本發(fā)明涉及一種集成rfid(radiofrequencyidentification,無線射頻識別)標簽的智能可穿戴設備(指可以隨身攜帶，由其內部的芯片中的軟件完成特定功能的智能設備，如智能手表、智能手環(huán)等)，該設備在接受rfid讀取設備讀取時能抵御電磁干擾。

背景技術：

目前，在智能可穿戴設備中集成rfid標簽，使得智能可穿戴設備具有刷卡消費、門禁識別、刷公交卡等功能，極大的方便了人們的生活。但是用于與rfid讀取設備進行通信的rfid標簽的線圈通常嵌入在智能可穿戴設備內部，通信過程的穩(wěn)定性以及通信的有效距離容易受到智能可穿戴設備內部結構以及線圈放置位置的影響。特別是人們對于金屬質感的追求，使得具有金屬外殼的智能可穿戴設備更加流行。然而金屬外殼對rfid標簽以及rfid讀取設備發(fā)出的電磁波的干擾作用更強，弱化了通信過程的穩(wěn)定性，縮短了有效的通信距離。

當智能可穿戴設備處在rfid讀取設備產生的磁場中，接受rfid讀取設備發(fā)出的信號，根據楞次定律，作為信號的接受端，智能可穿戴設備的金屬外殼會產生感應電渦流，感應電渦流產生一個與rfid讀取設備產生的磁場方向相反的感應磁場。因此，金屬外殼產生的感應磁場會使得智能可穿戴設備中的rfid標簽的線圈接受的信號減弱，有效通信距離變短。當超過一定距離時，金屬外殼產生的電磁干擾將嚴重影響通信過程的有效性甚至使得通信過程無法完成。當智能可穿戴設備中的rfid標簽的線圈作為信號的發(fā)射端時，會遇到同樣的問題。

目前，解決上述問題的研究主要集中在改進rfid標簽嵌入在智能可穿戴設備中的位置。專利申請?zhí)枮閦l201520222403.0的實用新型專利“一種智能表帶”將由線圈以及芯片組成的rfid標簽嵌入到智能可穿戴設備的表帶中，芯片帶有防損保護片。這種設備的優(yōu)點是：rfid標簽與智能可穿戴設備的主體部分相分離，rfid標簽的線圈與智能可穿戴設備的主體部分產生的電磁干擾隔離。缺點是：由于表帶尺寸有限，形狀固定，限制了rfid標簽的線圈的尺寸與形狀，同時可穿戴設備表帶在使用時，需要反復彎曲，容易對集成在其中的rfid標簽造成損壞。

曾憶在其2013年碩士論文《應用于nfc系統(tǒng)中的軟磁屏蔽材料》([d].湖北武漢：華中科技大學)探究了軟磁屏蔽材料對金屬部件產生的電磁干擾的屏蔽作用。在rfid標簽的線圈與金屬部件之間放置一層軟磁屏蔽材料，可以防止金屬部件產生感應渦流，極大程度的維持磁場強度。并且，在一定范圍內軟磁屏蔽材料的尺寸越大、與rfid標簽的線圈的距離越近、厚度越大，屏蔽效果越好。這種方法可有效減弱金屬部件對rfid標簽的線圈產生的電磁干擾。但該方法只證明了軟磁屏蔽材料能對金屬部件產生的電磁干擾進行屏蔽，未提出將軟磁屏蔽材料應用于智能可穿戴設備的具體方法，且由于智能可穿戴設備的尺寸有限，內部結構復雜，軟磁屏蔽材料的尺寸與位置也將受到限制，沒有被軟磁屏蔽阻斷的磁場，仍將在智能可穿戴設備的金屬部件中產生感應渦流，所以在智能可穿戴設備中設置軟磁屏蔽材料不能完全屏蔽金屬部件產生的電磁干擾。

如何阻斷感應渦流產生的電磁干擾，有效增強信號的強度，提升通信穩(wěn)定性，增大通信距離，是本領域技術人員極為關注的技術問題。

技術實現要素：

本發(fā)明要解決的技術問題是提供一種抵御電磁干擾的支持rfid標簽讀取的智能可穿戴設備，阻斷智能可穿戴設備金屬外殼感應渦流產生的電磁干擾，有效增強信號的強度，提升通信穩(wěn)定性，增大通信距離。

