CN102129591B - 一种低功耗的有源rfid传感标签及其控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种低功耗的有源RFID传感标签及其控制方法，包括控制单元(1)、射频收发单元(3)、天线单元(4)、存储单元(5)、电源单元(7)和电源管理单元(8)，其特征在于，还包括传感单元(2)，所述传感单元(2)和控制单元(1)通过I2C接口连接用于实现两者的数据交换；所述电源单元(7)分别和控制单元(1)及射频收发单元(3)连接用以向其供电；电源管理单元(8)分别和控制单元(1)及传感单元(1)连接用以在控制单元(1)的控制下实现对电源单元(7)提供的电源进行管理，以便选择性的对传感单元进行供电。本发明的有益效果是：可以有效的降低有源RFID传感标签的功耗。
Description
技术领域
本发明属于射频识别(Radio Frequency Identification，RFID)技术领域，具体涉及一种可以检测产品所处环境的温度和/或湿度的有源RFID传感标签及其控制方法。
背景技术
RFID技术是从20世纪80年代发展起来的一项自动识别技术。通过射频信号对某个目标的ID进行自动识别得到对象信息，并获取相关数据。不同于传统的磁卡和IC卡，RFID技术解决了无源和免接触两大问题，同时它可实现运动目标识别、多目标识别，能够广泛应用于各类场合。其突出优点是环境适应性强，能够穿透非金属材质，数据存储量大，抗干扰能力强。根据供电方式的不同，可以将RFID标签分为两类：一类是无源RFID标签；另一类是有源RFID标签。无源RFID标签工作时标签通过读写器的电磁场获得能量，标签本身不需要电池；有源RFID标签则恰恰相反，标签需要自备电池，提供全部器件工作所需的电源。与无源RFID标签相比，有源RFID标签有着对阅读器的发射功率要求低、有效阅读距离远的优点，因此在很多领域都有着广泛的应用。
在冷链物流、医疗系统、仓储物资管理、疫苗生产物流、卫生防疫系统、科研等领域，为避免药品、物品及粮食的失效或变质，通常需要测定物品所处环境的温度和/或湿度，由于有线系统的灵活性差并且会带来布线和空间布置的麻烦，所以有源RFID传感标签在上述领域具有十分广泛的应用。有源RFID传感标签对使用寿命和体积方面有着很高的要求。因此，如何降低有源RFID传感标签的功耗，延长其有效使用时间，是有源RFID传感标签研制过程中需要关注的关键问题之一。
公开号为CN101201905A的中国发明专利于2008年6月18日公开了名称为“低功耗有源防碰撞电子标签”的技术方案。该方案采用挪威的半导体公司Nordic Semiconductor生产的含8051单片机内核的射频收发芯片，可以同时实现射频收发、处理控制和Flash存储功能，从而在一定程度上降低了功耗。但是，该方案仍然存在如下缺点：1.功耗相对较高，这是由于其发送电流为27mA，激活电流为15mA，休眠电流0.01mA仍然较高。2.该方案的射频收发芯片的成本高，这是由于该射频收发芯片集成了8051单片机内核，价格比只具有射频收发功能的芯片要高很多。3.不能识别有源RFID标签的电量，特别是当有源RFID标签电池电量不足时不能对读写器进行有效的提醒。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有的RFID传感标签的不足，特别是功耗较高的缺点，提供了一种低功耗的有源RFID传感标签及其控制方法。
