CN102576417A - 包括外部传感器接口的rfid标签 - Google Patents

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Abstract

传感器前端处理器(SFEP)在主要的时段期间预驱动外部传感器。它以低消耗状态等待接收命令(sc、st)以获取和调整传感器信号。在收到所述命令后，它驱动所述传感器、设置它自己的测量范围、获取传感器电流和电压信号的粗略代码(ccc、vcc)、调整所述信号并获取信号精细代码(ccf、vcf)。所述命令(sc)以可调节的时间间隔产生。所述传感器前端处理器一个接一个地连续获取和调整来自器的信号。只要产生了中断预驱动所述传感器之一的请求(irq)，即只要传感器信号的电平或其相对于先前测量结果的相对变化脱离这个传感器的区间，便产生命令(st)。检测到的代码被存储在存储器中。

Description

包括外部传感器接口的RFID标签
技术领域
本发明涉及一种方法，用于利用处理传感器信号的传感器前端处理器，由RFID有源、半有源或无源智能标签获取和调整来自外部传感器的信号。本发明还涉及实行所述方法的电路。本发明的目的是建议所述传感器前端处理器，它应当以能源节约和存储器空间节约方式自动地运行为RFID智能标签与一切可能类型的外部传感器之间的接口，该接口可由用户编程。
背景技术
RFID智能标签通常是自给自足的，因此它的运行不需要附加的外部元件。关于其价格这无疑很方便，然而对升级和扩展其基础结构的可能性是个缺点。事实上，通常没有外部元件或新功能能够增加到RFID智能标签的集成电路。
不过，几种不同类型的外部传感器能够通过接口同时连接到RFID有源或半有源智能标签。该RFID智能标签然后驱动外部传感器以及获取和处理由所述外部传感器产生的数据，如关于温度、湿度、照度和其他物理量的数据。
公知配备了接口以连接模拟或数字外部传感器的RFID无源智能标签(EP 1 084 423 B1和US 6 720 866 B1)。在询问器存在时，从外部传感器获取数据是可能的。来自相连外部传感器的信号必须适于应用的模数转换器，它限制了可应用外部传感器的选择。
还公知利用加速度计和陀螺仪检测移动的便携式外部传感器设备(GB 2 428 802 A1)。该设备分离地装配并且也包括RFID芯片，但是仅仅用于数据传递。来自外部传感器输出的数据在RFID芯片之外获取和处理。
还公知非接触标识标签的集成电路MLX90129(www.MELEXIS.com)。它具有两个终端部件，用于外部传感器，它们只能是电阻传感器或两个电阻器桥路。外部传感器输入电路使之可能设置增益和偏移电压，然而它既不允许预驱动(在此期间集成电路待机)，也不使用电平预置中断预驱动。因此，存储器空间节约和能源节约都不可能。
发明内容
本发明要解决的技术问题是建议RFID智能标签内传感器前端处理器的这样的方法和这样的电路，它们将有能力获取和调整来自任何类型外部传感器的信号，从而传感器前端处理器应当尽可能长时间处于低消耗状态(待机)，以及RFID智能标签内的用户可编程的微控制器应当在传感器信号的模数转换前自动设置所述处理器的测量范围。
所述技术问题由本发明的用于由RFID智能标签获取和调整来自外部传感器的信号的方法解决，其特征在于所述方法的第一权利要求及其变种的特征部分的特点，其特征在于从属权利要求2至5的特点以及实行所述方法的电路，其特征在于所述电路的第六权利要求及其变种的特征部分的特点，其特征在于从属权利要求7至14的特点。
本发明的用于由RFID智能标签获取和调整来自外部传感器的信号的方法和电路的区别之处在于以RFID智能标签的第一以及第二操作模式传感器信号的两种获取之间传感器前端处理器的最少行为，从而有可能在RFID有源或半有源智能标签中实现能源节约和电池长运行寿命。由外部传感器获取的数据的存储方式同样允许可用存储器的长期使用。
