CN103955721B - 使用电子标签测量环境温度的方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种使用电子标签测量环境温度的方法，包括如下步骤：发送测试指令到电子标签；所述标签对所述测试指令的导引头进行计数，得到其维持时间；所述标签返回其得到的计数值到所述读写器；所述读写器由其接收到的计数值得到当前标签振荡器的频率参数值；所述标签将二次曲线的参数值发送到所述读写器；将得到的所述二次曲线参数和所述得到的频率参数值代入二次曲线表达式并求解，得到当前所述标签所在环境的温度值。本发明还涉及一种实现上述方法的装置。实施本发明的使用电子标签测量环境温度的方法及装置，具有以下有益效果：其设计难度和硬件成本均较低。

Description

使用电子标签测量环境温度的方法及装置

技术领域

本发明涉及无线识别领域，更具体地说，涉及一种使用电子标签测量环境温度的方法及装置。

背景技术

无线识别（RFID）使用电子标签进行承载该电子标签的物体进行身份识别。RFID是物联网的重要技术之一。电子标签在RFID系统中通常用于识别物品和记录物品相关信息。目前，其功能已经开始拓展到实时感知物品所处的环境信息，包括温度、湿度等。RFID温度标签不仅能够识别物品信息，还能够识别温度变化的准确时间，实时收集温度数据。这种能够识别电子标签所在位置环境温度的电子标签及其读写器在机械温度监控及冷链运输方面已得到广泛的应用。在现有技术中，一般的RFID温度标签是一种特殊的电子标签，其专门针对测量温度设计，标签芯片内部会集成温度传感器，这样虽然可以得到该电子标签所在环境的温度，但是其标签的设计难度和硬件成本均比较高。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述电子标签的设计难度和硬件成本较高的缺陷，提供一种设计难度和硬件成本较低的使用电子标签测量环境温度的方法及装置。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种使用电子标签测量环境温度的方法，包括如下步骤：

A）读写器发送测试指令到电子标签；所述测试指令包括导引头和指令内容；

B）所述标签对所述测试指令的导引头进行计数，得到其维持时间；

C）所述标签返回其得到的计数值到所述读写器；所述读写器由其接收到的计数值得到当前标签振荡器的频率参数值；

D）所述标签将存储在其指定位置的、用于表示所述计数值和所述标签环境温度关系的二次曲线的参数值发送到所述读写器；

E）将得到的所述二次曲线参数和所述得到的频率参数值代入二次曲线表达式并求解，得到当前所述标签所在环境的温度值。

更进一步地，在一次测温循环中，所述步骤A）中发出的测试指令的导引头长度不变，为0-10微秒范围内的一个随机值。

更进一步地，所述二次曲线的表达式为：其中，T是电子标签的环境温度值，f_osc是得到的电子标签振荡器频率参数值，a、b和c是存储在所述标签指定位置的二次曲线参数值。

更进一步地，还包括如下步骤：

在设定时间内重复步骤A）-C）设定次数，每次均发送本次测得的计数值；所述读写器在分别接收到设定次数个计数值后，分别计算其对应的频率参数值，并取设定个数频率参数值的平均值为当前标签振荡器的频率参数值；其中，所述每次测温循环中发送测试指令的导引头长度相同或不相同。

更进一步地，由所述计数值得到其对应的频率参数值的公式为：其中，Trcal_d是本次测试指令发出后，电子标签返回的对该指令导引头的测量值，Trcal是本次测试指令在读写器上选择的导引头长度，f_osc是本次测试指令得到的电子标签振荡器的频率参数值。

更进一步地，所述二次曲线参数是标签出厂时存储在其设定的存储区域的，其包括如下步骤：

M）分别在所述标签的温度测量范围内选择至少三个温度点，使所述标签的环境温度分别为选择的三个温度；读写器分别发送测试指令到标签，标签返回其测得的计数值；

N）读写器分别通过计算得到在所述选择的三个温度下的标签振荡器频率参数值；依据得到的频率参数值和已知的温度值，得到包括三个方程的方程组；解方程组得到所述二次参数曲线参数；