为了实现上述目的，本发明的技术方案是：一种低功耗的有源RFID传感标签，包括控制单元(1)、射频收发单元(3)、天线单元(4)、存储单元(5)、电源单元(7)和电源管理单元(8)，其特征在于，还包括传感单元(2)，所述传感单元(2)和控制单元(1)通过I2C接口连接用于实现两者的数据交换；所述天线单元(4)通过射频收发单元(3)与控制单元(1)连接用于收发射频信号；所述存储单元(5)集成在控制单元(1)内用以存储传感标签信息；所述电源单元(7)分别和控制单元(1)及射频收发单元(3)连接用以向其供电；电源管理单元(8)分别和控制单元(1)及传感单元(1)连接用以在控制单元(1)的控制下实现对电源单元(7)提供的电源进行管理，以便选择性的对传感单元进行供电。
上述方案中，还包括电量检测单元(6)，所述电量检测单元(6)集成在控制单元(1)内并采用控制单元(1)内部的高低电压检测(HLVD)功能来实现对电源单元(7)的电量的检测。
上述方案中，存储单元(5)采用集成在微控制器内部的512字节的EEPROM，并写入了传感标签的位置信息和ID信息。
上述方案中，控制单元(1)包括微控制器U1、电容C1、ICSP插座J1和电阻R5，微控制器U1用来进行控制以及串行通信信息的处理，电容C1用作微控制器电源+VDD的退耦电容，ICSP插座J1用作程序下载和调试接口，所述微控制器U1包括运行、打盹、空闲、休眠、深度休眠五种工作模式；还包括SPI接口、I2C接口、实时时钟(RTC)、可编程欠压复位(PBOR)、深度休眠欠压复位(DSBOR)、上电复位(POR)、可编程高低电压检测(HLVD)、看门狗定时器(WDT)、512字节的内部EEPROM；具有8MHz和32KHz的内部振荡器。
上述方案中，所述的传感单元2包括温湿度传感器U3、电容C8、电阻R2和电阻R3，温湿度传感器U3用作有源RFID传感标签所处环境的温湿度信息检测，电容C8用作温湿度芯片的退耦电容；电阻R2与R3是温湿度传感器与微控制器进行通信的I2C接口的上拉电阻；温湿度传感器U3采用SHTxx系列温度和/或湿度传感器芯片中的温湿度传感器SHT21，温湿度传感器U3包括6个引脚。所述温湿度传感器U3在电源管理单元8的控制下通过微控制器的通用I/O引脚对温湿度传感器进行选择性供电。
为了实现上述目的，本发明还提供了一种低功耗的有源RFID传感标签控制方法，其特征在于，包括如下步骤：
a.开始；
b.初始化；
c.温度和/或湿度和/或电量检测；
d.数据打包；
e.数据发送；
f.判断达到最大重发次数N之前是否有应答；
g.若步骤f无应答，则关闭传感单元2的电源；
h.紧接步骤g，进入深度休眠模式；
i.判断INT0中断是否发生；若步骤i中没有发生INT0中断，则回到步骤h；
l.若步骤i中发生INT0中断，则进行INT0唤醒并返回到步骤b；
j.若步骤f有应答，说明通信正常，则进入深度休眠模式；
k.紧接步骤j，进入定时器定时M秒(M＞＝1，微控制器深度休眠唤醒的损益平衡时间为1秒，当该时间大于1秒时才能有效地节省功耗)唤醒并返回到步骤b。
本发明的有益效果是：由于电源单元在每隔一定时间如1s检测并发送一次的连续工作模式下，利用有源RFID温湿度传感标签在非使用状态下处于深度休眠模式极低功耗的特性，可以避免由设计标签电源开关或其它唤醒电路所带来的麻烦。该有源RFID温湿度传感标签的电池使用时间可以达到9.6年以上，相比背景技术中公开号为CN101201905A的中国发明，经折算，该本发明的有源标签的平均功耗大约是背景技术中有源标签的1/3，本发明有源RFID在深度休眠、初始化(可以视为唤醒状态)和数据收发三种状态下分别消耗的电流为0.00157mA、0.13215mA和11.10015mA，相比背景技术中有源标签的三种状态下的电流消耗：休眠电流0.01mA、激活电流15mA和发送电流27mA，显然低功耗性能有了进一步的改善，尽管本发明的有源标签比背景技术中的有源标签多了传感单元和电量检测单元。