抵御电磁干扰的支持RFID标签读取的智能可穿戴设备制造技术

本发明专利技术公开了一种抵御电磁干扰的支持RFID标签读取的智能可穿戴设备，目的是阻断智能可穿戴设备金属外壳感应涡流产生的电磁干扰，有效增强信号的强度，提升通信稳定性，增大通信距离。技术方案是依据RFID的通信原理与通信过程，改进智能穿戴设备金属外壳的结构，在智能穿戴设备中增加软磁屏蔽材料，且优化RFID标签的线圈在智能可穿戴设备中的位置，使RFID标签的线圈能够最大程度地感应RFID读取设备发出的磁场，使得智能可穿戴设备的感应功能更强。本发明专利技术有效解决了智能可穿戴设备的金属外壳可能存在的电磁干扰，使得嵌入在智能可穿戴设备金属外壳中的RFID标签能够有效的与RFID标签读取设备进行数据交互，增大感应距离。

【技术实现步骤摘要】
抵御电磁干扰的支持RFID标签读取的智能可穿戴设备
本专利技术涉及一种集成RFID(RadioFrequencyIdentification,无线射频识别)标签的智能可穿戴设备(指可以随身携带，由其内部的芯片中的软件完成特定功能的智能设备，如智能手表、智能手环等)，该设备在接受RFID读取设备读取时能抵御电磁干扰。
技术介绍
目前，在智能可穿戴设备中集成RFID标签，使得智能可穿戴设备具有刷卡消费、门禁识别、刷公交卡等功能，极大的方便了人们的生活。但是用于与RFID读取设备进行通信的RFID标签的线圈通常嵌入在智能可穿戴设备内部，通信过程的稳定性以及通信的有效距离容易受到智能可穿戴设备内部结构以及线圈放置位置的影响。特别是人们对于金属质感的追求，使得具有金属外壳的智能可穿戴设备更加流行。然而金属外壳对RFID标签以及RFID读取设备发出的电磁波的干扰作用更强，弱化了通信过程的稳定性，缩短了有效的通信距离。当智能可穿戴设备处在RFID读取设备产生的磁场中，接受RFID读取设备发出的信号，根据楞次定律，作为信号的接受端，智能可穿戴设备的金属外壳会产生感应电涡流，感应电涡流产生一个与RFID读取设备产生的磁场方向相反的感应磁场。因此，金属外壳产生的感应磁场会使得智能可穿戴设备中的RFID标签的线圈接受的信号减弱，有效通信距离变短。当超过一定距离时，金属外壳产生的电磁干扰将严重影响通信过程的有效性甚至使得通信过程无法完成。当智能可穿戴设备中的RFID标签的线圈作为信号的发射端时，会遇到同样的问题。目前，解决上述问题的研究主要集中在改进RFID标签嵌入在智能可穿戴设备中的位置。专利申请号为ZL201520222403.0的技术专利“一种智能表带”将由线圈以及芯片组成的RFID标签嵌入到智能可穿戴设备的表带中，芯片带有防损保护片。这种设备的优点是：RFID标签与智能可穿戴设备的主体部分相分离，RFID标签的线圈与智能可穿戴设备的主体部分产生的电磁干扰隔离。缺点是：由于表带尺寸有限，形状固定，限制了RFID标签的线圈的尺寸与形状，同时可穿戴设备表带在使用时，需要反复弯曲，容易对集成在其中的RFID标签造成损坏。曾忆在其2013年硕士论文《应用于NFC系统中的软磁屏蔽材料》([D].湖北武汉：华中科技大学)探究了软磁屏蔽材料对金属部件产生的电磁干扰的屏蔽作用。在RFID标签的线圈与金属部件之间放置一层软磁屏蔽材料，可以防止金属部件产生感应涡流，极大程度的维持磁场强度。并且，在一定范围内软磁屏蔽材料的尺寸越大、与RFID标签的线圈的距离越近、厚度越大，屏蔽效果越好。这种方法可有效减弱金属部件对RFID标签的线圈产生的电磁干扰。但该方法只证明了软磁屏蔽材料能对金属部件产生的电磁干扰进行屏蔽，未提出将软磁屏蔽材料应用于智能可穿戴设备的具体方法，且由于智能可穿戴设备的尺寸有限，内部结构复杂，软磁屏蔽材料的尺寸与位置也将受到限制，没有被软磁屏蔽阻断的磁场，仍将在智能可穿戴设备的金属部件中产生感应涡流，所以在智能可穿戴设备中设置软磁屏蔽材料不能完全屏蔽金属部件产生的电磁干扰。