O）将得到的二次曲线参数写入所述标签的设定位置。

本发明还涉及一种实现上述方法的装置，包括：

测试指令发送单元：用于使读写器发送测试指令到电子标签；所述测试指令包括导引头和指令内容；

时间测试单元：用于使所述标签对所述测试指令的导引头进行计数，得到其维持时间；

频率参数值取得单元：用于是所述标签返回其得到的计数值到所述读写器；所述读写器由其接收到的计数值得到当前标签振荡器的频率参数值；

二次曲线参数发送单元：用于使所述标签将存储在其指定位置的、用于表示所述计数值和所述标签环境温度关系的二次曲线的参数值发送到所述读写器；

温度取得单元：用于将得到的所述二次曲线参数和所述得到的频率参数值代入二次曲线表达式并求解，得到当前所述标签所在环境的温度值。

更进一步地，在一次测温循环中，测试指令发送单元发出的测试指令的导引头长度不变，为0-10微秒范围内的一个随机值；所述温度取得单元中用于计算温度值的二次曲线的表达式为：其中，T是电子标签的环境温度值，f_osc是得到的电子标签振荡器频率参数值，a、b和c是存储在所述标签指定位置的二次曲线参数值。

更进一步地，所述指令发送单元在每个测温循环中发送设定次数个其导引头时间相同的测试指令。

更进一步地，还包括：

温度点选择单元：用于分别在所述标签的温度测量范围内选择至少三个温度点，使所述标签的环境温度分别为选择的三个温度；并调用测试指令发送单元分别发送测试指令到标签，标签返回其测得的计数值；

标签二次曲线计算单元：用于分别通过计算得到在所述选择的三个温度下的标签振荡器频率参数值；依据得到的频率参数值和已知的温度值，得到包括三个方程的方程组；解方程组得到所述二次参数曲线参数；

标签二次曲线参数写入单元：用于将得到的二次曲线参数写入所述标签的设定位置。

实施本发明的使用电子标签测量环境温度的方法及装置，具有以下有益效果：由于不需要对电子标签和读写器的硬件做出修改，而仅仅是更新标签和读写器的软件就能够实现普通的电子标签对环境温度的测试，所以不需要特殊设计的电子标签，因而其设计难度和硬件成本均较低。

附图说明

图1是本发明使用电子标签测量环境温度的方法及装置实施例中方法的流程图；

图2是所述实施例中标签二次曲线参数的取得步骤流程图；

图3是所述实施例中装置的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明实施例作进一步说明。

如图1所示，在本发明使用电子标签测量环境温度的方法及装置实施例中，该方法包括如下步骤：

步骤S11发送测试指令：在本实施例中，读写器和电子标签之间是事先连接的。读写器和电子标签之间的操作除了本实施例中涉及的之外，与通常的情况并无不同之处。换句话说，实施本实施例中的方法对于日常的读写器和电子标签之间的数据交互并无太大的影响。在本步骤中，读写器发送测试指令到该电子标签。该测试指令包括导引头和指令内容。在本实施例中，上述导引头是一个持续一定时间的低电平信号。其持续时间从整体上来讲是可变的，但是具体到一个测试周期（由测试指令发出开始到标签返回计数值，进而得到频率参数值为止）中而言，其持续时间是不变的。因而该测试指令总的持续时间和该测试指令的指令内容所占用的时间也是不变的。值得一提的是，在本实施例中，将取得一次温度参数视为一个测温循环。在一个测温循环中，可能只是发出一条测试指令，也可能发出多条测试指令（请参见稍后的描述）。在一个测温循环中，即使其涉及多条依次发出的测试指令，这些测试指令的导引头维持时间都是相同的；而对于处于不同测温循环的测试指令而言，其导引头的维持时间可能是相同的，也可能是不同的。换句话说，在一个测温循环中，只对其导引头维持时间选择一次。之后，在这个测温循环中，该导引头维持时间是保持不变的。而对于导引头维持时间的选择是由读写器选择并保持的，其操作是自动的。实际上，该维持时间对于读写器而言，是一个其取值范围是0-10微秒之间的随机数。每次读写器选择测温循环的导引头维持时间，都是在上述范围内选择的。

步骤S12接收测试指令并对其导引头计数：在本步骤中，电子标签接收到上述读写器发出的测试信号，并对其导引头的持续时间进行计数。由于其计数使用的时钟是由标签的振荡器产生的，当电子标签所在的环境的温度变化时，必然导致其振荡器的振荡频率发生变换，使得时钟的周期变化。因此，对于读写器而言，发出的设定持续时间的导引头，其在电子标签中由于该标签所处环境的温度不同，其得到的计数值就不同。所以，在本实施例中，上述对测试信号导引头的计数值在一定程度上间接地表示了当前电子标签所处环境的环境温度值。