其次，本发明利用电量检测单元的高低电压检测功能，可以在不增加模/数转换电压参考源的前提下，进行电池低电量的检测，这为有源温湿度传感标签节省了可观的功耗。再次，本发明利用集成在控制单元内部的存储单元如EEPROM来存储有源RFID温湿度传感标签的身份识别ID，既方便了控制单元利用自身的电源管理机制对存储单元进行电源管理，又避免了外接存储单元及电源管理带来的走线麻烦，又节省了印制板的空间，有利于有源RFID温湿度传感标签的小型化。
附图说明
图1是低功耗有源RFID传感标签的结构框图；
图2是低功耗有源RFID传感标签控制方法；
图3是低功耗有源RFID温湿度传感标签的详细电路图。
附图标记：控制单元1、传感单元2、射频收发单元3、天线单元4、存储单元5、电量检测单元6、电源单元7、电源管理单元8。
具体实施方式
下面结合附图和具体的实施例对本发明做进一步的说明。
一种低功耗的有源RFID传感标签，包括控制单元1、射频收发单元3、天线单元4、存储单元5、电源单元7和电源管理单元8，其特征在于，还包括传感单元2，所述传感单元2和控制单元1通过I2C接口连接用于实现两者的数据交换；所述天线单元4通过射频收发单元3与控制单元1连接用于收发射频信号；所述存储单元5集成在控制单元1内用以存储传感标签信息；所述电源单元7分别和控制单元1和射频收发单元3连接用以向其供电；电源管理单元8分别和控制单元1和传感单元1连接用以在控制单元1的控制下实现对电源单元7提供的电源进行管理以便选择性的对传感单元2进行供电。
上述方案中，还包括电量检测单元6，所述电量检测单元6通过控制单元1内部的高低电压检测(HLVD)功能检测控制单元1的电源电压+VDD，从而实现对电源单元7输出电压+VDD的检测，根据电源(这里指电池)电量与电源电压的一一对应关系，从而间接地检测出电源的电量。
上述方案中，控制单元1包括微控制器U1、电容C1、ICSP插座J1和电阻R5，微控制器U1用来进行控制以及串行通信信息的处理，电容C1用作微控制器电源+VDD的退耦电容，ICSP插座J1用作程序下载和调试接口。微控制器U1采用基于nanoWatt XLP技术的PIC24FxxKAxxx系列微控制器中的PIC24F16KA102，PIC24FxxKAxxx系列，微控制器包括运行、打盹、空闲、休眠、深度休眠五种工作模式；包括SPI接口、I2C接口、实时时钟(RTC)、可编程欠压复位(PBOR)、深度休眠欠压复位(DSBOR)、上电复位(POR)、可编程高低电压检测(HLVD)、看门狗定时器(WDT)、512字节的内部EEPROM；具有8MHz和32KHz的内部振荡器。
PIC24FxxKAxxx系列微控制器在运行模式的典型电流可低至8uA，在空闲模式的典型电流可低至2uA，在深度休眠模式典型电流可低至20nA，处于供电电压为1.8V的休眠模式时，仅运行实时时钟的典型电流消耗为490nA，只运行看门狗定时器的电流消耗为350nA。
微控制器U1对应各元件的引脚连接关系如下：
微控制器U1的1脚悬空；
微控制器U1的2脚悬空；
微控制器U1的3脚接温湿度传感器U3的2脚和电容C8的1脚；
微控制器U1的4脚悬空；
微控制器U1的5脚悬空；
微控制器U1的6脚悬空；
微控制器U1的7脚悬空；
微控制器U1的8脚接射频收发芯片U2的6脚；
微控制器的U1的9脚接温湿度传感器U3的3脚；
