及び当該信号状態を判断して自らリーダー又は無線基地局に情報伝送を行う方法にあっては、CPU部において外部アナログ信号又はデジタル信号の入出力処理を行うためのインターフェース回路を有すると共に、アナログ信号入力データ又はデジタル信号入力データが予め設定された閾値をクロスすることによる状態変化を捉えてRFID部又はRF通信部を自動的に動作させることを特徴とする、請求項1に記載のマルチ通信方式対応センサ機能付きハイブリッド型ソフトIDタグ。
【請求項4】
RFID通信エリア内においては、リーダーとマルチ通信方式対応センサ機能付きハイブリッド型ソフトIDタグ間とのバッテリーレス動作によるRFID通信と、リーダーからの指令による無線基地局とマルチ通信方式対応センサ機能付きハイブリッド型ソフトIDタグ間とのバッテリー動作による無線通信を行い、RFID通信エリア外においては、無線基地局からの指令若しくはアナログ信号入力データ又はデジタル信号入力データが予め設定された閾値をクロスすることによる状態変化を捉えて自動的に前記無線基地局とマルチ通信方式対応センサ機能付きハイブリッド型ソフトIDタグ間とのバッテリー動作による無線通信を行うことを特徴とした、請求項1から3に記載のマルチ通信方式対応センサ機能付きハイブリッド型ソフトIDタグ。

【図1】
image rotate

【図2】
image rotate

【図3】
image rotate

【図4】
image rotate


【公開番号】特開2007−174130(P2007−174130A)
【公開日】平成19年7月5日(2007.7.5)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2005−367224(P2005−367224)
【出願日】平成17年12月20日(2005.12.20)
【出願人】(394007610)株式会社テルヤ (30)
【出願人】(301046617)ペガサスネット株式会社 (34)
【出願人】(501360979)
【Fターム(参考)】