步骤S13返回计数值：在本步骤中，电子标签将得到的导引头计数值发回读写器。

步骤S14通过计数值计数得到标签振荡器频率参数值：在本步骤中，读写器得到本次发送测试指令后电子标签返回的对该指令导引头的监测计数值。如前所述，该值与电子标签振荡器的频率相关，而该频率又与该电子标签所述环境的温度相关。对于读写器而言，本次发送的测试指令的导引头长度是已知的，本次测试指令导引头在电子标签上测得的长度已经返回，在本步骤中，将上述电子标签测得的导引头长度除以本次测试指令在读写器上的长度，就得到本次测试指令所取得的电子标签的振荡器频率参数。即在本步骤中，执行如下运算其中，Trcal_d是本次测试指令发出后，电子标签返回的对该指令导引头的测量值，Trcal是本次测试指令在读写器上选择的导引头长度，f_osc是本次测试指令得到的电子标签振荡器的频率参数值。

值得一提的是，在本实施例中，在一些情况下，上述步骤S11到S14可以多次重复。也就是说，读写器可以将多条测试指令按照一定的时间间隔排列在一起，依次发到上述电子标签。这样，该电子标签在收到一条测试指令、监测其导引头长度并发回到读写器后，将接收另外的一条测试指令，并进行同样的动作，直到设定条数的测试指令均发送完成；同时，读写器在接收到电子标签返回的测量值时，按照上述的方法分别对其进行计算得到该条测试指令所取得的频率参数值，并分别存储这些频率参数值。当设定的测试指令的返回值计算完成后，对这些得到并存储的频率参数值取平均值，得到平均频率参数值，再执行下一步。这样的好处是能够得到较为精确的频率参数值，进而得到较为精准的环境温度。当然，如果上述步骤只是执行一次，则得到的只有一个频率参数值，此时，不需要求其平均值，直接将该值代入下述步骤即可。

此外，在重复执行上述步骤的情况下，重复的次数是有一定的限定的。一般来讲，重复次数的取指可以在1-256之间取得。只执行一次还是执行多次。以及执行重复的次数，都是事先设定的。同时，对于重复的测试指令而言，其每条测试指令的导引头长度Trcal是相同的。如果存在多个测温循环，则可能出现长度不同的Trcal。对于长度不同的Trcal，其代入运算以求得频率参数值的Trcal不同即可。

步骤S15发回二次曲线参数：在本步骤中，电子标签发送其存储在其制定存储区域的二次曲线参数到读写器。这些参数用于后续的计算。值得一提的是，在本实施例中，本步骤可以是电子标签自动执行的，也可以是电子标签在接收到读写器发送的指令后执行的。如果是后一种情况，明显地，本步骤中还包括了一种读写器发送指令到该电子标签，要求其发送二次曲线参数到读写器的指令。每个电子标签的二次曲线参数可能相同，也可能不同。这是由于电子标签个体的振荡器电路可能存在差异，因而其对温度变化的反应也可能不同。至于每个电子标签的二次曲线参数是如何得到并存入电子标签指定存储区域的，稍后有较为详细的描述。

步骤S16利用得到的二次曲线参数及频率参数值，计算得到温度值：在本步骤中，通过上述得到的二次曲线参数和频率参数值（在步骤S11-S14重复多次的情况下，是平均频率参数值），将这些参数代入二次曲线，而得到二次曲线方程，解方程，得到该电子标签当前所在环境的环境温度。在本实施例中，二次曲线的表达式为：其中，T是电子标签的环境温度值，f_osc是得到的电子标签振荡器频率参数值（在步骤S11-S14重复多次的情况下，是由多个频率参数值得到平均频率参数值），a、b和c就是由电子标签发送到读写器的二次曲线参数值。通过将上述相应的参数代入上式，就能得到要测的温度值。

在本实施例中，上述的二次曲线参数值是存储在每个电子标签的设定存储区域的，一般来讲。每个电子标签的二次曲线参数值会有一些不同，但是同样的参数在每个电子标签上存储的位置是不变的。在本实施例中，每个电子标签在其出厂时取得并存储上述二次曲线参数。为了防止他人的恶意篡改，还可以在这些参数写入后将其存储区域设置为只读区域。如图2所示，对于每个电子标签而言，取得并存储上述参数包括如下步骤：