所建议的传感器前端处理器是在RFID智能标签的输入处的通用接口，它以完全自动的方式对于所连接的任意类型的外部传感器的每一个设置传感器前端处理器的测量范围，再进行传感器信号的模数转换。
附图说明
现在将通过本发明的用于由RFID智能标签获取和调整来自外部传感器信号的方法以及实行所述方法的电路的实施例的描述并参考附图更详细地讲解本发明，其中：
图1是RFID智能标签的框图，带有外部传感器的连接端子，带有本发明的传感器前端处理器并且带有通信模块、微控制器、模数转换器和存储器；以及
图2是预驱动电流发生器和中断预驱动请求的框图。
具体实施方式
图1描绘了一种RFID智能标签，RFID智能标签ASL。RFID智能标签利用所述标签内集成的本发明的传感器前端处理器SFEP、微控制器MC、模数转换器ADC和可编程永久存储器EEPROM，获取和调整来自外部传感器的信号。
根据本发明，传感器前端处理器SFEP在主要的时段期间以10毫微安幅度级别的低强度电流预驱动外部传感器。根据本发明，传感器前端处理器SFEP同时处于低消耗状态(待机)，消耗的电流强度低于250nA。
根据本发明，传感器前端处理器SFEP在预驱动时等待从RFID智能标签ASL内的微控制器MC接收第一命令sc或第二命令st，根据这些命令将获取和调整来自外部传感器的信号。
进一步根据本发明，在传感器前端处理器SFEP已经从微控制器MC收到所述第一命令sc或所述第二命令st后，它停止预驱动外部传感器。然后温度稳定的精确源开始自动地并以与每个外部传感器对应的方式驱动各个外部传感器。
同时传感器前端处理器SFEP自动地并以与外部传感器对应的方式设置它自己的测量范围。
传感器前端处理器SFEP获取分别来自这个外部传感器的电流信号和电压信号的粗略代码ccc、vcc。
传感器前端处理器SFEP也调整来自这个外部传感器的信号。
来自外部传感器的调整后信号然后进入RFID智能标签ASL内的模数转换器ADC。这里执行来自外部传感器的信号的模数转换并且也获取分别来自这个外部传感器的电流信号和电压信号的精细代码ccf、vcf。
分别来自每个外部传感器的电流信号和电压信号的粗略代码ccc、vcc以及精细代码ccf、vcf被存储在可编程永久存储器EEPROM中。
通过通信模块CM与微控制器MC通信的用户选择时，本发明的方法能够以两种运行模式实行，它们被表示为本发明方法的两个实施例。
以第一种运行模式实行本发明的方法在于微控制器MC以可设置的时间间隔发出扫描外部传感器的第一命令sc。传感器前端处理器SFEP已经收到命令sc后，一个接一个地连续获取和调整来自全部外部传感器的输出信号。
在本发明方法的第一种运行模式下，仅仅由单个外部传感器检测的那些数据被存储在RFID智能标签ASL内的可编程永久存储器EEPROM中，该数据的电平或所述电平相对于先前测量结果的相对变化脱离用户确定的这个外部传感器的数值区间。
本发明的方法以第二种运行模式实行如下：只要来自外部传感器之一的信号的电平或所述电平相对于先前测量结果的相对变化脱离用户确定的这个外部传感器的数值区间，传感器前端处理器SFEP就产生中断所述外部传感器的预驱动的请求irq。
在第二种运行模式下，传感器前端处理器SFEP通知微控制器MC它已经产生了中断特定外部传感器的预驱动的请求irq，其后微控制器MC发出传感器前端处理器SFEP应当获取和调整来自所述外部传感器的输出信号的所述第二命令st。
由所述外部传感器检测的数据被存储在RFID智能标签ASL内的存储器EEPROM中。
接着介绍用于利用RFID智能标签获取和调整来自外部传感器的信号的电路，严格地说利用图1描绘的RFID智能标签ASL，以及利用本发明的传感器前端处理器SFEP，它处理传感器信号并且被集成在该标签中。
除了本发明的传感器前端处理器SFEP，RFID智能标签ASL还包括通信模块CM、连接到所述通信模块CM的微控制器MC、模数转换器ADC和可编程永久存储器EEPROM。