本發(fā)明的技術方案是依據rfid的通信原理與通信過程，改進智能穿戴設備金屬外殼的結構，在智能穿戴設備中增加軟磁屏蔽材料，減弱甚至消除金屬外殼產生的電磁干擾。并且，優(yōu)化rfid標簽的線圈在智能可穿戴設備中的位置，使rfid標簽的線圈能夠最大程度地感應rfid讀取設備發(fā)出的磁場，使得智能可穿戴設備的感應功能更強。

本發(fā)明的具體技術方案是：

在考慮用戶刷卡使用習慣的基礎上，依據rfid的通信原理與通信過程，優(yōu)化rfid標簽集成在智能可穿戴設備中的位置，并在rfid標簽與智能可穿戴設備的外殼底蓋之間放置軟磁屏蔽材料。并且設計金屬外殼的結構，解決智能可穿戴設備的金屬外殼對rfid標簽的線圈產生的電磁干擾問題，減弱甚至消除金屬外殼產生的電磁干擾。

一種抵御電磁干擾的支持rfid標簽讀取的智能可穿戴設備，包括智能可穿戴設備外殼、顯示屏、電路板、電池、rfid標簽、軟磁屏蔽材料。顯示屏、電路板、電池與現有智能可穿戴設備上的相應部件形狀結構相同，無須改進。顯示屏、電路板、電池、rfid標簽、軟磁屏蔽材料均包裹在智能可穿戴設備外殼內。

智能可穿戴設備外殼為金屬材料制備，由外殼上蓋、外殼底蓋、外殼邊框組成，3個部件可以是任意形狀。外殼上蓋與外殼底蓋形狀相同，外殼上蓋由中間的透明區(qū)域與四周的非透明區(qū)域組成，透明區(qū)域的面積大于顯示屏顯示面的面積，保證能清楚地看清顯示屏的顯示。非透明區(qū)域具有與透明區(qū)域貼合的內側邊緣以及與外殼邊框貼合的外側邊緣。外殼邊框與外殼上蓋、外殼底蓋的輪廓相匹配，外殼上蓋、外殼底蓋分別與外殼邊框的上、下面固定在一起，構成一個空心的空間，該空間的容積滿足容納顯示屏、電路板、電池、rfid標簽、軟磁屏蔽材料。

rfid標簽由芯片、線圈組成，rfid標簽的線圈沿外殼上蓋非透明區(qū)域的內側邊緣向外側邊緣繞制成環(huán)形并固定在外殼上蓋非透明區(qū)域的內側邊緣與外側邊緣之間，芯片焊接在線圈內側同時固定在外殼上蓋非透明區(qū)域的內側邊緣與外側邊緣之間，與線圈一起放置在外殼上蓋非透明區(qū)域的內側邊緣與外側邊緣之間。內側邊緣與外側邊緣之間的寬度滿足正好覆蓋線圈和芯片，使得芯片不會漫延到透明區(qū)域(保證從透明區(qū)域看不到芯片)。線圈所圍成的區(qū)域中心放置顯示屏，顯示屏、芯片、線圈緊貼外殼上蓋處于同一水平面上，顯示屏的一端可以與芯片一側緊貼以使空間緊湊，顯示屏、芯片、線圈的下面放置電池與電路板，電路板與電池的下面緊貼外殼底蓋。在顯示屏、芯片、線圈這一層與電池、電路板這一層之間鋪設軟磁屏蔽材料。軟磁屏蔽材料的形狀、尺寸滿足將顯示屏、芯片、線圈這一層與電池、電路板這一層之間的空隙填滿即可。軟磁屏蔽材料的磁導率要求滿足當磁場頻率為13.56mhz時大于150h/m(亨利/米)(目前高頻rfid標簽的通信磁場頻率均為13.56mhz)。軟磁屏蔽材料可以使穿過rfid標簽、顯示屏的磁場與電池、電路板相隔離，進而與外殼底蓋相隔離，使外殼底蓋無法產生感應渦流，有效屏蔽外殼底蓋產生的感應磁場對通信信號的電磁干擾，極大增強通信過程的穩(wěn)定性，增大通信距離。讀卡器在發(fā)射信號時，在讀卡器線圈的垂直方向上，與讀卡器線圈平面的距離越遠，磁場強度越弱，rfid標簽緊貼在可穿戴設備外殼上蓋非透明區(qū)域內側邊緣與外側邊緣之間，可最大限度減小讀卡器線圈與rfid標簽的線圈的距離，極大增大有效通信距離。除此之外，這種設計方案，具有良好的人機使用體驗。用戶在使用智能可穿戴設備中的rfid標簽功能時，將智能可穿戴設備的外殼上蓋外面貼在rfid標簽讀取設備即讀卡器表面，符合用戶的使用習慣。