步骤S21选择温度测量范围内的至少三个温度点，使标签分别至于该三个环境温度下：在本步骤中，在该电子标签的温度测量范围内选择至少三个温度点，分别使得该电子标签处于选择温度点的环境中，执行下述步骤S22和S24。在本实施例中，电子标签测量温度的范围是-40度到80度，选择的三个温度点分别是两个端点和一个中间点。在本实施例中，三个温度点是-40、20和80度。

步骤S22分别在标签置于上述温度点时发送测试指令：在本步骤中，当电子标签处于上述三个温度中的一个时，发送测试指令到电子标签，该测试指令与上述的测试指令相同。

步骤S23接收标签返回的计数值并得到当前标签的振荡器频率参数值：在本步骤中，与上述步骤中的情况相同，电子标签监测其接收到的测试指令的导引头的长度并将其值返回读写器。

步骤S24将温度值和频率参数值分别代入二次曲线方程，遍历选择温度点后，得到方程组：在本步骤中，由于电子标签所处的区域的温度值是已知的，其返回的导引头计数值通过与上述相同的处理方式得到频率参数值，将二者代入上述二次曲线表达式中，得到一个方程（其二次曲线参数a、b和c未知）；由于该电子标签每处于一个区域就能够得到一个方程，当其经过三个温度点并执行完上述步骤（包括本步骤）后，就能得到一个方程组。

步骤S25解方程组，得到二次曲线参数；将得到的参数写入标签指定位置：在本步骤中，对上述得到的方程组求解，就得到该电子标签的二次曲线参数a、b和c，将这些参数分别写入该电子标签的指定存储位置。就能完成电子标签的二次曲线参数的取得与存储。

在上述取得二次曲线参数的过程中，上述步骤中在每个选择的温度点上的测试指令的如同测温时一样，是可以重复的，重复发送测试指令的效果与测试温度时也是一样的。同样，测试指令的导引头长度的选择也是和测温时相同的。

总之，在本实施例中，选取了-40℃、20℃和80℃三个温度点，分别在三个温度下使用读写器发送测试指令序列进行电子标签二次曲线参数的获取，例如，测试指令的发送条数取256条，其两条测试指令之间的时间长度取0～10us之间的随机值。测试完成后，将得出的三个和对应温度代入频率温度二次关系式，计算出a、b、c的值。将计算出的a、b、c的值存入标签相关存储区，数据格式为32位浮点数的IEEE754标准格式。为防止非法操作者对存储区数据进行修改而影响到标签测温性能，最后将标签相关存储区锁定为可读不可写，只有拥有权限才可以对用户区进行写数据操作。

本发明还涉及一种实现上述方法的装置，如图3所示，该装置包括测试指令发送单元31、时间测试单元32、频率参数值取得单元33、二次曲线参数发送单元34和温度取得单元35；其中测试指令发送单元31用于使读写器发送测试指令到电子标签；所述测试指令包括导引头和指令内容；时间测试单元32用于使所述标签对所述测试指令的导引头进行计数，得到其维持时间；频率参数值取得单元33用于是所述标签返回其得到的计数值到所述读写器；所述读写器由其接收到的计数值得到当前标签振荡器的频率参数值；二次曲线参数发送单元34用于使所述标签将存储在其指定位置的、用于表示所述计数值和所述标签环境温度关系的二次曲线的参数值发送到所述读写器；温度取得单元35用于将得到的所述二次曲线参数和所述得到的频率参数值代入二次曲线表达式并求解，得到当前所述标签所在环境的温度值。

测试指令发送单元31在一个测试指令时，维持其导引头长度不变，为0-10微秒范围内的一个随机值；温度取得单元35中用于计算温度值的二次曲线的表达式为：其中，T是电子标签的环境温度值，f_osc是得到的电子标签振荡器频率参数值，a、b和c是存储在所述标签指定位置的二次曲线参数值。此外，测试指令发送单元31在设定时间内发送设定次数个其导引头时间相同或不相同的测试指令。

此外，如图3所示，该装置还包括温度点选择单元36、标签二次曲线计算单元37和标签二次曲线参数写入单元38；其中，温度点选择单元36用于分别在所述标签的温度测量范围内选择至少三个温度点，使所述标签的环境温度分别为选择的三个温度；并调用测试指令发送单元分别发送测试指令到标签，标签返回其测得的计数值；标签二次曲线计算单元37用于分别通过计算得到在所述选择的三个温度下的标签振荡器频率参数值；依据得到的频率参数值和已知的温度值，得到包括三个方程的方程组；解方程组得到所述二次参数曲线参数；标签二次曲线参数写入单元38用于将得到的二次曲线参数写入所述标签的设定位置。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (4)