微控制器的U1的10脚接温湿度传感器U3的6脚；
微控制器U1的11脚接射频收发芯片U2的1脚；
微控制器U1的12脚接射频收发芯片U2的3脚；
微控制器U1的13脚接射频收发芯片U2的4脚；
微控制器U1的14脚接射频收发芯片U2的5脚；
微控制器U1的15脚接射频收发芯片U2的2脚；
微控制器的U1的16脚接数字地DGND；
微控制器的U1的17脚接电池BT1的输出+VDD；
微控制器的U1的18脚接ICSP插座J1的1脚和R5的1脚；
微控制器的U1的19脚接ICSP插座J1的5脚；
微控制器的U1的20脚接ICSP插座J1的4脚；
电容C1的1脚接微控制器的U1的17脚，C1要尽可能靠近微控制器U1的17脚；
电容C1的2脚接数字地DGND；
ICSP插座J1的1脚接上拉电阻R5的1脚和微控制器U1的18脚；
ICSP插座J1的2脚接锰锂电池BT1的输出+VDD；
ICSP插座J1的3脚接数字地DGND；
ICSP插座J1的4脚接微控制器U1的20脚；
ICSP插座J1的5脚接微控制器U1的19脚；
ICSP插座J1的6脚悬空；
电阻R5的1脚接ICSP插座J1的1脚和微控制器U1的18脚；
电阻R5的2脚接锰锂电池BT1的输出+VDD。
上述方案中，射频收发单元3包括射频收发芯片U2、电容C2、电阻R1、电容C4、电容C5、电容C3、电感L3、电感L2、电容C6、电容C7、电感L1、电感L4、电容C11、电容C12、电阻R4、电容C9、晶体CRY1和电容C10。其中上述元件中的C4和C5用作射频收发芯片U2第18脚的退耦电容，L3和C3用作电池BT1输入电源的滤波，L2、C6、L1、L4、C11、C12用作射频收发芯片U2射频前端的滤波与阻抗匹配电路，R4、CRY1、C9、C10用来组成射频收发芯片U2的时钟电路，射频收发芯片U2采用nRF24L01芯片。
射频收发芯片U2对应各元件的引脚连接关系如下：
射频收发芯片U2的20脚接模拟地AGND；
射频收发芯片U2的19脚接C2的1脚；
射频收发芯片U2的18脚接退耦电容C4的1脚、C5的1脚和电池输出+VDD经过电容C3及电感L3滤波后的输出+RFVin；
射频收发芯片U2的17脚接模拟地AGND；
射频收发芯片U2的16脚接R1的1脚；
射频收发芯片U2的15脚接+RFVin；
射频收发芯片U2的14脚接模拟地AGND；
射频收发芯片U2的13脚接电感L1的1脚和电感L2的2脚；
射频收发芯片U2的12脚接电感L1的2脚和电感L4的2脚；
射频收发芯片U2的11脚接电阻C11的2脚、电阻C12的2脚和电感L4的1脚；
射频收发芯片U2的10脚接晶体CRY1的3脚、电阻R4的2脚和电容C10的1脚；
射频收发芯片U2的9脚接晶体CRY1的1脚、R4的1脚和C9的1脚；
射频收发芯片U2的8脚接模拟地AGND；
射频收发芯片U2的7脚接电池输出+VDD经过电容C3及电感L3滤波后的输出+RFVin；
射频收发芯片U2的6脚接微控制器U1的8脚；
射频收发芯片U2的5脚接微控制器U1的14脚；
射频收发芯片U2的4脚接微控制器U1的13脚；
射频收发芯片U2的3脚接微控制器U1的12脚；
射频收发芯片U2的2脚接微控制器U1的15脚；
射频收发芯片U2的1脚接微控制器U1的11脚；
电容C2的1脚接射频收发芯片U2的19脚；
电容C2的2脚接模拟地AGND；
电阻R1的1脚接射频收发芯片U2的16脚；
电阻R1的2脚接模拟地AGND；
电容C4的1脚接射频收发芯片U2的18脚、电容C5的1脚和电池输出+VDD经过电容C3及电感L3滤波后的输出+RFVin，电容C4要尽可能靠近射频收发芯片U2的18脚；