如何阻断感应涡流产生的电磁干扰，有效增强信号的强度，提升通信稳定性，增大通信距离，是本领域技术人员极为关注的技术问题。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供一种抵御电磁干扰的支持RFID标签读取的智能可穿戴设备，阻断智能可穿戴设备金属外壳感应涡流产生的电磁干扰，有效增强信号的强度，提升通信稳定性，增大通信距离。本专利技术的技术方案是依据RFID的通信原理与通信过程，改进智能穿戴设备金属外壳的结构，在智能穿戴设备中增加软磁屏蔽材料，减弱甚至消除金属外壳产生的电磁干扰。并且，优化RFID标签的线圈在智能可穿戴设备中的位置，使RFID标签的线圈能够最大程度地感应RFID读取设备发出的磁场，使得智能可穿戴设备的感应功能更强。本专利技术的具体技术方案是：在考虑用户刷卡使用习惯的基础上，依据RFID的通信原理与通信过程，优化RFID标签集成在智能可穿戴设备中的位置，并在RFID标签与智能可穿戴设备的外壳底盖之间放置软磁屏蔽材料。并且设计金属外壳的结构，解决智能可穿戴设备的金属外壳对RFID标签的线圈产生的电磁干扰问题，减弱甚至消除金属外壳产生的电磁干扰。一种抵御电磁干扰的支持RFID标签读取的智能可穿戴设备，包括智能可穿戴设备外壳、显示屏、电路板、电池、RFID标签、软磁屏蔽材料。显示屏、电路板、电池与现有智能可穿戴设备上的相应部件形状结构相同，无须改进。显示屏、电路板、电池、RFID标签、软磁屏蔽材料均包裹在智能可穿戴设备外壳内。智能可穿戴设备外壳为金属材料制备，由外壳上盖、外壳底盖、外壳边框组成，3个部件可以是任意形状。外壳上盖与外壳底盖形状相同，外壳上盖由中间的透明区域与四周的非透明区域组成，透明区域的面积大于显示屏显示面的面积，保证能清楚地看清显示屏的显示。非透明区域具有与透明区域贴合的内侧边缘以及与外壳边框贴合的外侧边缘。外壳边框与外壳上盖、外壳底盖的轮廓相匹配，外壳上盖、外壳底盖分别与外壳边框的上、下面固定在一起，构成一个空心的空间，该空间的容积满足容纳显示屏、电路板、电池、RFID标签、软磁屏蔽材料。RFID标签由芯片、线圈组成，RFID标签的线圈沿外壳上盖非透明区域的内侧边缘向外侧边缘绕制成环形并固定在外壳上盖非透明区域的内侧边缘与外侧边缘之间，芯片焊接在线圈内侧同时固定在外壳上盖非透明区域的内侧边缘与外侧边缘之间，与线圈一起放置在外壳上盖非透明区域的内侧边缘与外侧边缘之间。内侧边缘与外侧边缘之间的宽度满足正好覆盖线圈和芯片，使得芯片不会漫延到透明区域(保证从透明区域看不到芯片)。线圈所围成的区域中心放置显示屏，显示屏、芯片、线圈紧贴外壳上盖处于同一水平面上，显示屏的一端可以与芯片一侧紧贴以使空间紧凑，显示屏、芯片、线圈的下面放置电池与电路板，电路板与电池的下面紧贴外壳底盖。在显示屏、芯片、线圈这一层与电池、电路板这一层之间铺设软磁屏蔽材料。软磁屏蔽材料的形状、尺寸满足将显示屏、芯片、线圈这一层与电池、电路板这一层之间的空隙填满即可。软磁屏蔽材料的磁导率要求满足当磁场频率为13.56MHz时大于150H/m(亨利/米)(目前高频RFID标签的通信磁场频率均为13.56MHz)。软磁屏蔽材料可以使穿过RFID标签、显示屏的磁场与电池、电路板相隔离，进而与外壳底盖相隔离，使外壳底盖无法产生感应涡流，有效屏蔽外壳底盖产生的感应磁场对通信信号的电磁干扰，极大增强通信过程的稳定性，增大通信距离。读卡器在发射信号时，在读卡器线圈的垂直方向上，与读卡器线圈平面的距离越远，磁场强度越弱，RFID标签紧贴在可穿戴设备外壳上盖非透明区域内侧边缘与外侧边缘之间，可最大限度减小读卡器线圈与RFID标签的线圈的距离，极大增大有效通信距离。除此之外，这种设计方案，具有良好的人机使用体验。用户在使用智能可穿戴设备中的RFID标签功能时，将智能可穿戴设备的外壳上盖外面贴在RFID标签读取设备即读卡器表面，符合用户的使用习惯。