CN102592165A

CN102592165A - 基于nfc的冷链rfid温度电子标签

Info

Publication number: CN102592165A
Application number: CN2011104580962A
Authority: CN
Inventors: 王峰; 吴波; 毛嘉; 鲁方林; 徐志广; 姜华
Original assignee: SHANGHAI WUDING SENSOR TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: SHANGHAI WUDING SENSOR TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2011-12-31
Filing date: 2011-12-31
Publication date: 2012-07-18

Abstract

本发明公开了一种基于NFC的冷链RFID温度电子标签，包括：射频单元、温度采集单元、数据存储单元、实时时钟单元和控制单元。温度采集单元和实时时钟单元分别连接控制单元，控制单元与数据存储单元连接，可以双向操作，数据存储单元同时与射频单元连接。数据存储单元被控制单元读写时由电池供电。该电子标签可以实现定时或温度超限的方式记录冷链产品的温度，写入到标签存储器中，待后期读取温度记录，确定冷链产品质量，追溯产品问题环节。可非常方便被支持NFC的手机等便携设备读取，从而对冷链各环节、周期的温度信息一目了然，达到及时简单的做到冷链产品溯源的目的。

Description

基于NFC的冷链RFID温度电子标签

技术领域

本发明涉及射频通信应用和冷链温度监控领域，具体是提供一种基于NFC近场通信技术的射频识别温度记录电子标签，该电子标签可非常方便被支持NFC的手机等便携设备读取，冷链各环节、周期的温度信息一目了然，及时简单的做到冷链产品溯源。

技术背景

随着人民生活质量的不断提高及中国入世后农产品、食品流通面临的新挑战。近年来，问题猪肉、地沟油，三聚氰胺奶粉等事件层出不穷，食品安全问题引起了越来越多人的重视。可追溯系统是促进生产信息透明化,提高食品卫生安全，增加产品市场竞争力的重要措施。当前的可追溯系统一般是基于RFID技术，在产品生产及物流配送的各个环节记录产品的流通信息，对于冷链产品还要记录产品的温度信息，在产品进入销售终端后，将各环节信息汇总到在线服务网站上，人们通过在线的方式查询所购商品的溯源信息。但这种可追溯系统一般是消费者在购买后进行验证，另外要通过登录到网站输入产品序列号，费时费力，查询效率不高。

最近在近距离无线通讯（NFC:Near Field Communication）移动商用方案公布后，越来越多的智能手机开始支持NFC功能，此时手机广泛用于支付、身份认证、游戏机、掌上电脑。手机是当前我们人人都在使用的通讯、娱乐工具，如果能将手机变为我们用于冷链产品的质量检验工具，在我们选购冷鲜肉制品的时候，获取商品的各个流通环节的温度、时间等信息，方便我们选购合格的产品。

NFC是一种用于近距离无线通信的技术，它结合了近场通信技术和移动通信技术，能实现了电子支付、身份认证、票务、数据交换、防伪、广告等多种功能，是移动通信领域的一种新型业务。近场通信业务改变了用户使用移动电话的方式，使用户的消费行为逐步走向电子化，建立了一种新型的用户消费和业务模式。

NFC由非接触式射频识别（RFID: Radio Frequency IDentification）及互联互通技术整合演变而来，是一种用于近距离无线通信的技术，由索尼和飞利浦共同开发。2002年，NFC被批准成为ISO/IEC IS 18092国际标准，此后还被批准为EMCA－340标准与ETSI TS 102 190标准。 NFC标准与ISO/IEC 14443非接触式IC卡兼容。也就是说NFC标准兼容Philip的MIFARER和SONY的FeliCa标准。

文中的UTC ：即Coordinated Universal Time（协调世界时）。

发明内容

本发明提供了一种基于NFC的冷链RFID温度电子标签，可被具有NFC功能的手机读取其记录，实现了快速方便的对冷链产品溯源的优点。

为了实现上述目的，本发明提供了一种基于NFC的冷链RFID温度电子标签，包括：

射频单元：为集成ISO/IEC 14443标准协议控制器的射频芯片，工作在被动模式下，当NFC读写设备发起命令操作时，根据命令的不同，向存储单元写入配置信息,或者从存储单元读取相应数据发送至NFC设备，其所有命令操作均符合ISO/IEC 14443协议标准;

实时时钟单元：自带晶振的RTC单元，运行UTC标准的实时时钟，用于记录当前的时间，在进行温度采集时，标定温度采集的这一时刻，可标定当前的实时时间；

温度采集单元：该单元为数字式温度传感器，由控制单元控制，通过温度传感器采集当前环境温度模拟值，并转化为数字值，用于存储温度记录；

数据存储单元：此存储模块为一双口EEPROM，拥有两个访问通道，用于存储标签工作参数和温度时间记录，可同时被控制单元和射频单元读写；

控制单元：由低功耗的MCU构成，包括其基本IO单元，依据数据存储单元中的工作参数控制标签的工作运行模式；控制温度采集和实时时钟，写入记录到数据存储单元；响应NFC读写设备的控制命令，组织相关数据予以反馈。