外殼邊框在平行于顯示屏所在平面方向上存在閉合的回路，在智能可穿戴設備處于讀卡器線圈產生的磁場中時，外殼邊框產生感應渦流，感應渦流產生的感應磁場與讀卡器線圈產生的磁場方向相反，會減弱rfid標簽感應到的讀卡器線圈產生的磁場的磁場強度，降低rfid標簽感應到的信號的強度。為解決這一問題，在外殼邊框設置斷層，斷層不具有特定的位置、大小、形狀，只是在外殼邊框的任意位置挖一個凹陷，使外殼邊框在平行于顯示屏所在平面的方向上不存在閉合的金屬回路即可。為美觀起見，這種斷層可以用非金屬材料進行填充，保證外殼邊框結構上的連續(xù)性。斷層使金屬邊框在讀卡器線圈發(fā)射的磁場中，產生感應電動勢，但不產生感應渦流，使得不對讀卡器線圈發(fā)射的磁場產生電磁干擾，解決了目前金屬外殼邊框產生的電磁干擾。

由于智能可穿戴設備提供的功能不同，智能可穿戴設備還可有表帶、顯示屏背光板和顯示屏支架，一般表帶繞在智能可穿戴設備外殼上，以方便用戶戴在手腕或掛在手上，顯示屏背光板附著在顯示屏背面，可發(fā)光以點亮顯示屏，方便用戶在夜間查看顯示屏內容，顯示屏支架用以支撐防磁貼、屏幕背光板、顯示屏。

本發(fā)明有效解決了智能可穿戴設備的金屬外殼可能存在的電磁干擾，從而使得嵌入在智能可穿戴設備金屬外殼中的rfid標簽能夠有效的與rfid標簽讀取設備進行數據交互，增大感應距離。

附圖說明

圖1是本發(fā)明智能可穿戴設備整體結構軸向剖視圖；

圖2是安裝有顯示屏支架11、顯示屏背光板12的智能可穿戴設備一種實例的整體結構軸向剖視圖；

圖3是本發(fā)明智能可穿戴設備軟磁屏蔽材料作用效果圖；

圖4是本發(fā)明智能可穿戴設備的外殼邊框結構俯視圖。

具體實現方式

圖1為本發(fā)明智能可穿戴設備的整體結構軸向剖視圖，剖的方向是與水平面垂直方向。智能可穿戴設備包括智能可穿戴設備外殼、rfid標簽、顯示屏7、軟磁屏蔽材料8、電路板9、電池10。rfid標簽、顯示屏7、軟磁屏蔽材料8、電路板9、電池10均包裹在智能可穿戴設備外殼內。

智能可穿戴設備外殼為金屬材料制備，由外殼上蓋、外殼邊框3、外殼底蓋4組成，3個部件可以是任意形狀。外殼上蓋與外殼底蓋形狀相同，外殼上蓋由中間的透明區(qū)域1與四周的非透明區(qū)域2組成，透明區(qū)域1的面積大于顯示屏7顯示面的面積，保證能清楚地看清顯示屏7的顯示。非透明區(qū)域2具有與透明區(qū)域1貼合的內側邊緣以及與外殼邊框3貼合的外側邊緣。外殼邊框3與外殼上蓋、外殼底蓋4的輪廓相匹配，外殼上蓋、外殼底蓋4分別與外殼邊框3的上、下面固定在一起，構成一個空心的空間，該空間的容積滿足容納顯示屏7、電路板9、電池10、rfid標簽、軟磁屏蔽材料8。