电容C4的2脚接模拟地AGND；
电容C5的1脚接射频收发芯片U2的18脚、电容C4的1脚和电池输出+VDD经过电容C3及电感L3滤波后的输出+RFVin，电容C5要尽可能靠近射频收发芯片U2的18脚；
电容C5的2脚接模拟地AGND；
电容C3的1脚接锰锂电池BT1的输出+VDD和电感L3的1脚；
电容C3的2脚接模拟地AGND；
电感L3的1脚接锰锂电池BT1的输出+VDD；
电感L3的2脚接射频收发芯片U2的7脚、15脚、18脚；
电感L2的1脚接C6的1脚；
电感L2的2脚接射频收发芯片U2的13脚和电感L1的1脚；
电容C6的1脚接电感L2的1脚；
电容C6的2脚接C7的1脚和天线ANT1的1脚；
电容C7的1脚接C6的2脚和天线ANT1的1脚；
电容C7的2脚接模拟地AGND；
电感L1的1脚接射频收发芯片U2的13脚和电感L2的2脚；
电感L1的2脚接射频收发芯片U2的12脚和电感L4的2脚；
电感L4的1脚接电容C12的2脚、电容C11的2脚和射频收发芯片U2的11脚；
电感L4的2脚接射频收发芯片U2的12脚和电感L1的2脚；
电容C12的1脚接模拟地AGND；
电容C12的2脚接射频收发芯片U2的11脚和电感L4的1脚；
电容C11的1脚接模拟地AGND；
电容C11的2脚接射频收发芯片U2的11脚和电感L4的1脚；
电阻R4的1脚接射频收发芯片U2的9脚、晶体CRY1的1脚和电容C9的1脚；
电阻R4的2脚接射频收发芯片U2的10脚、晶体CRY1的3脚和电容C10的1脚；
电容C9的1脚接射频收发芯片U2的9脚、晶体CRY1的1脚和电阻R4的1脚；
电容C9的2脚接模拟地AGND；
电容C10的1脚接射频收发芯片U2的10脚、晶体CRY1的3脚和电阻R4的2脚；
电容C10的2脚接模拟地AGND；
晶体CRY1的1脚接射频收发芯片U2的9脚、电阻R4的1脚和电容C9的1脚；
晶体CRY1的2脚接模拟地AGND；
晶体CRY1的3脚接射频收发芯片U2的10脚、电阻R4的2脚和电容C10的1脚；
晶体CRY1的4脚接模拟地AGND。
上述方案中，天线单元4包括天线ANT1，天线用于将射频收发芯片传送过来的射频信号以电磁波的形式发送出去以及接收阅读器天线发送过来的电磁波信号，该单元的天线采用50欧姆的PCB天线。图中仅含有一个引脚(在实现时还有一个引脚，需要接模拟地AGND，图中未画出)，天线ANT1的1脚与射频收发芯片射频收发芯片U2射频前端的滤波与阻抗匹配电路中的电容C6的2脚和电容C7的1脚相接。
上述方案中，存储单元5采用集成在微控制器内部的512字节的EEPROM，并写入了传感标签的位置信息和ID信息，这样做既方便了微控制器利用自身的电源管理机制对EEPROM进行电源管理，避免了外接存储器及电源管理带来的走线麻烦，又节省了印制板的空间，有利于有源RFID温湿度传感标签的小型化。由于EEPROM是公知的标准器件，其具体电路在图3中未显示，也不作进一步详细描述。
上述方案中，电源单元7由标称电压为3.0V的锰锂电池BT1组成，包括端子2用于接地，以及端子1用于连接微控制器U1的17脚所需电源+VDD、射频收发芯片U2所需要的未经滤波处理的输入电源+VDD及ICSP插座J1的2脚所需电源+VDD。
上述方案中，所述电量检测单元6集成在控制单元1内并通过微控制器内部的高低电压检测(HLVD)功能来实现电量检测。
该功能是通过对处理器的输入电源电压即微控制器U1的第17脚的输入电压进行检测而实现的，当电池的电压低于设定的电压值(如设定2.1V)时会产生一个中断信号，通知微控制器电池电量已经耗尽或接近耗尽。