根据本发明的优选实施例，所述射频单元可与具有NFC功能的手机建立通信。

根据本发明的优选实施例，上述通信频率为13.56MHz；最大传输速率为424kbps，工作在被动模式下时，最大传输速率为106kbps；调制方式为ASK；半双工传输方式。

根据本发明的优选实施例，所述射频单元上设置有天线，该天线采用蚀刻工艺，采用铝合金与PET制作，传输距离为0到10cm。

根据本发明的优选实施例，所述射频单元采用射频场能量供电，通过射频读写操作无需额外电源供电。

根据本发明的优选实施例，所述实时时钟单元集成38KHz低速晶振或外部连接高速16MHz晶振；时间采用UTC格式，可以获得当前的实时时间；并可通过寄存器操作设定时间；可以实现从5S到24H定时间隔设置，其精度为±3%。

根据本发明的优选实施例，所述温度采集单元的温度测量范围为-20℃至60℃；测量误差为±0.5℃；采样精度为10bit；通过串行接口与控制单元通信。

根据本发明的优选实施例，所述数据存储单元为一双口EEPROM，可同时被射频单元和控制单元读写；存储容量为8K byte，最大可存储2000条温度记录；通过串行接口与控制单元通信。

根据本发明的优选实施例，所述控制单元采用低功耗的MCU，最大工作电流5mA；休眠时电流为3μA，休眠时RTC单元和Timer正常运行，依靠定时器唤醒，检测工作模式，进行温度记录，完成后继续进入睡眠，保证系统整体功耗最低，整体采用3V纽扣锂电池供电，最大连续工作时间可达3年。

根据本发明的优选实施例，其记录读取由NFC读写设备发起，所有命令按照ISO/IEC 14443标准的命令格式进行。

本发明的技术方案，提供的电子标签可非常方便被支持NFC的手机等便携设备读取，从而对冷链各环节、周期的温度信息一目了然，达到及时简单的做到冷链产品溯源的目的。

附图说明

图1为本发明实施例所述的基于NFC的冷链RFID温度电子标签的硬件系统框图；

图2为本发明实施例的所述的基于NFC的冷链RFID温度电子标签的温度记录流程图。

具体实施方式

如图1所示，一种基于NFC的冷链RFID温度电子标签，包括：

其中，射频单元可与具有NFC功能的手机建立通信。其通信频率为13.56MHz；最大传输速率为424kbps，工作在被动模式下时，最大传输速率为106kbps；调制方式为ASK；半双工传输方式。在射频单元上设置有天线，该天线采用蚀刻工艺，采用铝合金与PET制作，传输距离为0到10cm。射频单元采用射频场能量供电，通过射频读写操作无需额外电源供电。

而实时时钟单元集成38KHz低速晶振或外部连接高速16MHz晶振；时间采用UTC格式，可以获得当前的实时时间；并可通过寄存器操作设定时间；可以实现从5S到24H定时间隔设置，其精度为±3%。

温度采集单元的温度测量范围为-20℃至60℃；测量误差为±0.5℃；采样精度为10bit；通过I??C串行接口与控制单元通信。

数据存储单元为一双口EEPROM，可同时被射频单元和控制单元读写；存储容量为8K byte，最大可存储2000条温度记录；通过I??C串行接口与控制单元通信。

其具体工作工程如下：

温度采集单元和实时时钟单元分别连接控制单元，控制单元与数据存储单元连接，可以双向操作，数据存储单元同时与射频单元连接。数据存储单元被控制单元读写时由电池供电，此时工作在有源工作模式下；当数据存储单元被射频单元读写时，依靠射频单元提供的射频场能量供电，此时工作在无源模式下；因此整体标签的工作模式为半有源方式。

如图2所示，首先，将温度标签接通电源，控制单元初始化，此时标签默认工作在休眠模式下，控制单元每隔5秒钟醒来，读取存储单元中的工作模式数据位，由该数据位控制标签系统的工作模式。

如需激活标签，使之工作在温度采集模式下，需要NFC读写设备（如手机、手持机）通过NFC射频方式向数据存储单元写入标签的工作参数，包括采集模式（定时或超限）、采集周期、温度限定值、RTC初始时间、标签ID等。然后NFC读写设备更改数据存储单元中工作模式数据位为温度采集模式。