外壳边框在平行于显示屏所在平面方向上存在闭合的回路，在智能可穿戴设备处于读卡器线圈产生的磁场中时，外壳边框产生感应涡流，感应涡流产生的感应磁场与读卡器线圈产本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种抵御电磁干扰的支持RFID标签读取的智能可穿戴设备，包括智能可穿戴设备外壳、显示屏(7)、电路板(9)、电池(10)、RFID标签；显示屏(7)、电路板(9)、电池(10)、RFID标签均包裹在智能可穿戴设备外壳内；智能可穿戴设备外壳为金属材料制备，RFID标签由线圈(5)、芯片(6)组成；其特征在于智能可穿戴设备还包括软磁屏蔽材料(8)，软磁屏蔽材料(8)也包裹在智能可穿戴设备外壳内；智能可穿戴设备外壳由外壳上盖、外壳边框(3)、外壳底盖(4)组成；外壳边框(3)设置有断层(15)；外壳上盖由中间的透明区域(1)与四周的非透明区域(2)组成，非透明区域(2)具有与透明区域(1)贴合的内侧边缘以及与外壳边框(3)贴合的外侧边缘；RFID标签的线圈(5)沿外壳上盖非透明区域(2)的内侧边缘向外侧边缘绕制成环形并固定在外壳上盖非透明区域(2)的内侧边缘与外侧边缘之间，芯片(6)焊接在线圈(5)内侧同时固定在外壳上盖非透明区域(2)的内侧边缘与外侧边缘之间；线圈(5)所围成的区域中心放置显示屏(7)；显示屏(7)、芯片(6)、线圈(5)紧贴外壳上盖处于同一水平面上，显示屏(7)、芯片(6)、线圈(5)的下面放置电池(10)与电路板(9)，电路板(9)与电池(10)的下面紧贴外壳底盖(4)；在显示屏(7)、芯片(6)、线圈(5)这一层与电池(10)、电路板(9)这一层之间铺设软磁屏蔽材料(8)。...

【技术特征摘要】
1.一种抵御电磁干扰的支持RFID标签读取的智能可穿戴设备，包括智能可穿戴设备外壳、显示屏(7)、电路板(9)、电池(10)、RFID标签；显示屏(7)、电路板(9)、电池(10)、RFID标签均包裹在智能可穿戴设备外壳内；智能可穿戴设备外壳为金属材料制备，RFID标签由线圈(5)、芯片(6)组成；其特征在于智能可穿戴设备还包括软磁屏蔽材料(8)，软磁屏蔽材料(8)也包裹在智能可穿戴设备外壳内；智能可穿戴设备外壳由外壳上盖、外壳边框(3)、外壳底盖(4)组成；外壳边框(3)设置有断层(15)；外壳上盖由中间的透明区域(1)与四周的非透明区域(2)组成，非透明区域(2)具有与透明区域(1)贴合的内侧边缘以及与外壳边框(3)贴合的外侧边缘；RFID标签的线圈(5)沿外壳上盖非透明区域(2)的内侧边缘向外侧边缘绕制成环形并固定在外壳上盖非透明区域(2)的内侧边缘与外侧边缘之间，芯片(6)焊接在线圈(5)内侧同时固定在外壳上盖非透明区域(2)的内侧边缘与外侧边缘之间；线圈(5)所围成的区域中心放置显示屏(7)；显示屏(7)、芯片(6)、线圈(5)紧贴外壳上盖处于同一水平面上，显示屏(7)、芯片(6)、线圈(5)的下面放置电池(10)与电路板(9)，电路板(9)与电池(10)的下面紧贴外壳底盖(4)；在显示屏(7)、芯片(6)、线圈(5)这一层与电池(10)、电路板(9)这一层之间铺设软磁屏蔽材料(8)。2.如权利要求1所述的抵御电磁干扰的支持RFID标签读取的智能可穿戴设备，其特征在于所述智能可穿戴设备外壳的外壳上盖与外壳底盖(4)形状相同，外壳上盖的透明区域(1)的面积大于显示屏(7)显示面的面积，外壳上盖非透明区域(2)的内侧边缘与外侧边缘之间的宽度能够覆盖线圈(5)和芯片(6)；外壳边框(3)与外壳上盖、外壳底盖(4)的轮廓相匹配，外壳上盖、外壳底盖(4)分别与外壳边框(3)的上、下面固定在一起，构成一个空心的空间，该...

【专利技术属性】
技术研发人员：张尧学，刘亚萍，亢飞，廖海宁，张硕，李少勇，郭慧，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：湖南,43