上述方案中，所述的传感单元2包括温湿度传感器U3、电容C8、电阻R2和电阻R3，温湿度传感器U3用作有源RFID传感标签所处环境的温湿度信息检测，电容C8用作温湿度芯片的退耦电容。电阻R2与R3是温湿度传感器与微控制器进行通信的I2C接口的上拉电阻。温湿度传感器U3采用SHTxx系列温度和/或湿度传感器芯片中的温湿度传感器SHT21，温湿度传感器U3包括6个引脚。所述温湿度传感器U3在电源管理单元8的控制下通过微控制器的通用I/O引脚对温湿度传感器进行选择性供电。
温湿度传感器U3对应各元件的引脚连接关系如下：
温湿度传感器U3的1脚悬空；
温湿度传感器U3的2脚接微控制器U1的3脚和C8的1脚，；
温湿度传感器U3的3脚接上拉电阻R2的1脚和微控制器U1的9脚；
温湿度传感器U3的4脚悬空；
温湿度传感器U3的5脚接数字地DGND；
温湿度传感器U3的6脚接上拉电阻R3的1脚和微控制器U1的10脚；
电容C8的1脚接微控制器U1的3脚和温湿度传感器U3的2脚，C8要尽可能靠近温湿度传感器U3的2脚；
电容C8的2脚接数字地DGND；
电阻R2的1脚接微控制器U1的9脚和温湿度传感器U3的3脚；
电阻R2的2脚接微控制器U1的3脚和温湿度传感器U3的2脚；
电阻R3的1脚接微控制器U1的10脚和温湿度传感器U3的6脚；
电阻R3的2脚接微控制器U1的3脚和温湿度传感器U3的2脚；
上述方案中，所述温湿度传感器在电源管理单元8的控制下对温湿度传感器进行选择性供电，电源管理单元8采用微控制器U1的2脚即通用I/O引脚来实现。
上述方案中，分别对电路的模拟地AGND和数字地DGND进行敷铜，然后通过单点将DGND和AGND连接起来。
上述方案中，有源RFID温湿度传感标签放置在待测环境中，在有源RFID温湿度传感标签的微控制器内部的EEPROM中烧录有待测位置的ID信息。当接收到读写器的命令时，有源RFID温湿度传感标签从深度休眠模式唤醒，微控制器将EEPROM的ID信息读出，标记为自己的身份。
本领域的普通技术人员应该以使到，上述实施例中的传感单元2虽然因为选取了温湿度传感器U3，可以同时进行了温度和湿度的检测，但是并不要对温度和湿度同时进行检测，可以根据需要对温度和湿度两个参量中的任意一个参量进行检测，当需要检测的种类更少是，本方案更易于实施。
上述实施例中，电量检测单元6也可以根据需要省略，省略电量检测单元6后，虽然不能及时的检测电量，但是不会影响本发明的电子标签的实施。
为了实现上述目的，本发明采用的一种低功耗的有源RFID温湿度传感标签控制方法，其具体特征在于，包括如下步骤：
a.开始；
b.初始化；
c.温度、湿度和电量检测；
d.数据打包；
e.数据发送；
f.判断达到最大重发次数3之前是否有应答；
g.若步骤f无应答，则关闭传感单元2并转步骤h；
h.进入深度休眠模式；
i.判断INT0中断是否发生；若步骤i中没有发生INT0中断，则回到步骤h；
l.若步骤i中发生INT0中断，则进行INT0唤醒并返回到步骤b；
j.若步骤f有应答，说明通信正常，则进入深度休眠模式，同时启动定时器进行定时，当定时器定时到1秒时，进行定时器定时1秒时转步骤k；
k.紧接步骤j，进入定时器定时3秒唤醒并返回到步骤b。
需要说明的是，在锰锂电池能正常提供有源RFID传感标签所需电源时，有源RFID传感标签会不断重复执行上述步骤，直至电源电压低于有源RFID传感标签工作所需最小电压，此时系统已无法正常开启，直至重新更换电源则仍然重复执行上述步骤。
下面对有源RFID温湿度传感标签的实施细节做进一步的说明：
1)设定的温湿度测量的分辨率