1.一种使用电子标签测量环境温度的方法，其特征在于，包括如下步骤：

A)读写器发送测试指令到电子标签；所述测试指令包括导引头和指令内容；

B)所述电子标签对所述测试指令的导引头进行计数，得到其维持时间；

C)所述电子标签返回其得到的计数值到所述读写器；所述读写器由其接收到的计数值得到当前电子标签振荡器的频率参数值；

D)所述电子标签将存储在其指定位置的、用于表示所述计数值和电子标签环境温度关系的二次曲线的参数值发送到所述读写器；

E)将得到的所述二次曲线的参数值和得到的频率参数值代入二次曲线表达式并求解，得到当前所述电子标签所在环境的温度值；

在一次测温循环中，所述步骤A)中发出的测试指令的导引头长度不变，为0-10微秒范围内的一个随机值；

所述二次曲线的表达式为：其中，T是电子标签的环境温度值，f_osc是得到的电子标签振荡器的频率参数值，a、b和c是存储在所述电子标签指定位置的二次曲线的参数值；

还包括如下步骤：

在设定时间内重复步骤A)-C)设定次数，每次均发送本次测得的计数值；所述读写器在分别接收到设定次数个计数值后，分别计算其对应的频率参数值，并取设定个数频率参数值的平均值为当前电子标签振荡器的频率参数值；其中，每次测温循环中发送测试指令的导引头长度相同或不相同。

2.根据权利要求1所述的使用电子标签测量环境温度的方法，其特征在于，由计数值得到其对应的频率参数值的公式为：其中，Trcal_d是本次测试指令发出后，电子标签返回的对该指令导引头的测量值，Trcal是本次测试指令在读写器上选择的导引头长度，f_osc是本次测试指令得到的电子标签振荡器的频率参数值。

3.根据权利要求2所述的使用电子标签测量环境温度的方法，其特征在于，所述二次曲线的参数值是标签出厂时存储在其设定的存储区域的，其包括如下步骤：

M)分别在所电子述标签的温度测量范围内选择至少三个温度点，使所述电子标签的环境温度分别为选择的三个温度；读写器分别发送测试指令到电子标签，电子标签返回其测得的计数值；

N)读写器分别通过计算得到在所述选择的三个温度下的电子标签振荡器的频率参数值；依据得到的频率参数值和已知的温度值，得到包括三个方程的方程组；解方程组得到所述二次曲线的参数值；

O)将得到的二次曲线的参数值写入所述电子标签的设定位置。

4.一种实现如权利要求1所述的使用电子标签测量环境温度的方法的装置，其特征在于，包括：

测试指令发送单元：用于使读写器发送测试指令到电子标签；所述测试指令包括导引头和指令内容；

时间测试单元：用于使所述电子标签对所述测试指令的导引头进行计数，得到其维持时间；

频率参数值取得单元：用于使所述电子标签返回其得到的计数值到所述读写器；所述读写器由其接收到的计数值得到当前电子标签振荡器的频率参数值；

二次曲线参数发送单元：用于使所述电子标签将存储在其指定位置的、用于表示所述计数值和电子标签环境温度关系的二次曲线的参数值发送到所述读写器；

温度取得单元：用于将得到的所述二次曲线的参数值和得到的频率参数值代入二次曲线表达式并求解，得到当前所述电子标签所在环境的温度值；

在一次测温循环中，测试指令发送单元发出的测试指令的导引头长度不变，为0-10微秒范围内的一个随机值；所述温度取得单元中用于计算温度值的二次曲线的表达式为：其中，T是电子标签的环境温度值，f_osc是得到的电子标签振荡器的频率参数值，a、b和c是存储在所述电子标签指定位置的二次曲线的参数值；所述测试指令发送单元在每个测温循环中发送设定次数个其导引头时间相同的测试指令；

还包括：

温度点选择单元：用于分别在所述电子标签的温度测量范围内选择至少三个温度点，使所述电子标签的环境温度分别为选择的三个温度；并调用测试指令发送单元分别发送测试指令到电子标签，电子标签返回其测得的计数值；

标签二次曲线计算单元：用于分别通过计算得到在所述选择的三个温度下的电子标签振荡器的频率参数值；依据得到的频率参数值和已知的温度值，得到包括三个方程的方程组；解方程组得到所述二次曲线的参数值；

标签二次曲线参数写入单元：用于将得到的二次曲线的参数值写入所述电子标签的设定位置。