在控制单元唤醒后读取到存储单元的工作模式数据位变更为温度采集模式，继续从存储单元中读取标签工作参数，进行相应设备的初始化。

如温度采集方式为定时采集，此时控制单元在设定的时间间隔醒来，采集当前环境温度，转换为数字值，同时从实时时钟单元获取当前时间的UTC（Coordinated Universal Time，协调世界时），写入数据存储单元的相应记录位。然后标签转入休眠模式，直至下一个采集周期醒来，此时标签的硬件各模块只有实时时钟单元RTC和定时器Timer工作；射频单元由于工作在被动模式下，无须电源供电，因此不在控制范围内。

如温度采集方式为超限记录模式，此时控制单元每隔5秒钟醒来，采集当前环境温度，转换为数字值，判断该数字是否超过预设的温度范围。如超过温度预设范围，则获取当前时间，然后一起写入存储单元；如不超过温度预设范围，标签转入休眠模式，直至下一个温度检验周期。由于标签的存储能力有限，因此相邻的两个超限记录，不在重复写入记录，须温度进入正常范围后，再一次超限才记录。

温度记录写入数据存储单元后，如需读取温度记录值，由NFC读写设备发起，以ISO/IEC 14443标准命令，访问数据存储单元，根据预先设定的数据分布，读取相应的信息。由于此时完全由射频单元解析ISO/IEC 14443标准命令，确定访问的存储空间地址和操作类型，因此该过程不需控制单元参与。

温度标签完成冷链溯源应用后，如想重复使用该温度标签，可以通过NFC读写设备，先将标签工作模式设定为休眠模式，写入新的工作参数后，再将标签设定为温度采集模式，后续将重复上述过程。

本发明采用了基于NFC的RFID通讯方式，满足冷链产品可追溯系统应用的功能，同时又可以解决常用可追溯系统的溯源查询复杂费时，需使用专用设备读写的缺点，创造性的将冷链温度标签与手机NFC技术相结合，使消费者可以简单、方便的通过NFC手机获取冷链商品各环节的信息，判定商品的质量。本发明电子标签简单可靠，具有体积小、功耗低的特点，且可重复使用，降低运维成本，对于冷链产品可追溯系统的推广有着广泛的应用前景。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种基于NFC的冷链RFID温度电子标签，其特征在于，包括：

实时时钟单元：自带晶振的RTC单元，运行UTC(Coordinated Universal Time: 协调世界时)标准的实时时钟，用于记录当前的时间，在进行温度采集时，标定温度采集的这一时刻，可标定当前的实时时间；

2.根据权利要求书1所述的基于NFC的冷链RFID温度电子标签，其特征在于，所述射频单元可与具有NFC功能的手机建立通信。

3.根据权利要求书2所述的基于NFC的冷链RFID温度电子标签，其特征在于，上述通信频率为13.56MHz；最大传输速率为424kbps，工作在被动模式下时，最大传输速率为106kbps；调制方式为ASK；半双工传输方式。

4.根据权利要求书3所述的基于NFC的冷链RFID温度电子标签，所述射频单元上设置有天线，该天线采用蚀刻工艺，采用铝合金与PET制作，传输距离为0到10cm。

5.根据权利要求书3所述的基于NFC的冷链RFID温度电子标签，所述射频单元采用射频场能量供电，通过射频读写操作无需额外电源供电。

6.根据权利要求书1所述的基于NFC的冷链RFID温度电子标签，其特征在于，所述实时时钟单元集成38KHz低速晶振或外部连接高速16MHz晶振；时间采用UTC格式，可以获得当前的实时时间；并可通过寄存器操作设定时间；可以实现从5S到24H定时间隔设置，其精度为±3%。

7.根据权利要求书1所述的基于NFC的冷链RFID温度电子标签，其特征在于，所述温度采集单元的温度测量范围为-20℃至60℃；测量误差为±0.5℃；采样精度为10bit；通过串行接口与控制单元通信。

8.根据权利要求书1所述的基于NFC的冷链RFID温度电子标签，其特征在于，所述数据存储单元为一双口EEPROM，可同时被射频单元和控制单元读写；存储容量为8K byte，最大可存储2000条温度记录；通过串行接口与控制单元通信。

9.根据权利要求书1所述的基于NFC的冷链RFID温度电子标签，其特征在于，所述控制单元采用低功耗的MCU，最大工作电流5mA；休眠时电流为3μA，休眠时RTC单元和Timer正常运行，依靠定时器唤醒，检测工作模式，进行温度记录，完成后继续进入睡眠，保证系统整体功耗最低，整体采用3V纽扣锂电池供电，最大连续工作时间可达3年。

10.根据权利要求书1所述的基于NFC的冷链RFID温度电子标签，其特征在于，其记录读取由NFC读写设备发起，所有命令按照ISO/IEC 14443标准的命令格式进行。