为节省温湿度传感器的功耗，设定温度、湿度传感器分辨率分别为11位和8位，这样可以减少测量读取的时间，在一定程度上节省了功耗。
2)标签发送数据包的格式
有源RFID温度传感标签上报给阅读器的数据由前导码、ID编号、数据、校验码四部分组成，对应的字节数如表1所列。上述四部分中的数据由温度、湿度和电量三项组成，如表2所列。
表1有源RFID温度传感标签上报数据包的格式
| 序号 | 数据项 | 长度 | 备注 |
| 1 | 前导码 | 1字节 | 帧头标识 |
| 2 | ID编号 | 1字节 | 标签ID编号 |
| 3 | 数据 | 5字节 | 温度、湿度及电量数据 |
| 4 | 校验码 | 1字节 | CRC-8校验码 |
表2数据的格式
由于温湿度传感器在测量温湿度值时存在响应时间，所以在实施电源管理时必须保证温湿度传感器的电源开启时间大于等于这个响应时间，否则读取的温湿度数值是不准确的，由于在本实施方式中由于设置的测量间隔为1s，小于该温湿度传感器温度和湿度的响应时间(在τ63％的条件下，SHT21湿度的典型响应时间是8s，温度的响应时间为5～30s)，所以，在测量期间未对温湿度传感器实施电源管理。
针对上述具体实施方案，通过软件仿真器的跑表模拟出各种工作需要执行的时间，如表3所示。
表3有源RFID温湿度传感标签在各种工作模式下的电流消耗、运行时间、消耗电量统计
有源RFID温湿度传感标签的工作时间的计算是基于平均电流的，即标签的理论工作时间等于电池的容量(mAh)除以标签消耗的平均电流(mA)，平均电流的定义如下：
Iavg＝Qtotal/Ttotal；Qtotal＝iP1tP1+iP2tP2+L+iPntPn；Ttotal＝tP1+tP2+L+tPn
上面的式子中，Iavg代表平均电流；Qtotal代表总电荷；Ttotal代表总时间；iPx(x＝1，2，…，n)代表执行第x个过程所消耗的电流；tPx(x＝1，2，…，n)代表执行第x个过程所需要的时间。
根据上述定义，根据表1的统计数据运行一个完整的周期的时间为Ttotal＝1015.3025ms，Qtotal＝9018.820375uA*ms，因此Iavg＝Qtotal/Ttotal＝9018.820375/1015.3025＝8.882889952uA，所以采用750mAh的锰锂电池的有源温RFID湿度按传感标签的连续工作时间是750000/8.882889952/24/365＝9.64年，需要注意的是，实际寿命的计算要考虑标签所用电池的自放电率，如果考虑到电池的实际自放电率，实际电池寿命会短一些。当然，本计算得到的使用时间是让标签处在日夜不停的连续工作状态(即每隔1s检测出温湿度和电池电压然后进行发送)而计算得出的使用时间，实际的标签可能只在一天的某个时间段内工作，不工作时即进入深度休眠状态，此时微控制器消耗的功率在nA级，锰锂电池的使用时间比计算得出的这个时间要长一些，即考虑的是处于最大电能消耗状态下的电池使用时间。
本领域的普通技术人员应该以使到，上述实施例中的步骤虽然同时进行了温度、湿度和电量检测，但是并不要对温度、湿度和电量同时进行检测，可以根据需要对温度、湿度和电量三个参量中的任意一个或任意两个参量进行检测，当需要检测的种类更少是，本方案更易于实施。
本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本发明的原理，应被理解为本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的普通技术人员可以根据本发明公开的这些技术启示做出各种不脱离本发明实质的其它各种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本发明的保护范围内。