rfid標簽由線圈5、芯片6組成，rfid標簽的線圈5沿外殼上蓋非透明區(qū)域2的內側邊緣向外側邊緣繞制成環(huán)形并固定在外殼上蓋非透明區(qū)域2的內側邊緣與外側邊緣之間，芯片6焊接在線圈5內側同時固定在外殼上蓋非透明區(qū)域2的內側邊緣與外側邊緣之間，與線圈5一起放置在外殼上蓋非透明區(qū)域2的內側邊緣與外側邊緣之間。內側邊緣與外側邊緣之間的寬度滿足能夠覆蓋線圈5和芯片6，使得芯片6不會漫延到透明區(qū)域1(保證從透明區(qū)域1看不到芯片6)。線圈5所圍成的區(qū)域中心放置顯示屏7，顯示屏7、芯片6、線圈5緊貼外殼上蓋處于同一水平面上，顯示屏7的一端可以與芯片一側緊貼以使空間緊湊，顯示屏7、芯片6、線圈5的下面放置電路板9與電池10，電路板9與電池10的下面緊貼外殼底蓋4。在顯示屏7、芯片6、線圈5這一層與電路板9、電池10這一層之間鋪設軟磁屏蔽材料8。軟磁屏蔽材料的形狀、尺寸滿足將顯示屏7、芯片6、線圈5這一層與電路板9、電池10這一層之間的空隙填滿。

圖2是安裝有顯示屏支架11、顯示屏背光板12的智能可穿戴設備一種實施例的整體結構軸向剖視圖；如圖2所示，智能可穿戴設備主體部分由智能可穿戴設備外殼(由外殼上蓋(由外殼上蓋透明區(qū)域1、外殼上蓋非透明區(qū)域2組成)外殼邊框3、外殼底蓋4)、顯示屏7、顯示屏背光板12、顯示屏支架11、rfid標簽(由線圈5、芯片6組成)、軟磁屏蔽材料8、電路板9、電池10組成。當有顯示屏背光板12時，顯示屏背光板12附著在顯示屏7背面，發(fā)光用以點亮顯示屏7。當安裝有顯示屏背光板12時，軟磁屏蔽材料8附著在顯示屏背光板的下表面。當有顯示屏支架11時，顯示屏支架11附著在軟磁屏蔽材料8下面，顯示屏支架11的下面放置電路板9、電池10，顯示屏支架11的兩端固定在外殼底蓋4上。

圖3為本發(fā)明的智能可穿戴設備的軟磁屏蔽材料8對電磁干擾的屏蔽作用效果圖。當讀卡器線圈發(fā)射的磁場13穿過rfid標簽的線圈5時，在沒有軟磁屏蔽材料8的情況下，磁場13會穿過外殼底蓋4，在外殼底蓋4中產生感應渦流，由于感應渦流產生的磁場14的方向與讀卡器線圈發(fā)射的磁場13的方向相反，從而削弱磁場13，降低通信信號的強度。在rfid標簽的線圈5與外殼底蓋4之間放置軟磁屏蔽材料8，由于軟磁屏蔽材料8的高磁導率，在磁場13由軟磁屏蔽材料8穿過線圈5時，不會穿過外殼底蓋4，從而防止外殼底蓋4對磁場13的干擾。

圖4為圖1所示外殼邊框3的俯視圖。如果外殼邊框3沒有斷層15，當有磁場穿過外殼邊框3所圍區(qū)域時，在外殼邊框3中產生感應渦流，感應渦流產生的磁場的方向與磁場13的方向相反，從而削弱通信信號的強度。在外殼邊框3中任意位置挖一個斷層15(即一個凹陷)，使外殼邊框3在平行于顯示屏所在平面的方向上上不存在閉合的金屬回路，由法拉第電磁感應定律知，當有磁場穿過外殼邊框3所圍區(qū)域時，在外殼邊框3的斷層15位置，只會產生感應電動勢，而不會產生感應電流，從而避免了外殼邊框3對磁場的干擾。