传感器前端处理器SFEP包括用于产生预驱动电流pdc1、pdc2以及中断预驱动的请求irq的发生器PdIRq、用于自动设置测量范围和测量的电路ARMC以及译码器DEC。
用于产生预驱动电流pdc1、pdc2以及中断预驱动的请求irq的所述发生器PdIRq被连接到RFID智能标签ASL处的五个连接端子中的两个连接端子EXT1、EXT2，根据表格(它是本公开的组成部分)不同类型的外部传感器被连接到这些连接端子。所述发生器PdIRq产生低强度电流pdc1、pdc2以在主要的时段预驱动外部传感器。同时传感器前端处理器SFEP处于低消耗状态。
在RFID智能标签ASL的上述第二运行模式下，只要从所述外部传感器发出的信号的电平或所述电平相对于先前测量结果的相对变化脱离用户确定的这个外部传感器的数值区间，用于产生预驱动电流pdc1、pdc2以及中断预驱动的请求irq的发生器PdIRq产生中断预驱动外部传感器之一的请求irq。
中断预驱动的请求irq被传递到用于自动设置测量范围和测量的电路ARMC内的控制器C，从而控制器C利用预见的信号ac与微控制器MC通信以控制获取。然后微控制器MC改变信号st的状态，它一方面中断所述外部传感器中的预驱动，另一方面在电路ARMC中触发由所述外部传感器发出的信号的获取。由所述外部传感器检测到的数据然后存储在RFID智能标签ASL内的存储器EEPROM中。
在RFID智能标签ASL的上述第一运行模式下，微控制器MC执行上述两种操作的方式为它发出所述命令sc以一个接一个地连续扫描全部外部传感器。仅仅由单个外部传感器检测的那些数据被存储在RFID智能标签ASL内的存储器EEPROM中，该数据的电平或所述电平相对于先前测量结果的相对变化脱离用户确定的这个外部传感器的数值区间。以这种方式节约了存储器空间。
图2中描绘了用于产生预驱动电流pdc1、pdc2以及中断预驱动的请求irq的发生器PdIRq的框图。
由电池B供电的电流发生器CG通过由预驱动控制器PdC控制的开关S1被连接到所述连接端子EXT1、EXT2。
由上述信号st控制的预驱动控制器PdC控制用于复位和时钟的比率计源RSRC1，该源也接收时钟信号cl并控制用于复位所述连接端子EXT1、EXT2的开关S2。因此发生器PdIRq关于用户确定的单个外部传感器的信号电平比率计地产生中断请求irq。
由连接到所述连接端子EXT1、EXT2的外部传感器的每一个发出的输入信号so1、so2被传导到窗口比较器WC’，并且所述窗口比较器WC’的输出信号被传导到中断逻辑电路IL。如果满足了上述条件，中断逻辑电路IL便发出分别中断第一和第二外部传感器的预驱动的请求irq 1或irq2。
窗口调整电路WAC设置窗口比较器WC’关于用户设置用于触发每个单个外部传感器的中断的电平ev的高电平hv和低电平lv。
每次在传感器前端处理器SFEP停止预驱动外部传感器后，用于自动设置测量范围和测量的所述电路ARMC都为每个单个外部传感器自动地设置测量范围。
以传感器前端处理器SFEP对这个外部传感器发出的信号将保持在模数转换器ADC的满量程之内的方式，电路ARMC适于所述外部传感器输出信号的最高电平。
然后所述电路ARMC测量分别来自每个外部传感器的电流信号和电压信号的粗略代码ccc、vcc，再进行所述信号的模数转换。
随后在模数转换器ADC中确定分别来自每个外部传感器的电流信号和电压信号的精细代码ccf、vcf。
分别来自每个外部传感器的电流信号和电压信号的粗略代码ccc、vcc以及精细代码ccf、vcf被存储在可编程永久存储器EEPROM中。
用于自动设置测量范围和测量的电路ARMC还包括在测量期间驱动外部传感器的两个温度稳定的精确源：算法上数字可调的电流源ADACS和可调的参考电压源ARVS。
用于自动设置测量范围和测量的电路ARMC一方面包括用于自动电流设置的电路CR_AGA和算法上数字可调以驱动外部传感器的电流精确源ADACS，另一方面包括用于自动电压设置的电路VR_AGA和运算放大器OpA的算法上数字可调的反馈电阻器ADAFR。