Claims (6)
1.一种低功耗的有源RFID传感标签控制方法，其特征在于，包括如下步骤：
a.开始；
b.初始化；
c.温度和/或湿度和/或电量检测；
d.数据打包；
e.数据发送；
f.判断达到最大重发次数N之前是否有应答；
g.若步骤f无应答，则关闭传感单元的电源；
h.紧接步骤g，进入深度休眠模式；
i.判断INT0中断是否发生；若步骤i中没有发生INT0中断，则回到步骤h；
l.若步骤i中发生INT0中断，则进行INT0唤醒并返回到步骤b；
j.若步骤f有应答，说明通信正常，则进入深度休眠模式；
k.紧接步骤j，进入定时器定时M秒唤醒并返回到步骤b，所述M>=1。
2.一种按照如权利要求1所述的有源RFID传感标签控制方法工作的低功耗的有源RFID传感标签，包括控制单元（1）、射频收发单元（3）、天线单元（4）、存储单元（5）、电源单元（7）和电源管理单元（8），其特征在于，还包括传感单元（2），所述传感单元（2）和控制单元（1）通过I2C接口连接用于实现两者的数据交换；所述天线单元（4）通过射频收发单元（3）与控制单元（1）连接用于收发射频信号；所述存储单元（5）集成在控制单元（1）内用以存储传感标签信息；所述电源单元（7）分别和控制单元（1）及射频收发单元（3）连接用以向其供电；电源管理单元（8）分别和控制单元（1）及传感单元（1）连接用以在控制单元（1）的控制下实现对电源单元（7）提供的电源进行管理，以便选择性的对传感单元进行供电。
3.根据权利要求2所述的一种低功耗的有源RFID传感标签，其特征在于，还包括电量检测单元（6），所述电量检测单元（6）集成在控制单元（1）内并采用控制单元（1）内部的高低电压检测（HLVD）功能来实现对电源单元（7）的电量的检测。
4.根据权利要求2所述的一种低功耗的有源RFID传感标签，其特征在于，控制单元（1）包括微控制器U1、电容C1、ICSP插座J1和电阻R5，微控制器U1用来进行控制以及串行通信信息的处理，电容C1用作微控制器电源+VDD的退耦电容，ICSP插座J1用作程序下载和调试接口，所述微控制器U1包括运行、打盹、空闲、休眠、深度休眠五种工作模式；所述微控制器U1还包括SPI接口、I2C接口、实时时钟（RTC）、可编程欠压复位（PBOR）、深度休眠欠压复位（DSBOR）、上电复位（POR）、可编程高低电压检测（HLVD）、看门狗定时器（WDT）、512字节的内部EEPROM和具有8MHz和32KHz的内部振荡器。
5.根据权利要求4所述的一种低功耗的有源RFID传感标签，其特征在于，存储单元（5）采用集成在控制单元（1）的微控制器内部的512字节的EEPROM，并写入了传感标签的位置信息和ID信息。
6.根据权利要求2所述的一种低功耗的有源RFID传感标签，其特征在于，所述的传感单元（2）包括温湿度传感器U3、电容C8、电阻R2和电阻R3，所述温湿度传感器U3用作有源RFID传感标签所处环境的温湿度信息检测，所述电容C8用作温湿度芯片的退耦电容；所述电阻R2与R3是温湿度传感器与微控制器进行通信的I2C接口的上拉电阻；所述温湿度传感器U3采用SHTxx系列温度和/或湿度传感器芯片中的温湿度传感器SHT21；所述温湿度传感器U3包括6个引脚；所述温湿度传感器U3在电源管理单元（8）的控制下通过微控制器的通用I/O引脚对温湿度传感器进行选择性供电。
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