通过所述输出电流的逐步增大，用于电流源ADAC对每个单个外部传感器产生的电流的自动设置的所述电路CR_AGA使得来自所述外部传感器的信号保持在模数转换器ADC的满量程之内。利用用于电流增益的自动设置的所述电路CR_AGA，布置为驱动所述外部传感器的电流源ADACS被算法上数字地调节。
然后电路CR_AGA接收结束电流测量范围的自动调节的命令sca。所述命令sca在控制器C中产生并且基于窗口比较器WC的输出，由运算放大器OpA放大的来自所述外部传感器的信号v0被传导到窗口比较器WC的输入。
在窗口比较器WC的输入处的高电平vh和低电平vl在可调的参考电压源ARVS中产生，可调的参考电压源ARVS由设置参考电压的命令arv控制。
通过所述输出电压的逐步增大，用于可调的参考电压源ARVS对每个单个外部传感器的输出电压的自动设置的所述电路VR_AGA使得来自所述外部传感器的信号保持在模数转换器ADC的满量程之内。利用用于电压的自动设置的所述电路VR_AGA，运算放大器OpA的反馈电阻器ADAFR被算法上数字地调节。
然后电路VR_AGA接收结束电压测量范围的自动调节的命令sva。所述命令在控制器C中产生并且基于窗口比较器WC的输出，由运算放大器OpA放大的来自所述外部传感器的信号被传导到窗口比较器WC的输入。
在每种场合，利用用于驱动电流的自动设置的所述电路CR_AGA或利用用于驱动电压的自动设置的所述电路VR_AGA，控制器C都自动挑出适于每个单个外部传感器的测量范围。所述电路CR_AGA、VR_AGA的已完成设置被存储在可编程的永久存储器EEPROM中作为分别来自这个外部传感器的电流信号和电压信号的粗略代码ccc、vcc。
运算放大器OpA的输出信号v0通过由控制器C控制的模拟存储器AM被传导到模数转换器ADC的输入。然后控制器C向模数转换器ADC发送执行从所述外部传感器发出的信号的模数转换的命令sad。产生分别来自外部传感器的电流信号和电压信号的精细代码ccf、vcf。
但是如果不可能放大或减小从外部传感器发出的信号使之落入vl与vh之间的设定区间，控制器C就向模数转换器ADC发送信号oor(量程外)。
所述译码器DEC产生控制传感器前端处理器SFEP内的开关的信号1、2、3、4、5、6、7、bv、rv，以所述处理器适于当前从其获取信号的单个外部传感器类型的方式处理传感器信号。控制信号bv、rv是指电池B的电压和要传导到端子VS的参考电压，外部传感器要连接到它。微控制器MC利用信号ss1、ss2、ss3、ss4控制译码器DEC选择外部传感器。用户通过通信模块CM设置微控制器MC。对于不同类型的外部传感器利用信号1、2、3、4对传感器前端处理器SFEP内各个控制开关的设置表示在下表中(符号Si，i＝1、2、3、4、5、6、7，表示由信号1、2、3、4、5、6、7控制的开关)。
根据本发明，传感器前端处理器SFEP在总时间的主要部分期间预驱动外部传感器并保持这样做直到它从RFID智能标签ASL内的微控制器MC接收获取和调整传感器信号的第一命令sc或第二命令st。当这些行为结束时，控制器C发出停止向传感器前端处理器SFEP内的功能块供电的命令pdi(内部下电)，用于产生预驱动电流pdc1、pdc2以及中断预驱动的请求irq的发生器PdIRq除外。
公开本发明确实是对于连接到RFID有源智能标签的外部传感器，但是它也能够用于所述标签中集成的内部传感器。
Figure BDA0000155301120000101

Claims (14)

1.一种用于利用处理传感器信号的传感器前端处理器(SFEP)和微控制器(MC)由RFID有源智能标签(ASL)获取和调整来自外部传感器的信号的方法，所述传感器前端处理器(SFEP)和所述微控制器(MC)集成在所述标签中，
其特征在于
所述传感器前端处理器(SFEP)在主要的时段期间预驱动外部传感器，并且同时所述传感器前端处理器(SFEP)处于低消耗状态，
在所述预驱动期间，所述传感器前端处理器(SFEP)等待从所述微控制器(MC)接收获取和调整所述传感器信号的第一命令(sc)或第二命令(st)，以及
在收到所述第一命令(sc)或所述第二命令(st)后，所述传感器前端处理器(SFEP)停止预驱动所述外部传感器，然后其利用其温度稳定的精确源自动地并以与每个外部传感器对应的方式驱动各个外部传感器，自动地并以与所述外部传感器对应的方式设置其自己的测量范围，获取分别来自所述外部传感器的电流信号和电压信号的粗略代码(ccc、vcc)，调整来自所述外部传感器的信号以便所述RFID智能标签(ASL)内的模数转换器(ADC)然后获取分别来自所述外部传感器的电流信号和电压信号的精细代码(ccf、vcf)。
2.根据权利要求1的方法，其特征在于
所述微控制器(MC)以可调节的时间间隔发出所述第一命令(sc)，以及
在收到所述第一命令(sc)后，所述传感器前端处理器(SFEP)一个接一个地连续获取和调整来自全部外部传感器的信号。
3.根据权利要求2的方法，其特征在于
仅仅由单个外部传感器检测到的那些数据被存储在RFID智能标签(ASL)内的可编程永久存储器(EEPROM)中，该数据的电平或所述电平相对于先前测量结果的相对变化脱离用户确定的这个外部传感器的数值区间。
4.根据权利要求1的方法，其特征在于
只要所述传感器前端处理器(SFEP)通知所述微控制器(MC)其中产生了中断预驱动所述外部传感器之一的请求(irq)，所述微控制器(MC)便发出所述第二命令(st)。
5.根据权利要求4的方法，其特征在于
只要来自外部传感器之一的信号的电平或所述电平相对于先前测量结果的相对变化脱离用户确定的这个外部传感器的数值区间，便产生中断预驱动所述外部传感器的请求(irq)，以及
此时由这个外部传感器检测到的数据被存储在RFID智能标签(ASL)内的可编程永久存储器(EEPROM)中。
6.一种用于利用处理传感器信号并集成在RFID智能标签(ASL)中的传感器前端处理器(SFEP)由标签获取和调整来自外部传感器的信号的电路，其中所述RFID智能标签(ASL)也包括通信模块(CM)、微控制器(MC)、模数转换器(ADC)和可编程永久存储器(EEPROM)，
其特征在于
所述传感器前端处理器(SFEP)包括
用于产生预驱动电流(pdc1、pdc2)和中断所述预驱动的请求(irq)的发生器(PdIRq)，该发生器产生电流(pdc1、pdc2)以在主要的时段预驱动所述外部传感器并且同时所述传感器前端处理器(SFEP)处于低消耗状态，以及只要发出自外部传感器之一的信号的电平或所述电平相对于先前测量结果的相对变化脱离用户确定的这个外部传感器的数值区间，该发生器就产生中断预驱动所述外部传感器的所述请求(irq)，
用于自动设置测量范围和测量的电路(ARMC)，每次在所述传感器前端处理器(SFEP)已经停止预驱动所述外部传感器后，该电路都为每个单个外部传感器自动地设置所述测量范围，以便所述电路以所述传感器前端处理器(SFEP)对这个外部传感器发出的信号将在所述模数转换器(ADC)的满量程之内的方式，适于来自所述外部传感器的输出信号的最高电平，以及该电路测量分别来自每个外部传感器的电流信号和电压信号的粗略代码(ccc、vcc)，再进行所述信号的模数转换，而另一方面，在所述模数转换器(ADC)中随后确定分别来自每个外部传感器的电流信号和电压信号的精细代码(ccf、vcf)，以及该电路包括在所述测量期间驱动单个外部传感器的温度稳定的精确源，
译码器(DEC)，其以所述处理器适于每个单个外部传感器类型的方式，遵照用户利用所述通信模块(CM)在所述微控制器(MC)内的设置，产生控制所述传感器前端处理器(SFEP)内的开关的信号(1、2、3、4、5、6、7、bv、rv)，以及
所述传感器前端处理器(SFEP)预驱动所述外部传感器，直到所述传感器前端处理器(SFEP)从所述微控制器(MC)收到获取和调整传感器信号的第一命令(sc)或第二命令(st)。
7.根据权利要求6的电路，其特征在于
所述微控制器(MC)以可调节的时间间隔发出所述第一命令(sc)，以及
在收到所述第一命令(sc)后，所述传感器前端处理器(SFEP)一个接一个地连续获取和调整来自全部外部传感器的信号。
8.根据权利要求7的电路，其特征在于
仅仅由单个外部传感器检测到的那些数据被存储在RFID智能标签(ASL)内的可编程永久存储器(EEPROM)中，该数据的电平或所述电平相对于先前测量结果的相对变化脱离用户确定的这个外部传感器的数值区间。
9.根据权利要求6的电路，其特征在于
只要所述传感器前端处理器(SFEP)通知所述微控制器(MC)其中产生了中断预驱动外部传感器之一的请求(irq)，所述微控制器(MC)便发出所述第二命令(st)。
10.根据权利要求9的电路，其特征在于
只要由外部传感器之一发出的信号的电平或所述电平相对于先前测量结果的相对变化脱离用户确定的这个外部传感器的数值区间，便产生中断预驱动所述外部传感器的请求(irq)，以及
此时由这个外部传感器检测到的数据被存储在RFID智能标签(ASL)内的可编程永久存储器(EEPROM)中。
11.根据权利要求6至10中任何一个的电路，其特征在于
用于产生所述预驱动电流(pdc1、pdc2)和中断所述预驱动的请求(irq)的发生器(PdIRq)产生低强度预驱动电流，以及
所述发生器(PdIRq)关于所述用户确定的单个外部传感器的信号电平区间比率计地产生中断所述预驱动的请求(irq)。
12.根据权利要求6至11中任何一个的电路，其特征在于
用于自动设置测量范围和测量的电路(ARMC)包括
用于自动调节单个外部传感器的电流源(ADACS)以便来自所述外部传感器的信号将保持在所述模数转换器(ADC)的满量程之内的电路(CR_AGA)，其中，为了结束所述自动调节，所述电路(CR_AGA)由控制器(C)按照窗口比较器(WC)的输出进行控制，运算放大器(OpA)放大的来自所述外部传感器的信号被传导到该窗口比较器(WC)的输入，以及
驱动所述外部传感器的所述电流源(ADACS)，其中，所述电流源(ADACS)被利用用于自动调节电流增益的所述电路(CR_AGA)算法上数字地调节。
13.根据权利要求12的电路，其特征在于
用于自动设置测量范围和测量的电路(ARMC)包括
用于自动调节单个外部传感器的参考电压源(ARVS)的电压以便来自所述外部传感器的信号将保持在所述模数转换器(ADC)的满量程之内的电路(VR_AGA)，其中，为了结束所述自动调节，所述电路(VR_AGA)由所述控制器(C)按照所述窗口比较器(WC)的所述输出进行控制，由所述运算放大器(OpA)放大的来自所述外部传感器的信号被传导到该窗口比较器(WC)的所述输入，以及
所述运算放大器(OpA)的算法上数字可调的反馈电阻器(ADAFR)，其中，所述反馈电阻器(ADAFR)被利用用于自动调节电压的所述电路(VR_AGA)算法上数字地调节。
14.根据权利要求13的电路，其特征在于
所述控制器(C)利用用于自动设置所述驱动电流的所述电路(CR_AGA)或者利用用于自动设置所述驱动电压的所述电路(VR_AGA)自动地挑出适于每个单个外部传感器的所述测量范围，
所述电路(CR_AGA、VR_AGA)的已完成设置被存储在所述可编程永久存储器(EEPROM)中，作为分别来自这个外部传感器的电流信号和电压信号的粗略代码(ccc、vcc)，以及
所述控制器(C)然后向所述模数转换器(ADC)发送执行从所述外部传感器发出的信号的模数转换的命令(sad)，以便也产生分别来自所述外部传感器的电流信号和电压信号的精细代码(ccf、vcf)。
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